(57)【要約】【課題】ミストが発生しないことも含めて、良好な飛翔状態を得ることができる、インクジェット塗布方法を提供すること。【解決手段】インクの液滴の半径と、上記インクの密度と、上記インクの表面張力と、上記インクの粘度と、飛翔する上記インクの液滴のリガメント長との関係から上記インクの吐出条件を決定する液滴の塗布方法を用いる。また、上記インクの液滴の半径をｒ（ｍｍ）、上記インクの密度をρ（ｇ／ｍ３）、上記インクの表面張力をγ（ｍＮ／ｍ）、上記インクの粘度をη（ｍＰａ・ｓ）、Ｚ値を以下式１とした時、上記リガメント長Ｌと上記Ｚ値との関係から上記インクの吐出条件を決定する請求項１記載の液滴の塗布方法を用いる。（式１）Ｚ＝（ｒ・ρ・γ）１／２／η【選択図】図６
2018075529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクの液滴の半径と、前記インクの密度と、前記インクの表面張力と、前記インクの粘度と、飛翔する前記インクの液滴のリガメント長との関係から前記インクの吐出条件を決定する液滴の塗布方法。
【請求項２】
前記インクの液滴の半径をｒ（ｍｍ）、前記インクの密度をρ（ｇ／ｍ３）、前記インクの表面張力をγ（ｍＮ／ｍ）、前記インクの粘度をη（ｍＰａ・ｓ）、Ｚ値を以下式１とした時、
前記リガメント長Ｌと前記Ｚ値との関係から前記インクの吐出条件を決定する請求項１記載の液滴の塗布方法。
（式１）
Ｚ＝（ｒ・ρ・γ）１／２／η
【請求項３】
前記Ｚ値とリガメント長さとの関係において、四角形で囲まれた領域を塗布条件とする請求項１または２記載の液滴の塗布方法。
【請求項４】
前記四角形で囲まれた領域は、前記Ｚ値と前記リガメント長さとの２つの１次直線と前記Ｚ値がゼロの直線と前記リガメント長さがゼロの直線とで囲まれた領域である請求項３記載の液滴の塗布方法。
【請求項５】
飛翔する前記インクの液滴のリガメント長をＬ（μｍ）とした時、
前記リガメント長Ｌが前記式１及び下記式２を満たす請求項２から４のいずれか１項に記載の液滴の塗布方法。
（式２）
−１０４．３Ｌｎ（Ｚ）＋１７４．５４≦Ｌ≦−６６．２１Ｌｎ（Ｚ）＋１７７．６
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴の塗布方法に関する。特に、インクジェットを用いたインクの塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドは、入力信号に応じて必要なときに必要な量のインクを塗布することができるインクジェットヘッドとして知られている。特に圧電（圧電素子）方式のドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドは、一般的に、インク供給流路と、インク供給流路に接続されノズルを有する複数の圧力室と、圧力室内に充填されたインクに圧力を加える圧電素子と、を有する。
【０００３】
図１（ａ）と図１（ｂ）とにインクジェットヘッドの断面構造を示す。
【０００４】
インクジェットヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル１００と、ノズルに連通する圧力室１１０と、異なるノズルに対応する圧力室を隔てる隔壁１１１と、圧力室の一部をなすダイアフラム１１２と、ダイアフラムを振動させる圧電素子１３０と、隔壁を支える圧電部材１４０と、圧電素子１３０に電圧を印加する共通電極（図示せず）と、を有する。他に図示しないが、液体の導入口を有する。
【０００５】
圧電素子１３０と隔壁を支える圧電部材１４０とは、一つの圧電部材からダイシングによって分離されている。インクジェットヘッドが有するノズル１００は、直径２０μｍ〜５０μｍで、１００μｍ〜５００μｍの間隔で１００穴〜３００穴並んでいる。
【０００６】
このように構成されたインクジェットヘッドは、次のように動作する。圧電素子１３０の裏側の共通電極（図示せず）と、圧電素子１３０の間に電圧を印加すると、圧電素子１３０が図１（ａ）の状態から図１（ｂ）の状態に変形する。図１（ｂ）の一番右側の圧電素子１３０が変形する（圧電素子１３０の下部が変形）と、圧力室１１０の容積が小さくなり、液体に圧力を加えることができる。その圧力で液滴１５０を吐出させている。
【０００７】
また、液体を循環する種類のインクジェットヘッドにおいては、図示しない液体注入口と排出口とを有し、インクを循環しながらインクを吐出する。インクを循環させることの効果を以下で説明する。
【０００８】
ノズル近傍のインクは常に大気に触れている状態にある。その2接触面積は非常に微小であるため、インクの溶媒の蒸発も無視できない状態にある。インクの溶媒が蒸発することで、インクの粘度が上昇し、正常なインクの吐出が困難に成り得る。ここで、インクをノズル近傍まで循環させることにより、粘度が上昇したインクを常に入れ替えることができるため、ノズル近傍の吐出されるインクは、常に正常なインク粘度に保たれる。これにより、ノズル詰まりを抑制し、正常な吐出を定常的に行うことが可能となる。
【０００９】
インクジェットヘッドの構造としては、薄膜の圧電素子を用いた構造でもよい。図２（ａ）、図２（ｂ）は、薄膜型インクジェットヘッドの構造を示す図である。図２（ａ）に液体を吐出するためのノズル２００、ノズルに連通する圧力室２１０、圧力室に液体を供給する共通圧力室２３０が繋がっている。圧力室の一部を成すダイアフラム２１２の上部に薄膜圧電素子２２０が構成されている。このように構成されたインクジェットヘッドは次のように動作する。薄膜圧電素子２２０に電圧を印加すると、薄膜圧電素子２２０が図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態に変形する。薄膜圧電素子２２０が変形すると、圧力室２１０の容積が小さくなり液体に圧力を伝達することができる。その圧力で液滴１５０を吐出させている。
【００１０】
上記の通り、インクジェット塗布は必要な場所に必要なだけインクを塗布できるという大きな利点を有する。しかし、塗布するインクに関しては、どのようなインクでも、塗布できるというわけではなく、インクの粘度や表面張力などの物性に制限があることが一般的である。
【００１１】
このようなインクジェットヘッドで塗布するインクに対して、インク粘度が高いと、圧電素子のより大きい駆動力が必要となる。粘度が高いほど、ノズルの壁面から受ける抵抗が大きくなるためである。また、インクの表面張力が低いと、インクをノズルから吐出する際に、ノズル付近にインクが付着しやすくなる。インクが付着すると、インク液滴をまっすぐ吐出させることが困難になる。付着が多いときにはインク液滴が吐出しないこともあり得る。逆にインクの表面張力が大きすぎると、インク液滴が分裂しやすくなり、液滴の飛び散りが発生する。液滴が飛び散ると、意図しない場所にも液滴が着弾し、塗布膜の品質が低下してしまう。
【００１２】
特許文献１では、以下３つを満たすように設定することが開示されている。
（１）  インクの密度ρ（ｇ／ｍ３）と、表面張力γ（ｍＮ・ｍ）と、粘度η（ｍＰａ・ｓ）と、インク吐出ノズルのノズル径Ｒ（ｍｍ）とが、式１のＺ（オーネゾルゲ数Ｏｈの逆数）の数値範囲を満たすこと。
（２） インク液滴の吐出速度Ｖ（ｍ／ｓ）が、式２の数値範囲を満たすこと。
（３） Ｚの値と吐出速度Ｖ（ｍ／ｓ）とが、式３の関係式を満たすこと。
【００１３】
０．７≦Ｚ＝１／Ｏｈ＝（Ｒ・ρ・γ）１／２／η）≦１３・・・（式１）
３≦Ｖ≦６・・・（式２）
Ｖ≦−２．１７Ｌｎ（Ｚ）＋８．４７・・・（式３）
上記の数値範囲を満たすことで、インクジェット装置から飛翔させるインク液滴を、真っ直ぐに、分裂することなく吐出させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０９８５７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献１に示したインクでは、ミストと呼ばれる飛翔制御不可能な微小な副次液滴が発生する場合がある。
【００１６】
よって、本願の課題は、吐出液滴の直進性確保や、液滴の分裂抑制はもちろんのこと、ミストが発生しないことも含めて、良好な飛翔状態を得ることができる、インクジェットヘッドを用いたインクの塗布方法を提供することである。
【００１７】
以下、図面を用いて、インク液滴飛翔時のミストの発生について説明する。図３（ａ）にはミストが発生する場合の、インク液滴の飛翔状態を１０μ秒毎のコマ送り画像で示している。インク液滴がインクジェットヘッドのノズルから吐出された後、液滴の後ろに尾っぽが伸びて（以下では、この尾っぽをリガメントと呼ぶ）おり、リガメントが飛翔途中でランダムに切れることで、主液滴とは異なる副次的な複数の液滴が発生していることがわかる。
【００１８】
図３（ｂ）にはミストが発生しない場合の、インク液滴の飛翔状態を示している。リガメントからの液滴の分裂は少なく、インク液滴の飛翔途中で主液滴と合体し、一滴になって飛翔していることがわかる。インクジェットヘッドのノズルからインクを着弾させる被塗布物までの距離は０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度であることが多いが、インク液滴が飛翔している途中では、一滴でなくても問題ないが、インク液滴が被塗布物に着弾するときに一滴になっていることが重要である。一滴になっていないと、副次液滴が所望の着弾位置以外に飛散するからである。
【００１９】
また、両者を比較すると、ミストが発生している図３（ａ）の方が、リガメント長さＬが長いことがわかる。また、図３（ａ）では、リガメントの中にも球状の液滴が発生していることがわかり、ミストの発生は、リガメント長さＬや、インクの表面張力などの物性に起因していることが示唆される。
【００２０】
よって、本願の発明の課題は、ミストを発生させることなく、液滴の飛翔を実現させることが可能な液滴の塗布方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、インクの液滴の半径と、上記インクの密度と、上記インクの表面張力と、上記インクの粘度と、飛翔する上記インクの液滴のリガメント長との関係から上記インクの吐出条件を決定する液滴の塗布方法を用いる。
【００２２】
また、上記インクの液滴の半径をｒ（ｍｍ）、上記インクの密度をρ（ｇ／ｍ３）、上記インクの表面張力をγ（ｍＮ／ｍ）、上記インクの粘度をη（ｍＰａ・ｓ）、Ｚ値を以下式１とした時、上記リガメント長Ｌと上記Ｚ値との関係から上記インクの吐出条件を決定する上記液滴の塗布方法を用いる。
（式１）
Ｚ＝（ｒ・ρ・γ）１／２／η
【発明の効果】
【００２３】
本発明のインクの塗布方法によれば、ミストを発生させることなく、インク液滴の飛翔を実現させることが可能となり、塗布膜の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）従来のバルク型インクジェットヘッドの構造、（ｂ）（ａ）の薄膜型インクジェットヘッドで、圧電素子に電圧が印加されたときのヘッドの状態を示す図
【図２】（ａ）従来の薄膜型インクジェットヘッドの構造、（ｂ）（ａ）の薄膜型インクジェットヘッドで、圧電素子に電圧が印加されたときのヘッドの状態を示す図
【図３】（ａ）従来のインクジェット方法で、ミストが発生したときのインク液滴の飛翔状態を示す図、（ｂ）従来のインクジェット方法で、ミストが発生していないときのインク液滴の飛翔状態を示す図
【図４】インク液滴の飛翔特性に影響する３つの力を説明する図
【図５】実施例のＺ値とリガメント長さの関係を示す図
【図６】比較例のインク粘度とリガメントの関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
実施の形態のインクの塗布方法について説明する。実施の形態のインクジェットヘッドの構造は、図１で示したバルク型ピエゾのヘッド構造と同じである。
＜飛翔特性をコントロールするための要因検討＞
好適な飛翔特性を得るためにどのようなパラメータをコントロールすれば良いのかを検討した。まず、インクの挙動に影響を与える３種類の物理的な力（粘性抵抗、慣性力、表面張力）に着眼して考察を行なった。
【００２６】
図４は、インク液滴の飛翔特性に影響する３つの力を説明するための図である。図４に示すように、インク液滴の飛翔特性は、粘性抵抗、慣性力、表面張力の３つの力のバランスによって決まる。
【００２７】
インク液滴の粘性抵抗は、下記式３に示すように、インク粘度η、インク液滴径ｒおよびインク液滴の吐出速度Ｖにより決まる。
【００２８】
インクの粘性抵抗＝η・ｒ・Ｖ・・・（式３）
インク液滴の慣性力は、下記式４に示すように、インク密度ρ、インク液滴径ｒ、インク液滴の吐出速度Ｖにより定まる。
【００２９】
インク液滴の慣性力＝ρ・ｒ２・Ｖ２・・・（式４）
インク液滴の表面張力は、下記式５に示すように、インク表面張力γ、インク液滴径ｒにより定まる。
【００３０】
（式５）表面張力＝γ・ｒ・・・（式５）
総括すると、インク液滴の飛翔特性に影響を与える要因としては、インク密度ρ、インク表面張力γ、インク粘度η、インク液滴径ｒおよびインク液滴の吐出速度Ｖの５つが挙げられる。これら５つの要因のうち、インク密度ρ、インク表面張力γ、インク粘度ηおよびインク液滴径ｒの４つの要因は、インク物性に関する要因であり、吐出速度Ｖだけがインク物性以外の要因である。これら要因の全てを変数とすると、変数が５つにもなり、しかもそれらは相互関係が不明であるため、飛翔特性のコントロールが非常に困難である。
【００３１】
そこで、発明者は、インク液滴の飛翔特性をコントロールし易くするために、変数を減らすことを考え、レイノルズ数（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  ｎｕｍｂｅｒ）Ｎｒｅ、ウェーバー数（Ｗｅｂｅｒ  ｎｕｍｂｅｒ）Ｎｗｅ、および、オーネゾルゲ数Ｏｈに着目した。
【００３２】
レイノルズ数  Ｎｒｅとは、慣性力と粘性力との比で定義される無次元数であり、流体力学において「流れ」の性質を調べるために利用される値である。本願ではインク液滴の直進性に主として関与すると考えられる。レイノルズ数Ｎｒｅは、下記式６に示すように、慣性力と粘性力の比で表される。
【００３３】
レイノルズ数Ｎｒｅ＝慣性力／粘性力＝（Ｖ・ｒ・ρ）／η・・・（式６）
ウェーバー数Ｎｗｅとは、二相流を扱う際に重要な無次元数であり、液滴が気流中を流れる場合の変形挙動や、液滴の界面の安定性問題の整理に利用される値である。本願ではインク液滴の分裂性に主として関与すると考えられる。ウェーバー数Ｎｗｅは、下記式７に示すように、慣性力と表面張力との比で表される。
【００３４】
ウェーバー数Ｎｗｅ＝慣性力／表面張力＝（Ｖ２・ｒ・ρ）／γ・・・（式７）
オーネゾルゲ数（Ｏｈｎｅｓｏｒｇｅ  ｎｕｍｂｅｒ）Ｏｈとは、粘性力と、慣性力および表面張力との関係を示す無次元数である。オーネゾルゲ数Ｏｈは、下記式８に示すように、レイノルズ数Ｎｒｅとウェーバー数Ｎｗｅとの比で表される。
【００３５】
（オーネゾルゲ数Ｏｈ＝（ウェーバー数Ｎｗｅ）１／２／（レイノルズ数Ｎｒｅ）・・・（式８）
ここで、上記式８に式６および式７を代入すれば、下記式９に示すように、粘性抵抗、慣性力、表面張力の３つの力のバランスを、インク物性に関するインク密度ρ、インク表面張力γ、インク粘度ηおよびインク液滴径ｒの４つの要因だけで表すことが可能になり、インク物性以外の要因である吐出速度Ｖを打ち消すことができる。さらに、インク物性に関する４つの要因は、オーネゾルゲ数Ｏｈの逆数であるＺ値でひとまとめに表すことができる。
【００３６】
Ｚ＝１／オーネゾルゲ数Ｏｈ
＝レイノルズ数Ｎｒｅ／（ウェーバー数Ｎｗｅ）１／２
＝（慣性力／粘性力）／（慣性力／表面張力）１／２
＝（（Ｖ・ｒ・ρ）／η）／（（Ｖ２・ｒ・ρ）／γ）１／２
＝（ｒ・ρ・γ）１／２／η・・・（式９）
このように、インク液滴の飛翔特性に影響を及ぼす要因を、インク物性に関する要因と、インク物性以外の要因とに分け、さらに、インク物性に関する要因をひとまとめにしたＺ値を１つの変数として扱えば、飛翔特性のコントロールが非常に容易である。
【００３７】
また、ミスト発生に寄与するリガメントの長さとの関係を、以下説明する。
＜実施例、比較例で用いたインクの物性評価＞
表１には、実施例、比較例で用いたインクの密度ρ（ｇ／ｍ３）、粘度η（ｍＰａ・ｓ）、表面張力γ（ｍＮ／ｍ）を示している。
【００３８】
【表１】
2018075529.tif 000003
インク粘度ηは、粘度計ＡＲ−Ｇ２（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して測定した。インク表面張力γは、表面張力計ＤＳＡ１００（ＫＲＵＳＳ製）を使用して測定した。
【００３９】
インク密度ρは、固形分濃度が低いため、溶媒の密度と同じとした。
【００４０】
表２には、実施例、比較例のインクをインクジェットヘッドで、インク液滴の速度を５．０ｍ／ｓになるように駆動電圧を調整して吐出させた時の、吐出特性を示している。吐出特性は、インク液滴の液滴直径（μｍ）、リガメント長さ（μｍ）を測定した。リガメント長さは、リガメントがノズルから離れる直前での長さを測定した。実施例５と比較例４とは同じインクである。
【００４１】
【表２】
2018075529.tif 000004
実施例９以外に関しては、インクジェットヘッドのノズルの直径が１０μｍのものを、実施例９に関してはノズルの直径が１８μｍのものを用いて吐出させた。また、比較例４に関しては、ノズルの直径が１０μｍを使用した。実施例５に関しては、比較例４のインクでノズル径が１８μｍのものを使用した。表２では、測定値を示している。
【００４２】
表３には式９で表される、インク液滴径、インク密度、インク表面張力、及びインク粘度から算出されるＺ値とリガメント長をまとめており、そのときのミストの発生状態を示している。
【００４３】
【表３】
2018075529.tif 000005
ミストが○は、ミスト発生せず。ミストが×は、ミスト発生を示す。
【００４４】
表３のデータをグラフにしたものが図５である。
Ｚ値を横軸に、リガメント長を縦軸に取ったときに、ミストが発生しなかったインクは○印で、ミストが発生したインクは×印でプロットした。この結果から、ミストが発生せずに良好な状態で飛翔する範囲のインクは二つの直線に囲まれた領域にあるということを発明者は発見した。
【００４５】
Ｚ値をＺ、リガメント長をＬとしたときに、二本の直線はそれぞれ、次の式１０、式１１で表される。
【００４６】
Ｌ＝−６６．２１Ｌｎ（Ｚ）＋１７７．６・・・（式１０）
Ｌ＝−１０４．３Ｌｎ（Ｚ）＋１７４．５４・・・（式１１）
この時、ミストが発生しない領域のインクは、式１０と式１１より、次の式１２となる。
−１０４．３Ｌｎ（Ｚ）＋１７４．５４≦Ｌ≦−６６．２１Ｌｎ（Ｚ）＋１７７．６・・・（式１２）
この関係が明らかになっていることにより、新しいインクを調合したときに、実際にインクジェットで吐出しなくても、ミストを発生させずに正常に吐出可能なインクか否かがわかる。
【００４７】
（参考例）
図６には、横軸にインクの粘度を、縦軸にリガメント長とした時の、インクの吐出の状態を示している。○印でプロットしたインクは、ミストが発生しなかったインクで、×印でプロットしたインクは、ミストが発生したインクである。
【００４８】
二本の直線で囲まれた領域内に、ミストが発生したインクが含まれていることがわかる。このことから、この領域は吐出可能なインクとは言えない。このようにインク粘度と、リガメント長という二軸でミスト発生しないインクの範囲を表そうとすると、単純な二つの直線で表すことはできず、複雑な範囲となり、未知のインクに対しては実際にインクの吐出をしてみてミストの有無を確認せざるを得なくなり、事前に吐出の可否を判断することは困難である。
【００４９】
（全体として）
本願実施の形態は、インクの液滴の半径と、上記インクの密度と、上記インクの表面張力と、上記インクの粘度と、飛翔する上記インクの液滴のリガメント長との関係から上記インクの吐出条件を決定する液滴の塗布方法である。
【００５０】
また、上記インクの液滴の半径をｒ（ｍｍ）、上記インクの密度をρ（ｇ／ｍ３）、上記インクの表面張力をγ（ｍＮ／ｍ）、上記インクの粘度をη（ｍＰａ・ｓ）、Ｚ値を以下式１とした時、上記リガメント長Ｌと上記Ｚ値との関係から上記インクの吐出条件を決定する液滴の塗布方法である。
【００５１】
また、上記Ｚ値とリガメント長さとの関係において、四角形で囲まれた領域を塗布条件とする上記の液滴の塗布方法である。
【００５２】
また、上記四角形で囲まれた領域は、上記Ｚ値と上記リガメント長さとの２つの１次直線と上記Ｚ値がゼロの直線と上記リガメント長さがゼロの直線とで囲まれた領域である区上記液滴の塗布方法である。
【００５３】
また、飛翔する上記インクの液滴のリガメント長をＬ（μｍ）とした時、上記リガメント長Ｌが上記式９及び下記式１２を満たす上記液滴の塗布方法である。
【００５４】
上記実施の形態は、インクジェットに限定されず、微小液滴を塗布する場合に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のインクの塗布方法によれば、吐出の制御が困難なミストを発生させずに、インクを正常に吐出させることが可能であり、塗布品質の向上を実現できる。これは、ＯＬＥＤの発光層のインクの吐出や、ＵＶ硬化性インクなどを用いる加飾インクの吐出、導電性インクの吐出などに適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
Ｌ  リガメント長
Ｒ  ノズル径
Ｖ  吐出速度
ｒ  インク液滴径
Ｏｈ  オーネゾルゲ数
１００  ノズル
１１０  圧力室
１１１  隔壁
１１２  ダイアフラム
１３０  圧電素子
１４０  圧電部材
１５０  液滴
２００  ノズル
２１０  圧力室
２１２  ダイアフラム
２２０  薄膜圧電素子
２３０  共通圧力室
Ｎｒｅ  レイノルズ数
Ｎｗｅ  ウェーバー数
【図１】
2018075529.tif 000006
【図２】
2018075529.tif 000007
【図３】
2018075529.tif 000008
【図４】
2018075529.tif 000009
【図５】
2018075529.tif 000010
【図６】
2018075529.tif 000011