株式会社マイクロジェット

【本書のポイント】

• ◎微細配線､薄膜作製､デジタル印刷に求められる精密吐出､高速印刷､乾燥制御のポイント！
• ◎インク内の気泡､ノズル汚れ･詰まり､ノズル毎の吐出速度差､飛翔曲がり､サテライト･ミストの発生､吐出位置不良､トラブルの原因と対策を｢理論と実際｣の両面から迫る！！

インクジェット技術は、少量他品種に対応できるオンデマンドな印刷技術であり、かつ材料消費の少ない省エネの特徴を持っています。近年、従来からの家庭用プリンタ、オフィス用プリンタに留まらず、エレクトロニクス分野をはじめとする産業分野、商業用ラージフォーマット分野等での用途拡大は目覚ましいものがあります。 本調査レポートは、印刷技術の革新を担うインクジェット技術について、以下の点に重点をおいてまとめたものです。

執筆者

• ・池川 正人  (株)日立製作所
• ・石倉 慎     京セラ(株)
• ・伊藤 高啓  豊橋技術科学大学
• ・石橋 充     東芝テック(株)
• ・大西 勝     (株)ミマキエンジニアリング
• ・奥薗 透     東京大学
• ・奥田 貞直  理想科学工業(株)
• ・尾崎 靖     (独)国立印刷局研究所
• ・小野 直樹  芝浦工業大学
• ・加藤 正和  協和界面科学(株)
• ・河合 晃      技術科学大学
• ・北原 強     セイコーエプソン(株)
• ・小宮 敦樹  東北大学
• ・小森 悟     京都大学
• ・小藤 治彦  インクジェット･ジェーピー ・齋藤 和樹  (株)ロキテクノ
• ・佐藤 正秀  宇都宮大学
• ・新戸 浩幸  京都大学

• ・鈴木 義文  ブラザー工業(株)
• ・須藤 誠一  秋田県立大学
• ・菅沼 俊和  DIC(株)
• ・田沼 千秋  東芝テック(株)
• ・友成 雅則  石原産業(株)
• ・並木 則和  工学院大学
• ・長谷川 富市 新潟大学
• ・原尻 俊彦  エスアイアイ･プリンテック(株)
• ・幹 浩文     和歌山大学
• ・日口 洋一  大日本印刷(株)
• ・廣岡 信行  富士ゼロックス(株)
• ・深井 潤      九州大学
• ・藤川 重雄  北海道大学
• ・前 一廣      京都大学
• ・松岡 広成  鳥取大学
• ・松本 充弘  京都大学
• ・村田 知嘉子 シスメックス(株)
• ・森田 裕史  (独)産業技術総合研究所
• ・山口 修一  (株)マイクロジェット
• ・渡辺 敬三  東京農工大学

目次と内容

第1章 インキ･ペーストの設計､パラメータ調整

第1節 インクジェットインキに用いられるW/O型エマルションの調製と物性

－水性インクと溶剤インクのいいとこどり！使われる界面活性剤と乳化法､分散安定化･粘度調整技術！

• 1. インクジェットインクにおけるＷ/Ｏ型エマルションインクの位置付け
• 2. Ｗ/Ｏ型エマルションの特性
• 3. インクジェット用Ｗ/Ｏ型エマルションインクの調製

第2節 金属(銀･銅)ナノ粒子を用いたインク･ペーストの作製

－プリンタブルエレクトロニクスの実用化を阻むペースト設計！今､“導電性”“信頼性”はどこまできて､これからは何が求められるのか？

• 1. 金属ナノ粒子に求められる特性
• 2. 金属ナノ粒子の合成法
• 3. 液相法で合成したAgナノ粒子とインク･ペーストへの応用
• 4. 液相法で合成したCu超微粒子)とインク･ペーストへの応用

第3節 カチオン硬化型インクジェットインクの設計

－ヘッド性能に合わせたモノマーの選択･配合､重合開始剤の溶解度､インクの保存安定性に与える影響！

• 1. カチオン型ＵＶインクの原理･特徴
• 2. カチオンインクの材料
• 3. カチオンインクの性能評価

第4節 マイクロミキサーを利用したナノ顔料の形成技術

－粒子サイズ､分散性､材料の選択肢､生産性､､､ビルドアップ法の有意点は？

• 1. マイクロミキサーについて
• 2. 中心衝突型マイクロミキサーの開発
• 3. 有機顔料微粒子形成工程への適用

第5節 工業顔料分散技術の設計とその最適化

－｢オンデマンド印刷の休止時にインクがノズル開口部に付着し目詰まりを起こす｣そんな問題を解決するインクへの再分散性付与技術！

• 1. IJインクの特徴
• 2. 顔料分散液の設計
• 3. 顔料分散液の調製
• 4. 工業顔料分散工程の最適化
• 5. 顔料分散液に対する今後の課題

第6節 ペースト､機能性インキのろ過技術

－カラーフィルター形成､微細配線､､､用途､材料に適したフィルターの選定！フィルターの閉塞､通液しない､効果的に除去できない､､､トラブル対策！

• 1. 濾過に関する基礎知識
• 2. ペースト状流体に関する濾過技術
• 3. 機能性インキの効果的な濾過技術
• 4. 濾過技術を活用した実施例

第7節 脱気･脱法技術の原理とインクジェットインクへの応用

－水性､溶剤型､UV硬化型､､､インクの含有成分を踏まえたモジュール選択法！使用条件(温度､真空度､液体流量)の設定と脱気膜の経時変化！

• 1. 脱気･脱泡とは
• 2. 膜による脱気
• 3. 膜による脱気の実例

第8節 分散と凝集の制御と評価事例

－ナノサイズ/高濃度の粒子径分布､分散状態､異物の検出､ゼータ電位､､､どの手法を使って､どういう条件で､何を測れば目的の情報を得られるのか？

• 1. 分散と凝集のメカニズム
• 2. 分散･凝集の評価分析装置
• 3. 各種スラリーの評価事例

第2章 ノズル内の溶液状態制御と液滴吐出の微細化･高速化技術

第1節 ノズル内の溶液挙動､吐出メカニズムとその制御

• [1] 毛管力の発生メカニズム
• －インク中の粒子間､粒子－壁面間にかかる力は見落とされることが多い！
• 1. 毛管架橋力
• 2. 横毛管力

• [2] 液体メニスカスの動特性
• －液体メニスカスの形成から破断に至るフォースカーブ！
• 1. 実験装置
• 2. 理論
• 3. 実験結果
• 4. まとめ

• [3] マランゴニ効果の発生メカニズム
• －フラットディスプレイ､フレキシブル基板に必須！　均質な薄膜を作成するには？
• 1. マランゴニ効果
• 2. コーヒーステイン現象とマランゴニ効果
• 3. 表面張力測定法

• [4] 表面張力を活用したマイクロチャンネル内での液混合技術
• －インクジェットノズル内での溶液の攪拌･均質化と目詰まり対策に活かす！
• 1. 目的
• 2. 実験および評価方法
• 3. 実験結果および考察

• [5] マイクロオリフィスを通る液体の流動特性
• －微細な穴を通る流体の“圧力損失”を起こす要因！
• 1. 実験装置
• 2. 実験結果

第2節 インクジェットヘッドの構造･吐出特性と高速化･高精細化･長寿命化技術

• [1] インクジェット方式の種類と特徴
• －メニスカス制御でインク滴の体積･速度･飛翔形態を自在にコントロール！
• 1. インクジェット方式の種類と特徴
• 2. Epsonヘッドの構造
• 3. メニスカス制御技術

• [2] ピエゾ型インクジェットヘッドの構造･吐出特性とメンテナンス
• －ヘッドの吐出状態や特性に悪影響を与える要因！不具合を発生させないための対策と発生した場合の回復動作！
• 1. ピエゾインクジェットヘッドの構造
• 2. ピエゾインクジェットヘッドの駆動方法
• 3. ピエゾインクジェットヘッドの吐出特性
• 4. ピエゾインクジェットヘッドのメンテナンス

• [3] ピエゾ型インクジェットヘッドの構造と長寿命化･インク噴射速度高速化
• －インクの組成､使用状況によるヘッドの劣化！その要因とは？インク供給の安定化､気泡の排除､サテライト･ミストの発生原因と対策！
• 1. 長寿命化
• 2. インク吐出速度高速化

• [4] ライン型インクジェットヘッドの構造と均一吐出技術
• －期待されるインクジェットの高速デジタル印刷分野への応用！吐出速度を向上させ､チャンネルごとの吐出速度の差をなくす工夫！
• 1. 開発したライン型インクジェットヘッドの構造説明
• 2. 吐出速度の均一化のために

• [5] インクジェットプリントヘッドの高速化,高精細化における動的設計の検討
• －インク加･減圧に伴うイジェクタ内の振動の影響を排除する！
• 1. 京セラインクジェットプリントヘッド構造及び仕様概要
• 2. 流路内における振動の影響
• 3. 流路内振動の観測方法
• 4. 流路内振動モードの検討
• 5. 液滴飛翔状態の最適化

• [6] インクジェットヘッドの高速･高画質化
• －多様なインクへの対応､気泡の除去､ミスファイヤの回復！産業用途に求められる安定性､信頼性を確保する流路設計と循環方式！
• 1. インクジェットプリンターの構造と動作
• 2. インクジェットヘッドの分類と動作原理
• 3. 産業インクジェットヘッドの例
• 4. 流路内振動モードの検討

第3節 インクジェットの吐出･飛翔挙動制御

• [1] 吐出量､速度､飛翔方向不均一の原因と対策
• －ノズル毎のばらつき､気泡､残留振動､メニスカスインクの蒸発､ノズル面汚れ､トラブルの原因と対策を筆者の体験と理論を交えて大公開！
• 1. 不均一の原因
• 2. 不均一の対策

• [2] 長距離飛翔機能性インクジェット機構
• －高段差電子回路の微細配線の直接描画､曲面･球面印刷に向けて！
• 1. 熱磁気駆動インク滴吐出機構
• 2. インクジェットから吐出した液滴の静電加速

• [3] インクジェット液滴の挙動と液滴合体現象の解析
• －液滴の飛翔軌道の曲がりと液滴合体現象！　液滴に及ぼす周囲空気の影響は？
• 1. メディアの移動で誘起される気流の影響を考慮した液滴挙動の解析
• 2. インクジェットにおける液滴合体現象のメカニズムとその解析

• [4] インクジェット微小液滴挙動と気流のPIV計測
• －キャリッジ走査時のミスト発生メカニズムと挙動に影響を与える気流！
• 1. 実験装置
• 2. 実験結果

• [5] インクジェットヘッドの吐出異常とその対策
• －ノズル詰り､クリーニング動作による吐出不良位置変化､ドカ抜け､ボタ落ち，インク漏れ､飛行曲がり､サテライト化､ミスト化､､､原因と対策を徹底解明！
• 1. 吐出不良の発生原因と分類
• 2. 吐出不良として観測される現象
• 3. 吐出不良の原因と対策

第3章 微小液滴の衝突･乾燥メカニズムとその制御

第1節 液滴の衝突･乾燥メカニズム

• [1] 微小液滴の固体壁面への衝突シミュレーション
• －撥水性･親水性を付与した基材へ衝突した液滴はどう広がり方！
• 1. 液滴の数値シミュレーション
• 2. 液滴衝突の解析事例

• [2] 動的な接触角の決定機構とその予測
• －コンタクトラインの運動特性と接触角を変化させる条件･因子は？

• [3] 微小単一液滴の蒸発･流動･伝熱挙動
• －液滴内外部流の流動特性､温度特性､蒸発速度を明らかにする！
• 1. 単一液滴内外部流の数値シミュレーション
• 2. 単一液滴の蒸発実験

• [4] 液滴半径が蒸発･凝縮へ及ぼす影響
• －液滴半径と表面張力の関係！気相と液相の力学的平衡！
• 1. ナノ液滴の気液平衡に関する熱力学の適用限界

• [5] 高分子溶液の蒸発･ゲル状皮膜の形成メカニズム
• －乾燥した後に残る不揮発性物質の形状の制御のために！
• 1. 蒸発速度に関する一般的考察
• 2. 皮膜形成のモデル
• 3. ゲル化に伴って現れる弾性効果

• [6] 高分子溶液の蒸発に伴う表面構造形成過程と表面のレオロジー測定
• －単一高分子と混合系高分子では乾燥過程とできあがる膜の構造にどのような違いがでるのか？
• 1. 高分子溶液からの溶媒蒸発過程
• 2. 高分子薄膜における表面レオロジー

• [7] 気液界面における液滴の流動メカニズム
• －液滴同士の合体現象､サテライト液滴発生の仕組みがわかる！
• 1. 液滴に関するこれまでの研究
• 2. 振動による容器内の液体界面の崩壊と液滴生成
• 3. 気液界面上における液滴の理論解析
• 4. 液体界面と液滴の間に形成される気体薄膜厚さ
• 5. 落下液滴の没水深さ
• 6. 落下液滴の気液界面での挙動

• [8] インクジェットプリンタからの発塵機構と粒子の特性評価
• －インク色とサテライト粒子の大きさと発生量の関係は？
• 1. プリンタの印刷機構とインクおよびトナーの組成
• 2. 発塵粒子の特性評価実験
• 3. 実験結果
• 4. 発塵機構に関する考察

• [9] インクジェット法における高分子薄膜形成と溶液滴の内部流動
• －粘度，表面張力，温度が乾燥速度と出来上がった膜の品質に与える影響は？
• 1. 液滴の後退量と薄膜形状の関係
• 2. 内部流動の可視化
• 3. 循環流を支配する因子

• [10] インクジェット成膜における液滴の挙動(液滴の着弾･広がり･乾燥)
• －平らな膜を得るための必須技術！！セルフピンニングを起こし､かつコーヒーステイン現象を防ぐには？
• －液滴の広がり方､最終形状は如何にして決まるか？
• 1. インクジェット成膜アプリケーション
• 2. 基板上の液滴の広がり
• 3. 矩形溝内の液滴の広がり
• 4. 液滴の乾燥と膜形状

第2節 基材表面状態､液滴/基材界面の測定･評価技術

• [1] 固体表面のシランカップリング剤処理とぬれ性評価
• －インクジェットを工業用途に使うなら､基材の表面状態をもう一度見直してください！
• 1. シランカップリング処理
• 2. 評価方法
• 3. 処理プロセス条件
• 4. 処理装置
• 5. 付着性コントロール
• 6. 剥離トラブル

• [2] インクジェットヘッドから吐出された微小液滴の接触角測定技術
• －着弾液量の解析､基材の表面状態の経時変化観察！
• 1. 極小接触角計
• 2. ディスペンサ
• 3. 測定概要
• 4. 解析
• 5. 今後の展望

• [3] 固気液界面(コンタクトライン)ダイナミクスの高精度測定
　
• －接触角では説明できない“ミクロスケールの界面現象”が薄膜形成時の諸問題を解決する糸口になる！
• 1. コンタクトラインの観察
• 2. コンタクトライン近傍の可視化
• 3. 計測装置の改善

• [4] 染料系･顔料系インクジェットインクの印刷メディアへの浸透及び転移状態の観察
　
• －インクジェット印刷物の品質とインク浸透挙動との関係は？
• 1. FIBにより作製した印刷物断面の観察法
• 2. CLSMによる印刷物の観察