機能性材料塗布装置、及び機能性材料塗布方法
【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、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】機能性材料の塗布液１４を連続して加圧して、吐出ヘッド１２のノズル１２１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。
【解決手段】機能性材料の塗布液１４を連続して加圧して、吐出ヘッド１２のノズル１２１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子材料、光学材料など機能性材料を所望の被塗布物に塗布するための機能性材料塗布液、及び機能性材料塗布方法に関する。
【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ＤＩＰ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、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】
そこで、本発明は、上記従来の諸問題に鑑み、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、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の機能性材料塗布装置は、
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布装置であって、
前記塗布液を吐出する複数のノズル、及び前記各ノズルに共通して通じる塗布液室を有する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、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明の機能性材料塗布装置では、機能性材料の塗布液を連続して加圧して、ノズルから液柱状の塗布液を吐出させ、その吐出した液柱状の塗布液を液滴化して、被塗布物へ塗布する。このように、連続的に加圧して塗布液を吐出させるため、高粘度の塗布液でも、安定して塗布液を吐出し、被塗布物へ塗布することが可能となる。
【００１１】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記液滴化手段は、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がよい。
【００１２】
また、この場合、前記振動付与手段は、前記塗布液の吐出方向に対して直交方向から前記塗布液に対し振動を付与するように配置され、且つ前記振動付与手段により付与された振動を吸収する振動吸収手段であって、前記振動付与手段に対向して配設する振動吸収手段をさらに有することができる。
【００１３】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段をさらに有することができる。
【００１４】
また、この場合、前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段をさらに有することができる。また、前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段も有することができる。
【００１５】
本発明の機能性材料塗布装置において、液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段をさらに有することができる。
【００１６】
また、この場合、前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段をさらに有することができる。また、前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段もさらに有することができる。また、前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記塗布液の粘度を変化させる粘度制御手段を有することができる。
【００１７】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記機能性材料吐出ヘッドを複数備えることができる。また、この場合、当該複数の前記機能性材料吐出ヘッド毎に異なる塗布液を吐出することができる。
【００１８】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記記録材料吐出ヘッドは、前記被塗布物の塗布領域幅と同等或いはそれ以上の幅を有することができる。
【００１９】
一方、本発明の機能性材料塗布方法は、
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布方法であって、
連続的に加圧された前記塗布液をノズルから液柱状に吐出し、当該液柱状の塗布液を液滴化しつつ前記被塗布物へ塗布することを特徴としている。
【００２０】
本発明の機能性材料塗布方法では、上記本発明の機能性材料塗布装置で述べたように、連続的に加圧して塗布液を吐出させるため、高粘度の塗布液でも、安定して塗布液を吐出し、被塗布物へ塗布することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
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、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】
【００２２】
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。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、第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は、第１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は、第１実施形態に係る機能性材料塗布装置の内部構成を示すブロック図である。
【００２４】
第１実施形態に係る機能性材料塗布装置は、図１〜図３に示すように、機能性材料の塗布液１４を被塗布物１０へ吐出するための吐出ヘッド１２と、当該吐出ヘッド１２へ送液する塗布液１４を貯留する塗布液タンク１６と、を有している。
【００２５】
また、吐出ヘッド１２の一端には、塗布液供給管１８が連結され、他端には、塗布液排出管２０が連結されている。塗布液供給管１８及び塗布液排出管２０の一端側（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１８には、塗布液タンク側から吐出ヘッド１２に向かって、送液用ポンプ１８１（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１８１の脈動を抑制するダンパ１８２、塗布液のゴミ異物等を除去するフィルタ１８３、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１８４、送液する塗布液１４の加圧力を検知するための送液圧力センサ１８５が配設されている。一方、塗布液排出管２０には、塗布液１４の排出を開始・停止する排出用電磁弁２０１が配設されている。
【００２６】
また、本実施形態に係る機能性材料塗布装置は、連続加圧しつつ吐出を行う連続型の吐出装置であるが、吐出した液滴の所望の位置に配置するためには、塗布液１４の液滴に対し帯電・偏向制御を行うこともできる。但し、装置全体のコストを下げることに加え、塗布液１４として油性液体を用いる場合には、帯電・偏向制御を用いない方が好ましい。なお、機能性材料の塗布液には油性液体が多い。
【００２７】
なお、排出用電磁弁２０１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。
【００２８】
塗布液タンク１６には、貯留された塗布液１４の温度を検知するためのタンク用サーミスタ１６１（温度検知手段）と、貯留された塗布液１４を加熱するためのタンク用ヒータ１６２（発熱手段）と、貯留された塗布液１４の粘度を検知する粘度センサ１６３と、を有している。また、塗布液タンク１６内部には、攪拌装置１６４が内蔵されている。加えて、塗布液タンク１６には、補給管を介して補充用タンク１６６が連結されており、補充用ポンプ１６７により、溶媒が塗布液タンク１６へ補充可能となっている。
【００２９】
被塗布物１０は、円筒体から構成されており、その両端を回転可能に支持体１０１により支持されている。また、被塗布物１０は、被塗布物駆動装置１０２により回転可能に、具体的には駆動モータ１０２Ａによりベルト１０２Ｂを介して回転駆動可能に連結されている。また、被塗布物１０の周囲には、非接触で乾燥用ヒータ１０３（焼成用ヒータ）が配設されている。
【００３０】
吐出ヘッド１２と被塗布物１０との間を遮蔽可能に、液受け２２（吐出塗布液回収手段）が設けられている。液受け２２は、図４（Ａ）に示すように被塗布物１０への塗布を停止するとき（即ち非塗布時）は、吐出ヘッド１２と被塗布物１０との間を遮って位置し、図４（Ｂ）に示すように、塗布時には吐出ヘッド１２と被塗布物１０との間と離間して位置するように液受け駆動装置２２１により可動可能に配置されている。即ち、液受け２２は、その可動により被塗布物１０への塗布開始・停止を行う。また、液受け２２は、塗布液タンク１６とフィルタ２２３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を受け止めた場合、当該塗布液タンク１６へ排出するようになっている。
【００３１】
ここで、図４は、第１実施形態に係る塗布開始・停止機構を示す模式図である。なお、図４において、吐出ヘッド、被塗布物、液受け以外は、省略して示している。
【００３２】
なお、塗布開始・停止を行う機構は、上記液受け２２を駆動する方式に限られず、例えば、図５に示すように、ファン２２４（送風装置）を塗布液１４の液滴上方に設け、当該ファン２２４により塗布液１４の液滴へ風圧を与え、当該液滴の吐出方向を変化させて、液受け２２へぶつけるようにして塗布の停止し、当該風圧を解除することで塗布を開始する方式でもよい。ここで、図５は、第１実施形態に係る他の塗布開始・停止機構を示す模式図である。なお、図５において、吐出ヘッド、被塗布物、液受け、ファン以外は、省略して示している。
【００３３】
また、液滴化された塗布液１４の液滴間距離を検知するためのエリアセンサ２４（例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなど）が配設されている。エリアセンサ２４は、当該エリアセンサ２４により得られた塗布液１４の液滴の画像データに基づき、当該液滴化された塗布液１４の液滴間距離を算出するためのものである。
【００３４】
そして、これら各部材は、システム制御部２６と連結されている（図３参照）。また、システム制御部２６には、液滴間距離算出部２６１、ポンプ制御部２６２、電磁弁制御部２６３、圧電素子制御部２６４、ヒータ制御部２６５、液受け駆動制御部２６６、被塗布物駆動制御部２６７、攪拌装置駆動制御部２６８、が含まれている。また、システム制御部２６には、タイマ２８、及びメモリ３０とも連結されている。
【００３５】
以下、吐出ヘッド１２について説明する。ここで、図６は、第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドを示す斜視図である。図７は、第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【００３６】
吐出ヘッド１２は、図６〜図７に示すように、例えば、ステンレスやニッケル合金などからなる筒状体で構成されている。そして、吐出ヘッド１２には、長手方向に配列された複数のノズル１２１（例えば、ノズル径２５μｍ）と、各ノズル１２１に共通して連通する塗布液室１２２と、塗布液室１２２を介してノズル１２１と対向して設けられた圧電素子１２３（例えばＰＺＴセラミック膜、ポリフッ化ビニリデン膜（ＰＶＦ２膜））と、を有している。
【００３７】
また、吐出ヘッド１２の塗布液室１２２には、送液された塗布液１４の温度を検知するためのヘッド用サーミスタ１２４（温度検知手段）と、送液された塗布液１４を加熱するためのヘッド用ヒータ１２５（発熱手段）とを有している。
【００３８】
なお、吐出ヘッド１２は、塗布時、図示しない駆動装置によりヘッド長手方向に配列されたノズル間隔分、当該ヘッド長手方向に往復して移動するようになっている。これにより、ノズル間隔分の隙間が生じることなく被塗布物１０に塗布液１４を塗布することができる。無論、被塗布物１０の方を移動可能なようにしてもよい。
【００３９】
ここで、圧電素子１２３は、塗布液室１２２に送液されてきた塗布液１４に対し、所定の振動を付与し、ノズル１２１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１２３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、この振動を塗布液室１２２の塗布液１４へ伝達せしめる。
【００４０】
圧電素子１２３は、ノズル１２１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１２１から液柱状に吐出した塗布液１４を液滴化する。
【００４１】
ここで、図８〜図１０に、粘度約９ｍＰａ・ｓ程度の塗布液１４の吐出状態を示す。圧電素子１２３を駆動させず、例えば、送液用ポンプ１８１により０．９ＭＰａで吐出ヘッド１２から塗布液１４を吐出した場合、図８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１２３により塗布液１４に振動を付与すると、図９及び図１０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。なお、図９は、９０ｋＨｚの振動を塗布液１４に付与した場合であり、図１０は６０ｋＨｚの振動を塗布液１４に付与した場合である。図示するように、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。
【００４２】
図８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、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。
【００４３】
ここで、図８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９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１０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。
【００４４】
なお、塗布液１４の液滴化の際、圧電素子が付与する振動の周波数は、圧電素子の振動特性、吐出ヘッドの振動特性、塗布液の速度、ノズル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。
【００４５】
ここで、例えば、塗布液の流体速度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必要がある。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。
【００４６】
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。ただし、上記の数値は一例である。
【００４７】
それは、ノズルの形状により抵抗値が大きく変わるからである。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好ましい。
【００４８】
なお、吐出ヘッド１２は、上記構成に限られず、図１１に示すように、ヘッドの長手方向一端に配設された圧電素子１２３（例えばＰＺＴセラミック膜）と、ヘッドの長手方向他端に配設には振動吸収部材１２６（例えばシリコンラバー）を有する構成でもよい。ここで、図１１は、第１実施形態に係る他の塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【００４９】
この形態で、振動は圧電素子１２３を挟みこんだピストンにより塗布液室１２２の塗布液１４へ伝達せしめるものであるが、このとき吐出ヘッド１２（塗布液室１２２）の振動進行方向に直交する多数のノズル１２１から吐出された液柱状の塗布液１４に振動が伝わり、液柱状の塗布液１４が液滴化され、塗布液の液滴が生成する。つまり、圧電素子１２３は、塗布液１４の吐出方向に対して直交方向から塗布液１４に対し振動を付与している。
【００５０】
一方、上述のように、吐出ヘッド１２の長手方向他端に、即ち圧電素子１２３に対向するように振動吸収部材１２６が設けられるため、伝播する振動を吸収され、当該振動が進行波の状態を保ち反射波を生じさせず定在波とならないようになっている。
【００５１】
このような進行波による振動を塗布液１４に付与することで、塗布液１４の液滴分離長さを十分均一に保ち、サテライト粒子が生成し難くなる。なお、このような進行波による振動によって、液滴化する手法として詳細には、特公平６−８４０７２号に準じて実施することができる。
【００５２】
ここで、定在波による液滴化の場合、高粘度の塗布液を液滴化するのに好適であり、進行波による液滴化の場合、低粘度の塗布液を液滴化するのに好適である。また、進行波による液滴化の場合は、定在波による液滴化の場合に比べ、液滴化の均一性に富む。用いる塗布液１４に応じて、適宜選択することもできるし、これらを組み合わせることも効果的である。
【００５３】
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、システム制御部２６の動作により説明する。ここで、図１２は、第１実施形態に係る機能性材料塗布装置のシステム制御部の動作を示すフォロー図である。なお、以下、時間の取得は、タイマ２８により行う。
【００５４】
まず、例えば、図示しないインターフェースからユーザにより塗布開始の信号を検知すると、ステップ５００において、液受け駆動制御部２６６により液受け２２を駆動し被塗布物１０と吐出ヘッド１２の間を遮断する。加えて、ポンプ制御部２６２により送液用ポンプ１８１を駆動すると共に、電磁弁制御部２６３により送液用電磁弁１８４を開放する。また、圧電素子制御部２６４により圧電素子１２３を駆動する。これにより、ノズル１２１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。
【００５５】
次に、ステップ５０１において、ヘッド用サーミスタ１２４及びタンク用サーミスタ１６１から塗布液１４の温度を検知し、検知した塗布液温度が所定の温度以上か否かを判定する。塗布液温度が予めメモリ３０に記憶させた所定温度以上で肯定されるとステップ５０３に進む。一方、否定するとステップ５０２に進み、ヒータ制御部２６５によりヘッド用ヒータ１２５及びタンク用ヒータ１６２を所定時間駆動し、塗布液を加熱する。これと共に、攪拌装置駆動制御部２６８により攪拌装置１６４を所定時間駆動し、塗布液タンク１６内の塗布液を攪拌する。そして、ステップ５０１に進む。
【００５６】
次に、ステップ５０３において、液滴化された塗布液の液滴間距離を測定する。具体的には、液間距離は、例えば次のようにして測定することができる。例えば、エリアセンサ２４により吐出している液滴状の塗布液の画像データを検知（取得）する。液滴間距離算出部２６１により画像データの信号を解析し、液滴ライン画像データを抽出する。次に、液滴ライン画像データを２値化処理し、信号レベルを判定し周波数を演算する。そして、予めメモリ３０に記憶された周期−液間距離変換テーブルを参照し、その周波数に応じて液間距離を算出（測定）する。
【００５７】
ステップ５０４において、液間距離が所定の値（例えば、ノズル径２５μｍ×４．５１＝１１２．７５μｍ：式（２）参照）以上か否かを判定する。所定の値以上と肯定すれば、ステップ５１０に進む。一方、否定するとステップ５０５に進む。
【００５８】
次に、ステップ５０５において、粘度センサ１６３から塗布液粘度を検知し、検知した塗布液粘度が、予めメモリ３０に記憶した所定粘度以下で肯定されるとステップ５０６に進む。一方、否定されると、ステップ５０９に進む。
【００５９】
ステップ５０６において、送液圧力センサ１８５から送液用ポンプ１８１による塗布液１４の圧力（ポンプ圧）を検知し所定の圧力以上か否かを判定する。このポンプ圧が予めメモリ３０に記憶させた所定圧力（例えば、塗布液流量２．３ｍｌ／ｍｉｎとなるように５００〜８００ｋＰａで設定）以上で肯定されるとステップ５０７に進む。一方、否定するとステップ５０８に進む。
【００６０】
また、ステップ５０７において、圧電素子制御部２６４により圧電素子１２３から付与する振動周波数を所定値下げるように調整する。そして、ステップ５０４に進む。
【００６１】
また、ステップ５０８において、ポンプ制御部２６２により送液用ポンプ１８１のポンプ圧を所定値上げるように調整する。そして、ステップ５０４に進む。
【００６２】
また、ステップ５０９において、ポンプ制御部２６２により補充用ポンプ１６７により塗布液タンク１６へ溶媒を所定量補充すると共に、攪拌装置駆動制御部２６８により攪拌装置１６４を所定時間駆動し、塗布液タンク１６内の塗布液を攪拌する。そして、ステップ５０４に進む。
【００６３】
一方、ステップ５１０において、被塗布物駆動制御部２６７により被塗布物駆動装置１０２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）。
【００６４】
次に、ステップ５１１において、液受け駆動制御部２６６により液受け２２を被塗布物１０と吐出ヘッド１２との間の遮断を解除、即ち当該間から液受け２２を離間する。これにより、塗布液１４の被塗布物１０への塗布が開始される。
【００６５】
次に、ステップ５１２において、液受け２２を被塗布物１０と吐出ヘッド１２との間の遮断を解除、即ち塗布開始から所定時間が経過した否かを判定する。当該経過時間が予めメモリ３０に記憶した所定時間（即ち、塗布時間）が経過して肯定されると、ステップ５１３に進む。一方、否定されるとステップ５１２に進む。
【００６６】
次に、ステップ５１３において、液受け駆動制御部２６６により液受け２２を駆動して被塗布物１０と吐出ヘッド１２との間を遮断する。加えて、ポンプ制御部２６２により送液用ポンプ１８１の駆動を停止すると共に、電磁弁制御部２６３により送液用電磁弁１８４を閉じる。また、圧電素子制御部２６４により圧電素子１２３の駆動を停止する。これにより、塗布が終了する。
【００６７】
次に、ステップ５１４において、ステップ５１３終了、即ち塗布終了から所定時間経過したか否かを判定する。当該経過時間が予めメモリ３０に記憶された所定時間（即ち、塗布膜の平滑化時間）が経過して肯定されると、ステップ５１５に進む。一方、否定されると、ステップ５１４に進む。
【００６８】
ここで、上述のように塗布が開始されると、図１３（Ａ）に示すように、吐出ヘッド１２から塗布液１４の液滴が吐出され、当該液滴が被塗布物１０上に塗布される。次に、図１３（Ｂ）に示すように、被塗布物に塗布された塗布液１４の膜が平滑化される。そして、図１３（Ｃ）に示すように塗布液１４の塗布膜１４１を形成することができる。ここで、図１３は、第１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を示す工程図である・
【００６９】
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。また、ジェットはノズル加工の精度に起因する僅かな曲がりを有する場合がある。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、好ましい。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。
【００７０】
次に、ステップ５１５において、ヒータ制御部２６５により乾燥用ヒータ１０３（焼成用ヒータ）を所定時間駆動する。これにより、塗布された塗布膜の乾燥を行う。なお、塗布液１４の材料種によっては、乾燥のみならず、例えば、熱硬化などの焼成が行う。この際、塗布膜の乾燥ムラ（焼きムラ）を防止するために、被塗布物駆動制御部２６７により被塗布物１０の回転速度を上げることが好ましい、一方で、乾燥・焼成が進んだ後は、回転速度を下げることも可能である。
【００７１】
次に、ステップ５１６において、被塗布物駆動制御部２６７により被塗布物駆動装置１０２の駆動を停止し、被塗布物１０を回転を止める。
【００７２】
以上のようにして、塗布が終了する。なお、本実施形態では、塗布、乾燥は吐出ヘッド１２及び乾燥用ヒータの設置により１箇所で行われているが、被塗布物１０の回転を継続したまま、スライド機構により乾燥室へ移動させることで、工程を分割し、処理能力を向上させることも可能である
【００７３】
以上、説明した本実施形態に係る機能性材料塗布装置では、機能性材料の塗布液１４を連続して加圧して、ノズル１２１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。
【００７４】
さらに。各検知手段（センサ）及び制御部により、塗布液の最適な吐出安定性を実現することが可能となる。
【００７５】
（第２実施形態）
図１４は、第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略側面図である。図１５は、第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略正面図である。但し、図１４及び図１５において、吐出ヘッド、被塗布物以外の構成は省略して示している。
【００７６】
本実施形態に係る機能性材料塗布装置は、図１４及び図１５に示すように、不図示の駆動装置により、被塗布物１０の長手方向に移動可能で、当該被塗布物の塗布領域幅よりも短い短尺な吐出ヘッド１２を備える形態である。
【００７７】
短尺な吐出ヘッド１２は、図１６に示すように、例えば、ヘッド移動方向Ｓに対して、格子状のノズル１２１の配列が傾斜するようにして、ノズル１２１を配列したマトリックス型の吐出ヘッドとしてる。このように、格子状のノズル１２１配列における一列をヘッド移動方向に傾斜させると、当該ヘッド移動方向に直行方向に沿うノズル幅（ノズルが移動したときのノズルの軌跡間隔）を短くすることができ、高密度の塗布が可能となる。これにより、装置製造のコスト低下のために製造速度を上げることが容易に可能でとなり、工業的に有利となる。ここで、図１６は、第２実施形態に係る吐出ヘッドを示す概略正面図である。
【００７８】
これら以外は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７９】
以上説明した本実施形態に係る機能性材料塗布装置でも、第１実施形態と同様に、機能性材料の塗布液１４を連続して加圧して、ノズル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。
【００８０】
ここで、本実施形態では、吐出ヘッド１２が一つの形態を説明したが、これに限られず、２以上の吐出ヘッド１２を配設した形態でもよい。具体的には、例えば、図１７に示すように、被塗布物１０を挟んで、異なる機能性材料の塗布液を吐出する２つの吐出ヘッド１２Ａ、１２Ｂを配設した形態が挙げられる。ここで、図１７は、第２実施形態に係る他の塗布装置を示す概略側面図である。なお、図１７では、被塗布物１０、吐出ヘッド１２Ａ、１２Ｂ以外は省略して示している。
【００８１】
図１７の形態の場合、図１８（Ａ）に示すように、吐出ヘッド１２Ａ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上に塗布される。次に、図１８（Ｂ）に示すように、塗布液１４Ａの塗布膜が形成される。次に、図１８（Ｃ）に示すように、被塗布物に塗布された塗布液１４Ａの塗布膜上に対して吐出ヘッド１２Ｂから塗布液１４Ｂの液滴が吐出されてくると、当該液滴が被塗布物１０の塗布液１４Ａの膜上に塗布される。そして、図１８（Ｄ）に示すように塗布液１４Ａ、１４Ｂが積層されるように塗布され、異なる材料からなる機能性材料の塗布膜が積層されたものが得られる。ここで、図１８は、第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。なお、１４１Ａは、塗布液１４Ａによる機能性材料の塗布膜を示し、１４１Ｂは塗布液１４Ｂによる機能性材料の塗布膜を示している。
【００８２】
この方法を利用すると、塗布液１４Ａ及び塗布液Ｂを同時に塗布、平坦化、乾燥焼成を行うことができ、乾燥前複数層塗布の実現が可能となる。
【００８３】
ここで、上記他の形態においては、塗布液１４Ｂを塗布液１４Ａの例えば２倍の塗布量で塗布している状態を示しているが、そのためには、例えば、吐出ヘッド１２Ｂの移動速度を吐出ヘッド１２Ａの移動速度に対して半分の移動速度としている。同様のことは、被塗布物１０の回転速度を半分とすることでも可能である。なお、この場合、吐出ヘッド１２Ｂの吐出条件を、吐出ヘッド１２の吐出条件に対し、例えば塗布液１４の吐出速度（ポンプ圧）を倍とし、圧電素子１２３の駆動周波数を倍とすることにより、塗布量を倍にすることも可能だが、一般に、吐出速度を上げるにポンプの圧力を上げることは、ポンプの性能、また液の循環系の耐圧の問題から好ましくない。
【００８４】
一方、図示しないが、塗布液１４Ｂを塗布液１４Ａの例えば１／２倍の塗布量で塗布する場合、吐出ヘッド１２Ａ及び吐出ヘッド１２Ｂの移動速度は共に同じにして、吐出ヘッド１２Ｂの吐出条件を、吐出ヘッド１２の吐出条件に対し、例えば塗布液１４の吐出速度（ポンプ圧）を１／２倍とし、圧電素子１２３の駆動周波数を１／２倍とすることが好ましい。なお、この場合、吐出ヘッド１２Ｂの移動速度を吐出ヘッド１２Ａの移動速度に対して２倍の移動速度としたり、被塗布物１０の回転速度を２倍とすることでも可能であるが、塗布液１４の着弾液滴間の距離が開くため、得られる塗布膜の平坦化には好ましくない
【００８５】
即ち、塗布量の増加は、被塗布物１０の回転速度（移動速度）、吐出ヘッド１２の移動速度の低下、塗布量の減少は、吐出ヘッド１２による塗布液１４の吐出量の低下で実施することが好ましい。
【００８６】
また、他の形態を示すと、図１９（Ａ）に示すように、被塗布物の所定領域に対して吐出ヘッド１２Ａ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１９（Ｂ）に示すように、被塗布物の所定領域（上記吐出ヘッド１２による塗布液１４の領域以外の領域）に対して吐出ヘッド１２Ｂから塗布液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１９（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１９は、第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。
【００８７】
この方法を利用すると、例えば、図２０〜２２に示すような異なる機能性材料膜がパターニングされた膜が得られる。
【００８８】
以上、いずれの実施形態に係る機能性材料塗布装置は、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。また、被塗布物として円筒体（ドラム）の場合を説明したが、無論、板状体をはじめ、その他の形状のものも適用することができる。
【００９２】
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（例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、半導体製品）に適宜利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第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】第１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】第１実施形態に係る機能性材料塗布装置の内部構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る塗布開始・停止機構を示す模式図である。
【図５】第１実施形態に係る他の塗布開始・停止機構を示す模式図である。
【図６】第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドを示す斜視図である。
【図７】第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【図８】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９】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１０】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１１】第１実施形態に係る他の塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【図１２】第１実施形態に係る機能性材料塗布装置のシステム制御部の動作を示すフォロー図である。
【図１３】第１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を示す工程図である・
【図１４】第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略側面図である。
【図１５】第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略正面図である。
【図１６】第２実施形態に係る吐出ヘッドを示す概略正面図である。
【図１７】第２実施形態に係る他の塗布装置を示す概略側面図である。
【図１８】第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。
【図１９】第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。
【図２０】パターニングされた異なる機能性材料膜の一例を示す模式図である。
【図２１】パターニングされた異なる機能性材料膜の一例を示す模式図である。
【図２２】パターニングされた異なる機能性材料膜の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 被塗布物
１０１ 支持体
１０２ 被塗布物駆動装置
１０２Ａ 駆動モータ
１０２Ｂ ベルト
１０３ 乾燥用ヒータ
１２ 吐出ヘッド
１２１ ノズル
１２２ 塗布液室
１２３ 圧電素子
１２４ ヘッド用サーミスタ
１２５ ヘッド用ヒータ
１２６ 振動吸収部材
１４ 塗布液
１４１ 塗布膜
１６ 塗布液タンク
１６１ タンク用サーミスタ
１６２ タンク用ヒータ
１６３ 粘度センサ
１６４ 攪拌装置
１６６ 補充用タンク
１６７ 補充用ポンプ
１８ 塗布液供給管
１８１ 送液用ポンプ
１８２ ダンパ
１８３ フィルタ
１８４ 送液用電磁弁
１８５ 送液圧力センサ
２０ 塗布液排出管
２０１ 排出用電磁弁
２２ 液受け
２２１ 液受け駆動装置
２２２ 排出管
２２３ フィルタ
２２４ ファン
２４ エリアセンサ
２６ システム制御部
２６１ 液滴間距離算出部
２６２ ポンプ制御部
２６３ 電磁弁制御部
２６４ 圧電素子制御部
２６５ ヒータ制御部
２６６ 液受け駆動制御部
２６７ 被塗布物駆動制御部
２６８ 攪拌装置駆動制御部
２８ タイマ
３０ メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子材料、光学材料など機能性材料を所望の被塗布物に塗布するための機能性材料塗布液、及び機能性材料塗布方法に関する。
【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ＤＩＰ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、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】
そこで、本発明は、上記従来の諸問題に鑑み、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、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の機能性材料塗布装置は、
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布装置であって、
前記塗布液を吐出する複数のノズル、及び前記各ノズルに共通して通じる塗布液室を有する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、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明の機能性材料塗布装置では、機能性材料の塗布液を連続して加圧して、ノズルから液柱状の塗布液を吐出させ、その吐出した液柱状の塗布液を液滴化して、被塗布物へ塗布する。このように、連続的に加圧して塗布液を吐出させるため、高粘度の塗布液でも、安定して塗布液を吐出し、被塗布物へ塗布することが可能となる。
【００１１】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記液滴化手段は、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がよい。
【００１２】
また、この場合、前記振動付与手段は、前記塗布液の吐出方向に対して直交方向から前記塗布液に対し振動を付与するように配置され、且つ前記振動付与手段により付与された振動を吸収する振動吸収手段であって、前記振動付与手段に対向して配設する振動吸収手段をさらに有することができる。
【００１３】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段をさらに有することができる。
【００１４】
また、この場合、前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段をさらに有することができる。また、前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段も有することができる。
【００１５】
本発明の機能性材料塗布装置において、液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段をさらに有することができる。
【００１６】
また、この場合、前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段をさらに有することができる。また、前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段もさらに有することができる。また、前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記塗布液の粘度を変化させる粘度制御手段を有することができる。
【００１７】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記機能性材料吐出ヘッドを複数備えることができる。また、この場合、当該複数の前記機能性材料吐出ヘッド毎に異なる塗布液を吐出することができる。
【００１８】
本発明の機能性材料塗布装置において、前記記録材料吐出ヘッドは、前記被塗布物の塗布領域幅と同等或いはそれ以上の幅を有することができる。
【００１９】
一方、本発明の機能性材料塗布方法は、
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布方法であって、
連続的に加圧された前記塗布液をノズルから液柱状に吐出し、当該液柱状の塗布液を液滴化しつつ前記被塗布物へ塗布することを特徴としている。
【００２０】
本発明の機能性材料塗布方法では、上記本発明の機能性材料塗布装置で述べたように、連続的に加圧して塗布液を吐出させるため、高粘度の塗布液でも、安定して塗布液を吐出し、被塗布物へ塗布することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
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、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】
【００２２】
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。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、第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は、第１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は、第１実施形態に係る機能性材料塗布装置の内部構成を示すブロック図である。
【００２４】
第１実施形態に係る機能性材料塗布装置は、図１〜図３に示すように、機能性材料の塗布液１４を被塗布物１０へ吐出するための吐出ヘッド１２と、当該吐出ヘッド１２へ送液する塗布液１４を貯留する塗布液タンク１６と、を有している。
【００２５】
また、吐出ヘッド１２の一端には、塗布液供給管１８が連結され、他端には、塗布液排出管２０が連結されている。塗布液供給管１８及び塗布液排出管２０の一端側（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１８には、塗布液タンク側から吐出ヘッド１２に向かって、送液用ポンプ１８１（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１８１の脈動を抑制するダンパ１８２、塗布液のゴミ異物等を除去するフィルタ１８３、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１８４、送液する塗布液１４の加圧力を検知するための送液圧力センサ１８５が配設されている。一方、塗布液排出管２０には、塗布液１４の排出を開始・停止する排出用電磁弁２０１が配設されている。
【００２６】
また、本実施形態に係る機能性材料塗布装置は、連続加圧しつつ吐出を行う連続型の吐出装置であるが、吐出した液滴の所望の位置に配置するためには、塗布液１４の液滴に対し帯電・偏向制御を行うこともできる。但し、装置全体のコストを下げることに加え、塗布液１４として油性液体を用いる場合には、帯電・偏向制御を用いない方が好ましい。なお、機能性材料の塗布液には油性液体が多い。
【００２７】
なお、排出用電磁弁２０１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。
【００２８】
塗布液タンク１６には、貯留された塗布液１４の温度を検知するためのタンク用サーミスタ１６１（温度検知手段）と、貯留された塗布液１４を加熱するためのタンク用ヒータ１６２（発熱手段）と、貯留された塗布液１４の粘度を検知する粘度センサ１６３と、を有している。また、塗布液タンク１６内部には、攪拌装置１６４が内蔵されている。加えて、塗布液タンク１６には、補給管を介して補充用タンク１６６が連結されており、補充用ポンプ１６７により、溶媒が塗布液タンク１６へ補充可能となっている。
【００２９】
被塗布物１０は、円筒体から構成されており、その両端を回転可能に支持体１０１により支持されている。また、被塗布物１０は、被塗布物駆動装置１０２により回転可能に、具体的には駆動モータ１０２Ａによりベルト１０２Ｂを介して回転駆動可能に連結されている。また、被塗布物１０の周囲には、非接触で乾燥用ヒータ１０３（焼成用ヒータ）が配設されている。
【００３０】
吐出ヘッド１２と被塗布物１０との間を遮蔽可能に、液受け２２（吐出塗布液回収手段）が設けられている。液受け２２は、図４（Ａ）に示すように被塗布物１０への塗布を停止するとき（即ち非塗布時）は、吐出ヘッド１２と被塗布物１０との間を遮って位置し、図４（Ｂ）に示すように、塗布時には吐出ヘッド１２と被塗布物１０との間と離間して位置するように液受け駆動装置２２１により可動可能に配置されている。即ち、液受け２２は、その可動により被塗布物１０への塗布開始・停止を行う。また、液受け２２は、塗布液タンク１６とフィルタ２２３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を受け止めた場合、当該塗布液タンク１６へ排出するようになっている。
【００３１】
ここで、図４は、第１実施形態に係る塗布開始・停止機構を示す模式図である。なお、図４において、吐出ヘッド、被塗布物、液受け以外は、省略して示している。
【００３２】
なお、塗布開始・停止を行う機構は、上記液受け２２を駆動する方式に限られず、例えば、図５に示すように、ファン２２４（送風装置）を塗布液１４の液滴上方に設け、当該ファン２２４により塗布液１４の液滴へ風圧を与え、当該液滴の吐出方向を変化させて、液受け２２へぶつけるようにして塗布の停止し、当該風圧を解除することで塗布を開始する方式でもよい。ここで、図５は、第１実施形態に係る他の塗布開始・停止機構を示す模式図である。なお、図５において、吐出ヘッド、被塗布物、液受け、ファン以外は、省略して示している。
【００３３】
また、液滴化された塗布液１４の液滴間距離を検知するためのエリアセンサ２４（例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなど）が配設されている。エリアセンサ２４は、当該エリアセンサ２４により得られた塗布液１４の液滴の画像データに基づき、当該液滴化された塗布液１４の液滴間距離を算出するためのものである。
【００３４】
そして、これら各部材は、システム制御部２６と連結されている（図３参照）。また、システム制御部２６には、液滴間距離算出部２６１、ポンプ制御部２６２、電磁弁制御部２６３、圧電素子制御部２６４、ヒータ制御部２６５、液受け駆動制御部２６６、被塗布物駆動制御部２６７、攪拌装置駆動制御部２６８、が含まれている。また、システム制御部２６には、タイマ２８、及びメモリ３０とも連結されている。
【００３５】
以下、吐出ヘッド１２について説明する。ここで、図６は、第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドを示す斜視図である。図７は、第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【００３６】
吐出ヘッド１２は、図６〜図７に示すように、例えば、ステンレスやニッケル合金などからなる筒状体で構成されている。そして、吐出ヘッド１２には、長手方向に配列された複数のノズル１２１（例えば、ノズル径２５μｍ）と、各ノズル１２１に共通して連通する塗布液室１２２と、塗布液室１２２を介してノズル１２１と対向して設けられた圧電素子１２３（例えばＰＺＴセラミック膜、ポリフッ化ビニリデン膜（ＰＶＦ２膜））と、を有している。
【００３７】
また、吐出ヘッド１２の塗布液室１２２には、送液された塗布液１４の温度を検知するためのヘッド用サーミスタ１２４（温度検知手段）と、送液された塗布液１４を加熱するためのヘッド用ヒータ１２５（発熱手段）とを有している。
【００３８】
なお、吐出ヘッド１２は、塗布時、図示しない駆動装置によりヘッド長手方向に配列されたノズル間隔分、当該ヘッド長手方向に往復して移動するようになっている。これにより、ノズル間隔分の隙間が生じることなく被塗布物１０に塗布液１４を塗布することができる。無論、被塗布物１０の方を移動可能なようにしてもよい。
【００３９】
ここで、圧電素子１２３は、塗布液室１２２に送液されてきた塗布液１４に対し、所定の振動を付与し、ノズル１２１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１２３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、この振動を塗布液室１２２の塗布液１４へ伝達せしめる。
【００４０】
圧電素子１２３は、ノズル１２１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１２１から液柱状に吐出した塗布液１４を液滴化する。
【００４１】
ここで、図８〜図１０に、粘度約９ｍＰａ・ｓ程度の塗布液１４の吐出状態を示す。圧電素子１２３を駆動させず、例えば、送液用ポンプ１８１により０．９ＭＰａで吐出ヘッド１２から塗布液１４を吐出した場合、図８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１２３により塗布液１４に振動を付与すると、図９及び図１０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。なお、図９は、９０ｋＨｚの振動を塗布液１４に付与した場合であり、図１０は６０ｋＨｚの振動を塗布液１４に付与した場合である。図示するように、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。
【００４２】
図８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、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。
【００４３】
ここで、図８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９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１０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。
【００４４】
なお、塗布液１４の液滴化の際、圧電素子が付与する振動の周波数は、圧電素子の振動特性、吐出ヘッドの振動特性、塗布液の速度、ノズル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。
【００４５】
ここで、例えば、塗布液の流体速度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必要がある。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。
【００４６】
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。ただし、上記の数値は一例である。
【００４７】
それは、ノズルの形状により抵抗値が大きく変わるからである。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好ましい。
【００４８】
なお、吐出ヘッド１２は、上記構成に限られず、図１１に示すように、ヘッドの長手方向一端に配設された圧電素子１２３（例えばＰＺＴセラミック膜）と、ヘッドの長手方向他端に配設には振動吸収部材１２６（例えばシリコンラバー）を有する構成でもよい。ここで、図１１は、第１実施形態に係る他の塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【００４９】
この形態で、振動は圧電素子１２３を挟みこんだピストンにより塗布液室１２２の塗布液１４へ伝達せしめるものであるが、このとき吐出ヘッド１２（塗布液室１２２）の振動進行方向に直交する多数のノズル１２１から吐出された液柱状の塗布液１４に振動が伝わり、液柱状の塗布液１４が液滴化され、塗布液の液滴が生成する。つまり、圧電素子１２３は、塗布液１４の吐出方向に対して直交方向から塗布液１４に対し振動を付与している。
【００５０】
一方、上述のように、吐出ヘッド１２の長手方向他端に、即ち圧電素子１２３に対向するように振動吸収部材１２６が設けられるため、伝播する振動を吸収され、当該振動が進行波の状態を保ち反射波を生じさせず定在波とならないようになっている。
【００５１】
このような進行波による振動を塗布液１４に付与することで、塗布液１４の液滴分離長さを十分均一に保ち、サテライト粒子が生成し難くなる。なお、このような進行波による振動によって、液滴化する手法として詳細には、特公平６−８４０７２号に準じて実施することができる。
【００５２】
ここで、定在波による液滴化の場合、高粘度の塗布液を液滴化するのに好適であり、進行波による液滴化の場合、低粘度の塗布液を液滴化するのに好適である。また、進行波による液滴化の場合は、定在波による液滴化の場合に比べ、液滴化の均一性に富む。用いる塗布液１４に応じて、適宜選択することもできるし、これらを組み合わせることも効果的である。
【００５３】
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、システム制御部２６の動作により説明する。ここで、図１２は、第１実施形態に係る機能性材料塗布装置のシステム制御部の動作を示すフォロー図である。なお、以下、時間の取得は、タイマ２８により行う。
【００５４】
まず、例えば、図示しないインターフェースからユーザにより塗布開始の信号を検知すると、ステップ５００において、液受け駆動制御部２６６により液受け２２を駆動し被塗布物１０と吐出ヘッド１２の間を遮断する。加えて、ポンプ制御部２６２により送液用ポンプ１８１を駆動すると共に、電磁弁制御部２６３により送液用電磁弁１８４を開放する。また、圧電素子制御部２６４により圧電素子１２３を駆動する。これにより、ノズル１２１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。
【００５５】
次に、ステップ５０１において、ヘッド用サーミスタ１２４及びタンク用サーミスタ１６１から塗布液１４の温度を検知し、検知した塗布液温度が所定の温度以上か否かを判定する。塗布液温度が予めメモリ３０に記憶させた所定温度以上で肯定されるとステップ５０３に進む。一方、否定するとステップ５０２に進み、ヒータ制御部２６５によりヘッド用ヒータ１２５及びタンク用ヒータ１６２を所定時間駆動し、塗布液を加熱する。これと共に、攪拌装置駆動制御部２６８により攪拌装置１６４を所定時間駆動し、塗布液タンク１６内の塗布液を攪拌する。そして、ステップ５０１に進む。
【００５６】
次に、ステップ５０３において、液滴化された塗布液の液滴間距離を測定する。具体的には、液間距離は、例えば次のようにして測定することができる。例えば、エリアセンサ２４により吐出している液滴状の塗布液の画像データを検知（取得）する。液滴間距離算出部２６１により画像データの信号を解析し、液滴ライン画像データを抽出する。次に、液滴ライン画像データを２値化処理し、信号レベルを判定し周波数を演算する。そして、予めメモリ３０に記憶された周期−液間距離変換テーブルを参照し、その周波数に応じて液間距離を算出（測定）する。
【００５７】
ステップ５０４において、液間距離が所定の値（例えば、ノズル径２５μｍ×４．５１＝１１２．７５μｍ：式（２）参照）以上か否かを判定する。所定の値以上と肯定すれば、ステップ５１０に進む。一方、否定するとステップ５０５に進む。
【００５８】
次に、ステップ５０５において、粘度センサ１６３から塗布液粘度を検知し、検知した塗布液粘度が、予めメモリ３０に記憶した所定粘度以下で肯定されるとステップ５０６に進む。一方、否定されると、ステップ５０９に進む。
【００５９】
ステップ５０６において、送液圧力センサ１８５から送液用ポンプ１８１による塗布液１４の圧力（ポンプ圧）を検知し所定の圧力以上か否かを判定する。このポンプ圧が予めメモリ３０に記憶させた所定圧力（例えば、塗布液流量２．３ｍｌ／ｍｉｎとなるように５００〜８００ｋＰａで設定）以上で肯定されるとステップ５０７に進む。一方、否定するとステップ５０８に進む。
【００６０】
また、ステップ５０７において、圧電素子制御部２６４により圧電素子１２３から付与する振動周波数を所定値下げるように調整する。そして、ステップ５０４に進む。
【００６１】
また、ステップ５０８において、ポンプ制御部２６２により送液用ポンプ１８１のポンプ圧を所定値上げるように調整する。そして、ステップ５０４に進む。
【００６２】
また、ステップ５０９において、ポンプ制御部２６２により補充用ポンプ１６７により塗布液タンク１６へ溶媒を所定量補充すると共に、攪拌装置駆動制御部２６８により攪拌装置１６４を所定時間駆動し、塗布液タンク１６内の塗布液を攪拌する。そして、ステップ５０４に進む。
【００６３】
一方、ステップ５１０において、被塗布物駆動制御部２６７により被塗布物駆動装置１０２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）。
【００６４】
次に、ステップ５１１において、液受け駆動制御部２６６により液受け２２を被塗布物１０と吐出ヘッド１２との間の遮断を解除、即ち当該間から液受け２２を離間する。これにより、塗布液１４の被塗布物１０への塗布が開始される。
【００６５】
次に、ステップ５１２において、液受け２２を被塗布物１０と吐出ヘッド１２との間の遮断を解除、即ち塗布開始から所定時間が経過した否かを判定する。当該経過時間が予めメモリ３０に記憶した所定時間（即ち、塗布時間）が経過して肯定されると、ステップ５１３に進む。一方、否定されるとステップ５１２に進む。
【００６６】
次に、ステップ５１３において、液受け駆動制御部２６６により液受け２２を駆動して被塗布物１０と吐出ヘッド１２との間を遮断する。加えて、ポンプ制御部２６２により送液用ポンプ１８１の駆動を停止すると共に、電磁弁制御部２６３により送液用電磁弁１８４を閉じる。また、圧電素子制御部２６４により圧電素子１２３の駆動を停止する。これにより、塗布が終了する。
【００６７】
次に、ステップ５１４において、ステップ５１３終了、即ち塗布終了から所定時間経過したか否かを判定する。当該経過時間が予めメモリ３０に記憶された所定時間（即ち、塗布膜の平滑化時間）が経過して肯定されると、ステップ５１５に進む。一方、否定されると、ステップ５１４に進む。
【００６８】
ここで、上述のように塗布が開始されると、図１３（Ａ）に示すように、吐出ヘッド１２から塗布液１４の液滴が吐出され、当該液滴が被塗布物１０上に塗布される。次に、図１３（Ｂ）に示すように、被塗布物に塗布された塗布液１４の膜が平滑化される。そして、図１３（Ｃ）に示すように塗布液１４の塗布膜１４１を形成することができる。ここで、図１３は、第１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を示す工程図である・
【００６９】
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。また、ジェットはノズル加工の精度に起因する僅かな曲がりを有する場合がある。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、好ましい。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。
【００７０】
次に、ステップ５１５において、ヒータ制御部２６５により乾燥用ヒータ１０３（焼成用ヒータ）を所定時間駆動する。これにより、塗布された塗布膜の乾燥を行う。なお、塗布液１４の材料種によっては、乾燥のみならず、例えば、熱硬化などの焼成が行う。この際、塗布膜の乾燥ムラ（焼きムラ）を防止するために、被塗布物駆動制御部２６７により被塗布物１０の回転速度を上げることが好ましい、一方で、乾燥・焼成が進んだ後は、回転速度を下げることも可能である。
【００７１】
次に、ステップ５１６において、被塗布物駆動制御部２６７により被塗布物駆動装置１０２の駆動を停止し、被塗布物１０を回転を止める。
【００７２】
以上のようにして、塗布が終了する。なお、本実施形態では、塗布、乾燥は吐出ヘッド１２及び乾燥用ヒータの設置により１箇所で行われているが、被塗布物１０の回転を継続したまま、スライド機構により乾燥室へ移動させることで、工程を分割し、処理能力を向上させることも可能である
【００７３】
以上、説明した本実施形態に係る機能性材料塗布装置では、機能性材料の塗布液１４を連続して加圧して、ノズル１２１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。
【００７４】
さらに。各検知手段（センサ）及び制御部により、塗布液の最適な吐出安定性を実現することが可能となる。
【００７５】
（第２実施形態）
図１４は、第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略側面図である。図１５は、第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略正面図である。但し、図１４及び図１５において、吐出ヘッド、被塗布物以外の構成は省略して示している。
【００７６】
本実施形態に係る機能性材料塗布装置は、図１４及び図１５に示すように、不図示の駆動装置により、被塗布物１０の長手方向に移動可能で、当該被塗布物の塗布領域幅よりも短い短尺な吐出ヘッド１２を備える形態である。
【００７７】
短尺な吐出ヘッド１２は、図１６に示すように、例えば、ヘッド移動方向Ｓに対して、格子状のノズル１２１の配列が傾斜するようにして、ノズル１２１を配列したマトリックス型の吐出ヘッドとしてる。このように、格子状のノズル１２１配列における一列をヘッド移動方向に傾斜させると、当該ヘッド移動方向に直行方向に沿うノズル幅（ノズルが移動したときのノズルの軌跡間隔）を短くすることができ、高密度の塗布が可能となる。これにより、装置製造のコスト低下のために製造速度を上げることが容易に可能でとなり、工業的に有利となる。ここで、図１６は、第２実施形態に係る吐出ヘッドを示す概略正面図である。
【００７８】
これら以外は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７９】
以上説明した本実施形態に係る機能性材料塗布装置でも、第１実施形態と同様に、機能性材料の塗布液１４を連続して加圧して、ノズル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。
【００８０】
ここで、本実施形態では、吐出ヘッド１２が一つの形態を説明したが、これに限られず、２以上の吐出ヘッド１２を配設した形態でもよい。具体的には、例えば、図１７に示すように、被塗布物１０を挟んで、異なる機能性材料の塗布液を吐出する２つの吐出ヘッド１２Ａ、１２Ｂを配設した形態が挙げられる。ここで、図１７は、第２実施形態に係る他の塗布装置を示す概略側面図である。なお、図１７では、被塗布物１０、吐出ヘッド１２Ａ、１２Ｂ以外は省略して示している。
【００８１】
図１７の形態の場合、図１８（Ａ）に示すように、吐出ヘッド１２Ａ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上に塗布される。次に、図１８（Ｂ）に示すように、塗布液１４Ａの塗布膜が形成される。次に、図１８（Ｃ）に示すように、被塗布物に塗布された塗布液１４Ａの塗布膜上に対して吐出ヘッド１２Ｂから塗布液１４Ｂの液滴が吐出されてくると、当該液滴が被塗布物１０の塗布液１４Ａの膜上に塗布される。そして、図１８（Ｄ）に示すように塗布液１４Ａ、１４Ｂが積層されるように塗布され、異なる材料からなる機能性材料の塗布膜が積層されたものが得られる。ここで、図１８は、第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。なお、１４１Ａは、塗布液１４Ａによる機能性材料の塗布膜を示し、１４１Ｂは塗布液１４Ｂによる機能性材料の塗布膜を示している。
【００８２】
この方法を利用すると、塗布液１４Ａ及び塗布液Ｂを同時に塗布、平坦化、乾燥焼成を行うことができ、乾燥前複数層塗布の実現が可能となる。
【００８３】
ここで、上記他の形態においては、塗布液１４Ｂを塗布液１４Ａの例えば２倍の塗布量で塗布している状態を示しているが、そのためには、例えば、吐出ヘッド１２Ｂの移動速度を吐出ヘッド１２Ａの移動速度に対して半分の移動速度としている。同様のことは、被塗布物１０の回転速度を半分とすることでも可能である。なお、この場合、吐出ヘッド１２Ｂの吐出条件を、吐出ヘッド１２の吐出条件に対し、例えば塗布液１４の吐出速度（ポンプ圧）を倍とし、圧電素子１２３の駆動周波数を倍とすることにより、塗布量を倍にすることも可能だが、一般に、吐出速度を上げるにポンプの圧力を上げることは、ポンプの性能、また液の循環系の耐圧の問題から好ましくない。
【００８４】
一方、図示しないが、塗布液１４Ｂを塗布液１４Ａの例えば１／２倍の塗布量で塗布する場合、吐出ヘッド１２Ａ及び吐出ヘッド１２Ｂの移動速度は共に同じにして、吐出ヘッド１２Ｂの吐出条件を、吐出ヘッド１２の吐出条件に対し、例えば塗布液１４の吐出速度（ポンプ圧）を１／２倍とし、圧電素子１２３の駆動周波数を１／２倍とすることが好ましい。なお、この場合、吐出ヘッド１２Ｂの移動速度を吐出ヘッド１２Ａの移動速度に対して２倍の移動速度としたり、被塗布物１０の回転速度を２倍とすることでも可能であるが、塗布液１４の着弾液滴間の距離が開くため、得られる塗布膜の平坦化には好ましくない
【００８５】
即ち、塗布量の増加は、被塗布物１０の回転速度（移動速度）、吐出ヘッド１２の移動速度の低下、塗布量の減少は、吐出ヘッド１２による塗布液１４の吐出量の低下で実施することが好ましい。
【００８６】
また、他の形態を示すと、図１９（Ａ）に示すように、被塗布物の所定領域に対して吐出ヘッド１２Ａ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１９（Ｂ）に示すように、被塗布物の所定領域（上記吐出ヘッド１２による塗布液１４の領域以外の領域）に対して吐出ヘッド１２Ｂから塗布液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１９（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１９は、第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。
【００８７】
この方法を利用すると、例えば、図２０〜２２に示すような異なる機能性材料膜がパターニングされた膜が得られる。
【００８８】
以上、いずれの実施形態に係る機能性材料塗布装置は、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。また、被塗布物として円筒体（ドラム）の場合を説明したが、無論、板状体をはじめ、その他の形状のものも適用することができる。
【００９２】
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（例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、半導体製品）に適宜利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第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】第１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】第１実施形態に係る機能性材料塗布装置の内部構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る塗布開始・停止機構を示す模式図である。
【図５】第１実施形態に係る他の塗布開始・停止機構を示す模式図である。
【図６】第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドを示す斜視図である。
【図７】第１実施形態に係る塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【図８】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９】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１０】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１１】第１実施形態に係る他の塗布液吐出ヘッドの断面図である。
【図１２】第１実施形態に係る機能性材料塗布装置のシステム制御部の動作を示すフォロー図である。
【図１３】第１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を示す工程図である・
【図１４】第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略側面図である。
【図１５】第２実施形態に係る機能性材料塗布装置を示す概略正面図である。
【図１６】第２実施形態に係る吐出ヘッドを示す概略正面図である。
【図１７】第２実施形態に係る他の塗布装置を示す概略側面図である。
【図１８】第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。
【図１９】第２実施形態に係る機能性塗布装置による塗布膜の他の形成過程を示す工程図である。
【図２０】パターニングされた異なる機能性材料膜の一例を示す模式図である。
【図２１】パターニングされた異なる機能性材料膜の一例を示す模式図である。
【図２２】パターニングされた異なる機能性材料膜の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 被塗布物
１０１ 支持体
１０２ 被塗布物駆動装置
１０２Ａ 駆動モータ
１０２Ｂ ベルト
１０３ 乾燥用ヒータ
１２ 吐出ヘッド
１２１ ノズル
１２２ 塗布液室
１２３ 圧電素子
１２４ ヘッド用サーミスタ
１２５ ヘッド用ヒータ
１２６ 振動吸収部材
１４ 塗布液
１４１ 塗布膜
１６ 塗布液タンク
１６１ タンク用サーミスタ
１６２ タンク用ヒータ
１６３ 粘度センサ
１６４ 攪拌装置
１６６ 補充用タンク
１６７ 補充用ポンプ
１８ 塗布液供給管
１８１ 送液用ポンプ
１８２ ダンパ
１８３ フィルタ
１８４ 送液用電磁弁
１８５ 送液圧力センサ
２０ 塗布液排出管
２０１ 排出用電磁弁
２２ 液受け
２２１ 液受け駆動装置
２２２ 排出管
２２３ フィルタ
２２４ ファン
２４ エリアセンサ
２６ システム制御部
２６１ 液滴間距離算出部
２６２ ポンプ制御部
２６３ 電磁弁制御部
２６４ 圧電素子制御部
２６５ ヒータ制御部
２６６ 液受け駆動制御部
２６７ 被塗布物駆動制御部
２６８ 攪拌装置駆動制御部
２８ タイマ
３０ メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布装置であって、
前記塗布液を吐出する複数のノズル、及び前記各ノズルに共通して通じる塗布液室を有する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】
前記液滴化手段は、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】
前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段をさらに有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液装置。
【請求項４】
前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段と、
前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段と、
をさらに有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液装置。
【請求項５】
前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段と、
前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段と、
をさらに有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】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段をさらに有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７】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段と、
前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段と、
をさらに有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液装置。
【請求項８】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段と、
前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段をさらに有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９】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段と、
前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記塗布液の粘度を変化させる粘度制御手段と、
を有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液装置。
【請求項１０】
前記機能性材料吐出ヘッドを複数備えることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布液装置。
【請求項１１】
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布方法であって、
連続的に加圧された前記塗布液をノズルから液柱状に吐出し、当該液柱状の塗布液を液滴化しつつ前記被塗布物へ塗布することを特徴とする機能性材料塗布方法。
【請求項１】
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布装置であって、
前記塗布液を吐出する複数のノズル、及び前記各ノズルに共通して通じる塗布液室を有する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】
前記液滴化手段は、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】
前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段をさらに有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液装置。
【請求項４】
前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段と、
前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段と、
をさらに有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液装置。
【請求項５】
前記塗布液の粘度を検知する粘度検知手段と、
前記粘度検知手段により検知された粘度に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段と、
をさらに有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】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段をさらに有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７】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段と、
前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記加圧手段による前記塗布液への加圧を変化させる加圧制御手段と、
をさらに有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液装置。
【請求項８】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段と、
前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記液滴化手段による前記塗布液への液滴化条件を変化させる液滴化制御手段をさらに有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９】
液滴化された前記塗布液の間隔を検知する液滴間隔検知手段と、
前記液滴間隔検知手段により検知された前記塗布液の液滴間隔に応じて、前記塗布液の粘度を変化させる粘度制御手段と、
を有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液装置。
【請求項１０】
前記機能性材料吐出ヘッドを複数備えることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料塗布液装置。
【請求項１１】
機能性材料を被塗布物へ塗布するための機能性材料塗布方法であって、
連続的に加圧された前記塗布液をノズルから液柱状に吐出し、当該液柱状の塗布液を液滴化しつつ前記被塗布物へ塗布することを特徴とする機能性材料塗布方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００７−３２５９９３（Ｐ２００７−３２５９９３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５７４８５（Ｐ２００６−１５７４８５）
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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