JPH10100533A - インクジェット用紙 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録において、媒体表面中へ
のインク着色剤の浸透を都合よく且つ経済的に低減さ
せ、それによってインクセットを再生できる色域を増大
させ、インクを紙表面に安定に保持できるインクジェッ
ト用紙を提供する。 【解決手段】 用紙がピット（壁孔）を包含するパルプ
繊維から成り、インク中の着色剤を沈殿させるため、前
記ピットが僅かに可溶性の沈降金属塩の粒子で満たさ
れ、前記ピットが、前記粒子を機械的に保持できる程度
に十分小さく、且つ前記インクジェット記録に使用され
るインクのインク媒質からのイオンが前記ピットに移入
できる程度に十分大きいことを特徴とするインクジェッ
ト用紙。

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
録に関し、より詳細には、紙中のパルプ繊維が、僅かに
可溶性の沈降金属塩の配合により、改質されたしたイン
クジェット用紙に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒューレット・パッカード社から市販さ
れているプリンタ（商標：DeskJet ）のような、感熱イ
ンクジェットカラープリンタでは、カラースペクトル
は、黄色、マゼンタ、及びシアンインクを様々な比率で
混ぜ合わせることによって得ている。一組のカラーイン
クを混ぜ合わせることによって得られるカラースペクト
ルは、インクセットの色域(color gamut )と呼ばれる。
色域は、常に、理論的に適用できるカラースペクトルの
部分集合である。

【０００３】理論的に適用できるスペクトルが得られな
い理由の１つは、インクセットにおける特定インクの強
度は、それがプリント媒体上に現れる時は、特定レベル
以上に効果的に高められない、ということにある。それ
故、プリント媒体に送達できるより特定の着色剤のより
高い強度を要するスペクトル中の色を作り出すことがで
きない。送達し得る着色剤の全量は、インク中の着色剤
の濃度及びインクの送達可能量を含む、多くの因子に依
存する。典型的には、インク中の着色剤の濃度は、イン
ク調合処方上の他の重要な問題を犠牲にすることなく紙
上の濃度を増大させるために任意に高めることはできな
い。

【０００４】色域が低下する他の理由は、インク着色剤
のあるものは、特に媒体が紙であるときは、プリント媒
体中に浸透する、ということにある。これが起こる時
は、プリント領域における着色剤の見掛けの強度は、プ
リント媒体の表面に送達された着色剤の量に基づいて予
想されるよりも低くなる。この問題を軽減する方法は、
着色剤が用紙表面に確実に留まるようにすること、換言
すれば、用紙表面中への着色剤の浸透を制御することで
ある。

【０００５】インクジェット用インク組成では、インク
は、インク媒質に染料又は顔料を分散させて調合する。
例えば、シアンインクは、インク媒質に溶解したシアン
染料を含んでいる。インクジェット用インク組成に使わ
れる染料分子は、しばしば、染料の陰イオン（アニオ
ン）とナトリウムのような陽イオン（カチオン）とから
成る染料塩の形をしている。顔料に基づく着色剤の場
合、インク媒質は、典型的には、荷電分散剤を含有す
る。

【０００６】用紙表面中への着色剤の浸透を制御する方
法は、インクが用紙に付けられた後、その媒質の分散性
を干渉することに頼っている。媒質の分散作用を停止さ
せる１つの方法は、インクの溶媒を蒸発させることであ
る。あるいは、着色剤が付けられた後でインク中の分散
剤の分散力を消滅させることによって、用紙表面中への
着色剤の浸透を減少させてもよい。分散剤の作用を消滅
させる方法は、これは溶媒の蒸発よりも速く効果を生ず
る方法であり、用紙表面中への着色剤の浸透をより効果
的に減少させることになる。

【０００７】"Reactive Ink-Jet Printing"と題し且つ
本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第4,694,302
号明細書では、インクの水堅牢性とプリント品質を高め
るためのプリント方法を開示している。この特許では、
インク中の染料を紙基質に化学的に結合する反応種を、
インクがプリント媒体に付けられる前か又は後にプリン
ト媒体に塗布する。しかし、この方法では、プリント品
質の向上を達成するのに２つの別々の印字ヘッドが必要
となる。

【０００８】"Recording Medium for Ink-Jet Printin
g"と題する米国特許第4,740,420 号明細書及び"Ink Jet
Recording Sheet Having a Bicomponent Cationic Rec
ording Surface" と題する米国特許第4,554,181 号明細
書は、インク中の着色剤の不溶化を助長するために可溶
性金属塩を含む表面処理によって改質された記録媒体を
開示している。これらの方法は、複雑であり、且つ費用
がかかり、製品化、プリント媒体の表面改質に悩まされ
る。さらに、これらの方法のどれも、プリント媒体の表
面中への着色剤の浸透を低減する必要性を特に扱っては
いない。色域の改善には浸透の低減が必要である。

【０００９】"Ink-Jet Recording Sheet"と題する米国
特許第5,126,010 号明細書は、水不溶性炭酸カルシウム
が紙に混ぜられて、填料顔料として働く記録シートを開
示している。紙表面の追加処理は、紙中への水性インク
の吸収を考慮したものである。このプリント媒体は、イ
ンクを紙表面に保持するようには設計されていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、媒体表面中への着色剤の浸透を都合よく、且つ経済
的に低減させ、それによってインクセットを再生できる
色域を増大させ、インクを紙表面に安定に保持できるイ
ンクジェット用紙およびインクジェット記録法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を進めた結果、パルプ繊維のピット（ｐｉｔ、細胞の壁
孔）内に、インクの着色剤を溶解するか又は分散させる
インク媒質の分散作用を止めさせる金属塩を都合よく供
給することによって、印刷媒体（紙）中へのインク着色
剤の浸透を実質的に低減することを見出し、本発明に到
達した。即ち、上記目的は、下記の構成により達成でき
る。 （１） インクジェット記録における色域とその保持性
を向上したインクジェット用紙であり、ピットを包含す
るパルプ繊維から成り、前記ピットが僅かに可溶性の沈
降金属塩の粒子で満たされ、前記ピットが、前記粒子を
機械的に保持できる程度に十分小さく、且つ前記インク
ジェット記録に使用されるインクのインク媒質からのイ
オンが前記ピットに移入できる程度に十分大きいことを
特徴とするインクジェット用紙。

【００１２】紙表面上に着色剤を沈澱させるため、僅か
に可溶性の沈降金属塩を導入した本発明のインクジェッ
ト用紙の使用は、色域と保持性が改善され、着色剤の浸
透が低減され、且つ隣接してプリントされた着色剤間の
にじみが軽減される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、インクジェット式カラ
ープリンタ、特にヒューレット・パッカード社のDeskJe
t（登録商標）プリンタのような感熱インクジェット式
カラープリンタを用いるための方法と用紙に向けられて
いる。その用紙により、インクジェット式カラープリン
タは、インクジェット用インクの着色剤の沈澱を誘発し
て、プリントされたインクジェット用インクの色域と色
保持性を高め且つ浸透とにじみを減じた高品質の画像を
作り出すことが可能となる。特に、その用紙は、紙シー
トが抄紙される前の紙パルプの繊維にあるピットに沈降
させた金属塩を含有している。金属塩は、インク媒質の
分散又は溶解能力を消滅させることによってインクジェ
ット用インク中の着色剤の沈澱を起こさせるものであ
る。この分散能力は、染料ベースのインクの染料とイン
ク媒質の相互作用に由来し且つ着色剤が顔料ベースのと
きは分散剤分子およびまたは顔料の相互作用に由来する
ものである。インク媒質又は顔料分子の分散能力が金属
塩との相互作用で消滅すると、インク媒質は、もはや着
色剤を溶解できず、従って、着色剤が沈澱する。沈澱反
応は、紙中への浸透よりも急速に起こり、従って、着色
剤は、実質的に、用紙表面に残るのである。水で着色剤
を実質的に溶解できる成分はどれももはや存在していな
いので、得られるプリントカラーは極端に耐水性とな
る。プリントカラーは、その基紙よりも水に強くなる。

【００１４】紙パルプ繊維中のピットサイズは、塩がピ
ットに沈降されてしまう時にその沈降塩を捕獲する上で
重要な役割を演ずるが、多分より決定的なのは、製紙工
程に軟材パルプ（針葉樹材パルプ）を用いることであ
る。ピットサイズ、即ち物理的特性は、パルプに使われ
る木材の種類に依存し、パルプ処理工程にはよらない。
軟材、即ち（後述の）吸取紙に使われる種類は、硬材が
道管要素(vessel elements)を含んでおり、道管要素は
開端（オープンエンド）構造から成る故、そのピットは
沈降物質を含み得ないということにおいて硬材（広葉樹
材）とは異なるものである。軟材の仮道管と実質組織
は、オープンエンドでなく、従って沈降塩を包含できる
ピットを含んでいる。従って、軟材は、本発明の実施に
おいて望ましいものである。

【００１５】金属塩は、紙パルプ繊維の処理中にそれが
取り除かれないよう水に十分不溶性であり、しかもイン
ク媒質又は分散剤分子と反応する自由イオンを生成でき
る程十分可溶性でなければならない。金属塩は、低溶解
度積定数を有する種々の僅かに可溶性の金属塩から成る
と考えられる。好ましくは、本発明の実施に用いられる
金属塩は、約5 x 10^-5未満の溶解度積を有する。

【００１６】無機塩として適切に用いられるカチオンに
は、限定されるものではないが、周期表の第2A族のアル
カリ土類金属（例えば、マグネシウム、バリウム及びカ
ルシウム）が含まれる。本発明の実施において効果的で
あり得る金属塩は、magnesi-um oxalyte、硫酸カルシウ
ム、酒石酸カルシウム、蓚酸バリウム、及びフッ化バリ
ウムである。好ましくは、マグネシウムは、本発明の実
施においてカチオンとして用いる。無機塩として適切に
用いられるアニオンには、限定されるものではないが、
硫酸塩、炭酸塩及び蓚酸塩がある。マグネシウムと会合
される最も好ましいアニオンは、炭酸塩である。

【００１７】DeskJet 850C型及びDeskJet 500C型インク
ジェットプリンタのカラー及びブラックのインクセット
の性能は本発明の上述した用紙にプリントされるとき、
改善されるであろう、と考えられる。これらのインクセ
ットについてのヒューレット・パッカード社の部品番号
を表１に示す。加えて、Canon BJC （登録商標）600型
インクセットも試験した；浸透に関連した結果はヒュー
レット・パッカード社のインクに見られたものと同様で
あった。Canon 社の部品番号も表１に掲載する。

【００１８】

【表１】

【００１９】全成分の純度は、製紙に関する通常の産業
業務に採用されるものである。全濃度は、別途指定しな
い限り重量パーセントで表す。用紙は、金属塩に加え
て、製紙産業に見られるような諸成分を包含してよい。
本発明に使われる木材パルプは、漂白木材パルプにより
調製されるような普通の製紙パルプである。木材パルプ
はまた、パルプ繊維中のピットサイズが適当な範囲にあ
るという条件で他種のパルプと組合せることができる。

【００２０】

【表２】

【００２１】紙中の金属塩の濃度は、５〜１５ｗｔ％の
範囲にあってよく、好ましくは、約７〜１２ｗｔ％の範
囲である。炭酸カルシウムの重量パーセントは、熱重量
分析計(TGA, Perkin Elmer TGA7)で決定する。TGAの場
合、紙を灰化し、その得られる物質は、酸化マグネシウ
ム、即ち、炭酸マグネシウムのミネラル形であると推定
する。その重量パーセントは、化学量論を使ってMgCO₃
のグラムに換算される。

【００２２】パルプ繊維におけるピットサイズは、約１
〜５０ミクロンの範囲にあってよく、好ましい平均サイ
ズは約１５〜３０ミクロンである。

【００２３】好ましい実施例においては、用紙は、約８
３．３ｗｔ％で存在する乾燥紙パルプの約１５〜３０ミ
クロンのピットに沈降された約５．９ｗｔ％の炭酸マグ
ネシウムを含有し且つさらに表２に挙げられた成分も含
有する。用紙は、上述の任意のインクを使ってプリント
する。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。ただし、本発明はこの実施例のみに限定され
るものではない。全ての実施例及び比較実施例について
の結果は、実施例の説明の末尾に掲載する。

【００２５】〔実施例１〕本実施例で調製される用紙
は、インシトゥー充填紙（in situ 、原位置、すなわち
パルプに填料を充填した紙）として示す。本発明の用紙
は、非乾燥パルプを使うことよりも、吸取紙を浸漬して
パルプを改質することによって調製されたものを使用し
た。吸取紙は、それらがどんな種類の化学処理もされて
いないため使用した。使用吸取紙は、James River社か
ら得た；その型式は、Blotting Verigood 19"x24"-160M
Basis 80, 411-01-11である。4枚の吸取紙を、500 ml
の飽和硫酸マグネシウム溶液に一晩浸した。余分の溶液
を浸漬改質パルプから除去した。パルプ繊維は、硫酸マ
グネシウム溶液で湿ったままにした。次いで、これらの
繊維を500 mlの飽和炭酸ナトリウム中に入れ、Hamilton
Beachブレンダーを使って5分間高速で叩解した。その
繊維を硫酸ナトリウム溶液から取り出して、水洗水のpH
が中性になるまで洗浄した。繊維をスクリーン上に定置
させて紙をシートにした。ワックス紙を繊維上に載せ、
スクリーンを10ポンドローラーで圧延して余分の水を除
去した。次いで、水分が全て蒸発し終わるまでこのシー
トを105℃で乾燥した。

【００２６】紙中の炭酸マグネシウムの量は、重量法で
計算し、９ｗｔ％であった。このインシトゥー紙を、Ca
non BJC 600、DeskJet 850C及びDeskJet 500Cインクジ
ェットプリンタからのインクを使ってプリントし、その
後、インクの浸透深さを測定した（表３、見出しMgCO
₃(in situ)参照）。浸透深さは、プリント媒体の断面を
撮ってインクの浸透深さを測って測定した。試料は、そ
の試料をエポキシで包埋しそしてミクロトーム切片を顕
微鏡ガラスの上に載せて作った。浸透深さは顕微鏡写真
から測定し、適当な変換を適用してインクの実際の浸透
深さを得た。

【００２７】紙の断面の顕微鏡写真は、表面を覆ってい
るインクの層を示し、よって、予期された着色剤の固定
化と浸透の防止状態を例証するものであった。インクに
ついて行った浸透試験では、500シリーズプリンタの染
料、及びDeskJet 850Cプリンタの染料ベースのカラーイ
ンクで浸透が少ないこと（改善されていること）が示さ
れた（表３参照）。この用紙の顕微鏡観察から、この用
紙の繊維は比較的長いことが示された。そのピットは、
硬材（広葉樹材）から作った紙のピットに比べ物理的に
異なっていると思われた。その相違をさらに強調するの
は、硬材では沈降物が定着して留まる部位がより少ない
ことである。主要な軟材（針葉樹材）構造は、仮道管と
実質組織細胞であり、それらは両方とも、細胞壁の内部
に封入ピットを含んでいて沈降塩を捕獲する。しかし、
硬材も主成分としてある種の道管要素を含んでいる。前
述のように、道管要素はオープンエンドであり、沈降物
質をパルプ洗浄工程中に逃がしてしまう。両方の場合の
ピットサイズは、約１〜５０ミクロンの範囲にあってよ
い。

【００２８】インクの安定性を試験するため、ヒューレ
ット・パッカード社のDeskJet 850Cプリンタを使ってそ
の用紙をプリントした。用紙を３日間浸漬・攪拌後、上
述の方法を使ってその繊維を用いて紙を再生した。再生
紙は青色で、再生工程中インクが繊維上に保持されてい
たことを示していた。また、記録したシートを水に入れ
たが、ほとんど１ヶ月後もその深い豊富な色は依然保持
された。

【００２９】色域は、特定カラーの飽和状態、色相、及
び白色度を表示するものである。ここでは、在来の紙を
炭酸マグネシウム充填ハンドシートと比較した観察者に
よって、高い色域が定性的に測定された。光学濃度値
は、2mmアパチュア付きMacbethRD 913を使って得た。こ
の実施例の沈降炭酸マグネシウムシートは、DeskJet 85
0Cプリンタに装填のヒューレット・パッカード社のPrem
ium（登録商標）インクジェット用紙を除く他の全ての
試料より良好に機能した。本発明のその他の金属塩も同
様に試験した。DeskJet 560C及び500Cプリンタでは、沈
降炭酸マグネシウムは、シアン、黄色、及びブラックに
ついての光学濃度ではHP Premium Inkjet用紙の後に続
くものであった。炭酸カルシウム沈降シートは、マゼン
タに関して十分機能した。Canon BJC 600プリンタに関
しては、沈降炭酸マグネシウムは、全ての色についてEu
reka！35（後述）より高い光学濃度を生じた。

【００３０】〔比較例１〕従来の充填した用紙を作るた
め、炭酸マグネシウムを繊維と混合した。繊維をスクリ
ーン上に定置させて紙をシートにした。ワックス紙を繊
維上に載せ、スクリーンを10ポンドローラーで圧延して
余分の水を除去した。次いで、水分が全て蒸発し終わる
までシートを１０５℃で乾燥した。炭酸マグネシウム
は、従来通りに処理したシートで２ｗｔ％であることが
分かった。インシトゥー紙の方法では、金属塩は繊維中
に沈降されるが、従来通りに処理したシートでは、金属
塩はパルプに混入され、その結果、機械的エントラップ
メントがパルプ繊維間で起こる。沈降物質の場合には、
塩は繊維の細胞壁内にトラップされる。

【００３１】従来通りに充填した紙を、Canon BJC 60
0、DeskJet 850C及びDeskJet 500Cインクジェットプリ
ンタからのインクを使ってプリントした。光学濃度値を
測定し、それを表４に見出しMgCO₃ conventionalとして
示した。

【００３２】〔比較例２〕普通紙を作るために、塩溶液
の処理を行わなかったこと以外は上記のインシトゥー処
理紙と同様の方法で行った。吸取紙を分散してパルプに
し、次いで、スクリーン上に沈着させて上記のように乾
燥した。得られた普通紙を、Canon BJC 600、DeskJet 8
50C及びDeskJet 500Cインクジェットプリンタからのイ
ンクを使ってプリントした。光学濃度値を測定し、それ
を表４に見出しBlotter Paperと表記して示した。

【００３３】〔比較例３〕２種類の市販用紙をコントロ
ールとして用いた。これらの用紙は、Eureka！35（登録
商標）の用紙(James River Corporation)及びHP Premiu
m（登録商標） Inkjet Paper 部品番号HP 51634Yと呼ば
れるものである。これらの用紙を、CanonBJC 600、Desk
Jet 850C及びDeskJet 500Cインクジェットプリンタから
のインクを使ってプリントし、その後、インクの浸透深
さを測定した。その浸透深さを、それぞれ、見出しEure
ka！(James River)及びHP Premium Inkjet Paperとして
表３に列挙する。光学濃度値を測定し、それを、それぞ
れ、見出しEureka！及びHPPremium Ink Jetとして表４
に列挙する。

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】以上、僅かに可溶性の沈降金属塩を紙に用
いて、感熱インクジェットカラー記録用のインク中で着
色剤の沈澱を起こさせる方法を開示した。明白な性質の
様々な変更並びに修正は、発明の精神から逸脱すること
なくなし得ること；該変更並びに修正は全て前出の請求
の範囲で定められた発明の範囲内に帰属するものと考え
られる、ということは、熟練した当業者には容易に理解
されるであろう。以下に本発明の各実施態様を列挙する
と概ね以下の通りである。

【００３７】１） インクジェット記録における色域と
保持性を改善したインクジェット用紙であり、ピットを
包含するパルプ繊維から成り、前記ピットが僅かに可溶
性の沈降金属塩の粒子で満たされ、前記ピットが、前記
粒子を機械的に保持できる程度に十分小さく且つ前記イ
ンクジェット記録に使用されるインクのインク媒質から
のイオンが前記ピットに移入できる程度に十分大きいこ
とを特徴とするインクジェット用紙。

【００３８】２） 前記粒子が、少なくとも１つのカチ
オンと少なくとも１つのアニオンとから成る金属塩を含
み、且つ前記塩が、約5 x 10^-5未満の溶解度積を有する
ことを特徴とする前記１に記載のインクジェット用紙。 ３） 前記の少なくとも１つのカチオンが、マグネシウ
ム、バリウム、及びカルシウムから成る群から選択さ
れ、且つ少なくとも１つのアニオンが、硫酸塩、炭酸
塩、及び水酸化物から成る群から選択されることを特徴
とする前記２）に記載のインクジェット用紙。

【００３９】４） 前記の僅かに可溶性の金属塩が、炭
酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウ
ム、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸バリウ
ム、水酸化バリウム、及び炭酸バリウムから成る群から
選択されることを特徴とする前記３）に記載のインクジ
ェット用紙。 ５） 前記の僅かに可溶性の沈降金属塩が、前記用紙中
において約5乃至15 wt%の範囲の濃度を有する前記１）
に記載のインクジェット用紙。

【００４０】６） 前記ピットのサイズが、約1乃至50
ミクロンの範囲内であり且つ性質上閉端構造であること
を特徴とする前記１）に記載のインクジェット用紙。 ７） 前記粒子が、実質的に、約5乃至約15 wt%で存在
する炭酸マグネシウムから成り且つ前記ピットが約1乃
至約50ミクロンの範囲内のサイズを有することを特徴と
する前記１）に記載のインクジェット用紙。

【００４１】８） インクジェット記録における色域と
保持性を改善する方法において、 (a)前記１）の前記インクジェット用紙を作製するステ
ップと； (b)(1)少なくとも１つの着色剤と、 (2)媒質であって、 (i)前記媒質が、前記着色剤が顔料ベースである時に前
記媒質にある前記の少なくとも１つの着色剤を分散する
分散能力をもった少なくとも１つの分散剤を含有する
か、又は(ii)前記媒質が、前記着色剤が染料ベースであ
る時に分散剤無しで前記着色剤を溶解する、媒質とから
成り、 (3)且つ前記インクジェット用インクを前記インクジェ
ット用紙上にプリントする際、前記インクジェット用紙
中の前記の僅かに可溶性の沈降金属塩の粒子によって、
前記着色剤を沈澱させ得ることを特徴とする少なくとも
１つのインクジェット用インクを生成するステップと； (c)前記インクジェット用紙の表面上に前記インクジェ
ット用インクをプリントし、それによって、前記インク
ジェット用紙の前記表面上に前記の少なくとも１つの着
色剤を沈澱させ、よって、色域と保持性を改善し且つ前
記の少なくとも１つの着色剤の浸透とにじみを低減する
ステップとを設けて成る方法。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、紙表面
上に着色剤を沈澱させるため、僅かに可溶性の沈降金属
塩をパルプのピットに導入したインクジェット用紙であ
り、色域と保持性が改善され、着色剤の浸透が低減さ
れ、且つ隣接してプリントされた着色剤間のにじみが軽
減されたインクジェット用紙を提供でき、産業界に寄与
するところ大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェット記録における色域とその
   保持性を向上したインクジェット用紙であり、ピットを
   包含するパルプ繊維から成り、前記ピットが僅かに可溶
   性の沈降金属塩の粒子で満たされ、前記ピットが、前記
   粒子を機械的に保持できる程度に十分小さく、且つ前記
   インクジェット記録に使用されるインクのインク媒質か
   らのイオンが前記ピットに移入できる程度に十分大きい
   ことを特徴とするインクジェット用紙。