JP2004010845A

JP2004010845A - Ink for inkjet recording, and ink cartridge and recording apparatus provided with the ink

Info

Publication number: JP2004010845A
Application number: JP2002169573A
Authority: JP
Inventors: Sanemori Soga; 曽我　眞守; Hidekazu Arase; 荒瀬　秀和
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP4295476B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the storability of an ink for inkjet recording containing a water-soluble substance which performs a polycondensation reaction in a water-free state. <P>SOLUTION: The ink for inkjet recording is prepared by adding a reducing agent to an ink containing a colorant, a humectant, water, and the water-soluble substance.The reducing agent is at least one member selected from iodides, thiosulfides, aldehydes, saccharides, and L-ascorbic acid. The dissolved oxygen concentration of the ink is kept at 4 ppm or lower. This prevents the colorant and the water-soluble substance from being oxidized. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録に好適なインクジェット記録用インク、インクカートリッジ及び記録装置に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェット記録に用いられるインクとして、色材（染料又は顔料）と、保湿剤と、水とを含有したものがよく知られている。ところが、色材を含有したインクにより記録紙等の記録媒体上に画像を形成すると、その画像の耐水性、すなわち画像が水に濡れると色材が水中に染み出してしまうことが問題となる。特に普通紙（広範な市販の紙で、とりわけ電子写真方式の複写機に用いられる紙であって、インクジェット記録用として最適な構造、組成、特性等を有するように意図して製造されてはいない紙）に記録した場合は、耐水性が非常に悪くなる。
【０００３】
そこで、従来、例えば特開平１０−２１２４３９号公報、特開平１１−２９３１６７号公報及び特開平１１−３１５２３１号公報に示されているように、インクに加水分解性シラン化合物（有機ケイ素化合物）を含有させることにより、記録媒体上の画像の耐水性を向上させるようにした耐水性インクが提案されている。このようにインクにシラン化合物を含有させることによって、インク滴が記録媒体上に付着して水分（溶媒）が蒸発したり記録媒体内に浸透したりしたときには、上記記録媒体上に残ったシラン化合物が縮重合反応し、この縮重合反応したシラン化合物が色材を取り囲むことになる。その結果、記録媒体上の画像が水に濡れても、色材がその水中に染み出すことを防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の耐水性インクでは、高温環境下で長期間保存すると（７０℃で５００時間程度）、例えばインクカートリッジに密閉された状態でも、変退色してしまうという問題がある。こうしてインクが変退色してしまうと、記録画像の画質が低下してしまうこととなる。
【０００５】
また、高温環境下で長期間保存した後のインクによって、記録媒体上に画像を形成したときには、その画像の耐水性も低下してしまうことが判明した。
【０００６】
こうした、インクの変退色や耐水性の低下は、インク中に溶存している溶存酸素によるものと考えられる。
【０００７】
つまり、インクの製造過程等においてインク中には酸素が溶存することとなるが、インクを高温環境下で長期保存すると、この溶存酸素によってインク中の色材が酸化され、これによりインクが変退色してしまうものと考えられる。また、耐水性インクに含まれるシラン化合物は、縮重合反応の際に色材を確実に取り囲むべく、色材との相互作用の強いアミノ基を有しているが、インクを高温環境下で長期保存すると、上記インク中の溶存酸素によってアミノアルキルシランが酸化され、これにより色材との相互作用が弱まると考えられる。その結果、長期保存したインクで画像を形成したときには、シラン化合物による色材の取り囲みが不十分となって、画像の耐水性が低下するものと考えられる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水がない状態で縮重合反応する水溶性物質を含有するインクジェット記録用インクの保存性を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、色材と、保湿剤と、水と、この水がない状態で縮重合反応する水溶性物質とを含有するインクジェット記録用インクに係り、還元剤をさらに含有するものとする。
【００１０】
この構成によると、インクがインク滴として記録媒体（例えば紙）上に付着すると、水分が蒸発したり記録媒体内に浸透したりして水溶性物質が縮重合反応をし、この縮重合反応物が色材を取り囲む。こうして、上記インク滴により形成された記録媒体上の画像が水に濡れても色材が水中に染み出すことが回避され、画像の耐水性が確保される。
【００１１】
そして、上記インクには還元剤が含有されていることで、インク中の溶存酸素によって、色材（染料及び／又は顔料）が酸化されることが防止される。そのため、インクを高温環境下で長期保存してもインクの変退色が防止される。
【００１２】
同様に、上記インクに還元剤が含有されていることで、インク中の溶存酸素によって水溶性物質が酸化されることも防止される。これにより、高温環境下で長期保存後のインクによって画像を形成したときでも、水溶性物質の縮重合反応によって色材が確実に取り込まれるようになり、その結果、初期状態のインクと同レベルの高い耐水性が確保される。
【００１３】
こうして、インクに還元剤を含有させることにより、インクの保存性が向上する。
【００１４】
ここで、上記還元剤は、ヨウ化塩、チオ硫化塩、アルデヒド、糖類、及びＬ−アスコルビン酸の内の少なくとも１つとすればよい。具体的に、水に対する溶解性の観点から、ヨウ化ナトリウムやヨウ化カリウム等のヨウ化塩、チオ硫酸ナトリウムやチオ硫酸塩カリウム等のチオ硫酸塩、アセトアルデヒドやプロピオンアルデヒド等のアルデヒド、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類、多糖類又はこれらの糖類の還元誘導体（糖アルコールデオキシ糖、グリカール）、酸化誘導体（アルドン酸、ウロン酸、糖酸）、脱水誘導体（グリコセエン、アンヒドロ糖）、アミノ糖、及びチオ糖等の糖類、並びにＬ−アスコルビン酸とするのがよい。
【００１５】
第２の発明に係るインクジェット記録用インクは、水溶性物質を、アミノ基を有するものとして、溶存酸素の濃度を、４ｐｐｍ以下とするものである。
【００１６】
すなわち、通常のインクは、溶存酸素の濃度が７〜８ｐｐｍであり、これは飽和状態に近い状態である（尚、水に対する酸素の理論飽和濃度は、８．７ｐｐｍ（２０℃）である）。
【００１７】
これに対し、第２の発明に係るインクは、インクの溶存酸素濃度を、４ｐｐｍ以下の低濃度とする。このように、インクの溶存酸素の濃度を通常の略半分以下にすることによって、インクを高温環境下で長期保存しても、色材が酸化されることが防止される。その結果、インクの変退色が防止される。
【００１８】
また、色材と同様に、水溶性物質（特にそのアミノ基）が酸化されることが防止されるため、高温環境下で長期保存後のインクによって画像を形成したときでも、水溶性物質と色材との強い相互作用により、色材は水溶性物質の縮重合反応物によって確実に取り込まれるようになり、その結果、初期状態のインクと同レベルの高い耐水性が確保される。
【００１９】
尚、インク中の溶存酸素の濃度を４ｐｐｍ以下にするには、例えばインクを中空糸膜に通すことで実現可能である。また、これとは異なり、インクの脱気を行うことで、インク中の溶存酸素の濃度を４ｐｐｍ以下にするようにしてもよい。こうした手法によってインク中の溶存酸素の濃度を４ｐｐｍ以下にした場合は、インクジェットヘッド内で気泡が発生することが防止されるため、インクの吐出性が向上するという付随的な効果が得られる。
【００２０】
また、インク中の溶存酸素の濃度は低い程、色材の酸化防止及び水溶性物質の酸化防止の効果が得られる。このため、溶存酸素の濃度は、３ｐｐｍ以下、又は２ｐｐｍ以下とするのが好ましく、溶存酸素の濃度を１ｐｐｍ以下、又は０（ゼロ）ｐｐｍとするのがさらに好ましい。
【００２１】
上記第１又は第２の発明においては、インクに浸透剤をさらに含有させることが好ましい。
【００２２】
こうすることで、保湿剤と浸透剤と水とからなるインクの溶媒は、インクが記録媒体（例えば紙）上に付着した後、速やかに該記録媒体内に浸透するようになる。これにより、水溶性物質の縮重合反応が速やかに行われて色材を確実に取り囲む。その結果、画像の耐水性がより一層向上する。
【００２３】
また、上記水溶性物質は、加水分解性シラン化合物とするのがよい。つまり、シラン化合物は耐水性を向上させる点で非常に好ましいのである。
【００２４】
第３の発明は、色材と、保湿剤と、水と、この水がない状態で縮重合反応する水溶性物質とを含有するインクジェット記録用インクを備えたインクカートリッジに係り、上記インクは、還元剤をさらに含有しているものとする。これにより、第１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２５】
また、第４の発明に係るインクカートリッジは、インクに含まれる水溶性物質を、アミノ基を有するものとして、上記インクは、溶存酸素の濃度が４ｐｐｍ以下に設定されているものとする。これにより、第２の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２６】
これら第３又は第４の発明においても、インクには浸透剤をさらに含有させることによって、保湿剤と浸透剤と水とからなるインクの溶媒を速やかに記録媒体内に浸透させて、耐水性をさらに向上させることが好ましい。
【００２７】
第５の発明は、色材と、保湿剤と、水と、この水がない状態で縮重合反応する水溶性物質とを含有するインクジェット記録用インクを備え、該インクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置に係り、上記インクは、還元剤をさらに含有しているものとする。これにより、第１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２８】
第６の発明に係り記録装置は、インクに含まれる水溶性物質を、アミノ基を有するものとして、上記インクは、溶存酸素の濃度が４ｐｐｍ以下に設定されているものとする。これにより、第２の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２９】
また、第５又は第６の発明においても、インクには浸透剤をさらに含有させることによって、保湿剤と浸透剤と水とからなるインクの溶媒を速やかに記録媒体内に浸透させて、耐水性をさらに向上させることが好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明におけるインクジェット記録用インク、並びに該インクを備えたインクカートリッジ及び記録装置によれば、還元剤をインクに含有させることにより、インク中の溶存酸素による色材及び水溶性物質の酸化を防止することができる。その結果、インクを高温環境下で長期保存しても、インクの変退色を防止することができると共に、画像の耐水性の低下を防止することができる。
【００３１】
また、インク中の溶存酸素の濃度を４ｐｐｍ以下の低濃度にすることによって、インクを高温環境下で長期保存しても、色材及び水溶性物質が酸化されることを防止することができ、インクの保存性を向上させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
−記録装置の構成−
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録用インクを備えたインクジェット式記録装置Ａの概略を示し、この記録装置Ａは、上面に上記インクを有するインクカートリッジ３５が装着されかつ該インクを後述の如く記録媒体としての記録紙４１に吐出するインクジェットヘッド１を備えている。このインクジェットヘッド１はキャリッジ３１に支持固定され、このキャリッジ３１には、図示を省略するキャリッジモータが設けられ、このキャリッジモータにより上記インクジェットヘッド１及びキャリッジ３１が主走査方向（図１及び図２に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸３２にガイドされてその方向に往復動するようになっている。
【００３３】
上記記録紙４１は、図示を省略する搬送モータによって回転駆動される２つの搬送ローラ４２に挟まれていて、この搬送モータ及び各搬送ローラ４２により、上記インクジェットヘッド１の下側において上記主走査方向と垂直な副走査方向（図１及び図２に示すＹ方向）に搬送されるようになっている。
【００３４】
このように、上記キャリッジ３１、キャリッジ軸３２及びキャリッジモータ、並びに各搬送ローラ４２及び搬送モータにより、インクジェットヘッド１と記録紙４１とを相対移動させるようにしている。
【００３５】
上記インクジェットヘッド１は、図２〜図４に示すように、インクを供給するための供給口３ａ及びインクを吐出するための吐出口３ｂを有する複数の圧力室用凹部３が形成されたヘッド本体２を備えている。このヘッド本体２の各凹部３は、該ヘッド本体２の上面に上記主走査方向に延びるように開口されていて、互いに上記副走査方向に略等間隔をあけた状態で並設されている。上記各凹部３の開口の全長は約１２５０μｍに、幅は約１３０μｍにそれぞれ設定されている。尚、上記各凹部３の開口の両端部は、略半円形状をなしている。
【００３６】
上記ヘッド本体２の各凹部３の側壁部は、約２００μｍ厚の感光性ガラス製の圧力室部品６で構成され、各凹部３の底壁部は、この圧力室部品６の下面に接着固定されかつ６枚のステンレス鋼薄板を積層してなるインク流路部品７で構成されている。このインク流路部品７内には、上記各凹部３の供給口３ａとそれぞれ接続された複数のオリフィス８と、この各オリフィス８と接続されかつ上記副走査方向に延びる１つの供給用インク流路１１と、上記吐出口３ｂとそれぞれ接続された複数の吐出用インク流路１２とが形成されている。
【００３７】
上記各オリフィス８は、インク流路部品７において板厚が他よりも小さい上から２番目のステンレス鋼薄板に形成されており、その径は約３８μｍに設定されている。また、上記供給用インク流路１１は上記インクカートリッジ３５と接続されており、このインクカートリッジ３５より供給用インク流路１１内にインクが供給されるようになっている。
【００３８】
上記インク流路部品７の下面には、インク滴を上記記録紙４１に向けて吐出するための複数のノズル１４が形成されたステンレス鋼からなるノズル板９が接着固定されている。このノズル板９の下面は、撥水膜９ａで被覆されている。上記各ノズル１４は、上記吐出用インク流路１２とそれぞれ接続されていて、この吐出用インク流路１２を介して上記各凹部３の吐出口３ｂにそれぞれ連通されており、インクジェットヘッド１の下面において、上記副走査方向に列状に並ぶように設けられている。尚、上記各ノズル１４は、ノズル径がノズル先端側に向かって小さくなるテーパ部と、該テーパ部のノズル先端側に連続して設けられたストレート部とからなり、このストレート部のノズル径は約２０μｍに設定されている。
【００３９】
上記ヘッド本体２の各凹部３の上側には、圧電アクチュエータ２１がそれぞれ設けられている。この各圧電アクチュエータ２１は、上記ヘッド本体２の上面に接着固定された状態で該ヘッド本体２の各凹部３を塞いで該凹部３と共に圧力室４を構成するＣｒ製振動板２２を有している。この振動板２２は、全ての圧電アクチュエータ２１に共通の１つのものからなっていて、後述の全圧電素子２３に共通の共通電極としての役割をも果たしている。
【００４０】
また、上記各圧電アクチュエータ２１は、上記振動板２２の上記圧力室４と反対側面（上面）において圧力室４に対応する部分（凹部３開口に対向する部分）にＣｕ製の中間層２５を介してそれぞれ設けられかつチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電素子２３と、この各圧電素子２３の上記振動板２２と反対側面（上面）にそれぞれ接合され、該振動板２２と共に各圧電素子２３に電圧（駆動電圧）をそれぞれ印加するためのＰｔ製個別電極２４とを有している。
【００４１】
上記振動板２２，各圧電素子２３、各個別電極２４及び各中間層２５は、全て薄膜で形成されてなっており、振動板２２の厚みは約６μｍに、各圧電素子２３の厚みは８μｍ以下（例えば約３μｍ）に、各個別電極２４の厚みは約０．２μｍに、各中間層２５の厚みは約３μｍにそれぞれ設定されている。
【００４２】
上記各圧電アクチュエータ２１は、その振動板２２と各個別電極２４とを介して各圧電素子２３に駆動電圧を印加することにより該振動板２２の圧力室４に対応する部分（凹部３開口部分）を変形させることで、該圧力室４内のインクを吐出口３ｂないしノズル１４から吐出させるようになっている。すなわち、振動板２２と個別電極２４との間にパルス状の電圧を印加すると、そのパルス電圧の立ち上がりにより圧電素子２３が圧電効果によりその厚み方向と垂直な幅方向に収縮するのに対し、振動板２２、個別電極２４及び中間層２５は収縮しないので、いわゆるバイメタル効果により振動板２２の圧力室４に対応する部分が圧力室４側へ凸状に撓んで変形する。この撓み変形により圧力室４内の圧力が高まり、この圧力で圧力室４内のインクが吐出口３ｂ及び吐出用インク流路１２を経由してノズル１４から押し出される。そして、上記パルス電圧の立ち下がりにより圧電素子２３が伸長して振動板２２の圧力室４に対応する部分が元の状態に復帰し、このとき、上記ノズル１４から押し出されていたインクがインク流路１２内のインクから引きちぎられて、インク滴（例えば３ｐｌ）として記録紙４１へ吐出され、該記録紙４１面にドット状に付着することとなる。また、上記振動板２２が凸状に撓んで変形した状態から元の状態に復帰する際に、圧力室４内には上記インクカートリッジ３５より供給用インク流路１１及び供給口３ａを介してインクが充填される。尚、各圧電素子２３に印加するパルス電圧としては、上記のように押し引きタイプのものでなくても、第１の電圧から該第１の電圧よりも低い第２の電圧まで立ち下がった後に上記第１の電圧まで立ち上がる引き押しタイプのものであってもよい。
【００４３】
上記各圧電素子２３への駆動電圧の印加は、インクジェットヘッド１及びキャリッジ３１を主走査方向において記録紙４１の一端から他端まで略一定速度で移動させているときに所定時間（例えば５０μｓ程度：駆動周波数２０ｋＨｚ）毎に行われ（但し、インクジェットヘッド１が記録紙４１におけるインク滴を着弾させない箇所に達したときには電圧が印加されない）、このことで、記録紙４１の所定位置にインク滴を着弾させる。そして、１走査分の記録が終了すると、搬送モータ及び各搬送ローラ４２により記録紙４１を副走査方向に所定量搬送し、再度、インクジェットヘッド１及びキャリッジ３１を主走査方向に移動させながらインク滴を吐出させて、新たな１走査分の記録を行う。この動作を繰り返すことによって、記録紙４１全体に所望の画像が形成される。
【００４４】
−インク組成−
＜第１実施形態＞
上記記録装置Ａに用いるインクの内、第１実施形態に係るインクは、色材と、上記インクジェットヘッド１のノズル１４等での乾きを抑制する保湿剤と、該インク（溶媒）の記録紙４１内への浸透性を高める浸透剤と、水と、この水がない状態で縮重合反応する水溶性物質とを含有している。
【００４５】
上記色材としての染料は、どのようなものであってもよいが、水溶性の酸性染料又は直接染料であることが好ましい。
【００４６】
一方、色材としての顔料は、次のものが好ましい。つまり、黒顔料としては、カーボンブラック表面をジアゾニウム塩で処理したものや、ポリマーをグラフト重合して表面処理したものが好適である。
【００４７】
また、カラー顔料としては、顔料を、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、リグニスルホン酸、ジオクチルスルホサクシネート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、又は脂肪酸エステル等の界面活性剤で処理したものが好ましい。具体的には、シアン顔料では、例えばピグメントブルー１５：３、ピグメントブルー１５：４、又はアルミニウムフタロシアニン等が挙げられる。また、マジェンタ顔料では、例えばピグメントレッド１２２、又はピグメントバイオレット１９等が挙げられる。さらに、イエロー顔料としては、例えばピグメントイエロー７４、ピグメントイエロー１０９、ピグメントイエロー１１０、又はピグメントイエロー１２８等が挙げられる。
【００４８】
上記保湿剤は、グリセリン、１，３−ブタンジオール等の多価アルコール、又は２−ピロリドンやＮ−メチル−２−ピロリドンのような水溶性の窒素複素環化合物であることが望ましい。
【００４９】
上記浸透剤は、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２−ブトキシエタノール等のような、多価アルコールのモノアルキルエーテルであることが好ましい。
【００５０】
上記水溶性物質は、上記インクジェットヘッド１のノズル１４から吐出されたインク滴が記録紙４１上に付着して、水分（溶媒）が蒸発したり記録紙４１内に浸透したりしたときに上記記録紙４１上で縮重合反応をし、このときに色材を取り囲むことにより、記録紙４１上の画像が水に濡れても、色材がその水中に染み出すのを防止して、その画像の耐水性を向上させる働きをするものである。具体的には、加水分解性シラン化合物や、加水分解性チタン化合物等が一例として挙げられる。この内でも、安定性の観点から、加水分解性シラン化合物（有機ケイ素化合物）が特に好ましい。
【００５１】
また、水溶性物質としてはさらに、アミノ基を有する化合物とした方が、色材との相互作用が強くなり、色材を確実に取り囲むことが可能になるため、より好ましい。
【００５２】
こうした水溶性物質（有機ケイ素化合物）としては、アミノ基を有する有機基を含有するアルコキシシランとアミノ基を含有しないアルコキシシランとの加水分解反応物、又はアミノ基を含有する加水分解性シランに有機モノエポキシ化合物を反応させた加水分解性シランと窒素原子を含有しない加水分解性シランとを加水分解することにより得られる有機ケイ素化合物が好ましい。
【００５３】
そして、本実施形態に係るインクジェット記録用インクには、還元剤がさらに含有されている。
【００５４】
上記還元剤としては、具体的には、ヨウ化ナトリウムやヨウ化カリウム等のヨウ化塩、チオ硫酸ナトリウムやチオ硫酸塩カリウム等のチオ硫酸塩、アセトアルデヒドやプロピオンアルデヒド等のアルデヒド、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類、多糖類又はこれらの糖類の還元誘導体（糖アルコールデオキシ糖、グリカール）、酸化誘導体（アルドン酸、ウロン酸、糖酸）、脱水誘導体（グリコセエン、アンヒドロ糖）、アミノ糖、及びチオ糖等の糖類、並びにＬ−アスコルビン酸とすればよい。
【００５５】
また、上記還元剤は、上記ヨウ化塩、チオ硫化塩、アルデヒド、糖類、及びＬ−アスコルビン酸の内のいずれか１種としてもよいし、互いに異なる２種以上としてもよい。
【００５６】
このように、第１実施形態においては、インクジェット記録用インクが、色材と、保湿剤と、浸透剤と、水と、この水がない状態で縮重合反応する水溶性物質としての加水分解性シラン化合物とを含有しているため、このインクを用いて記録装置Ａにより記録紙４１に画像を形成した場合には、インク滴が記録紙４１上に付着したときに、保湿剤と浸透剤と水とからなる溶媒がこの記録紙４１内に速やかに浸透するようになる。これにより、シラン化合物が縮重合反応してこの縮重合反応したシラン化合物が色材を取り囲むことになり、記録紙４１上の画像が水に濡れても、色材がその水中に染み出すことが防止される。
【００５７】
そして、第１実施形態に係るインクには、還元剤がさらに含有されていることで、インク中の溶存酸素によって色材が酸化されることが防止される。このため、このインクを高温環境下で長期保存してもインクの変退色を防止することができる。
【００５８】
また、インク中の溶存酸素によってシラン化合物（アミノアルキルシラン）が酸化されることも、同様に防止される。これにより、高温環境下でインクを長期保存しても、シラン化合物と色材との強い相互作用が維持されるため、長期保存後のインクによって記録紙４１上に画像を形成したときでも、色材が縮重合反応したシラン化合物によって確実に取り込まれるようになり、その結果、初期状態のインクと変わらない高レベルの耐水性を確保することができる。
【００５９】
こうして、第１実施形態に係るインクでは、還元剤を含有させることにより、インクの保存性を向上させることができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るインクは、第１実施形態に係るインクと同様に、色材と、保湿剤と、浸透剤と、水と、この水がない状態で縮重合反応する水溶性物質（例えば加水分解性シラン化合物）とを含有している。これらのインク成分は、第１実施形態で説明した通りであるため、ここでは、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
そして、第２実施形態に係るインクは、還元剤を含有していないが、その溶存酸素の濃度が４ｐｐｍ以下に設定されている。
【００６２】
このように、インク中の溶存酸素の濃度を４ｐｐｍ以下にするには、例えばインクを中空糸膜に通すことによって行えばよい。
【００６３】
また、これとは異なり、インクの脱気を行うことで、インク中の溶存酸素の濃度を４ｐｐｍ以下にするようにしてもよい。具体的には、数十ｍｍＨｇ（数ｋＰａ）程度に減圧した密閉容器内にインクを入れることで、脱気を行えばよい。
【００６４】
このように、第２実施形態に係るインクは、通常のインク（溶存酸素の濃度が７〜８ｐｐｍ程度）に比べて、溶存酸素の濃度を略半分以下とすることによって、このインクを高温環境下で長期保存しても、色材が酸化されることが防止される。その結果、インクの変退色を防止することができる。
【００６５】
また、インク中のシラン化合物（アミノアルキルシラン）が酸化されることも防止されるため、高温環境下で長期保存後のインクによって画像を形成したときでも、色材が縮重合反応したシラン化合物によって確実に取り込まれるようになり、その結果、初期状態のインクと変わらない高レベルの耐水性を確保することができる。
【００６６】
さらに、インクを中空糸膜に通したり、インクの脱気を行ったりした場合には、インク中の溶存空気の濃度も低下する。これにより、インクジェットヘッド１内において、圧力変動に伴う気泡の発生が防止され、その結果、インクの吐出性を向上させることができるようにもなる。
【００６７】
こうして、第２実施形態に係るインクでは、溶存酸素の濃度を４ｐｐｍ以下にすることで、インクの保存性を向上させることができる。
【００６８】
尚、第２実施形態に係るインクに還元剤を含有させてもよい。つまり、還元剤を含有するインクであって、溶存酸素の濃度が４ｐｐｍ以下のインクとしてもよい。こうすることで、色材の酸化及び水溶性物質の酸化が、共に高レベルで防止され、インクの保存性をより一層向上させることができる。
【００６９】
＜他の実施形態＞
尚、上記各実施形態では、水がない状態で縮重合反応する水溶性物質として、加水分解性シラン化合物を含有させたが、インクジェットヘッド１のノズル１４から吐出されたインク滴が記録紙４１上に付着して水分（溶媒）が蒸発したり記録紙４１内に浸透したりしたときに縮重合反応して色材を取り囲むものであれば、どのようなものであってもよい。
【００７０】
また、上記各実施形態では、インクに浸透剤を含有させたが、浸透剤は本実施形態に係るインクの必須の成分ではない。但し、インクに浸透剤を含有させた方が、インクの溶媒が速やかに記録紙４１内に浸透するようになり、これにより、画像の耐水性をより一層向上させることができる。
【００７１】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。
【００７２】
先ず、以下の組成（各組成物の含有量は質量百分率である）からなる１１種類のインクジェット記録用インクを作製した（実施例１〜実施例１１）。
【００７３】
尚、上記実施例１〜実施例１１の全てにおいて、保湿剤として１，３−ブタンジオールを含有させた。
【００７４】
また、色材としては染料を含有させることとした。
【００７５】
さらに、水がない状態で縮重合反応する水溶性物質として、実施例１〜１１の全てにおいて加水分解性シラン化合物を含有させた。この加水分解性シラン化合物は、以下の方法により作製したものである。すなわち、反応容器に入れた１８０ｇ（１０モル）の水に、１００ｇ（０．５６モル）のＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３と、１６６ｇ（１．１モル）のＳｉ（ＯＣＨ_３）_４との混合物を、室温で一滴ずつ加えた。その全量滴下後に、反応容器の温度を６０℃に高めて１時間撹拌をすることにより得たものである。この加水分解性シラン化合物を、以下、水溶性物質Ａという。
【００７６】
（実施例１）
還元剤としてチオ硫酸ナトリウムを含有させた。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
チオ硫酸ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００７７】
（実施例２）
還元剤としてヨウ化ナトリウムを含有させた。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
ヨウ化ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００７８】
（実施例３）
還元剤としてアセトアルデヒドを含有させた。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
アセトアルデヒド　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００７９】
（実施例４）
還元剤としてＤ−グルコースを含有させた。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
Ｄ−グルコース　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００８０】
（実施例５）
還元剤としてＬ−アスコルビン酸を含有させた。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
Ｌ−アスコルビン酸　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００８１】
（実施例６）
実施例１に対して、染料を代えた。
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１５４　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
チオ硫酸ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００８２】
（実施例７）
実施例１に対して、染料を代えた。
Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１３２　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
チオ硫酸ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００８３】
（実施例８）
実施例１に対して、染料を代えた。
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１９９　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
チオ硫酸ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７３％。
【００８４】
（実施例９）
還元剤を含有しないインクである。但し、インクを中空糸膜（商品名「ＭＨＦ３０４ＥＥＤ」：三菱レイヨン社製）に１回通した。インクの酸素濃度を測定したところ、０．５ｐｐｍであった。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７８％。
【００８５】
（実施例１０）
還元剤を含有しないインクである。但し、インクをデシケータ中で、４０ｍｍＨｇ（約５ｋＰａ）減圧ポンプで３０分間脱気した。インクの酸素濃度を測定したところ、１．５ｐｐｍであった。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７８％。
【００８６】
（実施例１１）
実施例１に対して、浸透剤をさらに含有させた。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
チオ硫酸ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　…５％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル　　　　　　　　　…５％
２−ブトキシエタノール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…３％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…６５％。
【００８７】
（実施例１２）
還元剤を含有せず、浸透剤を含有したインクである。但し、インクを中空糸膜商品名「ＭＨＦ３０４ＥＥＤ」：三菱レイヨン社製）に１回通した。インクの酸素濃度を測定したところ、０．５ｐｐｍであった。
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル　　　　　　　　　…５％
２−ブトキシエタノール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…３％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７０％。
【００８８】
続いて、比較のために、以下の組成（各組成物の含有量は質量百分率である）からなるインクを作製した（比較例）。この比較例のインクは、還元剤を含有しないものであると共に、空気を３０分間バブルさせたものである。インクの酸素濃度を測定したところ、８ｐｐｍであった。
【００８９】
（比較例）
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２８９　　　　　　　　　　…５％
１，３−ブタンジオール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…１２％
水溶性物質Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…５％
純水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…７８％。
【００９０】
次に、上記各実施例１〜１１及び比較例の各インクを用いて、市販のプリンタ（商品名「ＥＭ−９３０Ｃ」：セイコーエプソン社製）で普通紙（商品名「Ｘｅｒｏｘ４０２４」：ゼロックス社製）に画像を印字した。
【００９１】
さらに、上記各実施例１〜１１及び比較例の各インクを７０℃の温度雰囲気下に、５００時間保存した後、上記と同様に、市販のプリンタで普通紙に画像を印字した。
【００９２】
そして、保存前のインクで形成した画像の印字濃度と、保存後のインクで形成した画像の印字濃度をそれぞれマクベス濃度計で測定した。その結果を表１に示す。
【００９３】
【表１】

【００９４】
表１より、実施例１〜１１の各インクでは、保存後における印字濃度が、保存前と比べてほとんど低下しなかったが、比較例のインクでは、保存後は、保存前と比べて印字濃度が３０％以上低下した。
【００９５】
これは、各実施例のインクでは、染料の酸化が防止されてインクの変退色が防止されたのに対し、比較例のインクでは、染料が酸化されてインクが変退色してしまったためと考えられる。
【００９６】
また、上記保存後のインクによって形成した画像上に、純水を流したところ、各実施例のインクで形成した画像は、ほとんどにじみが生じなかったのに対し、比較例のインクで形成した画像は、にじみが生じて画像又は文字が認識できなくなった。
【００９７】
これは、各実施例のインクでは、水溶性物質（アミノアルキルシラン）の酸化が防止されることで、縮重合反応した水溶性物質によって染料が確実に取り囲まれるのに対し、比較例のインクでは、水溶性物質が酸化されることで、縮重合反応した水溶性物質による染料の取り囲みが不十分になってしまったためと考えられる。
【００９８】
尚、実施例としては示していない他の還元剤を含有させたインクにおいても、上記各実施例と同様の結果が得られることが確認された。さらに、各実施例のインクにおいて、染料に代えて顔料を含有させたインクにおいても、同様の結果が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット記録用インクを備えたインクジェット式記録装置を示す概略斜視図である。
【図２】インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドの部分底面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　インクジェットヘッド
１４　　　　　　　　　ノズル
２１　　　　　　　　　圧電アクチュエータ
２３　　　　　　　　　圧電素子
３５　　　　　　　　　インクカートリッジ
４１　　　　　　　　　記録紙（記録媒体）
Ａ　　　　　　　　　　　インクジェット式記録装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technical field related to an inkjet recording ink, an ink cartridge, and a recording apparatus suitable for inkjet recording.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an ink used for inkjet recording, an ink containing a coloring material (dye or pigment), a humectant, and water is well known. However, when an image is formed on a recording medium such as recording paper with an ink containing a coloring material, there is a problem that the image has water resistance, that is, the coloring material seeps into water when the image is wet with water. In particular, plain paper (a wide range of commercially available paper, especially paper used in electrophotographic copying machines, which is not intended to have the optimum structure, composition, characteristics, etc. for inkjet recording) When recorded on paper, the water resistance becomes very poor.
[0003]
Therefore, conventionally, as disclosed in, for example, JP-A-10-212439, JP-A-11-293167 and JP-A-11-315231, an ink contains a hydrolyzable silane compound (organosilicon compound). By doing so, there has been proposed a water-resistant ink that improves the water resistance of an image on a recording medium. By incorporating the silane compound into the ink in this manner, when the ink droplets adhere to the recording medium and evaporate water (solvent) or penetrate into the recording medium, the silane compound remaining on the recording medium Undergoes a polycondensation reaction, and the silane compound subjected to the polycondensation surrounds the coloring material. As a result, even if the image on the recording medium is wet with water, the coloring material is prevented from seeping into the water.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional water-resistant ink has a problem that when stored in a high-temperature environment for a long time (at about 70 ° C. for about 500 hours), discoloration and discoloration occur, for example, even when the ink cartridge is sealed. If the ink is discolored and discolored in this manner, the image quality of the recorded image will be degraded.
[0005]
In addition, it has been found that when an image is formed on a recording medium with ink after being stored for a long time in a high temperature environment, the water resistance of the image is also reduced.
[0006]
It is considered that such discoloration and decrease in water resistance of the ink are due to dissolved oxygen dissolved in the ink.
[0007]
In other words, oxygen is dissolved in the ink during the manufacturing process of the ink, but when the ink is stored for a long time in a high-temperature environment, the dissolved oxygen oxidizes the coloring material in the ink, thereby discoloring the ink. It is thought to be done. In addition, the silane compound contained in the water-resistant ink has an amino group that has strong interaction with the coloring material in order to reliably surround the coloring material during the condensation polymerization reaction. When stored, the aminoalkylsilane is oxidized by the dissolved oxygen in the ink, which may reduce the interaction with the coloring material. As a result, when an image is formed with the ink stored for a long period of time, it is considered that the surroundings of the coloring material by the silane compound become insufficient and the water resistance of the image is reduced.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the storage stability of an inkjet recording ink containing a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water. It is in.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention relates to an inkjet recording ink containing a coloring material, a humectant, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water. Agents.
[0010]
According to this configuration, when the ink adheres to the recording medium (for example, paper) as an ink droplet, water evaporates or penetrates into the recording medium to cause a water-soluble substance to undergo a polycondensation reaction. Surrounds the colorant. In this way, even if the image on the recording medium formed by the ink droplets gets wet with water, the coloring material is prevented from seeping into water, and the water resistance of the image is ensured.
[0011]
Since the ink contains a reducing agent, the coloring material (dye and / or pigment) is prevented from being oxidized by dissolved oxygen in the ink. Therefore, even if the ink is stored for a long time in a high temperature environment, discoloration and discoloration of the ink are prevented.
[0012]
Similarly, since the ink contains a reducing agent, the water-soluble substance is prevented from being oxidized by dissolved oxygen in the ink. As a result, even when an image is formed with the ink that has been stored for a long period of time in a high-temperature environment, the color material is reliably taken in by the condensation polymerization reaction of the water-soluble substance, and as a result, the same level of the ink as the initial state is obtained. High water resistance is ensured.
[0013]
Thus, by including a reducing agent in the ink, the storage stability of the ink is improved.
[0014]
Here, the reducing agent may be at least one of iodide, thiosulfide, aldehyde, saccharide, and L-ascorbic acid. Specifically, from the viewpoint of solubility in water, iodides such as sodium iodide and potassium iodide, thiosulfates such as sodium thiosulfate and potassium thiosulfate, aldehydes such as acetaldehyde and propionaldehyde, monosaccharides, Disaccharides, trisaccharides, tetrasaccharides, polysaccharides or reduced derivatives of these saccharides (sugar alcohol deoxy sugar, glycal), oxidized derivatives (aldonic acid, uronic acid, sugar acid), dehydrated derivatives (glycoseen, anhydro sugar), amino Saccharides such as sugars and thiosugars, and L-ascorbic acid are preferred.
[0015]
The ink jet recording ink according to the second invention is such that the water-soluble substance has an amino group and the concentration of dissolved oxygen is 4 ppm or less.
[0016]
That is, a normal ink has a concentration of dissolved oxygen of 7 to 8 ppm, which is close to a saturated state (the theoretical saturated concentration of oxygen with respect to water is 8.7 ppm (20 ° C.)).
[0017]
On the other hand, in the ink according to the second invention, the dissolved oxygen concentration of the ink is set to a low concentration of 4 ppm or less. As described above, the concentration of the dissolved oxygen in the ink is set to approximately half or less of the normal value, thereby preventing the coloring material from being oxidized even when the ink is stored for a long time in a high-temperature environment. As a result, discoloration of the ink is prevented.
[0018]
In addition, since the water-soluble substance (especially its amino group) is prevented from being oxidized similarly to the coloring material, even when an image is formed with ink after long-term storage in a high-temperature environment, the water-soluble substance and the color The strong interaction with the material ensures that the colorant is taken up by the condensation polymerization product of the water-soluble substance, and as a result, the same level of water resistance as the ink in the initial state is secured.
[0019]
The concentration of dissolved oxygen in the ink can be reduced to 4 ppm or less by, for example, passing the ink through a hollow fiber membrane. Alternatively, the concentration of dissolved oxygen in the ink may be reduced to 4 ppm or less by degassing the ink. When the concentration of dissolved oxygen in the ink is reduced to 4 ppm or less by such a method, bubbles are prevented from being generated in the ink jet head, so that an additional effect of improving the ink ejection property can be obtained.
[0020]
Further, as the concentration of dissolved oxygen in the ink is lower, the effect of preventing oxidation of the coloring material and the oxidation of the water-soluble substance can be obtained. Therefore, the concentration of dissolved oxygen is preferably 3 ppm or less, or 2 ppm or less, and more preferably 1 ppm or less, or 0 (zero) ppm.
[0021]
In the first or second invention, it is preferable that the ink further contains a penetrant.
[0022]
By doing so, the solvent of the ink including the humectant, the penetrant, and the water quickly permeates into the recording medium after the ink adheres to the recording medium (for example, paper). As a result, the condensation polymerization reaction of the water-soluble substance is rapidly performed, and the colorant is reliably surrounded. As a result, the water resistance of the image is further improved.
[0023]
The water-soluble substance is preferably a hydrolyzable silane compound. That is, the silane compound is very preferable from the viewpoint of improving the water resistance.
[0024]
A third invention relates to an ink cartridge provided with an ink jet recording ink containing a coloring material, a humectant, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water. It shall further contain a reducing agent. Thereby, the same function and effect as those of the first invention can be obtained.
[0025]
Further, in the ink cartridge according to the fourth invention, the water-soluble substance contained in the ink has an amino group, and the ink has a dissolved oxygen concentration set to 4 ppm or less. Thereby, the same function and effect as the second invention can be obtained.
[0026]
In the third and fourth inventions as well, by further including a penetrating agent in the ink, the solvent of the ink composed of the humectant, the penetrating agent, and the water is quickly penetrated into the recording medium, and the water resistance is improved. It is preferable to further improve.
[0027]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ink-jet recording ink containing a coloring material, a humectant, water, and a water-soluble substance which undergoes a polycondensation reaction in the absence of the water, and discharges the ink onto a recording medium. According to the recording apparatus for performing the recording, it is assumed that the ink further contains a reducing agent. Thereby, the same function and effect as those of the first invention can be obtained.
[0028]
According to a sixth aspect of the invention, in the recording apparatus, the water-soluble substance contained in the ink has an amino group, and the ink has a dissolved oxygen concentration of 4 ppm or less. Thereby, the same function and effect as the second invention can be obtained.
[0029]
Also in the fifth or sixth aspect of the present invention, the ink further comprises a penetrating agent, whereby the solvent of the ink comprising the humectant, the penetrating agent, and water is promptly penetrated into the recording medium, and the water resistance is improved. Is preferably further improved.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the ink jet recording ink of the present invention, and the ink cartridge and the recording apparatus provided with the ink, the coloring material and the water solubility by the dissolved oxygen in the ink are contained by containing the reducing agent in the ink. Oxidation of the substance can be prevented. As a result, even if the ink is stored for a long time in a high-temperature environment, discoloration and discoloration of the ink can be prevented, and a decrease in the water resistance of the image can be prevented.
[0031]
Further, by reducing the concentration of dissolved oxygen in the ink to a low concentration of 4 ppm or less, even if the ink is stored for a long time in a high-temperature environment, it is possible to prevent the coloring material and the water-soluble substance from being oxidized, The storage stability of the ink can be improved.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
-Recording device configuration-
FIG. 1 schematically shows an ink jet recording apparatus A provided with an ink for ink jet recording according to an embodiment of the present invention. An ink jet head 1 that discharges to a recording paper 41 as a recording medium is provided as described later. The inkjet head 1 is supported and fixed to a carriage 31. The carriage 31 is provided with a carriage motor (not shown). The carriage motor causes the inkjet head 1 and the carriage 31 to move in the main scanning direction (see FIGS. 1 and 2). (In the X direction shown), and is guided by a carriage shaft 32 which reciprocates in that direction.
[0033]
The recording paper 41 is sandwiched between two transport rollers 42 that are driven to rotate by a transport motor (not shown). The transport motor and the transport rollers 42 allow the recording paper 41 to be moved below the inkjet head 1 in the main scanning direction. Are transported in a sub-scanning direction (Y direction shown in FIGS. 1 and 2) perpendicular to the vertical direction.
[0034]
As described above, the inkjet head 1 and the recording paper 41 are relatively moved by the carriage 31, the carriage shaft 32, the carriage motor, and the respective transport rollers 42 and the transport motor.
[0035]
As shown in FIGS. 2 to 4, the inkjet head 1 has a head body in which a plurality of pressure chamber recesses 3 having a supply port 3a for supplying ink and a discharge port 3b for discharging ink are formed. 2 is provided. The recesses 3 of the head main body 2 are opened on the upper surface of the head main body 2 so as to extend in the main scanning direction, and are arranged side by side at substantially equal intervals in the sub scanning direction. The total length of the opening of each recess 3 is set to about 1250 μm, and the width is set to about 130 μm. Note that both ends of the opening of each of the recesses 3 have a substantially semicircular shape.
[0036]
The side wall of each recess 3 of the head main body 2 is formed of a pressure chamber component 6 made of photosensitive glass having a thickness of about 200 μm, and the bottom wall of each recess 3 is bonded and fixed to the lower surface of the pressure chamber component 6. Further, it is constituted by an ink flow path component 7 formed by laminating six stainless steel thin plates. In the ink flow path component 7, a plurality of orifices 8 connected to the supply ports 3a of the recesses 3 respectively, and one supply ink flow path connected to the orifices 8 and extending in the sub-scanning direction are provided. 11 and a plurality of ejection ink flow paths 12 respectively connected to the ejection ports 3b.
[0037]
Each of the orifices 8 is formed in the second thinnest stainless steel plate from the top in the ink flow path component 7 and has a diameter of about 38 μm. The supply ink flow path 11 is connected to the ink cartridge 35, and ink is supplied from the ink cartridge 35 into the supply ink flow path 11.
[0038]
A nozzle plate 9 made of stainless steel and formed with a plurality of nozzles 14 for discharging ink droplets toward the recording paper 41 is adhesively fixed to the lower surface of the ink flow path component 7. The lower surface of the nozzle plate 9 is covered with a water-repellent film 9a. The nozzles 14 are respectively connected to the ejection ink flow paths 12 and communicate with the ejection ports 3 b of the recesses 3 via the ejection ink flow paths 12, respectively. Are provided so as to be arranged in a row in the sub-scanning direction. Each of the nozzles 14 includes a tapered portion in which the nozzle diameter decreases toward the nozzle tip and a straight portion continuously provided on the nozzle tip of the tapered portion. The nozzle diameter of the straight portion is It is set to about 20 μm.
[0039]
A piezoelectric actuator 21 is provided above each recess 3 of the head body 2. Each of the piezoelectric actuators 21 has a Cr vibration plate 22 that covers each recess 3 of the head body 2 and forms a pressure chamber 4 together with the recess 3 while being bonded and fixed to the upper surface of the head body 2. I have. The vibrating plate 22 is made of one common to all the piezoelectric actuators 21 and also serves as a common electrode common to all the piezoelectric elements 23 described later.
[0040]
Each of the piezoelectric actuators 21 includes a Cu intermediate layer 25 at a portion corresponding to the pressure chamber 4 (a portion facing the opening of the concave portion 3) on a side surface (upper surface) of the vibration plate 22 opposite to the pressure chamber 4. And a piezoelectric element 23 made of lead zirconate titanate (PZT), respectively, and joined to a side surface (upper surface) of each piezoelectric element 23 opposite to the vibration plate 22, and each piezoelectric element 23 together with the vibration plate 22. And a Pt individual electrode 24 for applying a voltage (drive voltage) to each of the electrodes.
[0041]
The vibration plate 22, each piezoelectric element 23, each individual electrode 24, and each intermediate layer 25 are all formed of thin films, and the thickness of the vibration plate 22 is about 6 μm, and the thickness of each piezoelectric element 23 is 8 μm or less. (For example, about 3 μm), the thickness of each individual electrode 24 is set to about 0.2 μm, and the thickness of each intermediate layer 25 is set to about 3 μm.
[0042]
Each of the piezoelectric actuators 21 applies a drive voltage to each of the piezoelectric elements 23 via the vibration plate 22 and each of the individual electrodes 24 to thereby correspond to the pressure chamber 4 of the vibration plate 22 (the opening portion of the concave portion 3). Is deformed, the ink in the pressure chamber 4 is ejected from the ejection port 3b or the nozzle 14. That is, when a pulse-like voltage is applied between the vibration plate 22 and the individual electrode 24, the rising of the pulse voltage causes the piezoelectric element 23 to contract in the width direction perpendicular to the thickness direction due to the piezoelectric effect. Since the plate 22, the individual electrodes 24, and the intermediate layer 25 do not shrink, a portion corresponding to the pressure chamber 4 of the vibration plate 22 is deformed in a convex shape toward the pressure chamber 4 due to a so-called bimetal effect. Due to this bending deformation, the pressure in the pressure chamber 4 is increased, and the ink in the pressure chamber 4 is pushed out of the nozzle 14 via the discharge port 3b and the discharge ink flow path 12 by this pressure. When the pulse voltage falls, the piezoelectric element 23 expands, and the portion of the vibration plate 22 corresponding to the pressure chamber 4 returns to the original state. At this time, the ink pushed out from the nozzle 14 The ink is separated from the ink in the path 12 and discharged onto the recording paper 41 as an ink droplet (for example, 3 pl), and adheres to the surface of the recording paper 41 in a dot shape. When the vibration plate 22 returns to the original state from the deformed state due to the convex deformation, the ink is supplied from the ink cartridge 35 into the pressure chamber 4 through the supply ink flow path 11 and the supply port 3a. Is filled. Note that the pulse voltage applied to each piezoelectric element 23 is not limited to the push-pull type as described above, and may be applied after the first voltage falls from the first voltage to the second voltage lower than the first voltage. It may be of a push-pull type that rises to the first voltage.
[0043]
The drive voltage is applied to each of the piezoelectric elements 23 for a predetermined time (for example, about 50 μs) when the inkjet head 1 and the carriage 31 are moved at substantially constant speed from one end to the other end of the recording paper 41 in the main scanning direction. This is performed every drive frequency of 20 kHz (however, no voltage is applied when the ink jet head 1 reaches a position where the ink droplets do not land on the recording paper 41), whereby the ink droplets land at a predetermined position on the recording paper 41. Let it. When printing for one scan is completed, the recording paper 41 is conveyed by a predetermined amount in the sub-scanning direction by the conveying motor and the respective conveying rollers 42, and the ink droplets are again moved while the inkjet head 1 and the carriage 31 are moved in the main scanning direction. Is ejected to perform printing for a new scan. By repeating this operation, a desired image is formed on the entire recording paper 41.
[0044]
-Ink composition-
<First embodiment>
Among the inks used in the recording apparatus A, the ink according to the first embodiment includes a coloring material, a humectant that suppresses drying at the nozzles 14 and the like of the inkjet head 1, and a recording paper 41 of the ink (solvent). It contains a penetrant for increasing permeability into the inside, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water.
[0045]
The dye as the coloring material may be any dye, but is preferably a water-soluble acid dye or a direct dye.
[0046]
On the other hand, the following pigments are preferred as coloring materials. That is, as the black pigment, those obtained by treating the surface of carbon black with a diazonium salt or those obtained by graft-polymerizing a polymer and surface-treating it are preferable.
[0047]
Further, as the color pigment, those obtained by treating a pigment with a surfactant such as a formalin condensate of naphthalene sulfonate, lignisulfonic acid, dioctyl sulfosuccinate, polyoxyethylene alkylamine, or a fatty acid ester are preferable. Specifically, examples of cyan pigments include Pigment Blue 15: 3, Pigment Blue 15: 4, and aluminum phthalocyanine. Examples of the magenta pigment include Pigment Red 122 and Pigment Violet 19. Further, examples of the yellow pigment include Pigment Yellow 74, Pigment Yellow 109, Pigment Yellow 110, and Pigment Yellow 128.
[0048]
The humectant is desirably a polyhydric alcohol such as glycerin or 1,3-butanediol, or a water-soluble nitrogen heterocyclic compound such as 2-pyrrolidone or N-methyl-2-pyrrolidone.
[0049]
The penetrant is preferably a monoalkyl ether of a polyhydric alcohol, such as diethylene glycol monobutyl ether, 2-butoxyethanol and the like.
[0050]
The water-soluble substance is recorded when ink droplets ejected from the nozzles 14 of the inkjet head 1 adhere to the recording paper 41 and water (solvent) evaporates or permeates into the recording paper 41. By conducting a polycondensation reaction on the paper 41 and surrounding the coloring material at this time, even if the image on the recording paper 41 is wet with water, the coloring material is prevented from seeping into the water, and the It functions to improve water resistance. Specifically, a hydrolyzable silane compound, a hydrolyzable titanium compound, etc. are mentioned as an example. Among these, a hydrolyzable silane compound (organosilicon compound) is particularly preferable from the viewpoint of stability.
[0051]
Further, it is more preferable to use a compound having an amino group as the water-soluble substance, since the interaction with the coloring material becomes stronger and the coloring material can be reliably surrounded.
[0052]
Examples of such a water-soluble substance (organosilicon compound) include a hydrolysis reaction product of an alkoxysilane containing an organic group having an amino group and an alkoxysilane not containing an amino group, or a hydrolyzable silane containing an amino group. An organosilicon compound obtained by hydrolyzing a hydrolyzable silane reacted with a monoepoxy compound and a hydrolyzable silane containing no nitrogen atom is preferable.
[0053]
Further, the ink for inkjet recording according to the present embodiment further contains a reducing agent.
[0054]
Specific examples of the reducing agent include iodides such as sodium iodide and potassium iodide; thiosulfates such as sodium thiosulfate and potassium thiosulfate; aldehydes such as acetaldehyde and propionaldehyde; monosaccharides; Saccharides, trisaccharides, tetrasaccharides, polysaccharides or reduced derivatives of these saccharides (sugar alcohol deoxysugar, glycal), oxidized derivatives (aldonic acid, uronic acid, saccharic acid), dehydrated derivatives (glycoseen, anhydrosugar), amino sugars And saccharides such as thiosugar, and L-ascorbic acid.
[0055]
Further, the reducing agent may be any one of the above-mentioned iodides, thiosulfides, aldehydes, saccharides, and L-ascorbic acid, or may be two or more different from each other.
[0056]
As described above, in the first embodiment, the inkjet recording ink is formed of a colorant, a humectant, a penetrant, water, and a hydrolyzable water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water. Since the ink contains the silane compound, when an image is formed on the recording paper 41 by the recording apparatus A using this ink, when the ink droplets adhere to the recording paper 41, the humectant and the penetrant are used. The solvent composed of water quickly permeates into the recording paper 41. As a result, the silane compound undergoes a polycondensation reaction, and the silane compound that has undergone the polycondensation reaction surrounds the coloring material, so that even if the image on the recording paper 41 is wet with water, the coloring material can seep into the water. Is prevented.
[0057]
The ink according to the first embodiment further contains a reducing agent, so that oxidation of the coloring material by dissolved oxygen in the ink is prevented. For this reason, even if this ink is stored for a long time in a high temperature environment, discoloration and discoloration of the ink can be prevented.
[0058]
Also, oxidation of the silane compound (aminoalkylsilane) by dissolved oxygen in the ink is similarly prevented. Accordingly, even when the ink is stored for a long time in a high-temperature environment, the strong interaction between the silane compound and the coloring material is maintained. Therefore, even when an image is formed on the recording paper 41 with the ink after the long-term storage, the color The material is reliably taken in by the silane compound subjected to the polycondensation reaction, and as a result, a high level of water resistance equivalent to that of the ink in the initial state can be secured.
[0059]
Thus, in the ink according to the first embodiment, the preservability of the ink can be improved by including the reducing agent.
[0060]
<Second embodiment>
The ink according to the second embodiment is, like the ink according to the first embodiment, a colorant, a humectant, a penetrant, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water (for example, (Hydrolyzable silane compound). Since these ink components are as described in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here.
[0061]
The ink according to the second embodiment does not contain a reducing agent, but has a dissolved oxygen concentration of 4 ppm or less.
[0062]
As described above, the concentration of dissolved oxygen in the ink can be reduced to 4 ppm or less by, for example, passing the ink through a hollow fiber membrane.
[0063]
Alternatively, the concentration of dissolved oxygen in the ink may be reduced to 4 ppm or less by degassing the ink. Specifically, degassing may be performed by putting ink in a closed container reduced in pressure to about several tens mmHg (several kPa).
[0064]
As described above, the ink according to the second embodiment can reduce the concentration of the dissolved oxygen to approximately half or less of that of the normal ink (the concentration of the dissolved oxygen is about 7 to 8 ppm), thereby making the ink in a high-temperature environment. Oxidation of the coloring material is prevented even after long-term storage. As a result, discoloration and discoloration of the ink can be prevented.
[0065]
Further, since the silane compound (aminoalkylsilane) in the ink is also prevented from being oxidized, even when an image is formed with the ink after long-term storage in a high-temperature environment, the silane compound in which the color material undergoes a polycondensation reaction is used. As a result, the ink is reliably taken in, and as a result, a high level of water resistance equivalent to that of the ink in the initial state can be secured.
[0066]
Further, when the ink is passed through the hollow fiber membrane or when the ink is degassed, the concentration of the dissolved air in the ink also decreases. Thus, the generation of bubbles due to the pressure fluctuation in the inkjet head 1 is prevented, and as a result, the ejection property of the ink can be improved.
[0067]
Thus, in the ink according to the second embodiment, the storage stability of the ink can be improved by setting the concentration of dissolved oxygen to 4 ppm or less.
[0068]
Note that a reducing agent may be included in the ink according to the second embodiment. In other words, the ink may contain a reducing agent, and the concentration of dissolved oxygen may be 4 ppm or less. By doing so, both the oxidation of the coloring material and the oxidation of the water-soluble substance are prevented at a high level, and the storability of the ink can be further improved.
[0069]
<Other embodiments>
In each of the above embodiments, a hydrolyzable silane compound is contained as a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water, but ink droplets ejected from the nozzle 14 of the inkjet head 1 Any material may be used as long as it is capable of undergoing a condensation polymerization reaction when water (solvent) evaporates or penetrates into the recording paper 41 and surrounds the coloring material.
[0070]
In the above embodiments, the penetrant is included in the ink, but the penetrant is not an essential component of the ink according to the present embodiment. However, when the penetrant is contained in the ink, the solvent of the ink permeates into the recording paper 41 more quickly, whereby the water resistance of the image can be further improved.
[0071]
【Example】
Next, a specific embodiment will be described.
[0072]
First, 11 types of inks for inkjet recording having the following compositions (the content of each composition is a percentage by mass) were produced (Examples 1 to 11).
[0073]
In all of Examples 1 to 11, 1,3-butanediol was contained as a humectant.
[0074]
In addition, a dye was included as a coloring material.
[0075]
Further, a hydrolyzable silane compound was contained in all of Examples 1 to 11 as a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water. This hydrolyzable silane compound is produced by the following method. That is, 100 g (0.56 mol) of NH was added to 180 g (10 mol) of water in a reaction vessel. ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ Si (OCH ₃ ) ₃ And 166 g (1.1 mol) of Si (OCH ₃ ) ₄ Was added dropwise at room temperature. After dropping the whole amount, the temperature of the reaction vessel was raised to 60 ° C. and the mixture was stirred for 1 hour. This hydrolyzable silane compound is hereinafter referred to as a water-soluble substance A.
[0076]
(Example 1)
Sodium thiosulfate was included as a reducing agent.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Sodium thiosulfate… 5%
Pure water: 73%.
[0077]
(Example 2)
Sodium iodide was included as a reducing agent.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Sodium iodide… 5%
Pure water: 73%.
[0078]
(Example 3)
Acetaldehyde was included as a reducing agent.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Acetaldehyde… 5%
Pure water: 73%.
[0079]
(Example 4)
D-glucose was contained as a reducing agent.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
D-glucose: 5%
Pure water: 73%.
[0080]
(Example 5)
L-ascorbic acid was contained as a reducing agent.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
L-ascorbic acid… 5%
Pure water: 73%.
[0081]
(Example 6)
Example 1 was replaced by a different dye.
C. I. Direct Black 154… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Sodium thiosulfate… 5%
Pure water: 73%.
[0082]
(Example 7)
Example 1 was replaced by a different dye.
C. I. Direct Yellow 132… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Sodium thiosulfate… 5%
Pure water: 73%.
[0083]
(Example 8)
Example 1 was replaced by a different dye.
C. I. Direct Blue 199… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Sodium thiosulfate… 5%
Pure water: 73%.
[0084]
(Example 9)
This ink does not contain a reducing agent. However, the ink was passed through a hollow fiber membrane (trade name “MHF304EED”: manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) once. When the oxygen concentration of the ink was measured, it was 0.5 ppm.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Pure water: 78%.
[0085]
(Example 10)
This ink does not contain a reducing agent. However, the ink was degassed in a desiccator with a 40 mmHg (about 5 kPa) vacuum pump for 30 minutes. When the oxygen concentration of the ink was measured, it was 1.5 ppm.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Pure water: 78%.
[0086]
(Example 11)
A penetrant was further added to Example 1.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Sodium thiosulfate… 5%
Diethylene glycol monobutyl ether… 5%
2-butoxyethanol 3%
Pure water: 65%.
[0087]
(Example 12)
This ink does not contain a reducing agent but contains a penetrant. However, the ink was passed once through a hollow fiber membrane trade name "MHF304EED" (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.). When the oxygen concentration of the ink was measured, it was 0.5 ppm.
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Diethylene glycol monobutyl ether… 5%
2-butoxyethanol 3%
Pure water ... 70%.
[0088]
Subsequently, an ink having the following composition (the content of each composition is a percentage by mass) was prepared for comparison (Comparative Example). The ink of this comparative example does not contain a reducing agent, and has air bubbled for 30 minutes. When the oxygen concentration of the ink was measured, it was 8 ppm.
[0089]
(Comparative example)
C. I. Acid Red 289… 5%
1,3-butanediol ... 12%
Water-soluble substance A: 5%
Pure water: 78%.
[0090]
Next, using a commercially available printer (trade name “EM-930C”, manufactured by Seiko Epson Corporation) and using plain paper (trade name “Xerox4024”, manufactured by Xerox Corporation) using the inks of Examples 1 to 11 and Comparative Examples described above. ) The image was printed.
[0091]
Further, each of the inks of Examples 1 to 11 and Comparative Example was stored for 500 hours in a 70 ° C. temperature atmosphere, and then an image was printed on plain paper using a commercially available printer in the same manner as described above.
[0092]
Then, the print density of the image formed with the ink before storage and the print density of the image formed with the ink after storage were measured with a Macbeth densitometer. Table 1 shows the results.
[0093]
[Table 1]

[0094]
From Table 1, it can be seen that the print density of each of the inks of Examples 1 to 11 after storage hardly decreased compared to that before storage, but the ink of the comparative example after printing had a higher print density than that before storage. Decreased by 30% or more.
[0095]
This is thought to be because the ink of each example prevented oxidation of the dye and prevented discoloration of the ink, whereas the ink of the comparative example oxidized the dye and discolored the ink. Can be
[0096]
Further, when pure water was flowed on the image formed with the ink after storage, the image formed with the ink of each example hardly bleed, whereas the image formed with the ink of the comparative example The image or characters could not be recognized due to bleeding.
[0097]
This is because in the inks of the respective examples, the oxidation of the water-soluble substance (aminoalkylsilane) is prevented, so that the dye is reliably surrounded by the water-soluble substance that has undergone the condensation polymerization reaction, whereas the ink of the comparative example has the same. It is probable that the oxidation of the water-soluble substance caused insufficient coverage of the dye by the water-soluble substance subjected to the polycondensation reaction.
[0098]
In addition, it was confirmed that the same results as those of the above-described examples can be obtained with inks containing other reducing agents not shown in the examples. Furthermore, it was confirmed that the same results were obtained with the inks of the examples in which the pigments were used instead of the dyes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an ink jet recording apparatus provided with an ink for ink jet recording according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial bottom view of an ink jet head of the ink jet recording apparatus.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1 inkjet head
14 nozzles
21 Piezoelectric actuator
23 Piezoelectric element
35 ink cartridge
41 Recording paper (recording medium)
A Inkjet recording device

Claims

A colorant, a humectant, water, and an inkjet recording ink containing a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water,
An ink for ink-jet recording, further comprising a reducing agent.

In claim 1,
The ink for inkjet recording, wherein the reducing agent is at least one of an iodide salt, a thiosulfide salt, an aldehyde, a saccharide, and L-ascorbic acid.

A colorant, a humectant, water, and an inkjet recording ink containing a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water,
The water-soluble substance has an amino group,
An ink for inkjet recording, wherein the concentration of dissolved oxygen is 4 ppm or less.

In any one of claims 1 to 3,
An ink for ink-jet recording, further comprising a penetrant.

In any one of claims 1 to 3,
The ink for inkjet recording, wherein the water-soluble substance is a hydrolyzable silane compound.

An ink cartridge provided with an ink jet recording ink containing a coloring material, a humectant, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water,
The ink cartridge according to claim 1, wherein the ink further contains a reducing agent.

An ink cartridge provided with an ink jet recording ink containing a coloring material, a humectant, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water,
The water-soluble substance has an amino group,
In the ink cartridge, the concentration of dissolved oxygen in the ink is set to 4 ppm or less.

In claim 6 or claim 7,
The ink cartridge, wherein the ink further contains a penetrant.

A recording apparatus that includes an ink jet recording ink containing a coloring material, a humectant, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water, and performs recording by discharging the ink onto a recording medium. So,
The recording apparatus, wherein the ink further contains a reducing agent.

A recording apparatus that includes an ink jet recording ink containing a coloring material, a humectant, water, and a water-soluble substance that undergoes a polycondensation reaction in the absence of water, and performs recording by discharging the ink onto a recording medium. So,
The water-soluble substance has an amino group,
The recording apparatus according to claim 1, wherein the concentration of dissolved oxygen in the ink is set to 4 ppm or less.

In Claim 9 or Claim 10,
A recording device, wherein the ink further contains a penetrant.