JP2018070854A - 塗布剤、吐出物、及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コーターヘッドの吐出口の形状を維持して吐出される塗布剤、吐出物、及び塗布装置を提供する。【解決手段】コーターヘッド及びディスペンサー用の塗布剤であって、フィラーを分散したバインダーと、このバインダーの分散媒及び添加剤の主溶剤に相反する非水溶性又は水溶性の添加溶剤とを有する塗布剤である。【選択図】図１

Description

本発明は、塗布剤、吐出物、及び塗布装置に関し、特に、精密で均一な膜厚のラインパターンやストライプパターンや、立体的な構造のパターンが要求される技術分野に用いられる塗布剤、吐出物、及び塗布装置に関する。

従来から、プリンタブルエレクトロニクス技術分野などで、導電材料、絶縁材料をグラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェットなどで配線パターンを形成する試みがなされている。
しかし、これらの印刷法は、図８に示すように、印刷物１０１の断面形状が、半円形状でかつアスペクト比が低い印刷となることが多い。よって、今後のトレンドとして、印刷物の断面形状が矩形でアスペクト比が高い印刷が望まれている。印刷物の断面形状が矩形でアスペクト比が高いと、例えば、導電材料の場合、より矩形に近づけることで、単純に底辺寸法×高さ寸法のみで断面積を求めることができ、配線抵抗値などを簡単に求めることができる。また、印刷物の断面形状のアスペクト比が高い（底辺が狭く、高さが高い）と、例えば、電子回路といった密集した配線が狭い面積に集約することができかつ、配線に流れる電流をより多く流すことが可能となる。

印刷物１０１の断面形状が半円形状であることは、断面積による電気特性値を重視する回路形成では、不安定要素が大きい。例えば、半円形状の断面積の計算は、切断面を直接計測するなどの破壊試験を行う必要があり、様々な分野で課題が生じる。例えば、印刷物個々で変動するために製造過程で破壊せずに最終工程での導通検査で確認し、出荷製品個々でのソフト的補正などが必要となるエレクトロニクス分野、また矩形、その他形状で優位性を出すアプリケーション生産分野が挙げられる。また、伸縮材料への導電材料による配線パターンを印刷した場合、伸縮材料の伸縮によって、配線の抵抗値が変わるなどの課題がある。

ここで、図９（ａ）に示すように、一般的に使われているストライプ塗布用のコーターヘッド１０の吐出口１１の形状は、矩形又は丸形であり、数μｍから数百μｍ、数ｍｍなどの吐出口径で形成される。特に、数μｍから数百μｍ、数ｍｍの径の吐出口１１が形成されたコーターヘッド１０を使用した場合、吐出流路１２、吐出口１１付近におけるコーターヘッド１０と塗布剤１０１との摩擦によるせん断応力によって、吐出流路１２の中央の流速（せん断速度）ｖ１、と、吐出流路１２の壁面の流速（せん断速度）ｖ２との間に差が生じてしまう。

特に、数千ｃｐから数百万ｃｐといった高粘度の塗布剤１０１では、数μｍから数百μｍ、数ｍｍの径の吐出口１１が形成されたコーターヘッド１０との摩擦によるせん断応力が高くなり、吐出できない現象が発生することがあった。

このような事情に対して一般的に行われている対処法は、コーターヘッドへの吐出圧力をさらに上げるか、塗布剤１０１の粘度を下げるためにＳＰ値（２５℃における溶解度パラメーター値）が近い溶剤を添加することである。この対処法は、コーターヘッドに限らず、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェットなどといった印刷法でも同様である。

特許第３２１３９８３号公報 特開平１１−２０７２３７号公報

しかしながら、上記対処法を行ったとしても、吐出流路１２、吐出口１１付近のコーターヘッドと塗布剤１０１との摩擦によるせん断応力によって、塗布剤１０１が広がって吐出されてしまう問題を解消することは困難であった。具体的には、図９（ｂ）に示すように、吐出流路１２の中央の流速（せん断速度）ｖ１と、吐出流路１２の壁面の流速（せん断速度）ｖ２との差が生じ、吐出口１１の形状で吐出されずに、外側に膨らんだ丸味を帯びた形状で吐出されてしまう。

そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コーターヘッドの吐出口の形状を維持して吐出される塗布剤、吐出物、及び塗布装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、ストライプ塗布用のコーターヘッド又はシリンジによるディスペンサーによる吐出用途に使用する塗布剤に添加する溶剤を規定することが上記吐出精度を向上する点で好適であることを知見した。

本発明は、本発明者による上記知見に基づくものであり、本発明の一態様に係る塗布剤は、コーターヘッド及びディスペンサー用の塗布剤であって、
フィラーを分散したバインダーと、
上記バインダーの分散媒及び添加剤の主溶剤に相反する非水溶性又は水溶性の添加溶剤とを有する。

また、本発明の一態様に係る吐出物は、コーターヘッド及びディスペンサーより基材上に吐出した断面形状が、１０μｍ以下の円弧状をなす角部を有する。この吐出物は、フィラーを分散したバインダーと、上記バインダーの分散媒及び添加剤の主溶剤に相反する非水溶性又は水溶性の添加溶剤とを有する。

また、本発明の一態様に係る塗布装置は、フィラーを分散したバインダーと、上記バインダーの分散媒及び添加剤の主溶剤に相反する非水溶性又は水溶性の添加溶剤とを有するコーターヘッド及びディスペンサー用の塗布剤を吐出する吐出口と、この吐出口に連通し、かつ供給する吐出流路とを有する。

本発明の一態様によれば、コーターヘッドの吐出口の形状を維持して吐出される塗布剤、吐出物、及び塗布装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る塗布剤の吐出状態を示す図であり、（ａ）はコーターヘッドの正面図、（ｂ）はコーターヘッドの断面図である。 本発明の一実施形態に係る塗布剤を基板上に吐出した状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る吐出物を示す図である。 本発明の一実施形態に係る吐出物を示す図である。 実施例１の塗布剤を基板上に吐出した状態を示す図であり、（ａ）は断面画像、（ｂ）要部を説明する拡大断面図である。 比較例１の塗布剤を基板上に吐出した状態を示す図であり、（ａ）は断面画像、（ｂ）要部を説明する拡大断面図である。 （ａ）は実施例３に用いられるコーターヘッドの正面図であり、（ｂ）は実施例３で得られた構造体の断面図である。 従来の印刷物の断面構造を示す画像である。 従来の塗布剤の吐出状態を示す図であり、（ａ）はコーターヘッドの正面図、（ｂ）はコーターヘッドの断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（塗布剤）
本実施形態の塗布剤は、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェットなどで、従来利用されてきた導電材料、絶縁材料などを、コーターヘッドに形成された吐出口を介して、一種類又は複数の種類の塗布剤、例えば、銀、カーボン、銅粉などで構成された導電性ペースト、絶縁ペースト、ウレタン系素材などで開発されたストレッチャブル導電インキ、カーボンエラストマー材料、静電エラストマー、貼着剤や非貼着剤等の塗布剤を吐出して基材の表面にラインパターン、立体的構造パターン、不連続パターンをストライプ状に塗布する。

＜構成＞
本実施形態の塗布剤（塗布組成物）は、フィラーを分散したバインダーと、添加溶剤とを有し、必要に応じて添加剤が添加されてもよい。
ここで、上記添加溶剤は、上記バインダーの分散媒及び上記添加剤の主溶剤に相反する非水溶性又は水溶性を呈する。すなわち、本実施形態の塗布剤は、無機フィラー又は有機フィラー（顔料）を分散したバインダー（ポリマー）と溶剤（有機溶剤）及び添加剤の主溶剤が非水溶性であれば水溶性溶剤を、水溶性であれば非水溶性溶剤を混合したものである。
具体的には、フィラーの含有率が５０〜９９．９％の塗布材料を構成するバインダー（ポリマー）の分散媒及び添加剤の主溶剤の非水溶性又は水溶性に応じて、当該塗布剤の物性を破壊しない極性の違う添加溶剤を有する。上記フィラーとしては、充填剤、印刷用途などに開発された銀ペースト、銅ペースト、絶縁インキ等が挙げられる。なお、本実施形態の塗布剤は、コーターヘッド及びディスペンサー用の塗布剤である。

一般的に充填剤、印刷法などで使用されるインキの溶剤組成物は、溶剤と下記式（１）で表される化合物（但し、モノヒドロキシステアリン酸を除く）を含む溶剤組成物である。なお、下記式（１）中、Ｒ^１はモノヒドロキシアルキル基を示し、Ｒ^２はカルボキシル基（Ｃ（＝Ｏ）ＯＨ）又はアミド基（Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ_２）を示す。
Ｒ^１−ＣＨ_２−Ｒ^２・・・・・（１）

［構成の主旨］
上述したように、本実施形態の塗布剤を構成する成分は、バインダー（ポリマー）、顔料（着色、防錆、体質、その他機能性など）、溶剤（有機溶剤、水など）、及び添加剤など、並びに上記添加溶剤である。一般的に使われている溶解性パラメーター（Solubility Parameter、以下ＳＰ値ということがある）の考え方は、溶媒と溶質間に作用する力を分子間力と仮定した分子間力を凝集力の尺度として、ＳＰ値の差が小さい２つの成分は混ざりやすく（溶解度が大きい）、ＳＰ値の差が大きい２つの成分は混ざり難い（溶解度が小さい）ことが通説である。すなわち、一般的な印刷用途で使用する塗布剤は、ＳＰ値の差が小さいバインダー（ポリマー）と溶剤（有機溶剤、水など）及び添加剤を混合し、商品化、使用されているが、本発明は全く異なる考え方で構成成分が定義されている。つまり、本発明では、溶解性パラメーターを検討するのではなく、使用する塗布剤の主溶媒、主溶剤が非水溶性溶剤を使用しているのか、それとも水溶性溶剤を使用しているのかを重視して構成成分を定義している。

＜添加溶剤＞
上記添加溶剤としては、ｎ−ヘプタン（ＳＰ値：７．３）、ｎ−プロパノール（ＳＰ値：１１．８）、１，２，５，６−テトラヒドロベンジルアルコール（ＳＰ値：１１．３）、ジエチレングリコールエチルエーテル（ＳＰ値：１０．９）、３−メトキシブタノール（ＳＰ値：１０．９）、トリアセチン（ＳＰ値：１０．２）、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＳＰ値：１０．２）、シクロペンタノン（ＳＰ値：１０．０）、γ−ブチロラクトン（ＳＰ値：９．９）、シクロヘキサノン（ＳＰ値：９．９）、プロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：９．８）、プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：９．７）、ジプロピレングリコールメチルエーテル（ＳＰ値：９．７）、１，４−ブタンジオールジアセテート（ＳＰ値：９．６）、３−メトキシブチルアセテート（ＳＰ値：８．７）、プロピレングリコールジアセテート（ＳＰ値：９．６）、乳酸エチルアセテート（ＳＰ値：９．６）、ε−カプロラクトン（ＳＰ値：９．６）、１，３−ブチレングリコールジアセテート（ＳＰ値：９．５）、ジプロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：９．５）、１，６−ヘキサンジオールジアセテート（ＳＰ値：９．５）、ジプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：９．４）、トリプロピレングリコールメチルエーテル（ＳＰ値：９．４）、トリプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：９．３）、シクロヘキサノールアセテート（ＳＰ値：９．２）、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（ＳＰ値：９．０）、エチレングリコールメチルエーテルアセテート（ＳＰ値：９．０）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．９）、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．９）、メチルアセテート（ＳＰ値：８．８）、エチルアセテート（ＳＰ値：８．７）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．７）、ｎ−プロピルアセテート（ＳＰ値：８．７）、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．７）、３−メトキシブタノールアセテート（ＳＰ値：８．７）、ブチルアセテート（ＳＰ値：８．７）、イソプロピルアセテート（ＳＰ値：８．５）、テトラヒドロフラン（ＳＰ値：８．３）、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：８．０）、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：８．０）、ジプロピレングリコールジメチルエーテル（ＳＰ値：７．９）、プロピレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：７．８）、プロピレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：７．８）等を挙げることができる。

ここで挙げた添加溶剤の２５℃における溶解パラメーター（ＳＰ値：Ｆｅｄｏｒｓ計算値）は７．３〜１１．８程度であるが、本実施形態では、ＳＰ値は選択する溶剤の参考とした位置づけでしかない。重要なのは、バインダー（ポリマー）の分散媒及び添加剤の主溶剤が非水溶性か水溶性かを判断し、その分散媒及び主溶剤の真逆の溶剤を添加溶剤として添加することである。

［非水溶性及び水溶性］
非水溶性及び水溶性の定義については、第４類危険物の水溶性液体についての定義を示す。第４類危険物は、引火性液体である。さらに、（１）水に溶けるもの（水溶性）、（２）水に溶けないもの（非水溶性）とに分けられる。政令上、次のように定義されている。

水溶性液体は、１気圧２０℃で同容量の純水との混合液が均一な外観を維持するもので、非水溶性液体は水溶性液体以外のものとし、非水溶性液体は、水と混合したときふたつの層に分かれる。液体の比重が水より小さければ、水の層の上に、比重が水より大きければ、水の層より下に非水溶性の層ができる。水溶性液体の場合、混合すると層が分かれることなく均一になる。特殊引火物のジエチルエーテルや第１石油類の酢酸エチルなどのように水にわずかに溶けるものもあるが、定義上、非水溶性に分類される。

従って、上記添加溶剤は、上記非水溶性及び水溶性の定義をもとに以下のように分類できる。
［水溶性の添加溶剤］
水溶性の添加溶剤は、ｎ−プロパノール（ＳＰ値：１１．８）、１，２，５，６−テトラヒドロベンジルアルコール（ＳＰ値：１１．３）、ジエチレングリコールエチルエーテル（ＳＰ値：１０．９）、３−メトキシブタノール（ＳＰ値：１０．９）、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＳＰ値：１０．２）、γ−ブチロラクトン（ＳＰ値：９．９）、プロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：９．８）、ジプロピレングリコールメチルエーテル（ＳＰ値：９．７）、乳酸エチルアセテート（ＳＰ値：９．６）、ε−カプロラクトン（ＳＰ値：９．６）、トリプロピレングリコールメチルエーテル（ＳＰ値：９．４）、トリプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：９．３）、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（ＳＰ値：９．０）、エチレングリコールメチルエーテルアセテート（ＳＰ値：９．０）、テトラヒドロフラン（ＳＰ値：８．３）、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：８．０）、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：８．０）、ジプロピレングリコールジメチルエーテル（ＳＰ値：７．９）、プロピレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：７．８）等が挙げられる。

［非水溶性の添加溶剤］
非水溶性の添加溶剤は、トリアセチン（ＳＰ値：１０．２）、シクロペンタノン（ＳＰ値：１０．０）、シクロヘキサノン（ＳＰ値：９．９）、プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：９．７）、１，４−ブタンジオールジアセテート（ＳＰ値：９．６）、３−メトキシブチルアセテート（ＳＰ値：８．７）、プロピレングリコールジアセテート（ＳＰ値：９．６）、１，３−ブチレングリコールジアセテート（ＳＰ値：９．５）、ジプロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル（ＳＰ値：９．５）、１，６−ヘキサンジオールジアセテート（ＳＰ値：９．５）、ジプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：９．４）、シクロヘキサノールアセテート（ＳＰ値：９．２）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．９）、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．９）、メチルアセテート（ＳＰ値：８．８）、エチルアセテート（ＳＰ値：８．７）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．７）、ｎ−プロピルアセテート（ＳＰ値：８．７）、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＳＰ値：８．７）、３−メトキシブタノールアセテート（ＳＰ値：８．７）、ブチルアセテート（ＳＰ値：８．７）、イソプロピルアセテート（ＳＰ値：８．５）、プロピレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル（ＳＰ値：７．８）等が挙げられる。

［添加溶剤の添加量］
添加溶剤の添加量としては、対象とする上記分散媒及び添加剤の主溶剤の含有率が０．１ｗｔ％から５０ｗｔ％であれば、同量であることが好ましい。具体的には、上記分散媒及び添加剤の主溶剤が水溶性溶剤であり、含有率が０．１ｗｔ％から５０ｗｔ％であれば、同量の上記非水溶性溶剤群のいずれかを添加溶剤として添加する。また、その逆として、上記分散媒及び添加剤の主溶剤が非水溶性溶剤であり、含有率が０．１ｗｔ％から５０ｗｔ％であれば、同量の上記水溶性溶剤群のいずれかを添加溶剤として添加してもよい。

上述したように、本実施形態の塗布剤の構成は、塗布したい塗布剤の主溶剤、主溶剤である有機溶剤が、非水溶性か水溶性かを確認し、非水溶性が主溶剤ならば、水溶性の有機溶剤を添加して使用、分散した塗布剤の構成である。考え方の例えとして、ゴム（ポリマー）と油（溶剤）の混合を例にとるが、ゴム（ポリマー）と油（溶剤）を混合した場合、ゴムは膨潤する。これは、ゴムの分子間に油が入り込む現象で、油がゴムと混ざりやすければ膨潤し、混ざり難ければ膨潤し難いということになる。つまり、塗布剤の主溶剤が非水溶性の場合、水溶性の添加溶剤を添加することで、極性の異なる物質、ここでは非水溶性溶剤と水溶性溶剤は、お互いに混ざり難いということから、主溶剤が非水溶性溶剤の塗布剤表面に水溶性溶剤が浮き上がった状態が形成されることになる。

本実施形態の塗布剤は、例えばこの水溶性溶剤が表面に浮き上がった状態でストライプ塗布用のコーターヘッド（又はシリンジによるディスペンサー）１０による吐出用途に使用される。すなわち、図１に示すように、正面に吐出口１１が開口され、この吐出口１１に連通する吐出流路１２を有するコーターヘッド１０から塗布剤１が吐出される際、コーターヘッド（又はディスペンサーノズル、ニードル）１０と塗布剤１との界面に適度な油膜１３が形成される。この油膜１３の発生によって、コーターヘッド１０と塗布剤１との摩擦が低減され、よってせん断応力によって、吐出流路１２の中央の流速（せん断速度）ｖ３と、吐出流路１２の側面の流速（せん断速度）ｖ４との差もほぼ生じることが無くなる。
そして、吐出口１１の径の寸法と同等又は、吐出量、塗布速度の加減により、吐出口１１の径の縮小、外側へ広がって吐出（吐出口１１の径の拡大）されても、矩形又は丸型、三角形、凸形、台形、ひし形、Ｍ形などの吐出口１１の断面形状そのまま維持した形で塗布剤１が吐出され、外側に膨らんだ丸味を帯びた形状でライン吐出される度合いを軽減することができる。

このように、塗布剤１が吐出されてなる吐出物（印刷物）の断面形状が矩形のパターンを形成できるため、導電性インキで形成した場合、断面積を縦×横の寸法から算出することが可能となる。すなわち、非破壊でかつ安定した電気抵抗値を示すパターン形成が可能である。
また、吐出口１１の断面形状に近い形状で塗布剤１を吐出することができるため、形状による視覚的効果（光学的効果含む）を持つパターン形成が可能である。

例えば、図２に示すように、塗布剤１が吐出されてなる複数の吐出物（印刷物）３０の断面形状を矩形とすることができることにより、基材２０に対し、垂直に切立った面３０ａを形成できる。その結果、吐出物３０をライン吐出で形成する場合、例えば矩形のライン（吐出物３０）の間隙Ｓを極限まで詰めた構造体４０を作ることができる。
また、図２に示すように、アスペクト比（高さＬ１／底辺Ｌ２）が１以上の矩形パターン３０を形成することができ、狭い幅により多くのライン形成が可能である。

さらに、ＸＹＺ系ロボットに本実施形態の塗布剤を使用したコーターヘッド、ディスペンサーを搭載することで、立体的な矩形ライン構造物の形成が可能である。
例えば、図３に示すように、伸縮性基材（エラストマー）２１に対し、伸縮性導電性を有する本実施形態の塗布剤１を使って、伸縮性基材２１へ塗布する過程でＺ方向へコーターヘッド、ディスペンサーを速度可変させて動作させることを繰り返す。このようにすることで、伸縮性基材２１の上面に対し、Ｚ方向にアーチ状又はループ状の矩形の導電配線４１を連続的に形成することが可能となる。
このように、Ｚ方向への配線ができることで、基材に対し上方へループ状の造形ができることから、配線が全て基材に這っている配線に比べ、抵抗値が変わりにくいという効果を奏する。一方、印刷物の断面形状を矩形にすることにより、吐出形状を常に維持でき、断面形状が丸になったり、吐出形状が崩れたりした場合のリスクを少なくすることができる。ここで、通常のシリンジなどで吐出すると断面形状が丸になったり、吐出形状が崩れたりすることがある。上記リスクは、例えば、断面形状が丸になると接地面積が小さく、剥離しやすくなってしまうことである。また、吐出形状が崩れると、配線高さが薄くなり、ちぎれ易く、抵抗も増大する可能性がある。
また、導電配線４１（塗布剤１）の断面形状が矩形のため、図４に示すように、底辺である接地面積も広く伸縮性基材２１を伸縮させてもアーチ又はループ状の導電配線が伸びることなくフレキシブルに対応する。よって、ほとんど配線抵抗が変わらない回路、センサーなどの形成が可能である。

以上説明したように、コーター、ディスペンサーに用いる本実施形態の塗布剤の構成は、塗布したい塗布剤の主溶媒、主溶剤である有機溶媒が、非水溶性か水溶性かを確認し、非水溶性が主溶媒ならば、水溶性の有機溶剤を添加して使用、分散した塗布剤構成とした。このような塗布剤を使用することで、ストライプ塗布用のコーターヘッド又はシリンジによるディスペンサーによる吐出用途での、吐出流路、吐出出口付近のコーターヘッド又はディスペンサーノズル、ニードルと塗布剤との界面に適度な油膜を形成し、摩擦をなくすことができる。よって、せん断応力によって、吐出流路中央の流速（せん断速度）と吐出流路側面の流速（せん断速度）との差も生じることがほぼなくなる。すなわち、吐出口径の寸法と同等又は、吐出量、塗布速度の加減により、吐出径の縮小、外側へ広がって吐出（吐出径の拡大）されても、吐出口の形状を維持した形で吐出され、外側に膨らんだ丸味を帯びた形状でライン吐出される度合いを軽減できる。

（実施例１）
シリコーンをベースとした誘電エラストマーフィルム「ＥＬＡＳＴＯＳＩＬ２０３０、旭化成ワッカー社製」、膜厚２００μｍを基材とし、シリコーンをベースとした２液混合タイプの熱硬化型カーボンエラストマー「ＥＲＡＳＴＯＳＩＬＬＲ３１６２Ａ、旭化成ワッカー社製」及び「ＥＲＡＳＴＯＳＩＬＬＲ３１６２Ｂ、旭化成ワッカー社製」を１対１で混合した導電性塗布剤を用意した。

次に、本発明の非水溶性である主剤と相反する水溶性溶剤のジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（ＳＰ値９．０）を選択し、主剤に対して０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の分量でジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（ＳＰ値９．０）を混合した実施例１の塗布剤を使ってディスペンスコントローラーと卓上ロボットに搭載した縦５００μｍ×横５００μｍの矩形の吐出口径を１０００μｍピッチで７本形成したラインコーターヘッドから、誘電エラストマーフィルム上へフィルム面から０．３ｍｍ吐出口を離した状態で、吐出圧３６０ｋＰａ、ヘッドスピード１０ｍｍ／秒で６ｍｍ長のストライプパターンを吐出した。上記誘電エラストマーフィルム上への塗布剤のライン吐出には、高粘度液体制御可能なディスペンスコントローラー（武蔵エンジニアリング社製）とＸＹＺ軸制御可能な卓上ロボットを用いた。

その結果、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ほぼ縦横の寸法が１対１の矩形（アスペクト比１）で底辺及び基材に直交する辺、上辺全てにおいてシャープにかつフラットに、４つの角（図中、破線で表示）３０ｅをもつ半径１０μｍ以下の円弧をもつ鋭角になったライン状の吐出物３０ができた。
この結果から、縦５００μｍ×横５００μｍの矩形吐出口から実施例１の塗布剤の構成である非水溶性と水溶性溶剤の混合塗布剤を吐出することで吐出流路、吐出出口付近のコーターヘッドと塗布剤との摩擦が緩和され、せん断応力による吐出流路中央の流速（せん断速度）と吐出流路側面の流速（せん断速度）との差が無くなり、吐出口の外側へ広がらずに、吐出口の形状そのまま吐出されたことが判る。

従って、さらに小さい縦５０μｍ×横５０μｍの矩形吐出口から吐出した実施例１の塗布剤は、図５（ａ）に示す断面形状の角部に着目すると後述する比較例１の塗布剤に比べて、少なくとも半径１０μｍ以下の円弧をもつ鋭角な角を持った矩形の形を維持したままの吐出ができることが判る。ちなみに、一般的な塗布剤の場合は、半径５０μｍ以下の円弧を持ってしまうため、矩形断面の縦及び横の辺において直線の断面を持った吐出はできないことが判る。

（比較例１）
比較例１の塗布剤の構成として、「ＥＲＡＳＴＯＳＩＬＬＲ」ＡＢ混合剤の主剤であるシリコーン（ＳＰ値７．３〜７．６）は、非水溶であるため、非水溶でＳＰ値も比較的近い極性のｎヘプタン（ＳＰ値７．５）を添加溶剤として選択し、主剤に対して０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の分量でｎヘプタンを混合した塗布剤と非水溶と相反する水溶性溶剤のジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（ＳＰ値９．０）を選択し、主剤に対して０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の分量でジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（ＳＰ値９．０）を混合した比較例１の塗布剤を用意した。

次に、一般的な塗布剤構成であるＳＰ値差が小さい混合塗布剤を使ってディスペンスコントローラーと卓上ロボットに搭載した縦５００μｍ×横５００μｍの矩形の吐出口の径を１０００μｍピッチで７本形成したラインコーターヘッドから、誘電エラストマーフィルム上へフィルム面から０．３ｍｍ吐出口を離した状態で、吐出圧３６０ｋＰａ、ヘッドスピード１０ｍｍ／秒で６ｍｍ長のストライプパターンを吐出した。

その結果、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ストライプパターン（吐出物）１３０の４つの角（図中、破線で表示）１３０ｅにおいて半径５０μｍ以上の円弧を持つ丸味を帯びたライン形成となった。この結果から、縦５００μｍ×横５００μｍの矩形吐出口から一般的な塗布剤構成である同じ極性溶剤の混合塗布剤を吐出すると吐出流路、吐出出口付近のコーターヘッドと塗布剤との摩擦によるせん断応力によって、吐出流路中央の流速（せん断速度）と吐出流路側面の流速（せん断速度）との差が生じることによって、吐出口径の寸法よりも外側へ広がって吐出されてしまうことが判った。
従って、さらに小さい縦５０μｍ×横５０μｍの矩形の吐出口から吐出した比較例１の塗布剤は、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、断面形状の角部に着目すると既に丸味を帯びているので、矩形の形を維持したままの吐出ができる可能性は限りなく低いことが判った。

（実施例２）
実施例１の塗布剤を使って、基材へ塗布する過程でＺ方向へコーターヘッド、ディスペンサーを速度可変させて動作させることを繰り返すことで、伸縮基材上面に対しＺ方向にアーチ状又はループ状の矩形の導電配線を連続的に形成することを行った。例えば、コーターヘッドをＹ軸方向へ本発明の塗布剤を吐出しながら１０ｍｍ送り、吐出を止めずにＺ軸方向へ２ｍｍ、Ｙ軸マイナス方向に１ｍｍヘッドを移動させ、次にＺ軸をそのままの座標で維持させて、Ｙ軸方向プラス側へ３ｍｍ移動、次にＹ軸マイナス方向に１ｍｍヘッドを移動させながら伸縮基材上面に吐出口を着地させ、Ｙ軸プラス方向へ１ｍｍ送るといった動作を繰り返すことで、Ｙ軸方向に対し、ループ状の配線が連続して繋がったラインを形成できた。これにより矩形のため、底辺である接地面積も広く伸縮性基材を伸縮させてもアーチ又はループ状の導電配線が伸びることなくフレキシブルに対応する、ほとんど配線抵抗が変わらない回路、センサーなどの形成が可能となった。

（実施例３）
図７（ａ）に示すように、１ピッチ１０００μｍ、幅５００μｍ、高さ５００μｍの吐出口１５を１３本有するヘッド１４を作製した。吐出口１５は、等間隔で７本の吐出口１５Ａを下に、６本の吐出口１５Ｂを上に５００μｍピッチずらし互い違いに構成した。
実施例１と同様の要領で、吐出口１５Ａ，１５Ｂから同時に実施例１の塗布剤を吐出し、ライン形成を行った。上下の塗布条件を変えて最適な条件で吐出した結果、図７（ｂ）に示すように、矩形でほぼ縦及び横の寸法が１対１の矩形（アスペクト比１）で底辺及び基材２０に直交する辺、上辺全てにおいてシャープにかつフラットに、４隅も鋭角になったラインが、隙間無く横一列に合計１３本の構造体４２を形成できた。
本実施例３では、同じ材質の塗布剤を使用したが、異なった材質の塗布剤の構成を実施することによって、例えばリチウムイオン電池の構成である正極活物質層と導電材層をセパレートに吐出することで、遠くのイオンが到達する速度を速くすることができるなどの応用展開が可能なことが判った。

以上説明したように、本発明の一態様によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）矩形のパターンが形成できるため、導電性インキで形成した場合、断面積を縦×横の寸法のみで計算することができ、非破壊でかつ安定した電気抵抗値を示す導線を形成できる。
（ｂ）吐出口の形状に近い形状で塗布剤を吐出することができるため、形状による視覚的効果（光学的効果含む）を持つパターン形成ができる。
（ｃ）基材に対し、垂直に切立った面を形成できるため、ライン吐出の場合、例えば矩形のラインの間隙を極限まで詰めた構造体を作ることができる。
（ｄ）アスペクト比（高さ／底辺）が１以上の矩形パターンを形成することができ、狭い幅により多くのライン形成が可能である。
（ｅ）ＸＹＺ系ロボットに塗布剤を使用したコーターヘッド、ディスペンサーを搭載することで、立体的な矩形ライン構造物の形成ができる。例えば、伸縮性基材（エラストマー）に対し、伸縮性導電性を有する本発明塗布剤を使って、基材へ塗布する過程でＺ方向へコーターヘッド、ディスペンサーを速度可変させて動作させることを繰り返すことで、伸縮基材上面に対しＺ方向にアーチ状又はループ状の矩形の導電配線を連続的に形成することが可能となり、矩形のため、底辺である接地面積も広く伸縮性基材を伸縮させてもアーチ又はループ状の導電配線が伸びることなくフレキシブルに対応することで、ほとんど配線抵抗が変わらない回路、センサーなどの形成が可能である。
すなわち、エレクトロニクス分野、高機能フィルム分野、セキュリティー分野などへの利用の可能性があり、フォトリソやナノインプリントで形成ができない構造物まで形成できる可能性がある。

本発明は精密で均一な膜厚のラインパターンやストライプパターン又は立体的な構造のパターンが要求される分野において、例えば、抵抗器、コンデンサー等の小型電子部品、液晶表示素子（ＬＣＤ）用のカラーフィルター、燃料電池電極、リチウムイオン電池電極、ストレッチャブル電極、センサーなどの構造体を、簡単に、品質よく、コストも安価に製造することができる等幾多の作用効果を示す。基材の表面にコーターヘッドに形成された吐出口を介して、一種類又は複数の種類の塗布剤、例えば、銀、カーボン、銅粉などで構成された導電性ペースト、絶縁ペースト、ウレタン系素材などで開発されたストレッチャブル導電インキ、カーボンエラストマー材料、誘電エラストマー、貼着剤や非貼着剤等の塗布剤を吐出して基材の表面にラインパターン、立体的構造パターン、ストライプ状に塗布剤を塗布する塗布装置に利用可能である。

１…塗布剤
１０…コーターヘッド
１１…吐出口
１２…吐出流路
１３…油膜
１４…コーターヘッド
１５…吐出口
２０…基材
２１…伸縮性基材
３０…吐出物
４０…構造体
４１…構造体
４２…構造体

Claims (8)

1. コーターヘッド及びディスペンサー用の塗布剤であって、
   フィラーを分散したバインダーと、
   前記バインダーの分散媒及び添加剤の主溶剤に相反する非水溶性又は水溶性の添加溶剤とを有することを特徴とする塗布剤。
2. 前記添加溶剤は、前記分散媒及び添加剤の主溶剤が水溶性である場合には、非水溶性を呈し、前記分散媒及び添加剤の主溶剤が非水溶性である場合には、水溶性を呈する請求項１に記載の塗布剤。
3. 前記フィラー量の含有率が５０〜９９．９％であり、非水溶性の前記分散媒及び添加剤の主溶剤の含有率が０．０１％〜５０％で構成され、さらに、当該塗布剤の０．０１％〜５０％で水溶性の前記添加溶剤が添加された請求項１又は２に記載の塗布剤。
4. 前記フィラー量の含有率が５０〜９９．９％であり、水溶性の前記分散媒及び添加剤の主溶剤の含有率が０．０１％〜５０％で構成され、さらに、当該塗布剤の０．０１％〜５０％で非水溶性の前記添加溶剤が添加された請求項１又は２に記載の塗布剤。
5. シロキサンを主成分とするゴム弾性を有するエラストマーへ前記添加溶剤を添加した請求項１〜４の少なくとも何れか一項に記載の塗布剤。
6. コーターヘッド及びディスペンサーより基材上に吐出した断面形状が、１０μｍ以下の円弧状をなす角部を有する請求項１〜５の少なくとも何れか一項に記載の塗布剤。
7. コーターヘッド及びディスペンサーより基材上に吐出した断面形状が、１０μｍ以下の円弧状をなす角部を有することを特徴とする吐出物。
8. 請求項１〜５の少なくとも何れか一項に記載の塗布剤を吐出する吐出口と、この吐出口に連通し、かつ供給する吐出流路とを有することを特徴とする塗布装置。