JP2017147336A - 着色膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック電子部品のセラミック素体の表面を、マスキングを行うことなく、簡便に着色する方法の提供。【解決手段】セラミック電子部品のセラミック表面に着色膜を形成する方法であって、シランカップリング剤および金属アルコキシドを溶媒に溶解または分散させ、マトリックス組成物を作製すること、得られたマトリックス組成物中に有機色素を分散させて着色ゾルを作製すること、得られた着色ゾルをセラミック電子部品に塗布し、乾燥すること、および着色ゾルが塗布されたセラミック電子部品を加熱処理することを含む方法。【選択図】なし

Description

本発明は、セラミック電子部品のセラミック表面に着色膜を形成する方法に関する。

電子機器には、種々のセラミック電子部品が、数多く用いられている。近年、それらのセラミック電子部品の種類の識別を容易にするため、また、意匠性を高めるために、着色するニーズが高まってきている。

セラミック電子部品の表面には、通常、セラミック素体が露出したセラミック部分と、電極または端子である金属部分とが存在する（特許文献１）。セラミック電子部品を着色する場合、金属部分が着色されると、電極としての機能が低下することから、セラミック部分上を選択的に着色する必要がある。通常、このようなセラミック電子部品を着色する場合には、セラミック素体に無機系の色素を混ぜて焼成するか、金属部分をマスキングした後に塗装を施す手法が採られる。

特開２０１２−４４１４９号公報

セラミック素体に無機系の色素を混ぜて焼成する場合、色素をセラミック素体中に混ぜ込むことになり、セラミック特性が変化する虞がある。また、金属部分をマスキングした後に塗装を施す場合、金属部をマスクする必要があり、マスクを施す工程、およびマスクを剥離する工程が必要になるので、製造工程が煩雑となり、また、製造コストも増大する。また、近年のセラミック電子部品の小型化、薄型化により、マスキング自体が困難になってきている。さらに、塗布により着色した場合には、着色ムラや色素の剥離などの問題も存在し、電子部品が置かれる厳しい環境下ではこの問題の深刻さは増大する。

本発明は、セラミック電子部品のセラミック素体の表面を、マスキングを行うことなく、簡便に着色する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、セラミック部分と金属部分の性質の違いを利用して、具体的にはセラミック部分にのみ存在する水酸基を利用して、セラミック素体上に着色膜を形成する方法を見出した。具体的には、セラミック部分に存在する水酸基と、色素を混合した有機−無機ハイブリッドカップリング剤を反応させることにより、セラミック部分上に選択的に着色膜を形成できることを見出した。

本発明の第１の要旨によれば、セラミック電子部品のセラミック表面に着色膜を形成する方法であって、
シランカップリング剤および金属アルコキシドを溶媒に溶解または分散させ、マトリックス組成物を作製すること、
得られたマトリックス組成物中に有機色素を分散させて着色ゾルを作製すること、
得られた着色ゾルをセラミック電子部品に塗布し、乾燥すること、および
着色ゾルが塗布されたセラミック電子部品を加熱処理すること
を含む方法が提供される。

本発明の第２の要旨によれば、上記のセラミック電子部品のセラミック表面の着色方法により、セラミック電子部品を着色することを含む電子部品の製造方法が提供される。

本発明の方法によれば、セラミック電子部品のセラミック素体内に色素を混合することなく、また、電極等の金属部分にマスクを施すことなく、セラミック電子部品のセラミック素体の表面を着色することができる。このような効果は、小型部品、薄型部品、または高い信頼性が求められる部品においてより顕著になる。また、本発明の方法によれば、着色のムラおよび着色部分の剥離が抑制される。

以下、本発明の方法について説明する。

本発明のセラミック電子部品のセラミック表面に着色膜を形成する方法は、下記４つの工程、即ち：
工程１：シランカップリング剤および金属アルコキシドを溶媒に溶解または分散させ、マトリックス組成物を作製する工程；
工程２：得られたマトリックス組成物中に有機色素を分散させて着色ゾルを作製する工程；
工程３：得られた着色ゾルをセラミック電子部品に塗布し、乾燥する工程；および
工程４：着色ゾルが塗布されたセラミック電子部品を加熱処理する工程
を含む。

工程１：シランカップリング剤および金属アルコキシドを溶媒に溶解または分散させ、マトリックス組成物を作製する工程

シランカップリング剤および金属アルコキシドを溶媒に溶解または分散させることにより、ゾル状のマトリックス組成物が得られる。

上記シランカップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリエトキシシラン、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルメチルジメトキシシラン、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルメチルジエトキシシラン、３−（アクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（ビニルベンジル）−２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩、トリス−（トリメトキシシリルプロピル）イソシアヌレート、３−ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、または３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランが挙げられる。これらは単独または２種以上の混合物として用いてもよい。好ましい態様において、シランカップリング剤は、トリエトキシビニルシランまたは３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン、あるいはこれらの組み合わせである。

上記金属アルコキシドとしては、特に限定されないが、下記式：
Ｍ（ＯＲ）_４
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｓｎ、ＴａまたはＶ、好ましくはＳｉまたはＴｉであり、
Ｒは、炭素数が１〜６個のアルキル基、好ましくはメチル、エチル、イソプロピルである。）
で表される化合物が挙げられる。これらは単独または２種以上の混合物として用いてもよい。好ましい態様において、金属アルコキシドは、Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４またはＴｉ（Ｏ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２）_４、あるいはこれらの組み合わせである。

用いるシランカップリング剤と金属アルコキシドの量比は、好ましくは、モル比で１：１０〜１０：１の範囲、より好ましくは２：５〜５：１の範囲である。

上記シランカップリング剤および金属アルコキシドを溶解する溶媒は、両者に適合する溶媒であれば特に限定されず、例えば、水または有機溶媒、あるいはこれらの混合物を用いることができる。

上記有機溶媒としては、アルコール類またはケトン類が好ましく、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、メチルエチルケトン等が挙げられる。

溶媒に溶解または分散するシランカップリング剤および金属アルコキシドの量は、溶媒１００質量部に対して、シランカップリング剤および金属アルコキシドの合計で、好ましくは０．５質量部以上２０質量部以下、より好ましくは１．０質量部以上１０質量部以下、さらに好ましくは２．０質量部以上５．０質量部以下である。シランカップリング剤および金属アルコキシドの含有量を多くすることにより、ゲル化を促進することができる。シランカップリング剤および金属アルコキシドの含有量を少なくすることにより、加水分解時の発熱による温度上昇を抑制することができる。

一の態様において、上記マトリックス組成物は、触媒を含んでいてもよい。触媒を加えることにより、マトリックス組成物中の加水分解が促進される。

触媒としては、特に限定されないが、例えば酸、例えば塩酸、または塩基、例えば水酸化ナトリウムが挙げられる。

工程２：得られたマトリックス組成物中に有機色素を分散させて着色ゾルを作製する工程

工程１で得られたマトリックス組成物中に有機色素を分散させることにより、着色ゾルが得られる。

上記有機色素は、有機染料または有機顔料のいずれであってもよく、特に限定されないが、例えば、アニリンブラック、フタロシアニンブルー、レーキレッド、ローダミンβ等を用いることができる。

有機色素の量は、用いる有機色素の種類や、所望する色の濃さ等に応じて適宜設定することができる。

工程３：得られた着色ゾルをセラミック電子部品に塗布し、乾燥する工程

工程２で得られた着色ゾルをセラミック電子部品に塗布する方法は、特に限定されず、例えば、浸漬、スプレー、はけ塗りなどを用いることができる。好ましい態様において、凹凸のある塗布面に塗布がしやすく、また、着色ゾルの使用量を少なくすることができる観点から、スプレー法が用いられる。

着色ゾルをセラミック電子部品に塗布した後、乾燥を行う。

乾燥条件は、溶媒が蒸発する条件であれば特に限定されないが、好ましくは加温環境下、例えば４０℃以上１００℃以下、好ましくは５０℃以上８０℃以下の温度で乾燥する。また、乾燥時間は、特に限定されないが、例えば１分以上３時間以下、好ましくは１０分以上２時間以下であり得る。

この工程により、セラミック電子部品の表面に、着色ゾルの膜が形成される。この膜は、セラミック電子部品の金属部分（例えば、電極上）に存在してもよい。

好ましい態様において、着色ゾルをセラミック電子部品に塗布する前に、セラミック電子部品の表面を、酸またはアルカリにより処理してもよい。酸またはアルカリ処理を施すことにより、セラミック電子部品の焼成時に、電極（特に、銅電極）表面が酸化して形成され得る水酸基を除去することができる。

上記酸としては、特に限定されないが、硫酸、塩酸、クエン酸等が挙げられる。

上記アルカリとしては、特に限定されないが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。

工程４：着色ゾルが塗布されたセラミック電子部品を加熱処理する工程

着色ゾルが塗布されたセラミック電子部品を加熱処理することにより、着色ゾルが硬化し、セラミック電子部品のセラミック素体上に、着色膜が形成される。

加熱温度は、好ましくは１５０℃以上４００℃以下、より好ましくは１８０℃以上２５０℃以下である。

加熱時間は、好ましくは例えば１分以上３時間以下、好ましくは５時間以上３時間以下であり得る。

着色ゾルが、セラミック電子部品の金属部分に塗布されている場合、加熱処理後に金属部分上にも着色膜が形成され得る。しかしながら、金属部分にはマトリックス組成物中の成分を反応し得る基（具体的には水酸基）が存在しないことから、着色膜と金属部分は結合しておらず、容易に除去することができる。金属部分上の着色膜の除去方法としては、特に限定されないが、例えば溶剤浸漬、溶媒中での超音波洗浄、研磨等が挙げられる。

本発明の方法によれば、セラミック電子部品のセラミック素体上に選択的に着色膜を形成することができる。本発明はいかなる理論にも拘束されないが、セラミック素体上に選択的に着色膜が形成される理由は以下のように考えられる。セラミック電子部品のセラミック素体上には水酸基が存在し、一方、金属電極上には水酸基が存在しない。本発明の着色ゾルは、シランカップリング剤、金属アルコキシドを含むので、セラミック素体上の水酸基と反応して、化学的に結合される。この結合により、着色膜は、セラミック素体に強固に密着する。一方、金属電極上には水酸基が存在しないので、このような密着性を有する着色膜は形成されず、洗浄等により容易に除去することができる。また、本発明で用いられるシランカップリング剤は、有機−無機ハイブリッドカップリング剤であることから、有機色素と親和性が高く、着色膜中に分散された有機色素を強く保持することが可能になる。その結果、本発明の方法は、セラミック電子部品のセラミック素体上に選択的に高い密着性で着色膜を形成することが可能になる。

本発明の方法は、セラミック上に選択的に着色膜を形成することを可能にするので、電子部品の着色に好適に用いることができる。

Claims (8)

1. セラミック電子部品のセラミック表面に着色膜を形成する方法であって、
   シランカップリング剤および金属アルコキシドを溶媒に溶解または分散させ、マトリックス組成物を作製すること、
   得られたマトリックス組成物中に有機色素を分散させて着色ゾルを作製すること、
   得られた着色ゾルをセラミック電子部品に塗布し、乾燥すること、および
   着色ゾルが塗布されたセラミック電子部品を加熱処理すること
   を含む方法。
2. さらに、着色ゾルをセラミック電子部品に塗布する前に、セラミック電子部品の表面を、酸またはアルカリにより処理することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 酸またはアルカリによる処理が、硫酸、塩酸、クエン酸、ＫＯＨまたはＮａＯＨで処理することにより行われる、請求項２に記載の方法。
4. シランカップリング剤が、トリエトキシビニルシランまたは３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン、あるいはこれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 金属アルコキシドが、
   Ｍ（ＯＲ）_４
   （式中、Ｍは、ＳｉまたはＴｉであり、
   Ｒは、炭素数が１〜６個のアルキル基である。）
   で表される１種またはそれ以上の化合物であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 金属アルコキシドが、Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４またはＴｉ（Ｏ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２）_４、あるいはこれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 有機色素が、アニリンブラック、フタロシアニンブルー、レーキレッドまたはローダミンβであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法により、セラミック電子部品に着色膜を形成することを含む電子部品の製造方法。