JP5714611B2

JP5714611B2 - サーマルインクジェットプリントヘッドにおけるコゲーションを最小限に抑える方法

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Publication number: JP5714611B2
Application number: JP2012551447A
Authority: JP
Inventors: エイドリアン・ビソン; ロジャー・マイケル・デイビー; アレクサンダー・グラント; デイモン・ドナルド・リドリー; キア・シルバーブルック; スティーブン・カーター
Original assignee: Zamtec Ltd
Current assignee: Zamtec Ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: WO2011094793A1; KR101728193B1; EP2534211B1; KR20120136351A; JP2013518739A; CN103038295B; AU2010345321A1; CN103038295A; AU2010345321A2; EP2534211A4; EP2534211A1; AU2010345321B2

Description

本発明は、サーマルインクジェットプリンタのためのインクジェットインクに関する。これは、主として、繰り返し作動させた後のヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるために開発された。

熱気泡を形成するインクジェットプリントヘッドは、ノズルチャンバ内に収容される印刷流体中に特定の量の熱を発生することによって機能する。この熱は、気泡を形成させ、気泡は、流体がノズルを強制的に通されると最終的に崩壊する。次いで、気泡の崩壊が、より多くの流体をノズルチャンバに進入させ、同じプロセスが再開される。

出願人は、一連の熱気泡を形成するプリントヘッドを開発した。出願人の熱気泡を形成するプリントヘッドは、懸架されたヒータエレメントを伴うもの（例えば、米国特許第６，７５５，５０９号、第７，２４６，８８６号、および第７，４０１，９１０号（それらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるような）ならびに埋め込まれたヒータエレメントを伴うもの（例えば、米国特許第７，３７７，６２３号、第７，４３１，４３１号、第２００６／２５０４５３号、および第７，４９１，９１１号（それらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるような）を含む。CanonおよびHewlett-Packardから入手可能なもの等の熱気泡を形成するプリントヘッドの他の設計は、当業者に既知であろう。

熱気泡を形成するプリントヘッドのためのインクジェットインクは、一般的には、顔料ベースまたは染料ベースの着色剤を含む水性インク配合物である。実質的に全てのサーマルインクジェットプリントヘッドにおける問題は、インクを加熱するために使用されるヒータエレメント上の固体堆積物の蓄積であり、当該技術分野において「コゲーション(kogation)」として知られる現象である。コゲーションはヒータエレメントの効率を低下させるので問題となるが、コゲーションは、ノズルの故障の原因にもなる場合がある。通常、顔料の分散を含むインクジェットインクが、よりコゲーションを起こしやすいが、コゲーションは、染料ベースのインク、特に、ポリマー添加剤を含むあらゆるインクにおいて、なお問題であり得る。

コゲーションの問題は、先行技術において種々の手段によって対処されてきた。いくつかのインクジェットプリンタにおいて、コゲーションは、堆積物が除去されてもよいように、ヒータエレメント上のコゲーションの原因となる堆積物を十分に妨害する非吐出駆動パルスの使用によって対処される。米国特許第５，４４０，３３０号および第２００７／０５２７６１号は、コゲーションの除去において有用な特定のパルス電圧、パルス幅、パルス周波数等の使用について記載している。しかしながら、そのような手法の成果は限られており、全ての種類のコゲーションを除去するには有用ではない可能性がある。

欧州特許第ＥＰ‐Ａ‐１３０２３２１号は、コゲーションの問題に対応するように特別に設計されたプリントヘッドについて記載している。各インク吐出デバイスは、可撓性膜によって分離された２つのチャンバを備え、第１のチャンバは気泡を発生させるために使用され、第２のチャンバはインクを吐出する。第１のチャンバから可撓性膜を介して第２のチャンバに伝達される圧力波が、液滴の吐出を引き起こす。この構成の利点は、ヒータエレメントにコゲーションが起こらないように、第１のチャンバ内で単純な非コゲーション性流体（例えば水）を使用できることである。しかしながら、デバイスは複雑であり、必然的に従来の気泡形成チャンバよりも大きなプリントヘッドの領域を占める。

先行技術におけるコゲーションを減少させるための他の手法は、インクジェットインク中に添加剤を用いる。例えば、米国特許第２００２／１１３８４２号は、顔料ベースのインクにおけるアルドン酸添加剤（例えばグルコン酸）の使用について記載している。自己分散型顔料およびポリマー分散剤により分散する顔料の両方が記載されている。しかしながら、アルドン酸添加剤を含まない全ての場合においてコゲーションが高いことが報告された。

欧州特許第ＥＰ‐Ａ‐１２７９７０７号は、コゲーションを減少させるための有機ホスホン酸添加剤の使用について記載している。

米国特許第２００８／０６６６４４号は、コゲーションを減少させるための２つの界面活性剤と組み合わせたアミン添加剤の使用について記載している。

米国特許第６，６１６，２７３号は、ヒータエレメントに銅イオンを送達してコゲーションの除去における補助となる、インクへの銅塩の添加について記載している。

米国特許第４，７９０，８８０号は、コゲーションを減少させて印刷の品質を向上させるために、インクへのクラウンエーテルの添加について記載している。

国際公開第ＷＯ９７／３１９８４号は、コゲーションを減少させることが報告されているビニルシリコーンポリマーを含有する顔料ベースのインクジェットインクについて記載している。

インクジェットインク、特に顔料ベースのインクジェットインクによる、ヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるための新規手段を提供することが望ましいであろう。

第１の態様において、サーマルインクジェットプリントヘッド内のヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑える方法であって、
（ｉ）プリントヘッドの少なくとも１つのノズルチャンバにインクジェットインクを供給するステップと、
（ｉｉ）ノズルチャンバ内のヒータエレメントを、その中で気泡を形成するのに十分な温度までインクの一部を加熱するために作動させ、それによってノズルチャンバと関連付けられたノズル開口部からインクの液滴を吐出させるステップと、を含み、
インクは、約１００℃未満のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するアクリルポリマーを含み、該アクリルポリマーがヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるようにした方法が提供される。

本発明は、本明細書に記載されるような特定の種類のアクリルポリマーを用いてインクジェットインクを配合することによって、最小限のコゲーションを達成する。

所望される場合は、ヒータエレメントは、少なくとも１０００万回、または所望される場合は少なくとも２０００万回作動され、アクリルポリマーを含まないインクと比較してより少ないコゲーションを示す。本発明によるインクは、ポリマーを含まない同等のインクおよび約１００℃以上のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するアクリルポリマーを含有するインクよりも少ないコゲーションを示す。

インクは、顔料または染料であってもよい着色剤を含む。所望される場合は、インクは、自己分散型および／または表面改質顔料であってもよい顔料を含む。換言すると、インクは、水性インクビヒクル中に分散されるためにいずれのポリマー分散剤も必要としない顔料を含んでもよい。

所望される場合は、アクリルポリマーは、スチレン‐アクリルコポリマー等のオレフィン‐アクリルコポリマーである。

所望される場合は、スチレン‐アクリルコポリマーは、約９０℃未満のＴ_ｇを有する。所望される場合は、スチレン‐アクリルコポリマーは、約０〜６０℃の範囲、または所望される場合は約１０〜５０℃の範囲のＴ_ｇを有する。

所望される場合は、スチレン‐アクリルコポリマーは、１００〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲、または所望される場合は１００〜１８０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲の酸価を有する。

所望される場合は、インクビヒクルは、一般的には少なくとも５０重量％の水を含有する水性インクビヒクルである。

所望される場合は、インクビヒクルは、５重量％〜４０重量％の範囲の量で存在する少なくとも１つの溶媒を含む。

所望される場合は、インクビヒクルは、０．１重量％〜５重量％の範囲の量で存在する少なくとも１つの界面活性剤を含む。

所望される場合は、少なくとも１つの溶媒は、エチレングリコール、グリセロール、および２‐ピロリドンからなる群から選択される。例えば、溶媒は、エチレングリコール、グリセロール、および２‐ピロリドンの混合物を含んでもよい。

所望される場合は、顔料は、０．０１〜２５重量％、所望される場合は０．１〜１０重量％の範囲の量で存在する。

所望される場合は、アクリルポリマーは、０．１〜１５重量％、または所望される場合は０．２〜１０重量％、または所望される場合は０．５〜５重量％の範囲の量で存在する。

第２の態様において、サーマルインクジェットプリントヘッド内のヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるためのインクジェットインクにおけるアクリルポリマー添加剤の使用であって、アクリルポリマーは約１００℃未満のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有する、使用が提供される。第２の態様の種々の所望される場合には実施形態は、第１の態様と関連して上述される所望される場合の実施形態に準じてもよい。

第３の態様において、サーマルインクジェットプリントヘッド内のヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるためのインクジェットインクであって、
インクビヒクルと、
自己分散型着色剤と、
約１００℃未満のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するスチレン‐アクリルコポリマーと、を含むインクが提供される。

自己分散型着色剤は、それらの性質上、インクジェットインク中に配合されるためにいずれのポリマー分散剤も必要としないため、第３の態様によるインクジェットインクはこれまで未知であった。しかしながら、コゲーションの減少を補助するために特定のアクリルポリマーを使用することは、第３の態様によるインクが、アクリルポリマーを含まないインクに勝る重大な利点を提供することを意味する。

所望される場合は、自己分散型着色剤は表面改質顔料である。所望される場合は、表面改質顔料は、表面スルホネート基または表面カルボキシレート基を含む。顔料は、黒色、青緑色、赤紫色、黄色、赤色、緑色、青色、赤外吸収等であってもよい。

第３の態様の種々の他の所望される場合の実施形態は、第１の態様と関連して上述される所望される場合の実施形態に準じてもよい。

第４の態様において、第３の態様に記載のインクジェットインクを収容する、サーマルインクジェットプリントヘッドのためのインクカートリッジが提供される。サーマルインクジェットプリントヘッドは、第４の態様によるインクカートリッジと一体化されてもよい。

第５の態様において、第３の態様に記載のインクジェットインクを収容するインク貯蔵槽と流体連通するサーマルインクジェットプリントヘッドを備えるインクジェットプリンタが提供される。

所望される場合は、サーマルインクジェットプリントヘッドは、インクを収容する複数のノズルチャンバを備え、各ノズルチャンバは、ノズルチャンバ内に懸架されたまたは埋め込まれたヒータエレメントを備え、ヒータエレメントは、気泡を形成するのに十分な温度までインクの一部を加熱し、それによってノズルチャンバからインクの液滴を吐出するように構成される。懸架されたヒータエレメントを有するサーマルインクジェットプリントヘッドの例が、本明細書に記載される。他の種類のサーマルインクジェットプリントヘッドは、当業者には周知になるであろう。

次に、添付の図面を参照して、本発明の所望される場合の実施形態を例としてのみ記載する。

サーマルインクジェットプリントヘッドの一部の斜視図である。図１に示されるノズルアセンブリのうちの１つの側面図である。図２に示されるノズルアセンブリの斜視図である。サーマルインクジェットプリントエンジンの斜視図である。

本明細書で使用される場合、「アクリルポリマー」という用語は、アクリルホモポリマー、アクリルコポリマー、アクリルターポリマー等を含む任意の種類のアクリルポリマー樹脂を意味するために使用される。アクリルポリマーは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリレート、メタクリレート等の任意の適切なアクリルモノマーから形成されてもよい。

本発明は、約１００℃未満のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するアクリルポリマーを含むインクジェットインクを用いる。そのようなアクリルポリマーは、出願人によってサーマルインクジェットプリントヘッド内のヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるのに有用であることが示された。これまで、ヒータエレメントのコゲーションは、多くのインクジェットインク中に含まれる非揮発性ポリマー分散剤によって主に引き起こされると考えられていた。ポリマー分散剤は、一般的には、顔料の分散を補助するためにインクジェットインクに添加される。特定の種類のアクリルポリマーを含むことによって、そのようなアクリルポリマーを含有しないインクおよび／またはいかなるポリマー添加剤も含まないインクと比較した場合にヒータエレメントのコゲーションが減少されることは、実に驚くべきことである。少なくとも１０００万回の液滴吐出または少なくとも２０００万回の液滴吐出後のヒータエレメントの目視比較によると、本発明で用いられるインクとポリマーを含まないインクとでは顕著な相違が示される。具体的には、ポリマーを含まないインクと比較した場合、約１００℃未満のＴ_ｇを有するアクリルポリマーを含有するインクには、著しく少ないコゲーションが観察される。これまでポリマーがサーマルインクジェットプリントヘッドにおけるコゲーションの主要原因のうちの１つであると考えられてきたことを考慮すると、これは非常に驚くべき結果である。

本発明は、染料ベースのインクまたは顔料ベースのインク等の任意の種類のインクと関連して使用されてもよい。しかしながら、コゲーションの減少は、顔料ベースのインクにおいて最も有利である。

従来の顔料ベースのインクの場合、約１００℃未満のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するアクリルポリマーは、顔料を分散させるためおよびコゲーションを減少させるための両方に使用されてもよい。換言すると、アクリルポリマーは、従来の顔料のための分散剤として機能し、同時にコゲーションを最小限に抑えるため、そのようなアクリルポリマーの使用は、コゲーションを減少させるさらなる添加剤を添加するあらゆる必要性を除去する。

自己分散型着色剤（一般的にはいかなるポリマー分散剤も必要としない）の場合、約１００℃未満のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するアクリルポリマーの添加は、コゲーションを減少させるためのみに使用されてもよい。自己分散型着色剤は、染料および表面改質顔料の両方を含み、そのどちらも当業者に周知であろう。次に、本発明において使用されるインクジェットインクの各構成要素をより詳細に説明する。

（アクリルポリマー）
アクリルポリマーは、一般的にはオレフィン‐アクリルコポリマー等のアクリルコポリマーである。スチレン‐アクリルコポリマーが最も好ましい。

アクリルポリマーのガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、１００℃未満、所望される場合は９０℃未満、および所望される場合は６０℃未満である。アクリルポリマーが、０〜５０℃、または所望される場合は５〜３０℃の範囲のＴ_ｇを有するスチレン‐アクリルポリマーである場合に、最適なコゲーションの結果が観察される。

アクリルポリマーは、一般的には、１００〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲、または所望される場合は１００〜１８０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲の酸価を有する。

アクリルポリマーは、３０００〜１５，０００ｇ／ｍｏｌの範囲の分子量を有してもよい。

Ｊｏｎｃｒｙｌ（登録商標）ＨＰＤ２９６およびＪｏｎｃｒｙｌ（登録商標）ＥＣＯ６８４（ＢＡＳＦから入手可能）は、本発明において使用されてもよいスチレン‐アクリルコポリマーの２つの例である。

アクリルポリマーは、一般的には、０．１重量％〜１５重量％、所望される場合は０．２重量％〜１０重量％、または所望される場合は０．５重量％〜５重量％の範囲の量でインク中に存在する。

（着色剤）
上述のように、着色剤は、染料ベースの着色剤または顔料ベースの着色剤のいずれかであってもよいが、コゲーションの減少は、顔料を用いると最も有利である。染料および表面改質顔料は、一般的なインクビヒクル中に分散されるためにいかなるポリマー分散剤も必要としないという意味では、自己分散型着色剤である。本発明による新規インクジェットインクは、自己分散型着色剤、上述のアクリルポリマー、およびインクビヒクルを含む。

インクジェット着色剤は、当業者に周知であり、本発明によるコゲーションを減少させる方法は、いかなる特定の種類の染料または顔料にも限定されない。

本発明の方法における使用に好適な従来の顔料は、無機顔料または有機顔料であってもよい。その例は、カーボンブラック、カドミウムレッド、モリブデンレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、チタンコバルトグリーン、群青、プルシアンブルー、コバルトブルー、ジケトピロールピロール、アントラキノン、ベンゾイミダゾロン、アントラピリミジン、アゾ顔料、フタロシアニン顔料（ナフタロシアニン顔料を含む）、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、インダンスレン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、キノフタロン顔料、および金属錯体顔料である。顔料のいくつかの特定の例は、顔料１５：３、顔料Ｖ１９、顔料Ｙ１５１、および顔料ＰＫ‐７である。

本発明における使用に適切な染料として、アゾ染料、金属錯体染料、ナフトール染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、カルボニウム染料、キノン‐イミン染料、キサンテン染料、シアニン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ベンゾキノン染料、ナフトキノン染料、フタロシアニン染料（ナフタロシアニン染料を含む）、および金属フタロシアニン染料（金属ナフタロシアニン染料を含む）が挙げられる。染料のいくつかの特定の例は、ソルベントレッド８、ソルベントブルー７０、ソルベントイエロー８２、およびソルベントブラック２７である。

表面改質顔料は、表面陰イオン基または表面陽イオン基で改質された顔料である。一般的な表面改質基は、カルボキシレートおよびスルホネート基である。式（ｉ）は、カルボキシレートで改質した黒色顔料を示し、式（ｉｉ）は、スルホネートで改質した着色顔料を示す。しかしながら、陰イオンホスフェート基または陽イオンアンモニウム基等の他の表面改質基も使用されてもよい。

本発明における使用に適切な水性表面改質顔料分散剤の具体的な例は、Ｓｅｎｓｉｊｅｔ（登録商標）ＢｌａｃｋＳＤＰ２０００（ＳｅｎｓｉｅｎｔＣｏｌｏｒｓＩｎｃ．から入手可能）ならびにＣＡＢ‐Ｏ‐ＪＥＴ（登録商標）２００、３００、２５０Ｃ、２６０Ｍ、および２７０Ｙ（ＣａｂｏｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）である。

顔料および染料は、個別にまたはそれらの２つ以上の組み合わせとしてのいずれかで、インクジェットインク中に使用することができる。

インクジェットインク中の顔料粒子の平均粒径は、所望される場合は５０〜５００ｎｍの範囲である。

（インクビヒクル）
インクジェットインクのためのインクビヒクルは、当業者には周知であり、本発明において使用されるインクビヒクルは、特に限定されない。出願人は、最近、サーマルインクジェットプリントヘッドのための非水性インクジェットインクについて記載しており（２００９年９月１１日に出願された米国特許出願第１２／５７７，５１７号（その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）を参照）、そのような非水性インクも本発明の範囲内である。サーマルインクジェットにおいて使用するための非水性インクビヒクルは、一般的には、Ｎ‐（Ｃ_１−６アルキル）‐２‐ピロリジノン（例えばＮ‐メチル‐２‐ピロリジノン）およびＣ_１−６アルコール（例えばエタノール）を含む。

しかしながら、本発明において使用されるインクビヒクルは、一般的には、少なくとも４０重量％の水、少なくとも５０重量％の水、または少なくとも６０重量％の水を含む従来の水性インクビヒクルである。通常、インクジェット中に存在する水の量は、５０重量％〜９０重量％の範囲、または所望される場合は６０重量％〜８０重量％の範囲である。

水性インクジェットインク組成物は、文献において周知であり、水の他に、共溶媒（保湿剤、浸透剤、湿潤剤等を含む）、界面活性剤、殺生物剤、金属イオン封鎖剤、ｐＨ調整剤、粘度調整剤等の他の構成要素を含んでもよい。

共溶媒は、一般的には水溶性有機溶媒である。好適な水溶性有機溶媒として、Ｃ_１−４アルキルアルコール（エタノール、メタノール、ブタノール、プロパノール、および２‐プロパノール等）、グリコールエーテル（エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐ｎ‐プロピルエーテル、エチレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、エチレングリコールモノ‐ｔ‐ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐ｔ‐ブチルエーテル、１‐メチル‐１‐メトキシブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ‐ｔ‐ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ‐ｎ‐プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ‐ｎ‐プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、およびジプロピレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル等）、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルスルホキシド、ソルビトール、ソルビタン、グリセロールモノアセテート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリアセテート、およびスルホラン、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。

共溶媒として使用されてもよい他の有用な水溶性有機溶媒として、２‐ピロリドン、Ｎ‐メチルピロリドン、ε‐カプロラクタム、ジメチルスルホキシド、スルホラン、モルホリン、Ｎ‐エチルモルホリン、１，３‐ジメチル‐２‐イミダゾリジノン、およびそれらの組み合わせ等の極性溶媒が挙げられる。

インクジェットインクは、インク構成要素に保水性および湿潤性を付与するための湿潤剤または保湿剤としての役割を果たすことができる高沸点水溶性有機溶媒を共溶媒として含有してもよい。そのような高沸点水溶性有機溶媒は、１８０℃以上の沸点を有する溶媒を含む。１８０℃以上の沸点を有する水溶性有機溶媒の例は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ペンタメチレングリコール、トリメチレングリコール、２‐ブテン‐１，４‐ジオール、２‐エチル‐１，３‐ヘキサンジオール、２‐メチル‐２，４‐ペンタンジオール、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルグリコール、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコール、２０００以下の分子量を有するポリエチレングリコール、１，３‐プロピレングリコール、イソプロピレングリコール、イソブチレングリコール、１，４‐ブタンジオール、１，３‐ブタンジオール、１，５‐ペンタンジオール、１，６‐ヘキサンジオール、グリセロール、エリトリトール、ペンタエリトリトール、およびそれらの組み合わせである。

他の適切な湿潤剤または保湿剤として、サッカリド（単糖類、オリゴ糖、および多糖類を含む）ならびにその誘導体（例えば、マルチトール、ソルビトール、キシリトール、ヒアルロン酸塩、アルドン酸、ウロン酸等）が挙げられる。

また、インクジェットインクは、記録媒体への水性インクの浸透を促進するための共溶媒のうちの１つとして、浸透剤を含有してもよい。適切な浸透剤として、多価アルコールアルキルエーテル（グリコールエーテル）および／または１，２‐アルキルジオールが挙げられる。適切な多価アルコールアルキルエーテルの例は、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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モノエチルエーテル、エチレングリコールモノ‐ｎ‐プロピルエーテル、エチレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、エチレングリコールモノ‐ｔ‐ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐ｔ‐ブチルエーテル、１‐メチル‐１‐メトキシブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ‐ｔ‐ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ‐ｎ‐プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ‐ｎ‐プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ‐イソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテル、およびジプロピレングリコールモノ‐ｎ‐ブチルエーテルである。適切な１，２‐アルキルジオールの例は、１，２‐ペンタンジオールおよび１，２‐ヘキサンジオールである。また、浸透剤は、１，３‐プロパンジオール、１，４‐ブタンジオール、１，５‐ペンタンジオール、１，６‐ヘキサンジオール、１，７‐ヘプタンジオール、および１，８‐オクタンジオール等の直鎖炭化水素ジオールからも選択されてもよい。また、グリセロールが浸透剤として使用されてもよい。

一般的には、インク中に存在する共溶媒の量は、約５重量％〜４０重量％、または所望される場合は１０重量％〜３０重量％の範囲である。本発明において使用されてもよい共溶媒系の具体的な例は、エチレングリコール、２‐ピロリドン、およびグリセロールを含む。

また、インクジェットインクは、陰イオン表面活性剤および／または陽イオン表面活性剤等の表面活性剤（「界面活性剤」）を含有してもよい。有用な陰イオン表面活性剤としては、スルホン酸種（アルカンスルホン酸塩、α‐オレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸、アシルメチルタウリン、およびジアルキルスルホコハク酸等）、アルキル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸化オレフィン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、カルボン酸種（例えば、脂肪酸塩およびアルキルサルコシン塩）、ならびにリン酸エステル種（アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩、およびグリセロリン酸エステル塩等）が挙げられる。陰イオン表面活性剤の具体的な例は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、およびポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸アンモニウム塩である。

非イオン表面活性剤の例として、エチレンオキシド付加物種（ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、およびポリオキシエチレンアルキルアミド等）、ポリオールエステル種（グリセロールアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル、および糖アルキルエステル等）、ポリエーテル種（多価アルコールアルキルエーテル等）、ならびにアルカノールアミド種（アルカノールアミン脂肪酸アミド等）が揚げられる。非イオン表面活性剤の具体的な例は、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、およびポリオキシアルキレンアルキルエーテル（例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル）等のエーテル、ならびにオレイン酸ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル、ジステアリン酸ポリオキシエチレン、ラウリン酸ソルビタン、モノステアリン酸ソルビタン、モノオレイン酸ソルビタン、セスキオレイン酸ソルビタン、モノオレイン酸ポリオキシエチレン、およびステアリン酸ポリオキシエチレン等のエステルである。また、２，４，７，９‐テトラメチル‐５‐デシン‐４，７‐ジオール、３，６‐ジメチル‐４‐オクチン‐３，６‐ジオール、または３，５‐ジメチル‐１‐ヘキシン‐３‐オル等のアセチレングリセロール表面活性剤が使用されてもよい。

界面活性剤は、一般的には、０．１重量％〜１０重量％の範囲、または所望される場合は０．２重量％〜５重量％の範囲の量で水性インクジェットインク中に存在する。本発明において使用されてもよい非イオン界面活性剤の具体的な例は、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）４６５（ＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓＡｎｄＣｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃから入手可能）である。

また、水性インクジェットインクは、ｐＨ調整剤（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸リチウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸リチウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、シュウ酸リチウム、ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、フタル酸水素カリウム、および酒石酸水素カリウム等）、アンモニア、ならびにアミン（メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン塩酸塩、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ブチルジエタノールアミン、モルホリン、およびプロパノールアミン等）を含んでもよい。

また、水性インクジェットインクは、安息香酸、ジクロロフェン、ヘキサクロロフェン、ソルビン酸、ヒドロキシ安息香酸エステル、デヒドロ酢酸ナトリウム、１，２‐ベンゾチアゾリン‐３‐オン、３，４‐イソチアゾリン‐３‐オン、または４，４‐ジメチルオキサゾリジン等の殺生物剤を含んでもよい。

また、水性インクジェットインクは、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）等の金属イオン封鎖剤を含有してもよい。

（サーマルインクジェットプリントヘッド）
本明細書に記載されるインクジェットインクは、サーマルインクジェットプリントヘッドにおけるコゲーションを最小限に抑える。次に、米国特許第７，３０３，９３０号（その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるような出願人のサーマルインクジェットプリントヘッドのうちの１つについて簡潔に説明する。

図１を参照すると、複数のノズルアセンブリを備えるプリントヘッドの一部が示される。図２および３は、これらのノズルアセンブリのうちの１つを側面断面図および切り取り斜視図で示している。

各ノズルアセンブリは、シリコンウエハ基板２の上にＭＥＭＳ製造技術によって形成されるノズルチャンバ２４を備える。ノズルチャンバ２４は、屋根部２１および屋根部２１からシリコン基板２まで延在する側壁２２によって画定される。図１に示されるように、各屋根部は、プリントヘッドの吐出面にわたって広がるノズルプレート５６の一部によって画定される。ノズルプレート５６および側壁２２は、同じ材料から形成され、ＭＥＭＳ製造の間にフォトレジストの犠牲足場にかけてＰＥＣＶＤによって被着される。一般的には、ノズルプレート５６および側壁２１は、二酸化ケイ素または窒化ケイ等のセラミック材料から形成される。これらの硬質材料は、プリントヘッドの頑健性のために優れた特性を有し、それらの本質的に親水性である性質は、毛細管作用によってノズルチャンバ２４にインクを供給するために有利である。

ノズルチャンバ２４の詳細に戻ると、ノズル開口部２６が、各ノズルチャンバ２４の屋根部において画定されることが分かるであろう。各ノズル開口部２６は、略楕円形であり、関連するノズル周縁部２５を有する。ノズル周縁部２５は、印刷中に液滴の方向性を補助すると同時に、少なくともある程度、ノズル開口部２６から溢れ出すインクを減少させる。ノズルチャンバ２４からインクを吐出させるためのアクチュエータは、ノズル開口部２６の下に位置付けられ、ピット８を横断して懸架されたヒータエレメント２９である。基板２下層のＣＭＯＳ層の駆動回路に接続された電極９を介してヒータエレメント２９に電流が供給される。電流がヒータエレメント２９を通ると、周辺のインクを急速に過熱して気泡を形成させ、インクをノズル開口部２６を強制的に通す。ヒータエレメント２９を懸架することにより、ノズルチャンバ２４にインクが注入されると、ヒータエレメントはインクに完全に浸漬される。下層の基板２内に消散する熱がより少なく、気泡を発生させるためにより多くの投入エネルギーが使用されるため、これによってプリントヘッドの効率が向上する。

図１において最も明確に分かるように、ノズルは何列にも配置され、その列に沿って縦方向に延在するインク供給チャネル２７が、列に並んだ各ノズルにインクを供給する。インク供給チャネル２７は、各ノズルのためにインク流入経路１５内にインクを送達し、ノズルチャンバ２４内のインク導管２３を介してノズル開口部２６の側面からインクを供給する。

このようなプリントヘッドを製造するためのＭＥＭＳ製造工程は、米国特許第７，３０３，９３０号（その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に詳述された。

懸架されたヒータエレメントを有するプリントヘッドの操作は、出願人の米国特許第７，２７８，７１７号（その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に詳述される。

また、出願人は、埋め込まれたヒータエレメントを有する熱気泡を形成するインクジェットプリントヘッドについても記載している。そのようなプリントヘッドは、例えば、米国特許第７，２４６，８７６号および第２００６／０２５０４５３号（その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載される。

出願人のサーマルインクジェットプリントヘッドは、以下の特徴のうちの１つ以上を有することによって概して特徴付けられてもよい。すなわち、（ｉ）懸架されたヒータエレメント、（ｉｉ）１ナノグラム未満、所望される場合は５００ピコグラム未満の質量を有するヒータエレメント、（ｉｉｉ）５００ｎＪ未満、所望される場合は２００ｎＪ未満の作動エネルギー、および（ｉｖ）窒化チタンまたは窒化チタンアルミニウムのヒータエレメントである。

本明細書に記載されるインクジェットインクは、コゲーションを最小限に抑えるために上述したような出願人のサーマルインクジェットプリントヘッドと組み合わせて使用されてもよい。しかしながら、そのようなインクの使用は、出願人のサーマルプリントヘッドに限定されず、それらは、Hewlett-PackardおよびCanonから商業的に販売されるプリントヘッド等の従来のサーマルインクジェットプリントヘッドにおいて使用されてもよい。

従来の走査型サーマルインクジェットプリントヘッド（または実際に、出願人のページ幅プリントヘッド）の場合、本発明は、本明細書に記載されるようなインクジェットインクを収容するインクジェットプリンタのためのインクカートリッジに関連する場合がある。インクカートリッジは、所望される場合は、それと一体化されたサーマルインクジェットプリントヘッドを備えてもよい。

完全性のために、本明細書に記載される出願人のサーマルインクジェットプリントヘッドを組み込むプリンタは、例えば、米国特許第７，２０１，４６８号、第７，３６０，８６１号、第７，３８０，９１０号、および第７，３５７，４９６号（それらのそれぞれの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載される。

図４は、出願人の米国特許出願第１２／０６２，５１４号（その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるようなサーマルインクジェットプリンタのためのプリンタエンジン１０３を示す。プリントエンジン１０３は、ページ幅プリントヘッドを備える取り外し可能なプリントカートリッジ１０２と、一群のユーザによって交換可能なインクカートリッジ１２８を含む。各カラーチャネルは、一般的には、その独自のインク貯蔵槽１２８と、プリントヘッドに供給されるインクの静水圧を制御するための対応する圧力制御チャンバ１０６とを有する。したがって、プリントエンジン１０３は、５つのインク貯蔵槽１２８と、対応する５つの圧力制御チャンバ１０６とを有する。この５チャネルプリントエンジン１０３のための一般的なカラーチャネルの構成は、ＣＭＹＫＫまたはＣＭＹＫ（ＩＲ）である。各インクカートリッジ１２８は、本明細書に記載されるようなインクジェットインクを備えてもよい。

図４には種々の構成要素間の流体接続は示されていないが、これらの接続は、例えば、米国特許出願第１２／０６２，５１４号に記載される流体工学システムによる好適なホースを用いて作製されることを理解されたい。

（実験）
表１および２に記載されるインクを、以下のような一般的な配合プロセスにしたがって配合した。
（１）無色のインクビヒクルを提供するために、界面活性剤および水を添加する前に共溶媒（複数可）を適切な容器に計り入れた。
（２）無色のインクビヒクルを１０分間撹拌させた。
（３）撹拌したインクビヒクルにポリマーを添加した（比較用の例１を除く）。
（４）表面改質顔料を添加する前に、得られた溶液をさらに５分間撹拌させた。
（５）０．３ミクロンに濾過する前に配合物を１５分間撹拌させた。ＰａｌｌＰｒｏｆｉｌｅＩＩ１”セグメントフィルタを使用してインクを濾過し、洗浄した容器に移行する前にインクを１５分間再循環させた。

（インクの再溶解性の評価）
Ｍｅｍｊｅｔ（登録商標）インクジェットデバイス（上述の通り）を×４００の倍率で観察し、画像記録を取得した（Ａ）。次いで、１２０℃で１５分間乾燥する前に、デバイスに流体を注入した。次いで、ノズルおよびヒータを×４００の倍率で観察し、画像記録を作成した（Ｂ）。

次いで、インクビヒクル中に３０分間放置する前に、無色のインクビヒクルでデバイスを洗浄した。次いで、最終的なすすぎを行い、窒素の流れを使用してデバイスを乾燥させた。

次いで、ノズルおよびヒータを×４００の倍率で観察した後、第３の画像記録を取得した（Ｃ）。

記録（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）を比較し、以下の尺度を使用して記録（Ｃ）のノズルおよびヒータの清浄度を評価した。

（コゲーションの評価）
Ｍｅｍｊｅｔデバイスに流体を注入し、長期安定性試験を開始した。試験は２０００万回作動させて行い、１０００万回および２０００万回でのコゲーションの蓄積を、光学顕微鏡法（×４００）を使用して評価した。２０００万回の作動におけるコゲーションの蓄積は、１０００万回の作動における蓄積と一致していることが分かり、したがって、１０００万回の作動におけるコゲーションを、流体を評価するために使用した。表４は、使用した尺度について記載している。

表１および２に記載されるインク配合物の各々を評価するために、再溶解性およびコゲーションスコアを使用した。その結果を表５に示す。

表５から、＜１００℃のＴ_ｇを有するスチレンアクリルポリマーを含有するインクのみが、最も高いコゲーションスコア（すなわち、よりヒータのコゲーションがより少ない）を得たことが分かる。ポリマーを含有しないかまたは＞１００℃のＴ_ｇを有するポリマーを含有するインクでは、ヒータエレメントのコゲーションは、１０００万回の作動後に概して重度であった。これらの結果は、＜１００℃のＴ_ｇを有するアクリルポリマーをインクジェットインクに添加することは、ヒータのコゲーションを減少させるという面において著しく有益な効果を有することを確認する。これまで、非揮発性ポリマー分散剤は、顔料ベースのインクにおけるコゲーションの原因であると考えられていたことを考慮すると、ヒータのコゲーションを減少させるために特定の種類のポリマー分散剤を使用することは、驚くべきことである。

当然のことながら、本発明は、例としてのみ説明してきたのであって、付属の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲内で詳細の変更が行われる場合があることを理解されたい。

Claims

サーマルインクジェットプリントヘッド内の懸架されたヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑える方法であって、
（ｉ）前記プリントヘッドの少なくとも１つのノズルチャンバにインクジェットインクを供給するステップと、
（ｉｉ）前記ノズルチャンバ内のヒータエレメントを、その中で気泡を形成するのに十分な温度まで前記インクの一部を加熱するために作動させ、それによって前記ノズルチャンバと関連するノズル開口部からインクの液滴を吐出させるステップと、を含み、
前記インクは、５〜３０℃の範囲のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）および１００〜１８０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲の酸価を有するスチレン‐アクリルコポリマーを含み、前記スチレン‐アクリルコポリマーは、前記懸架されたヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるようにした方法。
前記懸架されたヒータエレメントは、少なくとも１０００万回作動され、前記スチレン‐アクリルコポリマーを含まないインクと比較してより少ないコゲーションを示す、請求項１に記載の方法。
前記インクは、顔料を含む、請求項１に記載の方法。
前記顔料は、自己分散型の表面改質顔料である、請求項３に記載の方法。
前記インクは、水性インクビヒクルを含む、請求項１に記載の方法。
サーマルインクジェットプリントヘッド内の懸架されたヒータエレメントのコゲーションを最小限に抑えるための、インクジェットインクにおけるアクリルポリマー添加剤の使用であって、前記アクリルポリマーは、５〜３０℃の範囲のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）および１００〜１８０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲の酸価を有するスチレン‐アクリルコポリマーである、使用。
インクジェットインクを収容するインク貯蔵槽と流体連通するサーマルインクジェットプリントヘッドを備えるインクジェットプリンタであって、前記サーマルインクジェットプリントヘッドは、前記インクを収容する複数のノズルチャンバを備え、各ノズルチャンバは、前記ノズルチャンバ内に懸架されたヒータエレメントを備え、前記ヒータエレメントは、気泡を形成するのに十分な温度まで前記インクの一部を加熱し、それによって前記ノズルチャンバから前記インクの液滴を吐出するように構成され、
前記インクは、インクビヒクルと、
自己分散型着色剤と、
５〜３０℃の範囲のガラス転移温度（Ｔ _ｇ）および１００〜１８０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲の酸価を有するスチレン‐アクリルコポリマーと、を含む、インクジェットプリンタ。