説明

画像記録方法及び画像記録装置

【課題】記録媒体やインクジェットヘッドのバラツキ等に関わらず、画像品質の安定した画像の記録が可能な画像記録方法を提供する。
【解決手段】色材を含む第1のインク組成物とポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物を吐出前に混合し、吐出用インクを調製する工程と、インクジェット法で吐出された吐出用インクにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する工程と、計測された画像情報の値が所定範囲を満たすときには、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で吐出し、計測された画像情報の値が所定範囲を満たさないときには、前記値が所定範囲を満たすように前記2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で吐出することにより、着滴インクの液滴径を調整して記録媒体上に画像を記録する工程とを有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インクジェット法でインクを吐出して画像を記録する画像記録方法及び画像記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェット記録用の被記録媒体及びそれに用いるインクとしては、例えば発色濃度、定着性、解像度等、及び記録後のカール性など、高品位の記録物を得るための技術が種々検討されている。
【0003】
インクジェット記録用のインクに用いる着色剤には、耐光性や耐水性等の観点から、顔料が広く用いられており、例えば、顔料を分散させたときの分散粒径や分散後の安定性、サイズ均一性等、ヘッドからの吐出性などを向上させる等の検討が行なわれている。
【0004】
例えば、インクジェット技術は、オフィスプリンタ、ホームプリンタ等の分野に適用されてきたが、近年では商業印刷分野での応用がなされつつある。この商業印刷分野では、完全にインク溶剤の原紙への浸透をシャットアウトする、写真のような表面を有するものではなく、汎用の印刷紙のような印刷の風合いが要求されている。ここで、記録媒体における溶媒吸収層が厚くなると、記録媒体の表面光沢、質感、こわさ(コシ)等が制限されてしまう。そのため、商業印刷分野でのインクジェット技術の適用は、記録媒体に対する表面光沢、質感、こわさ(コシ)等の制限が許容されるポスター、帳票印刷等に留まっている。また、インクジェット記録専用の記録媒体は、溶媒吸収層、耐水層を有することによりコスト高となっており、この点も商業印刷分野へのインクジェット技術適用の制限の一因となっている。
【0005】
画像品質を向上させる技術としては、例えば、複数の濃度及び/又は色が異なるインクの混合割合を画像信号に基づいて変化させつつ吐出し、複数のインクの合計吐出体積流量が常に一定になるようにインク流量を制御する画像形成方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
また、ポリマー粒子を含み、着色剤を含まないクリアインク組成物と、イエロー、マゼンタ及びシアンのインク組成物とを備えるインクセットを用いて記録を行なう方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2000−246950号公報
【特許文献2】特開2003−292835号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記したインク流量の制御を行なう技術では、濃度や濃度階調、色を調整した画像の描画は可能になるものの、画像記録にあたり、例えば普通紙や一般のオフセット印刷などに用いられる塗工紙等のいわゆる一般印刷用紙を使用した場合に、記録媒体によっては、同一のインクを用いても画像中のドット径や濃度が変化して画像に変動を来しやすく、満足できる画像品質を安定的に得られない。
【0009】
また、クリアインク組成物とイエロー等の着色されたインク組成物とを単に併用して記録するだけでは、着滴インクの液滴径(ドット径)を制御することは困難であり、また、記録画像の耐擦過性や光沢の点でも不充分である。
【0010】
また、インクジェットヘッドの個体の性能バラツキも画像品質の安定化の点では無視できず、安定した記録特性を維持しようとすると、インクの最適物性はヘッド毎に調製しなければならない。
【0011】
さらに、1回のヘッド操作で記録可能なシングルパス方式で記録する等、高速記録する場合や既設のインクドット上に重ねてドット形成し、例えば多色画像を記録する場合にも、着滴したインクのドット径は均一であることが望まれる。
【0012】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、記録媒体の種類やインクジェットヘッドの性能バラツキ等の有無などの記録環境や条件に関わらず、解像度等に優れた高画質画像が得られると共に、画像品質の安定した画像の記録が可能な画像記録方法及び画像記録装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、画像を形成するインクドットの径は、インク中のポリマー粒子の含有濃度が関係し、ポリマー粒子の濃度を制御することにより、ドット径の変動が抑えられ、安定して所定のドット径を再現できるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。
【0014】
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 色材を含む第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物を吐出前に混合し、吐出用インクを調製する吐出用インク調製工程と、インクジェット法で吐出された前記吐出用インクにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する画像計測工程と、計測された画像情報の値が所定範囲を満たすときには、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクを前記記録媒体上にインクジェット法で吐出し、計測された画像情報の値が所定範囲を満たさないときには、前記値が所定範囲を満たすように前記2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクを前記記録媒体上にインクジェット法で吐出することにより、着滴インクの液滴径を調整して画像を記録する画像記録工程と、を有する画像記録方法である。
【0015】
<2> 前記画像情報の値は、ドット径、又は画像濃度であることを特徴とする前記<1>に記載の画像記録方法である。
<3> 前記第1のインク組成物中の全質量に対する有機溶剤の含有量と、前記第2のインク組成物中の全質量に対する有機溶剤の含有量との差が±10質量%以内であることを特徴とする前記<1>又は前記<2>に記載の画像記録方法である。
<4> 前記吐出用インク調製工程は、更に、少なくとも有機溶剤を含む第3のインク組成物を用い、第3のインク組成物を前記第1のインク組成物及び前記第2のインク組成物と混合して前記吐出用インクの濃度を調整することを特徴とする前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載の画像記録方法である。
<5> 前記インク組成物は更に界面活性剤を含み、各インク組成物中の全質量に対する前記界面活性剤の含有量の差が±10質量%以内であることを特徴とする前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の画像記録方法である。
【0016】
<6> 前記第3のインク組成物は、色材及びポリマー粒子の少なくとも一方の含有量が1質量%以下であることを特徴とする前記<4>又は前記<5>に記載の画像記録方法である。
<7> 前記画像記録工程は、インクジェットヘッドを用いて前記吐出用インクを吐出し、インクジェットヘッドのユニット単位毎に前記混合比率を変更することを特徴とする前記<1>〜前記<6>のいずれか1つに記載の画像記録方法である。
<8> 前記記録媒体が、原紙と無機顔料を含むコート層とを有する塗工紙であることを特徴とする前記<1>〜前記<7>のいずれか1つに記載の画像記録方法である。
【0017】
<9> 色材を含む第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物を吐出前に混合し、吐出用インクを調製する吐出用インク調製手段と、インクジェット法で吐出された前記吐出用インクにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する画像計測手段と、計測された画像情報の値が所定の範囲を満たすか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記画像情報の値が所定範囲を満たすと判定されたときは、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で前記記録媒体上に吐出し、前記画像情報の値が所定範囲を満たさないと判定されたときには、前記値が所定範囲を満たすように前記2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で前記記録媒体上に吐出するインク吐出制御手段と、を備えた画像記録装置である。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、記録媒体の種類やインクジェットヘッドの性能バラツキ等の有無などの記録環境や条件に関わらず、解像度等に優れた高画質画像が得られると共に、画像品質の安定した画像の記録が可能な画像記録方法及び画像記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の一実施形態に係る画像記録装置を示す概略構成図である。
【図2】図1のインク吐出ヘッドを拡大して示す概略断面図である。
【図3】画像記録工程における吐出用インクの調製・吐出の制御を行なうインク混合制御ルーチンを示す流れ図である。
【図4】32×64個の2次元ノズル配列の一部と打滴位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の画像記録方法について詳細に説明し、該説明を通じて、本発明の画像記録装置の詳細についても述べることとする。
【0021】
本発明の画像記録方法は、色材を含む第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物を吐出前に混合し、吐出用インク(以下、「混合インク」ということがある。)を調製する吐出用インク調製工程と、インクジェット法で吐出された吐出用インクにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する画像計測工程と、計測された画像情報の値が所定範囲を満たすときには、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクを前記記録媒体上にインクジェット法で吐出し、計測された画像情報の値が所定範囲を満たさないときには、前記値が所定範囲を満たすように前記2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクを前記記録媒体上にインクジェット法で吐出することにより、着滴インクの液滴径を調整して画像を記録する画像記録工程と、を設けて構成されたものである。本発明の画像記録方法は、必要に応じて、更に他の工程を設けて構成されてもよい。
【0022】
本発明においては、所望の記録媒体に記録を行なうに際し、事前にその記録媒体に混合インクを打滴して記録された画像(例えば着滴したインク滴;以下、「ダミー画像」ということがある。)をスキャナ等で取り込んで画像情報を計測し、その計測値(例えばドット径や画像濃度などの画像情報)を所定の閾値と照合し、照合結果をフィードバックして所定の閾値範囲を満たすように、ポリマー粒子を含むインク組成物との混合比率を決定することにより、記録時に吐出する吐出用インク中のポリマー粒子の量を調整することで、使用する記録媒体あるいはインクジェットヘッドの性質・性能差などで変動するインク滴のサイズ、形状のバラツキを抑えるので、安定的に画像品質の高い画像を記録することができる。また、複数のインク組成物を重ねて記録する場合にも、例えば1色目の色画像上に着滴した2色目以降のインク滴の拡がりを抑えることができ、安定的に画像品質の高い例えば多色の画像を記録することができる。
【0023】
以下、本発明の画像記録方法を構成する各工程について説明する。
−吐出用インク調製工程−
吐出用インク調製工程は、色材を含む第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物を吐出前に混合し、混合により吐出用インクを調製する。本工程では、所望の色相の画像部分を形成するためのインクとして、色材を含んで着色された第1のインク組成物を1種又は2種以上用い、さらに所望の色相に画像化した際のドット径が所望サイズになるように、第1のインク組成物にポリマー粒子を含む第2のインク組成物の1種又は2種以上を混合する。ポリマー粒子の混合により、画像の耐擦過性も向上させることができる。このとき、第1のインク組成物及び/又は第2のインク組成物は、それぞれ2種以上用いてもよく、3種以上のインク組成物を混合して吐出用インクとすることができる。
インク組成物を構成する各成分等の詳細については後述する。
【0024】
「吐出前に混合」とは、記録を行なう動作内の吐出にそなえた準備動作として混合することを指し、従来から一般に行なわれているように、記録を行なう一連の動作より前に予め、色材とポリマー粒子がともに含有されたインクを調製しておき、それを用いる場合は含まれない。「吐出前」は、例えば、吐出前の1分以内であるのが好ましく、10秒以内であるとより好ましい。
【0025】
吐出用インクは、所望とする色相の画像部分を形成するためのインクであるが、色材を含む第1のインク組成物により所望色相が得られる組成である場合、これと混合する第2のインク組成物が着色されている必要はない。第2のインク組成物は色材を含むこともでき、色材を含む第1のインク組成物と第2のインク組成物とを混合することにより、所望とする色相を持つ吐出用インクが調製されるようにしてもよい。また、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物により所望とするドット径が得られる場合、これと混合する第1のインク組成物はポリマー粒子を含有する必要はない。第1のインク組成物はポリマー粒子を含むこともでき、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物と第1のインク組成物とを混合することにより、所望のドット径や耐擦過性が得られる吐出用インクが調製されるようにしてもよい。
本発明においては、機能分離して保管時の液安定性を向上させる点、及び所望の色相、ドット形状を得やすくする点から、第1のインク組成物は、色材(特に顔料)を含み、ポリマー粒子の含有量が組成物全質量に対して5質量%以下(好ましくはポリマーを含まない(0(ゼロ)質量%))であって、第2のインク組成物は、ポリマー粒子を含み、色材(特に顔料)の含有量が組成物全質量に対して1質量%以下(好ましくは色材を含まない(0(ゼロ)質量%))である場合が好ましい。
【0026】
第1のインク組成物及び第2のインク組成物は、水性のインク組成物であることが好ましく、更に有機溶剤を含有する水性インクであるのが好ましい。有機溶剤を含有する場合、第1のインク組成物中の全質量に対する有機溶剤の含有量と、前記第2のインク組成物中の全質量に対する有機溶剤の含有量との差を±10質量%以内とすることが好ましい。両者間の有機溶剤の含有量の差が前記範囲内であると、混合後のインクの安定性が保たれ、ドット径を所望サイズに制御し易くなる。中でも、第1のインク組成物と第2のインク組成物との間の有機溶剤の含有量の差は、±5%以内であるのがより好ましく、±1%以内であるのが更に好ましく、含有量差のない(±0%)ことが最も好ましい。
【0027】
本発明においては、前記第1のインク組成物及び前記第2のインク組成物に加え、さらに有機溶剤を少なくとも含む第3のインク組成物を用いて吐出用インクを調製することができる。この場合、第3のインク組成物は、有機溶剤を含むことにより第1のインク組成物及び第2のインク組成物と混合した際に固形分濃度の調節が可能である。例えば、色材(特に顔料)やポリマー粒子の含有濃度が高い(例えば、顔料の割合が組成物全質量の5質量%以上、ポリマー粒子の割合が組成物全質量の10質量%以上)場合に、インクの吐出性、着滴したインクの広がり等を制御することができる。
【0028】
第3のインク組成物を用いる場合、第3のインク組成物における有機溶剤の含有量と第1のインク組成物及び/又は第2のインク組成物における有機溶剤の含有量との差が±10質量%以内であることが好ましく、±5%以内であるのがより好ましく、±1%以内であるのが更に好ましく、含有量差のない(±0%)ことが最も好ましい。上記同様に差が前記範囲内であると、混合後のインクの安定性が保たれ、ドット径を所望サイズに制御し易くなる。
【0029】
吐出用インクの粘度(20℃)としては、1.2mPa・s以上20.0mPa・s未満であることが好ましく、より好ましくは2mPa・s以上15mPa・s未満である。粘度は、VISCOMETER TV-22(TOKI SANGYO CO.LTD製)を用い、インク組成物を20℃に調整して測定されるものである。
このうち、吐出用インクの調製に用いる2種又は3種以上のインク組成物の粘度(20℃)としては、最終画像のドット径を所定の閾値内に調整し易くなる点で、第1及び第2のインク組成物のうちの一種は粘度が2mPa・s以上7mPa・s未満の範囲であって、他の一種は粘度が7mPa・s以上20mPa・s以下の範囲であることが好ましい。更には、同様の理由から、第1及び第2のインク組成物のうちの一種は粘度が3mPa・s以上7mPa・s未満の範囲であって、他の一種は粘度が7mPa・s以上15mPa・s以下の範囲であることがより好ましい。
【0030】
吐出用インクの粘度の調整は、第1のインク組成物及び第2のインク組成物中の溶剤含有量の調整や増粘剤の使用、あるいは樹脂粒子や顔料などの固形分量の変更などの方法、あるいは第3のインク組成物の混合割合を変化させる方法等により行なえる。
【0031】
吐出用インクの表面張力(25℃)としては、20mN/m以上60mN/m以下であることが好ましく、より好ましくは20mN以上45mN/m以下であり、更に好ましくは25mN/m以上40mN/m以下である。表面張力は、Automatic Surface Tensiometer CBVP-Z(協和界面科学(株)製)を用い、インク組成物を25℃に調整して測定されるものである。
このうち、吐出用インクに用いる2種又は3種以上のインク組成物の表面張力(25℃)としては、最終画像のドット径を所定の閾値内に調整し易くなる点で、第1及び第2のインク組成物のうちの一種は表面張力が20mN/m以上32mN/m未満の範囲であって、他の一種は表面張力が32mN/m以上50mN/m以下の範囲であることが好ましい。
【0032】
吐出用インクの表面張力の調整は、界面活性剤の使用、あるいは界面活性剤の含有割合や種類の変更などの方法、あるいは第3のインク組成物の混合割合を変化させる方法等により行なえる。
【0033】
インク組成物に界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の含有量は、第1のインク組成物と第2のインク組成物との間の差が±10質量%以内であることが好ましく、±5%以内であるのがより好ましく、±1%以内であるのが更に好ましく、含有量差のない(±0%)ことが最も好ましい。また、前記第3のインク組成物を用いる場合も同様に、第3のインク組成物と第1のインク組成物及び/又は第2のインク組成物との間の差が上記範囲内であることが好ましい。インク組成物間における界面活性剤の含有量の差が前記範囲内であると、混合後のインクの安定性が保たれ、ドット径を所望サイズに制御し易い。
【0034】
混合に用いる2種又は3種以上のインク組成物の混合の割合については、混合して得られる吐出用インク中のポリマー粒子の量が、使用する記録媒体の性質やインクジェットヘッドの性能などとの関係で、所望のドット径が得られる範囲内で適宜選択することができる。
【0035】
本発明における吐出用インク調製工程は、インク混合手段として、例えば、個々のインク組成物を貯留するために予め用意されたインク貯留タンクと各々接続され、各インク貯留タンクから供給された複数のインク組成物を所期の混合比率で収容して混合し、必要に応じ混合インクを一時的に貯留するインク混合用タンクを設けることにより行なうことができる。混合インクは、例えば、このインク混合用タンクからインクジェットヘッドに供給されて記録媒体上に吐出することができる。
また、吐出用インク調製工程は、例えば、個々のインク組成物を貯留するために予め用意されたインク貯留タンクと各々接続されたインクジェットヘッドの各吐出口が近接して配置され、各インク組成物が各吐出口の近傍で合流して混合し、吐出するインク吐出用ヘッドを設けて行なうこともできる。
【0036】
インク混合手段としては、例えば、図1〜図2に示すように、複数インクの混合により吐出用インクを調製すると共に、吐出用インクを吐出するインク吐出ヘッドを用いることができ、インク供給ポンプが取り付けられたインク供給管によって接続されたインク貯留タンクから貯留されたインク組成物が供給され、所定の比率で混合して吐出することができる。
【0037】
吐出用インク調製工程は、1つの画素に対して、複数のインク組成物は同じ共通のインク吐出口から記録媒体へ吐出するか、あるいは複数のインク組成物の吐出口を互いに近接させ、複数のインク組成物を別々に吐出、すなわち各インク組成物が各吐出口付近で合流し混合するものであってもよい。
【0038】
複数のインク組成物の流量(インク流量)は、種々の方法により制御することができる。例えば各インク流路へのインク供給圧力を一定に保ちつつ、各インク組成物の流路の断面積をピエゾ素子によって変化させるものが可能である。この場合、流路に臨むダイヤフラム弁をピエゾ素子で開閉する。ピエゾ素子は素子自身の機械的固有振動数(共振周波数)で駆動することができ、この周波数のパルス数を変えることにより素子の駆動時間を変え、流量を制御する。ピエゾ素子はアナログ信号によって連続的にその歪量(ダイヤフラム弁の開度)を制御することもでき、この場合にはアナログ信号の電圧により流量を制御することができる。
【0039】
複数のインク組成物の流量の全てをピエゾ素子を用いて制御する場合は、ピエゾ素子で制御するインク流路断面積を各々のインク組成物及び混合比率に対応させることが好ましい。例えば、各ピエゾ素子の駆動時間パルス数の比を混合比率に対応させるようにしたり、アナログ信号の電圧比を混合比率に対応させるようにする。
【0040】
各インク流路に供給する流量をインク供給ポンプの吐出量を変えることにより制御してもよい。例えばこのインク供給ポンプをパルスモータ(ステッピングモータ)で駆動し、このパルスモータの駆動パルス数によってインク流量を制御することができる。インク供給ポンプは、インク流路に設けた少なくとも1つの逆止弁と、この逆止弁近傍に設けたキャビティ部と、このキャビティ部の容量を変化させる可動部材とを備え、このキャビティ部の容量を変化させることによってインクを吐出するものが使用可能である。ここで用いられる逆止弁は、インクの流れ方向とその逆方向との抵抗が前者で小さく後者で大きくなるような幾何学的形状のもので構成できる。
【0041】
複数のインク流路にそれぞれパルスモータ駆動のインク供給ポンプを設けた場合には、インク供給ポンプをそれぞれ駆動するパルスモータの合計駆動パルス数を常に一定にすることにより、インク液体の合計流量を一定に制御することができる。なお、インク供給ポンプは、モータの回転量に吐出量が比例する容積型のものが望ましく、例えば円形のケース内面に密着させた可撓性チューブを内周側から偏心輪で一定方向にしごく形式のポンプや、ベーンポンプ、ギヤポンプなどが適する。
【0042】
各インク流路に設けるインク供給ポンプは、ピエゾ素子と逆止弁とで形成することができる。この場合、ピエゾ素子は素子に固有な機械的共振周波数で駆動されるダイヤフラム弁となる。各ピエゾ素子の駆動周波数のパルス数(一定時間内あるいは単位時間内のパルス数)の比率(各ピエゾ素子のパルス数の比率)が、混合されるインク組成物の混合比率に対応するように各ピエゾ素子を制御することにより、インク組成物の混合比を所望のとする比率に調整することができる。
【0043】
また、複数のインク組成物をそれらの混合割合を画像信号に基づいて変化させつつ、インク吐出口から記録媒体に吐出するように構成することができる。インクの混合制御は、例えば、複数のインク組成物のインク流量をそれぞれ独立に制御するインク流量制御手段と、画像信号に対応する各インク組成物の混合割合を求める演算部と、この演算部の演算結果に基づいてインク流量制御手段を駆動するドライバとを設けて構成できる。
【0044】
インク流量を制御するためには、インクの流路に例えばピエゾ素子で駆動するダイヤフラム式の流量制御弁を設ければよい。ピエゾ素子で駆動するダイヤフラム弁に代えて、熱−圧力効果によるダイヤフラム弁や、静電引力あるいは静電斥力によるダイヤフラム弁を用いてもよい。この場合、インク流路へのインク供給圧力は常に一定に保つことは勿論である。また、この流量制御弁に代えて、インク流路にインクを供給するインク供給ポンプの吐出量を制御してもよい。このポンプは容積型のものとしてパルスモータで駆動するのがよい。
【0045】
インク流量制御手段は、インク流路に設けた逆止弁と、この逆止弁近傍に設けたキャビティ部と、このキャビティ部の容量を変化させる可動部材とを備え、キャビティ部の容量を変化させることによりインク組成物を吐出する構造のものであってもよい。逆止弁は、インク組成物の流動方向とその逆方向とでインク流動抵抗が前者で小さく後者で大きくなるような幾何学的形状のものとすることができる。可動部材はピエゾ素子で駆動される(あるいはピエゾ素子自身により形成される)ダイヤフラムで構成することができる。可動部材は、熱−圧力効果や、静電引力もしくは静電斥力、磁歪効果、インクと別の流体の界面張力効果などを利用して駆動するダイヤフラムや、インク組成物とは別な流体の電気分解による気泡により駆動されるダイヤフラムで構成することもできる。
【0046】
−画像計測工程−
画像計測工程は、前記吐出用インク調製工程で調製された吐出用インクをインクジェット法で吐出することにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する。本工程では、最終画像の記録に用いるインクジェットヘッド及び記録媒体を用いて計測用の画像を描画し、後述の画像記録工程で混合比率を決定するための画像情報として、例えばドット径、画像濃度などの画像データを計測する。
【0047】
インクジェット法を利用した画像の記録は、具体的には、エネルギーを供与することにより、所望の被記録媒体、例えば普通紙、樹脂コート紙、インクジェット専用紙、フィルム、電子写真共用紙、布帛、ガラス、金属、陶磁器等に吐出用インクを吐出することにより行なえる。
【0048】
インクジェット法には、特に制限はなく、公知の方式、例えば、静電誘引力を利用してインクを吐出させる電荷制御方式、ピエゾ素子の振動圧力を利用するドロップオンデマンド方式(圧力パルス方式)、電気信号を音響ビームに変えインクに照射して放射圧を利用してインクを吐出させる音響インクジェット方式、及びインクを加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェット(バブルジェット(登録商標))方式等のいずれであってもよい。例えば、特開昭54−59936号公報に記載のような、熱エネルギーの作用を受けてインクが急激な体積変化を生じることによる作用力によってインクをノズルから吐出させるインクジェット法が有効である。また、インクジェット法で用いるインクジェットヘッドとしては、オンデマンド方式、コンティニュアス方式のいずれでもよく、ノズル等についても特に制限はなく適宜選択することができる。吐出方式としては、電気−機械変換方式(例えば、シングルキャビティー型、ダブルキャビティー型、ベンダー型、ピストン型、シェアーモード型、シェアードウォール型等)、電気−熱変換方式(例えば、サーマルインクジェット型、バブルジェット(登録商標)型等)、静電吸引方式(例えば、電界制御型、スリットジェット型等)及び放電方式(例えば、スパークジェット型等)などのいずれでもよい。
【0049】
また、インクジェットヘッドは、短尺のシリアルヘッドを用い、ヘッドを記録媒体の幅方向に走査させながら記録を行なうシャトル方式と、記録媒体の1辺の全域に対応して記録素子が配列されているラインヘッドを用いたライン方式とがあるが、ライン方式では、記録素子の配列方向と直交する方向に記録媒体を走査させることで記録媒体の全面に画像記録を行なうことができ、短尺ヘッドを走査するキャリッジ等の搬送系が不要となる。また、キャリッジの移動と記録媒体との複雑な走査制御が不要になり、記録媒体だけが移動するので、シャトル方式に比べて記録速度の高速化が実現できる。
【0050】
記録媒体上に描画された画像の計測は、例えば、画像中のドット径、細線等のラインの線幅、あるいは画像濃度などの画像情報に対して行なうことができる。画像の解像度、色相などの画像品質に大きく影響する点から、特に画像をなすインク滴のドット径又は画像濃度を計測し、これらの計測値に基づいて混合比率を決定するのが好ましい。すなわち、インク滴サイズや着滴後の拡がり(滲みなど)等が記録媒体の種類や吐出時の温湿度環境によるバラツキ、インクジェットヘッドの性能の個体差による影響で異なりやすいドット径又は画像濃度を指標に混合インクを最適化することにより、安定的に画像品質の高い画像が得られる。
【0051】
画像計測工程は、吐出用インクをインクジェット法で記録媒体上に吐出するインクジェットヘッド等のインク吐出手段と、記録媒体の上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する例えばスキャナ等の取込計測手段とを設けることにより行なうことができる。例えば、記録媒体上に記録した画像中のドットや細線をスキャナ等でスキャニングして画像データとして取り込んで解析、計測する方法により、画像の取り込み・計測が行なえる。
【0052】
スキャナ等の取込計測手段としては、公知のスキャナなどを目的等に応じて適宜選択して使用することができる。
【0053】
−画像記録工程−
画像記録工程は、前記画像計測工程で計測された画像情報の値が所定範囲を満たすときには、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクを記録媒体上にインクジェット法で吐出し、計測された画像情報の値が所定範囲を満たさないときには、前記値が所定範囲を満たすように、色材を含む前記第1のインク組成物とポリマー粒子を含む前記第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクを記録媒体上にインクジェット法で吐出することにより、着滴インクの液滴径を調整して画像を記録する。
【0054】
本発明における画像記録工程では、まず、前記画像計測工程で取り込まれた計測値(例えばドット径、画像濃度)が閾値となる所定の範囲を満たすか否かを判定する。具体的には、取り込まれた例えばドット径Dを目標のドット径Dに照らし、両者の差(ズレ)を算出して、その差の絶対値が所定の閾値の範囲を満たすか否かを判定することにより行なうことができる。
【0055】
上記のように判定した後、判定結果に基づいて、計測値(例えばドット径)が所定の閾値の範囲を満たさないと判定されたときには、例えば記録媒体上に所望より大サイズのインク滴が着滴したか、あるいは着滴後に滲む等して拡がり、高画質な画像が形成されにくい状況にあるため、計測値(例えばドット径、画像濃度)が所定の閾値を満足するように、既述の第1のインク組成物、第2のインク組成物、及び必要に応じて第3のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合されてなる吐出用インクを前記吐出用インク調製工程で用いた記録媒体上に吐出する。これより、記録媒体上に例えば所望のドット径のインク滴で形成された画像を、記録媒体の種類やインクジェットヘッドの性能バラツキによる影響を排して安定的に得ることができる。
【0056】
また、計測した画像情報の値(例えばドット径、画像濃度)が所定の閾値の範囲を満たすと判定されたときには、所望とする例えばドット径で所望とする記録媒体に画像が形成できる状態にあるため、前記吐出用インク調製工程での混合比率で混合された吐出用インクをそのまま前記吐出用インク調製工程で用いた記録媒体上に再吐出する。使用する記録媒体やインクジェットヘッドとの関係で既に例えば適切なドット径や画像濃度が得られており、画像品質の高い画像を記録できるので、混合比率を変更する必要はない。
【0057】
計測値が所定の範囲を満たすか否かの判定は、個々の計測値の全てあるいはその一部に対して行なってもよいし、計測された計測値の平均値に対して行なってもよい。また、個々の計測値の全てあるいはその一部について、目標値との差をとり、その差の絶対値の平均値に対して判定してしてもよい。例えば、計測値としてドット径[μm]を用いる場合は、取り込まれたドット径Dと目標のドット径Dとの差の絶対値(|D−D|)の平均をとり、その平均値が所定の閾値以下であるか否かにより判定することができる。
【0058】
本発明の画像記録方法では、画像記録工程における混合インクの調製、吐出は、前記画像計測工程で計測された計測値を利用して手動で行なってもよいし、自動で行なうこともできる。
ここで、図3を参照し、ドット径を判定した結果に基づいて吐出用インクを調製、吐出するインク混合制御ルーチンを例に具体的に説明する。ここでは、顔料を含みポリマー粒子を含まない第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含み色材を含まない第2のインク組成物とをそれぞれ1種ずつ使用した場合を例に説明する。
【0059】
図3に示すように、まずステップ100において、ダミー画像中のインクドットをスキャニングしたデータから計測されたドット径Dを取り込み、次のステップ120で、目標とするドット径Dとの差を求め、ドット径Dとドット径Dとの差の絶対値(|D−D|)を算出する。次いで、ステップ140において、|D−D|の値が閾値P以下であるか否かが判定され、|D−D|が閾値Pを超えていると判定されたときには、着滴したインク滴のドット径のバラツキが大きいので、ステップ160に移行する。
【0060】
ステップ160では、顔料を含む第1のインク組成物及びポリマー粒子を含む第2のインク組成物の混合比率を、(D−D)の値から判断し、DがDに近づく方向に吐出用インク中のポリマー粒子の量を調節するため、D>Dであるときは、第1のインク組成物及び第2のインク組成物の混合比率を変更してドット径Dが小さくなるようにポリマー粒子の量を調整し、D<Dであるときは、第1のインク組成物及び第2のインク組成物の混合比率を変更してドット径Dが逆に大きくなるようにポリマー粒子の量を調整する。このとき、調製される吐出用インクの固形分濃度などに応じて、必要により、濃度調整用として(好ましくは、顔料等の色材及びポリマー粒子を含まない)第3のインク組成物をさらに用い、固形分濃度、粘度、表面張力等を調節しながら吐出用インクを調製してもよい。
この場合、例えば、顔料、有機溶剤及び水を含み且つポリマー粒子の含有量が5質量%以下の第1のインク組成物、ポリマー粒子、有機溶剤及び水を含み且つ顔料の含有量が1質量%以下の第2のインク組成物、及び有機溶剤及び水を含み且つ顔料及びポリマー粒子の含有量が1質量%以下の第3のインク組成物を用いた態様が好ましい。
【0061】
次のステップ180において、再び吐出用インク調製工程を実施し、変更後の混合比率で吐出用インクを調製すると共に、インクジェット法でこの吐出用インクを記録媒体の上に吐出して、再びダミー画像を描画する。
【0062】
描画後は、ステップ200において、ステップ120と同様に、目標とするドット径Dとの差を求め、ドット径Dとドット径Dとの差の絶対値(|D−D|)を算出する。そして、次のステップ220において、|D−D|の値が閾値P以下であるか否かが判定される。
【0063】
ステップ220では、|D−D|が閾値P以下であると判定されたときには、所望とするドット径での画像の記録が可能であるので、そのままステップ240に移行し、ステップ240で混合比率が決定され、その混合比率で調製された混合インクを吐出して画像を記録する。記録後は、そのまま本ルーチンを終了する。
【0064】
一方、ステップ220において、|D−D|が閾値Pをなお超えていると判定されたときには、未だ着滴したインク滴のドット径のバラツキが大きいので、ステップ160に戻って同様の操作を繰り返し、|D−D|が閾値P以下となるまで混合比率の調整を繰り返す。
【0065】
なお、ステップ140において、|D−D|が閾値P以下であると判定されたときには、既に所望とするドット径で画像記録が可能であるので、そのままステップ240で混合比率が決定され、その混合比率で調製された混合インクを吐出して画像を記録する。記録後は、そのまま本ルーチンを終了する。
【0066】
上記のインク混合制御ルーチンでは、あらかじめ所定の比率で混合した吐出用インクでドット径を計測した後、計測データに基づいて吐出用インク中に含まれるポリマー粒子の割合(量)を変え、ドット径が所期の閾値範囲を満たすまでこれを継続する方法を中心に説明したが、はじめに混合比率を数点振って複数の吐出用インクを用意し、まとめてダミー画像を描画した後にドット径を前記同様にスキャナ等で取り込んで計測し、一度に取り込まれた計測値が所定の範囲を満たすか否かを判定して混合比率を決定してもよい。
【0067】
画像記録工程は、インクジェットヘッドを用いて吐出用インクを吐出することが好ましく、この場合には、インクジェットヘッドのユニット単位毎、すなわち例えば同じ吐出用インクを吐出するヘッドの集合を1ユニットとし、そのユニット単位毎に吐出用インクの混合比率を変更する形態が好ましい。
【0068】
本発明の画像記録装置は、上記の本発明の画像記録方法の各工程を実施して画像記録するのに好適であり、具体的には、色材を含む第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物(以下、単に「インク」ともいう。)を吐出前に混合し、吐出用インクを調製する吐出用インク調製手段と、インクジェット法で吐出された吐出用インクにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する画像計測手段と、計測された画像情報の値が所定の範囲を満たすか否かを判定する判定手段と、判定手段により、画像情報の値が所定範囲を満たすと判定されたときは、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で前記記録媒体上に吐出し、画像情報の値が所定範囲を満たさないと判定されたときには、前記値が所定範囲を満たすように前記2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で前記記録媒体上に吐出するインク吐出制御手段とを設けて構成されている。
【0069】
図1は、本発明の画像記録装置の一実施形態を示す。図1に示すように、本実施形態に係る画像記録装置は、複数インクの混合により吐出用インクを調製すると共に、吐出用インクを吐出するインク吐出ヘッド11と、画像の濃度信号を取り込むと共に、混合される2種もしくは3種のインクの供給量(混合比率)を制御する制御部12と、画像を取り込んで計測するスキャナ14と、インク(第1のインク組成物、第2のインク組成物、第3のインク組成物)を貯留するインク貯留タンク35,36,37とを備えている。
【0070】
インク吐出ヘッド11は、図2に示すように、第1のインク流路20と、第2のインク流路22と、これらの各流路20,22の流路断面積を変化させるインク流量制御手段としての流量制御弁24,26とを備えている。
【0071】
インク貯留タンク35,36には、一方に色材を含む第1のインク組成物が収容され、他方にポリマー粒子を含む第2のインク組成物が収容されている。また、インク貯留タンク37には、第1のインク組成物及び第2のインク組成物の混合時の濃度調整用として、有機溶剤を主成分(好ましくは全質量の10質量%以上)とした第3のインク組成物が収容されており、必要に応じて混合可能なようになっている。第1のインク組成物及び第2のインク組成物は、インク貯留タンク35,36からインク供給ポンプP1,P2によって、それぞれ第1のインク流路20、第2のインク流路22に一定圧力で送出されると共に、第3のインク組成物はインク貯留タンク37からインク供給ポンプP3によって第2のインク流路22に一定圧力で送出可能な構成になっている。ここで用いるポンプP1,P2,P3としては、例えば、インク吐出側に圧力調整弁を備え、吐出圧を一定に保持する構造のものが挙げられる。
【0072】
流量制御弁24,26は、例えばピエゾ素子24A、26Aと、これら素子24A,26Aの歪みによってインク流路20,22内に進退動するダイヤフラム24B,26Bとを有する。これらのピエゾ素子24A,26Aは、制御部12(図1参照)によって、各インク通路20,22から供給される第1及び第2のインクの混合比率を制御する。
【0073】
制御部12は、図3に示すインク混合制御ルーチンを実行し、インク貯留タンク35,36,37中の各インク組成物の混合比率を制御することができるようになっている。インク混合制御ルーチンの詳細については既述の通りである。
【0074】
制御部12は、図2に示すように、演算部38とドライバ40,42とを備えている。演算部38は、スキャナ14により取り込まれた濃度信号(画像信号)に基づいて第1及び第2のインク並びに第3のインクの混合割合(S1/S2/S3)を演算する。第1及び第2のインクの供給量S,Sは、スキャナ14で取り込まれた画像から計測された計測値(例えばドット径)に基づいて、所望の画像(例えばドット径)が得られるように決定される。このとき、第3のインクの供給量Sは、インク流路22に送出されるインクの供給量S又はSに対してインク供給ポンプP3の駆動を所望量が得られるように制御する等により決定される。ドライバ40,42は、各流路20,22の供給量がS1,S2となるようにピエゾ素子24A、26Aを駆動する。例えばピエゾ素子24A、26Aは、素子固有の機械的な共振周波数を有するパルスによって駆動され、このパルス数によってダイヤフラム24B,26Bの開閉回数が制御され、その結果、流量S,Sが制御されるように構成することができる。この場合、インク流路20,22の流路抵抗やインク供給圧力やダイヤフラム24B、26Bの開閉条件等が揃っているものとすれば、ピエゾ素子24A、26Aの駆動パルス数の合計が一定になるように制御することにより、合計流量S=S+Sを一定に管理することができる。
【0075】
スキャナ14は、用紙上の画像をスキャニングして取り込み、例えばドット径や画像濃度などを計測する。計測されたドット径や画像濃度などの計測値は、インク混合比率の制御のために制御部12に取り込まれるようになっている。
【0076】
プラテン19に巻掛けられた用紙10の走行方向におけるスキャナ14の下流には、インク吐出ヘッド11で画像が記録された用紙10を加熱し、インクを乾燥させるヒータ13が設けられている。ヒータ13により、記録画像を所望により乾燥させることができるようになっている。
【0077】
〜吐出用インク〜
ここで、本発明における吐出用インクを構成する各成分について詳述する。
吐出用インクが記録媒体上に吐出されることにより、単色画像又は多色のカラー画像(例えばフルカラー画像)を記録することができる。フルカラー画像の記録には、最終的に吐出用インクに含まれる顔料等の色材の色相を所望により変更することにより、マゼンタ色調のインク、シアン色調のインク、イエロー色調のインクとして用いることができる。さらに、色調を整えるために、ブラック色調のインクを用いることができる。また、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の色調以外のレッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)、白色(W)の色調のインクや、いわゆる印刷分野における特色のインク等を用いることができる。
【0078】
本発明における吐出用インクは、既述のように、色材を含む第1のインク組成物とポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを少なくとも混合して調製されるものである。第1のインク組成物は、例えば、色材、水溶性有機溶剤、及び水を含む組成で調製することができ、また、第2のインク組成物は、例えば、ポリマー粒子、水溶性有機溶剤、及び水を含む組成で調製することができる。このとき、第1のインク組成物は、必要に応じてポリマー粒子、界面活性剤及びその他の成分を用いて構成することができ、第2のインク組成物は、必要に応じてポリマー粒子、界面活性剤及びその他の成分を用いて構成することができる。
【0079】
<色材>
色材としては、公知の染料、顔料等を特に制限なく用いることができる。中でも、インク着色性の観点から、水に殆ど不溶であるか、又は難溶である色材であることが好ましく、特に顔料が好ましい。顔料は、有機顔料、無機顔料のいずれであってもよい。
【0080】
前記有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、多環式顔料、染料キレート、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、などが挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、多環式顔料などがより好ましい。前記アゾ顔料の例としては、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、などが挙げられる。前記多環式顔料の例としては、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、インジゴ顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料、などが挙げられる。前記染料キレートの例としては、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート、などが挙げられる。
【0081】
前記無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化鉄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエロー、カーボンブラック、などが挙げられる。これらの中でも、カーボンブラックが特に好ましい。なお、前記カーボンブラックとしては、例えば、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたものが挙げられる。
【0082】
本発明においては、着色剤として含有される顔料を、顔料分散剤(好ましくは水不溶性樹脂)で被覆して液中に分散させることが好ましい。これにより、顔料粒子を微粒径にして存在させることができ、分散後には高い分散安定性が得られる。この場合、顔料は必ずしも粒子表面の全体が被覆されている必要はなく、場合により粒子表面の少なくとも一部が被覆された状態であってもよい。
【0083】
具体的には、液安定性及び吐出安定性の観点から、顔料は、例えば(1)カプセル化顔料、(2)自己分散顔料、(3)樹脂分散顔料、又は(4)界面活性剤分散顔料等の水分散性顔料であることが好ましい。
(1)カプセル化顔料は、ポリマー微粒子に顔料を含有させてなるポリマーエマルジョンであり、詳しくは、親水性水不溶性の樹脂で顔料を被覆し顔料表面の樹脂層にて親水化することで顔料を水に分散したものである。
(2)自己分散顔料は、表面に少なくとも1種の親水基を有し、分散剤の不存在下で水分散性及び水溶性の少なくともいずれかを示す顔料、詳しくは、主にカーボンブラックなどを表面酸化処理して親水化し、顔料単体が水に分散するようにしたものである。
(3)樹脂分散顔料は、質量平均分子量50,000以下の水溶性高分子化合物により分散された顔料である。
(4)界面活性剤分散顔料は、界面活性剤により分散された顔料である。
上記のうち、好ましい例は(1)カプセル化顔料、又は(2)自己分散顔料であり、特に好ましい例は(1)カプセル化顔料である。
【0084】
ここで、(1)カプセル化顔料について詳述する。
カプセル化顔料の樹脂は、限定されるものではないが、水と水溶性有機溶剤の混合溶媒中で自己分散能又は溶解能を有し、かつアニオン性基(酸性)を有する高分子化合物であるのが好ましい。この樹脂は、通常は数平均分子量が1,000〜100,000の範囲程度のものが好ましく、3,000〜50,000の範囲程度のものが特に好ましい。また、この樹脂は、有機溶剤に溶解して溶液となるものが好ましい。樹脂の数平均分子量は、この範囲内であると顔料における被覆膜として又はインクとした際の塗膜としての機能を発揮することができる。樹脂は、アルカリ金属や有機アミンの塩の形で用いられるのが好ましい。
【0085】
カプセル化顔料の樹脂の具体例としては、熱可塑性、熱硬化性あるいは変性のアクリル系、エポキシ系、ポリウレタン系、ポリエーテル系、ポリアミド系、不飽和ポリエステル系、フェノール系、シリコーン系、又はフッ素系の樹脂;塩化ビニル、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、又はポリビニルブチラール等のポリビニル系樹脂、アルキド樹脂、フタル酸樹脂等のポリエステル系樹脂、メラミン樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アミノアルキド共縮合樹脂、ユリア樹脂、尿素樹脂等のアミノ系材料、あるいはそれらの共重合体又は混合物などのアニオン性基を有する材料などが挙げられる。
これら樹脂のうち、アニオン性のアクリル系樹脂は、例えば、アニオン性基を有するアクリルモノマー(以下、「アニオン性基含有アクリルモノマー」という。)及び必要に応じて該アニオン性基含有アクリルモノマーと共重合可能な他のモノマーを溶媒中で重合して得られる。アニオン性基含有アクリルモノマーとしては、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、及びホスホン基からなる群より選ばれる1個以上のアニオン性基を有するアクリルモノマーが挙げられ、中でもカルボキシル基を有するアクリルモノマーが特に好ましい。
【0086】
カルボキシキル基を有するアクリルモノマーの具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、エタアクリル酸、プロピルアクリル酸、イソプロピルアクリル酸、イタコン酸、フマル酸等が挙げられる。これらの中でも、アクリル酸又はメタクリル酸が好ましい。
【0087】
カプセル化顔料は、上記の成分を用いて、従来の物理的、化学的方法により製造することができる。例えば、特開平9−151342号、特開平10−140065号、特開平11−209672号、特開平11−172180号、特開平10−25440号、又は特開平11−43636号の各公報に記載の方法により製造することができる。具体的には、特開平9−151342号及び特開平10−140065号の各公報に記載の転相乳化法と酸析法等が挙げられ、中でも、分散安定性の点で転相乳化法が好ましい。
【0088】
転相乳化法は、基本的には、自己分散能又は溶解能を有する樹脂と顔料との混合溶融物を水に分散させる自己分散(転相乳化)方法である。また、この混合溶融物には、上記の硬化剤又は高分子化合物を含んでなるものであってもよい。ここで、混合溶融物とは、溶解せず混合した状態、溶解して混合した状態、又はこれら両者の状態のいずれの状態を含むものをいう。「転相乳化法」のより具体的な製造方法は、特開平10−140065号に記載の方法が挙げられる。
なお、転相乳化法及び酸析法のより具体的な方法については、特開平9−151342号、特開平10−140065号の各公報に記載を参照することができる。
【0089】
前記顔料としては、顔料分散剤のうち水不溶性樹脂を用い、顔料の表面の少なくとも一部が水不溶性樹脂で被覆されたカプセル化顔料、例えば水不溶性樹脂粒子に顔料が含有されているポリマーエマルジョンが好ましく、より詳しくは、水不溶性樹脂で顔料の少なくとも一部を被覆し、顔料表面に樹脂層を形成して水に分散させ得る態様が好ましい。
【0090】
色材(特に顔料)の第1のインク組成物中における含有量としては、発色性、粒状性、インク安定性、吐出信頼性の観点から、第1のインク組成物の全固形分に対して、0.5〜20質量%となる量が好ましく、1〜15質量%となる量がより好ましい。
また色材(特に顔料)の吐出用インク中における含有量としては、発色性、粒状性、インク安定性、吐出信頼性の観点から、吐出用インクの全固形分に対して、0.1〜15質量%となる量が好ましく、0.5〜12質量%となる量がより好ましい。
【0091】
前記顔料分散剤は、顔料を分散させた際の易分散化及び分散後の分散安定化を図ることができる。顔料分散剤としては、顔料を水相中で分散させる機能を持つ化合物の中から適宜選択することができる。顔料分散剤の例としては、ノニオン性化合物、アニオン性化合物、カチオン性化合物、両性化合物等が挙げられる。例えば、α,β−エチレン性不飽和基を有するモノマーの単独重合体又は共重合体等が挙げられる。α,β−エチレン性不飽和基を有するモノマーの例としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、酢酸ビニル、酢酸アリル、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、クロトン酸エステル、イタコン酸、イタコン酸モノエステル、マレイン酸、マレイン酸モノエステル、マレイン酸ジエステル、フマル酸、フマル酸モノエステル、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、スルホン化ビニルナフタレン、ビニルアルコール、アクリルアミド、メタクリロキシエチルホスフェート、ビスメタクリロキシエチルホスフェート、メタクリロキシエチルフェニルアシドホスフェート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等のスチレン誘導体、ビニルシクロヘキサン、ビニルナフタレン、ビニルナフタレン誘導体、芳香族基を置換してもよいアクリル酸アルキルエステル、アクリル酸フェニルエステル、芳香族基を置換してもよいメタクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸フェニルエステル、メタクリル酸シクロアルキルエステル、クロトン酸アルキルエステル、イタコン酸ジアルキルエステル、マレイン酸ジアルキルエステル、並びにこれら化合物の誘導体等が挙げられる。
【0092】
前記α,β−エチレン性不飽和基を有するモノマーの単独重合体又は共重合体を高分子分散剤として用いることができる。具体的には、アクリル酸アルキルエステル−アクリル酸共重合体、メタクリル酸アルキルエステル−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸アルキルエステル−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニルエステル−メタクリル酸、スチレン−メタクリル酸シクロヘキシルエステル−メタクリル酸共重合体、スチレン−スチレンスルホン酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−メタクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、ポリスチレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
【0093】
顔料分散剤としては、顔料の粒子表面に存在しやすく分散安定性を付与する点から、水不溶性樹脂が好ましく、更には親水性構造単位(a)と疎水性構造単位(b)とを有する水不溶性樹脂であることが好ましい。この水不溶性樹脂は、必要に応じて、疎水性構造単位(a)及び親水性構造単位(b)に含まれない他の構造単位を更に有してもよい。
【0094】
<親水性構造単位(a)>
親水性構造単位(a)は、親水性基含有のモノマーに由来するものであれば、特に制限はなく、1種の親水性基含有モノマーに由来するものでも、2種以上の親水性基含有モノマーに由来するものでもよい。前記親水性基としては、特に制限はなく、解離性基であっても、ノニオン性の親水性基であってもよい。
【0095】
本発明における水不溶性樹脂は、解離性基を有するモノマー(解離性基含有モノマー)及び/又は非イオン性の親水性基を有するモノマーを用いて解離性基及び/又は非イオン性の親水性基を導入することができる。解離性基は、乳化又は分散状態の安定性の観点から好ましい。解離性基としては、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基などが挙げられ、中でも、インク組成物を構成した場合の分散安定性の観点から、カルボキシル基が好ましい。
【0096】
前記親水性基含有モノマーとしては、解離性基含有モノマーが好ましく、解離性基とエチレン性不飽和結合とを有する解離性基含有モノマーがより好ましい。解離性基含有モノマーとしては、例えば、不飽和カルボン酸モノマー、不飽和スルホン酸モノマー、不飽和リン酸モノマー等が挙げられる。
前記不飽和カルボン酸モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸等が挙げられる。前記不飽和スルホン酸モノマーとしては、例えば、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート、ビス−(3−スルホプロピル)−イタコン酸エステル等が挙げられる。前記不飽和リン酸モノマーとしては、例えば、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、ビス(メタクリロキシエチル)ホスフェート、ジフェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート、ジフェニル−2−メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジブチル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート等が挙げられる。
解離性基含有モノマーの中では、分散安定性、吐出安定性の観点から、不飽和カルボン酸モノマーが好ましく、アクリル酸及びメタクリル酸がより好ましい。
【0097】
このほかの親水性構造単位(a)としては、非イオン性の親水性基を有するモノマーに由来の構造単位を用いることができる。非イオン性の親水性基を有する構造単位を形成するモノマーとしては、エチレン性不飽和結合等の重合体を形成しうる官能基と非イオン性の親水性の官能基とを有していれば、特に制限はなく、公知のモノマーから選択することができる。入手性、取扱い性、汎用性の観点から、ビニルモノマー類が好ましい。
【0098】
親水性構造単位(a)としては、親水性の官能基を有する(メタ)アクリレート類、(メタ)アクリルアミド類、及びビニルエステル類等の、親水性の官能基を有するビニルモノマー類を挙げることができる。ここで、「親水性の官能基」としては、水酸基、アミノ基、(窒素原子が無置換の)アミド基、及び後述のポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のアルキレンオキシド、等が挙げられる。
【0099】
親水性構造単位(a)の具体例としては、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、アミノエチルアクリレート、アミノプロピルアクリレート、アルキレンオキシド重合体を含有する(メタ)アクリレートを好適に挙げることができる。
【0100】
非イオン性の親水性基を有する親水性構造単位は、対応するモノマーの重合により形成することができるが、重合後のポリマー鎖に親水性の官能基を導入してもよい。非イオン性の親水性基を有する親水性構造単位は、アルキレンオキシド構造を有する親水性の構造単位がより好ましい。アルキレンオキシド構造のアルキレン部位としては、親水性の観点から、炭素数1〜6のアルキレン部位が好ましく、炭素数2〜6のアルキレン部位がより好ましく、炭素数2〜4のアルキレン部位が特に好ましい。また、アルキレンオキシド構造の重合度としては、1〜120が好ましく、1〜60がより好ましく、1〜30が特に好ましい。また、非イオン性の親水性基を有する親水性構造単位は、水酸基を含む親水性の構造単位であることも好ましい態様である。構造単位中の水酸基数としては、特に制限はなく、水不溶性樹脂の親水性、重合時の溶媒や他のモノマーとの相溶性の観点から、1〜4が好ましく、1〜3がより好ましく、1〜2が特に好ましい。
【0101】
上記において、例えば、親水性構造単位の含有割合は、後述する疎水性構造単位(b)の割合で異なる。例えば、水不溶性樹脂がアクリル酸及び/又はメタクリル酸〔親水性構造単位(a)〕と後述の疎水性構造単位(b)とのみから構成される場合、アクリル酸及び/又はメタクリル酸の含有割合は、「100−疎水性構造単位の質量%」で求められる。親水性構造単位(a)は、一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。
親水性構造単位(a)の含有比率としては、水不溶性樹脂の全質量に対して、0質量%を超え15質量%以下の範囲が好ましく、2質量%以上15質量%以下の範囲がより好ましく、5質量%以上15質量%以下の範囲が更に好ましく、8質量%以上12質量%以下の範囲が特に好ましい。
【0102】
<疎水性構造単位(b)>
疎水性構造単位(b)としては、主鎖を形成する原子に連結基を介して結合された芳香環を有する構造単位が好適に挙げられる。
このような芳香環を持つ構造単位では、芳香環が、連結基を介して水不溶性樹脂の主鎖をなす原子と結合され、水不溶性樹脂の主鎖をなす原子に直接結合しない構造を有するので、疎水性の芳香環と親水性構造単位との間に適切な距離が維持されるため、水不溶性樹脂と顔料との間で相互作用が生じやすく、強固に吸着して分散性がさらに向上する。
【0103】
「主鎖を形成する原子に連結基を介して結合された芳香環を有する構造単位」の中でも、顔料の微粒子化を容易に行なえる点で、下記構造式(2)で表される構造単位が好ましい。
【0104】
【化1】

【0105】
前記構造式(2)において、Rは、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表す。
また、Lは、−COO−、−OCO−、−CONR−、−O−、又は置換もしくは無置換のフェニレン基を表し、Rは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基を表す。なお、Lで表される基中の*印は、主鎖に連結する結合手を表す。フェニレン基が置換されている場合の置換基としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基等、シアノ基等が挙げられる。Lは、単結合、又は炭素数1〜30の2価の連結基を表し、2価の連結基である場合は、好ましくは炭素数1〜25の連結基であり、より好ましくは炭素数1〜20の連結基であり、更に好ましくは炭素数1〜15の連結基である。中でも、特に好ましくは、炭素数1〜25(より好ましくは1〜10)のアルキレンオキシ基、イミノ基(−NH−)、スルファモイル基、及び、炭素数1〜20(より好ましくは1〜15)のアルキレン基やエチレンオキシド基[−(CHCHO)−,n=1〜6]などの、アルキレン基を含む2価の連結基等、並びにこれらの2種以上を組み合わせた基などである。また、Arは、芳香環から誘導される1価の基を表す。Arで表される芳香環としては、特に限定されないが、ベンゼン環、炭素数8以上の縮環型芳香環、ヘテロ環が縮環した芳香環、又は2個以上連結したベンゼン環が挙げられる。炭素数8以上の縮環型芳香環、及びヘテロ環が縮環した芳香環の詳細については既述の通りである。
【0106】
前記構造式(2)で表される構造単位のうち、Rが水素原子又はメチル基であり、L−COO−であり、Lがアルキレンオキシ基及び/又はアルキレン基を含む炭素数1〜25の2価の連結基である構造単位の組合せが好ましく、より好ましくは、Rが水素原子又はメチル基であり、L−COO−であり、L−(CH−CH−O)−〔nは平均の繰り返し数を表し、n=1〜6である。〕である場合が好ましい。
【0107】
前記「炭素数8以上の縮環型芳香環」は、少なくとも2以上のベンゼン環が縮環した芳香環、少なくとも1種の芳香環と該芳香環に縮環して脂環式炭化水素で環が構成された炭素数8以上の芳香族化合物である。具体的な例としては、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、アセナフテンなどが挙げられる。前記「ヘテロ環が縮環した芳香環」とは、ヘテロ原子を含まない芳香族化合物(好ましくはベンゼン環)と、ヘテロ原子を有する環状化合物とが縮環した化合物である。ここで、ヘテロ原子を有する環状化合物は、5員環又は6員環であることが好ましい。ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、又は硫黄原子が好ましい。ヘテロ原子を有する環状化合物は、複数のヘテロ原子を有していてもよい。この場合、ヘテロ原子は互いに同じでも異なっていてもよい。ヘテロ環が縮環した芳香環の具体例としては、フタルイミド、アクリドン、カルバゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾールなどが挙げられる。
【0108】
以下、前記構造式(2)で表される構造単位を形成し得るモノマーの具体例を列挙する。但し、本発明においては、これらの具体例に制限されるものではない。
【0109】
【化2】

【0110】
前記構造式(2)で表される構造単位の中でも、分散安定性の観点から、ベンジルメタアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、及びフェノキシエチルメタクリレートから選ばれる化合物に由来する構造単位が好ましい。本発明における水不溶性樹脂は、疎水性構造単位(b)として、これらから選ばれる構造単位の1種又は2種以上を有することが好ましい。前記「主鎖を形成する原子に連結基を介して結合された芳香環を有する構造単位」の水不溶性樹脂中における含有比率は、顔料の分散安定性、吐出安定性、洗浄性の観点から、水不溶性樹脂の全質量に対して40質量%以上であることが好ましい。この構成単位の含有比率は、好ましくは40質量%以上75質量%未満であり、より好ましくは40質量%以上70質量%未満であり、更に好ましくは40質量%以上60質量%未満である。また、主鎖を形成する原子に連結基を介して結合された芳香環の割合は、耐擦過性の向上の点で、水不溶性樹脂の全質量に対して15質量%以上27質量%以下が好ましく、15質量%以上25質量%以下がより好ましく、15質量%以上20質量%以下が特に好ましい。前記範囲に調整すると、耐擦過性、インク安定性、吐出信頼性が向上する。
【0111】
また、前記水不溶性樹脂は、分散安定性の観点から、(メタ)アクリル酸の炭素数1〜4のアルキルエステルに由来する構造単位を有する場合が好ましい。(メタ)アクリル酸には、アクリル酸及びメタクリル酸が含まれる。(メタ)アクリル酸のアルキルエステルの具体例としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、(イソ)プロピル(メタ)アクリレート、(イソ又はターシャリー)ブチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。アルキルエステルのアルキル部位の炭素数は1〜4であるが、好ましくは1〜2である。前記「(メタ)アクリル酸の炭素数1〜4のアルキルエステルに由来する構造単位」の水不溶性樹脂中における含有比率は、水不溶性樹脂の全質量に対して15質量%以上であることが、分散安定性付与の点で好ましい。この構成単位の含有比率は、好ましくは20〜60質量%、更には20〜50質量%である。
【0112】
上記以外の他の疎水性構造単位(b)としては、例えば、前記親水性構造単位(a)に属しない(例えば親水性の官能基を有しない)例えば(メタ)アクリルアミド類及びスチレン類及びビニルエステル類などのビニルモノマー類、(メタ)アクリル酸のアルキル(炭素数1〜4)エステル類などの(メタ)アクリレート類、等に由来の構造単位を挙げることができる。これらの構造単位は、1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
【0113】
前記(メタ)アクリルアミド類としては、例えば、N−シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド、N−(2−メトキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアリル(メタ)アクリルアミド、N−アリル(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。前記スチレン類としては、例えば、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、n−ブチルスチレン、tert−ブチルスチレン、メトキシスチレン、ブトキシスチレン、アセトキシスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、ブロモスチレン、クロロメチルスチレン、酸性物質により脱保護可能な基(例えばt−Bocなど)で保護されたヒドロキシスチレン、ビニル安息香酸メチル、及びα−メチルスチレン、ビニルナフタレン等などが挙げられ、スチレン、α−メチルスチレンが好ましい。前記ビニルエステル類としては、例えば、ビニルアセテート、ビニルクロロアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルブチレート、ビニルメトキシアセテート、及び安息香酸ビニルなどのビニルエステル類が挙げられる。中でも、ビニルアセテートが好ましい。前記(メタ)アクリレート類としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、(イソ)プロピル(メタ)アクリレート、(イソ又はターシャリー)ブチル(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0114】
前記親水性構造単位(a)及び前記疎水性構造単位(b)の組成としては、それぞれの親水性、疎水性の程度にもよるが、疎水性構造単位(b)の含有割合が、水不溶性樹脂の全体質量に対して、80質量%を超える組成である場合が好ましく、85質量%を超える組成である場合がより好ましい。換言すれば、親水性構造単位(a)の含有割合としては、水不溶性樹脂の全体質量に対して、15質量%以下の範囲が好ましい。親水性構造単位(a)が15質量%以下であると、顔料の分散に寄与せず単独で水性液媒体中に溶解する成分が減少し、顔料の分散状態を良好に維持でき、粘度上昇が抑えられるので、インクジェット記録用インクとしたときの吐出性を良好にすることができる。
【0115】
本発明における水不溶性樹脂は、各構造単位が不規則的に導入されたランダム共重合体、又は規則的に導入されたブロック共重合体のいずれでもよい。ブロック共重合体である場合の各構造単位は、いかなる導入順序で合成されたものであってもよく、同一の構成成分を2回以上利用してもよい。汎用性、製造性の観点から、水不溶性樹脂は、ランダム共重合体であることが好ましい。
【0116】
水不溶性樹脂の酸価としては、顔料分散性、保存安定性の観点から、100以下が好ましく、30mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であることがより好ましく、30mgKOH/g以上85mgKOH/g以下であることが更に好ましく、50mgKOH/g以上85mgKOH/g以下であることが特に好ましい。なお、酸価とは、水不溶性樹脂の1gを完全に中和するのに要するKOHの質量(mg)で定義され、JIS規格(JISK0070、1992)記載の方法により測定されるものである。
【0117】
水不溶性樹脂の分子量としては、重量平均分子量(Mw)で3万以上が好ましく、3万〜15万がより好ましく、更に好ましくは3万〜10万であり、特に好ましくは3万〜8万である。分子量が3万以上であると、分散剤としての立体反発効果が良好になる傾向があり、立体効果により顔料へ吸着し易くなる。また、数平均分子量(Mn)では1,000〜100,000の範囲程度のものが好ましく、3,000〜50,000の範囲程度のものが特に好ましい。数平均分子量が前記範囲内であると、顔料における被覆膜としての機能又はインクの塗膜としての機能を発揮することができる。本発明における水不溶性樹脂は、アルカリ金属や有機アミンの塩の形で使用されることが好ましい。また、水不溶性樹脂の分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)としては、1〜6の範囲が好ましく、1〜4の範囲がより好ましい。分子量分布が前記範囲内であると、インクの分散安定性、吐出安定性を高められる。なお、数平均分子量及び重量平均分子量は、TSKgel GMHxL、TSKgel G4000HxL、TSKgel G2000HxL(いずれも東ソー(株)製)のカラムを使用したGPC分析装置により、溶媒THFにて示差屈折計により検出し、標準物質としてポリスチレンを用いて換算することにより表される分子量である。
【0118】
水不溶性樹脂は、種々の重合方法、例えば溶液重合、沈澱重合、懸濁重合、沈殿重合、塊状重合、乳化重合により合成することができる。重合反応は、回分式、半連続式、連続式等の公知の操作で行なうことができる。重合の開始方法は、ラジカル開始剤を用いる方法、光又は放射線を照射する方法等がある。これらの重合方法、重合の開始方法は、例えば、鶴田禎二「高分子合成方法」改定版(日刊工業新聞社刊、1971)や大津隆行、木下雅悦共著「高分子合成の実験法」化学同人、昭和47年刊、124〜154頁に記載されている。具体的には、水不溶性樹脂は、モノマー混合物と必要に応じて有機溶媒及びラジカル重合開始剤とを含んだ混合物を、不活性ガス雰囲気下で共重合反応させることにより製造することができる。重合方法のうち、特にラジカル開始剤を用いた溶液重合法が好ましい。溶液重合法で用いられる溶剤は、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンゼン、トルエン、アセトニトリル、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール等の種々の有機溶剤が挙げられる。溶剤は、1種単独で又は2種以上を併用してもよい。また、水との混合溶媒として用いてもよい。重合温度は、生成するポリマーの分子量、開始剤の種類などと関連して設定する必要があり、通常は0℃〜100℃程度であるが、50〜100℃の範囲で重合を行なうことが好ましい。反応圧力は、適宜選定可能であるが、通常は1〜100kg/cmであり、特に1〜30kg/cm程度が好ましい。反応時間は、5〜30時間程度である。得られた樹脂は、再沈殿などの精製を行なってもよい。
【0119】
以下、水不溶性樹脂として好ましい具体例を示す。但し、下記に限定されるものではない。
【0120】
【化3】

【0121】
【化4】

【0122】
【化5】



【0123】
【化6】

【0124】
【化7】

【0125】
顔料と顔料分散剤との比率は、質量比で100:25〜100:140が好ましく、より好ましくは100:25〜100:50である。顔料分散剤の比率は、100:25以上であると分散安定性と耐擦性が良化する傾向が得られ、100:140以下であると分散安定性が良化する傾向が得られる。
【0126】
<有機溶剤>
有機溶剤としては、水溶性有機溶剤が好ましい。水溶性有機溶剤の例としては、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルカンジオール(多価アルコール類);グルコース、マンノース、フルクトース等の糖類;糖アルコール類;ヒアルロン酸類;エタノール、メタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの炭素数1〜4のアルキルアルコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、1−メチル−1−メトキシブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテルなどのグリコールエーテル類等が挙げられる。これらは、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0127】
乾燥防止や湿潤の目的としては、多価アルコール類が有用であり、例えば、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオールなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0128】
浸透促進の目的としては、ポリオール化合物が好ましく、脂肪族ジオールが好適である。脂肪族ジオールとしては、例えば、2−エチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、3,3−ジメチル−1,2−ブタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールなどが挙げられる。これらの中でも、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールが好ましい例として挙げることができる。
【0129】
<水>
吐出用インクは、水を含有するものであるが、水の量には特に制限はない。中でも、水の量は、安定性及び吐出信頼性確保の点から、吐出用インクの全質量に対して、好ましくは10質量%以上99質量%以下であり、より好ましくは30質量%以上80質量%以下であり、更に好ましくは、50質量%以上70質量%以下である。
【0130】
<ポリマー粒子>
ポリマー粒子を含むことにより、ドット径の制御が可能であると共に、記録画像の耐擦性を向上させることができる。ポリマー粒子としては、例えば、熱可塑性、熱硬化性あるいは変性のアクリル系、エポキシ系、ポリウレタン系、ポリエーテル系、ポリアミド系、不飽和ポリエステル系、フェノール系、シリコーン系、又はフッ素系の樹脂、塩化ビニル、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、又はポリビニルブチラール等のポリビニル系樹脂、アルキド樹脂、フタル酸樹脂等のポリエステル系樹脂、メラミン樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アミノアルキド共縮合樹脂、ユリア樹脂、尿素樹脂等のアミノ系材料、あるいはそれらの共重合体又は混合物などのアニオン性基を有する樹脂の粒子が挙げられる。これらのうち、アニオン性のアクリル系樹脂は、例えば、アニオン性基を有するアクリルモノマー(アニオン性基含有アクリルモノマー)及び必要に応じて該アニオン性基含有アクリルモノマーと共重合可能な他のモノマーを溶媒中で重合して得られる。前記アニオン性基含有アクリルモノマーとしては、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、及びホスホン基からなる群より選ばれる1以上を有するアクリルモノマーが挙げられ、中でもカルボキシル基を有するアクリルモノマー(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、エタアクリル酸、プロピルアクリル酸、イソプロピルアクリル酸、イタコン酸、フマル酸等)が好ましく、特にはアクリル酸又はメタクリル酸が好ましい。
【0131】
ポリマー粒子の平均粒子径は、体積平均粒子径で10〜400nmの範囲が好ましく、10〜200nmの範囲がより好ましく、10〜100nmの範囲が更に好ましく、特に好ましくは10〜50nmの範囲である。10nm以上の平均粒子径であることで製造適性が向上する。また、400nm以下の平均粒径とすることで保存安定性が向上する。また、ポリマー粒子の粒径分布に関しては、特に制限はなく、広い粒径分布を持つもの又は単分散の粒径分布を持つもののいずれでもよい。また、水不溶性粒子を2種以上混合して使用してもよい。
なお、ポリマー粒子の平均粒子径及び粒径分布は、ナノトラック粒度分布測定装置UPA−EX150(日機装(株)製)を用いて、動的光散乱法により体積平均粒径を測定することにより求められるものである。
【0132】
ポリマー粒子の第2のインク組成物中における含有量としては、画像の光沢性などの観点から、第2のインク組成物の全固形分に対して、2〜40質量%であることが好ましく、4〜20質量%であることがより好ましい。
また、ポリマー粒子の吐出用インク中における含有量としては、画像の光沢性などの観点から、吐出用インクの全固形分に対して、1〜30質量%であることが好ましく、2〜15質量%であることがより好ましい。
【0133】
<界面活性剤>
吐出用インクは、これを調製する際に用いるインク組成物に含まれることにより、界面活性剤の少なくとも1種を表面張力調整剤として含むことができる。表面張力調整剤としてはノニオン性、カチオン性、アニオン性、ベタイン性の界面活性剤が挙げられる。表面張力の調整剤の含有量は、インクジェット法で良好に打滴する点で、インク組成物の表面張力を20〜60mN/mに調整できる量が好ましく、より好ましくは20〜45mN/m、更に好ましくは25〜40mN/mに調整できる量である。
【0134】
界面活性剤としては、分子内に親水部と疎水部を合わせ持つ構造を有する化合物等を用いることができ、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及びノニオン性界面活性剤を挙げることができる。更には、上記の高分子物質(高分子分散剤)を界面活性剤としても使用することもできる。
【0135】
界面活性剤のインク組成物中における含有量は、特に制限はないが、好ましくは0.5〜10質量%であり、より好ましくは1〜3質量%である。
【0136】
<その他の添加剤>
本発明におけるインク組成物は、上記の成分に加え、必要に応じてその他の添加剤を含むことができる。その他の添加剤としては、例えば、界面活性剤、紫外線吸収剤、褪色防止剤、防黴剤、pH調整剤、防錆剤、酸化防止剤、乳化安定剤、防腐剤、消泡剤、粘度調整剤、分散安定剤、キレート剤等の公知の添加剤が挙げられる。
【0137】
本発明の画像記録方法は、記録媒体に上に画像を記録する。記録媒体には、特に制限はなく、普通紙、あるいは一般のオフセット印刷などに用いられるいわゆる上質紙、コート紙、アート紙などのセルロースを主体とした一般印刷用紙を用いることができる。セルロースを主体とする一般印刷用紙は、水性インクを用いた一般のインクジェット法による画像記録においては比較的インクの吸収、乾燥が遅く、打滴後に色材移動が起こりやすく、画像品質が低下しやすい等、紙質や表面性などで記録媒体によっては必ずしも安定した画像の記録が行なえないが、本発明の画像記録方法によると、安定的に画像品質の高い画像を記録することができる。
【0138】
記録媒体の中でも、一般のオフセット印刷などに用いられるいわゆる塗工紙が好ましい。塗工紙は、セルロースを主体とした一般に表面処理されていない上質紙や中性紙等の表面にコート材を塗布してコート層を設けたものである。特に、原紙と無機顔料(例えばカオリン及び/又は重炭酸カルシウムなど)を含むコート層とを有する塗工紙が好ましく、具体的にはアート紙、コート紙、軽量コート紙、又は微塗工紙がより好ましい。塗工紙の具体例としては、王子製紙(株)製の「OKプリンス上質」、日本製紙(株)製の「しおらい」、及び日本製紙(株)製の「ニューNPI上質」等の上質紙(A)、王子製紙(株)製の「OKエバーライトコート」及び日本製紙(株)製の「オーロラS」等の微塗工紙、王子製紙(株)製の「OKコートL」及び日本製紙(株)製の「オーロラL」等の軽量コート紙(A3)、王子製紙(株)製の「OKトップコート+」及び日本製紙(株)製の「オーロラコート」等のコート紙(A2、B2)、王子製紙(株)製の「OK金藤+」及び三菱製紙(株)製の「特菱アート」等のアート紙(A1)等が挙げられる。また、インクジェット記録用の各種写真専用紙を用いることも可能である。
【実施例】
【0139】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
【0140】
−樹脂分散剤P−1の合成−
下記スキームにしたがって、以下に示すようにして樹脂分散剤P−1を合成した。
【0141】
【化8】

【0142】
攪拌機、冷却管を備えた1000mlの三口フラスコにメチルエチルケトン88gを加え窒素雰囲気下で72℃に加熱し、ここにメチルエチルケトン50gにジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート0.85g、ベンジルメタクリレート60g、メタクリル酸10g、メチルメタクリレート30gを溶解した溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに1時間反応した後メチルエチルケトン2gにジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート0.42gを溶解した溶液を加え、78℃に昇温し4時間加熱した。得られた反応溶液は大過剰量のヘキサンに2回再沈殿し、析出した樹脂を乾燥して、樹脂分散剤P−1を96g得た。
得られた樹脂の組成は、H−NMRで確認し、GPCより求めた重量平均分子量(Mw)は46,000であった。さらに、JIS規格(JISK0070:1992)に記載の方法により酸価を求めたところ、65.2mgKOH/gであった。
【0143】
−ラテックスの調製−
水120gに、ラテムルASK(花王(株)製、カルボン酸塩系乳化剤)19.8g、5mol/L水酸化ナトリウム水溶液6g、及び2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩0.3gを加え、均一に溶解させた。70℃に加熱し、窒素気流下に、スチレン25.9gとブチルアクリレート26.3gとアクリル酸5.1gのモノマー混合物を2時間かけて添加した。その後、70℃で2時間、80℃で3時間加熱した。室温に冷却後、pHが9前後になるように、攪拌しながら1mol/L水酸化ナトリウム水溶液を加えて、ラテックスPL−01を得た。得られたラテックスの体積平均粒子径は、115nmであった。また、ラテックス分散液の固形分は、33質量%であった。
【0144】
−顔料含有樹脂粒子の分散物−
ピグメント・ブルー15:3(大日精化工業(株)製、フタロシアニンブル−A220)10部と、前記樹脂分散剤P−1を5部と、メチルエチルケトン42部と、1規定NaOH水溶液5.5部と、イオン交換水87.2部とを混合し、ビーズミルで0.1mmφジルコニアビーズを使用して2〜6時間分散した。得られた分散物を減圧下、55℃でメチルエチルケトンを除去し、さらに一部の水を除去することにより、顔料濃度が10.2質量%の顔料含有樹脂粒子の分散物を得た。
【0145】
−顔料含有インク液の調製−
上記で得た顔料含有樹脂粒子の分散物を用い、下記組成となるように各成分を混合し、その後5μmメンブランフィルタで濾過して顔料含有インク液(第1のインク組成物)を調製した。このとき、VISCOMETER TV-22(TOKI SANGYO CO.LTD製)を用いて測定した粘度(25℃)は3.5mPa・sであり、Automatic Surface Tensiometer CBVP-Z(協和界面科学(株)製)を用いて測定した表面張力(25℃)は34.3mN/mであった。
<組成>
・前記顔料含有樹脂粒子の分散物(顔料固形分) ・・・ 8質量%
・サンニックスGP250(三洋化成工業社製;有機溶剤) ・・・15質量%
・オルフィンE1010(日信化学工業(株)製;界面活性剤)・・・ 1質量%
・イオン交換水 ・・・(総量を100質量%とするための残量)
【0146】
−ポリマー微粒子含有インク液の調製−
上記で得たラテックスPL−01を用い、下記組成となるように各成分を混合し、その後5μmメンブランフィルタで濾過してポリマー微粒子含有インク液(第2のインク組成物)を調製した。このとき、上記同様に粘度及び表面張力を測定したところ、粘度(25℃)は5.8mPa・sであり、表面張力(25℃)は32.3mN/mであった。
<組成>
・前記ラテックスPL−01(固形分) ・・・16質量%
・サンニックスGP250(三洋化成工業社製;有機溶剤) ・・・15質量%
・オルフィンE1010(日信化学工業(株)製;界面活性剤)・・・ 1質量%
・イオン交換水 ・・・(総量を100質量%とするための残量)
【0147】
−濃度調整用インク液の調製−
下記組成となるように各成分を混合し、濃度調整用インク液(第3のインク組成物)を調製した。このとき、上記同様に粘度及び表面張力を測定したところ、粘度(25℃)は1.9mPa・sであり、表面張力(25℃)は29.3mN/mであった。
<組成>
・サンニックスGP250(三洋化成工業社製;有機溶剤) ・・・15質量%
・オルフィンE1010(日信化学工業(株)製;界面活性剤)・・・ 1質量%
・イオン交換水 ・・・(総量を100質量%とするための残量)
【0148】
(実施例1)
記録媒体として、用紙A(特菱アート両面N、坪量104.7g/m、三菱製紙(株)製)、用紙B(OKトップコート+、坪量104.7g/m、王子製紙(株)製)、用紙C(ニューエイジ、坪量104.7g/m、王子製紙(株)製)の3種を用意した。
【0149】
また、インクジェット記録装置として、図1に示す装置を準備した。この装置は、図1に示すように、2種もしくは3種のインク液の混合により吐出用インクを調製すると共に、吐出用インクを吐出するインク吐出ヘッド11と、ダミー画像の濃度信号を取り込んで図3に示すインク混合制御ルーチンを実行し、混合される2種もしくは3種のインク液の供給量(混合比率)を制御する制御部12と、ダミー画像をスキャニングして読み込むスキャナ14と、インクを貯留するインク貯留タンク35,36,37とを備えている。
【0150】
インク吐出ヘッド11は、各インクを貯留する3つのインク貯留タンク35,36,37と、インク供給ポンプP1,P2,P3が取り付けられたインク供給管15、16、17によって接続されており、貯留されているインク液が各々独立に供給されるようになっている。インク吐出ヘッド11は、30×64個の2次元ノズル配列を有するノズル板を備えており、図4に32×64個の2次元ノズル配列の一部を示す。図4では、311〜341の4列のノズル列を示すが、実際にはこの4列と同様な繰り返し配列パターンで、合計64列が1個のヘッド・モジュールに配置され、各ノズル列には、32個のノズルが設けられている。図4で、Y方向が用紙搬送方向(副走査方向)であり、X方向がラインヘッドの長手方向(主走査方向)である。1本の主走査ライン260を打滴する場合、ドット314は、ノズル列311のノズル312から吐出される。ドット314と主走査方向に隣接するドット324は、ノズル列311に対して2個隣にあるノズル列331のノズル332から吐出される。ドット324と主走査方向に隣接するドット334は、ノズル列311の隣にあるノズル列321のノズル322から吐出される。ドット334と主走査方向に隣接するドット344は、ノズル列311と3個隣にあるノズル列341のノズル342から吐出される。このように、4個のノズル列を1個ずつ所定のパターンで使いまわすことで、主走査方向の隣接ドットを打滴する。
【0151】
また、インク吐出ヘッド11は、制御部12と電気的に接続されており、制御部12の要求に応じて、3種のインク液を各々の混合比率を制御して混合し、吐出用インクとして吐出することができる。制御部12は、さらにスキャナ14及びインク供給ポンプP1,P2,P3と電気的に接続されており、ドット径を計測するためのダミー画像を記録したときには、スキャナ14を駆動すると共に、スキャナで読み取られたドット径が取り込まれる。制御部12は、ドット径が取り込まれると、図3に示すインク混合制御ルーチンを実行して取り込んだドット径に基づいてインク吐出ヘッド11及びインク供給ポンプP1,P2,P3を制御する。図3のインク混合制御ルーチンの詳細については既述の通りである。スキャナ14は、制御部12の要求に応じて駆動すると、ダミー画像をスキャニングし、画像のドット径を計測することができる。
【0152】
−画像記録・評価−
まず、用紙Aを用い、顔料含有インク液、ポリマー粒子含有インク液、及び濃度調整用インク液をインク貯留タンク35,36,37に収容した。図1に示すインクジェット記録装置を起動すると、記録媒体である用紙Aが巻掛けられたプラテン19が回転駆動し、下記表1中の水準1の混合比率(初期設定)になるように、顔料含有インク液、ポリマー粒子含有インク液、及び濃度調整用インク液を混合し、混合後の吐出用インクをインク吐出ヘッド11から吐出し、ダミー画像を描画した。このとき、吐出する吐出用インクの吐出液滴量、インク塗設量は、それぞれ2.4pL、10.8g/mとした。
その後、描画したダミー画像をスキャナ14で読み取り、そのドット径Dと目標のドット径D(=30μm)との差の絶対値δ(=|D−D|)を算出し、その値δを下記の判定基準にしたがって判定した(図3のステップ100〜ステップ140)。このとき、閾値は2μmとした。その結果、判定は「△」で所期の閾値を満たさず、ドット径が大きく安定した画像品質が得られないため、表1中の水準2の混合比率に変更し、再び同様の操作を行なってダミー画像を描画した(図3のステップ160〜ステップ220)。その結果、判定は「◎」となり、用紙Aにドット径の良好な画像を記録できるため、混合比率を水準2に決定し(図3のステップ240)、水準2の混合比率で混合した吐出用インクを用紙Aに吐出して画像を記録した。なお、表1中の水準3の混合比率に変更した場合、判定は「△」で所期の閾値を満たさず、ドット径が再び大きくなり、安定した画像品質が得られなかった。
<判定基準>
◎:δ<1μm
○:1μm≦δ<2μm
△:2μm≦δ<3μm
×:δ≧3μm
【0153】
次に、用紙Aを用紙B、Cに順次変更して、上記同様の操作を行ない、画像の記録を行なった。このとき、用紙Bでは、水準1の混合比率でドット径が閾値を満足したため、混合比率を変更せずに混合比率を水準1に決定し(図3のステップ100〜ステップ140及びステップ240)、水準1の混合比率で混合した混合インクを用紙Bに吐出して画像を記録した。また、用紙Cでは、水準1の混合比率で「△」であったため、上記同様に水準2に混合比率を変更(図3のステップ160〜ステップ220)した結果、やはり判定は「△」で所期の閾値を満たさないため、再び表1中の水準3の混合比率に変更して同様の操作を行なった結果(図3のステップ160〜ステップ220)、判定は「◎」となり、用紙Cにドット径の良好な画像の記録が可能なため、混合比率を水準3に決定し(図3のステップ240)、水準3の混合比率で混合した混合インクを用紙Cに吐出して画像を記録した。結果を下記表1に示す。
以上のように、用紙ごとのドット不均一が解消され、画像品質の安定した画像の記録が行なえた。
【0154】
また、水準1〜水準3で吐出した吐出用インクの安定性を以下の方法で評価した。
各水準と同様の混合割合で混合した直後の吐出用インクを、60℃の恒温槽中で28日間保存後の粒子径、粘度を測定し、下記(1)及び(2)の合否を判定して以下に示す評価基準にしたがって評価した。評価結果は下記表1に示す。
<評価項目>
(1)粒子径の変化が10nm以内
(2)粘度の変化が10%以内
<評価基準>
○・・・2項目とも合格の場合
△・・・1項目のみ合格の場合
×・・・2項目とも不合格の場合
【0155】
(比較例1)
実施例1において、顔料含有インク液、ポリマー粒子含有インク液、及び濃度調整用インク液に代えて下記の水性インクを用い、この水性インクをインク貯留タンク35に収容し、第1のインク流路20に一定圧力で送出することにより、インク吐出ヘッド11から吐出して描画し、描画した画像をスキャナ14で読み取ってドット径を求めた。このとき、水性インクの吐出液滴量、インク塗設量は、それぞれ2.4pL、10.8g/mとした。なお、実施例1で調製した顔料含有インク液、ポリマー粒子含有インク液及び濃度調整用インク液はいずれも混合しなかった。また、実施例1と同様に、安定性の評価を行なった。
【0156】
−水性インクの調製−
下記組成となるように各成分を混合し、その後5μmメンブランフィルタで濾過して比較用の水性インクを調製した。上記と同様にして測定した粘度(25℃)、表面張力(25℃)は、それぞれ3.4mPa・s、33.3mN/mであった。
<組成>
・前記顔料含有樹脂粒子の分散物(顔料固形分) ・・・ 4質量%
・前記ラテックスPL−01(固形分) ・・・ 5質量%
・サンニックスGP250(三洋化成工業社製;有機溶剤) ・・・15質量%
・オルフィンE1010(日信化学工業(株)製;界面活性剤)・・・ 1質量%
・イオン交換水 ・・・(総量を100質量%とするための残量)
【0157】
下記表1に示すように、予め顔料とポリマー粒子とを混合した水性インクを用いて画像を記録した比較例1では、記録媒体に合わせたドット径の調節ができないため、用紙Aではドット不均一が解消され、画像品質の良好な画像が得られたものの、用紙B及び用紙Cについてまで用紙Aと同等の高画質な画像を得ることができなかった。また、比較例1の水性インクでは、顔料及びポリマー粒子が混在するため、インク自体の安定性も実施例で用いたインク液と比べて悪く、画像品質の安定した画像を得る点で実施例に比べ劣っていた。
【0158】
【表1】

【符号の説明】
【0159】
10・・・記録媒体
11・・・インク吐出ヘッド
12・・・制御部
14・・・スキャナ
35,36,37・・・インク貯留タンク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
色材を含む第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物を吐出前に混合し、吐出用インクを調製する吐出用インク調製工程と、
インクジェット法で吐出された前記吐出用インクにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する画像計測工程と、
計測された画像情報の値が所定範囲を満たすときには、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクを前記記録媒体上にインクジェット法で吐出し、計測された画像情報の値が所定範囲を満たさないときには、前記値が所定範囲を満たすように前記2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクを前記記録媒体上にインクジェット法で吐出することにより、着滴インクの液滴径を調整して画像を記録する画像記録工程と、
を有する画像記録方法。
【請求項2】
前記画像情報の値は、ドット径、又は画像濃度であることを特徴とする請求項1に記載の画像記録方法。
【請求項3】
前記第1のインク組成物中の全質量に対する有機溶剤の含有量と、前記第2のインク組成物中の全質量に対する有機溶剤の含有量との差が±10質量%以内であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像記録方法。
【請求項4】
前記吐出用インク調製工程は、更に、少なくとも有機溶剤を含む第3のインク組成物を用い、第3のインク組成物を前記第1のインク組成物及び前記第2のインク組成物と混合して前記吐出用インクの濃度を調整することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像記録方法。
【請求項5】
前記インク組成物は更に界面活性剤を含み、各インク組成物中の全質量に対する前記界面活性剤の含有量の差が±10質量%以内であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の画像記録方法。
【請求項6】
前記第3のインク組成物は、色材及びポリマー粒子の少なくとも一方の含有量が1質量%以下であることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の画像記録方法。
【請求項7】
前記画像記録工程は、インクジェットヘッドを用いて前記吐出用インクを吐出し、インクジェットヘッドのユニット単位毎に前記混合比率を変更することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像記録方法。
【請求項8】
前記記録媒体が、原紙と無機顔料を含むコート層とを有する塗工紙であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の画像記録方法。
【請求項9】
色材を含む第1のインク組成物と、ポリマー粒子を含む第2のインク組成物とを含む2種以上のインク組成物を吐出前に混合し、吐出用インクを調製する吐出用インク調製手段と、
インクジェット法で吐出された前記吐出用インクにより記録媒体上に描画された画像を取り込んで画像情報を計測する画像計測手段と、
計測された画像情報の値が所定の範囲を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記画像情報の値が所定範囲を満たすと判定されたときは、前記混合時の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で前記記録媒体上に吐出し、前記画像情報の値が所定範囲を満たさないと判定されたときには、前記値が所定範囲を満たすように前記2種以上のインク組成物の混合比率を変更し、変更後の混合比率で混合された吐出用インクをインクジェット法で前記記録媒体上に吐出するインク吐出制御手段と、
を備えた画像記録装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−184428(P2010−184428A)
【公開日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−29971(P2009−29971)
【出願日】平成21年2月12日(2009.2.12)
【出願人】(306037311)富士フイルム株式会社 (25,513)
【Fターム(参考)】