少量液体の噴霧装置
【課題】 半導体シリコーンウェハー、ガラス基板等の被塗物に、液状フォトレジスト剤、表面保護膜、機能性塗布剤等の液体を極微細に霧化させて塗布し、薄い成膜形成を可能とする少量液体の噴霧装置を提供する。
【解決手段】 液体吐出時にニードル移動量調整装置２Ｃにより針状ニードル先端部８Ａと第１ノズル孔７ａとの開き間隙を極微小量調整し、第１ノズル孔７ａからニードル先端部８Ａに沿って液体を滲み出させながら第１霧化用圧縮気体通路５Ａを流れる第１霧化用圧縮気体によって該液体を微粒化させつつ第２ノズル孔９ａから噴出させ、該噴出流を第３ノズル孔１０ａを通して噴出させつつ第３ノズル１０の第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ被塗物に塗布する。
【解決手段】 液体吐出時にニードル移動量調整装置２Ｃにより針状ニードル先端部８Ａと第１ノズル孔７ａとの開き間隙を極微小量調整し、第１ノズル孔７ａからニードル先端部８Ａに沿って液体を滲み出させながら第１霧化用圧縮気体通路５Ａを流れる第１霧化用圧縮気体によって該液体を微粒化させつつ第２ノズル孔９ａから噴出させ、該噴出流を第３ノズル孔１０ａを通して噴出させつつ第３ノズル１０の第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ被塗物に塗布する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコーンウェハー、ガラス基板、各種樹脂、及び金属部材等の被塗物に、液状フォトレジスト剤、表面保護膜、及び機能性塗布剤等の液体を極微細に霧化させて塗布し、薄い成膜を形成するための少量液体の噴霧装置（スプレイガン）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体シリコーンウェハーやガラス基板に乾燥膜厚１０μ以下のレジスト剤や機能膜を成膜する場合、スピンコーターや、バーコーター等の塗布技術が盛んに使用されている。
【０００３】
しかし、半導体シリコーンウェハーやガラス基板が平板状のものやレジスト剤を塗布する表面が平面状であればそれで良いが、平板状でなく凹凸があってスピンコーターで塗布する際、必要な被塗物回転時に被塗物が飛んでしまったり、形状が回転ができない球状のものや円筒状被塗物は、スピンコーターやバーコーター等では成膜が困難である。また塗布面が凹凸あったり（アスペクト比が大きい）、窪みや穴が空いていたりする場合は、凹凸部や、窪みの側面、底面、穴の側面等の塗布ができないことになってしまう。
【０００４】
そのため、塗布材料をスプレイガンにて成膜する方法が検討されるが、１０μ以下の乾燥膜厚を得るには、液体を霧化した粒径が通常で１０μ〜２０μ前後であるため、塗膜のうねり、膜厚バラツキ、発泡等が付きまとい、なかなか塗布条件の設定を決めるのに時間を要し、また精度の良い膜厚を得ることが困難になってしまうことにもなる。一般的なエアスプレイガンにてスプレイした場合、塗布材料の粒径は、粘度を２０ＣＰＳ以下に下げてもせいぜい１０μ〜１５μ程度であった。
【０００５】
その場合２０μ段差の凹凸部に塗料粒子が付着堆積するとき、粒子径が大きいため、凹部の角部は塗布材が垂れて薄くなってしまう。粒子径を１０μ以下に細かくしようとすると、霧化エア圧力を０．４ＭＰａ以上にして吐出量を下げないと形成できない。その場合は、霧化圧力が強すぎて１０μ以下の粒子が被塗物に付着しずらくなり、塗着効率が３０％以下に落ちてしまい塗布装置として成り立たない状況になる。スプレイでの膜厚精度としては一般的に平面塗布で通常乾燥膜厚１０μとした場合、±１０％以上である。
【０００６】
１０μ以下の薄膜形成する場合、スプレイ方式においてエア霧化スプレイは最も一般的で廉価である。他に微細霧化が可能な超音波霧化方式によるスプレイガンもあるが、逆にスプレイ速度が遅すぎて、被塗物に付着しずらく実用上、加湿器等に利用されることが一般的である。またエアレススプレイ方式や遠心霧化方式では、液体の粘度を２０ＣＰＳ以下に落とし、１０μ以下の粒子を形成することはスプレイ噴出出口から３００ｍｍ以上離れた箇所でやつと吐出全体の２０％前後にしか形成できず、さらに毎分３０ｃｃ以下という被塗物に見合った低吐出量が出せない欠点がある。そのため１０μ以下の薄膜形成はエア霧化による２流体スプレイ方式が通常考えられる。しかし上述したように塗着効率が２０〜３０％程度と極めて低いということが、最大の欠点であり、１０μ以下の薄膜領域の塗布膜厚精度もスピンコーターのような±５％以下には到達できなかった。
【０００７】
そこで、エアスプレイでも特殊なスプレイ方式であるエアブラシと呼ばれるスプレイ方式を応用することが考えられる。このエアブラシはよくプラスチック模型部品や、小型商品を塗装する時に使用する小型スプレイ手持ちガンとして利用されている方式であり、ノズル口径は０．５ｍｍφ以下で、塗料噴出し制御に使用されるニードルは針形状を有しており、針形状ニードルに沿って塗料が付着流れ出す時にまわりの圧縮空気がエゼクター効果により塗料が霧化する。吐出量としては毎分５ｃｃ以下に絞ることができ、スプレイノズルを１０ｍｍ前後に近づけても、１０μ以下の微細粒子を形成可能で、塗着効率はスプレイノズルが近いため８０％以上の高効率で被塗物に塗装することが可能である。
【０００８】
一方、エアスプレイ方式による微粒化塗布を行うものとして、例えば特許文献１に示されるようた液体の二段霧化方式が知られている。この霧化方法は、一段目で圧縮空気で液体を霧化させ、二段目で該液体噴出流に旋回空気を作用させてさらに霧化を促進すると共に旋回噴出流として塗布するものである。
【特許文献１】 特開２００４−８９９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記エアブラシによるスプレイ方式は、少量又は微少量吐出の制御が困難である。即ち、吐出量の調整はニードルの引き加減を手作業で行う方式であり、定量的な制御調整にはかなりの熟練を要し、またそのため自動化塗布が困難であるという問題がある。さらにこのスプレイ方式は塗布した霧化パターン幅は５ｍｍ前後と狭いという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１に示される微粒化塗布装置は、エアブラシ方式に比し霧化パターンを広げられるという利点を有するが、液体の微量供給調整が困難であると問題がある。
【００１１】
本発明は、前記の従来の液体の噴霧装置が有していた問題を解決しようとするものであり、超音波霧化やエアブラシスプレイ方式で超微粒子形成するレベルと同等以上の液体や溶融体の微粒子を形成させ、所望される量の少量又は微量の液体の供給調整を容易かつ確実に行なうことができ、また、被塗物に効率的に塗布付着させることができ、半導体シリコーンウェハーやガラス基板及び各種透明部材等の被塗物に、液状フォトレジスト剤や表面保護膜及び機能性塗布剤等の液体又は溶融体をスプレイ塗布で均一に薄く成膜する液体の少量液体の噴霧装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために次のような少量液体の噴霧装置とした。即ち、小量の液体を微粒化して被塗物に塗布する噴霧装置であって、液体供給通路と、先端部が針状で長細く尖った極細のニードルと、該ニードルの該先端部との間で弁機構を構成し、該ニードル先端部に対応した形状の極細の第１ノズル孔を有し、該ニードル先端部が該第１ノズル孔に対して挿抜自在に嵌合可能である第１ノズルと、該第１ノズルの周囲を取り囲んで第１ノズルとの間で環状の第１霧化用圧縮気体通路を形成し、下端に小口径の第２ノズル孔を形成した第２ノズルと、該第２ノズル下端部に、該第２ノズルの第２ノズル孔を取り囲むようにして第３ノズルの第３ノズル孔が形成され、該第３ノズル孔の周囲に第２霧化用兼渦巻流形成用の複数の圧縮気体供給通路を形成した第３ノズルと、該ニードルの後端部と当接可能に設けられ、該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整可能なニードル移動量調整装置と、を備え、液体吐出時に第１ノズルの第１ノズル孔から該ニードル先端部に沿って液体を滲み出させながら該第１霧化用圧縮気体通路を流れる第１霧化用圧縮気体によって微粒化させつつ第２ノズルの第２ノズル孔から噴出させ、つぎに該噴出流を第３ノズルの第３ノズル孔を通して噴出させつつ第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ、被塗物に塗布することを特徴とする少量液体の噴霧装置とした。
【００１３】
これによって、液体吐出時にニードル移動量調整装置により針状ニードル先端部と第１ノズル孔との開き間隙を極微小量、調整可能であり、第１ノズル孔からニードル先端部に沿って液体を滲み出させながら第１霧化用圧縮気体通路を流れる第１霧化用圧縮気体によって該液体を微粒化させつつ第２ノズル孔から噴出させ、該噴出流を第３ノズル孔を通して噴出させつつ第３ノズルの第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ被塗物に塗布することができる。
【００１４】
この液体吐出量の調整において、針状ニードル先端部と第１ノズル孔との開き間隙量は、ニードル移動量調整装置により調節することが可能であるため、液体を吐出させる際、ニードル引き代としての開度を８〜１５μ単位、好ましくは例えば１０μ単位で調整可能として第１霧化用圧縮気体によって霧化を行なえることとした。このように例えば１０μ単位と言った値でニードルの引き代が調整可能なニードル移動量調整装置を取付ける事によりバルブ開閉毎の吐出量の再現性が確保され、安定吐出が得られる。
【００１５】
この場合、ニードル移動量調整装置としてはマイクロアジャストを用いることができる。従って、液体吐出量の制御調整には、従来のように熟練を要した手作業でニードルの引き加減を行なうことを要せず、定量的な吐出量の制御を再現性良く行なえると共に自動化塗布が行なえる。
【００１６】
また、前記の少量液体の噴霧装置は、ニードルの針状先端部は弁機構が開いた状態で第３のノズルの第３ノズル孔の内部まで突き出して位置することを特徴とする少量液体の噴霧装置とした。これにより、液体吐出は、第１ノズル孔とニードル先端部との間の先端に行くほど環状隙間が小さくなる極小間隙を通りつつ極細ニードル先端部に沿って液体がにじみ出ることになり、これにより、少量の液体が安定して下流方向の被塗物に案内されて吐出される。
【００１７】
そして、その液体の安定流はその周囲の例えば圧力０．１〜０．３ＭＰａの第１霧化用圧縮気体流により負圧効果により液体が霧化されて微粒化され、例えば開口径０．８〜１．５ｍｍφの第２ノズル孔から噴出される。該噴出流はさらに開口径１．０〜２．０ｍｍφの第３ノズル孔を通り、第３ノズルの複数の圧縮気体供給通路から噴出される例えば圧力０．１〜０．３ＭＰａの第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体流により衝突拡散によってさらなる液体の微粒化促進と霧化パターン領域の拡散が行なわれる。
【００１８】
また、前記の少量液体の噴霧装置は、該液体供給通路へ供給される液体の粘度は１０〜１００ＣＰＳの低粘度であり、該第１ノズルの第１ノズル孔の出口開口径は０．２〜０．６ｍｍであり、該針状のニードル先端部の角度は３〜１０度であり、該第２ノズルの第２ノズル孔の開口内径は０．８〜１．５ｍｍであり、該第３ノズルの第３ノズル孔の開口径は１．０〜２．０ｍｍであり、該ニードル移動量調整装置による該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整するためのニードルの移動移動距離を、８〜１５μ（ミクロン）毎（単位で）に調整可能とし、液体吐出量を０．１〜１０ｃｍ３／ｍｉｎとすることにより少量の液体を微粒化し塗布することを特徴とする少量液体の噴霧装置とした。
【００１９】
このことにより、少量の液体を効率良く正確に塗布することができる。即ち、１０〜１００ＣＰＳの低粘度で吐出量０．１〜１０ｃｍ３／ｍｉｎの液体を、ニードル先端部に沿わせて安定して下流の被塗物に案内しつつ、第１〜第３ノズルを通過させて二段の微粒化を達成させることができる。該針状のニードル先端部の角度は３〜１０度であり、より好ましくは４〜６度である。ニードルの移動距離単位が８μよりも小さいと、前記ニードル先端部の角度との関係で、前記第１ノズル孔とニードル先端部との間の環状間隙が小さくなり過ぎ、液体を安定して該間隙を通過させることができず、１５μ単位よりも大きいと該環状隙間が大きくなり過ぎ、安定した微粒化が困難となる。
【００２０】
第１ノズル孔の出口開口径は小さい程、吐出流量を絞ることができるが、０．２ｍｍよりも小さいと、ノズル孔の詰りの発生が生じ易くなる。また、０．６ｍｍよりも大きいと、特に吐出量が０．２〜５．０ｃｍ３／ｍｉｎといった微量の液体の微粒化を目標とする値にすることが困難である。第１ノズル孔の出口開口径は、上記のような点を考慮し、より好ましくは０．３〜０．５ｍｍである。第２ノズル開口径は０．８ｍｍより小さいと前記第１ノズル出口口径との関係で第１霧化用圧縮気体流による液体の微粒化が困難であり、また開口径が１．５ｍｍよりも大きいと安定噴出流の確保が困難となる。第３ノズル口径は、１．０ｍｍよりも小さいと第２ノズル孔からの噴出流が安定して排出されず、また２．０ｍｍよりも大きいとその周囲から排出される第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体流による該噴出流への衝突拡散が困難となる。
【発明の効果】
【００２１】
前記したように、本発明の少量液体の噴霧装置は、低粘度で少量の液体の吐出量の制御調整を容易に且つ確実に行なうことができ、従来のように熟練を要した手作業でニードルの引き加減を行なうことを要せず、定量的な吐出量の制御を再現性良く行なうことができる。またこのため自動化塗布を行なうことができる。そして、液状フォトレジスト剤及び表面保護膜や機能性塗布剤等の液体を、塗着効率を下げずに幅広く微細霧化させることができ、半導体シリコーンウェハー、ガラス基板、各種樹脂、及び金属部材等の被塗物に薄い成膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの使用系統図、図２は、本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの縦断面図、図３は、図２のＡ部拡大図であり第１〜第３ノズルの拡大詳細図、図４は、図３の底面図であり第３ノズルの底面図である。
【００２３】
１は、低吐出量用液体噴射ヘッドであり、低吐出量用液体噴射ヘッド１は、液体タンク４に貯蔵された液体を液体供給用定量供給ポンプ６ｂにより定量供給させるための液体供給配管６を有する。また該液体供給配管６には、該液体供給用定量供給ポンプ６ｂの下流に液体供給切替バルブ６ａが介装され、さらに該切替バルブ６ａには低吐出量用液体噴射ヘッド１が液体吐出動作をしないときに液体を液体タンク４に戻すための液体戻り配管６ｃが設けられている。液体の流れ方向の切替えは、ヘッド駆動用電磁弁３ａが動作を止めると、即ち、ばね２Ｆの弾発力でニードル先端部８Ａが第１ノズル７の第１ノズル孔７ａに押し戻されて弁機構が閉じられると、液体供給切替バルブ６ａが作動し、液体供給配管６から液体戻り配管６ｃに液体は切替られる。
【００２４】
さらに、低吐出量用液体噴射ヘッド１には、第１霧化用圧縮気体としての第一段霧化用圧縮空気の供給配管５、及び第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体としての第二段霧化用圧縮空気の供給配管１１が接続されており、それぞれの霧化用エアレギュレーター５ｂ及び１１ｂにより圧縮空気圧が調整可能とされている。また第一段霧化用圧縮空気は、第一段霧化用電磁弁５ａの動作により、第二段霧化用圧縮空気は、第二段霧化用電磁弁１１ａの動作により低吐出量用液体噴射ヘッド１に流れる。それぞれの電磁弁の動作順序としては、通常、第一段霧化用電磁弁５ａが動作し、約５０ｍｓ後にヘッド駆動用電磁弁３ａと第二段霧化用電磁弁１１ａがほぼ同時作動する順序が、液体の最適霧化に適している。
【００２５】
低吐出量用液体噴射ヘッド１は、中央に長くて極細のニードル本体８が上下動可能に位置されて設けられており、該ニードル本体８の上端部分にはエアピストン２Ｂが固設されており、該エアピストン２Ｂとエアピストンカバー２Ａとの間には、ニードル本体８を常に下方に押圧し、先端部が針状で長細く尖ったニードル先端部８Ａと第１ノズル７の第１ノズル孔７ａとの間で構成される弁機構を閉じるためのばね２Ｆが介装されている。該ニードル本体８とその周囲のヘッド本体１ａとの間には液体供給通路６Ａが形成されており、また該ヘッド本体１ａの下端部には第１ノズル７が固着されて設けられている。第１ノズル７には該ニードル先端部８Ａが挿抜自在に嵌合可能である第１ノズル孔７ａが該ニードル先端部の形状に対応したテーパ形状で形成されている。
【００２６】
該第１ノズル７の外側には、第１ノズル７の周囲を取り囲んで第１ノズル７との間で下側に行くに従い断面積が小さくなる環状の第１霧化用圧縮気体通路５Ａを形成し下端に第１ノズル孔７ａの出口開口の周囲に絞られた小口径の第２ノズル孔９ａを形成した第２ノズル９がヘッド本体１ａに固設されて取付けられている。即ち、第２ノズル９の内壁面は逆円錐形状に形成され下端は絞られて小口径Ｄ２の第２ノズル孔９ａを形成している。そして該第２ノズル９の下端部には、第３ノズル１０が固着されて取付けられており、該第３ノズル１０はその出口開口で第２ノズル９の第２ノズル孔９ａを取り囲むようにして形成されている。
【００２７】
そして、第３ノズル１０には、図４にも示すように、平面視で第１ノズル孔７Ａ及び第２ノズル孔９ａの中心部、即ち針状ニードル先端部８Ａの軸心を中心とした同一円周上に等間隔で、正面視で傾斜されて穿設された複数の第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気の供給通路１０ｂが形成されている。そして第３ノズル１０の下端部は第２ノズル９の下面よりも所定距離突出して前記の第３ノズル孔１０ａが形成されると共に該第３ノズル孔１０ａの外側壁は逆円錐状の傾斜面１０ｃが形成される。これにより該圧縮空気供給通路１０ｂから噴出された第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気流は該傾斜面１０ｃに沿って流れ、全周で整流された安定した渦巻流を形成し、この渦巻流が第３ノズル孔１０ａを噴出する噴出流に衝突し、安定した乱れがない旋回噴出流を形成する。これにより噴出流は安定して幅広く微細霧化されたものとなる。
【００２８】
なお、第２ノズル孔９ａから噴出した噴出流は、該第３ノズル孔１０ａの該突出した内部空間では第２霧化用兼渦巻形成用圧縮空気の流れに影響されることがないので、下方の被塗物方向に安定して噴出すると共に、第１ノズル７と第２ノズル９とで間で行なわれる第一段の液体霧化作用が安定して行なわれる。
【００２９】
第３ノズルはヘッド本体１ａに対して押え用ナット１１Ｂで取付けられており、該押えナット１１Ｂは内部を箱状に形成されて該第２ノズル９と該第３ノズル１０の外側との間で第二段霧化用圧縮空気通路１１Ａを構成している。
【００３０】
低吐出量用液体噴射ヘッド１の上端部には、針状ニードル先端部８Ａと第１ノズル７の第１ノズル孔７ａとの開き間隙を極微小量調整可能なニードル移動量調整装置としてのマイクロアジャスト２Ｃが取付けられており、該マイクロアジャスト２Ｃの下端にはマイクロアジャストエンド２Ｄが形成されている。そして該マイクロアジャスドエンド２Ｄはニードル本体８の後端部（上端部）と当接可能に設けられている。
【００３１】
そして、１０〜１００ＣＰＳの低粘度で吐出量０．１〜５．０ｃｍ３／ｍｉｎの液体を微粒化し塗布するときにおいて、第１ノズル７の第１ノズル孔７ａの出口開口径Ｄ１は、０．２〜０．６ｍｍφであり、該針状のニードル先端部８Ａの角度は３〜１０度であり、該第２ノズル９の第２ノズル孔９ａの開口内径Ｄ２は、０．８〜１．５ｍｍφであり、該第３ノズル１０の第３ノズル孔１０ａの開口径Ｄ３は、１．０〜２．０ｍｍφであり、該マイクロアジャスト２Ｃによる針状ニードル先端部８Ａと第１ノズル孔７ａとの開き間隙を極微小量調整するためのニードルの移動移動距離は、８〜１５μ毎に（単位で）調整可能とされている。
【００３２】
このように構成された低吐出量用液体噴射ヘッド１は、ヘッド駆動用電磁弁３ａが動作することにより、ヘッド駆動用圧縮空気配管３からバルブエアピストン部２の中に圧縮空気が流れ、エアピストン２Ｂをばね２Ｆの弾発力に抗してマイクロアジャスト２Ｃ側に動作し、エアピストン２Ｂと連結されているニードル本体８の後端部がマイクロアジャストエンド２Ｄに突き当てられてニードル本体８のストロークが定位置で停止され、第１ノズル孔７ａとニードル先端部８Ａとの直径方向の間隙が所定の間隔に保たれる。
【００３３】
そしてニードル本体（８）のニードル先端部（８Ａ）が、第１ノズル孔７ａから離れて第１ノズル孔７ａとの間に微小の間隙が形成され、ヘッド内液体供給通路６Ａにある液体が液体供給用定量供給ポンプ６ｂの圧送圧力により、第１ノズル孔７ａ内部からニードル先端部８Ａ表面に押出されると同時に、ヘッド内第一段霧化用圧縮空気供給通路５Ａから流れ出る第一段霧化用圧縮空気のエゼクター効果により、ニードル先端部８Ａ表面の液体は、第１ノズル孔７ａの出口（下端）開口から吸引されて引き出され、該第１ノズル孔７ａの出口開口部を引き出された液体は、同時に第一段霧化用圧縮空気によって霧化、即ち微粒化され、第２ノズル９の第２ノズル孔９ａを出て第３ノズル１０の第３ノズル孔１０ａ内へ噴出流として送られ、ここで第一段霧化パターン１２が形成される。
【００３４】
そして、該霧化されて形成された液体微粒子の噴出流である第一段霧化パターン１２は、第二段霧化用圧縮空気供給通路１１Ａを介して第３ノズル１０の第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気供給通路１０ｂから流れ出る第二段霧化用圧縮空気によってエゼクター効果によりさらに微粒化されると共に旋回されて旋回流が形成され、渦巻状パターンの第二段霧化パターン１３が形成され、被塗物１４に付着、塗布される。
【００３５】
本発明では、塗布剤としての液体は、液状フォトレジスト剤や表面保護膜、及び機能性塗布剤が用いられ、被塗物としては、半導体シリコーンウェハー、ガラス基板、各種樹脂、及び金属部材等が適用される。
【００３６】
以上のように、本実施形態では、出口開口径０．２〜０．６ｍｍφの第１ノズル孔７ａを有する第１ノズル７に対し、液体吐出を制御するバルブとしての役割であるニードル先端部８Ａが角度３〜１０°の鋭角の構造を有して、第１ノズル７の第１ノズル孔７ａ及び第２ノズル９の第２ノズル孔９ａ、さらには第３ノズル１０のノズル孔１０ａにまで突き出させ、液体を吐出させる際、ニードル引き代としての開度を８〜１５μ単位で調整可能な構造にしてエア霧化をすることとした。８〜１５μ単位でニードル８の引き代が調整可能なマイクロアジャスト２Ｄを取付けることによりバルブ開閉毎の吐出量の再現性が確保され、安定吐出が得られる。
【００３７】
液体吐出は、極細ニードル先端部８Ａに沿って液体がにじみ出るとき、その周囲の圧力０．１〜０．３Ｍｐａの第一段霧化用圧縮空気流により負圧効果で液体が霧化されて、０．８〜１．５ｍｍφの第２吐出ノズル９の第２ノズル孔９ａから噴出され、口径１．０〜２．０ｍｍφの第３ノズル１０の第３ノズル孔１０ａから圧力０．１〜０．３Ｍｐａの第二段霧化用兼渦巻用圧縮空気流により衝突拡散によってさらなる液体の微粒化促進と霧化パターン領域の拡散が行なえる。
【００３８】
即ち、本実施形態では、液体を低吐出量にてスプレイする噴射ヘッド１で、１０〜１００ＣＰＳの低粘度の液体を第１〜第３の吐出ノズル７、９、１０に対し、液体吐出を制御する鋭角なニードル先端部８Ａが突き出している丸型噴霧の台形分布を有したスプレイパターン１５にて、被塗物１４に効率的に塗布付着させることができる。
【００３９】
即ち、本実施形態の低吐出量用液体噴射ヘッド１では、１０〜１００ＣＰＳの低粘度の液体を出口口径０．２〜０．６ｍｍφの第１ノズル孔７ａを有した第１ノズル７に対し、液体吐出を制御する角度３〜１０°の鋭角なニードル先端部８Ａを有して該ニードル先端部８Ａが第１ノズル孔７ａ、第２ノズル孔９ａ及び第３ノズル孔１０ａにまで突き出していることを特徴として、液体吐出の際にニードル先端部８Ａに沿って液体がにじみ出るときその周囲の第一段霧化用圧縮空気圧０．１〜０．３Ｍｐａの空気流により負圧効果で、液体がスプレイされて口径０．８〜１．５ｍｍφの第２の吐出ノズル９の第２ノズル孔９ａから噴出され、口径１．０〜２．０ｍｍφの第３のノズル１０から第二段霧化用圧縮空気の圧力０．１〜０．３Ｍｐａの渦巻状空気流により衝突拡散によって液体の微粒化と促進霧化領域を拡散せしめると共に、ヘッド後部に設けたニードル部８を８〜１５μ毎の移動距離を制御出来るマイクロアジャスト２Ｄを有することにより、第１ノズル７とニードル先端部８Ａの間隙を極微小調整できることにより、低粘度液体の少量吐出が可能となった。
【００４０】
このように、本実施形態では、液体を、塗着効率を下げずに幅広く微細霧化させることができ、例えば０．１〜１０μの薄い成膜を形成するための低吐出量用の液体自動噴射ヘッド（スプレイガン）１を得ることができる。
【００４１】
また、本実施形態の自動噴射ヘッド１では、段差パターンを有した被塗物、例えば半導体シリコーンウェハーに液状レジスト剤を噴霧塗布する場合において、粒子が微細化されており、かつ溶媒が蒸発して液体粘度も増大することにより、該段差の凸部や凹部における角隅部（エッジ部）においても塗膜が下に垂れることが極小にされ、所定厚みの成膜、例えば６〜１０μといった成膜を形成することができ、全体的に均一な成膜を塗布することができる。
【００４２】
前記、渦巻状パターンの第二段霧化パターン１３が形成され、被塗物１４に付着、塗布される際の第二段霧化パターン１３の流量分布１５は、全パターンのほぼ３分の２（２／３）がフラット状の台形分布である。この霧化パターンの流量分布１５は、第一段霧化用圧縮空気供給圧力と第二段霧化用圧縮空気供給圧力（又は流量）によって変化する。各霧化用圧縮空気圧力がほぼ同一であるとフラット状の台形分布が得られるが、第二段霧化用圧縮空気供給圧力が第一段霧化用圧縮空気供給圧力に対し半分以下であるとそれは変化する。
【００４３】
次に、その測定実験結果を説明する。
図５は、低吐出量用液体噴射ヘッド１を１直線上に移動した時の膜厚測定結果のパターン流量分布を表している。図５で分かるように、▲３▼、▲４▼の塗布条件である第一段霧化用圧縮空気圧力、第二段霧化用圧縮空気圧力がそれぞれ０．１Ｍｐａ〜０．１５Ｍｐａあたりが、霧化パターンの流量分布１５は全パターンのほぼ２／３がフラット状の台形分布である。第二段霧化用圧縮空気圧力を上げていけばパターン幅は広がる傾向にあるが膜厚は予定した数字より低下した。それは塗着効率が下がるためと考えられる。第二段霧化用圧縮空気圧力は余り上げない方が塗着効率が維持でき、比較的安定した台形分布ができる。塗着効率を測定すると、▲１▼が８８％、▲２▼が８６％、▲３▼８２％で▲４▼が７９％、▲５▼、▲６▼７６％以下であった。
【００４４】
図６は、▲１▼、▲２▼、▲３▼と▲６▼の塗布条件で、ノズルから被塗面までの距離をそれぞれ離したスプレイ後の液粘度の増加を測定したものである。霧化用圧縮空気圧力が上昇すれば空気量も増加されて液体の微粒化された粘度は増加する傾向がある。これは溶剤がより蒸発し固形分が増加するためである。特に▲３▼、▲６▼の条件はスプレイ後の塗布膜が垂れにくいことを意味するものである。
【００４５】
（測定１）
霧化パターンの流量分布１５の測定。
（１）液体粘度 ２０ＣＰＳとした。
即ち、原液ＡＺ Ｐ４３３０（ＮＶ値３０％）を重量比１に対し希釈溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを重量比１を加えて、固形分比率１５％（体積ＮＶ値０．１１％）で粘度２０ＣＰＳの液体を得た。
（２）液体の比重は、１．３３。
（３）液体供給定量ポンプ６ｂは、ギヤポンプであり液圧０．０１Ｍｐａで吐出量１．５ｃｃ／分（ｍｉｎ）。
（４）ノズルと被塗物間の距離は、４０ｍｍ。
【００４６】
（５）一段霧化用圧縮空気圧力を０．１Ｍｐａ〜０．２５Ｍｐａそれぞれ変化。
（６）二段霧化用圧縮空気圧力を０．０２Ｍｐａ〜０．２５Ｍｐａそれぞれ変化。
（７）低吐出量用液体噴射ヘッド１を１直線上に移動した時の速度は、９００ｍｍｍ／分。
（８）低吐出量用液体噴射ヘッド１を１直線上に移動した時の膜厚測定実施。
その際の膜厚測定を図５に示し、液体をスプレイした後の粘度アップ測定を図６に示す。図５中の▲１▼〜▲６▼の塗布条件を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
以上の条件に基づきに、低吐出量用液体噴射ヘッド１をＸ、Ｙ軸及びＺ軸方向に動作する直交型マニュプレーターに搭載して、平板の被塗物における塗布成膜結果を下記に記載する。
【００４９】
（１）低吐出量用液体噴射ヘッド
第１ノズル７は塗布材（液体）を吐出する穴径が小径であればあるほど吐出流量は絞れる。本実験でより効果があったのは第１ノズル孔７ａの出口開口径Ｄ１が０．３ｍｍφの小口径の第１ノズル７と、ニードル８は先端から５°（度）の傾斜がついた針状テーパーニードルであった。低吐出量用液体噴射ヘッドをＸ、Ｙ軸及びＺ軸方向に動作する直交型マニュプレーターに搭載し、スプレイパターンの両端をラップさせて塗布する方法をとった。
【００５０】
（２）塗布材料
液状レジスト剤として、クライアントジャパン（株）製の原液ＡＺ Ｐ４３３０ （ＮＶ値３０％）を重量比１に対し希釈溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを重量比１を加えた固形分比率１５％で粘度２０ＣＰＳが最適であった。その他の粘度３０〜５０ＣＰＳでも結果は良好であった。
【００５１】
（３）吐出液圧
０．０１５ＭＰａ
（４）塗布室温及び相対湿度
２０℃ ６５％
（５）被塗物
２００ｍｍ角サイズのフラットガラス板、
及び幅２５μ、高さ５０μ段差のパターンを搭載した６インチウェハー。
（６）目標塗布膜厚さ
フラットガラス面に対し３μ±５％以内（３σ）。
段差のパターンを搭載した６インチウェハーに対し各面及び角隅部６μ〜１０μ目標。
【００５２】
（７）その他塗布条件
ノズル移動速度（Ｘ軸） ３００ｍｍ／ｍｉｎ
ノズルと被塗物間距離 ４０ｍｍ
吐出量 １．５ｃｃ／ｍｉｎ
塗布回数 １回
被塗物塗布時表面温度 ３０℃
【００５３】
第一段霧化用圧縮空気圧力 ０．１５ＭＰａ（以下霧化エア圧力と呼ぶ）
第二段霧化用圧縮空気圧力 ０．１ＭＰａ（以下パターンエア圧力と呼ぶ）
塗布ピッチ １０ｍｍ
塗布後乾燥条件 １００℃
乾燥時間 ３分
上記の諸条件による実験の結果は、所望する良い塗布状態が得られた。その塗布状態の結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
上記データーの目標値＝３０．０００膜厚［Å］、精度５％
このときのフラットガラス板２００角で塗布使用量３ｃｃ。
この場合目標精度を５％とすると、
ＵＳＬ＝３１，５００、ＬＳＬ＝２８，５００、ＵＣＬ＝３０，３３０、ＬＣＬ＝２９，７７３、＃ｏｆ ｅｘｃｐ．＝０．０、＃ｏｆ ｓａｍｐ＝９６、平均膜厚＝３００５１．５、Ｍｉｎ膜厚＝３０，００２、Ｍａｘ膜厚＝３０，８１０、ｄｉｆｆ．＝０．１７％、Ｃｐ＝５．３９１、Ｃｐｋ＝５．２０６、Ｓｔｄｅｖ．＝９２．８、３Ｓｉｇｍａ＝２７８．３、３ Ｓｉｇｍａ％＝０．９３％。
このときの粒径分布測定結果を図７に示す。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】 本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの使用系統図である。
【図２】 本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの縦断面図である。
【図３】 図２のＡ部拡大図であり、第１〜第３ノズルの拡大詳細図である。
【図４】 図３の底面図であり、第３ノズルの底面図である。
【図５】 塗布パターンの測定結果を示すグラフであり、塗布幅と膜厚の関係を示すグラフである。
【図６】 液体をスプレイした後の粘度アップ測定結果を示すものであり、ノズルから被塗物までの距離と粘度との関係を示すグラフである。
【図７】 表１の▲１▼における第一段霧化用圧縮空気圧力及び第二段霧化用圧縮空気圧力での塗布条件での粒径分布測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 低吐出量用液体自動噴射ヘッド（少量液体の噴霧装置）
１ａ 噴射ヘッド本体
２ バルブエアピストン部
２Ａ エアピストンカバー
２Ｂ エアピストン
２Ｃ マイクロアジャスト（ニードル移動量調整装置）
２Ｄ マイクロアジャストエンド
２Ｅ ピストンシール用Ｏリング
２Ｆ ばね
３ ヘッド駆動用圧縮空気配管
３ａ ヘッド駆動用電磁弁
３ｂ ヘッド駆動用エアレギュレーター
４ 液体タンク
５ 第一段霧化用圧縮空気供給配管
５ａ 第一段霧化用電磁弁
５ｂ 第一段霧化用エアレギュレーター
５Ａ ヘッド内第一段霧化用圧縮空気供給通路
６ 液体供給配管
６ａ 液体供給切替バルブ
６ｂ 液体供給用定量供給ポンプ
６ｃ 液体戻り配管
６Ａ ヘッド内液体供給通路
７ 第１ノズル
７ａ 第１ノズル孔
８ ニードル本体
８Ａ ニードル先端部
８Ｂ 液体シール用Ｏリング
９ 第２ノズル
９ａ 第２ノズル孔
１０ 第３ノズル
１０ａ 第３ノズル孔
１０ｂ 第二霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気通路
１０ｃ 傾斜面
１１ 第二段霧化用圧縮空気供給配管
１１ａ 第二段霧化用電磁弁
１１ｂ 第二段霧化用エアレギュレーター
１１Ａ ヘッド内第二段霧化用圧縮空気通路
１１Ｂ 第３ノズル押え用ナット
１２ 第一段霧化パターン
１３ 第二段霧化パターン
１４ 被塗物
１５ 霧化パターンの流量分布
Ｄ１ 第１ノズル孔の出口開口径
Ｄ２ 第２ノズル孔の開口径
Ｄ３ 第３ノズル孔の開口径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコーンウェハー、ガラス基板、各種樹脂、及び金属部材等の被塗物に、液状フォトレジスト剤、表面保護膜、及び機能性塗布剤等の液体を極微細に霧化させて塗布し、薄い成膜を形成するための少量液体の噴霧装置（スプレイガン）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体シリコーンウェハーやガラス基板に乾燥膜厚１０μ以下のレジスト剤や機能膜を成膜する場合、スピンコーターや、バーコーター等の塗布技術が盛んに使用されている。
【０００３】
しかし、半導体シリコーンウェハーやガラス基板が平板状のものやレジスト剤を塗布する表面が平面状であればそれで良いが、平板状でなく凹凸があってスピンコーターで塗布する際、必要な被塗物回転時に被塗物が飛んでしまったり、形状が回転ができない球状のものや円筒状被塗物は、スピンコーターやバーコーター等では成膜が困難である。また塗布面が凹凸あったり（アスペクト比が大きい）、窪みや穴が空いていたりする場合は、凹凸部や、窪みの側面、底面、穴の側面等の塗布ができないことになってしまう。
【０００４】
そのため、塗布材料をスプレイガンにて成膜する方法が検討されるが、１０μ以下の乾燥膜厚を得るには、液体を霧化した粒径が通常で１０μ〜２０μ前後であるため、塗膜のうねり、膜厚バラツキ、発泡等が付きまとい、なかなか塗布条件の設定を決めるのに時間を要し、また精度の良い膜厚を得ることが困難になってしまうことにもなる。一般的なエアスプレイガンにてスプレイした場合、塗布材料の粒径は、粘度を２０ＣＰＳ以下に下げてもせいぜい１０μ〜１５μ程度であった。
【０００５】
その場合２０μ段差の凹凸部に塗料粒子が付着堆積するとき、粒子径が大きいため、凹部の角部は塗布材が垂れて薄くなってしまう。粒子径を１０μ以下に細かくしようとすると、霧化エア圧力を０．４ＭＰａ以上にして吐出量を下げないと形成できない。その場合は、霧化圧力が強すぎて１０μ以下の粒子が被塗物に付着しずらくなり、塗着効率が３０％以下に落ちてしまい塗布装置として成り立たない状況になる。スプレイでの膜厚精度としては一般的に平面塗布で通常乾燥膜厚１０μとした場合、±１０％以上である。
【０００６】
１０μ以下の薄膜形成する場合、スプレイ方式においてエア霧化スプレイは最も一般的で廉価である。他に微細霧化が可能な超音波霧化方式によるスプレイガンもあるが、逆にスプレイ速度が遅すぎて、被塗物に付着しずらく実用上、加湿器等に利用されることが一般的である。またエアレススプレイ方式や遠心霧化方式では、液体の粘度を２０ＣＰＳ以下に落とし、１０μ以下の粒子を形成することはスプレイ噴出出口から３００ｍｍ以上離れた箇所でやつと吐出全体の２０％前後にしか形成できず、さらに毎分３０ｃｃ以下という被塗物に見合った低吐出量が出せない欠点がある。そのため１０μ以下の薄膜形成はエア霧化による２流体スプレイ方式が通常考えられる。しかし上述したように塗着効率が２０〜３０％程度と極めて低いということが、最大の欠点であり、１０μ以下の薄膜領域の塗布膜厚精度もスピンコーターのような±５％以下には到達できなかった。
【０００７】
そこで、エアスプレイでも特殊なスプレイ方式であるエアブラシと呼ばれるスプレイ方式を応用することが考えられる。このエアブラシはよくプラスチック模型部品や、小型商品を塗装する時に使用する小型スプレイ手持ちガンとして利用されている方式であり、ノズル口径は０．５ｍｍφ以下で、塗料噴出し制御に使用されるニードルは針形状を有しており、針形状ニードルに沿って塗料が付着流れ出す時にまわりの圧縮空気がエゼクター効果により塗料が霧化する。吐出量としては毎分５ｃｃ以下に絞ることができ、スプレイノズルを１０ｍｍ前後に近づけても、１０μ以下の微細粒子を形成可能で、塗着効率はスプレイノズルが近いため８０％以上の高効率で被塗物に塗装することが可能である。
【０００８】
一方、エアスプレイ方式による微粒化塗布を行うものとして、例えば特許文献１に示されるようた液体の二段霧化方式が知られている。この霧化方法は、一段目で圧縮空気で液体を霧化させ、二段目で該液体噴出流に旋回空気を作用させてさらに霧化を促進すると共に旋回噴出流として塗布するものである。
【特許文献１】 特開２００４−８９９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記エアブラシによるスプレイ方式は、少量又は微少量吐出の制御が困難である。即ち、吐出量の調整はニードルの引き加減を手作業で行う方式であり、定量的な制御調整にはかなりの熟練を要し、またそのため自動化塗布が困難であるという問題がある。さらにこのスプレイ方式は塗布した霧化パターン幅は５ｍｍ前後と狭いという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１に示される微粒化塗布装置は、エアブラシ方式に比し霧化パターンを広げられるという利点を有するが、液体の微量供給調整が困難であると問題がある。
【００１１】
本発明は、前記の従来の液体の噴霧装置が有していた問題を解決しようとするものであり、超音波霧化やエアブラシスプレイ方式で超微粒子形成するレベルと同等以上の液体や溶融体の微粒子を形成させ、所望される量の少量又は微量の液体の供給調整を容易かつ確実に行なうことができ、また、被塗物に効率的に塗布付着させることができ、半導体シリコーンウェハーやガラス基板及び各種透明部材等の被塗物に、液状フォトレジスト剤や表面保護膜及び機能性塗布剤等の液体又は溶融体をスプレイ塗布で均一に薄く成膜する液体の少量液体の噴霧装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために次のような少量液体の噴霧装置とした。即ち、小量の液体を微粒化して被塗物に塗布する噴霧装置であって、液体供給通路と、先端部が針状で長細く尖った極細のニードルと、該ニードルの該先端部との間で弁機構を構成し、該ニードル先端部に対応した形状の極細の第１ノズル孔を有し、該ニードル先端部が該第１ノズル孔に対して挿抜自在に嵌合可能である第１ノズルと、該第１ノズルの周囲を取り囲んで第１ノズルとの間で環状の第１霧化用圧縮気体通路を形成し、下端に小口径の第２ノズル孔を形成した第２ノズルと、該第２ノズル下端部に、該第２ノズルの第２ノズル孔を取り囲むようにして第３ノズルの第３ノズル孔が形成され、該第３ノズル孔の周囲に第２霧化用兼渦巻流形成用の複数の圧縮気体供給通路を形成した第３ノズルと、該ニードルの後端部と当接可能に設けられ、該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整可能なニードル移動量調整装置と、を備え、液体吐出時に第１ノズルの第１ノズル孔から該ニードル先端部に沿って液体を滲み出させながら該第１霧化用圧縮気体通路を流れる第１霧化用圧縮気体によって微粒化させつつ第２ノズルの第２ノズル孔から噴出させ、つぎに該噴出流を第３ノズルの第３ノズル孔を通して噴出させつつ第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ、被塗物に塗布することを特徴とする少量液体の噴霧装置とした。
【００１３】
これによって、液体吐出時にニードル移動量調整装置により針状ニードル先端部と第１ノズル孔との開き間隙を極微小量、調整可能であり、第１ノズル孔からニードル先端部に沿って液体を滲み出させながら第１霧化用圧縮気体通路を流れる第１霧化用圧縮気体によって該液体を微粒化させつつ第２ノズル孔から噴出させ、該噴出流を第３ノズル孔を通して噴出させつつ第３ノズルの第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ被塗物に塗布することができる。
【００１４】
この液体吐出量の調整において、針状ニードル先端部と第１ノズル孔との開き間隙量は、ニードル移動量調整装置により調節することが可能であるため、液体を吐出させる際、ニードル引き代としての開度を８〜１５μ単位、好ましくは例えば１０μ単位で調整可能として第１霧化用圧縮気体によって霧化を行なえることとした。このように例えば１０μ単位と言った値でニードルの引き代が調整可能なニードル移動量調整装置を取付ける事によりバルブ開閉毎の吐出量の再現性が確保され、安定吐出が得られる。
【００１５】
この場合、ニードル移動量調整装置としてはマイクロアジャストを用いることができる。従って、液体吐出量の制御調整には、従来のように熟練を要した手作業でニードルの引き加減を行なうことを要せず、定量的な吐出量の制御を再現性良く行なえると共に自動化塗布が行なえる。
【００１６】
また、前記の少量液体の噴霧装置は、ニードルの針状先端部は弁機構が開いた状態で第３のノズルの第３ノズル孔の内部まで突き出して位置することを特徴とする少量液体の噴霧装置とした。これにより、液体吐出は、第１ノズル孔とニードル先端部との間の先端に行くほど環状隙間が小さくなる極小間隙を通りつつ極細ニードル先端部に沿って液体がにじみ出ることになり、これにより、少量の液体が安定して下流方向の被塗物に案内されて吐出される。
【００１７】
そして、その液体の安定流はその周囲の例えば圧力０．１〜０．３ＭＰａの第１霧化用圧縮気体流により負圧効果により液体が霧化されて微粒化され、例えば開口径０．８〜１．５ｍｍφの第２ノズル孔から噴出される。該噴出流はさらに開口径１．０〜２．０ｍｍφの第３ノズル孔を通り、第３ノズルの複数の圧縮気体供給通路から噴出される例えば圧力０．１〜０．３ＭＰａの第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体流により衝突拡散によってさらなる液体の微粒化促進と霧化パターン領域の拡散が行なわれる。
【００１８】
また、前記の少量液体の噴霧装置は、該液体供給通路へ供給される液体の粘度は１０〜１００ＣＰＳの低粘度であり、該第１ノズルの第１ノズル孔の出口開口径は０．２〜０．６ｍｍであり、該針状のニードル先端部の角度は３〜１０度であり、該第２ノズルの第２ノズル孔の開口内径は０．８〜１．５ｍｍであり、該第３ノズルの第３ノズル孔の開口径は１．０〜２．０ｍｍであり、該ニードル移動量調整装置による該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整するためのニードルの移動移動距離を、８〜１５μ（ミクロン）毎（単位で）に調整可能とし、液体吐出量を０．１〜１０ｃｍ３／ｍｉｎとすることにより少量の液体を微粒化し塗布することを特徴とする少量液体の噴霧装置とした。
【００１９】
このことにより、少量の液体を効率良く正確に塗布することができる。即ち、１０〜１００ＣＰＳの低粘度で吐出量０．１〜１０ｃｍ３／ｍｉｎの液体を、ニードル先端部に沿わせて安定して下流の被塗物に案内しつつ、第１〜第３ノズルを通過させて二段の微粒化を達成させることができる。該針状のニードル先端部の角度は３〜１０度であり、より好ましくは４〜６度である。ニードルの移動距離単位が８μよりも小さいと、前記ニードル先端部の角度との関係で、前記第１ノズル孔とニードル先端部との間の環状間隙が小さくなり過ぎ、液体を安定して該間隙を通過させることができず、１５μ単位よりも大きいと該環状隙間が大きくなり過ぎ、安定した微粒化が困難となる。
【００２０】
第１ノズル孔の出口開口径は小さい程、吐出流量を絞ることができるが、０．２ｍｍよりも小さいと、ノズル孔の詰りの発生が生じ易くなる。また、０．６ｍｍよりも大きいと、特に吐出量が０．２〜５．０ｃｍ３／ｍｉｎといった微量の液体の微粒化を目標とする値にすることが困難である。第１ノズル孔の出口開口径は、上記のような点を考慮し、より好ましくは０．３〜０．５ｍｍである。第２ノズル開口径は０．８ｍｍより小さいと前記第１ノズル出口口径との関係で第１霧化用圧縮気体流による液体の微粒化が困難であり、また開口径が１．５ｍｍよりも大きいと安定噴出流の確保が困難となる。第３ノズル口径は、１．０ｍｍよりも小さいと第２ノズル孔からの噴出流が安定して排出されず、また２．０ｍｍよりも大きいとその周囲から排出される第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体流による該噴出流への衝突拡散が困難となる。
【発明の効果】
【００２１】
前記したように、本発明の少量液体の噴霧装置は、低粘度で少量の液体の吐出量の制御調整を容易に且つ確実に行なうことができ、従来のように熟練を要した手作業でニードルの引き加減を行なうことを要せず、定量的な吐出量の制御を再現性良く行なうことができる。またこのため自動化塗布を行なうことができる。そして、液状フォトレジスト剤及び表面保護膜や機能性塗布剤等の液体を、塗着効率を下げずに幅広く微細霧化させることができ、半導体シリコーンウェハー、ガラス基板、各種樹脂、及び金属部材等の被塗物に薄い成膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの使用系統図、図２は、本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの縦断面図、図３は、図２のＡ部拡大図であり第１〜第３ノズルの拡大詳細図、図４は、図３の底面図であり第３ノズルの底面図である。
【００２３】
１は、低吐出量用液体噴射ヘッドであり、低吐出量用液体噴射ヘッド１は、液体タンク４に貯蔵された液体を液体供給用定量供給ポンプ６ｂにより定量供給させるための液体供給配管６を有する。また該液体供給配管６には、該液体供給用定量供給ポンプ６ｂの下流に液体供給切替バルブ６ａが介装され、さらに該切替バルブ６ａには低吐出量用液体噴射ヘッド１が液体吐出動作をしないときに液体を液体タンク４に戻すための液体戻り配管６ｃが設けられている。液体の流れ方向の切替えは、ヘッド駆動用電磁弁３ａが動作を止めると、即ち、ばね２Ｆの弾発力でニードル先端部８Ａが第１ノズル７の第１ノズル孔７ａに押し戻されて弁機構が閉じられると、液体供給切替バルブ６ａが作動し、液体供給配管６から液体戻り配管６ｃに液体は切替られる。
【００２４】
さらに、低吐出量用液体噴射ヘッド１には、第１霧化用圧縮気体としての第一段霧化用圧縮空気の供給配管５、及び第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体としての第二段霧化用圧縮空気の供給配管１１が接続されており、それぞれの霧化用エアレギュレーター５ｂ及び１１ｂにより圧縮空気圧が調整可能とされている。また第一段霧化用圧縮空気は、第一段霧化用電磁弁５ａの動作により、第二段霧化用圧縮空気は、第二段霧化用電磁弁１１ａの動作により低吐出量用液体噴射ヘッド１に流れる。それぞれの電磁弁の動作順序としては、通常、第一段霧化用電磁弁５ａが動作し、約５０ｍｓ後にヘッド駆動用電磁弁３ａと第二段霧化用電磁弁１１ａがほぼ同時作動する順序が、液体の最適霧化に適している。
【００２５】
低吐出量用液体噴射ヘッド１は、中央に長くて極細のニードル本体８が上下動可能に位置されて設けられており、該ニードル本体８の上端部分にはエアピストン２Ｂが固設されており、該エアピストン２Ｂとエアピストンカバー２Ａとの間には、ニードル本体８を常に下方に押圧し、先端部が針状で長細く尖ったニードル先端部８Ａと第１ノズル７の第１ノズル孔７ａとの間で構成される弁機構を閉じるためのばね２Ｆが介装されている。該ニードル本体８とその周囲のヘッド本体１ａとの間には液体供給通路６Ａが形成されており、また該ヘッド本体１ａの下端部には第１ノズル７が固着されて設けられている。第１ノズル７には該ニードル先端部８Ａが挿抜自在に嵌合可能である第１ノズル孔７ａが該ニードル先端部の形状に対応したテーパ形状で形成されている。
【００２６】
該第１ノズル７の外側には、第１ノズル７の周囲を取り囲んで第１ノズル７との間で下側に行くに従い断面積が小さくなる環状の第１霧化用圧縮気体通路５Ａを形成し下端に第１ノズル孔７ａの出口開口の周囲に絞られた小口径の第２ノズル孔９ａを形成した第２ノズル９がヘッド本体１ａに固設されて取付けられている。即ち、第２ノズル９の内壁面は逆円錐形状に形成され下端は絞られて小口径Ｄ２の第２ノズル孔９ａを形成している。そして該第２ノズル９の下端部には、第３ノズル１０が固着されて取付けられており、該第３ノズル１０はその出口開口で第２ノズル９の第２ノズル孔９ａを取り囲むようにして形成されている。
【００２７】
そして、第３ノズル１０には、図４にも示すように、平面視で第１ノズル孔７Ａ及び第２ノズル孔９ａの中心部、即ち針状ニードル先端部８Ａの軸心を中心とした同一円周上に等間隔で、正面視で傾斜されて穿設された複数の第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気の供給通路１０ｂが形成されている。そして第３ノズル１０の下端部は第２ノズル９の下面よりも所定距離突出して前記の第３ノズル孔１０ａが形成されると共に該第３ノズル孔１０ａの外側壁は逆円錐状の傾斜面１０ｃが形成される。これにより該圧縮空気供給通路１０ｂから噴出された第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気流は該傾斜面１０ｃに沿って流れ、全周で整流された安定した渦巻流を形成し、この渦巻流が第３ノズル孔１０ａを噴出する噴出流に衝突し、安定した乱れがない旋回噴出流を形成する。これにより噴出流は安定して幅広く微細霧化されたものとなる。
【００２８】
なお、第２ノズル孔９ａから噴出した噴出流は、該第３ノズル孔１０ａの該突出した内部空間では第２霧化用兼渦巻形成用圧縮空気の流れに影響されることがないので、下方の被塗物方向に安定して噴出すると共に、第１ノズル７と第２ノズル９とで間で行なわれる第一段の液体霧化作用が安定して行なわれる。
【００２９】
第３ノズルはヘッド本体１ａに対して押え用ナット１１Ｂで取付けられており、該押えナット１１Ｂは内部を箱状に形成されて該第２ノズル９と該第３ノズル１０の外側との間で第二段霧化用圧縮空気通路１１Ａを構成している。
【００３０】
低吐出量用液体噴射ヘッド１の上端部には、針状ニードル先端部８Ａと第１ノズル７の第１ノズル孔７ａとの開き間隙を極微小量調整可能なニードル移動量調整装置としてのマイクロアジャスト２Ｃが取付けられており、該マイクロアジャスト２Ｃの下端にはマイクロアジャストエンド２Ｄが形成されている。そして該マイクロアジャスドエンド２Ｄはニードル本体８の後端部（上端部）と当接可能に設けられている。
【００３１】
そして、１０〜１００ＣＰＳの低粘度で吐出量０．１〜５．０ｃｍ３／ｍｉｎの液体を微粒化し塗布するときにおいて、第１ノズル７の第１ノズル孔７ａの出口開口径Ｄ１は、０．２〜０．６ｍｍφであり、該針状のニードル先端部８Ａの角度は３〜１０度であり、該第２ノズル９の第２ノズル孔９ａの開口内径Ｄ２は、０．８〜１．５ｍｍφであり、該第３ノズル１０の第３ノズル孔１０ａの開口径Ｄ３は、１．０〜２．０ｍｍφであり、該マイクロアジャスト２Ｃによる針状ニードル先端部８Ａと第１ノズル孔７ａとの開き間隙を極微小量調整するためのニードルの移動移動距離は、８〜１５μ毎に（単位で）調整可能とされている。
【００３２】
このように構成された低吐出量用液体噴射ヘッド１は、ヘッド駆動用電磁弁３ａが動作することにより、ヘッド駆動用圧縮空気配管３からバルブエアピストン部２の中に圧縮空気が流れ、エアピストン２Ｂをばね２Ｆの弾発力に抗してマイクロアジャスト２Ｃ側に動作し、エアピストン２Ｂと連結されているニードル本体８の後端部がマイクロアジャストエンド２Ｄに突き当てられてニードル本体８のストロークが定位置で停止され、第１ノズル孔７ａとニードル先端部８Ａとの直径方向の間隙が所定の間隔に保たれる。
【００３３】
そしてニードル本体（８）のニードル先端部（８Ａ）が、第１ノズル孔７ａから離れて第１ノズル孔７ａとの間に微小の間隙が形成され、ヘッド内液体供給通路６Ａにある液体が液体供給用定量供給ポンプ６ｂの圧送圧力により、第１ノズル孔７ａ内部からニードル先端部８Ａ表面に押出されると同時に、ヘッド内第一段霧化用圧縮空気供給通路５Ａから流れ出る第一段霧化用圧縮空気のエゼクター効果により、ニードル先端部８Ａ表面の液体は、第１ノズル孔７ａの出口（下端）開口から吸引されて引き出され、該第１ノズル孔７ａの出口開口部を引き出された液体は、同時に第一段霧化用圧縮空気によって霧化、即ち微粒化され、第２ノズル９の第２ノズル孔９ａを出て第３ノズル１０の第３ノズル孔１０ａ内へ噴出流として送られ、ここで第一段霧化パターン１２が形成される。
【００３４】
そして、該霧化されて形成された液体微粒子の噴出流である第一段霧化パターン１２は、第二段霧化用圧縮空気供給通路１１Ａを介して第３ノズル１０の第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気供給通路１０ｂから流れ出る第二段霧化用圧縮空気によってエゼクター効果によりさらに微粒化されると共に旋回されて旋回流が形成され、渦巻状パターンの第二段霧化パターン１３が形成され、被塗物１４に付着、塗布される。
【００３５】
本発明では、塗布剤としての液体は、液状フォトレジスト剤や表面保護膜、及び機能性塗布剤が用いられ、被塗物としては、半導体シリコーンウェハー、ガラス基板、各種樹脂、及び金属部材等が適用される。
【００３６】
以上のように、本実施形態では、出口開口径０．２〜０．６ｍｍφの第１ノズル孔７ａを有する第１ノズル７に対し、液体吐出を制御するバルブとしての役割であるニードル先端部８Ａが角度３〜１０°の鋭角の構造を有して、第１ノズル７の第１ノズル孔７ａ及び第２ノズル９の第２ノズル孔９ａ、さらには第３ノズル１０のノズル孔１０ａにまで突き出させ、液体を吐出させる際、ニードル引き代としての開度を８〜１５μ単位で調整可能な構造にしてエア霧化をすることとした。８〜１５μ単位でニードル８の引き代が調整可能なマイクロアジャスト２Ｄを取付けることによりバルブ開閉毎の吐出量の再現性が確保され、安定吐出が得られる。
【００３７】
液体吐出は、極細ニードル先端部８Ａに沿って液体がにじみ出るとき、その周囲の圧力０．１〜０．３Ｍｐａの第一段霧化用圧縮空気流により負圧効果で液体が霧化されて、０．８〜１．５ｍｍφの第２吐出ノズル９の第２ノズル孔９ａから噴出され、口径１．０〜２．０ｍｍφの第３ノズル１０の第３ノズル孔１０ａから圧力０．１〜０．３Ｍｐａの第二段霧化用兼渦巻用圧縮空気流により衝突拡散によってさらなる液体の微粒化促進と霧化パターン領域の拡散が行なえる。
【００３８】
即ち、本実施形態では、液体を低吐出量にてスプレイする噴射ヘッド１で、１０〜１００ＣＰＳの低粘度の液体を第１〜第３の吐出ノズル７、９、１０に対し、液体吐出を制御する鋭角なニードル先端部８Ａが突き出している丸型噴霧の台形分布を有したスプレイパターン１５にて、被塗物１４に効率的に塗布付着させることができる。
【００３９】
即ち、本実施形態の低吐出量用液体噴射ヘッド１では、１０〜１００ＣＰＳの低粘度の液体を出口口径０．２〜０．６ｍｍφの第１ノズル孔７ａを有した第１ノズル７に対し、液体吐出を制御する角度３〜１０°の鋭角なニードル先端部８Ａを有して該ニードル先端部８Ａが第１ノズル孔７ａ、第２ノズル孔９ａ及び第３ノズル孔１０ａにまで突き出していることを特徴として、液体吐出の際にニードル先端部８Ａに沿って液体がにじみ出るときその周囲の第一段霧化用圧縮空気圧０．１〜０．３Ｍｐａの空気流により負圧効果で、液体がスプレイされて口径０．８〜１．５ｍｍφの第２の吐出ノズル９の第２ノズル孔９ａから噴出され、口径１．０〜２．０ｍｍφの第３のノズル１０から第二段霧化用圧縮空気の圧力０．１〜０．３Ｍｐａの渦巻状空気流により衝突拡散によって液体の微粒化と促進霧化領域を拡散せしめると共に、ヘッド後部に設けたニードル部８を８〜１５μ毎の移動距離を制御出来るマイクロアジャスト２Ｄを有することにより、第１ノズル７とニードル先端部８Ａの間隙を極微小調整できることにより、低粘度液体の少量吐出が可能となった。
【００４０】
このように、本実施形態では、液体を、塗着効率を下げずに幅広く微細霧化させることができ、例えば０．１〜１０μの薄い成膜を形成するための低吐出量用の液体自動噴射ヘッド（スプレイガン）１を得ることができる。
【００４１】
また、本実施形態の自動噴射ヘッド１では、段差パターンを有した被塗物、例えば半導体シリコーンウェハーに液状レジスト剤を噴霧塗布する場合において、粒子が微細化されており、かつ溶媒が蒸発して液体粘度も増大することにより、該段差の凸部や凹部における角隅部（エッジ部）においても塗膜が下に垂れることが極小にされ、所定厚みの成膜、例えば６〜１０μといった成膜を形成することができ、全体的に均一な成膜を塗布することができる。
【００４２】
前記、渦巻状パターンの第二段霧化パターン１３が形成され、被塗物１４に付着、塗布される際の第二段霧化パターン１３の流量分布１５は、全パターンのほぼ３分の２（２／３）がフラット状の台形分布である。この霧化パターンの流量分布１５は、第一段霧化用圧縮空気供給圧力と第二段霧化用圧縮空気供給圧力（又は流量）によって変化する。各霧化用圧縮空気圧力がほぼ同一であるとフラット状の台形分布が得られるが、第二段霧化用圧縮空気供給圧力が第一段霧化用圧縮空気供給圧力に対し半分以下であるとそれは変化する。
【００４３】
次に、その測定実験結果を説明する。
図５は、低吐出量用液体噴射ヘッド１を１直線上に移動した時の膜厚測定結果のパターン流量分布を表している。図５で分かるように、▲３▼、▲４▼の塗布条件である第一段霧化用圧縮空気圧力、第二段霧化用圧縮空気圧力がそれぞれ０．１Ｍｐａ〜０．１５Ｍｐａあたりが、霧化パターンの流量分布１５は全パターンのほぼ２／３がフラット状の台形分布である。第二段霧化用圧縮空気圧力を上げていけばパターン幅は広がる傾向にあるが膜厚は予定した数字より低下した。それは塗着効率が下がるためと考えられる。第二段霧化用圧縮空気圧力は余り上げない方が塗着効率が維持でき、比較的安定した台形分布ができる。塗着効率を測定すると、▲１▼が８８％、▲２▼が８６％、▲３▼８２％で▲４▼が７９％、▲５▼、▲６▼７６％以下であった。
【００４４】
図６は、▲１▼、▲２▼、▲３▼と▲６▼の塗布条件で、ノズルから被塗面までの距離をそれぞれ離したスプレイ後の液粘度の増加を測定したものである。霧化用圧縮空気圧力が上昇すれば空気量も増加されて液体の微粒化された粘度は増加する傾向がある。これは溶剤がより蒸発し固形分が増加するためである。特に▲３▼、▲６▼の条件はスプレイ後の塗布膜が垂れにくいことを意味するものである。
【００４５】
（測定１）
霧化パターンの流量分布１５の測定。
（１）液体粘度 ２０ＣＰＳとした。
即ち、原液ＡＺ Ｐ４３３０（ＮＶ値３０％）を重量比１に対し希釈溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを重量比１を加えて、固形分比率１５％（体積ＮＶ値０．１１％）で粘度２０ＣＰＳの液体を得た。
（２）液体の比重は、１．３３。
（３）液体供給定量ポンプ６ｂは、ギヤポンプであり液圧０．０１Ｍｐａで吐出量１．５ｃｃ／分（ｍｉｎ）。
（４）ノズルと被塗物間の距離は、４０ｍｍ。
【００４６】
（５）一段霧化用圧縮空気圧力を０．１Ｍｐａ〜０．２５Ｍｐａそれぞれ変化。
（６）二段霧化用圧縮空気圧力を０．０２Ｍｐａ〜０．２５Ｍｐａそれぞれ変化。
（７）低吐出量用液体噴射ヘッド１を１直線上に移動した時の速度は、９００ｍｍｍ／分。
（８）低吐出量用液体噴射ヘッド１を１直線上に移動した時の膜厚測定実施。
その際の膜厚測定を図５に示し、液体をスプレイした後の粘度アップ測定を図６に示す。図５中の▲１▼〜▲６▼の塗布条件を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
以上の条件に基づきに、低吐出量用液体噴射ヘッド１をＸ、Ｙ軸及びＺ軸方向に動作する直交型マニュプレーターに搭載して、平板の被塗物における塗布成膜結果を下記に記載する。
【００４９】
（１）低吐出量用液体噴射ヘッド
第１ノズル７は塗布材（液体）を吐出する穴径が小径であればあるほど吐出流量は絞れる。本実験でより効果があったのは第１ノズル孔７ａの出口開口径Ｄ１が０．３ｍｍφの小口径の第１ノズル７と、ニードル８は先端から５°（度）の傾斜がついた針状テーパーニードルであった。低吐出量用液体噴射ヘッドをＸ、Ｙ軸及びＺ軸方向に動作する直交型マニュプレーターに搭載し、スプレイパターンの両端をラップさせて塗布する方法をとった。
【００５０】
（２）塗布材料
液状レジスト剤として、クライアントジャパン（株）製の原液ＡＺ Ｐ４３３０ （ＮＶ値３０％）を重量比１に対し希釈溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを重量比１を加えた固形分比率１５％で粘度２０ＣＰＳが最適であった。その他の粘度３０〜５０ＣＰＳでも結果は良好であった。
【００５１】
（３）吐出液圧
０．０１５ＭＰａ
（４）塗布室温及び相対湿度
２０℃ ６５％
（５）被塗物
２００ｍｍ角サイズのフラットガラス板、
及び幅２５μ、高さ５０μ段差のパターンを搭載した６インチウェハー。
（６）目標塗布膜厚さ
フラットガラス面に対し３μ±５％以内（３σ）。
段差のパターンを搭載した６インチウェハーに対し各面及び角隅部６μ〜１０μ目標。
【００５２】
（７）その他塗布条件
ノズル移動速度（Ｘ軸） ３００ｍｍ／ｍｉｎ
ノズルと被塗物間距離 ４０ｍｍ
吐出量 １．５ｃｃ／ｍｉｎ
塗布回数 １回
被塗物塗布時表面温度 ３０℃
【００５３】
第一段霧化用圧縮空気圧力 ０．１５ＭＰａ（以下霧化エア圧力と呼ぶ）
第二段霧化用圧縮空気圧力 ０．１ＭＰａ（以下パターンエア圧力と呼ぶ）
塗布ピッチ １０ｍｍ
塗布後乾燥条件 １００℃
乾燥時間 ３分
上記の諸条件による実験の結果は、所望する良い塗布状態が得られた。その塗布状態の結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
上記データーの目標値＝３０．０００膜厚［Å］、精度５％
このときのフラットガラス板２００角で塗布使用量３ｃｃ。
この場合目標精度を５％とすると、
ＵＳＬ＝３１，５００、ＬＳＬ＝２８，５００、ＵＣＬ＝３０，３３０、ＬＣＬ＝２９，７７３、＃ｏｆ ｅｘｃｐ．＝０．０、＃ｏｆ ｓａｍｐ＝９６、平均膜厚＝３００５１．５、Ｍｉｎ膜厚＝３０，００２、Ｍａｘ膜厚＝３０，８１０、ｄｉｆｆ．＝０．１７％、Ｃｐ＝５．３９１、Ｃｐｋ＝５．２０６、Ｓｔｄｅｖ．＝９２．８、３Ｓｉｇｍａ＝２７８．３、３ Ｓｉｇｍａ％＝０．９３％。
このときの粒径分布測定結果を図７に示す。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】 本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの使用系統図である。
【図２】 本発明の少量液体の噴霧装置としての低吐出量用液体自動噴射ヘッドの縦断面図である。
【図３】 図２のＡ部拡大図であり、第１〜第３ノズルの拡大詳細図である。
【図４】 図３の底面図であり、第３ノズルの底面図である。
【図５】 塗布パターンの測定結果を示すグラフであり、塗布幅と膜厚の関係を示すグラフである。
【図６】 液体をスプレイした後の粘度アップ測定結果を示すものであり、ノズルから被塗物までの距離と粘度との関係を示すグラフである。
【図７】 表１の▲１▼における第一段霧化用圧縮空気圧力及び第二段霧化用圧縮空気圧力での塗布条件での粒径分布測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 低吐出量用液体自動噴射ヘッド（少量液体の噴霧装置）
１ａ 噴射ヘッド本体
２ バルブエアピストン部
２Ａ エアピストンカバー
２Ｂ エアピストン
２Ｃ マイクロアジャスト（ニードル移動量調整装置）
２Ｄ マイクロアジャストエンド
２Ｅ ピストンシール用Ｏリング
２Ｆ ばね
３ ヘッド駆動用圧縮空気配管
３ａ ヘッド駆動用電磁弁
３ｂ ヘッド駆動用エアレギュレーター
４ 液体タンク
５ 第一段霧化用圧縮空気供給配管
５ａ 第一段霧化用電磁弁
５ｂ 第一段霧化用エアレギュレーター
５Ａ ヘッド内第一段霧化用圧縮空気供給通路
６ 液体供給配管
６ａ 液体供給切替バルブ
６ｂ 液体供給用定量供給ポンプ
６ｃ 液体戻り配管
６Ａ ヘッド内液体供給通路
７ 第１ノズル
７ａ 第１ノズル孔
８ ニードル本体
８Ａ ニードル先端部
８Ｂ 液体シール用Ｏリング
９ 第２ノズル
９ａ 第２ノズル孔
１０ 第３ノズル
１０ａ 第３ノズル孔
１０ｂ 第二霧化用兼渦巻流形成用圧縮空気通路
１０ｃ 傾斜面
１１ 第二段霧化用圧縮空気供給配管
１１ａ 第二段霧化用電磁弁
１１ｂ 第二段霧化用エアレギュレーター
１１Ａ ヘッド内第二段霧化用圧縮空気通路
１１Ｂ 第３ノズル押え用ナット
１２ 第一段霧化パターン
１３ 第二段霧化パターン
１４ 被塗物
１５ 霧化パターンの流量分布
Ｄ１ 第１ノズル孔の出口開口径
Ｄ２ 第２ノズル孔の開口径
Ｄ３ 第３ノズル孔の開口径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小量の液体を微粒化して被塗物に塗布する噴霧装置であって、
液体供給通路と、
先端部が針状で長細く尖った極細のニードルと、
該ニードルの該先端部との間で弁機構を構成し、該ニードル先端部に対応した形状の極細の第１ノズル孔を有し、該ニードル先端部が該第１ノズル孔に対して挿抜自在に嵌合可能である第１ノズルと、
該第１ノズルの周囲を取り囲んで第１ノズルとの間で環状の第１霧化用圧縮気体通路を形成し、下端に小口径の第２ノズル孔を形成した第２ノズルと、
該第２ノズル下端部に、該第２ノズルの第２ノズル孔を取り囲むようにして第３ノズルの第３ノズル孔が形成され、該第３ノズル孔の周囲に第２霧化用兼渦巻流形成用の複数の圧縮気体供給通路を形成した第３ノズルと、
該ニードルの後端部と当接可能に設けられ、該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整可能なニードル移動量調整装置と、を備え、液体吐出時に第１ノズルの第１ノズル孔から該ニードル先端部に沿って液体を滲み出させながら該第１霧化用圧縮気体通路を流れる第１霧化用圧縮気体によって微粒化させつつ第２ノズルの第２ノズル孔から噴出させ、つぎに該噴出流を第３ノズルの第３ノズル孔を通して噴出させつつ第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ、被塗物に塗布することを特徴とする少量液体の噴霧装置。
【請求項２】
ニードルの針状先端部は弁機構が開いた状態で第３のノズルの第３ノズル孔の内部まで突き出して位置することを特徴とする請求項１の少量液体の噴霧装置。
【請求項３】
該液体供給通路へ供給される液体の粘度は１０〜１００ＣＰＳの低粘度であり、該第１ノズルの第１ノズル孔の出口開口径は０．２〜０．６ｍｍであり、該針状のニードル先端部の角度は３〜１０度であり、該第２ノズルの第２ノズル孔の開口内径は０．８〜１．５ｍｍであり、該第３ノズルの第３ノズル孔の開口径は１．０〜２．０ｍｍであり、該ニードル移動量調整装置による該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整するためのニードルの移動移動距離を、８〜１５μ（ミクロン）毎に調整可能とし、液体吐出量を０．１〜１０．０ｃｍ３／ｍｉｎとすることにより少量の液体を微粒化し塗布することを特徴とする請求項１又は２の少量液体の噴霧装置。
【請求項１】
小量の液体を微粒化して被塗物に塗布する噴霧装置であって、
液体供給通路と、
先端部が針状で長細く尖った極細のニードルと、
該ニードルの該先端部との間で弁機構を構成し、該ニードル先端部に対応した形状の極細の第１ノズル孔を有し、該ニードル先端部が該第１ノズル孔に対して挿抜自在に嵌合可能である第１ノズルと、
該第１ノズルの周囲を取り囲んで第１ノズルとの間で環状の第１霧化用圧縮気体通路を形成し、下端に小口径の第２ノズル孔を形成した第２ノズルと、
該第２ノズル下端部に、該第２ノズルの第２ノズル孔を取り囲むようにして第３ノズルの第３ノズル孔が形成され、該第３ノズル孔の周囲に第２霧化用兼渦巻流形成用の複数の圧縮気体供給通路を形成した第３ノズルと、
該ニードルの後端部と当接可能に設けられ、該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整可能なニードル移動量調整装置と、を備え、液体吐出時に第１ノズルの第１ノズル孔から該ニードル先端部に沿って液体を滲み出させながら該第１霧化用圧縮気体通路を流れる第１霧化用圧縮気体によって微粒化させつつ第２ノズルの第２ノズル孔から噴出させ、つぎに該噴出流を第３ノズルの第３ノズル孔を通して噴出させつつ第２霧化用兼渦巻流形成用圧縮気体を該噴出流に衝突させることにより、該噴出流をさらに微粒化させると共に旋回かつ拡散せしめ、被塗物に塗布することを特徴とする少量液体の噴霧装置。
【請求項２】
ニードルの針状先端部は弁機構が開いた状態で第３のノズルの第３ノズル孔の内部まで突き出して位置することを特徴とする請求項１の少量液体の噴霧装置。
【請求項３】
該液体供給通路へ供給される液体の粘度は１０〜１００ＣＰＳの低粘度であり、該第１ノズルの第１ノズル孔の出口開口径は０．２〜０．６ｍｍであり、該針状のニードル先端部の角度は３〜１０度であり、該第２ノズルの第２ノズル孔の開口内径は０．８〜１．５ｍｍであり、該第３ノズルの第３ノズル孔の開口径は１．０〜２．０ｍｍであり、該ニードル移動量調整装置による該針状ニードル先端部と該第１ノズルの第１ノズル孔との開き間隙を極微小量調整するためのニードルの移動移動距離を、８〜１５μ（ミクロン）毎に調整可能とし、液体吐出量を０．１〜１０．０ｃｍ３／ｍｉｎとすることにより少量の液体を微粒化し塗布することを特徴とする請求項１又は２の少量液体の噴霧装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２８７０１（Ｐ２００９−２８７０１Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１４１４４（Ｐ２００７−２１４１４４）
【出願日】平成１９年７月２４日（２００７．７．２４）
【出願人】（０００１１１３３９）ノードソン株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２４日（２００７．７．２４）
【出願人】（０００１１１３３９）ノードソン株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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