JPH09100430A - カーボン顔料インクジェットインクの乾燥フィルム抵抗率の改良方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットインク組成物は、液体ビヒク
ル、顔料、ｐＨ調節成分及び複数個の電子供与性基を有
する化学薬品からなる。 【解決手段】 複数個の電子供与性基を有する化学薬品
は少なくとも３個の電子供与性基を有する化学薬品から
なり、少なくとも３個の電子供与性基は、高い乾燥フィ
ルム抵抗率を与えるためにごく近接して配置されてい
る。本発明で、帯電導線−帯電導線短絡を除き、機械作
動性を改良するために十分な、カーボン顔料インクジェ
ットインクの乾燥フィルム抵抗率に於ける顕著な改良が
達成され、それでインクジェットプリンタで使用するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は顔料インクに関し、
更に特に、顔料インクジェットインクの乾燥フィルム抵
抗の改良方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続的インクジェット印刷に於いて、イ
ンクは加圧下に、典型的に１本又は複数本の直線配列に
配置された複数個のオリフィスにインクを分配するマニ
ホールド領域に供給される。インクはオリフィスからフ
ィラメント状に放出され、フィラメントは液滴流に細分
化される。これらの液滴流で印刷するためのアプローチ
は、その正常な軌跡から特定の液滴を選択的に帯電させ
て偏向させることである。グラフィックの再生は、液滴
流から液滴を選択的に帯電させて偏向させ、液滴の少な
くとも幾らかをプリント受容媒体上に沈着させ、他方、
他の液滴を液滴キャッチャー装置に当てることによって
行われる。連続流インクジェット印刷方法は、例えば、
米国特許第４，２５５，７５４号、同第４，６９８，１
２３号及び同第４，７５１，５１７号に記載されてい
る。これらの特許のそれぞれの開示を全体的に参照して
本明細書に含ませる。

【０００３】インクジェット印刷技術に於いて、作動性
のために水溶性染料が望ましい。しかしながら、永久的
画像を作るために、耐水堅牢性のインクが非常に望まし
い。染料の溶解度を低下させると耐水堅牢性が増大し、
その逆も同様である。連続インクジェット工業に於い
て、永久インク（耐水堅牢性１００％及び耐摩擦堅牢性
１００％）を得たいという要望がしばらくの間存在して
いた。このことは幾つかの連続インクジェットメーカー
によって達成されたけれども（エルムジェット(Elmjet)
によるＥＪ−１０１インク、ビデオジェット(Videojet)
によるＶＴ−１６−２０００インク並びにイーストマン
・コダック社(Eastman Kodak Company)及びサイテック
ス・ディジタル・プリンティング社(Scitex Digital Pr
inting, Inc.)によるアドマーク・ファースト・ブラッ
ク・インク(Admark Fast Black Ink)）、これらのイン
クの全ては溶媒ベースのインクである。理想的には、工
業界は永続性品質を有する水性インクを好んでいる。

【０００４】現在の最新技術の水性インクジェットイン
クでは、オリフィス板での乾燥したインクの許容できる
再溶解性を得るために水溶性染料が使用されている。こ
の再溶解性は、良好な機械作動性並びに別の印刷ヘッド
クリーニング液体機構を有していない連続インクジェッ
トプリンタの起動のために必須のことである。

【０００５】現在の染料ベースのインクでは、水溶性で
あり（少なくとも限定された溶解度を有する）、耐水堅
牢性にマイナスの影響を与える染料が使用されている。
それで、染料ベースのインクでは、再溶解性の問題が存
在している。他方、水ベースの顔料インクは、顔料が溶
解されているのではなく分散されているので、耐水堅牢
性を付与することができるであろう。それで、顔料イン
クについて、良好なシステム起動を有するために、再溶
解性ではなく再分散性が達成されなくてはならない。染
料ではなく顔料を使用すると、染料では存在しない幾つ
かの別の面倒な問題が生じる。例えば、染料ベースのイ
ンクは高い乾燥フィルム抵抗率を有する乾燥フィルムを
与える。他方、顔料ベースのインク、特に黒インクは導
電性であるフィルムを与える。

【０００６】それで顔料インクジェットインクの乾燥フ
ィルム抵抗率の改良方法についての必要性が存在してい
ることがわかる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この必要性は、カーボン
顔料インクジェットインクの改良された乾燥フィルム抵
抗率を与えるカーボン顔料（従来の染料ベースではな
い）水性インクジェットインクの製造方法である本発明
による方法によってかなえられる。本発明のカーボン顔
料水性インクジェットインクは、受容できるレベルまで
上昇した乾燥インクフィルム抵抗率を達成し、そうして
どのような「水分短絡」又は帯電導線(charge lead)−
帯電導線短絡も無しに受容できる印刷品質を有するよう
になる。カーボン表面で吸着すると推定される、１，
２，６−トリヒドロキシヘキサンのような化学薬品を含
有させることによって、乾燥インクフィルム抵抗率が受
容できるレベルまで上昇し、それによって帯電導線−帯
電導線短絡印刷欠陥が印刷の間に観察されない。

【０００８】本発明の一面により、インクジェットイン
ク組成物は、液体ビヒクル、顔料、ｐＨ調節成分及び複
数個の電子供与性基を有する化学薬品からなる。この組
成物により配合された水性カーボン顔料インクの乾燥イ
ンクフィルム抵抗率は、印刷欠陥を生じる帯電導線−帯
電導線短絡が印刷の間に観察されないレベルまで上昇す
ることによって改良される。

【０００９】本発明の他の目的及び利点は下記の記載及
び特許請求の範囲の記載から明らかであろう。

【００１０】

【発明の詳細な記述】本発明は、カーボン顔料インクジ
ェットインクの改良された乾燥インクフィルム抵抗率を
与える、インクが、従来の染料ベースのものではなく、
カーボン顔料水性インクジェットインクである耐水堅牢
性のインク組成物を提供する。

【００１１】従来の水性染料ベースのインクは、水性媒
体中で少なくとも限定された溶解度を有する染料を用い
て製造される。従って、インクに於いて、媒体中の染料
の「真の」溶液が存在している。この特定のインクが乾
燥するとき、形成されるフィルムは非常に高い乾燥フィ
ルム抵抗率を有している。

【００１２】ある種のカーボン顔料インクで、フィルム
が形成されるとき、乾燥したフィルムは下記の実施例１
に示されるように、かなり低い乾燥フィルム抵抗を示
す。このことは多分、裸のカーボン粒子表面での粒子間
結合のためであろう。それで、これは、粒子がカーボン
粒子の（どのような吸着物も無い）「裸の」表面で結合
している少なくとも一つの通路を与える。このことが帯
電導線−帯電導線短絡の負の結果を有する低い乾燥フィ
ルム抵抗率の原因である。

【００１３】本発明は特に、カーボン顔料インクについ
てのこの限定の除去に関する。本発明の方法により、カ
ーボン顔料インクの乾燥フィルム抵抗率を、どのような
帯電導線−帯電導線短絡も避けるために十分に増大させ
ることができる。

【００１４】図面を参照して、図１Ａには、典型的なイ
ンクジェット印刷ヘッドキャッチャーアセンブリ１０が
示されている。電極にごく接近して成形したプラスチッ
ク製キャッチャー１４に結合されている典型的に約１２
８個の個々の帯電電極１２が存在している。典型的なイ
ンクジェット起動の際に、全ての堆積物又はインク残渣
を除去するために、帯電電極にインクを流すことが望ま
しい。起動手順が終わった後に電極を互いに分離して、
他の電極（及び対応する液滴）に影響を与えることな
く、高い電圧（捕捉表面１６でインク液滴を帯電又は
「捕捉する」ために）又は接地（インク液滴を帯電しな
い、即ちインク液滴を印刷する）の何れかで各電極を制
御することを可能にすることも必要である。電極からの
インクを乾燥する及び／又は凝縮し、次いで電極温度を
露点より高く維持することによってこれらの目的の両方
を達成するために、キャッチャーヒータ１８を使用す
る。真空チャンバ２０によって、起動の際に導線からイ
ンク又は液体が除去される。キャッチャーヒータ１８の
乾燥及び維持工程によって、図１Ｂに示されるように、
キャッチャーヒータにより熱をかけた際に乾燥するイン
クの薄いフィルム２２が固有的に残される。電極間の十
分な分離を維持するために、これは図１Ｂに抵抗器Ｒ１
〜Ｒ７として示されるように、インク配合物が高い乾燥
インクフィルム抵抗を有するという必要条件を要求す
る。

【００１５】インク配合物のこの特性を評価するため
に、図２に概略で示した試験装置が開発された。この装
置は、典型的な平面帯電インクジェット印刷ヘッドでの
インクの動作の影響をぴったりと複製する。更に、この
装置は単に合格／不合格ではなくて比較のための測定可
能な結果をもたらすことができる。図２に示されるよう
に、この装置には、どの一つ置きの電極も一緒に短絡さ
れ、全ての電極に対して２個だけの共通接続点を作るよ
うに接続されている典型的なインクジェット印刷ヘッド
キャッチャーアセンブリ２４が含まれている。これによ
って、電極間の抵抗又は電極間で差のある電圧の適用の
測定が可能になる。直流０〜１７５Ｖブロック２６が、
図１Ｂのどの他の導線の間にも接続されて、下記の実施
例４に示す表の電圧結果を与える。更に、マルチメータ
２８によって実施例４の表の電圧又は抵抗測定値を読み
取る。最後に、＋２４Ｖ直流電源３０によってキャッチ
ャーヒータ１８を作動させ、起動の際のインクジェット
印刷ヘッドをシミュレートする。

【００１６】本発明によって行った実験によって、その
隣が「印刷」電極になったとき「捕捉」電極を印刷電極
の方に引き下ろすようにするために十分な導電率の原因
となる電極間の抵抗閾値が決定された。この効果は、高
い乾燥インクフィルム導電率の最も明らかな指標であ
る。この抵抗閾値は理論的に、約８０Ｋ又は各電極につ
いての引き上げ抵抗器の値（４１Ｋである）の２倍であ
ると決定された。これによって「捕捉」液滴電荷は３分
の１に減少され、普通「捕捉」液滴が「印刷」液滴にな
るようにするために十分である。

【００１７】実験によって本質的に、全ての電極−電極
抵抗が約８０Ｋ（又はそれ以下）まで低下したとき、こ
れらの電極の何れか１個を使用する印刷パターンが両電
極印刷として現れたことが証明された。更に重要なこと
に、電極の間を通過しインクフィルムを破壊するために
十分な量の電流／出力を生じ、一方が高電圧で（「捕
捉」）次が接地である（「印刷」）とき、２個の電極の
間でアークを形成する電極間のインクフィルム抵抗閾値
が、実験によって決定される。この効果は十分な印刷速
度に到達するまで現れず、これはユーザー次第であるの
で、印刷ヘッドへの損傷無しにユーザーが高い印刷速度
を得ることができるために、良好な配合は適当な許容範
囲を可能にすべきである。

【００１８】明らかに、この閾値は、問題にしている領
域に、導電性の乾燥インクフィルムの極めて薄い層（多
分０．０００５″よりも薄い）で覆われた０．００４３
３″ほど離れた２個だけの０．００４″幅の電極の反応
が含まれているので、予測することが困難であろう。

【００１９】電極を横切ってインクフィルム抵抗を残す
カーボン顔料インクを使用して、かなりの数の実験を行
った。各連続した電極の間の個々の抵抗を測定し、これ
らの間に一定の電圧差をかけることによって、インクが
崩壊し、次いで電極間のエポキシ（電極を「キャッチャ
ー」に結合するために使用されている）を破壊し得るア
ーク形成が起こる前の、全ての２個の電極間の許容でき
る最大出力が約２５ｍＷであったことが決定された。

【００２０】このデータ及び電極帯電電圧が１７５ボル
トのように高いという事実を使用して、全ての２個の隣
接する電極間の最低抵抗は１．２ＭΩであると計算する
ことができる。しかしながら、殆どの適用について、１
００％の時間を存在させるための帯電電極電圧差を期待
することは現実的ではなく、多分３７．５％の時間の最
悪の場合を期待することがより現実的である。それで、
２５ｍＷの平均出力について、６６ｍＷの出力が３７．
５％の衝撃係数(duty cycle)で許容され得る。この新し
い閾値を使用して、全ての２個の隣接する電極間の最低
抵抗は、約４６４ｋΩと計算することができる。

【００２１】前記の情報を得ることによって、異なった
インク配合物の導電率を評価するための試験装置の能力
を要約することが可能である。

【００２２】この試験装置は電極に適用されるインクの
フィルムのネット抵抗を直接測定するために使用するこ
とができるが、これがそのものずばり、即ち１２８個の
並列抵抗器のネットであることを実現しなくてはならな
い。つまり、フィルムは均一に適用されず、均一に加熱
／乾燥するまで反応せず、真の結果は実際には並列抵抗
の比較的広い範囲の分布である。合計抵抗測定は理論的
には、残りの全部よりもたまたま低いものである２個だ
けの電極の測定であってよく、又は合計測定は１２８個
の等しい並列抵抗器の測定（又は合計を全ての２個の電
極で１２８で割ったもの）であってよい。これらの極値
を使用して、フィルム抵抗を測定するためにこの試験装
置を使用するとき、全ての２個の電極の間の抵抗が４６
４ｋΩ〜５９ＭΩ（４６４×１２８）であったならば、
これはこの全範囲を通して受容できるので、４６４ｋΩ
の測定値は明確に望ましいことが決定できた。全ての２
個の電極の間の抵抗が３．６ｋΩ〜４６４ｋΩ（３．６
×１２８）であったならば、これはこの全範囲を通して
受容できないので、３．６ｋΩの測定値は明確に望まし
くないであろう。（期待されるような）測定値は現実的
にほぼ等しい抵抗の約１０〜１５個の電極の領域の測定
値を示したことが決定された。この試験装置の使用によ
って、極めて良好な／悪い配合物を比較及び迅速に同定
するために非常に有効であることが証明される。

【００２３】同じ試験装置を使用する他の試験が、イン
ク崩壊／アーク形成が生じる場合の閾値を直接測定する
ために開発された。この場合に、電圧差が２個の共通電
極点に適用され、アーク形成が観察される電圧まで徐々
に上昇された。抵抗測定が示されるちょうどその時、ア
ーク形成は普通一つだけの領域で（抵抗が最低である１
０〜１５個の電極で）最初に起こる。典型的なインクジ
ェットシステムで可能な理想的な電圧差は１７５ボルト
である。しかしながら、前記のように、この最大電圧は
最悪の場合に３７．５％の衝撃係数で切り替わると推定
することが受け入れられる。それで、この試験装置のた
めの受容できる一定電圧差は６６ボルトである。この単
純な試験装置及び上記の二つの試験を使用して、インク
配合物の正確なベンチ試験を効率よく行うことが可能で
ある。典型的なインクジェット印刷ヘッド起動を模倣
し、多数のインク配合物を判定する測定可能な結果をも
たらす方法で試験装置を使用するための手順が確立され
た。

【００２４】この確立された手順は、（１）きれいで乾
燥した電極での電極抵抗測定値が４ＭΩよりも大きく、
キャッチャーが冷たい、即ちヒータが切られていること
を確保する工程、（２）スワブを用いるなどして全ての
電極を横切って試験インクの薄いフィルムを適用する工
程、（３）３分間のような所定の時間キャッチャーヒー
タに通電する工程（これによって、インクから全ての水
分が蒸発するであろう）、（４）キャッチャーヒータを
切り、電極のネット抵抗をモニターして平衡値を得る工
程、（５）電極に低い電圧差をかけ、電極のあるスポッ
トでアーク形成が観察される点まで上昇させる工程及び
（６）電圧を除く工程からなっている。

【００２５】

【実施例】本発明を下記の実施例で更に詳細に示す。実
施例で引用した全ての測定は、上記の社内の装置を使用
して行った。

【００２６】実施例１ 分散液／染料をその乾燥フィルム抵抗率について評価し
た。下記の表に、従来の染料ベースのインクジェットイ
ンクと共に、カーボン顔料分散液の結果を示す。

【００２７】

【表１】 表１ 分散液／インク 抵抗率 電圧 サイテックス５０００ブラックインク４ ＞２０ＭΩ ＞１７５ボルト オリエント・ブラック１４４分散液 ７９０Ω １５ボルト 実施例２ 幾つかの一般に使用されている添加剤をカーボン顔料分
散液に含有させたとき、乾燥フィルム抵抗率は幾らか変
化するけれども、これは帯電導線−帯電導線短絡を避け
るほど十分に高くない。下記の配合物を製造した。

【００２８】

【表２】 成分 重量％ オリエント・ブラック１４４分散液 ２０ スルフィノール(Surfynol)ＴＧＥ ０．３ ジメチルアミノエタノール ２．０ 水 ７７ １００ 上記の配合物の乾燥フィルム抵抗率は下記の通りであっ
た。

【００２９】

【表３】 抵抗率 ８５Ω 電圧 ＜１５Ｖ

【００３０】実施例３ 実施例２の上記の配合物に、ポリプロピレングリコール
分子量４２５（Ｐ−４２５）を種々の濃度で添加した。
乾燥フィルム抵抗率結果を以下に示す。

【００３１】

【表４】 Ｐ−４２５％ 抵抗率 電圧 １．５ ２．６ｋΩ ３０Ｖ ２ ７５ｋΩ ７０Ｖ ２．３ ２１０ｋΩ １００Ｖ ４ ８９０ｋΩ ＞１７５Ｖ

【００３２】上記の結果は、長鎖のポリグリコールを含
有させることによって、カーボン顔料インクの乾燥フィ
ルム抵抗率が改良されることを立証している。

【００３３】実施例４ 乾燥フィルム抵抗率を改良するために、種々の他の物質
を評価した。物質は実施例２に記載した配合物に含有さ
せた。乾燥フィルム抵抗率及び電圧の結果を下記の表に
表示する。

【００３４】

【表５】 化合物 抵抗率 電圧 （オーム） （ボルト） 無し ６６０ −−− ２％スルフィノールＴＧＥ １００ −−− １％スルフィノール４６５ １７０ −−− １％スルフィノールｃｔ−１４１ ２５０ −−− １％ジプロピレングリコール ６００ −−− ２％エチレングリコール ４５０ −−− ２％ポリプロピレングリコール−３００ ３ｋΩ ２０Ｖ ４％ポリエチレングリコール−３００ １３０ｋΩ ８０Ｖ ２％ポリプロピレングリコール−１０２５ ６０ｋΩ ８３Ｖ ２％グリセリン ８ｋΩ ５６Ｖ ２％アーコソルブ(arcosolve)ＰＴＢ ２５０ −−− ２％１，５−ペンタンジオール ３３０ −−− ２％１，２，６−トリヒドロキシヘキサン ２．５ｋΩ ３４Ｖ ２％ペンタエチレングリコール ４．２ｋΩ ３０Ｖ ２％１，２，４−ブタントリオール ４ｋΩ ３５Ｖ ２％クエン酸 １ＭΩ ＞２０Ｖ ２％酒石酸二ナトリウム塩 ４４０ｋΩ １３０Ｖ ４％Ｄ−ソルビトール １．５ＭΩ ９３Ｖ

【００３５】上記の結果から、１００より大きい種々の
分子量のポリグリコールが乾燥フィルム抵抗率で改良を
示すと解釈される。更に、トリヒドロキシ化合物も改良
された乾燥フィルム抵抗率を示す。酒石酸及びクエン酸
の結果に基づいて、乾燥フィルム抵抗率を改良するため
に裸の炭素表面に結合するために、直ぐ近くにある最低
３個の電子供与性基が必要であることが明らかになる。

【００３６】

【工業的応用性及び利点】本発明はインクジェット印刷
の分野で有用であり、インクジェット印刷インクで使用
するための、カーボン顔料インクジェットインクの改良
された乾燥フィルム抵抗率を有する変性カーボンブラッ
ク顔料インクを配合する利点を有する。本発明は、本質
的な乾燥インクフィルム抵抗率がどのような帯電導線−
帯電導線短絡も回避するように改良される方法を提供す
るという別の利点も有する。

【００３７】本発明をその特定の好ましい態様を特に参
照して詳細に記載したが、修正及び変形が本発明の精神
及び範囲内で実施できることが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ及びＢは典型的なインクジェット印刷ヘッド
キャッチャーアセンブリを示す。

【図２】キャッチャーアセンブリの概略ブロック線図を
示す。

【符号の説明】

１０ インクジェット印刷ヘッドキャッチャーアセンブ
リ １２ 帯電電極 １４ キャッチャー １６ 捕捉表面 １８ キャッチャーヒータ ２０ 真空チャンバ ２２ フィルム ２４ インクジェット印刷ヘッドキャッチャーアセンブ
リ ２６ ブロック ２８ マルチメータ ３０ 直流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロドニー・ジー・メーダー アメリカ合衆国オハイオ州45502，スプリ ングフィールド，ケリー・アベニュー 6220 (72)発明者 ラウフ・ボトロス アメリカ合衆国オハイオ州45459−1655, センタービル，ヒュー・ドライブ 5647

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体ビヒクル、顔料、ｐＨ調節成分及び
   複数個の電子供与性基を有する化学薬品からなるインク
   ジェットインク組成物。
2. 【請求項２】 複数個の電子供与性基を有する化学薬品
   が少なくとも３個の電子供与性基を有する化学薬品から
   なる請求項１記載のインクジェットインク組成物。
3. 【請求項３】 少なくとも３個の電子供与性基が、高い
   乾燥フィルム抵抗率を与えるためにごく近接して配置さ
   れている請求項２記載のインクジェットインク組成物。
4. 【請求項４】 複数個の電子供与性基を有する化学薬品
   が４％のＤ−ソルビトールからなる請求項１記載のイン
   クジェットインク組成物。
5. 【請求項５】 複数個の電子供与性基を有する化学薬品
   が２％のグリセロールからなる請求項１記載のインクジ
   ェットインク組成物。
6. 【請求項６】 ｐＨ調節成分がアミンからなる請求項１
   記載のインクジェットインク組成物。
7. 【請求項７】 請求項１記載のインク組成物をインクジ
   ェット印刷装置に含有させ、インクを支持体上に液滴で
   噴出させることによって画像を形成し、それによって支
   持体上に画像を発生させることからなる画像発生方法。
8. 【請求項８】 画像が連続流インクジェット印刷方法に
   より発生される請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 液体ビヒクルが、湿潤剤、殺生物剤、変
   性アルコール、脱イオン水及びこれらの混合物からなる
   群から選択される請求項１記載のインクジェット組成
   物。
10. 【請求項１０】 液体ビヒクルが、湿潤剤、殺生物剤、
    変性アルコール、脱イオン水、腐食防止剤、低級脂肪族
    アルコール及びこれらの混合物からなる群から選択され
    る請求項９記載のインクジェット組成物。