JPH10316911A - インクジェット記録用インクおよび該インクを搭載したインクジェットプリンター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録用インク、特に、記録装
置の吐出信頼性の確保を可能にしたインクジェット記録
用インクおよび該インクを搭載したインクジェットプリ
ンターの提供。 【解決手段】 水溶性染料および湿潤剤を含有してなる
インクジェット記録用インクにおいて、該インクが下式
（Ｉ）で表わされるκが１０以下のように設計されたも
のであることを特徴とするインクジェット記録用インク
および該インクを搭載したインクジェットプリンター。 【数１】 κ＝Ｖ（１／ｄ）× △η （Ｉ） 前式中、Ｖ：印字ヘッドのスピード（キャリッジスピー
ド）（ｍｍ／ｓｅｃ） ｄ：ノズル径（μｍ） △η：インクの初期の粘度上昇率（ｍＰａ．Ｓ／％）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
用インク、特にインクジェット記録装置の印字中の休止
ノズルの吐出信頼性の確保を可能にしたインクジェット
記録用インクに関する。

【０００２】

【従来技術】近年、インクジェットプリンターは低騒
音、低ランニングコストといった利点から急速に普及し
てきているが、インクジェットプリンターにおける問題
点の１つに、印字中の休止ノズルの吐出信頼性が挙げら
れる。これは主にノズル部におけるインクメニスカス位
置の問題や、インクの水分蒸発により、インクが増粘も
しくはインク中の染料等が析出することによるものであ
るが、プリンターの高速化（水分蒸発の加速化）、さら
なる高解像度化（小液滴化のための小ノズル径化）に向
けて、インクへの吐出信頼性を高める要求は、ますます
大きなものとなっている。印字休止時の長期吐出信頼性
確保のためには、インク側からの改良のみならず、装置
上の対策案としてはノズル部にキャップを設けたり、上
記キャップとヘッドとの間に形成される空間の１部にビ
ヒクルまたはインクを充填することが提案されている。
しかし印字中の、休止ノズルについてはパージや、ワイ
ピングを行うなどの対策しかとられていない。パージ間
隔を短くすれば、信頼性は確保されるが、インクの消費
量が増え、また印字スピードも遅くなる。インク側から
の提案としては、水分蒸発によるインクの増粘及び染料
析出に関しては、保水性が高く、かつ粘度が低い、染料
溶解性の高い湿潤剤を使用する等の改良がなされてお
り、特開平６−１６９８４によれば、平衡水分量に達し
た時の湿潤剤の染料溶解性から信頼性の確保される染料
濃度の規定を行っているが、これによると、染料濃度が
せいぜい３％程度までの確保が限度である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はインク
ジェット記録用インク、特に、記録装置の吐出信頼性の
確保を可能にしたインクジェット記録用インクおよび該
インクを搭載したインクジェットプリンターを提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らはインクジェ
ット記録用インクとして、印字ヘッドのスピード、ノズ
ル径の大きさおよび使用するインクの初期粘度上昇率と
を掛け合わせた値がある範囲内に入るよう設計されたも
のは、記録装置の吐出信頼性、特に、印字中の休止ノズ
ルの吐出信頼性の確保を可能にすることができることを
見い出し、本発明に到達することができた。すなわち、
本発明は、前記従来技術の課題を解決するために、水溶
性染料および湿潤剤を含有してなるインクジェット記録
用インクにおいて、該インクが下式（Ｉ）で表わされる
κが１０以下のように設計されたものであることを特徴
とするインクジェット記録用インクを提供することにあ
る。

【数２】 κ＝Ｖ（１／ｄ）× △η （Ｉ） 前式中、Ｖ：印字ヘッドのスピード（キャリッジスピー
ド）（ｍｍ／ｓｅｃ） ｄ：ノズル径（μｍ） △η：インクの初期の粘度上昇率（ｍＰａ．Ｓ／％）

【０００５】インクジェット記録装置の印字スピードが
高速化するにつれ、ヘッドの速度（キャリッジスピー
ド）は高速化することになるが、この速度が高速化すれ
ばするほど、インクからの水分蒸発は促進されることに
なる。また、ノズル径が小さくなればなるほど、水分蒸
発は抑えられる。また、インクの初期粘度上昇率が低け
れば低いほど、吐出信頼性は高くなる。以上のことか
ら、これらの値が調和のとれた範囲にあること、すなわ
ちこれらの値で規定されるκが１０以下とすることによ
り、印字中の休止ノズルの吐出信頼性が確保されること
が導き出された。

【０００６】通常のプリンターにおいて、解像度から導
き出されるノズル径は、平均３０μｍ程度、印字速度か
ら算出されるキャリッジスピードは、ノズル数、印字モ
ードにも依るが、平均５００ｍｍ／ｓ程度である。例え
ば、このようなプリンターの吐出信頼性を確保するため
には、インクの初期粘度上昇率が０．６（ｍＰａ．Ｓ／
％）以下になるように設計する必要がある。通常のオフ
ィス環境下で、このようなプリンターを用いて印字する
際の、非吐出ノズル部からインク１％が蒸発するのに要
する時間は約２０秒〜４０秒であると算出されるから、
使用しているインクの粘度上昇率の大きさと、パージの
性能に合わせて、パージ間隔の設定ができる。インクの
粘度上昇率を低く抑えられれば、その分だけ信頼性は向
上し、従ってパージ間隔を長く設定できる。プリンター
が高速化するに従い、信頼性確保のために、インクの粘
度上昇率は、低く抑えられる必要がある。インクの初期
粘度上昇率が、式（Ｉ）より算出される値より大きい
と、吐出信頼性の確保は格段に難しくなり、また、信頼
性確保のためにはパージ間隔を著しく短くする必要が生
じるなどのデメリットが発生する。

【０００７】インクの初期の粘度上昇率への寄与率の高
いものは、染料濃度、染料種、湿潤剤種などがあるが、
中でも湿潤剤種の影響は大きい。本発明で使用される湿
潤剤としては、蒸発速度の遅く（蒸気圧が低く）、かつ
粘度の低いものが好ましいが、特に限定されるものでは
ない。一般には、グリコール類、グリコールエーテル
類、含窒素環状化合物などが挙げられるが、それぞれに
長所、短所がある。グリコール類は蒸気圧が低く、染料
溶解性も高いが、粘度が高いという欠点がある。グリコ
ールエーテル類はグリコール類に比べ、粘度は低いが、
染料溶解性が劣り、またヘッドに高分子部材を使用した
場合に劣化を生じやすい。含窒素環状化合物は、粘度も
低く、染料溶解性も高いが、グリコール類に比べ、蒸発
しやすいという欠点がある。これらの特徴を生かし、湿
潤剤としては、単独よりも混合系で用いられることが多
い。

【０００８】本発明において使用する湿潤剤の具体例と
しては、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、ポ
リプロピレングリコール、グリセロール、１，５−ペン
タンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２，６
−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオー
ル、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の
多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエー
テル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチ
レングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコ
ールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブ
チルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエ
ーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の
多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコー
ルモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベン
ジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、
２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒ
ドロキシエチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイ
ミイダゾリジノン、ε−カプロラクタム等の含窒素複素
環化合物などが挙げられるが、本発明はこれらに限定さ
れるものではない。これらの中で、特に好ましくは、ジ
エチレングリコール及びグリセロールである。ジエチレ
ングリコールは沸点が高く、染料溶解性も格段によい割
には粘度も低く、インクの乾燥防止に最適であり、ま
た、グリセロールは粘度が高いため使用量には限度があ
るが、無機塩の溶解性が高く、染料の精製度が低い場合
でも安定に溶解させることができ、蒸発速度も遅い。添
加される湿潤剤の量としては、インク吐出力とインク粘
度とを考慮し、インク全量の１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％
以下の範囲で使用される場合に最も信頼性が高く、ま
た、より好ましくは１５％以上２５％以下である。湿潤
剤量が１０％より少ないと、染料の溶解安定性が不十分
で染料析出が起こりやすく、連続吐出信頼性が低下す
る。また湿潤剤量が３０％を越えるとインクの増粘が問
題となり、吐出不足での吐出信頼性が失われやすくな
る。

【０００９】また、インクに使用される水溶性染料であ
るが、染料の溶解安定性と耐水性はトレードオフの関係
にあることが多く、一般に耐水性の高い染料は、溶解性
が低く、増粘しやすい。本発明で使用される染料はこれ
らの問題を解決できる、即ち溶解性が高く、かつ耐水性
の高い染料である。染料濃度としては、６％以下である
ことが望ましく、信頼性確保、画像濃度とも関連する
が、より好ましいのは２％から５％の範囲である。染料
濃度が６％を越えると、溶解安定性の確保が難しく、粘
度上昇率も高くなる。

【００１０】また、本発明においては、さらなる染料溶
解性の確保、及び画質向上の目的で、界面活性剤が添加
されるが、中でも特に下記一般式（７）または（８）で
示されるポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩ま
たはジアルキルスルホコハク酸塩を使用すると、速乾性
で高品位な画質が得られ、かつ信頼性も高い水性インク
組成物を得ることが可能である。

【化６】 前式中、Ｒ：炭素数１３〜１４の直鎖または分岐アルキ
ル基 Ｒ′：炭素数５〜７の直鎖または分岐アルキル基 ｎ：３〜１２の整数 Ｍ′：アルカリ金属、第４級アンモニウム、第４級ホス
ホニウムまたはアルカノールアミン 前記Ｒとしては、特に炭素数１３のものが好ましい。ま
たｎとしては、特に３のものが好ましい。またＲ′とし
ては、炭素数が５または７のものが好ましい。

【００１１】上記ポリオキシエチレンアルキルエーテル
酢酸塩あるいはジアルキルスルホコハク酸塩は、染料溶
解性を向上させるだけでなく、インクの表面張力を下
げ、インクの紙への浸透性を上げることによって、印字
画像の乾燥性が高まり、特にカラー画像印字の際のイン
ク滴の重なりによるにじみ（画像品位の低下）が解消さ
れる。その添加量は、インクの表面張力が、通常、５０
ｍＮ／ｍ以下、好ましくは４０ｍＮ／ｍ以下になるよう
に調整され、水性インク組成物全量に対して、０．０１
〜３．０重量％が好ましい。前記界面活性剤の添加量
は、０．０１重量％よりも少ないと、動的表面張力が高
いため乾燥性が悪く、逆に３．０重量％よりも多いと保
存時の界面活性剤の析出などが生じる。また、ジアルキ
ルスルホコハク酸塩は、アルカリ側で放置すると分解す
るため、通常ｐＨを調整して用いられる。上記界面活性
剤のポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩は、具
体的にはニッコールＥＣＴシリーズ（商品名、日本サー
ファクタント工業化学社製）などとして入手できる。ま
たジアルキルスルホコハク酸塩は、エアロールＯＢ−７
０（東邦化学製）、エアロゾールＭＡ−８０、ＡＹ−１
００（三井サイアナミド製）などとして入手できる。ま
た、場合によっては、前記一般式（７）または（８）で
示されるポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩ま
たはジアルキルスルホコハク酸塩の効果を妨げない範囲
で、他の界面活性剤を併用しても良い。具体的に使用可
能な界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキル
エーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテ
ル、ポリオキシエチレングリコールエステルなどがあ
り、ＢＴシリーズ（日光ケミカルズ）、ノニポールシリ
ーズ（三洋化成）等として、入手できる。上記染料及び
界面活性剤のカルボン酸基または、スルホン酸基の対イ
オンＭまたはＭ′としては、ナトリウム、リチウム、下
記一般式（９）で示される第４級アンモニウム、第４級
ホスホニウムまたはアルカノールアミノイオンが優れた
溶解安定性、吐出安定性及び良好な印字画像が得られる
ので好ましい。

【化７】 前式中、Ｚ：窒素またはリン Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄：水素、炭素数１〜４のアルキル
基、ヒドロキシル基またはハロゲン化アルキル

【００１２】本発明で用いる界面活性剤及び染料のスル
ホン酸基あるいはカルボン酸基をアルカリ塩とするには
インク調整時にこれらを水に溶解する際、所望のアルカ
リイオンを含んだアルカリ水酸化物を添加することによ
り容易に行える。例えばリチウム塩の場合は水酸化リチ
ウムを添加することにより行え、前記一般式（９）の第
４級アンモニウム、ホスホニウム、アルカノールアミノ
陽イオンに関しては、具体的には以下に示す式（１０）
〜（１６）で表わされる水酸化物を添加することにより
行われる。

【００１３】

【化８】

【００１４】なお、本発明において前記界面活性剤ある
いは該染料の対イオンは、すべてナトリウム、リチウ
ム、前記の一般式（９）の化合物である必要はなく、他
のアルカリイオンと混合することもできる。好ましい他
の対イオンとしてはトリエタノールアミンである。ナト
リウム、リチウム、前記一般式（９）の化合物によるイ
オンの量は前記界面活性剤あるいは染料のユニットモル
数にたいして３０％以上、より好ましくは５０％以上で
ある。以下に本発明で使用される染料及び界面活性剤の
具体例を示すが、本発明で使用される染料および界面活
性剤は、これらに限定されるものではない。本発明には
その他目的に応じ、浸透剤、防腐防カビ剤、ｐＨ調整
剤、金属腐食抑制剤、酸素吸収剤、水溶性紫外線吸収
剤、水溶性赤外線吸収剤等を添加することもできる。

【００１５】染料・界面活性剤の具体例 〈イエロー染料〉

【化９】

【００１６】〈シアン染料〉

【化１０】

【００１７】〈マゼンタ染料〉

【化１１】

【化１２】

【００１８】〈ブラック染料〉

【化１３】

【００１９】〈比較例化合物〉

【化１４】

【００２０】〈界面活性剤の具体例〉

【化１５】

【化１６】

【００２１】

【化１７】

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例および比較例を示す。

【００２３】実施例１ 下記の組成でインクを作製した。 実施例１インクの組成 ブラック染料 化合物例１ ４重量％ ジエチレングリコール ２０重量％ グリセリン １０重量％ 界面活性剤 化合物例１ １重量％ イオン交換水 ６５重量％ 上記組成で処方したインク組成物を、室温中で撹拌溶解
し、水酸化リチウムにてｐＨを１０．５に調整した後、
これを０．２２μｍのテフロンフィルターにて濾過し、
更に３０分程度の脱気を行って実施例１インクを作製し
た。次にこのインクについて、下記に示す試験を行っ
た。結果は下表１、２に示す。

【００２４】 粘度上昇率の測定 上記作製したインクでの、初期粘度上昇率を測定した。
蒸発量はインク全量に対する％で表示し、インク１％が
蒸発するときの粘度上昇分を、粘度上昇率△ηとした。 連続印字中の休止ノズルの信頼性 ノズル径３０μｍのインクジェットプリンターにおい
て、キャリッジスピードをいろいろに変えて印字を行
い、連続印字中に休止させたノズルについて、吐出しな
くなるまでの時間（秒）を測定した。 画像の鮮明性 上記インクジェットプリンターにてカラー画像の印字を
行い、画像滲み、色調、濃度を目視により総合的に判断
した。印字用紙は市販の再生紙、普通紙、専用紙の３紙
に印字し、どの紙についても鮮明な画像が得られた場合
に○、２紙の場合に△、１紙以下の場合に×とした。 画像の耐水性 普通紙に印字した画像サンプルを３０℃の水に１分間浸
漬し、浸漬前後の画像濃度の変化をマクベス濃度計で測
定し、下記の式（II）にて耐水退色率を求めた。

【００２５】

【数３】 耐水退色率が２０％以下を○、３０％未満を△、３０％
以上を×とした。 画像の乾燥性 市販の再生紙、普通紙、専用紙へ印字した後の画像に一
定条件で濾紙を押しつけインクが濾紙に転写しなくなる
までの時間を測定した。いずれの紙でも１０秒以内で乾
燥した場合に○と判定した。 インクの保存安定性 各インクをポリエチレン容器に入れ、−２０℃、５℃、
２０℃、５０℃でそれぞれの条件下で３カ月保存し、保
存後の表面張力、粘度、及び沈澱物析出の有無を調べ
た。どの条件で保存しても、物性等の変化がないものを
○とした。

【００２６】実施例２ 下記の組成でインクを作製した。 実施例２インクの組成 イエロー染料 化合物例１ ２重量％ ジエチレングリコール １０重量％ グリセリン ５重量％ 界面活性剤ＥＣＴＤ−３ＮＥＸ（日光ケミカルズ） １重量％ イオン交換水 ８２重量％ 上記組成で処方したインク組成物を、実施例１と同様
に、室温中で撹拌溶解し、水酸化リチウムにてｐＨを１
０．５に調整した後、これを０．２２μｍのテフロンフ
ィルターにて濾過し、更に３０分程度の脱気を行って実
施例２インクを作製した。このインクについて、実施例
１と同様に上記〜の試験を行い、結果を下表１、２
に示した。

【００２７】実施例３ 下記の組成でインクを作製した。 実施例３インクの組成 マゼンタ染料 化合物例１ １．５重量％ マゼンタ染料 化合物例４ １．５重量％ ジエチレングリコール １８重量％ グリセリン ２重量％ 界面活性剤 化合物例６ １重量％ イオン交換水 ７６重量％ 上記組成で処方したインク組成物を、実施例１と同様
に、室温中で撹拌溶解し、水酸化リチウムによる、ｐＨ
調整を行わずに、０．２２μｍのテフロンフィルターに
て濾過し、更に３０分程度の脱気を行って実施例３イン
クを作製した。このインクについて、実施例１と同様に
上記〜の試験を行い、結果を下表１、２に示した。

【００２８】実施例４ 下記の組成でインクを作製した。 実施例４インクの組成 シアン染料 化合物例１ ３重量％ ジエチレングリコール １５重量％ グリセリン ５重量％ 界面活性剤ＥＣＴＤ−３ＮＥＸ（日光ケミカルズ） １重量％ イオン交換水 ７６重量％ 上記組成で処方したインク組成物を、実施例１と同様
に、室温中で撹拌溶解し、水酸化リチウムにてｐＨを１
０．５に調整した後、これを０．２２μｍのテフロンフ
ィルターにて濾過し、更に３０分程度の脱気を行って実
施例４インクを作製した。このインクについて、実施例
１と同様に上記〜の試験を行い、結果を下表１、２
に示した。

【００２９】比較例１ 実施例１インクを使用し、ノズル径を変えたプリンター
にて、キャリッジスピードを変えて、同様の試験を行っ
た。結果は下表１、２に示す。

【００３０】比較例２ 実施例１のインクにおいて、染料をＡｃｉｄ Ｙｅｌｌ
ｏｗ２３に変えたほかは、同様の組成とした。上記作製
したインクを、実施例１と同様に処理した後、上記試験
を行ったところ、試験において良好な結果が得られ
なかった。結果は下表１、２に示す。

【００３１】比較例３ 実施例４のインクにおいて、活性剤を除いたほかは、同
様の組成とした。上記作製したインクを、実施例１と同
様に処理した後、上記試験を行ったところ、試験にお
いて良好な結果が得られなかった。結果は下表１、２に
示す。

【００３２】比較例４ 実施例４のインクにおいて、染料、活性剤を比較例化合
物１に変えたほかは、同様の組成とした。上記作製した
インクを、実施例１と同様に処理した後、上記試験を行
ったところ、試験において良好な結果が得られなかっ
た。結果は下表１、２に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】

請求項１ 休止ノズルの吐出信頼性が確保できるインクジェット記
録用インクが提供される。 請求項２ 耐水性が高く、かつ染料の溶解安定性で信頼性が高いイ
ンクが提供される。 請求項３および４ 高画像品位を確保し、かつ、より染料溶解性を高めたイ
ンクジェット記録用インクが提供される。 請求項５ 染料および界面活性剤をより保存安定な状態にすること
で、より高信頼性のインクジェット記録装置を提供でき
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 博孝 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 小谷野 正行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 田中 郁子 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 露木 孝範 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 小島 明夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水溶性染料および湿潤剤を含有してなる
   インクジェット記録用インクにおいて、該インクが下式
   （Ｉ）で表わされるκが１０以下のように設計されたも
   のであることを特徴とするインクジェット記録用イン
   ク。 【数１】 κ＝Ｖ（１／ｄ）× △η （Ｉ） 前式中、Ｖ：印字ヘッドのスピード（キャリッジスピー
   ド）（ｍｍ／ｓｅｃ） ｄ：ノズル径（μｍ） △η：インクの初期の粘度上昇率（ｍＰａ．Ｓ／％）
2. 【請求項２】 水溶性染料が、下記一般式（１）、
   （２）、（３）、（４）および（５）で表わされる化合
   物よりなる群から選ばれた少なくとも１種のものである
   請求項１記載のインクジェット記録用インク。 【化１】 【化２】 前式中、Ａ、Ｂ：水素、アルキル基、アルコキシ基、ハ
   ロゲンおよび水酸基よりなる群から選ばれた少なくとも
   １種のもの。 Ｔ：アルカノールアミノ基または水酸基 Ｄ：−ＣＯＯＭまたは−ＳＯ₃Ｍ（ Ｍはアルカリ金属、
   第４級アンモニウム、第４級ホスホニウムまたはアルカ
   ノールアミン）。 Ｘ：水素、アルキル基、アルコキシ基または窒素と結合
   して窒素を含む環状基を形成することのできる基。 Ｙ：下式（６）で表わされる基 ｍ、ｎ：０、１、２または３ 【化３】 前式中、Ａ、Ｂ、Ｄ、ｍおよびｎは前記に同じ。
3. 【請求項３】 下記一般式（７）で表わされる界面活性
   剤および／または下記一般式（８）で表わされる界面活
   性剤を含有する請求項１または２記載のインクジェット
   記録用インク。 【化４】 前式中、Ｒ：炭素数１３〜１４の直鎖あるいは分岐アル
   キル基 Ｒ′：炭素数５〜７の直鎖あるいは分岐アルキル基 ｎ：３〜１２の整数 Ｍ′：アルカリ金属、第４級アンモニウム、第４級ホス
   ホニウムまたはアルカノールアミン
4. 【請求項４】 水溶性染料の対イオンＭおよび／または
   界面活性剤の対イオンＭ′が、ナトリウム、リチウム、
   下記一般式（９）で表わされるカチイオンである請求項
   １、２または３記載のインクジェット記録用インク。 【化５】 前式中、Ｚ：窒素またはリン Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄：水素、炭素数１〜４のアルキル
   基、ヒドロキシル基またはハロゲン化アルキル
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４記載のインク
   ジェット記録用インクを搭載したインクジェットプリン
   ター。