JPS62260874A - インク組成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はインクジェット・プリンタ用のインク組成に関
し、特に、通常クラウンエーテルとして知られている大
環状ポリエーテル（ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃｐｏｌｙｅ
ｔｈｅｒ）を添加することによって一定の特性が改善さ
れる、少なく止も１つの非水？ｇ　（ｎｏｎ−ａｑｕｅ
−ｏｕｓ）性の成分を含むインク組成に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

インクジェット・プリンタに水性インクを使用すること
は周知である。このような組成物は比較的安価で調合（
ｐｒｅｐａｒｅ）　　シやすい。代表的には、このイン
クは水とグリコールエーテル（通常はジエチレングリコ
ール）のような非水溶性成分と染料とからなる。一般に
、水とグリコールエーテルとは通常、同じ割合で混在し
、染料は、印刷の所望の黒化濃度に応じて全体組成の約
６％（Ｗ／Ｖ）以内で混在するのが望ましい。染料は通
常、酸性染料または直接染料とよばれるアニオン（ａｎ
ｉｏｎｉｃ）染料である。このようなアニオン染料は通
常、スルホナート（５０３−）基（ｓｕｌｆｏｎａｔｅ
　ｇｒｏｕｐ）を含み、それには、ナトリウムのような
アルカリ金属の陽イオンが結びついている。

上記インク組成を用いるインクジェット・プリンタはオ
リフィス（そこを通してインクが紙、マイラなどのよう
な基材（ｓｕｂｓ　ｔｒａ　ｔｅ）上に噴射、推進され
る）８よびインクだめ（そこがらインクがオリフィスに
送られる）を金色・。

インクはピエゾ電気的手段または熱的手段で推進できる
。熱的手段を用いる場合は、熱い抵抗が、溶媒（ｓｏｌ
ｖｅｎｔ）をすばやく気化し、それによってインク滴を
基材へ噴出させるのに用いられる。

インクジェット印刷において用いられるインクについて
生じる問題には凝固（ｃｒｕｓｔｉｎｇ）　、ニッケル
（オリフィスにおいて用いられる）との逆反応（ａｄｖ
ｅｒｓｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ）　、およびコゲ−ジョン
（ｋｏｇａｔｉｏｎ　；熱インクジェット印刷に固有の
新造語）である。

凝固は、インクジェット・プリンタのオリフィス付近で
の蒸発によるインク中の水の濃度の減少によって生じ、
これによって通常「凝固」と呼ばれる染料の塩析が生じ
、オリフィスをふさいでしまう。そのため、印刷品質の
信頼性が減少する。

インクをいくらかニッケル・オリフィスに露出させてい
ると、光にさらしたとき最初に印刷されたいくつかの文
字があせる。いくつかの文字を印刷した後はこの問題は
なくなるが、時間的に充分間隔のあいた後での印刷再開
時に再び生じる。

コゲ−ジョンは熱インクジェット・プリンタについて生
じ、基材に向かってインク滴を噴出するのに用いられる
熱い抵抗上に堆積（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）　Ｌ。

た熱誘起された分解生成物を伴なう。

これらの問題の１つまたは複数を減少、除去するのにい
くつかの試みがなされている。これらの試みの多くはあ
る程度成功しているが、インクジェット・プリンタ用の
改良されたインクを提供する必要がなお存在する。

〔発明の目的〕

本発明は、インクジェット印刷に用いられるインクにお
いて生ずる凝固、ニッケルとの逆反応、及びコゲ−ジョ
ンの問題を解決するためのインク組成を提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

本発明によって、インクジェット・プリンタ用のインク
組成が与えられる。この組成は、（ａｌ水および非水溶
性成分からなるグループから選択された少な（とも１つ
の成分を含む媒体（ビヒクル（ｖｅｈｉｃｌｅ））、と
（ｂｌ陽イオンが結合しているアニオン染料とを含む。

本発明のインク組成は大環状ポリエーテル（これは無極
性溶媒中でアルカリ金属イオンを溶解する錯化剤として
知られている。）を添加することを特徴とする。最も安
定した大環状ポリエーテル錯体は空洞（ｃａｖｉ　ｔｙ
）の半径と陽イオンの半径の比が１に近いときに形成さ
れる。

完全な一致から大幅にずれると結合能力（ｂｉｎｄｉｎ
ｇｃａｐａｃｉｔｙ）の損失が生じる。また、非水溶性
成分を含むインク中の染料の特性を改良する方法も提供
される。

アニオン染料の陽イオンを錯化するために大環状ポリエ
ーテルを用いる結果として、グリコール含有インク中の
染料の溶解度が高められる。溶解度が高められることに
よってインクジェット・プ最終的に、コゲ−ジョンが熱
インクジェット・プリンタにおいて減少する。

〔発明の実施例〕

インクジェット印刷において用いられるインクは通常、
水と、１つまたは複数のグリコールのような媒体と染料
とを含む。このようなインクではアニオン染料が通常用
いられる。

本発明の実施の際に用いられる適切なグリコールは、エ
チレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレング
リコール、およびそれらのモノメチルエーテル誘辱体（
ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）などである。吸湿能力および印
刷品質は部分的には用いられるグリコールの量に影響さ
れる。約２ｃｐｓと低いまたは１Ｑｃｐｓと高い粘性が
従来採用されたけれども、粘性は５．５〜６．５ｃｐｓ
の範囲に維持するのが望ましい。

媒体は水および１つまたは複数のグリコールを含んでも
よいが、代りに、１つまたは複数の非水溶性の成分を含
んでもよい。また、水性インクでは、１つまたは複数の
グリコールの代りに１つまたは複数の他の非水溶性成分
を用いてもよい。このような他の非水溶性成分の例とし
ては、イソプロパツールのような短鎖（ｓｈｏｒｔ　ｃ
ｈａｉｎ）アルコ−ル；七ノ１　ジ、トリエタノールア
ミンのようなアルカノールアミン（ａｌｋａｎｏｌ　ａ
ｍｉｎｅ）　　；ホルムアミドやジメチル・ホルムアミ
ドのようなアミド；ジメチル・スルホキシドのようなス
ルホキシド；スルホランのようなスルホン；およびＮ−
メチル−２−ピロリドンや１．３−ジメチル−イミダゾ
リジノンのような複素環式アミンなどである。

インクジェット・プリンタ用のインクにおいて用いられ
る適切な黒染料の一例はＭｏｂａｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏｒｐ、　（Ｕｎｉｏｎ、　ＮＪ）から”Ｍｏｂａｙ
　７９８４　ｄｙｅ”の商品名で入手できる。他の多く
のアニオン染料と同様に、このアニオン染料は一般に、
ナトリウム陽イオンと結合している。この染料は水への
高い溶解度を有しているが、ジエチレングリコールへの
溶解度はかなり低い。ジエチレングリコールでの低い溶
解度は、水から取出される分圧（ｐａｒｔｉａｌｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ）が一定時間にわたって減少する場合、イン
クジェット・プリンタのオリフィスの付近では重大事と
なり、ついには凝固が生じてしまう。

上述した染料は黒染料であるけれども、他の黒染料また
は他の色の染料（これらも非水溶性）各課において低い
溶解度を有するアニオン染料である）を本発明の実施の
際に用いてもよい。インク中の染料の割合は、通常約１
〜６％（Ｗ／Ｖ）であるが、４〜５％（Ｗ／Ｖ）が望ま
しい。

本発明によって、非水溶性成分を含有する媒体中のアニ
オン染料の溶解度はインク組成物に大環状ポリエーテル
を添加することによって増大する。

本発明の目的のために、「大環状ポリエーテルＪという
用語は、通常クラウンエーテルとしても知られている。

少なくとも１つの酸素ドナー原子をもつ環式化合物を主
に指すものとして使用される。

開鎖（０ρｅｎ−ｃｈａｉｎ）ポリエーテル、クリプタ
ンド（ｃｒｙｐｔａｎｄ）　　、ポリ　（クラウンエー
テル）および全ての窒素含有天複素環状物（ｍ肩ｏｈｅ
ｔｅｒｏｃｙｃｌｅ）がクラウンエーテルとして作用す
る限度で含まれる。

大環状ポリエーテルの調合方法およびその特性は米国特
許第３５６２２９５号に記載されている。

クラウンエーテル錯体の安定性はいくつかの要因に依存
する。その要因には、配位子（Ｉ　ｉｇａｎｄ）の空洞
寸法、陽イオンの直径、環縮合サイト（ｒｉｎｇｂｉｎ
ｄｉｎｇｓｉｔｅ）の空間分布（ｓｐａＬｉａｌ　ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）。

ヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏ−ａｔｏｍ）の特徴、付加的
な結合サイトの存在（ｐｒｅｓｅｎｃｅ）および使用溶
媒の型などがある。アブロティツク溶媒（ａｐｒｏｔｉ
ｃ　５ｏｌｖｅｎｔ）では、安定性はアニオンの性質に
も依存する。

所定のアルカリ陽イオンとの錯化に適した大環状ポリエ
ーテルの実際の数はかなり多い。しかし、インクジェッ
ト印刷の用途向けには、ポリエーテルが市販されている
。本発明に対しては、１５−クラウン′−５（１，４，
７，１０，１３−ペンタオフササイクロペンタデカン（
ｐｅｎｔａｏｘａｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｅｃａｎｅ）
（Ｃｈｅｍ、八ｂｓｔｒ、　Ｒｅｇ・、　Ｎｏ、　３３
１００−２７−５）　）、１８−クラウン−６（Ｌ　４
．７．１０．１３．１６−へキサオフササ画イクロオク
タデカン（ｈｅｘａｏｘａｃｙｃｌｏｏｃｔａ−ｄｅｃ
ａｎｅ）　　（１７４５５−１３−９）　）、ジベンゾ
−１８−クラウン−６（２，３，１１，１２−ジヘンゾ
−１，４，７，１０゜１３、１６−ヘキサオフササイク
ロオクタデカン（１４１８７−３２−７）　）およびジ
サイクロヘキサンー１８−クラウン−６＜２．３．　Ｉ
ｆ、　１２−ジサイクロヘキサンー１．４．７．１０．
１３．１６−へキサ大オクササイクロオククデカン）が
利用でき、また、これらはナトリウム、カリウム、また
はアンモニウム陽イオンを錯化するのに適切な空洞半径
−陽イオン半径比（ｒｃａ／ｒｃｉｔ）を有している。

陽イオンがナトリウムの場合、大環状ポリエーテルはク
ラウンエーテル、１５−クラウン−５または１８−クラ
ウン＝６を含むのが望ましい。最後にリチウム対イオン
（ｃｏｕｎｔｅｒ　１ｏｎ）を含むアニオン染料ととも
に用いるには１４−クラウン−４が市販されている。最
も安定した大環状ポリエーテル錯体は、空洞半径と陽イ
オン半径の比が１に近いとき形成される。

大環状ポリエーテルの濃度は陽イオン濃度に対する大環
状ポリエーテル結合す１′トの比率に基づいている。こ
の比率は約０．５〜２であるのか望ましい。これらのイ
ンクでこの比率が約０．５より小さいと許容できない凝
固性が生し、約２以上だと非常に高価であるだけでなく
、インク・カートリッジにおけるポリマやエラストマと
の適合性の問題が生じる。１５−クラウン−５について
；よ、インり組成の体積％での濃度は約５％〜２０％で
ある。

市販のアニオン染料は通常、過度の量のナトリウム（お
よび塩化物）を含んでいる。陽イオン濃度を減少し、要
求される大環状ポリエーテルの■を節約するためには、
染料はインク組成物を調合する前に純化するのがよい。

本発明において用いられる染料の純化（ｐｕｒｉｆｉ−
ｃａｔｉｏｎ）は、逆浸透（限外ろ過）を用いて行な°
うのがよい。イオン交換法を用いることもできるが、こ
の方法はより複雑でかつ費用がかかる。

純化法は、望ましくは室温で、アニオン染料の水溶液に
逆浸透を施して逆浸透装置のポリマ膜を横切る過剰のナ
トリウム（および塩化物）イオンを追いたてることを含
む。周知のように、膜を通過する物質は「浸透物（ｐｅ
ｒｍｅａｔｅ）　Ｊと呼ばれ、残るものは「濃縮物（ｃ
ｏｎｃｅｎ　ｔｒａ　ｔｅ）　Ｊと呼ばれる。

濃縮物は逆浸透膜を通して繰返し循環され、過剰のナト
リウム陽イオンおよび塩化物アニオンを除去する。脱イ
オン水が必要に応じて加えられる。

上記組成物に適用される逆浸透法では、濃縮物は染料陰
イオン／ナトリウム陽イオン、ナトリウム陽イオン／塩
化物陰イオンおよび水を有し、他方、？Ａ　ａ物は主に
、ナトリウム、塩化物イオンと水を有する。

逆浸透過程の間に、望ましくない種を膜を通過させるた
めに圧力が印加される。この膜は通常、セルロースアセ
テートのようなポリマ（Ｏｓｍｏｎｉｃｓ（ｌｌｏｐｋ
　ｉｎｓ　、　ＭＮ）から“５ｕｐｅｒ　５０”の商品
名で発売されている）または、ポリスルホン（Ｄａ−Ｓ
ａｌ　（Ｅｓｃｏｎｄｉｄｏ。

Ｃ＾）カラＣ；−５０の商品名で発売されている）であ
る。

印加圧力は約２０〜２００ｐｓ　ｉまたはそれ以上でよ
い。

しかし、高圧力だと高効率が得られるけれども、高圧力
はまた染料分子を分子フィルタを通過させようとする。

こうして、染料保持の所望の効率および必要な処理時間
に応じて変化させることができる。これらのことを考慮
して、約６０〜８０ｓｐｉの圧力を用いるのが望ましい
。

逆浸透過程は少なくとも約１時間、望ましくは約３時間
行なわれる。用いられる特定の時間および圧力は特定の
アニオン染料および所望の純化効去に続いて、大環状ポ
リエーテルおよび所望のグリコールエーテルまたは他の
非水溶性成分が純化された染料溶液に加えられ最終的な
インク組成を生成する。

インク中に４〜５％（Ｗ／Ｖ）　濃度の染料を処方する
ことによってペン性能および印刷品質の点で最もよい特
性が得られることは注意を要する。

インク内の水の定着性の改良、噴射中におけるインクの
気／ｅ！　（ｂｕｂｂｌｅ）安定性の増大化、さらに他
の従来通りの目的のためにわずかな量の他の化合物を加
えられるということが認識される。本発明に従がって改
良されたインクの特性はこのような添加によってもほと
んど変化しない。また゛、全ての成分の純度は通常の商
業的な実施に際して用いられるものである。

本発明のインク組成はインクジェット・プリンタにおい
て適切に用いらＸれ、凝固を減少させ（これは媒体の非
水溶性部における染゛掛の熔屑度が増大することによる
）、光に対する色あせ抵抗（ｆａｄｅ　ｒｅｓｉｓｔａ
ｎｃｅ）を改良し、熱インクジェット・て測定される。

インク組成は、インクジェット・プリンタにおいて与え
られた、はぼ同じ表面領域対体積比にあるニッケルの存
在下で１００°Ｃで７２時間還流され、３５０〜７００
ｎｍのインクの集積された透過が監視される。本発明の
改良された組成は従来のインク組成に比較してほとんど
変化はない。

熱インクジェット・プリンタに対しては、本発明のイン
ク組成は、トリエタノールアミンのような別の可溶化体
（ｓｏ　ｌｕｂ　ｉ　ｌ　１ｚｅｒ）を含む比較可能な
インクに較べてコゲ−ジョンを５〜１０倍減少させる。

コゲ−ジョンを始めるメカニズムは知られていない。コ
ゲ−ジョン特性はインク・カートリッジを満たし、全部
のヒータを最初に動作させることによって決定される。

約２００．０００滴の後、２つのヒータがスイッチオフ
され、さらに２００．０００ンｉ１毎に、さらに２つの
ヒータがスイッチオフされる。

この過程は全てのヒータがスイッチオフされるまで続く
。次に、オリフィス板が除去され、ヒータ表面は顕微鏡
に取付けられたカメラによって撮影される。最後に、写
真は変色の存在について評価され、その対応する小滴の
数、すなわち、ヒーターの点火数がコゲ−ジョンの開始
の尺度としてとられる。

（例） ５０　／　５０ジ工チレングリコール／水媒体を有する
いくつかのインク組成物力州ｏｂａｙ　７９８４黒色染
料を用いて調合された。

第１の組成（インクＡ）：全体量が６０ミリリツトル（
−）で、１５−クラウン−５（１，４，７，１０゜１３
−ペンタオフササイクロペンタデカン）として知られ、
（Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ、　（Ｐｌ
ｉｌｗａｕｋｅｅ、　Ｗｌ）から発売されている大環状
ポリエーテル１．５ｄを１５ｍ１の純化染料（ｐｕｒｉ
ｆｉｅｄ　ｄｙｅ）溶液とともに含む。残りは３０−の
ジエチレングリコールと１３．５ｍｌの水からなる。染
料濃度は４．５％（Ｗ／Ｖ）である。

第２組成（インクＢ）：全体量が６０−で、３．９　ｍ
ｌの１５−クラウン−５を１５ｍ１の純化染料溶液とと
もに含む。残りは３０ｍ１のジエチレングリコールと１
２　、０　ｒｎｌの水からなる。染料濃度は４．５％（
Ｗ／Ｖ）である。

第３組成（インクＣ）：全体量が４００ｍ１で、４０ｍ
１の１５−クラウン−５を１６０ｍｊ！の純化染料溶液
とともに含む。残りは２００ｒｎｌのジエチレングリコ
ールからなる。染料濃度は４．５％（Ｗ／Ｖ）である。

第４組成（インクＤ）：全体量がＩＯＭで、５Ｑｍｌの
純化染料溶液と５０ｍ１のジエチレングリコールからな
る。染料濃度は４．５％（Ｗ／Ｖ）である。

第５組成（インクＥ）：全体量が１００ｍｆで、１５％
（Ｖ／Ｖ）　Ｐｏｎｔａｍｉｎｅ　Ｂｌａｃｋ　ＳＰ溶
液（Ｍｏｂａｙ　ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ、から発売）と
５９ｍ１のジエチレングリコールからなる。残りは３５
ｍ１の水からなる。染料の付加によってインクＡ−Ｄと
同様に３５０〜７００ｍｍの集、精吸収平均（ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｖｅｒａｇｅ
）が得られた。

種々のインク組成物の特性を第１図に示す。それは、ρ
（１，粘性（ｃｐｓ）、表面張力（ｄｙｒ＋ｅ／ｃｍ’
）　、　ｉｊＪ固、還流テストによって測定される色あ
せ抵抗。

示されている。

粘性および表面張力測定はそれぞれ、ブルックフィール
ド（Ｂｒｏｏｋｆ　１ｅｌｄ）粘度計およびフィッシャ
ー圧力計（Ｆｉｓｈｅｒ　ｔｅｎｓｉｏｍｅｔｅｒ）を
用いて得られた。ｐｌ＋測定は基準電極に対するマトリ
ックス修正（ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）の
ない結合電極（ｃｏｍｂｉ−ｎａｔｉｏｎ　ｅｌｅｃｔ
ｒｏｄｅ）で得られた。凝固結果は２つの別々の方法で
得られた。宥ンクＡ−Ｄは別々のインクを含むインクカ
ートリッジを乾燥剤を含む６０℃のオーブン内に置くこ
とによって評価された。

周期的に、カートリッジは取出され、顕微鏡を用いて評
価がなされ、印刷品質テスト装置内に置かれた。その後
、カートリッジはオープンに戻され□　た。インクＥは
、ポリテトラフルオロエチレンブロソク内のインク基（
ｗｅｌｌ）上にオリフィス板を配置し、次にそのブロッ
クを前記オーブン内に配置することによって評価がなさ
れた。周期的に、そのブロックは取り出され、凝固評価
用の顕微鏡で評価がなされた。

還流、コゲ−ジョンテストは上述したようにして実施さ
れた。印刷品質はテストパターンのプリントアウト（ｐ
ｒｉｎｔ−ｏｕｔ）を作成し、そのプリントアウトを基
準と視覚的に比較することによって評価がなされた。

大環状ポリエーテルを含むインクは、従来のインクに比
較ｔで特性が改良されたことがわかるであろう。

こうして、インクの特性を改良するために大工Ｑ状ポリ
エーテルを用いるインクジェット・プリンタ用のインク
組成が開示された。

〔発明の階果〕

以上説明したように本発明を用いることにより、　　。

インクジェット印刷において生じる凝固、ニッケルとの
逆反応、コゲ−ジョンの問題が解決され、また、印刷の
色あせ問題もなくなり、印刷品質が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、インク組成の違いによる性能比較を示す図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）次の（イ）〜（ハ）を含む、インク組成。 （イ）水と非水溶性成分とからなるグループから選択さ
   れた、少なくとも１つの要素を有する媒体。 （ロ）陽イオンを有するアニオン染料。 （ハ）前記陽イオンと結合する大環状ポリエーテル。