(57)【要約】      （修正有）【課題】静電吐出方式のインクジェット装置を用いて、安定に吐出することが可能なインクを提供する。【解決手段】インクは、静電吐出方式のインクジェット装置に用いられ、極性溶媒を含んでおり、吐出下限電圧を下げるため、比誘電率が５以上であることが好ましい。また、導電率は１×１０−６ｍＳ／ｃｍ以上であることが好ましい。【選択図】図５
2017109459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電吐出方式のインクジェット装置に用いられる塗布液であって、
極性溶媒を含み、
比誘電率が５以上であることを特徴とする塗布液。
【請求項２】
導電率が１×１０−６ｍＳ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の塗布液。
【請求項３】
比誘電率が１０以上であることを特徴とする請求項１に記載の塗布液。
【請求項４】
導電率が１×１０−５ｍＳ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の塗布液。
【請求項５】
静電吐出方式のインクジェット装置であって、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の塗布液を吐出する吐出手段を有することを特徴とするインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電吐出方式のインクジェット装置に用いられる塗布液及び静電吐出方式のインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オンデマンド方式のインクジェット装置として、インク流路内に配置されている電極と、ノズルの先端に対向して配置されている電極の間に電圧を印加することによって、インクを帯電させてインク滴を吐出する静電吐出方式のインクジェット装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１、２では、吐出の応答、即ち、帯電の速度は、式
τ＝ε／σ
（式中、εは、流体の比誘電率であり、σは、流体の導電率である。）
で表される誘電緩和によって決まる時定数程度であり、式
ｆｃ＝σ／ε
で表される臨界周波数よりも早い周波数の電界の変化に対しては、応答できず、吐出は不可能になると考えられている。
【０００４】
また、特許文献１には、インクの電気伝導度の範囲として、１０−８〜１０２ｍＳ／ｃｍが記載されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、高応答化するためには、流体の誘電率を下げること、流体の導電率を高めることが有効であると記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、吐出下限電圧が高いため、安定にインクを吐出することができない。
【０００７】
ここで、特許文献１には、インクの電気伝導度の範囲が記載されているが、その根拠は示されておらず、実施例のインクＥ−１〜Ｅ−５の電気伝導度は、それぞれ３０ｍＳ／ｃｍ、０．１ｍＳ／ｃｍ、１００ｍＳ／ｃｍ、１０ｍＳ／ｃｍ、５ｍＳ／ｃｍである。また、実施例のインクＥ−１〜Ｅ−５は、電気伝導度が大きいため、誘電率を測定することができない。
【０００８】
本発明の一態様は、静電吐出方式のインクジェット装置を用いて、安定に吐出することが可能な塗布液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、静電吐出方式のインクジェット装置に用いられる塗布液であって、極性溶媒を含み、比誘電率が５以上である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、静電吐出方式のインクジェット装置を用いて、安定に吐出することが可能な塗布液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】極性溶媒の混合比による混合溶媒の体積抵抗率の変化を示す図である。
【図２】極性溶媒の混合比による混合溶媒の比誘電率の変化を示す図である。
【図３】電解質の濃度による極性溶媒の体積抵抗率の変化を示す図である。
【図４】静電吐出方式のインクジェット装置の等価回路を示す図である。
【図５】ノズルの先端の内径が１μｍである場合の塗布液の体積抵抗率及び比誘電率と吐出下限電圧の関係を示す図である。
【図６】ノズルの先端の内径が１０μｍである場合の塗布液の体積抵抗率及び比誘電率と吐出下限電圧の関係を示す図である。
【図７】実施例１の印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す図である。
【図８】実施例２の印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す図である。
【図９】実施例３の印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す図である。
【図１０】実施例４の印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１３】
塗布液は、静電吐出方式のインクジェット装置に用いられ、極性溶媒を含む。
【００１４】
塗布液の比誘電率は、５以上であり、１０以上であることが好ましい。塗布液の比誘電率が５未満であると、吐出下限電圧が高いため、安定に塗布液を吐出することができない。
【００１５】
塗布液の導電率は、１×１０−６ｍＳ／ｃｍ以上であることが好ましく、１×１０−５ｍＳ／ｃｍ以上であることがさらに好ましい。塗布液の導電率が１×１０−６ｍＳ／ｃｍ以上であることにより、吐出下限電圧がさらに低下し、さらに安定に塗布液を吐出することができる。
【００１６】
極性溶媒としては、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，５−ペンタントリオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレングリコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル（２−メトキシエタノール）、トリエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、２−ピロリジノン等のアミド類、Ｎ−メチルピロリドン等が適用可能である。これら極性溶媒を単独で用いることもできるし、適宜混合して用いることも可能である。
【００１７】
極性溶媒の種類及び混合比によって、混合溶媒及び塗布液の導電率、比誘電率を制御することが可能である。混合する極性溶媒同士が反応しない場合には、混合溶媒の比誘電率は、おおむね極性溶媒の混合比による加重平均になり、混合溶媒の導電率は、混合する極性溶媒の中間的な値となることが多い。
【００１８】
図１及び図２に、それぞれ極性溶媒の混合比による混合溶媒の体積抵抗率及び比誘電率の変化を示す。ここで、混合溶媒は、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル（ＥＤＭ）と、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を所定の体積比で混合した溶媒である。
【００１９】
塗布液は、極性溶媒に溶解することが可能な溶質として、印字あるいは画像を形成するために、染料等を含んでもよい。
【００２０】
あるいは、塗布液は、プリンタブルエレクトロニクスに用いるために、極性溶媒に溶解することが可能な溶質として、金属（半導体）元素を含む、無機金属（半導体）化合物、有機金属（半導体）化合物を含んでもよい。これにより、回路を形成することができる。
【００２１】
無機金属（半導体）化合物としては、オキソ酸塩、ハロゲン化物、水酸化物、シアン化物等を用いることができる。
【００２２】
有機金属（半導体）化合物としては、金属アセテート、アセチルアセトナート、２−エチルヘキサン酸塩等を使用することが可能である。
【００２３】
極性溶媒に溶解することが可能な溶質として、ポリイミド等の樹脂を用いることができる。
【００２４】
また、極性溶媒に電解質を溶解させた場合には、電解質が極性溶媒中で電離し、極性溶媒及び塗布液の導電率を大きくすることができる。
【００２５】
図３に、電解質の濃度による極性溶媒の体積抵抗率の変化を示す。ここで、極性溶媒として、２−メトキシエタノールが用いられており、電解質として、硝酸インジウムが用いられている。
【００２６】
静電吐出方式のインクジェット装置は、ノズルの先端の内径が１〜１０数μｍのガラスキャピラリー等の絶縁性の流路内に電極を形成し、ガラスキャピラリーに充填した塗布液に外部電源により数Ｈｚ〜数ｋＨｚの周波数で約１００〜２０００Ｖの電圧を印加する。このとき、静電気力により塗布液を引き出して、ノズルの先端から数１０μｍ〜数１００μｍ離れた基板及びステージに液滴を吐出することができる。
【００２７】
図４に、静電吐出方式のインクジェット装置の等価回路を示す。ここで、Ｒａｌは、ノズル内の塗布液の抵抗［Ω］であり、Ｃａｌは、ノズル内の塗布液の静電容量［Ｆ］であり、Ｃｎｓは、ノズルの先端と塗布液が吐出される基板の間の静電容量［Ｆ］であり、Ｖ０は、入力電圧であり、Ｖａｌは、電極からノズルの先端までの塗布液に掛かる電圧［Ｖ］であり、Ｖｎｓは、ノズルの先端と塗布液が吐出される基板の間の電圧［Ｖ］である。
【００２８】
吐出下限電圧の周波数依存性は、図４に示す回路のキルヒホッフ方程式を解くことにより、式
【００２９】
【数１】
2017109459.tif 000003
で表される一般解が得られる。ここで、Ｖｉｎは、吐出下限電圧［Ｖ］であり、Ｖｃは、吐出臨界電圧［Ｖ］であり、Ｔは、印加電圧の周期［ｓ］であり、ｆは、印加電圧の周波数［Ｈｚ］である。
【００３０】
図５及び図６に、ノズルの先端の内径が１μｍ及び１０μｍである場合の塗布液の体積抵抗率及び比誘電率と吐出下限電圧の関係を示す。このとき、吐出臨界電圧を２００Ｖと仮定して、印加電圧の周波数を４ｋＨｚとし、吐出下限電圧を算出し、等高線プロットした。
【００３１】
図５及び図６から、塗布液の比誘電率が５以下であり、塗布液の体積抵抗率が１×１０９Ωｃｍ以上、即ち、塗布液の導電率が１×１０−６ｍＳ／ｃｍ以下であると、吐出下限電圧が９００Ｖ以上になるため、ノズルの先端と基板及びステージ間で放電が生じ、吐出が困難であることがわかる。また、図５及び図６を比較すると、ノズルの先端の内径が小さい方が吐出下限電圧が大きいことがわかる。
【実施例】
【００３２】
［参考例１］
２−メトキシエタノールに硝酸インジウムを濃度０．２５ｍｏｌ／Ｌで溶解させ、塗布液を得た。塗布液は、体積抵抗率が１．３×１０３Ωｃｍ（導電率が０．７９ｍＳ／ｃｍ）であった。ここで、２−メトキシエタノールの比誘電率は１９．８であったが、塗布液は、導電率が大きいため、比誘電率を測定することができなかった。
【００３３】
しかしながら、図５から、塗布液の体積抵抗率が十分小さい場合には、塗布液の比誘電率の値によらず、吐出下限電圧がほぼ一定であることは明らかである。
【００３４】
ノズルの先端の内径が１μｍのガラスキャピラリーに塗布液を充填し、ガラスキャピラリー内に先端から１ｍｍの位置にタングステンワイヤをセットした。次に、対向するステージ上に置いた厚さが０．５ｍｍのガラス基板に対して、ガラスキャピラリーの先端と基板の距離が３０μｍになるように調整して描画した。
【００３５】
図７に、印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す。
【００３６】
図７から、各印加電圧の周波数における吐出下限電圧は２２０Ｖで一定であることがわかる。
【００３７】
［導電率及び比誘電率］
インピーダンスアナライザーＳＩ１２６０（東陽テクニカ社製）と平行平板セルを用いて、導電率及び比誘電率を測定した。
【００３８】
［実施例２］
ジエチレングリコールエチルメチルエーテル（ＥＤＭ）とγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）をＧＢＬの体積分率が０．４、０．３、１となるように混合し、混合溶媒を得た。
【００３９】
混合溶媒にポリイミドを濃度が３０質量％となるように溶解させ、塗布液を得た。塗布液は、体積抵抗率が２．２×１０６Ωｃｍ（導電率が４．５×１０−４ｍＳ／ｃｍ）であり、比誘電率が２７．１であった。
【００４０】
ノズルの先端の内径が１μｍのガラスキャピラリーに塗布液を充填し、ガラスキャピラリー内に先端から１ｍｍの位置にタングステンワイヤをセットした。次に、対向するステージ上に置いた厚さが０．５ｍｍのガラス基板に対して、ガラスキャピラリーの先端と基板の距離が３０μｍになるように調整して描画した。
【００４１】
図８に、印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す。
【００４２】
［実施例３］
混合溶媒におけるＧＢＬの体積分率を０．４に変更した以外は、実施例２と同様にして、塗布液を得た。塗布液は、体積抵抗率が２．０×１０６Ωｃｍ（導電率が５．０×１０−４ｍＳ／ｃｍ）であり、比誘電率が３１．６であった。
【００４３】
図９に、印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す。
【００４４】
［実施例４］
混合溶媒におけるＧＢＬの体積分率を１に変更した以外は、実施例２と同様にして、塗布液を得た。塗布液は、体積抵抗率が１．５×１０６Ωｃｍ（導電率が６．６×１０−４ｍＳ／ｃｍ）であり、比誘電率が４４．２であった。
【００４５】
図１０に、印加電圧の周波数と吐出下限電圧の関係を示す。
【００４６】
図８〜１０から、塗布液は、体積抵抗率が大きく（導電率が小さく）、比誘電率が小さい方が、印加電圧の周波数が高い領域における吐出下限電圧が増加することがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開２００４−１１４３７５号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５５８７号公報
【図１】
2017109459.tif 000004
【図２】
2017109459.tif 000005
【図３】
2017109459.tif 000006
【図４】
2017109459.tif 000007
【図５】
2017109459.tif 000008
【図６】
2017109459.tif 000009
【図７】
2017109459.tif 000010
【図８】
2017109459.tif 000011
【図９】
2017109459.tif 000012
【図１０】
2017109459.tif 000013