(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２色素子を製作する装置であって、
ａ）  回転中心点を有し、間隔をおいて対向配置された第１表面および第２表面と、前記対向する両表面の両方に接触している縁領域とを有する分離部材であって、前記対向する両表面間の間隔が、回転中心点において最大で、回転中心点から外側に向かって減少し、縁領域において最小になるように、回転中心点から外側の距離によって変化しており、各表面が、回転中心点から間隔をおいて回転中心点を実質上取り囲んでいる実質上環状のカップを有している分離部材と、
ｂ）  前記第１表面および第２表面の環状カップの中に異なる色の第１可硬化性液体および第２可硬化性液体を分配しする装置と、
ｃ）  前記第１表面および第２表面にある環状カップ内の液体材料を実質上均一に広げ、環状カップから第１および第２表面を越えて前記縁領域に向かって液体材料を広げて前記縁領域の外側に液体材料の溜めを形成し、前記溜めからリガメント（ひも）を形成する装置と
を備えていることを特徴とする、２色素子を製作する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的にはジャイリコン・ディスプレイ(gyricon display)に使用される２色素子(bichromal element)に関するものであり、より詳細には２色素子を製作するため使用されるスピニング(spinning（紡糸）)円板構造の表面に可硬化性液を供給する新規な方法および装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ペーパとして知られるジャイリコン・シート材料はこの分野では知られている。米国特許第４，１２６，８５４号（１９７８年１１月２１日出願、発明の名称“Twisting Ball Panel Display”）は、２色の球形素子を含んでいるジャイリコン・シート材料をどのように製作し、使用するかについて説明している。基本的に、上記米国特許第４，１２６，８５４号は、多くの紙の属性を備えた薄い透明なシートを開示している。すなわち、シートは軽量で、可撓性があり、周囲光の中で容易に読み取ることができ、また表示された情報を最新にする必要があるまで、表示された情報を長期間保持する。
【０００３】
シートは、実質上半球形に着色された２色球形素子が大量に入っている弾性受容材料を含んでいる。各半球は、黒と白、赤と白、あるいは所望する色の別の組合せなど、違う色に着色されている。各球形素子は、さらに、誘電液内の自分の実質上球形の空洞の中に入っている。シート材料を横切って電界が置かれると、球形素子が回転して電界と一直線に並ぶ。従って、素子を回転させて、どちらかの着色半球を表示することもできるし、あるいは２つの半球の部分を表示することもできる。
【０００４】
米国特許第５，８２５，５２９号（１９９８年１０月２０日出願、発明の名称“Gyricon Display With No Elastomer Substrate”）は、ジャイリコン材料の別の実施例を開示している。上記米国特許第５，８２５，５２９号に記載されているように、球形素子は安定な配列で、たとえば亀甲形に詰め込まれた単一層で、誘電液の中に直接にぎっしり詰め込まれる。そのあと、誘電液内の球形素子は２つの保持部材の間にはさまれて封入される。動作中、この実施例は上に述べたように作用する。
【０００５】
ヨーロッパ特許公告ＥＰ ０  ９４２  ４０５  Ａ２号（１９９９年９月１５日公告、発明の名称“Charge Retention Islands For Electric Paper And Applications Thereof”）は、ジャイリコン・シート材料のさらに別の実施例を開示している。上記ヨーロッパ特許公告ＥＰ  ０  ９４２  ４０５  Ａ２号は、米国特許第４，１２６，８５４号に記載されているシート材料に事実上類似したシート材料を開示している。しかし、上記ヨーロッパ特許公告ＥＰ  ０  ９４２  ４０５  Ａ２号は、幾つかの異なる２色素子の集団を使用して、グレースケール、ハイライトカラー、および加法フルカラーを提供している。異なる２色素子の集団はアドレス可能なサブ画素領域に置かれている。
【０００６】
米国特許第６，０５５，０９１号（発明の名称“Twisting-Cylinder Display”）は、回転２色素子を使用するさらに別の実施例を開示している。この米国特許第６，０５５，０９１号には、実質上円柱形の素子を使用しているディスプレイが開示されている。前に説明した実施例と同様に、円柱形素子は誘電液の中に存在し、電界を加えることによってそれらの向きを変えることができる。
【０００７】
各実施例に共通していることは、すべてが回転２色素子を使用していることである。この分野においては、２色素子を製作する方法は多く知られている。例えば、最初に単色素子を作り、そのあと真空蒸発室において或る方向から塗装することができる。米国特許第５，２６２，０９８号（１９９３年１１月１６日発行、発明の名称“Method And Apparatus For Fabricating Bichromal Balls For A Twisting Ball Display”）はスピニング（紡糸）円板技術を用いる方法を開示している。基本的には、スピニング円板のそれぞれの表面に可硬化性液体が供給される。２つの可硬化性液体は円板の縁で出会って２色のリガメント（ligament（ひも)）を形成し、その２色リガメントは円板から放出される。２色リガメントの末端は滴に細分化して、２色球が形成される。米国特許第６，０５５，０９１号に記載されているこの方法の変形は、高粘度の可硬化性液体を使用して２色円柱を生成している。
【０００８】
２つのケースでは、対向する表面のそれぞれに１つの液体、２つの異なる可硬化性液体を回転円板へ供給しなければならない。上記米国特許第５，２６２，０９８号は、２つの液体計量部材と、その間に支持された回転可能な円板を有する回転式小出し装置を使用する供給機構を開示している。下部液体計量部材は、モータに取り付けることができ、モータによって回転できるスピンドル部分と、液体を受け取るための中央ボアをもつ結合用延長部と、半径方向に伸びて上向きに或る角度をなす多数の液体供給ポートと、円形溜めと、薄い液体層をスピニング円板の下表面へ分配する円形計量リップを備えている。上部液体計量部材は、結合用延長部を取り囲み、締付けナットによって所定の位置に固定されている。上部液体計量部材は、半径方向に伸びて下向きに或る角度をなす多数の液体供給ポートと通じている内部溝を含んでおり、前記内部溝は円形溜めと薄い液体層を円板の上表面へ分配する円形計量リップと通じている。回転しき小出し装置の上に、２つの液体を対応する円板の表面へ分配する定置型液体分配装置が配置されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記供給機構は長い使用期間の間まったく申し分なく２つの液体を対応する円板の表面へ分配するが、システムが目詰まりする傾向があり、液体を対応する円板の表面へ正しく分配するのを妨げる。本発明は長い期間使用した時の目詰まりを減らすように改良した装置および使用方法を提供する。
本発明の上記以外の利点は、以下の説明を読み進むにつれて明かになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
簡潔に述べると、本発明は、回転中心点を有する分離部材を備えた２色素子を製作する装置を提供する。分離部材は間隔をおいて対向配置された第１表面および第２表面と、前記対向する表面の両方に接触している縁領域とを有している。対向する両表面間の間隔は、回転中心点において最大で、回転中心点から外側に向かって減少し、縁領域において最小になるように、回転中心点より外側の距離によって変化している。さらに、対向する各表面は、回転中心点から間隔をおいて回転中心点を実質上取り囲んでいる実質上環状のカップを有している。２色素子を製作する装置は、さらに、第１表面および第２表面の環状カップの中に異なる色の第１および第２可硬化性液体を小出しする装置と、第１および第２表面にある環状カップ内の液体材料を実質上均一に広げ、環状カップから第１および第２表面を越えて前記縁領域に向かって液体材料を広げて前記縁領域の外側に液体材料の溜めを形成し、前記溜めからリガメント（ひも）を形成する装置を備えている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、スピナー１０の側面図を示す。分離部材１４は回転軸１２に取り付けられている。回転軸１２は、任意の適当な駆動モータ（図示せず）で駆動することができる。分離部材１４は対称形で、回転軸１２に近くにより厚い本体１６の部分を有し、しだいに絞られて、より薄い先端１８の部分になっている。本体１６の厚さは、本体厚さｔ1として、先端の厚さは先端厚さｔ2として示してある。分離部材１４は２つの対向する表面３４、３６を有し、両表面は縁領域３８と接触している。対向する各表面３４、３６には、深さdと幅ｗをもつ環状カップ２０が設けられている。環状カップ２０の中に液体供給ノズル２８、３０から液体が供給される。各表面３４、３６に隣接して、しかしそれらから間隔をおいて１個づつ、２個の回転シュラウド２４が回転シュラウド支持部材２６によって分離部材１４に取り付けられている。回転シュラウド２４のほかに、各回転シュラウドの外側に１個づつ、２個の定置シュラウド２２がある。定置シュラウド２２の外側にあるのは、２個の加熱源３２である。
【００１２】
単なる説明の目的で、図２と図３は、回転軸を通る中心線Ｃ上で切断したスピナー１０の半分のみを示す。図２と図３は、スピナー１０の動作の特徴を示す。可硬化性液体材料４０、４２の２つの流れは液体供給ノズル２８、３０を通して小出しされる。図２に示すように、ノズルの端は可硬化性液体材料４０、４２を各表面３４、３６上の対応する環状カップ２０に送り込む。可硬化性液体材料４０、４２はカップ２０の中に広がり、そのあとカップの外へ流れ出し、分離部材１４の表面３４、３６の上に流れ始める。可硬化性液体材料４０、４２はそのあと表面３４、３６の端まで流れ、縁３８を越えて、そこに液体材料の外部溜めを形成する。各液体材料の小出し速度を制御することによって、可硬化性液体材料４０、４２が縁領域３８に達する時の流量を実質上等しくすることが可能であり、従って溜めは実質上等しい量の各可硬化性液体材料４０、４２を含むことができる。可硬化性液体材料４０、４２は相互に付着するが混ざらないので、溜めは各可硬化性液体材料４０、４２の並んだ部分を有することに留意されたい。もし可硬化性液体材料４０，４２の流量が実質上等しくなければ、それでも溜めは形成されるであろうが、実質上等しい量の各可硬化性液体材料４０、４２を有していないであろう。得られた２色素子は各可硬化性液体材料のほぼ半球の部分を持っておらず、一方の液体材料が半球より大きい部分を構成し、他方の液体材料が半球より小さい部分を構成しているであろう。縁３８から離れて受容流体（空気）の中に流れる液体の流量が十分に大きい時、図３に示すように、自由ジェット４４が形成される。
【００１３】
各ジェット４４は、図４に示すように、その始端では溜めによって供給される液体のリガメント（ligament（ひも)）を構成し、その末端では並んだ実質上２色の球に細分化する。実質上２色の球は、それぞれ飛行を続けると、硬化し、重力の影響で落下し、最後に集められる。
【００１４】
約２６００〜３０００ｒｐｍで回転している、厚さ約２０ミル、直径３インチの円板状の分離部材１４は、直径約４ミルの実質上２色の球をうまく生成することが判った。より低い回転速度では、より大きな球が生成されるのに対し、より高い回転速度では、より小さい球が生成される。高過ぎる回転速度では、各液体は四角い縁の所で対応する表面から離れて一緒に流れない結果、より小さい白と黒の単色の球が生じることに留意されたい。もちろん、より高速度において２つの液体が一緒に流れることができるように、四角い縁を適当に修正すること、例えば縁を丸くしたり、縁を先細にすることは知られている。
【００１５】
分離部材１４の縁を越えて流れる液体は、不均一な直径のリングの形をした外部溜めを形成する傾向がある。このリングは分離部材１４と同じ速度で移動し、表面張力に抗して作用する遠心力によって生じる「テイラー不安定(Taylor instabilities)」として知られる円周突起を有する。最初に、液体が溜めを形成すると、突起すなわちリガメント（ligament（ひも)）が形成される。より多くの液体材料が溜めに供給されると、各リガメントがとがり始めて、最後にリガメントに付着している液体の大きな滴を解放するであろう。最終的に、大きな滴は細分化して、より小さい滴が後に続く。そのあと比較的安定した定常状態が存在し、液体が溜めとリガメントに供給され、リガメントの末端から実質上均一な滴が受容流体の中に放出される。分離部材１４から尾を引くスピニング（紡糸）「リガメント」のこの慣性構造は表面張力によって一緒に保たれており、さらに、リガメントの末端を不安定にし、細分化して滴にする。分離部材１４の円周は正規である必要はない。実際に、円周歯付き構造は、「テイラー不安定」とその結果生じるリガメントを各歯に一致する位置に置くであろう。これは、リガメント構造を仕立てること、および実質上２色の球のサイズについて一定の追加制御を可能にする。
【００１６】
上に述べたように、最初に、可硬化性液体４２、４４は、各表面３４、３６に対応付けられた、分離部材１４の本体１６にある環状カップ２０の中に堆積される。本体１６の厚さｔ1は環状カップ２０を十分に収容できるものでなければならない。各環状カップ２０は、可硬化性液体材料が環状カップから、分離部材１４の表面に沿って流れ出し始める前に、環状カップの周囲に均一に広がることができるように、適当な量の可硬化性液体材料を受け入れる十分な幅wと深さｄを有しているであろう。しかし、もし分離部材１４の全体が本体厚さｔ1を有していれば、可硬化性液体の流れが合体して可硬化性液体材料３４、３６の並んだ流れを含んでいる液体溜めになるには、縁３８が厚過ぎるであろう。従って、可硬化性液体材料３４、３６の２つの流れが確実に合体して溜めを形成する程度に小さい厚さｔ2をもつ先端１８の部分まで、分離部材１４を先細にしなければならない。約２６００〜３０００ｒｐｍで回転する直径３インチの円板状分離部材１４の場合、先端厚さｔ2は約３０ミル未満が望ましい。分離部材をより高速で回転させる場合には、先端厚さｔ2はより小さいことが望ましい。しかし、分離部材をより遅い速度で回転させる場合には、より大きな先端厚さｔ2が許容されるであろう。図示した分離部材の精密な形状とサイズは単なる例示のためである。多くの滑らかな先細曲線を使用できること、および２つの可硬化性液体の流れが合体して溜めを形成することができるように、分離部材の縁の厚さが十分に小さい限り、先端の精密なサイズを変更してもよいことは理解されるであろう。例えば、本体１６は半径方向外側に延びる先端１８までかなり急激に先細になっているとして示してある。しかし、非常に短い先端につながる大きく減少する曲線で、本体１６を先端１８まで先細にすることもできるであろう。
【００１７】
可硬化性液体は加熱溶融状態で分離部材へ分配することができる。例えば、顔料で着色したカルナバ・ワックスを使用する場合には、ワックスを約１２０℃の温度で分配すべきである。これは、可硬化性液体が自由に流れることができるように、かつ早期に、すなわちリガメントが凝固するのを防ぐ程度に長く、硬化しないようにするためである。早期冷却を防ぐために、分離部材１４の近くに加熱源３２が配置されている。幾つかの形式の加熱源３２が適している。例えば、誘導ヒータ、放射シュラウドヒータ、または分離部材１４を取り囲んでいるクラムシェル型加熱構造はすべて使用できる。分離部材１４を加熱することは可硬化性液体の早期硬化を防ぐ上で重要であるが、加熱は分離部材１４を直接取り囲んでいる領域に限定すべきであること、すなわち球の硬化が遅れたり、妨げられるかもしれないことに留意しなければならない。
【００１８】
リガメントのらせん状の動きのために、実質上半球から成る２色の球の歩留まりが著しく低下することがある。この問題は、円板に近い空気がリガメントと異なる速度で動いているので、円板の縁における風の抵抗の効果によって生じる差動空気流と空気の乱れが原因であると考えられる。さらに、この領域では、空気が乱れることがある。定置シュラウド２２と回転シュラウド２４はこの問題を防止し、歩留まりの大幅な増加をもたらす。回転シュラウド２４は、分離部材１４の表面から狭い間隔をおいて配置され、かつ分離部材１４の半径方向外側に延びているように、回転シュラウド支持部材２６によって分離部材１４に取り付けられている。これは、回転シュラウド間の空気をスピンニング分離部材１４と一緒に一団として動かして、リガメントおよび実質上２色の球と一緒に動く比較的静穏な空気を提供する。これらの素子の実験的寸法の例は、次の通りである。直径３インチの１０ミルの分離部材１４は、９０ミルの間隔をおいて配置された直径５インチのシュラウド円板を有している。すなわち、各シュラウド円板は分離部材１４の対応する表面から約３５ミルの間隔を置いて配置されている。しかし、シュラウド円板を２５０ミルの間隔をおいて配置した時も、すなわち各シュラウド円板を分離部材１４の対応する表面から約１１０ミルの間隔を置いて配置した時も、満足できる結果が得られた。
【００１９】
液体材料は早期に凝固させるべきでないと述べたが、そのほかに、実質上２色の球は形成後できるだけ速やかに凝固させるべきであることを理解されたい。実質上２色の球を冷却ゾーンに通すことによって冷却を速めることができる。これは、実質上２色の球が形成後短い時間冷たい液体窒素蒸気の中を通るように、液体窒素の入っているトレーをスピニング分離部材１４の下に置くことによって実験的に達成した。これは適切な場所における硬化を保証する。
【００２０】
しかし、代替用途においては、２色の円柱を生成するために、高粘度の可硬化性液体が使用される。高粘度の可硬化性液体を使用した場合には、図５に示すような結果が得られる。高粘度の可硬化性液体によって形成されたリガメント４６は滴に細分化しないが、その場で硬化して実質上円柱形の２色フィラメントを形成する。そのあと、フィラメントを整列させて、実質上２色の円柱に切り分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスピナーの側面図である。
【図２】スピナーへの可硬化性液体材料の分配を示す、図１に示したスピナーの半分の拡大図である。
【図３】スピナーを使用する方法を詳しく示す、図１に示したスピナーの半分の拡大図である。
【図４】球の形成を示す、図１に示したスピナーの縁領域の拡大図である。
【図５】微細な２色円柱の形成を示す、図１に示したスピナーの平面図である。
【符号の説明】
C  中心線
Ｓｃ  分離部材の回転中心点
ｔ1  分離部材の本体部分の厚さ
ｔ2  同先端部分の厚さ
ｄ  環状カップの深さ
ｗ  環状カップの幅
１０  スピナー
１２  中空回転軸
１４  分離部材
１６  本体部分
１８  先端部分
２０  環状カップ
２２  定置シュラウド
２４  回転シュラウド
２６  回転シュラウド支持部材
２８、３０  液体供給ノズル
３２  加熱源
３４、３６  分離部材の表面
３８  縁領域
４０、４２  可硬化性液体
４４  自由ジェット
４６  高粘度の可硬化性液体によって形成されたリガメント
【図１】
0004672114.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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