JP4976644B2 - インクジェット用水性インク、インクジェット記録方法、インクカートリッジ、記録ユニット、インクジェット記録装置及び画像形成方法 - Google Patents
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又、顔料、ポリマー微粒子、水溶性有機溶剤及び水を含む組成物であるインクジェット記録用インクと、多価金属塩含有水溶液とを記録媒体に付着させ、該インク組成物と多価金属塩水溶液とを反応させて、高品位な画像を形成する技術の提案がある(例えば、特許文献2参照)。
これらの技術では、いずれの場合も、インク中に分散状態で存在している顔料を、記録媒体表面で強制的に凝集させることによって顔料の記録媒体中への浸透を抑制し、従来の顔料インクによって得られる画像に対して、より一層濃度が高く、ブリードが抑制された画像を得ている。
F=q1q2/(4πεrε0r2)・・・・(式1)
で表されることが知られている。
しかしながら、顔料の分散性をイオン性基の溶媒に対する解離度だけで説明することは困難であった。
本発明の水性インクは、水性溶媒として水及び水溶性有機溶剤との混合溶媒を含む。水溶性有機溶剤としては、水溶性有機溶剤が、表面に少なくとも1つのイオン性基が直接若しくは他の原子団を介して結合している顔料粒子に対して完全に若しくは実質的に溶媒和せず、且つ顔料のイオン性基が水溶性有機溶剤に対して完全に若しくは実質的にイオン解離をしないものを用いることができる。水性インク用の水溶性有機溶剤として通常用いられるものであって、先に述べた方法によって判定された、上記条件を満たす水溶性有機溶剤であれば特に限定はされず、単独では勿論のこと、2種類以上を混合して用いることも可能であるが、用いられる水溶性有機溶剤の全てが上記条件を満たすことが必要である。かかる有機溶剤としては、PEG(ポリエチレングリコール)200、PEG400、PEG600、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、2−ピロリドンが好ましく、特には、PEG600、1,5−ペンタンジオール、2−ピロリドンが好ましく、更には、PEG600及び1,5−ペンタンジオールが好ましい。
尚、水としては、脱イオン水を使用することが好ましく、インクに含有される水の量は、インク全質量に対して、好ましくは50〜95質量%の範囲とする。
次に本発明の水性インクを構成する色材について説明する。本発明の水性インク中に含有される色材としては、粒子表面に少なくとも1つのイオン性基が直接若しくは他の原子団を介して結合している顔料が使用される。この条件を満たす限りであれば、特に限定はされず、ジアゾカップリング法を用いてイオン性基を有する化合物を表面に結合させた顔料、次亜塩素酸ソーダや水中オゾン処理等による表面酸化処理でイオン性基を表面に導入した顔料、イオン性基を有する分散剤、界面活性剤、樹脂分散剤等が吸着された顔料等が使用可能である。これらの色材は単独では勿論のこと、2種類以上を混合して用いることも可能である。
本発明の水性インクにおいて使用することのできる顔料粒子は特に限定されず、下記に挙げるようなものがいずれも使用することができるが、カーボンブラックであることが好ましい。
本発明においては、色材の含有量が、インク全質量に対し0.1〜15質量%であることが好ましく、特には、1〜10質量%であることが好ましい。
本発明の画像形成方法は、ブラックインクと少なくとも1色の水性カラーインクとを用いて普通紙に記録を行うインクジェット記録方法において、ブラックインクに、上記で説明した構成を有する本発明の水性インクを用い、且つ該ブラックインクによって形成される画像と、カラーインクによって形成される画像とが隣接してなる画像を形成する際に、ブラックインクを付与する走査を行って画像を形成した後、該画像が形成された領域にカラーインクを付与する走査を行うことを特徴とする。
C.I.ダイレクトイエロー:8、11、12、27、28、33、39、44、50、58、85、86、87、88、98、100、110等
C.I.ダイレクトレッド:2、4、9、11、20、23、24、31、39、46、62、75、79、80、83、89、95、197、201、218、220、224、225、226、227、228、230等
C.I.ダイレクトブルー:1、15、22、25、41、76、77、80、86、90、98、106、108、120、158、163、168、199、226等
C.I.アシッドイエロー:1、3、7、11、17、23、25、29、36、38、40、42、44、76、98、99等
C.I.アシッドレッド:6、8、9、13、14、18、26、27、32、35、42、51、52、80、83、87、89、92、94、106、114、115、133、134、145、158、198、249、265、289等
C.I.アシッドブルー:1、7、9、15、22、23、25、29、40、43、59、62、74、78、80、90、100、102、104、117、127、138、158、161等
1.可溶化基として、カルボキシル基を持つ染料
2.油溶性染料
3.顔料
C.I.ソルベントブルー:33、38、42、45、53、65、67、70、104、114、115、135等
C.I.ソルベントレッド:25、31、86、92、97、118、132、160、186、187、219等
C.I.ソルベントイエロー:1、49、62、74、79、82、83、89、90、120、121、151、153、154等
C.I.ピグメントレッド:5、7、l2、48(Ca)、48(Mn)、57(Ca)、ll2、l22等
C.I.ピグメントブルー:1、2、3、l5:3、l6、22等
C.I.バットブルー:4、6等
以下、本発明の画像形成方法について説明する。本発明の画像形成方法は、ブラックインクと少なくとも1色の水性カラーインクとを用いて普通紙に記録を行うインクジェット記録方法であるが、ブラックインクとして先に述べた本発明の水性インクを用い、且つブラックインクによって形成される画像とカラーインクによって形成される画像とが隣接してなる画像を形成する際に、ブラックインクを付与する走査を行って画像を形成した後、該画像が形成された領域にカラーインクを付与する走査を行うことを特徴とする。
次に、本発明に好適なインクジェット記録装置の一例について以下に説明する。先ず、熱エネルギーを利用したインクジェット記録装置の主要部であるヘッド構成の一例を図1及び図2に示す。図1は、インク流路に沿ったヘッド13の断面図であり、図2は図1のA−B線での切断面図である。ヘッド13はインクを通す流路(ノズル)14を有するガラス、セラミック、シリコン又はプラスチック板等と発熱素子基板15とを接着して得られる。
先ず、5.5gの水に5gの濃塩酸を溶かした溶液に、5℃に冷却した状態でp−アミノ安息香酸1.55gを加える。次に、この溶液の入った容器をアイスバスに入れて液を撹拌することにより溶液を常に10℃以下に保った状態とし、これに、5℃の水9gに亜硝酸ナトリウム1.8gを溶かした溶液を加える。この溶液を更に15分間撹拌後、撹拌されている状態の溶液中に、比表面積が220m2/gでDBP吸油量が105mL/100gであるカーボンブラックを6gを加えて混合する。その後、更に15分間撹拌する。次に、得られたスラリーを東洋濾紙No.2(アドバンティス社製)でろ過し、粒子を十分に水洗し、110℃のオーブンで乾燥させ、自己分散型カーボンブラックAを作製した。更に、上記で得られた自己分散型カーボンブラックAに水を足して顔料濃度が10%となるように分散させて分散液を調製した。上記の方法により、カーボンブラック粒子表面に−C6H4−COONa基が導入されてなる自己分散型カーボンブラックAが水中に分散された状態の顔料分散液Aを得た。
先ず、5.5gの水に5gの濃塩酸を溶かした溶液に、5℃に冷却した状態で4−アミノフタル酸1.5gを加える。次に、この溶液の入った容器をアイスバスに入れて液を撹拌することにより溶液を常に10℃以下に保った状態にし、これに、5℃の水9gに亜硝酸ナトリウム1.8gを溶かした溶液を加える。この溶液を更に15分間撹拌後、撹拌されている状態の溶液中に、比表面積が220m2/gでDBP吸油量が105mL/100gのカーボンブラック6gを加えて混合する。その後、更に15分間撹拌する。次に、得られたスラリーを東洋濾紙No.2(アドバンティス社製)でろ過し、粒子を十分に水洗し、110℃のオーブンで乾燥させ、自己分散型カーボンブラックBを作製した。更に、上記で得られた自己分散型カーボンブラックBに水を足して顔料濃度が10%となるように分散させて分散液を調製した。上記の方法により、カーボンブラックの粒子表面に−C6H3−(COONa)2基が導入されてなる自己分散型カーボンブラックBが水中に分散された状態の顔料分散液Bを得た。
先ず、5.5gの水に2.5gの濃塩酸を溶かした溶液に、5℃に冷却した状態でp−アミノ安息香酸0.8gを加える。次に、この溶液の入った容器をアイスバスに入れて液を撹拌することにより溶液を常に10℃以下に保った状態にし、これに、5℃の水9gに亜硝酸ナトリウム0.9gを溶かした溶液を加える。この溶液を更に15分間撹拌後、撹拌されている状態の溶液中に、比表面積が220m2/gでDBP吸油量が105mL/100gのカーボンブラック9gを加えて混合する。その後、更に15分間撹拌する。次に、得られたスラリーを東洋濾紙No.2(アドバンティス社製)でろ過し、粒子を十分に水洗し、110℃のオーブンで乾燥させ、自己分散型カーボンブラックCを作製した。更に、上記で得られた自己分散型カーボンブラックCに水を足して顔料濃度が10%となるように分散させて分散液を調製した。上記の方法により、カーボンブラックの粒子表面に−C6H4−COONa基が導入されてなる自己分散型カーボンブラックCが水中に分散された状態の顔料分散液Cを得た。
先ず、5.5gの水に2.5gの濃塩酸を溶かした溶液に、5℃に冷却した状態で4−アミノフタル酸0.7gを加える。次に、この溶液の入った容器をアイスバスに入れて液を撹拌することにより溶液を常に10℃以下に保った状態とし、これに、5℃の水9gに亜硝酸ナトリウム0.9gを溶かした溶液を加える。この溶液を更に15分間撹拌後、撹拌されている状態の溶液中に、比表面積が220m2/gでDBP吸油量が105mL/100gのカーボンブラック10gを加えて混合する。その後、更に15分間撹拌する。次に、得られたスラリーを東洋濾紙No.2(アドバンティス社製)でろ過し、粒子を十分に水洗し、110℃のオーブンで乾燥させ、自己分散型カーボンブラックDを作製した。更に、上記で得られた自己分散型カーボンブラックDに水を足して顔料濃度が10%となるように分散させて分散液を調製した。上記の方法により、カーボンブラックの粒子表面に−C6H3−(COONa)2基が導入されてなる自己分散型カーボンブラックDが水中に分散された状態の顔料分散液Dを得た。
本発明にかかる水性インクを構成する色材と水溶性有機溶剤との組み合わせ、つまり、水溶性有機溶剤が、顔料に対して完全に若しくは実質的に溶媒和せず、且つ、顔料粒子表面のイオン性基が、水溶性有機溶剤に対して完全に若しくは実質的にイオン解離をしない組み合わせ、即ち、実質的に色材が水溶性有機溶剤に対して分散しないと判断できる組み合わせ、を判定するにあたり以下の実験を行った。
以上の測定によって得られた色材溶剤分散率の結果と、先に述べた固液相分離の目視による確認結果とを、下記表1にまとめて示した。尚、表中の顔料A〜Dは、自己分散型カーボンブラックA〜Dのことである(以下、顔料A〜Dと呼ぶ)。
上記で述べた判定方法を用いて、その素性が未知なるインク〔検証対象インク〕が本発明の対象物であるか否かを識別することも可能である。その方法について下記に説明する。具体的には、先ず〔検証対象インク〕中に含まれている水溶性有機溶剤の種類、及び量の同定を行う。例えば、メタノールで所定濃度に希釈した〔検証対象インク〕を、GC/MS(商品名:TRACE DSQ;サーモクエスト(ThermoQuest)社製)を用いて分析することにより、〔検証対象インク〕中に含まれている水溶性有機溶剤の種類、及び量を同定する。
前記で作製した顔料分散液A〜Dを用い、表3及び表4に記載した成分を混合し、十分に撹拌して溶解或いは分散した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過して、実施例1〜4及び比較例1〜8の各インクを調製した。
上記実施例1〜4及び比較例1〜8の各インクを用いて、記録信号に応じて熱エネルギーをインクに付与することによりインクを吐出させる、オンデマンド型マルチ記録ヘッドを有するインクジェット記録装置BJS−700(キヤノン(株)製)を改造して下記の評価を行った。そして、得られた評価結果を、表5に示した。
上記各インクと上記したインクジェット記録装置とを用いて、下記のコピー用普通紙A〜Eに2cm×2cmのベタ部を含む文字印字を行い、印字1日後の2cm×2cmのベタ部の印字濃度を測定した。尚、プリンタードライバーは、デフォルトモードで行った。以下にデフォルトモードの設定条件を示した。又、インク1ドットあたりの吐出量は、30ng±10%以内である。各画像の印字濃度は、反射濃度計マクベスRD−918(マクベス社製)を使用して測定した。
・用紙の種類:普通紙
・印刷品質:標準
・色調整:自動
○:5紙の印字濃度の平均が1.4以上。
×:5紙の印字濃度の平均が1.4未満。
A:キヤノン(株)社製、PPC用紙NSK
B:キヤノン(株)社製、PPC用紙NDK
C:ゼロックス(株)社製、PPC用紙4024
D:フォックスリバー(株)社製、PPC用紙プローバーボンド
E:ノイジドラ(株)社製、キヤノン用PPC用紙
ブラックインクとして上記で述べた実施例1〜4及び比較例1〜8のインクを用い、カラーインクと併用して画像形成を行った。この際に用いたカラーインク(シアン、マゼンタ、イエローの3色)は、下記のようにして調製した。
下記に示す成分を混合し、十分撹拌して溶解させた後、ポアサイズ0.2μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過し、シアンインクを調製した。
・DBL(ダイレクトブルー)199 3.5部
・グリセリン 7.5部
・ジエチレングリコール 7.5部
・アセチレノールE−100 1.0部
・純水 80.5部
下記成分により、シアンインクと同様にしてマゼンタインクを調製した。
・AR(アシッドレッド)289 2.5部
・グリセリン 7.5部
・ジエチレングリコール 7.5部
・アセチレノールE−100 1.0部
・純水 81.5部
下記成分により同様にしてイエローインクを調製した。
・DY(ダイレクトイエロー)86 2.5部
・グリセリン 7.5部
・ジエチレングリコール 7.5部
・アセチレノールE−100 1.0部
・純水 81.5部
AA:ブリーディングを視認できない。
A:ブリーディングは殆ど目立たない。
B:ブリーディングはしているが、色の境界線ははっきりしている。
C:色の境界線がハッキリしないほどブリーディングしている。
14:インクノズル
15:発熱素子基板
16:保護層
17−1、17−2:電極
18:発熱抵抗体層
19:蓄熱層
20:基板
21:インク
22:吐出オリフィス(微細孔)
23:メニスカス
24:インク小滴
25:記録媒体
26:マルチノズル
27:ガラス板
28:発熱ヘッド
40:インク袋
42:栓
44:インク吸収体
45:インクカートリッジ
51:給紙部
52:紙送りローラー
53:排紙ローラー
61:ブレード
62:キャップ
63:インク吸収体
64:吐出回復部
65:記録ヘッド
66:キャリッジ
67:ガイド軸
68:モーター
69:ベルト
70:記録ユニット
71:ヘッド部
72:大気連通口
80:インク流路
81:オリフィスプレート
82:振動板
83:圧電素子
84:基板
85:吐出口
100:記録媒体
101:インク滴
102:ドットの中心部
103:浸透液体外周部
104:析出した色材
105:最終的なドット
Claims (14)
- 少なくとも、水と、下記の水溶性有機溶剤と、下記の色材とを含有するインクジェット用水性インクにおいて、
前記色材が、顔料粒子の表面に−COOM1、−SO 3 M1及び−PO 3 H(M1) 2 (式中のM1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を表わす。)からなる群から選ばれる少なくとも1種のイオン性基が直接若しくは他の原子団を介して結合している顔料であり、且つ、構造式C16H33−O−(CH2CH2O)20−Hで示される界面活性剤と水からなる、界面活性剤の濃度が2mmol/kgである液体の表面張力をA(mN/m)とし、上記構造式で示される界面活性剤、該顔料及び水からなる、界面活性剤の濃度が2mmol/kgで、該顔料の濃度が5質量%である液体の表面張力をB(mN/m)としたときに、該顔料はB−A≦10の関係を満たすものであり、
該インクが含有する全ての水溶性有機溶剤が、該顔料に対して溶媒和せず、
且つ前記顔料粒子の表面のイオン性基が、該インクが含有する全ての水溶性有機溶剤に対してイオン解離しないことを特徴とするインクジェット用水性インク。 - 前記イオン性基が、−COOM1(式中のM1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を表わす。)である請求項1に記載のインクジェット用水性インク。
- 前記他の原子団が、炭素原子数1〜12のアルキレン基、置換若しくは未置換のフェニレン基又は置換若しくは未置換のナフチレン基である請求項1又は2に記載のインクジェット用水性インク。
- 前記顔料粒子が、カーボンブラックである請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インク。
- 前記水溶性有機溶剤が、前記色材に対して質量比で2倍以上含有されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インク。
- 前記水溶性有機溶剤の含有量が、インク全質量に対して5〜30%である請求項1〜5のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インク。
- 前記水溶性有機溶剤の25℃における真空の誘電率ε0に対する比誘電率εrの値が35以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インク。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インクをインクジェット記録方式で吐出する工程を有することを特徴とするインクジェット記録方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インクを収容していることを特徴とするインクカートリッジ。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インクを収容しているインク収容部と、該インクを吐出させるためのインクジェットヘッドとを具備していることを特徴とする記録ユニット。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インクを収容しているインク収容部と、該インクを吐出させるためのインクジェットヘッドとを具備していることを特徴とするインクジェット記録装置。
- ブラックインクと少なくとも1色の水性カラーインクとを用いて普通紙にインクジェット記録方式で記録を行う画像形成方法であって、ブラックインクとして請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット用水性インクを用い、且つ該ブラックインクによって形成される画像と、カラーインクによって形成される画像とが隣接してなる画像を形成する際に、ブラックインクを付与する走査を行って画像を形成した後、該画像が形成された領域にカラーインクを付与する走査を行うことを特徴とする画像形成方法。
- ブラックインクを付与する走査を行った後、少なくとも1走査分、間を空けた後に、カラーインクを付与する走査を行う請求項12に記載の画像形成方法。
- ブラックインクの吐出口列と、カラーインクの吐出口列とが副走査方向にずれて配置されている記録ヘッドを用いてインクの付与を行う請求項12又は13に記載の画像形成方法。
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