JP2012179786A - 静電成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の表面上に粉体を堆積させて所望の厚さの膜を均一に形成することができる静電成膜装置を提供する。
【解決手段】静電成膜装置は、メッシュ部を有するスクリーン２と対象物１との間に静電界を形成して、粉体からなる膜を対象物１上に形成する。この静電成膜装置は、スクリーン２に粉体を供給するホッパ６１と、スクリーン２上の粉体をスクリーン２に摺り込むスクリーンブラシ３１と、ホッパ６１をスクリーン２の表面に対して平行に移動させるホッパ移動機構１１と、スクリーンブラシ３１をスクリーン２の表面に対して平行に移動させるスクリーンブラシ移動機構６とを備える。ホッパ移動機構１１とスクリーンブラシ移動機構６は、互いに独立に動作可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーンと対象物との間に静電界を形成して、粉体を該対象物の表面上に堆積させ、粉体からなる膜を形成する静電成膜装置に関する。

静電スクリーン印刷装置は、食品への印刷や工業製品の製造などの様々な用途に使用されている。この静電印刷の原理について、図３０を参照して説明する。図３０に示すように、静電スクリーン印刷装置は、被印刷物２００が載置されるパレット２０１と、メッシュを有するスクリーン２０２と、スクリーン２０２上のロールブラシ２０３とを備える。

スクリーン２０２は直流電圧源ＤＣの負極に接続され、パレット２０１は直流電圧源ＤＣの正極に接続されるとともに接地される。直流電圧源ＤＣによってスクリーン０２とパレット２０１との間には高電圧が印加され、これによりスクリーン２０２とパレット２０１上の被印刷物２００との間には静電界が形成される。粉体はホッパ２０４から回転するロールブラシ２０３上に供給され、スクリーン２０２上に落下する。スクリーン２０２上の粉体は、回転するロールブラシ２０３によってスクリーン２０２のメッシュに摺り込まれ、スクリーン２０２の下側に押し出される。このとき、粉体は、回転するロールブラシ２０３との摩擦によって負に帯電する。したがって、粉体は、接地されている対象物２００に引き付けられて被印刷物２００の表面に付着する。

このような静電スクリーン印刷装置は、食品の表面に模様を形成する工程に広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。静電印刷技術は、粉体からなる膜を形成することが可能であるため、最近では、燃料電池や二次電池、化粧品など、さまざまな工業製品の製造にも使用されつつある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３４７２２１号公報 特開２００２−３６７６１６号公報

本発明は、従来の静電スクリーン印刷装置の改良技術を提供するものであり、その目的は、対象物の表面上に粉体を堆積させて所望の厚さの膜を均一に形成することができる静電成膜装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、メッシュ部を有するスクリーンと対象物との間に静電界を形成して、粉体からなる膜を前記対象物上に形成する静電成膜装置であって、前記スクリーンに粉体を供給するホッパと、前記スクリーン上の粉体を前記スクリーンに摺り込むスクリーンブラシと、前記ホッパを前記スクリーンの表面に対して平行に移動させるホッパ移動機構と、前記スクリーンブラシを前記スクリーンの表面に対して平行に移動させるスクリーンブラシ移動機構とを備え、前記ホッパ移動機構と前記スクリーンブラシ移動機構は、互いに独立に動作可能であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記スクリーンブラシを前記スクリーンから離間させるスクリーンブラシ離間機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スクリーンブラシを上下動させるスクリーンブラシ上下動機構と、前記ホッパを上下動させるホッパ上下動機構とをさらに備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記ホッパは、粉体が貯留されるホッパ箱と、前記ホッパ箱内に配置されたホッパブラシと、前記ホッパブラシを回転させるホッパモータとを備え、前記ホッパ箱は、粉体を通過させる複数の孔が形成された底板を有し、前記ホッパブラシは前記複数の孔を塞ぐように前記底板に接触しており、前記ホッパは、前記ホッパブラシと前記底板とを離間させるホッパブラシ離間機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ホッパは、前記ホッパ箱内に配置された少なくとも１つの仕切りをさらに有していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記スクリーンブラシの外周面に接触して該スクリーンブラシに付着した粉体を掻き落とすクリーニングメッシュをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スクリーンブラシとともに移動し、前記スクリーン上の粉体の一部を前記スクリーンブラシの外側に押し出す羽根をさらに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、スクリーンブラシおよびホッパをそれぞれ独立に駆動するスクリーンブラシ移動機構およびホッパ移動機構を設けたので、目標の膜厚に適した速度で、スクリーンブラシおよびホッパをそれぞれ移動させることができる。その結果、所望の厚さの膜を対象物の上に均一に形成することができる。

本発明の一実施形態に係る静電成膜装置の正面図である。 図１に示す静電成膜装置の背面図である。 図１に示す静電成膜装置の上面図である。 スクリーンブラシユニットの詳細な構造を示す上面図である。 図４に示すスクリーンブラシユニットの側面図である。 スクリーン上でのスクリーンブラシの動きを示す上面図である。 図７（ａ）はスクリーンブラシがスクリーンに接触している状態を示す図であり、図７（ｂ）はスクリーンブラシがエアシリンダーにより持ち上げられた状態を示す図である。 図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、ガイドレールに接触するガイドローラの動きを説明する図である。 図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に対応したスクリーンブラシの動きを示す図である。 ホッパユニットの詳細な構造を示す上面図である。 図１０に示すホッパユニットの側面図である。 図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）は、ガイドレールに接触するガイドローラの動きを説明する図である。 図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）は、図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）に対応したホッパの動きを示す図である。 ホッパ内部に設けられた仕切りをホッパブラシの軸方向から見た図である。 ホッパの内部をホッパブラシの軸方向から見た図である。 エアシリンダーによりホッパ箱の底板が押し下げられた状態を示す図である。 底板がホッパブラシから離間している状態を示す図である。 ホッパの変形例を示す水平断面図である。 図１８に示すホッパをホッパブラシの軸方向から見た図である。 図２０（ａ）乃至図２０（ｃ）は、粉体の供給動作および粉体の摺り込み動作の一例を示す図である。 図２１（ａ）乃至図２１（ｃ）は、粉体の供給動作および粉体の摺り込み動作の他の例を示す図である。 図２２（ａ）乃至図２２（ｃ）は、粉体の供給動作および粉体の摺り込み動作のさらに他の例を示す図である。 図２３（ａ）乃至図２３（ｃ）は、粉体の供給動作および粉体の摺り込み動作のさらに他の例を示す図である。 クリーニング部材を備えたスクリーンブラシユニットを示す上面図である。 図２４に示すクリーニング部材とスクリーンブラシを軸方向から見た図である。 図２５に示すクリーニング部材の正面図である。 粉体が供給されたスクリーンを示す上面図である。 クリーニングメッシュの一部をコーティング材で被覆した構成例を示す図である。 粉体をスクリーンブラシの外側に押し出す羽根を備えたスクリーンブラシユニットの例を示す上面図である。 従来の静電スクリーン印刷装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る静電成膜装置の正面図であり、図２は図１に示す静電成膜装置の背面図であり、図３は図１に示す静電成膜装置の上面図である。

図１乃至図３に示ように、静電成膜装置は、スクリーンブラシユニット３０およびホッパユニット６０を備えている。ホッパユニット６０は、スクリーン２の上面に粉体を供給するホッパ６１を有している。このホッパ６１内には粉体が貯留されている。ホッパ６１とスクリーン２とは非接触に保たれる。スクリーンブラシユニット３０は、スクリーン２の上面に供給された粉体をスクリーン２に摺り込むスクリーンブラシ３１と、このスクリーンブラシ３１をその軸心を中心として回転させるブラシモータ３２とを有している。スクリーンブラシ３１の軸心は、スクリーン２の表面に対して平行に延びている。

スクリーンブラシユニット３０およびホッパユニット６０は、スクリーン２の表面（上面）と平行に延びる直動ガイド４，５によりスライド自在に支持されている。スクリーンブラシユニット３０は、該スクリーンブラシユニット３０をスクリーン２の表面に対して平行に移動させるスクリーンブラシ移動機構６に連結されている。このスクリーンブラシ移動機構６は、複数のガイドローラ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと、これらガイドローラ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに掛けられたベルト８と、複数のガイドローラ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのうちの１つ（図１ではガイドローラ７ａ）を回転させるモータ９とを備えている。ベルト８の大部分は、スクリーン２の表面と平行に延びている。スクリーンブラシユニット３０はベルトクランプ３４を有しており、ベルト８の一部はベルトクランプ３４によって把持されている。したがって、モータ９によりベルト８を駆動すると、スクリーンブラシユニット３０は、直動ガイド４，５に沿ってスクリーン２の表面に対して平行に移動する。

同様に、ホッパユニット６０は、該ホッパユニット６０をスクリーン２の表面（上面）に対して平行に移動させるホッパ移動機構１１に連結されている。このホッパ移動機構１１は、複数のガイドローラ１２ａ，１２ｂと、これらガイドローラ１２ａ，１２ｂに掛けられたベルト１３と、複数のガイドローラ１２ａ，１２ｂのうちの１つ（図１ではガイドローラ１２ａ）を回転させるモータ１４とを備えている。ベルト１３の大部分は、スクリーン２の表面と平行に延びている。ホッパユニット６０はベルトクランプ６３を有しており、ベルト１３の一部はベルトクランプ６３によって把持されている。したがって、モータ１４によりベルト１３を駆動すると、ホッパユニット６０は、直動ガイド４，５に沿ってスクリーン２の表面に対して平行に移動する。

図３に示すように、スクリーン２は、矩形状のスクリーンフレーム２ａと、金属メッシュから形成されたメッシュスクリーン２ｂとを有している。メッシュスクリーン２ｂは、張力が付与された状態でスクリーンフレーム２ａに保持されている。メッシュスクリーン２ｂは、粉体の通過を許容するメッシュ部２ｃを有しており、このメッシュ部２ｃ以外の部分は粉体を通過させないように樹脂などのコーティング材で覆われている。

スクリーン２は、絶縁材からなる支柱２０によって水平に支持されている。スクリーン２の下方には、ステージ２１が配置されている。スクリーン２とステージ２１とは所定の距離だけ離れている。ステージ２１には、粉体を付着させる対象物１が載置される。スクリーン２およびステージ２１はそれぞれ直流電圧源（直流電圧発生器）ＤＣに電気的に接続されている。より具体的には、スクリーン２は直流電圧源ＤＣの負極に接続されており、ステージ２１は直流電圧源ＤＣの正極に電気的に接続されている。さらにステージ２１は接地されている。スクリーン２とステージ２１（およびステージ２１上の対象物１）との間には直流電圧源ＤＣによって電圧（例えば、５０００Ｖ〜６０００Ｖの直流高電圧）が印加され、これによりスクリーン２と対象物１との間には、静電界が形成される。

スクリーンブラシユニット３０は、スクリーンブラシ移動機構６により、スクリーン２上の粉体摺り込み位置と、スクリーン２の外側の退避位置との間を移動する。図１に示すように、スクリーンブラシユニット３０には、ブラシ位置センサ２３が設けられている。直動ガイド４が固定される水平プレート２７には、複数のセンサターゲット２６が所定の間隔で配置されている。ブラシ位置センサ２３は、これらセンサターゲット２６を検知することにより、スクリーンブラシユニット３０の位置を検出することができる。

同様に、ホッパユニット６０は、ホッパ移動機構１１によりスクリーン２の上方の粉体供給位置と、スクリーン２の外側の退避位置との間を移動する。ホッパユニット６０には、ホッパ位置センサ２４が設けられている。ホッパ位置センサ２４は、水平プレート２７上のセンサターゲット２６を検知することにより、ホッパユニット６０の位置を検出することができる。

ホッパ６１は、スクリーン２の上方を移動しながら、スクリーン２の上面に粉体を供給するように構成されている。スクリーンブラシ３１は、スクリーン２上を移動しながら回転することにより、スクリーン２上の粉体をメッシュ部２ｃに摺り込む。粉体は、回転するスクリーンブラシ３１との摩擦によって負に帯電し、スクリーンブラシ３１によりメッシュ部２ｃに押し込まれてスクリーン２の下面に移動する。さらに、スクリーン２とステージ２１上の対象物１との間に形成された静電界により、粉体は対象物１に向かって進行し、対象物１上に堆積し、対象物１上に膜を形成する。

なお、粉体の種類によっては、スクリーンブラシ３１でスクリーン２に摺り込まれるときに粉体が正に帯電することがある。このような粉体を使用するときは、スクリーン２は直流電圧源ＤＣの正極に接続され、ステージ２１は直流電圧源ＤＣの負極に接続される。

図４は、スクリーンブラシユニット３０の詳細な構造を示す上面図であり、図５は図４に示すスクリーンブラシユニット３０の側面図である。スクリーンブラシユニット３０は、上述したスクリーンブラシ３１と、スクリーンブラシ３１をその軸心周りに回転させるブラシモータ３２と、直動ガイド４，５に取り付けられた水平可動部材３５と、鉛直方向に延びる直動ガイド３６を介して水平可動部材３５に連結された上下動部材３７とを有している。スクリーンブラシ３１は、円筒形状のロールスポンジであり、連続気泡が内部に形成されたウレタンから形成されている。

ブラシモータ３２は、上下動部材３７に取り付けられている。スクリーンブラシ３１とブラシモータ３２とは、ボールスプライン機構４０により連結されている。ボールスプライン機構４０は、ブラシモータ３２の回転をスクリーンブラシ３１に伝達しつつ、スクリーンブラシ３１の軸方向の移動を許容する機構である。図４および図５に示すように、ボールスプライン機構４０は、ブラシモータ３２に連結されたスプライン軸４０Ａと、スクリーンブラシ３１に固定されたスプライン軸受４０Ｂとを備えている。スプライン軸受４０Ｂは、円筒部材４１の内周面に固定されている。この円筒部材４１はスクリーンブラシ３１に固定されている。円筒部材４１とスクリーンブラシ３１とは一体に回転するようになっている。

円筒部材４１の外周面には環状の溝４１ａが形成されており、この溝４１ａに係合するピン４２が保持部材４３に固定されている。保持部材４３は、上下動部材３７に固定された２本の支持アーム４５，４５に取り付けられている（図５では支持アーム４５，４５は省略されている）。環状の溝４１ａは、図４に示すように、上から見たときに軸方向と垂直な方向に対して傾いている。したがって、スクリーンブラシ３１が回転すると、ピン４２と溝４１ａとの係合によりスクリーンブラシ３１は軸方向に往復運動する。このように、溝４１ａを有する円筒部材４１と、溝４１ａに係合するピン４２とにより、スクリーンブラシ３１を軸方向に移動させる機構が構成されている。

図６は、スクリーン２上でのスクリーンブラシ３１の動きを示す上面図である。図６に示すように、スクリーンブラシ３１は、スクリーン２のメッシュ部２ｃを横切るように水平に移動しながら、スクリーンブラシ３１の軸方向に往復移動する。このようなスクリーンブラシ３１の軸方向の動きにより、スクリーン２上に供給された粉体を均一にならすことができる。特に、メッシュ部２ｃが形成されていない部分に供給された粉体を、スクリーンブラシ３１の軸方向の動きによりメッシュ部２ｃに移動させることができる。したがって、スクリーン２上での不要な粉体の堆積を防止することができる。メッシュ部２ｃ以外の部分に堆積した粉体は、スクリーンブラシ３１とスクリーン２との接触を妨げてしまい、スクリーンブラシ３１による粉体の摺り込みに悪影響を与えるおそれがある。本実施形態に係るスクリーンブラシ３１は、メッシュ部２ｃを横切って移動すると同時に、スクリーンブラシ３１の軸方向にも移動するので、このようなスクリーン２上の不要な粉体の堆積を防止することができる。

スクリーンブラシユニット３０全体は直動ガイド４，５に支持されており、これによりスクリーンブラシユニット３０全体が図４の矢印Ａで示すように水平方向に移動可能となっている。上下動部材３７は、水平可動部材３５に対して相対的に上下方向に移動することができる。したがって、ブラシモータ３２およびスクリーンブラシ３１は、図５の矢印Ｂで示すように上下動部材３７と一体に上下方向に移動可能となっている。

上下動部材３７にはエアシリンダー４７が固定されており、水平可動部材３５にはストッパー４９が固定されている。図示しない気体供給源からエアシリンダー４７に空気などの気体が供給されると、エアシリンダー４７のピストンロッド４８がストッパー４９に接触し、これにより上下動部材３７が上方に持ち上げられる。スクリーンブラシ３１は上下動部材３７とともに上方に持ち上げられ、これによりスクリーンブラシ３１はスクリーン２から離間する。

図７（ａ）はスクリーンブラシ３１がスクリーン２に接触している状態を示す図であり、図７（ｂ）はスクリーンブラシ３１がエアシリンダー４７により持ち上げられた状態を示す図である。粉体をスクリーン２に摺り込むときは、図７（ａ）に示すように、スクリーンブラシ３１はスクリーン２の上面に接触している。一方、粉体をスクリーン２に摺り込む必要がないときは、図７（ｂ）に示すように、エアシリンダー４７によりスクリーンブラシ３１をスクリーン２から離間させる。例えば、１回の摺り込み動作で所望の厚さの膜を対象物１上に形成することができる場合は、スクリーンブラシ３１がスクリーン２のメッシュ部２ｃを横切って移動した後、スクリーンブラシ３１をエアシリンダー４７によりスクリーン２から離間させ、その状態でスクリーンブラシ３１をその退避位置に移動させる。

このように、エアシリンダー４７は、スクリーンブラシ３１をスクリーン２から離間させるスクリーンブラシ離間機構を構成する。エアシリンダー４７に代えて、他のリニアアクチュエータを用いることも可能である。例えば、サーボモータとボールねじとの組み合わせからなる機構を用いてもよい。

上下動部材３７には、ガイドローラ５１が取り付けられている。このガイドローラ５１は、スクリーンブラシユニット３０がその退避位置に移動するときに、図２に示すガイドレール５３に接触するようになっている。このガイドレール５３は、水平面に対して傾斜する傾斜部５３ａと、この傾斜部５３ａの頂部から外側に延びる水平部５３ｂとを有している。ガイドレール５３の傾斜部５３ａは、スクリーンフレーム２ａに対応した位置に配置されている。図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示すように、スクリーンブラシ移動機構６によりスクリーンブラシユニット３０が外側に移動されると、ガイドローラ５１がガイドレール５３の傾斜部５３ａに接触し、ガイドローラ５１は傾斜部５３ａに沿って上方に移動する。したがって、上下動部材３７、ブラシモータ３２、およびスクリーンブラシ３１は、ガイドローラ５１の動きに従って上方に移動する。

ガイドローラ５１およびガイドレール５３は、スクリーンブラシ３１を上下方向に移動させる機構を構成する。ガイドローラ５１およびガイドレール５３の組み合わせに代えて、エアシリンダーなどの他の機構を用いることも可能である。図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に対応したスクリーンブラシ３１の動きを示す図である。図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示すように、スクリーンブラシ３１は、スクリーン２の外側の退避位置に移動するときに、スクリーンフレーム２ａを避けるように上昇する。一方、スクリーンブラシ３１がスクリーン２上の粉体摺り込み位置に移動するときは、図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示す動きとは逆の動きをする。すなわち、スクリーンフレーム２ａを越えるまではスクリーンブラシ３１は水平に移動し、スクリーンフレーム２ａを越えた後は下方に移動してスクリーン２の上面に接触する。

このように、スクリーンブラシ３１をスクリーン２の外に移動させることができるので、ホッパ６１は、スクリーンブラシ３１に邪魔されることなくスクリーン２のメッシュ部２ｃの全体に粉体を供給することができる。もし、ガイドローラ５１およびガイドレール５３が設けられていないとすると、スクリーンブラシ３１はスクリーンフレーム２ａを越えて移動することができない。結果として、スクリーンブラシ３１の退避位置をスクリーン２上に設けなければならなくなり、スクリーン２のサイズが大きくなってしまう。スクリーン２は消耗品であるため、そのコストを低くすることが要請される。ガイドローラ５１およびガイドレール５３を設けることにより、上述したようにスクリーン２の外側にスクリーンブラシ３１を移動させることが可能となるので、スクリーン２のサイズを小さくすることができる。したがって、スクリーン２のコストを下げることができる。

図１０は、ホッパユニット６０の詳細な構造を示す上面図であり、図１１は図１０に示すホッパユニット６０の側面図である。ホッパユニット６０は、スクリーン２の上面に粉体を供給するホッパ６１と、ホッパ６１を支持するホッパアーム６２，６２と、直動ガイド４，５に取り付けられた水平可動部材６５と、鉛直方向に延びる直動ガイド６６を介して水平可動部材６５に連結された上下動部材６７とを有している。ホッパアーム６２，６２は上下動部材６７に固定されている。

図１０および図１１では、ホッパ６１は断面図で表されている。ホッパ６１は、粉体が貯留されるホッパ箱７０と、ホッパ箱７０の内部に配置されたホッパブラシ７１と、ホッパブラシ７１をその軸心周りに回転させるホッパモータ７２とを有している。ホッパブラシ７１とホッパモータ７２とはベルト７４を介して連結されている。ホッパブラシ７１は、円筒形状のロールスポンジであり、連続気泡が内部に形成されたウレタンから構成されている。ホッパブラシ７１の軸心は、スクリーン２の表面に対して平行に延びている。

ホッパユニット６０全体は直動ガイド４，５に支持されており、これによりホッパユニット６０全体が図１０の矢印Ｃで示すように水平方向に移動可能となっている。上下動部材６７は、水平可動部材６５に対して相対的に上下方向に移動することができる。したがって、ホッパ６１およびホッパアーム６２，６２は、図１１の矢印Ｄで示すように上下動部材６７と一体に上下方向に移動可能となっている。

上下動部材６７には、ガイドローラ７６が取り付けられている。このガイドローラ７６は、ホッパユニット６０がその退避位置に移動するときに、図２に示すガイドレール７７に接触するようになっている。このガイドレール７７は、水平面に対して傾斜する傾斜部７７ａと、この傾斜部７７ａの頂部から外側に延びる水平部７７ｂとを有している。ガイドレール７７の傾斜部７７ａは、スクリーンフレーム２ａに対応した位置に配置されている。図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）に示すように、ホッパ移動機構１１によりホッパユニット６０が外側に移動されると、ガイドローラ７６がガイドレール７７の傾斜部７７ａに接触し、ガイドローラ７６は傾斜部７７ａに沿って上方に移動する。したがって、上下動部材６７、ホッパアーム６２，６２、およびホッパ６１は、ガイドローラ７６の動きに従って上方に移動する。

ガイドローラ７６およびガイドレール７７は、ホッパ６１を上下方向に移動させる機構を構成する。ガイドローラ７６およびガイドレール７７の組み合わせに代えて、エアシリンダーなどの他の機構を用いることも可能である。図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）は、図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）に対応したホッパ６１の動きを示す図である。図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）に示すように、ホッパ６１は、スクリーン２の外側の退避位置に移動するときに、スクリーンフレーム２ａを避けるように上昇する。一方、ホッパ６１がスクリーン２上方の粉体供給位置に移動するときは、図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）に示す動きとは逆の動きをする。すなわち、スクリーンフレーム２ａを越えるまではホッパ６１は水平に移動し、スクリーンフレーム２ａを越えた後は下方に移動してスクリーン２の上面に近づく。

このように、ホッパ６１をスクリーン２の外に移動させることができるので、スクリーンブラシ３１は、ホッパ６１に邪魔されることなくスクリーン２のメッシュ部２ｃの全体に粉体を摺り込むことができる。また、スクリーン２の外側にホッパ６１の退避位置を設けることができるので、スクリーン２のサイズを小さくすることができる。さらに、ホッパ６１はスクリーンフレーム２ａを回避するように移動するので、粉体を供給するときにホッパ６１をメッシュ部２ｃに近づけることができる。したがって、粉体が気流の影響を受けにくくなり、粉体をスクリーン２上に均一に供給することができる。

ホッパ箱７０は、上板７０ａ、側板７０ｂ、底板７０ｃ、前面板７０ｄ、および背面板７０ｅとから基本的に構成されている。上板７０ａは取り外し可能となっており、粉体をホッパ箱７０に投入するときは上板７０ａが取り外される。底板７０ｃはばね７８によって前面板７０ｄおよび背面板７０ｅから吊り下げられている。これらのばね７８は、底板７０ｃを引き上げて前面板７０ｄおよび背面板７０ｅに押し付けている。底板７０ｃには、粉体が通過する複数の孔７０ｆが形成されている。ホッパブラシ７１は、底板７０ｃに接触しており、孔７０ｆを塞ぐように配置されている。ホッパブラシ７１がその軸心周りに回転することにより、ホッパ箱７０内の粉体が底板７０ｃの孔７０ｆに送り込まれ、孔７０ｆから落下する。ホッパユニット６０は、ホッパ移動機構１１によりスクリーン２のメッシュ部２ｃを横切るように移動しながら粉体をスクリーン２上に供給する。

ホッパ箱７０の内部には、２つの仕切り８０，８０が設けられており、これら仕切り８０，８０はホッパブラシ７１の軸方向に移動可能となっている。図１４は、仕切り８０をホッパブラシ７１の軸方向から見た図である。図１４に示すように、仕切り８０には、ホッパブラシ７１に対応した形状の切り欠き８０ａが形成されている。これらの仕切り８０，８０の位置を変えることにより、粉体の供給位置および供給面積を変えることができる。仕切り８０，８０の位置は、スクリーン２のメッシュ部２ｃの位置に合わせて設定することが好ましい。すなわち、メッシュ部２ｃにのみ粉体が供給されるように仕切り８０，８０を配置することが好ましい。このような配置により、メッシュ部２ｃが形成されていない部分に粉体が供給されることを防ぐことができる。

図１５は、ホッパ６１の内部をホッパブラシ７１の軸方向から見た図である。図１５に示すように、ウレタンから形成されたホッパブラシ７１の下部は、底板７０ｃとの接触により変形している。この状態でホッパブラシ７１の回転を開始すると、変形した部分が底板７０ｃと良好に接触することができない。結果として粉体を均一にスクリーン２上に供給することができなくなってしまう。そこで、ホッパブラシ７１が回転していないときは、ホッパブラシ７１と底板７０ｃとを離間させるホッパブラシ離間機構としてのエアシリンダー８１，８１が設けられている。このエアシリンダー８１，８１は、ホッパ箱７０の前面板７０ｄおよび背面板７０ｅにそれぞれ隣接して設けられており、ホッパアーム６２，６２により支持されている。

エアシリンダー８１，８１には図示しない気体供給源から空気などの気体が供給されるようになっている。エアシリンダー８１，８１が動作すると、図１６に示すように、エアシリンダー８１，８１のピストンロッドが底板７０ｃを押し下げ、これにより底板７０ｃがホッパブラシ７１から離間する。図１７は、底板７０ｃがホッパブラシ７１から離間している状態を示す図である。図１７に示すように、粉体をスクリーン２に供給しないときは、エアシリンダー８１，８１によってホッパブラシ７１を底板７０ｃから離間させることができる。一方、粉体をスクリーン２に供給するときは、エアシリンダー８１，８１への気体の供給を停止することで、ばね７８により底板７０ｃをホッパブラシ７１に接触させる。

このように、粉体をスクリーン２に供給しないときはホッパブラシ７１と底板７０ｃとを互いに離間させることができるので、ホッパブラシ７１の部分的な変形を防止することができる。したがって、ホッパ６１は粉体を均一にスクリーン２上に供給することができる。

図１８は、ホッパ６１の変形例を示す水平断面図であり、図１９は、図１８に示すホッパ６１をホッパブラシ７１の軸方向から見た図である。図１８および図１９に示すように、底板７０ｃとホッパブラシ７１との間には、底板７０ｃの孔７０ｆを塞ぐためのカバー板８３が配置されている。このカバー板８３は、ホッパ箱７０の側板７０ｂに形成されたスリット（図示せず）から挿入されている。側板７０ｂにスリットを形成せずに、カバー板８３をホッパ箱７０の内部に配置してもよい。カバー板８３は薄く形成されており、カバー板８３との接触によるホッパブラシ７１の変形を最小限にしている。

カバー板８３は、ホッパブラシ７１の軸方向に関して所望の位置に配置することが可能となっている。したがって、スクリーン２のメッシュ部２ｃに合わせてカバー板８３の位置を変えることができる。例えば、スクリーン２のメッシュ部２ｃがパターン化された複数のメッシュ部から構成されている場合は、これらメッシュ部の間にカバー板８３が位置するように配置される。このような配置により、メッシュ部にのみ粉体を供給することができる。したがって、スクリーン２上の不要な粉体の堆積を防止することができる。カバー板８３は、１つまたは複数配置することができる。

静電成膜装置は、スクリーンブラシユニット３０およびホッパユニット６０の動作を制御する制御部９０をさらに備えている。この制御部９０は、スクリーンブラシ移動機構６により駆動されるスクリーンブラシ３１の横方向の速度、スクリーンブラシ３１の回転速度、ホッパ移動機構１１により駆動されるホッパブラシ７１の横方向の速度、ホッパブラシ７１の回転速度などを制御することができるようになっている。

対象物１上の粉体の堆積量（すなわち、膜厚）は、粉体のスクリーン２への摺り込み量に依存する。スクリーンブラシ３１の回転速度を一定としたとき、粉体のスクリーン２への摺り込み量は、スクリーンブラシ３１の移動速度に大きく依存する。したがって、スクリーンブラシ３１の移動速度は、目標とする膜厚によってほぼ決定される。スクリーンブラシユニット３０およびホッパユニット６０は、それぞれスクリーンブラシ移動機構６およびホッパ移動機構１１によって独立に駆動される。したがって、スクリーンブラシ３１は成膜条件に最適な速度で移動することができ、ホッパ６１は目標膜厚を達成するための粉体の供給量に最適な速度で移動することができる。成膜条件や粉体の性質によっては、スクリーンブラシ３１の移動速度およびホッパ６１の移動速度は同じであってもよいことはもちろんである。

図２０（ａ）乃至図２０（ｃ）は、粉体の供給動作および粉体の摺り込み動作の一例を示す図である。図２０（ａ）に示すように、ホッパ６１は、スクリーン２の上方を横方向に移動しながら（メッシュ部２ｃを横切るように移動しながら）、スクリーン２に粉体を供給する。粉体の供給が完了すると、ホッパ６１はその退避位置に戻る。同時に、図２０（ｂ）に示すように、スクリーンブラシ３１がホッパ６１とは異なる速度で移動しながら粉体をスクリーン２に摺り込む。スクリーンブラシ３１がホッパ６１と同じ速度で移動してもよい。粉体の摺り込みが終了すると、スクリーンブラシ３１がエアシリンダー４７（図５参照）により持ち上げられ、これによりスクリーンブラシ３１がスクリーン２から離間する。この状態で、図２０（ｃ）に示すように、スクリーンブラシ３１はその退避位置まで戻る。

図２１（ａ）乃至図２１（ｃ）は、粉体の供給動作および粉体の摺り込み動作の他の例を示す図である。図２１（ａ）および図２１（ｂ）に記載の動作は、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に記載の動作と同じである。この例では、図２１（ｃ）に示すように、スクリーンブラシ３１が退避位置に戻るときにも粉体の摺り込みを行う。図２１（ｃ）に示す動作においては、スクリーンブラシ３１の進行方向の切り替えに伴い、スクリーンブラシ３１の回転方向も反転される。粉体の性質によっては、より長い摺り込み時間が必要となることがある。図２１（ａ）乃至図２１（ｃ）に示す例はそのような場合に適している。

図２２（ａ）乃至図２２（ｃ）は、粉体の供給動作および粉体の摺り込み動作のさらに他の例を示す図である。図２２（ａ）に示すように、ホッパ６１は、粉体を供給せずに、スクリーン２のメッシュ部２ｃを横切って移動する。次に、ホッパ６１がその退避位置に戻りながら、粉体をスクリーン２上に供給する。同時に、図２２（ｂ）に示すように、スクリーンブラシ３１がホッパ６１とは異なる速度で移動しながら粉体をスクリーン２に摺り込む。スクリーンブラシ３１がホッパ６１と同じ速度で移動してもよい。粉体の摺り込みが終了すると、スクリーンブラシ３１がエアシリンダー４７（図５参照）により持ち上げられ、これによりスクリーンブラシ３１がスクリーン２から離間する。この状態で、図２２（ｃ）に示すように、スクリーンブラシ３１はその退避位置まで戻る。スクリーンブラシ３１が退避位置に戻るときに、図２１（ｃ）に示すように、粉体の摺り込みを行ってもよい。

スクリーンブラシ３１の移動速度およびホッパ６１の移動速度は、予め制御部９０に入力されている。スクリーンブラシユニット３０およびホッパユニット６０は、それぞれスクリーンブラシ移動機構６およびホッパ移動機構１１によって独立に駆動されるので、目標の膜厚を達成するのに適したスクリーンブラシ３１の移動速度およびホッパ６１の移動速度をそれぞれ設定することができる。したがって、所望の厚さの膜を対象物１の上に均一に形成することができる。

図２３（ａ）乃至図２３（ｃ）に示すように、粉体の摺り込みの最中に、スクリーンブラシ３１の移動速度を変えることもできる。図２３（ａ）乃至図２３（ｃ）の矢印の大きさは、速度の大きさを表している。上述したように、スクリーンブラシユニット３０はブラシ位置センサ２３を備えており、スクリーンブラシ３１の位置はブラシ位置センサ２３によって検出される。ブラシ位置センサ２３の出力信号は制御部９０に送信され、制御部９０はスクリーンブラシ３１が所定の位置に到達したときにその移動速度を変えることができる。例えば、成膜後の膜厚測定結果から、膜の中央部が他の部分よりも薄く形成されていることが分かった場合には、次の成膜工程では、膜の中央部でのスクリーンブラシ３１の移動速度をより遅い速度に設定することができる。同様に、ホッパ位置センサ２４からの出力信号に基づいて、制御部９０はホッパ６１の移動速度を粉体の供給中に変えることもできる。

スクリーンブラシ３１はウレタンから形成されているために、摺り込み工程が繰り返されていくうちに粉体がスクリーンブラシ３１の表面に堆積することがある。スクリーンブラシ３１の表面に堆積した粉体は、スクリーンブラシ３１とスクリーン２との良好な接触を妨げてしまう。そこで、図２４乃至図２６に示すように、スクリーンブラシ３１に付着した粉体を掻き落とすクリーニング部材９２，９２を設けることが好ましい。

クリーニング部材９２，９２は、スクリーンブラシ３１を挟むように支持アーム４５，４５にそれぞれ取り付けられている。各クリーニング部材９２は、スクリーンブラシ３１の外周面に接触するクリーニングメッシュ９２ａと、このクリーニングメッシュ９２ａを支持するメッシュフレーム９２ｂとを備えている。メッシュフレーム９２ｂの下部は、クリーニングメッシュ９２ａによって掻き落とされた粉体を受け取る粉体容器９２ｃを構成している。スクリーンブラシ３１が回転すると、その外周面に付着した粉体がクリーニングメッシュ９２ａによって掻き落とされ、粉体容器９２ｃ内に落下する。このようなクリーニングメッシュ９２ａを設けることにより、スクリーンブラシ３１を常に良好な状態に維持することができる。したがって、対象物１上に均一な膜を形成することができる。図２４および図２５に示す例では２つのクリーニング部材９２，９２が配置されているが、１つのクリーニング部材９２を設けてもよい。

図２７は、粉体が供給されたスクリーン２を示す上面図である。図２７に示すように、粉体は、スクリーン２のメッシュ部２ｃのみならず、メッシュ部２ｃの周囲領域にも供給される。メッシュ部２ｃ以外の領域に供給された粉体の一部は、図６に示すスクリーンブラシ３１の軸方向の動きによりメッシュ部２ｃに移動されるが、残りの粉体はその場所に留まる。このため、メッシュ部２ｃの周囲領域に対応するスクリーンブラシ３１の表面には粉体が堆積しやすい。一方、メッシュ部２ｃに対応するスクリーンブラシ３１の表面に付着した粉体は、次の粉体摺り込み工程に使用することができるので、すべてをクリーニングメッシュ９２ａで除去せずにある程度スクリーンブラシ３１上に残しておくことが好ましい。

そこで、図２８に示すように、スクリーン２のメッシュ部２ｃに対応するクリーニングメッシュ９２ａの部分をコーティング材（例えば、樹脂）９４で被覆して、スクリーニングメッシュ９２ａの開口部を塞ぐことが好ましい。この場合、スクリーニングメッシュ９２ａの開口部を完全に塞ぐのではなく、ある程度開口部を残しておくことが好ましい。図２８の符号Ｆは、コーティング材９４が形成されていない箇所を示している。コーティング材９４で被覆されたクリーニングメッシュ９２ａの部分は、粉体を除去することができないが、コーティング材９４で被覆されていないクリーニングメッシュ９２ａの部分は、粉体を除去することができる。このようにクリーニングメッシュ９２ａをコーティング材９４で部分的に被覆することにより、粉体の除去量を調整することができる。したがって、スクリーン２のメッシュ部２ｃに対応したスクリーンブラシ３１の部分では粉体をある程度残留させ、スクリーン２のメッシュ部２ｃの周囲領域に対応したスクリーンブラシ３１の部分からは粉体を除去することができる。

図２９は、スクリーンブラシユニット３０の変形例を示す上面図である。この例では、スクリーンブラシユニット３０は、スクリーン２上の粉体の一部を外側に押し出す２枚の羽根９６，９６を備えている。羽根９６，９６は矩形状の板であり、粉体摺り込み時のスクリーンブラシ３１の進行方向（矢印で示す）に関してその前方に位置する支持アーム４５に取り付けられている。羽根９６，９６の下端はスクリーン２のメッシュスクリーン２ｂに接触している。羽根９６，９６は、スクリーン２上の粉体の一部をスクリーンブラシ３１の外側に押し出すように、スクリーンブラシ３１の進行方向に対して傾斜している。これら羽根９６，９６は、スクリーン２のメッシュ部２ｃの両側に位置している。

羽根９６，９６とスクリーンブラシ３１とは、スクリーンブラシ移動機構６により一体に移動する。図２９に示すように、スクリーンブラシ３１が矢印で示す方向に移動すると、メッシュ部２ｃの外側の領域に供給された粉体が羽根９６，９６によってスクリーンブラシ３１の外側に押し出される。したがって、スクリーン２上での不要な粉体の堆積を防止することができ、さらには、上述したようなスクリーンブラシ３１上の不要な粉体の堆積を防止することができる。

本発明に係る静電成膜装置に使用される粉体の種類としては、食品に使用される可食性粉体や、工業製品に使用される機能性粉体が挙げられる。特に、燃料電池や二次電池などの各種電池に使用される機能性膜の形成に本発明は好適に適用可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 対象物
２ スクリーン
６ スクリーンブラシ移動機構
１１ ホッパ移動機構
２１ ステージ
２３ ブラシ位置センサ
２４ ホッパ位置センサ
２６ センサターゲット
３０ スクリーンブラシユニット
３１ スクリーンブラシ
３２ ブラシモータ
６０ ホッパユニット
６１ ホッパ
８０ 仕切り
８３ カバー板
９０ 制御部
９２ クリーニング部材
９２ａ クリーニングメッシュ
９６ 羽根

Claims (7)

1. メッシュ部を有するスクリーンと対象物との間に静電界を形成して、粉体からなる膜を前記対象物上に形成する静電成膜装置であって、
   前記スクリーンに粉体を供給するホッパと、
   前記スクリーン上の粉体を前記スクリーンに摺り込むスクリーンブラシと、
   前記ホッパを前記スクリーンの表面に対して平行に移動させるホッパ移動機構と、
   前記スクリーンブラシを前記スクリーンの表面に対して平行に移動させるスクリーンブラシ移動機構とを備え、
   前記ホッパ移動機構と前記スクリーンブラシ移動機構は、互いに独立に動作可能であることを特徴とする静電成膜装置。
2. 前記スクリーンブラシを前記スクリーンから離間させるスクリーンブラシ離間機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の静電成膜装置。
3. 前記スクリーンブラシを上下動させるスクリーンブラシ上下動機構と、
   前記ホッパを上下動させるホッパ上下動機構とをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の静電成膜装置。
4. 前記ホッパは、粉体が貯留されるホッパ箱と、前記ホッパ箱内に配置されたホッパブラシと、前記ホッパブラシを回転させるホッパモータとを備え、
   前記ホッパ箱は、粉体を通過させる複数の孔が形成された底板を有し、前記ホッパブラシは前記複数の孔を塞ぐように前記底板に接触しており、
   前記ホッパは、前記ホッパブラシと前記底板とを離間させるホッパブラシ離間機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電成膜装置。
5. 前記ホッパは、前記ホッパ箱内に配置された少なくとも１つの仕切りをさらに有していることを特徴とする請求項４に記載の静電成膜装置。
6. 前記スクリーンブラシの外周面に接触して該スクリーンブラシに付着した粉体を掻き落とすクリーニングメッシュをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の静電成膜装置。
7. 前記スクリーンブラシとともに移動し、前記スクリーン上の粉体の一部を前記スクリーンブラシの外側に押し出す羽根をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の静電成膜装置。

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