JP5802787B1 - 液塗布方法、及び、液塗布装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズル先端の液溜まりによる不具合を抑制できる液塗布方法及び液塗布装置を提供する。【解決手段】この液塗布方法は、ノズル１と対向電極２０との間に第１電圧Ｖ１を印加して、ノズル１内に供給される液を静電噴霧させると共にノズル１の外面に付着した液を外面から除去する第１工程と、第１工程の後に、ノズル１と対向電極２０との間に第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２を印加して、ノズル１内に供給される液を静電噴霧する第２工程と、を備える。【選択図】図２
Description
本発明は、液塗布方法、及び、液塗布装置に関する。
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、いわゆる静電噴霧技術を利用した液塗布方法が知られている。
静電噴霧及び噴霧の停止を繰り返すと、筒の先端に大量に液が溜まる場合がある。このような場合、塗布対象に液が垂れたり、噴霧挙動が安定化しにくいなどの不具合がある。しかしながら、筒の先端を布等で拭き取るのでは効率が悪く、感電対策も必要となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ノズル先端の液溜まりによる不具合を抑制できる液塗布方法及び液塗布装置を提供することを目的とする。
本発明に係る液塗布方法は、筒状電極と対向電極との間に第１電圧を印加して、前記筒状電極内に供給される液を静電噴霧させると共に前記筒状電極の外面に付着した液を前記外面から除去する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記筒状電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも低い第２電圧を印加して、前記筒状電極内に供給される液を静電噴霧する第２工程と、を備える。
前記第１工程の後に、前記筒状電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも低い第２電圧を印加して、前記筒状電極内に供給される液を静電噴霧する第２工程と、を備える。
本発明によれば、第１工程において、筒状電極の外面に付着した余分な液が容易に除去される。したがって、第１工程において短時間で噴霧状態が安定化し、第１工程での液の無駄が削減される。また、第２工程でも安定した噴霧状態で液の塗布が可能となる。
ここで、前記第１電圧は、前記第２電圧よりも３０％以上高いことができる。
また、前記第１工程では前記筒状電極から噴霧される液をシャッターで受け止め、前記第２工程では前記筒状電極から噴霧される液をシャッターで受け止めず通過させることができる。
本発明に係る液塗布装置は、筒状電極、対向電極、および、前記筒状電極及び対向電極との間に電圧を印加する電源を有する静電噴霧部と、前記電源の電圧を制御する電圧制御部と、を備える。前記電圧制御部は、前記筒状電極と前記対向電極との間に第１電圧を印加し、その後、前記筒状電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも低い第２電圧を印加する。本発明によれば、上記方法を適宜実施できる。
ここで、前記第１電圧は、前記第２電圧よりも３０％以上高いことができる。
また、上記装置は、前記第１電圧が印加されているときに前記静電噴霧部から噴霧される液を受け止め、前記第２電圧が印加されているときに前記静電噴霧部から噴霧される液を通過させるシャッターを更に備えることができる。
本発明によれば、ノズル先端の液溜まりによる不具合を抑制できる。
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる液塗布装置１００の一部破断模式図である。本実施形態の液塗布装置１００は、主として、静電噴霧部５０、相対移動部６０、シャッター機構８０、及び、制御部７０を備える。静電噴霧部５０は、ノズルユニット１０、対向電極２０、電源３０、及び、液体供給部４０を備える。
静電噴霧部５０は、ノズル（筒状電極）１、及び、カバー３を備える。
ノズル１は外部の電源３０と接続されており、このノズル１によって液体供給部４０より送られてくる液体は帯電される。ノズル１は上端で継ぎ手４を用いて液体供給部４０からのラインＬ１０と接続されている。ノズル１は例えば、全て又は一部が例えばステンレス等の導電性材料から成り、内面の全て又は一部が導電性の壁で形成されている。
カバー３は、ノズル１の側面を覆う形状で樹脂（ＰＴＦＥ等）等の電気絶縁性材料から成る。ノズル１の内径は特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍとすることができる。
対向電極２０は、ノズル１の軸線の延長線上に配置されており、ノズル１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。ノズル１と基板ＳＢとの距離も特に限定されないが、例えば、１０〜６０ｍｍ程度とすることができる。
本実施形態では、対向電極２０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。対向電極２０の形状は板状に限定されない。
電源３０は、ノズル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、パルス状に供給することもできる。電圧は、対向電極２０に対して、ノズル１側がプラスと成るように印加することが好ましい。
電源３０からの電圧が供給されると、ノズル１の先端１ｎから静電噴霧現象が生ずる。具体的には、ノズル１の先端１ｎに液ＬのテイラーコーンＴが形成され、その先から、線状に延びるジェット部Ｓ１、及び、ジェット部Ｓ１の先に形成されノズル１の先端１ｎから遠ざかるにつれて外径が広がる拡がり部Ｓ２（フレアと呼ばれれることがある）を有する液の噴霧構造Ｓが形成される。
液体供給部４０は、ラインＬ１０を介してノズル１に対して液体を供給する装置である。
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を介してノズル１に液体を供給するポンプ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に空気を供給することにより、ラインＬ１０を介して液体がノズル１に供給される。
相対移動部６０は、ノズルユニット１０を、対向電極２０あるいは対向電極上の基板ＳＢ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の表面に対して平行な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、相対移動部６０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１の先端と、基板ＳＢとの距離を調節することも容易である。
制御部（電圧制御部）７０は、電源３０、液体供給部４０のポンプ４２、及び、相対移動部６０を制御する。具体的には、制御部７０は、図２に示すように、１回の対象物への塗布毎に、時間ｔ０〜時間ｔ１までのダミーディスペンス工程（第１工程）ＤＤ、及び時間ｔ１〜時間ｔ２までのリアルディスペンス工程（第２工程）ＲＤを有するように、電源３０の電圧を制御する。
ダミーディスペンス工程ＤＤは、対象物へ液を塗布する前に、ノズルからの液の噴霧挙動を安定化させる工程であり、リアルディスペンス工程ＲＤは対象物に実際に液を塗布する工程である。
リアルディスペンス工程ＲＤでは、第２電圧Ｖ２を印加する。第２電圧Ｖ２は、液の組成や、筒の大きさ、ノズルと基板との距離、送液圧力等によって異なるが、例えば、４〜１５ｋＶの範囲内とすることができる。
ダミーディスペンス工程ＤＤは、第２電圧Ｖ２よりも高い第１電圧Ｖ１を印加する高電圧時間ＴＶ１を有する。第１電圧Ｖ１は、第２電圧Ｖ２よりも３０％以上高いことが好ましく、第２電圧Ｖ２よりも３０〜８０％高いことが好ましい。
ダミーディスペンス工程ＤＤにおける高電圧時間ＴＶ１は、例えば、５〜３０ｓとすることができる。また、リアルディスペンス工程の時間は、塗布対象の大きさ等によって自在に変更可能である。
高電圧時間Ｔｖ１の終了後直ちにリアルディスペンス工程ＲＤを行っても良いが、高電圧時間Ｔｖ１の終了後からリアルディスペンス工程ＲＤの開始までに、第２電圧を印加する時間を設けることもできる。この時間ΔＴは、例えば、１〜３０ｓとすることができる。
また、シャッター機構８０は、シャッター８２、及び、駆動部８４を有している。駆動部８４は、シャッター８２を、ノズル１から噴霧される液滴を受け止めて対象物に塗布させない位置Ｐ１、及び、ノズル１から噴霧される液滴を受け止めることなく通過させて基板ＳＢなどの対象物への塗布を可能とする位置Ｐ２との間で移動させる。
上述の制御部７０は、ダミーディペンス工程ＤＤの間にシャッター８２が位置Ｐ１に有るように、リアルディスペンス工程ＲＤの間にシャッターが位置Ｐ２に位置するように、シャッター機構８０を制御する。
また、上述の制御部７０は、制御部７０は、リアルディスペンス工程ＲＤにおいて、塗布対象となる基板（塗布対象物）ＳＢの被塗布領域上にノズル１から吐出される液滴群が適切に付着するように、相対移動部６０を制御する。具体的には、例えば、被塗布領域上を走査するように相対的に移動させることができる。
制御部７０は、ダミーディスペンス工程ＤＤ及びリアルディスペンス工程ＲＤにおいて、一定量の液を供給し続けるようにポンプ４２を制御する。
（静電噴霧用液）
本実施形態で静電噴霧する液は特に限定されないが、膜形成材料と、膜形成材料を溶解又は分散する液体成分を含むことができる。
膜形成材料とは、静電噴霧用液から液体成分を蒸発させた後に、蒸発せずに残存して膜を形成する成分である。膜形成材料の例は、樹脂、及び／又は、無機粒子である。
樹脂の例は、エポキシ樹脂（例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂）、ポリヒドロキシスチレン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂である。
樹脂は、熱可塑性でも硬化性でも良い。硬化性樹脂は、モノマー及び／又はプレポリマーと、硬化剤とを含むことが出来る。硬化剤は、モノマー、プレポリマー、及び、静電塗布後の硬化条件（光硬化、熱硬化、反応硬化等）等により、任意好適に選択できる。
硬化性樹脂は、また、重合性モノマー及び／又は重合性プレポリマーを含むことが出来る。例えば、アクリル樹脂の重合性モノマーの例は、１、９−ノナンジオールアクリレート、１，１，１−トリメチロールプロパントリアクリレート等のアクリル酸又はメタクリル酸のエステルである。
樹脂は、ナフトキノンジアジドなどの感光剤を含むことができ、その場合、樹脂は、感光性レジストになることができる。
また、樹脂は、界面活性剤、レベリング材等の種々の添加剤を含むことができる。
上述のような樹脂は、具体的には、感光性レジスト、接着剤、コーティング剤等であることができる。
無機粒子の例は、金属粒子、酸化物粒子である。金属粒子の例は、銀粒子、金粒子、銅粒子などである。酸化物粒子の例は、チタニア、シリカ、アルミナなどのセラミクス粒子、ガラス粒子などである。
金属粒子や酸化物粒子の粒径の例は、０．００１〜１００μｍである。
液体成分は、上記膜形成成分を溶解又は分散させることができる。液体成分の例は、γブチロラクトン、乳酸エチル、アセトン、ジグライム、シクロペンタノン、及び、水である。各液体成分の比誘電率は、３９、１３、２０、８、１４、８０である。液体成分は、これらの化合物の混合物であることができる。
液体成分は、２５℃において液体であるものが好ましい。また、液体成分の沸点は８０℃以上であることができ、また、２６０℃未満であることもできる。沸点が８０℃以上だと対象物上に液膜を形成しやすい。また、沸点が２６０℃未満であると乾燥時間を短くできて生産性を高めやすい。
静電噴霧用液は、その比誘電率が１４〜１００であることができる。比誘電率とは、［誘電率／真空の誘電率］である。液の比誘電率は、日本ルフト製ＭＯＤＥＬ８７１により測定することが出来る。比誘電率の最大値は、９０以下、８０以下であることが出来る。比誘電率の最小値は、１６以上、２０以上、３０以上であることが出来る。
静電噴霧用液の好ましい粘度の範囲は、５〜１００,０００ｍＰａ・ｓであるがこれに限定されない。
静電噴霧用液は、さらなる添加物を含むことができる。添加物の例は、界面活性剤、レベリング剤等である。添加物の濃度は、１０質量％以下とすることができる。
静電噴霧液の調製方法は特に限定されず、上述の膜形成成分と液体成分とを混合すればよい。
続いて、本実施形態の液塗布装置１００を用いる液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。なお基板ＳＢの材質は特に限定されず、電気的に導電性でも絶縁性でもよい。
まず、対向電極２０上に、塗布対象となる基板ＳＢを載置する。なお基板ＳＢの材質は特に限定されず、電気的に導電性でも絶縁性でもよい。
まず、制御部７０は、シャッター機構８０のシャッター８２を、ノズル１から噴霧される液滴をシャッター８２が受け止めて対象物（基板ＳＢ）に塗布させない位置Ｐ１に移動させる。
続いて、制御部７０は、ダミーディスペンス工程ＤＤを行う。具体的には、ノズル１と対向電極２０との間に第１電圧Ｖ１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を介してノズル１内に供給する。液体はノズル１により電荷が与えられて帯電し、ノズル１の先端１ｎから突出する液体はテイラーコーンＴを形成する。テイラーコーンＧの先には、ジェット部Ｓ１及び拡がり部Ｓ２が形成される。拡がり部Ｓ２では、静電気力により液滴が分裂（レイリー分裂）してノズル１の軸に対して垂直な方向に液滴が広がる。ダミーディスペンス工程では、静電噴霧挙動の安定化と、高電圧によるノズル１の先端付近の無駄な液の除去がなされる。
続いて、制御部７０は、ノズル１と対向電極２０との間の電圧を第２電圧Ｖ２に低下させ、その後リアルディスペンス工程ＲＤを開始する。リアルディスペンス工程ＲＤでは、制御部７０は、ノズル１と対向電極２０との間の電圧を第２電圧Ｖ２に維持する。また、制御部７０は、シャッター機構８０のシャッター８２を、ノズル１から噴霧される液滴を受け止めることなく基板ＳＢなどの対象物に塗布させる位置Ｐ２に移動させ、相対移動部を制御して、基板ＳＢの被塗布領域に噴霧された液滴を接触させ、液膜を形成する。
本実施形態では以下のような効果がある。静電噴霧及び静電噴霧の停止を繰り返すと、図３の（ａ）に示すように、噴霧の前には、ノズル１の先端１ｎの近傍に大きな液滴ＬＤが形成されることが多い。この状態で、リアルディスペンス工程ＲＤの第２電圧Ｖ２と同じ電圧を印加してダミーディスペンス工程を行っても、この液滴ＬＤに起因して噴霧挙動の安定化が困難になることが多い。噴霧挙動が不安定なままリアルディスペンス工程ＲＤを行うと、液滴の大きさや液滴の噴霧方向が定まらず、安定的な液膜の形成が困難である。したがって、従来は、噴霧前にノズル１の先を布等で拭いて液滴ＬＤを除去する必要があった。
ところが、本実施形態では、ダミーディスペンス工程ＤＤにおいて、リアルディスペンス工程ＲＤでの第２電圧Ｖ２よりも高い第１電圧Ｖ１を印加している。このため、ダミーディスペンス工程ＤＤにおいて、ノズル１の先端１ｎ、特に、ノズル１の外面１Ｓに付着する液が容易にそこから除去される。したがって、図３の（ｂ）のように外面１Ｓに液が付着していない状態を容易に得ることができ、噴霧挙動を迅速に安定化させることが可能である。また、布等での拭き取り作業を省いて操作性及び安全性が向上する。また、ダミーディスペンス工程の時間を短縮でき、また、ダミーディスペンスに要する液の量も抑制できる。
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、静電噴霧の方法は、上記実施形態に限定されず、液を帯電させ、帯電した液体を筒状電極の流路から対向電極に向けて放出させれば特に限定されない。
また、上記実施形態では、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、シャッター機構の構造も上記実施形態に限定される物ではない。例えば、シャッターは、板状でなくカップ状であっても良い。また、シャッター機構を備えない態様も可能である。例えば、ダミーディスペンス工程ＤＤでは塗布対象を液滴が付着する領域から遠ざけておいて、リアルディスペンス工程ＲＤでは塗布対象を液滴が付着する領域に配置されるように、塗布対象物を移動させる態様でも良い。
また、上記実施形態では、制御部７０即ちコンピュータが、電圧等の制御を行っているが、人が電圧を制御しても実施は可能である。
１…ノズル（筒状電極）、２０…対向電極、３０…電源、ＳＢ…基板（塗布対象物）、８２…シャッター、５０…静電噴霧部、７０…制御部（電圧制御部）、１００…液塗布装置。
Claims (6)
- 筒状電極と対向電極との間に第１電圧を印加して、前記筒状電極内に供給される液を静電噴霧させると共に前記筒状電極の外面に付着した液を前記外面から除去する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記筒状電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも低い第２電圧を印加して、前記筒状電極内に供給される液を静電噴霧する第２工程と、を備える、液塗布方法。 - 前記第１電圧は、前記第２電圧よりも３０％以上高い請求項１記載の液塗布方法。
- 前記第１工程では前記筒状電極から噴霧される液をシャッターで受け止め、前記第２工程では前記筒状電極から噴霧される液をシャッターで受け止めず通過させる、請求項１又は２に記載の液塗布方法。
- 筒状電極、対向電極、および、前記筒状電極及び対向電極との間に電圧を印加する電源を有する静電噴霧部と、
前記電源の電圧を制御する電圧制御部と、を備え、
前記電圧制御部は、前記筒状電極と前記対向電極との間に第１電圧を印加し、その後、前記筒状電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも低い第２電圧を印加する、液塗布装置。 - 前記第１電圧は、前記第２電圧よりも３０％以上高い請求項４記載の液塗布装置。
- 前記第１電圧が印加されている時に前記静電噴霧部から噴霧される液を受け止め、前記第２電圧が印加されている時に前記静電噴霧部から噴霧される液を通過させるシャッターを更に備える、請求項４又は５に記載の液塗布装置。
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