(57)【要約】【課題】廉価で環境に優しく非常に安全な導電性インクの組成物およびその生産方法を提供する。【解決手段】本発明のインク組成物は、マイクロサイズの銀粒子と水と食用レベルの増粘剤と水性溶剤と水性樹脂と界面活性剤とを含む。紙、プラスチック、金属等の各種基板上にゲルペン、ボールペン等の各種書き込みデバイスによって、導電性トレースを形成するように、導電性インクが書き込まれる。本発明のさらなる特徴として、組成物は、塗布後直ちに急速に硬化し導電性となる消去可能な導電性インクを備える。組成物には、学生にどのように電子機器が機能するかを理解させ、学生自身に電子機器を手軽に設計させることにさえも役立てる、教育目的のための複数の用途がある。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性インクに用いる組成物であって、
溶剤と、
一以上の金属を含み、ナノ粒子を含まない導電性粒子と、
食用増粘剤と、
界面活性剤と、
組成物の重量に対して３０％〜６０％の重量の範囲内にある水と、
を備え、
組成物の重量に対して１％から５％未満の重量の範囲内にある濃度の水性樹脂を含む分散剤を任意選択的に備える組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の組成物であって、前記導電性粒子は、銀、銅、金、炭素および他の導電性金属合金粒子から成る群から選択された一以上の粒子を備える組成物。
【請求項３】
請求項１に記載の組成物であって、前記導電性粒子は、大きさが１から１５マイクロメートルの範囲内にあり、組成物の重量に対して１５％から５０％の重量の範囲内にある濃度である組成物。
【請求項４】
請求項１に記載の組成物であって、
前記溶剤は水性で無毒であり、
前記溶剤は、
エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびトリエチレングリコールから選択されたグリコール、または
２−プロパノールおよびメトキシ−プロパノールから選択されたプロパノール、または
エチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテルおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルから選択されたエーテル、または
酢酸メチル、酢酸エチルおよび酢酸ブチルから選択されたアセテート、または
これらの組合せ
を備える組成物。
【請求項５】
請求項４に記載の組成物であって、前記溶剤の濃度は、前記組成物の重量に対して３０％未満の重量である組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の組成物であって、
前記食用増粘剤は水性であり、
前記食用増粘剤はさらに、生物由来ゴムと、アルギン酸ナトリウムと、セルロースからなる群から選択された一以上を備えており、
前記生物由来ゴムは、クラスタマメ・ゴム、キサントモナス属によって作られる多糖類、およびカラゲーニン・ゴムから成る群から選択された一以上を備えており、
前記セルロースは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）およびカルボキシメチル・セルロースから成る群から選択された一以上を備えており、
前記増粘剤は、増粘剤、接着促進剤、およびチキソトロピー剤として機能し、
前記増粘剤の濃度は、組成物の重量に対して１％未満から５％未満の重量の範囲内にある組成物。
【請求項７】
請求項１に記載の組成物であって、
前記分散剤は水性の接着促進剤樹脂を備えており、
前記分散剤は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、アルデヒド・ケトン樹脂、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、アクリル酸樹脂（ＡＡ）、エポキシ、フェノール‐ホルムアルデヒド樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる群から選択された一以上の化合物を備えており、
組成物における樹脂の濃度が、導電性インクを消去可能にまたは消去不能にするよう調整されている組成物。
【請求項８】
請求項１に記載の組成物であって、
前記界面活性剤は、モノラウリルスルホコハク酸二ナトリウム（ＤＬＳ）、ラウレススルホコハク酸二ナトリウム（ＭＥＳ）、ココイルモノエタノールアミドスルホコハク酸二ナトリウム（ＤＣＭＳ）、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ラウリル硫酸ナトリウム（ＳＬＳ）、および脂肪酸カリウムの石鹸（ＳＦＰ）から成る群から選択された一以上の化合物を備えており、
前記界面活性剤は、前記組成物の重量に対して５％未満の重量の濃度である組成物。
【請求項９】
請求項１に記載の組成物であって、
前記組成物は、貯蔵寿命が少なくとも２４か月であり、
前記組成物は、粘度が１００〜１００００ｃＰであり、１ｒｐｍから１０ｒｐｍにおける粘度の比が２〜６の範囲内にある組成物。
【請求項１０】
請求項３に記載の組成物であって、
前記組成物は、複数の基板に書き込みを行うためのゲルペン、ボールペン、インクペンまたはブラシを含む種類の書き込みデバイスにおいて用いられ、
前記書き込みにより、硬化プロセスを必要とすることなく室温で、均等な浸出ネットワークを備える一以上の導電性トレースが形成される組成物。
【請求項１１】
溶剤と、一以上の金属を含んでいる導電性粒子と、食用増粘剤と、界面活性剤と、組成物の重量に対して３０％〜６０％の重量の範囲内にある水と、任意選択的に、組成物の重量に対して１％から５％未満の重量の範囲内にある濃度の水性樹脂を含む分散剤と、を備える水性導電性インクを用いる導電性トレース形成において、
前記インクは書き込みデバイスに提供され、前記書き込みデバイスは、前記導電性トレースを形成するために一以上のフレキシブル基板を含む面の上で移動される導電性トレース形成。
【請求項１２】
請求項１１に記載の導電性トレース形成であって、
前記導電性粒子は、銀、銅、金、炭素または他の導電性金属合金の粒子を備えており、
前記導電性粒子は、大きさが１から１５マイクロメートルの範囲内にあり、前記インクの重量に対して１５％から５０％の重量の範囲内にある濃度で含まれている導電性トレース形成。
【請求項１３】
請求項１１に記載の導電性トレース形成であって、前記溶剤の濃度は、前記組成物の重量に対して３０％未満の重量である導電性トレース形成。
【請求項１４】
請求項１１に記載の導電性トレース形成であって、前記フレキシブル基板は、コピー紙、写真紙、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、フレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ）、プラスチックおよび金属基板のうちの一つである導電性トレース形成。
【請求項１５】
請求項１１に記載の導電性トレース形成であって、
前記書き込みデバイスによって書き込まれる前記導電性トレースの抵抗率は、基板に応じて０．５〜３０Ω・ｃｍの範囲内にあり、
前記導電性トレースは、基板に応じて少なくとも６Ａの電流を流すことができる導電性トレース形成。
【請求項１６】
請求項１１に記載の導電性トレース形成であって、前記導電性トレースを、前記水性樹脂の量を調整することにより、消去可能な状態から消去不能な状態まで変化させることができる導電性トレース形成。
【請求項１７】
請求項１１に記載の導電性トレース形成であって、前記導電性トレースは、付加的なまたは外部からの熱の必要なしに室温で硬化する導電性トレース形成。
【請求項１８】
導電性トレースを形成する方法であって、
溶剤と、大きさが１から１５マイクロメートルの範囲内にあり、濃度が全体の重量に対して１５％から５０％の重量の範囲内にある一以上の金属を有する導電性粒子と、食用増粘剤と、界面活性剤と、全体の重量に対して３０％〜６０％の重量の範囲内にある水と、任意選択的に、全体の重量に対して１％から５％未満の重量の範囲内にある濃度の水性樹脂を含む分散剤と、を備える水性導電性インクを書き込みデバイスに準備する工程と、
一つ以上の基板を含む面の上で前記書き込みデバイスを移動させる工程と、
室温で３０秒以下の時間前記インクを乾燥させ、これにより、乾燥時間の終了直後には導電性となる導電性トレースを形成する工程と、
を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の導電性トレースを形成する方法であって、前記導電性粒子は、銀、銅、金、炭素または他の導電性金属合金の粒子を備えている方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の導電性トレースを形成する方法であって、前記基板は、コピー紙、写真紙、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、フレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ）、プラスチックおよび金属基板のうちの一つである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照および優先権）
本願は、２０１７年４月３日出願の米国仮特許出願番号６２／６０１，８０２からの優先権を主張し、その内容全体を参照によってここに援用する。
【０００２】
本願は、水性金属インク組成物およびフレキシブル基板上のプリンテッド・エレクトロニクスに関する。
【背景技術】
【０００３】
プリンテッド・エレクトロニクス（印刷技術を用いて作成された電子機器）は世界で最も急成長している技術のうちの一つである。プリンテッド・エレクトロニクスにより、消費財、健康管理、航空宇宙、電子機器、メディアおよび運送等の種々の産業により多くの可能性を提供できる。プリンテッド・エレクトロニクスにより、電子機器を、以前にはなかった分野において用いることができ、また既存の電子製品および電子工学を向上することができる。プリンテッド・エレクトロニクスは、具体的には、各種基板に電気デバイスを形成するために用いられる一セットの印刷方法である。典型的に、印刷には、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア、オフセット印刷およびインクジェット印刷等、材料上にパターンを形成するのに適した一般的な印刷機器が用いられる。プリンテッド・エレクトロニクスは、面積が広いフレキシブル（可撓性）デバイスの形成を可能にすることにより、従来技術に代わる魅力的な代替手段を提供する。太陽電池電極、フレキシブルディスプレイ、無線周波数識別タグ（ＲＦＩＤ）、アンテナ等の現代の電子機器において、微細な特徴を有する高導電性材料の用途が極めてたくさんある。プリンテッド・エレクトロニクスによって、高性能を必要としないフレキシブルディスプレイ、スマート（情報処理能力のある）ラベル、装飾的で動画を用いるポスター、およびアウトドア・ウェア（ａｃｔｉｖｅ  ｃｌｏｔｈｉｎｇ）等の用途のための広範囲に及ぶ、非常に廉価で、低機能電子機器の普及が期待される。プリンテッド・エレクトロニクスの作製には、ほとんどすべての工業的印刷方法を用いることができる。従来の印刷と同様、プリンテッド・エレクトロニクスでは、複数のインク層の一方を他方の上に塗布することができる。したがって、印刷方法とインク材料との関連し合った開発が、この分野の基本的な課題である。
【０００４】
最近では、ポータブルな（持ち運びできる）、軽量の、および使い捨てデバイスを廉価に実現できるプラットフォームとしてフレキシブル基板に、関心が高まっている。このようなデバイスは、導電性電極を必要とするが、これらは、現在までのところ、スクリーン印刷、スパッター・コーティング（ｓｐｕｔｔｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）、インクジェット印刷およびエアブラシ・スプレーによって形成されている。しかしながら、これらの堆積による形成方法は、インクの使用を含んでおり、それは複雑な硬化方法のために素早く形成されるプロトタイプにおいては利便性がよくない場合がある。したがって、現在の技術において、書込みの直後に導電性となるインクはない。
【０００５】
フレキシブル基板には、プリンテッド・エレクトロニクス・デバイスに対して多くの利点がある。広範囲に利用可能であり、ずっと便利であるだけでなく、軽量であり、生物分解性であり、また、三次元（３Ｄ）構造に丸めることや折り畳むこともできる。熱変色性ディスプレイ、使い捨ての無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグおよびセルロースベースの電池を含む機能性を有する電子部品が、最近フレキシブル基板上に形成された。ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、紙基板等の様々な種類のフレキシブル基板とコーティングとを、特定のデバイス構成を実現するために利用することができる。周囲条件の下で書き込んで直ちに導電性となるインクでデバイスを形成するのに容易な方法があれば、可撓性プリンテッド・エレクトロニクスの可能性を十分に利用することが可能となろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在の技術において、導電性インク（特に複数の基板に書き込むための銀ベースの導電性インク）を生産する種々の技術が知られている。しかしながら、これらのインクには多くの技術的問題がある。まず、インクまたはペーストは、通常、パターンを形成する印刷機器を必要とし、印刷されたトレース（線）に適当な導電率を与えるために高温で硬化させる必要がある。このため、素早くプロトタイプを作製する産業や教育玩具産業における用途に用いられる書き込み可能なペン形状の製品には適していない。第二に、そのようなインクを乾燥／硬化する時間が長く、しかもインクは印刷直後には導電性ではない。第三に、多くのそのようなインクが、高い硬化温度を必要とするナノ粒子を含んでおり、製品にかなりの制限を加え、大規模な利用可能性を低下させている。最後に、形成された導電性トレースは、現在の技術において利用可能な導電性インクによって印刷後に変更することが難しい。したがって、素早くプロトタイプを作製する電子工学技術者には利便性がよくない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、導電性インクのための組成物、その形成方法、および複数の基板上に導電性トレースを形成するための方法を提供する。しかしながら、ここに示す課題を解決するための手段は、本発明の必須の特徴を必ずしも記載しようとするものではなく、本発明の範囲を決定、限定、制限しようとするものでもない。
【０００８】
本願は、プリンテッド・エレクトロニクスの分野において用いられる複数の基板に金属トレースを形成するためのマイクロサイズの導電性金属粒子を備える水性の廉価な導電性インクに関する。
【０００９】
本願は、乾燥時間がほとんどかからないまたはまったくかからない書き込み直後に導電性トレースを形成するマイクロサイズの粒子を少なくとも有するとともに、ゲルペンによって円滑に適量供給することができるようかつ消去可能なものから消去不能なものまで調整できるよう適当な溶剤および結合剤において調製される水性導電性インクを開示する。
【００１０】
本願の一側面では、以下の特徴の導電性インクのための組成物を開示する。組成物は、溶剤と、ナノ粒子ではない導電性粒子であって、一以上の金属をさらに含んでいる導電性粒子と、食用増粘剤と、界面活性剤と、組成物の重量に対して３０％〜６０％の重量の範囲内にある水と、任意選択的に、組成物の重量に対して１％から５％未満の重量の範囲内にある濃度の水性樹脂を含む分散剤と、を備える。
【００１１】
本願の他の側面では、以下の特徴の導電性インクのための組成物を開示する。導電性粒子は、銀、銅、金、炭素または他の導電性金属合金の粒子を備える。導電性粒子は、大きさが１から１５マイクロメートルの範囲内にあり、組成物の重量に対して１５％から５０％の重量の範囲内にある濃度でさらに加えられる。
【００１２】
本願の一側面では、以下の特徴の導電性トレースの形成を開示する。導電性トレースは、溶剤と、一以上の金属を含んでいる導電性粒子と、食用増粘剤と、界面活性剤と、組成物の重量に対して３０％〜６０％の重量の範囲内にある水と、任意選択的に、組成物の重量に対して１％から５％未満の重量の範囲内にある濃度の水性樹脂を含む分散剤と、を備える水性導電性インクを書き込みデバイスに準備する工程と、一つ以上の基板を含む面の上で書き込みデバイスを移動させる工程と、室温で３０秒以下の時間インクを乾燥させ、これにより、面上に導電性トレースを形成する工程と、によって形成される。
【００１３】
本願の他の側面では、以下の特徴の導電性トレースを開示する。書き込みデバイスによって書き込まれる導電性トレースの抵抗率は、種々の基板に応じて０．５〜３０Ω・ｃｍの範囲内にある。導電性トレースは、種々の基板に応じて少なくとも６Ａの電流フローを流すことができる。
【００１４】
本願のさらに他の側面では、以下の特徴の導電性トレースを開示する。導電性トレースを、水性樹脂の量を調整することにより、消去可能な状態から消去不能な状態まで変化させることができる。
【００１５】
本願の一側面では、以下の特徴の導電性トレースを形成する方法を開示する。方法は、溶剤と、大きさが１から１５マイクロメートルの範囲内にあり、濃度がインク組成物の重量に対して１５％から５０％の重量の範囲内にある少なくとも一の金属を有する導電性粒子と、界面活性剤と、組成物の重量に対して３０％〜６０％の重量の範囲内にある水と、食用増粘剤と、任意選択的に、組成物の重量に対して１％から５％未満の重量の範囲内にある濃度の水性樹脂を含む分散剤と、を備える水性導電性インクを書き込みデバイスに準備する第一工程と、一つ以上の基板を含む面の上で書き込みデバイスを移動させる第二工程と、室温で３０秒以下の時間インクを乾燥させ、これにより、導電性トレースを形成する第三工程と、を含む。第三工程において、導電性トレースが、導電性にするよう硬化させるための高温を必要とせず、書き込み直後に面上で導電性となる。
【００１６】
本願の他の側面では、導電性トレースを形成する方法の特徴を開示する。限定するものではないが、基板として、コピー紙、写真紙、ＰＥＴ、フレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ）、バルクプラスチックまたは金属基板が含まれる。
【００１７】
以下の添付図面を参照して詳細な説明を行う。図において、参照符号の左端の数字は、その参照符号が最初に現れる図を特定している。同じ符号が、全図面を通じて、同様な特徴および部品を示すよう用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本願の実施形態にかかる、種々の基板上に円滑に書き込むことができるゲルペンまたは他の書き込みデバイスへ充填される導電性銀インキを示す。
【図１Ｂ】本願の実施形態にかかる、基板上に書き込まれた、浸出した導電性トレースを示す。
【図１Ｃ】光学顕微鏡で観察した本願の実施形態にかかる紙基板上の導電性トレースを示す。
【図１Ｄ】本願の実施形態にかかる紙基板上の導電性トレースの走査電子顕微鏡画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図は、本願発明の実施形態を例示の目的のためにのみ示している。ここに例示した工程の他の実施形態をここに説明する発明の精神から逸脱することなく用いることができることは、当業者には以下の説明から容易に理解されよう。
【００２０】
添付の図面を参照して読むことによって、先の実施形態に関する詳細な説明をより理解することができよう。本発明を例示する目的で、本発明の明細書の例示的な構成を示す。しかしながら、本発明は、明細書および図面において開示した特定の設計に限定されない。
【００２１】
本発明の、特徴のすべてを示す、いくつかの実施形態を以下に詳細に説明する。語「備える」、「有する」、「含む」および「含有する」またこれらの他の形式は、これらの語のいずれか一の前に挙げる一つの要素または複数の要素がこの一つの要素または複数の要素以外のものを排除するために挙げているのではなく、つまり、この挙げた一つの要素または複数の要素だけから構成されるものに限定されないことと同じ意味であり、オープンエンドとすることを意図するものである。なお、複数であることを明記していない形式も、特に明示的に記載しない限り、複数のものも含めることができることを記載しておく。
【００２２】
例示的な、ここに記載する実施形態、および特許請求の範囲において記載する態様は、具体的にここで開示したまたはしない記載の特徴、構成要素または工程がないものも適宜実施することもできる。例えば、この説明における「一の実施形態」、「ある実施形態」、「例示的実施形態」等に関する記載は、説明した実施形態が、特定の特徴、構造または特性を有することができるが、すべての実施形態が、その特定の特徴、構造または特性を必ずしも有していなくてもよい。開示された実施形態は、種々の形式または組み合わせの単なる例示である。また、このような語法は必ずしもある実施形態に示すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性を実施形態に関連して説明する場合、明示的に説明するか否かに関わらず、他の実施形態に関連するそのような特徴、構造または特性に影響することは当業者についての知識の範囲内にあると考えられる。
【００２３】
本願における語法を、特許請求の範囲において記載されていない構成要素を本質的で不可欠なものを示すとして解釈すべきではない。ここでいうあらゆるそしてすべての例の使用、または例を示す語（例として、「例えば」や「等」）は、単に例示的実施形態をより分かりやすくしようとするものであり、特許請求の範囲に記載されない限り添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に限定を与えるものではない。
【００２４】
ここでの値の範囲の記載は、ここで特に示さない限り、単に範囲内にあるそれぞれの別々の値を一つずつ示すことを簡略化した表現方法とするものであり、それぞれ別々の値が、一つずつここに記載されているように、本明細書に取り込まれる。値の特定の範囲を示す場合、その範囲の上限と下限との間の、文脈で明らかに示さない限り最小の桁の１０分の１まで含む、間に入るそれぞれの値、およびその記載した範囲内のあらゆる他の記載したまたは間に入る値、がそこに含まれると理解されるべきである。より小さい下位の範囲もすべて含まれる。これらのより小さい範囲の上限および下限もそこに含まれるが、記載した範囲において特に排除された制限がある場合にはその制限を受ける。例えば、「約０．１％から約５％」または「約０．１％から５％」の範囲は、ただ約０．１％から約５％を含むだけでなく、その記載した範囲内におけるそれぞれの値（例えば１％、２％、３％および４％）や下位の範囲（例えば、０．１％から０．５％、１．１％から２．２％、３．３％から４．４％）をも含む意味として解釈される。
【００２５】
本願は、水性で、環境に優しく、廉価であり、特に玩具産業および教育産業において導電性電子機器の一以上の用途において用いるために適当な基板上に導電性トレースを形成するためのマイクロ（微小な）導電性粒子を備える導電性インクの組成物および導電性トレースを形成する方法に関する。硬化時間やコストの追加を必要とすることなく容易に書き込むことができる形式で導電性インクおよび導電性トレースを生成することが、本願のさらなる特徴である。
【００２６】
次に図１を参照して、限定するものではないがゲルペン、ボールペン、インクペンおよびブラシ（図１Ａ）を有する種々の書き込みデバイスのための水性（水ベースの）導電性銀インキを、限定するものではないがコピー紙、写真紙、厚紙、ＰＥＴ、フレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ）、プラスチックまたはある種の合金面をも含む適当な持ち運び可能な基板に、金属マイクロの粒子（図１Ｂ）を備える導電性トレースを形成するよう、書き込む例を示す。こうして形成された導電性トレースは、書き込み後金属の外観を呈し、その特徴は図１Ｃおよび図１Ｄにそれぞれ示す光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡から分かるであろう。
【００２７】
一の実施形態において、本願は、玩具産業および教育産業において使用される所望の基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関する。このような書き込み可能な導電性インクに対して選択される基板を、好ましくは紙基板とすることもできる。
【００２８】
一の実施形態において、本願は、限定するものではないがコピー紙、写真紙、厚紙、ＰＥＴ、ＦＰＣ、プラスチックまたはある種の合金面をも、またあるいはこれらのあらゆる組合せなどの持ち運び可能な基板を含む基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関する。
【００２９】
他の実施形態において、本願は、限定するものではないがゲルペン、ボールペン、インクペンおよびブラシを含む適当な書き込みデバイスに組み込まれ用いることができる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することもできる。
【００３０】
ある実施形態において、本願は、適当な基板上に導電性トレースを形成するための水性導電性インクの形成に関することもできる。導電性インクを、重量に対して１５％から５０％の重量の範囲内にある量の導電性粒子から構成することができる。また、導電性インクは、遷移金属、メタロイドおよび／または他のいくつかの金属酸化物から選択された一以上の金属を備えることもでき、そしてＡｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｗ、ＰｔおよびＡｕ等、通常用いられる金属、およびＴｉＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＩｎＯ等とすることもできる。
【００３１】
他の実施形態において、本願は、好ましくはＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔおよび／またはＰｄを含む一以上の金属から選択された導電性粒子を備えている、適当な基板上に導電性トレースを形成するための導電性インク組成物に関することができる。導電性粒子は、実質的に偶発的不純物のみを含んでいる純金属、合金および／または金属酸化物（例えば酸化スズもしくはインジウムスズ酸化物）を備えることができる。また、導電性粒子が個々のフレークおよび／または粒子上にコーティング（例えば導電性コーティングまたは不活性化層）を有することも考えられる。コーティングは、上述した一以上の金属を含むこともできる。
【００３２】
例示的な実施形態において、本願は、銀フレークである導電性粒子を備える、適当な基板上に導電性トレースを形成するための導電性インク組成物に関することもできる。純良銀フレークは、２Ｄプラットフォーム上に導電性トレースを実現するよう互いに浸出ネットワークを確立するのに特に望ましい。銀のフレークを、重量に対して１５％から５０％の重量の濃度で、好ましくは重量に対して１５％から３５％の重量の濃度で、より好ましくは重量に対して１５％から３０％の重量の濃度で、またより好ましくは重量に対して１５％から２５％の重量の濃度で、導電性インクに含むことができる。量が重量で１５％未満である場合、導電性トレースを形成するには浸出ネットワークは薄すぎるので、書き込みトレースでは非常に大きい抵抗率が検出される、または全く応答が得られなくなる。一方、銀が重量で５０％を超える場合、固体成分が高すぎてインクの粘度が著しく増加し、所望の基板上にトレースを円滑に書き込むことができなくなる。システムの流動性が悪くなり、したがって銀の沈降が生じるからである。
【００３３】
さらに他の実施形態において、導電性インク形成において用いられる銀のフレーク（片状粉末）は、１から１５μｍの粒径範囲の、好ましくは３から１５μｍの粒径範囲の、より好ましくは９から１５μｍの粒径範囲のマイクロ粒子から構成される。サイズが１μｍより小さい場合、書き込まれたトレースは浸出効果が低いのでほとんど導電性がなくなってしまう。粒径が１５μｍを超える場合、粉末が書き込みデバイスから出て来ることがほとんどできなくなり、インク内における沈降が深刻となる。
【００３４】
一の実施形態において、本願は、好ましくは書き込みデバイスのためのインクの品質を向上させる目的で水性有機溶媒とできる適当な溶剤からさらに構成できる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することができる。水性溶剤により、ペン先でインクが乾いてしまうことおよび低温で凍ってしまうことを防止でき、そして紙基板上で乾燥速度が低下するのを防止することができる。限定するものではない水性有機溶媒の例には、エチレングリコール、ジエチレングリコールならびにトリエチレングリコール等のグリコール、２−プロパノールならびにメトキシプロパノール（ｍｅｔｈｏｘｙ−ｐｒｏｐａｎｏｌ）等のプロパノール、エチレングリコールモノメチルエーテル（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ  ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ  ｅｔｈｅｒ）、トリエチレングリコールモノメチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ  ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ  ｅｔｈｅｒ）ならびにプロピレングリコールモノメチルエーテル（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ  ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ  ｅｔｈｅｒ）等のエーテル、および酢酸メチル、酢酸エチルならびに酢酸ブチル等のアセテートが含まれる。これらは、個々にまたは二種以上の溶剤の混合物の形式で用いられる。このような溶剤の量は、インクの総量に基づいた重量に対して好ましくは１０％未満の、より好ましくは２０％未満の、さらにより好ましくは３０％未満である。
【００３５】
一の実施形態において、本願は、溶剤における導電性粒子の分散を促進するために水性樹脂を備える分散剤をさらに備えることができる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することができる。形成において用いられる水性樹脂を、導電性インクを消去可能／除去可能から除去不能すなわち消去不能へと変換可能にするための重要な成分とすることができる。銀インクを消去不能とすることが求められる場合、水性樹脂の濃度を増加することができ、インクを消去可能にするには水性樹脂の濃度を低減することができる、つまり、要求ごとに水性樹脂組成物を適切に調整することができる。本願では、樹脂の質量配合を増加するかまたは低減するかによって、除去可能な種類のインクまたは恒久的な種類のインクを得ることができる。導電性インクに配合する樹脂の量は、重量比１％から好ましくは重量比３％までの、より好ましくは重量比５％までの範囲とできる。
【００３６】
ある実施形態において、本願は、水性樹脂が、アルデヒド・ケトン（ａｌｄｅｈｙｄｅ  ｋｅｔｏｎｅ）樹脂、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、アクリル酸樹脂（ＡＡ）、アラルダイト（Ａｒａｌｄｉｔｅ）５０６エポキシ樹脂等のエポキシ、フェノール‐ホルムアルデヒド樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）（ＰＶＤＦ）から選択された一以上のものを少なくとも１％、好ましくは少なくとも３％、より好ましくは少なくとも５％の濃度で備えることができる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することができる。
【００３７】
一の実施形態において、本願は、導電性インク組成物を効率的に形成するための界面活性剤をさらに備えることができる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することができる。市販の銀フレークは水に直接溶解できないので、導電性銀マイクロ粒子を溶解させるために界面活性剤を用いることができる。本願は、モノラウリルスルホコハク酸二ナトリウム（ｄｉｓｏｄｉｕｍ  ｍｏｎｏｌａｕｒｙｌ  ｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎａｔｅ）（ＤＬＳ）、ラウレススルホコハク酸二ナトリウム（ｄｉｓｏｄｉｕｍ  ｌａｕｒｅｔｈ  ｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎａｔｅ）（ＭＥＳ）、ココイルモノエタノールアミドスルホコハク酸二ナトリウム（ｄｉｓｏｄｉｕｍ  ｃｏｃｏｙｌ  ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｄｅ  ｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎａｔｅ）（ＤＭＳＳＤＣＭＳ）、ドデシル硫酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｄｏｄｅｃｙｌ  ｓｕｌｆａｔｅ）（ＳＤＳ）またはラウリル硫酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｌａｕｒｙｌ  ｓｕｌｆａｔｅ）（ＳＬＳ）、脂肪酸カリウムの石鹸（ｓｏａｐ  ｏｆ  ｆａｔｔｙ  ａｃｉｄ  ｐｏｔａｓｓｉｕｍ）（ＳＦＰ）、ＢＹＫ（登録商標）シリーズ、およびポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）から成る群から選択された一以上の界面活性剤を備えることができる。
【００３８】
ある実施形態において、本願は、界面活性剤が、導電性インク組成物の重量に対して好ましくは５％未満の重量の量で、導電性インク組成物の重量に対してより好ましくは３％未満の重量の量で加えられる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することができる。
【００３９】
一の実施形態において、本願は、銀粒子が沈降するのを防止するのに役立つことができそして回転ボールペンに適した粘度を達成するのに役立つことができるインクにおいて用いられる増粘剤をさらに備えることができる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することもできる。インクのチキソトロピー性を増加させることができる増粘剤の一つを選択することが好ましい。銀フレークの高い質量配合により、インクが静的状態において高い粘性を呈することが期待され、一方、インクを使用するときには、ユーザが書き込みデバイスを用いて書き込みやすいと感じるよう、インクの流動性が良好であることが期待される。水性インクにおいて銀微粒子すなわちフレークと組み合わせて用いる場合であっても、形成されたインクの導電率に影響を与えないようにできる増粘剤を選択することも、本願の特徴とできる。本願は、限定するものではないが生物由来（バイオロジカル）ゴム（例えば、クラスタマメ・ゴム（Ｃｙａｍｏｐｓｉｓ  ｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂａ  ｇｕｍ）、キサントモナス属によって作られる多糖類（Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ  ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ）ならびにカラゲーニン・ゴム（ｃａｒｒａｇｅｅｎａｎ  ｇｕｍ））と、アルギン酸ナトリウムと、セルロース（例えば、カルボキシメチルセルロース（ｃａｒｂｏｘｙ  ｍｅｔｈｙｌ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  （ＣＭＣ））、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、カルボキシメチル・セルロース（ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）と、を含む増粘剤の使用を含むことができる。
【００４０】
ある実施形態において、本願は、静的状態における安定した流動特性と、ずり流動化反応（ｓｈｅａｒ  ｔｈｉｎｎｉｎｇ  ｂｅｈａｖｉｏｕｒ）と呼ばれる動的状態における良好な流動性能と、の点から好ましい増粘剤として生物由来ゴムが選択された、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することができる。これらの増粘剤で形成されたインクは、書き込みデバイスによって紙基板へと円滑に送り出することができる。本願は、導電性インク組成物において、インク組成物の重量に対して５％未満の重量の濃度で、好ましくはインク組成物の重量に対して３％未満の重量の濃度で、より好ましくはインク組成物の重量に対して１％未満の重量の濃度で、増粘剤を用いることができる。
【００４１】
一の実施形態において、本願は、水を書き込み可能な導電性インクの主溶媒として用いる、紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物に関することもできる。インクは、インクの安全性を高め、特に小児による使用に対して安全で無毒であるよう、導電性インク組成物の重量に対して３０から６０％の重量で形成される。
【００４２】
好ましい実施形態において、本願は、以下の特性を有する適当な紙基板上に導電性トレースを形成するための導電性インク組成物で構成できる。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
一の実施形態において、本願は、水性導電性インクとでき、組成物を非常に安全な導電性インクにするよう無毒な導電性粒子と水と食用レベル増粘剤と界面活性剤と任意選択的に分散剤樹脂とで構成できる、導電性インクのための組成物に関する。
【００４５】
他の実施形態において、本願は、市場において入手が容易であり大量入手ができる、サイズが１〜１５μｍの範囲内にあり、コスト効率の良好なマイクロサイズ銀粒子すなわちフレークを備える水性導電性インクとできる、導電性インクのための組成物に関する。
【００４６】
他の実施形態において、本願は、水性導電性インクとできる導電性インクのための組成物であって、インクが、導電性トレースの流動特性を向上するための増粘剤として用いられる食用の生物由来ゴムまたはセルロースを備えることができ、複数の用途のために導電性インク組成物を基板の平滑な表面から除去可能にまたは除去不能にするよう量を適切に調整できる分散剤樹脂をさらに備えることができる導電性インクのための組成物に関する。
【００４７】
さらに他の実施形態において、本願は、インクは非常に安定で、無毒であり、環境に優しい、適当な表面上に導電性トレースを形成するための導電性インクのための水性組成物を備えることができる導電性インクの組成物に関する。組成物は、好ましくは量が組成物の重量に対して１５％から５０％の重量の範囲内にある質量配合の、ナノ粒子ではなく好ましくは９マイクロメートルを超えるサイズを有する大きい銀マイクロ粒子を備えることができ、導電性インク組成物全体の少なくとも３０〜６０の重量パーセントの量の水を備えることができる。組成物は、水性樹脂の量を変更することによって消去不能から消去可能にまで調整可能である。
【００４８】
適当な基板上に導電性トレースを形成するための導電性インクの組成物のいくつかの実施例とその結果を以下に示す。
【実施例１】
【００４９】
水性導電性インク形成を、次のように行う。増粘剤として配合後濃度が０．５重量パーセント（ｗｔ％）のヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）を用い、溶剤として２５ｗｔ％の濃度のエチレングリコールを用いて、最終水分濃度４６．５ｗｔ％を維持するよう、重量で２５％の銀マイクロ粒子（平均粒径９〜１５ミクロン）を分散させる。さらに、界面活性剤としてＢＹＫ１９０（ＢＹＫ社の商品名、顔料親和性基を有する高分子量ブロック共重合物の溶液）を配合後濃度が３ｗｔ％となるように添加する。導電性銀インクは、１ｒｐｍ（毎分１回転）から１０ｒｐｍ（毎分１０回転）までのおよそ３．１ｒｐｍで、ある粘度比まで完全に混合される。インクは、基板（紙）上に塗布され、室温で急速に乾燥して、銀トレースを形成する。乾燥後、銀トレースは、３Ω・ｃｍの抵抗率を持つことが観察され、金属状の表面を有している。
【実施例２】
【００５０】
水性導電性インク形成を、次のように行う。配合後濃度が３．５ｗｔ％のテルピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）と、溶剤として２３ｗｔ％の濃度の２−プロパノールと、を用いて、最終水分濃度４３．５ｗｔ％を維持するよう、重量で２５％の銀マイクロ粒子（平均粒径９〜１５ミクロン）を、分散させる。さらに、ポリアクリル酸を配合後５ｗｔ％となるように添加する。導電性銀インクを、１ｒｐｍ（毎分１回転）から１０ｒｐｍ（毎分１０回転）までのおよそ２．９ｒｐｍで、ある粘度比まで完全に混合する。インクは、基板（紙）上に塗布され、室温で急速に乾燥して、銀トレースを形成する。乾燥後、銀トレースは、３．１Ω・ｃｍの抵抗率を持つことが観察され、金属状の表面を有している。
【実施例３】
【００５１】
水性導電性インク形成を、次のように行う。増粘剤として配合後濃度が０．５ｗｔ％のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、溶剤として２５ｗｔ％の濃度の２−プロパノールと、を用いて、最終水分濃度５４．５ｗｔ％を維持するよう、重量で１８％の銀マイクロ粒子（平均粒径９〜１５ミクロン）を、分散させる。さらに、界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を２ｗｔ％の配合比で追加する。導電性銀インクを、１ｒｐｍ（毎分１回転）から１０ｒｐｍ（毎分１０回転）までのおよそ３．５ｒｐｍで、ある粘度比まで完全に混合する。インクは、基板（紙）上に塗布され、室温で急速に乾燥して、銀トレースを形成する。乾燥後、銀トレースは、３．５Ω・ｃｍの抵抗率を持つことが観察され、金属状の表面を有している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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