(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的装置を製造する方法であって、
基材の第１の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップであって、前記基材の前記第１の部分は少なくとも１つの電気要素を支持するように構成されている、ステップと、
少なくとも１つの構成要素の少なくとも１つの第１の部位を、少なくとも部分的に前記第１の部分の内部に設けるステップであって、前記少なくとも１つの構成要素は材料を含み、前記材料は前記材料の処理を受けて収縮可能である、ステップと、
少なくとも１つの電気接点を備える少なくとも１つの電気要素を、少なくとも部分的に前記基材の前記第１の部分の内部に配置するステップと、
前記少なくとも１つの電気要素の前記少なくとも１つの電気接点と接触させて配置された少なくとも１つの導電性トラックを、３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップと、
基材の第２の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷し、前記第２の部分を少なくとも部分的に前記少なくとも１つの導電性トラック上に配置するステップと、
前記少なくとも１つの構成要素の少なくとも１つの第２の部位を、少なくとも部分的に前記第２の部分の内部に設けるステップと、
前記少なくとも１つの構成要素の前記第１の部位と前記第２の部位とを接続するステップと、
前記少なくとも１つの電気要素及び前記少なくとも１つの導電性トラックが、前記少なくとも１つの構成要素の前記材料の収縮から生じる力によって付勢された前記第１の部分及び前記第２の部分によって、それぞれの前記電気接点において圧迫されるように、前記少なくとも１つの構成要素を処理するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
電気的装置を作製する方法であって、
基材の第１の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップであって、前記基材の前記第１の部分は少なくとも１つの電気要素を支持するように構成されている、ステップと、
少なくとも１つの電気接点を備える少なくとも１つの電気要素を、少なくとも部分的に前記基材の前記第１の部分の内部に配置するステップと、
前記少なくとも１つの電気要素の前記少なくとも１つの電気接点と接触させて配置された少なくとも１つの導電性トラックを、３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップと、
少なくとも１つの構成要素を少なくとも部分的に前記少なくとも１つの電気要素上に配置するステップであって、前記少なくとも１つの構成要素は材料を含み、前記材料は前記材料の処理を受けて膨張可能である、ステップと、
基材の第２の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷し、前記第２の部分を少なくとも部分的に前記少なくとも１つの構成要素上に配置するステップと、
前記少なくとも１つの構成要素の処理を受けて、前記第１の部分及び前記第２の部分が、前記少なくとも１つの構成要素の前記材料の膨張から生じる力によって付勢されるように、前記第１の部分及び前記第２の部分を配置するステップと、
前記少なくとも１つの電気要素及び前記少なくとも１つの導電性トラックが、前記少なくとも１つの構成要素の前記材料の膨張から生じる前記力によって付勢された前記第１の部分及び前記第２の部分によって、それぞれの前記電気接点において圧迫されるように、前記少なくとも１つの構成要素を処理するステップと、を含む、方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの構成要素を処理する前記ステップは、
前記少なくとも１つの構成要素の冷却、及び
前記少なくとも１つの構成要素の重合、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法によって得ることができる電気的装置であって、前記電気的装置は、
少なくとも１つの電気ユニットと、
前記少なくとも１つの電気ユニットを支持する基材であって、前記少なくとも１つの電気ユニットをはさんで向かい合う側にそれぞれ配置された第１の部分及び第２の部分を備える、基材と、
前記第１の部分と前記第２の部分とを接続するための少なくとも１つの構成要素と、を備え、
前記少なくとも１つの電気ユニットは、
少なくとも１つの電気接点を有する少なくとも１つの電気要素と、
前記少なくとも１つの電気接点に接触している少なくとも１つの導電性トラックと、を備え、
前記少なくとも１つの構成要素は、サイズ変化可能な材料を処理することによって得ることができる材料を含み、
前記少なくとも１つの構成要素は、前記第１の部分及び前記第２の部分と接触し、前記構成要素の前記材料は収縮可能な材料を処理することによって得ることができるか、又は、
前記少なくとも１つの構成要素は、前記少なくとも１つの電気ユニットと接触し、かつ前記第１の部分及び前記第２の部分のうちの少なくとも一方と接触し、前記構成要素の前記材料は膨張可能な材料を処理することによって得ることができ、
その結果、前記少なくとも１つの電気要素及び前記少なくとも１つの導電性トラックのうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの構成要素からの力によって付勢された前記第１の部分及び前記第２の部分によって、それぞれの前記電気接点において圧迫されており、前記力は前記サイズ変化可能な材料を処理することによって得ることができる、電気的装置。
【請求項５】
前記サイズ変化可能な材料は収縮可能である、請求項４に記載の電気的装置。
【請求項６】
前記基材は、第１の融解温度Ｔｍ１及び第１のガラス転移温度Ｔｇ１のうちの少なくとも１つを有する第１の材料を含み、前記少なくとも１つの構成要素は、第２の融解温度Ｔｍ２及び第２のガラス転移温度Ｔｇ２のうちの少なくとも１つを有する第２の材料を含み、Ｔｍ１＞Ｔｍ２、Ｔｍ１＞Ｔｇ２、Ｔｇ１＞Ｔｍ２、及びＴｇ１＞Ｔｇ２である、請求項５に記載の電気的装置。
【請求項７】
前記第１の部分及び前記第２の部分は軸（ｚ）に沿って配置され、各電気ユニットに対して、少なくとも１つの構成要素が、第１の軸（ｚ）に垂直な軸（ｘ）に沿って前記電気ユニットに隣接して設けられている、請求項５又は６に記載の電気的装置。
【請求項８】
各電気ユニットに隣接して構成要素が１つだけ設けられている、請求項７に記載の電気的装置。
【請求項９】
各電気ユニットに隣接して、及び各電気ユニットの両側に、少なくとも１つの構成要素が設けられている、請求項７に記載の電気的装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの構成要素のうちの少なくとも１つが前記基材から突出しており、前記基材の前記第１の部分及び前記第２の部分を圧迫するように構成されたバーベルの形状を有する、請求項７乃至９の何れか一項に記載の電気的装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの構成要素のうちの少なくとも１つが、前記基材の前記第１の部分及び前記第２の部分を圧迫するように構成されたステープルとして成形されている、請求項７乃至１０の何れか一項に記載の電気的装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの構成要素の前記材料が膨張可能である、請求項４に記載の電気的装置。
【請求項１３】
３Ｄ印刷装置であって、
第１の印刷材料と、
第２の印刷材料と、
前記第１の印刷材料及び前記第２の印刷材料を堆積させるように構成された少なくとも１つのプリンタヘッドと、を備え、
前記少なくとも１つのプリンタヘッドは、前記第１の印刷材料の少なくとも一部を堆積させることによって、請求項４乃至１２の何れか一項に記載の前記電気的装置の前記基材を作製するように構成されており、
前記少なくとも１つのプリンタヘッドは、前記第２の印刷材料の少なくとも一部を堆積させることによって、請求項４乃至１２の何れか一項に記載の前記電気的装置の前記少なくとも１つの構成要素を作製するように構成されており、
前記基材及び前記少なくとも１つの構成要素の処理を受けて、前記少なくとも１つの構成要素が前記基材よりも大きな程度でサイズ変化するように構成されるように、前記少なくとも１つの構成要素の前記第２の材料は前記第２の材料の処理を受けてサイズ変化可能である、３Ｄ印刷装置。
【請求項１４】
命令を含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、前記コンピュータプログラムが請求項１３に記載の前記３Ｄ印刷装置によって実行された場合に、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法を前記３Ｄ印刷装置に実行させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して３Ｄ印刷の分野に関する。より具体的には、本発明は、３Ｄ印刷された物体における電気的接続を強化する方法と、そのような方法により得られる電気的装置と、そのような方法を実行するための３Ｄ印刷装置と、命令を含むコンピュータプログラム製品であって、命令は、コンピュータプログラム製品が３Ｄ印刷装置によって実行された場合に、そのような方法を３Ｄ印刷装置に実行させるコンピュータプログラム製品と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄ印刷と称される場合もある、付加製造とは、３次元の物体を合成するために使用されるプロセスを指す。３Ｄ印刷は、急速に人気が高まりつつあるが、これは、所望の物品を形成するために、組み立て又は成形技術を必要とすることなくラピッドプロトタイピングを実行する、その能力のためである。
【０００３】
３Ｄ印刷装置を使用することにより、物品又は物体が、多くの場合、コンピュータモデルによって制御される複数の印刷工程により３次元で作製されてもよい。例えば、物体のスライスされた３Ｄモデルが提供されてもよく、各スライスは、個別の印刷ステップにおいて３Ｄ印刷装置によって再現される。
【０００４】
最も広く使用されている３Ｄ印刷プロセスの１つは、熱溶解フィラメント製造法（Fused Filament Fabrication、ＦＦＦ）である。ＦＦＦプリンタは、多くの場合、熱可塑性フィラメントを使用し、熱可塑性フィラメントは、溶融状態においてプリンタのノズルから吐出される。次に材料は層ごとに配置されて３次元物体が作製される。ＦＦＦプリンタは比較的高速であり、比較的複雑な構造を有する物体であっても、様々な種類の物体を印刷するために使用することができる。ＦＦＦプロセスは、照明器具及び照明用途で使用される部品を製造するのに非常に好適であることが理解されよう。
【０００５】
様々なポリマーを使用して所望の物体の様々な形状を印刷すること以外に、３Ｄ印刷装置はまた、ＬＥＤ照明器具及び照明ソリューションの製造に使用することができる。例えば、導電性トラックを組み込み、それらをＬＥＤなどの電気構成要素、及び抵抗器、コンデンサなどの受動構成要素に接続できることが望ましい。導電性トラックは、３Ｄ印刷装置によって様々なやり方で作製されることができることが理解されよう。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１６／０１９７４１７号は、３Ｄ印刷された部分と別の部分（３Ｄ印刷された部分であってもよい）との間における電気信号及び電力の伝達を容易にするための手段を開示している。これは、例えば、３Ｄ印刷中に３Ｄ印刷された部位の各々の中に形成されたソケット内に導電性磁石を挿入することにより、３Ｄ印刷中に第１の部位内に形成されたソケット内に導電性磁石を挿入し、第２の部位内に形成されたソケット内に付勢可能な導電性物体を挿入することにより、第１の部位内に付勢可能な面を有する導電性フィーチャを３Ｄ印刷し、第２の部位上に導電性パッド／ソケットを形成することにより、又は第１の部位内にプリント回路基板を固定し、第１の部位を、形成された接触ピン及び接触パッドを内部に有する第２の部位に接続することにより、実現されてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
米国特許出願公開第２００１／０３６７１８号は、３Ｄ印刷の一形態であるステレオリソグラフィを用いて製造された導電性要素を開示している。導電性要素は、熱可塑性導電性エラストマー又は金属などの導電性材料の、重なり合い、連続し、相互に被着された複数の層を含む。半導体デバイスの組み立てでは、ステレオリソグラフィで製作された導電性要素は、半導体デバイス構成要素を互いに電気的に接続する。導電性要素は、代替として、回路基板又はインターポーザの、導電性のトレース又はビアを備える。
【０００８】
しかし、トラックと構成要素との間の信頼性の高い電気的接続を得ることは、むしろ困難である。
【０００９】
従って、電気トラックと電気構成要素との間の信頼性の高い電気的接続が実現され得る電気的装置を提供することができる、代替的な解決策が関心の対象である。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を緩和し、例えば、１つ以上の電気トラックと１つ以上の電気構成要素との間の電気的接続が改善され得る、少なくとも部分的に３Ｄ印刷装置によって作製された電気的装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的及び他の目的は、電気的装置を作製する方法を提供することにより、そのような方法によって得ることができる電気的装置を提供することにより、及び、独立請求項で定義される特徴を有する、そのような方法を実行するための３Ｄ印刷装置を提供することにより、実現される。従属請求項において、好ましい実施形態が定義される。
【００１２】
本発明の第１の態様によると、電気的装置を作製する方法が提供され、方法は、（ａ）基材の第１の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップであって、基材の第１の部分は少なくとも１つの電気要素を支持するように構成されている、ステップと、（ｂ）少なくとも１つの構成要素の少なくとも１つの第１の部位を、少なくとも部分的に第１の部分の内部に設けるステップであって、少なくとも１つの構成要素は材料を含み、当該材料は、材料の処理を受けて収縮可能である、ステップと、（ｃ）少なくとも１つの電気接点を備える少なくとも１つの電気要素を、少なくとも部分的に基材の第１の部分の内部に配置するステップと、（ｄ）少なくとも１つの電気要素の少なくとも１つの電気接点と接触させて配置された少なくとも１つの導電性トラックを、３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップと、（ｅ）基材の第２の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷し、第２の部分を少なくとも部分的に少なくとも１つの導電性トラック上に配置するステップと、（ｆ）少なくとも１つの構成要素の少なくとも１つの第２の部位を、少なくとも部分的に第２の部分の内部に設けるステップと、（ｇ）少なくとも１つの構成要素の第１の部位と第２の部位とを接続するステップと、（ｈ）電気ユニットの少なくとも１つの電気要素及び少なくとも１つの導電性トラックが、少なくとも１つの構成要素の材料の収縮から生じる力によって付勢された第１の部分及び第２の部分によって、それぞれの電気接点において圧迫されるように、少なくとも１つの構成要素を処理するステップと、を含む。
【００１３】
本発明の第２の態様によると、電気的装置を作製する方法が提供され、方法は、（ａ）基材の第１の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップであって、基材の第１の部分は少なくとも１つの電気要素を支持するように構成されている、ステップと、（ｂ）少なくとも１つの電気接点を備える少なくとも１つの電気要素を、少なくとも部分的に基材の第１の部分の内部に配置するステップと、（ｃ）少なくとも１つの電気要素の少なくとも１つの電気接点と接触させて配置された少なくとも１つの導電性トラックを、３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップと、（ｄ）少なくとも１つの構成要素を少なくとも部分的に少なくとも１つの電気要素上に配置するステップであって、少なくとも１つの構成要素は材料を含み、当該材料は、材料の処理を受けて膨張可能である、ステップと、（ｅ）基材の第２の部分を３Ｄ印刷プロセスによって印刷し、第２の部分を少なくとも部分的に少なくとも１つの構成要素上に配置するステップと、（ｆ）少なくとも１つの構成要素の処理を受けて、第１の部分及び第２の部分が、少なくとも１つの構成要素の材料の膨張から生じる力によって付勢されるように、第１の部分及び第２の部分を配置するステップと、（ｇ）電気ユニットの少なくとも１つの電気要素及び少なくとも１つの導電性トラックが、少なくとも１つの構成要素の材料の膨張から生じる力によって、それぞれの電気接点において圧迫されるように、少なくとも１つの構成要素を処理するステップと、を含む。
【００１４】
本発明の第１の態様及び第２の態様による方法において、少なくとも１つの構成要素を処理するステップは、（ａ）少なくとも１つの構成要素の冷却、及び（ｂ）少なくとも１つの構成要素の重合、のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００１５】
本発明の第３の態様によると、本発明の第１の態様による方法、又は本発明の第２の態様による方法によって得ることができる電気的装置が提供され、電気的装置は少なくとも１つの電気ユニットを備える。電気的装置は、電気ユニットを支持する基材を更に備え、基材は、電気ユニットをはさんで向かい合う側にそれぞれ配置された第１の部分及び第２の部分を備える。更には、電気的装置は、第１の部分と第２の部分とを接続するように配置された少なくとも１つの構成要素を備える。電気ユニットは、少なくとも１つの電気接点を有する少なくとも１つの電気要素と、電気接点に接触している少なくとも１つの導電性トラックとを備える。構成要素は、サイズ変化可能な材料を処理することによって得ることができる材料を含む。構成要素が第１の部分及び第２の部分と接触している場合は、構成要素の材料は収縮可能な材料を処理することによって得ることができるか、又は、構成要素が電気ユニットと接触し、かつ第１の部分及び第２の部分のうちの少なくとも一方と接触している場合は、構成要素の材料は膨張可能な材料を処理することによって得ることができる。電気要素及び導電性トラックのうちの少なくとも１つは、構成要素からの力によって付勢された第１の部分及び第２の部分によって、それぞれの電気接点において圧迫されており、当該力はサイズ変化可能な材料を処理することによって得ることができる。
【００１６】
本発明の第４の態様によると、第１の印刷材料と、第２の印刷材料と、第１の印刷材料及び第２の印刷材料を堆積させるように構成された少なくとも１つのプリンタヘッドと、を備える３Ｄ印刷装置が提供される。少なくとも１つのプリンタヘッドは、第１の印刷材料の少なくとも一部を堆積させることによって、本発明の第３の態様における電気的装置の基材を作製するように構成されている。更には、少なくとも１つのプリンタヘッドは、第２の印刷材料の少なくとも一部を堆積させることによって、本発明の第３の態様における電気的装置の少なくとも１つの構成要素を作製するように構成されている。基材及び少なくとも１つの構成要素の処理を受けて、少なくとも１つの構成要素が基材よりも大きな程度でサイズ変化するように構成されるように、少なくとも１つの構成要素の第２の材料は第２の材料の処理を受けてサイズ変化可能である。
【００１７】
本発明の第５の態様によると、命令を含むコンピュータプログラム製品が提供され、命令は、コンピュータプログラム製品が本発明の第４の態様による３Ｄ印刷装置によって実行された場合に、本発明の第１の態様による方法、又は本発明の第２の態様による方法を３Ｄ印刷装置に実行させる。
【００１８】
従って、本発明は、基材が電気構成要素及び導電性トラックを少なくとも部分的に取り囲んでいる電気的装置を提供するという考えに基づくものである。電気的装置の１つ以上の構成要素は、構成要素の材料の適切な処理を受けたときに、サイズ変化可能、すなわち収縮可能又は膨張可能である。その結果、電気構成要素及び導電性トラックは、サイズ変化可能な構成要素からの力によって一緒に圧迫され、それにより、電気トラックと電気構成要素との間の信頼性の高い電気的接続がもたらされる。換言すれば、本発明は、構成要素の接点と導電性トラックとの間に実質的に恒久的な圧力を提供する。
【００１９】
電気的装置の１つ以上の要素が、３Ｄ印刷装置によって印刷される印刷材料によって作製される場合、縮小可能（収縮可能）又は膨張可能な印刷材料を使用することは一般に好ましくない。しかし、構成要素の形態のこのような材料は、信頼性の高い電気伝導のために圧力が必要な電気ユニットの領域に局所的に適用することができる。本発明は、電気的装置の構成要素の比較的簡便で複雑でない処理が、電気的装置の電気トラックと電気構成要素との間の電気的接続の改善をもたらし得る点で有利である。
【００２０】
電気的装置は１つ以上の電気ユニットを備える。電気的装置は電気ユニットを支持する基材を更に備える。用語「基材」は、本明細書では、電気ユニットを支持するための実質的にあらゆる要素を意味し、基材は、３Ｄ印刷装置からの印刷材料によって作製されてもよい。基材は、電気ユニットをはさんで向かい合う側にそれぞれ配置された第１の部分及び第２の部分を備える。第１の部分及び第２の部分は一体型であっても、又は２つの別個の部品として形成されてもよいことが理解されよう。
【００２１】
電気ユニットは、電気接点を備える電気要素を備える。用語「電気接点」は、本明細書では、電気構成要素への、及び電気構成要素からの、電力供給点を意味する。１つ以上の導電性トラックが、電気要素の電気接点に接触している。用語「導電性トラック」は、本明細書では、電気接点を介した、電気構成要素への、及び電気構成要素からの電力供給のための電気配線、接続などを意味する。
【００２２】
電気的装置は、第１の部分と第２の部分とを接続するための少なくとも１つの構成要素を備える。構成要素の材料は、材料の処理を受けてサイズ変化可能である。用語「サイズ変化可能」は、本明細書では、材料を好適なプロセスにさらした後に、材料が拡大（例えば膨張）されるか又は縮小（例えば収縮）されるかの何れかであってもよいことを意味する。構成要素を処理することによって、電気ユニットの電気要素及び導電性トラックのうちの少なくとも１つが、構成要素からの力によって付勢された第１の部分及び第２の部分によって、それぞれの電気接点において圧迫される。それゆえ、処理の結果として、構成要素は収縮するか又は膨張するかの何れかであってもよいので、基材の第１の部分及び第２の部分は、電気接点において、電気要素を導電性トラックに向かって、又はその逆に、圧迫するか又はクランプする。
【００２３】
本発明の一実施形態によると、構成要素のサイズ変化可能な材料は収縮可能である。それゆえ、構成要素の材料が処理されると、すなわち適切なプロセスにさらされると、構成要素材料は収縮及び／又は縮小する。
【００２４】
本発明の一実施形態によると、基材は、第１の融解温度Ｔｍ１及び第１のガラス転移温度Ｔｇ１のうちの少なくとも１つを有する第１の材料を含み、少なくとも１つの構成要素は、第２の融解温度Ｔｍ２及び第２のガラス転移温度Ｔｇ２のうちの少なくとも１つを有する第２の材料を含み、Ｔｍ１＞Ｔｍ２、Ｔｍ１＞Ｔｇ２、Ｔｇ１＞Ｔｍ２、及びＴｇ１＞Ｔｇ２である。「ガラス転移温度」は、ここでは、ガラス転移が起こる温度、すなわち、温度が上昇するにつれて、非晶質材料（又は半結晶性材料内の非晶質領域）において固体状態から液体状態への可逆的転移が起こる温度を意味する。本実施形態は、基材の第１の部分及び第２の部分が、接点において、電気要素を導電性トラックに向かって圧迫するか又はクランプするように、収縮可能な第２の材料を含む構成要素が第１の材料よりも低い転移温度を有するという点で有利である。
【００２５】
本発明の一実施形態によると、第１の部分及び第２の部分は軸（ｚ）に沿って配置され、各電気ユニットに対して、少なくとも１つの構成要素が、第１の軸（ｚ）に垂直な軸（ｘ）に沿って、電気ユニットに隣接して設けられる。
【００２６】
本発明の一実施形態によると、各電気ユニットに隣接して構成要素が１つだけ設けられている。本実施形態は、電気的装置の構造が容易に製作される点で有利である。
【００２７】
本発明の一実施形態によると、各電気ユニットに隣接して、及び各電気ユニットの両側に、少なくとも１つの構成要素が設けられる。本実施形態は、この種の構造が、電気的接続に比較的均一な圧力を提供し得る点で有利である。更には、各電気ユニットの両側に１つより多い構成要素を、例えば、電気ユニット当たり４つの構成要素を使用することにより、この種の構造が電気ユニットに比較的高い圧力をもたらしてもよい。
【００２８】
本発明の一実施形態によると、少なくとも１つの構成要素のうちの少なくとも１つが基材から突出しており、基材の第１の部分及び第２の部分を圧迫するように構成されたバーベルの形状を有する。本実施形態では、構成要素のバーベル形状の端部が基材を効率的に圧迫する点で有利である。
【００２９】
本発明の一実施形態によると、少なくとも１つの構成要素のうちの少なくとも１つが、基材の第１の部分及び第２の部分を圧迫するように構成されたステープルとして成形されている。本実施形態は、本明細書では、基材がステープル形状の構成要素によって効率的にクランプされ得る点で有利である。
【００３０】
本発明の一実施形態によると、少なくとも１つの構成要素の材料は膨張可能である。本実施形態は、本明細書では、構成要素が効率的な方法で電気ユニットに圧力を加え得る点で有利である。電気的装置は、構成要素を１つだけ備えてもよいことが理解されよう。代替として、電気的装置は複数の構成要素を備えてもよい。
【００３１】
本発明の一実施形態によると、少なくとも１つの構成要素を処理するステップは、少なくとも１つの構成要素の冷却、及び少なくとも１つの構成要素の重合のうちの少なくとも１つを含む。
【００３２】
以下の詳細な開示、図面、及び添付の請求項を検討することにより、本発明の更なる目的、特徴、及び利点が明らかとなるであろう。当業者は、以下で説明される実施形態以外の実施形態を作り出すために、本発明の種々の特徴が組み合わせられることができる点を理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
次に、本発明のこの態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。
【図１ａ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図１ｂ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図２ａ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図２ｂ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図２ｃ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図２ｄ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図２ｅ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図２ｆ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図２ｇ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図３】本発明の例示的実施形態による３Ｄ印刷装置の要素の概略図である。
【図４ａ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図４ｂ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図４ｃ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図４ｄ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図４ｅ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図４ｆ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図４ｇ】本発明の例示的実施形態による電気的装置の概略図である。
【図５ａ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図５ｂ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図５ｃ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図５ｄ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図５ｅ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図５ｆ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図６ａ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図６ｂ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図６ｃ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図６ｄ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図６ｅ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【図６ｆ】本発明の例示的実施形態による方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ａは、電気的装置１００の概略図である。電気的装置１００は電気ユニット１１０を備え、次いで電気ユニット１１０は電気要素１２０を備える。例えば、電気要素１２０は、固体光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、及び／又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）であってもよい。電気要素１２０はまた、キャリア、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置された複数の固体光源を構成してもよい。代替として、電気要素１２０は、温度センサ、光センサ、湿度センサ、又は同種のものなどのセンサであってもよい。代替として、電気要素１２０は光起電力セル又は電池であってもよい。
【００３５】
電気ユニット１１０は、２つの電気接点１３０ａ、１３０ｂと、それぞれの電気接点１３０ａ、１３０ｂと接触させて配置された２つの導電性トラック１４０ａ、１４０ｂとを備える。導電性トラック１４０ａ、１４０ｂは、例えば、１つ以上のワイヤ、金属（例えば銅）、箔上のアルミニウム黒鉛トラックなどを備えてもよい。
【００３６】
電気的装置１００は、電気ユニット１１０を支持するように構成された基材を更に備える。３Ｄ印刷され得る基材（すなわち、ポリマーなどの印刷材料を含む）は、電気ユニット１１０をはさんで向かい合う側にそれぞれ配置された第１の部分１５０及び第２の部分１６０を備える。ここで、第１の部分１５０及び第２の部分１６０は垂直軸ｚに沿って配置され、第１の部分１５０は電気ユニット１１０の下方に配置され、第２の部分１６０は電気ユニット１１０の上方に配置されている。サイズ変化可能な材料のそれぞれの構成要素２００は、垂直軸ｚに垂直な軸ｘに沿って、電気ユニット１１０に隣接して、電気ユニット１１０の両側に設けられている。構成要素２００は、基材１４５の第１の部分１５０及び第２の部分１６０に組み込まれている。ここで、構成要素２００はバーベルの形状を有しており、より大きな末端部分は基材１４５の第１の部分１５０及び第２の部分１６０に組み込まれている。
【００３７】
電気的装置１００のこの実施形態では、構成要素２００のサイズ変化可能な材料は、材料の処理を受けて収縮可能（縮小可能）である。処理は、構成要素２００の材料の冷却を含んでもよい。代替として、構成要素の材料がポリマーである場合、処理は構成要素２００の材料の重合を含んでもよい。基材は、第１のガラス転移温度Ｔｇ１を有する第１の材料を含んでもよい一方で、構成要素２００は、第２のガラス転移温度Ｔｇ２を有する第２の材料を含んでもよく、Ｔｇ１＞Ｔｇ２及び／又はＴｍ１＞Ｔｍ２である。より具体的には、第２の材料が非晶質ポリマーであり、基材が非晶質ポリマーである場合、第１のガラス転移温度と第２のガラス転移温度との間の関係はＴｇ１＞Ｔｇ２であってもよい。第２の材料が非晶質ポリマーであり、基材が半結晶性ポリマーである場合、第１の材料の融解温度と第２のガラス転移温度との間の関係は、Ｔｍ１＞Ｔｇ２であってもよい。更には、第２の材料が結晶性ポリマーであり、基材が非晶質ポリマーである場合、第１のガラス転移温度と第２の材料の融解温度との間の関係はＴｇ１＞Ｔｍ２であってもよい。第２の材料が結晶性ポリマーであり、基材が半結晶性ポリマーである場合、第１の材料の融解温度と第２の材料の融解温度との間の関係はＴｍ１＞Ｔｍ２であってもよい。第１の材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、高８３Ｃ変性ポリカーボネートコポリマー（ＡＰＥＣ−１８９５  Ｃｏｅｓｔｒｏ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から成る群から選択される１つ以上の材料を含んでもよい。第２の材料は、非晶質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ（メチルメタクリレート）ＰＭＭＡ、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレンメチルメタクリレート、メチルメタクリレートアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＭＡＢＳ）、及びスチレン系ブロックコポリマー（ＳＢＣ）から成る群から選択される１つ以上の材料を含んでもよい。
【００３８】
その結果、構成要素２００の処理を受けて、電気ユニット１１０の電気要素１２０及び導電性トラック１４０ａ、１４０ｂは、それぞれの電気接点１３０ａ、１３０ｂにおいて、構成要素２００からの力によって付勢された第１の部分１５０及び第２の部分１６０によって圧迫される。従って、基材１４５の第１の部分１５０及び第２の部分１６０からもたらされる圧力Ｐが存在し、その結果、電気ユニット１１０の電気的接続の信頼性がより高くなる。
【００３９】
図１ｂは、図１ａに示すものと同様の電気的装置１００の概略図である。基材の第１の部分１５０及び第２の部分１６０は、機械的に接続されてもよい（図示せず）ことが理解されよう。ここで、図１ａとは対照的に、構成要素２００から基材１４５の第１の部分１５０及び第２の部分１６０に対して圧力Ｐが誘起されるように、構成要素２００は膨張可能である。その結果、電気ユニット１１０の、より信頼性の高い電気的接続が実現される。構成要素２００を膨張させるためのプロセスは、構成要素２００の（ポリマー）材料の膨潤を含んでもよいことが理解されよう。代替として、構成要素２００を膨張させるためのプロセスは、構成要素２００の材料を熱膨張させることを含んでもよい。従って、構成要素２００の材料は、例えば、材料に重合性モノマーを添加することによって膨張（膨潤）することができるゴム材料を含んでもよく、材料は、その場重合して、膨張した構成要素２００を恒久的に固定することができる。
【００４０】
図２ａ〜図２ｇは、図１ａの電気的装置１００に対する代替構造を備える電気的装置１００の実施形態を示し、サイズ変化可能な構成要素２００は縮小可能（収縮可能）である。簡略化のために、いくつかの参照符号は省略されており、図１ａが参照される。
【００４１】
図２ａの電気的装置１００の例によると、電気ユニット１１０に隣接して、構成要素２００が１つだけ設けられている。図２ｂでは、構成要素２００ａが、電気ユニット１１０に隣接して、電気ユニット１１０の左側に設けられ、一方、構成要素２００ｂが、電気ユニット１１０に隣接して、電気ユニット１１０の右側に設けられている。更には、図２ｃでは、４つの構成要素２００ａ〜２００ｄが設けられ、２つの構成要素が電気ユニット１１０の両側に配置されている。
【００４２】
図２ｄでは、電気ユニットの両側に配置された２つのバーベル形状の構成要素２００ａ、２００ｂが設けられており、構成要素２００ａ、２００ｂは基材から突出している。図２ｅでは、２つの構成要素２００ａ、２００ｂがステープルとして成形され、電気的装置の周辺側部分に配置されている。構成要素２００ａ、２００ｂは、本明細書では、基材の第１の部分及び第２の部分を圧迫するように構成されている。更には、構成要素２００は図２ｆに例示するように帯の形を有してもよい。更に別の代替として、図２ｇに示すように、リブとして成形された複数の構成要素２００が存在してもよい。
【００４３】
図３は、３Ｄ印刷装置３００の要素の概略図を示す。３Ｄ印刷装置は、第１の印刷材料３１０と、第１の印刷材料３１０を堆積させるように構成された第１のプリンタヘッド３２０とを備える。同様に、第２の印刷材料３３０と、第２の印刷材料３３０を堆積させるように構成された第２のプリンタヘッド３４０が設けられる。第１のプリンタヘッド３２０は、第１の印刷材料３１０の少なくとも一部を堆積させることによって、前述の実施形態のうちの何れか１つに記載の電気的装置の基材を作製するように構成されている。第２のプリンタヘッド３４０は、第２の印刷材料３３０の少なくとも一部を堆積させることによって、前述の実施形態のうちの何れか１つに記載の電気的装置の構成要素を作製するように構成されており、構成要素の材料は縮小可能である。第１及び第２の印刷材料を同じプリンタヘッドから印刷するように構成されている単一のプリンタヘッドを使用することも可能であることが理解されよう。基材及び少なくとも１つの構成要素の処理を受けて少なくとも１つの構成要素が基材よりも大きな程度で収縮するように構成されるように、少なくとも１つの構成要素の材料３３０は第２の材料の処理を受けて収縮可能である。処理は、構成要素の材料の冷却及び／又は構成要素の材料の重合を含んでもよいことが理解されよう。
【００４４】
図４ａ〜図４ｇは、構成要素２００が膨張可能である、図１ｂの電気的装置１００の実施形態の概略図を示す。図４ａでは、矩形平行六面体（すなわち、レンガ形状の構成要素２００）として形成された構成要素２００が１つだけ設けられ、構成要素２００は両方の接点１３０ａ、１３０ｂと重なり合っている。図４ｂでは、それぞれの接点１３０ａ、１３０ｂの上方に配置された２つの構成要素２００ａ、２００ｂが設けられている。代替として、図４ｃに示すように、４つの構成要素２００ａ〜２００ｄが設けられる。
【００４５】
膨張可能な構成要素２００は、様々なデザイン及び／又は形状を有してもよいことが理解されよう。例えば、構成要素２００は、バー形状（図４ｄ）、楕円形（図４ｅ）、又は多角形（図４ｆ）の形状を有してもよい。更には、膨張可能な構成要素２００は、複数のリブを備えてもよい（図４ｇ）。
【００４６】
図５ａ〜図５ｆは、本発明の一実施形態による電気的装置を作製する方法５００を概略的に示す。
【００４７】
図５ａでは、方法５００は、３Ｄ印刷プロセスによって、基材の第１の部分１５０を印刷するステップ５１０を含み、基材の第１の部分１５０は、少なくとも１つの電気要素を支持するように構成されている。方法５００は、少なくとも部分的に第１の部分１５０の内部に、少なくとも１つの収縮可能構成要素２００のうちの少なくとも１つの第１の部位を設けるステップ５２０を更に含む。
【００４８】
更には、図５ａ及び図５ｂによると、方法５００は、少なくとも部分的に基材の第１の部分１５０の内部に、２つの電気接点１３０ａ、１３０ｂを備える電気要素１２０を配置するステップ５３０を含む。
【００４９】
図５ｃに示すように、方法５００は、電気要素１２０のそれぞれの電気接点１３０ａ、１３０ｂと接触させて配置された２つの導電性トラック１４０ａ、１４０ｂを３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップ５４０を更に含む。
【００５０】
図５ｄ及び図５ｅによると、方法５００は、３Ｄ印刷プロセスによって、基材の第２の部分１６０を印刷するステップ５５０と、第２の部分１６０を少なくとも部分的に導電性トラック１４０ａ、１４０ｂ上に配置するステップとを更に含む。方法５００は、少なくとも部分的に第２の部分１６０の内部に構成要素２００の第２の部位を設けるステップ５６０と、構成要素２００の第１の部位と第２の部位とを接続するステップ５７０を更に含む。
【００５１】
更には、図５ｆに示すように、方法５００は、電気ユニット１１０の電気要素１２０及び導電性トラック１４０ａ、１４０ｂが、構成要素２００からの力によって付勢された基材の第１の部分１５０及び第２の部分１６０によって、それぞれの電気接点１３０ａ、１３０ｂにおいて圧迫されるように、収縮可能構成要素２００を処理するステップ５８０を更に含む。
【００５２】
図６ａ〜図６ｆは、本発明の一実施形態による電気的装置を作製する方法６００を概略的に示す。図６ａによると、方法６００は、３Ｄ印刷プロセスによって、基材の第１の部分１５０を印刷するステップ６１０を含み、基材の第１の部分１５０は電気要素を支持するように構成されている。方法６００は、少なくとも部分的に、図６ｂに示す基材の第１の部分１５０の内部に、２つの電気接点１３０ａ、１３０ｂを備える電気要素１２０を配置するステップ６２０を更に含む。
【００５３】
更には、図６ｃによると、方法は、電気要素１２０の２つの電気接点１３０ａ、１３０ｂと接触させて配置された２つの導電性トラック１４０ａ、１４０ｂを３Ｄ印刷プロセスによって印刷するステップ６３０を更に含む。更には、図６ｄに示すように、方法６００は、膨張可能な構成要素１２０を少なくとも部分的に電気要素１２０上に配置するステップ６４０を含む。
【００５４】
図６ｅによると、方法６００は、３Ｄ印刷プロセスによって基材の第２の部分１６０を印刷するステップ６５０と、第２の部分１６０を少なくとも部分的に構成要素１２０の上に配置するステップとを更に含む。
【００５５】
その上、図６ｆに示すように、方法６００は、電気ユニット１１０の電気要素１２０及び導電性トラック１４０ａ、１４０ｂが、構成要素１２０からの力によって付勢された第１の部分１５０及び第２の部分１６０によって、それぞれの電気接点１３０ａ、１３０ｂにおいて圧迫されるように、構成要素１２０を処理するステップ６６０を含む。基材の第１の部分１５０及び第２の部分１６０は、機械的に接続されてもよい（図示せず）ことが理解されよう。
【００５６】
当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではないことを、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、添付の請求項の範囲内で可能である。例えば、図は、本発明の実施形態による電気的装置の単なる概略図に過ぎないことが理解されよう。それゆえ、構成要素２００、基材などの電気的装置１００の任意の要素／構成要素は、図示及び／又は記載されるものとは異なる寸法、形状、及び／又はサイズを有してもよい。
【図１ａ】
0006736785.tif 000002
【図１ｂ】
0006736785.tif 000003
【図２ａ】
0006736785.tif 000004
【図２ｂ】
0006736785.tif 000005
【図２ｃ】
0006736785.tif 000006
【図２ｄ】
0006736785.tif 000007
【図２ｅ】
0006736785.tif 000008
【図２ｆ】
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【図２ｇ】
0006736785.tif 000010
【図３】
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【図４ａ】
0006736785.tif 000012
【図４ｂ】
0006736785.tif 000013
【図４ｃ】
0006736785.tif 000014
【図４ｄ】
0006736785.tif 000015
【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
0006736785.tif 000018
【図５ａ】
0006736785.tif 000019
【図５ｂ】
0006736785.tif 000020
【図５ｃ】
0006736785.tif 000021
【図５ｄ】
0006736785.tif 000022
【図５ｅ】
0006736785.tif 000023
【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図６ｆ】
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