JP3880074B2

JP3880074B2 - INK, INKJET RECORDING METHOD USING THE SAME, INKJET RECORDING DEVICE USING THE INK

Info

Publication number: JP3880074B2
Application number: JP18486893A
Authority: JP
Inventors: 淳青木; 祥司小池
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JPH0693218A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インク、かかるインクを用いたインクジェット記録方法、及びインクジェット記録用機器に関し、特に該インクに熱エネルギーを作用させてインクを吐出させる、いわゆるバブルジェット記録に用いられるインクジェット記録用インク、インクジェット記録方法、インクジェット記録ユニット、インクカートリッジ、インクジェット記録装置、及びヒーター表面へのコゲ付着低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりインクジェット記録法は様々な方式が案出されているが、その中でも例えば特開昭５４−５１８３７号公報などに記載されているいわゆるバブルジェット記録方法は高密度マルチノズルが非常に簡単な構成であるため、高画質の画像が高速で、かつ非常に安いコストで得られ、しかも特別なコート層などを有しない普通紙にも印字できるという特徴を有している。
【０００３】
この記録法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が、急激な体積の増大を伴う状態変化を起し、その状態変化に基づく作用力によって記録ヘッド部先端のオリフィスより液滴が吐出、飛翔して被記録材に付着して記録が行なわれるものである。
【０００４】
原理・構成としては非常に簡単であるが、この記録方法で高画質・高速記録という特徴を常に信頼性良く実現するには、インクやヘッドに関する多大な技術が必要となる。バブルジェットタイプのインクジェット記録において、普通紙にも印字可能なインクとして必要な性能は、大別して、主に印字性能、信頼性、及び吐出性能である。
【０００５】
このうち、印字性能及び信頼性について重要なものは下記の５項目である。
（１）定着性：記録紙に印字されたインクが見掛け上乾燥し、指で擦っても指や紙が汚れなくなる迄の時間で判断する。この時間の短いものが好ましい。
（２）ＯＤ：記録紙に印字された記録画像の反射濃度。一般的には染料が紙の中の方迄浸透せず、表面に残る割合が大きいと高ＯＤになるので好ましい。
（３）印字品位：印字された記録ドットが真円に近いほど、印字品位は優れており、従来のインクでは普通紙に印字すると、紙の繊維の影響でギザギザのあるドットとなる。
（４）固着特性：インクジェット記録用ヘッド内において、インクが蒸発固化（目詰り）する性質。固化し難いものが好ましい。
（５）初期吐出特性：印字休止中にノズル先端から水が蒸発し、インクが増粘したときの最初の数発の吐出性。吐出方向が斜めになったり、不吐出になったりすることがある。
【０００６】
これらの諸性能は（１）〜（３）の印字性能と、（４）〜（５）の信頼性とに大きく類別される。これらの特性は互いに相反する性質が多いため、全ての性能を満足するインクを作ることは困難である。
【０００７】
例えば、定着性と固着特性である。定着性を重視すれば、蒸発し易いインクが優れたインクの条件であるのに対し、固着特性を重視して考えると全く逆転して蒸発し難いインクが優れたインクの条件となり、大きな矛盾が生じる。
【０００８】
また、定着性とＯＤに関しても同様な矛盾がある。定着性を良くするためには記録紙へのインクの浸透性を良くすればいいが、そうするとインクは紙の深さ方向へ沈んでしまうことになる。インクが紙の中の方迄浸透してしまうと、紙表面の繊維が光を散乱させるためＯＤを低下させることとなる。
【０００９】
定着性と、印字品位に関しても同様に矛盾が生じる。即ち、記録紙へのインクの浸透性を良くすれば定着性は向上する。ところが、紙は不均一構造（凹凸や繊維）であるために浸透距離に大小がある。浸透し易いインクを使うと、この浸透距離の差は更に大きくなってしまい、ドットは真円にならず、ギザギザのあるドットとなる。
【００１０】
一方、バブルジェットタイプのインクジェット記録には、吐出性能として主に次の４点が求められる。
（１）吐出安定性：オリフィスから吐出するインク滴の大きさ、速度、方向が常に均一であり、ばらつきがないことが好ましい。
（２）吐出速度：オリフィスから吐出するインク滴の速度。一般的には吐出速度は大きい方が好ましく、通常は３〜２０ｍ／ｓ程度である。
（３）周波数応答性：インク滴が吐出した後、吐出した分のインクが補給される時間が短い程、周波数応答性が高く好ましい。
（４）ヘッドの寿命：大量の記録を行なうことにより、記録ヘッドのヒーターが破壊され、吐出不能になったり、また、ヒーター面に堆積物（いわゆるコゲ）が溜ることにより、ヒーターの熱エネルギーがインクに有効に伝わらないなどの不具合が生じ、その結果、吐出安定性、吐出速度、周波数応答性の吐出性能が劣化したり吐出量が変化する場合がある。ヘッド寿命は初期の吐出性能を維持できる迄の吐出パルス数で表わされる。
【００１１】
特に、ヘッド寿命に関連して、インクの改良は従来より行なわれている。例えば、インク中の重金属の含有量を一定濃度以下にすることによって、ヘッドの寿命が向上することが、特開昭６１−１１３６６８号公報（Ｆｅ≦４ｐｐｍ）、同６１−１１３６６９号公報（Ｆｅ＋Ｓｉ≦９ｐｐｍ）、同６１−１１３６７１号公報（２価金属≦２０ｐｐｍ）、同６１−１１３６７３号公報（Ｐ≦２ｐｐｍ）などに明示されている。
【００１２】
また一方、例えば、特開昭５６−４２６８４号公報に開示されているように、インク中に被膜形成手段として使用される物質を包含せることによってヒーター面に被膜を形成させ、気泡の発生、消滅時のショック（キャビテーション）を和らげるという提案もある。この提案の中の被膜形成手段としては有機金属キレート化合物、有機酸金属塩、含金染料などの含金化合物が使われている。
これらの提案によりヘッドの寿命は格段に向上するが、それでもまだ不充分であり、さらなる寿命の向上が求められていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の普通紙対応型バブルジェット記録に必要な性能である印字性能(定着性、ＯＤ、印字品位)、信頼性(固着特性、初期吐出特性)、及び吐出性能(吐出安定性、吐出速度、周波数応答性、ヘッド寿命)の全ての性能に優れたインクジェット記録用インク、高速記録を可能とするインクジェット記録方法、かかるインクを用いたインクジェット記録用機器、及びヒーター表面へのコゲ付着低減方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、以下の本発明によって達成される。
即ち本発明は、記録剤及び、これを溶解又は、分散する液媒体を含むインクであって、該インクに熱エネルギーを作用させてインクを吐出させるインクジェット記録用のインクにおいて、該インクがキレート試薬をインク全重量に対して0.01〜10ppｍの範囲で含有することを特徴とするインクである。
【００１５】
また、熱エネルギーを作用させて該インクを吐出させて記録を行なうインクジェット記録方法において、該インクが、記録剤及び、これを溶解又は、分散する液媒体を含有し、且つキレート試薬をインク全重量に対して0.01〜10ppｍの範囲で含有することを特徴とするインクジェット記録方法である。
【００１６】
更に、上記インクを収容するインク収容部及び、熱エネルギーを作用させて該インクを吐出させるためのヘッド部を具備するインクジェット記録ユニット、前記インクを収容するインク収容部を具備するインクカートリッジ、前記インクを収容するインク収容部と、熱エネルギーを作用させて該インクを吐出させるためのヘッド部を有する記録ユニットを具備するインクジェット記録装置、及び前記インクを収容するインク収容部を具備するインクカートリッジと、熱エネルギーを作用させて該インクをインク滴として吐出させるためのヘッドとを具備するインクジェット記録装置である。
又、インクに熱エネルギーを作用させてオリフィスから該インクを吐出させるためのヒーターを備えた記録ヘッドを有するインクジェット記録装置の、該ヒーター表面へのコゲ付着低減方法であって、該インクが記録剤及び、これを溶解又は、分散する液媒体を含有し、且つキレート試薬をインク全重量に対して0.01〜10ppｍの範囲で含有することを特徴とするヒーター表面へのコゲ付着低減方法である。
【００１７】
(好ましい実施態様)
以下、好ましい実施態様をあげて本発明を詳しく説明する。
本発明のインクは、インク中にキレート試薬を0.01〜10ppｍ含有させることを主な特徴とする。
【００１８】
従来インクジェット記録用のインクには、染料中の金属イオンに起因する目詰まりを防止するために、係る金属をマスキングする目的でインク中に、キレート試薬を加えることがなされていた（特開昭５１−８５８０４及び同５８−８９６６７参照）。
【００１９】
しかし、係るインクをバブルジェット記録に用いると、却ってヘッドの寿命が低減してしまった。そこで、本発明者らは、ヘッドの寿命とインク中に含有されるキレート試薬との関係を検討し、インク中に含まれるキレート試薬の量を0.01〜10ppｍとすることにより、印字性能、信頼性、及び吐出性能全てに優れた、特にヘッドの寿命が長く、吐出安定性に優れた記録が可能となることを知見し、本発明を完成するに到った。
【００２０】
本発明者らが、キレート試薬であるエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）をインク中に濃度を変化させて含有させ、パルス数を変えてヘッドの耐久試験を行い、ヒーターの表面をＳＥＭで観察した結果、ＥＤＴＡ濃度が高い（１００ｐｐｍ超）時、ヒーターの表面層（図３，１６−ａ）が徐々に侵食され膜厚が薄くなり、次第に下層（図３，１６−ｂ）が完全に見える迄に至り、最終的にはヒーターが断線するに到った。
【００２１】
そして、逆にＥＤＴＡを全く含有しない場合は、ヒーターの表面層が薄くなったり、断線したりするようなことは全く観察されなかった。以上のことから、インク中にキレート試薬がある濃度以上含有されると、係るキレート試薬が気泡の発生・消滅時にヒーターの表面を侵食し、ヒーターを断線させてヘッドの寿命を低減させるものと思われる。
【００２２】
図１にインク中に含まれるＥＤＴＡの濃度とヒーター断線パルス、ヘッドの寿命との関係（２×１０⁹ パルスで終了している）を示す。図からインク中のＥＤＴＡ濃度が１００ｐｐｍを超えると、ヒーター断線が４×１０⁸ パルス以下で起きてしまい、ヘッド寿命が大幅に短縮されることが判る。
【００２３】
又、本発明者は、インク中のＥＤＴＡ濃度が低過ぎる場合（０．００１ｐｐｍ未満）は、ヒーター断線に関しては上記のように問題はないものの、今度は長期記録においてはヘッドの吐出性能の劣化が起こり初期の吐出性能を維持できず、ヘッド寿命が短縮されることを知見した。
【００２４】
これは長期にわたり、気泡の発生・消滅が繰り返し行なわれると、たとえインク中の重金属などの不純物が一定濃度以下であっても、染料の種類や濃度の違いによってコゲが発生し、特にＯＤの高いインクを作ろうとすると染料濃度は高くなり、よりコゲやすくなってしまうためと思われる。
【００２５】
そして、コゲがヒーター面に付着すると、ヒーターの熱エネルギーがインクに有効に伝わらないため、吐出エネルギーが不足し吐出濃度、吐出量が不足するなどの不具合が生じ、ヒーター断線が起きる前にヘッドの寿命が尽きてしまう。
【００２６】
これに対して、ＥＤＴＡの濃度を0.01ppｍ〜10ppｍ程度加えたインクは、ヒーター断線の問題もなく、またヘッドの吐出性能の劣化もなくヘッドの寿命は大幅に長くなった。この領域において、ヘッドの吐出性能の劣化を生じない理由は明らかではないが、大量の記録により多少のコゲがヒーター面に付着しても、微量に含有されるＥＤＴＡの侵食作用によって適度にコゲが侵食されることにより、ヒーター面にコゲが大量に付着することがなく、ヒーター面は常に滑らかな状態にあるからと推測される。
【００２７】
本発明のインクに含有されるキレート試薬は、本発明の効果が得られさえすればよく特に限定されるものではないが、好ましくはエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、トランス−１，２−シクロヘキサンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン二酢酸（ＥＤＤＡ）、ジオキサオクタンジアミン四酢酸（ＧＥＤＴＡ）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン三酢酸（ＨＥＰＴＡ）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）イミノ二酢酸（ＨＩＤＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、トリエチレンテトラミン六酢酸（ＴＴＨＡ）、グリシン、ジヒドロキシエチルグリシン及びそれらの塩（例えばＥＤＴＡ・４Ｎａ）などがあげられる。
【００２８】
係るキレート試薬のインク中における含有量は、インク全重量に対して0.01〜10ppｍであり、更には、0.01〜４ppｍが好ましい。
【００２９】
係るキレート試薬の濃度の測定方法は具体的には原子吸光光度法（Ｋｕｎｋｅｌ，Ｒ．，ｅｔａｌ．：Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．４５，１４６５（１９７３））により、Ｃｕ(II)−キレート試薬の銅イオンを原子吸光光度法で定量するのが微量のキレート試薬の定量法として好ましいため、この方法による定量値を本発明で言うところのキレート試薬濃度とする。また、測定のばらつきが問題となる程の低濃度の場合は、インクを濃縮してから測定すること等も可能である。
【００３０】
本発明のインクは、係るキレート試薬の他に少なくとも記録剤とこれを溶解、又は分散する液媒体を含有する。記録剤としては染料又は顔料を必要に応じて使い分けるが、本発明では好ましくは、水溶性染料が用いられる。
【００３１】
染料としては直接染料、酸性染料、塩基性染料などあらゆる水溶性染料を用いることができる。染料の濃度は通常はインク全重量に対して０．１〜１０重量％の範囲から適宜選択される。
【００３２】
本発明のインクに使用される液媒体としては、水と水溶性有機溶剤を併用することが好ましい。
水溶性有機溶剤としては、インクジェット記録用インクに一般的に用いられている水溶性有機溶剤が使用される。つまり、それ自身の蒸気圧が低くインク中の水分の蒸発速度を減速させると共に、染料などの溶解性も持ち合せていることで固着特性向上剤としての効果もあるものが好ましい。
【００３３】
好ましく用いられる水溶性有機溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類；アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトンアルコール類；テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、２−ピロリドンなどの含窒素複素環式ケトン類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，３−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコールなどのアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレングリコール類；グリセリン、エチレングリコールメチル（又はエチル）エーテル、ジエチレングリコールメチル（又はエチル）エーテル、トリエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類などがあげられる。
【００３４】
水はインク全重量に対して通常４０〜９６、好ましくは６０〜９５、より好ましくは７３〜９４重量％の範囲で使用される。４０重量％より少ないと粘度が高くなる、滲み易くなる、定着性が劣るなどの問題が生じ、また９６重量％よりも多いと、蒸発成分が多過ぎて固着特性が悪化する。また、固着特性を向上させるために、蒸発抑制効果のあるもの、染料の溶解度を向上させるもの、粘度上昇を抑制するものなど、従来使用されていた水溶性有機溶剤とは異なる固着防止剤を使用してもよい。
【００３５】
この固着防止剤としては、尿素、塩酸トリエチルアミンなどのトリエチルアミンの塩、塩酸トリエタノールアミンなどのトリエタノールアミンの塩、トルエンスルホンアミドの誘導体などが用いられる。これらの固着防止剤は、インク中のインク全重量に対して０．１〜３０重量％の範囲で適宜選択して使用することが好ましい。
【００３６】
このような固着防止剤を使用することにより、水以外の構成成分（溶剤など）の量を極端に少なくしても、目詰りを起こさずに高信頼性を保つことができる。また、インク中の水分量が多いので、記録物のインクが蒸発し易くなって、ＯＤ、定着性、印字品位などの普通紙記録性能に有利に働く。また、尿素などは粘度上昇を抑制する効果があるので初期吐出特性にも優位性を発揮する。
【００３７】
また、これ以外にも定着性を向上させる溶剤を使用することがある。このような溶剤を使用したインクは、記録紙に印字された場合の乾燥性が非常に優れる。このような効果が期待できる溶剤としては、好ましく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、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、イソブチルアルコールなどの炭素数１〜４のアルキルアルコール類；シクロヘキサノールなどの環状アルキルアルコール類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類；アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトンアルコール類；テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンなどの含窒素複素環式ケトン類；グリセリン；脂肪酸アルキロールアミド、チオジグリコール、Ｎ−アシル−スルコシネートなどが用いられる。
【００３８】
尚、これらの物質のうち、エチルアルコールなどのアルコール類は比較的沸点が低いものが多いので、インクに熱エネルギーを作用させて吐出させる記録方法における吐出エネルギー源である発泡の促進剤となり、吐出速度を大きくする効果もある。
【００３９】
更に、本発明のインクに、界面活性剤を使用することも可能である。界面活性剤は、インク全重量に対して通常０．０１〜０．５重量％、好ましくは０．０１〜０．２重量％の範囲で使用される。
【００４０】
本発明に用いられるインクの粘度は、２５℃において０．７〜１２ｃＰ、好ましくは１〜５ｃＰであるものが良い。この範囲外のインクはインクジェット記録において吐出安定性がやや悪く、特に１２ｃＰを越えるインクは、その粘度抵抗により被記録材への浸透が遅く定着性においても不利になるからである。
【００４１】
本発明に用いられるインクの表面張力は、２５℃において２６〜６０ｄｙｎｅ／ｃｍであるものが良い。表面張力が２６ｄｙｎｅ／ｃｍ未満のインクでは液滴が吐出したあと、メニスカスを引き戻そうとする力が弱いか、或いは逆にメニスカスが突出した際に、引き戻す力が弱いため、泡を抱き込んだり、オリフィス部が濡れてしまい、ヨレの原因となったりすることがある。また、６０ｄｙｎｅ／ｃｍを越える表面張力のインクでは濡れ性が悪く、ヘッドのノズル壁などに対してインクが濡れず、気泡として残留してしまうことがある。
【００４２】
上記のようなインクの構成を探ることによって、普通紙対応型バブルジェット記録に用いられるインクとして、特にヘッド寿命に優れ、かつ、ＯＤ、定着性、印字品位、固着特性、初期吐出特性、吐出安定性、吐出速度、周波数応答性の性能に優れたインクの提供が可能になる。
【００４３】
本発明のインクは、熱エネルギーを作用させてインクを吐出させるインクジェット記録用のインクとしてとりわけ好適に用いられる。
【００４４】
本発明のインクを用いて記録を行なうのに好適な方法及び装置としては、記録ヘッドの室内のインクに記録信号に対応した熱エネルギーを与え、該熱エネルギーにより液滴を発生させる方法及び装置があげられる。
【００４５】
その装置の主要部であるヘッド構成例を図２，３及び４に示す。ヘッド１３はインクを通す溝１４を有するガラス、セラミックス又はプラスチック板などと、感熱記録に用いられる発熱ヘッド１５（図ではヘッドが示されているが、これに限定されるものではない）とを接着して得られる。発熱ヘッド１５は酸化シリコンなどで形成される保護膜１６、アルミニウム電極１７−１及び１７−２、ニクロムなどで形成される発熱抵抗体層１８、蓄熱層１９、アルミナなどの放熱性の良い基板２０より成っている。
【００４６】
インク２１は吐出オリフィス（微細孔）２２迄来ており、不図示の圧力によりメニスカス２３を形成している。今、電極１７−１，１７−２に電気信号が加わると、発熱ヘッド１５のｎで示される領域が急激に発熱し、ここに接しているインク２１に気泡が発生し、その圧力でメニスカス２３が突出し、インク２１が吐出し、オリフィス２２より記録小滴２４となり、被記録材２５に向かって飛翔する。図４には図２に示すヘッドを多数並べたマルチヘッドの外観図を示す。該マルチヘッドはマルチ溝２６を有するガラス板２７と、図２に説明したものと同様な発熱ヘッド２８を密着して製作されている。
【００４７】
尚、図２は、インク流路に沿ったヘッド１３の断面図であり、図３は図２のＡ−Ｂ線での切断面である。図５に、かかるヘッドを組み込んだインクジェット記録装置の１例を示す。図５において、６１はワイピング部材としてのブレードであり、その一端はブレード保持部材によって保持されて固定端となり、カンチレバーの形態をなす。ブレード６１は記録ヘッドによる記録領域に隣接した位置に配設される。
【００４８】
また、本例の場合、記録ヘッドの移動経路中に突出した形態で保持される。６２はキャップであり、ブレード６１に隣接するホームポジションに配設され、記録ヘッドの移動方向と垂直な方向に移動して吐出口面と当接し、キャッピングを行う構成を具備する。更に６３はブレード６１に隣接して配設されるインク吸収体であり、ブレード６１と同様、記録ヘッドの移動経路中に突出した形態で保持される。上記ブレード６１、キャップ６２、吸収体６３によって吐出回復部６４が構成され、ブレード６１及び吸収体６３によってインク吐出口面の水分、塵埃などの除去が行われる。
【００４９】
６５は吐出エネルギー発生手段を有し、吐出口を配した吐出口面に対向する被記録材にインクを吐出して記録を行う記録ヘッドであり、６６はこの記録ヘッド６５を搭載して記録ヘッド６５の移動を行うためのキャリッジである。キャリッジ６６はガイド軸６７と摺動可能に係合し、キャリッジ６６の一部はモータ６８によって駆動されるベルト６９と接続（不図示）している。これによりキャリッジ６６はガイド軸６７に沿って移動が可能となり、記録ヘッド６５による記録領域及びその隣接した領域の移動が可能となる。
【００５０】
５１は被記録材を挿入するための給紙部であり、５２は不図示のモータにより駆動される紙送りローラである。これらの構成によって記録ヘッドの吐出口面と対向する位置へ被記録材が給紙され、記録が進行するにつれて排紙ローラ５３を配した排紙部へ排紙される。
【００５１】
上記の構成において、記録ヘッド６５が記録終了などでホームポジションに戻る際、ヘッド回復部６４のキャップ６２は記録ヘッド６５の移動経路から退避しているが、ブレード６１は移動経路中に突出している。この結果、記録ヘッド６５の吐出口面がワイピングされる。尚、キャップ６２が記録ヘッド６５の吐出面に当接してキャッピングを行う場合、キャップ６２は記録ヘッドの移動経路中に突出する様に移動する。
【００５２】
記録ヘッド６５がホームポジションから記録開始位置へ移動する場合、キャップ６２及びブレード６１は、上記したワイピング時の位置と同一の位置にある。この結果、この移動においても記録ヘッド６５の吐出口面はワイピングされる。上記の記録ヘッドのホームポジションへの移動は、記録終了時や吐出回復時ばかりでなく、記録ヘッドが記録のために記録領域を移動する間に所定の間隔で記録領域に隣接したホームポジションへ移動し、この移動に伴って上記ワイピングが行われる。
【００５３】
図６は、ヘッドにインク供給部材、例えば、チューブを介して供給されるインクを収容したインクカートリッジの一例を示す図である。ここで４０は供給用インクを収納したインク収納部、例えば、インク袋であり、その先端にはゴム製の栓４２が設けられている。この栓４２に針（不図示）を挿入することにより、インク袋４０中のインクをヘッドに供給可能ならしめる。４４は廃インクを受容するインク吸収体である。インク収容部としては、インクとの接液面がポリオレフィン、特にポリエチレンで形成されているのが本発明にとって好ましい。
【００５４】
本発明で使用されるインクジェット記録装置としては、上記の如きヘッドとインクカートリッジとが別体となったものに限らず、図７に示す如きそれらが一体になったものにも好適に用いられる。
【００５５】
図７において、７０は記録ユニットであって、この中にはインクを収容したインク収容部、例えば、インク吸収体が収納されており、かかるインク吸収体中のインクが複数のオリフィスを有するヘッド部７１からインク滴として吐出される構成になっている。インク吸収体の材料としては、ポリウレタンを用いることが本発明にとって好ましい。
７２は、記録ユニット内部を大気に連通させるための大気連通口である。この記録ユニット７０は、図５に示す記録ヘッドに代えて用いられるものであって、キャリッジ６６に対し着脱自在になっている。
【００５６】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例をあげて本発明を更に具体的に説明するが、本発明がこれらのみに限定されるものではない。尚、文中、部又は％の表示は特に指定のない限り重量基準である。
【００５７】
（実施例１〜６，比較例１〜３）
表１に示す各成分をビーカーにて混合し、２５℃にて４時間攪拌した。この混合物をポアサイズ０．２２μｍのメンブランフィルターで加圧濾過したものを本発明のインクとした。
【００５８】
このインクを使って、熱エネルギーの作用によりインクを吐出させるキヤノンバブルジェットプリンターＢＪＣ−８２０Ｊ（解像度３６０ＤＰＩ，インク吐出量４５ｐｌ）で、普通紙（キヤノン製ＰＰＣ用紙ＳＫ）印字を行ない、定着性、ＯＤ、印字品位、固着特性、吐出安定性、吐出速度、周波数応答性、初期吐出特製、ヘッドの寿命の評価を行なって、インクの粘度、表面張力を判定した。これらの結果を表１に示す。
【００５９】
（評価方法及び評価基準）
（１）定着性評価
定着性については、ＳＫ紙にプリンターで英数文字を印字した後、１０，２０，３０，４０，５０及び６０秒後に濾紙（東洋濾紙製Ｎｏ．２：商標名）で擦り、印字部が汚れなくなる迄の秒数を基にして判定した。（２０±５℃、５０±１０％ＲＨにて測定）
〇：１５秒以内
△：１６〜３０秒
×：３１秒以上。
【００６０】
（２）ＯＤ評価
ＳＫ紙に４．５×９ｍｍのベタ印字を行なった後その印字物を常温常湿で２４時間以上放置し、その印字部をマクベス濃度計（ＲＤ９１８）にて測定して、そのＯＤ値で判定した。
【００６１】
〇：ＯＤ値１．１以上
△：ＯＤ値０．８〜１．０
×：ＯＤ値０．８未満。
【００６２】
（３）印字品位評価
ＳＫ紙に英数文字を印字した後、１時間以上放置し、その後ドットレベルでの滲みや、エッジのシャープさを２５℃、６０％ＲＨの環境条件にて評価した。
【００６３】
〇：滲みがなくエッジはシャープである
△：滲みが多少みられ、エッジも少しぼやけている
×：滲みが多く、ドットもエッジもぼやけている。
【００６４】
（４）固着特性評価
プリンターに所定のインクを充填して、１０分間連続して英数文字を印字した後、プリントを停止し、キャップを施して３０日間放置（放置条件：６０℃，１０±５％ＲＨ）した後、再び英数文字を印字して初期の印字状態が再現できる迄の回復操作回数で判定した。
【００６５】
◎：回復操作なしで初期と同等な印字が可能
〇：１〜５回の回復操作で初期と同等な印字が可能
△：６〜１０回の回復操作で初期と同等な印字が可能
×：１１回以上の回復操作で初期と同等な印字が可能。
【００６６】
（５）吐出安定性、吐出速度、周波数応答性評価
キヤノン製インクジェット記録用ヘッド評価装置（液滴の吐出の状況をストロボで同期発光し、顕微鏡テレビカメラで観測する装置）を用いて、プリンターで印字するヘッド駆動条件と同じ条件で各種インクの吐出速度のばらつき、吐出速度、周波数応答性を測定してそれぞれ判定した。
【００６７】
（ａ）吐出安定性評価
上記装置によって４ｋＨｚで吐出速度を３０回測定し、その標準偏差を判定した。
【００６８】
〇：標準偏差０〜０．４９ｍ／ｓ
△：標準偏差０．５〜１．０ｍ／ｓ
×：標準偏差１．１ｍ／ｓ以上。
【００６９】
（ｂ）吐出速度評価
上記装置によって４ｋＨｚで吐出速度を３０回測定し、その平均値を求めて判定した。
【００７０】
〇：吐出速度７．１〜１５ｍ／ｓ
△：吐出速度５〜７ｍ／ｓ
×：吐出速度５ｍ／ｓ未満。
【００７１】
（ｃ）周波数応答性評価
上記装置によって、駆動周波数０．１ｋＨｚで吐出をさせ、徐々に周波数を上げてゆき、吐出形状が主滴の存在しない剣状の不安定な吐出になったところの周波数を測定し判定した。
【００７２】
〇：周波数応答性４ｋＨｚを超えるもの
△：周波数応答性２〜４ｋＨｚのもの
×：周波数応答性２ｋＨｚ未満のもの。
【００７３】
（６）初期吐出性評価
１５℃／１０％ＲＨの環境でインクを吐出後、所定時間キャップ非装着状態を保ち、再度吐出させたときの最初の数発のインク滴の吐出の様子を見て、吐出状態が良好でいられる時間で判定した。
【００７４】
〇：２０秒を超えるもの
△：５〜２０秒のもの
×：５秒未満のもの。
【００７５】
（７）ヘッドの寿命
前記装置によって、４ｋＨｚで連続吐出を行ない１０⁷ パルスおきに吐出安定性、吐出速度、周波数応答性の評価を行ない、連続吐出を行なう前のこれらの評価結果と異なる性能（〇〜×のランク）に変わったときのパルス数をヘッド寿命とし、そのパルス数で判定した。
【００７６】
◎：ヘッド寿命１．８×１０⁹ を超えるもの
〇：ヘッド寿命１．５〜１．８×１０⁹ のもの
△：ヘッド寿命０．８〜１．４９×１０⁹ のもの
×：ヘッド寿命０．８×１０⁹ 未満のもの。
【００７７】
（８）粘度
Ｅ形粘度計ＶＩＳＣＯＮＩＣＥＬＤ（東京計器）を使用して、２５℃において粘度を測定した。
【００７８】
（９）表面張力
協和ＣＢＶＰ式表面張力計Ａ−１型（協和科学）を使用して、２５℃において表面張力を測定した。
【００７９】
【表１】

【００８０】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、記録ヘッドの信頼性が向上し、高速乾燥性、高記録濃度、高印字品位を長期間に亘って達成することのできるインク、これを用いたインクジェット記録方法及び係るインクを用いたインクジェット記録用機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＤＴＡ濃度とヒーター断線パルス及びヘッドの寿命の関係を示す図。
【図２】インクジェット記録装置のヘッド部の横断面図。
【図３】インクジェット記録装置のヘッド部の縦断面図。
【図４】図２及び３に示したヘッドをマルチ化したヘッドの外観斜視図。
【図５】インクジェット記録装置の一例を示す斜視図。
【図６】インクカートリッジの縦断面図。
【図７】インクヘッド、インクカートリッジ一体構造の記録ユニットを示す斜視図。
【符号の説明】
６１ワイピング部材
６２キャップ
６３インク吸収体
６４吐出回復部
６５記録ヘッド
６６キャリッジ
７１オリフィス先端
７２吐出ヒーター
７３基板[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention relates to an ink, an ink jet recording method using the ink, and an ink jet recording apparatus, and in particular, by applying thermal energy to the ink.Eject inkInk jet recording ink, ink jet recording method, ink jet recording unit, ink cartridge, ink jet recording apparatus, and heater used in so-called bubble jet recording-The present invention relates to a method for reducing kogation adhesion on a surface.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various ink jet recording methods have been devised. Among them, a so-called bubble jet recording method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-51837 has a very simple configuration with a high-density multi-nozzle. Therefore, it has a feature that a high-quality image can be obtained at high speed and at a very low cost, and can be printed on plain paper having no special coating layer.
[0003]
In this recording method, the liquid subjected to the action of thermal energy undergoes a state change accompanied by an abrupt increase in volume, and droplets are ejected from the orifice at the end of the recording head by an action force based on the state change. Thus, recording is performed by adhering to the recording material.
[0004]
Although the principle and configuration are very simple, in order to always realize the characteristics of high image quality and high speed recording with high reliability by this recording method, a great deal of technology relating to ink and head is required. In the bubble jet type ink jet recording, the performance required as ink that can be printed on plain paper is roughly classified into printing performance, reliability, and ejection performance.
[0005]
Among these, the following five items are important for printing performance and reliability.
(1) Fixability: Judgment is based on the time until the ink printed on the recording paper is apparently dried and the finger or paper is not soiled even when rubbed with the finger. Those having a short time are preferred.
(2) OD: reflection density of the recorded image printed on the recording paper. In general, it is preferable that the dye does not penetrate into the paper and the ratio remaining on the surface is large because the OD becomes high.
(3) Print quality: The closer the printed recording dot is to a perfect circle, the better the print quality. With conventional ink, when printing on plain paper, it becomes a jagged dot due to the influence of paper fibers.
(4) Adhering property: The property that the ink is evaporated and solidified (clogged) in the ink jet recording head. Those that are difficult to solidify are preferred.
(5) Initial ejection characteristics: The first several ejection characteristics when water evaporates from the nozzle tip during printing pause and the ink is thickened. The discharge direction may be oblique or non-discharge.
[0006]
These various performances are roughly classified into (1) to (3) printing performance and (4) to (5) reliability. Since these properties are often contradictory to each other, it is difficult to produce an ink that satisfies all the performances.
[0007]
For example, fixing properties and fixing properties. If the emphasis is on fixing properties, ink that is easy to evaporate is an excellent ink condition, but if the emphasis is on fixing properties, ink that is completely reversed and difficult to evaporate becomes an excellent ink condition, and there is a major contradiction. Arise.
[0008]
There is also a similar contradiction regarding fixability and OD. In order to improve the fixing property, it is only necessary to improve the ink permeability to the recording paper. However, the ink sinks in the depth direction of the paper. If the ink penetrates into the paper, the fiber on the paper surface scatters the light, thus reducing the OD.
[0009]
Similarly, a contradiction arises with respect to the fixability and the print quality. That is, the fixing property is improved by improving the ink permeability to the recording paper. However, since the paper has a non-uniform structure (unevenness or fiber), the penetration distance is large or small. When ink that easily permeates is used, the difference in permeation distance is further increased, and the dot does not become a perfect circle but becomes a jagged dot.
[0010]
On the other hand, in the bubble jet type ink jet recording, the following four points are mainly required as ejection performance.
(1) Ejection stability: It is preferable that the size, speed, and direction of ink droplets ejected from the orifice are always uniform and have no variation.
(2) Discharge speed: The speed of ink droplets discharged from the orifice. In general, it is preferable that the discharge speed be large, and it is usually about 3 to 20 m / s.
(3) Frequency responsiveness: The shorter the time during which ink is replenished after ink droplets are ejected, the higher the frequency responsiveness, the better.
(4) Life of the head: When a large amount of recording is performed, the heater of the recording head is destroyed and ejection becomes impossible, and deposits (so-called kogation) accumulate on the heater surface, so that the heat energy of the heater is reduced. Problems such as not being effectively transmitted to the ink may occur, and as a result, the discharge performance of discharge stability, discharge speed, and frequency response may deteriorate or the discharge amount may change. The life of the head is represented by the number of ejection pulses until the initial ejection performance can be maintained.
[0011]
In particular, in relation to the life of the head, the ink has been improved conventionally. For example, the life of the head can be improved by setting the heavy metal content in the ink to a certain concentration or less. JP-A-61-113668 (Fe ≦ 4 ppm) and JP-A-61-113669 (Fe + Si ≦ 9 ppm), 61-111671 (divalent metal ≦ 20 ppm), 61-113673 (P ≦ 2 ppm), and the like.
[0012]
On the other hand, for example, as disclosed in JP-A-56-42684, a material used as a film forming means is included in the ink to form a film on the heater surface, and bubbles are generated and disappeared. There is also a proposal to relieve the shock (cavitation) of time. As the film forming means in this proposal, metal-containing compounds such as organometallic chelate compounds, organic acid metal salts, and metal-containing dyes are used.
These proposals significantly improve the life of the head, but it is still insufficient and further improvement of the life has been demanded.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  The objectives of the present invention are printing performance (fixability, OD, printing quality), reliability (fixing characteristics, initial ejection characteristics), and ejection performance (ejection stability), which are the performance necessary for the above-described plain paper-compatible bubble jet recording. Ink jet recording ink excellent in all performances (e.g., performance, ejection speed, frequency response, head life), ink jet recording method capable of high speed recording, ink jet recording equipment using such ink, and heater-The object is to provide a method for reducing the adhesion of kogation to the surface.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The above object is achieved by the present invention described below.
  That is, the present invention relates to an ink containing a recording agent and a liquid medium in which the ink is dissolved or dispersed, wherein the ink is ejected by applying thermal energy to the ink. 0.01 to the total ink weightTenIt is an ink characterized by containing in the range of ppm.
[0015]
  Further, in an ink jet recording method in which recording is performed by ejecting the ink by applying thermal energy, the ink contains a recording agent and a liquid medium in which the ink is dissolved or dispersed, and the chelating reagent is added to the total weight of the ink. 0.01 ~TenIt is an inkjet recording method characterized by containing in the range of ppm.
[0016]
  Furthermore, an ink storage unit that includes the ink storage unit that stores the ink, a head unit that discharges the ink by applying thermal energy, an ink cartridge that includes the ink storage unit that stores the ink, and the ink An ink storage unit that stores the ink, an ink jet recording apparatus that includes a recording unit that includes a head unit that causes thermal energy to be ejected, and an ink cartridge that includes the ink storage unit that stores the ink. And an ink jet recording apparatus including a head for ejecting the ink as ink droplets by applying thermal energy.
  Also, there is provided a method for reducing the adhesion of kogation to the heater surface of an ink jet recording apparatus having a recording head provided with a heater for causing thermal energy to act on the ink and discharging the ink from the orifice. And a liquid medium in which this is dissolved or dispersed, and the chelating reagent is added in an amount of 0.01 toTenIt is contained in the range of ppm, and is a method for reducing burnt adhesion to the heater surface.
[0017]
  (Preferred embodiment)
  Hereinafter, the present invention will be described in detail with preferred embodiments.
The ink of the present invention contains a chelating reagent in an amount of 0.01 toTenThe main feature is to contain ppm.
[0018]
Conventional inks for ink-jet recording have been added with a chelating reagent in the ink for the purpose of masking the metal in order to prevent clogging caused by metal ions in the dye (Japanese Patent Laid-Open No. 51). -85804 and 58-89667).
[0019]
  However, when such ink is used for bubble jet recording, the life of the head has been reduced. Therefore, the present inventors examined the relationship between the life of the head and the chelating reagent contained in the ink, and the amount of the chelating reagent contained in the ink was 0.01 toTenBy using ppm, we found that printing performance, reliability, and ejection performance are all excellent, especially that the head has a long life and recording with excellent ejection stability, and the present invention is completed. It was.
[0020]
As a result of the inventors including ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), which is a chelating reagent, in the ink while changing the concentration, performing a head durability test by changing the number of pulses, and observing the surface of the heater with an SEM, When the EDTA concentration is high (over 100 ppm), the surface layer of the heater (Figs. 3, 16-a) is gradually eroded and the film thickness becomes thin, and gradually until the lower layer (Figs. 3, 16-b) is completely visible. Eventually, the heater was disconnected.
[0021]
On the contrary, when EDTA was not contained at all, it was not observed at all that the surface layer of the heater was thinned or disconnected. From the above, if the chelating reagent is contained in a certain concentration or more in the ink, the chelating reagent seems to erode the surface of the heater when bubbles are generated or disappear, and the heater is disconnected to reduce the life of the head. It is.
[0022]
FIG. 1 shows the relationship between the concentration of EDTA contained in the ink, the heater disconnection pulse, and the life of the head (2 × 10⁹ End with a pulse). From the figure, when the EDTA concentration in the ink exceeds 100 ppm, the heater break is 4 × 10⁸ It can be seen that it occurs below the pulse and the head life is greatly shortened.
[0023]
In addition, when the EDTA concentration in the ink is too low (less than 0.001 ppm), the present inventor has no problem as described above with respect to the heater disconnection, but this time, the ejection performance of the head is deteriorated in long-term recording. It was discovered that the initial ejection performance could not be maintained and the head life was shortened.
[0024]
If bubbles are repeatedly generated and extinguished over a long period of time, even if impurities such as heavy metals in the ink are below a certain concentration, kogation occurs due to the difference in the type and concentration of the dye, and particularly high OD. This seems to be because when the ink is made, the dye concentration becomes high and it becomes easier to burn.
[0025]
If kogation adheres to the heater surface, the heat energy of the heater is not effectively transmitted to the ink, causing problems such as insufficient discharge energy, insufficient discharge density and discharge amount, and before the heater breaks, Life is exhausted.
[0026]
  On the other hand, the concentration of EDTA is 0.01ppm ~TenInk added with about ppm has no problem of heater disconnection, and there is no deterioration of the ejection performance of the head, and the life of the head is greatly increased. In this area, the reason why the ejection performance of the head does not deteriorate is not clear. However, even if some kogation adheres to the heater surface due to a large amount of recording, moderate kogation is caused by the erosion action of a small amount of EDTA. By eroding, it is estimated that a large amount of kogation does not adhere to the heater surface, and the heater surface is always in a smooth state.
[0027]
The chelating reagent contained in the ink of the present invention is not particularly limited as long as the effect of the present invention can be obtained, but preferably ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), trans-1,2-cyclohexanediamine Acetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, ethylenediaminediacetic acid (EDDA), dioxaoctanediaminetetraacetic acid (GEDTA), N- (2-hydroxyethyl) ethylenediaminetriacetic acid (HEPTA), N- (2-hydroxyethyl) iminodiacetic acid ( HIDA), nitrilotriacetic acid (NTA), triethylenetetramine hexaacetic acid (TTHA), glycine, dihydroxyethylglycine and their salts (for example, EDTA · 4Na).
[0028]
  The content of the chelating reagent in the ink is 0.01 to 10 ppm with respect to the total weight of the ink.AndFurthermore, 0.01-4 ppm is preferable.
[0029]
Specifically, the concentration of the chelating reagent is determined by atomic absorption spectrophotometry (Kunkel, R., et al .: Anal. Chem. 45, 1465 (1973)). Is preferably determined by atomic absorption spectrophotometry as a method for quantifying a very small amount of chelating reagent, and the quantitative value obtained by this method is the chelating reagent concentration as referred to in the present invention. Further, when the concentration is low enough to cause a variation in measurement, it is possible to measure after concentrating the ink.
[0030]
In addition to the chelating reagent, the ink of the present invention contains at least a recording agent and a liquid medium that dissolves or disperses the recording agent. As the recording agent, a dye or a pigment is properly used as necessary. In the present invention, a water-soluble dye is preferably used.
[0031]
As the dye, any water-soluble dye such as a direct dye, an acid dye, or a basic dye can be used. The concentration of the dye is usually appropriately selected from the range of 0.1 to 10% by weight with respect to the total weight of the ink.
[0032]
As a liquid medium used in the ink of the present invention, it is preferable to use water and a water-soluble organic solvent in combination.
As the water-soluble organic solvent, water-soluble organic solvents generally used for ink jet recording inks are used. That is, it is preferable that the vapor pressure itself is low and the evaporation rate of water in the ink is reduced, and the solubility of dyes and the like is also provided so that the effect as a fixing property improving agent is obtained.
[0033]
Examples of the water-soluble organic solvent preferably used include amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; ketones or ketone alcohols such as acetone and diacetone alcohol; ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; N-methyl-2-pyrrolidone; , 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, nitrogen-containing heterocyclic ketones such as 2-pyrrolidone; polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol; ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, triethylene glycol , 1,2,3-hexanetriol, thiodiglycol, hexylene glycol, diethylene glycol, etc., alkylene glycols containing 2 to 6 carbon atoms; Phosphorus, ethylene glycol methyl (or ethyl) ether, diethylene glycol methyl (or ethyl) ether, such as lower alkyl ethers of polyhydric alcohols such as triethylene glycol monomethyl (or ethyl) ether.
[0034]
Water is usually used in the range of 40 to 96, preferably 60 to 95, more preferably 73 to 94% by weight based on the total weight of the ink. If the amount is less than 40% by weight, problems such as an increase in viscosity, easy bleeding, and poor fixability occur. On the other hand, if the amount exceeds 96% by weight, there are too many evaporation components and the fixing characteristics deteriorate. In addition, in order to improve the fixing properties, anti-sticking agents that are different from conventional water-soluble organic solvents, such as those that have an evaporation suppression effect, those that improve the solubility of dyes, and those that suppress an increase in viscosity are used. May be.
[0035]
Examples of the anti-sticking agent include urea, triethylamine salts such as triethylamine hydrochloride, triethanolamine salts such as triethanolamine hydrochloride, and toluenesulfonamide derivatives. These anti-sticking agents are preferably selected and used in the range of 0.1 to 30% by weight with respect to the total weight of the ink in the ink.
[0036]
By using such an anti-sticking agent, high reliability can be maintained without causing clogging even if the amount of components (such as a solvent) other than water is extremely reduced. In addition, since the amount of water in the ink is large, the ink of the recorded matter is easily evaporated, which works favorably on plain paper recording performance such as OD, fixability, and print quality. In addition, urea and the like have an effect of suppressing an increase in viscosity, and thus have an advantage in initial discharge characteristics.
[0037]
In addition, a solvent that improves fixability may be used. An ink using such a solvent has very good drying properties when printed on recording paper. As a solvent which can expect such an effect, Preferably it is C1-C1 such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, isobutyl alcohol. 4 alkyl alcohols; cyclic alkyl alcohols such as cyclohexanol; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; ketones or ketone alcohols such as acetone and diacetone alcohol; ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; N-methyl- Nitrogen-containing heterocyclic ketones such as 2-pyrrolidone and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone; glycerin; fatty acid alkylolamide, thiodiglycol, N-acyl-sulcosi Such as the over door is used.
[0038]
Among these substances, many alcohols such as ethyl alcohol have a relatively low boiling point, and therefore serve as a foaming accelerator that is a discharge energy source in a recording method in which thermal energy is applied to ink and discharged. There is also an effect of increasing the speed.
[0039]
Further, a surfactant can be used in the ink of the present invention. The surfactant is usually used in the range of 0.01 to 0.5% by weight, preferably 0.01 to 0.2% by weight, based on the total weight of the ink.
[0040]
The ink used in the present invention has a viscosity of 0.7 to 12 cP, preferably 1 to 5 cP at 25 ° C. This is because ink outside this range has slightly poor ejection stability in ink jet recording, and in particular, ink exceeding 12 cP is slow in penetrating into the recording material due to its viscosity resistance, and is also disadvantageous in terms of fixability.
[0041]
The surface tension of the ink used in the present invention is preferably 26 to 60 dyne / cm at 25 ° C. Ink with a surface tension of less than 26 dyne / cm has a weak force to pull back the meniscus after a droplet is ejected, or conversely, when the meniscus protrudes, the pull back force is weak, so that bubbles are embraced or the orifice The part may get wet and cause a twist. Ink with surface tension exceeding 60 dyne / cm has poor wettability, and the ink may not be wetted with respect to the nozzle wall of the head and may remain as bubbles.
[0042]
  By exploring the ink composition as described above,bubbleAs an ink used for jet recording, the provision of an ink having particularly excellent head life and excellent OD, fixability, print quality, fixing characteristics, initial discharge characteristics, discharge stability, discharge speed, and frequency responsiveness is provided. It becomes possible.
[0043]
  The ink of the present invention isAs an ink for ink jet recording that ejects ink by applying thermal energyEspecially suitable for useThe
[0044]
As a method and apparatus suitable for recording using the ink of the present invention, there is a method and apparatus for applying thermal energy corresponding to a recording signal to ink in a recording head chamber and generating droplets by the thermal energy. can give.
[0045]
Examples of the head structure which is the main part of the apparatus are shown in FIGS. The head 13 is formed by bonding a glass, ceramic or plastic plate having a groove 14 through which ink passes and a heat generating head 15 (the head is shown in the figure, but is not limited thereto) used for thermal recording. Is obtained. The heating head 15 includes a protective film 16 formed of silicon oxide or the like, aluminum electrodes 17-1 and 17-2, a heating resistor layer 18 formed of nichrome or the like, a heat storage layer 19, and a substrate 20 with good heat dissipation such as alumina. Is made up of.
[0046]
The ink 21 comes to the ejection orifice (fine hole) 22 and forms a meniscus 23 by a pressure (not shown). Now, when an electrical signal is applied to the electrodes 17-1 and 17-2, the region indicated by n of the heat generating head 15 rapidly generates heat, bubbles are generated in the ink 21 in contact therewith, and the meniscus 23 is generated by the pressure. Protrudes and ink 21 is ejected to form recording droplets 24 from the orifice 22 and fly toward the recording material 25. FIG. 4 shows an external view of a multi-head in which a large number of heads shown in FIG. 2 are arranged. The multi-head is manufactured by adhering a glass plate 27 having multi-grooves 26 and a heating head 28 similar to that described in FIG.
[0047]
2 is a cross-sectional view of the head 13 along the ink flow path, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AB in FIG. FIG. 5 shows an example of an ink jet recording apparatus incorporating such a head. In FIG. 5, reference numeral 61 denotes a blade as a wiping member. One end of the blade 61 is held by a blade holding member to become a fixed end, and forms a cantilever. The blade 61 is disposed at a position adjacent to a recording area by the recording head.
[0048]
In the case of this example, the recording head is held in a protruding form in the moving path. Reference numeral 62 denotes a cap which is disposed at a home position adjacent to the blade 61 and has a configuration in which capping is performed by moving in a direction perpendicular to the moving direction of the recording head and abutting against the ejection port surface. Further, 63 is an ink absorber disposed adjacent to the blade 61 and, like the blade 61, is held in a form protruding in the moving path of the recording head. The blade 61, the cap 62, and the absorber 63 constitute a discharge recovery portion 64, and the blade 61 and the absorber 63 remove moisture, dust, and the like from the ink discharge port surface.
[0049]
Reference numeral 65 denotes a recording head that has discharge energy generating means and performs recording by discharging ink onto a recording material facing the discharge port surface on which the discharge ports are arranged. Reference numeral 66 denotes a recording head on which the recording head 65 is mounted. It is a carriage for performing 65 movements. The carriage 66 is slidably engaged with the guide shaft 67, and a part of the carriage 66 is connected to a belt 69 (not shown) driven by a motor 68. As a result, the carriage 66 can move along the guide shaft 67, and the recording area by the recording head 65 and its adjacent area can be moved.
[0050]
Reference numeral 51 denotes a paper feed unit for inserting a recording material, and 52 denotes a paper feed roller driven by a motor (not shown). With these configurations, the recording material is fed to a position facing the ejection port surface of the recording head, and is discharged to a paper discharge portion provided with a paper discharge roller 53 as recording progresses.
[0051]
In the above configuration, when the recording head 65 returns to the home position due to the end of recording or the like, the cap 62 of the head recovery unit 64 is retracted from the moving path of the recording head 65, but the blade 61 protrudes into the moving path. . As a result, the ejection port surface of the recording head 65 is wiped. When the cap 62 is in contact with the ejection surface of the recording head 65 to perform capping, the cap 62 moves so as to protrude into the moving path of the recording head.
[0052]
When the recording head 65 moves from the home position to the recording start position, the cap 62 and the blade 61 are at the same position as the above-described wiping position. As a result, the ejection port surface of the recording head 65 is wiped even during this movement. The recording head moves to the home position adjacent to the recording area at a predetermined interval while the recording head moves the recording area for recording as well as at the end of recording or when the ejection is recovered. Then, the wiping is performed with this movement.
[0053]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an ink cartridge that stores ink supplied to the head via an ink supply member, for example, a tube. Here, reference numeral 40 denotes an ink storage portion for storing supply ink, for example, an ink bag, and a rubber stopper 42 is provided at the tip thereof. By inserting a needle (not shown) into the stopper 42, the ink in the ink bag 40 can be supplied to the head. An ink absorber 44 receives waste ink. As the ink containing portion, it is preferable for the present invention that the liquid contact surface with the ink is formed of polyolefin, particularly polyethylene.
[0054]
The ink jet recording apparatus used in the present invention is not limited to the one in which the head and the ink cartridge are separated as described above, but is preferably used in an apparatus in which they are integrated as shown in FIG.
[0055]
In FIG. 7, reference numeral 70 denotes a recording unit, in which an ink containing portion containing ink, for example, an ink absorber is housed, and the ink in the ink absorber has a plurality of orifices. 71 is ejected as ink droplets. As the material of the ink absorber, it is preferable for the present invention to use polyurethane.
Reference numeral 72 denotes an atmosphere communication port for communicating the inside of the recording unit with the atmosphere. The recording unit 70 is used in place of the recording head shown in FIG. 5 and is detachable from the carriage 66.
[0056]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In the text, parts or percentages are based on weight unless otherwise specified.
[0057]
(Examples 1-6, Comparative Examples 1-3)
Each component shown in Table 1 was mixed in a beaker and stirred at 25 ° C. for 4 hours. The ink of the present invention was obtained by pressure-filtering this mixture with a membrane filter having a pore size of 0.22 μm.
[0058]
Using this ink, Canon paper jet printer BJC-820J (resolution 360 DPI, ink ejection amount 45 pl), which ejects ink by the action of thermal energy, prints on plain paper (Canon PPC paper SK), fixing, OD The ink quality and surface tension were determined by evaluating the print quality, adhesion characteristics, ejection stability, ejection speed, frequency response, initial ejection characteristics, and head life. These results are shown in Table 1.
[0059]
(Evaluation method and evaluation criteria)
(1) Fixability evaluation
For fixability, alphanumeric characters were printed on SK paper with a printer, and after 10, 20, 30, 40, 50, and 60 seconds, rubbed with filter paper (No.2: trademark name of Toyo Roshi), and the printed part was stained. Judgment was made based on the number of seconds until there was no more. (Measured at 20 ± 5 ° C, 50 ± 10% RH)
○: Within 15 seconds
Δ: 16 to 30 seconds
X: 31 seconds or more.
[0060]
(2) OD evaluation
After printing 4.5 x 9 mm on SK paper, leave the printed matter at room temperature and humidity for at least 24 hours, measure the printed part with a Macbeth densitometer (RD918), and determine the OD value. did.
[0061]
○: OD value 1.1 or more
Δ: OD value 0.8 to 1.0
X: OD value less than 0.8.
[0062]
(3) Print quality evaluation
After alphanumeric characters were printed on SK paper, they were allowed to stand for 1 hour or longer, and then the bleeding at the dot level and the sharpness of the edges were evaluated under environmental conditions of 25 ° C. and 60% RH.
[0063]
◯: There is no bleeding and the edge is sharp
Δ: Some blurring is observed and the edges are slightly blurred
X: There are many blurs, and dots and edges are blurred.
[0064]
(4) Sticking property evaluation
After filling the printer with the prescribed ink and printing alphanumeric characters for 10 minutes continuously, stop printing, leave the cap on and leave it for 30 days (Leave condition: 60 ° C, 10 ± 5% RH) It was judged by the number of recovery operations until alphanumeric characters were printed again and the initial printing state could be reproduced.
[0065]
A: Printing equivalent to the initial value is possible without recovery operation
○: Printing equivalent to the initial value is possible with 1 to 5 recovery operations
Δ: Printing equivalent to the initial value is possible after 6 to 10 recovery operations
×: Printing equivalent to the initial value is possible after 11 or more recovery operations.
[0066]
(5) Discharge stability, discharge speed, frequency response evaluation
Using a Canon inkjet recording head evaluation device (a device that emits light synchronously with a strobe and observes it with a microscope TV camera), the discharge speed of various inks under the same conditions as the head drive conditions for printing with a printer Variation, discharge speed, and frequency response were measured, respectively.
[0067]
(A) Discharge stability evaluation
The discharge speed was measured 30 times at 4 kHz with the above apparatus, and the standard deviation was determined.
[0068]
◯: Standard deviation 0 to 0.49 m / s
Δ: Standard deviation 0.5 to 1.0 m / s
X: Standard deviation 1.1 m / s or more.
[0069]
(B) Discharge rate evaluation
The discharge speed was measured 30 times at 4 kHz with the above apparatus, and the average value was obtained for determination.
[0070]
◯: Discharge speed 7.1 to 15 m / s
Δ: Discharge speed 5-7 m / s
X: Discharge speed is less than 5 m / s.
[0071]
(C) Frequency response evaluation
With the above apparatus, ejection was carried out at a drive frequency of 0.1 kHz, and the frequency was gradually increased, and the frequency at which the ejection shape became a sword-like unstable ejection with no main droplets was measured and judged.
[0072]
○: Frequency response exceeding 4 kHz
Δ: Frequency response 2 to 4 kHz
X: Frequency response Less than 2 kHz.
[0073]
(6) Initial discharge property evaluation
After discharging ink in an environment of 15 ° C./10% RH, the cap is not attached for a predetermined time, and the discharge state is good by looking at the discharge state of the first few ink drops when discharged again. Judged by the time to be.
[0074]
○: More than 20 seconds
Δ: 5 to 20 seconds
X: Less than 5 seconds.
[0075]
(7) Head life
With the apparatus, continuous discharge is performed at 4 kHz. 10⁷ Evaluate the ejection stability, ejection speed, and frequency responsiveness every other pulse, and the number of pulses when the performance changes from the evaluation results before continuous ejection (rank of ○ to ×) is the head life, Judgment was made based on the number of pulses.
[0076]
A: Head life 1.8 × 10⁹ More than
◯: Head life 1.5 to 1.8 × 10⁹ Things
Δ: Head life 0.8 to 1.49 × 10⁹ Things
×: Head life 0.8 × 10⁹ Less than.
[0077]
(8) Viscosity
The viscosity was measured at 25 ° C. using an E-type viscometer VISCONIC ELD (Tokyo Keiki).
[0078]
(9) Surface tension
The surface tension was measured at 25 ° C. using a Kyowa CBVP surface tension meter A-1 type (Kyowa Kagaku).
[0079]
[Table 1]

[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the reliability of the recording head is improved, and the ink capable of achieving high-speed drying, high recording density, and high printing quality over a long period of time, and ink jet recording using the ink A method and an ink jet recording apparatus using the ink can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between EDTA concentration, heater disconnection pulse, and head life.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a head portion of an ink jet recording apparatus.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a head portion of an ink jet recording apparatus.
4 is an external perspective view of a head in which the head shown in FIGS.
FIG. 5 is a perspective view illustrating an example of an ink jet recording apparatus.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an ink cartridge.
FIG. 7 is a perspective view showing a recording unit having an ink head and an ink cartridge integrated structure.
[Explanation of symbols]
61 Wiping members
62 cap
63 Ink absorber
64 Discharge recovery section
65 Recording head
66 Carriage
71 Orifice tip
72 Discharge heater
73 Substrate

Claims

記録剤及び、これを溶解又は、分散する液媒体を含むインクであって、該インクに熱エネルギーを作用させてインクを吐出させるインクジェット記録用のインクにおいて、該インクがキレート試薬をインク全重量に対して0.01〜10ppｍの範囲で含有することを特徴とするインク。An ink including a recording agent and a liquid medium in which the ink is dissolved or dispersed, and the ink for ink jet recording in which the ink is ejected by applying thermal energy to the ink. In contrast, the ink is contained in the range of 0.01 to 10 ppm.

前記キレート試薬の含有量が、インク全重量に対して0.01〜４ppｍの範囲である請求項１記載のインク。 The ink according to claim 1, wherein the content of the chelating reagent is in the range of 0.01 to 4 ppm with respect to the total weight of the ink.

前記キレート試薬が、エチレンジアミン四酢酸(ＥＤＴＡ)である請求項１または２に記載のインク。The chelating reagent ink according to claim 1 or 2, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).

前記インクの粘度が、25℃において0.7〜12cＰの範囲である請求項１〜３のいずれかに記載のインク。The ink according to any one of claims 1 to 3 , wherein the viscosity of the ink is in a range of 0.7 to 12 cP at 25 ° C.

前記インクの粘度が、25℃において１〜５cＰの範囲である請求項４記載のインク。The ink according to claim 4 , wherein the viscosity of the ink is in the range of 1 to 5 cP at 25 ° C.

前記インクの表面張力が、25℃において26〜60dyne/cｍの範囲である請求項１〜５のいずれかに記載のインク。The ink according to any one of claims 1 to 5 , wherein the surface tension of the ink is in the range of 26 to 60 dyne / cm at 25 ° C.

前記インクの水の含有量が、インク全重量に対して40〜96重量％の範囲である請求項１〜６のいずれかに記載のインク。The ink according to any one of claims 1 to 6 , wherein the water content of the ink is in the range of 40 to 96 wt% with respect to the total weight of the ink.

前記インクの水の含有量が、インク全重量に対して60〜95重量％の範囲である請求項７記載のインク。The ink according to claim 7, wherein the water content of the ink is in the range of 60 to 95% by weight with respect to the total weight of the ink.

前記インクの水の含有量が、インク全重量に対して73〜94重量％の範囲である請求項８記載のインク。The ink according to claim 8, wherein the water content of the ink is in the range of 73 to 94% by weight with respect to the total weight of the ink.

熱エネルギーを作用させてインクを吐出させて記録を行なうインクジェット記録方法において、該インクが、記録剤及び、これを溶解又は、分散する液媒体を含有し、且つキレート試薬をインク全重量に対して0.01〜10ppｍの範囲で含有することを特徴とするインクジェット記録方法。In an ink jet recording method in which recording is performed by ejecting ink by applying thermal energy, the ink contains a recording agent and a liquid medium in which the ink is dissolved or dispersed, and the chelating reagent is added to the total weight of the ink. An ink jet recording method comprising the content of 0.01 to 10 ppm.

前記キレート試薬が、エチレンジアミン四酢酸(ＥＤＴＡ)である請求項10記載のインクジェット記録方法。11. The ink jet recording method according to claim 10 , wherein the chelating reagent is ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).

インクを収容するインク収容部及び、熱エネルギーを作用させて該インクを吐出させるためのヘッド部を具備するインクジェット記録ユニットにおいて、該インクが請求項１〜９の何れかに記載のものであることを特徴とするインクジェット記録ユニット。An ink jet recording unit comprising an ink containing portion for containing ink and a head portion for causing the ink to discharge by applying thermal energy, wherein the ink is one according to any one of claims 1 to 9. An ink jet recording unit.

インクを収容するインク収容部を具備するインクカートリッジにおいて、該インクが請求項１〜９の何れかに記載のものであることを特徴とするインクカートリッジ。An ink cartridge comprising an ink containing portion for containing ink, wherein the ink is the one according to any one of claims 1 to 9 .

インクを収容するインク収容部と、熱エネルギーを作用させて該インクを吐出させるためのヘッド部とを有する記録ユニットを具備するインクジェット記録装置において、該インクが請求項１〜９の何れかに記載のものであることを特徴とするインクジェット記録装置。10. An ink jet recording apparatus comprising a recording unit having an ink containing portion for containing ink and a head portion for ejecting the ink by applying thermal energy, wherein the ink is any one of claims 1 to 9. An ink jet recording apparatus characterized by that.

インクを収容するインク収容部を具備するインクカートリッジと、熱エネルギーを作用させて該インクをインク滴として吐出させるための記録ヘッドとを具備するインクジェット記録装置において、該インクが請求項１〜９の何れかに記載のものであることを特徴とするインクジェット記録装置。An ink cartridge including an ink storage portion for storing ink, an ink jet recording apparatus comprising a recording head for ejecting an ink droplet the ink by applying thermal energy, the ink is according to claim 1-9 An inkjet recording apparatus according to any one of the above.

前記インクカートリッジが、該インクカートリッジに収容したインクを前記記録ヘッドに供給するインク供給部を有するものである請求項15記載のインクジェット記録装置。 16. The ink jet recording apparatus according to claim 15 , wherein the ink cartridge includes an ink supply unit that supplies ink stored in the ink cartridge to the recording head.

インクに熱エネルギーを作用させてオリフィスから該インクを吐出させるためのヒーターを備えた記録ヘッドを有するインクジェット記録装置の、該ヒーター表面へのコゲ付着低減方法であって、該インクが記録剤及び、これを溶解又は、分散する液媒体を含有し、且つキレート試薬をインク全重量に対して0.01〜10ppｍの範囲で含有することを特徴とするヒーター表面へのコゲ付着低減方法。A method for reducing kogation adhesion to the heater surface of an ink jet recording apparatus having a recording head provided with a heater for causing thermal energy to act on ink and discharging the ink from an orifice, the ink comprising a recording agent and A method for reducing kogation adhesion to a heater surface, comprising a liquid medium in which this is dissolved or dispersed, and a chelating reagent in the range of 0.01 to 10 ppm with respect to the total weight of the ink.

前記キレート試薬が、エチレンジアミン四酢酸(ＥＤＴＡ)である請求項１７記載のコゲ付着低減方法。The method according to claim 17 , wherein the chelating reagent is ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).