JP2022127126A - 静電成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーンの下面に粉体が堆積することを防止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、対象物１に向き合って配置されたスクリーン１０と、粉体をスクリーン１０に擦り込む擦り込みローラー１２と、擦り込みローラー１２をその軸心まわりに回転させるローラー回転機構１９と、スクリーン１０と対象物１との間に電圧を印加する電源ＤＣと、スクリーン１０に間欠的に打撃を加えるハンマー３１を有する打撃装置３０を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、可食性粉体や機能性粉体などの粉体を、静電力を利用して対象物に付着させ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６を参照して説明する。図６に示すように、静電スクリーン印刷装置は、対象物２００が載置されるコンベヤ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。対象物２００はコンベヤ２０１によってスクリーン２０２下方の印刷位置に移動される。

スクリーン２０２は電源ＤＣの負極に接続され、コンベヤ２０１は電源ＤＣの正極に接続されるとともに接地される。電源ＤＣによってスクリーン２０２とコンベヤ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とコンベヤ２０１上の対象物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、メッシュを通ってスクリーン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に引き付けられて対象物２００の表面に付着し、対象物２００上に均一な厚さの膜を形成する。

このような静電印刷技術は、粉体からなる膜を均一に形成することが可能であるため、最近では、燃料電池、全固体電池、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。

特開２００２－３４７２２１号公報

静電印刷を行うにつれて、粉体がスクリーン２０２の下面に徐々に堆積することがある。より具体的に説明すると、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た粉体は、対象物２００に向かって飛翔するのであるが、粉体の一部は対象物２００に向かわずに、スクリーン２０２の下面に付着する。静電印刷を行うにつれて、そのような粉体はスクリーン２０２の下面で徐々に塊を形成し、やがて自重によって対象物２００に落下する。

しかしながら、自重により落下した粉体の塊は、大きなサイズを有しているため、対象物２００に形成される粉体の膜の厚さを不均一としてしまう。結果として、製品の歩留まりを低下させ、あるいは製品の欠陥を引き起こす原因ともなる。

そこで、本発明は、スクリーンの下面に粉体が堆積することを防止することができる静電成膜装置を提供する。

一態様では、粉体を静電力により対象物上に付着させる静電成膜装置であって、前記対象物に向き合って配置されたスクリーンと、粉体を前記スクリーンに擦り込む擦り込みローラーと、前記擦り込みローラーをその軸心まわりに回転させるローラー回転機構と、前記スクリーンと前記対象物との間に電圧を印加する電源と、前記スクリーンに間欠的に打撃を加えるハンマーを有する打撃装置を備えている、静電成膜装置が提供される。

一態様では、前記打撃装置は、前記ハンマーが前記スクリーンに加える打撃の強さを調節するように構成された調節装置をさらに有している。
一態様では、前記ハンマーが前記スクリーンに加える打撃の周期は、前記擦り込みローラーの回転速度に同期している。
一態様では、前記ハンマーは、前記スクリーンの長手方向に打撃を加えるように配置されている。
一態様では、前記打撃装置は、前記ハンマーを前記スクリーンに向かって押すばねを有している。
一態様では、前記打撃装置は、前記ハンマーに連結されたカムフォロワと、前記擦り込みローラーと一体に回転可能な円形カムを有している。
一態様では、前記調節装置は、前記ばねの端部を支持する支持部材と、前記支持部材の位置を調節する位置調節機構をさらに有している。

本発明によれば、ハンマーがスクリーンに間欠的に打撃を加えることで、スクリーンの下面に形成された粉体の塊を定期的にスクリーンから落下させることができる。すなわち、ハンマーは、ある程度の大きな衝撃をスクリーンに加えることができるので、粉体の塊をその自重により落下させることができる。打撃を間欠的に加える理由は、粉体がある程度大きな塊を形成した後にスクリーンに打撃を加えることで、粉体の塊をその自重により落下させることができるからである。ハンマーによる打撃に代えて、細かい振動では、粉体の塊は落ちにくいことが実験により確かめられている。さらに、振動は装置の全体に共振を引き起こし、装置に不具合を生じさせる。よって、振動ではなく、ハンマーによる打撃が有効である。さらに、本発明によれば、スクリーンの下面を拭うワイパーなどの機構が不要である。

粉体の塊の落下しやすさは、粉体の種類にも依存する。本発明によれば、調節装置は、打撃の強さを、打撃の周期とは独立して調節することができる。したがって、ハンマーは、粉体の種類に応じて適切な強さの打撃をスクリーンに加えることができる。

静電成膜装置の一実施形態を示す正面図である。 図１に示す静電成膜装置の側面図である。 打撃装置の詳細を示す模式図である。 図４（ａ）は、図３の矢印Ａで示す方向から見た円形カムおよびカムフォロワを示す図であり、図４（ｂ）は、図３の矢印Ｂで示す方向から見た円形カムおよびカムフォロワを示す図であり、図４（ｃ）は、円形カムの展開図である。 スクリーンおよびハンマーの上面図である。 静電印刷の原理を説明する図である。

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は静電成膜装置の一実施形態を示す正面図であり、図２は図１に示す静電成膜装置の側面図である。静電成膜印刷装置は、対象物１の上方に配置されるスクリーン１０と、スクリーン１０上に置かれた円筒状の擦り込みローラー１２と、粉体を擦り込みローラー１２に供給するホッパ１４と、スクリーン１０と対象物１との間に電圧を印加する電源ＤＣを備えている。粉体の例としては、可食性粉体や機能性粉体などが挙げられる。対象物１は特に限定されず、食品、または燃料電池、全固体電池、二次電池、化粧品など工業製品などである。

スクリーン１０は対象物１に向き合って配置されており、スクリーン１０と対象物１とは非接触とされる。図１に示すように、スクリーン１０は、対象物１の上方の位置において水平に配置されている。スクリーン１０には粉体が通過するメッシュ１１が形成されている。粉体は、擦り込みローラー１２の外周面によってスクリーン１０のメッシュ１１に擦り込まれる。

擦り込みローラー１２の材料としては、スクリーン１０への粉体の擦込性の良さから軟質の連泡ウレタンスポンジが採用されている。図２に示すように、擦り込みローラー１２は、ローラー回転機構１９に連結されている。擦り込みローラー１２は、スクリーン１０と平行に延びるその軸心を中心としてローラー回転機構１９により回転駆動され、擦り込みローラー１２の外周面がスクリーン１０のメッシュ１１に摺接される。ローラー回転機構１９は、モータおよびトルク伝達機構（例えば、スプロケット、チェーンなど）から構成される。ローラー回転機構１９は、擦り込みローラー１２に直結されたモータから構成されてもよい。

ホッパ１４はスクリーン１０および擦り込みローラー１２の上方に配置されている。ホッパ１４は、粉体を内部に収容するホッパ箱２０と、ホッパ箱２０の内部に配置されたホッパブラシ２２と、ホッパブラシ２２を回転させるブラシ回転機構２４とを備えている。ブラシ回転機構２４は、モータおよびトルク伝達機構（例えば、スプロケット、チェーンなど）から構成される。ブラシ回転機構２４は、ホッパブラシ２２に直結されたモータから構成されてもよい。

ホッパブラシ２２はホッパ箱２０の底部上に置かれている。このホッパ箱２０の底部には多数の孔（図示せず）が形成されている。ブラシ回転機構２４がホッパブラシ２２を回転させると、ホッパ箱２０内の粉体はホッパブラシ２２によって撹拌されながらホッパ箱２０の底部の孔に押し込まれ、これらの孔を通過して擦り込みローラー１２の外周面に供給される。粉体の擦り込みローラー１２への供給量は、ホッパブラシ２２の回転速度によって調整することができる。一実施形態では、ホッパ１４は粉体をスクリーン１０上に供給してもよい。

スクリーン１０の下方には複数の対象物１を水平に搬送するコンベヤ２が配置されている。コンベヤ２は、スクリーン１０の下方位置に対象物１を順次移動させる。コンベヤ２としては、工場に既に設置されているベルト式コンベヤを使用することができる。スクリーン１０は電源（電圧印加装置）ＤＣの負極に接続され、コンベヤ２は電源ＤＣの正極に接続されている。電源ＤＣの正極およびコンベヤ２は接地される。電源ＤＣによってスクリーン１０とコンベヤ２との間には高電圧が印加され、これによりスクリーン１０とコンベヤ２上の対象物１との間には静電界が形成される。

粉体はホッパ１４から擦り込みローラー１２上に供給され、回転する擦り込みローラー１２によってスクリーン１０に運ばれる。粉体は、回転する擦り込みローラー１２によってスクリーン１０のメッシュ１１に摺り込まれ、スクリーン１０の下側に押し出される。このとき、粉体は、回転する擦り込みローラー１２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１に引き付けられて対象物１の表面に付着し、対象物１上に均一な厚さの膜を形成する。粉体をスクリーン１０に擦り込みながら、図示しない揺動機構により擦り込みローラー１２をその軸方向に揺動させることが好ましい。粉体の種類によっては、擦り込みローラー１２によってスクリーン１０のメッシュ１１に摺り込まれたときに正に帯電するものがある。このような粉体を使用するときは、スクリーン１０は電源ＤＣの正極に接続され、電源ＤＣの負極およびコンベヤ２は接地される。

図２に示すように、静電印刷装置は、スクリーン１０に間欠的に打撃を加えるハンマー３１を有する打撃装置３０を備えている。この打撃装置３０は、スクリーン１０の下面に形成された粉体の塊を除去するために設けられている。

以下、打撃装置３０について図３を参照して詳細に説明する。打撃装置３０は、ハンマー３１をスクリーン１０に向かって押すばね３５と、ばね３５が収容されるシリンダー３６と、ハンマー３１が固定されたハンマーロッド３８を有している。シリンダー３６は、ブラケット４０に固定されている。擦り込みローラー１２の回転軸１３もブラケット４０に回転可能に支持されている。ハンマーロッド３８の大部分は、シリンダー３６内に位置している。

打撃装置３０は、ハンマーロッド３８に固定されたピストン４３を備えている。ピストン４３は、シリンダー３６内に配置されており、シリンダー３６内でハンマーロッド３８と一体に移動可能とされている。ばね３５の一端はピストン４３に接触している。ハンマー３１がスクリーン１０に加える打撃の力は、ばね３５によって与えられ、ハンマー３１の打撃の大きさは、ばね３５の弾力（伸長力）に依存する。ハンマー３１は、硬質の絶縁材から構成される。例えば、ハンマー３１は、エンジニアリングプラスチックであるＭＣナイロンなどの硬質の絶縁樹脂から構成される。

打撃装置３０は、ハンマー３１がスクリーン１０に加える打撃の強さを調節するように構成された調節装置４５をさらに有している。調節装置４５は、ばね３５の端部を支持する支持部材４７と、支持部材４７の位置を調節する位置調節機構５０をさらに有している。支持部材４７の少なくとも一部は、シリンダー３６内に配置されている。ばね３５の一端はピストン４３に支持され、ばね３５の他端は支持部材４７に支持されている。ばね３５の弾力（伸長力）はピストン４３および支持部材４７によって受けられる。

位置調節機構５０は、シリンダー３６の壁に形成された長穴５１を通って延びるねじ５２を有している。長穴５１は、ハンマーロッド３８およびシリンダー３６の長手方向に延びる形状を有している。ねじ５２は、長穴５１を通って支持部材４７のねじ孔５５内にねじ込まれている。ねじ５２を締め付けると、シリンダー３６に対する支持部材４７の相対的な位置が固定され、ねじ５２を緩めると、支持部材４７はシリンダー３６の長手方向に移動可能となる。ばね３５の端部は、支持部材４７によって支持されているので、支持部材４７の位置をシリンダー３６の長手方向において変えることで、ばね３５の力、すなわちハンマー３１の打撃の強さを調節することができる。ただし、位置調節機構５０の具体的構成は、本実施形態に限らず、支持部材４７の位置を変えることができるのであれば、他の構成を有してもよい。

打撃装置３０は、ハンマー３１に連結されたカムフォロワ６５と、擦り込みローラー１２と一体に回転可能な円形カム６１を有している。カムフォロワ６５は円形カム６１に接触している。カムフォロワ６５は、ハンマーロッド３８および連結ロッド６８を介してハンマー３１に連結されている。カムフォロワ６５は、回転可能なローラーを備えており、円形カム６１に転がり接触している。ばね３５は、カムフォロワ６５を、ピストン４３、ハンマーロッド３８、および連結ロッド６８を介して円形カム６１に押し付けている。円形カム６１は、擦り込みローラー１２の回転軸１３に固定されており、擦り込みローラー１２と一体に回転する。本実施形態では、円形カム６１は、擦り込みローラー１２の回転軸１３に固定されているが、一実施形態では、円形カム６１は歯車などのトルク伝達機構を介して擦り込みローラー１２の回転軸１３に連結されてもよい。

図４（ａ）は、図３の矢印Ａで示す方向から見た円形カム６１およびカムフォロワ６５を示す図であり、図４（ｂ）は、図３の矢印Ｂで示す方向から見た円形カム６１およびカムフォロワ６５を示す図であり、図４（ｃ）は、円形カム６１の展開図である。円形カム６１は、ハンマー３１の移動方向ＣＬに対して傾いた斜面６２と、ハンマー３１の移動方向ＣＬと平行な垂直面６３を有している。斜面６２および垂直面６３は、円形カム６１の周方向に沿って交互に並んでいる。

カムフォロワ６５は、斜面６２に転がり接触することで、カムフォロワ６５の位置がハンマー３１の移動方向ＣＬに沿って変化する。このようなカムフォロワ６５の位置の変化は、ばね３５を圧縮させ、さらにばね３５の圧縮を解放させることができる。すなわち、カムフォロワ６５が斜面６２に接触しているときは、ピストン４３はばね３５を圧縮させ、カムフォロワ６５が斜面６２から離れると、ばね３５の圧縮は解放され、ばね３５はピストン４３およびハンマーロッド３８を介してハンマー３１をスクリーン１０に向かって勢いよく押し出す。その結果、ハンマー３１はスクリーン１０に打撃を加えることができる。

本実施形態によれば、ばね３５の圧縮とばね３５の解放が、擦り込みローラー１２の回転に伴って交互に起こる。したがって、ハンマー３１がスクリーン１０に加える打撃の周期は、擦り込みローラー１２の回転速度に同期している。本実施形態では、円形カム６１は、４つの斜面６２および４つの垂直面６３を備えているので、擦り込みローラー１２が一回転する間に、ハンマー３１は４回スクリーン１０に打撃を加える。しかしながら、本発明は本実施形態に限定されない。擦り込みローラー１２が一回転する間に、ハンマー３１は少なくとも１回スクリーン１０に打撃を加えればよい。つまり、円形カム６１は、少なくとも１つの斜面６２および少なくとも１つの垂直面６３を備えていればよい。例えば、円形カム６１は、１つの斜面６２および１つの垂直面６３を備えてもよく、あるいは複数の斜面６２および複数の垂直面６３を備えてもよい。

ハンマー３１がスクリーン１０に間欠的に打撃を加えることで、スクリーン１０の下面に形成された粉体の塊を定期的にスクリーン１０から落下させることができる。すなわち、ハンマー３１は、ある程度の大きな衝撃をスクリーン１０に加えることができるので、粉体の塊をその自重により落下させることができる。打撃を間欠的に加える理由は、粉体がある程度大きな塊を形成した後にスクリーン１０に打撃を加えることで、粉体の塊をその自重により落下させることができるからである。

粉体の塊の落下しやすさは、粉体の種類にも依存する。調節装置４５は、打撃の強さを、打撃の周期とは独立して調節することができる。したがって、ハンマー３１は、粉体の種類に応じて適切な強さの打撃をスクリーン１０に加えることができる。

スクリーン１０の下面に形成される粉体の塊の成長速度は、擦り込みローラー１２の回転速度に概ね比例する。本実施形態によれば、ハンマー３１は、擦り込みローラー１２の回転速度に同期した周期でスクリーン１０に打撃を加えることができるので、スクリーン１０の下面に形成された粉体の塊が大きくなりすぎる前に、粉体の塊を落下させることができる。

図５は、スクリーン１０およびハンマー３１の上面図である。図５に示すように、スクリーン１０は、擦り込みローラー１２の軸方向に沿って延びる長方形を有している。ハンマー３１は、スクリーン１０の長手方向に打撃を加えるように配置されている。すなわち、ハンマー３１は、スクリーン１０の側部に対向して配置されており、スクリーン１０に対して水平方向に打撃を加える。このようなハンマー３１の配置により、スクリーン１０の全体に均一かつ瞬間的に衝撃が伝わり、スクリーン１０の下面に形成された粉体の塊を全て落下させることができる。

今まで述べた実施形態では、打撃装置３０は、カム６１およびカムフォロワ６５の組み合わせを有しているが、ハンマー３１がスクリーン１０に周期的に打撃を加えることができるのであれば、上記実施形態に限定されない。例えば、打撃装置３０は、カム６１およびカムフォロワ６５に代えて、電磁石を備え、電磁石でばね３５を圧縮するように構成されてもよい。別の例では、打撃装置３０は、カム６１およびカムフォロワ６５に代えて、エアシリンダーを備え、エアシリンダーでばね３５を圧縮するように構成されてもよい。さらに他の例では、打撃装置３０は、ばね３５、カム６１、およびカムフォロワ６５に代えて、エアシリンダーを備え、エアシリンダーのロッドに固定されたハンマー３１により、スクリーン１０に打撃を加えるようにしてもよい。ハンマー３１がスクリーン１０に加える打撃の強さは、エアシリンダーに供給される気体の圧力によって調節することができる。

上記実施形態で説明したカム６１およびカムフォロワ６５の組み合わせを有する打撃装置３０は、電磁石またはエアシリンダーを備えた打撃装置に比べて、構造が簡単であり、かつ耐用期間が長いという利点がある。

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。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に解釈されるものである。

１ 対象物
２ コンベヤ
１０ スクリーン
１１ メッシュ
１２ 擦り込みローラー
１３ 回転軸
１４ ホッパ
１９ ローラー回転機構
２０ ホッパ箱
２２ ホッパブラシ
２４ ブラシ回転機構
３０ 打撃装置
３１ ハンマー
３５ ばね
３６ シリンダー
３８ ハンマーロッド
４０ ブラケット
４３ ピストン
４５ 調節装置
４７ 支持部材
５０ 位置調節機構
５１ 長穴
５２ ねじ
５５ ねじ孔
６１ 円形カム
６２ 斜面
６３ 垂直面
６５ カムフォロワ
６８ 連結ロッド
ＤＣ 電源（電圧印加装置）

Claims (7)

1. 粉体を静電力により対象物上に付着させる静電成膜装置であって、
   前記対象物に向き合って配置されたスクリーンと、
   粉体を前記スクリーンに擦り込む擦り込みローラーと、
   前記擦り込みローラーをその軸心まわりに回転させるローラー回転機構と、
   前記スクリーンと前記対象物との間に電圧を印加する電源と、
   前記スクリーンに間欠的に打撃を加えるハンマーを有する打撃装置を備えている、静電成膜装置。
2. 前記打撃装置は、前記ハンマーが前記スクリーンに加える打撃の強さを調節するように構成された調節装置をさらに有している、請求項１に記載の静電成膜装置。
3. 前記ハンマーが前記スクリーンに加える打撃の周期は、前記擦り込みローラーの回転速度に同期している、請求項１または２に記載の静電成膜装置。
4. 前記ハンマーは、前記スクリーンの長手方向に打撃を加えるように配置されている、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. 前記打撃装置は、前記ハンマーを前記スクリーンに向かって押すばねを有している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電成膜装置。
6. 前記打撃装置は、前記ハンマーに連結されたカムフォロワと、前記擦り込みローラーと一体に回転可能な円形カムを有している、請求項５に記載の静電成膜装置。
7. 前記調節装置は、前記ばねの端部を支持する支持部材と、前記支持部材の位置を調節する位置調節機構をさらに有している、請求項２を引用する請求項５または６に記載の静電成膜装置。

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