JP2692171B2 - インクジェット記録用インク - Google Patents

インクジェット記録用インク

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JP2692171B2 JP23090388A JP23090388A JP2692171B2 JP 2692171 B2 JP2692171 B2 JP 2692171B2 JP 23090388 A JP23090388 A JP 23090388A JP 23090388 A JP23090388 A JP 23090388A JP 2692171 B2 JP2692171 B2 JP 2692171B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電素子制御、電界制御、電荷制御、バブル
ジェット制御などのインク吐出手段によってドット像を
形成するインクジェット記録用インクに関する。
〔従来の技術〕
インクジェット記録は、高速印字や静粛性といった、
すぐれた特質を有している。しかし、インクジェット記
録は、液滴を紙に付着させて印字を行うという原理上、
多くの記録紙ではインクの乾燥が遅いため紙を汚した
り、また紙上でインクが滲み、高印字品質が得られない
という課題があった。
その為、インパクトドット記録が、紙を選ばず様々な
汎用記録紙に使用できるのに対して、インクジェット記
録は特殊コート紙といった特別な紙を用いる必要があっ
た。
インクジェット記録において、様々な汎用記録紙に印
字するためには、紙上で瞬時に乾燥するインクが必要で
あるものの、該インクではノズル内で乾燥してノズル目
詰まりを起こすという矛盾があった。そこで、前述の問
題を解決できるようなインクジェットインクとして特開
昭57-170966に示されるオレイン酸を含む油性インクや
特開昭58-109570に示されるインクのようにインクが紙
へ短時間で浸透することにより速乾性を有するインクが
あった。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし前述した従来技術のオレイン酸を含む油性のイ
ンクや特開昭58-109570に示されるインクでは、粘度が
高いためインクドロップの形成において吐出口でインク
のメニスカスが復帰するための時間が遅くなりインクジ
ェット記録ヘッドの応答周波数が上がらず、印字スピー
ドを向上するのが難しい。さらに紙上で滲みが大きく高
印字品質が得られない。また特開昭57-170966に示され
るインクでは印字中インクを高温に保持するために高エ
ネルギーが必要とされ、ランニングコストが高くなって
しまうばかりでなく、インクを高温に保持することによ
ってノズルからインクの蒸発が起こり、インク組成の変
化により粘度上昇が起こり、インクが吐出できなかった
り、吐出してもインクドロップが飛行曲がりを起こした
りして安定した、インク吐出性が得られないという課題
がある。
また、現在多く用いられている水ベースのインクジェ
ット記録用インクでは、ノズル目詰まり防止のための多
価アルコール類が湿潤剤として添加されているが、この
インクでは経時的に水の蒸発による粘度上昇が起こり、
そのためノズル先端ではインクの吐出が不安定になるば
かりでなく、汎用記録紙において乾燥が遅いという課題
がある。
本発明はかかる課題を解決するためのものでありその
目的は低粘度でかつ経時的な粘度上昇が少なく、吐出安
定性に優れたインクジェット記録用インクを提供すると
ころにある。
さらに本発明の目的は、市販の様々に記録紙に対して
乾燥が速くかつ高品質の印字が得られるインクジェット
記録用インクを提供するところにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のインクジェット記録用インクは、着色剤を0.
1〜10重量%、浸透剤を1〜10重量%、20℃において粘
度が6mPas以下でかつ蒸気圧が2mmHg以下の極性溶媒を25
〜98.9重量%含み、かつ水を含有しない非水系であるこ
とを特徴とする。
具体的に着色剤としては、無機顔料、有機顔料カーボ
ンブラック等の顔料及び直接染料、酸性染料、塩基性染
料、油性染料等の染料のいずれかあるいは混合したもの
を使用できる。さらに具体的に例をあげれば顔料として
は カーボンブラック MA7、MA8、MA100 #40、#45、#50 (以上三菱化成工業製) C.I.ピグメントイエロー 1、2、3、5、12 C.I.ピグメントレッド 2、3、5、16 23、31、49 57、63、81 112 C.I.ピグメントブルー 1、2、15、16、17 等がある。染料としては C.I.ダイレクトイエロー 12、26、86 87、130、142 C.I.リアクティブレッド 218 C.I.ソルベントレッド 82 C.I.ダイレクトレッド 9、13、17、23、31、62 79、81、83 89、227、240、242、243 C.I.ダイレクトブルー 78、86、90 199 C.I.ダイレクトブラック 19、22、38 154、168 C.I.アシッドイエロー 23、25 C.I.アシッドレッド 37、52、254、289 C.I.アシッドブルー 9、254 C.I.アシッドブラック 52、172、208 C.I.フードブラック 2 等がある。着色剤の添加量は十分な色濃度が得られかつ
インク粘度を低く抑えるために0.1〜10重量パーセント
が良い。さらに好適には0.5〜8重量パーセントが良
い。また、数種類混合しても良い。
浸透剤としては、下記一般式(I)で表される化合
物、アルキルベンゼンスルホネート、コハク酸ジアルキ
ルエステルスルホン酸塩、高級脂肪酸塩のいずれかある
いは混合したものを使用できる。
(上記一般式においてR1〜R4はアルキル基。m=0か
つn=0もしくは1≦m+n<30である。) さらに具体的に例をあげれば下記一般式(I)−1〜
4で表される化合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ナト
リウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ラウリ
ン酸カリウム、オレイン酸カリウム等がある。
浸透剤の添加量は様々な普通紙に対して定着性が速
く、真円度の高いドットが得られかつインク粘度を低く
抑えるために1〜10重量パーセントが良い。
また、20℃において粘度が6mPas以下でかつ蒸気圧が2
mmHg以下の極性溶媒としては、ホルムアミド、ジメチル
スルホキシド、ジメチルエタノールアミン、N−メチル
−2−ピロリドン等がある。添加量はインクの初期の粘
度が低く抑え、かつ、経時的な粘度上昇を小さくするた
めに25〜98.9重量パーセントが良い。さらに好適には60
〜98.9重量パーセントが良い。
さらに本発明のインクには、粘度調整、表面張力調
整、PH調整、目詰まり防止、防腐等の目的で多価アル
コールやその誘導体酸化防止剤、防カビ剤、防腐剤、キ
レート剤、陰イオン又は非イオン界面活性剤等、具体的
には、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレング
リコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコ
ール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコー
ル#200、300、400、トリエタノールアミン、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
ルジエチルエーテル、エチレンジアミン四酢酸−2−ナ
トリウム(EDTA)、KOH、LiOH等が使用できる。
インクジェット記録用インクの一般的なものは水をベ
ースとし、水の蒸発によるノズルでの固形物の析出を防
ぐために不揮発性の多価アルコールであるポリエチレン
グリコールやトリエチレングリコール、グリセリン等の
湿潤剤としてインクに添加しているが、これらの多価ア
ルコール類の粘度が高い為、ノズルから水分が蒸発する
と、多価アルコール濃度が高くなりノズル先端ではイン
クの粘度が著しく上昇し、このインクの物性値変化が原
因でインクドロップを吐出できなかったり吐出しても駆
動周波に応答できずドット抜けを起こす場合がある。
そこで、水を含まずに、低粘度で蒸気圧が低い極性溶
媒から成るインク組成具体的には20℃において粘度が6m
Pas以下でかつ蒸気圧が2mmHg以下であるホルムアミド
を、インクの溶媒成分として用いたところ第1図に示す
ような経時的な粘度上昇の起こらないインクが得られ
た。第1図は、同一規格のシャーレにて同量を23℃下に
放置した各インクの粘度変化である。
しかしながら前述溶媒成分と染料から成るインクの乾
燥時間及び印字品質は汎用記録紙の種類によって大きな
差がある。汎用記録紙にはインクの吸収を調整する目的
で耐水性を上げるためサイズ処理が施されており、イン
クの浸透は紙のサイズ度に影響されやすいものである。
代表的な汎用記録紙とそのサイズ度を第1表に示す。な
おサイズ度はJIS-P8122に準じて測定したものである。
インクジェット記録において、付着インクの記録紙上
における浸透の速さ、インク定着性、形成されるドット
の真円度、色濃度、ドット径の大きさ等は、紙の種類や
サイズ度に大きく影響されるものである。
〔実施例〕
本発明を実施例にもとづきさらに詳細に説明する。
第2表および第3表に示すように本発明において用い
るインクの実施例と比較例とを調整した。
実施例1−a〜1−mは染料と浸透剤及び20℃におい
て粘度6mPas以下の極性溶媒(60〜98.9重量%)のいろ
いろな組合せの例である。実施例2−a〜2−fは染
料、浸透剤、上記極性溶媒(60〜98.9重量%)と、更に
他の溶媒を添加した例である。実施例3−a〜3−cは
染料と浸透剤及び25〜60重量%の上記極性溶媒を含む例
である。4−aは顔料を着色剤とした例である。
前記組成のインクをインクオンディマンド型インクジ
ェットプリンタを用いて2KHzの応答周波数によって印字
を行いインクの吐出安定性を調べた。評価方法は第2図
に示す圧電素子制御方式の記録ヘッドを用いて、文字
「a」を一時間連続印字後、未使用であったノズルから
も噴出を行い、全てのノズルについの吐出安定性を調べ
た。使用したヘッドは24ノズルを有し、文字「a」は上
から8〜19番ノズルを使用する。「a」連続印字を一定
時間行った場合、未使用ノズル(上から1〜7番および
20〜24番)では、インク中の溶剤の蒸発等によりインク
粘度が上昇するため、再び全ノズルから同時にインクを
吐出させると、不安定吐出または、吐出不能となること
がある。第4表に、初期の吐出状態と「a」連続印字を
1時間行った後の吐出状態を示す。
インク吐出状態: ○……全てのノズルから安定にインク吐出する。
△……全てのノズルからインク吐出があるが不安定であ る。
×……吐出不能ノズルがある。
次に、吐出インク量をドット当たり0.2μgとして第
1表に示した記録紙においてサイズ度にかなり差がある
記録紙4024(紙No.a)、BM(紙No.b)、10スムース(紙
No.f)についてインクの定着性とドット品質について評
価した。
インクの定着性: 記録1秒後に記録部をガーゼでこすり、汚れの有無に
よって記録紙に対するインクの定着性を判断した。
○……汚れが無い−記録紙への定着が速い ×……汚れがある−記録紙への定着が遅い ドットの品質: 50個の印字ドットの平均真円度が0.7よりも良好であ
ることによって、すぐれた印字品質を定義する。
○……平均真円度が0.7以上である。
×……平均真円度が0.7未満である。
ここでいう真円度Kは、次式で定義される。
Kは一般に1より小さく、1に近いほど真円性が高
い。
ここで第2図の圧電素子制御方式のヘッドの動作を簡
単に説明する。ヘッド内には、インクが満たされてお
り、圧力室1の壁面には圧電素子2が積層されている。
圧電素子2に電圧を印加すると、圧電素子2は平面方向
に縮む。それに伴い、金属板3、圧力室1壁面は内側に
たわみ圧力室1の内圧が上がってノズルからインクが噴
射され、ドットが印字される。
また、第3図にバブルジェット制御方式のヘッドの動
作を説明する。基板5の吐出孔板6の間隙にはインク供
給パイプ7からインクが供給され、基板5上に設けられ
た発熱体8には電力が間欠的に供給されてジュール熱が
生じ、発熱体8の表面に接するインクが急激な膜沸騰を
起こし気泡9が発生・成長することによる圧力変化で吐
出孔10よりインク液を吐出するものである。
バブルジェット制御方式の記録ヘッドを用いて前記と
同様の試験を行ったところ第4表と同じ結果を得た。
第4表より、実施例のインクはいずれも初期粘度が低
いため、2KHzの高い応答周波数で吐出が安定し、しかも
ノズルでの経時的な粘度上昇が少ないため長時間にわた
って吐出安定性が良好であり、さらに汎用記録紙におい
てインクの定着性、ドットの品質にも優れたものであっ
た。これに対し、油性インクである比較例1−a、1−
bは、初期粘度が高いため2KHzの高い応答周波数では吐
出が安定しないばかりでなく、経時的な吐出安定性にも
乏しく、さらに、ドット品質が劣るものであった。ま
た、一般的な水性インクである比較例1−cにおいては
経時的な水の蒸発に伴う粘度上昇が起こるため、長時間
の吐出安定性に乏しいものであった。
比較例2−aのように20℃における粘度が6mPas以下
でも蒸気圧が2mmHgより高い溶剤n−ヘキサノール(20
℃において粘度:0.4mPas、蒸気圧:2.8mmHg)を用いたイ
ンクや、比較例2−bのように、20℃における蒸気圧が
2mmHg以下でも、粘度が6mmHgより高い溶剤トリエチレン
グリコールモノメチルエーテル(20℃において粘度:7.5
mPas、蒸気圧0.01mmHg以下)を用いたインクでは、ノズ
ルで経時的な粘度上昇が起こるため、吐出安定性が劣る
ものであった。さらに比較例2−cのように20℃におい
て粘度が6mPas以下でかつ蒸気圧が2mmHg以下の極性溶媒
が25重量パーセントより少ないインクも、経時的な粘度
上昇により吐出安定性に乏しいものであった。
また、浸透剤濃度が1重量パーセントより低いインク
である比較例3−a、3−bはインクの定着性およびド
ットの品質が劣るものであった。浸透剤は比較例3−c
のように10重量パーセントより多く添加すると初期粘度
が高くなるため2KHzの高い応答周波数では吐出が安定し
ないばかりでなく、経時的な吐出安定性にも乏しいもの
であった。
さらに本発明のインク具体的には実施例1−m、2−
a、2−c、2−eを用いて、第4図に示す装置によっ
て、カラーインクジェット記録を行った。
第4図において記録ヘッド1はインクタンク3からイ
ンク供給パイプ4を通じて、イエロー、マジェンタ、シ
アン、ブラックの各色インクの供給を受ける。記録ヘッ
ド1には前記各色インク吐出口2が複数設けられ、記録
ヘッド駆動制御回路5からフレキシブルケーブル6を通
って電気的信号が伝えられ、圧電素子制御、電界制御、
電荷制御、熱インクジェットなどのインク吐出手段によ
ってインク液滴8を吐出し、対向する記録紙7にドット
像を形成するものである。記録ヘッド1において各色イ
ンク吐出口の配置順については第2図においてはイエロ
ーマジェンタシアンブラックの順となっている
が、インクタンク中のインクを入れ換えることによって
適宜配置転換可能である。
該装置を用いて、イエロー、マジェンタ、シアン、ブ
ラック(以下単色と言う)の4色のインクの減色混合に
よりフルカラー画像を記録できる。すなわちレッド、グ
リーン、ブルー(以下混色と言う)はそれぞれ、イエロ
ーとマジェンタの混合、イエローとシアンの混合、マジ
ェンタとシアンの混合によって再現されるものである。
本発明のインクを汎用記録紙へのフルカラー印字に用い
た場合速乾性が高く、異色のインク同志のにじみのない
高品質のカラー印字が記録でき、かつそれは色再現性に
優れたものであった。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明のインクは低粘度であるため
インクドロップの形成において吐出口においてインクの
メニスカスの復帰時間が短くなり、インクジェット記録
ヘッドの応答周波数の向上に有利であり、かつ経時的な
粘度上昇が少ないため吐出安定性に優れたものであっ
た。
また本発明のインクは、市販の様々な紙質の汎用記録
紙に対して浸透が速いため乾燥が速く未定着インクによ
る紙汚れが起こらずかつドットの真円度が高いため高品
質の印字が得られるものであった。
さらに本発明のインクをカラーインクジェット記録に
応用した場合、インク定着速度が速いためカラーインク
の同志の重ね合わせが容易にでき、異色のインク同志の
にじみが少なく高品質のカラー印字が記録できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は溶媒成分がホルムアミドである非水系インク
と、多価アルコールを含む水系インクの経時的な粘度変
化を示した図。 第2図は圧電素子制御方式のヘッドを示す平面図。 第3図はバブルジェット制御方式のヘッドを示す平面
図。 第4図は本発明のインクを用いてフルカラー印字する際
に使用するインクジェット記録装置の簡略図。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】着色剤を0.1〜10重量%、浸透剤を1〜10
    重量%、20℃において粘度が6mPas以下でかつ蒸気圧が2
    mmHg以下の極性溶媒を25〜98.9重量%含み、かつ水を含
    まないインクジェット記録用インク。
  2. 【請求項2】前記浸透剤が、下記一般式(I)で表され
    る化合物、アルキルベンゼンスルホネート、コハク酸ジ
    アルキルエステルスルホン酸塩、高級脂肪酸塩から選ば
    れた少なくとも一つである特許請求の範囲第1項記載の
    インクジェット記録用インク。 一般式(I) (上記一般式において、R1〜R4はアルキル基、m=0
    かつn=0もしくはm+n<30である。)
  3. 【請求項3】前記極性溶媒が、ホルムアミド、ジメチル
    スルホキシド、ジメチルエタノールアミン、N−メチル
    −2−ピロリドンから選ばれた少なくとも一つである特
    許請求の範囲第1項記載のインクジェット記録用イン
    ク。
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