JP3889099B2 - インクジェット用インク及びインクジェット印刷におけるエーロゾルの低減法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット印刷に用いられるインク組成に関し、より詳細には、インクジェット用インク組成に高分子添加剤を含有させることによるインクジェット印刷におけるエーロゾル発生の軽減に関する。
【０００２】
【背景技術】
インクジェット印刷は、ノンインパクト印刷工程であり、この場合、インク液滴は、紙、透明フィルム、又はテキスタイル（ｔｅｘｔｉｌｅｓ）のような印刷媒体上に載せるものである。低コストで且つ出来上がりの品質が高いので、比較的雑音のない運転と相俟って、インクジェット印刷機は、今や、コンピュータ併用型の他方式印刷機に代わる普及型機となっている。本質的に、インクジェット印刷は、マイクロプロセッサによって発生させた電気信号に応答して印刷媒体上に微細なインク液滴を噴射するものである。
【０００３】
インクジェット印刷においてインク液滴噴射を遂行するのに現在利用できる基本的手段は、熱式と圧電式の２通りがある。熱式インクジェット印刷では、インクを気化させるのに抵抗加熱が使用され、インクは印刷媒体に向かってインクジェット・ペンのオリフィスを通して噴射される。そのための印刷機は、複数のオリフィスを装備しており、各オリフィスは、抵抗体に結合されている。マイクロプロセッサにより、インク噴射のための適当な抵抗体を選択し且つその抵抗体に電流を流して抵抗加熱を遂行し、その結果、その選択した抵抗体に結合されたオリフィスを通してインク噴射が行われる。マイクロプロセッサで選択されたインク噴射のための特定の抵抗／オリフィスのペア（対）のパターンによって、紙上に印刷される英数字文字、区画内埋込み（ａｒｅａ ｆｉｌｌｓ）、及びその他のパターンの形状が決定される。圧電式インクジェット印刷では、これ又、マイクロプロセッサで発生した電気信号に応答して、圧電素子が振動してインク液滴を噴射する。
【０００４】
インクジェット印刷機からインクを噴射するのに用いられるエネルギーのタイプには関係なく、インクジェット印刷で経験される共通の問題は、噴射したインク液滴の壊変であり、そのため、オリジナルのインク液滴のある部分が印刷媒体上の意図した位置に到達しないことになる。より詳細には、インクジェット印刷機で噴射されるインク液滴は、一般に、頭部と尾部を有することが知られている。尾部は、ここでは“ブレイクオフ残余（ｂｒｅａｋｏｆｆ ｒｅｍｎａｎｔｓ）”と呼ばれる、比較的小容積のインクに分裂し易い。その後は、一定のブレイクオフ残余は、噴射したインク液滴の頭部と損なわれていない尾部と一緒には印刷媒体上の意図した位置に堆積しない。むしろ、一定のブレイクオフ残余は、それらの軌道が空気抵抗によって変更される程に小さいものである。空気抵抗によって印刷媒体上のそれらの意図した目的位置に到達しないブレイクオフ残余は、集合的に“エーロゾル”として知られている。
【０００５】
全てのブレイクオフ残余が用語“エーロゾル”に包含されるとは限らない。むしろ、ブレイクオフ残余は、空気抵抗で実質的に影響される位に十分小さくなければならず、且つブレイクオフ残余を生ずる尾部の分裂は、その飛行経路が空気抵抗で変えられる機会が与えられる位に、印刷媒体から十分離れた位置で起こった筈である。理論的には、ブレイクオフ残余のサイズとブレイクオフ残余が生ずる時間は、作用中の慣性力、インクの粘性、及びインクの表面張力間の相互作用で大きく影響される。
【０００６】
インクジェット印刷におけるエーロゾルの発生は望ましいものではない：何故なら、印刷媒体上に噴射されるインクの位置の抑制力が印刷機のマイクロプロセッサから事実上曲げられ且つランダムな空気力に転じられるからである。エーロゾルは、特定の英数字文字、区画内埋込み、又はその他のパターンの作成用のインク量を減らすため、印刷品質にマイナスに影響する。さらに、エーロゾルを構成するブレイクオフ残余は、空白で残そうとした印刷媒体の部分に到達することもあり、これが印刷品質に逆効果を与えることになる。
【０００７】
従って、インクジェット印刷におけるエーロゾルの発生を実質上低減もしくは排除する手段を求める要求が存在する。採用される手段は、印刷品質に逆効果を及ぼしてはならず且つ容易に実行されるものでなければならない。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記の要求に応えるために、インクジェット印刷におけるエーロゾル発生を低減するためのインクジェット用インクと、このインクを用いたエーロゾル発生の低減方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、インクジェット印刷におけるエーロゾル発生を低減するために、粘弾性ポリマーを用いるインクジェット用インクと、その低減方法とを提供する。より詳細には、本発明のインクジェット用インクは、少なくとも１つの染料と水性ベースの媒質とから成り、結果として、エーロゾル発生の実質的低減は、ポリアクリルアミド及びポリビニルピロリドンから成る群から選択されるような、少なくとも１つの粘弾性ポリマーにより実現される。
【００１０】
粘弾性ポリマー成分は、その尾部が完全な状態でより多く残り易くなるように、噴射インクの表面張力並びに伸び粘性を高める働きがある。さらに、分裂が起こったとしても、粘弾性ポリマー成分は、実際に、その頭部から離れた位置に分裂点を移動させるよう機能し、それによって、ブレイクオフ残余はどれも印刷媒体により近くなるよう分裂の発生時間を遅延させる。最終的に、本発明の実施において、尾部から切り取られるインクは何れも、その飛翔軌跡が空気力で支配されない位十分な寸法を有する衛星のような液滴を、おそらく形成することになる。換言すれば、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマーを組入れることにより、次の２つの手段でエーロゾルの発生に対抗することになる：（１）分裂を抑止し；（２）分裂したとしても、衛星液滴のサイズを最大にし且つその発生を遅延させる。
【００１１】
本発明のインク組成と方法は、滴下オンデマンド（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）型の連続、圧電式印刷機及び熱式又はバブルジェット式の滴下オンデマンド型印刷機のような種々のインクジェット式印刷機と共に用いてよい。本発明の実施において達成されるエーロゾル発生の低減によって、インクジェット印刷機で実現できる印刷品質が改善される。
【００１２】
【発明の好ましい実施の態様】
エーロゾルの発生は、本発明の実施において、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマーを組入れることにより、実質的に低減される。粘弾性ポリマー成分は、約５〜１０ｐｐｍの範囲の濃度で既存のインクに用いる。この濃度の範囲内で、粘弾性ポリマーは、エーロゾルブレイクオフ残余の発生を防ぐか又は遅延させるよう働く。本発明に沿って生成されるインクは、インクジェット式印刷機によって、紙、透明紙、及びテキスタイルを含む、様々な形の印刷媒体上に印刷してよい。さらに、このインクは、どのインクジェット式印刷機にも適切に用いることができるが、熱インクジェット式印刷機に特に有効である。
【００１３】
図１〜５は、熱インクジェット印刷時に集合的にエーロゾルを形成するブレイクオフ残余を発生させると思われるものの時間経過による一連の現象（ｔｉｍｅｓｅｑｕｅｎｃｅ）を描写したものである。図は、１つの噴射抵抗体１０と、オリフィス板１４の関連オリフィス１２の側面拡大図を示す。抵抗体１０は、基板１６に保持する。障壁層１８は、抵抗体１０が配置された噴射チャンバー２０を限定するもので、同抵抗体の左右に見られ、２つの壁１８ａと１８ｂを形成する。別の障壁（図示せず）が図の紙面の“上方”にあり；３つの障壁１８ａ、１８ｂ、及びその別の障壁が噴射チャンバー２０の３つの側面を限定し、第四の壁は開けておく。インク２２は、スロット形状をしており且つ基板１６下の容器（図示せず）から両側（一方は偶数側で他方は奇数側）の複数の抵抗体にインクを供給する、インク送りスロット（図示せず）から噴射チャンバー２０に入る。インク送りスロットは、障壁入口チャンネル（図示せず）によって、噴射チャンバー２０と流体的（ｆｌｕｉｄｉｃａｌｌｙ）に連絡している。障壁入口チャンネルは、ペン壁を通して噴射チャンバー２０に連接し、従って図の紙面の“下方”にある。
【００１４】
図１は、平衡状態のインクを示す。その液滴が噴射されると（図２）、インク２２のメニスカスは噴射チャンバー２０内に引っ込み、頭部２２Ａと尾部２２Ｂを形成しつつあるインクをメイクアップ（ｍａｋｅ ｕｐ）する（図３）。図４は、インク２２のメニスカスからの尾部２２Ｂの分離と、印刷媒体２８上のその目的位置へ向けて噴射されたインクの頭部／尾部アセンブリ２６の移動を示す。図５は、ブレイクオフ残余３０を形成する、噴射インクアセンブリ２６の尾部２２Ｂの分裂を示すものである。もし、そのブレイクオフ残余３０が、十分小さく且つ頭部／尾部の親アセンブリ２６が印刷媒体２８に衝突するより十分前に生ずるなら、ブレイクオフ残余３０の軌道は空気力で制御されることになり、これがエーロゾルと呼ばれるものである。
【００１５】
本発明に沿って、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマー成分を含有させることにより、その尾部が完全な状態でより多く残り易くなるようにインクの伸び粘性と表面張力が高められ、エーロゾルブレイクオフ残余の発生が防止される。さらに、分裂が起こったとしても、粘弾性ポリマー成分は、実際に、その頭部から離れた位置に分裂点を移動させるよう機能し、それによって、噴射インクが印刷媒体により一層接近するまで、分裂の発生時間が遅延される。最終的に、粘弾性ポリマーを組入れることにより、尾部からの分離残余はより大きい衛星液滴に凝集され、その結果、それらの飛翔軌道は空気力でより支配され難くなる。要するに、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマーを組入れることにより、次の２つの基本的手段により：即ち、（１）分裂を抑止することと；（２）分裂したとしても、破片液滴のサイズを最大にし且つその発生を遅延させることにより、エーロゾルの発生と戦うのである。
【００１６】
エーロゾル発生を効果的に減少させるために、粘弾性ポリマー成分を約５〜１０ｐｐｍの範囲内で用いる。ポリアクリルアミドを２ｐｐｍだけ用いるインクジェット用インク組成は、エーロゾル発生の減少による利益が得られないことが分かっている。他方、ポリアクリルアミドを１０ｐｐｍを越えて用いるインクジェット用インク組成は、インクジェット印刷にとって逆効果の疑似可塑性効果（ｐｓｅｕｄｏ−ｐｌａｓｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ）（即ち、“ラバーバンディング”《ｒｕｂｂｅｒｂａｎｎｄｉｎｇ》）を呈する。さらに、約１０ｐｐｍより高い濃度では、沈殿が起こることもある。好ましくは、粘弾性ポリマーは、約１０ｐｐｍで用いる。
【００１７】
本発明の実施に適切に用いられる粘弾性ポリマーは、インクジェットインクの絶対粘性に影響を及ぼさないで伸び粘性を増大させるようなポリマーであればどれでもよい。適切に用いられる粘弾性ポリマーの種類の例としては、限定するものではないが、ポリアクリルアミドとポリビニルピロリドンがある。本発明の実施には、粘弾性ポリマーの混合体を用いてよい。従って、ポリアクリルアミドとポリビニルピロリドンの混合物、並びに様々な分子量を有するポリアクリルアミドの混合体は、首尾よく用いることができる。好ましくは、粘弾性ポリマー成分は、５０ｗｔ％のポリアクリルアミドと５０ｗｔ％のポリビニルピロリドンの混合体から成るか、あるいはポリアクリルアミドだけから成る。
【００１８】
本発明の実施に適切に用いられるポリアクリルアミドは、約１０，０００と５，０００，０００の範囲内の分子量を有していなければならず、一方、そのように用いられるポリビニルピロリドンは、約３，０００と１，０００，０００の範囲内の分子量を持っていなければならない。好ましくは、用いられるポリアクリルアミドとポリビニルピロリドンは、それぞれ、約１０，０００と３０，０００の分子量をもつ。
【００１９】
本発明の粘弾性ポリマーは、官能基、例えば、エステル、ラクトン、プリン、ピリミジン、アミド、シアナート、イソシアナート、イソチオシアナート、チオシアナート、重水素化化合物、エーテル、ヒドラジン、ヒドラゾン、オサゾン、炭化水素、ヒドロキシ含有化合物、イミン、ケトン、ニトリル、有機金属誘導体、硫黄含有化合物、チロシン、尿素、チオ尿素、及び第四級アミンを含め、アセタール、ケタール、脂肪族アルデヒド、芳香族アルデヒド、脂環式アルデヒド、複素環式アルデヒド、アミン、アミン塩、アミノ酸、ペプチド、アニリン、複素環式アミン、アゾ、アゾキシ、及びジアゾニウム誘導体、カルボン酸とその誘導体を含んでよい。前出の官能基のうち、アミン塩、アミノ酸、ペプチド、ジアゾニウム誘導体、有機金属誘導体及び第四級アミンは、荷電単位を含む。
【００２０】
本発明のインクジェット用インク組成に用いられる染料は、インクジェット式印刷機用のインクに使われる水溶性染料のどれでもよい。適当な染料の例には、限定するものではないが、Ｆｏｏｄ Ｂｌａｃｋ ２，Ｃａｒｔａ Ｂｌａｃｋ，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ ５１，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １０９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １５４，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ８６，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １９９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ３２，Ａｃｉｄ Ｙｅｌｌｏｗ ２３，ＡｃｉｄＢｌｕｅ １８５，Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ ９，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ １７，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ５２，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ２４９，及びＲｅａｃｔｉｖｅ Ｒｅｄ １８０がある。染料の濃度は、好ましくは、約０．１〜７ｗｔ％の範囲である。約０．１ｗｔ％未満では、容認できない明度（ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ）をもったインクとなり、約７ｗｔ％を越えるとインクジェットペンのオリフィスが詰まってしまう。より好ましくは、染料は、インクジェット用インク組成の約０．１〜４ｗｔ％の範囲内にある。染料の混合体を用いてもよい。
【００２１】
ポリマー添加剤を組入れることは、染料ベースのインクジェット用インク組成に関わるエーロゾルを減ずるために広く採り入れられるであろうが、顔料ベースのインクも本発明の実施で利益を受け得ることが認められる。
【００２２】
好ましくは、本発明のインクジェット用インク組成の媒質は、粘弾性ポリマー成分に加えて、少なくとも１つのジオール、少なくとも１つのグリコールエーテル、２−ピロリドン、少なくとも１つの無機塩、及び残余水を包含する。より詳細には、本発明のインクジェット用インク組成の媒質は、好ましくは、全インク組成のパーセントで表した、次の濃度からなる：（ａ）約３〜２０ｗｔ％の少なくとも１つのジオール；（ｂ）約５ｗｔ％以下の少なくとも１つのグリコールエーテル；（ｃ）約３〜９ｗｔ％の２−ピロリドン；（ｄ）界面活性剤、緩衝剤、及びバイオサイド（ｂｉｏｃｉｄｅ）から成る群から選択される約０．５〜５ｗｔ％の少なくとも１つ；（ｅ）約３〜１１ｗｔ％の少なくとも１つの無機塩；（ｆ）約５〜１０ｐｐｍの少なくとも１つの粘弾性ポリマー、及び（ｇ）残余水。上述の媒質の配合が好ましいが、インクジェット用インク組成に使える水性ベースの媒質も本発明の実施において利益を得ることができる。
【００２３】
好ましいインク媒質に用いてよいジオールの例には、次のような化合物の何れか、又はその２つ以上の混合体が含まれる：エタンジオール（例えば、１，２−エタンジオール）；プロパンジオール（例えば、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジール、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、エチルヒドロキシプロパンジオール《ＥＨＰＤ》等）；ブタンジオール（例えば、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール等）；ペンタンジオール（例えば、１，５−ペンタンジオール）；及びヘキサンジオール（例えば、１，６−ヘキサンジオール、２，５−ヘキサンジオール等）。好ましくは、インクの媒質には１，５−ペンタンジオールとＥＨＰＤを用いる。
【００２４】
インク媒質のグリコールエーテル成分は、インクジェット用インク組成に通常用いられる、グリコールエーテルとチオグリコールエーテルの何れか、及びその混合体から成ってよい。この化合物の例には、ポリエチレングリコールのようなポリアルキレングリコール（例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール等）；ポリプロピレングリコール（例えば、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール等）；高分子グリコール（例えば、ＰＥＧ ２００，ＰＥＧ ３００，ＰＥＧ ４００，ＰＰＧ ４００等）及びチオグリコールがある。好ましくは、インク媒質にはジエチレングリコールが用いられる。
【００２５】
インク媒質に好ましく用いられる無機塩成分は、黒インクとカラーインク間のブリード（にじみ）を防ぐ働きがあり、１つ以上の無機塩から成る。ブリードを制御するのに無機塩成分を含有させることは、米国特許第５，１９８，０２３号（表題“Ｃａｔｉｏｎｉｃ Ｄｙｅｓ ｗｉｔｈ Ａｄｄｅｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｖａｌｅｎｔ Ｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｂｌｅｅｄ ｉｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｋ−Ｊｅｔ Ｉｎｋｓ”−本出願人と同じ譲受人に譲渡）に開示されている。同塩は、勿論、使用濃度でインクに溶解できなければならない。無機塩に適切に用いられるカチオンには、周期表の２Ａ族のアルカリ土類金属（例えば、マグネシウムとカルシウム）；周期表の３Ｂ族の遷移金属（例えば、ランタン）；周期表の３Ａ族由来のカチオン（例えば、アルミニウム）；及びランタナイド（例えば、ネオジム）がある。好ましくは、カルシウムとマグネシウムがカチオンとして用いられる。カルシウムと結合させて適切に用いられるアニオンには、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、安息香酸塩、ギ酸塩、及びチオシアン酸塩があり、一方、マグネシウムと結合させる適当なアニオンには、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、安息香酸塩、臭化物、クエン酸塩、ギ酸塩、ヨウ化物、硫酸塩、フッ化物、酒石酸塩、及びチオシアン酸塩がある。本発明のインク媒質に最も好ましく用いられる無機塩は、硝酸塩、塩化物、及びカルシウムとマグネシウムの酢酸塩である。
【００２６】
本発明のインク組成に用いてよい他の成分には、界面活性剤、緩衝剤、バイオサイド、及びその類があり、それらはそれぞれ、インクジェット式印刷に通常用いられる添加剤である。
【００２７】
界面活性剤は、通常、印刷媒体中へのインクの浸透を高めてカラー間のブリードを防ぐために用いる。この目的のためにインクジェット用インク組成に適切に用いられる界面活性剤はどれも、本発明のインク媒質に含有させてよい。用いてよい界面活性剤の種類の例としては、アニオン界面活性剤とノニオン界面活性剤がある。
【００２８】
ｐＨを緩和するために本発明のインク媒質に使われる緩衝剤は、無機緩衝剤ではインク組成中に比較的大量の無機塩が存在すると恐らく沈殿するであろうから、有機系のバイオ緩衝剤でなければならない。さらに、使用緩衝剤は、最良の結果を得るためには、約６〜９の範囲にあるｐＨを示さなければならない。好ましく使われる緩衝剤の例には、例えばＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から市販されているＴｒｉｚｍａ Ｂａｓｅ、及び４−モリホリンエタンスルホン酸（ＭＥＳ）がある。
【００２９】
本発明の要件に一致して、他の様々な種類の添加剤をインクに用いて、特定の用途に使うインク組成の諸特性を最適化してよい。例えば、熟練した当業者に周知の通り、１つ以上のバイオサイド、防かび剤、及び／又はスライムサイド（ｓｌｉｍｉｃｉｄｅ）（微生物剤）を、当分野で通常実施されるように、インク組成に用いてよい。適切に用いられる微生物剤の例には、限定するものではないが、ＮＵＯＳＥＰＴ（Ｎｕｄｅｘ，Ｉｎｃ．）、ＵＣＡＲＣＩＤＥ（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）、ＶＡＮＣＩＤＥ（ＲＴ Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏ．）、及びＰＲＯＸＥＬ（ＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａ）が含まれる。加えて、重金属の不純物の有害な影響を排除するために、ＥＤＴＡのような封鎖剤（ｓｅｑｕｅｓｔｅｒｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ）を包含させてもよい。最後に、大気中の二酸化炭素にインクが晒されると生ずることがある、インク中の任意のカルシウム含有無機塩の沈殿を避けるために、インク媒質に硝酸アンモニウムを包含させてもよい。
【００３０】
成分全ての純度は、通常の商業上の実施に見られるそれである。
【００３１】
本発明による粘弾性ポリマー成分を配合したインクは、関連したインクジェット印刷品質の低下を招来することなく、エーロゾル発生量の実質的低減を示す。これらの属性は次の実施例で立証されるものである。
【００３２】
【実施例】
本発明の実施において達成されるエーロゾル低減を立証するため、下記の組成を持つ４つの水性ベースのインクを調合した：
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１中の符号は次の通りである。
＊１：テトラメチルアンモニウムと結合したＤｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅタイプの染料
＊２：ナトリウムと結合したＡｃｉｄ Ｂｌｕｅ ９染料
＊３：硝酸マグネシウム６水和物
＊４：分子量約１０，０００のポリアクリルアミド
＊５：分子量約３０，０００のポリビニルピロリドン
【００３５】
これらのインクは、ヒューレット・パッカード社から市販されているＤｅｓｋＪｅｔ（登録商標）のインクジェット式プリンターのペンに、それぞれ別々に充填した。次いで、これらのインクを紙媒体上に別々にプリントした。レーザー式粒子カウンターを用いて粒子カウントによりインクの半径方向のサイズ分布を測定し、それによって、各インクに関連したエーロゾルの量を定量化した。粘弾性ポリマーを含有させなかったインクＤは、最高の粒子カウント数（１，６４６，６３０粒子／ｍ３）であった。インクＡ、Ｂ、及びＣはそれぞれ、インクＤのそれからのエーロゾルの低減を示した。インクＡは、粒子カウント数６７５，２３３粒子／ｍ３であり；インクＢは、粒子カウント数６９８，２００粒子／ｍ３であり；インクＣは、粒子カウント数８９４，３２０粒子／ｍ３であった。
【００３６】
従って、本発明に沿って調製されたインクにより、粘弾性ポリマー成分を何ら含んでいないインクと比較して、実質的にエーロゾル生成が低減されることが証明された。
【００３７】
以上、エーロゾルの生成は、本発明の実施において実質的に低減されることを説明した。
【００３８】
【産業上の応用性】
ここに開示したように、インクジェット印刷においてエーロゾルの生成を実質的に低減する本発明のインクジェット用インク組成と方法は、インクジェット印刷において商業上の用途を見出すものと思う。
【００３９】
このように、エーロゾル発生が低いインクジェット用インク組成並びにインクジェット印刷においてエーロゾル発生を低減する方法が開示された。明白な性質の種々の変更並びに修正は、本発明の精神から逸脱することなく実施してよいこと、且つ前述の変更並びに修正の全ては、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に帰属するものと考えられる、ということは熟練した当業者には容易に明らかとなろう。
【００４０】
以上のように、本発明は〔１〕少なくとも１つの染料と水性ベースの媒質から成るインクジェット用インクであって、少なくとも１つの粘弾性ポリマーを含有させることにより印刷中のエーロゾル発生の実質的低減を示すインクジェット用インクに関し、次のような好ましい実施態様を有する。
【００４１】
〔２〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、及びその混合体から成る群から選択されることを特徴とする〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４２】
〔３〕前記ポリアクリルアミドが約１０，０００〜５，０００，０００の範囲内の分子量を有し、且つ前記ポリビニルピロリドンが約３，０００〜１，０００，０００の範囲内の分子量を有することを特徴とする〔２〕記載のインクジェット用インク。
【００４３】
〔４〕前記ポリアクリルアミドが約１０，０００の分子量を有し、且つ前記ポリビニルピロリドンが約３０，０００の分子量を有することを特徴とする〔３〕記載のインクジェット用インク組成。
【００４４】
〔５〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、約５〜１０ｐｐｍの範囲内で前記インクジェット用インクに存在することを特徴とする〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４５】
〔６〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、約１０，０００の分子量を有する５０ｗｔ％のポリアクリルアミドと約３０，０００の分子量を有する５０ｗｔ％のポリビニルピロリドンとから成る〔１〕記載のインクジェット用インク。
。
【００４６】
〔７〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、約１０，０００の分子量を有するポリアクリルアミドから成る〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４７】
〔８〕前記少なくとも１つの染料が、Ｆｏｏｄ Ｂｌａｃｋ ２，Ｃａｒｔａ Ｂｌａｃｋ，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ ５１，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １０９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １５４，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ８６，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １９９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ３２，Ａｃｉｄ Ｙｅｌｌｏｗ ２３，Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ １８５，Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ ９，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ １７，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ５２，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ２４９，及びＲｅａｃｔｉｖｅ Ｒｅｄ １８０から成る群から選択されることを特徴とする〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４８】
〔９〕前記インクジェット用インクが、
（ａ）約０．１〜４ｗｔ％の少なくとも１つの染料と；
（ｂ）約３〜２０ｗｔ％の少なくとも１つのジオールと；
（ｃ）約５ｗｔ％以下の少なくとも１つのグリコールエーテルと；
（ｄ）約３〜９ｗｔ％の２−ピロリドンと；
（ｅ）界面活性剤、緩衝剤及びバイオサイドから成る群から選択される約０．５〜５ｗｔ％の少なくとも１つと；
（ｆ）約３〜１１ｗｔ％の少なくとも１つの無機塩と；
（ｇ）約５〜１０ｐｐｍの少なくとも１つの粘弾性ポリマーと；
（ｈ）残余水と
を含んで成る〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４９】
また、本発明は〔１０〕
（ａ）請求項１のインクジェット用インクを調製するステップと；
（ｂ）インクジェットペンにより印刷媒体上に前記インクジェット用インクをプリントするステップと
から成り、その結果、前記インクジェット用インクによるエーロゾル生成が実質的に低減されることを特徴とする、インクジェット印刷におけるエーロゾルの低減法に関する。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インクジェット印刷に用いるインクの特性、特に粘性を適切なものにコントロールすることによって、インクジェット印刷中のエーロゾルの発生を実質上低減もしくは排除することができ、この結果、印刷品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１〜図５は、熱インクジェット用ペンにおける噴射チャンバーの断面図であって、噴射されるインクの時間的事象順序を描写すると共に、集合的にエーロゾルとして知られているブレイクオフ残余に分裂することがある尾部の進化段階を示しており、図１はその最初の段階を示している。
【図２】図１の後の段階を示す。
【図３】図２の後の段階を示す。
【図４】図３の後の段階を示す。
【図５】最終段階を示す。
【符号の説明】
１０ 噴射抵抗体
１２ オリフィスｕｅｎｃｅ）を描写したものである。図は、１つの１０と、
１４ オリフィス板
１６ 基板
１８ａ，１８ｂ 障壁
２０ 噴射チャンバー
２２ インク
２２Ａ インクの頭部
２２Ｂ インクの尾部
２６ インクの頭部／尾部アセンブリ
２８ 印刷媒体
３０ インクのブレイクオフ残余
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット印刷に用いられるインク組成に関し、より詳細には、インクジェット用インク組成に高分子添加剤を含有させることによるインクジェット印刷におけるエーロゾル発生の軽減に関する。
【０００２】
【背景技術】
インクジェット印刷は、ノンインパクト印刷工程であり、この場合、インク液滴は、紙、透明フィルム、又はテキスタイル（ｔｅｘｔｉｌｅｓ）のような印刷媒体上に載せるものである。低コストで且つ出来上がりの品質が高いので、比較的雑音のない運転と相俟って、インクジェット印刷機は、今や、コンピュータ併用型の他方式印刷機に代わる普及型機となっている。本質的に、インクジェット印刷は、マイクロプロセッサによって発生させた電気信号に応答して印刷媒体上に微細なインク液滴を噴射するものである。
【０００３】
インクジェット印刷においてインク液滴噴射を遂行するのに現在利用できる基本的手段は、熱式と圧電式の２通りがある。熱式インクジェット印刷では、インクを気化させるのに抵抗加熱が使用され、インクは印刷媒体に向かってインクジェット・ペンのオリフィスを通して噴射される。そのための印刷機は、複数のオリフィスを装備しており、各オリフィスは、抵抗体に結合されている。マイクロプロセッサにより、インク噴射のための適当な抵抗体を選択し且つその抵抗体に電流を流して抵抗加熱を遂行し、その結果、その選択した抵抗体に結合されたオリフィスを通してインク噴射が行われる。マイクロプロセッサで選択されたインク噴射のための特定の抵抗／オリフィスのペア（対）のパターンによって、紙上に印刷される英数字文字、区画内埋込み（ａｒｅａ ｆｉｌｌｓ）、及びその他のパターンの形状が決定される。圧電式インクジェット印刷では、これ又、マイクロプロセッサで発生した電気信号に応答して、圧電素子が振動してインク液滴を噴射する。
【０００４】
インクジェット印刷機からインクを噴射するのに用いられるエネルギーのタイプには関係なく、インクジェット印刷で経験される共通の問題は、噴射したインク液滴の壊変であり、そのため、オリジナルのインク液滴のある部分が印刷媒体上の意図した位置に到達しないことになる。より詳細には、インクジェット印刷機で噴射されるインク液滴は、一般に、頭部と尾部を有することが知られている。尾部は、ここでは“ブレイクオフ残余（ｂｒｅａｋｏｆｆ ｒｅｍｎａｎｔｓ）”と呼ばれる、比較的小容積のインクに分裂し易い。その後は、一定のブレイクオフ残余は、噴射したインク液滴の頭部と損なわれていない尾部と一緒には印刷媒体上の意図した位置に堆積しない。むしろ、一定のブレイクオフ残余は、それらの軌道が空気抵抗によって変更される程に小さいものである。空気抵抗によって印刷媒体上のそれらの意図した目的位置に到達しないブレイクオフ残余は、集合的に“エーロゾル”として知られている。
【０００５】
全てのブレイクオフ残余が用語“エーロゾル”に包含されるとは限らない。むしろ、ブレイクオフ残余は、空気抵抗で実質的に影響される位に十分小さくなければならず、且つブレイクオフ残余を生ずる尾部の分裂は、その飛行経路が空気抵抗で変えられる機会が与えられる位に、印刷媒体から十分離れた位置で起こった筈である。理論的には、ブレイクオフ残余のサイズとブレイクオフ残余が生ずる時間は、作用中の慣性力、インクの粘性、及びインクの表面張力間の相互作用で大きく影響される。
【０００６】
インクジェット印刷におけるエーロゾルの発生は望ましいものではない：何故なら、印刷媒体上に噴射されるインクの位置の抑制力が印刷機のマイクロプロセッサから事実上曲げられ且つランダムな空気力に転じられるからである。エーロゾルは、特定の英数字文字、区画内埋込み、又はその他のパターンの作成用のインク量を減らすため、印刷品質にマイナスに影響する。さらに、エーロゾルを構成するブレイクオフ残余は、空白で残そうとした印刷媒体の部分に到達することもあり、これが印刷品質に逆効果を与えることになる。
【０００７】
従って、インクジェット印刷におけるエーロゾルの発生を実質上低減もしくは排除する手段を求める要求が存在する。採用される手段は、印刷品質に逆効果を及ぼしてはならず且つ容易に実行されるものでなければならない。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記の要求に応えるために、インクジェット印刷におけるエーロゾル発生を低減するためのインクジェット用インクと、このインクを用いたエーロゾル発生の低減方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、インクジェット印刷におけるエーロゾル発生を低減するために、粘弾性ポリマーを用いるインクジェット用インクと、その低減方法とを提供する。より詳細には、本発明のインクジェット用インクは、少なくとも１つの染料と水性ベースの媒質とから成り、結果として、エーロゾル発生の実質的低減は、ポリアクリルアミド及びポリビニルピロリドンから成る群から選択されるような、少なくとも１つの粘弾性ポリマーにより実現される。
【００１０】
粘弾性ポリマー成分は、その尾部が完全な状態でより多く残り易くなるように、噴射インクの表面張力並びに伸び粘性を高める働きがある。さらに、分裂が起こったとしても、粘弾性ポリマー成分は、実際に、その頭部から離れた位置に分裂点を移動させるよう機能し、それによって、ブレイクオフ残余はどれも印刷媒体により近くなるよう分裂の発生時間を遅延させる。最終的に、本発明の実施において、尾部から切り取られるインクは何れも、その飛翔軌跡が空気力で支配されない位十分な寸法を有する衛星のような液滴を、おそらく形成することになる。換言すれば、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマーを組入れることにより、次の２つの手段でエーロゾルの発生に対抗することになる：（１）分裂を抑止し；（２）分裂したとしても、衛星液滴のサイズを最大にし且つその発生を遅延させる。
【００１１】
本発明のインク組成と方法は、滴下オンデマンド（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）型の連続、圧電式印刷機及び熱式又はバブルジェット式の滴下オンデマンド型印刷機のような種々のインクジェット式印刷機と共に用いてよい。本発明の実施において達成されるエーロゾル発生の低減によって、インクジェット印刷機で実現できる印刷品質が改善される。
【００１２】
【発明の好ましい実施の態様】
エーロゾルの発生は、本発明の実施において、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマーを組入れることにより、実質的に低減される。粘弾性ポリマー成分は、約５〜１０ｐｐｍの範囲の濃度で既存のインクに用いる。この濃度の範囲内で、粘弾性ポリマーは、エーロゾルブレイクオフ残余の発生を防ぐか又は遅延させるよう働く。本発明に沿って生成されるインクは、インクジェット式印刷機によって、紙、透明紙、及びテキスタイルを含む、様々な形の印刷媒体上に印刷してよい。さらに、このインクは、どのインクジェット式印刷機にも適切に用いることができるが、熱インクジェット式印刷機に特に有効である。
【００１３】
図１〜５は、熱インクジェット印刷時に集合的にエーロゾルを形成するブレイクオフ残余を発生させると思われるものの時間経過による一連の現象（ｔｉｍｅｓｅｑｕｅｎｃｅ）を描写したものである。図は、１つの噴射抵抗体１０と、オリフィス板１４の関連オリフィス１２の側面拡大図を示す。抵抗体１０は、基板１６に保持する。障壁層１８は、抵抗体１０が配置された噴射チャンバー２０を限定するもので、同抵抗体の左右に見られ、２つの壁１８ａと１８ｂを形成する。別の障壁（図示せず）が図の紙面の“上方”にあり；３つの障壁１８ａ、１８ｂ、及びその別の障壁が噴射チャンバー２０の３つの側面を限定し、第四の壁は開けておく。インク２２は、スロット形状をしており且つ基板１６下の容器（図示せず）から両側（一方は偶数側で他方は奇数側）の複数の抵抗体にインクを供給する、インク送りスロット（図示せず）から噴射チャンバー２０に入る。インク送りスロットは、障壁入口チャンネル（図示せず）によって、噴射チャンバー２０と流体的（ｆｌｕｉｄｉｃａｌｌｙ）に連絡している。障壁入口チャンネルは、ペン壁を通して噴射チャンバー２０に連接し、従って図の紙面の“下方”にある。
【００１４】
図１は、平衡状態のインクを示す。その液滴が噴射されると（図２）、インク２２のメニスカスは噴射チャンバー２０内に引っ込み、頭部２２Ａと尾部２２Ｂを形成しつつあるインクをメイクアップ（ｍａｋｅ ｕｐ）する（図３）。図４は、インク２２のメニスカスからの尾部２２Ｂの分離と、印刷媒体２８上のその目的位置へ向けて噴射されたインクの頭部／尾部アセンブリ２６の移動を示す。図５は、ブレイクオフ残余３０を形成する、噴射インクアセンブリ２６の尾部２２Ｂの分裂を示すものである。もし、そのブレイクオフ残余３０が、十分小さく且つ頭部／尾部の親アセンブリ２６が印刷媒体２８に衝突するより十分前に生ずるなら、ブレイクオフ残余３０の軌道は空気力で制御されることになり、これがエーロゾルと呼ばれるものである。
【００１５】
本発明に沿って、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマー成分を含有させることにより、その尾部が完全な状態でより多く残り易くなるようにインクの伸び粘性と表面張力が高められ、エーロゾルブレイクオフ残余の発生が防止される。さらに、分裂が起こったとしても、粘弾性ポリマー成分は、実際に、その頭部から離れた位置に分裂点を移動させるよう機能し、それによって、噴射インクが印刷媒体により一層接近するまで、分裂の発生時間が遅延される。最終的に、粘弾性ポリマーを組入れることにより、尾部からの分離残余はより大きい衛星液滴に凝集され、その結果、それらの飛翔軌道は空気力でより支配され難くなる。要するに、インクジェット用インク組成に粘弾性ポリマーを組入れることにより、次の２つの基本的手段により：即ち、（１）分裂を抑止することと；（２）分裂したとしても、破片液滴のサイズを最大にし且つその発生を遅延させることにより、エーロゾルの発生と戦うのである。
【００１６】
エーロゾル発生を効果的に減少させるために、粘弾性ポリマー成分を約５〜１０ｐｐｍの範囲内で用いる。ポリアクリルアミドを２ｐｐｍだけ用いるインクジェット用インク組成は、エーロゾル発生の減少による利益が得られないことが分かっている。他方、ポリアクリルアミドを１０ｐｐｍを越えて用いるインクジェット用インク組成は、インクジェット印刷にとって逆効果の疑似可塑性効果（ｐｓｅｕｄｏ−ｐｌａｓｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ）（即ち、“ラバーバンディング”《ｒｕｂｂｅｒｂａｎｎｄｉｎｇ》）を呈する。さらに、約１０ｐｐｍより高い濃度では、沈殿が起こることもある。好ましくは、粘弾性ポリマーは、約１０ｐｐｍで用いる。
【００１７】
本発明の実施に適切に用いられる粘弾性ポリマーは、インクジェットインクの絶対粘性に影響を及ぼさないで伸び粘性を増大させるようなポリマーであればどれでもよい。適切に用いられる粘弾性ポリマーの種類の例としては、限定するものではないが、ポリアクリルアミドとポリビニルピロリドンがある。本発明の実施には、粘弾性ポリマーの混合体を用いてよい。従って、ポリアクリルアミドとポリビニルピロリドンの混合物、並びに様々な分子量を有するポリアクリルアミドの混合体は、首尾よく用いることができる。好ましくは、粘弾性ポリマー成分は、５０ｗｔ％のポリアクリルアミドと５０ｗｔ％のポリビニルピロリドンの混合体から成るか、あるいはポリアクリルアミドだけから成る。
【００１８】
本発明の実施に適切に用いられるポリアクリルアミドは、約１０，０００と５，０００，０００の範囲内の分子量を有していなければならず、一方、そのように用いられるポリビニルピロリドンは、約３，０００と１，０００，０００の範囲内の分子量を持っていなければならない。好ましくは、用いられるポリアクリルアミドとポリビニルピロリドンは、それぞれ、約１０，０００と３０，０００の分子量をもつ。
【００１９】
本発明の粘弾性ポリマーは、官能基、例えば、エステル、ラクトン、プリン、ピリミジン、アミド、シアナート、イソシアナート、イソチオシアナート、チオシアナート、重水素化化合物、エーテル、ヒドラジン、ヒドラゾン、オサゾン、炭化水素、ヒドロキシ含有化合物、イミン、ケトン、ニトリル、有機金属誘導体、硫黄含有化合物、チロシン、尿素、チオ尿素、及び第四級アミンを含め、アセタール、ケタール、脂肪族アルデヒド、芳香族アルデヒド、脂環式アルデヒド、複素環式アルデヒド、アミン、アミン塩、アミノ酸、ペプチド、アニリン、複素環式アミン、アゾ、アゾキシ、及びジアゾニウム誘導体、カルボン酸とその誘導体を含んでよい。前出の官能基のうち、アミン塩、アミノ酸、ペプチド、ジアゾニウム誘導体、有機金属誘導体及び第四級アミンは、荷電単位を含む。
【００２０】
本発明のインクジェット用インク組成に用いられる染料は、インクジェット式印刷機用のインクに使われる水溶性染料のどれでもよい。適当な染料の例には、限定するものではないが、Ｆｏｏｄ Ｂｌａｃｋ ２，Ｃａｒｔａ Ｂｌａｃｋ，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ ５１，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １０９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １５４，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ８６，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １９９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ３２，Ａｃｉｄ Ｙｅｌｌｏｗ ２３，ＡｃｉｄＢｌｕｅ １８５，Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ ９，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ １７，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ５２，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ２４９，及びＲｅａｃｔｉｖｅ Ｒｅｄ １８０がある。染料の濃度は、好ましくは、約０．１〜７ｗｔ％の範囲である。約０．１ｗｔ％未満では、容認できない明度（ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ）をもったインクとなり、約７ｗｔ％を越えるとインクジェットペンのオリフィスが詰まってしまう。より好ましくは、染料は、インクジェット用インク組成の約０．１〜４ｗｔ％の範囲内にある。染料の混合体を用いてもよい。
【００２１】
ポリマー添加剤を組入れることは、染料ベースのインクジェット用インク組成に関わるエーロゾルを減ずるために広く採り入れられるであろうが、顔料ベースのインクも本発明の実施で利益を受け得ることが認められる。
【００２２】
好ましくは、本発明のインクジェット用インク組成の媒質は、粘弾性ポリマー成分に加えて、少なくとも１つのジオール、少なくとも１つのグリコールエーテル、２−ピロリドン、少なくとも１つの無機塩、及び残余水を包含する。より詳細には、本発明のインクジェット用インク組成の媒質は、好ましくは、全インク組成のパーセントで表した、次の濃度からなる：（ａ）約３〜２０ｗｔ％の少なくとも１つのジオール；（ｂ）約５ｗｔ％以下の少なくとも１つのグリコールエーテル；（ｃ）約３〜９ｗｔ％の２−ピロリドン；（ｄ）界面活性剤、緩衝剤、及びバイオサイド（ｂｉｏｃｉｄｅ）から成る群から選択される約０．５〜５ｗｔ％の少なくとも１つ；（ｅ）約３〜１１ｗｔ％の少なくとも１つの無機塩；（ｆ）約５〜１０ｐｐｍの少なくとも１つの粘弾性ポリマー、及び（ｇ）残余水。上述の媒質の配合が好ましいが、インクジェット用インク組成に使える水性ベースの媒質も本発明の実施において利益を得ることができる。
【００２３】
好ましいインク媒質に用いてよいジオールの例には、次のような化合物の何れか、又はその２つ以上の混合体が含まれる：エタンジオール（例えば、１，２−エタンジオール）；プロパンジオール（例えば、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジール、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、エチルヒドロキシプロパンジオール《ＥＨＰＤ》等）；ブタンジオール（例えば、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール等）；ペンタンジオール（例えば、１，５−ペンタンジオール）；及びヘキサンジオール（例えば、１，６−ヘキサンジオール、２，５−ヘキサンジオール等）。好ましくは、インクの媒質には１，５−ペンタンジオールとＥＨＰＤを用いる。
【００２４】
インク媒質のグリコールエーテル成分は、インクジェット用インク組成に通常用いられる、グリコールエーテルとチオグリコールエーテルの何れか、及びその混合体から成ってよい。この化合物の例には、ポリエチレングリコールのようなポリアルキレングリコール（例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール等）；ポリプロピレングリコール（例えば、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール等）；高分子グリコール（例えば、ＰＥＧ ２００，ＰＥＧ ３００，ＰＥＧ ４００，ＰＰＧ ４００等）及びチオグリコールがある。好ましくは、インク媒質にはジエチレングリコールが用いられる。
【００２５】
インク媒質に好ましく用いられる無機塩成分は、黒インクとカラーインク間のブリード（にじみ）を防ぐ働きがあり、１つ以上の無機塩から成る。ブリードを制御するのに無機塩成分を含有させることは、米国特許第５，１９８，０２３号（表題“Ｃａｔｉｏｎｉｃ Ｄｙｅｓ ｗｉｔｈ Ａｄｄｅｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｖａｌｅｎｔ Ｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｂｌｅｅｄ ｉｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｋ−Ｊｅｔ Ｉｎｋｓ”−本出願人と同じ譲受人に譲渡）に開示されている。同塩は、勿論、使用濃度でインクに溶解できなければならない。無機塩に適切に用いられるカチオンには、周期表の２Ａ族のアルカリ土類金属（例えば、マグネシウムとカルシウム）；周期表の３Ｂ族の遷移金属（例えば、ランタン）；周期表の３Ａ族由来のカチオン（例えば、アルミニウム）；及びランタナイド（例えば、ネオジム）がある。好ましくは、カルシウムとマグネシウムがカチオンとして用いられる。カルシウムと結合させて適切に用いられるアニオンには、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、安息香酸塩、ギ酸塩、及びチオシアン酸塩があり、一方、マグネシウムと結合させる適当なアニオンには、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、安息香酸塩、臭化物、クエン酸塩、ギ酸塩、ヨウ化物、硫酸塩、フッ化物、酒石酸塩、及びチオシアン酸塩がある。本発明のインク媒質に最も好ましく用いられる無機塩は、硝酸塩、塩化物、及びカルシウムとマグネシウムの酢酸塩である。
【００２６】
本発明のインク組成に用いてよい他の成分には、界面活性剤、緩衝剤、バイオサイド、及びその類があり、それらはそれぞれ、インクジェット式印刷に通常用いられる添加剤である。
【００２７】
界面活性剤は、通常、印刷媒体中へのインクの浸透を高めてカラー間のブリードを防ぐために用いる。この目的のためにインクジェット用インク組成に適切に用いられる界面活性剤はどれも、本発明のインク媒質に含有させてよい。用いてよい界面活性剤の種類の例としては、アニオン界面活性剤とノニオン界面活性剤がある。
【００２８】
ｐＨを緩和するために本発明のインク媒質に使われる緩衝剤は、無機緩衝剤ではインク組成中に比較的大量の無機塩が存在すると恐らく沈殿するであろうから、有機系のバイオ緩衝剤でなければならない。さらに、使用緩衝剤は、最良の結果を得るためには、約６〜９の範囲にあるｐＨを示さなければならない。好ましく使われる緩衝剤の例には、例えばＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から市販されているＴｒｉｚｍａ Ｂａｓｅ、及び４−モリホリンエタンスルホン酸（ＭＥＳ）がある。
【００２９】
本発明の要件に一致して、他の様々な種類の添加剤をインクに用いて、特定の用途に使うインク組成の諸特性を最適化してよい。例えば、熟練した当業者に周知の通り、１つ以上のバイオサイド、防かび剤、及び／又はスライムサイド（ｓｌｉｍｉｃｉｄｅ）（微生物剤）を、当分野で通常実施されるように、インク組成に用いてよい。適切に用いられる微生物剤の例には、限定するものではないが、ＮＵＯＳＥＰＴ（Ｎｕｄｅｘ，Ｉｎｃ．）、ＵＣＡＲＣＩＤＥ（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）、ＶＡＮＣＩＤＥ（ＲＴ Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏ．）、及びＰＲＯＸＥＬ（ＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａ）が含まれる。加えて、重金属の不純物の有害な影響を排除するために、ＥＤＴＡのような封鎖剤（ｓｅｑｕｅｓｔｅｒｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ）を包含させてもよい。最後に、大気中の二酸化炭素にインクが晒されると生ずることがある、インク中の任意のカルシウム含有無機塩の沈殿を避けるために、インク媒質に硝酸アンモニウムを包含させてもよい。
【００３０】
成分全ての純度は、通常の商業上の実施に見られるそれである。
【００３１】
本発明による粘弾性ポリマー成分を配合したインクは、関連したインクジェット印刷品質の低下を招来することなく、エーロゾル発生量の実質的低減を示す。これらの属性は次の実施例で立証されるものである。
【００３２】
【実施例】
本発明の実施において達成されるエーロゾル低減を立証するため、下記の組成を持つ４つの水性ベースのインクを調合した：
【００３３】
【表１】
表１中の符号は次の通りである。
＊１：テトラメチルアンモニウムと結合したＤｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅタイプの染料
＊２：ナトリウムと結合したＡｃｉｄ Ｂｌｕｅ ９染料
＊３：硝酸マグネシウム６水和物
＊４：分子量約１０，０００のポリアクリルアミド
＊５：分子量約３０，０００のポリビニルピロリドン
【００３５】
これらのインクは、ヒューレット・パッカード社から市販されているＤｅｓｋＪｅｔ（登録商標）のインクジェット式プリンターのペンに、それぞれ別々に充填した。次いで、これらのインクを紙媒体上に別々にプリントした。レーザー式粒子カウンターを用いて粒子カウントによりインクの半径方向のサイズ分布を測定し、それによって、各インクに関連したエーロゾルの量を定量化した。粘弾性ポリマーを含有させなかったインクＤは、最高の粒子カウント数（１，６４６，６３０粒子／ｍ３）であった。インクＡ、Ｂ、及びＣはそれぞれ、インクＤのそれからのエーロゾルの低減を示した。インクＡは、粒子カウント数６７５，２３３粒子／ｍ３であり；インクＢは、粒子カウント数６９８，２００粒子／ｍ３であり；インクＣは、粒子カウント数８９４，３２０粒子／ｍ３であった。
【００３６】
従って、本発明に沿って調製されたインクにより、粘弾性ポリマー成分を何ら含んでいないインクと比較して、実質的にエーロゾル生成が低減されることが証明された。
【００３７】
以上、エーロゾルの生成は、本発明の実施において実質的に低減されることを説明した。
【００３８】
【産業上の応用性】
ここに開示したように、インクジェット印刷においてエーロゾルの生成を実質的に低減する本発明のインクジェット用インク組成と方法は、インクジェット印刷において商業上の用途を見出すものと思う。
【００３９】
このように、エーロゾル発生が低いインクジェット用インク組成並びにインクジェット印刷においてエーロゾル発生を低減する方法が開示された。明白な性質の種々の変更並びに修正は、本発明の精神から逸脱することなく実施してよいこと、且つ前述の変更並びに修正の全ては、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に帰属するものと考えられる、ということは熟練した当業者には容易に明らかとなろう。
【００４０】
以上のように、本発明は〔１〕少なくとも１つの染料と水性ベースの媒質から成るインクジェット用インクであって、少なくとも１つの粘弾性ポリマーを含有させることにより印刷中のエーロゾル発生の実質的低減を示すインクジェット用インクに関し、次のような好ましい実施態様を有する。
【００４１】
〔２〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、及びその混合体から成る群から選択されることを特徴とする〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４２】
〔３〕前記ポリアクリルアミドが約１０，０００〜５，０００，０００の範囲内の分子量を有し、且つ前記ポリビニルピロリドンが約３，０００〜１，０００，０００の範囲内の分子量を有することを特徴とする〔２〕記載のインクジェット用インク。
【００４３】
〔４〕前記ポリアクリルアミドが約１０，０００の分子量を有し、且つ前記ポリビニルピロリドンが約３０，０００の分子量を有することを特徴とする〔３〕記載のインクジェット用インク組成。
【００４４】
〔５〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、約５〜１０ｐｐｍの範囲内で前記インクジェット用インクに存在することを特徴とする〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４５】
〔６〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、約１０，０００の分子量を有する５０ｗｔ％のポリアクリルアミドと約３０，０００の分子量を有する５０ｗｔ％のポリビニルピロリドンとから成る〔１〕記載のインクジェット用インク。
。
【００４６】
〔７〕前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、約１０，０００の分子量を有するポリアクリルアミドから成る〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４７】
〔８〕前記少なくとも１つの染料が、Ｆｏｏｄ Ｂｌａｃｋ ２，Ｃａｒｔａ Ｂｌａｃｋ，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ ５１，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １０９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １５４，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ８６，Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １９９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ９，Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ３２，Ａｃｉｄ Ｙｅｌｌｏｗ ２３，Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ １８５，Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ ９，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ １７，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ５２，Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ２４９，及びＲｅａｃｔｉｖｅ Ｒｅｄ １８０から成る群から選択されることを特徴とする〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４８】
〔９〕前記インクジェット用インクが、
（ａ）約０．１〜４ｗｔ％の少なくとも１つの染料と；
（ｂ）約３〜２０ｗｔ％の少なくとも１つのジオールと；
（ｃ）約５ｗｔ％以下の少なくとも１つのグリコールエーテルと；
（ｄ）約３〜９ｗｔ％の２−ピロリドンと；
（ｅ）界面活性剤、緩衝剤及びバイオサイドから成る群から選択される約０．５〜５ｗｔ％の少なくとも１つと；
（ｆ）約３〜１１ｗｔ％の少なくとも１つの無機塩と；
（ｇ）約５〜１０ｐｐｍの少なくとも１つの粘弾性ポリマーと；
（ｈ）残余水と
を含んで成る〔１〕記載のインクジェット用インク。
【００４９】
また、本発明は〔１０〕
（ａ）請求項１のインクジェット用インクを調製するステップと；
（ｂ）インクジェットペンにより印刷媒体上に前記インクジェット用インクをプリントするステップと
から成り、その結果、前記インクジェット用インクによるエーロゾル生成が実質的に低減されることを特徴とする、インクジェット印刷におけるエーロゾルの低減法に関する。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インクジェット印刷に用いるインクの特性、特に粘性を適切なものにコントロールすることによって、インクジェット印刷中のエーロゾルの発生を実質上低減もしくは排除することができ、この結果、印刷品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１〜図５は、熱インクジェット用ペンにおける噴射チャンバーの断面図であって、噴射されるインクの時間的事象順序を描写すると共に、集合的にエーロゾルとして知られているブレイクオフ残余に分裂することがある尾部の進化段階を示しており、図１はその最初の段階を示している。
【図２】図１の後の段階を示す。
【図３】図２の後の段階を示す。
【図４】図３の後の段階を示す。
【図５】最終段階を示す。
【符号の説明】
１０ 噴射抵抗体
１２ オリフィスｕｅｎｃｅ）を描写したものである。図は、１つの１０と、
１４ オリフィス板
１６ 基板
１８ａ，１８ｂ 障壁
２０ 噴射チャンバー
２２ インク
２２Ａ インクの頭部
２２Ｂ インクの尾部
２６ インクの頭部／尾部アセンブリ
２８ 印刷媒体
３０ インクのブレイクオフ残余
Claims (7)
- 少なくとも１つの染料と水性ベースの媒質から成るインクジェット用インクであって、ポリアクリルアミド（分子量１０，０００）、ポリビニルピロリドン、及びその混合体から成る群から選択される少なくとも１つの粘弾性ポリマーを５〜１０ｐｐｍにて含有することにより印刷中のエーロゾル発生の実質的低減を示すインクジェット用インク。
- 前記ポリビニルピロリドンが３，０００〜１，０００，０００の範囲内の分子量を有する請求項１に記載のインクジェット用インク。
- 前記ポリビニルピロリドンが３０，０００の分子量を有する請求項２に記載のインクジェット用インク組成。
- 前記少なくとも１つの粘弾性ポリマーが、１０，０００の分子量を有する５０ｗｔ％のポリアクリルアミドと３０，０００の分子量を有する５０ｗｔ％のポリビニルピロリドンとから成る請求項１に記載のインクジェット用インク。
- 前記少なくとも１つの染料が、Ｆｏｏｄ Ｂｌａｃｋ ２、ＣａｒｔａＢｌａｃｋ、Ｄｉｒ ｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９、Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ ５１、Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １０９、Ｄｉｒｅ ｃｔ Ｂｌａｃｋ １５４、Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ８６、Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １９９、Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ９、Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ３２、Ａｃｉｄ Ｙｅｌｌｏｗ ２３、Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ １８５、 Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ ９、Ａｃｉｄ Ｒｅｄ１７、Ａｃ ｉｄ Ｒｅｄ ５２、Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ２４９、及びＲｅａｃｔｉｖｅ Ｒｅｄ １８０から成る群から選択されている請求項１に記載のインクジェット用インク。
- （ａ）０．１〜４ｗｔ％の少なくとも１つの染料、（ｂ）３〜２０ｗｔ％の少なくとも１つのジオール、（ｃ）５ｗｔ％以下の少なくとも１つのグリコールエーテル、（ｄ）３〜９ｗｔ％の２−ピロリドン、（ｅ）界面活性剤、緩衝剤及びバイオサイドから成る群から選択される０．５〜５ｗｔ％の少なくとも１つ、（ｆ）３〜１１ｗｔ％の少なくとも１つの無機塩、（ｇ）５〜１０ｐｐｍの少なくとも１つの粘弾性ポリマー、（ｈ）残余水、から成る請求項１に記載のインクジェット用インク。
- （ａ）請求項１のインクジェット用インクを調製するステップと、
（ｂ）インクジェットペンにより印刷媒体上に前記インクジェット用インクをプリントするステップと、
から成り、その結果、前記インクジェット用インクによるエーロゾル生成が実質的に低減するインクジェット印刷におけるエーロゾルの低減法。
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