JP3387552B2

JP3387552B2 - インクジェット記録用インク、これを用いたインクジェット記録方法、かかるインクを用いた記録ユニット、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP3387552B2
Application number: JP11985093A
Authority: JP
Inventors: 勲木村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 2003-03-17
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JPH06329966A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、環境保全を目的とし
た、インクジェット記録装置に用いるインク、これを用
いたインクジェット記録方法、かかるインクを用いた記
録ユニット、インクカートリッジ及びインクジェット記
録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水性染料インクを用いたインクジ
ェット記録の分野では、環境劣化に耐えうるためのイン
クに求められる性質として、耐候性（耐光性、耐水性、
耐オゾン性）等が検討されて来た。そのため色材である
染料自身の耐候性を向上させるべく様々な努力がなされ
ている。例えば、染料分子中の可溶化基（−ＯＨ、−Ｓ
Ｏ₃ Ｈ、−ＣＯＯＨ等）の数を減らすことで耐水性を向
上させている。しかし、これらの染料は水溶性が低いた
め比較的高いｐＨで安定であり、環境水のｐＨ領域（ｐ
Ｈ＝５．８〜８．６）では析出し易い性質を持ってい
る。したがってこの染料を用いたインクがなんらかの要
因により環境に放出された場合には染料が析出し、土壌
中あるいは、川底、湖底、海底に堆積しかつそこの生態
系を着色するおそれがある。一方、近年カラー画像記録
の普及につれて高発色のインクも多量に使用されるに至
っている。水溶性のカラーインクは特にインクジェット
記録の分野および一般の筆記具の分野でその使用量が年
々増大している。殊に高発色を可能とするカラー染料は
記録物の品位が良好なため今後も使用量が増加してゆく
と考えられている。さらに、これらカラー記録物も長期
に渡って保存される割り合いはそれほど多くはなく、一
過性の目的のために使用される場合が一般的である。す
なわち記録画像の大半は廃棄物として環境に放出される
ことになる。以上のカラーインクが環境に放出された場
合には水溶性が高いため土壌あるいは水底に堆積するこ
とは少なく、前者では地下水の着色汚染、後者ではやは
り着色汚染と着色によって水の光透過性が低下し、さら
にアオコの発生で魚類生態系の破壊を引き起こす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、染料に生分解性を持たせ、環境中に放出されても
微生物の分解作用により消色するとともに安全な物質に
還元される環境保全にすぐれ、且つ記録適性、特に耐水
性にも優れたインクジェット記録用インク、かかるイン
クを用いたインクジェット記録方法、記録ユニット、イ
ンクカートリッジ及びインクジェット記録装置を提供す
ることにある。

【０００４】

【課題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。

【０００５】即ち、本発明は、記録剤と水とを含み、該
記録剤が水溶性染料のアニオン性可溶化基に生分解性ポ
リマー物質としてキトサンの酢酸塩、キトサンのコハク
酸塩、キトサンの乳酸塩、キトサンのリンゴ酸塩及びカ
チオン化澱粉から選ばれる何れかが配位結合した組成物
を含むことを特徴とするインクジェット記録用インク、
これを用いたインクジェット記録方法、係るインクを用
いた記録ユニット、インクカートリッジ及びインクジェ
ット記録装置である。

【０００６】本発明のインクは、水溶性染料の可溶化基
に生分解性ポリマー物質を配位結合した組成物を含むこ
とを特徴としている。

【０００７】水溶性染料は一般的に、以下に示すような
数個のナフタレン環あるいはベンゼン環がアゾ基で結合
され、水酸基、アミノ基、スルホン基等が付加した構造
である。

【０００８】

【外１】

【０００９】上記構造においては、可溶化基はスルホン
基−ＳＯ₃ であり、水溶液中では電離してスルホニウム
イオンすなわちアニオンとなり、生分解ポリマーのカチ
オン性を示す部位がこの染料分子のスルホン基に配位結
合する。

【００１０】例えば、生分解ポリマーであるキトサン有
機酸塩の一種であるキトサン酢酸塩（下図ａ）は、酢酸
が付加したアミノ基がカチオン性を示し、染料分子のス
ルホン基に配位結合する（下図ｂ）。

【００１１】

【外２】

【００１２】この上図（ｂ）の配位子が自然環境と接触
したとき、生分解性であるキトサンが先ずバクテリアに
分解を受け活性状態になる。同時に配位していた染料骨
格も活性なキトサンの分解中間体によりアゾ基の解裂を
促進される作用を受ける。そこで染料の退色が起こり、
分子長が短くなった染料フラグメントがそれよりはるか
に長いキトサン分解中間体に包接され、いずれはキトサ
ンとともにバクテリアにより代謝分解されるものと考え
られる。

【００１３】本発明で用いる染料は一般的にインクジェ
ット記録装置や筆記具に用いられているフタロシアニン
系、キサンテン系、アントラキノン系、モノアゾ系、ジ
スアゾ系、トリスアゾ系テトラアゾ系等の染料が好適で
ある。特にブラック染料としては、以下に示したＮｏ．
１〜Ｎｏ．６の構造のものが好ましい。これら染料のイ
ンク中の含有量は染料の種類や記録方法によって異なる
が、一般的にはインク全重量の２０％以下、インクジェ
ット記録装置で使用するインクでは１０％以下の範囲で
用いることが好ましい。

【００１４】

【外３】

【００１５】この染料に配位結合する生分解ポリマーと
しては、キトサン有機酸塩、カチオン澱粉、ビニルベン
ジル型カチオンポリマー、アクリル酸型カチオンポリマ
ー、ポリアミンサルホン、ポリアリルアミン等が挙げら
れるが、特にキトサン酢酸塩、カチオン澱粉が好ましく
用いられる。これら生分解ポリマーの含有量は、染料分
子中の可溶化基数とそれに配位させるポリマーの配位比
率およびポリマー分子中の反応基数とポリマーの構造単
位数とから決めることが可能で、好ましいポリマーの含
有量範囲は染料の１ｗｔ％から３０ｗｔ％、より好まし
くは５ｗｔ％から１０ｗｔ％である。この範囲より多い
場合は、染料を析出させ好ましくない。また、この範囲
より少ない場合は、生分解性が得られなくなるのでやは
り好ましくない。

【００１６】本発明のインクは記録液としての性能向上
のため次に列挙する保湿剤、溶解助剤を含有しても良
い。例えば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、１、２、６−ヘキサント
リオール、プロピレングリコール等のアルキレングリコ
ール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリ
コール等のポリアルキレングリコール類、モノエタノー
ルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン
等のアルコールアミン類、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン供与性極
性溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエ
チレングリコールモノメチルエーテル等の多値アルコー
ルの低級アルキルエーテル類、グリセリン、２−ピロリ
ドン、Ｎ−メチルピロリドン、ソルビトール、尿素等が
挙げられる。これらのインク中の含有量はインク全重量
の２〜６０％の範囲で使用することが好ましい。

【００１７】またインクジェット記録に本発明のインク
を使用する場合は、エタノール、プロパノール等のアル
キルアルコールを含有させるとインク滴の吐出性が一層
向上し、さらに効果的である。

【００１８】更に、環境保全という観点からはインクの
みならずインク容器や記録装置の匡体、その他従来非腐
敗性の材料で構成されている部分も可能な限り生分解あ
るいは光分解等が期待される材料であることがより好ま
しい。

【００１９】本発明のインクはサインペン、ラインマー
カー等の筆記用具、及び、文字及び画像を記録するため
のプリンタ、複写機、ファクシミリ、プロッタ等に用い
るインクとして使用可能であるが、特にインクジェット
記録方式、その中でも熱エネルギーの付与によるインク
の発砲現象によりインクを吐出させるタイプのインクジ
ェット記録方法に対して特に好適である。

【００２０】本発明のインクを用いて記録を行うのに特
に好適な方法及び装置としては、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、該熱エ
ネルギーにより液滴を発生させる方法及び装置が挙げら
れる。

【００２１】その主要部であるインクジェット記録ヘッ
ドの構成例を図１、図２に示す。

【００２２】ヘッド１３はインクを通す溝１４を有する
ガラス、セラミックまたはプラスチック等と熱発生部を
有するヘッド基体１５とを接合して得られる。ヘッド基
体１５は酸化シリコン等で形成される保護層１６、アル
ミニウム等の電極１７、硼化ハフニウム等で形成される
発熱抵抗体層１８、酸化シリコン等で形成される蓄熱層
１９、アルミナ等の基板２０よりなっている。この構成
のヘッドに電気信号を電極１７に印加すると、ヘッド基
体１５のｈで示される領域；熱作用部が急激に発熱し、
熱作用部に接しているインクが発砲し、その圧力で吐出
口２２よりインク滴２４が吐出する。ヘッドから吐出し
たインク滴２４は被記録材２５に向かって飛翔し着弾記
録を行なう。なおインクジェット記録ヘッド１３は吐出
口２２が所望の記録密度に応じて複数個形成されていて
もよい。図３に、かかるインクジェット記録ヘッドを組
み込んだインクジェット記録装置の一例を示す。図３に
おいて、６１はワイピング部材としてのブレードであ
り、その一端はブレード保持部材によって保持されて固
定端となり、カンチレバーの形態をなす。ブレード６１
は記録ヘッドによる記録領域に隣接した位置に配置さ
れ、記録ヘッドの移動方向と垂直な方向に移動して吐出
口面と当接し、キャッピングを行なう構成を備える。さ
らに６３はブレード６１に隣接して設けられるインク吸
収体であり、ブレード６１と同様、記録ヘッドの移動経
路中に突出した形状で保持される。上記ブレード６１、
キャップ６２、吸収体６３によってインク吐出口面に水
分、麈埃等の除去が行なわれる。６５は吐出エネルギー
発生手段を有し、吐出口を配した吐出口面に対向する被
記録材にインクを吐出して記録を行なう記録ヘッド、６
６は記録ヘッド６５を搭載して記録ヘッド６５の移動を
行なうためのキャリッジである。キャリッジ６６はガイ
ド軸６７と摺動可能に係合し、キャリッジ６６の一部は
モーター６８によって駆動されるベルト６９と接続（不
図示）している。これによりキャリッジ６６はガイド軸
６７に沿った移動が可能となり、記録ヘッド６５による
記録領域およびその隣接した領域の移動が可能となる。

【００２３】５１は被記録材を挿入するための給紙部、
５２は不図示のモーターにより駆動される紙送りローラ
ーである。これらの構成により記録ヘッドの吐出口面と
対向する位置へ被記録材が給紙され、記録が進行するに
つれて排紙ローラー５３を配した排紙部へ排紙される。

【００２４】以上の構成において記録ヘッド６５が記録
終了してホームポジションへ戻る際、ヘッド回復部６４
のキャップ６２は記録ヘッド６５の移動経路から退避し
ているが、ブレード６１は移動経路中に突出している。
その結果、記録ヘッド６５の吐出口がワイピングされ
る。なお、キャップ６２が記録ヘッド６５の吐出面に当
接してキャッピングを行なう場合、キャップ６２は記録
ヘッドの移動経路中に突出するように移動する。

【００２５】記録ヘッド６５がホームポジションから記
録開始位置へ移動する場合、キャップ６２およびブレー
ド６１は上記したワイピングの時の位置と同一の位置に
ある。この結果、この移動においても記録ヘッド６５の
吐出口面はワイピングされる。

【００２６】上述の記録ヘッドのホームポジションへの
移動は、記録終了時や吐出回復時ばかりでなく、記録ヘ
ッドが記録のために記録領域を移動する間に所定の間隔
で記録領域に隣接したホームポジショへ移動し、この移
動に伴なって上記ワイピングが行なわれる。

【００２７】図４は、記録ヘッドにインク供給部材、例
えばチューブを介して供給されるインクを収容したイン
クカートリツジの一例を示す図である。ここで４０は供
給用インクを収納したインク収容部、例えばインク袋で
あり、その先端にはゴム製の栓４２が設けられている。
この栓４２に針（不図示）を挿入することにより、イン
ク袋４０中のインクをヘッドに供給可能にならしめる。
４４は廃インクを受容するインク吸収体である。インク
収容部としてはインクとの接液面がポリオレフィン、特
にポリエチレンで形成されているものが好ましい。

【００２８】本発明で使用されるインクジェット記録装
置としては、上述のようにヘッドとインクカートリッジ
とが別体となったものに限らず、図５に示すようなそれ
らが一体になったものにも好適に用いられる。図５にお
いて、７０は記録ユニットであり、この中にはインクを
収容したインク収容部、例えばインク吸収体が収納され
ており、かかるインク吸収体中のインクが複数オリフィ
スを有するヘッド部７１からインク滴として吐出される
構成になっている。インク吸収体の材料としてはセルロ
ース繊維を用いることが本発明にとって好ましい。７２
はカートリッジ内部を大気に連通させるための大気連通
口である。この記録ユニット７０は図３に示す記録ヘッ
ドにかかえて用いられるものであって、キャリッジ６６
に対し着脱自在になっている。

【００２９】

【実施例】次に、実施例、及び比較例を挙げて本発明を
具体的に説明する。

【００３０】（実施例１〜５、比較例１〜２）キトサン
（大洋化学（株）製）を５％酢酸水溶液に溶解し、沸騰
しない程度に加温してキトサン酢酸塩を得た。なお、酢
酸以外の有機酸、例えば、コハク酸、乳酸、リンゴ酸な
ども同様の手法で用いることができる。

【００３１】和光純薬工業（株）製トウモロコシ澱粉を
ジエチルアミノエチルクロリドと水酸化ナトリウム水溶
液および硫酸ナトリウム水溶液に分散させ、５０℃で４
時間加温反応させてカチオン澱粉を得た。

【００３２】以下に示す各成分を混合し、メンブランフ
ィルターにて加圧濾過し、実施例１〜５、比較例１〜２
のインクを得た。

【００３３】（実施例１）Ｃ．Ｉ．アッシドブルー９３ｗｔ％ジエチレングリコール１５ｗｔ％キトサン酢酸塩２ｗｔ％エタノール１０ｗｔ％水７０ｗｔ％（実施例２）Ｃ．Ｉ．アッシドブルー９３ｗｔ％２-ピロリドン８ｗｔ％キトサン酢酸塩１ｗｔ％２-プロパノール１０ｗｔ％水７９ｗｔ％（実施例３）前記染料構造式中Ｎｏ．１の染料２ｗｔ％グリセリン８ｗｔ％キトサン酢酸塩０．５ｗｔ％水８９．５ｗｔ％（実施例４）前記染料構造式中Ｎｏ．６の染料３ｗｔ％カチオン澱粉０．５ｗｔ％トリエタノールアミン０．５ｗｔ％プロピレングリコール２０ｗｔ％水７６ｗｔ％（実施例５）Ｃ．Ｉ．アッシドブルー９２ｗｔ％カチオン澱粉１ｗｔ％Ｎ-メチル２-ピロリドン３０ｗｔ％水６７ｗｔ％（比較例１）Ｃ．Ｉ．アッシドブルー９３ｗｔ％２-ピロリドン８ｗｔ％２-プロパノール１０ｗｔ％水８０ｗｔ％（比較例２）前記染料構造式中Ｎｏ．６の染料３ｗｔ％トリエタノールアミン０．５ｗｔ％プロピレングリコール２０ｗｔ％水７６．５ｗｔ％

【００３４】以上６種類の実施例のインクおよび比較例
のインクについて生分解試験を行なった。

【００３５】生分解試験は、図６に示すように２リット
ルのビーカーに畑土を入れ、試験するインクを各々２０
０ｍｌ加えた。このビーカーごと土を採取した畑に戻し
図６のような状態に埋没した。遮光のため下部に通気孔
を開けたスチール缶を被せた。その後１週間毎にビーカ
ーから土１００ｍｌをサンプリングし、水でインク成分
を洗浄抽出して初期と同じ染料濃度になるように濃縮し
てその水溶液の吸光度を日立製作所製紫外可視分光光度
計Ｌ−４２００で測定した。

【００３６】吸光度の変化の様子を図７に示す。なお染
料の分解が進むと吸光波長も低波長側へシフトするが本
実験では初期の吸光波長の位置で吸光度変化を追跡し
た。図７より、本発明のインクはいずれも２〜３週間で
脱色すなわち染料の分解が確認された。一方比較例のイ
ンクは、吸光度の若干の低下は見られるものの完全脱色
には至らないことがわかった。

【００３７】次に実施例に記載の本発明のインク（実施
例１〜５）と比較例のインク各々の記録適性を以下の方
法で評価した。

【００３８】図４に示したインクカートリッジに３０ｍ
ｌのインクを注入しそのカートリッジを図３のインクジ
ェット記録装置に装填した。

【００３９】次に、印字用紙Ｘｅｒｏｘ４０２４紙、
再生紙ＥＷ−５００紙に所定のテストパタンを印字し印
字物の初期光学濃度（ＯＤ１）、および印字ドットを光
学顕微鏡で観察しエッジのシャープさを官能評価した。
さらに印字物をバットに満たした水道水に５秒浸漬し、
自然乾燥後再度光学濃度を測定して（ＯＤ２）、耐水性
の評価を行なった。その結果を表−１に示した。

【００４０】

【表１】表−１の結果より、本発明のインクは記録適性において
十分な光学濃度、エッジのシャープネスを備えており、
さらには生分解性ポリマーを染料分子に配位結合させた
効果として、耐水性が従来のインクよりかなり優れてい
ることがわかる。

【００４１】以上、述べた通り、本発明によれば、記録
適性、特に耐水性に優れ、且つ、インクが自然環境中に
なんらかの要因により放出されても微生物の分解作用に
より脱色分解して安全な物質に還元され、環境の着色汚
染を回避することのできる環境保全に優れたインク、か
かるインクを用いたインクジェット記録方法、及び機器
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット記録装置のヘッド部の縦断面
図。

【図２】インクジェット記録装置のヘッド部の横断面
図。

【図３】インクジェット記録装置の一例を示す斜視図。

【図４】インクカートリッジの一例を示す縦断面図。

【図５】インクジェット記録ヘッドとインクカートリツ
ジが一体である仕様の斜視図。

【図６】本発明の実施例１〜５及び比較例１〜２におけ
る試験方法の概略図。

【図７】本発明の実施例および比較例における評価試験
結果を示すグラフ。

【符号の説明】

５１給紙部５２紙送りローラー５３排紙ローラー６１ワイピング部材６２キャップ６３インク吸収体６４吐出回復部６５記録ヘッド６６キャリッジ６７キャリッジガイド軸６８キャリッジ駆動部６９駆動用ベルト部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09D 11/00 - 11/20 B41J 2/01 - 2/21 B41M 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録剤と水とを含み、該記録剤が水溶性
染料のアニオン性可溶化基に生分解性ポリマー物質とし
てキトサンの酢酸塩、キトサンのコハク酸塩、キトサン
の乳酸塩、キトサンのリンゴ酸塩及びカチオン化澱粉か
ら選ばれる何れかが配位結合した組成物を含むことを特
徴とするインクジェット記録用インク。
【請求項２】該水溶性染料が該インク全量に対して２
０重量％以下の割合で含まれている請求項１に記載のイ
ンクジェット記録用インク。
【請求項３】該生分解性ポリマー物質が該水溶性染料
に対して１重量％以上３０重量％以下の量含まれている
請求項１又は２に記載のインクジェット記録用インク。
【請求項４】請求項１〜３の何れかに記載のインクを
記録信号に応じて記録ヘッドの吐出口から吐出させて被
記録材に記録を行う工程を有することを特徴とするイン
クジェット記録方法。
【請求項５】熱エネルギーを作用させて該インクの吐
出を行う請求項４に記載のインクジェット記録方法。
【請求項６】請求項１〜３の何れかに記載のインクジ
ェット記録用インクを収容しているインク収容部と該イ
ンクを吐出させる為のヘッド部とを備えていることを特
徴とする記録ユニット。
【請求項７】該ヘッド部が、熱エネルギーを作用させ
て該インクを吐出させるヘッドである請求項７に記載の
記録ユニット。
【請求項８】請求項１〜３の何れかに記載のインクジ
ェット記録用インクを収容しているインク収容部を備え
ていることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項９】請求項１〜３の何れかに記載のインクジ
ェット記録用インクを収容しているインク収容部と該イ
ンクを吐出させる為のヘッドと、を有していることを特
徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１０】該ヘッド部が、熱エネルギーを作用さ
せて該インクを吐出させるヘッドである請求項９に記載
のインクジェット記録装置。