JP6789663B2 - インク、インクカートリッジ、及び画像記録方法 - Google Patents
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すなわち、本発明のインクは、顔料、水溶性有機溶剤、及び界面活性剤を含有し、25℃の粘度が5mPa・s以上である。そして、本発明のインクは、静的表面張力が30.5mN/m以上35.0mN/m以下であり、動的表面張力が、寿命時間150m秒において30.5mN/m以上37.0mN/m以下である。静的表面張力は、Wilhelmy法により25℃において測定される値である。動的表面張力は、最大泡圧法により25℃において測定される値である。
本発明のインクの25℃の粘度は、5mPa・s以上である。インクの粘度が5mPa・s以上であることにより、インクは吐出安定性が高く、また、記録媒体上においてはコアレッセンス(凝結)が発生し難い。この観点から、インクの25℃の粘度は、5.5mPa・s以上であることが好ましい。インクの25℃の粘度の上限は、インクの連続吐出安定性の観点から、17.0mPa・s以下であることが好ましく、15.0mPa・s以下であることがより好ましい。本明細書において、インクの粘度は、回転式粘度計を使用して、25℃において測定される値である。
顔料(顔料粒子)の種類としては、カーボンブラックなどの無機顔料、及び有機顔料が挙げられ、インクに使用可能な公知の顔料をいずれも用いることができる。顔料としては、以下に述べる自己分散顔料及び樹脂分散顔料などの水中に分散しうる顔料が好ましい。
自己分散顔料とは、顔料粒子の表面に少なくとも1種の親水性基が直接又は他の原子団(−R−)を介して結合した顔料を意味する。親水性基としては、カルボン酸基(−COOM)、スルホン酸基(−SO3M)、ホスホン酸基(−PO3HM、−PO3M2)などが挙げられる。上記式中の「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とが好ましい。上記式中の「M」がアンモニウム又は有機アンモニウムである親水性基の場合と比較して、インクの吐出安定性が良好となることから、「M」が、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属である親水性基がより好ましい。
樹脂分散顔料とは、樹脂粒子とは異なる樹脂の分散剤(樹脂分散剤)によって分散された顔料を意味する。樹脂分散剤は、従来からインク(好ましくはインクジェット用のインク)に用いられているものをいずれも用いることができる。樹脂分散剤は、水溶性であることが好ましい。本明細書において、「樹脂が水溶性である」とは、酸価と当量のアルカリで樹脂を中和した場合に、水系媒体中で粒径を有しない状態となることを意味する。
本発明のインクに含有される界面活性剤の種類は特に限定されない。好適な界面活性剤としては、例えば、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、フッ素系界面活性剤、アセチレングリコール系界面活性剤、及びシリコーン系界面活性剤などが挙げられる。インクには、市販の界面活性剤を用いることができる。
本発明のインクは、水溶性有機溶剤を含有する。本明細書において、「水溶性有機溶剤」とは、「水に対する20℃における溶解度が500g/L以上である有機溶剤」を意味する。水溶性有機溶剤としては、インクに使用可能なものとして公知のものをいずれも用いることができる。水溶性有機溶剤としては、例えば、アルコール類、グリコール類、アルキレングリコール類、ポリエチレングリコール類、含窒素化合物類、及び含硫黄化合物類などが挙げられる。これらの水溶性有機溶剤は、必要に応じて、1種又は2種以上を用いることができる。インク中の全水溶性有機溶剤の含有量は、インク全質量を基準として、50質量%以下であることが好ましく、5質量%以上45質量%以下であることがより好ましい。
本発明の一実施形態のインクは、樹脂粒子を含有することが好ましい。本明細書において、「樹脂粒子」とは、「水系媒体中に分散状態で存在しうる樹脂からなる粒子」を意味する。樹脂粒子としては、ポリウレタン系樹脂粒子、アクリル系樹脂粒子、スチレン−アクリル系樹脂粒子、フッ素系樹脂粒子、及びシリコーン系樹脂粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。このなかでも、ポリウレタン樹脂粒子及びアクリル樹脂粒子がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のインクは、必要に応じて、上記以外の界面活性剤、pH調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤、及びキレート化剤などの種々の添加剤を含有してもよい。
本発明のインクカートリッジは、インクを収容するインク収容部を備える。そして、このインク収容部に、上記で説明した本発明のインクが収容されている。インク収容部としては、例えば、液体のインクを収容するインク収容室と、負圧によりその内部にインクを保持する負圧発生部材を収容する負圧発生部材収容室と、を有するものを挙げることができる。また、液体のインクを収容するインク収容室を備えず、インクの全量を負圧発生部材により保持する構成のインク収容部を備えたインクカートリッジであってもよい。さらに、インク収容部と、記録ヘッドと、を備えた形態のインクカートリッジであってもよい。
本発明の画像記録方法は、上述したインクを記録媒体に付与するインク付与工程を有する。本発明の一実施形態の画像記録方法は、さらに、記録媒体を搬送する搬送工程を有することが好ましく、また、インクが付与された記録媒体を加熱する加熱工程を有することが好ましい。
インク付与工程は、記録媒体にインクを付与する工程である。記録媒体にインクを付与する方式としては、インクジェット方式を採用することが好ましい。すなわち、本発明の画像記録方法は、インクジェット記録方法であることが好ましい。インクジェット方式としては、サーマルインクジェット方式であっても、ピエゾインクジェット方式であってもよい。サーマルインクジェット方式は、インクに熱エネルギーを付与して記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させる方式である。また、ピエゾインクジェット方式は、ピエゾ素子を用いて記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させる方式である。
加熱工程では、インクが付与された記録媒体の表面温度が70℃以上となるように加熱することが好ましい。「インクが付与された記録媒体の表面温度」とは、インクが記録媒体に付与された時点を0秒とした場合に、0.5秒搬送された位置における記録媒体の表面温度を意味する。例えば、記録媒体の搬送速度を「V」m/分と仮定する。このように仮定した場合、記録媒体におけるインクの記録領域Xが、インクが付与された位置から搬送方向に沿って「(V×0.5)/60」m移動した位置における記録領域Xの表面温度を測定すればよい。なお、フルラインタイプのインクジェット記録ヘッドの場合における「インクが付与された位置」とは、記録ヘッドの直下の位置を意味する。後述する実施例においては、非接触赤外温度計デジタル放射温度センサー(商品名「FT−H20」、キーエンス製)を使用し、記録媒体の表面から概ね垂直方向に10cm離れた位置から記録媒体の表面温度を測定した。
記録媒体としては、従来、一般的に用いられている記録媒体をいずれも使用することができる。なかでも、記録媒体の水の吸収係数Kaは、0.1mL/(m2・ms1/2)以上3.0mL/(m2・ms1/2)以下であることが好ましい。また、本発明の一実施形態の画像記録方法は、上記の吸収係数Kaの範囲にある記録媒体に、前述のインクを付与して1パスで画像を記録するインク付与工程を有することがより好ましい。
顔料として、ビスホスホン酸系自己分散マゼンタ顔料(商品名「CAB−O−JET465M」、キャボット製、以下、「顔料1」と記載することがある。)、及び以下の樹脂分散顔料(以下、「顔料2」と記載することがある。)を用いた。
機械的撹拌装置を備えた500mLナスフラスコを超音波発生装置の槽内に入れた。このナスフラスコの中に、水溶性樹脂分散剤としてスチレン−アクリル酸ランダム共重合体(酸価:80mgKOH/g)1g、溶媒としてテトラヒドロフラン120mLを入れ、超音波をかけながら内容物を撹拌した。また、別の容器に、顔料(顔料粒子)としてC.I.ピグメントブルー15:3を5g、溶媒としてテトラヒドロフランを120mL入れた。顔料粒子の表面が溶媒で十分濡れるまで遊星式撹拌機(クラボウ製)を使用して混合した後、顔料粒子及び溶媒の混合物を上記のナスフラスコの中に添加し、水溶性樹脂分散剤とよく混合した。次いで、水溶性樹脂分散剤の中和率が100%となるまで水酸化カリウム水溶液を滴下注入して転相させた後、60分間プレミキシングした。その後、微粒化装置(商品名「ナノマイザー NM2−L200AR」、吉田機械興業製)を使用して2時間分散させ、分散液を得た。ロータリエバポレータを用いて分散液からテトラヒドロフランを留去し、濃度調整して、樹脂分散顔料(顔料2)の含有量が6.0%の樹脂分散顔料の分散液を得た。この樹脂分散顔料の分散液は、水溶性樹脂分散剤の含有量に対する顔料(顔料粒子)の含有量の質量比(顔料の含有量/水溶性樹脂分散剤の含有量)が5.0倍であった。
後記表1〜4の上段に記載の含有量(いずれも単位は質量%)となるように各成分を混合し、十分撹拌して分散し、ガラスフィルターAP20(MILLIPORE製)でろ過することで、各インクを調製した。なお、表中の水の含有量の「残余」との記載は、水を含めた各成分の含有量が合計100%となる量を意味する。また、表中の顔料及び樹脂粒子の含有量(質量%)は、それぞれインク中の顔料及び樹脂粒子の固形分の含有量(質量%)である。表中の略称は以下の通りである。
「E103」:商品名「エマルゲン103」(花王製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル)
「E108」:商品名「エマルゲン108」(花王製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル)
「E123P」:商品名「エマルゲン123P」(花王製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル)
「AE100」:商品名「アセチレノールE100」(川研ファインケミカル製、アセチレングリコール系界面活性剤)
「Gly」:グリセリン(キシダ化学製)
「12HD」:1,2−ヘキサンジオール(東京化成工業製)
「PEG1000」:ポリエチレングリコール1000(重量平均分子量が1000であるポリエチエレングリコール、純正化学製)
「W5661」:商品名「タケラックW5661」(三井化学製、ウレタン樹脂エマルション)
「PDX7430」:商品名「ジョンクリルPDX−7430」(BASF製、アクリル樹脂エマルション)
これらの樹脂粒子はいずれも、調製したインク中でも粒子の形態を形成していた。
回転粘度計(商品名「RE80形粘度計」、東機産業製)を用いて、調製した各インクの25℃における粘度(mPa・s)を測定し、表1〜4に記載した。
調製した各インクについて、Wilhelmy法を利用した自動表面張力計(商品名「CBVP−A3型」、協和界面科学製)及びプラチナ製プレートを使用し、25℃における静的表面張力(mN/m)を測定した。
調製した各インクについて、最大泡圧法を利用した動的表面張力計(商品名「BP2−Mk2 Bubble Pressure Tensiometer」、KRUSS製)を用い、25℃における寿命時間150m秒での動的表面張力(mN/m)を測定した。
画像の記録には、ピエゾタイプのインクジェットヘッド(商品名「KJ4」、京セラ製、ノズル密度600dpi)を搭載した、図1に示す構成を有するインクジェット記録装置を使用した。また、記録媒体には、上質紙(商品名「OKプリンス上質」、王子製紙製、坪量64g/m2、厚さ0.07mm)を使用した。記録条件は、温度25℃、相対湿度55%、インク吐出周波数39kHz、記録媒体の搬送速度75m/分、記録時のインク吐出体積1ドット当たり約13pLとした。記録解像度に対する記録媒体の搬送速度の割合(搬送速度/記録解像度)は0.125m/min・dpiであり、インクの付与量は、1cm2当たり0.8mgであった。上記インクジェット記録装置では、解像度600dpi×600dpiで1/600インチ×1/600インチの単位領域に13ngのインク滴を1ドット付与する条件が、記録デューティーが100%であると定義される。本実施例においては、下記の各評価項目の評価基準において、「A」及び「B」を好ましいレベルとし、「C」を許容できないレベルとした。
上記のインクジェット記録装置を用いて、上記の記録媒体(上質紙)に20cm×20cmサイズのベタ画像と記録媒体の搬送方向に長さ10cmの幅の無印字領域を、記録媒体の搬送速度75m/分で1時間記録し続けた。その後、搬送ローラー6(図1参照)の表面を観察し、以下の評価基準にしたがって画像の定着性を評価した。
A:ローラー表面上に20cm幅の変色がごくわずかに見えるが、その境界は見えなかった。
B:ローラー表面上に20cm幅のうっすらとした変色があり、その境界がぼんやりと見えた。
C:ローラー表面上に20cm幅の強い変色があり、その境界がハッキリと見えた。
Cのレベルでは、印字終了直前に印刷された、無印字領域が変色していた。一旦ローラーに付着していた色材が再付着したと考えられるのでCは許容できないレベルとした。
上記のインクジェット記録装置を用いて、上記の記録媒体(上質紙)に、記録媒体の搬送速度が75m/分の条件で、記録デューティーが100%である20cm×20cmサイズのベタ画像(画像サンプル1)を記録した。このとき、記録解像度に対する記録媒体の搬送速度の割合(搬送速度/記録解像度)は0.125m/min・dpiであった。また、インクの付与量は、1cm2当たり0.8mgであった。画像サンプル1の光学濃度を反射濃度計(商品名「RD19I」、グレタグマクベス製)で測定し、以下の評価基準にしたがって画像の発色性を評価した。
A:光学濃度が、1.3以上であった。
B:光学濃度が、1.2以上1.3未満であった。
C:光学濃度が、1.2未満であった。
前記「画像の発色性」の評価で用いた記録媒体における画像サンプル1を記録した面(表面)とは反対側の面(裏面)に、表面の画像サンプル1と同様の画像を記録した。なお、裏面の画像サンプル1は、表面の画像サンプル1と裏面の画像サンプル1とを投影したときに、投影面積が10cm×20cmの領域だけ重なるように、表面の画像サンプル1を裏面に投影させた位置から10cmずらした位置に記録した。そして、記録媒体の表面を目視することで、記録媒体の裏面に記録した画像サンプル1の裏抜けの状態を、以下の評価基準にしたがって評価した。
A:記録媒体の裏面に記録された画像サンプル1の画像が、記録媒体の表面の画像サンプル1の画像が記録されていない領域に、僅かに裏抜けしていることが認められた。
B:記録媒体の裏面に記録された画像サンプル1の画像が、記録媒体の表面の画像サンプル1の画像が記録されていない領域に、裏抜けしていることが認められた。しかし、記録媒体の表面に記録した画像サンプル1と、裏抜けした記録媒体の裏面に記録した画像サンプル1との境界部分の判別は可能であった。
C:記録媒体の裏面に記録された画像サンプル1の画像が、記録媒体の表面の画像サンプル1の画像が記録されていない領域に、裏抜けしていることが認められた。また、記録媒体の表面に記録した画像サンプル1と、裏抜けした記録媒体の裏面に記録した画像サンプル1との境界部分の判別も困難であった。
上記のインクジェット記録装置を用いて、上記の記録媒体(上質紙)に、記録媒体の搬送速度が75m/分で36ポイントの罫線を記録し、画像サンプル2を作製した。このとき、加熱工程は、紙の表面温度が80℃になるように調節した。これを5分間室温で放置した後、ラジェットネス値Raを測定した。ラジェットネス値Raの測定には、パーソナル画像品質評価システムPersonal IAS(Quality Engineering Associates製)を用いた。そして、Raの値から以下の評価基準にしたがってフェザリングの程度の評価を行った。なお、この評価では、上記評価システムにより罫線の幅のブレの程度を測定しており、Raの値が小さい場合、罫線の幅が一定であり、優れていることを意味する。
A:Raが13以下であった。
B:Raが13を超えて15以下であった。
C:Raが15を超えていた。
Claims (14)
- 顔料、水溶性有機溶剤、及び界面活性剤を含有し、25℃の粘度が5mPa・s以上のインクであって、
Wilhelmy法により25℃において測定される静的表面張力が31.0mN/m以上35.0mN/m以下であり、
最大泡圧法により25℃において測定される動的表面張力が寿命時間150m秒において30.5mN/m以上37.0mN/m以下であることを特徴とするインク。 - 前記インクの25℃の粘度が5.5mPa・s以上17.0mPa・s以下である請求項1に記載のインク。
- 前記界面活性剤の含有量が、インク全質量を基準として、0.6質量%以上である請求項1又は2に記載のインク。
- 前記界面活性剤の含有量が、インク全質量を基準として、0.6質量%以上5.0質量%以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のインク。
- 前記動的表面張力が寿命時間150m秒において31.5mN/m以上37.0mN/m以下である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のインク。
- 前記インクは水を含有し、かつ、前記水の含有量が、インク全質量を基準として、50質量%以上90質量%以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインク。
- ウレタン系樹脂粒子、アクリル系樹脂粒子、スチレン−アクリル系樹脂粒子、フッ素系樹脂粒子、及びシリコーン系樹脂粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂粒子を含有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインク。
- 前記顔料が、樹脂分散剤の含有量に対する顔料粒子の含有量の質量比が1.0倍以上10.0倍以下である樹脂分散顔料、又は顔料粒子の表面にビスホスホン酸基が直接又は他の原子団を介して結合した自己分散顔料である請求項1乃至7のいずれか1項に記載のインク。
- インクと、前記インクを収容するインク収容部とを備えた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8のいずれか1項に記載のインクであることを特徴とするインクカートリッジ。 - 記録媒体にインクを付与するインク付与工程を有する画像記録方法であって、
前記インクが、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のインクであることを特徴とする画像記録方法。 - 記録解像度に対する前記記録媒体の搬送速度の割合(搬送速度/記録解像度)が0.125m/min・dpi以上である請求項10に記載の画像記録方法。
- 前記記録媒体の厚さが0.1mm以下である請求項10又は11に記載の画像記録方法。
- 前記記録媒体への前記インクの付与量が、1インク種当たり、0.6mg/cm2以上0.8mg/cm2以下の範囲である請求項10乃至12のいずれか1項に記載の画像記録方法。
- 前記インク付与工程において、前記インクはフルラインタイプのインクジェット記録ヘッドによって付与される請求項10乃至13のいずれか1項に記載の画像記録方法。
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