JP2000309732A - インク、インクジェット記録装置の間欠吐出性の改善方法、インクジェット記録方法、インクカートリッジ、記録ユニット、インクセット及び画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色材として自己分散型のカーボンブラックを
含み、且つインクジェット記録特性に優れたインクを提
供する。 【解決手段】 カーボンブラックの表面に、少なくとも
1つの親水性基が直接若しくは他の原子団を介して結合
している自己分散型カーボンブラックを少なくとも含む
色材、及び水性媒体を含み、且つブリストウ法によって
求められるKa値が１．５未満であり、且つ２価以上の多
価のカチオンイオンの総量が０．０５〜１モル／ｌであ
るインク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク、インクジ
ェット記録装置の間欠吐出性の改善方法、インクジェッ
ト記録方法、インクカートリッジ、記録ユニット、イン
クセット及び画像記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、印刷インキの黒色着色剤として印
字物の濃度が高く、堅牢性等に優れたカーボンブラック
を用いた筆記具（万年筆、サインペン、水性ボールペン
等）用インク及びインクジェット用インクが、実に様々
な組成で報告されている。中でも近年はオフィスで一般
に使用されているコピー用紙、レポート用紙、ノート、
便箋、ボンド紙及び連続伝票用紙等の普通紙に対しても
良好な記録を行うことが出来る様に、カーボンブラック
自体の組成や物性、それを含むインクの組成及び物性等
について詳細な研究開発が為されている。

【０００３】例えば、特開平３−２１０３７３号公報に
は、酸性カーボンブラックとアルカリ可溶性の重合体を
用いたインクが記載されている。又、特開平３−１３４
０７３号公報には、保存安定性、バブルジェット記録装
置における吐出性に優れた分散体が得られ易いインクジ
ェット用インクが記載されている。また特開平８−３４
９８号は、カーボンブラックを分散剤と共に含むインク
がインクジェット用インクとしては吐出が不安定となっ
たり、十分な印字濃度が得られない等の技術課題を提示
し、それを解決し得るインクとして、分散剤を用いるこ
となしに溶剤に分散可能な自己分散型のカーボンブラッ
クを用いたインクを開示している。国際公開番号９６／
１８６９５（特表平１０−５１０８６２号）やUSP５７
４６８１８号（特開平１０−９５９４１号）も自己分散
型のカーボンブラックを含むインクジェット用インクを
開示し、それによって高品質な画像が得られることを記
載している。

【０００４】ところで、従来の顔料インクについては、
吐出安定性が不安定になる場合があることが知られてい
る。具体的には例えばインクジェット記録ヘッドの所定
のノズルからインクを吐出させた後、そのノズルからの
インクの吐出が一定時間（例えば２０秒程度）停止され
た後に再びそのノズルからインクを再吐出させたとき
に、インクの再吐出が安定して行われず、印字が乱れて
しまうことがある（以降、所定のノズルからインクを吐
出させ、該ノズルからの吐出が所定の時間停止された後
にそのノズルからインクを再吐出させる動作を「インク
の間欠吐出」と称し、インクの再吐出が安定しないこと
を「間欠吐出性が悪い」と呼ぶ）。

【０００５】また黒色インクを他の色（例えばマゼン
タ、シアン、イエロー、レッド、グリーン及びブルーか
ら選ばれる少なくとも１つ）のインクと共に用いて多色
の印刷を行なった場合、記録媒体上で黒色画像部とカラ
ー画像部との境界において色が滲んだり、インクが不均
一に混合され、画像の品位が低下（以降「ブリーディン
グ」）が観察されることがある。

【０００６】そしてこのようなブリーディングについて
はいわゆる界面活性剤の添加によってインクの記録媒体
への浸透性を向上させるアイデア（例えば特開昭５５−
６５２６９号等）やインクの溶剤として揮発性溶剤を用
いるアイデア（例えば特開昭５５−６６９７６号等）が
提案されている。特に文字等の印刷に多用される黒イン
クは、より高い光学濃度（ＯＤ）と、よりエッジのシャ
ープな画像をもたらすことが求められており、例えば上
記の記録媒体に対する浸透性を上げることでブリーディ
ングを抑える方法では高い光学濃度と画像のエッジのシ
ャープネスさとを高いレベルで両立させることは難しい
との知見を得ている。

【０００７】この様にインクジェット用の黒色インクに
対しては、近年のインクジェット記録画像の超高画質化
に伴って要求される特性も極めて高度化しつつある。し
かし前記した自己分散型カーボンブラックを色材として
含む顔料インクに関しては、技術的知見が十分に蓄積さ
れているとは言えず、インクジェット記録用インクとし
ての挙動に明確でない部分がある。例えば当該インクを
他色のインクと共に用いてカラー画像を形成したときの
ブリーディングを効果的に抑制し、記録媒体上の黒色画
像に高いＯＤやシャープなエッジを与え、且つ当該イン
クの間欠吐出性等のインクジェット吐出特性にも優れて
いるインクの調製には、従来のインクで得られている知
見が適用できない場合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らはこのよう
な技術的背景に鑑み自己分散型カーボンブラックを用い
たインクについて検討を重ねた結果、普通紙に対して浸
透性を比較的低く調整した、自己分散型カーボンブラッ
クを含むインク中の２価以上の多価のカチオンイオンの
量を所定の範囲内としたときに、インクの間欠吐出性が
向上し、またそのインクにより画像品質も満足し得るも
のであることを見出し本発明を為すに至った。

【０００９】そこで、本発明の目的は、色材として自己
分散型のカーボンブラックを含み、且つインクジェット
記録特性に優れたインクを提供することにある。

【００１０】また本発明は、インクジェットの間欠吐出
性を改善する方法を提供することを目的とする。

【００１１】また本発明は、ブリーディングが少ない画
像を安定して得られるインクセットを提供することを他
の目的とする。

【００１２】また本発明は、ブリーディングが少ない高
品質な印刷物を安定して得ることのできるインクジェッ
ト記録方法、画像記録装置及びそれに用いられるインク
カートリッジ、記録ユニットを提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するこ
とのできるインクは、カーボンブラックの表面に、少な
くとも1つの親水性基が直接若しくは他の原子団を介し
て結合している自己分散型カーボンブラックを少なくと
も含む色材、及び水性媒体を含み、且つブリストウ法に
よって求められるKa値が１．５未満のインクにおいて、
２価以上の多価のカチオンイオンの総量が０．０００１
〜０．０１モル／ｌであることを特徴とする。

【００１４】また上記の目的を達成することのできるイ
ンクジェット記録装置の間欠吐出性の改善方法は、イン
クジェット記録ヘッドのインク流路内のインクに対して
エネルギーを与え、該インクをオリフィスから吐出させ
る手段を備えたインクジェット記録装置の間欠吐出性を
改善する方法であって、自己分散型カーボンブラック及
び水性媒体を含み、且つブリストウ法によって求められ
るKa値が１．５未満であり、且つ２価以上の多価のカチ
オンイオンの総量が０．０００１〜０．０１モル／ｌで
あるインクを該インク流路内に位置させることを特徴と
する。

【００１５】また上記の目的を達成することのできる画
像記録方法は、インクにエネルギ−を与えて、インクを
記録ヘッドから吐出させ、記録媒体に付着させる工程を
有する画像記録記録方法において、該インクが例えばカ
ーボンブラックの表面に、少なくとも1つの親水性基が
直接若しくは他の原子団を介して結合している自己分散
型カーボンブラックを少なくとも含む色材、及び水性媒
体を含み、且つブリストウ法によって求められるKa値が
１．５未満であり、さらに２価以上の多価のカチオンイ
オンの総量が０．０００１〜０．０１モル／ｌであるイ
ンクであることを特徴とする。

【００１６】また上記の目的を達成することのできるイ
ンクカートリッジは、インクを収容したタンク収容部を
備えたインクカ−トリッジにおいて、上記インクが例え
ばカーボンブラックの表面に、少なくとも1つの親水性
基が直接若しくは他の原子団を介して結合している自己
分散型カーボンブラックを少なくとも含む色材、及び水
性媒体を含み、且つブリストウ法によって求められるKa
値が１．５未満であり、さらに２価以上の多価のカチオ
ンイオンの総量が０．０００１〜０．０１モル／ｌであ
るインクであることを特徴とする。

【００１７】また上記の目的を達成することのできる記
録ユニットは、インクを収容したインク収容部、該イン
クをインク滴として吐出させるためのヘッド部を備えた
記録ユニットにおいて、該インクが例えば例えばカーボ
ンブラックの表面に、少なくとも1つの親水性基が直接
若しくは他の原子団を介して結合している自己分散型カ
ーボンブラックを少なくとも含む色材、及び水性媒体を
含み、且つブリストウ法によって求められるKa値が１．
５未満であり、さらに２価以上の多価のカチオンイオン
の総量が０．０００１〜０．０１モル／ｌであるインク
であることを特徴とする。

【００１８】また上記の目的を達成することができる画
像記録装置は、インクを収容したインク収容部と、該イ
ンクを熱エネルギ−の作用によりインク滴として吐出さ
せるためのヘッド部とを有する記録ユニットを備えたイ
ンクジェット記録装置において、該インクが例えばカー
ボンブラックの表面に、少なくとも1つの親水性基が直
接若しくは他の原子団を介して結合している自己分散型
カーボンブラックを少なくとも含む色材、及び水性媒体
を含み、且つブリストウ法によって求められるKa値が
１．５未満であり、さらに２価以上の多価のカチオンイ
オンの総量が０．０００１〜０．０１モル／ｌであるイ
ンクであることを特徴とする。

【００１９】また上記の目的を達成することができる画
像記録装置は、インクを収容したタンク収容部を備えた
インクカ−トリッジと、インクを熱エネルギ−の作用に
よりインク滴として吐出させるための記録ヘッドを備え
たインクジェット記録装置において、該インクが例えば
カーボンブラックの表面に、少なくとも1つの親水性基
が直接若しくは他の原子団を介して結合している自己分
散型カーボンブラックを少なくとも含む色材、及び水性
媒体を含み、且つブリストウ法によって求められるKa値
が１．５未満であり、さらに２価以上の多価のカチオン
イオンの総量が０．０００１〜０．０１モル／ｌである
インクであることを特徴とする。

【００２０】さらに上記目的を達成することのできるイ
ンクセットは、シアン用、マゼンタ用、イエロー用、レ
ッド用、グリーン用及びブルー用の各色材から選ばれる
少なくとも１つの色材を含むインクと例えばカーボンブ
ラックの表面に、少なくとも1つの親水性基が直接若し
くは他の原子団を介して結合している自己分散型カーボ
ンブラックを少なくとも含む色材及び水性媒体を含み、
且つブリストウ法によって求められるKa値が１．５未満
であって、且つ２価以上の多価のカチオンイオンの総量
が０．０００１〜０．０１モル／ｌであるインクとを組
合わせたことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、好ましい実施の形態を挙げ
て、本発明をより詳細に説明する。

【００２２】本発明にかかるインクの一実施態様は、自
己分散型カーボンブラック及び水性媒体を含み、ブリス
トウ法によるKa値が１．５未満であって、且つ２価以上
の多価のカチオンイオンの総量が０．０００１〜０．０
１モル／ｌであるインクである。以下、このインクの構
成材料について夫々説明する。

【００２３】（自己分散型カーボンブラック）自己分散
型カーボンブラックは、少なくとも一つの親水性基がカ
ーボンブラック表面に直接、若しくは他の原子団を介し
て結合しているカーボンブラックである。この親水性基
をカーボンブラック表面に導入した結果、従来のインク
のように、カーボンブラックを分散させるための分散剤
が不要となる。自己分散型カーボンブラックとしては、
イオン性を有するものが好ましい。

【００２４】（カチオン性ＣＢ）カチオン性に帯電した
カ−ボンブラックとしては、カーボンブラックの表面に
例えば下記に示す第4級アンモニウム基から選ばれる少
なくとも１つを結合させたものが挙げられる。

【００２５】

【外１】

【００２６】上記したような親水性基が結合されてカチ
オン性に帯電している自己分散型カーボンブラックを製
造する方法としては、例えば、下記に示す構造のＮ−エ
チルピリジル基を結合させる方法を例にとって説明する
と、

【００２７】

【外２】

【００２８】カーボンブラックを3-アミノ-N-エチルピ
リジウムブロマイドで処理する方法が挙げられる。この
様にカーボンブラック表面への親水性基の導入によって
アニオン性若しくはカチオン性に帯電させたカーボンブ
ラックは、イオンの反発によって優れた水分散性を有す
る為、水性インク中に含有させた場合にも分散剤等を添
加しなくても安定した分散状態を維持する。

【００２９】（アニオン性カーボンブラック）アニオン
性に帯電したカーボンブラックとしては、カーボンブラ
ックの表面に例えば以下に示した様な親水性基を結合さ
せたものが挙げられる。−COOM、−SO₃M₂、−PO₃HM、−
PO₃M₂上記式中、Ｍは水素原子、アルカリ金属、アンモ
ニウム又は有機アンモニウムを表わす。これらの中で特
に−COOMや−SO₃M₂をカーボンブラック表面に結合して
アニオン性に帯電せしめたカーボンブラックはインク中
の分散性が良好なため本実施態様に特に好適に用い得る
ものである。ところで上記親水性基中「Ｍ」として表し
たもののうち、アルカリ金属の具体例としては例えばＬ
ｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓ等が挙げられ、また有機ア
ンモニウムの具体例としては例えばメチルアンモニウ
ム、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、
エチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリエチ
ルアンモニウム、メタノールアンモニウム、ジメタノー
ルアンモニウム、トリメタノールアンモニウム等が挙げ
られる。そしてM2をアンモニウム或いは有機アンモニウ
ムとした自己分散型カーボンブラックを含む本実施態様
のインクは、記録画像の耐水性をより向上させることが
でき、この点において特に好適に用いることのできるも
のである。これは当該インクが記録媒体上に付与される
と、アンモニウムが分解し、アンモニアが蒸発する影響
によるものと考えられる。ここでM2をアンモニウムとし
た自己分散型カーボンブラックは、例えばＭがアルカリ
金属である自己分散型カーボンブラックをイオン交換法
を用いてＭをアンモニウムに置換する方法や酸を加えて
Ｈ型とした後に水酸化アンモニウムを添加してＭをアン
モニウムにする方法等が挙げられる。

【００３０】アニオン性に帯電している自己分散型カー
ボンブラックの製造方法としては、例えばカーボンブラ
ックを次亜塩素酸ソーダで酸化処理する方法が挙げら
れ、この方法によってカーボンブラック表面に−COONa
基を化学結合させることができる。

【００３１】ところで上記した様な種々の親水性基は、
カーボンブラックの表面に直接結合させてもよい。或い
は他の原子団をカーボンブラック表面と該親水性基との
間に介在させ、該親水性基をカーボンブラック表面に間
接的に結合させても良い。ここで他の原子団の具体例と
しては例えば炭素原子数１〜12の直鎖状若しくは分岐鎖
状のアルキレン基、置換もしくは未置換のフェニレン
基、置換もしくは未置換のナフチレン基が挙げられる。
ここでフェニレン基及びナフチレン基の置換基としては
例えば炭素数１〜６の直鎖状または分岐鎖状のアルキル
基が挙げられる。また他の原子団と親水性基の組合わせ
の具体例としては、例えば−C₂H₄-COOM、−Ph-SO₃M、−P
h-COOM 等(但し、Phはフェニル基を表す)が挙げられ
る。

【００３２】又、本発明において、インク中に含有させ
る自己分散型カーボンブラックは、1種類に限定される
ものではなく、2種以上を混合して使用して色調を調製
してもよい。又、本発明の顔料インク中の自己分散型カ
ーボンブラックの添加量としては、インク全重量に対し
て、好ましくは0.1〜15重量%、より好ましくは1〜10重
量%の範囲とする。更に、自己分散型カーボンブラック
に加えて染料を使用してインクの色調を調製してもよ
い。

【００３３】（２価以上の多価のカチオンイオン）本態
様にかかるインク中の２価以上の多価のカチオンイオン
の総量は、水性顔料インク全量に対して、０．０００１
〜０．０１モル／ｌ 、特には０．００１〜０．０１モ
ル／ｌの範囲が好ましい。即ち２価以上の多価のカチオ
ンイオン総量をこの範囲内とした場合、間欠吐出性の改
善が顕著であり、またインクとしての特性、例えば保存
安定性等にも問題が生じることはない。

【００３４】ここで２価以上の多価のカチオンイオンの
総量とは、インク中に含まれるすべての２価以上の多価
のカチオンイオンの量を指す。即ち、例えば自己分散型
カーボンブラックの表面官能基のカウンターイオン、ｐ
Ｈ調整剤として添加したカチオンイオン、塩の形態で添
加したカチオンイオン等のインク中にカチオンイオンと
して存在し、且つカチオンイオンとして検出することの
できるすべての２価以上のカチオンイオンの量を意味す
る。ここでインク中のカチオンイオンの定量方法として
は、例えばICPによる金属イオン定量方法及びイオンク
ロマトグラフィを組み合わせること等が挙げられる。

【００３５】そして、１価のカチオンイオンを含有した
インクに、更に上記の範囲の２価以上の多価のカチオン
イオンを含有させることもできる。１価のカチオンイオ
ンを含有させることによっても、間欠吐出性を向上させ
ることができるが、ここで、更に上記の範囲の２価以上
の多価のカチオンイオンを含有させることによってその
効果が更に向上する。

【００３６】また、２価以上の多価のカチオンイオンの
例としては、例えばアルカリ土類金属イオン等が挙げら
れる。より具体的には、例えばカルシウムイオン、マグ
ネシウムイオン、ベリリウムイオン等が挙げられる。

【００３７】本発明のインクが上記特性を発揮する詳細
な理由は不明であるが、本発明のインクは前記特定のカ
チオンイオンが０．０００１〜０．０１モル／ｌ含有さ
れていることにより、あるノズルからインクを吐出させ
た後、そのノズルから一定時間インクの吐出が行われな
かった場合に、ノズル部でカーボンブラックとカチオン
イオンの薄い膜が形成され、それ以上のノズル部からの
インク蒸発を抑え、そのことにより、インクの物性変化
を最小限に抑えることができるためであると考えられ
る。

【００３８】（Ka値について）またインクの記録媒体へ
の浸透性を表わす尺度として、ブリストウ法によって求
められるKa値がある。即ち、インクの浸透性を１m²あた
りのインク量Ｖで表わすと、インク滴を吐出してから所
定時間ｔが経過した後におけるインクの記録媒体への浸
透量Ｖ(ml/m²＝μm)は、下記に示すブリストウの式によ
って示される。

【００３９】Ｖ＝Ｖｒ＋Ka（ｔ−ｔｗ）^1/2 ここでインク滴が記録媒体表面に付着した直後には、イ
ンクは記録媒体表面の凹凸部分（記録媒体の表面の荒さ
の部分）において吸収されるのが殆どで、記録媒体内部
へは殆ど浸透していない。その間の時間がコンタクトタ
イム（ｔｗ）、コンタクトタイムに記録媒体の凹凸部に
吸収されたインク量がＶｒである。そしてインクが付着
した後、コンタクトタイムを越えると、該コンタクトタ
イムを越えた時間、即ち（ｔ−ｔｗ）の１／２乗べきに
比例した分だけ記録媒体への浸透量が増加する。Ｋａは
この増加分の比例係数であり、浸透速度に応じた値を示
す。そしてKa値はブリストウ法による液体の動的浸透性
試験装置（例えば商品名：動的浸透性試験装置Ｓ；東洋
精機製作所製等）等を用いて測定可能である。そして前
記した本発明の各実施態様にかかるインクにおいて、こ
のKa値を１．５未満とすることは記録画像品質をより一
層向上させるうえで好ましく、更に好ましくは０．２以
上１．５未満である。即ちＫａ値が１．５未満である場
合に、インクの記録媒体への浸透過程の早い段階で固液
分離が起こり、フェザリングが極めて少ない高品質な画
像を形成することができると思われる。なお本発明にお
けるブリストウ法によるKa値は、普通紙（例えばキヤノ
ン株式会社製の、電子写真方式を用いた複写機やページ
プリンタ（レーザビームプリンタ）やインクジェット記
録方式を用いたプリンタ用として用いられるＰＢ紙や電
子写真方式を用いた複写機用の紙であるＰＰＣ用紙等）
を記録媒体として用いて測定した値である。また測定環
境としては通常のオフィス環境、例えば温度２０〜２５
℃、湿度４０〜６０％を想定している。

【００４０】（水性媒体）そして上記各実施態様に係る
インクに上記したような特性を担持させられる好ましい
水性媒体は、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒からなる
ものであるが、水溶性有機溶媒としては、インクの乾燥
防止効果を有するものが特に好ましく、又、水は、種種
のイオンを含有する一般の水ではなく、脱イオン水を使
用することが望ましい。

【００４１】（水溶性有機溶剤）本発明で使用する水溶
性有機溶剤としては、具体的には、例えば、メチルアル
コール、エチルアルコール、nー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−ブチルアルコール等の炭素数
1〜4の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等のアミド類；アセトン、ジアセ
トンアルコール等のケトンまたはケトアルコール類；テ
トラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；ポリエ
チレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリ
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、1,2,6−ヘキサントリオ−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等
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；ポリエチレングリコールモノメチルエーテ
ルアセテート等の低級アルキルエーテルアセテート；グ
リセリン；エチレングリコールモノメチル（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）エーテル等の多価アルコールの低級アルキル
エーテル類；トリメチロールプロパン、トリメチロール
エタン等の多価アルコール；N−メチル−2−ピロリド
ン、２−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジ
ノン及びアセチレンアルコール等が挙げられる。上記の
ごとき水溶性有機溶剤は、単独でもあるいは混合物とし
ても使用することができる。

【００４２】本発明の水性顔料インク中に含有される上
記したような水溶性有機溶剤の含有量は特に限定されな
いが、インク全重量に対して、好ましくは3〜50重量%の
範囲である。又、インクに含有される水の含有量は、イ
ンク全重量に対して、好ましくは50〜95重量%の範囲で
ある。

【００４３】また、特に上記した様にKa値を1.5未満と
する場合には、下記化学式で示されるアセチレンアルコ
ール等の界面活性剤や浸透性溶剤等の適宜所定量添加す
ることが有効である。

【００４４】

【外３】

【００４５】又、本発明の水性顔料インキは、上記の成
分のほかに必要に応じて所望の物性値を持つインクとす
るために、界面活性剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤等を添
加することができ、さらに、市販の水溶性染料などを添
加することもできる。

【００４６】以上のように本発明のインクは、インクジ
ェット記録で用いられる際に特に効果的である。インク
ジェット記録方法としては、インクに力学的エネルギ−
を作用させ、液滴を吐出する記録方法、及びインクに熱
エネルギ−を加えてインクの発泡により液滴を吐出する
記録方法があり、それらの記録方法に本発明のインクは
特に好適である。

【００４７】（インクジェット記録装置、インクジェッ
ト記録方法）インクジェット記録装置として、第一に熱
エネルギ−を利用した装置の主要部であるヘッド構成例
を図1及び図2に示す。

【００４８】図1は、インク流路に沿ったヘッド13の断
面図であり、図2は図1のA−B線での切断面図である。ヘ
ッド13はインクを通す流路（ノズル）14を有するガラ
ス、セラミック、シリコン又はプラスチック板等と発熱
素子基板15とを接着して得られる。発熱素子基板15は酸
化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン等で形成され
る保護層16、アルミニウム、金、アルミニウム−銅合金
等で形成される電極17−1、17−2、HfB₂、TaN、TaAl等
の高融点材料から形成される発熱抵抗体層18、熱酸化シ
リコン、酸化アルミニウム等で形成される畜熱層19、シ
リコン、アルミニウム、窒化アルミニウム等の放熱性の
良い材料で形成される基板20より成り立っている。

【００４９】上記ヘッドの電極17−1及び17−2にパルス
状の電気信号が印加されると、発熱素子基板15のnで示
される領域が急速に発熱し、この表面に接しているイン
クに気泡が発生し、その発生する圧力でメニスカス23が
突出し、インクがヘッドのノズル14を通して吐出し、吐
出オリフィス22よりインク小滴24となり、被記録材25に
向かって飛翔する。

【００５０】図3には図1に示したヘッドを多数並べたマ
ルチヘッドの外観図を示す。このマルチヘッドはマルチ
ノズル26を有するガラス板27と、図1に説明したものと
同じ様な発熱ヘッド28を接着して作られている。

【００５１】図4に、このヘッドを組み込んだインクジ
ェット記録装置の一例を示す。

【００５２】図4において、61はワイピング部材として
のブレ−ドであり、その一端はブレ−ド保持部材によっ
て保持固定されており、カンチレバ−の形態をなす。ブ
レ−ド61は記録ヘッド65による記録領域に隣接した位置
に配置され、又、本例の場合、記録ヘッド65の移動経路
中に突出した形態で保持される。

【００５３】62は記録ヘッド65の突出口面のキャップで
あり、ブレ−ド61に隣接するホ−ムポジションに配置さ
れ、記録ヘッド65の移動方向と垂直な方向に移動して、
インク吐出口面と当接し、キャッピングを行う構成を備
える。更に、63はブレ−ド61に隣接して設けられるイン
ク吸収体であり、ブレ−ド61と同様、記録ヘッド65の移
動経路中に突出した形態で保持される。上記ブレ−ド6
1、キャップ62及びインク吸収体63によって吐出回復部6
4が構成され、ブレ−ド61及びインク吸収体63によって
吐出口面に水分、塵埃等の除去が行われる。

【００５４】65は、吐出エネルギ−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、66は記録ヘッド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と摺動可能に系合し、キ
ャリッジ66の一部はモ−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に沿った移動が可能となり、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。51は被記録材を挿入するための紙給部、52は不図
示のモ−タ−により駆動される紙送りロ−ラ−である。

【００５５】これらの構成により記録ヘッドの65吐出口
面と対向する位置へ被記録材が給紙され、記録が進行に
つれて排紙ロ−ラ−53を配した排紙部へ排紙される。以
上の構成において記録ヘッド65が記録終了してホ−ムポ
ジションへ戻る際、吐出回復部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−ド61は移
動経路中に突出している。その結果、記録ヘッド65の吐
出口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ように移動す
る。記録ヘッド65がホ−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−ド61は上記した
ワイピングの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。

【００５６】上述の記録ヘッドのホ−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−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。

【００５７】図5は、記録ヘッドにインク供給部材、例
えば、チュ−ブを介して供給されるインクを収容したイ
ンクカ−トリッジ45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容部、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にする。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ものが好ましい。

【００５８】本発明で使用されるインクジェット記録装
置としては、上述の様にヘッドとインクカ−トリッジと
が別体となったものに限らず、図6に示すようなそれら
が一体になったものにも好適に用いられる。図6におい
て、70は記録ユニットであり、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。

【００５９】又、インク吸収体を用いず、インク収容部
が内部にバネ等を仕込んだインク袋であるような構造で
もよい。72はカ−トリッジ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4に示す
記録ヘッド65に換えて用いられるものであって、キャリ
ッジ66に対して着脱自在になっている。

【００６０】次に、第二の力学的エネルギーを利用した
インクジェット記録装置の形態として、複数のノズルを
有するノズル形成基板と、ノズルに対向して配置される
圧電材料と導電材料からなる圧力発生素子と、この圧力
発生素子の周囲を満たすインクを備え、印加電圧により
圧力発生素子を変位させ、インクの小液滴をノズルから
吐出させるオンデマンドインクジェット記録ヘッドを挙
げることができる。その記録装置の主要部である記録ヘ
ッドの構成例を図7に示す。

【００６１】ヘッドは、インク室（不図示）に連通した
インク流路80と、所望の体積のインク滴を吐出するため
のオリフィスプレート81と、インクに直接圧力を作用さ
せる振動板82と、この振動板82に接合され、電気信号に
より変位する圧伝素子83と、オリフィスプレート81、振
動板等を指示固定するための基板84とから構成されてい
る。

【００６２】図7において、インク流路80は、感光性樹
脂等で形成され、オリフィスプレート81は、ステンレ
ス、ニッケル等の金属を電鋳やプレス加工による穴あけ
等により吐出口85が形成され、振動板82はステンレス、
ニッケル、チタン等の金属フィルム及び高弾性樹脂フィ
ルム等で形成され、圧電素子83は、チタン酸バリウム、
PZT等の誘電体材料で形成される。

【００６３】以上のような構成の記録ヘッドは、圧電素
子83にパルス状の電圧を与え、ひずみ応力を発生させ、
そのエネルギーが圧電素子83に接合された振動板を変形
させ、インク流路80内のインクを垂直に加圧しインク滴
（不図示）をオリフィスプレートの吐出口85より吐出し
て記録を行うように動作する。

【００６４】この様な記録ヘッドは図4に示したものと
同様な記録装置に組み込んで使用される。記録装置の細
部の動作は先述と同様に行うもので差しつかえない。

【００６５】

【実施例】以下、実施例および比較例を用いてさらに具
体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限
り、下記実施例により限定されるものではない。尚以下
の記載で、部、％とあるものは特に断らない限り重量基
準である。

【００６６】（顔料分散液の調製）5.3gの水に5gの濃塩
酸をとかした溶液に5℃においてアントラニル酸1.58gを
加えた。これに、アイスバスで攪拌することにより常に
10℃以下に保たれた状態で、5℃の8.7gの水に1.78gの亜
硝酸ナトリウムを加えた溶液を加えた。これに更に、15
分攪拌後、表面積が320m²/gでDBP吸油量が120ml/100gの
カ−ボンブラック20gを混合した状態のまま加えた後、
さらに15分攪拌した。得られたスラリ−を東洋濾紙No2
（アドバンティス社製）で濾過し、顔料粒子を十分に水
洗し、110℃のオ−ブンで乾燥させ、さらに、この顔料
に水を足して顔料濃度10重量％の顔料水溶液を作製し
た。以上の方法によりカーボンブラックの表面に−Ph−
COONa基を導入した自己分散型カーボンブラックが分散
された顔料分散体を得た。

【００６７】実施例1 以下の成分を混合し、十分攪拌して溶解後、ポアサイズ
3.0μmのミクロフィルター（富士フィルム製）にて加圧
濾過し、本発明のインクを調製した。

【００６８】 上記の顔料分散液 50部 水酸化カルシウム０．０１％水溶液 31.3部 トリメチロ−ルプロパン 6部 グリセリン 6部 ジエチレングリコ−ル 6部 安息香酸ナトリウム 0.5部 アセチレングリコ−ルエチレンオキサイド付加物 （商品名：アセチレノ−ルＥＨ） 0.2部

【００６９】なお、このインクをICP(SPS4000プラズマ
発光分光分析装置：セイコー電子株式会社製)及びイオ
ンクロマトグラフィ(イオンクロマトグラフDX-100：日
本ダイネスク株式会社製)で2価以上の多価カチオンイオ
ン量を測定したところ、０．０００５モル／ｌであっ
た。また、このインクを動的浸透性試験装置でブリスト
ウ法によるKa値を下記に示すコピー用普通紙Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅにおいて測定したところ、その平均値は1.0
であった。

【００７０】 Ａ：キヤノン (株) 社製ＰＰＣ用紙 ＮＳＫ Ｂ：キヤノン (株) 社製ＰＰＣ用紙 ＮＤＫ Ｃ：ゼロックス (株) 社製ＰＰＣ用紙 ４０２４ Ｄ：フォックスリバー社製ＰＰＣ用紙プローバーボンド Ｅ：ノイジドラ社製 キヤノン用ＰＰＣ用紙

【００７１】以下におけるコピー用普通紙Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅは全てこのコピー用普通紙Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに
対応するものとする。

【００７２】比較例1 以下の成分を混合し、十分攪拌して溶解後、ポアサイズ
3.0μmのミクロフィルター（富士フィルム製）にて加圧
濾過し、本発明のインクを調製した。

【００７３】 上記の顔料分散液 50部 トリメチロ−ルプロパン 6部 グリセリン 6部 ジエチレングリコ−ル 6部 安息香酸ナトリウム 0.5部 アセチレングリコ−ルエチレンオキサイド付加物 （商品名：アセチレノ−ルＥＨ） 0.2部 水 31.3部

【００７４】なお、このインクをICP(SPS4000プラズマ
発光分光分析装置：セイコー電子株式会社製)及びイオ
ンクロマトグラフィ(イオンクロマトグラフDX-100：日
本ダイネスク株式会社製)で2価以上の多価カチオンイオ
ン量を測定したところ、０．００００７モル／ｌであっ
た。また、このインクを動的浸透性試験装置でブリスト
ウ法によるKa値をコピー用普通紙Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに
おいて測定したところ、その平均値は0.9であった。

【００７５】下記表１に実施例1及び比較例1のブラック
インクの主な特徴をまとめて示した。

【００７６】

【表１】

【００７７】上記の実施例1及び比較例1のインクを用い
て、記録信号に応じた熱エネルギーをインクに付与する
ことによりインクを吐出させるオンデマンド型マルチ記
録ヘッドを有するインクジェット記録装置BJF-600（キ
ヤノン製）を用いて下記評価を行った。その結果を表2
に示す。

【００７８】1）間欠吐出性 上記各インクを上記インクジェット記録装置を、１５℃
／１０％ＲＨの恒温恒湿槽に１時間放置し、その後、各
ノズルから１dotづつ吐出させて、5秒後、又各ノズルか
ら１ドットづつ吐出させる印字サイクルを10回繰り返し
た。その各１ドットの印字を下記の基準で評価した。 ａ；10回の印字サイクル全てで全ノズルの印字の乱れが
全くない ｂ；10回の印字サイクル全てで全ノズルの印字の乱れが
ほとんどない ｃ；10回の印字サイクルで実際の使用上では問題ないレ
ベルの印字の乱れがある ｄ；10回の印字サイクルで印字の乱れがある

【００７９】印字濃度 上記各インクを上記インクジェット記録装置を用い、上
記コピー用普通紙Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに印字を行いその
時の印字濃度を、マクベス製印字濃度測定器を用い測定
し、下記の基準で評価した。 ａ；コピー用普通紙Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ の印字濃度の
平均が1.4以上 ｂ；コピー用普通紙Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ の印字濃度の
平均が1.3以上1.4未満 ｃ；コピー用普通紙Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ の印字濃度の
平均が1.3未満

【００８０】

【表２】

【００８１】

【発明の効果】インクジェット記録を行う際にブラック
インクによる印字において、印字物の印字濃度が高く、
該インクが発一性に優れた水性顔料インクであり、更に
該インクを用いたインクジェット記録方法及びインクジ
ェット記録装置が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット記録装置のヘッドの一例を示す
縦断面図である。

【図２】インクジェット記録装置のヘッドの一例を示す
横断面図である。

【図３】図１に示したヘッドをマルチ化したヘッドの外
観斜視図である。

【図４】インクジェット記録装置の一例を示す概略斜視
図である。

【図５】インクカートリッジの一例を示す縦断面図であ
る。

【図６】記録ユニットの一例を示す斜視図である。

【図７】インクジェット記録ヘッドの別の構成例を示す
概略断面図である。

【符号の説明】

１３ ヘッド １４ インク溝 １５ 発熱ヘッド １６ 保護膜 １７−１、１７−２ 電極 １８ 発熱抵抗体層 １９ 蓄熱層 ２０ 基板 ２１ インク ２２ 吐出オリフィス（微細孔） ２３ メニスカス ２４ インク小滴 ２５ 被記録材 ２６ マルチ溝 ２７ ガラス板 ２８ 発熱ヘッド ４０ インク袋 ４２ 栓 ４４ インク吸収体 ４５ インクカートリッジ ５１ 給紙部 ５２ 紙送りローラー ５３ 排紙ローラー ６１ ブレード 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 ６７ ガイド軸 ６８ モーター ６９ ベルト ７０ 記録ユニット ７１ ヘッド部 ７２ 大気連通口 ８０ インク流路 ８１ オリフィスプレート ８２ 振動板 ８３ 圧電素子 ８４ 基板 ８５ 吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C056 FC01 2H086 BA02 BA53 BA55 BA59 BA60 BA62 4J037 AA02 CB09 CB21 CB22 4J039 BA04 BE01 CA06 GA24

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カーボンブラックの表面に、少なくとも
   1つの親水性基が直接若しくは他の原子団を介して結合
   している自己分散型カーボンブラックを少なくとも含む
   色材、及び水性媒体を含み、且つブリストウ法によって
   求められるKa値が１．５未満のインクにおいて、２価以
   上の多価カチオンイオンの総量が０．０００１〜０．０
   １モル／ｌであることを特徴とするインク。
2. 【請求項２】 該親水性基が、下記に列記した中から選
   択される請求項1記載のインク。 −COOM、−SO₃M、−PO₃HM、−PO₃M₂ （但し、式中のMは水素原子、アルカリ金属、アンモニ
   ウム又は有機アンモニウムを表わす。）
3. 【請求項３】 前記２価以上の多価のカチオンイオン
   が、アルカリ土類金属イオンである請求項1 に記載のイ
   ンク。
4. 【請求項４】 前記２価以上の多価のカチオンイオンが
   カルシウムイオン若しくはマグネシウムイオンである請
   求項３に記載のインク。
5. 【請求項５】 前記２価以上の多価のカチオンイオンが
   水性顔料インク全量に対して０．０００１〜０．０１モ
   ル／ｌを含む請求項1に記載のインク。
6. 【請求項６】 前記Ka値が0.2以上1.5未満である請求項
   1に記載のインク。
7. 【請求項７】 インクジェット記録ヘッドのインク流路
   内のインクに対してエネルギーを与え、該インクをオリ
   フィスから吐出させる手段を備えたインクジェット記録
   装置の間欠吐出性を改善する方法であって、自己分散型
   カーボンブラック及び水性媒体を含み、且つブリストウ
   法によって求められるKa値が１．５未満であり、且つ２
   価以上の多価のカチオンイオンの総量が０．０００１〜
   ０．０１モル／ｌであるインクを該インク流路内に位置
   させることを特徴とするインクジェット記録装置の間欠
   吐出性の改善方法。
8. 【請求項８】 該自己分散型カーボンブラックが、カー
   ボンブラックの表面に少なくとも1つの親水性基が直接
   若しくは他の原子団を介して結合しているものである請
   求項７の改善方法。
9. 【請求項９】 該親水性基が、下記に列記した中から選
   択される請求項７記載の改善方法。 −COOM、−SO₃M、−PO₃HM、−PO₃M₂ （但し、式中のMは水素原子、アルカリ金属、アンモニ
   ウム又は有機アンモニウムを表わす。）
10. 【請求項１０】 該２価以上の多価のカチオンイオン
    が、アルカリ土類金属イオンである請求項７に記載の改
    善方法。
11. 【請求項１１】 前記２価以上の多価のカチオンイオン
    がカルシウムイオン若しくはマグネシウムイオンである
    請求項１０に記載の改善方法。
12. 【請求項１２】 前記２価以上の多価のカチオンイオン
    が水性顔料インク全量に対して０．０００１〜０．０１
    モル／ｌを含む請求項７に記載の改善方法。
13. 【請求項１３】前記Ka値が0.2以上1.5未満である請求項
    ７に記載の改善方法。
14. 【請求項１４】 インクにエネルギ−を与えて、インク
    を記録ヘッドから吐出させ、記録媒体に付着させる工程
    を有する画像記録方法において、該インクが請求項1〜
    ６のいずれかに記載のインクであることを特徴とする画
    像記録方法。
15. 【請求項１５】 該エネルギ−が、熱エネルギ−である
    請求項１４に記載の画像記録方法。
16. 【請求項１６】 該エネルギ−が、力学的エネルギ−で
    ある請求項１４に記載の画像記録方法。
17. 【請求項１７】 該記録媒体が普通紙である請求項１４
    記載のインクジェット記録方法。
18. 【請求項１８】 インクを収容したインク収容部、該イ
    ンクをインク滴として吐出させるためのヘッド部を備え
    た記録ユニットにおいて、該インクが請求項1〜６のい
    ずれかに記載のインクであることを特徴とする記録ユニ
    ット。
19. 【請求項１９】 インクを収容したタンク収容部を備え
    たインクカ−トリッジにおいて、上記インクが請求項1
    〜６のいずれかに記載のインクであることを特徴とする
    インクカ−トリッジ。
20. 【請求項２０】 請求項１〜６のいずれかに記載のイン
    クを収容したインク収容部及び該インクを吐出させる為
    のヘッド部を備えたことを特徴とする記録ユニット。
21. 【請求項２１】 インクを収容したインク収容部と、該
    インクを熱エネルギ−の作用によりインク滴として吐出
    させるためのヘッド部とを有する記録ユニットを備えた
    インクジェット記録装置において、該インクが請求項1
    〜６のいずれかに記載のインクであることを特徴とする
    画像記録装置。
22. 【請求項２２】 インクを収容したタンク収容部を備え
    たインクカ−トリッジと、インクを熱エネルギ−の作用
    によりインク滴として吐出させるための記録ヘッドを備
    えたインクジェット記録装置において、該インクが請求
    項1〜６のいずれかに記載のインクであることを特徴と
    する画像記録装置。
23. 【請求項２３】 インクカ−トリッジに収容したインク
    を、前記記録ヘッドに対して供給するインク供給部を有
    する請求項２２に記載の画像記録装置。
24. 【請求項２４】 シアン用、マゼンタ用、イエロー用、
    レッド用、グリーン用及びブルー用の各色材から選ばれ
    る少なくとも１つの色材を含むインクと請求項１〜６の
    いずれかに記載のインクとを組合わせたことを特徴とす
    るインクセット。