JP4264340B2 - キュアリング方法およびキュアリング装置 - Google Patents

Description

この出願の発明は、キュアリング方法およびキュアリング装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも硬化性組成物の種類を選ばずに低コストでキュアリングを行うことが可能となるキュアリング方法およびキュアリング装置に関するものである。

従来より、硬化性組成物の被膜に光あるいは電子線を照射して、その硬化性組成物の被膜を硬化する、すなわちキュアするキュアリング方法およびキュアリング装置が開発されており、たとえば、特許文献１には、加速電圧１５０ｋＶ以下のキュアリング装置から放射される電子線を硬化性組成物に照射することによってその硬化性組成物をキュアする方法が開示されている。また、特許文献２には硬化性組成物であるレジストを紫外線照射によりキュアする方法が開示されている。
特開２０００−２２１３１８号公報 特開２００３−２０９０３８号公報

しかしながら、特許文献１において開示されているキュアリング装置は、真空中において電子源から電子を発生させ、その電子を真空中において高電圧で加速し、ベリリウム金属などの箔を通して空気中に取り出し、それを硬化性組成物の被膜に照射してキュアリングを行うものであって、その装置は高価であり、電子源加熱用電源、電子加速用高電圧電源および放射線防御対策を必要とし、電子線のエネルギーが高いために電子線が物質に吸収されにくく、硬化性組成物の電子線に対する硬化感度が低下するという問題を有している。

また、特許文献２において開示されている紫外線キュアリング方法においてはキュアされる硬化性組成物が感光性を有する光硬化性組成物でなければならないという制約がある。

そこでこの出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも硬化性組成物の種類を選ばない低コストのキュアリング方法およびキュアリング装置を提供することを課題としている。

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源を用い、その面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオン、およびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子によって硬化性組成物被膜を硬化させることを特徴とするキュアリング方法を提供する。

第２には、第１の発明において、面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオン、およびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子を、加速電極により加速した後に硬化性組成物被膜に入射させて硬化させることを特徴とするキュアリング方法を提供する。

第３には、第２の発明において、加速電極の電圧を調整して荷電粒子を加速することを特徴とするキュアリング方法を提供する。

第４には、第１ないし３いずれかの発明において、面電子源が、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源であることを特徴とするキュアリング方法を提供する。

第５には、常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、その面電子源から放射される電子が気体分子と相互作用してイオンを発生するイオン発生空間とを有し、面電子源から放射された電子、その電子がイオン発生空間において気体分子と衝突して生成される正イオン、およびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子が、硬化性組成物被膜を硬化させることを特徴とするキュアリング装置を提供する。

第６には、第５の発明において、底面を有する四角筒状の基板電極と、その基板電極の底面の外側に結合した基板と、さらにその基板の下面に形成され、常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、その面電子源から放射される電子が気体分子と相互作用してイオンを発生するイオン発生空間とを有しており、その面電子源の下方に配置された硬化性組成物被膜を硬化させることを特徴とするキュアリング装置を提供する。

第７には、第５または６の発明において、面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオンおよびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子を加速するための加速電極が設けられていることを特徴とするキュアリング装置を提供する。

第８には、第７の発明において、加速電極の電圧が調整可能であることを特徴とするキュアリング装置を提供する。

第９には、第５ないし８いずれかの発明において、面電子源が、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源であることを特徴とするキュアリング装置を提供する。

上記第１の発明によれば、電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも硬化性組成物の種類を選ばずに低コストでキュアリングを行うことができる。

第２の発明によれば、第１の発明と同様の効果が得られるとともに、さらに荷電粒子を適宜加速した状態で硬化性組成物に入射させることができる。

第３の発明によれば、第１または２の発明と同様の効果が得られるとともに、さらに、加速電極の電圧を調整して荷電粒子を加速することで荷電粒子の速度をより適切に調整することができる。

第４の発明によれば、第１ないし３いずれかの発明と同様の効果が得られるとともに、さらに電子の放射方向を放射面に垂直にそろえることができる。

第５の発明によれば、電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも硬化性組成物の種類を選ばずに低コストでキュアリングを行うことができるのである。

第６の発明によれば、第５の発明と同様の効果が得られるとともに、面電子源において、より容易かつ確実に常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射させることができる。

第７の発明によれば、第５または６の発明と同様の効果が得られるとともに、荷電粒子を適宜加速した状態で硬化性組成物に入射させることができる。

第８の発明によれば、第７の発明と同様の効果が得られるとともに、さらに、加速電極の電圧を調整して荷電粒子を加速することで荷電粒子の速度をより適切に調整することができる。

第９の発明によれば、第５ないし８いずれかの発明と同様の効果が得られるとともに、電子の放射方向を放射面に垂直にそろえることができる。

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

この出願の発明のキュアリング方法は、常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する、低電圧駆動が可能な面電子源を用い、その面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオンおよびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子によって硬化性組成物被膜を硬化させることを大きな特徴としている。

なおこの出願における“常温”とは−４０℃以上１００℃以下のことを意味し、“常圧”とは０．５×１０⁵Ｐａ以上１．２×１０⁵Ｐａ以下のことを意味する。また“面電子源”とは、電子が気体中もしくは真空中に放射される領域が点状ではなく広がりのある電子源を意味している。

上記のようなキュアリング方法を用いることにより、従来の電子線を用いたキュアリング方法のように電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも従来の紫外線を用いたキュアリング方法のようにキュアされる硬化性組成物が感光性を有する光硬化性組成物でなければならないという制約もなく、硬化性組成物の種類を選ばずに低コストでキュアリングを行うことができるのである。

なおこのとき、面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオンおよびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子を、加速電極により加速した後に硬化性組成物被膜に入射させて硬化させることにより、荷電粒子を適宜加速した状態で硬化性組成物に入射させることができ、さらに、その加速電極の電圧を調整して荷電粒子を加速することで荷電粒子の速度をより適切に調整することが可能となるのである。

また面電子源としては種々の面電子源を用いることができるが、とくに電子放射のために電子源加熱用電源および高電圧電源を必要とせず、電子放射量が面内で均一であり大面積化が容易であって、硬化性組成物被膜を一括で硬化することのできる、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源を好適に用いることができ、たとえば特開２０００−１００３１６号公報に記載のこの出願の発明の発明者等が開発したナノシリコン面電子源を好適に用いることができる。

また、上記のようなこの出願の発明のキュアリング方法を行うためのキュアリング装置は、常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、その面電子源から放射される電子が気体分子と相互作用してイオンを発生するイオン発生空間とを有し、面電子源から放射された電子、その電子がイオン発生空間において気体分子と衝突して生成される正イオン、およびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子が、硬化性組成物被膜を硬化させることを特徴としている。

そしてこの出願の発明のキュアリング装置を用いることによって、従来の電子線を用いたキュアリング装置のように電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも従来の紫外線を用いたキュアリング装置のようにキュアされる硬化性組成物が感光性を有する光硬化性組成物でなければならないという制約もなく、硬化性組成物の種類を選ばずに低コストでキュアリングを行うことができるのである。

このとき、とくにキュアリング装置の構成として、好適には底面を有する四角筒状の基板電極と、その基板電極の底面の外側に結合した基板と、さらにその基板の下面に形成され、常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、その面電子源から放射される電子が気体分子と相互作用してイオンを発生するイオン発生空間とを有するものとすることができ、その面電子源の下方に配置された硬化性組成物被膜を硬化させることができる。

また、面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオンおよびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子を加速するための加速電極を設けることで、荷電粒子を適宜加速させて硬化性組成物被膜に入射させることができ、とくにその加速電極の電圧を調整可能とすることによって荷電粒子の速度をより適切に調整することができる。また、この出願の発明のキュアリング装置においては、面電子源として、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源を好適に用いることができる。

次にこの出願の発明のキュアリング方法に用いられるキュアリング装置の一実施形態を、図面を用いて説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

図１はこの出願の発明のキュアリング装置の一実施形態を示す断面図である。図１のキュアリング装置（１）において、（２）は底面（３）を有する四角筒形状の基板電極であり、基板電極（２）の底面（３）の外側には、導電性の基板であってこの例ではｎ形シリコン基板（４）が導電性結着材によって結合されており、基板（４）の下面（５）にはナノシリコン面電子源（６）が形成されている。

ナノシリコン面電子源（６）の表面直下には、ナノシリコン面電子源（６）から放射される電子を加速するための加速電極としての網状電極（７）が設置されている。ナノシリコン面電子源（６）と網状電極（７）との間の空間はナノシリコン面電子源（６）から放射される電子が気体分子と相互作用してイオンを発生するイオン発生空間（８）となっている。また、網状電極（７）は金属製の四角筒（９）の底部（１０）に貼り付けられており、この四角筒（９）とナノシリコン面電子源（６）を保持している四角筒形状の基板電極（２）との間隙は、必要に応じて気体をイオン発生空間（８）に導入するための気体導入空間（１１）となっている。

この装置の下方に硬化性組成物被膜（１２）で表面が覆われた基板（１３）を載置し、装置を稼動させて硬化性組成物被膜（１２）のキュアリングを行う。

図１に示すようなナノシリコン面電子源（６）は、ｎ形シリコン基板（４）の上に、ナノシリコン層と表面電極とを順次形成することによって作製されており、ナノシリコン層は化学気相堆積法によって形成したポリシリコン層を陽極酸化することによって作成され、表面電極はたとえば厚さ約１０ｎｍの金属膜によって構成される。

基板電極（２）とナノシリコン面電子源（６）の表面電極との間に、表面電極側が正となるように電圧、たとえば１８Ｖを印加すると、ナノシリコン面電子源（６）の表面からイオン発生空間（８）内に電子が放射される。網状電極（７）にナノシリコン面電子源（６）の表面電極よりも高い正の電圧を印加すると、その電子はイオン発生空間（８）内を加速されながら進行し、イオン発生空間（８）内の気体分子と衝突して正イオンを生成し、また気体分子に付着して負イオンを生成する。イオン発生空間（８）内の電子と負イオンとは網状電極（７）によって加速され、網状電極（７）を通過して基板（１３）上の硬化性組成物被膜（１２）に到達し、電子および負イオンの一方もしくは両方が硬化性組成物被膜（１２）の硬化反応を開始させ、硬化性組成物被膜（１２）の硬化が起こる。

このようにして図１に示したキュアリング装置（１）をもちいたキュアリング方法により、電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも硬化性組成物の種類を選ばずに低コストで、硬化性組成物被膜（１２）をキュアすることができるのである。

なお網状電極（７）よりもさらにナノシリコン面電子源（６）に近い位置に別の網状電極を設け、それにナノシリコン面電子源（６）の表面電極と網状電極（７）との間の電位を与えて負イオンによる空間電荷がナノシリコン面電子源（６）からの電子放射の妨げとならないようにすることも可能である。

また気体導入空間（１１）を通して硬化性組成物被膜（１２）の硬化に好都合な気体をイオン発生空間（８）および網状電極（７）と硬化性組成物被膜（１２）との間の空間に導入することもできる。たとえば、硬化性組成物被膜（１２）の硬化反応が空気中の酸素によって阻害されるような場合には、不活性ガス、例えば窒素ガスを導入してその阻害効果が起こらないようにすることができる。

次に、この出願の発明のキュアリング装置の他の実施の形態を図２に示す。

図２に示すキュアリング装置（１４）は、図１に示したキュアリング装置（１）に正イオン加速電極（１５）を付加してなるものである。正イオン加速電極（１５）は、網状電極（７）と同様の構造を有し、網状電極（７）の外側に設けられ、網状電極（７）よりも低電位に保たれている。

網状電極（７）を通過した電子と負イオンと正イオンの中で、電子と負イオンは網状電極（７）と正イオン加速電極（１５）との間に形成される電位勾配によって減速されるが、正イオンのみは加速され、基板（１３）上の硬化性組成物被膜（１２）に入射し、そこで硬化反応を開始させる。

以上の実施の形態においては、面電子源としてナノシリコン面電子源を用いたが、この出願の発明においては、一般に常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源を用いることができる。

以上の実施の形態を有するこの出願の発明のキュアリング装置およびそのキュアリング装置を用いたキュアリング方法は次のような利点を持っている。

まず電子を常圧の気体中に放射させるのに、電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、低コストで装置の製作と運転が可能である。

また光照射によるキュアリングと異なり、キュアされる硬化性組成物に感光性を要しない。

さらに、電子あるいはイオンを加速する加速電圧を調整することによって電子あるいはイオンの硬化性組成物被膜中への入射深さを制御することができ、硬化層の厚さを制御することができる。特に電子を用いる場合には従来の電子線を用いるキュアリング装置においては多くの場合に１００ｋＶ以上の電圧で加速された電子によってキュアリングを行うために硬化感度は低くなり硬化層の厚さも厚くなるのに対して、この出願の発明のキュアリング方法およびキュアリング装置は、電子の加速電圧を低い電圧にも調節することが可能であるため、硬化感度が高い状態で薄い硬化層を形成することができる。

またこの出願の発明は、キュアリング方法およびキュアリング装置に関するものであるが、表面の改質、たとえば表面硬化、撥水性の付与、着色、艶消し、凹凸付与、触媒機能付与、殺菌性付与などに関し従来法に比べてより表面付近を効果的に処理できる特徴を生かした利用が出来ることは明らかである。

さらに、面電子源としてナノシリコン面電子源に限らず、常温下で１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源を用いても上記と同様の効果が得られる。

以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、電子源加熱用電源、高電圧電源および放射線防御対策を必要とせず、しかも硬化性組成物の種類を選ばずに低コストでキュアリングを行うことが可能となるキュアリング方法およびキュアリング装置が提供される。

この出願の発明のキュアリング装置の一実施形態を例示した断面図である。 この出願の発明のキュアリング装置の他の実施形態を例示した断面図である。

符号の説明

１ キュアリング装置
２ 基板電極
３ （基板電極の）底面
４ 基板
５ （基板の）下面
６ ナノシリコン面電子源
７ 網状電極
８ イオン発生空間
９ 四角筒
１０ （四角筒の）底部
１１ 気体導入空間
１２ 硬化性組成物被膜
１３ 基板
１４ キュアリング装置
１５ 正イオン加速電極

Claims (9)

1. 常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源を用い、その面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオン、およびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子によって硬化性組成物被膜を硬化させることを特徴とするキュアリング方法。
2. 面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオン、およびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子を、加速電極により加速した後に硬化性組成物被膜に入射させて硬化させることを特徴とする請求項１記載のキュアリング方法。
3. 加速電極の電圧を調整して荷電粒子を加速することを特徴とする請求項２記載のキュアリング方法。
4. 面電子源が、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源であることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のキュアリング方法。
5. 常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、その面電子源から放射される電子が気体分子と相互作用してイオンを発生するイオン発生空間とを有し、面電子源から放射された電子、その電子がイオン発生空間において気体分子と衝突して生成される正イオン、およびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子が、硬化性組成物被膜を硬化させることを特徴とするキュアリング装置。
6. 底面を有する四角筒状の基板電極と、その基板電極の底面の外側に結合した基板と、さらにその基板の下面に形成され、常温下１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、その面電子源から放射される電子が気体分子と相互作用してイオンを発生するイオン発生空間とを有しており、その面電子源の下方に配置された硬化性組成物被膜を硬化させることを特徴とする請求項５記載のキュアリング装置。
7. 面電子源から放射された電子、その電子が気体分子と衝突して生成される正イオンおよびその電子が気体分子に付着して生成される負イオンの３種類の荷電粒子のうちの少なくとも１種類の荷電粒子を加速するための加速電極が設けられていることを特徴とする請求項５または６記載のキュアリング装置。
8. 加速電極の電圧が調整可能であることを特徴とする請求項７記載のキュアリング装置。
9. 面電子源が、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源であることを特徴とする請求項５ないし８いずれかに記載のキュアリング装置。

Images