JP2017179284A - 水性インク、インクカートリッジ、及びインクジェット記録方法 - Google Patents

水性インク、インクカートリッジ、及びインクジェット記録方法 Download PDF

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秀一 岡崎
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美奈子 河部
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絵里子 川北
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Abstract

【課題】種々の記録媒体に画像を記録する際に、暗部の画像の彩度に優れる水性インクの提供。
【解決手段】有機顔料、樹脂粒子、及び界面活性剤を含有する水性インクであって、前記有機顔料が、アニオン性基が直接、又は他の原子団を介して顔料の粒子表面に結合している自己分散顔料であり、前記自己分散顔料の体積平均粒径(nm)が、前記樹脂粒子の体積平均粒径(nm)に対する比率で、2.0倍以下であり、前記自己分散顔料の体積平均粒径が、60.0〜300.0nmであり、前記樹脂粒子の体積平均粒径が、30.0〜300.0nmである水性インク。
【選択図】なし

Description

本発明は、水性インク、インクカートリッジ、及びインクジェット記録方法に関する。
近年、顔料インクは、普通紙、光沢紙、マット紙など幅広い記録媒体に画像を記録する際に、使用されるようになってきている。これら種々の記録媒体に画像を記録する際に、得られる画像の発色性に優れる顔料インクが求められている。自己分散型の有機顔料、及び樹脂粒子を含有する顔料インクが提案されている(特許文献1参照)。また、樹脂分散型の有機顔料、及び樹脂粒子を含有する顔料インクが提案されている(特許文献2参照)。
特開2009−256606号公報 特開2010−47721号公報
本発明者らは、種々の記録媒体に画像を記録する際に、特許文献1及び2に記載されている顔料インクを使用して、検討を行った。ある種の記録媒体に暗部の画像を記録する際に、画像の彩度が十分に得られない場合があることが判明した。ここで、暗部の画像とは、多量のブラックインクと少量のカラーインクにより記録される画像のことである。
すなわち、本発明の目的は、暗部の画像の彩度に優れる水性インクを提供することにある。また、本発明の別の目的は、前記水性インクを使用するインクカートリッジ、及び前記水性インクを使用するインクジェット記録方法を提供することにある。
本発明は、有機顔料、樹脂粒子、及び界面活性剤を含有するインクであって、前記有機顔料が、アニオン性基が直接、又は他の原子団を介して顔料の粒子表面に結合している自己分散顔料であり、前記自己分散顔料の体積平均粒径(nm)が、前記樹脂粒子の体積平均粒径(nm)に対する質量比率で、2.0倍以下であることを特徴とする水性インクに関する。
また、本発明は、インクと、前記インクを収容するインク収容部とを備えているインクカートリッジであって、前記インクが、前記水性インクであることを特徴とするインクカートリッジに関する。
また、本発明は、インクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して、記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方法であって、前記インクが、前記構成の水性インクであることを特徴とするインクジェット記録方法に関する。
本発明によれば、暗部の画像の彩度に優れる水性インク、前記水性インクを使用したインクカートリッジ、及びインクジェット記録方法を提供することができる。
画像に45度方向から入射した光の反射光を示す図である。 本発明のインクカートリッジの一実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を模式的に示す図であり、(a)はインクジェット記録装置の主要部の斜視図、(b)はヘッドカートリッジの斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に述べる。本発明においては、以下、水性インクは、「インク」と記載することがある。また、pKaが7.50以上8.50以下である有機アミンは、「有機アミン」と記載することがある。さらに、マット紙のインク受容層中に含まれるシリカ、アルミナ、アルミナ水和物、及び炭酸カルシウムなどを「無機顔料」と記載する。各種の物性値は、特に断りのない限り、温度25℃における値である。
反射光とは、顔料で形成された画像に入射した光の反射光のことである。図1は、画像に45度方向から入射した光の反射光を示す図である。画像に45度方向から光が入射すると、画像に対して同じ45度の角度で反射する光(以下、「正反射光」と記載する)が生じる。この正反射光は、顔料本来の色とは異なる色成分である。さらに、正反射光だけでなく、さまざまな方向に拡散して反射する光(以下、「拡散光」と記載することがある)も生じる。この拡散光は、顔料本来の色成分である。
本発明者らは、記録媒体の中でもマット紙に画像を記録する際に、特許文献1及び2に記載されているインクを使用すると、暗部の画像の彩度が得られないことを見出した。マット紙は、粒径の大きい無機顔料を用いて形成されるインク受容層を有する。そのためマット紙の表面は、同じコート紙である光沢紙と比較して、平滑性が低い。このような表面に付着した顔料に光が入射すると、光が入射する方向もさまざまであるため、反射する方向もさまざまになる。これにより、正反射光もさまざまな方向に生じるため、正反射光が画像を観察する人の目に入りやすくなる。したがって、マット紙に記録された画像では、顔料本来の色とは異なる色が認識されやすい。とくに、暗部の画像は、光をすべて吸収するカーボンブラックを含有するインクと、光を反射する有機顔料を含有するインクで形成されるため、主に光を反射する有機顔料を含有するインクで形成される明部の画像と比べて、反射光の量が少なくなる。そのため、反射光中の正反射光の割合が高くなり、正反射光が画像を観察する人の目に入りやすくなる。その結果、顔料本来の色とは異なる色を認識しやすく、暗部の画像の彩度が得られない。同じコート紙でも光沢紙は、そのインク受容層を構成する無機顔料の粒径が小さく、密に詰まっている。よって光沢紙の表面は、平滑性が高い。このような表面に付着した顔料に光が入射すると、一定の方向に正反射光が生じる。通常人は、画像に対して90度の方向から画像を観察するため、画像を観察する人の目に正反射光は入らない。その結果、顔料本来の色のみを認識するため、暗部の画像の彩度が損なわれているという印象を受けない。
暗部の画像の彩度を得るために、インクは有機顔料、樹脂粒子、及び界面活性剤を含有する必要がある。このようなインクの構成により、暗部の画像の彩度が得られるメカニズムについて、詳細に説明する。
有機顔料としては、アニオン性基が直接、又は他の原子団を介して顔料の粒子表面に結合している自己分散顔料である必要がある。インク中の有機顔料がアニオン性基を有すると、記録媒体のカチオン性成分(アルミナ、アルミナ水和物、及びカチオン性樹脂など)と反応することで、インク中の有機顔料は記録媒体に付着することができる。有機顔料が樹脂分散顔料である場合、記録媒体でインク中の複数の顔料が疎水性相互作用により凝集する際に、樹脂が顔料と顔料の間に入り込むため、複数の顔料が凝集しにくくなる。そのため、記録媒体に付着する顔料の量は少なくなる、つまり、記録媒体で光を反射する顔料の量は少なくなる。その結果、反射光中の正反射光の割合が高くなるため、暗部の画像の彩度が得られない。
本発明のインクは、樹脂粒子を含有する必要がある。画像に入射した光が顔料や樹脂粒子などの粒子に当たると、いずれも反射光を生じる。記録媒体に、顔料と樹脂粒子から構成される顔料層を形成しても、顔料のみから構成される顔料層を形成する場合と比べて、光を反射する粒子の量の合計は変わらない。しかし、記録媒体に顔料と樹脂粒子から構成される顔料層が形成されると、顔料層中の顔料の割合は少なくなる。ここで、樹脂粒子から生じる正反射光は、白色の光である。そのため、樹脂粒子から生じる正反射光により、暗部の画像の彩度は損なわれにくい。反射光中で顔料から生じる正反射光の割合は、顔料のみから構成される顔料層を形成する場合と比べて、少なくなるため、暗部の画像の彩度は得られる。
以後、自己分散顔料を「顔料」と記載する場合がある。顔料の体積平均粒径(nm)は、樹脂粒子の体積平均粒径(nm)に対する比率で、2.0倍以下である必要がある。前記比率が2.0倍より大きいと、樹脂粒子が複数の顔料の間に埋もれてしまい、樹脂粒子による光の反射が遮られやすくなるため、暗部の画像の彩度が得られない。
本発明のインクは、界面活性剤を含有する必要がある。インクが界面活性剤を含有すると、記録媒体にインクが付着する際に、インクが濡れ広がりやすくなる。そのため、インクを均一に記録媒体に付着でき、顔料と樹脂粒子から構成される均一な顔料層を形成することができる。その結果、顔料層の表面の平滑性が高まることで、暗部の画像の彩度が得られる。
<インク>
本発明のインクは、有機顔料、樹脂粒子、及び界面活性剤を含有する。以下、インクに用いることが可能な成分について、それぞれ説明する。「(メタ)アクリル酸」、「(メタ)アクリレート」と記載した場合は、それぞれ「アクリル酸、メタクリル酸」、「アクリレート、メタクリレート」を表すものとする。
(有機顔料)
本発明のインクは、有機顔料を含有する。有機顔料は、アニオン性基が直接、又は他の原子団を介して顔料の粒子表面に結合している自己分散顔料である。自己分散顔料を用いることで、顔料をインクに分散させるための分散剤が不要となる、又は分散剤の添加量を少量とすることができる。インク中の自己分散顔料の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、2.50質量%以上4.50質量%以下であることが好ましく、2.50質量%以上3.50質量%以下であることがさらに好ましい。
インク中の自己分散顔料の体積平均粒径(nm)は、60.0nm以上300.0nm以下であることが好ましく、150.0nm以上250.0nm以下であることがさらに好ましい。この粒径は、動的光散乱法で測定する。マット紙は、粒径の大きい無機顔料を用いて形成されるインク受容層を有する。そのため、マット紙のインク受容層は、無機顔料の粒子間に大きな隙間が形成される。顔料の体積平均粒径(nm)が60.0nmより小さいと、インクの液体成分とともにインク受容層中の大きな隙間に顔料が入り込んでしまうため、画像の発色性が十分に得られない場合がある。さらに、顔料の体積平均粒径(nm)が300.0nmより大きいと、顔料と樹脂粒子から構成される顔料層の平滑性が低くなるため、その表面に入射した光は、さまざまな方向に反射しやすい。反射光中には正反射光も含むため、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。さらに、顔料の体積平均粒径(nm)は、樹脂粒子の体積平均粒径(nm)に対する比率で、2.0倍以下である必要がある。前記比率は、0.7倍以上2.0倍以下であることが好ましい。
有機顔料としては、従来公知のものをいずれも使用することができる。また、有機顔料は1種のみを単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。有機顔料としては、例えば、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、アゾ顔料、イソインドリノン顔料、ベンズイミダゾロン顔料、ジケトピロロピロール顔料、ジオキサジン顔料、アントラキノン顔料、ペリレン顔料、キサンテン顔料、アゾメチン顔料、キノフタロン顔料などが挙げられる。なかでも、有機顔料は、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、及びキナクリドン顔料からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、アゾ顔料であることがさらに好ましい。
自己分散顔料の粒子表面に導入されるアニオン性基としては、例えば、−COOM、−SO3M、−PO3M2などのアニオン性基が挙げられる。式中のMは、それぞれ独立に、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。アニオン性基が塩を形成している場合、インク中の塩は、その一部が解離した状態、及びすべてが解離した状態のいずれであってもよい。
また、自己分散顔料において、顔料の粒子表面とアニオン性基との間には、他の原子団が存在していてもよい。他の原子団(−R−)としては、炭素原子数1乃至12の直鎖又は分岐のアルキレン基、フェニレン基やナフチレン基などのアリーレン基、アミド基、スルホニル基、アミノ基、イミノ基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、及びこれらの基を組み合わせた基などを挙げることができる。
(樹脂粒子)
本発明において、「樹脂粒子」とは、酸価と当量の塩基で中和したときに、粒径を有する状態で存在する樹脂を意味する。この粒径は、動的光散乱法で測定する。本発明において、樹脂粒子はインクに分散された状態、いわゆる樹脂エマルションの形態をとっている。樹脂粒子は、単層構造、及びコアシェル型の構造のいずれであってもよい。インク中の樹脂粒子の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.10質量%以上1.00質量%以下であることが好ましく、0.40質量%以上0.80質量%以下であることがさらに好ましい。
樹脂粒子の体積平均粒径(nm)は、30.0nm以上300.0nm以下であることが好ましく、100.0nm以上200.0nm以下であることがさらに好ましい。樹脂粒子の体積平均粒径(nm)が30.0nmより小さいと、インクの液体成分とともにマット紙のインク受容層中の大きな隙間に樹脂粒子が入り込んでしまうため、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。さらに、樹脂粒子の体積平均粒径(nm)が300.0nmより大きいと、顔料と樹脂粒子から構成される顔料層の平滑性が低くなるため、その表面に入射した光は、さまざまな方向に反射しやすい。反射光中には正反射光も含むため、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。樹脂粒子の体積平均粒径は、動的光散乱法で測定する。
[構成]
樹脂粒子としては、α,β−エチレン性不飽和酸単量体に由来するユニット、及びα,β−エチレン性不飽和酸単量体以外のα,β−エチレン性不飽和単量体に由来するユニットを有することが好ましい。ここで、ユニットとは、1つの単量体に対応する単位構造のことを意味する。
α,β−エチレン性不飽和酸単量体とは、カルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基などのアニオン性基を有する単量体である。α,β−エチレン性不飽和酸単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、エタアクリル酸、プロピルアクリル酸、イソプロピルアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸などのカルボン酸基を有する単量体及びその誘導体;スチレンスルホン酸、スルホン酸−2−プロピルアクリルアミド、(メタ)アクリル酸−2−スルホン酸エチル、(メタ)アクリルアミド−t−ブチルスルホン、ビニルスルホン酸などのスルホン酸基を有する単量体及びその誘導体;2−ホスホン酸エチル(メタ)アクリル酸エステル、ビニルホスホン酸などのホスホン酸基を有する単量体及びその誘導体などのアニオン性基を有する単量体が挙げられる。α,β−エチレン性不飽和酸単量体は、塩であってもよい。α,β−エチレン性不飽和酸単量体の塩としては、上記の単量体のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、及び有機アンモニウム塩などを挙げることができる。なかでも、α,β−エチレン性不飽和酸単量体は、(メタ)アクリル酸であることが好ましい。
α,β−エチレン性不飽和酸単量体以外のα,β−エチレン性不飽和単量体に由来するユニットとは、アニオン性基を有さないα,β−エチレン性不飽和単量体である。このような単量体は、アニオン性基を有さないため、酸単量体と比べて疎水性が高い。以下、アニオン性基を有さないα,β−エチレン性不飽和単量体を「α,β−エチレン性不飽和単量体」と記載する。α,β−エチレン性不飽和単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレートなどのアルキル基が直鎖であるアルキル(メタ)アクリレート類;イソプロピル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートなどのアルキル基が分岐鎖であるアルキル(メタ)アクリレート類;スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどの芳香環を有する単量体などが挙げられる。なかでも、α,β−エチレン性不飽和単量体は、ブチル(メタ)アクリレート、及びスチレンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
[ガラス転移温度]
樹脂粒子のガラス転移温度(℃)は、温度25℃以上であることが好ましく、温度25℃以上温度80℃以下であることがさらに好ましい。樹脂粒子のガラス転移温度が温度25℃未満であると、常温(温度25℃)付近であっても、樹脂粒子の柔軟性が増すことで、インク受容層中の大きな隙間にインクの液体成分とともに樹脂粒子が入り込みやすくなる。そのため、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。
[屈折率]
樹脂粒子の屈折率は、1.50以下であることが好ましく、1.41以上1.44以下であることがさらに好ましい。ここで、屈折率と反射率の関係を説明する。空気(屈折率は1である)と媒質A(屈折率をnとする)の界面の反射率Rは、垂直入射の場合、R=|(1−n)/(1+n)|で表される。屈折率nが大きくなると、反射率Rも大きくなり、1に近づく。つまり、樹脂粒子の屈折率が大きくなると、樹脂粒子の光の反射率も大きくなる。樹脂粒子の屈折率が1.50より大きいと、記録媒体に形成される顔料と樹脂粒子から構成される顔料層の光の反射も大きくなる。その結果、画像の見た目が暗くなりにくいため、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。
本発明において、樹脂粒子の屈折率は、以下のようにして求めた。樹脂粒子を構成するユニットの原料となる単量体の屈折率に、単量体に由来するユニットの組成(質量)比(組成比の合計は1となる)を掛けた値をそれぞれ求め、得られた値を足し合わせた。樹脂粒子の屈折率は、樹脂粒子を構成するユニットの種類や、そのユニットの組成比を変更することにより任意に調整することができる。以下、代表的な単量体の屈折率を挙げるが、括弧内の数値は温度20℃における屈折率である。α,β−エチレン性不飽和酸単量体としては、アクリル酸(1.42)、メタクリル酸(1.43)などが挙げられる。α,β−エチレン性不飽和単量体としては、メチルメタクリレート(1.42)、エチルアクリレート(1.41)、エチルメタクリレート(1.42)、ブチルアクリレート(1.46)、ブチルメタクリレート(1.43)、トリデシルメタクリレート(1.45)、ステアリルアクリレート(1.44)、ステアリルメタクリレート(1.45)、t−ブチルメタクリレート(1.42)、2−エチルヘキシルアクリレート(1.44)、2−エチルヘキシルメタクリレート(1.44)、スチレン(1.55)、α−メチルスチレン(1.54)、ベンジルアクリレート(1.52)、ベンジルメタクリレート(1.51)などが挙げられる。ここに記載のない単量体であっても使用できるが、その屈折率は、アッベ屈折計などを用いて測定することができる。
自己分散顔料の含有量(質量%)は、樹脂粒子の含有量(質量%)に対する質量比率で、8.00倍以下であることが好ましく、4.00倍以上6.00倍以下であることがさらに好ましい。前記質量比率が、8.00倍より大きいと、樹脂粒子が複数の顔料の間に埋もれてしまい、樹脂粒子による光の反射が遮られやすくなるため、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。
(界面活性剤)
界面活性剤は、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びポリエーテル変性シロキサン化合物からなる群より選択される少なくとも1種のノニオン性界面活性剤であることが好ましい。アニオン性界面活性剤を用いると、記録媒体のカチオン性成分(アルミナ、アルミナ水和物、及びカチオン性樹脂など)と反応してしまうため、界面活性剤としての働きを失い、インクが濡れ広がりにくくなる。その結果、記録媒体に顔料の凝集体が形成され、画像の平滑性がさらに低くなるため、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。また、記録媒体に顔料の凝集体が形成され、画像の平滑性がさらに低くなるため、画像の発色性も十分に得られない場合がある。さらに、アセチレングリコールにエチレンオキサイドを付加した界面活性剤の有するアルキル基と比べて、パーフルオロアルキル基、及びケイ素と酸素が交互に結合したシロキサン結合は、疎水性が強い。そのため、記録媒体でインクはより濡れ広がりやすくなる。さらに、これら界面活性剤の疎水性部分が、樹脂粒子の疎水性部分と結合することで、記録媒体に付着したインクの表面に樹脂粒子を配置することが可能となる。これにより、樹脂粒子がインク受容層の内部まで入り込むことなく、効率的にインクの表面に樹脂粒子を留めておくことで、より優れた暗部の画像の彩度を得ることができる。
パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物としては、サーフロンS−242、S−243、S−420(いずれも、AGCセイミケミカル製);メガファックF−444(DIC製);ゾニールFS−300、FSN、FSO−100、FS3100(いずれも、デュポン製)などが挙げられる。なかでもパーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物は、温度25℃における水への溶解度が0.50質量%以下であるメガファックF−444(DIC製)が好ましい。
ポリエーテル変性シロキサン化合物としては、SH−8700、SH−8400、FZ−77、L−7604(いずれも、東レダウコーニング製);BYK−346、BYK−347、BYK−348、BYK−3455(いずれも、ビックケミー製)などが挙げられる。なかでもポリエーテル変性シロキサン化合物は、BYK−348(ビックケミー製)が好ましい。
インク中のノニオン性界面活性剤は、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物であることが好ましい。インク中のパーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物の含有量が少量であっても、インクは記録媒体の表面で効率良く濡れ広がるため、より優れた暗部の画像の彩度を得ることができる。
インク中のノニオン性界面活性剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.01質量%以上1.00質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以上0.50質量%以下であることがさらに好ましい。
(有機アミン)
本発明のインクは、pKaが7.50以上である有機アミンを含有することが好ましい。有機アミンのpKaは、8.50以下であることがさらに好ましい。有機アミンがpKaを複数有する場合は、上記の規定の範囲に含まれるpKaが存在すればよい。通常、アニオン性自己分散顔料を含有するインクのpHはアルカリ性であり、記録媒体のpHは酸性である。したがって、インクのpHと記録媒体のpHの値は異なり、インクが記録媒体に付着すると、pHの変化により、インク中の顔料は凝集しやすくなる。記録媒体に顔料の凝集体があると、画像の平滑性がさらに低くなり、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合があるため、本発明のインクは、インクのpHと記録媒体のpHの間のpKaを有する有機アミンを含有することが好ましい。これにより、インクが記録媒体に付着する際に、急激なpHの変化が抑制され、記録媒体で顔料の大きな凝集体は形成されにくい。pKaが7.50より小さいと、インクのpHと有機アミンのpKaとの差が大きいため、インクが記録媒体に付着する際に急激なpHの変化が起こり、記録媒体で顔料が凝集体を形成する。その結果、画像の平滑性がさらに低くなり、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。また、記録媒体で顔料が凝集体を形成すると、画像の平滑性がさらに低くなり、画像の発色性も十分に得られない場合がある。pKaが8.50より大きいと、pKaがインクのpHと逆転する場合があり、インクが記録媒体に付着する際のインクの急激なpHの変化を抑制できないため、記録媒体でインク中の顔料が凝集する。その結果、画像の平滑性がさらに低くなり、暗部の画像の彩度が十分に得られない場合がある。また、記録媒体で顔料が凝集体を形成すると、画像の平滑性がさらに低くなり、画像の発色性も十分に得られない場合がある。有機アミンの具体例を以下に示すが、括弧内の数値は、温度25℃におけるpKaの値である。有機アミンとしては、3−[N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アミノ]−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸(7.60)、トリエタノールアミン(7.76)、2−ヒドロキシ−3−[4−(2−ヒドロキシエチル)―1−ビベラジニル]プロパンスルホン酸(7.90)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)グリシン(以下、「ビシン」と記載する)(8.35)、N−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−3−アミノプロパンスルホン酸(8.40)などが挙げられる。なかでも有機アミンは、ビシン(8.35)、トリエタノールアミン(7.76)が好ましい。
インク中の有機アミンの含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.01質量%以上0.50質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上0.20質量%以下であることがさらに好ましい。
(水性媒体)
本発明のインクは、水、又は水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を含有する。水としては脱イオン水(イオン交換水)を用いることが好ましい。水溶性有機溶剤としては、特に限定されるものではなく、アルコール類、グリコール類、グリコールエーテル類、及び含窒素化合物類などの水性のインクに使用可能なものをいずれも用いることができる。また、これらの水溶性有機溶剤の1種又は2種以上をインクに含有させることができる。
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、50.00質量%以上95.00質量%以下であることが好ましい。また、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、3.00質量%以上50.00質量%以下であることが好ましい。水溶性有機溶剤の含有量が3.00質量%未満であると、インクをインクジェット記録装置に用いる場合に耐固着性などの信頼性が十分に得られない場合がある。また、水溶性有機溶剤の含有量が50.00質量%超であると、インクの粘度が上昇して、インクの供給不良が起きる場合がある。
(その他の成分)
本発明のインクには、上記成分の他に、尿素やその誘導体、トリメチロールプロパン、及びトリメチロールエタンなどの温度25℃で固体の水溶性有機化合物を含有させてもよい。また、本発明のインクには、必要に応じて、水溶性樹脂、pH調整剤、消泡剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、及びキレート剤などの種々の添加剤を含有させてもよい。
(物性)
インクの温度25℃における静的表面張力(mN/m)は、40.00mN/m以下であることが好ましく、25.00mN/m以上35.00mN/m以下であることがより好ましく、25.00mN/m以上28.00mN/m以下であることがさらに好ましい。また、インクの温度25℃における粘度は、1.00mPa・s以上5.00mPa・s以下であることが好ましく、1.00mPa・s以上3.50mPa・s以下であることがさらに好ましい。
<インクカートリッジ>
本発明のインクカートリッジは、インクと、このインクを収容するインク収容部とを備える。そして、このインク収容部に収容されているインクが、上記で説明した本発明のインクである。図2は、本発明のインクカートリッジの一実施形態を模式的に示す断面図である。図2に示すように、インクカートリッジの底面には、記録ヘッドにインクを供給するためのインク供給口12が設けられている。インクカートリッジの内部はインクを収容するためのインク収容部となっている。インク収容部は、インク収容室14と、吸収体収容室16とで構成されており、これらは連通口18を介して連通している。また、吸収体収容室16はインク供給口12に連通している。インク収容室14には液体のインク20が収容されており、吸収体収容室16には、インクを含浸状態で保持する吸収体22及び24が収容されている。インク収容部は、液体のインクを収容するインク収容室を持たず、収容されるインク全量を吸収体により保持する形態であってもよい。また、インク収容部は、吸収体を持たず、インクの全量を液体の状態で収容する形態であってもよい。さらには、インク収容部と記録ヘッドとを有するように構成された形態のインクカートリッジとしてもよい。
<インクジェット記録方法>
本発明のインクジェット記録方法は、上記で説明した本発明のインクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録する方法である。インクを吐出する方式としては、インクに力学的エネルギーを付与する方式や、インクに熱エネルギーを付与する方式が挙げられる。本発明においては、インクに熱エネルギーを付与してインクを吐出する方式を採用することが特に好ましい。本発明のインクを用いること以外、インクジェット記録方法の工程は公知のものとすればよい。
図3は、本発明のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を模式的に示す図であり、(a)はインクジェット記録装置の主要部の斜視図、(b)はヘッドカートリッジの斜視図である。インクジェット記録装置には、記録媒体32を搬送する搬送手段(不図示)、及びキャリッジシャフト34が設けられている。キャリッジシャフト34にはヘッドカートリッジ36が搭載可能となっている。ヘッドカートリッジ36は記録ヘッド38及び40を具備しており、インクカートリッジ42がセットされるように構成されている。ヘッドカートリッジ36がキャリッジシャフト34に沿って主走査方向に搬送される間に、記録ヘッド38及び40から記録媒体32に向かってインク(不図示)が吐出される。そして、記録媒体32が搬送手段(不図示)により副走査方向に搬送されることによって、記録媒体32に画像が記録される。
(記録媒体)
本発明のインクを用いて画像を記録する記録媒体は、マット紙であることが好ましい。マット紙は、画像を記録した記録物の使用目的などに応じて選択することができる。マット紙としては、例えば、絵画、写真、及びグラフィック画像などを好みに合わせて表現するために、基材の風合い(画用紙調、キャンバス地調、和紙調など)を生かしたアート紙などが挙げられる。マット紙は、表面にインク受容層を有する。マット紙のインク受容層は、体積平均粒径が3.0μm〜10.0μmである無機顔料を有し、無機顔料により形成される空隙を用いて、インクを吸収する。無機顔料としては、シリカ、アルミナ、アルミナ水和物、及び炭酸カルシウムなどが挙げられる。
記録媒体として普通紙、及び光沢紙を用いても、その表面は凹凸していないので、暗部の画像の色味が変化するという課題は生じない。
以下、実施例、及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。なお、成分量に関して「部」、及び「%」と記載しているものは特に断らない限り質量基準である。
<顔料分散液1〜9の調製>
(顔料分散液1)
顔料40.00g、処理剤8.00mmol、硝酸8.00mmol、及び水200.0mLを混合した。顔料としてはC.I.ピグメントイエロー74(Hansa yellow 5GXB、クラリアント製)、処理剤としては((4−アミノベンゾイルアミノ)−メタン−1,1−ジイル)ビスホスホン酸を用いた。シルヴァーソン混合機を用い、温度25℃、6,000rpm、30分の条件で混合した。得られた混合物に、少量の水に亜硝酸カリウム8.00mmolを溶解させた水溶液をゆっくり添加した。水溶液の添加により、混合物の温度は60℃に達した。温度60℃で、混合物を1時間反応させた。その後、1.00mol/Lの水酸化カリウム水溶液を用いて、混合物のpHを10に調製した。そして30分後、混合物に水20.00mLを加え、スペクトラムメンブランを用いて低分子物の除去、及び脱塩を行った。さらに、混合物を水で希釈し、自己分散顔料が含まれる顔料分散液1(顔料の含有量が20.00%)を得た。顔料分散液1には、粒子表面に−C−CONH−CH(PO基が結合している自己分散顔料が含まれていた。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液1を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液2)
顔料分散液1の調製において、処理剤の種類をp−アミノフタル酸に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液2(顔料の含有量が20.00%)を得た。顔料分散液2には、粒子表面に−C−(COOK)基が結合している自己分散顔料が含まれていた。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液2を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液3)
顔料分散液1の調製において、処理剤の種類をp−アミノベンゼンスルホン酸に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液3(顔料の含有量が20.00%)を得た。顔料分散液3には、粒子表面に−C−SOK基が結合している自己分散顔料が含まれていた。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液3を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液4)
顔料分散液1の調製において、シルヴァーソン混合機を用いて混合する際の撹拌速度と時間を、8,000rpm、60分に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液4(顔料の含有量が20.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、60.0nmだった。顔料分散液4を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液5)
顔料分散液1の調製において、シルヴァーソン混合機を用いて混合する際の時間を、15分に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液5(顔料の含有量が20.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、300.0nmだった。顔料分散液5を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液6)
顔料分散液1の調製において、シルヴァーソン混合機を用いて混合する際の撹拌速度と時間を、8,000rpm、80分に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液6(顔料の含有量が20.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、50.0nmだった。顔料分散液6を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液7)
顔料分散液1の調製において、シルヴァーソン混合機を用いて混合する際の時間を、10分に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液7(顔料の含有量が20.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、350.0nmだった。顔料分散液7を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液8)
顔料分散液1の調製において、顔料の種類をC.I.ピグメントレッド122(Ink Jet Magenta E 02、BASF製)に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液8(顔料の含有量が20.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液8を含有するインクは、マゼンタインクである。
(顔料分散液9)
顔料分散液1の調製において、顔料の種類をC.I.ピグメントブルー15:3(Hostaperm Blue B2G、クラリアント製)に変更した。それ以外は、顔料分散液1の調製と同様の手順で、顔料分散液9(顔料の含有量が20.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液9を含有するインクは、シアンインクである。
(顔料の体積平均粒径の測定)
本発明において、顔料の体積平均粒径が、顔料分散液を純水で希釈し、顔料の含有量が0.02%の顔料を含む水溶液を測定サンプルとし、動的光散乱法による粒度分布計(ナノトラックUPA−EX150、日機装製)を使用して、測定した。測定条件は、SetZero:30s、測定回数:3回、測定時間:180秒、形状:非球形、屈折率:1.51である。
<顔料分散液10〜12の調製>
(顔料分散液10)
顔料24.00部、樹脂を含む液体48.00部、及びイオン交換水32.00部を混合した。顔料としてはC.I.ピグメントイエロー74(Hansa yellow 5GXB、クラリアント製)を用いた。樹脂を含む液体としてはスチレン−アクリル酸共重合体(ジョンクリル680、BASF製)を、共重合体の酸価に対して0.85当量の水酸化カリウム水溶液で中和し、樹脂の含有量が20.00%である液体を用いた。この混合物を、粒径0.3mmのジルコニアビーズ85.00部を充填したバッチ式縦型サンドミル(アイメックス製)を用いて、水で冷やしながら3時間分散した。その後、この分散液を遠心分離処理して粗大粒子を除去し、ポアサイズ3.0μmのセルロースアセテートフィルター(アドバンテック製)にて加圧ろ過を行った。前記の方法により、顔料が樹脂によって水中に分散された状態の顔料分散液10(顔料の含有量が20.00%、樹脂の含有量が8.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液10を含有するインクは、イエローインクである。
(顔料分散液11の調製)
顔料分散液10の調製において、顔料の種類をC.I.ピグメントレッド122(Ink Jet Magenta E 02、BASF製)に変更した。それ以外は、顔料分散液10の調製と同様の手順で、顔料分散液11(顔料の含有量が20.00%、樹脂の含有量が8.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液11を含有するインクは、マゼンタインクである。
(顔料分散液12の調製)
顔料分散液10の調製において、顔料の種類をC.I.ピグメントブルー15:3(Hostaperm Blue B2G、クラリアント製)に変更した。それ以外は、顔料分散液10の調製と同様の手順で、顔料分散液12(顔料の含有量が20.00%、樹脂の含有量が8.00%)を得た。また、顔料の体積平均粒径(nm)は、200.0nmだった。顔料分散液12を含有するインクは、シアンインクである。
<樹脂粒子の分散液の調製>
(樹脂粒子の分散液1〜18)
表1及び2に記載の単量体(合計100.00部)を混合した。撹拌装置、窒素導入管、還流冷却装置、及び温度計を備えたフラスコに、表1及び2に記載のイオン交換水、及び乳化剤(ドデシルベンゼンナトリウム)2.00部を加えた。このフラスコに窒素ガスを導入し、先に調製した単量体の混合液のうち20.00部を撹拌しながら加え、温度85℃に昇温した。このフラスコに、先に調製した単量体の混合液の残り80.00部と、重合開始剤(過硫酸カリウム)1.00部を水20.00部に溶解した液体を3時間かけて滴下した。その後、エージングを2時間行い、樹脂粒子の含有量が20.00%の分散液1〜18を得た。表1及び2の中段に、撹拌速度を記載し、表1及び2の下段に、ガラス転移温度(℃)、屈折率、体積平均粒径(nm)を記載した。
(樹脂粒子の体積平均粒径の測定)
樹脂粒子の体積平均粒径は、純水で希釈した樹脂粒子を含有する水溶液を測定サンプルとし、動的光散乱法による粒度分布計(ナノトラックUPA−EX150、日機装製)を使用して、測定した。測定条件は、SetZero:30s、測定回数:3回、測定時間:180秒、形状:真球形、屈折率:1.50である。
<インクの調製>
(インク1〜47)
表3〜5に記載の各成分を混合し、インク1〜47を調製した。ここで、メガファックF−444(DIC製)は、パーフルオロアルキル基を有するエチレンオキサイド付加物である。F−410(DIC製)は、アニオン性の界面活性剤である。また、BYK−348(ビックケミー・ジャパン製)は、ポリエーテル変性シロキサン化合物である。さらに、AE−100(アセチノールE−100、川研ファインケミカル製)は、アセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物であり、BC−20(NIKKOL BC−20、日光ケミカル製)、及びL−44(プルロニックL−44、ADEKA製)は、非イオン性界面活性剤である。
(インク48〜50)
特許文献1に記載のC1インクと同様にして調製したインクをインク48とした。インク48は、シアンインクである。特許文献2に記載の実施例2のインクと同様にして調製したインクをインク49とした。インク49は、シアンインクである。さらに、特開2014−172987号公報に記載の実施例1のインクと同様にして調製したインクをインク50とした。インク50は、顔料種がカーボンブラックであるインクである。インク48は、特許文献1からは樹脂粒子の体積平均粒径(nm)が不明であったため、インク47の顔料と樹脂粒子の粒径の比率と同等となるような樹脂粒子を使用した。さらに、インク49は自己分散型ではなく樹脂分散型の有機顔料を使用しており、インク50は有機顔料ではなくカーボンブラックを使用している点で、本発明のインクとは異なる。
<評価>
(暗部の画像の彩度)
画像を記録する際に、インク付与量の半量をインク1〜50にし、半量をマットブラックインク(PGI−73MBK、キヤノン製)とした。このマットブラックインクの色材は、自己分散型のカーボンブラックである。インクを、それぞれインクカートリッジに充填し、熱エネルギーによりインクを吐出する記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置(PIXUS PRO−10、キヤノン製)にセットした。前記インクジェット記録装置の解像度は2400dpi×1200dpiである。そして、1/600インチ×1/600インチの単位領域に、30.4ngのインク滴を1滴付与する条件で記録した画像を記録デューティが100%であると定義する。前記インクジェット記録装置を用いて、2種類のマット紙((1)キヤノン写真用紙・プレミアムマット、キヤノン製、(2)Photo Rag 188g/m、Hahnemuhle製)に、記録デューティを0%から140%の間で2%刻みに変化させた71種類のベタ画像を記録した。得られた画像を温度23℃、相対湿度55%の環境下で24時間放置し、乾燥させた。蛍光分光濃度計(FD−7、コニカミノルタ製)を用いて、71種類のベタ画像の明度Lを測定し、L=20に最も近いベタ画像を特定した。そのベタ画像の彩度Cを測定し、画像の彩度の評価を行った。ここで、反射光の量が少ない暗部での画像の評価を行うために、L=20に最も近いベタ画像の彩度Cを測定した。本発明においては、下記の評価の評価基準で、A又はBを許容できるレベルとし、Cを許容できないレベルとした。評価基準は、表6に記載し、評価結果は、表8に記載する。マット紙(1)及び(2)のインク受容層中の無機顔料の体積平均粒径(nm)は、いずれも3.0μm〜10.0μmの範囲内である。
比較例9は、顔料種がカーボンブラックであるインクを使用しているため、暗部の画像の彩度は評価しなかった。
(発色性)
インク1〜50を、それぞれインクカートリッジに充填し、熱エネルギーによりインクを吐出する記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置(PIXUS PRO−10、キヤノン製)にセットした。前記インクジェット記録装置の解像度は2400dpi×1200dpiである。そして、1/600インチ×1/600インチの単位領域に、30.4ngのインク滴を1滴付与する条件で記録した画像を記録デューティが100%であると定義する。前記インクジェット記録装置を用いて、2種類のマット紙((1)キヤノン写真用紙・プレミアムマット、キヤノン製、(2)Photo Rag 188g/m、Hahnemuhle製)に、記録デューティを0%から140%の間で5%刻みに変化させた29種類のベタ画像を記録した。得られた画像を温度23℃、相対湿度55%の環境下で24時間放置し、乾燥させた。蛍光分光濃度計(FD−7、コニカミノルタ製)を用いて以下のように測色し、発色性の評価を行った。測定条件は、光源D50、視野角2°とした。顔料種がカーボンブラックであるインクを用いた場合は、画像の光学濃度を測定し、29種の画像のうちの最大値により発色性の評価を行った。また、イエローインク、マゼンダインク、及びシアンインクを用いた場合は、画像の彩度Cを測定し、29種の画像のうちの最大値により発色性の評価を行った。ここで彩度Cは、CIE(国際照明委員会)により規定されたL表示系に基づくa及びbを測定し、C={(a+(b1/2の式により算出した値である。本発明においては、下記の評価の評価基準で、A又はBを許容できるレベルとした。評価基準は、表7に記載し、評価結果は、表8に記載する。マット紙(1)及び(2)のインク受容層中の無機顔料の体積平均粒径(nm)は、いずれも3.0μm〜10.0μmの範囲内である。
実施例41の評価結果は、暗部の画像の彩度、発色性がいずれもBであるが、他のBよりも劣っていた。

Claims (9)

  1. 有機顔料、樹脂粒子、及び界面活性剤を含有する水性インクであって、
    前記有機顔料が、アニオン性基が直接、又は他の原子団を介して顔料の粒子表面に結合している自己分散顔料であり、
    前記自己分散顔料の体積平均粒径(nm)が、前記樹脂粒子の体積平均粒径(nm)に対する比率で、2.0倍以下であることを特徴とする水性インク。
  2. 前記自己分散顔料の体積平均粒径(nm)が、60.0nm以上300.0nm以下であり、前記樹脂粒子の体積平均粒径(nm)が、30.0nm以上300.0nm以下である請求項1に記載の水性インク。
  3. 前記樹脂粒子のガラス転移温度(℃)が、温度25℃以上である請求項1又は2に記載の水性インク。
  4. 前記自己分散顔料の含有量(質量%)が、前記樹脂粒子の含有量(質量%)に対する質量比率で、8.00倍以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水性インク。
  5. 前記界面活性剤が、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びポリエーテル変性シロキサン化合物からなる群より選択される少なくとも1種のノニオン性界面活性剤である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の水性インク。
  6. 温度20℃での前記樹脂粒子の屈折率が、1.50以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の水性インク。
  7. 前記水性インクが、pKaが7.50以上である有機アミンを含有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の水性インク。
  8. インクと、前記インクを収容するインク収容部とを備えているインクカートリッジであって、
    前記インクが、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の水性インクであることを特徴とするインクカートリッジ。
  9. インクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方法であって、
    前記インクが、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の水性インクであることを特徴とするインクジェット記録方法。
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