(57)【要約】【課題】連続的にスプレーさせても、経時的変化が少なく、安定したスプレー状態を維持できるノズルを提供する【解決手段】溶液材料が通る第１の貫通穴を有する導電性部材である導電部と、前記第１の貫通穴が開いている片方の端面である密着面に密着し、前記第１の貫通穴と連通する第２の貫通穴を有する非導電性部材である先端部と、を有し、前記密着面における前記第２の貫通穴の周縁部は、前記第１の貫通穴の周縁部と同位置もしくは内側であり、前記第２の貫通穴の前記第１の貫通穴と連通している側と反対側が噴霧側であることを特徴とする。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加により噴霧させた溶液材料を、基板に薄膜として堆積させる、エレクトロスプレー装置のノズルにおいて、
溶液材料が通る第１の貫通穴を有する導電性部材である導電部と、
前記第１の貫通穴が開いている片方の端面である密着面に密着し、
前記第１の貫通穴と連通する第２の貫通穴を有する非導電性部材である先端部と、
を有し、
前記密着面における前記第２の貫通穴の周縁部は、前記第１の貫通穴の周縁部と同位置もしくは内側であり、
前記第２の貫通穴の前記第１の貫通穴と連通している側と反対側が噴霧側であることを
特徴とするノズル
【請求項２】
前記第１の貫通穴は、前記密着面側に凹型のくぼみを有する段付形状であることを特徴とする請求項１に記載のノズル
【請求項３】
前記第２の貫通穴は、一つのブロックに整列された複数の穴であることを特徴とする請求項１または２に記載のノズル
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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するエレクトロスプレー装置に使用されるノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスプレーでは、金属製ノズルに高電圧を印加することで、ノズル開口先端部において、溶液材料表面に凝集した同一電荷同士のクーロン反発力によりテーラーコーンを形成し、当該クーロン反発力が、溶液材料の表面張力を上回ると液滴がスプレー状に拡がり、エレクトロスプレーが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６８０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のようなエレクトロスプレー装置では、パイプ状の導電体ノズルを使用し、ノズル先端部でテーラーコーンを形成しているが、エレクトロスプレーを連続的に発生させる場合に、ノズル先端部での溶液材料の濡れ拡がりにより、ノズル先端面やノズル外側面に溶液材料が付着し、それが徐々に乾燥し固着化することで、ノズル先端部の電界分布を変化させ、スプレー状態が経時的に変化してしまう、あるいは、固着部の発生がひどいと詰まってしまう、というような、安定したスプレー状態の維持に課題があった。
【０００５】
本発明は、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、連続的にスプレーさせても、経時的変化が少なく、安定したスプレー状態を維持できるノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のノズルは、溶液材料が通る第１の貫通穴を有する導電性部材である導電部と、前記第１の貫通穴が開いている片方の端面である密着面に密着し、前記第１の貫通穴と連通する第２の貫通穴を有する非導電性部材である先端部と、を有し、前記密着面における前記第２の貫通穴の周縁部は、前記第１の貫通穴の周縁部と同位置もしくは内側であり、前記第２の貫通穴の前記第１の貫通穴と連通している側と反対側が噴霧側であることを特徴とする。
【０００７】
本発明のノズルを使用することで、電荷密度の高いテーラーコーンが、帯電した非導電性部材の先端部に反発する特性により、テーラーコーンをノズル先端部ではなく、導電部と先端部の境界付近のノズル内部で形成できる。溶液材料がノズル先端部に付着することがないため、導電部より基板に向けて発生する電界分布に影響を与え、その結果、ノズルからの溶液材料の噴霧量に経時的に影響を与えるようなことがなく、安定した噴霧量を維持できる。
【０００８】
ここで、前記第１の貫通穴は、前記密着面側に凹型のくぼみを有する段付形状であっても良い。
【０００９】
これにより、ノズル先端部内部に液溜りを形成でき、塗布開始時および塗布終了後の液面変動を最小限に抑え、ノズルの内壁面やノズル先端面に付着する溶液材料からの析出物発生を抑制でき、更に安定した噴霧量を維持できる。
【００１０】
また、前記第２の貫通穴は、一つのブロックに整列された複数の穴であってもよい。
【００１１】
これにより、ノズル先端部に高精度で同じ穴径を整列させて加工できるため、各穴からの噴霧量のばらつきを均一化でき、広い範囲に対しても高精度に均一な噴霧量を維持できる。また、大型、大面積の基板にも、経時的な変化の影響を抑えて、高精度に均一な厚みの薄膜を形成できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記のように、経時的変化が少なく、高精度に均一な厚みの薄膜を形成する安定したスプレー状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一般的なエレクトロスプレー装置の概略構成を説明する図である。
【図２】一般的なノズルの課題について説明する図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例１のノズルを説明する図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例２のノズルを説明する図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例３のノズルを説明する図である。
【図６】本発明の実施例４のノズルを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のノズルが用いられる一般的なエレクロスプレー装置の概略構成について図１を用いて説明する。図１に示すエレクトロスプレー装置１は、パイプ状の導電体からなるノズル２と、ノズル２に溶液材料３を供給する図示しない溶液材料供給部と、ノズル２に接続し高電圧を印加する高電圧電源４と、溶液材料３が塗布される基板５を載置し、接地されるアースプレート６と、から構成される。
【００１５】
図１に示すエレクトスプレー装置１でのスプレー方法について図２を用いて説明する。図示しない溶液材料供給部から溶液材料３を供給されたノズル２に、高電圧電源４にて高電圧を印加することで、ノズル２の噴霧側の開口部７付近で溶液材料３の表面に凝集した同一電荷８同士のクーロン反発力が強まり、テーラーコーン９が形成され、クーロン反発力が、溶液材料３の表面張力を上回るとテーラーコーン９から液滴がスプレー状に拡がり、接地されたアースプレート６と接触している基板５上に薄膜を形成する。
【００１６】
このような形態のエレクトロスプレー装置では、スプレーを連続的に発生させる場合に、ノズル先端部１０での溶液材料３の濡れ拡がりにより、ノズル先端面１１やノズル外側面１２に溶液材料３が付着し、それが徐々に乾燥し固着し、固着物１３を形成する。この固着物１３が絶縁物である場合、ノズル先端部１０での電界分布を変化させスプレー状態に影響を与える。
【００１７】
以下、本発明のノズルを具体化した実施例について、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１のノズルについて、図３（Ａ）を用いて説明する。実施例１のノズル１０２は、たとえば、○○、△△といった導電性部材からなる導電部１２０と、たとえば、○○、△△といった、非導電性部材からなる先端部１３０と、で構成されている。導電部１２０は、第１の貫通穴１２１を有し、先端部１３０は、第２の貫通穴１３１を有する。導電部１２０は、第１の貫通穴１２１が開いている片方の端面である密着面１１０にて、先端部１３０の第２の貫通穴１３１が開いている片方の端面と密着する。先端部１３０の第２の貫通穴１３１は、導電部１２０の第１の貫通穴１２１と同じ穴寸法であり、密着面１１０において、第１の貫通穴１２１の周縁部と、第２の貫通穴１３１の周縁部と、は一致する形で、導電部１２０の第１の貫通穴１２１に連通している。ここで、先端部１３０は噴霧側であり、先端部１３０において、密着面１１０側と反対側の面であるノズル先端面１１１には、第２の貫通穴１３１が貫通し、ノズル先端面１１１と溶液材料３が噴霧される基板５は対向している。
【００１９】
溶液材料３は、図示しない溶液材料供給部より、導電部１２０の第１の貫通穴１２１に供給され、先端部１３０の第２の貫通穴１３１を経由して噴霧される。導電部１２０には、高電圧電源４が接続されており、導電部１２０を経由してノズル１０２全体およびノズル１０２内の容積材料３に高電圧を印加する。
【００２０】
ノズル１０２内の溶液材料３は、高電圧電源４からの高電圧印加により、テーラーコーン９を形成する。ここで、テーラーコーン９は高密度に帯電しており、同じく高電圧電源４からの高電圧印加により帯電した非導電性部材の先端部１３０と反発する。このため、テーラーコーン９の始まり位置は、ノズル１０２の第１の貫通穴１２１と第２の貫通穴１３１を含む溶液材料３の流路の内壁において、密着面１１０付近となる。これにより、溶液材料３は、先端部１３０の第２の貫通穴１３１内壁には接液せず、ノズル先端面１１１やノズル外側面１１２に溶液材料３の付着による固着物は発生しない。
【００２１】
溶液材料がノズル先端面１１１やノズル外側面１１２に付着することがないため、導電部１２０より基板５に向けて発生する電界分布に影響を与え、その結果、ノズル１０２からの溶液材料３の噴霧量に経時的に影響を与えるようなことがなく、安定した噴霧量を維持できる。
【００２２】
ここで、図３（Ｂ）に示すように、密着面１１０において、先端部１３０の第２の貫通穴１３１は、連通する第１の貫通穴１２１より小さく、第２の貫通穴１３１の範囲全てが、連通する第１の貫通穴１２１の範囲に含まれていてもよい。
【００２３】
同一形状のスプレーを噴霧するノズルとして、図３（Ｂ）の第２の貫通穴１３１と図３（Ａ）の第２の貫通穴１３１との穴径が略同一であればよく、こうすることにより、図３（Ａ）の第１の貫通穴１２１より穴径の大きい第１の貫通穴１２１を設けることができる。そのため、図３（Ａ）の例よりもノズル１０２内に溶液材料３を多く溜めることができ、塗布始めおよび塗布終了後のノズル１０２内の溶液材料３の液面変動を小さくできる。このため、塗布始めおよび塗布終了時にノズル１０２の内壁面やノズル先端面１１１やノズル外側面１１２に溶液材料が付着し、乾燥することで固着物が付着することを抑制できる。
【実施例２】
【００２４】
本発明の実施例２のノズルは、実施例１のノズル１０２の導電部１２０の第１の貫通穴１２１の密着面１１０側に凹状のくぼみを有することを特徴としている。
【００２５】
本発明の実施例２のノズルについて、図４（Ａ）を用いて説明する。実施例２のノズル２０２は、導電性部材からなる導電部２２０と、非導電性部材からなる先端部２３０と、で構成されている。導電部２２０は、凹状のくぼみである液溜め部２２２と液溜め部２２２の底部の寸法より小さい穴からなる、段付形状の第１の貫通穴２２１を有し、先端部２３０は、第２の貫通穴２３１を有する。導電部２２０は、液溜め部２２２を設けた側の第１の貫通穴２２１の開口が開いている片方の端面である密着面２１０にて、先端部２３０の第２の貫通穴２３１が開いている片方の端面と密着する。先端部２３０の第２の貫通穴２３１は、導電部２２０の液溜め部２２２の密着面２１０における開口と同じ穴寸法であり、密着面２１０において、液溜め部２２２の密着面に２１０おける開口の周縁部と、第２の貫通穴２３１の周縁部と、は一致する形で、導電部２２０の液溜め部２２２に連通している。ここで、先端部２３０は噴霧側であり、先端部２３０において、密着面２１０側と反対側の面であるノズル先端面２１１には、第２の貫通穴２３１が貫通し、ノズル先端面２１１と溶液材料３が噴霧される基板５は対向している。
【００２６】
溶液材料３は、図示しない溶液材料供給部より、導電部２２０の第１の貫通穴２２１に供給され、先端部２３０の第２の貫通穴２３１を経由して噴霧される。導電部２２０には、高電圧電源４が接続されており、導電部２２０を経由してノズル２０２全体およびノズル２０２内の容積材料３に高電圧を印加する。
【００２７】
ノズル２０２内の溶液材料３は、高電圧電源４からの高電圧印加により、テーラーコーン９を形成する。ここで、テーラーコーン９は高密度に帯電しており、同じく高電圧電源４からの高電圧印加により帯電した非導電性部材の先端部２３０とは反発する。このため、テーラーコーン９の始まり位置は、ノズル２０２の第１の貫通穴２２１の液溜め部２２２と第２の貫通穴２３１を含む溶液材料３の流路の内壁において、密着面２１０付近となる。これにより、テーラーコーン９は、密着面２１０付近で形成され、溶液材料３は、先端部２３０の第２の貫通穴２３１内壁には接液せず、ノズル２０２の先端面２１１や外側面２１２に溶液材料３の付着による固着物は発生しない。
【００２８】
第１の貫通穴２２１を液溜め部２２２が設けられた段付形状にすることにより、第１の貫通穴２２１に液溜め部２２２が設けられていないの形状のノズルより、多くの溶液材料３を第２の貫通穴２３１付近に溜めることができる。塗布始めおよび塗布終了後のノズル２０２の内壁面の溶液材料３の液面変動を更に小さくでき、塗布始めおよび塗布終了時にノズル２０２の内壁面やノズル先端面２１１や外側面２１２に溶液材料３が付着し、乾燥することで固着物が付着することを更に抑制できる。
【００２９】
ここで、図４（Ｂ）に示すように、密着面２１０において、先端部２３０の第２の貫通穴２３１は、連通する第１の貫通穴２２１の液溜め部２２２の開口より小さく、第２の貫通穴２３１の範囲全てが、連通する液溜め部２２２の開口の範囲に含まれていてもよい。
【００３０】
同一形状のスプレーを噴霧するノズルとして、図４（Ｂ）の第２の貫通穴２３１と図４（Ａ）の第２の貫通穴２３１との穴径が略同一であればよく、こうすることにより、図４（Ａ）の液溜め部２２２より穴径の大きい液溜め部２２２を設けることができる。そのため、図４（Ａ）の例よりもノズル２０２内に溶液材料３を更に多く溜めることができ、塗布始めおよび塗布終了後のノズル２０２内の溶液材料３の液面変動を更に小さくできる。このため、塗布始めおよび塗布終了時にノズル２０２の内壁面や先端面２１１や外側面２１２に溶液材料が付着し、乾燥することで固着物が付着することを更に抑制できる。
【実施例３】
【００３１】
本発明の実施例３のノズルについて、図５（Ａ）を用いて説明する。実施例３のノズル３０２は、導電性部材からなるブロック状の導電部３２０と、非導電性部材からなるブロック状の先端部３３０と、で構成されている。導電部３２０は、溶液材料３を溜める空間であるマニホールド３２５を有し、マニホールド３２５と連通する、複数の第１の貫通穴３２１を有し、先端部３３０は、複数の第２の貫通穴３３１を有する。導電部３２０は、複数の第１の貫通穴３２１のマニホールド３２５側と反対側の開口が開いている端面である密着面３１０にて、先端部３３０の複数の第２の貫通穴３３１が開いている片方の端面と密着する。先端部３３０の複数の第２の貫通穴３３１は、導電部３２０の複数の第１の貫通穴３２１と同じ穴寸法であり、密着面３１０において、複数の第１の貫通穴３２１の各周縁部と、複数の第２の貫通穴３３１の各周縁部と、は一致する形で、導電部３２０の複数の第１の貫通穴３２１に連通している。
ここで、先端部３３０は噴霧側であり、先端部３３０において、密着面３１０側と反対側の面であるノズル先端面３１１には、複数の第２の貫通穴３３１の各開口が整列された位置に貫通し、ノズル先端面３１１と溶液材料３が噴霧される基板５は対向している。
【００３２】
溶液材料３は、図示しない溶液材料供給部より、導電部３２０のマニホールド３２５をに供給され、マニホールド３２５と連通する複数の第１の貫通穴３２１および先端部３３０の複数の第２の貫通穴３３１を経由して噴霧される。導電部３２０には、高電圧電源４が接続されており、導電部３２０を経由してノズル３０２全体およびノズル３０２内の容積材料３に高電圧を印加する。
【００３３】
ノズル３０２内の溶液材料３は、高電圧電源４からの高電圧印加により、実施例１にて説明したように、密着面３１０付近でテーラーコーン９を形成する。これにより、溶液材料３は、先端部３３０の複数の第２の貫通穴３３１内壁には接液せず、ノズル３０２の先端面３１１や外側面３１２に溶液材料３の付着による固着物は発生しない。
【００３４】
本実施例の形状では、細い棒状の部材に貫通穴を開けるよりもブロック状の部材に貫通穴を開ける方が、容易に精度よく貫通穴を設けることができ、また、複数の貫通穴を設けることができることから、先端部３３０に高精度に同じ穴寸法の穴を整列させて加工できるため、複数の第２の貫通穴３３１からの噴霧量の個別の差をなくし、広い範囲に対しても高精度に均一な噴霧量を維持できる。これにより、大型、大面積の基板にも、高精度に均一な厚みの塗膜を、経時的な変化の影響を抑えて、形成できる。ここで、第２の貫通穴さえ高精度に形成できていればよく、第１の貫通穴は必ずしも第２の貫通穴ほど高精度に形成できていなくてもよい。
【００３５】
実施例３では、複数の、各第１の貫通穴３２１、各第２の貫通穴３３１への溶液材料３の供給量の個別の差をなくすため、マニホールド３２５を設けたが、図５（Ｂ）に示すように、個別の貫通穴にそれぞれ流量調整バルブ３２６を設ける方法でもよい。
【００３６】
また、実施例３の導電部３２０の形状は、図５（Ｂ）に示すような密着面３１０において、凹部形状の液溜め部３２２を有していてもよい。
【００３７】
本発明の実施例１の形態の他の実施形態を実施例４にて説明する。
【実施例４】
【００３８】
本発明の実施例４のノズルについて、図６を用いて説明する。
実施例４のノズル４０２は、導電性部材からなる導電部４２０の先端部分に、非導電性部材からなる先端部４３０が埋め込まれた形態を有する。この場合、本説明における密着面は、図６に密着面４１０として示す、先端部４３０を埋め込むために導電部４２０に設けられた凹部の底面であり、先端部４３０の端面と密着する面である。そして、密着面４１０より奥側を第１の貫通穴４２１、噴霧側を第２の貫通穴４３１と呼ぶ。すなわち、導電部４２０の第１の貫通穴４２１が開いている先端部４３０側の端面が、密着面４１０となる。
【００３９】
この実施例でも他の実施例と同様にテーラーコーンの始まり位置は、密着面４１０付近となる。
【００４０】
以上の説明のノズルにより、連続的にスプレーさせても、経時的変化が少なく、安定したスプレー状態を維持できる。
【００４１】
ここで、本発明のノズルは、以上で説明した形態に限らず、本発明の範囲内において他の形態であってもよい。
【００４２】
たとえば、先端部の貫通穴または導電部の貫通穴は、テーパー形状の穴であってもよい。
【００４３】
また、凹型の形状をした先端部の凹型の底部に、導電部の密着面が密着し、導電部の外側面の少なくとも一部を覆う形状であってもよい。
【００４４】
少なくとも密着面において、第１の貫通穴の範囲に第２の貫通穴の全てが含まれていればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１    エレクトロスプレー装置
２    ノズル
３    溶液材料
４    高電圧電源
５    基板
６    アースプレート
７    開口部
８    電荷
９    テーラーコーン
１０    ノズル先端部
１１、１１１、２１１、３１１    ノズル先端面
１２、１１２、２１２、３１２    ノズル外側面
１３    固着物
１０２、２０２、３０２、４０２    ノズル
１１０、２１０、３１０、４１０    密着面
１２０、２２０、３２０、４２０    導電部
１２１、２２１、３２１、４２１    第１の貫通穴
１３０、２３０、３３０、４３０    先端部
１３１、２３１、３３１、４３１    第２の貫通穴
２２２、３２２    液溜め部
３２５    マニホールド
３２６    バルブ
【図１】
2018130666.tif 000003
【図２】
2018130666.tif 000004
【図３】
2018130666.tif 000005
【図４】
2018130666.tif 000006
【図５】
2018130666.tif 000007
【図６】
2018130666.tif 000008