(57)【要約】  サーマルインクジェットプリントヘッド用水性インクジェットインクは、顔料、２〜９０のｐｐｍのアンモニウムイオン、及びインクビヒクルを含む。このインクは、８〜９．５の範囲内のｐＨを有し、最小限の印刷品質の低下で、サーマルインクジェットプリントヘッドの改善された寿命を示す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顔料と；
２〜９０ｐｐｍのアンモニウムイオンと；
インクビヒクルと、
を含むサーマルインクジェットプリントヘッド用水性インクジェットインクにおいて、
前記インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有することを特徴とする水性インクジェットインク。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットインクにおいて、前記アンモニウムイオンが：ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、水酸化アンモニウム、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、テトラフルオロホウ酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、トリフルオロ酢酸アンモニウム、トリフルオロメタンスルホン酸アンモニウム、リン酸トリアンモニウム、硫化アンモニウム、クエン酸ジアンモニウム、クエン酸トリアンモニウム、フタル酸アンモニウム、乳酸アンモニウム、安息香酸アンモニウム、コハク酸アンモニウム、サリチル酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、酒石酸水素アンモニウム、アミド硫酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、シュウ酸水素アンモニウム、フッ化アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、及び硫酸アンモニウムからなる群から選択される１つ以上のアンモニウム塩として存在することを特徴とするインクジェットインク。
【請求項３】
請求項１に記載のインクジェットインクにおいて、前記アンモニウムイオンがギ酸アンモニウム又は硝酸アンモニウムとして存在することを特徴とするインクジェットインク。
【請求項４】
請求項１に記載のインクジェットインクにおいて、０．１〜１０ｐｐｍの三価金属イオンをさらに含むことを特徴とするインクジェットインク。
【請求項５】
請求項４に記載のインクジェットインクにおいて、前記三価金属イオンがＡｌ３＋又はＧａ３＋であることを特徴とするインクジェットインク。
【請求項６】
請求項１に記載のインクジェットインクにおいて、前記インクビヒクルが、前記顔料のコゲーションを最小限にするための少なくとも１つのコゲーション防止添加剤を含むことを特徴とするインクジェットインク。
【請求項７】
請求項６に記載のインクジェットインクにおいて、前記コゲーション防止添加剤が、１〜１０重量％のエトキシル化グリセロール、１〜１０重量％のポリエチレングリコール、１〜１０重量％のポリエチレングリコールエーテル、及び２〜２０重量％のトリエチレングリコールからなる群から選択されることを特徴とするインクジェットインク。
【請求項８】
請求項１に記載のインクジェットインクにおいて、前記インクが５〜６０ｐｐｍのアンモニウムイオンを含むことを特徴とするインクジェットインク。
【請求項９】
複数のインクジェットノズル装置を含み、各ノズル装置が：下にある酸化ケイ素ペデスタルの上に配置されたノズル室及び発熱体を含む、プリントヘッドと；
前記ノズル室中に収容される水性インクジェットインクにおいて、前記インクジェットインクが、顔料、２〜９０ｐｐｍのアンモニウムイオン、及びインクビヒクルを含む水性インクジェットインクと、
を含むインクジェット印刷システムにおいて、
前記インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有することを特徴とするインクジェット印刷システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記発熱体が少なくとも１つの金属酸化物層を含む保護被覆を有することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、前記保護被覆が５〜５０ｎｍの範囲内の厚さを有することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記保護被覆が酸化タンタルの層を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記発熱体がアルムナイド合金で構成されることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記ノズル室が酸化ケイ素で構成されることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
サーマルインクジェットプリントヘッドからの印刷方法において、前記プリントヘッドが複数のインクジェットノズル装置を含み、各ノズル装置が、下にある酸化ケイ素ペデスタルの上に配置されるノズル室及び発熱体を含み、
前記方法が：
水性インクジェットインクをインクリザーバーから前記ノズル室に供給するステップと；
インク液滴が前記ノズル室から吐出されるように前記発熱体を作動させるステップとを含み、
前記インクが、顔料、２〜９０ｐｐｍのアンモニウムイオン、及びインクビヒクルを含み、前記インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、前記インクリザーバー中に収容されるインクのｐＨが、前記発熱体の作動中に前記ノズル室中に収容されるインクのｐＨよりも高いことを特徴とする方法。
【請求項１７】
１つ以上のプリントヘッドを有するインクジェットプリンター用のインクセットにおいて、前記インクセット中の各インクが、ある関連プリントヘッド寿命を有し：第１のインクが、第１の顔料及び２〜９０ｐｐｍのアンモニウムイオンを含み；第２のインクが、第２の顔料、及び前記第１のインクよりも少ない量のアンモニウムイオンを含み：
前記第１及び第２のインクのそれぞれが８〜９．５の範囲内のｐＨを有し；
前記第１及び第２のインクのそれぞれが、吐出の最小閾値数を超える関連プリントヘッド寿命を有することを特徴とするインクセット。
【請求項１８】
請求項１７に記載のインクセットにおいて、前記第２のインクがアンモニウムイオンを全く含まないことを特徴とするインクセット。
【請求項１９】
請求項１７に記載のインクセットにおいて、前記吐出の最小閾値数が２０億回〜８０億回の範囲内であることを特徴とするインクセット。
【請求項２０】
請求項１７に記載のインクセットにおいて、前記第１のインクが、前記アンモニウムイオンを含まない場合に、前記吐出の最小閾値数未満の関連プリントヘッド寿命を有することを特徴とするインクセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットインクに関する。これは、主として、プリントヘッド、特に本出願人のＭｅｍｊｅｔ（登録商標）プリントヘッドの寿命を改善するために開発された。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、メディア幅にわたって延在する固定Ｍｅｍｊｅｔ（登録商標）プリントヘッドを使用する多数の高速インクジェットプリンターを開発してきた。対照的に、ほとんどの他の種類のインクジェットプリンターは、メディア幅にわたって横断する走査型プリントヘッドを利用している。
【０００３】
高速ページ幅印刷では、従来の種類のインクジェットプリントヘッドと比較して、プリントヘッドの設計に対してさらなる要求が必然的に出されている。ノズル装置は、自己冷却設計、高いインク補充速度、及び高い熱効率を有する必要がある。この目的のために、本出願人は、吊り下げられた抵抗発熱体を有するもの（例えば、米国特許第６，７５５，５０９号明細書、米国特許第７，２４６，８８６号明細書、米国特許第７，４０１，９１０号明細書、及び米国特許第７，６５８，９７７号明細書に記載され、これらの内容は参照により本明細書に援用される）及び埋め込まれた（「結合した」）抵抗発熱体を有するもの（例えば、米国特許第７，３７７，６２３号明細書、米国特許第７，４３１，４３１号明細書、米国特許出願公開第２００６／２５０４５３号明細書、米国特許第７，４９１，９１１号明細書、米国特許第９，０４４，９４５号明細書、及び米国特許第９，５７３，３６８号明細書に記載され、これらの内容は参照により本明細書に援用される）などの一連の熱気泡形成プリントヘッドを開発している。
【０００４】
吊り下げられた発熱体を有するノズル装置では、発熱体からインクへの効率的な熱伝達と、自己冷却特性との利点が得られる。しかし、吊り下げられた発熱体は、結合したそれらの対応品よりも典型的には堅牢性が低いため、これらは、比較的短いプリントヘッド寿命という欠点が問題となる。
【０００５】
結合した発熱体を有するノズル装置では、より長い寿命と、攻撃的な顔料系インクの使用への適応性との利点が得られる。顔料系インクは、光学濃度及び耐水性に関しては望ましいが、顔料懸濁液の凝集を防止するために高いｐＨを有するインク配合物を必要とする。
【０００６】
プリントヘッド交換頻度を最小限にし、それによって利用者への全体的なコストを軽減するために、プリントヘッド寿命を延ばすことが望ましい。プリントヘッド寿命を改善するための方法の１つは、発熱体を１つ以上の保護層で被覆することである。例えば、米国特許第９，５７３，３６８号明細書（本出願人に譲渡される）には、酸化タンタルの薄い（例えば２０ｎｍ）層で被覆されたアルムナイド（ａｌｕｍｎｉｄｅ）合金で構成される結合した発熱体が記載されている。比較的薄い金属酸化物被覆層は、自己冷却作用に適合し、腐食防止を促進する。しかし、原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積されたものなどの比較的薄い層に関連する問題の１つは、被覆層が不均一となり、発熱体端部の周辺で弱い箇所を有する場合があることである。特に、観察可能な故障機構の１つは、発熱体端部における金属酸化物被覆層の亀裂によって生じる発熱体の層間剥離と、それに続く、発熱体の下にある酸化ケイ素の腐食アンダーカットである。この発熱体の下にある酸化ケイ素ペデスタルに対する腐食攻撃によって、層間剥離が生じ、最終的にノズル装置が故障する。
【０００７】
本明細書の状況では、ノズル装置の「故障」は、容認できない印刷品質が生じる液滴吐出特性の変化を意味する。例えば、故障は、液滴速度の低下、不十分な液滴方向性、又はインクの不吐出によって生じることがある。
【０００８】
当技術分野において周知のように、アルカリ性顔料系インクは、サーマルインクジェットプリントヘッド中のＭＥＭＳ構造、特に酸化ケイ素構造に対して特に攻撃的である。アルカリ性顔料系インクによる腐食攻撃は、熱力学的条件下と、液滴吐出中の高温における加速条件下との両方で起こる。
【０００９】
米国特許第６，０５９，８６８号明細書には、沈殿剤（例えばマグネシウム塩）と、沈殿剤によって生じるコゲーションを軽減するための硝酸アンモニウムとを含む染料系インクが記載されている。硝酸アンモニウムは、インクジェット発熱体上で「微小爆発」を引き起こすのに十分な量で存在し、それによって、沈殿剤のコゲーションが軽減され、液滴吐出速度が増加し、すなわち「デセル」が軽減される。アンモニウムイオンの濃度は、０．０１〜１０重量％、好ましくは０．２〜３重量％、好ましくは０．１〜１重量％の範囲内である。
【００１０】
アルカリ性顔料系インクを吐出するプリントヘッドの寿命が延びることが望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
第１の態様では、顔料と、２〜９０ｐｐｍのアンモニウムイオンと、インクビヒクルとを含むサーマルインクジェットプリントヘッド用水性インクジェットインクにおいて、インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有する、サーマルインクジェットプリントヘッド用水性インクジェットインクが提供される。
【００１２】
第１の態様によるインクによって、有利には、サーマルインクジェットプリントヘッドにおいて改善されたプリントヘッド寿命が実現され、同時に、発熱装置のコゲーション及びデセルによって生じる印刷品質の低下が最小限になる。有利には、アンモニウムイオンの量は最小限にされる。好ましくは、インクは、３〜９０ｐｐｍ、４〜８０ｐｐｍ、５〜７０ｐｐｍ、５〜６０ｐｐｍ、５〜５０ｐｐｍ、５〜４０又は５〜３０ｐｐｍのアンモニウムイオンを含む。
【００１３】
好ましくは、アンモニウムイオンは、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、水酸化アンモニウム、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、テトラフルオロホウ酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、トリフルオロ酢酸アンモニウム、トリフルオロメタンスルホン酸アンモニウム、リン酸トリアンモニウム、硫化アンモニウム、クエン酸ジアンモニウム、クエン酸トリアンモニウム、フタル酸アンモニウム、乳酸アンモニウム、安息香酸アンモニウム、コハク酸アンモニウム、サリチル酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、酒石酸水素アンモニウム、アミド硫酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、シュウ酸水素アンモニウム、フッ化アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、及び硫酸アンモニウムからなる群から選択される１つ以上のアンモニウム塩として存在する。
【００１４】
より好ましくは、アンモニウム塩は、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、及び水酸化アンモニウムからなる群から選択される。
【００１５】
陰イオンがインク配合物中で比較的良好であるなら、アンモニウム塩は特に限定されない。例えば、ギ酸アンモニウムは、それが低コストであり、水に対して高い溶解性であり、熱分解によって不溶性有機副生成物を生じないため、好ましいアンモニウム塩である。硝酸アンモニウムは、好ましいアンモニウム塩であり、インク中で優れた性質も示す。他方、塩化アンモニウムなどのハロゲン化アンモニウムは、塩化物が触媒する酸化による新しい腐食機構が生じる場合があり、したがってあまり好ましくない。当然ながら、アニオン染料はインクの色域に影響を与えるので、スルホン化染料などの着色剤に関連するアンモニウムイオンは望ましくない。
【００１６】
より一般的な一態様では：
顔料と；
０．１〜１０ｍＭ（ミリモル／リットル）の窒素含有化合物（好ましくは０．１〜５ｍＭ又は０．２〜３ｍＭの窒素含有化合物）と；
インクビヒクルとを含むサーマルインクジェットプリンター用水性インクジェットインクにおいて：
インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有し；
窒素含有化合物が、８．５〜１０のｐＫａ、及び−０．００２５〜−０．０４０のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有する、サーマルインクジェットプリンター用水性インクジェットインクが提供される。
【００１７】
窒素含有化合物のｐＫａに言及される場合、慣例により、これは、その共役酸のｐＫａを意味する。例えば、エタノールアミンのｐＫａは、対応するエタノールアミニウムイオンのｐＫａを意味する。
【００１８】
好ましくは、窒素含有化合物は、第１級アミノ化合物及び第２級アミノ化合物からなる群から選択される。例えば、窒素含有化合物は、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオール（ＡＭＰＤ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、エタノールアミン、及びビス−トリスプロパンからなる群から選択することができる。別の実施形態では、窒素含有化合物は、第１の態様に関連して前述した１つ以上のアンモニウム塩などのアンモニウム塩であってよい。
【００１９】
好ましくは、本明細書に記載されるインクは、０．１〜１０ｐｐｍのＡｌ３＋又はＧａ３＋などの三価金属イオンをさらに含む。例えば、アルミニウムイオンは、硝酸アルミニウム九水和物として存在することができる。三価金属イオンは、有利には、酸化ケイ素又は窒化ケイ素のチャンバー材料の熱力学的腐食を抑制し、それによってプリントヘッドの設置寿命が改善される。したがって、液滴吐出回数で測定されるプリントヘッド寿命と、交換までに１つのプリントヘッドをプリンター中に取り付けることができる時間の長さで測定される設置寿命との両方が改善されることが、本発明の利点である。
【００２０】
好ましくは、インクビヒクルは、発熱体上の顔料のコゲーションを最小限にするための少なくとも１つのコゲーション防止添加剤を含む。例えば、コゲーション防止添加剤は、１〜１０重量％のエトキシル化グリセロール、１〜１０重量％のポリエチレングリコール、１〜１０重量％のポリエチレングリコールエーテル、及び２〜２０重量％のトリエチレングリコールからなる群から選択される。好ましくは、インクは、より高次のグリコール（例えばトリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなど）及び／又はアルコキシル化アルコール（例えばエトキシル化グリセロール）を含む。本出願人の実験によって、より高次のグリコールが、驚くべきことに、プリントヘッド寿命の改善に有効であり、より低次のグリコールのみを含むインクよりも全体的に性能が優れていることが示された。理論によって束縛しようと望むものではないが、高次のグリコールは、発熱体上にコゲを形成する顔料粒子の可溶化を促進し、それによってノズル装置の別の非腐食性の故障機構が抑制されると考えられる。さらに、より高次のグリコールは、比較的毒性が低く、保湿性及びアンチカール特性などの他の有用な性質をインクに付与する。より高次のグリコールのアンチカール特性は、例えば米国特許第５，３５６，４６４号明細書に記載されている。グリコール化合物の混合物は、当然ながら本発明の範囲内で考慮される。
【００２１】
第２の態様では、複数のインクジェットノズル装置を含むプリントヘッドにおいて、各ノズル装置が：下にある酸化ケイ素ペデスタルの上に配置されるノズル室及び発熱体を含む、プリントヘッドと；
前述の水性インクジェットインクと、
を含む、印刷システムが提供される。
【００２２】
第２の態様による印刷システムは、有利には、前述のようにプリントヘッド寿命を改善する。
【００２３】
典型的には、発熱体は、酸化タンタル及び／又は酸化ハフニウムなどの少なくとも１つの金属酸化物層を含む保護被覆を有する。金属酸化物被覆を含む発熱体を有するインクジェットノズル装置は、米国特許第９，５７３，３６８号明細書に記載されており、この内容は参照により本明細書に援用される。本発明の利点の１つは、アンモニウムイオンが、作動中の発熱体のごく近傍のｐＨを低下させることによって金属酸化物被覆の腐食を抑制することである。
【００２４】
好ましくは、保護被覆は５〜５０ｎｍの範囲内の厚さを有し、発熱体は、米国特許第９，５７３，３６８号明細書に記載されるようなＴｉＡｌ又はＴｉＡｌＮｂＷなどのアルムナイド合金で構成される。
【００２５】
第３の態様では、サーマルインクジェットプリントヘッドからの印刷方法において、プリントヘッドが複数のインクジェットノズル装置を含み、各ノズル装置が、下にある酸化ケイ素ペデスタルの上に配置されたノズル室及び発熱体を含み、
本方法が：
水性インクジェットインクをインクリザーバーからノズル室に供給するステップと；
インク液滴がノズル室から吐出されるように発熱体を作動させるステップとを含み、
インクが前述のものである、印刷方法が提供される。
【００２６】
第３の態様による方法によると、インクリザーバー中に収容されるインクのｐＨは、発熱体の作動中にノズル室中に収容されるインクのｐＨよりも高い。ノズル室中に収容されるインクの比較的低いｐＨは、本明細書において以下により詳細に説明するように、加熱中のアンモニウムイオン（又はアミニウムイオン）からのプロトンの放出によるものである。
【００２７】
第４の態様では、１つ以上のプリントヘッドを有するインクジェットプリンター用のインクセットにおいて、インクセット中の各インクが、ある関連プリントヘッド寿命を有し：第１のインクは前述の通りであり；第２のインクは、第２の顔料と、第１のインクよりも少ない量のアンモニウムイオン（又は窒素含有化合物）とを含み、第１及び第２のインクのそれぞれが、吐出の最小閾値数を超える関連プリントヘッド寿命を有する、インクセットが提供される。
【００２８】
各インクが、プリントヘッド中のあらかじめ決定された吐出の最小数を実現するように、インクセット中のインクを「調整」できることが、第４の態様の利点の１つである。例えば、アンモニウムイオンが存在しないと、第１のインクは３０億回の吐出を実現でき、一方、第２のインクは５０億回の吐出を実現できる。プリントヘッドが４０億回の吐出で評価される場合、吐出回数を３０億回から４０億回まで増加させるのに十分な量のアンモニウムイオンが第１のインクに加えられる。好ましくは、印刷品質に対する影響を最小限にするために、最小量のアンモニウムイオン（又は窒素含有化合物）が加えられる。このようにして、比較的短い寿命のインクが比較的長い寿命のインクとほぼ同じ寿命となるように、インクセットを「調整」することができる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、第２のインクはアンモニウムイオンを全く含まない。
【００３０】
典型的には、吐出の最小閾値数は、１０億回〜８０億回又は２０億回〜８０億回の範囲内（例えば４０億回）である。
【００３１】
第５の態様では、
０．１〜１０ｍＭの窒素含有化合物と；
インクビヒクルとを含むサーマルインクジェットプリントヘッド用水性インクジェットインクにおいて：
インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有し；
窒素含有化合物が、８．５〜１０のｐＫａ、及び−０．００２５〜−０．０４０のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有する、サーマルインクジェットプリントヘッド用水性インクジェットインクが提供される。
【００３２】
好ましくは、窒素含有化合物は、アンモニウム塩、第１級アミノ化合物、及び第２級アミノ化合物からなる群から選択される。
【００３３】
好ましくは、窒素含有化合物は、アンモニウム塩、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオール（ＡＭＰＤ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、エタノールアミン及びビス−トリスプロパンからなる群から選択される。
【００３４】
好ましくは、インクは０．１〜１０ｐｐｍの三価金属イオン（例えばＡｌ３＋又はＧａ３＋）を含む。
【００３５】
好ましくは、インクビヒクルは、顔料のコゲーションを最小限にするための少なくとも１つのコゲーション防止添加剤を含む。
【００３６】
好ましくは、コゲーション防止添加剤は、１〜１０重量％のエトキシル化グリセロール、１〜１０重量％のポリエチレングリコール、１〜１０重量％のポリエチレングリコールエーテル、及び２〜２０重量％のトリエチレングリコールからなる群から選択される。
【００３７】
好ましくは、窒素含有化合物は１〜５ｍＭ（ミリモル／リットル）の範囲の濃度で存在する。
【００３８】
第６の態様では、：
複数のインクジェットノズル装置を含み、各ノズル装置が：下にある酸化ケイ素ペデスタルの上に配置されたノズル室及び発熱体を含む、プリントヘッドと；
ノズル室中に収容される水性インクジェットインクにおいて、インクジェットインクが、顔料、０．１〜１０ｍＭの窒素含有化合物、及びインクビヒクルを含む水性インクジェットインクと、
を含むインクジェット印刷システムにおいて：
インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有し；
窒素含有化合物が、８．５〜１０のｐＫａ、及び−０．００２５〜−０．０４０のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有する、インクジェット印刷システムが提供される。
【００３９】
好ましくは、発熱体は、少なくとも１つの金属酸化物層を含む保護被覆を有する。
【００４０】
好ましくは、保護被覆は５〜５０ｎｍの範囲内の厚さを有する。
【００４１】
好ましくは、保護被覆は酸化タンタルの層を含む。
【００４２】
好ましくは、発熱体はアルムナイド合金から構成される。
【００４３】
好ましくは、ノズル室は酸化ケイ素から構成される。
【００４４】
第７の態様では、サーマルインクジェットプリントヘッドからの印刷方法において、上記プリントヘッドが複数のインクジェットノズル装置を含み、各ノズル装置が、下にある酸化ケイ素ペデスタルの上に配置されるノズル室及び発熱体を含み、
上記方法が：
水性インクジェットインクをインクリザーバーからノズル室に供給するステップと；
インク液滴がノズル室から吐出されるように発熱体を作動させるステップとを含み、
インクが、顔料、０．１〜１０ｍＭの窒素含有化合物、及びインクビヒクルを含み：
インクが８〜９．５の範囲内のｐＨを有し；
窒素含有化合物が、８．５〜１０のｐＫａ、及び−０．００２５〜−０．０４０のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有する、印刷方法が提供される。
【００４５】
好ましくは、インクリザーバー中に収容されるインクのｐＨは、発熱体の作動中にノズル室中に収容されるインクのｐＨよりも高い。
【００４６】
第８の態様では、１つ以上のプリントヘッドを有するインクジェットプリンター用のインクセットにおいて、インクセット中の各インクが、ある関連プリントヘッド寿命を有し：第１のインクが、第１の顔料、及び０．１〜１０ｍＭの窒素含有化合物を含み；第２のインクが、第２の顔料、及び第１のインクよりも少ない量の窒素含有化合物を含み：
第１及び第２のインクのそれぞれが８〜９．５の範囲内のｐＨを有し；
窒素含有化合物が、８．５〜１０のｐＫａ、及び−０．００２５〜−０．０４０のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有し；
第１及び第２のインクのそれぞれが、吐出の最小閾値数を超える関連プリントヘッド寿命を有する、インクセットが提供される。
【００４７】
幾つかの実施形態、第２のインクは窒素含有化合物を含まない。
【００４８】
典型的には、吐出の最小閾値数は、２０億回〜８０億回の範囲内である。
【００４９】
典型的には、第１のインクは、窒素含有化合物を含まない場合は、吐出の最小閾値数未満の関連プリントヘッド寿命を有する。
【００５０】
本明細書において使用される場合、「インク」という用語は、インクジェットプリントヘッドから印刷可能なあらゆる印刷流体を意味するために使用される。インクは、着色剤を含む場合も含まない場合もある。したがって「インク」という用語は、従来の染料系又は顔料系のインク、赤外インク、固定剤（例えばプレコート及びフィニッシャー）、３Ｄ印刷流体などを含むことができる。流体又は印刷流体に言及する場合、これは本明細書における「インク」の意味に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
これより添付の図面を参照しながら、単に例として本発明の実施形態を説明する。
【００５２】
【図１】図１は、サーマルインクジェットノズル装置を含むインクジェットプリンヘッドチップの一部の切り欠き斜視図である。
【図２】図２は、図１中に示されるサーマルインクジェットノズル装置の１つの断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
本発明者らは、液滴吐出中の発熱体の近傍における局所的なｐＨ変化の影響を調べることによって、プリントヘッド寿命の改善の問題に対する解決策を探求した。高ｐＨ及び高温において金属酸化物の加速的な腐食が起こるので、発熱体の近傍のｐＨを低下させることでこのような腐食が抑制されると、本発明者らは仮説を立てた。当然ながら、低ｐＨインクの単純な配合はアルカリ性顔料分散体では実現できず、その理由は、アニオン顔料分散体（又はアニオン表面改質顔料）はプロトン化によって簡単に凝集するからである。そこで、本発明者らは、加熱するとより低いｐＫａを有するある種の添加剤を研究する革新的な方法を採用した。理想的には、この添加剤は、室温のインクのｐＨにおいてその共役酸の形態で大部分が存在し、液滴吐出中の高温においてプロトンを遊離するためにその解離した形態で大部分が存在する化合物であるべきである。したがって、液滴吐出中の発熱体の近傍における局所的なｐＨは、インクの全体的なｐＨよりも低く、そのため、アルカリ性条件下での急速な腐食が起こりやすい金属酸化物構造体は、比較的低い局所的なｐＨによって保護される。
【００５４】
顔料系インクは典型的には８．０〜９．５の範囲内のｐＨを有するので、最初にインクのｐＨと同じ又はわずかに高いｐＫａを有する化合物の特定が必要であり、それによって、その化合物は、大部分がその共役酸の形態でインク中に存在し、したがって必要な場合にｐＨを下げるために利用可能なプロトンを有する。次に、加熱によって酸塩基平衡がプロトンの放出に向けて移動するように、比較的大きな負のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有する化合物を特定する必要がある。実際には、比較的少ない化合物がこれら２つの要求を満たす。例えば、ホウ酸は、９．２の適切なｐＫａを有する周知のインク添加剤であるが、ｄ（ｐＫａ）／ｄＴは−０．００８であり、これは加熱された場合に十分なプロトンを遊離するには不十分である。他方で、ジグリシンは、−０．０２６の比較的大きな負のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有するが、ｐＫａは８．２であり、これは典型的なインクのｐＨにおいてその解離した形態で大部分が存在し、加熱されたときに遊離に利用可能となるプロトンが十分に確保されないことを意味する。
【００５５】
可能性のある多数のインク添加剤について調査した後、９．２５のｐＫａ、及び−０．０３１のｄ（ｐＫａ）／ｄＴを有するアンモニウムイオンが、プリントヘッド寿命の改善に最も有効であることが分かった。さらに、アンモニウムイオンは、インクジェットインク中に使用する場合に費用対効果が高く安全である。
【００５６】
発熱装置の寿命の改善におけるさらに重要な考慮事項の１つは、発熱体のコゲーションである。発熱体に対して顔料又はその他の有機材料によるコゲが発生すると、液滴方向性の低下が生じ、及び／又は当技術分野において「デセル」として知られる現象である液滴速度の低下が生じる。
【００５７】
発熱体の近傍におけるｐＨの局所的な低下が腐食の抑制に役立つ場合があるが、この局所的なｐＨが低すぎると、顔料の凝集が促進され、腐食機構とは対照的にコゲによってノズル装置が故障することがある。したがって、全体的なプリントヘッド寿命の改善のためには、腐食及びコゲーションの両方の軽減によるインク特性のバランスが重要となる。典型的には、寿命の改善に十分であるが、発熱装置のコゲーションによる印刷品質の顕著な低下の発生には不十分である量のアンモニウムイオンを加えることによって、コゲーションが軽減される。プリントヘッド寿命の顕著な改善のために、ごく少量のアンモニウムイオン（例えば１０〜８０ｐｐｍ）が必要となることが、本発明の驚くべき特徴の１つである。このような低濃度において、高温におけるｐＨの低下（それによる金属酸化物の攻撃の軽減）と、コゲーション／デセルの最小化との両方の間の最適なバランスが存在する。
【００５８】
さらに、インクには、トリエチレングリコール及び／又はエトキシル化グリセロール（例えば、Ｖａｎｔａｇｅ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．より入手可能なＬｉｐｏｎｉｃ（登録商標）ＥＧ−１）などの顔料を可溶化するコゲ防止成分を配合することができる。コゲーション防止添加剤を加えることで、印刷品質のさらなる改善が確認される。
【００５９】
着色剤
本発明において使用されるインクは、通常は水性顔料系インクである。本発明への使用に適切な従来の顔料は、無機顔料又は有機顔料であってよい。従来の顔料の例は、カーボンブラック、カドミウムレッド、モリブデンレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、チタンコバルトグリーン、群青、プルシアンブルー、コバルトブルー、ジケトピロロピロール、アントラキノン、ベンゾイミダゾロン、アントラピリミジン、アゾ顔料、フタロシアニン顔料（ナフトロシアニン顔料など）、ウイナクリドン（ｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、インダンスレン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、キノフタロン顔料、及び金属錯体顔料である。
【００６０】
適切な顔料の例としては：Ｃｙａｎ  ＣＯＪ４５０（Ｃａｂｏｔ）、Ｄ７１Ｃ及びＤ７５Ｃ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ）；Ｍａｇｅｎｔａ  ＣＯＪ４６５（Ｃａｂｏｔ）、Ｄ７１Ｍ、Ｄ７５Ｍ、Ｄ７１ＰＶ１９（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ）、Ｈｏｓｔａｊｅｔ  Ｍａｇｅｎｔａ  Ｅ−ＰＴ  ＶＰ２６９０及びＨｏｓｔａｊｅｔ  Ｍａｇｅｎｔａ  Ｅ５Ｂ−ＰＴ  ＶＰ３５６５（Ｃｌａｒｉａｎｔ）；Ｙｅｌｌｏｗ  ＣＯＪ２７０及びＣＯＪ４７０（Ｃａｂｏｔ）、又はＤ７１Ｙ、Ｄ７１Ｙ１５５、Ｄ７５Ｙ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ）、及びＨｏｓｔａｊｅｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  ４Ｇ−ＰＴ  ＶＰ２６６９（Ｃｌａｒｉａｎｔ）；Ｂｌａｃｋ  ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ３（Ｏｒｉｅｎｔ）、又はＣＯＪ２００、ＣＯＪ３００、ＣＯＪ４００（Ｃａｂｏｔ）、又はＳＤＰ１０００、ＳＤＰ２０００（Ｓｅｎｓｉｅｎｔ）、又はＤ７１Ｋ、Ｄ７５Ｋ、Ｄ７７Ｋ、Ｄ８０Ｋ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ）、及びＨｏｓｔａｊｅｔ  Ｂｌａｃｋ  Ｏ−ＰＴ（Ｃｌａｒｉａｎｔ）；Ｒｅｄ  Ｄ７１Ｒ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ）；Ｂｌｕｅ  Ｄ７１Ｂ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ）が挙げられる。
【００６１】
顔料は、表面改質顔料などの自己分散性顔料であってよい。表面改質は、アニオン性基又は顔料表面の直接改質のいずれかによるものであってよい。典型的な表面改質基は、カルボキシレート基及びスルホネート基である。
【００６２】
適切な水性表面改質顔料分散体の具体例は、Ｓｅｎｓｉｊｅｔ（登録商標）Ｂｌａｃｋ  ＳＤＰ−２０００、ＳＤＰ−１０００、及びＳＤＰ−１００（Ｓｅｎｓｉｅｎｔ  Ｃｏｌｏｒｓ  Ｉｎｃ．より入手可能）、並びにＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ（登録商標）２００、３００、２５０Ｃ、２６０Ｍ、及び２７０Ｙ（Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手可能）である。
【００６３】
あるいは、顔料は、未改質の顔料粒子を封入するためのポリマー分散剤を含む従来の顔料分散体であってよい。適切な顔料分散体及びそれらの製造の例は、例えば、米国特許第９，８３４，６９４号明細書に記載され、この内容は参照により本明細書に援用される。
【００６４】
当技術分野において周知のように、顔料の表面上（表面改質顔料の場合）又はポリマー分散剤中のいずれかの多数のカルボキシレート基のために、顔料系インクは一般に自己緩衝性である。したがって、顔料系インクは、典型的には、染料系インクとは対照的に、追加の緩衝剤を含まない。
【００６５】
インクジェットインク中の顔料粒子の平均粒度は、場合により５０〜５００ｎｍの範囲内である。
【００６６】
顔料は、個別に使用することができ、又は他の顔料及び染料と組み合わせて使用することができる。例えば、インクビヒクルは、当技術分野において周知のような着色染料を含むことができる。
【００６７】
インクビヒクル
本発明に使用されるインクビヒクルは、典型的には、少なくとも４０重量％水、少なくとも５０重量％の水、又は少なくとも６０重量％の水を含む従来の水性インクビヒクルである。通常、インクジェットインク中に存在する水の量は、４０重量％〜９０重量％の範囲内、又は場合により５０重量％〜７０重量％の範囲内である。
【００６８】
本発明によるインクは、共溶媒（保湿剤、浸透剤、湿潤剤などを含み）、界面活性剤、殺生物剤、金属イオン封鎖剤、ｐＨ調整剤、粘度調整剤などをさらに含むことができる。
【００６９】
共溶媒は、典型的には水溶性有機溶媒である。適切な水溶性有機溶媒としては、Ｃ１−４アルキルアルコール、例えばエタノール、メタノール、ブタノール、プロパノール、及び２−プロパノール；アルキレングリコール、例えば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、及びテトラエチレングリコール；グリコールエーテル、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、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、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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−ｎ−プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、１−メチル−１−メトキシブタノール、プロピ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、プロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル；ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルスルホキシド、ソルビトール、ソルビタン、グリセロールモノアセテート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリアセテート、及びスルホラン；又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【００７０】
共溶媒として使用できる他の有用な水溶性有機溶媒としては、２−ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、ε−カプロラクタム、ジメチルスルホキシド、モルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、尿素及びそれらの組み合わせなどの極性溶媒が挙げられる。
【００７１】
インクジェットインクは、別の項沸点水溶性有機溶媒を共溶媒として含むことができ、これは保水性及び湿潤性をインク組成物に付与する湿潤剤又は保湿剤として機能することができる。高沸点水溶性有機溶媒の例は、２−ブテン−１，４−ジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルグリコール、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコール、トリ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ブチルエーテル、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メチルエーテル、トリプロピレングリコール、２０００以下の分子量を有するポリエチレングリコール、１，３−プロピレングリコール、イソプロピレングリコール、イソブチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、エリトリトール、ペンタエリトリトール及びそれらの組み合わせである。
【００７２】
他の適切な湿潤剤又は保湿剤としては、糖類（単糖、オリゴ糖、及び多糖を含む）、及びそれらの誘導体（例えばマルチトール、ソルビトール、キシリトール、ヒアルロン酸塩、アルドン酸、ウロン酸など）が挙げられる。
【００７３】
インクジェットインクは、水性インクの記録媒体中への浸透を促進するための共溶媒の１つとして浸透剤も含むことができる。適切な浸透剤としては、多価アルコールアルキルエーテル（グリコールエーテル）及び／又は１，２−アルキルジオールが挙げられる。適切な多価アルコールアルキルエーテルの例は、エチレングリコールモノメチルエーテル、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、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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、エチレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、１−メチル−１−メトキシブタノール、プロピ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、プロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテルである。適切な１，２−アルキルジオールの例は、１，２−ペンタンジオール及び１，２−ヘキサンジオールである。浸透剤は、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、及び１，８−オクタンジオールなどの直鎖炭化水素ジオールから選択することもできる。グリセロールを浸透剤として使用することもできる。
【００７４】
典型的には、インク中に存在する共溶媒の総量は、約５重量％〜６０重量％、又は場合により１０重量％〜５０重量％の範囲内である。
【００７５】
インクジェットインクは、典型的には、陰イオン界面活性剤、両性イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、又はそれらの混合物などの１つ以上の界面活性剤（「表面活性剤」）を含む。有用な陰イオン界面活性剤としては、スルホン酸型、例えばアルカンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸、アシルメチルタウリン、及びジアルキルスルホコハク酸；アルキル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸化オレフィン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩；カルボン酸型、例えば、脂肪酸塩及びアルキルサルコシン塩；並びにリン酸エステル型、例えばアルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩、及びグリセロリン酸エステル塩が挙げられる。陰イオン界面活性剤の具体例は、ジ（Ｃ６−３０アルキル）スルホコハク酸ナトリウム塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、及びポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸アンモニウム塩である。
【００７６】
両性イオン界面活性剤の例としては、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オクチルアミンオキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−ドデシルアミンオキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−テトラデシルアミンオキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−ヘキサデシルアミンオキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オクタデシルアミンオキシド、及びＮ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（Ｚ−９−オクタデセニル）−Ｎ−アミンオキシドが挙げられる。
【００７７】
非イオン界面活性剤の例としては、エチレンオキシド付加物型、例えば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アルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、及びポリオキシエチレンアルキルアミド；ポリオールエステル型、例えばグリセロールアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル、及び糖アルキルエステル；ポリエーテル型、例えば多価アルコールアルキルエーテル；並びにアルカノールアミド型、例えばアルカノールアミン脂肪酸アミドが挙げられる。非イオン界面活性剤の具体例は、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、及びポリオキシアルキレンアルキルエーテル（例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル）などのエーテル；並びにポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンオレエートエステル、ポリオキシエチレンジステアレート、ソルビタンラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ポリオキシエチレンモノオレエート、及びポリオキシエチレンステアレートなどのエステルである。
【００７８】
２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール、エトキシル化２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール、３，６−ジメチル−４−オクチン−３，６−ジオール、又は３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オールなどのアセチレングリコール界面活性剤も使用することができる。本発明に使用できる非イオン界面活性剤の具体例は、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）４６５及びＳｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）４４０（Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃより入手可能）である。
【００７９】
米国特許第７，３４１，９８５号明細書に記載されるものなどの非イオン性チオエーテル界面活性剤をインクビヒクル中に使用することができる。非イオン性チオエーテル界面活性剤の具体例の１つは、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃより入手可能なＤｙｎｏｌ（商標）３６０である。
【００８０】
熊手型（ｒａｋｅ−ｔｙｐｅ）アルコキシル化シリコーン界面活性剤をインクビヒクル中に使用することもできる。熊手型エトキシル化シリコーン界面活性剤の具体例は、ＢＹＫ−３４５、ＢＹＫ−３４６、及びＢＹＫ−３４９（ビックケミー・ジャパン株式会社製造）、並びにＳｉｌｆａｃｅ（商標）ＳＡＧ−００２、ＳＡＧ−００５、ＳＡＧ−００８、ＳＡＧ−ＫＢ、及びＳＡＧ−５０３Ａ（日信化学工業株式会社製造）である。
【００８１】
界面活性剤は、典型的には、０．０５重量％〜２重量％又は０．１〜１重量％の範囲の量で水性インクジェットインク中に存在する。
【００８２】
水性インクジェットインクは、安息香酸、ジクロロフェン、ヘキサクロロフェン、ソルビン酸、ヒドロキシ安息香酸エステル、デヒドロ酢酸ナトリウム、１，２−ベンチアゾリン−３−オン（「Ｐｒｏｘｅｌ（登録商標）ＧＸＬ」、Ａｒｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．より入手可能）、３，４−イソチアゾリン−３−オン、又は４，４−ジメチルオキサゾリジンなどの殺生物剤を含むこともできる。存在する場合、殺生物剤の量は、典型的には０．０１〜２重量％又は０．０５〜１重量％の範囲内である。
【００８３】
水性インクジェットインクは、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）などの金属イオン封鎖剤を含むこともできる。
【００８４】
インクジェットプリントヘッド
本発明によるインクは、主として、サーマルインクジェットプリントヘッドと関連して使用される。サーマルインクジェットプリントヘッドの代表的な種類は、例えば、米国特許第９，９５０，５２７号明細書、米国特許第９，２８３，７５６号明細書、及び米国特許第９，９９４，０１７号明細書に記載されており、それらのそれぞれの内容が参照により本明細書に援用される。完成させるために、代表的なサーマルインクジェットプリントヘッドを以下に説明する。
【００８５】
図１及び２を参照すると、フロア１４、ルーフ１６、及びフロアとルーフとの間に延在する周囲壁１８を有する主室１２を含むインクジェットノズル装置１０が示されている。図１は、層間絶縁（ＩＬＤ）層が散在する複数の金属層を含むことができるＣＭＯＳ層２０を示している。
【００８６】
図１中、ルーフ１６は、各ノズル装置１０の詳細を明らかにするため透明層として示されている。典型的には、ルーフ１６及び周囲壁１８は、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素などのセラミック材料で構成される。
【００８７】
ノズル装置１０の主室１２は、発射室２２及び副室２４を含む。発射室２２は、ルーフ１６中に画定されるノズル開口部２６と、フロア１４に結合した抵抗発熱体２８の形態のアクチュエーターとを含む。副室２４は、フロア１４中に画定される主室入口３０（又は「フロア入口３０」）を含む。主室入口３０は、副室２４の端壁１８Ｂと接触して部分的に重なっている。この配置によって、副室２４の毛管現象が最適化され、それによってチャンバー    補充速度が促進され、刺激され、最適化される。
【００８８】
バッフルプレート３２によって主室１２が分割されて、発射室２２と副室２４とが画定される。バッフルプレート３２は、フロア１４とルーフ１６との間に延在する。
【００８９】
そのいずれかの側の上でバッフルプレート３２の側面に配置される１組の発射室入口３４によって、副室２４は発射室２２と流体連通する。各発射室入口３４は、バッフルプレート３２のそれぞれの側端と周囲壁１８との間に延在する間隙によって画定される。
【００９０】
ノズル開口部２６は、細長く、発熱体の中央長手方向軸と位置が合った主軸を有する楕円の形態をとる。
【００９１】
図２中に最も良く示されるように、発熱体２８は、そのそれぞれの末端において、１つ以上のバイア３７によって主室１２のフロア１４を通過して露出するそれぞれの電極３６に接続される。典型的には、電極３６は、ＣＭＯＳ層２０の上部金属層によって画定される。発熱体２８は、例えば、ＴｉＡｌＮｂＷなどのチタン−アルミニウム合金で構成されてよい。一実施形態では、発熱体２８は、酸化タンタル及びその他の金属酸化物などの１つ以上の保護層で被覆することができる。
【００９２】
発熱体２８と電極３６との間に電気的接続を形成するために、バイア３７には、あらゆる適切な導電性材料（例えば銅、タングステンなど）を充填することができる。発熱体２８から電極３６への電極接続の適切な形成方法は、米国特許第８，４５３，３２９号明細書に記載されており、この内容は参照により本明細書に援用される。
【００９３】
各電極３６の一部は、それぞれ端壁１８Ａ及びバッフルプレート３２の下に直接配置することができる。この配置によって、有利には、装置１０の全体的な対称性が改善され、発熱体２８がフロア１４から剥離する危険性が最小限になる。
【００９４】
プリントヘッドチップ１００は、複数のインクジェットノズル装置１０から構成されてよいが、図１中のプリントヘッドチップ１００の部分切り欠き図には、明確にするため、２つのみのインクジェットノズル装置１０が示されている。プリントヘッドチップ１００は、不動態化されたＣＭＯＳ層２０を有するプリントヘッド基板１０２と、インクジェットノズル装置１０を含むＭＥＭＳ層とによって画定される。図１中に示されるように、各主室入口３０は、プリントヘッドチップ１００の裏側に画定されるインク供給チャネル１０４に連絡する。インク供給チャネル１０４は、一般に主室入口３０よりもはるかに幅が広く、これと流体連通する各主室１２に液体を供給するために多量のインクを供給する。各インク供給チャネル１０４は、プリントヘッドチップ１００の前側に配置されるノズル装置１０の１つ以上の列に対して平行に延在する。典型的には、米国特許第７，４４１，８６５号明細書（この内容は参照により本明細書に援用される）の図２１Ｂ中に示される配置により、各インク供給チャネル１０４は、ノズル列の組（明確にするため図１中には１列のみが示されている）にインクを供給する。
【実施例】
【００９５】
プリントヘッド寿命試験
修正した印刷装置中で操作するために個別に取り付けたＭｅｍｊｅｔ（登録商標）プリントヘッド集積回路（ＰＨＩＣ）を用いて、加速プリントヘッド寿命試験を行った。ＰＨＩＣの各インクジェットノズル装置は、下にある酸化ケイ素ペデスタル上に配置され酸化タンタルで被覆された抵抗発熱体を含んだ。
【００９６】
方法Ａ：試験パターンを一定時間ごとに印刷し、目視検査により装置の状態を調べた。  印刷品質があらかじめ決定された閾値を下回ったときに、ＰＨＩＣがその寿命の終わりに到達したと見なし、試験を停止した。プリントヘッド寿命を示すために、プリントヘッド故障時の吐出回数を記録した。
【００９７】
方法Ｂ：特定の吐出回数で消費される全インク質量の平均として、吐出液滴体積を測定した。故障したノズル装置の計算数に基づいて、ＰＨＩＣの故障を判断した。２５６個のノズル装置の中の１０個が故障した場合に、ＰＨＩＣが故障したと見なした。プリントヘッド寿命を示すために、プリントヘッド故障時の吐出回数を記録した。
【００９８】
細線ヨレ（Ｔｈｉｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｉｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）（ＴＬＭ）分析
１ドット及び４ドットの幅を有するドットの細線（長さ３ｍ）を印刷媒体のウェブ上に印刷した。これらの細線を、線のいずれかの側でヨレが生じた液滴について目視評価した。印刷出力から、０（最悪）から１０（最良）のＴＬＭ等級を求めた。定性的には、７〜１０のＴＬＭ等級は、あらゆる用途で許容できる優れた印刷品質を有すると見なし；５〜６のＴＬＭ等級は、全てではないがほとんどの用途で許容できる十分な印刷品質を有すると見なし、；０〜４のＴＬＭ等級は、ほとんどの用途で許容できない低い印刷品質を有すると見なした。
【００９９】
結果及び考察
最初に、一連の緩衝添加剤のプリントヘッド寿命に対する影響を調べた。
【０１００】
表１中に示されるように黄色インクを配合し、水酸化ナトリウムを用いてｐＨを約９．２に調整した。全てのインクは使用前に濾過し（０．２ミクロン）、各インクは、窒化ガリウム九水和物として存在する１ｐｐｍのガリウムイオンを含んだ。緩衝添加剤濃度は、表１中の全てのインクで５ｍＭであった。
2021535239.tif 000003
【０１０１】
表１中に示される黄色インク配合物（インク１〜９）に対して、前述の方法Ａを用いてプリントヘッド寿命の試験を行い、プリントヘッドの故障前の液滴吐出回数（百万単位の吐出として報告される）を求めた。これらのプリントヘッド寿命試験の結果を表２中に示す。
2021535239.tif 000004
【０１０２】
これらの最初の試験から、ビス−トリスプロパン及びＡＭＰＤが、プリントヘッド寿命を延ばす最も有用な候補として特定された。これら２つの添加剤は、（１）約８．５を超えるｐＫａ；及び（２）−０．０２５以下のｄ（ｐＫａ）／ｄＴの共通の性質を有する。特に、全試験した他の全ての添加剤は、これら２つの性質を有さず、プリントヘッド寿命の同じ改善は示さなかった。例えば、ホウ酸は、９．２４のｐＫａを有するが、ｄ（ｐＫａ）／ｄＴはわずか−０．００８であり、ベースラインのインク（インク１）よりも幾分悪い性能を示した。これらの最初の観察は、高温におけるノズル室中のｐＨの局所的な低下によって、金属酸化物腐食速度が減少し、それによってプリントヘッド寿命が延びるという本発明者らの仮説と大まかには一致した。
【０１０３】
しかし、特定の添加剤を使用した液滴吐出の総数におけるこれらの期待の持てる改善にもかかわらず、大まかな観察では、比較的少ない液滴吐出の後でさえも試験の過程にわたって印刷品質が低下する（場合により一時的であるが）ことが示された。この印刷品質の低下は、発熱体のコゲーションの結果としての液滴のヨレ及び／又は液滴速度の低下よるものと思われた。
【０１０４】
したがって、本発明者らは、ｐＫａ＞８．５及びｄ（ｐＫａ）／ｄＴ＜−０．０２５の特性を満たす別の添加剤の調査をさらに行った。表３中に示されるようにシアンインク（インク１０〜１７）を配合し、ｐＨを約９．１に調整した。全てのインクは使用前に濾過し（０．２ミクロン）、各インクは、硝酸アルミニウム九水和物として存在する１ｐｐｍのアルミニウムイオンを含んだ。
2021535239.tif 000005
【０１０５】
図３中に示されるシアンインク配合物（インク１０〜１７）に対して、前述の方法Ｂを用いてプリントヘッド寿命の試験を行い、プリントヘッドの故障前の液滴吐出回数（百万単位の吐出として報告される）を求めた。さらに、試験印刷物から、印刷品質の評価のために細線ヨレ（ＴＬＭ）等級を求めた。これらのプリントヘッド寿命試験及び印刷品質分析の結果を表４中に示している。
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【０１０６】
インク１１〜１７の全てが、ｐＫａ＞８．５及びｄ（ｐＫａ）／ｄＴ＜−０．０２５の共通の性質を有し、全てがベースラインのインク（インク１０）に対してプリントヘッド寿命の顕著な改善を示した。アンモニウムイオンを含むインク（インク１４〜１６）は、他の窒素含有化合物を含むインク（インク１１〜１３及び１４）と比較すると、プリントヘッド寿命の改善に全体的に最も有効であった。ＴＬＭ等級によって評価すると、試験したアンモニウム塩の中では、ギ酸アンモニウム（インク１４）及び硝酸アンモニウム（インク１５）が、酢酸アンモニウム（インク１６）よりも優れた印刷品質が得られた。全体的に、ギ酸アンモニウム（インク１４）は、プリントヘッド寿命の改善と印刷品質との間で最良のバランスが得られた。さらに、インクの大量生産中の多量の硝酸アンモニウムの取り扱いに関して起こりうる安全性の問題のために、ギ酸アンモニウムが好ましかった。
【０１０７】
表５中に示されるように種々の量のギ酸アンモニウムを含むシアンインク（インク１８〜２３）を配合し、ｐＨを約９．１に調整した。全てのインクは使用前に濾過し（０．２ミクロン）、各インクは、硝酸アルミニウム九水和物として存在する１ｐｐｍのアルミニウムイオンを含んだ。
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【０１０８】
シアンインク１８〜２３に対して前述のプリントヘッド寿命及び印刷品質の試験を行い、結果を表６中に示している。
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【０１０９】
インク１９〜２３の全てが、ベースラインのインク（インク１８）に対してプリントヘッド寿命の顕著な改善を示した。わずか１８ｐｐｍのアンモニウムイオン（インク２０）の場合でさえも、ベースラインに対してプリントヘッド寿命の７５％の増加が確認され、８ｐｐｍのアンモニウムイオン（インク１９）の場合で、プリントヘッド寿命の測定可能な改善が依然として確認された。アンモニウムイオン量を増加させると（インク２１〜２３）、対応してプリントヘッド寿命が増加した。しかし、印刷品質の明らかなトレードオフが存在し、アンモニウムイオン量を増加させると、ＴＬＭ等級は９（インク２０）から５（インク２３）まで低下した。９０ｐｐｍを超えるアンモニウムイオン使用量では、インクをＴＬＭ等級によって評価すると、容認できない低い印刷品質を示した。
【０１１０】
種々のインク配合物中でギ酸アンモニウムの代わりに硝酸アンモニウムを使用した場合に、プリントヘッド寿命の同様の改善が確認された。インクの色及びインクビヒクル成分によって左右されるが、硝酸アンモニウムの濃度は、最適には約４０〜１２０ｐｐｍの範囲内（９〜２７ｐｐｍのアンモニウムイオンに相当）であった。
【０１１１】
一般に、ＴＬＭ等級によって評価すると、エトキシル化グリセロール（Ｌｉｐｏｎｉｃ（登録商標）ＥＧ−１）を含むインク配合物は、エトキシル化グリセロールを含まないインク配合物よりも優れた印刷品質を有した。これは、エトキシル化グリセロールのコゲ防止作用によるものと思われた。典型的には、エトキシル化グリセロールは、プリントヘッド寿命の小さなトレードオフが存在するが、５重量％で存在する場合に印刷品質の改善に有効であった。より低濃度では、エトキシル化グリセロールは、印刷品質の改善の効果は幾分少なかったが、プリントヘッド寿命は、より高濃度と比較して幾分改善された。
【０１１２】
したがって、以上より、本発明が、プリントヘッド寿命を改善するためのインク、印刷システム、方法、及びインクセットを提供することを認識されるであろう。アンモニウムイオンは、印刷品質の最小限の低下で、非常に低濃度でプリントヘッド寿命の改善に最も有効であることが分かった。しかし、印刷品質に対する影響はより大きいが、必要な特性を満たす別の窒素含有化合物も有効であった。
【０１１３】
当然ながら、本発明は、単なる例として説明されており、添付の請求項において規定される本発明の範囲内で詳細の変更が可能であることを認識されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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