JPH10306247A - 顔料基体インクジェット記録流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続インクジェットプリンターに使用するの
に、優れた堅牢性と高い光学密度とを有する画像の印字
を可能とするインクジェット組成物を提供することであ
る。 【解決手段】 このインキは、カーボンブラックの総重
量の３．５〜８重量％の範囲内の揮発性含量を有する酸
カーボンブラックと５，０００〜２５，０００の範囲内
の重量平均分子量を有する水溶性樹脂とを含有する水性
液体媒体を含む。酸カーボンブラックの水溶性樹脂に対
する重量比は、２：１〜５：１の範囲内である。このイ
ンキは、さらに、最大粒子寸法１ミクロン未満および
１．２ミクロンフィルターを介する濾過比０．２以上を
有する分散された顔料を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高い光学密度と改良さ
れた性能とで印字することを可能とする顔料インキおよ
び滴の連続流より特定のインキ滴を選択し、それらを画
像レシーバに向かわせることによって記録することので
きる記録方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続インクジェット記録は、それが低い
ノイズを生じ、高度に集積されたヘッドを使用すること
によって高速で高分解能記録画像を得ることができる点
で幾つかの利点を有する。このようなインクジェット記
録法は、種々の水溶性染料の１つを水または水と有機溶
剤との溶剤混合物の１つに溶解することによって得られ
る溶液をインキとして使用する。現在の最新式の水性イ
ンクジェットインキは、オリフィスプレート上で乾燥し
たインキの許容可能な再溶解性を得るために水溶性染料
を使用する。この再溶解性は、良好な機械走査性および
連続インクジェットプリンターの始動のために不可欠で
あり、別個の印字ヘッド清浄化流体機構を有しない。

【０００３】水溶性染料は耐光性が乏しいので、このよ
うな水溶性染料を使用する時、記録される画像の耐光性
が問題となることがしばしばある。また、インキが水に
溶解性であるので、記録される画像の耐水性もまた問題
となることがしばしばある。つまり、雨、汗または飲料
水が記録された画像にかかる時、記録された画像は、イ
ンキで汚されるか、または、場合によっては、消えさえ
する。染料基体インキでは、再溶解性の問題点が存在す
る。

【０００４】他方、水基体顔料インキは、顔料が溶解す
るというよりもむしろ分散されるので、耐水堅牢性を付
与することができる。染料を使用する、例えば、ボール
ペンのような筆記用具でも同様な問題に遭遇するので、
筆記用具用の種々の水性顔料インキが耐光性および耐水
性についての問題を解決するために提案されている。し
かし、インキ液滴流として印字ヘッドの１個以上のオリ
フィスよりインキを放出することによって印字を達成す
るタイプのインクジェット印字装置で筆記用具用の従来
の水性顔料インキを使用する時、滴流発生の安定性が著
しく劣化され、印字不合格が生ずるという問題点が存在
する。顔料インキについては、その時、良好なシステム
始動を有するために、再溶解性よりもむしろ再分散性が
達成される必要がある。染料よりもむしろ顔料の使用が
染料では存在しない幾つかのさらなる厄介な問題を生ず
る。例えば、染料基体インキは、高度な乾燥フィルム抵
抗性を有する乾燥フィルムを生ずる。他方、顔料基体イ
ンキ、特に、黒色インキは、導電性のフィルムを生ず
る。

【０００５】カーボンブラックを使用するインキがイン
クジェット印字で使用される時、染料インキを使用する
ことによって印字される画像のそれと比較して、平紙に
印字される画像の堅牢性は著しく改良されるが、後者の
研究によれば、印字された画像の密度が染料インキを使
用することによって印字される画像の密度よりも劣ると
いう欠点が明らかとなった。遺憾ながら、印字の暗色度
を改良するために、顔料濃度を高くする場合、放出安定
性が著しく劣る。

【０００６】インクジェット印字装置に使用されるイン
キと比較して、印字インキは、極めて高濃度で使用する
ことができるので、印字密度は、インキ中の顔料濃度を
高めることによって容易に高めることができる。密度
は、また、被覆されるインキ層の厚さを高めることによ
って高めることもできる。しかし、インクジェット印字
で非常に暗い画像を印字することは、非常に困難であ
る。何故ならば、オリフィスの寸法が非常に小さく、印
字されるインキの量が制限されるからである。また、上
記したように、インキに含有される顔料の濃度の増大
は、安定で、直線的なジェットの形成において望ましく
ないトラブルを生じさせる。従来の水性顔料の幾つか
は、比較的短時間で優れたジェット形成性を有し、この
ようなインキは、インキの乾燥フィルムの導電性がかな
り高いので問題を有する。これは、連続インクジェット
印字ヘッドが閉鎖される時、乾燥フィルムより形成され
たフィルムは、印字ヘッドを再始動しようと試みた時、
電極をシステム内でショートさせやすい。他方、その乾
燥フィルム抵抗性が高すぎるインキは、もう１つの問題
を生ずることが観測される。ジェットが“キャッチ(cat
ch)"状態にある時、すなわち、滴が印字用に使用される
よりもむしろ再循環されている時、典型的には、ジェッ
トが衝突するするキャッチャー面に衝突ラインが存在す
る。衝突ラインのすぐ上に、乾燥インキは、収集する傾
向があり、インキが顔料インキである場合、乾燥インキ
は、濃縮された顔料を含有する。乾燥顔料が過度に絶縁
性である場合、キャッチ滴上の電荷は、それがインキ流
をキャッチャーより偏向することができる程度に、乾燥
顔料の領域に累積しやすい。この場合、キャッチ滴流
は、事実、印字媒体に到達することができ、不適当な黒
条(black streak)を生ずる。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】従来技術のインキに付随する
問題を克服する、連続インクジェットプリンターに使用
するのに適した改良顔料基体インキに対する需要が存在
することが理解されるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この需要は、優れた堅牢
性と高密度とを有する画像を印字可能とするインキを提
供する本発明に従うインキ組成物によって満たされる。
インキは、また、優れた長期間の貯蔵安定性を有し、こ
れは、高密度での印字を可能とする。さらに、インキ
は、キャッチャー面上でで乾燥するが、それは、印字ヘ
ッド電極上に導電性の乾燥フィルムを形成しない。

【０００９】本発明の１つの実施態様に従えば、インキ
は、インキに圧力を加えることによって、複数のオリフ
ィスより複数の連続流として放電のために供給され、複
数の流よりの選ばれた滴がデータシステムより供給され
る画像構造によって決定される位置でレシーバーに当た
るように、静電的な充電システムを経て偏向される。イ
ンキは、酸カーボンブラックの総重量の３．５〜８重量
％の範囲内の揮発性含有量を有する酸カーボンブラック
と５，０００〜２５，０００の範囲内の重量平均分子量
を有する水溶性樹脂とを含有する水性液体媒体を含み、
その酸カーボンブラックの水溶性樹脂に対する重量比が
２：１〜５：１の範囲内であり、媒体中に溶解した水溶
性樹脂は、２重量％以下である。インキは、さらに、最
大粒子寸法１ミクロン未満を有する分散された顔料を含
む。

【００１０】したがって、本発明の目的は、上記した従
来技術の問題点を解決し、優れた堅牢性と高密度とを有
する画像を印字可能とするインキを提供することであ
る。本発明のもう１つの目的は、優れた長期間の貯蔵安
定性を有し、高密度で印字可能とし、それがキャッチャ
ー面上で乾燥する時に放電し、印字ヘッド電極上に導電
性の乾燥フィルムを形成しないインキを提供することで
ある。

【００１１】本発明のその他の目的および利点は、以下
の記載および特許請求の範囲の請求項より明らかとなる
であろう。

【００１２】図１は、マルチ偏向(multi-deflection)連
続インクジェットシステムの動作を示す断面図であり；
図２は、２進配列(binary array)連続インクジェットシ
ステムの動作を示す断面図である。

【００１３】本発明のインクジェット組成物は、酸カー
ボンブラックの総重量の３．５〜８重量％の範囲内の揮
発性含有量を有する酸カーボンブラックと５，０００〜
２５，０００の範囲内の重量平均分子量を有する水溶性
樹脂とを含有する水性液体媒体を含み、その酸カーボン
ブラックの水溶性樹脂に対する重量比が２：１〜５：１
の範囲内であり、媒体中に溶解した水溶性樹脂が２重量
％以下である。インキは、さらに、最大粒子寸法１ミク
ロン未満を有する分散された顔料を含む。

【００１４】本発明のインキを使用することにより印字
するための好ましい印字装置の例は、インキが１個以上
のオリフィスより加圧下で噴霧される装置である。本プ
ロセスによって生ずるジェットは、表面張力の作用によ
って滴に分解される。しかし、分解プロセスは、当分野
で公知のように、ジェットに対する自然な分裂周波数で
ジェットを刺激することによって高度に均一とされる。
生成した液滴は、寸法およびスペーシングにおいて非常
に均一である。分裂点に位置した充電電極は、滴を充電
し、滴より印字され、キャッチされ、廃棄または再循環
されるように滴を分離する。

【００１５】

【発明の実施の形態】さて、図１を参照すると、マルチ
偏向インクジェットプリンターの断面図が示されてい
る。滴発生器システム１は、インキが加圧下で供給され
る１個以上のオリフィスを含む。ジェットが均等な間隔
の液滴の高度に均一な流に分割されるように機械的また
は電気的手段によって刺激されたインキがオリフィスよ
り流２として放出する。流が液滴１４に分裂する点で、
プラスの記号によって示したように、ジェットに密接し
た充電電極３が充電される。インキが導電性であり、滴
発生器で接地されているので、ジェット１３に接続され
た最後の滴上に反対の電荷が誘発される。滴がジェット
２より分割される時、それは、さらなる充電より絶縁さ
れている。充電電極３上の電荷が滴の分割のために適切
に決められている場合、異なるレベルの電荷を異なる滴
上に位置させることができる。かくして、例えば、１つ
のレベルの電荷を印字を望まない滴上に位置させること
ができ、複数のその他のレベルの電荷を印字を所望する
滴上に位置させることができる。滴がそれらの充電を受
けた後、それらは、電極４および５によって電場を生ず
る領域１２に間断なく続く。滴は、それらの電荷に比例
する電場領域での力を受ける。高レベルの電荷を有する
滴は大きな力を受け、大きな偏向を受ける。低レベルの
電荷を有する滴はより小さな力を受け、より小さな偏向
を受ける。これは、複数の滴の位置で印字基板１０上に
滴７を印字到達可能とし、名称マルチ偏向連続インクジ
ェットを生じさせる。マルチ偏向インクジェットプリン
ターの１つのジェットは、基板１０が図に垂直な方向に
移動するにつれて、小さい面積幅の画像を印字すること
ができる。

【００１６】図１を続けると、所望される画像を印字す
るために必要でない滴８は、キャッチャー９に向けて軌
道上を移動し、キャッチャー９は、また、電場構造にお
いて接地電極の一部として機能する。キャッチャー９に
衝突する滴は、続いて、減圧、重力またはこれらの２つ
の力の組み合わせによってチューブ６を経て印字ヘッド
より離れる。このようにして、ジェット２よりの滴流
は、印字滴およびキャッチ滴に分離され、印字滴は、さ
らに複数の軌道に分離され、これらが組合わさって所望
される画像を印字する。

【００１７】さて、図２を参照すると、２進連続インク
ジェットシステムについて非常に類似した構成が示され
ている。滴発生および充電は、２進配列印字に対して、
２つのみの電荷レベルが含まれる以外は、図１について
記載したように行われる。２進配列連続インクジェット
構成において、滴８は、典型的には、所定の固定レベル
に充電され、それらをキャッチャー９に偏向させる。印
字滴は、典型的には充電されないままである。未充電の
滴での印字は、印字レシーバー上の滴に対する衝突点が
ジェットの方向によって決定されることを意味する。こ
のシステムは、滴が２つのレベルのみに充電され；キャ
ッチングのために充電されるか、または、印字のために
未充電のままである。

【００１８】図２より、１個の２進インクジェットは、
スポットの１重線を印字するのみであることが明らかで
ある。画像を印字するために、ジェットの配列を使用す
る必要があるか、または、レシーバーを印字ヘッドに関
して動かす必要がある。基板をドラムに取り付ける市販
のシステムが存在する。この時、印字ヘッドは、印字ヘ
ッドをレシーバーを横切って螺旋経路を印字可能とする
ために、回転しつつ、ドラム上の軸に沿って移動させら
れる。１直線または２直線列に配置された多数（例え
ば、１，０００を上回る）ジェットからなる市販されて
いるシステムもまた存在する。各ジェットは、２進連続
インクジェットであるが、組み合わせた直線配列は、基
板が１１の方向に印字ヘットの下を移動するに連れて、
多インチ面積幅を印字することが可能である。

【００１９】本発明に従うインキは、平紙上に良好な堅
牢性と高密度とを有する印字を生ずるばかりではなく、
図２に示した２進連続インクジェットに要求される直線
ジェットを可能とする。連続インクジェットシステムに
おいては、例えば、黒白プリンターの黒色領域のように
完全にカバーされた領域を印字するために必要とされる
より多くの滴が単位時間当たり生じさせられる。例え
ば、テキスト印字において、その領域の約５％のみが典
型的な文書においてカバーされることがまた典型的であ
る。これは、インキの９５％以上がインキ取り扱いシス
テムを経てキャッチされ再循環されることが典型的であ
ることを意味する。したがって、分散液の安定性が衰え
ることなく、インキが２０回以上再濾過されるのに耐え
ることが良好な操作のための要件である。

【００２０】分散液のプリンターにおける適合性をチェ
ックするために、まとめて示すように、単純濾過処理の
ようないずれの適当な処理も行うことができる。最初
に、減圧濾過ユニット（例えば、４７mmフィルター寸
法）を７インチ水銀柱で４リットルのフラスコでフィル
ターなしで構成する。次に、適当な孔寸法の４７mm径デ
ィスクフィルター（例えば、Versapor 1200-１．２ミク
ロン孔寸法またはVersapor3000-３ミクロン孔寸法）を
７インチ水銀柱で置く。第３に、１リットルの脱イオン
水を注ぎ、水がフィルターを通過する時間を測定する。
この工程は、その時間を確かなものとするために３回繰
り返し、標準偏差内とする。また、水の温度を記録する
必要がある。装置を分解することなく、５００mlの試験
流体を加え、フィルターを通過するのにかかる時間を試
料の温度とともに記録する。最後に、以下の式を用い
て、試料の補正した濾過比を計算する： 濾過比＝［水の時間（秒）×圧力中心での２５℃におけ
る流体試料の粘度］÷試料の時間（秒）×２×圧力中心
での２５℃における水の粘度］ 本発明の好ましい実施態様において、連続インクジェッ
トプリンターに使用するのに適した顔料基体インキは、
１．２ミクロンフィルターを介して、濾過比０．２以上
を有する。さらに、連続インクジェット印字について、
インキは、１ミクロン未満の粒子寸法を有し、好ましい
実施態様においては、０．３ミクロン未満を有する。分
散された顔料を含むインキは、好ましい実施態様に従
い、優れた堅牢性と高密度とを有する画像を印字可能と
する。さらに、このようなインキは、また、２進連続イ
ンクジェットに必要とされる直線とし、再濾過多数回に
も耐えるジェットを可能とすることもできる。これを理
解するために、本発明を以下の実施例で示す。

【００２１】

【実施例】以下の実施例において、連続インクジェット
印字における分散液の適合性を決定するために、粒子寸
法および濾過比を種々の分散液について測定した。

【００２２】

【実施例１】連続インクジェット印字に対する適合性を
決定するために、数種の市販されている顔料物質を入手
した。物質は、典型的には、容易に分散可能な固体形態
または液体分散液形態である。少なくとも１．５重量％
顔料濃度を有する液体分散液は、製造元によって明示さ
れた処理法に従い調製した。得られた試料は、Microtra
c Ultra fine Particle 寸法分析器を使用して粒子寸法
を評価し、濾過比については、上記記載した処理法を使
用した。表１は、その結果を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】結果に基づき、上記試験した分散液は、連
続インクジェットプリンターに使用するのに不適当と考
えられた。１つには、最大粒子寸法は、必ずしも使用可
能な範囲外である必要はないが、好ましい範囲より大き
い。２つには、濾過比は、上記測定の全てにおいて０で
あり、これは、３ミクロンフィルターを通過する。した
がって、１．２ミクロンフィルターを介する濾過比≧
０．２は可能ではない。

【００２５】本発明は、カーボンブラックの総重量の
３．５〜８重量％の範囲内の揮発性含量を有する酸カー
ボンブラックを含有する水性液体媒体を含むインキを提
案する。この範囲内を有する揮発性含量は、より良好な
分散性を与え、したがって、より高い印字密度を与える
ようである。インキは、さらに、５，０００〜２５，０
００の範囲内の重量平均分子量を有する水溶性樹脂を含
む。重量平均分子量が約２５，０００より大きい場合に
は、生ずる粘度は、望ましくない程高く、粒子寸法が大
きくなる。逆に、重量平均分子量が約５，０００未満で
ある場合には、必要とされる立体的な障害が利用でき
ず、これは、逆に、安定性に悪影響を及ぼす。このイン
キでは、酸カーボンブラックの水溶性樹脂に対する重量
比は、２：１〜５：１の範囲内である。重量比がその範
囲より大きい場合には、インキは、より多くのカーボン
およびより少ないポリマーを含有し、したがって、安定
性が不十分であり；重量比がその範囲未満である場合に
は、インキは、過剰のポリマーを含有し、分散液の粘度
を高くする。

【００２６】

【実施例２】例えば、１つの適当な顔料分散液は、Orie
nt Chemical Companyによって製造されている実験的な
顔料Microjet S801である。この分散液は、顔料濃度が
２重量％に到達するように、脱イオン水で希釈した。つ
いで、得られた分散液は、上記した処理法に従い、濾過
性について評価し、粒子寸法分析した。得られた結果
は、以下の通りである： 濾過比 最大粒子寸法 1.2ミクロンフィルター （100%以下）ミクロン 0.59 0.20

【００２７】上記結果に基づき、分散された顔料は、粒
子寸法０．３ミクロン未満および１．２ミクロンフィル
ターを介する濾過比≧０２の好ましい実施態様を満た
す。

【００２８】本発明に従い、連続インクジェットプリン
ターに使用するのに考えられる分散液は、その再濾過に
ついての許容性およびその乾燥したフィルムの非導電性
を測定するために、インキ循環試験に賦される。粒子寸
法０．２０ミクロンおよび濾過比０．５９を有する分散
された顔料を使用して配合されたインキは、１００時間
以上について、プリンターにおけるインキ循環をシミュ
レートするように設計された循環スタンドを介して循環
された。インキの剪断安定性は、使用したインキを新し
いインキと物理的性質を比較することによってチェック
した。インキの性質に有意な変化が見られなかったこと
は、その分散液基体のインキが安定であることを示し
た。さらに、フィルターを横切る圧力降下の測定は、フ
ィルターの目詰まりを示さなかった。

【００２９】本発明は、優れた堅牢性と高密度とを有す
る画像の印字を可能とするインキを提供する。さらに、
そのインキは、優れた長期間の貯蔵安定性を有する。こ
れは、高密度での印字を可能とし、印字ヘッド上に導電
性の乾燥フィルムを形成することがない。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、インクジェット印字の領域で
有用であり、優れた堅牢性と高密度とを有する印字を可
能とするインキ組成物を配合するという利点を有する。
本発明は、優れた長期間の貯蔵安定性を有し、それがキ
ャッチャー面で乾燥する時、放電せず、印字ヘッド電極
上に導電性の乾燥フィルムを形成しないインキを提供す
るというさらなる利点を与える。

【００３１】本発明をそのある種の好ましい実施態様を
特に参考にしつつ詳細に説明したが、本発明の精神およ
び範囲を逸脱することなく、変形および変法が可能であ
ることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】マルチ偏向連続インクジェットシステムの動作
を示す断面図である。

【図２】２進配列連続インクジェットシステムの動作を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 滴発生器システム ２ 流 ３ 充電電極 ４，５ 電極 ６ チューブ ８ 滴 ９ キャッチャー １０ 印字板 １３ ジェット １４ 液滴

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カーボンブラックの総重量の３．５〜８
   重量％の範囲内の揮発性含有量を有する酸カーボンブラ
   ックと５，０００〜２５，０００の範囲内の重量平均分
   子量を有する水溶性樹脂とを含み、前記酸カーボンブラ
   ックの前記水溶性樹脂に対する重量比が２：１〜５：１
   の範囲内であり、分散された顔料が粒子寸法１ミクロン
   以下を有するインキ。
2. 【請求項２】 分散された顔料が最大粒子寸法０．３ミ
   クロン以下を有する分散された顔料を含む、請求項１に
   記載のインキ。
3. 【請求項３】 分散された顔料が１．２ミクロンのフィ
   ルターを介して濾過比０．２以上を有する分散された顔
   料を含む、請求項１に記載のインキ。
4. 【請求項４】 画像を生じさせるための方法であって、
   インクジェット印字装置に、請求項１のインキ組成物を
   取り込み、そのインキを基板上に液滴で放出させること
   によって画像を形成し、それによって、基板上に画像を
   生じさせることを含む方法。
5. 【請求項５】 画像が連続流インクジェット印字法によ
   って生じさせられる、請求項４に記載の方法。