JP2018030099A - スプレー噴霧方法、スプレー製膜方法、及びスプレー製膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面を有する被成膜物の表面上に、均一な精密膜を製膜する、スプレー噴霧方法、スプレー製膜方法、及びスプレー製膜装置を提供すること。【解決手段】塗布剤をスプレーノズル２から対象面１１へ向けて噴霧するスプレー噴霧方法において、対象面１１が曲面を有し、スプレーノズル２が、スプレーノズル２の先端と対象面１１との間の、スプレーノズル２の噴霧方向における距離を所定距離Ｌに維持しながら、対象面１１に沿って移動すると共に、噴霧方向と対象面１１との交点での接平面に平行な方向における、先端の相対移動速度を一定に維持しながら、スプレーノズル２が対象面１１に沿って移動する。【選択図】図４

Description

本発明は、スプレー噴霧方法、それを用いたスプレー製膜方法及びスプレー製膜装置に関し、特に、曲面を有する被成膜物を対象としたスプレー噴霧方法、スプレー製膜方法、及びスプレー製膜装置に関する。

スプレー製膜は、工業用製品の外装等の塗装に古くから用いられている工法である。近年、ディスプレイ、タッチパネル、燃料電池等、より高い精度が要求される工業用製品への精密製膜技術として、スプレー製膜が多く採用されるようになってきた。

このような精密製膜技術に対応するスプレー製膜方法としては、被成膜物上に、被成膜物の表面に沿って平行に走査移動するスプレーノズルから塗布剤を噴霧し、精密膜を製膜する方法がある。具体的には、１走査ごとに所定距離ずつピッチ送りをしながら往復走査するスプレーノズルを用いて、平面上に精密膜を製膜する方法である（例えば、特許文献１）。

特開２００３−３２０２９９

最近では、製膜対象の工業用製品として、凸状又は凹状の曲面を有するディスプレイやタッチパネル等が数多く製造されるようになってきた。しかしながら、曲面への均一な精密製膜のためには、特許文献１に開示のようなスプレー製膜方法を更に改良し、曲面への製膜に対応させる必要がある。

曲面等の立体形状を有する製膜対象へのスプレー製膜方法として、多軸ロボットアームの先端にスプレーノズルを装着し、曲面に製膜する方法がある。しかしながら、精密製膜の場合、スプレーノズルの軌跡や角度等の設定を熟練者による作業を記憶させるティーチングに頼ることとなる。また、多軸ロボットアームの場合、アーム先端部の速度安定性等、精密製膜のためには、更なる改良が必要である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、曲面を有する被成膜物の表面上に、均一な精密膜を製膜するための、スプレー噴霧方法、スプレー製膜方法、及びスプレー製膜装置を提供することを例示的課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。

（１）スプレー噴霧方法は、塗布剤をスプレーノズルから対象面へ向けて噴霧するスプレー噴霧方法において、前記対象面が曲面を有し、前記スプレーノズルが、前記スプレーノズルの先端と前記対象面との間の、前記スプレーノズルの噴霧方向における距離を所定距離に維持しながら、前記対象面に沿って移動すると共に、前記噴霧方向と前記対象面との交点での接平面に平行な方向における、前記先端の相対移動速度を一定に維持しながら、前記スプレーノズルが前記対象面に沿って移動する。

スプレーノズルと対象面（被成膜物）との間の、スプレーノズルの噴霧方向における距離が一定であり、かつ、スプレーノズルの噴霧方向と対象面との交点での接平面に平行な方向における相対移動速度が一定であるため、曲面を有する対象面であっても、均一な精密膜を製膜することができる。

本明細書において「精密膜」とは、厚さが約１０μｍ以下の均一な薄膜であるものをいう。

（２）スプレーノズルは、前記噴霧方向が一定に維持された状態で、移動することが好ましい。

（３）スプレーノズルは、前記噴霧方向が、前記対象面を有する対象物が設置される接地面に対して垂直な方向に平行に維持された状態で、前記接地面に垂直な単一の移動平面内で移動することが好ましい。

スプレーノズルの噴霧方向が一定、特に、接地面に対して垂直な方向に平行に維持された状態で、スプレーノズルが移動することによって、更に高精度で均一な精密膜を製造することができる。また、接地面に垂直な単一の移動平面内で移動、すなわち、スプレーノズルの走査移動方向を一直線上とすることにより、効率的な製膜が可能となる。

（４）前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、前記スプレーノズルが、前記接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、前記スプレーノズルが、前記スプレーノズルから噴霧された塗布剤が前記前方端部へ最初に到達する位置よりも前方で、前記噴霧方向への移動を開始することが好ましい。

（５）前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、前記スプレーノズルが、前記接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、前記スプレーノズルが、前記スプレーノズルから噴霧された塗布剤が前記後方端部へ到達しなくなる位置よりも後方で、前記噴霧方向への移動を終了することが好ましい。

スプレーノズルが、スプレーノズルから噴霧された塗布剤が前方端部へ最初に到達する位置よりも前方で噴霧方向への移動を開始する、及び／又は、スプレーノズルから噴霧された塗布剤が後方端部へ到達しなくなる位置よりも後方で噴霧方向への移動を終了することにより、前方端部、後方端部におけるスプレーノズルの移動が滑らかになる。これにより、スプレーノズルの噴霧方向への急激な加減速が緩和されるため、スプレーノズルの噴霧方向における駆動制御を過度に高性能なものとしなくとも、前方端部、後方端部近傍における塗布ムラを軽減することができる。

（６）前記スプレーノズルが、前記噴霧方向と前記対象面との交点での接平面における法線方向に対して前記噴霧方向が平行となるよう維持しながら、前記対象面に沿って移動してもよい。

対象面の法線方向に対して噴霧方向が常に平行となるように、スプレーノズルを移動させることでも、均一な精密膜を製造することができる。

（７）前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、前記スプレーノズルが、前記対象面を有する対象物が設置される接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、前記スプレーノズルの前記先端から前記所定距離離れた、前記噴霧方向に垂直な平面における塗布領域の直径をＤとしたとき、前記スプレーノズルが移動する平面内において、前記対象面の前記前方端部から前記対象面を前方に延長した延長線と、前記対象面の前記前方端部を中心とする半径Ｄ／２の円との第１交点から、前記第１交点での接平面における第１法線方向に前記所定距離だけ離れた第１通過点を、前記スプレーノズルが通り、かつ、前記第１通過点において、前記スプレーノズルの前記噴霧方向が前記第１法線方向に平行となるように、前記スプレーノズルが移動することが好ましい。

（８）前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、前記スプレーノズルが、前記対象面を有する対象物が設置される接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、前記スプレーノズルの前記先端から前記所定距離離れた、前記噴霧方向に垂直な平面における塗布領域の直径をＤとしたとき、前記スプレーノズルが移動する平面内において、前記対象面の前記後方端部から前記対象面を後方に延長した延長線と、前記対象面の前記後方端部を中心とする半径Ｄ／２の円との第２交点から、前記第２交点での接平面における第２法線方向に前記所定距離だけ離れた第２通過点を、前記スプレーノズルが通り、かつ、前記第２通過点において、前記スプレーノズルの前記噴霧方向が前記第２法線方向に平行となるように、前記スプレーノズルが移動することが好ましい。

スプレーノズルが、第１通過点、及び／又は、第２通過点を、噴霧方向が第１法線、第２法線と平行となるように移動することにより、より均一な精密膜を製造することが可能となる。すなわち、第１通過点、及び／又は、第２通過点を通過する際、既にスプレーノズルの軌道及び噴霧方向が均一な精密膜の製膜に適した状態に準備されるため、より高精度で均一な精密膜を製膜することができる。

（９）上記（１）から（８）に記載のスプレー噴霧方法によって、前記対象面の表面に膜を製膜するスプレー製膜方法。

上記（１）から（８）のスプレー噴霧方法を採用したスプレー製膜方法であり、均一な精密膜を製膜することが可能である。

（１０）対象面を有する対象物が設置される接地面と、前記対象面へ向けて塗布剤を噴霧するスプレーノズルと、前記スプレーノズルを、前記接地面に平行な方向、及び前記接地面に平行な方向とは異なる前記スプレーノズルの噴霧方向のそれぞれへ独立に移動させる移動機構と、を備え、前記スプレーノズルの先端と前記対象面との間の前記噴霧方向における距離を所定距離に維持しながら、前記スプレーノズルを移動させると共に、前記スプレーノズルの先端の、前記スプレーノズルの噴霧方向と前記対象面との交点での接平面に平行な相対移動速度を一定に維持しながら、前記スプレーノズルを移動させる、スプレー製膜装置。

上記（１）から（８）のスプレー噴霧方法を実現するスプレー製膜装置であり、均一な精密膜を製膜することができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、曲面を有する被成膜物の表面上に、均一な精密膜を製膜するための、スプレー噴霧方法、スプレー製膜方法、及びスプレー製膜装置を提供することができる。

実施形態１に係るスプレー製膜装置の概略斜視図である。 図１に示すスプレー製膜装置の移動機構を示す部分拡大図である。 対象面１１の一例を示す模式図である。 図３Ａに示す対象面１１上をスプレーノズル２が走査移動する軌跡９の一例を示す模式図である。 凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＸ−Ｚ平面上におけるスプレーノズル２の軌跡９を示す説明図である。 凹状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＸ−Ｚ平面上におけるスプレーノズル２の軌跡９を示す説明図である。 凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合の走査速度の説明図である。 凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＺ軸方向の加速の開始点を示す説明図である。 凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＺ軸方向の加速の終了点を示す説明図である。 凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＺ軸方向の加速の開始及び終了点におけるスプレーノズル２の軌跡９を示す説明図である。 対象面１１の他の例を示す模式図である。 図９Ａに示す対象面１１上をスプレーノズル２が走査移動する軌跡９の一例を示す模式図である。 凸状の球面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＹ−Ｚ平面上における軌跡９を示す説明図である。 凹状の球面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＹ−Ｚ平面上における軌跡９を示す説明図である。 実施形態１に係るスプレー噴霧方法の各工程を示すフローチャートである。 曲面上をスプレーノズル２が走査移動する際に、スプレーノズル２の噴霧角度が変化する変形例１を示す説明図である。

［実施形態１］
以下、本発明の実施形態１について図面を用いて説明する。図１は、実施形態１に係るスプレー製膜装置１の概略斜視図である。実施形態１に係るスプレー製膜装置１は、対象面を有する対象物が設置される接地面を形成するステージ５と、対象面へ向けて塗布剤を噴霧するスプレーノズル２と、スプレーノズル２を移動させる移動機構と、を備える。スプレー製膜装置１は、ステージ５に隣接して、対象物１０に付着しなかった塗布剤を排出するための排気チャンバー６を備えていてもよい。また、スプレー製膜装置１は、清浄空気を製膜室内に取り入れるために、ＨＥＰＡフィルターを搭載したファンユニット７を備えていてもよい。

図２は、図１に示すスプレー製膜装置１の移動機構を示す部分拡大図である。移動機構は、ステージ５をＸＹ平面とした場合に、Ｘ軸に平行なＸ軸アーム３Ｘと、ＸＹ平面内でＸ軸と直交するＹ軸に平行なＹ軸アーム３Ｙと、ＸＹ平面に垂直なＺ軸に平行なＺ軸アーム３Ｚと、を有する。これらＸ軸アーム３Ｘ、Ｙ軸アーム３Ｙ、及びＺ軸アーム３Ｚがそれぞれ有するＸ軸駆動装置２２、Ｙ軸駆動装置２３、及びＺ軸駆動装置２４が、相互に独立に駆動することによって、スプレーノズル２を移動させることができる。

図１及び図２では、２本の平行なＹ軸アーム３Ｙ上を、これら２本の平行なＹ軸アーム３Ｙに橋渡しされた１本のＸ軸アーム３Ｘが、Ｙ軸アーム３Ｙに沿ってＹ軸方向に摺動可能である。このＸ軸アーム３Ｘ上を、Ｚ軸アーム３Ｚが、Ｘ軸アーム３Ｘに沿ってＸ軸方向に摺動可能である。スプレーノズル２は、Ｚ軸アーム３Ｚ上を、Ｚ軸アーム３Ｚに沿ってＺ軸方向に摺動可能である。スプレーノズル２の先端はＺ軸方向下方を向いており、塗布剤をＺ軸方向下方へ向けて噴霧するよう構成されている。そして、Ｘ軸方向の移動をＸ軸駆動装置２２、Ｙ軸方向の移動をＹ軸駆動装置２３、Ｚ軸方向の移動をＺ軸駆動装置２４が、それぞれ駆動することによって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれにおいて、スプレーノズル２を自在に移動させることが可能である。

スプレー製膜装置１は、このような移動機構を備えることにより、スプレーノズル２を、ステージ５に平行な方向、及びステージ５へ平行な方向とは異なるスプレーノズル２の噴霧方向のそれぞれへ独立に移動させることが可能である。さらに、スプレー製膜装置１は、スプレーノズル２の先端と対象面との間の噴霧方向における距離を一定に維持しながら、スプレーノズル２を移動させることが可能である。また、スプレー製膜装置１は、スプレーノズル２の先端の、スプレーノズル２の噴霧方向と対象面との交点での接平面に平行な相対移動速度を一定に維持しながら、スプレーノズル２を移動させることが可能である。スプレーノズル２の噴霧方向は固定されていることが好ましく、本実施形態では噴霧方向が一定に維持された状態でのスプレーノズル２の移動について説明する。なお、変形例１において後述するように、スプレーノズル２の噴霧方向が固定されない構成も当然ながら可能である。

スプレーノズル２の噴霧方向は、ステージ５に対して垂直な方向に平行に維持された状態で、スプレーノズル２が移動することが好ましい。すなわち、スプレーノズル２の噴霧方向が、Ｚ軸方向に平行に固定された状態で、スプレーノズル２が移動することが好ましい。このとき、スプレーノズル２は、接地面に垂直な単一の移動平面内で移動することが更に好ましい。例えば、図３Ａや図３Ｂに示すように、ステージ５に垂直でありＸ軸方向に平行な移動平面内でスプレーノズル２を移動させることができる。なお、言うまでもないが、スプレーノズル２の移動方向は、Ｘ軸方向に限らずステージ５に垂直な方向であれば、Ｙ軸方向に平行な移動平面内であっても、Ｘ軸及びＹ軸のいずれにも平行でない移動平面内であってもよい。

ここで、図３Ａ、図３Ｂを用いて、対象面１１に製膜する際のスプレーノズル２の軌跡９の例について説明する。ここでは、対象面１１が、円柱の側面の一部を切り出した曲面である場合について説明する。図３Ａは、対象面１１の一例を示す模式図である。図３Ｂは、図３Ａに示す対象面１１上をスプレーノズル２が走査移動する軌跡９の一例を示す模式図である。図３Ａでは、対象面１１が、Ｚ−Ｘ断面において円弧を示し、Ｙ軸方向においてその形状が変化しない曲面である場合、すなわち、円柱の側面の一部を切り出した曲面である場合を示している。図３Ａのような対象面１１に製膜する場合、図３Ｂに示すように、スプレーノズル２をＸ軸方向に走査移動させつつ、対象面１１との噴霧方向における距離を所定距離Ｌに維持すべくＺ軸方向に移動させ、Ｘ軸方向における所定移動範囲の端部に到達したら、Ｘ軸方向の移動を停止し、所定ピッチだけＹ軸方向に移動した後、Ｘ軸方向の逆向きにスプレーノズル２を走査移動させる。このように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の移動を組み合わせた一連の行程を繰り返すことで、対象面１１に精密膜を製膜することができる。

Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の移動を組み合わせた一連の工程は、予めプログラミングしておき、そのプログラミングにより生成された走査移動プログラムを実行することで実現することができる。例えば、スプレー製膜装置１に制御装置と、記憶装置とを搭載させ、記憶装置に記憶させた走査移動プログラムを制御装置が実行することで、スプレーノズル２の移動を制御することができる。具体的には、Ｘ軸駆動装置２２、Ｙ軸駆動装置２３、及びＺ軸駆動装置２４を共動駆動させる一連の信号情報（走査移動プログラム）を記憶装置に記憶させておき、この記憶装置に記憶された走査移動プログラムに基づき、制御装置がＸ軸駆動装置２２、Ｙ軸駆動装置２３、及びＺ軸駆動装置２４を共動駆動させることにより、スプレーノズル２の移動を制御することができる。

上述のプログラミングに際して、スプレー製膜装置１に、対象面１１に対応したパラメータ値を設定することで、プログラミングを容易に行うことも可能である。例えば、対象面１１が円柱の側面の一部を切り出した曲面である場合、パラメータ値の設定項目を少なくすることができる。具体的には、曲面（円弧）の頂点におけるスプレーノズル２の先端からステージ５までの距離［Ｈ］、円弧の曲率半径［Ｒ］、スプレーノズル２の走査移動速度［Ｖ］、ピッチ幅［Ｐ］、対象面１１のＸ軸方向の座標範囲［Ｘ］及びＹ軸方向の座標範囲［Ｙ］を設定するだけでよい。なお、対象面１１は、１つのサンプル上に複数存在していてもよく、１回の（Ｘ軸方向の）移動で複数の対象面１１の一部（１走査移動分）を製膜するよう配置されていてもよい。

図４は、凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＸ−Ｚ平面上におけるスプレーノズル２の軌跡９を示す説明図である。図４中、対象物１０は、上方（Ｚ軸方向）に凸の対象面１１を有している。この対象面１１に対し、Ｚ軸方向における所定距離Ｌを維持しつつスプレーノズル２が対象物１０の少なくとも対象面１１上を走査移動する。このとき、スプレーノズル２が描く軌跡９は、対象物１０の対象面１１をＺ軸方向に所定距離Ｌだけ移動した曲線と、その少なくとも一部が一致する。

図５は、凹状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＸ−Ｚ平面上におけるスプレーノズル２の軌跡９を示す説明図である。図５中、対象物１０は、上方（Ｚ軸方向）に凹の対象面１１を有している。この対象面１１に対し、Ｚ軸方向における所定距離Ｌを維持しつつスプレーノズル２が対象物１０の少なくとも対象面１１上を走査移動する。このとき、スプレーノズル２が描く軌跡９は、対象物１０の対象面１１をＺ軸方向に所定距離Ｌだけ移動した曲線と、その少なくとも一部が一致する。

本実施形態において、スプレーノズル２は、ステージ５に平行な方向における速度成分と、ステージ５に垂直な方向における速度成分と、を合成した移動速度（走査速度）が一定に維持されながら、走査移動する。図６は、凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合の走査速度の説明図である。図６では、Ｚ−Ｘ平面における対象物１０とスプレーノズル２の軌跡９が示されている。図６中、Ｖａは、Ｘ軸方向（ステージ５に平行な方向）における速度成分と、Ｚ軸方向（ステージ５に垂直な方向）における速度成分と、を合成した速度を表している。なお、スプレーノズル２は、対象物１０の表面との間の距離を所定距離Ｌに維持しながら走査移動するため、スプレーノズル２の軌跡９は、対象物１０の表面におおよそ追従しており、走査速度Ｖａは、スプレーノズル２の軌跡９が描く曲面の接線方向に平行な速度である。

図６に示すように、スプレーノズル２の走査速度Ｖａは、一定である。すなわち、対象物１０の端部近傍において、Ｚ軸方向の速度成分が大きい領域では、Ｘ軸方向の速度成分が相対的に小さくなる。また、対象物１０の頂点近傍において、Ｚ軸方向の速度成分が小さい領域では、Ｘ軸方向の速度成分は相対的に大きくなる。対象物１０の頂点の極近傍において、Ｚ軸方向の速度成分がゼロに近似する領域においては、Ｘ軸方向の速度成分は、走査速度Ｖａに近似する。

スプレー製膜装置１において、スプレーノズル２から塗布剤を噴霧する噴霧区間は、対象面１１上に限定されず、走査移動方向における対象面１１の前後において、ステージ５に対して平行に移動する直線区間を設けることができる。すなわち、スプレーノズル２の噴霧区間には、直線区間と、対象面１１上及びその近傍を通過する際の曲線区間とが存在していてもよい。このような直線区間を設けることで、スプレーノズル２のスプレーノズル２の移動速度を一定にするための助走区間とすることができる。ここで、スプレーノズル２の移動において、直線区間から曲線区間へと変化する変化点を、以下、「第１変化点」といい、曲線区間から直線区間へと変化する変化点を、以下、「第２変化点」という。

図７Ａは、凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＺ軸方向の加速の開始点を示す説明図である。スプレーノズル２の移動は、スプレーノズル２から噴霧された塗布剤が前方端部１３へ最初に到達する位置よりも前方で、噴霧方向への移動を開始する。すなわち、第１変化点１５の直線区間側であり、かつ、第１変化点１５からの距離がＤ／２より長い領域で、ステージ５に垂直な方向への加速が開始される。言い換えると、スプレーノズル２が塗布対象曲面へ近づいていき、スプレーノズル２から噴霧された塗布剤が対象面１１へ到達するスプレーノズル２の位置（以下「製膜開始点」という）より手前で、Ｚ軸方向への加速が開始されることが好ましい。

ここで、「Ｄ」とは、スプレーノズル２から所定距離Ｌ離れた、噴霧方向に垂直な平面における塗布領域の直径である。なお、塗布領域とは、スプレーノズル２から噴霧された塗布剤が、スプレーノズル２の先端を頂点とし、噴霧方向を中心軸する円錐形状に拡散し、噴霧方向に垂直な円断面に付着する領域をいうこととする。しかしながら、スプレーノズル２によって噴霧された塗布剤は、微小粒子となるため、上述の塗布領域の外に付着することがある。そこで、本発明においては、スプレーノズル２から噴霧方向に所定距離Ｌ離れた噴霧方向に垂直な平面において、噴霧された塗布剤の９５％以上が付着する円形領域のうち、最小の円形領域の直径を「Ｄ」とすることができる。また、「前方端部」とは、スプレーノズル２の移動方向を含む面内においてスプレーノズル２の移動方向へ移動したとき、最初に到達する対象面上の位置である。このように、第１変化点１５からの距離２／Ｄより手前でＺ軸方向への加速を開始することで、第１変化点１５近傍における走査速度Ｖａの変動を最小限に抑えることができる。これにより、スプレーノズル２のＺ軸方向及びＸ軸方向における駆動制御を過度に高性能なものとしなくとも、対象面１１における塗布むら等の欠陥発生を抑制することができる。

図７Ｂは、凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＺ軸方向の加速の終了点を示す説明図である。スプレーノズル２の移動は、スプレーノズル２が、スプレーノズル２から噴霧された塗布剤が後方端部１４へ到達しなくなる位置よりも後方で、噴霧方向への移動を終了する。すなわち、第２変化点１６の直線区間側であり、かつ、第２変化点１６からの距離がＤ／２より長い領域で、ステージ５に垂直な方向への加速が終了することが好ましい。言い換えると、スプレーノズル２が塗布対象曲面の端部へ近づいていき、スプレーノズル２から噴霧された塗布剤が対象面１１へ到達しなくなるスプレーノズル２の位置（以下「製膜終了点」という）より奥で、Ｚ軸方向への加速が終了することが好ましい。このように、第２変化点１６からの距離Ｄ／２より奥でＺ軸方向への加速を終了することで、第２変化点１６近傍における走査速度Ｖａの変動を最小限に抑えることができる。これにより、スプレーノズル２のＺ軸方向及びＸ軸方向における駆動制御を過度に高性能なものとしなくとも、対象面１１における塗布むら等の欠陥発生を抑制することができる。

上述の形態において、第１変化点１５又は第２変化点１６からの距離は、Ｄ／２より大きければよいが、加工（製膜）時間を短くするという観点から、第１変化点１５又は第２変化点１６からの距離の上限は、Ｄ以下であることが好ましい。なお、製膜開始点から製膜終了点の間は噴霧区間であり、スプレーノズル２の走査速度Ｖａは一定である。製膜開始点より手前及び製膜終了点より後ろにおいては、スプレーノズル２の移動速度は一定である必要はなく、走査速度Ｖａへ到達するための加減速区間とすることができる。加減速区間においては、噴霧区間における噴霧の準備のためスプレーノズル２からの噴霧を開始しておくことができるが、その場合、塗布剤の使用量を抑制する観点から、加減速区間の長さは短いことが好ましい。例えば、加減速区間の長さの上限は、第１変化点１５又は第２変化点１６からの距離の上限であるＤ以下とすることができる。加減速区間の長さを短くすることにより、加工（製膜）時間を短縮することができ、結果として、生産能力を向上させることができる。

また、スプレーノズル２の走査移動方向において、製膜開始点の手前側では、スプレーノズル２のＺ軸方向の位置は、製膜開始点のＺ軸方向の位置を維持したまま（所定距離Ｌに関わらず）スプレーノズル２を走査移動させることができる。製膜終了点の後方側では、スプレーノズル２のＺ軸方向の位置は、製膜終了点のＺ軸方向の位置を維持したまま（所定距離Ｌに関わらず）スプレーノズル２を走査移動させることができる。

図７Ａ及び図７Ｂでは、対象面１１が曲面であり、この曲面のみが製膜対象である場合について説明したが、直線区間が製膜対象となり得ることを除外するものではない。

図８は、凸状の曲面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＺ軸方向の加速の開始及び終了点におけるスプレーノズル２の軌跡９を示す説明図である。図８に示すように、第１変化点１５及び／又は第２変化点１６の近傍において、直線区間と曲線区間との間の遷移部分のスプレーノズル２の軌跡９は、ステージ５側を凸とする曲線によって形成されていてもよい。すなわち、第１変化点１５の手前におけるＺ軸方向の加速の開始により、第１変化点１５近傍における直線区間から曲線区間への遷移部分のスプレーノズル２の軌跡９が曲線によって形成されていてもよい。また、第２変化点１６の奥におけるＺ軸方向の加速の終了により、第２変化点１６近傍における曲線区間から直線区間への遷移部分のスプレーノズル２の軌跡９が曲線によって形成されていてもよい。

第１変化点１５及び／又は第２変化点１６の近傍における、直線区間と曲線区間との間の遷移部分の曲線は、所定のＲ（アール）を有していてもよい。曲線のＲ（アール）としては、例えば、５〜１５ｍｍが好ましく、１０ｍｍ程度が更に好ましい。適度なＲ（アール）を有する曲線とすることにより、直線区間と曲線区間との間の遷移部分をより滑らかにし、Ｚ軸駆動装置として加速性能が高いものを使用しなくてもよくなる。

次に、対象面１１が球面である場合について説明する。図９Ａは、対象面１１の他の例を示す模式図である。図９Ｂは、図９Ａに示す対象面１１上をスプレーノズル２が走査移動する軌跡９の一例を示す模式図である。図９Ａでは、対象面１１が、球面の一部を切り出した曲面である場合を示している。この場合も、図９Ｂに示すように、上述の図３Ｂの場合と同様、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の移動を組み合わせた一連の行程を繰り返すことで、対象面１１に精密膜を製膜することができる。ただし、当然ながら、Ｚ軸方向の移動は、Ｙ軸方向における位置によって変動することになる。

対象面１１が球面である場合も、Ｚ−Ｘ平面におけるスプレーノズル２の走査移動は、対象面１１が円柱の側面の一部を切り出した曲面である場合と基本的に同様であり、例えば、図４や図５に示すようなスプレーノズル２の軌跡９となる。ただし、当然ながら、Ｙ軸方向の位置によっては、曲率半径Ｒが変化することになる。

ここで、図１０及び図１１を用いて、対象面１１が球面である場合の、Ｙ軸方向の位置の違いによるパラメータの変化について説明する。図１０は、凸状の球面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＹ−Ｚ平面上における軌跡９を示す説明図である。図１１は、凹状の球面上をスプレーノズル２が走査移動する場合のＹ−Ｚ平面上における軌跡９を示す説明図である。対象面１１が球面である場合において、Ｙ軸方向の中心、すなわち曲率半径Ｒが最大である位置からの距離がＹ’である位置での曲率半径Ｒ’は、下記式（１）により求めることができる。

また、Ｙ軸方向の中心からの距離がＹ’である位置での、円弧の頂点におけるスプレーノズル２の先端からステージ５までの距離Ｈ’は、下記式（２）により求めることができる。
｜Ｈ−Ｈ’｜＝Ｒ−Ｒ’ ・・・（２）
なお、上記式（２）中、対象面１１が上方（Ｚ軸方向）に凸の球面である場合、差（Ｈ−Ｈ’）は正の値となり、対象面１１が上方（Ｚ軸方向）に凹の球面である場合、差（Ｈ−Ｈ’）は負の値となる。

上述の実施形態１では、対象面１１が、円柱の一部を切り出した曲面、及び球面である場合について説明したが、もちろん対象面１１の形状に制限はなく、スプレー製膜装置１は任意の形状を有する曲面に対して精密膜を形成することができる。このとき、対象面１１の任意の形状を表す関数から、スプレーノズル２の軌道及び走査速度Ｖａを算出し、スプレー製膜装置１の記憶装置に記憶させておくことができる。制御装置は、前述の他のパラメータ値と共に、スプレーノズル２の軌道及び走査速度Ｖａのパラメータ値を使用して、当該任意の形状を有する対象面１１に精密膜を製膜するスプレーノズル２の走査移動を制御することができる。

塗布剤として用いるとしては、スプレーノズル２により噴霧可能なものである限り、特に制限されない。例えば、フッ素系溶剤を使用した防汚コート剤、有機溶剤を使用した反射防止剤、ハードコート剤等であってもよい。

［スプレー噴霧方法］
実施形態１に係るスプレー噴霧方法について、図１２を参照しつつ説明する。スプレーノズル２は、Ｘ軸方向に、対象面１１の前方端部１３へ向けて直線移動で近づく（Ｓ１０１）。スプレーノズル２は、前方端部１３の前方へＤ／２超離れた位置で、すなわち、スプレーノズル２から噴霧された塗布剤が前方端部１３へ最初に到達する位置よりも前方で、Ｚ軸方向への移動を開始する（Ｓ１０２）。
スプレーノズル２は、前方端部１３からＺ軸方向へ所定距離Ｌ離れた位置を通過し、対象面１１に沿って、前方端部１３から後方端部１４へ、対象面１１とスプレーノズル２の先端との距離を所定距離Ｌに維持しながら移動する（Ｓ１０３）。スプレーノズル２は、後方端部１４からＺ軸方向へ所定距離Ｌ離れた位置を通過し、後方端部１４の後方へＤ／２超離れた位置で、すなわち、スプレーノズル２から噴霧された塗布剤が後方端部１４へ到達しなくなる位置よりも後方で、Ｚ軸方向への移動を終了する（Ｓ１０４）。その後、スプレーノズル２は、対象面１１の後方端部１４からＸ軸方向に直線移動で離れる（Ｓ１０５）。
スプレーノズル２がＸ軸方向の所定位置まで到達したら、対象物１１の製膜領域が終了したか否か、すなわち、予定された製膜領域の製膜が完了したか否かの判断が制御装置によって行われる。製膜領域が終了した場合（Ｙｅｓ）、製膜処理は終了する。製膜領域が終了していなかった場合（Ｎｏ）、予め記憶装置に記憶されたプログラムに従って、Ｙ軸方向へ所定ピッチ移動する（Ｓ１０７）。その後、Ｓ１０１へ戻り、Ｘ軸方向へ折り返して走査移動を開始し、Ｓ１０１〜Ｓ１０５で同様に製膜処理が行われる。このようにして、Ｘ軸方向への走査移動、Ｙ軸方向への所定ピッチの移動、Ｘ軸方向へ折り返しての走査移動を、製膜領域が終了するまで繰り返す。

［変形例１］
図１３は、曲面上をスプレーノズル２が走査移動する際に、スプレーノズル２の噴霧角度が変化する変形例１を示す説明図である。図１３に示すように、変形例１では、スプレーノズル２の噴霧方向がθ軸（Ｚ軸方向）に対して角度を有する方向に可変である。それ以外の構成は、上述の実施例１におけるスプレー製膜装置１と同様の構成とすることができる。このような構成とすることにより、スプレーノズル２からの塗布剤の噴霧方向を、走査方向を含む平面内において、対象面１１に対して常に垂直な方向に平行とすることができる。すなわち、スプレーノズル２が対象面１１に沿って移動する際に、スプレーノズル２の噴霧方向が、対象面１１の法線方向に平行となるように随時変更可能である。これにより、更に均一な精密膜を製膜することが可能となる。

スプレーノズル２の噴霧角度が対象面１１の法線方向となるように可変である場合、スプレーノズル２の走査移動は、対象面１１の前後において、図１３に示すような軌跡９となることが好ましい。

図１３においては、図７Ａ、図７Ｂ等と同様、スプレーノズル２は、Ｘ軸方向に平行に直線移動して、対象面１１の前方端部１３へ接近する。次に、スプレーノズル２の先端の位置が、対象面１１の前方端部１３における法線上の所定距離Ｌとなるように、スプレーノズル２をＺ軸方向にも移動させると共に、対象面１１の前方端部１３におけるスプレーノズル２の噴霧方向が、対象面１１の前方端部１３における法線方向となるように、スプレーノズル２の噴霧方向の角度を変更する。

このとき、図１３に示すように、スプレーノズル２の先端は、対象面１１の前方端部１３における法線方向上の位置よりも前方の第１通過点１７を通ることが好ましい。ここで、第１通過点１７は、スプレーノズル２の移動平面内において、対象面の前方端部１３から対象面を前方に延長した延長線と、対象面の前方端部１３を中心とする半径Ｄ／２の円との第１交点から、第１交点での接平面における第１法線方向に所定距離Ｌだけ離れた点である。なお、「Ｄ」は前述と同様、スプレーノズル２から所定距離Ｌ離れた、噴霧方向に垂直な平面における塗布領域の直径である。また、スプレーノズル２の先端が第１通過点１７を通過する際、スプレーノズル２の噴霧方向は、第１法線方向に平行となっていることが好ましい。このように第１通過点１７を通過することにより、製膜準備区間から製膜区間への移行を滑らかにすることができる。

次いで、図１３に示すように、スプレーノズル２は、噴霧方向と対象面との交点での接平面における法線方向に対して、噴霧方向が平行となるよう維持しながら、対象面に沿って移動する。すなわち、スプレーノズル２の噴霧方向が常に対象面の法線方向と平行となるようＺ軸方向に対する角度θを適宜変えながら、スプレーノズル２は移動する。

スプレーノズル２が対象面上を移動し、後方端部１４での接平面の法線上に達した後、スプレーノズル２は、噴霧方向の角度及びＺ軸方向に移動し、最後にはＸ軸方向に平行に直線移動する。このとき、図１３に示すように、スプレーノズル２の先端は、対象面の後方端部１４における法線方向上の位置よりも後方の第２通過点１８を通ることが好ましい。ここで、第２通過点１８は、スプレーノズル２の移動平面内において、対象面の後方端部１４から対象面を後方に延長した延長線と、対象面の後方端部１４を中心とする半径Ｄ／２の円との第２交点から、第２交点での接平面における第２法線方向に所定距離Ｌだけ離れた点である。また、スプレーノズル２の先端が第２通過点１８を通過する際、スプレーノズル２の噴霧方向は第２法線方向に平行となっていることが好ましい。このように第１通過点１７を通過することにより、製膜区間から製膜準備区間への移行を滑らかにすることができる。

対象面を前方又は後方に延長した延長線とは、例えば、対象面が球面の一部や円柱の側面の一部を切り出した曲面で合った場合、すなわち、スプレーノズル２の移動平面における対象面の断面が円弧形状である場合、前方端部１３及び／又は後方端部１４から、円弧形状を延長することができる。ここで延長される円弧形状は、切り出された円弧形状と同心であり半径が等しい。なお、球面の一部又は円柱の側面の一部を切り出した曲面の両端がそれぞれ前方端部１３及び後方端部１４となる。当然ながら、対象面の移動平面における断面は円弧形状に限定されず、例えば、楕円形、長円形等であってもよい。対象面の前方端部１３及び／又は後方端部１４から延長される延長線は、その延長線が対象面の断面形状に滑らかに接続され得る形状であれば広く採用することができる。

また、対象面を前方又は後方に延長する延長線としては、スプレーノズル２の移動平面内における前方端部１３及び／又は後方端部１４での接線方向に延びる直線であってもよい。

対象面の形状は、予め、スプレー製膜装置に搭載される記憶装置に記憶させておくことができる。例えば、スプレー製膜装置の駆動機構のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ対応したＸ、Ｙ、Ｚを変数とする関数として記憶装置に記憶させておくことができる。その場合、前方端部１３及び／又は後方端部１４からの延長線の関数は、予め記憶させておいた関数に基づき算出することができる。

１：スプレー製膜装置 ２：スプレーノズル
３Ｘ：Ｘ軸アーム ３Ｙ：Ｙ軸アーム
３Ｚ：Ｚ軸アーム ５：ステージ
６：チャンバー ７：ファンユニット
９：軌跡 １０：対象物
１１：対象面 １３：前方端部
１４：後方端部 １５：第１変化点
１６：第２変化点 １７：第１通過点
１８：第２通過点

Claims (10)

1. 塗布剤をスプレーノズルから対象面へ向けて噴霧するスプレー噴霧方法において、
   前記対象面が曲面を有し、
   前記スプレーノズルが、前記スプレーノズルの先端と前記対象面との間の、前記スプレーノズルの噴霧方向における距離を所定距離に維持しながら、前記対象面に沿って移動すると共に、
   前記噴霧方向と前記対象面との交点での接平面に平行な方向における、前記先端の相対移動速度を一定に維持しながら、前記スプレーノズルが前記対象面に沿って移動する、
   スプレー噴霧方法。
2. 前記噴霧方向が一定に維持された状態で、前記スプレーノズルが移動する、
   請求項１に記載のスプレー噴霧方法。
3. 前記噴霧方向が、前記対象面を有する対象物が設置される接地面に対して垂直な方向に平行に維持された状態で、前記スプレーノズルが前記接地面に垂直な単一の移動平面内で移動する、
   請求項２に記載のスプレー噴霧方法。
4. 前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、
   前記スプレーノズルが、前記接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、
   前記スプレーノズルが、前記スプレーノズルから噴霧された塗布剤が前記前方端部へ最初に到達する位置よりも前方で、前記噴霧方向への移動を開始する、
   請求項３に記載のスプレー噴霧方法。
5. 前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、
   前記スプレーノズルが、前記接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、
   前記スプレーノズルが、前記スプレーノズルから噴霧された塗布剤が前記後方端部へ到達しなくなる位置よりも後方で、前記噴霧方向への移動を終了する、
   請求項３に記載のスプレー噴霧方法。
6. 前記スプレーノズルが、前記噴霧方向と前記対象面との交点での接平面における法線方向に対して前記噴霧方向が平行となるよう維持しながら、前記対象面に沿って移動する、
   請求項１に記載のスプレー噴霧方法。
7. 前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、
   前記スプレーノズルが、前記対象面を有する対象物が設置される接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、
   前記スプレーノズルの前記先端から前記所定距離離れた、前記噴霧方向に垂直な平面における塗布領域の直径をＤとしたとき、
   前記スプレーノズルが移動する平面内において、前記対象面の前記前方端部から前記対象面を前方に延長した延長線と、前記対象面の前記前方端部を中心とする半径Ｄ／２の円との第１交点から、前記第１交点での接平面における第１法線方向に前記所定距離だけ離れた第１通過点を、前記スプレーノズルが通り、かつ、前記第１通過点において、前記スプレーノズルの前記噴霧方向が前記第１法線方向に平行となるように、前記スプレーノズルが移動する、
   請求項６に記載のスプレー噴霧方法。
8. 前記スプレーノズルの移動方向を含む面内において前記スプレーノズルが移動したとき、最初に到達する前記対象面上の位置を前方端部とし、最後に到達する前記対象面上の位置を後方端部とし、
   前記スプレーノズルが、前記対象面を有する対象物が設置される接地面に平行な方向に移動して前記対象面の前記前方端部へ近づき、前記前方端部から前記後方端部へ向けて前記対象面に沿って移動した後、前記後方端部から前記接地面に平行な方向に移動して遠ざかり、
   前記スプレーノズルの前記先端から前記所定距離離れた、前記噴霧方向に垂直な平面における塗布領域の直径をＤとしたとき、
   前記スプレーノズルが移動する平面内において、前記対象面の前記後方端部から前記対象面を後方に延長した延長線と、前記対象面の前記後方端部を中心とする半径Ｄ／２の円との第２交点から、前記第２交点での接平面における第２法線方向に前記所定距離だけ離れた第２通過点を、前記スプレーノズルが通り、かつ、前記第２通過点において、前記スプレーノズルの前記噴霧方向が前記第２法線方向に平行となるように、前記スプレーノズルが移動する、
   請求項６に記載のスプレー噴霧方法。
9. 請求項１から請求項８に記載のスプレー噴霧方法によって、前記対象面の表面に膜を製膜するスプレー製膜方法。
10. 対象面を有する対象物が設置される接地面と、
    前記対象面へ向けて塗布剤を噴霧するスプレーノズルと、
    前記スプレーノズルを、前記接地面に平行な方向、及び前記接地面に平行な方向とは異なる前記スプレーノズルの噴霧方向のそれぞれへ独立に移動させる移動機構と、
    を備え、
    前記スプレーノズルの先端と前記対象面との間の前記噴霧方向における距離を所定距離に維持しながら、前記スプレーノズルを移動させると共に、
    前記スプレーノズルの先端の、前記スプレーノズルの噴霧方向と前記対象面との交点での接平面に平行な相対移動速度を一定に維持しながら、前記スプレーノズルを移動させる、
    スプレー製膜装置。

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