JP3916046B2 - インクジェットヘッド用インク組成物及びそのインク組成物で印刷された被印刷体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪素化合物あるいは珪素酸化合物を含有するインクジェットプリントヘッド用インク組成物及びそのインク組成物で印刷された被印刷体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェットプリンタを産業用に利用する動きがある。例えば、インクを熱溶融型のインクとし、特殊用紙に印刷後、製版として使う、あるいは紫外線照射により硬化するＵＶインクを用いて印刷後、紫外線照射により印刷面に立体画像を形成する。また、インク中に金や銀などの金属をコロイド状に溶融させて、印刷面上に金色や銀色の金属光沢を持たせる、その外、金属以外の無機質をコロイド状にして溶解させて印刷後、無機質以外を焼いて除去し、無機質だけを被印刷体に定着させる、などがある。
【０００３】
ここで無機質をコロイド状にしてインク中に溶解させる場合、インク成分とコロイド状無機質との相性が悪いとゲル化して分離してしまう、あるいは溶解に極めて長い時間がかかることが分かった。また、インクジェットプリンタに使用するためにはインク滴として吐出させるための必要な粘度条件があり、使用できるインクの成分も限定されるものと思われる。その他、インクの乾燥性が高すぎるとノズル孔出口で無機質が結晶化する恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、珪素化合物あるいは珪素酸化合物を含有するインクを成分分離させることなく、かつインクの粘度を所定の条件に納め、インク乾燥性をも容易にコントロールできるインクジェットプリントヘッド用インクを生成することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、エーテル類及びグリコール類をベースとし、インク成分に珪素化合物ないし珪素酸化合物を酢酸エチルを溶媒にしてコロイド状態で添加して成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のインクジェットヘッド用インク組成物の粘度を５ｍＰａ・ｓから１２Ｐａ・ｓに調整したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明では、請求項１記載のインクジェットヘッド用インク組成物中に色素を混入させた事を特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明では、被印刷体への印字前に撥水ないし撥油処理を施したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、被印刷体の印字前に撥水ないし撥油処理を施し、グリコール類をベースとし、インク成分に珪素化合物ないし珪素酸化合物を水を溶媒にしてコロイド状態で添加して成るンクジェットヘッド用インク組成物で印刷された被印刷体であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
【００１２】
表１は、珪素化合物あるいは珪素酸化合物（以下シリカと呼ぶ）をコロイド状に生成した液体にインクの一般成分であるグリコール及びエーテルを混和して混合の反応性を調べた混和性試験結果である。水を溶媒とするコロイド状シリカであるスノーテックス２０とスノーテックスＯは、グリコール系には容易に混和するがエーテル系には即座に混和しないことが分かった。実験室での混和には重量比１：１で約２ヶ月を要した。
【００１３】
これに対し、酢酸エチルを溶媒とする同じくコロイド状シリカであるエチルポリマーでは、グリコール系、エーテル系とも即座に混和できた。また、常温で固体のポリエチレングリコール１５００（分子量１５００）に対してもポリエチレングリコール２００（分子量２００）を媒介にすれば容易に混和させる事ができる。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表２は、シリカと主要グリコール、エーテルの各粘度を示したものである。グリコール系はエチレングリコールでさえ粘度１７．２ｍＰａ・ｓと元々粘度の高いものが多く、水やエタノールで粘度調節する。
【００１６】
水性インクを生成するためにはシリカにスノーテック２０ないしスノーテックＯを用い、これにグリコールと水、場合によってはエタノールを添加し粘度調節をする。ここでオンデマンド型のインクジェットプリントヘッドのインク粘度は、水性インクを用いる場合には１．５ｍＰａ・ｓから５ｍＰａ・ｓが使いやすい。水やエタノールを混合するためインクの乾燥性には注意が必要となる。
【００１７】
【表２】

【００１８】
図１は水を主成分とするインクを生成した時のエチレングリコールの比率を横軸、粘度を縦軸にして示したグラフである。図からも分かる通りグリコールの比率が９０％近くまで高まらないとインク粘度を高くすることができない。しかし、水をスノーテック２０に置き換えて、シリカ入りのインクを生成する場合、シリカ含有率を高められるという効果がある。インク粘度５ｍＰ・ｓ以下であれば、グリコール比率を５０％程度、スノーテック２０を５０％というインクも生成可能となり、水性インクの場合にはシリカ含有率を高められる効果がある。
【００１９】
これに対し、エチルポリマーを用いたインクを生成する場合には、主にエーテル系の溶剤を用いるため、油性インクとなる。エーテル系のインクの特徴は蒸発速度が遅いものが多いため乾燥性を問題としなくて良い。また、水を用いないため、インクジェットプリントヘッド内の濡れ性が良く、ヘッド内の気泡残留によるトラブルが少なく出来る。また、元々粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下の物が多いので、このままインク生成してもインク粘度を１０ｍＰａ・ｓ以上に高めることがかなり困難である。しかし、エーテルにグリコールを添加し、粘度を高めれば容易に所要の粘度を得ることが出来る。通常、油性インクの粘度は５ｍＰａ・ｓから１２ｍＰａ・ｓがインクジェットヘッドでインクを噴射する場合に安定吐出出来る。
【００２０】
図２はインク液滴吐出条件をグラフ化したものである。粘度の高い油性インクを安定吐出させる為には、インク液滴速度が１０ｍ／ｓ程度必要となる。そこでインク液滴１０ｍ／ｓを得る電圧とインク粘度の関係を（Ａ）のグラフで示した。また、インク粘度が変わると、インク液滴の安定吐出限界が変わる。インク安定吐出というのは、インク液滴がノズル先端から着床位置まで（通常１ｍｍから１．５ｍｍ程度）を液滴分裂（サテライト発生という）やビーム曲がりを起こさず目的の位置に正確に着床することを言う。インク粘度が低くなって来るとサテライトの発生が液滴速度の遅い電圧でも発生する。グラフ（Ｂ）は、限界吐出条件を粘度と電圧で示したものである。グラフ（Ａ）とグラフ（Ｂ）の交点は粘度で５ｍＰａ・ｓ前後となり、エチルポリマーを用いたインクを生成する場合には、粘度５ｍＰａ・ｓ以上が使いやすい。また、インク粘度が上がるとインク吐出の為の電圧が急に高くなり電源電圧の設計にも影響することとなる。グラフ（Ａ）の粘度と電圧の関係から、粘度１２ｍＰａ・ｓまでが電圧設計上好適な粘度と考えられる。
【００２１】
また、酢酸エチルを溶媒とするエチルポリマーを添加したインクは、酢酸エチルの蒸発速度が他のいずれの溶液より速いため、エチルポリマーの比率を極端に多くすることは、粘度の経時変化、ノズル周囲でのシリカ析出の問題をはらみ、余り得策ではない。酢酸エチルの消失後もシリカがインク成分中にゲル化せず安定して溶解している条件を求めることが必要となる。インクの蒸発試験を行った所、エチルポリマー含有率１０％〜２０％程度では初期蒸発は高いが、その後の蒸発が極めて遅くかつシリカの析出も発生しないためシリカインクとして十分使えるものと思われる。エチルポリマーを含有率で５０％以上にすることは、高い粘度を安定して維持することは困難と考えられる。
【００２２】
本インク組成物は、セラミックプレート等の被印刷体にインクジェットヘッドで印刷した後、シリカ以外の成分を約４５０℃の温度で焼き尽くし、被印刷体にシリカのみ定着させる必要がある。インクジェットヘッドでインク組成物を微小なインク液滴にして吐出させ、被印刷体に定着させる時、被印刷体の表面がぬれ易いと被印刷体に着床したインク液滴は被印刷体上で広がり厚さの薄いインク層になってしまう。そこで印刷前に、事前に被印刷体に溌油処理ないし撥水処理を施し、インクが生乾きの状態で焼成炉に被印刷体を入れて焼き、インク中のシリカだけを被印刷体に残す。シリカの厚さを更に厚くする場合は、同じ操作を繰返しシリカ層を重ねてゆけば良い。ここで、本発明のインクは、前にも記述したように通常の印刷物とは違いインクの乾燥性は余り重要視していない、むしろ乾燥性が悪い方がノズル口でのインク乾燥による障害がなくなりメンテナンスも非常に容易となる。
【００２３】
また、インク中に色素を入れ目視で印字された内容が分かれば、印刷状態が即座に判断出来、作業効率も上がる。この色素も被印刷体を焼いた時には消滅するので問題はない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、珪素化合物あるいは珪素酸化合物を含有するインクを成分分離させることなく、インクジェットプリントヘッドでインク液滴として噴射し、被印刷体にシリカのみで所要の印字を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エチレングリコール比率図である。
【図２】 粘度−電圧特性図である。

Claims (5)

1. エーテル類及びグリコール類をベースとし、インク成分に珪素化合物ないし珪素酸化合物を酢酸エチルを溶媒にしてコロイド状態で添加して成ることを特徴とするインクジェットヘッド用インク組成物。
2. 粘度を５ｍＰａ・ｓから１２Ｐａ・ｓに調整した事を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド用インク組成物。
3. インク中に色素を混入させた事を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド用インク組成物。
4. 被印刷体の印字前に撥水ないし撥油処理を施したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド用インク組成物で印刷された被印刷体。
5. 被印刷体の印字前に撥水ないし撥油処理を施し、グリコール類をベースとし、インク成分に珪素化合物ないし珪素酸化合物を水を溶媒にしてコロイド状態で添加して成るンクジェットヘッド用インク組成物で印刷された被印刷体。

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