JP2004059931A - 染料型インクジェットインクのプリント品質を改善するための陽イオン界面活性剤の使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ペンの性能と信頼性を犠牲にすることなく、且つプリンタ及びソフトウェア設計の複雑さを低減した状態で、インクジェットプリントのプリント品質と信頼性をさらに改善する。
【解決手段】陰イオン着色剤、直鎖陽イオン界面活性剤、並びに短鎖のアルコール、ジオール及びそれらの組合せから成る群から選択された成分を含有するインクジェットインク。
　当該インクは、媒体上にシャープでスムーズなエッジのテキストプリントで優れたイメージングを有する優れたインクジェットプリント及び全体的な印刷品質の向上を提供する。水性インクのそれぞれは、陰イオン着色剤、短鎖のアルコール又はジオール及び直鎖陽イオン界面活性剤を含有する。
【選択図】なし

Description

　本発明は、概して、インクジェット印刷に関し、より詳細には、普通紙上での染料型インクのプリント品質、特にエッジのぎざぎざ／エッジの鋭さに関して、改善するための特有のインク調合物に関する。

　インクジェット印刷は、インク液滴をプリント媒体上に特定の順序で堆積させて、その上に英数字、領域充填、及びその他のパターンを形成するノンインパクト印刷工程である。低コスト並びにハードコピー出力の高品質は比較的雑音のない運転と相まって、インクジェットプリンタをコンピュータと併用される他方式のプリンタに代わってポピュラーなものとした。それらの最近の成功にも関わらず、インクジェット印刷の品質を改善するために、集中的な研究及び開発努力が継続されている。インクジェット印刷、特に写真プリントの分野での関心の急激な高まりは、妥当なコストで高品質のプリントを作り出したいという要望となっている。インクジェットプリントのプリント品質をさらに改善するべく挑戦が続けられているのである。ディジタル写真用としてのインクジェットプリントの利用の出現は、正確な色を有し、耐久性があり、且つ色の帯状化を示さない高解像度の画像を要求する。本発明により、ブラックの追加は、画像の暗い領域における細部の修飾を増大させ、従って最良の結果を得るには、ブラックインクが必要であることが見出されている。

　普通紙上でのテキスト品質に関して、染料型インクはエッジの鋭さを低下させる、紙繊維に沿うウィック（毛細管現象でインクが染み出す現象）を起こす傾向があることから、顔料型ブラックが好まれている。しかし、顔料型ブラックと染料型カラーとは、写真媒体上で十分な画像品質を得る為には、組み合わされない。染料型インクのエッジの鋭さ／テキスト品質を改善することにより、普通紙のテキストと写真媒体上の画像の両方に、１つのブラックの使用が可能になる。

　本発明は、また、陽イオン界面活性剤を使用して普通紙上の染料型ブラックインクのエッジの鋭さを改善する方法にも関連する。

　ヒューレット・パッカード社から入手可能なＤｅｓｉｇｎＪｅｔ（登録商標）プリンタのような、カラーインクジェットプリンタは、典型的に、異なった色調の３種のインク、即ち、マゼンタ、イエロー及びシアン、並びに任意選択でブラックを使用する。インク作製に用いられる着色剤（例えば染料）の特有のセットは、「一次染料セット(primary dye set)」と呼ばれる。一次染料セットの種々の組合せを使って色の、例えば二次色の、スペクトルを作り出すことができる。

　一般に、カラーインクジェット印刷の為の良好なインクセットは、インクジェットペン及び印刷システムと適合しなければならない。インクジェットインクに要求される幾つかの特性には、インク溶液の十分な安定性、適切な粘性、適切な表面張力、プリントヘッド構成要素との有害な反応がないこと、ビヒクル（媒質）における染料の高溶解性、使用者の安全性及び高い色飽和が含まれる。インクについてのその他の極めて望ましい特性は、普通紙だけでなく写真上において、ウィック現象が最小で、文字がはっきりと表されたテキストとすることである。

　前記の特性の１つまたは２つ以上を有するインクは知られている。しかし、１つの特性の改良は、しばしば、別の特性を劣化させることになるので、前記の特性の全てを備えたインクはほとんど知られていない。従って、商用に供される多くのインクは、前記の考慮事項のそれぞれについて少なくとも適切な応答を明らかに示すインクを得ようとする試みの妥協の産物である。例えば、銀ハロゲン化物のプリントに匹敵する色域を得ることができるインクは知られているが、ソフトウェアの操作無しでは、くっきりして、ぼやけていない文書のプリントに要求される、シャープで平坦なエッジの外観を得ることができない。従って、改善された諸特性を有し且つ１つの性質を改善するのに他を犠牲にしないインク調合物を開発することについて、研究が続けられている。このように、ペンの性能と信頼性を犠牲にすることなく、且つプリンタ及びソフトウェア設計の複雑さを低減しながらも、インクジェットプリントのプリント品質と信頼性をさらに改善する必要性は当分野に存在するのである。

　本発明により、インクジェットインクの使用に適するインクとその調合方法が提供される。直鎖状の陽イオン界面活性剤、及び短鎖のアルコール又はジオールの使用によって、ある種の陰イオン染料の組合せにより相乗効果を生じ得ることが見出されている。この組合せは、良好なプリント属性、特に、普通紙（ボンド、１００％綿繊維、及び複写機用紙）上でのテキスト品質のための平坦でシャープなエッジおよび良好なインクの安定性を与えるインク調合物のベースを提供する。本発明のインクは、エッジの鋭さが改善されているので、より優れた普通紙テキスト品質をもたらす。

　本発明のインクは、また、陽イオン界面活性剤の添加に起因して実質的に比較的高い粘度（約５〜約８ｃｐｓ）を有する。

　アルコール及び直鎖アルカンジオールは、インクのクラスティング（外皮形成）を低減させるために、湿潤剤としてしばしばインクビヒクルに添加されてきた。しかし湿潤剤だけではたいてい線幅を広くし且つ得られたインクのウィック現象を助長する。驚いたことに、選択されたアルコール又はアルカンジオールと陽イオン界面活性剤との間に存在する相乗効果は、調合者が溶液からの着色剤の沈殿又は「粉砕（ｃｒａｓｈｉｎｇ）」のない状態で陰イオン着色剤を陽イオン界面活性剤と結合させることが可能な、極めて安定な調合物を生じさせる。過去においては、ブリードを制御するのに陰イオンインクと陽イオンインク又はその他の溶液を使用することが一般的であった。これらの状態では、２液がプリント媒体上で接触すると陰イオン着色剤は沈殿し、それによって着色剤をプリント表面に固化する。現時点では、着色剤の沈殿を引き起こすことなく、陰イオンと陽イオンの両方を含んでいる安定な溶液を調合し得ることが見出されている。さらに理論に制約されることなく、それは陰イオン着色剤への陽イオン界面活性剤の添加によってインクの粘度が高められ、それがドットの拡散を遅延させて比較的シャープなエッジを生じさせると考えられる。この調合物は、典型的な紙媒体のどれに対しても適切に作用する。

　本発明の実施に際して、染料型水性インクは、それぞれ、カラーインクの調合物中に、約０．１〜約２０ｗｔ％の少なくとも１つの陰イオン染料と、約１〜約３０ｗｔ％の少なくとも１つの短鎖のアルコール又はジオールと、約０．５〜約６ｗｔ％の少なくとも１つの陽イオン界面活性剤とを含有する。加えて、緩衝剤、殺生物剤、及び金属キレート化剤から成る群から他とは独立に選択されたものを含むその他の成分と、バランス量の水を添加していてよい。

　本発明は、特にテキストのエッジの鋭さに利用され、従って染料型のブラックインクには特に有益である。着色されたテキストでのエッジの鋭さは、今のところ重要とは考えられないが、この方法はシアン、マゼンタ及びイエロー染料に対して及び他の何らかの染料に対しても機能する。

　上述の如く、本発明により、インクジェットインクの使用に適するインクとその調合方法が提供される。直鎖状の陽イオン界面活性剤、及び短鎖のアルコール又はジオールの使用を通じて、ある種の陰イオン染料の組合せにより相乗効果を生じ得ることが見出され、この組合せにより、良好なプリント属性、特に、普通紙（ボンド、１００％綿繊維、及び複写機用紙）上でのテキスト品質のための平坦でシャープなエッジおよび良好なインクの安定性を与えるインク調合物のベースが提供される。本発明のインクは、エッジの鋭さが改善されているので、より優れた普通紙テキスト品質をもたらすことができる。また本発明により、インクジェットペンの性能と信頼性を犠牲にすることなく、且つプリンタ及びソフトウェア設計の複雑さを低減した状態で、インクジェットプリントのプリント品質と信頼性をさらに改善することができる。

　本明細書は、本発明と考えるものを特に指摘し且つ明確に範囲請求する特許請求の範囲によって結論付けられるとはいえ、本発明の利点は、以下の本発明の記述によって更に容易に確認することができる。

　本明細書における全ての濃度は、別途指示しない限り、全インク組成物における重量パーセント（wt％）である。全ての成分の純度は、インクジェットインクとして通常の商用に供されている純度である。

　当業者は、本明細書に特に開示されていない追加的実施態様も、特許請求された本発明の範囲内であると理解するであろう。
着色剤
　本発明の実施に際して、染料型水性インクは、それぞれ、カラーインクの調合物中に、約０．１〜約２０ｗｔ％の少なくとも１つの陰イオン染料を含有する。
染料
　染料は、それが水溶性であろうと水不溶性であろうと、本発明の実施において採用することができる。水溶性染料の例としては、スルホン酸塩及びカルボン酸塩染料、特に、インクジェットインクに通常用いられているものが含まれる。特定の例としては、全てアルドリッチ ケミカル社から入手可能な、Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｌａｃｋ　１６８、Ｋ１３３４、Ｓｕｌｆｏｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ（スルホン酸塩）、Ａｃｉｄ　Ｂｌｕｅ　１１３（スルホン酸塩）、Ａｃｉｄ　Ｂｌｕｅ　２９（スルホン酸塩）、Ａｃｉｄ　Ｒｅｄ　４（スルホン酸塩）、Ｒｏｓｅ　Ｂｅｎｇａｌ（カルボン酸塩）、Ａｃｉｄ　Ｙｅｌｌｏｗ　１７（スルホン酸塩）、Ａｃｉｄ　Ｙｅｌｌｏｗ　２９（スルホン酸塩）、Ａｃｉｄ　Ｙｅｌｌｏｗ　４２（スルホン酸塩）、Ａｃｒｉｄｉｎｅ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｇ（スルホン酸塩）がある。水不溶性染料の例は、アゾ、キサンテン、メチン、ポリメチン、及びアントロキノン染料を含む。水不溶性染料の特定例としては、チバガイギー　Ｏｒａｓｏｌ　Ｂｌｕｅ　ＧＮ、チバガイギー　Ｏｒａｓｏｌ　Ｐｉｎｋ、及びチバガイギー　Ｏｒａｓｏｌ　Ｙｅｌｌｏｗが含まれる。本発明の他の調合成分と使用でき且つ相容性である染料はどれも着色剤として用いてもよい。
ビヒクル
　本発明のインクは、次の成分から成る水性ビヒクルを（全インク組成のｗｔ％で）含有する。約１〜約３０ｗｔ％の、好ましくは約５〜約２０ｗｔ％の少なくとも１つの短鎖のアルコール又はジオール。好ましくはそのアルコール又はジオールは、約７個又はそれ未満の炭素鎖を有する。ここで有用な好ましいアルコールは３−ピリジルカルビノールを含む。さらにここで有用な好ましい溶媒は２−ピロリジノンを含む。本発明の陽イオン界面活性剤は、インク組成物の約０．５〜約６ｗｔ％、好ましくは約１〜約５ｗｔ％の量で存在する。溶解度の限界のため、より好ましい陽イオン界面活性剤は、約８〜約１８個の炭素の先端基を有する。さらに、緩衝剤、殺生物剤、及び金属キレート化剤から成る群から他とは独立に選択されたものを含むその他の成分をそれぞれ３ｗｔ％までの範囲（０〜約３ｗｔ％）の量で添加してもよく、バランス量の水を添加してもよい。
アルコール
　炭素数７又はそれ未満の、好ましくは炭素数約３〜約７の直鎖又は分岐鎖のモノ又はジオールのどれでも用いることができる。ここで使用される２つの好ましいアルコール／ジオール溶媒は、イソプロピルアルコールと分岐していないグリコールエーテルである。
陽イオン界面活性剤
　炭素数約８〜約１８の炭化水素基（先端基：head group）を有する陽イオン界面活性剤はどれもここで用いることができるが、好ましい界面活性剤は、次の構造を有する。

　Ｒ−Ｎ（Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３）
　ここで、Ｒは炭素数約８〜１８の基（炭化水素基）であってよく、Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３は、その任意の組合せで炭素数１〜４の基（炭化水素基）であってよい。
緩衝剤
　本発明のインクは、任意に０〜約３ｗｔ％の緩衝剤を含む。より好ましくは、当該インクは、約０．１〜約０．５ｗｔ％の緩衝剤を含み、約０．１〜約０．３ｗｔ％の濃度が最も好ましい。

　本発明の実施に際してｐＨ調節のために用いられる緩衝剤は、有機系生物緩衝剤又は無機緩衝剤であってよく、好ましくは有機系である。さらに採用される緩衝剤は、発明の実施において約３〜約９、好ましくは約６．５〜約８、そして最も好ましくは約７．２〜７．８の範囲のｐＨを維持しなければならない。好ましく用いられる緩衝剤の例には、アルドリッチ　ケミカル社（ウィスコンシン州ミルウォーキー）のような会社から入手可能なＴｒｉｚｍａ　Ｂａｓｅ、４−モルホリンエタンスルホン酸（ＭＥＳ）、ｂ−ヒドロキシ−４−モルホリンプロパンスルホン酸（ＭＯＰＳＯ）、及び４−モルホリンプロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）が含まれる。最も好ましくは、Ｔｒｉｚｍａ　Ｂａｓｅが本発明の実施に採用される。
金属キレート化剤
　本発明のインクは、任意に０〜約３ｗｔ％の金属キレート化剤を含む。より好ましくは、当該インクは約０．１〜約０．５ｗｔ％の金属キレート化剤を含み、約０．１〜約０．３ｗｔ％の濃度が最も好ましい。

　採用される金属キレート化剤は、インク中に存在することがある金属イオンを結合するのに用いられる。好ましく用いられる金属キレート化剤の例には、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、トランス−１，２−ジアミノシクロヘキサン四酢酸（ＣＤＴＡ）、（エチレンジオキシ）ジエチレンジニトリロ四酢酸（ＥＧＴＡ）、又は金属陽イオンを結合できるその他のキレート化剤が含まれる。より好ましくはＥＤＴＡ及びＤＴＰＡ、そして最も好ましくは、二ナトリウム塩の形のＥＤＴＡが本発明の実施に際して用いられる。
殺生物剤
　本発明のインクは、任意に０〜約３ｗｔ％の殺生物剤を含む。より好ましくは当該インクは約０．１〜約０．５ｗｔ％の殺生物剤を含み、約０．１〜約０．３ｗｔ％の濃度が最も好ましい。

　インクジェットインクに通常用いられる殺生物剤はどれも本発明の実施に際し用いてもよい。それらには、例えば、ヒュルスアメリカ社（ニュージャージー州ピスカタウェイ）から入手可能なＮｕｏｓｅｐｔ　９５、ゼネカ社（デラウエア州ウィルミントン）から入手可能なＰｒｏｘｅｌ　ＧＸＬ、及び商標Ｕｃａｒｃｉｄｅ　２５０を付してユニオンカーバイド社（ニュージャージー州バウンドブルック）から市販されているグルタルアルデヒドが含まれる。Ｐｒｏｘｅｌ　ＧＸＬは好ましい殺生物剤である。

　ここに開示された特定のインクセットは、インクジェットカラー印刷において商業的用途を見出すことが期待される。

　インクを調合し、そして本発明の実施において達成される利点、即ち、粘度及びエッジの鋭さの効果を評価するべく、その調合されたインクの種々の特性を鋭意測定した。

注：
　ＥＤＴＡは、エチレンジアミン四酢酸塩である。

　ＤＤＩ水は、蒸留脱イオン水である。

　ｐＨは、ＫＯＨでビヒクルを７．２〜７．３に調節した。

　ＭＯＰＳは、４−モルホリンプロパンスルホン酸である。

　炭素数約８〜約１８の先端基を有する種々の陽イオン界面活性剤を使用した。

Claims (19)

1. 陰イオン着色剤、直鎖陽イオン界面活性剤、並びに短鎖のアルコール、ジオール及びそれらの組合せから成る群から選択された成分を含有するインクジェットインク。
2. 前記インクは、５から８ｃｐｓの間の粘度を有する請求項１に記載のインクジェットインク。
3. 前記の陰イオン着色剤は、組成物の約０．１〜約２０ｗｔ％の量で存在し、好ましくは、前記陰イオン着色剤はブラック染料である請求項１に記載のインクジェットインク。
4. 前記の陽イオン界面活性剤は、組成物の約０．５〜６ｗｔ％の量で存在し、前記短鎖のアルコール又はジオールは、組成物の１〜３０ｗｔ％の量で存在し、且つ前記インクは、さらに緩衝剤、殺生物剤、金属キレート化剤、水及びそれらの混合物から成る群から選択された成分を含有する請求項１に記載のインクジェットインク。
5. さらに、２−ピロリドンを含む請求項１に記載のインクジェットインク。
6. 前記の短鎖のアルコール又はジオールは、７個又はそれ未満の炭素を含む請求項１に記載のインクジェットインク。
7. 前記の短鎖のアルコールは、イソプロピルアルコール、分岐していないグリコールエーテル及びそれらの混合物から成る群から選択される請求項１に記載のインクジェットインク。
8. 前記の陽イオン界面活性剤は、８〜１８個の炭素の先端基を含有する請求項１に記載のインクジェットインク。
9. 前記の陽イオン界面活性剤は、次の構造である請求項８に記載のインクジェットインク。
   　Ｒ−Ｎ（Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３）
   （式中、Ｒは炭素数約８〜１８の基であってよく、Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３は炭素数１〜４の基であってよい）
10. シャープで平坦なエッジを有するテキストプリントを実現する方法であって、陰イオン着色剤、直鎖陽イオン界面活性剤、並びに短鎖のアルコール、ジオール及びそれらの組合せから成る群から選択された成分を含有するインクでプリントすることを包含する方法。
11. 前記インクは、５から８ｃｐｓの間の粘度を有する請求項１０に記載の方法。
12. 前記の陰イオン着色剤は、組成物の０．１〜２０ｗｔ％の量で存在するブラック染料である請求項１０に記載の方法。
13. 前記の陽イオン界面活性剤は、組成の０．５〜６ｗｔ％の量で存在する請求項１０に記載の方法。
14. 前記短鎖のアルコール又はジオールは、組成物の１〜３０ｗｔ％の量で存在する請求項１０に記載の方法。
15. 前記インクは、さらに緩衝剤、殺生物剤、金属キレート化剤、水及びそれらの混合物から成る群から選択された成分を含有する請求項１０に記載の方法。
16. さらに、３−ピリジルカルビノール、２−ピロリドン、及びそれらの混合物を含んで成る群から選択される溶媒を含有する請求項１０に記載の方法。
17. 前記の短鎖のアルコール又はジオールは、約７個又はそれ未満の炭素を含み、そして好ましくはイソプロピルアルコール、分岐していないグリコールエーテル及びそれらの混合物から成る群から選択される請求項１０に記載の方法。
18. 前記の陽イオン界面活性剤は、８〜１８個の炭素の先端基を含有する請求項１０に記載の方法。
19. 前記の陽イオン界面活性剤は、次の構造である請求項１８に記載の方法。
    　Ｒ−Ｎ（Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３）
    （式中、Ｒは炭素数約８〜１８の基を含み、Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３は炭素数１〜４の基を含む）