JP2003011487A - インクジエツト印刷法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジエツト印刷法は多色印刷に適してお
り、コンピューターから直接無版印刷できる。 しかし
ながら、従来のインクジエツト印刷では普通紙の上でイ
ンク滲みを防止することができなかった。 印刷物の堅
牢性（耐水性及び耐光性）も劣り、また、光沢のあるカ
ラー画像を印刷することもできなかった。本発明のイン
クジエツト印刷法は普通紙や再生紙のザラ紙に印刷して
も全くインク滲みを生じることなく、光沢のあるカラー
画像を印刷でき、従来の版印刷インクと同じ水準の堅牢
性（耐水性および耐光性）が得られる。 【構成】 水溶性の光重合性モノマー及び可溶性建染染
料を含有する水性インクを用いてインクジエツト印刷し
た後、紙面上のインクドツトにＵＶ光またはレーザー照
射することによりインク定着させるインクジエツト印刷
法及びそれに用いるインク組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はインクジェット印刷法
に関する。 更に詳しくは、光沢を有する画像が得ら
れ、また高速印刷が可能になるインクジエツト印刷法及
びそれに用いるインク組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット印刷法はインクの微小液
滴をノズルから吐出させ紙面に付着させた多数のインク
ドツトにより文字や画像の印刷をおこなう無版印刷法で
あり、公知である。 インクジエツト印刷法では微細イ
ンク滴が高速かつ高頻度で吐出されるため、インクの表
面張力は出来るだけ大きく、インク粘度は出来るだけ低
いことが好ましい。 それ故、インクジエツト印刷用イ
ンクには主として水を溶媒とした水性インクが使用され
ている。この水性インクは基本的に水溶性染料で着色さ
れた水から成り、インク粘度を出来るだけ低く維持する
必要があるため、インク粘度を高くする性質がある高分
子化合物、例えばバインダー等は全く含まれていない。
この点は従来の版印刷用インクとは著しく異なる。

【０００３】インクジエツト印刷用インクは万年筆のイ
ンクに物性が似ており、低粘性を示す水溶液のインクで
ある。 そのため、インクジエツト印刷用インクでは印
刷された画像や字体が滲み易いという欠点がある。 イ
ンクジエツト印刷用インクでは粘度を上昇させる水溶性
ポリマー等をバインダーとして添加することが出来ない
ため、インク滲みの問題は解決困難なインクジエツト印
刷法の欠点であった。

【０００４】また、水性インクの着色には水溶性染料が
使用されるため、インクジエツト印刷では印刷物の耐水
性が悪いという問題もある。 これらの欠点は印刷技術
としては死命的な欠陥であるため、 インクジエツト印
刷法は一般的な印刷法としては利用されていない。

【０００５】しかしながら、インクジエツト印刷法は無
版印刷法であり、デジタル信号との相性が良く、コンピ
ューターの画像信号をそのまま簡易に印刷できる特長が
あるため、コンピューター用のプリンターとして使用さ
れている。 また、インクジエツト印刷法はノズルの数
を増やすことにより容易に多色インクに対応することが
でき、そのため、カラー印刷に適している。 パソコン
のデイスプレイ画面はカラー画像を表示するため、イン
クジエツト印刷法はパソコン用のカラープリンタとして
非常に適しており、既に実用されている。

【０００６】上記に述べたように、インクジエツト印刷
法ではインク滲みの問題があり、インクが滲むと画像の
輪郭がボヤけるため、著しく品質の悪い印刷物に見え
る。パルプ繊維が表面に露出している普通紙では、イン
クは毛管現象により滲みやすいから、普通紙にインクジ
エツト印刷することは出来ない。そのため、現在のイン
クジエツトプリンターには、インクが滲まない専用紙を
用いることによって滲み防止が図られている。 専用紙
は紙にインク吸収層がコーテイングされており、インク
吸収層として液体吸収能力の大きなシリカ微粉末などが
接着材と共に塗布されている。しかし、専用紙は価格が
高く、紙のリサイクルにも適しないため、普通紙を用い
ても滲まないインクジエツト印刷法が強く要望されてい
る。

【０００７】この問題は特願平９−１５４２４６又は特
願２０００−５０３１２の明細書中に記載された方法に
よって解決されるようになった。 即ち、インクに含ま
れる水溶性色素をＵＶ照射又はレーザー照射により不溶
性色素に変えて定着させることにより、インクの滲みを
防ぐインクジエツト印刷法である。この方法により普通
紙の場合でもインクの滲みを防ぎながらインクジエツト
印刷することが出来るようになった。 また、同時にイ
ンク色素の耐水性が向上するため、普通紙にインクジエ
ツト印刷法がなんら問題なく適用できるようになり、実
用的印刷法として発展することが可能になった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特願平
９−１５４２４６又は特願２０００−５０３１２のイン
クジエツト印刷法では、不溶化した色素のみが紙面に定
着するため、被吸水性の素材の場合には、例えば、ＯＨ
Ｐ透明プラスチツクシートに印刷されたインク色素は耐
擦性が悪いという問題があった。 つまり、指先で印刷
面を擦るとインク色素が落ちてしまう問題である。 こ
の問題はインクジエツト用インクにバインダーを添加で
きないことに起因する。また、カラー画像の印刷物では
しばしば光沢のある印刷表面が要求される場合がある。
光沢を有する印刷物は高級感が得られるため、光沢の
出るインクジエツト印刷用インクが要望されていた。
例えば、デジタルカメラで撮影したカラー画像をプリン
トする場合などにおいては、フイルム式カラー写真の印
画紙のように光沢のある画像が得られると非常に高級感
のある印刷物となり、高品質の画像イメージを与える。
インクジエツト印刷用インクに耐擦性と光沢を与えるた
め、インク粘度を上昇させることなく、どのようにして
インク組成物にバインダーを添加できるかという問題が
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述したごとく、特願平
９−１５４２４６又は特願２０００−５０３１２に記載
されたインクジエツト印刷法では用紙上のインクにＵＶ
光又はレーザーを照射してインク定着を図る方法であ
る。 このたび、インク組成物に光重合性モノマーを添
加しておくことにより、インクを定着させるためのＵＶ
照射で、光沢のあるインクジエツト印刷物が得られるこ
とが明らかになった。 この方法ではインクの粘度を上
昇させることなく、インク色材は被印刷材に強固に接着
されており、印刷物は耐擦性と光沢を有する。

【００１０】光重合性モノマーとして、水溶性のモノメ
タクリレート，モノアクリレート，ジメタクリレート，
ジアクリレート又はアクリルアミド等を使用することが
できる。 下記の表１に挙げた光重合性モノマーは水に
対する溶解性が良く、粘度が低く、皮膚刺激性が少ない
長所があり、本発明のインク組成物に添加する目的に適
している。

【００１１】

【表１】

【００１２】先にも述べたように、インクジエツト印刷
用インクは基本的には水と水溶性色素から成るインク組
成物である。 しかし実際には、ノズル開口部における
インク溶媒の蒸発によるノズルの目詰まりを防止するた
めに、少量の不揮発性親水性溶剤が添加されている。
不揮発性親水性溶剤としてジエチレングリコール又はＮ
−メチル−イミダゾリジノン等が使用される。 これら
の不揮発性親水性溶剤の代わりに上記に挙げた水溶性の
光重合性モノマーをインクに添加することができる。
これらの光重合性モノマーにはダイマー（二量体）を併
用することもできる。 ダイマーの混入比率を多くする
と印刷されたインクの硬度が高くなる。これらの光重合
性モノマーには少量の重合禁止剤、例えば、ハンドロキ
ノン又はメトキノン等を添加しておくことができる。

【００１３】通常の光重合反応では、重合性モノマーが
ＵＶ照射により光重合する時には光開始剤（＝光反応開
始剤）が必要である。 光開始剤はＵＶにより活性化さ
れてラジカルを発生し重合反応を開始させる。 光開始
剤としては、ベンゾイン，ベンゾフエノン，ベンジル，
ミヒラーケトン（４，４’−ビスジメチルアミノベンゾ
フエノン），ベンジルジメチルケタール等の芳香族ケト
ン化合物が使用される。 これらの芳香族ケトン化合物
の化学構造式を次の化１に示す。

【００１４】

【化１】

【００１５】化１に示した芳香族ケトン化合物が光開始
剤として働くのは、ＵＶを吸収して分子開裂又は水素引
き抜きによってラジカルを形成するためである。 例え
ば、次の化２にベンゾインやベンゾフエノンがＵＶで活
性化されてラジカルを生成する様子を示す。 また、増
感剤（三級アミン）を併用して光開始剤の効果を高める
方法もある。

【００１６】

【化２】

【００１７】重合性モノマーを光重合させるにはＵＶを
吸収してラジカルを発生する光開始剤が必要である。
本発明のインク組成物では可溶性建染染料が重合反応を
開始させる働きをすることを本発明者は発見した。 こ
れは今回新たに発見された興味深い現象であり、この新
しい知見に基づいて本発明を具体化した。化１に挙げた
光開始剤の芳香族ケトン化合物は水に不溶であり、また
保存安定性に限界があり、水性インクに添加できない。
それに対して、可溶性建染染料は水溶性であり色材と
してインクに多量に添加されているため、ラジカル重合
反応の開始剤として有効であることが明らかになった。
本発明のインクが含有する可溶性建染染料（バツト染料
リューコ化合物の硫酸エステル塩）はＵＶ光に非常に敏
感であり活性化され易い性質を有している。可溶性建染
染料がＵＶを吸収してリューコ体を生じ、励起されたリ
ューコ体の活性ラジカルが重合反応を開始させると考え
られる。次の化３には可溶性建染染料がＵＶを吸収して
キノン色素（芳香族ケトン化合物）を生成する際の光化
学反応プロセスを示す。

【００１８】

【化３】

【００１９】ＵＶ照射又はレーザー照射により励起され
て生成した活性ラジカルが重合性モノマーの二重結合に
付加してラジカル重合反応が開始される。 可溶性建染
染料はラジカル重合反応の強力な開始剤であることが明
らかになった。 分子が大きいためＵＶエネルギーの吸
収能力が大きく、高い位置エネルギー状態に励起される
結果、強く活性化されたラジカルを発生して光重合反応
を開始させると考えられる。 可溶性建染染料がＵＶ照
射又はレーザー照射によりラジカル重合反応を開始させ
ることを発見して初めて本発明に到達した。可溶性建染
染料の水溶液にＵＶ照射すると、可溶性建染染料は加水
分解するのであるが、水よりも易反応性の重合性モノマ
ーが存在すると加水分解に先だってラジカル重合反応が
進行する。それ故、可溶性建染染料及び重合性モノマー
を含有する水性インクにＵＶ照射すると、可溶性建染染
料のみを含有する水性インクに比べて、より速くインク
定着することができて滲みの無いインク定着が可能にな
った。 普通紙の上に光沢を有する高品位の画像をイン
クジエツト印刷することができる。

【００２０】可溶性建染染料は、建染染料（＝バツト染
料）を還元して得られるリューコ体の不安定な−ＯＨ基
を硫酸でエステル化して安定な化合物に変えた水溶性の
染料である。 建染染料のカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）が
還元されるとカルビノ 結合しているため不安定であり、水素が離脱して元のカ
ルボニル基（建染染料）に戻り易い性質がある。 それ
故、エステル化して安定な化合物に変え、使いやすい商
品としたものが可溶性建染染料である。リューコ体の不
安定な−ＯＨ基を二塩基酸の硫酸でエステル化すると、
一個の酸基がＯＨとエステルを形成し、残りのもう一個
の酸基をナトリウム塩に変えて水溶性基として残したも
のが可溶性建染染料である。

【００２１】通常の色素化合物や染料は可視波長域に吸
収を有する。 可溶性建染染料が例外的に紫外波長域２
５０〜４００ｎｍに吸光を有する理由は次のように説明
される。 可溶性建染染料の色素化合物はバツト染料の
還元体であり、還元される時に色素化合物の共役二重結
合系の中で二重結合の数が一個減少するため、色素化合
物の吸収スペクトルが短波長側へ移行する。 そのた
め、 インジゴのような分子量の小さな可溶性建染染料
では吸収スペクトルが完全に紫外波長域に移行してしま
い無色になるものがある。本発明のインクジエツト印刷
法では、この可溶性建染染料のＵＶ吸収を利用して不安
定なリューコ体を生成させ、励起されたリューコ体の活
性ラジカルにより重合反応を開始させる方法である。

【００２２】本発明のインクジエツト印刷法により、光
沢のある印刷物が得られるばかりでなく、普通紙や再生
紙のザラ紙の上でも完全にインク滲みの無いインク定着
が可能になった。 これは、ＵＶ照射又はレーザー照射
によりインクが瞬時にゲル化または硬化するためである
と考えられる。本発明のインク組成物ではインク溶媒の
滲みを防ぐことができるため、普通紙の上でも完全にイ
ンク滲みの無いインクドツトの定着が可能になり、高速
でインクジエツト印刷できるようになる。 また、イン
クドツトは光沢を有しており、インク色材は水溶性染料
から転換した超微粒子の顔料であるため鮮明な透明色が
得られ、高級感のあるカラー画像が得られる。 本発明
のインクジエツト印刷法ではＯＨＰ用の透明プラスチツ
クシートの上にもインクジエツト印刷できる。被印刷材
として紙の他にも、織物，編み物，不織布，木材，プラ
スチツク，合成皮革，天然皮革，ガラス，セラミツク，
金属などの素材の上にインクジエツト印刷することがで
き、耐久性（耐擦性、耐熱性、耐光性、耐水性、耐油
性）の優れた印刷物が得られる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明のインクジエツト印刷法に
用いるインクは次の組成を有する； １０〜８０ 重量部 水溶性の光重合性モノマー １〜１０ 重量部 可溶性建染染料 ８０〜１０ 重量部 水 １００ 水溶性の重合性モノマーは表１に挙げた中から選択す
る。 重合性モノマーの添加量が多いほど光沢が強くな
る。 また、ダイマーの混合比率が高いほど印刷面が硬
くなる。 重合禁止剤の添加量はインクの保存性を考慮
して多い方が好ましく、１〜１００ｍｇ／１の範囲で調
節する。 可溶性建染染料の含有量が多いため、重合反
応は遅くならない。可溶性建染染料は重合開始剤として
利用された後は色材として残るので、カラーインク及び
ブラツクインク用にそれぞれ適した色調のものを選ぶ。
ＣＭＹＲＧＢＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、レツ
ド、グリーン、ブルー、ブラツク）の７色インクに適し
た可溶性建染染料を化４に挙げる。 ７色インクは、
特願２０００−８６４３３に記載されているように、カ
ラー印刷における色再現の忠実度を改善したインクシス
テムである。

【００２４】

【化４】

【００２５】上記組成のインクを用いてインクジエツト
印刷した後、印刷面をＵＶ照射する。 ＵＶランプによ
り紫外線照射する場合は特開平１０−３０５５７０に記
載の低圧水銀ランプと紫外用蛍光灯（又はメタルハライ
ドランプ）との併用が効果的である。 また、レーザー
照射の場合には紫外線レーザーが効果的であり、例え
ば、特願２０００−５０３１２に記載されているような
出力波長４０３ｎｍの窒化ガリウム半導体レーザー等が
適している。

【００２６】

【実施例１】ＣＭＹ（シアン，マゼンタ，イエロー）三
原色のカラーインクを作るため、次の組成の水性インク
を調製した。 ２５ 重量部 メトキシジエチレングリコールメタクリレート ３０ 重量部 Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド ５ 重量部 可溶性建染染料＊） ４０ 重量部 水 １００ ＊）可溶性建染染料には次のＣＭＹ三原色用の染料を使用した。 上記のＣＭＹ三原色カラーインクを用いて普通紙の上に
インクジエツト印刷しレーザー照射して光沢のあるカラ
ー画像を得た。 レーザーには波長４０３ｎｍの窒化ガ
リウム製半導体レーザー素子を使用した。

【００２７】

【実施例２】ブラツクインクを作るため、次の組成の水
性インクを調製した。 ３０ 重量部 メトキシジエチレングリコールメタクリレート ３０ 重量部 Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド ８ 重量部 可溶性建染染料＊） ３２ 重量部 水 １００ ＊）可溶性建染染料には次のブラツク色の配合染料を使用した。 上記のブラツクインクを用いてＯＨＰ用の透明プラスチ
ツクシートの上にインクジエツト印刷しＵＶ照射して耐
擦性のある印刷物を得た。 印刷物の表面を指で擦って
もインクは剥がれ落ちることはなかった。 ＵＶ照射に
は１５Ｗの低圧水銀灯と２０Ｗの紫外用蛍光灯を併用し
た。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、重合性モノマー及
び可溶性建染染料を含有する水性インクを用いてインク
ジエツト印刷した後、印刷面のインクにＵＶ照射又はレ
ーザー照射することにより普通紙や再生紙のザラ紙の上
でもインク滲みが無く光沢を有するカラー画像が得られ
る。インクジエツト方式はコンピュータとの相性が良
く、デジタル画像信号を紙に印刷する手段として適して
おり、カラー画像の印刷では電子写真方式より優れてい
る。 従来は実用性の高いインクが提供されなかったた
め、インクジエツト印刷方式は小型のパーソナルプリン
タとしての用途しかなかったが、本発明のインクを用い
ることにより商業印刷分野にもインクジエツト方式が利
用できるようになった。 インク滲みの問題が解決され
たため、印刷速度の高速化も容易になった。インクジエ
ツト用インクは組成が簡素であるため印刷業者が自分で
インク調合できる利点がある。 商業印刷ではインクコ
ストが安いことは重要である。インク調合は染料を水に
溶解するだけであるから、染料を粉末状又はタブレツト
状で供給する。 重合性モノマーをインク溶媒に使用し
ているため、一日の印刷作業が終われば印刷ヘツドを水
でクリーニングする。 この点に関しては、従来の版印
刷でも同じであり、一日の印刷作業が終了すれば印刷ロ
ールやブランケツトをクリーニングする。 版印刷では
油性インクを使用するから、有機溶剤で洗浄するため、
溶剤蒸気による空気汚染が問題になる。インクジエツト
印刷法では水性インクを使用するため、水でクリーニン
グするだけでよく、染料のみを供給するインクシステム
は環境に優しい印刷法である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を主たる溶媒として重合性モノマー及
   び可溶性建染染料を含有するインクを用いてインクジエ
   ツト印刷した後、被印刷材上のインクに光エネルギーを
   与えてインクを定着させることを特徴とするインクジエ
   ツト印刷法。
2. 【請求項２】 上記の重合性モノマーが下記の一般式で
   示されるメトキシポリエチレングリコールメタクリレー
   ト及び／又はＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドである特
   許請求の範囲第一項に記載のインクジエツト印刷法。
3. 【請求項３】 上記の光エネルギーがレーザーであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第一項に記載のインクジ
   エツト印刷法。