JP7779437B2 - 塗膜形成方法 - Google Patents

塗膜形成方法

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Description

本発明は、塗膜形成方法に関する。本発明は、特に、装置内での固形物の発生及びヘッドノズルの閉塞を抑制し、良好な射出性及び安定した硬化性が得られる塗膜形成方法に関する。
従来、プリント配線基板のエッチングレジスト、ソルダーレジスト、及びマーキングの形成には、フォトリソグラフィーやスクリーン印刷法が用いられていた。
プリント配線基板の製造方法へのインクジェット方式の活用としては、例えば、プリント配線板用銅張積層板に熱硬化剤を含んだインクジェット用インクを用いる。そして、インクジェットプリンターにて、ソルダーレジストを形成することが、既に提案されている(例えば、特許文献1~3参照。)。
前記インクジェット方式は、フォトマスクを必要とするフォトリソグラフィーや、スクリーン版を必要とするレジストインキやマーキングインクのスクリーン印刷法に比べて、工程数や手間が大幅に削減できる。また、インクジェット方式は、現像液や各種インキ、洗浄溶剤、などの消耗品も削減でき、また、廃水も削減できることから環境のクリーン化が期待できる。
しかしながら、前記熱硬化剤、特にブロックイソシアネートを含有したインクにおいては、インクに含まれる水やヒドロキシ基とブロックイソシアネートが反応して固形物を発生させる。そのために、インクジェット法でインクをヘッドから射出した際に、ノズルに詰まりが生じ、射出不良を起こしやすいという問題がある。
特に、硬化性インクにおいては、インクジェットの射出性能を上げるために、通常、加温しインク粘度を下げて射出を行うが、加温により、さらに固形物の発生を加速させてしまう。
そこで、イソシアネート基を含有したインクの製造時に、含水率を500ppmと低く抑える方法が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。
しかしながら、含水率を500ppmに抑える方法は、製造負荷も大きく、維持管理や保管が難しく、コストアップにもつながる。また、前記方法は、製造後、直ちにインクを使用する前提である。
特許第06069300号 特開2011-043565号公報 特許第05969208号 特開2014-201593号公報
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものである。本発明の解決課題は、装置内での固形物の発生及びヘッドノズルの閉塞を抑制し、良好な射出性及び安定した硬化性が得られる塗膜形成方法を提供することである。
なお、以下において、「インクジェット用インク」を単に「インク」ともいう。
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討した。本発明者は、インクの脱水工程を行った上でインクを射出することで、ブロックイソシアネートを含有したインクを用いても、塗膜形成装置内での固形物の発生を抑制できることを見いだした。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.インクジェットヘッドを用いた塗膜形成方法であって、
インクジェット用インクが、重合性モノマー、ブロックイソシアネート及び光重合開始剤を含有し、
前記インクジェットヘッドを用いて吐出する前に前記インクジェット用インクを脱水する脱水工程と、
前記脱水工程を経た前記インクジェットヘッドから射出される前記インクジェット用インクの温度が40℃以上となるようにする加熱工程と、を有する塗膜形成方法。
2.前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路において、前記加熱工程を行う
第1項に記載の塗膜形成方法。
3.前記脱水工程において、乾燥装置にて水分量を低下させた乾燥ガスを、前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路内に注入する
第1項に記載の塗膜形成方法。
4.前記脱水工程において、前記乾燥ガスの生成をメンブレンフィルター又は活性炭を用いる
第3項に記載の塗膜形成方法。
5.前記脱水工程後に、前記インクジェット用インクの脱気工程を備える
第1項に記載の塗膜形成方法。
6.前記脱気工程は、中空糸又は超音波を用いる
第5項に記載の塗膜形成方法。
7.前記脱水工程後、前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路において、前記加熱工程に加えてさらに第2加熱工程を行う
第2項に記載の塗膜形成方法。
本発明の上記手段により、ブロックイソシアネートを含有したインクを用いても、塗膜形成装置内での固形物の発生及びヘッドノズルの閉塞を抑制し、良好な射出性及び安定した硬化性が得られる塗膜形成方法を提供できる。
本発明の効果の発現機構又は作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
ブロックイソシアネートを含有したインクは、インクに含まれる水やヒドロキシ基とブロックイソシアネートが反応して固形物を発生させる。特に、このようなインクを加熱することで、固形物の生成が加速される。その結果、塗膜形成装置内で固形物が生成した場合は射出不良に繋がる。
固形物生成の推定機構としては、インクに含まれる水やヒドロキシ基とブロックイソシアネートが反応して、ブロックイソシアネート(NCO)部分が加水分解され、アミンが発生する。さらに、アミノ基とNCO部位と反応して結合部位がウレアとなった多量体を形成する。また、アクリルモノマーの加水分解で発生したアルコール成分が、NCO部位と反応し多量化するなどが推察される。
そのため、本発明では、ブロックイソシアネートを含有するインクを射出する前にインクの脱水工程を行うこととした。これにより、インクに含まれる含水量を低減でき、インクに含まれる水やヒドロキシ基とブロックイソシアネートとの反応を抑制し、固形物の発生も抑制できる。その結果、インクの射出性が良好で安定した硬化性が得られる。
特に、インクジェットヘッドから射出されるインクの温度を40℃以上となるように加熱した場合でも、固形物の発生を加速させることがなく射出性が向上する。
本実施の形態に係るインクジェット記録装置のインク流路について説明する図 外部還流型の脱気モジュールの概略断面図 外部還流型の脱気モジュールの中心管内部の構成を示す概略断面図 外部還流型の脱気モジュールの中心管内部の構成を示す概略断面図 脱水装置の他の形態であるデシカントフィルターの正面図
本発明の塗膜形成方法は、インクジェットヘッドを用いた塗膜形成方法であって、インクが、重合性モノマー、ブロックイソシアネート及び光重合開始剤を含有し、前記重合性モノマーが、前記インクジェット用インクの脱水工程と、前記インクジェットヘッドから射出される前記インクの温度が40℃以上となるようにする加熱工程と、を有する。
この特徴は、下記各実施形態に共通又は対応する技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路において、前記加熱工程を行うことがインクの粘度を下げて射出性をより良好にできる点で好ましい。
また、前記脱水工程において、乾燥装置にて水分量を低下させた乾燥ガスを、前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路内に注入することが、乾燥ガスの注入が簡易で、かつ、インクを確実に脱水できる点で好ましい。
前記脱水工程において、前記乾燥ガスの生成をメンブレンフィルター又は活性炭を用いることが、インク物性の変動がなく射出性への影響がない点と、装置導入が容易な点で好ましい。
前記脱水工程後に、前記インクジェット用インクの脱気工程を備えることが、脱水処理による気泡を除去でき、射出性の向上に繋がる点で好ましい。
前記脱気工程は、中空糸又は超音波を用いることが、酸素阻害による硬化均衡崩と膜劣化を防ぐことで塗膜性能が向上できる点と、気泡欠を防ぐことで射出性の向上につながる点で好ましい。
前記脱水工程後、前記インクジェットヘッドに前記インクを供給するインク供給路において、前記加熱工程に加えてさらに第2加熱工程を行うことが、射出性がさらに良好となる点で好ましい。
以下、本発明とその構成要素及び本発明を実施するための形態・態様について説明をする。なお、本願において、「~」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値とし
て含む意味で使用する。
1.本発明の塗膜形成方法の概要
本発明の塗膜形成方法は、インクジェットヘッドを用いた塗膜形成方法であって、インクジェット用インクが、重合性モノマー、ブロックイソシアネート及び光重合開始剤を含有し、前記重合性モノマーが、前記インクジェット用インクの脱水工程と、前記インクジェットヘッドから射出される前記インクの温度が40℃以上となるようにする加熱工程と、を有する。
本発明において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート又はメタアクリレートを意味する。「(メタ)アクリロイル基」は、アクリロイル基又はメタアクリロイル基を意味し、「(メタ)アクリル」は、アクリル又メタクリルを意味する。
本発明に用いられるインクは、例えば、金属加工、電子回路、プリント基板、製版、半導体分野、カラーフィルターなどの各種分野で、基板に塗布した上で活性光線により硬化することで、絶縁膜(ソルダーレジスト) として機能するものである。また、光硬化後にアルカリで除去することも可能なため、基板上にエッチングパターンを形成する際に用いるエッチングレジストとしても機能するものである。
なお、前記インクは、前記したソルダーレジストパターン形成用のインクとして用いる他、電子部品用の接着剤や封止剤、回路保護剤などとして用いることもできる。
特に、本発明に係るインクは、プリント配線基板に用いられるソルダーレジストパターン形成用のインクであることが好ましい。本発明に係るインクを用いてソルダーレジストパターン(ソルダーレジスト膜)を形成したときに、硬化性が高いためソルダーレジスト膜への酸素や水分の浸透を防ぐことができる。また、本発明に係るインクはプリント配線基板における銅箔とソルダーレジスト膜界面の密着性が良好となり、銅のマイグレーションが防止され絶縁性の低下を抑制することもできる。
本発明に係るインクは、活性光線により硬化可能なインクである。
「活性光線(「活性エネルギー線」ともいう。)」とは、その照射によりインク中に活性なラジカル、イオン等の反応開始種を発生させるエネルギーを付与できる光線であり、α線、γ線、X線、紫外線、電子線等を包含する。中でも、硬化感度及び装置の入手容易性の観点から紫外線及び電子線が好ましく、紫外線がより好ましい。
<脱水工程及び加熱工程>
本発明の塗膜形成方法は、前記インクの脱水工程と、前記インクジェットヘッドから射出される前記インクの温度が40℃以上となるようにする加熱工程と、を有する。
脱水工程及び加熱工程の順序は問わないが、脱水工程後に加熱工程を行うことが、加熱によるインク中の固形物発生の防止効果に有効な点で好ましい。本発明に係るインクは、ブロックイソシアネートを含有しているため、インクに含まれる水やヒドロキシ基とブロックイソシアネートが反応して固形物を発生させる。特に、このようなインクは加熱により、固形物の生成が加速される。そのために、加熱前にインクの脱水を行うことが固形物の形成の防止に有効である。
なお、加熱工程は複数回行うことが、射出性の観点で好ましい。後述するが、加熱工程は、脱水工程の直後及び脱気工程後で射出直前に行うことが好ましい。
脱水工程及び加熱工程についての詳細は後述する。
2.塗膜形成方法
本発明の塗膜形成方法は、前記した脱水工程及び加熱工程のほか、下記工程(3)~(6)を含むことが好ましい。なお、脱水工程と加熱工程は、その順序は問わないが、以下の説明では、好ましい形態として脱水工程後に加熱工程を行う場合を説明する。また、塗膜形成方法の一例として、レジスト膜の形成方法を例に挙げて説明する。
(1)インクの脱水工程
(2)インクの加熱工程
(3)インクの脱気工程
(4)加熱されたインクをインクジェットヘッドのノズルから射出して、回路形成されたプリント配線基板上に着弾させる工程
(5)着弾したインクに活性光線を照射してインクを仮硬化させる工程
(6)仮硬化後、インクを加熱して本硬化する工程
<(1)の工程>
(1)の工程は、インクジェットヘッドからインクを射出する前にインクを脱水する工程である。脱水により、インクに含まれる水やヒドロキシ基とブロックイソシアネートが反応して固形物が発生することを防止できる。
脱水工程では、乾燥装置にて水分量を低下させた乾燥ガスをインク供給路内に注入することが好ましい。これによってインク液中に乾燥ガスが注入されて脱水される。
また、乾燥装置としては、メンブレンフィルター又は活性炭を用いることができる。活性炭を用いたものとしては、例えば、活性炭付きフィルター等が挙げられ、具体的には後述するデシカントフィルターが好ましい。
デシカントフィルターの構成は、コルゲート形状の不織布を含むシート状の基体の表面に、活性炭を含む除湿剤がコーティングされたものであり、詳細については後述する。
乾燥ガスは、相対湿度が10%RH以下である乾燥ガスとすることが好ましく、5%RH以下であることがより好ましく、低ければ低いほどよい。乾燥ガスとしては、例えば、大気、窒素、ヘリウム、アルゴン等を用いることができる。
前記乾燥ガスをインク供給路内に注入(供給)することにより、当該インクのカールフィッシャー法により測定した含水率が、インクの全質量に対して0.05~0.60質量%の範囲内とすることが好ましい。前記含水率は、(1)インクの脱水工程後から(4)インクを射出する工程の直前までの間で、前記範囲内を満たすことが好ましい。
(含水率の測定法)
本発明に係る含水率は、カールフィッシャー法等の公知の方法により測定できる。
カールフィッシャー法による水分測定法は、よう素・二酸化硫黄・ピリジンを含むカールフィッシャー試薬が、メタノールの存在下で水と特異的に反応することを利用して、物質中の水分を定量する方法である。特に、容量滴定法は、滴定フラスコに滴定溶剤を入れ、試料を滴定溶剤に溶解して試料中の水分を抽出した後、ヨウ素、二酸化硫黄、塩基を主成分としたカールフィッシャー試薬で滴定して水分量を求める方法である。
水は塩基とアルコールの存在下でヨウ素、二酸化硫黄と反応する。
0+I+SO+CHOH+3RN → 2RN・HI+RN・HSOCH
上式より、H0とIは1:1の反応であることから、予め水又は水標準物質等でカールフィッシャー試薬1ml当たりの水分ミリグラム数(力価)を求めておく。そして、試料の測定に要したカールフィッシャー試薬の滴定量(ml)から水分量(mg)を算出する。
水分量(mg)= カールフィッシャー試薬滴定量(ml)×力価(mgHO/ml)
カールフィッシャー試薬のことを、KF試薬ともいう。
そして、算出した水分量からインクの全質量に対する含水率を算出する。
含水率(%)=(インク中の水分量/インクの全質量)×100
前記含水率を0.05~0.60質量%の範囲内とするための手段としては、前記脱水工程において、乾燥ガスの供給量や乾燥ガスの供給時間を制御することが挙げられる。また、その他の含水率の制御手段としては、インク中に含有する前記重合性モノマーのオクタノール/水分配係数(ClogP)値を制御すること、インク中のヒドロキシ価を制御すること等が挙げられる。また、その他の含水率の制御手段としては、インクを加熱すること等が挙げられる。
乾燥ガスの供給量は、0.3~1.5L/minの範囲内とし、乾燥ガスの供給時間については、インク加温中はガス供給を継続することが好ましい。
前記重合性モノマーのClogP値は、2.0~7.0の範囲内にあることが好ましい。また、当該ClogP値が2.0~7.0の範囲内にある重合性モノマーが、インク全体に対して30質量%以上含有されていることが、射出安定性の点で好ましい。
前記インク中のヒドロキシ価は、0.05~60mgKOH/gの範囲内であることが好ましい。インク中のヒドロキシ価を前記範囲内とするためには、インク中に含有するヒドロキシ価を有する化合物の仕込み組成を制御したり、ヒドロキシ価を有する化合物を精製することが好ましい。前記ヒドロキシ価を有する化合物としては、例えば、(メタ)アクリレート等が挙げられる。
<(2)の工程>
(2)の工程は、脱水したインクを加熱する工程である。加熱により、インクの液滴を加熱した状態でインクジェットヘッドから射出できる。これにより、射出安定性を高めることができる。
射出時のインクの温度は、40℃以上であることが好ましく、上限は100℃以下であることが好ましい。射出安定性をより高めるためには、前記射出時のインクの温度は、40~90℃の範囲内であることがより好ましい。特に、インクの粘度が7~15mPa・sの範囲内、より好ましくは8~13mPa・sの範囲内となるようなインク温度において射出を行うことが好ましい。
インクの加熱方法は、インクジェットヘッドにインクを供給する流路において、射出時のインクの温度が40℃以上となるように加熱することが好ましい。
前記加熱方法としては、例えば、ヘッドキャリッジのインクタンク、供給パイプ及びヘッド直前の前室インクタンク等のインク供給系、フィルター付き配管並びにピエゾヘッド等の少なくともいずれかをインク加熱部によって加熱できる。
特に本発明では、加熱工程は射出前に複数回行うことが好ましい。具体的には、後述するように、インク供給系において、脱水直後の第1サブタンクにおいて加熱することが好ましい。また、第1サブタンクでの加熱に加えて、さらに、脱気後で射出直前の第2サブタンクにおいて加熱することが射出性向上の点で好ましい。
インク加熱部としては、パネルヒーター、ラバーヒーター、リボンヒーター又は保温水等を用いることができる。
具体的な、インク加熱部の構成については後述する。
<(3)の工程>
(3)の工程は、インクの脱水による気泡を除去するために脱気を行う工程である。
脱気方法は、中空糸又は超音波を用いることが好ましい。中空糸又は超音波を用いた脱気モジュール(脱気装置)についての説明は後述する。
脱気工程により、インク射出時の温度におけるインク中の溶存酸素量は、0.1~10.0mg/lppmの範囲内とすることが好ましい。前記溶存酸素量は、より好ましくは、0.1~5.0mg/lppmの範囲内であり、特に好ましくは、0.05~0.60mg/lppmの範囲内である。
(蛍光法による溶存酸素量の算出方法)
溶存酸素量は、蛍光法等の公知の方法により測定できる。
例えば、蛍光法による溶存酸素量測定法は、蛍光体電極を主体にしており、青色の励起光を蛍光体に当てると蛍光体は赤色の蛍光を放つ特徴がある。赤色蛍光の蛍光エネルギーを酸素分子によって吸収されるため、酸素分子量が多いほど蛍光エネルギーが吸収され、蛍光の残光量は酸素分子量に反比例して減少する。つまり、酸素が多いほど残光が減少する原理を応用して定量する方法である。
なお、前記したように、脱気工程後、下記の射出前に再度前記(2)の加熱工程を行うことが、射出性の観点で好ましい。
<(4)の工程>
(4)の工程では、インクの液滴をインクジェットヘッドから射出して、記録媒体であるプリント配線基板上の、形成すべきレジスト膜に応じた位置に着弾させて、パターニングする。
インクジェットヘッドからの射出方式は、オンデマンド方式とコンティニュアス方式のいずれでもよい。
オンデマンド方式のインクジェットヘッドは、シングルキャビティー型、ダブルキャビティー型、ベンダー型、ピストン型、シェアーモード型及びシェアードウォール型等の電気-機械変換方式、並びにサーマルインクジェット型及びバブルジェット(登録商標)(バブルジェットはキヤノン社の登録商標)型等の電気-熱変換方式等のいずれでもよい。
射出される際のインクの液滴量は、記録速度及び画質の面から、2~20pLの範囲内であることが好ましい。
プリント配線基板は、特に限定されないが、例えば、紙フェノール、紙エポキシ、ガラス布エポキシ、ガラスポリイミド、ガラス布/不繊布エポキシ、ガラス布/紙エポキシ、合成繊維エポキシ、フッ素・ポリエチレン・PPO・シアネートエステル等を用いた高周波回路用銅張積層版等の材質を用いたもので全てのグレード(FR-4等)の銅張積層版、その他ポリイミドフィルム、PETフィルム、ガラス基板、セラミック基板、ウエハ板、ステンレス鋼板等であることが好ましい。
前記プリント配線基板は、インクとの密着性を良好にするため、インクとの接触面積を大きくするために細かい粗化処理を行うことが好ましい。
インクジェット方式でインクを塗膜する場合には、インクジェットヘッドで射出するためにインクの粘度を低くする必要がある。そのため、塗膜前のインクは重合性モノマーを主成分として構成されており、塗膜後に活性光線により硬化するインクが用いられる。このようなインクは、塗膜後の硬化の際に硬化収縮が起こり、プリント配線基板とインクの密着性が悪くなる傾向がある。そのため、配線基板と接触する面積を大きくするため、配線基板に細かい粗化処理を行う必要がある。また、インクの粘度が低いために、粗化された配線基板上で滲みが発生するという問題がある。そこで、配線基板の粗化処理後に接触角を調整する処理を行うことが好ましい。
したがって、本発明のインクを上記の用途に適用する場合には、配線基板の前処理として粗化処理やにじみを防止するための処理を行うことが好ましい。
租化処理の方法として、配線基板の表面をバフやスクラブ等の手段で凹凸を形成して粗面を形成する処理(物理研磨処理)が挙げられる。また、その他の粗化処理の方法として、塩化銅系、過硫酸塩系、硫酸/過酸化水素、ギ酸系、有機酸系などの化学研磨処理が挙げられる。
粗化処理の方法として、密着性の観点で、化学研磨処理が好ましく、有機酸系の処理がさらに好ましい。
具体的な化学研磨処理としては、塩化銅系としてはMacDermid社のMultiPrep 200、過硫酸塩系としてはMacDermid社のマイクロクリーン、ME-301、PR-820、硫酸/過酸化水素としては四国化成のGB1000F/1400、G200、GB3100、GB4300、MacDermid社のMetex G-5、Metex G-6、ME-501、ME-602、ME-605、ME-709、BOARDTEC社のBTH-2066、三菱ガス化学社のCPE-900、EMR-5000、EMR-7000、有機酸系としてはメック社のCZ8100、CZ8101、CZ8202、BOARDTEC社のBTH-2083、BTH-2085等が挙げられる。
密着性の観点から、硫酸/過酸化水素系、有機酸系が好ましく、有機酸系がさらに好ましい。
滲みを防止するための処理としては、MEC社のCL8300シリーズやBOARDTEC社のBTH-3066が好ましい。
上記前処理により粗化された銅板の表面粗さとしてはRa0.1~1.5μmが好ましく、0.3~1.3μmが好ましく、0.4~1.1μmが最も好ましい。Raが0.1μm以上であれば密着性が向上し、1.5μm以下であれば滲みが抑制される。
上記前処理剤により粗化される銅板の厚みとしては0.1~3.0μmが好ましく、0.3~2.0μmが好ましく、0.5~1.5μmがさらに好ましい。粗化される厚みとして、0.1μm以上あればアンカー効果により密着性が向上し、3.0mμ以下であれば銅が必要以上に粗密化されないため密着性が向上する。
表面粗さは、前処理剤の種類や処理の温度、時間等の条件を調整することで制御できる。
表面粗さは、レーザー顕微鏡や白色干渉顕微鏡などで測定することができる。
<(5)の工程>
(5)の工程では、(4)の工程で着弾させたインクに活性光線を照射して、該インクを仮硬化する。
活性光線は、例えば電子線、紫外線、α線、γ線、及びエックス線等から選択することができるが、好ましくは紫外線である。
紫外線の照射は、例えばPhoseon Technology社製の水冷LEDを用いて、波長300~420nmの条件下で行うことができる。
紫外線の照射は、300~420nmの範囲内の波長を有する紫外線のレジスト膜表面におけるピーク照度が、好ましくは0.5~10W/cmの範囲内となるように行う。前記紫外線の照射は、より好ましく前記紫外線のレジスト膜表面におけるピーク照度が、1~5W/cmの範囲内となるように行う。
輻射熱がインクに照射されることを抑制する観点からは、レジスト膜に照射される光量は1000mJ/cm未満であることが好ましい。
活性光線の照射は、インク着弾後0.001~300秒の間に行うことが好ましく、高精細なレジスト膜を形成するためには、0.001~60秒の間に行うことがより好ましい。
<(6)の工程>
(6)の工程では、(5)の仮硬化後、さらにインクを加熱して本硬化する。
加熱方法は、例えば、110~180℃の範囲内に設定したオーブン等に10~60分投入することが好ましい。
3.塗膜形成装置
以下、本発明の塗膜形成方法に用いられる塗膜形成装置について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明の範囲は図示例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
塗膜形成装置としては、インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置が挙げられる。
インクジェット記録装置は、脱水装置、インク加熱部、脱気装置及びインクジェットヘッドを有することが好ましい。
また、インクジェット記録装置は、記録媒体に着弾したインクに活性光線を照射する活性光線照射部(UV照射部)を有することが好ましい。
図1は、インクジェット記録装置におけるインクの流路について説明する図である。
インクジェット記録装置1では、インク供給部50のインクタンク51から供給ポンプ53によって汲み出されたインクは、インク流路24bを介して各記録ヘッド24aに供給される。また、インクジェット記録装置1は、各記録ヘッド24aで吐出されなかったインクを、必要に応じてインク流路24bに戻すことが可能な構成となっている。
インク流路24b上には、脱水装置(脱水手段)300、第1サブタンク241、脱気装置280、送液ポンプ243、逆止弁244、第2サブタンク245等が設けられている。
記録ヘッド24a、インク流路24b及びインク流路24b上にある各構成部分は、インク加熱部(インク加熱手段)270によって加熱、保温されて、インクの温度が適切な温度に保たれるようになっている。具体的には、インク加熱部270は、インクの射出温度が40℃以上となるように、記録ヘッド24a、インク流路24b及びインク流路24b上の各構成部分を加熱する。
<インク加熱部>
インク加熱部270は、記録ヘッド24aと、インク流路24b上の各構成部分のうち、脱水装置300の前や、脱水装置300と脱気装置280(脱気モジュール242)との間、又は、脱気装置280と記録ヘッド24aとの間の少なくともいずれかに設けることが好ましい。また、インク加熱部270は、脱気装置280に設けてもよい。
加熱による固形物の形成を防止する観点から、インク加熱部270は、脱水装置300の後に設けることが好ましく、脱水装置300と脱気装置280との間に設けることが好ましい。
また、インクの脱気を行った直後に記録ヘッドヘッド24aから射出してもよいが、圧損上昇防止の観点でより安定的に射出するために、脱気装置280と記録ヘッド24aとの間にインク加熱部270をさらに設けることが好ましい。
以下の説明では、インク加熱部270を脱水装置の後の第1サブタンク241と、脱水装置300と脱気装置280との間の第2タンク247と、脱気装置280に設けた場合について説明するがこれに限定されるものではない。
インク加熱部270は、ヒーターや当該ヒーターからの熱を伝える伝熱部材等により構成される。また、インク加熱部270は、保温水を用いた構成であってもよい。
前記ヒーターとしては、例えば、電熱線が用いられ、通電されることによりジュール熱を生じる。また、このようなヒーターとしては、パネルヒーター、リボンヒーター又はラバーヒーター等が挙げられる。前記伝熱部材としては、熱伝導率の高い部材、例えば、各種金属(合金)で形成された熱伝導板が用いられる。
前記ヒーターや伝熱部材は、例えば、インク流路24bの配管を覆ったり、第1サブタンク241や第2サブタンク245の側壁等に接触されたりして設けられる。
<脱水装置>
脱水装置300は、インクタンク51から供給ポンプ53によって汲み出されたインクを脱水することで、後工程で加熱されたインク中に固形物が生成されるのを防止できる。すなわち、本発明のインクは、加熱によりインクに含まれる水やヒドロキシ基とブロックイソシアネートが反応して固形物を発生させるが、脱水することでこのような固形物の発生が防止される。その結果、インクの射出不良も防止される。
脱水装置300は、乾燥装置にて水分量を低下させた乾燥ガスをインクに供給できる構成であればよい。
乾燥装置としては、具体的には、メンブレンフィルター又は活性炭を用いたものが挙げられる。
メンブレンフィルターを用いたものとして、メンブレン式除湿機と汎用式コンプレッサが挙げられる。除湿機としては、市販のものが利用でき、例えば、SMC メンブレン式除湿機 IDG5-02B-PS等が挙げられる。
活性炭を用いたものとしては、活性炭付きフィルター等が挙げられ、より具体的には後述するデシカントフィルターが挙げられる。
そして、このような乾燥装置によって脱水処理を施した乾燥ガスをインク供給路内に注入することで、インク液中に乾燥ガスが注入されて脱水される。
乾燥ガスの相対湿度は、10%RH以下であることが好ましい。
インクへの乾燥ガスの供給流量は、インク界面への気泡生成と消泡の均衡がとれた、0.3~1.0ml/分の範囲内が好ましい。乾燥ガスの供給時間は1~12時間とすることが好ましい。
図4は、デシカントフィルターの正面図である。
デシカントフィルター301は、シート状の基体302の表面に除湿剤303がコーティングされたものである。
基体302は、コルゲート形状の不織布と、不織布に含浸している導電性材料である導電性ポリマーとからなる。
除湿剤303は、活性炭を含有する。
導電性ポリマーを含んでいる基体302には、電力を供給するための導通部材である導線4が接続されている。導線304は、外部電源305に接続されている。
なお、導通部材は、導線304に限られず公知の様々な導通部材を用いることができる。
このような構成のデシカントフィルター301は、外部電源305とともに、脱水装置300の内部に配置されている。
デシカントフィルター301は、インク中の水分を除湿剤303によって吸着した上で、水分が減少したインクを通過させる。
なお、デシカントフィルター301の除湿剤303が吸着した水分量が多くなると、デシカントフィルター301の再生処理が行われることが好ましい。
デシカントフィルター301の再生方法では、外部電源305から導線304を介して基体302内の導電性ポリマーに電力が供給される。電力が供給された導電性ポリマーは発熱し、基体302の温度が上昇する。そして、基体302の温度が水分を脱着可能な温度に到達すると、除湿剤303に吸着されていた水分が脱着する。その結果、除湿剤303の水分吸着能力が回復し、水分を十分に吸着可能な状態、すなわち除湿可能な状態に再生される。
前記不織布としては、例えば、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維等からなるものが好ましい。
また、基体302は、不織布以外のシート状の部材(例えば織布や樹脂フィルム等)と導電性材料とから構成されていてもよい。
導電性ポリマーとしては、有機エレクトロニクスなどに用いられているポリチオフェンが挙げられる。
本発明では、不織布に含浸させられる導電性ポリマーとして、例えばPEDOT:PSS(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸とからなる複合物)を好適に用いることができる。
導電性高分子ポリ(4-スチレンスルホン酸)をドープしたポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)は、水にコロイド分散可能であり、高分子単体でもフィルム化することが知られている。さらに、導電性を向上させるために、水分散の導電性材料にジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドン、グリセリン、エチレングリコールなどの高沸点溶媒を約1~3%程度加えてもよい。
除湿剤は、活性炭を含むことが好ましい。除湿剤253は、特開2017-222547号公報又は特開2018-30122号公報に開示されているようなゼオライト4Aと融合された活性炭や、アルミノケイ酸塩-炭素複合体である。
この活性炭は、以下の工程(a)~(d)を経て得られる。
(a)ケイ酸植物を不活性雰囲気中で400℃以上で焼成してシリカ-炭素複合体を作成する工程
(b)モル比がSi:Al=1:0.1~1.2の範囲にあるアルミノケイ酸塩が生成されるように、前記シリカ-炭素複合体とAl化合物とアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物と水とを含む混合物を作製する工程
(c)前記混合物に水熱反応を施して多孔性アルミノケイ酸塩-炭素複合体を得る工程
(d)前記多孔性アルミノケイ酸塩-炭素複合体に600~800℃で不活性ガス処理を施す工程
この活性炭は、50℃~100℃程度の温度で水分を脱着できる。
デシカントフィルターの製造方法としては、まず、導電性ポリマーであるPEDOT:PSSの水分散溶液に、コルゲート構造の不織布を浸漬させる。その後に、不織布を溶液中から取り出して、10~20時間程度放置して乾燥させる。こうして、導電性ポリマーが含浸された不織布からなる基体302を作製する。
一方、前記したように、工程(a)~(d)を経て、活性炭を製造する。
こうして製造された活性炭を乳鉢にてすり潰してから、水溶性バインダーと混ぜ合わせ、均等に分散するまで撹拌する。その後、複数回に分けて水を加えることで、ペースト状の活性炭溶液を作製する。この活性炭溶液を、導電性ポリマーが含浸された不織布からなる基体302の表面に塗布して、除湿剤(活性炭)の層を形成する。
その後、室温にて基体及び除湿剤を乾燥させる。そして、基体に導線を接続する。
以上のようにして、導電性ポリマーが含浸されたコルゲート形状の不織布の表面に活性炭がコーティングされた構成であり、高い比表面積を有するデシカントフィルターが得られる。
なお、基体302は、コルゲート形状に限られず、プリーツ形状や平面形状など様々な形状であってよい。ただし、基体302は通気性を損なわない形状であることが好ましい。
<第1サブタンク>
第1サブタンク241は、脱水装置300で脱水されたインクを貯留する1又は複数のインクタンク51より容積の小さいインク室である。
第1サブタンク241には、第1フロートセンサー241aが設けられている。第1サブタンク241は、第1フロートセンサー241aによる液面位置の検出データに基づいて制御部(図示しない)が供給ポンプ53を動作させることにより所定量のインクが貯留される。
第1サブタンク241には、インク加熱部270が設けられていることが好ましい。インク加熱部270によって第1サブタンク241内のインクが加熱されて、射出時のインクの粘度を調製できる。
インク加熱部270は、射出時のインクの温度が40℃以上となるように加熱することが好ましく、第1サブタンク241内のインクの温度が40~60℃となるように加熱することが好ましい。
インク加熱部270は、第1サブタンク241の側壁や底壁等に接触して設けられることが好ましい。
インク加熱部270の温度制御は、制御部により行われる。
制御部は、例えば、インク加熱部270に内蔵された熱電対によりインク加熱部270の温度を検知しつつ、液体の種類に応じて適宜設定される値を目標温度としてオンオフ制御を行う。
<脱気装置>
脱気装置280は、流入したインクから空気等の気体を取り除く脱気処理を行い、当該脱気されたインクを排出する。
脱気装置は、中空糸膜又は超音波を用いた構成のものが好ましい。以下に、中空糸膜を用いた脱気装置及び超音波を用いた脱気装置についてそれぞれ説明する。なお、図1に示す脱気装置280は、中空糸膜を用いた場合を図示しているが、超音波を用いた構成に変更可能である。
(中空糸膜を用いた脱気装置)
脱気装置280は、脱気モジュール242、真空ポンプ249、真空経路250、圧力センサー251、大気開放弁252等により構成される。
脱気モジュール242は、液体中の溶存気体を透過可能な気体透過膜として中空糸膜を内部に有する外部還流型の脱気モジュールである。
また、脱気モジュール242には、真空ポンプ249と、真空経路250と、圧力センサー251と、大気開放弁252とが接続されている。
真空ポンプ249は、脱気モジュール242内の気圧を減圧する。
真空経路250は、真空ポンプ249と脱気モジュール242とを繋ぐ。
圧力センサー251は、真空経路250内における気圧を計測する。
大気開放弁252は、真空経路250内を気密状態と大気開放状態とに切り替え可能な弁である。
図2を参照して、脱気装置280の脱気モジュール242について詳細に説明する。図2に示す例においては、外部還流型の脱気モジュール242を示している。
脱気モジュール242は、例えば、円筒状に形成されており、流入したインク中の溶存気体を除去(脱気)し、脱気されたインクを排出する。
脱気モジュール242は、外殻(チャンバー)2421の内部において、中心管2424の周囲に多数の中空糸膜(気体透過膜)2426が覆う構成になっている。中心管2424の一端は、インク流入口2422に繋がり、他方は、プラグ2424aで封止されている。
中心管2424の外壁には、無数の細穴(孔部)2424b(ミシン孔)が設けられている。インク流入口2422から流入したインクは、これら細穴2424bから周囲に流出して、インク流出口2423から流出する。
なお、図2に示す例では、インク流出口2423が横向きに設けられ、インクが脱気モジュール242の側方へ流出するように構成されている。しかし、この構成に限られるものではなく、インク流出口2423はいずれの向きに設けられていても良く、インクがいずれの方向へ流出するように構成されていても良い。また、図2のようにインク流出口2423を中空糸膜2426の上端部に対応する位置に設けるとチャンバー内に空気溜りができなくなるため好ましい。
中空糸膜2426は、一端が閉塞した多数の中空状の微細糸構造であり、その膜面は、気体透過性を有する。中空糸膜2426の微細糸構造の他端は、真空経路250が接続された気体流出口2425に繋がっている。真空ポンプ249で吸引されることにより中空糸膜2426内が減圧される。この状態で、中空糸膜2426の膜面にインクが接触することで、インク中の溶存気体のみが選択的に膜面を透過してインクが脱気される。中空糸膜2426を通過した溶存気体は、真空経路250を流下する。
図3Aは、外部還流型の脱気モジュールの中心管内部の構成を示す概略断面図である。図3Bは、図3AにおけるIVB-IVB線に沿った面の矢視断面図である。
脱気モジュール252は、中心管2424の内側に加熱部2427(インク加熱部)を有することが好ましい。
加熱部2427は、例えば、SUS製の棒状部材の内部に電熱線及び熱電対を有して構成されている。
このように、加熱部2427が脱気モジュール242内の中心部に配置されていることにより、脱気モジュール242内のインクを均一かつ効率的に加熱でき、インクを目的の温度まで短時間で加熱できる。また、脱気モジュール242内のインク全体を均一に加熱できるため、脱気モジュール242内の隅において局所的にインクが加熱されていない領域が生じないようにすることができる。このように、インクを均一かつ効率的に加熱できるため、インクの脱気効率及び送液量を向上させることができるとともに、インクの粘度を十分に低下させ、インクの不吐出の発生を抑制できる。
加熱部2427の温度制御は、制御部により行われる。
制御部は、例えば、加熱部2427に内蔵された熱電対により加熱部2427の温度を検知しつつ、液体の種類に応じて適宜設定される値を目標温度としてオンオフ制御を行う。
なお、加熱部2427の形状及び構成としては、脱気モジュール242内のインクを加熱できかつその加熱温度を制御できればいずれの形状及び構成であっても良い。また、加熱部2427の形状及び構成は、上記したように加熱部2427そのものが発熱する構成であっても良い。加熱部2427の構成は、例えば、発熱体自体が脱気モジュール242の外部に設けられ、当該発熱体の熱が加熱部2427に伝熱することで脱気モジュール242内を加熱する構成であっても良い。
さらに、脱気モジュール242の外面には、脱気モジュール242内の液体を加熱する第2加熱部2428(インク加熱部)が設けられている。
すなわち、第2加熱部2428は、平面状に形成され、脱気モジュール242の外殻2421の外周面を覆うように設けられている。このような第2加熱部2428としては、例えば、ラバーヒーター等が用いられる。
当該第2加熱部2428には、例えばサーミスタ(図示略)等の温度センサーが設けられ、制御部により上記加熱部2427と同様にしてオンオフ制御が行われる。このような第2加熱部2428が設けられていることにより、脱気モジュール内のインクをさらに短時間で目的の温度まで加熱できる。
図1に示す真空ポンプ249は、ポンプチャンバーと、駆動源とを備えるダイヤフラムポンプである。
ポンプチャンバーは、伸縮可能なダイヤフラムを備える。
駆動源は、ポンプチャンバーの容積が拡縮するようにダイヤフラムを動作させる。
ポンプチャンバーには、外部からの流体の流入のみを許容する逆止弁を備えた吸入口と、内部からの流体の排出のみを許容する逆止弁を備えた排出口とを備えている。
圧力センサー251は、真空経路250内の気圧を検出し、その結果を制御部に出力する。制御部は、圧力センサー251からの検出結果に基づいて、真空ポンプ249を駆動制御する。
大気開放弁252は、制御部からの動作指令に従って真空経路250を気密状態と大気開放状態とに切り替え可能な電磁弁である。
送液ポンプ243は、脱気モジュール242のインク流出口2423から流出したインクを第2サブタンク245に送る。送液ポンプ243と第2サブタンク245との間には、逆止弁244が設けられており、一度第2サブタンク245に送られたインクが逆流するのを防止している。
なお、上述の脱気モジュール242は、脱気効率や処理流量が好ましい観点から、外部還流型の中空糸膜脱気モジュールであるとしたが、これに限らず内部還流型などその他の方式を用いてもよい。
また、外部還流型の中空糸脱気モジュールとしては、市販品も使用できる。市販品としては、例えば、大日本インキ化学工業(株)SEPAREL EF-002A-P、SEPARELEF-004Pが挙げられる。
(超音波を用いた脱気装置)
脱気装置は、超音波を用いて脱気する方式としてもよい。
超音波を用いて脱気することにより、インクを加熱せずに脱気できるため、固形物の発生を防止でき、かつ、インクの流動性も高めることができる。
インクに超音波を照射する方法は特に限定されない。超音波の照射方法としては、例えば、脱気処理用のインクタンクに超音波を発生する超音波振動子を設ける。そして、当該インクタンク内にインクを入れた状態で超音波振動子を駆動することで、インクに超音波を照射できる。
超音波は、脱気処理用のインクタンクの内部に超音波振動子を設けて、インクに直接照射してもよい。また、超音波は、脱気処理用のインクタンクの外部に超音波振動子を設けて、タンクの壁又他の液体を通して間接的に照射してもよい。
脱気が行われるインクタンクの内部に超音波振動子を設ける場合、超音波振動子の全体又は一部がインクに浸漬した状態で超音波を発生すると、超音波の損失が少なくなる。そのため、より少ないエネルギーでインクの脱気を行うことができる。
インクに超音波を照射すると、インクが振動するため、インク中に溶存している気体が集合して気泡として析出する、いわゆるキャビテーションが生じる。キャビテーションにより析出した気泡はインク表面に浮上してインク外に出ていくため、インク中に溶存する気体の量が少なくなる。
また、超音波を照射したインクは、加熱しなくても良好な流動性を有する。これは、超音波の照射によってインクが振動することにより、ゲル化剤の凝集が解消されてゲル化剤が分散することによると思われる。特に、結晶性のゲル化剤を用いた場合、インクの温度が低い状態では、ゲル化剤が結晶化してインク中に大きな体積を有する固まりを生ずるため、インクの流動性が低下することがある。これに対し、本発明では、超音波の照射によりゲル化剤の結晶構造が崩れて、ゲル化剤がインク中に分散するため、加熱しなくてもインクの流動性を向上させることができるものと思われる。
インクの流動性を確保するため、超音波を照射した後のインクの粘度は、30℃において50~300mPa・sの範囲内であることが好ましい。
超音波の発振周波数及び照射エネルギーは、インクの組成又は粘度等に応じて適当に設定できる。
超音波が減衰せずインク全体に行きわたるように、超音波の発振周波数及び照射エネルギーを設定すると、インク全体を十分に脱気できる。また、超音波を照射した後のインクの粘度が30℃において50~300mPa・sの範囲となるように、超音波の発振周波数及び照射エネルギーを設定することもできる。また、例えば、脱気後のインクの溶存酸素量が0.1~10.0mg/lppmの範囲内となるように、超音波の発振周波数及び照射エネルギーを設定することもできる。
インクに照射される超音波の発振周波数は、5~50kHzの範囲とすることができ、10~30kHzの範囲とすることが好ましい。発振周波数を5kHz以上とすることで脱気を十分に行うことができ、発振周波数を50kHz以下とすることで、振動による色材の凝集が生じにくくなる。また、超音波の発振周波数を10~30kHzの範囲とすることで、色材の凝集がより生じにくくなる。そのため、画像の光沢を均一にでき、かつ画像に白スジを発生しにくくすることができる。
また、インクに照射される超音波の照射エネルギーは、1×10~1×10Jの範囲内とすることができ、2×10~8×10の範囲とすることが好ましい。照射エネルギーを1×10J以上とすることで、脱気を十分に行うことができ、照射エネルギーを1×10J以下とすることで、振動による色材の凝集を防げる。
インクに超音波を照射するとき、脱気が行われるインクタンク内の圧力は常圧でもよいが、減圧させてもよい。脱気が行われるインクタンク内の圧力を減少させることで、気泡がインク外に出て行きやすくなる。
インクに超音波を照射するときの脱気が行われるインクタンク内の圧力は、例えば0~1気圧の範囲(0~101.3kPaの範囲)とすることができる。
超音波を照射するときのインクの温度は、インクの凝固点以上であって、インクのゲル化温度よりも低い温度であることが好ましい。
超音波を照射するときのインクの温度をゲル化温度よりも低くすることで、加熱により液体(ゾル)化したインクからの光硬化性化合物の揮発や、加熱による光硬化性化合物の変質を抑えることができる。
インクの温度は、ゲル化温度よりも10℃以上低くすることが好ましく、20℃以上低くすることがさらに好ましい。
インクのゲル化温度以下の温度で超音波を照射することで、常温近くで又は冷却されて保存されているインクに対して、インクを加熱する工程を含めずに、インクを脱気できる。
脱気が行われるインクタンクへの脱気前のインクの導入を容易にするため、脱気前のインクを加熱して流動性を付与してもよい。このときも、加熱の際にインクに与えるエネルギーを調整して、インクの温度がゲル化温度よりも高くならないようにすることが好ましい。
また、超音波を照射することによってインクが振動し、振動のエネルギーによってインクの温度が上昇することもある。そのため、超音波の発振周波数や照射エネルギーを調整して、インクの温度がゲル化温度よりも高くならないようにすることも好ましい。
<第2サブタンク>
第2サブタンク245は、脱気装置280で脱気されたインクが一時的に貯留される小型のインク室である。第2サブタンクは、特に限定されないが、第1サブタンク241と略同一程度の容量である。
第2サブタンク245のインクは、各記録ヘッド24aのインレット240aに接続され、ノズルから吐出されるインク量に応じたインクが当該各記録ヘッド24aに供給される。
第2サブタンク245には、第2フロートセンサー245aが設けられている。第2フロートセンサー245aによる液面位置の検出データに基づいて、制御部が送液ポンプ243を動作させることにより所定量のインクが貯留されるようになっている。
第2サブタンク245には、第1サブタンク241と同様にインク加熱部270が設けられていることが好ましい。インク加熱部270によって第2サブタンク247内のインクが加熱されて、射出時のインクの粘度を調製できる。
インク加熱部270は、射出時のインクの温度が40℃以上となるように加熱することが好ましく、第2サブタンク247内のインクの温度40~60℃となるように加熱することが好ましい。
インク加熱部270は、第2サブタンク247の側壁や底壁等に接触して設けられることが好ましい。
インク加熱部270の温度制御は、制御部により行われる。
制御部は、例えば、インク加熱部270に内蔵された熱電対によりインク加熱部270の温度を検知しつつ、液体の種類に応じて適宜設定される値を目標温度としてオンオフ制御を行う。
記録ヘッド24aのノズルから吐出されなかったインクは、アウトレット240bから回収路241b及びバルブ241cを介して第1サブタンク241に戻すことができる。例えば、記録ヘッド24aのメンテナンス時などにインク流路24bからインクを抜く必要がある場合、バルブ241cを開放することで、記録ヘッド24aのインクを廃棄することなく回収できる。
前記制御部は、インクジェット記録装置1の各部の動作を制御し、全体の動作を統括する。制御部は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備える。
制御部では、ROMに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムが読み出されてRAMに展開され、RAMに展開されたプログラムがCPUによって実行される。これにより、例えば、画像形成処理や上記した温度制御等の種々の制御処理が実行される。
以上の構成からなるインクジェット記録装置において、インク経路24bのインクは、インク加熱部270により加熱保温され、記録ヘッドからの射出時にインク温度が40℃以上となるように設定されている。
なお、上述のインクジェット記録装置1では、インク加熱部270を、第1サブタンク241、第2サブタンク247及び脱気モジュール242に設けたが、これに限らず、脱水装置250の前に設けてもよい。また、インク加熱部270は、記録ヘッド24a内にヒーターを内蔵させることで設けても良い。
また、脱気装置280は、第1サブタンク241の後に設け、加熱後に脱気するとしたが、これに限らず、第1サブタンク241の前に設けて、加熱前に脱気してもよい。
なお、ノズルから射出されたインクは、活性光線照射部によって活性光線が照射される。
活性光線照射部は、例えば、低圧水銀ランプ等の蛍光管を有し、当該蛍光管を発光させて紫外線等のエネルギー線を照射する。
紫外線を発する蛍光管としては、低圧水銀ランプの他、数百Pa~1MPa程度の動作圧力を有する水銀ランプが挙げられる。また、当該蛍光管としては、殺菌灯として利用可能な光源、冷陰極管、紫外線レーザー光源、メタルハライドランプ、発光ダイオード等が挙げられる。これらの中で、紫外線をより高照度で照射可能であって消費電力の少ない光源(例えば、発光ダイオード等)がより望ましい。また、エネルギー線は紫外線に限らず、インクの性質に応じてインクを硬化させる性質を有するエネルギー線であれば良く、光源もエネルギー線の波長などに応じて置換される。
4.インクの構成
本発明の塗膜形成方法に用いられるインクは、重合性モノマー、ブロックイソシアネート及び光重合開始剤を含有する。
以下、重合性モノマー、ブロックイソシアネート及び光重合開始剤等について説明する。
<重合性モノマー>
本発明に係る重合性モノマーは、単官能(メタ)アクリレート又は多官能(メタ)アクリレートである。
単官能の(メタ)アクリレート化合物とは、1分子中に1つの(メタ)アクリレート基を有する化合物である。単官能(メタ)アクリレート化合物の具体例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3-メチル-3-(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、3-メチル-3-(メタ)アクリロキシエチルオキセタン、3-エチル-3-(メタ)アクリロキシエチルオキセタン、2-フェニル-3-(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、2-トリフロロメチル-3-(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、4-トリフロロメチル-2-(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、iso-ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ラウリルアルコールのエチレンオキシド付加物の(メタ)アクリレート、コハク酸モノ[2-(メタ)アクリロイロキシエチル]、マレイン酸モノ[2-(メタ)アクリロイロキシエチル]、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、又は1,4-シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレ―ト、イソデシル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレートおよび2-(2-エトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレートが挙げられる。
本発明において「多官能モノマー」とは、官能基を二つ以上有する化合物のことをいう。官能基としては、ラジカル重合により硬化する観点から、エチレン性不飽和結合を有するアクリロイル基、メタクリロイル基、アリル基、ビニル基、ビニルエステル基等が挙げられる。なお、官能基は、前記したものに限定されるものではない。
本発明に使用される重合性モノマーは多官能モノマーを含有することが塗膜物性の観点で好ましい。
2官能のアクリレートの例としては、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート(DPGDA)、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ビスフェノールAのPO(プロピレンオキサイド)付加物ジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート及びトリシクロデカンジメタノールジアクリレート等が挙げられる。
3官能以上のアクリレートの例としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、グリセリンプロポキシトリアクリレート、及びペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート等が挙げられる。
上記アクリレートのうち、硬化収縮を抑制する観点から、フェノキシエチルアクリレート、o-フェニルフェノールアクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレートであることが好ましい。
速硬化性の観点から、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレートであることが好ましい。
アクリレートは、変性物であってもよい。
変性物であるアクリレートの例としては、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラアクリレートなどを含むエチレンオキサイド変性アクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、プロピレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラアクリレートなどを含むプロピレンオキサイド変性アクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレートなどを含むカプロラクトン変性アクリレート、並びにカプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどを含むカプロラクタム変性アクリレート等が挙げられる。
(ClogP値が2.0~7.0の範囲内にある多官能(メタ)アクリレート)
本発明のインクは、オクタノール/水分配係数(ClogP)値が、2.0~7.0の範囲内である重合性モノマーを含有することが好ましい。すなわち、本発明のインクは、ClogP値が2.0~7.0の範囲内にある多官能(メタ)アクリレートを含有することが好ましい。
ClogP値が2.0~7.0の範囲であると、インク中の水分により加水分解されたブロックイソシアネート由来のアミンや(メタ)アクリレートの加水分解物が、インク中の成分と反応して反応物を形成する。そして、形成された反応物の溶解性が向上するため、硬化物や異物が固体として溶出することを抑制でき、射出安定性が向上する。
ClogP値が2.0~7.0の範囲内にある多官能(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(ClogP 4.0)、ジプロピレングリコールジアクリレート(ClogP 2.0)、1,10-デカンジオールジメタクリレート(ClogP 5.75)、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(ClogP 4.69)及びトリシクロデカンジメタノールジメタクリレート(ClogP 5.12)等が挙げられる。
また、本発明に係る多官能(メタ)アクリレートとしては、下記に示す多官能(メタ)アクリレートも用いることができる。
また、ClogPが、2.0~7.0の範囲内にある多官能(メタ)アクリレートモノマーを、インク全体に対して30質量%以上含有することが、射出安定性の点で好ましい。特に、本発明のインクは、ClogP値が2.0~7.0の範囲内にある多官能(メタ)アクリレートモノマーを、インク全体に対して30~50質量%の範囲内で含有することが好ましい。
本発明において、「ClogP値」とは、計算により算出したlogP値である。
ClogP値は、フラグメント法や、原子アプローチ法等により算出されうる。より具体的に、ClogP値を算出するためには、下記文献に記載のフラグメント法又は下記市販のソフトウェアパッケージ1又は2を用いればよい。
文献:C.Hansch及びA.Leo、“Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology”(John Wiley & Sons, New York, 1969)
ソフトウェアパッケージ1:MedChem Software (Release 3.54,1991年8月、Medicinal Chemistry Project, Pomona College,Claremont,CA)、
ソフトウェアパッケージ2:Chem Draw Ultra ver.20.0.0.47(PerkinElmer Informatics)
本願明細書等に記載したClogP値の数値は、ソフトウェアパッケージ2を用いて計算した「ClogP値」である。
(ビスフェノールA構造)
前記多官能(メタ)アクリレートが、少なくとも一種のビスフェノールA構造を有することが好ましい。
ビスフェノールA構造を有する多官能(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば、前記したビスフェノールAのPO付加物ジアクリレート、EO変性ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールA型エポキシアクリレート等であることが好ましい。
(ヒドロキシ価)
本発明のインクに含まれるヒドロキシ基を有する化合物のヒドロキシ価の総和は、0.05~60mgKOH/gの範囲内であることが好ましい。ヒドロキシ価が上記範囲内にあると、インクが含水している状態でも固形物の発生が抑えられ保存安定性に優れる。
前記ヒドロキシ価を0.05~60mgKOH/gの範囲内とするための手段としては、インク中に含有する、ヒドロキシ価を有する化合物を適宜選択したり、ヒドロキシ価を有する化合物の仕込み組成を制御したり、ヒドロキシ価を有する化合物を精製すること等が挙げられる。
本発明において「ヒドロキシ価(hydroxy value)」とは、本発明のインク1gをアセチル化させた際に、ヒドロキシ基と結合した酢酸を中和するのに必要な水酸化カリウム(KOH)の量(mg)を表すものである。
ヒドロキシ価は、JIS K0070-1992に記載の方法に準じて計算することや、インク1g中におけるヒドロキシ基を有する化合物の仕込み組成から計算により求めることができる。
本発明におけるヒドロキシ価は、上記の算出方法のうち、インク1g中のヒドロキシ基を有する化合物の仕込み組成から求めたものである。具体的な算出方法は、下記式(a)のとおりである。
ヒドロキシ価[mgKOH/g]=A[mol]×(ヒドロキシ基を有する化合物のヒドロキシ基数)×B[mg/mol]・・・(a)
上記式(a)において、「A」は、インク1g中のヒドロキシ基を有する化合物のmol数を示す。また、「B」は、水酸化カリウムの1molの分子量(56000[mg/mol])を示す。
なお、インク中に複数種類のヒドロキシ基を有する化合物が含まれている場合には、ヒドロキシ基を有する化合物毎に上記式(a)によってヒドロキシ価を算出する。そして、得られた各ヒドロキシ価の値の和を、インク1gにおけるヒドロキシ価とする。
前記ヒドロキシ基を有する化合物とは、その構造内にヒドロキシ基を備えた化合物であれば特に限定されない。
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
また、脂環式構造を有するヒドロキシ(メタ)アクリレートとしては、例えば、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
エポキシ(メタ)アクリレートとしては、例えば、脂肪族アルコール系エポキシ(メタ)アクリレート、脂肪族多価アルコール系エポキシ(メタ)アクリレート、フェノール系エポキシ(メタ)アクリレートが挙げられる。また、エポキシ(メタ)アクリレートとしては、多価フェノール系エポキシ(メタ)アクリレート、脂環式カルボン酸系エポキシアクリレート、芳香族カルボン酸系エポキシ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
エポキシ(メタ)アクリレートは、市販品を用いることができる。当該市販品としては、例えば、DENACOL ACRYLATE DA-111、DA-141、DA-212、DA-250、DA-314、DA-721、DA-722、DA-911M、DA-920、DA-931等が挙げられる。これらの市販品は、全てナガセケムテックス株式会社製である。
これらのヒドロキシ基を有する化合物は、1種単独で用いることもできるし、2種以上併用して用いてもよい。
本発明のインクにおいて、前記重合性モノマーの含有量は、インクの全質量に対して40~90質量%の範囲内であることが好ましく、60~85質量%の範囲内であることがより好ましい。上記範囲内であることにより、塗膜密着性が向上する。
<ブロックイソシアネート>
ブロックイソシアネートは、イソシアネート基を有する化合物においてイソシアネート基がブロック剤で封鎖された化合物である。前記イソシアネート基を有する化合物を、以下、「イソシアネート化合物」ともいう。
加熱によりブロックイソシアネートからブロック剤が解離することでイソシアネート基が活性化される。
本発明のインクにおいて記録媒体に塗工されるまでは、ブロックイソシアネートはイソシアネート基が封鎖され反応性を有しないため、インクは保管安定性を有する。塗工後、ブロック剤が解離する温度以上の温度でインクを加熱するとイソシアネート基が生成する。そして、インク中に含有されるモノマーが有するヒドロキシ基及び/又はカルボキシ基と反応して、インクが硬化した塗膜を形成する。
(イソシアネート化合物)
イソシアネート化合物としては、多官能イソシアネートであることが、硬化性の観点から好ましい。
多官能イソシアネートとしては、分子内にイソシアネート基を2個以上有する化合物であれば特に限定されない。
多官能イソシアネートとして、具体的には、2,4-トリレンジイソシアネート(2,4-TDI)、2,6-トリレンジイソシアネート(2,6-TDI)、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4′-MDI)、2,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4′-MDI)、1,4-フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)などの芳香族ポリイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、リジンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアナートメチル(NBDI)などの脂肪族ポリイソシアネート;トランスシクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、H6XDI(水添XDI)、H12MDI(水添MDI)、H6TDI(水添TDI)などの脂環式ポリイソシアネート;ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートなどのポリイソシアネート;これらのビュレット体、イソシアヌレート体及びカルボジイミド変性物;などを挙げることができる。
本発明のインクは、これらのイソシアネートのいずれかを単独で用いても、二種類以上を用いてもよい。
(ブロック剤)
前記ブロック剤としては、公知のブロック剤を用いることができる。
ブロック剤としては、例えば、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、t-ブタノール、イソブタノールなどのアルコール類、フェノール、クロルフェノール、クレゾール、キシレノール、p-ニトロフェノールなどのフェノール類、p-t-ブチルフェノール、psec-ブチルフェノール、p-sec-アミノフェノール、p-オクチルフェノール、p-ノニルフェノールなどのアルキルフェノール類、3-ヒドロキシピリジン、8-ヒドロキシキノリン、8-ヒドロキシキナルジンなどの塩基性窒素含有化合物、マロン酸ジエチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトンなどの活性メチレン化合物、アセトアミド、アクリルアミド、アセトアニリドなどの酸アミド類、コハク酸イミド、マレイン酸イミドなどの酸イミド類、2-エチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、ピラゾール、3-メチルピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール等のピラゾール類、2-ピロリドン、ε-カプロラクタムなどのラクタム類、アセトキシム(アセトオキシム)、メチルエチルケトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、ブタノンオキシム、アセトアルドキシムなどのケトン又はアルデヒドのオキシム類、エチレンイミン、重亜硫酸塩などが挙げられる。
前記ブロック剤としては、オキシム系化合物、ピラゾール系化合物及び活性エチレン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物であることが、インク保存性と熱解離性の点で好ましい。
オキシム系化合物としては、ホルムアミドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、ブタノンオキシム(MEKO)等が挙げられる。
ピラゾール系化合物としては、ピラゾール、3-メチルピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール、等が挙げられる。
活性エチレン系化合物としては、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル(DEM)、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン、等が挙げられる。
前記ブロック剤で保護されたイソシアネート基を有する多官能イソシアネート化合物としては、2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレートが挙げられる。また、前記ブロック剤で保護されたイソシアネート基を有する多官能イソシアネート化合物としては、2-[(3-ブチリデン)アミノオキシカルボニルアミノ]エチルメタクリレートが挙げられる。また、前記ブロック剤で保護されたイソシアネート基を有する多官能イソシアネート化合物としては、2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルアクリレートが挙げられる。また、前記ブロック剤で保護されたイソシアネート基を有する多官能イソシアネート化合物としては、2-[(3-ブチリデン)アミノオキシカルボニルアミノ]エチルアクリレートが挙げられる。
前記ブロックイソシアネートが、芳香族環を有することがインクの保存性や塗膜性能の観点で好ましい。
芳香族環を有するブロックイソシアネートとしては、特に制限はないが、2,4-トリレンジイソシアネート(2,4-TDI)、2,6-トリレンジイソシアネート(2,6-TDI)、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4′-MDI)、2,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4′-MDI)、1,4-フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)などの芳香族ポリイソシアネートを挙げることができる。
また、ブロックイソシアネートのブロック剤として芳香族基を含有していてもよく、ベンゼン環を含有するブロック剤、及び複素芳香族環を含有するブロック剤が好ましい。特に、芳香族基を含有するブロックイソシアネートのブロック剤として、ジメチルピラゾール(DMP)を含有することが好ましい。
前記ブロックイソシアネートは、ポリイソシアネートの構造を含有していても良い。
ポリイソシアネートの構造としては、イソシアヌレート型、ビウレット型、アダクト型の3種が挙げられる。本発明のブロックイソシアネートとしては、硬化性、及び塗膜性能の観点からイソシアヌレート型、及びビウレット型が好ましく、イソシアヌレート型が特に好ましい。
ブロックイソシアネートの含有量としては、重合性モノマー100質量部に対して0.1~20質量部の範囲内であることが好ましく、1~10質量部の範囲内であることがより好ましい。
ブロックイソシアネートが、0.1質量部以上の場合は、熱による硬化が十分となる。ブロックイソシアネートが、20質量部以下の場合は、高温におけるインク保存性に優れる。
上記ブロック剤は、一種類を単独で用いてもよく、二種類以上を併用してもよく、単独又は二種類以上のブロック剤でブロックした複数種類のブロックイソシアネートを用いてもよい。
ブロックイソシアネートで市販されているものの製品名としては、例えば、BI7774、BI7779、BI7950、BI7960、BI7961、BI7981、BI7982、BI7991、BI7992(いずれもLANXESS社製)、MFK60X(旭化成ケミカルズ社製)、VPLS2253、BL4265SN(いずれも住化バイエルウレタン社製)、PU5211、PU5210(いずれもLeeson Polyurethanes社製)カレンズMOI-BP(2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート)、カレンズMOI-BM(メタクリル酸 2-(0-[1′-メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル)(いずれも昭和電工社製)等が挙げられる。
<光重合開始剤>
本発明に係る光重合開始剤は、前記重合性モノマー(多官能(メタ)アクリレートモノマー)がラジカル重合性化合物であるときは、光ラジカル開始剤を用いることが好ましい。また、本発明に係る光重合開始剤は、前記重合性モノマーがカチオン重合性化合物であるときは、光酸発生剤を用いることが好ましい。
光重合開始剤は、本発明のインク中に、1種のみが含まれていてもよく、2種類以上が含まれていてもよい。光重合開始剤は、光ラジカル開始剤と光酸発生剤の両方の組み合わせであってもよい。
光ラジカル開始剤には、開裂型ラジカル開始剤及び水素引き抜き型ラジカル開始剤が含まれる。
開裂型ラジカル開始剤の例には、アセトフェノン系の開始剤、ベンゾイン系の開始剤、アシルホスフィンオキシド系の開始剤、ベンジル及びメチルフェニルグリオキシエステルが含まれる。
アセトフェノン系の開始剤の例には、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン、2-メチル-2-モルホリノ(4-チオメチルフェニル)プロパン-1-オン及び2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノンが含まれる。
ベンゾイン系の開始剤の例には、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル及びベンゾインイソプロピルエーテルが含まれる。
アシルホスフィンオキシド系の開始剤の例には、2,4,6-トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキシドが含まれる。
水素引き抜き型ラジカル開始剤の例には、ベンゾフェノン系の開始剤、チオキサントン系の開始剤、アミノベンゾフェノン系の開始剤、10-ブチル-2-クロロアクリドンが挙げられる。また、水素引き抜き型ラジカル開始剤の例には、2-エチルアンスラキノン、9,10-フェナンスレンキノン及びカンファーキノンが含まれる。
ベンゾフェノン系の開始剤の例には、ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル-4-フェニルベンゾフェノン、4,4′-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノンが挙げられる。また、ベンゾフェノン系の開始剤の例には、4-ベンゾイル-4′-メチル-ジフェニルスルフィド、アクリル化ベンゾフェノン、3,3′,4,4′-テトラ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン及び3,3′-ジメチル-4-メトキシベンゾフェノンが含まれる。
チオキサントン系の開始剤の例には、2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン及び2,4-ジクロロチオキサントンが含まれる。
アミノベンゾフェノン系の開始剤の例には、ミヒラーケトン及び4,4′-ジエチルアミノベンゾフェノンが含まれる。
光酸発生剤の例には、有機エレクトロニクス材料研究会編、「イメージング用有機材料」、ぶんしん出版(1993年)、187~192ページに記載の化合物が含まれる。
光重合開始剤の含有量は、インクが十分に硬化できる範囲であればよく、例えば、本発明のインクの全質量に対して0.01~10質量%の範囲内とすることができる。
光重合開始剤の市販品の例には、Omnirad TPO(IGM社製)、Omnirad 819(IGM社製)、Omnirad 379(IGM社製)が含まれる。また、光重合開始剤の市販品の例には、Speedgure ITX(Sartomer社製)、Speedcure EPD(Sartomer社製)が含まれる。
<重合禁止剤>
本発明のインクは、重合禁止剤を更に含有することが好ましい。重合禁止剤を含有することにより、硬化性を有する複数の化合物同士の接着性を低下できる。
「重合禁止剤」とは、重合性モノマーを含有するインクの調製中又は調整後の保管中での重合反応を抑制するのに添加される化合物全てを含む。
本発明においては、従来公知の種々の重合禁止剤を用いることができる。
重合禁止剤としては、N-オキシル系重合禁止剤、o-t-ブチル基を含有するフェノール系重合禁止剤、又は二つ以上の芳香環を有する重合禁止剤のうちいずれかを含有する
ことが好ましい。
また、これらの中でもN-オキシル系重合禁止剤を含有することが、プリント配線基板への密着性の観点から更に好ましい。
本発明のインクにおいて、重合禁止剤の含有量は、インクの全質量に対して0.05~0.5質量%の範囲内であることが好ましい。
(N-オキシル系重合禁止剤)
N-オキシル系重合禁止剤の例としては、例えば、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル(TEMPO)、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチル-ピペリジン-N-オキシル、4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチル-ピペリジン-N-オキシル、4-メトキシ-2,2,6,6-テトラメチル-ピペリジン-N-オキシル、4-アセトキシ-2,2,6,6-テトラメチル-ピペリジン-N-オキシル、Irgastab(登録商標) UV10(BASF社製)等、が挙げられる。
(フェノール系重合禁止剤)
フェノール系重合禁止剤の例として、例えば、2,6-ジ-tert-ブチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチルフェノール、2-tert-ブチル4,6-ジメチルフェノールが挙げられる。また、フェノール系重合禁止剤の例として、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,4,6-トリ-tert-ブチルフェノールが挙げられる。また、フェノール系重合禁止剤の例として、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(ブチル化ヒドロキシトルエン:BHT)、4-メトキシフェノール、2-メトキシ-4-メチルフェノール等が挙げられる。
(キノン系重合禁止剤)
キノン系重合禁止剤の例としては、ハイドロキノン、メトキシヒドロキノン、ベンゾキノン、1,4-ナフトキノン、p-tert-ブチルカテコール等が挙げられる。
(アミン系重合禁止剤)
アミン系重合禁止剤の例としては、アルキル化ジフェニルアミン、N,N′-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、フェノチアジン等が挙げられる。
(その他の重合禁止剤)
その他の重合禁止剤としては、ジメチルジチオカルバミン酸銅、ジエチルジチオカルバミン酸銅、ジブチルジチオカルバミン酸銅等のジチオカルバミン酸銅系重合禁止剤等が挙げられる。
これらは、一種のみが含有されていてもよく、二種類以上が含有されていてもよい。
これらの中でも、N-オキシル系及びキノン系の重合禁止剤であることが好ましい。当該禁止剤として、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル(TEMPO)が好ましい。また、当該禁止剤として、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(ブチル化ヒドロキシトルエン:BHT)、2,4-ジ-tert-ブチルフェノールが好ましい。二つ以上の芳香環を有する重合禁止剤として、ナフトキノン等が好ましい。
<その他の成分>
(界面活性剤)
本発明のインクは、必要に応じて界面活性剤を更に含有してもよい。
界面活性剤として、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、並びにシリコーン系やフッ素系の界面活性剤が挙げられる。
前記アニオン性界面活性剤としては、ジアルキルスルホコハク酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類及び脂肪酸塩類等が挙げられる。
前記ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、アセチレングリコール類及びポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等が挙げられる。
前記カチオン性界面活性剤として、アルキルアミン塩類、及び第四級アンモニウム塩類等が挙げられる。
(着色剤)
本発明のインクは、必要に応じて着色剤を更に含有してもよい。
着色剤は、顔料又は染料であり得るが、インクの構成成分に対して良好な分散性を有し、かつ耐候性に優れる観点から、顔料であることが好ましい。
顔料としては、特に制限されず、例えば、カラーインデックスに記載される下記番号の有機顔料又は無機顔料が挙げられる。
本発明のインク中において、着色剤は一種のみが含有されていてもよく、二種類以上が含有されていてもよく、所望の色に調色してもよい。
着色剤の含有量は、インクの全質量に対して0.1~20質量%の範囲内であることが好ましく、0.2~10質量%の範囲内であることがより好ましい。
(顔料)
《赤又はマゼンタ顔料》
赤又はマゼンタ顔料の例としては、Pigment Red 3、5、19、22、31、38、43、48:1、48:2、48:3、48:4、48:5、49:1、53:1、57:1、57:2、58:4、63:1、81、81:1、81:2、81:3、81:4、88、104、108、112、122、123、144、146、149、166、168、169、170、177、178、179、184、185、208、216、226、257、Pigment Violet 3、19、23、29、30、37、50、88、Pigment Orange 13、16、20、36から選ばれる顔料又はその混合物等が挙げられる。
《青又はシアン顔料》
青又はシアン顔料の例としては、Pigment Blue 1、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17:1、22、27、28、29、36、60から選ばれる顔料又はその混合物等が挙げられる。
《緑顔料》
緑顔料の例としては、Pigment Green 7、26、36、50から選ばれる顔料又はその混合物等が挙げられる。
《黄顔料》
黄顔料の例としては、Pigment Yellow 1、3、12、13、14、17、34、35、37、55、74、81、83、93、94,95、97、108、109、110、137、138、139、147、153、154、155、157、166、167、168、180、185、193から選ばれる顔料又はその混合物等が挙げられる。
《黒顔料》
黒顔料の例としては、Pigment Black 7、28、26から選ばれる顔料又はその混合物等が挙げられる。
《顔料の市販品の例》
顔料の市販品の例としては、Black Pigment(Mikuni社製)、クロモファインイエロー2080、5900、5930、AF-1300、2700L、クロモファインオレンジ3700L、6730、クロモファインスカーレット6750、クロモファインマゼンタ6880、6886、6891N、6790、6887、クロモファインバイオレット RE、クロモファインレッド6820、6830、クロモファインブルーHS-3、5187、5108、5197、5085N、SR-5020、5026、5050、4920、4927、4937、4824、4933GN-EP、4940、4973、5205、5208、5214、5221、5000P、クロモファイングリーン2GN、2GO、2G-550D、5310、5370、6830、クロモファインブラックA-1103、セイカファストイエロー10GH、A-3、2035、2054、2200、2270、2300、2400(B)、2500、2600、ZAY-260、2700(B)、2770、セイカファストレッド8040、C405(F)、CA120、LR-116、1531B、8060R、1547、ZAW-262、1537B、GY、4R-4016、3820、3891、ZA-215、セイカファストカーミン6B1476T-7、1483LT、3840、3870、セイカファストボルドー10B-430、セイカライトローズR40、セイカライトバイオレットB800、7805、セイカファストマルーン460N、セイカファストオレンジ900、2900、セイカライトブルーC718、A612、シアニンブルー4933M、4933GN-EP、4940、4973(以上、大日精化工業社製、なお、「クロモファイン」は同社の登録商標); KET Yellow 401、402、403、404、405、406、416、424、KET Orange 501、KET Red 301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、336、337、338、346、KET Blue 101、102、103、104、105、106、111、118、124、KET Green 201(以上、DIC社製);Colortex Yellow 301、314、315、316、P-624、314、U10GN、U3GN、UNN、UA-414、U263、Finecol Yellow
T-13、T-05、Pigment Yellow1705、Colortex Orange 202、Colortex Red101、103、115、116、D3B、P-625、102、H-1024、105C、UFN、UCN、UBN、U3BN、URN、UGN、UG276、U456、U457、105C、USN、Colortex Maroon601、Colortex BrownB610N、Colortex Violet600、Pigment Red 122、Colortex Blue516、517、518、519、A818、P-908、510、Colortex
Green402、403、Colortex Black 702、U905(以上、山陽色素社製、なお、「Colortex」及び「Finecol」は同社の登録商標);Lionol Yellow1405G、Lionol Blue FG7330、FG7350、FG7400G、FG7405G、ES、ESP-S(以上、東洋インキ社製、なお、「Lionol」は同社の登録商標)、Toner Magenta E02、Permanent RubinF6B、Toner Yellow HG、Permanent Yellow GG-02、Hostapeam BlueB2G(以上、ヘキストインダストリー社製);Novoperm P-HG、Hostaperm Pink E、Hostaperm Blue B2G(以上、クラリアント製、なお、「Novoperm」及び「Hostaperm」は同社の登録商標);カーボンブラック#2600、#2400、#2350、#2200、#1000、#990、#980、#970、#960、#950、#850、MCF88、#750、#650、MA600、MA7、MA8、MA11、MA100、MA100R、MA77、#52、#50、#47、#45、#45L、#40、#33、#32、#30、#25、#20、#10、#5、#44、CF9(以上、三菱化学製)等が挙げられる。
《顔料の分散》
顔料の分散は、例えばボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテータ、ヘンシェルミキサー、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、パールミル、湿式ジェットミル、及びペイントシェーカー等により行うことができる。
顔料の分散は、顔料粒子の体積平均粒径が、好ましくは0.08~0.5μmの範囲内となるように行われることが好ましい。また、顔料の分散は、顔料粒子の最大粒径が、好ましくは0.3~10μmの範囲内、より好ましくは0.3~3μmの範囲内となるように行われることが好ましい。
顔料の分散は、顔料、分散剤及び分散媒体の選定、分散条件、並びに濾過条件等によって、調整される。
《分散剤》
本発明のインクは、顔料の分散性を高めるために、分散剤を更に含有してもよい。
分散剤の例としては、ヒドロキシ基を有するカルボン酸エステル、長鎖ポリアミノアマイドと高分子量酸エステルの塩、高分子量ポリカルボン酸の塩、長鎖ポリアミノアマイドと極性酸エステルの塩、高分子量不飽和酸エステル、高分子共重合物、変性ポリウレタン、変性ポリアクリレート、ポリエーテルエステル型アニオン系活性剤、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩、芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、及びステアリルアミンアセテート等が挙げられる。分散剤の市販品の例としては、Avecia社製のSolsperse(登録商標)シリーズや、味の素ファインテクノ社製のPBシリーズ等が挙げられる。
《分散助剤》
本発明のインクは、必要に応じて分散助剤を更に含有してもよい。
分散助剤は、顔料に応じて選択されればよい。
分散剤及び分散助剤の合計の含有量は、顔料の全質量に対して1~50質量%の範囲内であることが好ましい。
《分散媒体》
本発明のインクは、必要に応じて顔料を分散させるための分散媒体を更に含有してもよい。
本発明のインクに、分散媒体として溶剤を含有させてもよいが、形成された画像における溶剤の残留を抑制するために、前述のモノマーを分散媒体として用いることが好ましい。前述のモノマーとしては、特に粘度の低いモノマーが挙げられる。
また、分散媒体として溶剤を用いると、射出安定性の観点からインクを加熱した場合に、溶剤が揮発しやすく、顔料の分散性が低下しやすい。しかし、前述の多官能(メタ)アクリレートモノマーを用いることにより、顔料の分散性の低下を抑制できる。
(その他添加剤)
本発明のインクは、必要に応じて、カップリング剤、溶剤等を更に含有させてもよい。
《カップリング剤》
本発明のインクは、必要に応じて各種カップリング剤を更に含有させてもよい。カップリング剤が含まれることによって、プリント配線基板との密着性を向上できる。
各種カップリング剤の例としては、シラン系、チタン系、アルミニウム系カップリング剤が挙げられる。
《硬化促進剤》
本発明においては、必要に応じて硬化促進剤を含んでもよい。
硬化促進剤としては、樹脂成分の熱硬化を促進するものであれば特に制限はなく用いることができる。
硬化促進剤として、例えば、イミダゾール類、ジシアンジアミド誘導体、ジカルボン酸ジヒドラジド、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートが挙げられる。また、硬化促進剤として、2-エチル-4-メチルイミダゾール-テトラフェニルボレート、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7-テトラフェニルボレート等が挙げられる。
《イオン捕捉剤》
本発明においては、必要に応じてイオン捕捉剤を含んでもよい。
イオン捕捉剤が含まれることによって、イオン性不純物が吸着され、硬化膜が吸湿した条件における絶縁性が向上するなどの利点がある。
イオン捕捉剤として、例えば、トリアジンチオール化合物、ビスフェノール系還元剤、ジルコニウム化合物、アンチモンビスマス系マグネシウムアルミニウム化合物などの無機イオン吸着剤などが挙げられる。
《難燃剤》
本発明においては、必要に応じて難燃剤を含んでもよい。
難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水和金属系、赤燐、燐酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、ホウ酸亜鉛、錫酸亜鉛、モリブデン化合物系、臭素化合物系、塩素化合物系が使用できる。また、難燃剤としては、燐酸エステル、含燐ポリオール、含燐アミン、メラミンシアヌレート、メラミン化合物、トリアジン化合物、グアニジン化合物、シリコンポリマー等が使用できる。
《溶剤》
本発明のインクは、速硬化性及び射出安定性の観点から無溶剤であることが好ましいが、インク粘度の調整のために添加してもよい。
5.インクジェット用インクの製造方法
本発明に係るインクは、前述の重合性モノマーと、ブロックイソシアネートと、光重合開始剤と、任意のその他の成分とを、混合することにより調製できる。また、得られた混合液を所定のフィルターで濾過することが好ましい。なお、顔料を含有するインクを調製する場合は、顔料及び重合性モノマーを含む顔料分散液を調製し、その後、顔料分散液と他の成分とを混合することが好ましい。顔料分散液は、分散剤を更に含有してもよい。
前記顔料分散液は、重合性化合物に顔料を分散して調製できる。
顔料の分散は、例えば、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテータ、ヘンシェルミキサー、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、パールミル、湿式ジェットミル、ペイントシェーカーなどを用いて行うことができる。このとき、分散剤を添加してもよい。
6.インクジェット用インクの保管方法
本発明に係るインクの保管方法は、温度が-15~40℃の範囲内で、湿度が60%RH以下で保管することが好ましい。
具体的に、前記温度及び湿度の範囲内で保管するために、本発明に係るインクを収容する収容体として、下記のインク収容体を用いることが好ましい。
[インク収容体]
本発明に係るインクは、水蒸気透過率が40℃、90%RH条件下で0.05~1.50g/m・day/atmの範囲内であるインク収容体に収容されていることが好ましい。以下、インク収容体を単に「収容体」ともいう。
収容体は、インクが充填され、インクを実質的に保持する部材である。
本発明における収容体の態様としては、以下に限定されないが、例えば、インクカートリッジ、パック、ボトル、タンク、ビン、缶が挙げられる。これらの中でも、汎用されており、かつ、前記水蒸気透過率を所望の値に制御しやすいため、インクカートリッジ、パック、ボトル、タンクが好ましく、パックがより好ましい。また、本発明におけるインクをボトルに収容した後にパックでさらに収容することもできる。
パックは、柔軟性のあるフィルムを用いた容器である。パックは、軽量で、パックを箱状のいれものに入れやすいこと、インクの残量に追従して容器の容積が変化しやすい点、フィルムを熱融着(ヒートシール)して袋状に加工して用いることができる点で好ましい。
なお、本実施形態の収容体の使用態様として、以下の(A)~(C)の形態が少なくとも挙げられる。
(A)インクジェット記録装置(塗膜装置)とは別体であり、記録装置に装着されて組成物を順次、記録装置に供給するインクカートリッジ等の形態
(B)記録装置とは別体であり、インク使用時にはインクのみを収容体から記録装置に移す形態
(C)予め記録装置に備え付けられインクが収容されたタンク等の形態
上記の(A)及び(B)は、収容体を出荷してから記録装置にインクを供給する(移す)直前までのインクの収容体ということができる。
上記の(C)は、記録装置が出荷されてから当該記録装置で初めてインクの使用を開始する前までにおけるインクの収容体ということができる。
なお、上記の(A)及び(C)は、容器からインクチューブ等の接続部を介して記録装置にインクを供給している状態で、記録装置の印刷を行うインクの収容体ということができる。
また、上記の(B)は、収容体から記録装置にインクを移した後、当該記録装置で印刷を行うインクの収容体ということができる。なお、当該(B)においてインクを移す対象としては、記録装置に備え付けられたタンク等が挙げられる。
収容体の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、及びポリスチレンが挙げられる。また、収容体は、これらの材料のフィルムであってもよい。
また、収容体は、上記を適当な比率で配合したり上記を複数種重ねたりして構成してもよい。フィルムの場合、収容体は、ラミネートして得られるものであってもよい。フィルムを複数種重ねる場合、その複数種のフィルム全てが上記のフィルムである必要はなく、その一部が他の材料、例えば、金属及び金属化合物、から構成されるフィルムであってもよい。
また、収容体の柔軟性を高める観点から、収容体の構成材料として可塑剤を含有しても良い。
可塑剤としては、例えば、脂肪酸エステル、エポキシ化合物、ポリエステル化合物が挙げられる。これらの中では、可塑剤としての汎用性の点から、脂肪酸エステルが好ましい。脂肪酸エステルとしては、例えば、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル及びクエン酸エステルが挙げられる。脂肪酸エステルは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
収容体は、保管、輸送中に、収容するインクに含まれる成分の沈降を解除させるために撹拌されることがある。インクに含まれる成分の沈降後、長期にわたり時間が経過すると沈降物がケーキ化して解除が困難になる場合があるからである。また、収容体からインクを記録装置に供給する際には、収容体を撹拌して沈降を解除させることが好ましい。
収容体が柔軟性のあるフィルムを用いた容器(パック)である場合、特に、撹拌動作に伴い、クラックや破れが発生しない耐久性が必要となる。
耐久性のよいフィルム材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリスチレンなどのプラスチックフィルムが好ましく挙げられる。前記フィルム材料として、より好ましくは、エチレン酢酸ビニル共重合体である。
フィルムとしては、高密度、低密度、又は線状低密度のポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-ビニルアルコール共重合体、及びポリスチレン、等の延伸プラスチックフィルムが好ましく挙げられる。複数層のフィルムを貼り合わせた積層フィルムとしてもよい。
収容体が上述のパックである場合、インクに含まれる成分が沈降などした場合にパックを左右に揺らしてインクを撹拌して沈降回復させる場合がある。その場合に、パックのひび割れや破けの発生を防止する点から、パックの構成材料として可塑剤を含有することができる。可塑剤としては、上述のものであればよく、脂肪酸エステルが好ましい。
収容体が上述のパックである場合、そのパックを構成するフィルムの水蒸気透過率は、40℃、90%RH条件下で0.05~1.50g/m・day/atmの範囲内であることが好ましい。また、前記水蒸気透過率は、0.05~1.00g/m・day・atmの範囲内であることがさらに好ましく、0.05~0.5g/m・day・atmの範囲内であることが特に好ましい。
水蒸気透過率が0.05~1.50g/m・day・atmの範囲内のフィルムを用いることにより、パックを長期間保管しても、パック内に充填されたインクにおける水分量の上昇を抑制できる。
水蒸気透過率を1.50g/m・day・atm以下とするには、例えば、フィルムを構成する材料を選択したり、フィルムに、金属及び金属化合物の少なくとも一方から構成される層を設けたりすればよい。
この中では、汎用性が高い観点から、金属及び金属化合物の少なくとも一方から構成される層を設けることが好ましい。
金属としては、例えばAl及びTiが挙げられる。金属化合物としては金属酸化物が好ましく、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア及びジルコニアが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。なお、本明細書において、金属酸化物はシリカを包含するものとする。
パックを構成するフィルムの厚さは、50~200μmの範囲内が好ましい。フィルムの厚さの下限値は、70μm以上がより好ましく、80μm以上がさらに好ましい。フィルムの上限値は、150μm以下が好ましく、130μm以下がさらに好ましい。フィルムの厚さは、フィルムが複数の層からなる積層フィルムである場合は総厚さである。フィルムの厚さが上記範囲であるとフィルムの耐久性や柔軟性の点で好ましい。
収容体が収容可能なインクの容量は、以下に制限されないが、100~5000mLの範囲内が好ましい。インクの容量の下限は、200mL以上が好ましく、500mL以上がより好ましい。インクの容量の上限は、3000mL以下が好ましく、2000mL以下がより好ましく、1000mL以下が更に好ましい。容量が上記範囲内であると、硬化性、保存安定性、及び射出安定性をいずれも一層優れたものとすることができる。
5.ソルダーレジスト及びプリント配線基板
ソルダーレジストは、前記した本発明に係るインクが用いられることが好ましい。
ソルダーレジストパターンの形成方法としては、まず、基板上に形成された銅、亜鉛などの導電性を有する酸化膜上に、本発明に係るインクでインクジェット印刷にてパターニングする。
次いで、光でインクを硬化してレジスト膜を形成する。
次いで、当該レジスト膜で覆われていない部分の酸化膜を酸によるエッチング溶液で除去する。
さらに、アルカリによって酸化膜を覆っていたレジスト膜を除去することによって、精緻な回路やパターンが形成できる。
このようにしてソルダーレジストを有するプリント配線基板が形成される。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記実施例において、特記しない限り、操作は室温(25℃)で行われた。また、特記しない限り、「%」及び「部」は、それぞれ、「質量%」及び「質量部」を意味する。
<イエロー顔料分散体(Y分散体)の調製>
下記分散剤1及び分散剤2と、分散媒をステンレスビーカーに入れ、65℃のホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌溶解し、室温まで冷却した。その後、これに下記顔料を加えて、直径0.5mmのジルコニアビーズ200gとともにガラス瓶に入れ密栓した。これをペイントシェーカーにて、所望の粒径になるまで分散処理した後、ジルコニアビーズを除去した。
分散剤1:EFKA7701(BASF社製) 5.6質量部
分散剤2:Solsperse22000(日本ルーブリゾール社製)
0.4質量部
分散媒:ジプロピレングリコールジアクリレート(0.2%UV-10含有)
80.6質量部
顔料:PY147(pigment yellow 147)(BASF社製Oracet(R) Yellow 140)
13.4質量部
<シアン顔料分散体(C分散体)の調製>
前記イエロー顔料分散体の調製において、分散剤、分散媒及び顔料を下記に示すとおりに変更した以外は同様にして調製した。
分散剤:EFKA7701(BASF社製)
7質量部
分散媒:ジプロピレングリコールジアクリレート(0.2%UV-10含有)
70質量部
顔料: PB15:4(pigment blue 15:4)(大日精化製、クロモファインブルー6332JC)
23質量部
<ブロックイソシアネート>
ブロックイソシアネートとして、下記に示すものを使用した。
・Trixene BI7982(LANXESS社製、イソシアネート化合物:HDI
Trimer、ブロック剤:DMP、3官能BI)
「HDI Trimer」は、C2436であり、イソシアヌレート構造を有する。
「DMP」は、ジメチルピラゾールであり、芳香族環の構造を有する。
<光重合性モノマー>
光重合性モノマーとして、下記表Iに示すものを用いた。
<光重合開始剤>
光重合開始剤として、下記に示すものを用いた。
・Omnirad 379EG(IGM社製)
・Omnirad TPO H(IGM社製)
・Speedcure 2-ITX(Sartomer社製、2-イソプロピルチオキサントン)
<インクジェット用インクの調製>
下記表IIに記載のインク組成にしたがって混合し、当該混合液を60℃に加熱しながらADVANTEC社製テフロン(登録商標)3μmのメンブレンフィルターで濾過を行い、インク1~7を得た。なお、インク1~7の組成は同じであり、インク調製後、後述する脱水工程(乾燥ガスの注入時間を調整)を行うことで、含水率の異なるインク1~7とした。
<インクジェットによるパターン形成>
前記で調製したインクを、ピエゾ型インクジェットノズルを備えたインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に装填した。
前記装置のインク供給系は、図1に示すように、脱水装置、インクタンク(第1サブタンク)、脱気装置、インク流路、インクジェット記録ヘッド直前に設けたサブインクタンク(第2サブタンク)、金属フィルター付き配管及びピエゾヘッド等からなる。
脱水装置及び脱気装置では、下記の条件で脱水及び脱気を行い、インクタンクからヘッド部分までのインクを55℃に加温した。
次いで、ピエゾヘッドにもヒーターを内蔵させ、ピエゾヘッド内のインク温度を60℃に加熱した。ピエゾヘッドは、コニカミノルタ社製のKM1800i-SHCを用いた。
このインクジェット記録装置を用いて、液滴量が3.5plのドットになるように電圧を印加した。
基板上に70mm×70mmのベタパターンとライン&スペースが100μmの櫛型パターンを、それぞれ厚さが30μmになるように印字した。1パス毎にPhoseon Technology社製LEDランプ(365nm)で200mJ/cmになるように照射してインク層を仮硬化した。その後、150℃に設定したオーブンに60分投入し本硬化し、さらに水銀ランプで2000mJ/cm照射し、印字サンプルを得た。
<インクの脱水工程>
メンブレン式除湿機と汎用式コンプレッサを用いて乾燥ガスを生成した。前記除湿機としては、SMCメンブレン式除湿機IDG5-02B-PSを用いた。生成した乾燥ガスの相対湿度を測定したところ1.5%RHであった。
前記インク供給系の脱水装置において、インクに乾燥ガスを注入した。乾燥ガスの流量は、インク界面への気泡生成と消泡の均衡がとれた0.3~1.0ml/分の範囲内とした。乾燥ガスの注入時間は1~12時間と変化させることで、インクの含水率をそれぞれ調整した。
脱水工程後、ヘッドにインクが流入する前のインクに対して含水率を測定した。含水率は、カールフィッシャー水分計(MKV-710、京都電子工業社製)を用いて測定した。測定したインクの含水率は表IIに示すとおりである。
<インクの脱気工程>
脱気装置としては、外部還流型の中空糸脱気モジュール及び真空ポンプを用いた。
脱水工程後、インクタンクから流入するインクを、脱気モジュールのインク入り口より中空糸の外側にインクを流した。真空ポンプの真空度を-90kPaに設定することで中空糸の内側を減圧にした状態で脱気を行い、インクの溶存酸素量を調整した。
前記外部還流型の中空糸脱気モジュールとしては、例えば、大日本インキ化学工業(株)SEPAREL EF-002A-Pを用いた。
脱気工程後、ヘッドにインクが流入する前のインクに対して溶存酸素量を測定した。溶存酸素量については、蛍光式溶存酸素計(ビジファームDOアーク、ハミルトン社製)を用いて測定した。
<固形物の発生量>
前記脱水工程及び脱気工程を行い、ヘッドにインクが流入する前のインクを40℃・80%RHで4日間保存した。その後、射出温度の55℃にて1日保存した後のインクを5.0μmのPTFEフィルター(直径2.0mm)を用いてインク300mLを加圧濾過した。その後、5.0μmのPTFEフィルターを取り出し、エタノールで洗浄した後に光学顕微鏡により固形物発生の有無を確認し、下記基準にしたがって評価した。下記基準の「A」及び「B」を実用上問題ないとした。
(基準)
A:フィルター全面に固形物が存在しない。
B:フィルター面積の1%以下の範囲で固形物が存在する。
C:フィルター面積の1%超5%以下の範囲に固形物が存在する。
D:フィルター面積の5%超の範囲に固形物が存在する。
<インクの射出安定性(大量射出)>
(200kgのインク射出後の欠ノズルの数)
前記ピエゾヘッドを用いて、液滴量3.5pL、液滴速度7.0m/sec、射出周波数20kHz、印字率100%となる条件で連続射出(駆動)させた。200kgのインクを吐出した後に射出していないノズル数をカウントし、下記基準にしたがって評価した。下記基準の「A」、「B」及び「C」を実用上問題ないとした。
(基準)
A:欠ノズルの数が0個である。
B:欠ノズルの数が1個以上3個未満である。
C:欠ノズルの数が3個以上5個未満である。
D:欠ノズルの数が5個以上10個未満である。
E:欠ノズルの数が10個以上である。
<インクの硬化性1(クロスカット耐性、基板密着性)>
ベタパターンの印字サンプルについて、硬化膜にJIS K5600のクロスカット法に準じて碁盤目状に切り込みを入れ、粘着テープを貼付し、引き剥がすことで、硬化膜の剥離状態を観察した。下記基準の「A」及び「B」を実用上問題ないとした。
(基準)
A:付着残留率が100%である。
B:付着残留率が80%以上100%未満である。
C:付着残留率が60%以上80%未満である。
D:付着残留率が60%未満である。
<インクの硬化性2(塩酸耐性)>
ベタパターンの印字サンプルについて、硬化膜を10%塩酸に30分間浸漬後、水洗浄して乾燥させる。その後硬化膜にJIS K5600のクロスカット法に準じて碁盤目状に切り込みを入れ、粘着テープを貼付し、引き剥がすことで、硬化膜の剥離状態を観察した。下記基準の「A」及び「B」を実用上問題ないとした。
(基準)
A:付着残留率が100%である。
B:付着残留率が80%以上100%未満である。
C:付着残留率が60%以上80%未満である。
D:付着残留率が60%未満である。
上記結果に示されるように、本発明の塗膜形成方法は、比較例の塗膜形成方法に比べて、固形物の発生を防止し、大量射出後の射出安定性に優れ、硬化性が良好であることが分かる。
本発明は、装置内での固形物の発生及びヘッドノズルの閉塞を抑制し、良好な射出性及び安定した硬化性が得られる塗膜形成方法に利用できる。
1 インクジェット記録装置(塗膜形成装置)
24a 記録ヘッド
24b インク流路
50 インク供給部
51 インクタンク
53 供給ポンプ
241 第1サブタンク
241a 第1フロートセンサー
242 脱気モジュール
243 送液ポンプ
244 逆止弁
245 第2サブタンク
245a 第2フロートセンサー
249 真空ポンプ
270 インク加熱部(本発明に係る加熱手段)
280 脱気装置
300 脱水装置(本発明に係る脱水手段)
2421 外殻(チャンバー)
2424 中心管
2424b 細穴(孔部)
2426 中空糸膜(気体透過膜)
2427 加熱部(本発明に係る加熱手段)
2428 第2加熱部(本発明に係る加熱手段)

Claims (7)

  1. インクジェットヘッドを用いた塗膜形成方法であって、
    インクジェット用インクが、重合性モノマー、ブロックイソシアネート及び光重合開始剤を含有し、
    前記インクジェットヘッドを用いて吐出する前に前記インクジェット用インクを脱水する脱水工程と、
    前記脱水工程を経た前記インクジェットヘッドから射出される前記インクジェット用インクの温度が40℃以上となるようにする加熱工程と、を有する塗膜形成方法。
  2. 前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路において、前記加熱工程を行う請求項1に記載の塗膜形成方法。
  3. 前記脱水工程において、乾燥装置にて水分量を低下させた乾燥ガスを、前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路内に注入する請求項1に記載の塗膜形成方法。
  4. 前記脱水工程において、前記乾燥ガスの生成をメンブレンフィルター又は活性炭を用いる請求項3に記載の塗膜形成方法。
  5. 前記脱水工程後に、前記インクジェット用インクの脱気工程を備える請求項1に記載の塗膜形成方法。
  6. 前記脱気工程は、中空糸又は超音波を用いる請求項5に記載の塗膜形成方法。
  7. 前記脱水工程後、前記インクジェットヘッドに前記インクジェット用インクを供給するインク供給路において、前記加熱工程に加えてさらに第2加熱工程を行う請求項2に記載の塗膜形成方法。
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