JP5049581B2

JP5049581B2 - 形成方法

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Publication number: JP5049581B2
Application number: JP2006344636A
Authority: JP
Inventors: 雅朗古川; 裕二鶴岡; 孝志毛利; 誠一神谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP2008159693A

Description

本発明は、反応性を有する２種類の液体を基材に向けて吐出しパターンを形成する形成方法、及び前記液体を記録媒体に吐出させて記録を行う記録方法に関する。

従来、紙や布などの記録媒体に対してインク滴を吐出することによりモノクロ、カラーなど様々な記録を行うインクジェット記録装置が開発されている。インクジェット記録装置では、高精細記録を可能とするためのノズル配設密度の高密度化や、高速な記録を行うためのマルチノズル化などの改良が盛んに進められている。さらに、互いに反応性を有する２種類の液体を用い、一方の液体を先に記録媒体に着弾させた後に、続けて同じ位置にもう一方の液体を重ねて記録を行うインクジェット記録方法についても多数提案がなされている。この方法では、記録媒体上で２種類の液体中の成分を不溶化または凝集させている。これら記録方法の中では、例えば、導電性溶液と絶縁性溶液とを記録媒体である基板に記録し、電子回路の回路パターンを形成するインクジェット記録方法が知られている。

特許文献１では、ドットを形成すべき位置においてプリント用インクと処理インクとを重ねてプリントするインクジェット記録方法が開示されている。ここでは、プリント用インク滴に先立って処理インク滴を吐出したり、逆に先に記録されたプリント用インク上に処理インクを重ねたりすることにより、プリント物の耐水性等の向上を図っている。

ところで、異なる種類の液滴を記録媒体の同じ位置に連続して記録する場合、先に着弾した液体層の定着が不十分なうちに後続の液体が着弾すると、着弾時の衝撃によって液体層に波動が生じ、理想の記録領域から液体がはみ出してしまう場合がある。以下、本明細書においてこのような現象を「はきよせ」と称する。

図４（ａ）〜（ｅ）は、上記「はきよせ」現象を説明するための模式図である。ここでは、染料を含有したインク滴４を吐出するノズル２と、当該インク滴４と反応して画像の耐水性を向上させる処理液滴５を吐出するノズル３とを備えた記録ヘッド１を用いて、記録媒体６に画像を記録する様子を示している。

図４（ａ）において、記録ヘッド１は図のＸ方向に移動（走査）しながらＺ方向にインク滴４および処理液滴５を吐出して、記録を行う。従って、インク滴４および処理液滴５は、Ｚ方向の速度成分とＸ方向の速度成分を有した方向（矢印で示した方向）に飛翔し、記録媒体６に着弾する。７は、インク滴４に先立って処理液滴５が連続して着弾することにより形成された処理液層であり、記録媒体６に十分に定着していない状態を示している。

図４（ｂ）は、同図（ａ）より記録走査が進行し、インク滴４が処理液層７上に着弾して混合物８が徐々に形成されていく様子を示している。なお、記録ヘッド１の記録走査が進行している分、処理液層７もＸ方向に拡大されているが、ここでは画像形成領域Ｒに対する処理液層７に注目し、画像形成領域Ｒ以外の領域に対する処理液滴５の吐出動作については省略する。

図４（ｃ）は、同図（ｂ）の状態を上面から観察した際の様子を示した図である。処理液層７に着弾するインク滴４は、Ｘ方向の速度成分を有しているため、インク滴４が着弾した際、処理液層７の中にはＸ方向に処理液を押し進めるような波動９が発生する。

図４（ｄ）は、このようなインク滴４の着弾を更に進めた状態を示している。連続して着弾されるインク滴４は、同様にＸ方向の速度成分を有しているため、処理液層７を形成する処理液は徐々にＸ方向に押し進められていく。結果、同図（ｅ）のように、処理液とインクの混合物８は、当初処理液層７が形成されていた画像形成領域Ｒをはみ出した領域Ｒ´まで広がってしまう。このような「はきよせ」は、当初の画像領域を拡大させ、画像の先鋭性を損なわせ画像品位を劣化させる。

これに対し、特許文献２には、上記「はきよせ」現象の影響を低減させるインクジェット記録方法が開示されている。

図５（ａ）および（ｂ）は、特許文献２に開示されている記録方法を説明するための模式図である。同図（ａ）において、インク滴４は画像形成領域Ｒに記録される一方、処理液滴５は画像形成領域Ｒと画像形成領域Ｒから３ドット分はみ出した領域１０に記録される。このように、領域１０に処理液のみの層を形成することにより、インクと処理液の混合物が画像形成領域ＲよりもＸ方向にはみ出して流出するのを阻止することが出来る。これに対し、同図（ｂ）のように、処理液滴５は画像形成領域Ｒよりも３ドット分狭い領域に記録される。この場合、画像形成領域ＲのＸ方向終端部（同図中の右端部）において、Ｘ方向への波動が発生しない或いは伝導されないため、終端部に記録されたインク滴４がＸ方向にはみ出すことを抑制できる。特許文献２によれば、以上説明した図５（ａ）および（ｂ）のように、処理液の記録領域をインクの記録領域よりも広げたり狭めたりすることによって、インクと処理液との混合物の流動を抑制することが可能となる。

なお、特許文献２の記録方法は、上述した例のように有色インクと無色透明の処理液を用いて画像を形成するような場合に有用な方法である。つまり、処理液が、図５（ａ）のように画像形成領域Ｒよりはみ出して記録されても、また図５（ｂ）のように画像形成領域Ｒより狭い範囲に記録されていても、処理液自体が無色透明であるので画像上問題にならないからである。

特開昭５８−１２８８６２号公報特開平１０−２７８２４２号公報

しかしながら、電子基板上に電子回路の回路パターンをインクジェット記録方式によって形成するような場合には、上記特許文献２の記録方法を用いることは適切とは言えない。電子回路の回路パターンを形成するためのインクジェット記録装置では、導電性溶液と絶縁性溶液を電子基板上に記録する。しかし、いずれの溶液も所定の記録領域よりはみ出して記録されたり、所定の記録領域より狭い範囲に記録されたりすると、形成された回路の動作に不具合が生じる恐れがあるからである。すなわち、電子回路の回路パターンを形成するためのインクジェット記録装置においては、記録すべき所定の記録領域の範囲を変更することなく、波動の影響による混合液の流出が起こらないように２種類の液体を吐出することが求められる。そして、そのように２種類の液体を吐出してパターンを形成する形成方法、及び前記液体を記録する記録方法が求められている。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、記録すべき所定の記録領域の範囲を変更することなく、波動の影響による「はきよせ」現象を抑制可能な形成方法及び記録方法を提供することにある。

そのために本発明においては、絶縁性微粒子を含有する第１液体および前記絶縁性微粒子に吸着して吸着後の前記絶縁性微粒子同士を凝集させる作用を有する導電性微粒子を含有する第２液体を吐出する液体吐出ヘッドと、基材とを、相対的に走査させることにより、前記基材上に導電パターンを形成して回路パターンを形成する形成方法であって、前記第１液体を前記基材に吐出することにより第１液体層を形成する第１工程と、前記第１液体層上の一部であって前記導電パターンを形成する所定領域の端部領域に、前記相対的走査の方向と交差する方向に前記第２液体の液滴が連続して着弾するように前記第２液体を吐出する第２工程と、該第２工程において前記第２液体が着弾した前記端部領域が前記液体吐出ヘッドと前記基材との相対的な走査方向における前記所定領域の下流側となるように前記相対的走査を行いながら、前記第１液体層上の前記所定領域の前記第２の液滴が着弾されていない部分に、前記第２の液体が前記相対的走査の方向に連続して着弾するように、前記第２液体を吐出する第３工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、記録領域の一部領域に反応性を有する２溶液による反応物を先に形成することにより、その後の残りの記録領域に対する記録によって発生する波動の伝達が抑制され、「はきよせ」現象の影響を低減することが可能になる。

以下、本発明を適用可能な回路パターン形成装置について説明する。

図３は、本実施形態の回路パターン形成装置の要部構成を説明するための模式図である。２０は、フィルム状、シート状、板状などの平面形状を有する基材（記録媒体）であり、パターン形成時には図のように搬送ステージ２１上に固定されている。搬送ステージ２１は、Ｙ方向に移動可能であり、記録ヘッド（液体吐出ヘッド）２２に対する基材２０上のＹ方向の位置を制御することが出来る。

記録ヘッド２２には、絶縁パターンを形成するための絶縁性溶液（第１液体）を吐出するノズル２３と、導電パターンを形成するための導電性溶液（第２液体）を吐出するノズル２４が、それぞれＹ方向に複数配列する形態で備えられている。図では示していないが、記録ヘッド２２には、それぞれの溶液を供給するための２つのタンクも取り付けられている。記録ヘッド２２は、シャフト２５に案内支持され、不図示の駆動手段によってＸ方向に相対走査し、基材２０に対するＸ方向の記録位置を制御することが出来る。すなわち、記録ヘッド２２のＸ方向の相対走査と当該相対走査方向と垂直な方向への搬送ステージ２１のＹ方向の走査によって、記録ヘッド２２は基材２０の所望の位置に絶縁性溶液３０および導電性溶液４０をそれぞれ記録することが出来る。

なお、本実施形態に適用可能な基材２０の材質としては、ポリエステルフィルム、芳香族ポリアミドフイルム、ポリイミドフイルムのような熱可塑性樹脂フィルムが挙げられる。また、ガラス繊維、ポリエステル繊維あるいは芳香族ポリアミド繊維による織物であってもよいし、不織布に熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂を含浸硬化させてシート状にしたものであってもよい。更に、通常の回路基板に用いられるガラスエポキシ積層板のような板状の基材も適用することが出来る。

本実施形態で使用する第１液体としての導電性溶液には導電性微粒子が、第２液体としての絶縁性溶液には絶縁性微粒子がそれぞれ含有されている。そして、両溶液が混合した際には凝集反応を起こして導電性微粒子が絶縁性微粒子の表面に吸着され、反応物が生成されるように設計されている。このような作用を有する材料の例としては、導電性微粒子にはＡｇやＳｎＯ２の金属コロイドが挙げられ、絶縁性微粒子にはアルミナや酸化亜鉛が挙げられる。形成される回路パターンの均一性や安定性の観点から、導電性微粒子径は数１０〜数１００ｎｍの範囲のもの、絶縁性微粒子径は導電性微粒子径の５倍以上で１５倍以下、好ましくは１０倍程度すなわち数１００ｎｍ〜数μｍのものが好適に用いられる。但し、本発明は、このような材料に限定されるものではなく、上記作用を実現することが可能であれば、上記以外の材料や粒子径であっても広く採用することが出来る。

図１（ａ）〜（ｄ）は、回路パターンを形成するプロセスを模式的に説明するための断面図である。同図において、記録ヘッド２２は、Ｘ方向へ走査しながら絶縁性溶液滴３０および導電性溶液滴４０をＺ方向に吐出する。よって、絶縁性溶液滴３０および導電性溶液滴４０は、Ｘ成分とＺ成分を併せ持った斜め方向の速度で基材２０に着弾する。図１（ａ）は、まず絶縁性溶液滴３０が記録ヘッド２２から基材２０上に向けて吐出される様子を示している。

基材上（記録媒体上）に着弾した絶縁性溶液滴３０は、同図（ｂ）に示すように互いに接触、吸着し、絶縁性溶液層３３を形成する。この時、絶縁性溶液に含まれている絶縁性微粒子３１は、絶縁性溶液層３３の内部において分散状態が不安定となるため、基材２０の極表面に絶縁性微粒子同士の凝集物３２を形成する。なお、ここでＬは絶縁性溶液層３３上に重ねて形成する導電パターンの形成領域を示している。

本実施形態では、形成された絶縁性溶液層３３の中で導電パターンの形成領域Ｌにおいて、記録ヘッド２２走査方向の最下流側の端部領域（図中の最右端領域に相当）である終端部５０に、まず１ドット分の導電性溶液滴４０を吐出する。

絶縁性溶液層３３の中に１ドット分の導電性溶液滴４０が基材上に着弾すると、導電性溶液に含まれる導電性微粒子４１と絶縁性溶液層３３に含まれる絶縁性微粒子３１とが化学的に凝集する。具体的には、導電性微粒子４１の粒子径が絶縁性微粒子３１径の１／１０程度であるため、図１（ｃ）に示すように、導電性微粒子４１が絶縁性微粒子３１の表面に均一に吸着した状態となる。従って、絶縁性微粒子３１の表面近傍では、導電性微粒子４１同士の凝集は殆ど起こらない。一方、着弾後直ぐに絶縁性微粒子３１と凝集できなかった導電性微粒子４１は、絶縁性溶液層３３の内部である程度拡散する可能性があるが、終端部５０は絶縁性溶液層３３において僅かな範囲であるので、直ぐに未反応の絶縁性微粒子３１と凝集することができる。このような絶縁性微粒子３１と導電性微粒子４１の凝集反応は、着弾後の数μｓ以下の僅かな時間で完結してしまうため、導電性溶液滴４０がＸ方向の速度成分を有していても、絶縁性溶液層３３に含まれた導電性微粒子４１はほとんどＸ方向に進行しない。すなわち、絶縁性溶液層３３においてＸ方向の波動もほとんど起こらないので、上記の拡散領域が広がることはない。

導電性微粒子４１を吸着した絶縁性微粒子３１ａは、分散状態が不安定になり、導電性微粒子４１を吸着した絶縁性微粒子３１ａ同士で凝集する。このようにして、絶縁性微粒子３１同士が凝集して形成される下層部と、導電性微粒子４１が表面に凝集した絶縁性微粒子３１ａ同士が凝集して形成される上層部とに分離された立体構造物５１が、絶縁性溶液層３３の終端部５０に形成される（図１（ｄ））。

以上のように、本実施形態の回路パターン形成装置では、まず、終端部５０に絶縁性溶液と導電性溶液との反応物（立体構造物５１）を形成する。そして、その後、導電パターンの形成領域Ｌ内の残りの領域、すなわち記録ヘッド２２の走査方向上流側の領域の少なくとも一部に、再度記録ヘッド２２を走査させて導電性溶液を記録する。

この段階で導電性溶液滴４０が着弾すると、絶縁性溶液層３３内にＸ方向への波動がある程度発生する。しかし、終端部５０には既に立体構造物５１が形成されているため、終端部５０より先のＸ方向への波動の伝達を抑制することが可能となる。すなわち、導電性微粒子４１は、導電パターン形成領域Ｌを越えることなく、記録すべき所定の記録領域Ｌ内に滞留する。更に、この状態で乾燥機を用いて基材を乾燥させることにより、各溶液の溶剤が揮発し、絶縁パターンと導電パターンが精度良く基材２０上に形成される。

図２（ａ）〜（ｃ）は、基材２０上に形成する絶縁パターンおよび導電パターンの形成領域および位置関係を説明するための上面図である。同図（ａ）において、３５は絶縁パターン形成領域、４５は導電パターン形成領域、５０は導電パターン形成領域４５の終端部をそれぞれ示している。図２（ｂ）は、絶縁パターン形成領域３５内に絶縁性溶液滴３０を記録した後、まず導電パターン形成領域４５中の終端部５０に導電性溶液滴４０を記録し、Ｙ方向に沿って連続する終端部５０に立体構造物５１を形成する様子を示している。更に、図２（ｃ）は、導電パターン形成領域４５の残りの領域に対して導電性溶液滴４０を記録し、最終的に絶縁パターン３４と導電パターン４４とが形成された状態を示している。このように、導電性パターン形成領域４５の終端部５０において、Ｙ方向のどの位置に対しても、先行して立体構造物５１が形成されるように絶縁性溶液と導電性溶液の記録を制御する。これにより、先に形成した立体構造物５１がＸ方向への波動の伝達を遮断する効果を有するため、「はきよせ」現象を低減することが可能になる。

なお、上記実施形態では、導電性パターン形成領域４５の終端部５０において、Ｙ方向のどの位置に対しても、先行して導電性溶液を記録し、立体構造物５１を形成する内容で説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。

図６（ａ）および（ｂ）は、先行して形成される立体構造物５１の位置の別例を、図２（ｂ）と比較しながら説明するための上面図である。図６（ａ）は、Ｙ方向に沿って連続する終端部５０のうち、先行して導電性溶液を記録する箇所を１ドットおきに間欠的（不連続）に存在させた場合を示している。図６のように、１ドットおきに記録した場合であっても、「はきよせ」を阻止できる程度の立体構造５１を形成するには充分な場合もあるため、このような立体構造物５１の配置であってもよい。また、図６（ｂ）は、先行して導電性溶液を記録する箇所を終端部５０に限定せず、導電性パターン領域４５の所々に分散させた例を示している。「はきよせ」の原因となる波動の大きさは、波動を引き起こす流体の量、すなわち立体構造物５１よりも上流に吐出される導電性液滴４０の数にも影響を受ける。よって、図６（ｂ）のように導電性パターン領域４５の所々に、波動を阻止する立体構造物５１を予め形成しておけば、導電性パターン領域４５内の波動全体を抑制することが出来るのである。

また、上記実施形態では、絶縁性溶液を記録する工程と、先行して部分的に導電性溶液を記録する工程と、残りの領域に導電性溶液を記録する工程とを、全て記録ヘッドのＸ方向の異なる走査で実行する内容で説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ方向と−Ｘ方向の双方向で記録が可能な装置であれば、先行して導電性溶液を記録する工程のみを−Ｘ方向の走査で実行させてもよい。この場合、終端部５０への記録を行った際に発生する僅かな波動は、「はきよせ」が懸念されるＸ方向とは逆の−Ｘ方向に起こるので、より一層「はきよせ」の程度を軽減することが期待できる。

更に、上記実施形態では、絶縁性溶液を吐出するノズル列と、導電性溶液を吐出するノズル列の２列を備えた記録ヘッドを用いて説明を行ったが、本発明はこのような構成に限定されるものでもない。例えば絶縁性溶液を吐出する１列のノズル列と導電性溶液を吐出する２列のノズル列を配備し、３段階の記録工程を同一の１回の記録走査で実行する構成であっても構わない。逆に、全ての工程を異なる記録走査で行う構成であっても無論構わない。

更に、上記実施形態では絶縁性溶液と導電性溶液とを基材２０に記録することにより、回路パターンを形成する例で説明したが、無論本発明はこのような用途に限定されるものではない。例えば、背景技術の項で説明したように、インク液と無色透明な処理液を用いて耐水性の高い画像を形成するような場合であっても、本発明は効果的に用いることが出来る。

また更に、上記実施形態における回路パターン形成装置では、基材２０が固定される搬送ステージ２１はＹ方向のみに移動可能で、搬送ステージ２１が固定された状態で記録ヘッド２２をＸ方向に走査させた。そして、これにより絶縁性溶液３０および導電性溶液４０を記録する構成を示した。しかし、本発明は、以上の構成に限定されるものではなく、搬送ステージ２１をＸ方向にも移動可能とし、記録ヘッド２２が固定されたまま搬送ステージが走査することで、前記溶液を記録する構成としても良い。すなわち、記録ヘッド２２と基材２０とが相対的に走査することにより、基材２０上にパターンを形成する回路パターン形成装置の構成であれば良い。

（ａ）〜（ｄ）は、回路パターンを形成するプロセスを模式的に説明するための断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、基材上に形成する絶縁パターンおよび導電パターンの形成領域および位置関係を説明するための上面図である。本発明に適用する実施形態の回路パターン形成装置の要部構成を説明するための模式図である。（ａ）〜（ｅ）は、「はきよせ現象」を説明するための模式図である。（ａ）および（ｂ）は、特許文献２に開示されている記録方法を説明するための模式図である。（ａ）および（ｂ）は、先行して立体構造物を形成する位置の別例を説明するための上面図である。

符号の説明

１記録ヘッド
２、３ノズル
４インク滴
５処理液滴
６記録媒体
７処理液層
８混合物
９波動
１０領域
２０基材
２１搬送ステージ
２２記録ヘッド
２３絶縁性溶液用ノズル
２４導電性溶液用ノズル
２５シャフト
３０絶縁性溶液滴
３１絶縁性微粒子
３２凝集物
３３絶縁性溶液層
４０導電性溶液滴
４１導電性微粒子
５０終端部領域
５１立体構造物

Claims

絶縁性微粒子を含有する第１液体および前記絶縁性微粒子に吸着して吸着後の前記絶縁性微粒子同士を凝集させる作用を有する導電性微粒子を含有する第２液体を吐出する液体吐出ヘッドと、基材とを、相対的に走査させることにより、前記基材上に導電パターンを形成して回路パターンを形成する形成方法であって、
前記第１液体を前記基材に吐出することにより第１液体層を形成する第１工程と、前記第１液体層上の一部であって前記導電パターンを形成する所定領域の端部領域に、前記相対的走査の方向と交差する方向に前記第２液体の液滴が連続して着弾するように前記第２液体を吐出する第２工程と、
該第２工程において前記第２液体が着弾した前記端部領域が前記液体吐出ヘッドと前記基材との相対的な走査方向における前記所定領域の下流側となるように前記相対的走査を行いながら、前記第１液体層上の前記所定領域の前記第２の液滴が着弾されていない部分に、前記第２の液体が前記相対的走査の方向に連続して着弾するように、前記第２液体を吐出する第３工程と、
を有することを特徴とする形成方法。
前記第３工程では、前記端部領域が前記液体吐出ヘッドと前記基材との相対的な走査方向における前記所定領域の下流となるように前記相対的走査を行いながら、前記第１液体層上の前記所定領域の前記第２の液滴が着弾されていない全ての部分に、前記第２液体を吐出することを特徴とする請求項１に記載の形成方法。
前記第１工程と前記第２工程とは、前記相対的走査の同一の走査において実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の形成方法。
前記絶縁性微粒子の粒子径は、前記導電性微粒子の粒子径の５倍以上かつ１５倍以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の形成方法。