(57)【要約】      （修正有）【課題】インクジェットヘッドは、インク滴を十数ｋＨｚで連続吐出するという動的な挙動が支配的な現象であるため、粘度や表面張力等の従来の静的物性のみでの調整では印字安定性の確保が困難なインクが存在し、この印字安定性を確保した分散型インクジェットインクを提供する。【解決手段】貯蔵弾性率が、角周波数０．０１〜１０ｒａｄ／ｓｅｃにおいて、０．００００１Ｐａ以下であるインクジェットインクとし、さらに、温度２５℃において粘度が２０ｍＰａ．ｓであり、温度４０℃において粘度が１０ｍＰａ．ｓであって、貯蔵弾性率が、角周波数０．０１〜１０ｒａｄ／ｓｅｃにおいて、０．００００１Ｐａ以下であるＵＶ硬化型のインクジェットインク。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵弾性率が、角周波数０．０１〜１０ｒａｄ／ｓｅｃにおいて、０．００００１Ｐａ以下であるインクジェットインク。
【請求項２】
温度２５℃において粘度が２０ｍＰａ．ｓであり、温度４０℃において粘度が１０ｍＰａ．ｓであって、貯蔵弾性率が、角周波数０．０１〜１０ｒａｄ／ｓｅｃにおいて、０．００００１Ｐａ以下であるＵＶ硬化型のインクジェットインク。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインクジェットインクの製造方法であって、
前記インクジェットインクに分散処理を施す分散処理工程と、
前記分散処理工程中に前記インクジェットインクの粘度を計測する粘度計測工程と、
前記粘度計測工程により得られた粘度に基づいて分散処理時間を調整する第一時間調整工程と、
からなるインクジェットインクの製造方法。
【請求項４】
複数回の前記粘度計測工程により得られた粘度の変化率に基づいて分散処理時間を調整する第二時間調整工程を有すること特徴とする、請求項３に記載のインクジェットインクの製造方法。
【請求項５】
前記分散工程が、超音波分散手段によってなされることを特徴とする請求項３または４に記載のインクジェットインクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置に適応されるインクジェットインクおよびインクジェットインクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録とは、圧電アクチュエータ等の動力源を用い、直径が数十ミクロンサイズのノズルより、体積が数十ピコリットルのインク滴を吐出し、メディア（被記録媒体）に定着させることで、画像形成等を実施する技術である。従来の活版印刷技術等に比べ、版が不要であることから、製造コストや負荷を大幅に低減できるため、オンデマンド印刷として従来技術との置き換えが進んでいる。
【０００３】
上記インクジェット記録を実現するためには、インクの粘度、表面張力、粒度分布、密度、脱気等、複数の物性を厳密に調整しなければならない。そのため、従来のスクリーン印刷等に用いられる印刷インキ等とは区別され、インクジェットインクと呼ばれる。
【０００４】
上記インクジェットインクの中でも、着色剤に顔料等を用いる分散型の顔料インクは、耐侯性に優れることから、屋外看板等のサインビジネスに広く応用されている。これらの顔料インクは、顔料を有機溶剤などの溶媒中で分散させることで、当該インクを着色している。一般的に、分散処理は、ボールミル、ビーズミル、ロールミル、ホモジナイザー等の分散装置が用いられる。しかし、顔料インクに代表されるようなインクジェットインクは、印刷インキに比べ、低粘度であるため、特に、顔料の分散状態を適正化することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３１５３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、顔料インクに代表されるようなインクジェットインクは、基本的に、粘度、表面張力等、いわゆる静的な物理特性を調整して設計されるが、それでも吐出特性に不具合が発生する場合がある。例えば、連続印字した場合に、特定のノズルのみインクが吐出されないような“ノズル抜け”や“印字抜け”等と称される印字不具合が発生する場合がある。
【０００７】
具体例として、インクの組成およびインクの製造方法が同等であり（組成を表１に示す）、定着樹脂の含有量は同じで、定着樹脂の種類だけ異なる２種類の溶剤系の分散型インクジェットインクの印字安定性の測定結果を表２に示す。定着樹脂の種類の違いとは、樹脂の製造方法が異なるのみで、分子量等、基本物性は同等である。インク１は乳化重合（ラジカル重合）、インク２は懸濁重合により製造されたものである。
【０００８】
乳化重合による製造方法とは、インク製造に従事する当業者にとって広く知られている製造方法の一種で、界面活性剤から成る乳化剤によって、モノマーを乳化・可溶化させた状態で重合させ、ポリマーエマルションを得る反応である。懸濁重合による製造方法とは、同様に当業者にとって広く知られている製造方法の一種で、モノマーと溶媒の水とを機械的に撹拌し、懸濁させて行う重合方法である。
【０００９】
表１の溶剤１，溶剤２，溶剤３および溶剤４とは、複数の有機溶剤を意味しており、それぞれ含有量が全体に対して溶剤１は５５％程度、溶剤２は１５％程度、溶剤３は１０％程度および溶剤４は５％程度である。溶剤１，２，３および４の具体例としては、アセトン、ジメチルケトン、ジフェニルケトンなどケトン類、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ベンジルアルコールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、モノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルアセテートなどエーテル類、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなど脂環式化合物、トルエン、ベンゼンなどの芳香族化合物などが使用でき、またこれらは１種のもの又は２種以上選択して併用できるものである。
【００１０】
また、表１の定着樹脂とは、インクをメディアに定着させるために、当該インクに含有されるものであって、特に限定されないが、例えば，塩酢ビ樹脂，ポリアクリル樹脂等が挙げられる。なお、含有量は、全体に対して５％程度である。
【００１１】
さらに、着色材として用いる表１の顔料とは、従来公知の顔料が使用でき、アゾ系顔料、ニトロソ系顔料、ニトロ系顔料、塩基性染料系顔料、酸性染料系顔料、建て染め染料系顔料、媒染染料系顔料、及び天然染料系顔料等の有機系顔料、黄土、バリウム黄、紺青、カドミウムレッド、硫酸バリウム、酸化チタン、弁柄、鉄黒、カーボンブラック等の無機顔料等が挙げられ、これらは単独あるいは混合して使用する事ができる。なお、含有量は、全体に対して５％程度である。
【００１２】
また、表１の分散剤とは、分散樹脂と称されることも多く、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられるが、特に限定されない。一般的には、アクリレート及び又はアクリル酸の重合体や、具体的には２−エチルへキシルアクリレートを含有するアクリレートの重合体を使用することが可能である。なお、含有量は、全体に対して５％程度である。
【００１３】
なお、これらの組成の含有量は、一例であって、インクの製造環境や細かな物性の違いによって、容易に変更することができる。
【００１４】
【表１】
2012158732.tif 000003
【００１５】
表２は、インクジェットヘッドの安定性評価の一例を示す。表２は、実際に使用する駆動電圧２０Ｖを基準とし、１Ｖごとに電圧変化させ、各駆動電圧において２分間の連続印字を行い、印字抜け発生の有無を判定した評価結果である。なお、表２では基準電圧２０Ｖに基づき、それぞれの駆動電圧における基準電圧との差を電圧差と称して示した。この基準電圧２０Ｖを基準に、印字抜けが発生しない駆動電圧値が大きいほど、実際の連続印字における安定性も優位であることが経験的にわかっており、実用的には基準電圧（ここでは、２０Ｖ）より±２Ｖ以上で印字抜けが発生しないなどの特性確保が必要であることが、これも経験的にわかっている。
【００１６】
なお、表２において、○は印字抜けなどの吐出不良が発生しなかったことを示し、×は印字抜けなどの吐出不良が発生したことを示す。この印字試験の評価結果では、インク１は駆動電圧が１６Ｖから２４Ｖまで（電圧差が−４Ｖから＋４Ｖまで）で十分な印字安定性を示すのに対し、インク２は駆動電圧が１７Ｖから２０Ｖまで（電圧差が−３Ｖから０Ｖまで）と十分な印字安定性が確保できておらず、実際の印字安定性を確保することができない。なお、この評価における基準電圧を２５Ｖとして評価することも可能であり、実際に基準電圧を２５Ｖとした場合は、基準電圧を２０Ｖとした場合と同様の評価結果を得ることができた。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
前述のように、インク１とインク２は、組成は同等であるほか、静的な物理特性としても大差ないため、従来方法では、明確な設計方針が立てられない。そのため、このような場合は、分散条件を変えたり、添加剤を付加したりしながら、安定性評価を行い、それらの試行錯誤で開発しなければならず、開発効率が極めて悪かった。また、場合によっては、解が見つからず、販売中止となる場合も存在した。
【００１９】
また、原料メーカーが不採算のため、上記のような樹脂等の原料供給を停止するという状況はワールドワイドでは実際に起こり得ることであり、その際、前述のように静的特性では不具合把握できない状況に陥ると、その製品の死活問題となる。
【００２０】
以上のように、インクジェットインクの開発は、従来の静的な物理特性等だけでは、印字安定性としての特性を把握しきれないという課題がある。そして、その理由は、インクジェットは、インク滴を十数ｋＨｚで連続吐出するという動的な挙動が支配的な現象であるためであると推測されている。
【００２１】
本発明では、インクジェット技術に、動的挙動の概念を導入することで、開発の効率化を推進する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明では、貯蔵弾性率が、角周波数０．０１〜１０ｒａｄ／ｓｅｃにおいて、０．００００１Ｐａ以下であるインクジェットインクとした。
【００２３】
また、温度２５℃において粘度が２０ｍＰａ．ｓであり、温度４０℃において粘度が１０ｍＰａ．ｓであって、貯蔵弾性率が、角周波数０．０１〜１０ｒａｄ／ｓｅｃにおいて、０．００００１Ｐａ以下であるＵＶ硬化型のインクジェットインクとした。
【００２４】
また、インクジェットインクに分散処理を施す分散処理工程と、前記分散処理工程中に前記インクジェットインクの粘度を計測する粘度計測工程と、前記粘度計測工程により得られた粘度に基づいて分散処理時間を調整する第一時間調整工程と、からなるインクジェットインクの製造方法とした。
【００２５】
また、複数回の前記粘度計測工程により得られた粘度の変化率に基づいて分散処理時間を調整する第二時間調整工程を有すること特徴とする、インクジェットインクの製造方法とした。
【００２６】
また、前記分散工程が、超音波分散手段によってなされることを特徴とするインクジェットインクの製造方法とした。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、上記のとおり、インクの貯蔵弾性率を０．００００１Ｐａ以下に調整することで、適正な印字安定性を有するインクジェットインクを効率的に開発することができる。また、インクの製造工程としても、効率的な工程設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明におけるインクの角周波数と貯蔵弾性率の測定結果
【図２】本発明におけるインクの分散時間と粘度の測定結果
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例により限定されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
上記で説明したインク１より印字安定性の劣るインク２をモデルとして、インク２に出力４００Ｗの超音波ホモジナイザーを用いて５００ｍＬあたり２ｍｉｎで処理したインク（以下、「インク３」と呼ぶ。）の印字安定性結果を表３に示す。インク１〜３において、○は印字抜けなしを示し、×は印字抜けありを示す。表３に示すように、インク３は、印字安定性が１６Ｖから２４Ｖまで（電圧差が−４Ｖから＋４Ｖまで）と十分な印字安定性が確保されていることがわかる。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表３のインク１、インク２およびインク３の３サンプルの、粘度、表面張力、粒度分布等の物性を測定したところ、ほぼ同等であった。つまり、インク１と比較して印字安定性の劣るインク２に対し、上述した処理を施すことによって、インク１と同等の印字安定性を確保することができたと言える。
【００３３】
図１に表１に記載のインク１、インク２およびインク３の３サンプルの貯蔵弾性率の測定結果を示す。図１の縦軸に貯蔵弾性率を示し、横軸に角周波数を示している。なお、縦軸の貯蔵弾性率は、対数目盛りで示している。貯蔵弾性率は角周波数６００以下（ｒａｄ／ｓｅｃ）、貯蔵弾性率０．００００００１以上（Ｐａ）の測定スペックを有するレオメーターを用い、０．０１〜１０（ｒａｄ／ｓｅｃ）の範囲で貯蔵弾性率を測定したものである。
【００３４】
図１に示すように、インク２の貯蔵弾性率は０．００００１Ｐａ以上となっているのにたいし、インク１およびインク３は、０．００００１Ｐａ以下となっていることがわかる。実際には、インク２の貯蔵弾性率は０．００１Ｐａ付近の数値を示していることがわかる。
【００３５】
以上のように、貯蔵弾性率と印字安定性に相関がみられ、貯蔵弾性率を調整することで、印字安定性を調整できる。
【００３６】
上記のように、貯蔵弾性率は、検出感度が問題となるので、レオメーターのスペックは、前述したように、各周波数６００以下（ｒａｄ／ｓｅｃ）において、０．００００００１以上（Ｐａ）であることが望ましい。また、ローターはコーンタイプ（角度は１°）、ギャップは５０μｍ、歪量は１０％の設定で安定的な測定が可能であった。
【００３７】
貯蔵弾性率は、温度によっても変化するため、実際に吐出する環境温度において０．００００１Ｐａ以下となるよう調製するのがよい。例えば、上記測定は、溶剤系の分散型インクであり、吐出する環境が２５℃であるため、２５℃で測定したものであるが、ＵＶ硬化型インクの場合は、汎用的なもので２５℃における粘度が２０ｍＰａ．ｓであり、１０ｍＰａ．ｓとなる４０℃に、ヒーター等で加温して使用するため、このようなインクの場合は、実際に使用する温度において適正な貯蔵弾性率が得られるよう調製するのがよい。
【００３８】
本実施例では、分散方法としては、超音波分散手段である超音波ホモジナイザーを用いたが、分散処理は、ボールミル、ビーズミル、ロールミル、ホモジナイザー等、他の分散装置が用いてもよい。
【実施例２】
【００３９】
次に、貯蔵弾性率の調整方法について説明する。
５００ｍＬのインク２に、出力４００Ｗの超音波ホモジナイザーで分散処理を施した際（分散処理工程）の処理時間とインク粘度を測定し（粘度計測工程）、その結果を図２に示す。本分散処理は、処理時間に応じてインク温度が上昇するため、インク容器を５℃程度に温度調節したウォータバスに浸漬した状態で実施した。なお、本実施形態においては、粘度計測工程により計測された粘度に基づいて分散処理の時間を調整することとしている（第一時間調整工程）。
【００４０】
本実施形態におけるインクの粘度は、分散時間に応じて、図２に示すように、１ｍｉｎ以前で急勾配で減粘し、１ｍｉｎ以降は、ゆるやかに減粘していることがわかる。各処理時間ごとの貯蔵弾性率を測定したところ、１ｍｉｎ以降のインクでは、図１に示したインク３と同等の０．００００１（Ｐａ）以下の貯蔵弾性率値を示した。それに対し、１ｍｉｎ以前のインクにおいては、０．００００１（Ｐａ）以上の貯蔵弾性率を示した。
【００４１】
以上の結果より、減粘が急勾配の領域を越えれば、０．００００１（Ｐａ）以下の貯蔵弾性率が確保できることが確認された。この複数回の粘度計測工程により得られた粘度の変化率に基づいて、分散処理の時間を調整することにより（第二時間調整工程）、確実にインクの貯蔵弾性率を調整することができる。
【００４２】
減粘が急勾配の領域は、樹脂や顔料の製造ロット等によりばらつくため、実際の分散処理時間は、急勾配の領域の時間の２〜３倍程度、確保するのがよい。
【００４３】
また、本実施例では、粘度測定は、処理時間ごとにインクを随時抜き取ることで実施したが、リアルタイム測定が可能な超音波式の粘度計をインク容器に設置し、リアルタイムでモニターしてもよい。こうすることによって、分散処理工程中にインクの粘度を計測する粘度計測工程を実施することが可能である。
【００４４】
また、本実施例では、分散方法としては、超音波ホモジナイザーを用いたが、分散処理は、ボールミル、ビーズミル、ロールミル、ホモジナイザー等、他の分散装置を用いてもよい。
【図１】
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【図２】
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