JP2005187745A - 荷電制御型インクジェットプリンター用インク - Google Patents

Abstract

【課題】 優れた速乾性を有し、荷電制御型インクジェットプリンターによる金属製容器、合成樹脂製容器、セラミックス製電子部品などに対する高速印字を可能とすると共に、印字作業環境における人体への悪影響を可及的に抑制できる荷電制御型インクジェットプリンター用インクを提供する。
【解決手段】 重金属錯体構造の油溶性染料７〜８ｗｔ％とバインダー樹脂１０〜１５ｗｔ％とエチルアルコール４０〜６０ｗｔ％と１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素２０〜４０ｗｔ％からなる荷電制御型インクジェットプリンター用インク。
【選択図】 なし

Description

本発明は、優れた速乾性を有し、荷電制御型インクジェットプリンターによる金属製容器、合成樹脂製容器、セラミックス製電子部品などに対する高速印字を可能とすると共に、印字作業環境における人体への悪影響を可及的に抑制できる荷電制御型インクジェットプリンター用インクに関するものである。

周知のとおり、荷電制御型インクジェットプリンターは、インクに圧力をかけた状態で振動を印加しながらノズルから吐出させ、振動を付与されたインクは帯電電極の中でインク粒子を形成し、該帯電電極に電圧を印加することにより形成されたインク粒子を帯電させ、帯電量によってインク粒子の到達位置を制御して文字・図形を被印字物に印字するものである。

前記荷電制御型インクジェットプリンターは、インク粒子を飛翔させて印字できるので、ノズルを被印字物から離して印字できるから、被印字物が凹凸面であっても印字可能という長所があり、この長所を生かして金属製容器（例えば、缶ビール、缶コーヒー）や合成樹脂製容器（例えばペットボトル、弁当箱）、さらにはセラミックス製電子部品などの底面・側面への品質保証期限、ロットナンバー、品番等々の印字に汎用されている。

前記荷電制御型インクジェットプリンターに用いられるインクの基本配合処方は、染料又は顔料とバインダー樹脂と導電化剤と溶剤からなる（なお、染料として重金属錯体構造の油溶性染料が使用されている場合には該染料が導電性を有しているので、通常、導電化剤は配合されていない）。

従来、被印字物が金属製容器、合成樹脂製容器、セラミックス製電子部品などの非吸水性物質である場合には速乾性が要求されるため、前記溶剤にはメチルエチルケトンが使用されていた。

しかし、メチルエチルケトンを溶剤とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクは、印字作業環境において人体に悪影響を及ぼす可能性があるので、局所排気装置の設置や作業環境の測定が必要であり、また、有機中毒予防規則に抵触することになる。

もっとも、近年、メチルエチルケトンに代えて使用環境において規制のないエチルアルコールを溶剤とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクが提案されており、例えば、後出特許文献１には、エチルアルコールを主溶剤とすると共にジメチルスルフォキサイド又はＮ−メチルピロリドンを副溶剤とするものが開示され、後出特許文献２には、エチルアルコール又は水或いはエチルアルコールと水を溶剤とするものが開示されている。なお、エチルアルコールは有機中毒予防規則で指定されておらず、また、エチルアルコールの許容濃度は日本産業衛生学会で規定されていない。

エチルアルコールを主溶剤とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクを用いる場合には、印字作業環境における人体への悪影響が抑制されるという大きな利点がある反面、メチルエチルケトンを溶剤とする場合に比較して速乾性が劣ることになる。

因みに、酢酸ブチルの蒸発速度を１００としたとき、メチルエチルケトンの蒸発速度は４６５、メチルアルコールの蒸発速度は３７０、エチルアルコールの蒸発速度は２０３である。
特開平９−３３７３号公報 特開平１０−２０４３４５号公報

解決しようとする問題点は、エチルアルコールなどの有機中毒予防規則で指定されていない溶剤を用いた荷電抑制型インクジェットプリンター用インクがメチルエチルケトンを溶剤とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクと比較して速乾性が劣るために、金属製容器、合成樹脂製容器、セラミックス製電子部品などの非吸水性物質を被印字物とし、該被印字物を移送しながら高速印字を行う場合には、印字直後に、印字部が搬送ローラなどに接触すると印字が消えてしまうので、高速印字が事実上不可能という問題点である。

すなわち、本発明者等の実験によれば、メチルエチルケトンを溶剤とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクを用いた場合の印字部の乾燥時間が２秒未満（通常、１〜１．７秒）であるのに対し、メチルエチルケトンの代りにエチルアルコールを用いた場合の印字部の乾燥時間は３〜５秒であり、印字直後に印字面が搬送ローラなどに接触する可能性があるラインでは使用できなかった。

そこで、本発明は、エチルアルコールなどの有機中毒予防規則で指定されていない溶剤を用いた荷電制御型インクジェットプリンター用インクであって、従来のメチルエチルケトンを溶剤とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクの速乾性に匹敵する速乾性を有し、しかも、高速印字に適した導電性を有するインクを提供することを技術的課題とするものである。

前記技術的課題は、次のとおりの本発明によって達成できる。

すなわち、本発明は、染料又は顔料とバインダー樹脂と導電化剤と溶剤からなる荷電制御型インクジェットプリンター用インクにおいて、前記溶剤がエチルアルコールと１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素とであることを特徴とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクである。

また、本発明は、上記発明において、染料又は顔料５〜１０ｗｔ％とバインダー樹脂１０〜１５ｗｔ％と導電化剤１〜３ｗｔ％とエチルアルコール４０〜６０ｗｔ％と１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素２０〜４０ｗｔ％からなる荷電制御型インクジェットプリンター用インクである。

また、本発明は、上記各発明において、染料が油溶性非含金染料である荷電制御型インクジェットプリンター用インクである。

さらに、本発明は、重金属錯体構造の油溶性染料とバインダー樹脂と溶剤からなる荷電制御型インクジェットプリンター用インクにおいて、前記溶剤がエチルアルコールと１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素とであることを特徴とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクである。

また、本発明は、上記発明において、重金属錯体構造の油溶性染料７〜８ｗｔ％とバインダー樹脂１０〜１５ｗｔ％とエチルアルコール４０〜６０ｗｔ％と１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素２０〜４０ｗｔ％からなる荷電制御型インクジェットプリンター用インクである。

そして、本発明は、上記全ての発明において、粘度が２〜３ｃｐである荷電制御型インクジェットプリンター用インクである。

本発明の構成をより詳しく説明すれば次のとおりである。

本発明に係る荷電制御型インクジェットプリンター用インク（以下において「本発明のインク」ということもある）の基本配合処方は、従来の荷電制御型インクジェットプリンター用インクと同様に、染料又は顔料とバインダー樹脂と導電化剤と溶剤からなり、染料として後出の重金属錯体構造の油溶性染料を使用する場合には導電化剤は配合しなくてよい。

先ず、染料としては、ソルベントブラック３、ソルベントブラック５、ソルベントブラック７（いずれも商品名：オリエント化学工業株式会社製）などの油溶性非含金染料やソルベントブラック２７、ソルベントブラック２９、ソルベントブラック４５（いずれも商品名：オリエント化学工業株式会社製）などの重金属錯体構造の油溶性染料が好適であり、顔料としてはカーボンブラック（黒色）やチタン白（白色）が好適である。

前記各染料と各顔料の配合割合は５〜１０ｗｔ％が好適であり、５ｗｔ％未満では印字の識別性（色の濃さ）が低下し（色が薄くなる）、１０ｗｔ％を越えると使用時の溶剤揮発によって析出してノズル詰まりの原因となる。最適配合割合は７〜８ｗｔ％である。

バインダー樹脂としては、マレイン酸樹脂、ブチラール樹脂、アクリル樹脂、エチルセルロース樹脂、スチレンアクリル樹脂などのエチルアルコールに溶解する樹脂を単独又は組み合せて使用すればよく、市販のマルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）やエスレックＢＬ−１（商品名：積水化学株式会社製：ブチラール樹脂）が好適である。

前記各樹脂の配合割合は１０〜１５ｗｔ％が好適であり、１０ｗｔ％未満では被印字物に対するインクの密着性が低下し、１５ｗｔ％を越えるとインクの粘度が上昇してインク粒子の飛翔状態が悪くなる。最適配合割合は１２〜１３ｗｔ％である。

導電化剤としては、硝酸塩（例えば硝酸リチウム）、４級アンモニウム塩（例えば、臭化テトラブチルアンモニウムや塩化テトラメチルアンモニウム）などが好適である。

前記各導電化剤の配合割合は１〜３ｗｔ％が好適であり、この場合、インクの電気抵抗率は１．２ｋΩ・ｃｍ〜１．５ｋΩ・ｃｍ（導電率１．２〜１．５ｍＳ／ｃｍ）となる。１ｗｔ％未満ではインク粒子の偏向量が小さく飛翔状態が悪くなり、３ｗｔ％を越えると当該導電化剤が水溶性であるために印字塗膜の耐水性が低下し水濡れで剥れ易くなる。

なお、電気抵抗率が１．５ｋΩ・ｃｍを越えると導電率が低いので、帯電に時間がかかるため高速印字には使用できず、また、同一の帯電電圧・偏向電圧の条件下では偏向量が小さいため印字が小さくなってしまう。

なお、前記各重金属錯体構造の油溶性染料を前記配合割合で使用する場合には、該染料自体が導電化剤の働きをするから、前記各導電化剤は配合しなくてよく、前記各導電化剤を使用した場合と比較して耐水性の優れたインクが得られる。

次に、本発明において最も重要な溶剤について説明する。

エチルアルコールを主溶剤とする荷電制御型インクジェットプリンター用インクに速乾性を付与するに当り、エチルアルコールとエチルアルコールの蒸発速度よりも速い蒸発速度を有する各種溶剤とを併用すれば、当然、全体としての蒸発速度は速くなるが、エチルアルコールとケトン類及びアルコール類以外の溶剤とを併用する場合にはエチルアルコール単独の場合と比較して導電化されにくくなる。

例えば、導電化剤として臭化テトラブチルアンモニウムを２ｗｔ％添加したエチルアルコールの電気抵抗率は１．４ｋΩ・ｃｍであるのに対し、臭化テトラブチルアンモニウムを２ｗｔ％添加したエチルアルコール７５ｗｔ％・ヘプタン２５ｗｔ％からなる混合溶剤の電気抵抗率は２．９ｋΩ・ｃｍである。

ところが、エチルアルコール４０〜６０ｗｔ％・前記含酸素環状炭化水素２０〜４０ｗｔ％からなる混合溶剤の場合には、後出各実施例に見られるとおり、電気抵抗率はエチルアルコール単独の場合と殆んど変らない。

すなわち、溶剤として、エチルアルコールと１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素とを併用する場合には、蒸発速度を速くできると共にエチルアルコールのもつ電気抵抗率を維持させることができるのである。

そして、エチルアルコールと前記含酸素環状炭化水素とを、前者４０〜６０ｗｔ％、後者２０〜４０ｗｔ％の配合割合で使用する場合には、印字部の乾燥時間が２秒未満であり、且つ、高速印字に適した導電性を有するインクを得ることができるのである。

本発明のインクは、前記各染料又は各顔料、前記バインダー樹脂及び前記導電化剤を、それぞれ前記各配合割合で使用するので、これら三者の配合量がインク全体の約２０ｗｔ％を占めるから溶剤量は全体の約８０％であり、エチルアルコールが６０ｗｔ％を越えると前記含酸素環状炭化水素が２０ｗｔ％未満となってしまうため、印字部の乾燥時間を２秒未満とすることができず、エチルアルコールが４０ｗｔ％未満では所要の導電性が得られず、また前記各染料及び前記各バインダー樹脂の溶解性が悪くなる。一方、前記含酸素環状炭化水素の配合割合を多くすれば、印字部の乾燥時間はより短かくできるが導電性は低下してしまうので、その配合割合は２０〜４０ｗｔ％となる。

本発明者は、エチルアルコールと前記含酸素環状炭化水素とを併用した場合に電気抵抗率が殆んど変らない現象の理論的解明は、残念ながら未だ行っていないが、ｎ−ヘプタン（直鎖）、イソヘプタン（枝分れ）、シクロヘキサン（環状）及びシクロヘキサノンに、それぞれ臭化テトラブチルアンモニウム２ｗｔ％を添加した場合の電気抵抗率を測定したところ、ｎ−ヘプタン：２．８ｋΩ・ｃｍ、イソヘプタン：２．６ｋΩ・ｃｍ、シクロヘキサン：２．１ｋΩ・ｃｍ、シクロヘキサノン：１．９ｋΩ・ｃｍであったことから、分子形状及び分子中の酸素の有無が影響しているものと推定している。

なお、含酸素環状炭化水素ではあっても、シクロヘキサノン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、フルフラール等は、有機中毒予防規則に該当する、毒性が高い、揮発が遅いなどの理由によって本発明には使用できない。

次に、本発明に係る荷電制御型インクジェットプリンター用インクの製造は容易であり、前記各材料を前記各配合割合の範囲内において各所要量秤取して容器（例えばステンレス製タンク）に投入し、攪拌して混合・溶解した後、必要に応じて濾過（例えば、メンブランフィルターによる濾過）すれば目的とする本発明のインクを得ることができる。

前記各材料を前記各配合割合の範囲内において使用する場合には、得られる本発明のインクの粘度は２〜３ｃｐの範囲となる。粘度が２ｃｐ未満では印字面に滲みが発生し識別性が低下し、３ｃｐを越えるとインク粒子の飛翔状態が悪くなる。

本発明に係る荷電制御型インクジェットプリンター用インクは、印字部の乾燥時間が２秒未満であり、且つ、高速印字に適した導電性を有しており、しかも、印字作業環境における人体への悪影響が殆んどないから、本発明のインクを荷電制御型インクジェットプリンターに適用すれば、金属製容器、合成樹脂容器、セラミックス製電子部品などに高速印字を行なうことができ、また、局所排気装置の設置や作業環境の測定が不要となる。

エチルアルコール４００ｇ、１，３−ジオキソラン４００ｇ、Solvent Black ２９（商品名：オリエント化学工業株式会社製：VALIFAST BLACK ３８１０）７５ｇ、マルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）１１５ｇ及びエスレックＢＬ−１（商品名：積水化学株式会社製：ブチラール樹脂）１０ｇを、ステンレス製タンクに投入し、電気ミキサーを用いて攪拌して混合・溶解した後、孔径１．０μm のメンブランフィルターを用いて濾過して本発明のインク約９９０ｇを得た。

ここに得られたインクの電気抵抗率は１．３ｋΩ・ｃｍであり、粘度は２．５ｃｐであった。なお、電気抵抗率は導電率計ＤＳ−１４（株式会社堀場製作所製）により測定し、粘度は振動式粘度計ＶＭ−１Ａ−Ｌ（山一電気工業株式会社製）により測定した。

ここに得られたインクを荷電制御型インクジェットプリンター（ＭＸ−Ｄ：品番：マークテック株式会社製）に適用し、アルミニウム製缶の底面に印字したところ、印字部の乾燥時間は１．７秒であった。なお、乾燥時間は印字時点から印字部を指触して指先にインクが付着しなくなるまでの時間である。

エチルアルコール４００ｇ、２−メチルフラン４００ｇ、Solvent Black ３（商品名：オリエント化学工業株式会社製：OIL BLACK ８６０）７５ｇ、マルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）１００ｇ、エスレックＢＬ−１（商品名：積水化学株式会社製：ブチラール樹脂）１０ｇ及び導電化剤として塩化テトラメチルアンモニウム１５ｇを、ステンレス製タンクに投入し、電気ミキサーを用いて攪拌して混合・溶解した後、孔径１．０μm のメンブランフィルターを用いて濾過して本発明のインク約９９０ｇを得た。

ここに得られたインクの電気抵抗率は１．５ｋΩ・ｃｍであり、粘度は２．３ｃｐであった。

ここに得られたインクを荷電制御型インクジェットプリンター（ＭＸ−Ｄ：品番：マークテック株式会社製）に適用し、アルミニウム製缶の底面に印字したところ、印字部の乾燥時間は１．８秒であった。

エチルアルコール５００ｇ、２−メチルフラン３００ｇ、Solvent Black ２９（商品名：オリエント化学工業株式会社製：VALIFAST BLACK ３８１０）７５ｇ、マルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）１１５ｇ及びエスレックＢＬ−１（商品名：積水化学株式会社製：ブチラール樹脂）１０ｇを、ステンレス製タンクに投入し、電気ミキサーを用いて攪拌して混合・溶解した後、孔径１．０μm のメンブランフィルターを用いて濾過して本発明のインク約９９０ｇを得た。

ここに得られたインクの電気抵抗率は１．５ｋΩ・ｃｍであり、粘度は２．６ｃｐであった。

ここに得られたインクを実施例１と同じ荷電制御型インクジェットプリンターに適用し、ポリスチレン製ボトルの底面に印字したところ、印字部の乾燥時間は１．９秒であった。

エチルアルコール６００ｇ、フラン２００ｇ、Solvent Black ２７（商品名：オリエント化学工業株式会社製：VALIFAST BLACK ３８２０）７５ｇ、マルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）１２０ｇ及びエスレックＢＬ−１（商品名：積水化学株式会社製：ブチラール樹脂）１０ｇを、ステンレス製タンクに投入し、電気ミキサーを用いて攪拌して混合・溶解した後、孔径１．０μm のメンブランフィルターを用いて濾過して本発明のインク約９９０ｇを得た。

ここに得られたインクの電気抵抗率は１．３ｋΩ・ｃｍであり、粘度は２．７ｃｐであった。

ここに得られたインクを実施例１と同じ荷電制御型インクジェットプリンターに適用し、アルミニウム製缶の側面に印字したところ、印字部の乾燥時間は１．９秒であった。

エチルアルコール４００ｇ、１，３−ジオキソラン４００ｇ、Renol Black RT-HW （商品名：クラリアント株式会社製：カーボン分散体）７５ｇ、マルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）１１０ｇ及び導電化剤として硝酸リチウム２０ｇを、ステンレス製タンクに投入し、電気ミキサーを用いて攪拌して混合・溶解した後、孔径１．０μm のメンブランフィルターを用いて濾過して本発明のインク約９９０ｇを得た。

ここに得られたインクの電気抵抗率は１．２ｋΩ・ｃｍであり、粘度は３ｃｐであった。

ここに得られたインクを実施例１と同じ荷電制御型インクジェットプリンターに適用し、アルミニウム製缶の底面に印字したところ、印字部の乾燥時間は１．７秒であった。

比較例１．

エチルアルコール８００ｇ、Solvent Black ２９（商品名：オリエント化学工業株式会社製：VALIFAST BLACK ３８１０）７５ｇ、マルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）１１５ｇ及びエスレックＢＬ−１（商品名：積水化学株式会社製：ブチラール樹脂）１０ｇを、ステンレス製タンクに投入し、電気ミキサーを用いて攪拌して混合・溶解した後、孔径１．０μm のメンブランフィルターを用いて濾過して比較用インク約９９０ｇを得た。

ここに得られたインクの電気抵抗率は１．２ｋΩ・ｃｍであり、粘度は２．８ｃｐであった。

ここに得られたインクを実施例１と同じ荷電制御型インクジェットプリンターに適用し、アルミニウム製缶の底面に印字したところ、印字部の乾燥時間は５．７秒であった。

比較例２．

メチルエチルケトン８００ｇ、Solvent Black ２７（商品名：オリエント化学工業株式会社製：VALIFAST BLACK ３８２０）７５ｇ、マルキードＮｏ．３２（商品名：荒川化学工業株式会社製：マレイン酸樹脂）１２０ｇ及びエスレックＢＬ−１（商品名：積水化学株式会社製：ブチラール樹脂）１０ｇを、ステンレス製タンクに投入し、電気ミキサーを用いて攪拌して混合・溶解した後、孔径１．０μm のメンブランフィルターを用いて濾過して比較用インク約９９０ｇを得た。

ここに得られたインクの電気抵抗率は１．１ｋΩ・ｃｍであり、粘度は２．４ｃｐであった。

ここに得られたインクを実施例１と同じ荷電制御型インクジェットプリンターに適用し、アルミニウム製缶の底面に印字したところ、印字部の乾燥時間は１．５秒であった。

なお、実施例１〜４及び比較例１、２における各電気抵抗率は導電率計ＤＳ−１４（株式会社堀場製作所製）により測定し、各粘度は振動式粘度計ＶＭ−１Ａ−Ｌ（山一電気工業株式会社製）により測定した。また、各乾燥時間は印字時点から印字部を指触して指先にインクが付着しなくなるまでの時間である。

本発明に係る荷電制御型インクジェットプリンター用インクは、優れた速乾性を有し、且つ、高速印字に適した導電性を有しており、しかも、印字作業環境における人体への悪影響が殆んどないから、荷電制御型インクジェットプリンターによる金属製容器、合成樹脂製容器、セラミックス製電子部品などの非吸水性物質の高速印字に最適である。

従って、本発明の産業利用性は非常に大きいといえる。

Claims (6)

1. 染料又は顔料とバインダー樹脂と導電化剤と溶剤からなる荷電制御型インクジェットプリンター用インクにおいて、前記溶剤がエチルアルコールと１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素とであることを特徴とする荷電制御型インクジェットプリンター用インク。
2. 染料又は顔料５〜１０ｗｔ％とバインダー樹脂１０〜１５ｗｔ％と導電化剤１〜３ｗｔ％とエチルアルコール４０〜６０ｗｔ％と１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素２０〜４０ｗｔ％とからなる請求項１記載の荷電制御型インクジェットプリンター用インク。
3. 染料が油溶性非含金染料である請求項１又は請求項２記載の荷電制御型インクジェットプリンター用インク。
4. 重金属錯体構造の油溶性染料とバインダー樹脂と溶剤からなる荷電制御型インクジェットプリンター用インクにおいて、前記溶剤がエチルアルコールと１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素とであることを特徴とする荷電制御型インクジェットプリンター用インク。
5. 重金属錯体構造の油溶性染料７〜８ｗｔ％とバインダー樹脂１０〜１５ｗｔ％とエチルアルコール４０〜６０ｗｔ％と１，３−ジオキソラン、２−メチルフラン及びフランから選ばれる含酸素環状炭化水素２０〜４０ｗｔ％からなる請求項３記載の荷電制御型インクジェットプリンター用インク。
6. 粘度が２〜３ｃｐである請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の荷電制御型インクジェットプリンター用インク。