(57)【要約】構造体のインクジェット付着のための組成、方法、および装置を記載する。付着され得る構造体はそれが小型であることにより多くの利点を有する。これは組成物に使用されるサブミクロンサイズの装填物の結果によるものであると考えられる。固体電解質型燃料電池（ＳＰＦＣ）は有利に付着され得る特別な構造体である。
2006517329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体構造体の製造方法であって、複数の貯蔵器の各々をナノサイズの粒子の固体材料装填物を含んだ選択されたインクで充填する工程と、対応する貯蔵器に接続された印刷ヘッドから媒体表面に向かって選択されたインクを吐出する工程であり、前記印刷ヘッドおよび媒体表面は第１および第２の方向によって定められた平面でおよび該平面に対して直交する第３の方向で相互に対して移動可能であるインクを吐出する工程とを含む製造方法。
【請求項２】
前記固体構造体は複数の層として生成され、各層は前記媒体表面に向けて少なくとも１つの選択されたインクを吐出することによって付着される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固体構造体の連続する形状は、前記層の少なくとも部分的に重ね合わせられた部分のセットを形成するように前記媒体表面に向かって選択されたインクを選択的に吐出することによって生成される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
貯蔵器を逸散性材料で充填し、かつ前記貯蔵器に接続された印刷ヘッドから前記逸散性材料を前記媒体表面に向かって吐出する工程を含む請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記構造体を前記媒体表面から分離する請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
アノード、カソード、および電解質を有する構造体を形成するように前記固体材料装填物を選択する工程を含む請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
固体電解質型燃料電池の製造方法であって、複数の貯蔵器の各々にアノード、電解質、およびカソード材料に相当する選択されたインクを充填する工程であり、インクの各々はナノサイズの粒子の固体材料装填物を含んでいる工程を含み、前記固体電解質型燃料電池は複数の層として生成され、各々の層は、電解質層がカソードおよびアノード層を分離して電池を形成するように、媒体表面に向かって少なくとも１つの選択されたインクを吐出することによって付着される製造方法。
【請求項８】
前記層は前記媒体表面から除去可能である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの貯蔵器が逸散性材料で充填され、かつ前記媒体表面に向かって選択的に吐出される請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
付着後に焼結操作が実行される請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの貯蔵器は、ナノサイズの粒子の固体材料装填物を含んだ相互接続材料に相当する選択されたインクで充填され、かつ連続的な相互接続形状は、前記層の少なくとも部分的に重ね合わせられた部分のセットを形成するように前記媒体表面に向かって前記選択されたインクを選択的に吐出することによって生成される請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
固体電解質型燃料電池の積層は、前記電池が個々の相互接続形状によって相互接続されるように各々電解質層によって分離されたアノード層およびカソード層の複数のセットを付着させることによって生成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
媒体表面上に構造体を付着させるために、請求項１から６または請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法と共に使用されるインクジェット付着装置であって、選択されたインク貯蔵器に接続可能な複数の印刷ヘッドを備え、該印刷ヘッドおよび媒体表面は第１および第２の方向によって定められた平面でおよび該平面に対して直交する第３の方向で相互に対して移動可能であるインクジェット付着装置。
【請求項１４】
前記構造体は前記媒体表面から除去可能である請求項１から６または請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法に従って付着された構造体。
【請求項１５】
前記媒体表面はポリマー性脱離膜である請求項１４に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造体、特にサブミクロンサイズの構造体のインクジェット付着の組成、方法、および装置に関するが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
電気的、光学的、および機械的コンポーネントの製造において従来から用いられる材料の処理および製造技術はその性能に限界があることがわかっている。一部には、その限界はコンポーネントを形成する材料の微粒子の大きさによるものと考えられる。したがって、従来の材料処理および製造技術に固有の性能の不利を克服するために、多くの理論的および実践的研究がなされてきた。特に、いわゆるナノサイズの材料、すなわち粒子の大きさが１ミクロン未満（＜１μｍ）の材料の開発に目が向けられてきた。
【０００３】
いくつかのナノサイズの材料が実験的に調製され、実際に使用可能であったが、市販するには量的な制限があるため、適した処理および製造技術の使用可能性は依然としてこの技術を全面的に採用する障壁になっている。その結果、そのような材料を用いて製造されるコンポーネントの性能特性の改善の点で予期される利点が実現されない。一例を挙げると、そのような知られている製造法の１つはフォトリソグラフィである。しかし、フォトリソグラフィは冗長で、労働集約的なプロセスおよび高価なパターニングマスクを使用しなければならない。マスクは用途および／またはデバイス各々について作成しなければならない。このため、フォトリソグラフィは低コストで市販するための主要な要件を満たしていないように思われる。
【０００４】
ナノ材料製造の分野における開発と平行して、μｍ以上の大きさでコンポーネントの製造に適用されるプロセスが進歩した。米国特許第５８８２７２２号明細書は金属粉と有機液体媒質の金属有機分解化合物との混合物から製造された薄膜を記載している。この文書はそのような薄膜を基板に塗布するプロセスも記載している。しかし、その文書に示唆されるスクリーン印刷などのそのような膜を基板に塗布するためのプロセスは、上記の一般的観点において認められる不利を受ける。当該分野においてコンポーネントによって採用されるアプローチは、いわゆる直接的または間接的形態の両方におけるインクジェット印刷のアプローチである。インクジェット印刷は直径が１μを超える（＞１μｍ）粒子から成る材料の付着技術としての用途がある。直接インクジェット印刷法は一部の研究者によって試験中であり、製造できる構造体は、付着できる材料のタイプおよび製造できる構造体の精度の点で非常に制限される。直接印刷法は印刷される材料の固体装填物を含んだインクを使用し、図形用のインクが必要な顔料を含んでいるのと非常に似ている。別の場合には、塩、酸化物、または錯体などの必要な材料の誘導体は後から必要な材料に転換できるように懸濁した状態で使用かつ印刷することができる。ある場合には、直接インクジェット印刷プロセスにおいてナノサイズの材料を用いる試みもなされていると思われる。例えば、米国特許第６３６１１６１号明細書はナノサイズの粒子を用いてイメージが生成され得ることが示唆されている。それにもかかわらず、そのような技術は商業上採用されていないように思われ、これは主として適したインクの調合が難しいことによるものであると考えられる。
【０００５】
間接印刷法に目を向けると、画像形成とは対照的に構造体の製造においては好ましいことが認められた特定の付着技術に向けられた数多くの研究が行われてきた。インベストメント鋳造と類似するこのプロセスは、後から別個のプロセスでコンポーネントがその中に形成されるワックス金型を製造するのに用いられる。
【０００６】
いわゆるナノ構造体の製造用のプロセスの開発に最近では関心が高まっているという事実がある。典型的なナノ構造体は約数μｍの寸法を有し、より小さい桁の特徴から形成される。このような構造体は、このような材料の小型で特に大きな表面積の機能であると考えられる珍しい特性を示すと予想される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くのプロセスがそのような構造体を作成する手段として示唆されていることはよく知られている。この大半に関し、このようなプロセスは複雑で、時間がかかり、一見すると合理的なコストで大量生産するには適していない。実際、印刷による付着を用いてデバイスを開発および製造する方法を設計するという提案がなされた。例えば、米国特許第６２９４４０１号明細書はナノ材料を含んだインクを印刷することによって能動部品を製造する方法を教示している。他方、欧州特許第０９５５６８５号明細書は固体電解質のいずれかの表面上に電極をスクリーン印刷する方法を教示している。最後に、米国特許出願第２００２００９８４０１Ａ１号明細書は多層付着を用いた構造体の製造を記載している。
【０００８】
欧州特許第０９５５６８５号明細書および米国特許出願第２００２００９８４０１Ａ１号明細書では、固体電解質型燃料電池として知られている特定のクラスの構造体を製造する方法が開示されている。固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は機能的コンポーネントがすべて固体である特定のクラスの燃料電池である。このように、その電池はアメリカ合衆国の宇宙飛行計画で知られるアルカリ燃料電池とは対照的であるかもしれない。ＳＯＦＣは、恐らくは静的用途における実用的な電力生成の競合相手の１つであると考えられ、携帯用途に応用できることも明らかとなり得る。
【０００９】
典型的には、図８に示したように、ＳＯＦＣ８００はアノード８０２とカソード８０３との間に挟まれた緻密な電解質８０１を含む。両電極８０２、８０３は燃料電池のカソード側の酸素とアノード側の炭化水素燃料との間で化学反応を起こすことができるように十分に多孔性になっている。アノード側の燃料はカソード８０３から電解質８０１を移動する酸素イオンによって酸化される。有用な電気エネルギーがこれにより生成され、電極を接続している外部回路８０４から引き出される。
【００１０】
実用的な電源装置では、多数のそのような燃料電池が平坦であるかまたは他の幾何学的構成であってよい積層として組み合わされる。従来の電気化学電池を接続してバッテリを形成するのと非常に類似して、このような積層では電流を運ぶのに相互接続が必要である。ＳＯＦＣの動作中に現在達成されている高温の点では、セラミック材料相互接続が利用される。このような材料の例にはランタンクロマイトがある。
【００１１】
ＳＯＦＣの性能に関する特定の制限は電解質の厚さであることがさらに認識されている。特に、抵抗損またはオーム損および故に燃料電池の効率の低減が、電解質層の厚みに正比例して生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明の一態様によれば、固体構造体の製造方法が提供され、この方法は複数の貯蔵器の各々をナノサイズの粒子の固体材料装填物を含んだ選択されたインクで充填する工程と、対応する貯蔵器に接続された印刷ヘッドから媒体表面に向かって選択されたインクを吐出する工程であり、印刷ヘッドおよび媒体表面は第１および第２の方向によって定められた平面でおよび該平面に対して直交する第３の方向で相互に対して移動可能であるインクを吐出する工程を含む。
【００１３】
有利には、前駆物質を必要としない。したがって、前駆物質からの転換プロセスに固有の複雑さが回避される。さらに、粒子の大きさがインク調合プロセスの開始時にわかっており、著しく分析の影響を受け易いので、本発明に従って製造される構造体の仕様においてより信頼することができる。構造体の製造に使用されるインクを含んだ対応する貯蔵器に各々接続された多数の印刷ヘッドが使用可能であることが好ましい。構造体に空洞、凹部等が必要となる場合、貯蔵器には逸散性材料（ｆｕｇｉｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）が充填されてよい。典型的には、逸散性材料は焼結、焼成等の次の工程で除去される。当然ながら、セラミック材料を付着するときには焼結工程が必要となる。そのような焼結工程は各々のセラミック層の付着後に行われてよいが、セラミック材料を含んだ層などの実質的にすべての層が一旦付着されてから焼結工程を行うことが好ましい。
【００１４】
この方法により、勾配状の層のセットが付着されるように材料を選択的に層として付着することができることが好ましい。このように勾配状になった構造体は、別個の層の異なる装填物の熱膨張率間の不一致を低減させるという点で利益を与える。これは焼結プロセス中および、実際には次に起こる、稼動中に高温に達するＳＯＦＣなどの構造体の用途において特に有利である。
【００１５】
間接付着技術とは異なり、本発明は製造プロセス中の相互接続の導入を促進することが理解されよう。この能力はそれが焼結等の製造後のプロセスに従来見られるいくつかの問題を除去し得るという点で有利である。
【００１６】
本発明のさらなる態様によれば、固体電解質型燃料電池を製造する方法が提供され、この方法は、複数の貯蔵器の各々にアノード、電解質、およびカソードに相当する選択されたインクを充填する工程であり、インクの各々はナノサイズの粒子の固体材料装填物を含んでいる工程を含み、固体電解質型燃料電池は複数の層として生成され、各々の層は電解質層がカソードおよびアノード層を分離して電池を形成するように、媒体表面に向かって少なくとも１つの選択されたインクを吐出することによって付着される。
【００１７】
十分な構造的完全性を有する層内にアノードを形成できる場合には、電解質層およびカソード層を支持することが有利である。電解質層自身が完成された燃料電池においてオーム損を最小化するように、１００μｍ以下の厚さを有する非常に薄い層として付着されてよい。さらに、間接的付着技術とは異なり、形成中に相互接続部を導入することに対する制限がない。さらに、電解質層がより薄いことによってオーム損が低減される結果、ＳＯＦＣはより低温で動作することができる。したがって、金属性の相互接続部を使用することが都合がよい。１つの利点は密閉が金属性の相互接続部周囲により容易に形成され得るということであることが理解されよう。金属性の相互接続部の別の利点は、セラミック材料の相互接続部と比較して、ＳＯＦＣ外部の回路に接続部が形成され得ることに関する比較的な容易さである。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、媒体表面上に構造体を付着させるために上記方法と共に使用されることを意図したインクジェット付着装置が提供され、この装置は選択されたインク貯蔵器に接続された複数の印刷ヘッドを備え、印刷ヘッドおよび媒体表面は第１および第２の方向によって定められた平面でおよび該平面に対して直交する第３の方向で相互に対して移動可能である。
【００１９】
媒体表面はベッド上に支持されることが好ましい。このベッドは印刷ヘッドが第３の方向に並進可能な場合には固定されてよい。別の場合には、ベッドは第３の方向に相対運動するように印刷ヘッドに対して隆起して、低くなっていてよい。
【００２０】
本発明のまたさらなる態様によれば、上記方法の１つに従って付着される構造体が提供される。
【００２１】
そのような構造体には固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）および実際には本発明の上記態様に従って付着するためのインク組成物として調合されうる他の役に立つナノサイズの材料を含んでよい。このような構造体は達成可能な薄い付着層の点で利点を提供する。ＳＯＦＣの特定の例では、これはオーム損の低い固体電解質層の形成を容易にするであろう。
【００２２】
本発明を理解し易いように、その実施形態を例として添付図面を参照してここで記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１を参照すると、ソフトウェアで制御されるインクジェットプリンタ１が示されている。このプリンタ１はここではポリマー性脱離膜である媒体５の表面３にインクを送り届けることができる。プリンタ１は固定ベッド７を備えており、印刷ヘッド９ａ、９ｂの対の各々はｘおよびｙ平面に加えてｚ平面に動くことができる。印刷ヘッド９の各々は市販のＳｉｅｍｅｎｓ社のＰ２印刷ヘッドに例証されるような圧電型である。インクの吐出がインクの空洞の圧電歪みの結果としてもたらされる印刷ヘッドのほか熱ベースまたは衝撃波ベースの吐出機構を有する印刷ヘッドを含む他のインクジェット付着用の印刷ヘッドが使用されてよいことが予想されることは明白である。印刷ヘッド９は必要以上に貯蔵容器１１および印刷ヘッド９の各々を繰り返し洗浄かつ補充する必要なく種々のインクを送り届け易くするために、別個の貯蔵器１１ａ、１１ｂによって送られる。各印刷ヘッド９は媒体表面上に付着が必要となるときのみインクが印刷ヘッド９によって吐出されるドロップオンデマンドプロセスに従って動作する。
【００２４】
図２を参照すると、この図は媒体５の表面３上に衝突するようにインクの液滴が吐出される直径が約１８μｍのノズル１３を含んだ印刷ヘッド９をより詳細に示している。吐出されたインクの形状および量の両方において所望の特性を提供するノズル径を有する印刷ヘッド９が選択されることが好ましい。プリンタ１を用いて印刷するのに適したインクを作るのに必要な組成および処理工程を以下に詳細に記載する。
【００２５】
図３のフローチャートを参照すると、ナノサイズの粒子、すなわち個々の粒子の最大寸法が１μｍ未満である粒子を含んだインクは、金属粉、金属塩、金属酸化物、およびセラミック材料などであるがこれに限定されない固体開始材料を最初に選択すること１００によって調合される。金属の例には銀、銀／パラジウム、および白金を含み、セラミックの例にはジルコン酸チタン酸鉛、ジルコニア、およびアルミナを含む。個々の粒子の典型的な寸法は２μｍ〜１０ｎｍである。
【００２６】
記載のように、溶剤担体を開始材料または固体装填物に１０２で添加する。典型的には、この溶剤担体は体積百分率で５％〜６０％の開始材料を含むであろう。この溶剤担体は化学プロセスおよび／またはトライボロジカルな作用の結果として印刷ヘッド９に破壊的に干渉しないように選択しなければならない。したがって、当然そのような磨耗が受容可能であるとみなされない場合には、トライボロジカルな衝撃を与えるあるタイプの開始材料が回避されるべきであるように、トルエンまたはアセトンなどの溶剤が回避されるべきである。同様に、開始材料は、例えば閉塞の形成によって印刷ヘッド９の動作を妨げるかもしれない開始材料の凝集をもたらすのに十分な静電力またはファンデルワールス力を示さないように選択されるべきである。この溶剤は印刷ヘッド９を濡らすその能力に関して、および一旦媒体５と接触したインクの乾燥時間を定める目的に関しても選択されるべきである。水性または非水性溶剤の選択も開始材料の性質に左右される。非水性分散剤の例には、乳酸エチルや、エタノールおよびプロパン−２−オール、エチレングリコールおよび他のアルコールを組み合わせたものを含むアルコールをベースにしたものがある。水性溶剤の場合、エタノールなどの少量のアルコールを添加して、印刷ヘッド９を濡らすことのできる最後のインク組成を確実にするのに必要な濡れ性を提供することが必要であることがわかった。
【００２７】
溶剤に加えて、固体材料および溶剤の混合物に分散剤または界面活性剤を添加すること１０４も有利であることがわかった。当然ながら水性溶剤と共に使用するのに界面活性剤が特に適していることを理解されたい。分散剤または界面活性剤の分子構造は、各々の分子がその材料と相溶性がある端部およびその溶剤と相溶性のある別の端部を有しているようなものである。この結果、分散剤または界面活性剤は溶剤を材料に結合させる。界面活性剤か分散剤かの選択は、その組成物の成分間に形成される界面の性質に左右される。当然ながら、分散剤は固相と液相との間にのみ界面を形成することができるが、界面活性剤は固相と液相との間のみならず、固相間、固相−液相間、固相−気相間、液相−液相間、液相−気相間にも界面を形成することができる。
【００２８】
好ましい結果を達成した調合の一例は、体積百分率で５％の酸化銀、重量百分率で酸化銀の質量の２％の分散剤としてのＥＦＨＫ４４０を含み、残りはエタノール／プロパノールの溶剤担体である。
【００２９】
次に、得られた混合物をミリングなどのプロセスを用いて１０６でホモジナイズした。このプロセスは何時間も実行されてよい。典型的には、３時間で十分である。
【００３０】
本発明の別の実施形態では（図４を参照）、分散剤または界面活性剤を開始材料に２００で添加し、これを２０２で混合する。典型的には、分散剤または界面活性剤は手で開始剤と混合される。次に、開始材料が体積百分率で結果的に得られる混合物の５〜６０％を構成するように、ホモジザイズした混合物に十分な溶剤を２０４で添加した。次に、得られた混合物は好適にはさらなるミリングプロセスを用いて約数時間、恐らくは３時間２０６でホモジナイズされ得る。
【００３１】
ノズル１３内の空洞化または閉塞を避けるために、インクが印刷ヘッド９を通過する間にその粘度を制御することが重要であることも実験から認められている。インクの粘度は周囲温度において、すなわち約１６℃〜３５℃の温度において１０〜６０ｃＰｓであることが好ましいであろう。粘度は２０〜５０ｃＰｓの範囲から選択されることがより好ましい。
【００３２】
典型的には、印刷ヘッド９の製造業者は、印刷ヘッド９から上手く付着させられるインクに適していると製造業者が考える粘度の範囲を提供する。驚くべきことに、印刷ヘッド製造業者が特定した範囲外の粘度を有しているにもかかわらず、本発明のインクは依然として上手く印刷されるであろうことがわかった。これは推奨される粘度範囲を決定したときに製造業者が考えたインクタイプが、その所望の特性が本発明のものとは大きく異なっていることによるものであると考えられる。一例を挙げると、乾燥時間は従来の印刷オペレーションに適していると知られているインクに関連する重要な属性であるが、乾燥時間がさらに一層長くなり得る本発明のインクには当てはまらない。また、印刷ヘッド９からインクがその上に吐出され得る媒体５の性質も、インクの粘度または粘度範囲の選択の際のファクタである。媒体５に向けての送出時点でインクの粘度を制御することによって、インクの液滴の形状および大きさを最適化して、媒体要件を満たしかつ構造体の形成を容易にすることが可能となる。
【００３３】
インクを用いて多次元の構造体を形成するとき、構造体の形成中にその統合性を制御する工程を行わないと、物理的統合性の欠如が形成された構造体に生じ得ることも実験的にわかっている。
【００３４】
図３および４を再度参照すると、上記問題の両方に対処するためには、ホモジナイズした混合物にさらなる成分、すなわち結合剤を添加すること１０８、２０８が有用であることが認められた。溶剤、開始剤、および分散剤または界面活性剤の混合物に添加される結合剤のタイプおよび分量が、形成された構造体の必要な複雑性および上記の所望の粘度を決定するファクタによって再度決定される。結合剤自身が選択された溶剤中で可溶性でなければならず、また、例えば浸出または焼成などの印刷後のプロセスによって形成された構造体から除去可能でなければならない。いくつかの適した結合剤は非水アルコール系の溶剤用のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびポリビニルブチラール（ＰＶＢ）であることがわかった。ラテックスは水性溶剤に対する適した結合剤であることがわかった。
【００３５】
材料の凝集し易い性質を壊すために、インク調製の最終工程１１０、２１０を攪拌に晒す。ホーンまたは別の場合には超音波槽として知られている、超音波プローブの使用などの超音波技術が凝集を壊す際に有効であることがわかっている。開始材料の凝集し易さは閉殻分子間の相互作用であるファンデルワールス力に起因するものであり、極性分子の一部の電荷間の相互作用に起因するものであると考えられる。典型的には、大きな凝集を壊せるように超音波攪拌に必要な時間間隔は最大約５分、好適には約２分である。
【００３６】
インクの粘度測定直前に、かつ以下に詳細に記載する付着プロセスにおいてインクを利用する前にも、そのような攪拌１１０、２１０を行うことが有用であることがわかった。
【００３７】
一旦インクが攪拌され、大きな凝集が壊されたら、材料が凝集して沈殿物が形成される機会を最小限に抑えるようにできるだけ早くインクを使用すること１１２、２１２が有用であることがわかった。それにもかかわらず、上記の方法で調製したインクは、攪拌１１０、２１０を行って形成された沈殿物を除去すれば、後日に使用できることがわかった。上記方法で調合したインクは約６カ月以上も完全に沈殿しているであろうことが想定される。したがって、超音波プローブ１５がプリンタ１自身内の貯蔵器１１の中に組み込まれてよく、攪拌されたインクが実質的に印刷ヘッド９に送り込まれる。
【００３８】
使用中、プリンタ１の貯蔵器１１には上記手順で調製されたインクが充填される。上記のように、プリンタ１自身がベッド７上に設置された媒体５の、ｘおよびｙ座標で定められた特定の場所にインクを送り届けることができる。さらにベッド７自身をｚ方向に移動することができるので、ベッド７をｚ方向に移動させる前および選択されたｘおよびｙ座標に材料を付着させる前に、インクを媒体５上の多数のｘおよびｙ座標ならびに固定されたｚ位置に付着させることが可能である。このようにして、３次元を有する構造体５００を媒体５上に形成することが可能である（図５ａおよび５ｂ）。ベッド７を印刷ヘッド９に対して固定位置に保持した状態で媒体５上にインクを付着させることによって２次元の構造体６００（図６ａおよび６ｂ）を形成することができることは明白である。
【００３９】
印刷ヘッド９およびベッド７各々の制御はソフトウェア制御下におかれ得ることが理解されよう。したがって、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアを用いて構造体のデザインを生成することができ、このデザインは次にプリンタによって構造体のコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）において利用され得る。例えば、構造体のデザインはピクセル化されたビットマップを用いて生成され得る。ソフトウェアはビットマップの１画素がインクの１滴を表すようにそのビットマップを解釈する。このようなビットマップの重ね合わせられたセットを参照することによって、３次元構造体が形成され得る。これによって独自の構造体を１滴ごとの土台の上に設計および製造することが可能となり、複雑な幾何学形状およびハイブリッド構造体を実現することができる。
【００４０】
図７ａ〜７ｄは多数の種々の構造体７００がポリマー性脱離膜５上に付着された一続きの層から形成され得る状態を示す断面図である。当然ながら、以下に示す構造体７００内に付着されるインクに使用される特定の固体装填物は構造体７００の機能に左右される。例えば、固体電解質型燃料電池はアノード、電解質、およびカソードのほか積層の形成を促進するのに必要な任意の相互接続部を含むであろう。
【００４１】
次の図では、特定の幾何学形状は、固体電解質型燃料電池または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に応用されるかもしれないような達成されうる複雑な構造体の種類の例であり、このような２つのタイプのデバイスを取ることが意図される。
【００４２】
図７ａでは、第１の層７０１はポリマー性脱離膜５上に直接付着される。この第１の層７０１は一定の厚さであり、所定のナノメートルサイズの固体装填物を含んだインク１１の第１の貯蔵器から、該貯蔵器に接続された印刷ヘッド９を用いて送出される。第１の層７０１上に付着される第２の層７０２はまず対応する印刷ヘッド９を用いて第２の貯蔵器１１から材料を送り届けることによって形成される。しかし、この層７０２のある厚さが達成されると、異なるナノメートルサイズの固体装填物を有するインクを含んださらなる貯蔵器１１に接続された別の印刷ヘッドを用いて、インクが２つの領域７０３ａ、７０３ｂ内に付着される。最後に、第２の貯蔵器からの材料の付着が停止し、さらなる貯蔵器からのインクがそのデバイスの断面全体にわたって途切れのない層７０４として送り届けられる。
【００４３】
同じく図７ｂでは、各々の貯蔵器１１に接続された両第１および第２印刷ヘッド９ａ、９ｂを用いて構造体の断面の関連する部分の上に選択されたインクを付着させることによって包含物７０２は形成される。この包含物自身は付着後の焼結または類似の操作の後に構造体の断面内に空洞が残ったままになるように逸散性材料から形成され得る。
【００４４】
図７ｃでは、インクが勾配状の量で、各々一定の厚さである２つの層７０１、７０２の最初のセットから形成された構造体の断面上に７０３で付着された勾配状の構造体７００が示されている。
【００４５】
図７ｄでは、印刷ヘッド９、およびそこに適切に設置された、適切に充填されたインク７０１、７０２を含んだ貯蔵器１１、ならびに逸散性材料を制御して、付着後の工程で除去して空洞を形成することのできる逸散性材料７０３の中心部分を有する管状の断面を製造する方法が示されている。
【００４６】
上記例は達成され得る構造体７００の種類の点で制限することを意図したものではないことが理解されよう。
【００４７】
構造体の生成のこのような柔軟性は、電池間の金属または他の形態の相互接続部が積層の他の要素と共に付着され得る固体電解質型燃料電池の製造に特に応用できる。その結果、先行技術では必要とされる一連の積層および焼結工程ではなく、１回の工程で、完全な積層を形成し、続いて焼結することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のある態様で使用されるインクジェットプリンタを示す略図である。
【図２】図１のプリンタと共に使用される印刷ヘッドを示す略図である。
【図３】本発明のある態様で使用されるインク調合の方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明のある態様で使用されるインク調合の別の方法を示すフローチャートである。
【図５ａ】本発明の方法により付着された構造体の例を示す立面図である。
【図５ｂ】本発明の方法により付着された構造体の例を示す平面図である。
【図６ａ】本発明の方法により付着されたさらなる構造体の例を示す立面図である。
【図６ｂ】本発明の方法により付着されたさらなる構造体の例を示す平面図である。
【図７ａ】本発明のさらなる態様の構造体の例を示す図である。
【図７ｂ】本発明のさらなる態様の構造体の例を示す図である。
【図７ｃ】本発明のさらなる態様の構造体の例を示す図である。
【図７ｄ】本発明のさらなる態様の構造体の例を示す図である。
【図８】先行技術の固体電解質型燃料電池を示す略図である。
【図１】
2006517329.tif 000003
【図２】
2006517329.tif 000004
【図３】
2006517329.tif 000005
【図４】
2006517329.tif 000006
【図５ａ】
2006517329.tif 000007
【図５ｂ】
2006517329.tif 000008
【図６ａ】
2006517329.tif 000009
【図６ｂ】
2006517329.tif 000010
【図７ａ】
2006517329.tif 000011
【図７ｂ】
2006517329.tif 000012
【図７ｃ】
2006517329.tif 000013
【図７ｄ】
2006517329.tif 000014
【図８】
2006517329.tif 000015
【国際調査報告】
2006517329.tif 000016
2006517329.tif 000017
2006517329.tif 000018