JP2002283564A - インクジェット記録装置、インク、及び記録方法 - Google Patents

インクジェット記録装置、インク、及び記録方法

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JP2002283564A
JP2002283564A JP2001083297A JP2001083297A JP2002283564A JP 2002283564 A JP2002283564 A JP 2002283564A JP 2001083297 A JP2001083297 A JP 2001083297A JP 2001083297 A JP2001083297 A JP 2001083297A JP 2002283564 A JP2002283564 A JP 2002283564A
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ink
pigment
ejection
jet recording
volatile solvent
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Akihiko Goto
明彦 後藤
Akiko Konishi
昭子 小西
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多様な使用環境下でも長期休止あるいは一次
休止後の吐出安定性や間欠吐出安定性を確保し、間欠吐
出時のインク滴の透明化を解消することで、安定して高
品位な画像記録を行なうことができるインクジェット記
録装置、記録方法、インク及びインクジェット記録用カ
ートリッジを提供する。 【解決手段】 少なくとも、(A)インク滴を吐出する
複数のノズルと、各ノズルに対応する圧力発生手段を備
えたヘッド部と、(B)顔料、揮発性溶剤、及び低揮発
性溶剤を含有し、ζ電位絶対値が20mV以上であっ
て、印字中の非吐出ノズルにおいてメニスカス近傍のイ
ンクの顔料濃度が低下する特性を有するインクを収容し
たインク収容部と、(C)インク滴を吐出しない程度に
インクメニスカスを振動させるために所定のタイミング
で該圧力発生手段を動作させる駆動手段とを備えたイン
クジェット記録装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置、記録方法及びインクジェット記録用インクに関す
る。詳細には吐出安定性、特に印字休止後あるいは印字
中の休止ノズルでの印字再開後の噴射方向乱れやインク
滴淡色化等の吐出不良、印字不良の防止に効果的で良好
な記録画像が高速に得られるインクジェット記録装置、
記録方法及びインクジェット記録用インクに関する。
【0002】
【従来の技術】液体状のインクをノズルから吐出させて
画像の記録を行なうインクジェット記録法は、普通紙へ
の印字が可能なこと、カラー化への対応が容易なこと、
駆動時の騒音、消費電力が低いこと等から、コンピュー
タで作成した文書や画像の出力用プリンターとして近年
急速に普及しつつある。最近ではインクジェット記録技
術の進歩により、写真並の高品質の画像が得られるよう
になってきているが、それに加え耐水性や耐光性等、画
像の耐久性や高速印字時の吐出安定性等求められる性能
が多岐にわたるようになってきた。
【0003】現在インクジェット記録方法では、インク
の着色剤として各種の水溶性染料が使用されている例が
多い。しかしながら水溶性染料を用いた場合には、これ
らの水溶性染料の耐光性が劣るために、記録画像の耐光
性が問題となる場合が多い。また、染料が水溶性である
ために、記録画像の耐水性が問題となる場合もある。
【0004】これら記録画像の堅牢性を改善するため
に、水溶性染料に比較して耐光性及び耐水性に優れた顔
料を着色剤として使用した水性インクが提案されてい
る。顔料インクを用いて印字した場合、画像の耐久性は
優れているが、染料に比べ好ましい色相彩度を持ったも
のが少なく、フルカラー印字を行なう際に色再現域の狭
い画像しか得られなかったり、透明性が低いためOHP
シートに印字して投影された画像が不鮮明であるといっ
た問題を抱えている。このような理由から、これまで実
用化された顔料インク、及び顔料インクを搭載したイン
クジェットプリンターは主として専用紙に印字して、耐
光性や耐水性を特に必要とする用途に使われているが、
普通紙上に高品位画像を高速に印字するのに適したもの
ではなかった。
【0005】一般にインクジェット記録に用いられるイ
ンクにはインクジェット記録ヘッドの微細なノズルから
安定な液滴となって吐出されることが要求され、そのた
めにインクジェット記録ヘッドのノズル近傍での乾燥に
ともないインクの増粘や固化が発生しないことが要求さ
れる。その点で染料インクに比較して、顔料インクは乾
燥による増粘や固化が発生しやすいために、またその固
化したもののインクへの再分散性が染料の再溶解性に比
較して悪いために、印字を長期に休止した場合にノズル
等の目詰まりが起こり易いものであった。また、印字を
一次休止した場合、あるいは空白のある文書や画像の印
字中に空白に対応するノズルに印字の休止期間ができた
場合にも乾燥に伴うインクの増粘が生じ、インク滴の噴
射方向が乱れることによる印字不良(間欠吐出不良)等
の問題が多発していた。また、顔料インクにおいては、
印字中に吐出が休止していたノズルから、休止直後に吐
出されるインク滴が淡色化あるいは透明化する等の問題
を生じることもあった。
【0006】顔料インクの吐出安定性向上に関しては、
顔料自体の分散安定性を改良することが必要で、そのた
めに分散剤種として界面活性剤や高分子分散剤について
種々の検討がなされてきた。また分散剤なしに顔料が水
に分散できるよう、顔料の表面に親水基を導入した自己
分散タイプの顔料に関する提案もなされている。(例え
ば特開平10−195360号公報、特開平10−33
0665号公報等)しかしこれらの提案するインクは長
期休止後の目詰まりの防止には格段の効果があるもの
の、間欠吐出安定性には十分なものでなく、特に画質向
上を目的にノズルを小径化したインクジェットヘッドに
適用した場合にはインク滴の吐出方向の乱れや、吐出速
度の低下が見られた。また、これらの提案するインクは
休止直後の吐出インク滴の透明化、淡色化に関しても何
の解決策も与えていないのが現状である。
【0007】また、インク組成と記録方法を組み合わせ
て間欠吐出安定性を確保する試みとして、特開平11−
80639号公報には、物理処理又は化学処理により親
水性基をグラフトしたカーボンブラックを用い、エチレ
ンオキシド、プロピレンオキシドを付加したアセチレン
グリコールあるいはポリオキシエチレンアルキルエーテ
ル又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキ
ルエーテルを含有するインクを使用したもので、発明の
構成の一部にインク滴を吐出しない程度にピエゾ素子を
微動させることによって、インクを攪拌し増粘を抑制す
ることが記載されている。しかし、該公報の実施例には
間欠吐出安定性に相当する印刷試験結果が記載されてい
ないことと、実施例の表面処理カーボンブラックの内容
が不明瞭であることから、間欠吐出安定性に効果がある
かは不明である。また、顔料インクの透明化、淡色化の
問題に関しては記載されていない。
【0008】別の出願では、特開平10−95941号
公報に分散剤なしに分散可能な顔料と特定のグリコール
エーテルを含有するインクと反応液とを組合せて、再生
紙に対するにじみを防止する発明のなかで、インク滴を
吐出しない程度にピエゾ素子を微動させること(非吐出
駆動)によって、インクを攪拌し増粘を抑制することが
記載されている。特開平10−95941号公報におい
ても実施例からはピエゾ素子を微動させることの効果は
確認できるものではないが、顔料インクは大気暴露下の
非吐出ノズル中においては非ニュートン流動を示す程度
にまで乾燥増粘するものであり、これを防止するには常
にヘッドに駆動電圧をかけることも必要であり、ヘッド
の耐久性が悪くなる可能性がある。また、顔料インクの
透明化、淡色化に関しては全く触れられておらず、解決
策も示されていない。
【0009】顔料インクの透明化、淡色化に関しては、
特表平8−501330号公報によれば、ノズル近傍で
揮発性の溶媒が蒸発するに伴い、着色剤と低揮発性成分
の濃縮物がビルドアップされ、その結果着色剤がより親
和性の高い環境、即ちノズルの内部に移動することによ
り生じるとしているが、この公報ではこれにより目詰ま
りが防止できるとしているだけで、透明化、淡色化した
インク滴に関しては言及していない。また特開平10−
279869号公報においても、ノズル孔内部のメニス
カス付近で相分離するインクを使用することで信頼性向
上が達成されるとしており、更に特開平11−9108
6号公報では、このようなインクを使用した場合に透明
化、淡色化したインク滴量分だけ空吐出を行うことで印
字不良が防止できるとしている。しかし透明化、淡色化
したインクの空吐出を行うためには、記録ヘッドを搭載
したキャリッジを被記録体の存在しない場所まで移動し
て行う必要があり、印字の高速化を考えると得策とは言
えない。特に、小径化ノズルの場合には透明化がきわめ
て短時間に発生するので、その都度、空吐出を行うこと
は現実的ではない。また印字中に個々に休止しているノ
ズル1つ1つに対応して空吐出を行うことは難しいのが
現状である。
【0010】また、特開2000−26779号公報に
は顔料インクの貯蔵剛性率とゼータ電位(ζ電位)を特
定の範囲に制御した顔料インクが開示されている。この
公報では顔料インクの保存安定性が改善することが示さ
れているが、吐出安定性、特に非吐出ノズルにおける噴
射方向の乱れや淡色化に関しては示唆がないが、追試し
た範囲では非吐出ノズルにおける噴射方向の乱れの問題
に対しては尚も課題を有していた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、多様な使用
環境下でも長期休止あるいは一次休止後の吐出安定性や
間欠吐出安定性を確保し、間欠吐出時のインク滴の透明
化を解消することで、安定して高品位な画像記録を行な
うことができるインクジェット記録装置、記録方法、イ
ンク及びインクジェット記録用カートリッジを提供する
こと、また、ノズルの微細化によって高画質化を図った
場合にも安定して前記の効果を発揮することのできるイ
ンクジェット記録装置、記録方法、インク及びインクジ
ェット記録用カートリッジを提供すること、さらに、高
速印字性と前述の効果との両立が可能なインクジェット
記録装置、記録方法、インク及びインクジェット記録用
カートリッジを提供することを課題とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に到った。即ち、本発明によれば、以下に示すインクジ
ェット記録装置、インクジェット記録用インク、インク
ジェット記録用カートリッジ、インクジェット記録用カ
ラーインクセット、インクジェット記録方法が提供され
る。
【0013】(1)少なくとも、(A)インク滴を吐出
する複数のノズルと、各ノズルに対応する圧力発生手段
を備えたヘッド部と、(B)顔料、揮発性溶剤、及び低
揮発性溶剤を含有し、ζ電位絶対値が20mV以上であ
って、印字中の非吐出ノズルにおいてメニスカス近傍の
インクの顔料濃度が低下する特性を有するインクを収容
したインク収容部と、(C)インク滴を吐出しない程度
にインクメニスカスを振動させるために所定のタイミン
グで該圧力発生手段を動作させる駆動手段とを備えたイ
ンクジェット記録装置。 (2)前記揮発性溶剤の蒸発により顔料濃度を元の1.
25〜1.50倍に濃縮したときのζ電位の絶対値が蒸
発前のζ電位の絶対値に対して5mV以上低下する特性
を兼ね備えたインクを収容するものであることを特徴と
する前記(1)に記載のインクジェット記録装置。 (3)前記揮発性溶剤として少なくとも水を含有し、前
記顔料がイオン性基を直接もしくは連結基を介して結合
した顔料であるインクを収容するものである前記(1)
又は(2)に記載のインクジェット記録装置。 (4)前記ノズルのノズル径が25μm以下であること
を特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載のイ
ンクジェット記録装置。 (5)前記ヘッド部への投入エネルギーと吐出液滴重量
の比が5×10−8〔J/pg〕以下であることを特徴
とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載のインクジ
ェット記録装置。 (6)前記圧力発生手段が振動板と、振動板に対向して
設けられた個別電極とを有し、該振動板と個別電極との
間に生じる静電気力を利用して、前記振動板を変形させ
ることで圧力を発生するものであることを特徴とする前
記(1)〜(5)のいずれかに記載のインクジェット記
録装置。 (7)環境相対湿度検出手段を備え、環境相対湿度とイ
ンクの顔料濃度低下特性をパラメータとして前記所定の
タイミングが導き出されることを特徴とする前記(1)
〜(6)のいずれかに記載のインクジェト記録装置。 (8)非吐出駆動のタイミングが少なくとも吐出の直前
であり、非吐出駆動パルス数が10〜5000パルスで
あることを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれかに
記載のインクジェット記録装置。 (9)非吐出ノズルの非吐出時間及び/又は環境条件に
基づいて非吐出駆動パルス数を制御することを特徴とす
る前記(1)〜(8)のいずれかに記載のインクジェッ
ト記録装置。 (10)非印字領域における空吐出機構を備えたことを
特徴とする前記(1)〜(9)のいずれかに記載のイン
クジェット記録装置。 (11)非印字領域で行なう空吐出の間隔が60秒以上
であることを特徴とする前記(10)に記載のインクジ
ェット記録装置。 (12)少なくとも顔料、揮発性溶剤、及び低揮発性溶
剤を含有し、ζ電位絶対値が20mV以上であって、揮
発性溶剤の蒸発により顔料濃度が元の1.25〜1.5
0倍に濃縮したときのζ電位の絶対値が蒸発前のζ電位
の絶対値に対して5mV以上低下するものであることを
特徴とするインクジェット記録用インク。 (13)前記揮発性溶剤として少なくとも水を含有し、
前記顔料がイオン性基を直接もしくは連結基を介して結
合した顔料であって、分散剤なしに水に分散が可能にな
ったものであることを特徴とする、前記(12)に記載
のインクジェット記録用インク。 (14)イオン性基が第4級アンモニウム、第4級アル
キルアミンの塩、ピリジニウム、ホスホニウム等のカチ
オン性基であることを特徴とする前記(13)に記載の
インクジェット記録用インク。 (15)イオン性基が−COOM、−SOM、−PO
M、−PO(但しMは水素原子、アルカリ金
属、第4級アンモニウム、第4級ホスホニウム、アルカ
ノールアミンを表わす)で示されるアニオン性基である
ことを特徴とする前記(13)に記載のインクジェット
記録用インク。 (16)インクを収容したインク収容部からなるインク
ジェット記録用カートリッジにおいて、該インクが前記
(12)〜(15)のいずれかに記載のインクであるこ
とを特徴とするインクジェット記録用カートリッジ。 (17)インクを収容したインク収容部と、インク液滴
を吐出させるための記録ヘッド部からなるインクジェッ
ト記録用カートリッジにおいて、前記インクが請求項1
2〜15のいずれかに記載のインクであり、ヘッドのノ
ズル径が25μm以下であることを特徴とするインクジ
ェット記録用カートリッジ。 (18)インクジェット記録に用いる少なくともイエロ
ー、マゼンタ、シアン、及びブラックからなるカラーイ
ンクセットにおいて、各色インクが少なくともイオン性
基を直接もしくは連結基を介して結合した顔料、揮発性
溶剤としての水、及び低揮発性溶剤を含有し、ζ電位絶
対値が20mV以上であって、揮発性溶剤の蒸発により
顔料濃度が元の1.25〜1.50倍に濃縮したときの
ζ電位の絶対値が蒸発前のζ電位の絶対値に対して5m
V以上低下するものであることを特徴とするインクジェ
ット記録用カラーインクセット。 (19)ブラックインクの顔料に結合したイオン性基
と、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクの
顔料に結合したイオン性基の極性が互いに異なることを
特徴とする前記(18)に記載のインクジェット記録用
カラーインクセット。 (20)ノズル孔からインク液滴を吐出して記録を行な
うインクジェット記録方法において、インクが少なくと
も顔料、揮発性溶剤、及び低揮発性溶剤を含有し、ζ電
位絶対値が20mV以上であって、印字中の非吐出ノズ
ルにおいてメニスカス近傍のインクの顔料濃度が低下す
る特性を有するインクを用いて、該非吐出ノズルに対し
て少なくとも吐出の前にインク液滴が吐出しない程度に
メニスカスを振動させる非吐出駆動を加えることで吐出
インク滴の顔料濃度の低下を抑制させることを特徴とす
るインクジェット記録方法。 (21)前記のインクが、揮発性溶剤の蒸発により顔料
濃度を元の1.25〜1.50倍に濃縮したときのζ電
位の絶対値が蒸発前のζ電位の絶対値に対して5mV以
上低下するものであることを特徴とする前記(18)に
記載のインクジェット記録方法。 (22)前記揮発性溶剤として少なくとも水を含有し、
前記顔料がイオン性基を直接もしくは連結基を介して結
合したものであって、分散剤なしに水に分散が可能にな
ったものであることを特徴とする、前記(19)に記載
のインクジェット記録方法。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。インク収容部に収容されるインクは少なくとも顔
料、揮発性溶剤及び低揮発性溶剤から構成され、印字中
の非吐出ノズルにおいて揮発性溶剤の蒸発にともなって
メニスカス近傍のインクの顔料濃度がノズル内部のイン
クの顔料濃度よりも低下する特性が付与されている。ま
た、顔料濃度低下がよりいっそう進行した場合には相分
離透明層を生じるものである。これらの顔料濃度の低
下、あるいは相分離は蒸発過程で顔料粒子がより親和性
の高い環境、すなわちノズル内部の揮発性溶剤が多い領
域に移動することで生じる現象であるが、インク中に存
在する粒子のζ電位絶対値を20mV付近以上にするこ
とでより顕著に発現させることができる。ζ電位絶対値
が20mV付近を下回ると蒸発過程での粒子同士の電気
的反発力が弱く、その場で凝集して系が安定化する傾向
が強いため顔料粒子の移動は起こりにくい。ζ電位の絶
対値が高いと電気的反発力によって粒子同士の凝集は阻
害され、高いζ電位絶対値を維持できる揮発性溶剤が多
い領域へと移動して安定化するものと考えられる。な
お、本発明におけるζ電位は、対電極間の高周波交流電
場下における粒子の振動によって発生する圧力を検出し
て算出する所謂ESA法により求めることができる。
【0015】このような顔料濃度が低下した領域あるい
は相分離した透明層は顔料粒子の含有量が著しく低いた
めに揮発性溶剤の蒸発が進んでも比較的粘度が低い。ま
た、蒸発過程でのノズル内部のインクはメニスカス近傍
からの顔料粒子の移動によって顔料濃度が上昇するが、
ニュートン流動を維持している。従って、このような特
性のインクを用いることで、長期休止あるいは一次休止
後の吐出安定性や間欠吐出安定性を確保できる。しかし
ながら、このような特性のインクの場合は、非吐出ノズ
ルのメニスカス近傍では顔料濃度が低下しているため
に、そのままインク滴を吐出した場合には、淡色あるい
は透明ドットが印字されるという不具合を併せ持ってい
る。
【0016】本発明では、このような特性のインクを用
いて、非吐出ノズルに対して所定のタイミングでインク
液滴が吐出しない程度に圧力発生手段を駆動してメニス
カスを振動させる非吐出駆動を行なうが、印字を一次休
止した場合や印字中に休止ノズルがある場合でもメニス
カスに振動を加えるだけでメニスカス近傍とノズル内部
のインクが容易に混合されるので、淡色ドットあるいは
透明ドットの問題が解消される。また、吐出時のインク
の粘度上昇はごくわずかなものにとどまるので、インク
滴を安定に吐出することができる。また、メニスカス近
傍とノズル内部のインク粘度が低くニュートン流動を示
すために、従来のインク増粘を抑制するために行う非吐
出駆動に比べて駆動期間及びその回数も少なくてすみ、
ヘッドの耐久性への悪影響が少ない。
【0017】図1は本発明の非吐出駆動を行った場合の
一連の様子を示す。図1(a)は印字中の休止ノズルに
発生した相分離の状態を示す。このまま、次の印字をお
こなうと透明あるいは淡色の液滴が吐出することにな
る。図1(b)と(c)はインク液滴が吐出しない駆動
パルスで圧電素子を駆動させた場合のメニスカスの振動
する様子を示す。(図中相分離の状態は省略)このよう
にノズル開口から液滴が吐出しない駆動パルスでメニス
カスを振動させると相分離透明層がなくなり、図1
(d)に示す均一な状態になる。
【0018】揮発性溶剤は25℃における蒸気圧が1m
mHg以上のもので、水やメタノール、エタノール、プ
ロパノール、ブタノール、イソプロパノール等の低級ア
ルコールやケトン類が例示できるが、水を主成分とする
ものが好ましい。低揮発性溶剤はインクの乾燥による目
詰まりを防止する湿潤剤としての機能、揮発性溶剤が蒸
発する過程での顔料粒子の移動促進機能、浸透剤を用い
る場合の浸透剤溶解助剤としての機能を有し、揮発性溶
剤の主成分としての水と親和性を有する以下の例示化合
物から単独で、あるいは複数選択して混合系として使用
されるが、その選択にあたっては顔料の親水基あるいは
親水化処理剤との相互作用により決まるζ電位を考慮
し、ζ電位が20mV以上に高められる組み合わせを選
択する必要がある。低揮発性溶剤としては、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、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコ
ール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジ
オール、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオー
ル、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ブタ
ントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類、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、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ブチルエーテル、テトラ
エチ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等の多価アルコールアルキ
ルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテ
ル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価
アルコールアリールエーテル類;2−ピロリドン、N−
メチル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシエチル−2−
ピロリドン、1,3−ジメチルイミイダゾリジノン、ε
−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン等の含窒素複素
環化合物;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、
N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;モノエタ
ノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールア
ミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチル
アミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラ
ン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類、プロピレン
カーボネート、炭酸エチレン等を挙げることができる。
【0019】インク組成物中でのこれら低揮発性溶剤の
添加量は5〜50重量%であり、好ましくは8〜30重
量%である。5重量%未満では、インク中の水分蒸発抑
制効果が不十分であり、またインク中の浸透剤の含有量
によっては、溶解助剤としての効果も不十分となり、イ
ンクの保存安定性、噴射安定性を損ねる等不具合を生じ
る。50重量%より多く添加すると粘度の上昇によるイ
ンクジェットでの噴射安定性が劣る。
【0020】本発明では、請求項1の構成に加えて、前
記揮発性溶剤が蒸発しインク中の顔料濃度を元の1.2
5〜1.50倍に濃縮したときのζ電位の絶対値が蒸発
前のζ電位の絶対値に対して5mV以上低下する特性を
兼ね備えたインクを収容するように構成したインクジェ
ット記録装置が特に間欠吐出安定性に優れることを見出
した。揮発性溶剤の蒸発にともなうζ電位変化が大きい
と、これが駆動力となり顔料粒子の移動、すなわちメニ
スカス近傍の透明化が促進されるためと考えられる。な
お、揮発性溶剤の蒸発にともなうζ電位の変化が大きく
ても、もとのζ電位絶対値が小さいと、蒸発にともなう
凝集作用が勝り、メニスカス近傍での顔料粒子の移動や
透明化は起こらず、メニスカス近傍のインクは増粘し、
間欠吐出が不安定になる。
【0021】本発明で使用される顔料は、特にその種類
を限定すること無く、無機顔料、有機顔料を使用するこ
とができる。無機顔料としては、酸化チタン及び酸化
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
ローに加え、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法
等の公知の方法によって製造されたカーボンブラックを
用いることができる。また、有機顔料としては、アゾ顔
料(アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレ
ートアゾ顔料等を含む)、多環式顔料(例えば、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、キノフラロン顔料等)、染料キレート(例えば、塩
基性染料型キレート、酸性染料型キレート等)、ニトロ
顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック等を用いること
ができる。
【0022】本発明において好ましく用いられる顔料の
具体例として、黒色用としては、ファーネスブラック、
ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラ
ック等のカーボンブラック(C.I.ピグメントブラッ
ク7)類、又は銅、鉄(C.I.ピグメントブラック1
1)、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック(C.
I.ピグメントブラック1)等の有機顔料が挙げられ
る。さらに、カラー用としては、C.I.ピグメントイ
エロー1、3、12、13、14、17、24、34、
35、37、42(黄色酸化鉄)、53、55、74、
81、83、95、97、98、100、101、10
4、408、109、110、117、120、12
8、138、150、151、153、183、C.
I.ピグメントオレンジ5、13、16、17、36、
43、51、C.I.ピグメントレッド1、2、3、
5、17、22、23、31、38、48:2、48:
2(パーマネントレッド2B(Ca))、48:3、4
8:4、49:1、52:2、53:1、57:1(ブ
リリアントカーミン6B)、60:1、63:1、6
3:2、64:1、81、83、88、101(べんが
ら)、104、105、106、108(カドミウムレ
ッド)、112、114、122(キナクリドンマゼン
タ)、123、146、149、166、168、17
0、172、177、178、179、185、19
0、193、209、219、C.I.ピグメントバイ
オレット1(ローダミンレーキ)、3、5:1、16、
19、23、38、C.I.ピグメントブルー1、2、
15(フタロシアニンブルー)、15:1、15:2、
15:3(フタロシアニンブルー)、16、17:1、
56、60、63、C.I.ピグメントグリーン1、
4、7、8、10、17、18、36、等が挙げられ
る。
【0023】これらの顔料を記録液に導入し分散安定
性、吐出安定性を確保するためには、顔料の表面処理、
分散処理、分級処理等を組み合わせて顔料の粒子径分布
を10〜600nmの範囲内に制御する必要がある。6
00nmを超える粒子が粒度分布測定装置で観測される
程度に存在するとインクの分散安定性が悪く、保存時に
凝集等で粗大粒子が発生しインクジェットヘッドのノズ
ルからインクを吐出する際の安定性が劣る。また、イン
ク中の粒子径は平均粒子径が50〜200nmの範囲に
制御することが好ましい。200nmを超えると分散安
定性が悪くなる。さらに、印刷物の色調、特に彩度の低
下が問題なる。50nmを下回る平均粒子径のインクは
分散安定性は良好であるが、インクが記録媒体に浸透乾
燥する際に、インク中の顔料粒子が記録媒体の内部深く
に浸透する、所謂裏抜けが発生しやすくなる。ここでい
う平均粒径とは、体積累積パーセント50%の値をさ
す。体積累積パーセント50%の値を測定するには、例
えば、インク中のブラウン運動を行っている粒子にレー
ザー光を照射し、粒子から戻ってくる光(後方散乱光)
の振動数(光の周波数)の変化量から粒子径を求める動
的光散乱法(ドップラー散乱光解析)といわれる方法を
用いることができる。
【0024】顔料の表面処理に関しては、顔料の表面を
樹脂等で処理し、水中に分散可能としたグラフト顔料
や、顔料をマイクロカプセルに包含させ、該顔料を水中
に分散可能なのものとしたものがあるが、好ましい実施
形態は、顔料の表面に親水性のイオン性基を直接若しく
は連結基を介して結合したもので、後述する分散処理に
おける分散剤を使用することなく水中に安定に分散が可
能であり、揮発性溶剤の蒸発過程で顔料粒子が凝集する
こともないので、顔料粒子の移動や透明化の現象が起こ
りやすい。
【0025】イオン性基としてはカチオン性、アニオン
性いずれのものも用いることができる。カチオン性基と
しては第4級アンモニウム、第4級アルキルアミンの
塩、ピリジニウム、ホスホニウム等のカチオン性基を用
いることができる。カチオン性基を用いた場合、前述の
イオン性基全般の効果に加えて、アニオン性のインクと
の組み合わせで、カラーブリードの解消に効果がある。
顔料の表面に直接若しくは連結基を介して結合するアニ
オン性基としては−COOM、−SOM、−PO
M、−PO(但しMは水素原子、アルカリ金
属、第4級アンモニウム、第4級ホスホニウム、アルカ
ノールアミンを表わす)が好ましい。特にカルボキシル
基を結合したタイプは分散安定性が向上するばかりでな
く、高品位な印字品質が得られるとともに、印字後の記
録媒体の耐水性がより向上する点で好ましい。また、カ
ルボキシル基の対イオンとしてアルカリ金属、第4級ア
ンモニウム、第4級ホスホニウム、アルカノ−ルアミン
陽イオン等を用いることにより、優れた分散安定性、吐
出安定性を示す。この効果は、対イオンの水和効果に由
来するものと考えられる。
【0026】顔料の分散処理に関しては、高分子分散剤
又は界面活性剤型分散剤、及び水を少なくとも含有する
水性媒体に顔料を添加した顔料分散組成物をプレミキシ
ングした後、公知の分散手段を用いて分散を行い、必要
に応じて遠心分離処理を行って粒度分布及び平均粒子径
を調整した分散液を得る。
【0027】次に、この分散液に所望の特性を得るため
に適宜選択された添加剤成分を加え、撹拌して本発明で
使用するインクとする。インク組成物中の顔料の添加量
は、0.5〜15重量%程度が好ましいく、より好まし
くは2〜10重量%程度である。前述の高分子分散剤と
しては例えば以下のものが挙げられる。ポリアクリル
酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−アクリロニトリル
共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、
アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、ス
チレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸
共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキル
エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル
酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルス
チレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルス
チレン−アクリル酸共重合体−アクリル酸アルキルエス
テル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニル
ナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−エチレ
ン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合
体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビ
ニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共
重合体等が挙げられ、親水性基としてカルボキシル基を
有するものが分散安定性に有利であり、本発明のζ電位
を制御する上でも好ましい。これらの共重合体は重量平
均分子量が3,000〜50,000であり、好ましく
は5,000〜30,000、最も好ましくは7,00
0〜15、000である。分散剤は、顔料を安定に分散
させ、本発明の他の効果を失わせない範囲で適宣添加す
ることができる。分散剤添加量としては1:0.06〜
1:3の範囲が好ましく、より好ましくは1:0.12
5〜1:3の範囲である。
【0028】界面活性剤型の分散剤としてはソルビタン
脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、デカグリ
セリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステ
ル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポ
リオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、ポリオキ
シエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリエチレング
リコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル
エーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニル
エーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエ
チレンラノリン・ラノリン・アルコール・ミツロウ誘導
体、ポリオキシエチレンアルキルアミン・脂肪酸アミド
等の非イオン性界面活性剤、アルキル硫酸塩、ポリオキ
シエチレンアルキルエーテル硫酸塩、N−アシルアミノ
酸塩、N−アシルメチルタウリン塩、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル酢酸塩、α−オレフィンスルホン酸
塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエ
ーテルリン酸塩等のアニオン性界面活性剤が挙げられ
る。
【0029】特にエチレンオキサイド基を含むアニオン
系界面活性剤を用いることで、分散安定性に優れ、水分
蒸発時のメニスカス近傍での顔料濃度の低下あるいは相
分離現象も起こりやすい。これは、エチレンオキサイド
基が水分子を引き付けやすいためである。
【0030】分散剤としてのエチレンオキサイド基を含
むアニオン系界面活性剤としては一般式(I)、(I
I)、(III)で示される化合物を用いることにより、顔
料の分散安定性を大幅に向上することができる。
【0031】 RO(CHCHO)CHCOOM (I) RO(CHCHO)SO (II) RO(CHCHO)PO(OM)OM (III) R:炭素数6〜14の分岐してもよいアルキル基、
l:3〜12 M1、2、:アルカリ金属イオン、第四級アンモ
ニウム、第四級ホスホニウム、アルカノールアミン R、R:炭素数4〜24以下のアルキル基、アルキ
ルフェニル基又はアルキルアリル基 M:水素、又はR(CHCHO) mは4〜50 nは4〜20 一般式(I)、(II)、(III)の化合物では、−CO
OM、−SOや−PO(OM)OMが水中
で解離しζ電位を決定している。さらにこれらの親水基
に隣接してオキシエチレン鎖が水分子を引き付るため
に、水分蒸発の過程においても解離を維持していて、高
いζ電位絶対値を確保できる。一般式(I)、(II)、
(III)の化合物のオキシエチレン鎖とアルキル鎖長は
使用する顔料と低揮発性溶剤の種類に応じて適正なもの
が選択される。
【0032】一般式(I)、(II)、(III)で表され
る化合物の具体例を遊離酸型で示す。 化合物(I)−1 C13H27O(CH2CH2O)3COOH 化合物(I)−2 C10H21O(CH2CH2O)12COOH 化合物(I)−3 C4H9C6H5O(CH2CH2O)10COOH 化合物(I)−4 C3H7C6H5O(CH2CH2O)12COOH 化合物(I)−5 C13H27O(CH2CH2O)6COOH 化合物(II)−1 C8H17O(CH2CH2O)4SO3H 化合物(II)−2 C9H19C6H5O(CH2CH2O)12SO3H 化合物(II)−3 C2H5(C2H5)C12H25C6H5O(CH2CH2O)
24SO3H 化合物(II)−4 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)8O(CH2CH2O)
8SO3H 化合物(II)−5 C12H25C6H5O (CH2CH2O) 8SO3H 化合物(III)−1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)8O(CH2CH
2O)8PO(OH)2 化合物(III)−2 C9H19C6H5O(CH2CH2O)3PO(CH2CH2
O)3OH 化合物(III)−3 C13H27O(CH2CH2O)4PO(OH)2 等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、これらは、単独で用いても、複数のものを混合し
て用いてもよい。
【0033】さらに本発明のアニオン系界面活性剤の対
イオンとしてアルカリ金属、第4級アンモニウム、第4
級ホスホニウム、アルカノ−ルアミン陽イオンを用いる
ことにより、優れた分散安定性、吐出安定性を示す。こ
の効果は、対イオンの水和効果に由来するものと考えら
れる。
【0034】また本発明のインクには、上記のアニオン
系界面活性剤以外に分散剤としてエチレンオキサイド基
を含むノニオン系界面活性剤を使用することもできる。
エチレンオキサイド基を含むノニオン系界面活性剤は単
独で使用することもできるが、曇点を有するために本発
明のアニオン系界面活性剤と併用することこが好まし
い。併用することで、単独では明瞭であった曇点が不明
瞭になるか消失するため、温度変化や長期保存下におい
てもオキシエチレン鎖の分子を引き付ける作用が低下す
ることがない。ノニオン系の界面活性剤は分子中の親水
基が水中で電離しない非イオン性基であり、主に親水基
としてポリオキシエチレン基を含む化合物、水酸基を多
く含むソルビタン、ショ糖エステル、モノグリセリド等
が知られている。この中で、オキシエチレン基を含む化
合物は分子中におけるオキシエチレン基の割合を変化さ
せることによりHLBを任意に設計できるため、分散効
果の高い界面活性剤を得ることができる。
【0035】分散剤としてのノニオン系界面活性剤の例
としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリ
オキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエ
チレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン
グリコールエステル、ポリオキシエチレンポリオキシプ
ロピレングリコール、グリセリンエステルのポリオキシ
エチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエ
チレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエ
チレンエーテル、ボリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポ
リオキシエチレンアルキルアミン等が挙げられる。
【0036】本発明においては、浸透剤として、20℃
の水中において0.99〜28重量%の間に溶解度を有
する、部分的に水溶性のポリオール及び/又はグリコー
ルエーテルを含有することができる。溶解度が0.99
重量未満では保存時の温度変化が大きい場合に分離等が
起こり、物性変化しやすく、28%を越えるものでは紙
への充分な親和力が得られず、乾燥性が悪い。より好ま
しくは溶解度が1〜4.5重量%のものが高速印字での
速乾性を得ることができる。具体的には、2−エチル−
1,3−ヘキサンジオール、エステルジオール204す
なわちHOCH C(CHCHOCOC(CH
CHOH、ヘキシルセルソルブすなわちC
12OCHCHOH、ヘキシルカルビトールすなわ
ちC 13O(CO)H等々が挙げられる
が、特に2−エチル−1、3−ヘキサンジオールがより
好ましい。2−エチル−1、3−ヘキサンジオールを添
加することにより、にじみを低減することが可能とな
り、また吐出安定性及び吐出応答性を向上させることが
できる。
【0037】本発明においては、紙への浸透性を高め、
速乾燥性で、文字にじみ、境界にじみを更に低減させた
高品位な画像を得ることを目的に、界面活性剤も添加で
きる。添加される界面活性剤としては特に限定されるも
のではなく、両性界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、
アニオン系界面活性剤のいずれも使用可能であるが、特
に好ましくはエチレンオキサイド基を含むアニオン系界
面活性剤である。
【0038】界面活性剤の含有量としては、0.05〜
10重量%が適当であり、0.1〜5重量%が好まし
く、さらに好ましくは0.1〜3重量%である。界面活
性剤の含有量が0.05重量%より少ない場合は記録紙
への浸透性を十分に高めることが出来ない。10重量%
より多い場合はインクの増粘や、界面活性剤自体の低温
での析出が問題となることがある。
【0039】その他、本発明においては、必要に応じて
防腐剤、防かび剤、PH調整剤、酸化防止剤、酸素吸収
剤等添加することができる。
【0040】次に本発明のヘッド部について説明する。
ヘッド部はインク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズ
ルに対応する圧力発生手段を少なくとも備える。本発明
では、前述のインクを用いて、非吐出ノズルに対して少
なくとも吐出の前にインク液滴が吐出しない程度にメニ
スカスを振動させる非吐出駆動を行なうことで、印字を
一次休止した場合や印字中に休止ノズルがある場合でも
メニスカスに振動を加えるだけでメニスカス近傍とノズ
ル内部のインクが容易に混合され、淡色ドットあるいは
透明ドットの問題が解消されるものであるが、ノズル径
が25μm以下の場合に効果が顕著になる。これは、ノ
ズル径が小径化するにつれて、蒸発過程における顔料粒
子の移動あるいは相分離透明化現象が短時間(環境条
件、ノズル径により異なるが20℃50%環境下20μ
m径ノズルで数秒以内)に発生するようになるためであ
り、小径ノズルを搭載したプリンタにおいて、顔料濃度
低下あるいは相分離透明化したインクを従来技術のよう
な非印字領域での空吐出で対応しようとすると、更に低
湿下のような悪条件が重なった極端な場合には、ヘッド
搭載キャリッジの走査毎に空吐出を行う必要もでてく
る。本発明では空吐出を行なう間隔を充分に長く設定す
ることが可能になり、印字速度が向上するものである。
なお、ここでノズル径は真円の直径を指すものではな
く、面積相当直径をいう。
【0041】圧力発生手段としては力学的エネルギーを
作用させて、インクの吐出、インクメニスカスの振動の
制御を行なえるものであれば良いが、その実施形態とし
ては圧電素子を用いる所謂圧電ヘッド、あるいは静電気
力を利用して振動板を変形させ、その力学的エネルギー
をインクに作用させる所謂静電ヘッドを用いることがで
きる。
【0042】さらに、本発明においては、ヘッド部への
投入エネルギーと吐出液滴重量の比を5×10−8〔J
/pg〕以下に構成することが好ましい。このようにす
ることで、消費電力の小さい記録装置を構成することが
できるが、従来は吐出安定性、特に間欠吐出安定性を確
保することが困難であった。本発明では、前述のインク
収容部及びインク滴を吐出しない程度にインクメニスカ
スを振動させるために所定のタイミングで圧力発生手段
を動作させる駆動手段とを組み合わせることで吐出安定
性、特に間欠吐出安定性に優れたインクジェット記録装
置とすることができた。ヘッド部への投入エネルギーと
吐出液滴重量の比を5×10−8〔J/pg〕以下に構
成するヘッド部としては、圧力発生手段が振動板と、振
動板に対向して設けられた個別電極とを有し、該振動板
と個別電極との間に生じる静電気力を利用して、前記振
動板を変形させることで圧力を発生するものである前述
の静電ヘッドが最も適している。
【0043】続いて、以下にインクジェット記録装置の
実施形態について添付図面を参照して説明するが、以下
は構成例の一つに過ぎず、本発明に何ら限定を加えるも
のではない。
【0044】図2は本発明に係るインクジェット記録装
置の機構部の概略図、図3は図2の要部概略斜視図であ
る。
【0045】図2のインクジェット記録装置は、用紙2
0を副走査方向(B方向)に搬送するためにプラテンロ
ーラ(以下、プラテンという)21と、プラテン21の
周面に押し付けて配設した給紙ローラ22,23及び用
紙送り角を規定するピンチローラ24と、記録ヘッド6
が対向するガイド板25と、記録ヘッド6より用紙搬送
方向下流側の排紙ローラ26及びこの排紙ローラ26に
押し付けられて当接する用紙押え用拍車ローラ27とを
備えている。
【0046】そして、ステッピングモータからなる副走
査モータ28の回転をギヤ29〜31及びプラテンギヤ
32を介してプラテン21に伝達して、プラテン21を
回転駆動することによって給紙部33に収納した用紙2
0をプラテン21と給紙ローラ22,23及び用紙押え
用ローラ24を経て、記録ヘッド6とガイド板25との
間に送り込み、プラテン21で用紙20を副走査方向に
移動させながら、プラテンギヤ32に噛み合うギヤ34
を介して回転される排紙ローラ26及び用紙押え用拍車
ローラ27で用紙20を排紙方向(図3の矢示B方向)
に送り出す。
【0047】また、図3の記録装置要部は、左右の側板
1、2間に横架したガイドロッド3とガイド板4とでキ
ャリッジ5を主走査方向(A方向)に摺動自在に保持
し、キャリッジ5の下面側にはインクジェットヘッドか
らなる記録ヘッド6をインク滴吐出方向を下方に向けて
装着し、キャリッジ5の上面側には記録ヘッド6に各色
のインクを供給するためのインクジェット記録用カート
リッジ7を装着している。
【0048】記録ヘッド6は、イエロー(Y)のインク
を吐出するヘッド、マゼンタ(M)のインクを吐出する
ヘッド、シアン(C)のインクを吐出するヘッド及びブ
ラック(Bk)のインクを吐出するヘッドを主走査方向
に配置したものである。キャリッジ5は、ステッピング
モータからなる主走査モータ15で回転される駆動プー
リ16と従動プーリ17との間に張装したタイミングベ
ルト18に連結して、主走査モータ15を駆動制御する
ことによってキャリッジ5、即ち記録ヘッド6が主走査
方向に移動されるようにしている。
【0049】このように構成したこの記録装置では、記
録ヘッド6(キャリッジ5)を主走査方向に移動走査さ
せながら、用紙20を副走査方向に搬送して、記録ヘッ
ド6各ヘッドのノズルから所要の色のインク滴を吐出さ
せることによって、用紙20上に所要のカラー画像(黒
画像を含む。)を記録する。また、この記録装置におい
ては、キャリッジ5の主走査領域の右側部分に、記録ヘ
ッド6の信頼性維持回復機構(サブシステム)35を配
設し、印字待機状態にあるとき、ホスト側から所定時間
印刷データが転送されないとき、或いは予め定めた時間
間隔等で、記録ヘッド6のノズル面やノズルの汚れを除
去する等の信頼性維持回復動作を行う。
【0050】(圧電ヘッド)次に、ヘッド部の一例とし
て圧電ヘッドについて図4〜図6を参照して説明する。
なお、図4はインクジェットヘッドの分解斜視図、図5
は同ヘッドのチャンネル方向(ノズル配列方向)と直交
する方向の要部拡大断面図、図6は同ヘッドのチャンネ
ル方向の要部拡大断面図である。
【0051】このインクジェットヘッドは、駆動ユニッ
ト41と、液室ユニット42と、ヘッドカバー43とを
備えている。駆動ユニット41は、セラミックス基板、
例えばチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライト
等の絶縁性の基板44上に、エネルギー発生素子である
複数の積層型圧電素子45を列状に2列配置して接合
し、これら2列の各圧電素子45の周囲を取り囲む樹
脂、セラミック等からなるフレーム部材(支持体)46
を接着剤47によって接合している。
【0052】複数の圧電素子45は、インクを液滴化し
て飛翔させるための駆動パルスが与えられる圧電素子
(駆動部)48と、駆動部48,48間に位置し、駆動
パルスが与えられずに単に液室ユニット42を基板44
に固定する液室支柱部材となる圧電素子(非駆動部)4
9とを交互に構成している。
【0053】ここで、圧電素子45としては10層以上
の積層型圧電素子を用いている。この積層型圧電素子
は、例えば図4に示すように、厚さ10〜50μm/1
層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)50と、厚さ数μ
m/1層の銀・パラジウム(AgPd)からなる内部電
極51とを交互に積層したものであるが、圧電素子とし
て用いる材料は上記に限られるものでなく、その他の電
気機械変換素子を用いることもできる。
【0054】各圧電素子45の内部電極51は1層おき
にAgPdからなる左右の端面電極52,53(2つの
圧電素子列の対向する面側を端面電極52とし、対向し
ない面側を端面電極53とする。)に接続している。一
方、基板44上には、図4に示すようにNi・Au蒸
着、Auメッキ、AgPtペースト印刷、AgPdペー
スト印刷等によって共通電極54及び選択電極55の各
パターンを設けている。そして、各列の各圧電素子45
の対向する端面電極52を導電性接着剤56を介して共
通電極54に接続し、他方、各列の各圧電素子45の対
向しない端面電極53を同じく導電性接着剤56を介し
てそれぞれ選択電極55に接続している。これにより、
駆動部48に駆動電圧(駆動エネルギー)を与えること
によって、積層方向に電界が発生して、駆動部48には
積層方向の伸びの変位(d33方向の変位)が生起され
る。なお、共通電極54は、図4にも示すように、フレ
ーム部材46に設けた穴46a内に導電性接着剤56を
充填することで各圧電素子に接続されたパターンの導通
を取っている。
【0055】一方、液室ユニット42は、金属薄膜の積
層体からなる複層構造の振動板57と、ドライフィルム
レジスト(DFR)からなる感光性樹脂層で形成した2
層構造の液室隔壁部材58と、金属、樹脂等からなるノ
ズルプレート59とを順次を積層し、熱融着して形成し
ている。これらの各部材によって、1つの圧電素子45
(駆動部48)と、この1つの圧電素子45に対応する
ダイアフラム部60と、各ダイアフラム部60を介して
加圧される加圧液室61と、この加圧液室61の両側に
位置して加圧液室61に供給するインクを導入する共通
液室62,62と、加圧液室61と共通液室62,62
とを連通する流体抵抗部を兼ねたインク供給路63,6
3と、加圧液室61に連通するノズル64とによって1
つのチャンネルを形成し、このチャンネルが複数個2列
設けられている。
【0056】振動板57は、2層構造のニッケルめっき
膜からなり、駆動部48に対応する前記ダイアフラム部
60と、駆動部48と接合するためにこのダイアフラム
部60の中央部に一体的に形成した島状凸部65と、非
駆動部49に接合する梁となる66及びフレーム部材4
6に接合する周辺厚肉部67とを形成している。
【0057】液室隔壁部材58は、振動板57側に予め
ドライフィルムレジストを塗布して所要のマスクを用い
て露光し、現像して所定の液室パターンを形成した第1
感光性樹脂層68と、ノズルプレート59側に予めドラ
イフィルムレジストを塗布して所要のマスクを用いて露
光し、現像して所定の液室パターンを形成した第2感光
性樹脂層69とを熱圧着で接合してなる。
【0058】ノズルプレート59にはインク滴を飛翔さ
せるための微細な吐出口であるノズル64を多数形成し
ている。このノズル64の内部形状(内側形状)は、略
円柱形状、略円錘台形状、ホーン形状等に形成する。ま
た、このノズル64の径はインク滴出口側の直径で約1
5〜35μmである。このノズルプレート59のインク
吐出面(ノズル表面側)は、図4にも示すように撥水性
の表面処理を施した撥水処理面70としている。例え
ば、PTFE−Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗
装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えばフッ化ピッチ等)
を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂
の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定し
た撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安
定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
なお、ノズルプレート59の周縁部は撥水処理膜を形成
しない非撥水処理面71としている。
【0059】これらの駆動ユニット41と液室ユニット
42とはそれぞれ別個に加工、組立を行なった後、液室
ユニット42の振動板57と駆動ユニット41の圧電素
子45及びフレーム部材46とを接着剤72で接合して
いる。そして、基板44をヘッド支持部材であるスペー
サ部材(ヘッドホルダ)73上に支持して保持し、この
スペーサ部材73内に配設したヘッド駆動用IC等を有
するPCB基板と駆動ユニット41の各圧電素子45
(駆動部48)に接続した各電極54,55とをFPC
ケーブル74,74を介して接続している。
【0060】また、ノズルカバー(ヘッドカバー)43
は、ノズルプレート59の周縁部及びヘッド側面を覆う
箱状に形成したものであり、ノズルプレート59の撥水
処理面70に対応して開口部を形成し、ノズルプレート
59の周縁部に残した非撥水処理面71に接着剤にて接
着接合している。さらに、このインクジェットヘッドに
は、図示しないインクジェット記録用カートリッジから
のインクを液室に供給するため、スペーサ部材73、基
板44、フレーム部材46及び振動板57にそれぞれイ
ンク供給穴75〜78が設けられている。
【0061】このインクジェットヘッドにおいては、記
録信号に応じて駆動部48に駆動波形(10〜50Vの
パルス電圧)を印加することによって、駆動部48に積
層方向の変位が生起し、振動板57のダイアフラム部6
0を介して加圧液室61が加圧されて圧力が上昇し、ノ
ズル64からインク滴が吐出される。このとき、加圧液
室61から共通液室62へ通じるインク供給路63,6
3方向へもインクの流れが発生するが、インク供給路6
3,63の断面積を狭小にすることで流体抵抗部として
機能させて共通液室62,62側へのインクの流れを低
減し、インク吐出効率の低下を防いでいる。
【0062】そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室61内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性
と駆動パルスの放電過程によって加圧液室61内に負圧
が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、イン
クタンクから供給されたインクは共通液室62,62に
流入し、共通液室62,62からインク供給路63,6
3を経て加圧液室61内に充填される。そして、ノズル
64の出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、
表面張力によってノズル64の出口付近に戻されて(リ
フィル)安定状態に至れば、次のインク滴吐出動作に移
行する。
【0063】次に、このインクジェット記録装置の制御
部の概要について図7を参照して説明する。この制御部
は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュー
タ(以下CPUということもある)80と、必要な固定
情報を格納したROM81と、ワーキングメモリ等とし
て使用するRAM82と、画像情報を処理したデータを
格納する画像メモリ83と、パラレル入出力(PIO)
ポート84と、入力バッファ85と、ゲートアレー(G
A)或いはパラレル入出力(PIO)ポート86と、ヘ
ッド駆動回路87及びドライバ88等を備えている。こ
こで、PIOポート84にはホスト側からの画像情報の
他、用紙種別等のデータ、図示しない操作パネルからの
各種指示情報、用紙の始端、終端を検知する紙有無セン
サからの検知信号、キャリッジ5のホームポジション
(基準位置)を検知するホームポジションセンサ等の各
種センサからの信号等が入力され、またこのPIOポー
ト84を介してホスト側や操作パネル側に対して所要の
情報が送出される。
【0064】また、ヘッド駆動回路87は、PIOポー
ト86を介して与えられる各種データ及び信号に基づい
て、記録ヘッド6の各ノズルに対応するエネルギー発生
素子(圧電素子)の内の画像情報に応じた吐出ノズルお
よぶ非吐出ノズルのエネルギー発生素子に対して後述す
る所定の駆動波形を印加する。さらに、ドライバ88
は、PIOポート88を介して与えられる駆動データに
応じて主走査モータ15及び副走査モータ28を各々駆
動制御することで、キャリッジ5を主走査方向に移動走
査し、プラテン21を回転させて用紙20を所定量搬送
させる。
【0065】次に、この制御部における記録ヘッドの駆
動制御の一例について図8を参照して説明する。なお、
同図では1つのヘッドの駆動制御に係る部分のみを示し
ている。ここで、記録ヘッド6を構成するインクジェッ
トヘッドHは、上述したように複数(ここでは32個と
する。)のノズル64に対応する32個のエネルギー発
生素子である圧電素子PZTを有し、各圧電素子PZT
の一方の電極は共通化して共通電極Com(上記の共通
電極54である。)とし、他方の電極は各圧電素子PZ
T毎に個別化して選択電極SEL(上記の個別電極55
である。)としている。なお、実際にはノズル64は2
列設けているので、64個のノズル64を有することに
なる。
【0066】一方、このヘッドを駆動制御するためのヘ
ッド駆動制御部は、前述したCPU80、ROM81、
RAM82及び周辺回路を含む主制御部101と、イン
クジェットヘッドHを駆動するためのヘッド駆動部10
2とを備えている。なお、ヘッド駆動部102は各色の
ヘッド毎に設けているので、前述したヘッド駆動回路8
7には4個のヘッド駆動部102が設けられる。主制御
部101は、パーソナルコンピュータ等のホスト側から
与えられる画像情報を入力して、ヘッド駆動部102に
対して、駆動波形を生成するタイミングを規定する駆動
タイミング信号MMと、駆動波形毎にインク滴を吐出す
るノズルを指定するためのシリアルデータ(ノズルデー
タ)DiA、DiCとタイミング信号(シフトクロック
SCLK、ラッチ信号/LAT)を駆動制御信号として
出力する。
【0067】ヘッド駆動部102は、主制御部101か
らの駆動タイミング信号MMを入力して、2種類の駆動
波形、即ちノズルからインク滴を吐出させる駆動エネル
ギーを圧電素子PZTに与えられる駆動波形SAiとノ
ズルからインク滴を吐出させない程度の駆動エネルギー
を圧電素子PZTに与えられる駆動波形SCiを生成出
力するための波形生成回路103A及び波形生成回路1
03Cと、各波形生成回路103A、103Cの出力
(駆動波形SAi、SCi)を出力する低インピーダン
ス出力回路104A、104Cと、主制御部101から
の駆動制御信号に基づいてインクジェットヘッドHの各
選択電極Do1〜Do32に2つの駆動波形SAi、S
Ciのいずれかを出力する駆動波形選択回路105とを
備えている。
【0068】波形生成回路103A、103Cは、例え
ばROM、D/Aコンバータ又は他のパルス発生回路と
微積分回路、クリップ回路、クランプ回路等の波形変形
回路等で構成できる。この波形生成回路103A、10
3Cは、主制御部101からの駆動波形を生成出力する
ためのタイミングを決める駆動タイミング信号MMの
他、駆動波形の駆動電圧(電圧値)Vpを選択するため
のVp制御信号SVp(及び/又は後述する駆動波形の
立ち上がり時定数trを選択するためのtr制御信号S
tr)等も入力される。
【0069】次に、以上のように構成したこのインクジ
ェット記録装置の作用について図9を参照して説明す
る。主制御部101からはヘッド駆動部102の駆動波
形選択回路105に対して32ビットのシリアルデータ
であるインク滴を吐出させる噴射駆動ノズルを指定する
噴射駆動ノズルデータDiA、32ビットのシリアルデ
ータであるインク滴を吐出させない駆動波形を与える非
噴射駆動ノズルを指定する非噴射駆動ノズルデータDi
Cと、タイミング信号(シフトクロックSCLK、ラッ
チ信号/LAT)を駆動制御信号として出力する。
【0070】これによって、各圧電素子PZTには電圧
0、VpC、VpA(VpA>VpC)のいずれかの駆
動電圧Vpが印加される。すなわち、インク滴を吐出さ
せるノズルには電圧VpAの駆動波形SAiが印加され
(このノズルが「吐出駆動ノズル」である。)、インク
滴を吐出させないノズルの内のメニスカスを振動させる
ノズルには電圧VpCの駆動波形SCiが印加され(こ
のノズルが「非吐出駆動ノズル」である。)、インク滴
を吐出させないノズルの内の他のノズルには駆動波形S
Ai、SCiのいずれも印加されない(0Vが印加され
る。このノズルが「非駆動ノズル」である。)。
【0071】なお、図9では非吐出駆動パルスの振幅を
変えて非吐出駆動を行なう例を示したが、インク滴を吐
出しない程度にメニスカスを振動させるものであればこ
れに限るものでなく、他の一例として非吐出駆動パルス
のパルス幅を駆動パルスのパルス幅よりも狭いものとす
ることでも達成可能であり、好ましい制御手段である。
さらに、非吐出駆動パルスは、駆動パルスよりもパルス
の立下り時間を長く取ることによって、安定なメニスカ
ス振動が可能となる。
【0072】(静電ヘッド)力学的エネルギーを利用し
たインクジェット記録装置の好ましい他の実施形態とし
ては静電気力を利用して振動板を変形させる手段を用い
ることができる。
【0073】図10に静電ヘッド断面図を示す。静電ヘ
ッドは、複数の振動板を有する静電アクチュエータと、
振動板に対応したノズルを有するノズルプレートと、静
電アクチュエータに駆動電圧を印加するドライバIC
と、ドライバICと静電アクチュエータを接続するFP
Cケーブルと、静電ヘッドを保持するフレームと、異物
の侵入を防止するフィルターと、本体からのインクと電
力の供給をつなぐジョイントから構成される。
【0074】図11に静電ヘッドの加圧液室の拡大断面
図を示す。静電アクチュエータは、振動板を形成する振
動板基板と、その下面に接合され、振動板に対応した個
別電極が形成された個別電極基板を重ねて接合した積層
構造となっている。振動板基板はボロンがドープされた
p型シリコンよりなり、単結晶シリコンを異方性エッチ
ングすることで形成している。特に、振動板の部分に高
濃度ボロンをドープすることで、エッチングレートを低
くし、振動板の板厚を高精度に制御している。
【0075】また、振動板基板には図示しない共通電極
が設けられている。共通電極はAl等の金属をスパッタ
してシンタリング(熱拡散)することにより付設されて
おり振動板基板との導通が確保されている。これは、半
導体材料よりなる基板とオーミックコンタクトを取るた
めである。
【0076】個別電極基板は振動板基板と同種類のP型
シリコンよりなる。シリコン基板層の表面には、酸化膜
層(絶縁体層)が設けられ、等方性エッチングにより掘
り込まれる。この掘り込み量を調整して、振動板基板と
接合した時、ギャップを形成する。酸化膜層の掘り込み
部にTiNを成膜、パターニングして個別電極を形成し
ている。図にはないが、実際にはチャンネル分の電極が
配列されている。なお、個別電極材料は接合時の高温に
耐えるものならばこれに限ったものではない。個別電極
上には成膜した絶縁性の保護層を設ける。この実施例で
はSiOを成膜、パターニングして形成している。
【0077】振動板基板と個別電極基板は、直接接合や
共晶接合等により接合する。直接接合では1000℃程
度の高温下にて接合が実施され、純粋な基板が形成され
るのに対して、共晶接合では金等のバインダーを接合界
面に介在させて接合がなされる。接合の後に、振動板
と、個別電極の保護膜との間に形成されるギャップの厚
みは、本実施例では0.2μmとしてある。
【0078】また静電アクチュエータには、個別電極基
板と振動板基板を貫通する共通液室流路が形成され、個
別電極基板の裏面よりインクが供給される。ノズルプレ
ートは、振動板に対応した複数のノズル孔と、流体抵抗
を構成する凹部とを有する。本実施例ではNi電鋳によ
りノズルプレートを作成している。静電アクチュエータ
とノズルプレート、静電アクチュエータとフレームの接
合は接着剤を用いて行っている。この際、振動板ギャッ
プ封止剤によって振動板ギャップを気密封止する。封止
剤はエポキシ樹脂等の接着剤を用いた。ノズルプレート
とフレーム間もノズル板封止剤によってシールすること
で、電気回路部(個別電極、FPC等)にインクが回り
込むのを防止する。静電アクチュエータとFPCの電気
接続は異方性導電膜を使用している。
【0079】個別電極にパルス電圧を印加すると、複数
のアクチュエーターの共通電極となる振動板部材との間
に電位差が生じ、個別電極と振動板の間に静電力が生じ
る。この結果、振動板は印加した電圧の大きさに応じて
変位する。この時、振動板を電極に接触させる方法を当
接、接触させない方法を非当接と記す。その後、印加し
たパルス電圧を立ち下げることで、振動板の変位が復元
し、その復元力により加圧液室内の圧力を高くする。
【0080】ところで、電圧が印加され振動板が引き付
けられる時には、加圧液室内には負圧が生じている。圧
力は加圧液室の固有振動数で振動するので、パルス立ち
下げ時の圧力は、パルス立ち上げ時の残留圧力振動と、
復元圧力の重ね合せになる。したがって、印加するパル
ス電圧のパルス幅によってインク吐出特性に差が生じ
る。
【0081】図12にパルス幅依存性を示す。パルス幅
による圧力の重ね合せのタイミングによって、吐出特性
(吐出滴速度:Vj、吐出滴質量:Mj)が変動するこ
とがわかる。この例の場合、パルス幅を4μsより狭く
設定した場合と、Vj・Mjが第1のピークになるパル
ス幅と次のピークになるパルス幅の間のパルス幅に設定
した場合は、インク滴の吐出は起こらない。つまり、パ
ルス印加により振動板が変位しはじめて、ギャップ長の
1/3の位置に達するまでの時間内にパルスを立ち下げ
るような、短い時間のパルスや、圧力振動が相殺される
ようなタイミングに当たるパルス幅では、インク滴が吐
出するほどの復元力にならないため、インク滴は吐出せ
ずにノズル内のメニスカスが振動するのみとなる。
【0082】また、パルス立ち下げ時間を長くとり、振
動板変位の復元をゆっくり行うことでも、インク滴を吐
出させずにノズル内のメニスカスのみを振動させること
が可能である。これらの特性を積極的に利用すること
で、インクの増粘によるノズル目詰まりを予防できる。
【0083】ここで、インク滴を吐出させない程度にメ
ニスカスを振動させる非吐出駆動ノズルはインクの特性
や使用環境、画像情報に応じて任意に設定することがで
きる。例えば、5秒程度の印字空白が生じたときにはメ
ニスカス近傍の顔料濃度の低下が少なく、10秒程度の
印字空白のときに許容できない程度に顔料濃度が低下す
るのであれば、画像情報に基づき5秒程度の印字空白ノ
ズルに対しては非吐出駆動を行なわず、10秒程度以上
の印字空白ノズルに対して非吐出駆動を行なうようにす
れば、圧電素子の不必要な駆動を減らすことができるの
で、記録ヘッドの劣化を防止できる。非吐出駆動の動作
を決定するパラメータとしては、前述の画像情報のほか
に、環境条件も使用できる。
【0084】この非吐出駆動ノズルの設定は、相対湿度
及び/又は非吐出時間をパラメータとしたときの印字ド
ットの色調等で決定することが好ましい。具体的には、
連続印字ドットの色調と、相対湿度及び/又は非吐出時
間を変更して印字した場合の印字ドットの色調との色差
をあらかじめ求めておき、仮に許容度を色差が5程度と
設定するのであれば、色差5を超えるパラメータに関す
る情報をROMに保管しておき、湿度センサー等の情報
と画像情報に基づくノズルの非吐出時間から非吐出駆動
のON/OFFを割り当てれば良い。なお、ここでいう
色差はCIE1976Lab*表色系に基づくものであ
り、特に光源は同表色系に規定されているものであれば
いずれのものでも良い。この方法によれば、非吐出が続
いていたノズルから吐出されるインク滴の一滴目の色調
が連続印字ドットに対して色差ΔEを5以内に抑えるこ
とことができ、画像のシャープネスが向上する。なお、
許容度の設定は色差に限るものではなく、目視で判定し
ても良いし、画像濃度を用いても良い。
【0085】非吐出駆動を設定したノズルに対する非吐
出駆動のタイミングは、少なくとも吐出の直前に行なう
ことが最も効率的であるが、必要に応じて印字空白期間
の途中の非吐出駆動を加えても良い。吐出直前の非吐出
駆動のパルス数は10〜5000パルスの間で湿度条
件、画像データに応じて設定することが好ましい。非吐
出駆動のパルス数が10パルス未満であると低下した顔
料濃度の回復が不充分であり、5000パルス以上の非
吐出駆動は長期的に見て記録ヘッド寿命の低下につなが
るため好ましくない。
【0086】なお、本発明の記録方法では、一定の印字
時間間隔あるいは一定の非吐出期間が経過した時にノズ
ルの目詰まりや吐出方向安定性を確保するために、非印
字領域にておこなう空吐出動作の間隔を60秒以上に設
定することが好ましい。60秒以上であれば、印字物の
単票1枚の印字途中に空吐出動作を導入する必要がない
場合が多く、高速な印字が可能となる。
【0087】
【実施例】以下に本発明の実施例及び比較例を示すが、
本発明はこれらに限定されるものではない。
【0088】評価1:間欠吐出安定性評価1(圧電ヘッ
ド、ノズル径30μm) 実施例1〜4及び比較例1〜3で作製したインクを用
い、間欠吐出安定性評価を行った。インクジェト記録装
置として、図2〜図8で示した記録装置、記録ヘッドを
用意した。図5に示した構成の記録ヘッドにおいてノズ
ル径を約30μm、駆動周波数を12kHzとした。モ
デルインク(粘度3mPa・s、表面張力30mN/
m)を用いた時のヘッド部への投入エネルギーと吐出液
滴重量の比は1×10−7〔J/pg〕であった。非吐
出駆動は正常な吐出駆動条件に対して、駆動電圧を約1
/2にしたモード(パルス振幅1/2と表記する)とパ
ルス幅を1/3にしたモード(パルス幅1/3と表記す
る)の2種の条件で評価した。
【0089】間欠吐出試験は高温低湿環境下(30℃2
0%)、一定時間吐出を行わない状態でキャリッジをス
キャン(空スキャン)させた後に、IJ用光沢フィルム
上に全ノズル各20滴印字し、その後回復動作(空吐出
50滴)を行う評価を5回繰り返した。空スキャン時間
は、5秒、10秒、30秒、60秒、90秒の5段階で
行い、連続印字の場合と比較した。なお、非吐出駆動は
20滴印字の直前に行なった。評価は20滴印字の特に
第1滴目のドット色調・濃度、ドット噴射方向について
拡大観察し、目視で判断した。判断基準は以下に示す通
りとした。第1滴目のドット濃度については、 ◎ :連続印字と比べて濃度、色調の差異が感じられな
い。(マンセルAA級)ドットの輪郭がはっきりしてい
る。 ○:連続印字と比べてやや濃度,色調が変化している。
(マンセルA級)ドットの輪郭ははっきりしている。 △ :淡色化がおこってドットの輪郭が不明瞭 △△:ドットの濃度が上がって画素径が小さくなってい
る × :透明化がおこってドットが確認できない ××:ドットの吐出が見られない ドットの噴射方向については ○:噴射方向乱れが無く、ノズルがほぼ1列に並んでい
る △:若干噴射方向が乱れているが、第2発目の列に及ん
でいない ×:第1発目のドットが第2発目のドットのラインを超
えている 平均粒子径はLeeds & Northrup社製
MICROTRACUPA150を用いて測定した。
【0090】ζ電位はMatec Applled S
ciences社製 ESA−9800を用いて測定し
た。濃縮時のζ電位は、30℃20%の環境で顔料濃度
が元の1.25〜1.50倍になるよう乾燥濃縮したイ
ンクのζ電位を測定した。上記評価結果を表1に示す。
【0091】評価2:間欠吐出安定性評価2(静電ヘッ
ド、ノズル径20μm) ノズル径がさらに微小化した場合の本発明の記録方法、
記録装置の効果を示す。評価1の装置構成に対して図1
0、図11で示した記録ヘッドを搭載できるように変更
し、インクジェット記録装置を用意した。図10に示し
た構成の記録ヘッドにおいてノズル径を約20μm、加
圧液室約1000μm、振動板厚さ約2μm、駆動周波
数を12kHzとした。ヘッドの駆動条件としては、メ
ニスカスの振動に使うパルス(非吐出駆動)のパルス幅
2μs、インク滴吐出に使う駆動パルスのパルス幅 6
μsとした。また、駆動電圧は両パルスとも30Vと
し、非吐出駆動の有無と非吐出駆動のパルス数の効果を
確認した。間欠吐出安定性試験は評価1と同様に行なっ
た。評価1に示す試験法、基準に従い評価した。上記評
価結果を表2に示す。
【0092】非吐出駆動ノズルの設定例:非吐出駆動ノ
ズルは、印字ドットの色調で決定することが好ましいこ
とを説明したが、実施例2のインクと評価2で使用した
インクジェット記録装置との組み合わせで、その具体例
を図13の結果をもとに説明する。図9は、30℃20
%RHの環境条件と20℃50%RHの環境条件にて、
非吐出間隔を変えて20滴の印字を行ない、一滴目の印
字ドットと連続印字の印字ドットとの色差を求めて図示
したものである。図13の色差ΔE*abが5を超える
非吐出間隔を求めて,それぞれの環境条件で非吐出駆動
を行なう必要がある非吐出間隔が決定できる。具体例に
おいては,30℃20%RHの環境条件と20℃50%
RHの環境条件において、それぞれ約10秒、約50秒
であることがわかった。図14には実施例2のインクと
評価2で使用したインクジェット記録装置との組み合わ
せで、30℃20%RHの環境条件にて非吐出間隔60
秒の場合の非吐出駆動パルス数の最適値を決定する方法
を示したもので、ΔE*abを5以内に制御するために
は非吐出駆動パルス数が約300パルス程度であれば良
いことがわかる。以下に、インクの実施例及び比較例を
示す。
【0093】 <実施例1> 顔料分散液1 C.I.ピグメントブルー15:3 20重量% スチレン−アクリレート−メタクリル酸共重合体ジエタノールアミン塩 4.5重量% エチレングリコール 10重量% イオン交換水 残量 上記成分を混合した後、サンドミルにて分散処理を行っ
てシアン顔料分散液を得た。
【0094】下記処方のインク組成物を作成し室温にて
十分に攪拌した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフ
ィルターにてろ過を行い、実施例1インク組成物を得
た。平均粒子径は90nmであった。 インク組成物1 顔料分散液1 15重量% グリセリン 10重量% ジエチレングリコールモノブチルエーテル 5重量% サーフィノール465(アセチレングリコールのEO付加物)1.0重量% イオン交換水 残量
【0095】<比較例1>下記処方を用いる以外は実施
例1と同様にし比較例1インク組成物を得た。平均粒子
径は120nmであった。 顔料分散液2 C.I.ピグメントレッド122 20重量% スチレン−アクリレート−メタクリル酸共重合体 4.5重量% エチレングリコール 10重量% イオン交換水 残量 インク組成物2 顔料分散液2 20重量% エチレングリコール 10重量% サーフィノール465(アセチレングリコールのEO付加物)1.0重量% イオン交換水 残量
【0096】<比較例2>下記処方を用いる以外は実施
例1と同様にし比較例2インク組成物を得た。平均粒子
径は119nmであった。 顔料分散液3 C.I.ピグメントイエロー74 20重量% ラウリル硫酸ナトリウム 3.5重量% エチレングリコール 5重量% イオン交換水 残量 インク組成物3 顔料分散液3 20重量% トリエチレングリコール 15重量% 安息香酸ナトリウム 0.5重量% イオン交換水 残量
【0097】<比較例3>下記処方を用いる以外は実施
例1と同様にし比較例3インク組成物を得た。平均粒子
径は134nmであった。 インク組成物4 オゾン酸化処理カーボンブラック分散液(顔料濃度20%) 25重量% 1,5ペンタンジオール 10重量% ジアルキルスルホ琥珀酸ナトリウム 0.5重量% イオン交換水 残量
【0098】<実施例2>下記処方を用いる以外は実施
例1と同様にし実施例2インク組成物を得た。平均粒子
径は128nmであった。 インク組成物5 カルボキシル基結合型カーボンブラック分散液(顔料濃度15%) 33.3重量% グリセリン 5重量% トリエチレングリコール 10重量% N−メチル−2−ピロリドン 1.0重量% 具体例(I)−2の化合物 0.5重量% イオン交換水 残量
【0099】<実施例3>下記組成物を用いる以外は実
施例1と同様にして実施例3インク組成物を調整した。
平均粒子径は117nmであった。 顔料分散液4 C.I.ピグメントレッド 122 25重量% ノニルプロペニルフェノールエチレンオキサイド20モル付加体硫酸エステル アンモニウム塩 5重量% 純水 残量 インク組成物6 顔料分散液4 14重量% エチレングリコール 5重量% ジエチレングリコール 10重量% 界面活性剤(具体例1−2)のLi塩 1.0重量% イオン交換水 残量
【0100】<実施例4>下記組成物を用いる以外は実
施例1と同様にして実施例4インク組成物を調整した。
平均粒子径は98nmであった。 顔料分散液5 C.I.ピグメントイエロー 74 20重量% ノニルプロペニルフェノールエチレンオキサイド20モル付加体硫酸エステル アンモニウム塩 3重量% オクチルプロペニルフェノールエチレンオキサイド50モル付加体 2重量% 純水 残量 上記成分を混合した後、サンドミルにて分散処理を行っ
てシアン顔料分散液を得た。 インク組成物7 顔料分散液5 10重量% グリセリン 5重量% ジエチレングリコールモノブチルエーテル 10重量% 界面活性剤(具体例1−1)のアンモニウム塩 0.5重量% イオン交換水 残量
【0101】
【表1】
【0102】
【表2】
【0103】
【発明の効果】本発明の請求項1のインクジェット記録
装置によれば、少なくとも、(A)インク滴を吐出する
複数のノズルと、各ノズルに対応する圧力発生手段を備
えたヘッド部と、(B)顔料、揮発性溶剤、及び低揮発
性溶剤を含有し、ζ電位絶対値が20mV以上であっ
て、印字中の非吐出ノズルにおいてメニスカス近傍のイ
ンクの顔料濃度が低下する特性を有するインクを収容し
たインク収容部と、(C)インク滴を吐出しない程度に
インクメニスカスを振動させるために所定のタイミング
で該圧力発生手段を動作させる駆動手段とを備えたイン
クジェット記録装置とすることで、印字中の非吐出ノズ
ルにおいてはメニスカス近傍のインクの顔料濃度が低下
するために、蒸発に伴う増粘現象を回避できるので、目
詰まりすることがない。非吐出の続いたノズルからも安
定した印字が可能となり、空吐出等の非印字領域での維
持動作なしに高品位な記録が可能となった。
【0104】本発明の請求項2のインクジェット記録装
置によれば、請求項1の構成の記録装置であって、前記
揮発性溶剤の蒸発により顔料濃度を元の1.25〜1.
50倍に濃縮したときのζ電位の絶対値が蒸発前のζ電
位の絶対値に対して5mV以上低下する特性を兼ね備え
たインクを収容するものであることで、蒸発に伴う顔料
粒子の移動がより顕著となり、特に間欠吐出安定性の高
い記録装置の提供が可能となった。
【0105】本発明の請求項3のインクジェット記録装
置によれば、請求項1〜2の構成の記録装置であって、
前記揮発性溶剤として少なくとも水を含有し、前記顔料
がイオン性基を直接もしくは連結基を介して結合した顔
料であるインクを収容するものとすることで、揮発性溶
剤が蒸発しやすい環境条件で使用しても、顔料粒子が凝
集することがないので、インクメニスカス近傍の顔料粒
子の移動や透明化の現象が発現しやすく、ひいては間欠
吐出安定性の高い記録装置の提供が可能となった。
【0106】本発明の請求項4のインクジェット記録装
置によれば、請求項1〜3の構成の記録装置であってノ
ズル径を25μm以下とすることで、高品位記録と吐出
安定性を両立した記録装置が可能となった。
【0107】本発明の請求項5のインクジェット記録装
置によれば、請求項1〜4の構成の記録装置であってヘ
ッド部の投入エネルギーと吐出液滴重量比を特定の範囲
にすることで、省エネルギー性と相反するものであった
信頼性の両立化が可能となった。
【0108】本発明の請求項6インクジェット記録装置
によれば、前記圧力発生手段が振動板と、振動板に対向
して設けられた個別電極とを有し、該振動板と個別電極
との間に生じる静電気力を利用して、前記振動板を変形
させることで圧力を発生するものとすることで、請求項
5の具体的提案が可能となった。
【0109】本発明の請求項7のインクジェット記録装
置によれば、請求項1〜6の記録装置において環境相対
湿度検出手段を備え、環境相対湿度とインクの顔料濃度
低下特性をパラメータとして前記所定のタイミングが導
き出されることを特徴とすることで、圧力発生手段の不
必要な駆動がなくなり、記録ヘッドの寿命低下を防止で
きる。また、どのような環境条件、画像条件であって
も、一滴目のドットと他のドットの色差を一定限度に抑
える事が可能になり、画像のシャープネスを向上させる
ことができる。
【0110】本発明の請求項8及び9のインクジェット
記録装置によれば、非吐出駆動のタイミングが少なくと
も吐出の直前であり、非吐出駆動パルス数が10〜50
00パルスであることを特徴とすること、さらには、非
吐出ノズルの非吐出時間及び/又は環境条件に基づいて
非吐出駆動パルス数を制御することで、画像品質を維持
しながら、記録ヘッドの寿命低下も防止できる効率的な
ヘッド駆動が可能となった。
【0111】本発明の請求項10及び11のインクジェ
ット記録装置によれば、空吐出機構を設け、その動作間
隔を60秒以上とすることで、高画質と高速印字性とも
に確保した記録装置を提供することができる。
【0112】本発明の請求項12のインクジェット記録
用インク、また、請求項18のカラーインクセットによ
れば、少なくとも顔料、揮発性溶剤、及び低揮発性溶剤
を含有し、ζ電位絶対値が20mV以上であって、揮発
性溶剤の蒸発により顔料濃度が元の1.25〜1.50
倍に濃縮したときのζ電位の絶対値が蒸発前のζ電位の
絶対値に対して5mV以上低下するものであることを特
徴とすることで、印字中の非吐出ノズルにおいてはメニ
スカス近傍のインクの顔料濃度が低下するために、蒸発
に伴う増粘現象を回避できるので、目詰まりすることが
なく、蒸発に伴う顔料粒子の移動がより顕著であるの
で、特に間欠吐出安定性の高いインクジェット記録用イ
ンク及びカラーインクセットの提供が可能となった。
【0113】本発明の請求項13〜15のインクジェッ
ト記録用インクによれば、請求項12において、イオン
性基を直接もしくは連結基を介して結合した顔料であっ
て分散剤なしに水に分散が可能とすること、また、イオ
ン性基を特定することで信頼性の高いインク処方の提供
が可能になった。
【0114】請求項16のインクジェット記録用カート
リッジによれば、信頼性の高いインクジェット記録用カ
ートリッジを提供することができる。
【0115】請求項17のインクジェット記録用カート
リッジによれば、信頼性の高いインクを収容し、微細ノ
ズルのヘッド部と一体化することで、高品位画像と信頼
性の両立化が可能なインクジェット記録用カートリッジ
を提供できる。
【0116】請求項19のカラーインクセットによれ
ば、ブラックインクの顔料に結合したイオン性基と、イ
エローインク、マゼンタインク、シアンインクの顔料に
結合したイオン性基の極性が互いに異なるようにするこ
とで、カラーブリードの軽減した高品位画質と吐出安定
性等の信頼性を両立したインクジェット記録用カラーイ
ンクセットを提供できる。
【0117】請求項20及び21のインクジェット記録
方法によれば、蒸発に伴う増粘現象を回避できるので、
目詰まりすることがなく、非吐出の続いたノズルからも
安定した印字が可能となり、空吐出等の非印字領域での
維持動作なしに高品位な記録が可能なインクジェット記
録方法を提供できる。
【0118】請求項22のインクジェット記録方法によ
れば、前記揮発性溶剤として少なくとも水を含有し、前
記顔料がイオン性基を直接もしくは連結基を介して結合
したものであって、分散剤なしに水に分散が可能になっ
たものとすることで特に間欠吐出安定性に優れたインク
ジェット記録方法の提供が可能となった。
【0119】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非吐出駆動を行った場合を示す概略図
【図2】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部
の概略図
【図3】図2の要部概略斜視図
【図4】図2の記録ヘッドを構成するインクジェットヘ
ッドの分解斜視図
【図5】同ヘッドのチャンネル方向と直交する方向の要
部拡大断面図
【図6】同ヘッドのチャンネル方向の要部拡大断面図
【図7】制御部の概略ブロック図
【図8】同制御部のヘッド駆動装置に係る部分のブロッ
ク図
【図9】図8の波形生成回路の一例を示すブロック図
【図10】静電ヘッドの断面図
【図11】同ヘッドの要部拡大断面図
【図12】同ヘッドのインク滴吐出特性のパルス幅依存
性グラフ
【図13】非吐出駆動を作動する非吐出間隔の設定例
【図14】非吐出駆動パルス数の設定例
【0120】
【符号の説明】
5 キャリッジ 6 記録ヘッド 15 主走査モータ 21 プラテン 28 副走査モータ 45,PZT 圧電素子 54,Com 共通電極 55,SEL 選択電極 61 加圧液室(インク液室) 64 ノズル 87 ヘッド駆動回路 101 主制御部 102 ヘッド駆動部 103A,103C 波形生成回路 104A,104C 低インピーダンス出力回路 105 駆動波形選択回路 106 駆動波形生成部 107 Vp制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C056 FC01 2C057 AF71 AG47 AG54 AM29 AM31 AR06 BA04 BA14 BA15 2H086 BA53 BA55 BA60 4J039 AE07 BA04 BA13 BA16 BA18 BA30 BA32 BA35 BA37 BC06 BC07 BC08 BC09 BC11 BC13 BC14 BC15 BC19 BC20 BC31 BC33 BC34 BC35 BC36 BC50 BC51 BC52 BC54 BC55 BC56 BC68 BC77 BE01 BE12 BE29 CA06 EA15 EA16 EA17 EA19 EA24 EA44 GA24

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも、 (A)インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに
    対応する圧力発生手段を備えたヘッド部と、 (B)顔料、揮発性溶剤、及び低揮発性溶剤を含有し、
    ζ電位絶対値が20mV以上であって、印字中の非吐出
    ノズルにおいてメニスカス近傍のインクの顔料濃度が低
    下する特性を有するインクを収容したインク収容部と、 (C)インク滴を吐出しない程度にインクメニスカスを
    振動させるために所定のタイミングで該圧力発生手段を
    動作させる駆動手段とを備えたインクジェット記録装
    置。
  2. 【請求項2】 前記揮発性溶剤の蒸発により顔料濃度を
    元の1.25〜1.50倍に濃縮したときのζ電位の絶
    対値が蒸発前のζ電位の絶対値に対して5mV以上低下
    する特性を兼ね備えたインクを収容するものであること
    を特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録装
    置。
  3. 【請求項3】 前記揮発性溶剤として少なくとも水を含
    有し、前記顔料がイオン性基を直接もしくは連結基を介
    して結合した顔料であるインクを収容するものである請
    求項1又は2に記載のインクジェット記録装置。
  4. 【請求項4】 前記ノズルのノズル径が25μm以下で
    あることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
    インクジェット記録装置。
  5. 【請求項5】 前記ヘッド部への投入エネルギーと吐出
    液滴重量の比が5×10−8〔J/pg〕以下であるこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のインク
    ジェット記録装置。
  6. 【請求項6】 前記圧力発生手段が振動板と、振動板に
    対向して設けられた個別電極とを有し、該振動板と個別
    電極との間に生じる静電気力を利用して、前記振動板を
    変形させることで圧力を発生するものであることを特徴
    とする請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット
    記録装置。
  7. 【請求項7】 環境相対湿度検出手段を備え、環境相対
    湿度とインクの顔料濃度低下特性をパラメータとして前
    記所定のタイミングが導き出されることを特徴とする請
    求項1〜6のいずれかに記載のインクジェト記録装置。
  8. 【請求項8】 非吐出駆動のタイミングが少なくとも吐
    出の直前であり、非吐出駆動パルス数が10〜5000
    パルスであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか
    に記載のインクジェット記録装置。
  9. 【請求項9】 非吐出ノズルの非吐出時間及び/又は環
    境条件に基づいて非吐出駆動パルス数を制御することを
    特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のインクジェ
    ット記録装置。
  10. 【請求項10】 非印字領域における空吐出機構を備え
    たことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のイ
    ンクジェット記録装置。
  11. 【請求項11】 非印字領域で行なう空吐出の間隔が6
    0秒以上であることを特徴とする請求項10に記載のイ
    ンクジェット記録装置。
  12. 【請求項12】 少なくとも顔料、揮発性溶剤、及び低
    揮発性溶剤を含有し、ζ電位絶対値が20mV以上であ
    って、揮発性溶剤の蒸発により顔料濃度が元の1.25
    〜1.50倍に濃縮したときのζ電位の絶対値が蒸発前
    のζ電位の絶対値に対して5mV以上低下するものであ
    ることを特徴とするインクジェット記録用インク。
  13. 【請求項13】 前記揮発性溶剤として少なくとも水を
    含有し、前記顔料がイオン性基を直接もしくは連結基を
    介して結合した顔料であって、分散剤なしに水に分散が
    可能になったものであることを特徴とする、請求項12
    に記載のインクジェット記録用インク。
  14. 【請求項14】 イオン性基が第4級アンモニウム、第
    4級アルキルアミンの塩、ピリジニウム、ホスホニウム
    等のカチオン性基であることを特徴とする請求項13に
    記載のインクジェット記録用インク。
  15. 【請求項15】 イオン性基が−COOM、−SO
    M、−POM、−PO(但しMは水素原子、
    アルカリ金属、第4級アンモニウム、第4級ホスホニウ
    ム、アルカノールアミンを表わす)で示されるアニオン
    性基であることを特徴とする請求項13に記載のインク
    ジェット記録用インク。
  16. 【請求項16】 インクを収容したインク収容部からな
    るインクジェット記録用カートリッジにおいて、該イン
    クが請求項12〜15のいずれかに記載のインクである
    ことを特徴とするインクジェット記録用カートリッジ。
  17. 【請求項17】 インクを収容したインク収容部と、イ
    ンク液滴を吐出させるための記録ヘッド部からなるイン
    クジェット記録用カートリッジにおいて、前記インクが
    請求項12〜15のいずれかに記載のインクであり、ヘ
    ッドのノズル径が25μm以下であることを特徴とする
    インクジェット記録用カートリッジ。
  18. 【請求項18】 インクジェット記録に用いる少なくと
    もイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックからなる
    カラーインクセットにおいて、各色インクが少なくとも
    イオン性基を直接もしくは連結基を介して結合した顔
    料、揮発性溶剤としての水、及び低揮発性溶剤を含有
    し、ζ電位絶対値が20mV以上であって、揮発性溶剤
    の蒸発により顔料濃度が元の1.25〜1.50倍に濃
    縮したときのζ電位の絶対値が蒸発前のζ電位の絶対値
    に対して5mV以上低下するものであることを特徴とす
    るインクジェット記録用カラーインクセット。
  19. 【請求項19】 ブラックインクの顔料に結合したイオ
    ン性基と、イエローインク、マゼンタインク、シアンイ
    ンクの顔料に結合したイオン性基の極性が互いに異なる
    ことを特徴とする請求項18に記載のインクジェット記
    録用カラーインクセット。
  20. 【請求項20】 ノズル孔からインク液滴を吐出して記
    録を行なうインクジェット記録方法において、インクが
    少なくとも顔料、揮発性溶剤、及び低揮発性溶剤を含有
    し、ζ電位絶対値が20mV以上であって、印字中の非
    吐出ノズルにおいてメニスカス近傍のインクの顔料濃度
    が低下する特性を有するインクを用いて、該非吐出ノズ
    ルに対して少なくとも吐出の前にインク液滴が吐出しな
    い程度にメニスカスを振動させる非吐出駆動を加えるこ
    とで吐出インク滴の顔料濃度の低下を抑制させることを
    特徴とするインクジェット記録方法。
  21. 【請求項21】 前記のインクが、揮発性溶剤の蒸発に
    より顔料濃度を元の1.25〜1.50倍に濃縮したと
    きのζ電位の絶対値が蒸発前のζ電位の絶対値に対して
    5mV以上低下するものであることを特徴とする請求項
    18に記載のインクジェット記録方法。
  22. 【請求項22】 前記揮発性溶剤として少なくとも水を
    含有し、前記顔料がイオン性基を直接もしくは連結基を
    介して結合したものであって、分散剤なしに水に分散が
    可能になったものであることを特徴とする、請求項19
    に記載のインクジェット記録方法。
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