(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性ビヒクル中で一方の極性に帯電する官能基を有する顔料粒子を含む顔料インクと、該顔料粒子と同一極性に帯電し得る官能基を有するポリエーテル系ウレタンフォームを含むインク保持体とを有することを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項２】
前記顔料粒子は、以下の官能基群から選択される基が化学的に結合されたカーボンブラックであることを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
【化１】
官能基群    −ＣＯＯＨ
−ＳＯ３Ｈ
−Ｎ＋Ｒ３Ｘ−
（ＲはＨ又はアルキル基、Ｘは無機又は有機アニオンを表わす。）
【請求項３】
前記ポリエーテル系ウレタンフォームは、アクリル酸グラフトコポリマーポリオール構造、または、ジエチルアミノエチルメタクリレートグラフトコポリマーポリオール構造を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は記録用インクカートリッジ、特にインクジェットプリンター用に適したインクカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような水性インクの着色剤としては、染料を溶解した染料インクと顔料を分散した顔料インクが知られており、一般的に、前者は記録濃度が高く後者は記録画像の耐水性、耐光性等の堅牢性が高いという特徴を有する。カーボンブラックのような顔料を用いたインクジェット用インクは特に耐水性、耐候性等の堅牢性に優れている。カーボンブラックの分散安定性を改善したインクジェット用顔料インクの例として、例えば特開昭６４−３１８８１号公報、特開昭６４−６０７４号公報には、硝酸等により酸化処理しｐＨ５．０以下としたカーボンブラックを用いたインクが記載されている。また特許第２７１４２４０号（特開平３−２１０３７３号）公報には、印字物の画像濃度が染料インクの場合より劣るので画像濃度をあげるためインク中の顔料濃度を高くすると、分散安定性、吐出ノズル先端での吐出安定性に欠けかつ使用を中断するとノズル先端で固化するので、この不都合を改善するため、水溶性樹脂を分散用に添加使用し、特に、水溶性樹脂の平均分子量が低すぎるとカーボンブラック粒子の周囲に付着して分散体を安定に分散するに充分の粒子径のものにすることができないので重量平均分子量は３０００以上であることが必要であり、また水溶性樹脂の平均分子量が高過ぎると水性媒体の粘度を増大し過ぎるので重量平均分子量３００００以下のものを採用することが記載されている。
【０００３】
顔料の分散安定のため分散剤樹脂を混和した場合には顔料が必要最小限の分散剤樹脂により完全に均一被覆されないことがあり、また分散剤樹脂が１度被覆された顔料から分散媒中に溶出することがある等の理由で、顔料の分散剤樹脂による被覆に比し、分散に寄与する官能基が顔料表面に直接結合した自己分散型の方が明らかに優れている。特開平１０−１９５３６０号公報には、カーボンブラックの表面に、−ＣＯＯＭ、−ＳＯ3Ｍ、−ＰＯ3ＨＭ、−ＰＯ3Ｍ2、−ＳＯ2ＮＨ2、−ＳＯ2ＮＨＣＯＲ等の親水性基が直接若しくは他の原子団を介して結合している自己分散型カーボンブラックを含む色材と、一般式Ｈ(ＣＨ2)ｍＣ((ＣＨ2)ｎＯＨ)3で表わされる保湿剤と、水と水溶性有機溶剤とからなる水性媒体とを含有することにより、長期保存安定性、ノズル目詰まり防止性、間欠吐出安定性、吐出耐久性を改善したインクジェット記録用の水性顔料インクを用いたインクジェット記録装置が記載されているが、但しこのインクジェット記録装置は、発泡体を内包するインクジェット用カートリッジを用いるものではない。
【０００４】
一方、ジェット用ノズルにインクを均一に供給するため、インクジェット用カートリッジ内部に発泡体を収納しこの発泡体内に水性インクを含浸させることは従来から知られており、例えば特開平８−２７２９７号公報には、全ポリオール成分としてポリオキシエチレン、有機ジイソシアネートを発泡させて得られたポリウレタンフォームをインクジェット方式のインク容器内に配置されたインク保持体に用いると、インクを素早く、しかもデッドスペースもなく充填するのに適したものとなることが記載されており、特開平７−３０４１８６号公報には、ヒドロキシアクリレートまたはヒドロキシメタクリレートを主成分とする吸水性樹脂にカーボンブラックを分散させた正の吸水抵抗変化特性を有する抵抗被膜とを備えたインキカートリッジが記載されており、特開平５−３８８１６号公報には、インクによりフォーム自体の劣化による分解物がインク中に溶出してインクの表面張力を低下させる等の不具合原因となるエステル系ウレタンフォームに代えて、ポリエーテル系ポリオールとポリイソシアネートとを発泡、反応させて得られるウレタンフォームであって、スチレン及び／又はアクリロニトリルをグラフトさせたポリマーポリオールを全ポリオール成分中の２０％（重量比）以上用いたウレタンフォームインク保持体をインクカートリッジ内部に収納することが記載されている。
【０００５】
特開平６−１５８４０号公報には、ポリエーテルポリオール中のエチレンオキサイド（ＥＯ）とプロピレンオキサイド（ＰＯ）の比率が２０：８０〜５０：５０、ポリエーテルポリオール１００重量部当たり２〜５重量部の水発泡剤とから製造しインクに対する体積膨潤率が５〜６０％のウレタンフォームよりなるインク保持体をインクカートリッジ内部に挿入することによりカートリッジ内壁とインク保持体との間に生じる隙間をなくすることが記載され、特開平６−９９５８５号公報には、プラスチックフォームのインク保持体をカートリッジ内全体に均一に充填することの難かしさに鑑みて特にインク排出口近くに密度の高いプラスチックフォームを適用し、他のインクタンク（カートリッジ）内部には圧縮しないプラスチックフォームを充填する場合（特開平４−１７３３４３号公報記載の、圧縮密度を変化させたプラスチックフォームを重ね合わせるか、圧縮密度を変化させつつインクタンク内への充填する場合）に、微細な連通気孔を有するウレタンフォーム又はメラミンホルムアルデヒドフォームフォーム体の被圧縮部位に、圧縮方向に向かうスリットを形成して充填することが記載されている。
【０００６】
特開平６−１０７８３６号公報には、熱硬化メラミン縮合体は連続気泡性のかつ気泡の細かいプラスチックホームであるが、ウレタンフォームに比べて機械的強度が小さいためタンク内への充填時に破れる恐れがあり、又、フォーム体中に他のセル径に比べて極端に大きなセル径の空孔ができやすく、インク保持体にかかる空孔があるとその特性を失うこととなってしまうこと、ポリエステルタイプのウレタンフォームは、メラミン縮合体の発泡体とほぼ同等程度のインク保持体として使用するのに適したセル径（セル平均径１００〜３００μｍ）を有するフォームを得ることができるが、加水分解されやすく、インクの組成中にこれが溶出しやすく不適であること、ポリエーテルタイプのウレタンフォームはその原料の粘度が低いため、セル径の細かいフォーム体を得るのが困難であり、小さいセル径のポリエーテルタイプウレタンフォームを得る方法としてプレポリマー法を用いても連続気泡のセル（いわゆるオープンセル）を有するウレタンフォーム体を得ることはできないことが記載され、また、インクを保持するための毛細管現象をより発現させんとしてウレタンフォームを圧縮してカートリッジに充填することにより網状体の間隔をせばめる場合に、加熱圧縮すると、半永久的に変形をもたらし、断熱性であるウレタンフォームには熱が均一に伝わりにくいため、部分的に、例えば表面のみに圧縮が集中してしまい圧縮変形ムラを生じるという不具合を避けるため、主原料としてポリエーテルポリオール、イソシアネート、及び整泡剤、触媒等を混合して得られるポリエーテルタイプポリウレタンフォームのインク保持体であって、ポリエーテルポリオールとして粘度１，５００〜３０，０００ＣＰのポリエーテルポリオールを用い、主原料を同時にミキシングヘッド内に導くことによって混合・発泡されたセル径が８０〜４００μｍを有するインク保持体用フォームを用いることが記載されており、特開平７−２４２７６１号公報には、ポリウレタンのインク保持体発泡の際に整泡剤として、インクに溶出してインクの表面張力を下げる欠点があるオルガノポリシロキサンに代えて、一分子中に活性水素含有基、エポキシ基及びイソシアネート基のいずれか一つ以上を有するオルガノポリシロキサンを使用することが記載されている。
【０００７】
特開平７−２８６０５６号公報には、経時的なインクの表面張力の低下を抑えるため、水酸基価８０及び４６０のポリエーテルポリオールをそれぞれ８５重量部並びに１５重量部、１重量％水溶液の表面張力が３１ｄｙｎｅ／ｃｍの整泡剤を１．０重量部、その他発泡剤及び触媒からなるポリオール成分と、ＴＤＩとを反応させて（イソシアネートインデックス＝１１０）得られるポリウレタンフォームを、網状化処理して三次元網目構造のフォームを使用してインク保持体を得ることが記載されており、特開平７−３２６１３号公報には、分子量２０００のポリエーテルポリオール１００重量部、トリエチルアミン触媒１重量部、シリコーン整泡剤１重量部及びＮＣＯ含量２９．０重量％に調整されたアロハネート変性ＴＤＩを所定量（イソシアネート指数＝１００）加え、発泡させて得られる熱溶融性ポリウレタンフォームをポリスチレンからなる容器内に充填して、解体することなくインク保持体も含めて粉砕、再溶融して容易に再利用することのできるインク収納容器とすることが記載されている。
【０００８】
このようなフォームのインク保持体は、いずれにしても樹脂材料から形成され、したがって疎水性構造の部分と親水性構造の部分とを含む。また、インク用顔料の分散安定化のための分散剤も構造的には、疎水性部分と親水性部分とを有する。このような顔料インクをフォームのインク保持体に含浸させた場合には、分散剤の疎水性部分は、フォーム樹脂の疎水性部分に配向し、その結果、顔料から分散剤が脱落することになる。特開平１０−１４００６２号公報には、このようなインクの劣化を防ぐため、カーボンブラックの表面に、少なくとも一種の親水性基が直接若しくは他の原子団を介して結合した自己分散型カーボンブラックを用いてこれを疎水性のフォームに含浸させることが記載されている。しかし疎水性のフォームは、親水性顔料インクの含浸を忌避することがある。
【０００９】
また、ポリウレタンフォームをインク保持体としたカートリッジにカーボンブラックを含む顔料インクを充填して使用した場合、インクがまだ十分量残存しているにもかかわらず、それ以上出なくなったり、印字濃度が十分に得られなくなったりする場合があり、このような問題点は、カートリッジから排出されるインクに含まれるカーボンブラック濃度が元のインク濃度と比べて低いこと、また、カーボンブラック粒子がポリウレタンフォームに吸着し、その結果ビヒクルが優先的にカートリッジから排出されていることが原因であることが判明した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、上記問題点を解決し、耐水性、耐候性に優れた高濃度の画像を得ることにあり、更に、カーボンブラック含有インクを用いても、カートリッジ内での目詰まりを起こすことなく、最後まで安定したインク供給が可能なインクカートリッジを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の（１）「水性ビヒクル中で一方の極性に帯電する官能基を有する顔料粒子を含む顔料インクと、該顔料粒子と同一極性に帯電し得る官能基を有するポリエーテル系ウレタンフォームを含むインク保持体とを有することを特徴とするインクカートリッジ」、（２）「前記顔料粒子は、以下の官能基群から選択される基が化学的に結合されたカーボンブラックであることを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
【００１２】
【化２】
官能基群    −ＣＯＯＨ
−ＳＯ３Ｈ
−Ｎ＋Ｒ３Ｘ−
（ＲはＨ又はアルキル基、Ｘは無機又は有機アニオンを表わす。）」、（３）「前記ポリエーテル系ウレタンフォームは、アクリル酸グラフトコポリマーポリオール構造、または、ジエチルアミノエチルメタクリレートグラフトコポリマーポリオール構造を含むものであることを特徴とする前記（１）項又は前記（２）項に記載のインクカートリッジ。」によって達成される。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
まず、以下の方法で、本発明に用いる顔料インク、ポリウレタンフォーム及びカートリッジを作製した。
［顔料インク］
以下の処方により、アニオン分散型インク１、アニオン分散型インク２、及びカチオン分散型インク３を調製した。
【００１４】
・インク１
スルホン基含有カーボン                                  ５重量部
（ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ２００、Ｃａｂｏｔ社製）
ジエチレングリコール                                  １５重量部
グリセリン                                              ５重量部
２−ピロリドン                                          ２重量部
水                                                    ７３重量部
【００１５】
・インク２
カルボキシル基含有カーボン                              ５重量部
（ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００、Ｃａｂｏｔ社製）
ジエチレングリコール                                  １５重量部
グリセリン                                              ５重量部
２−ピロリドン                                          ２重量部
水                                                    ７３重量部
【００１６】
・インク３
４級アミン基含有カーボン                                ５重量部
（ＩＪＸ−５５、Ｃａｂｏｔ社製）
ジエチレングリコール                                  １５重量部
グリセリン                                              ５重量部
２−ピロリドン                                          ２重量部
水                                                    ７３重量部
【００１７】
［ポリウレタンフォーム］
以下の処方により、アニオンを有するポリウレタンフォーム１、及びカチオン基を有するポリウレタンフォーム２を作製した。ポリウレタンフォームは常法によりセル膜を除去して３次元網目構造のフォーム体とした。
【００１８】
・ポリウレタンフォーム１
ポリオール                                        ６１．５重量部
（アクリル酸グラフトコポリマーポリオール）
トリレンジイソシアネート                              ３５重量部
ポリエーテルシロキサン                                  １重量部
水                                                      ２重量部
トリエチレンジアミン                                ０．３重量部
オクチル酸錫                                        ０．２重量部
【００１９】
・ポリウレタンフォーム２
ポリオール                                        ６１．５重量部
（ジエチルアミノエチルメタクリレートグラフトコポリマーポリオール）
トリレンジイソシアネート                              ３５重量部
ポリエーテルシロキサン                                  １重量部
水                                                      ２重量部
トリエチレンジアミン                                ０．３重量部
オクチル酸錫                                        ０．２重量部
【００２０】
［カートリッジの作製］
顔料インクとポリウレタンフォームの組み合わせにより、リコーＩＰＳｉＯ  ＪＥＴ３００用の空ケースにインク５２ｇを充填してカートリッジを作製し、画像濃度、抽出インクのカーボン含有量、及び印字不能になった時点でのカートリッジ内のインク残存量を調べた。（インク残量検知機能は予め切断し、残量検知により印字不能にならないようにして使用した。）結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
0004351326.tif 000002
【００２２】
実施例１及び２では、インク中のカーボンブラック及びインク保持体は共にマイナスに帯電しており、また、実施例３では共にプラスに帯電しているため、静電的斥力により吸着することなく、印字部に供給されるインク中のカーボンブラック濃度はもとのインク濃度と同等であり、十分な画像濃度が得られた。これに対し、比較例１及び２では、カーボンブラックとインク保持体は反対極性に帯電しているため、カーボンブラック粒子はインク保持体に静電的に吸着し、印字部に供給されるインク中のカーボンブラック濃度は極端に減少して低濃度の画像しか得られず、また、インクがまだ十分に残存しているにも係らず、カートリッジから排出されなくなった。
【００２３】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明より明らかなように、本発明のカートリッジは、顔料粒子とインク保持体が共に同一極性に帯電しているため、両者の間で静電的斥力が働き、顔料がインク保持体に吸着することなく、ビヒクルに均一に分散した状態で印字部に供給されるため、インクが目詰まりすることなく排出されて、従来のように残量が多いにも係らず排出されなくなるということがない（請求項１）。また、印字濃度も高い。更に、本発明の官能基を有するカーボンブラックを含有するインクにおいては、カーボンブラックの帯電性が高く安定しているため、インク保持体との斥力がより強く、また、カーボンブラック自身の分散安定性が高く、本発明の効果がより顕著になる（請求項２）。また更に、本発明のインク保持体を用いることにより、水性インクによる劣化が少なく、耐久性に優れ、安価で、容易にインク残量に関わりなく適切な静水圧を維持できるという優れた効果を発揮する。