インクジェット記録用水性インク及び保存液の選択方法
【課題】 インクジェットヘッド内にインクが容易に導入されるための、インクジェット記録用水性インク及び保存液の組み合わせを提供する。
【解決手段】 内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶs 、キャピラリーが保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度をＶi としたときに、次式（１）
を満たすように水性インク及び保存液を選択する。
【解決手段】 内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶs 、キャピラリーが保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度をＶi としたときに、次式（１）
を満たすように水性インク及び保存液を選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録用水性インク及び保存液の好適な組み合わせの選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、急激な加熱により気泡を発生させ、その時に生じる圧力により微細ノズルからインクの微小液滴を吐出させるサーマル方式、圧電素子を用いてインクの微小液滴を吐出させるピエゾ方式等のインク吐出方式により、記録紙等の被記録材にインクを付着させて記録を行う装置である。
【０００３】
これらインクジェット記録装置で使用するインクとしては、種々の着色剤を水及び水溶性有機溶剤からなる液媒体に溶解又は分散させた水性インクが知られている。この水性インクの色としては、カラー印刷の基本となるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の他、ライトマゼンタ、ライトシアン、レッド、グリーン等も使用されるようになり、また、染料インクの他に顔料インクや粒子インクも使用されるようになっている。
【０００４】
一方、インクジェットヘッドへのインクの導入性は、インクジェット記録装置の吐出性能や印字品質に極めて重要である。このインクの導入性は、インクの粘度、表面張力、泡立ち性等に影響される。また、インクの粘度、表面張力等の物性値が同じでも、インクの配合組成や着色剤の種類によってはインクジェットヘッドへのインクの導入性が異なる場合もある。そのため、インク自体は、溶解又は分散状態が安定で良好な印字品質をもたらすことができるものであっても、インクジェットヘッドへの導入性が劣るために印字不良となる場合が問題となる。
【０００５】
このような問題に対しては、インクジェットヘッドへインクを導入し易くするため、出荷時や、インクジェットヘッドから一旦インクを抜く長期保存時に、インクジェットヘッド内にまず保存液を導入し、インクジェットヘッドの使用時にインクを導入することがなされている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１４６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、インクジェットヘッドへの水性インクの導入性を向上させるために、水性インクと保存液とを如何に組み合わせるかについては、これまで未解明であった。
【０００８】
これに対し、本発明は、インクジェット記録装置で使用する水性インク及び保存液の好ましい組み合わせを選択する方法を提供し、インクジェットヘッドに水性インクや保存液を導入し易くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、(1)インクジェットヘッド内のインク流路は内径０．１ｍｍ程度の毛細管（キャピラリー）であり、(2)このインク流路への水性インクの導入は毛管現象に支配されること、したがって、(3)インクジェットヘッドへの水性インクの導入性を、予め保存液をインクジェットヘッドに導入しておくことにより向上させるためには、毛管現象によるキャピラリー内の移動速度について、予めキャピラリー内を保存液で濡らしておいた場合の水性インクの移動速度と、キャピラリー内を予め保存液で濡らすことなく水性インク単独で移動させた場合の移動速度との比を指標として水性インクと保存液の組合せを選択するのが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、インクジェット記録用水性インク及び保存液の選択方法であって、内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶｓ、キャピラリー内が保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度をＶｉとしたときに、次式（１）
を満たす水性インク及び保存液を選択することを特徴とする方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、上述の方法で選択した水性インク及び保存液を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法により選択した水性インク及び保存液によれば、インクジェットヘッドに保存液を導入後、容易に水性インクを導入することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法は、水性インクを使用する種々のインクジェット記録装置において、好ましい水性インク及び保存液の組み合わせを提供するものである。この組み合わせを適用するインクジェット記録装置のインク吐出方式に関しては特に制限はなく、サーマル方式、ピエゾ方式、その他任意の方式とすることができる。
【００１５】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法は、内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶs 、キャピラリー内が保存液で濡れている場合のインクの上昇速度をＶi としたときに、次式（１）
を満たす水性インク及び保存液を選択することを特徴としている。
【００１６】
この式（１）は、毛管現象によるキャピラリー内の水性インクの上昇速度について、キャピラリー内を予め保存液で濡らすことなくインク単独で上昇させた場合の速度に対して、キャピラリー内を予め保存液で濡らした後の速度が２倍以上であることを示しており、式（１）を満たすように水性インク及び保存液を選択すると、実際にインクジェット記録装置のインクジェットヘッドにおいても、予め保存液を導入しておくことにより、水性インクのインクジェットヘッドへの導入性を確実に向上させることが可能となる。
【００１７】
また、式（１）のＶi ／Ｖs の値は、高い程、インクジェットヘッドへの水性インクの導入性が保存液によって向上することを意味するが、高すぎると水性インクと保存液の性質が違いすぎることになり、同一インクジェットヘッド内で使用することが好ましくないため、Ｖi ／Ｖs の値は２以上４以下となるようにすることが好ましい。
【００１８】
式（１）のＶi ／Ｖs を求めるにあたり、使用するキャピラリーの内径は０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．４ｍｍである。内径が１ｍｍを超えると毛管現象による水性インクのキャピラリー内での上昇が起こりにくくなるので好ましくなく、反対に０．１ｍｍ未満のキャピラリーは現実的な入手が困難である。内径０．２〜０．４ｍｍのキャピラリーを使用することにより、キャピラリーの内径とインクジェットヘッド内の流路径が同程度となり、インクジェットヘッド内の現象を再現するものとなる。なお、キャピラリーの長さは、取り扱い性の点から５０〜１５０ｍｍ程度のものが好ましい。
【００１９】
キャピラリーの構成材料は、インクジェットヘッドにおける水性インクの導入性を正確に再現する点からは、インクジェットヘッドにおけるインク流路の構成材料（例えば、セラミックス、ステンレス合金等）とすることが好ましいが、本発明では、キャピラリー内を予め保存液で濡らした状態と、保存液で濡らしていない状態において、水性インクがキャピラリー内を上昇する速度の比Ｖｉ／Ｖs をとることから、インク流路の構成材料がこの比Ｖｉ／Ｖsに及ぼす影響は大方相殺される。また、キャピラリー内の水性インクの上昇速度を容易に測定できるようにする点からは、キャピラリー内を透視できる透明材料が好ましい。そこで、キャピラリーの構成材料としては、ガラス、透明なプラスチック等が好ましい。
【００２０】
また、式（１）の数値を得るにあたり、水性インクの上昇速度の測定方法は、より具体的には、まず、室温で、適当なガラス容器に所定の深さ（例えば、約３〜５ｍｍ）に水性インクを入れ、キャピラリーを水性インクの液面に対して好ましくは垂直に浸す。これにより、水性インクがキャピラリー内を上昇し、ある平衡点でその上昇が止まるので、水性インクの上昇前と上昇後（平衡点）の中間の位置における上昇速度Ｖs を求める。ここで、上昇速度Ｖs を求める水性インクの位置は、キャピラリー内を上昇した水性インクの全量に対して、上昇量が１／２となる位置が好ましいが、厳密に１／２の位置でなくても、上昇前と上昇後（平衡点）の中間にある特定の位置とすればよい。通常は、水性インクの粘度、表面張力等に応じて、上昇量が１〜４μＬとなる適当な位置を上昇速度Ｖs の測定位置とする。そして、上昇速度Ｖs は、水性インクがキャピラリー内をＡμＬ上昇した点を上昇速度の測定位置とする場合に、水性インクが上昇開始から、上昇速度の測定位置まで上昇するのに要した時間Ｔを測定し、
により求めることができる。
【００２１】
また、キャピラリーが保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度Ｖi は、内部が保存液で濡れているキャピラリーを用いる他は、上述の水性インクの上昇速度Ｖs と同様に求めることができる。
【００２２】
ここで、内部が保存液で濡れているキャピラリーは次のようにして得られる。まず、キャピラリーの一端を保存液に浸し、次いで、内部に保存液が侵入したキャピラリーの一端を吸水性のよい紙、不織布、布等に当ててキャピラリー内の保存液を吸収させ、外見上はキャピラリー内に保存液が溜まっていない状態にする。これによりキャピラリー内が保存液で濡れた状態となる。
【００２３】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法において、式（１）を満たす水性インク及び保存液の具体的な組合せは、種々の水性インクや保存液の中から、式（１）を満たすものをトライ・アンド・エラーにより見出すことによる。この場合、まず、特定の水性インクを選択し、その水性インクに対して式（１）を満たす保存液をトライ・アンド・エラーにより探しても良く、反対に特定の保存液を選択し、その保存液に対して、式（１）を満たす水性インクをトライ・アンド・エラーにより探しても良い。
【００２４】
組み合わせの選択対象とする水性インク及び保存液の組成自体については、特に限定はなく、公知の組成の水性インクや保存液を選択対象とすることができる。例えば、水性インクとしては、着色剤、水及び水溶性有機溶剤を含有するものを挙げることができる。
【００２５】
ここで着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料、反応性染料等を挙げることができる。特にインクジェット記録用水性インクの着色剤としては、鮮明性、水溶性、安定性、耐光性等の要求性能の点から、例えば、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１７、１９、３２、５１、７１、１０８、１４６、１５４及び１６８；Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー６、２２、２５、７１、８６、９０、１０６及び１９９；Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、４、１７、２８、８３及び２２７；Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１２、２４、２６、８６、９８、１３２及び１４２；Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ３４、３９、４４、４６及び６０；Ｃ．Ｉ．ダイレクトバイオレット４７及び４８；Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラウン１０９；Ｃ．Ｉ．ダイレクトグリーン５９；Ｃ．Ｉ．アシッドブラック２、７、２４、２６、３１、５２、６３、１１２及び１１８；Ｃ．Ｉ．アシッドブルー９、２２、４０、５９、９３、１０２、１０４、１１７、１２０、１６７、２２９及び２３４；Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１、６、３２、３７、５１、５２、８０、８５、８７、９２、９４、１１５、１８０、２５６、２８９、３１５及び３１７；Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１１、１７、２３、２５、２９、４２、６１及び７１；Ｃ．Ｉ．アシッドオレンジ７及び１９；Ｃ．Ｉ．アシッドバイオレット４９；Ｃ．Ｉ．ベーシックブラック２；Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー１、３、５、７、９、２４、２５、２６、２８及び２９；Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１、２、９、１２、１３、１４及び３７；Ｃ．Ｉ．ベーシックバイオレット７、１４及び２７；Ｃ．Ｉ．フードブラック１及び２等が挙げられる。このような着色剤は、一般的には水性インクの全重量に対して０．１〜２０重量％の割合で使用される。
【００２６】
また、着色剤は、上記の染料に限られず、種々の無機顔料や有機顔料を使用することができ、さらに顔料の表面に親水性処理を施した自己分散型顔料も使用することができる。
【００２７】
水性インクで使用される水としては、不純物によるインクジェットヘッドの目詰まりを防止するため、一般の水道水ではなく、イオン交換水、蒸留水、超純水等の純度の高いものが好ましい。またその含有量は、インク組成やインクの要求特性等により広い範囲で決定されるが、水性インクの全重量に対して一般に１０〜９０重量％、好ましくは１５〜８０重量％の範囲である。
【００２８】
水性インクで使用される水溶性有機溶剤は、インクジェットヘッドのノズル先端部に於けるインクの乾燥防止効果を有するものと、紙面等の被記録材上での乾燥速度を速くするものとに分類される。
【００２９】
このうち、インクの乾燥防止効果を有する水溶性有機溶剤としては、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、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトアルコール；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル；ポリプロピレングリコール；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のアルキレングリコール；グリセリン；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挙げられる。これらの中でもグリセリン、ジエチレングリコール等のアルキレングリコールが特に好ましい。
【００３０】
また、乾燥速度を速くする水溶性有機溶剤としては、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プロピルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、トリエチレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、トリプロピレングリコールブチルエーテル等のグリコール系エーテルが挙げられる。
【００３１】
これら本発明において、これらの水溶性有機溶剤は、水性インクの要求特性に応じて、単独で、あるいは数種を混合して使用できる。
【００３２】
この他、水性インクには、ポリビニルアルコール、セルロース類、水溶性樹脂等の粘度調整剤；界面活性剤；防黴剤等の各種添加剤を必要に応じて添加することができる。
【００３３】
一方、保存液の組成は、基本的にインク組成に準じたものであるが、多くの場合、着色剤を含有しない。また、水性インクには含有されない高分子や界面活性剤等が添加されることが多い。
【００３４】
保存液としては、式（１）を満たすことに加えて、インクジェットヘッドのインク流路構成材料に対する動的接触角（液滴法）が滴下後１００ｍｓｅｃで２０゜以下のものが好ましい。これによりインクジェットヘッドのインク流路構成材料に対して保存液が充分な濡れ性を有し、インク流路を保存液で完全に覆うことが可能となる。
【００３５】
また、ここでいうインクジェットヘッドのインク流路構成材料とは、インクジェットヘッドで一般にインク流路の構成に使用されるセラミックス、ステンレス合金等の材料をいう。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
（１）水性インクの調製
Ｃ．Ｉ．Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ８２（水溶性赤色染料）２重量部、グリセリン２０重量部、２−ピロリドン５重量部、ジエチレングリコールブチルエーテル４重量部、純水残部を１０分間攪拌混合した後、孔径０．１μｍのメンブランフィルターにて濾過し、水性インクを得た。
【００３７】
（２）保存液の調製
花王（株）製エマルゲン（登録商標）１０８（非イオン性界面活性剤）０．２重量部、グリセリン１５重量部、ポリエチレングリコール＃２００（平均分子量＝１９０〜２００）１０重量部、ジエチレングリコールブチルエーテル２重量部、純水残部を１０分間攪拌混合した後、孔径０．１μｍのメンブランフィルターにて濾過し、保存液１を得た。
【００３８】
また、非イオン界面活性剤として表１の成分を使用する以外は同様にして、保存液２〜７を得た。
【００３９】
（３）評価
（３−１）ガラスキャピラリー内の水性インクの上昇速度
狭口ガラス容器（アズワン（株）製規格瓶Ｎｏ．２ ２４ｍＬ）に（１）で調製した水性インクを、底からの深さが４ｍｍとなるように注入し、その水性インク中に、１μＬ毎に標線を有するガラスキャピラリー（アズワン（株）製）の一端を水性インクの液面に対してほぼ垂直に浸すと同時にストップウォッチで水性インクの上昇時間を測定した。そして、水性インクが２μＬ上昇した時間をＴs （ｓｅｃ）、２μＬ分のキャピラリーの長さをＬ（ｍｍ）とし、上昇速度Ｖs を算出した。
【００４０】
次に、（２）で調製した保存液が注入された狭口ガラス容器にガラスキャピラリーの一端を浸し、平衡に達するまで待ち、その後、ガラスキャピラリーを保存液から取り出し、保存液に浸っていたガラスキャピラリーの端部にキムワイプ（登録商標）（（株）クレシア製）を当てることにより、ガラスキャピラリー内側の保存液を吸収除去し、さらにガラスキャピラリー外側の保存液も拭き取った。次に、このガラスキャピラリーの一端を先の水性インクが入ったガラス容器に水性インクの液面に対してほぼ垂直となるように浸し、前述と同様にして上昇時間Ｔi （ｓｅｃ）、２μＬ分のキャピラリーの長さＬ（ｍｍ）から、上昇速度Ｖi を算出し、さらに上昇速度の比Ｖi ／Ｖs を算出した。これらの結果を表２に示す。
【００４１】
（３−２）１００ｍｓｅｃ後の初期動的接触角測定
インクジェットヘッドのインク流路構成材料として、米国特許第６０７０３１０号に開示されているせん断モード型のインクジェットヘッドに使用されているＳｉＯ２蒸着面を使用し、その水平面上に保存液を１．５μＬ滴下し、滴下後１００ｍｓｅｃの動的接触角を接触角計（協和界面科学（株）製、ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ７００）を用いて測定した。結果を表２に示す。
【００４２】
（３−３）実際のインクジェットヘッドへの導入性評価
米国特許第６０７０３１０号に開示されているせん断モード型のインクジェットヘッドを搭載した米国特許第６２４７７８２Ｂ１号に開示されているインクジェットプリンターに、水性インクが充填されたカートリッジ（以下、水性インクカートリッジという）を取り付けて水性インクを導入して吐出させ、初期吐出時の不吐出度合を観察した。
【００４３】
次に、水性インクカートリッジを取り外して、保存液が充填されたカートリッジ（以下、保存液カートリッジという）を取り付けて保存液を導入し、１分間連続吐出させた後、保存液カートリッジを取り外し、空のままで１分間連続吐出させ、インクジェットヘッド内の余分な保存液を除去した。次に、水性インクカートリッジを取り付けて水性インクを導入して吐出させ、初期吐出時の不吐出度合を観察した。
【００４４】
これらの不吐出度合の観察において、不吐出が全くない場合をＡ、不吐出が０．５％未満の場合をＢ、不吐出が０．５〜５％の場合をＣ、不吐出が５％以上の場合をＤとした。Ａ及びＢが良好な導入性である。結果を表２に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２の結果から、水性インクのインクジェットヘッドへの導入性が良好であった水性インク及び保存液（保存液３、保存液５、保存液６及び保存液７）の組合せでは、いずれも内径０．３ｍｍのガラスキャピラリー内を水性インクが上昇する速度Ｖs に対する、同ガラスキャピラリー内を保存液で濡らした後に水性インクが上昇する速度Ｖｉの比Ｖi ／Ｖs が２以上であった。特に良好な結果が得られた保存液３及び保存液７では、インクジェットヘッドのインク流路構成材料に対する保存液の滴下後１００ｍｓｅｃの初期動的接触角が２０゜以下であり、高い濡れ性を有するものであった。
【００４８】
これに対し、インクを容易にインクジェットヘッド内に導入できなかった保存液１、保存液２及び保存液４では、いずれも上記条件を満たしていなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法は、インクジェットヘッドに保存液を導入後水性インクを導入するインクジェット記録方法ないしインクジェット記録装置において有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録用水性インク及び保存液の好適な組み合わせの選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、急激な加熱により気泡を発生させ、その時に生じる圧力により微細ノズルからインクの微小液滴を吐出させるサーマル方式、圧電素子を用いてインクの微小液滴を吐出させるピエゾ方式等のインク吐出方式により、記録紙等の被記録材にインクを付着させて記録を行う装置である。
【０００３】
これらインクジェット記録装置で使用するインクとしては、種々の着色剤を水及び水溶性有機溶剤からなる液媒体に溶解又は分散させた水性インクが知られている。この水性インクの色としては、カラー印刷の基本となるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の他、ライトマゼンタ、ライトシアン、レッド、グリーン等も使用されるようになり、また、染料インクの他に顔料インクや粒子インクも使用されるようになっている。
【０００４】
一方、インクジェットヘッドへのインクの導入性は、インクジェット記録装置の吐出性能や印字品質に極めて重要である。このインクの導入性は、インクの粘度、表面張力、泡立ち性等に影響される。また、インクの粘度、表面張力等の物性値が同じでも、インクの配合組成や着色剤の種類によってはインクジェットヘッドへのインクの導入性が異なる場合もある。そのため、インク自体は、溶解又は分散状態が安定で良好な印字品質をもたらすことができるものであっても、インクジェットヘッドへの導入性が劣るために印字不良となる場合が問題となる。
【０００５】
このような問題に対しては、インクジェットヘッドへインクを導入し易くするため、出荷時や、インクジェットヘッドから一旦インクを抜く長期保存時に、インクジェットヘッド内にまず保存液を導入し、インクジェットヘッドの使用時にインクを導入することがなされている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１４６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、インクジェットヘッドへの水性インクの導入性を向上させるために、水性インクと保存液とを如何に組み合わせるかについては、これまで未解明であった。
【０００８】
これに対し、本発明は、インクジェット記録装置で使用する水性インク及び保存液の好ましい組み合わせを選択する方法を提供し、インクジェットヘッドに水性インクや保存液を導入し易くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、(1)インクジェットヘッド内のインク流路は内径０．１ｍｍ程度の毛細管（キャピラリー）であり、(2)このインク流路への水性インクの導入は毛管現象に支配されること、したがって、(3)インクジェットヘッドへの水性インクの導入性を、予め保存液をインクジェットヘッドに導入しておくことにより向上させるためには、毛管現象によるキャピラリー内の移動速度について、予めキャピラリー内を保存液で濡らしておいた場合の水性インクの移動速度と、キャピラリー内を予め保存液で濡らすことなく水性インク単独で移動させた場合の移動速度との比を指標として水性インクと保存液の組合せを選択するのが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、インクジェット記録用水性インク及び保存液の選択方法であって、内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶｓ、キャピラリー内が保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度をＶｉとしたときに、次式（１）
を満たす水性インク及び保存液を選択することを特徴とする方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、上述の方法で選択した水性インク及び保存液を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法により選択した水性インク及び保存液によれば、インクジェットヘッドに保存液を導入後、容易に水性インクを導入することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法は、水性インクを使用する種々のインクジェット記録装置において、好ましい水性インク及び保存液の組み合わせを提供するものである。この組み合わせを適用するインクジェット記録装置のインク吐出方式に関しては特に制限はなく、サーマル方式、ピエゾ方式、その他任意の方式とすることができる。
【００１５】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法は、内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶs 、キャピラリー内が保存液で濡れている場合のインクの上昇速度をＶi としたときに、次式（１）
を満たす水性インク及び保存液を選択することを特徴としている。
【００１６】
この式（１）は、毛管現象によるキャピラリー内の水性インクの上昇速度について、キャピラリー内を予め保存液で濡らすことなくインク単独で上昇させた場合の速度に対して、キャピラリー内を予め保存液で濡らした後の速度が２倍以上であることを示しており、式（１）を満たすように水性インク及び保存液を選択すると、実際にインクジェット記録装置のインクジェットヘッドにおいても、予め保存液を導入しておくことにより、水性インクのインクジェットヘッドへの導入性を確実に向上させることが可能となる。
【００１７】
また、式（１）のＶi ／Ｖs の値は、高い程、インクジェットヘッドへの水性インクの導入性が保存液によって向上することを意味するが、高すぎると水性インクと保存液の性質が違いすぎることになり、同一インクジェットヘッド内で使用することが好ましくないため、Ｖi ／Ｖs の値は２以上４以下となるようにすることが好ましい。
【００１８】
式（１）のＶi ／Ｖs を求めるにあたり、使用するキャピラリーの内径は０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．４ｍｍである。内径が１ｍｍを超えると毛管現象による水性インクのキャピラリー内での上昇が起こりにくくなるので好ましくなく、反対に０．１ｍｍ未満のキャピラリーは現実的な入手が困難である。内径０．２〜０．４ｍｍのキャピラリーを使用することにより、キャピラリーの内径とインクジェットヘッド内の流路径が同程度となり、インクジェットヘッド内の現象を再現するものとなる。なお、キャピラリーの長さは、取り扱い性の点から５０〜１５０ｍｍ程度のものが好ましい。
【００１９】
キャピラリーの構成材料は、インクジェットヘッドにおける水性インクの導入性を正確に再現する点からは、インクジェットヘッドにおけるインク流路の構成材料（例えば、セラミックス、ステンレス合金等）とすることが好ましいが、本発明では、キャピラリー内を予め保存液で濡らした状態と、保存液で濡らしていない状態において、水性インクがキャピラリー内を上昇する速度の比Ｖｉ／Ｖs をとることから、インク流路の構成材料がこの比Ｖｉ／Ｖsに及ぼす影響は大方相殺される。また、キャピラリー内の水性インクの上昇速度を容易に測定できるようにする点からは、キャピラリー内を透視できる透明材料が好ましい。そこで、キャピラリーの構成材料としては、ガラス、透明なプラスチック等が好ましい。
【００２０】
また、式（１）の数値を得るにあたり、水性インクの上昇速度の測定方法は、より具体的には、まず、室温で、適当なガラス容器に所定の深さ（例えば、約３〜５ｍｍ）に水性インクを入れ、キャピラリーを水性インクの液面に対して好ましくは垂直に浸す。これにより、水性インクがキャピラリー内を上昇し、ある平衡点でその上昇が止まるので、水性インクの上昇前と上昇後（平衡点）の中間の位置における上昇速度Ｖs を求める。ここで、上昇速度Ｖs を求める水性インクの位置は、キャピラリー内を上昇した水性インクの全量に対して、上昇量が１／２となる位置が好ましいが、厳密に１／２の位置でなくても、上昇前と上昇後（平衡点）の中間にある特定の位置とすればよい。通常は、水性インクの粘度、表面張力等に応じて、上昇量が１〜４μＬとなる適当な位置を上昇速度Ｖs の測定位置とする。そして、上昇速度Ｖs は、水性インクがキャピラリー内をＡμＬ上昇した点を上昇速度の測定位置とする場合に、水性インクが上昇開始から、上昇速度の測定位置まで上昇するのに要した時間Ｔを測定し、
により求めることができる。
【００２１】
また、キャピラリーが保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度Ｖi は、内部が保存液で濡れているキャピラリーを用いる他は、上述の水性インクの上昇速度Ｖs と同様に求めることができる。
【００２２】
ここで、内部が保存液で濡れているキャピラリーは次のようにして得られる。まず、キャピラリーの一端を保存液に浸し、次いで、内部に保存液が侵入したキャピラリーの一端を吸水性のよい紙、不織布、布等に当ててキャピラリー内の保存液を吸収させ、外見上はキャピラリー内に保存液が溜まっていない状態にする。これによりキャピラリー内が保存液で濡れた状態となる。
【００２３】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法において、式（１）を満たす水性インク及び保存液の具体的な組合せは、種々の水性インクや保存液の中から、式（１）を満たすものをトライ・アンド・エラーにより見出すことによる。この場合、まず、特定の水性インクを選択し、その水性インクに対して式（１）を満たす保存液をトライ・アンド・エラーにより探しても良く、反対に特定の保存液を選択し、その保存液に対して、式（１）を満たす水性インクをトライ・アンド・エラーにより探しても良い。
【００２４】
組み合わせの選択対象とする水性インク及び保存液の組成自体については、特に限定はなく、公知の組成の水性インクや保存液を選択対象とすることができる。例えば、水性インクとしては、着色剤、水及び水溶性有機溶剤を含有するものを挙げることができる。
【００２５】
ここで着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料、反応性染料等を挙げることができる。特にインクジェット記録用水性インクの着色剤としては、鮮明性、水溶性、安定性、耐光性等の要求性能の点から、例えば、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１７、１９、３２、５１、７１、１０８、１４６、１５４及び１６８；Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー６、２２、２５、７１、８６、９０、１０６及び１９９；Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、４、１７、２８、８３及び２２７；Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１２、２４、２６、８６、９８、１３２及び１４２；Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ３４、３９、４４、４６及び６０；Ｃ．Ｉ．ダイレクトバイオレット４７及び４８；Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラウン１０９；Ｃ．Ｉ．ダイレクトグリーン５９；Ｃ．Ｉ．アシッドブラック２、７、２４、２６、３１、５２、６３、１１２及び１１８；Ｃ．Ｉ．アシッドブルー９、２２、４０、５９、９３、１０２、１０４、１１７、１２０、１６７、２２９及び２３４；Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１、６、３２、３７、５１、５２、８０、８５、８７、９２、９４、１１５、１８０、２５６、２８９、３１５及び３１７；Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１１、１７、２３、２５、２９、４２、６１及び７１；Ｃ．Ｉ．アシッドオレンジ７及び１９；Ｃ．Ｉ．アシッドバイオレット４９；Ｃ．Ｉ．ベーシックブラック２；Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー１、３、５、７、９、２４、２５、２６、２８及び２９；Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１、２、９、１２、１３、１４及び３７；Ｃ．Ｉ．ベーシックバイオレット７、１４及び２７；Ｃ．Ｉ．フードブラック１及び２等が挙げられる。このような着色剤は、一般的には水性インクの全重量に対して０．１〜２０重量％の割合で使用される。
【００２６】
また、着色剤は、上記の染料に限られず、種々の無機顔料や有機顔料を使用することができ、さらに顔料の表面に親水性処理を施した自己分散型顔料も使用することができる。
【００２７】
水性インクで使用される水としては、不純物によるインクジェットヘッドの目詰まりを防止するため、一般の水道水ではなく、イオン交換水、蒸留水、超純水等の純度の高いものが好ましい。またその含有量は、インク組成やインクの要求特性等により広い範囲で決定されるが、水性インクの全重量に対して一般に１０〜９０重量％、好ましくは１５〜８０重量％の範囲である。
【００２８】
水性インクで使用される水溶性有機溶剤は、インクジェットヘッドのノズル先端部に於けるインクの乾燥防止効果を有するものと、紙面等の被記録材上での乾燥速度を速くするものとに分類される。
【００２９】
このうち、インクの乾燥防止効果を有する水溶性有機溶剤としては、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、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトアルコール；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル；ポリプロピレングリコール；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のアルキレングリコール；グリセリン；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挙げられる。これらの中でもグリセリン、ジエチレングリコール等のアルキレングリコールが特に好ましい。
【００３０】
また、乾燥速度を速くする水溶性有機溶剤としては、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プロピルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、トリエチレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、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プロピルエーテル、トリプロピレングリコールブチルエーテル等のグリコール系エーテルが挙げられる。
【００３１】
これら本発明において、これらの水溶性有機溶剤は、水性インクの要求特性に応じて、単独で、あるいは数種を混合して使用できる。
【００３２】
この他、水性インクには、ポリビニルアルコール、セルロース類、水溶性樹脂等の粘度調整剤；界面活性剤；防黴剤等の各種添加剤を必要に応じて添加することができる。
【００３３】
一方、保存液の組成は、基本的にインク組成に準じたものであるが、多くの場合、着色剤を含有しない。また、水性インクには含有されない高分子や界面活性剤等が添加されることが多い。
【００３４】
保存液としては、式（１）を満たすことに加えて、インクジェットヘッドのインク流路構成材料に対する動的接触角（液滴法）が滴下後１００ｍｓｅｃで２０゜以下のものが好ましい。これによりインクジェットヘッドのインク流路構成材料に対して保存液が充分な濡れ性を有し、インク流路を保存液で完全に覆うことが可能となる。
【００３５】
また、ここでいうインクジェットヘッドのインク流路構成材料とは、インクジェットヘッドで一般にインク流路の構成に使用されるセラミックス、ステンレス合金等の材料をいう。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
（１）水性インクの調製
Ｃ．Ｉ．Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ８２（水溶性赤色染料）２重量部、グリセリン２０重量部、２−ピロリドン５重量部、ジエチレングリコールブチルエーテル４重量部、純水残部を１０分間攪拌混合した後、孔径０．１μｍのメンブランフィルターにて濾過し、水性インクを得た。
【００３７】
（２）保存液の調製
花王（株）製エマルゲン（登録商標）１０８（非イオン性界面活性剤）０．２重量部、グリセリン１５重量部、ポリエチレングリコール＃２００（平均分子量＝１９０〜２００）１０重量部、ジエチレングリコールブチルエーテル２重量部、純水残部を１０分間攪拌混合した後、孔径０．１μｍのメンブランフィルターにて濾過し、保存液１を得た。
【００３８】
また、非イオン界面活性剤として表１の成分を使用する以外は同様にして、保存液２〜７を得た。
【００３９】
（３）評価
（３−１）ガラスキャピラリー内の水性インクの上昇速度
狭口ガラス容器（アズワン（株）製規格瓶Ｎｏ．２ ２４ｍＬ）に（１）で調製した水性インクを、底からの深さが４ｍｍとなるように注入し、その水性インク中に、１μＬ毎に標線を有するガラスキャピラリー（アズワン（株）製）の一端を水性インクの液面に対してほぼ垂直に浸すと同時にストップウォッチで水性インクの上昇時間を測定した。そして、水性インクが２μＬ上昇した時間をＴs （ｓｅｃ）、２μＬ分のキャピラリーの長さをＬ（ｍｍ）とし、上昇速度Ｖs を算出した。
【００４０】
次に、（２）で調製した保存液が注入された狭口ガラス容器にガラスキャピラリーの一端を浸し、平衡に達するまで待ち、その後、ガラスキャピラリーを保存液から取り出し、保存液に浸っていたガラスキャピラリーの端部にキムワイプ（登録商標）（（株）クレシア製）を当てることにより、ガラスキャピラリー内側の保存液を吸収除去し、さらにガラスキャピラリー外側の保存液も拭き取った。次に、このガラスキャピラリーの一端を先の水性インクが入ったガラス容器に水性インクの液面に対してほぼ垂直となるように浸し、前述と同様にして上昇時間Ｔi （ｓｅｃ）、２μＬ分のキャピラリーの長さＬ（ｍｍ）から、上昇速度Ｖi を算出し、さらに上昇速度の比Ｖi ／Ｖs を算出した。これらの結果を表２に示す。
【００４１】
（３−２）１００ｍｓｅｃ後の初期動的接触角測定
インクジェットヘッドのインク流路構成材料として、米国特許第６０７０３１０号に開示されているせん断モード型のインクジェットヘッドに使用されているＳｉＯ２蒸着面を使用し、その水平面上に保存液を１．５μＬ滴下し、滴下後１００ｍｓｅｃの動的接触角を接触角計（協和界面科学（株）製、ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ７００）を用いて測定した。結果を表２に示す。
【００４２】
（３−３）実際のインクジェットヘッドへの導入性評価
米国特許第６０７０３１０号に開示されているせん断モード型のインクジェットヘッドを搭載した米国特許第６２４７７８２Ｂ１号に開示されているインクジェットプリンターに、水性インクが充填されたカートリッジ（以下、水性インクカートリッジという）を取り付けて水性インクを導入して吐出させ、初期吐出時の不吐出度合を観察した。
【００４３】
次に、水性インクカートリッジを取り外して、保存液が充填されたカートリッジ（以下、保存液カートリッジという）を取り付けて保存液を導入し、１分間連続吐出させた後、保存液カートリッジを取り外し、空のままで１分間連続吐出させ、インクジェットヘッド内の余分な保存液を除去した。次に、水性インクカートリッジを取り付けて水性インクを導入して吐出させ、初期吐出時の不吐出度合を観察した。
【００４４】
これらの不吐出度合の観察において、不吐出が全くない場合をＡ、不吐出が０．５％未満の場合をＢ、不吐出が０．５〜５％の場合をＣ、不吐出が５％以上の場合をＤとした。Ａ及びＢが良好な導入性である。結果を表２に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２の結果から、水性インクのインクジェットヘッドへの導入性が良好であった水性インク及び保存液（保存液３、保存液５、保存液６及び保存液７）の組合せでは、いずれも内径０．３ｍｍのガラスキャピラリー内を水性インクが上昇する速度Ｖs に対する、同ガラスキャピラリー内を保存液で濡らした後に水性インクが上昇する速度Ｖｉの比Ｖi ／Ｖs が２以上であった。特に良好な結果が得られた保存液３及び保存液７では、インクジェットヘッドのインク流路構成材料に対する保存液の滴下後１００ｍｓｅｃの初期動的接触角が２０゜以下であり、高い濡れ性を有するものであった。
【００４８】
これに対し、インクを容易にインクジェットヘッド内に導入できなかった保存液１、保存液２及び保存液４では、いずれも上記条件を満たしていなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の水性インク及び保存液の選択方法は、インクジェットヘッドに保存液を導入後水性インクを導入するインクジェット記録方法ないしインクジェット記録装置において有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録用水性インク及び保存液の選択方法であって、内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶｓ、キャピラリー内が保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度をＶｉとしたときに、
次式（１）
を満たす水性インク及び保存液を選択することを特徴とする方法。
【請求項２】
キャピラリーの内径が０．２〜０．４ｍｍである請求項１記載の方法。
【請求項３】
保存液として、インクジェットヘッドのインク流路構成材料に対する動的接触角（液滴法）が滴下後１００ｍｓｅｃで２０゜以下である保存液を選択する請求項１記載の方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法により選択された水性インク及び保存液。
【請求項１】
インクジェット記録用水性インク及び保存液の選択方法であって、内径０．１〜１ｍｍのキャピラリーの一端を水性インクに浸し、キャピラリー内に水性インクを上昇させた場合において、水性インクの上昇前と上昇後の中間の位置における上昇速度をＶｓ、キャピラリー内が保存液で濡れている場合の水性インクの上昇速度をＶｉとしたときに、
次式（１）
を満たす水性インク及び保存液を選択することを特徴とする方法。
【請求項２】
キャピラリーの内径が０．２〜０．４ｍｍである請求項１記載の方法。
【請求項３】
保存液として、インクジェットヘッドのインク流路構成材料に対する動的接触角（液滴法）が滴下後１００ｍｓｅｃで２０゜以下である保存液を選択する請求項１記載の方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法により選択された水性インク及び保存液。
【公開番号】特開２００７−７７２６６（Ｐ２００７−７７２６６Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６６７３９（Ｐ２００５−２６６７３９）
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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