インクジェット記録方法
【目的】 インクジェット記録において、オーバーヘッドプロジェクター用樹脂フィルムシートへの印字物の投射性および、更に紙等を含む記録媒体への印字物の耐擦性を向上させる。
【構成】 記録媒体上に形成された記録ドットのアスペクト比（ドット高さ／ドット直径）が０．０７５以下である。
【構成】 記録媒体上に形成された記録ドットのアスペクト比（ドット高さ／ドット直径）が０．０７５以下である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、記録紙等の媒体上に文字や画像を形成するインクジェット記録方法に関する。さらに詳しくは、常温で固体のインクを高温下で液化させてインク滴として吐出、飛翔させ、記録紙等の媒体上に記録ドットを形成して所望の文字、画像等を記録する、いわゆるホットメルトインクを用いたインクジェット記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット記録は、記録時における静粛性と高速印字性に優れている。また、直接記録のためプロセスが簡単である、カラー化が容易である等の優れた特徴を有している。従来よりインクジェット記録用のインク組成物としては、水等を基材としたインク組成物が用いられてきた。しかし、水等を基材としたインク組成物による記録は、それが紙等の記録媒体にしみこむことによって行われることから、インクがしみこみ易い紙上ではにじみを生じ、記録ドットの周辺が不鮮明となり、印字品質が低下するという問題点を有していた。
【０００３】記録媒体に関係なく良好な印字品質を提供するインク組成物として、常温で固体のワックス等を基材としたホットメルトインク組成物が提案されている（米国特許第４３９０３６９号公報、同第４４８４９４８号公報、同第４６５９３８３号公報、特開昭５８−１０８２７１号公報等）。これらのホットメルトインク組成物は、常温で固体であり、記録は加熱溶融の後、インク滴を飛翔させ、記録媒体上で冷却固化させて所望の文字、画像等を形成する。高温の状態の下で溶融状態でインクジェット記録装置から吐出されるため、記録媒体に到達直後、瞬時に冷却固化する。このため、水等を基材とするインク組成物に較べ、乾燥速度が速い。また、被記録部材にしみこまないため、にじみが無く、きれいな印字品質が得られるといった長所を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インクジェット記録により、カラーインクをオーバーヘッドプロジェクション（以下ＯＨＰと称する）にてカラー表示するには、今日に至るまで種々の課題があった。例えば、ＯＨＰに用いられる樹脂フィルムシート（以下ＯＨＰシートと称する）に印字する場合には、しみこむことができないため、乾燥時間が長く、印字直後に手で触れることで印字が汚れてしまったり、乾燥した後であっても、水が付着することで印字ににじみが生じるといった問題点である。これを解決するため、印字面に水溶性樹脂等を塗布したＯＨＰシートを用い、水性インクを前記樹脂中に保持させ、乾燥性と耐水性を向上させるという手段を採らなければならない。しかし、前述の水溶性樹脂等を塗布したＯＨＰシートに水等を基材としたインク組成物を用いて印字しても、耐水性は完全に解決されたレベルではない。
【０００５】また、ホットメルトインク組成物においては、記録媒体上に印字した場合、前述したように高温の状態の下で溶融状態でインクジェット記録装置から吐出されるインク組成物は、記録媒体に到達直後、瞬時に冷却固化し、記録媒体にしみこまずに、印字ドットが半球に近い状態で固化する。
【０００６】これにより、ＯＨＰシートにカラー印字を行った場合には、以下の理由により、オーバーヘッドプロジェクションシステムにおいて、そのＯＨＰシートに形成された画像を用いることができない。１つは、基材であるワックス等に結晶性があり、光の透過率が低いため透明性が失われる。結晶性の低いいわゆる非結晶性の材料を基材とした場合、光透過率は高くなるが、ホットメルトインクジェット記録装置に使い得る、常温で固体であり、６０℃〜１５０℃の温度範囲内で吐出可能な低粘度に溶融する材料は見あたらない。２つめは、前述したようにホットメルトインク組成物は、記録媒体上で半球に近い状態で固化するため、凸レンズとしてはたらき、ＯＨＰランプからの入射光は屈折散乱してしまい、集光レンズに到達することができないのである。これにより、投射画像はカラー画像を呈せず、明暗のみの画像となってしまう。
【０００７】ホットメルトインク組成物の前述した記録媒体上で半球状に固化する性質は耐擦性においても大きな課題を有している。半球状に固化しているため、印字ドット高が高く、外部からの圧力や摩擦等によって印字ドットが崩れ落ち、印字品質を悪くしてしまうのである。インク組成物自体の強度を向上させれば、この課題は解決する。しかし、通常、印字物に加わる外部からの圧力や摩擦等は、記録ドットの様な微小レベルにおいては、単純な計算上１つの記録ドットに２０〜２０００kgという大きな力が加わる。この大きな力に耐えられるだけの強度をもち、かつ、６０℃〜１５０℃の温度範囲内で吐出可能な低粘度に溶融する材料は見あたらない。
【０００８】インクジェット記録において、水性インク、ホットメルトインクそれぞれが以上のような課題を有している。
【０００９】そこで、本発明はこれらの課題を解決するものであり、その目的とするところは、ホットメルトインク組成物を用いるインクジェット記録方法において、記録物の光透過性および耐擦性の向上にある。さらに詳しくはＯＨＰシートへの印字物のカラー画像投射性の向上、およびＯＨＰシート、紙等の各種記録媒体への印字物の耐擦性の向上にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット記録方法は、常温で固体のインクを融点より高い温度において液化させて吐出させ、記録媒体上にドットを形成して所望の文字、画像等を記録する記録方法において、前記記録媒体上に形成された記録ドットのアスペクト比（ドット高さ／ドット直径）が０．０７５以下であることを特徴とする。
【００１１】
【実施例】次に実施例を参照にしつつ本発明を詳細に説明する。
【００１２】まず、ＯＨＰシートにおける光透過性について図面を参照にしつつ説明する。現在、一般的に用いられているＯＨＰは透過型と反射型の２種類があり、透過型ＯＨＰは図１（ａ）に示すような光学系から成り立っている。光源ランプ１１から発生した光は反射鏡１２によりフレネルレンズ１３に反射され、フレネルレンズ１３により屈折された光が集光レンズ１４に集光されて、反射鏡１５により再び反射されプロジェクションレンズ１６を通してスクリーン（図示せず）に投影される。ＯＨＰシート１７はフレネルレンズ１３上に配される。ここでは、説明の簡略化のため、光軸上にある記録ドットについて説明を続ける。図２に記録ドットと集光レンズとの光学的関係を示した図を示す。また、図３に記録ドット部（図２の破線部）の拡大図を示す。ここでは、反射鏡１２からフレネルレンズ１３に入射する光は平行光であり、記録ドット２１は球の一部であり、さらに記録ドットを光が通過することによる光の伝達損失が無いと仮定した。入射光は該半球状の記録ドット２１を通過する時に凸レンズのごとく屈折される。屈折する角度は記録ドット２１の周辺部にいくほど大きくなり、集光レンズ１４の張る角度２２より大きくなると集光レンズ１４に捕捉されなくなる（図２の着色部）。集光レンズの張る角度２２をθ、記録ドット２１への光の入射角３１をｉ、屈折角３２をｒ、記録ドット２１を構成するインク組成物の屈折率をｎ、集光レンズ１４のＦ値をＦとすると、それぞれは下記の数式１、２のような関係がある。
【００１３】
【数１】
【００１４】
【数２】
【００１５】数式１より集光レンズの張る角度θは、Ｆ値が小さいほど大きくなることがわかる。上記数式１、２より、集光レンズ１４に捕捉されるための、光の記録ドット２１への最大入射角ｉmaxは下記の数式３により表される。
【００１６】
【数３】
【００１７】そして、記録ドット２１とＯＨＰシート１７面とのなす角度（接触角）３３をψ、記録ドットの高さをｈ、直径をｄとすると下記数式４の関係があり、記録ドット２１を通過するすべての光のうち集光レンズ１４に集光される光の量Ｒ（％）は下記数式５で表される。
【００１８】
【数４】
【００１９】
【数５】
【００２０】数式３と数式５により、集光される光の量Ｒ（％）は、インク組成物の屈折率ｎ、集光レンズのＦ値Ｆ、および記録ドットの高さｈと直径ｄ、すなわちアスペクト比（ｈ／ｄ）により求められる。
【００２１】表１に記録ドットの高さｈと直径ｄ、アスペクト比（ｈ／ｄ）と、集光レンズに集光される光の量Ｒ（％）との関係を示す。（現在、一般的に用いられているＯＨＰの集光レンズのＦ値は８〜１５である。インク組成物の屈折率ｎ、記録ドットの高さｈ、直径ｄが一定の時、数式５よりＦ値が小さい方が集光される光の量Ｒ（％）が大きく有利であるため、表１においてはＦ値が８の時の値を示した。また、インク組成物の屈折率ｎは、ワックスの平均的な値１．４５、記録ドットの直径ｄは、印字密度が３００ｄｐｉ（１インチあたりのドット数が３００）と想定して１２０μとした。参考値として印字密度が６００ｄｐｉを想定した６０μの時の値も示した。）
【００２２】
【表１】
【００２３】次にイエロー、マゼンタ、シアンの３色のカラーホットメルトインク組成物を表２の組成で既知の方法により調製した。それぞれのホットメルトインク組成物をＯＨＰシートにワイヤーバーにより塗工し、４種類のインク膜厚を有するカラーＯＨＰシートを作成した。こうして得られたカラーＯＨＰシートの光透過率を測定した。測定機器はマクベス社製カラーアイ・エクセルを用いた。また、前記カラーＯＨＰシートを市販の透過型ＯＨＰと反射型ＯＨＰの両方においてスクリーン上に投射し、それぞれの色の投射性を目視により観察した。以上の光透過率（ピーク値）とＯＨＰ投射性の観察結果を表２に併せて示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】表２より、透過型ＯＨＰにおいては、光透過率が約５０％以上あれば各色の投射性が良好である。反射型ＯＨＰは図１（ｂ）に光学系を表した概略図を示したが、近年、その携帯性により需要が高まっている。図１（ａ）に示した透過型ＯＨＰと較べ、反射型ＯＨＰは光源ランプ１１が集光レンズ１４に隣接している。光源ランプ１１から出た光は凹面鏡１８により反射され、集光レンズ１４に集光されて反射鏡１５により反射され、スクリーン（図示せず）上に投射される。ＯＨＰシート１７は凹面鏡１８上に配される。このため、光源ランプ１１から出た光は凹面鏡１８に到達する前にＯＨＰシート１７を通過し、その後、凹面鏡１８で反射された光は再びＯＨＰシート１７を通過し集光レンズ１４に集光される。つまり、光はＯＨＰシート１７を２度通過することになる。そのため透過光の量は光透過率の自乗分となる。表２より反射型ＯＨＰにおいては、約７０％の光透過率がないと各色の投射性が良好にはならない。
【００２６】以上の表１、２の結果より、記録ドットを半球状とした場合、透過型ＯＨＰに用いるときには、約０．０５以下のアスペクト比が必要であり、反射型ＯＨＰに用いるときには、約０．０４２以下のアスペクト比が必要であることがわかる。以下に具体例をあげて記録ドットのアスペクト比を小さくする方法を説明する。 図４にその方法の過程を示す。まず、インクジェットヘッド４１内に供給されたホットメルトインク組成物は、吐出可能な粘度になるまで加熱される。その後、インクジェットヘッド４１から吐出し、ＯＨＰシート１７に印字画像を得るのであるが、該ＯＨＰシート１７はそれ以前にプラテン４２によってインク組成物の融点以下の温度に保持されている。プラテン４２内部には赤外線ランプあるいはセラミックヒーター等のヒーター４３が設置されている。
【００２７】プラテン４２が融点以下の温度に保持されていることにより、インクジェットヘッド４１から吐出されたインク組成物は、ＯＨＰシート１７上に到達した後、急激に固化することなく徐冷され、固化に至るまでの時間が長くなる。この間にＯＨＰシート１７に付着したインク組成物はぬれ広がりアスペクト比が小さくなる。本発明者らの実験によるとインク組成物の融点をｍ(℃)、ヘッド温度をＴ(℃)とした場合、プラテンの温度Ｐ(℃)を下記の数式６に示した温度以上になるようにすることで０．０５以下のアスペクト比が得られることがわかった。
【００２８】
【数６】
【００２９】上記方法により、表２に示したインク組成物を用いてインクジェット記録を行った。インクジェットヘッド４１の駆動周波数は１０ｋＨｚ、印字密度は３００ｄｐｉとした。
【００３０】表３にヘッド温度、プラテン温度を種々変化させた場合に得られた記録ドットのアスペクト比を示す。
【００３１】
【表３】
【００３２】インク組成物は前記表２に示したものを用いたが、融点は９０℃であった。プラテンの温度を融点以上にすると、固化に至るまでの時間が長くなりアスペクト比はより小さくなるのであるが、逆に記録ドットがＯＨＰシート上でながれドットが不鮮明になってしまう上、高温にするほど消費電力増、危険性等のマイナス要因が増大する。よって融点以下が好ましく、融点より１０℃以上低いほうがより好ましい。
【００３３】こうして得られた種々のアスペクト比をもつ記録ドットを透過型ＯＨＰおよび反射型ＯＨＰにより投影し、その投射性を下記の評価１の方法により観察評価した。
【００３４】（評価１）ＯＨＰ投射性：印字済みのＯＨＰシートを、透過型および反射型ＯＨＰにより投影し、投射画像の観察をし、以下のように評価した。
【００３５】
・印字画像と色が鮮明に投影されている・・・・・・・好適（◎）
・印字画像の色が黒ずんでいるが色の識別はできる・・適（○）
・印字画像が暗く色が識別できない・・・・・・・・・劣悪（×）
この結果を表３に併せて示す。
【００３６】この結果より、実際にはインク組成物自体の光伝達損失があり、透過型ＯＨＰにおいては約０．０４５以下、反射型ＯＨＰにおいては約０．０４以下のアスペクト比が必要であることがわかる。
【００３７】以上記録ドットの記録媒体上での形状が半球状であると仮定した場合について述べてきた。次に図７R>７に示すような偏平な記録ドットについて説明する。このような偏平な記録ドットは、圧力、または圧力と熱により定着した場合に得られる。前述したように、記録ドットに入射する光の５０％以上が透過しないと透過型ＯＨＰでの投射性が良くない。また、反射型ＯＨＰにおいては７０％以上の透過率が無いと良好な投射性が得られない。５０％の透過率を得るためには、半球状の記録ドットを圧力あるいは圧力と熱により定着した場合、ドット半径の約７０％を平坦化する必要がある。定着前の半球状記録ドットのドット半径をａ1、ドット高さをｈ1とした場合、その体積Ｖ1は数式６で与えられる。
【００３８】
【数７】
【００３９】また、図７に示すような定着後の偏平な記録ドットの体積Ｖ2は、その形状が球台と仮定すると数式７で与えられる。ここでａ2はドット底部半径、ｂ2は平坦化された部分７１の半径、ｈ2は高さである。
【００４０】
【数８】
【００４１】この数式７、８より、例えば、定着前の記録ドットのドット半径ａ1を５０μ、ドット高さｈ1を２０μとすると、数式６よりその体積は約８２７２９μ3となる。この記録ドットを定着し、ドット半径の７０％を平坦化し、３００ｄｐｉ相当のドット半径６０μ以上を得るには、ドット高さは約９μ以下となる。これより、アスペクト比は、９／１２０＝０．０７５以下となる。同様に定着前のドット半径が５０μ、ドット高さが１０μである記録ドットの場合、アスペクト比は、約０．０４３以下となる。また、定着前のドット半径が３０μ、ドット高さが１０μである記録ドットの場合、アスペクト比は約０．０１６以下となる。反射型ＯＨＰを用いる場合は、ドット半径の約８４％を平坦化する必要があり、前述の透過型ＯＨＰを用いる場合より小さいアスペクト比が要求される。
【００４２】上記のような記録ドットは以下の方法により得られる。
【００４３】図５にシリアルインクジェットプリンタにおける定着方法の過程を示す。インクジェットヘッド４１内で加熱溶融されたインク組成物は、融点以下の温度に保持されたプラテン４２上のＯＨＰシート１７に吐出され印字画像を得る。その後、固化するまでの間にインクジェットヘッド４１に併設された加圧ローラ５１により加圧され偏平化し固化する。プラテン４２の保持温度は前述の数式６により得られる。プラテン４２内部には、赤外線ランプやセラミックヒータ等のヒータ４３が設置されている。加圧ローラ５１に加える圧力は、固化したインク記録ドットを加圧対象としたものではなく、固化する前の変形容易なインク記録ドットを対象とするものであるから、２ｋｇ／ｃｍ程度の大きさで良い。加圧力を大小に変化させることによりアスペクト比を制御できる。加圧力一定であっても、プラテン４２保持温度を上下することや、吐出温度を上下すること、また、吐出されてから加圧するまでの時間を変化させることによってもアスペクト比を制御できる。加圧ローラ５１の材質は熱伝導率の高いものが好ましく金属製のものが選ばれる。そして、定着時に加圧ローラ５１にインクが付着するオフセットを防ぐために、表面にテフロン（登録商標）やシリコン等の離形性の良好な樹脂層を設けることが好ましい。本実験においては、アルミニウム製のローラにテフロン（登録商標）を１ｍｍ厚で被覆した、長さ２．５ｃｍ、直径１ｃｍの加圧ローラ□を用い、加圧力は２ｋｇ／ｃｍとした。インクジェットヘッド４１の駆動周波数は１０ｋＨｚ、印字密度は３００ｄｐｉとした。アスペクト比制御はインク吐出温度、プラテン保持温度によって行い、定着前の記録ドットが定着することによりドット直径が１２０μなるように吐出量も制御した。表４にヘッド温度、プラテン温度と、各条件において得られたアスペクト比を示す。尚、インク組成物は表２に示した組成からなるものを用いた。
【００４４】
【表４】
【００４５】こうして得られた種々のアスペクト比をもつ記録ドットを透過型ＯＨＰおよび反射型ＯＨＰにより投影し、その投射性を前述の評価１の方法により観察評価した。その結果を表４に併せて示す。
【００４６】この結果より、良好なＯＨＰ投射性を得るには、インク組成物自体の光伝達損失があるため、約０．０７以下のアスペクト比が必要であることがわかる。インク組成物自体の光伝達損失が更に小さい場合には、アスペクト比が０．０７５まで良好なＯＨＰ投射性が得られる。
【００４７】他に、図６に示すようにインクジェットヘッド４１から吐出されたインク組成物６１が常温のプラテン４２上のＯＨＰシート１７に吐出され固化したインク滴を加熱プレート６２上で融点以上に加熱溶融した後、再固化するまでの間に加圧ローラ５１により加圧する方法によっても得ることができる。この方法によると、ＯＨＰシート１７上に吐出されて固化した記録ドット２１に対して、これを加熱再溶融するまでの時間的な制約はなく、再溶融させた記録ドット２１が再固化するまでの間にこれを加圧処理するだけに過ぎないから、加熱プレート６２と加圧ローラ５１はインクジェットヘッド４１の下手側であるならばＯＨＰシート１７等の記録媒体搬送経路のいずれの位置に配設することが可能であり装置のレイアウトを極めて有利にする。
【００４８】次に耐擦性について説明する。耐擦性とはホットメルトインクジェット記録を行って得られた印字物の印字品質評価の１つである。ホットメルトインクは記録媒体上に半球状に固化しているため、印字ドット高が高く、外部からの圧力や摩擦等によって印字ドットが崩れ落ち、印字品質を悪くしてしまうのである。実際の状況としては、例えば、爪等で印字物を擦った場合等にこの耐擦性の良悪が現れる。耐擦性のメカニズムを図８に示すように、円柱状の物体８１が記録ドット２１表面上を荷重ＷをかけつつＡ方向に移動するとモデル化する。記録ドット２１に横方向（水平成分）に加わる力Ｆは、記録ドット２１に加えられる荷重（垂直方向）をＷ、摩擦係数をμ、接触点を含む平面が水平面となす角度をａとすると、下記数式９で与えられる。
【００４９】
【数９】
【００５０】つまり、記録ドット２１に加わる横方向の力Ｆは、加えられる荷重Ｗに比例する。摩擦係数μが増加するほど大きくなる。水平面となす角度ａが大きくなるほど（ドット高さが高くなるほど）増大し、ある角度になると無限大（破壊されるまで力が加わり続ける）になる。ことがわかる。例えば、記録ドット２１の直径が１２０μでドット高さを変化させた場合、荷重Ｗを２００ｇ、摩擦係数を０．４とすると、横方向に加わる力Ｆは、ドット高さが５μの時１２０ｇ、１０μの時１７０ｇ、２０μの時３３０ｇ、３０μの時７４０ｇとなる。
【００５１】上述した各種定着方法により、ＯＨＰシート１７の代わりに紙を用いて記録ドットを定着した。そして、得られた印字物に対して以下の耐擦性評価を行った。
（評価２）耐擦性：印字済みのＯＨＰシートの印字面を、クリップで擦り、印字汚れの発生の有無を擦る回数によって以下のように評価した。クリップにかける荷重は２００ｋｇ／ｍｍ2とした。
【００５２】
・４０往復以上摩擦後発生無し・・・好適（◎）
・３０〜４０往復摩擦後発生あり・・適（○）
・３０往復以下摩擦後発生あり・・・劣悪（×）
この結果を定着により得られた記録ドットのアスペクト比と共に表５に示す。
【００５３】
【表５】
【００５４】表５より明らかなように、０．０７５以下のアスペクト比をもつ記録ドットにより得られた印字物は、耐擦性が良好である。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェット記録方法を用いることにより、従来のインクジェット記録において、問題となっていたＯＨＰ投射性、耐擦性が解決される。さらに詳しくはＯＨＰ樹脂フィルムシートへの印字物のカラー画像投影性、およびＯＨＰ樹脂フィルムシート、紙等の各種記録媒体への印字物の耐擦性が向上するという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】透過型および反射型ＯＨＰの光学系を示した概略図である。
【図２】ＯＨＰにおける記録ドットと集光レンズとの光学的関係を示した図である。
【図３】ＯＨＰにおける記録ドットと集光レンズとの光学的関係図の記録ドット部を拡大した図である。
【図４】本発明における記録ドットのアスペクト比を小さくする方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を示した斜視図である。
【図５】本発明における記録ドットのアスペクト比を小さくする方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を示した斜視図である。
【図６】本発明における記録ドットのアスペクト比を小さくする方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を示した構成図である。
【図７】本発明において圧力、または圧力と熱による定着によって得られる記録ドットを示した斜視図である。
【図８】耐擦性のメカニズムを示した図である。
【符号の説明】
１４ 集光レンズ
１７ ＯＨＰシート
２１ 記録ドット
２２ 集光レンズの張る角度
４１ インクジェットヘッド
４２ プラテン
４３ ヒータ
５１ 加圧ローラ
６２ 加熱プレート
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、記録紙等の媒体上に文字や画像を形成するインクジェット記録方法に関する。さらに詳しくは、常温で固体のインクを高温下で液化させてインク滴として吐出、飛翔させ、記録紙等の媒体上に記録ドットを形成して所望の文字、画像等を記録する、いわゆるホットメルトインクを用いたインクジェット記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット記録は、記録時における静粛性と高速印字性に優れている。また、直接記録のためプロセスが簡単である、カラー化が容易である等の優れた特徴を有している。従来よりインクジェット記録用のインク組成物としては、水等を基材としたインク組成物が用いられてきた。しかし、水等を基材としたインク組成物による記録は、それが紙等の記録媒体にしみこむことによって行われることから、インクがしみこみ易い紙上ではにじみを生じ、記録ドットの周辺が不鮮明となり、印字品質が低下するという問題点を有していた。
【０００３】記録媒体に関係なく良好な印字品質を提供するインク組成物として、常温で固体のワックス等を基材としたホットメルトインク組成物が提案されている（米国特許第４３９０３６９号公報、同第４４８４９４８号公報、同第４６５９３８３号公報、特開昭５８−１０８２７１号公報等）。これらのホットメルトインク組成物は、常温で固体であり、記録は加熱溶融の後、インク滴を飛翔させ、記録媒体上で冷却固化させて所望の文字、画像等を形成する。高温の状態の下で溶融状態でインクジェット記録装置から吐出されるため、記録媒体に到達直後、瞬時に冷却固化する。このため、水等を基材とするインク組成物に較べ、乾燥速度が速い。また、被記録部材にしみこまないため、にじみが無く、きれいな印字品質が得られるといった長所を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インクジェット記録により、カラーインクをオーバーヘッドプロジェクション（以下ＯＨＰと称する）にてカラー表示するには、今日に至るまで種々の課題があった。例えば、ＯＨＰに用いられる樹脂フィルムシート（以下ＯＨＰシートと称する）に印字する場合には、しみこむことができないため、乾燥時間が長く、印字直後に手で触れることで印字が汚れてしまったり、乾燥した後であっても、水が付着することで印字ににじみが生じるといった問題点である。これを解決するため、印字面に水溶性樹脂等を塗布したＯＨＰシートを用い、水性インクを前記樹脂中に保持させ、乾燥性と耐水性を向上させるという手段を採らなければならない。しかし、前述の水溶性樹脂等を塗布したＯＨＰシートに水等を基材としたインク組成物を用いて印字しても、耐水性は完全に解決されたレベルではない。
【０００５】また、ホットメルトインク組成物においては、記録媒体上に印字した場合、前述したように高温の状態の下で溶融状態でインクジェット記録装置から吐出されるインク組成物は、記録媒体に到達直後、瞬時に冷却固化し、記録媒体にしみこまずに、印字ドットが半球に近い状態で固化する。
【０００６】これにより、ＯＨＰシートにカラー印字を行った場合には、以下の理由により、オーバーヘッドプロジェクションシステムにおいて、そのＯＨＰシートに形成された画像を用いることができない。１つは、基材であるワックス等に結晶性があり、光の透過率が低いため透明性が失われる。結晶性の低いいわゆる非結晶性の材料を基材とした場合、光透過率は高くなるが、ホットメルトインクジェット記録装置に使い得る、常温で固体であり、６０℃〜１５０℃の温度範囲内で吐出可能な低粘度に溶融する材料は見あたらない。２つめは、前述したようにホットメルトインク組成物は、記録媒体上で半球に近い状態で固化するため、凸レンズとしてはたらき、ＯＨＰランプからの入射光は屈折散乱してしまい、集光レンズに到達することができないのである。これにより、投射画像はカラー画像を呈せず、明暗のみの画像となってしまう。
【０００７】ホットメルトインク組成物の前述した記録媒体上で半球状に固化する性質は耐擦性においても大きな課題を有している。半球状に固化しているため、印字ドット高が高く、外部からの圧力や摩擦等によって印字ドットが崩れ落ち、印字品質を悪くしてしまうのである。インク組成物自体の強度を向上させれば、この課題は解決する。しかし、通常、印字物に加わる外部からの圧力や摩擦等は、記録ドットの様な微小レベルにおいては、単純な計算上１つの記録ドットに２０〜２０００kgという大きな力が加わる。この大きな力に耐えられるだけの強度をもち、かつ、６０℃〜１５０℃の温度範囲内で吐出可能な低粘度に溶融する材料は見あたらない。
【０００８】インクジェット記録において、水性インク、ホットメルトインクそれぞれが以上のような課題を有している。
【０００９】そこで、本発明はこれらの課題を解決するものであり、その目的とするところは、ホットメルトインク組成物を用いるインクジェット記録方法において、記録物の光透過性および耐擦性の向上にある。さらに詳しくはＯＨＰシートへの印字物のカラー画像投射性の向上、およびＯＨＰシート、紙等の各種記録媒体への印字物の耐擦性の向上にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット記録方法は、常温で固体のインクを融点より高い温度において液化させて吐出させ、記録媒体上にドットを形成して所望の文字、画像等を記録する記録方法において、前記記録媒体上に形成された記録ドットのアスペクト比（ドット高さ／ドット直径）が０．０７５以下であることを特徴とする。
【００１１】
【実施例】次に実施例を参照にしつつ本発明を詳細に説明する。
【００１２】まず、ＯＨＰシートにおける光透過性について図面を参照にしつつ説明する。現在、一般的に用いられているＯＨＰは透過型と反射型の２種類があり、透過型ＯＨＰは図１（ａ）に示すような光学系から成り立っている。光源ランプ１１から発生した光は反射鏡１２によりフレネルレンズ１３に反射され、フレネルレンズ１３により屈折された光が集光レンズ１４に集光されて、反射鏡１５により再び反射されプロジェクションレンズ１６を通してスクリーン（図示せず）に投影される。ＯＨＰシート１７はフレネルレンズ１３上に配される。ここでは、説明の簡略化のため、光軸上にある記録ドットについて説明を続ける。図２に記録ドットと集光レンズとの光学的関係を示した図を示す。また、図３に記録ドット部（図２の破線部）の拡大図を示す。ここでは、反射鏡１２からフレネルレンズ１３に入射する光は平行光であり、記録ドット２１は球の一部であり、さらに記録ドットを光が通過することによる光の伝達損失が無いと仮定した。入射光は該半球状の記録ドット２１を通過する時に凸レンズのごとく屈折される。屈折する角度は記録ドット２１の周辺部にいくほど大きくなり、集光レンズ１４の張る角度２２より大きくなると集光レンズ１４に捕捉されなくなる（図２の着色部）。集光レンズの張る角度２２をθ、記録ドット２１への光の入射角３１をｉ、屈折角３２をｒ、記録ドット２１を構成するインク組成物の屈折率をｎ、集光レンズ１４のＦ値をＦとすると、それぞれは下記の数式１、２のような関係がある。
【００１３】
【数１】
【００１４】
【数２】
【００１５】数式１より集光レンズの張る角度θは、Ｆ値が小さいほど大きくなることがわかる。上記数式１、２より、集光レンズ１４に捕捉されるための、光の記録ドット２１への最大入射角ｉmaxは下記の数式３により表される。
【００１６】
【数３】
【００１７】そして、記録ドット２１とＯＨＰシート１７面とのなす角度（接触角）３３をψ、記録ドットの高さをｈ、直径をｄとすると下記数式４の関係があり、記録ドット２１を通過するすべての光のうち集光レンズ１４に集光される光の量Ｒ（％）は下記数式５で表される。
【００１８】
【数４】
【００１９】
【数５】
【００２０】数式３と数式５により、集光される光の量Ｒ（％）は、インク組成物の屈折率ｎ、集光レンズのＦ値Ｆ、および記録ドットの高さｈと直径ｄ、すなわちアスペクト比（ｈ／ｄ）により求められる。
【００２１】表１に記録ドットの高さｈと直径ｄ、アスペクト比（ｈ／ｄ）と、集光レンズに集光される光の量Ｒ（％）との関係を示す。（現在、一般的に用いられているＯＨＰの集光レンズのＦ値は８〜１５である。インク組成物の屈折率ｎ、記録ドットの高さｈ、直径ｄが一定の時、数式５よりＦ値が小さい方が集光される光の量Ｒ（％）が大きく有利であるため、表１においてはＦ値が８の時の値を示した。また、インク組成物の屈折率ｎは、ワックスの平均的な値１．４５、記録ドットの直径ｄは、印字密度が３００ｄｐｉ（１インチあたりのドット数が３００）と想定して１２０μとした。参考値として印字密度が６００ｄｐｉを想定した６０μの時の値も示した。）
【００２２】
【表１】
【００２３】次にイエロー、マゼンタ、シアンの３色のカラーホットメルトインク組成物を表２の組成で既知の方法により調製した。それぞれのホットメルトインク組成物をＯＨＰシートにワイヤーバーにより塗工し、４種類のインク膜厚を有するカラーＯＨＰシートを作成した。こうして得られたカラーＯＨＰシートの光透過率を測定した。測定機器はマクベス社製カラーアイ・エクセルを用いた。また、前記カラーＯＨＰシートを市販の透過型ＯＨＰと反射型ＯＨＰの両方においてスクリーン上に投射し、それぞれの色の投射性を目視により観察した。以上の光透過率（ピーク値）とＯＨＰ投射性の観察結果を表２に併せて示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】表２より、透過型ＯＨＰにおいては、光透過率が約５０％以上あれば各色の投射性が良好である。反射型ＯＨＰは図１（ｂ）に光学系を表した概略図を示したが、近年、その携帯性により需要が高まっている。図１（ａ）に示した透過型ＯＨＰと較べ、反射型ＯＨＰは光源ランプ１１が集光レンズ１４に隣接している。光源ランプ１１から出た光は凹面鏡１８により反射され、集光レンズ１４に集光されて反射鏡１５により反射され、スクリーン（図示せず）上に投射される。ＯＨＰシート１７は凹面鏡１８上に配される。このため、光源ランプ１１から出た光は凹面鏡１８に到達する前にＯＨＰシート１７を通過し、その後、凹面鏡１８で反射された光は再びＯＨＰシート１７を通過し集光レンズ１４に集光される。つまり、光はＯＨＰシート１７を２度通過することになる。そのため透過光の量は光透過率の自乗分となる。表２より反射型ＯＨＰにおいては、約７０％の光透過率がないと各色の投射性が良好にはならない。
【００２６】以上の表１、２の結果より、記録ドットを半球状とした場合、透過型ＯＨＰに用いるときには、約０．０５以下のアスペクト比が必要であり、反射型ＯＨＰに用いるときには、約０．０４２以下のアスペクト比が必要であることがわかる。以下に具体例をあげて記録ドットのアスペクト比を小さくする方法を説明する。 図４にその方法の過程を示す。まず、インクジェットヘッド４１内に供給されたホットメルトインク組成物は、吐出可能な粘度になるまで加熱される。その後、インクジェットヘッド４１から吐出し、ＯＨＰシート１７に印字画像を得るのであるが、該ＯＨＰシート１７はそれ以前にプラテン４２によってインク組成物の融点以下の温度に保持されている。プラテン４２内部には赤外線ランプあるいはセラミックヒーター等のヒーター４３が設置されている。
【００２７】プラテン４２が融点以下の温度に保持されていることにより、インクジェットヘッド４１から吐出されたインク組成物は、ＯＨＰシート１７上に到達した後、急激に固化することなく徐冷され、固化に至るまでの時間が長くなる。この間にＯＨＰシート１７に付着したインク組成物はぬれ広がりアスペクト比が小さくなる。本発明者らの実験によるとインク組成物の融点をｍ(℃)、ヘッド温度をＴ(℃)とした場合、プラテンの温度Ｐ(℃)を下記の数式６に示した温度以上になるようにすることで０．０５以下のアスペクト比が得られることがわかった。
【００２８】
【数６】
【００２９】上記方法により、表２に示したインク組成物を用いてインクジェット記録を行った。インクジェットヘッド４１の駆動周波数は１０ｋＨｚ、印字密度は３００ｄｐｉとした。
【００３０】表３にヘッド温度、プラテン温度を種々変化させた場合に得られた記録ドットのアスペクト比を示す。
【００３１】
【表３】
【００３２】インク組成物は前記表２に示したものを用いたが、融点は９０℃であった。プラテンの温度を融点以上にすると、固化に至るまでの時間が長くなりアスペクト比はより小さくなるのであるが、逆に記録ドットがＯＨＰシート上でながれドットが不鮮明になってしまう上、高温にするほど消費電力増、危険性等のマイナス要因が増大する。よって融点以下が好ましく、融点より１０℃以上低いほうがより好ましい。
【００３３】こうして得られた種々のアスペクト比をもつ記録ドットを透過型ＯＨＰおよび反射型ＯＨＰにより投影し、その投射性を下記の評価１の方法により観察評価した。
【００３４】（評価１）ＯＨＰ投射性：印字済みのＯＨＰシートを、透過型および反射型ＯＨＰにより投影し、投射画像の観察をし、以下のように評価した。
【００３５】
・印字画像と色が鮮明に投影されている・・・・・・・好適（◎）
・印字画像の色が黒ずんでいるが色の識別はできる・・適（○）
・印字画像が暗く色が識別できない・・・・・・・・・劣悪（×）
この結果を表３に併せて示す。
【００３６】この結果より、実際にはインク組成物自体の光伝達損失があり、透過型ＯＨＰにおいては約０．０４５以下、反射型ＯＨＰにおいては約０．０４以下のアスペクト比が必要であることがわかる。
【００３７】以上記録ドットの記録媒体上での形状が半球状であると仮定した場合について述べてきた。次に図７R>７に示すような偏平な記録ドットについて説明する。このような偏平な記録ドットは、圧力、または圧力と熱により定着した場合に得られる。前述したように、記録ドットに入射する光の５０％以上が透過しないと透過型ＯＨＰでの投射性が良くない。また、反射型ＯＨＰにおいては７０％以上の透過率が無いと良好な投射性が得られない。５０％の透過率を得るためには、半球状の記録ドットを圧力あるいは圧力と熱により定着した場合、ドット半径の約７０％を平坦化する必要がある。定着前の半球状記録ドットのドット半径をａ1、ドット高さをｈ1とした場合、その体積Ｖ1は数式６で与えられる。
【００３８】
【数７】
【００３９】また、図７に示すような定着後の偏平な記録ドットの体積Ｖ2は、その形状が球台と仮定すると数式７で与えられる。ここでａ2はドット底部半径、ｂ2は平坦化された部分７１の半径、ｈ2は高さである。
【００４０】
【数８】
【００４１】この数式７、８より、例えば、定着前の記録ドットのドット半径ａ1を５０μ、ドット高さｈ1を２０μとすると、数式６よりその体積は約８２７２９μ3となる。この記録ドットを定着し、ドット半径の７０％を平坦化し、３００ｄｐｉ相当のドット半径６０μ以上を得るには、ドット高さは約９μ以下となる。これより、アスペクト比は、９／１２０＝０．０７５以下となる。同様に定着前のドット半径が５０μ、ドット高さが１０μである記録ドットの場合、アスペクト比は、約０．０４３以下となる。また、定着前のドット半径が３０μ、ドット高さが１０μである記録ドットの場合、アスペクト比は約０．０１６以下となる。反射型ＯＨＰを用いる場合は、ドット半径の約８４％を平坦化する必要があり、前述の透過型ＯＨＰを用いる場合より小さいアスペクト比が要求される。
【００４２】上記のような記録ドットは以下の方法により得られる。
【００４３】図５にシリアルインクジェットプリンタにおける定着方法の過程を示す。インクジェットヘッド４１内で加熱溶融されたインク組成物は、融点以下の温度に保持されたプラテン４２上のＯＨＰシート１７に吐出され印字画像を得る。その後、固化するまでの間にインクジェットヘッド４１に併設された加圧ローラ５１により加圧され偏平化し固化する。プラテン４２の保持温度は前述の数式６により得られる。プラテン４２内部には、赤外線ランプやセラミックヒータ等のヒータ４３が設置されている。加圧ローラ５１に加える圧力は、固化したインク記録ドットを加圧対象としたものではなく、固化する前の変形容易なインク記録ドットを対象とするものであるから、２ｋｇ／ｃｍ程度の大きさで良い。加圧力を大小に変化させることによりアスペクト比を制御できる。加圧力一定であっても、プラテン４２保持温度を上下することや、吐出温度を上下すること、また、吐出されてから加圧するまでの時間を変化させることによってもアスペクト比を制御できる。加圧ローラ５１の材質は熱伝導率の高いものが好ましく金属製のものが選ばれる。そして、定着時に加圧ローラ５１にインクが付着するオフセットを防ぐために、表面にテフロン（登録商標）やシリコン等の離形性の良好な樹脂層を設けることが好ましい。本実験においては、アルミニウム製のローラにテフロン（登録商標）を１ｍｍ厚で被覆した、長さ２．５ｃｍ、直径１ｃｍの加圧ローラ□を用い、加圧力は２ｋｇ／ｃｍとした。インクジェットヘッド４１の駆動周波数は１０ｋＨｚ、印字密度は３００ｄｐｉとした。アスペクト比制御はインク吐出温度、プラテン保持温度によって行い、定着前の記録ドットが定着することによりドット直径が１２０μなるように吐出量も制御した。表４にヘッド温度、プラテン温度と、各条件において得られたアスペクト比を示す。尚、インク組成物は表２に示した組成からなるものを用いた。
【００４４】
【表４】
【００４５】こうして得られた種々のアスペクト比をもつ記録ドットを透過型ＯＨＰおよび反射型ＯＨＰにより投影し、その投射性を前述の評価１の方法により観察評価した。その結果を表４に併せて示す。
【００４６】この結果より、良好なＯＨＰ投射性を得るには、インク組成物自体の光伝達損失があるため、約０．０７以下のアスペクト比が必要であることがわかる。インク組成物自体の光伝達損失が更に小さい場合には、アスペクト比が０．０７５まで良好なＯＨＰ投射性が得られる。
【００４７】他に、図６に示すようにインクジェットヘッド４１から吐出されたインク組成物６１が常温のプラテン４２上のＯＨＰシート１７に吐出され固化したインク滴を加熱プレート６２上で融点以上に加熱溶融した後、再固化するまでの間に加圧ローラ５１により加圧する方法によっても得ることができる。この方法によると、ＯＨＰシート１７上に吐出されて固化した記録ドット２１に対して、これを加熱再溶融するまでの時間的な制約はなく、再溶融させた記録ドット２１が再固化するまでの間にこれを加圧処理するだけに過ぎないから、加熱プレート６２と加圧ローラ５１はインクジェットヘッド４１の下手側であるならばＯＨＰシート１７等の記録媒体搬送経路のいずれの位置に配設することが可能であり装置のレイアウトを極めて有利にする。
【００４８】次に耐擦性について説明する。耐擦性とはホットメルトインクジェット記録を行って得られた印字物の印字品質評価の１つである。ホットメルトインクは記録媒体上に半球状に固化しているため、印字ドット高が高く、外部からの圧力や摩擦等によって印字ドットが崩れ落ち、印字品質を悪くしてしまうのである。実際の状況としては、例えば、爪等で印字物を擦った場合等にこの耐擦性の良悪が現れる。耐擦性のメカニズムを図８に示すように、円柱状の物体８１が記録ドット２１表面上を荷重ＷをかけつつＡ方向に移動するとモデル化する。記録ドット２１に横方向（水平成分）に加わる力Ｆは、記録ドット２１に加えられる荷重（垂直方向）をＷ、摩擦係数をμ、接触点を含む平面が水平面となす角度をａとすると、下記数式９で与えられる。
【００４９】
【数９】
【００５０】つまり、記録ドット２１に加わる横方向の力Ｆは、加えられる荷重Ｗに比例する。摩擦係数μが増加するほど大きくなる。水平面となす角度ａが大きくなるほど（ドット高さが高くなるほど）増大し、ある角度になると無限大（破壊されるまで力が加わり続ける）になる。ことがわかる。例えば、記録ドット２１の直径が１２０μでドット高さを変化させた場合、荷重Ｗを２００ｇ、摩擦係数を０．４とすると、横方向に加わる力Ｆは、ドット高さが５μの時１２０ｇ、１０μの時１７０ｇ、２０μの時３３０ｇ、３０μの時７４０ｇとなる。
【００５１】上述した各種定着方法により、ＯＨＰシート１７の代わりに紙を用いて記録ドットを定着した。そして、得られた印字物に対して以下の耐擦性評価を行った。
（評価２）耐擦性：印字済みのＯＨＰシートの印字面を、クリップで擦り、印字汚れの発生の有無を擦る回数によって以下のように評価した。クリップにかける荷重は２００ｋｇ／ｍｍ2とした。
【００５２】
・４０往復以上摩擦後発生無し・・・好適（◎）
・３０〜４０往復摩擦後発生あり・・適（○）
・３０往復以下摩擦後発生あり・・・劣悪（×）
この結果を定着により得られた記録ドットのアスペクト比と共に表５に示す。
【００５３】
【表５】
【００５４】表５より明らかなように、０．０７５以下のアスペクト比をもつ記録ドットにより得られた印字物は、耐擦性が良好である。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェット記録方法を用いることにより、従来のインクジェット記録において、問題となっていたＯＨＰ投射性、耐擦性が解決される。さらに詳しくはＯＨＰ樹脂フィルムシートへの印字物のカラー画像投影性、およびＯＨＰ樹脂フィルムシート、紙等の各種記録媒体への印字物の耐擦性が向上するという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】透過型および反射型ＯＨＰの光学系を示した概略図である。
【図２】ＯＨＰにおける記録ドットと集光レンズとの光学的関係を示した図である。
【図３】ＯＨＰにおける記録ドットと集光レンズとの光学的関係図の記録ドット部を拡大した図である。
【図４】本発明における記録ドットのアスペクト比を小さくする方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を示した斜視図である。
【図５】本発明における記録ドットのアスペクト比を小さくする方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を示した斜視図である。
【図６】本発明における記録ドットのアスペクト比を小さくする方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を示した構成図である。
【図７】本発明において圧力、または圧力と熱による定着によって得られる記録ドットを示した斜視図である。
【図８】耐擦性のメカニズムを示した図である。
【符号の説明】
１４ 集光レンズ
１７ ＯＨＰシート
２１ 記録ドット
２２ 集光レンズの張る角度
４１ インクジェットヘッド
４２ プラテン
４３ ヒータ
５１ 加圧ローラ
６２ 加熱プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】 常温で固体のインクを融点より高い温度において液化させて吐出させ、記録媒体上にドットを形成して所望の文字、画像等を記録する記録方法において、前記記録媒体上に形成された記録ドットのアスペクト比（ドット高さ／ドット直径）が０．０７５以下であることを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項１】 常温で固体のインクを融点より高い温度において液化させて吐出させ、記録媒体上にドットを形成して所望の文字、画像等を記録する記録方法において、前記記録媒体上に形成された記録ドットのアスペクト比（ドット高さ／ドット直径）が０．０７５以下であることを特徴とするインクジェット記録方法。
【図６】
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【公開番号】特開平６−９５４
【公開日】平成６年（１９９４）１月１１日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−１５８１４９
【出願日】平成４年（１９９２）６月１７日
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成６年（１９９４）１月１１日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）６月１７日
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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