JPS6025068B2 - インク・ジエツト・インクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインク・ジェット用の印刷インク、更に具体的
には水を基質とし、紙の如きセルロ−ズを基材とする記
録媒体にマークするのに使用される上記印刷インクに関
する。

インク・ジェット印刷の基本技法はインク源に接続され
る１つもしくはそれ以上のノズル組立体の使用を含む。

各ノズルはインク小瓶を印刷媒体上に指向させる小オリ
フィスを含む。一度インクがオリフィスを去ると、イン
クは均一な間隔を隔てた小摘に分裂されなければならず
（連続流技法）、もしくは単一の小摘を形成しなくては
ならず（ドロップ・オン・デマンドもしくはィンパルス
・ジェット技法）、小滴は常に均一寸法のものでなけれ
ばならない。

小摘源はオン、オフに転ぜられなくてはならず（ドロッ
プ・オン・デマンド技法）もし〈は流れ中の小滴は或る
小滴のみが紙に到達する様に制御されなければならない
（連続流技法）。紙中の×−Ｙ軸中の小滴の位置も同様
に制御されなければならない。連続流装置は、小滴の連
続流のみを与え、そのうちの一部のみが紙に命中し、す
べての他の小滴はガータに偏向され、再使用のために循
環される様に働く。

代表的な場合、小滴の１０％以下が紙に命中する。すべ
ての他の小滴の循環はインク粘性及びインクの純度保持
という問題を提示する。連続ジェット印刷のためにノズ
ル・オリフイスは代表的な場合直径が０．００１２７仇
乃至０．００７６２仇の範囲にある。ドロップ・オン・
デマンド技法の場合には、このオリフィスを去る各小滴
は紙に衝突する煩向を有するので、ドロップ・オン・デ
マンド（要求時小摘発生）技法と呼ばれる。

この型の動作はインクが紙上で急速に乾燥しなくてはな
らないが、ノズル・オリフィスを乾燥及び凝結してはな
らないという問題を生ずる。ドロップ・オン・デマンド
装置は自動もしくは半自動ノズル清浄システム、つまっ
たノズルを清浄にする除去装置、及び印刷器が不便用中
にノズルを覆う被覆装置が与えられている。インク・ジ
ェット装置中に使用可能であるインクに関連して或る一
酸化がなされ得る。

インクは粒子がノズルをふさぐのを減少、もしくは除去
するため、最小の寸法の粒子を有し、もしくは粒子を全
く含まない事が必要とされる。インクはインク・ジェッ
トのハードウェアと化学的に両立可能でなければならず
、ハードウェアの機械的損耗を生じてはならない。イン
クの物理的性質は小滴の一貫した小滴形成及び飛棚を与
えなければならず、ノズルの乾燥を最小にしなくてはな
らない。ノズルをつまらせる様なバクテリアもしくは他
の不溶性の激流子状物質の成長は防止されねばならず、
インクは紙に永久的な印をつけなければならない。通常
限定されなければならないインクの物理的性質はその粘
性、比重、表面張力、伝導率及び内を含む。

インクは良好な光学密度を生じなければならず、好まし
からざる羽毛状の拡がりを示してはならず、急速に乾燥
もしくは固定しなければならず、良好な水堅牢性水吸収
抵抗を示さなくてはならず、銀色、こすり及びよごれに
対して良好な抵抗を示さなければならない。

インク・ジェット装置の保守を最小にするために、イン
クは機械と両立的でなくてはならず、機械を粒子で汚染
してはならず、腐食性であってはならず、微生物を成長
させてはならず、長い在庫寿命を有するべきであり、化
学的もしくは健康上の問題を生じてはならない。

米国特許第斑７０５２８号は水溶性のニグロシン染料を
含む水をベースとするインク・ジェット・インクを説明
している。

この特許は他の成分がない場合には、染料／水溶液が一
定の割合で凝集し、フィル夕をニグロシン染料の粒子で
閉塞せしめる事を述べている。この特許に述べられてい
る如く、ニグロシン染料及び第２の染料、フェナミン黒
の組合せは、インクの異なる材料間に安定化相互作用を
生じせしめ、これによってニグ。シン・ベース・インク
を不安定状態から安定状態に変換せしめるものと信じら
れている。このインクは水が機械の休止中に蒸発して、
ニグロシンがノズル・オリフィス上に結晶化薄膜を形成
するのを防止する抗クラスタ剤として商品名Ｃａｒｂｗ
ａｘ１５００（ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅＣｏｒｐｏｒ
ａｔｉｏｎ製）の形のポリエチレン・グリコールを含む
。プロピレン・グリコールも同様にこの効果を生じると
いう事ができる。ブチル・カルビトールが水中の染料成
分の安定化を増強するために加えられる。ブチル・カル
ビトールは２−（２−ブトキシエトキシ）エタノールの
事である。ＮＭか（Ｎ−メタノール−２−ピロリドン）
がフェナミン黒染料を溶解するのに使用される。オマデ
イン・ナトリウム（ＯｉｌｎＣｈｅｍｉｃａｌ社商品名
）、ナトＩＪゥム−２−ピリジンチオール１−オキサィ
ドは殺菌剤もしくは抗バクテリア剤として使用される。
商品名トリトンＸ−１００（Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａｓｓ社
製）表面活性剤はアルキルアリル・ポリエステル・アル
コールであると信じられているが、ＮＭがと同一効果を
生ずるものと信じられている。一般にグリコールがイン
ク・ジェット・インク中に使用されているが、米国特許
第３７０５０４３号及び米国特許第紙４６１４１号は湿
潤剤としてジェチレン・グリコールの使用を開示してい
る。

インク・ジェット・インク中のキシレート剤に対する必
要性は田ＮＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢ
ｕｌｌｅｔｉｎ ｌ９７８年１１月第２２父頁に認識さ
れている。特にこのキレート剤はＮ−（ヒドロキシーェ
チル）ーェチレンジアミン・トリ酢酸（Ｎａ３ＨＥＤＴ
Ａ）のトリナトリウム塩である。この塩の商品名の例は
、ダウ・ケミカル社製のＶｅＢｅｎ血１１２０である。
アセチル・アルコールもしくはグリコールもしくはその
ェトキシレート誘導体（このうち、ＡｉｒＰｒの比ｔｓ
ａ中 Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社の商品名Ｓｍｆ叩ｏｌで販
売されている有機表面活性剤がその一例である）がイン
ク・ジェット・インクに使用されている。例えば米国特
許第４１桝欧×号はＳｕｈｙ血１ ４８５を水溶性の染
料の水溶液中の湿潤剤として使用する事を提案している
。上述の米国特許第斑７０５２８号はインク・ジェット
・インク中のニグロシン染料の不安定性を論じている。

染料の製造に使用される多くの成分が多分この不安定性
の原因であると考えられる。可能な原因は標準化のため
に染料に加えられる希釈剤塩、控え目な溶解度を示す有
機染料合成副産物の存在、及び高濃度のアルカリ不溶解
性無機賜イオン、即ち、鉄、銅、カルシウム、シリカ及
びマグネシウムである。上記不純物のすべてはインク及
びアグロメレートから沈殿する。アグロメレートはミク
ロン級のフィル夕による炉過と干渉し、インク・ジェッ
ト・ノズル・オリフィスを通る流れを制限する。これ等
のアグロメレートは同様にインクの溶解可能染料の濃度
を減少し、従って色合いの強さの低下を生じ、印刷イン
クの光学密度を減少する。米国特許第斑７０５２８号は
ニグ。

シン染料と組合わされてアグロメレーションを除去する
追加の染料を含ませる事を開示している。使用される染
料の例はダイレクト黒４、ダイレクト黒紙である。本発
明は蒸発に対し高いトレランス及び良好な水及び光堅牢
性の、毒性安全な水をベースとするインク・ジェット・
インクを与える。更に、このインクは異常に高速な紙へ
の浸透性を示し、粒子成長に抵抗を示し、熱、低温及び
蒸発の如き悪条件の下で安定に保たれる。本発明は主と
して連続流装置中において使用するための均一なインク
組成を与える。

この組成はドロップ・オン・デマンド装置中において使
用される時には、より高い粘性を有する修正形で与えら
れる。毒性安全な染料のリストが与えられる。

この染料は純粋なプレスケーキの形で使用される。ニグ
ロシン染料はより純粋でない形ではより安いコストで容
易に利用可能である。この染料に対する精製プロセスが
説明される。本発明の最も重要な特徴は本発明のインク
を製造するインク調製、熟成及び炉過過程にある。

この過程において、インク成分のすべては含まないイン
ク濃縮物はインクの使用中に受ける悪い状態をシュミレ
ートした一意的な方法で処理される。本発明の新規なイ
ンクは次のビークル系に基づいている。重量％ 染 料 約３乃至１０カー
ボワツクス２００ １０ジ
エチレン・グリコール １０ブチル・
力ルビトール ４Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン ４サルフイノール１０４
０．２５トリトンＱＳ一４４
０．２ベルセノール１
２０ ０．５オマデイン
・ナトリウム ０．１水
６７．９５乃至私．９５水酸化
アンモニウム ０．１乃至１０．１乃
至１重量％の範囲において使用される水酸化アンモニウ
ムの量は使用される染料の関数である。

カーボワツクス２００はユニオン・カーバイド社製のポ
リエチレン・グリコールの商品名である。

ブチル・力ルビトールはユニオン・カーバイド社製のジ
ェチレン・グリコール・モノブチル・エチル、２一（２
ープトキシエトキシ）エタノールの商品名である。サル
フイノ ール１０４はＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａ風
Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社の有機表面活性剤、更に具体的に
はテトラメチル・デシネジオールの商品名である。

トリトンＱＳ−４４はＲｏｈｍ ＆ 也ｓｓ社製による
陰イオン性リン酸ェステルであると考えられる非公開の
構造に基づく表面活性剤の商品名である。ベルセノール
１２０はダウ・ケミカル社によるＮーヒドロオキシェチ
ルエチレンジアミントリ酢酸（Ｃ，虹，５０７Ｎ２Ｎａ
３）のトリナトリゥム塩の商品名である。

オマディン・ナトリウムはオリン・ケミカル社によるナ
トリウム一２ーピリジンチオール−１ーオキサイドの商
品名である。純粋にプレスケーキ状の使用可能な染料、
もしくは精製ニグロシン染料の例が上述のビークル系中
で使用される重量％を示して、以下に掲げられる。

プレスケーキ染料は、染料の多くの用途に対しては許容
可能であるが、インク・ジェット１インクの安定性に対
して有害である希釈剤塩の如き成分の存在を最小するた
めに必要である。青 色−ニグロシン１％、ピラゾール
・ファスト青線色ＦＢＬ（プレスケーキ）１％、アリザ
リン・シァニン青一服 １．０％赤
色−力ルタゾル赤波Ｆ ３．０％緑−ピ
ラゾール・ファスト青線色ＦＢＬ（プレスケーキ）
１．５％アマフアスト・オレ
ンジ４ＧＬＬ Ｉ．５％茶−ラナシン焦茶−
ＳＧＬ ６．０％オレンジ／金一アマ
フアスト・オレンジ４ＧＬＬ３．０％黄−アトランティ
ック・シリング黄 ３．０％ニグロシンはアメリ
カン・シアナシド社製の染料の商品名である。

ピラゾール・ファスト青線色−ＦＢＬ、ラナシン焦茶−
ＳＧＬ及びカルタゾル赤沼Ｆはサンドズ・カラー・ァン
ド・ケミカル社製の染料の商品名である。アリザリン・
シアニン青一８Ｂはキイストーン・アニリン・アンド・
ケミカル社による染料の商品名である。アマフアスト・
オレンジ４０ＬＬはアメリカン・カラー・アンド・ケミ
カル社の染料の商品名である。アトランテイック・シリ
ング黄はアトランテイック・ケミカル社の商品名である
。本発明はインク中にニグロシン染料を使用する事によ
って特定の利点を与える。

１つの利点は従来はペンジディン基質である染料と組合
わせて約２％使用したのと比較して、この毒性のない染
料を高濃度（６〜９％）に使用し得る能力にある。

他の利点は以下説明される如く精製した後でも、多くの
他の周知の水溶性染料よりも安価であるニグロシンの低
廉性にある。本発明に従いニグロシン染料を精製するた
めに、次の手順が行なわれた。

ニグロシン０がパウダー（アメリカン・シアナミド社商
品名）７５０夕が水３５００ミリリットル及び濃縮水酸
化アンモニウム中に溶解された。この手順は染料を溶解
する。次いでこの溶液は水８０００ミリリットル中に濃
縮塩化水素酸の４０夕を含む溶液中に急速に注入された
。染料中に含まれる金属イオン不純物は酸中に溶解され
る。しかしながら、染料の分子自体は溶解されない。従
って染料は溶液中から沈殿される。結果のスラリーは１
錨時間脇拝され、次いで不溶性のニグロシン染料をその
固体形で収集するためにワットマン＃１フィルタ紙を介
して３２仇のブクナ−漏斗中に炉遇された。フィル夕紙
によって保持された結果の染料ケーキは乾燥され、水３
５００ミリリットル中に濃縮塩化水素酸４０夕を含む溶
液中で再びスラリー化された。この時点において、染料
中に元々存在した酸溶解性不純物の実質上すべてが結果
の染料ケーキから除去されている。結果の染料ケーキは
脱イオン水１６０００ミリリットルで洗浄され、乾燥さ
れた。予想される染料ケーキの回収率は７５〜８５％で
あり、この染料ケーキは大いに減少されたレベルの希釈
剤塩及びアルカリ不溶性賜イオン（即ち、無機塩）を示
した。本発明の熟成及び浄化過程は最終インク組成の水
の一部及び組成のうち或るもの（すなわちキレート剤及
び／もしくは殺菌剤）を欠いた濃縮インク液を調製する
事を含む。

この濃縮体は炉週による処理前に５ぴ０の温度で３日間
にわたり熟成された。この熟成過程中に、本発明の濃縮
インクは環境上の悪い条件にさらされる。

この条件は、従釆のインク・ジェット・インクの場合に
は、粒子の成長もしくは形成によって、インク及びイン
ク・ジェット印刷装置の欠陥もしくは故障を実際に生ず
る如き動作時の蒸発をシュミレートするものである。本
発明の濃縮体は例えばキレート剤を含まないので、粒子
の成長もしくは形成は実際に本発明の熟成過程中に生じ
、この結果インク製造中歪の多い動作条件に濃縮体をさ
らしても、本発明のインクはインク・ジェット印刷ハー
ドウヱハ中でその後の使用中の悪条件におどろくほど耐
久性を示す事が可能である。次にインク濃縮体の混合、
希釈及び炉過について段階的に説明する。

精製されたニグロシン染料を使用する時の、濃縮体の絹
成は次の通りである。

種々の組成の重量％及びグラム重量の両方が与えられて
いる。この濃縮体は上記最終処法に現われたベルセノー
ル１２０キレート剤（一般に、ＨＥＤＴＡ）を含まない
事に注意されたい。この結果、金属イオンの如き不純物
は、濃縮体の受ける以下説明される熟成過程の歪によっ
て、より不溶性にされ得る。このインク濃縮体を製造及
び混合するのには４段階手順が使用され得る。段階１に
おいて、カーボワツクス２００、ジェチレン・グリコー
ル、Ｎ−メチル・ピロリジン及びブチル・カルビト−ル
が空の１．８９リットルの容器中で混合された。

溶液はサルフィノール１０４を添加しつつ樫拝され、熔
解された。溶解時間は約２０分である。この段階は、サ
ルフィノールの急速な溶解を可能とする。段階２におい
て、トリトンＱＳ−４４が計量されて、１リットルビー
カへ入れられた。

次いで水が計量されてＱＳ−４４を含むビーカ中に入れ
られた。この成分は溶液になる様に蝿拝された。この段
階は一般に段階１のサルフィノールが溶解されている間
になされた。ここで染料を含まない基本的インク・ビィ
ークルか処法される。段階３中で、この場合、ニグロシ
ンである染料は、水酸化アンモニウムと同様に計量され
た。

水酸化アンモニウムが水／ＱＳ−４４ オマディン・ナ
トリウム溶液に加えられた。結果の溶液は次いでグリコ
ール溶媒／サルフィノール溶液に添加され、２、３分間
縄拝された。次いでニグロシンが添加され、系は１時間
犯ナーだされた。損梓後、溶液は段階４として６０〜６
虫時間約５０ｏｏの炉中に置かれた。本究明のインク濃
縮体が動作時状態にさらされる。本発明のこの重要な段
階は通常のインク製造中で通常の可溶性の不純物を、不
溶性に且つアグロメレートになる様にするものと考えら
れる。この段階が必要な事に対する他の説明は通常のイ
ンク処法プロセスがいよいよ事実過飽和染料溶液である
見掛け上安定なインクをしばいま生ずる点にある。時間
と共に、これ等の通常のインクは飽和状態に平衡し、沈
殿物もしくは粒子成長を生ずる。本発明の熟成段階はこ
の平衡状態を、時間、温度、インク濃度及びインクを安
定化させるのに使用されるインク成分則ち土たる例であ
るペンセノール１２０キレート剤の除去によって加速度
的に生ずるという事ができる。熟成後、濃縮体は再び４
段階過程において最終インク処法を得る様に病過され、
希釈される。

この最終処法プ。セスの段階１として、濃縮体は約２軒
０に冷却される。１．５ミクロンのカートリッジ・フィ
ル夕（ポール・トリニティ社製商品名シールクリーン）
がケイソウ士の（ジョンズーマンビル社の）商品名であ
るセラィト５７７２００夕で予め被覆される。この過程
はＤ．１．水６００ミリリットル中に上記セライトをス
ラリーにし、このスラリーをフィル夕を通して通過させ
る事によって達成される。セラィト５７７の１０グラム
がここで濃縮体に加えられ、冷却インク全体にわたって
分散される。インク／セライト混合体は４２１９乃至４
９２３夕／地の圧力で予め被覆されたフィル夕を介して
１回だけ通過される。使用されるケィソウ士の選択に関
連して、上記セラィト（商品名）は現在では理解されて
はいない理由で優秀な結果を生じるので選択されたもの
である。段階２において、炉週されたインクが計量され
希釈用の水の量が計算される。

ペンセノール１２０の量はインクの全体量から計算され
る。一般にベルセノールは、上述段階中の収率の０．５
重量％だけ加えられた。加えられる水及びペンセノール
の量を決定するために使用された式は次の通りである。
濃縮体の重量÷０．７０＝インクの総量 濃縮体のインク重量の総量 ＝濃縮体に加えられた水の量 インクの総量×０．５％＝ペンセノール１２０の量ペン
セノール１２０はまず希釈剤である水中に溶解された。

この溶液は次いで炉遇された濃縮体に加えられた。段階
３中において、セラィト５７７３０夕が現在希釈された
インク中に添加され、分散された。

このスラリーは次いで、１．５ミクロンのシールクリー
ン・フィル夕を２回通過された。この段階において、セ
ラィトは希釈インク中に存在し得る不熔性の油を吸収す
る様に作用する。第４段階において、処理されたセラィ
ト及び希釈されたインクは最終炉過のための０．２ミク
ロンのシールクリーンＮＲＰフィル夕を通して２回通遇
される。

仕上ったインクはここで使用のための準備状態にある。
本発明に従う、ニグロシン・ベース・インク・ジェット
・インクの好ましい組成は次の通りである。

ここで百分率は全インク組成の重量％として表わされて
いる。このインクは特に連続流装置に特に有用である。
このインクの特にドロップ・オン・デマンド装置中に使
用されるに適した修正は次の通りである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粒子の形成及び／もしくは成長を防止する事が知ら
   れた試剤を実質的に含まないインク組成の水をベースと
   する濃縮体の希釈体を処法する段階と、 上記濃縮され
   たインクを粒子の形成及び／もしくは成長を生ずるに十
   分な時間熱的悪条件にさらす段階と、 次いで該濃縮さ
   れたインクを濾過して上記粒子を除去する段階と、 そ
   の後粒子の形成及び／もしくは成長を防止する事が知ら
   れている水性ビークル及び試剤を添加して、最終インク
   組成を形成する段階とより成る水をベースとするインク
   ・ジエツト・インクを製造する方法。