インクジェット技術の実用と研究例

インクジェット技術は、版レスで紙に印刷するデジタル印刷のための技術として発展してきましたが、現在ではその特性を活かし新たな製造手法として既に産業界の基盤技術のひとつとして確立され、日々適用フィールドが拡がっています。

ここでは、既に実用化されているインクジェット技術の実例と、近年発表されているインクジェット技術を応用した研究に関する情報について紹介いたします。

インクジェットはどのような技術か

インクジェットはその名の通り、インクを噴出させることを意味します。
インクジェットヘッドに搭載された多数のノズルから、1滴が1ピコリットルレベルの微小な液滴を空中に飛ばし着弾させることでドットとしての描画を行ないます。

インクジェットにはいくつかの分類があり、CIJ（コンテュニアスインクジェット：常時連続して噴射し続ける）方式と、必要な液滴のみ噴射するオンデマンド方式があります。

オンデマンド方式にはさらに種類があり、加熱して気泡を生成しインクを吐出するサーマル方式と、電圧の変化によりインク室を加圧し吐出を行なうピエゾ方式などがあります。

ピエゾ方式のインクジェットはサーマル方式と異なり熱を加えないため、様々な用途に応用されています。

実用化されているインクジェットの応用例

プリンター（2D）

家庭用のプリンターから、オフィス用のインクジェットプリンター、さらには印刷工場で用いられる紙・ラベル・フィルムに印刷される産業用のプリンター、布など特殊な印刷対象に印刷可能な専用プリンターまで、幅広く用いられています。

3Dプリンター

立体造形物を3D CADデータからワンショットで出力する3Dプリンターですが、インクジェット方式の3Dプリンターは高精細さからプロダクトデザインや試作用途で選ばれています。

2.5Dプリンター

平面ではなく3Dでもなく、隆起した面を出力できるプリンターが2.5D（2.5次元）プリンターです。
凹凸を表現する方式は様々ですが、表面の描画にインクジェット技術が活用されています。

プリンテッドエレクトロニクス（プリンタブルエレクトロニクス）

電子回路やRFIDタグのアンテナやセンサーなど、電子部品の生産にインクジェット技術が活用されています。紙やフィルムを基材とし、インクジェットにより導電性インクを吐出することでロールtoロールによる大量生産が可能です。

また、有機材料を用いた有機半導体での活用の期待や、FPDの生産技術としてインクジェット技術の研究が進んでいます。

製薬、医療分野

試薬の大量パターン同時検証や、マイクロ流体チップの製造、生体細胞を用いたバイオ3Dプリンター、遺伝子検査薬の配置など、微細化により効率化・研究開発の加速促進が期待されるメディカル分野での研究が進んでいます。

最新の研究に関する論文ご紹介

近年発表されたインクジェットを用いた研究事例について敬意を表すると共に、公開情報を元にご紹介させていただきます。

Shahariar, H., Khair, N., Islam, R., “3D Printing of Carbon-Based Conductive Materials for Electrochemical Energy Storage (EES) Application” Encyclopedia of Renewable and Sustainable Materials Volume 2, 2020, pp. 884-894
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128035818116625

Lan, L., Hou, X., Gao, Y., Fan, X., Qiu, T., “Inkjet-printed paper-based semiconducting substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy” Nanotechnology. 2020 Jan 24;31(5):055502. doi: 10.1088/1361-6528/ab4f11. Epub 2019 Oct 18.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31627207/

Pogosian, T., Statsenko, T., Mukhtudinova, A., Masharin, M., Bugakova, D., Sergienko, A., Makarov, S., Vinogradov, A., “Inkjet assisted patterning of Bragg grating towards multiple color imaging” Applied Materials Today Volume 26, March 2022, 101289
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940721003528

Wang, C., Myoung Jun, P., Dong Han, S., Phuntsho, S., Gonzales, R. R., Matsuyama, H., Drioli, E., Ho Kyong, S., “Inkjet printed polyelectrolyte multilayer membrane using a polyketone support for organic solvent nanofiltration” Journal of Membrane Science Volume 642, 15 February 2022, 119943
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738821008863

Rahneshin, V., Farzad, M., Azizi, S., Panchapakesan, B., “Versatile high-performance inkjet-printed paper photo-actuators based on 2D materials” Nanotechnology. 2020 Jan 10;31(2):025708. doi: 10.1088/1361-6528/ab4776. Epub 2019 Oct 14.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31609687/

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