1.セラミックインクの安定性

セラミックインクは、分散媒中に着色剤を分散させることで得られる分散系であり、比較的安定しています。分散系の安定性には、一定期間放置しても凝集や沈殿が生じないことを考慮する必要があります。凝集とは、無機顔料同士の相互凝集を指し、顔料粒子間の分散効果に関係します。沈殿とは、無機顔料粒子が分散系の底に沈むまで継続的に凝集することを指します。影響因子には、無機顔料の分散系の密度、粒度分布、組成などがあります。同時に、分散系には適切な分散媒、分散剤、バインダー、その他の有機化合物の選択が必要であり、インクは長期保管後も良好な化学的安定性を維持し、化学反応による変化を起こさないことが求められます。無機セラミック顔料は比重が高いため、セラミックインクを一定期間放置すると、インク中の顔料が沈殿します。攪拌を行えば、セラミックインクは再び均一な分散系となり、これは回復可能なプロセスです。セラミックインクはインクジェットプリンターやノズル内を循環するため、その回収可能性は特に重要である。

インクの安定性に影響を与える要因には、ブラウン運動、重力沈降、着色粒子の凝集などがあります。ブラウン運動は主にインクの温度、粘度、インク粒子に依存します。温度が高いほどブラウン運動は強く、粘度と粒子が大きいほどブラウン運動は弱くなり、粒子が凝集する可能性は低くなります。顔料粒子は比較的大きく密度が高いため、インクの沈降速度は主に顔料と溶剤の密度差に依存します。密度差が大きいほど沈降速度は速くなります。沈降速度は粒子サイズの二乗に正比例します。粒子が大きいほど沈降速度は速く、インクの粘度が高いほど沈降速度は遅くなります。インク粒子の分散には、立体障害と静電安定化の2つの安定化メカニズムがあります。立体障害とは、インク粒子の表面にポリマーマイクロカプセルをカプセル化して、空間内の粒子間の接着を防ぐことを指します。現在、このメカニズムはセラミックインク業界で広く使用されていますが、インクの粘度に影響を与え、時間の経過とともにインクの粘度が低下する傾向があり、インクの安定性に影響を与えるという欠点があります。静電安定性は、低分子分散剤を使用し、水や極性希釈剤に適していますが、現在、ほとんどのセラミックインクは非極性希釈剤を使用しています。

2.粘度

適切な粘度は、インク経路内のインクのスムーズな循環を確保し、ノズルからのインクの噴射とインク滴の均一な形成に有利です。粘度が低すぎると、インク内部の摩擦力が小さくなり、液滴が三日月形になり、減衰振動が発生し、噴霧速度に影響します。粘度が高すぎると、インクの流動性が悪くなり、小さな液滴の形成が困難になります。さらに、インク噴霧は粘度の変化にも非常に敏感で、わずかなせん断増粘現象でも、粘度の急激な増加により印刷が不可能になることがあります。Xaar は公式 Web サイトにおいて、Xaar 1001 GS12 ノズルは、粘度範囲 7-50mPa · s のセラミック インクに適していると説明しています (これは、噴霧中にインク温度を調整して粘度を 7-20mPa · s に調整すると理解できますが、インクの粘度が高すぎたり低すぎたりすると、ノズルの寿命に影響します)。 Dimatix Fujifilm StarFireTM SG-1024/MCの技術パラメータマニュアルには、このノズルは粘度範囲8～20mPa・sのセラミックインクに使用でき、推奨範囲は10～14mPa・sであると記載されています。

3.表面張力

適切な表面張力は、インク滴の均一な形成とノズルの非粘着性を確保し、インクジェット印刷の長期安定性を維持するのに役立ちます。セラミックインクの表面張力が高すぎると、インク滴が尾を引く現象が発生しやすくなります。表面張力が小さすぎると、インク滴が拡散しやすく、衛星状のインク滴が生成され、パターンの鮮明度と層状性が低下します。同時に、インクの表面張力はインク温度の上昇とともに低下します。ノズルの温度制御システムを使用して、セラミックインクの表面張力を調整できます。現在、市販のセラミックインクのインクジェット温度における表面張力は約 20～35 mN · m-1 です。

4.粒子径分布

ノズル開口部とインク経路システムの制約により、インク中の顔料粒子は、スムーズなインクジェット印刷を確保するために十分に小さくなければなりません。保管中や使用中の粒子の析出を防ぐことから、着色剤の粒子も小さくする必要があります。セラミックインクの粒子径分布は、着色剤が粗すぎることによる発色ムラ（セラミック製品上の着色剤の充填密度の不均一性）や、粒子が細かすぎることによる強度低下（釉薬中の着色剤の溶解）といった現象を避けるため、できるだけ狭くする必要があります。現在、市販されているセラミックインクのD50は約200～350nm、D90は850nm未満です。

5.固体

固形分含有量とは、セラミックインク中の無機セラミック顔料および関連する固体添加剤の質量パーセントを指し、主成分は無機セラミック顔料です。固形分含有量が高いほど、インク単位質量あたりの顔料含有量が高くなり、セラミックインクジェットの色強度と色域が向上し、セラミックインクの使用量が減り、セラミック製造企業のコストが削減されます。デザイン図案の表現力に関しては、インクの固形分含有量を増やす効果は、同じ位置に繰り返し印刷してインクドットを重ねる効果よりも優れています。これは、同じ位置に繰り返し印刷すると、インクドットが目標位置からずれやすくなり、鮮明度が低下するためです。固形分含有量を増やすと、セラミックインクの粘度も上昇します。

6. 発色は焼成後に現れます

セラミックインクジェットの色に影響を与える主な要因には、顔料の種類、結晶構造、純度、インク中の顔料含有量、粒度分布、本体と釉薬の組成、温度、雰囲気システムなどがあります。通常の顔料と比較して、インク顔料は超微粒子の状態で優れた着色能力が求められます。選択された顔料は、製造プロセス中に完全に反応し、十分に発達した色結晶を持ち、高温安定性が良好で、釉薬の侵食に耐える必要があります。これは、着色剤に高純度、均一な粒度、高活性の原料を選択する必要があることを意味します。プロセスに関しては、より完全な結晶成長と構造的完全性を確保するために、より長い焼成時間が必要です。インクの固形分も色に影響を与え、固形分が高いほど色が濃くなります。固形分が高いとインクの安定性に影響するため、異なる色のインクの固形分は状況に応じて調整する必要があります。粒子サイズが大きいほど、顔料の色に近くなります。顔料を細かく粉砕すると、黄色や赤などの色は薄くなったり、色がなくなったりします。茶色やオレンジ色のインクの色調も変化するため、粒子サイズは色調と色の深さに影響します。粒子サイズが小さくなるため、インク着色剤の融点は通常の着色剤よりもはるかに低くなります。そのため、大きな温度変化の後、着色剤は完全に溶ける可能性があり、溶けた後は結晶ではなく溶融体となり、色の違いや退色につながります。たとえば、コバルトブルー顔料の着色性能は、配位場の分裂エネルギーに依存します。分裂エネルギーが異なると吸収される波長が異なり、顔料は一連の色を示します。Co2+(3d2)はオレンジ、黄色、および一部の緑色の光を吸収し、紫がかった青色を示します。Co3+(3d3)は緑色以外の色の光を吸収し、緑色を強く反射して緑色に見えます。コバルトブルーセラミックインクは、主にCoAl2O4顔料中のCo2+によって着色されています。 CoAl2O4結晶が高温で溶融すると、Co2+(3d2)がCo3+(3d3)に酸化され、色の違いが生じる可能性がある。

7.ボディグレイズへの適応性

他の条件が同じでも、素地と釉薬の組成は大きく異なる場合があり、インクジェット印刷の効果も大きく異なる可能性があります。関連研究では、釉薬の組成に含まれる酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アンチモンなどの様々な金属酸化物がインクの色に影響を与えるため、使用を避け、量を減らすべきであることが示されています。酸化カリウムがセラミックインクの色に及ぼす悪影響は、過酸化ナトリウムよりも大きいです。酸化カルシウムと酸化バリウムはセラミックインクの色に深刻な影響を与えないため、酸化リチウムや酸化ホウ素などの物質の代替として使用できます。酸化スズは赤毛の色を促進できますが、製品が赤くなる原因となります。酸化チタンは赤毛と黄毛の色を促進できますが、製品が黄色くなり、黒毛の色を弱める原因となります。

8.乾燥

乾燥時間が遅すぎると、セラミックインクの拡散が過剰になり、色の変化やぼやけたパターンが発生します。乾燥時間が速すぎると、セラミックインクの拡散が不十分になり、空白領域が発生する可能性があります。また、インク滴の膨張や毛細管現象により、バリが発生することもあります。セラミックインクが本体表面で乾燥する主な方法は、本体上のインク滴の拡散によるもので、二次的な方法は、空気中のインク滴の蒸発によるものです。拡散速度は、グリーン本体表面の水分、グリーン本体の多孔性、インクと界面活性剤の組成に依存します。乾燥時間はインクの拡散係数に依存し、インクの乾燥時間はインク被覆密度と線形関係にあります。高解像度インクジェットの乾燥は容易です。
セラミックインクの製造工程では、揮発性を高めるために一定量のアルコール溶剤を添加することができます。また、インクジェット印刷の要件を満たすために、少量の分散剤（ポリオールアルキルエーテルやその他の有機化合物など）を添加することもできます。室温でセラミックインクが急速に蒸発して噴霧の中断やノズルの詰まりを引き起こすのを防ぐため、製造工程で沸点が高く揮発性の低い保湿剤を添加する必要があります。Colorobiaはセラミック研究センターのウェブサイトで、揮発を防ぐためにセラミックインクにDEG（沸点245℃のジエチレングリコール）を添加したと述べています。また、同社の欧州特許EP 1840178 A1では、分散媒の沸点が200℃を超えなければならないと記載されています。水性インクの場合、インク滴の拡散速度が本体の中央から端にかけて異なることで生じる色ムラを防ぎ、また大量の水蒸気の発生を回避するため、現在セラミックインクは主に油性（有機）分散システムを採用しています。中でも、Xaar 1001 GS12ノズルとDimatix Fujifilm StarFire™ SG-1024/MCノズルは、仕様書において油性セラミックインクの使用を推奨しています。

9.その他の業績指標

上記の側面に加えて、セラミックインクとノズルとの適合性（ノズルをひどく摩耗させるかどうか、ノズルを詰まらせるかどうか、セラミックインクの過剰な膨張によりノズルベースの他のノズルの射出に影響を与えるかどうか、適切な電圧パルス波形方程式の下でスムーズに動作できるかどうか、射出速度とインク滴容量が妥当かどうか、インク滴の滴下点が正確かどうかなど）、セラミックインクジェットプリンターとの適合性（pH値、腐食するかどうか、インク経路システムを溶解するかどうかなど）、およびその他の性能指標（導電率など）も、セラミックインクジェット印刷の要件をある程度満たす必要があります。

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