(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）デジタルデータ信号に応答して、インクジェットインクのコンティニュアス流がノズルから噴射されるインクジェットプリンターを用意すること、
ｂ）インクジェット記録要素を前記プリンターに装填すること、
ｃ）熱応答性ポリマー材料を含むインクジェットインク組成物を前記プリンターに装填すること、そして
ｄ）前記デジタルデータ信号に応答して、熱操作コンティニュアスインクジェットプリントヘッドからインクを、前記インクジェット記録要素の一つに噴射することの各工程を含んで成るインクジェット印刷方法であって、
非対称加熱が、印刷方向と非印刷方向の間で前記インクジェットインクの方向をコントロールし、そして
前記インクジェットインクのコンティニュアス流が、前記熱応答性ポリマー材料を含まないインクよりも大きな偏向角を有する
インクジェット印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
発明は非対称加熱小滴偏向法において水性インクを用いるインクジェット印刷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
印刷工業においては、インクジェットプリンターは周知である。インクジェットプリンターは、レーザ電子写真プリンター；ＬＥＤ電子写真プリンター；ドットマトリックスインパクトプリンター；感熱紙プリンター；フィルムレコーダ；感熱ワックスプリンター；色素拡散感熱転写プリンターを含む、今まで開発されている多種多様の印刷システムの一つである。そのノンインパクト、低ノイズ性、普通紙の使用、並びにトナー転写及び定着の回避の理由のために、インクジェット印刷が、デジタル制御電子印刷の分野では群を抜いた競争相手として認められるようになった。しかし、標準紙を用いて高速且つ低コストで高カラー画像を生成できる改良されたデジタル制御印刷システムの更なる要求が存在する。
【０００３】
そのような改良の一つは米国特許第6,079,821号明細書に記載されている。この特許明細書は、インク送出チャンネル、このインク送出チャンネルと連通している加圧インク源、インクの連続流をストリームにするためにインク送出チャンネル内に開口しているノズルボアであってノズルボア外周を規定するノズルボア、及びインク流発生装置から間隔を開けた位置で複数の小滴に分散する流れを起こす小滴発生装置を含む、コンティニュアス型インクジェットプリンターを開示する。小滴発生装置はノズルボア外周の一部分とだけ関連する選択作動部分を有するヒーターを含み、ヒーター部の動作が、インク流に非対称熱展開を生成して印刷方向と非印刷方向の間でインク流の方向をコントロールする。しかし、この特許明細書にはなんら具体的なインクの開示は無く、実施例で用いられている唯一の具体的な流体は水である。
【０００４】
この特許のもう一つの特徴は、特許が、インク流発生装置から間隔を開けた位置で複数の小滴に分散する流れにインクのコンティニュアスフローを確立し、インク流が小滴に分散する位置の前でインク流を非対称に加熱することによってインクが偏向する角度をコントロールすることを含むコンティニュアス型インクジェットプリンターにおいて、インクをコントロールする方法であることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェット印刷システムの発展に伴って、非対称加熱小滴偏向を用いるシステムがインクジェット印刷に有用なインクの要件である。インク組成物はインクジェット印刷に有用である非常に厳しい基準に適合できなければならない。インク組成物の重要な特性は、粘性、表面張力、ｐＨ、濃度、伝導性、接着性、濡れ特性、乾燥速度及び貯蔵寿命である。
熱操作コンティニュアスインクジェットプリントヘッドに有用な大きく異なる偏向角を提供する特定インクを用いるインクジェット印刷方法を提供することが本発明の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を、
ａ）デジタルデータ信号に応答して、インクジェットインクのコンティニュアス流がノズルから噴射されるインクジェットプリンターを用意すること、
ｂ）インクジェット記録要素を前記プリンターに装填すること、
ｃ）熱応答性ポリマー材料を含むインクジェットインク組成物を前記プリンターに装填すること、そして
ｄ）前記デジタルデータ信号に応答して、熱操作コンティニュアスインクジェットプリントヘッドからインクを、前記インクジェット記録要素の一つに噴射すること
の各工程を含んで成るインクジェット印刷方法であって
非対称加熱が、印刷方向と非印刷方向の間で前記インクジェットインクの方向をコントロールし、そして
前記インクジェットインクのコンティニュアス流が、前記熱応答性ポリマー材料を含まないインクよりも大きな偏向角を有する
インクジェット印刷方法
である本発明に従って達成する。
【０００７】
本発明の方法を用いることによって、大きく異なる偏向角を提供する熱操作コンティニュアスインクジェットプリントヘッドにおいてインクを用いて、インクジェットプリントが得られる
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい態様では、熱応答性材料は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含む少なくとも１つのブロックを有する少なくとも１種ブロックコポリマーを含んで成る。本発明の別の好ましい態様では、熱応答性材料は、水性溶液に溶解するポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ）からなるトリブロックコポリマーを含んで成る。この材料は、Pluronic（商標）(BASF Corp.製）の商品名で市販されている。
【０００９】
本発明の別の好ましい態様では、インクジェットインクは、１〜４０％の熱応答性材料と０．５〜５％の色素を含有する。
【００１０】
室温から８０℃まで加熱されるとこのインクの粘度は劇的に増加する。本発明の好ましい態様では、熱応答性材料を含有するインクジェットインクは２０℃で１０センチポイズ未満の粘度を有し、加熱すると１００センチポイズを超える粘度を有する。
例えば、Pluronic P85の１５ 質量％水溶液は、２２℃で４センチポイズの粘度を有し、８０℃で３０００センチポイズの粘度を有する。
【００１１】
このインクをノズルプレートのオリフィスのところで非対称に加熱すると、熱応答性材料は、そのような材料を含まないインクを使って得られる場合よりも大きな角度で偏向するインクのジェットを生じる。これは、この材料をオリフィスの一方の側付近で局在加熱すると、一時的なプラグ(plug)（これは材料をその周りに流させて反対方向に偏向させる）を形成する熱応答性材料を生じるために起きると考えられる。
温度変化に応答するこの調合溶液の粘度変化は、このインク溶液をその最初の温度まで冷却するともとの粘度に戻るので、完全に可逆性である。
【００１２】
本発明の別の好ましい態様では、インクのコンティニュアス流は、そのような熱応答性材料を含まないインクよりも大きな偏向角を有する。
【００１３】
上述したように、非対称加熱偏向法を用いるコンティニュアスインクジェットプリンターシステムは、上記引用の米国特許第6,079,821号明細書に開示されている。以下は、使用した方法の一般的な説明である。詳細は上記米国特許第6,079,821号明細書を参照されたい。このシステムは、ラスター画像データ、ページ記述言語の形態のアウトライン画像データ、又は他の形態のデジタル画像データを提供するスキャナー又はコンピュータのような画像源を含む。この画像データは、メモリに画像データを記憶させる画像処理ユニットによって、ハーフトーンビットマップ画像データに変化される。複数のヒーター制御回路が、画像メモリからのデータを読み取り、時変電気パルスをプリントヘッドの一部であるノズルヒーターセットに適用する。これらのパルスは適当な時間、適当なノズルに適用され、コンティニュアスインクジェット流から形成された小滴が画像メモリ内のデータによって指定された適当な位置で、記録媒体上にスポットを形成する。
【００１４】
記録媒体搬送システム（記録媒体搬送制御システムに従って電気的に制御され、次に、マイクロコントローラーによってコントロールされる）によって、記録媒体はプリントヘッドに対して移動する。ページ幅プリントヘッドの場合、静止プリントヘッドを通して記録媒体が移動することが最も都合よい。しかし、走査型プリントシステムの場合、相対ラスター運動で、プリンヘッドが１軸に沿って移動し（サブ走査方向）、記録媒体が直交する軸に沿って移動することが通常最も都合よい。
【００１５】
インクは加圧下でインクリザバーに入れられる。印刷していない状態では、コンティニュアスインクジェット小滴流は、インク流をブロックしインク再利用ユニットでインクの一部を再利用させるインクガターによって、記録媒体に到達できない。インク再利用ユニットはインクを再調整してリザバー戻す。そのようなインク再利用ユニットは、当該技術分野では周知である。最適な操作に適したインク圧は、ノズルの形状と温度特性並びにインクの温度特性を含めたいくつかの因子に依存する。インク圧レギュレータの制御下でインクリザバーを加圧することによって一定のインク圧を実現することができる。
【００１６】
このインクをインクチャンネル装置でプリントヘッドの背面に分配する。好ましくは、インクはプリントヘッドのシリコン基板を通してエッチングされているスロット及び／又はホールを通ってその前面（複数のノズル及びヒーターが配置されている）まで流れる。シリコンからプリントヘッドを製造することに関しては、プリントヘッドを備えたヒーター制御回路を集積化することができる。
【００１７】
印刷時で重要なシステム因子はインク流が偏向する角度である。θで示されるこの角度は、偏向された小滴と電気絶縁層の表面のノズルボアの中心とをつなぐ線と、ノズルボアのところを中心とした電気絶縁層に対して垂直の線との間に形成される角度である。小滴偏向が大きいほど、より堅牢なシステムを生じる。偏向角θが大きくなればなるほど、より近くにインクガターをプリントヘッドに配置できるので、プリントヘッドを記録媒体により近くに配置して小滴配置エラーを少なくする（より高画質を生じる）ことができる。また、プリントヘッドとインクガターの特定の距離のために、偏向角θが大きくなるほど、プリントヘッドに対するインクガターのより大きな調整許容度を可能にするインクガター間隔に対してより大きく偏向された小滴を生じる。また、偏向角θが大きくなるほど、より多くの（意図しない）偏向されてない小滴を誤った方向に向ける。偏向されてない小滴の方向ミスは、例えば、ノズル間の不均一な製造のため、又はノズルボア中もしくはノズルボア周りに生じるホコリ、屑、堆積物等のために起きる場合がある。
【００１８】
本発明に使用されるインクは、通常、顔料又は色素のような着色剤を含有する。好適に色素には、COLOR INDEXに掲げられているような直接色素、水溶性色素又は反応性色素が含まれるが、これらに限定するものではない。米国特許第5,482,545号明細書に記載されているように、金属化アゾ色素及び非金属化アゾ色素も用いることができる。使用可能な他の色素は、欧州特許出願公開公報第802246号及び特開平09-202043号公報に見ることができる。
【００１９】
公知の有機顔料のいずれも本発明で用いるインクジェットインクに使用することができる。顔料は、例えば、米国特許第5,026,427号、同第5,085,698号、同第5,141,556号、同第5,160,370号及び同第5,169,436号明細書に記載されているものから選択することができる。顔料の正確な選定はプリンター及び用途の特定の色再現及び画像安定要件に従う。４色カラープリンターの場合、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック顔料の組み合わせ（ＣＭＹＫ）が用いられる。４色セットの例は、シアン顔料、ビス（フタロシアニルアルミノ）テトラフェニルジシロキサン、キナクリドンマゼンタ（ピグメントレッド１２２）、ピグメントイエロー７４及びカーボンブラック（ピグメントブラック７）である。
【００２０】
熱応答性材料に追加して、プリントヘッドのオリフィス内でインクが乾燥するか、固まりつくのを防止するために、本発明のインク組成物に保湿剤を用いてもよい。使用できる保湿剤の例には、エチレングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセロール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール(EHMP)、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール及びチオグリコール等の多価アルコール；エチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチル又はジエチルエーテル、ポリエチレングリコールモノブチルエーテル(PEGMBE)、及びジエチレングリコールモノブチルエーテル(DEGMBE)等のアルキレングリコールから誘導される低級アルキルモノ−又はジ−エーテル類；尿素、２−ピロリジノン、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン及び１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等の窒素含有化合物；並びにジメチルスルホキシド及びテトラメチレンスルホン等のイオウ含有化合物が含まれる。
【００２１】
受容基体、特に基体が高サイズ紙である場合にインク浸透を補助するために、本発明に用いるインクに浸透剤を添加することができる。そのような浸透剤の例には、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、t-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、フルフリルアルコール、及びテトラヒドロフルフリルアルコール等のアルコール類、；アセトン、メチルエチルケトン及びジアセトンアルコール等のケトン類もしくはケトアルコール類；テトラヒドロフラン及びジオキサン等のエーテル類；並びに乳酸エチル、エチレンカーボネート、及びプロピレンカーボネート等のエステル類が含まれる。
【００２２】
乾燥時に着色剤をカプセル封入するフィルムを形成することによって支持体に対する着色剤の接着を改善するために、本発明に用いるインクにポリマーバインダーもまた添加することができる。使用可能なポリマーの例には、ポリエステル類、ポリスチレン／アクリレート類、スルホン化ポリエステル類、ポリウレタン類、ポリイミド類等が含まれる。これらのポリマーは、インク組成物の総量に対して、約０．０１〜約１５質量％、より好ましくは、約０．０１〜約５質量％の量で存在することができる。
【００２３】
適当なレベルに表面張力を調節するためにインクに界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤は、アニオン性、カチオン性及び両性又は非イオン性となることができ、インク組成物の０．０１〜１％の量で用いることができる。好ましい界面活性剤には、Surfynol 465 （商標）（Air Products Corp.製）及びTergitol 15-S-5（商標）（Union Carbide製）が含まれる。
【００２４】
また、本発明に用いるインク組成物に殺生剤を添加して、水性インク内でのカビ、真菌類等の微生物成長を抑制することができる。本発明に用いるインク組成物に好ましい殺生剤は、最終濃度０．０００１〜０．５質量％のProxel（商標）GXL （Zeneca Specialties Co.製）である。
【００２５】
本発明に用いる水性インク組成物のｐＨを、有機又は無機の酸もしくは塩基を添加して調節することができる。有用なインクは、使用する色素の種類に従って約２〜１０の好ましいｐＨを有する。典型的な無機酸には、塩酸、リン酸及び硫酸が含まれる。典型的な有機酸には、メタンスルホン酸、酢酸及び乳酸が含まれる。典型的な無機塩基には、アルカリ金属水酸化物及び炭酸塩が含まれる。典型的な有機塩基には、アンモニア、トリエタノールアミン及びテトラメチルエチレンジアミンが含まれる。
【００２６】
本発明に用いられる典型的なインク組成物は、例えば、以下の成分（質量％）を含むことができる：着色剤（０．０５〜２０％）、水（０〜９０％）、保湿剤（５〜７０％）、熱応答性材料（１〜４０％）、浸透剤（２〜２０％）、界面活性剤（０．１〜１０％）、殺生剤（０．０５〜５％）及びｐＨ制御剤（０．１〜１０％）。
【００２７】
本発明に用いるインクジェットインク組成物に随意選択的に存在することができる追加の添加物には、増粘剤、伝導度増加剤、コーゲーション防止剤、乾燥剤、防水剤、色素可溶化剤、キレート剤、バインダー、光安定化剤、粘度調整剤、緩衝剤、抗カビ剤、防錆剤、カール防止剤、分散剤及び脱泡剤が含まれる。
【００２８】
緩衝剤の例には、ホウ酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸ニ水素ナトリウム、及びそれらの混合物等が含まれるが、これらに限定するものではない。
【００２９】
インクジェット印刷に有用なインク受容性基体は当業者に周知である。そのような基体の典型的な例は、米国特許第5,605,750号、同第5,723,211号及び同第5,789,070号並びに欧州特許出願公開公報第813978号明細書に記載されている。
【００３０】
インクジェットプリンターシステムの伝統的なインク組成物では、使用する溶剤は、主としてインクに色素及びバインダーを溶解するように機能する。非対称加熱小滴偏向法を用いるコンティニュアスインクジェットプリンターシステムでは熱応答性材料を含む水性インクを用いると、操作性が改良されることが分かった。この改良は、熱応答性材料を含まないインクと比較した場合、又は水と比較した場合の大きく増加した偏向角からなっている。
【００３１】
【実施例】
次の例によって本発明をさらに具体的に説明する。
例１：熱応答性溶液の粘度対温度
ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯを水溶液中に溶解することによって熱応答性溶液を作製した。一連のＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯトリブロックコポリマーを、Pluronic（商標）の商品名の製品をBASF社から入手した。コルベット構造（corvette geometry）のRheometrics ARES流体分光計（Rheometric Scientific, Inc.）を用いて、Pluronic溶液の振動剪断特性を測定した。温度を傾斜的に２０℃から８０℃に上げて動力学粘度を連続的に測定した。典型的な傾斜速度は１℃／分であった。１〜１００／秒の典型的にな剪断速度範囲をカバーする連続剪断試験において、この流体を当初２０℃で特徴づけた。全てにおいて低粘性とニュートンレスポンスを有することが分かった。温度走査試験では、１０ラジアン／秒のモニター振動数を用いた。
【００３２】
結果を次の表に示す：
【表１】
0004191404.tif 000002
【００３３】
【表２】
0004191404.tif 000003
【００３４】
上記結果は、１５％Pluronic P85溶液が、温度を６０℃から８０℃に高めると３００倍を超える粘度増加を示し、２５％Pluronic L62溶液が、温度を３０℃から５０℃に高めるとおおよそ３００倍を超える粘度増加を示したことを表す。またこの結果は、Pluronic溶液が、２０℃で１０センチポイズ未満の粘度を有し、そして熱応答性であることも実証する。
【００３５】
例２：Pluronic P85及びPluronic L62対水
上記引用の米国特許第6,079,821号明細書では、直径約１２μｍのノズルを備えたプリントヘッドが、ノズル周囲の１／２にヒーター（抵抗約３８０Ω）を伴って作製されていた。インクリザバー及び圧力制御を用いてインク流の圧力を制御されていた。高速ストロボ及びＣＣＤカメラを用いて動いている小滴の像を止めた。ヒーター電源を用いて、ヒーターに電流パルス列を与えて流体流に非対称加熱を生じさせた。インクリザバーは最初は水で満たされており、１３５．０kPaの圧力をかけて流体流を生じさせた。５０KHzの繰り返し数のところで一連の１０μ秒間隔のパルスをヒーターに与えて、この流体流を一連の規則的な小滴に分散させ、そしてこれらの小滴を偏向させた。
【００３６】
生じた偏向角を加電圧の関数として測定した。水の場合の偏向角は、加電圧４．８Ｖのところで約０．６度に達した。
試験を繰り返して、インクリザバーを１５％Pluronic P85の水溶液で満たした。同じ加電圧での偏向角は約５．２度であり、水の偏向角の約９倍であった。
【００３７】
試験を繰り返して、インクリザバーを２５％Pluronic L62の水溶液で満たした。同じ加電圧での偏向角は約３．５度であり、水の偏向角の約６倍であった。
上記結果は全ての加電圧において、Pluronic材料が水より大きな偏向角を提供したことを示す。