JP6070609B2

JP6070609B2 - インクジェット記録用水性黒系インク及びインクカートリッジ

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Publication number: JP6070609B2
Application number: JP2014052849A
Authority: JP
Inventors: 英司深谷; 康浩多賀; 光範前田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2014-03-15
Filing date: 2014-03-15
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: JP2015174924A

Description

本発明は、インクジェット記録用水性黒系インク及びインクカートリッジに関する。

光学濃度（ＯＤ値）及び彩度の向上を目的として、水性顔料インクに、水分散性ポリマーを含有させることが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００６−２１４１号公報特開２０１２−８７３０９号公報

しかしながら、水性顔料インクには、更なる光学濃度（ＯＤ値）の向上が求められている。

そこで、本発明は、光学濃度（ＯＤ値）をさらに向上可能な自己分散型黒系顔料を用いたインクジェット記録用水性黒系インクを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録用水性黒系インクは、
着色剤、水及び水溶性高分子を含むインクジェット記録用水性インクであって、
前記着色剤が、リン酸基により修飾された自己分散型黒系顔料を含み、
前記水溶性高分子が、プルラン及びその誘導体の少なくとも一方を含むことを特徴とする。

本発明のインクジェット記録用水性黒系インクは、自己分散型黒系顔料としてリン酸基により修飾されたものを用い、かつ、プルラン及びその誘導体の少なくとも一方を配合したことで、光学濃度（ＯＤ値）をさらに向上可能である。

図１は、本発明のインクジェット記録装置の構成の一例を示す概略斜視図である。

本発明において、「黒系」とは、白色を除く無彩色のことであり、黒（ブラック）及び灰色（グレー）を含む。

本発明において、「プルラン及びその誘導体の少なくとも一方」とは、プルラン単独であってもよいし、プルラン誘導体単独であってもよいし、プルラン及びプルラン誘導体の混合物であってもよいことを意味する。

本発明のインクジェット記録用水性黒系インク（以下、「水性黒系インク」又は「黒系インク」と言うことがある。）について説明する。本発明の水性黒系インクは、着色剤、水及び水溶性高分子を含む。前述のとおり、前記着色剤は、リン酸基により修飾された自己分散型黒系顔料（以下、「リン酸基修飾自己分散型黒系顔料」と言うことがある。）を含む。前記リン酸基修飾自己分散型黒系顔料は、例えば、特表２００９−５１５００７号公報、特表２０１１−５１５５３５号公報、特開２００６−１９９９６８号公報、特表２００９−５１３８０２号公報、特表２０１１−５１０１５５号公報に記載の方法により調製できる。前記リン酸基修飾自己分散型黒系顔料は、例えば、市販品を用いてもよい。本発明の水性黒系インクは、自己分散型黒系顔料を使用しているため、高分子顔料分散剤に起因する粘度上昇の問題が無く、かつ、取り扱い性に優れる。

前記自己分散型黒系顔料の原料として用いることができる黒系顔料としては、例えば、カーボンブラック、無機顔料及び有機顔料等があげられる。前記カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等があげられる。前記無機顔料としては、例えば、カーボンブラック系無機顔料等をあげることができる。前記有機顔料としては、例えば、アニリンブラック昼光蛍光顔料等があげられる。また、これら以外の顔料として、例えば、Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１、６等もあげられる。特に、前記リン酸基による修飾を行うのに適した顔料としては、例えば、三菱化学（株）製の「ＭＡ８」及び「ＭＡ１００」、デグサ社製の「カラーブラックＦＷ２００」等のカーボンブラックがあげられる。

前記水性黒系インク全量に対する前記リン酸基修飾自己分散型黒系顔料の固形分配合量（顔料固形分量）は、特に限定されず、例えば、所望の光学濃度等により、適宜決定できる。前記顔料固形分量は、例えば、０．１重量％〜２０重量％であり、好ましくは、１重量％〜１０重量％であり、より好ましくは、２重量％〜８重量％である。

前記着色剤は、前記リン酸基修飾自己分散型黒系顔料に加え、さらに他の顔料及び染料等を含んでもよいが、前記リン酸基修飾自己分散型顔料のみで構成されていることが好ましい。

前記水は、イオン交換水又は純水であることが好ましい。前記水性黒系インク全量に対する前記水の配合量（水割合）は、例えば、１０重量％〜９０重量％であり、好ましくは、４０重量％〜８０重量％である。前記水割合は、例えば、他の成分の残部としてもよい。

前述のとおり、前記水溶性高分子は、プルラン及びその誘導体の少なくとも一方（以下、「プルラン等」と言うことがある。）を含む。前記プルラン誘導体としては、例えば、カルボキシメチルプルラン；リン酸化プルラン；プルランメチルエーテル、プルランエチルエーテル、プルランプロピルエーテル等のプルランエーテル；プルランアセテート、プルランブチレート等のプルランエステル；シリコーン変性プルラン；シアノエチル化プルラン；シアノエチル化ヒドロキシエチルプルラン、シアノエチル化ヒドロキシプロピルプルラン等のシアノエチル化ヒドロキシアルキルプルラン；コレステロールプルラン；等があげられる。

前記水溶性高分子は、前記プルラン等に加え、さらに他の水溶性高分子を含んでもよい。

前記プルラン等の分子量は、好ましくは、１０００〜１００００００である。

前記水性黒系インク全量に対する前記プルラン等の配合量（プルラン等割合）は、例えば、０．５重量％〜１０重量％であり、好ましくは、０．８重量％〜５重量％である。前記プルラン等割合を０．８重量％以上とすることで、光学濃度のより高い水性黒系インクを得ることができる。また、前記プルラン等割合を５重量％以下とすることで、より保存安定性に優れた水性黒系インクを得ることができる。

前記水性インク全量における前記顔料固形分量（Ｘ）と、前記プルラン等（Ｙ）との重量比は、例えば、Ｘ：Ｙ＝１：０．０７〜２であり、好ましくは、１：０．１１〜１．２５である。Ｘ：Ｙを０．１１以上とすることで、光学濃度（ＯＤ値）のより高い水性黒系インクを得ることができる。また、Ｘ：Ｙを１：１．２５以下とすることで、より保存安定性に優れた水性黒系インクを得ることができる。

メカニズムは不明であるが、後述の実施例で示すように、本発明の水性黒系インクは、自己分散型黒系顔料としてリン酸基により修飾されたものを用い、かつ、プルラン等を配合したことで、光学濃度（ＯＤ値）をさらに向上可能である。

本発明の水性黒系インクは、さらに、水溶性有機溶剤を含むことが好ましい。前記水溶性有機溶剤としては、例えば、インクジェットヘッドのノズル先端部における水性黒系インクの乾燥を防止する湿潤剤及び記録媒体上での乾燥速度を調整する浸透剤があげられる。

前記湿潤剤は、特に限定されず、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等の低級アルコール；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；アセトン等のケトン；ジアセトンアルコール等のケトアルコール；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル；ポリアルキレングリコール等のポリエーテル；アルキレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等の多価アルコール；２−ピロリドン；Ｎ−メチル−２−ピロリドン；１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等があげられる。前記ポリアルキレングリコールは、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等があげられる。前記アルキレングリコールは、例えば、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、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール等があげられる。これらの湿潤剤は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。これらの中で、アルキレングリコール、グリセリン等の多価アルコールが好ましい。

前記水性黒系インク全量に対する前記湿潤剤の配合量は、例えば、０重量％〜９５重量％であり、好ましくは、５重量％〜８０重量％であり、より好ましくは、５重量％〜５０重量％である。

前記浸透剤は、例えば、グリコールエーテルがあげられる。前記グリコールエーテルは、例えば、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、ジエチレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコール−ｎ−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールエチルエーテル、トリエチレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、トリエチレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルエーテル、トリプロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル及びトリプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル等があげられる。前記浸透剤は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。

前記水性黒系インク全量に対する前記浸透剤の配合量は、例えば、０重量％〜２０重量％であり、好ましくは、０．１重量％〜１５重量％であり、より好ましくは、０．５重量％〜１０重量％である。

前記水性黒系インクは、必要に応じて、さらに、従来公知の添加剤を含んでもよい。前記添加剤としては、例えば、界面活性剤、ｐＨ調整剤、粘度調整剤、表面張力調整剤、防黴剤等があげられる。前記粘度調整剤は、例えば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性樹脂等があげられる。

前記水性黒系インクは、例えば、着色剤、水及び水溶性高分子と、必要に応じて他の添加成分とを、従来公知の方法で均一に混合し、フィルタ等で不溶解物を除去することにより調製できる。

つぎに、本発明のインクカートリッジは、インクジェット記録用水性黒系インクを含むインクカートリッジであって、前記水性黒系インクが、本発明のインクジェット記録用水性黒系インクであることを特徴とする。前記インクカートリッジの本体としては、例えば、従来公知のものを使用できる。

つぎに、本発明のインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法について説明する。

本発明のインクジェット記録装置は、インク収容部及びインク吐出手段を含み、前記インク収容部に収容されたインクを前記インク吐出手段によって吐出するインクジェット記録装置であって、前記インク収容部に、本発明のインクジェット記録用水性黒系インクが収容されていることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録方法は、記録媒体に水性インクをインクジェット方式により吐出して記録するインクジェット記録方法であって、前記水性インクとして、本発明のインクジェット記録用水性黒系インクを用いることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録方法は、例えば、本発明のインクジェット記録装置を用いて実施可能である。前記記録は、印字、印画、印刷等を含む。

図１に、本発明のインクジェット記録装置の一例の構成を示す。図示のとおり、このインクジェット記録装置１は、４つのインクカートリッジ２と、インク吐出手段（インクジェットヘッド）３と、ヘッドユニット４と、キャリッジ５と、駆動ユニット６と、プラテンローラ７と、パージ装置８とを主要な構成要素として含む。

４つのインクカートリッジ２は、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４色の水性インクを、それぞれ１色ずつ含む。例えば、前記水性ブラックインクが、本発明のインクジェット記録用水性黒系インクである。その他の水性インクは、一般的な水性インクを用いてよい。ヘッドユニット４に設置されたインクジェットヘッド３は、記録媒体（例えば、記録用紙）Ｐに記録を行う。キャリッジ５には、４つのインクカートリッジ２及びヘッドユニット４が搭載される。駆動ユニット６は、キャリッジ５を直線方向に往復移動させる。駆動ユニット６としては、例えば、従来公知のものを使用できる（例えば、特開２００８−２４６８２１号公報参照）。プラテンローラ７は、キャリッジ５の往復方向に延び、インクジェットヘッド３と対向して配置されている。

パージ装置８は、インクジェットヘッド３の内部に溜まる気泡等を含んだ不良インクを吸引する。パージ装置８としては、例えば、従来公知のものを使用できる（例えば、特開２００８−２４６８２１号公報参照）。

パージ装置８のプラテンローラ７側には、パージ装置８に隣接してワイパ部材２０が配設されている。ワイパ部材２０は、へら状に形成されており、キャリッジ５の移動に伴って、インクジェットヘッド３のノズル形成面を拭うものである。図１において、キャップ１８は、水性インクの乾燥を防止するため、記録が終了するとリセット位置に戻されるインクジェットヘッド３の複数のノズルを覆うものである。

本例のインクジェット記録装置１においては、４つのインクカートリッジ２は、ヘッドユニット４と共に、１つのキャリッジ５に搭載されている。ただし、本発明は、これに限定されない。インクジェット記録装置１において、４つのインクカートリッジ２の各カートリッジは、ヘッドユニット４とは別のキャリッジに搭載されていてもよい。また、４つのインクカートリッジ２の各カートリッジは、キャリッジ５には搭載されず、インクジェット記録装置１内に配置、固定されていてもよい。これらの態様においては、例えば、４つのインクカートリッジ２の各カートリッジと、キャリッジ５に搭載されたヘッドユニット４とが、チューブ等により連結され、４つのインクカートリッジ２の各カートリッジからヘッドユニット４に前記水性インクが供給される。

このインクジェット記録装置１を用いたインクジェット記録は、例えば、つぎのようにして実施される。まず、記録用紙Ｐが、インクジェット記録装置１の側方又は下方に設けられた給紙カセット（図示せず）から給紙される。記録用紙Ｐは、インクジェットヘッド３と、プラテンローラ７との間に導入される。導入された記録用紙Ｐに、インクジェットヘッド３から吐出される水性インクにより所定の記録がされる。記録後の記録用紙Ｐは、インクジェット記録装置１から排紙される。本発明の水性黒系インクで記録された記録物は、光学濃度（ＯＤ値）が高い。図１においては、記録用紙Ｐの給紙機構及び排紙機構の図示を省略している。

図１に示す装置では、シリアル型インクジェットヘッドを採用するが、本発明は、これに限定されない。前記インクジェット記録装置は、ライン型インクジェットヘッドを採用する装置であってもよい。

つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例及び比較例により限定及び制限されない。

［実施例１〜９及び比較例１〜５］
黒系インク組成（表１）における、自己分散型カーボンブラックを除く成分を、均一に混合しインク溶媒を得た。つぎに、水に分散させた自己分散型カーボンブラックに前記インク溶媒を加え、均一に混合した。その後、得られた混合物を、東洋濾紙（株）製のセルロースアセテートタイプメンブレンフィルタ（孔径３．００μｍ）でろ過することで、実施例１〜９及び比較例１〜５のインクジェット記録用水性黒系インクを得た。

実施例及び比較例の水性黒系インクについて、（ａ）光学濃度（ＯＤ値）評価、（ｂ）保存安定性評価及び（ｃ）総合評価を、下記方法により実施した。

（ａ）光学濃度（ＯＤ値）評価
ブラザー工業（株）製のインクジェットプリンタＤＣＰ−Ｊ５２５Ｎを使用して、実施例及び比較例の水性黒系インクを用いて普通紙上に解像度６００ｄｐｉ×３００ｄｐｉで黒単色パッチを含む画像を記録し評価サンプルを作製した。前記評価サンプル中の５箇所の光学濃度（ＯＤ値）を、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製の分光測色計ＳｐｅｃｔｒｏＥｙｅにより測定し、平均値を求め、下記評価基準に従って評価した。前記普通紙には、ＸＥＲＯＸ社製のＲｅｃｙｃｌｅｄＳｕｐｒｅｍｅを用いた。

光学濃度（ＯＤ値）評価評価基準
Ａ：光学濃度（ＯＤ値）が、比較例３〜５のうち、プルランを配合しなかったこと以外は同条件である比較例の光学濃度（ＯＤ値）の１．１９倍以上
Ｂ：光学濃度（ＯＤ値）が、比較例３〜５のうち、プルランを配合しなかったこと以外は同条件である比較例の光学濃度（ＯＤ値）の１．１５倍を超えて１．１９倍未満
Ｃ：光学濃度（ＯＤ値）が、比較例３〜５のうち、プルランを配合しなかったこと以外は同条件である比較例の光学濃度（ＯＤ値）の１．１５倍以下

（ｂ）保存安定性評価
実施例及び比較例の水性黒系インクを、密閉容器に入れ、温度４０℃の環境下に１日保存した。このようにして作製した評価サンプルに凝集物が無いかを顕微鏡（倍率２００倍）にて観察し、下記評価基準に従って保存安定性を評価した。

保存安定性評価評価基準
Ａ：凝集物が無かった
Ｂ：微量の凝集物が観察された
Ｃ：多量の凝集物が観察された

（ｃ）総合評価
各水性黒系インクについて、前記（ａ）及び（ｂ）の結果から、下記評価基準に従って総合評価を行った。

総合評価評価基準
Ｇ：（ａ）及び（ｂ）の評価結果がいずれもＣではなかった
ＮＧ：（ａ）及び（ｂ）の評価結果のいずれか又は双方がＣであった

実施例及び比較例の水性黒系インクの黒系インク組成及び評価結果を、表１に示す。

表１に示すとおり、実施例１〜７では、光学濃度（ＯＤ値）が、プルランを配合しなかったこと以外は同条件である比較例３の１．１７倍以上と向上していた。また、実施例８及び９でも、光学濃度（ＯＤ値）が、プルランを配合しなかったこと以外は同条件である比較例５の１．２０倍及び１．１９倍と向上していた。特に、リン酸基修飾自己分散型黒系顔料（Ｘ）とプルラン（Ｙ）との重量比（Ｘ：Ｙ）を１：０．１１〜１．２５（Ｙ／Ｘを０．１１〜１．２５）とし、かつ、プルランの配合量（Ｙ）を０．８重量％〜５重量％とした実施例１〜５、７及び８では、光学濃度（ＯＤ値）が、プルランを配合しなかったこと以外は同条件である比較例の１．１９倍以上と大幅に向上し、保存安定性にもより優れていた。一方、リン酸基修飾自己分散型黒系顔料に代えてスルホン酸基により修飾された自己分散型黒系顔料を用いた比較例１では、光学濃度（ＯＤ値）が、プルランを配合しなかったこと以外は同条件である比較例４の１．１４倍に留まった。さらに、プルランに代えてでんぷんを用いた比較例２では、光学濃度（ＯＤ値）が、でんぷんを用いなかったこと以外は同条件である比較例３の１．０８倍に留まった。

以上のように、本発明の水性黒系インクは、光学濃度（ＯＤ値）をさらに向上可能なものである。本発明の水性黒系インクの用途は、特に限定されず、各種のインクジェット記録に広く適用可能である。

１インクジェット記録装置
２インクカートリッジ
３インク吐出手段（インクジェットヘッド）
４ヘッドユニット
５キャリッジ
６駆動ユニット
７プラテンローラ
８パージ装置

Claims

着色剤、水及び水溶性高分子を含むインクジェット記録用水性インクであって、
前記着色剤が、リン酸基により修飾された自己分散型黒系顔料を含み、
前記水溶性高分子が、プルラン及びその誘導体の少なくとも一方を含むことを特徴とするインクジェット記録用水性黒系インク。
前記水性黒系インクにおける前記リン酸基により修飾された自己分散型黒系顔料（Ｘ）と、プルラン及びその誘導体の少なくとも一方（Ｙ）との重量比が、Ｘ：Ｙ＝１：０．１１〜１．２５であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録用水性黒系インク。
前記水性黒系インク全量に対する前記プルラン及びその誘導体の少なくとも一方の配合量が、０．８重量％〜５重量％であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録用水性黒系インク。
インクジェット記録用水性黒系インクを含むインクカートリッジであって、前記水性黒系インクが、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性黒系インクであることを特徴とするインクカートリッジ。