JP2001138503A - 電界吐出ヘッド、電界吐出制御装置および電界吐出塗工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被塗工物体にストライプ状の塗工パターンを形
成する場合に、吐出孔と被塗工物体との間隙の許容範囲
が広く、吐出孔の孔径に対する広がりを小さくすること
ができる、電界吐出ヘッド、電界吐出制御装置、電界吐
出塗工装置を提供する。 【解決手段】被吐出物質を導入するための導入部と、所
定の間隔で直線状に配列する複数の吐出孔を形成した吐
出部と、前記導入部より導入した前記被吐出物質を一時
貯蔵し前記吐出部に導く通路となるマニホールドと、前
記マニホールドの内部に配置した電極（電圧側電極）と
を有し、すくなくとも前記吐出部と前記マニホールドは
前記電極に対して電気的に絶縁されているようにした電
界吐出ヘッド。およびそれに適用する電界吐出制御装置
と電界吐出塗工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は塗工技術の分野に属
する。特に、所定の間隔で直線状に配列するストライプ
状の精密な塗工パターンを被塗工物体に形成する場合に
好適な電界吐出ヘッド、電界吐出制御装置、電界吐出塗
工装置に関する。

【０００２】

【従来技術】被塗工物体にストライプ状の塗工パターン
を形成する方法として、吐出ヘッドの吐出孔から被吐出
物質（塗工材料、インキ）を吐出して被塗工物体（ウェ
ブ、基板）に塗工する方法が知られている。このとき、
吐出孔の位置と塗工すべき位置とが一致するように吐出
ヘッドまたは被塗工物体を移動することにより所望の塗
工パターンを得ることができる。また、単位時間当たり
の吐出量や移動距離を調節することにより被塗工物体へ
の塗工量を制御することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
吐出ヘッドを用いる方法では、被吐出物質は吐出孔から
所定の初速度で吐出した後は、表面張力と重力の作用だ
けで決まる成り行きに任せた運動を行う。そのため、吐
出孔と被塗工物体との間隙の許容範囲が狭い、吐出孔の
孔径に対する広がりが大きいという問題がある。

【０００４】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、被塗工物体にストラ
イプ状の塗工パターンを形成する場合に、吐出孔と被塗
工物体との間隙の許容範囲が広く、吐出孔の孔径に対す
る広がりを小さくすることができる、電界吐出ヘッド、
電界吐出制御装置、電界吐出塗工装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は下記の本発明
によって解決される。すなわち、本発明の請求項１に係
る電界吐出ヘッドは、被吐出物質を導入するための導入
部と、所定の間隔で直線状に配列する複数の吐出孔を形
成した吐出部と、前記導入部より導入した前記被吐出物
質を一時貯蔵し前記吐出部に導く通路となるマニホール
ドと、前記マニホールドの内部に配置した電極（電圧側
電極）とを有し、すくなくとも前記吐出部は電極に対し
て電気的に絶縁されているようにしたものである。本発
明によれば、被吐出物質は吐出孔から所定の初速度で吐
出した後は、表面張力と重力の作用だけでなく電界の作
用を受け、それにより決まる所定の運動を行うように構
成することができる。したがって、吐出孔と被塗工物体
との間隙の許容範囲が広く、吐出孔の孔径に対する広が
りを小さくすることができる電界吐出ヘッドが提供され
る。また、電極をマニホールドの内部に配置するから、
被吐出物質がその電極との電気的な接触が保持され電界
の作用が安定する。

【０００６】また、本発明の請求項２に係る電界吐出ヘ
ッドは、請求項１に係る電界吐出ヘッドにおいて、すく
なくとも前記吐出部は電気絶縁材料によって形成するよ
うにしたものである。本発明によれば、電気絶縁材料に
よって形成した吐出部によって電極に対する電気的な絶
縁が確保される。

【０００７】また、本発明の請求項３に係る電界吐出ヘ
ッドは、請求項１または２に係る電界吐出ヘッドにおい
て、前記電極は前記直線状に配列する吐出部の配列方向
に直線状に延びる形状を有するようにしたものである。
本発明によれば、吐出部に形成した所定の間隔で直線状
に配列する複数の吐出孔に対する電極の作用を均等にす
ることができる。

【０００８】また、本発明の請求項４に係る電界吐出ヘ
ッドは、請求項１〜３のいずれか記載の電界吐出ヘッド
において、前記電極は前記マニホールドの内部における
前記吐出孔の入口の直近に配置するようにしたものであ
る。本発明によれば、被吐出物質の吐出状態が安定す
る。

【０００９】また、本発明の請求項５に係る電界吐出ヘ
ッドは、請求項１〜４のいずれか記載の電界吐出ヘッド
において、前記マニホールドの内部の前記被吐出物質を
加圧する加圧部を有するようにしたものである。本発明
によれば、電界吐出ヘッドが有する加圧部により被吐出
物質が加圧される。

【００１０】また、本発明の請求項６に係る電界吐出制
御装置は、請求項１〜５のいずれかに係る電界吐出ヘッ
ドに適用する電界吐出制御装置であって、発生する電界
の形態を設定する入力に基づいて設定電界を生成する電
界設定手段と、前記電界吐出ヘッドにおける吐出位置と
被塗工物体における塗工位置との同期を得るための信号
を含む同期信号を入力する同期入力手段と、前記設定電
界と前記同期信号に基づいて所定の形態の電力を生成す
る電力生成手段と、を有するようにしたものである。本
発明によれば、電界設定手段により発生する電界の形態
を設定する入力に基づいて設定電界が生成され、同期入
力手段により電界吐出ヘッドにおける吐出位置と被塗工
物体における塗工位置との同期を得るための信号を含む
同期信号が入力され、電力生成手段により設定電界と同
期信号に基づいて所定の形態の電力が生成される。すな
わち、被吐出物質は吐出孔から所定の初速度で吐出した
後は、表面張力と重力の作用だけでなく電界の作用を受
け、それにより決まる所定の運動を行うように構成する
ことができる。したがって、吐出孔と被塗工物体との間
隙の許容範囲が広く、吐出孔の孔径に対する広がりを小
さくすることができる電界吐出制御装置が提供される。
また、電界吐出ヘッドにおける吐出位置と被塗工物体に
おける塗工位置との同期をとりながら、設定入力に基づ
いて決められた所定の形態の電力が電界吐出ヘッドに供
給される。

【００１１】また、本発明の請求項７に係る電界吐出制
御装置は、請求項６に係る電界吐出制御装置において、
前記加圧部において前記マニホールドの内部の前記被吐
出物質を加圧する圧力を入力する圧力入力手段を有し、
前記電界生成手段は前記圧力に基づいて前記電力を生成
するようにしたものである。本発明によれば、電界生成
手段が生成する電力に加圧部における圧力が反映され
る。

【００１２】また、本発明の請求項８に係る電界吐出制
御装置は、請求項６または７に係る電界吐出制御装置に
おいて、前記発生する電界の形態は、前記電界吐出ヘッ
ドにおいて連続吐出を行う場合は、矩形波であるように
したものである。本発明によれば、矩形波に含まれる高
周波成分により前述の（請求項１等の）作用効果が顕著
である。

【００１３】また、本発明の請求項９に係る電界吐出制
御装置は、請求項８に係る電界吐出制御装置において、
前記矩形波は積分した場合に直流分を含まない交流波形
であるようにしたものである。本発明によれば、被吐出
物質の電離が起きないから被吐出物質に対する制約が小
さい。また、前述の作用効果が顕著である。

【００１４】また、本発明の請求項１０に係る電界吐出
制御装置は、請求項８または９に係る電界吐出制御装置
において、前記矩形波は電圧振幅Ｖ_p-pが１００Ｖ〜１
０ｋＶ、周波数Ｆが１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの矩形波である
ようにしたものである。本発明によれば、前述の作用効
果が特に顕著である。

【００１５】また、本発明の請求項１１に係る電界吐出
制御装置は、請求項６または７に係る電界吐出制御装置
において、前記発生する電界の形態は、前記電界吐出ヘ
ッドにおいて間欠吐出を行う場合は、パルスであるよう
にしたものである。本発明によれば、発生する電界の形
態をパルスとすることにより間欠吐出が行われる。

【００１６】また、本発明の請求項１２に係る電界吐出
制御装置は、請求項１〜５のいずれかに係る電界吐出ヘ
ッドと、請求項６〜１１のいずれか係る電界吐出制御装
置とを有する電界吐出塗工装置であって、前記被吐出物
質を前記電界吐出ヘッドの前記導入部に供給する供給手
段と、前記電界吐出ヘッドの前記加圧部を操作して前記
導入部に供給した前記被吐出物質を前記吐出部から吐出
させる加圧吐出制御手段と、前記電界吐出ヘッドが吐出
する前記被吐出物質の吐出状態を制御する電界吐出制御
手段と、前記電界吐出手段および／または前記被塗工物
体を移送するとともに移送状態を示す同期信号を出力す
る移送手段と、前記吐出部に対向する位置に配置した接
地側電極と、を有するようにしたものである。本発明に
よれば、供給手段により被吐出物質が電界吐出ヘッドの
導入部に供給され、加圧吐出制御手段により電界吐出ヘ
ッドの加圧部が操作され導入部に供給した被吐出物質が
吐出部から吐出し、電界吐出制御手段により電界吐出ヘ
ッドが吐出する被吐出物質の吐出状態が制御され、移送
手段により電界吐出手段および／または被塗工物体が移
送されるとともに移送状態を示す同期信号が出力され、
接地電極が吐出部に対向する位置に配置される。すなわ
ち、被吐出物質は吐出孔から所定の初速度で吐出した後
は、表面張力と重力の作用だけでなく電界の作用を受
け、それにより決まる所定の運動を行うように構成する
ことができる。したがって、吐出孔と被塗工物体との間
隙の許容範囲が広く、吐出孔の孔径に対する広がりを小
さくすることができる電界塗工装置が提供される。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明について実施の形態
を説明する。本発明における電界吐出ヘッドの構成の一
例を図１に示す。図１（Ａ）は中央部の断面図、図１
（Ｂ）は内部を透視した斜視図である。図１において、
１は導入部、２は吐出部、３はマニホールド、４は電
極、５は加圧部、６は境界を示す破線である。図１に示
すように、電界吐出ヘッドは、主としてマニホールド３
を構成する本体部分に各要素部分を設けた構造を有す
る。本体部分は筐体（容器）であるとともに支持体でも
あり、機能においてマニホールド３とは区別される。し
かし、すくなくとも図１に示す一例のような場合にはマ
ニホールド３は本体部分の主要部分であり、それらを区
別することが意味をなさない場合もある。したがって、
ここでは、特に説明しない場合には、マニホールド３は
本体部分も意味するものとする。なお、境界６は吐出部
２とマニホールド３が同一材料で一体のものである場合
には「仮想の境界」を意味し、組み合わせたものである
場合には「現実の境界」を意味する。

【００１８】導入部１は、被吐出物質を導入するために
ある。導入部１には導入口が開口しており、そこに被吐
出物質を給送するための配管が行われる。被吐出物質に
圧を加えることにより、被吐出物質は管内を移動する。
そして被吐出物質は導入口からマニホールド３の内部に
導入される。

【００１９】吐出部２は、本体部分の先端に配置される
（言い換えると、本体部分の先端部分を構成する）。吐
出部２には、複数の吐出孔が形成されており、その複数
の吐出孔は所定の間隔で直線状に配列している。勿論、
この吐出孔の寸法形状、個数、配列間隔、等は電界吐出
ヘッドによって塗工を行う目的、条件、等に応じて適正
に決定する（設計する）性質ものである。マニホールド
３の内部に導入した被吐出物質は、塗工が行われるとき
には、これら複数の吐出孔から吐出する。

【００２０】マニホールド３は、導入部１より導入した
被吐出物質を一時貯蔵し吐出部２に導く通路となる。そ
の通路は、図１においては、簡略化して示してある。実
際の通路は、吐出部２に形成された複数の吐出孔のすべ
てにおいて所定の吐出量が得られ、不均衡とならないよ
うな形状を有する。

【００２１】電極４は、マニホールド３の内部に配置さ
れ、直線状に配列する吐出部２の配列方向に直線状に延
びる形状を有する。図１に示す一例においては、電極４
は長方形の板電極であり、その板電極の中央付近からリ
ード端子が本体部分の外側に現れる構造となっている。
電界吐出ヘッドにおける電界を生成するための給電は、
そのリード端子から行われる。

【００２２】また電極４は、マニホールド３の内部にお
ける吐出孔２の入口の直近に配置する。吐出孔２から離
れて配置する場合と比較し、できるだけ吐出孔２の近く
に配置することにより被吐出物質の吐出状態が安定する
（図３、図４参照）。

【００２３】加圧部５は、マニホールド３の内部に導入
した被吐出物質を加圧する。導入部１から導入した被吐
出物質の上面は供給量と吐出量との均衡でマニホールド
３の内部において上下に移動する。通常、その上下の移
動範囲は、電極４の上辺部分よりも上方かつ加圧部５よ
りも下方の範囲にあるように制御が行われる。図１に示
す一例において加圧部５には圧縮空気が導入される。そ
の圧縮空気によって被吐出物質の上面は加圧される。こ
の圧縮空気の圧力を制御することによって、吐出量を制
御することができる。

【００２４】電界吐出ヘッドの上述の構成において、す
くなくとも吐出部２は電極４に対して電気的に絶縁され
ている。さらに吐出部２だけでなくマニホールド３も電
極４に対して電気的に絶縁すると好適である。ここで電
気的に絶縁されているとは、すなわちその定義は、静的
な状態において電流（直流電流）が流れないことを意味
する。動的な状態において電流（変位電流）が流れる状
態であっても、上記の定義が満たされれば、ここでは電
気的に絶縁されているものと見なされる。

【００２５】この電気的に絶縁されている状態を実現す
るためには、たとえば、電極４とマニホールド３との間
に電気的な絶縁体を介在させればよい。しかし、吐出部
２とマニホールド３を電気絶縁材料によって形成すれ
ば、生成される電界はほとんど電極の特性や形状によっ
て決定するからより好適である。その材料としては、た
とえば、プラスチックやセラミック系の材料を適用する
ことができる。

【００２６】被吐出物質については詳細を後述するが、
被吐出物質は電気的には完全な絶縁性を有するものでも
なく金属のような良好な電導性を有するものでもない。
本発明においては、電界吐出ヘッドにおいては、電極４
が被吐出物質に接触する部位において電極４から被吐出
物質へ電流の流出が可能なように構成する。その一方
で、被吐出物質を媒体とする電流の廻り込み、漏洩を防
ぐ必要がある。そのため、吐出部２とマニホールド３と
が電導性を有する材料である場合において、電極４に対
する電気的な絶縁を得るためには、すくなくとも吐出部
２、好適には吐出部２とマニホールド３の内面に対して
絶縁性の被覆を行うことが必要とされる。

【００２７】次に、電界吐出制御装置について説明す
る。電界吐出塗工装置の構成をブロック図として図２に
示してあるが、電界吐出制御装置の構成は、その図２の
２０に示してある。図２の２０において、２０は電界吐
出装置、２１は電界設定手段、２２は圧力入力手段、２
３は同期入力手段、２４は電力生成手段、２５はモニタ
ーである。電界吐出制御装置２０は電界吐出ヘッドに制
御された電力を供給する装置である。

【００２８】電界設定手段２１は、発生する電界の形態
を設定する入力に基づいて設定電界（データ）を生成す
る。発生する電界の形態としては直流も交流も含まれ
る。また交流波形としては、正弦波、三角波、矩形波、
パルス、その他の波形が含まれ特に制限はない。ここ
で、矩形波とは所定のパルス幅、所定の周期を有するパ
ルス列のことであり、パルスとは定常状態から振幅が遷
移し有限の時間だけ持続して元の状態に戻る波形のこと
である。発生する電界の形態の設定項目には、上記の波
形の種類だけでなく、周波数、振幅値、開始条件、終了
条件、等が含まれる。また開始から終了までの間におい
て、時刻の経過とともに周波数、振幅値、波形の種類、
等を所定のパターンで変化させるように設定することが
できる。

【００２９】このような発生する電界の形態は、プリセ
ットデータとして複数を記憶装置に記憶しておく。そし
て、複数のプリセットデータの内から塗工条件に適合す
るプリセットデータを選択することにより設定が行われ
る。この選択は、オペレータの操作によって行うモード
と、または外部から指示データを入力して行うモードの
いずれかによって行われる。電界設定手段２１は、その
入力に基づいて設定電界（データ）を生成する。

【００３０】圧力入力手段２２は、加圧部５がマニホー
ルド３の内部に導入された被吐出物質に加える圧力を入
力する。この圧力は、電界吐出制御装置２０において、
電界生成手段２４が設定電界を生成するときに参照する
データとして使用される。

【００３１】同期入力手段２３は、電界吐出ヘッドにお
ける吐出位置と被塗工物体における塗工位置との同期を
得るための信号を含む同期信号を入力する。電界吐出ヘ
ッドには吐出孔が直線状に一次元の配列をしており、２
次元の表面に対して塗工を行う場合には、電界吐出ヘッ
ドによって被塗工物体を走査する必要がある。その走査
において相対的な移動が行われるわけであるが、その移
動は、勿論、電界吐出ヘッドと被塗工物体のいずれが移
動してもよく、また両方が移動してもよい。この走査に
おいて、同期入力手段２３は、吐出を開始する位置の信
号、吐出を終了する位置の信号、走査速度の信号、等を
同期信号として入力する。

【００３２】電力生成手段２４は前述の設定電界（デー
タ）と同期信号に基づいて所定の形態の電力を生成す
る。電力生成手段２４は、基本的には、設定電界によっ
て決められる電界の形態そのままを電力として生成する
のではあるが、そのとき同期信号に基づいて同期をと
る。たとえば、吐出を開始するとき、吐出の途中、吐出
を終了するときには、それらに適合する電力の制御が行
われる。

【００３３】また、電界生成手段２４は、塗工条件に適
合するように発生する電界の形態を変更する機能を有す
る。たとえば、電界吐出ヘッドから吐出される被吐出物
質の吐出量は、マニホールド３の内部の圧力によって決
まる。しかし、それだけによって決まるのではなく、詳
細は後述するが、吐出量は設定電界の影響を受ける。し
たがって、たとえば、プリセットデータのパラメータの
一つである振幅値を塗工条件のパラメータの一つである
マニホールド３の内部圧力に適合するように変更する。

【００３４】モニター２５は電力生成手段２４が出力す
る電力の波形を表示する。また、電界設定手段２１の設
定電界の表示、圧力入力手段２２が入力する圧力の表
示、同期入力手段２３は入力する同期信号の表示、等を
行う。これらの表示は、オペレータが電界吐出制御装置
２０を操作したり、その状態を確認するために利用され
る。

【００３５】上述の構成において、次に、電界吐出制御
装置２０の動作について説明する。まず、電界吐出制御
装置２０の動作の一例（その１）として連続塗工の場合
を説明する。電界設定手段２１において、電圧振幅Ｖ
_p-pが１ｋＶ、周波数Ｆが１ｋＨｚの矩形波が設定され
その設定電界が生成される。電力生成手段２４はその設
定電界を入力する。一方、同期入力手段２２は電界吐出
ヘッドによる被塗工物体の走査における同期信号を入力
し続けている。電界生成手段２４はその同期信号も入力
する。

【００３６】吐出を開始する走査タイミングに合わせ
て、またはその少し前において電界生成手段２４は前述
の設定電界に基づく電力（電圧波形）を生成し電界吐出
ヘッドに供給する。吐出の途中においては、電界生成手
段２４はその電力を維持する。そして、吐出を終了する
走査タイミングに合わせて、またはその少し後において
電界生成手段２４は電界吐出ヘッドへの電力の供給を停
止する。

【００３７】上述のような連続塗工において、吐出孔と
被塗工物体との間隙の許容範囲が広く、吐出孔の孔径に
対する広がりを小さくすることができる条件について説
明する。電界の形態としては、正弦波や三角波よりも矩
形波が適している。その理由としては、正確なところは
明らかでないが、矩形が高調波成分を多く含むことと関
係があるものと推察される。

【００３８】また、その矩形波は電圧振幅Ｖ_p-pが１０
０Ｖ〜１０ｋＶ、周波数Ｆが１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲
であると適正である。吐出の安定性や電圧制御の容易さ
からは、１から７ｋＶの範囲であるとさらに好適であ
る。また、被吐出物質の粘度や材料組成にもよるが、電
気伝導率が異なると最適な周波数も変化する。多くの場
合においては、電気伝導率の上昇につれて最適な周波数
は高くなる。周波数が低いと、電極への析出等が発生し
易く好ましくない。また、周波数が高いと、電源の性能
上制御が困難となるという問題もある。好ましい周波数
の範囲は１Ｈｚ〜１０ｋＨｚである。吐出の連続性と電
圧制御の観点からは、１００Ｈｚ〜４ｋＨｚであること
がさらに好適である。

【００３９】また、交流に限らず直流を適用することが
できる。直流の場合には、１００Ｖ〜１０ｋＶの範囲で
あると適正である。直流の場合において極性は、いずれ
であっても、特に問題はない。

【００４０】次に、電界吐出制御装置２０の動作の一例
（その２）として間欠塗工の場合を説明する。電界設定
手段２１において、電圧の絶対値Ｖａが１ｋＶ、外部同
期発振の１ｍｓｅｃ幅のパルスが設定されその設定電界
が生成される。電力生成手段２４はその設定電界を入力
する。一方、同期入力手段２２は電界吐出ヘッドによる
被塗工物体の走査における同期信号を入力し、圧力入力
手段２２は加圧部５によるマニホールド３の内部の圧力
を入力し続けている。電界生成手段２４はその同期信号
と圧力も入力する。

【００４１】吐出を開始する走査タイミングに合わせて
電界生成手段２４は前述の設定電界に基づく電力（電圧
波形）を生成し電界吐出ヘッドに供給する。その際、電
圧の絶対値Ｖａの１ｋＶは前述の圧力に応じて修正を受
ける。吐出量が設定電界の影響を受けることを前述した
が、電界吐出ヘッドにおいて被吐出物質が吐出するの
は、マニホールド３の内部において被吐出物質に加えら
れる圧力とともに電界の強度にも関係する。電界吐出ヘ
ッドにおいて、被吐出物質を吐出させるためには所定の
圧力を超える圧力を加える必要がある。この閾値となる
圧力に達しないがそれに近い圧力において所定の電界を
加えると被吐出物質は吐出する。

【００４２】その電界の印加を停止すると、そのときの
条件によって吐出し続ける場合と吐出が停止する場合と
があるが、ここでは（この一例では）停止するものとす
る。その場合において、設定電界がパルスであるから、
パルスに対応して間欠的に被吐出物質が吐出することと
なる。これにより、間欠塗工を行うことができる。この
ような吐出動作を行わせるときの電界は、圧力と同様で
あって、閾値となる電界を超える電界を加える必要があ
る。電界生成手段２４における電圧の絶対値Ｖａの圧力
に応じた修正は、この閾値となる電界に対して、それを
超える適正な電界を加えるような電力を生成するように
行われる。

【００４３】吐出の途中においては、間欠吐出を行う走
査タイミングに合わせて電界生成手段２４は前述の設定
電界と圧力に基づく電力を生成し電界吐出ヘッドに供給
する。そして、吐出を終了する走査タイミングに合わせ
て電界生成手段２４は電界吐出ヘッドへの電力の供給を
停止する。

【００４４】上述のように、電圧の絶対値Ｖａが閾値電
圧Ｖｔ以上の場合に吐出が生じることを利用し、電圧強
度で吐出量を制御することができる。この連続塗工にお
いて、吐出孔と被塗工物体との間隙の許容範囲が広く、
吐出孔の孔径に対する広がりを小さくすることができる
条件について説明する。閾値電圧Ｖｔの大きさは被吐出
物質や電極配置にもよるが、１００Ｖ〜３ｋＶの範囲と
すると適正である。吐出電圧は連続吐出の場合と同様１
００〜１０ｋＶであること適正であり、１〜７ｋＶの範
囲にあるとさらに好適である。

【００４５】次に、電界吐出塗工装置について説明す
る。電界吐出塗工装置の構成をブロック図として図２に
示す。図２において、２０は電界吐出装置、２１は電界
設定手段、２２は圧力入力手段、２３は同期入力手段、
２４は電力生成手段、２５はモニター、３１ａ，３１
ｂ，３１ｃ，３１ｄは電界吐出ヘッド、３２は直線移動
機構、３３は供給手段、３４は加圧吐出制御手段であ
る。電界吐出塗工装置を構成する部分の内、電界吐出ヘ
ッド３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと電界吐出制御装
置２０については上述の説明と重複するからここでは説
明を省略する。

【００４６】電界吐出ヘッド３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，
３１ｄは、直線移動機構３２の支持体に取り付けられて
いる。図２においてこの部分は上面図となっており、電
界吐出ヘッド３１ａ，３１ｃは支持体の一方の側面に設
けられ、電界吐出ヘッド３１ｂ，３１ｄは支持体の他方
の側面に設けられている。電界吐出ヘッドの側面におい
ては吐出孔を形成することは不可能である。このよう
に、一つ置きに電界吐出ヘッドを設けることで、一台の
電界吐出ヘッドでは実現できない全長を有する吐出孔の
配列を実現する。

【００４７】直線移動機構３２は、支持体と、その支持
体の長手方向に対して直角方向に支持体の移動を案内す
るリニアガイド（図示せず）と、その支持体を移動する
駆動部（図示せず）とを有する。駆動部には、原点から
の移動距離、移動速度、等を制御する制御装置が含まれ
ている。この駆動部の制御装置は塗工時において支持体
を移動する制御を行うとともに、支持体の位置や移動速
度に関する信号を出力する。この信号は、前述の同期入
力手段２３が入力する同期信号である。

【００４８】図２には示してないが、直線移動機構３２
の下には板形状の被塗工物体を載せる平坦なステージが
設けられている。そのステージは、被塗工物体の位置決
めと固定とを行う構成を有している。位置決めは、たと
えば、板形状の被塗工物体をその辺において当接させ位
置を決める当て機構が適用される。また固定は、たとえ
ば、板形状の被塗工物体の背面を真空にしてステージに
吸着固定する真空吸引機構が適用される。また、電界ヘ
ッドの吐出部に対向するそのステージの位置、またはそ
のステージの全面には接地側電極が配置されている。

【００４９】供給手段３３は被吐出物質を電界吐出ヘッ
ド３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの導入部に供給す
る。通常、被吐出物質にはその製造過程において空気の
泡を抱き込むため細かな泡は抜けきらないで残ってい
る。供給手段３３にはその空気の泡を抜きとる脱泡装置
が含まれている。また、供給手段３３にはポンプが含ま
れており、脱泡が行われた被吐出物質はそのポンプによ
り配管を通じて電界吐出ヘッド３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３１ｄの導入部に供給される。

【００５０】加圧吐出制御手段３４は電界吐出ヘッド３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの加圧部５を操作して導
入部に供給した被吐出物質を吐出部から吐出させる。す
なわち、マニホールド３の内部に圧縮空気を送り込み被
吐出物質を加圧して吐出させ、また、圧縮空気を逃がし
て被吐出物質の加圧を解き吐出を停止させる。また、加
圧吐出制御手段３４は、マニホールド３の内部の空気圧
を圧力信号として出力する。この圧力信号は前述の圧力
入力手段２２によって入力される圧力に相当する。

【００５１】電界吐出塗工装置の上述の構成において、
次に、電界吐出塗工装置の動作の一例を説明する。ま
ず、隔壁が形成されているプラズマディスプレイパネル
の基板（被塗工物体）に蛍光体を連続塗工する場合を説
明する。基板としては、通常は、ガラス基板が用いられ
る。そのガラス基板に、ガラス材料を主成分とする隔壁
が形成されている。隔壁は、たとえば幅５０μｍ、高さ
１５０μｍ、ピッチ３００μｍの寸法を有し、ガラス基
板の表面に平行に複数（多数）形成される。

【００５２】この塗工における被吐出物質は蛍光体を組
成に含むインキ（蛍光体インキ）である。隣接する隔壁
間にその蛍光体インキを塗工し、乾燥（焼成）して隔壁
間に蛍光体層を形成する。通常、蛍光体は発光色がＲ，
Ｇ，Ｂの三色のものが使用される。ここでは、三回の塗
工を行って順番にそれらの発光色の蛍光体層を形成す
る。隔壁のピッチが３００μｍとすると、特定色の蛍光
体層のピッチは９００μｍである。したがって、電界吐
出ヘッドの吐出孔の配列ピッチは９００μｍｍとする。

【００５３】あらかじめ、隔壁が形成されているプラズ
マディスプレイパネルの基板を電界吐出塗工装置のステ
ージに載せ、位置合わせを行って、真空吸着し固定す
る。電界吐出ヘッドの吐出部の先端とその基板との間に
は所定の間隙が確保される。また、蛍光体インキを供給
手段３３によって配管を通じて電界吐出ヘッドの導入部
１に供給する。蛍光体インキは、マニホールド３の内部
に導入され、電極４と加圧部５との間に蛍光体インキの
上面が達したところでインキ供給手段による供給を停止
する。また、電界吐出塗工装置の移動機構の支持体を原
点位置に復帰させておく。この原点位置は、塗工すべき
位置よりも、支持体の移動方向に対して少し手前の位置
となっている。

【００５４】次に、塗工開始指示入力に基づいて、電界
吐出塗工装置の移動機構が動作し、電界吐出ヘッドを取
り付けた支持体の移動を開始する。塗工すべき位置の直
前まで移動したところで、加圧吐出制御手段３４は圧縮
空気を加圧部５に供給しマニホールド３の内部を加圧す
る。このとき、マニホールド３の内部の圧力は、蛍光体
インキを吐出部２から吐出させる圧力である。この加圧
と同時に電界吐出制御装置２０はあらかじめ設定されて
いる設定電界に基づいて電力を出力する（前述の電界吐
出制御装置２０の説明を参照）。その電力は電界吐出ヘ
ッドの電極４に供給される。

【００５５】電界吐出ヘッドは蛍光体インキを吐出し、
蛍光体インキは隔壁と隔壁の間に流れ落ち、塗工が行わ
れる。電界吐出ヘッドと隔壁が形成されているプラズマ
ディスプレイパネルの基板とは相対的な移動を行ってい
るから、隔壁と隔壁の間を満たすようにストライプ状の
塗膜が形成される。このとき、電界の効果により、吐出
孔と被塗工物体との間隙の許容範囲が広く、吐出孔の孔
径に対する広がりを小さくすることができる。したがっ
て、精度の高い塗工を安定して行うことができる。

【００５６】塗工を終了する位置の直前まで移動したと
ころで、加圧吐出制御手段３４は圧縮空気を加圧部５に
供給するのを停止し、マニホールド３の内部の圧縮空気
を解き放つ。このとき、マニホールド３の内部の圧力は
下がり、蛍光体インキを吐出部２から吐出させない圧力
となる。この減圧と同時に電界吐出制御装置２０か電力
の出力を停止する。したがって、電力は電界吐出ヘッド
の電極４に供給されなくなる。次に、移動停止位置に達
すると、電界吐出塗工装置の移動機構は電界吐出ヘッド
を取り付けた支持体の移動を停止する。

【００５７】上述の塗工のように、３００μｍ程度の極
めて狭い領域に正確にストライプ状の塗工を行う場合に
適正となる塗工装置の形態について、図３、図４を参照
しながら、より詳細を説明する。電界吐出ヘッドの断面
形状とともに被塗工物体の配置を図３に示す。図３にお
いて、２は吐出部、３はマニホールド、４ａ，４ｂは電
極、４１は吐出孔、４２は被塗工物体、４３は被塗工物
体である。また、Ｇは吐出部２と被塗工物体４２との間
隙を示し、Ｐは電極４ａ，４ｂの位置を示している。被
吐出物質はマニホールド３の内部から吐出孔４１を通過
して空中に吐出し被塗工物体４２に転移することで塗工
が行われる。

【００５８】図３に示すように、電極４ａはマニホール
ドの内部における吐出孔４１の入口の直近に配置した電
極を示している。電極４ｂは距離を置いて配置した電極
を示している。前述のように、電界吐出ヘッドにおい
て、電極はマニホールド３の内部における吐出孔４１の
入口の直近に配置する。すなわち、図３における電極４
ａの位置に配置する。これにより、吐出孔と被塗工物体
との間隙Ｇの大きさについて許容範囲が広く、また被吐
出物質の吐出状態が安定する。このとき、その間隙Ｇの
大きさは、３００μｍ以上とする。これにより、被吐出
物質の吐出状態が安定する。

【００５９】また、電界吐出制御装置において発生する
電界の形態は矩形波とする。その矩形波は、積分した場
合に直流分を含まない交流波形であるようにする。そし
て、その矩形波は電圧振幅Ｖ_p-pが１００Ｖ〜１０ｋ
Ｖ、周波数Ｆが１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの矩形波であるよ
うにする。これにより、被吐出物質の吐出状態の安定性
は、特に顕著である。

【００６０】この数値は経験または実験により得られる
数値である。電界塗工装置の形態と吐出安定性に関する
実験データの一例を図４に示す。図４において、横軸は
吐出孔と被塗工物体との間隙Ｇの値であり、縦軸は矩形
波の周波数Ｆを示している。電極の位置Ｐについて０ｍ
ｍ、７ｍｍの２つの場合について、被吐出物質の吐出状
態の安定性が得られる境界値（点）とそれを結ぶ境界域
（線）が曲線で示されている。境界域において周波数Ｆ
の低い方の側、および境界域において間隙Ｇの大きい方
の側が、吐出物質の吐出状態が安定する領域である。

【００６１】図４に示す一例においては、電極の位置Ｐ
は７ｍｍよりも０ｍｍの方が安定する領域が広い。間隙
Ｇは３００μｍ付近で極大値をとり、４００μｍ付近で
極小値をとるが、概ね３００μｍ以上であれば安定する
領域が広い。

【００６２】次に、被吐出物質について説明する。被吐
出物質は動作温度で液状であり伝導性を有する物質であ
る。好ましくは、粘度が１０００〜１００００００ｃｐ
ｓの範囲にあり、電気伝導率が１０^-10〜１０^-4Ω^-1ｃ
ｍ^-1の範囲にある物質である。被吐出物質の組成は、基
本的には、有機または無機液体とバインダーと用途に応
じて決まるパターニングしたい成分（目的物質）とから
構成する。また、その組成に、必要に応じて、分散剤、
消泡剤、揺変剤、等の各種添加剤を混合する。

【００６３】被吐出物質に用いることができる液体とし
ては、たとえば、無機液体としては、水、ＣＯＣｌ₂、
ＨＢｒ、ＨＮＯ₃、Ｈ₃ＰＯ₄、Ｈ₂ＳＯ₄、ＳＯＣｌ₂、Ｓ
Ｏ₂Ｃｌ₂、ＦＳＯ₃Ｈ、等が挙げられる。

【００６４】有機液体としては、メタノール、ｎ−プロ
パノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−メ
チル−１−プロパノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、４−
メチル−２−ペンタノール、ベンジルアルコール、α−
テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン、ジ
エチレングリコール、トリエチレングリコール、等のア
ルコール類；フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾ
ール、ｐ−クレゾール、等のフェノール類；ジオキサ
ン、フルフラール、エチレングリコールジメチルエーテ
ル、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセル
ソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブ
チルカルビトールアセテート、エピクロロヒドリン、等
のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、２−メ
チル−４−ペンタノン、アセトフェノン、等のケトン
類；ギ酸、酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、等の
脂肪酸類；ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸
エチル、酢酸−ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−３
−メトキシブチル、酢酸−ｎ−ペンチル、プロピオン酸
エチル、乳酸エチル、安息香酸メチル、マロン酸ジエチ
ル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、炭酸ジエチ
ル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、セルソルブアセテ
ート、ブチルカルビトールアセテート、アセト酢酸エチ
ル、シアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、等のエステ
ル類；ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリ
ル、プロピオ二トリル、スクシノ二トリル、バレロニト
リル、ベンゾニトリル、エチルアミン、ジエチルアミ
ン、エチレンジアミン、アニリン、Ｎ−メチルアニリ
ン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、ｏ−トルイジン、ｐ−
トルイジン、ピペリジン、ピリジン、α−ピコリン、
２，６−ルチジン、キノリン、プロピレンジアミン、ホ
ルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、アセ
トアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−メチルプロピ
オンアミド、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル尿素、
Ｎ−メチルピロリドン、等の含窒素化合物類；ジメチル
スルホキシド、スルホラン等の含硫黄化合物類；ベンゼ
ン、ｐ−シメン、ナフタレン、シクロヘキシルベンゼ
ン、シクロヘキサン、等の炭化水素類；１，１−ジクロ
ロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリ
クロロエタン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、
１，１，２，２−テトラクロロエタン、ペンタクロロエ
タン、１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−）、テトラ
クロロエチレン、２−クロロブタン、１−クロロ−２−
メチルプロパン、２−クロロ−２−メチルプロパン、ブ
ロモメタン、トリブロモメタン、１−ブロモプロパン、
等のハロゲン化炭化水素類、等が挙げられる。

【００６５】上記の物質の内、室温下で固体のものは、
その融点以上に加熱して液体としてからヘッドに供給す
ればよい。このような方式は、たとえば、ホットメルト
タイプのインクジェット記録方式で一般的なものである
が、記録装置にヒーター部を設ける必要がある点と、ウ
ォーミングアップに時間がかかる点から、速乾性を必要
とするような特殊な用途以外には用いられない。

【００６６】液体の沸点は開口部での目詰まりの程度に
影響するため重要である。好ましい沸点の範囲は１０５
℃〜３００℃であり、さらに好ましくは１８０℃〜２５
０℃である。１５０℃よりも低いと乾燥による目詰まり
が発生しやすく、３００℃よりも他界と記録後の乾燥に
時間がかかり好ましくない。このような高沸点の液体
は、被吐出物質中の全液体５０質量％以上を占めること
が好ましく、７０質量％以上を占めることがさらに好ま
しい。

【００６７】上述の液体に溶解または分散させる目的物
質は、ノズルで目詰まりを発生するような粗大粒子を除
けば特に制限されない。たとえば、従来公知の有機また
は無機着色顔料、蛍光体、染料、磁性体、光輝性顔料、
マット顔料、導電性物質、セラミックスおよびその前駆
体、等が挙げられる。

【００６８】上記の目的物質を記録媒体上に強固に接着
させるために、各種バインダーを添加するのが好まし
い。用いられるバインダーとしては、たとえば、エチル
セルロース、等のセルロースおよびその誘導体；アルキ
ッド樹脂；ポリメタクリル酸、等の（メタ）アクリル樹
脂およびその金属塩；ポリＮ−イソプロピルアクリルア
ミド等のポリ（メタ）アクリルアミド樹脂；ポリスチレ
ン等のスチレン系樹脂；飽和、不飽和の各種ポリエステ
ル樹脂；ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；塩
化ビニル・酢酸ビニル共重合体等のビニル系樹脂；ポリ
カーボネート樹脂；エポキシ系樹脂；ポリウレタン系樹
脂；ポリアセタール樹脂；ベンゾグアナミン等のアミド
樹脂；尿素樹脂；メラミン樹脂；ポリビニルアルコール
樹脂、およびそのアニオンカチオン変性；ポリビニルピ
ロリドンおよびその共重合体；ゼラチン、大豆蛋白等の
天然あるいは半合成樹脂等を用いることができる。これ
らの樹脂は、単独としてだけではなく、相溶する範囲で
２種以上をブレンドして用いてもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に係る
電界吐出ヘッドによれば、吐出孔と被塗工物体との間隙
の許容範囲が広く、吐出孔の孔径に対する広がりを小さ
くすることができる電界吐出ヘッドが提供される。ま
た、電極をマニホールドの内部に配置するから、被吐出
物質がその電極との電気的な接触が保持され電界の作用
が安定する。また、本発明の請求項２に係る電界吐出ヘ
ッドによれば、電気絶縁材料によって形成した吐出部と
マニホールドによって電極に対する電気的な絶縁が確保
される。また、本発明の請求項３に係る電界吐出ヘッド
によれば、吐出部に形成した所定の間隔で直線状に配列
する複数の吐出孔に対する電極の作用を均等にすること
ができる。また、本発明の請求項４に係る電界吐出ヘッ
ドによれば、被吐出物質の吐出状態が安定する。また、
本発明の請求項５に係る電界吐出ヘッドによれば、電界
吐出ヘッドが有する加圧部により被吐出物質が加圧され
る。また、本発明の請求項６に係る電界吐出制御装置に
よれば、吐出孔と被塗工物体との間隙の許容範囲が広
く、吐出孔の孔径に対する広がりを小さくすることがで
きる電界吐出制御装置が提供される。また、電界吐出ヘ
ッドにおける吐出位置と被塗工物体における塗工位置と
の同期をとりながら、設定入力に基づいて決められた所
定の形態の電力を電界吐出ヘッドに供給することができ
る。また、本発明の請求項７に係る電界吐出制御装置に
よれば、電界生成手段が生成する電力に加圧部における
圧力を反映することができる。また、本発明の請求項８
に係る電界吐出制御装置によれば、矩形波に含まれる高
周波成分により前述の（請求項５等の）作用効果が顕著
である。また、本発明の請求項９に係る電界吐出制御装
置によれば、被吐出物質の電離が起きないから被吐出物
質に対する制約が小さい。また、前述の作用効果が顕著
である。また、本発明の請求項１０に係る電界吐出制御
装置によれば、前述のい作用効果が特に顕著である。ま
た、本発明の請求項１１に係る電界吐出制御装置によれ
ば、発生する電界の形態をパルスとすることにより間欠
吐出を行うことができる。また、本発明の請求項１２に
係る電界吐出制御装置によれば、吐出孔と被塗工物体と
の間隙の許容範囲が広く、吐出孔の孔径に対する広がり
を小さくすることができる電界塗工装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における電界吐出ヘッドの構成の一例を
示す図である。

【図２】電界吐出塗工装置の構成をブロック図として示
す図である。

【図３】電界吐出ヘッドの断面形状とともに被塗工物体
の配置を示す図である。

【図４】電界塗工装置の形態と吐出安定性に関する実験
データの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 導入部 ２ 吐出部 ３ マニホールド ４ 電極 ５ 加圧部 ２０ 電界吐出装置 ２１ 電界設定手段 ２２ 圧力入力手段 ２３ 同期入力手段 ２４ 電力生成手段 ２５ モニター ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 電界吐出ヘッド ３２ 直線移動機構 ３３ 供給手段 ３４ 加圧吐出制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０５Ｄ 1/04 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０１Ｚ １０１Ｙ Ｆターム(参考） 2C056 EA04 EC07 EC32 EC38 FB01 4D075 AA09 AA35 DA06 4F034 AA04 BA07 BB15 4F035 AA04 BA02 BB03 CD03 4F041 AA02 AB01 BA04 BA13 BA21 BA38

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被吐出物質を導入するための導入部と、
   所定の間隔で直線状に配列する複数の吐出孔を形成した
   吐出部と、前記導入部より導入した前記被吐出物質を一
   時貯蔵し前記吐出部に導く通路となるマニホールドと、
   前記マニホールドの内部に配置した電極（電圧側電極）
   とを有し、すくなくとも前記吐出部は前記電極に対して
   電気的に絶縁されていることを特徴とする電界吐出ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電界吐出ヘッドにおい
   て、すくなくとも前記吐出部は電気絶縁材料によって形
   成することを特徴とする電界吐出ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の電界吐出ヘッド
   において、前記電極は前記直線状に配列する吐出部の配
   列方向に直線状に延びる形状を有することを特徴とする
   電界吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか記載の電界吐出
   ヘッドにおいて、前記電極は前記マニホールドの内部に
   おける前記吐出孔の入口の直近に配置することを特徴と
   する電界吐出ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか記載の電界吐出
   ヘッドにおいて、前記マニホールドの内部の前記被吐出
   物質を加圧する加圧部を有することを特徴とする電界吐
   出ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の電界吐
   出ヘッドに適用する電界吐出制御装置であって、発生す
   る電界の形態を設定する入力に基づいて設定電界を生成
   する電界設定手段と、前記電界吐出ヘッドにおける吐出
   位置と被塗工物体における塗工位置との同期を得るため
   の信号を含む同期信号を入力する同期入力手段と、前記
   設定電界と前記同期信号に基づいて所定の形態の電力を
   生成する電力生成手段と、を有することを特徴とする電
   界吐出制御装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の電界吐出制御装置におい
   て、前記加圧部において前記マニホールドの内部の前記
   被吐出物質を加圧する圧力を入力する圧力入力手段を有
   し、前記電界生成手段は前記圧力に基づいて前記電力を
   生成することを特徴とする電界吐出制御装置。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の電界吐出制御装
   置において、前記発生する電界の形態は、前記電界吐出
   ヘッドにおいて連続吐出を行う場合は、矩形波であるこ
   とを特徴とする電界吐出制御装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の電界吐出制御装置におい
   て、前記矩形波は積分した場合に直流分を含まない交流
   波形であることを特徴とする電界吐出制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項８または９記載の電界吐出制御
    装置において、前記矩形波は電圧振幅Ｖ_p-pが１００Ｖ
    〜１０ｋＶ、周波数Ｆが１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの矩形波で
    あることを特徴とする電界吐出制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項６または７記載の電界吐出制御
    装置において、前記発生する電界の形態は、前記電界吐
    出ヘッドにおいて間欠吐出を行う場合は、パルスである
    ことを特徴とする電界吐出制御装置。
12. 【請求項１２】請求項１〜５のいずれかに記載の電界吐
    出ヘッドと、請求項６〜１１のいずれか記載の電界吐出
    制御装置とを有する電界吐出塗工装置であって、前記被
    吐出物質を前記電界吐出ヘッドの前記導入部に供給する
    供給手段と、前記電界吐出ヘッドの前記加圧部を操作し
    て前記導入部に供給した前記被吐出物質を前記吐出部か
    ら吐出させる加圧吐出制御手段と、前記電界吐出ヘッド
    が吐出する前記被吐出物質の吐出状態を制御する電界吐
    出制御手段と、前記電界吐出手段および／または前記被
    塗工物体を移送するとともに移送状態を示す同期信号を
    出力する移送手段と、前記吐出部に対向する位置に配置
    した接地側電極と、を有することを特徴とする電界吐出
    塗工装置。