(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドにより水系インクを印刷する場合、インク経路に気泡が存在すると安定してインク吐出することができない。【解決手段】インクジェット印刷装置を用いてセラミック電子部品の印刷パターンを形成する工程において、水系インク４を充填する前に前記インクジェットヘッド印刷装置の水系インク４の経路を濡れ性向上水溶液にて壁面を被覆した後、前記水系インク４をインクジェットヘッド１から吐出させる。【選択図】　図１
2004042480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット印刷装置を用いてセラミック電子部品の印刷パターンを形成する工程において、水系インクを充填する前に前記インクジェット印刷装置の水系インクの経路を濡れ性向上水溶液にて壁面を被覆した後、前記水系インクをインクジェットヘッドから安定に吐出させる水系インクの安定吐出方法。
【請求項２】
濡れ性向上水溶液が０．６〜１．０ｗｔ％の高分子界面活性剤を含む水溶液であり、ガラス板上での接触角が１６度以下、ＰＨが７〜１２である濡れ性向上水溶液。
【請求項３】
焼成後のセラミック電子部品において残存灰分が１％以下となる請求項２に記載の濡れ性向上水溶液。
【請求項４】
高分子界面活性剤として、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型の陰イオン界面活性剤、またはエステル型、エーテル型、エステル・エーテル型の非イオン界面活性剤、またはアミノ酸型、ベタイン型、アミンオキシド型の両性イオン界面活性剤、または第四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤のうち少なくとも一つを含む請求項２に記載の濡れ性向上水溶液。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型携帯用の各種電子機器に用いられる積層セラミックコンデンサ、積層ＬＣフィルタ、複合高周波電子部品等のセラミック電子部品の電極、抵抗体、誘電体及び磁性体などの印刷パターンをインクジェット印刷装置を用いて形成する際に、水系インクを安定に吐出する水系インクの安定吐出方法及びそれに用いる濡れ性向上水溶液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層セラミックコンデンサ、積層ＬＣフィルタ、複合高周波電子部品等のセラミック電子部品の製造に用いられる電極パターン、抵抗体パターン、誘電体及び磁性体などの印刷パターンの印刷方法はスクリーン印刷で行われることが多かった。しかしながら、電子部品の小型化と高精度化から膨大な数量の製版パターンの管理が必要になってきていることと各種印刷パターンを印刷するときにスクリーンメッシュが伸縮することにより、印刷されたパターンが歪みやすく、小型・高精度の電子部品を生産するためには新しい印刷方法が望まれていた。
【０００３】
その新しい方法としては製版パターンが不必要であり、オンデマンドで印刷することができるインクジェット印刷技術を用いた印刷方法が提案されている。例えば、特開昭５８−５０７９５号公報では未焼成のセラミックグリーンシートの上にインクジェット印刷装置を用いて、導体や抵抗体を形成することが提案されている。また、特開平８−２２２４７５号公報ではインクジェット印刷装置を用いて電極パターンを形成する厚膜型電子部品の製造方法が提案されている。
【０００４】
図２は前記公報などで開示されているインクジェット印刷技術の原理を説明するための概念図である。図２において、２３はインクタンクであり、内部には電極材料または抵抗体材料などのインク２４が充填されている。このインク２４は配管２２を介してインクジェットヘッド２１に送り込まれ、外部信号によりオンデマンドでインクジェットヘッド２１に形成されたノズル先端から噴射され、インク滴２５を形成する。このインク滴２５はセラミックグリーンシートなどの被覆印刷体２７の表面に連続的に着地し、印刷パターン２６を形成する。この印刷パターン２６は被印刷体２７あるいはインクジェットヘッド２１を平面の二次元的に位置制御することによって形成することができるものである。
【０００５】
また、矢印２８は配管２２の中でのインク２４の流れる方向とインクジェットヘッド２１から噴射されたインク滴２５の飛行方向を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のインクジェット印刷技術を用いて水系インクによる印刷パターンを印刷形成するために、インクジェットヘッド２１、このインクジェットヘッド２１の内部にインク２４を供給する配管２２、連続印刷するためのインク２４を溜めておくインクタンク２３に水系のインク２４を充填する場合、この水系のインク２４は有機溶剤系インクに比べて表面エネルギー（表面張力）が高いためにインク２４の充填が不十分となる場合がある。
【０００７】
特に、配管２２の内壁及びインクジェットヘッド２１の内部の微小な形状を有するインク流路の内壁に発生する気泡を完全に除去することができないという課題を有している。
【０００８】
また、セラミック電子部品の電極を形成するために用いる水系のインク２４に含まれる金属粉末は銀などの貴金属、銅、ニッケル等の低抵抗を有する卑金属などが用いられ、この金属粉末の粒径は０．１μｍ以上、比重３以上であり、顔料タイプのインクジェット用印刷インク（粒径は０．０２〜０．１μｍ、比重３以下）に比べて非常に大きくて、重いという物性を有することから、沈降や分離がおこりやすいという性質を有している。それを防ぐために分散剤として水溶性高分子樹脂を添加することなどが対策として考えられるが、その結果としてインク２４の粘度がさらに高くなり発生した気泡はさらに除去することが困難となる。
【０００９】
このようにインクジェットヘッド２１の内壁などに気泡が存在すると吐出させるための圧力が水系のインク２４に伝わりづらくなり、インクジェットヘッド２１からのインク吐出が安定しないという課題を有していた。
【００１０】
そこで、インクジェットヘッド２１の内部、インク２４を供給する配管２２及びインクタンク２３の壁面をあらかじめアルコール等の有機溶剤により被覆して濡れ性を向上させることにより、気泡を完全に排除することができる。しかしながら、この方法だと装置の気密封止性を高めるための樹脂材料などを溶解してしまい、インクジェット印刷装置に損傷が起こるなどの問題点を有していた。
【００１１】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、インクジェット印刷における水系インクの安定吐出方法及びそれに用いる濡れ性向上水溶液を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、インクジェット印刷装置を用いてセラミック電子部品の印刷パターンを形成する工程において、水系インクを充填する前に前記インクジェット印刷装置の水系インクの経路を濡れ性向上水溶液にて壁面を被覆した後、前記水系インクをインクジェットヘッドから安定に吐出させる水系インクの安定吐出方法であり、生産性に優れた水系インクのインクジェット印刷方法を実現することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、濡れ性向上水溶液が０．６〜１．０ｗｔ％の高分子界面活性剤を含む水溶液であり、ガラス板上での接触角が１６度以下、ＰＨが７〜１２である濡れ性向上水溶液であり、インクジェット印刷装置を長期的に安定して稼働させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、焼成後のセラミック電子部品において、残存灰分が１％以下となる請求項２に記載の濡れ性向上水溶液であり、性能を犠牲にすることなく生産性に優れたセラミック電子部品の印刷方法を実現することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、高分子界面活性剤として、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型の陰イオン界面活性剤、またはエステル型、エーテル型、エステル・エーテル型の非イオン界面活性剤、またはアミノ酸型、ベタイン型、アミンオキシド型の両性イオン界面活性剤、または第四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤のうち少なくとも一つを含む請求項２に記載の濡れ性向上水溶液であり、請求項２と同じ作用を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明のインクジェット印刷における水系インクの安定吐出方法及びそれに用いる濡れ性向上水溶液について実施の形態及び図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１及び図１により請求項１に記載の発明を説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１におけるインクジェット印刷装置及びその水系インクの供給機構について説明するための原理図である。図１に示すインクジェット印刷装置を用いて、積層セラミックコンデンサ、ＬＣフィルタ、複合高周波電子部品等のセラミック電子部品の電極などの印刷パターン６を印刷する場合について説明する。
【００１９】
図１において、３はインクタンクであり、内部には電極などの水系インク４が充填されている。この水系インク４はポンプ１０などにより配管２を介してインクジェットヘッド１に送り込まれ、外部信号によるオンデマンド制御技術で噴射され、水系インク４のインク滴５を形成する。
【００２０】
このインク滴５はセラミックグリーンシート、アルミナ基板などの被印刷体７の表面に順次連続的に着地し、所望の電極などの印刷パターン６を形成する。また、矢印８は水系インク４の流れる方向を示し、配管２の中での水系インク４の流れる方向やインクジェットヘッド１の内部から噴射されたインク滴５の飛行方向を示す。またインクジェットヘッド１から噴射されない余分な水系インク４は再度配管２を経由してインクタンク３に環流されることになる。
【００２１】
かかる構成にて印刷する場合、水系インク４をインクタンク３に直接供給してインクジェット印刷を行うと有機溶剤系のインクに比べて水系インク４は表面エネルギー（表面張力）が高いため、インクジェットヘッド１の内部及び水系インク４を供給する配管２の微小な形状を有する部分まで十分に充填されず、気泡９を完全に排除することができない。
【００２２】
また、水系インク４を供給するためのポンプ１０は低脈動タイプのものを使用して気泡９が発生しないように細心の注意を払い、インクジェット印刷を行う前に水系インク４は真空脱泡を行い、できる限りの気泡９の除去を行っているが、水系インク４中の微小な気泡９がどうしても残存することがある。さらに水系インク４中の原料粉末などの固形物の沈殿や凝集を防ぐために用いられる攪拌器１１の始動時に気泡９を水系インク４中に取り込んでしまうことが発生する。
【００２３】
そこで、まずインク経路であるインクジェットヘッド１の内部、配管２、及びインクタンク３内に濡れ性向上水溶液を通しておき、それらの壁面を濡れ性向上水溶液にて被覆し、水系インク４に対する濡れ性を向上させることにより水系インク４の気泡９の発生を完全に排除することによって、安定して水系インク４をインクジェットヘッド１からインク滴５を吐出させることができるようになる。
【００２４】
本発明に係るセラミック電子部品を製造するための各種水系インク４は少なくとも電極、抵抗、コンデンサ、及びコイル部品を形成するための原料粉末、水溶性樹脂及び水を含有している。これらの各種水系インク４を使い分けることにより、各種電子部品を実現することができる。
【００２５】
次に電極パターンのインクジェット印刷技術を一例として説明する。この電極インクに用いる金属粉末はＰｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ合金等の貴金属粉末及びＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗ等の卑金属粉末及びその合金粉末等が挙げられる。水溶性樹脂としてはメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、ポリアクリル酸、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、ゼラチン、アルブミン、カゼイン等のタンパク質、アラビアゴム等の天然高分子及びこれらの塩を用いることができる。
【００２６】
ただし、塩を含む水溶性樹脂は電気絶縁性及び信頼性に対して悪影響を及ぼす恐れがあるため、熱分解性が良く残存灰分が少ないものを使用する必要がある。また、水は純水を用いることが好ましい。
【００２７】
このインクジェット印刷方法により、セラミック電子部品の電極パターンを高精度に安定して生産できる印刷工法を実現することができる。
【００２８】
次に、誘電体パターンを印刷する場合について説明する。
【００２９】
誘電体の原料粉末としてチタン酸バリウムを主成分とする粒径０．２〜１．０μｍの誘電体粉に対して水溶性樹脂としてメチルセルローズを誘電体粉に対して重量比で５〜１５ｗｔ％添加し、さらに可塑剤としてグリセリンまたはエチルグリコールを同じく重量比で５〜１５ｗｔ％添加し、分散媒として純水を固形分として３０〜６０ｗｔ％になるように調整した誘電体インクを作製した。
【００３０】
この誘電体インクを用いて図１に示すインクジェット印刷装置により、誘電体パターンをセラミックグリーンシート上に印刷形成することができた。上記の電極パターンとこの誘電体パターンを組み合わせることにより、積層セラミックコンデンサをインクジェット印刷装置を用いて製造することができる。この装置を使えば非常に小型で他品種に対応できる積層セラミックコンデンサの生産設備を実現することができる。
【００３１】
また、同じようにしてフェライトグリーンシートの上に磁性体の原料粉末としてＮｉ−Ｚｎフェライトを主成分とする粒径０．５〜２．０μｍのフェライト粉に対して水溶性樹脂としてポリビニルアルコールを磁性体粉に対して重量比で５〜１２ｗｔ％添加し、さらに可塑剤としてトリエタノールアミンを重量比で５〜１２ｗｔ％添加し、分散媒として純水を固形分として２５〜５０ｗｔ％になるように調整した磁性体インクを作製した。
【００３２】
この磁性体インクを用いて図１に示すインクジェット印刷装置により、磁性体パターンをフェライトグリーンシート上に印刷形成することができた。上記の電極パターンとこの磁性体パターンを組み合わせることにより、チップコイルをインクジェット印刷装置を用いて製造することができる。
【００３３】
以上のような方法を用いることにより、他にも抵抗器なども抵抗体である酸化ルテニウム粉末を用いて抵抗体インクを作成し、上記インクジェット印刷装置を用いてチップ抵抗器として製造することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２及び図１により請求項２，３，４に記載の発明を説明する。図１の構成は実施の形態１において説明しているために構成の詳細な説明は省略する。
【００３５】
図１において、まずインク経路であるインクジェットヘッド１の内部、配管２の内部、インクタンク３の内壁に濡れ性向上水溶液を満たしておいて、全ての壁面を濡れ性向上水溶液にて被覆し、水系インク４に対する濡れ性を向上させることにより水系インク４の気泡９を完全に排除し、安定に水系インク４を吐出させることができるようになる。この濡れ性向上水溶液の高分子界面活性剤の濃度は０．６〜１．０ｗｔ％とすることにより、もっとも効果的に気泡９を排除することができる。
【００３６】
濡れ性向上水溶液は水系インク４と混合することが考えられるため、水系インク４と混合しても影響を少なくするために可能な限り高分子界面活性剤の濃度を希薄にしなければならないからである。しかしながら、高分子界面活性剤の濃度が０．６ｗｔ％以下だと濡れ性の効果が弱く、水系インク４は安定に吐出されない。また、高分子界面活性剤の濃度を１．０ｗｔ％以上にしても濡れ性の効果は上がらず、しかも水系インク４が増粘する恐れがあるため、濡れ性向上水溶液の高分子界面活性剤は濡れ性の効果を失わない０．６〜１．０ｗｔ％の濃度とすることが最も効果的であることが分かった。
【００３７】
また、製造工程に高温での焼成を要するセラミックグリーンシート上に電極パターンなどを形成する場合、濡れ性向上水溶液が水系インク４と混合したときのことを考慮して、高分子界面活性剤は熱分解性が良く、焼成温度以上の熱処理における残存灰分が１％以下のものを使用することが好ましい。この濡れ性向上水溶液中の高分子界面活性剤中に金属イオンなどが含まれていると、電子部品中に灰分が残存し絶縁抵抗などの電気的特性および長期の信頼性性能などに悪影響を及ぼす恐れがあるためである。
【００３８】
この高分子界面活性剤としては、具体的にはカルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型の陰イオン界面活性剤、エステル型、エーテル型、エステル・エーテル型の非イオン界面活性剤、アミノ酸型、ベタイン型、アミンオキシド型の両性イオン界面活性剤、第四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤などが挙げられる。
【００３９】
また、濡れ性向上水溶液はガラス板上で接触角を測定したとき、接触角は１６度以下が好ましい。もし、接触角が１６度以上であると濡れ性を向上させる効果が弱く、図１のインク経路であるインクジェットヘッド１の内部、配管２の内部及びインクタンク３等に水系インク４を気泡９を含まずに充填することはできないので水系インク４を安定に吐出することはできない。
【００４０】
しかし、接触角を１６度以下に低下させて濡れ性を向上させると、水系インク４を気泡９の発生を制御して充填させることができるので安定に水系インク４を吐出することができる。
【００４１】
さらに、濡れ性向上水溶液に用いる高分子界面活性剤は水溶液にしたときのｐＨは７〜１２の範囲でなければならない。その理由としてインクジェットヘッド１はアルコール系などの有機溶剤や酸性、アルカリ性の水溶液に弱く、一ヶ月間これらを濡れ性向上溶液として用いるとインクジェットヘッド１のノズル部分の撥水効果の減少と装置自体の樹脂部などに損傷が生じたり、金属部品などが腐食したりしてしまい、水系インク４を安定に吐出することができなくなるとともに印刷装置のメンテナンスに時間がかかり生産性を低下させることになる。このようなことを防止するためにｐＨが７〜１２の高分子界面活性剤を含む濡れ性向上水溶液を用いることにより、インクジェット印刷装置を破損することなく水系インク４を安定して連続的に吐出することができるようになる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、水系インクを印刷する前にインク経路に濡れ性向上水溶液中を通して壁面を濡れ性向上水溶液にて被覆することにより濡れ性を向上させ、水系インクを十分充填させることができるためインクジェットヘッドの吐出ノズルから水系インクを安定に吐出することができるようになる。また、装置の破損を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインクジェット印刷装置及びその水系インクの供給機構について説明するための原理図
【図２】従来のインクジェット印刷装置の概念図
【符号の説明】
１　インクジェットヘッド
２　配管
３　インクタンク
４　水系インク
５　インク滴
６　印刷パターン
７　被印刷体
８　水系インクの流れる方向
９　気泡
１０　ポンプ
１１　攪拌機
【図１】
2004042480.tif 000003
【図２】
2004042480.tif 000004