JP3097208B2 - インクジェットプリンタ用インク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを飛翔させ、記
録紙等の被転写媒体上に文字や画像を形成するインクジ
ェット記録装置に供するインクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット記録方式としては
コンティニュアスタイプとオンデマンドタイプの２つの
方式に大別することができる。この様なインクジェット
方式に用いるインクとしては、染料を水に溶解させたイ
ンクが主流をしめている（以下水性インクと呼称す
る）。水性インクは、各種の水溶性染料を水または水及
び水溶性水溶性有機溶剤からなる溶媒中に溶解、必要に
より各種添加剤が添加されたものが現在用いられてい
る。これらのインクジェット記録の長所としては、直接
記録であるためにプロセスが簡単である。インパクト方
式ではないために無騒音である、カラー化が容易であ
る、高速記録が可能である、普通紙が使用できるため低
ランニングコストである、微小インク滴を吐出させるた
めに高解像度の記録が可能である等の優れた特徴を有し
ておりその将来が注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の従来技
術では、方式の違いにより多少異なるが、共通の技術的
課題として、 １ 被転写紙上でインクがにじみ、高品位な記録画像が
得られない。

【０００４】２ インクの被転写紙上での乾燥速度が遅
く、おびきが起きる。

【０００５】３ ノズル及びインク供給経路で目詰まり
し、インク吐出が安定しないが挙げられる。

【０００６】また、上記問題点を解決しようとする試み
も為されており、例えば、特公昭５５ー２９５４６号公
報には、特定の界面活性剤を添加し表面張力を下げてイ
ンクの被転写紙への吸着性を高めたものが提案されてお
り、特公昭５６ー５７８６２号公報には、強塩基性物質
を添加しｐＨをあげ、普通紙の耐水処理剤であるサイズ
剤やパルプ剤を化学的に溶解し、ドットの広がりと吸収
性を制御する方法が報告されており、また特公昭５８ー
１３６７５号公報には、インク中に分子量４万以上のポ
リビニルピロリドンをいれ、ドットの広がりと被転写紙
への吸収性を制御する方法が提案されているが、これら
の試みは前記問題点の一部分を解決するものであり、問
題点のすべてを解決する対策にはなっていない。またこ
れらのインクは水溶性染料を使うため、インクジェット
記録を行った場合被転写紙上での耐水性、耐光性におい
て劣ったものとなった。また水溶性染料を含んだ記録液
自体の保存安定性も染料の自然分解によりあまり高くな
い。

【０００７】そこで最近では、この様な染料系のインク
ジェットプリンタ用インクに代えて、顔料系インクジェ
ットプリンタ用インクをインクジェット記録方式に適用
する試みが為されている。この顔料系インクジェットプ
リンタ用インクには、得られた記録画像の耐光性や耐水
性が、上記染料系に較べ極めて良好であるという利点が
認められる。しかしながら、顔料はインク分散媒体に不
溶性であるが故に、それをインク中に微分散する上で高
度の技術を要すると共に、その分散安定性を高めること
は非常に困難なものである。

【０００８】そこで本発明の目的とするところは、前述
の問題点を解決するもので、第１に記録液自体の保存安
定性に優れたインクジェットプリンタ用インクを提供す
るところにある。第２に被転写媒体上でインクがにじみ
にくく、高品位な記録画像を得ることである。第３にイ
ンクの被転写紙上での乾燥速度が早くおびきが起きない
ことである。第４にノズル及びインク供給経路で目詰ま
りせず、インク吐出が安定するインクジェットプリンタ
用インクを提供することにある。この他に本発明の目的
とするところは、被転写紙上での耐水性、耐光性に優れ
たインクジェットプリンタ用インクを提供するところに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリンタ用インクは、分散媒体中に少なくとも、顔料と
不溶性樹脂粒子を分散させてなるインクジェットプリン
タ用インクであり、前記顔料を有機シラン系カップリン
グ剤と有機チタン系カップリング剤と有機燐酸系カップ
リング剤とクロム系カップリング剤とシリルパーオキサ
イド系カップリング剤とからなる群から選ばれる１つの
カップリング剤で化学処理し、該カップリング剤の他方
の反応基を前記不溶性樹脂粒子と反応させたことを特徴
とする。

【００１０】また前記分散媒体が非極性の絶縁性溶媒で
あることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１２】本発明のインク調整方法は、次の様に行っ
た。不溶性樹脂粒子を分散媒体に分散させる（こうして
得られたものを以下分散溶液と呼称する）。この分散溶
液に分散した不溶性樹脂粒子の表面官能基と化学結合反
応をおこすカップリング剤を徐々に添加した。カップリ
ング剤添加後、分散溶液を５０℃に保ちインク容量に比
例した時間分反応を進めた。なおこの際の反応時間の目
安は分散溶液１００ｍｌ当たりで２〜３時間がよい。こ
の際に不溶性樹脂粒子とカップリング剤の化学反応を促
進させる目的で触媒を加えてもよい。完全に不溶性樹脂
粒子とカップリング剤の化学反応が終了したことをＦＴ
−ＩＲを用いて確認した後に分散溶液をアトライターに
移し換え顔料を規定量添加し、１２時間分散を行い（こ
の際の分散溶液量は目安として３００ｍｌである）顔料
の細粒子化を進めるのと同時にカップリング剤と顔料間
の化学結合反応を行い均一分散系とした。この後にシラ
ンカップリング剤と顔料あるいは樹脂との化学結合によ
り生じた副生物を取り除く。

【００１３】必要に応じて分散剤を加え溶解した後、巨
大粒子やゴミ等を除くためフィルター等で濾過し本発明
のインクジェットプリンタ用インクを得ることができ
る。言うまでもないがカップリング反応の工程はこれに
限定されるものではない。

【００１４】以上の様なインク製造方法で調整したイン
クジェットプリンタ用インクの粘度としては、印字装置
の動作時の温度を０〜５０℃に設定した場合に、インク
吐出ヘッドの高速応答下におけるインクの液滴形成安定
性と飛翔安定性の観点から吐出ノズル付近において、３
０ｍＰａ・ｓ以下であることが必要であり、さらにより
高速応答性実現の為には１〜１５ｍＰａ・ｓがより好ま
しい。

【００１５】以下にインクの成分について具体的に例示
する。

【００１６】顔料としては、従来公知のものを含めて各
種の有機あるいは無機顔料が使用できる。例をあげれ
ば、カーボンブラック、不溶性アゾ顔料、フタロシアニ
ン系顔料、イソインドリノン系高級顔料、キナクリドン
系高級顔料、ペノリン・ペリレン系高級顔料等、アント
ラキノン系顔料、ジオキサジン系顔料、インジゴ系顔
料、チオインジゴ系顔料、あるいは金属酸化物（酸化
鉄、酸化チタン、酸化カドニウム、酸化クロム等）等を
あげることができる。その他顔料粒子表面を樹脂で被覆
した加工顔料も使用できる。これらは場合によっては二
種以上を混合して用いることもできる。

【００１７】本発明のインクジェットプリンタ用インク
に用いることのできる不溶性樹脂粒子としては、ポリ酢
酸ビニル・樹脂粒子、酢酸ビニル・コポリマー・樹脂粒
子（例えば、酢酸ビニルアクリル酸エステル、酢酸ビニ
ルマレイン酸ジブチル、酢酸ビニルベオバ、酢酸ビニル
エチレン）、アクリル酸エステル・コポリマー・樹脂粒
子（例えば、アクリル酸エステルメタクリル酸メチル、
アクリル酸エステルスチレン）、その他の熱可塑性樹脂
樹脂粒子（例えば、塩化ビニリデン・コポリマー、塩化
ビニル・コポリマー、ポリエチレン）、熱硬化性樹脂樹
脂粒子（例えば、エポキシ樹脂）、合成樹脂粒子（例え
ば、ブタジエンスチレン、ブタジエンアクリロニトリ
ル）等がある。これらの不溶性樹脂粒子は場合によって
は２種類以上を組み合わせて用いることもできる。

【００１８】本発明のインクジェットプリンタ用インク
に用いることのできるカップリング剤を例示する。

【００１９】有機チタン系カップリング剤の例として
は、例えばテトライソプロピルチタネート、テトラブチ
ルチタネート、テトラステアリルチタンネート、イソプ
ロポキシチタニウムステアレート等がある。

【００２０】クロム系カップリング剤としては、Ｄｕ
Ｐｏｎｔ社のＶｏｌａｎ、Ｖａｌｃｈｅｍ社のＶａｌｃ
ｈｒｏｍｅ５０１５等がある。

【００２１】シリルパーオキサイト系のカップリング剤
としては次の構造式で示されるものが例としてあげられ
る。

【００２２】

【化１】

【００２３】有機燐酸系カップリング剤としては次の構
造式で示されるものが例としてあげられる。

【００２４】

【化２】

【００２５】有機シラン系カップリング剤としては、ビ
ニルトリクロルシラン、ビニルトリス（βメトキシエト
キシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ
メトキシシラン、γーメタクリロキシプロピルトリメト
キシシラン、βー（３、４エポキシシクロヘキシル）エ
チルトリメトキシシラン。γーグリシドキシプロピルト
リメトキシシラン、γーグリシドキシプロピルメチルジ
エトキシシラン、Ｎーβ（アミノエチル）γーアミノプロ
ピルメチルジメトキシシラン、Ｎ-β（アミノエチル）
γーアミノプロピルメチルジメトキシシラン、γーアミノ
プロピルトリエトキシシラン、Ｎーフェニルーγーアミノ
プロピルトリメトキシシラン、γーメルカプトプルピル
トリメトキシシラン、γークロロプロピルトリメトキシ
シラン等があげられる。

【００２６】尚、本発明のカップリング剤としては上記
にあげられた例に限るものではなく、顔料とインク中の
不溶性樹脂粒子とカップリング反応を示すものならばす
べてのカップリング剤が使用できる。

【００２７】本発明に使用できる分散媒体としては、親
水性溶媒としては、水あるいはグリセリン、エチレング
リコール、ジエチレングリコール等の高沸点低揮発性か
つ高表面張力の多価アルコール類、さらにはトリエチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレング
リコール等の多価アルコール類、あるいはそれらのモノ
エーテル化物、ジエーテル化物、エステル化物、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、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等、その他Ｎメチル
２ピロリドン、１．３ージメチルイミダゾリジノン、エ
チルホルムアミド等の含窒素有機溶剤等の水溶性有機溶
剤等がある。また、疎水性溶媒としては、シロキサン結
合を有するシリコンオイル等、イソブチレン、塩化ビニ
ル等、更にはミネラルスピリット、ペンタン、ヘキサ
ン、オクタン、石油ナフサ、シクロヘキサン、ヘプタン
等の非極性溶剤等が使用できる。

【００２８】本発明に分散媒体としては上記のものを使
用できるが、特にインク吐出ヘッドでの目詰まり防止の
意味等から飽和蒸気圧が低くなおかつ沸点が高いものが
好ましい。具体的には非極性の絶縁性溶媒等が考えられ
る。非極性の絶縁性溶媒を例示すると、例えば脂肪族炭
化水素溶剤、エクソン社のアイソパー、フィリップ石油
社のソルトール、出光石油化学社のＩＰソルベント、石
油ナフサではシェル石油化学社のＳ．Ｂ．Ｒ．、シェル
ゾール、モービル石油社のベガゾール等がある。 本発
明の分散媒体に必要な特性としては、毒性の少ないこ
と、引火性が少ないこと、臭気が少ないことである。こ
れらは場合によっては２種類以上併用して用いることが
出来る。

【００２９】また本発明においては必要により分散剤を
添加することができ、公知の非イオン性界面活性剤、陰
イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面
活性剤、フッ素系、シリコン系、高分子分散剤を併用す
ることも可能である。

【００３０】例えばアニオン界面活性剤としては、高級
脂肪酸塩、高級アルキルジカルボン酸塩、高級アルコー
ル硫酸エステル塩、高級アルキルスルホン酸塩、高級脂
肪酸とアミノ酸の縮合物、スルホ琥珀酸エステル塩、ナ
フテン酸塩等である。カチオン界面活性剤としては、脂
肪族アミン塩、第４アンモニウム塩、スルホニウム塩、
ホスフォニウム塩等であり具体例を挙げるとオクタデシ
ルアミン酢酸塩、アルキルトリメチルアンモニウムクロ
ライド、ポリオキシエチレンオクタデシルアミン、ポリ
オキシエチレンアルキルアミン、高分子アミン等であ
る。

【００３１】両性界面活性剤としては、ジメチルアルキ
ルベタイン等のベタイン型等である。ノニオン界面活性
剤としては、ポリオキシエチレン化合物の脂肪酸エステ
ル型、ポリエチレンオキサイド縮合型等使用することが
できる。

【００３２】以下にインクの成分について具体的に説明
する。

【００３３】表１、表２に本発明の実施例によるインク
組成実施例１〜１０及び比較例のインク組成比較例１〜
比較例２を示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】なお表２に示した比較例２のインク組成は
市販の水性インクとほぼ同様な組成である。インクを作
製後以下の評価項目を設け本発明のインクジェットプリ
ンタ用インク及び比較例のインクを評価した。

【００３７】インク保存安定性：７０℃の高温下に密封
したインクを４ヶ月放置した後、観察し、 ・沈降は見られるが容易に再分散する。・・・好適
（◎） ・沈降は見られるが凝集（ハードケーキ）は起こってい
ない。・・・（○）適 ・沈降凝集が発生している。・・・不適（×） によって分類評価した。表３に実施例のインクの評価結
果、表４に比較例のインクの評価結果を示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】次にインクの印字品質、記録紙上での乾燥
速度、吐出部での目詰まり試験を評価する目的で行うイ
ンク印字評価は図１に示す如きインクジェットプリンタ
ヘッドを用いて行った。図１は本実施例に用いたインク
ジェットヘッド構造を示す断面図である。具体的にはキ
ャビティ３の壁面に、積層された圧電素子よりなる圧力
発生部材２が接着された構造を有す。駆動時には、印加
電圧により圧力発生部材２がたわむことによってキャビ
ティ内のインクを加圧することによりインクがノズル１
より吐出される。尚図中図１の４はインクであり、５は
ノズル１から吐出したインク滴である。本インクジェッ
トプリンタヘッドの吐出ノズル径は５０μｍ、圧電素子
駆動電圧５０Ｖ、駆動周波数２ｋＨｚ、解像度３００ド
ット／インチであった。

【００４１】上述の如きインクジェットプリンタヘッド
の構造によれば、吐出スピードが早いためインクの転写
面積が広くなる、少ドット化が可能、高解像度化が可
能、粘度、表面張力等のインク物性に対するマージンが
広い、目詰まりしにくい等のインジェットプリンタとし
てのすぐれた特性が得られる。

【００４２】前述のインクジェットプリンタヘッドを使
い以下の評価を行った。

【００４３】印字評価：印字品質と記録紙上でのインク
乾燥性確認を行う。

【００４４】印字品質：各種被転写紙に対して印字後、
目視あるいは顕微鏡観察（６０倍）によりインクのにじ
みの有無を評価し、 ・目視あるいは顕微鏡観察によってもにじみが確認でき
ない。 ・・好適（◎） ・目視ではにじみは確認できないが顕微鏡観察により確
認できる。・・適（○） ・目視、顕微鏡観察のどちらにおいてもにじみは確認で
きる。 ・・不適（×） によって分類評価した。表３に実施例のインクの評価結
果、表４に比較例のインクの評価結果を示す。

【００４５】インク乾燥性：フルベタ印字後、別の記録
紙を印字面に合わせてインク移りがなくなるまでの時間
を調査し、 ・５秒以内でインク移りしなくなる。・・・好適（◎） ・６０秒以内でインク移りしなくなる。・・・適（○） ・裏移りしなくなるまで６０秒以上かかる。・・・不適
（×） によって分類評価した。表３に実施例のインクの評価結
果、表４に比較例のインクの評価結果を示す。

【００４６】インク目詰まり試験：図１に示した構造の
ヘッドにインクを充填し、４０℃の環境にノズルにキャ
ップなしの状態で１週間放置し、インクの吐出状況を評
価し、 ・すぐに吐出・・・好適（◎） ・ゴム板で擦り吐出・・・適（○） ・吐出しない・・・不適（×） により分類評価した。表３に実施例のインクの評価結
果、表４に比較例のインクの評価結果を示す。

【００４７】本発明のインクジェットプリンタ用インク
は、いずれも今回実施した全ての評価でインク保存安定
性が高く、にじみの無い高印字品質で、紙上のインクが
重ねられた紙へ裏移りしなくなるまでの時間は短く、ま
たインクのノズル部での目詰まり試験においても良好な
結果を示し、インクジェットプリンタ用インクとして好
ましいものであった。一方比較例１〜２のインクでは、
インク保存安定性、印字品質、インク乾燥性試験、ノズ
ル目詰まり試験の何れかがインクジェットプリンタ用イ
ンクとして不適であった。

【００４８】さらに、本発明のインクジェットプリンタ
用インクは再生紙であるゼロックス社製新ＣＫ紙、Ｒ
紙、本州製紙社製やまゆり紙に前記印字品質評価を行っ
たところ、上記３種の再生紙に対しても、にじみ等の少
ない良好な印字品質を得ることができた。

【００４９】以上、本発明の実施例を詳細に説明した
が、本発明のインクジェットプリンタ用インクはこれら
の構成、材料、製造方法に限定されるのものではない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インク保存安定性が高く、普通紙に対する滲みがなく、
印字乾燥性に優れ、ノズル目詰まりが生じない、良好な
品質のインクジェットプリンタ用インクを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリンタ用インクの記
録方法を示した断面図である

【符号の説明】

１ ノズル ２ 圧力発生部材（積層圧電素子） ３ キャビテイ部材 ４ インク ５ インク滴

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分散媒体中に少なくとも、顔料と不溶性樹
   脂粒子を分散させてなるインクジェットプリンタ用イン
   クであり、前記顔料を有機シラン系カップリング剤と有
   機チタン系カップリング剤と有機燐酸系カップリング剤
   とクロム系カップリング剤とシリルパーオキサイド系カ
   ップリング剤とからなる群から選ばれる１つのカップリ
   ング剤で化学処理し、該カップリング剤の他方の反応基
   を前記不溶性樹脂粒子と反応させたことを特徴とするイ
   ンクジェットプリンタ用インク。
2. 【請求項２】分散媒体が非極性の絶縁性溶媒であること
   を特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ用
   インク。