JP3410096B2 - 静電噴霧被覆装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、連続した基材を被覆するための装置に関
し、一つの観点においては、基材に被覆材料を静電噴霧
被覆（electrospray coating）するための装置および方
法に関する。

発明の背景 通常、静電噴霧被覆は約10マイクロメータ（μｍ）〜
500μｍの範囲内の液滴を生成する噴霧ヘッドを用いて
行われる。最も一般的な狙いは、厚さ数十から数百μｍ
の均一な被覆を形成することにある。この被覆の場合、
基材上にある液滴の上に別の液滴が乗って凝集し、連続
的な被覆を形成する。

従来の静電噴霧被覆において、液体から液滴が生成す
る際に、電気的なストレス下で液体にストレスのかかっ
ている点から液滴が生成する。静電噴霧被覆法の多く
は、先ず、電気ストレスが最大になっている個々の点か
ら液体フィラメントを生成させる。このように液体フィ
ラメント形式で静電噴霧被覆を行う場合、個々の液体フ
ィラメント内の流量に基づいて更に区分できる。流量が
非常に小さい場合には、静電噴霧モード（electrospray
mode）になる。静電噴霧モードでは、フィラメントが
液体錐（liquid cone）から出現するが、この液体錐が
針等の先端のような固定構造物に付着していると、液体
錐と液体フィラメントは空中に固定される。静電噴霧モ
ードでは、レーリー毛細管あるいはフィラメント破砕が
起こって、フィラメントの先端が破砕して微細なミスト
（霧）状の液滴になると考えられている。フィラメント
への流量が増加してある大きさになると、液体錐の基部
は不透明であっても液体錐の先端は透明度が増してく
る。通常この現象を見ることができるのは、液体錐と液
体フィラメントをカセトメーターを通して観察する等の
光学的な拡大装置を使った場合だけである。この流量
は、調和噴霧モード（harmonic spraying mode）として
知られているフィラメント動作の流量範囲の開始点にな
る。この調和噴霧モードにおいて液体フィラメントの流
量が増加すると、液体フィラメントの直径が大きくなっ
てくる。そして、流量が更に増加するにしたがって液体
錐先端の透明性が無くなり始め、更に流量が増加してく
ると液体フィラメントは非常に長くなり、直径も大きく
なる。液体錐先端の透明性が無くなり始めるこの流量
は、大流量モードの開始点になる。以上をまとめると、
液体フィラメント形式での静電噴霧被覆は、１個の液体
フィラメント内の流量で決まる調和噴霧モードの流量範
囲に比べて、その静電噴霧被覆の流量が小さいか、範囲
内にあるか、大きいかによって区分できる。同一の液体
で、調和噴霧モードになるための実際の流量範囲は、そ
の液体の性質、特に導電性に依存している。被覆用に適
した種々の液体について、導電性は0.1〜1000マイクロ
ジーメンス／メートル（10^-7〜10^-3S/m）の範囲にあ
る。この範囲の導電性を持つ液体で調和噴霧が開始する
のは、導電性が最も高い液体の場合は液体フィラメント
の流量が約0.1〜１ミリリットル／時間（ｍ/hr）に達
したときであるのに対し、導電性が最も低い液体の場合
には液体フィラメントの流量が約10〜100m/hrに達す
るまで調和噴霧は開始しない。

Sample and Bollini（Journal of Colloid and Inter
face Science Vol.41,1972,pp185−193）に調和噴霧に
ついて記載されており、このサイクルの開始時点では電
気的ストレスが付加された液体は先ず細く長く伸びるこ
とが指摘されている。そして次に、液体が錐形になり、
この錐形の先端から液体のフィラメントが成長する。こ
の液体フィラメントが更に細長く伸びて最後には錐形の
基部からちぎれる。この最後の段階で、自由になった液
体フィラメントは表面張力によって液適になり、錐形の
部分は表面張力によって弛緩して元の状態に戻ろうとす
る。しかし、錐形部が弛緩する途中で、負荷されている
電気的ストレスによって調和噴霧の次のサイクルが開始
する。光学的拡大手段を用いて観察すると、錐形部は不
透明な半球状の部分が、部分的に透明な錐形内にあっ
て、フィラメント部分はほぼ同一位置に固定している。
この錐形部に透明部分があるのは、フィラメント部分が
ちぎれた後は液体が弛緩しつつある最中なので、その時
間内はその空間には何も存在していないからである。Sa
mple and Bolliniが示唆しているように、電気的に調和
噴霧が起き始めるときの初期液体量を注意深く制御すれ
ば、液体フィラメントから生成する液滴の寸法をかなり
揃えることができる。調和噴霧が起きる範囲よりも流量
が大きい場合には、液体フィラメントの長さが増加し、
レーリー毛細管（または液体フィラメント）が不安定に
なり始め、フィラメントを粉砕して液滴にするメカニズ
ムと競合する。このような大きい流量では、生成するフ
ィラメントは長く、液滴は大きい。従来の静電微粒化法
（electostatic atomization）で通常用いられている流
量は、調和噴霧モードまたはそれよりも大きい流量モー
ドである。しかし、流量が大きくなり過ぎると、筋状の
液体が生成されるだけである。従来の静電噴霧法におい
ては、液滴の寸法を揃えるために特に注意は払われてい
ない。しかし、電気的ストレスはかなり一定しているの
で、生成する液滴はほとんどの非静電噴霧装置で生成す
るものよりも寸法分布は狭いのが普通である。

従来の静電噴霧ヘッドにおいて流量を調和噴霧モード
より小さくして被覆対象物のスピードは同じにした場
合、被覆厚さが減少し、その結果、十分に小さい流量で
は被覆が均一で無くなる。詳細な実験の結果、電気的調
和噴霧モードあるいは脈動モードで成長する液体フィラ
メントもあるが、それ以外の液体フィラメントは液体錐
から成長して一時的に空間に固定された状態になる。こ
のような液体錐とそのフィラメント部分は一時的に固定
状態にはなるが、フィラメントの先端からはやはり液滴
が生成する。液体フィラメントの内部には液流があり、
ある流量範囲ではフィラメントが不安定になる。そし
て、フィラメントの先端はレーリー毛細管あるいはフィ
ラメントの不安定性のために破砕して液滴になる。この
小さい流量で生成した液体フィラメントとその液滴は、
大流量モードで生成したフィラメントと液滴に比べて直
径が非常に小さい。工業的な被覆用途に適した液体の場
合、この小流量範囲は流体の性質によって典型的にはフ
ィラメント１個当たり約0.1〜100ミリリットル／時間よ
り遅い範囲であり、この小流量モードを静電噴霧モード
と呼んでいる。静電噴霧モードで生成する液適は直径が
均一すなわち寸法分布が狭く、液体の性質と、液体に負
荷される電位と、流量とに応じて１〜50μｍである。大
流量モードで生成される液滴は典型的には直径が50μｍ
を超えるのに対し、静電噴霧モードでは微細なミスト状
のものが生成する。一般に、フィラメントからの静電微
粒化法または静電噴霧法には、静電噴霧モード、調和噴
霧モード、および大流量モードが含まれると定義でき
る。非常に小さい流量を必要とする場合、例えば薄い被
覆を形成する場合には、静電噴霧モードのみが実用的で
ある。

米国特許第2,695,001号（Miller）には静電ブレード
を使用することが記載されており、ブレードの刃のとこ
ろで液体を微粒化することが教示されている。その後、
それと同じ発明者により、ブレードの先端からほぼ均等
な間隔で液体のフィラメントを出現されるようにした装
置の具体的な内容が開示された（Electrostatics and i
ts Applications（1973）pp255−258）。このフィラメ
ントは微細な液滴のミストを生成させるように設計され
ており、ブレードは静電噴霧モードおよび調和モードで
動作する一連のフィラメントを生成させる方法として開
示されている。この開示はあるが、当業者には、これで
生成されるフィラメントは揺動し移動する傾向があるこ
とが直ちに分かる。事実、このフィラメントを空間的に
も時間的にも固定した状態を保つことは非常に難しい。
更に、隣合ったフィラメント同士が移動して離れると微
粒化したミストの量がその部分で減少する。同様に、隣
合ったフィラメント同士が移動して合体すると微粒化し
たミストの量がその部分で一時的に増加する。このミス
トが基材に塗布されると、被覆厚さが増加したり減少し
たりする。

本発明は、例えば数十から数百μｍといった、かなり
厚い被覆を形成するために長年用いられてきた多くの従
来の静電噴霧被覆法とは異なり、静電噴霧被覆法に関す
る。本発明は、所望に応じて不連続または連続の約10分
の１μｍから10分の数μｍの均一な被覆を形成するため
に用いることができる。本発明は静電噴霧範囲で安定し
て作動できる。静電噴霧範囲とは、均一な噴霧の生成さ
せるために１個の液体フィラメントを生成および制御で
きる限定された流量範囲を指す。合計流量は、生成した
各フィラメントの流量を合計したものになる。静電噴霧
範囲は薄い被覆を形成するために用いるミストの生成に
有用である。しかし、被覆を均一にするためにはミスト
が均一でなければならず、それにはフィラメントが空間
的にも時間的にも固定されている必要がある。最近の特
許技術の多くが、この基準に合致させようとした噴霧ヘ
ッドの開発を目指したものである。最近の特許技術で
は、一定個数の針あるいは歯のような点から噴霧を発生
させることで、フィラメントの個数を固定しようとして
いる。例えば米国特許第4,748,043号（Seaver et al.）
には、静電噴霧被覆法において、一連の針を低密度で設
けることにより、非常に薄い被覆を被覆するために必要
な一連のフィラメントを生成させることが開示されてい
る。米国特許第4,846,407号（Coffee et al.）には、鋭
く尖らせた一連の突起をブレードに沿って配置すること
により、フィラメントが移動する問題を解決することが
開示されている。米国特許第4,788,016号（Colclough e
t al.）には、歯を持つ非導電性のブレードが開示され
ており、米国特許第4,749,125号（Escallon et al.）に
は歯状の構造を持つシムが鈍いものから鋭いものまで開
示されている。確かにこれらの装置はフィラメントの個
数を固定はするが、被覆ヘッドの機械的な変更なしに被
覆できる範囲が非常に限られている。更に、固定した点
を備えて作製した装置は、ある電圧において、一点で多
数のフィラメントが発生した隣接点で１個のフィラメン
トが発生したときにミストが均一でなくなることがあ
る。

発明の概要 本発明は、静電噴霧被覆方法において用いるための静
電噴霧被覆ヘッド構造体を提供する。簡単に要約する
と、この被覆ヘッド構造体は、下部成形手段に液体を供
給する計量部、該下部成形手段から延びている該液体の
フィラメントの個数および位置を該下部成形手段を取り
囲んでいる該液体の表面に負荷された電位の大きさに依
存して変え得るように、該下部成形手段の周囲に、計量
された液体の単一の連続的でほぼ一定な曲率半径を生成
する下部成形手段を含んで成る。特定の電位において、
液体フィラメントが空間的かつ時間的に固定されること
によって、高電荷の液滴の均一なミストの生成が可能に
なる。

本発明はまた、静電噴霧被覆方法において被覆材料と
して塗布されつつあ液体の均一な供給を可変制御する方
法をも提供する。簡単に要約すると、この方法は、下部
成形手段に液体を供給する計量部を設ける工程と、下部
成形手段から延びている液体フィラメントの個数および
位置が下部成形手段を取り巻く液体の表面に負荷される
電位の大きさに依存して可変となるように、該下部成形
手段を取り巻く単一の連続的でほぼ一定の曲率半径を生
成するための下部成形手段を位置決めする工程と、特定
な電位により所望個数および所望位置のフィラメントが
生成されるように上記液体表面に負荷された電位を調節
する工程とを含んで成る。特定な電位において、液体フ
ィラメントが空間的かつ時間的に固定されることによ
り、高電荷の液滴の均一なミストの生成が可能になる。
最後に、上記方法は、ミストの流れを可動基材上の選択
された堆積箇所に導く工程を更に含む。

図面の簡単な説明 以下に、添付図面を参照して本発明を更に説明する。

図１は、液体カーテンと、下部成形手段を取り巻く液
体の均一な局所的曲率半径とを生成するための計量手段
を含む噴霧ヘッドアセンブリの端部断面図である。

図２は、下部成形手段上に延びてこれを取り巻いてい
る液体の斜視図である。

図３は、液体カーテンと、下部成形手段を取り巻く液
体の連続的で一定の曲率半径とを生成するための計量手
段を含む噴霧ヘッドアセンブリの端部断面図である。

図４は、図１に示したものと同様の噴霧ヘッドアセン
ブリが基材上に液滴の微細なミストを静電噴霧している
状態を示す側面図である。

図５は、液体を受けとめる第１部分と連続的で一定の
曲率半径を生成する第２部分とを有する下部成形手段の
拡大断面図である。

図６は、噴霧ヘッドアセンブリの解析用実験装置の模
式的配置図である。

図７は、メートル当たりのフィラメント個数と負荷電
圧の関数との比例関係を示すデータのグラフである。

図８は、本発明の静電噴霧を用いて被覆された基材を
生成するための静電噴霧方法の模式的配置図である。

以上の図は、寸法関係は表しておらず、単に説明のた
めのものであり、また図示のものに限定するものでもな
い。

発明の詳細な説明 本発明は、基材に効率良く被覆を塗布するための静電
噴霧方法に関する。静電噴霧は、被覆材料の帯電液滴を
生成し且つこれに作用する電界を用いて材料と塗布を制
御しようとするものではあるが、通常は部品に塗料を噴
霧するような厚い被覆を材料に塗布する形で行われる。
本発明においては、静電噴霧は、構造体からの非常に微
細な液滴の噴霧と、この液滴の均一なミストを電界の作
用により基材上に導くことである。

本発明において言及される被覆には、プライマー、接
着力の弱い裏糊、剥離塗料、潤滑剤、接着剤、その他の
材料として有用な、基材上の選択された材料の膜が含ま
れる。材料の僅か数分子層が必要な場合がある。米国特
許第4,748,043号に、上記被覆を種々の厚さで塗布する
一つの手段が開示されている。本発明は、単一ヘッド構
造で作動したとき得られる１μｍの何分の１から、多数
ヘッド構造で作動したときに得られる数百μｍまでの望
みの被覆厚さに、基材上に被覆を正確且つ均一に塗布す
る非接触の方法を提供する。本発明の目的の一つは、材
料のミストを生成させること、そしてこのミストを基材
上に均一な状態で制御塗布すること、それにより基材上
に制御された材料膜の被覆を行うことである。更に詳し
くは、本発明の目的の一つは、均一な被覆を行うために
一連の液体フィラメントを空間的かつ時間的に固定され
た状態に生成かつ保持する静電噴霧被覆ヘッドを創造す
ることである。本発明のもう一つの目的は、機械的な寸
法および部品の変更をすることなく、ミスト生成に必要
なフィラメントの個数および位置を変更することによ
り、液滴ミスト密度を変えられる静電噴霧被覆ヘッドを
創造することである。本発明のもう一つの目的は、単純
に負荷電圧を調節することによってフィラメントの個数
および位置を変えられる静電噴霧ヘッドを創造すること
である。

本発明の方法を最適化するためには、静電噴霧される
液体がある種の物理的性質を持つことが望ましい。導電
率は約10^-7〜10^-3ジーメンス／メートルの範囲内である
べきである。導電性が10^-3ジーメンス／メートルより著
しく大きいと、静電噴霧中の液体流量が小さ過ぎて多く
の用途で実用値とはなり得ない。導電性が10^-7ジーメン
ス／メートルよりも著しく小さいと、液体の静電噴霧が
十分に行われない。

静電噴霧（大気中で大気圧の場合）される液体の表面
張力は、約65ミリニュートン／メートルより小さいこと
が望ましく、50ミリニュートン／メートルより大きいこ
とが望ましい。表面張力が大きすぎると、液体錐先端の
大気中でコロナ放電が起きる。これは静電噴霧を制御で
きなくさせ、電気スパークを発生させる可能性もある。
空気以外のガスを用いた場合は、そのガスの破壊強度に
応じて、許容される最大表面張力が変わる。同様に、大
気圧と異なる圧力にして不活性ガスを用いることによ
り、基材に到着するまでの間の液滴の反応を防止するこ
とも可能である。これは静電噴霧発生装置をチャンバ内
に配置することで実現でき、硬化ステーションも同じチ
ャンバ内に配置することもできる。反応性ガスを用い
て、液体フィラメントまたは液滴と所望の反応をさせる
ことができる。

液体の粘性係数は数千ミリパスカル・秒未満でなくて
はならず、数百ミリパスカル・秒であることが望まし
い。粘性係数が大きすぎると、フィラメントが均一な液
滴に破砕しない。

誘電率および導電率は液体の電気的緩和特性を規定す
る。しかし、導電率が広い範囲で調節できるので、誘電
率はそれほど重要ではないと考えられる。

本発明の静電噴霧方法は従来技術に対して多くの利点
を持つ。溶媒をほとんどまたは全く用いずに被覆ができ
るので、大きな乾燥炉もその経費も不要であり、汚染や
環境問題も少ない。実際、本発明は溶媒手段の使用量が
少ないので、乾燥が速く（通常は被覆の硬化処理のみで
よい）、したがって単一の処理ラインで多数の被覆を行
うことが可能である。更に、裏面への透過性がある溶媒
がほとんどまたは全く無いので、多孔質基板の片面被覆
を行うのに有利である。

必要な場合には、添加成分を加えて必要な静電噴霧特
性に調節することができる。例えば、メタノールを加え
ることにより、被覆材料の導電性を上げたり、且つ／ま
たは、粘性係数を小さくしたりすることができる。更
に、反応性物質を溶媒に加えることにより、得られる被
覆に望みの性質を付与することもできる。

図１に示したように、一実施態様の静電噴霧被覆ヘッ
ド構造体10の計量部11が液体13を下部成形手段15に供給
する。下部成形手段15は、第１部分32が液体13を受けと
めるように、かつ、計量された液体13が下部成形手段の
第２部分を取り囲んで曲率半径がほぼ一定の単一の連続
体を生成するように設計されている。これにより、構造
体10の電気的作動中に下部成形手段15の第２部分33から
伸びる液体フィラメントの個数および位置を選択的に変
化可能になる。この変化可能な特徴は、下部成形手段15
を完全に取り囲む液体13の表面に負荷される電位を調節
することにより達成される。また、下部成形手段第２部
分33は、特定の電位において液体フィラメントが空間的
にも時間的にも固定されることにより高電荷の液滴のミ
ストが均一に生成できるように、液体を成形する。下部
成形手段15は種々の形状の複数部材または他の部材の一
部で構成されてもよいが、望ましい下部成形手段は横断
面が円形または非円形のワイヤ状部材で構成される。図
１および図５に示したように、望ましくは、下部成形手
段15は計量部11からの液体13を受けとめるための第１部
分と、連続的な一定の曲率半径を生成するための第２部
分とで構成される。

図１の実施態様においては、計量部11を構成する長い
管16にある液体受容キャビティーがキャビティー壁17に
よって画定されていて、これが液体13を受けとめた後
に、壁21で画定された狭いスロット20内を圧力でこの液
体13を給送する。その後、液体13は計量部の長さ方向に
伸びた外部開口22から出ていく。液体13は、計量部の下
に位置する下部成形手段15に向かって流れる。下部成形
手段15を作製する材質は、導電性、半導電性、絶縁性の
いずれでもよい。下部成形手段をステンレス鋼のような
導電性材料で作製することにより、高圧電源に簡単に接
続できると共に、下部成形手段15を取り囲む液体の表面
に、特に図２の線分Ａ−A'に沿って電荷を容易に配する
ことができるようにすることが望ましい。図１および図
２に示したように、液体13は計量部11からスロット20を
介して小流量で流出することが望ましい。その後、計量
部11と下部成形手段15の第１部分32との間に液体カーテ
ン27が形成される。高圧電源への他の接続を考慮する。
例えば、高圧電源を図１に示した液体供給継手23のよう
な導電性の管継手（フィッティング）に接続してある場
合、液体の導電性も利用して下部成形手段15を取り囲む
液体の表面に電荷が伝達される。

図３に開示された噴霧ヘッド構造体の実施態様におい
ては、計量部11は固定された上部材28と着脱可能で交換
可能な下部材30を備えていて、スロット20および開口22
を変更して噴霧ヘッド構造体をより容易に再構成でき
る。スロット20の等価な構造を考慮することも本発明の
範囲内であり、以下にそれを説明する。

図１に示した計量部11内のスロット20を用いると、下
部成形手段15の第２部分33の長さに沿って均一に液体13
を分布させられる。図４に液滴34で表したように、高電
荷の液滴の均一なミストを生成させるために、下部成形
手段15表面の液体を取り囲んで電位を生成させる。しか
し第一に、下部成形手段15表面の液体に高電圧が負荷さ
れると、電界が生成して図４および図５に示した下部成
形手段の第２部分33で、特に図２および図５の線分Ａ−
A'に沿って液体にストレスがかかる。電圧がゼロまたは
低いときには、不規則な間隔で少数の半球状の液滴が脹
らんで自重で下部成形手段から離れる。しかし、電圧が
高くなると、下部成形手段15の線分Ａ−A'に沿う液体13
が、図４に示したように一連の等間隔の錐形体39にな
る。個々の錐形体39はその先端から液体フィラメント40
が出現している。フィラメントの個数は、負荷電圧を増
加させることによって増加させることができる。静電噴
霧被覆ヘッド構造体10に流入する合計流量を一定にした
とき、電圧を調整することにより、個々のフィラメント
内の流量が静電噴霧範囲内になるように十分なフィラメ
ント40を生成させる。フィラメントを静電噴霧範囲内で
作動させると、フィラメント40の先端が分裂して連続的
な一連の小さい電荷液滴になり、これが電界に導かれ
て、移動する基材43に到達する。

従来、静電噴霧液滴のパターンを滑らかで均一かつ直
線的で真っ直ぐな表面に制御する試みが行われたが、望
ましくないフィラメントの生成を防止することも、フィ
ラメントの移動や揺動を防止することも成功しなかっ
た。液体表面が滑らかな一連のフィラメントを生成する
のに電界を用いたときの物理的メカニズムは良く分かっ
ていない。しかしながら、Mitterauer（1987）IEEE Tra
nsactions on Plasma Science,Vol.PS−15,pp.593−598
は、スロットから半柱状に出現している液体は、その柱
状体の軸に沿って液体に何らかの動揺が起きると不安定
になることを記載している。この現象は静電噴霧装置で
観察されるのだが、残念ながら実際にはフィラメントの
移動も起きる。例えば、図１と同様ではあるが成形手段
15は備えていない導電性の計量手段11を作製した。液体
13をスロット20の出口まで押すと、スロット20の出口に
釣り下がった液体の柱状体が形成された。この釣り下が
った液体柱の表面に電気的にストレスを負荷すると、こ
の液体柱に沿ってほぼ等間隔に一連のフィラメントが生
成した。しかし、このフィラメントは常時ふらふらと動
いていた。液体の流量を調節したり、計量手段11にサン
ドペーパーをかけたり、また壁21で規定されるスロット
寸法を変えたりすると、一時的には液体フィラメントの
動きが停止するようなこともあったが、数十秒の内には
１個あるいはそれ以上のフィラメントが元の位置から移
動し始めた。液体柱のいずれかの側部で液体が計量手段
11と接するラインを接触ラインと呼ぶ。上記の実験中、
この接触ライン上の種々の箇所に沿って液体が非常に僅
か移動するのが時々観察された。時によって、液体が接
触ラインに沿って一点に入り込み前進する接触角ができ
たが、また別の時には、液体がこの点から後退して後退
接触角ができた。しかし、濡れの動的メカニズムを解析
した結果、後退と前進の接触角は異なることが分かっ
た。したがって、構造物に接触する液体の局所的な角度
は接触ラインに沿って変化し、その結果、スロット等の
構造を持つ液体出現部に接触している液体柱に沿って局
所的な曲率半径は変化する、という結論に達した。この
発見をMitterauerの理論に適用すると、なぜフィラメン
トが時により常時移動するのかが説明されるように思わ
れる。すなわち、半径が局所的に変わると、生成するフ
ィラメントの分離が液体柱に沿っても変わる。フィラメ
ントからの流れが一旦できあがると、その局所的な領域
から引き抜かれる液体が増えて、隣接する領域の液体が
少なくなる。このように液体が少なくなると、局所的な
動的接触角が後退する。この後退接触角は隣接する曲率
半径に影響を及ぼす。局所的な流れと隣接する（局所的
な）動的接触角との相互作用が、隣接する（局所的な）
曲率半径に影響を及ぼし、フィラメント40のようなフィ
ラメントの移動が起きてしまう。

もう一つの例として、ブレード状の構造の液体出現部
もほぼ同様の挙動をする。液体がブレードの両面を流れ
下るとすると、シート状の液体は両面の流路のどちら側
でも不安定になる可能性がある。この液体シートの不安
定性は海岸に打ち寄せる波の不安定性と似ている。ブレ
ードに沿った波の表面が変化すると、ブレード先端での
液体の曲率半径が変化する。ブレード先端での液体の曲
率半径がフィラメント同士の分離を左右するので、曲率
半径の変化によってフィラメント同士の分離が新たに起
きる。その結果、液体シートの不安定性がブレード先端
に到達すると、単位長さ当たりのフィラメント個数が変
わる。一方、ブレードの一方の面のみに液体を流れ下る
ようにすると、液体がブレード先端を包み込んでブレー
ドの他方の面に接触ラインが形成される。この状況の場
合、シートの不安定性と局所的な接触角の両方が局所的
な液体曲率半径に影響する。すなわち上記の知見によれ
ば、スロット装置やブレード装置それ自体はフィラメン
トを空間的かつ時間的に固定するために用いることはで
きない。

上記の開示より前には、スロットやブレードまたはそ
の他の構造の液体出現部でのフィラメントの移動の原因
になる技術的な理由について、全く認識されていなかっ
た。このことは、幾つかの点において、余分なフィラメ
ントの発生を減少させるために毛細管や個別の歯を用い
るといったような、フィラメント制御の問題を解決する
他の試みの欠点となっている。歯状部を用いた方法で
は、噴霧ヘッドの長さに沿って生成するフィラメントの
個数が１歯当たり１個に固定される。歯を用いた場合の
もう一つの問題は、所定電圧を超えて負荷電圧が増加す
ると、それにつれて突起点でのフィラメント生成個数が
増加することである。したがって、歯を用いた場合に
は、歯の鋭利さに伴って関係する電界が劇的に増加す
る。どの歯も同じ曲率半径になるように注意深く制御し
て作製しないと、ある電圧のときに、ある歯では多数の
フィラメントが生成するが、その隣の歯ではフィラメン
トが１個だけ生成する、ということもあり得る。これで
は、自然発生する不安定を安定化し、滑らかな液体出現
面に沿ってフィラメントが移動してしまうのを防止する
という本発明の本質から更にかけ離れた状況である。こ
の安定化によって液体フィラメントが均一に分布し、そ
れにより静電噴霧被覆が均一に塗布される。その上、歯
を用いると、液体出現面の単位長さに存在し得るフィラ
メントの個数が著しく制限される。これに対し、本発明
においては、負荷電圧を用いて所望被覆のニーズに合う
ようにフィラメント個数を迅速かつ簡単に変えることが
できる。

本発明は、液体曲率半径を安定化すること、そしてそ
れにより個々のフィラメントの時間的な位置を安定化す
ることに成功した。図１〜６および図８に示した構造の
考え方を用いることにより、システム内で生ずる濡れ線
の不安定性等の液体の動揺に対して、局所的な液体曲率
半径が独立している。

図５は、液体13で薄く被覆されている下部成形手段15
の断面図である。この場合、第２部分33における液体の
局所的曲率半径はワイヤ半径r'に液体13の厚さr'を加え
たものである。計量部から出てくる液体13はまだ内部が
動揺しているが、厚さr"の薄い液体層を伴う下部成形手
段15の第２部分33は、液体の局所的な曲率半径を規定し
ている。本質的に、下部成形手段15が薄い液体の動揺を
抑制し、図２に良く示されている望ましい最大電気スト
レスを示す線分Ａ−A'での液体曲率半径をほぼ一定に保
っている。

図１に示した本発明の実施態様の構造を用いて、プラ
スチック製の管状計量部11の底部に沿ってスロット20を
切り込んだ。下部成形手段15は、スロットの下方に懸架
されたワイヤで構成した。このワイヤの近くにそれとほ
ぼ同一の水平面に抽出ロッド54を懸架した。スロット20
は長さ110ミリメートル（mm）、幅0.610mm、高さ10.15m
mであった。ワイヤは直径1.06mmで、基準水平面の上方1
05mmの位置にした。抽出ロッド54は、それぞれ直径16mm
で、ワイヤの両側に50mmの間隔を置いて配置した。この
機械的構造を持つ静電噴霧被覆ヘッド構造体10の場合、
スロット20の下端22と下部成形手段15との距離は約1mm
であった。これにより、下部成形手段15を液体13で容易
に均一に濡らすことができた。約10,000Vの開始電圧
で、図４に示したように生成した液体フィラメント40の
個数が変わり移動するのが認められた。しかし、負荷電
圧を更に5,000V増加させると、フィラメントは安定化
し、空間に等間隔に固定された。次に電圧を15,000Vか
ら19,000Vに増加させると、メートル当たりのフィラメ
ントの個数が262個から459個に安定して増加した。この
ことから、単位長さ当たりのフィラメント個数が安定し
て制御できること、単位長さ当たりのフィラメント個数
を制御する容易調整方法であることが分かった。下部成
形手段15の単位長さ当たりフィラメント個数は負荷電圧
の調節によって制御することが望ましいが、他の幾つか
の条件である程度は影響され得る。上記他の条件として
は、下部成形手段と抽出ロッド54との距離、下部成形手
段と基材43およびそれ隣接した接地部52との距離、給送
される液体13の粘性、給送される液体13の表面張力、お
よび下部成形手段15取り囲む液体13の流量がある。一般
に、ワイヤに沿って安定なフィラメントを実現するに
は、液の粘性が大きくなるほど、第２部分33の直径を大
きくする必要がある。

静電噴霧被覆ヘッド構造体のもう一つの実施態様にお
いては、図３に示したように、ほぼ三角形で非導電性の
プラスチック製計量部11は、その下方に懸架されたワイ
ヤで構成された導電性の下部成形手段15を持つ。図１お
よび図６に示した抽出ロッド54またはプレート（平坦で
も湾曲していてもよい）のような導電性の構造物の位置
によって、下部成形手段15の周りに電界を生成するよう
にした。図６および図８に示した電源57のような高圧電
源の設定に基づいて、導電性の構造物54は下部成形手段
15に対して電位差を持たせた。導電性抽出ロッド54は下
部成形手段15と平行に配置してよいし、後者との距離を
種々に変えてよいが、後出の実施例１に開示した各部の
寸法用いて、距離を約50mmにするのが実用的である。ロ
ッド54を平行でなく配置すると不均一な皮膜が生成され
ると考えられるが、場合によってはそれが都合良いこと
もあり得る。抽出ロッド54はそれぞれ高圧電源58および
接地68に接続され、図６に示したように選択を不要とす
るために任意にスイッチ51を配置する。電位57を下部成
形手段15と引き出し54との間に負荷して、これらの間に
望みの電界を生成させる。既に図２を参照して説明した
ように線分Ａ−A'に沿って最大電気ストレスを負荷する
ことが望ましい。

この電界によって液体13に電気ストレスを負荷して、
詳しくは図４に示したような一連のフィラメント40にす
る。個々のフィラメント当たりの液体流量が静電噴霧範
囲にある場合は、レーリージェト粉砕が各フィラメント
の先端で発生し、微細なミスト状の液滴334が生成す
る。本発明により開示された技術を用いることにより、
溶媒を少ししかまたは全く含まない方法および被覆が非
常に容易になる。しかしながら、個々の液滴34は溶媒の
蒸発が起きると寸法が小さくなる。これが起きると、液
滴上の電荷はレーリー電荷限界を超える箇所もあり、液
滴が分裂して高電荷且つ安定な小さい液滴になる。分裂
が何回か続くと直径がが非常に小さい溶質液滴が生成す
る。いずれにしても、静電噴霧被覆ヘッド構造体10の下
方に位置する基材43の表面に堆積するように液滴34を電
界で制御し誘導することができる。液体および作動条件
の特性によって、静電噴霧液滴34が基材43の表面で展延
し、ほぼ連続した表面被覆が形成される。あるいは、展
延を妨げることで、不連続な斑点状の被覆にもできる。

図６は、図４に示した基材43と基準水平面52の代わり
にファラデーカップ構造66を用いた場合の、静電噴霧プ
ロセスを解析するための回路の概念図を示す。抽出ロッ
ド54は、下部成形手段15から離し且つそれと同一水平面
に懸架してある。図６については後で更に説明する。

図８は、基材43を被覆するために噴霧ヘッド10を用い
る方法を示す。基材43は必要に応じて平滑面または粗面
のいずれでもよく、この例では帯材の形をしており、接
地された大きいドラム72の周囲を巻いている。この巻き
付けはドラム外周の適当な範囲に行い、これによりドラ
ム72は電位差の基準となる共通基準点として作用するこ
とができる。基材43（非導電性とする）は、コロトロン
80のような帯電装置の下を移動し、その際に一つの極性
のイオン83を付着させられる。静電電圧計86で基材上の
電圧を測定することによって、単位面積当たりの電荷を
間接的に測定する。次に、基材はミスト34を生成してい
る噴霧ヘッド10の下を移動する。ミスト34は電源57によ
り、コロトロン80によって基材43上に付与された電荷と
逆の極性に帯電されなければならない。次に、下部成形
手段15を取り巻いた液体の電圧と基材43の表面上で静電
電圧計86により測定された電圧との電位差によって生成
した電界によって、ミスト34が基材43上に堆積する。静
電噴霧技術の当業者には理解されるように、基材に電位
差を付与することにより、液体の堆積パターンに差が生
じる。引き出し電極54の電圧と静電電圧計86によって測
定される基材表面電圧との電位差によって生成する電界
は、基材43上へのミスト34の堆積を援助もする。ミスト
34は、コロトロン80によって基材43上に付与されたイオ
ンとは電荷が逆なので、被覆後の基材は電荷が減少して
いる。ミスト34によって付与された電荷の量がコロトロ
ン80によって付与された電荷の量よりも多いと、基材が
ミストと同じ極性になり、被覆厚さの制御ができなくな
る。ミストから基材へ付与された電荷が多過ぎないこと
を確認するために、被覆後の電荷を静電電圧計90を用い
て再度測定する。被覆後の基材43に電荷が何もない方が
更に望ましい。これを実行するには、もう一つコロトロ
ン93のような帯電装置を用いて液滴と同極性の電荷96を
十分に付与して基材43上の正味の電荷をゼロに戻す。こ
れを実行するには、静電電圧計90の読みがゼロになるま
で、コロトロン93に接続された電源（図示せず）を調節
する。その後、基材43は加熱ステーションや硬化ステー
ションのような後工程に搬送され、必要な皮膜を形成す
る。皮膜に必要な性質と液体の特性とによって、基材上
に付与された液体の流れを加熱により促進したり妨げた
りすることができる。

基材43またはその表面が導電性であり且つ適当な接地
部に接続されていれば、コロトロン80およびコロトロン
93のような帯電装置は必要ない。

再び図４において、液体13は、（毛細管作用により）
計量部11の表面および下部成形手段15の表面に沿って流
れる傾向があるので、カーテン27の両縁部、また液滴34
のシートの両縁部は、その中央部に対して一様でないこ
ともあり得る。場合によっては、１または２以上の端部
形成構造物を設けて濡れ線を固定することにより、両縁
部の均一性を向上させることが望ましい。このような構
造物の例として、計量部11の切欠または切取縁部77およ
び堰78（例えば下部成形手段15の周縁に細いワイヤやフ
ィラメントを巻き付けたもの）がある。典型的には、堰
を付けると中央寄りのフィラメントに比べて外寄りのフ
ィラメントの流量が多くなりがちなので、堰よりも切取
縁部の方が望ましい。

抽出ロッド54を設けると噴霧ヘッド10の作動電圧を減
少できるが、必須の部材ではない。例えば、図２、５、
６、および８において、仮に抽出ロッド54が無いとする
と、噴霧ヘッド10は電源57の電圧を増加させればやはり
機能し、抽出ロッド54が有る場合に生成するのと同じ電
気ストレスを液体の線分Ａ−A'に沿って生成する。

以下の実施例は、本発明の静電噴霧方法の考え方を用
いて種々の材料を種々の厚さに被覆する例を示すもので
ある。特に断りの無い限り、液体の成分量は全て重量部
で表示する。

実施例１ 本実施例では、静電噴霧被覆ヘッド構造体10を用いて
生成させるフィラメントのメートル当たり個数に対する
負荷電圧の影響を示す。用いた溶液はシリコーンアクリ
レート組成物であり、同じ出願人による1991年３月20日
出願の米国特許出願第07,672,386号（発明の名称：放射
線硬化性ビニル／シリコーン剥離膜）に記載したもので
ある。72.5重量部のイソオクチルアクリレート、10重量
部のヘキサネヂオールジアクリレート、7.5重量部のト
リメチルオルプロパントリ（β−アクリルオキシプロピ
ネート）、５重量部のアクリル酸、および1.5重量部の5
000分子量のアクリルアミドアミドシロキサンを混合し
て上記溶液を作成した。この溶液に、２重量部のDAROCU
RE1173、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−
プロパン−１−ワン、フリーラジカルUVインヒビター
（Ciba Geigy製）、および５重量部のメタノールを加え
た。この溶液の静電噴霧に関係する物理的性質は、導電
率1.5マイクロジーメンス／メートル（μS/m）、粘性係
数６ミリパスカル・秒（mPa・ｓ）、誘電率11.6、表面
張力24.5ミリニュートン／メートル（mN/m）であった。

用いた静電噴霧被覆ヘッド構造体10は図１に示したも
のと同様のものであり、底面に沿ってスロットを切った
プラスチック管、このスロットの下方に懸架したワイ
ヤ、およびこのワイヤに平行に且つほぼ同じ水平面に懸
架した抽出ロッドで構成されていた。スロットは長さ11
0mm、幅0.610mm、高さ10.15mmであった。ワイヤは直径
2.06mmで、基準水平面の上方105mmに位置させた。抽出
ロッドはそれぞれ直径16mmで、図６に示すようにワイヤ
の両側に、ワイヤからの距離ｈが50mmのところに配置し
た。

図６の回路概略図に示したように、静電噴霧被覆ヘッ
ド構造体10を大きく平坦の金属皿66の上方に設置した。
この皿を6.4mmのプレキシガラスシート上に置き、設置
電位に対して絶縁した。Keithleyモデル485ピコアンメ
ータ69を皿と接地電位との間に接続した。これにより、
皿がファラデーカップとして作用でき、ワイヤ15を取り
巻く液体と皿66との間に電界路Ｅを生成できる。負の20
kV Glassman電源Model PS/WG−20N15−DMをワイヤに接
続した。抽出ロッド54は接地電位に保持した。種々の電
位のときのフィラメント個数を数えた。その結果を図７
のグラフにデータ点として示す。もちろん電源57および
電源58は必要などちらの極性でも作用可能である。

フィラメント密度は、ワイヤに沿ってフィラメント個
数を数え、数えたフィラメントを含んでいるワイヤの長
さで割ることにより得られる。メートル当たりフィラメ
ント個数が、負荷電圧の２乗を近似した関数にほぼ比例
する関係をグラフ中に実線で示した。フィラメントの不
安定性が最初に誘発される電圧（約10,000V）の近傍で
は、フィラメントは個数が変わり、踊り回った。更に50
00Vの範囲内で電圧増加すると、フィラメントは等間隔
に空間で固定し安定状態になった。電圧を15,000Vより
高くすることで、フィラメント個数の制御が可能になっ
た。安定状態にあるフィラメントのデータ点は、メート
ル当たりフィラメント個数と負荷電圧の２乗を近似する
関数との線型の関係を推測する曲線に非常に良く一致し
ている。米国特許第4,748,043号に、それぞれの液体毎
に、静電噴霧において安定な単一のフィラメントが生成
する特有の流量範囲があることが教示されている。針も
しくは歯のタイプの静電噴霧ヘッドの場合、単位長さ当
たりフィラメント個数はこれら歯状の突起の個数によっ
て決まる。しかし本発明によれば、構造体としての流量
範囲はそのような限定は受けず、単位長当たりフィラメ
ント個数を単純な電圧レベルの調節によって容易に制御
できる。更に、多くの液体について、滑らかな表面から
静電噴霧モードでフィラメントが生成する場合には、針
もしくは鋭い歯状の構造体から同じ液体のフィラメント
が生成する場合に比べて、静電噴霧流量範囲の上限が２
倍以上増加する。

実施例２ 本実施例では、スロットとワイヤの静電噴霧被覆方法
を用いて溶液を付着させて粗い表面に６〜９マイクロメ
ータ（μｍ）の厚い被覆を形成した例を説明する。被覆
材として用いる溶液は、90重量部のシクロアリファティ
ックエポキシ（商品名 ERL−4221、Union Carbide製）
に10重量部のヘキサネヂオルジアクリレート（商品名
SR−238、Sartomer Inc.in Exton,PA製）を混合し、0.2
5重量部の2,2−ジメチル−２−フェニルアセトフェノ
ン、遠紫外線硬化用光重合開始剤（商品名 IRGOCURE
651、Chiba−Geigy製）と、0.25重量部のシクロペンタ
ジエニルクメン鉄II燐ヘキサフロライド、可視光線硬化
用光重合開始剤（商品名 IRGOCURE 261、Chiba−Geig
y製）とを加え、トルエン（カタログNo.32、055−２、A
ldrich in Milwaukee,WI製）で85％重量固形分に希釈し
た。この溶液の静電噴霧に関係する物理的性質は、導電
率70μS/m、粘性係数29mPa・ｓ、誘電率11、および表面
張力29mN/mであった。この溶液を、Sage Instruments o
f Cambridge,MA社のSage Model 355注入ポンプ（syring
e pump）を用いて、静電噴霧被覆ヘッド構造体10内に導
入した。

スロットは幅が均一で約610μｍで、長さが102mmであ
った。ワイヤには正の高電圧19.5kVを負荷し、抽出ロッ
ドには正の電圧6kVを負荷した。抽出ロッドは直径6mm、
ワイヤからの距離25mmであった。ワイヤは直径3.2mm、
スロット下方約2mm、搬送機構のフィルム表面上方90mm
であった。搬送機構は金属製走行ベルトの上面に非導電
性担持ウェブを装着した構成であった。このベルト・担
持ウェブ搬送装置上に、シート状あるいはロール状のサ
ンプル材を載せることができた。金属製ベルトは接地電
位に保持した。

厚さ76μｍのポリウレタンテレフタレート（PET）フ
ィルムのロールを樹脂被覆した後、平均直径12μｍの粒
子の薄い層を軽く含浸させた。この材料のストリップ10
2mm×914mmを担持ウェブ上に載せて搬送機構に供給し
た。このストリップの粗い表面をコロナ帯電装置の下で
約2kVの負の電位に帯電させた。ウェブスピードは6.1メ
ートル／分の一定値に保持した。２水準のポンプ流量29
5m/hrと443m/hrを用いた。フィラメント１個当たり
の流量は計量部への合計ポンプ流量をフィラメント個数
で割ることにより得た。

高電圧を負荷した場合には、スロット下方に位置する
ワイヤ長さ95mmの範囲内に10個のフィラメントが生成し
た。フィラメント１個当たりの溶液流量は29.5m/hrと
44.3m/hrであり、それぞれ被覆厚さは６μｍと９μｍ
であった。本実施例において太いワイヤを用いたことに
よりメートル当たりのフィラメント生成個数は105個で
あった。被覆後のストリップを中圧水銀ランプ下を通過
させて254ナノメートル（nm）の紫外線照射により610ジ
ュール／平行メートル（J/m²）の露光を行った。

実施例３ 本実施例では、接着用の滑らかなプラスチックフィル
ム上に、簡単に剥離する被覆表面を形成するために、本
発明の方法をどのように用いるかについて説明する。２
種類の溶液を被覆した。第１の溶液は、次の市販の液体
を混合して作成した。すなわち、40重量部のエポキシシ
リコーン（商品名UV9300無溶媒UV剥離ポリマー、GE Sil
icone,a division of General Electric Company of Wa
terford,NY）、20重量部の1,4−シクロヘキサンジメタ
ノールジビニルエーテル（商品名 Rapi−Cure CHVE反
応性希釈剤、GAF Chemicals Corporation in Wayne,N
J）、15重量部のリモネンモノキサイド（Atochem of Ph
iladelphia,PA）、および25重量部の食品用ｄ形リモネ
ン（Florida Chemical Co.Inc.of Lake Alfred,FL）で
ある。これに３重量部のヨードニウム塩（商品名UV9310
C光重合開始剤、GE Silicone）を加えた。これにより得
られた混合物を40/20/15/25＋３と表記する。第２の溶
液は、上記の各液体を25/20/15/40＋３の比率で混合す
ることにより作成した。第１溶液の静電噴霧に関係する
物理的性質は、導電率11μs/m、粘性係数19mPa・ｓ、誘
電率7.5、および表面張力24mN/mであった。第２溶液の
静電噴霧に関係する物理的性質は、導電率11μS/m、粘
性係数9mPa・ｓ、誘電率7.6、および表面張力24mN/mで
あった。

用いた静電噴霧被覆ヘッド構造体10は、図３に示した
ものと同様の横断面が三角形で中空のプラスチックブロ
ックの底部の稜に沿ってスロットを切り込んだものと、
スロットの下方に懸架したワイヤと、ワイヤに対して平
行に且つ同じ水平面に懸架した抽出ロッドとから構成さ
れていた。スロットは長さ305mm、幅0.610mm、高さ19mm
であった。ワイヤは直径2.4mmで、スロットからの距離
を、粘性の大きい溶液については2mm、第２の粘性の小
さい溶液については1mmにした。抽出ロッドはそれぞれ
直径6.4mmで、ワイヤの両側に距離25mmの位置に配置し
た。被覆材としての溶液を、MicroPump Model 7520−35
および電磁結合ギアポンプヘッド（Cole−Palmer Instr
ument Company of Chicago,IL、それぞれカタログNo.No
7520−35およびＡ−07002−27）を用いて静電噴霧被覆
ヘッド構造体10に導入した。

高電圧直流電源High Voltage DC Power Supply Model
R60A（Hipotronics of Brewster,NY）により、ワイヤ
に正の高電圧25kVを負荷した。抽出ロッドを接地した。
ワイヤを被覆対象のフィルム表面の上方90mmにして、図
８に示したように自由回転式導電性の直径610mmの金属
ドラム72の表面をフィルムを通過させた。この被覆ステ
ーションは、プラスチックフィルム、紙または金属箔の
ロールを被覆できる。更に、前記のロールを担持ウェブ
として用い、その上にシートサンプルを載せることもで
きる。金属ドラムを接地電位に保持した。

厚さ36μｍのPETフィルムの幅305のロールを被覆ステ
ーションに通した。フィルムと金属ドラムに固定し且つ
フィルムシートを担持ウェブに固定するに十分な電位と
して約1.5kVの負の変位にフィルム表面を帯電させた。
ポンプ流量を、長さ305mmのスロットからの流量として
一定値5.5m／分に保持した。スロット下にあるワイヤ
長さ305mmが溶液で濡らされた。ウェブスピードとして
9.1、27.4、および45.7メートル／分を用いた。各スピ
ードでの推定被覆厚さは、それぞれ2.0、0.7、0.4μｍ
であった。

被覆済フィルムを熱と紫外線照射に曝して耐久性剥離
表面に変換した。被覆済フィルムを、推定熱伝達係数が
62.8ジュール／秒／平方メートル／度（J/（sm²C））と
125.6J/（sm²C）の間である長さ2.4mの衝風炉内に通し
た。衝風の温度は各溶液についてそれぞれ３水準を用い
た（第１溶液については35℃、42℃、および60℃。第２
溶液については24℃、44℃、および59℃）。上記３水準
のスピードでの在炉時間は16、5.3、および3.2秒であっ
た。被覆済フィルムが炉温に到達したのは、熱伝達係数
が低い場合が3.2秒以内、熱伝達係数が高い場合が1.6秒
以内であったと推定された。この被覆済フィルムを中圧
水銀蒸気ランプ下を通して254nm照射により880、290、
および180J/m²（それぞれ9.1、27.4、および45.7メート
ル／分）の露出を行った。

得られた硬化被覆を、天然ゴム／樹脂系接着剤（No.2
32 Scotch〔登録商標〕マスキングテープ、Minnesota M
ining and Manufacturing Company（3M）St.Paul,MN.
製）か、アクリル系接着剤（No.810 Scotch〔登録商
標〕マジックテープ〔登録商標〕、3M製）か、いずれか
に押しつけた状態で、65℃、相対湿度50％で３日間加熱
エージングを行った。炉から出して、温度および湿度が
22.2℃および相対湿度50％に一定に保持された室内に少
なくとも４時間は置いた後に、各テープを180度で速度
2.286m/分で各サンプルから引き剥がした。再接着によ
るロスは認められなかった。テープ幅デシセンチメート
ル当たりのニュートンで表示した剥離値は、各エポキシ
シリコーン濃度および各ウェブ温度について、３水準の
スピード（9.1、27.4、および45.7メートル／分をそれ
ぞれＡ、Ｂ、およびＣで表示）で下記のとおりであっ
た。

被覆材塗布工程から被覆硬化工程への時間が短くなる
に伴い、これらの溶液組成で容易剥離特性を得るために
熱を用いることは有利である。

この実験ではメートル当たりのフィラメント個数は数
えなかったが、前もって同様のヘッド構造を用いた実験
で数えておいた。例えば、前実験で正の電圧24kVを第１
溶液に用いた場合は、スロット下にあるワイヤ長さ305m
mにわたって約90個のフィラメントが生成した。ポンプ
流量は5.5m／分であり、それによるフィラメント１個
当たりの計算流量は、3.7m/hrであった。正の電圧22k
Vを第２溶液に用いた場合には、約80個のフィラメント
が生成した。ポンプ流量は9.5m／分であり、それによ
るフィラメント１個当たりの計算流量は7.1m/hrであ
った。

実施例４ 本実施例では、接着用の粗い表面上に容易に剥離する
被覆表面を形成するために本発明の方法がどのように用
いられるかについて説明する。被覆材として用いる溶液
は実施例３の第１溶液と同じであった。溶液を基材に塗
布する方法も実施例３で記載した方法と同じであった。

ガラスビードを含浸させた102mm×7.6mの粗面化樹脂
ストリップの下面に接着剤を被覆して幅305mmのシリコ
ーン被覆紙に軽く付着させたものを幅330mmで厚さ61μ
ｍのPET担持フィルム上に載せ、被覆ステーションに供
給した。粗面と露出されたシリコーン被覆紙を約1.5kV
の負の電位に帯電させた。ポンプ流量は長さ305mmのス
ロットからの流量にして一定値5.5m／分に保持した。
スロット下方にあるワイヤの長さ305mmが溶液によって
濡らされた。ウェブスピードは一定値15.2メートル／分
であった。被覆厚さは1.2μｍと推定された。

被覆済フィルムを熱と紫外線照射に曝して耐久性剥離
表面に変換した。被覆済フィルムを、高さ25mm、幅356m
m、長さ1.83mのトンネルに通した。熱風ブロワ（Model
6056:Leister of Switzerland）のノズル流出熱風温度
を187℃にして、ウェブの移動方向に対向させて熱風を
トンネル内に送り込んだ。トンネル内にある熱風の温度
は約100℃であり、トンネル内にあるウェブの温度は、M
ikron M90 Series Portable IR Thermometer:Mikron In
strument Company,Inc.,of Wyckoff,NJ.に類似した装置
を用いて、同様の条件で行ったポリエステルフィルムの
赤外線測定に基づいて、約50℃と推定された。この被覆
済フィルムを中圧水銀蒸気ランプの下を通過させて254n
mの照射により400J/m²の露出を行った。

得られた硬化被覆は、被覆された基材の底面にあった
同じ天然ゴム／樹脂系接着剤に対して試験した結果、良
好な剥離・再接着性能を示した。

実施例５ 本実施例では、本発明の方法をプライマーを供給する
ために用いる例を説明する。被覆材として用いる溶液
は、95重量部のヘキサネジオルジアクリレートと５重量
部のベンゾフェノン（カタログNo.B930−0:Aldrich）を
混合し、メタノール（カタログNo.17933−7:Aldrich）
を加えて90重量％に希釈することにより作成した。この
溶液の静電噴霧被覆に関係する物理的性質は、導電率2.
6μS/m、粘性係数9mPa・ｓ、誘電率10.1、および表面張
力34.2mN/mであった。この溶液を、Sage Model 255注入
ポンプ（syringe pump）を用いて、静電噴霧被覆ヘッド
構造体10に導入した。この静電噴霧被覆ヘッド構造体を
図６に示したような大きい平坦な金属皿66の上方に配置
した。スロットは幅が均一で410μｍ、長さが76mmであ
った。実施例３のHipotronics電源を用いて正の電圧24k
Vをワイヤに負荷した。ワイヤは直径1.7mmで、スロット
の下方762μｍ、金属皿の上方25mmであった。抽出ロッ
ド54は直径6mmで、ワイヤからの距離を25mmとし、接地
した。溶液がスロットから流れ出て、ワイヤの89mmの部
分を被覆した。

噴霧ヘッドへの合計流量を1.36から13.56m／分まで
（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤで識別する）変化させ
たときに、フィラメント個数およびフィラメント１個当
たり流量は下記のとおりであった。

上記のフィラメント１個当たり流量が増加すると、フ
ィラメントは長くなるように見え、フィラメントが破砕
して液滴になる前にフィラメント直径が大きくなる。流
量が少ない２つの場合（ＡおよびＢ）は静電噴霧範囲で
あり、流量が多い２の場合（ＣおよびＤ）はそれぞれ調
和噴霧範囲の近くおよびその範囲内であった。

本発明の範囲および趣旨を逸脱せずに本発明に対して
種々の改変および置換が可能なことは当業者にとって明
らかであろう。

フロントページの続き (72)発明者 バーグレン，ウィリアム アール. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133― 3427，セント ポール，ポスト オフィ ス ボックス 33427（番地なし) (72)発明者 ダニエルソン，ダニエル アール. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133― 3427，セント ポール，ポスト オフィ ス ボックス 33427（番地なし) (72)発明者 ハーキンス，ユージーン，イー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133― 3427，セント ポール，ポスト オフィ ス ボックス 33427（番地なし) (72)発明者 ケドル，ロス エム. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133― 3427，セント ポール，ポスト オフィ ス ボックス 33427（番地なし) (56)参考文献 特開 昭61−216759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−227863（ＪＰ，Ａ) 米国特許2809128（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05B 5/057 B05D 1/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電噴霧被覆方法に用いるための静電噴霧
   被覆ヘッド構造体であって、 ａ）下部成形手段に液体を供給する計量部、および ｂ）該計量部の下方に配置された該下部成形手段であっ
   て、該計量部から供給された液体が該下部成形手段上に
   流れて該下部成形手段を完全に取り囲むように配置され
   ており、該下部成形手段から延びている該液体のフィラ
   メントの個数および位置を該下部成形手段を取り囲んで
   いる該液体の表面に負荷された電位の大きさに依存して
   変え得るように且つ特定の電位において該液体フィラメ
   ントが空間的かつ時間的に固定されて高電荷の液滴から
   成る均一なミストが生成できるように、該下部成形手段
   が、該液体を受けとめる第１部分と、第２部分とを有し
   ており且つ単一の連続滴且つほぼ一定の局所的曲率半径
   を持つ上記供給された液体の層を該下部成形手段の該第
   ２部分の周囲に生成する該下部成形手段、 を含んで成る静電噴霧被覆ヘッド構造体。
2. 【請求項２】静電噴霧被覆方法において被覆材料として
   塗布されつつあ液体の均一な供給を可変制御する方法で
   あって、下記の工程： ａ）下部成形手段に液体を供給する計量部を設ける工
   程、 ｂ）該計量部の下方に下部成形手段を位置決めする工程
   であって、該計量部から供給された液体が該下部成形手
   段上に流れて該下部成形手段を完全に取り囲むように該
   位置決めを行い、且つ、該下部成形手段から延びている
   該液体のフィラメントの個数および位置を該下部成形手
   段を取り囲んでいる該液体の表面に負荷された電位の大
   きさに依存して変え得るように、該下部成形手段が、該
   液体を受けとめる第１部分と、第２部分とを有しており
   且つ単一の連続的且つほぼ一定の局所的曲率半径を持つ
   上記供給された液体の層を該下部成形手段の該第２部分
   の周囲に生成するように該位置決めを行う工程、および ｃ）特定の電位によって該液体のフィラメントが所望個
   数および所望位置に生成されるように、且つ、特定の電
   位において該液体フィラメントが空間的かつ時間的に固
   定されて高電荷の液滴から成る均一なミストが生成でき
   るように、該液体の該表面に負荷された電位を調節する
   工程、 を含んで成る制御方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の方法において、更に下記の
   工程： ｄ）該ミストの流れを可動基材上の選択された堆積位置
   に導く工程、 を含んで成ることを特徴とする制御方法。