JP2013146672A - 液体塗布ノズル及び液体塗布ノズルを有する液体塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スプレイや遠心霧化方法と同等以上の液体微粒子を作り、微粒子生成のための圧縮気体流を利用して木の葉状ノズルを自己振動させ被塗布物に跳ね返りなく高い塗着率を有して塗布することができ、生成微粒子を医薬品、食品、ケミカルなどの造粒物として使用できるなどした液体のスプレイノズル及び塗布装置と塗布方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの液体を液体の吐出口から吐出させて、液体の吐出口の周囲に設けた圧縮気体出口から圧縮気体も噴出させ、液体の吐出口から吐出した液体を粒子化して粒子噴出流をつくり、前記粒子噴出流の出口に軟質材料で作られた木の葉状ノズル３０を結合し、前記粒子噴出流の圧力と前期木の葉状ノズル３０の材質により木の葉状ノズル３０から噴出する粒子噴出流が被塗布物に対し断続的に到達しうるようにした塗布方法及び前記塗布方法の実施のための液体塗布ノズル及び液体吐出装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体シリコンチップ、ガラス基板、各種樹脂基板、及び金属部材等の被塗布物に対し、液状フォトレジスト剤、表面保護膜や機能性塗布剤等の液体材料や、溶融体のスプレイによる液体塗布ノズル及び液体塗布ノズルを有する液体塗布装置と塗布方法に関する。

従来、液体や溶融体に圧縮気体により旋回流を与えながらスプレイによる塗布方法や装置として以下の２つの方法が知られている。
（１）特許文献１の「液体のスプレイ方法」には、液体のスプレイ作業を、圧縮気体及び液体の高速の間欠的動作によって吐出させて行うことにより、圧縮気体の連続供給によるリバウンド（被塗物への衝突による反射）が防止される結果、液体微粒子や液体の微粒子の持ち去られる量が激減され、塗着効率が効果的に向上された。

（２）一方、本出願人が開発した特許文献２の「少量液体の噴霧装置」では、液体の薄膜形成のためのスプレイ作業を、手塗り作業用エアブラシの方式を、吐出量用液体材料噴射バルブとして利用し、改良改善を加えて液状フォトレジスト剤及び、表面保護膜や機能性塗布剤を、塗着効率を下げずに幅広く微細霧化させて、薄膜形成することが可能となった。

しかし特許文献１及び特許文献２で、液体を霧化するノズル及び圧縮空気通過口などの製造加工が、精度を要求するためむずかしく高価になってしまい、保守性、コスト面等で難点があった。

またスプレイノズルから吐出する霧化パターンは、液体の霧化分布がちょうど中央部が多く両端が少ないため、被塗布物に対し均一な膜厚を確保するには何回も往復動作をしながら、塗り重ね移動していく必要があり、時間がかかるという欠点があった。

特開２００４−８９９７６号公報 特開２００９−２８７０１号公報 特開２００４−１０５９４０号公報 特開２００６−２０４２７２号公報

前記のように既存スプレイ方式での均一な塗膜を形成するには、被塗布物に対し、例えば縦方向の往復動作をしながら、横方向に等間隔で位置替えしながらの塗布方法を、往復動作と等間隔移動動作を、縦、横の方向を変えて繰り返す必要があるので、時間と正確な位置替えが必要となる。

塗布時間の短縮と塗膜の平坦化を実現させる手段としては、液体のスプレイ作業をする吐出量用液体材料噴射バルブを、等間隔に数台を直交座標型マニュプレーター等に設置して、前記の縦、横動作運動をさせてのスプレイ塗布方法があるが、吐出量用液体材料噴射バルブを数台用意するなどで高価となる。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、特許文献２と同等以上の液体や溶融体の微粒子を作り、しかも被塗布物に対し何回も往復動作の塗り重ねしないで、幅広いパターンで一度に圧縮気体の連続供給によるリバウンドの防止が出来て、霧化粒子の跳ね返りのない、高い塗着効率と幅広い吐出領域の形成が出来る、安価で簡単な方式を提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１及び２の発明は本発明者が鋭意検討した結果、液体粒子噴出流を発生させる低吐出量用の液体材料噴射バルブの吐出先端部に連結するための、シリコーンなどの弾性材料で製造された洗浄用ノズルを、形状や寸法を変更した木の葉形状のノズルとして作成して、前記液体粒子噴出流を一定方向に振幅させるための木の葉状ノズルとしたことを特徴とする。

前記木の葉状ノズルは、特許文献３及び特許文献４の洗浄用ノズルや、人工降雨ノズルの水散布用ノズルを形状及び寸法変更をして改良されたものである。

本発明は、前記洗浄用ノズルを連結される継手部から吐出吹き出し部にかけて、ガイドフィンになっている帆の部分を、２段階以上の多段厚みに漸次薄くすることと面積縮小することにより、液体を圧縮空気にて霧化した噴霧の流体を、前記多段厚みを有する木の葉形状ノズルにて、液体粒子噴出流を一定方向に自己振幅することが可能となり、水などの液体の代わりに、機能性塗布剤の液体や塗料を前記液体粒子噴出流にした流体で、被塗布物に振幅噴射することが可能となったのである。

本明細書において、前記低吐出量とは毎分０．１ｃｃ〜１０ｃｃ程度の吐出量をいう。

また、液体が液体粘度として５センチポイズから８００センチポイズであり、液体が溶融体のものも含むことを特徴とする。

液体粘度として５センチポイズから８００センチポイズの液体又は溶融体であれば、噴霧流体の圧縮圧力が０．３Ｍｐａから０．６Ｍｐａの範囲内にて、液体が３０ミクロン以下の微粒子になり、被塗物表面に液体の均一な成膜を形成させるのに充分適することが出来た。

前記液体を粒子化し粒子噴出流をつくる工程として、前記液体の吐出口が、圧縮気体が圧縮気体出口より噴出された後に、実際の大気雰囲気中に噴出されて膨張を被る位置よりも、内側に位置した内部ミックス流体噴出手段を用いること、その流体噴出口の内径が０．２ｍｍから２．５ｍｍの範囲であることを特徴とする。

粒子噴出流構造が内部ミックス流体の噴出手段を用いることにより、液体が微粒化しやすくなり過度の大きい粒子が形成されない利点がある。

さらに流体噴出口の内径が０．２ｍｍから２．５ｍｍの範囲であることと、木の葉状ノズルの木の葉部分の帆に当たる部分が２ｍｍから３ｍｍの厚みで、流体噴出口の出口方向へ１ｍｍから２ｍｍの厚みにし、さらに１ｍｍ以下の厚み又は帆が無い状態で、漸次帆の幅を細くすることと、流体噴出圧力が０．２Ｍｐａ以上で且つ、圧縮エア流量が毎分２５ノルマルリットル以上であれば、容易に振幅することが可能となった。

また、請求項５の発明は、前記液体粒子噴出流を出す木の葉状ノズルが毎秒１０サイクル以上の高速の自己振動動作にて吐出させることを特徴とする。

前記木の葉状ノズルが毎秒１０サイクル以上の高速の自己振動動作にて吐出させることにより、特許文献１にあるような高速の間欠的動作によって吐出させて行う方法と、同等の液体噴霧流のリバウンド（被塗物への衝突による反射）が防止される効果が、木の葉状ノズルと被塗布物間に生まれ、塗着効率が特許文献１の方法と同等以上に改善された。また特許文献１にあるような吐出噴射バルブの弁を開閉して断続スプレイする機構に比べ、構造が単純となり、可動部分の摩耗、消耗が激しい断続パルス塗布方式に比べて、頻繁な可動部分がないため、故障はほとんどない結果となった。

また、請求項６の発明は、前記液体粒子噴出流を出す、木の葉状ノズル先端の自己振動による振幅幅が、５ｍｍから３０ｍｍになることを特徴とする。

自己振動による振幅幅は、噴霧流体の霧化用圧縮エアー量によって調節が出来、被塗布物表面の形態、形状変化に応じて前記霧化用圧縮エアー量を、毎分２５ノルマルリットルから１００ノルマルリットルの範囲にて適宜変動させることにより、振幅の広がりを調整することができ、仕上がり性、塗布時間などが調節可能となる。

木の葉状ノズル先端の自己振動による振幅幅が、５ｍｍから３０ｍｍになったことで、塗布パターン幅が５ｍｍから３０ｍｍになったことと同一の意味であり、従来の３ｍｍから１０ｍｍ程度しか広がらなかったスプレイ塗布パターン幅が、大幅に改善された。またスプレイ塗布パターン幅の変更も、圧縮エアー量の調整で容易に変更可能となった。

さらに木の葉状ノズルの弾性材料の硬さや長さを変えることにより、木の葉状ノズルの振動回数や振幅の制御も可能となる利点がある。

本発明で、塗布回数を増やさなくても被塗布物への塗布膜厚を、安定させることができ凹凸表面を持つ被塗布物に対しても、凹部へのたまりもなく、側面部や鋭角部への塗布膜厚が、有利な結果になり得た方法である。

この方法の利用により、所望のコーティングを有する被塗布物に対し、液体の成膜をすることができる。

図１は、本発明の低吐出量用液体材料噴射バルブに、木の葉上ノズルを連結接続してスプレイする、一つの実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１に示した低吐出量用液体材料噴射バルブに、木の葉上ノズルを連結接続した組立説明図と、断面図である。 図３は、図２に示した木の葉上ノズルを、低吐出量用液体材料噴射バルブのシリンダ部、アジャスタ部を除いた断面図である。 図４は、木の葉上ノズルのガイドフィンになっている帆の部分を、２段階の厚みに漸次薄くすることと面積を縮小した形状を変更して振幅動作が効果的であった外形図である。 図５は、図４と同様に木の葉上ノズルの帆の部分を、段階的に厚みを薄くすることと、面積を図４とは変えた結果、振幅動作がより高速動作して効果的であった外形図である。 図６は、液体材料を塗布した後の塗布膜厚の測定結果を示すグラフであり、塗布幅と膜厚の関係を示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、これら実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

本発明で使用する被塗布物には特別の制限はないが、特に半導体シリコンチップ、ガラス基板、各種樹脂基板、及び金属部材等の被塗布物に対し、液状フォトレジスト剤、表面保護膜や機能性塗布剤等の液体材料を、極微細に霧化させて、薄い成膜を形成する際に、液体噴霧流の広い塗布パターン幅を形成して、短時間で液体の成膜ができる。

発明の特徴は、特に凹凸形状を伴う被塗布物表面に対しても、発揮されることは明らかである。

コーティングに使用する液体については、液体粘度として５センチポイズから８００センチポイズの、無機質のフィラーなどを含有しない一般のコーティング材料であれば、本発明で利用可能である。好適な例としては、感光性レジスト材料や、有機性シリコーン絶縁材料、紫外線硬化型材料、水性エマルジョン型材料などが挙げられる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は接続キャップ３１によって、リーフノズル３０が装着される。

低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、図１及び図２、図３によく示される如く、中央部に長くて細長い液体吐出ニードル１９を設けてあり、該液体吐出ニードル１９の上部には、液体吐出ニードル１９を上下動可能に内装してなるシリンダ部１４と、前記シリンダ部１４の基端側に嵌着せしめられ、前記液体吐出ニードル１９を上下動せしめるための、マイクロアジャストメント機構を有するアジャスタ部１６と、前記シリンダ部１４の先端側に嵌着せしめられ、液体材料源からの液体材料を流入せしめる液体材料流入部２０と、圧縮空気源からの圧縮空気を流入せしめるエアー継手１３を有するフルイドボディ部１５と、前記フルイドボディ部１５の先端に連通して取り付けられる、液体吐出ノズル１８とニードルカバー１７を有している。

前記アジャスタ部１６は、アジャストリング１２によってニードル体１９の上下動作量を調整するマイクロアジャスト機構がなされ、液体の吐出量調整を可能とする。低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、よくプラスチック模型部品や、小型商品を塗装する時に使用する小型スプレイ手持ちバルブとして利用されているエアブラシ方式を、遠隔動作することを可能にする自動噴射バルブとしたものである。

エアブラシ方式は、針形状を有した液体吐出ニードル１９に沿って、塗液（液体材料）が流れ出すエゼクター効果の霧化により、塗布した霧化パターンの幅である液体粒子の噴出流スプレイパターン５１は、液体吐出ノズル１８先端と被塗物２１間との距離が、３０ｍｍから５０ｍｍ前後の場合で１０ｍｍ前後と狭い。

本発明では、エアブラシの方式を自動塗布ノズル機構に利用した、低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の先端部であるニードルカバー17に、接続キャップ３１を利用して木の葉形状であるリーフノズル３０を追加することによって、液体材料を引き出した塗布パターン幅５０は、リーフノズル３０の先端と被塗物２１間との距離が、３０ｍｍから５０ｍｍ前後の場合で最少幅で３０ｍｍから最大幅で５０ｍｍとなり、幅広い均一スプレイ塗布をすることに成功した。

例えば、粘度５０センチポイズ以下の希釈溶剤が含有された樹脂に、体積比で約３０％前後に混合させて作られた低粘度液体材料でも、塗着効率を下げずに成膜することが可能となる。

本発明で、液体吐出ノズル１８から液体が吐出される際に、ニードルカバー17の内側部内に噴出されて圧縮エアー圧力は０．２Ｍｐａ以上で、接続キャップ３１の先端部に取付けられるリーフノズル３０の、液体通過チューブであるべインパイプ３４が、内径０．２ミリから２．５ミリと細いために、噴出されて圧縮エアーが液体吐出ノズル１８と、液体吐出ニードル１９の開口部より、液体流入部２０を介し、シリンジ型液容器２２方向に逆流してしまうのを防ぐために、シリンジ型液容器２２の内部に、圧縮エアー圧力より０．０１Ｍｐａ以上高い内圧を加えることで、利用可能となる。

上述した体積比で約３０％前後に混合させて作られた低粘度液体材料を、エアブラシ方式による液体の低吐出で、幅広いパターンを形成しながらコーティングを行うには、株式会社テクノコア社製の「人口降雨ノズル内径０．５ｍｍ乃至２．５ｍｍ」を図４及び図５のように形状と寸法を変更させて使用することが好適であった。

以下、本発明を更に非限定的な実施例によって詳細に説明する

上記のように構成された低吐出量用液体材料噴射バルブ１０と、リーフノズル３０の組み合わせによる液体のスプレイによる得た、霧化パターンの塗布膜厚分布の測定実験結果を下記に説明する。
（１） 液体材料の粘度を２０センチポイズに設定した。
重量比１のシリコーン封止剤原液（ＮＶ値１００％で粘度３０００センチポイズ）に対し、希釈溶剤として重量比で４倍のプロピレングリコールモノメチルアセテートを加えて、重量固形分比率２０％（約体積固形分値１８．２％）で粘度２０センチポイズの液体材料を得た。
（２）液体材料の比重は１．０２であった。
（３）使用したリーフノズル３０はべインパイプ３４の内径１ｍｍ、長さ４０ｍｍで帆幅２０ｍｍの図５の形状の第二ブレード５２を有した木の葉状ノズルを使用したことにより高速振幅を得た。
（４）液体材料定量供給は、５０ｃｃサイズのシリンジで液圧０．２６Ｍｐａとした。
（５）吐出ノズル７４から被塗布物までの距離は、２０ｍｍとした。
（６）霧化用圧縮空気圧力を０．２５Ｍｐａに設定した。
（７）その時の霧化用圧縮空気流量を、毎分５０ノルマルリットルとした。
（８）低吐出量用液体材料噴射バルブ１０に接続したリーフノズル３０の移動速度は、毎秒１００ｍｍとした。
（９）低吐出量用液体材料噴射バルブ１０のアジャストリング１２による、液体吐出ニードル１９のストローク量を２ｍｍにし、吐出量を毎分４．２ｃｃとした。
（１０）低吐出量用液体材料噴射バルブ１０に、連結されたリーフノズル３０を１回の動作ストロークで移動しながらスプレイ動作した後の、塗布後の乾燥膜厚分布を測定実施した。結果を図６に示す。

図６の塗布結果を下記に示す。

この時の塗着効率も測定した結果、８８％であった。

上記の諸条件による実験の結果は、図６に示すように、いずれも塗布幅２０ｍｍで平均膜厚５．６μｍとなり、所望する良い塗布状態が得られた。

導電性基板へ、塗布性能の評価を行うため、低吐出量用液体材料噴射バルブを連続的に移動させて塗布する動作での塗布膜厚の測定実験結果を下記に説明する。
（１）被塗布物材料として表面電気抵抗値１０６Ω・ｃｍ２になっている縦２００ミリ横２００ミリの導電性基板を用いた。
（２）塗布する液体材料は、固形分が２６％（容積比）の水性エマルジョンである防湿絶縁剤材料（日東シンコー（株）製）を使用した。
（３）使用したリーフノズル３０はべインパイプ３４の内径１ｍｍ、長さ４０ｍｍで帆幅２０ｍｍの図５の形状の第二ブレード５２を有した木の葉状ノズルを使用したことにより高速振幅を得た。
（４）塗布する液体材料の粘度は９センチポイズであった。
（５）塗布する液体材料の導電率は１．４ｍＳ／ｃｍであった。
（６）エマルジョン粒子 サイズ（フィラーの粒子サイズ）は０．２から２ミクロンの微小球であった。
（７）低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の吐出量は、低吐出量用液体材料噴射バルブ１０のアジャストリング１２による、液体吐出ニードル１９のストローク量を３ｍｍにし、吐出量を毎分８．５ｃｃであった。
（８）低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の移動速度は、毎秒１００ｍｍとした。
（９）低吐出量用液体材料噴射バルブ１０に、連結されたリーフノズル３０の１回の動作ストロークにおける塗布幅は３０ｍｍ（飛散ほとんどなし）とした。
（１０）低吐出量用液体材料噴射バルブと、基板面との距離は、４０ｍｍにした。
（１１）コーティング塗り重ねピッチは３ｍｍとした。
（１２）低吐出量用液体材料噴射バルブの縦方向移動距離を１８０ｍｍとして、低吐出量用液体材料噴射バルブが移動中塗布している距離を１６０ミリにして、横方向に２７ｍｍピッチにて３往復させ、塗布する領域を、縦１６０ｍｍ、横１６２ｍｍに設定した。
（１３）霧化用圧縮空気圧力を０．３Ｍｐａに設定した。

上記した条件で、水性防湿用液体材料を導電性基板に塗布したところ、膜厚１０〜１１μｍの平滑なコーティング面が得られた。また、塗着効率は９０％となった。

１０ 低吐出量用液体材料噴射バルブ
１２ アジャストリング
１３ エア継手
１４ シリンダ部
１５ フルイドボディ部
１６ アジャスタ部
１７ ニードルカバー
１８ 液体吐出ノズル
１９ ニードル体
２０ 液体流入部
２１ 被塗物
２２ シリンジ型液容器
３０ リーフノズル
３１ 接続キャップ
３２ ステム
３３ ブレード
３４ べインパイプ
３５ コネクタチューブ
５０ 塗布パターン幅
５１ 液体粒子の噴出流スプレイパターン
５２ 第二ブレード

Claims (6)

1. 液体をスプレイするノズルであって、該ノズルは軟質材料で作られた貫通孔付き木の葉状ノズルで、スプレイノズル入口部には、液体を霧化する霧化発生装置に連結するための継手部を有し、該継手部に連結される流体噴出口の内径が０．２ｍｍから２．５ｍｍの範囲であることを特徴とするフレキシブルチューブと、フレキシブルチューブをある一定方向に振幅させるための木の葉状の帆柱を有し、且つ２段以上の厚みの帆を有したことを特徴とする液体スプレイノズル。
2. 液体吐出装置であって、液体材料源から液体を吐出し液体の流量を調整する流量調整手段とを含む液体材料噴射バルブ本体に、前記請求項１記載の液体スプレイノズルを連通させる流通路とを含む液体吐出装置。
3. 前記液体のスプレイによる塗布方法であって、液体の吐出口付近に、前記液体の吐出口の周囲に設けた圧縮気体出口から圧縮気体を噴出させ、前記液体の吐出口から吐出した液体を粒子化し粒子噴出流をつくる出口にカバーを設け、前記液体を粒子化した噴出流カバーに、軟質材料で作られた貫通孔付き木の葉状ノズルを連結させることにより、前記液体粒子噴出流の圧力と、前期軟質状の木の葉状ノズルの材質により、ノズル先端から噴出する液体粒子の噴出流スプレイパターンが、ある一定方向への振幅動作を行い、前記液体粒子の噴出流スプレイパターンの振幅動作が、被塗装物に対して断続的に付着しうるようにした請求項１記載の液体スプレイノズル乃至請求項２記載の液体塗布装置を有した塗布方法。
4. 前記液体を粒子化し粒子噴出流をつくる工程として、前記液体の吐出口が圧縮気体が圧縮気体出口より噴出された後に、実際の大気雰囲気中に噴出されて膨張を被る位置よりも、内側に位置した内部ミックス流体噴出手段を用いることを特徴とする請求項３記載の液体のスプレイによる塗布方法。
5. 少なくとも前記液体粒子噴出流を出す木の葉状ノズルが、毎秒５サイクル以上の高速の自己振動動作にて吐出させることを特徴とする請求項３乃至４記載の液体のスプレイによる塗布方法。
6. 少なくとも前記液体粒子噴出流を出す木の葉状ノズル先端の自己振動による振幅幅が、５ミリから３０ミリになることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の液体のスプレイによる塗布方法。

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