JPH0785783B2 - 固体超微粒子の塗布方法とその装置 - Google Patents

固体超微粒子の塗布方法とその装置

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JPH0785783B2
JPH0785783B2 JP61238740A JP23874086A JPH0785783B2 JP H0785783 B2 JPH0785783 B2 JP H0785783B2 JP 61238740 A JP61238740 A JP 61238740A JP 23874086 A JP23874086 A JP 23874086A JP H0785783 B2 JPH0785783 B2 JP H0785783B2
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
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    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/0012Apparatus for achieving spraying before discharge from the apparatus

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  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体超微粒子の塗布方法とその装置に係る。
〔従来の技術〕
従来、粉体塗布というのは、殆んど粉体噴出方式による
粉体塗布装置によって行われてきた。そしてこれらに用
いられる粉体の粒径は50ミクロン前後で小さくとも10ミ
クロン前後であった。所が最近エレクトロニック製品の
発達に伴い、それらの部品に対し1ミクロン前後の超極
薄の粉体塗布の需要が出始めてきたのである。
一例として、液晶板(LCD)の場合をあげる。液晶板の
断面図を第10図に、その平面図を第11図に示す。液晶板
とは上下二枚のガラス板51,52の間に液晶の充満された
ものであるが、これらの間隔Cは極めて狭く、10ミクロ
ン以下が要求されている。この狭い一定の間隔を得るた
めに、スペーサとして10ミクロン前後の微粒子が使用さ
れているのである。即ちその製造過程として基板となる
ガラス板51(上面に不電導膜53が塗布されている)の上
に、10ミクロン前後の固体微粒子55が、疎(まばら)に
(10箇ないし40箇/mm2)散布され、その上に他のガラス
板52(下面に不電導膜54が塗布されている)を重ね、即
ちそれら微粒子をスペンサーとして、10ミクロン前後の
間隔が保持されるである。その後、ガラス板の周縁をシ
ール材57でシールし、その内部に液晶56を注入充満させ
て液晶板を得るのである。なお上記固体超微粒子として
はアルミナ粉(Al2O3)、珪酸(SiO2)、プラスチック
粉などが使われている。しかし、これら固体超微粒子は
非常に高価であり、その散布作業に当っては、効率よ
く、かつ均一に、そして単一粒子として短時間に散布さ
れなければならない。また上記作業は、クリーンルーム
内で行われることが必須条件である。何故なら上記固体
微粒子の散布に当っては、上記基板上にスペーサとなる
固体微粒子以外の如何なる異物も、たとえ一箇たりとも
混入することは許されないからである。
以上の如き微粒子の散布に当っては、一般の粉体噴射式
塗布装置などによっては到底塗布できない。即ち現在次
のような二方式が採用されている。
(1)エアスプレイ方式 固体微粒子の液体中に分散された、いわゆる懸濁液を使
用する。これらを基板面上にエアスプレイする。実際に
はエアの代わりに、窒素ガスを使用する場合が多い。簡
単な方法であるが次のような欠点があった。
基板面上に対してエアスプレイしたあと、微粒子が
近辺に立ちこもり、それらが上記基板上に沈降するまで
多くの時間を要し、生産効率が極めて低い。(微粒子が
10ミクロンの場合、塗譜密度10〜40箇/mm2塗布するのに
1〜2分間を要し、最も望まれる1ミクロンの場合に
は、より長時間を要した。) 基板面上に付着した微粒子が数箇凝集しているもの
が多い(微粒子は単一に付着していることが望まし
い)。
塗着効率即ち歩溜りが極めて悪い(固体微粒子は前
述の如く極めて高価である)。
(2)スピン方式 固体微粒子系の懸濁液を基板面上にのせ、該板を高速回
転させ、その遠心力によって懸濁液を外方に飛ばし、そ
の中央部にできる薄膜を、レベリングさせると、その中
に固体微粒子に散在したものが得られる。
本方式の欠点は、 固体微粒子以外の液体即ち異質物が基板面上に残
る。
基板外にも懸濁液が飛散し、作業環境を汚染する。
歩溜り及び生産性が極めて悪い。
〔解決しようとする問題点〕
上述した従来の固体微粒子の塗布方式の諸欠点を総括す
ると次の如くなる。
(1)1ミクロン以下の固体微粒子の塗布が難しい。
(2)固体微粒子の単一(単離)状態は難しく、複数箇
の微粒子の寄り集まったもの(凝集)が基板上に付着し
ているのが多い。
(3)基板面上にスペーサーとしての固体微粒子以外の
異質物の混入が多い。
(4)歩溜りが悪るい。
(5)生産性が低い。
(6)コスト高である。
(7)作業環境を汚す。
本発明の動機は、上記諸欠点をすべて解決することであ
った。
〔問題を解決するための手段〕
本発明は、上記スピン方式と同様に懸濁液を使用する
が、それらの装置には依存せず、全く別な装置即ちエア
ロゾル発生装置を利用するものである。
上記エアロゾル発生装置というのは、我が国では余り知
られていないが、米国文献に見られるもので、それは液
体の超微粒子のエアロゾルを得る装置として発表されて
いるものである。そのエアロゾル発生装置について簡単
に説明する。その構造は第12図に示す通りである。密閉
容器62の内側底部には、外部よりの加圧気体導入管69に
接続された散気管63の噴気孔64が開口している。この開
口部より若干上方のレベルまで液体Lは入れられる。
次にある加圧された気体CA3が散気管63内に導入され、
その噴気孔64より液体L中に噴出する。それは気泡B3
なり、上昇して上記液面に達する。その気泡が液面上に
出ると薄膜の半球形状となるが、同時に膨脹して破裂す
る。その時上記薄膜は破片となって飛散するが、その破
片は超微粒子となって上記液面上の外気の中に分散する
のである。その超微粒子の粒径はサブミクロン(コンマ
以下)台といわれている。このようにして液体の超微粒
子のエアロゾルが得られるのである。因みに、一般のエ
アスプレイなどによる液体の微粒子の粒径は50〜10ミク
ロンである。
しかし本発明は、上述のような単なる液体を用いずに、
それに代わって固体の超微粒子の分散している懸濁液を
使用することである。それらを上述と同じエアロゾル発
生装置に仕込んで発生させると、液体の超微粒子は勿
論、それらと共に固体の超微粒子の分散された二種共存
のエアロゾルが得られるのである。次にそのエアロゾル
内の液体の超微粒子を気化消去せしめ、そして単なる固
体の超微粒子のみの分散されたエアロゾルを得るのであ
る。そして更にそれらの静電気を荷電せしめ、よって被
塗物面上に効果的に塗着せしめることが本発明の方法で
ある。
次に上記方法に基く基本構造を第1図に示す。エアロゾ
ル発生装置は前述したように、密閉容器2の内側底部
に、外部よりの加圧気体導入管15に接続された散気管3
の噴気孔4が設けられたものであり、該密閉容器2の上
部の排気口5は、導管6をもって、静電式ガン7に接続
されているものである。また必要によっては、該導管6
及び又はガン7に加熱器17,17Aが設けられる。
〔作用〕
本発明の基本的作用について説明する。同じく第1図を
参照されたい。先ず固体の超微粒子の分散した懸濁液S
が、エアロゾル発生装置1の密閉容器2内に補給され
る。その液面レベルは同密閉容器内の散気管3の噴気孔
4より若干上方とする。次に上記散気管3に接続されて
いる加圧気体導入管を通し、比較的低圧(1kg/cm2
後)に加圧された気体CAが開閉弁、流量調整弁、圧力計
などを経て供給される。そしてその散気管の末端に取付
けられた噴気孔4より、加圧気体は懸濁液S中に噴出
し、気泡Bとなって液中を上昇、液面に達する(第2
図)。気泡Bが液面上に浮上すると、その上面は一時、
薄膜状S1より成る半球形状となるが(第3図)、大気中
に飛び出した気泡Bの急激な膨脹により、該気泡は破裂
する(第4図)。即ち上記薄膜は破片となって飛び散
る。即ちその薄膜を形成している懸濁液中の固体の超微
粒子と液体は、それぞれ単一の超微粒子となって飛散す
るのである。このとき、固体の超微粒子の粒径はいうま
でもなく懸濁する前と同じく1ミクロン又はそれ以下で
あるが、液体の超微粒子の粒径も、実験で使用したジク
ロル・シフルオル・メタン(商品名フレオン)の場合に
は、0.1〜0.2ミクロンであった。それらの分散状態は、
第5図に示すように、それぞれ単離した状態で分散して
いるか、若しくは固体超微粒子Pに、より小さい液体の
超微粒子Plが付着した状態で分散している。又は上述と
は逆に液体の超微粒子の方が大きい場合も考えられる
(第6図)。このようにして、液体と固体との二種の超
微粒子が気体中に分散することになるが、液体でも気化
し易いものは間もなく消失する。そして固体の超微粒子
のみが残ることになる(第7図)。このようにして、固
体の超微粒子のみよりなるエアロゾルAS1が得られるの
である。なお常温にては気化しにくい液体に対しては、
第1図に示すように、導管6上及び又は静電式ガン7上
に設けられた加熱器17,17Aにより、液体の超微粒子を含
むエアロゾルを加熱して、それらを気化消去せしめるの
である。
上述のようにして生成された固体超微粒子のみのエアロ
ゾルAsをガンノズル8から吹出して被塗物A面上を塗布
する。しかしその場合、その吹出流にかき乱されて超微
粒子が周辺に飛散浮遊し、塗着効率も下がるばかりでな
く、被塗物面上における微粒子の塗着力も弱くなって、
塗着効率は著しく低下する。それらを防止するために第
1図に示す如く静電式ガン7を使用するのである。即ち
静電気荷電用のコロナピン9と被塗物Aとの間に発生す
るコロナ放電により、その近辺を通過する超微粒子は荷
電し、また電気力線Eに沿って被塗物A面上に到達付着
するのである。従ってノズル8から吹出した微粒子が周
辺に飛散浮遊することも少く、かつ電気的付着によって
塗着効率をより上げることができるのである。
なお、この際塗着される固体超微粒子の粒径は1ミクロ
ン以下のサブミクロン台のものも極めて容易である。ま
た懸濁液の分散媒としては、常温揮発性かつ不活性のも
のが望ましく、特に引火性、着火性、爆発性のないジク
ロル・シフルオル・メタン(商品名フレオン)において
は実験上満足すべき結果が得られた。またエアロゾル発
生装置内に圧送する気体は、空気でもよいが、更に不活
性の窒素ガス、炭酸ガス等はより望ましい。
次に特許請求の範囲第7項の固体超微粒子の塗布装置に
ついて説明する。本装置は上述した基本構造におけるが
如く、エアロゾル発生装置より導管及びガンノズルを介
して塗布するものではなく、エアロゾル発生装置より直
接に被塗物面上に塗布するものである。第8図を参照さ
れたい。前述の如くエアロゾル発生装置は密閉型ではな
く、上部開放型である。即ちエアロゾル発生装置11の容
器12の上部開放部上に、それと同型の四方包囲型の側板
12Aを設ける。該側壁板12A内には、上方に向けた静電気
荷電用のコロナピン19を複数箇設け、それらを高電圧発
生装置20と電気接続する。また上記側壁板12A上方には
被塗物保持具18を設ける。なお、上記四方囲型の側壁板
と容器側壁板とを構造上一体化してもよい。
次にその動作について説明する。発生したエアロゾルA
S1は、更にその下方より発生した後続のエアロゾルに押
上げられて上方に移動する。その移動の流れの中におか
れたコロナピン19は、より上方に置かれた被塗物A1との
間にコロナ放電を発生し、その近辺の固体超微粒子は荷
電し、またそれらは電気力線E1にのって被塗物A1に向か
って突進し、該被塗物面上に電気的に付着するのであ
る。
次に本発明の特許請求の範囲第9項における固体超微粒
子の塗布装置について説明する。第9図を参照された
い。前述した基本構造における装置の静電式ガンノズル
に対し、静電気荷電装置を更に付加して、塗着効率のよ
り向上をはかったものである。即ち静電式ガン27と、そ
の下方を走る被塗物移動用コンベア35との間に、上側及
び四方包囲型のブース32(又は上側及び西側板型)を設
け、更に該ブース内部には、下方の被塗物に向けた複数
のコロナピン39の設けられたものである。
本例の装置によれば、ブース32によって超微粒子の飛散
は防止され、かつ複数のコロナピン29,39によってより
広範囲に被塗物A2面上に固体超微粒子を付着せしめるこ
とができるのである。
〔発明の効果〕
以上の如く本発明による方法と装置によれば、固体超微
粒子の塗布に当って、粒径10ミクロン以下サブミクロン
台の超微粒子を単離した状態で、しかも夾雑物を含ま
ず、その上分散密度を小に、かつ分散密度を均一に、そ
して短時間に連続的に被塗物面上に塗布することができ
るのである。即ち本装置により超微粒子による精密な塗
布製品が得られるばかりでなく、生産速度をより高く、
歩溜り良く、品質及び生産性の向上に大いに寄与するこ
とができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による固体超微粒子の塗布方法とその装
置の基本構造の説明図図第2図は懸濁液内より上昇し該
液面に到達した気泡の状態説明図図第3図は仝上にて液
面上に出た気泡の状態説明図 第4図は仝上気泡の破裂
時の状態説明図 第5図は懸濁液より発生した直後のエ
アロゾル内の固体超微粒子と液体超微粒子との分散状態
図 第6図は同上図において液体超微粒子の大きい場合
の状態説明図 第7図は同上にて液体超微粒子が気化消
失し固体超微粒子のみが分散している状態説明図 第8
図は本発明の特許請求の範囲第7項の固体超微粒子の塗
布装置の側断面図 第9図は本発明の特許請求の範囲第
9項の固体超微粒子の塗布装置の側断面図 第10図は液
晶板の側断面の構造説明図 第11図は同上図上“E"−
“E"の断面図 第12図は公知のエアロゾル発生装置の側
断面図 主要な符号の説明 1,11,21……エアロゾル発生装置、2,22……密閉容器、
3,13,23……散気管、4,14,24……噴気孔、5,25……気体
排出口、6,26……導管、7,27……ガン、8,28……ノズ
ル、9,19,29,39……コロナピン、15,16,36……加圧気体
導入管、17,17A,37,48……自動温度調節式加熱器、18…
…被塗物保持具、32……ブース、35……コンベア、A…
…被塗物、As……エアロゾル、B……気泡、CA……加圧
気体、P……固体超微粒子、Pl……液体超微粒子、S…
…懸濁液

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粒径が10ミクロン以下の固体超微粒子の分
    散された懸濁液(S)の中に加圧気体(CA)を噴出発泡
    させ、その気泡(B)が上昇、液面上にて懸濁液の気泡
    膜(S1)が破裂し、その力によって、該液面上の気体中
    に飛散、分散された固体超微粒子(P)を分散質とする
    エアロゾル(As)を得、次にそれらを導いてガン(7)
    ノズル(8)より吹出し、その流れの中にある上記固体
    超微粒子(P)に対しコロナ放電により静電気を荷電
    し、それらを被塗物(A)面上に塗着せしめることを特
    徴とする固体超微粒子の塗布方法。
  2. 【請求項2】固体超微粒子が珪酸、アルミナ粉又はプラ
    スチック粉であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載された固体超微粒子の塗布方法。
  3. 【請求項3】密閉容器(2)の内側底部に、外部よりの
    加圧気体導入管(15)に接続された散気管(3)の噴気
    孔(4)の設けられたエアロゾル発生装置に対し、その
    密閉容器(2)の上部の気体排出口(5)より、導管
    (6)をもって静電式ガン(7)に接続されることを特
    徴とする固体超微粒子の塗布装置。
  4. 【請求項4】上部開放型の容器(12)の底部に、外部よ
    りの加圧気体導入管(16)に接続された散気管(13)の
    噴気孔(14)の設けられたエアロゾル発生装置(11)に
    対し、その密閉容器(12)の上部開放口上に四方包囲型
    の側壁板(12A)を設け、かつ該側壁板の内側に単数又
    は複数の静電気荷電用コロナピン(19)を上向きに設
    け、更に上記側壁板上方に被塗物保持具(18)の設けら
    れることを特徴とする固体超微粒子の塗布装置。
  5. 【請求項5】密閉容器(22)の底部に、外部よりの加圧
    気体導入管(36)に接続された散気管(23)の噴気孔
    (24)の設けられたエアロゾル発生装置(21)に対し、
    その密閉容器(22)の上部の気体排出口(25)より、導
    管(26)をもって静電式ガン(27)に接続せしめ、かつ
    該ガンよりその下方を走るコンベア(35)又は保持具上
    の被塗物(A2)との間に上側四方囲型又は上側両側型の
    ブース(32)を設け、更に該ブース内部には単数又は複
    数の静電気荷電用コロナピン(29,39)が下方に向けて
    設けられることを特徴とする固体超微粒子の塗布装置。
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