JPH04332778A

JPH04332778A - インク組成物

Info

Publication number: JPH04332778A
Application number: JP3313935A
Authority: JP
Inventors: Keshava A Prasad; ケシャバ・エー・プラサド
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1992-11-19
Also published as: US5196056A; EP0483610A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、サーマル・
インクジェット・プリンタのためのインク（インクジェ
ット）組成物に関し、特に、プリント中に紙に衝突した
際異なる色の隣接インク滴との色の混合が減少したイン
ク組成物に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその問題点】サーマル・インクジェット・
プリンタは高速度の比較的中程度の価格のプリンティン
グを提供することができる。第１世代のインクジェット
・プリンタは、例えば、１９８５年５月発行のＨｅｗｌ
ｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ　　ＪｏｕｒｎａｌのＶｏｌ．
３６，Ｎｏ５に記載されている。第２世代のプリンタは
解像度が向上し（９６ドット／インチから１８０ドット
／インチ）、カラーグラフィックスと活字に近い品質の
（ｌｅｔｔｅｒ　　ｑｕａｌｉｔｙ）高速テキストを有
する。これらのプリンタは、例えば、１９８８年８月号
発行のＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ　　Ｊｏｕｒｎ
ａｌに記載されている。第１世代および第２世代のプリ
ンタにおけるペン操作の一般的な原理は同じである。イ
ンクは、底部の薄膜抵抗素子と天井部の小さいオリフィ
スあるいはノズルを収容するチャンバに連通している。薄膜抵抗素子は４００℃を超える温度で迅速に加熱され
る。チャンバ内の励起された抵抗素子上のインクが蒸発し、
気泡（バブル）が生成される。この気泡（蒸気バブル）
が成長すると、運動量が気泡の上にあるインクに伝えら
れ、そして、ある量のインクがオリフィスを通って噴射
され、紙上に衝突する。抵抗素子を約２〜４マイクロ秒
間加熱する結果、各ノズルは約４０〜２００ｐｌ（ビコ
リットル）のインク滴を噴射する。

【０００３】抵抗素子を備えるチャンバ（ｒｅｇｉｓｔ
ｏｒ　　ｃｈａｍｂｅｒｓ）にインクを貯蔵し、運搬す
るために幾つかの方法が用いられている。その一つの方
法では、インク（インクが充満されたフォーム（ｆｏａ
ｍ））は毛細血管作用によってインク貯蔵器から抵抗体
領域へ補充する。他の方法ではインク・ブラダー（ｂｌ
ａｄｄｅｒ，袋）または重力による供給が用いられてい
る。インク貯蔵器中のインクは、装置が噴射を行なって
いないときには天井部のオリフィスにおいてメニスカス
（細管内の湾曲液面）を形成する。インクがインク貯蔵
器からノズル（すなわちオリフィス）へ流れるためには
、圧力差を利用するプライミング・プロセス（ｐｒｉｍ
ｉｎｇ）がペンに適用される。各ノズルにおいて、イン
ク貯蔵器とメニスカス間の連続的な空気を含まないイン
クの経路がなければならず、そうでなければプリント欠
陥（ｄｅｐｒｉｎｔｉｎｇ）が起る可能性がある。各単
一のカラー・ペンは、複数個のインク滴を噴射する多数
のノズルを有し、所望の活字またはグラフィック・デザ
インを形成するために、複数個のインク滴は、それらが
衝突するとき適切に配列されていなければならない。このシステムは、良好な機能を得るにはインク組成物に
大いに依存しており、特に多色プリントを実施する時ま
たは普通紙を使用する時、好適なインク配合物の調整に
は多くの実験的な配慮が作用する。

【０００４】直面する問題には「コゲーション」がある
。これは、サーマル・インクジェット・プリントに特有
な用語で、紙に向ってインクの気泡を「噴射（ｆｉｒｅ
）」させるために使用される加熱された抵抗素子によっ
て高温に加熱されることに起因する染料の分解を意味す
る。インクジェット組成物に関する他の問題は、キャリ
ヤ流体が蒸発し、このためインク中の成分が沈澱してオ
リフィスに栓（ｐｌｕｇ）を形成することである。これ
は、インクの適切な噴射を妨害する可能性があり、通常
、クラスト生成（ｃｒｕｓｔｉｎｇ）として知られてい
る。成功の度合は多様であるが、インクジェット・プリ
ンタのためのインク組成物の調整において生じる様々な
問題を軽減あるいは解消しようとする試みが従来から行
なわれてきた。

【０００５】インクの一つのグループは紙の上でのイン
クの蒸発度合を調節するために使用される少量の有機溶
媒（水との共溶媒として）を含む水溶性ベース（ａｑｕ
ｅｏｕｓ　　ｂａｓｅｄ）配合物である。溶媒系そのも
のは「ビヒクル」と呼ばれることがあり、主として染料
のためのキャリヤーと考えることができる。普通紙（ｐ
ｌａｉｎ　　ｐａｐｅｒ）（すなわち、典型的なオフィ
ス内で様々な目的に使用される紙）を使用したい場合に
は、主として水溶性ベースのインクが典型的に使用され
る。例えば、普通紙は通常水溶性ベースインクのために設計
されたでんぷんよりある大きさで作られる。米国特許第
４，８５３，０３７号には、サーマル・インクジェット
・プリンタを利用して普通紙にプリントするためのイン
ク組成物が述べられている。インク組成物は約５〜約１
０重量％のエチレングリコールとジエチレングリコール
からなる群から選ばれた少なくとも１種類と約１〜約４
重量％の染料とバランスをとるための量の水を含む。任
意に添加される成分として殺生剤と緩衝剤が用いられる
。

【０００６】米国特許第４，７９１，１６５号は約６０
〜９０重量％の水と約５〜４０重量％のグリコールと約
０．００１〜約１０重量％のポリマーブレンド（ｐｏｌ
ｙｍｅｒ　　ｂｌｅｎｄ）と約１〜約７重量％の染料を
含むサーマル・インクジェット・プリンタのためのイン
ク組成物が記載されている。適切なグリコールとして、
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、ジプロピレングリコール、トリエチレン
グリコール、テトラエチレングリコール、１−メトキシ
−２−プロパノ−ル、ジチオグリコール、およびエーテ
ル誘導体が挙げられている。特定の共重合体の例として
、典型的には６０／４０および７０／３０の比のポリビ
ニルピロリドン／ポリ酢酸ビニル共重合体が述べられて
いる。

【０００７】米国特許第４，７８９，４００号には、平
均約１，０００〜１０，０００の分子量を有するポリマ
ーを含み、優れた液滴形成を与える水溶性ベース・イン
クジェット組成物が開示されている。これらの組成物は
、染料成分と随意に添加される約１〜約１０重量％の展
着物質（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ　　ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）
を有している。特にこのような展着物質として、ベンジ
ルアルコール、Ｎ−ブチルジエタノールアミン、２−（
２−ブトキシエトキシ）−エタノール、１−メチル−２
−ピロリドン等が挙げられている。これらの展着物質の
目的は、紙上のスポット・サイズを大きくすることであ
る。これらの組成物は磁気制限（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓ
ｔｒｉｃｔｉｖｅ）圧電手段（例えば、米国特許第３，
８４６，１４１号に開示される）によって活性化される
インクジェット・プリンタにとって望ましいが、開示さ
れた高分子量種を分解させる傾向のある加熱抵抗素子に
インクが露出するサーマル・インクジェット・プリンタ
においては同様に有用ではない。抵抗素子表面に炭素が
生成され、熱の伝導を抑制するので、このような分解は
コゲーションの問題を導く。

【０００８】米国特許第４，９１４，５６２号では、約
５〜約２０重量％の湿潤剤と約３〜３０重量％の第１級
アルコールなどの有機溶媒を含有する上質紙（ｗｏｏｄ
−ｆｒｅｅ）用のインク組成物が開示されている。非イ
オン界面活性剤および湿潤剤をインク組成物に添加する
ことが述べられ、非イオン界面活性剤は約５〜５０重量
％、より好ましくは１０〜３０重量％で、湿潤剤は約９
〜７０重量％である。しかしながら、このようなインク
組成物はインクの毛管現象を増大させる界面活性剤と湿
潤剤によって置換えられる水の量が少なくなるためにプ
リント品質を実質的に劣化させる傾向がある。

【０００９】インクジェット・プリントにおける他の問
題は気泡（バブル）で、特に抵抗素子チャンバあるいは
該チャンバのオリフィス近傍の気泡の発生である。気泡
によってペンの機能を悪化させるか、小さく、変形した
液滴を噴射させる可能性がある。インク組成物中に消泡
剤を含ませることが述べられている。例えば、米国特許
第４，３６５，０３５号ではジェット・プリンティング
・インクを調製および使用時に処理する間に気泡を減少
させるために消泡剤を含ませることが開示されている。従来の消泡剤は、好ましくは０．００２〜０．１重量％
の量で有用である。例示される特定の消泡剤は、Ｄｏｗ
　　Ｃｏｒｉｎｇ社製のＤＢ−３１シリコーン消泡剤と
、Ｃｒｕｃｉｂｌｅ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｃｏｒｐ
ｏｒａｔｉｏｎ製のＦｏａｍｋｉｌｌ６８９で、また、
Ｗｉｔｏ　　ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙから市販
されているＢｕｂｂｌｅ　　Ｂｒｅａｋｅｒ７４８につ
いても記されている。より改善されたインク組成物を開
発しようとする努力はインクジェット・プリンタの発展
と共に絶え間なく進歩している。本発明は特に幾つかの
色で（多色で）プリントするサーマル・インクジェット
・プリンタに向けられるものである。これらは、「ブリ
ード（ｂｌｅｅｄ）」すなわち隣接する色との混合とい
う新しい問題が提起される。

【００１０】

【発明の目的】本発明の目的は、プリント中でインク滴
が紙に衝突するときに隣接する異なる色のインク滴との
色の混合を減少させる特性を有するサーマル多色インク
ジェット・プリンタにおいて有用なインク組成物を提供
することにある。本発明のこれらおよびその他の目的と
利点は以下の説明によりさらに明らかとなる。

【００１１】

【発明の概要】本発明では、サーマル多色インクジェッ
ト・プリンタ（ｔｈｅｒｍａｌ、ｍｕｌｔｉ−ｃｏｌｏ
ｒ　　ｉｎｋ　　ｊｅｔ　　ｐｒｉｎｔｅｒ）において
有用なインク組成物を提供し、本質的には着色染料とブ
リード抑制剤を含む水溶液からなる。ブリード抑制剤は
プリント中にインク滴が紙上に衝突するとき、一つのイ
ンク滴が他の色の隣接するインク滴と色の混合を起すこ
とを減少させるための効果的な量が含まれている。ブリ
ード抑制剤分子は極性部分と非極性部分を有する。ブリ
ード抑制剤の極性部分は、少なくとも末端に水酸基を含
むエトキシ部分を有することが好ましい。特に好適なブ
リード抑制剤は２−（２−ブトキシエトキシ）エタノー
ルとトリエチレングリコールブチルエーテルである。好
ましいブリード抑制剤は、いったん紙に衝突したインク
滴の浸透の結果として乾燥時間を著しく短縮する特性も
有する。インク組成物の好適な実施例は、例えば、約５
秒間以下の乾燥時間を有するインクを使用して直径約１
２０μｍの乾燥したドットを形成するためには約６０ピ
コリットルのインク滴しか必要としない。

【００１２】

【発明の実施例】本発明に係るインク組成物は一般にサ
ーマル・インクジェット・プリンタにおいて有用である
。インク組成物は多色機能を有するサーマル・インクジ
ェット・プリンタに使用されるときに色と色とのブリー
ドを減少させる。本インク組成物を使用するサーマル・
インクジェット・プリンターがあろう多色機能を有しな
い場合でも、本発明の他の利点は乾燥時間の改善とより
小さいインク滴体積でより大きいドットが得ることがで
きる。ヒューレット・パッカード・カンパニー製のＤｅ
ｓｋＪｅｔプリンタに用いられる従来のインク組成物は
、本発明に係る組成物の以下に述べる特性と比較してこ
れより用いる。ＤｅｓｋＪｅｔプリンタで使用される従
来のインク組成物は、代表的には、約９４．５重量％の
水と５．５重量％のジェチレングリコール（ＤＥＧ）を
含み、これらは染料のビヒクルを構成する共溶媒である
。こうして、このビヒクルに対して染料を典型的には少
量（ｍｉｎｏｒ　　ａｍｏｕｎｔｓ）の緩衝剤と殺生剤
が添加される。

【００１３】従来のインク組成物および本発明に係るイ
ンク組成物に対して添加される染料の量は、染料の種類
によって決まる傾向があり、ビヒクルへの染料の溶解度
に大きく依存する。染料の代表的な量は、インク組成物
に対して約１〜約５重量％である。本発明に係るインク
組成物において、インクジェットプリンタに用いられる
インク組成物にはどんな染料でも使用できるが、黒以外
の色の染料に対して好適である。好適な染料は、Ｄｉｒ
ｅｃｔ　　Ｒｅｄ９、Ｄｉｒｅｃｔ　　Ｒｅｄ２２７、
Ａｃｉｄ　　Ｙｅｌｌｏｗ２３、Ｄｉｒｅｃｔ　　Ｙｅ
ｌｌｏｗ８６、ＡｃｉｄＢｌｕｅ９、Ｄｉｒｅｃｔ　　
Ｂｌｕｅ８６、Ａｃｉｄ　　Ｂｌｕｅ１８５が挙げられ
、これらの染料はスルホネート官能基を有する陰イオン
染料である。溶液中の染料を保持することを助ける緩衝剤の使用もし
ばしば望まれる。

【００１４】本発明に係るインク組成物は、本質的に極
性部分と非極性部分を有するブリード抑制剤（ｂｌｅｅ
ｄ　　ｒｅｔａｒｄｉｎｇ　　ａｇｅｎｔ）を含む。「
部分」とは親水性あるいは疎水性の関係において実質的
に水溶液の影響を受け易いが水溶液に露出され易いブリ
ード抑制分子の一部を意味する。適切なブリード抑制剤
は枝分れした分子を含有することができる。ブリード抑
制剤の非極性部分としては、アルキル基、アルケニル基
またはアルキニル基を含み、約４〜約１４個の炭素原子
を有することが好ましく、枝分れしていても枝分れして
いなくてもよい。ブリード抑制剤の極性部分は末端に水
酸基を有する少なくとも一つのエトキシ部を有すること
が好ましい。特に好ましいブリード抑制剤はまた湿潤（
ｈｕｍｅｃｔａｎｔ）性を有し、ビヒクル中に溶解し、
したがってビヒクルで運ばれる（ｃａｒｒｙ）染料の共
溶媒として機能する本発明のインク組成物に使用される
量で水と混和可能である。本発明の特に好ましい実施例
は以下の化学式（１）、（２）によって示される構造を
有する染料抑制剤（ｄｙｅ　　ｒｅｔａｒｄｉｎｇ　　
ａｇｅｎｔｓ）を含む。

【００１５】

【化１】ここにおいて、ｎは約２から約１３、より好ましくは３
、ｍは約２から約１０、より好ましくは２である。

【００１６】

【化２】ここにおいて、ｍとｎの和が約１０であることが好まし
い。

【００１７】例えば、化学式（１）の構造を有する特に
好ましいブリード抑制剤は、２−（２−ブトキシエトキ
シ）エタノール（ＤＧＢＥ）およびトリエチレングリコ
ールブチルエーテル（ＴＢＨ）である。化学式（２）の
構造を有する好適な化合物は、「Ｓｕｒｆｙｎｏｌ　　
４６５」という商品名でＡｉｒ　　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　
　ａｎｄ　　ｃｈｅｍｉｃａ１ｓ，Ｉｎｃ．（ペンシル
バニア州アレンタウン）より市販されているものがある
。ＤＧＢＥとＴＢＨは両方とも本発明に係るインク組成
物において湿潤特性を示す。ＤＧＢＥを有する特に好適
なインク組成物は約５から約２０重量％の範囲でＤＢＧ
Ｅを含み、約４５から約３０ダイン／ｃｍの表面張力を
有すると共に約５から約１５重量％の範囲でＴＢＨを有
する特に好適なインク組成物では約４５から約３５ダイ
ン／ｃｍの表面張力を有する。特に好ましい混合物は約
４重量％のＤＧＢＥに用いることができ、これは約４重
量％のＴＢＨを含み、約４０ダイン／ｃｍの表面張力を
有する。他の混合物として約２から約４重量％のＳｕｒ
ｆｙｎｏ１　　４６５と約５から約８重量％のＤＧＢＥ
を含むものである。本発明に係るインク組成物組成物中
のブリード抑制剤Ｓｕｒｆｙｎｏ１　　４６５が存在す
る場合、あまり湿潤特性を示さない。よって、別個の湿
潤剤（例えば、ジエチレングリコール）が推奨されるが
、湿潤剤とブリード抑制剤の総量は水溶液の約１０重量
％を超えないことが好ましい。

【００１８】一つまたはそれ以上の緩衝剤、殺生剤など
の成分が少量（例えば、水溶液に対して約１重量％以下
）含まれていてもよい。例えば、周知の有用な多くの殺
生剤の中には、Ｎｕｏｄｅｘ，Ｉｎｃ．（ニュージャー
ジ州ピスクタウェイ）によって供給される「Ｎｕｏｓｅ
ｐｔ　　９５」がある。必要に応じて、緩衝剤は本発明
に係るインク組成物を約６から８のｐＨの範囲に維持す
ることが好ましい。このような任意の緩衝剤の目的は、
プリントヘッドに使用される物質における腐食、溶出お
よび／または接着性の低下を防止するために用いる物質
と相溶性のある領域においてインク組成物のｐＨを維持
することである。少量で効果的などの緩衝剤も染料とは
反応せず、望ましい狭いｐＨ範囲が適用される。好適な
塩基性緩衝剤として、ホウ酸ナトリウム、リン酸水素ナ
トリウムおよびリン酸二水素ナトリウムがある。周知の
酸性緩衝剤も使用することができる。緩衝剤を使用する
場合、クラスト生成の可能性を減少させるために典型的
には全インク濃度に対して約０．１重量％以下の量で使
用される。インク組成物のバランスは水、最も好ましく
は脱イオン水である。本発明に係るインク組成物は前述
の成分を混合することによって容易に調製することがで
き、すべての成分の純度は通常の工業的実施において利
用されるものである。以下に本発明を具体的な実施例に
基づいて説明するが、これらの実施例は本発明を限定す
るものではなく、説明するために述べられるものである
。

【００１９】実施例　　１従来のインク組成物と比較すると、本発明に係るインク
組成物によって色と色とのブリードに著しい改善が得ら
れることが幾つかの発明の実施例（ＤＧＢＥの量を変化
させる）によって示された。インク組成物を４５Ｒ−３
７０アーキテクチャのスタンレー（Ｓｔａｎｌｅｙ）ペ
ンに充満させ、ＤｅｓｋＪｅｔプリンタからギルバート
ボンド（Ｇｉｌｂａｒｔ　　ｂｏｎｄ）紙上に噴射させ
た。本発明の実施例はＤＧＢＥ（４から２０重量％の範
囲）、ＴＢＨ（４から２０重量％の範囲）およびＳｕｒ
ｆｙｎｏ１　　４６５（１から３重量％の範囲）の量を
変化させて調製し、すべての実施例が色と色とのブリー
ドの減少を示した。例えば、特に好適な実施例の一つの
グループは８重量％のＤＧＢＥ、９０から８５重量％の
水、１から６重量％の染料および０．１から０．５重量
％の殺生剤を含み、これらの実施例は加熱なしの高速プ
リント中に二つの隣接するドット間において２ドット以
下の侵入（ｅｎｃｒｏａｃｈｍｅｎｔ）しかなかった。色と色とのブリードの度合は、Ｃａｒｌ　　Ｚｅｉｓｓ
社のＯＳＩＲＩＳビジョン・システムによって測定した
。

【００２０】実施例　　２好適なブリード抑制剤が比較的少量（例えば、１から４
重量％）含まれている場合でも、本発明に係るインク組
成物は乾燥時間の著しい向上を特徴的に提供する。例え
ば、ＤＧＢＥが１重量％（９２．５から９７．９重量％
の水、１から６重量％の染量、０．１から０．５重量％
の殺生剤とともに）含まれる本発明のインク組成物にお
いて、ＤｅｓｋＪｅｔプリンタに用いられるインクに関
する乾燥時間は約２０秒間から５秒間以下に向上した。ＤＧＢＥ８重量％にまで増加されたとき、乾燥時間は約
２０ミリ秒間であった。乾燥時間はＫｏｄａｋ社の高速
カメラ・システムによって測定した。

【００２１】実施例　　３本発明のインク組成物は実質的に同等のドット・スピー
ドを提供するが、著しく小さいドット体積を形成する。８重量％のＤＧＢＥ、約８５．５から９０．０重量％の
水、１から６重量％の染料、０．１から０．５重量％の
殺生剤を含む本発明のインク組成物を用いて、インク滴
の体積が６０ピコリットルであるインクジェット・ペン
は、ＯＳＩＲＩＳビジョン・システムによって測定した
ときに、普通紙上に約１２０μｍ（１インチ当たり３０
０ドットの機械）の寸法のドットを形成した。これに対
して、従来のＤｅｓｋＪｅｔプリンタに用いられるイン
クは同じ寸法のドットを形成する際には体積は１４０ピ
コリットルのインク滴が噴射されている。本発明を特に
好適な実施例と関連させて説明したが、説明および実施
例は説明するためのものであって本発明の範囲を限定す
るためのものではないことは当業者にとって明らかであ
る。

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではブリー
ド抑制剤を含むことより、プリント時において生じる他
の色の隣接するドットとの色の混合を低減させ、また短
い乾燥時間をもたらすことによりドット形成に必要なイ
ンク滴を減少させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多色サーマル・インクジェット・プリンタ
に用いるインク組成物において、着色染料とブリード抑
制剤を含む水溶液からなり、前記ブリード抑制剤は極性
部分と非極性部分を有し、前記ブリード抑制剤は、プリ
ント時にインク滴が用紙上に衝突する際、インク滴の多
色の隣接インク滴との色混合を減少させる効果的な量で
あることを特徴とするインク組成物。
【請求項２】請求項第１項記載のインク組成物において
、前記ブリード抑制剤の極性部分は約４個から約１４個
の炭素原子を有するアルキル基、アルケニル基またはア
ルキニル基を含むことを特徴とするインク組成物。
【請求項３】請求項第２項記載のインク組成物において
、ブリード抑制剤はさらに湿潤特性を有することを特徴
とするインク組成物。
【請求項４】請求項第２項記載のインク組成物はさらに
湿潤剤を含み、前記湿潤剤と前記ブリード抑制剤の総量
は水溶液に対して前記約１０重量％以下であることを特
徴とするインク組成物。
【請求項５】サーマル・インクジェット・プリンタに用
いるインク組成物において、約８０から約９０重量％の
水と、約１から約５重量％の溶解する有機染料と約１．
５重量％から２０重量％の共溶媒を含む溶液からなり、
前記共溶媒は極性部分と非極性部分を有し、前記極性部
分は約４個から約１４個の炭素原子を有するアルキル基
またはアルケニル基またきはアルニル基であることを特
徴とするインク組成物。
【請求項６】請求項第５項記載のインク組成物において
、前記共溶媒の極性部分は少なくとも水酸基の末端部を
有するエトキシ部分を含むことを特徴とするインク組成
物。