JP2011183340A - ダイヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 塗工溶液をスリットの長手方向において一様に広げてスリットへ導入できるダイヘッドを提供する。
【解決手段】 塗工溶液２を吐出するスリット５と、スリット５の開口領域に対して塗工溶液２を導入する流路１１と、流路１１に塗工溶液２を供給するための導入口２２と、流路１１の内部において、塗工溶液２の吐出方向と交わり且つスリット５の長手方向に沿う軸を回転軸として回転する回転体１４と、を備える。回転体１４に配設され、回転体１４の回転に伴い導入口２２からスリットの長手方向の両側に塗工溶液２を向かわせる羽根部材２１を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、フィルムや箔へ塗工溶液を薄膜状に塗工するダイヘッドに関する。

ラミネート型電池が携帯電話などの小型の家電製品のバッテリーとして主に用いられているが、近年ではハイブリッド車や電気自動車のバッテリーにも用いられるようになってきている。このようなラミネート型電池には樹脂やスラリーなどの塗工溶液で表面が塗工された箔が用いられる。

１台の電気自動車で必要とされるラミネート型電池の箔の量は、１台の携帯電話に用いられる箔の量に比べて数千倍である。このため、電気自動車の普及に伴い、箔の需要の増大が予想されるので、箔の生産効率の向上が望まれている。

フィルムや箔などの被塗工物へ塗工溶液を塗工する方法の一つとして、一端にスリットが形成されたダイヘッドを用いた塗工方法が知られている。ポンプを用いて塗工溶液をダイヘッドに圧送し、スリットから塗工溶液を膜状に吐出して、被塗工物への塗工を行う。

塗工溶液を圧送するために必要なポンプの吐出圧力は、ダイヘッドにおける塗工溶液の流動抵抗から決定される。より高い粘度を有する塗工溶液を使用する場合には、ダイヘッドにおける塗工溶液の抵抗流動が大きくなるため、より大きい吐出圧力のポンプを用いなければならない。

また、ダイヘッドは、スリットの長手方向に対して均一な厚みの塗工液膜を吐出するために塗工溶液の流動抵抗に応じて設計されている。そのため、塗工溶液の粘度が変わると塗工溶液の流動抵抗が変わり、塗工溶液を均一な厚みで吐出できなくなる。このような場合、目的の塗工条件に合ったダイヘッドに交換しなければならない。

以上のように、塗工溶液の粘度の変更に対応するのに十分な吐出圧力を持つポンプを用いたり、交換用のダイヘッドを複数準備したりする必要があり、コストの増加の要因となっていた。また、ダイヘッドの交換のために塗工装置を低下しなければならず、塗工装置の稼働率の低下を招いていた。

そこで、特許文献１や特許文献２では、塗工溶液にせん断速度を付与する機構を備えたダイヘッドが開示されている。ダイヘッドの内部にスリットの長手方向に沿って円柱形状の空間を形成し、該円柱形状の空間と同心に断面円形の回転体を配置する。塗工溶液をスリットへ送る流路の一部を、該円柱状の空間を形成する壁面と回転体との外周面との隙間（以下、環状流路と称す）で形成する。回転体を回転させることによって、環状流路にある塗工溶液にせん断速度を付与することができる。

塗工溶液は、せん断速度が大きくなるにつれて粘度が小さくなる非ニュートン流体の性質を有することが多いため、せん断速度を塗工溶液に付与することによって塗工溶液の粘度を低下させることができる。

特許文献１や特許文献２で開示されているダイヘッドを用いることにより、ダイヘッドの内部で塗工溶液に所定のせん断速度を付与することでダイヘッドの内部における塗工溶液の粘度を一定にすることができる。したがって、複数の種類の塗工溶液を一つのダイヘッドで取り扱う場合であっても、ポンプやダイヘッドを交換することなく均一な厚みの塗工液膜を吐出することができ、塗工工程におけるコストの増加や、塗工装置の稼働率の低下が抑制される。

特開昭６０−５４７６８号公報 特開２００２−２５４００９号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２で開示されているダイヘッドでは、断面円形の回転体を回転させて塗工溶液にせん断速度を付与しているため、塗工溶液は回転体の回転方向に進みやすい。そのため、環状流路の一部へ塗工溶液を導入した場合、塗工溶液がスリットの長手方向に十分に行き渡らないことがある。スリットから吐出される塗工液膜の厚みがスリットの長手方向においてばらつき、塗工後の製品の品質が低下する。

特許文献２では、上記課題に対して、スリットの長手方向の幅と等しい塗工溶液溜まり部を形成し、塗工溶液溜まり部で塗工溶液をスリットの長手方向に行き渡らせてから塗工溶液を環状流路へ導入するダイヘッドが開示されている。このダイヘッドでは、塗工溶液溜まり部を形成しなければならないため、ダイヘッドが大型化するとともにダイヘッドの加工工数が増え、コストアップに繋がる虞がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するダイヘッドを提供することを目的とする。すなわち、塗工溶液をスリットの長手方向において一様に広げてスリットへ導入できるダイヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のダイヘッドは、塗工溶液を吐出するスリットと、スリットの開口領域に対して塗工溶液を導入する流路と、流路に塗工溶液を供給するための導入口と、流路の内部において、塗工溶液の吐出方向と交わり且つスリットの長手方向に沿う軸を回転軸として回転する回転体と、を備える。回転体に配設され、回転体の回転に伴い導入口からスリットの長手方向の両側に塗工溶液を向かわせる羽根部材を備えたことを特徴とする。

本発明のダイヘッドによれば、塗工溶液をスリットの長手方向において一様に広げてスリットへ供給することができる。

本発明の実施形態における塗工装置の概略図である。 本発明の実施形態におけるダイヘッドの斜視図である。 図２に示すダイヘッドのＡ−Ａ断面図である。 図２に示すダイヘッドのＢ−Ｂ断面図である。 塗工溶液の粘度とせん断速度との関係を示す概略図である。 環状流路の一部を拡大した斜視図である。

本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における塗工装置１の概略図である。図１に示すように、塗工装置１には、樹脂やスラリーといった塗工溶液２を吐出するダイヘッド３と、ダイヘッド３が固定されたヘッド移動手段４と、を備える。

ダイヘッド３には、ヘッド本体１２の一端に塗工溶液２を膜状に吐出するためのスリット５が形成されている。ヘッド移動手段４には、モータやシリンダなどの駆動手段が設けられており、ヘッド移動手段４によって、塗工装置１におけるダイヘッド３の位置を移動することができる。

また、塗工装置１には、箔などの被塗工物６を巻きつけるためのロール７が設けられており、ダイヘッド３の塗工溶液の吐出先にロール７が配置されている。被塗工物６をロール７に巻きつけることによって、被塗工物６がダイヘッド３のスリット５に対向して配置されるとともに、被塗工物６に塗工溶液２を塗工する際における被塗工物６の振動を抑制することができる。

被塗工物６は、被塗工物６の供給源（不図示）からロール７に送られ、ロール７に巻きつけられた状態でダイヘッド３とロール７との間を通過する。このときに、ダイヘッド３から吐出される塗工溶液２が、被塗工物６のロール７と接触する面と反対側の被塗工面に付着する。その後、被塗工物６はロール７から引き離されて、被塗工物６の回収装置（不図示）へ送られる。

塗工装置１は、塗工溶液２を貯留するための貯留タンク８と、貯留タンク８にある塗工溶液２を圧送するためのポンプ９をさらに備えている。ポンプ９とダイヘッド３とは配管１０で接続されており、ポンプ９を駆動させることによって塗工溶液２をダイヘッド３に供給することができる。ダイヘッド３の内部には、スリット５の開口領域に塗工溶液２を導入する流路１１が形成されている。流路１１は配管１０と連通されており、流路１１を介して配管１０からスリット５へ塗工溶液２が送られる。

図２は、本発明の実施形態におけるダイヘッド３の斜視図である。また、図３はダイヘッド３を、スリット５の長手方向と垂直に交わる面（図２におけるＡ−Ａ面）で切断したときの断面図であり、図４はダイヘッド３を、流路１１の一部を通る面（図２におけるＢ−Ｂ面）で切断したときの断面図である。

図２及び図３に示すように、ダイヘッド３は、一対のヘッド本体１２が組み合わせられることによって構成される。ヘッド本体１２の対向する面の間に隙間が形成されるようにヘッド本体１２が配置されている。

図２、図３及び図４に示すように、各々のヘッド本体１２には、該隙間に面して凹み部１３が形成されており、ヘッド本体１２を組み合わせたときに凹み部１３が対向することによって、円柱形状の空間が形成される。すなわち、凹み部１３は、円柱形状の周面を形成する円弧壁と、円柱形状の底面を形成する側壁２３と、で形成される。

また、円柱形状の空間の内径よりも小さい外径を有する回転体１４が、円柱形状の空間と同心に配置されている。本実施形態では、回転体１４は、円柱状の空間に合わせて円柱体としている。図４に示すように、回転体１４はシャフト１５を介してダイヘッド３の外部に設けられたモータ１６に連結されており、モータ１６によって回転体１４は回転させられる。

凹み部１３の円弧壁と回転体１４の外周面とで囲まれる円環形状の隙間が形成され、該隙間を塗工溶液２の流路１１の一部とすることができる。なお、円環形状の隙間を環状流路１７と称す。配管１０は環状流路１７の一部と連通されている。配管１０と環状流路１７との連通部分を導入口２２とする。

スリット５と環状流路１７とは、一対のヘッド本体１２の対向する面の間に形成された隙間（以下、線状流路１８と称す）によって連通されている。したがって、流路１１は、環状流路１７と線状流路１８とで構成され、配管１０を介して導入された塗工溶液２は、環状流路１７及び線状流路１８を経てスリット５から吐出される。

ダイヘッド３には、スリット５以外から塗工溶液２が漏出しないように、スリット５の長手方向に位置する面を覆う被覆部材１９が設けられている。被覆部材１９はヘッド本体１２と一体成形されていてもよい。被覆部材１９によって、流路１１の、スリット５の長手方向に位置する側壁２３が形成される。シャフト１５は、被覆部材１９に設けられた軸受２０に挿通されることによって回転可能に保持されている。

図４に示すように、回転体１４の外周面には、回転体１４から凹み部１３へ向けて突出して羽根部材２１が配設されている。羽根部材２１は、塗工溶液２の吐出方向Ｔに対して２つの方向に傾いて配置され、回転体１４の回転に伴い導入口２２からスリット５の長手方向の両側に塗工溶液２を向かわせることができる。

すなわち、羽根部材２１は、先端部２４と、先端部２４よりも回転体１４の回転方向Ｒの後方側にある後端部２５と、を有する。２つの側壁２３のうちの一方の側壁２３と、導入口２２から塗工溶液２の吐出方向Ｔに沿って且つ回転体１４の回転軸と交わる断面と、の領域２６にある羽根部材２１では、後端部２５が先端部２４よりも一方の側壁２３の側に位置している。

２つの側壁２３のうちの他方の側壁２３の側の領域２７にある羽根部材２１も同様に形成されているため、回転体１４を回転させたとき、羽根部材２１は、導入口２２から供給された塗工溶液２を両方の側壁２３へ向かわせる。環状流路１７の、スリット５の長手方向における幅を、スリット５の長手方向の幅と略等しく形成することにより、環状流路１７において塗工溶液２をスリット５の長手方向に行き渡らせることができる。

その結果、スリット５の長手方向において比較的ばらつきの小さい膜圧を有する塗工溶液２を、スリット５から吐出することが可能となる。

なお、羽根部材２１は、回転体１４の外周面に沿って螺旋状に配置されていてもよい。

また、図４では、導入口２２は、環状流路１７の、スリット５の長手方向に対して中央の位置に配されているが、これには限られない。その場合は、羽根部材２１の配置も変わってくる。図４では、導入口２２が、環状流路１７の、スリット５の長手方向に対して中央の位置に配されており、且つその導入口２２の位置を境にして羽根部材２１の傾く方向が変更されている。導入口２２が、環状流路１７の、スリット５の長手方向における中央位置からずれているときは、このときの導入口２２の位置を境にして羽根部材２１の傾く方向を変えればよい。

さらに、領域２６と領域２７との境を形成する断面を、回転体１４の回転軸に垂直に交わる断面とすることにより、塗工溶液２をスリット５の長手方向に行き渡らせることがより容易になる。

ここで、塗工溶液２の粘度ηの特性について説明する。図５は、塗工溶液２におけるせん断速度γ’と粘度ηとの関係を示す概略図である。図５に示すように、塗工溶液２は、せん断速度γ’が大きくなるにつれて粘度ηが小さくなる非ニュートン流体の特性を有している。

また、せん断速度γ’がある程度の値（例えば図５に示すγ₀’）以上では、粘度ηはほとんど変化しなくなり、略一定の値η₀で推移する特性を有している。したがって、γ₀’以上のせん断速度γ’を塗工溶液２に与えることにより、塗工溶液２の粘度ηは、せん断速度γ’がγ₀’以下の場合の粘度ηよりも小さく、且つせん断速度γ’の変動に影響を受けにくくなる。

図６は、環状流路１７の一部を拡大した斜視図である。簡略化のために、凹み部１３及び回転体１４を平板とし、環状流路１７を直線状の流路とする。

図６に示すように、塗工溶液２が、静止している凹み部１３と、速度Ｖ［ｍ／ｓ］で運動している回転体１４と、の間に挟まれている。このとき、凹み部１３と回転体１４との間の間隔をｈ［ｍ］とすると、塗工溶液２に与えられるせん断速度γ’［１／ｓ］は、次のように表される。

したがって、図５に示すような、塗工溶液２の粘度ηとせん断速度γ’との関係をあらかじめ把握することによって、所望の粘度η₀は、対応するせん断速度γ₀’から得ることができる。所望のせん断速度γ₀’を得るために必要な速度Ｖ及び間隔ｈ、すなわち回転体１４及び凹み部１３の寸法、並びに回転体１４の回転速度を決定することで、所望の粘度η０が得られる。

次に、ダイヘッド３の動作及びダイヘッド３を用いた塗工方法について説明する。

まず、塗工溶液２を構成する粉体と溶剤とを混合し、塗工溶液２を作製する。そのときに、塗工溶液２の粘度ηとせん断速度γ’との関係を測定し、せん断速度γ₀’以上のせん断速度γ’を得るために必要な回転体１４及び凹み部１３の寸法と、回転体１４の回転速度ωを求めておく。

次に、作製した塗工溶液２を貯留タンク８に移し、ポンプ９を用いて塗工溶液２をダイヘッド３に圧送する。回転体１４を所望の回転速度で回転させ、環状流路１７に到達した塗工溶液２にせん断速度γ’を与える。その結果、塗工溶液２の粘度ηは所望の値η₀まで低下する。

また、羽根部材２１によって、塗工溶液２は導入口２２から側壁２３まで広げられる。その後、塗工溶液２は線状流路１８に送られ、スリット５から吐出される。

本発明のダイヘッドによれば、ダイヘッド３に塗工溶液２をスリットの長手方向に広げるための塗工溶液溜まり部を設けることなく、塗工溶液２にせん断速度γ’を付与するとともにスリット５の長手方向に塗工溶液２を広げることができる。

また、ダイヘッド３の内部で、羽根部材２１を用いて塗工溶液２を撹拌することができる。特に、せん断速度γ’が付与されていない塗工溶液２では粘度ηが高く、塗工溶液２が十分に撹拌されていないことがある。本発明におけるダイヘッド３を用いることによって、塗工溶液２の粘度ηを小さくするとともに羽根部材２１で撹拌することができるため、塗工溶液２の品質をより均一にすることができる。

上述の説明では、凹み部１３を対向させて円柱形状の空間を形成し、回転体１４を円柱体として環状流路１７において塗工溶液２にせん断速度γ’を付与しているが、塗工溶液２にせん断速度γ’を与える機構は円柱形状の回転体１４に限られない。流路１１を形成する一の壁面の少なくとも一部が、一の壁面に対向する面に対して相対移動可能に形成し、該一の面を移動させる移動手段を設ければよい。

また、回転体１４の外周面の温度を変化させる温度調節手段をさらに設けることによって、より塗工溶液２の粘度ηを小さくすることができる。発明におけるダイヘッド３では、羽根部材２１が塗工溶液２と接触するため、従来の羽根部材２１が設けられていない回転体１４を用いた場合よりも回転体１４から塗工溶液２への伝熱面積が大きくなる。したがって、塗工溶液２に熱が伝わり易くなり、塗工溶液２の粘度をより低下させることができる。

温度調節手段としては、回転体１４を中空構造とし、中空部に温水などの熱媒体を流すことによって実現することができる。

１ 塗工装置
２ 塗工溶液
３ ダイヘッド
４ ヘッド移動手段
５ スリット
６ 被塗工物
７ ロール
８ 貯留タンク
９ ポンプ
１０ 配管
１１ 流路
１２ ヘッド本体
１３ 凹み部
１４ 回転体
１５ シャフト
１６ モータ
１７ 環状流路
１８ 線状流路
１９ 被覆部材
２０ 軸受
２１ 羽根部材
２２ 導入口
γ’ せん断速度
η 粘度

Claims (5)

1. 塗工溶液を吐出するスリットと、
   前記スリットの開口領域に対して前記塗工溶液を導入する流路と、
   前記流路に前記塗工溶液を供給するための導入口と、
   前記流路の内部において、前記塗工溶液の吐出方向と交わり且つ前記スリットの長手方向に沿う軸を回転軸として回転する回転体と、を備えたダイヘッドにおいて、
   前記回転体に配設され、前記回転体の回転に伴い前記導入口から前記スリットの長手方向の両側に前記塗工溶液を向かわせる羽根部材を備えたことを特徴とするダイヘッド。
2. 前記羽根部材は、先端部と、該先端部よりも前記回転体の回転方向の後方の側にある後端部と、有し、
   前記流路の対向する側壁であって前記回転軸の方向に位置する２つの側壁のうちの一方の側壁と、前記導入口から前記塗工溶液の吐出方向に沿って且つ前記回転体の前記回転軸と交わる断面と、の間にある領域では、前記後端部が前記先端部よりも前記一方の側壁の側に位置し、
   前記２つの側壁のうちの他方の側壁と、前記断面との間にある領域では、前記後端部が前記先端部よりも前記他方の側壁の側に位置することを特徴とする請求項１に記載のダイヘッド。
3. 前記流路の一部が、前記側壁を底面とする円柱形状の空間で形成され、
   前記回転体が、前記円柱形状の空間と同心に配置される円柱体であることを特徴とする請求項２に記載のダイヘッド。
4. 前記羽根部材が、前記回転体の外周面に沿って螺旋状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイヘッド。
5. 前記回転体の温度を変化させる温度調節手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のダイヘッド。

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