JPH08333531A

JPH08333531A - 水性インクジェットインク組成物

Info

Publication number: JPH08333531A
Application number: JP8140295A
Authority: JP
Inventors: Weipin Lin John; ウェイピンリンジョン; Gary R Fague; アール．フェイグゲイリー; Raymond W Wong; ダブリュー．ウォンレイモンド
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 1996-12-17
Also published as: US6328393B1; US6143807A

Abstract

(57)【要約】【課題】長い待機時間，優れた安定性、高光学濃度が
得られる水性インクジェット組成物を提供する。【解決手段】粒子の少なくとも７０％が０．１μｍ未
満の直径を有し、他の粒子が０．１μｍに等しいか又は
それ以下の直径を有する、粒度分布を有する顔料粒子を
含む顔料分散液と、アルデヒドナフタレンスルホネート
分散剤と、水を含む水性インクジェットインク組成物で
ある。

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
に係り、より詳細には、インクジェット印刷プロセスの
ために特に適した顔料水性インク組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット印刷は、電子式ディジタ
ル信号に応答して、用紙又は透明フィルムのような基体
（記録材料）に付着される（吹き付けられる）インクの
液滴を生成するノンインパクト（非衝撃式）方法であ
る。サーマル又はバブル（気泡）ジェット式ドロップ−
オン−デマンドインクジェットプリンタは、オフィスや
家庭でのパーソナルコンピュータのための出力として広
く用いられてきた。

【０００３】既存のサーマルインクジェット印刷におい
て、プリントヘッドは米国特許第 4,463,359号に開示さ
れているように、一般に、一つ以上のインクジェットエ
ジェクタを備えており、各エジェクタは、一端でインク
供給チャンバ又はマニホールドと連通するチャネル、及
び他端でノズルと呼ばれる開口部を有するチャネル、を
含んでいる。サーマルエネルギ発生装置、通常、レジス
タは、これらのノズルから所定の位置を置いて各チャネ
ル内に配置されている。これらのレジスタは、現在のパ
ルスによって個別にアドレスされ、インクを瞬時に蒸発
させ、次いでインクの液滴を押し出す気泡を形成する。
気泡が大きくなるにつれて、インクはノズルから急速に
膨出し、インクの表面張力によってメニスカスとして一
時的に（気泡内に）収容される。これは非常に一時的な
現象であり、インクはプリントシートへ向かって速やか
に移動する。気泡が崩壊し始めるにつれて、ノズルと気
泡の間のチャネル内にまだ残っているインクは崩れ始め
た気泡へ向かって移動し始める。このため、ノズル内の
インク体積の収縮が生じ、これによって、膨出するイン
クが液滴としてノズルから分離されることになる。追加
のインクのフィードによって、一枚の用紙などのプリン
トシートへ向かって液滴を移動するための運動量や速さ
が供給される。インクの液滴はレジスタが起動された時
のみに放出されるので、このタイプのサーマルインクジ
ェット印刷は、「ドロップ・オン・デマント」式プリン
トとして公知である。連続ストリーム方式又は音響方式
のような他のタイプのインクジェット印刷も公知であ
る。

【０００４】単一カラーインクジェット印刷装置におい
て、プリントヘッドは一般にエジェクタの線形アレイを
備え、このプリントヘッドは、プリントシートを固定式
プリントヘッドに対して又はその逆に対して又はその両
方に対して移動することによって、プリントシートの表
面に対して移動される。いくつかのタイプの装置におい
て、比較的小さなプリントヘッドはタイプライタと同様
に、スワス（印刷幅）内を何度も横切ってプリントシー
トを往復する。或いは、エジェクタのアレイから構成さ
れ、プリントシートの全幅に拡がるプリントヘッドは、
「全幅アレイ（ＦＷＡ）」プリンタとして公知のプリン
タにおいて、プリントシートの下を一回通過してフルペ
ージ（全頁）画像を形成することが可能である。プリン
トヘッド及びプリントシートが互いに対して移動される
時、プリントヘッド内のサーマルエネルギジェネレータ
を、一定期間、選択的に起動させるために像様ディジタ
ルデータを使用することによって、所望の画像がプリン
トシート上に形成される。

【０００５】高い解像度のプリンタが要求されるにつれ
て、インクジェットプリンタ内のノズルの寸法は小さく
される。通常、ノズルの開口部は解像度が３００ｓｐｉ
プリンタではその幅又は直径が約５０〜８０μｍである
が、６００ｓｐｉプリンタの出現によってノズルの開口
部は一般にその幅又は直径が約１０〜４０μｍとなって
いる。これらの小さな寸法には小さなノズル開口部を塞
がないインクが必要とされる。

【０００６】従って、インクジェットインクの臨界必要
条件は、空気に晒された時にインクがプリントヘッド開
口部内で流体状態を維持できる能力である。これによっ
て、プリントヘッドは、非使用期間、即ち待機時間（la
tency)後又は滅多に使用しないノズルの動作期間中も作
用することができる。全てのインクジェットプリンタの
主な問題は、動作期間中及び動作と動作の合間に発生す
るノズルのプラグゲージ（塞栓）又はクロッギング（目
詰り）である。これはノズルの開口部から有機溶媒又は
水が蒸発することによって発生する。色素ベースのイン
ク中では、色素又は固形添加物のような溶解性の組成物
の結晶化又は沈殿化を発生し得る。顔料ベースインク中
では、この蒸発は、分散剤の沈殿、顔料分散液の凝集若
しくは凝結、又は固体添加物の沈殿を生じ得る。

【０００７】初期の蒸発によって、一般に、粘度が高く
なり、この粘度は、ノズルがインクの液滴を着弾（吐
出）する（fire）能力に影響を与える粘度を高くさせ
る。このため、インクの蒸発率を低下させる添加物が開
発された。しかしながら、これらの添加物はインクの蒸
発の問題を完全に解決するものではない。従って、特
に、顔料ベースのインクに関しては、ノズルのクロッギ
ングの問題を残したままとなっている。

【０００８】プラグゲージの初期においては、画像又は
英数文字に歪みが生じる。これは本来意図された位置か
らずれたインクの液滴として現れる。二つの液滴が意図
されるターゲット（目標）位置から等しく離間されて形
成される時もあるし、小さな多数の付随液滴が形成され
る時もある。この液滴が、時折、目標の位置に達する
が、液滴体積が小さいため、より低い光学（印字）濃度
の画像しか形成されない。最終的に、プラグ（塞栓）ノ
ズルによってインクの着弾が不可能となり、画像が生成
されなくなる。

【０００９】インクジェットプリンタは、非使用時に
は、気密チャンバ内のプリントヘッドカートリッジを密
封することにより、プリントヘッドノズルからの溶媒の
余分な蒸発を防止するように設計されている。しかしな
がら、これらのデバイスはゴム製シールに形成される乾
燥したインクの堆積が原因でプリンタの連続的な使用に
耐えられなくなり、従って、当該システムはその気密条
件を失ってしまう。ノズルのクロッギングを防止するた
めに使用される他のデバイスは、ノズルの表面に形成さ
れる固体を取り除くワイパである。このデバイスは、プ
ラグ（塞栓物）の厚みや、機械的除去にも耐えられるほ
ど十分なプラグの硬さによってしばしば使用不可能とな
る。あらゆる付着物をノズルから取り除くための他のク
ロッギングの改善策は、強制空気又は真空吸引を使用す
ることである。これらのデバイスはあまり有効ではない
と共にプリンタの製造コストが著しく高くなる。

【００１０】一般的に使用されるクロッギングを防止す
るためのメカニズムは、例えば、収集用受皿に向けて、
非画像モードでプリントヘッドを着弾することによって
ノズルを清掃することである。この解決方法が最も効果
的な改善方法であるが、それはインクがソフト又は非付
着性プラグを形成することを必要とする。この非画像清
掃プロセスを有効にするためには、ノズルでのインクの
表面が機械的に又は付着的に弱性でなければならない。
このようなプロセスはマトリック（Matrick)の米国特許
第 5,205,861号に記述されている。

【００１１】インクジェットインクに関して評価すべき
重要な性質として、空気に晒された時にプリントヘッド
の開口部又はノズル内でインクが流体のままの状態、従
って、インクの液滴をその意図するターゲットに着弾す
ることができる時間として待機時間即ち栓抜き（デキャ
ップ）期間がある。待機時間は、５ｍ／ｓ（１００μｓ
未満において０．５μｍの距離を移動するインクに相当
する）に等しいか又はそれ以上の速度を有するプリンタ
が、インクを首尾よく着弾するのを可能とする最大のア
イドリング時間である。このテストは、プリントヘッド
又はノズルの蓋を外すか又は栓を抜いた状態で、通常、
相対湿度１５％で実行される。この時間間隔は、蓋を外
されたプリントヘッドが液滴をはみ出さずに又は濃度を
低下させずに、指定されたインク液滴を着弾するまでに
かかる時間の最長時間である。

【００１２】インクジェットインク、特に顔料ベースの
インクに対する他の重要な必要条件は、顔料分散液がイ
ンクジェットカートリッジ寿命を通じて安定したままで
あることである。色素ベースのインクジェットインク
は、種々の基体に印刷された後、水堅牢性、汚れに対す
る抵抗力及び光堅牢性に対して影響を受けやすい。これ
に対して、顔料は、高い水堅牢性（耐水性）、汚れに対
する抵抗力、及び光堅牢性を有する光学濃度の高い画像
を広範多種の基体へ形成することができる。従って、顔
料分散液が凝集及び／又は凝結及び沈降を避けるために
安定化され得るならば、染料の代わりに顔料が好ましく
選ばれる。クロッギング抑制剤として良好な共溶媒は、
顔料分散液を不安定にさせるものもあるので、着色され
たインクには使用不可能である。

【００１３】顔料及び／又は色素の高い配合率を有する
インクジェットインクに受容可能な待機時間及び安定性
を提供しようとする試みに大きな努力が払われてきた。
しかしながら、上記の所望される特徴の全てを満たすイ
ンクはまだ発見されていない。シュワルツ（Schwarz ）
への米国特許第4,840,674 号は、色素、及び顔料の入っ
ていない他のインク添加物と組み合わされたスルホラン
を有するインクジェットインクを開示している。この特
許の内容は本明細書中に援用されており、本発明の一部
とする。

【００１４】さらに、いくつかのインクジェットプリン
タにおいては、より高い配合率の顔料を有するインクジ
ェットインクが、単一パスで、即ち基体又は用紙にイン
クを追加塗布せずに、充分な光学濃度を提供することが
要求される。いくつかのインクジェットプリンタは、汎
用の３００ｓｐｉ（インチ当たりのインクの滴数）のプ
リンタに比べて、例えば、高い解像度６００ｓｐｉを提
供できるプリンタを提供できるように設計される。これ
らのデバイスにおいては、３００ｓｐｉプリンタのノズ
ルよりかなり細いインクジェットノズルのクロッギング
又は塞栓を生じない精製されたインクが必要とされる。
特に、ノズルの開口部は、３００ｓｐｉプリンタではチ
ャネル幅又は直径が通常は約５０〜８０μｍであり、６
００ｓｐｉプリンタではチャネル幅又は直径が約１０〜
４０μｍである。

【００１５】現在の市販されているインクジェットイン
ク、例えば、ＨＰ１２００Ｃインクは、少量の顔料を含
む（インクの顔料配合率が３重量％又はそれ以下であ
る）。このようなインクは高い安定性を有しているが、
種々の基体への単一パス又は塗布において充分な光学濃
度を提供しない（光学濃度は１．０未満である）。

【００１６】市販されている顔料及び顔料分散液を用い
てインクジェットインクの顔料配合率を高くする努力が
払われたが、結果的には望ましい安定性を有するインク
は得られなかった（集塊又は凝集が増大した）。さら
に、このようなインクのデキャップ期間又は待機時間は
極めて短い（１０秒未満）ので、インクジェットプリン
タには適さない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従って、高解像度のイ
ンクジェットプリンタに使用できる水性インク組成物の
ための技術が必要とされる。なお、長い待機時間を提供
すると共にインクジェットカートリッジの寿命を通して
安定性を維持することができる顔料着色されたインクが
必要とされる。また、単一塗布又は単一パスおいて、高
い光学濃度を提供することができる顔料着色されたイン
クが必要とされる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、当該分散液中
の粒子の少なくとも７０％が０．１μｍ未満の直径を有
し、当該分散液中の他の粒子が０．１μｍに等しいか又
はそれ以下の直径を有する粒度分布を有する顔料粒子を
含む顔料分散液、アルデヒドナフタレンスルホネート分
散剤、及び／又は少なくとも一つのスルホン溶媒、を含
む水性インクジェットインク組成物を提供する。

【００１９】また、本発明は、像様方式でインク組成物
を基体へ塗布することを含む高解像度のプリントプロセ
スに関する。このインク組成物は、顔料分散液と少なく
とも１つの溶媒を有する。このインクは、１０〜約４０
μｍの範囲のチャネル幅又は直径の少なくとも一つのノ
ズルを有するプリンタにおいて少なくとも２０秒の待機
時間を有する。

【００２０】また、本発明は、アルデヒドナフタレンス
ルホネート分散剤と顔料粒子を含む顔料分散液を形成
し、１μｍより大きい顔料粒子を前記顔料分散液から除
去し、前記分散液とスルホン溶媒を混合することによっ
て水性インク組成物の製造方法に関する。

【００２１】本発明の態様は、（ａ）粒子の少なくとも
７０％が０．１μｍ未満の直径を有し、他の粒子が０．
１μｍに等しいか又はそれ以下の直径を有する、粒度分
布を有する顔料粒子を含む顔料分散液と、（ｂ）アルデ
ヒドナフタレンスルホネート分散剤と、（ｃ）水と、を
含む水性インクジェットインク組成物である。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明による水性インク組成物
は、水堅牢性（耐水性）、光堅牢性、低生成物コスト、
高い画像解像度、あらゆる基体への優れたプリント品
質、高い液滴速度を有する優れた射出能力、より長い待
機時間、単一パスでも最適な光学濃度を提供するより大
きな液滴マス又は液滴容積、高速プリントを可能とする
高周波応答性、プリントヘッドの優れた回復力及び持続
性とインクの優れた安定性とプリントヘッドの目詰まり
を無くすことを含む多数の利点を提供する。

【００２３】本発明のプロセスに使用されるインクの液
体ビヒクルは、水で構成されてもよいし、或いは、水と
混和性の有機成分、例えば、エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリ
ン、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコー
ル、ポリプロピレングリコール、アミド、エーテル、カ
ルボキシル酸、エステル、アルコール、エタノール、オ
ルガノスルフィド、オルガノスルホキシド、スルホン、
ジメチルスルホキシド、スルホラン、アルコール誘導
体、カルビトール、ブチルカルビトール、セルソルブ、
エ−テル誘導体、アミノアルコール、ケトン、及び他の
水との混和性の物質とこれらの混合物を含むことができ
る。

【００２４】水及び水と混和性の有機液体の混合物が液
体ビヒクルとして選ばれる時、水対有機物の比は、任意
の有効範囲、以下の範囲に限定されるものではないが、
一般に、約１００：０〜約３０：７０、好ましくは、約
９７：３〜約５０：５０である。液体ビヒクルの非水成
分は、一般的には、水の沸点（１００℃）より高い沸点
を有する湿潤剤として作用する。上記の顔料分散液は、
インクジェットインク内の異なる湿潤剤又は溶媒と混合
される。これらの湿潤剤又は溶媒は、例えば、エチレン
グリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコ
ール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコー
ル、ポリプロピレングリコール、グリセリン、トリメチ
ロールプロパン、1,5 ペンタンジオール、1,6 ヘキサン
ジオール、2-10のカーボン原子を含むジオールとトリオ
ール、スルホキシド（例えば、ジメチルスルホキシド、
アルキルフェニルスルホキシド等）、スルホン（例え
ば、スルホラン、ジアルキルスルホン、アルキルフェニ
ルスルホン等）、アミド（例えば、N,N-ジアルキルアミ
ド、N,N-アルキルフェニルアミド、N-メチルピロリジノ
ン、N-シクロヘキシルピロリジノン、N,N-ジエチルトル
アミド等）、エーテル（例えば、アルコールのアルキル
エーテル誘導体、エーテルジオール、及びブチルカルビ
トールを含むエーテルトリオール、アルキルポリエチレ
ングリコール等）、尿素、ベタイン、及び上記物質のチ
オ（硫黄）誘導体（例えば、チオエチレングリコール、
トリチオエチレングリコール等）を含んでいる。所望さ
れる浸透剤、界面活性剤、水溶性ポリマー、ｐＨ緩衝
液、殺生剤、キレート化剤（ＥＤＴＡ等）、及び必要に
応じて添加剤も使用され得る。本発明のプロセスに使用
されるインク中の液体ビヒクルの量は、以下の範囲に限
定されるものではないが、約５５〜約９９．５重量％、
好ましくは、約５５〜約９５重量％、より好ましくは、
約６０〜約９０重量％である。

【００２５】本発明によれば、特定の溶媒及び／又は湿
潤剤が優れたデキャップ期間又は待機時間を提供するこ
とがわかった。例えば、この種の溶媒は、スルホン（例
えば、スルホラン（テトラメチレンスルホン）、ジアル
キルスルホン、アルキルフェニルスルホン等）、スルホ
キシド（例えば、ジメチルスルホキシド、アルキルフェ
ニル、スルホキシド等）、アミド（例えば、ジアルキル
アミド、N,N-アルキルフェニルアミド、N-メチルピロリ
ジノン、N-シクロヘキシルピロリジノン、N,N-ジエチル
トルアミド等）、トリメチロールプロパン、ポリエチレ
ングリコール（１００〜９００）、グリセリン、1,2,4-
トリヒドロキシブタン、1,2,6-トリヒドロキシヘキサ
ン、1,3-ジメチルイミダゾリドン、又は上記物質のチオ
（硫黄）誘導体（例えば、チオエチレングリコール、ト
リチオエチレングリコール等）を含んでいる。最も好ま
しい溶媒は、スルホランである。本発明による溶媒は、
スルホラン単独を、上記に示した他の共溶媒と組み合わ
せたスルホランを、又はスルホランなしの一つ以上の溶
媒を、含むことができる。しかしながら、本発明による
最も好ましいインク組成物はスルホランを含む。本発明
の組成物に使用されるスルホランの量は、以下の範囲に
限定されるものではないが、０〜約５０重量％、好まし
くは約１〜４０重量％、最も好ましくは、約１０〜２０
重量％の範囲である。本発明のインク組成物に使用され
る他の共溶媒の量は、スルホランと組み合わせて使用さ
れた場合、以下の範囲に限定されるものではないが、１
〜約４０重量％、好ましくは約２〜約２０重量％、最も
好ましくは、約４〜約１０重量％である。スルホランが
本発明の組成物に使用されない時、この組成物における
一つ以上の溶媒の量は、以下の範囲に限定されるもので
はないが、約１〜約６０重量％、好ましくは約１０〜約
５０重量％、約最も好ましくは２０〜約４０重量％であ
る。好ましい共溶媒はトリメチロールプロパン（ＴＭ
Ｐ）である。

【００２６】本発明のインク組成物のための着色剤は、
顔料即ち一つ以上の顔料の混合物である。この顔料とし
ては、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、レッ
ド、ブルー、グリーン、ブラウン、それらの混合物等と
することができる。適切なブラックの顔料の例として
は、種々のカーボンブラック、例えば、チャンネルブラ
ック、ファーネスブラック、ランプブラック等を含む。
有色顔料は、レッド、グリーン、ブルー、ブラウン、マ
ゼンタ、シアン、及びイエローの粒子とそれらの混合物
を含む。マゼンタ顔料の例示的な例は、ＣＩ６０７１
０、ＣＩソルベントレッド１９等としてカラーインデッ
クスにおいて識別される2,9-ジメチル置換キナクリドン
及びアントラキノンを含む。適切なシアン顔料の例示的
な例は、ＣＩ７４１６０（ＣＩピグメントブルー）とし
てカラーインデックスにリストされた、銅テトラ-4-(オ
クタデシルスルホンアミド）フタロシアニン、Ｘ型銅フ
タロシアニン顔料、及びカラーインデックスにおいてＣ
Ｌ６９８１０、スペシャルブルーＸ型２１３７等として
識別されるアントラダントレン（Anthradanthrene ）ブ
ルーを含む。選択され得るイエローの顔料の例示的な例
は、ダイアリーライド（diarylide ）イエローの3,3-ジ
クロロベンジデンアセトアセトアニリド、カラーインデ
ックスにおいてＣＩ１２７００のＣＬソルベントイエロ
ー１６として識別されるモノアゾ顔料、カラーインデッ
クスにおいてフォロン（Foron ）イエローＳＥ／ＧＬ
Ｎ、ＣＬディスパーズド（Dispersed ）イエロー３３と
して識別されるニトロフェニルアミンスルホンアミド、
2,5-ジメトキシ-4- スルホンアニリドフェニルアゾ-4'-
クロロ-2,5-dジメトキシアセトアセトアニリド、パーマ
ネントイエローＦＧＬ等を含む。顔料の他の例は、以下
を含む：ノルマンジーマゼンタ（Normandy Magenta）Ｒ
Ｄ−２４００（ポールアーリッヒ(Paul Uhlich) 社、パ
リオゲンバイオレット（Paliogen Violet ）５１００
（バスフ（BASF）社）、パリオゲンバイオレット５８９
０（バスフ社）、パーマネントバイオレットＶＴ２６４
５（ポールアーリッヒ社) 、ヘリオゲングリーンＬ８７
３０（バスフ社）、アーガイルグリーン（Argyle Gree
n) ＸＰ−１１１−Ｓ（ポールアーリッヒ社) 、ブリリ
アントグリーントナー（Brilliant Green Toner ）ＧＲ
０９９１（ポールアーリッヒ社) 、ヘリオゲンブルー
（Heliogen Blue ）Ｌ６９００，Ｌ７０２０（バスフ
社）、ヘリオゲンブルーＤ６８４０、Ｄ７０８０（バス
フ社）、スーダンブルー（Sudan Blue）ＯＳ（バスフ
社）、ＰＶファーストブルー（Fast Blue）Ｂ２Ｇ０１
（米国ヘキスト（American Hoechst））、アーガライト
ブルー（Irgalite Blue ）ＢＣＡ（チバガイギー（Ciba
-Geigy））、パリオゲンブルー６４７０（バスフ社）、
スーダンＩＩＩ（マセソン、コールマン、ベル社（Math
eson, Coleman, Bell)）、スーダンＩＩ（マセソン、コ
ールマン、ベル社) 、スーダンＩＶ（マセソン、コール
マン、ベル社）、スーダンオレンジＧ（アルドリッヒ(A
ldrich）社）、スーダンオレンジ２２０（バスフ社）、
パリオゲンオレンジ３０４０（バスフ社）、オルトオレ
ンジ（Ortho Orange）ＯＲ２６７３（ポールアーリッヒ
社) 、パリオゲンイエロー１５２、１５６０（バスフ
社）、リトールファーストイエロー（Lithol Fast Yell
ow）０９９１Ｋ（バスフ社）、パリオトールイエロー
（Paliotol Yellow ）１８４０（バスフ社）、ノボパー
ムイエロー（Novoperm Yellow ）ＦＧ１（ヘキスト）、
パーマネントイエローＹＥ０３０５（ポールアーリッヒ
社) 、ルモゲンイエロー（Lumogen Yellow) Ｄ０７９０
（バスフ社）、スコ−ゲルブ（Suco-Gelb ）Ｌ１２５０
（バスフ社）、スコ−イエローＤ１３５５（バスフ
社）、ホスタパームピンク（Hostaperm Pink）（米国ヘ
キスト）、ファナルピンク（Fanal Pink）Ｄ４８３０
（バスフ社）、シンカシャマゼンタ（Cinquasia Magent
a ）（デュポン社）、リトールスカーレットＤ３７００
（バスフ社）、トリジンレッド（Tolidine Red）（アル
ドリッヒ社）、サーモプラスト（Thermoplasto）ＮＳＤ
ＰＳＰＡ用スカーレット（カナダのユージンクール
マン社（Ugine Kuhlmann））、Ｅ．Ｄ．トルイジンレッ
ド（Toluidine Red ）（アルドリッヒ社）、リトールル
ービントナー（Lithol Rubine Toner ）（ポールアーリ
ッヒ社) 、リトールスカーレット４４４０（バスフ
社）、ボンレッド（Bon Red ）Ｃ（ドミニオンカラー社
（Dominion Color.,Co. ））、ロイヤルブリリアントレ
ッドＲＤ−８１９２（ポールアーリッヒ社) 、オラセッ
トピンク（Oracet Pink ）ＲＦ（チバガイギー）、パリ
オゲンレッド３８７１Ｋ（バスフ社）、パリオゲンレッ
ド３３４０（バスフ社）、及びリトールファーストスカ
ーレットＬ４３００（バスフ社）。更に適切な市販の顔
料分散液は、ホスタファイン（Hostafine ）ブラック
Ｔ、ホスタファインブラックＴＳ、ホスタファインイエ
ローＨＲ、ホスタファインイエローＧＲ、ホスタファイ
ンレッドＦＲＬＬ、ホスタファインレッドＦ６Ｂ、及び
ホスタファインブルーＢ２Ｇを含むヘキストより入手可
能なホスタファインと、レバニルブラック（Levanyl Bl
ack ）Ａ−ＳＦ、ディスパーズッドブラック００６６０
７、ルコニルイエロー（Luconyl Yellow）１２５０、バ
ソフレックスピンク（Basoflex Pink ）４８１０、ルコ
ニル（Luconyl ）ブルー７０５０を含むバスフ社より入
手可能な分散液と、サンケミカル（Sun Chemical）社か
ら入手可能なサンスパース（Sunsperse ）９３０３等
と、を含む。以下に基準が記述されている他の適切な顔
料も選択され得る。好ましい顔料分散液は、カーボンブ
ラック、例えば、ホスタファイン（Ｔ及びＴＳ）、サン
スパース９３０３、及びレバニルブラックＡ−ＳＦを含
む。この内、レバニルブラックＡ−ＳＦが最も好まし
い。

【００２７】本発明によれば、本明細書中に記述される
プロセスによって調製される顔料分散液をインク組成物
に用いてもよい。そのような分散液は、顔料を分散剤と
他の任意の添加剤とに混ぜることによって提供される。
これらの顔料は、以下に例示する他の顔料に加えて本明
細書中にリストされた顔料を含むことができる。他の顔
料は、例えば、ホスタパームピンク、ＣＩピグメントレ
ッド９、１４６及び１８４、フタロシアニン（ＣＩピグ
メントブルー１５、１５：４等）、メタルフタロシアニ
ン誘導体（例えば、銅フタロシアニン及びその誘導体、
バナジルフタロシアニン等）、ＣＩピグメントイエロー
１３、８３、８５等、ダイレクトイエロー（Direct Yel
low ）１５７等、及びラベン（Raven ）５２５０、ラベ
ン５０００、ブラックパール（Black Pearl ）Ｌ、ブラ
ックパール１３００、リーガル（Regal ）３３０、ボル
カン（Volcan）ＸＣ−７２Ｃを含むカーボンブラック等
である。本発明による好ましい顔料は、コロンビアケミ
カルコーポレーション（Columbian Chemical Corporati
on）より入手可能なカーボンブラックラベン５２５０で
ある。

【００２８】好ましくは、インクがサーマルインクジェ
ットプリンタに使用される時、液体ビヒクル中で粒子の
安定したコロイド懸濁液を可能にすると共に、インクチ
ャネル内のクロッギングを防止する程に顔料粒度は小さ
い。好ましい粒子平均直径は、以下の範囲に限定される
ものではないが、一般に約０．００１〜約５μｍ、より
好ましくは、約０．０１〜約３μｍである。より好まし
い顔料粒度は、粒子の少なくとも７０％が０．１μｍ未
満の粒子であり、１．０μｍより大きい粒子を持たない
粒子を含む（ホダカＣＡＰＡ７００粒度分析装置で測
定）。より好ましくは、顔料粒度が、粒子の少なくとも
９０％が０．１μｍ未満の粒子であり、１．０μｍより
大きい粒子を持たない粒子を含む。

【００２９】この顔料は任意の有効量でインク組成物中
に存在しており、一般に、約１〜約２０重量％、好まし
くは約３〜約１０重量％、より好ましくは約４〜約９
％、最も好ましくは、約５〜約８重量％であるが、この
量の範囲外とすることもできる。

【００３０】本発明によれば、この顔料は、一つ以上の
分散剤中に分散される。これらの分散剤は、イオン成分
と疎水成分を有さなくてはならない。適切な分散剤は、
アニイオン分散剤、例えば、スチレン又はナフタレンス
ルホネート、スチレン又はナフタレンスルホネート塩
（例：Ｎａ⁺、Ｌｉ⁺、Ｋ⁺、Ｃｓ⁺、Ｒｂ⁺、アンモ
ニウム等）又はそれらの誘導体；アルデヒド（例：ホル
ムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド
等）との組合せ系；及び水の存在する系を含む。このよ
うな分散剤は、ローマーディー（Lomar D ）、ダクサド
１９（Daxad 19）、ダクサドケー（Daxad K ）、タモル
ＳＮ（Tamol SN）等を含む。より好ましい分散剤は、ナ
フタレンスルホネート、特に、2-ナフタレンスルホン酸
及びホルムアルデヒドの縮合生成物、及びそれらの塩を
含む。本発明の顔料対顔料分散液の比は、約１／０．０
１〜約１／３、好ましくは、約１／０．１〜約１／１、
最も好ましくは、約１／０．１５〜約１／０．２５の範
囲である。この縮合生成物中のナフタレン置換基対アル
デヒドの量は、一般に約１対１であるが、この比は、所
望される分子量を有する分散剤を得るために容易に調節
され得る。この分散剤の残りは水からなる。この分散剤
の平均分子量は、一般に、２０，０００未満、好ましく
は１３，０００未満、及びより好ましくは１０，０００
未満である。顔料分散液は、顔料分散液を安定化させる
ことができると共に粘度のような分散の性質に悪影響を
与えない量の充分な分散剤を含むことが重要である。

【００３１】また、他の添加剤が、本発明のインク中に
存在してもよい。例えば、界面活性剤又は湿潤剤がこの
インクに加えられ得る。これらの添加剤は、アニイオン
又は非イオンタイプであってもよい。適切な界面活性剤
と湿潤剤はタモルＳＮ（登録商標）、タモルＬＧ（登録
商標）を含み、例えば、ローム＆ハース社（RohmandHaa
s Co., Ltd. )より入手可能なトリトン（Triton）（登
録商標）系のもの、マラスパース（Maraspersse （登録
商標）系のもの、ガフ（GAF ）社から入手可能なイゲパ
ル（Igepal）（登録商標）系のもの、ターギオール（Te
rgitol）（登録商標）系のもの、E. I. デュポン・ド・
ネムール社（E. I. Du Pont de Nemours& Co ）より入
手可能なデュポノール（Duponol ）（登録商標）系のも
の、ガフ社から入手可能なエマルファ（Emulphor）ＯＮ
８７０及びＯＮ８７７、及び他の市販されている界面活
性剤を含む。これらの界面活性剤又は湿潤剤は、以下の
範囲に限定されるものではないが、一般に、０〜約１５
重量％、好ましくは約０．００１〜約１０重量％、より
好ましくは約０．０１〜約８重量％の有効量で存在す
る。

【００３２】また、ポリマー添加剤を本発明のプロセス
に用いられるインクに加え、ミンクの粘度をあげること
ができる。このポリマー添加剤は、水溶性ポリマー、例
えば、アラビアゴム、ポリアクリル塩、ポリメタクリレ
ート塩、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピ
ロリジノン、ポリビニルエーテル、澱粉、多糖、ポリエ
チレンオキシドやポリプロピレンオキシドによって誘導
されたポリエチレンイミン、例えば、ＤＫＳインターナ
ショナル（日本、東京）から入手できるディスコール(D
iscole）（登録商標）シリーズ、テクサコ（Texaco）
（テキサス州ベレール市）より入手可能なジェファミン
（Jeffamine ）（登録商標）シリーズ等を含む。ポリマ
ー添加剤が、本発明のインク中に存在する量は、以下の
範囲に限定されるものではないが、０〜約１０重量％、
好ましくは約０．００１〜約８重量％、より好ましくは
約０．０１〜約５重量％である。

【００３３】本発明のプロセスに使用されるインクの他
の任意の添加剤は、殺生剤、例えば、ダウイシル（Dowi
cil ）１５０、２００、及び７５、ベンゾアート塩、ソ
ルビン酸塩等を含み、その量は以下の範囲に限定されな
いが、０〜約１０重量％、好ましくは約０．００１〜約
８重量％、より好ましくは約０．０１〜約４．０重量％
の量であり、浸透制御添加剤、例えば、Ｎ−メチルピロ
リジノン、スルホキシド、ケトン、ラクトン、エステ
ル、アルコール、ブチルカリビトール、ベンジルアルコ
ール、シクロヘキシルピロリジノン、1,2-ヘキサンエジ
オール等を含み、その量は、以下の範囲に限定されない
が、０〜約５０重量％、好ましくは約５〜約４０重量％
の量であり、さらにｐＨ制御剤、例えば、酸又は塩基、
ホスフェート塩、カルボキシレート塩、亜硫酸塩、アミ
ン塩等を含み、その量は以下の範囲に限定されないが、
０〜約１重量％、好ましくは約０．００１〜約１重量
％、より好ましくは約０．０１〜約１重量％の量であ
る。

【００３４】適切なインク添加剤の他の例は、同時係続
出願米国特許第5,223,026 号及び同時係続出願米国特許
第5,207,825 号で開示された添加剤を含み、その開示内
容はすべて本明細書中に援用され、本発明の一部とす
る。

【００３５】本発明によれば、顔料分散液は、ステンレ
ス鋼ボール、セラミックチップ等のような任意の粉砕媒
体の有無にかかわらず、少くとも１つの分散剤（例え
ば、ホルムアルデヒドナトリウムナフタレンスルホネー
ト）、顔料、及び水を、磨砕機、サンドミル、ホモジナ
イザ、流動化装置、高速ミキサーなどのミキサーで混合
することによって製造される。適切な顔料対分散剤の比
率と磨砕時間が顔料の粒度を減らすために必要とされ、
これにより適切な顔料分散液が提供される。磨砕時間
は、一般に、約１０分〜約２４時間、好ましくは約２０
分〜約８時間、最も好ましくは約３０分〜約１時間の範
囲にある。このように得られた顔料分散液が遠心分離さ
れ、濾過され、均一な粒子分布を提供すると共に、顔料
の大きめの粒子を除去する。この遠心分離プロセスは任
意であり、インクは顔料分散液を他のインク組成物と混
合した後で濾過されてもよい。

【００３６】本発明による水性インク組成物は、本明細
書中で定義された顔料分散液を上記の溶媒、湿潤剤及び
他のインク添加剤と混合することによって提供される。
混合は均質処理、超音波処理（sonification）、微量流
動処理、機械的混合、磁気攪拌、高速噴射等を含む種々
の方法によって行われる。超音波処理プロセスは、分散
剤を均一に顔料分散液に分布させることによって均質な
分散液を提供するので、好ましいとされる。

【００３７】分散された顔料がそのままインクとして使
用されてもよいが、完全に混合された顔料のインク混合
物が、好ましくは、インクから大きな顔料粒子を取り去
るために、ビン遠心分離機、調製用超遠心分離機、分析
用超遠心分離機、帯状遠心分離機、管状遠心分離機、円
板遠心分離機、連続コンベヤー排出用分離遠心機、バス
ケット状遠心分離機、液体サイクロン等の市販されてい
る装置を用いてバッチプロセス又は連続プロセスによっ
て最初に遠心分離される。遠心分離は大きなサイズの粒
子を除去するのに充分な時間をかけて、約４，０００〜
８，０００rpmの速さで実行されるべきである。連続的
遠心分離プロセスは、インクから大きな顔料粒子の分離
のために大量の顔料インクの商業生産に非常に有用であ
る。また、インクは、好ましくは、ナイロン、ポリエス
テル、テフロン（登録商標）、ポリスルホン、及び他の
適切なポリマー物質；膜、多孔性セラミック媒体；クロ
ス等から構成されたカートリッジを含む種々の市販濾過
媒体を使用する濾過ロセスにかけられる。フィルタは、
サイズが３μｍより大きい、好ましくは１．２μｍ以
上、最も好ましくは１μｍより大きい粒子を除去するサ
イズのものでなければならない。任意の好適な濾過方
法、例えば、連続及び／又はバッチ濾過方法が使用され
得る。連続濾過方法は顔料インクの大規模生産に好まし
い。インクから好ましくは１μｍより大きい粒子を除去
するために遠心分離され濾過されたインクは、インクジ
ェットを目詰まりさせない能力、長い待機時間や射出安
定性のお陰で、インクジェットインクとしての使用に適
している。

【００３８】本発明によれば、顔料分散液の表面張力は
４０ダイン／ｃｍ²より大きく、好ましくは４５ダイン
／ｃｍ²より大きく、より好ましくは５０ダイン／ｃｍ
²より大きい。本発明によるインク組成物は４０ダイン
／ｃｍ²より大きく、好ましくは４５ダイン／ｃｍ²よ
り大きく、より好ましくは５０ダイン／ｃｍ²より大き
い表面張力を有している。インク組成物の粘度は３．０
ｃｐｓ未満、好ましくは２．５ｃｐｓ未満、より好まし
くは２．０ｃｐｓ未満である。

【００３９】本発明のインクは優れた待機時間を有す
る。一般に、インクは少なくとも２０秒の待機時間を有
し、より一般的には約３０秒から１０００秒より大き
く、最低の待機時間が少なくとも３０秒であることが好
ましい。

【００４０】インクは、像様方式で適した基体に塗布さ
れ得る。基体へのインクの塗布は水性ベースインクとか
みあう任意の適切なプロセスによって行われるが、この
プロセスは、例えば、フレキソグラフィック印刷、ペン
プロッター、連続ストレームインクジェット印刷、ドロ
ップオンデマンドインクジェット印刷（ピエゾ電子及サ
ーマルインクジェットプロセスを含む）等を含む。使用
される基体は、水性ベースインクとかみあう任意の適切
なプロセスであることができ、この基体は、普通紙、例
えば、ゼロックス（登録商標）シリーズ１０ペーパー、
ゼロックス（登録商標）シリーズ４０２４ペーパー等、
コート紙、例えば、ジュージョーから入手可能なもの、
水性インク又はインクジェットプリンディングプロセス
等に適した透明物質を含む。

【００４１】

【実施例】本発明の特定の実施例は詳細に記載される。
別の表示がない限り、全ての部とパーセントは重量であ
る。

【００４２】［実施例１］カーボンブラックインク分散
液は、ラベン（Raven ）５２５０（６０ｇ）、ロマール
（Lomar ）Ｄ（１５ｇのナフタレンスルホネートナトリ
ウム塩とホルムアルデヒドの共重合体、２５重量％のカ
ーボンブラック）及び蒸留水（全量で２７９．９８ｇ）
を用いて製造される。カーボンブラック分散液は、磨砕
機（冷却装置を有するユニオンプロセス社（Union Proc
ess Corp.)のモデル０１）を用いて混合される。均質な
混合を確実とするためにこれらの物質は分割方法で磨砕
機へ導入され、約３０分粉砕され、良好な分散回復率
（３９９．２ｇ、９５．５５％）が得られる。顔料分散
液中に存在しているカーボンブラックは、約１６．０２
５％である。引き続いて、カーボンブラックインクは、
上記のカーボン分散液を（２６５７５−１０２、７８．
０ｇ、５％のインク中のターゲットカーボンブラック含
有量）、スルホラン（インク中で２２．６０ｇ、９重量
％のテトラメチレンスルホン）及び蒸留水（１４９．５
ｇ）をゆっくり混合（磁気攪拌）することによって製造
される。上記インクの混合物の１０分間の超音波処理の
後で、この混合物は、１０，０００Ｒ．Ｐ．Ｍの速度で
デュポンソルバル（Dupont Sorvall）遠心分離機で３０
分間遠心分離される。インクの混合物は０．８μｍと
０．６μｍのメンブランフィルタを介して問題なく濾過
される。得られたカーボンブラックインクは４．３１％
のカーボンブラック、９％のスルホラン、及び残りが水
からなる。

【００４３】［実施例２］上記のカーボンブラックイン
クは他のカーボンブラックインクを製造するために変更
される。トリメチロールプロパン（ＴＭＰ，５．６８７
ｇ）及びスルホラン（８．０６２ｇ）は加熱され、全体
的に混合される。上記の混合物は、強力磁気攪拌によっ
て実施例１で得られたカーボンブラックインクへゆっく
り添加され、コロイド衝撃なしで完全な均質混合を確実
とする。得られるインクの混合物はｐＨ７．２０へ調整
され、一連のメンブランフィルタ（５．０μｍ／１．２
μｍ／０．６５μｍ）で濾過され、３．７９％のカーボ
ンブラック、１５％のスルホラン、５％のＴＭＰ及び残
りが水からなるカーボンブラックインクを得る。

【００４４】カーボンブラックインクは６００ｓｐｉの
トルナード（Tornado ）サーマルインクジェット印刷ヘ
ッドによってテストされる。優れた待機時間（１０００
秒）と周波数応答（７−８ＫＨｚ）が上記のカーボンブ
ラックインクに対して観察された。

【００４５】［実施例３］物質（重量％）インク−１インク−２レバニルブラックA-SF（バイエル社（Bayer ）２０％ −− ホスタファインブラックＴ（米国ヘキスト） −− １３．３０％スルホラン１０％ −− エチレングリコール −− ２０．００％イソプロパノール −− ３．５０％ポリエチレンオキシド −− ０．０３％水７０％６３．１７％性質：粘度（ｃｐｓ）１．２４２．３２表面張力（ダイン／ｃｍ²）６１．１５０．０

【００４６】上記のインクは、ヒートシステム−ウルト
ラソニック社（Heat Systems-Ultrasonics）のソニケー
タ（Sonicator ）モデル３５０を用いて５分間超音波処
理される。インク１は１０，０００ｒｐｍで５〜１０分
間遠心分離され、更に粒度分布が低減される。次に、上
澄みは、大きい粒子を除去するために１．０μｍ濾紙で
ろ過される。それから、インクは、異なるプリンタ上で
テストプリントされる。ＨＰ１２００Ｃ、ＨＰ５００
Ｃ、ゼロックス４００４パーソナルプリンタにおいて優
れた画像が得られる。ヒートアンドディレイ（heat-and
-delay（加熱及び遅延））プロセス（ＨＰ１２００Ｃ）
を用いてインクは速乾性であり、光学濃度１．３を有す
る高品質画像が得られる。プリントの水堅牢性（耐水
性）に優れている。

【００４７】［実施例４］タイフーン（Typhoon ）Ｂ２
とラトール（Latour）プリンタは、持続性及び水堅牢性
が高く、高品質なブラックインクを必要とする「ヒート
アンドデレイ」カラー可能プリンタである。アクティブ
ドライヤーの使用によって、優れたデキャップ時間又は
待機時間を有するインクが必要とされる。

【００４８】インクは、以下の化合物を用いて実施例３
のプロセスに従って製造される。・２０％のスルホラン・５％のＰＥＧ４００・５％のカーボンブラック顔料分散液（レバニル（Ａ−
ＳＦ））・０．１％のダウイシル（Dowicil ）２００殺生剤・０．０５％のポリエチレンオキシド１８．５ｋ・残りの％の蒸留水

【００４９】インクは上記のように、６００ｓｐｉプリ
ンタ（ＨＰ１２００Ｃ）でテストされ、優れた待機時間
（＞１０００秒）、高い光学濃度（＞１．３）、高周波
数（＞８ＫＨｚ）を示し、インク液滴を１千万発吐出し
た後でも全く塞栓が生じなかった。

【００５０】［実施例５］インクは、以下の化合物を用
いて実施例３のプロセスに従って製造される。・２０％の１，３−ジメチルイミダゾリドン・５％のＴＭＰ・７％のカーボンブラック顔料分散液（レバニル（Ａ−
ＳＦ））・０．１％のダウイシル（Dowicil ）２００殺生剤・０．０５％のポリエチレンオキシド・残りの％の蒸留水

【００５１】インクは上記のように、６００ｓｐｉプリ
ンタ（ＨＰ１２００Ｃ）でテストされ、優れた待機時間
（＞１０００秒）、高い光学濃度（＞１．２）、高周波
数（＞７．５ＫＨｚ）を示す、インク液滴を１千万発吐
出した後も全く塞栓が生じなかった。

【００５２】上記の実施例において、ポリエチレンオキ
シドは任意の物質である。いくつかの具体例において
は、ポリエチレンオキシドが顔料に吸収される恐れがあ
るので、このポリエチレンオキシドを省くことが好まし
い。

【００５３】

【発明の効果】本発明の水性インクジェット組成物は、
上記構成としたので、高解像度のプリンタに使用可能で
あり、長い待機時間、良好な安定性、高光学濃度が得ら
れるという優れた効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゲイリーアール．フェイグアメリカ合衆国 14424 ニューヨーク州カナンダイグアグリンブルロード 6454 (72)発明者レイモンドダブリュー．ウォンカナダ国エル５エム４ジー８オンタリオ州ミシサウガクレジットバレーロード 2508

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）粒子の少なくとも７０％が０．１
μｍ未満の直径を有し、他の粒子が０．１μｍに等しい
か又はそれ以下の直径を有する、粒度分布を有する顔料
粒子を含む顔料分散液と、（ｂ）アルデヒドナフタレンスルホネート分散剤と、（ｃ）水と、を含む水性インクジェットインク組成物。