JP2002332443A - インクジェットインク組成物 - Google Patents

インクジェットインク組成物

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JP2002332443A JP2002058322A JP2002058322A JP2002332443A JP 2002332443 A JP2002332443 A JP 2002332443A JP 2002058322 A JP2002058322 A JP 2002058322A JP 2002058322 A JP2002058322 A JP 2002058322A JP 2002332443 A JP2002332443 A JP 2002332443A
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デニス・ピー・パラザク
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    • C09D11/00Inks
    • C09D11/30Inkjet printing inks

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  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーブリードを緩和できるインクジェット
インク組成物の提供。 【解決手段】 インクジェットインク組成物は着色剤と
ビヒクルを含み、このビヒクルはコハク酸と少なくとも
1つの別の有機酸との混合物を含む。好ましくはこの別
の有機酸はグルタル酸であり、これによるインク組成物
はペン又はインクカートリッジに組み込まれた場合に、
信頼性のあるペン挙動をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット印
刷用のカラーインク組成物に関し、より詳細には、カラ
ーブリードを最小にすると同時にペンの性能を向上させ
る、カラーインク組成物に関する。別の観点からは本発
明は、インクジェットインクの特性調整に有機酸の混合
物を使用する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】低コストと、高品質の出力(プリントア
ウト)という優れた組み合わせのゆえに、インクジェッ
トプリンタは近年、レーザプリンタのような他型式のノ
ンインパクトプリンタに代わるポピュラーな代替手段と
なっている。
【0003】インクジェット印刷は、マイクロプロセッ
サによって生成された電気信号に応答して、紙のような
印刷媒体上へと微細なインク滴を吐出する工程を伴う。
典型的には、インクジェットプリンタは、印刷媒体の表
面に対して相対的に動かされるカートリッジに搭載され
た、ペンのセットを使用する。ヒューレット・パッカー
ド社から入手できるDESKJET(商標)プリンタの
ような、市販のインクジェットカラープリンタでは、必
要なカラーの組み合わせを得るのに、シアン、イエロ
ー、マゼンタ及びブラックインクを含む4ペン式のセッ
トが広く採用されている。
【0004】典型的なペン(カートリッジ)は、非常に
小さなノズル(典型的には直径10−50μm)を有す
るオリフィスプレートを備えたプリントヘッドを含み、
インク滴はそのノズルを通して吐出される。これらのノ
ズルに隣接して、吐出に先立ちインクを格納するインク
チャンバがある。インク滴の吐出は現在、熱的(サーマ
ル式)もしくは圧電的(ピエゾ式)の何れかによって達
成される。サーマルインクジェット印刷では、各ノズル
は抵抗素子と組み合わされている。各抵抗素子は次い
で、マイクロプロセッサに接続されており、その信号に
よって1つ以上の抵抗素子が急激に加熱される。これに
よってインク蒸気の急激な膨張が生じ、それが対応する
ノズルを通してインク滴を印刷媒体上に差し向ける。ピ
エゾインクジェット印刷では、インク滴は、マイクロプ
ロセッサにより発生された電気信号で刺激された圧電結
晶の振動に基づいて吐出される。
【0005】インクとペン構造(例えば抵抗素子、ノズ
ル等)の間での相互作用は、ペン性能の信頼性に強く影
響する。加えて、インクと印刷媒体の表面及び本体(バ
ルク)の両者の間での相互作用もまた、印刷物の品質を
決定する主要な役割を演ずる。近年、ペン構造及び印刷
媒体の両方と有利な相互作用を示す、インクジェットプ
リンタ用の改良されたインク組成物を生成するために、
かなりの量の研究がなされてきた。
【0006】インクとペン構造の間の様々な複合的な相
互作用によって、ペン性能の短期及び長期の信頼性が両
方とも影響を受ける可能性がある。例えば、繰り返して
の吐出の結果物である、抵抗素子表面上の残滓の堆積と
して定義されるコゲによって、個々のサーマルヒータが
不良になることがあるが、これはペンの性能を徐々に低
下させる。
【0007】パドリング(puddling)やクラス
ティング(crusting)という現象はそれぞれ、
プリントヘッドのオリフィスプレート上における、イン
ク溜まり(パドル)の形成と不溶性殻状物(クラスト)
の形成に関連している。これらの障害は、液滴吐出特性
(例えば液滴の体積、速度及び方向)の不良につなが
り、従って印刷品質の低下をもたらす。この場合にもイ
ンク組成物は、これら2つの現象の度合いを決定すると
いう重大な役割を演ずる。界面活性剤を含有するインク
は表面張力が低く、パドリングを生じやすい一方、揮発
性インク組成物の蒸発は、クラスティングを導くことが
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】任意のペンセットのペ
ンの信頼性に影響する上述の諸性質に加えて、カラーイ
ンクジェット印刷に関する特有の問題は、2種類の異な
った色のインクが並べて印刷される時に印刷媒体の表面
及び内部の両方で生ずる混合、即ち「ブリード」の問題
である。ブリードは、界面における望ましくない色の形
成(例えばシアンとイエローが混ざってグリーンを生ず
る)、及びそれと同時に発生する、色の分離、分解能、
及びエッジ尖鋭度の喪失を引き起こすことがある。2つ
の隣り合った液体の色がよりコントラストの強いもので
ある場合(例えばブラックとイエロー)である場合、ブ
リードはより目立つものになる。隣接して印刷されるイ
ンクの間でのブリードを低減させるために、幾つかの方
法が提案されており、これには乾燥時間の短縮や浸透速
度の上昇が含まれる。加えて、pH感応性染料を用い
て、ブリードを制御することもできる。
【0009】米国特許第5181045号(ここでの番
号参照によってその内容を本書に取り入れる)は、イン
クジェット印刷の方法を開示しており、そこでは1つの
インク(pH感応性インク、通常はブラックインク)
が、定められたpH条件下で不溶化する着色剤を含み、
そして別のインク(標的インク、通常はカラーインク)
が、最初のインクに含まれる着色剤を不溶化するpHを
有する。ブリードを完全に制御するためには、この方法
では典型的に、2つのインクの間に4−5のpH差を必
要とする。従ってpH8を有するpH感応性インクから
ブリードを有効に除去するには、4を越えないpHを有
するインクが好ましい。
【0010】米国特許第5785743号(ここでの番
号参照によってその内容を本書に取り入れる)は、いわ
ゆる標的インク組成物に有機酸成分を添加することで、
ブリードの制御に要するpH差を1−3程度にまで小さ
く減らせることを開示している。結果として、標的イン
クのpHは7程度にまで高くでき、しかもpH8を有す
る侵食性のpH感応性インクからブリードを除去し、従
ってpHが低いインクに関連した幾つかの腐食性の問題
を緩和することができる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明はインクジェット
インク組成物である。この組成物は、少なくとも1つの
着色剤とビヒクルを含む。このビヒクルは、コハク酸と
少なくとも1つの別の有機酸との混合物を含む。この別
の有機酸は、単官能、二官能又は多官能有機酸であって
よい。具体的にはこの別の有機酸は、グルタル酸、シュ
ウ酸、マレイン酸、メチルコハク酸、マロン酸、アジピ
ン酸、フマル酸、ジヒドロキシフマル酸、リンゴ酸、メ
サコン酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレ
フタル酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、1,2−、
1,3−、及び1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、
1,2,3−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,
4−シクロヘキサントリカルボン酸、1,3,5−シク
ロヘキサントリカルボン酸、1,2−及び1,3−シク
ロペンタンジカルボン酸、クエン酸、酒石酸、ジヒドロ
キシテレフタル酸、1,2,3−、1,2,4−及び
1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、トリカルバリル
酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸、ノル
ボルネンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベン
ゾフェノンテトラカルボン酸、1,2,3,4,5,6
−ベンゼンヘキサカルボン酸、酢酸、ポリアクリル酸、
グリコール酸、及びそれらの誘導体であってよい。好ま
しくは、上記別の有機酸はグルタル酸である。
【0012】コハク酸の濃度は約2から約8重量%、例
えば約3から約6重量%であってよい。グルタル酸の濃
度は約0.1から約4重量%、例えば約0.5から約
1.5重量%であってよい。
【0013】ビヒクルはさらに、約0.1から約7重量
%の界面活性剤と約5から約25重量%の有機共溶媒を
含んでいてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下では、特に水性インクジェッ
トインク組成物とその材料を参照して、本発明を詳細に
説明する。 A.インク組成物 インク組成物の例示的な実施態様は、重量表示で(パー
セントは全て別途指示がない限り重量パーセントであ
る)もって、0.01から50%、好ましくは5から2
5%の有機共溶媒と、0から40%、好ましくは0.1
から7%の界面活性剤と、3から12%の混合有機酸
と、0.5から10%の染料を含む。インク組成物の残
余の部分は、ほとんど水である、但し、微生物の成長を
阻害する殺生物剤、重金属不純物の有害な影響を排除す
るEDTAのようなキレート剤、緩衝剤、及び粘度修正
剤その他のアクリル系又は非アクリル系ポリマーのよう
な他の成分を添加して、インク組成物の各種特性を改善
してもよい。
【0015】本発明の好ましい実施態様では、インク組
成物は重量で約18%の有機共溶媒、約6%の界面活性
剤、約6%の混合有機酸、及び約4%の染料を含む。 B.インク組成物の材料 1.有機共溶媒 1つ以上の有機共溶媒を用いて、本発明のインク組成物
を調製することができる。好ましい実施態様では、有機
溶媒は水溶性である。この目的に適した例示的な水溶性
有機共溶媒は、限定するものではないが、脂肪族アルコ
ール、芳香族アルコール、ジオール、トリオール、アミ
ド、ケトン、ポリケトン又はケトアルコール、窒素含有
複素環式ケトン、エーテル、グリコールエーテル、ポリ
(グリコール)エーテル、アルキレングリコール、ポリ
アルキレングリコール、アルキレン基含有チオグリコー
ル、多価アルコールの低級アルキルエーテル、及びラク
タムを含む。有機共溶媒の濃度は、0.01から50重
量%、好ましくは、5から25重量%の範囲にあってよ
い。
【0016】2.界面活性剤 本発明のインクのビヒクルの調合には、1つ以上の水溶
性界面活性剤を使用することができる。便宜上、界面活
性剤の例を2つのカテゴリに分ける。(1)非イオン性
及び両性と、(2)イオン性である。前者のカテゴリ
は、アルキルポリエチレンオキシド(POE)、アルキ
ルフェニルPOE、エチレンオキシド/プロピレンオキ
シドブロック共重合体、アセチレンPOE、POEエス
テル、POEジエステル、POEアミン、POEアミ
ド、及びジメチコーンコポリオールを含む。米国特許第
5106416号(ここでの番号参照によってその内容
を本書に取り入れる)は、上に挙げた界面活性剤の多く
について、より詳細な議論を行っている。置換アミンオ
キシド、又はオクチルアミンクロロ酢酸付加物のオクチ
ルジメチルグリシン系列のような両性界面活性剤も、本
発明の実施において有用である。プロトン化POEアミ
ンのようなカチオン界面活性剤、及び限定するものでは
ないが、塩化ヘキサデシルジフェニルオキシドジスルホ
ネートのようなジフェニルスルホネート誘導体、及びエ
トキシル化長鎖アルコールリン酸エステルのようなアニ
オン界面活性剤も用いることができる。
【0017】非イオン性/両性界面活性剤は、イオン性
界面活性剤よりも好ましい。本発明の実施において好ん
で用いられる界面活性剤の特定例には、エトキシル化第
2アルコール、SURFYNOL(エア・プロダクツ社
の商標)CT−111、オクチルジメチルグリシン、塩
化ヘキサデシルジフェニルオキシドジスルホネート、オ
レイルトリエトキシモノジホスフェート、イソ−ヘキサ
デシルエチレンオキシド20(ARLASOLVE(商
標)200としてICIグループから市販)、及び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、N,N−
ジメチル−N−(Z−9−オクタデセニル)−N−アミ
ンオキシドのようなアミンオキシドがある。本発明のイ
ンク組成物は、0から40重量%の、好ましくは0.1
から7重量%の界面活性剤を含む。
【0018】3.有機酸 本発明のインク組成物には2つ以上の有機酸を含有させ
ることができる。先に述べたように有機酸は、カラーブ
リードを制御するのに好ましく要求される、隣接インク
間のpH差を有効に低減させる。好ましくは、コハク酸
が有機酸の1つである。補助的又は追加的な有機酸とし
ての使用に適している例示的な有機酸には、単官能有機
酸、二官能有機酸、及び多官能有機酸がある。これら
は、限定するものではないが、グルタル酸、シュウ酸、
マレイン酸、メチルコハク酸、マロン酸、アジピン酸、
フマル酸、ジヒドロキシフマル酸、リンゴ酸、メサコン
酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル
酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、1,2−、1,3
−、及び1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,
2,3−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4−
シクロヘキサントリカルボン酸、1,3,5−シクロヘ
キサントリカルボン酸、1,2−及び1,3−シクロペ
ンタンジカルボン酸、クエン酸、酒石酸、ジヒドロキシ
テレフタル酸、1,2,3−、1,2,4−及び1,
2,5−ベンゼントリカルボン酸、トリカルバリル酸、
1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸、ノルボル
ネンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸、1,2,3,4,5,6−ベ
ンゼンヘキサカルボン酸、酢酸、ポリアクリル酸、グリ
コール酸、及びこれらの誘導体を含む。好ましくは、グ
ルタル酸が本発明の別の、第二の有機酸である。本発明
のインク組成物は好ましくは、3から12重量%の混合
有機酸を含む。
【0019】4.染料 本発明に適した染料は、限定するものではないが、ダイ
レクトブルー86、ダイレクトブルー199、ダイレク
トイエロー132、アシッドイエロー132、ダイレク
トレッド9、ダイレクトレッド32、アシッドイエロー
23、アシッドブルー185、アシッドブルー9、アシ
ッドレッド17、アシッドレッド52、アシッドレッド
249、及びリアクティブレッド180のような水性染
料を含む。本発明のインク組成物は好ましくは、0.5
から10重量%の水性染料を含む。
【0020】
【実施例】本発明をさらによく説明するために、幾つか
の例示的な組成物を以下に述べる。 実施例1−ブリード 表1に示すようにしてインクジェットインク組成物を調
製した(全ての値は、別途指定されない限り重量パーセ
ントである)。
【0021】
【表1】
【0022】表1のインクジェットインク組成物を用
い、Union Camp JAMESTOWN(商
標)用紙上で、ブラックとマゼンタの間でのカラーブリ
ード試験を実施した。得られたカラーブリードの結果を
図1に示す。カラーブリード試験は、顔料ブラックイン
ク(HP DESKJET 970 PROFESSI
ONAL SERIES(商標)プリンタに使用されて
いる)を、一連のマゼンタカラーインクに隣接して印刷
する操作を包含する。表1から分かるように、マゼンタ
カラーインクは、有機共溶媒、界面活性剤及びマゼンタ
染料を含有する。加えて、マゼンタカラーインクは各
々、キログラム当り450ミリモルの有機酸を含み、そ
の場合のグルタル酸のモル分率は、(a)1.000、
(b)0.833、(c)0.667、(d)0.50
0、(e)0.333、(f)0.167及び(g)
0.000であり、モル分率の残りはコハク酸から構成
された。図1に示した結果は、カラーブリードがテスト
した全てのインクについて許容できるものであったこ
と、及び従って、コハク酸とグルタル酸の混合物を含ん
でいるインクは、コハク酸又はグルタル酸のみを含んで
いるインクと同様に、良好に作用することを示してい
る。同様の結果は、ヒューレット・パッカード社のBR
IGHT WHITE INKJET(商標)用紙又は
チャンピオンのDATACOPY(商標)用紙上でカラ
ーブリードテストを実施した時にも得られた。 実施例2−信頼性 表2に示したインク調合について、短期及び長期のデキ
ャップ(放置)性能を測定した。
【0023】
【表2】
【0024】短期デキャップ性能は、ノズルが欠陥を生
ずることなしに許容することのできる、連続した吐出の
間の期間を示す。表2のインクを満たしたペン(カート
リッジ)をプリンタに装着し、予め定めた印刷パターン
でもって、いわゆる「プリントファイル」を印刷するの
に使用した。プリントファイルは、ノズルが連続するイ
ンク滴吐出の間に、定められた時間にわたり一時停止す
るように設定した。印刷されたノズルパターンは、弱い
(即ち、液滴体積及び/又は速度が不十分)ノズル、飛
翔方向が誤っているノズル、又は機能していないノズル
のような欠陥に関して検査した。抵抗の付勢と付勢の間
にノズルが欠陥を生ずることなしに耐え得た最長の非作
動時間が、短期デキャップ時間として報告される。ノズ
ルは、抵抗の付勢と付勢の間に長期の非作動状態を許容
しうることが望ましく、典型的には、短期デキャップ時
間が3秒より長いことが求められる。ここで、1−3秒
の範囲の短期デキャップ時間に対して「不十分」という
評価点を、3−5秒の範囲に「良好」を、そして5秒よ
り長い全ての短期デキャップ時間に対して「極めて良
好」という評価点を与える。表2のインク組成物は、
「良好」な評価点の短期デキャップ性能を示した。
【0025】長期デキャップ性能は、ノズルが長期間に
わたり使用されなかった後のノズル回復のレベルを表
す。これをテストするために、ノズルを周囲温度で3日
間、テープを外した状態(即ち空気にさらした状態)に
放置した。この保管期間に続いて、インクが充満されて
いるそのペンをプリンタに装填し、予め定めた「プリン
トファイル」を印刷するのに使用した。ペンの性能は、
中断なしにプリントファイルを4回印刷した後の、回復
したノズルの割合を測定して評価した。ノズルは、それ
が適切な体積と速度を持つ液滴を適切な場所に吐出した
場合、回復したとみなされた。100%のノズルが回復
することが望ましいが、前述の保管期間に関して許容可
能な回復レベルは、93−100%の範囲にある。そこ
で93%より低い回復レベルに対して「不十分」という
評価点を、93−97%の範囲に「良好」を、そして9
7−100%の範囲に「極めて良好」という評価点を与
える。表2のインク組成物は、「極めて良好」という評
価点の長期デキャップ性能を示した。
【0026】
【発明の効果】本発明の利点は、カラーブリードのデー
タとペンの信頼性のデータとを組み合わせた場合に際立
ってくる。実施例1においては、ブリード制御に関する
何の損失もなしに、インク組成物中でコハク酸とグルタ
ル酸を互換的に、或いは混合酸系として使用し得ること
が示された。実施例2においては、その混合酸系が、良
好な短期デキャップ性能及び極めて良好な長期デキャッ
プ性能を呈することが示された。
【0027】加えて、個々の有機酸の代わりに有機酸の
混合物を使用することは、組み合わせられた有機酸が何
らかの仕方で相互に補完を行う場合、より一層有益であ
る。例えば、コハク酸は高濃度では刺激性であるが、グ
ルタル酸はそうではない。他方グルタル酸は、コハク酸
よりほぼ一桁高価である。これら2つの適当な混合物
は、改良されたペン性能を示すのみならず、コハク酸の
み又はグルタル酸のみを含有するインク組成物と比較し
て、毒性及びコストを最小限のものとする。
【0028】本発明の他の実施態様は、本明細書の考察
や、ここに開示した発明の実施を行うことにより、当業
者に明らかとなろう。本明細書及び実施例は例示として
のみ理解されるべきことを意図したものであり、本発明
の真の範囲は、特許請求の範囲によって示される。
【0029】以下に本発明の好適な実施態様を示す。 1 少なくとも1つの着色剤とビヒクルを含み、前記ビ
ヒクルがコハク酸と少なくとも1つの別の有機酸との混
合物を含む、インクジェットインク組成物。 2 前記別の有機酸は、単官能有機酸、二官能有機酸、
及び多官能有機酸から成る群より選択される、上記項目
1のインクジェットインク組成物。 3 前記別の有機酸は、グルタル酸、シュウ酸、マレイ
ン酸、メチルコハク酸、マロン酸、アジピン酸、フマル
酸、ジヒドロキシフマル酸、リンゴ酸、メサコン酸、イ
タコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ア
スパラギン酸、グルタミン酸、1,2−、1,3−、及
び1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2,3−
シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘ
キサントリカルボン酸、1,3,5−シクロヘキサント
リカルボン酸、1,2−及び1,3−シクロペンタンジ
カルボン酸、クエン酸、酒石酸、ジヒドロキシテレフタ
ル酸、1,2,3−、1,2,4−及び1,2,5−ベ
ンゼントリカルボン酸、トリカルバリル酸、1,2,
4,5−ベンゼンテトラカルボン酸、ノルボルネンテト
ラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸、1,2,3,4,5,6−ベンゼンヘ
キサカルボン酸、酢酸、ポリアクリル酸、グリコール
酸、及びそれらの誘導体から成る群より選択される、上
記項目2のインクジェットインク組成物。 4 前記別の有機酸がグルタル酸である、上記項目3の
インクジェットインク組成物。 5 前記コハク酸の濃度が約2重量%から約8重量%で
あり、前記グルタル酸の濃度が約0.1重量%から約4
重量%である、上記項目4のインクジェットインク組成
物。 6 前記コハク酸の濃度が約3重量%から約6重量%で
あり、前記グルタル酸の濃度が約0.5重量%から約
1.5重量%である、上記項目5のインクジェットイン
ク組成物。 7 前記ビヒクルがさらに、界面活性剤と有機共溶媒を
含有する、上記項目1のインクジェットインク組成物。 8 前記ビヒクルが約0.1から約7重量%の界面活性
剤と約5から約25重量%の有機共溶媒を含む、上記項
目7のインクジェットインク組成物。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)から(g)はそれぞれ、顔料のブラック
インクを種々のマゼンタカラーインクに隣接して印刷し
た、クロスハッチング様の図形について撮った写真であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジア・レーマン アメリカ合衆国オレゴン州97330,ノース イースト・グラシエール・ウェイ・3010 (72)発明者 デニス・ピー・パラザク アメリカ合衆国オレゴン州97333,コーバ リス,サウスウエスト・レッドトップ・プ レイス・5581 (72)発明者 レイモンド・ジェイ・アダミック アメリカ合衆国オレゴン州97330,コーバ リス,ノースウエスト・アンテロープ・プ レイス・810 Fターム(参考) 2C056 EA05 FC02 2H086 BA59 4J039 AD10 BC19 BE02 BE06 BE12 BE22 EA48 GA24

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの着色剤とビヒクルを含
    み、前記ビヒクルがコハク酸と少なくとも1つの別の有
    機酸との混合物を含む、インクジェットインク組成物。
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