(57)【要約】【課題】噴射される粒子により形成される膜厚が均一となる領域を増加させる。【解決手段】粒子と気体との混合流体を噴射する開口部が設けられた噴射用ノズルであって、開口部を決定する外周は、第１の間隔を維持して長手方向へ延伸する一対の延伸部と、一対の延伸部の端部の近傍に設けられ、長手方向に対して所定角度方向に直線をなす終端部と、一方の延伸部の端部と終端部の一方の端部とを接続する第１接続部と、他方の延伸部の端部と終端部の他方の端部とを接続する第２接続部と、を有し、終端部のうち少なくとも一方の長さは、第１の間隔よりも長い。【選択図】図４
2013119130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子と気体との混合流体を噴射する開口部が設けられた噴射用ノズルであって、
前記開口部を決定する外周は、
第１の間隔を維持して長手方向へ延伸する一対の延伸部と、
前記一対の延伸部の端部の近傍に設けられ、前記長手方向に対して所定角度方向に直線をなす終端部と、
一方の前記延伸部の端部と前記終端部の一方の端部とを接続する第１接続部と、他方の前記延伸部の端部と前記終端部の他方の端部とを接続する第２接続部と、を有し、
前記終端部のうち少なくとも一方の長さは、前記第１の間隔よりも長いことを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記一対の延伸部は、前記長手方向に直線状に延伸することを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記終端部は、前記開口部の前記長手方向の中心線から前記所定角度方向に沿って逆方向に等分されることを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記所定角度は、前記長手方向に対して直角であることを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記第１接続部は、第１構成部および第２構成部によって構成され、
前記第１構成部は、前記一方の延伸部の端部と接続され、前記所定角度方向に延在し、
前記第２構成部は、前記第１構成部と前記終端部の前記一方の端部とを接続し、
前記終端部と前記第１構成部とは第２の間隔を有することを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項６】
請求項５に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記第２接続部は、第３構成部および第４構成部によって構成され、
前記第３構成部は前記他方の延伸部の端部と接続され、前記所定角度方向に延在し、
前記第４構成部は、前記第３構成部と前記終端部の前記他方の端部とを接続し、
前記終端部と前記第３構成部とは前記第２の間隔を有することを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項７】
請求項６に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記第１構成部および前記第３構成部は、前記所定角度方向に平行に直線状をなすことを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記一対の延伸部の２つの端部近傍に設けられた前記終端部の長さは、いずれも前記第１の間隔よりも長いことを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項９】
請求項５乃至６のいずれか一項に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記第２の間隔は、前記第１の間隔よりも短いことを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項１０】
請求項９に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記第２の間隔は、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍであることを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記第１の間隔は、２ｍｍ以下であることを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の噴射用ノズルにおいて、
前記終端部の長さは、前記第１の間隔よりも２ｍｍ以上長いことを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項１３】
粒子と気体との混合流体を噴射する開口部が設けられた噴射用ノズルであって、
前記開口部を決定する外周は、
第１の間隔を維持して長手方向へ直線状に延伸する一対の延伸部と、
前記一対の延伸部の一方の端部の近傍に設けられ、前記長手方向に対して直角に直線状をなす第１終端部と、
一方の前記延伸部の前記一方の端部と接続され、前記第１終端部と前記第１の間隔よりも短い第２の間隔を維持して直線状をなす第１構成部と、前記第１構成部と前記第１終端部の一方の端部と接続する第２構成部とによって構成される第１接続部と、
他方の前記延伸部の前記一方の端部と接続され、前記第１終端部と前記第２の間隔を維持して直線状をなす第３構成部と、前記第３構成部と前記第１終端部の他方の端部とを接続する第４構成部とによって構成される第２接続部と、
前記一対の延伸部の前記他方の端部の近傍に設けられ、前記長手方向に対して直角に直線状をなす第２終端部と、
前記一方の延伸部の前記他方の端部と接続され、前記第２終端部と前記第２の間隔を維持して直線状をなす第５構成部と、前記第５構成部と前記第２終端部の一方の端部とを接続する第６構成部とによって構成される第３接続部と、
前記他方の延伸部の前記他方の端部と接続され、前記第２終端部と前記第２の間隔を維持して直線状をなす第７構成部と、前記第７構成部と前記第２終端部の他方の端部とを接続する第８構成部とによって構成される第４接続部と、を有し、
前記第１終端部および前記第２終端部の長さは前記第１の間隔よりも長く、前記開口部の前記長手方向の中心線から前記所定角度方向に沿って逆方向に等分されることを特徴とする噴射用ノズル。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の噴射用ノズルと、
粒子収容部に収容された前記粒子を前記噴射用ノズルへ導入する第１導入部と、
前記噴射部に導入された前記微粒子を加速するための加速用気体を、前記噴射用ノズルに導く第２導入部と、を備えることを特徴とする噴射加工装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の噴射加工装置が有する前記開口部から前記粒子と前記気体との混合流体を噴射し、
前記開口部に対向して配置した基材に前記粒子を衝突させて、前記基材の被加工面に前記粒子を付着させることを特徴とする噴射加工装置による噴射加工方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の噴射加工装置による噴射加工方法において、
前記開口部と前記基材とを、前記開口部の長手方向に対する前記所定角度の方向に沿って相対的に移動させることを特徴とする噴射加工装置による噴射加工方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の噴射加工装置による噴射加工方法によって、前記基材として設けられた電極基材に前記粒子を付着させて電極材料の膜を形成することを特徴とする電池材料の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電池材料の製造方法により製造された前記電極材料の膜を電極として有することを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴射用ノズル、噴射加工装置、噴射加工装置による噴射加工方法、電池材料の製造方法および二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、幅広の開口部から、たとえば金属、金属酸化物、セラミックス、ガス等を噴射する噴射ノズルが知られている（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３５６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、開口部の両端から噴射される流体の速度は低下することになり、粉体を加工物に付着させる場合には、付着した粉体により構成される膜の厚さが不均一になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明による噴射用ノズルは、粒子と気体との混合流体を噴射する開口部が設けられた噴射用ノズルであって、開口部を決定する外周は、第１の間隔を維持して長手方向へ延伸する一対の延伸部と、一対の延伸部の端部の近傍に設けられ、長手方向に対して所定角度方向に直線をなす終端部と、一方の延伸部の端部と終端部の一方の端部とを接続する第１接続部と、他方の延伸部の端部と終端部の他方の端部とを接続する第２接続部と、を有し、終端部のうち少なくとも一方の長さは、第１の間隔よりも長いことを特徴とする。
請求項１３に記載の発明による噴射用ノズルは、粒子と気体との混合流体を噴射する開口部が設けられた噴射用ノズルであって、開口部を決定する外周は、第１の間隔を維持して長手方向へ直線状に延伸する一対の延伸部と、一対の延伸部の一方の端部の近傍に設けられ、長手方向に対して直角に直線状をなす第１終端部と、一方の延伸部の一方の端部と接続され、第１終端部と第１の間隔よりも短い第２の間隔を維持して直線状をなす第１構成部と、第１構成部と第１終端部の一方の端部と接続する第２構成部とによって構成される第１接続部と、他方の延伸部の一方の端部と接続され、第１終端部と第２の間隔を維持して直線状をなす第３構成部と、第３構成部と第１終端部の他方の端部とを接続する第４構成部とによって構成される第２接続部と、一対の延伸部の他方の端部の近傍に設けられ、長手方向に対して直角に直線状をなす第２終端部と、一方の延伸部の他方の端部と接続され、第２終端部と第２の間隔を維持して直線状をなす第５構成部と、第５構成部と第２終端部の一方の端部とを接続する第６構成部とによって構成される第３接続部と、他方の延伸部の他方の端部と接続され、第２終端部と第２の間隔を維持して直線状をなす第７構成部と、第７構成部と第２終端部の他方の端部とを接続する第８構成部とによって構成される第４接続部と、を有し、第１終端部および第２終端部の長さは第１の間隔よりも長く、開口部の長手方向の中心線から所定角度方向に沿って逆方向に等分されることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明による噴射加工装置は、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の噴射用ノズルと、粒子収容部に収容された粒子を噴射用ノズルへ導入する第１導入部と、噴射部に導入された微粒子を加速するための加速用気体を、噴射用ノズルに導く第２導入部と、を備えることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明による噴射加工装置による噴射加工方法は、請求項１４に記載の噴射加工装置が有する開口部から粒子と気体との混合流体を噴射し、開口部に対向して配置した基材に粒子を衝突させて、基材の被加工面に粒子を付着させることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明による電池材料の製造方法は、請求項１５または１６に記載の噴射加工装置による噴射加工方法によって、基材として設けられた電極基材に粒子を付着させて電極材料の膜を形成することを特徴とする。
請求項１８に記載の発明による二次電池は、請求項１７に記載の電池材料の製造方法により製造された電極材料の膜を電極として有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、噴射用ノズルの開口部を決定する外周では、一対の延伸部に対して所定角度方向に延在する終端部の長さを一対の延伸部の間の第１の間隔よりも長くするので、噴射した粒子により形成される膜厚が均一となる領域を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態による噴射加工装置の外観斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】噴射加工装置の透視斜視図
【図４】噴射ノズルの開口部の形状を説明する平面図
【図５】開口部から噴射される混合流体の流速を説明する図
【図６】変形例における開口部の形状を説明する平面図
【図７】変形例における開口部の形状を説明する平面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照しながら、本発明の実施の形態による噴射加工装置について説明する。図１は実施の形態による噴射加工装置１の外観斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線での噴射加工装置１の内部構成を示す断面図である。図３は、噴射加工装置１の内部を透視して示す斜視図である。なお、説明の都合上、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸で表される座標軸を、図１〜図３に示すように設定する。
【０００９】
図１〜図３に示すように、噴射加工装置１は、粒径６μｍ程度の固体微粒子を収容する微粒子供給ユニット（不図示）が着脱可能なノズルユニット１０によって構成される。固体微粒子としては、銅、銀、金等の金属の微粒子、銅微粒子の表面に銀や金等がコーティングされた複合微粒子などが用いられる。ノズルユニット１０は、ノズルブロック１１と、噴射ノズル１２と、加速ガス供給ポート１３ａ〜１３ｄ（総称する場合には符合１３とする）と、加速ガス導入路１４ａ〜１４ｄ（総称する場合には符合１４とする）と、微粒子供給路１５とを備えている。ノズルブロック１１は、ノズルユニット１０のベースであり、その内部に噴射ノズル１２と、加速ガス導入路１４と、微粒子供給路１５とが設けられている。本実施の形態の噴射加工装置１では、噴射ノズル１２に供給された固体微粒子が加速ガス供給ポート１３から加速ガス導入路１４を介して供給された気体によって分散される。そして、固体微粒子と気体との混合流体が噴射ノズル１２の先端に設けられた開口部１２１から、たとえば電極基材等の基材の被加工面に向けて噴射される。
【００１０】
ノズルブロック１１の内部に設けられた微粒子供給路１５は、たとえばセラミックス等の耐食材料を用いて形成された中空の部材であり、ｘ軸に垂直な方向のｙｚ断面が、ｙ軸方向を長辺とする矩形形状に形成されている。微粒子供給路１５は、ｘ軸方向に沿って延在し、上流側の端部（ｘ軸−側）は、パウダー状の固体微粒子が収容された微粒子供給ユニット（不図示）と接続される。微粒子供給路１５の下流側の端部（ｘ軸＋側）は、後述する噴射ノズル１２の上流側の端部と接続されている。さらに、微粒子供給路１５には、たとえばＨｅ、Ｎ２、Ａｒ、空気等の種々のガス（供給用気体）がチューブ等を介して接続されたガスボトル（不図示）から供給される。供給用気体が微粒子供給路１５内部を流れることにより、微粒子供給路１５に負圧が生じる。この負圧を利用して、微粒子供給ユニットに収容された固体微粒子が微粒子供給路１５内に供給され、供給用気体中に分散される。その結果、微粒子供給路１５は、微粒子供給ユニットから供給された固体微粒子と供給用気体との混合流体を噴射ノズル１２へ導くための導入路として機能する。
【００１１】
噴射ノズル１２は、たとえばセラミックス等の耐食性材料を用いて形成された中空の部材である。噴射ノズル１２はｘ軸方向に沿って延在し、上流側の端部（ｘ軸−側）は微粒子供給路１５の下流側の端部と一部重複して配設される。この重複部、すなわち噴射ノズル１２の内周と微粒子供給路１５の外周との間には、後述する加速ガス導入路１４が接続される。噴射ノズル１２の下流側（噴射側）の端部（ｘ軸＋側）はノズルブロック１１からｘ軸＋方向に突出して固定され、固体微粒子を噴射するための開口部１２１を形成している。その結果、噴射ノズル１２は、微粒子供給路１５から導かれた固体微粒子と供給用気体との混合流体を、加速ガス導入路１４を介して供給された加速用気体によって加速させて開口部１２１から噴射させるための加速用導入路として機能する。
【００１２】
噴射ノズル１２は、ｘ軸に垂直な方向の断面がＨ型状に形成され、このＨ型形状を維持した状態でｘ軸方向に延在している。すなわち、噴射ノズル１２の開口部１２１はＨ型状に形成されている。なお、開口部１２１の形状については、その詳細を後述する。
【００１３】
加速ガス供給ポート１３ａ〜１３ｄは、それぞれノズルブロック１１のｚ軸＋側の面、ｚ軸−側の面、ｙ軸＋側の面、ｙ軸−側の面に設けられている。加速ガス供給ポート１３ａ〜１３ｄには、たとえばＨｅ、Ｎ２、Ａｒ、空気等の種々のガス（加速用気体）がチューブ等を介して接続されたガスボトル（不図示）から供給される。加速ガス導入路１４ａ〜１４ｄは、加速ガス供給ポート１３ａ〜１３ｄのそれぞれに対応して設けられている。加速用ガス供給ポート１３から供給される加速用気体は、加速ガス導入路１４によって、上述した微粒子供給路１５の先端部と噴射ノズル１２とが接続された重複部を介して噴射ノズル１２内に導かれる。
【００１４】
上述した構成を有する噴射加工装置１では、微粒子供給ユニットから供給された固体微粒子は、主として加速ガス導入路１４の出口と微粒子供給路１５の出口の気体とのエジェクタ効果による負圧を利用して加速用気体中に分散される。そして、噴射ノズル１２内で加速用気体により加速されて開口部１２１から電極基材に向けて噴射される。すなわち、加速ガス供給ポート１３を介して加速ガス導入路１４に所定圧力（０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、最適値は０．５ＭＰａ）で加速用気体が供給されると、加速用気体は噴射ノズル１２内を流れ、固体微粒子とともに混合流体として開口部１２１から電極基材に向けて噴射される。
【００１５】
開口部１２１から噴射される固体微粒子の速度は、主として噴射ノズル１２に供給される加速用気体の種類及び圧力を制御することによって設定される。たとえば、加速用気体がＮ２の場合には、固体微粒子は１００ｍ／ｓｅｃ〜５００ｍ／ｓｅｃ程度の速度で噴射される。開口部１２１から噴射された混合流体中の固体微粒子は、開口部１２１からｘ軸方向へ０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の距離に配置された電極基材の被付着面に衝突して付着する。そして、固体微粒子を噴射させながら噴射加工装置１と電極基材とをｙｚ平面に沿って、ｚ軸方向に相対移動させることにより、常温かつ常圧下で、電極基材上に電極材料の膜が形成される。電極基材のｙ軸方向の長さが開口部１２１のｙ軸方向の長さよりも長い場合には、開口部１２１と電極基材とのｙ軸方向の相対位置をずらす。そして、再度、同様にして噴射加工装置１と電極基材とをｚ軸方向に相対移動させて固体微粒子を付着させることにより、広範囲の成膜加工を行う。
【００１６】
以下、図４を参照しながら、噴射ノズル１２の開口部１２１について詳細に説明する。図４（ａ）は、本実施の形態の噴射ノズル１２の開口部１２１をｘ軸＋方向から見た場合、すなわちｙｚ平面に平行な面での平面図である。なお、図４（ａ）においては、座標軸の原点を図中の点Ｃに設けるものとし、以後、点Ｃを開口部１２１の中点と呼称する。
【００１７】
図に示すように、開口部１２１はＨ型状に形成され、ｙ軸方向にたとえば２０ｍｍの長さを有する。開口部１２１を決定する外周は、第１延伸部２００と、第２延伸部２０１と、終端部３００と、第１接続部３０１と、第２接続部３０２とを有している。第１延伸部２００および第２延伸部２０１は、ｚ軸方向にたとえば１．６ｍｍの間隔を維持して対向し、ｙ軸方向に直線状に延在している。以後、説明の都合上、第１延伸部２００と第２延伸部２０１との間の領域（空間）を開口部１２１の中央部１２１ｃと呼ぶ。
【００１８】
終端部３００は、第１延伸部２００および第２延伸部２０１のｙ軸方向の両端部の近傍に設けられている。なお、以後の説明では、第１延伸部２００の端部Ｐ１側および第２延伸部２０１の端部Ｐ３側、すなわちｙ軸方向＋側に設けられた終端部３００についての説明を主とする。終端部３００は、第１延伸部２００および第２延伸部２０１の端部Ｐ１およびＰ３から、ｙ軸方向に沿って、たとえば０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ離れた位置に設けられている。第１接続部３０１は、第１延伸部２００の端部Ｐ１と終端部３００の両端のうちの一方の端部Ｐ２とを接続するように構成される。第２接続部３０２は、第２延伸部２０１の端部Ｐ３と終端部３００の両端のうちの他方の端部Ｐ４とを接続するように構成される。以後、説明の都合上、終端部３００と第１接続部３０１と第２接続部３０２とによって規定される領域（空間）を、開口部１２１の端部１２１ｄと呼ぶ。
【００１９】
終端部３００は、第１延伸部２００と第２延伸部２０１とが延在する方向（ｙ軸方向）に対して所定の角度としてほぼ直角となる方向（ｚ軸方向）に直線状に形成されている。本実施の形態においては、終端部３００のｚ軸方向の長さは、たとえば３．８ｍｍである。換言すると、終端部３００のｚ軸方向の直線の長さは、第１延伸部２００と第２延伸部２０１との間のｚ軸方向の間隔（長さ）よりも長くなるように形成される。また、終端部３００のｚ軸方向の長さは、開口部１２１の中点Ｃを通る中心線（すなわちｚ軸）を基準として、ｚ軸＋方向と−方向とに同一の長さを有する。すなわち、終端部３００のｚ軸方向の長さは、ｚ軸の＋方向と−方向とに１．９ｍｍずつ等分されている。
【００２０】
第１接続部３０１は、第１構成部３０３および第２構成部３０４によって構成される。第１構成部３０３は、第１延在部２００の端部Ｐ１と接続され、ｚ軸、すなわち終端部３００と平行な直線状に形成されている。第２構成部３０４は一方の端部が第１構成部３０３と接続され、他方の端部が終端部３００の一方の端部Ｐ２と接続される。なお、本実施の形態では、第２構成部３０４は、ｙ軸に平行となるように形成されている。上述したように、終端部３００は第１延伸部２００の端部Ｐ１および第２延伸部２０１の端部Ｐ３からｙ軸方向に沿って０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ離れた位置に形成されている。このため、第１構成部３０３は、終端部３００に対して０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの間隔を維持して形成される。さらに、第２構成部３０４の長さも同様に０．４〜０．８ｍｍに形成される。
【００２１】
第２接続部３０２は、第３構成部３０５および第４構成部３０６によって構成される。第３構成部３０５および第４構成部３０６は、上記の第１構成部３０１および第２構成部３０２とｙ軸に対してそれぞれ対称となるように形成される。このため、第３構成部３０５についても、終端部３００に対して０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの間隔を維持して形成され、第４構成部３０６の長さも同様に０．４〜０．８ｍｍに形成される。換言すると、第１接続部３０１と第２接続部３０２とは、ｙ軸に対して対称の形状となるように形成される。
【００２２】
第１延伸部２００および第２延伸部２０１のｙ軸−側の端部についても、上述した終端部３００、第１接続部３０１、第２接続部３０２、第１構成部３０３、第２構成部３０４、第３構成部３０５、第４構成部３０６の形状と同様の形状が形成されている。すなわち、第１延伸部２００および第２延伸部２０１のｙ軸−側の端部には、上記の終端部３００、第１接続部３０１、第２接続部３０２、第１構成部３０３、第２構成部３０４、第３構成部３０５、第４構成部３０６とｚ軸に対して対称な形状をした外周が接続される。換言すると、開口部１２１は、中央部１２１と、中央部１２１ｃの両端に設けられた２つの端部１２１ｄとによって構成される。
【００２３】
上述したように、開口部１２１は、噴射ノズル１２の他方の端部に設けられたものであり、噴射ノズル１２はｘ軸に垂直な方向の断面がＨ型状に形成された状態でｘ軸方向に延在している。したがって、噴射ノズル１２の各部の寸法についても、上記の開口部１２１の外周を決定する各部の寸法と同一である。
【００２４】
上述した開口部１２１の各部の寸法は、以下に示す各パラメータおよび公式を用いたシミュレーションの結果に基づいて、端部１２１ｄでの混合流体の流速低下を低減するために適した形状となるように決定されている。
（１）噴射ノズル１２内気体：圧縮性、乱流場
（２）噴射ノズル１２先端の速度：１００ｍ／ｓｅｃ〜５００ｍ／ｓｅｃ（最適値３００ｍ／ｓｅｃ）
（３）噴射ノズル１２内の圧力：０．１Ｍｐａ〜１．０Ｍｐａ（最適値は０．５Ｍｐａ）
（４）固体微粒子：Ａｌ２Ｏ３
（５）固体微粒子の平均粒径：６［μｍ］
（６）使用公式：ナビエ・ストークスの式、乱流モデル（標準ｋ−εモデル及び壁面関数）、粒子運動方程式（ラグラジアン関数）、各粒子間抵抗（カンニングハム相関でのストークス抵抗）
【００２５】
通常、開口部１２１の端部１２１ｄでは、終端部３００（境界層）の影響により中央部１２１ｃに比べて噴射される混合流体の流速が低下する。特に、図４（ｂ）に示す、従来技術のように、ｙ軸方向に延在する矩形形状を有する開口部５００の端部の終端部５１０では、端部における混合流体の流速低下が顕著になる。これに対して、本実施の形態の噴射加工装置１では、噴射ノズル１２の終端部３００のｚ軸方向の長さが、第１延伸部２００および第２延伸部２０１の間隔よりも長く、かつ、終端部３００が直線状に形成されている。本実施の形態では、終端部３００が上記のように形成されることによって、開口部１２１でのｙ軸方向の境界層領域が狭くなると考えられる。その結果、開口部１２１から噴射される混合流体の流速が一定になるｙ軸方向の長さが長くなる。このため、開口部１２１のｙ軸方向の両端、すなわち開口部１２１を構成する２つの端部１２１ｄでの混合流体の流速低下が低減される。以下、開口部１２１の端部１２１ｄの終端部３００近傍における混合流体の流速について説明する。
【００２６】
図５に開口部１２１の端部１２１ｄでの噴射される混合流体の流速と、ｙ軸方向の位置との関係を示す。図５は、上述した開口部１２１の各部の寸法を決定する際に使用したパラメータによるシミュレーションの結果を示している。図５では、縦軸が混合流体の流速、横軸が開口部１２１の中点Ｃを基準としたｙ軸方向の位置を表している。また、図５では、第２構成部３０４および第４構成部３０６のｙ軸方向の長さが０．４ｍｍの場合を実線Ｌ１で示し、ｙ軸方向の長さが０．８ｍｍの場合を破線Ｌ２で示す。さらに、比較例として、開口部に端部１２１ｄが形成されていない場合、すなわち図４（ｂ）に示すｙ軸方向に延在する矩形形状を有する開口部５００（幅広ノズル）の終端部５１０における混合流体の流速と位置との関係を一点鎖線Ｌ３で示す。なお、比較例における開口部５００の形状は、ｚ軸方向に１．６ｍｍの長さを保持した状態でｙ軸方向に２０ｍｍ延在する矩形形状とする。
【００２７】
図５の一点鎖線Ｌ３で示すように、比較例における開口部５００では、ｙ座標が０ｍｍ〜９．５ｍｍ付近の範囲では、混合流体はほぼ同一の流速となる。しかし、ｙ座標が９．５ｍｍ付近、すなわち終端部５１０から０．５ｍｍの位置から急激に混合流体の流速が低下する。
【００２８】
本実施の形態のように端部１２１ｄを有する開口部１２１では、図５の実線Ｌ１および破線Ｌ２で示すように、ｙ座標が１０．０ｍｍ付近における流速の低下は、一点鎖線Ｌ３で示す比較例の開口部５００における流速の低下よりも少ない。すなわち、端部１２１ｄから噴射される混合流体の流速が、比較例の開口部５００の終端部５１０付近から噴射される混合流体よりも高速である。換言すると、開口部１２１のｙ軸方向について、中央部１２１ｃから噴射される混合流体とほぼ同一の流速の混合流体が噴射される領域が比較例の開口部５００の場合よりも長くなる。
【００２９】
したがって、このような噴射ノズル１２の開口部１２１から固体微粒子を電極基材に噴射させて膜を形成する場合、均一な厚さの膜が形成されるｙ軸方向の長さがより長くなるという第１の現象がある。さらに、端部１２１ｄが形成されて、ｚ軸方向の開口面積が広がったことによって、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の量が増加するという第２の現象がある。この結果、噴射ノズル１２と電極基材とをｚ軸方向に相対的にずらしながら膜を形成する場合を考えると、上記の第１および第２の現象が相乗的に効果を発揮して、均一な厚さの膜が形成されるｙ軸方向の長さがさらに長くなる。
【００３０】
以上で説明した噴射加工装置１を用いることにより、ＰＪＤ（Powder Jet Deposition）により電極基材上に電極材料膜を形成して、たとえばリチウムイオン二次電池等の電池用の負極材料を形成することができる。この場合、電極基材には、集電体を構成する銅（Ｃｕ）が用いられる。
【００３１】
この電極材料を電池の形態（たとえば円筒形型、角型、セル型、ラミネート型等）に合わせた形状寸法に打ち抜くことによって負極が形成される。アルミ箔にコバルト酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物を正極活物質として付着形成された公知の正極と、上記の負極とをセパレータを挟んで対峙させ、公知の溶媒中に公知の電解液（非水電解質）とともに封入することによって、リチウムイオン二次電池が構成される。なお、公知の溶媒はプロピレンカーボネートやエチレンカーボネート等であり、公知の電解液はＬｉＣｌＯ４やＬｉＰＦ６等である。この結果、高い電気容量と長期間安定的に保持可能なリチウムイオン二次電池が得られる。なお、噴射加工装置１を用いて、リチウムイオン二次電池の負極材料を形成するものに代えて、正極材料を形成するものであってもよい。この場合、電極基材としては、たとえばアルミニウムが用いられる。
【００３２】
以上で説明した実施の形態による噴射加工装置１によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）噴射用ノズル１２には、固体微粒子と気体との混合流体を噴射する開口部１２１が設けられている。開口部１２１を決定する外周は、第１延伸部２００と、第２延伸部２０１と、終端部３００と、第１接続部３０１と、第２接続部３０２とを有している。一対の第１延伸部２００および第２延伸部は、所定の間隔（１．６ｍｍ）を維持して長手方向（ｙ軸方向）へ延伸する。終端部３００は、一対の第１延伸部２００および第２延伸部２０１の端部Ｐ１，Ｐ３の近傍に設けられ、長手方向に対して直角方向（ｚ軸方向）に直線をなす。第１接続部３０１は、第１延伸部２００の端部Ｐ１と終端部３００の一方の端部Ｐ２とを接続する。第２接続部３０２は、第２延伸部２０１の端部Ｐ３と終端部３００の他方の端部Ｐ４とを接続する。そして、終端部３００の長さは、第１延伸部２００と第２延伸部２００とがなす間隔である１．６ｍｍよりも長くなるようにした。換言すると、噴射ノズル１２の終端部３００のｚ軸方向の長さが、第１延伸部２００および第２延伸部２０１の間隔よりも長く、かつ、終端部３００が直線状に形成されている。このため、上述したように、開口部１２１でのｙ軸方向の境界層領域が狭くなるので、開口部１２１から噴射される混合流体の流速が一定となるｙ軸方向の長さが長くなり、終端部３００の近傍の混合流体の流速低下が抑制される。
【００３３】
特に、本実施の形態では、終端部３００を直線状に形成している。これに対して、たとえば終端部３００がｙ軸＋方向に沿って円弧状に形成されている場合、すなわち端部１２１ｄが図４（ｃ）に示すように円形に形成されている場合、開口部１２１でのｙ軸方向の境界層領域が狭くならないと考えられる。この場合の端部１２１ｄから噴射される混合流体の流速と、ｙ軸方向の位置との関係を、図５の二点鎖線で示す直線Ｌ４で表す。なお、直線Ｌ４についても、上述した開口部１２１の各部の寸法を決定する際に使用したパラメータによるシミュレーションの結果を示している。図５の二点鎖線Ｌ４では、ｙ座標が７．５ｍｍ付近から混合流体の流速が低下する。換言すると、終端部３００が直線状に形成されている場合と比べて、開口部１２１から噴射される混合流体の流速が一定となるｙ軸方向の長さが短くなる。本実施の形態では、終端部３００を直線状に形成しているので、終端部３００を直線以外の形状とする場合と比べて、開口部１２１から噴射される混合流体の流速が一定となるｙ軸方向の長さを長くして、終端部３００の近傍の混合流体の流速低下を抑制できる。
【００３４】
さらに、終端部３００のｚ軸方向の長さが、第１延伸部２００および第２延伸部２０１の間隔よりも長くなるようにした。すなわち、上述したように、端部１２１ｄが形成されて、ｚ軸方向の開口面積が広がっているので、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の量が増加する。この結果、噴射ノズル１２と電極基板とをｚ軸方向に相対移動させた場合、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の増加と、上述した混合流体の流速低下の抑制との相乗効果によって、均一な厚さの膜が形成されるｙ軸方向の長さがさらに長くなる。
【００３５】
さらに詳細には、第１接続部３０１は、第１延伸部２００の一方の端部Ｐ１と接続され、終端部３００と１．６ｍｍよりも短い間隔を維持して直線状をなす第１構成部３０３と、第１構成部３０３と終端部３００の一方の端部Ｐ２と接続する第２構成部３０４とによって構成される。第２接続部３０２は、第２延伸部の一方の端部Ｐ３と接続され、終端部３００と１．６ｍｍよりも短い間隔を維持して直線状をなす第３構成部３０５と、第３構成部３０５と終端部３００の他方の端部Ｐ４とを接続する第４構成部３０６とによって構成される。第１延伸部２００および第２延伸部２０１の他方（ｙ軸−側）の端部についても、上記と同様の外周を有する。そして、終端部３００は、開口部１２１の長手方向の中心線（ｙ軸）からｚ軸方向に沿って逆方向に等分される。
【００３６】
開口部１２１を決定する外周は上記の各部を有するので、上述したように、終端部３００付近から噴射される固体微粒子と気体との混合流体の流速低下が防止されるとともに、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の量が増加する。このため、開口部１２１のｙ軸方向の長さ（２０ｍｍ）に対して、膜厚が均一となるｙ軸方向の長さを増加させることができる。換言すると、ｙ軸方向に所定の長さだけ均一な膜厚を得ようとする場合、上述した比較例に示す開口部５００と比べて、本実施の形態の開口部１２１ではｙ軸方向の長さを短くすることができるので、開口部１２１の小型化に寄与する。その結果、噴射加工装置１全体を小型化することができる。
【００３７】
さらに、ｙ軸方向に幅の広い電極基材に対して成膜加工を行う場合、電極基材全体について均一な膜厚を得るために、均一な膜厚のｙ軸方向の長さに応じて重ね合わせ部分を設けて成膜加工を行う必要がある。すなわち、均一な膜厚が得られていない領域に、再び開口部１２１から噴射された固体微粒子を付着させて均一な膜厚となるようにする必要がある。比較例に示すような開口部５００を有する場合、均一な膜厚のy軸方向の長さが短いので、開口部のｙ軸方向の長さの約５〜１０パーセントを重ね合わせ部としていた。これに対して、本実施の形態では、均一な膜厚のｙ軸方向の長さが増加するので、重ね合わせ部分が少なくなり、成膜加工の効率を向上させることができる。
【００３８】
（２）さらに加えて、第１構成部３０３および第３構成部３０５と終端部３００との間隔（０．４〜０．８ｍｍ）を、第１延伸部２００と第２延伸部２００との間隔（１．６ｍｍ）よりも短くして、終端部３００の近傍で過大な流量とならないようにした。したがって、中央部１２１ｃから噴射される混合流体の流速低下が防止される。その結果、中央部１２１ｃから噴射される混合流体とほぼ同一の流速を有する混合流体が中央部１２１ｃと端部１２１ｄの境界付近から噴射されることになり、均一な膜厚のｙ軸方向の長さの増加に寄与する。
【００３９】
以上で説明した実施の形態による噴射加工装置１を、以下のように変形できる。
（１）開口部１２１の形状がＨ型状に形成されるものに代えて、種々の形状に形成することが可能である。この場合、終端部３００の長さが第１延伸部２００と第２延伸部２０１との間隔よりも長く、かつ、終端部３００が直線状に形成されていればよい。図６、図７に開口部１２１の形状の各種の変形例を示す。
【００４０】
（１−１）図６（ａ）に開口部１２１の形状の第１変形例を示す。第１変形例では、開口部１２１は第１延伸部２００および第２延伸部２０１の一方の端部Ｐ１、Ｐ３の近傍にのみ形成される。この場合、端部１２１ｄが形成されていない、第１延伸部２００および第２延伸部２０１の他方（ｙ軸−側）の端部では噴射される混合流体の流速低下が顕著となるが、端部１２１ｄの終端部３００(境界層)では実施の形態の場合と同様に、混合流体の流速低下が抑制される。
【００４１】
（１−２）図６（ｂ）に開口部１２１の形状の第２変形例を示す。第２変形例では、端部１２１ｄはｚ軸＋方向にのみ設けられ、ｚ軸−方向には設けられていない。すなわち、第２接続部３０２は、第２延伸部２０１の一方の端部と接続され、ｙ軸方向に延在して終端部３００の他方の端部と接続される。すなわち、第２延伸部２０１と第２接続部３０２とがｙ軸方向に沿って同一の直線状に形成される。なお、一方の端部１２１ｄはｚ軸＋方向にのみ設けられ、他方の端部１２１ｄがｚ軸−方向にのみ設けられるものであってもよい。第２変形例に示す場合であっても、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の量は増加するので、均一な膜厚のｙ軸方向の長さを増加させることができる。
【００４２】
（１−３）図６（ｃ）に開口部１２１の形状の第３変形例を示す。第３変形例では、終端部３００のｚ軸方向の長さが、開口部１２１の中点Ｃを通るｙ軸を中心線として、ｚ軸＋方向と−方向とで異なる長さを有する。この場合であっても、端部１２１ｄの終端部３００では実施の形態の場合と同様に、混合流体の流速低下が抑制される。
【００４３】
（１−４）図６（ｄ）に開口部１２１の形状の第４変形例を示す。第４変形例では、第１接続部３０１を構成する第１構成部３０３と第２構成部３０４とは、同一の直線状に形成され、第１構成部３０３と終端部３００とが平行となるように形成されていない。また、第２接続部３０２を構成する第３構成部３０５と第４構成部３０６とは、同一の直線状に形成され、第１構成部３０３と終端部３００とが平行となるように形成されていない。図６（ｄ）では、第１接続部３０１および終端部３００のｙ軸方向の間隔と、第２接続部３０２および終端部３００のｙ軸方向の間隔とが、ｚ軸上の位置が大きくなる程短くなるように形成されている。第４変形例に示す場合であっても、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の量が増加するので、均一な膜厚のｙ軸方向の長さを増加させることができる。さらには、図７（ａ）に示すように第１構成部３０３および第２構成部３０４からなる第１接続部３０１と、第３構成部３０５および第４構成部３０６からなる第２接続部３０２とが直線状に形成されたものではなく、ｙｚ平面上で曲線となるように形成されていてもよい。
【００４４】
（１−５）図７（ｂ）に開口部１２１の形状の第５変形例を示す。第５変形例では、第１接続部３０１を構成する第１構成部３０３が曲線となるように形成され、第２構成部３０４は直線状に形成される。また、第２接続部３０２を構成する第３構成部３０５が曲線となるように形成され、第４構成部３０６は直線状に形成される。第５変形例に示す場合であっても、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の量が増加するので、均一な膜厚のｙ軸方向の長さを増加させることができる。なお、第１構成部３０１のうち、第１延伸部２００の端部Ｐ１との接続部位近傍については曲線をなし、第２構成部３０２との接続部位近傍については、終端部３００と平行は直線状をなすものでもよい。
【００４５】
（１−６）図７（ｃ）に開口部１２１の形状の第６変形例を示す。第６変形例では、終端部３００が、第１延伸部２００および第２延伸部２０１が延在する方向に対して直角に形成されていない。すなわち第１延伸部２００および第２延伸部２０１がｙ軸方向に沿って延在していない。この場合であっても、端部１２１ｄから噴射される固体微粒子の量が増加するので、均一な膜厚のｙ軸方向の長さを増加させることができる。また、図示はしないが、第１延伸部２００および第２延伸部２０１が直線状に形成されたものでなくてもよい。たとえば、第１延伸部２００および第２延伸部２０１が１．６ｍｍの間隔を維持した状態で、ｙｚ平面上で湾曲した形状を有していてもよい。
（１−７）開口部１２１の形状として、上記の第１〜第６変形例を適宜組み合わせた形状となるように形成されてもよい。
【００４６】
（２）開口部１２１の各部の寸法は実施の形態のものに限定されるものではない。各部の寸法は、固体微粒子の材質・粒径に応じて、端部１２１ｄから噴射される混合流体の流速が中央部１２１ｃから噴射される混合流体の流速をほぼ同一となるように決定されればよい。
【００４７】
（３）噴射加工装置１から電極基材に固体微粒子を噴射して電極材料の膜を形成させるものに限定されない。たとえば、基材の被加工面に噴射した固体微粒子によって電気配線層を形成するものでもよい。
【００４８】
また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。説明に用いた実施の形態および変形例は、それぞれを適宜組み合わせて構成しても構わない。
【符号の説明】
【００４９】
１  噴射加工装置、  １０  ノズルユニット、
１２  噴射ノズル、  １４、１４ａ、１４ｂ  加速ガス導入路、
１５  微粒子供給路、  １２１  開口部、
１２１ｃ  中央部、  １２１ｄ  端部、
２００  第１延伸部、  ２０１  第２延伸部、
３００  終端部、  ３０１  第１接続部、
３０２  第２接続部、  ３０３  第１構成部、
３０４  第２構成部、  ３０５  第３構成部、
３０６  第４構成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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