JPH09201566A - 支持体に導電性塗膜を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造用支持体に導電性塗膜を形成する方法を
提供する。 【解決手段】 支持体に導電性塗膜を形成する方法は、
インクジェット装置を用いて構造用支持体に溶液状態の
非導電性先駆物質材料を付着させることを含む。この溶
液は乾燥されて膜を残す。次に乾燥した膜は化学（熱分
解）反応が開始されて乾燥した先駆物質材料が導電性材
料に変化するレベルまで加熱される。先駆物質溶液は、
たとえばマイクロ波装置を用いる場合のように導電状態
に変化しないような態様で乾燥させることができる。こ
うして塗膜の導電性を制御し、かつ均一的な特徴、離散
パターン、または傾斜した特徴の１つを表わす塗膜を与
えるような態様で、先駆物質材料を支持体に塗布するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は包括的には抵抗材料を支持体に
塗布することに関し、より特定的には支持体に抵抗傾
斜、パターンおよび均一な塗膜を形成するため、かつレ
ーダ断面積（ＲＣＳ）の低減、フィールド成形、アンテ
ナ、電流制御および成形、フィールド電流および電力吸
収、ならびに電磁界干渉（ＥＭＩ）抑制のためにそのよ
うな塗膜材料を構造用積層品に組入れるための方法に関
する。

【０００２】

【関連技術の説明】種々のタイプの湿式または乾式の媒
体を用い、電界を利用して規則的なまたは不規則なパタ
ーンを創出することが長年にわたって知られている。

【０００３】メストン（Meston）への米国特許第２，０
９７，２３３号は、電気メッキを用い、微細懸濁液とし
て表面近傍に運ばれ次に直接表面にパターン状に付着さ
れる材料で表面を塗布または装飾するための装置を開示
している。

【０００４】アビドン（Avidon）への米国特許第４，５
４５，５３６号およびシーバ（Seaver）らへの第４，７
４８，０４３号は、湿ったまたは乾燥した材料の非常に
薄い塗膜を支持体に与えるための静電塗装システムを開
示している。

【０００５】ヨットセイ（Youtsey ）らへの米国特許第
３，９９２，２１２号およびプラーブフ（Prabhu）らへ
の米国特許第４，４５２，８４４号から、印刷回路板お
よび厚膜回路を備えるセラミックの支持体などの応用例
において電気回路に抵抗を形成する際に使用するために
電気抵抗体インクを提供することがまた知られている。

【０００６】この既知の先行技術の背景に対し、本発明
の譲受人により開発され、以下で詳細に説明する、イン
クジェット塗布装置および無機導電性重合体（ＩＣＰ）
を用いて、織物または多孔質の支持体に抵抗傾斜、パタ
ーン、および均一的な塗膜を形成するための、新規で、
より効率的でありかつ費用効率の高いプロセスが開発さ
れている。

【０００７】

【発明の概要】本発明の目的はしたがって、現在知られ
ているその他の関連するプロセスの欠陥および欠点すべ
てを克服する一方で、抵抗傾斜、パターン、および均一
的な塗膜を形成するために、導電性材料を支持体に塗布
するための新規の方法を提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は、非常に正確にかつ種
々の長さ、幅および機能的形式で、抵抗傾斜、パター
ン、および均一的な抵抗シートを生成するための新規の
方法を提供することである。

【０００９】本発明の他の目的は、インクジェット法で
構造用支持体に種々の長さ、幅および機能的形式で付着
させることができる無機導電性重合体（ＩＣＰ）材料を
用いて、抵抗傾斜および均一的な抵抗シートを正確に生
成するための新規の方法を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、送出システムの幾何
学的および体積についての正確さを保ちつつ、支持体の
予め定められた場所で導電率を別々に制御するための新
規のインクジェット法を提供することである。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、互いに任意的
に間隔がおかれおよび／または方向づけられた抵抗率の
異なる領域を有する種々の支持体に、単位平方あたり約
３Ωないし約５０００Ωという広範囲の抵抗率を生み出
すための方法を提供することである。

【００１２】さらに他の目的は、費用および時間を大幅
に削減し、設計に融通性をもたらし、ＲＣＳの性能を向
上させ、揮発性有機溶剤を排除する、構造用シートに導
電性材料の傾斜および均一な塗膜を形成するための効率
的な方法を提供することである。

【００１３】さらに他の目的は、液体または粉末を吹付
けるための方法と比較したときに、塗布の量および位置
双方について本来精度に欠けていることを克服する、支
持体に塗布する方法を提供することである。

【００１４】これらおよびその他の目的は、インクジェ
ット装置を用いて、構造用織物支持体に溶液状態の独自
の先駆物質材料を付着させることを通して達成されるも
のである。

【００１５】先駆物質材料ははじめに溶液で支持体に塗
布される。この状態で、先駆物質材料は相対的には非導
電性である。次に溶液が乾燥される。最後に乾燥された
材料は加熱されその間に化学反応が開始されて乾燥した
先駆物質材料を無機導電性重合体（ＩＣＰ）に変化させ
る。たとえばマイクロ波装置を用いる例のように、結果
として導電状態に変化しない態様でＩＣＰを含む溶液を
乾燥させることができる。支持体におけるＩＣＰを含む
材料を、均一的な特徴、離散的なパターン、または傾斜
の特徴いずれかを表わす塗膜を結果としてもたらすよう
な態様で、塗布することができる。

【００１６】

【詳細な説明】以下の詳細な説明は、本発明を実行する
うえで現在最良とされるモードのものである。この説明
は制限的な意味でとらえられるべきでなく、本発明の一
般的な原理を示す目的のためにのみ行なわれるものであ
るが、その理由は本発明の実際の範囲は前掲の特許請求
の範囲により最良に定めることができるものであるから
である。

【００１７】本発明において使用される導電性材料は、
本発明の譲受人によって開発される無機導電性重合体
（ＩＣＰ）である。ＩＣＰ材料は、ウォーレン（Warre
n）に発行される、米国特許第５，０４１，３０６号お
よび５，００２，８２４号において開示されており、こ
れらの特許の開示を本明細書に引用により援用する。

【００１８】上記のように引用される特許において開示
されているように、ＩＣＰ材料の形成は真の溶液である
先駆物質で始まる。溶液はガラス繊維または布の支持体
に塗布され、布の糸の束全体に浸透する。溶剤は蒸発し
ガラス質の固体の薄膜が残される。構成材料の熱分解反
応を開始させる熱衝撃により、膜は導電相に変化してＩ
ＣＰを形成する。導電層の最終的な形式は支持体の個々
の繊維における薄い密着性の塗膜である。最終製品は金
属硫化物と熱分解により生成したものを非化学量論的に
混合したものとなる。

【００１９】抵抗性の構造用塗膜は、数多くの必要条件
を満たさねばならない。電気的な応用次第で、導電率お
よび位置についての許容差を満たさねばならない。抵抗
シートの大きさはＲＣＳにとって重要であるが、その理
由は継ぎ目が性能に不利となり得るからである。電流へ
のおよび電流からの電磁波の遷移を制御することにおけ
る抵抗傾斜の価値は、電流を運ぶ表面の抵抗を通してこ
うした電流の正確な制御が行なわれることにある。

【００２０】このような正確な制御には、（１）抵抗が
正確に変化して電流と関連する電界および磁界に影響を
与えること、（２）空間の３つの次元すべてに関し電流
の変化率を正確に制御すること、および（３）表面イン
ピーダンスの実数部および虚数部の相対的な大きさを正
確に制御することが必要である。簡潔に、支持体におけ
る抵抗傾斜は「Ｒ−カード」と称される。均一的な抵抗
シートおよびパターン形成された抵抗シートはまた、他
の場合では電流の大きさおよび相、ならびに変化率を制
御するという機能を果たす。電流の分布を形成および制
御するうえで空間の３つの次元すべてが重要であるの
で、傾斜をただ１つではなく２つまたは３つの次元で規
定することが多い。そのことによりこのような電気的に
調節された本体表面を形成するための材料およびプロセ
スにさらに厳しい制約が課されることになる。本発明
は、電気的に規定されるのみでなく、同時に構造的でも
あるプロセスを実際の材料とともに示している。

【００２１】ＩＣＰの導電率の希釈度制御をもたらす本
発明の塗布の方法を、構造用複合材料に対する後続の処
理ステップと組合せることにより、電磁の技術のすべて
の分野における電波−電流の相互作用を広範囲にわたり
正確に制御することができる独自の方法がもたらされ
る。

【００２２】塗膜を積層品の一部として考えると、プレ
プレグ、レイアップおよび硬化サイクルに耐える必要も
ある。航空機用の構造物の製造におけるように、いくつ
かの応用においては重量および体積が非常に重要であ
る。このような要件は塗布プロセスによって初めから満
たされていなければならない。

【００２３】本発明のＩＣＰ材料システムの主要な利点
は、単位面積あたりに与えられる先駆物質の量によって
導電率が第１に定められることである。ＩＣＰシステム
については、ほとんどの他のシステムと異なり、先駆物
質の希釈度によって導電率を制御することができる。着
色された導電性インクを希釈することは、導電率を制御
する方法としては良くない。

【００２４】１インチないし数フィート平方あたり５な
いし２５００Ωの典型的なＲ−カードにおいては、塗布
プロセスで、カードの一方の端部において他方の端部に
おけるよりも５００倍の材料を計量し位置決めすること
ができなければならない。このことは今までは吹付け方
法によって行なわれているが、本発明の方法は速度、正
確性、再現性および融通性においての利点を示すもので
ある。

【００２５】均一的に塗布されたカードに対する許容差
は、抵抗が与えられる位置の複雑性が加わるために、傾
斜のあるカードに対する許容差よりも厳しくなる可能性
がある。このような場合、１０ないし１０００という値
のΩに対しては±５％、１０００ないし２０００の値の
Ωに対しては±１０％、および２０００を超える値のΩ
に対しては±１５％という許容差が消費者によって要求
されることがよくある。

【００２６】カードの特定的な部分について、単純に＋
または−パーセント以外の許容差が特定されることがあ
る。たとえば、先端の抵抗は下限については厳密で上限
については厳密でなくてもよい。反対のことがグラウン
ド層に結合する導電性のマージンの抵抗に当てはまる。
いくつかのポイントの値はその他のものよりも重要であ
る。

【００２７】カードの中には、塗膜が意図的に段を含む
ように設計されるものがある。段での位置および値は厳
しく制御されねばならない。二重のＲ−カードすなわち
抵抗が高いところまたは低いところの端部で接触する２
つの傾斜を有するものでは、２つの領域間の適切な空間
的関係は、どちらも機能し、かつ継ぎ目なしで下にある
部分にどちらも適合するように、維持しなければならな
い。

【００２８】一般的に電気的許容差は、理論上の値の割
合として示され、これが意味する位置の正確性に対する
関係についてはほとんど考慮しない。塗布システムおよ
び測定システムはしばしば、前述の公称の許容差のいく
つかは満たさないことがある。一般的な許容差は、値が
小さいときには小さく、値が大きいときには緩和され
る。Ｒの値が低いとき１０％がしばしば要求される。た
とえば、６インチの距離にわたる単位平方あたり１０Ω
ないし２５００Ωの範囲にまたがる傾斜を有するカード
の場合、距離「ｘ」における抵抗は以下の等式に従って
定められる。

【００２９】Ｒ（ｘ）＝２４９０＊（ｘ／６）² ＋１０ このようにして、ｘ＝０インチのとき、抵抗は１０Ω／
平方であり、ｘ＝６インチの場合、抵抗は２５００Ω／
平方である。

【００３０】カードの低い端部での１０％の許容差は、
抵抗の位置を０．０１４インチと定める必要性を表わし
ている。これはまた、抵抗を±０．００５インチを上回
るものとして定めて、抵抗の誤差ではなく位置の誤差の
ために良好なカードが拒絶されることはないことを確実
にすることができることを示している。カードの高い端
部では位置の許容差は０．１５０インチとなるのみであ
る。高いＲの値に対する許容差は典型的には２０％とな
り得るが、これは抵抗が最大である先端では位置の許容
差を０．３２１インチに増大させるだけである。

【００３１】抵抗シートは、積層品のレイアップと互換
性を持たせるためにドレープなどの特性を有しなければ
ならない。ドレープは塗膜の薄さから生じるものであ
る。本発明の支持体は典型的には他のプレプレグされた
層の積み重ねに組入れられる前に塗膜樹脂でプレプレグ
される。この塗膜樹脂は取扱いおよびカッティング中Ｉ
ＣＰ塗膜を保護する。

【００３２】ＩＣＰ塗膜そのものは非常に薄い。電子顕
微鏡写真のスキャンから、わずかのミクロンであると推
定される。典型的なガラス繊維は直径７ミクロンであ
る。

【００３３】このように、ＩＣＰの薄い塗膜は繊維の体
積の３０％をはるかに下回るものである（０．５ミクロ
ンの塗膜）。ほとんどの導電性のＩＣＰの重量増加に基
づけば、実際の体積はおそらくこれよりもはるかに小さ
い。増加は典型的には繊維の重量の１０％未満である。

【００３４】ＩＣＰ先駆物質の希釈という特性は、本発
明が意図する塗布のインクジェットプロセスを利用する
うえで重要である。インクジェット装置は本質的に正確
な量の滴を非常に正確に位置決めすることができる。Ｉ
ＣＰ先駆物質は液滴の形成および位置決めを制御する液
体の特性に影響を与えずに、導電率を変化させることが
できる。このように、２つの必要条件すなわち位置決め
の正確さおよび抵抗の正確さは、完全に互換性のあるも
のであり、これらを統合しても互いに妥協させるもので
はない。

【００３５】インクジェット塗布装置は当該技術では周
知である。出願人はイリノイ州シカゴに在する企業であ
るビデオジェット（Videojet）が製造するインクジェッ
ト塗布マシンを使用する。他のソースから、インクの押
出量が多いこと、１つのコントローラによって制御され
る複数の噴射、および大量印刷に対し１００ないし２０
０の並行してプログラム可能な噴射を備えるシステムを
含め同様の特徴をもたらすことができるその他のマシン
が利用可能である。これらの特徴すべては、抵抗シー
ト、パターンおよび傾斜の製造において望ましいものと
なり得る。これら特徴のいくつかは、フォント、タイプ
サイズおよびメッセージの長さなどのようにファームウ
ェアにプログラムし得る。

【００３６】１つの所望の特徴は、付着プロセスを制御
するための商業用装置に典型的には備えられる「缶詰に
された」ソフトウェアに単に依存するのではなく、コン
ピュータに直接アドレスして滴すべての付着を制御でき
ることである。滴の連続的な形成、飛行および再生利用
の間の液滴の蒸発のためにインクの組成を変化させるこ
となく、書込であろうとなかろうと、噴射装置を長期に
わたって動作させることができるたとえば複雑な粘度制
御およびインク回収システムのように、商業用のマーキ
ングをすることができる能力についてその他のマシンの
特徴が望まれる。

【００３７】図１は、本発明のプロセスを実行する際に
使用され得る型のインクジェット装置１００を示し、以
下の説明との関連でこの図を参照する。

【００３８】装置１００はインクジェットヘッドハウジ
ング１０２を含み、その中にはＩＣＰ先駆物質溶液のソ
ース１０４が配置される。ソースは典型的にはポンプま
たはその他の圧力発生装置を含み、そのためタンク内の
溶液は常に圧力を受けている。溶液は導管１０６を通し
てソース１０４から、プリントの初めおよび最後に単に
流れの開始および停止を行なう溶液流動制御弁１０８に
押出される。ここから溶液は導管１１０を通してノズル
ステーション１１２に流れ、ここで溶液の流れは破壊さ
れるすなわち離散する滴の流れに分割される。ノズルス
テーション１１２において液体の流れに与えられている
音の定常波が存在する結果として滴は形成される。次に
滴の流れは充電トンネルステーション１１４に送られ、
ここで液体の滴に負の電荷が課される。電荷は流れの先
端で蓄積されるため、破壊する滴は正味の負の電荷のも
のである。トンネル１１４における電圧をコントローラ
によって変化させて滴を負の電荷において変化させるこ
とができる。滴は偏向ステーション１１６を通りここで
滴はプレート１１８と接地プレート１２０との間で定め
られる偏向フィールドに入る。このフィールドにおい
て、滴は電荷および偏向電圧に比例する角度だけ進行の
経路から偏向される。プレート１１８における電圧を用
いて、プリントされる文字の高さ全体を調節する。プリ
ントされない滴は真っ直ぐインクリターンキャッチブロ
ック１２２に進む。この液体は真空によってチューブ１
２４および接続リザーバ１２６を通して引っ張られ、こ
こで液体はサプライ１０４に戻すために保持される。図
１はまた、偏向された液体の滴の流れの下流（すなわち
前）に位置する支持体１２８を示す。文字の水平のラス
タに対しては、支持体またはインクジェットヘッドアセ
ンブリ１００のいずれかを、相対的に移動させることが
できる。一定のまたは変化する滴の密度が求められるか
に従って、ヘッドアセンブリまたは支持体を均一的にま
たは非均一的に移動させることができる。

【００３９】インクジェットヘッドアセンブリを移動さ
せるための１つの装置は、ハウジング１０２を上に載せ
たベッドであり、ベッドはたとえ２つでないにしても１
つの平面方向に移動することができる。このような装置
の別の形式は、プリントヘッドが水平の面で前後に動く
ことができるように旋回可能なアームである。プリント
ヘッドを弧に沿って回転させ滴の列が予め定められた輪
郭に沿い１組の湾曲した滴の線を形成するようにでき
る。

【００４０】インクジェット装置の好ましい実施例で
は、荷電した液滴の流れは２４の垂直の場所のいずれか
に送られる。この動作はオシロスコープの垂直軸と同じ
である。ヘッドまたは支持体の水平の動きによりラスタ
の他の軸が生み出される。装置をプログラムして文字が
１６ドット（幅）×２４ドット（高さ）の配列のすべて
または一部を満たすようにできる。任意的に、位置のす
べてを各々特別な文字として、予めプログラムしストア
することができる。いくつかの特別の文字を組合せてメ
ッセージにすることができ、かつメッセージを互いに追
加することができる。

【００４１】本発明のプロセスの１つの応用例は、連続
する線をプリントすることに関する。この応用例につい
ては、特別な文字が使用される、すなわち羽根状の端部
を備える実線である。プリントされた線は重ね合わせら
れてシームがなく、均一的な先駆物質の液滴の被覆面積
を生み出す。これらは支持体への毛管作用によって混合
される。液滴の大きさおよび配置は先駆物質の濃度から
は完全に独立したものであるため、付着された抵抗パタ
ーンのジオメトリは抵抗の値と相互作用することはな
い。この特性すなわち材料の位置決めおよび材料の決定
的な導電率の独立性は、他のいかなる既知の導電システ
ムも備えていないものであり、顔料または塗布量におけ
る変化という液体の特性の効果のおかげである。炭素ま
たは金属の着色インクなどの導電システムは、顔料の量
に対して非常に感度が高い。これは液体の流動学を変化
させる、したがって塗布の力に反応する仕方を変化させ
るだけでなく、塗布量に伴い指数的に導電率が変化する
ことになる。

【００４２】好ましい装置は、約４．５ｍｌ／分または
０．０７５ｍｌ／秒の液体の流れをもたらす。この流れ
はノズルの超音波結晶ドライブにより１秒あたり６６，
０００の液滴に分割される。液滴の大きさは非常に均一
的であり、その理由はこの大きさが周波数、ノズルの大
きさおよび液体の圧力によって定められるからである。
液体の滴は同じ速度で移動する。この現象は、内部での
インクの絶え間ない粘度の制御によって可能となる。文
字の高さはユニット内の偏向の力を選択することによ
り、およびプリントヘッドと支持体との間の分離を選択
することによって制御される。文字の幅は、支持体の速
度および垂直のストローク速度によって制御される。文
字は各ストロークにつき２４の滴からなる１６の垂直の
ストロークからなる。これら個々のストロークを外部ソ
ースからトリガすることが可能である。これは文字の幅
を変化させるかまたは支持体の速度における変化と幅を
同調させるものである。

【００４３】他方、文字のチルトは文字の高さおよび支
持体の速度の関数であり、プリントヘッドを回転させ垂
直のラスタを傾斜させることによって排除できる。垂直
のストロークを内部でプログラムすることが可能であ
り、またはエンコーダの入力によって支持体の位置に同
調させることが可能である。利便性のために変化させら
れるが必ずしも必要ではない支持体の速度は、垂直およ
び水平の滴の間隔を同じにするように選択して決定され
る。最も好ましい支持体の速度は、文字の高さが０．１
２ｃｍ（０．５インチ）の場合に１．５ｍ／秒である。
この速度および文字の高さでの被覆面積は典型的には１
９０ｃｍ² ／秒である。

【００４４】１つの滴の体積は約１０^-6ｍｌと測定され
ている。効果的な滴の直径は１２．８＊１０^-3ｃｍまた
は約５ミルである。上記の速度および大きさでの滴の密
度は平方センチメートルあたり３６０滴である。結果と
して生じる滴間の間隔は中心から中心までで５．３＊１
０^-2ｃｍ、または滴の直径の４倍である。滴の直径はフ
ィラメントの直径（Ｅ２２５ファイバ）の１８倍であ
る。滴には１平方センチメートルを約４＊１０^-4ｃｍの
深さまで被覆するのに充分な液体の体積がある。この布
（スタイル２１１６）のフィラメントの表面領域は布の
面積の平方センチメートルあたり合計で２５０平方セン
チメートルである。結果は、支持体の速度が秒速１．５
メートルで、ＩＣＰ先駆物質が１回のパスに対し１５０
ナノメートルの厚みのさらに薄い層に分布されることに
なる。秒速１．０フィートでテストが行なわれ、７５０
ナノメートルのオーダでまたは繊維の直径の１０％で湿
った膜の厚みが生み出される。希釈されていない先駆物
質は、この膜の厚みで単位平方あたり２００Ωをもたら
す。

【００４５】インクジェット装置は、ベッドの上の移動
する支持体またはロールからロールへの支持体に噴射す
ることにより、高い生産率をもたらすことができる。ベ
ッドまたはロールの大きさ、ならびに速度および分解能
を選択して製造する商品に必要な位置決めの正確度に適
応するようにされる。

【００４６】インクジェット装置のアプリケーションヘ
ッドは垂直方向下向きに、垂直方向上向きにまたは水平
に材料を発することができる。製造においては、インク
ジェットのヘッドのこのようなすべての方向が考慮され
る。使用される織物の中には、支持体の前側および後側
の織目が相補的であるため、両面にＩＣＰの塗布が必要
なものもある。

【００４７】支持体の移動するベッドまたは移動するロ
ールを使用することにより以下の能力がもたらされる。

【００４８】（１） プリントの水平方向の均一性 （２） 既知の吹付けプロセスと比較した場合の塗布の
相対的な速度 （３） 希釈による導電率の制御 （４） テーパの滑らかさ （５） グラウンド層での導電性マージンに対し所要の
オームの低い領域を生成する能力 （６） 有機揮発物または微粒子を放出しない動作 （７） 互いにごく近接してかつ任意のパターンで異な
る抵抗の値を位置決めする能力 本発明のインクジェットプロセスにより送出される先駆
物質が、典型的な吹付け装置を用いて達成されていた導
電率の約５分の１を塗膜あたりにもたらす。たとえば、
吹付けられ、濃縮されたＩＣＰ先駆物質の１つの塗膜が
４０Ωとして測定される導電率を生むのに対し、１つの
インクジェット塗布により、２００Ωと測定される導電
率がもたらされる。この違いは主として吹付けによるパ
スが重複するためであり、その理由は羽毛状の部分の幅
が約６インチのためである。各々の場所が１つの塗膜に
おいて３または４回吹付けられ（吹付けのパス間で１イ
ンチの分離）、一方インクジェット塗布では、パターン
の羽状にされた部分においてのみトレースが重複する。
このように、単位面積あたりの送出量は、インクジェッ
トおよび単一パスの吹付け間で非常に似ている。吹付け
方法と比較したインクジェットの非常に大きな空間の分
解能は、最終的な商品が鮮明度においてより柔軟性があ
り、各々のピクセルでの導電率を多大に制御できること
を意味している。したがって、吹付けの送出量が多いよ
うに思われることは利点でなく、実際には不利な点とな
る。

【００４９】同様の比較を、インクジェット塗布と、先
駆物質が８のファクタで希釈される単一パスの吹付け塗
布との間で行なうことができる。吹付けプロセスによ
り、約３５０Ωの導電率がもたらされるのに対し、イン
クジェット塗布によって約１５００Ωの導電率がもたら
される。

【００５０】図２のグラフは、導電率と、３０インチの
間隔が設けられた３つの傾斜の位置との関係を示す。こ
れらの傾斜は、達成可能な抵抗率の範囲（約１０Ωない
し約３０００Ω）、および湾曲を正から負へまたその逆
へと変えることができることを示している。図２はま
た、均一的な抵抗から傾斜がつけられた抵抗への遷移が
急であること、およびすべての抵抗の値で傾斜に垂直な
方向において非常に均一性があることを示す。このデー
タを出す際に使用される測定システムでは、０．２００
インチの間隔で単位平方あたりのオームが測定された。
図２から、たとえ連続する塗膜が１インチだけステップ
バックされているときでも、または先駆物質の濃度が変
更されていても、生のデータにおいては継ぎ目の印がな
いことがわかる。抵抗の分布の全体的な見た目は、吹付
けプロセスを介して塗布される材料の場合よりも良い。
典型的には、公称的には均一な材料の領域における、吹
付けられたサンプルの標準偏差は３ないし１０％であ
る。インクジェット装置により塗布される材料の標準偏
差は、約１ないし２％の間である。ある例では、カード
が交互のパターンで塗布された。第１のパスで１トレー
スごとに塗布され、その中間のトレースは第２のパスで
塗布された。こうすることにより広がっている前部が反
対方向に広がる近接するトレースに出会う前に、各トレ
ースは毛管作用によって最大に拡大することができる。
連続する塗膜は、水平および垂直両方向に±５０ミルな
いし±１００ミルだけ移され、トレース間の継ぎ目の干
渉を減じる。

【００５１】この場合に与えられる塗膜はまた、抵抗が
均一であるという品質を示している。吹付け方法には、
液体を保持する容量が制限されるためおよび連続するト
レースが重複することのため、高速かつ急速に蒸発する
溶剤が必要である。他方、インクジェット装置は溶剤と
して水を用い、より高い濃度でさらに少量を送出するた
め、蒸発速度が遅いことは量が少ないことにより一部補
償される。オンラインの乾燥装置が製造設備の最終的な
構成部分に組入れられ、乾燥の必要性に対処する。

【００５２】オームの低い傾斜の部分が、図２に示すよ
うにインクジェットプロセスにより単位平方あたり１０
Ωのレベルまで与えられる。このことは、インクジェッ
ト塗布の効率を吹付け塗布の効率と比較するために行な
われた。インクジェット装置を用いて与えられる塗膜は
先駆物質の重量の３０％以上を匹敵するオームに対して
節約した。これは、噴霧のステップにおいて溶剤のすべ
てを蒸発させる乾燥粒子の吹付けられた塗膜が存在する
ためである。これらの粒子は表面に移動し付着するが分
離されたままである。粒子は導電性塗膜の一部とはなら
ない。ＩＣＰ塗膜を使用することのこの優れた効率は、
本発明のインクジェット方法の新規の利点の１つであ
る。所与のレベルの導電率を達成するのに必要なＩＣＰ
材料の重量が減じられていることが、塗布の対象となる
構造用積層品を、ＩＣＰ材料の吹付けられた層で製造さ
れる積層品に比べ５０％も強化する。

【００５３】図３は、約１４インチの範囲にわたり約８
０Ωないし約３５００Ωの範囲にまたがる実際の傾斜を
示している。この図は、傾斜に垂直に３０インチの間隔
での３つのトレースが重なっていることを示す。絶対的
な変化はわずか１．２％であり、これは器具の正確性お
よび材料の変化を含んでいる。

【００５４】図４は、支持体の個々の繊維に導電性のＩ
ＣＰ材料が付着されていることを示す。先駆物質が浸透
し繊維表面を湿らせる。ＩＣＰは熱分解によりその場で
繊維に対する塗膜として形成される。このようにしてＩ
ＣＰは十分に支持および保護される。小さな繊維の表面
領域が大きなことが、ＩＣＰにおいて広範囲にわたる抵
抗をもたらす際の助けとなる。減じられた量のＩＣＰが
大きな表面領域に塗布されたとき、より高い抵抗が形成
される。塗膜は最小空間を占め、樹脂の含浸によって封
入される。

【００５５】大規模生産のために、本発明が意図するイ
ンクジェット塗布装置は、単一の「アセンブリ」ライン
で、乾燥、硬化および測定のためのステーションをイン
クジェット装置と統合することができる。織物取扱シス
テムは、インクジェットヘッドへの距離、および水平方
向の動き双方において張力の制御および位置決めの正確
性をもたらさねばならない。織物の位置を検知および符
号化して、インクジェット装置の垂直のストロークを同
調させることができる。織物は両面がサーボ駆動され、
その幅は端部検知手段によってロールの上で活性的に中
央に定められる。典型的な織物の速度は秒速で１メート
ルである。

【００５６】本発明の各プロセスステップは、ウェブに
沿う別々のステーションで発生する。インクジェット塗
布ステーションは調整された動き、すなわちウェブを下
る動き、ウェブを横切る動き、および噴射ラスタの回転
の３つの軸を有する。これら組合された動きの自由度に
より、移動するまたは静止するウェブにおける複雑な２
次元のパターンをもたらし、かつラスタの方向の変化を
もたらして湾曲するトレースでの液滴の密集または分離
を退けるものである。

【００５７】先駆物質は、塗布のポイントに近接して、
低熱またはマイクロ波の加熱によって織物に与えられる
ときに乾燥される。熱のレベルは、ウェブが移動する速
度で溶剤を取り除くのに十分であり、熱分解反応を開始
させるレベルまで先駆物質を加熱しないように選択され
る。

【００５８】先駆物質の乾燥が重要なのはいくつかの理
由による。第１に、先駆物質材料の連続するトレースを
塗布するには、支持体の織物を巻取り、次の塗布の間に
再び巻取らねばならない。湿った織物を巻取ることによ
り、先駆物質の塗膜における変化および織物の歪みを生
じさせる傾向がある。第２に、乾燥することにより所与
の量の先駆物質に対して達成可能な導電率を増大させ、
したがって均一性、重量および強度に影響を及ぼす。第
３に、熱分解によって先駆物質材料を変化させる前に数
多くの塗膜を与えることができるということは非常に価
値があり、湿った織物材料は、ロールで配置されるとき
に近接する織物の層における塗膜を確実に変化させるだ
ろう。

【００５９】マイクロ波の加熱を利用することができる
ことは、本発明の方法の別の重要な利点である。先駆物
質は導電性でないため、先駆物質の量にかかわらずいか
なる領域もマイクロ波による加熱においても同様に乾燥
するだろう。水の溶剤のみがマイクロ波の加熱効果に反
応する。先駆物質の固体は残され、後におけるＩＣＰ導
電状態への変化に応じることになる。

【００６０】その他の導電システムは、インクは乾燥の
前でさえ導電性であるため、マイクロ波の加熱の利用に
よって硬化させることができない。したがって、その反
応は体積されるパターンおよび結果として非常に不均一
な加熱を用いた乾燥の状態の複雑な関数となるであろ
う。マイクロ波の破壊は不均一な乾燥中に生じる不規則
な導電率のために生じる。これら着色されたシステムの
導電率は非常に硬化の速度および程度に敏感である。こ
の原因は膜が乾燥する際の収縮である。傾斜のある材料
は、非常に導電性のある領域はマイクロ波を通さない傾
向があり、一方非常に抵抗の高い領域は全く加熱されな
いかまたは非常にゆっくりと加熱するので、不均一に乾
燥する。

【００６１】先駆物質の乾燥は乾燥ステーションで生じ
る。ステーションは塗布ステーションに関し対称的に配
置され、双方向の塗布を可能にする。乾燥ステーション
は先駆物質を硬化させ導電性材料に変化させるための手
段の役割を果たす（すなわち先駆物質を導電性ＩＣＰに
変換する）。硬化は、同じ乾燥ステーションの１つまた
は別々のステーションによって行なわれる。硬化は塗布
材料の付与すべてが終了した後に完成するため、硬化ス
テーションは１つだけ必要である。硬化するステップま
たは変化のステップには、より高い表面温度、および加
熱要素へのより高い電力の入力が必要である。

【００６２】この装置とともに用いられる測定システム
は、固定周波数伝送システムに塗布装置と同じ３つの運
動軸を加えたものである、すなわちウェブに下向きおよ
び横切る動き、織物に関する偏波の制御に対する回転で
ある。

【００６３】さらなるオンラインの処理ステップを組入
れることが可能である。たとえば、ＩＣＰの特別な塗布
についてはみ出し被覆を適用することができる。織物の
表面は先駆物質が塗布される前に準備段階の塗布を受け
ることができる場合がある。しかしながら、同じ生産ラ
インにこれらのプロセスすべてを付け加える必要はな
い。

【００６４】典型的な１００フィートのＲカードを特徴
づけるのに大量のデータが必要であるため、詳細な測定
はオフラインで行なう方がよい。十分な品質管理情報を
与えるためには、３００，０００ないし５００，０００
のデータポイントが必要であろう。

【００６５】傾斜をつけられたカードに対する生産率能
力は非常に高い。たとえば、８インチの傾斜を有するカ
ードは、平方あたり１０ないし２５００Ωを必要とし、
４インチの導電性マージンを伴う。正味３０ヤードの支
持体が１つのカードを製造するのに必要である。単一の
インクジェットヘッドを用いて３フィート／秒の速度で
ひと続きの１／４インチの高さの文字を与えることに
は、２５トレースの約２０の塗膜が（平均して）、また
は全体で５００トレースが必要であろう。トレースにつ
き約３５秒の塗布時間で、合計で２９２分（またはおよ
そ５時間）がこのタスクの完了に必要であろう。

【００６６】導電率の制御には、塗布される材料の量、
その塗布の場所、および後に続く固体の塗膜への変化に
十分な注意を払う必要がある。この方法のこれら３つの
局面いずれかにおけるいかなるステップも、結果として
生じる塗膜の導電率を変更する可能性がある。本発明の
方法は、３つの部分各々において導電率を制御する変数
を分離し、そうすることによって装置の動作の能力を高
めて最終生産物を制御する、ステップの独自の組合せで
ある。吹付け技術では、個々の滴の大きさ、溶剤の内
容、方向または速度を制御することが容易にならない。
これらの変数の総平均のみが、設備の調整によって不完
全に制御される。本発明によって用いられるＩＣＰ材料
のみが、滴の制御変数および導電率制御変数間の完全な
分離をもたらす。

【００６７】数多くのヘッドの同時の動作を通して均一
的な塗膜が可能になる。最終的には、支持体の幅全体を
１回のパスで塗布することができる。３８インチ幅のロ
ールの材料に対する典型的な速度は毎分およそ１フィー
トであり、いくつかの設備はこのような材料を毎分５な
いし８フィートで処理できる。毎分１フィートであって
も、生産能力は１日につき５００平方ヤードとなるであ
ろう。

【００６８】本発明は具体的な実施例との関連で説明し
ているが、数多くの代替形、修正形、および変形が、前
述の説明から当業者には明らかになるであろう。したが
って、本発明は、前掲の特許請求の範囲の精神および範
囲内のすべての代替形、修正形、および変形を包含する
ことを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実行するうえで有用である装置
の１つの実施例を示す概略図である。

【図２】３０インチの間隔が設けられた３つの傾斜の導
電率および位置の関係を示すグラフの図である。

【図３】約１４インチにわたり約８０Ωないし約３５０
０Ωの範囲にまたがる実際の傾斜を示す図である。

【図４】支持体の繊維にＩＣＰ溶液を与える態様を示す
概略図である。

【符号の説明】

１００ インクジェット装置 １１２ ノズルステーション １２８ 支持体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体に導電性塗膜を形成する方法であ
   って、 構造用支持体を与えるステップと、 無機導電性重合体（ＩＣＰ）を含む実質的に非導電性の
   先駆物質溶液を与えるステップと、 前記先駆物質溶液の希釈度を変化させて単位面積あたり
   に与えられる前記溶液の量を制御できるようにするステ
   ップと、 インクジェット装置を用いて前記先駆物質溶液を制御さ
   れた連続的な液滴の流れとして前記支持体に付着させる
   ステップとを含み、前記先駆物質溶液は熱に晒された際
   に導電性材料に変化することができ、さらに、 前記支持体に付着させた後に前記溶液の前記液滴を乾燥
   させて、材料の膜を生成するが導電性材料への変化を引
   き起こすようなレベルまで前記膜を加熱しないステップ
   と、 前記膜を前記変化が発生するように加熱するステップと
   を含む、支持体に導電性塗膜を形成する方法。
2. 【請求項２】 前記先駆物質溶液の前記液滴を付着させ
   る前記ステップは、前記支持体の部分を被覆するステッ
   プを含み、前記溶液の前記液滴を乾燥させる前記ステッ
   プは前記支持体で前記液滴が与えられた部分のみに熱を
   加えるステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記膜を加熱して前記変化を生じさせる
   前記ステップは、熱分解反応を開始させるのに十分なレ
   ベルの熱に前記支持体を晒すステップを含む、請求項１
   に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記制御するステップは、前記液滴を与
   える密度を変化させるステップを含む、請求項１に記載
   の方法。
5. 【請求項５】 前記制御するステップは、前記支持体に
   単位平方あたり約３Ωないし平方あたり約５０００Ωの
   範囲の導電率を有する導電性材料の抵抗塗膜を前記膜が
   形成するように、液滴の体積、濃度および位置を変化さ
   せるステップを含む、請求項１に記載の方法。