(57)【要約】  本発明は、導電性流体の液滴を噴射するための方法に関する。その方法において、導電性流体内にローレンツ力が発生する。ローレンツ力は、作動方向に向けられる。作動方向は、液滴射出方向に対して反対の方向である。本発明は更に、導電性流体の液滴を印刷するための噴射装置に関する。
2016530082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射装置を使用して導電性流体の液滴を噴射するための方法であって、前記噴射装置は流体チャンバ本体を有し、該流体チャンバ本体は、流体チャンバを規定し、液滴射出方向に液滴を射出するために前記流体チャンバに動作的に結合させられたオリフィス、及び作動手段を有し、前記作動手段は：
前記流体チャンバの少なくとも一部分に磁場を発生させるための磁場発生手段；及び
磁場を与えられた前記流体チャンバの前記の部分内の前記導電性流体に電流を発生させるための電流発生手段；
を有し、
当該方法は：
ａ）磁場内に位置する前記導電性流体に電流を加えることにより、前記導電性流体内にローレンツ力を発生させるステップであり、前記ローレンツ力は作動方向に向けられ、前記作動方向は液滴射出方向に比べて反対の方向である、ステップ；及び
ステップａ）において発生させられる前記ローレンツ力の結果として、前記導電性流体の液滴を前記液滴射出方向に射出するステップ、
を含む、方法。
【請求項２】
前記流体チャンバ本体の少なくとも内表面には、湿潤被覆が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記湿潤被覆は、モノ−タングステンカーバイド（ＷＣ）、ジ−タングステンカーバイド（Ｗ２Ｃ）、トリ−タングステンカーバイド（Ｗ３Ｃ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群のうちの少なくとも一つを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記導電性流体は溶融金属である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記溶融金属は、溶融銀、溶融銅及び溶融金からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記導電性流体の一連の液滴を噴射するための、請求項１に記載の方法であって、前記一連の液滴は、少なくとも一つの小さな液滴及び少なくとも一つの大きな液滴を含み、前記少なくとも一つの小さな液滴はステップａ）において噴射され、
ステップａ）において、前記作動方向は第一の作動方向であり且つ射出される液滴は小さな液滴であり、
当該方法は、
ｂ）磁場内に位置する前記導電性流体に電流を加えることにより、前記導電性流体内にローレンツ力を発生させるステップであり、前記ローレンツ力は第二の作動方向に向けられ、前記第二の作動方向は液滴射出方向に対して平行な方向である、ステップ；及び
ステップｂ）において発生する前記ローレンツ力の結果として、前記導電性流体の大きな液滴を前記液滴射出方向に射出するステップ、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
導電性流体の液滴を印刷するための噴射装置であって、当該噴射装置は：
ある量の前記導電性流体を保持するための流体チャンバを規定する、流体チャンバ本体；及び
オリフィスを通して前記チャンバから前記導電性流体の液滴を液滴射出方向に吐出するように構成された、作動アセンブリ、
を有し、
前記作動アセンブリは、
前記流体チャンバの少なくとも一部分に磁場を発生させるための磁場発生ユニット：及び
磁場を与えられた前記流体チャンバの前記の部分内の前記導電性流体に電流を発生させるための電流発生手段、
を有し、
当該噴射装置は、
動作中に少なくとも一つの小さな液滴及び／又は少なくとも一つの大きな液滴が噴射されるように、電流及び磁場の少なくとも一つを動作中に制御するように構成された、制御手段、
を更に有する、噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性流体の液滴（droplet）を噴射（jetting）するための方法に関する。本発明は更に、導電性流体の液滴を印刷するための噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性流体、例えば溶融金属又は溶融半導体の液滴を射出（ejecting）するための噴射装置が知られている。導電性流体の液滴を射出するための噴射装置の一つの例は、国際公開第２０１０／０６３５７６Ａ１号に記載されている。そのような印刷装置において、導電性流体内にローレンツ力（Lorentz  force）が発生させられ、そのローレンツ力に起因して、印刷装置のオリフィスノズルを通して液滴が吐出される（expelled）。そのような装置は、高い温度を有する流体、例えば高融点を有する溶融金属の液滴を射出するために使用され得る。
【０００３】
溶融金属の直接的な印刷は、例えば、電子回路構成を印刷するために利用され得る。電子回路を可能な限り小さく作る傾向がある。
【０００４】
印刷によって小さな回路を作るために、小さな液滴から回路を造り上げることが望ましい。しかしながら、インクチャンバ及びノズルの幾何学的形状（geometry）及び寸法を変えることなく、導電性流体の液滴を射出するために噴射装置から射出される液滴の寸法を適合させる（adapt）ことは難しいかも知れない。
【０００５】
加えて、高融点を有し得る、導電性流体の液滴を射出することは、多くのエネルギーを要求する。
【０００６】
さらに、利用可能な導電性流体の液滴を噴射するための代替的な方法を有することが望ましい。
【０００７】
本発明の一つの目的は、上記の課題の少なくとも一つを軽減する、導電性流体の液滴を射出するための方法を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０６３５７６Ａ１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、以下の方法で達成される。
【００１０】
噴射装置を使用して導電性流体の液滴を噴射するための方法であって、噴射装置は流体チャンバ本体を有し、流体チャンバ本体は、流体チャンバを規定し、液滴射出方向に液滴を射出するために流体チャンバに動作的に（operatively）結合させられたオリフィス、及び作動手段を有し、作動手段は：
流体チャンバの少なくとも一部分に磁場を発生させるための磁場発生手段；及び
磁場を与えられた流体チャンバの部分内の導電性流体に電流を発生させるための電流発生手段；
を有し、
当該方法は：
ａ）磁場内に位置する導電性流体に電流を加えることにより、導電性流体内にローレンツ力を発生させるステップであり、ローレンツ力は作動方向（actuation  direction）に向けられ、作動方向は液滴射出方向に比べて（compared  to）反対の方向である、ステップ；及び
ステップａ）において発生させられるローレンツ力の結果として、導電性流体の液滴を液滴射出方向に射出するステップ、
を含む、方法。
【００１１】
導電性流体を印刷するための一つの既知のシステムにおいて、その導電性流体の液滴は、ローレンツ力によってオリフィスを通して吐出される。この力は、伝導性流体内の運動を引き起こす。この運動は、流体の液滴を発生させ得る。ローレンツ力は、電流及び磁場ベクトルに関係する；（数１）。電流及び磁場によって結果として生じるローレンツ力は、電流及び磁場の両方に対して直角な方向に発生する。電流の方向及び大きさ（magnitude）並びに磁場の方向及び大きさを適切に選択することによって、結果として生じる（resulting）ローレンツ力の方向及び大きさは選択されることができる。
【００１２】
【数１】
2016530082.tif 000003
適切なローレンツ力を発生させるために、本発明による噴射装置は、作動手段（actuation  means）を有してもよい。作動手段は、流体チャンバの少なくとも一部分に磁場を発生させるための磁場発生手段を有してもよい。磁場発生手段は、例えば磁石であってもよい。加えて、作動手段は、磁場を与えられた流体チャンバの部分内の導電性流体に電流を発生させるための電流発生手段を有してもよい。電流発生手段は電極を有してもよい。電流発生手段は、導電性流体と電気的に接触してもよい。本発明によるシステムにおいて、通常の動作中に、液滴を射出するために適切な力が発生するように、伝導性流体内に磁場が提供され且つ電流が提供される。
【００１３】
本発明による噴射装置は、流体チャンバを有し、流体チャンバから流体チャンバ要素の外表面に延びるオリフィスを有する。オリフィスは、流体チャンバに動作的に結合させられる（operatively  coupled）。動作中に、流体チャンバは導電性流体を含む。作動パルスを加えるときに、ローレンツ力が流体内部に発生し、流体チャンバから離れる方向にオリフィスを通して流体を動かす。作動パルスは、パルス状の磁場及び連続的な電流を加えることによって、若しくはパルス状の電流及び連続的な磁場を加えることによって、又はそれらの組み合わせによって加えられてもよい。
【００１４】
本発明による方法において、ステップａ）において、電流は、磁場内に位置する導電性流体に加えられることにより、導電性流体内にローレンツ力を発生させ、ローレンツ力は作動方向に向けられ、作動方向は液滴射出方向に比べて反対の方向であってもよい。電流は、磁場内に位置する導電性流体に加えられる、電流パルスであってもよい。代替的に、電流は定電流であってもよく、磁場は、パルス状の磁場であってもよい。更なる代替において、電流及び磁場の両方がパルス状であってもよい。
【００１５】
作動パルスのパルス幅は、流体の温度、導電性流体の種類、オリフィスの寸法及び幾何学的形状、流体チャンバの寸法及び幾何学的形状等のようなプロセスパラメータのために最適化されてもよい。したがって、当業者は、作動パルスは上述のプロセスパラメータのような複数のプロセスパラメータに基づいて適切に選択され得ることを理解するであろう。
【００１６】
磁場内に位置する導電性流体に電流を加えることによって、作動パルスが加えられ、導電性流体内のローレンツ力の発生という結果をもたらし得る。上で説明されたように、ローレンツ力の方向は、電流及び磁場の方向に依存する。本発明による方法において、発生させられたローレンツ力は、作動方向に向けられてもよい。作動方向は、液滴射出方向に比べて反対の方向であってもよい。液滴射出方向は、液滴の射出の方向であってもよい。液滴は、流体チャンバからノズルを通して流体チャンバ本体の外側に向かう方向に射出されてもよい。したがって、本発明による方法において、流体内に発生させられる力の方向は、流体の液滴が射出される方向に対して反対であってもよい。如何なる理論にも束縛されることはないが、液滴を発生させるための機構は、以下の通りであると考えられる。作動方向に導電性流体内にローレンツ力を発生させることにより、磁場内に位置する導電性流体は、作動方向に動き得る。結果として、導電性流体のメニスカス（meniscus）は、オリフィスから離れ、流体チャンバの内部に向かうように後退し得る。すなわち、導電性流体のメニスカスは、メニスカス後退方向（retraction  direction）に後退し得る。電流及び／又は磁場が停止したときに、導電性流体内にそれ以上ローレンツ力が発生し得ない。結果として、流体のメニスカスは後退を停止し得る。後退したメニスカスは、例えばメニスカスの表面における表面張力によって引き起こされる圧力を受け得る。この力のために、流体は加速させられ、メニスカスは後退位置からオリフィスに向かって動き得る（すなわち、メニスカスは液滴射出方向に動き得る）。液滴射出方向は、メニスカス後退方向に比べて反対の方向であってもよい。このように、流体のメニスカスの動きは、スリングショットの（複数の）弾性ストリップの動きに類似し得る。導電性流体は、容易に変形可能であり得る。メニスカスが液滴射出方向に動くときに、メニスカスは変形することができ、導電性流体の液滴はオリフィスを通して射出され得る。液滴の寸法は、比較的小さくなり得る。液滴の速度は、比較的高くなり得る。上述したように、本発明による方法において、流体は、磁場内に位置する導電性流体に電流を加えることにより流体内にローレンツ力を発生させることによって、作動される。熱インクジェット及び圧電（piezoelectric）作動のような他のインクジェット作動技術と違い、ローレンツ作動を使用する場合、力は流体自体に発生する。
【００１７】
したがって、ローレンツ作動を使用することは、流体内に液滴射出方向に対して反対の方向を有する力を発生させることによって、液滴射出方向に流体の液滴を射出するために適切に使用され得る。メニスカスの後退を結果としてもたらすローレンツ力だけが、流体に加えられればよい。したがって、液滴を射出するために、外部の力が流体に一度加えられることが十分であり得る。
【００１８】
例えば、熱インクジェットにおいて、流体の液滴は、流体を局所的に加熱して流体内に気泡を作り出すことによって射出される。したがって、熱インクジェットを使用すると、メニスカスが後退するように流体を作動することが可能ではない。圧電作動を使用する場合、流体は、流体を含むインクチャンバの膨張及び圧縮によって作動される。圧電素子は作動の際に変動（flux）するかも知れず、体積変化がインクチャンバに起こり得る。流体チャンバの体積変化は、流体内の圧力変化を結果としてもたらすかも知れず、それは流体の動きにつながり得る。圧電作動を使用する場合、流体チャンバの体積を増大させることによって流体のメニスカスを後退させることが可能であり得る。流体は駆動力を受けることができ、その機動力に起因して、メニスカスがその初期位置に向かって戻るように動き、場合により（possibly）液滴が吐出され得る。しかしながら、ノズルを後退させるために流体チャンバの圧縮が必要とされたので、流体チャンバは、作動前の状況に関して変形される。第二の作動を加えるために、流体チャンバは、続く液滴が射出され得る前にその初期状態に戻されることを必要とし得る。したがって、圧電作動を使用する場合、単に液滴射出方向に対して反対の方向にノズルを後退させることによって一連の液滴を射出することが可能ではないかも知れない。流体のメニスカスを後退させた後に、流体チャンバがその最初の状態に戻ることを可能にするために、外部の力が加えられる必要があり得る。代わりに、ローレンツ作動を使用する場合、流体及びメニスカスを運動の状態に置くための力は、流体自体に発生する。それは、流体チャンバの体積変化の結果ではない。本発明による方法において、流体内に発生させられたローレンツ力に起因してメニスカスが後退した後に、流体は、外部の力を加える必要なく、液滴射出方向に動き得る。加えて、流体チャンバがその最初の状態に戻ることを可能にするために、流体チャンバに全く力が提供される必要がない。なぜなら、流体を作動する際に流体チャンバに全く体積変化が生じていないからである。このように、流体は、本発明による方法を適用することによって適切に作動され得る。
【００１９】
一つの実施形態において、流体チャンバ本体の少なくとも内表面には、湿潤被覆（wetting  coating）が提供される。湿潤被覆は、その流体に関して湿潤可能（wettable）である。好ましくは、被覆は、比較的広範囲の流体材料によって湿潤可能である。
【００２０】
上で説明されたように、流体の作動の際に、流体のメニスカスはオリフィスから離れるように後退してもよく、メニスカスは流体チャンバ内に向かって動いてもよい。ローレンツ力を発生させる電流及び／又は磁場が停止されたときに、導電性流体のメニスカスは、流体チャンバ内に向かって動くことを止めてもよく、オリフィスに向かって後ろ向きに動き始めてもよい。オリフィスに向かって動くときに、流体は、流体チャンバ本体の内表面を横切って動く必要があるかも知れず、内表面と接触する必要があるかも知れない。内表面がその導電性流体に関する十分な湿潤特性を有しない場合は、そのときは流体チャンバの内表面を横切ってオリフィスに向かう流体の動きは、妨げられるかも知れず、液滴射出を効率が劣ったものにする。流体チャンバ本体の内表面に湿潤被覆が提供されている場合は、その導電性流体に関する内表面の湿潤特性は改善されることができ、流体は流体チャンバの内表面をぬらすことができ、それにより内表面を横切る流体の動きを容易にする。その場合は、液滴の射出はより効率的となり得る。このように、流体チャンバの少なくとも内表面上の湿潤被覆の存在は、本発明による液滴射出の効率を改善し得る。被覆は、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）によって提供されてもよい。
【００２１】
一つの更なる実施形態において、湿潤被覆は、モノ−タングステンカーバイド（ＷＣ）、ジ−タングステンカーバイド（Ｗ２Ｃ）、トリ−タングステンカーバイド（Ｗ３Ｃ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群のうちの少なくとも一つを有する。一つの好ましい実施形態において、トリ−タングステンカーバイド（Ｗ３Ｃ）が湿潤被覆に含まれる。タングステンカーバイドは、金、銀及び銅（それぞれ、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ）のような金属を含む、比較的多数の金属によって湿潤可能である。一つの代替的な実施形態において、内表面には、金属被覆が提供される。多くの溶融金属が金属表面上をぬらすことが知られている。その結果、金属被覆は適切な被覆であり得る。
【００２２】
一つの実施形態において、導電性流体は溶融金属である。
【００２３】
金属は、概して良好な導電性を有する材料である。例えば、溶融金属の液滴を射出することは、電子回路を印刷するために使用され得る。受ける媒体（receiving  medium）の上に金属の液滴を塗布するために印刷技術を適用することによって、電子回路は融通が利く（versatile）方法で印刷され得る。すなわち、回路の形状は、印刷技術を適用することによって容易に適合させられ得る。本発明による方法は、小さな液滴を印刷することを可能にする。小さな液滴を印刷することによって、小さな電子回路が提供され得る。
【００２４】
加えて、溶融金属は、水、有機溶剤及び従来のインクジェットインクのような他の液体と比較して、概して高い表面張力を有する。如何なる理論にも束縛されることはないが、表面張力は、液滴射出方向のメニスカスの動きを誘起（induce）し得る。表面張力が高いほど、そのメニスカスについての液滴射出方向に動くための駆動力が大きくなることができ、液滴射出方向での液滴の射出が効率的になり得る。このように、溶融金属は、本発明による方法において導電性流体として適切に使用され得る。
【００２５】
一つの更なる実施形態において、溶融金属は、溶融銀、溶融銅及び溶融金からなる群から選択される。
【００２６】
銀及び銅は、例えば電極として、電子デバイスにおいて有効に適用され得る。加えて、銅及び銀の少なくとも一つを含む合金が使用され得る。銀、銅又はそれらの合金の像（image）を記録媒体上に塗布することによって、電極のような導電性部品が、記録媒体上に効率的に塗布され得る。
【００２７】
一つの実施形態において、導電性流体の一連の液滴を噴射するための方法が提供され、一連の液滴は、少なくとも一つの小さな液滴及び少なくとも一つの大きな液滴を含み、少なくとも一つの小さな液滴はステップａ）において噴射され、
ステップａ）において、作動方向は第一の作動方向であり且つ射出される液滴は小さな液滴であり、
当該方法は、
ｂ）磁場内に位置する導電性流体に電流を加えることにより、導電性流体内にローレンツ力を発生させるステップであり、ローレンツ力は第二の作動方向に向けられ、第二の作動方向は液滴射出方向に対して平行な方向である、ステップ；及び
ステップｂ）において発生するローレンツ力の結果として、導電性流体の大きな液滴を液滴射出方向に射出するステップ、
を更に含む。
【００２８】
一連の液滴（series  of  droplets）が射出されてもよく、一連の液滴は、例えば、受ける媒体上に塗布されたときに一つの像を形成する一連の液滴であってもよい。一連の液滴のうちの各々の液滴は、受ける媒体の所定の位置の上に塗布されてもよい。本実施形態において、像は、液滴の寸法が均一ではない複数の液滴によって形成されてもよい。例えば、像は、少なくとも一つの小さな液滴及び少なくとも一つの大きな液滴によって形成されてもよい。
【００２９】
小さな液滴は、第一の作動方向に向けられたローレンツ力が発生させられ、第一の作動方向は液滴射出方向に比べて反対の方向であるように磁場内に位置する導電性流体に電流を加えることによって、形成されてもよい。上で説明されたように、液滴射出方向に比べて反対の方向にローレンツ力を発生させることによって、液滴は、液滴射出方向に射出され得る。この液滴は小さな液滴であってもよい。任意的に、この液滴の液滴射出速度は高くてもよい。
【００３０】
加えて、本実施形態において、ステップｂ）において、電流は、磁場内に位置する導電性流体に加えられることにより、導電性流体内にローレンツ力を発生させ、ローレンツ力は第二の作動方向に向けられてもよい。したがって、ステップｂ）において流体内に発生させられるローレンツ力は、ステップａ）において導電性流体内に発生させられるローレンツ力とは異なる方向を有する。第二の作動方向は液滴射出方向に対して平行な方向である。ステップｂ）における第二の作動方向へのローレンツ力の発生に起因して、大きな液滴が射出され得る。任意的に、ステップｂ）において発生させられる液滴の液滴射出速度は、ステップａ）において発生させられる液滴の液滴射出速度に比べて低くてもよい。
【００３１】
したがって、流体内に発生されられるローレンツ力の方向を変動させることによって、射出される液滴の寸法が変動させられ得る。加えて、形成される液滴の速度が変動させられ得る。
【００３２】
射出されるべき大きな液滴の相対的な量に対する、射出されるべき小さな液滴の相対的な量は、印刷されるべき像に基づいて適切に制御され得る。複数の液滴は、如何なる適切な順序で射出されてもよい。例えば、第一に小さな液滴のサブシリーズが射出されてもよく、続いて大きな液滴のサブシリーズが射出されてもよい。または、逆もまた同様である。小さな液滴のサブシリーズは、ステップａ）を繰り返し実行することによって射出されてもよく、一方で、大きな液滴のサブシリーズは、ステップｂ）を繰り返し実行することによって射出されてもよい。代替的に、小さな液滴及び大きな液滴は、それぞれ、ステップａ）及びステップｂ）を交互に実行することによって、交互に射出されてもよい。
【００３３】
本発明の文脈において、小さな液滴及び大きな液滴は、絶対的な液滴寸法を指すとは限らない。代わりに、用語“小さな液滴”は、“大きな液滴”に比べて小さな液滴を指すように意図され、逆もまた同様である。小さな液滴は第一の体積を有してもよく、大きな液滴は第二の体積を有してもよく、第二の体積は第一の体積よりも大きい。
【００３４】
本発明の一つの態様において、導電性流体の液滴を印刷するための噴射装置が提供され、当該噴射装置は：
ある量の導電性流体を保持するための流体チャンバを規定する、流体チャンバ本体；及び
オリフィスを通してチャンバから導電性流体の液滴を液滴射出方向に吐出するように構成された、作動アセンブリ、
を有し、
作動アセンブリは、
流体チャンバの少なくとも一部分に磁場を発生させるための磁場発生ユニット：及び
磁場を与えられた流体チャンバの部分内の導電性流体に電流を発生させるための電流発生手段、
を有し、
当該噴射装置は、
動作中に少なくとも一つの小さな液滴及び／又は少なくとも一つの大きな液滴が噴射されるように、電流及び磁場の少なくとも一つを動作中に制御するように構成された、制御手段、
を更に有する。
【００３５】
このように、本発明による噴射装置は、本発明による方法を実行するように構成される。
【００３６】
制御手段は、例えばコンピュータであってもよい。制御手段は、例えばＵＳＢポートを経由して又はネットワークを経由して、外部の供給源から情報を受信するように構成されてもよい。制御手段は、例えば印刷ジョブに関する情報を受信してもよい。印刷ジョブに関する情報は印刷されるべき像に関する情報を含んでもよく、その像は、印刷されるべきドットの所定のパターンであってもよい。印刷されるべきドットは、導電性流体の液滴を射出することによって、受ける媒体の上に塗布されてもよい。ドットの所定のパターンは、少なくとも一つの小さなドット及び／又は少なくとも一つの大きなドットを受ける媒体の上に塗布することによって、受ける媒体に対して塗布されてもよい。ここで、大きなドットは大きな液滴によって形成されてもよく、小さなドットは小さな液滴によって形成される。制御手段は、流体を適切に作動させるように、導電性流体に加えられる磁場及び電流を適切に制御し得る。そのため、受ける媒体の上に像を形成するように、小さな及び／又は大きな液滴の所定のシリーズが噴射装置から射出される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明のこれらの及び更なる特徴及び利点は、非限定的な実施形態を示す添付の図面を参照して本明細書において以下で説明される。
【図１】図１は、導電性流体の液滴を印刷するための噴射装置の斜視図を示す。
【図２】図２は、図１の噴射装置の一部分の断面図を示す。
【図３】図３Ａ乃至図３Ｇは、本発明による方法の第一の例を模式的に示す。
【図４】図４Ａ乃至図４Ｇは、本発明によらない方法の第一の例を模式的に示す。  図面において、同じ参照番号は同じ要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、導電性流体の液滴を射出するための噴射装置１の一部分を示す。噴射装置１は、比較的熱い流体、特に銅、銀、金等のような溶融金属を噴射することに適している。噴射装置１は支持フレーム２を有する。支持フレーム２は、耐熱性の材料、好ましくは熱伝導性の材料で作られる。
【００３９】
噴射装置１には射出ノズル４が設けられ、射出ノズル４を通して流体の液滴が射出される。ノズル又はオリフィス４は、流体チャンバ本体６の壁を通って延びる貫通穴（スルーホール）である。流体チャンバ本体６内に、流体チャンバが配置される。流体チャンバは、流体を保持するように構成されている。
【００４０】
溶融金属の液滴を射出するために、噴射装置１には二つの永久磁石８ａ，８ｂ（以下、磁石８とも称される）。磁石８は、二つの磁場集中要素１０ａ，１０ｂ（以下、コンセントレータ（concentrator）１０とも称される）の間に配置される。二つの磁場集中要素１０ａ，１０ｂは、鉄のような磁場ガイド材料で作られる。噴射装置１には更に、二つの電極１２ａ，１２ｂ（以下、電極１２とも称される）が設けられる。二つの電極１２ａ，１２ｂの両方は、各電極１２の少なくとも先端が流体チャンバ内に存在する溶融金属と直接的に電気的接触した状態となるように、適切なスルーホールを通して流体チャンバ本体６の中に延びている。電極１２は、適切な電極支持部１４によって支持され、電極１２及び複数の電極１２の先端の間に存在する溶融金属を通して適切な電流が発生させられ得るように、適切な電流発生器（図示なし）にそれぞれ動作的に接続可能である。
【００４１】
図２は、図１において例示される実施形態の一つの断面図を示す。その断面は、ｂ−ｂ線（図１）に沿って取られる。図２を参照すると、支持フレーム２及び磁石８が示されている。例示される本実施形態において、支持フレーム２には冷却チャネル３４が設けられている。冷却チャネル３４を通して、支持フレーム２及び磁石８の積極的な冷却のために冷却液が流れ得る。誘導コイル２４が示されている。流体チャンバ本体６は、誘導コイル２４を通って流れる電流が結果として流体チャンバ６内に配置された金属の加熱をもたらすように、誘導コイル２４の中央部に配置されている。そのような加熱に起因して、金属は溶解し、従って流体になり得る。そのような誘導加熱は、電力効率の良い加熱及び如何なる加熱要素と流体との間の接触もないことを確かにし、噴射装置１の要素と流体との間の（考えられる）相互作用の数を限定する。それでも、他の実施形態において、流体チャンバ内の金属を加熱するための他の手段が適用されてもよい。誘導コイルの存在は、オリフィス４から離れた位置にある流体の温度を制御することを助け得る。また、誘導コイル２４を使用して流体を加熱することは、例えば、導電性流体になるために導電性金属が溶解する噴射装置の始動時において、有用であり得る。
【００４２】
噴射装置１は、制御ユニット３３を更に有する。制御手段３３は、電流発生ユニット３２に動作的に接続されている。電流発生ユニットは、好ましくは直流電流発生ユニットであってもよい。適切な直流電流発生ユニットの非限定的な例は、バッテリ、太陽電池（solar  cells）及びダイナモである。図２に示される実施形態において、電流発生ユニット３２は電極１２に接続されている。したがって、電流発生ユニット３２によって発生させられる電流は、電極１２を通して作動チャンバ２３内に存在する流体に加えられることができる。電極を介して流体に供給される電流の量は、制御手段３３によって制御され得る。電流は、電流パルスとして加えられてもよい。電流パルスの形状、振幅及びパルス幅は、制御手段３３によって適切に制御され得る。
【００４３】
図３Ａ−３Ｇは、本発明による方法を使用した導電性流体の作動を模式的に示す。図３Ａは、導電性流体の作動の開始時における状況を示す。オリフィス４は、流体で完全に満たされている。導電性流体のメニスカス３６は、本質的に（essentially）平らであり、実質的にオリフィス４を越えて延びない。オリフィス４は、流体チャンバ本体６によって制限されている（confined）。明確さの理由のために、図３Ａ−３Ｇに流体チャンバ本体の全体は描写されておらず、流体チャンバ本体６のうちのオリフィス４を取り囲む一部分のみが描写されている。図３Ｂは、導電性流体に電流が加えられた後の状況を示す。導電性流体は、磁場内に位置する。電流に起因して、流体内にローレンツ力が発生する。その結果、図３Ｂに示されるように、導電性流体のメニスカス３６は、後退しており、流体チャンバの中に動いている。このように、流体のメニスカスは作動の方向に動いており、作動の方向はメニスカス後退方向Ａである。図３Ｃにおいて、メニスカスは、図３Ｂによる状況と比べて更に後退している。たとえ電流及び／又は磁場が停止されたとしても、メニスカスは更に後退し得る。慣性のために、流体は、ひとたびローレンツ力が止まっても直ちには動くことを止め得ない。動きの停止は、ある程度の期間を要し得る。しかしながら、ひとたび後退が停止すると、メニスカスはオリフィス４に向かって戻り得る。オリフィス４の方向でのメニスカスの動きを惹起するために、導電性流体にローレンツ力を提供する必要はない。如何なる理論にも束縛されることはないが、図３Ａに示されるようなメニスカス３６と比べて拡大された表面を有する、後退させられたメニスカス３６の表面張力が、動くための駆動力を流体に提供すると考えられる。駆動力は、メニスカス３６がその初期位置にただ戻るのではなく、オリフィスの外側の位置に動き得るようなものであり得る。図３Ｄ−３Ｆに、どのようにしてメニスカス３６が作動方向に対して反対の方向に徐々に動くかが示されている。作動方向に対して反対のこの方向は、液滴射出方向Ｂである。図３Ｆに示される状況において、メニスカス３６は、流体チャンバ６を超えて延びる位置に動いている。この動きの結果として、ある点でメニスカスが破れるので、液滴３７が形成される。図３Ｇに示されるように、液滴３７が形成される。この液滴は液滴射出方向Ｂに動く。液滴は比較的小さくなり得る。液滴は比較的速く動き得る。液滴が形成された後に、流体のメニスカス３６は、オリフィス４に向かって後退し得る。ある時間間隔の後に、メニスカス３６は、静止位置（rest-position）、すなわち図３Ａに示される位置に戻り得る。
【００４４】
図４Ａ−４Ｇは、本発明によらない方法を使用する導電性流体の作動を模式的に示す。図４Ａは、導電性流体の作動の開始時における状況を示す。オリフィス４は、流体で完全に満たされている。導電性流体のメニスカス３６は、本質的に平らであり、実質的にオリフィス４を越えて延びない。オリフィス４は、流体チャンバ本体６によって制限されている。明確さの理由のために、図４Ａ−４Ｇに流体チャンバ本体の全体は描写されておらず、流体チャンバ本体６のうちのオリフィス４を取り囲む一部分のみが描写されている。図４Ｂは、導電性流体に電流が加えられた後の状況を示す。導電性流体は、磁場内に位置する。電流に起因して、流体内にローレンツ力が発生する。この場合では、ローレンツ力は、液滴射出の方法に発生させられた。その結果、図４Ｂに示されるように、導電性流体のメニスカス３６は、オリフィスの外側の位置に動いている。このように、流体のメニスカス３６は、液滴射出方向Ｂに動いている。その結果、本発明によらないこの方法において、ローレンツ力は、液滴射出方向に対して平行な（parallel）方向に発生させられる。作動パルスは、図４Ｂにおいて描写されるような位置にメニスカス３６があるときに停止されてもよい。しかしながら、たとえ電流及び／又は磁場が停止されたとしても、メニスカス３６はオリフィスを越えて更に伸長し得る。慣性のために、流体は、ひとたびローレンツ力が止まっても直ちには動くことを止め得ない。動きの停止は、ある程度の期間を要し得る。図４Ｃ−４Ｅに示されるように、メニスカス３６は、液滴射出方向に更に動き得る。ある点で、図４Ｆにおいて描写されるように、メニスカス３６が破れ、液滴３７が形成され得る。液滴３７が形成されたときに、メニスカス３６は、オリフィス４に向かって後退し得る。図４Ｇに示されるように、液滴３７は、液滴射出方向に動き続ける。液滴３７が形成した後に、流体のメニスカス３６は振動する。摩擦に起因して、メニスカス３６は、ある時間間隔の後に動きを停止することになり、図４Ａにおいて描写されるようなその最初の位置に戻り得る。図４Ａ−４Ｇに示される方法によって射出される液滴３７は、比較的大きくなり得る。液滴３７の速度は比較的低くなり得る。
【００４５】
本発明の詳細な実施形態が、本明細書において開示された。しかしながら、開示された実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明は様々な形で具体化され得ることが、理解されるべきである。したがって、本明細書において開示された特定の構造上及び機能上の詳細は、限定的なものとして解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の基礎として、及び、本発明を、実質的に及び適切に詳細を提供された構造において様々に利用することを当業者に教示するための代表的な基礎として、解釈されるべきである。特に、別個の従属請求項において提示及び記述される複数の特徴は、組み合わせて適用されてもよく、そのような請求項の如何なる組み合わせであっても、本明細書に開示されている。
【００４６】
さらに、本明細書において使用される用語及び成句は、限定的であるように意図されておらず、むしろ、本発明の理解可能な記述を提供するように意図されている。本明細書において使用される場合、用語“一つ”又は“ある”は、一つ又は一つよりも多くとして定義される。本明細書において使用される場合、用語“複数”は、二つ又は二つよりも多くとして定義される。本明細書において使用される場合、用語“他の”は、少なくとも第二の又はそれ以上として定義される。本明細書において使用される場合、用語“含む”及び／又は“もつ”は、“有する”（すなわち、オープンな言語）として定義される。本明細書において使用される場合、用語“結合させられる”は、“接続される”、ただし必ずしも直接的ではないものとして定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｇ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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