JP2000248218A - 静電式インクジェット用インク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い記録周波数でも高濃度印字による高画質
画像が安定して得られる静電式インクジェット用インク
を得る。 【解決手段】 １０＾１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有
する絶縁性溶媒と、帯電可能な色材粒子と、前記色材粒
子に対して所定の極性に帯電する機能を付与する帯電制
御剤とを有し、次のＡ〜Ｅの物性値を備えた静電式イン
クジェット用インクである。Ａ：前記静電式インクジェ
ット用インクの体積抵抗率が１０＾９〜１０＾１２Ωｃ
ｍ。Ｂ：前記色材粒子の平均粒径が０．１〜２μｍ。
Ｃ：前記色材粒子のζ電位と粘度の比（ζ電位／粘度）
の絶対値が１０〜１００（ｍＶ／ｃｐ）。Ｄ：前記静電
式インクジェット用インクの粘度が２〜２０ｃｐ。Ｅ：
前記色材粒子のζ電位の絶対値が３０ｍＶ〜２００ｍ
Ｖ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に用いられるインクに関し、特に、静電力により
インク中の色材粒子を凝集して吐出させて記録媒体に印
字を行う静電式インクジェット記録装置に使用される静
電式インクジェット用インクに関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録技術は、記録時にお
ける騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという
点において、最近関心を集めている。

【０００３】特に、比較的簡単な機構で普通紙に高速記
録を行うことができるインクジェット方式は極めて有力
な記録技術であって、これまでにも様々な技術が提案さ
れており、現在もなお、高速記録化、高解像度化、フル
カラー化に適した技術が鋭意研究されている。中でも、
発熱体の熱により発生する蒸気の圧力でインク滴を吐出
させるバブルジェット方式や、圧電素子によって発生さ
れる機械的な圧力パルスによりインク滴を吐出させるピ
エゾ方式のように、複数のドットを並列に記録するマル
チノズルタイプが代表的なものである。

【０００４】しかし、従来のインクジェットプリンタ
は、解像度の向上には適していないという問題点があ
る。つまり、蒸気の圧力を使うバブルジェット方式で
は、直径２０μｍ未満の粒径のインク滴を生成するのが
難しく、また圧電素子が発生する圧力を使うピエゾ方式
では、記録ヘッドが複雑な構造となるために、加工技術
上の問題から解像度の高いヘッドが作りにくいからであ
る。

【０００５】また、従来のインクジェット方式に使用さ
れているインクにも技術上の問題点も多い。

【０００６】ここで、インクジェット用インクに要求さ
れる特性としては、第１に紙上で滲み、かぶりのない高
濃度で均一な画像が得られること、第２に画像の耐候性
が良いこと、第３に紙上においてインクの乾燥性が良い
こと、第４に目詰まりが発生せず、吐出安定性や吐出応
答性に優れること、などがある。

【０００７】これらの特性を得るために、薄膜の電極ア
レイに電圧を印加し、静電気力を用いてインクを吐出さ
せる静電式インクジェット方式が多数考案されている。

【０００８】ここでは、従来の静電式インクジェット方
式として、特開平７−５０２２１８号公報に開示された
技術について説明する。

【０００９】当該公報による従来の静電式インクジェッ
ト技術は、帯電した色材粒子と同極性の電圧をスリット
先端の電極に電圧に印加して色材粒子の凝集体をつく
り、記録電極の先端からこの色材粒子の凝集体を吐出さ
せるものである。

【００１０】そして、この技術によれば、色材粒子が凝
集した状態で吐出されるので溶媒の少ないインクが紙上
でドットとして形成され、滲みの少ない高濃度の印字が
実現できる。また、溶媒が少ないために、記録媒体上で
インクの乾燥も速くなる。しかも、染料インクを使用し
ている他のインクジェット方式とは異なり、インクの色
材粒子に顔料を使用しているので、耐候性の良い画像を
得ることができる。

【００１１】また、従来の静電式インクジェット技術で
は、記録ヘッドの構成が個別のドット毎のノズルを必要
としないスリット状であるために、インクジェットヘッ
ドを実用化する上で大きな障害であった目詰まりの防止
と復旧に対して有効であり、常に吐出安定性が良好で信
頼性が維持される。

【００１２】さらに、従来の静電式インクジェット技術
は、記録信号パルス長により直径１０〜２０μｍ程度の
記録ドットを容易に形成でき、しかも直径１００μｍ以
上の大きな記録ドットも形成できる。したがって、高解
像度化と同時に多値面積階調も可能であるために、高解
像度化フルカラー化に最も適したインクジェット方式と
いえる。

【００１３】以下、静電式インクジェットヘッドの構成
とインク吐出過程、および静電式インクジェット用イン
クの特徴について説明する。なお、以後は、静電式イン
クジェット用インクを単にインクと言う。

【００１４】図１は静電式インクジェットヘッドの構成
を示す概略図、図２は図１の静電式インクジェットヘッ
ドの内部の構成を示す概略図、図３は図１の静電式イン
クジェットヘッドの側断面図、図４〜図７は図１の静電
式インクジェットヘッドによるインクの吐出動作を連続
して示す説明図である。

【００１５】図示するように、記録ヘッドは、相互に接
合されて一体化された下部筐体７および上部筐体８を有
している。このような記録ヘッドの先端にはスリット孔
２が形成されており、スリット孔２から内側に延びるよ
うにして、記録電極ドライバにより駆動されてインク滴
を吐出させる複数の記録電極１が設けられている。

【００１６】この記録電極１は、記録電極１の先端近傍
に存在するインクに電界を集中させとともにメニスカス
を安定的に形成して安定吐出が行われるように、記録電
極１の先端が凸形状に形成され、吐出孔であるスリット
孔２より５０〜２００μｍ程度突出して設置されてい
る。

【００１７】また、記録電極１は、信号電圧を印加する
ためのリード線３、および記録電極ドライバに対して電
気的接合を行うためのパッド（図示せず）と一体的に形
成されたタブ配線基板４よりなる。

【００１８】記録ヘッド内には、下部筐体７と上部筐体
８との対向空間により、インクが充填されるインクタン
ク６がスリット孔２に連通して形成されている。このイ
ンクタンク６の内面には、インクタンク６内の色材粒子
をスリット孔２の方向に電気泳動させるとともにスリッ
ト孔２の近傍において色材濃度を高くするため泳動電極
５が設けられている。

【００１９】ここで、前述したタブ配線基板４と泳動電
極５とは下部筐体７に接着されている。また、パッドは
図示しないＦＰＣ配線基板にボンディングされている。
なお、一般的に、ＦＰＣ配線基板にはマトリックス回路
およびドライバＩＣ等が搭載されている。

【００２０】図４に示すように、このような静電式イン
クジェットヘッドでは、インクタンク６内とスリット状
のインク流路内にインクが充填された状態において、イ
ンクは表面張力によりスリット孔２の周囲内にメニスカ
ス９を形成する。そして、インクタンク６内のインクに
は±１００Ｐａ程度の背圧が付与されているために、メ
ニスカス９はインク吐出孔から緩やかに飛び出した状態
で形成される。

【００２１】ここで、インク吐出方向には、インクの記
録媒体となる記録紙１０が、この記録紙１０の背面に
は、インクを静電力で記録紙１０へ向けて吐出させる対
向電極１１が配置されている。なお、色材粒子１２が正
帯電の場合には、対向電極１１には記録時において−１
ｋＶ程度の負電圧が印加され、記録電極１との電位差が
制御されることになる。また、記録電極１に印加される
電圧としては、２００〜１０００Ｖの範囲の正電圧が使
用される。但し、記録電圧に上限はなく、一般的には使
用可能なドライバＩＣのスペックにより決定される。ド
ライバＩＣは駆動電圧が高くなるほど高価になる傾向が
あるので、オフィスやパーソナル向けの汎用プリンタと
して静電式インクジェットプリンタを使用する場合に
は、信号電圧を低くした方が低コストのプリンタを提供
することができる。

【００２２】以上の構成を有する静電式インクジェット
ヘッドによるインク吐出動作を、図４〜図７を用いて説
明する。

【００２３】図４は非記録時を示しており、対向電極１
１には電圧が印加され、記録電極１には電圧は印加され
ていない。この状態では、メニスカス９はスリット孔２
において記録電極１の先端形状に沿って緩やかに飛び出
したように形成される。そして、記録時には、泳動電極
５（図２、図３）に記録電圧以上の電圧を印加すると、
帯電したインクタンク６内の色材粒子１２が記録電極１
の先端であるスリット孔２の方向に電気泳動される。こ
のとき、記録電極ドライバにより記録電極１に信号パル
ス電圧が印加されると、記録電極１の先端に電界が集中
して色材粒子１２が凝集し、高濃度の色材粒子１２と少
量の溶媒で構成されたメニスカス９の変形が始まる。

【００２４】すると、図５に示すように、静電力により
メニスカス９がインク滴状に形成され、対向電極１１に
向かって成長していく。

【００２５】そしてついには、図６に示すように、メニ
スカス９からインク滴１３が分離されて液滴の状態で吐
出する。

【００２６】信号パルス電圧が切られると、図７に示す
ように、吐出したインク滴は記録電極１と対向電極１１
との間に配置された記録紙１０に付着する。最後に、ヒ
ータ（図示せず）によりインクが記録紙１０に加熱定着
され、記録紙１０への記録が行われることになる。

【００２７】所望のインク滴１３の吐出が終わると、イ
ンクタンク６内の色材粒子１２がスリット孔２方向に移
動することにより記録電極１の近傍に付近に色材粒子１
１が補給され、図７に示すように、記録電極１のメニス
カス９はインク吐出前の初期状態と同じくスリット孔２
において記録電極１の先端形状に沿って緩やかに飛び出
したように形成される。

【００２８】そして、以後は、このようなインク吐出の
動作が繰り返され、継続して記録が行われる。

【００２９】上述した静電式インクジェットヘッドにお
けるインク吐出の特徴は、吐出位置近傍でインクの色材
粒子１２の濃度を増加させ、色材粒子濃度の高いインク
を引き出すことである。そして、引き出されたインクは
高濃度の同極性の色材粒子１２を含んでいるので、色材
粒子１２同士の静電的な反発力から分裂して細かなイン
ク滴となり、対向電極１１に向かって吐出する。このよ
うな静電式インクジェットヘッドでは、インク中の色材
粒子１２を本来のインクより高濃度化して飛翔させるの
が特徴であり、色材粒子濃度の濃淡を利用することによ
り各記録電極１からのインク滴発生の選択性を向上させ
ている。

【００３０】次に、このような静電式インクジェットヘ
ッドに用いられる従来のインクの特徴について説明す
る。

【００３１】例えば特表平８−５１２０６９号公報に
は、１０＾９Ωｃｍ以上の電気抵抗値を有する溶媒、不
溶性で帯電可能なマーキング粒子および粒子帯電剤を含
むインクジェット用インク組成物が開示されており、従
来の静電式インクジェットヘッドに使用されるインクと
して必要不可欠な構成になっている。

【００３２】すなわち、従来のインクは、体積抵抗率の
高い溶媒中に帯電された色材粒子が分散されたインクを
用いることに特徴がある。当該公報にはその詳細は開示
されていないが、一般的には、例えば、溶媒としてイソ
パラフィン系炭化水素、シリコンオイル等を用い、樹脂
やワックスからなるバインダもしくは表面にカーボンブ
ラックなどの色材粒子を含有した色材、分散剤、帯電制
御剤等の構成材料から成るインクが用いられている。

【００３３】ここで、溶媒は高い電気抵抗率を有する誘
電性のものが要求される。これは、誘電性の溶媒を使用
することにより、インクに印加された電界が溶媒を介し
て色材粒子に到達することが可能となるからである。そ
して、色材粒子を電気泳動させるために、色材粒子自体
を帯電させる必要も生じてくる。色材粒子は静電的反発
力を利用してインク中から一定の液滴量が吐出されるた
め、帯電量が安定していることが要求される。

【００３４】さらに、インクは添加剤を含んでいる。す
なわち、例えば、分散助剤を記録液中に添加することに
より、色材粒子は凝集することなく溶媒中で安定に分散
することができるからである。

【００３５】また、帯電制御剤をインク中に添加するこ
とにより、色材粒子の帯電特性を改善することができ
る。

【００３６】このように、インクは、樹脂、着色剤およ
び粒子帯電剤を混練し、所望の粒径に粉砕して得られた
色材粒子を、少量の分散助剤と共に溶媒中に分散させる
ことによって得られる。

【００３７】また、特開平９−１９３３８９号公報に
は、所定の極性の現像粒子を分散させることにより１０
＾８Ωｃｍ以上の電気抵抗率を有するように調整された
インク、電気抵抗率が１０＾１０Ωｃｍ以上の誘電性溶
媒と、ζ電位が６０ｍＶ以上で平均粒径が０．０１〜５
μｍの現象粒子からなり、１０＾８Ωｃｍ以上の電気抵
抗率を有するように調整されたインク、等の使用が開示
されている。このようなインクの場合、種々の記録媒体
に対して滲みが発生することがないので、高画質な記録
に適している。

【００３８】さらに、特開平８−２９１２６７号公報に
は、荷電粒子の比電荷量（Ｑ／Ｍ）が１０〜１０００μ
Ｃ／ｇであり、且つインク組成物の電気抵抗が１０＾１
０Ωｃｍ以上であるインクが開示されている。このよう
なインクの場合、低印加電圧でインクが吐出するので、
高画像濃度、高コントラスト、高解像度の印字に適して
いる。

【００３９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のインクにおいては、色材粒子を凝集させて
吐出させる際に以下のような問題がある。

【００４０】すなわち、静電式インクジェットヘッドは
電気泳動により記録電極の先端に高濃度の色材粒子を集
めて印字を行うものであるから、色材粒子を電気泳動さ
せて記録電極の近傍に到達させるためには比較的長い時
間がかかる。したがって、高い記録周波数で印字する場
合には、記録電極への色材粒子の供給が不足し色材濃度
が低くなって吐出したり、不吐出となる場合がある。そ
して、その結果、印字濃度が薄くなったり印字ドット径
のバラツキが大きくなり印字品質を悪化させる原因とな
る。

【００４１】ところが、上記の従来のインクは、高画質
の観点からインクの物性値を規定してるものである。す
なわち、記録周波数の要因となるインク物性値に関する
記述がないために、記録周波数の向上を考慮したインク
とは言えない。

【００４２】そして、記録周波数の高い印字でも高画質
が得られるインクを実現するには、色材粒子の泳動速度
を大きくして記録電極の近傍に高速且つ安定に色材粒子
を供給すること等、記録周波数の観点からもインク物性
値を規定することが課題となる。

【００４３】そこで、本発明は、高い記録周波数でも高
濃度印字による高画質画像が安定して得られる静電式イ
ンクジェット用インクを提供することを目的とする。

【００４４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の静電式インクジェット用インクは、色材粒
子を絶縁性溶媒に分散してなるインクを保持するインク
タンクと、前記インクタンクと連通して形成されて前記
インクが吐出されるスリット孔またはノズル孔と、前記
インク中の前記色材粒子を電気泳動により搬送する泳動
電極と、前記泳動電極により泳動された前記色材粒子お
よび前記絶縁性溶媒を前記スリット孔または前記ノズル
孔から吐出させる記録電極とを備えた静電式インクジェ
ットヘッドに使用される静電式インクジェット用インク
であって、１０＾１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有する
絶縁性溶媒と、帯電可能な色材粒子と、前記色材粒子に
対して所定の極性に帯電する機能を付与する帯電制御剤
とを有し、下記のＡ〜Ｅの物性値を備えたものである。 Ａ：前記静電式インクジェット用インクの体積抵抗率が
１０＾９〜１０＾１２Ωｃｍ。 Ｂ：前記色材粒子の平均粒径が０．１〜２μｍ。 Ｃ：前記色材粒子のζ電位と粘度の比（ζ電位／粘度）
の絶対値が１０〜１００（ｍＶ／ｃｐ）。 Ｄ：前記静電式インクジェット用インクの粘度が２〜２
０ｃｐ。 Ｅ：前記色材粒子のζ電位の絶対値が３０ｍＶ〜２００
ｍＶ。

【００４５】これにより、高い記録周波数でも高濃度印
字による高画質画像が安定して得ることができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】高い記録周波数でも高濃度印字が
行えるようにするために、本発明者は、インクの物性に
着目した。そして、特に、高濃度印字と高記録周波数に
影響を及ぼすインク物性値の適切な範囲を規定すること
により、記録周波数が高く、しかも高濃度印字が可能な
インクを実現するようにした。

【００４７】例えば、記録周波数に作用するインク物性
値は以下のようになる。

【００４８】すなわち、静電式インクジェットヘッドの
吐出動作は従来の技術で説明したような３段階の動作で
説明できる。

【００４９】第１段階は、色材粒子を電気泳動により記
録電極の先端に供給する段階である。この段階での記録
周波数を高めるためには、電気泳動速度を高速にして色
材粒子を高速で記録電極の近傍に供給することが必要で
ある。したがって、この段階において重要なインク物性
値は、色材粒子の電気泳動速度が支配する物性値とな
る。

【００５０】第２段階は、色材粒子が記録電極の先端に
インク滴状のメニスカスを形成する段階である。この段
階ではメニスカス近傍のインクの濃度はほぼ一定になっ
ているので、メニスカス形成速度はインクの粘度が支配
要因となる。したがって、粘度が最重要のパラメータと
なる。

【００５１】第３段階は、メニスカス形成後、インクを
インク滴として吐出する段階である。この段階ではイン
ク滴の表面電位が大きいほど対向電極に向かう力が大き
くなるために、吐出速度も速くなる。したがって、色材
粒子のζ電位の大きさが最重要のパラメータとなる。

【００５２】このように、インク物性値は、具体的に
は、記録周波数に作用するζ電位と粘度の比、ζ電位、
粘度を適切な範囲で規定される。また、高濃度印字に作
用する体積抵抗率、色材粒子の平均粒径、ζ電位と粘度
の比を適切な範囲で規定される。なお、高濃度印字に作
用するインク物性値の説明はここでは省略し、後述す
る。

【００５３】すなわち、本発明の請求項１に記載の発明
は、静電式インクジェットヘッドに使用されるインク
で、少なくとも１０＾１０Ωｃｍの体積抵抗率を有する
絶縁性溶媒と、帯電可能な色材粒子と、この色材粒子に
所定の極性に帯電する機能を有する帯電制御剤を主成分
としており、次のような物性値を有するように調整され
たものである。

【００５４】それは、インクの体積抵抗率が１０＾９〜
１０＾１２Ωｃｍの範囲であるというものである（以
下、これを「物性値Ａ」という。）。また、色材粒子の
平均粒径が０．１〜２μｍの範囲であるというものであ
る（以下、これを「物性値Ｂ」という。）。さらに、色
材粒子のζ電位と粘度の比（ζ電位／粘度）が１０〜１
００（ｍＶ／ｃｐ）の範囲であるというものである（以
下、これを「物性値Ｃ」という。）。さらに、インクの
粘度が２〜２０ｃｐの範囲であるというものである（以
下、これを「物性値Ｄ」という。）。そして、色材粒子
のζ電位の絶対値が３０ｍＶ〜２００ｍＶの範囲である
というものである（以下、これを「物性値Ｅ」とい
う。）。

【００５５】これにより、高い記録周波数でも高濃度印
字による高画質画像を安定して得ることができるという
作用を有する。

【００５６】以下、このようなインクの各物性値につい
て説明する。

【００５７】最初に、物性値Ａについて説明する。

【００５８】そもそも、高濃度印字を行うには、インク
の体積抵抗率は高いことが好ましい。

【００５９】すなわち、１０＾９Ωｃｍ未満の体積抵抗
率のインクを使用した場合、記録電極に印加された高電
圧により、記録電極に接するインクに電荷が注入されて
記録電極近傍のインクが電荷を帯びる。その結果、電気
泳動で色材粒子が記録電極の近傍に凝集すると同時にイ
ンク中の溶媒も電荷を帯び、色材粒子とともに溶媒も吐
出してしまうので、記録媒体上で滲みが生じて高濃度印
字が実現できない。

【００６０】しかし、１０＾９〜１０＾１２Ωｃｍの体
積抵抗率のインクを使用した場合、記録電極に印加され
た高電圧により記録電極に接するインクに電荷が注入さ
れても、記録電極近傍のインクが電荷を帯びる時間を遅
くすることができる。その結果、電気泳動で色材粒子が
記録電極の近傍に凝集して色材粒子が多く吐出するの
で、高濃度の印字が確保できる。

【００６１】さらに、１０＾１２Ωｃｍを越える体積抵
抗率のインクの場合では、溶媒への電荷注入時間が極め
て遅くなる。その結果、溶媒は極端に吐出しにくくなり
色材粒子のみが吐出するために、印字ドット径が極めて
小さくなり、実用上好ましくない。

【００６２】したがって、インクの体積抵抗率を１０＾
９〜１０＾１２Ωｃｍの範囲で選択することにより、高
濃度印字が可能になる。

【００６３】次に、物性値Ｂについて説明する。

【００６４】色材粒子が電気泳動する場合、色材粒子近
傍の溶媒も色材粒子とともに流れる。そして、色材粒子
の平均粒径が小さい場合には、平均粒径が大きい場合と
比較し比表面積が増えるために色材粒子に伴って流れる
溶媒の量が増える。具体的には、平均粒径０．１μｍ未
満の色材粒子では凝集効率の極端な低下が見られる。す
なわち、平均粒径０．１μｍ未満の色材粒子のインクで
はインク滴を吐出させる際に溶媒と色材粒子とが十分に
分離できず、記録媒体に到達した色材粒子は多くの溶媒
を含んでしまう。このため、高濃度の印字が実現でき
ず、滲みを伴う低画質になってしまう。

【００６５】また、平均粒径２μｍ以上の色材粒子の場
合、分散性が低下して極めて短時間に沈降するために、
記録装置に適用するのは困難である。さらに、記録媒体
への定着性も悪くなる。

【００６６】したがって、色材粒子の平均粒径を０．１
〜２μｍの範囲で選択することにより、高濃度印字が可
能になる。

【００６７】次に、物性値Ｃについて説明する。

【００６８】色材粒子の泳動速度ｖは、ｖ∝εζＥ／η
のように表すことができる。ここで、εはインクに使用
される絶縁性溶媒の誘電率である。また、ζは色材粒子
の絶縁性溶媒に対する電位である。Ｅはインクタンク内
の電界の大きさである。ηはインクに使用される絶縁性
溶媒の粘度である。

【００６９】この式より明らかなように、色材粒子の泳
動速度の大きさは、インクの物性値であるζ電位と粘度
の比の絶対値、すなわち｜ζ／η｜の値に依存する。そ
して、ζ電位と粘度の比の絶対値が１０（ｍＶ／ｃｐ）
未満になると、記録周波数の低下が顕著になってくな
る。したがって、ζ電位と粘度の比の絶対値が大きいほ
ど記録電極先端への色材粒子の凝集効率および供給速度
は大きくなり、その結果、安定した高濃度印字が可能
で、記録周波数も高くできる。

【００７０】しかし、ζ電位と粘度の比の絶対値が極端
に大きくなると、色材粒子が正に帯電しているときに
は、インクの溶媒は負に帯電しているために、インクタ
ンクの壁面に沿っての溶媒の電気泳動、すなわち電気浸
透流が無視できなくなる。ζ電位と粘度の比の絶対値が
１００（ｍＶ／ｃｐ）を超えると、インクタンク内は電
気浸透流による溶媒の循環対流が発生し、色材の電気泳
動の外乱となる。このような場合、色材粒子も循環対流
と同じように流れてしまい、記録電極先端への色材粒子
の凝集性が悪くなってくる。その結果、高濃度印字と高
記録周波数を実現できない。

【００７１】したがって、色材粒子のζ電位と粘度の比
の絶対値を１０〜１００（ｍＶ／ｃｐ）の範囲で選択す
ることにより、色材の電気泳動速度を高め、且つ凝集効
率および凝集速度を高めることができるために、高濃度
印字が可能で、記録周波数も高くすることが可能にな
る。

【００７２】次に、物性値Ｄについて説明する。

【００７３】インクの溶媒は極性の低い誘電性溶媒を使
用するために、分子量が小さい場合には粘度も小さくな
り、溶媒分子間の結合力も小さい。そのために、インク
の粘度が２ｃｐ未満の場合、溶媒の揮発性が高くなると
いう現象が生じる。揮発性が高い溶媒はインクの乾燥速
度を速くする。すると、実用上では、記録電極において
乾燥による色材粒子の固着が発生し、その結果、インク
滴の吐出が行われなくなったり、メニスカス形成が不安
定となり印字品質が低下することがある。

【００７４】また、粘度が大きい場合、インク滴の吐出
時、記録電極の先端におけるメニスカス形成に時間がか
かる。その結果、記録電圧の印加時間を長くする必要が
あるために、記録周波数を高くすることができない。

【００７５】したがって、インクの粘度を２〜２０ｃｐ
の範囲で適切に選択することにより、乾燥についての問
題が発生することなく、記録周波数の高い印字が可能に
なる。

【００７６】最後に、物性値Ｅについて説明する。

【００７７】ζ電位の絶対値が３０ｍＶ未満の場合、記
録電極先端に凝集したインクメニスカスの表面電位が低
いために、インク滴吐出時は飛翔ドット径が大きくな
る。その結果、印字ドット径が大きくなって、解像度を
上げることが困難になる。また、このようにζ電位が小
さい場合は、色材粒子間のζ電位のバラツキも大きく、
負帯電の色材粒子も存在することもあるために、記録電
極に色材粒子が電着することもある。すると、記録電極
先端のメニスカス形状が不安定となり、吐出安定性を損
なう。

【００７８】また、ζ電位の絶対値が２００ｍＶを越え
て高くなると、小さなメニスカスでインク滴が吐出す
る。その結果、印字ドット径が極端に小さくなり、実用
上好ましくない。また、ζ電位が２００ｍＶを超える
と、帯電安定性に乏しく経時変化が大きい。したがっ
て、長期に渡ってζ電位を一定して維持することはでき
ず、技術的に実用化が困難である。

【００７９】したがって、色材粒子のζ電位の絶対値を
３０ｍＶから２００ｍＶの範囲で適切に選択することに
より、記録周波数を高くすることができる。

【００８０】以下、本実施の形態におけるインク構成材
料、作製方法、構成材料の配合比について説明する。

【００８１】本実施の形態における絶縁性溶媒は、低誘
電率で高絶縁性を有している必要があり、要求される特
性として、まず第１に、色材、樹脂、帯電制御剤等を混
合した後にインクの体積抵抗率が１０＾９Ωｃｍより低
くならないようにするため、少なくとも１０＾１０Ωｃ
ｍ以上の体積抵抗率を有していることが挙げられる。ま
た、誘電率としては３．０未満のものが好ましい。その
他の要求特性としては、インク吐出口における絶縁性溶
媒の蒸発をできるだけ小さくでき、かつ印字後のインク
の速やかな乾燥、定着を行うために、室温において適当
な範囲の蒸発速度を有していること、また、引火を防止
するために、少なくとも室温以上の引火点を有している
こと、さらに、環境および人体に対する安全性が高いこ
とが挙げられる。

【００８２】本実施の形態の絶縁性溶媒に用いられる炭
化水素溶媒およびシリコンオイル等は、以上のような要
求を満たすものであれば良く、特に限定されるものでは
ないが、特に好ましいものとして以下に具体例を挙げ
る。

【００８３】炭化水素系溶媒としては、沸点が１５０〜
３５０℃の範囲にある高純度のイソパラフィン系炭化水
素が挙げられ、市販品としてはエクソン化学製のアイソ
パーＧ，Ｌ，Ｍ，Ｖ（商品名）、ノルパー１２，１３，
１５（商品名）、出光石油化学製のＩＰソルベント１６
２０，２０２８（商品名）、日本石油化学製のアイソゾ
ール３００，４００（商品名）等がある。これらの製品
は、極めて純度の高い脂肪族飽和炭化水素であり、引火
点は４０℃以上、２５℃における粘度は３ｃｐ未満、２
５℃における表面張力は２２．５〜２８．０ｍＮ／ｍ、
２５℃における体積抵抗率は１０＾１５Ωｃｍ以上であ
る。また、反応性が低く安定であり、低毒性で安全性が
高く、臭気も少ないという特徴がある。

【００８４】シリコンオイルとしては、低粘度の合成ジ
メチルポリシロキサンが挙げられ、市販品としては、信
越シリコーン製のＫＦ９６Ｌ（商品名）、東レ・ダウコ
ーニング・シリコーン製のＳＨ２００（商品名）等があ
る。これらのジメチルポリシロキサンは、イソパラフィ
ン系炭化水素と比較し表面張力が低いことに特徴があ
り、１８〜２１ｍＮ／ｍの表面張力を有している。

【００８５】本実施の形態における色材粒子としては、
色材を単体で、もしくは溶媒に不溶性の樹脂に色材を分
散させたものを用いることができる。色材としては、種
々の無機および有機色材を用いることができ、例えば、
カーボンブラック、β−ナフトール系アゾ色材、ピラゾ
ロン系アゾ色材、アセト酢酸アリリド系アゾ色材、宿合
アゾ色材、ジスアゾ色材、アントラピリジン色材、イン
ダンスレン色材、フタロシアニン系色材、キナクリドン
色材、インジゴ色材、イソインドリノン色材、ジオキサ
ジン色材、ペリレン色材、フタロペリノン色材、キノフ
タロン色材、二酸化チタン等がある。また、溶媒に不溶
性の樹脂としては、種々の公知の天然もしくは合成樹脂
を用いることができるが、例えばアクリル樹脂、エポキ
シ樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸
ビニル樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等がある。これ
らの樹脂に色材を分散させる手法としては、電子写真に
おける乾式もしくは湿式色材の製造プロセスに見られる
ような種々の公知の方法を用いれば良い。また、ロジン
エステル樹脂や塩化ビニル−酢酸ビニル樹脂等に色材微
粒子を分散させた加工色材が市販されているので、これ
らを用いても良い。

【００８６】本実施の形態における樹脂は、色材の分散
性を向上させること、すなわち分散剤としての機能、並
びに記録媒体への色材の定着性を向上させること、すな
わちバインダとしての機能を主たる目的として加えられ
る。

【００８７】したがって、樹脂は一定量以上溶媒に可溶
である必要があり、好ましくは、溶媒としての効果を考
慮すれば色材との親和性が高いものが良く、また、バイ
ンダとしての効果を考慮すれば樹脂単体では室温で固体
であるか、もしくは非常に高粘度の溶媒であるものが好
ましい。

【００８８】このような要求を満たすものであれば、樹
脂の種類は特に限定されるものではないが、前述したよ
うな絶縁性溶媒に対して十分な溶解性を示し、上記のよ
うな特性を満足させるものは極めて少ない。この点に関
して検討を行った結果、炭化水素樹脂が優れた特性を有
していることを見い出した。市販品の具体例としては、
荒川化学工業製の脂環族飽和炭化水素樹脂であるアルコ
ン（商品名）がある。また、このような樹脂に関し、後
述の帯電制御剤と共に色材のζ電位に対する添加効果を
検討した結果、色材の帯電にも関与していることが推察
された。

【００８９】本実施の形態における帯電制御剤として
は、ナフテン酸、オクチル酸、ステアリン酸等の金属石
鹸、アルキル硫酸の金属塩、アルキルリン酸の金属塩、
脂肪酸、レシチン等を用いることができるが、特に色材
を正極性に帯電させる場合には、溶媒への溶解性が良好
であることと帯電性能に優れていることより、ナフテン
酸およびオクチル酸の金属石鹸が特に好ましい。これら
金属石鹸の金属原子としては、マンガン、鉛、亜鉛、カ
ルシウム、アルミニウム、ジルコニウム、銅、鉄等が使
用可能である。しかし、色材粒子の帯電メカニズムは未
だ明らかにされておらず、しかも、上述した帯電制御剤
を使う事無く色材粒子を帯電化することも可能であるた
めに、帯電制御剤とは色材粒子を帯電する機能を有する
ものであればよく、必ずしも材料の種類が限定されるも
のではない。

【００９０】また、このような帯電制御剤は、色材を帯
電させることで色材の分散安定性を向上させる機能も果
たしている。

【００９１】本実施の形態における基本的な構成材料は
以上のようなものであるが、このほかに分散剤や界面活
性剤、ワックス、染料等の添加剤を適宜加えても良い。

【００９２】次に、インクの作製方法と構成材料の配合
比について説明する。

【００９３】インクの作製には、各種顔料インクや電子
写真における溶媒現像剤の作製方法として公知である一
般的な手法を用いることができる。例えば、所定の配合
比になるように秤量した色材、樹脂、帯電制御剤および
その他の補助添加剤を、適当な粘度範囲になるように溶
媒と混合したものを、ビーズミル、アトライター、サン
ドミル、ボールミル等の分散機を用いて数時間から数十
時間程度混合粉砕することにより、数百ｎｍ〜数μｍ程
度の色材が分散されたインクの凝集液を作製した後、使
用する際の所定濃度まで分散媒で希釈することによりイ
ンクを作製する方法がある。また、色材と樹脂および補
助添加剤のみを同様に混合粉砕、希釈した後に、帯電制
御剤を加える方法もある。

【００９４】本実施の形態のインクにおける色材の濃度
は、インクの総量に対して０．５〜１０重量％の範囲で
あることが好ましい。すなわち、色材の濃度が０．５重
量％より少なくなると、十分な印字濃度が得られず好ま
しくない。また、１０重量％より多くなると、インクの
粘度が著しく増大して安定なインク吐出が行えなくなる
傾向が生じ、好ましくない。

【００９５】本実施の形態のインクにおける樹脂の濃度
は、インクの総量に対して、０．１〜２０重量％の範囲
であることが好ましい。すなわち、樹脂の濃度が０．１
重量％より少なくなると、色材の分散性を向上させると
ともに色材に十分なζ電位を付与する効果がほとんどな
く、また、２０重量％より多いと、インクの粘度が著し
く増大して安定なインク吐出が行えなくなる傾向が生
じ、何れも好ましくない。

【００９６】本実施の形態における帯電制御剤の濃度
は、インクの総量に対して０．０５〜２．０重量％の範
囲であることが好ましい。すなわち、帯電制御剤の濃度
が０．０５重量％より少ないと、色材の分散性を向上さ
せるとともに色材に高いζ電位を付与する効果がほとん
どなく、２．０重量％より多いと、インクの体積抵抗率
が著しく低下して印字濃度が低下する傾向が生じるた
め、何れも好ましくない。

【００９７】具体的には、色材および樹脂を含めた材料
の選定と配合比の最適化により、色材のζ電位を３０ｍ
Ｖ以上とすると、色材の電気泳動性が向上することによ
りインク滴中の色材比率が十分に高くなり、高濃度の印
字が可能となると共に、記録電極上への色材の電着を防
止することができる。

【００９８】

【実施例】上述したインクの構成材料、作製方法、構成
材料の配合比に基づいてインクを作製した。また、比較
のために、前述のような本実施の形態のインク物性値範
囲外のインクも同時に作製した。そして、作製したイン
クについては、従来の静電式インクジェットヘッドを使
用して評価を行った。

【００９９】ここで、図８は、本実施例におけるインク
の評価に用いられた静電式インクジェットヘッドの構成
を示す斜視図である。図８において、図１〜図７におい
て説明した静電式インクジェットヘッドと同一符号の部
材は、同一機能で同一構成のものを表している。なお、
図１〜図７の静電式インクジェットヘッドと同一符号の
ものは説明が省略されている。なお、図８ではインクと
泳動電極は図示されていない。

【０１００】本実施例の静電式インクジェットヘッド
は、スリット孔２の幅は３００μｍ、記録電極１の幅は
８０μｍ、記録電極１の配列間隔は１５０ｄｐｉ相当の
約１７０μｍ、記録電極１の先端と記録紙１０との間隔
は０．７ｍｍとした。このような構成の静電式インクジ
ェットヘッドにおいて、色材粒子が正もしくは０のζ電
位を持つインクを用いて評価を行った。また、対向電極
１１には常に一定のマイナス電圧（−１．２ｋＶ）を印
加し、記録電極１１との間に一定のバイアス電界を形成
した。

【０１０１】そして、記録紙１０を静電式インクジェッ
トヘッドの長手方向に垂直に移動させながら、記録電極
１に記録信号となるプラス電圧パルス（＋６００Ｖ）を
一定の周波数で印加することで、記録電極１の先端より
対向電極１１に向かって静電力によりインク滴を吐出さ
せ、記録紙１０上に一定の周期で印字ドットを形成し
た。なお、泳動電極には信号電圧値よりも大きい値であ
る１０００Ｖを印加した。

【０１０２】上述の静電式インクジェットヘッドを用い
て本実施の形態のインクの印字評価を行った。なお、印
字評価は、印字濃度と記録周波数を測定することにより
行った。

【０１０３】印字濃度は市販のインクジェットプリンタ
の印字物の印字濃度と比較して評価を行った。

【０１０４】印字条件は記録周波数を５００Ｈｚ、記録
信号印加時間を５００μ秒とした。記録媒体は普通紙を
使用し、普通紙上の１ｃｍ角内にベタ印字をおこない、
官能評価で印字濃度の評価を行った。そして、本実施例
の印字物の印字濃度が市販品と比較して明らかに高い場
合は○とした。また、官能評価で印字濃度があまり変わ
らない場合は×とした。なお、○の印字物の光学濃度は
１．４以上であった。

【０１０５】以下、印字濃度の評価を５００Ｈｚで行っ
た理由を説明する。

【０１０６】インク中の色材粒子が記録電極近傍で十分
に凝集吐出し印字されれば、印字濃度が高い事は吐出原
理上明らかである。そして、印字濃度に着目した評価を
行うためには、電気泳動で色材粒子が記録電極近傍に凝
集する時間が比較的長くかかる場合もあることを考慮す
る必要がある。従って、印字条件は比較的低い周波数で
長い記録信号加時間であることが好ましい。以上によ
り、本実施例では記録周波数を５００Ｈｚ、記録信号印
加時間を５００μ秒とした。

【０１０７】記録周波数の評価は２ｋＨｚで行い、記録
信号印加時間は２００μ秒とした。このとき、ドット抜
けが市販のインクジェットプリンタと同様に０．０５％
未満の場合、この記録周波数での印字がされていると判
断した。

【０１０８】そして、本実施例のインクの吐出が２ｋＨ
ｚで行われた場合は○とした。また、２ｋＨｚで行われ
なかった場合は×とした。

【０１０９】以下、記録周波数の評価を２ｋＨｚで行っ
た理由を説明する。

【０１１０】体積抵抗率が１０＾８Ωｃｍ未満のインク
を使用した場合、インクの吐出状態は曳糸状である。曳
糸状吐出はインク溶媒も含めたインク全体が電荷注入に
より帯電するために生じる吐出状態である。電荷注入に
よる帯電速度は色材粒子の泳動速度よりも明らかに速
い。したがって、インクの吐出開始速度が滴状吐出と比
較して曳糸状吐出の方が速いために、記録周波数も高い
ことが分かっている。また、記録周波数はインクだけで
決定されるものでなく、ヘッドの形態にも依存する。し
たがって、本実施例の静電式インクジェットヘッドで体
積抵抗率が１０＾８Ωｃｍ未満のインクを用いて吐出さ
せたときの記録周波数を比較することで、本実施例のイ
ンクの記録周波数の評価を行った。

【０１１１】なお、体積抵抗率が１０＾８Ωｃｍ未満の
市販のインクを使用し、記録信号印加時間を２００μ秒
としたとき、本実施例の静電式インクジェットヘッドで
の最高記録周波数は２ｋＨｚであった。したがって、本
実施例においても２ｋＨｚの記録周波数で評価を行っ
た。

【０１１２】また、本発明にとって重要なインクの諸物
性値は、以下に示す測定器および方法で行った。

【０１１３】色材粒子のζ電位は、大塚電子社製ＥＬＳ
−６０００型を使用して測定した。また、測定に使用し
たインクは溶媒により１０００倍に希釈して行った。イ
ンクの粘度は、東機産業製ＲＢ−８０Ｌ型の粘度計を使
用して測定した。インクの体積抵抗率は、キースレー
（東陽テクニカ）製６５１７型高抵抗計および東洋真空
工業製１型の溶媒電気抵抗測定用電極を使用して測定し
た。なお、インクの粘度、体積抵抗率測定時の温度は２
５℃である。色材粒子の平均粒径は、堀場製作所製の粒
度分布計ＬＡ−７００型にて測定した。

【０１１４】次に、本実施例の具体的内容について説明
する。

【０１１５】（実施例１）エクソン化学製のイソパラフ
ィン系炭化水素であるアイソパー（商品名）に、炭化水
素樹脂とを加え、炭化水素樹脂が完全に溶解するまで室
温で混合撹拌し、透明な混合溶液を得た。この混合溶液
と、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製のカーボンブ
ラック色材であるＭＩＣＲＯＬＩＴＨ Ｂｌａｃｋ Ｃ
−Ｔ（商品名）をジルコニア製ビーズと共にメノウ製の
粉砕容器に入れ、遊星型ボールミル装置で混練し、色材
濃度３重量％の色材分散インクを作製した。

【０１１６】ζ電位および体積抵抗率の制御には帯電制
御剤であるオクチル酸ジルコニウムの添加量を調整する
ことと、炭化水素溶媒の種類を選択することにより行っ
た。なお、粘度の制御には炭化水素溶媒の種類と樹脂の
添加量を調整することにより行った。また、色材の粒径
の制御にはボールミル装置での混練時間を調整すること
により行った。

【０１１７】そして、 体積抵抗率 １０＾８〜１０＾１３Ωｃｍ 色材の平均粒径 ０．０５〜５μｍ ζ電位と粘度の比 ０〜２５０（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 １〜３０ｃｐ ζ電位 ０〜４００ｍＶ の範囲の物性で３０種類のインクを作製した。

【０１１８】一例として、上記構成材料のインクとその
物性値を示す。

【０１１９】 インクの構成材料 炭化水素系溶媒（アイソパーＧ） ９３重量％ ＭＩＣＲＯＬＩＴＨ Ｂｌａｃｋ Ｃ−Ｔ ３重量％ 炭化水素樹脂 ３重量％ オクチル酸ジルコニウム １重量％ 混練時間 ６時間 インクの物性値 体積抵抗率 ２×１０＾１０Ωｃｍ 色材の平均粒径 ０．９μｍ ζ電位と粘度の比 ３２（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 ２．５ｃｐ ζ電位 ７０ｍＶ そして、実施例１の印字濃度の評価結果とインク物性値
との関係は以下のようになった。

【０１２０】インクの体積抵抗率と印字濃度の結果を
（表１）に示す。

【０１２１】

【表１】

【０１２２】（表１）において、インクの体積抵抗率と
印字濃度との関係は３つに分類された。１つはインクの
体積抵抗率が１０＾９Ωｃｍ未満の場合である。また、
他の２つはインク体積抵抗率が１０＾９〜１０＾１２Ω
ｃｍ、１０＾１２Ωｃｍを越えるときである。

【０１２３】インクの体積抵抗率が１０＾９Ωｃｍ未満
の場合、インクの吐出状態が曳糸状吐出と滴状吐出の混
合状態または曳糸状吐出状態であった。そして、滴状吐
出状態の印字は印字濃度が低かった。また、曳糸状吐出
状態では、さらに印字濃度が低くなった。その結果、印
字に濃度ムラが発生した。したがって、体積抵抗率が１
０＾９Ωｃｍ未満のインクでは、印字濃度が低く安定し
なかった。

【０１２４】インクの体積抵抗率が１０＾１２Ωｃｍを
越える場合、インクの吐出状態は滴状吐出であったが、
印字濃度は低かった。つまり、印字ドット自体は高濃度
であったが、ドット径が極めて小さくベタ印字ができ
ず、その結果、印字濃度が低くなった。なお、インクの
体積抵抗率が１０＾９〜１０＾１２Ωｃｍの場合、イン
クの種類により印字濃度に差が出る結果となった。

【０１２５】次に体積抵抗率が１０＾９〜１０＾１２Ω
ｃｍのインクの中で色材粒子の平均粒径と印字濃度との
関係について調べた。

【０１２６】インクの色材粒子の平均粒径と印字濃度の
結果を（表２）に示す。

【０１２７】

【表２】

【０１２８】（表２）において、色材粒子の平均粒径と
印字濃度の関係は３つに分類された。１つは平均粒径が
０．１μｍ未満の場合、もう１つはインクの色材粒子の
平均粒径が２μｍを越える場合、残りはインクの色材粒
子の平均粒径が０．１〜２μｍの場合である。

【０１２９】インクの色材粒子の平均粒径が小さくなる
と、色材粒子の比表面積が増大していくために、色材粒
子が電気泳動すると同時に色材粒子近傍の溶媒も多く追
従して流れてくる。そして、インクの色材粒子の平均粒
径が０．１μｍ未満の場合は、実質的に色材粒子の凝集
が行われなくなってしまった。その結果、色材粒子の凝
集性が不足し、印字濃度が低く、滲みのある画質になっ
てしまった。

【０１３０】また、インクの色材粒子の平均粒径が２μ
ｍ以上の場合は、印字している時間内にも色材粒子が急
速に沈降したために、電極先端へ色材粒子供給が不足
し、印字途中で極端な印字濃度の低下が見られた。

【０１３１】以上により、インクの体積抵抗率が１０＾
９〜１０＾１２Ωｃｍでも、色材粒子の平均粒径が０．
１μｍ未満の場合や２μｍを越える場合では高濃度印字
が実現できなかった。なお、体積抵抗率が１０＾９〜１
０＾１２Ωｃｍで色材粒子の平均粒径が０．１〜２μｍ
のインクの場合では、インクの種類により印字濃度に差
が出る結果となった。

【０１３２】次に、体積抵抗率が１０＾９〜１０＾１２
Ωｃｍで色材粒子の平均粒径が０．１〜２μｍのインク
の場合について、色材粒子のζ電位と粘度の比と印字濃
度との関係について調べた。

【０１３３】色材粒子のζ電位と粘度の比と印字濃度の
結果を（表３）に示す。

【０１３４】

【表３】

【０１３５】（表３）において、印字濃度の結果は３つ
に分類された。すなわち、色材粒子のζ電位と粘度の比
が５（ｍＶ／ｃｐ）未満の場合と２００（ｍＶ／ｃｐ）
を越えるとき、そして、色材粒子のζ電位と粘度の比が
５〜２００（ｍＶ／ｃｐ）の場合である。

【０１３６】ζ電位と粘度の比が５（ｍＶ／ｃｐ）未満
のときは、色材粒子の電気泳動速度が小さく、記録電極
近傍に色材粒子の供給が十分なされずにインクの吐出が
行われた。その結果、高濃度印字が実現できなかった。

【０１３７】また、ζ電位と粘度の比が２００（ｍＶ／
ｃｐ）を越えるときは、色材粒子の電気泳動速度が大き
く、電気泳動開始直後は十分に記録電極近傍に供給され
るが、その後はインクタンク内で循環対流が生じ色材粒
子の供給が十分なされずにインクの吐出が行われた。そ
の結果、色材粒子のζ電位と粘度の比が２００（ｍＶ／
ｃｐ）を越える場合でも高濃度印字が実現できなかっ
た。

【０１３８】なお、ζ電位と粘度の比が５〜２００（ｍ
Ｖ／ｃｐ）のときは、電気泳動速度が徐々に大きくな
り、また循環対流の速度も小さいために印字濃度に影響
するようなこともなく、全てのインクとも高濃度印字が
実現された。

【０１３９】したがって、高濃度印字の実現に必要なイ
ンクの物性値は、インクの体積抵抗率が１０＾９〜１０
＾１２Ωｃｍであり、色材粒子の平均粒径が０．１〜２
μｍ、ζ電位と粘度の比が５〜２００（ｍＶ／ｃｐ）の
ときの場合であること分かった。

【０１４０】さらに、高濃度印字に必要な物性値を持つ
インクの、記録周波数について調べた。

【０１４１】ここでは、最初に、色材粒子のζ電位と粘
度の比と記録周波数との関係について調べた。

【０１４２】色材粒子のζ電位と粘度の比と記録周波数
の結果を（表４）に示す。

【０１４３】

【表４】

【０１４４】（表４）において、色材粒子のζ電位と粘
度の比と記録周波数の結果は大きく３つに分類された。
すなわち、色材粒子のζ電位と粘度の比が１０（ｍＶ／
ｃｐ）未満の場合と１００（ｍＶ／ｃｐ）を越えると
き、および色材粒子のζ電位と粘度の比が１０〜１００
（ｍＶ／ｃｐ）の場合である。

【０１４５】色材粒子のζ電位と粘度の比が１０（ｍＶ
／ｃｐ）未満の場合、記録周波数が２ｋＨｚになると電
気泳動による色材粒子の供給が間に合わなくなるため
に、溶媒を多く含んだまま液滴として吐出がなされる場
合と、ドット抜けが発生する場合とが混在していた。

【０１４６】また、ζ電位と粘度の比が１００（ｍＶ／
ｃｐ）以上のときは、電気泳動速度が大きく、電気泳動
開始直後は十分に記録電極先端に供給されるが、その後
はインクタンク内の対流による色材粒子の攪拌により、
色材粒子の供給が十分なされないままインクの吐出が行
われた。その結果、ζ電位と粘度の比が１０（ｍＶ／ｃ
ｐ）未満の場合と同様の現象が発生した。

【０１４７】そして、ζ電位と粘度の比が１０〜１００
（ｍＶ／ｃｐ）の場合では、ドット抜けなく良好な印字
が可能なインクと、ドット抜けが発生するインクとが混
在していた。

【０１４８】次に、ζ電位と粘度の比が１０〜１００
（ｍＶ／ｃｐ）であるインクの粘度と記録周波数につい
て調べた。

【０１４９】インクの粘度と記録周波数の結果を（表
５）に示す。

【０１５０】

【表５】

【０１５１】（表５）において、記録周波数の結果は大
きく３つに分類された。すなわち、１つはインクの粘度
が２未満の場合と２０を超えるとき、そして、インクの
粘度が２〜２０の場合である。

【０１５２】インクの粘度が２ｃｐ未満のときは、イン
クの溶媒の乾燥速度が極めて速く、記録電極先端が印字
中に乾燥しインクの供給が行なわれなくなるために、印
字自体がなされないことがあった。インクの粘度が２０
ｃｐを超えるときは、記録電極先端のメニスカスの変位
速度が遅くなるために２００μ秒の信号電圧印加時間で
はメニスカスの成長が遅く、その結果、静電力でメニス
カスからインク滴を分離し吐出させることができなかっ
た。

【０１５３】また、インクの粘度が２〜２０ｃｐのとき
は、印字中には乾燥せず、メニスカスの形成速度も速
く、２００μ秒内で吐出できるために、記録周波数の高
い印字が可能であった。

【０１５４】次に、ζ電位と粘度の比が１０〜１００
（ｍＶ／ｃｐ）で粘度が２〜２０ｃｐであるインクのζ
電位と記録周波数について調べた。

【０１５５】色材粒子のζ電位と記録周波数の結果を
（表６）に示す。

【０１５６】

【表６】

【０１５７】（表６）において、色材粒子のζ電位と記
録周波数の関係は３つに分類された。すなわち、１つは
ζ電位が３０ｍＶ未満の場合、１つはζ電位が２００ｍ
Ｖを越える場合、残りは３０〜２００ｍＶの場合であ
る。

【０１５８】ζ電位が３０ｍＶ未満のときは、色材粒子
の帯電にバラツキが大きく極性が反転している色材粒子
も混在する。その結果、極性が反転している色材粒子は
反対方向に電気泳動するためにインクタンク内に緩やか
な対流が生じる。したがって、記録電極先端に色材粒子
の供給が困難となり、且つ記録周波数が２ｋＨｚ以上に
なると色材粒子の供給が間に合わなくなるために、イン
クが吐出しなくなる場合がある。ζ電位が２００ｍＶを
越えて高くなると小さいなメニスカスでインク滴が吐出
する。その結果、印字ドット径が極端に小さくなり、実
用上好ましくない。また、記録信号に応答することなく
吐出することもあり、記録信号電圧による吐出制御が困
難であった。さらに、帯電安定性に乏しく経時変化が大
きく、印字再現性に劣るものであった。

【０１５９】したがって、記録周波数の高くできるイン
クの物性値として、ζ電位と粘度の比が１０〜１００
（ｍＶ／ｃｐ）であり、インクの粘度が２〜２０ｃｐで
あり、ζ電位が３０〜２００ｍＶの場合が好適であるこ
とが分かった。

【０１６０】以上により、インクの物性値として、イン
クの体積抵抗率が１０＾９〜１０＾１２Ωｃｍであるこ
と、色材粒子の平均粒径が０．１〜２μｍの範囲である
こと、色材粒子のζ電位と粘度の比が１０〜１００（ｍ
Ｖ／ｃｐ）の範囲であること、インクの粘度が２〜２０
ｃｐの範囲であること、色材粒子のζ電位が３０ｍＶ〜
２００ｍＶの範囲であること、を満たしていれば、高濃
度印字と高記録周波数とを同時に実現できることが確認
された。

【０１６１】（実施例２）実施例１と同様なインクの構
成材料と作製方法で、インクを１０種類作製した。な
お、１０種類のうち５種類のインクの物性は実施例１の
好適な物性の範囲で作製し、残りの５種類は実施例１の
好適でない物性の範囲で作製した。

【０１６２】印字評価の結果は実施例１と同様であり、
高濃度印字が可能で記録周波数の高くできるインクの物
性値は実施例１の結果と同様であることが再現し確認さ
れた。

【０１６３】（実施例３）実施例１と同様なインクの作
製方法で、インクを３０種類作製した。

【０１６４】ここで、実施例３では、実施例１および２
とは構成材料を変更してインクを作製した。すなわち、
エクソン化学製のイソパラフィン系炭化水素であるノル
パー（商品名）にアマニ油変性アルキド樹脂を加え、ア
マニ油変性アルキド樹脂が完全に溶解するまで室温で混
合撹拌し、透明な混合溶液を得た。そして、この混合溶
液と、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製のシアン色
材であるＭＩＣＲＯＬＩＴＨ Ｂｌｕｅ Ｃ−Ｔ（商品
名）をジルコニア製ビーズと共にメノウ製の粉砕容器に
入れ、遊星型ボールミル装置で混練し、色材濃度３重量
％の色材分散インクを作製した。なお、体積抵抗率およ
び色材の平均粒径等の物性制御は実施例１と同様な方法
で行った。

【０１６５】そして、 体積抵抗率 １０＾８〜１０＾１３Ωｃｍ 色材の平均粒径 ０．０２〜４μｍ ζ電位と粘度の比 ０〜１５０（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 ０．９〜２５ｃｐ ζ電位 ０〜３００ｍＶ の範囲でインクを作製した。

【０１６６】一例として上記構成材料のインクとその物
性値を示す。

【０１６７】 インクの構成材料 炭化水素系溶媒（ノルパー１２） ９３重量％ ＭＩＣＲＯＬＩＴＨ Ｂｌａｃｋ Ｃ−Ｔ ３重量％ アマニ油変性アルキド樹脂 ３重量％ ナフテン酸マンガン １重量％ 混練時間 ３時間 インクの物性値 体積抵抗率 ５×１０＾１０Ωｃｍ 色材の平均粒径 １．５μｍ ζ電位と粘度の比 ３０（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 ３ｃｐ ζ電位 ９０ｍＶ なお、３０種類のうち２０種類のインクの物性は実施例
１の好適な物性の範囲で作製し、残りの１０種類は実施
例１の好適でない物性の範囲で作製した。

【０１６８】印字評価の結果は実施例１と同様であり、
高濃度印字が可能で記録周波数の高くできるインクの物
性値は実施例１の結果と同様であることが確認された。

【０１６９】（実施例４）実施例１と同様なインクの作
製方法で、インクを３０種類作製した。

【０１７０】ここで、実施例４では、実施例１〜実施例
３と構成材料を変更してインクを作製した。

【０１７１】すなわち、エクソン化学製のイソパラフィ
ン系炭化水素であるアイソパー（商品名）に、アクリレ
ート系樹脂であるビニルアクリレートターポリマーを加
え、このビニルアクリレートターポリマーが完全に溶解
するまで室温で混合撹拌し、透明な混合溶液を得た。そ
して、この混合溶液と、クラリアント社製のシアン色材
粒子であるＲｅｆｌｕｘ Ｂｌｕｅ（商品名）とを、ジ
ルコニア製ビーズと共にメノウ製の粉砕容器に入れ、遊
星型ボールミル装置で混練し、色材濃度３重量％の色材
分散インクを作製した。なお、体積抵抗率および色材の
平均粒径等の物性制御は実施例１と同様な方法で行っ
た。

【０１７２】そして、 体積抵抗率 １０＾８〜５×１０＾１３Ωｃｍ 色材の平均粒径 ０．０５〜５μｍ ζ電位と粘度の比 ０〜２５０（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 １〜３０ｃｐ ζ電位 ０〜４００ｍＶ の範囲でインクを作製した。

【０１７３】一例として上記構成材料のインクとその物
性値を示す。

【０１７４】 インクの構成材料 炭化水素系溶媒（アイソパーＧ） ９３重量％ Ｒｅｆｌｕｘ Ｂｌｕｅ ３重量％ アクリレート系樹脂 ３重量％ ナフテン酸マンガン １重量％ 混練時間 １０時間 インクの物性値 体積抵抗率 ２×１０＾１１Ωｃｍ 色材の平均粒径 ０．５μｍ ζ電位と粘度の比 ２０（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 １０ｃｐ ζ電位 ２００ｍＶ なお、３０種類のうち２０種類のインクの物性は実施例
１の好適な物性の範囲で作製し、残りの１０種類は実施
例１の好適でない物性の範囲で作製した。

【０１７５】印字評価の結果は実施例１と同様であり、
高濃度印字が可能で記録周波数の高くできるインクの物
性値は実施例１の結果と同様であることが確認された。

【０１７６】（実施例５）実施例１と同様なインクの作
製方法で、インクを２０種類作製した。

【０１７７】この実施例５では、実施例１〜実施例４と
構成材料を変更してインクを作製した。

【０１７８】すなわち、出光石油化学製のＩＰソルベン
ト（商品名）にアクリレート系樹脂であるビニルアクリ
レートターポリマーを加え、このビニルアクリレートタ
ーポリマーが完全に溶解するまで室温で混合撹拌し、透
明な混合溶液を得た。そして、この混合溶液と、キャボ
ット社製のシアン色材であるＢｌａｃｋ Ｐｅａｒｌｓ
Ｌ（商品名）とを、ジルコニア製ビーズと共にメノウ
製の粉砕容器に入れ、遊星型ボールミル装置で混練し、
色材濃度３重量％の色材分散インクを作製した。なお、
体積抵抗率および色材の平均粒径等の物性制御は実施例
１と同様な方法で行った。

【０１７９】そして、 体積抵抗率 １０＾８〜５×１０＾１２Ωｃｍ 色材の平均粒径 ０．０５〜１０μｍ ζ電位と粘度の比 ０〜２５０（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 １．２〜３０ｃｐ ζ電位 ０〜２３０ｍＶ の範囲でインクを作製した。

【０１８０】一例として上記構成材料のインクとその物
性値を示す。

【０１８１】 インクの構成材料 炭化水素系溶媒（ＩＰソルベント） ９３重量％ Ｂｌａｃｋ Ｐｅａｒｌｓ Ｌ ３重量％ アクリレート系樹脂 ３重量％ オクチル酸ジルコニウム １重量％ 混練時間 １０時間 インクの物性値 体積抵抗率 ５×１０＾９Ωｃｍ 色材の平均粒径 ０．５μｍ ζ電位と粘度の比 ２１．４（ｍＶ／ｃｐ） 粘度 ７ｃｐ ζ電位 １５０ｍＶ なお、２０種類のうち１５種類のインクの物性は実施例
１の好適な物性の範囲で作製し、残りの５種類は実施例
１の好適でない物性の範囲で作製した。

【０１８２】印字評価の結果は実施例１と同様であり、
高濃度印字が可能で記録周波数の高くできるインクの物
性値は実施例１の結果と同様であることが確認された。

【０１８３】上記の実施例１〜実施例５に示したよう
に、本発明によれば、インクの構成材料と関係なく、そ
のインクの物性値を規定することにより高い記録周波数
でも高濃度印字が可能なインクが得られる。

【０１８４】したがって、インクの構成材料や各構成材
料の含有量すなわち濃度は特に限定されるものではない
が、好ましくは実施の形態で説明した範囲内であればよ
い。

【０１８５】また、本実施の形態においてはインクのみ
の物性値が規定されたものであることから、本実施の形
態で使用したヘッドでなくても、他の種々の静電式イン
クジェットヘッドについて本発明のインクの有効性が確
認できることは言うまでもない。

【０１８６】なお、本実施例のインクでは正に帯電して
いる色材粒子の場合について説明したが、負に帯電して
いる色材粒子のインクでもよい。この場合は、吐出条件
の設定電圧の極性を逆にすれば良い。すなわち、ζ電位
と粘度の比とζ電位の絶対値の大きさが同じ範囲にあれ
ば、負帯電のインクでも、本実施例と同様に高濃度印字
が可能で記録周波数の高いインクが実現できる。

【０１８７】したがって、インクの物性値として、イン
クの体積抵抗率が１０＾９〜１０＾１２Ωｃｍであるこ
と、色材粒子の平均粒径が０．１〜２μｍの範囲である
こと、色材粒子のζ電位と粘度の比の絶対値が１０〜１
００（ｍＶ／ｃｐ）の範囲であること、インクの粘度が
２〜２０ｃｐの範囲であること、色材粒子のζ電位の絶
対値が３０ｍＶ〜２００ｍＶの範囲であること、を満た
していれば、高濃度印字と高記録周波数とを同時に実現
することができる。

【０１８８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、インク
の体積抵抗率を１０＾９〜１０＾１２Ωｃｍ、色材粒子
の平均粒径を０．１〜２μｍ、色材粒子のζ電位と粘度
の比の絶対値を１０〜１００（ｍＶ／ｃｐ）、インクの
粘度を２〜２０ｃｐ、色材粒子のζ電位の絶対値を３０
ｍＶ〜２００ｍＶとしているので、高い記録周波数でも
高濃度印字による高画質画像を安定して得ることができ
るという有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電式インクジェットヘッドの構成を示す概略
図

【図２】図１の静電式インクジェットヘッドの内部の構
成を示す概略図

【図３】図１の静電式インクジェットヘッドの側断面図

【図４】図１の静電式インクジェットヘッドによるイン
ク吐出動作の一部を示す説明図

【図５】図１の静電式インクジェットヘッドによるイン
ク吐出動作の図４に続く説明図

【図６】図１の静電式インクジェットヘッドによるイン
ク吐出動作の図５に続く説明図

【図７】図１の静電式インクジェットヘッドによるイン
ク吐出動作の図６に続く説明図

【図８】本実施例におけるインクの評価に用いられた静
電式インクジェットヘッドの構成を示す概略図

【符号の説明】

１ 記録電極 ２ スリット孔 ５ 泳動電極 ６ インクタンク １２ 色材粒子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C056 FC01 2H086 BA52 BA59 BA60 BA61 4J039 AB08 AD01 AD03 AD05 AD08 AD10 AD15 AE05 AE11 BA04 BC02 BC06 BC19 BC34 BC40 BC41 BC54 BC56 BE01 BE02 BE12 BE33 CA05 EA44 GA24

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】色材粒子を絶縁性溶媒に分散してなるイン
   クを保持するインクタンクと、前記インクタンクと連通
   して形成されて前記インクが吐出されるスリット孔また
   はノズル孔と、前記インク中の前記色材粒子を電気泳動
   により搬送する泳動電極と、前記泳動電極により泳動さ
   れた前記色材粒子および前記絶縁性溶媒を前記スリット
   孔または前記ノズル孔から吐出させる記録電極とを備え
   た静電式インクジェットヘッドに使用される静電式イン
   クジェット用インクであって、 １０＾１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有する絶縁性溶媒
   と、帯電可能な色材粒子と、前記色材粒子に対して所定
   の極性に帯電する機能を付与する帯電制御剤とを有し、
   下記のＡ〜Ｅの物性値を備えたことを特徴とする静電式
   インクジェット用インク。 Ａ：前記静電式インクジェット用インクの体積抵抗率が
   １０＾９〜１０＾１２Ωｃｍ。 Ｂ：前記色材粒子の平均粒径が０．１〜２μｍ。 Ｃ：前記色材粒子のζ電位と粘度の比（ζ電位／粘度）
   の絶対値が１０〜１００（ｍＶ／ｃｐ）。 Ｄ：前記静電式インクジェット用インクの粘度が２〜２
   ０ｃｐ。 Ｅ：前記色材粒子のζ電位の絶対値が３０ｍＶ〜２００
   ｍＶ。