JP4275047B2 - 単一の流体のリガメントを供給する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、リガメントを供給する方法及び装置に関し、特にインクジェットディスペンサを用いたリガメントを供給する方法及び装置に関する。

インクジェット技術は、テキストおよびグラフィックスの印刷、立体造形、電子デバイスの形成を含む多くの応用例で材料を堆積させるのに用いられる。所望の画像を形成する際に、従来のインクジェットディスペンサは、指定された場所の印刷媒体上に不連続に液滴を噴射する。不連続に液滴を堆積させる場所は、その液滴で連続した線に近似させるように選択される。しかしながら、高い精度で印刷画像および線に近似させるのは、多くの場合達成が困難である。なぜなら、一連の不連続な液滴が印刷媒体の場所に到達するとき、印刷媒体との接触によって、ぎざぎざのエッジおよび隙間が生じることがあるためである。さらに、誤って誘導される付随した（satellite）液滴が所望のターゲットエリアから逸れて、結果として生成される画像の精度をさらに劣化させるかもしれない。

同様に、立体造形法も、所望のパターンあるいは向きに構成および／または支持材料の不連続な液滴を噴射し、所望の３次元物体を形成するために、インクジェット技術を組み込むことができる。連続した線に近似させるために不連続な液滴の供給を基にする、これらの立体造形法、および他のインクジェット供給の応用例も、指定された場所に不連続な液滴を供給するという特性に起因して、連続していないことあるいは滑らかでないことから悪影響を受けている。

インクジェットディスペンサを用いて流体を選択的に堆積させるときにエッジを滑らかにするために用いられる１つの従来の方法は、ディスペンサの分解能を高めることである。平方インチ当たりに供給することができる不連続な液滴の数（ｄｐｉ）を増やすことにより、堆積して形成した物体は、より正確で、そして結果として、より滑らかなエッジとすることができる。しかしながら、ディスペンサによって生成される平方インチ当たりの液滴を増やすためには、液滴噴射の頻度を高めること、および／または供給の持続時間を長くすることが要求される。

別法では、２次元の線あるいは画像の粗いエッジは従来、堆積された流体のエッジに沿って生成される空所の中に、より小さなさらに別の液滴を挿入することによって滑らかにされてきた。この方法は、線あるいは画像のエッジを滑らかにする際にある程度は有効であるが、生成されている画像を形成すると同時に、より小さな液滴を堆積させるために、インクジェット液滴堆積装置を動作させて、複数のサイズからなる液滴を供給するための方法を開発しなければならないか、あるいは種々の液滴サイズ専用の個別の噴流を追加しなければならないので、流体供給装置に法外なコストがかかる場合がある。

本発明は、流体を用いて画像を形成する際に、高い精度のものを安いコストで実現しようとするものである。

流体の単一のリガメントを供給する方法は、インクジェットディスペンサから基板に向かって前記流体の第１の量を噴射するステップと、前記インクジェットディスペンサから前記基板に向かって前記流体の第２の量を噴射するステップとを含み、前記流体の前記第２の量は、前記流体の前記第２の量が、前記基板に接触する前に、前記流体の前記第１の量を捕らえるだけの十分な頻度で前記インクジェットディスペンサから噴射され、それにより前記流体の単一のリガメントを形成するようになっている。

添付の図面は本発明の方法およびシステムの種々の実施形態を示しており、本明細書の一部である。示される実施形態は本発明のシステムおよび方法の例示にすぎず、本開示の範囲を制限するものではない。

図面全体を通して、同一の参照番号は、必ずしも同一ではないが、類似の構成要素を指示する。

インクジェットディスペンサから流体の単一のリガメントを供給する方法および装置が本明細書において記載されている。より具体的には、圧電あるいはサーマルディスペンサを用いて、インクジェットアーキテクチャ、駆動波形、パルス間隔および／または材料特性を調整することにより、流体の単一のリガメントを形成する方法が記載されている。

本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられる用語「リガメント」は、供給される流体が一体になった、あるいは概ね連続している流れとして幅広く解釈されることを意図している。さらに、用語「先端部」は、噴射される単位流体の先端部材として解釈される。同様に、用語「後端部」は、流体の１回に噴射される量の後に続く部分あるいは最後の部分を指す。

以下の説明では、その説明の目的上、流体の単一のリガメントを形成する本発明のシステムおよび方法を完全に理解してもらうために、数多くの特定の細かい点が記載される。しかしながら、これらの特定の細かい点を用いることなく、本発明の方法が実施されることができることは当業者には明らかであろう。本明細書において、「１つの実施形態」あるいは「ある実施形態」を参照することは、その実施形態とともに記載されるある特定の特徴部、構造あるいは特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の中の様々な場所において「１つの実施形態では」という言い回しが見られるが、それは必ずしも全て同じ実施形態を指すわけではない。
［例示的な構造］
図１は、１つの例示的な実施形態による２次元の文字を作成する際に本発明の単一リガメント流体供給方法を組み込んだインクジェットプリンタ（１００）を示す。図１に示されるように、インクジェットプリンタ（１００）は、ハウジング（１１０）と、ハウジング（１１０）上に配置される印刷媒体（１２０）とを含むことができる。図１に示されるインクジェットプリンタ（１００）のハウジング（１１０）は、任意の形状、または、本発明の材料供給方法を実行するために必要とされるインクジェットディスペンサおよび任意の関連するハードウエアを収容するだけの十分な大きさを有する。ハウジング（１１０）は１つまたは複数のディスペンサ、印刷媒体位置決めローラあるいはベルト、サーボ機構および／またはコンピューティング装置を含むことができる。

インクジェットプリンタ（１００）は、通信可能に接続されるコンピューティング装置（１３０）から印刷ジョブを受信することができ、印刷ジョブは所望の画像のデジタル記述を含む。印刷ジョブは、動きおよび供給コマンドに変換され、その際、それらのコマンドは、印刷媒体（１２０）上に画像形成流体を堆積させ、所望の画像を形成するインクジェットプリンタ（１００）によって使われる。本明細書に記載される方法は、画像形成流体を供給する際に、図１に示されるインクジェットプリンタによって組み込まれる任意のインクジェットディスペンサに適用することができる。本発明の方法を実行するためにインクジェットプリンタ（１００）が使うインクジェットディスペンサには、限定はしないが、熱作動式インクジェットディスペンサ、機械作動式インクジェットディスペンサ、電気作動式インクジェットディスペンサ、磁気作動式インクジェットディスペンサおよび／または圧電作動式インクジェットディスペンサを含む、プリント・オン・デマンドの応用形態を実行することができる任意のインクジェットディスペンサを用いることもできる。

ここで図２を参照すると、本発明の単一リガメント流体供給方法を組み込むことができる立体造形システム（２００）が示されている。図２に示されるように、立体造形システムは、作製区画（２０２）と、可動ステージ（２０３）と、複数の制御部および表示部を含む表示パネル（２０４）とを備えることができる。

図２に示される作製区画（２０２）は、基板上に所望の３次元物体を受け取り、その形成を容易にするように構成される。所望の３次元物体を形成するには、構成材料および支持材料を堆積することが必要になる場合がある。構成あるいは支持材料は、限定はしないが、ポリマー、蝋または他の類似の溶融可能な材料あるいはその適当な組み合わせを含むことができる。図２に示される立体造形システム（２００）は単一で、独立しており、自己完結している立体造形システムとして示されるが、本発明の単一リガメント流体供給方法は、立体造形システムの構造あるいは構成にかかわらず、ドロップ・オン・デマンドインクジェットタイプのディスペンサを利用する任意の立体造形システムに組み込むことができる。さらに、本発明の単一リガメント流体供給方法は、インクジェットディスペンサを用いて、連続して流体を選択的に堆積させる任意のシステムに組み込むことができる。インクジェットディスペンサは、例示にすぎないが、２次元画像、３次元物体、あるいは限定はしないが、トランジスタ、トレース、コンデンサ、抵抗、アンテナ、ディスプレイおよび／または無線周波数識別タグを含む回路および回路部品を形成する際に、本発明の単一リガメント流体供給方法を組み込むことができる。電気部品を形成するときに、その流体には、限定はしないが、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）、ポリシロキサン、ポリアニリンおよび／またはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなゲート誘電体；ペンタセン、ポリチオフェンおよび／またはポリフルオレンおよびＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）］−ｐ−フェニレン−ビニレン）の組み合わせのような半導体；ポリアニリン（たとえば、ポリエチレンと混合されるなど）および／またはポリチオフェンのような無機およびポリマー導体を用いることができる。

図２に示される立体造形システム（２００）の可動ステージ（２０３）は、構成あるいは構造材料を供給するように構成される複数のインクジェットディスペンサを備えられる可動式のディスペンサである。可動ステージ（２０３）はコンピューティング装置（図示せず）によって制御され、たとえばシャフトシステム、ベルトシステム、チェーンシステムなどによって制御可能に動かされる。可動ステージ（２０３）が動作すると、表示パネル（２０４）が、ユーザに動作条件を知らせるとともに、ユーザに対してユーザインターフェースを提供できる。所望の３次元物体が形成されるとき、コンピューティング装置は、可動ステージ（２０３）を制御可能に位置決めし、１つまたは複数のディスペンサを誘導して、作製区画（２０２）内の所定の場所において流体を制御可能に噴射するように、立体造形システム（２００）に指示するデータを送出することができる。立体造形システム（２００）によって用いられるインクジェットディスペンサのうちの１つまたは複数のディスペンサには、本発明の単一リガメント流体供給方法を実行するように構成されたサーマルインクジェットディスペンサを用いることができる。単に説明を容易にするためであるが、本発明の方法は、図２に示されたものと類似する立体造形装置に組み込まれたサーマルインクジェットディスペンサに基づいて、図３Ａ〜図５Ｄを参照しながら以下に記載する。

図３Ａは、本発明の単一リガメント供給方法の１つの例示的な実施形態を実行できるサーマルインクジェットディスペンサ（３００）の破断された等角図を示す。図３Ａに示されるように、本発明の方法を実行するサーマルインクジェットディスペンサ（３００）は、材料発射チャンバ（３６０）と、材料発射チャンバ（３６０）に関連するオリフィス（３１０）とを備えることができる。別の材料発射チャンバに関連する第２のオリフィス（３１５）の一部も図３Ａに示される。本発明のシステムおよび方法は、オリフィスプレート（３２０）上に所定のパターンで配列される単一のオリフィスあるいは複数のオリフィスのいずれかを有するサーマルインクジェットディスペンサ（３００）を組み込むことができる。動作中に、流体の気化可能な成分が加熱構造体（３４０）の局部的な加熱によって気化する結果、オリフィス（３１０）から放出された流体を補充するように構成されたチャンバ入口（３８０）を通して、流体が発射チャンバ（３６０）に供給される。材料発射チャンバ（３６０）は、オリフィスプレート（３２０）と、層状シリコン基板（３５０）と、発射チャンバ壁（３７０、３３０）とによって形成される壁部によって形作られている。

図３Ｂは、サーマルインクジェットディスペンサの構成要素を示すために、加熱構造体（３４０）を通して見た材料発射チャンバ（３６０）の断面である。その構成の特徴部を強調するために、図３Ｂでは、サーマルインクジェットディスペンサ（３００）の底部を形成するシリコン基板（３５０）が拡大されている。この図面では、動作中には、発射チャンバにインクあるいは別の所望の流体があり、その流体、蒸気および空気の界面が存在するものと仮定する。図３Ｂに示されるように、シリコン基板（３５０）の底部、すなわちｐ型シリコン本体（３３１）が、下層（３３２）としての熱フィールド酸化膜、および化学気相成長によって堆積されるＳｉＯ₂で覆われる。タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）の層（３３３）が従来の方法によってその底部の表面上に堆積され、それは相対的に高い電気抵抗を有するので、抵抗層を形成する。その後、フォトリソグラフィマスクおよび現像処理によって、ＴａＡｌの開口エリアを残して、アルミニウム（Ａｌ）からなる導体層（３３４）がＴａＡｌ層（３３３）上に選択的に堆積される。Ａｌ層（３３４）の電気抵抗は相対的に低いので、ＴａＡｌ層（３３３）の高い抵抗は、開口エリア内を除いて、Ａｌ層（３３４）によって実質的に短絡される。その結果として、流体を気化させるために、この開口エリア内のＴａＡｌ層（３３３）の電気抵抗を加熱して生成した熱を伝達できる抵抗エリアが形成される。

抵抗の下にあるエリアは、流体の急激な気化およびその後の蒸気バブルの崩壊に起因する、極度の熱、機械的な衝撃および化学的な侵蝕に耐えなければならない。したがって、典型的なＳｉＮ_X化合物のようなパッシベーション層（３３５）を構造体上に堆積させてもよい。さらに、崩壊するバブルによって生成される衝撃から保護するために、タンタル（Ｔａ）からなるキャビテーション障壁（３３６）が材料発射チャンバ内のパッシベーション層（３３５）上に堆積され、選択的にエッチングすることができる。キャビテーション障壁（３３６）は、チャンバ壁（３３０、３７０）およびオリフィスプレート（３２０）とともに、材料発射チャンバ（３６０；図３Ａ）を形作る。

先に説明したように、ディスペンサ（３００）は、流体の単一のリガメントを選択的に供給するように構成できる。サーマルインクジェットアーキテクチャ、サーマルインクジェットによって生成される駆動波形、サーマルインクジェットのパルス間隔および／または材料特性は以下に説明するように調整することができる。
［例示的な実施態様および動作］
図４は、１つの例示的な実施形態による本発明の単一リガメント流体供給方法を示す流れ図である。図４に示すように、本発明の方法は、サーマルインクジェットディスペンサから所望の流体を第１の量発射することによって開始される（ステップ４００）。一旦、所望の流体を第１の量発射したら（ステップ４００）、流体の先行する量を捕えるのに十分な頻度で、流体のさらに別の量を発射することができる（ステップ４１０）。一旦、流体の複数の量がサーマルディスペンサから発射され、流体の単一のリガメントが形成されたなら、新たに形成された単一のリガメントのネッキング（くびれ）、およびそのリガメントが別々のリガメントに分離するのを防ぐために、ネッキング現象を抑制することができる（ステップ４２０）。流体の１つまたは複数の量が発射されたとき、あるいは流体の複数の量の発射と同時に、ディスペンサを制御可能に動かすことができ、その後、コンピューティング装置は、流体供給動作が完了したか否かを判定することができる（ステップ４４０）。流体供給動作が完了している場合には（ＹＥＳ、ステップ４４０）、流体のそれ以上の量は発射されない。しかしながら、流体供給動作が完了していないものとコンピューティング装置によって判定される場合には（ＮＯ、ステップ４４０）、サーマルインクジェットディスペンサは再び、流体の先行して発射された量を捕らえるのに十分な頻度で、流体のさらに別の量を発射することができ（ステップ４１０）、その工程が再び実行される。ここで、上記の各ステップが、図５Ａ〜図５Ｄを参照しながら詳細に説明されるであろう。

図４の流れ図に示されるように、本発明の方法は、サーマルインクジェットディスペンサが流体の第１の量を発射するときに開始する（ステップ４００）。図５Ａは、図３Ｂに類似したサーマルインクジェットディスペンサ（３００）が流体の第１の量を如何に制御可能に発射することができるかを示す。一旦、コンピューティング装置が、流体の量を発射する信号を、立体造形システム（２００；図２）に制御可能に送信すると、電気抵抗が加熱され、サーマルディスペンサのＴａＡｌ層（３３３）内に熱が生成される。この熱はその後、サーマルインクジェットディスペンサ（３００）の種々の層（３３０）を通してキャビテーション障壁（３３６）に伝達され、そこで、熱は接触した流体（５１０）を局部的に気化する。この流体（５１０）の気化は、流体の沸点より高い温度まで流体を加熱する結果であり、それにより核形成効果が生み出される。流体（５００）が核形成し、膨張すると、それは流体（５１０）の体積を押しのけ、流体の体積はオリフィス（３１０）から外に押し出され、所望の基板（５４０）に向かって噴射する流体の量（５３０）が形成される。

一旦、流体の第１の量（５３０）がサーマルインクジェットディスペンサから発射されると、サーマルインクジェットディスペンサは、流体の第２の量の先端部が流体の第１の量の後端部を「捕らえる」のに十分な頻度で、流体の第２の量を発射することができる（ステップ４３０；図４）。流体の後続の量が先行して発射された流体の量を「捕らえる」ために、図５Ｂに示されるように、複数の要因が細かく調整されなければならない。

図５Ｂに示するように、流体の第１の量（５３０）は、先端部（５３２）と後端部（５３４）とを含む。通常、流体の噴射される量（５３０）の後端部（５３４）と、後に形成される流体の量（５２０）の先端部との間には隙間（５５０）が存在する。後に形成される流体の量（５２０）が先行して形成された流体の量の後端部を「捕らえる」（ステップ４３０；図４）のに役立つために調整することができる１つの要因は、流体の後続の量の発射頻度である。基本的には、流体が噴射される量（５３０）の後端部（５３４）と流体の後に形成される量（５２０）の先端部との間の生成される隙間（５５０）を最小限に抑えるために、流体の後続の量の発射頻度を調整することができる。しかしながら、サーマルインクジェットディスペンサ（３００）の頻度は通常、所望の流量を得るための要件によってある程度の制約が加えられる。発射頻度は、連続したリガメントの動きを容易にするために、流量の制約の範囲内で最大にすることができる。サーマルインクジェットディスペンサが、より高い頻度で動作するとき、流体の量間の時間が短いことに起因するだけでなく、高い頻度でのチャンバ補充の動作にも起因して、連続したリガメントが容易に達成される。

一旦、流体の第１の量（５３０）がサーマルインクジェットディスペンサ（３００）から噴射されたなら、流体の噴射された量（５３０）の速度は一般的に安定状態になる。しかしながら、流体の第１の量が所望の基板に向かって噴射されると、伸長現象が生じる。この伸長現象は、流体の第１の量（５３０）の後端部（５３４）が、表面張力に起因して、噴射されたオリフィス領域に粘着するために引き起こされる。この表面張力は、流体の第１の量（５３０）の後端部（５３４）に作用し、結果として、その後端部（５３４）は先端部（５３２）よりも相対的に遅い速度で移動するようになる。先端部（５３２）と後端部（５３４）との間の速度のこの相対的な差によって、流体の量（５３０）が伸長するようになり、それにより流体の単一の連続したリガメントの形成に役立つ。

流体の第１の量（５３０）がサーマルインクジェットディスペンサ（３００）から噴射された後に、流体の第１の量を噴射するために形成された核形成バブル（５００）が崩壊し、負圧が生じる。この負圧は、材料発射チャンバの、特に高い頻度での補充において大きな役割を果たす。より高い発射頻度で動作すると、後続の発射イベント中に材料発射チャンバ内に存在する液体の量が、定常状態にあるとき（たとえば、流体の第１の量が噴射されたとき）よりも少なくなる。なぜなら、材料発射チャンバを補充するのに、後続の発射イベントの前に定常状態に達するだけの時間がなかったためである。結果として、後続の核形成バブル（５００）は流体の第１の量よりも少ない流体の体積に作用し、流体の後続の量がオリフィス（３１０）から離れるときに、その速度が先行する流体の量よりも速くなる。その速度が速くなることは、流体の後続の量（５２０）の先端部が流体の先行して噴射された量（５３０）の後端部（５３４）を捕らえるのに役立つことができるだけでなく、流体の後続の量（５２０）の長さを伸ばすこともできる。

さらに、材料発射チャンバの補充の速度を遅くし、核形成バブルによって作用を受ける流体の量を減少させるために、発射頻度に加えて他の要因を調整することもできる。調整することができるいくつかの要因は、限定はしないが、背圧を高めること、流体の粘度を高めること（それにより、流体が発射チャンバに流れ込むのを遅くすること）、オリフィスインピーダンスを小さくすること、および／またはチャンバ入口インピーダンスを高めることを含む。材料発射チャンバの補充の速度を遅くする傾向があるこれらの要因あるいは任意の他の要因を調整して、部分的に充填された材料発射チャンバから噴射される流体の後続の量の速度を速くし、より長くすることができる。

図５Ｃに示されるように、一旦、材料の２つ以上の量がサーマルインクジェット材料ディスペンサから発射され、材料の先行して噴射された量の後端部（５３４）と材料の後に噴射された量（５２０）の先端部（５５２）との間の隙間がなくされたなら、個々の材料量が流体の単一のリガメント（５６０；図５Ｄ）を形成し、図５Ｄに示されるように所望の基板（５４０）に向かって糸状に移動することができる。材料の量の噴射中および流体の単一のリガメント（５６０）が材料の個々の量から形成された後の両方において、１つの関心事は、ネッキング現象を抑制することにより流体の単一のリガメント内の材料を保持することである（ステップ４２０；図４）。一般的に、流体の単一のリガメントは、表面張力波の成長に起因して、飛翔中に分裂する傾向がある。レイリー不安定性と呼ばれる場合が多い、この現象は、表面張力が表面張力波の谷において慣性作用を超えることから生じる。流体の単一のリガメントの表面張力波による分裂を遅らせるために、材料特性を調整することができる。ネッキング（局部的なエリア内の材料の断面積の減少の影響を受けやすいこと）の相対速度は、表面張力と粘度との比に依存する。流体粘度を高め、かつ流体の表面張力を減少させることにより、ネッキング速度が遅くなり、結果として、表面張力波による分裂の可能性を低減することができる。流体材料（５１０）の表面張力が、流体材料を圧搾して、個別のセグメントにする力を決定する。同様に、流体材料（５１０）の粘度は、表面張力に対する流体材料の抵抗の程度を決定する。

通常のインクジェット装置は不連続な液滴を噴射するように設計されるので、用いられる流体（５１０）の表面張力および粘度値を変更して、供給される流体の単一のリガメントを達成し、かつ保持することができる。例示にすぎないが、不連続な液滴を噴射するように構成された通常のサーマルインクジェット装置は、１センチポアズ（ｃＰ）の公称粘度を有する流体を用いることができる。この値を２ｃＰ以上にまで高めることにより、表面張力波による分裂の可能性を低減しながら、リガメントの長さが延長される。粘度の増加は、高い粘度を有する流体を選択することにより、かつ／またはサーマルインクジェットディスペンサの動作温度を調整することにより達成することができる。さらに、用いられる流体の公称の表面張力は多くの場合に、流体の主成分を設定した実用例に強く依存する。従来の方法は、５０ｄｙｎｅ／ｃｍ〜２５ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲の表面張力を有する流体を組み込んでいた。高い表面張力は、球状の流体の液滴を形成しようとして、噴射された液滴の後端部を先端部に向かって引っ張る傾向がある。しかしながら、本発明の方法を実行する際に用いられる流体の表面張力を減少させることにより、リガメント長を短くする傾向が減少し、それにより、より長いリガメントを形成し、ネッキング速度を遅くすることができる。

ネッキング現象を低減することにより（ステップ４２０；図４）、噴射された流体は、所望の基板（５４０）上に堆積されるまで、単一の流体リガメントを保持できるようになる。流体を噴射し、所望の基板（５４０）上に単一の流体リガメントを堆積するのと同時に、サーマルインクジェットプリントヘッド（３００）は、図５Ｄの矢印によって示されるように移動し（ステップ４３０；図４）、流体（５１０）を選択的に堆積することができる。コンピューティング装置（１３０；図１）を用いて、基板（５４０）上の指定された場所に流体を堆積させるために、サーマルインクジェットディスペンサ（３００）を選択的に位置決めすることができる複数のサーボ装置（図示せず）にコマンドを出すことができる。さらに、流体の単一のリガメントを供給する利点として、サーマルインクジェットディスペンサが、所望の印刷可能な媒体から１／４ミリメートル程度の近い距離において動作できることがある。

再び図４を参照すると、流体の各量がサーマルインクジェットディスペンサから噴射された後に（ステップ４１０）、コンピューティング装置（図示せず）は、流体供給工程が完了しているか否かを判定する（ステップ４４０）。１つの例示的な実施形態によれば、コンピューティング装置が、流体供給工程が完了しているものと判定した場合には（ＹＥＳ；ステップ４４０）、サーマルインクジェットディスペンサは流体の量（５１０；図５Ｄ）の発射を止める。しかしながら、コンピューティング装置が、流体供給工程が完了していないものと判定した場合には（ＮＯ；ステップ４４０）、コンピューティング装置によって、サーマルインクジェットディスペンサは、流体の先行して発射された量を「捕らえる」のに十分な頻度で、流体のさらに別の量を発射できるようになり（ステップ４１０）、図４に示される工程が再び開始される。

上記の方法は立体造形装置に組み込まれるサーマルインクジェットディスペンサに関連して説明してきたが、本発明の方法は、限定はしないが、インクジェットプリンタ、複写機、スキャナ、ファクシミリ装置などを含む、任意の数の２次元あるいは３次元の印刷装置に組み込むこともできる。さらに、本発明の方法は、限定はしないが、トランジスタ、トレース、コンデンサ、抵抗、アンテナ、ディスプレイ、無線周波数識別タグなどの回路および回路部品を含む部品を作製するために、流体を選択的に供給する任意の数の作製装置に容易に組み込むことができる。さらに、本発明の方法は、サーマルインクジェットディスペンサタイプの流体ディスペンサとの関連において示されたが、本発明の方法は、限定はしないが、熱作動式インクジェットディスペンサ、機械作動式インクジェットディスペンサ、電気作動式インクジェットディスペンサ、磁気作動式インクジェットディスペンサおよび／または圧電作動式インクジェットディスペンサを含む、任意の数の選択的堆積ディスペンサを組み込むことができる。
［別の実施形態］
図６に示される１つの別の実施形態によれば、本発明の単一リガメント流体供給方法は、圧電インクジェットディスペンサを組み込むことができる。図６に示されるように、圧電インクジェットディスペンサ（６００）は、複数のワイヤリード線（６４０）によって電源（図示せず）に電気的に接続される、圧電セラミックのような圧電変換器（６５０）を備えることができる。図６に示されるように、圧電変換器（６５０）は可撓性の隔壁（６８０）に結合され、制御可能なアクチュエータ（６９０）を形成することができる。制御可能なアクチュエータ（６９０）は複数のチャンバ壁（６３０、６７０）と、１つのオリフィス（６１０）を有する１つのオリフィスプレート（６２０）とに結合され、材料発射チャンバを形作っている。図６に示される圧電ディスペンサは、材料オリフィス（６１０）の反対側に配置された制御可能なアクチュエータ（６９０）を示しているが、本発明の方法は、限定はしないが、圧縮変形方式ディスペンサ、曲げ変形方式ディスペンサ、押し変形方式ディスペンサ、あるいは剪断変形方式ディスペンサを含む任意の圧電ディスペンサ構成に適用することができる。さらに、制御可能なアクチュエータ（６９０）は、１つの側壁上に配置することができるし、あるいはフレックステンショナル変換器構成にすることもでき、その場合には、可撓性の隔膜が、制御可能なアクチュエータ（６９０）およびオリフィスプレート（６２０）の両方の役割を果たす。

圧電インクジェットディスペンサから流体の単一のリガメントを供給する方法が図７に示される。先に説明されたサーマルインクジェットディスペンサによって用いられる方法と同様に、圧電インクジェットディスペンサ（６００；図６）は、流体の第１の量をパルス状に出力させることにより、単一リガメント形成方法を開始する（ステップ７００）。一旦、流体の第１の量がパルス状に出力されたなら、流体の先行する量の最後の部分で遅く移動している流体が、流体の後続の量がオリフィスプレートから出る前に、その流体の後続の量によって追いつかれるようにして、流体の第２の量がパルス状に出力される（ステップ７１０）。一旦、流体の複数の量がパルス状に出力され、単一の流体リガメントが形成されたなら、単一の流体リガメントが後に分離するのを防ぐために、ネッキング現象が抑制される（ステップ７２０）。圧電インクジェットディスペンサが流体を供給し続けるのに応じて、流体を選択的に分散させるために、圧電インクジェットディスペンサを動かすことができる（ステップ７３０）。流体を堆積する際に、システムが、流体堆積工程が完了しているものと判定する場合には（ＹＥＳ；ステップ７４０）、圧電インクジェットディスペンサは、流体をパルス状に出力するのを止める。しかしながら、システムが、流体供給動作が終了していないものと判定する場合には（ＮＯ；ステップ７４０）、流体の先行してパルス状に出力された量の最後の部分において遅く移動している流体に追いつくように、流体の別の量をパルス状に出力することができ、工程が再び開始される。ここで、本発明の方法が図８Ａ〜図８Ｄを参照しながら手短に説明する。

図８Ａに示すように、圧電インクジェットディスペンサ（６００）は、所望の基板（８０４）あるいは印刷媒体上方に配置することができる。１つの例示的な実施形態による、圧電インクジェットディスペンサ（６００）と所望の基板（８４０）との間の距離（８５０）は３．５ミリメートル未満である。図８Ａに示される材料発射チャンバは最初に、所望の印刷可能な媒体（８４０）上に堆積することが見込まれる流体（８００）で満たすことができる。図８Ａに示されるように、流体（８００）は材料オリフィス（６１０）でメニスカス（８１０）を形成する。図７に示される工程が開始すると、圧電インクジェットディスペンサ（６００）は、図８Ｂに示すように、材料発射チャンバから、流体の第１の量をパルス状に出力し始める（ステップ７００；図７）。図８Ｂに示すように、流体の第１の量を望むとき、ワイヤリード線（６４０）を通して制御可能なアクチュエータ（６９０）に複数の電気信号が選択的に送信される。一旦、電気信号が圧電変換器（６５０）に送信されると、変換器は変位し、発射チャンバ内の圧力が減少する。図８Ｂに示すように、圧力の減少によって、メニスカス（８１０）が吸い戻される。

一旦、図８Ｂに示すようにメニスカス（８１０）が吸い戻されると、別の電気信号によって、制御可能なアクチュエータ（６９０）がその変位を反転できるようになり、材料発射チャンバ内に圧力サージが生成される。図８Ｃに示すように、材料発射チャンバ内の圧力のサージによって、メニスカス（８１０）が隆起するようになり、結果として、流体（８００）のある量（８３０）が所望の基板（８４０）に向かって噴射される。流体（８００）の量（８３０）は、先端部（８３２）および後端部（８３２）を含む。

一旦、流体の第１の量（８３０）が所望の印刷媒体に向かってパルス状に出力されると、図８Ｄに示すように、別の電気信号によって、制御可能なアクチュエータ（６９０）が後退できるようになる。制御可能なアクチュエータ（６９０）は徐々に後退し、材料発射チャンバ内に負圧が生成される。圧電変換器（６５０）の後退によって引き起こされる負圧は流体を材料容器（図示せず）から発射チャンバ内に吸い込み、かつ流体の第１の量（８３０）を少し吸い戻す。この負圧は、流体（８００）の量（８３０）の先端部（８３２）と後端部（８３４）との間に相対的な速度の差を生成する。相対的な速度の差は、図８Ｄに示されるように、流体（８００）の量（８３０）に対して伸長作用を及ぼす。

一旦、後退すると、制御可能なアクチュエータ（６９０）は流体の後続の量をパルス状に出力することができる。図８Ｅに示すように、流体の後続の量は、噴射された量（８３０）の後端部（８３４）と流体の次の量の先端部（８３２）との間の隙間が生じないようにパルス状に出力することができる。隙間をなくすことは、上記のような駆動力（アクチュエータ変位）の時間的な形状を調整すること、流体粘度を高めること、チャンバ入口のインピーダンスを減少させて発射チャンバに流れ込む流体を増やすこと、および／または圧力が変化するパルス状出力間の時間（パルス状出力頻度）を調整することのうちのいずれかの組み合わせによって容易になされることができる。結果として、図８Ｅに示すように、パルス状に出力された流体の単一のリガメントが形成されることになる。一旦、パルス状に出力されると、その速度が第１のパルス状出力と同じ速度に低下するまで、第２の加圧作用によって生じた流体の先端部が、第１の加圧作用によって生じた先端部（８３２）の近くに移動するであろう。パルス状に出力された流体の各量の速度は、材料オリフィス（６１０）を通り、かつ制御可能なアクチュエータ（６９０）の後退によって生成される負圧を受けるのに応じて、減少する。

通常、パルス状出力頻度は所望の流量を得るための要件によって設定される定数である。パルス状出力頻度に関する１つの制約は、材料発射チャンバを補充する必要があることである。高い頻度の装置で補充することは、制御可能なアクチュエータ（６９０）を後退させることによって生成される負圧よりも、噴射オリフィス（６１０）内の流体メニスカス（８１０）の表面張力波応答への依存性が小さい。補充はあまりにも急激に行う必要はなく、すなわち圧力は、いくつかの流体領域内の流れが、噴射された流体を単一のリガメントの形に保持するために必要とされる最小値未満まで低下することになる値まで低下させることができる。急激な充填の影響を少なくするために、先に説明されたように、チャンバ入口のインピーダンスを下げるように調整することもできる。

流体の量を噴射中および噴射後の両方において、レイリー不安定性に起因して、単一のリガメントが不連続の液滴に分離するのを防ぐために、ネッキング現象を抑制することができる（ステップ７２０；図７）。サーマルインクジェットディスペンサを参照しながら先に記載したように、流体粘度を高めること、および流体の表面張力を減少させることによってネッキング速度が効率的に減少する。パルス状に出力された流体（８３０）の表面張力を減少させることにより、流体を圧搾して個別のリガメントにしようとする力が減少する。同様に、パルス状に出力された流体の粘度を高めることにより、表面張力に対する流体の抵抗が大きくなる。典型的な圧電インクジェットディスペンサの場合、公称の流体粘度は１０ｃＰにすることができる。この流体粘度を、単なる例示であるが１５ｃＰ〜２０ｃＰまで高めることにより、５０％程度までリガメントの長さが伸長し、それにより、本発明の単一の流体リガメントを生成する方法の能力が高められる。しかしながら、本発明の方法は、５ｃＰ程度の低い粘度を有する流体で単一の流体リガメントを生成するため、圧電インクジェットディスペンサを組み込むこともできる。

図８Ｅに示すように、一旦、単一のリガメントが生成されると、コンピューティング装置（図示せず）がディスペンサを制御可能に動かすことができる（ステップ７３０）。ディスペンサを動かすことは、基板（８４０）の所望の場所において流体を堆積させるために選択的に実行される。流体の２つ以上のパルスで、基板（８４０）上に堆積される単一のリガメントを形成することができる。流体の単一のリガメントを供給する利点として、圧電インクジェットディスペンサが、所望の印刷可能な媒体から１／２ミリメートル程度の近い距離において動作できるようになる。さらに、ディスペンサが１／２ミリメートルよりも近い距離で動作するときでも、ディスペンサからの１回の噴射の長さがディスペンサと基板との間の距離に届くので、膨れは生じない。この距離でディスペンサを動作させることは、水分によって印刷媒体にしわが寄る場合に、ディスペンサと印刷媒体とが突き当たる可能性があるので、紙あるいはいくつかの他の媒体上での２次元印刷の場合には通常は望ましくない。しかしながら、ＳＦＦおよび他の工業的な応用形態では、これらの実用上の制約は適用されず、本発明のシステムおよび方法によって、１／２ミリメートル未満の距離での印刷が実現可能である。

再び図７に戻ると、圧電インクジェットディスペンサから流体の各量が噴射され（ステップ７１０）、圧電インクジェットディスペンサが動くとき（ステップ７３０）、コンピューティング装置（図示せず）は、流体供給工程が完了しているか否かを判定することができる（ステップ７４０）。１つの例示的な実施形態によれば、コンピューティング装置が、その流体供給工程が完了しているものと判定する場合には（ＹＥＳ；ステップ７４０）、圧電インクジェットディスペンサ（６００）は流体の量をパルス状に出力させるのを止めることができる。しかしながら、コンピューティング装置が、その流体供給工程が完了していないものと判定する場合には（ＮＯ；ステップ７４０）、コンピューティング装置によって、圧電インクジェットディスペンサ（６００）は、流体のさらに別の量をパルス状に出力させ、図７に示される工程が再び開始される。

別の代替の実施形態では、本発明の方法を用いて、受け側の媒体上に接着剤の連続したリガメントを供給することができる。この例示的な実施形態では、サーマルあるいは圧電いずれかのインクジェットディスペンサが装置に組み込まれ、先に説明したように、受け側の媒体上に接着剤の単一のリガメントを供給する。

結論として、本発明の単一リガメント流体供給システムおよび方法は、コストのかかるステップおよびディスペンサを追加することなく、滑らかなエッジを有する堆積物を効率的に生成できる。より具体的には、本発明のシステムおよび方法は、装置の噴射頻度を調整し、かつ材料特性を調整することにより、標準的なインクジェット流体供給装置を用いて、連続した流体リガメントを生成できる。その際、結果として生成される流体の単一のリガメントを、個々のセグメントに分裂させることなく、所望の基板上に選択的に堆積されることができる。流体の単一のリガメントを堆積することにより生み出される特性は、より滑らかな画像を生成し、電気部品間の連続性を可能にし、ＳＦＦ物体において多孔性を抑えるのに有利に用いることができる。

上記の説明は、本発明の例示的な実施形態を図示し、説明するためだけのものである。本発明を余すところなく述べることや、本発明を開示したのと全く同じ形態に限定することは意図されていない。上記の教示に鑑みて、数多くの変更および変形が実現可能である。

本発明のシステムおよび方法の例示的な実施形態を実施できる印刷システムの斜視図である。 本発明のシステムおよび方法の例示的な実施形態を実施できる立体造形システムの斜視図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法を実行できるサーマルインクジェットディスペンサの破断された等角図である。 １つの例示的な実施形態によるサーマルインクジェットディスペンサの断面図である。 １つの例示的な実施形態による単一のリガメント流体を供給する方法を示す流れ図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行するサーマルディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行するサーマルディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行するサーマルディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行するサーマルディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による圧電ディスペンサの単純化した断面図である。 １つの例示的な実施形態による圧電ディスペンサから単一のリガメント流体を供給する方法を示す流れ図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行する圧電ディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行する圧電ディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行する圧電ディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行する圧電ディスペンサを示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による本発明の方法のステップを実行する圧電ディスペンサを示す断面図である。

符号の説明

１３０ コンピューティング装置
２０２ 作製区画
３００、６００ インクジェットディスペンサ
３１０ オリフィス
３５０ 基板
３８０ チャンバ入口
５３０ 流体の量

Claims (2)

1. インクジェットディスペンサから基板に向かって流体の第１の量を噴射するステップと、
   前記インクジェットディスペンサから前記基板に向かって前記流体の第２の量を噴射するステップと、
   前記インクジェットディスペンサを前記基板に対して動かすステップとを含み、
   前記流体の前記第２の量が前記インクジェットディスペンサから噴射されて、前記流体の前記第１の量と前記流体の前記第２の量とが、前記流体の単一の連続するリガメントを、個々のセグメントに分裂させることなく前記基板上に形成し、前記リガメントが複数の先端と後端を有することを特徴とする、インクジェットディスペンサを用いて流体の単一の連続するリガメントを供給する方法。
2. サーマルインクジェットディスペンサから基板に向かって、先端および後端を有する流体の第１の量を噴射するステップと、
   前記サーマルインクジェットディスペンサから前記基板に向かって、少なくとも１つの先端を有する前記流体の第２の量を噴射するステップと、
   前記インクジェットディスペンサを前記基板に対して動かすステップとを含み、
   前記流体の前記第２の量が前記インクジェットディスペンサから噴射されて、前記流体の前記第２の量の前記先端が、前記流体の前記第１の量の前記後端を捕らえて、個々のセグメントに分裂させることなく前記流体の単一の連続するリガメントを前記基板に形成し、前記リガメントが複数の先端と後端を有することを特徴とする、サーマルインクジェットディスペンサから流体の単一の連続するリガメントを供給する方法。

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