JP2510420B2 - インクジェット印刷方法 - Google Patents

インクジェット印刷方法

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JP2510420B2 JP62141130A JP14113087A JP2510420B2 JP 2510420 B2 JP2510420 B2 JP 2510420B2 JP 62141130 A JP62141130 A JP 62141130A JP 14113087 A JP14113087 A JP 14113087A JP 2510420 B2 JP2510420 B2 JP 2510420B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェット印刷に使用されるインク組成
物に関するものであり、特に、化学反応によってポリマ
ー格子（polimeric lattice）を形成し、このポリマー
格子内にインクの染料を結合させる（binding）ことに
よってインクの耐水性（water fastness）を改善する方
法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
インクジェット・プリンターで使用される安全なイン
クは、一般に、紙の上で乾燥した後、極めて、耐スメア
ー性（smear resistant）でない水溶性染料を含んでい
る。
インクジェット印刷を利用して紙に着色インクを印刷
することは知られている。例えば、米国特許第4,382,26
2号に説明されるように、透明な物質の液滴が特殊処理
された紙に発射され、この液滴が紙の物質と結合して着
色ドットを形成する。数本のジェットを用いて、各ジェ
ットは種類の異なった無色の物質を収容したタンク（re
servoir）に接続し、この無色物質は特殊処理されたサ
ブストレート（substrate）と接触すると化学反応を起
こしてそれぞれ異なる色を与える。
米国特許第4,360,548号では、サブストレートに第１
のインク様物質（ink-like material）を像形成（image
configuration）に塗布した後、この像とその周囲の領
域を次に覆うように第２のインク様物質を塗布すること
により、摩擦によって検知可能な隠れた像（hidden ima
ge）が与えられる。これら２つの物質の各々は、一組の
発色性反応体の一方を有し、これら反応体は実質的に無
色であるが、互いに反応すると着色生成物を形成する。
しかし、これらの引例のいずれも、サブストレートに
耐スメアー性インクの生成については、開示も示唆もさ
れていない。よって、簡単な方法で、サブストレート上
のインクの耐水性を改善する必要が残されていた。
〔発明の目的〕
したがって、本発明の目的は、インクジェット等によ
る印刷後の印刷媒体上のインクが有する耐スメアー性を
含む耐水性を改善することにある。
〔発明の概要〕
本発明によれば、インクジェット・プリンターを用い
てサブストレート上のインクの耐水性を改善する方法が
提供される。この方法は、（ａ）タンクと接続しかつサ
ブストレート上にインクを付着させるのに使用される少
なくとも１個のオリフィスを有するインクジェット・プ
リントヘッドを使用し、（ｂ）染料とベヒクル（vehicl
e）とからなるインク組成物を該タンク内に与え、
（ｃ）ある化学種と反応してサブストレート上にポリマ
ー格子を形成することができ、このポリマー内に染料を
結合させるようにした少なくとも１種の反応性化学種を
タンク内に供給することからなる。
反応性化学種はインク自体の中に存在していてもよく
（一成分系（one component system）、別のタンク中に
存在していてもよい（二成分系（two component syste
m）。二成分系の場合、プリントヘッドは複数個のオリ
フィス組より構成されていてもよく、又は、２個の独立
したプリントヘッドを用いることもできる。いずれのプ
リントヘッド構造の場合も、オリフィスはインクと反応
性化学種のいずれもサブストレート上の同じ位置に付着
（deposit）されるように指標（indexed）が付けられて
いる。
反応性化学種とサブストレートとの反応（一成分系）
又はインクとの反応（二成分系）によって、染料と結合
するポリマーを形成し、よってインクの耐水性が改善さ
れる。
〔発明の実施例〕
以下において、グリコール−水又はアルコール−水ベ
ースのベヒクル（インク溶媒）を有するインクに関して
説明する。しかし、本発明はインクジェット印刷に使用
されるインクにおいて、その他のベヒクルにも適用され
ることは明らかである。
本発明を実施するには、インクジェット・プリントヘ
ッドは、ヘッドを備えた少なくとも１個のオリフィスと
このオリフィスに接続された液体タンクを具備する。こ
こに使用されるように、プリントヘッドは２個のオリフ
ィスと対応する液体タンクをプリントヘッドと共に結合
したものとすることも可能である。代わりに、プリント
ヘッドは２個の独立したヘッド・システムから構成する
ことも可能で、各ヘッドはそれ自身のオリフィスとタン
クとを有するが、これら２ヘッド・システムに一方のオ
リフィスからの一滴と他方のオリフィスからの一滴が実
質的に重なる（overlay）ような様式で液滴を発射する
ように指標が付けられている。
典型的なインクジェット装置では、プリントヘッド
は、複数個のノズルから構成され、各ノズルは共通のタ
ンクによってインクが供給される。インクはサブストレ
ート上に圧電素子によって付着されるか、又は、サーマ
ル式インクジェット印刷の場合、ノズルと結合し、イン
クの付着に適切な時期に活性化される抵抗体によって付
着される。サーマル式インクジェット・プリンタの場
合、タンクからのインク滴は抵抗体によって加熱されて
バブルを形成し、サブストレートに向って推進（propel
led）または発射される。いずれにしろ、インクの一連
のバルブを特定の所望パターンで発射するとサブストレ
ート上に所望の文字記号の形成が行なわれる。
本発明において用いられるサブストレートは、一般に
通常のセルロース紙から成る。しかし、その他のサブス
トレート、例えば繊維質及び樹脂質のシート又はフィル
ム材料並びに非孔質透明ポリエステルフィルム（non-po
rous transparent poly-ester films）及びマーキング
しにくい、同様の材料を用いることもできる。適当な例
として酢酸セルロースとポリエチレンテレフタラート
（PET）が挙げられる。
本発明の実施例に使用されるインク組成物は、本質的
にグリコール（グリコールエーテル又は多価アルコール
及びそのモノメチル誘導体）又は低分子量のアルコール
（炭素原子１〜５個）からなるベヒクル及び必要に応じ
て水を含み、そして染料が含まれる。以下に詳述するイ
ンク組成物は、特に指示のない限り、重量パーセント
（wt.％）で示す。
典型的には約0.01％の界面活性剤（surfactant）を加
えて、紙上のインクの湿潤性（wettability）を改善す
ることも可能である。例としてニュージャージ州ニュー
ワーク（Newark,NJ）のAtlas Refinery社製のAtlas G-2
63及びミネソタ州セントポール（St.Paul,MN）の3M社製
のFluororadが挙げられる。
ポリマーもまた添加することによって、バブル形成の
制御を助けることが可能である。ポリマーは典型的には
約0.001％から１％の範囲で存在し、ニューヨーク州ニ
ューヨーク（New York,NY）のGAF社、Chemical Product
sで市販されるポリビニルピロリドン、GAFquat734およ
びポリビニルピロリドンとポリビニルアルコールの混合
物からなるものでよい。
インクのベヒクルは一般に少なくとも１種のグリコー
ルからなる。本発明の好適な実施例に用いられるグリコ
ール類として、エチレングリコール、ジエチレングリコ
ール、プロピレングリコール及びポリエチレングリコー
ルである。グリコール類の他の例として、エチレングリ
コールジメチルエーテル（以下、glymeと称する）及び
ジエチレングリコールジメチルエーテル（以下、diglym
eと称する）等のグリコールエーテル類が挙げられる。
グリコール類はそのままで又は水溶液としれ用いるこ
とができる。水溶液の場合、グリコール（グリコール混
合物）は通常、約10から60％の範囲の量で存在し、水で
バランスされる。
代わりに、ベヒクルは少なくとも１種の低分子量のア
ルコール、例えば１から５個までの炭素原子を有するア
ルコール等で構成されることも可能である。その例とし
て、メタノール，エタノール，イソプロパノール及び第
三（tert）ブタノールが挙げられる。アルコールは通
常、約０から50％の範囲の量で存在し、水及び／または
１種もしくはそれ以上のグリコールとバランスされる。
染料は着色力（tinctural strength）が十分な量、即
ち、インク組成物の約１から10％の量で存在する。染料
は黒色又は着色したアニオン染料又はカチオン染料であ
ってよい。アニオン染料の例として、スルホン酸染料及
びFood Black2等の酸性のアゾ染料が含まれる。カチオ
ン染料の例としてAcid Blue 9等のトリアリールメタン
及びDirect Black 17等の染料に含まれるアミノ基から
なる塩基（salts of amino groups on dyes）及び銅フ
タロシアニン等が含まれる。
本願発明では、インク成分と又はサブストレートと反
応し、染料をその中に結合させるポリマーを形成する反
応性化学種を含むことによってインクの耐水性が改善さ
れる。この反応性化学種は、該反応がザブストレートと
行われる場合（一成分系）、インクに含まれ、また、該
反応がインク成分と行われる場合（二成分系）、反応性
化学種は別のタンクに収容され、別のオリフィスを通っ
て発射される。二成分系の場合、インクと反応性化学種
の両方がサブストレート上の同じ位置に付着するように
各オリフィスに指標が付けられる。
一成分系の例として、インクはdiglyme溶媒中にカー
ボンブラックを含有したコロイド状懸濁液からなる。カ
ーボンブラックは６重量％の量で存在する。反応性化学
種はゼバシルクロライド（sebacyl Chloride）等の脂肪
族二酸ジハライド（aliphatic diacid dihallide）で、
約７％の濃度で存在する。
紙等のセルロースを含むサブストレートに付着する
と、セバシルクロライドはセルロースと反応して、その
一構造がレーヨンとして一般に知られているセルロース
系ポリマーを形成する。このポリマー格子内に炭素粒子
が保持される。その結果、インクは極めて耐水性とな
る。
二成分系の例は、ベヒクルが15％のジエチレングリコ
ールとバランスされた水とからなり、染料がFood Black
2であるインクを含む。反応性化学種は、インクと同じ
ベヒクル中に約0.1から１％の濃度範囲で存在するカル
ボキシメチルセルロース（CMC）とアルミニウム塩とか
ら成る。反応はCMCポリマーの不溶性の塩を生成する。
アルミニウム塩は通常２％の水溶液として存在する。ア
ルミニウム又はその他のカチオンの種々の塩を用いてpH
及びポリマーの沈澱速度が調整される。該アルミニウム
塩の適当な例として塩化アルミニウムAlCl3とヒドロキ
シ酢酸アルミニウムAl(C2H3O2)x(OH)3-x（式中のｘは１
から３の整数）が含まれる。
カルボキシメチルセルロースが一方のタンクに収容さ
れ、アルミニウム塩が他方のタンクに収容される。染料
はどちらのタンク中にあってもよい。
この場合も、化学反応によってポリマーが生成され、
インクの染料をポリマー格子内に結合し、それによって
耐水性インクを得る。
カルボキシ−セルロース（carboxy-cellulose）とア
ルミニウム塩との反応に類似しているのがアミノ−セル
ロース（amino-cellulose）と炭酸塩との反応である。
例えば、アミノ基を含むセルロースポリマーであるキト
ーサンはアルカリ即ちアルカリ金属炭酸塩（Na2CO3，K2
CO3）と反応して不溶性の生成物を生成する。前述と同
様に、アミノセルロースを一方のタンクに収容し、炭酸
塩を他方のタンクに収容することが可能である。
その他の二成分系の例は、第１のタンクに収容したヘ
キサメチレンジアミンと第２のタンクに収容したアジピ
ン酸（又は無水アジピン酸）等の脂肪族二酸又はそのジ
ハライド構造とからなる。染料はいずれか一方又は両方
のタンク中にあってよい。しかし、サブストレート上に
最も規則性よく配置されるドットは一般に二番目に発射
され、染料を収容したタンクにインク・ノズルが接続さ
れていることによって得られる。
前述の反応によってナイロン66が生成される。前述の
反応は約280℃の温度を必要とするが、その他のナイロ
ン生成反応は発熱反応であり、室温で起きる。
実施例 実施例1. 一本ペン構造（一成分系）の場合において、インクは
diglyme溶媒中にカーボンブラック５％を含有したコロ
イド状懸濁液であった。反応性化学種は７％の濃度で存
在するセバシルクロライドであった。インクをセルロー
スを含むサブストレートに付着させてセルロース系ポリ
マーを生成させた。定性的に、印刷品質は従来のサーマ
ル型インクジェット印刷に比べて良く、耐水性はインク
ジェット印刷において現在認められるどのインクよりは
るかにすぐれていた。水はインクより先に紙に吸収され
た。
実施例2. ２本ペン構造（二成分系）の場合において、第１のタ
ンクに塩化アルミニウムAlCl3の２％の水溶液が収容さ
れた。第２のタンクに５％の染料（Food Block 2）0.1
から１％の、カルボキシメチルセルロース15％のジエチ
レングリコールそしてバランスされた水が収容された。
紙のサブストレート上の二成分の反応によりカルボキシ
メチルセルロースポリマーの不溶性塩が生成された。こ
のポリマーは染料を包み込み（encapsulated）、紙に保
護用のコーティングを与えた。品質が優れた、極めて耐
水性のある印刷が得られた。紙に対する固着化は極めて
速かった。
以上の通り、インクジェット印刷を用いてサブストレ
ート上のインクの耐水性を改善する方法を開示した。本
実施例に基づいて、当業者は種々の変更及び修正を行う
ことができ、このような変更及び修正のすべては特許請
求の範囲によって定義される本発明の範囲に含まれるこ
とは明らかである。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係るインクジェット印
刷方法では、該インクに含まれる染料分子を包囲し、そ
の内部で結合させるポリマー格子を形成する反応性化学
種を備えることにより、インク発射後、サブストレート
上に該ポリマー格子が生成され、よって、ここに付着し
たインクの耐スメアー性を含む耐水性を改善することが
可能となる。

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】インク貯蔵器と接続する複数のオリフィス
    を有するインクジェットプリントヘッドを用い、染料と
    ベヒクルと少なくとも１つの反応性化学種を含むインク
    組成物を前記インク貯蔵器に収納し、前記反応性化学種
    を印刷媒体上で前記インク貯蔵器に収納されていない第
    ２の化学種と化学反応させてポリマーを形成させ、前記
    染料を前記ポリマー内に結合させることを特徴とするイ
    ンクジェット印刷方法。
  2. 【請求項２】前記ベヒクルは、グリコール類またはアル
    コール類からなる群から選ばれたものである特許請求の
    範囲第１項記載のインクジェット印刷方法。
  3. 【請求項３】前記グリコール類からなるベヒクルは、エ
    チレン・グリコール、ジエチレン・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・エチレング
    リコール・ジメチルエーテル、ジエチレングリコール・
    ジメチルエーテルから成る群から少なくとも１つ選ばれ
    たものである特許請求の範囲第２項記載のインクジェッ
    ト印刷方法。
  4. 【請求項４】前記ベヒクルは、約10から60重量％のジエ
    チレン・グリコールと水から成る特許請求の範囲第２項
    記載のインクジェット印刷方法。
  5. 【請求項５】前記ベヒクルは、約50重量％までの低級ア
    ルコールと水から成る特許請求の範囲第２項記載のイン
    クジェット印刷方法。
  6. 【請求項６】前記アルコール類からなるベヒクルは、メ
    タノール、エタノール、イソプロパノール、第３ブタノ
    ールからなる群から少なくとも一つ選ばれたものである
    特許請求の範囲第５項記載のインクジェット印刷方法。
  7. 【請求項７】前記第２の化学種は、前記サブストレート
    の一構成成分である特許請求の範囲第１項記載のインク
    ジェット印刷方法。
  8. 【請求項８】前記第２の化学種は、セルロースである特
    許請求の範囲第７項記載のインクジェット印刷方法。
  9. 【請求項９】前記反応性化学種は、脂肪酸ハロゲン化物
    である特許請求の範囲第８項記載のインクジェット印刷
    方法。
  10. 【請求項１０】前記インク組成物は、ジエチレングリコ
    ール・ジメチルエーテル中に分散した約６重量％のカー
    ボンブラックと脂肪族酸ハロゲン化物を含む特許請求の
    範囲第８項記載のインクジェット印刷方法。
  11. 【請求項１１】前記脂肪族酸ハロゲン化物は、セバシル
    クロライドである特許請求の範囲第９項記載のインクジ
    ェット印刷方法。
  12. 【請求項１２】前記第２の化学種は、前記インク組成物
    が収納されるインク貯蔵器と別のインク貯蔵器に収納さ
    れる成分である特許請求の範囲第１項記載のインクジェ
    ット印刷方法。
  13. 【請求項１３】前記インク組成物は、フードブラック２
    からなる染料と15重量％のジエチイレングリコールと水
    のベヒクルと約0.1から１重量％のカルボキシルメチル
    ・セルロースからなる反応性化学種を含み、前記第２の
    化学種は、第２重量％のアルミニウム塩水溶液である特
    許請求の範囲第12項記載のインクジェット印刷方法。
  14. 【請求項１４】前記反応性化学種は、ヘキサメチレンジ
    アミンであり、前記第２の化学種は、脂肪族酸化物、脂
    肪族酸ハロゲン化物、脂肪族無水和物からなる群より選
    ばれたものである特許請求の範囲第12項記載のインクジ
    ェット印刷方法。
  15. 【請求項１５】前記脂肪族酸化物は、アジピン酸である
    特許請求の範囲第14項記載のインクジェット印刷方法。
JP62141130A 1986-06-06 1987-06-05 インクジェット印刷方法 Expired - Lifetime JP2510420B2 (ja)

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US871346 1986-06-06
US06/871,346 US4694302A (en) 1986-06-06 1986-06-06 Reactive ink-jet printing

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JPS6322681A JPS6322681A (ja) 1988-01-30
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