JP2022166450A - 静電成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体をホッパから擦り込みローラーに均一に供給でき、ホッパの定期的なクリーニングを不要と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に擦り込むための擦り込みローラー１２と、スクリーン１０と対象物１との間に電圧を印加するための電源ＤＣと、粉体を擦り込みローラー１２に供給するためのホッパ１４を備え、ホッパ１４の壁部１４Ａは、粉体を通過させるための粉体出口２５を有しており、擦り込みローラー１２は、ホッパ１４の壁部１４Ａに接触している。【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３を参照して説明する。図３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上の擦り込みローラー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。ホッパ２０４内の粉体は、回転するホッパブラシ２０５によってホッパ２０４の底部に形成されている粉体出口に押し込まれ、この粉体出口を通って、回転する擦り込みローラー２０３上に供給され、さらにスクリーン２０２上に落下する。

スクリーン２０２上の粉体は、回転する擦り込みローラー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、回転する擦り込みローラー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

しかしながら、回転するホッパブラシ２０５は、ホッパ２０４の底部との摩擦により正に帯電し、このホッパブラシ２０５によってホッパ２０４から押し出された粉体も正に帯電する。ホッパ２０４は接地されているので、ホッパ２０４から押し出された粉体の一部は、ホッパ２０４に引き寄せられてホッパ２０４の底部に付着し、ホッパ２０４の粉体出口を塞いでしまうことがある。このため、ホッパ２０４の下面を定期的にクリーニングし、粉体をホッパ２０４の下面から取り除く必要がある。また、擦り込みローラー２０３とスクリーン２０２との摺接により擦り込みローラー２０３が正に帯電すると、ホッパ２０４から擦り込みローラー２０３に向かって落下した粉体が飛び散り、粉体が擦り込みローラー２０３に均一に供給できないことがある。

そこで、本発明は、粉体をホッパから擦り込みローラーに均一に供給でき、ホッパの定期的なクリーニングを不要と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ための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ための電源と、前記粉体を前記擦り込みローラーに供給するためのホッパを備え、前記ホッパの壁部は、前記粉体を通過させるための粉体出口を有しており、前記擦り込みローラーは、前記ホッパの前記壁部に接触している、静電成膜装置が提供される。

一態様では、前記擦り込みローラーは、前記粉体出口の全体を覆っている。
一態様では、前記ホッパの前記壁部に接触している前記擦り込みローラーの部分の変形量は、前記スクリーンに接触している前記擦り込みローラーの部分の変形量よりも小さい。

本発明によれば、ホッパから出た粉体は、空中を飛翔することなく、直ちに擦り込みローラーに到達する。したがって、擦り込みローラーが帯電しても、粉体は周囲に飛散することなく擦り込みローラーに均一に付着する。擦り込みローラーは、ホッパの粉体出口を含む壁部に接触しているので、回転する擦り込みローラーは、粉体がホッパの壁部に残存することを防ぎ、結果としてホッパの定期的なクリーニングを不要とすることができる。さらに、ホッパと擦り込みローラーとの間に隙間がないので、静電成膜装置が小型化できる。

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。 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ウレタンスポンジが採用されている。特に、粉体保持性のよい連泡ウレタンスポンジが好ましく採用される。図２に示すように、擦り込みローラー１２は、擦り込みローラー回転機構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擦り込みローラー回転機構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。擦り込みローラー回転機構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。擦り込みローラー回転機構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の上方に配置され、接地されている。擦り込みローラー１２はホッパ１４の壁部１４Ａに接触している。本実施形態では、壁部１４Ａはホッパ１４の底部を構成する。擦り込みローラー１２は、スクリーン１０とホッパ１４の両方に接触している。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ローラー２２と、ホッパローラー２２を回転させるホッパローラー回転機構２４とを備えている。ホッパローラー回転機構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。ホッパローラー回転機構２４は、ホッパローラー２２に直結されたモータから構成されてもよい。

ホッパローラー２２はホッパ箱２０の壁部１４Ａ（本実施形態ではホッパ箱２０の底部）上に置かれている。このホッパ箱２０の壁部１４Ａには粉体出口２５が形成されている。粉体出口２５は、複数の通孔またはスリットである。ホッパローラー回転機構２４がホッパローラー２２を回転させると、ホッパ箱２０内の粉体はホッパローラー２２によって撹拌されながらホッパ箱２０の壁部１４Ａの粉体出口２５に押し込まれ、粉体出口２５を通過して擦り込みローラー１２の外周面に押し込まれる。粉体の擦り込みローラー１２への供給量は、ホッパローラー２２の回転速度によって調整することができる。

図１に示す例では、ホッパ１４は擦り込みローラー１２の上に位置しているが、ホッパ１４と擦り込みローラー１２の位置関係は図１の例に限定されない。例えば、ホッパ１４は擦り込みローラー１２の横に配置されてもよい。あるいは、スクリーン１０の下に擦り込みローラー１２とホッパ１４が配置され、粉体を対象物に向かって上方に飛翔させるようにしてもよい。このように、ホッパ１４は擦り込みローラー１２に接触し、ホッパ１４内の粉体は直接擦り込みローラー１２に供給されるので、従来ではなし得なかったホッパ１４の自由な配置が実現できる。

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の反対側に押し出される。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、擦り込みローラー１２は、ホッパ１４の壁部１４Ａに形成されている粉体出口２５の全体を覆っている。言い換えれば、粉体出口２５の全体は、擦り込みローラー１２によって塞がれている。したがって、回転するホッパローラー２２によって粉体出口２５に押し込まれた粉体は、空中を飛翔することなく、直ちに擦り込みローラー１２に到達する。したがって、スクリーン１０との摺接により擦り込みローラー１２が帯電しても、粉体は周囲に飛散することなく擦り込みローラー１２に均一に付着する。結果として、粉体からなる均一な厚さの膜を対象物１上に形成することができる。さらに、ホッパ１４と擦り込みローラー１２との間に隙間がないので、静電成膜装置が小型化できる。

擦り込みローラー１２の上部は、ホッパ１４の壁部１４Ａに押し付けられており、その結果として、擦り込みローラー１２の上部はわずかに変形している（潰れている）。同様に、擦り込みローラー１２の下部は、スクリーン１０に押し付けられており、その結果として、擦り込みローラー１２の下部はわずかに変形している（潰れている）。ホッパ１４の壁部１４Ａに接触している擦り込みローラー１２の上部の変形量は、スクリーン１０に接触している擦り込みローラー１２の下部の変形量よりも小さい。

ホッパ１４の粉体出口２５からホッパローラー２２によって押し出された粉体の一部は、擦り込みローラー１２内に入り込み、擦り込みローラー１２の回転によってスクリーン１０に運ばれる。擦り込みローラー１２はスクリーン１０に押し付けられたときに変形するので、擦り込みローラー１２内の粉体はスクリーン１０上に押し出され、擦り込みローラー１２によってスクリーン１０に擦り込まれる。このように、ホッパ１４の壁部１４Ａに接触している擦り込みローラー１２の上部の変形量は、スクリーン１０に接触している擦り込みローラー１２の下部の変形量よりも小さいので、粉体は擦り込みローラー１２内に残留しにくい。

擦り込みローラー１２は、ホッパ１４の粉体出口２５を含む壁部１４Ａに接触しているので、回転する擦り込みローラー１２は、粉体がホッパ１４の壁部１４Ａに残存することを防ぎ、結果として粉体による粉体出口２５の閉塞を防止することができ、かつホッパ１４の定期的なクリーニングを不要とすることができる。

図３に示す従来の装置では、ホッパ２０４から出た粉体は直ぐにはホッパ２０４から落下せず、ある程度の塊を形成してから、その自重によって落下する。このため、粉体からなる膜の厚さにむらができることがある。図１および図２に示す実施形態によれば、擦り込みローラー１２は、ホッパ１４の粉体出口２５を含む壁部１４Ａに摺接しているので、粉体が塊を形成する前に粉体はホッパ１４から擦り込みローラー１２に移動し、スクリーン１０に移動する。したがって、粉体からなる膜の厚さが均一となる。

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
１４ ホッパ
１４Ａ 壁部
１９ 擦り込みローラー回転機構
２０ ホッパ箱
２２ ホッパローラー
２４ ホッパローラー回転機構
２５ 粉体出口
ＤＣ 電源（電圧印加装置）

Claims (3)

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ための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ための電源と、
   前記粉体を前記擦り込みローラーに供給するためのホッパを備え、
   前記ホッパの壁部は、前記粉体を通過させるための粉体出口を有しており、
   前記擦り込みローラーは、前記ホッパの前記壁部に接触している、静電成膜装置。
2. 前記擦り込みローラーは、前記粉体出口の全体を覆っている、請求項１に記載の静電成膜装置。
3. 前記ホッパの前記壁部に接触している前記擦り込みローラーの部分の変形量は、前記スクリーンに接触している前記擦り込みローラーの部分の変形量よりも小さい、請求項１または２に記載の静電成膜装置。

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