JPH0841393A - 液体インキ及びそれを用いたインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶剤に水を含有する液体インキでありなが
ら、画像の定着性、耐水性、耐溶剤性の高いインキ及び
そのインキを用いる速乾性のインクジェットプリンタを
提供する。 【構成】 本発明の液体インキは、結合剤、着色剤、溶
剤からなるインクジェットプリンタ用の液体インキにお
いて、該インキ中に少なくとも10wt%以上の水を含み、
かつ結合剤としてポリアミドカルボン酸塩を含むことを
特徴とし、またインクジェットプリンタは、用紙に形成
した画像を加熱して定着する装置を設けたことを特徴と
する。 【効果】 溶剤に水を用いても風乾に比べて敏速に画像
を定着でき、しかも引火による火災等の恐れのないイン
クジェットプリンタはオフィスで有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体インキ、該インキ
を用いたインクジェットプリンタ、及びそれらを用いた
画像形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット方式等の液体イン
キを用いた画像形成は、紙等の媒体にインキを付着後、
自然乾燥、あるいは加熱乾燥によって画像を定着させて
いた。即乾性のインキの溶剤としては沸点の低い有機溶
媒(例えばn-ヘキサン、n-オクタン等)が用いられてきた
が、オフィスユ−ズにおいては火災や吸引による中毒の
問題があるため使えず、もっぱら水、あるいは水を含有
した溶媒が用いられてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液体インキの溶剤に水
を含有した場合、そのインキの画像は乾燥に時間がかか
るという問題があった。また、乾燥後の画像は汗等の水
分に触れると溶けて損傷し、画像の保持性にも問題があ
った。更にオフィスで画像を形成したものを有機溶剤が
存在する工場等の現場に持っていった場合、誤って溶剤
が画像に付着した際画像が溶けて損傷するといった問題
もある。

【０００４】本発明の目的は、溶剤に水を含有する液体
インキであって定着性、耐水性、耐溶剤性に優れ、保存
安定性の高い画像を形成するに好適なインキ、及びその
インキを用いるに好適なインクジェットプリンタおよび
画像形成方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
鋭意検討した結果、用いるインキの中に含有する結合剤
の一つに水溶性のポリアミドカルボン酸塩を用い、画像
形成の際に未定着の画像を加熱することにより結合剤を
ポリイミド化することにより上記課題が解決できること
を見出し本発明に至ったものである。

【０００６】即ち、本発明の液体インキは、着色剤、該
着色剤を用紙に固着させる結合剤、および着色剤及び結
合剤を分散させる溶剤からなるインクジェットプリンタ
用の液体インキであって、インキ総量の１０〜９０重量
％の水を含み、結合剤がポリアミドカルボン酸塩からな
ることを特徴とする。そして結合剤はインキ総量の１〜
６０重量％含むことが好ましい。

【０００７】また、本発明のインクジェットプリンタ
は、用紙をフィードする送りロールと、この用紙に液体
インキを噴射して画像を形成するインキ噴射装置と、画
像が形成された用紙を挟んで搬送しながら加熱して画像
を定着する定着装置と、送りロールおよび各装置の動作
を制御する制御装置から構成し、液体インキとして、上
記本発明の液体インキを用いることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の画像形成方法は、用紙に液
体インキを噴射して画像を形成する画像形成方法であっ
て、液体インキとして、上記本発明の液体インキを用
い、形成された画像をロールまたはベルトに挟んで搬送
しながら加熱してポリアミドカルボン酸塩をポリイミド
とする定着処理を行うことを特徴とする。

【０００９】次に、本発明を特徴づける結合剤について
さらに詳しく説明する。本発明のインキ中の結合剤とし
ては、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸塩を用い
る。これを得るためには、まずポリアミド酸のワニスを
調製する必要がある。

【００１０】ポリアミド酸ワニスはC.E.Sroog,A.L.Endr
ey,S.V.Abramo,C.E.Berr,W.M.Edwards,K.L.Olioier,J.P
olymer Sci.,A-1,3,1375(1965)に記載されているように
等モルのテトラカルボン酸二無水物とジアミンをＤＭ
Ｆ、ＮＭＰなどの極性溶媒中で攪拌重合させて得る方法
が工業的に最も適している。ここで得たポリアミド酸ワ
ニスを水中に投入攪拌して、ＤＭＦ、ＮＭＰなどの極性
溶媒を除去した後、乾燥してポリアミド酸を得た。これ
を水中で０．５〜２倍モルのアミンと反応させてポリア
ミド酸塩を作製した。二種類以上のポリアミド酸を用い
てもポリアミド酸塩の作製は可能である。

【００１１】ポリアミド酸合成に必要なテトラカルボン
酸二無水物として、ベンゾフェノン−３，３’，４，
４’−テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルスルホン
−３，３’，４，４’−テトラカルボン酸二無水物、
４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）フタル
酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物、３，３”，４，４”−ｐ−タ−フェ
ニルテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルエ−テル−
３，３’，４，４’−テトラカルボン酸二無水物、ピロ
メリット酸二無水物、トリフルオロメチルピロメリット
酸二無水物、ビス（トリフルオロメチル）ピロメリット
酸二無水物等がある。

【００１２】ジアミンとして、ｏ−トリジン、ｐ−フェ
ニレンジアミン、２，４−ジアミノジフェニルエ−テ
ル、４，４’−ジアミニジフェニルエ−テル、４，４’
−ジアミニジフェニルスルホン、４，４’−ジアミニジ
フェニルメタン、４，４’−ジアミニジフェニルスルフ
ァイド、４，４”−ジアミノタ−フェニル、４，４”−
ジアミノジシクリヘキシルメタン、１，５−ジアミノナ
フタレン、４，４’−ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ビ
フェニル、４，４’−ビス（ｍ−アミノフェニキシ）ジ
フェニルスルホン、２，２−ビス（４−（ｐ−アミノフ
ェノキシ）フェニル）プロパン、３，３’−ジメチル−
４，４’−ジアミノジフェニルメタン、２，７−ジアミ
ノフルオレン、アセトグアナミン、３，３’−ジメトキ
シベンジジン、ｍ−フェニレンジアミン、２，２−ビス
（４−（ｐ−アミノフェノキシフェニル）ヘキサフルオ
ロプロパン、２，６−ジアミノアントラキノン、１，４
−ジアミノデュレン、２，６−アミノトルエン、２，５
−ジアミノピリジン、２，６−ジアミノピリジン、２，
５−ジアミノトルエン、２，３−ジアミノピリジン、
３，４−ジアミノピリジン、４，４’−ジアミノベンゾ
フェノン、４，４’−ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ジ
フェニルスルホン、ベンゾグアナミン、２，７−ジアミ
ノナフタレン、３，４−ジアミノトルエン、ｍ−キシレ
ンジアミン、ｐ−キシレンジアミン、４，４’−ジチオ
ジアニリン、ｏ−フェニレンジアミン、４，４’−メチ
レンビス（２−メチルシクロヘキシルアミン）などがあ
る。

【００１３】また、ポリアミド酸合成に用いる溶媒とし
ては、ＮＭＰ，ＤＭＦ等があり、一種類又は二種類以上
混合したものを用いても良い。

【００１４】ポリアミド酸の分子量は定着画像における
結合剤となるポリイミドの強度に関連するのでＧＰＣ
（ゲルパ−ミエイションクロマトグラフィ）測定による
数平均分子量（ポリスチレン換算値）は１００００〜３
０００００が好ましい。１００００以下ではポリイミド
の強度が不充分で、３０００００以上ではインキの粘度
が高くなり好ましくない。

【００１５】ポリアミド酸と塩を造るアミンとしては、
２，２−ジメチルアミノエタノ−ル、２，２−ジエチル
アミノエタノ−ル、２−メチルアミノジエタノ−ル、
１，１−ジメチル−３−ブタノン、１，１−ジエチルア
ミノ−アセトン、Ｎ−エチルアミノジエタノ−ル、Ｎ−
メチルアミノエタノ−ル、２，２−アミノジエタノ−
ル、３−ジエチルアミノ−１−プロパノ−ル、アミノ−
シクロヘキサン等があるが、一種類又は二種類以上混合
して用いても良い。これらは使用前に窒素雰囲気下蒸留
精製したものが安定性の点から好ましい。

【００１６】但し次に示すアミンを用いてポリアミド酸
塩を作成した場合、インキの結合剤としては溶解性が低
い、インキの粘度が高い、インキの粘度の保存安定性が
劣る、悪臭が激しい等の点で好ましくない。メチルアミ
ン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ピ
リジン、トリエタノ−ルアミン、ジエタノ−ルアミン、
モノエタノ−ルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、モルホ
リン、ピペラジン、ピコリン、ジエチレンジアミン、ジ
エチルアミン、２−ジエチルアミノエチル−メタクリレ
−ト。

【００１７】インキ中の着色剤としては特に制限は無い
が、定着の際に熱源と接触するため耐熱性の高いものが
望ましい。

【００１８】本発明で用いるインキ中の結合剤や着色剤
等を分散する媒体としては火災や環境面から水を主体と
した溶媒、できれば水のみであることが望ましい。しか
し結合剤や着色剤等の添加物が分散する媒体にうまく分
散しないためやむをえず若干の有機溶媒を用いることも
考えられる。この際用いる有機溶媒としては水と良く混
じる溶媒が望ましい。また火災をなるべく回避するため
引火点が高い溶媒が望ましい。このような観点から考え
るとテトラヒドロフラン等のエ−テル系有機溶媒よりは
エタノ−ル等のアルコ−ル系有機溶媒の方が望ましい。
この場合も引火による火災の危険性を回避するためイン
キには10wt％以上の水を含ませる必要がある。

【００１９】

【作用】本発明の液体インキは、ポリアミドカルボン酸
塩からなる結合剤を含んでいるので、用紙に形成した画
像を定着する加熱の際にポリアミドカルボン酸塩に脱水
と脱塩基の反応が起き、ポリイミドに変化する。ポリイ
ミドは水はもちろんほとんどすべての有機溶媒にも不溶
であり、耐熱性も数百度であるため画像の保存安定性に
優れ、画像の長期保存に有効である。またその前駆体で
あるポリアミド酸塩は水に可溶であるためインキの分散
媒体として用いた場合、有機溶媒と異なり火災や有機溶
媒による中毒の心配も無くなる。

【００２０】また本発明の液体インキの結合剤の濃度は
６０ｗｔ％以上ではインキ粘度が著しく増加し、画像形
成が困難になり、一方、１ｗｔ％以下では得られるポリ
イミド膜にピンホ−ルが発生しやすくなるので好ましく
ない。またこの液体インキに含む水が10wt％以上で引火
を防ぐのに有効であり、一方、９０％を超えるとインキ
の表面張力が小さくなり印刷物表面でのインクの接触角
が大きくなるため、定着後の画像の解像度が低下すると
いった支障が生じる。

【００２１】また本発明のインクジェットプリンタでは
未定着の画像に加熱を行う定着装置を有しているのは、
結合剤であるポリアミド酸塩をポリイミドに変化させて
硬化させるためである。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕まず本発明の液体インキの製法について説
明する。初めに結合剤であるポリアミド酸塩を含む水溶
液を作製した。即ち、テトラカルボン酸無二物としての
ピロメリット酸二無水物(218重量部)を、溶媒であるＮ
ＭＰ(2000重量部)に溶解後、ジアミンとしてのｐ−フェ
ニレンジアミン(94重量部)を加え20℃で８時間かく拌し
た。こうして粘度が約100センチポイズのポリアミド酸
のワニスを得た。このワニスを激しく攪拌中の水(10000
重量部)に滴下し析出する固体を濾過した。次にこの固
体からＮＭＰを除くためソックスレ−の抽出器を用い
た。具体的にはこの固体をソックスレ−の抽出器用の円
筒濾紙に入れた。この濾紙をソックスレ−の抽出器にセ
ットし水を溶媒として８時間抽出を行なった。この後濾
紙ごと真空乾燥することにより水を完全に揮発させポリ
アミド酸を得た。

【００２３】次に本発明のインキのうち結合剤以外の部
分(着色剤と溶媒の一部)の調製方法を示す。ポリビニル
アルコ−ル(重合度2000)(１重量部)とポリビニルピロリ
ドン(重合度40000)(１重量部)を加温した蒸留水(10重量
部)に溶かした後、着色剤であるカ−ボンブラック(ファ
−ネスブラック：平均粒径50 nm)(10重量部)を加え遊星
ボ−ルミルで良く混ぜ合わせた。こうして得られたペ−
スト状の液体に上記30wt％のポリアミド酸塩の水溶液(1
00重量部)を加えよく混ぜ合わせた。こうして本発明の
液体インキを調製した。

【００２４】これを図１に示すインクジェットプリンタ
のインキ噴射装置に入れ、このプリンタによって画像を
形成した。このインクジェットプリンタは、用紙カセッ
ト３に入れた用紙９を一枚一枚フィードする給紙ロール
４と、この用紙９を順次寸動させて送る送りロール５
と、送られる用紙９に対してインキノズル８からインキ
を噴射して画像を描くインキ噴射装置２と、用紙に形成
された画像を加熱して定着する一対の定着ロール６，６
と、インキノズル８の横移動、インキ噴射、定着ロール
６の動作を制御するコントローラ１とから構成されてい
る。また、図２に示すように、図１に示す定着ロール
６，６の代わりに、一対のベルト１０と各ベルトを加熱
するヒーター１１により定着手段を構成してもよい。こ
こで、定着ロール６はヒーターを内蔵するものである。
なお図１、２では定着のための機構がプリンタの本体に
取り付けてあるが、プリンタ本体からこれを分離するこ
とも特に制限を受けるものではない。また図１では２つ
の定着ロールが、図２では２つの定着ベルトが接触して
いるが、定着ロール間または定着ベルト間にすき間を設
けることにより、未定着画像と定着ロールまたは定着ベ
ルトとの接触を避け、画像の解像度を低下させないよう
にすることも、特に制限を受けるものではない。

【００２５】このインクジェットプリンタで形成した画
像は、定着ロ−ル６，６の表面温度180℃として定着処
理を行った。

【００２６】次に画像の定着性を調べるため以下の方法
で画像の剥離試験を行った。定着後の画像にドラフティ
ングテ−プ(コクヨ製TZ4121)を貼り、その後用紙をいた
めないように剥がしたところ、ごくわずかのインキがテ
−プに付着してきたが画像はほとんど乱れなかった。一
方、画像形成後、定着処理を行わず取り出した用紙の画
像に上記と同様の剥離試験を行ったところ、テ−プには
定着ロ−ルを通したものに比べて２倍以上のインキが付
着し、剥離試験を行った部分の画像も乱れた。このこと
から定着ロ−ルでの加熱によって画像が定着されたこと
が確認された。

【００２７】次に画像の耐水性を調べるため以下の実験
を行った。定着処理した用紙を水を入れたバットに浸し
た後に風乾した。用紙はしわができたものの画像はほと
んど変化しなかった。一方画像形成後、定着処理をせず
に取り出した用紙を上記と同様に水に浸したところ、画
像が水に溶けだし風乾後は画像がぼけていた。このこと
から上記の画像定着によって画像の耐水性の向上が確認
された。

【００２８】次に画像の耐溶剤性を調べるための実験を
行った。定着処理を行った画像を有する用紙をエタノ−
ルを入れたバットに浸した後に風乾した。この画像はほ
とんど変化しなかった。またエタノ−ルの代わりにアセ
トン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ＤＭＦとい
った溶剤を用いても画像はほとんど変化しなかった。こ
のことから定着処理を行った画像の耐有機溶剤性の向上
が確認された。

【００２９】〔実施例２〕インクジェットプリンタを図
２に示すものに代えて画像を形成し、実施例１と同様の
剥離試験、及び耐水性の試験を行った。その結果、実施
例１と同様に定着ベルトで定着処理を行った画像の方
が、定着処理無しのものより定着性、及び耐水性に優れ
ていた。

【００３０】〔実施例３〕実施例１で用いたアミンとし
ての１，１−ジメチルアミノ−３−ブタノン(15重量部)
の代わりに２，２−ジメチルアミノエタノ−ル(12重量
部)を用い、ポリアミド酸塩の水溶液を作製し、実施例
１と同様にして液体インキを調整した。この液体インキ
を用いて、実施例１と同様の方法で画像を形成し、その
後画像の剥離試験、及び画像の耐水性行なったところ、
実施例１の結果と同様に定着ロ−ルで定着処理を行った
画像の方が定着無しのものより定着性、及び耐水性の向
上が見られた。

【００３１】〔実施例４〕画像を形成する用紙を厚さ２
０ミクロンのアルミ箔に代える以外は実施例１と同様に
して画像を形成し、その後画像の剥離試験、及び画像の
耐水性行なったところ、実施例１と同様に定着ロ−ルで
定着処理を行った画像の方が定着性の向上が見られた。
定着処理を行った画像を有するアルミ箔をエタノ−ルを
入れたバットに浸した後風乾した。すると画像はほとん
ど変化しなかった。またエタノ−ルの代わりにアセト
ン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ＤＭＦといっ
た溶剤を用いても画像はほとんど変化しなかった。この
ことから定着処理を行った画像の耐有機溶剤性の向上が
確認された。次にこのアルミ箔を300℃の恒温層に100時
間放置したところ画像は全く変化しなかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、液体インキを、ポリア
ミドカルボン酸塩からなる結合剤を含むものとしたの
で、この液体インキにより用紙に形成された画像を加熱
して定着する際に脱水と脱塩基の反応によりポリアミド
カルボン酸塩がポリイミドに変化し、これにより定着
性、耐水性、耐溶剤性、保存安定性に優れた画像を得る
ことが可能となり、また溶剤に水を用いていても風乾に
比べて敏速に定着できる。しかも液体インキに１０％以
上の水を含むので、引火による火災、中毒等の恐れが無
く本発明のインキ、及びインクジェットプリンタはオフ
ィス等でも安全に使うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリンタの構成図であ
る。

【図２】本発明の別のインクジェットプリンタの構成図
である。

【符号の説明】

１ コントロ−ラ− ２ インキ噴射装置 ３ 用紙カセット ４ 給紙ロ−ル ５ 用紙送りロ−ル ６ 定着ロ−ル ８ インキノズル ９ 紙、ＯＨＰ等 １０ 定着ベルト １１ ヒ−タ−

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩壁 靖 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三輪 崇夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岡部 義昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着色剤、該着色剤を用紙に固着させる結
   合剤、および着色剤及び結合剤を分散させる溶剤からな
   るインクジェットプリンタ用の液体インキにおいて、イ
   ンキ総量の１０〜９０重量％の水を含み、結合剤がポリ
   アミドカルボン酸塩からなることを特徴とする液体イン
   キ。
2. 【請求項２】 前記結合剤を１〜６０重量％含むことを
   特徴とする請求項１記載の液体インキ。
3. 【請求項３】 用紙をフィードする送りロールと、該用
   紙に液体インキを噴射して画像を形成するインキ噴射装
   置と、画像が形成された用紙を挟んで搬送しながら加熱
   して画像を定着する定着装置と、送りロールおよび各装
   置の動作を制御する制御装置から構成され、液体インキ
   は着色剤と、該着色剤を用紙に固着させるポリアミドカ
   ルボン酸塩からなる結合剤と、着色剤および結合剤を分
   散する溶剤と、インキ総量の１０〜９０重量％の水とか
   らなることを特徴とするインクジェットプリンタ。
4. 【請求項４】 用紙に液体インキを噴射して画像を形成
   する画像形成方法において、液体インキとして、着色剤
   と、該着色剤を用紙に固着させるポリアミドカルボン酸
   塩からなる結合剤と、着色剤および結合剤を分散する溶
   剤と、液体インキ総量の１０〜９０重量％の水とからな
   るインキを用い、形成された画像をロールまたはベルト
   に挟んで搬送しながら加熱してポリアミドカルボン酸塩
   をポリイミドに変化させる定着処理を行うことを特徴と
   する画像形成方法。