JP6300084B2 - インクジェット記録用水性インク及びインクカートリッジ - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット記録用水性インク及びインクカートリッジに関する。
光学濃度(OD値)の向上を目的として、水性顔料インクに、水分散性ポリマーを含有させることが提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
特開2006−2141号公報 特開2012−87309号公報
しかしながら、前記水分散性ポリマーを含有する水性顔料インクには、前記水分散性ポリマーの使用により水性顔料インクの粘度が上昇し、吐出不良を招きやすいという問題がある。そこで、本発明は、光学濃度(OD値)の向上と優れた吐出性を両立可能なインクジェット記録用水性顔料インクを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録用水性インクは、
着色剤及び水を含むインクジェット記録用水性インクであって、
前記着色剤が、自己分散型顔料及び水を含み、
さらに、ヒュームドシリカを含むことを特徴とする。
本発明のインクジェット記録用水性インクによれば、自己分散型顔料とヒュームドシリカとを併用することで、光学濃度(OD値)の向上と優れた吐出性を両立可能である。
図1は、本発明のインクジェット記録装置の構成の一例を示す概略斜視図である。
本発明のインクジェット記録用水性インク(以下、「水性インク」又は「インク」と言うことがある。)について説明する。本発明の水性インクは、着色剤及び水を含む。前述のとおり、前記着色剤は、自己分散型顔料を含む。前記自己分散型顔料は、例えば、顔料粒子にスルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基等の親水性官能基及びそれらの塩の少なくとも一種が、直接又は他の基を介して化学結合により導入されていることによって、分散剤を使用しなくても水に分散可能なものである。本発明の水性インクは、自己分散型顔料を使用しているため、高分子顔料分散剤に起因する粘度上昇の問題が無く、かつ、取り扱い性に優れる。
前記自己分散型顔料は、例えば、特開平8−3498号公報、特表2000−513396号公報、特表2009−515007号公報、特表2011−515535号公報等に記載の方法によって処理された自己分散型顔料を用いることができる。前記自己分散型顔料の原料として用いることができる顔料としては、例えば、カーボンブラック、無機顔料及び有機顔料等があげられる。前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があげられる。前記無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化鉄系無機顔料及びカーボンブラック系無機顔料等をあげることができる。前記有機顔料としては、例えば、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;塩基性染料型レーキ顔料、酸性染料型レーキ顔料等の染料レーキ顔料;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;等があげられる。また、これら以外の顔料として、例えば、C.I.ピグメントブラック1、6及び7;C.I.ピグメントイエロー1、2、3、12、13、14、15、16、17、55、78、150、151、154、180、185及び194;C.I.ピグメントオレンジ31及び43;C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、12、15、16、48、48:1、53:1、57、57:1、112、122、123、139、144、146、149、166、168、175、176、177、178、184、185、190、202、221、222、224及び238;C.I.ピグメントバイオレット196;C.I.ピグメントブルー1、2、3、15、15:1、15:2、15:3、15:4、16、22及び60;C.I.ピグメントグリーン7及び36等もあげられる。特に、前記処理を行うのに適した顔料としては、例えば、三菱化学(株)製の「MA8」及び「MA100」、デグサ社製の「カラーブラックFW200」等のカーボンブラックがあげられる。
前記自己分散型顔料は、例えば、市販品を用いてもよい。前記市販品としては、例えば、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ社製の「CAB−O−JET(登録商標)200」、「CAB−O−JET(登録商標)250C」、「CAB−O−JET(登録商標)260M」、「CAB−O−JET(登録商標)270Y」、「CAB−O−JET(登録商標)300」、「CAB−O−JET(登録商標)400」、「CAB−O−JET(登録商標)450C」、「CAB−O−JET(登録商標)465M」及び「CAB−O−JET(登録商標)470Y」;オリエント化学工業(株)製の「BONJET(登録商標)BLAVK CW−2」及び「BONJET(登録商標)BLAVK CW−3」;東洋インキ製造(株)製の「LIOJET(登録商標)WD BLACK 002C」等があげられる。
前記水性インク全量に対する前記自己分散型顔料の固形分配合量(顔料固形分量)は、特に限定されず、例えば、所望の光学濃度又は色彩等により、適宜決定できる。前記顔料固形分量は、例えば、0.1重量%〜20重量%であり、好ましくは、2重量%〜10重量%であり、より好ましくは、4重量%〜6重量%である。
前記自己分散型顔料は、リン酸基により修飾された自己分散型顔料(以下、「リン酸基修飾自己分散型顔料」と言う。)であることが好ましい。前記リン酸基修飾自己分散型顔料を用いることで、光学濃度(OD値)がより向上した水性インクを得ることができる。
前記着色剤は、前記自己分散型顔料に加え、さらに他の顔料及び染料等を含んでもよい。
前記水は、イオン交換水又は純水であることが好ましい。前記水性インク全量に対する前記水の配合量(水割合)は、例えば、10重量%〜90重量%であり、好ましくは、40重量%〜80重量%である。前記水割合は、例えば、他の成分の残部としてもよい。
前述のとおり、前記水性インクは、さらに、ヒュームドシリカを含む。前記ヒュームドシリカ(フュームドシリカとも言われる。)とは、湿式法で製造されるコロイダルシリカとは異なり、乾式法(気相法)で製造されるシリカのことである。
前述のとおり、本発明の水性インクによれば、自己分散型顔料とヒュームドシリカとを併用することで、光学濃度(OD値)の向上と優れた吐出性を両立可能である。一方、後述の比較例で示すように、ヒュームドシリカに代えてコロイダルシリカを用いると、光学濃度(OD値)のあがり幅が小さい。このメカニズムは、例えば、次のように推定される。すなわち、ヒュームドシリカは、コロイダルシリカと比べて、製造時における不純物の混入を抑えることができるため、生成したシリカ粒子表面の活性が高い。このため、自己分散型顔料との反応性が高くなり、自己分散型顔料が記録用紙等の記録媒体表面に残りやすく、光学濃度(OD値)の向上効果が高いと考えられる。ただし、このメカニズムは推定に過ぎず、本発明はこれに限定及び制限されない。本発明の水性インクは、ヒュームドシリカを含むことが必須であるが、本発明の効果を損なわない範囲において、コロイダルシリカ等の他のシリカを含んでもよい。また、本発明のインクジェット記録用水性インクによれば、記録媒体における裏抜け(記録物を裏面(記録面と反対側の面)から見たとき、水性インクによる記録部分が透けて見えること)が抑制されるという副次的効果も奏する。
前記ヒュームドシリカの平均粒子径は、50nm以上250nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましい。平均粒子径が250nm以下のヒュームドシリカを用いることで、インクジェットヘッドのノズルが目詰まりするのを抑制できる。前記ヒュームドシリカの平均粒子径は、例えば、(株)堀場製作所製の動的光散乱式粒径分布測定装置「LB−550」を用いて、算術平均径として測定可能である。
前記水性インクに対する前記ヒュームドシリカの配合量は、例えば、0.1重量%〜20重量%であり、好ましくは、0.5重量%〜10重量%であり、より好ましくは、1重量%〜5重量%である。
本発明の水性インクにおいて、前記自己分散型顔料及び前記ヒュームドシリカが、それぞれ、下記(X)及び(Y)の条件を満たすように前記水性インクに配合されていることが好ましい。

(X) 7≦A+B≦10
(Y) A:B=5:3〜1:1
A:前記水性インク全量に対する前記自己分散型顔料の配合量(重量%)
B:前記水性インク全量に対する前記ヒュームドシリカの配合量(重量%)
本発明の水性インクは、さらに、水溶性有機溶剤を含むことが好ましい。前記水溶性有機溶剤としては、例えば、インクジェットヘッドのノズル先端部における水性インクの乾燥を防止する湿潤剤及び記録媒体上での乾燥速度を調整する浸透剤があげられる。
前記湿潤剤は、特に限定されず、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等の低級アルコール;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド;アセトン等のケトン;ジアセトンアルコール等のケトアルコール;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル;ポリアルキレングリコール等のポリエーテル;アルキレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等の多価アルコール;2−ピロリドン;N−メチル−2−ピロリドン;1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等があげられる。前記ポリアルキレングリコールは、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等があげられる。前記アルキレングリコールは、例えば、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、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール等があげられる。これらの湿潤剤は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。これらの中で、アルキレングリコール、グリセリン等の多価アルコールが好ましい。
前記水性インク全量に対する前記湿潤剤の配合量は、例えば、0重量%〜95重量%であり、好ましくは、5重量%〜80重量%であり、より好ましくは、5重量%〜50重量%である。
前記浸透剤は、例えば、グリコールエーテルがあげられる。前記グリコールエーテルは、例えば、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコール−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコール−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコール−n−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールエチルエーテル、トリエチレングリコール−n−プロピルエーテル、トリエチレングリコール−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコール−n−プロピルエーテル、プロピレングリコール−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコール−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコール−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルエーテル、トリプロピレングリコール−n−プロピルエーテル及びトリプロピレングリコール−n−ブチルエーテル等があげられる。前記浸透剤は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
前記水性インク全量に対する前記浸透剤の配合量は、例えば、0重量%〜20重量%であり、好ましくは、0重量%〜15重量%であり、より好ましくは、1重量%〜4重量%である。
本発明の水性インクは、さらに、アセチレングリコール系界面活性剤を含んでもよい。前記アセチレングリコール系界面活性剤としては、例えば、式(1)で表される界面活性剤等があげられる。
Figure 0006300084
式(1)において、p及びqは同一でも異なっていてもよく、p+q=1〜15を満たす数であり、好ましくは、p+q=3〜11を満たす数である。R、R、R及びRは、それぞれ、炭素原子数1〜5の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R、R、R及びRは同一でも異なっていてもよい。前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等があげられる。
前記アセチレングリコール系界面活性剤は、例えば、市販品を用いてもよい。前記市販品としては、例えば、日信化学工業(株)製の「オルフィン(登録商標)E1010」、「オルフィン(登録商標)E1004」、「サーフィノール(登録商標)440」及び「サーフィノール(登録商標)465」;川研ファインケミカル(株)製の「アセチレノール(登録商標)E40」及び「アセチレノール(登録商標)E100」;等があげられる。
前記水性インク全量に対する前記アセチレングリコール系界面活性剤の配合量(特定界面活性剤割合)は、例えば、0.05重量%〜10重量%である。前記特定界面活性剤割合を0.05重量%以上とすることで、記録用紙等の記録媒体に対する水性インクの濡れ性が高くなり、記録媒体上に水性インクが広がりやすくなることで、記録品質がより高くなる。また、前記特定界面活性剤割合を10重量%以下とすることで、水性インクの表面張力が低くなりすぎてインクジェットヘッドのノズル面が水性インクで濡れてしまい、吐出性が低下するのを抑制できる。前記特定界面活性剤割合は、好ましくは、0.1重量%〜5重量%であり、より好ましくは、0.2重量%〜0.5重量%である。
前記水性インクは、必要に応じて、さらに、従来公知の添加剤を含んでもよい。前記添加剤としては、例えば、アセチレングリコール系界面活性剤以外の界面活性剤、pH調整剤、粘度調整剤、表面張力調整剤、防黴剤等があげられる。前記粘度調整剤は、例えば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性樹脂等があげられる。
前記水性インクは、例えば、着色剤、水及びヒュームドシリカと、必要に応じて他の添加成分とを、従来公知の方法で均一に混合し、フィルタ等で不溶解物を除去することにより調製できる。
つぎに、本発明のインクカートリッジは、インクジェット記録用水性インクを含むインクカートリッジであって、前記水性インクが、本発明のインクジェット記録用水性インクであることを特徴とする。前記インクカートリッジの本体としては、例えば、従来公知のものを使用できる。
つぎに、本発明のインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法について説明する。
本発明のインクジェット記録装置は、インク収容部及びインク吐出手段を含み、前記インク収容部に収容されたインクを前記インク吐出手段によって吐出するインクジェット記録装置であって、前記インク収容部に、本発明のインクジェット記録用水性インクが収容されていることを特徴とする。
本発明のインクジェット記録方法は、記録媒体に水性インクをインクジェット方式により吐出して記録するインクジェット記録方法であって、前記水性インクとして、本発明のインクジェット記録用水性インクを用いることを特徴とする。
本発明のインクジェット記録方法は、例えば、本発明のインクジェット記録装置を用いて実施可能である。前記記録は、印字、印画、印刷等を含む。
図1に、本発明のインクジェット記録装置の一例の構成を示す。図示のとおり、このインクジェット記録装置1は、4つのインクカートリッジ2と、インク吐出手段(インクジェットヘッド)3と、ヘッドユニット4と、キャリッジ5と、駆動ユニット6と、プラテンローラ7と、パージ装置8とを主要な構成要素として含む。
4つのインクカートリッジ2は、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの4色の水性インクを、それぞれ1色ずつ含む。例えば、前記水性ブラックインクが、本発明のインクジェット記録用水性インクである。その他の水性インクは、一般的な水性インクを用いてよい。ヘッドユニット4に設置されたインクジェットヘッド3は、記録媒体(例えば、記録用紙)Pに記録を行う。キャリッジ5には、4つのインクカートリッジ2及びヘッドユニット4が搭載される。駆動ユニット6は、キャリッジ5を直線方向に往復移動させる。駆動ユニット6としては、例えば、従来公知のものを使用できる(例えば、特開2008−246821号公報参照)。プラテンローラ7は、キャリッジ5の往復方向に延び、インクジェットヘッド3と対向して配置されている。
パージ装置8は、インクジェットヘッド3の内部に溜まる気泡等を含んだ不良インクを吸引する。パージ装置8としては、例えば、従来公知のものを使用できる(例えば、特開2008−246821号公報参照)。
パージ装置8のプラテンローラ7側には、パージ装置8に隣接してワイパ部材20が配設されている。ワイパ部材20は、へら状に形成されており、キャリッジ5の移動に伴って、インクジェットヘッド3のノズル形成面を拭うものである。図1において、キャップ18は、水性インクの乾燥を防止するため、記録が終了するとリセット位置に戻されるインクジェットヘッド3の複数のノズルを覆うものである。
本例のインクジェット記録装置1においては、4つのインクカートリッジ2は、ヘッドユニット4と共に、1つのキャリッジ5に搭載されている。ただし、本発明は、これに限定されない。インクジェット記録装置1において、4つのインクカートリッジ2の各カートリッジは、ヘッドユニット4とは別のキャリッジに搭載されていてもよい。また、4つのインクカートリッジ2の各カートリッジは、キャリッジ5には搭載されず、インクジェット記録装置1内に配置、固定されていてもよい。これらの態様においては、例えば、4つのインクカートリッジ2の各カートリッジと、キャリッジ5に搭載されたヘッドユニット4とが、チューブ等により連結され、4つのインクカートリッジ2の各カートリッジからヘッドユニット4に前記水性インクが供給される。
このインクジェット記録装置1を用いたインクジェット記録は、例えば、つぎのようにして実施される。まず、記録用紙Pが、インクジェット記録装置1の側方又は下方に設けられた給紙カセット(図示せず)から給紙される。記録用紙Pは、インクジェットヘッド3と、プラテンローラ7との間に導入される。導入された記録用紙Pに、インクジェットヘッド3から吐出される水性インクにより所定の記録がされる。本発明の水性インクは、吐出性に優れる。記録後の記録用紙Pは、インクジェット記録装置1から排紙される。本発明の水性インクで記録された記録物は、光学濃度(OD値)が高い。図1においては、記録用紙Pの給紙機構及び排紙機構の図示を省略している。
図1に示す装置では、シリアル型インクジェットヘッドを採用するが、本発明は、これに限定されない。前記インクジェット記録装置は、ライン型インクジェットヘッドを採用する装置であってもよい。
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例及び比較例により限定及び制限されない。
[実施例1〜8及び比較例1〜5]
水性インク組成(表1)における、自己分散型顔料を除く成分を、均一に混合しインク溶媒を得た。つぎに、水に分散させた自己分散型顔料に前記インク溶媒を加え、均一に混合した。その後、得られた混合物を、東洋濾紙(株)製のセルロースアセテートタイプメンブレンフィルタ(孔径3.00μm)でろ過することで、実施例1〜8及び比較例1〜5のインクジェット記録用水性インクを得た。
実施例及び比較例の水性インクについて、(a)光学濃度(OD値)測定、(b)吐出性評価及び(c)総合評価を、下記方法により実施した。
(a)光学濃度(OD値)測定
ブラザー工業(株)製のインクジェットプリンタMFC−J4510Nを使用して、実施例及び比較例の水性インクを用いて普通紙上に解像度600dpi×300dpiで黒単色パッチを含む画像を記録し評価サンプルを作製した。前記評価サンプル中の5箇所の光学濃度(OD値)を、X−Rite社製の分光測色計SpectroEyeにより測定し、平均値を求めた。前記普通紙には、XEROX社製の「XEROX4200」を用いた。
(b)吐出性評価
前記インクジェットプリンタMFC−J4510Nを使用して、実施例及び比較例の水性インクを用いてインクカートリッジ交換後にパージ(前記インクジェットプリンタMFC−J4510N本体のポンプによる水性インクの吸引)を3回行った直後に、記録試験を行い、全ノズル数に対する吐出ノズルの割合を求め、下記評価基準に従って評価した。
吐出性評価 評価基準
A:全ノズル数に対する吐出ノズルの割合が100%であった(全ノズルが吐出可能であった)
B:全ノズル数に対する吐出ノズルの割合が90%以上100%未満であった
C:全ノズル数に対する吐出ノズルの割合が90%未満であった
(c)総合評価
各水性インクについて、前記(a)及び(b)の結果から、下記評価基準に従って総合評価を行った。
総合評価 評価基準
A:光学濃度(OD値)が1.25以上、かつ吐出性評価結果がAであった。
B:光学濃度(OD値)が1.16以上、かつ吐出性評価結果がAであるか、又は、光学濃度(OD値)が1.20以上、かつ吐出性評価結果がBであった。
C:光学濃度(OD値)が1.15以下、又は吐出性評価結果がCであった。
実施例及び比較例の水性インクの水性インク組成及び測定・評価結果を、表1に示す。
Figure 0006300084
表1に示すとおり、実施例1〜8では、光学濃度(OD値)の向上及び優れた吐出性を両立可能であった。自己分散型カーボンブラック及びヒュームドシリカを前記(X)及び(Y)の条件を満たすように配合した実施例1〜4では、ヒュームドシリカを配合しなかったこと以外は同条件である比較例(比較例1〜3のいずれか)からの光学濃度(OD値)のあがり幅が特に大きく、吐出性にも特に優れていた。また、実施例1〜3において、ヒュームドシリカを配合しなかったこと以外は同条件である比較例(比較例1〜3のいずれか)からの光学濃度(OD値)のあがり幅を比較すると、リン酸基修飾自己分散型顔料を用いた実施例1で最も向上していた。そして、ヒュームドシリカに代えてコロイダルシリカ又はポリオレフィン水性ディスパージョンを用いた比較例4及び5では、吐出性評価の結果が悪かった。
以上のように、本発明の水性インクは、光学濃度(OD値)の向上及び優れた吐出性を両立可能なものである。本発明の水性インクの用途は、特に限定されず、各種のインクジェット記録に広く適用可能である。
1 インクジェット記録装置
2 インクカートリッジ
3 インク吐出手段(インクジェットヘッド)
4 ヘッドユニット
5 キャリッジ
6 駆動ユニット
7 プラテンローラ
8 パージ装置

Claims (4)

  1. 着色剤及び水を含むインクジェット記録用水性インクであって、
    前記着色剤が、自己分散型顔料を含み、
    さらに、ヒュームドシリカを含み、
    前記自己分散型顔料及び前記ヒュームドシリカが、それぞれ、下記(X)及び(Y)の条件を満たすように前記水性インクに配合されていることを特徴とするインクジェット記録用水性インク。

    (X) 7≦A+B≦10
    (Y) A:B=5:3〜1:1
    A:前記水性インク全量に対する前記自己分散型顔料の配合量(重量%)
    B:前記水性インク全量に対する前記ヒュームドシリカの配合量(重量%)
  2. 前記ヒュームドシリカの2次粒子の平均粒子径が、50nm以上250nm以下であることを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録用水性インク。
  3. 前記自己分散型顔料が、リン酸基により修飾された自己分散型顔料であ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。
  4. インクジェット記録用水性インクを含むインクカートリッジであって、前記水性インクが、請求項1〜3のいずれか一項に記載のインクジェット記録用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。
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