JP2021019188A - 印刷された導電性線分を製造するためのシステム、装置、及び方法 - Google Patents

印刷された導電性線分を製造するためのシステム、装置、及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高価なインク又は導電箔を必要としない導電性線分を製造する方法及び導電性線分を製造するためのモジュールを提供する。【解決手段】印刷ユニットと協働するように配設された粉末導電性材料塗布器と、熱プレスと、結合されていない粉末導電性材料を除去するダスタとを備える導電性線分を製造する方法であって、基材を提供する工程と、基材上に第1の層を印刷する工程と、第1の層に粉末導電性材料を塗布する工程と、第1の層に粉末導電性材料を結合させる工程と、を含む。【選択図】図1

Description

本開示は、印刷された導電体の分野に関し、より具体的には、印刷された導電体を作製するために印刷されたマーキング材料又はインクに添加される導電性材料に関する。
印刷電子機器は、様々な基材上に電気デバイスを作製するために使用される印刷方法のセットである。印刷は、典型的には、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、写真石版術によるオフセット印刷、及びインクジェットなど、材料のパターンを画定するのに好適な一般的な印刷機器を使用する。電子業界標準により、これらは、低コストのプロセスである。電気機能性電子インク又は光学インクは、基材上に堆積され、薄膜トランジスタなどの能動デバイス又は受動デバイスと、コンデンサと、コイルと、抵抗器と、を作製する。印刷電子機器は、フレキシブルディスプレイ、スマートラベル、装飾及び動画ポスター、並びに高性能を必要としない活動衣などの用途のための、広範な、非常に低コストで低性能の電子機器を促進することが期待される。
印刷電子機器という用語は、多くの場合、有機電子機器又はプラスチック電子機器に関連しており、1つ以上のインクは、炭素系化合物から構成される。これらの他の用語は、溶液系、真空系、又は他のプロセスによって堆積され得るインク材料を指す。印刷電子機器は、対照的に、プロセスを指定し、選択された印刷プロセスの特定の要件を受けて、任意の溶液系材料を利用することができる。これには、有機半導体、無機半導体、金属導体、ナノ粒子、及びナノチューブが挙げられる。
印刷電子機器の準備には、ほぼ全ての業界の印刷方法が採用されている。従来の印刷と同様に、印刷電子機器は、インク層を互いの上に塗布する。印刷の最も重要な利点は、低コストの大量製造である。より低いコストにより、より多くの用途で使用することができる。一実施例は、無線周波数識別(radio−frequency identification、RFID)システムであり、これは、交換及び移送における非接触識別を可能にする。発光ダイオードなどのいくつかの分野では、印刷は、性能に影響を与えない。
導電性トレースの印刷は、今日の印刷業界にとって困難な課題である。前述と同様の方法の1つは、印刷熱で銀系インクを印刷することである。この溶液は高価であり、場合によっては、粒子を一緒に結合させるための焼結デバイスを必要とする。考慮される他の選択肢としては、導電箔を使用すること、又は感熱式印刷装置及び導電性ロールを使用することが挙げられる。これら両方の解決策には、かなりの無駄がある。また、ゼログラフィは、導電性材料の現像、転写、結合/融着に関連する問題があるため、導電性印刷には不利である。
したがって、高価なインク又は導電箔を必要としない導電性線分を印刷するための方法に対する長年の要望が存在する。
本明細書に示される態様によれば、上面及び底面を含む基材と、基材上に印刷された第1の層であって、第1の層は、上部及び下部を含む、第1の層と、第1の層上に配設された第2の層であって、第2の層は、導電性材料を含む、第2の層と、を備える、印刷された導電性線分が提供される。いくつかの実施形態では、第1の層は、乾燥インク(例えば、トナー)を含む。いくつかの実施形態では、下部は、上面に近接して配設され、第2の層は、上部に近接して配設されている。いくつかの実施形態では、第1の層は、基材と融着され、第2の層は、第1の層と結合されている。いくつかの実施形態では、第2の層は、黒鉛を含む。
本明細書に示される態様によれば、導電性線分を製造する方法が提供され、この方法は、基材を提供する工程と、基材上に第1の層を印刷する工程と、第1の層に粉末導電性材料を塗布する工程と、第1の層に粉末導電性材料を結合させる工程と、を含む。
本明細書に示される態様によれば、導電性線分を製造する方法が提供され、この方法は、基材を提供する工程と、基材上に第1の層を印刷する工程と、第1の層に粉末導電性材料を塗布する工程と、基材から、固体化していない粉末導電性材料を除去する工程と、を含む。
本明細書に示される態様によれば、導電性線分を製造するためのモジュールが提供され、このモジュールは、印刷ユニットと協働するように動作可能に配設され、印刷可能な媒体に粉末導電性材料を塗布するための塗布器であって、印刷可能な媒体が、印刷層を含む基材を含む、塗布器と、印刷層に粉末導電性材料を結合させるように動作可能に配設された熱プレスと、印刷可能な媒体から、結合されていない粉末導電性材料を除去するように動作可能に配設されたダスタと、を備える。
本明細書に示される態様によれば、印刷可能な媒体内に導電性線分を製造するためのモジュールが提供され、このモジュールは、印刷ユニットと協働するように動作可能に配設され、印刷可能な媒体の少なくとも一部分に粉末導電性材料を塗布するように動作可能に配設された塗布器であって、印刷可能な媒体は、印刷層を含む基材を含み、印刷層は、第1のセクション及び第2のセクションを含む、塗布器と、第1のセクションに粉末導電性材料を結合させるように動作可能に配設された熱プレスと、印刷可能な媒体から、結合されていない粉末導電性材料を除去するように動作可能に配設されたダスタと、を備える。
本明細書に示される態様によれば、印刷可能な媒体の少なくとも一部分内に導電性線分を製造する方法が提供され、この方法は、基材を提供する工程と、基材上に印刷層を印刷する工程であって、印刷層は、第1のセクション及び第2のセクションを含む、印刷する工程と、印刷層に粉末導電性材料を塗布する工程と、第1のセクションに粉末導電性材料を結合させる工程と、を含む。
本開示は、例えば、XEROX(登録商標)IGEN(登録商標)印刷装置、又は他の印刷装置などの、トナーを使用するゼログラフィックマシンに実装される方法を含む。線分パターンは、基材上に印刷される。次いで、線分が黒鉛又は炭素粉末の層と接触するように、印刷物を熱プレスにセットする。加熱により、黒鉛が印刷線分に付着する。得られる線分の抵抗は、発光ダイオード(light emitting diode、LED)などの低電圧用途をサポートするのに十分なおよそ18,000オームである。
本開示は、例えば、XEROX(登録商標)IGEN(登録商標)印刷装置、又は他の印刷装置など、印刷装置の出力に巻き上げられ得る及び/又は接続され得るモジュールとして実装されてもよい。本開示は、印刷された媒体、例えば、着色された印刷物に導電性トレースを添付するために使用することができる。
本開示は、例えば、印刷された媒体の一部分にのみ導電性トレースを添加する方法及び/又は装置として実装することができる。例えば、本開示は、例えば、内部にRFIDタグを作製する目的のために、印刷された媒体(例えば、ワインボトルのラベル、安全な調合剤のラベルなど)の一部分を導電性トレースに変換する方法及び/又は装置を含む。いくつかの実施形態では、導電性トレースに変換される印刷された媒体の一部分は、1つ以上のインク層(例えば、一般的にトナーとして知られている乾燥インク)又は他の接着剤を含んでもよい。いくつかの実施形態では、導電性材料は、導電性トレースに変換される印刷された媒体の一部分にのみ添加される。
本開示は、導電性材料、例えば、粉末黒鉛又は炭素を、熱及び圧力でゼログラフィック印刷物と結合させて、導電性トレースを製造する方法を含む。この方法は、印刷された導電性回路の低コスト生産を可能にする。いくつかの実施形態では、導電性材料は、熱可塑性物質(例えば、トナー)及び/又は接着剤に結合される。
本開示のこれらの及び他の目的、特徴、及び利点は、図面及び添付の特許請求の範囲を考慮することで、本開示の以下の詳細な説明を検討すると容易に明らかになるであろう。
様々な実施形態は、対応する参照記号が対応する部分を示す添付の概略図を参照して、例としてのみ開示される。
印刷可能な媒体の斜視図である。 図1の線2−2に概ね沿って取られた印刷可能な媒体の断面図である。 導電性材料が添加されている、図2に示される印刷可能な媒体の断面図である。 熱プレスが適用されている、図3に示される印刷可能な媒体の断面図である。 ダスタが適用されている、図4に示される印刷可能な媒体の断面図である。 固体化していない導電性材料が除去され、固体化した導電性材料が残っている、図5に示される印刷可能な媒体の断面図である。 先行技術の印刷ユニットの概略図である。 印刷ユニットの概略図である。 印刷ユニットの概略図である。 印刷ユニットの概略図である。 本開示の方法を使用して形成されたアートワークセクション及び導電性トレースセクションの両方を含むラベルの立面図である。
最初に、異なる図面上の同様の図面番号は、同一の、又は機能的に類似した構造要素を識別することを理解されたい。特許請求の範囲は、開示される態様に限定されないことを理解されたい。
更に、本開示は、記載される特定の方法論、材料、及び変更に限定されるものではなく、したがって当然のことながら変化し得ることが理解される。本明細書で使用される用語は、特定の態様を説明することのみを目的としており、特許請求の範囲を限定することを意図するものではないことも理解される。
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示が関係する当業者に一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと同様又は同等の任意の方法、デバイス、又は材料を、例示的な実施形態の実施又は試験において使用することができることを理解されたい。本開示のアセンブリは、油圧、電子機器、空圧、及び/又はバネによって駆動され得る。
「実質的に」という用語は、「ほぼ」、「非常に近く」、「約」、「およそ」、「周囲」、「に近い」、「近接して」、「本質的に」、「の近辺」、「の付近」などの用語と同義であり、かかる用語は、本明細書及び特許請求の範囲に現れるように互換的に使用され得ることを理解されたい。「近似の」という用語は、「近くの」、「近い」、「隣接する」、「近辺」、「すぐ」、「隣の」などの用語と同義であり、かかる用語は、本明細書及び特許請求の範囲に現れるように互換的に使用され得ることを理解されたい。用語「およそ(approximately)」は、指定された値の10パーセント以内の値を意味することを意図する。
本出願における「又は」の使用は、別途記載のない限り、「非排他的な」構成に関するものであることを理解されたい。例えば、「項目xは、A又はBである」と言う場合、これは、(1)項目xは、AとBのどちらか一方のみである、(2)項目xは、AとBの両方である、のうちの1つを意味する可能性があることが理解される。代替的に説明すると、「又は」という語は、「排他的又は」の構成を定義するためには使用されない。例えば、「項目xは、A又はBである」という記述のための「排他的又は」の構成では、xは、AとBのうちの1つだけであり得ることを必要とする。更に、本明細書で使用される「及び/又は」は、列挙された要素又は条件のうちの1つ以上が含まれ得ること、又は発生し得ることを示すために使用される、文法的な接続詞を意味することを意図する。例えば、第1の要素、第2の要素、及び/又は第3の要素を含むデバイスは、以下の構造的配設のうちのいずれか1つとして解釈されることが意図される:第1の要素を含むデバイス、第2の要素を含むデバイス、第3の要素を含むデバイス、第1の要素及び第2の要素を含むデバイス、第1の要素及び第3の要素を含むデバイス、第1の要素、第2の要素、及び第3の要素を含むデバイス、又は、第2の要素及び第3の要素を含むデバイス。
更に、本明細書で使用するとき、システム又は要素と組み合わせた「のうちの少なくとも1つを含む(comprises at least one of)」及び「のうちの少なくとも1つを含む(comprising at least one of)」という句は、システム又は要素が、その句の後に列挙される要素のうちの1つ以上を含むことを意味することを意図する。例えば、第1の要素、第2の要素、及び第3の要素のうちの少なくとも1つを含むデバイスは、以下の構造的配設のうちのいずれか1つとして解釈されることが意図される:第1の要素を含むデバイス、第2の要素を含むデバイス、第3の要素を含むデバイス、第1の要素及び第2の要素を含むデバイス、第1の要素及び第3の要素を含むデバイス、第1の要素、第2の要素、及び第3の要素を含むデバイス、又は、第2の要素及び第3の要素を含むデバイス。同様の解釈は、「以下のうちの少なくとも1つに使用される(used in at least one of)」という句が本明細書で使用される場合に意図される。更に、本明細書で使用される場合、「及び/又は」は、列挙された要素又は条件のうちの1つ以上が含まれ得ること、又は発生し得ることを示すために使用される、文法的な接続詞を意味することを意図する。例えば、第1の要素、第2の要素、及び/又は第3の要素を含むデバイスは、以下の構造的配設のうちのいずれか1つとして解釈されることが意図される:第1の要素を含むデバイス、第2の要素を含むデバイス、第3の要素を含むデバイス、第1の要素及び第2の要素を含むデバイス、第1の要素及び第3の要素を含むデバイス、第1の要素、第2の要素、及び第3の要素を含むデバイス、又は、第2の要素及び第3の要素を含むデバイス。
「処理方向」は、本明細書で使用される場合、印刷媒体がシステムを通って移動する方向を意味することを意図するが、一方で、「クロス処理方向」は、処理方向に対して垂直な方向を意味することを意図する。更に、本明細書で使用される場合、「印刷装置」、「印刷装置システム」、「印刷システム」、「印刷装置デバイス」、及び「印刷デバイス」という用語は、目的に応じて印刷出力機能を実行するデジタル複写機、製本機械、ファクシミリ装置、複合機などの任意の装置を包含する。加えて、本明細書で使用される場合、「ウェブ」、「基材」、及び「印刷可能な基材」は、例えば、紙、透明フィルム、羊皮紙、フィルム、布地、プラスチック、写真仕上げ用紙、若しくは情報又はマーキングを視覚化及び/又は複製できるウェブの形の他の被覆又は非被覆基材媒体を指す。本明細書で使用される場合、「平均」という用語は、複数の入力データに基づいて結果データム又は決定が得られる任意の計算を含むように広く解釈されるべきであり、これには、限定するものではないが、加重平均、ローリング入力に基づくYes/No決定が挙げられる。
本明細書で使用される場合、トナーなどの乾燥インクに関して「融着する」とは、塗布された乾燥インク(トナー)粒子をわずかに液体化させ、次にそれらを表面に付着させる効果を有する、熱エネルギー及び/又は圧力を供給することを意味することを意図する。
ここで図を参照すると、図1は、印刷可能な媒体10の斜視図である。図2は、図1の線2−2に概ね沿って取られた印刷可能な媒体10の断面図である。以下の説明は、図1及び図2を考慮して読まれるべきである。
印刷可能な媒体10は、基材20と、その上に配設された、一般的な使用ではトナーとも呼ばれる、例えば、乾燥インクなどの接着材と、を備える。例えば、図示されるように、乾燥インク30は、基材20上に直線状に配設され、乾燥インク40は、基材上に曲線状に配設される。基材20は、上面22及び底面24を含む。いくつかの実施形態では、基材20は、紙を含む。しかしながら、基材20は、乾燥インク(例えば、トナー)との融着に好適な任意の材料、例えば、透明フィルム、羊皮紙、フィルム、布地、プラスチック、ビニル、ポリエステル、写真仕上げ用紙、若しくは情報又はマーキングを視覚化及び/又は複製できるウェブの形の他の被覆又は非被覆基材媒体を含んでもよく、本開示は、紙の使用のみに限定されるべきではないことを理解されたい。乾燥インクは、ゼログラフィを介して当該技術分野において既知であるように、基材20、具体的には上面22に添加される。ゼログラフィック印刷装置を使用することにより、乾燥インクを、特定の幾何学的配設のために基材20に迅速かつ正確に添加することを可能にする。本開示の目的のために、乾燥インク30は、直線として配設され、乾燥インク40は、曲線として配設されるが、乾燥インクは、所望の任意のパターン、形状、幾何学形状で、基材20上に配設され、基材20と融着されてもよい。更に、乾燥インク30及び40は、乾燥インクの1つ以上の層を含んでもよいことを理解されたい。例えば、乾燥インク30は、互いに上部に印刷/積層された3層の乾燥インクを含んでもよい。このような構成により、より大きな材料高さ(例えば、より大きなトナーの山)が可能になり、以下でより詳細に説明するように、結果としてそれに添加される導電性材料の付着性がより良好になる。
乾燥インク30及び40が基材20に添加された後、融着が起こる(すなわち、乾燥インク30及び40は、上面22に融着される)。図2に示されるように、融着した乾燥インク30は、上部32及び下部34を含み、下部34は、上面22に近接して配設され、当接し、及び/又は上面22と融着される。融着した乾燥インク40は、上部42及び下部44を含み、下部44は、上面22に近接して配設され、当接し、及び/又は上面22と融着される。いくつかの実施形態では、前述のように、乾燥インクは、トナーを含んでもよいが、乾燥インクは、任意の印刷可能な接着剤を含んでもよく、又は任意の印刷可能な接着剤で置換されてもよいことを理解されたい。加えて、本開示は、乾燥インクを基材20に塗布するためのゼログラフィック印刷装置(例えば、XEROX(登録商標)IGEN(登録商標)印刷装置)の使用を想定しているが、いくつかの実施形態では、インクジェット又は他の好適な印刷装置を使用して、基材20に迅速かつ正確に接着材(例えば、導電性材料を付着させることができる材料)を塗布することができることを理解されたい。
図3は、粉末又は軟質導電性材料52が添加されている、印刷可能な媒体10の断面図である。「軟質」とは、導電性材料が乾燥インク30又は40と結合又は融着されておらず、依然として、印刷可能な媒体10から(例えば、吹き飛ばすか、又はブラシで取り除くことによって)容易に除去することができることを意味する。粉末導電性材料52は、例えば、黒鉛又は炭素を含み得る。導電性材料52は、印刷可能な媒体10に塗布され、乾燥インク30及び40に結合されて導電性トレース(例えば、粉末状の接合物)を作製するのに好適な任意の導電性材料を含んでもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、粉末導電性材料52の粒子は、球面幾何学を含むが、細長い粒子形状、又は互いの周りに積層されたフレークなどの任意の好適な粒子形態が使用されてもよい。結合後、導電性材料52は、導電性トレースを形成し、乾燥インク30及び/又は40は、それらを介して導電性を損なう導電性材料52の粒子間に不連続性を生じさせないことが重要であることを理解されたい。導電性材料52は、導電性トレースが作製されるように、乾燥インク30及び乾燥インク40を適切に被覆するのに好適な任意の手段を使用して、印刷可能な媒体10に添加することができる。例えば、導電性材料52は、ウォーターフォール(例えば、カスカドール)のそれに類似した導電性材料の連続的又は半連続的な落下を提供する塗布器を介して印刷可能媒体10に添加されてもよい。いくつかの実施形態では、塗布器は、上面22及び上部32及び42の周囲に導電性材料52を振りかける及び/又は広げることによって、印刷可能な媒体10に塗布する。いくつかの実施形態では、印刷可能な媒体10は、導電性材料52のベッドに浸されるか、又は少なくとも部分的に沈められる(すなわち、印刷可能な媒体10は、表面22が導電性材料52のプール又はトレイに押し付けられた状態で下方に変位する)。
図4は、熱プレス60が適用される印刷可能な媒体10の断面図である。図示されるように、導電性材料52は、印刷可能な媒体10に塗布され、少なくとも上部32及び上部42を被覆する層を形成し、また、上面22の少なくとも一部分を被覆してもよい。粉末又は軟質導電性材料52の十分な層が(図4に示されるように)印刷可能な媒体10に塗布された後、熱プレス60がそこに適用される。具体的には、熱プレス60を矢印Aの方向に変位させて、印刷可能な媒体10及び導電性材料52に圧力及び熱を適用する。いくつかの実施形態では、熱プレス60は、適度な圧力で60秒間、華氏380度を印刷可能な媒体10及び導電性材料52に適用する。印刷可能な媒体10及び導電性材料52に熱及び圧力を適用するための任意の手段は、例えば、以下でより詳細に説明するように、融着に使用されるローラを使用してもよいことを理解されたい。熱プレス60が適用する熱により、乾燥インク30及び乾燥インク40を少なくとも部分的に液体化させ、粘着性又は粘り気のあるものになる。同時に、熱プレス60が適用する圧力により、導電性材料52は、乾燥インク30及び乾燥インク40に、具体的には、上部32及び上部42に、それぞれ結合、固着、及び/又は融着させる。
図5は、ダスタ70が適用される印刷可能な媒体10の断面図である。熱プレス60が、十分な時間、印刷可能な媒体10に十分な熱及び圧力を適用した後、熱プレス60は除去され、この時点で、乾燥インク30及び40は、固体状態に戻る(すなわち、乾燥インク30及び40は、もはや粘着性又は粘り気のあるものではなくなる)。図示されるように、固体化した導電性材料54は、乾燥インク30の上部32に結合、固着、及び/又は融着したままであり、固体化した導電性材料56は、乾燥インク40の上部42に結合、固着、及び/又は融着したままである。また、表面22上に少なくとも部分的に配設された粉末又は軟質導電性材料52が残されている。粉末導電性材料52は、近接していなかったか、又は乾燥インクの上に配設されていなかったため、依然として「固体化していない」又は結合していない/融着していない状態にある。ダスタ70を利用して、表面22から固体化していない粉末導電性材料52を除去する。例示的な実施形態では、ダスタ70は、例えば、矢印Bの方向にガス流を印刷可能な媒体に適用し、表面22から粉末導電性材料52を「吹き飛ばす」ための送風機を備える。いくつかの実施形態では、ダスタ70は、表面22から粉末導電性材料52を「掃く」ブラシを含む機械的アームを含む。いくつかの実施形態では、ダスタ70は、表面22から粉末導電性材料を除去するために、印刷可能な媒体10に音響振動を適用する。
図6は、粉末導電性材料52が除去され、固体化した導電性材料54及び56が残っている印刷可能な媒体10の断面図である。ダスタ70が基材20の表面22から粉末導電性材料52を除去した後、固体化した導電性材料54は、それが乾燥インクの上部32に結合されると残り、導電性材料56は、それが乾燥インクの上部42に結合されると残る。固体化した導電性材料54は、導電性トレースであり、固体化した導電性材料56は、導電性トレースである。本明細書に記載される方法は、無線周波数識別(RFID)タグ又はRFIDアンテナを「印刷」するために利用され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法によって形成された導電性トレースを使用して、導電性材料54及び/又は56上の基材20に固定されるLEDに電力供給することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法を使用して、製品のラベルを印刷する、又は製品上にラベルを印刷することができ、そのラベルの少なくとも一部分は、図11に関して以下でより詳細に記載されるように、固体化した導電性材料(すなわち、その一部分がRFID/RFIDアンテナを形成している印刷されたラベル)を含む。
図7は、先行技術の印刷ユニット90の概略図である。印刷ユニット90は、例えば、これらの出願が、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第16/180,713号、同第16/180,762号、及び同第16/180,813号に記載されているようなXEROX(登録商標)IGEN(登録商標)印刷装置であってもよい。一般に、印刷ユニット90は、供給モジュール100、印刷エンジンタワー、融着器モジュール130、及び出力モジュールを備える。基材又は印刷可能な媒体、例えば、印刷可能な媒体10は、矢印Cによって示される処理方向に印刷ユニット90を通って移動する。
印刷エンジンタワー110は、1つ以上の乾燥インクディスペンサ、例えば、乾燥インクディスペンサ116、118、120及び122、並びに転写ベルト114を備える。いくつかの実施形態、例えば、乾燥インクによる画像形成を含む実施形態は、音響転写アシスト(Acoustic transfer assist、ATA)デバイスとして知られているものを含む印刷システムによって有益であり得る。当業者は、画像をフレキシブルベルト上に形成する過程においてフレキシブルベルトを使用し、その後にフレキシブルベルトから印刷媒体に画像を転写する印刷システムは、時には1つ以上のATAデバイスを含むことを理解するであろう。ATAデバイスは、乾燥インク、例えば、トナーをベルトから印刷媒体に駆動するために音響エネルギーを使用する。したがって、いくつかの実施形態では、ATAデバイス112などのATAデバイスは、ベルトから可鍛性印刷媒体への乾燥インクの転写をアシストするので、ベルトと可鍛性材料との間の直接の接触は不要である。そのような構成は、画像の欠陥を最小にし、それにより、画質を向上させることができることを理解されたい。しかしながら、ドラム又は他の固体物体からのインク又はマーキング材料の従来の転写も可能であることも理解されたい。
融着器モジュール130は、融着器132を含む。融着器132は、印刷可能な媒体10に熱及び/又は圧力を適用して、乾燥インク30及び/又は40を基材20に融着させる。いくつかの実施形態では、融着器132は、印刷可能な媒体10が通過する2つのローラを含む。
供給モジュール100は、印刷エンジンタワー110に基材を供給する。印刷エンジンタワー110及び融着器モジュール130は、基材20の表面22上に、乾燥インク30及び/又は40を塗布する、又は「印刷する」、及び融着させる。出力モジュール140は、検索のために、完成した印刷可能な媒体を提示する。
図8は、印刷ユニット92の概略図である。印刷ユニット92は、一般に、供給モジュール100、印刷エンジンタワー110、融着器モジュール130、及びポストプロセスモジュール150を備える。いくつかの実施形態では、印刷ユニット92は、出力モジュール、例えば、出力モジュール140を更に備える。図示される実施形態では、印刷された導電性トレースを製造するための方法は、ポストプロセスモジュール150内で行われる。供給モジュール100は、印刷エンジンタワー110に基材20を供給し、印刷エンジンタワー110は、乾燥インク30及び/又は40を上面22に塗布する。続いて、融着していない乾燥インク30及び/又は40を有する基材20は、処理方向Cで融着器モジュール130に供給され、乾燥インク30及び/又は40は、融着器132を介して基材20に融着されて、印刷可能な媒体10を形成する。次いで、印刷可能な媒体10は、自動又は手動のいずれかで、ポストプロセスモジュール150に移る。ポストプロセスモジュール150では、塗布器50は、粉末又は軟質導電性材料52を印刷可能な媒体10に塗布する。次いで、熱プレス60は、その上に導電性材料52を有する印刷可能な媒体110に熱及び圧力を適用する。導電性材料52は、乾燥インク30及び/又は40に結合して、固体化した導電性材料54及び/又は56を形成し、導電性トレースを作製する。次いで、ダスタ70は、残りの粉末又は軟質導電性材料52を除去する。
図9は、印刷ユニット96の概略図である。印刷ユニット96は、一般に、供給モジュール100、印刷エンジンタワー110、融着器モジュール130、及びモジュール170を備える。いくつかの実施形態では、印刷ユニット96は、出力モジュール、例えば、出力モジュール140を更に備える。図示される実施形態では、印刷された導電性トレースを製造するための方法は、モジュール170内で行われる。いくつかの実施形態では、モジュール170の構成要素は、印刷された導電性トレースを製造する方法が供給モジュール130及び出力モジュール140内で行われるように、印刷装置内に分散させることができる。例えば、塗布器50は、融着器132の直後に融着器モジュール130内に配設されてもよく、ダスタ70は、出力モジュール140内に配設されてもよい。供給モジュール100は、印刷エンジンタワー110に基材20を供給し、印刷エンジンタワー110は、乾燥インク30及び/又は40を上面22に塗布する。続いて、融着していない乾燥インク30及び/又は40を有する基材20は、処理方向Cで融着器モジュール130に供給され、乾燥インク30及び/又は40は、融着器132を介して基材20に融着されて、印刷可能な媒体10を形成する。融着直後に、印刷可能な媒体10をモジュール170に移し、塗布器50は、粉末又は軟質導電性材料52を印刷可能な媒体10に塗布する。軟質導電性材料52は、依然として粘着性のある/部分的に液体化された乾燥インクに固着し、それに結合し、固体化した導電性材料54及び/又は56を形成し、導電性トレースを作製する。その後、ダスタ70は、残りの粉末又は軟質導電性材料52を除去する。
図10は、印刷ユニット98の概略図である。印刷ユニット98は、一般に、供給モジュール100、印刷エンジンタワー110、モジュール160、及び融着器モジュール130を備える。いくつかの実施形態では、印刷ユニットは、出力モジュール、例えば、出力モジュール140を更に備える。図示される実施形態では、印刷された導電性トレースを製造するための方法は、モジュール160内で行われる。供給モジュール100は、印刷エンジンタワー110に基材20を供給し、印刷エンジンタワー110は、乾燥インク30及び/又は40を上面22に塗布する。次いで、融着していない乾燥インク30及び/又は40を有する基材20は、予熱器162を介して熱を適用するモジュール160内に供給される。予熱器162は、例えば、放射加熱器であってもよい。次いで、塗布器50は、印刷可能な媒体10に粉末又は軟質導電性材料52を塗布し、これは予熱され、したがって粘り気のある/粘着性のある乾燥インク30及び/又は40に固着する。次いで、ダスタ70は、粘着性のある/粘り気のある乾燥インク30及び/又は40に付着していない粉末又は軟質導電性材料52を除去する。続いて、融着していない乾燥インク30及び/又は40を有する予熱された基材20、及び塗布された粉末又は軟質導電性材料52は、処理方向Cで融着器モジュール130に供給される。次いで、融着器132(又は熱プレス)は、乾燥インク30及び/又は40に付着した導電性材料を有する印刷可能な媒体110に熱及び圧力を適用する。導電性材料52は、乾燥インク30及び/又は40と結合し、同時に、乾燥インク30及び/又は40は基材20に融着し、固体化した導電性材料54及び/又は56を形成し、導電性トレースを作製する。図10に示される実施形態では、印刷された導電性トレースを製造する方法は、溶融するように動作可能に配設されていない粉末導電性材料(例えば、黒鉛、炭素など)、又は溶融されるように配設された導電性材料(例えば、粉末接合物)を利用することができる。例えば、溶融するように配設された導電性材料の場合、粉末形態の導電性材料は、印刷可能な媒体10に塗布され、粘着性のある乾燥インクに固着する。乾燥インクに付着しない導電性材料全ては、熱を適用する前にダスタ70によって除去される。次いで、融着器132は、熱を適用し、これにより、導電性材料を溶融させて、乾燥インクが印刷される場所にのみ固体化した導電性トレースを形成する。かかる実施形態は、溶融するように配設されていない導電性材料を使用するものよりも導電性の高いトレースをもたらし得る。
いくつかの実施形態では、印刷された導電性トレースを製造するための方法は、印刷エンジンタワー110及び融着器モジュール130内で行われる。以下の説明は図面には示されていないが、当業者によって容易に想定され得ることを理解されたい。供給モジュール100は、印刷エンジンタワー110に基材20を供給し、印刷エンジンタワー110は、乾燥インク30及び/又は40を上面22に塗布する。融着器モジュール130に入る前に、(印刷エンジンタワー110内に配設されている)予熱器162を介して、融着していない乾燥インク30及び/又は40を有する基材20に熱を適用する。予熱器162は、例えば、放射加熱器であってもよい。続いて、融着していない乾燥インク30及び/又は40を有する予熱された基材20は、塗布器50、ダスタ70及び融着器132を含む融着器モジュール130に処理方向Cで供給される。融着器モジュール130では、塗布器50は、印刷可能な媒体10に粉末又は軟質導電性材料52を塗布し、これは予熱され、したがって粘り気のある/粘着性のある乾燥インク30及び/又は40に固着する。次いで、ダスタ70は、粘り気のある/粘着性のある乾燥インク30及び/又は40に付着していない粉末又は軟質導電性材料52を除去する。次いで、融着器132(又は熱プレス)は、乾燥インク30及び/又は40に付着した導電性材料を有する印刷可能な媒体110に熱及び圧力を適用する。導電性材料52は、乾燥インク30及び/又は40と結合し、同時に、乾燥インク30及び/又は40は基材20に融着し、固体化した導電性材料54及び/又は56を形成し、導電性トレースを作製する。図10と同様である、かかる実施形態では、印刷された導電性トレースを製造する方法は、溶融するように動作可能に配設されていない粉末導電性材料(例えば、黒鉛、炭素など)、又は溶融されるように配設された導電性材料(例えば、粉末接合物)を利用することができる。例えば、溶融するように配設された導電性材料の場合、粉末形態の導電性材料は、印刷可能な媒体10に塗布され、粘着性のある乾燥インクに固着する。乾燥インクに付着しない導電性材料全ては、熱を適用する前にダスタ70によって除去される。次いで、融着器132は、熱を適用し、これにより、導電性材料を溶融させて、乾燥インクが印刷される場所にのみ固体化した導電性トレースを形成する。かかる実施形態は、溶融するように配設されていない導電性材料を使用するものよりも導電性の高いトレースをもたらし得る。
図11は、本開示の方法を使用して形成されたアートワークセクション及び導電性トレースセクションの両方を有するラベル200の例示的な実施形態の立面図を示す。ラベル200は、一般に、基材202、アートワークセクション210、及び導電性トレースセクション220を含む。ラベル200は、上述のように、印刷された導電性トレースを製造するための方法のいずれかを使用して作製することができる。図示されるように、アートワークセクション210は、「HOUSE WINE」という単語、左上部分の一房のブドウ、右上部分の一房のブドウ、及び装飾バナー上の「CABERNET SAUVIGNON」という単語を含む。導電性トレースセクション220は、RFIDアンテナを含む。アートワークセクション210及び導電性トレースセクション220の両方は、同様の方法で、すなわち、印刷装置(例えば、XEROX(登録商標)IGEN(登録商標)印刷装置)から、シアン、マゼンタ、イエロー、及びキープレート(cyan, magenta, yellow, and key、CMYK)の乾燥インクを使用して、基材202上に塗布/印刷される。いくつかの実施形態では、アートワークセクション210は、乾燥インクの1つの色層(例えば、マゼンタ又はグリーン)を有する単一層を含む。いくつかの実施形態では、導電性トレースセクション220は、乾燥インクの1つ以上の層を有してもよい。例えば、印刷装置は、アートワークセクション210よりも、導電性トレースセクション220の場所で基材202上により大量の乾燥インクを「放出」又は塗布することができる。導電性トレースセクション220により多くの乾燥インクを添加することにより、導電性材料52が乾燥インクにより良好に付着することを可能にする。これにより、印刷装置は、アートワークセクション210で基材202に1つのマゼンタ層を添加し、導電性トレースセクション220で1つのシアン層、1つのマゼンタ層、1つのイエロー層、及び.の1つのキープレート層を添加することができる。続いて、導電性材料52は、図1〜図10を参照して上述したように、導電性トレースセクション220に結合させるために、基材202に添加される。本開示の方法は、アートワークセクション及び導電性トレースセクションの両方を含むラベル及び他の印刷可能な媒体が形成されることを可能にし、1つの印刷装置を使用して容易に製造することを可能にする。
典型的なカラー印刷システムのいくつかの実施形態では、4つのCMYK現像ユニット(又は乾燥インクディスペンサ)116、118、120、及び122の各々は、印刷される画像内の所与の小さい領域上に、印刷される所望の画像に応じて0〜100%の乾燥インク被覆率をセットすることができる。これにより、フルカラー画像の場合、所与の小さい領域は、理論的には、400%の乾燥インク被覆率、すなわち、組み合わせたCMYK現像ユニット116、118、120、及び122の各々から100%の乾燥インク被覆率を受けることができる。しかしながら、実際には、典型的な所望の画像を印刷する場合、画像内の任意の領域上の最大乾燥インク被覆率は、400%の物理的な最大乾燥インク被覆率よりもはるかに小さい。ほとんどの顧客の画像については、乾燥インクの多量塗布は、合計でおよそ200%の乾燥インク被覆率である(組み合わせたCMYK現像ユニット全てから)。更に、いくつかの実施形態では、画像の任意の所与の小さい領域に対する最大乾燥インク被覆率は、ハードウェア及び/又はソフトウェアによって、270%のカットオフ限界に設定される。このカットオフ限界の1つの理由は、結果として全体的な汚染を引き起こす、融着器132に対する物理的なストレスを回避するためである。
対照的に、本開示では、導電性領域に対応する乾燥インクの外観、例えば、導電性トレースセクション220は、問題ではない。加えて、融着器132及びその対応するモジュールは、乾燥インクの合計被覆率が塗布に好適になり得るように(すなわち、融着器132に損傷を与えないことを確実にするために)特別なバイパス又は修正を含み得る。このような場合、比較的多量の、さもなければ望ましくない場合でさえ、導電性トレースセクション220に対して合計乾燥インク被覆率を選択することができる。いくつかの実施形態では、粉末導電性材料52を塗布して導電性トレース(例えば、導電性材料54及び/又は56)を形成する目的のために十分な合計乾燥インク被覆率は、300%以上の合計乾燥インク被覆率であり得ることが見出され得る。これらの高い乾燥インク被覆率は、PDFなどの周知の画像ファイル形式又はチャネルを介して命令され得る。更に、導電性トレースを作製するための画像データ及び命令は、同じデータストリームで、人間が閲覧するために通常の画像を印刷するための画像データと組み合わせることができる。例えば、図11に示されるように、同じデータストリームを使用して印刷することができるラベル200は、アートワークセクション210及び導電性トレースセクション220を含む。
上記の開示及び他の特徴及び機能、又はそれらの代替物の様々な態様は、望ましくは多くの他の異なるシステム又は用途に組み合わされ得ることが理解されるであろう。様々な現在予期されていない、又は先行例のない代替物、修正、変形、又は改善が、その後に当業者によってなされてもよく、それらも以下の特許請求の範囲によって包含されることを意図している。
参照番号
10 印刷可能な媒体
20 基材
22 上面
24 底面
30 乾燥インク
32 上部
34 下部
40 乾燥インク
42 上部
44 下部
50 塗布器
52 導電性材料(粉末)
54 導電性材料(固体)
56 導電性材料(固体)
60 熱プレス
70 ダスタ
90 印刷ユニット
92 印刷ユニット
96 印刷ユニット
98 印刷ユニット
100 供給モジュール
110 印刷エンジンタワー
112 音響伝達アシスト(ATA)デバイス
114 転写ベルト
116 乾燥インクディスペンサ
118 乾燥インクディスペンサ
120 乾燥インクディスペンサ
122 乾燥インクディスペンサ
130 融着器モジュール
132 融着器
140 出力モジュール
150 ポストプロセスモジュール
160 モジュール
162 予熱器
170 モジュール
200 ラベル
210 セクション
220 セクション
A 矢印
B 矢印
C 矢印

Claims (44)

  1. 導電性線分を製造する方法であって、
    基材を提供する工程と、
    前記基材上に第1の層を印刷する工程と、
    前記第1の層に粉末導電性材料を塗布する工程と、
    前記第1の層に前記粉末導電性材料を結合させる工程と、を含む、方法。
  2. 前記基材上に第1の層を印刷する前記工程が、
    前記基材に乾燥インクを塗布する工程と、
    前記基材に前記乾燥インクを融着させる工程と、を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記基材上に第1の層を印刷する前記工程が、
    前記基材に乾燥インクを塗布する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記基材上に第1の層を印刷する前記工程の後に、
    前記乾燥インクを予熱する工程を更に含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記第1の層に粉末導電性材料を塗布する前記工程の後に、
    前記基材から、固体化していない粉末導電性材料を除去する工程を更に含む、請求項4に記載の方法。
  6. 前記基材から、固体化していない粉末導電性材料を除去する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記第1の層に前記粉末導電性材料を融着させる前記工程の後に、
    前記基材から、固体化していない粉末導電性材料を除去する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記第1の層に前記粉末導電性材料を結合させる前記工程が、
    前記第1の層に熱を適用する工程と、
    前記粉末導電性材料及び前記第1の層に圧力を適用する工程と、を含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記第1の層に前記粉末導電性材料を結合させる前記工程が、
    前記粉末導電性材料及び前記第1の層に熱を適用する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  10. 前記方法が、少なくとも部分的に印刷ユニット内で行われる、請求項1に記載の方法。
  11. 導電性線分を製造する方法であって、
    基材を提供する工程と、
    前記基材上に第1の層を印刷する工程と、
    前記第1の層に粉末導電性材料を塗布する工程と、
    前記基材から、固体化していない粉末導電性材料を除去する工程と、含む、方法。
  12. 前記基材上に第1の層を印刷する前記工程が、
    前記基材に乾燥インクを塗布する工程と、
    前記基材に前記乾燥インクを融着させる工程と、を含む、請求項11に記載の方法。
  13. 導電性線分を製造するためのモジュールであって、前記モジュールが、印刷ユニットと協働するように動作可能に配設され、前記モジュールが、
    印刷可能な媒体に粉末導電性材料を塗布するための塗布器であって、前記印刷可能な媒体が、印刷層を含む基材を含む、塗布器と、
    前記印刷層に前記粉末導電性材料を結合させるように動作可能に配設された熱プレスと、
    前記印刷可能な媒体から、結合されていない粉末導電性材料を除去するように動作可能に配設されたダスタと、を備える、モジュール。
  14. 前記印刷層を少なくとも部分的に液体化させるように動作可能に配設された加熱器を更に備える、請求項13に記載のモジュール。
  15. 前記モジュールが、前記印刷ユニットに接続されるように配設されている、請求項13に記載のモジュール。
  16. 前記印刷層が、乾燥インクを含む、請求項13に記載のモジュール。
  17. 前記印刷層が、1つ以上のトナー層を含む、請求項13に記載のモジュール。
  18. 印刷可能な媒体内に導電性線分を製造するためのモジュールであって、前記モジュールが、印刷ユニットと協働するように動作可能に配設され、前記モジュールが、
    前記印刷可能な媒体の少なくとも一部分に粉末導電性材料を塗布するように動作可能に配設された塗布器であって、前記印刷可能な媒体が、印刷層を含む基材を含み、前記印刷層が、第1のセクション及び第2のセクションを含む、塗布器と、
    前記第1のセクションに前記粉末導電性材料を結合させるように動作可能に配設された熱プレスと、
    前記印刷可能な媒体から、結合されていない粉末導電性材料を除去するように動作可能に配設されたダスタと、を備える、モジュール。
  19. 前記塗布器が、前記第1のセクションのみに前記粉末導電性材料を塗布するように動作可能に配設されている、請求項18に記載のモジュール。
  20. 前記塗布器が、前記第1のセクション及び前記第2のセクションに前記粉末導電性材料を塗布するように動作可能に配設されている、請求項18に記載のモジュール。
  21. 前記印刷層が、乾燥インクを含む、請求項18に記載のモジュール。
  22. 前記第1のセクションが、1つ以上のトナー層を含む、請求項21に記載のモジュール。
  23. 前記第2のセクションが、所定のカットオフ限界以下の合計乾燥インク被覆率を含み、
    前記第1のセクションが、所定の最小値よりも大きい合計乾燥インク被覆率を含む、請求項18に記載のモジュール。
  24. 前記所定の最小値が、前記所定のカットオフ限界よりも大きい、請求項23に記載のモジュール。
  25. 前記所定の最小値が、少なくとも300%の乾燥インク被覆率である、請求項23に記載のモジュール。
  26. 前記第1のセクションが、前記導電性トレースを形成し、前記第2のセクションが、可視画像を形成し、前記第1及び第2のセクションが、単一の画像ファイルを介して前記基材上に印刷される、請求項23に記載のモジュール。
  27. 前記印刷層を少なくとも部分的に液体化させるように動作可能に配設された加熱器を更に備える、請求項18に記載のモジュール。
  28. 前記加熱器が、前記第1のセクションのみを少なくとも部分的に液体化させるように動作可能に配設されている、請求項27に記載のモジュール。
  29. 前記モジュールが、前記印刷ユニットに接続されるように配設されている、請求項18に記載のモジュール。
  30. 印刷可能な媒体の少なくとも一部分内に導電性線分を製造する方法であって、
    基材を提供する工程と、
    前記基材上に印刷層を印刷する工程であって、前記印刷層が、第1のセクション及び第2のセクションを含む、印刷する工程と、
    前記印刷層に粉末導電性材料を塗布する工程と、
    前記第1のセクションに前記粉末導電性材料を結合させる工程と、を含む、方法。
  31. 前記基材上に印刷層を印刷する前記工程が、
    前記基材に乾燥インクを塗布する工程と、
    前記基材に前記乾燥インクを融着させる工程と、を含む、請求項30に記載の方法。
  32. 前記基材上に印刷層を印刷する前記工程が、
    前記基材に乾燥インクを塗布する工程を含む、請求項30に記載の方法。
  33. 前記基材上に印刷層を印刷する前記工程の後に、
    前記乾燥インクを予熱する工程を更に含む、請求項32に記載の方法。
  34. 前記印刷層に粉末導電性材料を塗布する前記工程の後に、
    前記基材及び前記印刷層から、結合されていない粉末導電性材料を除去する工程を更に含む、請求項30に記載の方法。
  35. 前記基材及び前記印刷層から、固体化していない粉末導電性材料を除去する工程を更に含む、請求項30に記載の方法。
  36. 前記印刷層に前記粉末導電性材料を結合させる前記工程の後に、
    前記基材及び前記印刷層から、固体化していない粉末導電性材料を除去する工程を更に含む、請求項30に記載の方法。
  37. 前記第1のセクションに前記粉末導電性材料を結合させる前記工程が、
    前記印刷層の少なくとも前記第1のセクションに熱を適用する工程と、
    前記粉末導電性材料及び前記第1のセクションに圧力を適用する工程と、を含む、請求項30に記載の方法。
  38. 前記第1のセクションに前記粉末導電性材料を結合させる前記工程が、
    前記粉末導電性材料及び前記印刷層の少なくとも前記第1のセクションに熱を適用する工程を含む、請求項30に記載の方法。
  39. 前記基材上に印刷層を印刷する前記工程が、
    前記基材に第1の層を塗布する工程であって、前記第1の層が、前記第1のセクション及び前記第2のセクションを含む、塗布する工程と、
    前記第1の層の前記第1のセクションに第2の層を塗布する工程と、を含む、請求項30に記載の方法。
  40. 前記印刷層に粉末導電性材料を塗布する前記工程が、
    前記第1のセクションに前記粉末導電性材料を塗布する工程を含む、請求項32に記載の方法。
  41. 前記第2のセクションが、所定のカットオフ限界以下の合計乾燥インク被覆率を含み、
    前記第1のセクションが、所定の最小値よりも大きい合計乾燥インク被覆率を含む、請求項30に記載の方法。
  42. 前記所定の最小値が、前記所定のカットオフ限界よりも大きい、請求項41に記載のモジュール。
  43. 前記所定の最小値が、少なくとも300%の乾燥インク被覆率である、請求項41に記載のモジュール。
  44. 前記第1のセクションが、前記導電性トレースを形成し、前記第2のセクションが、可視画像を形成し、前記第1及び第2のセクションが、単一の画像ファイルを介して前記基材上に印刷される、請求項41に記載のモジュール。
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