WO2013172213A1 - インクジェット用インク、印刷方法およびセラミック電子部品 - Google Patents

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明大 鶴
丈承 小倉
緒方 直明
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an ink-jet ink, and particularly to an ink-jet ink that is suitably used in the manufacture of ceramic electronic components. Furthermore, the present invention relates to a printing method implemented using the ink-jet ink and a ceramic electronic component configured using the ink-jet ink.
  • a process of forming electrodes is performed.
  • One of the methods for forming this electrode is to apply screen printing or gravure printing, and apply conductive paste containing metal powder as a conductive component to the element part made of ceramic or the like.
  • the screen printing method or the gravure printing method as described above is suitable for mass production, it is not suitable for production of a small variety of products or formation of complicated pattern electrodes because a printing plate is used. Therefore, an inkjet printing method has attracted attention as a new printing method.
  • the conductive paste or conductive ink used in the screen printing method or gravure printing method cannot be used as it is.
  • the following has been proposed as a conductive ink that can be applied in the ink jet printing method.
  • Patent Document 1 an organic solvent-based conductive material containing a metal powder having a particle size of 10 ⁇ m or less, a viscosity of 200 mPa ⁇ s or less, and a sedimentation of 10 mm or less in 10 minutes or 20 mm or less in 100 minutes. Sex inks have been proposed.
  • Patent Document 2 an organic solvent containing metal particles having a particle size of 100 nm or less, preferably 10 nm or less, having a viscosity of 1 to 100 mPa ⁇ s and a surface tension of 25 to 80 mN / m.
  • System conductive inks have been proposed.
  • Patent Document 3 Japanese Patent No. 4303715 is not intended for ink jet printing, but contains conductive particles and is common with a dielectric ceramic constituting a ceramic body of a ceramic electronic component to be used. It contains co-material (dielectric) particles composed of the main components, the conductive particle diameter is 10 to 1000 nm, and the ratio of the co-material particle diameter to the conductive particle diameter is 0.1 to 0.25. There has been proposed an organic solvent-based conductive paste in which the amount of common material added is 5 to 30% by weight with respect to 100% by weight of particles. In addition, as described in Table 4 of Patent Document 3, the particle size of the co-material particles used in the examples is 30 nm at the minimum, and data when the co-material particle size is less than that is shown. Absent.
  • Patent Document 4 proposes an aqueous metal ink for ink jet printing having a viscosity of 35 mPa ⁇ s or less.
  • an ionic resin is used for the dispersant and the binder.
  • the particle size of the metal powder contained in the water-based metal ink described in Patent Document 4 is 50 to 400 nm.
  • this water-based metal ink is also composed of a co-material (barium titanate powder), but Patent Document 4 does not describe the particle size range of the co-material, and in the examples, the particle size is 200 nm. Only barium titanate powder is disclosed.
  • the ink containing metal particles having a particle size of less than 50 nm for example, within the range of 100 nm or less, which is the particle size of the metal particles described in Patent Document 2, is colloidal and thus settled in comparison with the large metal particles. It is relatively easy to form a printed film having the same thickness stably.
  • ink containing metal particles having a particle size in the range of 50 to 100 nm variation in coating thickness due to sedimentation tends to occur, and it is difficult to stably form a printed film having the same thickness.
  • the particle size is 50 nm or more, a problem that dots and figures after printing tend to be noticeably blurred occurs.
  • the printed film formed of ink containing metal particles with a particle size of 100 nm or less has a very low thermal shrinkage start temperature compared to the ceramic layer, causing a shrinkage difference during firing, and structural defects such as cracks in the ceramic electronic component. Is likely to occur.
  • the conductive paste described in Patent Document 3 does not have rheology suitable for ink jet printing.
  • a conductive paste for screen printing is disclosed. If the viscosity is such that ink jet printing is possible, a problem that dots and figures after printing tend to be noticeably blurred occurs when the conductive particle diameter is 50 nm or more. Further, in the conductive paste described in Patent Document 3, the ratio of the common material particle diameter to the conductive particle diameter is too large as 0.1 to 0.25. Therefore, in the region where the conductive particle diameter is 150 nm or more, the conductive particle Sedimentation of becomes apparent. For this reason, it is difficult to stably form printed films having the same thickness.
  • the metal ink described in Patent Document 4 is a water-based ink
  • the drying speed is extremely slow.
  • the printing speed cannot be increased because the bleeding of printing becomes obvious and the drying time becomes long.
  • the pores are increased to make a ceramic sheet with water absorption, as in general inkjet paper, the problem of bleeding can be solved, but shrinkage occurs significantly during firing, resulting in structural defects in ceramic electronic components.
  • the water-based ink has a low degree of freedom in selecting an applicable binder, and is not suitable for printing for ceramic electronic components.
  • Patent Document 5 proposes forming a step absorption layer for absorbing a step due to the thickness of the internal electrode by inkjet printing of ceramic ink. Yes.
  • Patent Document 6 discloses a selection from (a) a functional material, (b) an organic polymer containing polyvinylpyrrolidone, and (c) an organic solvent, water, or a mixture thereof.
  • Ink-jet printable ink compositions for a substrate are described, wherein a functional material and an organic polymer are dispersed in the dispersion vehicle.
  • the viscosity of the ink composition is between 5 mPa ⁇ s and 50 mPa ⁇ s at a temperature of 25 to 35 ° C.
  • the functional material is a material having a function such as conductivity, resistance, or dielectric, and specific examples include various metals and barium titanate.
  • the particle diameter of the functional material is preferably in the range of 0.005 ⁇ m to 2 ⁇ m as D50.
  • the ink composition described in Patent Document 6 can be used for forming electrodes in ceramic electronic components while applying inkjet printing,
  • the functional material included is ceramic (resistor or dielectric), for forming a step absorption layer for absorbing a step due to the thickness of the internal electrode in the multilayer ceramic electronic component while applying inkjet printing Can be used.
  • the particle size of the functional material is less than 50 nm, it becomes colloidal, so that the sedimentation of the particles can be suppressed, but the BET equivalent particle size before firing of the main component particles of the ceramic part of a general ceramic electronic component (100 nm or more) ) And a relatively large shrinkage difference during firing, resulting in structural defects such as cracks in the ceramic electronic component.
  • the inkjet ink is required to have a lower viscosity than the ink or paste used in the conventional screen printing method or gravure printing method.
  • functional particles conductive particles or ceramic particles
  • sedimentation of metal particles and significant blurring of printed dots or figures are problems. It becomes.
  • particle size of the functional particles is less than 50 nm, structural defects are likely to occur during firing of the ceramic electronic component.
  • an inkjet ink containing particles having a particle diameter of 50 nm or more needs to satisfy all three characteristics such as a viscosity characteristic capable of ink jet printing, a sedimentation characteristic capable of stable printing, and a characteristic difficult to bleed after printing. Furthermore, when applied to a ceramic electronic component, in addition to the above three characteristics, it is necessary to satisfy a heat shrink characteristic that does not cause structural defects.
  • the problem of sedimentation is relatively small in water-based inks because the particles are dispersed and stabilized by the electrostatic repulsion force and steric repulsion force of the ionic resin.
  • the electrostatic repulsive force is not generated, so that the ink is greatly manifested.
  • ⁇ s ⁇ Dp 2 ( ⁇ p ⁇ f) g ⁇ / 18 ⁇ (Where ⁇ s is the particle settling velocity, Dp is the particle diameter, ⁇ p is the particle specific gravity, ⁇ f is the dispersion medium specific gravity, g is the gravitational acceleration, and ⁇ is the dispersion medium viscosity.) From the Stokes' formula, it can be seen that increasing the dispersion medium viscosity ⁇ is effective to suppress the problem of particle sedimentation in the organic ink in which particles having a particle diameter of 50 nm or more are dispersed.
  • the Stokes equation ⁇ is interpreted as the spatial viscosity (vehicle viscosity). Therefore, it can be concluded that an increase in ⁇ can be realized only by an approach in which the viscosity is expressed only in a space such as increasing the viscosity of the solvent, adding a resin that increases the viscosity, or adding a thixotropic agent.
  • the spatial viscosity is developed to a level where particle sedimentation can be suppressed, the problem will be that ink jet printing becomes impossible even at the moment of ink jet printing where high shear force is applied (viscosity does not drop sufficiently).
  • an object of the present invention is to provide ink printing that is suitable for use in forming an electrode or a step absorption layer of a ceramic electronic component by ink jet printing, that is, the above-described ink jet printing while containing functional particles having a particle size of 50 nm or more.
  • ink jet printing that is, the above-described ink jet printing while containing functional particles having a particle size of 50 nm or more.
  • it further satisfies heat shrinkage characteristics that do not cause structural defects. It is to provide ink for inkjet.
  • Another object of the present invention is to provide a printing method carried out using the ink-jet ink described above.
  • Still another object of the present invention is to provide a ceramic electronic component constituted by using the ink jet ink described above.
  • the present invention is first directed to an inkjet ink.
  • the ink-jet ink according to the present invention comprises functional particles having an average particle diameter (hereinafter simply referred to as “average particle diameter”) of 50 to 1000 nm and rheology adjusting particles having an average particle diameter of 4 to 40 nm.
  • the viscosity at a shear rate of 1000 s ⁇ 1 is 1 to 50 mPa ⁇ s
  • the rheology adjusting particles are preferably made of ceramic. More specifically, when the functional particles are made of a material having a relatively low melting point such as a metal, the inclusion of the rheology-adjusting particles made of ceramic can provide a sufficient shrinkage suppression effect and, consequently, a structural defect suppression effect. Thus, it is possible to manufacture a ceramic electronic component that is less likely to cause structural defects such as cracks after firing. On the other hand, when the functional particles are made of ceramic, it is possible to produce a ceramic electronic component in which structural defects such as cracks are less likely to occur after firing without impairing the thermal shrinkage characteristics of the functional particles.
  • the rheology adjusting particles are made of an oxide having a perovskite structure.
  • the ink-jet ink according to the present invention can be given more suitable characteristics for forming electrodes for ceramic electronic components.
  • the organic vehicle is a mixture of at least one resin selected from a cellulose resin, an acrylic resin, and a cyclic acetal resin and an organic solvent. Special characteristics.
  • the addition amount of the rheology adjusting particles is preferably 3.0 to 42.4 parts by volume.
  • the higher rheology adjustment effect is acquired by the particle
  • the functional particles are made of a material having a relatively low melting point such as a metal, the shrinkage suppressing effect can be obtained by the rheology adjusting particles.
  • the functional particle is a conductive particle.
  • the electrode said here may be an external electrode formed on the outer surface of a ceramic body, and may be an internal electrode built in the inside of a ceramic body.
  • the conductive particles preferably include at least one metal selected from the group consisting of Au, Pt, Ag, Ni, Cu, Al, and Fe, or at least one metal selected from this group. It consists of an alloy containing. These metals are suitable as materials for electrodes in ceramic electronic components.
  • the main component of the rheology adjusting particles is preferably the same as the main component of the ceramic body.
  • the ink-jet ink according to the present invention can be given more suitable properties as ink for electrode formation in ceramic electronic components.
  • the functional particles are Ceramic particles.
  • the main component of the ceramic particles serving as the functional particles is preferably the same as the main component of the ceramic layer.
  • the ink for inkjet which concerns on this invention can be made more suitable as an object for level
  • the average particle size of the functional particles is preferably in the range of 48 to 152% with respect to the average particle size before firing of the ceramic main component particles contained in the ceramic layer.
  • the ink jet ink according to the present invention can be given more suitable properties as the ink for forming the step absorption layer in the ceramic electronic component.
  • the present invention is also directed to a printing method in which a printing film made of the above-described inkjet ink is formed by an inkjet apparatus.
  • the present invention is also directed to a ceramic electronic component configured using the ink jet ink described above.
  • the ceramic electronic component according to the present invention includes an electrode formed by firing a printed film formed using an inkjet ink, and a ceramic body that holds the electrode.
  • the ink-jet ink those in which the functional particles are conductive particles are used.
  • a ceramic electronic component in a second embodiment, includes a ceramic body having a laminated structure composed of a plurality of laminated ceramic layers, an internal electrode formed along an interface between ceramic layers, and a ceramic interlayer.
  • the ink for ink jetting an ink whose functional material is ceramic particles is used as the ink for ink jetting.
  • a ceramic electronic component comprises a ceramic body having a laminated structure composed of a plurality of laminated ceramic layers, an internal electrode formed along an interface between ceramic layers, and a ceramic layer.
  • the printed film is fired.
  • the ink for ink jet for forming the internal electrode those in which the functional particles are conductive particles are used, and as the ink for ink jet for forming the step absorption layer, the functional material is ceramic particles. Is used.
  • inkjet ink According to the inkjet ink according to the present invention, smooth and stable inkjet printing is possible, and bleeding of the printed film can be made difficult to occur.
  • printing without a printing plate is possible, so that it is easy to form a printing film of a small variety of products and complex figures.
  • the ceramic electronic component according to the present invention it is possible to make it difficult for structural defects to occur there.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a multilayer ceramic capacitor 1 as an example of a ceramic electronic component configured using an inkjet ink according to the present invention. It is a perspective view which shows the ceramic green sheet 10 prepared in manufacturing the multilayer ceramic capacitor 1 shown in FIG.
  • FIG. 1 a multilayer ceramic capacitor 1 constructed using the ink jet ink according to the present invention will be described.
  • the multilayer ceramic capacitor 1 includes a ceramic body 3 having a multilayer structure composed of a plurality of ceramic layers 2 that are stacked, and a plurality of first and second layers respectively formed along a plurality of interfaces between the ceramic layers 2. Internal electrodes 4 and 5 are provided.
  • the ceramic layer 2 is made of a dielectric ceramic.
  • the first internal electrode 4 and the second internal electrode 5 are opposed to each other through the ceramic layer 2 so as to form a capacitance, and are alternately arranged as viewed in the stacking direction.
  • a first external electrode 6 is formed on one end surface of the ceramic body 3 so as to be electrically connected to the first internal electrode 4, and a second internal electrode 5 is formed on the other end surface.
  • a second external electrode 7 is formed so as to be electrically connected to.
  • a ceramic green sheet 10 as shown in FIG. 2 is prepared.
  • the ceramic green sheet 10 is to be the ceramic layer 2.
  • the ceramic green sheet actually prepared for mass production of the multilayer ceramic capacitor 1 has a dimension that allows a plurality of multilayer ceramic capacitors 1 to be taken out by a cutting process to be performed later. 2 shows a ceramic green sheet 10 for one multilayer ceramic capacitor 1 for convenience of explanation.
  • an internal electrode printing film 11 to be the internal electrode 4 or 5 is formed on one main surface of the ceramic green sheet 10.
  • the internal electrode printed film 11 has a predetermined thickness. Therefore, a step due to this thickness is generated on the ceramic green sheet 10.
  • a step absorption printing film 12 is formed in the region where the internal electrode printing film 11 is not formed on the main surface of the ceramic green sheet 10.
  • the step absorption printing film 12 serves as a step absorption layer for absorbing a step due to the thickness of the internal electrode printing film 11 described above.
  • the step of forming the step absorption printing film 11 may be performed before the step of forming the internal electrode printing film 11.
  • the step absorption layer is not particularly illustrated, but is formed so as to extend on the same plane as each of the internal electrodes 4 and 5 in the ceramic body 3.
  • the internal electrode printing film 11 and the step absorption printing film 12 described above are formed by ink jet printing using the ink according to the present invention, details of which will be described later.
  • a plurality of ceramic green sheets 10 are laminated to obtain a green laminate.
  • the green laminate is pressed, cut, and then fired as necessary.
  • the ceramic body 3 incorporating the internal electrodes 4 and 5 shown in FIG. 1 is obtained.
  • the external electrodes 6 and 7 at the end of the ceramic body 3 the multilayer ceramic capacitor 1 is completed.
  • the inkjet ink according to the present invention includes functional particles having an average particle diameter of 50 to 1000 nm, rheology adjusting particles having an average particle diameter of 4 to 40 nm, and an organic vehicle, and has a shear rate of 1000 s ⁇ 1.
  • the viscosity at a shear rate of 0.1 s ⁇ 1 is 1 to 50 mPa ⁇ s.
  • the rheology adjusting particles having an average particle size of 4 to 40 nm have a very large specific surface area, and therefore, the interaction between particles works greatly.
  • rheology adjusting particles are added to the ink, a three-dimensional network structure is effectively formed via functional particles having a particle diameter of 50 nm or more and rheology adjusting particles, and ink jet printing is performed under a high shear rate.
  • the addition amount of the rheology adjustment particles is 3.0 to 42.4 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the functional particles. preferable.
  • the ink-jet ink according to the present invention satisfies all three characteristics, such as a viscosity characteristic capable of ink-jet printing, a sedimentation characteristic capable of stable printing, and a characteristic difficult to bleed after printing.
  • a three-dimensional network structure through large-diameter particles and fine particles having a particle diameter of 50 nm or more is used.
  • This three-dimensional network structure is characterized in that its formation and collapse occur reversibly depending on the magnitude of the shearing force.
  • the smaller the particle size of the fine particles the larger the specific surface area, the greater the number of particles per total added volume and the smaller the inter-particle distance, thereby effectively forming a three-dimensional network structure.
  • increases due to the formation of a three-dimensional network structure via large-diameter particles and fine particles (that is, viscosity develops at the particle interface and space). Sedimentation is suppressed.
  • is lowered due to the collapse of the three-dimensional network structure, and inkjet printing becomes possible.
  • the three-dimensional network structure is formed again and ⁇ becomes high, so that the effect of suppressing blurring of dots and printed figures is also exhibited.
  • thixotropic agents can exhibit characteristics similar to the above.
  • a thixotropic agent forms a three-dimensional network structure of a swelling resin (viscosity develops in space), so that the viscosity reduction due to the collapse of the three-dimensional network structure under high shear force is insufficient. Yes, not suitable for inkjet printing.
  • the thixotropic expression is easy in a high polarity / high surface tension aqueous system as described in Patent Document 4, but is difficult in a low polarity / low surface tension organic solvent system. That is, for example, even if the design of the aqueous paste described in Patent Document 4 is applied to an organic solvent system, the necessary thixotropic properties are not exhibited.
  • the functional particles are composed of, for example, a conductor, a resistor, a dielectric, a magnetic material, a phosphor, and the like, and are composed of all materials that provide an electromagnetic or optical function. It may be a particle composed of a mixture of plural kinds of materials or a mixture of particles composed of different materials. Regardless of the concentration of the functional particles in the ink, if the viscosity at the shear rate of 0.1 s ⁇ 1 is equal to or larger than ⁇ calculated by the above equation 1, a sufficient sedimentation suppressing effect and printing bleeding suppressing effect can be obtained. .
  • ⁇ Rheology adjusting particles are defined only by particle size. That is, the material of the rheology adjusting particles is not particularly limited.
  • the rheology adjusting particles are preferably composed of ceramic (oxide, nitride, boride, silicide, carbide).
  • the materials of the organic solvent and binder constituting the organic vehicle there are no particular restrictions on the materials of the organic solvent and binder constituting the organic vehicle, and a mixture of a plurality of types of materials may be used.
  • the organic solvent at least one selected from alcohols, esters, ketones and ethers can be suitably used.
  • the binder at least one selected from cellulose-based, acrylic-based, and cyclic acetal-based binders can be suitably used.
  • conductive particles made of metal or the like are used as functional particles.
  • the functional particles are made of a relatively low melting point material such as metal and the rheology adjusting particles are made of ceramic, the rheology adjusting particles sufficiently suppress the necking with respect to the functional particles having an average particle diameter of 50 nm or more. An effect is exhibited and the thermal shrinkage start temperature of the internal electrode printing film 11 during firing can be increased. Thereby, the shrinkage
  • the main component of the rheology adjusting particles is more preferably the same as the main component of the ceramic body 3.
  • the conductive particles described above preferably contain at least one metal selected from the group consisting of Au, Pt, Ag, Ni, Cu, Al, and Fe, or at least one metal selected from this group. It is made of an alloy. These metals are suitable as materials for electrodes in ceramic electronic components such as the multilayer ceramic capacitor 1.
  • ceramic particles are used as functional particles.
  • the main component of the ceramic particles serving as the functional particles is the same as the main component of the ceramic layer 2, that is, the same as the main component of the ceramic particles contained in the ceramic green sheet 10, and the rheology adjusting particles are made of ceramic.
  • the ink for forming the step absorption printing film 12 can be made more suitable.
  • the ceramic green sheet 10 and The shrinkage mismatch during firing with the step absorbing print film 12 is further reduced. Therefore, it is possible to realize an inkjet ink that satisfies the heat shrinkage characteristics and can make structural defects less likely to occur in the obtained multilayer ceramic capacitor 1.
  • the ink-jet ink according to the present invention is used to form both the internal electrode print film 11 that becomes the internal electrodes 4 and 5 and the step absorption print film 12 that becomes the step absorption layer in the multilayer ceramic capacitor 1.
  • the ink-jet ink according to the present invention may be used to form only one of the internal electrode printing film 11 and the step absorption printing film 12.
  • the inkjet ink according to the present invention is not limited to the multilayer ceramic capacitor 1, but may be other multilayer ceramic electronic components, or ceramic electronic components having no multilayer structure.
  • the ink-jet ink according to the present invention may be used in fields other than electronic components.
  • a typical inkjet system that can be implemented using the ink according to the present invention is a piezo inkjet system, but is not limited to this system.
  • the ink-jet ink according to the present invention can be applied to any type of ink-jet printing as long as the ink-jet printing requires a low-viscosity ink.
  • nickel powders having an average particle size (“average particle size” is “average particle size according to BET equivalent particle size”, the same applies hereinafter) as functional particles are 10 nm, 50 nm, 100 nm, 500 nm, 1000 nm and 2000 nm.
  • barium titanate powder having an average particle diameter of 4 nm, 10 nm, 30 nm, 40 nm, and 60 nm was prepared as rheology adjusting particles.
  • ⁇ Print blur evaluation> In order to evaluate the bleeding of the ink jet ink according to each sample obtained, 500 dots having an average diameter of 70 ⁇ m were printed on a ceramic green sheet using a piezo ink jet printer using these inks. The degree and the dot diameter were evaluated with NEXIV-VMR-6555 (Nikon). As a result, when the average roundness of dots / average dot diameter is less than 15%, “ ⁇ ” is displayed in the “Print blur” column of Table 1 and the average roundness / average dot diameter falls within 15-20%. In the “printing blur” column, “ ⁇ ” was displayed, and those that did not fall within 20% were displayed as “printing blur” in the “print blur” column.
  • the roundness is a value calculated in accordance with “JIS B 0621-1984”. When the value is 0, it can be said that the dot is a perfect circle without blurring.
  • a ceramic material containing barium titanate as a main component, an organic binder, an organic solvent, a plasticizer, and a dispersant were mixed at a predetermined ratio, and then wet dispersed using a ball mill to obtain a ceramic slurry.
  • this ceramic slurry was molded using a doctor blade method on a PET (polyethylene terephthalate) film so that the thickness after drying was 6.0 ⁇ m, thereby obtaining a ceramic green sheet.
  • the thickness after drying is set to 1. in a pattern in which the planar dimension of the chip-shaped ceramic body after cutting and firing obtained later is 2.0 mm ⁇ 1.2 mm.
  • Ink jet ink according to each sample was printed by a piezo ink jet printer so as to be 0 ⁇ m, thereby forming a print film to be an internal electrode.
  • the 200 ceramic green sheets on which the above-described internal electrode printed film was formed were peeled from the PET film, stacked, and then placed in a predetermined mold and pressed in a stacked state.
  • the pressed laminated body block was cut into a predetermined size to obtain a chip-like raw laminated body to be a component body for each multilayer ceramic capacitor.
  • this raw laminate was degreased in nitrogen at a temperature of 350 ° C. for 10 hours, and then an oxygen partial pressure of 10 ⁇ 6 to 10 ⁇ in an N 2 / H 2 / H 2 O mixed atmosphere. While maintaining the pressure at 7 MPa, firing was performed with a profile that was maintained at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours.
  • each ceramic body containing the internal electrodes which is the component body after the firing treatment, was observed and evaluated for the presence of structural defects such as delamination and cracks.
  • structural defects such as delamination and cracks.
  • is displayed in the column of “structural defects” in Table 1
  • X is displayed in the “structural defect” column.
  • Samples 7 to 32 to which rheology adjusting particles were added Samples 7 to 11, 13 to 16, 18 to 20, and 23 to 25 had “0.1 s ⁇ 1 viscosity” as “viscosity calculated from Equation 1.
  • the “average particle size for rheology adjustment” is 4 to 40 nm.
  • the “settlement” is “ ⁇ ” or “ ⁇ ”.
  • “Sedimentation” is “ ⁇ ”.
  • the “print blur” was “x” in the samples 2 to 6 whose “functional particle average particle diameter” was 50 nm or more.
  • the “average particle size for rheology adjustment” is required to be 40 nm or less, preferably 30 nm or less.
  • the “structural defects” were “x” in the samples 1 to 5 whose “functional particle average particle diameter” was 1000 nm or less. This is presumed to be caused by a decrease in the shrinkage start temperature accompanying the reduction in the diameter of the functional particles.
  • the “rheology adjusting particle average particle diameter” was 60 nm, which was a relatively large diameter, and the “functional particle average particle diameter” was 50 nm, which was a very small diameter. Only in the sample 28, the “structural defect” is “x”. In the other samples 7 to 27 and 29 to 32, the condition that the “average particle size for rheology adjustment” is smaller than the “average particle size for functional particles” is satisfied, and the “structural defect” is “ ⁇ ”.
  • nickel powder having an average particle size of 500 nm as functional particles and barium titanate powder having an average particle size of 4 nm and 30 nm as rheology adjusting particles were prepared.
  • Samples 33 to 38 are composed of functional particles: 35 parts by weight, rheology adjusting particles: 0.8-10.0 parts by weight, polymer dispersant: 5 parts by weight, and ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate.
  • Organic vehicle 50.0 to 56.2 parts by weight were mixed and treated with a pot mill to obtain an inkjet ink.
  • the rheology adjusting particles are 3.0 to 42 with respect to 100 parts by volume of the functional particles.
  • the composition corresponds to 4 parts by volume.
  • the “rheology adjusting particle / functional particle volume ratio” was in the range of 3.0 / 100 to 42.4 / 100, and the “structural defect” was It became " ⁇ ".
  • the “rheology adjusting particle / functional particle volume ratio” is in the range of at least 3.0 / 100 to 42.4 / 100, an excellent effect of suppressing structural defects can be obtained.
  • the structural defect suppressing effect can be obtained, but the effective area as the internal electrode becomes too small, which is not preferable.
  • Example 3 ⁇ Preparation of inkjet ink>
  • ink jet inks were prepared in which the metal species constituting the conductive particles to be the functional particles were varied as shown in the column “Functional Particle Types” in Table 3.
  • a method for producing an inkjet ink according to each sample shown in Table 3 will be described.
  • Ink jet ink according to sample 40 has Cu powder having an average particle size of 500 nm as functional particles: 40 parts by weight, barium titanate powder having an average particle size of 10 nm as rheology adjusting particles: 4 parts by weight, polymer dispersion Agent: 5 parts by weight, and an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate: 51 parts by weight were mixed and treated with a pot mill.
  • the inkjet ink according to Sample 41 is 44 parts by weight of Ag powder having an average particle diameter of 500 nm as functional particles, and 3.7 parts by weight of barium titanate powder having an average particle diameter of 10 nm as rheology adjusting particles.
  • Dispersant 4.7 parts by weight and an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate: 46.6 parts by weight were mixed and treated with a pot mill.
  • the inkjet ink according to the sample 42 is composed of 59 parts by weight of Au powder having an average particle diameter of 500 nm as functional particles, 2.7 parts by weight of barium titanate powder having an average particle diameter of 10 nm as particles for rheology adjustment, and a polymer. This was obtained by mixing 3.3 parts by weight of a dispersant and 35 parts by weight of an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate and treating with a pot mill.
  • the inkjet ink according to Sample 43 is composed of 62 parts by weight of Pt powder having an average particle diameter of 500 nm as functional particles, 2.6 parts by weight of barium titanate powder having an average particle diameter of 10 nm as particles for rheology adjustment, and a polymer. This was obtained by mixing 3.2 parts by weight of a dispersant and 32 parts by weight of an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate and treating with a pot mill.
  • the inkjet ink according to Sample 44 is composed of Al powder having an average particle diameter of 500 nm as functional particles: 17 parts by weight, Barium titanate powder having an average particle diameter of 10 nm as rheology adjusting particles: 5.5 parts by weight, polymer It was obtained by mixing 6.9 parts by weight of a dispersant and 69.3 parts by weight of an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate and treating with a pot mill.
  • Ink-jet ink according to Sample 45 includes: Fe powder having an average particle diameter of 500 nm as functional particles: 37 parts by weight; Barium titanate powder having an average particle diameter of 10 nm as rheology adjusting particles: 4.2 parts by weight; polymer It was obtained by mixing a system dispersant: 5.2 parts by weight and an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate: 52.4 parts by weight and treating with a pot mill.
  • the “rheology adjusting particle / functional particle volume ratio” has a composition corresponding to 11/100.
  • Ni powder was set to 8.9 as described above. Furthermore, Cu powder is set to 8.9, Ag powder is set to 10.5, Au powder is set to 19.3, Pt powder is set to 21.5, Al powder is set to 2.7, and Fe powder is set. Was 7.9.
  • the “rheology adjusting particle / functional particle volume ratio” is at least in the range of 3.0 / 100 to 42.4 / 100. Therefore, it can be judged that an excellent effect of suppressing structural defects is obtained.
  • Ink jet ink according to Sample 46 is nickel powder having an average particle size of 300 nm as functional particles: 25 parts by weight, barium titanate powder having an average particle size of 10 nm as rheology adjusting particles: 4 parts by weight, polymer dispersion Agent: 5 parts by weight, and an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and dihydroterpineol acetate: 66 parts by weight were mixed and treated with a pot mill.
  • the ink for inkjet recording according to Sample 47 has 25 parts by weight of nickel powder having an average particle size of 300 nm as functional particles, 4 parts by weight of barium titanate powder having an average particle size of 10 nm as rheology adjusting particles, and a polymer dispersion.
  • Agent 5 parts by weight
  • an organic vehicle composed of acrylic resin and dihydroterpineol acetate 66 parts by weight were mixed and treated with a pot mill.
  • the acrylic resin has a monomer unit of ethyl methacrylate / t-butyl methacrylate / acrylic acid.
  • Ink jet ink according to sample 48 is nickel powder having an average particle size of 300 nm as functional particles: 25 parts by weight, barium titanate powder having an average particle size of 10 nm as rheology adjusting particles: 4 parts by weight, polymer dispersion Agent: 5 parts by weight, and an organic vehicle composed of polyvinyl butyral resin (cyclic acetal-based resin) and dihydroterpineol acetate: 66 parts by weight were mixed and treated with a pot mill.
  • the “rheology adjusting particle / functional particle volume ratio” has a composition corresponding to 11/100.
  • the “rheology adjusting particle / functional particle volume ratio” was 11/100, and the “structural defect” was “ ⁇ ”.
  • Example 5 ⁇ Preparation of inkjet ink> As shown in Table 5, barium titanate powder having an average particle size of 10 nm, 50 nm, 100 nm, 250 nm, 400 nm and 500 nm was prepared as functional particles, and barium titanate powder having an average particle size of 10 nm was prepared as rheology adjusting particles. .
  • a ceramic material mainly composed of barium titanate, an organic binder, an organic solvent, a plasticizer, and a dispersing agent are mixed at a predetermined ratio, and then wet dispersion treatment is performed using a high-pressure homogenizer similar to that used for preparing ink jet ink. A ceramic slurry was obtained.
  • the powder obtained by drying and degreasing the ceramic slurry had a BET equivalent diameter of about 250 nm.
  • this ceramic slurry was molded using a doctor blade method on a PET (polyethylene terephthalate) film so that the thickness after drying was 6.0 ⁇ m, thereby obtaining a ceramic green sheet.
  • a physical thickness after drying is 1 with a pattern in which the planar dimensions of a chip-shaped ceramic body after cutting and firing obtained later are 2.0 mm ⁇ 1.2 mm.
  • the Ni paste was printed by a screen printer so as to be 0.0 ⁇ m, and a Ni coating film to be an internal electrode was formed.
  • the ink for inkjet recording according to each sample is printed on a ceramic green sheet by a piezo inkjet printing machine so that the physical thickness after drying is 1.0 ⁇ m, and the step absorption is performed. Inkjet printing film was formed.
  • the 200 ceramic green sheets on which the Ni coating film for internal electrodes and the ink jet printing film for level difference absorption are formed are peeled from the PET film, stacked, and then stacked in a predetermined mold. And pressed.
  • the pressed laminated body block was cut into a predetermined size to obtain a chip-like raw laminated body to be a component main body of each multilayer ceramic capacitor.
  • this raw laminate was degreased in nitrogen at a temperature of 350 ° C. for 10 hours, and then an oxygen partial pressure of 10 ⁇ 6 to 10 ⁇ in an N 2 / H 2 / H 2 O mixed atmosphere. While maintaining the pressure at 7 MPa, firing was performed with a profile that was maintained at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours.
  • the “0.1 s ⁇ 1 viscosity” was calculated from the formula 1.
  • the “viscosity” or higher and the “average particle size for rheology adjustment” is 10 nm.
  • “sedimentability” and “print blur” are “ ⁇ ”. From the above results and the results of Experimental Example 1, it was found that the functional particles were ceramic (barium titanate).
  • “functional particle average particle size” is 50 nm or more
  • “0.1 s ⁇ 1 viscosity” is “viscosity calculated from formula 1” or more
  • “rheology adjusting particle average particle size” is 40 nm or less. If so, it can be said that a sufficient sedimentation suppressing effect and printing bleeding suppressing effect can be obtained.
  • “Functional particle diameter / ceramic green sheet particle diameter” in Table 5 represents the ratio [%] of “functional particle average particle diameter” to the average particle diameter of the ceramic main component particles contained in the ceramic green sheet. It is a thing. Here, the average particle diameter of the ceramic main component particles contained in the ceramic green sheet was 250 nm.
  • samples 51 to 53 and 57 to 59 in which “functional particle size / ceramic green sheet particle size” is in the range of 48 to 152% have “structural defects” of “ ⁇ ”. It became. Therefore, when forming a step-absorbing ceramic printed film in a multilayer ceramic electronic component, the average particle size of the ceramic powder as the functional particles contained in the step-absorbing printed film is equal to the ceramic of the multilayer ceramic electronic component. By making it within the range of 48 to 152% of the average particle size of the ceramic main component particles contained in the layer before firing, shrinkage mismatch during firing can be suppressed, and a multilayer ceramic electronic component free of structural defects can be obtained. I can say that.

Abstract

 インクジェト印刷可能な粘度特性、安定印刷できる沈降抑制特性、印刷後ににじみにくい特性、といった3つの特性すべてを満足する、インクジェット用インクを提供する。 たとえば積層セラミックコンデンサ(1)の内部電極(4,5)をインクジェット印刷により形成する際に好適に用いられ得るインクであって、BET換算粒径50~1000nmの機能性粒子と、BET換算粒径4~40nmのレオロジー調整用粒子と、有機ビヒクルとを含み、せん断速度1000s-1での粘度が1~50mPa・sであり、かつ、せん断速度0.1s-1での粘度が、式:η=(D)×ρ/10/2+80〔ただし、ηはせん断速度0.1s-1での粘度(mPa・s)、Dは機能性粒子のBET換算粒径(nm)、ρは機能性粒子の比重〕によって算出される粘度η以上である。

Description

インクジェット用インク、印刷方法およびセラミック電子部品
 この発明は、インクジェット用インクに関するもので、特に、セラミック電子部品の製造において好適に用いられるインクジェット用インクに関するものである。さらに、この発明は、上記インクジェット用インクを用いて実施される印刷方法、および上記インクジェット用インクを用いて構成されるセラミック電子部品に関するものである。
 積層コンデンサやセラミック多層基板などの電子部品を製造するにあたって、電極を形成する工程が実施される。この電極を形成する方法の一つに、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法を適用して、セラミックなどからなる素子部に、金属粉末を導電成分として含有する導電性ペーストを塗布することによって、導電性ペースト膜を形成し、この導電性ペースト膜を熱処理することによって、電極を形成する方法がある。
 上記のようなスクリーン印刷法またはグラビア印刷法は大量生産に向いているが、印刷版を用いるために少量多品種の生産や複雑なパターンの電極形成には不向きである。そこで、新しい印刷方法として、インクジェット印刷法が注目されている。
 インクジェット印刷法では、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法において用いていた導電性ペーストまたは導電性インクをそのまま用いることができない。インクジェット印刷法において適用され得る導電性インクとして、たとえば、以下のようなものが提案されている。
 特開2000-327964号公報(特許文献1)では、粒径10μm以下の金属粉を含み、粘度が200mPa・s以下、沈降が10分で10mm以下もしくは100分で20mm以下の有機溶剤系の導電性インクが提案されている。
 特開2002-121437号公報(特許文献2)では、粒径100nm以下、好ましくは10nm以下の金属粒子を含み、粘度が1~100mPa・s、表面張力が25~80mN/mである、有機溶剤系の導電性インクが提案されている。
 特許第4303715号公報(特許文献3)では、インクジェット印刷用を意図したものではないが、導電性粒子を含有するとともに、用途となるセラミック電子部品のセラミック素体を構成する誘電体セラミックと共通する主成分からなる共材(誘電体)粒子を含有し、導電性粒子径が10~1000nmであり、導電性粒子径に対する共材粒子径の比率が0.1~0.25であり、導電性粒子100重量%に対して共材添加量が5~30重量%である、有機溶剤系の導電性ペーストが提案されている。なお、実施例で用いられている共材粒子の粒径は、特許文献3中の表4に記載されるように、最小で30nmであり、それ未満の共材粒径とした場合のデータがない。
 特開2006-28320号公報(特許文献4)では、粘度35mPa・s以下のインクジェット印刷用の水系金属インクが提案されている。水系金属インクでは、有機溶剤系のインクとは異なり、分散剤およびバインダにはイオン性樹脂を用いている。特許文献4に記載される水系金属インクに含まれる金属粉末の粒径は50~400nmである。また、この水系金属インクは、共材(チタン酸バリウム粉末)も構成要素となっているが、特許文献4には、共材についての粒径範囲に関する記載はなく、実施例では粒径200nmのチタン酸バリウム粉末のみが開示されている。
 しかしながら、セラミック電子部品を製造するにあたって、電極の形成のためにインクジェット印刷を適用しようとする場合、上述した特許文献1~4に記載の各技術には以下の問題がある。
 特許文献1に記載の導電性インクが有する、沈降が10分で10mm以下もしくは100分で20mm以下といった特性のレベルでは、沈降による塗布厚みばらつきが生じやすく、安定して同じ厚みの印刷膜を形成することが困難である。
 他方、特許文献2に記載の金属粒子の粒径である100nm以下といった範囲のうち、たとえば粒径50nm未満の金属粒子を含むインクの場合、コロイド状になるため、大径金属粒子に比べて沈降が遅くなり、安定して同じ厚みの印刷膜を形成することが比較的容易である。しかし、粒径50~100nmの範囲の金属粒子を含むインクの場合、沈降による塗布厚みばらつきが生じやすく、安定して同じ厚みの印刷膜を形成することが困難である。加えて、粒径50nm以上では、印刷後のドットや図形が著しくにじむという問題が発生しやすい。また、粒径100nm以下の金属粒子を含むインクで形成された印刷膜は、熱収縮開始温度がセラミック層に比べて非常に低く、焼成時に収縮差が生じ、セラミック電子部品にクラックなどの構造欠陥が生じやすい。
 次に、特許文献3に記載の導電性ペーストは、インクジェット印刷に適したレオロジーを有するものではない。実際、特許文献3に記載の実施例を見る限り、スクリーン印刷用の導電性ペーストが開示されている。仮に、インクジェット印刷が可能な粘度にした場合、導電性粒子径50nm以上では、印刷後のドットや図形が著しくにじむという問題が発生しやすい。また、特許文献3に記載の導電性ペーストでは、導電性粒子径に対する共材粒子径の比率が0.1~0.25と大きすぎるため、導電性粒子径150nm以上の領域では、導電性粒子の沈降が顕在化する。このため、安定して同じ厚みの印刷膜を形成することが困難である。
 特許文献4に記載の金属インクは、水系インクであるため、乾燥速度が極端に遅い。このような場合、印刷にじみの顕在化や乾燥時間が長くなるため印刷速度を高めることができないという問題が起こる。なお、一般的なインクジェット用紙のように、たとえば、ポアを増やして吸水性のあるセラミックシートにすれば、にじみの問題は解決できるが、焼成時に収縮が著しく生じ、セラミック電子部品に構造欠陥が生じやすい。また、水系インクでは、適用可能なバインダ選択の自由度が低く、セラミック電子部品用の印刷に不向きである。
 ところで、積層型セラミック電子部品の製造において、セラミックグリーンシート上に形成される内部電極となる導電膜の厚みによる段差が複数のセラミックグリーンシートの積層で累積され、積層体のデラミネーション等が発生したり、焼成段階において亀裂等の構造欠陥が発生したりすることがある、という問題に遭遇することがある。特開平9-219339号公報(特許文献5)には、この問題を解決するため、内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層をセラミックインクのインクジェット印刷で形成することが提案されている。
 他方、特開2005-223323号公報(特許文献6)には、(a)機能性材料と、(b)ポリビニルピロリドンを含む有機ポリマーと、(c)有機溶媒、水、またはそれらの混合物から選択される分散ビヒクルとを含み、機能性材料および有機ポリマーが分散ビヒクル中に分散された、基板に対するインクジェット印刷可能なインク組成物が記載されている。このインク組成物の粘度は、25から35℃の温度において5mPa・sから50mPa・sの間である。ここで、上記機能性材料は、導電性、抵抗性または誘電性のような機能を有する材料であり、具体例として、各種金属やチタン酸バリウムなどが挙げられている。特許文献6の段落[0026]には、機能性材料の粒径はD50で0.005μm~2μmの範囲内であることが好ましいと記載されている。
 特許文献6に記載のインク組成物は、そこに含まれる機能性材料が金属である場合、インクジェット印刷を適用しながら、セラミック電子部品における電極の形成のために用いることができ、他方、そこに含まれる機能性材料がセラミック(抵抗体または誘電体)である場合、インクジェット印刷を適用しながら、積層型セラミック電子部品における内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層の形成のために用いることができる。
 しかしながら、特許文献6に記載のインク組成物にも、以下のように、解決されるべき課題がある。
 機能性材料が金属である場合、前述した特許文献1~3に記載の技術と同様の問題に遭遇し得る。
 他方、機能性材料がセラミックであり、インク組成物が積層型セラミック電子部品における段差吸収層のための印刷膜を形成するために用いられる場合にも、前述した特許文献1~3に記載の技術とほぼ同様の問題に遭遇し得る。すなわち、機能性材料の粒径が50nm以上では、沈降が顕在化し、安定して同じ厚みの塗膜を印刷形成できない上、印刷後のドットや図形が著しく滲むという問題が発生する。他方、機能性材料の粒径が50nm未満では、コロイド状になるため、粒子の沈降が抑えられるが、一般的なセラミック電子部品のセラミック部の主成分粒子の焼成前BET換算粒径(100nm以上)に対し著しく小さく、焼成時に比較的大きな収縮差が生じ、セラミック電子部品にクラックなどの構造欠陥ができてしまう。
 以上のように、インクジェット用インクには、従来のスクリーン印刷法またはグラビア印刷法に用いられるインクまたはペーストに比べて、低い粘度が要求される。しかし、そのような低い粘度域であって、かつ機能性粒子(導電性粒子またはセラミック粒子)の粒径が50nm以上であるインクでは、金属粒子の沈降や、印刷ドットまたは図形の著しいにじみが問題となる。他方、機能性粒子の粒径を50nm未満にすると、セラミック電子部品の焼成時に構造欠陥が発生しやすい。
 このように、粒径50nm以上の粒子を含むインクジェット用インクでは、インクジェト印刷可能な粘度特性、安定印刷できる沈降特性、印刷後ににじみにくい特性、といった3つの特性すべてを満足する必要がある。さらに、セラミック電子部品に適用する場合は、上記3つの特性に加えて、構造欠陥を引き起こさない熱収縮特性をも満足する必要がある。
 なお、補足的に説明すると、沈降の問題は、水系インクでは、イオン性樹脂の静電反発力と立体反発力とで粒子が分散安定化しているため比較的小さいが、セラミック電子部品用の印刷に好適な有機系インクでは、静電反発力が発生しないため大きく顕在化する。
 粒子沈降速度の古典式として、以下のストークス式が知られている。
 νs={Dp2(ρp-ρf)g}/18η
(ただし、νsは粒子の沈降速度、Dpは粒子直径、ρpは粒子比重、ρfは分散媒比重、gは重力加速度、およびηは分散媒粘度である。)
 ストークス式から、粒径50nm以上の粒子が分散した有機系インクで問題となる粒子沈降を抑えるには、分散媒粘度ηを上げることが効果的であることがわかる。
 一般的に、ストークス式のηは空間粘度(ビヒクル系の粘度)と解釈されている。そのため、η上昇には、溶剤粘度を上げる、粘度が高くなる樹脂を添加する、チクソトロピック剤を添加する、といった空間のみで粘度発現させるアプローチでしか実現できないという結論になる。しかし、粒子沈降を抑制できるレベルにまで、空間粘度を発現させると、高せん断力がかかるインクジェット印刷の瞬間でも高粘度になり(粘度が十分に下がらず)、インクジェット印刷できなくなるという問題に遭遇する。
 このように、粒径50nm以上の粒子が分散した有機系インクでは、沈降の問題を解決することとインクジェット印刷可能な粘度特性を満足させることとの両立が非常に困難である。
特開2000-327964号公報 特開2002-121437号公報 特許第4303715号公報 特開2006-28320号公報 特開平9-219339号公報 特開2005-223323号公報
 そこで、この発明の目的は、セラミック電子部品の電極または段差吸収層をインクジェット印刷により形成する際に好適に用いられ得るインク、すなわち、粒径50nm以上の機能性粒子を含みながら、上述したインクジェト印刷可能な粘度特性、安定印刷できる沈降特性、印刷後ににじみにくい特性、といった3つの特性すべてを満足するとともに、セラミック電子部品に適用する場合には、構造欠陥を引き起こさない熱収縮特性をさらに満足する、インクジェット用インクを提供しようとすることである。
 この発明の他の目的は、上述したインクジェット用インクを用いて実施される印刷方法を提供しようとすることである。
 この発明のさらに他の目的は、上述したインクジェット用インクを用いて構成されるセラミック電子部品を提供しようとすることである。
 この発明は、まず、インクジェット用インクに向けられる。
 この発明に係るインクジェット用インクは、BET換算粒径による平均粒径(以下、単に「平均粒径」と言う。)50~1000nmの機能性粒子と、平均粒径4~40nmのレオロジー調整用粒子と、有機ビヒクルとを含み、せん断速度1000s-1での粘度が1~50mPa・sであり、かつ、せん断速度0.1s-1での粘度が、
 式1:η=(D)×ρ/10/2+80
〔ただし、ηはせん断速度0.1s-1での粘度(mPa・s)、Dは機能性粒子の平均粒径(nm)、ρは機能性粒子の比重〕
によって算出される粘度η以上であることを特徴としている。
 上述のように、平均粒径4~40nmのレオロジー調整用粒子を平均粒径50~1000nmの機能性粒子に加えることで、インクジェット印刷可能な粘度特性、安定印刷できる沈降特性、および印刷後ににじみにくい特性のすべてを満足させ得る特殊なレオロジーを発現させることができる。
 この発明に係るインクジェット用インクがセラミック電子部品の製造に適用される場合、レオロジー調整用粒子はセラミックからなることが好ましい。より具体的には、機能性粒子が金属などの比較的低融点の物質からなる場合には、セラミックからなるレオロジー調整用粒子を含有させることにより、十分な収縮抑制効果、ひいては構造欠陥抑制効果が得られ、焼成後にクラックなどの構造欠陥が生じにくいセラミック電子部品を製造することが可能になる。他方、機能性粒子がセラミックからなる場合には、機能性粒子の熱収縮特性を阻害することなく、焼成後にクラックなどの構造欠陥が生じにくいセラミック電子部品を製造することが可能になる。
 好ましくは、レオロジー調整用粒子はペロブスカイト構造の酸化物からなる。この場合、この発明に係るインクジェット用インクに対して、セラミック電子部品の電極形成用として、より好適な特性を与えることができる。
 この発明に係るインクジェット用インクにおいて、有機ビヒクルが、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、および環状アセタール系樹脂から選ばれる少なくとも1種の樹脂と有機溶剤との混合物であると、インクジェット印刷において、より好適な特性を与えることができる。
 この発明に係るインクジェット用インク中の機能性粒子の体積を100体積部としたとき、レオロジー調整用粒子の添加量は3.0~42.4体積部であることが好ましい。これにより、レオロジー調整用粒子によって、より高いレオロジー調整効果が得られる。また、機能性粒子が金属などの比較的低融点の物質からなる場合には、レオロジー調整用粒子によって、収縮抑制効果が得られる。
 電極と、電極を保持するセラミック素体とを備える、セラミック電子部品において、この発明に係るインクジェット用インクが、電極となる印刷膜を形成するために用いられる場合、機能性粒子は導電性粒子である。なお、ここで言う電極は、セラミック素体の外表面上に形成される外部電極である場合も、セラミック素体の内部に内蔵される内部電極である場合もあり得る。
 上述の場合、導電性粒子は、好ましくは、Au、Pt、Ag、Ni、Cu、Al、およびFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属、またはこの群より選ばれる少なくとも1種の金属を含有する合金からなるものである。これらの金属は、セラミック電子部品における電極の材料として好適である。
 また、上述の場合、レオロジー調整用粒子の主成分は、セラミック素体の主成分と同じであることが好ましい。これによって、この発明に係るインクジェット用インクに対して、セラミック電子部品における電極形成用のインクとして、より好適な性質を与えることができる。
 積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有するセラミック素体と、セラミック層間の界面に沿って形成された内部電極と、セラミック層間の界面における内部電極が形成されない領域に形成された、内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層とを備える、セラミック電子部品において、この発明に係るインクジェット用インクが、段差吸収層となる印刷膜を形成するために用いられる場合、機能性粒子はセラミック粒子である。
 この場合、機能性粒子となるセラミック粒子の主成分は、セラミック層の主成分と同じであることが好ましい。これにより、この発明に係るインクジェット用インクを、段差吸収層形成用として、より好適なものとすることができる。
 上述の場合、機能性粒子の平均粒径は、セラミック層に含まれるセラミック主成分粒子の焼成前の平均粒径に対して、48~152%の範囲内であることが好ましい。これによって、この発明に係るインクジェット用インクに対して、セラミック電子部品における段差吸収層形成用のインクとして、より好適な性質を与えることができる。
 この発明は、インクジェット装置によって、上述したインクジェット用インクからなる印刷膜を形成する、印刷方法にも向けられる。
 さらに、この発明は、上述したインクジェット用インクを用いて構成されるセラミック電子部品にも向けられる。
 この発明に係るセラミック電子部品は、第1の実施態様では、インクジェット用インクを用いて形成された印刷膜を焼成してなる電極と、電極を保持するセラミック素体とを備える。この場合、インクジェット用インクとしては、機能性粒子が導電性粒子であるものが用いられる。
 この発明に係るセラミック電子部品は、第2の実施態様では、積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有するセラミック素体と、セラミック層間の界面に沿って形成された内部電極と、セラミック層間の界面における内部電極が形成されない領域に形成された、内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層とを備え、段差吸収層が、インクジェット用インクを用いて形成された印刷膜を焼成してなるものである。この場合、インクジェット用インクとしては、機能性材料がセラミック粒子であるものが用いられる。
 この発明に係るセラミック電子部品は、第3の実施態様では、積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有するセラミック素体と、セラミック層間の界面に沿って形成された内部電極と、セラミック層間の界面における内部電極が形成されない領域に形成された、内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層とを備え、内部電極および段差吸収層の各々が、インクジェット用インクを用いて形成された印刷膜を焼成してなるものである。ここで、内部電極を形成するためのインクジェット用インクとしては、機能性粒子が導電性粒子であるものが用いられ、段差吸収層を形成するためのインクジェット用インクとしては、機能性材料がセラミック粒子であるものが用いられる。
 この発明に係るインクジェット用インクによれば、円滑かつ安定なインクジェット印刷が可能となり、また、印刷膜のにじみを生じにくくすることができる。
 この発明に係る印刷方法によれば、印刷版なしの印刷が可能なため、少量多品種や複雑図形の印刷膜の形成が容易になる。
 この発明に係るセラミック電子部品によれば、そこに構造欠陥を生じさせにくくすることができる。
この発明に係るインクジェット用インクを用いて構成されるセラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサ1を示す断面図である。 図1に示した積層セラミックコンデンサ1を製造するにあたって用意されるセラミックグリーンシート10を示す斜視図である。
 図1を参照して、この発明に係るインクジェット用インクを用いて構成される積層セラミックコンデンサ1について説明する。
 積層セラミックコンデンサ1は、積層された複数のセラミック層2からなる積層構造を有するセラミック素体3と、セラミック層2間の複数の界面に沿ってそれぞれ形成された各々複数の第1および第2の内部電極4および5とを備えている。積層セラミックコンデンサ1にあっては、セラミック層2は、誘電体セラミックから構成される。第1の内部電極4と第2の内部電極5とは、静電容量を形成するように、セラミック層2を介して互いに対向しており、また、積層方向に見て交互に配置される。
 セラミック素体3の一方の端面上には、第1の内部電極4に電気的に接続されるように第1の外部電極6が形成され、他方の端面上には、第2の内部電極5に電気的に接続されるように第2の外部電極7が形成される。
 上述した積層セラミックコンデンサ1を製造するため、図2に示すようなセラミックグリーンシート10が用意される。セラミックグリーンシート10はセラミック層2となるべきものである。なお、積層セラミックコンデンサ1を量産するにあたって実際に用意されるセラミックグリーンシートは、後で実施されるカット工程により、複数個の積層セラミックコンデンサ1を取り出すことができる寸法を有するものであるが、図2には、説明の便宜上、1個の積層セラミックコンデンサ1のためのセラミックグリーンシート10が図示されている。
 セラミックグリーンシート10の一方主面上には、内部電極4または5となる内部電極用印刷膜11が形成される。内部電極用印刷膜11は、所定の厚みを有していて、そのため、セラミックグリーンシート10上に、この厚みによる段差を生じさせている。
 次に、セラミックグリーンシート10の主面上の内部電極用印刷膜11が形成されていない領域に、段差吸収用印刷膜12が形成される。段差吸収用印刷膜12は、上述した内部電極用印刷膜11の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層となるものである。段差吸収用印刷膜11の形成工程は、内部電極用印刷膜11の形成工程の前に実施されてもよい。図1では、段差吸収層は、特に図示はされていないが、セラミック素体3内において、内部電極4および5の各々と同一面上に延びるように形成されるものである。
 上述した内部電極用印刷膜11および段差吸収用印刷膜12は、この発明に係るインクを用いてインクジェット印刷により形成されるものであるが、その詳細については後述する。
 次に、複数のセラミックグリーンシート10が積層され、グリーン積層体が得られる。このグリーン積層体は、必要に応じて、プレスされ、カットされ、その後、焼成される。この焼成の結果、図1に示した内部電極4および5を内蔵するセラミック素体3が得られる。そして、このセラミック素体3の端部に外部電極6および7を形成することにより、積層セラミックコンデンサ1が完成される。
 この発明に係るインクジェット用インクは、前述したように、平均粒径50~1000nmの機能性粒子と、平均粒径4~40nmのレオロジー調整用粒子と、有機ビヒクルとを含み、せん断速度1000s-1での粘度が1~50mPa・sであり、かつ、せん断速度0.1s-1での粘度が、
 式1:η=(D)×ρ/10/2+80
〔ただし、ηはせん断速度0.1s-1での粘度(mPa・s)、Dは機能性粒子の平均粒径(nm)、ρは機能性粒子の比重〕
によって算出される粘度η以上であることを特徴としている。
 平均粒径4~40nmのレオロジー調整用粒子は非常に大きい比表面積を有し、そのため、粒子間相互作用が大きく働く。このようなレオロジー調整用粒子をインクに添加すると、粒径50nm以上の大径の機能性粒子およびレオロジー調整用粒子を介した三次元ネットワーク構造が効果的に形成され、高せん断速度下ではインクジェット印刷可能な低粘度特性(せん断速度1000s-1において1~50mPa・s)が発現するとともに、低せん断速度下では平均粒径50~1000nmの機能性粒子に対して十分な沈降抑制効果と印刷にじみ抑制効果とが得られる高粘度特性(せん断速度0.1s-1での粘度が上記式1によって算出されるη以上)が発現する。
 上述したレオロジー調整用粒子によるレオロジー調整効果をより高めるためには、レオロジー調整用粒子の添加量は、機能性粒子の100体積部に対して、3.0~42.4体積部であることが好ましい。
 この発明に係るインクジェット用インクは、上記のような作用によって、インクジェト印刷可能な粘度特性、安定印刷できる沈降特性、および印刷後ににじみにくい特性といった3つの特性すべてを満足する。
 ここで、前述したストークス式:
 νs={Dp2(ρp-ρf)g}/18η
(ただし、νsは粒子の沈降速度、Dpは粒子直径、ρpは粒子比重、ρfは分散媒比重、gは重力加速度、およびηは分散媒粘度である。)
について、再び考察する。
 前述したように、ストークス式から、粒径50nm以上の粒子が分散した有機系インクで問題となる粒子沈降を抑えるには、分散媒粘度ηを上げることが効果的であることがわかる。
 この発明では、上記ηを高くする方法として、前述したように、粒径50nm以上の大径粒子および微粒子を介した三次元ネットワーク構造を利用している。この三次元ネットワーク構造は、せん断力の大小によって、その形成と崩壊とが可逆的に起こるという特徴を持つ。また、微粒子の粒径が小さくなればなるほど、比表面積は大きくなる上、添加総体積当たりの粒子数が多くなりかつ粒子間距離も狭くなるので、三次元ネットワーク構造が効果的に形成される。
 より具体的に説明すると、静止状態から低せん断速度下では、大径粒子および微粒子を介した三次元ネットワーク構造の形成でηが高くなる(すなわち、粒子界面と空間とで粘度が発現する)ので、沈降が抑制される。一方、高せん断力がかかるインクジェット印刷の瞬間は、三次元ネットワーク構造の崩壊でηが低くなり、インクジェット印刷が可能になる。加えて、着弾後は再び三次元ネットワーク構造が形成されてηが高くなるので、ドットや印刷図形のにじみ抑制効果も発揮する。
 なお、チクソトロピック剤でも、上記と比較的類似した特性を出せることが一般的に知られている。ただし、このようなチクソトロピック剤は、膨潤樹脂の三次元ネットワーク構造を形成させる(空間で粘度が発現する)ため、高せん断力下での三次元ネットワーク構造の崩壊に伴う粘度低下が不十分であり、インクジェット印刷に適さない。
 また、チクソトロピック性の発現は、前述した特許文献4に記載のような高極性・高表面張力の水系では容易であるが、低極性・低表面張力の有機溶剤系では困難である。すなわち、たとえば特許文献4に記載のような水系ペーストの設計を有機溶剤系に適用しても、必要なチクソトロピック性は発現しない。
 有機溶剤系でチクソ性を十分に発現させるためには、この発明に係るインクジェット用インクのように、少なくとも粒径40nm以下の微粒子を添加する必要がある。なぜなら、微粒子化によって、粒子数の増加に伴う粒子表面間距離の短縮と、粒子表面積の増加がもたらされ、微粒子を介した三次元ネットワーク構造の形成が容易になるからである。この効果は、粒子径が小さくなればなるほど、より発揮される。
 この発明に係るインクジェット用インクにおいて、機能性粒子は、たとえば、導電体、抵抗体、誘電体、磁性体、蛍光体などからなるもので、電磁気的または光学的な機能を与える材料全般からなる粒子を指し、複数種類の材料の混合物からなる粒子または互いに異なる材料からなる粒子の混合であってもよい。インク中の機能性粒子の濃度に関係なく、せん断速度0.1s-1での粘度が上記の式1によって算出されるη以上であれば、十分な沈降抑制効果と印刷にじみ抑制効果が得られる。
 レオロジー調整用粒子は、粒径だけで定義される。すなわち、レオロジー調整用粒子の材質は特に限定されるものではない。なお、レオロジー調整用粒子は、好ましくは、セラミック(酸化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭化物)から構成される。
 有機ビヒクルを構成する有機溶剤およびバインダの各材料については、特に制約はなく、複数種類の材料の混合であってもよい。たとえば、有機溶剤としては、アルコール系、エステル系、ケトン系およびエーテル系のものから選ばれる少なくとも1種を好適に用いることができる。バインダとしては、セルロース系、アクリル系および環状アセタール系のものから選ばれる少なくとも1種を好適に用いることができる。
 図2に示した内部電極用印刷膜11を形成するためのインクジェット用インクにあっては、機能性粒子として、金属などからなる導電性粒子が用いられる。機能性粒子が金属などの比較的低融点材料からなり、かつ、レオロジー調整用粒子がセラミックからなる場合には、平均粒径50nm以上の機能性粒子に対してレオロジー調整用粒子が十分なネッキング抑制効果を発揮し、焼成時における内部電極用印刷膜11の熱収縮開始温度を高くできる。これにより、セラミックグリーンシート10と内部電極用印刷膜11との収縮差を低減し、構造欠陥の少ない積層セラミックコンデンサ1を製造することができる。この場合、レオロジー調整用粒子の主成分は、セラミック素体3の主成分と同じであることがより好ましい。
 上述した導電性粒子は、好ましくは、Au、Pt、Ag、Ni、Cu、Al、およびFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属、またはこの群より選ばれる少なくとも1種の金属を含有する合金からなるものである。これらの金属は、積層セラミックコンデンサ1のようなセラミック電子部品における電極の材料として好適である。
 図2に示した段差吸収用印刷膜12を形成するためのインクジェット用インクにあっては、機能性粒子として、セラミック粒子が用いられる。ここで、機能性粒子となるセラミック粒子の主成分が、セラミック層2の主成分と同じ、すなわち、セラミックグリーンシート10に含まれるセラミック粒子の主成分と同じであり、レオロジー調整用粒子がセラミックからなる場合、段差吸収用印刷膜12を形成するためのインクとして、より好適なものとすることができる。
 上述の場合、機能性粒子の平均粒径が、セラミック層2に含まれるセラミック主成分粒子の焼成前の平均粒径に対して、48~152%の範囲内である場合、セラミックグリーンシート10と段差吸収用印刷膜12との間での焼成時における収縮のミスマッチがより低減される。したがって、得られた積層セラミックコンデンサ1において構造欠陥をより生じにくくすることができる、熱収縮特性を満足するインクジェット用インクを実現することができる。
 以上、この発明に係るインクジェット用インクが、積層セラミックコンデンサ1における内部電極4および5となる内部電極用印刷膜11ならびに段差吸収層となる段差吸収用印刷膜12の双方を形成するために用いられる場合について説明したが、この発明に係るインクジェット用インクは、内部電極用印刷膜11および段差吸収用印刷膜12のいずれか一方のみを形成するために用いられてもよい。
 また、この発明に係るインクジェット用インクが適用されるのは、積層セラミックコンデンサ1に限らず、その他の積層型セラミック電子部品、さらには積層構造を有しないセラミック電子部品であってもよい。また、電子部品以外の分野で、この発明に係るインクジェット用インクが用いられてもよい。
 なお、この発明に係るインクを用いて実施され得るインクジェットの方式には、代表的には、ピエゾインクジェット方式があるが、この方式に限定されるものではない。この発明に係るインクジェット用インクは、低粘度のインクを必要とするインクジェット印刷であれば、どのような方式のインクジェット印刷にも適用することができる。
 以下、この発明に基づいて実施した実験例について説明する。
 [実験例1]
 <インクジェット用インクの作製>
 表1に示すように、機能性粒子として平均粒径(「平均粒径」は「BET換算粒径による平均粒径」。以下同様。)10nm、50nm、100nm、500nm、1000nmおよび2000nmのニッケル粉末と、レオロジー調整用粒子として平均粒径4nm、10nm、30nm、40nmおよび60nmのチタン酸バリウム粉末とを用意した。
 次に、試料1~6については、表1の「機能性粒子平均粒径」の欄に示した平均粒径を有する機能性粒子:35重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:60重量部を混合し、ポットミルで処理することにより、インクジェット用インクを得た。
 他方、試料7~32については、表1の「機能性粒子平均粒径」の欄に示した平均粒径を有する機能性粒子:35重量部、表1の「レオロジー調整用粒子平均粒径」の欄に示した平均粒径を有するレオロジー調整用粒子:5重量部、高分子系分散剤:4重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートからなる有機ビヒクル:56重量部を混合し、ポットミルで処理することにより、インクジェット用インクを得た。
 <レオロジー評価>
 上述のようにして得られた試料1~32に係るインクジェット用インクについて、アントンパール社製コーン型レオメーター(MCR300)を用い、ズリ速度1000s-1における3秒後の粘度、およびズリ速度0.1s-1における5秒後の粘度を測定した。その結果が、それぞれ、表1の「1000s-1粘度」および「0.1s-1粘度」の各欄に示されている。
 上記コーン型レオメーターにおいて、コーンとしては、径75mm(CP75)のものを用いた。温度条件は25℃±2℃とした。
 また、表1の「式1から算出した粘度」の欄には、前述した式1によって算出された粘度ηが示されている。ここで、機能性粒子としてのニッケル粉末の比重は8.9とした。
 <沈降性評価>
 得られた各試料に係るインクジェット用インクの沈降性を評価するため、これらインクを用い、ピエゾインクジェット印刷機にて4時間連続印刷した。その結果、形成された印刷膜の厚みが、狙い厚み1.0μm±5%以内に収まったものについては、表1の「沈降性」の欄に「◎」と表示し、1.0μm±5%の範囲を超えるが、1.0μm±10%以内に収まったものについては、「沈降性」の欄に「○」と表示し、1.0μm±10%の範囲を超えるが、1.0μm±20%以内に収まったものについては、「沈降性」の欄に「△」と表示し、1.0μm±20%の範囲を超えたもの、または途中でノズル詰まりが起きたものについては、「沈降性」の欄に「×」と表示した。
 <印刷にじみ評価>
 得られた各試料に係るインクジェット用インクのにじみを評価するため、これらインクを用い、ピエゾインクジェット印刷機にて、平均直径70μmのドットをセラミックグリーンシート上に500個印刷し、各ドットの真円度とドット直径とをNEXIV-VMR-6555(Nikon製)で評価した。その結果、ドットの平均真円度/平均ドット直径が、15%未満に収まったものについては、表1の「印刷にじみ」の欄に「◎」と表示し、15~20%に収まったものについては、「印刷にじみ」の欄に「○」と表示し、20%以内に収まらなかったものについては、「印刷にじみ」の欄に「×」と表示した。
 なお、真円度は「JIS B 0621-1984」に準拠して算出される値であり、値が0であるとき、ドットがにじみの無い完全な真円であると言える。
 <構造欠陥評価>
 以下のように、各試料に係るインクジェット用インクを用いながら、積層セラミックコンデンサのためのセラミック素体を作製し、得られたセラミック素体について構造欠陥の有無を評価した。
 チタン酸バリウムを主成分とするセラミック材料、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤および分散剤を所定の割合で混合し、次いで、ボールミルを用いて湿式分散処理することによって、セラミックスラリーを得た。
 次に、このセラミックスラリーを、乾燥後の厚みが6.0μmになるように、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上で、ドクターブレード法を用いて成形することによって、セラミックグリーンシートを得た。
 次に、セラミックグリーンシート上に、後で得られるカット後かつ焼成後のチップ状のセラミック素体の平面寸法が2.0mm×1.2mmになるようなパターンをもって、乾燥後の厚みが1.0μmとなるように、各試料に係るインクジェット用インクをピエゾインクジェット印刷機によって印刷し、内部電極となるべき印刷膜を形成した。
 次に、上記の内部電極用印刷膜が形成された200枚のセラミックグリーンシートを、PETフィルムから剥離した後、積み重ね、次いで、積み重ねた状態で所定の金型に入れ、プレスした。
 次いで、このプレスされた積層体ブロックを所定の大きさにカットして、個々の積層セラミックコンデンサのための部品本体となるべきチップ状の生の積層体を得た。
 次いで、この生の積層体を、窒素中において、350℃の温度で10時間、脱脂処理した後、N2/H2/H2O混合雰囲気中において、酸素分圧を10-6~10-7MPaとしながら、1200℃の温度で2時間保持するプロファイルをもって焼成処理した。
 この焼成処理後の部品本体である、内部電極を内蔵するセラミック素体について、各々の外観を観察し、デラミネーションやクラック等の構造欠陥の有無を評価した。各試料100個において、構造欠陥発生個数が1個以下のものについては、表1の「構造欠陥」の欄に「○」と表示し、構造欠陥発生個数が2個以上のものについては、「構造欠陥」の欄に「×」と表示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1において、「1000s-1粘度」の欄を参照すると、いずれの試料についても、1~50mPa・sの粘度範囲に収まっている。このことからは、いずれの試料についても、一般的なインクジェト装置で印刷可能な粘度範囲に収まっていると言える。
 次に、「沈降性」について考察する。
 レオロジー調整用粒子が添加されなかった試料1~6については、「機能性粒子平均粒径」が50nm以上の試料2~6において、「沈降性」が「×」または「△」となっている。
 一方、レオロジー調整用粒子を添加した試料7~32のうち、試料7~11、13~16、18~20および23~25が、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が4~40nmである。これらの試料7~11、13~16、18~20および23~25では、「沈降性」が「○」または「◎」となっている。特に、これらの試料7~11、13~16、18~20および23~25のうち、「レオロジー調整用粒子平均粒径」が30nm以下の試料7~11、13~16、18~20では、「沈降性」が「◎」となっている。
 これらに対して、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありながら「レオロジー調整用粒子平均粒径」が60nmの試料28および29では、「沈降性」が「△」または「×」となっている。
 次に、「印刷にじみ」について考察する。
 レオロジー調整用粒子が添加されなかった試料1~6については、「機能性粒子平均粒径」が50nm以上の試料2~6において、「印刷にじみ」が「×」となっている。
 一方、レオロジー調整用粒子を添加した試料7~32のうち、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が4~40nmである試料7~11、13~16、18~20および23~25では、「印刷にじみ」が「○」または「◎」となっている。特に、これらの試料7~11、13~16、18~20および23~25のうち、「レオロジー調整用粒子平均粒径」が30nm以下の試料7~11、13~16、18~20では、「印刷にじみ」が「◎」となっている。
 これらに対して、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありながら「レオロジー調整用粒子平均粒径」が60nmの試料28および29では、「印刷にじみ」が「×」となっている。
 これらの「沈降性」および「印刷にじみ」の評価結果からわかるように、「レオロジー調整用粒子平均粒径」が小さいほど、沈降抑制効果および印刷にじみ抑制効果がより強く発揮され、効果的な沈降抑制および印刷にじみ抑制のためには、「レオロジー調整用粒子平均粒径」は、40nm以下であること、好ましくは30nm以下であることが求められる。
 次に、「構造欠陥」について考察する。
 レオロジー調整用粒子が添加されなかった試料1~6については、「機能性粒子平均粒径」が1000nm以下の試料1~5において、「構造欠陥」が「×」となっている。これは、機能性粒子の小径化に伴う収縮開始温度の低下が原因であると推測される。
 一方、レオロジー調整用粒子を加えた試料7~32については、「レオロジー調整用粒子平均粒径」が60nmと比較的大径であり、かつ「機能性粒子平均粒径」が50nmと極めて小径の試料28においてのみ、「構造欠陥」が「×」となっている。他の試料7~27および29~32では、「レオロジー調整用粒子平均粒径」が「機能性粒子平均粒径」より小さいという条件を満たし、「構造欠陥」が「○」となっている。
 このことから、「機能性粒子平均粒径」が50nm以上の機能性粒子に対しては、この機能性粒子の平均粒径未満の平均粒径を有するレオロジー調整用粒子の添加が、積層セラミック電子部品の構造欠陥抑制に対して有効であることがわかる。
 次に、試料8、10、14、15、19、20および25について、インクの乾燥塗膜を作製し、FE-SEM(JEOL製JSM-7000F)で表面を観察したところ、機能性粒子(Ni粒子)の表面近傍にレオロジー調整用粒子(チタン酸バリウム粒子)が均等に保持されているような形態になっていることが確認された。この塗膜表面の形態から、インク内では、レオロジー調整用粒子が機能性粒子の近傍に均一配置した状態になっていると推定される。そして、この結果、高い沈降抑制効果、印刷にじみ抑制効果および焼結抑制効果が発揮されていると考えられる。
 [実験例2]
 <インクジェット用インクの作製>
 実験例1において作製した試料4に係るインクジェット用インクを用意した。
 また、表2に示すように、機能性粒子としての平均粒径500nmのニッケル粉末と、レオロジー調整用粒子としての平均粒径4nmおよび30nmのチタン酸バリウム粉末とを用意した。
 そして、試料33~38として、機能性粒子:35重量部、レオロジー調整用粒子:0.8~10.0重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートからなる有機ビヒクル:50.0~56.2重量部を混合し、ポットミルで処理することにより、インクジェット用インクを得た。これら試料33~38では、表2の「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」の欄に示すように、機能性粒子:100体積部に対して、レオロジー調整用粒子が3.0~42.4体積部に相当する組成になる。
 <レオロジー評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表2の「1000s-1粘度」および「0.1s-1粘度」を求めるとともに、「式1から算出した粘度」を求めた。
 <沈降性評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表2の「沈降性」を評価し、同様の方法で表示した。
 <印刷にじみ評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表2の「印刷にじみ」を評価し、同様の方法で表示した。
 <構造欠陥評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表2の「構造欠陥」を評価し、同様の方法で表示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2を参照して、「沈降性」および「印刷にじみ」について考察する。
 レオロジー調整用粒子を添加した試料33~38では、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が30nm以下である。これらの試料33~38では、「沈降性」および「印刷にじみ」が「◎」となっている。
 これらに対して、レオロジー調整用粒子が添加されなかった試料4については、前述したように、「沈降性」および「印刷にじみ」が「×」となっている。
 次に、「構造欠陥」について考察する。
 まず、レオロジー調整用粒子が添加されなかった試料4では、前述したように、「構造欠陥」が「×」となった。
 一方、レオロジー調整用粒子が添加された試料33~38では、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が3.0/100~42.4/100の範囲にあり、「構造欠陥」が「○」となった。
 以上から、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が、少なくとも3.0/100~42.4/100の範囲にあれば、優れた構造欠陥抑制効果が得られると言える。なお、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が42.4/100を超えても、構造欠陥抑制効果が得られるが、内部電極としての有効面積が小さくなりすぎるため、好ましくない。
 [実験例3]
 <インクジェット用インクの作製>
 実験例3では、機能性粒子となる導電性粒子を構成する金属種を、表3の「機能性粒子種」の欄に示すように異ならせたインクジェット用インクを作製した。以下、表3に示した各試料に係るインクジェット用インクの作製方法について説明する。
 試料39に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径500nmのNi粉末:40重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:4重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:51重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 試料40に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径500nmのCu粉末:40重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:4重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:51重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 試料41に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径500nmのAg粉末:44重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:3.7重量部、高分子系分散剤:4.7重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:46.6重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 試料42に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径500nmのAu粉末:59重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:2.7重量部、高分子系分散剤:3.3重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:35重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 試料43に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径500nmのPt粉末:62重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:2.6重量部、高分子系分散剤:3.2重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:32重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 試料44に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径500nmのAl粉末:17重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:5.5重量部、高分子系分散剤:6.9重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:69.3重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 試料45に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径500nmのFe粉末:37重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:4.2重量部、高分子系分散剤:5.2重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:52.4重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 なお、これらの試料39~45では、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が11/100に相当する組成になる。
 <レオロジー評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表3の「1000s-1粘度」および「0.1s-1粘度」を求めるとともに、「式1から算出した粘度」を求めた。
 なお、表1の「式1から算出した粘度」を求めるに当たり、機能性粒子の比重として、Ni粉末については、前述したとおり、8.9とした。さらに、Cu粉末については8.9とし、Ag粉末については10.5とし、Au粉末については19.3とし、Pt粉末については21.5とし、Al粉末については2.7とし、Fe粉末については7.9とした。
 <沈降性評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表3の「沈降性」を評価し、同様の方法で表示した。
 <印刷にじみ評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表3の「印刷にじみ」を評価し、同様の方法で表示した。
 <構造欠陥評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表3の「構造欠陥」を評価し、同様の方法で表示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3を参照して、「沈降性」および「印刷にじみ」について考察する。
 試料39~45では、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が10nmである。これらの試料39~45では、「沈降性」および「印刷にじみ」が「○」または「◎」となっている。
 上記結果および実験例1の結果から、機能性粒子の比重に関わりなく、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が40nm以下であれば、十分な沈降抑制効果および印刷にじみ抑制効果が得られると言える。
 次に、「構造欠陥」について考察する。
 試料39~45では、前述したように、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が11/100であり、「構造欠陥」が「○」となった。
 上記結果および実験例2の結果から、機能性粒子の比重に関わりなく、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が、少なくとも3.0/100~42.4/100の範囲にあれば、優れた構造欠陥抑制効果が得られると判断できる。
 [実験例4]
 <インクジェット用インクの作製>
 実験例4では、有機ビヒクルに含まれるバインダ樹脂種を、表4の「バインダ種」の欄に示すように異ならせたインクジェット用インクを作製した。以下、表4に示した各試料に係るインクジェット用インクの作製方法について説明する。
 試料46に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径300nmのニッケル粉末:25重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:4重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:66重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 試料47に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径300nmのニッケル粉末:25重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:4重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにアクリル樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:66重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。上記アクリル樹脂は、モノマー単位をエチルメタクリレート・t-ブチルメタクリレート・アクリル酸とするものである。
 試料48に係るインクジェット用インクは、機能性粒子としての平均粒径300nmのニッケル粉末:25重量部、レオロジー調整用粒子としての平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末:4重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにポリビニルブチラール樹脂(環状アセタール系樹脂)とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:66重量部を混合し、ポットミルで処理することにより得られたものである。
 なお、これらの試料46~48では、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が11/100に相当する組成になる。
 <レオロジー評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表4の「1000s-1粘度」および「0.1s-1粘度」を求めるとともに、「式1から算出した粘度」を求めた。
 <沈降性評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表4の「沈降性」を評価し、同様の方法で表示した。
 <印刷にじみ評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表4の「印刷にじみ」を評価し、同様の方法で表示した。
 <構造欠陥評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表4の「構造欠陥」を評価し、同様の方法で表示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4を参照して、「沈降性」および「印刷にじみ」について考察する。
 試料46~48では、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が15nmである。これらの試料46~48では、「沈降性」および「印刷にじみ」が「◎」となっている。
 上記結果および実験例1の結果から、バインダ樹脂種に関わりなく、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が40nm以下であれば、十分な沈降抑制効果および印刷にじみ抑制効果が得られると言える。加えて、バインダ樹脂は、単一種ではなく、複数種の混合でも、問題なく上記効果が得られると判断できる。
 次に、「構造欠陥」について考察する。
 試料46~48では、前述したように、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が11/100であり、「構造欠陥」が「○」となった。
 上記結果および実験例2の結果から、バインダ樹脂種に関わりなく、「レオロジー調整用粒子/機能性粒子体積比」が、少なくとも3.0/100~42.4/100の範囲にあれば、優れた構造欠陥抑制効果が得られると判断できる。加えて、バインダ樹脂は、単一種ではなく、複数種の混合でも、問題なく上記効果が得られると判断できる。
 [実験例5]
 <インクジェット用インクの作製>
 表5に示すように、機能性粒子として平均粒径10nm、50nm、100nm、250nm、400nmおよび500nmのチタン酸バリウム粉末と、レオロジー調整用粒子として平均粒径10nmのチタン酸バリウム粉末とを用意した。
 次に、試料49~54については、表5の「機能性粒子平均粒径」の欄に示した平均粒径を有する機能性粒子:26重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートとからなる有機ビヒクル:69重量部を混合し、高圧ホモジナイザーで処理することにより、インクジェット用インクを得た。
 他方、試料55~60については、表5の「機能性粒子平均粒径」の欄に示した平均粒径を有する機能性粒子:25重量部、表5の「レオロジー調整用粒子平均粒径」の欄に示した平均粒径を有するレオロジー調整用粒子:4重量部、高分子系分散剤:5重量部、ならびにエチルセルロース樹脂とジヒドロターピネオールアセテートからなる有機ビヒクル:60重量部を混合し、高圧ホモジナイザーで処理することにより、インクジェット用インクを得た。
 <レオロジー評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表5の「1000s-1粘度」および「0.1s-1粘度」を求めるとともに、「式1から算出した粘度」を求めた。
 なお、表5の「式1から算出した粘度」を求めるに当たり、機能性粒子としてのチタン酸バリウム粉末の比重は6.0とした。
 <沈降性評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表5の「沈降性」を評価し、同様の方法で表示した。
 <印刷にじみ評価>
 実験例1の場合と同様の方法にて、表5の「印刷にじみ」を評価し、同様の方法で表示した。
 <構造欠陥評価>
 表5の「構造欠陥」を評価するにあたって、実験例1の場合と同様、試料として、積層セラミックコンデンサのためのセラミック素体を作製したが、その作製方法が一部異なる。
 チタン酸バリウムを主成分とするセラミック材料、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤および分散剤を所定の割合で混合し、次いで、インクジェット用インクの作製時と同様の高圧ホモジナイザーによる湿式分散処理を行なうことによって、セラミックスラリーを得た。
 なお、このセラミックスラリーを乾燥・脱脂して得られた粉体は、BET換算径が約250nmであった。
 次に、このセラミックスラリーを、乾燥後の厚みが6.0μmになるように、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上で、ドクターブレード法を用いて成形することによって、セラミックグリーンシートを得た。
 次に、セラミックグリーンシート上に、後で得られるカット後かつ焼成後のチップ状のセラミック素体の平面寸法が2.0mm×1.2mmになるようなパターンをもって、乾燥後の物理厚みが1.0μmとなるように、Niペーストをスクリーン印刷機によって印刷し、内部電極となるべきNi塗膜を形成した。次に、セラミックグリーンシート上のNi塗膜のない領域すべてに、各試料に係るインクジェット用インクを、乾燥後の物理厚みが1.0μmとなるように、ピエゾインクジェット印刷機によって印刷し、段差吸収用のインクジェット印刷膜を形成した。
 次に、上記の内部電極用Ni塗膜と段差吸収用インクジェット印刷膜とが形成された200枚のセラミックグリーンシートを、PETフィルムから剥離した後、積み重ね、次いで、積み重ねた状態で所定の金型に入れ、プレスした。
 次いで、このプレスされた積層体ブロックを所定の大きさにカットして、個々の積層セラミックコンデンサの部品本体となるべきチップ状の生の積層体を得た。
 次いで、この生の積層体を、窒素中において、350℃の温度で10時間、脱脂処理した後、N2/H2/H2O混合雰囲気中において、酸素分圧を10-6~10-7MPaとしながら、1200℃の温度で2時間保持するプロファイルをもって焼成処理した。
 この焼成処理後の部品本体である、内部電極を内蔵するセラミック素体について、実験例1の場合と同様、各々の外観を観察し、デラミネーションやクラック等の構造欠陥の有無を評価した。各試料100個において、構造欠陥発生個数が1個以下のものについては、表5の「構造欠陥」の欄に「○」と表示し、構造欠陥発生個数が2個以上のものについては、「構造欠陥」の欄に「×」と表示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表5を参照して、「沈降性」および「印刷にじみ」について考察する。
 レオロジー調整用粒子が添加されなかった試料49~54については、「機能性粒子平均粒径」が50nm以上の試料50~54において、「沈降性」が「×」または「△」となり、「印刷にじみ」が「×」となっている。
 一方、レオロジー調整用粒子を添加した試料55~60のうち、「機能性粒子平均粒径」が50nm以上である試料56~60では、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が10nmである。これらの試料56~60では、「沈降性」および「印刷にじみ」が「◎」となっている
 上記結果および実験例1の結果から、機能性粒子がセラミック(チタン酸バリウム)である場合であっても、「機能性粒子平均粒径」が50nm以上であり、「0.1s-1粘度」が「式1から算出した粘度」以上でありかつ「レオロジー調整用粒子平均粒径」が40nm以下であれば、十分な沈降抑制効果および印刷にじみ抑制効果が得られると言える。
 次に、「構造欠陥」について考察する。
 表5の「機能性粒子径/セラミックグリーンシート粒子径」は、前述したセラミックグリーンシートに含まれるセラミック主成分粒子の平均粒径に対する、「機能性粒子平均粒径」の比率[%]を示したものである。ここで、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック主成分粒子の平均粒径は、250nmとした。
 レオロジー調整用粒子の添加有無によらず、「機能性粒子径/セラミックグリーンシート粒子径」が48~152%の範囲の試料51~53、および57~59では、「構造欠陥」が「○」となった。このことから、積層セラミック電子部品において、段差吸収用のセラミック印刷膜を形成する際は、段差吸収用印刷膜に含まれる機能性粒子としてのセラミック粉末の平均粒径が、積層セラミック電子部品のセラミック層に含まれるセラミック主成分粒子の焼成前の平均粒径に対して、48~152%の範囲内にすることで、焼成時の収縮ミスマッチを抑制でき、構造欠陥のない積層セラミック電子部品を得ることができると言える。
 なお、レオロジー調整用粒子が添加されなかった試料51~53では、「構造欠陥」が「○」であったが、「沈降性」が「×」または「△」となり、かつ「印刷にじみ」が「×」となっており、沈降抑制、印刷にじみ抑制、および構造欠陥抑制の3点すべてを満たすことができていない。一方、レオロジー調整用粒子を添加した試料57~59では、沈降抑制、印刷にじみ抑制、および構造欠陥抑制の3点すべてを満たしている。
 これらのことから、積層セラミック電子部品の段差吸収用印刷膜を形成するためのインクジェット用インクにおいて、機能性粒子として平均粒径50nm以上のセラミック粉末を用いる場合、平均粒径40nm以下のレオロジー調整用粒子を加えることで、所望の沈降抑制特性、印刷にじみ抑制特性、および熱収縮特性をすべて満たすインクジェット用インクが得られると言える。
1 積層セラミックコンデンサ
2 セラミック層
3 セラミック素体
4,5 内部電極
10 セラミックグリーンシート
11 内部電極用印刷膜
12 段差吸収用印刷膜

Claims (15)

  1.  BET換算粒径による平均粒径50~1000nmの機能性粒子と、BET換算粒径による平均粒径4~40nmのレオロジー調整用粒子と、有機ビヒクルとを含み、
     せん断速度1000s-1での粘度が1~50mPa・sであり、かつ、
     せん断速度0.1s-1での粘度が、
     式:η=(D)×ρ/10/2+80
    〔ただし、ηはせん断速度0.1s-1での粘度(mPa・s)、Dは機能性粒子のBET換算粒径による平均粒径(nm)、ρは機能性粒子の比重〕
    によって算出される粘度η以上である、
    インクジェット用インク。
  2.  前記レオロジー調整用粒子はセラミックからなる、請求項1に記載のインクジェット用インク。
  3.  前記レオロジー調整用粒子はペロブスカイト構造の酸化物からなる、請求項2に記載のインクジェット用インク。
  4.  前記有機ビヒクルは、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、および環状アセタール系樹脂から選ばれる少なくとも1種の樹脂と有機溶剤との混合物である、請求項1ないし3のいずれかに記載のインクジェット用インク。
  5.  当該インクジェット用インク中の前記機能性粒子の体積を100体積部としたとき、前記レオロジー調整用粒子の添加量が3.0~42.4体積部である、請求項1ないし4のいずれかに記載のインクジェット用インク。
  6.  電極と、前記電極を保持するセラミック素体とを備える、セラミック電子部品において、前記電極となる印刷膜を形成するために用いられるものであって、前記機能性粒子は導電性粒子である、請求項1ないし5のいずれかに記載のインクジェット用インク。
  7.  前記導電性粒子は、Au、Pt、Ag、Ni、Cu、Al、およびFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属、または前記群より選ばれる少なくとも1種の金属を含有する合金からなるものである、請求項6に記載のインクジェット用インク。
  8.  前記レオロジー調整用粒子の主成分は、前記セラミック素体の主成分と同じである、請求項6または7に記載のセラミック電子部品。
  9.  積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有するセラミック素体と、前記セラミック層間の界面に沿って形成された内部電極と、前記セラミック層間の界面における前記内部電極が形成されない領域に形成された、前記内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層とを備える、セラミック電子部品において、前記段差吸収層となる印刷膜を形成するために用いられるものであって、前記機能性粒子はセラミック粒子である、請求項1ないし5のいずれかに記載のインクジェット用インク。
  10.  前記機能性粒子となる前記セラミック粒子の主成分は、前記セラミック層の主成分と同じである、請求項9に記載のインクジェット用インク。
  11.  前記機能性粒子のBET換算粒径による平均粒径は、前記セラミック層に含まれるセラミック主成分粒子の焼成前のBET換算粒径による平均粒径に対して、48~152%の範囲内である、請求項10に記載のインクジェット用インク。
  12.  インクジェット装置によって、請求項1ないし11のいずれかに記載のインクジェット用インクからなる印刷膜を形成する、印刷方法。
  13.  請求項6ないし8のいずれかに記載のインクジェット用インクを用いて形成された印刷膜を焼成してなる電極と、前記電極を保持するセラミック素体とを備える、セラミック電子部品。
  14.  積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有するセラミック素体と、前記セラミック層間の界面に沿って形成された内部電極と、前記セラミック層間の界面における前記内部電極が形成されない領域に形成された、前記内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層とを備え、前記段差吸収層は、請求項9ないし11のいずれかに記載のインクジェット用インクを用いて形成された印刷膜を焼成してなるものである、セラミック電子部品。
  15.  積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有するセラミック素体と、前記セラミック層間の界面に沿って形成された内部電極と、前記セラミック層間の界面における前記内部電極が形成されない領域に形成された、前記内部電極の厚みによる段差を吸収するための段差吸収層とを備え、前記内部電極は、請求項6ないし8のいずれかに記載のインクジェット用インクを用いて形成された印刷膜を焼成してなるものであり、前記段差吸収層は、請求項9ないし11のいずれかに記載のインクジェット用インクを用いて形成された印刷膜を焼成してなるものである、セラミック電子部品。
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