JPH04218574A - インクジェット記録方法 - Google Patents

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、熱エネルギーによって
吐出口（オリフィス）からインクを吐出させて記録を行
うインクジェット記録方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時に於け
る騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点
に於て、最近関心を集めている。

【０００３】このノンインパクト記録法の中でも、高速
記録が可能であり、而も所謂普通紙に定着という特別な
処理を必要とせず記録の行なえる所謂インクジェット記
録法（液体噴射記録法）は、極めて有用な記録法とされ
、これ迄にも様々な方式の提案とそれを具現化する装置
が考案され、改良が加えられて商品化されたものもあれ
ば、現在も尚実用化への努力が続けられているものもあ
る。

【０００４】その中で、例えば特開昭５４−５１８３７
号公報、ドイツ公開（ＤＯＬＳ）第２８４３０６４号公
報に記載されてある液体噴射記録法は、インク滴形成エ
ネルギーである熱エネルギーをインクに作用させて、イ
ンク滴吐出の為の原動力を得るという点に於て、他の液
体噴射記録法とは、異なる特徴を有している。

【０００５】即ち、上記の公報に開示されている記録法
では、熱エネルギーの作用を受けてインクが急峻な体積
の増大を伴う状態変化を起し、該状態変化に基づく作用
力によって、記録ヘッド部先端のオリフィスよりインク
滴が吐出、飛翔して被記録部材に付着し記録が行われる
。

【０００６】斯かる記録法によって、高解像度、高品質
の画像を更に高速で長時間記録する場合、或は実施装置
の使用寿命を飛躍的に向上させるには、記録ヘッドの繰
返し使用寿命（耐久性）を向上させる必要がある。

【０００７】上記の如き記録法に適用される記録ヘッド
の使用寿命を決定している要因としては、具備される電
気・熱変換体の寿命の他に、該変換体表面への固形物の
沈積があげられる。即ち、上記の記録法に適用される記
録ヘッドは、例えば、図１、図２に示す様な構造を有し
ている。図に於て、電気・熱変換体１０２は、液滴形成
エネルギー作用部である熱作用部１０７に於て、熱エネ
ルギー作用面としての熱作用面１０９を介して矢印Ａよ
り導入される液体と接触している。この様な構成は、発
生される液滴形成エネルギーとしての熱エネルギーを熱
作用部１０７にある液体に有効に且つ効率良く作用させ
る目的から採用されているものである。

【０００８】その為に、使用されるインクにもよるが、
通常の水を液媒体とする様なインクを使用する場合には
、該インクを通じての電極１１３、１１４間の電気的リ
ークを防止する事、及び発熱抵抗層１１１を前記インク
から、或は熱的酸化から保護する為に上部層１１２がヘ
ッド作成時に、熱発生部１０８に於ける部分では、発熱
抵抗層１１１上に形成される。

【０００９】斯かる記録ヘッドを使用する記録法に於け
るインク滴形成原理は、前記した様に電気・熱変換体へ
の通電がＯＮされると液滴形成エネルギーである熱エネ
ルギーの作用を受けた、熱作用部１０７にあるインクが
急激な体積の増大を伴う状態変化、即ち、熱作用部１０
７にあるインクがμｓｅｃ程度以下という非常に瞬時間
の中に気化状態に達し、熱作用部１０７に於て、瞬時の
中に気泡の発生とその成長が起り、該熱作用部１０７と
オリフィス１０５との間に存在するインクを液滴として
吐出するのである。

【００１０】この気泡の発生・消滅のくり返しの際にイ
ンクは高熱を受けるため、熱的に不安定なインクでは化
学変化を起しやすく、その結果熱作用部表面に於て不溶
物の生成・沈積が起り、ひいては、ヘッドが吐出不能に
陥る恐れがある。従って、このような装置を用いて高速
で長時間の記録を行なうためには、インクの熱的安定性
がきわめて重要である。

【００１１】ところで、インクジェット記録用インクの
一般的な基本構成の例として、水溶性染料、該染料の溶
媒である水、および乾燥防止剤であるグリコール類の三
者を主成分として成るものをあげることができる。水溶
性染料としては直接染料、酸性染料および塩基性染料が
記録した時の堅ろう性や色調の点ですぐれているため好
んで用いられる。

【００１２】しかし、これ等の染料には、多くの場合、
染料合成原料の一つであるｍ−フェニレンジアミンや染
料合成時に副生したり塩析剤、希釈剤或は均染剤として
添加される塩化ナトリウムや硫酸ナトリウム等の無機塩
類が混入しているものである。

【００１３】従来、かような不純物を含有した染料を用
いてインクを調製すると下記の様な不具合がしばしば発
生していた。

【００１４】即ち、叙上の不純物の多くはインク中の染
料溶解安定性を低下させて染料の凝集や沈殿を生じさせ
、インクジェット装置の微細なオリフィスを目詰らせる
原因になっていた。

【００１５】又、本発明者等の知見によれば、無機塩類
やｍ−フェニレンジアミンはインクの熱安定性（つまり
、高温下に於ける溶解安定性）を低下させるものであっ
た。

【００１６】そこで、従来のインクでは、インクジェッ
ト記録方式の中でも特に、先に説明した様な熱エネルギ
ーによりインク滴を発生させる方式に於てはインクが加
熱されるのでインクジェット記録ヘッド内の熱作用部表
面にインク中から不溶物が沈積してヘッドのインク吐出
機能が損なわれることが多かった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み
成されたものであって、利用する記録ヘッドの使用寿命
を格段に延ばし、然にも信頼性を著しく高め、且つ故障
率を遥かに低くし得るインクジェット記録方法を提供す
る事を目的とするものである。

【００１８】更に、本発明は、長期又は短期に於ける熱
的な溶解安定性に優れたインクを用いて、高品質の記録
を長期間に亘って保証するインクジェット記録方法を提
供することを他の目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この様な目的を達成する
本発明は、インクに熱エネルギーを作用させてインク滴
を形成し、このインク滴を以て記録を行うインクジェッ
ト記録方法に於て、前記インクとして、水溶性染料を含
む水性液組成物を含み、前記組成物中の無機塩濃度が０
．２重量％以下、ｍ−フェニレンジアミンの濃度が１０
００ｐｐｍ以下となる様に、 ａ．該液組成物と吸着剤もしくはイオン交換樹脂とを混
合し、撹拌後、濾別する、かｂ．該組成物を、吸着剤も
しくはイオン交換樹脂が充填されたカラム中を通過させ
る、のいずれの精製過程を経て調製した液組成物を使用
することを特徴とするインクジェット記録方法である。

【００２０】本発明で用いる記録用液体、つまり、イン
クは染料の他に、水、有機溶剤などの適当な溶媒、さら
に必要に応じて表面張力調整剤、粘度調整剤等の添加物
を適宜添加調合すると共に、精製過程を経て遊離の無機
塩類や、ｍ−フェニレンジアミン等を除去して得られる
。

【００２１】ところで、本発明のインクに用いる水溶性
染料（例えば、直接染料、酸性染料、塩基性染料）の含
有量は、通常、インク全重量に対して重量％で略々１〜
１０％の範囲とされる。

【００２２】又、本発明のインクは水を主な液媒体成分
とするが、水単体のみならず、望ましくは、水と水溶性
の各種有機溶剤との混合物が使用される。水溶性の有機
溶剤としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコ
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またはケトンア
ルコール類：テトラヒドフラン、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：グセリン：エチレングリ
コールメチルエーテル、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等が挙げられる。

【００２３】これらの多くの水溶性有機溶剤の中でも、
ジエチレングリコール等の多価アルコール、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は好ましいもので
ある。

【００２４】インク中の上記水溶性有機溶剤の含有量が
、一般にはインク全重量に対して重量％で１０〜７０％
の範囲とされる。

【００２５】この時の水の含有量は、上記溶剤成分の種
類、その組成或は所望されるインクの特性に依存して広
い範囲で決定されるが、インク全重量に対して一般に重
量％で２０〜７０％の範囲内とされる。

【００２６】以上の組成分の他に、従来から知られてい
る各種添加剤を更に添加含有せしめても良い。

【００２７】例えば、ポリビニルアルコール、セルロー
ス類、水溶性樹脂等の粘度調整剤：カチオン、アニオン
或はノニオン系の各種界面活性剤、ジエタノールアミン
、トリエタノールアミン等の表面張力調整剤：緩衝液に
よるＰＨ調整剤等を挙げることができる。

【００２８】本発明では、この様な成分から組成調合さ
れるインクを更に、以下に説明する種々の方法で精製処
理して、無機塩類やｍ−フェニレンジアミンのインク中
に於ける濃度を極めて低い範囲に抑える。

【００２９】この精製過程に於て、本発明ではインク中
の無機塩類濃度は、略々０．２重量％以下とされ、ｍ−
フェニレンジアミンの濃度は略々１０００ｐｐｍ以下と
される。

【００３０】本発明で採用するインク精製方法としては
、 ａ、吸着剤（活性炭、ゼオライト、ケイソウ土等）を染
料を含む液組成物（インクであっても良い。）と混合し
、撹拌した後、吸着剤を濾別する方法、ｂ、吸着剤を充
てんしたカラム中に染料を含む液組成物（インクであっ
ても良い。）を通過させる方法、〈尚、上記吸着剤のう
ち、活性炭はとりわけ好適なものである。〉 ｃ、イオン交換樹脂（陽イオン交換樹脂、陰イオン交換
樹脂）中に、染料を含む液組成物（インクであっても良
い。）を通過させる方法、 ｄ、イオン交換樹脂を染料を含む液組成物（インクであ
っても良い。）と混合し撹拌した後、イオン交換樹脂を
濾別する方法、〈尚、ｃ、ｄの方法に於ては、陽イオン
交換樹脂と陰イオン交換樹脂を併用するのがより効果的
である。〉等がある。

【００３１】この様にして調製されるインクは、熱的な
安定性に加えて、記録特性（信号応答性、液的形成の安
定性、吐出安定性、長時間の連続記録性、長時間の記録
休止後の吐出安定性）保存安定性、被記録材への定着性
、或は記録画像の耐光性、耐候性、耐水性等いずれもバ
ランスのとれた優れたものである。

【００３２】以下、実施例に従って、本発明を具体的に
説明すると共に、その効果に就いて例証する。

【００３３】

【実施例】実施例１ アルミナ基板上にＳｉＯ２層（下部層）をスパッタリン
グにより５μｍ厚に形成、続いて発熱抵抗層としてＨｆ
Ｂ２を１０００Å厚に、アルミニウムを電極として３０
００Å厚に積層した後、選択エッチングにより５０μｍ
×２００μｍの発熱抵抗体パターンを形成した。次にＳ
ｉＯ２層をスパッタリングにより１μｍ厚に保護層（上
部層）として積層して基板上に電気・熱変換体を形成し
た後、幅５０μｍ×深さ５０μｍの溝を刻んだガラス板
を溝と発熱抵抗体が合致するように接合した。引続いて
発熱抵抗体の先端とオリフィスの距離が２５０μｍにな
るようにオリフィス端面を研磨して記録ヘッドを作成し
た。この記録ヘッドを用いて、以下に示す液組成のイン
クを吐出させた。

【００３４】尚、以下の液組成中に示す数値は、特に断
わらない限り、全て重量部数である。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】尚、以上のインクは何れもポアーサイズ１
μｍのメンブランフィルターで濾過した後、使用した。

【００３８】この場合、記録ヘッドの駆動を１０μｓｅ
ｃ、４０Ｖの矩形電圧パルス信号を２００μｓｅｃの周
期で入力して行なったところ、インクＡ−２、Ｂ−２、
Ｃ−２、Ｄ−、Ｅ−２を用いた場合は何れも１６０時間
以上の連続インク吐出に充分耐える寿命を有していた。

【００３９】一方比較として、前記インクのうち、Ａ−
１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１、Ｅ−１を用いた場合には
、何れも１０時間経過前にインクが吐出しなくなった。

【００４０】更に、インクＡ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｄ
−、Ｅ−２に就いて、下記項目のチェックを行った処、
何れに就いても良好な結果であった。

【００４１】長期保存性；インクがガラス容器に密閉し
、−３０℃と６０℃で６カ月間保存したのちでも不溶分
の析出は認められず、インクの物性や色調にも変化がな
かった。

【００４２】吐出安定性；室温、５℃、４０℃の雰囲気
中でそれぞれ２４時間の連続吐出を行なったが、いずれ
の条件でも終始安定した高品質の記録が行なえた。

【００４３】吐出応答性；２秒毎に間欠吐出と２カ月間
放置後の吐出について調べたが、いずれの場合もオリフ
ィス先端での目詰りがなく安定で均一に記録された。

【００４４】インクドットの品質；紙に打込まれたイン
クドットは濃度が高く鮮明であった。室内光に３カ月さ
らしたのちの濃度の低下率は１％以下であり、また、水
中に１分間浸した場合、画像のにじみはきわめてわずか
であった。

【００４５】比較例 インクＡ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１、Ｅ−１を用い
て上記と同様な項目に就いて検討を行なったが、いずれ
の場合もインクを保存中１カ月以内に不溶分が析出し、
また記録ヘッドが吐出中および放置中にしばしば目詰り
を起した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する為の液体噴射記録ヘッドの一
例をオリフィス側からの正面部分図

【図２】図１（ａ）の一点鎖線ＸＹで示す部分で切断し
た場合の切断部分図

【符号の説明】

１０５　　オリフィス １０７　　熱作用部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インクに熱エネルギーを作用させてイ
   ンク滴を形成し、このインク滴を以て記録を行うインク
   ジェット記録方法に於て、前記インクとして、水溶性染
   料を含む水性液組成物を含み、前記組成物中の無機塩濃
   度が０．２重量％以下、ｍ−フェニレンジアミンの濃度
   が１０００ｐｐｍ以下となる様に、ａ．該液組成物と吸
   着剤もしくはイオン交換樹脂とを混合し、撹拌後、濾別
   する、かｂ．該組成物を、吸着剤もしくはイオン交換樹
   脂が充填されたカラム中を通過させる、のいずれの精製
   過程を経て調製した液組成物を使用することを特徴とす
   るインクジェット記録方法。