JP2004346160A

JP2004346160A - インクジェット記録用水性インクセット

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Publication number: JP2004346160A
Application number: JP2003143823A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Goto; 数摩後藤; Hideaki Ohira; 英朗大平; Masahito Kato; 政仁加藤; Masaya Fujioka; 昌也藤岡; Shunichi Higashiyama; 俊一東山
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: US20040233263A1; US7281789B2; JP4168831B2

Abstract

【課題】メンテナンスシステムを複雑にすることなく、顔料インクと染料インクとを併用可能とし、信頼性の高いインクジェット記録用水性インクセットを提供する。
【解決手段】顔料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が６０ｐｐｍ以上であり、かつ、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であり、染料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が１８００ｐｐｍ以下であり、かつ、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であり、染料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が、顔料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計の３〜２５倍であるインクジェット記録用水性インクセット。
【選択図】なし

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装置に用いられるインクジェット記録用水性インクセットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、例えば、静電吸引方式、圧電素子等を用いてインクに機械的振動又は変位を与える方式、インクを加熱させることにより気泡を発生させ、その時の圧力を利用する方式等のインク吐出方式によりインク小滴を形成し、それらの一部又は全部を紙等の被記録材に付着させて記録を行うものである。
【０００３】
従来、インクジェットによる記録を行う際に使用されるインクとしては、着色剤として直接染料や酸性染料等の染料を使用した染料インクが用いられる場合が多かった。染料インクはインク中に染料が溶解しているため、沈殿等の不具合が生じにくく、比較的インクの取り扱いが容易だからである。また、染料インクは、染料分子が紙の表面及び内部において光を乱反射することが無く、染料分子固有の波長を吸収するため、鮮やかな色彩のプリントが可能であるという長所を有する。
【０００４】
しかし、染料インクはインク中に染料が分子レベルで溶解しているため、プリント後、染料はインクに使用される溶媒体と同じ挙動を示すこととなる。従って、染料が紙内部に浸透し、画線部における濃度が低くなるという欠点を有するため、着色材として、顔料を用いた顔料インクが使用されることが多くなっている。顔料インクはインク中の顔料がインク溶媒と同じ挙動を示さず、顔料の粒子が、紙に含まれる繊維や添加剤等に移動を阻害され、紙の内部まで浸透しないため、紙表面に残留する顔料が多くなり、その結果、画線部の濃度を高くすることが可能となるとともに、コントラストも高めることができる。
また、インクジェット方式のプリンタに共通する問題として、インクが不均一に広がることによって、画線部のエッジがギザギザになるにじみの問題があるが、顔料インクに固形分として分散している顔料は、紙表面や紙内部において、紙に含まれる繊維や添加剤等に移動を阻害されるため、にじみ難くく、シャープな画線部エッジを得ることができる。
【０００５】
一方、顔料インク中に分散している顔料は、顔料の粒子が紙表面や紙内部において光を乱反射するため、プリントの鮮やかさが低下してしまうという短所を有していた。そこで、特許文献１では、着色材としてカーボンブラック等の黒色顔料を用いた黒インクと、着色材として染料を用いたカラーインクの組み合わせからなるインクセットが開示されている。このようなインクセットを用いてプリントを行った場合、主に黒色が用いられる文字データをプリントする際には、文字のエッジがシャープでコントラストが高く、文字の視認性に優れ、グラフィックデータ等をプリントする際には、カラー部は鮮やかな色彩を呈するため、文字の視認性と、カラー部の鮮やかさとを両立させることができる。
【０００６】
しかしながら、着色材として顔料を用いた顔料インクと、着色材として染料を用いた染料インクからなるインクセットは、顔料インクと染料インクとが接触、混合することによって、顔料インク中の負の電荷に帯電した顔料と、染料インク中の染料のカウンターイオンであるナトリウムイオンとが結合し、負帯電顔料の電荷がゼロになるため、顔料の電気的反発力が失われて分散が不安定となり、凝集が生じてしまう。
【０００７】
また、特許文献２では、黒インクに第一の電荷（アニオン性又はカチオン性）を付与し、カラーインクに第一の電荷とは逆の第二の電荷（カチオン性又はアニオン性）を付与することを特徴としたインクセットが開示されている。このように、黒インクの持つ特性に対して、カラーインクには、その逆の特性を付与することにより、紙面上において黒インクとカラーインクが接触した際に、黒インク中の黒色顔料を凝集させ、良好なブリーディング品質、迅速な乾燥性、高い光学濃度等の品質を高める方法が知られている。
しかし、このような組み合わせのインクセットにおいても、顔料の凝集体の発生に起因して、プリンタのヘッドノズルに目詰まりが生じたり、ヘッドノズルの周辺に顔料の凝集体が付着、固着して撥インクコート面を傷つけたりすることにより、吐出不良を引き起こし、プリント品質が悪化させていた。
以上のように、顔料の凝集に起因して、様々な不具合が発生していた。
【０００８】
更に、従来のインクジェット記録装置として、特許文献３にプリントヘッドと、プリントヘッドの各色ノズルとを一括してワイプする構成を有するインクジェット記録装置が開示されている。このようなインクジェット記録装置では、プリントヘッドに配設された各色のノズル列が極度に近接しているため、プリントヘッド内部のインクを吸引パージするための吸引キャップが、２色のノズル列を一括して覆うような構造となっており、例えば、黒インクとシアンインクのノズル列が、一括して吸引キャップに覆われるような構造となっている。従って、インクの初期導入時等において、吸引パージを行う際には、このような吸引キャップを介して同時に吸引された２色のインクは、吸引キャップ内で混合された後、チューブを経由して吸引ポンプに達し、廃液タンクへ排出されることとなる。
【０００９】
このようなインクジェット記録装置では、メンテナンスシステムが簡素となり、製造コストを低く抑えることができる。しかし、インクの初期導入時等の際には、プリントヘッドノズル面、ワイパ、吸引キャップ、吸引ポンプ、廃液タンク等において、顔料インクと染料インクとが混合し、顔料の粒子が凝集することとなる。その結果、顔料の凝集体がプリントヘッドノズルを詰まらせたり、プリントヘッドノズルの周辺に付着、固着して撥インクコート面を傷つけたりすることにより、吐出不良を引き起こしてプリント品質が悪化することがあった。また、顔料の凝集体がワイパや吸引キャップに付着、固着することにより、ワイプが不均一になったり、吸引キャップの密閉性が低下したりしていた。更に、吸引ポンプ内に顔料の凝集体が固着して動作不良を起こしたりすること等の不具合も発生し、顔料の粒子が凝集することによりインクジェット記録装置の信頼性が著しく低下していた。
【００１０】
このような不具合に対応するため、顔料インクと染料インクとがノズル周辺で混合しないようにワイパを複数配設したり、顔料インクと染料インクのそれぞれのヘッドを分割したり、メンテナンスシステムを顔料インク用と染料インク用に分割する等の対策が施されているが、このような対策では、プリンタの製造コストが高くなってしまうという問題があった。
従って、顔料インクと染料インクとが併用可能で、従来の低コストなインクジェット記録装置に搭載した場合であっても、顔料が凝集せず、高いプリント品質を得ることが可能なインクセットが必要とされていた。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第５７４５１４０号明細書
【特許文献２】
特開２００２−１７３６２３号公報
【特許文献３】
特開２００２−２３４１５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、メンテナンスシステムの構成を複雑にすることなく、顔料インクと染料インクとを併用可能とし、安定したプリント品質が得られ、高い信頼性を有するインクジェット記録用水性インクセットを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水、水溶性有機溶剤及び着色材として顔料を含有する顔料インクと、水、水溶性有機溶剤及び着色材として染料を含有する染料インクとからなるインクジェット記録用水性インクセットであって、上記顔料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が６０ｐｐｍ以上であり、かつ、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であり、上記染料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が１８００ｐｐｍ以下であり、かつ、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であり、上記染料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が、上記顔料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計の３〜２５倍であることを特徴とするインクジェット記録用水性インクセットである。
以下に本発明を詳述する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、鋭意検討の結果、顔料インク及び染料インク中に含まれる金属イオンの濃度、とりわけ両インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計の比率が、顔料インクと染料インクとを接触させた場合の凝集性に影響を及ぼすことを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
本発明のインクジェット記録用水性インクセットは、着色材として顔料を含有する顔料インクと、着色材として染料を含有する染料インクとからなる。
【００１６】
上記顔料インクは、着色材として顔料を含有する。
上記顔料としては、例えば、カーボンブラックの他、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料；フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等の多環式顔料；酸性染料型レーキ等の染料レーキ；ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック昼光蛍光顔料等の有機顔料等を挙げることができる。また、その他の顔料であっても水相に分散可能なものであれば使用できる。
【００１７】
また、自己分散型の顔料としては、例えば、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ２００、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ２５０、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ２６０、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ７００等（以上キャボット社製）等を挙げることができる。
【００１８】
上記顔料のなかで、最も一般的な黒顔料としては、カーボンブラックが挙げられ、上記カーボンブラックとしては、例えば、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を挙げることができ、具体的には、例えば、Ｎｏ．２５、Ｎｏ．３３、Ｎｏ．４０、Ｎｏ．４７、Ｎｏ．５２、Ｎｏ．９００、Ｎｏ．２３００、ＭＣＦ−８８、ＭＡ６００、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１００（以上三菱化学社製）；カラーブラック（ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ）ＦＷ１、カラーブラックＦＷ２、カラーブラックＦＷ２Ｖ、カラーブラックＦＷ１８、カラーブラックＦＷ２００、カラーブラックＳ１５０、カラーブラックＳ１６０、カラーブラックＳ１７０、プリンテックス（Ｐｒｉｎｔｅｘ）３５、プリンテックス１５０Ｔ、プリンテックスＵ、プリンテックスＶ、プリンテックス１４０Ｕ、プリンテックス１４０Ｖ、スペシャルブラック（ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ）６、スペシャルブラック５、スペシャルブラック４Ａ、スペシャルブラック４（以上デグッサ社製）；レイヴァン（Ｒａｖｅｎ）７０００、レイヴァン５７５０、レイヴァン５２５０、レイヴァン５０００、レイヴァン３５００、レイヴァン２０００、レイヴァン１５００、レイヴァン１２５０、レイヴァン１２００、レイヴァン１１９０ＵＬＴＲＡ−ＩＩ、レイヴァン１１７０、レイヴァン１２５５（以上コロンビア社製）；ブラックパールズ（ＢｌａｃｋＰｅａｒｌｓ）Ｌ、リーガル（Ｒｅｇａｌ）４００Ｒ、リーガル３３０Ｒ、リーガル６６０Ｒ、モウグル（Ｍｏｇｕｌ）Ｌ、モナク（Ｍｏｎａｒｃｈ）７００、モナク８００、モナク８８０、モナク９００、モナク１０００、モナク１１００、モナク１３００、モナク１４００、ヴァルカン（Ｖａｌｃａｎ）（以上キャボット社製）等を挙げることができる。
上記顔料インクの着色材として上記顔料を使用する場合は、分散剤やその他の添加剤等を従来公知の方法を用いて、上記顔料を分散させることができる。
なお、上記自己分散型の顔料については、特に分散処理を行う必要はない。
【００１９】
上記顔料の含有量は、固形分量として、０．１〜２０重量％が好ましい。より好ましくは、０．５〜１２重量％であり、更に好ましくは、２〜８重量％である。
【００２０】
上記顔料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が６０ｐｐｍ以上である。６０ｐｐｍ未満であると、顔料インクと染料インクとを接触した際に凝集を生じる。これは、顔料インク中のリチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンのイオン濃度の合計が、染料インク中のリチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンのイオン濃度の合計に対して絶対量として少ないと、顔料インクと染料インクとが接触した際に、顔料インク中のリチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオン濃度の急激な上昇によって、顔料の電気的反発力のバランスが崩れ、分散が不安定となり凝集が生じるためであると考えられる。
なお、上記顔料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計を６０ｐｐｍ以上に調整する方法としては、例えば、上記顔料インク中に塩化リチウム、塩化ナトリウム又は塩化カリウムを添加する方法等を挙げることができる。
【００２１】
上記顔料インクは、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下である。
上記顔料インクにおいては、着色材である顔料の分散安定性を維持するため、顔料の凝集が発生しないようにすることが必要である。
上記顔料の顔料インク中における分散安定度は、金属イオンの種類や濃度に影響される。例えば、上記顔料インク中に、ナトリウムイオンやカリウムイオン等の１価の金属イオン、カルシウムイオンやマグネシウムイオン等の２価の金属イオン、アルミニウムイオンやチタンイオン等の３価以上の金属イオン等が過剰に含まれていると、これらの金属イオンは正の電荷を有しているため、顔料表面の負電荷と金属イオンとが結合して、電荷がゼロになることにより、顔料の電気的反発力が失われて分散が不安定となって凝集が生じる。
なかでも、２価以上の金属イオンは１価の金属イオンに比べて、顔料の分散状態を不安定にする効力が非常に大きいため、１価金属イオンに比べて非常に微量でも顔料の分散状態に悪影響を及ぼす。
従って、上記２価以上の金属イオンのイオン濃度が１０ｐｐｍを超えると、顔料の分散が不安定になって凝集を生ずる。
【００２２】
なお、２価以上の金属イオンが１価の金属イオンと比較して、顔料の分散状態を不安定にする効力が非常に大きい理由については、シュルツェ−ハーディの法則によって説明することができる。シュルツェ−ハーディの法則は、疎水ゾルに電解質を加えた際に起こる凝集は、コロイド粒子と反対符号のイオンのみに影響され、そのイオン価が大きいほど凝集効果が顕著に表れるというものである。この法則に従うと、１価イオンと比較して２価イオンは２０〜８０倍の凝集力を有し、３価イオンは２価イオンの凝集力の２乗の凝集力を、４価以上のイオンでは更に大きな凝集力を有することとなる。
【００２３】
上記２価以上の金属イオンとしては、例えば、バリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、銅イオン、クロムイオン、アルミニウムイオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、マンガンイオン、鉛イオン、錫イオン、チタンイオン、ジルコニウムイオン等を挙げることができる。
なお、上記２価以上の金属イオンのイオン濃度を低減させる方法としては、例えば、上記顔料インクを陽イオン交換樹脂に通過させる処理等を挙げることができる。
【００２４】
また、上記顔料インクは、重量平均分子量１００００〜４００００のポリビニルピロリドンを０．５〜２重量％含有することが好ましい。
上記重量平均分子量１００００〜４００００のポリビニルピロリドンは、立体障害効果により、顔料インク中の顔料の分散状態を安定させることができる。その結果、顔料インクと染料インクとを接触、混合させた場合の顔料の凝集に対する抑制力が更に高まり、プリンタのヘッドノズルに目詰まりや吸引ポンプの動作不良等を防止することができる。
上記重量平均分子量１００００〜４００００のポリビニルピロリドンとしては、例えば、ポリビニルピロリドンＫ１５、ポリビニルピロリドンＫ１７、ポリビニルピロリドンＫ２５、ポリビニルピロリドンＫ３０等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
また、上記重量平均分子量１００００〜４００００のポリビニルピロリドンの含有量は、０．５〜２重量％であることが好ましい。０．５重量％未満であると、顔料インク中の顔料の分散性を充分に安定させることができないことがあり、２重量％を超えると、顔料インクが必要以上に増粘し、吐出不良となったり、記録紙上でインクの乾燥が極端に遅くなる等の不具合を生じることがある。
【００２６】
上記染料インクは、着色材として染料を含有する。
上記染料としては、例えば、直接染料、酸性染料等の水溶性染料を用いることができる。
具体的には、例えば、カラーインデックスナンバーアシッドブルー９、２２、４０、５９、９３、１０２、１０４、１１３、１１７、１２０、１６７、２２９、２３４、カラーインデックスナンバーアシッドレッド１、６、３２、３７、５１、５２、８０、８５、８７、９２、９４、１１５、１８１、２５６、２８９、３１５、３１７、カラーインデックスナンバーアシッドイエロー１１、１７、２３、２５、２９、４２、６１、７１、カラーインデックスナンバーアシッドオレンジ７、１９、カラーインデックスナンバーアシッドバイオレット４９、カラーインデックスナンバーダイレクトブルー６、２２、２５、７１、８６、９０、１０６、１９９、カラーインデックスナンバーダイレクトレッド１、４、１７、２８、８３、２２７、カラーインデックスナンバーダイレクトイエロー１２、２４、２６、８６、９８、１３２、１４２、カラーインデックスナンバーダイレクトオレンジ３４、３９、４４、４６、６０、カラーインデックスナンバーダイレクトバイオレット４７、４８、カラーインデックスナンバーダイレクトブラウン１０９、カラーインデックスナンバーダイレクトグリーン５９等を挙げることができるが、これらの染料に限定されるものではない。また、これらの染料は、それぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２７】
また、上記染料として用いられる直接染料、酸性染料等においては、一般的にカウンターイオンがナトリウムイオンやカリウムイオンであることが多いが、本発明においては、これらのカウンターイオンをリチウムイオンに置換することが好ましい。
上記リチウムイオンは、１価の金属イオンであるために、インクジェット記録用水性インク中では、分極している水分子が上記リチウムイオンの周囲を覆って、緩いクラスターとなる。しかし、上記リチウムイオンはイオン半径が０．６０オングストロームと比較的小さいため、１電価（イオン価）あたりの水分子吸着量が少なくなる。このため、水分子一つあたりの結合力が強くなり、上記リチウムイオンから水分子が容易に外れ難くなると考えられる。
従って、顔料インクと染料インクとが接触、混合する際に、顔料インク中の負電荷を持つ顔料の表面に上記リチウムイオンが接近した場合であっても、両者の間に水分子が入って結合を阻害する効力が比較的大きくなり、顔料とリチウムイオンとが結合し難くなる。その結果、顔料の電気的反発力が失われないため、顔料の分散安定性が維持されると考えられる。
【００２８】
一方、上記ナトリウムイオンは、イオン半径が０．９５オングストロームと比較的大きいため、１電価あたりの水分子吸着量が多くなる。このため、水分子一つあたりの結合力が弱くなり、ブラウン運動や外部の電場等の外力によって、容易に水分子が外れてしまうと考えられる。
従って、負電荷を持つ顔料の表面にナトリウムイオンが接近した場合に、水分子が間に入って両者の結合を阻害することができずに外れてしまい、その結果、顔料とナトリウムイオンが結合して、電荷がゼロになる。これにより、顔料の電気的反発力が失われて分散が不安定となって凝集が生じる。
また、カリウムイオンのイオン半径は１．３３オングストロームと、ナトリウムイオンよりも更に大きいため、ナトリウムイオンと同様の理由で顔料の凝集が生じる。
なお、水分子の大きさは１．３〜１．４オングストロームであり、Ｏ−Ｈ結合距離は０．９６オングストローム、Ｈ−Ｏ−Ｈ結合角は１０４．５度である。
【００２９】
上記染料の含有量は、０．５〜２０重量％であることが好ましく、より好ましくは、０．３〜１５重量％、更に好ましくは、０．５〜１０重量％である。
また、染料は不純物として多くの陽イオンを含むため、これらの不純物を精製によって除去したものを用いることが好ましい。精製方法としては、特開平９−２５４４１においてカリウムイオン等の具体的な除去方法が開示されており、同様の方法で精製が可能であるが、この方法に限定されるものではない。
【００３０】
上記染料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が１８００ｐｐｍ以下である。１８００ｐｐｍを超えると、カウンターイオン以外の不純物としてのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンが、負電荷を有する染料分子と結合して、電荷がゼロとなることにより、塩を形成して染料分子が析出する。
なお、上記染料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計を１８００ｐｐｍ以下に調整する方法としては、例えば、上記染料インクを陽イオン交換樹脂に通過させる処理等を挙げることができる。
また、リチウムはナトリウムやカリウムと比較して、原子量が小さいことから、上述したカウンターイオンのリチウム置換を行うことにより、上記染料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計を減少させることが可能となる。
【００３１】
上記染料インクは、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下である。
上記染料インクにおいては、着色材である酸性染料や直接染料の溶解安定性を維持するため、染料の析出が発生しないようにすることが必要である。
上記染料の染料インク中における溶解安定度は、金属イオンの種類や濃度に影響される。例えば、上記染料インク中に、ナトリウムイオンやカリウムイオン等の１価の金属イオン、カルシウムイオンやマグネシウムイオン等の２価の金属イオン、アルミニウムイオンやチタンイオン等の３価以上の金属イオン等が過剰に含まれていると、これらの金属イオンは正の電荷を有しているため、染料の負電荷と金属イオンとが結合して、電荷がゼロになることにより、溶解が不安定となって析出が生じる。
なかでも、２価以上の金属イオンは１価の金属イオンに比べて、染料の溶解状態を不安定にする効力が非常に大きいため、１価金属イオンに比べて非常に微量でも染料の溶解状態に悪影響を及ぼす。
従って、上記２価以上の金属イオンのイオン濃度が１０ｐｐｍを越えると、染料の溶解状態が不安定になって析出を生ずる。
【００３２】
なお、２価以上の金属イオンが１価金属イオンと比較して、染料の溶解状態を不安定にする効力が非常に大きい理由については、上記顔料インクの場合と同様である。
【００３３】
上記２価以上の金属イオンとしては、例えば、バリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、銅イオン、クロムイオン、アルミニウムイオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、マンガンイオン、鉛イオン、錫イオン、チタンイオン、ジルコニウムイオン等を挙げることができる。
【００３４】
本発明のインクジェット記録用水性インクセットは、染料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が、顔料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計の３〜２５倍である。３倍未満では、顔料インクや染料インクがそれぞれ単独で存在する場合における顔料の分散性や染料の溶解性が低下する。また、２５倍を超えると、顔料インクと染料インクとが接触、混合した場合に、それぞれのインクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計の差が大きすぎるため、顔料インク中の顔料の分散安定性に悪影響を及ぼし、顔料の分散安定性が低下する。
【００３５】
上記顔料インク及び上記染料インクは、水を含有する。
上記水は、一般の水ではなく、イオン交換水、蒸留水、純水、超純水等の純度の高いものを使用することが好ましい。
上記水の含有量は、インクの全重量に対して１０〜９８重量％が好ましい。より好ましくは３０〜９７重量％であり、更に好ましくは４０〜９５重量％である。上記範囲内であれば、顔料インク及び染料インクを正常噴射可能な低粘度に保つことができる。
【００３６】
上記顔料インク及び上記染料インクは、水溶性有機溶剤を含有する。上記水溶性有機溶剤は、インクジェットヘッドの先端部におけるインクからの析出発生、乾固防止を主目的として使用される。
上記水溶性有機溶剤としては特に限定されないが、揮発性が低く染料溶解性の高いものが好ましく、例えば、ポリエチ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、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキシレングリコール等のアルキレングリコール類；グリセリン；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のピロリドン類等を挙げることができる。これらの水溶性有機溶剤は単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【００３７】
上記水溶性有機溶剤の含有量は、５〜４０重量％であることが好ましい。５重量％未満であると、湿潤作用が不充分となり、析出、乾固等の問題を生じることがある。４０重量％を超えると、本発明のインクジェット記録用水性インクが必要以上に増粘して吐出不能になったり、記録紙上での乾燥が極端に遅くなったりする等の問題を生じることがある。より好ましくは、７〜４０重量％、更に好ましくは、１０〜３５重量％である。
【００３８】
更に、浸透性を制御する目的で必要に応じて、多価アルコールモノアルキルエーテルを使用してもよい。上記多価アルコールモノアルキルエーテルは、記録紙へのインク浸透速度を効果的に速めることにより、インクの紙面上での速乾性を向上させ、記録紙上での遅乾性に起因するブリーディング（異なる色の境界でのにじみ）や、浸透に伴うフェザリング（紙の繊維に沿ったヒゲ状のにじみ）を防止することができる。
上記多価アルコールアルキルエーテルとしては、例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等を挙げることができる。
【００３９】
上記多価アルコールアルキルエーテルの含有量は、０．３〜１５重量％であることが好ましい。０．３重量％未満であると、記録紙へのインク浸透速度が遅いために、乾燥時間、滲みの問題を生じることがある。１５重量％を超えると、記録紙へのインク浸透速度が速くなり過ぎるため、記録紙の裏側まで本発明のインクジェット記録用水性インクが達してしまったり、滲みを生じたりすることがある。
より好ましくは、０．５〜１０重量％である。
また、インクのプリント媒体への浸透、乾燥性を制御する目的で、エタノール、イソプロピルアルコール等の一価アルコールを使用することも可能である。
【００４０】
本発明のインクジェット記録用水性インクセットの基本構成は以上の通りであるが、その他従来公知の樹脂バインダー、分散剤、界面活性剤、粘度調整剤、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、染料溶解剤、防腐防カビ剤、防錆剤等を必要に応じて添加することができる。
【００４１】
本発明のインクジェット記録用水性インクセットを、熱エネルギーの作用によってインクを吐出させるインクジェット方式に適用する場合には、比熱、熱膨張係数、熱伝導率等の熱的な物性値が調整されることもある。
【００４２】
本発明のインクジェット記録用水性インクセットは、図１、図２に示すようなプリントヘッドの各色ノズルを一括してワイプするワイパと、ノズル面に接離可能な吸引キャップと、吸引キャップを通じてインクを吸引する吸引ポンプと、吸引ポンプから排出された廃液を貯蔵する廃液タンクとからなるメンテナンス装置を有し、上記顔料インクと上記染料インクとが上記メンテナンス装置において混合する構成のインクジェット記録装置において、好適に使用することができる。なお、図１及び図２に示すインクジェット記録装置の構成は、後述するインクの評価において使用したインクジェットプリンタＭＦＣ−３１００Ｃ（ブラザー工業製）と基本的に同じものである。
【００４３】
図１に示すように、プリントヘッド２０はキャリッジ１０に搭載されており、印字用紙搬送部１３上の被記録材（印字用紙）と平行に軸１２に沿って移動され、プリントヘッド２０からその印字用紙上にインク小滴が吐出される。キャリッジ１０上には、ブラックインク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクをそれぞれ内蔵した４つのインクカートリッジ１１が装着され、２つのプリントヘッド２０のうち１つのプリントヘッドに、ブラックインク、シアンインクがそれぞれ供給され、他の１つのプリントヘッドにイエローインク、マゼンタインクがそれぞれ供給される。
前者のプリントヘッド２０には、図２に示すように、下面（ノズル面）２８にブラックインクを吐出するためのノズル２４ｋ、シアンインクを吐出するためのノズル２４ｃが、この図の紙面に対して直角方向に列をなして複数設けられている。また、後者のプリントヘッド２０についても同様に、イエローインク、マゼンタインクを吐出するためのノズルが設けられている。
【００４４】
各プリントヘッド２０は、特開２００１−２４６７４４号公報に開示されたものと同様の構成であり、各インクカートリッジから供給されたインクは、各ノズル列ごとに独立した共通インク室２５ｋ、２５ｃから連通孔２６ｋ、２６ｃを通って各ノズルごとに独立した圧力発生室２２ｋ、２２ｃに分配される。各圧力発生室２２ｋ、２２ｃ内のインクは、圧電アクチュエータ２７によって圧力が付与され、連通孔２３ｋ、２３ｃを通って各ノズル２４ｋ、２４ｃから吐出される。上記各室２５ｋ、２５ｃ、２２ｋ、２２ｃ及び各孔２６ｋ、２６ｃ、２３ｋ、２３ｃは、複数の金属プレート材２１に形成された開口として形成され、プレート材２１を積層することによって相互に連通される。ノズル面２８を形成するプレート材は、合成樹脂材（ポリイミド）によって形成され、表面に撥水膜が形成されている。
【００４５】
図１において３０で示すものは、メンテナンス装置と呼ばれるもので、プリントヘッド２０が吐出不良を生じたとき、又は、定期的にプリントヘッド２０に対して回復処理が行われる。キャリッジ１０が印字用紙搬送部１３から外れた位置へ移動されると、吸引キャップ３１がカム３３によって１つのプリントヘッド２０に接近し、ノズル２４ｋ、２４ｃを覆ってノズル面２８に密着される。そして、吸引ポンプ３４が駆動されることにより、吸引キャップ３１を通して２列のノズル２４ｋ、２４ｃ内のインクが同時に吸引され、廃液タンク３５に廃出される。その後、吸引キャップ３１がノズル面２８から離隔される。イエローインク及びマゼンタインクのノズルに対しても回復処理を行う必要があるときは、キャリッジ１０が、イエローインク及びマゼンタインクのノズルを吸引キャップ３１と対向する位置に移動し、同様の動作が繰り返される。
その後、ワイパ３２がカム３３によってプリントヘッド２０に接近し、キャリッジ１０が軸１２に沿って移動すると、ワイパ３２によって、ブラックインク及びシアンインクのノズル２４ｋ、２４ｃが開口するノズル面２８と、イエローインク及びマゼンタインクのノズルが開口するノズル面とが、図面の左右方向に一括してワイプされる。
インクジェットプリンタの休止時、キャリッジ１０は、２つのプリントヘッド２０が保存キャップ３６とそれぞれ対向する位置に移動し、全ノズルが保存キャップ３６によって覆われる。
【００４６】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４７】
（実施例１）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表１に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンのイオン濃度の合計量を調整するために塩化リチウムを含有させた。また、染料には、直接染料及び酸性染料の精製品を使用した。
【００４８】
【表１】

【００４９】
（実施例２）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表２に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンのイオン濃度の合計量を調整するために塩化ナトリウムを含有させた。また、染料には、カウンターイオンをリチウムイオンに置換したものを使用した。
【００５０】
【表２】

【００５１】
（実施例３）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表３に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンのイオン濃度の合計量を調整するために塩化カリウムを含有させた。また、染料には、直接染料及び酸性染料の精製品を使用した。
【００５２】
【表３】

【００５３】
（実施例４）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表４に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、塩化カリウム及びポリビニルピロリドンＫ１５を含有させた。また、染料には、カウンターイオンをリチウムイオンに置換したものを使用した。
【００５４】
【表４】

【００５５】
（実施例５）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表５に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、塩化ナトリウム及びポリビニルピロリドンＫ３０を含有させた。また、染料には、カウンターイオンをリチウムイオンに置換したものを使用した。
【００５６】
【表５】

【００５７】
（比較例１）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表６に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、塩化リチウムを含有させた。
【００５８】
【表６】

【００５９】
（比較例２）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表７に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料には、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００の精製品を使用した。
【００６０】
【表７】

【００６１】
（比較例３）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表８に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料には、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００の精製品を使用し、ポリビニルピロリドンＫ１５を含有させた。また、染料には、直接染料及び酸性染料の精製品を使用した。
【００６２】
【表８】

【００６３】
（比較例４）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表９に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、塩化リチウム及びポリビニルピロリドンＫ１５を含有させた。
【００６４】
【表９】

【００６５】
（比較例５）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表１０に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、なお、顔料には、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００の精製品を使用した。
【００６６】
【表１０】

【００６７】
（比較例６）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表１１に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、塩化カリウムを含有させた。
【００６８】
【表１１】

【００６９】
（比較例７）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表１２に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、塩化カリウム及びポリビニルピロリドンＫ１５を含有させた。
【００７０】
【表１２】

【００７１】
（比較例８）
ブラックインクとして顔料インク、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクとして染料インクを用い、表１３に示す組成のインクジェット記録用水性インクセットを調製した。なお、顔料インクには、ポリビニルピロリドンＫ３０を含有させた。また、染料には、カウンターイオンをリチウムイオンに置換したものを使用した。
【００７２】
【表１３】

【００７３】
（評価）
実施例１〜５及び比較例１〜８で作製したインクジェット記録用水性インクセットの顔料インク及び染料インクのそれぞれについて、充分に混合攪拌した後、０．８μｍのメンブランフィルタで濾過し、イオンクロマトグラフ分析装置：ＤＸ−５００（日本ダイオネクス株式会社製）を用いて、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度及び２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計を測定した。そして、顔料インク及び染料インクのそれぞれについて、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計、及び、（染料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計）／（顔料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計）の値を表１４、表１５に示した。
また、上記インクジェット記録用水性インクセットについて、顕微鏡観察、ノズル目詰まり及び吸引ポンプ耐久評価を以下の方法により行った。結果を表１６に示した。
【００７４】
（１）顕微鏡観察
スライドガラスに顔料インクと染料インクとを１滴ずつ離して落とし、カバーガラスを４つの液滴の上部から静かにのせて、カバーガラス下で４液を接触させた。その後、接触した４液の接触面を顕微鏡で観察して、顔料が凝集するか否かを確認した。
この方法によれば、顔料インクと染料インクとを混合撹拌して行う凝集試験と比較して、プリンタヘッドのノズル面や、メンテナンスシステムにおける実際の混合状態により近い状態で凝集が発生するか否かを確認することが可能となる。評価基準は以下の通りである。
○・・・接触界面において、凝集無し。
△・・・接触界面において、顔料インク中の黒色顔料が凝集するが、流動性あり。
×・・・接触界面において、顔料インク中の黒色顔料が凝集し、界面で固化して、流動性無し。
【００７５】
（２）ノズル目詰まり
室温において、連続３０００回のヘッドノズル面のワイピング試験を実施した。評価にはインクジェットプリンタＭＦＣ−３１００Ｃ（ブラザー工業社製）を使用した。なお、上記インクジェットプリンタは、黒インク及びカラーインクのそれぞれを吐出するノズル列が近接しており、ヘッドノズル面の全てのノズル列を横方向に一括してワイプした場合、黒インクとカラーインクとが接触するような構造となっている。評価基準は以下の通りである。
○・・・連続３０００回のヘッドノズル面のワイピング試験において、ワイピング試験後の不吐出、曲がり全く無し。
△・・・連続３０００回のヘッドノズル面のワイピング試験において、ワイピング試験後の不吐出もしくは曲がりが僅かにあり。不吐出もしくは曲がり共に５回以内のパージによって回復。
×・・・連続３０００回のヘッドノズル面のワイピング試験において、ワイピング試験後の不吐出、曲がり多数有り。不吐出、曲がり共に短時間で回復せず。
【００７６】
（３）吸引ポンプ耐久評価
室温において、１００００回の連続吸引パージ試験を実施した。なお、評価には、インクジェットプリンタＭＦＣ−３１００Ｃ（ブラザー工業社製）を使用した。評価基準は以下の通りである。
◎・・・１００００回の連続吸引パージにおいて、１回あたりの吸引量が規定量である０．２６〜０．３０ｃｃの範囲内である。
○・・・１００００回の連続吸引パージにおいて、１回あたりの吸引量が規定量の下限値である０．２６ｃｃ以下である。ただし、５０００回の連続吸引パージにおいて、１回あたりの吸引量が規定量である０．２６〜０．３０ｃｃの範囲内である。
△・・・５０００回の連続吸引パージにおいて１回あたりの吸引量が規定量の下限値である０．２６ｃｃ以下である。ただし、３０００回の連続吸引パージにおいて１回あたりの吸引量が規定量の０．２６〜０．３０ｃｃの範囲内である。
×：３０００回の連続吸引パージにおいて１回あたりの吸引量が規定量の下限値である０．２６ｃｃ以下である。
なお、上記評価において◎、及び、○の結果を得たものが合格基準を満たすものとする。
【００７７】
【表１４】

【００７８】
【表１５】

【００７９】
【表１６】

【００８０】
表１６に示したように、実施例で作製したインクジェット記録用水性インクセットによれば、顔料インクや染料インクがそれぞれ単独で存在する場合における顔料の分散性や染料の溶解性が安定しており、顔料インクと染料インクとを接触、混合させた際にも顔料の凝集が生じなかった。このため、顔料の凝集体がプリントヘッドノズルを詰まらせたり、ノズルの周辺に付着、固着して撥インクコート面を傷つけたりすることに起因する吐出不良が発生することがなかった。更に、顔料の凝集体がワイパや吸引キャップに付着、固着して、ワイプが不均一になったり、吸引キャップの密閉性が低下したりすることがなく、吸引ポンプ内に顔料の凝集体が固着して動作不良を起こしたりすることが無かった。
従って、メンテナンスシステムの構成を複雑な構成にしなくても、顔料インクと染料インクが併用可能となり、低コスト、高いプリント品質及び高い信頼性を同時に実現することができた。
一方、比較例で作製したインクジェット記録用水性インクセットにおいては、試験評価のいずれかにおいて問題を有していた。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明のインクジェットプリンタ用インクセットは、顔料インクと染料インクとを併用した場合であっても、顔料インクと染料インクの接触、混合により、顔料が凝集することなく、ノズルの目詰まり等に起因する吐出不良により、プリント品質の悪化させることがない。
更に、メンテナンスシステムの構成を複雑にすることなく、顔料インクと染料インクとを併用できることから、インクジェット記録装置のコストダウンにも大きく寄与することができる。
従って、本発明のインクジェット記録用水性インクセットを用いることにより、低コストのインクジェット記録装置で、高いプリント品質及び高い信頼性を同時に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット記録装置の内部構成を示す正面図である。
【図２】プリントヘッドの内部構成を示す正面方向から見た断面図である。
【符号の説明】
２０プリントヘッド
２４ｋ、２４ｃノズル
２８ノズル面
３１吸引キャップ
３２ワイパ
３４吸引ポンプ

Claims

水、水溶性有機溶剤及び着色材として顔料を含有する顔料インクと、水、水溶性有機溶剤及び着色材として染料を含有する染料インクとからなるインクジェット記録用水性インクセットであって、
前記顔料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が６０ｐｐｍ以上であり、かつ、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であり、
前記染料インクは、リチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が１８００ｐｐｍ以下であり、かつ、２価以上の金属イオンのイオン濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であり、
前記染料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計が、前記顔料インクのリチウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンのイオン濃度の合計の３〜２５倍である
ことを特徴とするインクジェット記録用水性インクセット。
顔料インクは、重量平均分子量１００００〜４００００のポリビニルピロリドンを０．５〜２重量％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記録用水性インクセット。
プリントヘッドの各色ノズルを一括してワイプするワイパと、ノズル面に接離可能な吸引キャップと、前記吸引キャップを通じてインクを吸引する吸引ポンプと、前記吸引ポンプから排出された廃液を貯蔵する廃液タンクとからなるメンテナンス装置を有し、前記顔料インクと前記染料インクとが前記メンテナンス装置において混合する構成のインクジェット記録装置に用いることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録用水性インクセット。