JPS621982B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインクシエツト記録用インク組成物に
関し、特にプリントヘツドの圧力室の容積を急激
に減少することにより、ノズルからインク小滴を
噴射するインクジエツト記録方式のための水性イ
ンクに関する。

この種のインクジエツト記録方式としては、例
えば米国特許第3946398号明細書に記載のものが
ある。これは次の２つの過程；即ちインクを充填
した圧力室の内部体積を電気的駆動パルスの印加
により急激に減少せしめ、ノズル先端からインク
滴を噴射させ、１発の駆動パルスに対して１個の
インク滴を記録紙上に到らしめる過程、およびイ
ンク滴がノズル先端から噴射した後、初期状態に
系全体を復帰させ、次の噴射に備える過程とから
成り立つている。

この種のインクジエツト記録方式に用いられる
インクとしては、他のインクジエツト記録方式に
用いられるインクと同様にノズルにおける詰りを
生じないこと、記録に充分なコントラストを有す
ること、保存により物性の変化あるいは沈澱物等
を生じないこと等の諸特性が必要であるばかり
か、更にインクの粘度および表面張力が適当な値
を有することが必要である。特に粘度の与える影
響は大きく、装置およびこれに与える電気的駆動
パルスの諸数値によつて決定される適性粘度領域
より外れる粘度を有するインクを用いた場合に
は、噴射の過程および復帰の過程において支障を
きたし実質上満足できる記録を行なうことができ
ない。例えば、粘度が適正粘度領域より低い値を
有するインクを使用した場合には、噴射の過程に
おいてノズル先端から噴射されたインク柱の各部
分の速度偏差を補正することができず、その結果
１個の電気的駆動パルスに対して２個以上の速度
の異なるインク滴を噴射させることになり、プリ
ント品質は著しく低下する。また、更に復帰の過
程においても支障をきたす。即ち、インク滴が噴
射された後、その反射用によりインクメニスカス
は一時下がり、その後毛細管力により元の位置に
まで引き戻される際、インク粘度が低すぎる場合
にはダンパーとしての働きが小さく、その結果イ
ンクメニスカスはノズル先端位置を通り過ぎて、
その後にまた表面張力によつて引き戻されるとい
つた振動型となり、元の平衡位置に落着くまでに
長時間を要する。逆にインク粘度が高過ぎる場合
には、このような振動型とはならないが、毛細管
力によつて引戻される際に長時間を要し何れの場
合にも初期状態への復帰時間が長いためプリント
速度を低下させる結果になる。このような不都合
な現象を起さないためのこの種のインクジエツト
方式のインク適正粘度領域は、４〜20センチポイ
ズであることが必要とされ、また同様にインクの
適正表面張力は40〜60dyn／cmであることが必要
とされている。このようにこの種のインクジエツ
ト記録方式に使用するインクとしてはノズルにお
ける詰りを生じないこと、記録に十分なコントラ
ストを有すること、保存により物性の変化あるい
は沈澱物等を生じないことの他に適正粘度および
適正表面張力を有することが必要である。

従来、インクジエツト記録用インク組成物とし
て種々の組成物が提案されているが、前記の如き
要求される諸条件の幾つかを満足するものはあつ
ても全ての条件を満足するものはなく、そのため
何らかの欠点を有しているのが現状である。例え
ば、所望の粘度を保持させるためにヒドロキシプ
ロピルセルロース、カルボキシルメチルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロ
ース等の繊維素誘導体、あるいはポリビニルアル
コールの如き水溶性増粘剤をインク組成中に加え
ることが知られているが、これらの水溶性増粘剤
は着色剤としての水溶性染料との相互作用のため
保存中に粘度変化起こしたり、場合によつては沈
澱物を生じる等この種のインクジエツト記録方式
には実用上難点がある。また、この種のインクジ
エツト方式に使用するような30〜200μ程度の微
細なノズル構造の場合、滞留中に溶媒蒸発による
固形分析出のためノズルを詰らせたり、蒸発溶媒
量に相当する外気がノズル先端より侵入しヘツド
内に気泡となつて残留するため電気的駆動パルス
による内部体積変化に対するインク噴射の応答に
支障をきたし、その結果インクが噴射されなかつ
たり、あるいは噴射状態が時間と共に変化するた
め安定した記録を行なえない等の障害がある。ま
た、ノズルの詰りを防止するために、水性インク
組成中に水溶性の多価アルコールを添加したもの
が知られており、これらは例えば、米国特許第
3705043号、同3846141号明細書、特開昭50−
72712号、同50−95008号および西独公開特許第
2258804号公報等に記載されている。これらはい
づれも水溶性染料と40重量％以下のポリエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコール、エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ジエチル
グリコール、グリセロース等の湿潤剤との水溶液
を基本組成とするものであるが、この程度の湿潤
剤の添加量では、この種のインクジエツト記録方
式に必要な４〜20センチポイズの粘度範囲を維持
することができず、また、この場合でさえ前記し
たノズルの詰り防止や気泡の進入防止が未だ不完
全である。またインクジエツト記録用インク組成
物としては、特開昭51−137506号公報に記載のも
のが知られているが、これでもなお以下に述べる
長期保存性及びインク製造時におけるインク特性
の変化等を防止みえないのが現状である。前記の
如くノズルにおける詰りを生じないこと、あるい
は保存により物性の変化または沈澱物等を生じな
いことはインクジエツト記録方式において欠くべ
からざる必要条件であるが、通常保存中もしくは
ノズル滞留中に主として空気中の炭酸ガスがイン
クに吸収され、インクのPHが変化することによ
り、インク中の染料が凝集、析出したり、且つ粘
度が異常上昇する現象が見られる。こうしたPH変
化による物性の変化は塩基性および直接染料のみ
ならず、酸性染料にも見られるものである。こう
した空気中の炭酸ガスの影響を防ぐために、通常
モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ト
リエタノールアミン等のアミン類が使用される
が、これらのアミン類は毒性も強く、ゴム及び合
成樹脂等から成るインク容器及びインク供給系材
料に対してかなりの腐食性を示し、またPHを制御
するにはかなり多くの量を添加する必要がある。
また、こうしたアミン類は炭酸ガスを吸収した
後、50℃前後という比較的低い温度に加熱しただ
けで、吸収した炭酸ガスを再放出することが知ら
れており、この様なインクはゴムあるいは合成樹
脂からなるインク容器等を用いたインクジエツト
記録方式には不適当である。

本発明の目的は、前記した欠点を全て排除し、
ノズルの先端を詰らせることなく、保存により物
性の変化あるいは沈澱物等を生じることなく、記
録に充分なコントラストを有し、しかも長時間の
記録においても、また長時間の滞留の後において
も安定した鮮明な記録を維持できるインクジエツ
ト記録用インクを提供することにある。

本発明者は検討の結果、0.5〜８重量％の水溶
性の酸性もしくは直接染料、45〜70重量％の炭素
原子数２〜６の多価アルコールおよび炭酸カリウ
ムを含有するインクジエツト記録用インク組成物
が前記した目的を達成し得ることを見出した。

本発明に用いる水溶性の酸性および直接染料と
しては0.5重量％以上の溶解度を有するものであ
れば、何れも支障なく使用できるが、単色記録の
場合には記録紙上のコントラストを大きくするた
めに黒乃至青色系の染料を使用するのが好まし
い。例えば、黒色系染料としてC.I.Acid
Black2，７，24，31，52，107，118，119および
156、ならびにC.I.Direct Black17，32，38およ
び51、青色系染料としてC.I.Acid Blue9，62，
102，104，113，117および120ならびにC.I.
Direct Blue1，６，15，25，71，96および226等
をあげることができ、これらの染料は１種あるい
は２種以上を混合して使用することもできる。こ
れらの染料の添加量は記録に充分なコントラスト
を有する範囲で、溶解度以下の量であれば特に重
要ではないが、実用上0.5〜８重量％が適当であ
り、好ましくは1.0〜５重量％が適当である。

また、本発明に用いる炭素原子数２〜６の多価
アルコール類としては任意の多価アルコール類が
用い得るが、代表的なものとしてはエチレングリ
コール、プロピレングリコール、トリメチレング
リコール、グリセリン、１，３−ブタンジオー
ル、２，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジ
オール、ジエチレングリコール、１，５−ペンタ
ンジオール、ヘキシレングリコール、トリエチレ
ングリコール、ジプロピレングリコールおよび
１，２，６−ヘキサントリオールが挙げられ、本
発明においてはこれらの中１種を単独で、あるい
は２種以上を適宜混合して使用される。

これらの多価アルコール類は、何れも水と自由
な割合で混じり合い、その吸湿性、低揮発性およ
び増粘性の故に前記した種々の条件を満足した本
発明のインク組成物において、重要な役割を果し
ている。これら多価アルコール類の量は目的とす
る粘度、水溶性染料の添加量およびノズルを詰ら
せたり気泡が侵入することを防止あるいは減少さ
せる程度を考慮して決定され、また、多価アルコ
ールの種類によつても変つてくるが、前記した
種々の条件を全て満足させるためには45〜70重量
％の添加量であることが必要である。即ち、45重
量％未満の場合には、染料添加量および多価アル
コール類の種類によつても異なつてくるが、概し
て目的粘度より低い粘度になる場合が多く、ま
た、ノズルの詰り防止および気泡の侵入防止効果
も充分でなく、逆に70重量％を越える場合には目
的粘度より大きい粘度になる場合が多く、何れの
場合にもプリント不能、プリント速度の低下およ
び異常プリント等の原因となる。

また、本発明に用いる炭酸カリウムは主として
インク組成物のPH調節剤として用いられ、インク
組成物の炭酸ガス吸収による物性変化及び保存性
を改良する目的で添加されている。こうした目的
で添加しうる無機緩衝剤としては多く考えられる
が、水及び多価アルコール類についての溶解性、
インク組成物の適正PH、保存安定性及び炭酸ガス
溶解に対する共通イオン効果等から炭酸カリウム
が最適であることが見出された。添加量について
は、水と多価アルコール類との混合液への溶解度
と目的とするPHに依り異なるが、実用的には0.1
〜５重量％が適当であり、好ましくは0.1〜２重
量％が適当である。

以上、本発明のインク組成物は水溶性酸性又は
直接染料、多価アルコール類および炭酸カリウム
の水溶液を主成分とするものであるが、必要に応
じて種々の添加剤を加えることができる。例えば
長期間の貯蔵が予想される場合には組成物中のバ
クテリアや黴の発育を防止あるいは減少させるた
めに、本発明の組成物中に防腐剤や防黴剤を加え
ることができる。種々の防腐剤がこの目的のため
に有用であることが知られているが、望ましいも
のとしては、例えばヘキスト社より市販されてい
るバチラート35がある。防腐剤あるいは防黴剤の
添加量は一般にインク組成全量に対して１重量％
以下であるが、特に0.01〜0.5重量％の範囲であ
ることが望ましい。

その他にインク組成物の表面張力を変えたり、
インク組成物とインク流路の“ぬれ”を改良する
ために界面活性剤を加えることができる。望まし
いものとして市販のポリオキシアルキレンおよび
そのアルキルエーテル類、ユニオン・カーバイド
社より市販されているシロキサン−オキシアルキ
レン共重合体（Ｌ−5340）、3M社より市販されて
いるフツ素系界面活性剤（FC−430）等の非イオ
ン系界面活性剤があげられる。これら界面活性剤
の添加量は一般にインク組成全量に対して１重量
％以下であるが、特に0.05〜0.5重量％の範囲で
あることが望ましい。

またインク組成物中のカルシウムイオンが空気
中の炭酸ガスと反応して不溶性の炭酸カルシウム
を生成してインクジエツト記録用ノズルやインク
供給系に置かれているフイルターを詰まらせるこ
とが観察されているが、そのインク組成物中のカ
ルシウムは主として染料中に含まれていたもので
あり、染料中にはこの他にも鉄、銅、マグネシウ
ム、鉛等の金属イオンが含まれている。こうした
インク組成物中のカルシウムや他の金属イオンか
ら生じる沈澱物を防ぐ目的でキレート試薬を用い
ることが有効であることが知られている。キレー
ト試薬は上記の金属イオンと反応して極めて安定
で可溶性の錯イオンを形成する。こうした目的に
有用であるキレート試薬としては、グルコン酸ナ
トリウム、エチレンジアミン四酢酸（EDTA）、
同二ナトリウム塩、同三ナトリウム塩、同四ナト
リウム塩及びジエチレントリアミノペンタ酢酸の
ナトリウム塩などがあげられる。これらのキレー
ト試薬の添加量は、インク組成物中に含まれてい
る全金属イオンの総量と反応するに等しい量が必
要であるが、通常は、ばらつきを考慮して理論量
の数倍添加される。染料の種類や含有率によつ
て、かなり異なるため一概には言えないが、好ま
しくはキレート試薬の添加量は、全インク組成に
対して0.1〜１重量％の範囲が適当である。

本発明のインク組成物を製造する際に重要なこ
とは、均一な混合物を提供することであり、その
ために各成分を充分に撹拌混合し、溶解を完全に
すると共に、不溶解分を除去するための濾過工程
を設けることが望ましい。濾過工程を設けない場
合には不溶解分、あるいは外部より混入するゴミ
等で代表される粒状物のためにインク組成物の正
常なるノズル通過に支障をきたし、インクが噴射
されなかつたり、異常噴射を起こす場合がある。
このような現象を防止するためには、ノズル径の
値によつても異なるが、一般に５μ以上、望まし
くは１μ以上の粒状物を除去することが必要であ
る。好適な濾材としては、例えば“フルオリナー
トFA”（ミリポア・コーポレーシヨン社より市販
されているテフロン製メンブランフイルター）が
ある。

更に、本発明のインク組成物を製造する際に重
要なことは、インク組成物中に多量の空気が溶解
しないように製造することである。製造されたイ
ンク組成物中に多量の空気が溶解している場合に
はプリントヘツド内においてインク組成物が温度
変化、圧力変化あるいは振動を受けることにより
気泡を生ずる場合があり、この場合には前記した
ようにインクの噴射が正常に行なわれず安定した
記録を行なうことができない。しかし、実際の製
造においては撹拌工程が必要であり、また原料の
溶媒等に予め溶解されているために溶存空気量は
無視できないものである。これを避けるため何ら
かの方法、例えば減圧下にインク組成物を置くこ
とにより脱気をすることは望ましいことである。
この脱気工程は濾過工程の前後、何れに行なつて
も構わないが、濾過工程において空気が溶解する
こともあるので濾過工程の後に行なう方が望まし
い。

このようにして製造された本発明のインク組成
物は保存により物性の変化あるいは沈澱物を生ず
ることがなく、ノズルの先端を詰らせることな
く、記録に充分なコントラストを有し、しかも長
時間の記録においても、また長時間の滞留の後に
おいても安定した鮮明な記録を維持することので
きる有用なインクである。

以下、実施例を挙げて本発明を例証するが、本
発明の実施の態様がこれにより限定されるもので
はない。

実施例 １ 組成 重量％ エチレングリコール 43.7 ジエチレングリコール 10.0 トリエチレングリコール 10.0 染料：C.I.Direct Black32 2.5 蒸留水 33.5 炭酸カリウム 0.2 Bacillat35（ヘキスト社防腐剤） 0.1 上記の成分を充分に均質になるように撹拌混合
し、生成した混合液を1.0μのポアサイズのフイ
ルターで濾過してできたインク組成物は、常温
（25℃）において粘度7.0cps、表面張力59dyn／
cmであつた。

こうして調製されたインクは米国特許第
3946398号明細書に記載の第１〜３図の装置にお
いて、次のパラメーターを有する装置にこのイン
ク組成物を充填してジエツト記録を行なつたとこ
ろ鮮明で良好なプリント記録が得られ、連続24時
間の記録においても、その品質は時間と共に変ら
なかつた。また、記録終了１カ月後に記録を再開
したところ、ノズルの詰り等の異はなく、滞溜前
と全く変らない高品質のプリント記録が得られ
た。また、室温での長期保存においても沈澱の生
成や変色が認められなかつた。

パラメーター： 印刷速度 2000点／秒 静圧力 0.006psi パルスのピーク圧力 4.95psi パルスの電圧 65V パルスの幅 135μｓ オリフイスの直径 0.0028inch 実施例 ２ 組成 重量％ エチレングリコール 64.0 染料：C.I.Direct Black38 4.0 蒸留水 31.2 炭酸カリウム 0.5 EDTA（四ナトリウム塩） 0.2 Bacillat35（ヘキスト社） 0.1 上記組成物を実施例１と同様に調製して、でき
たインク組成物は、常温（25℃）において、粘度
7.0cps、表面張力49dyn／cmであつた。

このインクを、実施例１と同様の装置を用いて
ジエツト記録を行なつた結果、実施例１と同様に
良好なプリント記録が得られた。また、長期保存
においても、何ら問題を生じなかつた。

実施例 ３ 組成 重量％ ジエチレングリコール 45.0 染料：C.I.Acid Black109 43.5 蒸留水 51.0 炭酸カリウム 0.4 Bacillat35（ヘキスト社） 0.1 上記の組成物を実施例１と同様に調製して、で
きたインク組成物は、常温（25℃）において粘度
5.4cps、表面張力41dyn／cmであつた。

このインクを、実施例１と同様の装置でのジエ
ツト記録を行なつた結果、実施例１と同様に良好
なプリント記録が得られた。また、室温での長期
保存においても何ら問題を生じなかつた。

実施例 ４ 組成 重量％ トリエチレングリコール 45.0 染料：C.I.Direct Black32 3.0 蒸留水 51.4 炭酸カリウム 0.5 Bacillat35（ヘキスト社） 0.1 上記の組成物を実施例１と同様に調製して、で
きたインク組成物は、室温（25℃）において、粘
度6.5cps、表面張力55dyn／cmであつた。

このインク組成物を、実施例１と同様の装置で
のジエツト記録を行なつた結果、実施例１と同様
に良好なプリント記録が得られた。また、室温で
の長期保存においても何ら問題を生じなかつた。

実施例 ５ 組成 重量％ エチレングリコール 62.0 染料：C.I.Direct Blue200 2.0 染料：C.I.Direct Blue108 2.0 蒸留水 33.4 炭酸カリウム 0.5 Bacillat35（ヘキスト社） 0.1 上記のインク組成物を実施例１と同様に調製し
て、できたインクは、常温（25℃）において粘度
6.3cps、表面張力56dyn／cmであつた。

このインク組成物を、実施例１と同様の装置で
のインクジエツト記録を行なつた結果、実施例１
と同様に良好なプリント記録が得られた。また、
室温での長期保存においても、何ら問題を生じな
かつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水を主成分とするインク組成物において、全
   組成物に対して、0.5〜８重量％の水溶性の酸性
   もしくは直接染料、45〜70重量％の炭素原子数２
   〜６の多価アルコール類および炭酸カリウムを含
   有することを特徴とするインクジエツト記録用イ
   ンク組成物。 ２ 前記多価アルコール類が、エチレングリコー
   ル、プロピレングリコール、トリメチレングリコ
   ール、グリセリン、１，３−ブタンジオール、
   ２，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオー
   ル、ジエチレングリコール、１，５−ペンタンジ
   オール、ヘキシレングリコール、トリエチレング
   リコール、ジプロピレングリコール、および１，
   ２，６−ヘキサントリオール、から選ばれた少な
   くとも１つであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のインクジエツト記録用インク組成
   物。 ３ 0.1〜５重量％の炭酸カリウムを含有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１または２項記
   載のインクジエツト記録用インク組成物。 ４ 前記インク組成物に防腐剤または防黴剤を含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１，
   ２、または３項記載のインクジエツト記録用イン
   ク組成物。 ５ 前記インク組成物に界面活性剤を含有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項のいず
   れか１項に記載のインクジエツト記録用インク組
   成物。 ６ 前記インク組成物にキレート試薬を含有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のい
   ずれか１項に記載のインクジエツト記録用インク
   組成物。