JP2008284523A - Functional material coating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機能性材料塗布液に関する。 The present invention relates to a functional material coating solution.
従来、コピー機に搭載される感光性ドラムなど電子写真部材は、主として浸漬塗布法(ディップ(DIP)塗布法)により行われてきた。この方法では、材料の性能管理のため、実際に塗布されるよりも相当多くの量を要求されるため、無駄が多かった。また、浸漬速度や乾燥速度の精密な管理が必要とされるため、環境変動などにより、膜厚のバラツキが発生し、不良品となる割合が高かった。 Conventionally, an electrophotographic member such as a photosensitive drum mounted on a copying machine has been mainly performed by a dip coating method (dip (DIP) coating method). In this method, a considerably larger amount than that actually applied is required for performance management of the material, which is wasteful. In addition, since precise control of the dipping rate and the drying rate is required, the ratio of film thickness variations due to environmental fluctuations and the like was high.
一方、近年、インクジェット技術の工業用途への適用の検討が盛んである。家庭でのカラープリントや写真の印刷にインクジェットは広く、いきわたっているが、印刷対象を用紙ではなく、また塗布液をインクではなく工業用材料とすること例が発表されている。 On the other hand, in recent years, studies on application of inkjet technology to industrial applications are actively conducted. Inkjet is widely used for color printing and photo printing at home, but examples of printing are not paper, but examples of using coating liquid as industrial material instead of ink have been announced.
例えば、特許文献1〜4には、このようなインクジェット技術を用いて、高分子膜や導電性膜などの機能膜を形成し、電子写真部材などの工業製品を製造することが提案されている。 For example, Patent Documents 1 to 4 propose using such an ink jet technique to form a functional film such as a polymer film or a conductive film to manufacture an industrial product such as an electrophotographic member. .
しかしながら、上記提案では、間欠的に吐出圧力を付与してノズルから直接液滴を吐出する、所謂、ドロップオンデマン型の吐出方式により、機能性膜の塗布を行っているため、塗布液が高粘度の場合、安定した吐出性能が得られないのが現状である。 However, in the above proposal, since the functional film is applied by a so-called drop-on-deman type discharge method in which droplets are directly discharged from a nozzle by intermittently applying a discharge pressure, the coating liquid has a high viscosity. In this case, the present situation is that stable discharge performance cannot be obtained.
一方で、機能膜を形成する機能性材料の塗布液は、低粘度から高粘度まで種々のものがあり、塗布液の粘度に依存せず、安定して吐出性能を維持し、良好な機能膜を形成できることが求められている。 On the other hand, there are various functional material coating liquids that form functional films, ranging from low viscosity to high viscosity, which do not depend on the viscosity of the coating liquid, stably maintain discharge performance, and have good functional films. Is required to be formed.
また、被塗布物として柱状又は筒状のものの外周面へ機能膜を形成する場合、直線型の吐出ヘッドを採用すると、吐出ヘッドが振動した際、その長手方向端部と中央部とでは振動の度合いが異なることから、機能膜の厚みにバラツキが生じることがある。 In addition, when a functional film is formed on the outer peripheral surface of a columnar or cylindrical object to be coated, if a linear discharge head is employed, when the discharge head vibrates, vibration at the longitudinal end portion and the central portion thereof Since the degree is different, the thickness of the functional film may vary.
そこで、本発明の課題は、機能性材料の塗布液の粘度に依存せず、吐出安定性に優れ、柱状又は筒状の被塗布物外周面に膜厚のバラツキが抑制された良好な機能膜を形成可能な機能性材料塗布装置、及び機能性材料塗布方法を提供することである。 Accordingly, the object of the present invention is to provide a good functional film that does not depend on the viscosity of the coating liquid of the functional material, has excellent ejection stability, and suppresses variations in film thickness on the outer peripheral surface of the columnar or cylindrical coated object. Functional material coating apparatus and functional material coating method capable of forming a functional material.
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項1に係る発明は、
機能性材料を含む塗布液が供給される環状の塗布液室、及び前記環状の塗布液室に通じると共に前記環状の塗布液室の内周側に配され塗前記布液を吐出するためのノズルを有する環状の塗布液吐出ヘッドと、
前記塗布液を連続的に加圧して塗布液室に供給し、前記ノズルから当該塗布液を液柱状に吐出するための加圧手段と、
前記ノズルから液柱状に吐出される前記塗布液を液滴化するための液滴化手段と、
を備え、
前記環状の塗布液吐出ヘッドの内側へ非接触で被塗布物を配し、前記被塗布物の外周面へ前記塗布液を塗布することを特徴とする機能性材料塗布装置である。
The above problem is solved by the following means. That is,
The invention according to claim 1
An annular coating liquid chamber to which a coating liquid containing a functional material is supplied, and a nozzle that communicates with the annular coating liquid chamber and is disposed on the inner peripheral side of the annular coating liquid chamber to discharge the coating liquid An annular coating liquid discharge head having
Pressurizing means for continuously pressurizing and supplying the coating liquid to the coating liquid chamber, and discharging the coating liquid in a liquid column shape from the nozzle;
Droplet forming means for forming the coating liquid discharged from the nozzle in a liquid column shape into droplets;
With
The functional material coating apparatus is characterized in that an object to be coated is arranged in a non-contact manner inside the annular coating liquid discharge head, and the coating liquid is applied to an outer peripheral surface of the object to be coated.
請求項2に係る発明は、
前記液滴化手段が、前記塗布液室に供給される前記塗布液に対し振動を付与する振動付与手段であることを特徴とする請求項1に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to claim 2
The functional material coating apparatus according to claim 1, wherein the droplet forming unit is a vibration applying unit that applies a vibration to the coating liquid supplied to the coating liquid chamber.
請求項3に係る発明は、
前記環状の塗布液室は、無端状であることを特徴とする請求項1に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to claim 3
The functional material coating apparatus according to claim 1, wherein the annular coating liquid chamber is endless.
請求項4に係る発明は、
前記被塗布物を回転駆動する被塗布物駆動手段と、前記環状の塗布液吐出ヘッドを前記被塗布物の軸方向に駆動するヘッド駆動手段と、をさらに備え、
前記被塗布物駆動手段及び前記ヘッド駆動手段の少なくとも1つにより、前記被塗布物の外周面を前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して相対的に移動させつつ、前記塗布液吐出ヘッドの前記ノズルから塗布液を吐出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to claim 4
An object driving means for rotating the object to be coated; and a head driving means for driving the annular coating liquid discharge head in the axial direction of the object to be coated;
The nozzle of the coating liquid discharge head while moving the outer peripheral surface of the coating object relative to the annular coating liquid discharge head by at least one of the coating object driving means and the head driving means. Discharge the coating liquid from
The functional material coating apparatus according to claim 1, wherein
請求項5に係る発明は、
前記塗布液の吐出方向が前記ノズルと前記環状の塗布液吐出ヘッドの中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、前記ノズルから塗布液を吐出することを特徴とする請求項1に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to claim 5
2. The coating liquid is discharged from the nozzle so that a discharging direction of the coating liquid is inclined with respect to a line connecting the nozzle and a central axis of the annular coating liquid discharging head. This is a functional material coating apparatus.
請求項6に係る発明は、
前記塗布液の吐出方向が、前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して前記被塗布物の外周面がその軸方向に相対的に移動する方向に向うことを特徴とする請求項5に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to claim 6
6. The function according to claim 5, wherein a discharge direction of the coating liquid is directed to a direction in which an outer peripheral surface of the object to be coated moves relative to the axial direction with respect to the annular coating liquid discharge head. This is an adhesive material application device.
請求項7に係る発明は、
前記塗布液の吐出方向が、前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して前記被塗布物の外周面がその回転方向に相対的に移動する方向に向うことを特徴とする請求項5に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to claim 7 provides:
6. The function according to claim 5, wherein the discharge direction of the coating liquid is directed to a direction in which an outer peripheral surface of the coating object moves relative to the rotation direction with respect to the annular coating liquid discharge head. This is an adhesive material application device.
請求項8に係る発明は、
前記塗布液吐出ヘッドがその軸方向に複数配されることを特徴とする請求項1に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to
The functional material coating apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the coating liquid discharge heads are arranged in the axial direction.
請求項9に係る発明は、
前記複数の塗布液吐出ヘッドが、前記複数の塗布液吐出ヘッドのうち、少なくとも一つが他の塗布液吐出ヘッドとは異なる機能性材料を含む塗布液を吐出する塗布液吐出ヘッドであることを特徴とする請求項8に記載の機能性材料塗布装置である。
The invention according to claim 9 is:
The plurality of coating liquid ejection heads are coating liquid ejection heads that eject a coating liquid containing a functional material different from at least one of the plurality of coating liquid ejection heads from other coating liquid ejection heads. The functional material coating apparatus according to
本発明によれば、機能性材料の塗布液の粘度に依存せず、吐出安定性に優れ、柱状又は筒状の被塗布物外周面に膜厚のバラツキが抑制された良好な機能膜を形成可能な機能性材料塗布装置、及び機能性材料塗布方法を提供することができる。 According to the present invention, a good functional film is formed on the outer peripheral surface of a columnar or cylindrical article to be coated, which is excellent in ejection stability, and does not depend on the viscosity of the functional material coating solution, and the variation in film thickness is suppressed. It is possible to provide a functional material application apparatus and a functional material application method.
以下、本発明について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面通して同じ符合を付与し、重複する説明は省略する場合がある。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is provided to the member which has the substantially same function through all the drawings, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
図1は、実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す斜視図である。図2は、実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a functional material coating apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a functional material coating apparatus according to the embodiment.
第1実施形態に係る機能性材料塗布装置100は、図1乃至図2に示すように、載置台101上に、機能性材料を含む塗布液14を被塗布物10へ吐出するための環状吐出ヘッド12(環状の塗布液吐出ヘッド)と、当該環状吐出ヘッド12へ送液する塗布液14を貯留する塗布液タンク16と、環状吐出ヘッド12をその軸方向に昇降する昇降装置18(ベッド駆動手段)と、被塗布物10を回転駆動するための被塗布物駆動装置20と、非塗布時に環状吐出ヘッド12から吐出される塗布液14を受け止める液受け22と、を備えている。なお、矢印Aは、環状吐出ヘッド12の移動方向であり、矢印Bは、被塗布物10の回転方向である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the functional
また、環状吐出ヘッド12には、塗布液供給管24が連結され、他端には、塗布液排出管26が連結されている。塗布液供給管24及び塗布液排出管26の一端側(環状吐出ヘッド12と非連結側)は、塗布液タンク16と連結されている。そして、塗布液供給管24には、塗布液タンク16側から環状吐出ヘッド12に向かって、送液用ポンプ241(加圧手段:溶剤用高圧無動脈ポンプ:3連プランジャポンプ)、送液用ポンプ241の脈動を抑制するダンパ242、塗布液のゴミ異物等を除去するフィルタ243、環状吐出ヘッド12への塗布液14の送液を開始・停止を行うための送液用電磁弁244が配設されている。一方、塗布液排出管26には、塗布液14の排出を開始・停止する排出用電磁弁261が配設されている。
Further, a coating
なお、排出用電磁弁261は、通常、常に閉状態とし、塗布液14の循環、混入した気泡の除去などを行う際に開放するものである。
The
被塗布物10は、円柱状又は円筒体から構成されており、その軸方向両端に同軸に延在してシャフト102が設けられ、載置台101に対して被塗布物10軸方向が垂直になり、且つ回転されるように2つの板状の支持部材103に支持されている。このようにして、被塗布物10は、環状吐出ヘッド12の内側へ、非接触で配される。
The object to be coated 10 is formed of a columnar shape or a cylindrical body, and is provided with
被塗布物駆動装置20は、駆動モータ201と、駆動モータ201にシャフト202を介して連結されたギア部材203と、被塗布物10の一方のシャフト102(図中、下方)に連結されたギア部材204と、当該2つのギア部材203,204に張架されるベルト部材205と、で構成されている。被塗布物駆動装置20では、駆動モータによりギア部材203が回転駆動され、この回転駆動に伴い、ベルト部材205と共にギア部材204が回転駆動されて、シャフト102と共に被塗布物10が回転する。
The
昇降装置18は、ボール螺子を用いた昇降装置であり、載置台101(その主面)に対し垂直に設けられた板状の案内部材181と、案内部材181(その主面)に対して垂直に固定された2つの支持部材103に支持されモータ(不図示)で回転する螺子軸182と、螺子軸182の回転に伴って案内部材181の長手方向(図中、上下方向)に移動する送り部材183と、を備える。なお、案内部材181及び螺子軸182は、被塗布物10軸方向と平行に配置されている。
The lifting
昇降装置18の送り部材183には、螺子軸182を通す貫通口183Aと、その内壁に螺子軸182の螺旋溝に嵌めこまれる凸部(不図示)を有しており、螺子軸182の回転に伴って案内部材181の長手方向(図中上下方向)に移動する。
The
昇降装置18の板状の案内部材181は、断面V字状の溝181Aが設けられており、送り部材183の幅方向両端に設けられた爪部183Bが板状の案内部材181の溝181Aに挿入されている。これにより、送り部材183の移動方向は、移動方向を規制され、板状の案内部材181の長手方向(図中上下方向)に案内・移動される。
The plate-shaped
そして、環状吐出ヘッド12は、送り部材183にアーム184を介して固定され、当該送り部材183の移動に応じて案内部材181の長手方向(図中上下方向:被塗布物の軸方向)に移動される。なお、ア−ム184は、2つ有しており(図3参照)、塗布液供給管24、及び塗布液排出管26をそれぞれ兼ねる構成としてもよいし、筒状としてその内部に塗布液供給管24及び塗布液排出管26を内部に配する構成としてもよい。
The
液受け22は、被塗布物10の軸方向一端側に当該被塗布物10と重ならないように配設されている。本実施形態では、液受け22は被塗布物10軸方向の下方側(載置台101側)に配設されている。
The
液受け22は、断面凹部状の部材が湾曲して環状に構成されている。また、液受け22の内側の壁部が、被塗布物の軸方向に突出するように延在して構成されている。液受け22では、非塗布時に環状吐出ヘッド12から吐出された塗布液14が当該延在した内側の壁部で受け止め、断面凹部状の部材の底面に溜まる。また、液受け22は、塗布液タンク16とフィルタ221を介して排出管222により連結されており、吐出した塗布液14を受け止めた時、当該塗布液タンク16へ排出するようになっている。
The
以下、環状吐出ヘッド12について詳細に説明する。ここで、図3は、実施形態に係る環状吐出ヘッドを示す斜視図である。図4は、実施形態に係る環状吐出ヘッドの部分断面図である。なお、図4は、環状吐出ヘッドの軸方向に対して直交方向に切断した断面図である。
Hereinafter, the
環状吐出ヘッド12は、図3乃至図4に示すように、例えば、断面円状(円状に限られず矩形状その他の断面形成でもよい)の筒状体121が湾曲して環状に構成されている。また、環状の筒状体は無端状となっている。そして、環状吐出ヘッド12を構成する環状の筒状体の中空部により塗布液室122が構成されている。つまり、環状の塗布液室122は、環状且つ無端状に構成されている。筒状体121は、例えば、ステンレスやニッケル合金で構成される。なお、図4中、125は、アーム184(塗布液供給管24又は塗布液排出管26)の連結部(塗布液導入口又は排出口)を示す。
As shown in FIGS. 3 to 4, the
また、環状吐出ヘッド12には、その内周側にその塗布液室122と通じる、即ち塗布液室122と通じて複数のノズル123(例えば、ノズル内径25μm)が周方向に沿って設けられている。また、環状吐出ヘッド12には、その外側に環状の筒状体121の中空部により塗布液室122を介して各ノズル123と対向して圧電素子124(液滴化手段:振動付与手段)が設けられている。圧電素子124は、必ずしもノズル123に対向して設ける必要なく、ノズル123と共に所定間隔で配設してもよい。
Further, the
環状吐出ヘッド12は、例えば、筒状体を湾曲させて両端を接合することで作製してもよいし、2つの断面半円形状の凹部材を湾曲して環状にしたものを、2つ重ね合わせて接合して作製してもよい。また、図示しないが、圧電素子124への電気信号は全て共通でよいことから、1本の信号配線が全ての圧電素子124と電気的に接続するように配されていればよく、ヘッド素材が金属であれば、グランド線は1本当該ヘッドに接続されているばよい。
The
ここで、圧電素子124は、例えばPZTセラミック膜、ポリフッ化ビニリデン膜(PVF2膜)を含んで構成される。そして、圧電素子124は、塗布液室122に送液されてきた塗布液14に対し、所定の振動(音波)を付与し、ノズル123から液柱状に吐出した塗布液14を液滴化するためのものである。圧電素子124は、図示しないが、例えばPZTセラミック膜に電極から高周波電圧を印加して振動(音波)を発生せしめ、この振動をピストンにより塗布液室122の塗布液14へ伝達せしめる。
Here, the
圧電素子124は、例えば、ノズル123と対向して設けられ、塗布液14の吐出方向と同一方向から、図示しない外部機器より増幅され例えばピーク間電圧(Vpp)50V程度までの電圧で出力する駆動正弦波が供給されると、定在波(進行波と反射波との混合した波:つまり、照射した進行波とノズル面に反射した反射波との混合波)による振動を付与して、ノズル123から液柱状に吐出した塗布液14を液滴化する。
The
ここで、図5乃至図7に、粘度約9mPa・s程度の塗布液14の吐出状態を示す。図5は、振動を付与しない場合における塗布液14の吐出状態を示す模式図である。図6は、90kHzの振動を付与した場合における塗布液14の吐出状態を示す模式図である。図7は、60kHzの振動を付与した場合における塗布液14の吐出状態を示す模式図である。
Here, FIGS. 5 to 7 show the discharge state of the
圧電素子124を駆動させず、例えば、送液用ポンプ241により0.9MPaで環状吐出ヘッド12から塗布液14を吐出した場合、図5に示すように、液柱状の塗布液14が吐出する。そして、圧電素子124により塗布液14に振動を付与すると、図6及び図7に示すように、液柱状に吐出された塗布液14が液滴化される。図6、7に示すように、90kHzの振動を塗布液14に付与した場合は、60kHz振動を塗布液14に付与したに場合に比べ、塗布液の液滴径が小さく、液滴間距離(液滴間隔)が狭くなっている。しかし、ポンプ圧力は一定であるので、単位時間あたりの噴射量は同一である。
For example, when the
図5に示すように、液滴化せず、液柱状の状態で塗布液を塗布すると、環状吐出ヘッド12から離れた位置では、無秩序な噴流となるため、塗布膜(機能膜)の均一性が確保できない。よって、塗布液14の液滴化が必要である。
As shown in FIG. 5, when the coating liquid is applied in a liquid column state without being formed into droplets, a disordered jet is formed at a position away from the
ここで、例えば、塗布液の吐出速度10m/sec、ノズル内径25μmとしたとき、好適周波数は、88.7kHzとなる。また、液滴の体積は、約55pl(pico litre)(55,000μm3)である。但し、液滴化の観点のみで、周波数は決定されず、吐出ヘッドと圧電素子の振動特性を考慮することがよい。即ち、吐出ヘッドの構造と圧電素子の特性に基づく共振点を考慮することで、圧電素子124に印加する電圧の調整を行なうことがよい。例えば、本実施形態では、ピーク間電圧(Vpp)30V程度の電圧を圧電素子に印加する。
Here, for example, when the discharge speed of the coating liquid is 10 m / sec and the nozzle inner diameter is 25 μm, the preferred frequency is 88.7 kHz. The volume of the droplet is about 55 pl (pico liter) (55,000 μm 3 ). However, the frequency is not determined only from the viewpoint of droplet formation, and it is preferable to consider the vibration characteristics of the ejection head and the piezoelectric element. That is, it is preferable to adjust the voltage applied to the
なお、塗布液14の液滴化の際、圧電素子124が付与する振動の周波数は、例えば、圧電素子の振動特性、環状吐出ヘッド12の振動特性、塗布液14の速度、ノズル123の直径などの相関関係により決定される。例えば、塗布液の流体速度(吐出速度)は、下記式で示す関係で表すことができる。
式(1):流体速度(μm/sec)=周波数(Hz)×粒子間隔(μm)(Velocity=fλ)
また、「Rayleigh/Theory of Sound」によると、最も液滴化しやすいのは(粒子を生成しやすいのは)、
式(2):粒子間隔(μm)=4.51×ノズル径(μm)(λ=4.51×d)
である。
また、液滴化された液滴(粒子)の体積は、
式(3):体積(μm3)=ノズル面積(μm2)×粒子間隔(μm)(Volume=Aλ)
となる。
Note that the vibration frequency applied by the
Formula (1): Fluid velocity (μm / sec) = frequency (Hz) × particle interval (μm) (Velocity = fλ)
Also, according to “Rayleigh / Theory of Sound”, the most likely to form droplets (they are more likely to generate particles)
Formula (2): Particle spacing (μm) = 4.51 × Nozzle diameter (μm) (λ = 4.51 × d)
It is.
In addition, the volume of droplets (particles) into droplets is
Formula (3): Volume (μm 3 ) = Nozzle area (μm 2 ) × Particle spacing (μm) (Volume = Aλ)
It becomes.
ここで、例えば、塗布液14の流体速度10m/sec、ノズル径25μmとしたとき、好適周波数は、88.7kHzとなる。また、液滴の体積は、約55pl(pico litre)(55,000μm3)である。但し、液滴化の観点のみで、周波数は決定されず、吐出ヘッドと圧電素子の振動特性を考慮する必要がある。即ち、吐出ヘッドの構造と圧電素子の特性に基づく共振点を考慮することで、圧電素子に印加する電圧の調整を行なうことがよい。例えば、本実施形態では、ピーク間電圧(Vpp)30V程度の電圧を圧電素子に印加する。
Here, for example, when the fluid velocity of the
また、粘度約9mPa・s程度の塗布液14を10m/secで吐出するための圧力は例えば約0.9MPaであるが、粘度3mPa・s程度の塗布液を吐出する場合は、例えば0.3MPa程度の圧力を必要とすることが実験によりわかった。したがって、粘度100mPa・s程度の塗布液を吐出するためには、例えば10MPa程度の圧力が必要であると予想される。これは、塗布液に掛かる圧力と流速が流路抵抗を係数とする1次の関係にあることより説明される。それは、ノズル123の形状により抵抗値が大きく変わるからである。なお、上記の数値は一例である。
The pressure for discharging the
ノズル加工方法には、一般的にポンチ加工方法、エレクトロフォーミング(電鋳)加工方法、放電加工方法、レーザ加工方法などが挙げられる。それぞれの加工方法には得失があり、一概にどの方法が好ましいか決定することはできないが、ノズル内径を一定にして比較した場合、ノズルにおける流路抵抗の観点からは、ノズルの断面形状に大きなテーパを有するエレクトロフォーミング(電鋳)が極力、噴射の圧力を低く保つという観点では望ましい。 Examples of the nozzle machining method generally include a punch machining method, an electroforming (electroforming) machining method, an electric discharge machining method, and a laser machining method. There are advantages and disadvantages to each processing method, and it is not possible to generally decide which method is preferable. However, when compared with a constant nozzle inner diameter, the cross-sectional shape of the nozzle is large from the viewpoint of the flow resistance of the nozzle. Tape forming electroforming is preferable from the viewpoint of keeping the injection pressure as low as possible.
また、環状吐出ヘッド12は、その塗布液14の吐出方向がノズル123と環状吐出ヘッド12の中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、ノズル123から塗布液14を吐出することがよい。具体的には、例えば、図8(A)に示すように、塗布液14の吐出方向が、環状吐出ヘッド12に対して被塗布物10の外周面がその軸方向に相対的に移動する方向(本実施形態では、環状吐出ヘッド12の移動方向とは反対方向)に向う形態(以下第1吐出形態と称する)、図9(A)に示すように、塗布液14の吐出方向が、環状吐出ヘッド12に対して被塗布物10の外周面がその回転方向に相対的に移動する方向(本実施形態では、被塗布物10の回転方向)に向う形態(以下第2吐出形態と称する)が挙げられる。図中、Pは塗布液14の吐出方向、Qはノズル123と環状吐出ヘッド12の中心軸とを結ぶ線を示す。
Further, the
上記第1吐出形態の場合、図8(B)に示すように、例えば、環状吐出ヘッド12をその軸方向と平行に切断した断面から見たとき、ノズル123の深さ方向がノズル123と環状吐出ヘッド12の中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、ノズル123を設けることで実現される。同様に、上記第2吐出形態の場合、図9(B)に示すように、例えば、環状吐出ヘッド12をその軸方向と垂直に切断した断面から見たとき、ノズル123の深さ方向がノズル123と環状吐出ヘッド12の中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、ノズル123を設けることで実現される。また、図8の形態の場合、後述する環状吐出ヘッド12の塗布液吐出面側(ノズル面)側に配した帯電電極及び偏向電極により、帯電・偏向制御して塗布液の吐出方向を変更してもよい。
In the case of the first discharge mode, as shown in FIG. 8B, for example, when the
塗布液14の吐出方向を傾斜させると、吐出する塗布液14が被塗布物10へ着弾する着弾面の法線方向(図中、Rで示す)と塗布液の吐出方向(図中、Pで示す)とが角度(鋭角:θ)をなして、塗布液14の液滴が被塗布物10へ着弾するようになる(図8及び図9参照)。なお、着弾面の法線とは、被塗布物の着弾面が曲面で構成される場合(例えば被塗布物が円筒体又は円柱体などの場合)には、その着弾した位置の接線(図中、Sで示す)で構成される面と直交する線を示す。
When the discharge direction of the
吐出する塗布液14が被塗布物10へ着弾する着弾面の法線方向と塗布液14の吐出方向とが角度をなして、塗布液14が被塗布物10へ着弾すると、吐出直後の塗布液14の吐出速度(吐出方向に沿った吐出速度)よりも、被塗布物10の着弾面における法線方向に沿った塗布液14の着弾速度を遅くなる。つまり、吐出安定性を維持可能な吐出速度を持たせつつ、着弾速度が、着弾面の法線方向と着弾面と平行な方向に分散するため、塗布液の着弾衝撃が緩和されると推測される。
When the normal direction of the landing surface on which the
ここで、図10及び図11に、塗布液14の液滴の着弾モデルを模式的に示す。図10は、比較のために、着弾面(図中では、被塗布物10としての液体層の面を示す)に対し、当該面の法線方向から塗布液14の液滴が着弾する様子を示す。一方、図11には、着弾面(図中では、被塗布物10としての液体層の面を示す)に対し、当該面の法線方向と角度を持って塗布液14の液滴が着弾する様子を示す。
Here, FIGS. 10 and 11 schematically show the landing model of the droplet of the
図10に示すように、着弾面の法線方向から着弾面(液面)に速い速度で打ち込むと、跳ね返りが舞い飛ぶ。また、液面が大きく凹み、液体層の中に気泡を巻き込み、そのまま硬化すると気泡が膜内に閉じ込められてしまう。また、多層膜の場合は、下の層と混濁してしまう。一方、図11に示すように、着弾面に対し、当該面の法線方向と角度を持って塗布液14の液滴が着弾すると、着弾面の法線方向に沿った着弾速度が低減するので、跳ね返りが発生しない。
As shown in FIG. 10, when the landing surface (liquid surface) is driven at a high speed from the normal direction of the landing surface, the rebound will fly. Further, when the liquid surface is greatly dented, bubbles are entrained in the liquid layer and cured as it is, the bubbles are trapped in the film. In the case of a multilayer film, it becomes turbid with the lower layer. On the other hand, as shown in FIG. 11, when the droplet of the
吐出する塗布液14が被塗布物10へ着弾する着弾面の法線方向と塗布液14の吐出方向とが角度をなして、塗布液14が被塗布物10へ着弾するように、環状吐出ヘッド12を配置することで、吐出安定性を維持しつつ、着弾した塗布液14の跳ね返りが低減でき、形成される塗布膜(機能膜)の不均一性防止や例えば着弾面が他の塗布膜で構成された場合でも当該他の塗布膜を乱すことが抑制される。
An annular discharge head so that the normal direction of the landing surface on which the
また、塗布液14の吐出方向を環状吐出ヘッド12に対して被塗布物10の外周面がその軸方向に相対的に移動する方向に向う形態、塗布液14の吐出方向が、環状吐出ヘッド12に対して被塗布物10の外周面がその回転方向に相対的に移動する方向に向う形態の如く、塗布液14吐出方向を被塗布物10の外周面の移動方向に向かうようにすると、塗布液14が被塗布物10に着弾した際、着弾面と平行な方向、即ち、着弾面(点)の接線方向に沿った着弾速度における着弾面との相対速度(以下、接線方向相対速度と称する場合がある)が低減し、当該接線方向の塗布液の着弾衝撃が緩和される。このため、より効果的に、着弾した塗布液14の跳ね返りが低減でき、形成される塗布膜の不均一性防止や例えば着弾面が他の塗布膜で構成された場合でも当該他の塗布膜を乱すことが抑制される。
Further, the discharge direction of the
なお、図示しないが、環状吐出ヘッド12には、ノズル面側に、吐出した塗布液14を帯電させる一対の帯電電極と、その帯電した塗布液14に電界を付与し偏向を与え吐出方向を変える一対の偏向電極と、を配設してもよい。一対の帯電電極及び一対の偏向電極を設けて塗布液14の液滴を帯電・偏向制御すると、吐出方向を制御したり、塗布量を制限したり、塗布にパターンを持たせられる。
Although not shown, the
以下、本実施形態に係る機能性材料塗布装置の塗布動作を説明する。 Hereinafter, the coating operation of the functional material coating apparatus according to the present embodiment will be described.
まず、環状吐出ヘッド12を、そのノズル面が被塗布物の軸方向下方側(載置台101側)に配置された液受け22に対向するように配置した状態で、送液用ポンプ241を駆動すると共に、送液用電磁弁244を開放する。また、圧電素子124を駆動する。これにより、ノズル123から液柱状の塗布液14が吐出すると共に、液柱状の塗布液14が液滴化される。この際、環状吐出ヘッド12から吐出した塗布液14を液受け22に受け止めさせる。これを、塗布液14の液滴化が安定するまで行う。
First, the
次に、被塗布物駆動装置20を駆動し、被塗布物10を回転駆動する(例えば、被塗布物10の回転速度を1回転/1秒(1rps)とする)。
Next, the coating
次に、昇降装置18を駆動して、環状吐出ヘッド12を上昇させる。この際、環状吐出ヘッド12は、被塗布物10の軸と同軸で上昇、即ち被塗布物10の軸方向と並進移動させる。この環状吐出ヘッド12が上昇し、そのノズル面が被塗布物10の軸方向一端部外周面に対向し、吐出する塗布液14の液滴が当該外周面へ着弾する。これにより塗布が開始される。
Next, the lifting / lowering
そして、環状吐出ヘッド12が被塗布物10の軸方向他端部外周面に対向する位置へ到達させた後、送液用ポンプ241及び圧電素子124の駆動を停止すると共に、送液用電磁弁244を閉じると、塗布液14の吐出が停止すると共に、塗布が終了する。塗布終了後、被塗布物10の回転を停止させると共に、環状吐出ヘッド12を下降させて、そのノズル面が液受け22に対向する位置まで到達させる。
Then, after the
環状吐出ヘッド12が被塗布物10の軸方向他端部外周面に対向する位置へ到達させた後、下降させて被塗布物10の軸方向他端部外周面に対向する位置へ戻して、塗布を終了してもよい。無論、この操作を繰り返し行ってもよい。
After the
ここで、塗布液14による塗布膜の総厚みの制御は、上記操作を繰り返し行うことで実施することができるが、被塗布物10の軸方向に沿って厚みの分布を持たせたい場合、環状吐出ヘッド12の昇降速度(被塗布物10との相対的な移動速度)を制御することがよい。
Here, the control of the total thickness of the coating film by the
具体的には、例えば、図12に示すように、環状吐出ヘッド12の昇降速度(図中、移動速度と標記)を被塗布物10の軸方向両端部外周面に対向する領域よりも、当該軸方向中央部外周面に対向する領域で速くすると、被塗布物10の軸方向両端部外周面に形成される塗布膜が当該軸方向中央部外周面に形成される塗布膜よりも厚く形成される。このとき、被塗布物10の周方向(回転方向)の塗布膜の厚みは、当該被塗布物10の回転速度が変わらないので一定となる。無論、これは一例であり、要求に応じて、環状吐出ヘッド12の昇降速度を上記関係とは逆の関係に制御してもよいし、被塗布物10の外周面に対向する領域内で複数の速度に制御してもよい。
Specifically, for example, as shown in FIG. 12, the lifting speed of the annular discharge head 12 (indicated by the moving speed in the figure) is higher than the area facing the outer peripheral surface of both ends in the axial direction of the
図12に示される如く、環状吐出ヘッド12の昇降速度を速くすると塗布膜の厚みが薄くなく傾向となり、遅くすると塗布膜の厚みが厚くなくなる傾向となることから、当該環状吐出ヘッド12の昇降速度を制御することで、塗布膜の厚みの制御が成されることがわかる。図12は、環状吐出ヘッド12の昇降速度と被塗布物10の塗布位置と塗布膜の厚みとの関係の一例を示す関係図である。
As shown in FIG. 12, when the elevation speed of the
なお、塗布終了後、被塗布物の回転を所定時間継続することで、塗布膜の平滑化に加え、塗布膜の液だれ防止を図ることができる。塗布液14の被塗布物10表面への着弾は必ずしも全面にわたるものではなく、着弾した液滴間には隙間が存在することがある。このため、塗布液14は被塗布物10表面に着弾後、当初、粘度が高いほど、液滴の形状を反映して半球に近い形状で存在する。このため、均一な塗布膜を形成するためには、塗布終了後、被塗布物10を回転させる、即ち平滑化工程における時間管理が重要である。また、被塗布物10を回転させながら塗布膜の平滑化を行うと、その遠心力により、塗布液14が被塗布物10に対して凸状の形状を守る方向に働くため、回転速度を液だれを起こさない程度に低下させることが、望ましい。被塗布物10表面との親和性により塗布液14は広がり、被塗布物10の回転時間と共に隣接着弾滴と引き合いながら、塗布膜は平坦化していくことになる。
In addition, by continuing the rotation of the coating object for a predetermined time after the coating is completed, it is possible to prevent the coating film from dripping in addition to smoothing the coating film. The landing of the
以上説明した本実施形態に係る機能性材料塗布装置100では、機能性材料の塗布液14を連続して加圧して、ノズル123から液柱状の塗布液14を吐出させ、その吐出した液柱状の塗布液14を液滴化して、被塗布物10へ塗布する。このように、連続的に加圧して塗布液14を吐出させるため、高粘度の塗布液(例えば水に近い粘度3mPa・s程度以下のものから、粘度300mPa・s程度の塗布物)でも、安定して塗布液14を吐出し、被塗布物10へ塗布することが可能となる。
In the functional
加えて、環状吐出ヘッド12の塗布液室122を環状に構成しているので、直線状の吐出ヘッドに比べ、環状吐出ヘッド12が振動しても、その部位間で振動の度合いが低減されることから、形成される塗布膜(機能膜)の厚みにバラツキが低減される。また、環状吐出ヘッド12は、塗布開始位置及び塗布終了位置を被塗布物の軸方向端部の外周面に位置させ得ることから、塗布液の溶媒の揮発の程度が異なることに起因する塗布開始時と塗布終了時の塗布ムラが発生する領域を被塗布物10の軸方向端部外周面に限定される。このため、塗布膜(機能膜)のうち塗布ムラが生じていない領域が最大限利用され得る。
In addition, since the coating
また、本実施形態では、圧電素子124は、塗布液室122に送液されてきた塗布液14に対し、所定の振動(音波)を付与し、ノズル123から液柱状に吐出した塗布液14を液滴化している。一方、ノズル123から吐出される塗布液14に均等に振動が付与されることがよい。この点、直管で構成された吐出ヘッドの場合、その長手方向端部に配されたノズルとその長手方向中央部に配されたノズルとから吐出する塗布液に付与される振動の総和が異なる。これは、中央部に配されたノズルでは対向する圧電素子のみならずヘッド長手方向両端側の圧電素子からの振動も付与されるのに対し、ヘッド長手方向一端部に配されたノズルでは対向する圧電素子と共にヘッド長手方向一端側の圧電素子からの振動しか付与されないためである。このため、吐出される塗布液14の塗布状態が変わってしまう。
In the present embodiment, the
これに対し、本実施形態では、環状吐出ヘッド12を無端状に構成されているため、端部が存在することなく、その環状形状に沿ってノズル123及び圧電素子124が配され、いずれの位置のノズル123から吐出される塗布液14にも、同じ総量の振動が均等に付与されることとなる。例えば、図4に示すように、圧電素子124とノズル123との間に伝わる振動(音波)の進行方向を示す代表線としての一点鎖線で示すと、一つのノズル123から各圧電素子124までの距離の関係は、他のノズル123も同じ関係となり、全てのノズル123から吐出される塗布液14に付与される振動の総和も同じになる。結果、被塗布物の周方向(回転方向)において均一に塗布膜(機能膜)が形成される。
On the other hand, in this embodiment, since the
加えて、環状吐出ヘッド12が無端状であるが故に、端部が存在しないことから、環状吐出ヘッド12が振動した場合でも、その部位間で振動の度合いも同じになり、塗布膜の膜厚のバラツキが低減される。
In addition, since the
なお、本実施形態では、環状吐出ヘッド12を無端状に構成した形態を説明したが、これに限られず、有端状でもよく、例えば、図13に示すように、一部切り欠き部を有する環状吐出ヘッド12を採用してもよい。ここで、図13は、実施形態に係る他の環状吐出ヘッドを示す概略斜視図である。
In the present embodiment, the form in which the
なお、本実施形態では、環状吐出ヘッド12を一つ配設した形態を説明したが、これに限られず、図14に示すように、複数の環状吐出ヘッド12をその軸方向配設した形態でもよい(図中では、3つの環状吐出ヘッドを配設している。)。この際、複数の環状吐出ヘッドは、互いにノズル123の配置位置がヘッド周方向(被塗布物10の周方向)にずらすことがよい。ここで、図14中、Tはヘッドのノズル123配置位置のずれを示す。これにより、各環状吐出ヘッド12で吐出される塗布液14の着弾位置がずれることから、より均質で膜厚のバラツキが低減された塗布膜が得られる。
In the present embodiment, an embodiment in which one
また、複数の環状吐出ヘッド12を配設する場合、少なくとも一つが他の環状吐出ヘッド12とは異なる機能性材料を含む塗布液14を吐出する環状吐出ヘッド12であることがよい。この如く、複数の環状吐出ヘッド12から異なる機能性材料を含む塗布液14を吐出する形態の場合、例えば、図15(A)に示すように、被塗布物10の所定領域に対して一つの環状吐出ヘッド12から塗布液14Aの液滴が吐出されてくると、当該液滴が被塗布物10の所定領域上に塗布される。次に、図15(B)に示すように、被塗布物10の所定領域(上記環状吐出ヘッド12による塗布液14Aが着弾する領域以外の領域)に対して、他の環状吐出ヘッド12から塗布液14Aとは異なる材料種の塗布液14Bの液滴が吐出されてくると、当該液滴が被塗布物10の所定領域上に塗布される。そして、図15(C)に示すように塗布液14A、14Bがそれぞれ所定の領域に塗布され、異なる材料からなる機能性材料膜がパターニングされたものが得られる。ここで、図15は、実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の形成過程の一例を示す工程図である。
When a plurality of annular discharge heads 12 are provided, at least one of the annular discharge heads 12 is preferably an
以上、実施形態に係る機能性材料塗布装置100は、塗布液を連続加圧しつつ吐出を行う連続型の塗布装置であるが、所謂、圧電素子により間欠的に塗布液の液滴を吐出するドロップオンデマンド(DOD)型の塗布装置に比べ、連続型では常時噴射しているので、ノズルでの乾燥は問題とはならない。この事は、機能性材料塗布装置として連続型が好適であることの理由の1つである。機能性材料はその塗布液状態においては有機溶剤を使用することが多く、揮発性が高い場合が多く、DOD型では、一時休止などの直後に目詰まりを発生し、装置の安定性を得ることができない。
As described above, the functional
連続型塗布装置がDOD型塗布装置に比べて優れている他の点は、高粘度及び粘度の異なる液体への対応が容易であることである。すなわち、DOD型に用いるピエゾ振動あるいは、急速沸騰(Thermal Ink Jet)では、液体粘度としては、概ね10mPa・s程度が限界であり、それ以上の高粘度液体を噴射することは困難である。が、連続型の場合、塗布液の吐出はポンプ圧力に依存するため、好適なポンプを選択することで基本的には粘度の制約がない。 Another point that the continuous type coating apparatus is superior to the DOD type coating apparatus is that it can easily cope with liquids having high viscosity and different viscosities. That is, in piezoelectric vibration or rapid boiling (Thermal Ink Jet) used for the DOD type, the liquid viscosity is approximately 10 mPa · s, and it is difficult to eject a high-viscosity liquid higher than that. However, in the case of the continuous type, since discharge of the coating liquid depends on the pump pressure, there is basically no restriction on viscosity by selecting a suitable pump.
また、機能性材料の製膜においては、材料は複数種を塗布する場合が十分考えられる。DOD型塗布装置では、噴射液体の粘度に応じてピエゾあるいはヒータを中心とする流路構造の最適設計を行なう必要があるが、連続型塗布装置の場合、ポンプ圧の調整を行なえば、異なる粘度の塗布液を吐出ヘッド等の構成の変更をおこなうことなく吐出することが可能である。従って、装置設計も簡易であり、また、機能性液体の選定の自由度が極めて高い。これも連続型が好適であることの大きな理由である。 Moreover, in the film formation of a functional material, it is fully conceivable that a plurality of materials are applied. In the DOD type coating device, it is necessary to optimally design the flow path structure centered on a piezo or a heater according to the viscosity of the jet liquid. In the case of a continuous type coating device, if the pump pressure is adjusted, a different viscosity can be obtained. It is possible to discharge the coating liquid without changing the configuration of the discharge head or the like. Therefore, the device design is simple and the degree of freedom in selecting the functional liquid is extremely high. This is also a major reason why the continuous type is suitable.
また、いずれの実施形態では、塗布液液滴化手段として圧電素子を適用した形態を説明したが、これに限られず、塗布液を加熱し、当該熱の揺らぎにより液滴化する方式でもよいし、静電吸引を利用して液滴化する方式でもよい。 In any of the embodiments, the form in which the piezoelectric element is applied as the coating liquid droplet forming means has been described. However, the present invention is not limited to this, and a system in which the coating liquid is heated and droplets are formed by the fluctuation of the heat may be used. Alternatively, a method of forming droplets using electrostatic attraction may be used.
また、本実施形態に係る機能性材料塗布装置は、電子写真用部材(電子写真用感光体、機能性ベルト(中間転写体)、転写ロール、帯電ロールなど)や、その他工業製品に適宜利用することができる。従って、機能性材料としては、これらに適用される各種材料を求められる特性に応じて選択される。そして、この機能性材料を含む塗布液14は、通常、機能性材料を溶媒と混合して構成されるが、機能性材料のみで構成され得る場合もある。
In addition, the functional material coating apparatus according to the present embodiment is appropriately used for electrophotographic members (electrophotographic photoreceptors, functional belts (intermediate transfer bodies), transfer rolls, charging rolls, etc.) and other industrial products. be able to. Therefore, the functional material is selected according to the characteristics required for various materials applied to them. And the
10 被塗布物
12 環状吐出ヘッド(塗布液吐出手段)
14(14A、14B) 塗布液
16 塗布液タンク
18 昇降装置(ヘッド駆動手段)
20 被塗布物駆動装置(被塗布物駆動手段)
22 液受け22
24 塗布液供給管
26 塗布液排出管
100 機能性材料塗布装置
101 載置台
102 シャフト
103 支持部材
121 筒状体
122 塗布液室
123 ノズル
124 圧電素子(液滴化手段:振動付与手段)
181 案内部材
181A 溝
182 螺子軸
183 送り部材
183A 貫通口
183B 爪部
184 アーム
201 駆動モータ
202 シャフト
203,204 ギア部材
205 ベルト部材
221 フィルタ
222 排出管
241 送液用ポンプ
242 ダンパ
243 フィルタ
244 送液用電磁弁
261 排出用電磁弁
10
14 (14A, 14B)
20 object driving device (object driving means)
22
24 coating
181
Claims (9)
前記塗布液を連続的に加圧して塗布液室に供給し、前記ノズルから当該塗布液を液柱状に吐出するための加圧手段と、
前記ノズルから液柱状に吐出される前記塗布液を液滴化するための液滴化手段と、
を備え、
前記環状の塗布液吐出ヘッドの内側へ非接触で被塗布物を配し、前記被塗布物の外周面へ前記塗布液を塗布することを特徴とする機能性材料塗布装置。 An annular coating liquid chamber to which a coating liquid containing a functional material is supplied, and a nozzle that communicates with the annular coating liquid chamber and is disposed on the inner peripheral side of the annular coating liquid chamber to discharge the coating liquid An annular coating liquid discharge head having
Pressurizing means for continuously pressurizing and supplying the coating liquid to the coating liquid chamber, and discharging the coating liquid in a liquid column shape from the nozzle;
Droplet forming means for forming the coating liquid discharged from the nozzle in a liquid column shape into droplets;
With
A functional material coating apparatus, wherein a coating object is disposed in a non-contact manner inside the annular coating liquid discharge head, and the coating liquid is coated on an outer peripheral surface of the coating object.
前記被塗布物駆動手段及び前記ヘッド駆動手段の少なくとも1つにより、前記被塗布物の外周面を前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して相対的に移動させつつ、前記塗布液吐出ヘッドの前記ノズルから塗布液を吐出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の機能性材料塗布装置。 An object driving means for rotating the object to be coated; and a head driving means for driving the annular coating liquid discharge head in the axial direction of the object to be coated;
The nozzle of the coating liquid discharge head while moving the outer peripheral surface of the coating object relative to the annular coating liquid discharge head by at least one of the coating object driving means and the head driving means. Discharge the coating liquid from
The functional material coating apparatus according to claim 1.
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CN115573173A (en) * | 2022-11-10 | 2023-01-06 | 裴永杰 | Double-side coating process for seamless cylindrical screen cloth |
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- 2007-05-21 JP JP2007134546A patent/JP2008284523A/en active Pending
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