JP3089639B2 - 画像記録用インク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体インクにより画像記録を行う印写装置
に関し、特にビジネスもしくはパーソナル分野で用いる
無騒音、高速かつ高品位なモノクロ及びカラーの記録を
可能にする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）、電気熱変換方式（バブル
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、臭気と安
全性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・耐侯性・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。

すなわち、画像記録用インクが記録紙に付着した際、
乾燥性が悪く、第１図に示す如く、毛細管現象により記
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
が改良された画像記録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、乾燥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いために安定した吐出が得
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、乾燥性は悪く、尾引きおよび紙の繊
維に沿ったインクの拡散が十分改良されず、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、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、上記１）から６）の課
題を解決することはできなかった。

そこで、本発明はこのような問題点を解決するもの
で、本発明の第１の目的は、液体インクにより画像記録
を行う印字装置において、普通紙に対して印字・画像の
にじみが生じない高濃度・高光沢な印刷を可能にする画
像記録用インクを提供することにある。

本発明の第２の目的は、乾燥・定着性が速く、尾引き
のない、高速及びプロセスカラーを重ね合わせることに
よるフルカラー記録を可能にする画像記録用インクを提
供することにある。

本発明の第３の目的は、ノズル内・インク流通経路で
目づまりの生じない吐出安定性に優れた画像記録用イン
クを提供することにある。

本発明の第４の目的は、耐水性・耐侯性に優れた画像
記録用インクを提供することにある。

［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、水、水溶性有機溶剤、
着色材、カチオン性樹脂粒子を含有するカチオン性樹脂
エマルジョンからなる印写装置に用いる画像記録用イン
クであって、含有するカチオン性樹脂粒子の平均粒径が
１μｍ以下であり、該カチオン性樹脂粒子の含有量が、
３〜20重量％であり、インクの20℃での粘度が、1.2〜2
0cpであることを特徴とする。また、前記水溶性有機溶
剤が、炭素数１〜４の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
アルキルエーテル類からなる群から選ばれる少なくとも
一種の水溶性溶剤を含むことを特徴とする。

［作用］ 本発明者は、普通紙のセルロース繊維がマイナス帯電
であることに着目し、画像記録用インクをカチオン性樹
脂エマルジョンとすることにより、紙のセルロース繊維
とエマルジョン中の樹脂との電気的な引力を利用して、
第２図に示す如く、均一に分散された固着剤がドット形
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。

このとき、着色剤がエマルジョン樹脂粒子中に含浸、
化学結合による担持・吸着されている状態が最適ではあ
るが、含浸されず樹脂の回りに分散・溶解している場合
も樹脂粒子と着色剤との分子間引力により保持されるた
め第３図に示す如く樹脂表面に着色剤を保持したまま紙
の繊維上に乾燥・定着することも見いだした。

［実施例］ 本発明の画像記録用インクは、水、水溶性有機溶剤、
着色材、カチオン性樹脂粒子を含有するカチオン性樹脂
エマルジョンであって、含有するカチオン性樹脂粒子の
平均粒径が１μｍ以下であり、そのカチオン性樹脂粒子
を含み、固形分濃度20％時の粘度が20センチポイズ以下
のカチオン性樹脂エマルジョンであればどのようなもの
でもよく、着色剤（染料、顔料）が樹脂粒子中に含浸・
化学的吸着、担持したものでも、単純に樹脂粒子の周り
に分散・溶解したものでもよい。固着剤としてのカチオ
ン性樹脂粒子のインク中の固形分濃度としては、３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、20重量％よりも多くなると粘度が高くな
り、吐出安定性に問題を生じるために３重量％から20重
量％が好ましく、水、水溶性有機溶剤、着色材、平均粒
径１μｍ以下のカチオン性樹脂粒子を含み、固形分濃度
20％時の粘度が20センチポイズ以下のカチオン性樹脂エ
マルジョンを混合攪散することによって得られても良
く、また、カチオン性樹脂粒子が、水と水溶性有機溶剤
と着色材を含有する液に均一に分散されたエマルジョ
ン、ラテックス溶液として乳化重合により製造されても
よい。

乳化重合時に使用される界面活性剤として、第１アミ
ン塩、第２アミン塩、第３アミン塩、第４アンモニウム
塩、ピリジニウム塩等のカチオン界面活性剤、カルボン
酸型、硫酸エステル型、スルホン酸型等の両性界面活性
剤が使用されるが、両性界面活性剤の場合、pHを低くす
る必要がある。

使用される樹脂としては、アクリル酸エステル類、メ
タクリル酸エステル類、ビニルエステル類、スチレン
類、オレフィン類、及びアミノ基、カルボキシル基、ア
ミド基、水酸基などの親水性官能基を有するモノマーの
単独重合または共重合樹脂を使用することができる。

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および油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。

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1.0μｍ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・保
存性に支障をきたす可能性があるために0.5から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
との混合溶媒である。

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、
20cp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1.2〜20cp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、防カビ剤等を必要に応
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。

油溶性染料 2％ メチルメタクリレート 11％ ｎ−ブチルアクリレート ７％ グリシジルメタクリレート ２％ 蒸留純水 77％ カチオン界面活性剤 １％ 上記の各成分を容器の中で乳化重合することにより、
カチオン性樹脂粒子の平均粒径が、0.053μｍであり、
そのカチオン性樹脂粒子を20重量％含有し、粘度が2cp
の画像記録用インクを作製した。

実施例２ 市販カチオン性アクリルエマルジョン（平均粒径0.05
μｍ） 30％ （固形分濃度40％） （実質12％の添加量） 水溶性染料 ２％ 蒸留純水 58％ グリセリン 10％ 上記の各成分を十分に混合攪拌し、粘度が2.5mPa・ｓ
のインクを調製した。

実施例３ 市販カチオン性スチレンエマルジョン （固形分濃度40％） 30％ カーボンブラック ５％ 蒸留純水 55％ ジエチレングリコール 10％ 上記成分を混合攪拌し、ボールミルで約10時間分散
し、記録用インクを作製した。

実施例４ アシッドイエロー ＃23 ３％ カチオン性エマルジョン 50％ （固形分濃度20％） 蒸留純水 37％ グリセリン 10％ アシッドレッド ＃87 ３％ カチオン性エマルジョン 50％ （固形分濃度20％） 蒸留純水 37％ グリセリン 10％ アッシドブルー ＃９ ３％ カチオン性エマルジョン 50％ （固形分濃度20％） 蒸留純水 37％ グリセリン 10％ 上記成分を混合攪散し、記録用インクを作製した。

比較例１ 水溶性染料 ３％ 市販アニオン性エマルジョン 50％ （固形分濃度40％） 蒸留純水 47％ 上記の各成分を容器の中で十分混合撹拌し、記録用イ
ンクを作成した。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 上記２種類の方法によりA4サイズの普通紙を用い、記
録を行い実施例４においてはイエロー、マゼンタ、シア
ンの３色重ね合わせによるフルカラー記録を行った場合
の評価方法を下記に示し、評価結果を表１に示す。

＊1.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 ＊2.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 ＊3.目つまり評価 キャップなし室温１ヶ月放置 ○：印字可能 ×：印字不可能 ＊4.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 ＊5.記録濃度 マクベス濃度計による反射Ｏ・Ｄ値の測定 ＊6.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 ＊7.光沢度評価 デジタル光沢計（村上色彩技術研究所製）による75度
鏡面光沢度の測定 ○:80以上 △:51〜79 ×:50以下 表１より明らかなように、実施例１〜４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４の記録インクのイエロー、シアン、マ
ゼンタを各色重ね合わせることにより鮮明なフルカラー
画像が再現できた。

一方、比較例の記録インクの場合のように、記録イン
クの粘度、カチオン性樹脂粒子の平均粒径、その含有量
のいずれか一つでも前記の範囲内にない記録インクは、
記録紙によっては、にじみが発生し、乾燥性・定着性も
悪いことがわかる。

［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高速記録・高濃度で光沢の
ある鮮明な記録を可能にするという効果を有する。

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。 第３図は本発明のインクドットを示す他の模式図。 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 (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水、水溶性有機溶剤、着色材、カチオン性
   樹脂粒子を含有するカチオン性樹脂エマルジョンからな
   る印写装置に用いる画像記録用インクであって、含有す
   るカチオン性樹脂粒子の平均粒径が１μｍ以下であり、
   該カチオン性樹脂粒子の含有量が、３〜20重量％であ
   り、インクの20℃での粘度が、1.2〜20cpであることを
   特徴とする画像記録用インク。
2. 【請求項２】前記水溶性有機溶剤が、炭素数１〜４のア
   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類からな
   る群から選ばれる少なくとも一種の水溶性溶剤を含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載の画像記録用インク。