JPH10279871A - インク組成物及びそれを用いた印刷方法 - Google Patents

インク組成物及びそれを用いた印刷方法

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JPH10279871A
JPH10279871A JP10100462A JP10046298A JPH10279871A JP H10279871 A JPH10279871 A JP H10279871A JP 10100462 A JP10100462 A JP 10100462A JP 10046298 A JP10046298 A JP 10046298A JP H10279871 A JPH10279871 A JP H10279871A
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JP10100462A
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Sandra H Mccain
サンドラ・ヘルトン・マッケイン
Terence E Franey
テレンス・エドワード・フレイニー
Ashok V Gangal
アショク・ビシュヌ・ガンガル
Agnes K Zimmer
アグネス・カム・ジンマー
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Lexmark International Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴の誤った方向への噴射とノズル故障
が低減され、高解像度、高速度において高印刷品質あ与
えるインク組成物とその印刷方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも一つの着色剤と;湿潤剤と;
置換又は非置換のラクタム、アミド、又はこれらの混合
物を含む補助溶媒と;を含む水性ベースのインク組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水性インク組成物に
関し、より詳細には、インク・ジェット用インクとして
通常知られる、ノズルから基材に塗布する水性インクに
関する。
【0002】
【従来の技術】インク・ジェット・プリンタは、個人又
はネットワーク化されたコンピュータからの印刷出力の
提供を含む多くの末端での使用に対して、低コストなら
びに高品質の印刷オプションを提供する。通常、インク
・ジェット・プリンタのプリントヘッドでは、例えば、
インク・カートリッジのようなリザーバからの液状イン
ク源を備えたチャンバ内に抵抗体要素が用いられてい
る。プリントヘッドを形成するために、複数の抵抗体要
素が所望のパターンでノズル・プレート上に配置されて
おり、各抵抗体要素はノズル・プレート上のノズルに結
合され、このノズルを通してインク滴が印刷基材に向け
て噴射される。
【0003】操作中に、選択された要素を適切な時間加
熱する各抵抗体に送られる信号は、マイクロプロセッサ
により制御される。この加熱によりチャンバ内にインク
泡が形成される。圧力の蓄積により、ノズルを通してイ
ンクが噴射される。抵抗体の発熱を制御することによ
り、特性印刷基材に当たるインク滴によって文字や数字
が形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】インク・ジェット用イ
ンクに対して要求される性能は厳格であることが知られ
ており、この要求される性能には、長寿命に対する要
求、プリントヘッド内のインクが乾燥してノズルを詰ま
らせない能力、更に紙や他の基材上にひとたび印刷され
れば素早く乾燥する能力が含まれる。インク・ジェット
印刷が進歩して高解像度(すなわち、インチ当たりのよ
り多くのインク滴)及び高印刷品質が達成されると、ジ
ェット・インクに対して要求される性能は一層厳しいも
のとなる。これは、インク・ジェット・プリンタが、よ
り小径のノズルを通してより少量の滴(すなわち、より
小径の滴)を、正確かつ高頻度で噴射できなければなら
ないということである。したがって、この分野において
は、インク・ジェット用インクが高解像度及び高速度に
おいて高印刷品質を提供するという要求が残る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、ジェット印刷
用のインキ組成物を提供することによって上記要求に応
じるものであり、その結果、インク滴の誤った方向への
噴射とノズル故障が低減できる。本発明の特徴の一つに
よれば、提供されるインク組成物は、少なくとも一つの
着色剤;例えば、置換又は非置換のラクタム、アミド又
はこれらの混合物などの補助溶媒;浸透剤;及び疎水性
セグメントと親水性セグメントを含む湿潤剤;を含有す
る。好ましくは、ラクタム補助溶媒は2−ピロリドンを
含み、湿潤剤は、例えば、アルキルオキシエチレンオキ
シエタノールのようなアルコキシポリアルキレンオキシ
アルカノール、又は下記一般式を有するポリオルガノシ
ロキサンである。
【0006】
【化3】
【0007】ここで、Rは独立したC1−6アルキル
基、アリール基であり、好ましくはメチルである。Yは
A−(OCR2−CR2)m−(OCR2−CR2−C
R2)n−Zであり、ZはH、OH又は、例えばOCH
3のようなアルコキシ基であり、m、x及びyはそれぞ
れ独立した1以上の整数であり、nは0以上の整数であ
り、Aは、例えば(CR2)nのような架橋ラジカルで
ある。このインクは、高解像度及び高速度において高印
刷品質を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の液状インク組成物は、よ
り小径のノズルから噴射されインク量が低減されたイン
ク液滴を用いたときでさえ、高印刷品質を与えるジェッ
ト印刷用インクを提供する。このインク組成物は、重要
な成分として、着色剤、補助溶媒及び湿潤剤を含む。こ
こで用いる湿潤剤という用語は、疎水性セグメントと親
水性セグメントを有する化合物を意味し、界面活性剤、
気泡不安定化剤及び消泡剤を含む。更に好ましい実施態
様では、このインク組成物は浸透剤を含み、かつ水性ベ
ースである。
【0009】高解像度印刷を達成するように設計された
インク・ジェット・プリンタは、約40μm未満、好ま
しくは約35μm未満、最も好ましくは約30μm未満
の直径を有するノズルを備えたノズル・プレートを有す
るプリントヘッドを備える。このような小径ノズルによ
り、1つの液滴当たり約15〜約25ナノグラムの範囲
の低減された量の液滴が噴射される。
【0010】このような小径ノズルと低減された量の液
滴の使用により、用いられるインクに対して要求される
性能は非常に厳しいものとなる。小さなインク液滴の低
運動エネルギーが一部原因して、誤った方向への噴射と
ノズル故障などの問題が生じ得る。“誤った方向への噴
射”とは、インク液滴が設計されたノズルからの垂直軌
道を移動しないことを意味する。“ノズル故障”とは、
ノズルがインク液滴を噴射するようになっているときに
インク液滴が噴射されないこと、又はインク液滴が全く
噴射されないようにノズルが閉塞されていることを意味
する。
【0011】あらゆる特定の理論に拘束されることを望
まないが、誤った方向への噴射とノズル故障は、ノズル
・プレートの表面エネルギーの相違が少なくとも一部原
因して生じる。インクによるノズル・プレートの湿潤が
一様でないことにより、一つ又はそれ以上のノズルの周
縁でインクの溜まりができる。この溜まったインクによ
り、ノズルから噴射されるインク液滴の軌道は妨げら
れ、また、このような液滴を設計された垂直路からそら
せて誤った方向へと噴射させる。誤った方向への噴射は
また、インク滴の小さな運動量に関する大きな問題とな
る(すなわち、インク滴は、低減された量又は低減され
た速度のいずれか或いは双方を有する)。更に、長期印
刷中にインクの溜まりが多量になれば、このようなイン
クの溜まりのために、インク滴がプリントヘッドから次
々に噴射されないことによりノズル故障が生じる。
【0012】誤った方向への噴射とノズル故障はまた、
プリントヘッドチャンバの個々の発熱による気泡が少な
くとも一部原因して生じる。連続的な発熱の間にインク
を加熱するときに、インク中のガスの溶解が進行する。
このような高温においてインク内のガスがほとんど溶解
しないときは、発生する気泡によって連続的な発熱がじ
ゃまされ又は完全に妨げられさえする。
【0013】本発明では、インク組成物に、アルキルオ
キシポリアルキレンオキシアルカノール、及び/又は、
ポリオルガノシロキサンの湿潤剤を用いる。この湿潤剤
は、プリントヘッド内のチャンバを発熱する際における
好ましくないインク泡の形成を不安定化するだけでな
く、高い湿潤性を与えるように機能する。このことは、
ノズル・プレート表面でより均一な表面エネルギーが形
成されるように、湿潤剤が作用してインクの表面張力を
低減するものである。この作用は、観察によれば、ノズ
ル・プレート表面のインクの溜まりを最小限にするもの
である。更に、湿潤剤は、発熱チャンバ中のインクによ
って生じる高温下においてインク中における溶解ガスの
発生により形成される泡を不安定化するだけでなく、こ
の泡を低減するように作用する。
【0014】更に、実際に浸透剤の使用が望まれるなら
ば、本発明のインク組成物の湿潤剤を使用することによ
り組成物中に用いられる浸透剤の量が低減できること
が、予期しないことに見出された。より少量の浸透剤を
用いてもよく、それにも拘わらずこのような少量の浸透
剤により、インクの乾燥が速い一方で好ましいことに印
刷基材上の中間色のにじみが防止される。
【0015】本発明の好ましい実施態様では、液状のイ
ンク配合物は下記表1の成分を含む。
【0016】
【表1】
【0017】このインクは、好ましくは約45ダイン
(dynes)/cm2(45×10−5N/cm2)
未満の静表面張力を有する。
【0018】着色剤 本発明において有用な着色剤には、顔料分散系と染料の
双方が含まれる。この分野において知られるように、顔
料分散系とは顔料と分散剤との混合物である。本発明の
実施に用いることができる顔料は、従来この分野におい
て用いられるアゾ顔料、多環式顔料、塩基性及び酸性染
料レーキ、ならびに、有機及び無機顔料を含むあらゆる
種類の顔料を含む。
【0019】例えば酸(Acid)染料、直接(Dir
ect)染料、食品(Food)染料及び反応性(Re
active)染料のような、インク・ジェット用イン
クに通常用いられる染料は全て、本発明の着色剤として
好適である。多色インク・ジェット・システムとしてシ
アン/マゼンタ/イエローの色コンビネーションを用い
る本発明の好ましい実施態様においては、着色剤は、シ
アン成分としてDirect Blue199、マゼン
タ成分としてLexmark 93A(登録商標、ビー
チ(Beach)らの米国特許第5,254,160号
に記載されている)、及びイエロー成分としてAcid
Yellow 23を含む。しかしながら、本質的に
は、記録媒体上にカラーの可視像を形成できる他のあら
ゆる染料を用いてもよく、このような染料には、アント
ラキノン、モノ−及びジ−アゾ染、フタロシアニン、ホ
ルマザン銅錯体が含まれる。特定の染料は、Food
Black No.2、Direct Black 1
68、Acid Blue9、Acid Red 24
9、Reactive Black 31、Direc
t Black 154、Reactive Red
180、Direct Blue 86、Direct
Yellow 132を含む。
【0020】インク組成物中の着色剤の量は要素の数に
応じて変化させてもよいが、着色剤は通常、約1〜約1
0重量%、より好ましくは約1〜約4重量%の量(イン
クの全重量に基づく)で存在し、これらに包含される全
ての範囲を含む。
【0021】補助溶媒 本発明のインク組成物の残余は制限されない。したがっ
て、インクは水性又は非水性であってよい。しかしなが
ら、溶液中に着色剤を維持するのを補助しインク性能を
向上させるために、補助溶媒はインク組成物中に存在す
る。一般に、多価アルコールのような水溶解性の有機剤
が好適であり、この有機剤には、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;ジエチレ
ングリコール;トリエチレングリコール;ヘキシレング
リコール;1,2,6,−ヘキサントリオール及びチオ
ジグリコールが含まれる。組成物のための他の好ましい
補助溶媒には、ジオール;グリコールエステル;グリセ
ロール;ポリエチレングリコールのようなポリアルキル
グリコール;及び多価アルコールの低級アルキルエーテ
ル;が含まれる。更に他の好ましい補助溶媒には、アル
コール;アセトンのようなケトン;テトラヒドロフラン
及びジオキサンのようなエーテル;エチルアセテートの
ようなエステル;スルホラン;N−メチルピロリドン;
y−ブチルラクトンのようなラクトン;ならびに、下記
の一般式を有する置換又は非置換の上述のラクタムが含
まれる。
【0022】
【化4】
【0023】ここで、RはH、C1−6アルキル、アリ
ール又はハロゲンであり、tは1〜3の整数である。好
ましい置換又は非置換のラクタムの例には、2−ピロリ
ドン、1−メチル2−ピロリドン、及びN−(2−ヒド
ロキシエチル)−2−ピロリドンが含まれる。もちろ
ん、上記化合物のいくつかの相溶性をもつブレンド及び
混合物もまた用いてもよい。補助溶媒はまた、組成物中
において保湿剤の機能も発揮し、インクがプリントヘッ
ド内で乾燥するのを防止する。
【0024】補助溶媒はまた、上述のいかなる補助溶媒
と共に、1°、2°及び3°のアミドを単独又は混合物
で含んでいてもよい。好ましいアミド補助溶媒には、下
記の一般式を有するものが含まれる。
【0025】
【化5】
【0026】ここで、Rは前述の定義の通りであり、q
は0と6の間の整数である。
【0027】補助溶媒は通常、約5〜約30重量%、よ
り好ましくは約12〜約28重量%の量で存在し、ここ
に包含される全範囲を含む。上述のように、補助溶媒の
量は、インク中の他の成分に一部依存する。本発明で用
いる好ましい補助溶媒には、2−ピロリドンのようなラ
クタム(2〜50重量%、好ましくは4〜15重量%)
とテトラエチレングリコール(8〜17重量%)との相
溶性混合物が含まれる。
【0028】上述の補助溶媒と湿潤剤との組合わせが、
誤った方向への噴射とノズル故障のほとんどないインク
を提供するように作用することが、予期せぬことに見出
された。
【0029】浸透剤 本発明において浸透剤(界面活性剤を含む)を使用する
のが好ましいときは、これらはインク組成物に添加され
て印刷基材表面へのインク滴による浸透性を改善し、そ
して中間色のにじみ(すなわち、横方向への色のにじ
み)を低減又は無くす。本発明に用いる好ましい浸透剤
には、共同譲渡されたビーチ(Beach)らの米国特
許第5,364,461号において教示されるような、
アルキル基に4〜10個の炭素原子を含有する1,2ア
ルキルジオールが含まれる。最も好ましいものは、1,
2−ヘキサンジオールと1,2−ペンタンジオールであ
る。好ましい実施態様においては、浸透剤は約3〜約6
重量%の量でインク組成物中に存在する。
【0030】驚くべきことに、本発明のインク組成物に
おいては低濃度の浸透剤を用いることができ、更に中間
色のにじみの低減が達成されることが見出された。あら
ゆる特定の理論に拘束されることを望まないが、インク
中の浸透剤の濃度が必要以上に低い場合に上述の湿潤剤
は浸透剤との相互作用により色のにじみを低減するもの
と考えられる。
【0031】湿潤剤 インク滴の誤った方向への噴射とノズル故障を低減する
ために、本発明のインクは、アルキルオキシポリアルキ
レンオキシアルカノール及び/又はポリオルガノシロキ
サンを含む湿潤剤も含有する。特に、ポリオルガノシロ
キサンの好ましい種類は、下記の一般式を有する、ポリ
アルキレンオキサイドで修飾されたポリオルガノシロキ
サン共重合体である。
【0032】
【化6】
【0033】ここで、Rはメチルであり、Yは−(CH
2)3−(OCH2−CH2)m−(OCH2−CH2
−CH2)n−Zであり、ZはH又はOCH3であり、
m、x及びyは1以上の整数であり、nは0以上の整数
である。この種類の、ポリアルキレンオキサイドで修飾
されたポリオルガノシロキサン共重合体は、商業的に入
手可能であり、最も好ましい組成物は下記の式を有す
る。
【0034】
【化7】
【0035】ここで、mは1以上の整数である。
【0036】湿潤剤は、インク組成物中においてこの組
成物の約0.1〜約10.0重量%、好ましく約0.1
〜約1.0重量%の量で存在し、これに包含される全範
囲を含む。
【0037】他の任意の成分 本発明のインク組成物はまた、ジェット印刷用インク組
成物に従来含まれている、キレート剤、殺生剤、粘性改
良剤及び緩衝剤を含む他の望ましい成分を含んでいても
よい。金属イオン又はアルカリ金属イオンの汚染物又は
不純物による有害な効能を回避するために、エチレンジ
アミンテトラアセテート(EDTA)のようなキレート
剤を加えてもよい。通常、キレート剤は約0.1〜約
1.0重量%の量で組成物に添加される。
【0038】インク内での微生物の成長を防止又は抑制
するために、例えば1,2−ベンズ−イソチアゾリン−
3−oneのような殺生剤をインクに加えてもよい。通
常、約0.1〜約0.3重量%の殺生剤を添加すれば効
果を生じる。
【0039】インクを望ましいpHに調整又は維持する
ために、ほう酸ナトリウムのような緩衝剤もまた加えて
もよい。上述のように、緩衝剤の量はインクの他の成分
に依存するであろう。しかしながら、約0.25〜約
0.75重量%程度の少量の緩衝剤をインクに添加する
だけで、効力が生じることが見出された。
【0040】インクの調製 本発明のインクは、本質的には、水性ベースのインクを
調製するためのあらゆる方法によって調製してもよい。
例示のインクを調製するための好ましい手順は、次の通
りである。すなわち、染料、キレート剤(EDTA)及
び脱イオン(DI)水を、約20分間撹拌しながら共に
混合する。次いで、下記の成分を次々に添加し、その後
約15〜20分間撹拌する。これら添加する成分は、ラ
クタム補助溶媒;テトラエチレングリコール補助溶媒;
1,2ヘキサンジオール浸透剤;殺生剤;ほう酸ナトリ
ウム緩衝剤;及びポリアルキレンオキサイドで修飾され
たポリオルガノシロキサンである。混合段階の全ては、
周囲温度で行われる。
【0041】全ての成分が添加され完全に混合されやい
なや、インクのpHが測定され、pHが7.2に調整さ
れる。次いで、インク組成物はろ過され、あらゆる固形
分又は特定物質が回収される。
【0042】
【実施例】本発明をより容易に理解するために、以下に
実施例を示す。これらは本発明の例示であって、本発明
の範囲を限定するものと解釈すべきでない。
【0043】比較例1〜比較例3 まず、比較例として下記表2〜表4に示す成分を含有す
る3種類のインク配合物を調製した。これらの比較例の
インクには、2−ピロリドン又はポリオキシアルキレン
で修飾したポリオルガノシロキサンは全く含まれていな
い。
【0044】
【表2】
【0045】
【表3】
【0046】
【表4】
【0047】実施例1〜実施例4 次に、実施例として下記表5〜表8に示す成分を含有す
る、本発明に係る4種類のインク配合物を調製した。
【0048】
【表5】
【0049】表5中の1)は下記式を有する。
【0050】
【化8】
【0051】
【表6】
【0052】表6中の3)は下記式を有する。
【0053】
【化9】
【0054】
【表7】
【0055】表7中の4)は下記式を有する。
【0056】
【化10】
【0057】
【表8】
【0059】実施例5(性能試験) 本発明のインクと比較例のインクは、複数のノズルを有
するプリントヘッドを備えた高解像度の3色インク・ジ
ェット・プリンタでその性能を試験した。上記比較例
1、比較例2及び比較例3のインクを用いて3つの試験
を行ない(比較試験1〜比較試験3)、その結果の平均
値を求めた。また、本発明のインク(すなわち、上記実
施例1〜実施例3)を用いて2つの性能試験を行い(試
験1、試験2)、その結果の平均値も求めた。これら性
能試験は、プリントヘッドのノズルから噴射したインク
滴を観察することにより、インク滴の誤った方向への噴
射とノズル故障(すなわち、ノズルの閉塞又はインク滴
が噴射しないこと)を調べた。結果を表9に示す。
【0060】
【表9】
【0061】表9において見られるように、本発明のイ
ンク組成物では、試験1と試験2の双方において、イン
ク滴の誤った方向への噴射とノズル故障のいずれも全く
発生しなかった。これに対して各比較例のインク組成物
では、各比較試験において、インク滴の誤った方向への
噴射とノズル故障のいずれもが相当数発生した。また、
ノズル・プレート表面に流出したインク量を観察したと
ころ、本発明のインクの方が各比較例のインクよりも少
量であり、そのため本発明のインクは高頻度で作用する
ことができる(すなわち、より速く連続的に発熱でき
る)。
【0062】本発明を説明する目的のために代表的な実
施態様と詳細とを示したが、本発明の範囲を逸脱するこ
となく、ここで開示した方法及び装置を様々に変更でき
ることは当業者には明らかであろう。
フロントページの続き (72)発明者 テレンス・エドワード・フレイニー アメリカ合衆国 40503 ケンタッキー、 レキシントン、ロクスバーグ・ドライブ 3243 (72)発明者 アショク・ビシュヌ・ガンガル アメリカ合衆国 40503 ケンタッキー、 レキシントン、ウェスターフィールド・ウ ェイ 413 (72)発明者 アグネス・カム・ジンマー アメリカ合衆国 40514 ケンタッキー、 レキシントン、コロナ・ドライブ 1413

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一つの着色剤と;湿潤剤と;
    置換又は非置換のラクタム、アミド、又はこれらの混合
    物を含む第1の補助溶媒と;を含むインク組成物。
  2. 【請求項2】 前記着色剤のための第2の補助溶媒を含
    む、請求項1に記載のインク組成物。
  3. 【請求項3】 浸透剤を更に含む、請求項1に記載のイ
    ンク組成物。
  4. 【請求項4】 前記浸透剤が、アルキル基を形成する4
    〜10個の炭素原子を有する1,2−アルキルジオール
    を含む、請求項3に記載のインク組成物。
  5. 【請求項5】 保湿剤を更に含む、請求項1に記載のイ
    ンク組成物。
  6. 【請求項6】 前記着色剤が水溶解性染料を含み、か
    つ、前記インク組成物が水を更に含む、請求項1に記載
    のインク組成物。
  7. 【請求項7】 約1〜約10重量%の、水溶解性染料を
    含む少なくとも一つの着色剤と;約4〜約15重量%
    の、置換又は非置換のラクタムを含む補助溶媒と;約3
    〜約6重量%の、アルキル基を形成する4〜10個の炭
    素原子を有する1,2−アルキルジオールを含む浸透剤
    と;約0.1〜約10重量%の、下記構造を有するポリ
    オルガノシロキサン湿潤剤と;を含むインク組成物。 【化1】 ここで、Rは独立したC1−6アルキル基又はアリール
    基であり、YはA−(OCR2−CR2)m−(OCR
    2−CR2−CR2)n−Zであり、ZはH、OH又
    は、アルコキシ基であり、m、x及びyはそれぞれ独立
    した1以上の整数であり、nは0以上の整数であり、A
    は架橋ラジカルである。
  8. 【請求項8】 約8〜約17重量%の、テトラエチレン
    グリコールを含む第2の補助溶媒を含む、請求項7に記
    載のインク組成物。
  9. 【請求項9】 前記ラクタムが2−ピロリドンである、
    請求項7に記載のインク組成物。
  10. 【請求項10】 前記1,2−アルキルジオールが1,
    2−ヘキサンジオールである、請求項7に記載のインク
    組成物。
  11. 【請求項11】 前記ポリオルガノシロキサン湿潤剤が
    下記式を有する、請求項7に記載のインク組成物。 【化2】 ここで、mは1以上の整数である。
  12. 【請求項12】 少なくとも一つの着色剤と;湿潤剤
    と;置換又は非置換のラクタム、アミド、又はこれらの
    混合物を含む補助溶媒と;を含むインク組成物を供給す
    る段階と、 インク泡を形成するために前記インク組成物を加熱する
    ことにより個々のインク滴を形成する段階と、 前記インク滴をノズルから噴射する段階とを含み、 インク滴の誤った方向への噴射とノズル故障を低減する
    ことにより、ノズル列から基材上に液状インクを印刷す
    る方法。
  13. 【請求項13】 前記ノズルが、約40μm未満の直径
    を有する、請求項12に記載の印刷方法。
  14. 【請求項14】 前記ノズルが、約30μm未満の直径
    を有する、請求項12に記載の印刷方法。
  15. 【請求項15】 前記個々のインク滴が約15〜約25
    ナノグラムの量である、請求項12に記載の印刷方法。
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