JP6519675B2 - インクジェット用インク、インクカートリッジ、インクジェット記録装置及びインク記録物の製造方法 - Google Patents
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Description
近年、益々高速化のニーズが高まっているが、普通紙の印刷に水性インクを使用した場合、印刷後のインクの再転写性が問題となっている。インクの再転写性とは、被記録メディアにインクを付着させた後、インクが被記録メディア表面に多量に残っていると、被記録メディアが搬送されて搬送用のローラや拍車に印字面が接触した際に、被記録メディア表面のインクがローラに付着し画像や装置を汚してしまう現象である。
水性顔料インクは、普通紙への印字において、滲みが少なく、高画像濃度、裏抜けが少ないなどのメリットがある。しかし、インクの蒸発乾燥性を向上させると、インクジェットヘッドの休止時に、蒸発により顔料が濃縮されるためにインク粘度が上昇して、間欠吐出安定性(ヘッド休止後の吐出信頼性)が悪くなるという問題がある。
なお、特許文献1〜2には、3−メトキシ−3−メチルブタノールを含有するインクが開示されているが、いずれも再転写性は課題としていないし、本発明で用いる3−メトキシ−1−ブタノールと再転写性との関係については記載も示唆もされていない。
即ち、上記課題は、次の1)の発明により解決される。
1) 少なくとも水、水溶性有機物、着色剤及び界面活性剤を含有し、前記水溶性有機物が、次の要件を満足することを特徴とするインクジェット用インク。
(a)水溶性有機物をインク全体の30〜50質量%含有する。
(b)水溶性有機物として、3−メトキシ−1−ブタノールをインク全体の8質量%以上含有する。
(c)水溶性有機物として、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオールから選ばれた少なくとも1種をインク全体の1質量%以上含有する。
2) 前記3−メトキシ−1−ブタノールをインク全体の15〜40質量%含有することを特徴とする1)に記載のインクジェット用インク。
3) 前記(c)の水溶性有機物の含有量が、インク全体の5〜40質量%であることを特徴とする1)又は2)に記載のインクジェット用インク。
4) アクリルシリコーン樹脂とポリウレタン樹脂の少なくとも一方を含有することを特徴とする1)〜3)のいずれかに記載のインクジェット用インク。
5) シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤から選択される少なくとも1種を含有することを特徴とする1)〜4)のいずれかに記載のインクジェット用インク。
6) 1)〜5)のいずれかに記載のインクジェット用インクを容器中に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
7) 6)に記載のインクカートリッジを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
8) 被記録メディア上に、1)〜5)のいずれかに記載のインクジェット用インクで画像を形成することを特徴とするインク記録物の製造方法。
本発明のインクジェット用インクは、少なくとも水、水溶性有機物、着色剤を含有し、更に必要に応じて消泡剤、水分散性樹脂などのその他の成分を含有する。
上記水溶性有機物とは、水に溶解する有機物であって、15℃〜35℃において、インク中で溶解している有機物成分を指し、具体的には、水溶性保湿剤、水溶性高分子、界面活性剤、浸透剤、防錆剤、防カビ剤、染料のことである。インク中で水相に溶解せずに分散している有機顔料、無機顔料、樹脂化合物等は水溶性有機物には含まれない。
インク中の水溶性有機物の含有量は、カール抑制、吐出信頼性の観点から、30〜50質量%とする。
本発明において保湿剤とは、水に溶解する吸湿性の高い有機物で、インク中に添加するとインクや被記録メディアの表面に留まり、水分の蒸発を抑える効果を持つ水溶性の有機物を指す。
保湿剤について種々検討した結果、3−メトキシ−1−ブタノールを含有するインクは保存性(間欠吐出安定性)に問題があることが分かった。しかし、更に検討した結果、3−メトキシ−1−ブタノールと併用して、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオールから選ばれた少なくとも1種を含有させたインクは、インクの再転写抑制や保存性(間欠吐出安定性)に優れることが分かった。
3−メトキシ−1−ブタノールの含有量は、インク全体の10質量%以上が好ましく、15〜48質量%がより好ましく、特に15〜40質量%の範囲であると、インクの再転写抑制や保存性(間欠吐出安定性)に一層優れるので更に好ましい。
3−メトキシ−1−ブタノールと併用する前記化合物群の含有量は、インク全体の1質量%以上とするが、好ましくは、5〜40質量%である。
イソブチルジグリコール(bp220℃)、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(bp242℃)、2−(2−イソプロピルオキシエトキシ)エタノール(bp207℃)、イソプロピルグリコール(bp142℃)、ジエチルジグリコール(bp189℃)、プロピルプロピレングリコール(bp150℃)、クエン酸トリブチル(bp234℃)、プロピルプロピレンジグリコール(bp220℃)、ブチルプロピレングリコール(bp170℃)、ブチルプロピレンジグリコール(bp212℃)、メチルプロピレングリコールアセテート(bp146℃)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(bp216℃)、N,N−ジメチルアクリルアミド(bp171℃)、N,N−ジエチルアクリルアミド(bp56℃/3mmHg)、ジプロピレングリコール(bp232℃)、1,5−ペンタンジオール(bp242℃)、プロピレングリコール(bp187℃)、2−メチル−2,4−ペンタンジオール(bp197℃)、エチレングリコール(bp196−198℃)、トリプロピレングリコール(bp267℃)、ヘキシレングリコール(bp197℃)、ポリエチレングリコール(粘調液体〜固体)、ポリプロピレングリコール(bp187℃)、1,6−ヘキサンジオール(bp253−260℃)、1,2,6−ヘキサントリオール(bp178℃)、などが挙げられる。
前記多価アルコールアリールエーテル類としては、例えば、エチレングリコールモノフェニルエーテル(bp237℃)、エチレングリコールモノベンジルエーテルなどが挙げられる。
前記アミド類としては、例えば、ホルムアミド(bp210℃)、N−メチルホルムアミド(bp199−201℃)、N,N−ジメチルホルムアミド(bp153℃)、N,N−ジエチルホルムアミド(bp176−177℃)などが挙げられる。
前記アミン類としては、例えば、モノエタノールアミン(bp170℃)、ジエタノールアミン(bp268℃)、トリエタノールアミン(bp360℃)、N,N−ジメチルモノエタノールアミン(bp139℃)、N−メチルジエタノールアミン(bp243℃)、N−メチルエタノールアミン(bp159℃)、N−フェニルエタノールアミン(bp282−287℃)、3−アミノプロピルジエチルアミン(bp169℃)などが挙げられる。
前記含硫黄化合物類としては、例えば、ジメチルスルホキシド(bp139℃)、スルホラン(bp285℃)、チオジグリコール(bp282℃)などが挙げられる。
糖類の例としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類(三糖類、四糖類を含む)、多糖類などが挙げられる。具体的には、グルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、マルトトリオース、などが挙げられる。ここで、多糖類とは広義の糖を意味し、α−シクロデキストリン、セルロースなど自然界に広く存在する物質を含む意味に用いることとする。また、これらの糖類の誘導体としては、前記した糖類の還元糖{例えば、糖アルコール〔一般式:HOCH2(CHOH)nCH2OH(ただし、nは2〜5の整数を表す)で表わされる。〕}、酸化糖(例えば、アルドン酸、ウロン酸など)、アミノ酸、チオ酸などが挙げられる。これらの中でも、糖アルコールが好ましく、具体例としてはマルチトール、ソルビットなどが挙げられる。
着色剤としては、染料や顔料を用いる。
顔料としては、アゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ペリレン系、イソインドリノン系、アニリンブラック、アゾメチン系、ローダミンBレーキ顔料等の有機顔料や、カーボンブラック、酸化鉄、酸化チタン、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、紺青、カドミウムレッド、クロムイエロー、金属粉等の無機顔料が挙げられる。
ブラック顔料の具体例としては、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、銅酸化物、鉄酸化物(C.I.ピグメントブラック11)、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。
また、中間色顔料の具体例としては、レッド、グリーン、ブルー用としてC.I.ピグメントレッド177、194、224、C.I.ピグメントオレンジ16、36、43、51、55、59、61、71、C.I.ピグメントバイオレット3、19、23、29、30、37、40、50、C.I.ピグメントグリーン7、36等が挙げられる。
カラー顔料としては、特にピグメントイエロー13、17、55、74、93、97、98、110、128、139、147、150、151、154、155、180、185、ピグメントレッド122、202、209、ピグメントバイオレット19、ピグメントブルー15:3、15:4が好ましい。
インク中の顔料濃度は、2〜15質量%が好ましく、3〜12質量%がより好ましく、4〜10質量%が更に好ましい。
具体的には、顔料(例えばカーボン)の表面にスルホン基やカルボキシル基等の官能基を付加し水中に分散可能とした自己分散顔料等が使用できる。
また、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ものとしたものであっても良い。これは、顔料粒子を含有させた樹脂粒子と言い換えることができる。この場合、インクに配合される顔料が全て樹脂粒子に封入又は吸着されている必要はなく、本発明の効果が損なわれない範囲で、該顔料がインク中に分散していてもよい。
界面活性剤を用いて分散させる方法の場合は、ノニオン系又はアニオン系の界面活性剤系分散剤を、顔料種別あるいはインク処方に応じて適宜選択して用いることができる。
界面活性剤の添加量は、顔料に対して10〜50質量%程度が好ましい。
(a)酸性染料及び食用染料
・C.I.アシッド・イエロー 17、23、42、44、79、142
・C.I.アシッド・レッド 1、8、13、14、18、26、27、35、37、42、52、82、87、89、92、97、106、111、114、115、134、186、249、254、289
・C.I.アシッド・ブルー 9、29、45、92、249
・C.I.アシッド・ブラック 1、2、7、24、26、94
・C.I.フード・イエロー 3、4
・C.I.フード・レッド 7、9、14
・C.I.フード・ブラック 1、2
・C.I.ダイレクト・イエロー 1、12、24、26、33、44、50、86、120、132、142、144
・C.I.ダイレクト・レッド 1、4、9、13、17、20、28、31、39、80、81、83、89、225、227
・C.I.ダイレクト・オレンジ 26、29、62、102
・C.I.ダイレクト・ブルー 1、2、6、15、22、25、71、76、79、86、87、90、98、163、165、199、202
・C.I.ダイレクト・ブラック 19、22、32、38、51、56、71、74、75、77、154、168、171
・C.I.ベーシック・イエロー 1、2、11、13、14、15、19、21、23、24、25、28、29、32、36、40、41、45、49、51、53、63、64、65、67、70、73、77、87、91
・C.I.ベーシック・レッド 2、12、13、14、15、18、22、23、24、27、29、35、36、38、39、46、49、51、52、54、59、68、69、70、73、78、82、102、104、109、112
・C.I.ベーシック・ブルー 1、3、5、7、9、21、22、26、35、41、45、47、54、62、65、66、67、69、75、77、78、89、92、93、105、117、120、122、124、129、137、141、147、155
・C.I.ベーシック・ブラック 2、8
・C.I.リアクティブ・ブラック 3、4、7、11、12、17
・C.I.リアクティブ・イエロー 1、5、11、13、14、20、21、22、25、40、47、51、55、65、67
・C.I.リアクティブ・レッド 1、14、17、25、26、32、37、44、46、55、60、66、74、79、96、97
・C.I.リアクティブ・ブルー 1、2、7、14、15、23、32、35、38、41、63、80、95
本発明のインクには、主に画像耐擦化性向上及び着色剤に顔料を用いた場合の保存安定性向上の目的で樹脂エマルジョンを添加することが好ましい。画像耐擦化性の向上には、アクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、フッ素樹脂のエマルジョンが好ましく、保存安定性の向上にはポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂のエマルジョンが好ましい。しかし、画像耐擦化性向上と保存安定性向上を同時に達成できる樹脂エマルジョンは少ないため、2種類の樹脂エマルジョンを併用しても良い。これらの樹脂エマルジョンは市販のものを必要に応じて適宜選択して用いることができる。
次に代表的な樹脂エマルジョンについて例示する。
ウレタン樹脂エマルジョンのウレタン樹脂は、ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール等を重合させたものである。ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート化合物、イソホロンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート化合物、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート化合物、トルイレンジイソシアネート、フェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物、これらのジイソシアネートの変性物(カルボジイミド、ウレトジオン、ウレトイミン含有変成物など)等が挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリネオペンチルアジペート、ポリ−3−メチルペンチルアジペート、ポリエチレン/ブチレンアジペート、ポリネオペンチル/ヘキシルアジペート等が挙げられる。
ポリラクトンポリオールとしては、ポリカプロラクトンジオール、ポリオメガヒドロキシカプロン酸ポリオール等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールのようなジオールとホスゲンと、ジフェニルカーボネートのようなジアリールカーボネート又はエチレンカーボネートやプロピレンカーボネートのような環状カーボネートとの反応から得られる生成物のような、公知のものが含まれる。
アクリル系樹脂エマルジョンのアクリル系樹脂は、アクリル系単量体を単独で重合させるか、又は他の単量体と共重合させることにより得られる。
アクリル系単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸−n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸−t−ブチル、アクリル酸−n−ペンチル、アクリル酸イソペンチル、アクリル酸ネオペンチル、アクリル酸−3−(メチル)ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸−n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−t−ブチル、メタクリル酸−n−ペンチル、メタクリル酸イソペンチル、メタクリル酸ネオペンチル、メタクリル酸−3−(メチル)ブチル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ノニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ドデシル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等が挙げられる。
本発明のインクには界面活性剤を添加する。
界面活性剤としては、着色剤の種類や保湿剤の組み合わせによって分散安定性を損なわず、表面張力が低く、浸透性、レベリング性の高いものが好ましく、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤から選択される少なくとも1種が好適である。これらの中でも、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤が特に好ましい。
これら界面活性剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
前記フッ素系界面活性剤としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸化合物、パーフルオロアルキルカルボン酸化合物、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物、などが挙げられる。これらの中でも、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物は起泡性が少なく、特に好ましい。
更に好ましくは、下記一般式で表されるフッ素系界面活性剤である。
CF3CF2(CF2CF2)m−CH2CH2O(CH2CH2O)nH
上記式中、mは0〜10の整数、nは1〜40の整数を表す。
前記パーフルオロアルキルカルボン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、などが挙げられる。
前記パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルリン酸エステルの塩、などが挙げられる。
前記パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物としては、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの硫酸エステル塩、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの塩、などが挙げられる。
これらのフッ素系界面活性剤における塩の対イオンとしては、Li、Na、K、NH4、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2、NH(CH2CH2OH)3などが挙げられる。
該市販品としては、例えば、サーフロンS−111、S−112、S−113、S−121、S−131、S−132、S−141、S−145(いずれも旭硝子社製);フルラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129、FC−135、FC−170C、FC−430、FC−431(いずれも住友スリーエム社製);メガファックF−470、F−1405、F−474、F−444(いずれも大日本インキ化学工業社製);ゾニール(Zonyl)TBS、FSP、FSA、FSN−100、FSN、FSO−100、FSO、FS−300、UR(いずれもDuPont社製);FT−110、FT−250、FT−251、FT−400S、FT−150、FT−400SW(いずれもネオス社製)、ポリフォックスPF−151N(オムノバ社製)などが挙げられる。
これらの中でも、良好な印字品質、特に発色性、紙に対する均染性が著しく向上する点から、DuPont社製のFS−300、ネオス製のFT−110、FT−250、FT−251、FT−400S、FT−150、FT−400SW、及びオムノバ社製のポリフォックスPF−151Nが特に好ましい。
前記ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、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アルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、などが挙げられる。
前記界面活性剤のインク中の含有量は、0.01〜3.0質量%が好ましく、0.5〜2質量%がより好ましい。
本発明のインクには浸透剤を添加しても良い。浸透剤をインク中に0.1〜4.0質量%添加することにより、インクの被記録メディアへの浸透性が良くなり、ドットの埋まりが良くなる。
浸透剤としては、炭素数8〜11のポリオール化合物又はグリコールエーテル化合物を少なくとも1種含有させることが好ましい。これらは25℃の水中において0.2〜5.0質量%の間の溶解度を有するものが好ましく、中でも、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール[溶解度:4.2%(25℃)]、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール[溶解度:2.0%(25℃)]が好ましい。
その他の併用できる浸透剤としては、インク中に溶解し、所望の物性に調整できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ジ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フェニルエーテル、エチレングリコールモノアリルエーテル、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピ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クロロフェニルエーテル等の多価アルコールのアルキル及びアリールエーテル類、エタノール等の低級アルコール類、などが挙げられる。
本発明のインクには、上記したものの他に、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤、キレート試薬などの従来公知の添加剤を加えることができる。
pH調整剤は、インクをアルカリ性に保つことにより分散状態を安定化し、吐出を安定化する目的で添加する。しかし、pH11以上ではインクジェットヘッドやインク供給ユニットを溶かし出す量が大きく、該ヘッドやユニットの材質によっては、長期間使用した際に、インクの変質や、漏洩、吐出不良等の問題が発生しやすい。顔料の場合には、顔料を分散剤とともに水に混練分散する際にpH調整剤を加える方が、混練分散後、保湿剤、浸透剤等の添加剤とともに加えるよりも望ましい。これは、pH調整剤によっては添加により分散を破壊する場合もあるためである。
アルコールアミン類としては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオール等が、アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が、アンモニウム水酸化物としては、水酸化アンモニウム、第4級アンモニウム水酸化物等が、ホスホニウム水酸化物としては、第4級ホスホニウム水酸化物が、アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。
防錆剤としては、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト等が挙げられる。
キレート試薬としては、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル二酢酸ナトリウム等が挙げられる。
インクの25℃での粘度は5〜15mPa・sが好ましい。インク粘度を5mPa・s以上とすることにより、印字濃度や文字品位を向上させる効果が得られる。一方、インク粘度を15mPa・s以下に抑えることにより、吐出性を確保することができる。
ここで、インク粘度は、例えば、粘度計(RL−500、東機産業社製)を使用して、25℃で測定することができる。
インクの表面張力は、25℃で、35mN/m以下が好ましく、32mN/m以下がより好ましい。表面張力が35mN/m以下であれば、被記録メディア上のインクのレベリング良くなる。
インクの色は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどが挙げられる。これらの色を2種以上併用したインクセットを使用して記録を行うと、多色画像を形成することができ、全色併用したインクセットを使用して記録を行うと、フルカラー画像を形成することができる。
被記録メディアとしては、塗工層を持たない普通紙が好適に用いられ、一般的にコピー用紙として用いているサイズ度10S以上、透気度5〜50Sの普通紙が好ましい。
本発明のインクカートリッジは、本発明のインクを収容した容器、及び、必要に応じて適宜選択したその他の部材等を有する。
前記容器としては特に制限はなく、目的に応じて、その形状、構造、大きさ、材質等を適宜選択することができ、例えば、アルミニウムラミネートフィルム、樹脂フィルム等で形成されたインク袋などを少なくとも有するもの、などが好適に挙げられる。
図1に示すように、インク注入口242からインクをインク袋241内に充填し排気した後、該インク注入口242を融着して閉じる。使用時には、ゴム部材からなるインク排出口243に、図3に示すインクジェット記録装置本体101の針を刺し、インクを装置本体101に供給する。インク袋241は、透気性のないアルミニウムラミネートフィルム等の包装部材により形成する。このインク袋241は、図2に示すように、通常、プラスチックス製のカートリッジケース244内に収容され、各種インクジェット記録装置に着脱可能に装着して用いられるようになっている。
インクカートリッジ201は、各種インクジェット記録装置に着脱可能とすることが特に好ましい。また、上記本発明のインクカートリッジを搭載することにより本発明のインクジェット記録装置を作製することができる。
インクジェット記録方法は、インクに刺激を印加し飛翔させて被記録メディアに画像を形成するインク飛翔工程を少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、刺激発生工程、制御工程等を含む。
インクジェット記録装置は、インクに刺激を印加し飛翔させて被記録メディアに画像を形成するインク飛翔手段を少なくとも有し、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、刺激発生手段、制御手段等を有する。
前記インクジェット記録方法は、前記インクジェット記録装置により好適に実施することができ、前記インク飛翔工程は前記インク飛翔手段により好適に行うことができる。また、前記その他の工程は、前記その他の手段により好適に行うことができる。
また、画像濃度、裏抜け、にじみ等の画質向上のため、被記録メディアにインクを付着させる前後の少なくとも一方に、処理液を塗布する工程又は処理液を塗布する手段を設けても良い。
インク飛翔工程は、インクに刺激(エネルギー)を印加し飛翔させて被記録メディアに画像を形成する工程である。
インク飛翔手段は、インクに刺激(エネルギー)を印加し飛翔させて被記録メディアに画像を形成する手段である。該インク飛翔手段としては特に制限はなく、例えば、インク吐出用の各種のノズル、などが挙げられる。
本発明では、前記インクジェットヘッドの液室部、流体抵抗部、振動板及びノズル部材の少なくとも一部がシリコン及び/又はニッケルを含む材料から形成されることが好ましい。また、前記インクジェットノズルの直径は、30μm以下が好ましく、1〜20μmがより好ましい。
なお、前記刺激発生手段としては、例えば、加熱装置、加圧装置、圧電素子、振動発生装置、超音波発振器、ライト、などが挙げられ、具体的には、例えば、圧電素子等の圧電アクチュエータ、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどが挙げられる。
なお、前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
図3に示すインクジェット記録装置は、装置本体(101)と、装置本体(101)に用紙を装填するための給紙トレイ(102)と、装置本体(101)に装填され画像が形成(記録)された用紙をストックするための排紙トレイ(103)と、インクカートリッジ装填部(104)とを有する。インクカートリッジ装填部(104)の上面には、操作キーや表示器などの操作部(105)が配置されている。インクカートリッジ装填部(104)は、インクカートリッジ(201)の脱着を行うための開閉可能な前カバー(115)を有している。
キャリッジ(133)には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する4個のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド(134)を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
記録ヘッド(134)を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどインクを吐出するためのエネルギー発生手段として備えたものなどを使用できる。
また、キャリッジ(133)には、記録ヘッド(134)に各色のインクを供給するための各色のサブタンク(135)を搭載している。サブタンク(135)には、図示しないインク供給チューブを介して、インクカートリッジ装填部(104)に装填されたインクカートリッジ(201)からインクが供給されて補充される。
この給紙部から給紙された用紙(142)を記録ヘッド(134)の下方側で搬送するための搬送部として、用紙(142)を静電吸着して搬送するための搬送ベルト(151)と、給紙部からガイド(145)を介して送られる用紙(142)を搬送ベルト(151)との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ(152)と、略鉛直上方に送られる用紙(142)を略90°方向転換させて搬送ベルト(151)上に倣わせるための搬送ガイド(153)と、押さえ部材(154)で搬送ベルト(151)側に付勢された先端加圧コロ(155)とが備えられる。また、搬送ベルト(151)表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ(156)が備えられている。
このインクジェット記録装置においては、給紙部から用紙(142)が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙(142)は、ガイド(145)で案内され、搬送ベルト(151)とカウンタローラ(152)との間に挟まれて搬送される。更に先端を搬送ガイド(153)で案内されて先端加圧コロ(155)で搬送ベルト(151)に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
このとき、帯電ローラ(156)によって搬送ベルト(157)が帯電されており、用紙(142)は、搬送ベルト(151)に静電吸着されて搬送される。そこで、キャリッジ(133)を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド(134)を駆動することにより、停止している用紙(142)にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙(142)を所定量搬送後、次行の記録を行う。記録終了信号又は用紙(142)の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙(142)を排紙トレイ(103)に排紙する。
そして、サブタンク(135)内のインクの残量ニヤエンドが検知されると、インクカートリッジ(201)から所要量のインクがサブタンク(135)に補給される。
なお、キャリッジが走査するシリアル型(シャトル型)インクジェット記録装置に適用した例で説明したが、ライン型ヘッドを備えたライン型インクジェット記録装置にも同様に適用することができる。
また、本発明のインクジェット記録装置は、インクジェット記録方式による各種記録に適用することができ、例えば、インクジェット記録用プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機、などに特に好適に適用することができる。
本発明に係るインク記録物は、被記録メディア上に本発明のインクを用いて形成された画像を有する。
前記被記録メディアとしては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば普通紙、光沢紙、特殊紙、布、フィルム、OHPシート、汎用印刷紙などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記インク記録物は、高画質で滲みがなく、経時安定性に優れ、各種の印字乃至画像の記録された資料等として各種用途に好適に使用することができる。
調製例1(表面処理したカーボンブラック顔料分散液)
CTAB比表面積150m2/g、DBP吸油量100mL/100gのカーボンブラック90gを、2.5Nの硫酸ナトリウム溶液3000mLに添加し、温度60℃、速度300rpmで攪拌し、10時間反応させて酸化処理した。この反応液を濾過し、濾別したカーボンブラックを水酸化ナトリウム溶液で中和し、限外濾過を行った。得られたカーボンブラックを水洗いし乾燥させた後、カーボンブラックの割合が30質量%となるようにイオン交換水中に分散させ、表面処理したカーボンブラック顔料分散液を得た。
イエロー顔料のC.I.ピグメントイエロー128を低温プラズマ処理し、カルボン酸基を導入した顔料を作製した。これをイオン交換水に分散したものを、限外濾過膜で脱塩濃縮し、顔料濃度30質量%の表面処理したイエロー顔料分散液を得た。
C.I.ピグメントイエロー128を、C.I.ピグメントレッド122に変えた点以外は、調製例2と同様にして、顔料濃度30質量%の表面処理したマゼンタ顔料分散液を得た。
C.I.ピグメントイエロー128を、C.I.ピグメントブルー15:3に変えた点以外は、調製例2と同様にして、顔料濃度30質量%の表面処理したシアン顔料分散液を得た。
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管及び滴下ロートを備えた1Lフラスコ内を十分に窒素ガスで置換した後、スチレン11.2g、アクリル酸2.8g、ラウリルメタクリレート12.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート4.0g、スチレンマクロマー(東亜合成社製、商品名:AS−6)4.0g及びメルカプトエタノール0.4gを仕込み、65℃に昇温した。次にスチレン100.8g、アクリル酸25.2g、ラウリルメタクリレート108.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート36.0g、ヒドロキシエチルメタクリレート60.0g、スチレンマクロマー(東亜合成社製、商品名:AS−6)36.0g、メルカプトエタノール3.6g、アゾビスジメチルバレロニトリル2.4g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を2.5時間かけてフラスコ内に滴下した。滴下終了後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を0.5時間かけてフラスコ内に滴下した。65℃で1時間熟成した後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8gを添加し、更に1時間熟成した。反応終了後、フラスコ内に、メチルエチルケトン364gを添加し、濃度が50質量%のポリマー溶液800gを得た。
合成例1のポリマー溶液28g、フタロシアニン顔料(大日精化工業社製、クロモファインブルーA−220JC)26g、1mol/Lの水酸化カリウム溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、イオン交換水30gを十分に攪拌した後、三本ロールミルを用いて混練した。得られたペーストをイオン交換水200gに投入し、十分に攪拌した後、エバポレーターを用いてメチルエチルケトン及び水を留去し、顔料濃度30質量%のシアン色のポリマー微粒子分散液を得た。
フタロシアニン顔料をピグメントレッド122に変えた点以外は、調製例5と同様にして、マゼンタ色のポリマー微粒子分散液を得た。
フタロシアニン顔料をピグメントイエロー74に変えた点以外は、調製例5と同様にして、黄色のポリマー微粒子分散液を得た。
フタロシアニン顔料をカーボンブラック(エボニックデグサジャパン社製、NIPEX150)に変えた点以外は、調製例5と同様にして黒色のポリマー微粒子分散液を得た。
<インクの作製>
表1〜表4の実施例、参考例及び比較例の各欄に示す割合で水溶性有機物、界面活性剤及びイオン交換水を混合し、1時間攪拌して均一に混合した。また、混合液によっては、更に樹脂分散液を添加して1時間撹拌し、次いで顔料分散液を添加して1時間攪拌した。次いで、水酸化リチウム10質量%水溶液で、pHが9になるように調整して1時間攪拌した。この分散液を平均孔径が0.8μmのメンブレンフィルターで濾過してインクを得た。
なお、表1〜表4中の各欄の数値は「質量部」である。
・アクリル−シリコーン樹脂エマルジョン:昭和高分子社製、ポリゾールROY6312、固形分40質量%、平均粒子径171nm、最低造膜温度(MFT)=20℃
・ポリウレタン樹脂エマルジョン:DIC社製、ハイドランAPX−101H、固形分45質量%、平均粒子径160nm、最低造膜温度(MFT)=20℃
・DSN403N:フッ素系界面活性剤(ダイキン工業社製、有効成分98質量%以上)
・ソフタノールEP−7025:ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(日本触媒社製、成分100質量%)
・NIKKOL ECTD−3NEX:ポリオキシエチレン(3)トリデシルエーテル酢酸ナトリウム(日光ケミカル社製、成分98質量%以上)
なお、被記録メディアには、NBSリコー社製の上質紙MyPaper(坪量69.6g/m2、サイズ度23.2秒、透気度21秒)を用いた。
結果を纏めて表5に示す。
−印写評価の準備−
温度23℃、湿度50%RHの環境下、インクジェットプリンタ(IPSIO GXe5500、リコー社製)を用い、インクの吐出量が均しくなるようにピエゾ素子の駆動電圧を変動させ、被記録メディアに同じ付着量のインクが付くように設定した。Microsoft Word2000で作成したチャートの各色「四角ベタ」の設定は以下のとおりとした。
〔Wordの「四角ベタ」部の色指定〕
・RGBカラーモデル
・Black :赤(R)0、 緑(G)0、 青(B)0
・Yellow :赤(R)255、緑(G)255、青(B)0
・Magenta:赤(R)255、緑(G)0、 青(B)255
・Cyan :赤(R)0、 緑(G)0、 青(B)255
Microsoft Word2000で作成した64point文字「四角ベタ」の記載のあるチャートを被記録メディアに打ち出し、印字面の「四角ベタ」部をX−Rite938(X−Rite社製)で測色した。印字モードは、プリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準はやい」モード、カラーマッチングoffとした。
乾燥性の評価方法としてインクの再転写性を用いた。ここでいう「インクの再転写性」とは、被記録メディアにインクを付着させた後、インクがメディア表面に多量に残っていると、被記録メディアが搬送され搬送用のローラや拍車と印字面が接触した際に、メディア表面のインクがローラに付着して画像や装置を汚してしまう現象である。
画像濃度の場合と同様にしてチャートを被記録メディアに打ち出し、印字面の40mmの長さの「四角ベタ」部に、印字後5秒以内に、直径40mmのポリエチレン製の円筒状のローラを加重5Nの強さで押し当てながら転がし、円筒状のローラから被記録メディアにインクが再転写した部分をX−Rite938で測色し、下記の基準で評価した。印字モードは、プリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準きれい」モード、カラーマッチングoffとした。
〔評価基準〕
A:0.10未満
B:0.10以上、0.25未満
C:0.25以上
Microsoft Word2000で作成した印刷範囲ぎりぎりに設定した「四角ベタ」チャートを被記録メディアに打ち出し、印字後5秒以内に印字面を裏にして平らな面においたときの、被記録メディアの四隅の平らな面からの高さの平均を測定した。
印字モードはプリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準はやい」モード、カラーマッチングoffとした。カールの測定は、用紙排紙後10秒後に行い、次の基準で評価した。
〔評価基準〕
A:20mm未満
B:20mm以上、40mm未満
C:40mm以上、又は丸まり状態
Microsoft Word2000で作成した一色当りA4サイズ用紙の面積5%をベタ画像により塗りつぶすチャートを連続200枚、被記録メディアに打ち出し、打ち出し後の各ノズルの吐出乱れから下記の基準で評価した。印字モードはプリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準はやい」モードを「色補正なし」と改変したモードとした。評価は、温度23±1℃、湿度50±5%RHで行った。
〔評価基準〕
A:吐出乱れなし。
B:若干吐出乱れあり。
C:吐出しないところがある。
35±1℃、15±5%RHの環境下で、ヘッドクリーニングを実施してから2時間静置後、Microsoft Word2000にて作成した一色当りA4サイズ用紙の面積5%をベタ画像により塗りつぶすチャートを1枚、MyPaper(NBSリコー社製)に打ち出し、各ノズルの吐出乱れから評価した。印字モードはプリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準はやい」モードを「色補正なし」と改変したモードを使用した。
〔評価基準〕
A:吐出乱れなし。
B:若干吐出乱れあり。
C:吐出しないところがある。
各インクを、65℃恒温槽内に4週間静置し、恒温槽に静置する前と静置した後のインクの粘度変化率を測定し、次の基準で評価した。
〔評価基準〕
A:粘度変化率±5%未満
B:粘度変化率±5%以上、10%未満
C:粘度変化率±10%以上
102 給紙トレイ
103 排紙トレイ
104 インクカートリッジ装填部
111 上カバー
112 前面
115 前カバー
131 ガイドロッド
132 ステー
133 キャリッジ
134 記録ヘッド
135 サブタンク
141 用紙積載部
142 用紙
144 分離パッド
151 搬送ベルト
152 再度カウンタローラ
156 帯電ローラ
157 搬送ローラ
158 テンションローラ
171 分離爪
172 排紙ローラ
173 排紙コロ
181 両面給紙ユニット
201 インクカートリッジ
241 インク袋
242 インク注入口
243 インク排出口
244 カートリッジケース
Claims (8)
- 少なくとも水、水溶性有機物、着色剤及び界面活性剤を含有し、前記水溶性有機物が、次の要件を満足することを特徴とするインクジェット用インク。
(a)水溶性有機物をインク全体の30〜50質量%含有する。
(b)水溶性有機物として、3−メトキシ−1−ブタノールをインク全体の8質量%以上含有する。
(c)水溶性有機物として、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオールから選ばれた少なくとも1種をインク全体の1質量%以上含有する。 - 前記3−メトキシ−1−ブタノールをインク全体の15〜40質量%含有することを特徴とする請求項1に記載のインクジェット用インク。
- 前記(c)の水溶性有機物の含有量が、インク全体の5〜40質量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェット用インク。
- アクリルシリコーン樹脂とポリウレタン樹脂の少なくとも一方を含有す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用インク。
- シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤から選択される少なくとも1種を含有す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用インク。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット用インクを容器中に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
- 請求項6に記載のインクカートリッジを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
- 被記録メディア上に、請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット用インクで画像を形成することを特徴とするインク記録物の製造方法。
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