JPH0762338A - インク組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない消費電力で確実に電気粘性効果が得ら
れ、電界により吐出制御あるいは流動性を制御する印
字、印画装置において装置の小型化や省エネルギー化に
寄与可能なインク組成物を提供する。 【構成】 電気絶縁性の液相中に、炭素原子と水素原子
との原子比が１．０〜１０である炭素質粒子を分散含有
させたインク組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は、電圧の印加により粘性
を変えることができるインク組成物であって、電圧によ
りインクの流れを制御しようとする印字、印画などの記
録技術に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】電気絶縁性液体中に微細に分割した誘電
性の固体が分散している懸濁液で、充分に強い電場の作
用の下で極めて速やかに、しかも可逆的に粘度が変化す
る流体は電気粘性流体として知られている。この電気粘
性流体としては、例えば米国特許第2,417,850 号、米国
特許第3,047,507 号、米国特許第3,397,147 号、米国特
許第3,970,573 号、米国特許第4,129,513 号、特公昭60
-31211号、あるいは西独公開特許第3,427,499 号に開示
されているように、粒子表面から水を吸着させかつ微細
化したセルロース、デンプン、シリカゲル、イオン交換
樹脂、ポリアクリル酸リチウムなどを、ハロゲン化ジフ
ェニル、セバシン酸ブチル、炭化水素油、塩素化パラフ
ィン、シリコーン油などの絶縁性液体中に分散させたも
のが知られている。これらのものが電圧の印加により粘
度を上昇させる原理は未だ解明されていないが、電圧印
加に伴い粒子中の正負電荷が移動して粒子が分極し、粒
子同士が引き合って電極間で数珠状の鎖を形成すること
によって見かけ上の粘度が上昇すると考えられている。
この現象は一般的に電気粘性効果と称され、この特性を
利用して、クラッチ，ショックアブソーバー，各種防振
ゴムなどの装置や部品を制御するための構成要素への応
用が期待されている。

【０００３】しかしここに開示される電気粘性流体は、
粒子中のイオンが移動し粒子が分極することを利用して
いるため、イオンの電離に不可欠な水分が粒子中に含ま
れなければならない。そして電気粘性効果の発現が水分
量に依存しているため、空気中の水分の吸着あるいは乾
燥により水分含有量が変わってしまい、経時的に特性が
安定していない欠点を有していた。これを解決すべく分
散相粒子に水分を必要としないものも提案されている
が、未だ実用に供したものはない。

【０００４】この電気粘性流体の応用を提案するものは
幾つかなされており、例えば特開平２−２１２１４９号
公報では、インクジェット記録装置などに用いられるイ
ンクとして使用されている。これには、電気粘性流体と
してカーボンブラック粒子を絶縁性溶媒中に分散含有さ
せた懸濁液が示されている。しかしながら、このように
カーボンブラック粒子を分散相成分として用いたもの
は、確実に電気粘性効果が得られるとは云い難く大きな
電気粘性効果は発現しない。またカーボンブラック粒子
の導電率が高いため、高電圧を印加すると大きな電流が
流れてしまう不具合があることが判明した。そのため、
実用に供するには装置を大型化しなければならず、また
消費電力も多くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の問題点を解決するためになされたもので、少ない
消費電力で確実に大きな電気粘性効果が得られ、電界に
より吐出制御あるいは流動性を制御する印字，印画装置
において装置の小型化や省エネルギー化に寄与可能なイ
ンク組成物を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気絶縁性の
液相と、炭素原子と水素原子との原子比が１．０〜１０
である炭素質粒子の分散相とからなるインク組成物であ
る。

【０００７】本発明において分散相成分を構成する誘電
体粒子としては、元素分析における炭素原子と水素原子
との原子比（以下、便宜上「Ｃ／Ｈ比」と云う）が１．
０〜１０の炭素原子粒子であり、好ましくは１．２〜
５、更に好ましくは１．７５〜３．５である。Ｃ／Ｈ比
が１．０未満であると炭素質粒子は誘電体としての機能
を発揮できず、充分な電気粘性効果を得ることができな
い。一方、Ｃ／Ｈ比が１０を越すとインクに電流が流れ
すぎ、実用に供する場合にはエネルギー効率が低く、さ
らに絶縁破壊を生じる危険もある。

【０００８】具体的に、分散相成分として好適なＣ／Ｈ
比を有する炭素質物質としては、コールタールピッチ、
石油ピッチ、合成ピッチ、ポリ塩化ビニルを熱分解して
得られるピッチまたはタール成分などを加熱処理して得
られる各種炭素質メソフェーズおよびその粉砕物、フェ
ノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリロニトリル、セル
ロース、ポリ塩化ビニリデンなど残炭率の高い高分子物
質を不活性雰囲気中３００〜７００℃で加熱処理し炭化
したいわゆる各種低温処理炭素材料が例示される。炭素
質物質の組成は均等であることが好ましく、そのため例
えば炭素質粒子の原料となるコールタールピッチ中にも
ともと含まれるフリーカーボン（遊離炭素とも称され
る）をあらかじめ除去することが、電界印加中の消費電
力を低減させることに効果的である。

【０００９】これをさらに詳述すれば、フリーカーボン
はコークス炉で１０００℃以上で熱分解された極めて炭
素化の進んだ無定形の微細炭素粒子であり、本発明者ら
の分析によればＣ／Ｈ比は極めて大きな値を有してお
り、炭素質粉末を分散相成分として使用する場合、かか
るフリーカーボンが含有されていると電界印加中の電流
値が増加する。

【００１０】また本発明において分散相成分を構成する
誘電体粒子の粒径として適当なのは０．０１〜１００μ
ｍであり、好ましくは０．１〜１０μｍである。１００
μｍ以上の粒子を用いた場合は懸濁液として不安定であ
り、また０．０１μｍ以下の粒子を用いた場合には初期
粘度が非常に増大する。

【００１１】さらに本発明においては、電圧を印加する
ときの電流値を制限するために、炭素質粒子の表面の一
部または全部を合成高分子などの絶縁物でコーティング
することができる。

【００１２】一方、本発明の電気絶縁性の液相として
は、石油エーテル、灯油、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタ
ン、イソオクタン、リグロインなどの脂肪族系炭化水
素、またはトルエン、キシレンなどの芳香族系炭化水
素、四塩化炭素、ジクロルエタン、トリフロロエタン、
ブロモナフタレンなどのハロゲン化炭化水素またはそれ
らの混合物、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン
油を例示することができる。これらは単独で用いること
ができ、また２種以上を併用することもできる。

【００１３】なお、本発明の電気粘性効果を有するイン
ク組成物の粘度は、２５℃において０．５〜１０００セ
ンチストークス（ｃＳｔ）であり、好ましくは１〜２０
０センチストークス、さらに好ましくは２〜５０センチ
ストークスの粘度を有するものを用いる。粘度が低いイ
ンク組成物を作るには揮発性の高い液相を使う必要があ
り、長期的安定性が悪くなる。一方、流体の粘度が高く
なるとオリフィスからの吐出が困難になり実用上好まし
くない。また、適度に低粘度の液相を使用することによ
って分散相を効率良く懸濁させることができる。

【００１４】本発明のインク組成物を構成する分散相と
液相の割合は、分散相の含有量が１〜６０重量％でかつ
油状媒体である液相の含有量が４０〜９９重量％、好ま
しくは分散相の含有量が１０〜４０重量％であり液相の
含有量が６０〜９０重量％である。分散相の含有量が１
重量％未満では電気粘性効果が小さく、６０重量％を越
えると電場がないときの初期粘度が著しく大きくなるの
で好ましくない。

【００１５】なお、本発明のインク組成物の色材要素と
しては、上記炭素質粒子をそのまま利用しているが（黒
色）、適宜他の色材要素を添加することができる。ま
た、本発明のインク組成物は本発明の効果を損なわない
範囲で他の分散相や分散剤、他の無機塩などの添加剤を
配合することもできる。

【００１６】

【作用】本発明の上記構成によれば、電気粘性効果を有
するインク組成物の分散相成分としてＣ／Ｈ比が１．０
〜１０である炭素質粒子を用いることにより、このイン
ク組成物は、外部電界の印加によって少ない電流値で確
実に大きな電気粘性効果を発現できる。従って、インク
ジェット記録装置に適用する場合には、インクの吐出制
御が確実に行えて明瞭な画像が得られる。また、消費電
力が少なく装置の小型化や省エネルギー化に寄与でき
る。

【００１７】また本発明のインク組成物は、適度に水素
原子を残した炭素質材料を分散相粒子として用いたた
め、電圧印加により炭素質粒子中の電子が移動し、粒子
が界面分極することによって電気粘性効果を発現する。
従って、分散相粒子に水分を含有させる必要がなく、経
時的な特性が安定している。記録装置の使用に際して
は、経時的に特性変化しないため、使用時ごとに煩雑な
調整をすることなく容易に所望の吐出量、吐出動作が確
保でき、簡易な装置を提供できる。

【００１８】

【実施例】以下、さらに具体的な実施例でもって説明す
る。なお、本発明は以下の実施例により何ら制約される
ものではない。

【００１９】〔実施例〕フリーカーボンをまったく含有
しないコールタールを４５０℃で実質的に不活性雰囲気
中で熱処理した。得られた熱処理物をタール系中油（沸
点範囲１２０〜２５０℃）を使用し抽出・ろ過した。か
かる抽出・ろ過残留物を４５０℃の温度、窒素気流下で
再熱処理して、炭素質粉末をさらに粉砕分級した。こう
して得られた炭素質微粒子の炭素／水素原子比の値は
２．４０であり平均粒径は２．９μｍであった。かかる
炭素質微粒子２０重量％を電気絶縁性液相である灯油８
０重量％に懸濁し、インク組成物を得た。得られたイン
ク組成物を第１図に示したヘッド構造を有する記録装置
で印字テストを行った。第１図においてノズル１の近傍
に設けられた電極２に直流電圧が画像信号に従ってオン
−オフされ、記録紙４に対してインク５を吐出させるた
めインクに圧力Ｐがかけられている。このインクを用い
て得られた画像は鮮明であった。

【００２０】〔比較例〕カーボンブラック（炭素／水素
原子比は１５．２）２０重量％を灯油８０％に懸濁し、
インク組成物を得た。このインク組成物を実施例と同様
にして画像形成を行ったところ、電圧を印加しても電流
が流れ過ぎて電気粘性効果が発現せず、ノズル１からの
インクの吐出が制御できないため、鮮明な画像は得られ
なかった。

【００２１】なお、上記実施例および比較例で用いた各
インク組成物に関し電気粘性効果の測定を行った。電気
粘性効果は二重円筒型回転粘度計を使用し、内外円筒間
に電圧を印加したときの、同一剪断速度（３６６sec
^-1）、室温での粘度を測定し、同時に内外筒間に流れ
る電流を測定した。表１に電圧をかけないときの粘度
（初期粘度）、電圧２kV/mm を印加したときの粘度、お
よび電圧２kV/mm を印加したときの電流値を示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１において、比較例のものは電流が流れ
過ぎて測定不可能であり、粘度変化も観察されなかっ
た。これに比して本実施例のものは確実に電気粘性効果
を発現し、また比較例のように電流が流れすぎることは
ない。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインク組
成物は少ない消費電力でかつ比較的大きな電気粘性効果
を発現でき、このインク組成物を用いることによって電
界により吐出制御あるいは流動性を制御する印字，印画
装置において装置の小型化や省エネルギー化を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインク組成物を用いるのに適した装置
の一例である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ 電極 ３ 直流電源 ４ 記録紙 ５ インク Ｐ 圧力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁性の液相中に、炭素原子と水素
   原子との原子比が１．０〜１０である炭素質粒子を分散
   含有させたことを特徴とするインク組成物。