KR970011467B1

KR970011467B1 - 잉크 및 이 잉크를 사용하는 잉크 제트 기록 방법과 기기

Info

Publication number: KR970011467B1
Application number: KR1019930017103A
Authority: KR
Inventors: 아끼라 나가시마; 도꾸야 오따; 신이찌 도찌하라; 히로미찌 노구찌
Original assignee: 캐논 가부시까가이샤; 미따라이 하지메
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1997-07-11
Also published as: DE69315644T2; AU4600593A; KR940007142A; CA2104828C; EP0585889A1; JPH06128515A; AU657232B2; EP0585889B1; JP3406923B2; US5409529A; ATE161031T1; ES2111107T3; DE69315644D1; CA2104828A1

Abstract

없음

Description

잉크 및 이 잉크를 사용하는 잉크 제트 기록 방법과 기기

제1도는 잉크 제트 기록 장치 헤드부의 종단면도.

제2도는 잉크 제트 기록 장치 헤드부의 횡단면도.

제3도는 제1도에 도시된 헤드들이 배열된 멀티 헤드의 외관 사시도.

제4도는 잉크 제트 기록 장치의 일례를 나타내는 사시도.

제5도는 잉크 카트리지의 종단면도.

제6도는 기록 유니트의 사시도.

제7도는 본 발명에 따른 잉크의 pH와 점도의 관계를 나타내는 그래프.

제8도는 본 발명에 사용된 화합물의 수용액의 pH와 용해도의 관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13.71 : 헤드14,26 : 요홈

15,28 : 발열 헤드16 : 보호막

17-1,17-2 : 알루미늄 전극18 : 발열 저항체 층

19 : 축열층20 : 기판

21 : 잉크22 : 토출 오리피스

23 : 메니스커스24 : 기록 방울

25 : 피기록재40 : 잉크 수용부

42 : 마개44 : 폐 잉크 흡수체

51 : 급지부52 : 급지 롤러

53 : 배지 롤러61 : 블레이드

62 : 캡63 : 잉크 흡수체

64 : 회복부65 : 기록 헤드

66 : 캐리지67 : 가이드축

68 : 모터69 : 벨트

70 : 기록 유니트72 : 대기 연통구.

본 발명은 잉크, 이 잉크를 사용한 잉크 제트 기록 방법 및 이 잉크를 사용하는 기기에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 사무실에서 일반적으로 사용되고 있는 산성지 및 중성지와 같은 이른바 보통 종이에 대한 인자 기록물(印字記綠物)의 내수성이 탁월하고 고화질의 기록을 가능하게 하는 잉크 및 이와 같은 잉크를 사용하는 잉크 제트 기록 방법 및 기기에 관한 것이다.

지금까지 필기구(만년필, 마킹 펜, 수성 잉크를 사용하는 볼펜 등)용 잉크 및 잉크 제트 기록용 잉크에 있어서 매우 다양한 조성의 잉크가 보고되어 있다. 특히, 근년에 들어서는 사무실에서 일반적으로 사용되고 있는 복사지, 레포트지, 노트 및 편지지와 같은 보통 종이에 대한 인자 기록물의 내수성을 향상시키고자 하는 강력한 요구가 있어서 잉크의 조성 및 물성과 같은 다양한 면에서 상세한 연구 개발이 행해지고 있다.

예를들면, 일본 특허 출원 공개 제2-296878호 및 동 제2-255876호에는 수성 잉크 조성물에 폴리아민을 함유시켜서 인자 기록물의 내수성을 향상시키는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 이러한 잉크는 내수성을 향상시키는 기본 메카니즘이 잉크에 함유된 염료의 친수성기 부분에서의 염 형성에 기초하므로 클로깅(clogging)을 일으키거나 또는 잉크의 안정성을 손상시킬 수 있다는 심각한 결점이 있다.

그러므로, 전술한 잉크에 있어서, 잉크의 안정성을 향상시킬 목적으로 잉크에 용해 안정화제를 함유시키는 것도 고려되어 왔다. 그러나, 이러한 경우, 잉크 중에 용해 안정화제를 다량 함유시키지 않으면 안 되므로 이러한 잉크로 형성된 인자 기록물의 화질은 저하되게 된다.

잉크 제트 기록에 있어서, 보통 종이와 같은 피기록재 상에 제공된 잉크의 정착은 주로 피기록재에 대한 잉크의 자연 침투 및 증발에 의존하므로, 특히 화상품위(畵像品位)가 저하되는 문제가 발생한다.

일본국 특허 출원 공개 제57-577760호에는 인자 기록물의 내수성을 향상시키기 위하여 잉크 중에 양쪽성 계면 활성제를 함유시키는 방법에 제안되어 있다.

그러나, 상기 잉크는 형성된 인자 기록물의 내수성이 사용된 피기록재의 종류에 좌우되는 그러한 잉크이었다. 더욱 구체적으로 설명하자면, 상기 잉크는 사용되는 피기록재의 표면 pH, 싸이징제(sizing agent)의 종류, 셀룰로오스의 종류 등에 따라서 내수성이 탁월한 인자 기록물을 제공하기도 하고, 화상이 과도하게 흐리고 내수성이 저조한 인자 기록물을 제공하기도 한다.

그 잉크가 내수성이 양호한 인쇄물을 제공할 수 있다 하더라도, 점성이 커지고, 클로깅이 발생할 수 있으므로 실용성이 작다. 또한, 양쪽성 계면 활성제는 일반적으로 다수의 불순물을 함유하므로 잉크의 신뢰성이 낮아진다.

위에서 설명한 바와 같이, 품질과 내수성이 탁월한 인자 기록물을 제공할 수 있고, 실용성이 탁월하며, 기록 매체 재료에 상관없이 내수성이 양호한 인자 기록물을 제공할 수 있는 잉크는 지금까지 발견되지 않고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 사무실 등에서 일반적으로 사용되는 산성지 및 중성지와 같은 이른바 보통 종이 위에 기록하는 경우에 인자 기록물의 화상 품위에 악영향을 미치지 않으며 인자 기록물의 내수성이 충분하며, 또한 장기간 보관 후에도 어떠한 문제도 없으며, 또한 클로깅의 문제가 없는 고품위의 인자(印字)를 가능하게 하는 잉크, 이 잉크를 사용하는 잉크 제트 기록 방법 및 그러한 잉크를 사용하는 기기를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적은 이하에 기재된 본 발명에 의하여 달성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 적어도 색재(色材)와 이 색재를 용해 또는 분산시키는 액상 매체로 이루어지고, 점도가 pH 4∼10의 범위에서 최대 피크에 도달하는 것이 특징인 잉크가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 기록 신호에 따라 오리피스 밖으로 상기 잉크 방울을 토출하여 피기록재상에 기록하는 것이 특징인 잉크 제특 기록 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 그 내부에 상기 잉크를 수용하는 잉크 수용부 및 잉크를 잉크 방울 형태로 토출시키는 헤드로 이루어진 것이 특징인 기록 유니트가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 그 내부에 상기 잉크를 수용하는 잉크 수용부가 구비된 잉크 카트리지가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 그 내부에 상기 잉크를 수용하는 잉크 수용부 및 잉크를 잉크 방울 형태로 토출 시키는 헤드가 구비된 기록 유니트로 이루어진 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 잉크를 잉크 방울 형태로 토출시키는 기록 헤드와 그 내부에 잉크를 수용하는 잉크 수용부가 구비된 잉크 카트리지 및 이 잉크 카트리지로부터 기록 헤드로 잉크를 공급하는 잉크 공급기로 이루어진 것이 특징인 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.

본 발명자들은 수용성 잉크를 사용하는 인자 기록물의 내수성을 향상시키기 위하여 다양한 잉크 조성물에 대하여 예의 검토하였다. 그 결과, 적어도 색재 및 이 색재를 용해 또는 분산시키는 액상 매체로 이루어진 잉크의 점도 pH 4∼10의 범위에서 최대 피크에 도달되도록 조절하는 경우, 이 잉크는 예를 들면 통상의 잉크를 사용하는 경우에 페더링(feathering)을 일으키는 보통 종이에서도 이 잉크로 형성된 화상이 질을 손상시키는 일이 없이 어떠한 페더링도 없는 화상을 형성시킬 수 있고, 칼라 화상의 형성시에 상이한 색조의 잉크가 공급되는 영역간의 경계가 번지는 것을 방지할 수 있으며, 인자 기록물의 내수성을 향상시킬 수 있고, 장기간 보관 후에도 화상 품위가 양호하게 유지된다는 것을 발견하게 되었다.

또한, 본 발명자들은 이러한 잉크를 잉크 제트 기록에 사용하는 경우에도, 잉크 제트 기록 시스템의 신뢰도가 전혀 손상되지 않는다는 것을 발견하였다.

본 발명은 이러한 발견을 기초로 하여 완성되었다.

본 발명에 따른 잉크가 내수성이 양호한 인자 기록물을 제공하는 이유는 아직 명확히 이해되지 않고 있다. 그러나, 다음과 같이 추정할 수 있다.

(1) 일반적으로 사용되는 피기록재의 표면 pH는 산성 내지 중성의 범위이다. 그러므로, 본 발명에 따른 잉크를 이러한 피기록재에 사용하여 기록하는 경우, 잉크 중의 휘발 성분이 증발됨에 따라서 잉크의 점도가 신속하게 증가되어 피기록재상에.잔류하는 잉크 중의 각각의 성분들과 피기록재 성분들 사이에 결합이 형성된다.

이때, 색재가 결합 상태의 일부에 포함되어 결합 상태의 내부에, 예를 들면 망상 조직의 공간에 갇히게 된다. 그러므로, 색재는 유동성을 잃어 기록시에 페더링이 방지되고, 생성된 인자 기록물의 내수성이 우수하게 된다. 또한, 상이한 색조의 잉크가 공급되는 영역간에 경계가 번지는 것도 방지된다.

(2) 다른 각도에서 인자 기록물의 내수성을 관찰할 경우, 피기록재상에 제공되어 정착된 본 발명에 따른 잉크에 물을 가하면, 통상적으로 사용되는 물 또는 빗물의 pH가 약산성 내지 중성 근처이기 때문에, 기록물을 형성하는 잉크의 성분들이 물과의 경계면에서 고점성 및 저유동 생성물, 예를 들면 내수성 필름을 형성함으로써 인자 기록물의 내수성이 향상된다.

이하, 양호한 실시태양을 들어 본 발명은 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 잉크, 즉 pH 4∼10의 범위에서 점도가 최대의 피크에 도달하는 잉크는 염산 또는 아세트산과 같은 산성 화합물을 잉크에 첨가하여 그의 pH를 변화시키는 경우에 제7도에 나타낸 바와 같은 점도 특징을 나타내는 잉크이다.

잉크이 pH가 4∼10의 범위일 때 용해도가 최소 피크에 도달하는, 본 발명의 양호한 실시 태양에 사용된 화합물은, 예를 들면 잉크에 용해시키는 경우에 제8도에 도시한 용해도 특징을 나타내는 화합물이다.

이들 화합물 중에서, 구조면에서 바람직한 화합물은 2급 아민 및 그의 유도체, 3급 아민 및 그의 유도체 또는 이들의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물이다. 이들 화합물은 알킬기, 카르복실기, 카르복실기의 염, 술폰기 및 술폰기의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 치환기를 갖는다.

이들 화합물 중에서, 특히 바람직한 화합물은 하기 일반식(I)로 표시되는 화합물이다.

위 식에서, R₁은 탄소 원자수가 1∼48개인 알킬기 또는 수소 원자이고 R₂는 (CH₂)_a-X₁또는 수소 원자인데, 여기서 a는 1∼4의 정수이며, R₃은 (CH₂)_b-X₂, R₄-Y 또는 수소 원자인데, 여기서 b는 1∼4의 정수이고, R₄는 탄소 원자수가 1∼48인 알킬기 또는 수소 원자이며, Z는 (NR₅C_lH₂₁)_c(NHC_nH_2n)_d인데, 여기서 l은 2∼4의 정수이고, n은 2∼4의 정수이며, c＋d는 0∼50의 정수이고, Y는 (NR₆C_mH_2m)_e(NHC_pH_2p)_f인데, 여기서 m은 2∼4의 정수이고, p는 2∼4의 정수이며, e＋f는 0∼50의 정수이고 R₅는 (CH₂)_g-X₃인데, 여기서 g는 1∼4의 정수이며, R₆은 (CH₂)_h-X₄인데, 여기서 h는 1∼4의 정수이고, X₁, X₂, X₃, 및 X₄는, 독립적으로 카르복실기, 카르복실기의 염, 술폰기, 술폰기의 염 및 수소 원자로 이루어진 군으로부터 선택되는데, 다만, R₂및 R_3,그리고 c 및 e는 각각 동시에 수소 원자 및 0이 아니고, X₁, X₂, X₃, 및 X₄는 동시에 수소 원자가 아니다.

일반식(I)로 표시되는 화합물에서 잉크 성능의 안정성 등을 고려하면, X₁, X₂, X₃, 및 X₄가 독립적으로 카르복실기의 염과 술폰기의 염 및 수소 원자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 좋다. 그 이유는, X₁, X₂, X₃, 및 X₄가 카르복실기 및 술폰기로 이루어진 군으로부터 선택되게 되면, 일반식(I)의 화합물은 시클릭 화합물을 형성하는 경향이 있으므로 잉크의 성능 및 신뢰도가 저하된다.

일반식(I)로 표시되는 화합물에서, R₁및 R₄가 독립적으로 탄소 원자수가 1∼32개인 알킬기이고, c＋d와 e＋f가 독립적으로 0∼16의 정수이며, a, b, g 및 h가 독립적으로 1 또는 2의 정수인 것이 더욱 좋다.

일반식(I)에 포함되는 바람직한 화합물은 다음에 열거한다. 그러나, 본 발명이 이들 화합물에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 화합물은 2종 이상 혼합하여 사용될 수도 있다.

(화합물 1)

(화합물 2)

(화합물 3)

(화합물 4)

(화합물 5)

(화합물 6)

(화합물 7)

C₁₅H₃₁(NHC₂H₄)₂NHCH₂COONa,

(화합물 8)

C₁₅H₃₁NHC₂H₄COOLi,

(화합물 9)

C₃H₇(NHC₂H₄)₂NHCH₂COONa,

(화합물 10)

C₁₂H₂₅NHC₂H₄COONa,

(화합물 11)

C₁₂H₂₅(NHC₂H₄)NHCH₂COOLi,

(화합물 12)

C₁₂H₂₅(NHC₂H₄)NHC₂H₄SO₃Li,

(화합물 13)

C₁₅H₃₁(NHC₂H₄)NHCH₂SO₃Na,

(화합물 14)

C₂₀H₄₁(NHC₂H₄)NHCH₂SO₃NH₄,

(화합물 15)

C₁₅H₃₁(NHC₂H₄)₂NHC₂H₄COONH₄,

(화합물 16)

C₂₅H₅₁(NHC₂H₄)₃NHCH₂SO₃Li,

(화합물 17)

C₁₅H₃₁(NHC₂H₄)NHCH₂SO₃H ·N(CH₂CH₃)₃,

(화합물 18)

C₁₀H₂₁(NHC₂H₄)₃NHC₂H₄COOH ·NH(CH₂CH₃)₂,

(화합물 19)

C₁₅H₂₅(NHC₂H₄)₂NHCH₂COONH₄,

(화합물 20)

C₅H₁₁(NHC₂H₄)₂NHCH₂COONa,

(화합물 21)

C₇H₁₅(NHC₂H₄)₂C₂H₄COONa,

(화합물 22)

C₁₂H₂₅(NHC₂H₄)₄NHCH₂COONa,

(화합물 23)

(화합물 24)

(화합물 25)

C₁₂H₂₅NHC₃H₆NHCH₂COONH₄,

(화합물 26)

C₁₂H₂₅NHC₃H₆NHC₂H₄COONa,

(화합물 27)

C₈H₁₇N(CH₃)C₂H₄N(CH₃)C₂H₄NHC₂H₄COONa,

(화합물 28)

C₁₂H₂₅NHC₃H₆N(CH₃)C₂H₄COOLi,

(화합물 29)

(화합물 30)

위에 열거한 바와 같은 본 발명에서 사용되는 일반식(I)로 표시되는 화합물의 잉크중의 함량은, 잉크의 용도와 목적, 사용된 색재의 종류 및 잉크 조성에 따라서 달라질 수 있지만, 좋기로는 0.01∼20중량%, 더욱 좋기로는 0.1∼10.0중량%이다.

본 발명에 따른 잉크에 사용되는 색재에 대해서는 특별한 제한은 없으며, 따라서 염료 및 안료와 같은 다양한 종류의 색재가 사용된다.

이들 색재 중에서, 잉크 형성의 용이성 및 잉크의 안정성을 고려하면, 예를 들어 산성 염료, 염기성 염료 및 직접 염료가 용이하게 사용된다. 특히 유용한 색재는 직접 염료이다. 술폰기를 갖는 직접 염료가 특히 좋다. 직접 염료는 2가의 유기 연쇄기 이외의 부위에 질소 원자가 있는 것이 좋다.

이들 색재 중에서 적어도 한개의 아미노기, 또는 적어도 한개의 질소 원자와 함께 5원 또는 6원 고리를 형성하는 시클릭기를 갖는 염료가 특히 좋다.

더욱 상세히 말하자면, 상기 색재의 예로서는 씨. 아이. 디렉트 블랙(C.I. Direct Black) 168, 씨. 아이. 디렉트 블랙 154, 씨. 아이. 디렉트 옐로우(C.I. Direct Yellow) 142, 씨. 아이. 디렉트 옐로우 86, 씨. 아이. 디렉트 레드((C.I. Direct Red) 227, 씨. 아이. 디렉트 블루((C.I. Direct Blue) 199 및 하기 일반식(II) 및 (III)(유리산의 형태로)으로 표시되는 색재가 있다. 그러나, 본 발명의 색재가 이들 화합물로 한정되는 것은 아니다.

Pc(SO₃H)_t(SO₂-NR¹-L-NR²-X-NR³-G)_q(II)

위 식에서 있어서, Pc는 금속 함유 프탈로시아닌 고리이고, R¹, R²및 R³은 독립적으로 H, 알킬, 치환된 알킬, 알케닐, 치환된 알케닐, 아랄킬 또는 치환된 아랄킬이며, L은 2가의 연쇄기이고, X는 카르보닐기, 또는 하기 일반식

또는

(식중, Z는 NR⁴R⁵, SR⁶또는 OR⁶이고, Y는 H, Cl, Z, SR⁷또는 OR⁷이며, E는 Cl 또는 CN이고, R⁴, R⁵, R⁶및 R⁷는 독립적으로 H, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 아랄킬 또는 치환된 아랄킬이거나, 또는 R⁴및 R⁵는 질소 원자와 함께 5원 또는 6원 고리를 형성할 수 있음)의 기이고, G는 한 개 또는 두 개의 COSH 또는 COOH에 의해서 치환된 무색 유기 잔기이며, t＋q는 3 또는 4의 정수이다.

일반식(II)의 화합물의 예로서는 화합물

있다.

Ar¹N=N-J-X-(NR¹-L-NR²-X)_n-J-N=NAr² (III)

이 식에서, J는

의 기이고, Ar¹및 Ar²는 독립적으로 H, 알킬, 치환된 알킬, 알케닐 또는 치환된 알케닐이며, L은 2가의 유기 연쇄기이고, n은 0 또는 1이며, X는 카르보닐기 또는 하기 일반식

또는

(여기서, Z는 NR³R⁴, SR⁵또는 OR⁵이고, Y는 H, Cl, Z, SR⁶또는 OR⁶이며, E는 Cl 또는 CN이고, R³,R⁴,R⁵및 R⁶은 독립적으로 H, 알킬, 치환된 알킬, 알케닐, 치환된 알케닐, 아릴, 치환된 아릴, 아랄킬 또는 치환된 아랄킬이거나 또는 R³및 R⁴는 질소 원자와 함께 5원 또는 6원 고리를 형성할 수 있음)의 기인데, 상기 일반식(III)으로 표시되는 화합물은 COOH 및 COSH 중에서 선택된 기를 적어도 SO₃H의 기만큼 갖는다.

이 화합물의 특정한 예로는 다음과 같은 화합물이 있다.

본 발명에 따른 잉크에 사용되는 색재는 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 각종의 염료 및 안료와 같은 다른 색재를 사용할 수도 있다.

이들 색재의 사용량에 대해서도 특별한 제한이 부여되지 않는다. 그러나, 일반적으로 잉크의 총중량에 대하여 0.1∼15중량%, 더욱 좋기로는 0.1∼10중량%의 범위로 이들을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 잉크에 pH 조절제를 첨가하는 경우, 특히 이 잉크가 더욱 우수한 기록성을 갖기를 바란다면, 잉크의 pH를 잉크의 최대 점도 피크가 나타나는 pH보다는 더욱 알칼리 쪽으로 조정하는 것이 좋다.

pH 조절제로서는 각종 염기성 또는 산성 성분들을 사용할 수 있다. 암모니아 및 아민과 같은 휘발성 염기성 성분들이 더욱 좋다. 산성 성분으로서는 황산, 아세트산, 염산 등이 사용된다.

본 발명의 잉크는 상기 성분 이외에도 필요에 따라서 수용성 유기 용제; 계면 활성제, 방청제, 방부제, 곰팡이 방지제, 산화 방지제, 환원 억제제, 증발 촉진제, 킬레이트화제 및 수용성 중합체와 같은 각종 첨가제를 함유할 수도 있다.

본 발명을 실시하는 데 있어서 유용한 액상 매체로는 물과 수용성 유기 용제와의 혼합 용매가 바람직하다. 수용성 유기 용제의 특정 예로서는 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드와 같은 아미드류; 아세톤과 같은 케톤류; 테트라히드로푸란 및 디옥산과 같은 에테르류; 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜과 같은 폴리알킬렌글리콜류; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜 및 디에틸렌글리콜과 같은 알킬렌 잔기가 2∼6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌글리콜류; 티오디글리콜; 글리세롤; 1,2,6-헥산트리올; 에틸렌글리콜모노메틸(또는 모노에틸)에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸(또는 모노에틸)에테르 및 트리에틸렌글리콜모노메틸(또는 모노에틸)에테르와 같은 다가 알콜의 저급 알킬 에테르류; N-메틸-2-피롤리돈; 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논; 트리에탄올아민; 술폴란; 디메틸술폭시드; 2-피롤리돈 및 ε-카프롤락탐과 같은 시클릭 아미드 화합물; 그리고 숙신이미드와 같은 이미드 화합물 등이 있다.

잉크 중의 수용성 유기 용제의 함량은 일반적으로는 잉크의 총중량에 대하여 1∼40중량%가 좋고, 3∼30중량%가 더욱 좋다.

잉크 중에 사용되는 수분의 함량은 30∼95중량% 범위이다. 수분의 양이 30중량% 미만인 경우에는, 색재등의 용해도가 저하되고, 생성된 잉크의 점도가 증가한다. 따라서, 수분을 이와 같이 소량으로 사용하는 것은 좋(지 않다. 한편, 수분 함량이 95중량%를 초과하는 경우에는, 증발 성분이 너무 많아서 충분한 정착성을 만족시킬 수 없다.

본 발명에 따른 잉크는 열에너지에 의한 잉크의 발포 현상에 의하여 잉크가 토출되는 형태의 잉크 제트 기록 시스템에 사용하기에 특히 적합하다. 이 기록 시스템은 잉크의 토출이 극히 안정하고, 세틀릿트(satellite) 도트가 전혀 발생하지 않는다는 특징이 있다. 그러나, 이 경우에 이 잉크의 열적 특성(예를 들면, 비열, 열팽창 계수, 열전도도 등)을 조절해야 하는 경우도 있다.

본 발명의 잉크는 보통 종이 등에 기록된 경우의 인자 기록물의 내수성 문제를 해결함과 동시에, 이 잉크와 잉크 제트 기록용품의 헤드와의 조화를 이루게 한다는 면에서, 그 잉크 자체의 물성으로서 25℃에서 측정한 표면 장력을 30∼68dyn/cm로, 점도를 15cPs 이하, 좋기로는 10cPs 이하, 더욱 좋기로는 5cPs 이하로 조절하는 것이 바람직하다.

따라서, 잉크의 물성을 상기 값으로 조절하고 보통 종이를 사용하는데 따르는 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 잉크 중의 수분 함량을 50중량% 이상 내지 98중량% 이하, 좋기로는 60중량% 이상 내지 95중량% 이하로 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 잉크는 열에너지의 작용에 의해서 잉크 방출을 토출하여 기록하는 형태의 잉크 제트 기록시스템에 특히 적합하게 사용된다. 그러나, 본 발명의 잉크는 일반 필기구용으로도 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 잉크를 사용하여 기록하는 바람직한 방법 및 장치로서는, 기록 헤드내의 잉크에 기록 신호에 대응하는 열에너지를 공급하고, 이 열에너지에 의해서 잉크 방출을 발생시키는 방법 및 장치를 들 수 있다.

이러한 장치의 주요부인 헤드의 구성예를 제1도, 2도 및 3도에 나타낸다.

헤드(13)은 잉크 통과 요홈(14)를 갖는 유리, 세라믹 또는 플라스틱 플레이트 등과 감열 기록에 사용되는 발열 헤드(15)(도면에는 헤드가 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아님)로 구성되는데, 이 발열 헤드(15)는 상기 플레이트에 접착된다. 발열 헤드(15)는 산화규소 등으로 형성된 보호막(16), 알루미늄 전극(17-1) 및 (17-2), 니크롬 등으로 형성된 발열 저항체층(18), 축열층(19) 및 알루미나 등으로 형성된 방열성이 양호한 기판(20)으로 이루어진다.

잉크(21)은 토출 오리피스(22)(미세공)까지 나와서 압력 P에 의한 메니스커스(23)을 형성한다.

이제, 전극(17-1) 및 (17-2)에 전기 신호가 가해지면, 발열 헤드(15)의 n으로 표시된 영역이 신속하게 발열되어 이 영역과 접하고 있는 잉크(21)중에 기포가 발생된다. 잉크의 메니스커스(23)은 이와 같이 형성된 압력의 작용에 의해서 돌출되고, 잉크(21)은 오리피스(22)로부터 기록 방울(24)의 형태로 피기록재(25)에 토출된다.

제3도는 제1도에 도시된 헤드를 다수 배열한 멀티 헤드의 외관을 나타낸다. 상기 멀티 헤드는 다수의 요홈(26)을 갖는 유리플레이트를 제1도에 도시한 헤드와 유사한 발열 헤드(28)에 밀착시켜 제작한다.

또한, 제1도는 잉크의 흐름 경로에 따른 헤드(13)의 횡단면도이고, 제2도는 제1도의 A-B선에 따라 취한 횡단면도이다.

제4도는 상기 헤드를 짜맞춘 잉크 제트 기록 장치의 예를 도시한 것이다. 제4도에서, 부호 61은 와이핑 부재로서 기능하는 블레이드를 나타내는데, 그 한쪽 단부는 블레이드 유지 부재에 의해 유지되는 고정 단부인 캔틸레버(cantilever)의 형태이다. 블레이트(61)은 기록 헤드가 작동하는 영역에 인접한 위치에 배치되는데, 이 실시 태양에서는 기록 헤드의 이동 경로에 돌출되는 형태로 유지된다. 부호 62는 캡을 나타내는 것으로서, 블레이드(61)에 인접한 홈(home)위치에 배치되고, 기록 헤드의 이동 방향과 수직인 방향으로 이동하여 토출구면(吐出口面)에 접하여 이 토출구면을 닫도록 된 구성이다. 부호 63은 블레이드(61)에 인접하여 마련된 잉크 흡수체로서, 블레이드(61)과 유사하게 기록 헤드의 이동 경로에 돌출되는 형태로 유지된다. 상기 블레이드(61), 캡(62) 및 흡수체(63)은 기록 헤드용 회복부(64)를 구성하는데, 여기서 블레이드(61) 및 흡수체(63)에 의해서 잉크 토출구면으로부터 수분, 분진 등이 제거된다.

부호 65는 토출 에너지 발생 수단이 구비되어 있고, 또 토출구가 마련된 토출구면에 대향하는 피기록재에 잉크를 토출하여 기록을 행하는 기록 헤드를 나타낸다. 부호66은 기록 헤드(65)가 탑재되어 있어서 그 기록 매체(65)가 이동될 수 있게 되어 있는 캐리지를 나타낸다. 캐리지(66)은 가이드축(67)과 활주 가능하게 맞물리고, 그 일부는 모토(68)에 의해 구동되는 벨트(69)에 접속되어 있다(도시하지 않음). 따라서, 캐리지(66)은 가이드축(67)을 따라서 이동 가능하며, 따라서 기록 헤드(65)는 기록 영역으로부터 그에 인접한 영역으로의 이동이 가능하다.

부호 51 및 52는 피기록재를 별도로 삽입하는 급지부(給紙部) 및 모터(도시하지 않음)에 의해 구동되는 급지 롤러를 각각 나타낸다. 이러한 구조에 의하여, 피기록재는 기록 헤드의 토출구면에 대향하는 위치로 공급되며, 기록이 진행됨에 따라 배지(排紙) 롤러(53)이 마련된 배지부(排紙部)로 배지된다.

상기 구조에 있어서 기록 헤드(65)는, 예를 들면 기록의 완료 후에 그의 홈(home) 위치로 되돌아오는 경우 헤드 회복부(64)의 캡(62)는 기록 헤드(65)의 이동 경로로부터 물러나 있고, 블레이드(61)은 이동 경로 중에 돌출되어 있다. 그 결과, 기록 헤드(65)의 토출구면이 닦여진다. 캡(62)가 기록 헤드(65)의 토출구면에 접하여 이것을 닫는 경우에는, 캡(62)가 이동하여 기록 헤드의 이동 경로에 돌출되어 있다.

기록 헤드(65)가 그의 홈 위치로부터 기록이 개시되는 위치로 이동하는 경우, 캡(62) 및 블레이드(61)은 전술한 닦여지는 때의 위치와 동일한 위치에 있다. 그 결과, 기록 헤드(65)의 토출구면은 이와 같은 이동시에도 닦여진다.

상기 기록 헤드의 홈 위치로의 이동은 기록이 완료되거나 또는 기록 헤드가 토출을 위하여 회복될 때 뿐만 아니라. 기록 헤드가 기록을 위하여 기록 영역 내에서 이동될 때에도 일어나는데, 그 동안에 그 기록 헤드는 소정의 간격으로 각 기록 영역에 인접한 홈 위치로 이동하고, 이때 그 이동에 따라 토출구면이 닦여진다.

제5도는 잉크 공급 부재, 예를 들면 튜브를 통하여 헤드에 공급된 잉크를 수용하는 카트리지의 일례를 도시하고 있다. 여기서, 부호 40은 공급되는 잉크를 수용하는 잉크 수용부, 예를 들면 잉크 백(bag)을 나타낸다. 이 잉크 백의 한쪽 단부에는 고무로 제조된 마개(42)가 마련되어 있다. 바늘(도시하지 않음)을 이 마개(42)에 삽입함으로써 잉크 백(40)중의 잉크를 헤드에 공급하는 것이 가능하다. 부호 44는 폐잉크를 수용하는 잉크 흡수체를 나타낸다. 본 발명에 있어서, 잉크 수용부로서는 잉크와의 접액면이 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌으로 형성되어 있는 것이 좋다. 본 발명에서 사용되는 잉크 제트 기록 장치는 전술한 바와 같은 헤드와 잉크 카트리지가 별도로 마련된 장치에 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 제6도에 도시한 바와 같이, 이들 부재가 일체로 형성된 장치도 바람직하게 사용될 수 있다.

제6도에 있어서, 부호 70은 기록 유니트로서, 그 내부에 잉크를 수용하는 잉크 수용부, 예를 들면 잉크 흡수체가 있다. 기록 유니트(70)이 이와 같이 구성되면, 이 잉크 흡수체 중의 잉크가 다수의 오리피스를 갖는 헤드(71)을 통하여 잉크 방울 형태로 토출된다. 본 발명에 있어서 잉크 흡수체의 재로로서는 폴리우레탄, 셀룰로오스 또는 폴리비닐아세탈이 바람직하게 사용된다. 부호 72는 기록 유니트(70)의 내부를 대기와 연통 시키기 위한 대기 연통구를 나타낸다. 이 기록 유니트(70)은 제3도에 도시한 기록 헤드 대신에 사용될 수 있고, 캐리지(66)에 착탈 가능하게 장착되어 있다.

하기의 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 하기 실시예에 사용된 모든 "부" 및 "%"는 특별히 표시하지 아니하는 한 중량 기준이다.

실시예 1 내지 8

다음에 기재한 대응하는 각 성분들을 혼합하고 충분히 교반하여 용해시킨 후에, 얻어진 용액을 포어 크기가 0.45㎛인 "플루오로포어 필터(Fluoropore Filter)"(상품명 : 스미또모 덴꼬 가부시끼가이샤 제품)를 통하여 가압 여과하여, 본 발명의 실시예 1 내지 8에 따른 잉크를 각각 제조하였다. 각 잉크의 pH 값을 각 화합물의 염성분을 사용하여 약 9.5로 조정하였다.

실시예 1의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 블랙 168(C.I. Direct Black 168)2부

티오디글리콜10부

물84.5부

화합물 83부

황산암모늄0.5부

실시예 2의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 블랙 1682.5부

2-피롤리돈10부

물82.75부

화합물 214부

아황산수소나트륨0.75부

실시예 3의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 블랙 1682부

티오디글리콜10부

이소프로필 알콜4부

물80부

화합물 94부

실시예 4의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 블루 199(C.I. Direct Blue 199)2부

디프로필렌글리콜10부

물87부

화합물 191부

실시예 5의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 옐로우 86(C.I. Direct Yellow 86)2부

디에틸렌글리콜10부

물87.5부

화합물 190.5부

실시예 6의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 블랙 154(C.I. Direct Black 154)3부

에틸렌글리콜5부

티오디글리콜5부

물85.5부

화합물 251.5부

실시예 7의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 레드 227(C.I. Direct Red 227)3부

디에틸렌글리콜5부

티오디글리콜5부

물82.5부

화합물 104.5부

실시예 8의 잉크 조성

씨.아이. 디렉트 블랙 168(C.I. Direct Black 168)2부

씨.아이. 푸드 블랙 1(C.I. Food Black 1)1부

티오디글리콜10부

에탄올4부

물78.3부

화합물 154부

암모늄 염산염0 0.7부

수산화나트륨0.2부

비교예 1 내지 7

실시예 1 내지 7의 조성에 있어서 일반식(I)로 표시되는 대응하는 화합물 대신에 정제수를 공급함으로써 비교예 1 내지 7에 따른 비교 잉크를 조제하였다.

비교예 8

실시예 8의 화합물 15를 디메틸도데실베타인으로 바꾸어 비교예 8에 따른 잉크를 조제하였다.

실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 8에서 얻어진 잉크를 각각 사용하고, 잉크 제트 기록 장치로서 발열 소자를 잉크의 토출 에너지원으로서 이용하는 온-디맨드(On-Demand)형 잉크 제트 프린터를 사용하여 인자 시험을 수행하여, 잉크의 (1) 내수성, (2) 주파수 응답성, (3) 기록물의 인자 품위 및 (4) 칼라 화상에 있어서의 상이한 색조의 잉크가 묻은 영역간의 경계 번짐에 대한 평가를 하기 각 평가 기준에 따라서 행하였다. 그 결과는 표 1∼3에 나타나 있다.

또한, 상기 잉크 제트 기록 장치는 다음과 같은 인자 조건하에 작동시켰다;

구동 전압 : 26V

발열 저항기의 저항 : 150Ω

주파수 : 4kHz

<평가 방법 및 기준>

(1) 내수성

프린터에 시험할 잉크를 채우고, (A) 시판되고 있는 산성지 및 (B) 시판되고 있는 중성지 위에 영문자와 숫자 및 솔리드 인자 영역(solid print areas)을 인자한 후에, 프린터를 정지시키고, 얻은 인자물(印字物)을 1시간 이상 방치한 후, 인자의 화상 농도를 "마크베쓰(Macbeth) RD915"[상품명 : 마크베쓰 컴퍼니(Macbeth Company) 제품]에 의하여 측정하였다. 이어서, 인자물 시료를 물을 채운 용기에 적어도 3분 동안 침지시킨후, 방치, 건조시켜서 다시 화상 농도를 측정함으로써 화상 농도의 잔존률을 계산하였다. 내수성은 다음 기준에 따라서 등급을 매겨 평가하였다.

A : 화상 농도의 잔존률 80% 이상.

B : 화상 농도의 잔존률 66% 내지 79%.

C : 화상 농도의 잔존률 65% 이하.

(2)주파수 응답성

얻어진 인자물의 인자 상태, 즉 흐린 문자 및 블랭크 영역의 상태, 그리고 얼룩 및 미끄러짐과 같은 잉크의 착탄점(着彈點) 불량 상태를 육안으로 관찰하고, 다음과 같은 기준에 따라서 등급을 매겨 잉크의 주파수 응답성을 평가하였다.

A : 주파수에 대한 잉크의 추종(追從) 상태는 실질적으로 양호하고, 문자 인자시의 흐린 문자, 블랭크 영역 및 잉크 착탄점 불량은 관찰되지 않았으나, 솔리드 인자시에는 약간의 흐림이 인식됨.

B : 흐린 문자 및 블랭크 영역은 관찰되지 않으나. 문자 인자시에 일부에 잉크 착탄점 불량이 나타나고, 솔리드 인자시에는 흐린 블랭크 영역이 전체 솔리드 인자 영역의 약 1/3 정도로 관찰됨.

C : 솔리드 인자시에 흐림과 블랭크 영역이 다수 관찰되고, 문자 인자시에 흐린 문자와 잉크 착탄점 불량도 다수 나나탐.

(3) 인자 품위의 평가

시판되고 있는 (A) 산성지 및 (B) 중성지에 영문자 및 숫자를 프린터로 인자하고, 얻어진 인자물을 1시간 이상 방치하였다. 이어서, 그 인자물을 현미경 및 육안으로 관찰하고, 다음 기준에 따라서 문자의 선예도(sharpness) 및 글자 상에 나타난 휘스커형 페더링(whisker-like feathering) 정도를 등급 매겨 잉크의 인자 품위를 측정하였다.

A : 문자가 예리하고 휘스커형 페더링이 나타나지 않음.

B : 문자가 예리하지만 휘스커형 페더링이 약간 나타남.

C : 문자가 둔하거나 또는 휘스커형 페더링이 비교적 많이 나타남.

D : 문자가 둔하고, 휘스커형 페더링도 많이 나타남.

(4) 칼라 화상에 있어서, 상이한 색조의 잉크를 묻은 영역간의 경계 번짐에 대한 내성 평가

실시예 4,5 및 6의 잉크를 조합하여 실시예 9의 잉크로 사용하고, 잉크 제트 칼라 프린터, "비제이씨(BJC) 800"(상품명 : 캐논 가부시끼가이샤 제품)을 이용하여 상이한 색조의 잉크들이 묻은 영역간의 경계 번짐에 대하여 평가하였다. 또한, 비교예 1,4 및 5의 잉크를 조합하여 비교예 9의 잉크로 사용하여, 상기한 바와 동일한 평가를 수행하였다.

다음 조건에 따라서 평가 결과의 등급을 매겼다.

A : 상이한 색조의 잉크들이 묻은 영역간의 경계가 분명하고, 경계 번짐이 전혀 나타나지 않음.

B : 상이한 색조의 잉크들이 묻은 영역간의 경계가 흐리고, 경계 번짐이 일어남.

[표 1]

평가 결과

[표 2]

평가 결과

[표 3]

평가 결과

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 사무실 등에서 일반적으로 사용되는 산성지 및 중성지와 같은 이른바 보통 종이 위에 프린트하는 경우에 인자 기록물 등의 화상에 악영향을 미치는 일이 없이 인자 기록물의 내수성을 향상시킬 수 있는 잉크가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 장기간의 보존 후에도 안정성이 양호하며, 잉크 제트 기록 시스템에 있어서 어떠한 문제도 없이 신뢰성이 높은 기록을 행할 수 있는 잉크를 제공할 수 있다.

Claims

색재, 이 색재를 용해 또는 분산시키는 액상 매체 및 pH 4∼10의 범위에서 그의 용해도가 최소 피크에 도달하는 화합물로 이루어진, 잉크.
제1항에 있어서, pH 4∼10의 범위에서 그의 용해도가 최소 피크에 도달하는 화합물이 알킬기, 카르복실기, 카르복실기의 염, 술폰기 및 술폰기의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 갖는, 2급 아민과 그의 유도체, 3급 아민과 그의 유도체 및 이들의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택된 일종 이상의 화합물인 것인 잉크.
제2항에 있어서, pH 4∼10의 범위에서 그의 용해도가 최소 피크에 도달하는 화합물이 하기 일반식 (I)로 표시되는 화합물인 것인 잉크.

위 식에 있어서, R₁은 탄소 원자수가 1∼48개인 알킬기 또는 수소 원자이고, R₂는 (CH₂)_a-X₁또는 수소 원자인데, 여기서 a는 1∼4의 정수이며, R|₃은 (CH₂)_b-X₂, R₄-Y또는 수소 원자인데, 여기서 b는 1∼4의 정수이고, R₄는 탄소 원자수가 1∼48개인 알킬기 또는 수소 원자이며, Z는 (NR₅C_lH₂₁)_c(NHC_nH|_2n)_d인데, 여기서 l은 2∼4의 정수이고, n은 2∼4의 정수이며, c＋d는 0∼50의 정수이고, Y는 (NR₆C_mH_2m)_e(NHC_pH_2p)_f인데, 여기서 m은 2∼4의 정수이고, p는 2∼4의 정수이며, e＋f는 0∼50의 정수이고, R₅는 (CH₂)_g-X₃인데, 여기서 g는 1∼4의 정수이며, R₆은 (CH₂)_h-X₄인데, 여기서 h는 1∼4의 정수이고, X₁, X₂, X₃, 및 X₄는 독립적으로 카르복실기, 카르복실기의 염, 술폰기, 술폰기의 염 및 수소 원자로 이루어진 군으로부터 선택되는데, 다만, R₂및 R₃, 그리고 c 및 e 는 각각 동시에 수소 원자 및 0이 아니고, X₁, X₂, X₃및 X₄는 동시에 수소 원자가 아니다.
제3항에 있어서, 일반식(I)로 표시된 화합물에서, X₁, X₂, X₃및 X₄가 독립적으로 카르복실기의 염 및 술폰기의 염, 수소 원자로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 잉크.
제3항에 있어서, 일반식(I)로 표시된 화합물에서, R₁및 R₄는 독립적으로 탄소 원자수가 1∼32개인 알킬기이고, c＋d 및 e＋f는 독립적으로 0∼16의 정수이고, a, b, g, 및 h는 독립적으로 1 또는 2의 정수인 것인 잉크.
제1항 및 제2항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 색재가 직접 염료인 것인 잉크.
제6항에 있어서, 색재가 한 개 이상의 술폰기를 갖는 염료인 것인 잉크.
제6항에 있어서, 색재가 2가의 유기 연쇄기 이외의 위치에서 질소 원자를 갖는 염료인 것인 잉크.
제1항에 있어서, 잉크의 pH가 그 잉크의 최대 점도 피크를 나타내는 pH보다 더 알칼리성으로 조정된 것인 잉크.
잉크 방울을 기록 신호에 따라 오리피스로부터 토출시켜 피기록재에 기록을 수행하는 잉크 제트 기록 방법에 있어서, 상기 잉크가 제1항 기재의 잉크인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 방법.
제10항에 있어서, 잉크에 열에너지를 작용시켜서 잉크 방울을 토출시키는 것인 잉크 제트 기록 방법.
잉크를 유지하는 잉크 수용부 및 이 잉크를 잉크 방울 형태로 토출시키는 헤드로 이루어지는 기록 유니트에 있어서, 상기 잉크가 제1항 기재의 잉크인 것을 특징으로 하는 기록 유니트.
제12항에 있어서, 헤드가 잉크에 열어너지를 작용시켜 잉크 방울 형태로 토출시키는 헤드인 것인 기록 유니트.
제12항에 있어서, 잉크 수용부가 그 안에 잉크 흡수체를 갖는 것인 기록 유니트.
제12항에 있어서, 잉크 수용부가 폴리우레탄, 셀룰로오스 또는 폴리비닐 아세테이트로 형성된 것인 기록 유니트.
잉크를 유지하는 잉크 수용부를 갖는 잉크 카트리지에 있어서, 잉크가 제1항 기재의 잉크인 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
제16항에 있어서, 잉크 수용부의 잉크 접액면이 폴리올레핀으로 형성된 것인 잉크 카트리지.
잉크를 유지하는 잉크 수용부 및 잉크를 잉크 방울의 형태로 토출시키는 헤드로 이루어지는 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 상기 잉크가 제1항 기재의 잉크인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
제18항에 있어서, 헤드가 잉크에 열에너지를 작용시켜 잉크 방울로 토출시키는 헤드인 것인 잉크 제트 기록 장치.
제18항에 있어서, 잉크 수용부가 그 안에 잉크 흡수체를 갖는 것인 잉크 제트 기록 장치.
제18항에 있어서, 잉크 수용부가 폴리우레탄, 셀룰로오스 또는 폴리비닐 아세테이트로 형성된 것인 잉크 제트 기록 장치.
잉크를 잉크 방울 형태로 토출시키는 기록 헤드, 잉크를 유지하는 잉크 수용부를 갖는 잉크 카트리지와 이 잉크 카트리지로부터 기록 헤드에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급부로 이루어진 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 잉크가 제1항 기재의 잉크인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
제22항에 있어서, 헤드가 잉크에 열어너지를 작용시켜 잉크 방울을 토출시키는 헤드인 것인 잉크 제트 기록 장치.
제23항에 있어서, 잉크 수용부의 접액면이 폴리올레핀으로 형성된 것인 잉크 제트 기록 장치.