JPH1036737A - インク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インクの粘度を上昇させることなく、また被印
字物の表面に事前に油脂等の物質を付着させることなく
印字後のインクのにじみを防止する。 【解決手段】インク成分に、その分子構造内に撥液部と
親液部を有する物質を含ませる。この物質は通常界面活
性剤と称され一つの分子構造内に撥液部と親液部が存在
する。その撥液部の分子構造は、珪素系やフッ素系の原
子を含む構造である場合が多い。また、親液部の分子構
造はエーテル系やアミド系の分子構造を有する場合が多
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被印字物表面に識別
文字を印字する装置のインクに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタはインクを粒子
化し、それを被印字物上に飛来させ、文字等を形成す
る。飛来させる手段は粒子化したインクを静電力で変更
させる方法や、インクに圧力変動（微小領域での溶媒の
沸騰現象やピエゾ素子による体積変化による変動）を与
えノズルからインクを吐出させる方法などがある。前者
を荷電制御型。後者をオンデマンド型という。

【０００３】荷電制御型インクジェットプリンタは、圧
力をかけたインクを震動を印加したノズルから吐出しな
がら電荷を付与することで荷電したインク粒子を作成
し、そのインク粒子を静電気的な偏向系で方向を制御す
ることで文字情報を記録する。その原理を図１に示す。

【０００４】インクボトル８中のインクは供給ポンプ７
により吸引加圧される。その圧力は調圧弁１により制御
される。圧力の一例として０.２８ＭＰａ に調圧され
る。圧力を制御されたインクはノズル３に供給される。
ノズル３には電歪素子２が設けられており、その電歪素
子２に電気信号を与えることで、インクに振動を付与す
ることができる。電気信号の一例として周波数６８.２
ｋＨｚ ２００Ｖが印加される。ノズル先端には吐出口
１８が設けられている。吐出口１８の直径は一例として
６５μｍである。振動を付与されたインクは出口１８か
ら吐出され、帯電電極４の中でインク粒子１０を形成す
る。このときに帯電電極４に電圧を印加することで形成
されるインク粒子１０に電荷を付与することができる。
電圧の一例として２００Ｖが印加される。ノズル３から
吐出されたインク粒子１０は偏向電極９の間を通過す
る。偏向電極９には電圧が印加される。一例として５.
４ｋＶ の電圧が印加される。偏向電極９の間を通過す
るインク粒子１０は静電力により偏向され被印字物５へ
飛来し、文字を形成する。文字に関与しないインクは先
ずガター１１に収納され、更に回収ポンプ６により回収
されインク容器８へ戻る。

【０００５】インクジェットプリンタの特徴はインクを
飛来させて印字することである。それゆえノズルを被印
字物から離して印字することができ、被印字物が凹凸
面，曲面でも印字可能で有る。また、帯電量を電気的に
変更することができる為、文字情報を容易に変更できる
という特徴が有る。これらの特徴を生かし、鉄鋼，紙，
アルミ，プラスチック，ガラスなどに印字される場合が
多い。インクの材料としてこれらに対して付着力を持つ
樹脂を使用するため、従来溶剤は、メチルエチルケトン
やメタノール，エタノールが主に用いられてきた。ま
た、強い付着力が不要な印字物や食品への印字では水を
溶剤として用いる場合もある。特に作業環境への影響を
低減するため、主溶剤はメチルエチルケトンからエタノ
ール，水へと移行する傾向に有る。また、インクに色を
与える色素は、これらの溶剤に溶解する染料および媒体
には溶解せず媒体に分散する性質を有する顔料が用いら
れる。従来、媒体に溶解しかつ耐光性が優れるという点
からクロム等の金属を有する染料が主に用いられてき
た。しかし、対環境問題よりクロム等の使用が困難にな
り、代わって色素として耐光性に優れる顔料が使用され
つつある傾向にある。

【０００６】これらの溶媒はいずれも大気圧で多少なり
とも蒸気圧を有するため、図１に示す様にインク粒子１
０としてノズル３から吐出され、ガター１１を経由して
インク容器８に回収される間に大気と接触するときに、
その一部は蒸気として大気中に揮散される。その結果、
回収されたインク中の溶剤の組成比率は初期状態から減
少する。そのため、インクの濃度及びインク粘度は上昇
する。インクジェットプリンタは上述の様にノズル３か
ら吐出する時、電歪素子２から与えられた振動によりイ
ンクが変形し、インク粒子１０を形成する。そのため、
インクの粘度が上昇した場合、インクの変形が阻害さ
れ、電歪素子２から与えられた振動によるインク粒子１
０形成が速やかに行われない場合が生じる。これを防止
するため、図には記載していない機構により揮散した溶
剤を補給する機能を有している。そのため、インクの液
面を管理するための液面センサなどが取り付けられてい
る。通常インクは付着力を与える樹脂と、色調を与える
色素を溶剤等の媒体に溶解した。このインクが被印字物
の上に飛来してその媒体が揮散すると、残った樹脂，色
素が固形化して皮膜を形成し、被印字物の上に付着して
文字等を形成する。通常の印字ではこの性能のみで十分
使用に耐えうる。しかし、この樹脂等は本来媒体に溶解
していたため、この印字を再度溶媒等に接触させると溶
解するという問題がある。すなわち印字後にこの被印字
物を溶媒等で洗浄を行うと印字が除去され流状態が発生
する。そのため、印字後に洗浄等の工程が行われる被印
字物に対しては、印字後に溶媒が揮散しても固形化せず
何らかの刺激を与えることにより固形化する機能を有す
るインクが用いられる。その一例として樹脂として不完
全重合体である低分子のアクリルオリゴマーを用い、構
成成分にベンゾフィエノン等の光の刺激によりラジカル
を発生する物質を含むインクがある。このインクは印字
後溶媒が揮散しても、表面に残る樹脂が上記の不完全重
合体であるため固形化しないが、印字後に高エネルギ光
である紫外線を照射することでラジカル重合が開始さ
れ、高分子のアクリル樹脂皮膜が形成される。この皮膜
は溶媒には不溶であるため、紫外線を照射した後は溶解
しない。すなわち、後工程の洗浄工程に耐えるという性
能を有する。また他の一例として構成樹脂に分子構造に
エポキシ基を有する樹脂とアミノ基を有する樹脂を含む
インクがある。このインクも溶媒が揮散しても皮膜を形
成することは無いが、加熱することでこのエポキシ基と
アミノ基が反応して重合し、皮膜を形成する。それによ
り同様に後工程での洗浄に耐えうる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】後工程での洗浄に耐え
るという優れた性質を有するインクであるが、印字後で
も外部から刺激を与えないと硬化せず、液体の状態のま
まであるが故の問題がある。すなわち印字物の表面に液
状物質を付着させた場合、その液体は広がる事に対する
抵抗が発生しない限り広がる（にじむ）という事であ
る。通常の溶媒が揮散することで固形化するインクは印
字後の溶媒揮散速度の制御により乾燥時間を変更させる
ことができる。すなわち液体状態から固体状態へ変化す
るまでの時間を調整することができる。例えば、印字前
に被印字物を加熱してその余熱で媒体を揮散させてしま
う方法や、印字後に温風を与えることで媒体の揮散速度
を向上させることができる。そのため、被印字物の表面
状態が変化してインクの広がりが変化した場合でもこれ
らの外的手段により広がり（にじみ）を調整することが
できる。しかし、印字後固形化することのないインクは
常に液体状態であるため、上記の媒体の揮散速度を制御
することでは広がり（にじみ）を防止する事はできな
い。特に被印字物表面が均一状態でない場合は、部分的
なにじみ，はじきが発生して安定した印字が得られない
という問題が発生する。

【０００８】そのため、従来はインクによる対応と被印
字物による対応が成されてきた。

【０００９】印字後のインクは被印字物表面で未硬化樹
脂の液体状態である。この樹脂の流動性を低下させるこ
とで広がり（にじみ）の速度を制御する手段が取られ
る。その手段としてインクの粘度を上昇させる方法があ
る。例えば、非吸水性のプラスチック上への印字でイン
ク粘度が３.０ｍＰａ・ｓ の場合、印字粒子の直径は
０.４mm であるが、これを４.０ｍＰａ・ｓ にすること
で直径０.３mm に抑制することができる。しかし、粘度
を上げるとノズル３から吐出されるインクがインク粒子
１０となるのに必要な電歪素子の駆動能力が不足し、正
常なインク粒子１０が形成できず、正規の文字の形成が
困難という問題が生じる。特に低温（例えば５℃）で印
字を行う場合、高粘度インクでは低温による増粘が著し
く粒子形成が困難になるという問題が生じる。従って印
字可能な温度範囲が制限されるという問題が生じる。

【００１０】被印字物による対応は被印字物の表面状態
を一定状態にする。例えば、ステンレスの板の凹凸がそ
の最大高さと最低高さの差が１.２μｍの状態を０.９μ
ｍに押さえることでにじみの発生は防止できる。また、
凹凸状態が異なる場合でもその表面に希薄な樹脂，油
脂，離型剤を塗布する事で、表面のにじみ性を制御する
事が可能である。また、液体上の物質では無く、微小の
固体物などを付着させる事によっても制御することは可
能である。しかし、これらの手段はいずれも本来付着さ
せるべきインク以外のものを付着させなければならない
という問題がある。すなわち、付着させるという工程，
機構の追加が必要である。また、付着させる事により被
印字物に対してダメージを与える可能性もある。例えば
油脂等を付着させた場合、被印字物への付着力が低下す
るという問題が生じる。

【００１１】本発明の目的は、インクの粘度を上昇させ
ることなく、また被印字物の表面に事前に油脂等の物質
を付着させることなく印字後のインクのにじみを防止す
ることができるインクを与えることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】インク成分に、その分子
構造内に撥液部と親液部を有する物質を含ませることに
より目的は達成される。この物質は通常界面活性剤と称
される。その構造の一例を図３に示す。図３に示す界面
活性剤には一つの分子構造内に撥液部１４と親液部１５
が存在する。その撥液部の分子構造は、珪素系やフッ素
系の原子を含む構造である場合が多い。また、親液部の
分子構造はエーテル系やアミド系の分子構造を有する場
合が多い。本発明はこれらの構造に限定されるものでは
無い。

【００１３】インク粒子１０が被印字物５上に飛来した
状態を図２に示す。添加された界面活性剤１２は物質の
境界面に集合する性質を有する。すなわちインク粒子１
０ではその液体であるインク粒子と大気との境界面、す
なわちインク粒子１０の表面にこの界面活性剤は配置さ
れる。その場合、界面活性剤の撥的部１４は大気側に、
親液部１５はインク粒子側に配位する。インク粒子１０
が被印字物５に付着した場合、その被印字物５との境界
面にもこの界面活性剤は配置される。図２ではこの状態
の表記は省略している。付着したインク粒子１０は被印
字物５の表面を濡らしながら広がろうとする。この広が
る点は、液体であるインクと固体である被印字物と気体
である大気が境界を成す点である。それ故これらの境界
面の密集した点に界面活性剤１２は集中する。この密集
点で、界面活性剤１２はその撥液部１４をインク粒子１
０の表面に配置した状態で集合するため、被印字物５の
表面はこの撥液部１４と対位することとなる。界面活性
剤１２の撥液部１４を構成する分子構造は被印字物５の
表面に対しても反発する要素を有する。そのため、イン
ク粒子１０が被印字物５の表面を広がる場合、反発力１
３を受けながら広がる事になる。その結果広がる動きに
対して抵抗力となり、広がりは抑制される。すなわち、
インク自身が広がりながら被印字物の表面を撥液状態に
変化させていく。それ故、被印字物の表面に事前の処理
を行う必要が無くなる。また、添加する界面活性剤が微
量の場合、インクの粘度は上昇することは無い。また、
インクの表面張力も微量添加であれば変化はなく、イン
クの粒子化に影響を与えることは無い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１か
ら図３で記述する。

【００１５】図１は荷電制御型インクジェットプリンタ
の原理を示す説明図である。インク容器８中のインクは
供給ポンプ７により吸引加圧される。その圧力は調圧弁
１により制御される。圧力の一例として０.２８Ｍｐａ
に調圧される。圧力を制御されたインクはノズル３に供
給される。ノズル３には電歪素子２が設けられており、
その電歪素子２に電気信号を与えることで、インクに振
動を付与することができる。電気信号の一例として周波
数６８.２ｋＨｚ ２００Ｖが印加される。ノズル先端に
はオリフィスが設けられている。オリフィスの直径は一
例として６５μｍである。振動を付与されたインクはオ
リフィスから吐出され、帯電電極４の中でインク粒子１
０を形成する。このときに帯電電極４に電圧を印加する
ことで形成されるインク粒子１０に電荷を付与すること
ができる。電圧の一例として２００Ｖが印加される。ノ
ズル３から吐出されたインク粒子１０は偏向電極９の間
を通過する。偏向電極９には電圧が印加される。一例と
して５.４ｋＶ の電圧が印加される。偏向電極９の間を
通過するインク粒子１０は静電力により偏向され被印字
物５へ飛来し、文字を形成する。文字に関与しないイン
クは先ずガター１１に収納され、更に回収ポンプ６によ
り回収されインク容器８へ戻る。

【００１６】インクは供給ポンプ７で加圧されて、ノズ
ル３から吐出される。その構造を図２に示す。ノズル３
にはノズル管１２が取り付けられている。そのノズル管
１２の先端には吐出板１４が設けられている。吐出板１
４の材料の一例はインクによる磨耗対策のため、ルビ
ー，セラミック等の硬い材料が用いられている。この吐
出板１４には吐出口１８が設けられている。加圧された
インクはノズル管１２の内部を経由してこの吐出口１８
から吐出され、インク柱１３を形成する。このインクに
は既に記載した様に電歪素子２で超音波が加えられてい
るため、ノズル３の吐出口１８から吐出したインク柱１
３はインクの振動によりインク粒子１０を形成する。

【００１７】インクを構成する材料の一例の概略を以下
に示す。このインクは紫外線を照することにより硬化す
る。

【００１８】 溶剤 メチルエチルケトン ６０％ 樹脂 アクリルオリゴマー ３０％ 色素 クロム系錯体染料 ５％ 導電剤 硝酸リチウム ２％ 光反応開始剤 ベンゾフェノン系 ３％ 界面活性剤 パーフルオロアルキルエチレンオキサイド ０.２％ また、他の一例の概略を以下に示す。このインクは印字
後１２０℃１０分加熱することにより硬化する。

【００１９】 溶剤 メチルエチルケトン ７０％ 樹脂 エポキシ樹脂 １２％ 変性アミン樹脂 １２％ 色素 クロム系錯体染料 ４％ 導電剤 硝酸リチウム ２％ 界面活性剤 パーフルオロアルキルエチレンオキサイド ０.２％ これらのインクの挙動を以下に示す。被印字物５表面に
飛来したインク粒子１０の状態を図２に示す。添加され
た界面活性剤１２は物質の境界面に集合する性質を有す
る。すなわちインク粒子１０ではその液体であるインク
粒子と大気との境界面、すなわち、インク粒子１０の表
面にこの界面活性剤は配置される。その場合、界面活性
剤の撥的部１４は大気側に、親液部１５はインク粒子側
に配位する。インク粒子１０が被印字物５に付着した場
合、その被印字物５との境界面にもこの界面活性剤は配
置される。図２ではこの状態の表記は省略している。付
着したインク粒子１０は被印字物５の表面を濡らしなが
ら広がろうとする。この広がる点は、液体であるインク
と固体である被印字物と気体である大気が境界を成す点
である。それ故これらの境界面の密集した点に界面活性
剤１２は集中する。この密集点で、界面活性剤１２はそ
の撥液部１４をインク粒子１０の表面に配置した状態で
集合するため、被印字物５の表面はこの撥液部１４と対
位することとなる。界面活性剤１２の撥液部１４を構成
する分子構造は被印字物５の表面に対しても反発する要
素を有する。そのため、インク粒子１０が被印字物５の
表面を広がる場合、反発力１３を受けながら広がる事に
なる。その結果広がる動きに対して抵抗力となり、広が
りは抑制される。すなわち、インク自身が広がりながら
被印字物の表面を撥液状態に変化させていく。

【００２０】用いることのできる界面活性剤は非イオン
系の界面活性剤であることが好ましい。これは電化制御
型インクジェットプリンタでは、インクに帯電させるた
めインクに導電性が必要である。そのためインクでも導
電剤が添加されている。そのため、イオン性の物質が添
加されるとこれらに影響を及ぼす可能性がある。オンデ
マンド型インクジェットプリンタでは、この問題は無
い。添加される界面活性剤は珪素系すなわちシリコン系
は主鎖であるジメチルポリシロキサンに対してエポキシ
変性，ポリエーテル変性，アルコール変性，エポキシ・
ポリエーテル変性，アルキルアラルキルポリエーテル変
性を行ったものなどが挙げられる。また、フッ素系はパ
ーフルオロアルキルベタイン，パーフルオロアルキルア
ミンオキサイド，パーフルオロアルキルエチレンオキサ
イドなどが挙げられる。本発明ではこれらの物質に限定
されるものでは無い。これらの添加量は極性媒体および
界面活性剤の種類により個々に異なるが、通常０.０５
％から０.５％の範囲が適切な場合が多い。このように
添加量が微量のため、インクの粘度は上昇することは無
い。また、インクの表面張力も変化なく、インクの粒子
化に影響を与えることは無い。

【００２１】これにより被印字物の表面を前処理した
り、インクの粘度を増加させる事無くインクのにじみを
防止することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、被印字物の表面状態に
よるにじみの影響が低減できるため、安定した印字品質
を得ることができる。また、表面状態を制御するための
手段を設ける必要が無く、周囲装置を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクを用いる印字装置の
斜視図。

【図２】本発明の一実施例のインクと被印字物の接触状
態を示す説明図。

【図３】本発明の一実施例のインクに用いる界面活性剤
の説明図。

【符号の説明】

５…被印字物、１０…インク粒子、１２…界面活性剤、
１３…反発力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構成する媒体が揮散しても固形化すること
   の無いインクにおいて、その成分に分子構造内に撥液部
   と親液部を有する物質が少なくとも１種類含まれる事を
   特徴とするインク。