(57)【要約】【課題】機能性材料の塗布液の粘度に依存せず、吐出安定性に優れ、柱状又は筒状の被塗布物外周面に膜厚のバラツキが抑制された良好な機能膜を形成可能な機能性材料塗布装置、及び機能性材料塗布方法を提供すること。【解決手段】機能性材料を含む塗布液１４を連続して加圧して、環状吐出ヘッド１２のノズル１２３から液柱状の塗布液１４を吐出させ、その吐出した液柱状の塗布液１４を液滴化して、被塗布物１０へ塗布する。このように、連続的に加圧して塗布液１４を吐出させるため、高粘度の塗布液（例えば水に近い粘度３ｍＰａ・ｓ程度以下のものから、粘度３００ｍＰａ・ｓ程度の塗布物）でも、安定して塗布液１４を吐出し、被塗布物１０へ塗布することが可能となる。そして、柱状又は筒状の被塗布物外周面に膜厚のバラツキが抑制された良好な機能膜が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性材料を含む塗布液が供給される環状の塗布液室、及び前記環状の塗布液室に通じると共に前記環状の塗布液室の内周側に配され塗前記布液を吐出するためのノズルを有する環状の塗布液吐出ヘッドと、
前記塗布液を連続的に加圧して塗布液室に供給し、前記ノズルから当該塗布液を液柱状に吐出するための加圧手段と、
前記ノズルから液柱状に吐出される前記塗布液を液滴化するための液滴化手段と、
を備え、
前記環状の塗布液吐出ヘッドの内側へ非接触で被塗布物を配し、前記被塗布物の外周面へ前記塗布液を塗布することを特徴とする機能性材料塗布装置。
【請求項２】
前記液滴化手段が、前記塗布液室に供給される前記塗布液に対し振動を付与する振動付与手段であることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置。
【請求項３】
前記環状の塗布液室は、無端状であることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置。
【請求項４】
前記被塗布物を回転駆動する被塗布物駆動手段と、前記環状の塗布液吐出ヘッドを前記被塗布物の軸方向に駆動するヘッド駆動手段と、をさらに備え、
前記被塗布物駆動手段及び前記ヘッド駆動手段の少なくとも１つにより、前記被塗布物の外周面を前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して相対的に移動させつつ、前記塗布液吐出ヘッドの前記ノズルから塗布液を吐出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置。
【請求項５】
前記塗布液の吐出方向が前記ノズルと前記環状の塗布液吐出ヘッドの中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、前記ノズルから塗布液を吐出することを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置。
【請求項６】
前記塗布液の吐出方向が、前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して前記被塗布物の外周面がその軸方向に相対的に移動する方向に向うことを特徴とする請求項５に記載の機能性材料塗布装置。
【請求項７】
前記塗布液の吐出方向が、前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して前記被塗布物の外周面がその回転方向に相対的に移動する方向に向うことを特徴とする請求項５に記載の機能性材料塗布装置。
【請求項８】
前記塗布液吐出ヘッドがその軸方向に複数配されることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置。
【請求項９】
前記複数の塗布液吐出ヘッドのうち、少なくとも一つが他の塗布液吐出ヘッドとは異なる機能性材料を含む塗布液を吐出する塗布液吐出ヘッドであることを特徴とする請求項８に記載の機能性材料塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性材料塗布液に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コピー機に搭載される感光性ドラムなど電子写真部材は、主として浸漬塗布法（ディップ（ＤＩＰ）塗布法）により行われてきた。この方法では、材料の性能管理のため、実際に塗布されるよりも相当多くの量を要求されるため、無駄が多かった。また、浸漬速度や乾燥速度の精密な管理が必要とされるため、環境変動などにより、膜厚のバラツキが発生し、不良品となる割合が高かった。
【０００３】
一方、近年、インクジェット技術の工業用途への適用の検討が盛んである。家庭でのカラープリントや写真の印刷にインクジェットは広く、いきわたっているが、印刷対象を用紙ではなく、また塗布液をインクではなく工業用材料とすること例が発表されている。
【０００４】
例えば、特許文献１〜４には、このようなインクジェット技術を用いて、高分子膜や導電性膜などの機能膜を形成し、電子写真部材などの工業製品を製造することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９５５４号公報
【特許文献２】特開２００１−８８３０６公報
【特許文献３】米国特許６２４５７４５号明細書
【特許文献４】特開２００４−２４８２７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記提案では、間欠的に吐出圧力を付与してノズルから直接液滴を吐出する、所謂、ドロップオンデマン型の吐出方式により、機能性膜の塗布を行っているため、塗布液が高粘度の場合、安定した吐出性能が得られないのが現状である。
【０００７】
一方で、機能膜を形成する機能性材料の塗布液は、低粘度から高粘度まで種々のものがあり、塗布液の粘度に依存せず、安定して吐出性能を維持し、良好な機能膜を形成できることが求められている。
【０００８】
また、被塗布物として柱状又は筒状のものの外周面へ機能膜を形成する場合、直線型の吐出ヘッドを採用すると、吐出ヘッドが振動した際、その長手方向端部と中央部とでは振動の度合いが異なることから、機能膜の厚みにバラツキが生じることがある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、機能性材料の塗布液の粘度に依存せず、吐出安定性に優れ、柱状又は筒状の被塗布物外周面に膜厚のバラツキが抑制された良好な機能膜を形成可能な機能性材料塗布装置、及び機能性材料塗布方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
機能性材料を含む塗布液が供給される環状の塗布液室、及び前記環状の塗布液室に通じると共に前記環状の塗布液室の内周側に配され塗前記布液を吐出するためのノズルを有する環状の塗布液吐出ヘッドと、
前記塗布液を連続的に加圧して塗布液室に供給し、前記ノズルから当該塗布液を液柱状に吐出するための加圧手段と、
前記ノズルから液柱状に吐出される前記塗布液を液滴化するための液滴化手段と、
を備え、
前記環状の塗布液吐出ヘッドの内側へ非接触で被塗布物を配し、前記被塗布物の外周面へ前記塗布液を塗布することを特徴とする機能性材料塗布装置である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、
前記液滴化手段が、前記塗布液室に供給される前記塗布液に対し振動を付与する振動付与手段であることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、
前記環状の塗布液室は、無端状であることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、
前記被塗布物を回転駆動する被塗布物駆動手段と、前記環状の塗布液吐出ヘッドを前記被塗布物の軸方向に駆動するヘッド駆動手段と、をさらに備え、
前記被塗布物駆動手段及び前記ヘッド駆動手段の少なくとも１つにより、前記被塗布物の外周面を前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して相対的に移動させつつ、前記塗布液吐出ヘッドの前記ノズルから塗布液を吐出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、
前記塗布液の吐出方向が前記ノズルと前記環状の塗布液吐出ヘッドの中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、前記ノズルから塗布液を吐出することを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、
前記塗布液の吐出方向が、前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して前記被塗布物の外周面がその軸方向に相対的に移動する方向に向うことを特徴とする請求項５に記載の機能性材料塗布装置である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、
前記塗布液の吐出方向が、前記環状の塗布液吐出ヘッドに対して前記被塗布物の外周面がその回転方向に相対的に移動する方向に向うことを特徴とする請求項５に記載の機能性材料塗布装置である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、
前記塗布液吐出ヘッドがその軸方向に複数配されることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布装置である。
【００１８】
請求項９に係る発明は、
前記複数の塗布液吐出ヘッドが、前記複数の塗布液吐出ヘッドのうち、少なくとも一つが他の塗布液吐出ヘッドとは異なる機能性材料を含む塗布液を吐出する塗布液吐出ヘッドであることを特徴とする請求項８に記載の機能性材料塗布装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、機能性材料の塗布液の粘度に依存せず、吐出安定性に優れ、柱状又は筒状の被塗布物外周面に膜厚のバラツキが抑制された良好な機能膜を形成可能な機能性材料塗布装置、及び機能性材料塗布方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面通して同じ符合を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
【００２１】
図１は、実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略構成図である。
【００２２】
第１実施形態に係る機能性材料塗布装置１００は、図１乃至図２に示すように、載置台１０１上に、機能性材料を含む塗布液１４を被塗布物１０へ吐出するための環状吐出ヘッド１２（環状の塗布液吐出ヘッド）と、当該環状吐出ヘッド１２へ送液する塗布液１４を貯留する塗布液タンク１６と、環状吐出ヘッド１２をその軸方向に昇降する昇降装置１８（ベッド駆動手段）と、被塗布物１０を回転駆動するための被塗布物駆動装置２０と、非塗布時に環状吐出ヘッド１２から吐出される塗布液１４を受け止める液受け２２と、を備えている。なお、矢印Ａは、環状吐出ヘッド１２の移動方向であり、矢印Ｂは、被塗布物１０の回転方向である。
【００２３】
また、環状吐出ヘッド１２には、塗布液供給管２４が連結され、他端には、塗布液排出管２６が連結されている。塗布液供給管２４及び塗布液排出管２６の一端側（環状吐出ヘッド１２と非連結側）は、塗布液タンク１６と連結されている。そして、塗布液供給管２４には、塗布液タンク１６側から環状吐出ヘッド１２に向かって、送液用ポンプ２４１（加圧手段：溶剤用高圧無動脈ポンプ：３連プランジャポンプ）、送液用ポンプ２４１の脈動を抑制するダンパ２４２、塗布液のゴミ異物等を除去するフィルタ２４３、環状吐出ヘッド１２への塗布液１４の送液を開始・停止を行うための送液用電磁弁２４４が配設されている。一方、塗布液排出管２６には、塗布液１４の排出を開始・停止する排出用電磁弁２６１が配設されている。
【００２４】
なお、排出用電磁弁２６１は、通常、常に閉状態とし、塗布液１４の循環、混入した気泡の除去などを行う際に開放するものである。
【００２５】
被塗布物１０は、円柱状又は円筒体から構成されており、その軸方向両端に同軸に延在してシャフト１０２が設けられ、載置台１０１に対して被塗布物１０軸方向が垂直になり、且つ回転されるように２つの板状の支持部材１０３に支持されている。このようにして、被塗布物１０は、環状吐出ヘッド１２の内側へ、非接触で配される。
【００２６】
被塗布物駆動装置２０は、駆動モータ２０１と、駆動モータ２０１にシャフト２０２を介して連結されたギア部材２０３と、被塗布物１０の一方のシャフト１０２（図中、下方）に連結されたギア部材２０４と、当該２つのギア部材２０３，２０４に張架されるベルト部材２０５と、で構成されている。被塗布物駆動装置２０では、駆動モータによりギア部材２０３が回転駆動され、この回転駆動に伴い、ベルト部材２０５と共にギア部材２０４が回転駆動されて、シャフト１０２と共に被塗布物１０が回転する。
【００２７】
昇降装置１８は、ボール螺子を用いた昇降装置であり、載置台１０１（その主面）に対し垂直に設けられた板状の案内部材１８１と、案内部材１８１（その主面）に対して垂直に固定された２つの支持部材１０３に支持されモータ（不図示）で回転する螺子軸１８２と、螺子軸１８２の回転に伴って案内部材１８１の長手方向（図中、上下方向）に移動する送り部材１８３と、を備える。なお、案内部材１８１及び螺子軸１８２は、被塗布物１０軸方向と平行に配置されている。
【００２８】
昇降装置１８の送り部材１８３には、螺子軸１８２を通す貫通口１８３Ａと、その内壁に螺子軸１８２の螺旋溝に嵌めこまれる凸部（不図示）を有しており、螺子軸１８２の回転に伴って案内部材１８１の長手方向（図中上下方向）に移動する。
【００２９】
昇降装置１８の板状の案内部材１８１は、断面Ｖ字状の溝１８１Ａが設けられており、送り部材１８３の幅方向両端に設けられた爪部１８３Ｂが板状の案内部材１８１の溝１８１Ａに挿入されている。これにより、送り部材１８３の移動方向は、移動方向を規制され、板状の案内部材１８１の長手方向（図中上下方向）に案内・移動される。
【００３０】
そして、環状吐出ヘッド１２は、送り部材１８３にアーム１８４を介して固定され、当該送り部材１８３の移動に応じて案内部材１８１の長手方向（図中上下方向：被塗布物の軸方向）に移動される。なお、ア−ム１８４は、２つ有しており（図３参照）、塗布液供給管２４、及び塗布液排出管２６をそれぞれ兼ねる構成としてもよいし、筒状としてその内部に塗布液供給管２４及び塗布液排出管２６を内部に配する構成としてもよい。
【００３１】
液受け２２は、被塗布物１０の軸方向一端側に当該被塗布物１０と重ならないように配設されている。本実施形態では、液受け２２は被塗布物１０軸方向の下方側（載置台１０１側）に配設されている。
【００３２】
液受け２２は、断面凹部状の部材が湾曲して環状に構成されている。また、液受け２２の内側の壁部が、被塗布物の軸方向に突出するように延在して構成されている。液受け２２では、非塗布時に環状吐出ヘッド１２から吐出された塗布液１４が当該延在した内側の壁部で受け止め、断面凹部状の部材の底面に溜まる。また、液受け２２は、塗布液タンク１６とフィルタ２２１を介して排出管２２２により連結されており、吐出した塗布液１４を受け止めた時、当該塗布液タンク１６へ排出するようになっている。
【００３３】
以下、環状吐出ヘッド１２について詳細に説明する。ここで、図３は、実施形態に係る環状吐出ヘッドを示す斜視図である。図４は、実施形態に係る環状吐出ヘッドの部分断面図である。なお、図４は、環状吐出ヘッドの軸方向に対して直交方向に切断した断面図である。
【００３４】
環状吐出ヘッド１２は、図３乃至図４に示すように、例えば、断面円状（円状に限られず矩形状その他の断面形成でもよい）の筒状体１２１が湾曲して環状に構成されている。また、環状の筒状体は無端状となっている。そして、環状吐出ヘッド１２を構成する環状の筒状体の中空部により塗布液室１２２が構成されている。つまり、環状の塗布液室１２２は、環状且つ無端状に構成されている。筒状体１２１は、例えば、ステンレスやニッケル合金で構成される。なお、図４中、１２５は、アーム１８４（塗布液供給管２４又は塗布液排出管２６）の連結部（塗布液導入口又は排出口）を示す。
【００３５】
また、環状吐出ヘッド１２には、その内周側にその塗布液室１２２と通じる、即ち塗布液室１２２と通じて複数のノズル１２３（例えば、ノズル内径２５μｍ）が周方向に沿って設けられている。また、環状吐出ヘッド１２には、その外側に環状の筒状体１２１の中空部により塗布液室１２２を介して各ノズル１２３と対向して圧電素子１２４（液滴化手段：振動付与手段）が設けられている。圧電素子１２４は、必ずしもノズル１２３に対向して設ける必要なく、ノズル１２３と共に所定間隔で配設してもよい。
【００３６】
環状吐出ヘッド１２は、例えば、筒状体を湾曲させて両端を接合することで作製してもよいし、２つの断面半円形状の凹部材を湾曲して環状にしたものを、２つ重ね合わせて接合して作製してもよい。また、図示しないが、圧電素子１２４への電気信号は全て共通でよいことから、１本の信号配線が全ての圧電素子１２４と電気的に接続するように配されていればよく、ヘッド素材が金属であれば、グランド線は１本当該ヘッドに接続されているばよい。
【００３７】
ここで、圧電素子１２４は、例えばＰＺＴセラミック膜、ポリフッ化ビニリデン膜（ＰＶＦ２膜）を含んで構成される。そして、圧電素子１２４は、塗布液室１２２に送液されてきた塗布液１４に対し、所定の振動（音波）を付与し、ノズル１２３から液柱状に吐出した塗布液１４を液滴化するためのものである。圧電素子１２４は、図示しないが、例えばＰＺＴセラミック膜に電極から高周波電圧を印加して振動（音波）を発生せしめ、この振動をピストンにより塗布液室１２２の塗布液１４へ伝達せしめる。
【００３８】
圧電素子１２４は、例えば、ノズル１２３と対向して設けられ、塗布液１４の吐出方向と同一方向から、図示しない外部機器より増幅され例えばピーク間電圧（Ｖｐｐ）５０Ｖ程度までの電圧で出力する駆動正弦波が供給されると、定在波（進行波と反射波との混合した波：つまり、照射した進行波とノズル面に反射した反射波との混合波）による振動を付与して、ノズル１２３から液柱状に吐出した塗布液１４を液滴化する。
【００３９】
ここで、図５乃至図７に、粘度約９ｍＰａ・ｓ程度の塗布液１４の吐出状態を示す。図５は、振動を付与しない場合における塗布液１４の吐出状態を示す模式図である。図６は、９０ｋＨｚの振動を付与した場合における塗布液１４の吐出状態を示す模式図である。図７は、６０ｋＨｚの振動を付与した場合における塗布液１４の吐出状態を示す模式図である。
【００４０】
圧電素子１２４を駆動させず、例えば、送液用ポンプ２４１により０．９ＭＰａで環状吐出ヘッド１２から塗布液１４を吐出した場合、図５に示すように、液柱状の塗布液１４が吐出する。そして、圧電素子１２４により塗布液１４に振動を付与すると、図６及び図７に示すように、液柱状に吐出された塗布液１４が液滴化される。図６、７に示すように、９０ｋＨｚの振動を塗布液１４に付与した場合は、６０ｋＨｚ振動を塗布液１４に付与したに場合に比べ、塗布液の液滴径が小さく、液滴間距離（液滴間隔）が狭くなっている。しかし、ポンプ圧力は一定であるので、単位時間あたりの噴射量は同一である。
【００４１】
図５に示すように、液滴化せず、液柱状の状態で塗布液を塗布すると、環状吐出ヘッド１２から離れた位置では、無秩序な噴流となるため、塗布膜（機能膜）の均一性が確保できない。よって、塗布液１４の液滴化が必要である。
【００４２】
ここで、例えば、塗布液の吐出速度１０ｍ／ｓｅｃ、ノズル内径２５μｍとしたとき、好適周波数は、８８．７ｋＨｚとなる。また、液滴の体積は、約５５ｐｌ（ｐｉｃｏ  ｌｉｔｒｅ）（５５，０００μｍ３）である。但し、液滴化の観点のみで、周波数は決定されず、吐出ヘッドと圧電素子の振動特性を考慮することがよい。即ち、吐出ヘッドの構造と圧電素子の特性に基づく共振点を考慮することで、圧電素子１２４に印加する電圧の調整を行なうことがよい。例えば、本実施形態では、ピーク間電圧（Ｖｐｐ）３０Ｖ程度の電圧を圧電素子に印加する。
【００４３】
なお、塗布液１４の液滴化の際、圧電素子１２４が付与する振動の周波数は、例えば、圧電素子の振動特性、環状吐出ヘッド１２の振動特性、塗布液１４の速度、ノズル１２３の直径などの相関関係により決定される。例えば、塗布液の流体速度（吐出速度）は、下記式で示す関係で表すことができる。
式（１）：流体速度（μｍ／ｓｅｃ）＝周波数（Ｈｚ）×粒子間隔（μｍ）（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＝ｆλ）
また、「Ｒａｙｌｅｉｇｈ／Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｓｏｕｎｄ」によると、最も液滴化しやすいのは（粒子を生成しやすいのは）、
式（２）：粒子間隔（μｍ）＝４．５１×ノズル径（μｍ）（λ＝４．５１×ｄ）
である。
また、液滴化された液滴（粒子）の体積は、
式（３）：体積（μｍ３）＝ノズル面積（μｍ２）×粒子間隔（μｍ）（Ｖｏｌｕｍｅ＝Ａλ）
となる。
【００４４】
ここで、例えば、塗布液１４の流体速度１０ｍ／ｓｅｃ、ノズル径２５μｍとしたとき、好適周波数は、８８．７ｋＨｚとなる。また、液滴の体積は、約５５ｐｌ（ｐｉｃｏ  ｌｉｔｒｅ）（５５，０００μｍ３）である。但し、液滴化の観点のみで、周波数は決定されず、吐出ヘッドと圧電素子の振動特性を考慮する必要がある。即ち、吐出ヘッドの構造と圧電素子の特性に基づく共振点を考慮することで、圧電素子に印加する電圧の調整を行なうことがよい。例えば、本実施形態では、ピーク間電圧（Ｖｐｐ）３０Ｖ程度の電圧を圧電素子に印加する。
【００４５】
また、粘度約９ｍＰａ・ｓ程度の塗布液１４を１０ｍ／ｓｅｃで吐出するための圧力は例えば約０．９ＭＰａであるが、粘度３ｍＰａ・ｓ程度の塗布液を吐出する場合は、例えば０．３ＭＰａ程度の圧力を必要とすることが実験によりわかった。したがって、粘度１００ｍＰａ・ｓ程度の塗布液を吐出するためには、例えば１０ＭＰａ程度の圧力が必要であると予想される。これは、塗布液に掛かる圧力と流速が流路抵抗を係数とする１次の関係にあることより説明される。それは、ノズル１２３の形状により抵抗値が大きく変わるからである。なお、上記の数値は一例である。
【００４６】
ノズル加工方法には、一般的にポンチ加工方法、エレクトロフォーミング（電鋳）加工方法、放電加工方法、レーザ加工方法などが挙げられる。それぞれの加工方法には得失があり、一概にどの方法が好ましいか決定することはできないが、ノズル内径を一定にして比較した場合、ノズルにおける流路抵抗の観点からは、ノズルの断面形状に大きなテーパを有するエレクトロフォーミング（電鋳）が極力、噴射の圧力を低く保つという観点では望ましい。
【００４７】
また、環状吐出ヘッド１２は、その塗布液１４の吐出方向がノズル１２３と環状吐出ヘッド１２の中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、ノズル１２３から塗布液１４を吐出することがよい。具体的には、例えば、図８（Ａ）に示すように、塗布液１４の吐出方向が、環状吐出ヘッド１２に対して被塗布物１０の外周面がその軸方向に相対的に移動する方向（本実施形態では、環状吐出ヘッド１２の移動方向とは反対方向）に向う形態（以下第１吐出形態と称する）、図９（Ａ）に示すように、塗布液１４の吐出方向が、環状吐出ヘッド１２に対して被塗布物１０の外周面がその回転方向に相対的に移動する方向（本実施形態では、被塗布物１０の回転方向）に向う形態（以下第２吐出形態と称する）が挙げられる。図中、Ｐは塗布液１４の吐出方向、Ｑはノズル１２３と環状吐出ヘッド１２の中心軸とを結ぶ線を示す。
【００４８】
上記第１吐出形態の場合、図８（Ｂ）に示すように、例えば、環状吐出ヘッド１２をその軸方向と平行に切断した断面から見たとき、ノズル１２３の深さ方向がノズル１２３と環状吐出ヘッド１２の中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、ノズル１２３を設けることで実現される。同様に、上記第２吐出形態の場合、図９（Ｂ）に示すように、例えば、環状吐出ヘッド１２をその軸方向と垂直に切断した断面から見たとき、ノズル１２３の深さ方向がノズル１２３と環状吐出ヘッド１２の中心軸とを結ぶ線に対して傾斜するように、ノズル１２３を設けることで実現される。また、図８の形態の場合、後述する環状吐出ヘッド１２の塗布液吐出面側（ノズル面）側に配した帯電電極及び偏向電極により、帯電・偏向制御して塗布液の吐出方向を変更してもよい。
【００４９】
塗布液１４の吐出方向を傾斜させると、吐出する塗布液１４が被塗布物１０へ着弾する着弾面の法線方向（図中、Ｒで示す）と塗布液の吐出方向（図中、Ｐで示す）とが角度（鋭角：θ）をなして、塗布液１４の液滴が被塗布物１０へ着弾するようになる（図８及び図９参照）。なお、着弾面の法線とは、被塗布物の着弾面が曲面で構成される場合（例えば被塗布物が円筒体又は円柱体などの場合）には、その着弾した位置の接線（図中、Ｓで示す）で構成される面と直交する線を示す。
【００５０】
吐出する塗布液１４が被塗布物１０へ着弾する着弾面の法線方向と塗布液１４の吐出方向とが角度をなして、塗布液１４が被塗布物１０へ着弾すると、吐出直後の塗布液１４の吐出速度（吐出方向に沿った吐出速度）よりも、被塗布物１０の着弾面における法線方向に沿った塗布液１４の着弾速度を遅くなる。つまり、吐出安定性を維持可能な吐出速度を持たせつつ、着弾速度が、着弾面の法線方向と着弾面と平行な方向に分散するため、塗布液の着弾衝撃が緩和されると推測される。
【００５１】
ここで、図１０及び図１１に、塗布液１４の液滴の着弾モデルを模式的に示す。図１０は、比較のために、着弾面（図中では、被塗布物１０としての液体層の面を示す）に対し、当該面の法線方向から塗布液１４の液滴が着弾する様子を示す。一方、図１１には、着弾面（図中では、被塗布物１０としての液体層の面を示す）に対し、当該面の法線方向と角度を持って塗布液１４の液滴が着弾する様子を示す。
【００５２】
図１０に示すように、着弾面の法線方向から着弾面（液面）に速い速度で打ち込むと、跳ね返りが舞い飛ぶ。また、液面が大きく凹み、液体層の中に気泡を巻き込み、そのまま硬化すると気泡が膜内に閉じ込められてしまう。また、多層膜の場合は、下の層と混濁してしまう。一方、図１１に示すように、着弾面に対し、当該面の法線方向と角度を持って塗布液１４の液滴が着弾すると、着弾面の法線方向に沿った着弾速度が低減するので、跳ね返りが発生しない。
【００５３】
吐出する塗布液１４が被塗布物１０へ着弾する着弾面の法線方向と塗布液１４の吐出方向とが角度をなして、塗布液１４が被塗布物１０へ着弾するように、環状吐出ヘッド１２を配置することで、吐出安定性を維持しつつ、着弾した塗布液１４の跳ね返りが低減でき、形成される塗布膜（機能膜）の不均一性防止や例えば着弾面が他の塗布膜で構成された場合でも当該他の塗布膜を乱すことが抑制される。
【００５４】
また、塗布液１４の吐出方向を環状吐出ヘッド１２に対して被塗布物１０の外周面がその軸方向に相対的に移動する方向に向う形態、塗布液１４の吐出方向が、環状吐出ヘッド１２に対して被塗布物１０の外周面がその回転方向に相対的に移動する方向に向う形態の如く、塗布液１４吐出方向を被塗布物１０の外周面の移動方向に向かうようにすると、塗布液１４が被塗布物１０に着弾した際、着弾面と平行な方向、即ち、着弾面（点）の接線方向に沿った着弾速度における着弾面との相対速度（以下、接線方向相対速度と称する場合がある）が低減し、当該接線方向の塗布液の着弾衝撃が緩和される。このため、より効果的に、着弾した塗布液１４の跳ね返りが低減でき、形成される塗布膜の不均一性防止や例えば着弾面が他の塗布膜で構成された場合でも当該他の塗布膜を乱すことが抑制される。
【００５５】
なお、図示しないが、環状吐出ヘッド１２には、ノズル面側に、吐出した塗布液１４を帯電させる一対の帯電電極と、その帯電した塗布液１４に電界を付与し偏向を与え吐出方向を変える一対の偏向電極と、を配設してもよい。一対の帯電電極及び一対の偏向電極を設けて塗布液１４の液滴を帯電・偏向制御すると、吐出方向を制御したり、塗布量を制限したり、塗布にパターンを持たせられる。
【００５６】
以下、本実施形態に係る機能性材料塗布装置の塗布動作を説明する。
【００５７】
まず、環状吐出ヘッド１２を、そのノズル面が被塗布物の軸方向下方側（載置台１０１側）に配置された液受け２２に対向するように配置した状態で、送液用ポンプ２４１を駆動すると共に、送液用電磁弁２４４を開放する。また、圧電素子１２４を駆動する。これにより、ノズル１２３から液柱状の塗布液１４が吐出すると共に、液柱状の塗布液１４が液滴化される。この際、環状吐出ヘッド１２から吐出した塗布液１４を液受け２２に受け止めさせる。これを、塗布液１４の液滴化が安定するまで行う。
【００５８】
次に、被塗布物駆動装置２０を駆動し、被塗布物１０を回転駆動する（例えば、被塗布物１０の回転速度を１回転/１秒（1ｒｐｓ）とする）。
【００５９】
次に、昇降装置１８を駆動して、環状吐出ヘッド１２を上昇させる。この際、環状吐出ヘッド１２は、被塗布物１０の軸と同軸で上昇、即ち被塗布物１０の軸方向と並進移動させる。この環状吐出ヘッド１２が上昇し、そのノズル面が被塗布物１０の軸方向一端部外周面に対向し、吐出する塗布液１４の液滴が当該外周面へ着弾する。これにより塗布が開始される。
【００６０】
そして、環状吐出ヘッド１２が被塗布物１０の軸方向他端部外周面に対向する位置へ到達させた後、送液用ポンプ２４１及び圧電素子１２４の駆動を停止すると共に、送液用電磁弁２４４を閉じると、塗布液１４の吐出が停止すると共に、塗布が終了する。塗布終了後、被塗布物１０の回転を停止させると共に、環状吐出ヘッド１２を下降させて、そのノズル面が液受け２２に対向する位置まで到達させる。
【００６１】
環状吐出ヘッド１２が被塗布物１０の軸方向他端部外周面に対向する位置へ到達させた後、下降させて被塗布物１０の軸方向他端部外周面に対向する位置へ戻して、塗布を終了してもよい。無論、この操作を繰り返し行ってもよい。
【００６２】
ここで、塗布液１４による塗布膜の総厚みの制御は、上記操作を繰り返し行うことで実施することができるが、被塗布物１０の軸方向に沿って厚みの分布を持たせたい場合、環状吐出ヘッド１２の昇降速度（被塗布物１０との相対的な移動速度）を制御することがよい。
【００６３】
具体的には、例えば、図１２に示すように、環状吐出ヘッド１２の昇降速度（図中、移動速度と標記）を被塗布物１０の軸方向両端部外周面に対向する領域よりも、当該軸方向中央部外周面に対向する領域で速くすると、被塗布物１０の軸方向両端部外周面に形成される塗布膜が当該軸方向中央部外周面に形成される塗布膜よりも厚く形成される。このとき、被塗布物１０の周方向（回転方向）の塗布膜の厚みは、当該被塗布物１０の回転速度が変わらないので一定となる。無論、これは一例であり、要求に応じて、環状吐出ヘッド１２の昇降速度を上記関係とは逆の関係に制御してもよいし、被塗布物１０の外周面に対向する領域内で複数の速度に制御してもよい。
【００６４】
図１２に示される如く、環状吐出ヘッド１２の昇降速度を速くすると塗布膜の厚みが薄くなく傾向となり、遅くすると塗布膜の厚みが厚くなくなる傾向となることから、当該環状吐出ヘッド１２の昇降速度を制御することで、塗布膜の厚みの制御が成されることがわかる。図１２は、環状吐出ヘッド１２の昇降速度と被塗布物１０の塗布位置と塗布膜の厚みとの関係の一例を示す関係図である。
【００６５】
なお、塗布終了後、被塗布物の回転を所定時間継続することで、塗布膜の平滑化に加え、塗布膜の液だれ防止を図ることができる。塗布液１４の被塗布物１０表面への着弾は必ずしも全面にわたるものではなく、着弾した液滴間には隙間が存在することがある。このため、塗布液１４は被塗布物１０表面に着弾後、当初、粘度が高いほど、液滴の形状を反映して半球に近い形状で存在する。このため、均一な塗布膜を形成するためには、塗布終了後、被塗布物１０を回転させる、即ち平滑化工程における時間管理が重要である。また、被塗布物１０を回転させながら塗布膜の平滑化を行うと、その遠心力により、塗布液１４が被塗布物１０に対して凸状の形状を守る方向に働くため、回転速度を液だれを起こさない程度に低下させることが、望ましい。被塗布物１０表面との親和性により塗布液１４は広がり、被塗布物１０の回転時間と共に隣接着弾滴と引き合いながら、塗布膜は平坦化していくことになる。
【００６６】
以上説明した本実施形態に係る機能性材料塗布装置１００では、機能性材料の塗布液１４を連続して加圧して、ノズル１２３から液柱状の塗布液１４を吐出させ、その吐出した液柱状の塗布液１４を液滴化して、被塗布物１０へ塗布する。このように、連続的に加圧して塗布液１４を吐出させるため、高粘度の塗布液（例えば水に近い粘度３ｍＰａ・ｓ程度以下のものから、粘度３００ｍＰａ・ｓ程度の塗布物）でも、安定して塗布液１４を吐出し、被塗布物１０へ塗布することが可能となる。
【００６７】
加えて、環状吐出ヘッド１２の塗布液室１２２を環状に構成しているので、直線状の吐出ヘッドに比べ、環状吐出ヘッド１２が振動しても、その部位間で振動の度合いが低減されることから、形成される塗布膜（機能膜）の厚みにバラツキが低減される。また、環状吐出ヘッド１２は、塗布開始位置及び塗布終了位置を被塗布物の軸方向端部の外周面に位置させ得ることから、塗布液の溶媒の揮発の程度が異なることに起因する塗布開始時と塗布終了時の塗布ムラが発生する領域を被塗布物１０の軸方向端部外周面に限定される。このため、塗布膜（機能膜）のうち塗布ムラが生じていない領域が最大限利用され得る。
【００６８】
また、本実施形態では、圧電素子１２４は、塗布液室１２２に送液されてきた塗布液１４に対し、所定の振動（音波）を付与し、ノズル１２３から液柱状に吐出した塗布液１４を液滴化している。一方、ノズル１２３から吐出される塗布液１４に均等に振動が付与されることがよい。この点、直管で構成された吐出ヘッドの場合、その長手方向端部に配されたノズルとその長手方向中央部に配されたノズルとから吐出する塗布液に付与される振動の総和が異なる。これは、中央部に配されたノズルでは対向する圧電素子のみならずヘッド長手方向両端側の圧電素子からの振動も付与されるのに対し、ヘッド長手方向一端部に配されたノズルでは対向する圧電素子と共にヘッド長手方向一端側の圧電素子からの振動しか付与されないためである。このため、吐出される塗布液１４の塗布状態が変わってしまう。
【００６９】
これに対し、本実施形態では、環状吐出ヘッド１２を無端状に構成されているため、端部が存在することなく、その環状形状に沿ってノズル１２３及び圧電素子１２４が配され、いずれの位置のノズル１２３から吐出される塗布液１４にも、同じ総量の振動が均等に付与されることとなる。例えば、図４に示すように、圧電素子１２４とノズル１２３との間に伝わる振動（音波）の進行方向を示す代表線としての一点鎖線で示すと、一つのノズル１２３から各圧電素子１２４までの距離の関係は、他のノズル１２３も同じ関係となり、全てのノズル１２３から吐出される塗布液１４に付与される振動の総和も同じになる。結果、被塗布物の周方向（回転方向）において均一に塗布膜（機能膜）が形成される。
【００７０】
加えて、環状吐出ヘッド１２が無端状であるが故に、端部が存在しないことから、環状吐出ヘッド１２が振動した場合でも、その部位間で振動の度合いも同じになり、塗布膜の膜厚のバラツキが低減される。
【００７１】
なお、本実施形態では、環状吐出ヘッド１２を無端状に構成した形態を説明したが、これに限られず、有端状でもよく、例えば、図１３に示すように、一部切り欠き部を有する環状吐出ヘッド１２を採用してもよい。ここで、図１３は、実施形態に係る他の環状吐出ヘッドを示す概略斜視図である。
【００７２】
なお、本実施形態では、環状吐出ヘッド１２を一つ配設した形態を説明したが、これに限られず、図１４に示すように、複数の環状吐出ヘッド１２をその軸方向配設した形態でもよい（図中では、３つの環状吐出ヘッドを配設している。）。この際、複数の環状吐出ヘッドは、互いにノズル１２３の配置位置がヘッド周方向（被塗布物１０の周方向）にずらすことがよい。ここで、図１４中、Ｔはヘッドのノズル１２３配置位置のずれを示す。これにより、各環状吐出ヘッド１２で吐出される塗布液１４の着弾位置がずれることから、より均質で膜厚のバラツキが低減された塗布膜が得られる。
【００７３】
また、複数の環状吐出ヘッド１２を配設する場合、少なくとも一つが他の環状吐出ヘッド１２とは異なる機能性材料を含む塗布液１４を吐出する環状吐出ヘッド１２であることがよい。この如く、複数の環状吐出ヘッド１２から異なる機能性材料を含む塗布液１４を吐出する形態の場合、例えば、図１５（Ａ）に示すように、被塗布物１０の所定領域に対して一つの環状吐出ヘッド１２から塗布液１４Ａの液滴が吐出されてくると、当該液滴が被塗布物１０の所定領域上に塗布される。次に、図１５（Ｂ）に示すように、被塗布物１０の所定領域（上記環状吐出ヘッド１２による塗布液１４Ａが着弾する領域以外の領域）に対して、他の環状吐出ヘッド１２から塗布液１４Ａとは異なる材料種の塗布液１４Ｂの液滴が吐出されてくると、当該液滴が被塗布物１０の所定領域上に塗布される。そして、図１５（Ｃ）に示すように塗布液１４Ａ、１４Ｂがそれぞれ所定の領域に塗布され、異なる材料からなる機能性材料膜がパターニングされたものが得られる。ここで、図１５は、実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の形成過程の一例を示す工程図である。
【００７４】
以上、実施形態に係る機能性材料塗布装置１００は、塗布液を連続加圧しつつ吐出を行う連続型の塗布装置であるが、所謂、圧電素子により間欠的に塗布液の液滴を吐出するドロップオンデマンド（ＤＯＤ）型の塗布装置に比べ、連続型では常時噴射しているので、ノズルでの乾燥は問題とはならない。この事は、機能性材料塗布装置として連続型が好適であることの理由の１つである。機能性材料はその塗布液状態においては有機溶剤を使用することが多く、揮発性が高い場合が多く、DOD型では、一時休止などの直後に目詰まりを発生し、装置の安定性を得ることができない。
【００７５】
連続型塗布装置がＤＯＤ型塗布装置に比べて優れている他の点は、高粘度及び粘度の異なる液体への対応が容易であることである。すなわち、ＤＯＤ型に用いるピエゾ振動あるいは、急速沸騰（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｋ  Ｊｅｔ）では、液体粘度としては、概ね１０ｍＰａ・ｓ程度が限界であり、それ以上の高粘度液体を噴射することは困難である。が、連続型の場合、塗布液の吐出はポンプ圧力に依存するため、好適なポンプを選択することで基本的には粘度の制約がない。
【００７６】
また、機能性材料の製膜においては、材料は複数種を塗布する場合が十分考えられる。ＤＯＤ型塗布装置では、噴射液体の粘度に応じてピエゾあるいはヒータを中心とする流路構造の最適設計を行なう必要があるが、連続型塗布装置の場合、ポンプ圧の調整を行なえば、異なる粘度の塗布液を吐出ヘッド等の構成の変更をおこなうことなく吐出することが可能である。従って、装置設計も簡易であり、また、機能性液体の選定の自由度が極めて高い。これも連続型が好適であることの大きな理由である。
【００７７】
また、いずれの実施形態では、塗布液液滴化手段として圧電素子を適用した形態を説明したが、これに限られず、塗布液を加熱し、当該熱の揺らぎにより液滴化する方式でもよいし、静電吸引を利用して液滴化する方式でもよい。
【００７８】
また、本実施形態に係る機能性材料塗布装置は、電子写真用部材（電子写真用感光体、機能性ベルト（中間転写体）、転写ロール、帯電ロールなど）や、その他工業製品に適宜利用することができる。従って、機能性材料としては、これらに適用される各種材料を求められる特性に応じて選択される。そして、この機能性材料を含む塗布液１４は、通常、機能性材料を溶媒と混合して構成されるが、機能性材料のみで構成され得る場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略構成図である。
【図３】実施形態に係る環状吐出ヘッドを示す斜視図である。
【図４】実施形態に係る環状吐出ヘッドの部分断面図である。
【図５】振動を付与しない場合における塗布液１４の吐出状態を示す模式図である。
【図６】９０ｋＨｚの振動を付与した場合における塗布液１４の吐出状態を示す模式図である。
【図７】６０ｋＨｚの振動を付与した場合における塗布液１４の吐出状態を示す模式図である。
【図８】実施形態に係る環状吐出ヘッドの塗布液の吐出方向の一例を説明するための模式図である。
【図９】実施形態に係る環状吐出ヘッドの塗布液の吐出方向の他の例を説明するための模式図である。
【図１０】比較例に係る塗布液１４の液滴の着弾モデルを示す模式図である。
【図１１】実施形態に係る塗布液１４の液滴の着弾モデルを示す模式図である。
【図１２】環状吐出ヘッド１２の昇降速度と被塗布物１０の塗布位置と塗布膜の厚みとの関係の一例を示す関係図である。
【図１３】実施形態に係る他の環状吐出ヘッドを示す概略斜視図である。
【図１４】実施形態に係る他の環状吐出ヘッドを示す概略斜視図である。
【図１５】実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の形成過程の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０   被塗布物
１２   環状吐出ヘッド（塗布液吐出手段）
１４（１４Ａ、１４Ｂ）      塗布液
１６   塗布液タンク
１８   昇降装置（ヘッド駆動手段）
２０   被塗布物駆動装置（被塗布物駆動手段）
２２   液受け２２
２４   塗布液供給管
２６   塗布液排出管
１００ 機能性材料塗布装置
１０１ 載置台
１０２ シャフト
１０３ 支持部材
１２１ 筒状体
１２２ 塗布液室
１２３ ノズル
１２４ 圧電素子（液滴化手段：振動付与手段）
１８１ 案内部材
１８１Ａ      溝
１８２ 螺子軸
１８３ 送り部材
１８３Ａ      貫通口
１８３Ｂ      爪部
１８４ アーム
２０１ 駆動モータ
２０２ シャフト
２０３，２０４       ギア部材
２０５ ベルト部材
２２１ フィルタ
２２２ 排出管
２４１ 送液用ポンプ
２４２ ダンパ
２４３ フィルタ
２４４ 送液用電磁弁
２６１ 排出用電磁弁
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008284523.tif 000012
【図１１】
2008284523.tif 000013
【図１２】
2008284523.tif 000014
【図１３】
2008284523.tif 000015
【図１４】
2008284523.tif 000016
【図１５】
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