JP2009280355A

JP2009280355A - 搬送装置

Info

Publication number: JP2009280355A
Application number: JP2008134477A
Authority: JP
Inventors: Masatsugu Hotta; 政嗣堀田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-22
Also published as: JP4985543B2

Abstract

【課題】弾性のあるニップロールを用いてもシワが寄らないような搬送装置を提供する。
【解決手段】薄膜５０に複数条の被塗工部５０ａを形成する際に、弾性を有する弾性ニップロール６１を用いて薄膜５０のテンションを維持しつつ薄膜５０を搬送する搬送機構６０において、薄膜５０の搬送方向に添って形成された被塗工部５０ａ間に位置する非塗工部５０ｂと、弾性ニップロール６１の表面との接触を抑制する抑制手段を、弾性ニップロール６１に設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、薄膜を搬送する技術に関し、詳しくは薄膜に対して複数条の被塗工部を形成するグラビア塗工装置に用い、薄膜にシワが発生しないように搬送する搬送装置についての技術である。

近年、多くの電子機器の電源として二次電池が用いられ、車載用の電源としても二次電池の利用が検討されている。それに伴い、二次電池の大容量化や高出力化及び軽量化の要請も高くなってきた。
このような背景により、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの各種二次電池の開発が進められている。

二次電池の製法としては、金属製の芯材（箔）に活物質を塗布して巻き、電池の電極板として用いる方法が知られている。活物質を塗布した被塗工部の表面にさらに多孔質絶縁膜からなる保護膜を形成する。
このような芯材に保護膜等を塗布する方法は色々提案されているが、膜厚の均一性を保つためにはグラビア塗工装置を用いて塗工材を塗布する方法が考えられる。芯材に形成される被塗工部の厚みが薄い場合は、グラビア塗工装置を用いると有利なためである。

グラビア塗工装置を用いて芯材に活物質や保護膜等の塗工材を塗布する場合には、以下のような流れとなる。
まず、グラビア塗工装置を用いて塗工材を芯材に塗布する。その後、被塗工部を乾燥・圧縮処理を行う。最後に、切断加工して所望の大きさの二次電池の電極板を製造する。
このような、グラビア塗工装置によって塗工材を塗布する方法を用いる場合、塗工材を塗布した薄膜を搬送する搬送方法が問題となる。
薄膜を搬送する際に問題となるのは、薄膜の搬送中の蛇行や切断等が大きな問題となるが、被塗工面を形成した後の薄膜については別の問題も発生する。搬送時に薄膜に形成された被塗工面に沿ってシワが形成されるのである。

特許文献１では、非水電解液二次電池の製造方法についての発明が開示されている。
特許文献１では、グラビア塗工装置ではなく塗工ダイを用いたダイコーティングであると考えられるが、基材となる薄膜上に塗工材を塗工している。薄膜の両端部分を残して被塗工部を薄膜表面に形成した後、プレスロールを用いて薄膜の表裏の両側から加圧して塗工材の密度を高める。薄膜の塗工されない部分は二次電池の電極となった際にリード部分となる。

この際に、薄膜を送りながらプレスするため、プレスロールも回転させつつ加圧することになるが、加圧時に薄膜に形成された被塗工部と非塗工部の境界部分に段差があることで、薄膜上に形成された被塗工部と塗工されていない非塗工部との境界部分に細かいシワや亀裂が発生してしまうことが問題となる。このシワは二次電池の品質に影響を及ぼすため、発生させることは好ましくない。
このシワや亀裂は、プレスロールによる圧縮力が被塗工部にかかることで伸びが発生するのに対し、非塗工部には圧縮力がかからないために伸びが発生しないことが原因で発生する。
そこで、特許文献１ではプレスロールの表面に被塗工部の幅に対応した段差を設け、被塗工部も非塗工部もプレスロールによって同様に圧縮力を加えることでこの問題を解決している。

特開２０００−２５１９４２号公報

しかしながら、特許文献１には、以下のような課題があると考えられる。
特許文献１に開示される技術は、プレスロールのように金属製の合成の高いローラに用いる場合には有効だと考えられるが、搬送用のニップロールのようにゴム等を用いた弾力を備える搬送用ローラに用いることは困難である。
これは、薄膜搬送中に弾性を有するニップロールが押圧されて変形するために、非塗工部を押圧するようにローラ表面に凹凸を設けると、弾性変形により潰れたニップロールの肉が被塗工部側にはみ出てくるなど、却ってシワや破れに悪影響が出る虞があるためである。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、弾性のあるニップロールを用いてもシワが寄らないような搬送装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明による搬送装置は以下のような特徴を有する。
（１）薄膜に複数条の被塗工部を形成する際に、弾性を有するニップロールを用いて前記薄膜のテンションを維持しつつ前記薄膜を搬送する搬送装置において、
前記薄膜の搬送方向に添って形成された前記被塗工部間に位置する非塗工部と、前記ニップロールの表面との接触を抑制する抑制手段を、前記ニップロールに設けたことを特徴とする。

（２）（１）に記載の搬送装置において、
前記抑制手段として、前記非塗工部の位置に対応して、前記ニップロールに小径部が設けられたことを特徴とする。

（３）（１）に記載の搬送装置において、
前記抑制手段として、前記ニップロールの表面に、前記ニップロール本体よりも弾性が低い低弾性部材が設けられたことを特徴とする。

このような特徴を有する本発明による搬送装置により、以下のような作用、効果が得られる。
まず、（１）に記載される発明は、薄膜に複数条の被塗工部を形成する際に、弾性を有するニップロールを用いて薄膜のテンションを維持しつつ薄膜を搬送する搬送装置において、薄膜の搬送方向に添って形成された被塗工部間に位置する非塗工部と、ニップロールの表面との接触を抑制する抑制手段を、ニップロールに設けたものである。

薄膜搬送の為には、蛇行やシワなどを防ぐためにも搬送中の薄膜のテンションを維持することが重要である。このテンションを維持し、ローラ間のテンションを区切る役割を果たすのがテンションコントローラとは別に用意されるニップロールと呼ばれる弾性部材を用いたローラである。
このニップロールの表面に非塗工部に対応して設けられる、ニップロールと非塗工部との接触を抑制する抑制手段を備えている。
非塗工部との接触を抑制する抑制手段をニップロールに設けることで、特許文献１に示すように積極的に接触させるのではなく、逆に抑制手段によって、ニップロールと非塗工部とが接触しないようにする。このことで、非塗工部には圧縮力がかからなくなり、被塗工部との圧縮力の差による影響を抑制できるので、薄膜に発生する非塗工部と被塗工部との境界に発生するシワや破れを抑制することが可能となる。

ニップロールでの搬送は、ニップロールが弾性変形する程度に加圧して搬送するため薄膜に圧縮力を加える点ではプレスロールと同様ではあるが、加える圧縮力は異なる上に弾性変形するという点でもプレスロールと弾性を有するニップロールでは事情が異なる。
薄膜はニップロールの外周面に接しているが、非塗工部と被塗工部との境界部分には段差があるために、抑制手段が無いと弾性を有するニップロールの変形によって、薄膜は非塗工部と被塗工部との間にある段差の部分で薄膜を伸ばすような無理な力を加えることになる。
したがって、非塗工部にニップロールが接触しない抑制手段を備えることで、非塗工部に中途半端に圧縮力を発生させることが無く、シワや破れの抑制を可能とする。

また、（２）に記載される発明は、（１）に記載の搬送装置において、抑制手段として、非塗工部の位置に対応して、ニップロールに小径部が設けられたものである。
抑制手段としてニップロールに小径部を設けることで、ニップロールが薄膜に当接して弾性変形しても、非塗工部にニップロールの小径部が接触しないようにすることができる。
非塗工部にニップロールが接触しないことで、（１）に記載したように非塗工部と被塗工部との境界部分の付近にシワや破れが発生することを抑制することが可能となる。

また、（３）に記載される発明は、（１）に記載の搬送装置において、抑制手段として、ニップロールの表面に、ニップロール本体よりも弾性が低い低弾性部材が設けられたものである。
弾性を有するニップロールの表面に低弾性部として例えばＰＴＦＥ製の熱収縮チューブを設けることで、ニップロール表面の弾性変形を抑えることが可能となり、結果的に非塗工部にニップロールを接触させない抑制手段として作用させることができる。
また、表面の低弾性部材よりも内側は弾性を有するため、薄膜に被塗工部を介して圧縮力を加えることができ、ニップロールとしての機能を損なうことなく、薄膜の搬送が実現できる。

まず、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態のグラビア塗工装置１０の概略側面図を示す。図２に、グラビア塗工装置１０の概略正面図を示す。
グラビア塗工装置１０は、シートである薄膜５０に活物質等の塗工材１８を塗工するための装置である。薄膜５０は、リチウムイオン電池に用いられる基材であり、数十μｍ程度の厚みの銅箔、或いはアルミニウム箔である。塗工される塗工材１８は数Ｐａｓ程度の粘度を有するアルミナが混入された液体である。塗工材１８は薄膜５０上に数μｍ程度の厚みで塗布され、後述する塗工膜５０ａが一定の膜厚で形成される。この塗工膜５０ａは、二次電池に用いられる活物質の表面上に塗られて形成されるか、あるいは活物質の下に塗布され、その上に活物質の層が形成される。
活物質層及び塗工膜５０ａは３条ずつ薄膜５０の両側に形成される。

グラビア塗工装置１０はベース１１の上に取り付けられた支持筐体１２と、支持筐体１２に支持されるアーム１３と、支持機構３０の上部に配置される塗工機構部２０よりなる。
薄膜５０は複数のローラに通され、塗工機構部２０に備えるグラビアロール２１と、アーム１３に備えられる押圧ローラ１４の間にも通されている。この結果、薄膜５０は押圧ローラ１４によってグラビアロール２１側にテンションがかけられた状態となる。
グラビア塗工装置１０の前工程には、図示しないダイコーティング装置が備えられている。そして、薄膜５０の一方の面に活物質を塗工する。
グラビア塗工装置１０の後工程にも、ダイコーティング装置が備えられ、薄膜５０の他方の面に活物質を塗工し、さらに別途設けられるグラビア塗工装置１０で、塗工膜５０ａが形成された後、分割されて図示しないボビンに電極用薄膜５１を巻き取っていく。なお、塗工後の工程には図示しない乾燥炉が設けられている。

グラビアロール２１は、図２に示すように塗工機構部２０に備えられ、カップリング３６を介して駆動モータ３５が接続されている。この駆動モータ３５には、サーボモータ等の回転を制御可能なモータが用いられることが好ましい。
グラビアロール２１は駆動モータ３５から動力を得て回転する。そして、送られていく薄膜５０の表面に、グラビアロール２１が塗工材１８を塗工していく。グラビアロール２１には３条を同時に塗工できるように塗工部が３箇所設けられており薄膜５０の表面に被塗工部５０ａと非塗工部５０ｂを形成する。

図３に、搬送機構６０の斜視図を示す。また、図４に、搬送機構６０の平面図を示す。また、図５に、図４の拡大図を示す。
搬送機構６０は、弾性ニップロール６１と、剛性ニップロール６２とを有する。
弾性ニップロール６１は、ＮＢＲなどの弾性力を有するゴムで構成されるニップロールであり、その硬度は９０程度である。剛性ニップロール６２は、スチール製のニップロールである。
弾性ニップロール６１は回転可能にグラビア塗工装置１０に保持されており、図示しない昇降装置によって剛性ニップロール６２に対して近接離間することができる。剛性ニップロール６２も回転可能にグラビア塗工装置１０に保持されている。

弾性ニップロール６１と剛性ニップロール６２の間には、被塗工部５０ａの形成された薄膜５０が通されている。そして、剛性ニップロール６２に対して弾性ニップロール６１を押し付け加圧される。
弾性ニップロール６１には、大径部６１ａと小径部６１ｂが設けられている。大径部６１ａに対して小径部６１ｂの径は、弾性ニップロール６１に備えられる昇降装置によって剛性ニップロール６２側に押し付けられた時に大径部６１ａが弾性変形して潰れても小径部６１ｂが薄膜５０に接触しない程度に設定されている。実際には数ｍｍ程度の段差を設けてあれば良い。また、大径部６１ａの端部はＲ加工がされている。

このような搬送機構６０は、グラビア塗工装置１０に複数箇所設けられており、グラビア塗工装置１０の後工程に設けられている図示しない乾燥炉や巻取り装置などにも、搬送機構６０は備えられている。
ただし、ダイコーティングする前の状態の薄膜５０に用いる搬送機構６０には、弾性ニップロール６１に示すような小径部６１ｂを必要としない。
グラビア塗工装置１０は、薄膜５０に３条の被塗工部５０ａを形成する。この際に、薄膜５０のテンションを維持するために搬送機構６０を用いる。薄膜５０のテンションは搬送機構６０によって区切られ、各区間でテンションがコントロールされる。

第１実施形態のグラビア塗工装置１０は上記構成となっているので、以下に説明する作用、効果を示す。
まず、第１の効果として、薄膜に発生する非塗工部と被塗工部との境界に発生するシワや破れを抑制することが可能となる点が挙げられる。
第１実施形態のグラビア塗工装置１０は、薄膜５０に複数条の被塗工部５０ａを形成する際に、弾性を有する弾性ニップロール６１を用いて薄膜５０のテンションを維持しつつ薄膜５０を搬送する搬送機構６０において、薄膜５０の搬送方向に添って形成された被塗工部５０ａ間に位置する非塗工部５０ｂと、弾性ニップロール６１の表面との接触を抑制する抑制手段を、弾性ニップロール６１に設けたものである。

また、抑制手段として、非塗工部５０ｂの位置に対応して、弾性ニップロール６１に小径部６１ｂが設けられている。
このように、弾性ニップロール６１に抑制手段である小径部６１ｂが設けられることで、弾性ニップロール６１が剛性ニップロール６２に対して押し付けられたときに、弾性ニップロール６１が変形したとしても、薄膜５０の非塗工部５０ｂを加圧しないため、不要な変形が発生しない。その結果、シワや破れの要因を低減させることができる。
図６に、小径部６１ｂを設けない弾性ニップロール６１で塗工された薄膜５０を押圧する場合の模式図を示す。図７は、図６の断面図である。
弾性ニップロール６１に小径部６１ｂが設けられていない場合、弾性ニップロール６１が弾性変形することによって、図７に示すように非塗工部５０ｂを押圧することになる。薄膜５０は剛性ニップロール６２に押し付けられ、剛性ニップロール６２の表面に沿って搬送されることになる。

この結果、図６に示すように被塗工部５０ａと非塗工部５０ｂの境界部分にシワ５５が発生することになる。これは、図７に示すように、弾性ニップロール６１によって剛性ニップロール６２に押し付けられて搬送することで、非塗工部５０ｂが伸ばされ、変形してしまうことによる。
特に、薄膜５０は弾性ニップロール６１に沿って曲げられていることが多いため、被塗工部５０ａと非塗工部５０ｂでは、周長に被塗工部５０ａの層の厚み分だけ周長に差が出る。
このため、被塗工部５０ａと非塗工部５０ｂの境界部分にストレスがかかることになりシワ５５の発生に繋がってしまう。

しかしながら、弾性ニップロール６１に小径部６１ｂを設けておくことで、弾性ニップロール６１が弾性変形しても小径部６１ｂは非塗工部５０ｂに接触せず、非塗工部５０ｂを変形させることがないので、被塗工部５０ａと非塗工部５０ｂとの境界部分にストレスがかかり難くなり、シワ５５の発生を抑えることが可能となる。
薄膜５０には、被塗工部５０ａが両面に設けられているため、この影響が生じやすい。被塗工部５０ａの層の厚みは数十μｍ程度ではあるが、この程度の段差でも弾性ニップロール６１の弾性変形によって、影響を受けシワ５５を発生させてしまうので、このような簡易な抑制手段を弾性ニップロール６１に設けておくことが望ましい。

また、弾性ニップロール６１の変形に関する配慮としては、弾性ニップロール６１の大径部６１ａの端部をＲ加工している点も上げられる。図５に示すように、大径部６１ａの端部をＲ加工しておけば、弾性ニップロール６１の表面が弾性変形を起こした場合、薄膜５０の表面に塗工される被塗工部５０ａのエッジ部分に悪影響を及ぼしにくいと考えられる。
弾性ニップロール６１の大径部６１ａをシャープなエッジのままにしておくと、弾性ニップロール６１の弾性変形による余分な肉が薄膜５０の表面に対して押圧する虞を避けられる。

また、第２の効果として弾性ニップロール６１の施工性が用意である点が挙げられる。
弾性ニップロール６１の表面に小径部６１ｂを設けることは比較的容易である。弾性ニップロール６１は、金属製の芯に対して大径部６１ａ及び小径部６１ｂとなるＮＢＲ等の弾性部材を貼り付け、最終的に表面をバイトや砥石などを用いて成形され、回転時に外径がぶれないように加工される。この際に、小径部６１ｂの部分をバイトなどで削り取ることで、小径部６１ｂを形成できる。
また、弾性ニップロール６１に対する初期投資だけで良いので、ランニングコストに関しても削減可能になる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
（第２実施形態）
第２実施形態のグラビア塗工装置１０は第１実施形態のグラビア塗工装置１０の構成に落とほぼ同じであるただし、弾性ニップロール６１の構成が若干異なる。
第２実施形態の弾性ニップロール６１はその表面に、低弾性部材である低弾性皮膜６５が設けられている。低弾性皮膜６５はＰＴＦＥ製の熱収縮チューブなどを用いることが考えられる。
弾性ニップロール６１の外周面に低弾性皮膜６５を設けることで、弾性ニップロール６１は表面が堅く、内部が柔らかい状態になる。

第２実施形態のグラビア塗工装置１０は上記構成であるので、以下に説明するような作用、効果を奏する。
第２実施形態のグラビア塗工装置１０は、抑制手段として、弾性ニップロール６１の表面に、弾性ニップロール６１本体よりも弾性が低い低弾性部材として低弾性皮膜６５が設けられている。
このため、弾性ニップロール６１で剛性ニップロール６２側に加圧した場合に、弾性ニップロール６１の表面が低弾性皮膜６５によって変形を抑えられるため、非塗工部５０ｂを低弾性皮膜６５で押圧することが無く、シワ５５の発生を抑えることができる。

低弾性皮膜６５の利点は弾性ニップロール６１への施工が容易である点にある。低弾性皮膜６５の厚みはそれ程必要ないので、弾性ニップロール６１を共通化できる。
また、弾性ニップロール６１の弾性力自体は失われないため、薄膜５０に対する保持力は失われず搬送機構６０の本来の目的である薄膜５０のテンションを区切り、維持する機能を果たすことが可能となる。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
例えば、第１実施形態では弾性ニップロール６１の材質や硬度、及び第２実施形態の低弾性皮膜６５の材質などを示しているが、これに限定されるものではない。特に第２実施形態では、低弾性皮膜６５の硬度とのバランスによって弾性ニップロール６１の弾性を柔らかめに設定した方が高い効果が得られると考えられる。適宜変更することを妨げない。

第１実施形態の、グラビア塗工装置の側面図である。第１実施形態の、グラビア塗工装置の正面図である。第１実施形態の、搬送機構の斜視図である。第１実施形態の、搬送機構の正面図である。第１実施形態の、図４の拡大図である。段差のない弾性ニップロールを用いた場合の上面視図である。段差のない弾性ニップロールを用いた場合の断面図である。第２実施形態の、弾性ニップロールの断面図である。第２実施形態の、搬送機構の正面図である。

符号の説明

１０グラビア塗工装置
１１ベース
１２支持筐体
１３アーム
１４押圧ローラ
１８塗工材
２０塗工機構部
２１グラビアロール
３０支持機構
３５駆動モータ
３６カップリング
５０薄膜
５０ａ被塗工部
５０ｂ非塗工部
５１電極用薄膜
５５シワ
６０搬送機構
６１弾性ニップロール
６１ａ大径部
６１ｂ小径部
６２剛性ニップロール
６５低弾性皮膜

Claims

薄膜に複数条の被塗工部を形成する際に、弾性を有するニップロールを用いて前記薄膜のテンションを維持しつつ前記薄膜を搬送する搬送装置において、
前記薄膜の搬送方向に添って形成された前記被塗工部間に位置する非塗工部と、前記ニップロールの表面との接触を抑制する抑制手段を、前記ニップロールに設けたことを特徴とする搬送装置。
請求項１に記載の搬送装置において、
前記抑制手段として、前記非塗工部の位置に対応して、前記ニップロールに小径部が設けられたことを特徴とする搬送装置。
請求項１に記載の搬送装置において、
前記抑制手段として、前記ニップロールの表面に、前記ニップロール本体よりも弾性が低い低弾性部材が設けられたことを特徴とする搬送装置。