JP2016179462A

JP2016179462A - 静電噴霧装置

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Publication number: JP2016179462A
Application number: JP2015062637A
Authority: JP
Inventors: 裕之大和田; Hiroyuki Owada; 将人滝田; Masahito Takita
Original assignee: Nagase Techno Engineering Co Ltd
Current assignee: Nagase Techno Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP5833781B1

Abstract

【課題】粒子を含む液体であっても安定して静電噴霧可能な静電噴霧装置等を提供する。【解決手段】この静電噴霧装置１００は、内面が導電性の壁で形成された第一流路Ｆ１を形成するフロー管１と、第一流路Ｆ１と連通しかつ第一流路Ｆ１の内径よりも小さい内径を有する第二流路Ｆ２を形成するノズル２と、フロー管１内にフロー管１の軸方向に延びるように配置された１又は複数の線状部材８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、静電噴霧装置に関する。

従来より、帯電した液体を筒から排出させ、静電気力による反発力で多数の微少な液滴を形成して対象物に供給する、いわゆる静電噴霧方法が知られている。

特開２０１３−２３７００２号公報

本発明者らは、粒子を含む液体を静電噴霧することを検討している。しかしながら、本発明者らが検討したところ、従来の技術では、粒子を含む液体を筒から排出させると、筒が詰まる等の不具合が生じ、安定して静電噴霧させることが困難であることが判明した。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、粒子を含む液体であっても安定して静電噴霧可能な静電噴霧装置等を提供することを目的とする。

本発明者らが鋭意検討したところ、ノズルの手前に配置されたフロー管内にフロー管の軸方向に延びるように線状部材を配置すると、粒子を含む液体を安定して静電噴霧できることを見いだした。

本発明に係る静電噴霧装置は、内面が導電性の壁で形成された第一流路を形成するフロー管と、
前記第一流路と連通しかつ前記第一流路の内径よりも小さい内径を有する第二流路を形成するノズルと、
前記フロー管内に前記フロー管の軸方向に延びるように配置された１又は複数の線状部材と、を備える。

ここで、前記線状部材の外径は５０〜５００μｍであることができる。

また、上記静電噴霧装置は、前記線状部材を３本以上有することができる。

本発明に係る静電噴霧方法は、上述の静電噴霧装置を用いる静電噴霧方法であって、前記フロー管内に粒子を含む液体を供給する工程を備える。

本発明によれば、粒子を含む液体であっても安定して静電噴霧可能な静電噴霧装置等が提供される。

図１は、本発明の１実施形態に係る静電噴霧装置の概略構成図である。図２の（ａ）は図１のＩＩａ−ＩＩａ断面矢視図、図２の（ｂ）は図１のＩＩｂ−ＩＩｂ断面矢視図である。

図１は、本発明の実施形態にかかる静電噴霧装置１００の一部破断模式図である。本実施形態の静電噴霧装置１００は、ノズルユニット１０、対向電極２０、電源３０、液体供給部４０、及び、ノズルユニット移動部５０を備える。

ノズルユニット１０は、フロー管１、ノズル２、及び、カバー３を主として備える。

フロー管１は、上端にフランジ１ａが設けられた円筒であり、内径Ｄ１は一定である。フロー管１は、例えば、ステンレススチール等の導電性材料から成り、内面が導電性の壁で形成された第一流路Ｆ１を形成する。

第一流路Ｆ１の長さをＬ１とし、第一流路Ｆ１の内径をＤ１としたときに、Ｌ１／Ｄ１［−］は３５以上であることができ、好ましくは４０以上、より好ましくは５０以上である。Ｌ１／Ｄ１［−］の上限は特にないが、１００以下が好ましく、８０以下がより好ましく、６０以下がさらに好ましい。

具体的には、Ｄ１は０．５〜２．０ｍｍとすることができ、０．５〜１．０ｍｍとすることが好ましい。長さＬ１は２０〜１００ｍｍとすることができ、４０ｍｍ以上とすることが好ましく、８０ｍｍ以下とすることが好ましい。

ノズル２は、フロー管１の先端に設けられている。ノズル２は、ステンレススチールなどの導電性材料やガラスなどの絶縁性材料から成る管であり、第一流路Ｆ１と連通する第二流路Ｆ２を形成する。

第二流路Ｆ２の内径Ｄ２は第一流路Ｆ１の内径Ｄ１よりも小さい。具体的には、Ｄ２は０．１〜０．５ｍｍとすることができ、０．１〜０．３ｍｍとすることが好ましい。

第二流路Ｆ２の長さＬ２は特に限定されないが、第一流路Ｆ１の長さよりも小さいことが好ましい。具体的には、Ｌ２は５〜２０ｍｍとすることができ、５〜１０ｍｍとすることが好ましい。

本実施形態では、ノズル２はその外周につば状のサポート２ｓを有し、ノズル２の上部がフロー管１内に挿入された状態で、サポート２ｓがＯリング２ｂを介してフロー管１の下端面と接触している。

カバー３は、フロー管１及びノズル２を覆う形状を有し、上部に第一流路Ｆ１と連通する開口を有する。カバー３は、樹脂（ＰＴＦＥ等）等の電気絶縁性材料から成る。カバー３の上部の開口の内面には雌ねじが切ってあり、管継ぎ手４が接続されている。管継ぎ手４は、継ぎ手本体４ａと、ラインＬ１０の先端を継ぎ手本体４ａに接続するナット４ｂを備える。

本実施形態に係る静電噴霧装置１００では、フロー管１内にその軸方向に断面円形の複数の線状部材８が配置されている。線状部材８の本数に特に制限はないが、例えば、１、２、３、４、又は、５本とすることができる。図１、２では３つの線状部材を有している。３本以上の線状部材を有する場合には、軸方向から見て、正多角形（図２の（ｂ）では正三角形）の頂点に線状部材を配置することができる。４本であれば正方形、５本であれば正五角形であることができる。

線状部材８の直径はフロー管１の内径よりも小さければ良く、５０〜５００μｍとすることができ、１００〜４００μｍとすることができる。線状部材８のノズル側の先端はノズル２と接触することができ、ノズル２から離間することもできる。線状部材８がノズル２から離間する距離は例えば０．００５〜２０．００ｍｍとすることができる。また、線状部材８はフロー管１内で互いに離間して配置されている。線状部材８間の距離は、例えば、０．１〜０．５ｍｍとすることができる。さらに、線状部材８は、フロー管１からも離間して配置されている。線状部材８とフロー管１との距離は０．１〜０．５ｍｍとすることができる。また、線状部材８がフロー管１内を軸方向に伸びる長さも特に限定されないが、例えば、３０ｍｍ以上とすることができる。

線状部材８の材料はポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂でも良く、ステンレススチールなどの金属でも良い。

本実施形態では線状部材８の上端はＬ字状に曲げられて支持部８ａを形成し、支持部８ａがフロー管のフランジ１ａ上に載置されている。例えば、支持部８ａを、接着剤や粘着テープ等を用いてフランジ１ａに固定することができる。

対向電極２０は、ノズル２を間に挟んでフロー管１とは反対側に配置されている。対向電極２０は、第一流路Ｆ１の軸線の延長線上に配置されており、フロー管１及びノズル２から離間されている。対向電極２０は接地されていることが好ましい。

本実施形態では、対向電極は板状であり、対向電極上に、塗布対象と成る基板ＳＢが載置されている。

電源３０は、フロー管１と対向電極２０との間に電圧を印加する。通常、電圧は、直流であり、例えば、パルス状に供給することが好ましい。電圧は特に限定されないが、本実施形態では、５〜２０ｋＶとすることができる。電圧は、対向電極２０に対して、フロー管１側がプラスと成るように印加することが好ましいが、マイナスとなってもよい。

液体供給部４０は、ラインＬ１０を介して、第一流路Ｆ１に対して液体を供給する装置である。

本実施形態では、液体供給部４０は、液体を貯留する槽４１と、槽４１からラインＬ１０を介してフロー管１にレジスト溶液を供給するポンプ４２とを備える。本実施形態では、ポンプ４２が密閉状態にある槽４１に窒素ガスなどのガスを供給することにより、ラインＬ１０を介して液体が第一流路Ｆ１に供給される。

本実施形態では、液体供給部４０は、粒子を含有する液体を第一流路Ｆ１に対して供給する。粒子の例は、金、銀、銅、白金などの金属粒子、グラファイト粒子、二硫化モリブデン粒子、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２などの酸化物粒子、ＰＴＦＥなどの樹脂粒子、蛍光体である。粒子の平均粒子径（レーザー回折・散乱法による体積基準の粒度分布のＤ５０）は、例えば、１〜５０μｍであることができる。粒子を分散する液体の例は、水、油、有機溶媒など、種々の極性溶媒や非極性溶媒が使用できる。粒子を分散する液体の好ましい粘度の範囲は、５〜１０００ｍＰａ・ｓである。

ノズルユニット移動部５０は、ノズルユニット１０を、対向電極２０に対して、相対的に移動させる。具体的には、例えば、対象物が基板ＳＢである場合には、ノズルユニット１０は、基板ＳＢの表面に対して水平な面内で二軸に独立に移動することができる。これにより、基板ＳＢ上の所望の部分に、液体を塗布させることができる。また、ノズルユニット移動部５０は、基板ＳＢに対して垂直な方向にも、対向電極２０に対してノズルユニット１０を移動させるようにできることが好ましい。これにより、ノズル２の先端と、基板ＳＢとの距離を調節することも容易である。ノズル２と基板ＳＢとの間の好ましい距離の例は、１０〜１００ｍｍである。

続いて、本実施形態の静電噴霧装置１００を用いる塗布方法について説明する。

まず、対向電極２０上に、塗布対象となる基板ＳＢを載置する。続いて、電源３０により、フロー管１と対向電極２０との間に電圧を印加する。また、ポンプ４２を駆動して、槽４１内の液体をラインＬ１０を介して第一流路Ｆ１及び第二流路Ｆ２の先まで供給する。液体には、フロー管１により電荷が与えられて帯電し、ノズル２から突出する液体はテイラーコーンを形成し、コーンの先端から帯電した液滴が反対電荷を有する対向電極に向かって射出される。このとき、本実施形態では、フロー管１内に線状部材８が配置されているので、粒子を含む液体を安定して静電噴霧させることができる。

このような効果が得られる理由は明らかではないが、線状部材８の存在によりフロー管１内の流れが整流され、狭いノズル内部へ粒子が集中するのを抑制し、したがって、ノズル２内での粒子の詰まりが抑制されることが一因と考えられる。

本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。
例えば、上記実施形態では、ノズル２が、フロー管１内に挿入されているが、これに限定されず、例えば、ノズル２の上端面がフロー管１の下端面と接触する態様でも実施可能である。また、ノズル２は導電性材料ではなく電気絶縁材料から形成されても良い。

また、上記実施形態では、第一流路Ｆ１の内径Ｄ１は一定であるが、例えば、軸を含む断面において、軸線に対する内面の角度が１５°以下の傾斜を有するテーパー管でも良い。この場合の内径Ｄ１は、軸方向に沿って積分した平均直径として定義することができる。ノズル２の第二流路Ｆ２も同様である。

また、フロー管１の形状も、第一流路Ｆ１を形成できればとくに限定されず、例えば、フランジ１ａが無くても良い。

また、カバー３が必須でないことは言うまでもない。例えば、フロー管１に対して、直接ラインＬ１０を接続してもよい。

また、本実施形態では、液体の塗布対象が基板ＳＢであるので、対向電極２０も板状であるが、対向電極２０の形状は、塗布対象の形状に合わせて所望の形態に変えることもできる。また、塗布の対象物も、特に限定されず、例えば、表面に凹凸のある基板等種々の物に液体を塗布できる。

また、液体供給部４０の構成も特に限定されず、例えば、ラインＬ１０にポンプが接続されている形態や、ポンプ４２が圧縮ガス源である形態、あるいは、液体の供給量が少なく、第一流路Ｆ１内の負圧や水頭差だけでも液体の供給が可能な場合などには、単なるラインＬ１０だけでもよく、要は、第一流路Ｆ１に液体を供給可能であればよい。

また、線状部材の断面形状も特に円形に限定されず、多角形や楕円でも良い。断面が円形でない場合の外径は、円相当径とすることができる。また、線状部材の固定法も上述の形態に限定されない。

（実施例１Ａ）
図１及び図２のような静電噴霧装置を用い、電圧を５〜１０ｋＶで３分間の静電噴霧を試みた。
液体：固体潤滑剤（グラファイト粒子、平均粒径：１〜１０μｍ）を含有するプレス加工油（粘度：１〜１０ｃＰ）
フロー管：ステンレススチール製、第一流路Ｆ１の長さ４４．１［ｍｍ］、第一流路Ｆ１の内径１ｍｍ
ノズル:ステンレススチール製、第二流路Ｆ２の長さＬ２＝９ｍｍ、第二流路Ｆ２の内径２００μｍ
線状部材：ステンレススチール（ＳＵＳ）製、外径３００μｍ、長さ４３ｍｍ
線状部材の配置：正方形の頂点に線状部材を配置して、上部の支持部で固定
基板（Ｓｉ基板）、基板とノズル２との距離４０ｍｍ

（実施例１Ｂ）
線状部材の材質をポリエチレン（ＰＥ）にする以外は実施例１Ａと同様にした。

（比較例１）
線状部材を配置しない以外は実施例１Ａと同様にした。

（実施例２Ａ、２Ｂ、比較例２）
ノズルの第二流路Ｆ２の内径を３００μｍとする以外は実施例１Ａ、１Ｂ、比較例１と同様にした。

（実施例３Ａ、３Ｂ、比較例３）
ノズルの第二流路Ｆ２の内径を５００μｍとする以外は実施例１Ａ、１Ｂ、比較例１と同様にした。
結果を表１に示す。

１…フロー管、２…ノズル、８…線状部材、２０…対向電極、３０…電源、４０…液体供給部、Ｆ１…第一流路、Ｆ２…第二流路、１００…静電噴霧装置。

Claims

内面が導電性の壁で形成された第一流路を形成するフロー管と、
前記第一流路と連通しかつ前記第一流路の内径よりも小さい内径を有する第二流路を形成するノズルと、
前記フロー管内に前記フロー管の軸方向に延びるように配置された１又は複数の線状部材と、
を備える、静電噴霧装置。
前記線状部材の外径は５０〜５００μｍである、請求項１記載の静電噴霧装置。
前記線状部材を３本以上有する請求項１又は２に記載の静電噴霧装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載の静電噴霧装置を用いる静電噴霧方法であって、
前記フロー管内に粒子を含む液体を供給する工程を備える、静電噴霧方法。