JP3805006B2 - インク、これを用いたインクジェット記録方法、記録ユニット、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク、これを用いたインクジェット記録方法及びかかるインクを用いた機器に関し、更に詳しくは、一般のオフィス等で使用されている酸性紙や中性紙に対して記録を行った場合、高品位な画像が得られ、且つ、インクの安定性、信頼性に優れ、耐水性も良好なインク、これを用いたインクジェット記録方法、記録ユニット、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から筆記具（万年筆、サインペン、水性ボールペン等）用インク及びインクジェット記録用インクについては、実に様々な組成のものが報告されている。なかでも近年、多方面で記録用紙として使用されているコピー紙、レポート用紙、ノート、便箋等の普通紙に対しての印字記録の高画質化や耐水性向上の要望が高まっており、インクの安定性及び信頼性を高次で維持しながら、これらの要望に応えるべく、インクの組成及び物性等の多様な面から詳細な研究開発がためされている。
【０００３】
例えば、特開昭６３−２８９０８１号公報には、インク中に分子量１０，０００〜５００，０００のポリカルボン酸型高分子界面活性剤を含有するインクが、又、特開平６−９３２２４号公報には、ポリカルボン酸エステルを含むポリカルボン酸及び／又はその塩を含有し、粘度が５０〜２，０００ｃｐｓのインクがボールペン用インクにおける信頼性向上のために夫々提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記各提案ではボールペン等の外部エネルギーの作用により記録を行うシステムにおいては、例えば、ボールペンの先でインクが固着状態になっても外部エネルギーを作用させる（この場合は外圧を増す）ことにより、再び記録を可能にすることができるが、インクジェット記録システムにおいては、内部エネルギーを作用させる（この場合、インク吐出部より内部のインクにエネルギーを作用させる）ことにより記録を行っており、万一吐出口においてインクが固着状態になった場合に、内部エネルギーを増大させることが難しく十分な信頼性を得るには至っていない。更に、記録物の耐水性も不十分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は上記問題点を改善するためのインク、これを用いたインクジェット記録方法、記録ユニット、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明により達成される。即ち、本発明の一実施態様は、インクが少なくとも色材と、水と、水に溶解または分散する液媒体と、水溶性高分子化合物であるポリアクリル酸塩を含み、上記色材が、その化学構造中に、ＳＯ ₃ Ｈ基をもたない場合は少なくとも２つのＣＯＯＨ基を有し、ＳＯ ₃ Ｈ基をもつ場合はＣＯＯＨ基をＳＯ ₃ Ｈ基の数と同数以上で且つ２以上を有するものであり、且つ、６０℃環境下で該インク中の水分を蒸発させた状態で、該インク全体が流動性があることを特徴とするインクである。尚、本明細書に記載されている上記構成以外の水溶性高分子化合物及び色材は、本発明に含まれることはない。
本発明の他の実施態様は、インクを記録信号に応じて記録ヘッドのオリフィスから吐出させて、被記録材に記録を行うインクジェット記録方法において、インクとして上記に記載のインクを使用することを特徴とするインクジェット記録方法である。
又、本発明の他の実施態様は、インクを収容したインク収容部と、インクを吐出させるためのヘッド部とを備えた記録ユニットにおいて、前記インクがインクジェット用の上記に記載のインクである記録ユニットである。
更に、本発明の他の実施態様は、インクを収容したインク収容部を備えたインクカートリッジにおいて、前記インクが上記に記載のインクであるインクカートリッジである。
本発明の他の実施態様は、インクを収容したインク収容部と、該インクを吐出させるためのヘッド部とを有する記録ユニットを備えたインクジェット記録装置において、該記録ユニットが上記に記載の記録ユニットであることを特徴とするインクジェット記録装置である。
更に、本発明の他の実施態様は、インクを吐出するための記録ヘッド、インクを収容したインク収容部を有するインクカートリッジ及び該インクカートリッジから記録ヘッドにインクを供給するためのインク供給部を備えたインクジェット記録装置において、該インクカートリッジが上記に記載のインクカートリッジであることを特徴とするインクジェット記録装置である。
【０００７】
本発明によれば、高温環境下、低温環境下及び高温低温の混合環境下等の劣悪環境状態下においても、ノズル先端での目詰りが格段に減少したインク、これを用いたインクジェット記録方法、記録ユニット、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置が提供される。
上記本発明のインクが、高温環境下、低温環境下及び高温低温の混合環境下等の劣悪環境下において、目詰り等に対する高い信頼性を得ることができる正確な理由は不明であるが、以下に推測の範囲でその理由を述べる。
【０００８】
一般に固形体である色材を用いた水溶性インクは、該色材の水溶性インクの液媒体に対する飽和濃度以下で使用している。該水溶性インク中の水分が多量に蒸発すると、色材のインクに対する濃度が、飽和濃度以上になり、色材が析出し、更に、水分蒸発が進むと、色材が固まりだす。しかしながら、本発明のインクは、色材のインク中の濃度が飽和濃度以上になっても、色材の会合が抑制されているため、色材が析出せず、更に、インク中の水分が蒸発しても色材が固まりだすことがないため、目詰り等に対する高い信頼性を得ることができると推測される。
【０００９】
ボールペンのように被記録材に直接記録システムが接することにより記録を行う記録システムであれば、その吐出口で一旦インクが目詰りを起こしても、記録を行う際の被記録材との摩擦による外部エネルギーにより目詰りが除去できるが、このような機能を有しない記録システムである、インクジェット記録方式では、通常インクの吐出口からインク中の水分が蒸発して色材が多量に析出し目詰りを生じてしまい、それを除去することができない。しかし、このような場合でも、本発明のインクを用いれば、吐出口及び吐出口内部でインク中の色材が会合を生じないために、色材の析出や目詰りを発生せず、即ちインクが液状を保っているために、インク吐出口内部でインクを吐出させるために発生するインクに対するエネルギーを良好に機能させることが可能になり、良好なインクの吐出性、言い換えれば、良好な記録性を可能にし、耐目詰り性が向上しているのではないかと推測される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
本発明のインクは、６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態で、該インク全体が流動性があることを特徴とする。又、本発明のインクは、その初期成分が少なくとも色材と、水と、水に溶解又は分散する液媒体とからなる。
【００１１】
本発明のインクは、更に６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態での気液界面に浮遊状態の析出物が発生しないものが好ましい。この理由としては、例えば、本発明のインクをインクジェット記録方法に用いた場合、該方法に用いられる装置はインクを吐出させるための吐出口が非常に小さく、且つインク吐出を良好にするために該吐出口の周辺が撥水剤で覆われているが、もしインク吐出口の気液界面に色材等の固形分の析出物が微少でも浮遊していると、この浮遊物が吐出口の縁に付着し、吐出性能を低下させてしまうことがあるためである。
【００１２】
又、本発明のインクは、６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態で該インク全体が流動性を有し、その状態でのインクの粘度が、６０℃環境下に放置する前のインクの初期の状態での粘度の６００倍以下であることが更に好ましい。
この理由としては、例えば、インクジェット記録方法においてはインクの目詰りや固着を抑制するために、目詰り回復のための吐出を行ったり、或いは、装置自体に吐出口面からインクを吸引する回復装置を備えていたりするが、６０℃環境下でインク中の水分を蒸発した状態でのインクの粘度があまり大きくなり過ぎると、目詰り回復のための吐出を行う際にインクにエネルギーを作用させても、該エネルギーがインクの粘度に吸収されて目的の吐出を行うことができなかったり、又、回復レベルまで回復装置を作用できなかったりするためである。
従って、インクとインクジェット記録方式等の記録システムとの相関性等から、６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態でのインクの粘度が、インクの初期の粘度の６００倍以下であることが好ましい。
【００１３】
一方、本発明のインクは、６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態で、該インク全体が流動性を有し、インクの初期成分が少なくとも色材と、水と、水に溶解又は分散する液媒体とから成り、且つインクを６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態から２５℃環境下に再放置しても、インク全体の流動性が失われないものが特に好ましい。この理由としては、例えば、本発明のインクをインクジェット記録方法に用いた場合に、該方法に用いられる装置全体が通電されている状態で、インクの吐出性向上のために予備加熱が一般的に行われており、この温度条件は、記録システムによって違いはあるが、一般的には約２５℃〜３５℃の温度が加えられているからである。
【００１４】
即ち、例えば、６０℃のような劣悪環境下で、インク吐出口よりインク中の水分が蒸発した状態で該インクが流動性を有していても、その後１０℃以下のような低温環境下になり、インク中の各化合物が溶解するための外部エネルギーが殆ど与えられない状態でも、インクジェット記録方式における予備加熱操作により、約２５〜３５℃の環境温度にインクは置かれることとなるため、６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態から２５℃環境下に再放置しても、インク全体の流動性が失われないものが、インクの吐出安定性、耐目詰り性に優れるものとなる。
【００１５】
又、本発明のインク中には、遊離酸の状態でリン酸、スルホン酸又はカルボン酸から選ばれた少なくとも１種を水溶性基として複数個有する水溶性高分子化合物が色材等と併用されていることが好ましい。
該水溶性高分子化合物は、インクの長期安定性やインクの置かれる環境（高温及び低温）及びインクのｐＨ等の影響を考慮すると、エステル結合を有していないものが特に好ましい。これは、エステル結合は上記のような環境において結合が切れ、アルコールを発生させてしまう可能性が十二分にあり、エステル結合を有する水溶性高分子化合物を有するインクを上記環境下に放置後、該インクを用いて記録を行った場合、インクの設計によって左右されるが、記録画像の品位が劣化してしまう可能性があるからである。
【００１６】
又、前記水溶性高分子化合物は、アニオン性の極性のみを有する方が好ましい。もし、該化合物がカチオン性を有した場合、インクを取り巻く環境によって、該化合物自身内で反応してしまう可能性があるからである。
【００１７】
上記の水溶性高分子化合物は、インクの設計及び使用目的によって左右されるが、分子量が２，０００〜１２，０００の範囲であるのが好ましい。分子量が２，０００未満であると、該水溶性高分子化合物の安定性が低く、又、分子量が１２，０００を越えると、例えば、インクジェット記録方式に用いた場合、粘度の過度の上昇等の不具合が生じる。
又、水溶性高分子化合物を塩の形にした場合、理由は定かではないが２種類以上の対イオンを用いると、更にインクジェット記録適性が良好になる。
【００１８】
本発明で使用される色材は、アニオン性の溶解タイプの色材であることが好ましい。この理由としては、例えば本発明で好ましく使用される前記水溶性高分子化合物がアニオン性溶解タイプであるため、６０℃環境下で、インク中の水分を蒸発させた状態で、該インク全体が流動性を有するためには、この同極性同士の反発も必要と考えられるからである。但しインク全体が流動性を有するためには、前記の同極性同士の反発のみによるものではなく、同じタイプの色材でも流動性を有するものと、有さないものがあるため、はっきりとしたことは解っていない。しかし、好ましくは前記水溶性高分子化合物に用いられている水溶性基と同じ水溶性基を有している色材がよい。
又、上記において、色材が有する前記水溶性高分子化合物と同じ水溶性基が、該色材の総水溶性基数の半数以上であるのが更に好ましい。
【００１９】
上記のような色材として具体的なものを以下に示すが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
遊離酸の状態で下記一般式（Ｉ）で表わされる色材
Ａｒ¹Ｎ＝ＮＪＸ（ＮＲ¹ＬＮＲ²Ｘ）_nＪＮ＝ＮＡｒ² （Ｉ）
（式中、Ｊは下記式を表す。

Ａｒ¹及びＡｒ²は、各々独立に、アリール基又は置換アリール基であって、Ａｒ¹とＡｒ²の少なくとも１つが独立にＣＯＯＨとＣＯＳＨから選ばれる置換基を１個以上有する。Ｒ¹及びＲ²は独立に、Ｈ、アルキル基、置換アルキル基、アルケニル基又は置換アルケニル基を表し、Ｌは２価の有機連結基を表し、ｎは０又は１を表す。Ｘは夫々独立に、カルボニル基、又は下記（１）〜（３）式で示される基を表す。
【００２０】

（Ｚは夫々独立にＮＲ³Ｒ⁴、ＳＲ⁵又はＯＲ⁵を表し、ＹはＨ、Ｃｌ、Ｚ、ＳＲ⁶又はＯＲ⁶を表し、ＥはＣｌ又はＣＮを表す。Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵及びＲ⁶は夫々独立にＨ、アルキル基、置換アルキル基、アルケニル基、置換アルケニル基、アリール基、置換アリール基、アラルキル基、置換アラルキル基を表し、Ｒ³又はＲ⁴は窒素原子と共に５又は６員環を形成することもある。）
又、一般式（Ｉ）で表される化合物は、少なくともＳＯ₃Ｈと同数のＣＯＯＨ又はＣＯＳＨから選ばれた基を有する。）
【００２１】
一般式（Ｉ）で示される色材として、具体的には、例えば、以下のようなものが挙げられる。

【００２２】

【００２３】
遊離酸の状態で下記一般式（II）で表わされる色材

（式中、Ａｒ及びＡｒ¹は夫々アリール基又は置換アリール基を示し、Ａｒ及びＡｒ¹の少なくとも１つはＣＯＯＨ又はＣＯＳＨから選ばれる置換基を有する。Ｊ及びＪ¹は夫々下記一般式（４）、（５）及び（６）からなる群から選ばれる構造からなる
【００２４】

（式中、Ｒ⁵は独立的に、Ｈ、アルキル基、置換アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン、ＣＮ、ウレイド及びＮＨＣＯＲ⁶から選択される。Ｒ⁶はＨ、アルキル基、置換アルキル基、アリール基、置換アリール基、アラルキル基及び置換アラルキル基から選択される。Ｔはアルキル基を示し、ＷはＨ、ＣＮ、ＣＯＮＲ¹⁰Ｒ¹¹、ピリジウム及びＣＯＯＨから選択される。（ｍ）は炭素数２〜８のアルキレン鎖を示し、ＢはＨ、アルキル基及びＣＯＯＨから選択される。Ｒ¹⁰及びＲ¹¹は夫々Ｈ、アルキル基及び置換アルキル基から選択される。）。
【００２５】
Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³及びＲ⁴は夫々Ｈ、アルキル基及び置換アルキル基から選択され、Ｌは２価の有機結合基を示し、ｎは０又は１を示す。Ｘはカルボニル基又は下記一般式（７）、（８）又は（９）の構造からなる。
【００２６】

（式中、Ｚは、ＯＲ⁷、ＳＲ⁷及びＮＲ⁸Ｒ⁹から選択され、ＹはＨ、Ｃｌ、ＣＮ及びＺから選択され、ＥはＣｌ及びＣＮから選択される。Ｒ⁷、Ｒ⁸及びＲ⁹は夫々Ｈ、アルケニル基、置換アルケニル基、アルキル基、置換アルキル基、アリール基、置換アリール基、アラルキル基及び置換アラルキル基から選択される。更にＲ⁸及びＲ⁹はこれらが結合された窒素原子と共に５員環又は６員環を形成する場合もある。）
▲１▼一般式（II）がＳＯ₃Ｈ基をもたない場合は、少なくとも２つのＣＯＯＨ基又はＣＯＳＨ基から選ばれる基を有し、▲２▼一般式（II）がＳＯ₃Ｈ基をもつ場合は、ＣＯＯＨ基又はＣＯＳＨ基から選ばれる基が少なくともＳＯ₃Ｈ基の数と同数以上有する。）
【００２７】
一般式（II）で表わされる色材としては、具体的には、例えば、以下の様なものが挙げられる。

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】
遊離酸の形で下記一般式（III）で表わされる色材：

（式中、Ｒ₁及びＲ₂は夫々独立に水素原子、カルボキシル基、スルホン基及び炭素数１〜２のアルキル基から選ばれ、Ｘ及びＹは夫々独立にＮＲ₃Ｒ₄及びＮＲ₅Ｒ₆から選ばれる。Ｒ₃及びＲ₄は夫々独立にアルキル基、置換アルキル基、アリール基、置換アリール基、アラルキル基、置換アラルキル基、アルコキシル基及び置換アルコキシル基から選ばれ、Ｒ₅は水素原子、アルキル基、置換アルキル基、アルケニル基、置換アルケニル基、アラルキル基、置換アラルキル基、アルコキシル基及び置換アルコキシル基から選ばれ、Ｒ₆はＣＯＳＨ又はＣＯＯＨで置換された無色有機残基を表わす。）
【００３３】
一般式（III）で表わされる化合物としては、具体的には、以下のものが挙げられる。

【００３４】
遊離酸の状態で下記一般式（IV）で表わされる色材

（上記一般式（IV）中、Ｒ₁、Ｒ₂及びＲ₂´は夫々、カルボキシル基、スルホン基、水酸基、アミノ基、炭素数１〜２のアルキル基及び水素原子から選ばれ、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅及びＲ₆はカルボキシル基、スルホン基、アミノ基、水酸基、アルキルアミド基及び水素原子から選ばれる。
【００３５】
又、Ｘは下記一般式（Ａ）、又は（Ｂ）の構造からなる。

（上記一般式（Ａ）及び（Ｂ）中、Ｒ₇はカルボキシル基、スルホン基及び水素原子から選ばれる。Ｒ₈、Ｒ₉はカルボキシル基、スルホン基、下記式で表わされる構造及び水素からなる群から選ばれる。

（上記式中、ｎは１〜５の整数を、ｍは０又は１を夫々表す。）））
【００３６】
一般式（IV）で示される色材として、具体的には、例えば、以下の様なものが挙げられる。
【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】
尚、上記した例示化合物の中で、化学構造中に、ＳＯ ₃ Ｈ基をもたない場合は少なくとも２つのＣＯＯＨ基を有し、ＳＯ ₃ Ｈ基をもつ場合はＣＯＯＨ基をＳＯ ₃ Ｈ基の数と同数以上で且つ２以上を有する色材としては、染料１〜２３及び２６が該当する。又、本発明で使用される色材が、遊離酸の状態での色材の水溶性基種と、水溶性高分子化合物の有する水溶性基種とが同種のものであり、且つ上記の色材の水溶性基数が、色材中に有する他の水溶性基数と同数或いはそれ以上のものである場合に信頼性がより良好になる傾向がある。更に、記録物の耐水性等の向上を考慮に入れると、上記の場合の水溶性基が遊離酸の状態でカルボン酸である場合が特に良好である。
【００４２】
本発明で使用される液媒体は、水と水溶性有機溶剤との混合物であることが好ましい。具体的な水溶性有機溶剤の例としては、例えば、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；アセトン等のケトン類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類；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、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレングリコール類；グリセリン；エチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル、ジエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル、トリエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類；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、トリエタノールアミン、スルホラン、ジメチルサルフォオキサイド、２−ピロリドン、ε−カプロラクタム等の環状アミド化合物及びスクシンイミド等のイミド化合物等が挙げられる。
【００４３】
上記水溶性有機溶剤の含有量は、一般にはインクの全重量に対して１〜４０重量％が好ましく、より好ましくは３〜３０重量％の範囲である。
又、インク中の水の含有量は、インクの全重量に対して３０〜９５重量％の範囲で使用される。３０重量％より少ないと染料の溶解性等が悪くなり、インクの粘度も高くなるため好ましくない。一方、９５重量％より多いと蒸発成分が多すぎて、十分な固着特性を満足することができない。
【００４４】
本発明のインクには、インク中の無機イオンである不純物により、例えば、インクジェット記録方法においてコゲという問題を発生させるため、このようなインクの悪影響を防止するためにコゲ防止剤を含有した方がよい。但し、これらのコゲ防止剤も熱エネルギーを伝えるヒーターの表面状態と相関関係があるため、場合によっては未添加でもよい。又、インク中の無機イオンが１ｐｐｍ、好ましくは０．５ｐｐｍ以下であれば添加しなくてもよい。それらのインク中への含有量はインク全重量に対して０．０１〜１０重量％、好ましくは０．０５〜５重量％、更に好ましくは０．１〜３重量％である。
【００４５】
又、本発明のインクは、インク中に尿素、チオ尿素及びそれらの誘導体を含有することが好ましい。これらの物質のインク中への含有量はインク全重量に対して０．１〜５０重量％、好ましくは１〜３０重量％、更に好ましくは２〜１０重量％である。
【００４６】
更に本発明のインクには、インクの定着剤として一価アルコールを添加してもよい。又、非イオン性界面活性剤も定着剤として機能する。これらは異なった色調を印字した場合、その境界で生じる混色滲みを防止するためには必要となる。又、これらは染料のインク中での溶解性を安定向上させるという意味でもインク中に含有している方が好ましい。その場合、インク中への添加量と効果を考えるならば非イオン性界面活性剤の方が好ましい。
【００４７】
定着剤として本発明のインクに添加し得る一価アルコールの具体例としてはエタノール、イソプロピルアルコール及びｎ−ブタノール等が挙げられる。又、同様に添加し得る非イオン性界面活性剤の具体例としては、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フェニルエーテル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、アセチレングリコールポリエチレンオキサイド付加物等が挙げられるが、好ましくはノニルフェニルエーテルＥＯ付加体、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体（ＥＯ−ＰＯ共重合体）、アセチレングリコールポリオキシエチレンオキサイド付加物が好ましく、より好ましくは下記一般式（Ｖ）で表されるアセチレングリコールポリオキシエチレンオキサイド付加物（アセチレングリコールＥＯ付加物）である。
【００４８】

上記一価アルコール又は非イオン界面活性剤のインクの含有量は、インク全重量に対して０．１〜２０重量％、好ましくは０．５〜１０重量％である。０．１重量％より少ないと定着剤としての効果がなく、又、２０重量％より多いと印字品位のバランス、例えば、濃度や定着性やヒゲ状の滲みであるフェザリングと定着性や濃度とのバランスが悪くなる。
【００４９】
本発明のインクは、熱エネルギーによるインクの発泡現象によりインクを吐出させるタイプのインクジェット記録方法に適用する場合に特に好適であり、吐出が極めて安定となり、サテライトドットの発生等が生じないという特徴がある。但しこの場合には、熱的な物性値（例えば、比熱、熱膨張係数、熱伝導率等）を調整する場合もある。
【００５０】
更に、本発明のインクは普通紙等に記録した場合の印字記録物のインクの耐水性の問題を解決すると同時に、インクジェット用ヘッドに対するマッチングを良好にする面から、インク自体の物性として２５℃における表面張力が２０〜５５ｄｙｎｅ／ｃｍ、粘度が１５ｃＰ以下、好ましくは１０ｃＰ以下、より好ましくは５ｃＰ以下に調整されることが望ましいが、インクジェット記録用ヘッドの性態に左右されるため、これに限定されるものではない。
従って、上記物性にインクを調整し、普通紙における問題を解決するためには、本発明のインク中に含有される水分量としては５０重量％以上９８重量％以下、好ましくは６０重量％以上９５重量％以下とされるのが好適である。
【００５１】
本発明のインクは、熱エネルギーの作用により液滴を吐出させて記録を行なうインクジェット記録方法にとりわけ好適に用いられるが、一般の筆記具用としても使用できる。
本発明のインクを用いて記録を行うのに好適な方法及び装置としては、記録ヘッドの室内のインクに記録信号に対応した熱エネルギーを与え、該熱エネルギーにより液滴を発生させる方法及び装置が挙げられる。
【００５２】
その装置の主要部であるヘッド構成例を図１、図２及び図３に示す。ヘッド１３はインクを通す溝１４を有するガラス、セラミックス又はプラスチック板等と、感熱記録に用いられる発熱ヘッド１５（図では薄膜ヘッドが示されているが、これに限定されるものではない）とを接着して得られる。発熱ヘッド１５は酸化シリコン等で形成される保護膜１６、アルミニウム電極１７−１及び１７−２、ニクロム等で形成される発熱抵抗体層１８、蓄熱層１９、アルミナ等の放熱性の良い基板２０とによりなっている。
【００５３】
インク２１は吐出オリフィス（微細孔）２２まで来ており、圧力Ｐによりメニスカス２３を形成している。
今、アルミニウム電極１７−１及び１７−２に電気信号が加わると、発熱ヘッド１５のｎで示される領域が急激に発熱し、ここに接しているインク２１に気泡が発生し、その圧力でメニスカス２３が突出し、インク２１が吐出し、オリフィス２２よりインク小滴２４となり、被記録材２５に向かって飛翔する。
図３には図１に示すヘッドを多数並べたマルチヘッドの外観図を示す。該マルチヘッドはマルチ溝２６を有するガラス板２７と、図１に説明したものと同様な発熱ヘッド２８を密着して製作されている。尚、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線での切断面である。
【００５４】
図４に、かかるヘッドを組み込んだインクジェット記録装置の１例を示す。図４において、６１はワイピング部材としてのブレードであり、その一端はブレード保持部材によって保持されて固定端となり、カンチレバーの形態をなす。ブレード６１は記録ヘッド６５による記録領域に隣接した位置に配設され、又、本例の場合、記録ヘッド６５の移動経路中に突出した形態で保持される。
６２はキャップであり、ブレード６１に隣接するホームポジションに配設され、記録ヘッドの移動方向と垂直な方向に移動して、インク吐出口面と当接し、キャッピングを行う構成を備える。更に６３はブレード６１に隣接して設けられるインク吸収体であり、ブレード６１と同様、記録ヘッド６５の移動経路中に突出した形態で保持される。上記ブレード６１、キャップ６２及びインク吸収体６３によって吐出回復部６４が構成され、ブレード６１及びインク吸収体６３によってインク吐出口面の水分、塵埃等の除去が行われる。
【００５５】
６５は吐出エネルギー発生手段を有し、吐出口を配した吐出口面に対向する被記録材にインクを吐出して記録を行う記録ヘッドであり、６６は記録ヘッド６５を搭載して記録ヘッド６５の移動を行うためのキャリッジである。キャリッジ６６はガイド軸６７と慴動可能に係合し、キャリッジ６６の一部はモーター６８によって駆動されるベルト６９と接続（不図示）している。これによりキャリッジ６６はガイド軸６７に沿った移動が可能となり、記録ヘッド６５による記録領域及びその隣接した領域の移動が可能となる。
５１は被記録材を挿入するための給紙部、５２は不図示のモーターにより駆動される紙送りローラーである。これらの構成によって記録ヘッド６５の吐出口面と対向する位置へ被記録材が給紙され、記録が進行するにつれて排紙ローラー５３を配した排紙部へ排紙される。
【００５６】
上記構成において記録ヘッド６５が記録終了等でホームポジションに戻る際、吐出回復部６４のキャップ６２は記録ヘッド６５の移動経路から退避しているが、ブレード６１は移動経路中に突出している。この結果、記録ヘッド６５の吐出口面がワイピングされる。尚、キャップ６２が記録ヘッド６５の吐出面に当接してキャッピングを行う場合、キャップ６２は記録ヘッドの移動経路中に突出するように移動する。
【００５７】
記録ヘッド６５がホームポジションから記録開始位置へ移動する場合、キャップ６２及びブレード６１は上述したワイピング時の位置と同一の位置にある。この結果、この移動においても記録ヘッド６５の吐出口面はワイピングされる。
上述の記録ヘッドのホームポジションへの移動は、記録終了時や吐出回復時ばかりでなく、記録ヘッドが記録のために記録領域を移動する間に所定の間隔で記録領域に隣接したホームポジションへ移動し、この移動に伴って上記ワイピングが行われる。
【００５８】
図５は、ヘッドにインク供給部材、例えば、チューブを介して供給されるインクを収容したインクカートリッジ４５の一例を示す図である。ここで４０は供給用インクを収容したインク収容部、例えば、インク袋であり、その先端にはゴム製の栓４２が設けられている。この栓４２に針（不図示）を挿入することにより、インク袋４０中のインクをヘッドに供給可能ならしめる。４４は廃インクを受容するインク吸収体である。インク収容部としては、インクとの接液面がポリオレフィン、特にポリエチレンで形成されているものが本発明にとって好ましい。本発明で使用されるインクジェット記録装置としては、上記の如きヘッドとインクカートリッジとが別体となったものに限らず、図６に示す如きそれらが一体になったものにも好適に用いられる。
【００５９】
図６において、７０は記録ユニットであって、この中にはインクを収容したインク収容部、例えば、インク吸収体が収納されており、かかるインク吸収体中のインクが複数のオリフィスを有するヘッド部７１からインク滴として吐出される構成になっている。インク吸収体の材料としては、ポリウレタン、セルロース又はポリビニルアセタールを用いることが本発明にとって好ましい。７２は記録ユニット内部を大気に連通させるための大気連通口である。この記録ユニット７０は、図４で示す記録ヘッドに代えて用いられるものであって、キャリッジ６６に対し着脱自在になっている。
【００６０】
本発明のインクは、好ましい条件として、アニオン性の溶解又は分散タイプの化合物を併用させているため、インクのｐＨは８以上が好ましい。しかしながら、インクジェット記録方法に用いた場合、吐出性等の信頼性等を考えるとｐＨは８．５以上、更に好ましくは９．０以上である。又、本発明のインクは、含窒素化合物や２価の金属でｐＨを調整してもよい。
尚、本発明のインクは、上記成分の他に必要に応じて水溶性有機溶剤、界面活性剤、防錆剤、防カビ剤、酸化防止剤、蒸発促進剤、キレート化剤、水溶性ポリマー等の種々の添加剤を添加してもよい。
【００６１】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。尚、文中「部」及び「％」と表示のあるものは、特に断りのない限り重量基準である。
【００６２】
実施例１〜４及び比較例１〜３
＜インクの作製＞
下記に示す各成分を混合し、十分攪拌して溶解後、ポアサイズが０．４μｍのフロロポアフィルター（商品名：住友電工（株）製）にて加圧濾過し、本発明及び比較例のインクを夫々調製した。
【００６３】
実施例１
C.I.ダイレクトブラック１９５（染料２３）３．０％
チオジグリコール １０．０％
ジエチレングリコール １０．０％
分子量５，０００のポリアクリル酸アンモニウム塩
１．０％
純水 ７６．０％
【００６４】
実施例２
C.I.ダイレクトブラック１９５（染料２３）２．５％
グリセリン １０．０％
イソプロピルアルコール ３．０％
分子量５，０００のポリアクリル酸
トリエタノールアミン塩 ０．５％
分子量１０，０００のポリアクリル酸
ナトリウム塩 ０．４％
純水 ８５．４％
【００６５】
実施例３
染料５ ３．０％
２−ピロリドン １０．０％
エタノール ４．０％
分子量７，８００のポリアクリル酸
トリエタノールアミン塩 １．０％
分子量３，０００のポリアクリル酸
アンモニウム塩 １．０％
一般式（Ｖ）の化合物
（式中、ａ＝ｂ＝１、ｍ＋ｎ＝１５） １．０％
純水 ８０．０％
【００６６】
実施例４
染料１ ２．５％
グリセリン ７．０％
尿素 １０．０％
エタノール ３．０％
分子量５，０００のポリアクリル酸
アンモニウム塩 ２．０％
純水 ７５．５％
【００６７】
比較例１
C.I.ダイレクトブラック１９５（染料２３）３．０％
チオジグリコール １０．０％
ジエチレングリコール １０．０％
純水 ７７．０％
【００６８】
比較例２
C.I.ダイレクトブラック５１（染料２４） ２．０％
チオジグリコール １０．０％
ジエチレングリコール １０．０％
分子量５，０００のポリアクリル酸
アンモニウム塩 １．０％
純水 ７６．０％
【００６９】
比較例３
Ｃ．Ｉ．フードブラック２ ３．０％
グリセリン １０．０％
イソプロピルアルコール ３．０％
分子量１０，０００のポリアクリル酸
ナトリウム塩 １．０％
純水 ８３．０％
【００７０】
＜流動性の確認＞
得られた各インクについて、その流動性を以下の方法により確認した。
【００７１】
（１）流動性（Ａ）
１００ｃｃガラスビーカーに試料インク１００ｇを入れ、６０℃、２０％ＲＨ環境のオーブンに５日間放置した後の状態を、下記基準で評価した。
【００７２】
（２）流動性（Ｂ）
１００ｃｃガラスビーカーに試料インク１００ｇを入れ、６０℃、２０％ＲＨ環境のオーブンに５日間放置した後、該ガラスビーカーを更に２５℃環境に５日間放置した後の状態を、下記基準で評価した。
○：インク表面に析出物は認められず、且つインク内部は流動性があった。又、ビーカーを逆さまにすると、インクが流れ落ちた。
△：インク表面に析出物が認められるが、インク内部は流動性はある。しかし、インクは粘稠な状態である。又、ビーカーを逆さまにしてもインクは流れ落ちなかった。
×：インク表面に析出物は認められ、且つインク内部も表面と同じ様な状態で、流動性が見られなかった。又、ビーカーを逆さまにしてもインクは流れ落ちなかった。
【００７３】
＜評価試験＞
次に、上記で得られた実施例１〜４及び比較例１〜３のインクについて、インクジェット記録装置として、発熱素子をインクの吐出エネルギー源として利用したＢＪＣ−６００Ｊ（商品名：キヤノン（株）製）を用いて、以下の各評価を行い、その結果を表１にまとめた。
【００７４】
＜評価方法及び評価基準＞
（１）耐水性
プリンターに所定のインクを充填して、市販の酸性紙に英数文字及びベタ部を印字した後、プリントを停止し、印字物を１時間以上放置後、印字濃度をマクベスＲＤ９１５（商品名：マクベス社製）にて測定を行う。その後、印字物を水を満たした容器に３分間以上浸漬した後、放置、乾燥して再度印字濃度を測定し、印字物濃度の残存率を求め、耐水性の評価とした。
○：印字物濃度の残存率が８０％以上。
△：印字物濃度の残存率が６５％以上〜８０％未満。
×：印字物濃度の残存率が６５％未満。
【００７５】
（２）周波数応答性
得られた印字物の印字状態、即ちカスレや白抜け状態及びスブラッシュやヨレ等の着弾点不良状態を肉眼で観察し、評価した。
○：周波数に対するインクの追従状態は、ほぼ良好であり、キャラクタ印字ではカスレや白抜け、着弾点不良が見られないが、ベタ印字において僅かにカスレが見られる。
△：キャラクタ印字ではカスレや白抜けは見られないが、一部に着弾点不良が見られる。又、ベタ印字ではカスレ、白抜けがベタ印字全体の１/３程度で見られる。
×：ベタ印字ではカスレ、白抜けが多く、又、キャラクタ印字においてもカスレや着弾点不良が多数見られる。
【００７６】
（３）印字品位の評価
プリンターで市販の普通紙紙に英数文字を印字し、印字物を１時間以上放置した後、顕微鏡及び目視で文字のシャープさや文字より発生するヒゲ状の滲みの度合いを評価した。
◎：文字がシャープでヒゲ状の滲みがない。
○：文字がシャープであるが、ヒゲ状の滲みが少し発生。
△：文字にシャープさがない。又は、ヒゲ状の滲みがやや多い。
×：文字にシャープさがなく、ヒゲ状の滲みも多い。
【００７７】
（４）耐目詰り性の評価
ＢＪＣ６００に各々のインクを充填し、５０℃の環境に１週間放置し、正常に吐出するまでの回復操作の回数により、耐目詰り性を以下の基準で評価した。
○：回復操作５回以内で正常な吐出をした。
△：回復操作６回〜１０回で正常な吐出をした。
×：回復操作１１回でも正常な吐出をしなかった。
【００７８】
（５）固着性の評価
ＢＪＣ６００に各々のインクを充填し、５０℃の環境に１週間放置後、そのまま５℃の環境に１週間放置して、正常に吐出するまでの回復操作の回数により、固着性を以下の基準で評価した。
○：回復操作５回以内で正常な吐出をした。
△：回復操作６回〜１０回で正常な吐出をした。
×：回復操作１１回でも正常な吐出をしなかった。
【００７９】
表１：実施例及び比較例の評価結果

【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一般オフィス等で用いられている普通紙に対して印字記録をした場合、高品位な画像が得られ、且つインクの安定性、信頼性に優れ、耐水性も良好なインク、これを用いたインクジェット記録方法及びかかるインクを用いた機器を提供することができる。
更に、本発明によれば、長期間の保存後も安定性が良好であり、インクジェット記録システムに用いても、何ら問題のない信頼性の高い記録を行い得るインク、これを用いたインクジェット記録方法及びかかるインクを用いた機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット記録装置のヘッド部の縦断面図である。
【図２】インクジェット記録装置のヘッド部の横断面図である。
【図３】図１に示したヘッドをマルチ化したヘッドの外観斜視図である。
【図４】インクジェット記録装置の一例を示す斜視図である。
【図５】インクカートリッジの縦断面図である。
【図６】記録ユニットの斜視図である。
【符号の説明】
１３：ヘッド
１４：溝
１５：発熱ヘッド
１６：保護膜
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
２３：メニスカス
２４：インク小滴
２５：被記録材
２６：マルチ溝
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：ワイピング部材
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

Claims (20)

1. インクが少なくとも色材と、水と、水に溶解または分散する液媒体と、水溶性高分子化合物であるポリアクリル酸塩を含み、上記色材が、その化学構造中に、ＳＯ ₃ Ｈ基をもたない場合は少なくとも２つのＣＯＯＨ基を有し、ＳＯ ₃ Ｈ基をもつ場合はＣＯＯＨ基をＳＯ ₃ Ｈ基の数と同数以上で且つ２以上を有するものであり、且つ、６０℃環境下で該インク中の水分を蒸発させた状態で、該インク全体が流動性があることを特徴とするインク。
2. ６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態で、気液界面に析出物が発生しない請求項１に記載のインク。
3. ６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態におけるインクの粘度が、６０℃環境下で、インク中の水分を蒸発させる前のインクの初期の状態での粘度の６００倍以下である請求項１又は２に記載のインク。
4. インクを６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態から２５℃環境下に再放置しても、インクの流動性が失われない請求項１に記載のインク。
5. インクを６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態から２５℃環境下に再放置しても、インクの流動性が失われず、且つ気液界面に析出物が発生しない請求項４に記載のインク。
6. インクを６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させた状態から２５℃環境下に再放置しても、インクの流動性が失われず、且つ２５℃環境下で流動性を失っていないインクの粘度が、６０℃環境下でインク中の水分を蒸発させる前のインクの初期の状態での粘度の６００倍以下である請求項４又は５に記載のインク。
7. 前記ポリアクリル酸塩の分子量が、２，０００〜１２，０００の範囲内にある請求項１〜６の何れか１項に記載のインク。
8. 前記ポリアクリル酸塩が、２種以上の塩を有する請求項１〜７の何れか１項に記載のインク。
9. 前記インクがインクジェット用である請求項１〜８の何れか１項に記載のインク。
10. インクを記録信号に応じて記録ヘッドのオリフィスから吐出させて、被記録材に記録を行うインクジェット記録方法において、インクとして請求項９に記載のインクを使用することを特徴とするインクジェット記録方法。
11. インクに熱エネルギーを作用させて、インクをオリフィスより吐出させる請求項１０に記載のインクジェット記録方法。
12. インクを収容したインク収容部と、インクを吐出させるためのヘッド部とを備えた記録ユニットにおいて、前記インクが請求項９に記載のインクである記録ユニット。
13. ヘッド部が、インクに熱エネルギーを作用させてインクをオリフィスより吐出させるヘッドを有する請求項１２に記載の記録ユニット。
14. インク収容部が、内部にインク吸収体を有している請求項１２に記載の記録ユニット。
15. インク収容部が、ポリウレタン、セルロース又はポリオレフィンを材料としてなるインク吸収体を有している請求項１４に記載の記録ユニット。
16. インクを収容したインク収容部を備えたインクカートリッジにおいて、前記インクが請求項１〜９の何れか１項に記載のインクであるインクカートリッジ。
17. インク収容部がポリオレフィンで形成された接液面を有する請求項１６に記載のインクカートリッジ。
18. インクを収容したインク収容部と、該インクを吐出させるためのヘッド部とを有する記録ユニットを備えたインクジェット記録装置において、該記録ユニットが請求項１２〜１５の何れか１項に記載の記録ユニットであることを特徴とするインクジェット記録装置。
19. インクを吐出するための記録ヘッド、インクを収容したインク収容部を有するインクカートリッジ及び該インクカートリッジから記録ヘッドにインクを供給するためのインク供給部を備えたインクジェット記録装置において、上記インクカートリッジが請求項１６又は１７に記載のインクカートリッジであることを特徴とするインクジェット記録装置。
20. 記録ヘッドが、インクに熱エネルギーを作用させて、インクをオリフィスより吐出させるヘッドである請求項１９に記載のインクジェット記録装置。

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