(57)【要約】【課題】高粘度の液体材料を平板状の成膜対象に塗布して皮膜を形成する成膜装置であって、液体材料の皮膜と成膜対象との間に入る空気の量を抑制する技術を提供すること。【解決手段】成膜装置１００は、吐出口１１が形成されているノズル１０を備える。吐出口１１は、スリット部１１ａとその一辺に形成された連続した凹凸箇所である櫛歯穴部１１ｂとを有する形状である。櫛歯穴部１１ｂは、放熱グリス１０２の剪断速度２．５１（１／ｓ）における粘度μ（Ｐａ・ｓ）を用いて、１つの凹部の幅Ａ（ｍｍ）がＡ≦１００／μであり、隣接する凹部同士の間隔Ｂ（ｍｍ）がＢ≦１００／μであり、凹部の長さＣ（ｍｍ）がＣ≧２００／μである。成膜装置１００は、櫛歯穴部１１ｂを成膜の進行方向について前側に配置して、ノズル１０と冷却器１０１とを相対的に移動させつつ高粘度の放熱グリス１０２を冷却器１０１に向けて吐出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口が形成されているノズルを備える成膜装置において、
前記吐出口は、矩形のスリット状であって長手方向の一辺に連続した凹凸箇所を有する形状であり、
前記吐出口から剪断速度２．５１（１／ｓ）における粘度μが１２０（Ｐａ・ｓ）以上である高粘度の液体材料を成膜対象に向けて吐出するものであり、
前記吐出口の長手方向について前記凹凸箇所の１つの凹部の幅Ａ（ｍｍ）が、Ａ≦１００／μであり、
前記吐出口の長手方向について前記凹凸箇所の隣接する凹部同士の間隔Ｂ（ｍｍ）が、Ｂ≦１００／μであり、
前記吐出口の長手方向に直交する方向について前記凹凸箇所の凹部の長さＣ（ｍｍ）が、Ｃ≧２００／μであり、
前記凹凸箇所を成膜の進行方向について前側に配置して、前記ノズルと前記成膜対象とを相対的に移動させつつ前記液体材料を前記成膜対象に向けて吐出する、
ことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高粘度の液体材料をノズルから吐出して、平板状の成膜対象に塗布することで、液体材料の皮膜を形成する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高粘度の液体材料をノズルから押し出して、対象物に塗布する装置がある。例えば、高粘度の液体材料を平板状の成膜対象の上に平らに塗布して皮膜を形成する場合には、従来、スリット状の開口を備えるノズルが多く用いられていた。例えば、配管より断面積の大きいノズルを用いて、配管から供給された液体材料をノズル内で広げ、液体材料の流速を低下させることで、均一な成膜を行う技術があった。高粘度の液体材料を成膜対象に塗布する装置を開示している文献としては、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８２５３５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、高粘度の液体材料を平板状の成膜対象の上に塗布した場合、ノズルから吐出された液体材料が成膜対象に接する際に、液体材料と成膜対象との間に空気が巻き込まれることがあった。そして、巻き込まれた空気が泡状の空気粒となって、成膜対象と液体材料の皮膜との間に残ってしまうことがあった。例えば、液体材料が放熱グリス等の熱伝導材であって、皮膜を介して成膜対象との熱伝導を行う場合には、成膜対象と皮膜との間に多くの空気粒が残ると、伝熱状態にムラが発生し、さらに、成膜対象と皮膜との接触面積が減少して伝熱効率が低下するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、高粘度の液体材料を平板状の成膜対象に塗布して皮膜を形成する成膜装置であって、液体材料の皮膜と成膜対象との間に入る空気の量を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における成膜装置は、吐出口が形成されているノズルを備える成膜装置において、前記吐出口は、矩形のスリット状であって長手方向の一辺に連続した凹凸箇所を有する形状であり、前記吐出口から剪断速度２．５１（１／ｓ）における粘度μが１２０（Ｐａ・ｓ）以上である高粘度の液体材料を成膜対象に向けて吐出するものであり、前記吐出口の長手方向について前記凹凸箇所の１つの凹部の幅Ａ（ｍｍ）が、Ａ≦１００／μであり、前記吐出口の長手方向について前記凹凸箇所の隣接する凹部同士の間隔Ｂ（ｍｍ）が、Ｂ≦１００／μであり、前記吐出口の長手方向に直交する方向について前記凹凸箇所の凹部の長さＣ（ｍｍ）が、Ｃ≧２００／μであり、前記凹凸箇所を成膜の進行方向について前側に配置して、前記ノズルと前記成膜対象とを相対的に移動させつつ前記液体材料を前記成膜対象に向けて吐出する、ものである。
【０００７】
上述の一態様における成膜装置によれば、吐出口が長手方向の一辺に凹凸箇所を有するスリット状であって、凹部の幅Ａ、間隔Ｂ、長さＣが適切に選択されていることから、凹凸箇所を通過した液体材料は、他の箇所を通過した液体材料に比較して、剪断速度が大きくなっている。高粘度の液体材料では、剪断速度が大きい状態では粘度が小さくなる傾向にある。つまり、凹凸箇所を通過した部分の液体材料は、粘度が小さくなっている。そして、凹凸箇所は成膜の進行方向について前側に配置されることから、凹凸箇所を通過した部分の液体材料は、成膜対象に近い側に配置される。従って、成膜対象に付着する液体材料は、粘度の小さい状態の液体材料であるので、成膜対象に沿って広がりやすい。これにより、液体材料の皮膜と成膜対象との間に入る空気の量は抑制される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高粘度の液体材料を平板状の成膜対象に塗布して皮膜を形成する成膜装置であって、液体材料の皮膜と成膜対象との間に入る空気の量を抑制する技術が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本形態の成膜装置を示す概略構成図である。
【図２】ノズルの吐出口の形状を示す説明図である。
【図３】本形態の成膜装置による成膜状態を示す説明図である。
【図４】放熱グリスの剪断速度と粘度との関係を示すグラフである。
【図５】矩形の吐出口を有するノズルによる成膜状態を示す説明図である。
【図６】実験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は、平板状の冷却器に高粘度の放熱グリスを塗布して成膜する成膜装置に、本発明を適用したものである。
【００１１】
本形態の成膜装置１００の概略構成を、図１に示す。本形態の成膜装置１００は、高粘度の液体材料を平板状に吐出するための装置である。本形態の成膜装置１００は、例えば、平板状の成膜対象である冷却器１０１の一面に、高粘度の液体材料である放熱グリス１０２を塗布する際に使用される。
【００１２】
成膜装置１００は、図１に示すように、ノズル１０と、供給部２０と、を備え、供給部２０から供給される放熱グリス１０２をノズル１０から押し出しつつ、ノズル１０と冷却器１０１とを相対的に移動させることで、冷却器１０１上に放熱グリス１０２の皮膜を形成する。図１では、冷却器１０１を固定してノズル１０を移動させる場合のノズル１０の移動方向であって、成膜の進行方向を矢印で示している。成膜の進行方向は、これから成膜される側を「前側」、成膜済みの側を「後側」とする。
【００１３】
成膜対象である冷却器１０１は、例えば、金属製の板材であり、少なくとも成膜される側の面は略平面形状である。液体材料である放熱グリス１０２は、例えば、シリコンオイル等の基油と、金属の微粉末等の熱伝導率の高い固体添加剤と、を含む高粘度の液体材料である。放熱グリス１０２の粘度μは、例えば、剪断速度２．５１（１／ｓ）において１２０（Ｐａ・ｓ）以上である。
【００１４】
成膜装置１００の供給部２０は、基油を含む第１の液を収容する第１室２０１と、固体添加剤を含む第２の液を収容する第２室２０２と、混合室２０３と、を備える。供給部２０は、第１室２０１から混合室２０３に押し出される第１の液と、第２室２０２から混合室２０３に押し出される第２の液とを、混合室２０３にて混合しつつノズル１０へ向けて押し出す。混合室２０３の流路の断面積はノズル１０の流路の断面積より小さいので、混合室２０３から押し出された放熱グリス１０２は、ノズル１０の内部で広がって流速が低下する。
【００１５】
成膜装置１００のノズル１０は、図１中の下側の面に吐出口１１を備え、供給部２０から供給される放熱グリス１０２を、図中で下方に配置される冷却器１０１に向けて吐出口１１から吐出する。さらに、放熱グリス１０２を吐出しつつノズル１０が成膜の進行方向に移動することで、帯状となった放熱グリス１０２が冷却器１０１の上面に付着する。
【００１６】
次に、ノズル１０の吐出口１１の形状について説明する。吐出口１１をノズル１０の下側、つまり吐出口１１の外側から見た形状を図２に示す。図２では、成膜の進行方向、すなわち、ノズル１０の進行方向を矢印で示している。なお、図２に矢印で示した方向は、図１に矢印で示した方向と同じ方向である。
【００１７】
本形態の成膜装置１００では、ノズル１０の吐出口１１は、図２に斜線で示すように、後側リップ１２と前側リップ１３と２つのスペーサ１４と、に囲まれる略矩形状の空間である。後側リップ１２は、図２に示すように、長方形の板材であり、吐出口１１の長手方向の辺縁を形成する後側リップ面１２ａは平面である。前側リップ１３は、図２に示すように、一辺に櫛歯状の同形状の凸部１３ａが複数連続して形成された板材である。前側リップ１３によって形成される吐出口１１の辺縁は、複数の凹凸箇所が連続して形成された矩形波面形状である。スペーサ１４は、吐出口１１の長手方向の両端部において、後側リップ１２と前側リップ１３とを、一定の間隔を置いて、互いに離して支持している。そのため、スペーサ１４も吐出口１１の辺縁の一部を構成する。
【００１８】
ノズル１０の吐出口１１は、図２中に斜線で示すように、後側リップ１２や前側リップ１３の長手方向に長いスリット状の空間であるスリット部１１ａと、連続した凹凸箇所である複数の櫛歯穴部１１ｂとを含む。具体的には、スリット部１１ａは、後側リップ１２の後側リップ面１２ａとスペーサ１４と前側リップ１３の凸部１３ａとに囲まれる所定幅のスリット状の空間である。各櫛歯穴部１１ｂは、前側リップ１３の互いに隣接する凸部１３ａの間の凹部によって構成される四角形状の空間である。
【００１９】
そして、成膜時のノズル１０の進行方向は、図２中に矢印で示すように、後側リップ１２から前側リップ１３に向かう向きである。つまり、成膜時には、ノズル１０は、櫛歯穴部１１ｂを進行方向の前側に配置して移動する。ノズル１０の進行方向に垂直な方向である長手方向について、スリット部１１ａの幅Ｗは、この吐出口１１の開口幅であり、帯状に成膜される放熱グリス１０２の成膜幅である。
【００２０】
吐出口１１の複数の櫛歯穴部１１ｂは、図２に示すように、同じ大きさ、かつ、同じ間隔で長手方向に連続して形成されている。本形態の成膜装置１００の各櫛歯穴部１１ｂの大きさや間隔は、放熱グリス１０２の剪断速度２．５１（１／ｓ）における粘度μ（Ｐａ・ｓ）を用いて、以下の３つの条件を満たす範囲内となるように決定されている。
１つの櫛歯穴部１１ｂの長手方向の幅Ａ（ｍｍ）は、Ａ≦１００／μ
隣接する櫛歯穴部１１ｂ同士の間隔Ｂ（ｍｍ）は、Ｂ≦１００／μ
長手方向に直交する方向について櫛歯穴部１１ｂの長さＣ（ｍｍ）は、Ｃ≧２００／μ
【００２１】
つまり、前側リップ１３には、間隔Ｂの幅で長さＣの凸部１３ａが、互いに幅Ａの隙間を空けて、吐出口１１の長手方向に並んで形成されている。なお、幅Ａと間隔Ｂとの下限は限定しないが、小さくしすぎると、ノズル１０の製造が困難となる。また、長さＣの上限は限定しないが、大きくしすぎると成膜される膜厚の調整が難しい。そのため、幅Ａと間隔Ｂの下限や、長さＣの上限は不具合が生じない範囲で適宜選択される。
【００２２】
成膜工程では、ノズル１０は、図３に示すように、吐出口１１を下にして冷却器１０１の上方に配置され、後側リップ１２から前側リップ１３へ向かう向きに移動する。つまり、後側リップ１２は、ノズル１０の相対的な進行方向について後方側に配置され、スリット部１１ａから押し出された放熱グリス１０２は、図３中に濃色で示すように、冷却器１０１から離れた位置（図３中で上方）に付着する。一方、前側リップ１３は、ノズル１０の相対的な進行方向について前方側に配置され、櫛歯穴部１１ｂから押し出された放熱グリス１０２は、図３中に淡色で示すように、冷却器１０１に近い位置（図３中で下方）に付着する。
【００２３】
本形態の成膜工程で用いる放熱グリス１０２の一例について、剪断速度と剪断粘度との関係を、図４に示す。剪断速度と剪断粘度とは、概略、剪断速度が２桁増加すると剪断粘度が１桁減少する関係にある。スリット部１１ａから押し出される放熱グリス１０２は、例えば、剪断速度が約２．５（１／ｓ）であり、その場合の剪断粘度は、図４より、約２００Ｐａ・ｓである。一方、櫛歯穴部１１ｂから押し出される放熱グリス１０２は、例えば、剪断速度が約２０００（１／ｓ）であり、その場合の剪断粘度は、図４より、約３Ｐａ・ｓである。つまり、櫛歯穴部１１ｂから押し出される放熱グリス１０２の粘度は、スリット部１１ａから押し出される放熱グリス１０２の粘度に比較して、１／１００程度まで小さくなっている。
【００２４】
そして、図３に示したように、冷却器１０１の表面に直接付着する部分の放熱グリス１０２は、櫛歯穴部１１ｂから押し出された部分であり、この部分は粘度の小さい状態であることから、この部分の放熱グリス１０２は冷却器１０１に沿って広がり易い。従って、冷却器１０１と放熱グリス１０２との間には空気が入り難い。一方で、後側リップ１２は凹凸形状となっていないことから、冷却器１０１から離れた位置に付着する放熱グリス１０２の粘度は大きい。従って、押し出された放熱グリス１０２の全てが広がることはなく、放熱グリス１０２の塗布幅や塗布厚は適切に維持される。
【００２５】
なお、一辺に凹凸形状を有しないスリット形状、すなわち単なる矩形の吐出口を備えたノズルによる放熱グリス１０２の成膜状態を、模式的に図５に示す。矩形の吐出口から放熱グリス１０２を押し出した場合、放熱グリス１０２の全体で、例えば、剪断速度は約２．５（１／ｓ）であり、前述したように、剪断粘度は大きく、約２００Ｐａ・ｓである。剪断粘度が大きい状態では、放熱グリス１０２は広がり難く、図５に示すように、冷却器１０１と放熱グリス１０２との間に空気が入り易い。
【００２６】
続いて、本形態の成膜装置１００にて、櫛歯穴部１１ｂの形状を変更した種々のノズルを用いて成膜した実験結果について説明する。この実験では、剪断速度２．５１（１／ｓ）における粘度μが１２０〜６０３（Ｐａ・ｓ）であるシリコン系の放熱用樹脂を使用して、実験用の透明な板材上に成膜し、板材の裏面から空気粒の有無を目視で確認した。この実験では、櫛歯穴部１１ｂを形成する前側リップ１３の凸部１３ａについて、前述した幅Ａ、間隔Ｂ、長さＣを変更した種々のノズルを用いた。
【００２７】
実験の結果を、図６に示す。図６では、凸部１３ａの形状として、幅Ａ≦１００／μ、間隔Ｂ≦１００／μ、長さＣ≧２００／μの全てを満たす例を実施例、いずれか１つでも満たさない例を比較例とした。図６では、各比較例において、条件を満たしていない項目に「△」の印を付けている。また、図６中の判定の欄では、目視にて直径１ｍｍ以上の空気粒が発見された場合に「×」、発見できなかった場合に「○」とした。
【００２８】
なお、この実験で用いた各ノズルは、吐出口１１のスリット部１１ａの大きさが６０ｍｍ×２ｍｍのものである。つまり、塗布幅（スペーサ１４同士の間隔）は６０ｍｍであり、後側リップ１２と前側リップ１３との間の隙間（スペーサ１４の図２中で上下方向の長さ）は２ｍｍである。
【００２９】
実施例１〜７及び比較例１〜４は、粘度μが１２０（Ｐａ・ｓ）である樹脂を使用して成膜した結果である。従って、１００／μは、約０．８３であり、２００／μは、約１．６７である。図６中の実施例１〜７に示すように、塗布量や成膜速度を変更しても、幅Ａ、間隔Ｂ、長さＣの条件をすべて満たしていれば、直径１ｍｍ以上の空気粒は確認されなかった。一方、図６中の比較例１〜４に示すように、いずれか１つでも条件を満たさない場合には、直径１ｍｍ以上の空気粒が確認された。
【００３０】
実施例８及び比較例５〜６は、粘度μが２０５（Ｐａ・ｓ）である樹脂を使用して成膜した結果である。従って、１００／μは、約０．４９であり、２００／μは、約０．９８である。また、実施例９〜１０及び比較例７〜９は、粘度μが６０３（Ｐａ・ｓ）である樹脂を使用して成膜した結果である。従って、１００／μは、約０．１７であり、２００／μは、約０．３３である。
【００３１】
図６中の実施例８〜１０に示すように、樹脂の粘度μを変更しても、幅Ａ、間隔Ｂ、長さＣの条件をすべて満たしていれば、直径１ｍｍ以上の空気粒は確認されなかった。一方、図６中の比較例５〜９に示すように、いずれか１つでも条件を満たさない場合には、直径１ｍｍ以上の空気粒が確認された。
【００３２】
以上詳細に説明したように本形態の成膜装置１００は、スリット部１１ａと櫛歯穴部１１ｂとを含む吐出口１１を有するノズル１０を備え、櫛歯穴部１１ｂを進行方向の前側に配置してノズル１０を移動させつつ、吐出口１１から放熱グリス１０２を押し出す。さらに、本形態の成膜装置１００の櫛歯穴部１１ｂは、放熱グリス１０２の剪断速度２．５１（１／ｓ）における粘度μ（Ｐａ・ｓ）を用いて、幅Ａ≦１００／μ、間隔Ｂ≦１００／μ、長さＣ≧２００／μを満たす。従って、吐出口１１の櫛歯穴部１１ｂから押し出された部分の放熱グリス１０２は、他の部分に比較して剪断速度が大きく、粘度が十分小さくなっている。そして、押し出された放熱グリス１０２のうち、皮膜対象の冷却器１０１の表面に接触する部分は、吐出口１１の櫛歯穴部１１ｂから押し出された粘度の小さい部分であるので、冷却器１０１に沿って広がり易い。これにより、冷却器１０１と放熱グリス１０２の皮膜との間に入る空気の量は抑制される。
【００３３】
なお、本形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、本発明は、成膜対象の平板な面に高粘度の液体材料を塗布し、成膜対象の上に液体材料の皮膜を形成する装置であれば、成膜対象の塗布面以外の形状や液体材料の種類に関わらず適用可能である。
【００３４】
また、本形態では、２つのリップに分かれたノズル１０について説明したが、これに限らない。例えば、３つ以上に分かれていてもよい。あるいは、吐出口１１の形状の貫通孔を備える１体のノズルであってもよい。また、スペーサ１４を設ける代わりに、後側リップまたは前側リップに、スペーサ１４の形状に相当する突出部を備えていてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ノズル
１１  吐出口
１１ａ  スリット部
１１ｂ  櫛歯穴部
１００  成膜装置
１０１  冷却器
１０２  放熱グリス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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