JP3033093B2 - 画像記録用インク及び画像記録方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、微小液滴インクまたは霧状インクを記録ヘ
ッドから噴出させ、普通紙上に記録を行うインクジェッ
トもしくはインクミスト記録方法に用いる画像記録用イ
ンクに関し、特にビジネスもしくはパーソナル分野で用
いる普通紙に対して安定したモノクロおよびカラーの記
録が可能で、高速かつ高品位な印写を可能に目づまりの
心配のない、保存安定性に優れた画像記録用インクに関
する。

［従来の技術］ 従来、インクジェット記録方式としては、コンティニ
ュアスタイプとオンデマンドタイプの２つに大別するこ
とができ、前者は荷電制御型（Hertz方式）、後者は電
気機械変換式（Kyser方式）、電気熱交換方式（バルブ
ジェット、サーマルインクジェット）、静電吸引式（ス
リットジェット、電界制御式）がある。

また、インクミスト記録方法としては、超音波エネル
ギーにより記録インクを霧化させ、発生した霧状インク
に電荷を与え、帯電インクミストを静電気的に紙に記録
する方法がある。

この様なジェット記録方式に用いるインクとしては、
主として水系インクと非水系インクがあるが、臭気・安
全性・にじみの面で水系インクが主流を占めている。

水系インクは、各種の水溶性染料または顔料を水また
は水と水溶性有機溶剤からなる液媒体に溶解または分散
させ、必要に応じて各種添加剤が添加されたものが現在
使用されている。

これらジェット記録の長所として、 直接記録であるためプロセスが簡単 無騒音 カラー化が容易 高速記録が可能 普通紙が使用できるため低ランニングコストが可能 微小インクを用いるため高解像度の記録が可能 以上の特徴を有しており以前からその将来性が注目され
ていた。

近年、パーソナルコンピューターを始めとするOA機器
用プリンタとして上記特徴を有したジェットプリンタの
本格的な製品化時代の到来であると考えられる。

しかし、製品としてはまだ成長期の入口に足をふみ入
れた段階であり、解決しなければならない技術的課題も
多いのが現状である。

上記記録方法において、方式の違いによって要求項目
が若干異なるものの、共通して要求される項目として、 １）にじみがなく高品位な記録画像が得られること ２）インクの乾燥・定着速度が速く、尾引きのないこと ３）ノズル及びインク流通経路で目づまりせず吐出が安
定していること ４）インクの分散安定性・保存性・安全性がよいこと ５）記録濃度が高いこと ６）印刷物の耐光性・耐候性・耐水性がよいこと 等が特に重要である。

現在、上記の要求項目の全てを満足させるために記録
用インク及び装置の両面から精力的な検討がなされてお
り、要求性能によってはかなりの改良が認められてきて
いる。

しかし、一番の普及を妨げている要因としてはオフィ
スや家庭で一般的に使用されている普通紙（国内におい
てはコピー用紙、国外においてはコピー用紙およびボン
ド紙を普通紙と呼ぶことにする）に対する印字・画像品
質の悪さがあげられる。（そのため苦肉の策として、指
定紙が用意されている） すなわち、画像形成インクが記録紙に付着した際、乾
燥性が悪く、また毛細管現象により第１図に示す如く、
記録紙のセルロース繊維に沿ってインクが流れる為に印
字・画像の品質が著しく低下する。そのためこれらの欠
点が改良された画像形成用インクが強く望まれている。

この様な観点から、従来種々の普通紙記録用インクが
提案されている。

例えば、特許出願公開昭55−29546号公報には、特定
の界面活性剤を添加し、表面張力を下げてインクの紙へ
の吸収性を高めたものが提案されており、特許出願公開
昭56−57862号公報には、強塩基物質を添加し高PH（ペ
ーハー）とし、普通紙の耐水処理剤であるサイズ剤やパ
ルプ材を化学的に溶解し、ドットの広がりと吸収性を制
御する方法および特許出願公開昭58−13675号公報に
は、インク中に分子量４万以上のポリビニルピロリドン
を入れ、ドットの広がりと紙への吸収性を制御する方法
が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしこのような従来の提案のものでは、次のような
問題があった。

普通紙に対して高速印刷を行った場合、それぞれ一定
の効果は認められるものの、界面活性剤を含むインクで
は、インクがしみこむために定着速度は速くなるが、表
面張力が低いために紙の繊維に沿ったインクの拡散が改
良されずにじみが生じ、印字品質が劣化する。また界面
活性剤による泡立ちが生じるためノズル内に気泡が入り
やすく、安定した吐出が得られない等の問題点があっ
た。

また、強塩基物質を含むインクでは、インクの吸収性
・定着性は高いが、乾燥性は充分ではなく、尾引きおよ
び紙の繊維に沿ったインクの拡散が改良されずにじみが
生じ、満足できる印字品質が得られないという問題があ
った。

また、分子量４万以上のポリビニルピロリドンを含む
インクでは、ノズルの目づまりに対するマージンが非常
に低く、にじみに関しても充分な改良ができず、また乾
燥性が悪いため尾引きが生じるという問題があった。

以上のように普通紙に対して、しみこみ依存性の高い
インクでは上記１）から６）を満足することはできない
ことがわかった。

そこで、本発明はこのような問題点を解決するもの
で、その目的とするところは、記録ヘッドから微小液滴
インクもしくは霧状インクを噴出させ、普通紙上に該イ
ンクを付着させ印刷を行うインクジェットまたはインク
ミスト記録方法において、普通紙に対して印字・画像の
にじみが生じない、かつ乾燥・定着性が良好で尾引きの
ない、また目づまりの生じない吐出安定性に優れた画像
形成用インクを提供するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の画像記録用インクは、少なくとも水と、着色
剤と、平均粒径0.5μｍ以下の内部３次元架橋した有機
超微粒子とを含有し、前記有機超微粒子に表面官能基が
導入されたことを特徴とする。また、本発明の画像記録
用インクは、前記表面官能基が前記着色剤に対する吸着
力を有することを特徴とする。また、本発明の画像記録
用インクは、前記表面官能基が紙などのメディアに対す
る吸着力を有することを特徴とする。また、本発明の画
像記録用インクは、前記有機超微粒子を５〜40重量％含
有することを特徴とする。また、本発明の画像記録用イ
ンクは、前記着色剤を0.5〜10重量％含有することを特
徴とする。また、本発明の画像記録用インクは、前記着
色剤が粒径0.1μｍ以下の顔料であることを特徴とす
る。また、本発明の画像記録用インクは、前記着色剤が
染料であることを特徴とする。20℃におけるインクの粘
度が1.2〜10センチポイズであることを特徴とする。ま
た、本発明の画像形成方法は、前記着色剤がそれぞれイ
エロー、シアン、マゼンタである画像記録用インクを用
い、該インクを記録ヘッドから微小液滴インクもしくは
霧状インクとして噴出させて普通紙上に記録することを
特徴とする。

［実施例］ 本発明者は、ジェットインクと普通紙（コピー用紙の
表と裏、ボンド紙）に対するにじみ・乾燥性について、
あらゆる角度から精細に観察した結果、均一に分散され
た内部３次元架橋した有機超微粒子の表面に着色剤であ
る染料または顔料を吸着し、第２図に示す如く、紙の繊
維上にドット形状を保持したまま皮膜を形成し、乾燥・
定着する事を見いだした。

すなわち、有機超微粒子と着色剤との分子間力と樹脂
粒子の紙への付着力とによりにじみ・乾燥性・定着性を
解決した。

これは有機超微粒子を３次元架橋することにより、架
橋度合により粒子の硬さ／柔らかさを調整することがで
き、表面官能基を自由に導入することにより親水性／疎
水性を付与することができ、また表面電荷等を自由にコ
ントロールできることに起因する。

また内部３次元架橋されているために樹脂粒子の溶媒
蒸発時の界面張力による融着が起こりにくいため、一次
的な皮膜形成力は弱く、そのため目づまり・凝集を起こ
さず、万一乾燥したとしても容易に溶媒に再分散し、紙
上で充分乾燥すると樹脂の紙への付着力により強固な皮
膜を形成する。

万一、定着性が不十分な場合は、熱硬化により定着さ
せることも可能である。

本発明に使用する有機超微粒子は、合成方法として
は、乳化重合が極めて適した方法で、ポリマー粒子の架
橋は、複数の二重結合を持つ多官能モノマーを共重合す
ることにより達成される。

具体的には、日本ペイント株式会社のマイクロジェル
を挙げることができる。これは、樹脂の主成分がスチレ
ン・アクリル酸エステル系（スチレン、メチルメタクリ
レート、ｎ−ブチルアクリレート）樹脂で、自由に粒子
径・形状・架橋度・表面官能基・多層構造等を調節で
き、使用する界面活性剤も高分子タイプであるため泡発
生の心配も少なく好適である。

添加量としては、固形分濃度で５重量％よりも少ない
と、にじみ・乾燥性・定着性を解決することができず、
40重量％よりも多いと吐出安定性、分散安定性に問題を
生じるために５重量％から40重量％が好ましい。

本発明に使用する着色剤としては、従来のインクに使
用されている水溶性染料で他のインク成分添加により、
色調の変化、沈澱物の生成のないものならどのような染
料でも使用できる。

具体的には、 ダイレクトブラック ＃19 （C.I.35255） ダイレクトブラック ＃154 フードブラック ＃２ （C.I.27755） アシッドイエロー ＃23 （C.I.19140） アシッドレッド ＃87 （C.I.45380） アシッドレッド ＃106 （C.I.45100） アッシドブルー ＃９ （C.I.42090） ダイレクトブルー ＃86 （C.I.74180） 等が挙げられる。

また顔料としては、通常の有機／無機顔料を微粒子分
散した物が用いられ、顔料粒径が0.1μｍ以下に微粒子
化されている物が好適である。

染料・顔料の添加量としては、0.5重量％未満では色
調・濃度が得られず、10重量％を越えると目づまりを起
こりやすくなるために0.5重量％〜10重量％が好まし
い。

本発明に用いる溶媒は、水または水と水溶性有機溶剤
との混合溶媒が用いられる。

水としては、蒸留純水を使用するのが好ましい。

水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては、炭
素数１〜４アルキルアルコール類、ケトン類、エーテル
類、ポリアルキレングリコール類、アルキレングリコー
ル類、グリセリン、多価アルコールの低級アルキルエー
テル等が用いられる。

これら水溶性有機溶剤は単独で使用することも可能で
あるが、適正なインク物性を付与するために、２種また
はそれ以上の溶剤を混合して使用することもできる。

本発明のインク物性としては、20℃での粘度が1.2cp
よりも低いと高速印刷において、乾燥性に問題を生じ、
10cpよりも大きいと目づまり、吐出安定性に問題を生じ
るために1.2〜10cpが好ましい。

本発明の基本構成は以上の通りであるが、その他、従
来公知の分散剤、界面活性剤、粘度調整剤、表面張力調
整剤、比抵抗調整剤、pH調整剤、防カビ剤通を必要に応
じて添加することができる。

また、熱エネルギーの作用によりインクを吐出するタ
イプのインクジェット方式に使用する場合には熱的な物
性（例えば、比熱、熱膨張係数、熱伝導率等）が調整さ
れる。

以下、実施例・比較例を挙げることにより本発明を具
体的に説明するが、本例が本発明を限定するものではな
い。

実施例１ 以下の実施例中に示すインク組成物量（％）はすべて
重量％である。

ダイレクトブラック ＃19 ３％ 固形分濃度20％のマイクロジェル溶液 75％ ジエチレングリコール 10％ 蒸留純水 12％ 上記の各成分を容器の中で充分混合攪拌し、ポアサイ
ズ0.5μｍのメンブレンフィルターで濾過し、記録用イ
ンクを作製した。

実施例２ ガーボンブラック（顔料） ５％ 固形分濃度20％のマイクロジェル溶液 80％ ジエチレングリコール 10％ 蒸留純水 ５％ 上記成分を混合攪拌後、ボールミルで顔料粒径が0.1
μｍ以下になるまで分散し、記録用インクを作製した。

実施例３ 実施例１に記載の方法により下記の組成を有するイン
クを作製した。

ダイレクトブラック＃19 ３％ 固形分濃度20％のマイクロジェル溶液 80％ ジエチレングリコール 10％ 蒸留純水 ７％ アシッドイエロー ＃23 ３％ 固形分濃度20％のマイクロジェル溶液 80％ ジエチレングリコール 10％ 蒸留純水 ７％ アシッドレッド ＃87 ３％ 固形分濃度20％のマイクロジェル溶液 80％ ジエチレングリコール 10％ 蒸留純水 ７％ アッシドブルー ＃９ ３％ 固形分濃度20％のマイクロジェル溶液 80％ ジエチレングリコール 10％ 蒸留純水 ７％ 比較例１ 実施例１に記載の方法により下記の組成を有するイン
クを作製した。

ダイレクトブラック ＃19 １％ グリセリン 20％ ドデシルベンゼンスルホン酸 ２％ ナトリウム デヒドロ酢酸ナトリウム 0.1％ 蒸留純水 76.9％ 比較例２ 実施例１に記載の方法により下記の組成を有するイン
クを作製した。

ダイレクトブラック ＃19 ２％ グリセリン ５％ トリエチレングリコール酸 10％ 10規定水酸化カリウム水溶液 ２％ デヒドロ酢酸ナトリウム 0.1％ 蒸留純水 80.9％ 比較例３ 実施例１に記載の方法により下記の組成を有するイン
クを作製した。

ダイレクトブラック ＃19 2.5％ ポリビニルピロリドン 0.5％ エチレングリコール 17％ 無水炭酸カリウム 0.2％ 酢酸ナトリウム ３水塩 0.05％ ベストサイド 0.1％ エチレンジアミン四酢酸 0.2％ ナトリウム 蒸留純水 79.45％ 以上のインクを用い、記録方法として 市販のオンデマンド型インクジェットプリンタ 吐出オリフィス径50μｍ、ピエゾ振動子駆動電圧50
V、周波数5KHzの試作マルチヘッド 発熱素子を利用したバブルジェットプリンタ（オリフ
ィス径50μｍ、ヒーターサイズ30×150μｍ、ノズル数2
4本、駆動電圧30V、周波数3KHz） 超音波霧化を利用した帯電インクミスト記録方式（超
音波振動子駆動周波数1.5MHz、駆動電圧50V） 上記４種類の方法により高速記録を行った場合の評価結
果とインク物性測定結果を表１に示す。

＊1. 平均粒径測定 電気泳動光散乱光度計ELS−800 （大塚電子製） ＊2. 粘度測定 Ｂ型粘度計（回転数60rpm、20℃） （東京計器製） ＊3. 表面張力測定 サーフィステンシオメーターHVL−ST型 （協和界面科学製） ＊4.にじみ評価 顕微鏡による100倍、400倍での観察と目視による観察 ◎：繊維に沿ったにじみもなく繊維上にドットが保持
されている ○：繊維に沿ったにじみは少しあるが目視ではわから
ない △：目視で若干にじみがわかる ×：かなりにじんで、エッジがギザギザしている ＊5. 乾燥・定着性評価 印字３秒後、６秒後、12秒後に紙のエッジでこする ◎:3秒後で尾引きなし ○:6秒後で尾引きなし △:6秒後で尾引きあり ×:12秒後に尾引きあり ＊6. 目づまり評価 キャップなし室温１ヶ月放置 ○：印字可能 ×：印字不可能 ＊7. インク保存性 インクを40℃で３ヶ月保存し、異物・異臭・凝集・沈
澱の有無 ○：無し ×：有り ＊8. 記録濃度 マクベス濃度計による反射Ｏ・Ｄ値の測定 ＊9. 耐水性評価 印字物を水中に５分間浸し、インクの流出を観測 ○：無し ×：有り ×：有り 表１より明らかなように、実施例１〜３の記録インク
は、それぞれの記録方式に共通して良好な結果が得られ
た。

また、実施例３の記録インクのブラック、イエロー、
シアン、マゼンタを各色重ね合わせにより鮮明なフルカ
ラー画像が再現できた。

一方、比較例１〜３のごとく記録インクの場合、充分
満足のいく記録ができないことがわかる。

また実施例１〜３からわかるように乾燥性・定着性が
紙への吸収に依存しないため高濃度な記録を達成してい
ることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の画像記録用インクによ
れば、従来から問題とされていた普通紙に対するにじ
み、乾燥性・定着性に優れ、かつ目づまり、インク保存
性、印刷物の耐水性にも優れた高速記録・高濃度で鮮明
な記録を可能にするという効果を有する。

また、溶媒に対する容易な再分散を可能にするという
効果も有する。

また、３色のプロセスカラーインクを使用することに
より（必要に応じてブラックも使用）高解像度なフルカ
ラー画像を記録することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は紙の繊維へのインクのにじみを示す模式図。 第２図は本発明のインクドットを示す模式図。 １……紙の繊維 ２……インク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09D 11/00 - 11/20

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも水と、着色剤と、平均粒径0.5
   μｍ以下の内部３次元架橋した有機超微粒子とを含有
   し、前記有機超微粒子に表面官能基が導入されたことを
   特徴とする、画像記録用インク。
2. 【請求項２】前記表面官能基が前記着色剤に対する吸着
   力を有することを特徴とする、請求項１記載の画像記録
   用インク。
3. 【請求項３】前記表面官能基が紙などのメディアに対す
   る吸着力を有することを特徴とする、請求項１記載の画
   像記録用インク。
4. 【請求項４】前記有機超微粒子を５〜40重量％含有する
   ことを特徴とする、請求項１〜３記載の画像記録用イン
   ク。
5. 【請求項５】前記着色剤を0.5〜10重量％含有すること
   を特徴とする、請求項１〜４記載の画像記録用インク。
6. 【請求項６】前記着色剤が粒径0.1μｍ以下の顔料であ
   ることを特徴とする、請求項１〜５記載の画像記録用イ
   ンク。
7. 【請求項７】前記着色剤が染料であることを特徴とす
   る、請求項１〜５記載の画像記録用インク。
8. 【請求項８】20℃におけるインクの粘度が1.2〜10セン
   チポイズであることを特徴とする、請求項１〜７記載の
   画像記録用インク。
9. 【請求項９】請求項１記載の前記着色剤がそれぞれイエ
   ロー、シアン、マゼンタである画像記録用インクを用
   い、該インクを記録ヘッドから微少液滴インクもしくは
   霧状インクとして噴出させて普通紙上に記録することを
   特徴とする、画像形成方法。