JP2022127127A - 静電成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体を対象物に均一に堆積させ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、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、擦り込みローラー１２の外周面に沿って湾曲する粉体ガイドカバー３１を備え、粉体ガイドカバー３１の先端は、擦り込みローラー１２とスクリーン１０との間に挟まれており、粉体ガイドカバー３１の少なくとも先端は金属から構成されている。【選択図】図１

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４を参照して説明する。図４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２０１６－３２９３７号公報

図４に示す静電スクリーン印刷装置では、ロールブラシ２０３を挟むように、２つの粉体ガイドカバー２３１，２３２が設けられている。ホッパ２０４からロールブラシ２０３に供給された粉体は、ロールブラシ２０３の回転によってスクリーン２０２まで運ばれる。粉体ガイドカバー２３１，２３２は、粉体がロールブラシ２０３からスクリーン２０２上にこぼれ落ちることを防止する。したがって、ロールブラシ２０３に供給された粉体のほとんどはスクリーン２０２のメッシュに擦り込まれ、スクリーン２０２上面に残留することがない。

しかしながら、粉体ガイドカバー２３１，２３２は樹脂から形成されているため、ロールブラシ２０３に擦られて粉体ガイドカバー２３１，２３２が帯電する。より具体的には、ロールブラシ２０３が粉体ガイドカバー２３１，２３２に摺接すると、粉体ガイドカバー２３１，２３２は正に帯電し、その一方で粉体はロールブラシ２０３によりスクリーン２０２に擦り込まれて負に帯電する。このため、負に帯電した粉体は、正に帯電した粉体ガイドカバー２３１，２３２に引き寄せられ、粉体ガイドカバー２３１，２３２やスクリーン２０２の下面に付着してしまう。結果として、粉体は対象物２００の表面に向かって飛翔しづらくなり、均一な膜の形成を妨げる。

さらに、粉体ガイドカバー２３１，２３２の下端は、ロールブラシ２０３とスクリーン２０２との間に隙間を形成する。ロールブラシ２０３は、この隙間に入り込んだ粉体をスクリーン２０２に擦り込むことができず、粉体に摩擦帯電を起こすことができない。このような粉体は対象物２００に向かって飛翔しにくく、スクリーン２０２の下面に残留しやすい。結果として、均一な膜の形成を妨げる。

そこで、本発明は、粉体を対象物に均一に堆積させ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、前記擦り込みローラーの外周面に沿って湾曲する粉体ガイドカバーを備え、前記粉体ガイドカバーの先端は、前記擦り込みローラーと前記スクリーンとの間に挟まれており、前記粉体ガイドカバーの少なくとも先端は金属から構成されている、静電成膜装置が提供される。

一態様では、前記粉体ガイドカバーの先端の厚さは、４０μｍ以下である。
一態様では、前記粉体ガイドカバーの先端の厚さは、２０μｍ以下である。
一態様では、前記静電成膜装置は、前記擦り込みローラーに粉体を供給するホッパをさらに備えており、前記粉体ガイドカバーは前記ホッパから電気的に絶縁されている。

本発明によれば、粉体ガイドカバーの少なくとも先端は金属から構成されているので、擦り込みローラーが摺接しても摩擦帯電は起こらない。粉体ガイドカバーはスクリーンに接触しているので、スクリーンと同電位となる。一方、粉体は擦り込みローラーによりスクリーンに擦り込まれることで摩擦帯電を起こし、粉体はスクリーンおよび粉体ガイドカバーと同電位となる。したがって、粉体はスクリーンおよび粉体ガイドカバーに引き寄せられず、対象物に向かって飛翔する。結果として、粉体の均一な膜を対象物上に形成することができる。

さらに、本発明によれば、粉体ガイドカバーの少なくとも先端は４０マイクロメートル以下、好ましくは２０マイクロメートル以下の厚さを有するので、擦り込みローラーとスクリーンとの間に隙間がほとんどできない。したがって、擦り込みローラーは、スクリーン上の粉体のほぼ全てをスクリーンに擦り込むことができる。結果として、粉体の均一な膜を対象物上に形成することができる。

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。 粉体ガイドカバーの先端（下端）を示す拡大断面図である。 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１に示すように、対象物１の搬送方向に関して擦り込みローラー１２の下流側および上流側には粉体ガイドカバー３１，３２が設けられている。この粉体ガイドカバー３１，３２の上端はホッパ１４に固定されている。粉体ガイドカバー３１，３２の下部は、擦り込みローラー１２の外周面の下半分に接触しており、擦り込みローラー１２の外周面に沿って湾曲している。粉体ガイドカバー３１，３２の先端（下端）はスクリーン１０の上面に接触しており、擦り込みローラー１２とスクリーン１０との間に挟まれている。

２つの粉体ガイドカバー３１，３２は、擦り込みローラー１２を挟んで配置されている。粉体ガイドカバー３１，３２は、擦り込みローラー１２の軸方向に沿って該擦り込みローラー１２の全長にわたって延びている。粉体ガイドカバー３１，３２の少なくとも先端（下端）は、ステンレス鋼などの金属から構成されている。より具体的には、擦り込みローラー１２に接触する粉体ガイドカバー３１，３２の部分は、金属により構成されている。例えば、擦り込みローラー１２に接触する粉体ガイドカバー３１，３２の湾曲部分が金属により構成され、他の部分は樹脂から構成されてもよい。他の例では、粉体ガイドカバー３１，３２の全体が金属から構成されてもよい。

粉体ガイドカバー３１，３２はホッパ１４から電気的に絶縁されている。例えば、粉体ガイドカバー３１，３２の一部が樹脂から構成されている場合は、その樹脂の部分がホッパ１４に固定される。粉体ガイドカバー３１，３２の全体が金属から構成されている場合は、図示しない絶縁部材を介して粉体ガイドカバー３１，３２はホッパ１４に固定される。

ホッパ１４から擦り込みローラー１２の外周面に供給された粉体は、擦り込みローラー１２の回転によってスクリーン１０まで運ばれる。下流側の粉体ガイドカバー３１は、粉体が擦り込みローラー１２からスクリーン１０上にこぼれ落ちることを防止する。したがって、擦り込みローラー１２に供給された粉体のほとんどはスクリーン１０のメッシュ１１に擦り込まれ、スクリーン１０上面に残留することがない。

スクリーン１０のメッシュ１１に擦り込まれなかった一部の粉体は、上流側の粉体ガイドカバー３２と擦り込みローラー１２との間に挟まれて擦り込みローラー１２の回転によって持ち上げられ、ホッパ１４から新たに供給された粉体とともに再びスクリーン１０に運ばれ、メッシュ１１に擦り込まれる。

擦り込みローラー１２の外周面の下半分は上流側の粉体ガイドカバー３２および下流側の粉体ガイドカバー３１によって覆われているので、粉体はスクリーン１０上にこぼれ落ちることがない。よって、スクリーン１０上に溜まった粉体を擦り込みローラー１２が巻き込むことがなく、スクリーン１０の縁から粉体が対象物１上にこぼれ落ちることもないので、スクリーン１０の上面を清掃する必要もない。結果として、静電成膜装置は、均一な粉体の膜を連続して対象物１上に形成することができる。

図３は、粉体ガイドカバー３１の先端（下端）を示す拡大断面図である。粉体ガイドカバー３１の少なくとも先端は、４０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下の厚さを有している。粉体ガイドカバー３２も同様の構成を有している。このような薄い先端を有する粉体ガイドカバー３１，３２は、擦り込みローラー１２とスクリーン１０との間に隙間をほとんど形成しない。したがって、擦り込みローラー１２は、スクリーン１０上の粉体のほぼ全てをスクリーン１０に擦り込むことができる。結果として、粉体の均一な膜を対象物上に形成することができる。

特に、本実施形態によれば、粉体ガイドカバーの少なくとも先端は金属から構成されているので、擦り込みローラーが摺接しても摩擦帯電は起こらない。粉体ガイドカバーはスクリーンに接触しているので、スクリーンと同電位となる。一方、粉体は擦り込みローラーによりスクリーンに擦り込まれることで摩擦帯電を起こし、粉体はスクリーンおよび粉体ガイドカバーと同電位となる。したがって、粉体はスクリーンおよび粉体ガイドカバーに引き寄せられず、対象物に向かって飛翔する。結果として、粉体の均一な膜を対象物上に形成することができる。

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
３１，３２ 粉体ガイドカバー
ＤＣ 電源（電圧印加装置）

Claims (4)

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、
   前記擦り込みローラーの外周面に沿って湾曲する粉体ガイドカバーを備え、
   前記粉体ガイドカバーの先端は、前記擦り込みローラーと前記スクリーンとの間に挟まれており、
   前記粉体ガイドカバーの少なくとも先端は金属から構成されている、静電成膜装置。
2. 前記粉体ガイドカバーの先端の厚さは、４０μｍ以下である、請求項１に記載の静電成膜装置。
3. 前記粉体ガイドカバーの先端の厚さは、２０μｍ以下である、請求項２に記載の静電成膜装置。
4. 前記擦り込みローラーに粉体を供給するホッパをさらに備えており、
   前記粉体ガイドカバーは前記ホッパから電気的に絶縁されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電成膜装置。

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