JP2010235657A - インクジェット用インク、インクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 顔料沈降の抑制と吐出よれの抑制とを両立したインクジェット用インク、前記インクを用いたインクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置を提供すること。
【解決手段】 少なくとも、顔料及び塩を含有するインクジェット用インクであって、前記塩が、モース硬度が２以下であるセシウム塩であることを特徴とするインクジェット用インク。
【選択図】 なし

Description

本発明は、インクジェット用インク、インクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置に関する。

近年、インクジェット記録方法に使用するインクの色材としては、耐光性や耐水性などの画像の堅牢性に優れる顔料が広く用いられるようになっている。しかし、顔料はインクを構成する水性媒体に溶解しないため、インク中において顔料は分散した状態となっている。このように分散液の状態であるインクをインクジェット記録装置やインクカートリッジのインク収容部に長期間にわたって収容すると、インク中で顔料の沈降が起きる。その結果、インク収容部に収容されたインクにおいては、顔料に濃度勾配が生じるという問題がある。

上記の問題に対して筆記具などに用いるインクにおいては、天然多糖類や架橋型アクリル重合体などの増粘剤を含有させることで、インクにせん断減粘性を生じさせ、静置時に高粘度になるようにして色材の沈降を抑制することが行われている（特許文献１参照）。また、インクジェット記録方法にも用いることができるインクとして、４〜７族の比重の大きい金属を含む酸素酸やその塩を比重調整剤として用いることで、顔料の沈降を抑制することが開示されている（特許文献２参照）。

特開平７−１４５３３９号公報 特開２００３−２０６４２２号公報

しかし、特許文献１に記載された方法ではインクの粘度が高くなりすぎてインクの吐出が困難であり、また、特許文献２に記載された方法では不吐出や吐出よれが生じるため、インクジェット記録方法に用いるインクには適さなかった。このように、従来から顔料沈降を抑制するための検討が行われてきたが、それに伴うインクジェット特性への影響は十分に検討されていなかった。

したがって、本発明の目的は、顔料沈降の抑制と吐出よれの抑制とを両立したインクジェット用インク、前記インクを用いたインクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置を提供することにある。

上記の目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明にかかるインクジェット用インクは、少なくとも、顔料及び塩を含有するインクジェット用インクであって、前記塩が、モース硬度が２以下であるセシウム塩であることを特徴とする。

本発明によれば、顔料沈降の抑制と吐出よれの抑制とを両立したインクジェット用インク、前記インクを用いたインクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置を提供することができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を挙げて、詳細に説明する。なお、本発明においては、インク中では塩の少なくとも一部はイオンに解離して存在しているが、便宜上、「塩を含有する」と表現する。

本発明者は、顔料沈降を抑制する従来技術をインクジェット用のインクに適用する場合の課題である不吐出及び吐出よれが生じる要因について検討を行った。その結果、インクジェット記録装置の記録ヘッドにおける吐出口面に付着したインクやゴミなどを除去するためのワイピングを繰り返し行うことによって、吐出口面が削れることが原因であることがわかった。さらに、比重が大きい金属の塩は、モース硬度が３以上であるため硬いことが多く、インク蒸発により析出した塩が吐出口面に存在する状態でワイピングが行われることも吐出口面が削れる要因であることがわかった。

ここで、モース硬度とは鉱物の傷つきにくさ（硬さ）を示す尺度であり、１から１０の範囲の値で表され、数値が大きいほど傷が付きにくい特性を持つものとなる。モース硬度は測定対象の固体の化合物と、標準物質とをこすり合わせた際に化合物に傷を付けた標準物質の硬度から、測定対象の化合物のモース硬度を求めることができる。

本発明者は、上記の検討結果をふまえて、顔料沈降の抑制とトレードオフの関係にある吐出よれを共に抑制するための検討を行った。その結果、モース硬度が２以下のアルカリ金属塩であれば、吐出よれがほとんど生じないことがわかった。しかし、モース硬度が小さい塩は比重の大きい金属を含まない場合がほとんどであり、顔料沈降の抑制には十分な効果が期待できないことが考えられた。そこで、本発明者がさらに検討を行ったところ、アルカリ金属塩の中でもセシウム塩は水への溶解度が高く、インク中で顔料を凝集させることもないため多量に含有させられることがわかった。そして、モース硬度が２以下であるセシウム塩をインクに含有させることで、顔料沈降の抑制と吐出よれの抑制とを両立できることがわかった。

モース硬度が２以下であるセシウム塩を用いることで上記効果が得られるメカニズムを、本発明者は以下のように考えている。セシウム塩は水性媒体への溶解度が高いため、インク蒸発により析出する塩がそもそも少なく、仮に析出したとしても塩そのものの硬度が低いため、析出した塩が吐出口面に存在する状態でワイピングを行っても吐出口面が削れにくい。さらに、セシウムイオンはアルカリ金属イオンの中でもイオンの水和エネルギーが小さいため、インクに多量にセシウム塩を含有させても顔料の塩析が生じにくい。結果として、インクの粘度を上昇させることなく、インクを構成する水性媒体の比重を高めることが可能となる。そのため、顔料沈降の抑制と吐出よれの抑制とを両立できたものと推測している。

＜インク＞
以下、本発明にかかるインクジェット用インク（以下、単にインクと呼ぶこともある）を構成する成分やインクの物性などについて詳細に述べる。

（塩）
本発明のインクには、モース硬度が２以下であるセシウム塩を使用する。塩を構成する陰イオンとしては、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、フタル酸、硫酸、硝酸などが挙げられる。勿論、モース硬度が２以下であることを満足すれば、上記で挙げた酸以外のセシウム塩も使用することができる。インク中のセシウム塩の含有量（質量％）は、インク全質量を基準として、１．０質量％以上３０．０質量％以下、さらには５．０質量％以上２０．０質量％以下であることが好ましい。

（顔料）
本発明のインクに使用できる顔料の種類としては、例えば、カーボンブラックなどの無機顔料や有機顔料が挙げられる。ブラックインクに用いる顔料は、カーボンブラックなどの無機顔料であることが好ましい。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が挙げられ、公知のカーボンブラックをいずれも用いることができる。また、マグネタイトやフェライト等の磁性体微粒子やチタンブラック等を無機顔料として用いることもできる。カラーインクに用いる顔料は有機顔料であることが好ましく、公知の有機顔料を用いることができる。インク中の顔料の含有量（質量％）は、インク全質量を基準として、０．１質量％以上１５．０質量％以下、さらには１．０質量％以上１０．０質量％以下であることが好ましい。さらに、インクの色調の調整などのために、顔料に加えて染料などを併用してもよい。

上記で挙げた顔料の分散方式は、イオン性基、好適にはアニオン性基の作用によって水性媒体中に分散させる方式であることが好ましく、例えば、自己分散型顔料、樹脂分散型顔料、マイクロカプセル型顔料などが挙げられる。本発明においては、これらの分散方式の中でも、顔料粒子の表面にイオン性基（アニオン性基）を結合させることによって、分散剤を用いることなく水性媒体中に分散させることができるため、自己分散型顔料を用いることが特に好ましい。

自己分散型顔料としては、顔料粒子の表面に、例えば、−ＣＯＯＭ、−ＳＯ_３Ｍ、−ＰＯ_３ＨＭ、及び−ＰＯ_３Ｍ_２から選ばれる少なくとも１種のアニオン性基を結合させたアニオン性の自己分散型顔料とすることが好ましい。なお、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である。これらの中でも、−ＣＯＯＭや−ＳＯ_３Ｍを顔料粒子の表面に結合させてアニオン性に帯電せしめた顔料は分散性に優れるため特に好ましく用いることができる。先に挙げたようなイオン性基は顔料粒子の表面に直接結合させても、又は、顔料粒子の表面とイオン性基との間に他の原子団を介在させ、該イオン性基を顔料粒子の表面に間接的に結合させてもよい。他の原子団としては、例えば、炭素原子数１乃至１２の直鎖又は分岐のアルキレン基、置換又は非置換のフェニレン基、及び置換又は非置換のナフチレン基が挙げられる。フェニレン基やナフチレン基の置換基としては、例えば、炭素数１乃至６の直鎖又は分岐のアルキル基が挙げられる。また、他の原子団とイオン性基の組み合わせとしては、例えば−Ｃ_２Ｈ_４ＣＯＯＭ、−Ｐｈ−（ＳＯ_３Ｍ）_ｎ、−Ｐｈ−（ＣＯＯＭ）_ｎなどが挙げられる（但し、Ｐｈはフェニル基であり、ｎはそれぞれ独立に１以上５以下の整数である）。

また、樹脂分散型顔料は樹脂（分散剤）により顔料が分散されたものであり、マイクロカプセル型顔料は樹脂により顔料粒子が内包されたものであるが、樹脂としてはイオン性基を有する公知の共重合体やその塩などを用いることができる。この場合に使用する樹脂は、重量平均分子量が１，０００以上３０，０００以下、さらには３，０００以上１５，０００以下のものであることが好ましい。

（水性媒体）
インクには、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を用いることができる。水は脱イオン水（イオン交換水）を用いることが好ましい。インク中の水の含有量（質量％）は、インク全質量を基準として、５０．０質量％以上９５．０質量％以下であることが好ましい。インク中の水溶性有機溶剤の含有量（質量％）は、インク全質量を基準として、３．０質量％以上５０．０質量％以下であることが好ましい。

水溶性有機溶剤は、水溶性であれば特に制限はなく、以下に挙げるようなものを１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。具体的には、例えば、以下の水溶性有機溶剤を用いることができる。メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノールなどの炭素数１乃至４のアルキルアルコール類。１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオールなどの直鎖又は分岐のアルカンジオール類。エチレングリコールメチル（又はエチル、ブチル）エーテル、ジエチレングリコールメチル（又はエチル、ブチル）エーテル、トリエチレングリコールメチル（又はエチル、ブチル）エーテルなどの多価アルコールのモノ（又はジ、トリ）アルキルエーテル類。Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのカルボン酸アミド類。アセトン、メチルエチルケトン、２−メチル−２−ヒドロキシペンタン−４−オンなどのケトン類又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、チオジグリコールなどのアルキレン基の炭素数が２乃至６のアルキレングリコール類。グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、アセチレングリコール誘導体などの多価アルコール類。平均分子量２００乃至１，０００程度の、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ−メチルモルホリンなどの複素環類。ジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物類。

（その他の成分）
インクには、上記で説明した成分の他に、尿素、尿素誘導体、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンなどの常温で固体の水溶性有機化合物を含有させてもよい。インク中のこれらのような水溶性有機化合物の含有量（質量％）は、インク全質量を基準として、０．１質量％以上２０．０質量％以下、さらには１．０質量％以上１５．０質量％以下であることが好ましい。また、必要に応じて、界面活性剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤などの種々の添加剤をインクに含有させてもよい。

（インクの粘度）
本発明のインクは、２５℃における粘度が５ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。粘度が５ｍＰａ・ｓを越えると、インクジェット方式の記録ヘッドからのインクの吐出が困難となる場合がある。

＜インクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置＞
本発明のインクジェット記録方法は、インクジェット方式の記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に記録を行う工程を有し、上記で説明した本発明のインクを用いるものである。また、本発明のインクカートリッジは、インクを収容するためのインク収容部を備えたインクカートリッジであり、前記インク収容部に上記で説明した本発明のインクを収容させてなる。本発明においては、記録ヘッドが一体に構成された構成のインクカートリッジであってもよい。さらに、本発明のインクジェット記録装置は、インクを収容するためのインク収容部と、インクを吐出するための記録ヘッドとを備えたインクジェット記録装置であり、前記インク収容部に上記で説明した本発明のインクを収容させてなる。これらのインクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置は、本発明のインクを用いること以外は、公知の構成をいずれも採用することができる。

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、下記実施例によって限定されるものではない。なお、文中「部」及び「％」とあるのは、特に断りのない限り質量基準である。

＜インクの調製＞
下記表１に示す各成分を混合した後、ポアサイズ３．０μｍのミクロフィルターにて加圧ろ過することで、実施例及び比較例の各インクを調製した。なお、顔料分散体としては、粒子表面にカルボキシル基を結合させたカーボンブラック（ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００、固形分１５．２％；キャボット製）を用いた。

＜評価＞
（沈降性能）
まず、インクの吸光度を測定した（「遠心分離前の吸光度」とする）。そして、１０ｍＬのインクを、３，０００ｒｐｍで３０分間遠心分離した後、上澄み部分の２ｍＬをサンプリングし、同様にして吸光度を測定した（「遠心分離後の吸光度」とする）。これらの吸光度の値から下記式（１）に基づいて吸光度の変化値を算出した。そして、各インクについて算出した吸光度の変化値と、塩を含有しない比較例１のインクにおける吸光度の変化値との比率（沈降性能比）を下記式（２）に基づいて算出し、沈降性能の評価を行った。沈降性能の評価基準は下記の通りである。評価結果を表２に示す。
吸光度の変化値＝（遠心沈降前の吸光度）−（遠心沈降後の上澄み液吸光度） 式（１）
沈降性能比＝（各インクの吸光度変化値／比較例１のインクの吸光度変化値）×１００ 式（２）
〔沈降性能の評価基準〕
Ａ：沈降性能比が０．９０未満であった
Ｂ：沈降性能比が０．９０以上０．９５未満であった
Ｃ：沈降性能比が０．９５以上であった。

（吐出よれ）
インクジェット記録装置を実際に使用する環境を想定して、記録ヘッドの吐出口面のクリーニング操作と記録との組み合わせを１０，０００回繰り返して行った後の画像の状態により吐出よれの評価を行った。具体的には、インクジェット記録装置（ＰＩＸＵＳ ８５０ｉ；キヤノン製）を用い、温度２５℃で、吐出口面のワイピングと画像の記録とを繰り返し行った。その後、ＰＩＸＵＳ ８５０ｉのノズルチェックパターンを高品位専用紙（ＨＲ−１０１；キヤノン製）に記録した。得られたノズルチェックパターンを目視で観察して、ドットが形成された位置のずれを確認することで、吐出よれの評価を行った。吐出よれの評価基準は下記の通りである。評価結果を表２に示す。

〔吐出よれの評価基準〕
Ａ：ノズルチェックパターンによれがなかった
Ｂ：ノズルチェックパターンの一部によれがあった
Ｃ：ノズルチェックパターンの全体にわたってよれがあった。

Claims (7)

1. 少なくとも、顔料及び塩を含有するインクジェット用インクであって、前記塩が、モース硬度が２以下であるセシウム塩であることを特徴とするインクジェット用インク。
2. 前記インク中の塩の含有量（質量％）が、インク全質量を基準として、５．０質量％以上である請求項１に記載のインクジェット用インク。
3. 前記インクの粘度が、５ｍＰａ・ｓ以下である請求項１又は２に記載のインクジェット用インク。
4. 前記顔料が、自己分散型顔料である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェット用インク。
5. インクジェット方式の記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に記録を行う工程を有するインクジェット記録方法であって、前記インクとして、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット用インクを用いることを特徴とするインクジェット記録方法。
6. インクを収容するためのインク収容部を備えたインクカートリッジであって、前記インク収容部に収容されたインクが、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット用インクであることを特徴とするインクカートリッジ。
7. インクを収容するためのインク収容部と、インクを吐出するための記録ヘッドとを備えたインクジェット記録装置であって、前記インク収容部に収容されたインクが、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット用インクであることを特徴とするインクジェット記録装置。