JPH10298475A - インクジェット用水性インクおよびその製造方法 - Google Patents

インクジェット用水性インクおよびその製造方法

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JPH10298475A
JPH10298475A JP12508197A JP12508197A JPH10298475A JP H10298475 A JPH10298475 A JP H10298475A JP 12508197 A JP12508197 A JP 12508197A JP 12508197 A JP12508197 A JP 12508197A JP H10298475 A JPH10298475 A JP H10298475A
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Masato Igarashi
正人 五十嵐
Akio Kojima
明夫 小島
Kiyofumi Nagai
希世文 永井
Akiko Konishi
昭子 小西
Hirotaka Mochizuki
博孝 望月
Masayuki Koyano
正行 小谷野
Takanori Tsuyuki
孝範 露木
Ikuko Tanaka
郁子 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 保存安定性に優れ、かつ、高速印字に対応で
きるインクジェット記録用水性インクを得る。 【解決手段】 少なくとも水に溶解もしくは分散しうる
着色剤およびインクの乾燥を抑制しうる水溶性有機溶媒
を含有するインクジェット用水性インクにおいて、前記
水性インクが、下記式(1)で求められる濾過速度減衰
率が−0.006秒-1以上0秒-1以下であることを特徴
とするインクジェット用水性インク。 【数1】 (nΣwv−(Σw)(Σv))/(nΣw2−(Σw)2) ……(1) 式中、w:濾過時間tの関数としての重さ〔w(t)〕 v:単位時間当たりの濾過量(濾過速度)〔v(t)=
dw(t)/d(t)〕 n:データの個数

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用水
性インクおよびその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、インクジェット記録は低騒音、低
ランニングコストといった利点から急速に普及し、高速
で高精細なプリンターが市場に投入されている。しかし
ながら、印字が高速になるほどインク流路内でのインク
の供給も高速化が要求され、また高精細化のためにイン
クノズルが小径化するほどインク中の凝集物により目詰
まりしやすくなるといった問題がある。
【0003】インクジェット記録用インクは、一般に着
色剤、インクの乾燥を抑制しうる水溶性有機溶媒などを
主成分として形成されるが、これまで、インク中の凝集
物を除去しインクノズルの目詰まりを回避するための提
案として、例えば特開昭57−190059号公報では
インクの製造中にわざわざ凝集物を作るに充分な時間、
熱的悪条件にさらし(実施例では3日間50℃)、しか
る後、濾過する方法が記載されている。しかし、この方
法ではインクの製造効率が良くないこと、また、インク
原材料のロット差による凝集物の出来易さや出来難さを
考慮していないことなど、場合によっては必要以上の製
造コストをかけることになる。
【0004】また、特開平7−76106号公報ではイ
ンク溜めからインクノズルに至る間のインク流路の最小
径より小さな孔径のフィルタで予め濾過している。また
特開平7‐82515号公報ではインク1cm3中に存
在する粒子状物の総体積を限定している。しかしなが
ら、これらの提案においては1度濾過したインクが再凝
集することの影響については全く触れておらず、従って
インクの保存安定性は考慮されてない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の状況
に鑑みてなされたもので、保存安定性の良いインクジェ
ット記録用インクおよびその製造方法を提供すること、
また、高速印字に対応できるインクジェット記録用イン
クを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第一
に、少なくとも水に溶解もしくは分散しうる着色剤およ
びインクの乾燥を抑制しうる水溶性有機溶媒を含有する
インクジェット用水性インクにおいて、前記水性インク
が、下記式(1)で求められる濾過速度減衰率が−0.
006秒-1以上0秒-1以下であることを特徴とするイン
クジェット用水性インクが提供される。
【数2】 (nΣwv−(Σw)(Σv))/(nΣw2−(Σw)2) ……(1) 式中、w:濾過時間tの関数としての重さ〔w(t)〕 v:単位時間当たりの濾過量(濾過速度)〔v(t)=
dw(t)/d(t)〕 n:データの個数 第二に、上記第一に記載したインクジェット用水性イン
クにおいて、上記濾過速度の相関係数の2乗値が0.7
以上1以下であることを特徴とするインクジェット用水
性インクが提供される。第三に、上記第一または第二に
記載したインクジェット用水性インクにおいて、表面張
力が50dyn/cm以下であることを特徴とするイン
クジェット用水性インクが提供される。第四に、上記第
一に記載したインクジェット用水性インクを製造する方
法において、上記式(1)で表される濾過速度減衰率が
−0.006秒-1以上になるまで濾過を繰り返すことを
特徴とするインクジェット用水性インクの製造方法が提
供される。
【0007】以下に本発明を詳細に説明する。上述のよ
うに本発明はインクジェット用水性インクにおいて、水
性インクが、上記式(1)で求められる濾過速度減衰率
が−0.006秒-1以上0秒-1以下であることを特徴と
する。すなわち、このような構成によればインクを数ヶ
月にわたって再凝集させないなど保存安定性の優れたイ
ンクを得ることができる。
【0008】濾過速度減衰率の測定は、図1の装置の用
いて、インク溜め1にインク6を100cm3入れ、窒
素圧をかける。窒素圧は1kgf/cm2である。濾過
が始まり、天秤4上のシャーレ3の中にインクが滴下す
る。濾過フィルタ2の有効濾過面積は4cm2、濾過孔
径は0.2μmである。
【0009】このような測定方法により、濾過されたイ
ンクの重さと時間を測る。すなわち、生データとして得
られるのは時間tと、その関数としての濾過されたイン
クの重さw(t)である。そしてw(t)を縦軸に、t
を横軸に取り図2のグラフを得る。このグラフの傾きが
単位時間当たりの濾過量、つまり濾過速度v(t)であ
り、次式(2)で表される。
【数2】 v(t)=dw(t)/dt ……(2) このvを縦軸に、wを横軸に取り図3のグラフを得る。
このグラフの傾きが濾過速度減衰率である。インクが目
詰まりするものであれば図3のグラフの濾過速度の傾き
は大きくなる。このことから濾過速度減衰率が目詰まり
の目安として使用できる。
【0010】そして、このインクの濾過系(濾過フィル
タの孔径とインク中の粒子濃度)では上記濾過速度減衰
率はほぼ直線的に減衰していく。ただ、実験においては
多少のバラツキは当然考慮しなければならないため、本
発明では生データからv=Δw/Δtにより図3のグラ
フを書き、回帰直線の傾きとして濾過速度減衰率 (nΣwv−(Σw)(Σv))/(nΣw2−(Σw)2) ……(1) を求めた。本発明者らによれば濾過速度減衰率が−0.
006以上0秒-1以下においてインクを数ヶ月にわたっ
て再凝集させないなど保存安定性の優れたインクを得る
ことができる。再凝集させないのは、おそらく、再凝集
の核となる微粒子が少ないことから来るものと思われ
る。なお、濾過速度減衰率0秒-1はまったく濾過速度が
減衰しない理想的な状態を意味する
【0011】また、本発明によれば、上述の濾過速度減
衰率に加え、上記濾過速度の相関係数(下記式(3))
の2乗値を0.7以上1以下とすることにより、さらに
長期にわたってインクの再凝集を抑制することができ
る。すなわち、上述のように、濾過速度減衰率のバラツ
キが大きいことは濾過がスムースでないということを意
味し、従って相関係数の2乗値が高いほど、つまりバラ
ツキが小さいほど良いことになる。相関係数1はすべて
の測定点が完全に直線上に載る理想的な状態を意味す
る。
【数3】 wの変動 Sww=Σw2−(Σw)2/n vの変動 Svv=Σv2−(Σv)2/n wとvの共変動 Swv=Σwv−(Σw)(Σv)/n 相関係数R=Swv/(Sww・Svv)1/2 ……(3)
【0012】濾過速度の相関係数の2乗値を0.7以上
1以下とするには上記濾過速度減衰率を−0.006秒
-1よりさらに上昇させることにより得られる。後記実施
例から明らかなようにインクの組成にもよるが、濾過回
数を増加させ、濾過速度減衰率を−0.002秒-1以上
とすれば安定して得られる。
【0013】さらに上記濾過速度減衰率や濾過速度の相
関係数の2乗値を特定の範囲にすると共にインクの表面
張力を50dyne/cm以下とすることにより優れた
高速印字性を得ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明のインクでは、インクの乾燥防止や
溶解安定性向上等の目的から下記有機溶媒を使用する。
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、1,5−ペンタンジオール、1、6−
へキサンジオール、グリセロール、1,2,6−へキサ
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、ぺトリオール等の多価アル
コール類、
【0015】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−テル類、
【0016】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、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、2−
ピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ε−
カプロラクタム等の含窒素複素環化合物、
【0017】ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、
ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミ
ド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ト
リエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミ
ン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキ
シド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物
類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレン、γ−ブチ
ロラクトン等である。
【0018】これらの溶媒は、単独もしくは複数混合し
て用いられる。
【0019】次に、着色剤としては、カラーインデック
スにおいて酸性染料、直接性染料、塩基性染料、反応性
染料、食用染料に分類される染料で、耐水、耐光性が優
れたものが用いられる。これらは効果が阻害されない範
囲で添加される。これら染料を具体的に挙げれば、
【0020】酸性染料および食用染料として、 C.I.アシッドイエロー17,23,42,44,7
9,142 C.I.アシッドレッド1,8,13,14,18,2
6,27,35,37,42,52,82,87,8
9,92,97,106,111,114,115,1
34,186,249,254,289 C.I.アシッドブルー9,29,45,92,249 C.I.アシッドブラック1,2,7,24,26,9
4 C.I.フードイエロー3,4 C.I.フードレッド7,9,14 C.I.フードブラック1,2
【0021】直接性染料として、 C.I.ダイレクトイエロー1,12,24,26,3
3,44,50,86,120,132,142,14
4 C.I.ダイレクトレッド1,4,9,13,17,2
0,28,31,39,80,81,83,89,22
5,227 C.I.ダイレクトオレンジ26,29,62,102 C.I.ダイレクトブルー1,2,6,15,22,2
5,71,76,79,86,87,90,98,16
3,165,199,202 C.I.ダイレクトブラック19,22,32,38,
51,56,71,74,75,77,154,16
8,171
【0022】塩基性染料として、 C.I.ベーシックイエロー1,2,11,13,1
4,15,19,21,23,24,25,28,2
9,32,36,40,41,45,49,51,5
3,63,64,65,67,70,73,77,8
7,91 C.I.ベーシックレッド2,12,13,14,1
5,18,22,23,24,27,29,35,3
6,38,39,46,49,51,52,54,5
9,68,69,70,73,78,82,102,1
04,109,112 C.I.ベーシックブルー1,3,5,7,9,21,
22,26,35,41,45,47,54,62,6
5,66,67,69,75,77,78,89,9
2,93,105,117,120,122,124,
129,137,141,147,155 C.I.ベーシックブラック2,8
【0023】反応性染料として、 C.I.リアクティブブランク3,4,7,11,1
2,17 C.I.リアクティブイエロー1,5,11,13,1
4,20,21,22,25,40,47,51,5
5,65,67 C.I.リアクティブレッド1,14,17,25,2
6,32,37,44,46,55,60,66,7
4,79,96,97 C.I.リアクティブブルー1,2,7,14,15,
23,32,35,38,41,63,80,95 等が使用できる。特に酸性染料および直接性染料が好ま
しく用いることができる。
【0024】また、インクジェット用で新たに開発され
た染料ももちろん用いることができる。例えば、ゼネカ
が上市しているProjet Fast Black
2、Projet Fast Magenta 2、P
roJet Fast Yellow 2、ProJe
t Fast Cyan 2(登録商品名)が挙げられ
る。
【0025】顔料としては、有機顔料として、アゾ系、
フタロシアニン系、アントラキノン系、キナクリドン
系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ペ
リレン系、イソインドレノン系、アニリンブラツク、ア
ゾメチン系、ローダミンBレーキ顔料、カーボンブラッ
ク等が挙げられ、無機顔料として酸化鉄、酸化チタン、
炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、
バリウムイエロー、紺青、カドミウムレッド、クロムイ
エロー、金属粉が挙げられる。
【0026】上述した顔料の分散を助けるため顔料分散
剤を用いることができる。顔料分散剤としては、親水性
高分子として、天然系では、アラビアガム、トラガンガ
ム、グーアガム、カラヤガム、ローカストビーンガム、
アラビノガラクトン、ペクチン、クインスシードデンプ
ン等の植物性高分子、アルギン酸、カラギーナン、寒天
等の海藻系高分子、ゼラチン、カゼイン、アルブミン、
コラーゲン等の動物系高分子、キサンテンガム、デキス
トラン等の微生物系高分子、
【0027】半合成系では、メチルセルロース、エチル
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の
繊維素系高分子、デンプングリコール酸ナトリウム、デ
ンプンリン酸エステルナトリウム等のデンプン系高分
子、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリ
コールエステル等の海藻系高分子、
【0028】純合成系では、ポリビニルアルコール、ポ
リビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル等のビ
ニル系高分子、非架橋ポリアクリルアミド、ポリアクリ
ル酸およびそのアルカリ金属塩、水溶性スチレンアクリ
ル樹脂等のアクリル系樹脂、水溶性スチレンマレイン酸
樹脂、水溶性ビニルナフタレンアクリル樹脂、水溶性ビ
ニルナフタレンマレイン酸樹脂、ポリビニルピロリド
ン、ポリビニルアルコール、β−ナフタレンスルホン酸
ホルマリン縮合物のアルカリ金属塩、四級アンモニウム
やアミノ基等のカチオン性官能基の塩を側鎖に有する高
分子化合物、セラック等の天然高分子化合物等が挙げら
れる。
【0029】また、本発明のインクでは、インクの濡れ
性、浸透性向上等の目的により界面活性剤を使用するこ
とができる。例えば下記一般式(1)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下記一般式
(2)で示されるジアルキルスルホ琥珀酸塩を単独ある
いは複数用いて良い。
【0030】
【化1】 R1−O−(CH2CH2O)m−CH2COOM (1) (式中、R1は炭素数6〜14の分岐しても良いアルキ
ル基、mは3〜12の自然数、Mはアルカリ金属イオ
ン、第4級アンモニウム、第4級ホスホニウムまたはア
ルカノールアミンを表す。)
【化2】 (式中、R2は炭素数5〜7の分岐しても良いアルキル
基、Mはアルカリ金属イオン、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を表す。)
【0031】上記式(1)または(2)のMにおいて、
アルカリ金属イオンとしてはリチウムイオン、ナトリウ
ムイオンが好適であり、また、第4級アンモニウムイオ
ンまたは第4級ホスホニウムイオンの置換基としては、
炭素数1〜4のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、ハ
ロゲン化アルキル基のいずれかであることが好ましい。
【0032】本発明のインクには水、上記溶媒、界面活
性剤、着色剤の他に従来より知られている添加剤を加え
ることができる。例えば、防腐防黴剤としてはデヒドロ
酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、2−ピリジン
チオール−1−オキサイドナトリウム、安息香酸ナトリ
ウム、ペンタクロロフェノールナトリウム等が本発明に
使用できる。pH調整剤としては、調合されるインクに
悪影響を及ぼさずにpHを7以上に調整できるものであ
れば、任意の物質を使用することができる。その例とし
て、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のア
ミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム等のアルカリ金属元素の水酸化物、水酸化アンモニ
ウム、第4級アンモニウム水酸化物、第4級ホスホニウ
ム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリ
ウム等のアルカリ金属の炭酸塩等が挙げられる。
【0033】キレート試薬としては、例えば、エチレン
ジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウ
ム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウ
ム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル
二酢酸ナトリウム等がある。
【0034】防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、
チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジ
イソプロピルアンモニイウムニトライト、四硝酸ペンタ
エリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトラ
イト等がある。その他目的に応じて水溶性紫外線吸収
剤、水溶性赤外線吸収剤を添加することもできる。
【0035】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。なお、%はすべて重量基準である。
【0036】実施例1 下記処方の組成物を60℃で攪拌溶解し、室温にて放冷
後、pHが8.5になるように水酸化リチウム10%水
溶液にて調整し、これを有効濾過面積4cm2、濾過孔
径0.2μmの濾過フィルタにて濾過した。染料ロット
No.および濾過回数を表1に示すように変え、インク
No.1〜4、7〜10を作製した。 《組成A》 C.I.ダイレクトブラック168 3.0% ジエチレングリコール 7.5% グリセロール 2.5% イオン交換水 残量 また、下記組成物を用いる以外は上記と同様にしてイン
クNo.5、6、11、12を作製した。 《組成B》 C.I.ダイレクトブラック168 3.0% ジエチレングリコール 7.5% グリセロール 2.5% ECTD3NEX (日光ケミカルズ社製界面活性剤) 1.0% イオン交換水 残量
【0037】以上のようにして得られたインクについて
下記試験を行なった。結果を表1に示す。 (1)濾過速度減衰率および濾過速度の相関係数の2乗
値 図1の装置を用いて測定した。インクは100cm3
れ、濾過フィルタはアドバンテック製25CS020A
Sを用いた。 (2)表面張力 協和科学製表面張力計A30を用いて測定した。 (3)保存安定性試験 各インクをポリエチレン容器に入れ、1日ずつ−20
℃、50℃のヒートサイクル下で1ヶ月または3ヶ月保
存し、保存後の表面張力、粘度および沈澱物析出の有無
を調べた。保存前後で変化がないものを○、それ以外を
×とした。 (4)高速印字試験 サーマルインクジェツト方式のノズル径30μm、60
0dpiのノズルを有するインクジェツトプリン夕およ
び積層PZTを液室流路の加圧に使用したノズル径27
μm、600dpiのノズルを有するインクジェットプ
リンタにて、インク噴射周波数16kHzで5%チャー
トをA4サイズ紙に5枚印字を行った。印字状態が良好
だったものを○、それ以外を×とした。
【0038】
【表1】 (注)表中、濾過速度減衰率は、毎秒当たりの数値である。
【0039】表1から濾過速度減衰率が−0.006秒
-1以上0秒-1以下のインクは1ヶ月の保存安定性が確実
に得られること、さらに相関係数の2乗値が0.7以上
1以下のインクは3ヶ月の保存安定性が得られること、
また、濾過速度減衰率が上記特定値以上で、かつ、表面
張力が50dyn/cm以下のインクは高速印字性が良
好となることが分かる。
【0040】
【発明の効果】以上のようにインクの濾過量と濾過速度
から得られる濾過速度減衰率を−0.006秒-1以上0
-1以下にした本発明のインクによれば、インクの再凝
集が数ヶ月にわたって発生しない、インクジェット記録
用として優れた水性インクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】インクの濾過速度減衰率の測定装置を示す説明
図である。
【図2】インクの濾過時間と濾過量との関係を示すグラ
フである。
【図3】インクの濾過量と濾過速度との関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1 インク溜め 2 濾過フィルタ 3 シャーレ 4 天秤 5 窒素ガスの流入方向を示す矢印 6 インク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 昭子 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 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 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 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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも水に溶解もしくは分散しうる
    着色剤およびインクの乾燥を抑制しうる水溶性有機溶媒
    を含有するインクジェット用水性インクにおいて、前記
    水性インクが、下記式(1)で求められる濾過速度減衰
    率が−0.006秒-1以上0秒-1以下であることを特徴
    とするインクジェット用水性インク。 【数1】 (nΣwv−(Σw)(Σv))/(nΣw2−(Σw)2) ……(1) 式中、w:濾過時間tの関数としての重さ〔w(t)〕 v:単位時間当たりの濾過量(濾過速度)〔v(t)=
    dw(t)/d(t)〕 n:データの個数
  2. 【請求項2】 請求項1のインクジェット用水性インク
    において、前記濾過速度の相関係数の2乗値が0.7以
    上1以下であることを特徴とするインクジェット用水性
    インク。
  3. 【請求項3】 請求項1または2のインクジェット用水
    性インクにおいて、表面張力が50dyn/cm以下で
    あることを特徴とするインクジェット用水性インク。
  4. 【請求項4】 請求項1のインクジェット用水性インク
    を製造する方法において、上記式(1)で表される濾過
    速度減衰率が−0.006秒-1以上になるまで濾過を繰
    り返すことを特徴とするインクジェット用水性インクの
    製造方法。
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