JP2894569B2 - インクジェット用インク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インクジェット用インクに関し、更に詳し
くはインクジェット用に特別に調整された塗工紙は勿
論、それ以外の一般にオフィスや家庭で使用されている
コピー用紙、レポート用紙、ノート、便箋、ボンド紙、
連続伝票用紙等の非塗工紙、所謂普通紙に対しても高精
細且つ高画質記録が可能な熱エネルギーを利用する方式
に好適なインクジェット用インクに関する。

（従来の技術） 従来からインクジェット用インクについては、実に様
々な組成のものが報告されている。中でも近年はオフィ
スで一般に使用されているコピー用紙、レポート用紙、
ノート、便箋等の普通紙に対しても記録を行うことが出
来る様に、インクの組成及び物性等の多様な面から詳細
な研究開発が為されている。

又、インクジェット記録方法においても、様々の方式
が提案されており、帯電した液滴を連続的に発生させ、
該液滴の一部を記録に使用する方式、圧電素子を有する
記録ヘッドに信号を与え、該信号に応じてインクの液滴
を発生させて記録を行う方式、或は記録ヘッドの室内の
インクに記録信号に対応した熱エネルギーを与え、該エ
ネルギーにより液滴を発生させ記録を行う方式等があ
る。

とりわけ、特開昭54-59936号公報に記録されている様
な熱エネルギーによるインクの発泡現象によってインク
を吐出させるタイプは、ノズルの高集積化、高密度化が
容易であり、最近特に注目を集めている方式である。し
かしながら、発泡という他方式にない現象を利用してい
る為、使用するインクに対して一層厳密な条件が要求さ
れている。

この方式に使用するインクの好ましい条件を下記に列
挙してみると、 （１）熱エネルギーに対する発泡の応答性が良好であ
り、微細な吐出口から液滴が常時安定して吐出され、目
詰りを生じないこと、 （２）記録休止中キャップをしない状態で放置されて
も、記録再開時直後から安定した吐出が得られること、
即ち、吐出口付近のインクが乾燥しにくく、目詰りを生
じないこと、 （３）特に普通紙に対して、不定形又は不規則な滲みの
ない高品位な画像が得られること、 （４）普通紙に対して定着性（印字乾燥性）が速く、印
字物を擦っても汚れないこと、 （５）保存安定性が良好で、長期間にわたりインク性能
が保持されること、及び （６）毒性や引火性等の点で安定性に優れること等が挙
げられる。

これらの要求に対して、従来のインクの処方として
は、吐出方式については特に熱エネルギー方式に限定さ
れるわけではないが、例えば、一般にインク中には乾燥
防止、目詰り防止等の目的でダリコール等の高沸点有機
溶剤を含有しており、この様なインクを用いてサイズ度
の高い普通紙に記録を行った場合には、紙内部へインク
が浸透しにくく、且つ記録部の乾燥性が悪い為、記録物
を手で触れるとインクが手についたり、文字が擦れて汚
れたりする等の定着性の問題があった。

これに対して、紙内部へのインクの浸透性を高める為
に、特開昭55-29546号公報にはインク中に多量の界面活
性剤を添加する方法が提案されている。しかし、この場
合には紙の種類によっては滲みが非常に多く発生した
り、インクをインクジェット用ヘッドに充填した場合
に、ヘッドの構造条件によってはインクがオリフィス面
より後退して吐出が行われなかったり、逆にオリフィス
面全体が濡れてインクが吐出しない等のトラブルが見ら
れた。

更に、特開昭56-57862号公報には、インクのpHを強ア
ルカリ性にする方法が提案されているが、この場合はイ
ンクに手を触れた場合に危険であり、又、ある種のサイ
ズ剤を用いた紙、例えば、中性紙等に対しては滲み、乾
燥性の点で共に良好でない場合がある等の欠点がある。

又、特開昭62-169875号公報には、水不溶性顔料の分
散安定剤として、炭素数４〜６のジオールを用いた顔料
インクが提案されている。しかしながら、顔料は染料と
比較すると、インク中で分散安定性が未だ不十分である
為、インクの長期保存安定性に問題がある。更に熱エネ
ルギーを使用するインクジェット方式においては、発泡
の応答性が悪く、吐出が不安定になりやすく、画質が著
しく劣化するという問題がある。

以上述べた様に、上記の他にも今まで種々の改良が試
みられているものの、例え熱エネルギー方式にて使用す
るという限定が無くても、前記の滲みと乾燥性、更には
耐目詰り性、保存性等の問題を全て十分に解決するとい
うインクは、今迄のところ知られていないというのが現
状であり、加えて発泡という熱エネルギー方式に特有の
現象に良好に応答する性能を更に有する様なインク設計
は重要であるが、極めて困難な課題であるということが
出来る。

（発明が解決しようとする問題点） そこで本発明の目的は、熱エネルギーに対する発泡の
応答性が良好であり、オフィス等で一般に使用されてい
るコピー用紙、レポート用紙、ノート、便箋等の非塗工
紙、所謂普通紙に記録した場合のインクの滲み及び記録
物の遅乾性の問題を解決したインクジェット用インクを
提供することにある。

又、本発明の別の目的は、オフィスや家庭における使
用においても安全性の高いインクジェット用インクを提
供することにある。

更に本発明の他の目的は、インクジェット用ヘッドの
ノズルにおける目詰りを起こしにくく、信頼性にも優れ
たインクジェット用インクを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的は以下の本発明によって達成される。

即ち、本発明は、少なくとも0.1〜10重量％の有色の
水溶性染料、70〜95重量％の水、５〜16重量％の炭素数
５の直鎖アルキレングリコール及び0.1〜10重量％の１
価アルコールを含有することを特徴とするインク吐出に
熱エネルギーを利用するインクジェット用インクであ
る。

（作用） 本発明者等は、熱エネルギーによる発泡現象によって
インクを吐出させる記録方式に好適であり且つ紙上にお
けるインクの滲みと乾燥性及び浸透性を改善し、更にイ
ンクジェット用ヘッドのノズルにおける目詰りを起こし
にくい信頼性の優れたインク組成について鋭意検討の結
果、70〜95重量％の水と共に、５〜16重量％の炭素数５
の直鎖アルキレングリコール及び0.1〜10重量％の１価
アルコールを含むインクが、滲みと浸透性の点でバラン
スのとれたものであり、更に目詰り防止性が特に良好で
あることを見出し、本発明に至ったものである。

即ち、本発明者等の研究によれば、従来、インクの目
詰り防止剤としては、エチレンオキサイドの付加重合物
やグリセリン等が用いられており、特にグリセリンは比
較的少量の添加が目詰りを防止することが出来、更に普
通紙上でのインクの滲みも起こしにくいことから、特に
好ましい目詰り防止剤であった。しかしながら、このグ
リセリンは紙中に存在するサイズ剤に対する濡れ性が悪
く、紙の種類によっては紙面上でのインクの乾燥性や浸
透性が著しく劣るといった欠点があった。

一方、エチレンオキサイトの付加重合物は、目詰り防
止効果は認められるものの、インクの滲みの問題はグリ
セリンよりかなり劣り、浸透性についてもグリセリンよ
りはやや良いものの、充分なレベルには達していなかっ
た。

これに対して、本発明で使用する炭素数５の直鎖アル
キレングリコールは、グリセリンと同様の目詰り防止効
果を有し、しかもインクの滲みと浸透性のバランスが非
常に良好である。この理由としては、該化合物は蒸気圧
が低く且つ水酸基を２個有する為、色素の溶解又は分散
性に優れ、その結果、良好な目詰り防止効果が得られる
ものと思われる。更に直鎖のグリコールの為、分子内に
親水性部分とが都合良く分布している。その為、サイズ
剤に対する濡れ性が良く、その結果、紙面上でのインク
の浸透性が格段に向上したものと考えられる。

一方、発泡に対する応答性は、上記アルキレングリコ
ールのインク中の含有量が５〜16重量％で、且つ水も70
〜95重量％含有された時に特異的に良好になる。これは
上記割合で混合されたインクの物性やノズル内部の各部
材に対する濡れ性が熱エネルギーによるインクの発泡現
象によってインクを吐出させる記録方法に特に最適であ
る為と考えられる。

（好ましい実施態様） 次に好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳しく説
明する。

本発明で使用し主として本発明を特徴づける化合物
は、炭素数５の直鎖アルキレングリコールであり、いず
れも従来公知の方法で得られるものである。上記化合物
の好ましい具体例は以下の通りであるが、本発明はこれ
らの具体例に限定されるものではない。

尚、炭素数が５であっても、分岐を有するアルキレン
グリコールを使用した場合は、インクの耐目詰り性、浸
透性及び滲みのバランスが、上記の直鎖アルキレングリ
コールを使用した場合と比較して劣り、熱エネルギーに
対する発泡応答性も劣るので好ましくない。

以上の如き炭素数５の直鎖アルキレングリコールは単
独でも混合物としても使用出来、これらのインクへ中へ
の添加量は、使用する色素や併用する他の液媒体成分等
によっても異るが、インク中で５〜16重量％程度、好適
には６〜15重量％を占める割合である。

前記炭素数５の直鎖アルキレングリコールの添加量が
５重量％未満の場合には、発泡応答性及びインクの浸透
性に対する効果が無く、一方、16重量％を越える場合
は、インクの表面張力が低下する為、紙によっては滲み
易くなり印字品位が低下する。

本発明のインクを構成する有色の水溶性染料として
は、直接染料、酸性染料、食用色素、塩基性染料、反応
染料等の有色染料が挙げられる。

これら有色の水溶性染料の含有量は液媒体成分の種
類、インクに要求される特性等に依存して決定される
が、一般的にはインク全量中で重量％で0.1〜10％、好
ましくは0.5〜８％、より好ましくは１〜５％を占める
割合である。

又、本発明のインクの必須成分である水のインク中に
占める割合は、70〜95重量％、好ましくは75〜95重量
％、より好ましくは78〜95重量％を占める割合である。
水の量が70重量％未満である場合は、有機溶剤の割合が
多く、紙がカールしたり、普通紙等への印字品位が著し
く低下する。一方、水の量が95重量％を越えると、ノズ
ルオリフィスからのインクの吐出安定性が著しく劣化す
る。

本発明のインクを構成する主要成分は以上の通りであ
るが、更に１価アルコールを併用することにより、イン
クの不規則な滲みを抑制しつつ、浸透性及び熱エネルギ
ーに対する応答性を更に向上させることが出来る。使用
出来る１価アルコールとしては、具体的には、脂肪族１
価アルコール、好ましくは炭素数２〜５の脂肪族１価ア
ルコール等が挙げられる。

上記１価アルコールのインクへの添加量は、その種類
によって異なるが、インクの0.1〜10重量％、より好ま
しくは0.5〜５重量％である。１価アルコールの添加量
が0.1重量％未満の場合は、熱エネルギーに対する応答
性、インクの浸透性における効果が少なく、一方、10重
量％を超える場合は、紙によっては不規則な滲みが発生
し、画質が著しく劣化する。

又、その他必要に応じて従来公知のインクに使用され
ている一般的な有機溶剤も更に併用することが出来、例
えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等
のアミド類；アセトン、ジアセトンアルコール等のケト
ン又はケトアルコール類；テトラヒドロフラン、ジオキ
サン等のエーテル類；ジエチレングリコール、トリエチ
レングリコヘール、テトラエチレングリコール、ジプロ
ピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリエ
チレングリコール、ポリプロピレングリコール等のオキ
シエチレン又はオキシプロピレン付加重合体；エチレン
グリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリ
コール、ブチレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオ
ール、ヘキシレングリコール等の本発明における必須成
分以外のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアル
キレングリコール類；チオジグリコール；グリセリン；
エチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテ
ル、ジエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エ
ーテル、トリエチレングリコールモノメチル（又はエチ
ル）エーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテ
ル類；トリエチレングリコールジメチル（又はエチメ）
エーテル、テトラエチレングリコールジメチル（又はエ
チル）エーテル等の多価アルコールの低級ジアルキルエ
ーテル類；スルホラン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、
1,3−ジメチル−２−イミダゾリジノン類が挙げられ
る。

上記水溶性有機溶剤の含有量は、一般的にはインクの
全重量量に対して１〜20重量％、好ましくは２〜15重量
％の範囲である。

上記の如き有機溶剤を併有する場合は、単独でも混合
物としても使用出来るが、最も好ましい液媒体組成は、
該媒体が少なくとも１種の水溶性高沸点有機溶剤、例え
ば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、
グリセリン等の多価アルコールを含むものである。

又、その他各種の分散剤、界面活性剤、粘度調整剤、
表面張力調整剤、蛍光増白剤等も本発明の目的の達成を
妨げない範囲において必要に応じて添加することが出来
る。

例えば、ポリビニルアルール、セルロース類、水溶性
樹脂等の粘度調整剤；カチオン、アニオン或いはノニオ
ン系の各種界面活性剤、ジエタノールアミン、トリエタ
ノールアミン等の表面張力調整剤；緩衝液によるpH調整
剤；防カビ剤等を挙げることが出来る。

更に、本発明のインクは普通紙等に記録した場合のイ
ンクの滲み及び記録物の乾燥性、浸透性の問題をより良
好に解決すると同時に、インクジェット用ヘッドに対す
るマッチングを良好にする面から、インクの物性として
25℃における表面張力が30〜68dyne/cm、粘度が10cP以
下、好ましくは5cP以下、より好ましくは3cP以下に調整
されることが望ましい。

以上、本発明のインクの構成及び物性について説明し
たが、最も好ましい使用形態は、特開昭54-59936号公報
に記載の熱エネルギー方式に準じた方式にて使用するも
のであり、この際の周波数としては、0.2〜20KHz、好ま
しくは１〜10KHz、より好ましくは３〜9KHzの範囲で使
用することにより、本発明のインクの有利性が更に明確
になる。

（実施例） 次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に
説明する。尚、文中、部及び％とあるのは特に断りのな
い限り重量基準である。

実施例１〜３ 下記第１表に示した成分を混合した５時間撹拌後、水
酸化ナトリウムの0.1％水溶液にてpHを7.5に調節し、更
にポアサイズが0.22μｍのメンブランフィルター（商品
名 フロロポアフィルター、住友電工（株）製）にて加
圧濾過し、本発明のインクＡ〜Ｃを得た。

次に、得られたインクＡ〜Ｃを用いて、インクジェッ
ト記録装置として、発熱素子をインクの吐出エネルギー
源として利用したインクジェットプリンターBJ-130（商
品名：キヤノン（株）製）を使用し、市販のコピー用紙
及びボンド紙に記録を行い、得られた記録物の定着性、
滲みの発生率、プリント一時停止後の再プリント時の目
詰り性、プリント長期停止後の際プリント時の目詰り回
復性及び周波数応答性の評価を行った。その結果を第３
表に示す。尚、評価は通常25℃及び60％RHの条件にて行
った。

＊１定着性評価 市販のコピー用紙及びボンド紙に印字して10秒後及び
30秒後に印字部を濾紙（商」品名:No.5C、東洋濾紙
（株）製）にて擦り、以下の様に評価した。

◎…10秒でカスレ 無し ○…10秒でカスレ 小 △…30秒でカスレ 小 ×…30秒でカスレ 大 ＊２滲み発生率 滲みの発生率については、市販のコピー用紙及びボン
ド紙にプリンターで300ドットを不連続になる様に印字
した後、１時間以上放置し、その後顕微鏡で滲みを発生
したドットの数を数え、全ドット数に対する割合を％で
表示し下記の様に評価した。

○…10％以下 △…11〜30％ ×…31％以上 ＊一時目詰り性 一時目詰り性とは、プリント一時停止後の再プリント
時の目詰り性をいい、プリンターに所定のインクを充填
して10分間連続して英数文字を印字した後、プリントを
停止し、キャップ等をしない状態で10分間放置した後、
再び英数文字を印字した場合の文字のカスレ、欠け等の
不良箇所の有無により評価した。

○…一文字目から不良箇所無し △…一文字目の一部がカスレ又は欠ける ×…一文字目が全く印字出来ない ＊４長期目詰り回復性 長期目詰り回復性とは、プリント長期停止後の再プリ
ント時の目詰り回復性をいい、プリンターに所定のイン
クを充填して10分間連続して英数文字を印字した後、プ
リントを停止し、キャップ等をしない状態で７日間放置
した後、ノズルの目詰り回復操作を行い、何回の操作回
数で文字のカスレ、欠け等の不良箇所の無い正常な印字
が可能か判定した。

○…１〜５回の回復操作で正常な印字が可能 △…６〜10回の回復操作で正常な印字が可能 ×…11回以上の回復操作で正常な印字が可能 ＊５周波数応答性 得られた印字物の印字状態、即ちカスレや白抜け状態
及びスプラッシュやヨレ等の着弾点不良状態を肉眼で観
察し、評価した。

◎…周波数に対するインクの追従状態は良好であり、ベ
タ印字キャラクタ印字共にカスレや白抜け、着弾点不良
がみられない ○…周波数に対するインクの追従状態はほぼ良好であ
り、キャラクタ印字ではカスレや白抜け、着弾点不良が
みられないが、ベタ印字において僅かにカスレがみられ
る。

△…キャラクタ印字ではカスレや白抜けはみられないが
一部着弾点不良がみられる。又、ベタ印字ではカスレ、
白抜けがベタ印字全体の1/3程度みられる。

×…ベタ印字においてカスレ、白抜けが多く、又キャラ
クタ印字においてもカスレや着弾点不良がたくさんみら
れる。

＊６保存安定性 各インクを耐熱性のガラス瓶に100ccづつ入れ、密栓
して60℃の高温槽に３ケ月間保存後、前記記録装置に搭
載して連続伝票用紙100枚に印字し、下記基準にて評価
した。

○…異常なし ×…不吐出、印字の乱れ又は変褐色が発生 （効果） 以上説明した様に本発明のインクによれば、熱エネル
ギーに対する発泡の応答性が良好であり、一般にオフィ
ス等で使用されるコピー用紙、レポート用紙、ノート、
便箋等の普通紙に対しても滲みがなく品位の優れ、且つ
浸透性の良好な記録が可能となる。

又、本発明によれば、オフィスや家庭における使用に
おいても安全性の高いインクを得ることが出来る。

更に、本発明のインクによれば、インクジェット用ヘ
ッドのノズルにおける目詰りが発生しない信頼性の高い
記録を行うことが出来る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 城田 衣 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−59757（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−22592（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09D 11/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも0.1〜10重量％の有色の水溶性
   染料、70〜95重量％の水、５〜16重量％の炭素数５の直
   鎖アルキレングリコール及び0.1〜10重量％の１価アル
   コールを含有することを特徴とするインク吐出に熱エネ
   ルギーを利用するインクジェット用インク。