JPH0680915A - インクジェット用記録液及びこれを用いるインクジェット記録方法並びにインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印字物の堅牢性に優れ、駆動条件の変動や長
時間の使用でも常に安定した吐出を行うことができ、長
期保存安定性に優れたインクジェット用記録液及びこれ
を用いるインクジェット記録方法並びにインクジェット
記録装置を提供する。 【構成】 インクジェット記録用の記録液において、該
記録液の水性液媒体中にフッソ化処理したカーボンブラ
ックを含有することを特徴とするインクジェット用記録
液、及び該記録液を用いるインクジェット記録方法並び
にインクジェット記録装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
ターに適した記録液に関し、更に記録ヘッドのオリフイ
スから熱エネルギーの作用により記録液を飛翔させて記
録を行う記録方法にとりわけ適した記録液及び該記録液
を用いるインクジェット記録方法並びにインクジェット
記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式は、記録時の騒
音の発生が少なく、高集積のヘッドを使用することによ
り、高解像の記録画像が高速で得られるという利点を有
している。

【０００３】このようなインクジェット記録方式では、
インクとして各種の水溶性染料を、水、又は水と有機溶
剤との混合液に溶解させたものが使用されているが、水
溶性染料を用いた場合には、これらの水溶性染料は本来
耐光性が劣るため、記録画像の耐光性が問題になる場合
が多く、又インクが水溶性であるため、記録画像の耐水
性が問題となる場合が多い。即ち、記録画像に雨、汗、
或るいは飲食用の水がかかったりした場合、記録画像が
滲んだり、消失したりすることがある。

【０００４】一方、ボールペン等の染料を用いた文房具
においても同様の問題があり、耐光性、耐水性の問題を
解決するために種々の文房具用水性顔料インクの提案が
なされている。

【０００５】水性顔料インク実用化のため、分散安定
性、ペン先でのインクの固化防止、ボールペンのボール
の摩耗防止を検討している例として、特開昭５８−８０
３６８号、同６１−２００１８２号、同６１−２４７７
７４号、同６１−２７２２７８号、同６２−５６８号、
同６２−１０１６７１号及び同６２−１０１６７２号の
各号公報等が開示されているが、最近では、水性顔料イ
ンクを用いたボールペンや、マーカーが商品として市販
されるようになってきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
文房具用水性顔料インクを、記録ヘッドのオリフイスか
ら記録液を飛翔させて記録を行う方式のインクジェット
記録装置に使用した場合には、吐出安定性に著しい障害
を起こし、印字不良を発生するという欠点があった。

【０００７】特に、熱エネルギーを付与して液滴を吐出
させて記録を行うインクジェット方式においては、従来
の顔料インクを使用する場合、インクにパルスを印加す
るとその熱により薄膜抵抗体上に堆積物ができ、インク
の発泡が不完全になるために吐出の乱れや不吐出が発生
したり、薄膜抵抗体上に堆積物が発生していなくても発
泡が不完全で、液滴の吐出が印加パルスに応答できずに
不吐出が発生する場合がある。

【０００８】つまり、インクをノズル先端から安定に吐
出させるためには、インクが薄膜抵抗体上で所望の体積
で発泡し、更に、所望の時間で発泡と消泡を繰り返すこ
とができる性能をも有していなければならないが、従来
の文房具用インクではそれらの性能を満足していないの
で、インクジェット記録装置に充填し記録を行わせると
上記のような種々の不都合を生ずる。

【０００９】本発明の目的は、前記した従来技術の問題
点を解消し、印字物の堅牢性に優れることは勿論のこ
と、駆動条件の変動や長時間の使用でも常に安定した吐
出を行うことが可能で、長期保存安定性に優れたインク
ジェット用記録液を提供することにある。

【００１０】更に本発明は、上記特定のインクジェット
用記録液を用いた、特定のインクジェット記録方法並び
にインクジェット記録装置の提供をもその目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明により、イ
ンクジェット記録用の記録液において、水性液媒体中に
フッ素化処理したカーボンブラックを含むことを特徴と
するインクジェット用記録液及びこれを用いるインクジ
ェット記録方法並びにインクジェット記録装置が提供さ
れる。

【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
記録液は顔料分散液を含有するものであるが、インクジ
ェット記録方式において、実用的に要求される熱安定性
を具備している。

【００１３】即ち、インクジェット記録装置は５０μｍ
以下の吐出口からインクを吐出させるものであり、顔料
インクのような分散系を用いる場合、その粘性、分散体
の粒子径は吐出特性に大きな影響を与える。

【００１４】本発明者らは、カーボンブラックを使用し
た水性顔料インクにおいて、インクの分散安定性を高め
る方法を鋭意検討して、カーボンブラックの濡れ性が、
分散安定性に影響を及ぼしていることを見出し、カーボ
ンブラックをフッ素化処理した顔料を用いてインクを調
製すると、室温及び６０℃で３か月保存後も、経時変化
は全く生じないことを確認することができた。

【００１５】カーボンブラックをフッ素化処理すると、
分散安定性が良好となる理由は定かではないが、推測に
よれば、カーボンブラックの表面の比較的ゆるく炭素に
結合するフッ素化合物が、濡れ性の向上に寄与している
ものと考えられる。

【００１６】本発明の記録液に含有されるカーボンブラ
ックは、例えば、ＮＯ２３００，ＮＯ９００，ＭＣＦ８
８，ＮＯ３３，ＮＯ４０００Ｂ，ＮＯ４０，ＮＯ４５，
ＮＯ５２，ＣＦ９，ＮＯ１０Ｂ（三菱化成製），Ｒｅｇ
ａｌ ６６０Ｒ，Ｒｅｇａｌ３３０Ｒ（キャボット
製），ＰＲＩＮＴＥＸ３５（テグッサ製）等の市販品、
更には本目的のために新たに製造されたものが使用可能
である。本発明で使用するカーボンブラックの量は、重
量比で３〜２０重量％の範囲で用いることが好ましい。

【００１７】本発明の記録液には、分散剤として顔料分
散に用いられる水溶性樹脂を使用してもよい。水溶性樹
脂としては、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン
−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、
スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸
−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メ
タクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリ
ル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸
ハーフエステル共重合体、ビニルナフタレン−アクリル
酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、
或るいは、これらの塩等が挙げられる。

【００１８】分散樹脂の重量平均分子量の測定方法とし
ては、種々の方法が挙げられるが、ＧＰＣ（ゲルパーミ
エーションクロマトグラフィ）等で測定するのが一般的
である。尚、前記水溶性樹脂は、記録液全重量に対し
て、５重量％以下の範囲で含有される事が好ましい。

【００１９】又、一般にインクジェット用記録液に要求
される性能としては、前記したインクの粘度、表面張
力、ｐＨ等の物性が挙げられるが、水性顔料インクのよ
うな分散系では、これらの物性を満足していても、とり
わけ、熱エネルギーを付与して液滴を吐出させて記録を
行うインクジェット方式においては、インクの発泡が不
安定となる場合がある。

【００２０】本発明者らは水性顔料インクで熱的に安定
で、更に、最適な発泡が可能なインクの性能を鋭意研究
した結果、好ましくは記録液においてカーボンブラック
と水溶性樹脂の比率が３：１以下の範囲であると抵抗体
上においてインクがどのような駆動条件でも正確に発泡
し、更には、長期に亘っても薄膜抵抗体上に堆積物を発
生しないことを見出した。

【００２１】すなわち、カーボンブラックに対して多量
に余剰の水溶性樹脂がインク中に存在すると、薄膜抵抗
体上において所定の熱エネルギーを与えても、インクが
発泡しなかったり、パルス印加時の熱によってこれらの
余剰の水溶性樹脂が不溶物となり薄膜抵抗体上に堆積し
てしまい、不吐出や印字の乱れを引き起す原因となって
いた。

【００２２】更に、本発明の記録液は、好ましくは、記
録液全体が中性又はアルカリ性に調整されていること
が、前記水溶性樹脂の溶解性を向上させ、一層の長期保
存性に優れた記録液とすることができるので望ましい。

【００２３】本発明の記録液において好適な水性液媒体
は、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒であり、水として
は種々のイオンを含有する一般の水ではなく、イオン交
換水（脱イオン水）を使用するのが好ましい。

【００２４】水と混合して使用される水溶性有機溶剤と
しては、例えば、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、アミノメチルプロパノ
ール等の有機アミン類；メチルアルコール、ｎ−プロピ
ルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルア
ルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチ
ルアルコール、イソブチルアルコール等の炭素数１〜４
のアルキルアルコール類；ジメチルホルムアミド、ジメ
チルアセトアミド等のアミド類；アセトン、ジアセトン
アルコール等のケトン又はケトアルコール類；テトラヒ
ドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；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；エチレングリコール、プロピレング
リコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコー
ル、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等の
アルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレング
リコール類；グリセリン；エチレングリコールモノメチ
ル（又はエチル）エーテル、ジエチレングリコールメチ
ル（又はエチル）エーテル、トリエチレングリコールモ
ノメチル（又はエチル）エーテル等の多価アルコールの
低級アルキルエーテル類；Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等が挙げ
られる。

【００２５】吐出の安定性を得るためにはエタノール、
或るいは、イソプロピルアルコールを３％以上添加する
ことが効果的であることを見出した。これはエタノー
ル、イソプロピルアルコール溶剤を添加することによっ
て記録液の薄膜抵抗体上での発泡をより安定に行うこと
ができるからと考えられる。しかし、エタノール、イソ
プロピルアルコール溶剤を過剰に加えると印字物の印字
品位が損なわれるという欠点が生じるため、エタノー
ル、イソプロピルアルコール溶剤の適切な濃度は３〜１
０％であることが判った。更にエタノール、イソプロピ
ルアルコール溶剤の効果として、分散液にこれら溶剤を
添加することにより、分散時における泡の発生を押え、
効率的な分散が行えることが挙げられる。

【００２６】本発明の記録液中の上記水溶性有機溶剤の
含有量は、一般には記録液全重量の１３〜５０重量％の
範囲であり、又、使用する水は記録液全重量の１０〜９
０重量％の範囲である。

【００２７】又、本発明の記録液は、上記の成分の他に
必要に応じて所望の物性値を持つ記録液とするために、
界面活性剤、消泡剤、防腐剤等を添加することができ、
更に、市販の水溶性染料等を添加することも可能であ
る。

【００２８】本発明に使用される界面活性剤としては、
脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂
肪油硫酸エステル塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類
等の陰イオン界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキル
エーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、
ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類等の
非イオン性界面活性剤があり、これらの１種又は、２種
以上を適宜選択して使用できる。その使用量は分散剤に
より異なるが、インク全量に対して０．０１〜５重量％
の範囲が望ましい。

【００２９】この際、記録液の表面張力が３０ｄｙｎｅ
／ｃｍ以上になるように、活性剤の添加量を決定する事
が好ましい。何故なら、記録液の表面張力がこれより小
さい値を示す事は、本発明のような記録方式においては
ノズル先端の濡れによる印字よれ等好ましくない事態を
引き起ことになるからである。

【００３０】上記のように、本発明の記録液の調製方法
としては、前記のカーボンブラックの分散液に前記した
水溶性溶剤や、水等を添加して記録液とする。又、この
分散液中に必要に応じて水溶性溶剤、消泡剤等を添加し
てもよく、分散液そのものを記録液としてもよい。更
に、必要に応じて遠心分離処理を行ってもよい。

【００３１】本発明に使用する分散機は、一般に使用さ
れる分散機なら、如何なるものでもよいが、例えば、ボ
ールミル、ロールミル、サンドミル等が挙げられる。そ
の中でも、高速型のサンドミルが好ましく、例えば、ス
ーパーミル、サンドグラインダー、ビーズミル、アジテ
ータミル、グレンミル、ダイノーミル、パールミル、コ
ボルミル（何れも商品名）等が挙げられる。

【００３２】本発明において、所望の粒度分布を有する
顔料を得る方法としては、分散機の粉砕メデイアのサイ
ズを小さくする、粉砕メデイアの充填率を大きくする、
又、処理時間を長くする、吐出速度を遅くする、粉砕後
フィルターや遠心分離機分等で分級する、等々の手法が
用いられるが、これらの手法を組合せてもよい。

【００３３】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を説明するが、本
発明がこれらのみに限定されるものではない。尚、文中
の部及び％の表示は、特に指定のない限り重量基準を意
味する。

【００３４】実施例１ （顔料分散液の調製） スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体 １部 （酸価１７４、平均分子量１８０００） モノエタノールアミン ０．５部 イオン交換水 ７８．５部 エチレングリコール ５部 上記成分を混合し、ウオーターバスで７０℃に加温し、
樹脂分を完全に溶解させる。この際、溶解させる樹脂の
濃度が低いと完全に溶解しないことがあるため樹脂を溶
解する際は高濃度溶液を予め作成しておき、希釈して所
望の樹脂溶液を調製してもよい。この溶液に、室温でＦ
₂ により５００ｍｍＨｇにおいて６０分間フッ素化処理
したカーボンブラック（ＭＣＦ−８８，三菱化成製）１
０部、エタノール５部を加え、３０分間プレミキシング
を行った後、下記の条件で分散処理を行った。

【００３５】 分散機 サンドグラインダー（五十嵐機械製） 粉砕メデイア ジルコニウムビーズ（１ｍｍ径） 粉砕メデイアの充填率 ５０％（体積） 粉砕時間 ３時間 更に遠心分離処理（１２０００ＲＰＭ，２０分間）を行
ない、粗大粒子を除去して分散液とした。

【００３６】 （インクＡの調製） 上記分散液 ５０部 グリセリン ８部 エチレングリコール １０部 エタノール ４部 イオン交換水、ｐＨ調整剤 ＩＮ−ＨＣｌ ２８部 分散液、グリセリン、エチレングリコール、エタノー
ル、イオン交換水（１５部）混合し、ＩＮ−ＨＣｌでｐ
Ｈを７〜９に調整後、イオン交換水を加え、全量を１０
０部とした。上記成分を混合し、１時間撹拌し、ｐＨ
７．３のインクＡを得た。

【００３７】実施例２ （顔料分散液の調製） エチレングリコール ５部 エタノール ５部 イオン交換水 ８０部 上記の成分を混合し、この溶液に室温でＦ₂ により５０
０ｍｍＨｇにおいて６０分間フッソ化処理したカーボン
ブラック１０部を加え、３０分間プレミキシングを行っ
た後、下記の条件で分散処理を行った。

【００３８】 分散機 サンドグラインダー：（株）アイメックス製 粉砕メデイア ジルコニウムビーズ（１ｍｍ径） 粉砕メデイアの充填率 ５０％（体積） 粉砕時間 ３時間 更に遠心分離処理（１２０００ＲＰＭ，２０分間）を行
い、粗大粒子を除去して分散液とした。

【００３９】 （インクＢの調製） 上記分散液 ５０部 グリセリン ８部 エチレングリコール １０部 エタノール ４部 イオン交換水、ｐＨ調整剤 ＩＮ−ＨＣｌ ２８部 分散液、グリセリン、エチレングリコール、エタノー
ル、イオン交換水（１５部）を混合し、イオン交換水を
加え全量を１００部とした。上記成分を混合し、１時間
撹拌し、インクＢを得た。

【００４０】実施例３ （顔料分散液の調製） アクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸メチル共重合体 ５部 （酸価８０、平均分子量６７００） モノエタノールアミン ２部 イオン交換水 ６８部 エチレングリコール ５部 上記成分を混合し、ウオーターバスで７０℃に加温し、
樹脂分を完全に溶解させる。この溶液に、室温でＦ₂ に
より５００ｍｍＨｇにおいて６０分間フッ素化処理した
カーボンブラック（＃４５，三菱化成製）１５部、エタ
ノール５部を加え、３０分間プレミキシングを行った
後、下記の条件で分散処理を行った。

【００４１】 分散機 サンドグラインダー（五十嵐機械製） 粉砕メデイア ガラスビーズ（１ｍｍ径） 粉砕メデイアの充填率 ６０％（体積） 粉砕時間 ３時間 更に遠心分離処理（２００００ＲＰＭ，２０分間）を行
い、粗大粒子を除去して分散液とした。

【００４２】 （インクＣの調製） 上記分散液 ４０部 チオジグリコール １０部 エチレングリコール １０部 エタノール ４部 イオン交換水、ｐＨ調整剤 ３６部 分散液、チオジグリコール、エチレングリコール、エタ
ノール、イオン交換水１５部を加え、ＩＮの酢酸リチウ
ムでｐＨを７〜９に調整後、イオン交換水を加え、全量
を１００部とした。上記成分を混合し、１時間撹拌し、
ｐＨ８．３のインクＣを得た。

【００４３】実施例４ （顔料分散液の調製） スチレン−マレイン酸エステル−無水マレイン酸共重合体 ２部 （酸価１５５、平均分子量１３０００） アミノメチルプロパノール １部 イオン交換水 ６７部 ジエチレングリコール ５部 上記成分を混合し、ウオーターバスで７０℃に加温し、
樹脂分を完全に溶解させる。この溶液にカーボンブラッ
ク（リーガル６６０Ｒ、ｐＨ７．５，キャボット製）１
５部、エタノール７部を加え、３０分間プレミキシング
を行った後、下記の条件で分散処理を行った。

【００４４】 分散機 パールミル（アシザワ製） 粉砕メデイア ガラスビーズ（１ｍｍ径） 粉砕メデイアの充填率 ５０％（体積） 吐出速度 １００ｍｌ／ｍｉｎ． 更に遠心分離処理（１２０００ＲＰＭ，２０分間）を行
い、粗大粒子を除去して分散液とした。

【００４５】 （インクＤの調製） 上記分散液 ４０部 グリセリン １０部 エチレングリコール ５部 エタノール ５部 イオン交換水、ｐＨ調整剤 ４０部 分散液、グリセリン、エチレングリコール、エタノー
ル、イオン交換水２０部を加え、酢酸ナトリウムでｐＨ
７〜９に調整した後、イオン交換水を加え、全量を１０
０部とした。上記成分を混合し、１時間撹拌し、ｐＨ
８．５のインクＤを得た。

【００４６】（駆動条件と吐出安定性試験: Ｔ１）駆動
条件を２５Ｖ，３０Ｖに設定し、各々の電圧で周波数２
ｋＨｚ，４ｋＨｚの２種の条件により、室温で印字を行
い、印字の乱れ、欠け、不吐出等の有無を観察し、吐出
安定性を評価した。

【００４７】Ａ：一文字目から綺麗に吐出し、連続印字
中に印字の乱れ、欠け、不吐出が全くないもの Ｂ：文字部分は綺麗に吐出するが、べた印字の部分で数
カ所の不吐出が発生するもの Ｃ：文字部分においても、数文字印字させると不吐出が
発生し、文字の判読が不可能な程印字の乱れを生ずるも
の。

【００４８】（インクの保存試験：Ｔ２）各インクを６
０℃で４週間保存した後、粘度と保存瓶の底に付着した
沈殿物の量を目視にて観察した。

【００４９】Ａ：沈殿物が見られないもの Ｂ：瓶の底にわずかに沈殿物が見られるが、実用的には
問題がないもの Ｃ：沈殿物が著しく発生しているもの 以上による評価結果を、下記の表１に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【発明の効果】上記のように、本発明のインクジェット
用記録液及びこれを用いるインクジェット記録方法並び
にインクジェット記録装置は、印字物の堅牢性に優れる
ことは勿論のこと、長期保存安定性に優れる記録液を用
いるので、駆動条件の変動や長時間の使用でも常に安定
した吐出を行うことが可能となるという効果を奏する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェット記録用の記録液におい
   て、該記録液が、水性液媒体中にフッソ化処理したカー
   ボンブラックを含むことを特徴とする、インクジェット
   用記録液。
2. 【請求項２】 インクジェット記録方法において、エネ
   ルギー発生素子が、電気エネルギーを与えることによっ
   て発熱し、記録用インクに状態変化を生ぜしめて吐出を
   行わせるための電気熱変換体であって、且つ、該インク
   が、請求項１記載のインクジェット用記録液であること
   を特徴とする、インクジェット記録方法。
3. 【請求項３】 インクジェット記録装置において、該装
   置に充填される記録液が、請求項１記載のインクジェッ
   ト用記録液であることを特徴とする、インクジェット記
   録装置。
4. 【請求項４】 前記記録装置が、請求項２記載のインク
   ジェット記録方法に拠り記録を行うものであることを特
   徴とする、インクジェット記録装置。