KR100757160B1

KR100757160B1 - 잉크제트 기록 방법

Info

Publication number: KR100757160B1
Application number: KR1020057006980A
Authority: KR
Inventors: 고오이찌로오 나까자와; 가쯔히로 시로따
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2007-09-07
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: EP1555137A4; AU2003275642A1; CN1720146A; DE60324699D1; KR20050060102A; WO2004037546A1; US7396120B2; CN100346988C; EP1555137A1; JP2004160996A; EP1555137B1; US20060012627A1

Abstract

본 발명은 블리딩에 대해 개선을 달성하면서 정착 특성의 손실없이 놀라운 컬러 현상 성능의 개선을 구현하고 기록 매체 상에서의 컬러 잉크의 뒤배임 현상의 문제점을 해결하여 고속 인쇄 작업을 가능하게 하는 잉크제트 기록 방법에 관한 것이다. 특히, 다가 금속염을 함유한 반응액의 부여에 이은 반응액보다 작은 표면 장력을 갖는 안료 잉크의 부여를 통한 기록 방법은, 기록 매체의 상면 상에서 안료 잉크와 반응액을 접촉시키는 단계와 반응액이 안료 잉크와 접촉하는 계면에서 집합성 응집물로 구성되는 막형 응집체를 형성하는 단계를 포함한다.

안료 잉크, 기록 매체, 반응액, 응집체, 응집체 막, 기록 방법, 기록물

Description

잉크제트 기록 방법 {METHOD OF INK JET RECORDING}

본 발명은 잉크제트 기록 방법 및 기록물에 관한 것으로, 특히 잉크 성분을 흡수할 수 있는 섬유를 포함한 보통 용지와 같은 기록 매체 상에 고품질의 컬러 화상을 제공하는 잉크제트 기록 방법과 기록물에 관한 것이다.

잉크제트 기록 방법은 종이와 같은 기록 매체 상에 기록액(잉크)의 액적을 토출 및 적층하여 수행되는 방법이다. 기포에 의해 잉크 액적을 토출하기 위해 기포를 생성하도록 열에너지를 잉크에 제공하도록 잉크 토출 에너지 공급 수단인 전열 변환기가 사용되는 방법에 따르면, 고밀도 다중 오리피스 기록 헤드가 용이하게 구현될 수 있고 고해상도 및 고화질의 화상이 고속으로 기록될 수 있다(일본 특허 공보 소61-59911호, 소61-59912호 및 소61-59914호).

그러나, 잉크제트 기록에 통상 사용되는 잉크는 잉크가 건조하여 막히는 것을 방지할 목적으로 주요 성분으로서 물과 글리콜과 같이 높은 비등점을 갖는 용제를 포함한다. 그리고, 기록 작업이 이러한 잉크를 이용하여 보통 용지 상에서 수행되는 경우에, 잉크는 종종 기록지의 내부를 침투하여 불충분한 화상 농도 또는 불균일한 화상 농도를 초래할 수 있고, 이는 기록 매체(기록지)의 표면 상의 로딩된 충전제 또는 사이징제(sizing agent)의 불균일한 분포를 발생시킬 수도 있다.

특히, 컬러 화상을 생성하려는 경우에, 복수의 상이한 컬러 잉크가 하나씩 중첩되기 때문에, 컬러 잉크는 종종 상이한 컬러의 화상 사이의 경계부에서 분산되어 불균일하게 혼합될 수 있고{이후로는, 이 현상을 블리딩(bleeding)이라 함}, 이에 따라 최종 화상은 만족스럽지 못하다.

잉크 블리딩을 방지하기 위한 수단으로서, 계면 활성제와 같이 잉크의 침투를 개선하기 위한 화합물을 포함한 잉크의 사용이 개시된다(일본 특개소 55-65269호). 이 방법은 기록지로의 잉크의 침투를 확실히 개선하고 블리딩을 소정 범위로 방지하지만, 한편 잉크의 착색제가 기록지 깊이 침투하는 것을 허용하고, 이는 기록 매체의 이면에서의 화상의 뒤배임 현상(strike-through) 또는 선명도 또는 화상 농도의 감소와 같은 문제점을 유발한다. 게다가, 기록지의 표면 상의 잉크 습윤성을 개선하기 때문에, 잉크는 더욱 잘 분산되고, 이는 불리하게 해상도의 감소 또는 페더링(feathering)의 발생을 유발한다.

양호한 화상의 생성에 기여하는 액체가 기록 잉크의 토출 전에 기록지 상에 적층되는 방법이 또한 개시된다. 예컨대, 카복시메틸 셀룰로오즈, 폴리비닐 알코올 또는 폴리비닐 아세테이트와 같은 중합체 용액이 인쇄 전에 기록지 상에 토출되는 방법이 개시된다(일본 특허 공개 공보 제1981-89595호). 이 방법은 블리딩을 방지할 수 있어도 용액 자체가 건조 특성이 불량하기 때문에 잉크의 불량한 정착 특성의 문제점을 유발할 수도 있다.

전술된 문제점을 극복하기 위해서, 기록 작업은 분자당 2개 이상의 양이온 그룹을 가지는 유기 화합물을 함유한 액체를 기록지 상에 부여한 후에 음이온 염색제를 함유한 잉크를 그 위에 부여하여 수행되고(일본 특허 출원 공개 공보 제1988-29971호), 기록 작업이 예컨대 숙신산을 함유한 산성 액체를 기록지 상에 부여한 후에 그위에 잉크를 부여하여 수행되고(일본 특허 출원 공개 공보 제1989-9279호), 염색제를 불용화하는 액체가 기록 작업 전에 기록지 상에 부여되는(일본 특허 출원 공개 공보 제1989-63185호) 방법이 개시된다.

전술된 방법중 임의의 하나에 있어서, 블리딩은 소정의 범위로 방지될 수 있다. 그러나, 착색 잉크가 기록 매체 상에 제공되는 것은 반응액이 기록 매체 내로 침투한 후이며, 이에 따라 착색 잉크가 제공되는 경우에, 반응액은 기록 매체 내부에 존재하지만 그 표면 상에는 존재하지 않고, 거의 모든 반응은 기록 매체의 내부에서 일어난다. 이는 불충분한 컬러 현상과 뒤배임 현상의 문제점을 초래하고, 이는 착색제가 기록 매체의 배면 상에서 인지될 수 있는 이러한 현상이다.

전술된 바와 같이, 잉크가 기록 매체의 표면 상에서 반응액과 반응하는 경우에 매체 상에서 만족스럽게 정착되지 않는 반면에 잉크가 기록 매체 내부에서 반응액과 반응하는 경우에 컬러를 만족스럽게 현상하지 않을 것이라는 염려가 존재한다.

다가 금속 이온과 카복실 그룹의 반응이 블리딩을 방지하는 데에 사용된다는 제안이 또한 존재한다(일본 특허 출원 공개 공보 제1993-202328호). 이 경우에, 블리딩이 다가 금속 잉크와 카복실 그룹의 반응에 의해 효과적으로 방지되지만, 다가 금속 이온을 함유한 액체가 먼저 기록 매체 내로 스며든 후에 착색 잉크와 반응하기 때문에, 착색 잉크가 기록 매체에 잘 침투하는 경우에, 감소된 컬러 현상과 뒤배임 현상이 발생하는 문제점이 있을 것이라는 염려가 여전히 존재한다. 따라서, 이 제안은 컬러 현상의 견지에서 부족하며, 블리딩을 방지하는 데에 효과적이지만 컬러 현상의 증가를 위해 해결해야 할 문제점을 여전히 지니고 있다.

전술된 바와 같이, 착색 잉크와 반응액의 반응이 블리딩을 방지하기 위한 수단으로 사용되는 다양한 방법이 제안되고 있다. 제안된 방법으로, 다가 금속 잉크와 카복실 그룹의 반응이 사용되는 방법은 블리딩의 효과적인 방지를 가능하게 하지만, 우수한 컬러 현상의 구현 뿐만아니라 블리딩의 방지를 가능하게 하는 방법은 아직 제안되고 있지 않다.

이러한 주변 상황의 견지에서, 본 발명이 이루어졌다. 이에 따라, 본 발명의 하나의 목적은 잉크의 정착 특성의 열화를 회피하면서 블리딩을 방지할 뿐만아니라 잉크의 컬러 현상을 극적으로 개선하고 기록 매체 상에서의 착색 잉크의 뒤배임 현상의 문제점을 극복하는 잉크제트 기록 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보통 용지와 같이 하나 이상의 섬유를 함유한 기록 매체와 그 위에 컬러 현상이 우수하게 형성된 화상으로 제조된 기록 물품을 획득하는 것이다.

상기 목적은 이후의 기술될 발명에 의해 달성된다. 구체적으로, 본 발명의 일 태양은 안료 잉크와, 안료 잉크보다 큰 표면 장력을 가지며 안료 잉크를 응집시키는 다가 금속염을 포함하는 반응액을 이용하여 기록 매체에 기록을 행하는 기록 방법으로, 반응액을 기록 매체에 부여하는 공정과, 반응액과 안료 잉크의 접촉에 의해 생성되는 안료 응집물이 집합하여 이루어지는 막형의 응집체가 기록 매체에 부여된 반응액의 표면 상에 형성되도록 기록 매체 상에 존재하는 반응액에 대해 안료 잉크를 접촉시키는 공정을 포함하며, A) 반응액과 기록 매체의 경계를 향해 안료 응집물이 반응액의 표면 상을 이동하고, (B) 안료 응집물의 이동에 의해 반응액의 표면을 따라 안료 응집물의 집합체가 형성되고, (C) 이에 의해, 막형의 응집체가 반응액의 표면 상에 형성된다.
또, 본 발명의 기록 방법은, 막형의 응집체가 반응액의 표면 위에 형성된 후, 반응액의 용매 성분이 기록 매체에 침투하고, 이에 의해, 기록 매체를 구성하는 복수의 섬유 사이의 오목부를 덮는 막형의 응집체가 형성된다.
또, 본 발명의 기록 방법은, 안료 잉크는 계면 활성제를 포함하며, 계면 활성제는 안료 응집물과 함께 경계를 향해 반응액의 표면 상을 이동한다.
또, 본 발명의 기록 방법은, 안료 잉크의 계면 활성제의 함유율이 반응액의 계면 활성제의 함유율보다 크다.

삭제

도1은 잉크제트 프린터의 일예의 개략 사시도이다.

도2는 잉크제트 카트리지의 일예의 개략 사시도이다.

도3의 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 본 발명의 잉크제트 기록 방법에 따른 기록 매체 상에서의 잉크의 거동을 도시하는 개략 단면도이다.

도4는 브리스토우(Bristow) 방법에 의해 획득된 흡수 곡선이다.

도5의 (a), (b), (c) 및 (d)는 응집물(31b)이 막상 응집체(31c)를 형성하도록 응집한 상태를 도시한 도면이다.

도6의 (a) 및 (b)는 막상 응집체(31c)가 응집체 막(31d)을 형성하도록 기록 매체의 표면 상에 정착되는 상태를 도시하는 도면이다.

도7은 응집체 막(31d)이 형성되지 않은 기록 매체 표면의 상태를 도시하는 도면이다.

도8의 (a), (b) 및 (c)는 기록 매체의 표면의 전자 현미경 사진이다.

다음에서, 본 발명은 양호한 실시예에 대해 더욱 상세히 기술될 것이다. 본 발명의 잉크제트 기록 매체는 도3의 (a) 내지 (f)에 걸쳐 도8의 (a) 내지 (c)를 참 조하여 기술될 것이다.

도3의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 기본 개념을 도시한다. 도3의 (a)는 기록 매체(10)의 상면 상에서 반응액(20)이 안료 잉크(30)와 접촉하게 되는 단계를 도시하며, 즉 기록 매체의 상면에 반응액(20)이 먼저 제공된 상태에서 안료 잉크(30)가 기록 매체(10)에 부여되어 반응액(20)과 접촉하게 되는 예를 도시한다. 이 단계에서, 액체 상태에서 반응액과 안료 잉크가 상호 접촉하게 되어 기록 매체 상에 막형 응집체가 즉각적으로 정착되는 관점에서, 반응액은 안료 잉크보다 높은 침투성을 가진다. 상세히는, 반응액의 표면 장력보다 안료 잉크의 표면 장력을 작게 하고 있다. 반응액의 표면 장력과 안료 잉크의 표면 장력 사이의 관계는 반응액과 안료 잉크의 계면 활성제의 함유율을 변경시킴으로서 조절될 수 있다.

반응액(20)을 부여하는 방법은 본 발명에서 특별히 규정되지 않았지만, 공지된 기술인 잉크제트 방법이 적절하게 사용될 수 있다. 기록 매체(10)의 상면 상에서 안료 잉크(30)를 반응액(20)과 접촉시키기 위해서, 기록 매체(10) 상에 제공된 전체 반응액(20)이 기록 매체(10) 내로 침투하기 전에 안료 잉크(30)를 제공하는 것이 필수적이다. 즉, 안료 잉크는 반응액이 기록 매체의 상면에 액체 상태로 존재하는 동안 반응액과 접촉하게 된다. 이는 본 발명의 특징중 하나이다. 이를 구현하기 위해서, 바람직하게 사용되는 반응액(20)은 기록 매체(10) 내로의 낮은 침투성을 가진다. 반응액(20)이 기록 매체(10) 내로의 낮은 침투성을 가진다면, 안료 잉크(30)가 제공되기 전에 임의의 시간 길이가 보장되어, 이에 따라 적절한 인쇄 조건이 용이하게 설정된다.

기록 매체(10) 내로의 반응액(20)의 낮은 침투성은 반응액(20)에 부가된 침투 촉진제로서의 계면 활성제 등의 양을 제어하여 획득될 수 있다. 그동안, 브리스토우 방법은 기록 매체(10) 내로의 반응액(20)의 침투를 평가하는 데에 사용된다. 브리스토우 방법은 습윤 시간(Tw), 흡수 계수{Ka(mL/m² ·ms^1/2)} 및 거칠기 지수{Vr(mL/m²)}가 정의된 재팬티에이피피아이(JAPANTAPPI) 펄프 종이 시험 방법 제 51호에서 "종이 및 종이판의 액체 흡수 시험 방법"에 기술된다. 상업적으로 입수가능한 서적의 대부분은 방법을 기술하므로, 방법의 상세한 설명은 본원에서는 생략되며 흡수 곡선의 일예만이 도4에 도시된다.

반응액(20)은 습윤 시간(Tw)이 지난 경우에 기록 매체(10) 내로 침투하기 시작한다. 이에 따라, 전체 반응액(20)이 기록 매체(10) 내로 침투하기 전에 안료 잉크(30)가 부여된다면, 기록 매체의 상면 상에 존재하는 반응액의 표면과 접촉할 수 있게 된다.

이에 따라, 기록 매체(10)의 상면 또는 그 위에서 안료 잉크(30)가 반응액(20)과 접촉하게 되는 것은 인쇄 조건이 설정되어 Td와 Tw가 다음 관계에 있는 경우에 달성될 수 있다.

Td < 2.0 × Tw

그리고 바람직하게는, Td < 1.0 × Tw {즉, 반응액(20)이 기록 매체 내로 침투하기 시작하기 전에}, 여기서 Td는 기록 매체(10) 상으로의 반응액(20)의 부여와 기록 매체(10) 상으로의 안료 잉크(30)의 부여 사이의 시간 간격을 나타내고 Tw는 반응액(20)의 습윤 시간을 나타낸다.

본 발명에 있어서, 도4에서 도시된 바와 같이, 습윤 시간(Tw)은 2개의 직선; 최소 자승법으로 흡수 계수(Ka)를 계산하기 위한 근사선(A)과 V가 이동 액체량이고 Vr이 거칠기 지수인 V=Vr에 의해 표현된 직선(B)의 교차점(AB)에 도달하는 시간 길이를 이용하여 획득된다. 통상, 다양한 형태의 보통 용지의 액체 흡수 특성은 주요 인자인 액체의 표면 장력을 제어하여 제어될 수 있고, 통상 사용된 잉크제트 기록 방법에 있어서, 기록 매체 상의 하나의 잉크 충돌과 기록 매체 상의 후속 잉크 충돌 사이의 충돌 시간 간격(Td)은 수 밀리초이다. 이에 따라, 반응액은 35mN/m 내지 60mN/m의 표면 장력을 가지는 것이 바람직하다.

도3의 (b), (c) 및 (d)는 막상 응집체(31c)가 서로 접촉한 반응액과 안료 잉크 사이의 계면에 형성되는 과정을 도시한다. 이 과정에서, 본 발명의 특징중 하나인, 막상 응집체(31c)가 이전 과정 직후에 안료 응집물(31b)을 응집하여 형성된다. 막상 응집체(31c)가 응집물(31b)의 응집에 의해 형성되는 과정은 도5의 (a), (b), (c) 및 (d)를 참조하여 이후에 상세히 기술될 것이다.

막상 응집체(31c)를 구성하는 응집물(31b)을 형성하기 위해서, 안료 응집을 유발하도록 반응액(20)이 안료 잉크(30)에 함유된 구성 성분과 반응하게 하는 것은 필수적이다. 이를 위한 최적 방법은 안료 응집을 유발하도록 반응액에 다가 금속 이온을 추가하는 것이다. 이 방법은, 예컨대 반응액의 pH가 산성 침전 현상을 이용하도록 감소되거나 음이온 유기 물질이 응집을 유발하도록 반응액에 추가되는 다른 방법과 조합될 수도 있다.

반응액에 함유된 다가 금속 이온(21)은 반응을 유발하도록 안료 잉크(30)의 카복시산 이온, 술폰산 이온 또는 인산 이온과 충돌하여, 이에 의해 안료의 분산성을 감소시켜 안료의 응집에 이른다. 상기 충돌의 가능성이 높을수록, 안료의 응집이 잘 일어날 것이다. 이에 따라, 다가 금속 이온(21)은 다가 금속 이온과 반응할 수 있는 안료 잉크에 존재하는 반대 하전된 이온의 전체 농도보다 높은 농도로 반응액에 추가되는 것이 바람직하다.

본원에서 사용된 "총전하 농도"라는 용어는 반응액의 단위 질량당 다가 금속 이온의 개수 또는 안료 잉크의 단위 질량당 카복시산 이온, 술폰산 이온 또는 인산 이온과 같은 반대 극성의 이온의 개수로 정의된다.

반응액이 기록 매체의 상면 상에서 액체 상태로 존재하는 동안 안료 잉크가 반응액과 접촉하게 된다면, 안료 잉크(30)의 카복시산 이온, 술폰산 이온 또는 인산 이온은 그 높은 충돌 가능성으로 인해 도3의 (b)에 도시된 바와 같이 다가 금속 이온에 동시에 결합한다. 그 결과, 그 전기 반발력이 사라진 상태로 안료 입자(31a)가 분산 상태에 있는 안료 입자(31a)가 생성된다. 그리고, 도3의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 안료 입자(31a)의 응집물(31b)이 안료 입자(31a) 사이의 반데르발스 힘으로 인해 형성된 후에, 응집물(31b)은 막상 응집체(31c)를 형성하도록 응집된다.

여기서, 응집물(31b)의 응집체인 막상 응집체(31c)를 형성하는 메카니즘은 도5의 (a) 내지 (d)를 참조하여 더 상세히 기술될 것이다. 도5의 (a) 내지 (d)는 파단선으로 경계가 지어진 도3의 (b) 내지 (d)의 일부의 확대도이다. 먼저, 안료 잉크(30)가 반응액(20)과 접촉하게 된 직후에 형성된 응집물(31b)은 도5의 (a)에서 도시된 바와 같이 반응액(20)의 표면 상에서 계면 활성제(32)와 함께 이동한다. 응집물(31b)과 계면 활성제(32)가 반응액(20)의 표면 상에서 이동하는 이유는 안료 잉크(30)의 계면 활성제(32)의 함유율이 높게 형성되므로, 반응액(20)과 접촉하게 되는 경우에 안료 잉크(30)의 계면 활성제(32)가 반응액(20)의 표면 상에서 배향된 방식으로 이동하고 응집물(31b)이 계면 활성제의 흐름과 함께 이동하기 때문이다. 그런 후, 응집물(31b)은 도5의 (b)에서 도시된 바와 같이 반응액(20)과 기록 매체(10) 사이의 경계부에서 정지하고, 다른 응집물(31b)은 경계부를 향해 또한 이동한다. 그리고, 도5의 (c)에서 도시된 바와 같이, 차례로 형성된 응집물(31b)은 반응액(20)의 표면을 향해 배향된다. 결국, 응집물(31b)의 밀도가 증가하고, 응집물(31b)은 도5의 (d)에 도시된 바와 같이 반응액(20)의 표면 상에 막상 응집체(31c)를 형성하도록 응집한다.

다시 도3의 (a) 내지 (f)에 의하면, 도3의 (e) 및 (f)가 기술될 것이다. 도3의 (e) 및 (f)는 그 과정이 거의 동시에 진행하도록 이루어진 상태로 기록 매체(10) 내로의 반응액(20)의 침투를 촉진하고 기록 매체(10)의 표면 상에 막상 응집체(31c)를 정착하는 과정을 순차적으로 도시한다.

계면 활성제(32)와 같은 침투제와 안료 잉크(30)에 함유된 용매는 반응액(20) 내로 점점 확산되고, 이 확산 상태에서, 기록 매체 내로의 반응액의 침투는 증가되어, 그 결과, 반응액(20)의 용매 성분과 안료 잉크(30)의 용매 성분은 기록 매체(10) 내로 신속하게 침투한다.

침투제의 확산과 반응액의 침투의 변화는 본 발명의 다른 특성이다. 도3의 (e)는 이 과정이 진행된 상태를 도시한다. 결국, 막상 응집체(31c)는 도3의 (f)에 도시된 바와 같이 응집체 막(31d)을 형성하는 표면을 덮는 방식으로 기록 매체(10; 예컨대 복수의 섬유를 함유한 보통 용지)의 표면 상에 정착된다. 그러나, 실제로, 섬유의 불균일성으로 인해 보통 용지의 표면 상에 요철이 존재한다; 이에 따라 도6의 (a)에서 도시된 바와 같이 막상 응집체(31c)의 형성 후에, 반응액(20)의 용매 성분과 안료 잉크(30)의 용매 성분은 기록 매체(10) 내로 신속하게 침투하고, 도6의 (b)에 도시된 바와 같이 막상 응집체(31c)는 섬유의 불균일성을 이루는 요철을 따라 기록 매체(10)의 표면을 덮고, 결국 응집체 막(31d)으로서의 표면 상에 정착된다. 응집체 막(31d)은 종종 오목부를 가로지르는 방식으로 기록 매체의 표면을 덮는 다리형 막일 수 있고, 또는 균열은 응집체 막(31d)에서 종종 관찰될 수 있고, 이는 응집체 막(31d)의 특징이다. 도8의 (a)는 아무것도 인쇄되지 않은 보통 용지의 표면의 전자 현미경 사진이다. 그리고, 본 발명의 기록 방법에 따르면, 응집체 막(31d)은 도8의 (c)에 도시된 바와 같이 표면을 덮는다. 응집체 막(31d)이 섬유를 가로지르는 방식으로 복수의 섬유를 덮고 동일한 응집체 막(31d)에서 균열이 발생한다는 것은 도8의 (c)로부터 명백하다. 이는 과정이 정착 특성과 컬러 현상 모두를 만족할 수 있다는 것을 가리킨다. 구체적으로, 신속한 정착 작업은 반응액(20)과 안료 잉크(30)의 혼합된 액체 성분이 기록 매체(10) 내로 신속하게 침투하는 것을 허용하고 기록 매체의 표면 상에 막상 응집체(31c)를 신속하게 정착하여 달성될 수 있다. 우수한 컬러 현상은 기록 매체의 표면을 덮는 방식으로 기록 매체의 표면 상에 정착된 응집체 막(31d)에 의해 달성된다.

한편, 본 발명의 특징중 하나가 부족한 경우가 기술될 것이다. 전술된 바와 같이, 본 발명의 하나의 특징은 안료 잉크(30)가 기록 매체(10)의 상면 상에서 반응액(20)과 접촉하게 된다는 것이다. 기록 방법이 이를 포함하지 않은 경우, 즉 잉크가 기록 매체(10)의 상면 이외의 다른 곳에서 반응액과 접촉하게 되는 경우가 기술될 것이다. 안료 잉크(30)가 기록 매체(10) 내로 스며든 반응액(20)과 접촉하게 된다면, 거의 모든 반응은 기록 매체(10)의 내부에서 일어나고, 이에 따라 안료 입자의 분포는 기록 매체의 표면보다 기록 매체의 내부에서 더욱 커진다. 이는 최종적인 화상이 컬러 현상에서 불량한 것을 의미한다. 게다가, 응집물(31b)은 반응액의 표면 상에 형성되지 않고, 따라서 응집물(31b)의 응집에 의한 생성물인 막상 응집체(31c)는 또한 형성되지 않는다. 이는 최종적인 화상이 컬러 현상에서 불량하다는 것을 또한 의미한다. 게다가, 기록 매체의 이면측에서 착색제가 보이는 현상인 뒤배임 현상이 더 발생하는 문제점이 존재한다.

본 발명의 다른 특징은 막상 응집체(31c)가 응집물(31b)의 응집에 의해 형성된다는 것이다. 기록 방법이 이를 포함하지 않고, 즉 막상 응집체(31c)가 형성되지 않는 경우가 기술될 것이다. 안료 입자는 그 전기 반발력이 사라지고 입자가 응집하더라도 막상 응집체를 형성하지 않고 응집물(31b)의 상태로 잔류하는 소정의 경우가 존재한다. 본 발명자에 의한 연구에서 이러한 응집물(31b)의 크기가 종종 10㎛ 이하인 것을 밝혀냈다. 이러한 상태에서, 도7에서 도시된 바와 같이, 반응액(20)과 안료 잉크(30)의 액체 성분이 기록 매체(10) 내로 침투함에 따라, 거의 모든 응집물(31b)은 액체 성분과 함께 섬유 사이의 공간 내로 흐른다. 따라서, 기록 물은 잉크 정착 특성이 우수하여도 컬러 현상에서 불량할 수도 있다.

도8의 (b)는 응집물(31b)이 보통 용지의 섬유 사이의 공간 내로 흐르는 상태를 도시하는 전자 현미경 사진이다. 전자 현미경 사진은 도8의 (a)와 동일한 것으로 보이고, 도8의 (c)의 전자 현미경 사진과 달리 응집체 막(31d)이 형성되지 않고 기록물이 컬러 현상에서 불량하다는 것은 명백하다.

지금까지 기술된 것을 요약하면, 본 발명의 기록 방법에서, (i) 다가 금속염을 함유한 반응액은 액체 상태로 기록 매체의 표면 상에 존재하는 동안, 반응액보다 높은 침투성을 갖는 안료 잉크는 반응액과 접촉하게 되고, (ii) 도5의 (d)및 도6의 (a)에 도시된 바와 같이 응집물(31b)의 응집체인 막상 응집체(31c)는 반응액과 안료 잉크의 접촉 계면에 형성되고, (iii) 최종적으로 도6의 (b)와 도8의 (c)에 도시된 바와 같이 응집체 막(31c)은 기록 매체의 표면 상에 형성될 수 있다. 본 발명이 기록 매체, 특히 보통 용지와 같이 다수의 섬유로 제조된 기록 매체에 적용된다면, 응집체 막이 형성되어 섬유를 가로지르는 방식으로 복수의 섬유를 덮는다. 이 응집체 막은 기록물의 우수한 컬러 현상을 제공할 수 있다.

한편, 전술된 종래 기술 어디에서도, 응집물(31b)의 응집체인 막상 응집체(31c)가 안료 잉크와 반응액의 계면에 형성된다는 것은 공지되지 않았다. 따라서, 이러한 종래의 기술로, 막상 응집체(31c)는 형성될 수 없다. 그리고, 종래 기술에 있어서, 막상 응집체(31c)가 형성되지 않으므로, 응집물만이 도7 및 도8의 (b)에 도시된 바와 같이 기록 매체의 표면 상에 최종적으로 형성되고, 이에 따라 응집체 막이 형성되는 경우와 달리 우수한 컬러 현상이 달성될 수 없다.

본 발명의 다른 특징은 반응액(10)의 침투성이 반응액 내로 안료 잉크 내에 함유된 침투제를 분산시킴으로써 변경된다. 침투제가 반응액(10) 내로 분산되지 않는다면, 반응액의 침투성은 변경되지 않고 안료 잉크(30)의 액체 성분은 막상 응집체(31c) 상에 보유된다. 따라서, 인쇄부를 건조하는 데에 오랜 시간이 걸리고, 이는 낮은 잉크 정착 특성의 문제점을 유발한다. 이는 안료 잉크가 침투제를 함유하지 않는 경우에도 해당된다. 이 경우에, 반응액(20)의 침투 특성은 변하지 않고, 따라서 인쇄부는 오랜 시간동안 안료 잉크(30)의 액체 성분을 보유하여, 낮은 잉크 정착 특성의 문제점을 유발한다.

이 후, 본 발명에서 사용되는 반응액이 기술될 것이다. 본 발명에 사용되는 반응액에 함유되고 본 발명에서 사용된 안료 잉크와 반응성인 화학 약품의 가장 양호한 예는 다가 금속염이다. 다가 금속염은 다가 금속 이온에 결합된 2이상의 원자가와 음이온의 다가 금속 이온으로 제조된다. 반응액에서, 이러한 다가 금속염의 적어도 일부는 이온으로 해리한다.

다가 금속 이온의 특정예는 Ca²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Mg²⁺ 및 Zn²⁺와 같은 2가 금속 이온과 Fe³⁺ 및 Al³⁺와 같은 3가 금속 이온을 포함한다. 음이온의 특정예는 Cl^-, NO₃ ^- 및 SO₄ ^2-를 포함한다. 응집체 막을 형성하도록 반응액과 안료 잉크가 동시에 반응하는 것을 허용하기 위해서, 다가 금속 이온의 총전하 농도는 안료 잉크의 반대 극성 이온의 2배 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 반응액에 적용가능한 수용성 유기 용매의 예는 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드와 같은 아미드; 아세톤과 같은 케톤; 테트라하이드로푸란 및 디옥신과 같은 에테르; 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 폴리알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2,6-헥산트리올, 티오디글리콜, 헥실렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜과 같은 알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 다이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르와 같은 폴리수산화 알코올의 저알킬 에테르; 에탄올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올 및 이소부틸 알코올과 같은 모노수산화 알코올; 글리세롤; N-메틸-2-피롤리돈; 1,3-디메틸-이미다졸리디논; 트리에탄올아민; 술포레인 및 디메틸 술폭시화물을 구비한다. 본 발명에서 사용되는 반응액에서 상기 수용성 유기 용매의 함량은 특별히 제한되지 않는다; 그러나 반응액의 전체 질량의 질량에 대해 5 내지 60%의 범위이고 바람직하게는 질량에 대해 5 내지 40%의 범위이다.

본 발명에서 사용되는 반응액은 상황에 따라 점도 조정제, pH 조정제, 방부제 및 산화 방지제와 같은 첨가제와 혼합될 수도 있다; 그러나, 침투제로 기능하는 계면 활성제의 선택과 량은 기록 매체 내로의 반응액의 침투를 제어하도록 많은 주위를 요구한다. 본 발명에서 사용되는 반응액은 무색인 것이 바람직하다; 그러나, 혼합되었을 때 각 컬러 잉크의 색조가 변하지 않는 한 밝은 컬러일 수 있다. 게다가, 본 발명에서 사용된 전술된 반응액은 대략 25도에서의 점도가 1 내지 30 cps의 범위에 있도록 조절되는 것이 바람직하다.

이 후, 본 발명에서 사용되는 안료 잉크가 기술될 것이다. 안료 잉크의 안료 함량은 질량에 대해 1 내지 20%의 범위에 있고, 바람직하게는 안료 잉크의 전체 질량의 질량에 대해 2 내지 12% 이다. 본 발명에서 사용되는 안료의 특정 예는 다음과 같다. 흑색 안료로, 카본 블랙이 사용된다. 그 주요 입자 크기가 15 내지 40m㎛(nm)이고, BET 비표면적이 50 내지 300㎡/g이고, DBP 흡유량이 40 내지 150 ml/100g이고, 휘발성 물질 함량이 0.5 내지 10%이고, pH가 2 내지 9인, 예컨대 노 공정 또는 채널 공정에 의해 제조되는 카본 블랙이 사용되는 것이 바람직하다.

상기 특성을 갖는 상업적으로 입수가능한 형태의 카본 블랙은, 예컨대 (미쓰비시 카세이사에 의한) 제2300호, 제900호, MCF88, 제33호, 제40호, 제45호, 제52호, MA7, MA8, 제2200B호, (콜럼비아 케미칼사에 의한) RAVEN 1255, (카봇사에 의한) REGAL 400R, REGAL 330R, REGAL 660R, MOGULL, (데구싸에 의한) 컬러블랙 FW1, 컬러블랙 FW18, 컬러블랙 S170, 컬러블랙 S150, 프린텍스 35 및 프린텍스 유를 포함한다. 카본 블랙의 이들 형태중 임의의 하나가 사용되는 것이 바람직하다.

옐로우 안료의 예는 C.I. 피그먼트 옐로우 1, C.I. 피그먼트 옐로우 2, C.I. 피그먼트 옐로우 3, C.I. 피그먼트 옐로우 13, C.I. 피그먼트 옐로우 16 및 C.I. 피그먼트 옐로우 83을 포함한다. 마젠타 안료의 예는 C.I. 피그먼트 레드 5, C.I. 피그먼트 레드 7, C.I. 피그먼트 레드 12, C.I. 피그먼트 레드 48(Ca), C.I. 피그먼트 레드 48(Mn), C.I. 피그먼트 레드 57(Ca), C.I. 피그먼트 레드 112 및 C.I. 피그먼트 레드 122를 포함한다. 시안 안료의 예는 C.I. 피그먼트 블루 1, C.I. 피그먼트 블루 2, C.I. 피그먼트 블루 3, C.I. 피그먼트 블루 15:3, C.I. 피그먼트 블루 16, C.I. 피그먼트 블루 22, C.I. Vat 블루 4, 및 C.I. Vat 블루 6를 포함한다. 이들 예는 본 발명을 제한하지 않으려한다는 것을 알 것이다. 이들 예에 추가하여, 자기 분산형 안료와 새로 생산된 안료가 본 발명에서 또한 사용될 수 있다.

안료를 위한 분산제로, 임의의 수용성 수지가 사용될 수 있다. 그러나, 1,000 내지 30,000의 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 수용성 수지가 사용되는 것이 바람직하고, 3,000 내지 15,000의 범위인 것이 보다 바람직하다. 이러한 분산제의 특정 예는 스티렌, 스티렌 유도체, 비닐나프탈렌, 비닐나프탈렌 유도체, α,β-에틸렌식 불포화 카복시산의 지방족 알코올 에스테르, 아크릴산, 아크릴산 유도체, 말산, 말산 유도체, 이타코닉산, 이타코닉산 유도체, 푸마르산, 푸마르산 유도체, 비닐 아세테이트, 비닐 피롤리돈, 아크릴아마이드 및 그 유도체 또는 그 염으로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 2개 이상의 단량체(적어도 하나는 친수성 중합식 단랑체임)로 제조된 블록 공중합체, 무작위 공중합체 또는 그래프트(graft) 공중합체를 포함한다.

로진(rosin), 셸락(shellac) 및 전분과 같은 천연 수지가 또한 바람직하게 사용될 수 있다. 이들 수지는 물의 염기 용액에서 가용성이고, 즉 알칼리 가용성 수지이다. 바람직하게는, 안료 분산제로 사용되는 수용성 수지의 양은 안료 잉크의 전체 질량의 질량에 대해 0.1 내지 5%의 범위 내에 있다.

바람직하게는, 안료 잉크는 전술된 안료를 함유한 안료 잉크는 중성 또는 염기성으로 조정된다. 이렇게 함으로써 안료 분산제로 사용되는 수용성 수지의 용해 도를 개선하는 것이 가능해지고 보다 우수한 장기간 쉘프(shelf) 안정성을 갖는 안료 잉크를 제공하는 것이 가능해진다. 그러나, 이러한 안료 잉크는 잉크제트 기록 장치에 사용되는 다양한 부품에 부식을 종종 유발할 수 있고, 따라서 그 pH는 7 내지 10의 범위로 유지되는 것이 바람직하다.

이러한 안료 잉크에 사용되는 pH 조정제의 예는 디에탄올아민과 트리에탄올아민과 같은 다양한 유기 아민; 무기 알칼리 용제, 예컨대 수산화 나트륨, 수산화 리튬 및 수산화 칼륨과 같은 알칼리 금속의 수산화물; 유기산; 및 미네랄산을 포함한다. 전술된 안료와 분산제로서의 수용성 수지는 수용성 액체 매체에서 분산 또는 용해된다.

본 발명에서 사용되는 안료를 함유한 안료 잉크에 적절히 사용되는 수용성 액체 매체는 물과 수용성 유기 용매의 용매 혼합물이다. 그리고, 물로는, 다양한 이온을 함유한 보통물이 아니라 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하다.

물의 혼합물로 사용되는 수용성 유기 용매는, 예컨대 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올, 2급 부틸 알코올 및 4급 부틸 알코올과 같은 예컨대 1 내지 4 탄소 원자를 갖는 알킬 알코올; 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세타마이드와 같은 아마이드; 아세톤 및 디아세톤 알코올과 같은 케톤 또는 케토알코올; 테트라하이드로푸란 및 디옥세인과 같은 에테르; 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 폴리 알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2,6-헥세인트리올, 씨오디글리콜, 헥실렌 글리콜 및 디에텔렌 글리콜과 같이 그 알킬렌 그룹이 2 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알킬렌 글리콜; 글리세롤; 에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 모노에틸) 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸(또는 에틸) 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 모노에틸) 에테르와 같은 폴리수산화 알코올의 저알킬 에테르; N-메틸-2-피롤리돈; 2-피롤리돈; 및 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논을 구비한다. 이들 수용성 유지 용매로, 디에틸렌 글리콜과 같은 폴리수산화 알코올 및 트리에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 모노에틸) 에테르와 같은 폴리수산화 알코올의 저알킬 에테르가 바람직하다.

안료 잉크에 사용된 전술된 수용성 유기 용매의 량은 통상 질량에 대해 3 내지 50%의 범위에 있고, 바람직하게는 안료 잉크의 전체 질량의 질량에 대해 3 내지 40%의 범위에 있다. 안료 잉크에 사용된 물의 량은 질량에 대해 10 내지 90%의 범위에 있고, 바람직하게는 안료 잉크의 전체 질량의 질량에 대해 30 내지 80%의 범위에 있다.

본 발명에 사용된 안료 잉크는 안료 잉크에 소정의 물리적 특성을 제공하도록 전술된 성분 뿐만아니라 상황에 따라 계면 활성제, 소포제 및 보존제와 같은 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 특히, 침투제로 기능하는 계면 활성제는 안료 잉크와 반응액의 액체 성분이 기록 매체 내로 신속하게 침투할 수 있도록 적당한 량으로 추가될 필요가 있다. 추가된 계면 활성제의 적당한 량은, 질량에 대해 예컨대 0.05% 내지 10%, 바람직하게는 중량에 대해 0.5 내지 5%이다.

적절하게 사용된 음이온 계면 활성제의 예는 카복실화 형태, 황산염 에스테르 형태, 술폰염 형태 및 인산염 에스테르 형태의 것과 같은 통상 사용되는 임의의 것이다.

전술된 안료를 함유한 본 발명에 사용되는 안료 잉크를 준비하기 위한 과정은 분산제로서 최소한의 수용성 수지와 물을 함유한 수용성 매체에 안료를 추가하고, 교반하여 혼합물을 혼합하고, 이후에 기술될 분산 수단을 이용하여 혼합물을 분산 과정을 겪게 하고, 필요하다면, 분산된 혼합물을 원심 분리하여 소정의 분산을 획득하는 제1 단계와, 교반한 후에 전술된 바와 같이 사이즈제와 적절하게 선택된 첨가제를 추가하는 제2 단계를 포함한다.

분산제로 전술된 알칼리 수용성 수지를 이용하는 경우에, 수지를 용해시키도록 염기를 추가하는 것이 필수적이다. 이 목적으로 적절하게 사용되는 염기는, 예컨대 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 아민 메틸 프로판올 및 암모니아와 같은 유기 아민과 수산화 칼륨 및 수산화 나트륨과 같은 무기염을 포함한다.

안료를 함유한 안료 잉크의 준비에 있어서, 매체가 교반과 분산 처리를 겪기전에 30분 동안 안료를 함유한 수용성 매체를 사전 혼합하는 것이 효과적이다. 이러한 사전 혼합 작동은 안료 표면 상의 습윤성을 개선하고 안료 표면 상의 분산제의 흡수를 촉진하기 때문에 바람직하다.

전술된 분산 처리에서 사용된 분산제로는, 임의의 통상 사용된 분산 기계가 사용될 수 있다. 이러한 분산 기계의 특정 예는 볼밀, 롤밀 및 샌드밀을 포함한다. 물론, 고속형 샌드밀이 사용되는 것이 바람직하다. 고속형 샌드밀은, 예컨대 수퍼 밀, 샌드 그라인더, 비드 밀, 에지테이터 밀, 그레인 밀, 다이노 밀, 펄 밀 및 코볼 밀(모두 상표명임)을 포함한다.

잉크제트 기록 방법에 있어서, 최적의 입자 크기 분포를 갖는 안료는 잉크의 막힘 방지를 위한 요구조건을 만족시키도록 안료 잉크에 사용된다. 소정의 입자 크기 분포를 갖는 안료를 획득하기 위한 수단은, 예컨대 분산제의 분산 매체의 크기를 감소시키는 수단; 분산 매체의 패킹비를 증가시키는 수단; 처리 시간을 증가시키는 수단; 토출 속도를 감소시키는 수단; 연마 후에 필터 또는 원심분리기로 선별하는 수단; 및 그 조합을 포함한다.

이 후, 본 발명의 잉크제트 기록 방법이 기술될 것이다. 액체 조성, 기록 유닛, 잉크제트 기록 장치 및 전술된 반응액과 안료 잉크의 액체 조성이 적절하게 사용되는 이들 장치에 적절히 사용되는 액체 토출 헤드에 대한 카트리지의 특정 예가 도1 및 도2를 참조하여 기술될 것이다.

도1은 본 발명의 사용된 잉크제트 기록 장치에 모두 적절한 기포가 잉크 토출 시에 대기와 연통하는 토출 형태의 잉크제트 기록 헤드인 액체 토출 헤드의 주요 부품과 상기 헤드를 이용한 액체 토출 장치인 잉크제트 프린터의 일예의 개략 사시도이다.

도1에 있어서, 잉크제트 프린터는 도면의 화살표(P)에 의해 도시된 방향으로 케이싱의 길이를 가로질러 케이싱(1008)에 제공되는 기록 매체로서의 종이(1028)를 간헐적으로 반송하기 위한 반송 장치(1030); 종이(1028)가 반송 장치(1030)에 의해 반송되는 방향(P)에 거의 수직인 화살표(S)에 의해 도시된 방향에 거의 평행한 안내 샤프트(1014)를 따라 전후로 이동되는 기록부(1010); 및 기록부(1010)를 전후로 이동시키는 구동 수단으로서의 이동 구동부(1006)를 구비한다.

이동 구동부(1006)는 회전 샤프트 상에서 상호 대향되어 소정의 간격으로 이격된 도르레(1026a 및 1026b); 도르레 주위에 귄취된 벨트(1016); 롤러 유닛(1022a, 1022b); 및 롤러 유닛에 거의 평행하게 배열되고 기록부(1010)의 반송 부재(1010a)에 연결된 벨트(1016)를 전후방으로 구동하는 모터(1018)를 구비한다.

모터(1018)가 작동되어 벨트(1016)가 도1의 화살표(R)에 의해 도시된 방향으로 회전할 때, 기록부(1010)의 반송 부재(1010a)는 도1의 화살표(S)에 의해 도시된 방향으로 소정의 이동만큼 이동된다. 모터(1018)가 작동되어 벨트(1016)가 도1의 화살표(R)에 의해 도시된 것과 반대 방향으로 회전될 때, 기록부(101)의 반송 부재(1010a)는 도1의 화살표(S)에 의해 도시된 것과 반대 방향으로 소정의 이동량만큼 이동된다.

이동 구동부(1006)의 일단부 상에서, 기록부(101)를 위한 배출 복귀 처리를 수행하기 위한 복귀 유닛(1026)은 기록부(1010)의 잉크 토출 오리피스의 배열에 대향되는 방식으로 반송 부재(1010a)의 원위치인 위치에 제공된다.

기록부(1010)에 있어서, 옐로우, 마젠타, 시안색 및 흑색 안료를 각각 함유한 안료 잉크를 위한 (이후로는 단순히 "카트리지"로 종종 불릴) 잉크제트 카트리지(1012Y, 1012M, 1012C 및 1012B)와 반응 유체를 위한 카트리지(1012S)가 제거가능한 방식으로 반송 부재(1010a)에 제공된다.

도2는 전술된 잉크제트 기록 장치 상에 장착될 수 있는 잉크제트 카트리지의 일예를 도시한다. 예로서의 카트리지(1012)는 직렬형으로 그 주요 부품은 잉크제 트 기록 헤드(100)와 잉크와 같은 액체를 포함한 액체 탱크(1001)를 포함한다.

잉크제트 기록 헤드(100)에 있어서, 다수의 토출 오리피스(832)는 형성되고 액체 성분과 같은 액체는 액체 탱크(1001)로부터 도면에 도시되지 않은 액체 급송 통로를 경유하여 액체 토출 헤드(100)의 (도면에 도시되지 않은) 공통 액체 챔버로 도입된다. 도2에 도시된 카트리지(1012)는 잉크제트 기록 헤드(100)와 액체 탱크(1001)가 일체로 형성되어 필요시에 액체가 액체 탱크(1001)로 급송되는 카트리지이다. 그러나, 카트리지(1012)는 액체 탱크(1001)가 액체 토출 헤드(100)로 교환식으로 연결되는 구조를 가질 수도 있다.

본 발명의 기록 방법은 잉크제트 기록 헤드 또는 기록 장치에서, 특히 액체 액적을 형성하도록 열에너지를 이용하고 기록을 수행하도록 액적을 토출하는 것에 사용될 때 가장 효과적이다. 이러한 기록 헤드와 장치의 전형적인 구조와 원리는, 예컨대 미국 특허 제4723129호와 제4740796호에 개시된다. 바람직하게는, 본 발명의 기록 방법은 이러한 기록 헤드와 기록 장치에 사용된다.

본 발명의 방법은 기록 헤드와 장치의 주문식 형태 및 연속 형태에 적용가능하다; 그러나, 주문식 형태에 대한 그 적용이 보다 효과적이다. 이는 기록 헤드와 장치의 주문식 형태에서, 액체(잉크)의 기포 형성과 구동 신호의 부여가 일대일 대응일 수 있기 때문이다. 구체적으로, 액체(잉크)를 보유하는 액체 통로와 시트에 대해 배열된 전열 변환기는 기록 정보에 상응하고 막비등을 유발할 수 있는 온도를 초과하는 신속한 온도 상승을 제공하여, 이로써 막비등이 기록 헤드의 열 작용면에서 유발되는 적어도 하나의 구동 신호를 부여하여 열에너지를 생성하도록 허용된다. 액체(잉크)는 기포의 성장 및 수축에 의해 토출 오리피스를 통해 토출되어 적어도 하나의 액체 액적을 형성한다. 바람직하게는, 기포의 성장과 수축이 신속하고 정확하게 수행될 수 있기 때문에 구동 신호는 펄스 형태이며, 이로써 응답에서 우수한 액체(잉크) 토출이 달성될 수 있다.

펄스 형태의 구동 신호로는, 미국 특허 제4463359호 및 제4345262호에 개시된 것이 적절하게 사용된다. 전술된 열 작용면 상에의 온도 증가 속도에 대한 발명을 개시하는 미국 특허 제4313124호에서 개시된 조건을 채용하는 것은 우수한 기록 작업을 보장한다. 잉크 카트리지, 기록 유닛 및 잉크제트 기록 장치의 구성 요소인 기록 헤드의 구조로는, 오리피스, 액체 통로 및 전열 변환기가 조합된(직선 액체 통로 또는 수직 액체 통로) 상기 특허 명세서에 개시된 구조 뿐만아니라 열 작용부가 만곡 영역에 배열된 미국 특허 제4558333호 및 제4459600호에서 개시된 구조가 바람직하게 사용될 수 있다.

복수의 전열 변환기에 공통적인 슬릿이 변환기의 토출부로 제공되는 일본 특허 출원 공개 공보 제1984-123670호의 개시물에 기초한 구조가 변환기의 토출부로 제공되고, 열에너지의 압력파를 흡수하기 위한 개구가 토출 오리피스에 상응하게 제공되는 일본 특허 출원 공개 공보 제1984-138461호의 개시물에 기초한 구조가 효과적으로 또한 사용된다.

그 길이부가 기록 장치가 기록 작업을 수행할 수 있는 기록 매체의 최대 폭에 상응하는 기록 헤드의 풀-라인(full-line) 형태로는, 전술된 특허 명세서에서 개시된 바와 같이 복수의 기록 헤드는 길이에 대해 충분하도록 조합식으로 사용될 수 있고, 또는 기록 헤드는 일체형 유닛으로 구성될 수도 있다.

장치 몸체에 전기 접속될 수 있고 장치 몸체 상에 장착된 후에만 장치 몸체로부터 잉크가 제공될 수 있는 교환식 칩 형태 기록 헤드 또는 잉크 탱크와 일체형인 카트리지형 기록 헤드가 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 잉크제트 기록 장치에 제공된 기록 헤드에의 복귀 수단 또는 여분의 보조 수단의 추가는 본 발명의 효과를 더욱 안정화하기 때문에 바람직하다. 이러한 수단의 예는 기록 헤드에 대해 캡핑 수단, 세척 수단, 가압 또는 흡입 수단, 전열 변환기 또는 다른 가열 요소, 또는 그 조합의 사전 가열 수단을 포함한다. 기록 작업을 위한 것과 상이한 형태의 토출이 수행되는 여분의 토출 모드를 수행하는 것은 안정한 기록 작업을 구현하는 데에 또한 효과적이다.

(예들)

본 발명은 다음의 예와 비교예에 의해 추가로 도시될 것이다. 달리 구체화되지 않는다면, 본원에서 사용된 "분율" 또는 "%"는 질량에 대한 분율 또는 질량에 대한 %를 의미한다. 먼저, 안료와 음이온 화합물을 각각 포함한 흑색(K), 시안색(C), 마젠타(M) 및 옐로우(Y)의 안료 잉크가 아래 기술되는 방식으로 획득되었다.

(안료 잉크)

<안료 분산액의 준비>

- 스티렌/아크릴산/에틸 아크릴레이트 공중합체(산가 240, 중량 평균 분자량 = 5,000) 1.5 분율

- 모노에탄올아민 1.0 분율

- 디에틸렌 글리콜 5.0 분율

- 이온 교환수 81.5 분율

상기 성분은 혼합되어 수지 내용물을 완전히 용해시키도록 수욕에서 70도로 데워졌다. 10 분율의 (미쓰비시 카세이사에 의해) 새로 개발된 카본 블랙(MCF88)과 1 분율의 이소프로필 알코올이 상기 용액에 추가되고, 30분간 예혼합되어 다음 조건 하에서 분산 처리를 하였다.

- 분산기: (이가라시 키까이사에 의한) 샌드 연마기

- 연마 매체: 지르코늄 비드, 직경이 1mm임

- 연마 매체의 패킹율: 50%(체적비)

- 연마 지속시간: 3 시간

이 분산은 원심분리되어(12,000rpm, 20분), 조대 입자를 제거하여 안료 분산액으로 하였다.

<안료 잉크 K1의 준비>

아래에 도시된 조성비를 갖는 성분은 안료를 함유한 잉크를 안료 잉크로 준비하도록 상기 분산액을 사용하여 혼합되었다. 안료 잉크의 표면 장력은 34mN/m였다.

- 상기 준비된 안료 분산액 30.0 분율

- 글리콜 10.0 분율

- 에틸렌 글리콜 5.0 분율

- N-메틸피롤리돈 5.0 분율

- 에틸 알코올 2.0 분율

- (카와겐 파인 케미칼사에 의한) 아세틸레놀 EH 1.0 분율

- 이온 교환수 47.0 분율

(안료 잉크 C1, M1, Y1)

안료를 각각 함유한 안료 잉크(C1, M1, Y1)는 안료 잉크(K1)의 준비에 사용되는 (미쓰비시 카세이사에 의한) 10 분율의 카본 블랙(MCF88)이 아래 표1에 도시된 안료의 각각에 의해 교체되었다는 것을 제외하고는 안료 잉크(K1)의 준비에서와 동일한 방식으로 준비되었다. 준비된 안료 잉크의 표면 장력은 각각 32mN/m, 31mN/m 및 33mN/m였다.

표1

컬러 안료 잉크 C1	피그먼트 블루 15
컬러 안료 잉크 M1	피그먼트 레드 7
컬러 안료 잉크 Y1	피그먼트 옐로우 74

<안료 잉크 K2의 준비>

아래에 도시된 조성비를 갖는 성분은 안료를 함유한 잉크를 안료 잉크로 준비하도록 상기 분산액을 사용하여 혼합되었다. 안료 잉크의 표면 장력은 51mN/m였다.

- 상기 준비된 안료 분산액 30.0 분율

- 글리콜 10.0 분율

- 에틸렌 글리콜 5.0 분율

- N-메틸피롤리돈 5.0 분율

- 에틸 알코올 2.0 분율

- (카와겐 파인 케미칼사에 의한) 아세틸레놀 EH 0.1 분율

- 이온 교환수 47.9 분율

(안료 잉크 C2, M2, Y2)

안료를 각각 함유한 안료 잉크(C2, M2, Y2)는 안료 잉크(K2)의 준비에 사용되는 (미쓰비시 카세이사에 의한) 10 분율의 카본 블랙(MCF88)이 아래 표2에 도시된 안료의 각각에 의해 교체되었다는 것을 제외하고는 안료 잉크(K2)의 준비에서와 동일한 방식으로 준비되었다. 준비된 안료 잉크의 표면 장력은 각각 50mN/m, 51mN/m 및 48mN/m였다.

표2

컬러 안료 잉크 C2	피그먼트 블루 15
컬러 안료 잉크 M2	피그먼트 레드 7
컬러 안료 잉크 Y2	피그먼트 옐로우 74

(반응액 S2 내지 S6)

그런 후, 아래에 도시된 성분이 혼합되어 용해되었고, 혼합물은 그 pH가 3.8로 조정되었던 반응액(S1)을 획득하도록 0.22㎛ 멤브레인 필터(상표명: 수미토모 일레트릭 인더스트리사에 의한 플루오로포어 필터)를 통해 가압 여과되었다. 아래의 표3에 도시된 각각의 성분을 갖는 반응액(S2 내지 S6)은 상기와 동일한 방식으로 또한 준비되었다.

표3

(단위: 분율)

	S1	S2	S3	S4	S5	S6
디에틸렌 글리콜	10	10	10	10	10	10
메틸 알코올	5	5	5	5	5	5
질산 마그네슘	3	3	3	3	3	0.5
아세티레놀 EH (가와껜 파인 케미컬 가부시끼가이샤 제조)	0.1	0.3	0.5	1	2	0.1
이온 교환수	81.9	81.7	81.5	81	80	84.4

그런 후, 반응액(S1 내지 S5)의 습윤 시간(Tw; 밀리초)은 브리스토우 방법에 의해 측정되었다. 이 측정에서, 흡수 계수(Ka)와 거칠기 지수는 동적 침투 시험기(토요 세이키 세이사쿠-쇼사)를 이용하여 측정되었다. 습윤 시간(Tw; 밀리초)의 측정은 표4에 도시된다. 습윤 시간(Tw)은 2개의 직선; 도4에 도시된 바와 같이 최소 자승법에 의해 흡수 계수(Ka)를 계산하기 위한 근사선(A)과 V가 이동 액체량이고 Vr이 거칠기 지수인 V=Vr로 표현된 직선(B)의 교차점(AB)에 도달하는 시간 길이로 획득되었다.

표4: 습윤 시간(Tw)

반응액	습윤 시간(단위: msec)
S1	90
S2	75
S3	30
S4	7
S5	2

[예1]

인쇄물(1A)은 반응액(S1)과 안료 잉크(K1, C1, M1, Y1)를 이용해 반응액(S1)을 보통 용지인 (캐논사에 의한) PB 종이 상에 부여한 후에, 5, 10, 15, 20 밀리초의 상이한 시간 간격{Td: Td는 안료 잉크(K1, C1, M1, Y1)의 구비와 반응액(S1)의 구비 사이의 시간 간격임}으로 그 위에 안료 잉크(K1, C, M1, Y1)를 각각 순서대로 부여하여 각 안료 잉크가 반응액(S1)과 접촉하게 되어 1cm 자승의 솔리드(solid) 인쇄물을 생성함으로써 준비되었다.

이 인쇄 작업에 사용된 기록 헤드는 1,200dpi의 기록 밀도를 가지고 15kHz의 구동 주파수로 구동되었다. 사용된 헤드에서, 도트당 토출된 잉크의 체적은 4pl이였다. 인쇄 시험은 표준화된 환경 조건(25도, 55% 상대 습도)하에서 수행되었다.

준비된 인쇄물은 블리딩 면에서 양호하였고 컬러대컬러 블리딩은 관찰되지 않았다. 인쇄 작업 대략 5초 후에 다른 종이 시트의 모서리로 인쇄부를 문지를 때, 화상 결실이 관찰되지 않았다. 안료 잉크(K1, C1, M1, Y1)의 인쇄부의 광학 밀도는 반사 농도계, (그레타그 맥베스에 의한) RD-19I로 측정되었다. 측정은 각각 1.2, 1.1, 1.2 및 1.1이였다.

[비교예 1]

인쇄물(1B)은 예1과 동일한 방식으로 반응액(S1)이 없이 보통 용지인 (캐논사에 의한) PB 종이 상에 안료 잉크(K1, C1, M1, Y1)를 부여하여 준비되었다.

인쇄물은 예1과 동일한 방식으로 평가되었다. 화상 결실이 관찰되지 않았지만, 안료 잉크(K1, C1, M1, Y1)의 인쇄부의 반사 밀도는 각각 0.8, 0.7, 0.7 및 0.6이였다. 예1의 인쇄물이 비교예1의 화상 현상보다 우수하였다는 것은 이 측정으로부터 명백하다.

[비교예 2]

인쇄물(1C)은 반응액(S1)이 반응액(S6)으로 대체되었다는 것을 제외하고 예1과 동일한 방식으로 획득되었다. 인쇄물은 예1과 동일한 방식으로 평가되었다. 화상 결실이 관찰되지 않았지만, 안료 잉크(K1, C1, M1, Y1)의 인쇄부의 반사 농도 는 각각 0.95, 0.8, 0.9 및 0.8이였다. 인쇄물(1C)은 비교예 1보다 블리딩면에서 양호하였지만, 컬러 현상에서, 예1의 인쇄물이 비교예2보다 확실히 우수하였다.

예1과 비교예 1 및 2에서 준비된 인쇄물(1A, 1B, 1C)의 표면은 5000배 배율로 전계 방출 주사 현미경(제올에 의한, JSM-6700F)으로 관찰되었다. 각 인쇄물의 표면 상에 존재하는 안료 입자의 량은 인쇄물의 컬러 현상에 상응하였다. 구체적으로, 안료 입자의 량은 인쇄물(1A)에서 가장 많았고 안료 입자는 섬유의 상면 상에서도 정착되었다. 인쇄물(1B, 1C)에 있어서, 섬유 상에 정착된 안료 입자의 비율은 낮았고 섬유 표면이 노출된 여러 부분이 관찰되었다.

[비교예 3]

인쇄물(1D)은 안료 잉크(K1, C1, M1, Y1)가 안료 잉크(K2, C2, M2, Y2)로 각각 대체되었다는 것을 제외하고 예1과 동일한 방식으로 준비되었다. 예1에서와 동일한 방식으로 인쇄부를 다른 종이 시트의 모서리로 문지를 때, 인쇄 화상의 결실과 변형이 발생하였다. 60초 후에도, 인쇄 화상의 변형이 발생했다. 이는 본 비교예에서 사용된 잉크의 정착 특성이 낮다는 것을 의미한다.

500배 배율로 현미경(케이언스사에 의한, VH-7000) 하에서 인쇄물(1A, 1D)을 관찰할 때, 인쇄물(1A)에서, 안료로 균일하게 덮인 것으로 보이는 PB 종이의 표면과 인쇄부는 가시적으로 균일한 컬러인 반면에, 인쇄물(1D)에서, 잉크 도트는 작았고 기질이 노출되었던 부분이 보였다.

[예2]

여러 인쇄물은 안료 잉크(C1)의 구비 및 반응액(S1)의 구비 사이의 시간 간격(Td)을 다양하게 하여 안료 잉크(C1)가 반응액(S1)과 접촉하게 되는 동안 보통 용지인 (캐논사에 의한) PB 종이 상에 반응액(S1)을 부여한 후에, 그 위에 안료 잉크(C1)를 부여함으로써 준비된 안료 잉크(C1)와 반응액(S1)을 사용하여 준비되었다.

시간 간격(Td)은 5, 10, 20, 50, 80, 140, 180 밀리초였다. 본 인쇄 작업에 사용된 기록 헤드는 1,200 dpi의 기록 밀도를 가졌고 15kHz의 구동 주파수에서 구동되었다. 사용된 헤드에서, 도트당 토출된 잉크의 체적은 4pl이였다. 인쇄 시험은 표준화된 환경 조건(25도, 55% 상대습도)에서 수행되었다.

[예3]

인쇄물은 반응액(S1)이 반응액(S2)으로 대체되었으며 시간 간격(Td)이 5, 10, 20, 50, 80 및 140 밀리초였다는 것을 제외하고는 예2와 동일한 방식으로 준비되었다.

[예4]

인쇄물은 반응액(S1)이 반응액(S3)으로 대체되었으며 시간 간격(Td)이 5, 10, 20 및 50 밀리초였다는 것을 제외하고는 예2와 동일한 방식으로 준비되었다.

[예5]

인쇄물은 반응액(S1)이 반응액(S4)으로 대체되었으며 시간 간격(Td)이 5 및 10 밀리초였다는 것을 제외하고는 예2와 동일한 방식으로 준비되었다.

[비교예 4]

인쇄물은 시간 간격(Td)이 300 밀리초였다는 것을 제외하고는 예2와 동일한 방식으로 준비되었다.

[비교예 5]

인쇄물은 시간 간격(Td)이 180 및 300 밀리초였다는 것을 제외하고는 예3과 동일한 방식으로 준비되었다.

[비교예 6]

인쇄물은 시간 간격(Td)이 80, 140, 180 및 300 밀리초였다는 것을 제외하고는 예4와 동일한 방식으로 준비되었다.

[비교예 7]

인쇄물은 시간 간격(Td)이 20, 50, 80, 140, 180 및 300 밀리초였다는 것을 제외하고는 예5와 동일한 방식으로 준비되었다.

[비교예 8]

인쇄물은 반응액(S1)이 반응액(S5)으로 대체되었으며 시간 간격(Td)이 5, 10, 20, 50, 80, 140, 180 및 300 밀리초였다는 것을 제외하고는 예2와 동일한 방식으로 준비되었다.

그런 후, 예2 내지 예5 및 비교예 4 내지 비교예 8에서 준비된 인쇄물은 다음 수단과 기준으로 평가되었다.

1. 화상 농도

반사 농도는 예2 내지 예5 및 비교예 4 내지 비교예 8에서 준비된 솔리드 화상에 대해 반사 농도계로 측정되었다. 결과는 표5에서 도시된다. 평가 기준은 다음과 같았다.

A: 반사 농도는 1.0 이상임.

B: 반사 농도는 0.85 이상 1.0 미만임.

C: 반사 농도는 0.85 미만임.

표5: 시간 간격(Td)과 화상 농도 사이의 관계(모든 컬러에 공통적임)

반응액	시간 간격(Td)(msec)
반응액	5	10	20	50	80	140	180	300
S1	A	A	A	A	A	B	B	C
S2	A	A	A	A	B	B	C	C
S3	A	A	A	B	C	C	C	C
S4	A	B	C	C	C	C	C	C
S5	C	C	C	C	C	C	C	C

2. 뒤배임 현상

뒤배임 현상은 화상 농도의 평가에서와 동일한 방식으로 평가되었다. 그러나, 측정될 부분은 각 기록 매체의 인쇄부의 이면측이였다. 결과는 표6에 도시된다. 평가 기준은 다음과 같았다.

A: 반사 농도는 0.2 미만임.

B: 반사 농도는 0.2 이상 0.4 미만임.

C: 반사 농도는 0.4 이상 0.6 미만임.

D: 반사 농도는 0.6 이상임.

표6: 시간 간격(Td)과 뒤배임 현상 사이의 관계(모든 컬러에 공통적임)

반응액	시간 간격(Td)(msec)
반응액	5	10	20	50	80	140	180	300
S1	A	A	A	A	A	B	B	C
S2	A	A	A	A	B	B	D	D
S3	A	A	A	B	D	D	D	D
S4	A	B	D	D	D	D	D	D
S5	D	D	D	D	D	D	D	D

지금까지의 결과를 요약하면, 화상 농도와 뒤배임 현상 사이의 관련성이 존재하는 것은 명백하다. 기록 매체에 대한 반응액(S1 내지 S5)의 물리적 특성이 서술된 표4와 인쇄물의 평가가 서술된 표5 및 표6은, 예2 및 예5에서 기록 매체에 대한 반응액(S1 내지 S5)의 습윤 시간(Tw)과 안료 잉크(C1)의 구비와 반응액(S1 내지 S5) 각각의 구비 사이의 시간 간격 사이의 관계는

Td < 2.0 × Tw하는 것을 가리키며,

바람직하게는, Td < 1.0 × Tw이고, 화상 농도와 뒤배임 현상에서 우수한 화상이 달성될 수 있고, 비교예 4 내지 8에서 충분한 광학 밀도는 달성되지 않는다.

Claims

삭제
안료 잉크와, 상기 안료 잉크보다 큰 표면 장력을 가지며 상기 안료 잉크를 응집시키는 다가 금속염을 포함하는 반응액을 이용하여 기록 매체에 기록을 행하는 기록 방법이며,

상기 반응액을 상기 기록 매체에 부여하는 공정과,

상기 반응액과 상기 안료 잉크의 접촉에 의해 생성되는 안료 응집물이 집합하여 이루어지는 막형의 응집체가 상기 기록 매체에 부여된 반응액의 표면 상에 형성되도록 상기 기록 매체 상에 존재하는 반응액에 대해 상기 안료 잉크를 접촉시키는 공정을 포함하며,

A) 상기 반응액과 상기 기록 매체의 경계를 향해 상기 안료 응집물이 상기 반응액의 표면 상을 이동하고, (B) 상기 안료 응집물의 이동에 의해 상기 반응액의 표면을 따라 상기 안료 응집물의 집합체가 형성되고, (C) 이에 의해, 상기 막형의 응집체가 상기 반응액의 표면 상에 형성되는 기록 방법.
삭제
삭제
제2항에 있어서, 상기 막형의 응집체가 상기 반응액의 표면 위에 형성된 후, 상기 반응액의 용매 성분이 상기 기록 매체에 침투하고, 이에 의해, 상기 기록 매체를 구성하는 복수의 섬유 사이의 오목부를 덮는 상기 막형의 응집체가 형성되는 기록 방법.
삭제
삭제
삭제
제2항에 있어서, 상기 안료 잉크는 계면 활성제를 포함하며, 상기 계면 활성제는 상기 안료 응집물과 함께 상기 경계를 향해 상기 반응액의 표면 상을 이동하는 기록 방법.
제2항에 있어서, 상기 안료 잉크의 계면 활성제의 함유율이 상기 반응액의 계면 활성제의 함유율보다 큰 기록 방법.