(57)【要約】  プリンタは、加工面と、加工面の上に配置された印字ヘッドとを有する。印字ヘッドおよび加工面は、関連する平行面において相対的に移動可能である。印字ヘッドは、ポリマーインクを堆積させる第１ノズルと、導電性インクを堆積させる第２ノズルと、誘電体インクを堆積させる第３ノズルとを有する。
2012527783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工面と、
前記加工面の上に配置された印字ヘッドであって、前記印字ヘッドおよび前記加工面が、関連する平行面において相対的に移動可能であり、前記印字ヘッドが、ポリマーインクを堆積させる第１ノズルと、導電性インクを堆積させる第２ノズルと、誘電体インクを堆積させる第３ノズルとを備える印字ヘッドと、
を備えるプリンタ。
【請求項２】
前記印字ヘッドが、前記ポリマーインクを堆積させる第４ノズルをさらに備える、請求項１に記載のプリンタ。
【請求項３】
前記第４ノズルが、前記第３ノズルに隣接して堆積させるように配置されている、請求項２に記載のプリンタ。
【請求項４】
前記第１ノズル、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルが整列されている、請求項１に記載のプリンタ。
【請求項５】
前記第１ノズル、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルが、同じ領域に印刷する、請求項１に記載のプリンタ。
【請求項６】
前記第１ノズルが、幅１．４ミル（３５．５６μｍ）〜４ミル（１０１．６μｍ）の第１スリットを形成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリンタ。
【請求項７】
前記第２ノズルが、幅１．４ミル（３５．５６μｍ）〜４ミル（１０１．６μｍ）の第２スリットを形成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリンタ。
【請求項８】
前記第３ノズルが、幅４ミル（１０１．６μｍ）〜８ミル（２０３．２μｍ）の第３スリットを形成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリンタ。
【請求項９】
前記第１ノズル、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルが、連続流を分配する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリンタ。
【請求項１０】
前記第１ノズル、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルそれぞれに関連する第１弁、第２弁および第３弁をさらに備え、前記第１弁、前記第２弁および前記第３弁が、前記第１ノズル、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルからの分配をそれぞれ制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリンタ。
【請求項１１】
容量性素子を形成する方法であって、
印字ヘッドの第１ノズルから第１層で導電性インクを堆積させて電極を形成するステップと、
前記印字ヘッドの第２ノズルから前記電極の長手方向一端部において前記第１層でポリマーインクを堆積させるステップと、
前記印字ヘッドの第３ノズルから誘電体インクを堆積させて前記電極上の第２層で誘電体構成要素を形成するステップと、
前記印字ヘッドの第４ノズルから前記誘電体構成要素の横方向一端部において前記第２層でポリマーインクを堆積させるステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記印字ヘッドの前記第１ノズルから第３層で前記導電性インクを堆積させることにより、前記電極から長手方向にオフセットされている第２電極を形成するステップ、
前記印字ヘッドの前記第２ノズルから、前記電極の前記長手方向端部とは反対側の前記第２電極の第２の長手方向端部において前記第３層で前記ポリマーインクを堆積させるステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記印字ヘッドの前記第３ノズルから前記誘電体インクを堆積させることにより、前記第２電極上の第４層で第２誘電体構成要素を形成するステップと、
前記印字ヘッドの前記第４ノズルから前記第２誘電体構成要素の横方向端部において前記第４層で前記ポリマーインクを堆積させるステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
５重量％〜３０重量％の量の溶媒と、
４０重量％〜７０重量％の量のポリマー粒子と、
を含むインク。
【請求項１５】
１０重量％〜２０重量％の量のバインダをさらに含む、請求項１４に記載のインク。
【請求項１６】
前記バインダの量が１０重量％〜１５重量％である、請求項１５に記載のインク。
【請求項１７】
前記バインダがセルロース系バインダである、請求項１５に記載のインク。
【請求項１８】
前記溶媒の量が５重量％〜２０重量％である、請求項１４に記載のインク。
【請求項１９】
前記溶媒の量が５重量％〜１５重量％である、請求項１８に記載のインク。
【請求項２０】
前記溶媒が、アルコール、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、グリセロール、エステル、アルデヒドおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２１】
前記溶媒が、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素またはそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２２】
前記ポリマー粒子の量が５０重量％〜７０重量％である、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２３】
前記ポリマー粒子の量が６０％〜７０％である、請求項２２に記載のインク。
【請求項２４】
前記ポリマー粒子の粒径が２ミクロン以下である、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２５】
前記ポリマー粒子が、ポリエチレン、他のポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリウレタン、クロロポリマー、（クロロ）フルオロポリマー、フルオロポリマー、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブタジエンアクリロニトリル（ＰＢＡＮ）およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項２６】
５重量％〜３０重量％の量の溶媒と、
５重量％〜１５重量％の量のポリマー粒子と、
６０重量％〜８０重量％の量の誘電体粒子と、
を含むインク。
【請求項２７】
１０重量％〜２０重量％のバインダをさらに含む、請求項２６に記載のインク。
【請求項２８】
前記バインダがセルロース系バインダである、請求項２７に記載のインク。
【請求項２９】
前記溶媒の量が５重量％〜２０重量％である、請求項２６に記載のインク。
【請求項３０】
前記溶媒が、アルコール、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、グリセロール、エステル、アルデヒドおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３１】
前記溶媒が、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素またはそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３２】
前記ポリマー粒子の量が７重量％〜１５重量％である、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３３】
前記ポリマー粒子の量が１０％〜１５％である、請求項３２に記載のインク。
【請求項３４】
前記ポリマー粒子の粒径が２ミクロン以下である、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３５】
前記ポリマー粒子が、ポリエチレン、他のポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリウレタン、クロロポリマー、（クロロ）フルオロポリマー、フルオロポリマー、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブタジエンアクリロニトリル（ＰＢＡＮ）およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３６】
前記誘電体粒子の量が６５重量％〜８０重量％である、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３７】
前記誘電体粒子の量が７０重量％〜８０重量％である、請求項３６に記載のインク。
【請求項３８】
前記誘電体粒子が立方晶ペロブスカイト材料である、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項３９】
前記誘電体粒子が組成変性チタン酸バリウムである、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のインク。
【請求項４０】
５重量％〜３０重量％の量の溶媒と、
４０重量％〜８０重量％の量の導電性粒子と、
を含むインク。
【請求項４１】
１０重量％〜２０重量％の量のバインダをさらに含む、請求項４０に記載のインク。
【請求項４２】
前記バインダがセルロース系バインダである、請求項４１に記載のインク。
【請求項４３】
前記溶媒の量が５重量％〜２０重量％である、請求項４０に記載のインク。
【請求項４４】
前記溶媒が、アルコール、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、グリセロール、エステル、アルデヒドおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載のインク。
【請求項４５】
前記溶媒が、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素またはそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載のインク。
【請求項４６】
前記導電性粒子の量が５０重量％〜８０重量％である、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載のインク。
【請求項４７】
前記導電性粒子の量が６０％〜８０％である、請求項４６に記載のインク。
【請求項４８】
前記導電性粒子の粒径が２ミクロン以下である、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載のインク。
【請求項４９】
前記導電性粒子が、金属、金属合金、カーボンブラック、グラファイトおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載のインク。
【請求項５０】
前記金属が、アルミニウム、銅、亜鉛、錫、ニッケル、ベリリウム、マンガン、鉄、チタンおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項４９に記載のインク。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
コンデンサは、回路を構築するために長い間使用されてきた。特に、コンデンサは、エネルギー回路においてＤＣ電圧をＡＣ電流から分離するために使用されてきた。他の例では、コンデンサは、電子回路において所望の回路応答および機能を提供するために使用されてきた。最近では、大容量のコンデンサがエネルギー蓄積デバイスとして提案されている。
【０００２】
従来、単一誘電体層の両側に電極が配置されている単層コンデンサは、スクリーン印刷プロセスによって形成されてきた。こうしたプロセスは、一般に、マスクを介して層を印刷することと、その層を、第２の層を追加する前に焼成することとを含む。こうしたプロセスは単層コンデンサには許容できる一方、スクリーン印刷は多層コンデンサには非効率的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多層コンデンサを形成するために、スクリーン印刷技法により多数の繰返し焼成段階がもたらされ、それには各々、加熱期間、処理期間および冷却期間が必要であり、製造プロセスに時間および費用が加算される。したがって、スクリーン印刷技法は、多層コンデンサ、特に容量性蓄積デバイスを形成するにはあまり望ましくないことが分かった。
【０００４】
本開示は、添付図面を参照することにより、よりよく理解され、その多数の特徴および利点が当業者に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】例示的な連続印刷装置の図を含む。
【図２】容量性蓄積デバイスを形成する例示的な方法を示すフローチャートを含む。
【図３】容量性蓄積デバイスの例示的な層の図を含む。
【図４】容量性蓄積デバイスの例示的な層の図を含む。
【図５】容量性蓄積デバイスの例示的な層の図を含む。
【図６】例示的なノズル構成の図を含む。
【図７】例示的な堆積パターンの図を含む。
【図８】例示的な積層構造の断面の図を含む。
【図９】例示的な堆積パターンの図を含む。
【図１０】例示的なノズルの図を含む。
【図１１】例示的なノズルの図を含む。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
異なる図面において同じ参照符号を使用する場合、それは同様かまたは同一の項目を示す。
【０００７】
特定の実施形態では、一組のインクがパターン化層に堆積されて、容量性エネルギー蓄積デバイスの構成要素を形成する。例示的なインクは導電性微粒子を含み、そうしたインクを、電極を形成するために用いることができる。別の例示的なインクは誘電体セラミック微粒子およびポリマー粉末を含み、そうしたインクを、誘電体層を形成するために用いることができる。さらなる例示的なインクはポリマー粉末を含み、そうしたインクを、パターン化層内で電極層および誘電体層の周囲に堆積させることができる。さらなる実施形態では、インクを各々、印字ヘッドから連続流で堆積させて構成要素の各素子を形成することができる。
【０００８】
例示的な実施形態では、層流印刷装置等の連続印刷装置を用いて、容量性蓄積デバイスの層を形成することができる。たとえば、図１は、例示的な印刷装置１００の図を含む。加工物支持体１０２が、加工物１０４を支持し保持する。加工物１０４は、多層コンデンサの一部であってもよく、または多層コンデンサ加工物を始動させることができるポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）フィルムまたは紙支持体であってもよい。加工物１０４を、クランプまたはピンにより、接着フィルムにより、真空により、静電的に、またはそれらの任意の組合せにより適所に保持することができる。別法として、加工物支持体１０２を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）プラスチックでコーティングすることができ、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）等のポリマーの第１層を、加工物支持体１０２上に直接印刷することができる。
【０００９】
さらに、印刷装置１００は、印字ヘッドアセンブリ１０６および印字ヘッド支持体１０８を含む。概して、印字ヘッドアセンブリ１０６は、インクまたは懸濁液をノズルから加工物１０４に、層流等、連続流で吐出するように構成されている。他の印刷技法とは対照的に、インクは、マスクされたスクリーンを介する周期的なまたは不連続なドットまたは押出の代りに、連続流で吐出される。一例では、印字ヘッドアセンブリ１０６を、インクまたは懸濁液の単一流を吐出するように構成することができる。別の例では、印字ヘッドアセンブリ１０６を、インクまたは懸濁液を少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つまたは少なくとも８つの流れ等、２つ以上の連続流で吐出するように構成することができる。たとえば、印字ヘッドアセンブリ１０６は、１つまたは複数のノズルを含むことができ、それらは各々、層流等の連続流でインクを吐出するように制御可能である。
【００１０】
さらなる実施形態では、印字ヘッドアセンブリ１０６を、単一のインクまたは懸濁液を吐出するように構成することができる。別法として、印字ヘッドアセンブリ１０６を、２種以上のインクまたは懸濁液を選択的に吐出するように構成することができる。たとえば、２つ以上の供給ラインが２種以上のインク組成物を印字ヘッドアセンブリ１０６に提供することができ、印字ヘッドアセンブリ１０６を、インク組成物のうちの１種または複数種を加工物１０４に選択的にまたは制御可能に吐出するように構成することができる。一例では、印字ヘッドアセンブリ１０６を、加工物１０４に関連して相対的に移動している間に２つ以上のインクの流れを同時に吐出するように構成することができる。
【００１１】
一例では、印刷装置１００は、１つまたは複数の供給ライン１１２を介して印字ヘッドアセンブリ１０６に流体結合されている１つまたは複数の容器１１０を有することができる。供給ライン１１２は、１種または複数種のインクまたは懸濁液を容器１１０から印字ヘッドアセンブリ１０６に提供する。一実施形態では、印字ヘッドアセンブリ１０６に、２つ以上の供給ライン１１２、２つ以上の容器１１０またはそれらの任意の組合せを接続することができる。容器１１０内の、または印刷プロセスのノズルに近い貯蔵器におけるインクに、インクの超音波撹拌を提供することにより、微粒子成分の完全な分散を確実にすることができる。
【００１２】
ポリマー層を形成するために分配されるインクに関連する貯蔵器を、２０ｐｓｉ〜１００ｐｓｉの圧力および２０℃〜５０℃の範囲の温度で維持することができる。より大きいかまたは厚いポリマー層の場合、貯蔵器圧力を２０ｐｓｉ〜１００ｐｓｉで保持することができる。
【００１３】
誘電体粉末または誘電体層の分配に関連する貯蔵器の場合、２０ｐｓｉ〜１００ｐｓｉの圧力で２０℃〜５０℃の温度で保持することができる。導電層を印刷するためのノズルに関連する貯蔵器を、１０ｐｓｉ〜７０ｐｓｉの圧力および２０℃〜５０℃の貯蔵器温度で保持することができる。
【００１４】
任意に、印刷装置１００は少なくとも１つのエネルギー源１１４を有することができる。たとえば、エネルギー源１１４は、紫外線源、可視光源、赤外線源またはそれらの組合せ等の放射源であり得る。特に、放射源は、約１．２×１０14Ｈｚ〜１．５×１０13Ｈｚの周波数範囲の電磁エネルギー源等、赤外線熱源であり得る。さらなる例では、エネルギー源１１４は、反射拡散光の形態であってもよく、またはレーザ源であってもよい。一例では、エネルギー源１１４は赤外線等のエネルギー１１６を、印字ヘッドアセンブリ１０６から分配されるインクに近接する加工物１０４の少なくとも一部１１８に突き当たるように向ける。一例では、エネルギー源１１４は、印字ヘッドアセンブリ１０６とともに移動することができ、またはエネルギー１１６の向きを、印字ヘッドアセンブリ１０６または加工物１０４の移動に従うように調整することができる。
【００１５】
特に、加工物支持体１０２あるいは印字ヘッドアセンブリ１０６または両方は、互いに対する動きをもたらし、連続流が加工物１０４の上に堆積される位置を有効に変更するように構成されている。その結果、加工物１０４の上に連続層１２０が印刷される。印字ヘッドアセンブリ１０６および加工物１０４の相対運動に応じて、層１２０は、直線状であっても、曲線状であっても、または鋭角を有していてもよい。特定の例では、加工物支持体１０２を、加工物支持体１０２によって形成される平面に対してｘ方向またはｙ方向のうちの１つまたは複数に移動するように構成することができる。別の例では、印字ヘッドアセンブリ１０６を、ｘ方向またはｙ方向のうちの１つまたは複数に移動するように構成することができる。さらなる例では、加工物支持体１０２を、ｘ方向またはｙ方向等、第１方向に移動するように構成することができ、印字ヘッドアセンブリ１０６を、ｙ方向またはｘ方向等、第２方向に移動するように構成することができる。加工物支持体１０２または印字ヘッドアセンブリ１０６の一方または両方を、ｚ方向に移動するように構成することができる。
【００１６】
特定の例では、印字ヘッドアセンブリ１０６は、印刷システム１００の上部固定ステンレス鋼プラテンに接続されている。上部プラテンに２つ以上の印字ヘッド１０６を結合することができる。支持体１０２は、１つまたは複数の印字ヘッド１０６に対して移動する。各印字ヘッドアセンブリが他の印字ヘッドアセンブリと同時に個々のコンデンサに対して層を印刷するため、印字ヘッドアセンブリの数を、所望の製品スループットを提供するように設定することができる。しかしながら、印刷システムサイズがファクタであるため、積層する印字ヘッドアセンブリの数は、製造空間制限に関連して実際の印刷システムサイズによって制限される可能性がある。印刷システム下部プレートまたは支持体１０２は、ノズルが適切な位置にあり、ノズルと下部プレートとの間に適切な高さを有し、積層印刷プロセス中に適切な速度で横断することができるように、印刷システムのｘｙｚスレッドによって制御される。プラテンは、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）フッ化炭素樹脂あるいは任意の好適な離型フィルムによってコーティングされ、またはプラテン表面に、Ｍｙｌａｒ（登録商標）、ポリ（エチレンテレフタレート）フィルムの薄層が接着される。印刷ユニットのコントローラは、処理タンクが指定された温度であり、上述した圧力およびプロセスパラメータが、積層プロセス中に指定されたように完了することを確実にする。印刷プロセスの開始時、印刷ユニットは、自動的に、コーティングされたかまたはＰＥＴ層が形成されたステンレス鋼プラテンをユニット内に搬送し、適切な印刷位置に係止する。印刷プロセスの終了時、印刷ユニットは、自動的に、ステンレス鋼プラテンを積層されたコンデンサ構成要素とともに装置から搬送ユニットに搬送し、それにより、構成要素を製造の次の段階で処理することができるようにする。押出機スリットによって制御される積層厚さ、長さおよび幅と他の処理パラメータとを、特定の用途の仕様を満たすように変更することができる。
【００１７】
こうしたパラメータに対する例示的なパラメータ設定能力およびプロセス設定を利用して、示されている層厚さの好結果の押出しを達成することができる。たとえば、所望の層厚さを、貯蔵器温度を変更すること、インクの粘度を変更すること、押出機シルト幅を調整すること、処理タンク内の圧力を設定すること、堆積プラテンの表面からのノズルの高さを設定すること、堆積プラテンに関連してノズルの速度を設定すること、コンデンサのサイズを確立するようにノズルスリットの幅および積層プロセスの長さを設定すること、層硬化温度および気流速度を変更すること、またはそれらの任意の組合せによって制御することができる。
【００１８】
特定の実施形態では、連続流装置を後述するインクおよび懸濁液の実施形態とともに使用して多層コンデンサを形成することができる。たとえば、図２は、容量性素子を形成する例示的な方法を示すフローチャートを含む。２０２に示すように、加工物を加工物支持体の上に配置することができる。多層コンデンサの形成を開始するために、加工物は、ポリマーフィルムまたは紙を含むことができる。別法として、加工物支持体を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）プラスチックでコーティングすることができ、加工物支持体の上に、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）等のポリマーの第１層を直接印刷することができる。たとえば、導電性材料または誘電体セラミック材料なしに、後述する量の溶媒またはポリマーバインダを含むインクまたは懸濁液によって、層を印刷することができる。
【００１９】
２０４に示すように、加工物の上に第１電極層を印刷することができる。第１電極層は、アノード層であってもカソード層であってもよい。特に、第１電極層を、アルミニウム、銅、ニッケル、錫またはこれら導電性微粒子の組合せ等の導電性微粒子を含むインクまたは懸濁液を用いて印刷することができる。たとえば、インクまたは懸濁液は、１種または複数種の溶媒、焼失（ｂｕｒｎ−ｏｕｔ）バインダおよび導電性微粒子を含むことができる。インクまたは懸濁液が堆積されると、組成物は、電極として作用することができる導電層を形成することができる。一例では、第１電極層を、約１μｍ〜約１１μｍの厚さとすることができる。特に、インクまたは懸濁液は、同時に固化される１つまたは複数の連続流で吐出される。
【００２０】
任意に、誘電性ポリマー微粒子とともに溶媒および焼失有機バインダを含むインクまたは懸濁液から形成される絶縁層を、第１電極層をその面内の少なくとも３つの側面において包囲するように印刷することができる。別法として、誘電ガラス微粒子とともに溶媒および焼失ポリマーバインダを含むインクまたは懸濁液から形成された絶縁層を、第１電極層をその面内で包囲するように印刷することができる。特定の実施形態では、電極層の材料を、絶縁層の材料の少なくとも一部とともに同時に印刷することができる。本明細書では、同時にとは、事象が同時に発生する可能性があり、時間が部分的に重なる可能性があり、または１つの事象が、別の事象が終了している時に開始する可能性があることを示すために用いる。
【００２１】
２０６に示すように、第１電極層の上に第１誘電体層を印刷することができる。第１誘電体層を、誘電体微粒子を含むインクまたは懸濁液によって印刷することができる。たとえば、インクまたは懸濁液は、溶媒、焼失バインダ（たとえばセルロース系バインダ）、および堆積されると誘電材料層を形成する誘電体微粒子材料を含むことができる。誘電体微粒子材料は、誘電体セラミック材料を含むことができる。一例では、第１誘電体層を、約１μｍ〜約１１μｍの厚さとすることができる。特に、誘電体インクの１つまたは複数の連続流を印刷しかつ同時に固化することにより、誘電材料層を形成することができる。任意に、特定の充填剤はないが、誘電性ポリマー微粒子を有する、溶媒および焼失有機バインダを含むインクまたは懸濁液から形成された絶縁層を、第１誘電体層をその面内の４つの側面において包囲するように印刷することができる。一例では、誘電材料層を、絶縁層の少なくとも一部と同時に印刷することができる。
【００２２】
２０８に示すように、第１誘電体層の上に第２電極層を印刷することができる。第１電極層と同様に、第２電極層を、導電性微粒子を含むインクまたは懸濁液によって印刷することができる。たとえば、第２電極層を、第１電極層を形成するために使用したものと同様のインクあるいは懸濁液から形成することができ、または異なるインクあるいは懸濁液から形成することができる。第１電極層に応じて、第２電極層はカソード層またはアノード層であり得る。たとえば、第１電極層がアノード層である場合、第２電極層はカソード層であり得る。第２電極層を、約１μｍ〜約１１μｍの厚さとすることができる。特定の実施形態では、第２電極層が第１電極層に対してずれていることにより、容量性素子の反対側の別個の電気的接続等、別個の電気的接続を可能にすることができる。任意に、セラミック充填剤がないが誘電性ポリマー微粒子を有する、溶媒およびポリマーバインダを含むインクまたは懸濁液から形成された絶縁層を、第２電極層をその面内の少なくとも３つの側面において包囲するように印刷することができる。一例では、電極層を、絶縁層の少なくとも一部と同時に印刷することができる。
【００２３】
さらに、２１０に示すように、第２電極層の上に第２誘電体層を印刷することができる。第２誘電体層を、誘電体微粒子を含むインクまたは懸濁液によって印刷することができる。第２誘電体層を、第１誘電体層を形成するために使用したものに類似するインクあるいは懸濁液から形成することができ、または異なるインクまたは懸濁液から形成することができる。一例では、第２の誘電体層を、約１μｍ〜約１１μｍの厚さとすることができる。任意に、微粒子充填剤はないが誘電性ポリマー微粒子を有する、溶媒およびポリマーバインダを含むインクまたは懸濁液から形成された絶縁層を、第２誘電体層をその面内の４つの側面において包囲するように印刷することができる。一例では、第２誘電体層および絶縁層の少なくとも一部を同時に印刷することができる。
【００２４】
多層容量性素子を形成するために、積層プロセスを繰り返すことができる。２０４に戻ると、第２誘電体層の上に追加の電極層を印刷することができる。一実施形態では、少なくとも約５００の層が印刷されるまで、好ましくは、少なくとも約２０００の層等、少なくとも約１０００の層が印刷されるまで、プロセスを繰り返すことができる。
【００２５】
例示的な実施形態では、層はストリームプリンタ（ｓｔｒｅａｍ  ｐｒｉｎｔｅｒ）で印刷することができる。堆積される際のインクを、赤外線エネルギー源等のエネルギー源によって加熱することができる。加工物に近づくインクを加熱することにより、溶媒の一部を蒸発させることができ、加工物に接触する前のインクの粘度を上昇させることができる。粘度が上昇することにより、インクの広がりおよび層の厚さの変動を低減することができる。さらに、エネルギー源は、熱分解により層からバインダの一部を除去することができる。さらに、エネルギー源は、バインダの他の部分を焼結することができる。一実施形態では、エネルギー源は、層を焼結するのに十分なエネルギーを提供することができ、層の密度を約７５％、好ましくは少なくとも約９５％等、少なくとも約８５％増大させることができる。特に、エネルギー源によって生成される熱は、永久ポリマーバインダまたは誘電性ポリマー微粒子を劣化させるほどではない。
【００２６】
別法として、高温ガス等の気体を堆積された層の上に向けることにより、溶媒を蒸発させ焼失バインダを分解することができる。たとえば、気体は清浄な乾燥空気、窒素または希ガスであり得る。気体を、５０℃〜１５０℃の温度まで加熱することができる。
【００２７】
さらにまたは別法として、容量性素子を熱処理するか、または２１２に示すように実質的にすべての層等、複数の層が印刷された後にさらに熱処理することができる。特に、容量性素子を、少なくとも８０バール、たとえば８０バール〜１２０バールの圧力等で、熱間静水圧処理することができる。温度は少なくとも約１５０℃、好ましくは、約１６５℃〜約２１５℃または約１７０℃〜約２００℃等、少なくとも約１６５℃であり得る。別法として、誘電体材料がガラス質（ｖｉｔｒｅｏｕｓ）コーティングを含む場合、またはガラス質のガラス絶縁材料が使用される場合、温度は、少なくとも約５００℃、少なくとも約７００℃またはさらには少なくとも約９００℃等、少なくとも約４００℃であり得る。
【００２８】
さらに、容量性素子を、２１４に示すように切断することができ、２１６に示すように、電極に電気的接続を付与することができる。たとえば、第１電極層および第２電極層に関連して上述したように、カソードがアノードからずれている場合、容量性素子の第１面に単一の接続を付与することによりカソードを接続することができ、容量性素子の第２面に単一の接続を付与することによりアノードを接続することができる。たとえば、第１面および第２面を溶融金属の槽に浸漬することができる。別法として、電気的接続を、導電性接着剤によって確立することができる。
【００２９】
任意に、２１８に示すように、多層容量性素子を分極させることができる。たとえば、容量性素子を、少なくとも約１５０℃、好ましくは約１６５℃〜約２１５℃または約１７０℃〜約２００℃等、少なくとも約１６５℃の温度まで加熱することができる。さらに、加熱の後に、アノードとカソードとの間に、少なくとも３０００Ｖまたはさらには少なくとも３７５０Ｖ等、少なくとも２０００Ｖの電圧差を印加する。
【００３０】
さらに、２２０に示すように、多層容量性素子を、パッケージングして容量性蓄積デバイスにすることができる。たとえば、２つ以上の容量性素子を電気的に結合して単一の物理的配置で固定することにより容量性蓄積デバイスを形成することができる。特に、いくつかの容量性素子を、それらの容量性素子を並列配置あるいは直列配置で、またはその組合せで結合する電気接点を含むハウジング内に配置して、容量性蓄積デバイスを形成することができる。
【００３１】
例示的な実施形態では、上記方法および印刷装置を使用して、容量性蓄積デバイスの素子のパターン化層を形成することができる。パターン化層は、各層が層内に堆積された材料のパターンを含むという性質を示す。パターン化層は、積み重ねて堆積されることにより容量性蓄積デバイスの容量性素子を形成する。たとえば、図３、図４および図５は、多層エネルギー蓄積デバイスの隣接する層の図を含む。本明細書では、長手方向とは層の最長直交次元を指し、横方向は２番目に長い直交次元を指し、厚さは３番目に長い直交次元を指す。たとえば、図３は、例示的な電極層（たとえばアノード層）の図を含み、図４は、例示的な誘電体層の図を含み、図５は、例示的な反対の電極層（たとえばカソード層）の図を含む。図３に示すように、電極層内では、電極３０２が、誘電性ポリマー部等の絶縁部３０４によって包囲されている。別法として、誘電性ポリマー部３０４を、ガラス質のガラス部に置き換えることができる。特に、電極３０２は、電極層の第１端部３１０から、電極層の第２端部３０８から間隔が空けられている位置３０６まで延在している。図示するように、電極３０２は、絶縁部３０４によって３つの側面において包囲される矩形形状を形成する。こうした電極層を、後述するノズルアレイに対する変形を用いて形成することができる。
【００３２】
図４に示すように、誘電体層は、４つの側面において、誘電性ポリマー部等の絶縁部４１４によって包囲された誘電体セラミック部４１２を含む。誘電体セラミック部４１４を、下にある電極３０２の一部の上に堆積させることができる。さらに、誘電体セラミック部４１２は、層の縁３０８および３１０から間隔が空けられている。別法として、誘電性ポリマー部４１４をガラス質のガラス部に置き換えることができる。上述したように、こうした誘電体セラミック層と関連する誘電体セラミック部４１２および絶縁部４１４を、後述するノズルアレイに対する変形を用いて印刷することができる。
【００３３】
図５にさらに示すように、第２電極５１６を層内に印刷することができ、誘電性ポリマー部等の絶縁部５１８によって３つの側面において包囲することができる。第２電極５１６は縁３０８に接触することができ、第２電極５１６を、第１電極３０２と対照的に縁３１０から間隔を空けることができる。したがって、第２電極５１６は第１電極３０２からずれている。別法として、誘電性ポリマー部５１８をガラス質のガラス部と置き換えることができる。ここでもまた、第２電極５１６および誘電性ポリマー部５１６を、後述するノズルアレイの変形を用いて形成することができる。
【００３４】
図３、図４および図５に示す多層コンデンサ構成を、エネルギー蓄積デバイス用のコンデンサの製造に利用することができる。たとえば、パターン化層を、単一印字ヘッドを用いて印刷することができる。別法として、２つ以上の印字ヘッドを使用することができる。図６に、例示的な印字ヘッドを示す。特に、パターン化層を、支持体に対する印字ヘッドの位置に基づいて開始されかつ停止される連続流を用いて印刷することができる。図７に、印刷プロセス、弁のオン・オフタイミング、モータ停止信号に関連する積層を示す。図８に、結果としての層の例示的な断面図を示す。図７に示す切断線に沿って切断された容量性素子上に銅製エンドキャップ等の導電性エンドキャップを配置することにより、容量性デバイスを形成することができる。
【００３５】
図６は、例示的なノズル構成６００の図を含む。ノズル構成６００は、印字ヘッドが６０２に示す方向において前後に移動する際に容量性素子の層を印刷するように構成されている。長手方向は方向６０２に平行であり、横方向は、印字ヘッドに平行な面内の２番目に長い直交次元を指す。たとえば、ノズルＡを、ポリマー層を形成するようにインクを分配するように構成することができる。ノズルＢを、導電層を形成するようにインクを分配するように構成することができる。ノズルＣを、ポリマー層を形成するようにインクを分配するように構成することができ、ノズルＤを、誘電体層を形成するようにインクを分配するように構成することができる。ノズルＥおよびＦは、空気、窒素または希ガス等の清浄な乾燥気体を分配することができる。
【００３６】
一例では、ノズルＡは、スリット幅が１．４ミル〜４ミルの範囲である。ノズルＣは、スリット幅が４ミル〜８ミルの範囲であり、ノズルＤは、スリット幅が４ミル〜８ミルの範囲である。ノズルＢは、１．４ミル〜４ミルの範囲のスリット幅を有することができる。印字ヘッドの速度は、毎秒１０〜２０インチの範囲である。
【００３７】
特に、ノズルＡおよびノズルＣは、ポリマー層を形成するインクを分配するように構成されている。たとえば、ノズルＡは、電極の平面端部においてポリマー層を形成するようにインクを分配することができる。特に、ノズルＡを、電極を形成する導電層と等しい厚さのポリマーエンドキャップを形成するのに十分なインクを分配するように構成することができる。たとえば、ノズルＡを、０．５ミクロン〜２ミクロン、または０．５ミクロン〜１．５ミクロン、またはおよそ１ミクロン等、０．５ミクロン〜３ミクロンの範囲の厚さのポリマー層を形成するのに十分なインクを分配するように構成することができる。ノズルＣは同様のインクを分配するように構成されているが、ノズルＣは、誘電体層および導電層の両方の厚さを有するポリマー層を形成するのに十分なインクを分配することができる。たとえば、誘電体層が１０ミクロンであり、導電層が１ミクロンである場合、ノズルＣは、１１ミクロンポリマー層を形成するのに十分なインクを分配することができる。特に、ノズルＣを、９〜１２ミクロンの範囲またはさらには１０〜１２ミクロンの範囲等、９〜１５ミクロンの範囲の層を形成するようにインクを分配するように構成することができる。
【００３８】
特定の例では、ノズルＡおよびＣは、ポリプロピレンカーボネート（バインダ）およびアセトン（溶媒）の混合物またはヘキサフルオロ−２−プロパノールあるいは６０／４０フェノール／テトラクロロエチレン等の溶媒のいずれかを含むバインダ溶液内で、樹脂粉末、たとえばポリ（エチレンテレフタレート）プラスチック（ＰＥＴ）を積層するように構成されている。溶媒のいずれかを含むＰＥＴの場合の材料の濃度を、積層プロセスまたは印刷プロセスに対して適切な粘度を確立するように変更することができる。
【００３９】
ノズルＢは、容量性素子の電極として有用な導電層を形成するようにインクを分配するように構成されている。たとえば、ノズルＢの動作を、０．５ミクロン〜２ミクロン、またはさらにはおよそ１ミクロン等、０．５ミクロン〜１．５ミクロン等、０．５ミクロン〜３ミクロンの範囲の厚さの導電層を形成するように、インクを分配するように構成することができる。
【００４０】
特に、ノズルＢを、導電性微粒子を含むインクの積層に使用することができる。インクは、ポリ（プロピレン）カーボネートのバインダ溶液を含んでもよくまたは含まなくてもよい。別の例では、両方の場合にアセトンを用いることができる。このインクの粘度を、成分の濃度を変更することによって確立することができる。
【００４１】
ノズルＤを、誘電体層を形成するようにインクを分配するように構成することができる。一例では、ノズルＤを、９〜１２ミクロンの範囲、またはさらにはおよそ１０ミクロン等、９〜１１ミクロンの範囲の等、８〜１５ミクロンの範囲の厚さの誘電体層を形成するのに十分なインクを分配するように構成することができる。
【００４２】
特定の例では、ポリ（エチレンテレフタレート）の母材におけるセラミック粉末、たとえば組成変性されたチタン酸バリウム粉末を積層するために、それらの成分は、ポリ（プロピレン）カーボネートおよびアセトンのバインダ溶液かまたは、ヘキサフルオロ−２−プロパノールあるいは６０／４０フェノール／テトラクロロエチレン等の溶媒のいずれかと混合され、ノズルＤを用いて積層される。溶媒のいずれかを含むＰＥＴの場合の４つの材料または２つの材料の濃度を、積層プロセスまたは印刷プロセスに対して適切な粘度を確立するように変更することができる。
【００４３】
特に、ノズルを、特定の時点でかつ特定の位置で印字ヘッドの移動と組み合わせて分配するように制御することができる。印字ヘッドが移動している時、インク分配の相対的な開始により、所望の厚さおよび組成の層を形成することができる。たとえば、図７に示すように、印字ヘッドが位置１と位置１０との間で移動する際にノズルをオン・オフして、たとえば図８に示す導電性または容量性デバイスの一連の層または層の組を印刷することができる。
【００４４】
図７に示す位置１で開始して、ノズルＡを位置２でオンにし、位置４でオフにすることができ、ノズルＢを、位置４でオンにし、位置８でオフにすることができる。印字ヘッドを制御するモータを、位置９でオフにすることができ、印字ヘッドを位置１０で停止させることができる。その結果、第１電極層８０２が形成される。逆方向のパスを利用して、誘電体層８０４ならびにポリマー層８０６および８０８を形成することができる。たとえば、位置１０で開始して逆方向に進み、ノズルＣおよびＤを位置９でオンにし、位置３でオフにすることができ、印字ヘッドを制御するモータを、位置２でオフにすることができ、印字ヘッドを位置１で停止させることができる。
【００４５】
位置１で開始してさらなる順方向パスを利用することにより、誘電体層８０４の上に後続する電極層８１０を堆積させることができる。ノズルＢを、位置２で開始して、位置６でオフにすることができ、モータを位置９でオフにすることができ、印字ヘッドを位置１０で停止させることができる。こうしたパスは、電極層８０２からずれている電極層８１０の導電部を形成する。
【００４６】
位置１０で開始して逆方向パスにおいて、さらなる誘電体層８１２、導電層８１０の一部ならびにポリマー層８１４および８１６を形成することができる。たとえば、ノズルＡを位置９でオンにし、位置７でオフにして、電極層８１０のポリマー部を形成することができる。ノズルＣおよびＤを位置９でオンにし、位置３でオフにして、誘電体層８１２とポリマー層８１４および８１６の側面とを形成することができる。一例では、印字ヘッドのドライバは位置２でオフにされ、印字ヘッドは位置１で停止する。
【００４７】
図８に示す構造を形成する前に、ノズルＡおよびＣを用いて、ポリマー材料の完全な層（たとえば８１８、８２０および８２２）を形成することができる。たとえば、ノズルＡを用いて、ノズルＣによって分配された層と等価な厚さまで増大する複数のパスのポリマー層を分配することができる。別法として、ノズルＡおよびＣを流れる制御速度を、ノズルＡおよびＣが均一な厚さのポリマー層を分配するように操作することができる。
【００４８】
交互にされた誘電体層および導電層を形成するプロセスを多数回繰り返すことにより、容量性エネルギー蓄積デバイスにおいて有用な容量性素子を形成することができる。たとえば、少なくとも５００回、少なくとも８００回、またはさらには少なくとも１０００回等、少なくとも１００回、プロセスを繰り返すことができる。図７には示さないが、層内の空隙を低減するように、印字ヘッドの後方または正面でローラが横断することができる。一例では、ローラは、各層の堆積の後に構造の上に当てられる。別法として、ローラを、４層おき等、２つ以上の層の堆積後に当てることができる。
【００４９】
図７は、層を堆積させる４パス方法を示すが、それより多いかまたは少ないステップを含む別の方法を想定することができる。たとえば、図９に示すように、第１パスは、ノズルＢを位置４においてオンにし位置８においてオフにすることを含むことができる。各順方向パスでは、印字ヘッドは位置１０で停止する。第１パスとは反対の方向での第２パスでは、ノズルＣを位置９においてオンにし位置３においてオフにすることができる。各逆方向パスでは、印字ヘッドは位置１において停止する。第３パスでは、ノズルＡは位置２においてオンにされ、位置４においてオフにされる。第４パスでは、ノズルＤは位置９においてオンにされ、位置３においてオフにされる。第５パスでは、ノズルＢは位置２においてオンにされ、位置６においてオフにされる。第６パスでは、ノズルＡは位置９においてオンにされ、位置７においてオフにされる。第７パスでは、ノズルＣは位置３においてオンにされ、位置９においてオフにされる。第８パスでは、ノズルＤは位置９においてオンにされ、位置３においてオフにされる。プロセスを、追加の容量性素子を形成するように繰り返すことができる。さらに、容量性素子の印刷の前または後に、ポリマー材料の層を印刷することができる。
【００５０】
特定の例では、図１０は、ポリマー層、導電層および誘電体層を形成するようにインクを分配するために有用な例示的なノズルの図を含む。たとえば、ノズル１０００は、溶液注入配管１００２および水平マニホルド１００４を有している。層を形成するフィルムを分配するために、スリットを形成することができる１００６。マニホルドの両端にキャップをかぶせることができ、それによりインクがスリット１００６から分配される。
【００５１】
溶媒を蒸発させるのに有用な気体を分配するために、図６に示すノズルＥおよびＦは、図１１に示す気体ノズルを利用することができる。たとえば、気体ノズル１１００は、マニホルド１１０４に供給する気体注入管１１０２を有している。マニホルド１１０４のエンドキャップを閉鎖することができる。マニホルド１１０４の底面に、複数の排出穴１１０８を設けることができる。一例では、排出穴は、直径が１／６４インチ〜１／８インチの範囲である。特定の例では、ノズル１１００から分配される清浄な乾燥気体は、温度が５０℃〜１５０℃の範囲である。
【００５２】
インクの各々は、溶媒と任意にバインダとを含む。例示的な実施形態では、溶媒は、たとえばプロピルアルコールまたはイソプロピルアルコール等のアルコール、メチルエチルケトンまたはアセトン等のケトン、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコールあるいはジエチレングリコール等のグリコール、ジエチレングリコールモノエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルあるいはエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル、グリセロール（グリセリンまたは１，２，３−プロパントリオール）、エステル、アルデヒドまたはそれらの任意の組合せを含む、極性有機溶媒であり得る。別法として、溶媒は、たとえば、ヘキサンあるいは混合アルカン等の脂肪族炭化水素またはベンゼンあるいはトルエン等の芳香族炭化水素を含む無極性有機溶媒であり得る。
【００５３】
さらなる例示的な実施形態では、インクは２種以上の溶媒を含むことができる。たとえば、インクは、第１溶媒および第２溶媒を含むことができる。第１溶媒は、沸点が第１温度範囲である溶媒であり、第２溶媒は、沸点が、第１温度範囲より高い温度範囲等、第２温度範囲である溶媒であり得る。その結果、所与の温度において、第１溶媒の蒸発速度が第２溶媒の蒸発速度より高くなる可能性がある。したがって、所望のレオロジを提供しながら、第１溶媒が蒸発する際にインクの粘度が変化することができる。特に、第１溶媒の蒸発温度と第２溶媒の蒸発温度との差は、少なくとも約２５℃、少なくとも約５０℃またはさらには少なくとも約７５℃等、少なくとも約１０℃であり得る。特定の実施形態では、第１溶媒の沸点を約１４０℃以下とすることができ、第２溶媒の沸点を少なくとも約１７０℃とすることができる。
【００５４】
一例では、バインダを、堆積の後に焼失させるように構成することができる。例示的なバインダには、セルロース系バインダが挙げられる。セルロース系バインダの例には、メチルセルロールエーテル、エチルプロピルセルロースエーテル、ハイドロキシプロピルセルロースエーテル、セルロースアセテートブチレート、ニトロセルロースまたはそれらの任意の組合せが挙げられる。
【００５５】
一例では、ポリマー材料は、粒径が１０ミクロン以下である。たとえば、ポリマーの粒径は、２ミクロン以下、１ミクロン以下、さらには０．５ミクロン以下等、５ミクロン以下であり得る。特に、粒径は、２ミクロン以下等、３ミクロン以下である。一例では、粒径は０．０１ミクロンを上回ってもよい。
【００５６】
さらに、ポリマー層を形成するインクと誘電体層を形成するインクとは、分極ポリマーを含むことができる。例示的なポリマーには、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステルが挙げられる。別法として、ＰＥＴを含む提案されたインクの各々において、ＰＥＴを別のポリマーに置き換えることができる。たとえば、他のポリエステルを使用することができる。特に、十分な電圧降伏を有しかつ極性を有するポリマー材料を使用することができる。他のポリマー代替品を表１に列挙し、表１は、誘電体電圧降伏強度に関する情報を提供する。
【００５７】
他のポリマーには、ポリエチレン（ＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）あるいは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等のポリエチレン、ポリプロピレン（ＰＰ）、二軸配向ポリプロピレン、ポリブチレン（ＰＢ）あるいはポリイソブテン（ＰＩＢ）等の他のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）あるいはポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩、ポリスチレン（ＰＳ）、耐衝撃用ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、押出ポリスチレン（ＸＰＳ）あるいは発泡スチロール等のポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリアリルスルホン（ＰＡＳ）、ポリエーテルスルホンＰＥＳあるいはポリフェニルスルホン（ＰＰＳ）等のポリスルホン、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ビスマレイミド（ＢＭＩ）あるいは尿素ホルムアルデヒド（ＵＦ）等のポリアミド、ポリウレタン（ＰＵ）あるいはポリイソシアヌレート（ＰＩＲ）等のポリウレタン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）あるいはポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）等のクロロポリマー、（クロロ）フルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）あるいはエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）等のフルオロポリマー、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）あるいはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のホモポリマー、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）あるいはポリブタジエンアクリルニトリル（ＰＢＡＮ）他のコポリマー、またはそれらの任意の組合せが挙げられる。
【００５８】
【表１】
2012527783.tif 000003
【００５９】
誘電体層を形成するインクは、誘電体セラミックを含む。例示的な誘電体セラミックには、高品質誘電体デバイスを製作するために用いることができる、高誘電率組成変性チタン酸バリウム粉末等の高誘電率セラミック粉末が挙げられる。一例では、微粒子は、組成（Ｂａ1-α-μ-νＡμＤνＣａα）［Ｔｉ1-x-δ-μ’-ν’ＭｎδＡ’μ’Ｄ’ν’Ｚｒx］zＯ3（式中、Ａ＝ＡｇまたはＺｎ、Ａ’＝Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｙ、ＹｂまたはＧａ、Ｄ＝Ｎｄ、Ｐｒ、ＳｍまたはＧｄ、Ｄ’＝ＮｂまたはＭｏ、０．１０≦ｘ≦０．２５、０≦μ≦０．０１、０≦μ’≦０．０１、０≦ν≦０．０１、０≦ν’≦０．０１、０＜δ≦０．０１および０．９９５≦ｚ≦１．００５、０≦α≦０．００５）のドープされたバリウム−カルシウム−ジルコニウム−チタン酸塩を含むことができる。こうしたバリウム−カルシウム−ジルコニウム−チタン酸塩化合物は、一般組成ＡＢＯ3のペロブスカイト構造を有し、そこでは、希土類金属イオンＮｄ、Ｐｒ、ＳｍまたはＧｄ（イオン半径が大きい）をＡサイトに配置することができ、希土類金属イオンＤｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｙｂ、第ＩＩＩＢ族イオンＹまたは第ＩＩＩＡ族イオンＧａ（イオン半径が小さい）をＢサイトに配置することができる。ペロブスカイト材料は、局所対称性の異なる格子サイトに、アクセプタイオンＡｇ、Ｚｎ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、ＹあるいはＹｂまたはドナーイオンＮｂ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｐｒ、ＳｍまたはＧｄを含むことができる。ドナーおよびアクセプタは、バリウム−カルシウム−ジルコニウム−チタン酸塩の格子構造内にドナー−アクセプタ錯体を形成することができる。特に、セラミック粉末は、−４０℃〜８５℃の温度または−２５℃〜６５℃の温度等の温度範囲において常磁性である立方晶ペロブスカイト組成変性チタン酸バリウムを含む。さらに、セラミック粉末は、ストロンチウムイオンまたは鉄イオンがないか、またはそれらが低濃度である。特に、セラミック粉末は、少なくとも３００００等、少なくとも１５０００の相対誘電率（Ｋ）等、高誘電率を有している。
【００６０】
誘電体材料を形成するセラミック微粒子は、０．６ミクロン〜１．５ミクロンまたはさらには０．７ミクロン〜１．２ミクロンの範囲等、０．６ミクロン〜２ミクロンの範囲の粒径を有することができる。
【００６１】
さらに、電極用の導電層を形成するインクは、導電材料を含む。例示的な導電材料には、金属、金属合金、またはカーボンブラックあるいはグラファイト等の導電性粒子、またはそれらの任意の組合せが挙げられる。例示的な金属には、アルミニウム、銅、亜鉛、錫、ニッケル、ベリリウム、マンガン、鉄、チタンまたはそれらの任意の組合せが挙げられる。たとえば、金属には、アルミニウム、銅、亜鉛、錫、ニッケルまたはそれらの組合せが挙げられる。
【００６２】
導電性粉末は、５ミクロン以下、２ミクロン以下、さらには１ミクロン以下等、１０ミクロン以下の粒径を有することができる。たとえば、導電性粉末の粒径は、０．３ミクロン以下、またはさらには０．２ミクロン以下等、０．５ミクロン以下であり得る。一例では、導電性粉末は、粒径が少なくとも０．０１ミクロンである。
【００６３】
ポリマー層を形成する例示的なインクは、５重量％〜３０重量％の量の溶媒を含むことができる。たとえば、溶媒を、５重量％〜２０重量％の量、またはさらには５重量％〜１５重量％の量で含めることができる。さらに、インクは、５０重量％〜７０重量％、またはさらには６０重量％〜７０重量％の量等、４０重量％〜７０重量％の量のポリマー粉末を含むことができる。さらに、インクはバインダを含むことができる。使用される場合、バインダを、１０重量％〜３０重量％、１０重量％〜２０重量％またはさらには１０重量％〜１５重量％等、０重量％〜３０重量％の量で用いることができる。上記インクの実施形態はさらなる成分を含むことができるが、別の例では、上記インクの実施形態は、上述した成分からなる等、本質的に上述した成分からなる。
【００６４】
誘電体層を形成するのに有用なインクは、５重量％〜３０重量％の溶媒を含むことができる。たとえば、溶媒を、５重量％〜１５重量％等、５重量％〜２０重量％の量で含めることができる。インクは、５重量％〜１５重量％の量のポリマー粉末をさらに含むことができる。たとえば、ポリマー粉末は、７重量％〜１５重量％、またはさらには１０重量％〜１５重量％の量であり得る。さらに、インクは、６０重量％〜８０重量％の量の誘電体セラミックを含む。たとえば、誘電体セラミックを、６５重量％〜８０重量％、またはさらには７０重量％〜８０重量％の量で用いることができる。使用される場合、インクはまた、１０重量％〜３０重量％、１０重量％〜２０重量％、またはさらには１０重量％〜１５重量％等、０重量％〜３０重量％の量のバインダも含むことができる。上記インクの実施形態はさらなる成分を含むことができるが、別の例では、上記インクの実施形態は、上述した成分からなる等、本質的に上述した成分からなる。
【００６５】
導電層を形成するインクは、５重量％〜３０重量％の量等の溶媒を含むことができる。たとえば、溶媒を、５重量％〜２０重量％、またはさらには５重量％〜１５重量％で含めることができる。インクは、５０重量％〜８０重量％、またはさらには６０重量％〜８０重量％等、４０重量％〜８０重量％の量の導電性粉末をさらに含む。使用される場合、バインダを、５重量％〜２０重量％またはさらには５重量％〜１５重量％等、０重量％〜３０重量％の量で用いることができる。上記インクの実施形態はさらなる成分を含むことができるが、別の例では、上記インクの実施形態は、上述した成分からなる等、本質的に上述した成分からなる。
【００６６】
上記３つのインクを、積層プロセス中の溶媒の蒸発を促進するように予熱することができる。積層されたインク成分の硬化（乾燥）は、高温の清浄な乾燥空気が積層プロセス中にインク上に吹きつけられることによって完了する。図７に、高温の清浄な乾燥空気の吐出ラインを示す。追加の層硬化が必要である場合、インライン炉を使用して硬化プロセスを完了することができる。
【００６７】
層厚さを確立する処理パラメータには、インク粘度、ノズルスリット厚さ、ノズル速度および貯蔵器圧力が含まれる。貯蔵器温度とノズルＥおよびＦによって供給される高温の清浄な乾燥空気の温度および体積により、印刷された層の硬化時間が決まる。より薄い層ならびにより低い抵抗率およびより高い抵抗率を、用途と、成分の混合、ノズル速度、ノズルスリット幅、貯蔵器温度圧力および温度、ならびに成分の組成とに応じて達成することができる。
【００６８】
上述した方法、アセンブリおよびインクの実施形態は、容量性素子を作成する時に技術的利点を提供することができる。インクおよび懸濁液等、スクリーン印刷技法で使用するように構成された化合物は、インクジェット印刷技法または層印刷技法等の別の技法で使用する場合は十分に作用しない。概して、インクまたは懸濁液は、これらの他の積層技法とともに用いられる場合、望ましくないレオロジを有する。対照的に、本インクを、層印刷技法において、上述したように容量性エネルギー蓄積デバイスの素子を作成するために用いることができる。
【００６９】
第１態様では、プリンタは、加工面と加工面の上に配置された印字ヘッドとを有する。印字ヘッドおよび加工面は、関連する平行面において相対的に移動可能である。印字ヘッドは、ポリマーインクを堆積させる第１ノズルと、導電性インクを堆積させる第２ノズルと、誘電体インクを堆積させる第３ノズルとを有している。
【００７０】
第１態様の一例では、印字ヘッドは、ポリマーインクを堆積させる第４ノズルをさらに有している。第４ノズルを、第３ノズルに隣接して堆積させるように配置することができる。
【００７１】
第１態様の別の例では、第１ノズル、第２ノズルおよび第３ノズルは整列する。第１態様のさらなる例では、第１ノズル、第２ノズルおよび第３ノズルは同じ領域に印刷することができる。
【００７２】
第１態様のさらなる例では、第１ノズルは、幅１．４ミル〜４ミルの第１スリットを形成する。第２ノズルは、幅１．４ミル〜４ミルの第２スリットを形成することができる。第３ノズルは、幅４ミル〜８ミルの第３スリットを形成することができる。
【００７３】
第１態様の一例では、第１ノズル、第２ノズルおよび第３ノズルは、連続流を分配する。プリンタは、第１ノズル、第２ノズルおよび第３ノズルそれぞれに関連する第１弁、第２弁および第３弁をさらに有することができ、第１弁、第２弁および第３弁は、第１ノズル、第２ノズルおよび第３ノズルからの分配をそれぞれ制御する。
【００７４】
第２態様では、容量性素子を形成する方法は、印字ヘッドの第１ノズルから第１層に導電性インクを堆積させて電極を形成するステップと、印字ヘッドの第２ノズルから電極の長手方向端部において第１層にポリマーインクを堆積させるステップと、印字ヘッドの第３ノズルから誘電体インクを堆積させて、電極の上の第２層に誘電体構成要素を形成するステップと、印字ヘッドの第４ノズルから誘電体構成要素の横方向側において第２層にポリマーインクを堆積させるステップとを含む。
【００７５】
第２態様の一例では、本方法は、印字ヘッドの第１ノズルから第３層に導電性インクを堆積させることにより第２電極を形成するステップであって、第２電極が電極から長手方向にずれている、堆積させるステップと、印字ヘッドの第２ノズルから、電極の長手方向端部とは反対側の第２電極の第２長手方向端部において第３層にポリマーインクを堆積させるステップとを含む。
【００７６】
第２態様の別の例では、本方法は、印字ヘッドの第３ノズルから誘電体インクを堆積させることにより、第２電極の上の第４層に第２誘電体構成要素を形成するステップと、印字ヘッドの第４ノズルから、第２誘電体構成要素の横方向側において第４層にポリマーインクを堆積させるステップとをさらに含む。
【００７７】
第３態様では、インクは、５重量％〜３０重量％の量の溶媒と、４０重量％〜７０重量％の量のポリマー微粒子とを含む。第３態様の一例では、インクは、１０重量％〜１５重量％等、１０重量％〜２０重量％の量のバインダをさらに含むことができる。バインダはセルロース系バインダであり得る。
【００７８】
第３態様の別の例では、溶媒の量は、５重量％〜１５重量％等、５重量％〜２０重量％である。溶媒を、アルコール、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、グリセロール、エステル、アルデヒドおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択することができる。別の例では、溶媒は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素またはそれらの任意の組合せからなる群から選択される。
【００７９】
第３態様のさらなる例では、ポリマー微粒子の量は、６０％〜７０％等、５０重量％〜７０重量％である。ポリマー微粒子は、２ミクロン以下の粒径を有することができる。第３態様の一例では、ポリマー微粒子は、ポリエチレン、他のポリオレフィン、ポリアクリル酸塩、ポリスチレン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリウレタン、クロロポリマー、（クロロ）フルオロポリマー、フルオロポリマー、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブタジエンアクリロニトリル（ＰＢＡＮ）およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される。
【００８０】
第４態様では、インクは、５重量％〜３０重量％の量の溶媒と、５重量％〜１５重量％の量のポリマー微粒子と、６０重量％〜８０重量％の量の誘電体微粒子とを含む。
【００８１】
第４態様の一例では、インクは、１０重量％〜２０重量％のバインダをさらに含む。バインダはセルロース系バインダであり得る。
【００８２】
第４の別の例では、溶媒の量は５重量％〜２０重量％である。溶媒を、アルコール、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、グリセロール、エステル、アルデヒドおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択することができる。別の例では、溶媒は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素またはそれらの任意の組合せからなる群から選択される。
【００８３】
第４態様のさらなる例では、ポリマー微粒子の量は１０％〜１５％等、７重量％〜１５重量％である。ポリマー微粒子は、２ミクロン以下の粒径を有することができる。第４態様の一例では、ポリマー微粒子は、ポリエチレン、他のポリオレフィン、ポリアクリル酸塩、ポリスチレン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリウレタン、クロロポリマー、（クロロ）フルオロポリマー、フルオロポリマー、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブタジエンアクリロニトリル（ＰＢＡＮ）およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される。
【００８４】
第４態様のさらなる例では、誘電体微粒子の量は、７０重量％〜８０重量％等、６５重量％〜８０重量％である。誘電体微粒子は、立方晶ペロブスカイト材料であり得る。別の例では、誘電体微粒子は組成変性チタン酸バリウムである。
【００８５】
第５態様では、インクは、５重量％〜３０重量％の量の溶媒と、４０重量％〜８０重量％の量の導電性微粒子とを含む。
【００８６】
第５態様の一例では、インクは、１０重量％〜２０重量％の量のバインダをさらに含む。バインダはセルロース系バインダであり得る。
【００８７】
第５態様の別の例では、溶媒の量は５重量％〜２０重量％である。溶媒を、アルコール、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、グリセロール、エステル、アルデヒドおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択することができる。さらなる例では、溶媒は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素またはそれらの任意の組合せからなる群から選択される。
【００８８】
第５態様のさらなる例では、導電性微粒子の量は、６０％〜８０％等、５０重量％〜８０重量％である。導電性微粒子は、２ミクロン以下の粒径を有することができる。一例では、導電性微粒子は、金属、金属合金、カーボンブラック、グラファイトおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される。さらなる例では、金属は、アルミニウム、銅、亜鉛、錫、ニッケル、ベリリウム、マンガン、鉄、チタンおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される。
【００８９】
全体的な説明または例において上述した行為のすべてが必要であるとは限らず、所定の行為の一部は必要でない場合もあり、１つまたは複数のさらなる行為を上述した行為に加えて行ってもよいということに留意されたい。さらに、行為が列挙されている順序は、必ずしもそれらが実行される順序ではない。
【００９０】
上述した明細書では、所定の実施形態を参照して概念を説明した。しかしながら、当業者は、以下の特許請求の範囲で示すような本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更および変形を行ってもよいことを理解する。したがって、明細書および図面は、限定する意味ではなく例示する意味でみなされるべきであり、こうしたすべての変更は本発明の範囲内に含まれるように意図されている。
【００９１】
本明細書における用語「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」またはそれらの他の任意の変形は、非排他的包含を網羅するように意図されている。たとえば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品または装置は、必ずしもそれらの特徴にのみ限定されるものではなく、明示的に列挙されていないか、またはこうしたプロセス、方法、物品または装置に固有の他の特徴を含むことができる。さらに、反対の意味に明示的に述べられていない限り、「または（あるいは）」は、排他的なまたはではなく包括的はまたはを指す。たとえば、条件ＡまたはＢは、以下のうちの任意の１つによって満足される。すなわち、Ａは真であり（または存在し）かつＢは偽である（または存在しない）、Ａは偽であり（または存在せず）かつＢは真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢはともに真である（または存在する）。
【００９２】
また、「或る（１つの）」の使用は、本明細書に記載した要素および構成要素を説明するために採用されている。これは、単に、便宜上に、かつ本発明の範囲の全体的な意味を与えるためにのみ用いられている。この記述は、１つまたは少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、他の意味であることが明らかでない限り、単数形は複数形も含む。
【００９３】
所定の実施形態に関連して、利益、他の利点および問題に対する解決法について上述した。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決法、および任意の利益、利点または解決法が発生するかまたはより顕著となるようにすることができる任意の特徴が、特許請求の範囲のいずれかまたはすべての必須の、必要なまたは本質的な特徴として解釈されるべきではない。
【００９４】
当業者は、明細書を読んだ後、いくつかの特徴が、明確にするために、本明細書では、別個の実施形態の文脈で述べられており、単一の実施形態で組み合わせて提供されてもよいことを理解するであろう。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の分脈で述べられているさまざまな特徴を、別個にまたは任意のサブコンビネーションで提供してもよい。さらに、範囲で述べられている値の言及には、その範囲内のあらゆる値が含まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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