JP6507028B2 - エレクトロスプレー装置 - Google Patents

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Description

この発明は、エレクトロスプレー装置に関し、特に、ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置に関する。
従来、ノズルから噴霧された溶液材料を基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、基板が載置されるプレートと、電圧が印加された状態の溶液材料を基板に噴霧するノズルとを備えるエレクトロスプレー装置が開示されている。このエレクトロスプレー装置では、ノズルは、先端が平坦な円筒形状を有する。そして、基板とノズルとの間に生じた電界により、ノズルの先端から基板に霧状(スプレー状)の溶液材料が飛行することによって、基板に溶液材料が薄膜として堆積(塗布)される。
また、溶液材料の塗布速度の向上のために、溶液材料の流量を多くするように、ノズルの直径を大きくすることが考えられる。
特開2014−147891号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載のような従来のエレクトロスプレー装置において、溶液材料の塗布速度の向上のためにノズルの直径を大きくした場合には、円筒形状のノズルの中心部近傍の電圧(電界)が外周部の電圧に比べて小さくなるため、溶液材料が霧状(スプレー状)にならない場合がある。また、ノズルの中心部近傍の電圧が外周部の電圧に比べて小さくなる(不均一になる)ため、テーラーコーン(ノズルの先端に形成される、溶液材料の表面に荷電を持つイオンが集まったコーン)が不安定になる場合がある。これらの結果、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、ノズルの直径を比較的大きくした場合にも、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることを抑制することが可能なエレクトロスプレー装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面によるエレクトロスプレー装置は、ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置であって、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルを備え、ノズルは、ノズルが延びる方向に沿って内径が略一定である円筒形状を有し電圧が印加される第1部分と、第1部分の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分とを含第2部分は、第1部分の先端から突出しているとともに、第2部分の先端部は、先端に向かって先細りの円錐形状に形成されており、円錐形状の先端部の、円錐の頂点と底面の円周とを結ぶ母線の延長線上に、第1部分の先端が配置されるように構成されている
この第1の局面によるエレクトロスプレー装置では、上記のように、ノズルが、第1部分の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分を含むことによって、ノズルの直径を比較的大きくした場合にも、第1部分の内側に配置され電圧が印加される第2部分により、円筒形状のノズルの中心部側の電圧が外周部側の電圧に比べて小さくなることを抑制することができるので、ノズルの中心部近傍の溶液材料を霧状(スプレー状)にすることができるとともに、ノズルの中心部側から外周部側に渡って電圧(電界)を略均一にすることができるので、テーラーコーンが不安定になることを抑制することができる。また、第1部分が、ノズルが延びる方向に沿って内径が略一定である円筒形状を有するように構成することによって、第1部分の内径が変化する場合と異なり、形成されるテーラーコーンが不安定になることが抑制される。これらの結果、ノズルの直径を比較的大きくした場合にも、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることを抑制することができる。
また、第2部分は、第1部分の先端から突出しているとともに、第2部分の先端部は、先端に向かって先細りの円錐形状に形成されており、円錐形状の先端部の、円錐の頂点と底面の円周とを結ぶ母線の延長線上に、第1部分の先端が配置されるように構成されている。これにより、第1部分の先端と第2部分の先端とに連続するようにテーラーコーンを形成することができるとともに、第2部分の先端部の形状(円錐形状)に沿うようにテーラーコーンを形成することができる。その結果、テーラーコーンの形状の安定化を図ることができるので、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることをより抑制することができる。
上記一の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、第1部分と第2部分とは、第1部分の内側面と第2部分の外側面との間の間隔が、ノズルが延びる方向に沿って略一定になるように、互いに平行に配置されている。このように構成すれば、第1部分と第2部分との間を流れる溶液材料の流速が略一定になるとともに、第1部分と第2部分との間の電界がノズルが延びる方向に沿って略一定になるので、形成されるテーラーコーンが不安定になることを、より抑制することができる。
この発明の第2の局面によるエレクトロスプレー装置は、ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置であって、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルを備え、ノズルは、ノズルが延びる方向に沿って内径が略一定である円筒形状を有し電圧が印加される第1部分と、第1部分の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分とを含み、第2部分は、円筒形状を有し、ノズルは、第1部分の内側面と円筒形状を有する第2部分の外側面との間に形成される溶液材料が流れる第1流路と、円筒形状を有する第2部分の内側に形成される溶液材料が流れる第2流路とを含み、第2部分は、第1部分の先端から突出しており、第1部分の先端と第2部分の先端とは、第1部分および第2部分の中心を通る第1部分および第2部分が延びる方向に沿った中心軸線上に頂点が位置する正三角形の、頂点から延びる2つの辺の延長線上に配置されている。これにより、第1流路に加えて、第2流路からも溶液材料を流すことができるので、溶液材料の塗布量を大きくすることができる。また、テーラーコーンの先端の角度は略60度になることが多い。そこで、頂角が60度である正三角形の頂点から延びる2つの辺の延長線上に第1部分の先端と第2部分の先端とを配置することにより、第1部分の先端と第2部分の先端とに連続するように安定した状態でテーラーコーンを形成することができるので、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることをより抑制することができる。








本発明によれば、上記のように、ノズルの直径を比較的大きくした場合にも、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることを抑制することができる。
本発明の第1実施形態によるエレクトロスプレー装置の構成を示す図である。 本発明の第1実施形態によるエレクトロスプレー装置のノズルの断面図である。 本発明の第1実施形態によるエレクトロスプレー装置のノズルをZ1方向から見た図である。 図2の部分拡大図である。 本発明の第1実施形態によるエレクトロスプレー装置のノズルに形成されたテーラーコーンを示す図である。 本発明の第2実施形態によるエレクトロスプレー装置のノズルの断面図である。 本発明の第2実施形態によるエレクトロスプレー装置のノズルをZ1方向から見た図である。 図6の部分拡大図である。 本発明の第2実施形態によるエレクトロスプレー装置のノズルに形成されたテーラーコーンを示す図である。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
(エレクトロスプレー装置の構成)
図1〜図5を参照して、第1実施形態によるエレクトロスプレー装置100の構成について説明する。
図1に示すように、エレクトロスプレー装置100は、ノズル10と、アースプレート20とを備えている。また、ノズル10とアースプレート20との間には、図示しないマスクが設けられている。また、アースプレート20の表面上(Z2方向側の表面上)には、基板200が配置されている。
ノズル10は、金属製である。そして、金属製のノズル10に電圧を印加することにより、溶液材料に電圧が印加されて、溶液材料が下方(Z2方向)から上方(Z1方向)に向かって噴霧される。これにより、ノズル10から噴霧された溶液材料が、基板200に薄膜(図示せず)として堆積される。
ここで、第1実施形態では、図2に示すように、ノズル10は、ノズル10が延びる方向(Z方向)に沿って内径r1が略一定である円筒形状を有し電圧が印加される第1部分11と、第1部分11の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分12とを含む。また、第2部分12は、ノズル10が延びる方向(Z方向)に沿って外径r2が略一定である棒形状(中が空洞でない棒形状)を有する。また、第1部分11と第2部分12とは、共に、金属製からなる。また、第1部分11と第2部分12とには、略同一の電圧が印加されている。そして、第1部分11と第2部分12との間に、溶液材料が流れる流路13が形成されている。
また、第1実施形態では、第1部分11と第2部分12とは、第1部分11の内側面11aと第2部分12の外側面12aとの間の間隔d1が、ノズル10が延びる方向(Z方向)に沿って略一定になるように、互いに平行に配置されている。また、第1部分11の一方の端部11bは、開口しているとともに、他方の端部11cは、封止されている。そして、棒形状の第2部分12は、封止された第1部分11の他方の端部11cを貫通するように、第1部分11に取り付けられている。また、図3に示すように、ノズル10が延びる方向(Z1方向)から見て、第1部分11の中心C1と第2部分12の中心C2とが略一致するように、第2部分12が第1部分11に取り付けられている。
また、第1実施形態では、図4に示すように、第2部分12は、第1部分11の先端11dから突出しているとともに、第2部分12の先端部12bは、先端12cに向かって先細りの円錐形状に形成されている。そして、円錐形状の先端部12bの、円錐の頂点(先端12c)と底面の円周とを結ぶ母線12dの延長線A1上に、第1部分11の先端11dが配置されるように構成されている。具体的には、円錐形状の先端部12bの角度θ1は、略60度である。なお、第1部分11の先端11dとは、第1部分11のZ1方向側の平坦な部分(図3のハッチングで示された領域)近傍を意味する。
また、図5に示すように、ノズル10に形成されるテーラーコーン300は、円錐形状を有する。そして、テーラーコーン300は、第1部分11の先端11dから、第2部分12の先端部12bの先端12cに渡って形成され、テーラーコーン300の先端部301の角度θ2も、略60度である。すなわち、第2部分12の先端部12bの角度θ1は、テーラーコーン300の先端部301の角度θ2と略同じになるように形成されている。これにより、テーラーコーン300は、第2部分12の円錐形状の先端部12bの外表面に沿うように形成される。つまり、第2部分12は、ノズル10が延びる方向に沿った方向のテーラーコーン300の長さL1と略等しい長さL2分、第1部分11の先端11dから突出している。また、第1部分11の先端11dは、円錐形状のテーラーコーン300の母線302上近傍に配置されている。
また、図1に示すように、エレクトロスプレー装置100には、ポンプ部30が設けられている。ポンプ部30は、ノズル10に溶液材料を送液するように構成されている。また、ポンプ部30とノズル10とは、送液管31によって接続されている。そして、図2に示すように、送液管31によって送液された溶液材料は、第1部分11の内側面11aと、第2部分12の外側面12aとの間の流路13を流れるとともに、第1部分11の先端11dから噴霧される。
アースプレート20は、たとえば金属板から構成されており、平板形状を有する。アースプレート20は、薄膜の形成時に、基板200に接触して基板200を支持するとともに、基板200を接地するように構成されている。
(第1実施形態の効果)
次に、第1実施形態の効果について説明する。
第1実施形態では、上記のように、ノズル10が、第1部分11の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分12を含むことによって、ノズル10の直径を比較的大きくした場合にも、第1部分11の内側に配置され電圧が印加される第2部分12により、円筒形状のノズル10の中心部側の電圧が外周部側の電圧に比べて小さくなることを抑制することができるとともに、ノズル10の中心部側から外周部側に渡って電圧(電界)を略均一にすることができるので、テーラーコーン300が不安定になることを抑制することができる。また、第1部分11が、ノズル10が延びる方向に沿って内径r1が略一定である円筒形状を有するように構成することによって、第1部分11の内径r1が変化する場合と異なり、形成されるテーラーコーン300が不安定になることが抑制される。これらの結果、ノズル10の直径を比較的大きくした場合にも、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることを抑制することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、第1部分11と第2部分12とを、第1部分11の内側面11aと第2部分12の外側面12aとの間の間隔d1が、ノズル10が延びる方向に沿って略一定になるように、互いに平行に配置する。これにより、第1部分11と第2部分12との間を流れる溶液材料の流速が略一定になるとともに、第1部分11と第2部分12との間の電界がノズル10が延びる方向に沿って略一定になるので、形成されるテーラーコーン300が不安定になることを、より抑制することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、第2部分12は、第1部分11の先端11dから突出しているとともに、第2部分12の先端部12bは、先端12cに向かって先細りの円錐形状に形成されており、円錐形状の先端部12bの、円錐の頂点(先端12c)と底面の円周とを結ぶ母線12dの延長線A1上に、第1部分11の先端11dを配置する。これにより、第1部分11の先端11dと第2部分12の先端部12b(先端12c)とに連続するようにテーラーコーン300を形成することができるとともに、第2部分12の先端部12bの形状(円錐形状)に沿うようにテーラーコーン300を形成することができる。その結果、テーラーコーン300の形状の安定化を図ることができるので、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることをより抑制することができる。
[第2実施形態]
(エレクトロスプレー装置の構成)
次に、図6〜図9を参照して、第2実施形態によるエレクトロスプレー装置110の構成について説明する。第2実施形態では、ノズル10に、中が空洞でない第2部分12が設けられていた上記第1実施形態と異なり、第2部分42は、中が空洞の円筒形状を有している。
図6に示すように、ノズル40は、ノズル40が延びる方向(Z方向)に沿って内径r3が略一定である円筒形状を有し電圧が印加される第1部分41と、第1部分41の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分42とを含む。また、第1部分41と第2部分42とは、共に、金属製からなる。また、第1部分41と第2部分42とには、略同一の電圧が印加されている。
また、第1部分41の一方の端部41bは、開口しているとともに、他方の端部41cは、封止されている。そして、第2部分42は、封止された第1部分41の他方の端部41cを貫通するように、第1部分41に取り付けられている。また、第2部分42の外径r4は、ノズル40が延びる方向(Z方向)に沿って略一定である。
ここで、第2実施形態では、エレクトロスプレー装置110のノズル40の第2部分42は、円筒形状を有している。そして、ノズル40は、第1部分41の内側面41aと円筒形状を有する第2部分42の外側面42aとの間に形成される溶液材料が流れる第1流路43と、円筒形状を有する第2部分42の内側に形成される溶液材料が流れる第2流路44とを含む。また、第1部分41と第2部分42とは、第1部分41の内側面41aと第2部分42の外側面42aとの間の間隔d2が、ノズル40が延びる方向に沿って略一定になるように、互いに平行に配置されている。つまり、第1流路43の間隔d2は、ノズル40が延びる方向に沿って略一定になる。
また、図7に示すように、ノズル40が延びる方向(Z1方向)から見て、第1部分41の中心C3と第2部分42の中心C4とが略一致するように、第2部分42が第1部分41に取り付けられている
また、第2実施形態では、図8に示すように、第2部分42は、第1部分41の先端41dから距離L3分突出している。そして、第1部分41の先端41dと第2部分42の先端42cとは、第1部分41および第2部分42の中心を通る第1部分41および第2部分42が延びる方向に沿った中心軸線A2上に頂点C5が位置する正三角形(図8の一点鎖線で示された正三角形参照)の、頂点C5から延びる2つの辺B1およびB2の延長線B11およびB12(図8の破線参照)の上に配置されている。すなわち、辺B1およびB2が交差する角度θ3は、略60度である。なお、第1部分41の先端41dとは、第1部分41のZ1方向側の平坦な部分(図7のハッチングで示された領域)近傍を意味する。また、第2部分42の先端42cとは、第2部分42のZ1方向側の平坦な部分(図7のハッチングで示された領域)近傍を意味する。
また、図9に示すように、第1部分41の先端41dと第2部分42の先端42cとは、第1部分41の先端41dと第2部分42の先端42cとに渡って形成される円錐形状のテーラーコーン310の母線312上近傍に配置されている。また、正三角形の頂点C5(図8参照)は、テーラーコーン310の頂点311近傍に配置される。すなわち、正三角形の頂点C5の第1部分41の先端41dからの距離L4(ノズル40が延びる方向に沿った距離)は、テーラーコーン310のノズル40が延びる方向に沿った長さL5と略等しい。
また、図6に示すように、エレクトロスプレー装置110には、ポンプ部50aおよび50bが設けられている。ポンプ部50aは、第1部分41に接続されており、第1部分41に溶液材料を送液するように構成されている。また、ポンプ部50bは、第2部分42に接続されており、第2部分42に溶液材料を送液するように構成されている。
なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
(第2実施形態の効果)
次に、第2実施形態の効果について説明する。
第2実施形態では、上記のように、第2部分42は、円筒形状を有し、ノズル40は、第1部分41の内側面41aと円筒形状を有する第2部分42の外側面42aとの間に形成される溶液材料が流れる第1流路43と、円筒形状を有する第2部分42の内側に形成される溶液材料が流れる第2流路44とを含む。これにより、第1流路43に加えて、第2流路44からも溶液材料を流すことができるので、溶液材料の塗布量を大きくすることができる。
また、第2実施形態では、上記のように、第2部分42は、第1部分41の先端41dから突出しており、第1部分41の先端41dと第2部分42の先端42cとを、第1部分41および第2部分42の中心C3およびC4を通る第1部分41および第2部分42が延びる方向に沿った中心軸線A2上に頂点C5が位置する正三角形の、頂点C5から延びる2つの辺B1およびB2の延長線B11およびB12上に配置する。ここで、テーラーコーン310の先端の角度θ4(図9参照)は略60度になることが多い。そこで、頂角が60度である正三角形の頂点C5から延びる2つの辺B1およびB2の延長線B11およびB12上に第1部分41の先端41dと第2部分42の先端42cとを配置することにより、第1部分41の先端41dと第2部分42の先端42cとに連続するように安定した状態でテーラーコーン310を形成することができるので、塗布された薄膜の膜厚にばらつき(ムラ)が生じることをより抑制することができる。
なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
[変形例]
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
たとえば、上記第1および第2実施形態では、第2部分が第1部分の先端から突出するように設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第2部分の先端と第1部分の先端とが略面一であってもよいし、第2部分の先端が第1部分の先端から引っ込んだ位置(第1部分の内部)に配置されていてもよい。
また、上記第1実施形態では、第2部分の先端部が円錐形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第2部分の先端部が円錐形状以外の形状(たとえば、三角錐形状など)を有していてもよい。
また、上記第1実施形態では、第2部分の先端部の角度が略60度である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第2部分の先端部の角度が、テーラーコーンの先端の角度と略等しくなるように構成されていれば、第2部分の先端部の角度が略60度以外の角度でもよい。
また、上記第2実施形態では、第2部分が円筒形状(外径が略一定の円筒形状)を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第2部分が、外径が先端に向けって徐々に小さくなるテーパ形状を有していてもよい。
また、上記第2実施形態では、第1部分の先端と第2部分の先端とが正三角形の辺上に配置される(略60度の角度で交差する2辺上に配置される)例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1部分の先端と第2部分の先端とが、テーラーコーンの先端の角度と略等しくなる角度で交差する2辺上に配置されていれば、略60度の角度以外の角度で交差する2辺上に配置されていてもよい。
また、上記第1および第2実施形態では、溶液材料が下方から上方に向かって噴霧される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶液材料を上方から下方に向かって噴霧してもよいし、側方に向かって噴霧するようにしてもよい。
10、40 ノズル
11、41 第1部分
11a、41a (第1部分の)内側面
11d (第1部分の)先端
12、42 第2部分
12a、42a (第2部分の)外側面
12b 第2部分の先端部
12d 母線
41d (第1部分の)先端
42c (第2部分の)先端
43 第1流路
44 第2流路
100、110 エレクトロスプレー装置
200 基板
A1 (母線の)延長線
A2 中心軸線
B1、B2 (正三角形の)辺
B11、B12 (辺の)延長線
d1、d2 (第1部分の内側面と第2部分の外側面との間の)間隔
r1、r3 (第1部分の)内径

Claims (3)

  1. ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置であって、
    溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧する前記ノズルを備え、
    前記ノズルは、前記ノズルが延びる方向に沿って内径が略一定である円筒形状を有し電圧が印加される第1部分と、前記第1部分の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分とを含
    前記第2部分は、前記第1部分の先端から突出しているとともに、前記第2部分の先端部は、先端に向かって先細りの円錐形状に形成されており、
    前記円錐形状の先端部の、円錐の頂点と底面の円周とを結ぶ母線の延長線上に、前記第1部分の先端が配置されるように構成されている、エレクトロスプレー装置。
  2. 前記第1部分と前記第2部分とは、前記第1部分の内側面と前記第2部分の外側面との間の間隔が、前記ノズルが延びる方向に沿って略一定になるように、互いに平行に配置されている、請求項1に記載のエレクトロスプレー装置。
  3. ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置であって、
    溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧する前記ノズルを備え、
    前記ノズルは、前記ノズルが延びる方向に沿って内径が略一定である円筒形状を有し電圧が印加される第1部分と、前記第1部分の内側に配置されるとともに電圧が印加される第2部分とを含み、
    前記第2部分は、円筒形状を有し、
    前記ノズルは、前記第1部分の内側面と前記円筒形状を有する第2部分の外側面との間に形成される前記溶液材料が流れる第1流路と、前記円筒形状を有する第2部分の内側に形成される前記溶液材料が流れる第2流路とを含み
    前記第2部分は、前記第1部分の先端から突出しており、
    前記第1部分の先端と前記第2部分の先端とは、前記第1部分および前記第2部分の中心を通る前記第1部分および前記第2部分が延びる方向に沿った中心軸線上に頂点が位置する正三角形の、前記頂点から延びる2つの辺の延長線上に配置されているエレクトロスプレー装置。
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