JPH1121484A - インク組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吐出口から吐出するインク柱と、インク吐出時
に形成される液滴との接触を防止する機能を有する、媒
体が揮散しても固形化することのないインク組成物の提
供にある。 【解決手段】分子構造内に撥液性を有する物質、例え
ば、珪素系やフッ素系の原子を含む化合物を含むインク
組成物。

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係わり、特にインクジェ
ットプリンタ用のインクに関する。

【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て付着し、文字等を
形成するものである。飛来させる手段としては粒子化し
たインクを静電力で偏向させる方法や、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
マンド型と称す。

【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ものである。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
ることが出来る。電気信号の一例として周波数６８.２
ｋＨｚ ２００Ｖが印加される。

【０００５】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１
０に電荷を付与することが出来る。電圧の一例として２
００Ｖが印加される。

【０００６】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、その一例として、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。

【０００７】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出来、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出来る
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。

【０００８】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、従来溶剤としては、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
字において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。

【０００９】また、インクに色を与える色素としては、
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。

【００１０】これらの溶媒はいずれも大気圧において多
少なりとも蒸気圧を有するものであるため、図１に示す
様にインク粒子１０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。

【００１１】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を形成するもので
ある。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１０形成が速やかに行われない場合が生ず
る。

【００１２】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。

【００１３】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ものである。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。通常の印字にお
いてはこの性能のみで十分使用に耐えうるものである。

【００１４】しかし、この樹脂等は本来媒体に溶解して
いたものであるため、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る状態
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ェ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。

【００１５】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ー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。

【００１６】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
成することはないが、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。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】これらのインクは後工
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、外部から光や熱などの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
ち吐出時に吐出口より飛散したインクが吐出口近傍に付
着した場合も、固化することなく液体状態のままである
がゆえの問題である。

【００１８】図２記載のノズル３を構成するノズル管１
２には、吐出板１４が取り付けられている。この吐出板
１４には吐出口１８が設けられている。インクはこの吐
出口１８より吐出され、インク柱１３を形成する。印字
装置が停止した状態では、インクの吐出はなく、インク
柱１３は形成されていない。印字装置が停止した状態か
ら吐出した状態に至るまでの間、すべてのインクが吐出
口１８より直進してインク柱１３を形成するわけではな
く、その一部は飛散して吐出板１４に付着し、液滴１５
を形成する。

【００１９】通常の溶媒が揮散して固化するインクにお
いては、この液滴も乾燥固化する。それゆえインクは固
体の状態となり移動するようなことはない。しかし外部
から光や熱などの刺激を与えないと硬化せず、液体の状
態のままのインクでは、付着した液滴１５も液体状態の
ままであるため、移動する事が可能である。

【００２０】このインクを吐出した時のノズルの状態を
図３（ｂ）に示す。吐出板１４に形成された液滴１７は
液体状態のままであるため、吐出板１４の表面を移動で
きる。そのためこの液滴１７が移動してインク柱１３に
接触する場合が有る。その接触状態が図３（ｂ）で有
る。吐出口１８から吐出したインク柱１３は直進するも
のであるが、液滴１７が接触することで、その直進性は
阻害され、曲がりが生ずる。

【００２１】図４に直進性が阻害された場合を示す。通
常ノズル３から吐出されたインクはインク粒子１０を形
成し、印字に寄与するインク粒子１０は偏向を受けて印
字物表面の所定の位置に至り、印字に寄与しないインク
粒子１０はガター１１に回収される。しかし、液滴１７
が接触し曲がりが生じた場合は直進せず、インク粒子１
０ａの挙動となる。その結果、所定の印字位置からずれ
たり、ガターから外れて回収不能となる。

【００２２】また、液滴１７は液体状態でインク柱１３
と接触するため、接触と離脱を繰り返す場合が有る。そ
の結果インク柱１３の方向は種々変化し、振動した状態
となる。この振動が生じた状態ではインク粒子１０ａを
形成するタイミングも変動する。

【００２３】印字情報に相当する電荷は、インク粒子１
０を形成する時に帯電電極４に電圧を印加することで与
えられる。それゆえインク粒子１０ａの形成タイミング
が変動すると、目的とする電荷量が与えられない場合が
有る。その結果、本来の印字とは異なる印字となる。そ
のため文字を印字した場合、文字が歪む現象が発生す
る。

【００２４】本発明は、吐出口から吐出するインク柱
と、インク吐出時に形成される液滴との接触を防止する
機能を有する、媒体が揮散しても固形化することのない
インク組成物を与える事を目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】インク成分に、その分子
構造内に撥液性を有する物質を含ませることにより目的
は達成される。この撥液性とは、液体が固体と接触する
ことを阻害する性質を示す。この撥液性によって液滴の
移動が抑制され、インク柱との接触が防止される。この
撥液性の物質の分子構造としては、珪素系やフッ素系の
原子を含む構造である場合が多い。本発明はこれらの構
造に限定されるものではない。

【００２６】ノズルから吐出されたインクの一部は、飛
散して吐出板１４上に付着し、液滴１６を形成する。こ
の液滴１６には撥液性を有する物質が含まれている。液
滴１６と吐出板１４は接触しているため、これらの物質
もこの面に接触する。その結果、吐出板１４の表面に撥
液性の物質が付着する。この撥液性とは、液体が固体と
接触することを阻害する性質であるため、液滴１６が吐
出板１４と接触することも阻害される。液体が固体表面
を移動することは、液体と固体表面の間に新たな接触面
を形成することである。

【００２７】そのため、液滴１６が吐出板１４の表面を
移動しようとしても、撥液性物質が新たな接触面の形成
を阻害するため、移動が阻害される。すなわち液滴１６
の移動が抑制され、インク柱１３との接触が防止され
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図１〜図
３を用いた説明する。

【００２９】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。

【００３０】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
を付与することが出来る。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１０
を形成する。

【００３１】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
出来る。電圧の一例として２００Ｖが印加される。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】吐出板１４の材料の一例としてはインクに
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１
８から吐出したインク柱１３はインクの振動によりイン
ク粒子１０を形成する。

【００３５】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。

【００３６】 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％ 紫外線硬化条件 光源 メタルハライドランプ（２ｋＷ） 紫外線光量 ３.６Ｊ／cm² 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。

【００３７】 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。

【００３８】ノズルから吐出されたインクの一部は、飛
散して吐出板１４上に付着し、液滴１６を形成する。こ
の状態を図３（ａ）に示す。この液滴１６には撥液性を
有する物質が含まれている。液滴１６と吐出板１４は接
触しているため、これらの物質もこの面に接触する。そ
の結果、吐出板１４の表面に撥液性の物質が付着する。
この撥液性とは、液体が固体と接触することを阻害する
性質で有るため、液滴１６が吐出板１４と接触すること
も阻害される。液体が固体表面を移動することは、液体
と固体表面の間に新たな接触面を形成することである。

【００３９】そのため、液滴１６が吐出板１４の表面を
移動しようとしても、撥液性物質が新たな接触面の形成
を阻害するため、移動が阻害される。すなわち液滴１６
の移動が抑制され、インク柱１３との接触が防止され
る。これにより、インク柱１３と液滴１６が接触するこ
とにより生ずるインク柱の曲がりや振動が防止される。
用いる添加剤は非イオン系の界面活性剤であることが好
ましい。荷電制御型インクジェットプリンタでは、イン
クを帯電させるためインクに導電性が必要である。上記
のインクにおいて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の導電性に影
響を及ぼす可能性がある。

【００４０】オンデマンド型インクジェットプリンタに
おいては、この問題はない。添加剤としては珪素系すな
わちシリコン系として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、フッ素系として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、上記の
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。

【００４１】本発明においてはこれらの物質に限定され
るものではない。これらの添加量は極性媒体および添加
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ない。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
与えることはない。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、吐出口から吐出するイ
ンク柱と、インク吐出時に形成される液滴との接触が防
止され、インク柱の曲がり，振動が防止される。その結
果、インク柱が曲がり、ガターから外れて回収不能とな
る現象や、振動によりインク粒子形成のタイミングが変
動し、印字情報に相当する目的とする電荷量が与えられ
ずに印字文字が歪む現象が防止される。

【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】図１の印字装置のノズルの先端の斜視図の書拡
大図。

【図３】本発明の一実施例のインク（ａ）および従来の
インク（ｂ）吐出時のノズルの状態を示す断面図。

【図４】従来インク吐出時のインク粒子の飛行状態を示
す図。

【符号の説明】

１…調圧弁、２…電歪素子、３…ノズル、４…帯電電
極、５…被印字物、６…回収ポンプ、７…供給ポンプ、
８…インクボトル、９…偏向電極、１０，１０ａ…イン
ク粒子、１１…ガター、１２…ノズル管、１３…インク
柱、１４…吐出板、１５，１６，１７…液滴、１８…吐
出口。

Claims (2)

【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
   のないインク組成物において、その成分に分子構造内に
   撥液性を有する物質が少なくとも１種類含まれる事を特
   徴とするインク組成物。
2. 【請求項２】請求項１記載のインク組成物が、インクを
   ノズルから吐出して形成するインク粒子により印字を行
   うインクジェットプリンタに用いるものであるインク組
   成物。