JPH05230408A - 水性記録用インク組成物、及びそれを用いた記録方法 - Google Patents

水性記録用インク組成物、及びそれを用いた記録方法

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JPH05230408A
JPH05230408A JP3773692A JP3773692A JPH05230408A JP H05230408 A JPH05230408 A JP H05230408A JP 3773692 A JP3773692 A JP 3773692A JP 3773692 A JP3773692 A JP 3773692A JP H05230408 A JPH05230408 A JP H05230408A
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ink
recording
ink composition
nozzle
aqueous
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JP3773692A
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Noriyuki Yanase
宣幸 柳瀬
Hiroko Hayashi
広子 林
Yukari Sano
ゆかり 佐野
Yoshiharu Yoshida
美春 吉田
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Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 周波数応答性の優れ、高速記録が可能であ
り、高印字品質で、記録物の保存性に優れた水性記録用
インク組成物、及びそれを用いた記録方法を提供する。 【構成】 少なくとも着色剤と、有機溶剤と、紫外線吸
収剤とからなり、25℃における表面張力が35dyn
/cm以下、20℃における粘度が20mPa・sec
以下である水性記録用インク組成物を用いて、駆動周波
数3kHz以上として駆動し、インク吐出ノズル解像度
を180ドット/インチ以上として、1ドット当りのイ
ンク吐出量が0.1μg以下のインク滴をノズルより吐
出させて、インク滴を被記録体に付着させて記録を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体インクを用いて記
録を行うインクジェットプリンタに供する水性記録用イ
ンク組成物、及びそれを用いた記録方法に関する。
【0002】
【従来の技術】インクジェット記録用インクとしては、
着色剤を水性媒体中に溶解、または分散したもの等が挙
げられ、記録ヘッドとの関係を含めて以下に示す特性が
一般的に要求されている。
【0003】(1)印字物の品質が高いこと (2)インクの保存安定性が高いこと (3)印字物の保存性(耐光性及び耐水性)が高いこと (4)印字装置の印字速度に対応したインクの周波数応
答性が良いこと (5)インクが被記録物で速やかに乾燥すること (6)印字中もしくは印字中断後の再起動時でノズルの
目詰まりが生じないこと (7)安全性が高いこと等 上記種々の要求特性を満足させるため、従来から水性染
料等の着色剤を検討したものが特開昭59ー9376
5、特開昭60ー243175公報等に、溶媒として有
機溶剤を検討したものが特開昭56ー149475、特
開昭56ー163168公報等に、界面活性剤等の添加
剤を検討したものが特開昭56ー5781、特開昭63
ー139964公報等に、さらにインク粘度、表面張
力、pH等のインク物性等を検討したものが特開昭53
ー61412、特開昭62ー116676公報等に記載
されておりかなりの効果がみられている。
【0004】さらに紫外線吸収剤を検討をしたものが特
開昭62ー106971、特開昭63ー46277公報
に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来のイン
クを使用するにあたり、現在強く要求される特性として
以下の4点が注目され、かつ鋭意検討されている。
【0006】すなわち (1)さらなる高速記録に対応するインクと記録方法の
開発 (2)普通紙に対するカラー記録用インクと記録方法の
開発 (3)低コスト化実現のためのインクと記録方法の開発 (4)高い記録物保存性を有するインクと記録方法の開
発 である。
【0007】まず第1に印字速度の向上に関しては、大
部分が吐出ヘッドの構成等メカニズム面からの検討が中
心であり、インク面からの検討はあまりなされていない
のが現状である。
【0008】一般に、インク粘度が小さくなるにつれて
周波数応答性は向上していくが、3kHz以上の駆動条
件においては吐出安定性の劣化が顕著であり、吐出安定
性を確保しながら、周波数応答性を向上させるのは困難
であった。
【0009】第2に繊維が露呈している被記録体、例え
ばコピー用紙、ボンド紙、再生紙の様な普通紙に対しカ
ラー記録を行う場合、被記録体上のインク量が単色印字
に比べ多くなるので、インクが繊維に沿ってにじんだ
り、乾燥性の悪化が問題となっていた。この問題に関し
ては従来主にインク面からの検討が中心であった。
【0010】第3にノズル目詰まりに関し、従来からイ
ンク組成中の保湿成分の添加量を増加させることで、イ
ンクの乾燥を防ぎ、また乾燥したとしても固化するのを
防ぐ手法がとられてきた。しかしながら、同時に被記録
体上での乾燥性、定着性も悪化し、目詰まりに十分な保
湿成分をインク中に添加できず、インク吸引、または圧
縮ポンプ、ノズルキャップ、ノズル洗浄機構等を付加さ
せ信頼性を確保していたため、インパクトドット方式等
の単純なインク吐出システムに比べ、コスト低下が困難
であった。
【0011】第4に着色剤には、上記(1)〜(3)の
特性を解決するために現在のところ水性染料を用いるの
が必須条件であるが、このことで記録物は耐光性、耐水
性に劣り長期保存に適さないものとなっている。
【0012】このように上記特性を満足させるために
は、インク組成物と記録方法の両面から検討していく必
要がある。
【0013】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、その一つの目的は、新規の水性記録用インク
組成物、及びそれを用いた記録方法を提供することにあ
る。本発明のもう一つの目的は、周波数応答性の優れ
た、高速記録が可能な水性記録用インク組成物、及びそ
れを用いた記録方法を提供することにある。
【0014】本発明のもう一つの目的は、普通紙の様な
特別な表面処理の無い被記録体に対し、素早く乾燥し、
高品位な印字物を与える水性記録用インク組成物、及び
それを用いた記録方法を提供することにある。
【0015】さらに本発明のもう一つの目的は、目詰ま
りを防止し、信頼性確保のためにメカニズム面の機構が
少なくなく、記録装置の低コスト化が実現できる水性記
録用インク組成物、及びそれを用いた記録方法を提供す
ることにある。
【0016】さらに本発明のもう一つの目的は、高い耐
光性、耐水性を有し、記録物の長期保存を可能にした水
性記録用インク組成物、及びそれを用いた記録方法を提
供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の水性記録用イン
ク組成物、及びそれを用いた記録方法は、駆動周波数3
kHz以上として駆動し、インク吐出ノズル解像度を1
80ドット/インチ以上として、インク滴をノズルより
吐出させて、該インク滴を被記録体に付着させて記録を
行う記録方法において、前記インクが少なくとも着色剤
と、有機溶剤と、紫外線吸収剤を含み、25℃における
表面張力が35dyn/cm以下、20℃における粘度
が20mPa・sec以下であることを特徴とする。さ
らにそれを用いて1ドット当りのインク吐出量が0.1
μg以下とすることを特徴とする記録方法である。
【0018】また、前記インク中に含まれる有機溶剤
が、インク全重量に対し10重量%以上であることを特
徴とする。
【0019】
【作用】本発明の作用を説明する。本発明に用いる水性
記録用インク組成物は、印字するための着色剤と、それ
を溶解、分散させるための溶媒とを必須成分とし、さら
に添加剤として有機溶剤と、紫外線吸収剤を少なくとも
1種含有してなる。有機溶剤は、紙への浸透性、インク
の保湿性に優れることから、ノズル目詰まり防止に大き
く寄与すると同時に、着色剤も含めたインクの均一性が
向上するので、印字におけるムラがなくなり、色相が落
ち着いた印象を与え、結果的に光学濃度も大きくなる。
【0020】次に本発明に用いられる紫外線吸収剤は、
例えば2ーヒドロキシーベンゾフェノン系であれば、そ
の構造中のアシル基とヒドロキシ基との間で紫外線を吸
収し、熱等を放出する作用があり、インク中の着色剤で
ある染料の紫外線による分解、退色、変色を抑制する。
【0021】紫外線吸収剤は前記ベンゾフェノン系、ま
たはベンゾトリアゾール系を問わず水溶性に劣るので、
有機溶剤を添加してそのインク中における溶解性を補う
必要がある。浸透性の高い有機溶媒は印字品質の劣化を
促し、保湿性の高い有機溶剤は印字後の乾燥性劣化を促
す。そこで、25℃における表面張力を35dyn/c
m以下、20℃における粘度が20mPa・sec以下
に設定することで乾燥性の劣化を防ぎ、紙に素早く浸
透、乾燥させ、浸透することで耐水性を向上させる。ま
た印字品質の劣化には、インク吐出ノズル解像度を18
0ドット/インチ以上として、1ドット当りのインク吐
出量が0.1μg以下のインク滴をノズルより吐出させ
る記録方法によって大きく改善される。
【0022】以下、本発明に用いられる水性記録用イン
ク組成物に、使用することができる材料に関して、詳細
に説明する。
【0023】まず本発明に用いられる水性インク組成物
に使用できる着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩
基性染料、食用染料、反応染料、分散染料、建染染料、
可溶性建染染料、反応性染料、油性染料等が挙げられ
る。これら着色剤の添加量は、着色剤の種類、溶媒成分
の種類、インクに対し要求されている特性等に依存して
決定されるが、一般にはインク全重量に対し0.2〜2
0重量%、好ましくは0.5〜10重量%の範囲とされ
る。
【0024】インク組成物用溶媒としては、低粘度であ
ること、安全性に優れること、取扱が容易であること、
コストが安いこと、臭気が無いこと等の理由より主に水
が用いられているが、インク中に不要なイオンの混入を
防止するためイオン交換水を用いる。
【0025】また前記イオン交換水と混合して用いる有
機溶剤としては、アルコール系有機溶剤が好ましくメタ
ノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等直
鎖、およびイソペンチルアルコール、3ーエチルー1ー
ブタノール等分岐の1価のアルコール、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、ポリエチレングリコール#200、#300、#4
00、#600等グリコール類、およびそれらのモノエ
ーテル化物、モノエステル化物が使用できる。これら有
機溶剤の添加量は、その種類、インクに要求される特性
により種々考えられ、インク全重量に対し5重量%以上
なら良いが、好ましくは10重量%以上70重量%以下
が良い。これらの有機溶剤は、単独でも混合しても使用
できる。
【0026】次に、本発明に用いることができるインク
組成物用の紫外線吸収剤としては、前記ベンゾフェノン
系、ベンゾトリアゾール系が使用することができる。市
販品として容易に入手できるものとしては、スミソーブ
110、130、200、250、300、320、3
40、350、400(以上住友化学工業社登録商
標)、ユビナール400、M−40、D−49、49
0、D−50、MS−40、N−35、N−539(以
上BASF社登録商標)等がある。
【0027】通常添加量としては用いる紫外線吸収剤の
種類、性能によるが、インク全重量に対し0.001〜
40重量%が、さらには0.01〜5重量%が好まし
い。
【0028】さらに表面張力調整剤としてアニオン系、
ノニオン系界面活性剤を添加することができる。好まし
くは低起泡性、高浸透性のノニオン性界面活性剤がよ
く、例えばアセチレングリコール系、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル系、パーフルオロアルキルエーテル
系、シロキサン系がよい。その添加量は0.001〜5
重量%がよいが、さらに好ましくは0.01〜2重量%
がよい。
【0029】また諸特性の向上を目的として、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類、ア
セトン、ジアセトンアルコール等ケトン類、およびケト
アルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、γー
ブチロラクトン等エーテル類、グリセリン、1・2・6
ーヘキサントリオール等3価のアルコール類、ジエタノ
ールアミン、トリエタノールアミン、スルホラン、2ー
ピロリドン、N−メチルー2ーピロリドン、1・3ージ
メチルー2ーイミダゾリジノン等インク中に添加し使用
できる。これらの有機溶剤の場合も、単独、または混合
して用いることができる。
【0030】さら粘度調整剤、pH調整剤としてにゼラ
チン、カゼイン等のタンパク質、アラビアゴム等の天然
ゴム、サボニン等のグルコキシド、メチルセルロース、
カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロ
ース等のセルロース誘導体、リグニンスルホン酸塩、セ
ラック等の天然高分子、ポリアクリル酸塩、スチレンー
アクリル酸共重合物塩、ビニルナフタレンーアクリル酸
共重合物塩、スチレンーマレイン酸共重合物塩、ビニル
ナフタレンーマレイン酸共重合物塩、βーナフタレンス
ルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩、ポリリン酸
等の陰イオン性高分子、ポリビニルアルコール、ポリビ
ニルピロリドン等、これらの内1種、または2種以上を
混合して用いることができる。これら添加剤の添加量は
インク全重量に対し、0.001〜2重量%が好まし
く、さらに好ましくは0.01〜1重量%である。
【0031】また安息香酸、ジクロロフェン、ヘキサク
ロロフェン、ソルビン酸、p−ヒドロキシ安息香酸エス
テル、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等を防カビ
剤、防腐剤、防錆剤、の目的で含有することができる。
さらに消泡剤や、尿素、チオ尿素、エチレン尿素等含有
することができる。
【0032】本発明に用いられる水性記録用インク組成
物の作製方法は、着色剤に染料等を用いた溶解系インク
の場合は40℃〜80℃に加熱し、スクリューで等で攪
拌、混合、溶解させることで簡便に作製できる。
【0033】また溶解後のゴミ、混裁物を除去するため
に、0.4μm〜5μm程度のフィルターを用いて加
圧、または減圧濾過処理を1回以上の工程で行う、ある
いは遠心分離機を用いて遠心分離処理を単独、もしくは
濾過処理と組み合わせて行うのがよい。
【0034】最後に本発明のインク吐出装置であるが、
従来から用いられている圧電素子の振動エネルギーを利
用したもの、ヒーターから発生する熱エネルギーを利用
したもの等が使用できる。これらのインク吐出装置を、
周波数3kHz以上で駆動し、180ドット/インチ以
上の密度でインク吐出ノズルを設ける。漢字等の文字を
高品位に印字するためには、180ドット/インチ以上
の解像度が必要であり、この解像度で実用的な記録速度
を得るためには、3kHz以上の駆動周波数が必要であ
る。
【0035】このようなインク吐出装置でインク吐出量
を0.1μg/dot以下にするためには、インク吐出
ノズル径、インク吐出流路サイズ、インク供給路サイズ
等のインク吐出ヘッドの構造を、インク組成物の粘度、
表面張力等物性値を考慮して設定する。さらに圧電素
子、ヒーターに印加する電圧、パルス波形等電気的な最
適化をはかることなどで得ることができる。
【0036】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳しく説明
するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。尚、文中%とあるのは、すべてインク全重量に対す
る各成分の重量%である。
【0037】実施例1 組成 C.I.ダイレクトブラック19 2% グリセリン 10% エタノール 15% ユビナール400 1% ノイゲンET135 1% 尿素 1% イオン交換水 71% 上記成分を混合して60℃で2時間攪拌、溶解した後、
0.8μm径のメンブランフィルタ(アドバンテック社
登録商標)を用い、2kg/cm2 の圧力で加圧濾過
し、本発明のインクを得た。なおノイゲンET135は
第一工業製薬社登録商標のポリオキシエチレンアルキル
エーテルである。
【0038】こうして得られたインク組成物について、
HLV−ST形表面張力計(協和界面科学登録商標)を
用いて25℃における表面張力を、B形粘度計(東京計
器登録商標)1号ロータを用いて20℃における粘度を
測定した。
【0039】25℃における表面張力は、32.1dy
n/cmで、20℃における粘度は、3.5mPa・s
ecであった。
【0040】また吐出ノズル径40μm、圧電素子駆動
電圧80V、駆動周波数3kHz、解像度180ドット
/インチ、インク吐出量0.1μgに調整した試作24
ノズルインクジェット評価機を用いて、PPC用紙(ゼ
ロックス社登録商標PPC用紙)、再生紙(本州製紙登
録商標やまゆり)、ボンド紙(ミード社登録商標ギルバ
ートボンド25%コットン紙)、上質紙(王子製紙登録
商標OK上質紙L)にべた、アルファベット文字等を印
字し下記に示すテスト1〜7の評価を行った。 (テスト1)文字印字サンプル目視による印字品質評
価。
【0041】評価結果は、次のように分類した。
【0042】 にじみが肉眼で観察されない・・・・・・・・・・◎ にじみは見られるが文字は認識できる・・・・・・△ 文字が認識できない・・・・・・・・・・・・・・× (テスト2)Macbeth TR−927型(Kol
lomorgan社登録商標)光学濃度計(アパーチャ
ーサイズ4mm)によるべた印字部分の濃度評価。
【0043】評価結果は、次にように分類した。
【0044】 O.D.値1.3以上・・・・・・・・・・・・・◎ O.D.値1.1以上1.3未満・・・・・・・・△ O.D.値1.1未満・・・・・・・・・・・・・× (テスト3)100g/cm2 の圧力でべた印字部分を
木綿布で擦り、印字汚れが発生しなくなるまでの時間を
調査する速乾性評価。
【0045】評価結果は、次のように分類した。
【0046】 2秒以内で印字物汚れが観察されない・・・・・・◎ 15秒以内で印字物汚れが観察されない・・・・・△ 30秒後でも印字物汚れが観察される・・・・・・× (テスト4)文字印字部分を、印字終了5分後指で擦
り、印字汚れを目視で観察する指触性評価。
【0047】評価結果は、次のように分類した。
【0048】 印字物汚れが観察されない・・・・・・・・・・・◎ 若干印字物汚れが発生するが、文字は判別できる・△ 印字物汚れで文字が判別できない・・・・・・・・× (テスト5)36時間常温での連続印字中のドット抜け
の有無を調査する、連続吐出安定性評価。
【0049】評価結果は、次のように分類した。
【0050】 36時間以内にドット抜け10回以内発生・・・・◎ 24時間以内にドット抜け10回以内発生・・・・△ 1時間以内にドット抜け10回以上発生・・・・・× (テスト6)駆動周波数を6kHzとし、テスト5と同
様の評価を行った。
【0051】評価結果の分類は、テスト5に準じる。
【0052】(テスト7)駆動周波数を10kHzと
し、テスト5と同様の評価を行った。評価結果の分類
は、テスト5に準じる。
【0053】(テスト8)キセノンランプ照射のフェー
ドメータ(スガ試験機製)60℃、70%RHで30時
間照射し、その前後での色差を求めた。
【0054】評価結果は、次のように分類した。
【0055】 色差が5以下・・・・・・・・・・・・・・・・・◎ 色差が5より大きく10以下・・・・・・・・・・△ 色差が10より大きい・・・・・・・・・・・・・× 実施例1の評価結果は、いずれの評価も◎であった。
【0056】実施例2 実施例1と同様の方法で、表1に実施例2−1〜2−7
として示す組成でインク組成物を得た。表中の数値で特
に記載の無いものは重量%を示している。またインク調
製後、物性値として25℃における表面張力、20℃に
おける粘度を併せて記載した。
【0057】
【表1】
【0058】実施例2ー1〜2ー7のインクについて、
実施例1と同様にテスト1〜8を実施した。実施例2ー
1〜2ー6は、いずれも評価結果は◎であった。実施例
2ー7は有機溶剤の添加量が、インク全量に対し10重
量%に満たないが、いずれも表面張力、粘度とも本発明
の構成を満たしており、評価結果はいずれも◎であっ
た。
【0059】比較例1〜4 表2に示す組成で、実施例1と同様の方法でインクを調
製し、インク組成物を得た。インク調製後、実施例1と
同様の評価機を用いてテスト1〜8の評価を行った。結
果も併せて表2に示す。
【0060】
【表2】
【0061】比較例1のように、紫外線吸収剤を含まな
いインクは、記録物の耐光性が著しく悪くテスト8が×
の結果となった。
【0062】また比較例2のように有機溶剤を含まない
インクは、紫外線吸収剤の溶解性が不十分で、テスト1
の印字品質も劣るが、テスト5〜7の吐出安定性も×の
評価結果となった。
【0063】さらに比較例3のように表面張力が35d
yn/cm以下にならなかったものは、インクの拡がり
が不十分で、各ドットがつながらず被覆率が低下するの
で光学濃度が低下し、速乾性にも悪影響をおよぼした。
このことは同時に耐水性の悪化ももたらしている。さら
にヘッド構成材との濡れ性も不十分のため、ドット抜け
を発生させ、また周波数応答性にも劣る結果となった。
【0064】比較例4においても、粘度が20mPas
以上になるとテスト3、4の速乾性、耐水性が悪化し、
ドット抜けを発生させた。
【0065】すなわち本発明に用いられるインク組成物
は、25℃における表面張力が35dyn/cm以下、
20℃における粘度が20mPa・sec以下でなけれ
ばならず、さらに耐光性の向上を達成させるため、紫外
線吸収剤を含み、有機溶剤を1種以上含有させ、インク
組成物全体の均一性をもたせる構成であることに妥当性
を見いだせる。
【0066】実施例3 実施例1のインクを、吐出ノズル径30μm、圧電素子
駆動電圧80V、駆動周波数3kHz、解像度300ド
ット/インチ、インク吐出量0.08μgの試作24ノ
ズルインクジェット評価機を用いて、実施例1と同種の
紙にべた、アルファベット文字等を印字し、上記テスト
1〜8の評価を行ったところ、評価結果はいずれも◎で
あった。
【0067】実施例4 実施例1のインクを、吐出ノズル径25μm、圧電素子
駆動電圧80V、駆動周波数3kHz、解像度360ド
ット/インチ、インク吐出量0.05μgの試作48ノ
ズルインクジェット評価機を用いて、実施例1と同種の
紙にべた、アルファベット文字等を印字し、上記テスト
1〜8の評価を行ったところ、評価結果はいずれも◎で
あった。
【0068】比較例5 比較例1のインクを、吐出ノズル径40μm、圧電素子
駆動電圧100V、駆動周波数3kHz、解像度360
ドット/インチ、インク吐出量0.12μgの試作48
ノズルインクジェット評価機を用いて、実施例1と同種
の紙にべた、アルファベット文字等を印字し、上記テス
ト1〜8の評価を行った。評価結果はテスト1が×にな
り、テスト5〜8がやはり×であった。
【0069】すなわち本発明の記録方法は、実施例1、
2に示すインク組成物を用いた場合大きな効果を有す
る。
【0070】
【発明の効果】以上本発明によれば、新規の水性記録用
インク組成物を用いた記録方法を提供することができる
という効果を有する。
【0071】また本発明によれば、周波数応答性の優れ
た、高速記録が可能な水性記録用インク組成物、及びそ
れを用いた記録方法を、提供することができるという効
果を有する。
【0072】また本発明によれば、普通紙の様な特別な
表面処理の無い被記録体に対し、素早く乾燥し、高品位
な印字物を与え、さらに耐水性、耐光性に優れた水性記
録用インク組成物、及びそれを用いた記録方法、を提供
することができるという効果を有する。
【0073】さらに本発明によれば、目詰まりを防止
し、信頼性確保のためにメカニズム面の機構がなく、記
録装置の低コスト化が実現できる水性記録用インク組成
物、及びそれを用いた記録方法を、提供することができ
るという効果を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 美春 長野県諏訪市大和3丁目3番5号セイコー エプソン株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】駆動周波数3kHz以上として駆動し、イ
    ンク吐出ノズル解像度を180ドット/インチ以上とし
    て、インク滴をノズルより吐出させて、該インク滴を被
    記録体に付着させて記録を行う記録方法に用いられるイ
    ンク組成物において、前記インクが少なくとも着色剤
    と、有機溶剤と、紫外線吸収剤を含み、25℃における
    表面張力が35dyn/cm以下、20℃における粘度
    が20mPa・sec以下であることを特徴とする水性
    記録用インク組成物。
  2. 【請求項2】前記インク組成物中に含まれる有機溶剤の
    添加量が、インク全重量に対し10重量%以上であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の水性記録用インク組成
    物。
  3. 【請求項3】前記水性記録用インク組成物を用いて、1
    ドット当りのインク吐出量が0.1μg以下とすること
    を特徴とする請求項1記載の水性記録用インク組成物を
    用いた記録方法。
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