JP2014161783A - 塗工乾燥シミュレーション装置および塗工乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塗膜の乾燥状態を実質的にリアルタイムで把握できるようにし、予め試験等によって最適運転条件を求めることなく、乾燥装置の全域にわたって常時最適な乾燥進行状態に維持できるようにする塗工乾燥シミュレーション装置および塗工乾燥装置を提供すること。
【解決手段】 乾燥装置の構造情報データを入力する構造情報データ入力手段と、塗膜および基材の材料物性データを入力する材料物性データ入力手段と、乾燥装置の運転条件データを取得する運転条件データ取得手段と乾燥装置内に複数設置されている乾燥装置内の状態を検知するセンサの出力データを取得するセンサ出力データ取得手段と、構造情報データ、材料物性データ、運転情報データ、センサ出力データを用いて塗膜中の残溶剤率または溶剤濃度分布または結着剤濃度分布を数値解析により予測する乾燥シミュレーション手段とを有する塗工乾燥シミュレーション装置および塗工乾燥装置が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集電体形成用の基材シートとその上に活物質層とを有する電極板を製造する際に使用される塗工乾燥装置に関し、数値シミュレーションを用いて、基材上に塗工された塗膜を望ましい進行状態で乾燥できるようにした塗工乾燥シミュレーション装置および塗工乾燥装置に関する。

リチウムイオン電池は、従来のアルカリ蓄電池に比べて小型化、軽量化が可能なことから、携帯電話やパソコンなどのモバイル用途に多く使用されてきた。近年では、燃料の高騰や二酸化炭素の排出規制などにより普及したハイブリッド車や電気自動車等へのリチウムイオン電池の需要が急速に伸びている。

図２にリチウムイオン電池の正極または負極を構成する電極板の基本構造の概略図を示す。図２において、１は電極板形成材を示しており、電極板形成材１は、可撓性を有し比較的寸法が不安定なアルミ箔や銅箔等からなる集電体形成用の基材シート２と、基材シート２の片面に塗工された活物質層形成用の塗膜３からなる。塗膜３は、少なくとも、粒状の活物質４と、それよりは小サイズの粒状の結着剤５と、塗工時にこれらをスラリー状に保つ溶剤６を含有しており、乾燥により溶剤６の大部分が蒸発されて、活物質４の周りに存在する結着剤５により、活物質４同士が固定されて活物質層を形成するとともに前記活物質層が基材シート２に固着され、シート状の電極板形成材１が製造される。このシート状の電極板形成材１は、実際に使用される電極板の寸法に応じて裁断され、リチウムイオン電池や燃料電池等の製造に供される。

図３に前記電極板を形成する製造装置の構成の一例を示す。図３に示す電極板製造装置１１においては、基材シート２は、ロール状に巻き上げられたものから巻戻し機１２で巻き戻され、コーター１３にて、基材シート２の表面に図２に示したような塗膜３が塗布ノズル１４を介して塗工される。塗膜３が塗工された基材シート２は、熱風オーブンタイプの乾燥装置１５に送られ、乾燥装置１５内で上下エア吹き出しノズル１６、１７から吹き出される所定温度の熱風により塗膜３の乾燥が行われる。図３には、基材シート走行方向に断続的に塗工された塗膜３を図示しているが、連続的な塗膜として塗工することも可能である。乾燥装置１５で塗膜３の乾燥が終了した電極板形成材１は、必要に応じて乾燥後の塗膜の厚さ等を測定した後、巻取り機で巻き取られる(図示略)。片面ずつ塗膜３の塗工、乾燥を行う場合には、巻き取ったロール状物を再び巻戻し機１２に装着し、巻き戻される基材シート２の上下面が逆になるようにセットされて同様の処理が繰り返されればよい。

この塗膜の乾燥においては、一般に望ましい乾燥進行特性が存在することが知られている（たとえば、特許文献１）。実際の乾燥進行特性が、この望ましい乾燥進行特性から大きく外れると、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度が低下したり、乾燥後の塗膜中で結着剤が塗膜の外表面側に析出したりすることがあるため、目標とする電極特性、ひいては、目標とする電池特性が得られにくくなる、という問題を生じることがある。

特許文献１では、乾燥工程を乾燥初期、乾燥中期、乾燥後期に分け、それぞれに対して塗膜中の溶剤残量を適切な範囲に設定するとともに、とくに乾燥中期における雰囲気温度とノズルからの吹き出し風速とを適切な範囲に設定するようにしている。図４に、乾燥時間と塗膜表面温度の関係を模式的に示す。乾燥初期では温度が比較的急速に立ち上がる領域となり、乾燥中期ではほぼ一定の温度または緩やかに上昇する温度領域となり、乾燥後期では再び比較的急速に立ち上がる領域となって所定の最高温度へと達する領域となる。前述のような、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度の低下や、乾燥後の塗膜で結着剤が塗膜の外表面へ析出することを回避するためには、特に、図４に示す乾燥中期におけるほぼ一定の温度または緩やかに上昇する温度領域を所定時間以上与えることが必要であることが知られている。

特許文献１に記載されている方法は、基本的に、乾燥初期、乾燥中期、乾燥後期における溶剤残量の各目標範囲を予め決定し、各範囲内に入るように各運転条件を設定する方法であり、あくまで運転条件を設定することにとどまっている方法である。したがって、目標とする望ましい運転条件の範囲を決定するには、予め試験等によって望ましい運転条件の範囲を見出しておく必要がある。また、望ましい運転条件の範囲が全く変動しないものであれば、一旦試験等によって実際に見つけ出しておけば、それに基づいて毎回、運転条件を設定すればよいことになる。しかし、現実には、季節や、製造品種の違い等により、望ましい運転条件の範囲は変動することが多い。したがって、そのような場合には、乾燥装置の各ゾーンに対し最適と思われる運転条件を設定したにもかかわらず、所望の乾燥状態が得られないことになる。実際には、乾燥装置の各ゾーンの覗き窓から塗膜の乾燥状態を目視で判定し(現実には、塗膜の表面の色等を目視で判定し)、所望の乾燥状態になっていると判断された場合には、そのままの設定条件で運転を続行し、所望の乾燥状態から外れたと判断された場合には、作業者の経験に基づいて設定条件を変更して所望の乾燥状態になるようにトライアンドエラーで運転しているのが実情である。そのため、製造される製品の品質が不安定になって変動したり、仮に条件を変更すべきタイミングを失ってしまうと大量のロスを発生したりするおそれがある。また、特許文献１に記載されている方法は、限定された試験結果に基づいたものであり、特許文献１で提案された運転条件の設定方法では、乾燥時間の短縮には限界があり、生産性を飛躍的に向上させにくい。

望ましい運転条件範囲の変動に対して、特許文献２では、塗膜の表面状態を非接触に検知可能な表面状態検知手段を、基材シートの走行方向に複数設置することにより、塗膜の実際の乾燥状態をリアルタイムで把握できるようにし、それに基づいて運転条件を設定あるいは制御することにより、乾燥装置の全域にわたって常時望ましい乾燥進行状態に維持できるようにする方法が提案されている。しかし、この方法においても、目標とする望ましい乾燥進行特性を試験等によって予め見つけ出しておく必要がある。特に、乾燥時間を大幅に短縮させるためには、各運転条件をパラメータとした膨大な回数の試験を行う必要があり、試験期間や費用がかさんでしまう。また、表面状態検知手段によって乾燥進行状態を把握することはできるが、塗膜内部、とくに基材シート近傍における結着剤の偏析の状態を把握することはできないため、特に運転条件範囲の変動が大きいような場合には、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度が予想外に低下していることに気づかず、大量のロスを発生するおそれがある。

特許第４５７１８４１号公報 特開２０１２−２０９０７４号公報

そこで本発明の課題は、前記のような実状に鑑み、塗膜の乾燥状態を実質的にリアルタイムで把握できるようにし、予め試験等によって最適運転条件を求めることなく、乾燥装置の全域にわたって常時最適な乾燥進行状態に維持できるようにする塗工乾燥シミュレーション装置および塗工乾燥装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、本発明によれば、少なくとも固形分と結着剤と溶剤を含む塗膜の乾燥を進行させる場合の塗工乾燥シミュレーション装置であって、乾燥装置の構造情報データを入力する構造情報データ入力手段と、前記塗膜および基材の材料物性データを入力する材料物性データ入力手段と、前記乾燥装置の運転条件データを取得する運転条件データ取得手段と前記乾燥装置内に複数設置されている乾燥装置内の状態を検知するセンサの出力データを取得するセンサ出力データ取得手段と、前記構造情報データ、前記材料物性データ、前記運転情報データ、前記センサ出力データを用いて塗膜中の残溶剤率または溶剤濃度分布または結着剤濃度分布を数値解析により予測する乾燥シミュレーション手段と、を有することを特徴とする塗工乾燥シミュレーション装置が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または前記結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方を所定の値以下とする制約下で、塗膜の乾燥時間を最小化する運転条件を最適化手法を用いて求めることを特徴とする、請求項１に記載の塗工乾燥シミュレーション装置が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記乾燥装置には前記塗膜の乾燥を進行させるための運転条件を個別に制御可能な運転条件制御手段が乾燥装置内に複数設けられており、請求項２で求めた前記塗膜の乾燥時間を最小化する運転条件と、現在の運転条件との差を参照して前記塗膜を乾燥させるための運転条件を制御可能に構成されている塗工乾燥装置が提供される。

このように、本発明に係る塗工乾燥シミュレーション装置および塗工乾燥装置によれば、塗膜の乾燥状態を実質的にリアルタイムで把握でき、予め試験等によって最適運転条件を求めることなく、乾燥装置の全域にわたって常時最適な乾燥進行状態に維持することができる。その結果、製品ロスを発生させることなく、望ましい品質の製品を安定して、高い生産性で製造することができる。

本発明に係る塗工乾燥装置の概略構成図である。 リチウムイオン電池の電極板の基本構造の模式図である。 従来のリチウムイオン電池の電極板の製造装置の概略構成図である。 乾燥装置内における塗膜の表面温度と乾燥時間との関係を示す特性図である。 本発明に係る塗工乾燥シミュレーション装置の概略構成図である。 本発明に係る塗工乾燥シミュレーション装置を用いて塗膜中の残溶剤率または溶剤濃度分布または結着剤濃度分布を算出する際の実施の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る塗工乾燥シミュレーション装置を用いて、塗膜の乾燥時間を最小化する運転条件を求める際の実施の手順を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の塗工乾燥装置の構成を示す。図１に示す電極板製造装置１１においては、基材シート２は、ロール状に巻き上げられたものから巻戻し機１２で巻き戻され、コーター１３にて、基材シート２の表面に図２に示したような塗膜３が塗布ノズル１４を介して塗工される。塗膜３が塗工された基材シート２は、熱風オーブンタイプの乾燥装置１５に送られ、乾燥装置１５内で上下エア吹き出しノズル１６、１７から吹き出される所定温度の熱風により塗膜３の乾燥が行われる。図１には、基材シート走行方向に断続的に塗工された塗膜３を図示しているが、連続的な塗膜として塗工することも可能である。乾燥装置１５で塗膜３の乾燥が終了した電極板形成材１は、必要に応じて乾燥後の塗膜の厚さ等を測定した後、巻取り機で巻き取られる(図示略)。片面ずつ塗膜３の塗工、乾燥を行う場合には、巻き取ったロール状物を再び巻戻し機１２に装着し、巻き戻される基材シート２の上下面が逆になるようにセットされて前記同様の処理が繰り返されればよい。

本発明においては、前記乾燥装置１５に、コーターの塗布ノズル１４の塗液流量、基材シート２の搬送速度、上下エア吹き出しノズル１６、１７から吹き出される熱風の風速、設定温度、補助ヒータの設定温度を取得する運転条件データ取得手段２０と、塗膜３の表面温度、膜厚、乾燥装置内各部の温度、乾燥装置内ガス濃度を検知するセンサ２１が設けられる。

図１に示す乾燥装置１５の概略構成においては、乾燥装置１５は、その入り口側から、乾燥初期ゾーン２２、乾燥中期ゾーン２３、乾燥後期ゾーン２４に区画されている。これら乾燥初期、乾燥中期、乾燥後期用の各ゾーンは、各々、さらに複数の小ゾーンに区画されていてもよい。図１では、乾燥初期、乾燥中期、乾燥後期の各ゾーンの終端側に乾燥装置内の状態を検知するセンサ２１が配置され、乾燥装置内の状態を把握できるようになっている。乾燥装置内状態を検知するセンサ２１は、より詳細な乾燥装置内の情報を得るため、図１の配置に限定されず、より数多くのセンサ２１を基材シート２の走行方向および幅方向に配置することが望ましい。

運転条件データ取得手段２０および乾燥装置内の状態を検知するセンサ２１により取得されたデータは、塗工乾燥シミュレーション装置５０に送られる。塗工乾燥シミュレーション装置５０では、取得した運転条件データおよびセンサ出力データと、作業者により予め入力された塗膜の材料物性データおよび乾燥装置の構造情報データから、数値シミュレーションにより、塗膜の各時刻または各位置における塗膜中の残溶剤率または溶剤濃度分布または結着剤濃度分布等を予測する。この方法により、塗膜の乾燥進行状態を塗膜内部の状態も含めて実質的にリアルタイムで把握することができる。また、溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方と、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度等との関係を予め簡易的なオフライン試験等によって求めておけば、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度等も実質的にリアルタイムで把握することができる。

次いで、予測した塗膜中の残溶剤率または溶剤濃度分布または結着剤濃度分布等の計算結果を初期値として、溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方を所定の値以下とする制約下で、塗膜の乾燥時間を最小化する運転条件を最適化手法を用いて自動的に求める。溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方と、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度等との関係を予め簡易的なオフライン試験等によって求めておけば、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度等も実質的にリアルタイムで把握することができ、望ましい運転条件の範囲を予め求めておく必要がない。また、最適化手法を用いて運転条件データの含まれる数多くのパラメータを自動的に最適化できるため、乾燥時間を大幅に短縮できることができ、生産性を飛躍的に向上させることができる。

塗工乾燥シミュレーション装置により求めた最適運転条件と、運転条件データ取得手段２０から取得した運転条件データを運転条件制御手段２５に送り、前記最適運転条件と前記運転条件データの差を参照して運転条件を個別に制御することにより、乾燥装置の全域にわたって常時最適な乾燥進行状態に維持することができる。その結果、製品ロスを発生させることなく、望ましい品質の製品を安定して、高い生産性で製造することができる。

図５に、本実施形態における塗工乾燥シミュレーション装置の構成の概略図を示す。５５はコンピュータやワークステーションなどの計算機、５２はキーボード、５３はマウス、５１はディスプレイ、５４は補助記憶装置である。５４の補助記憶装置には、ハードディスク装置の他、テープ、ＦＤ（フレキシブルディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＰＤ（相変化光ディスク）、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）などのディスクメモリー、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）メモリー、メモリーカードなどのリムーバブルメディアも利用可能である。

補助記憶装置５４には、塗膜や基材シートの温度、濃度分布等を解析するためのプログラム７１や、エア吹き出しノズルの幅、間隔、基材シートからの高さなどの乾燥装置の構造情報データ７２、活物質の密度、比熱、熱伝導率、基材シートの厚さ、密度、熱伝導率、比熱、溶媒の分子量、蒸発熱、比重などの塗膜を構成する材料の材料物性データ７３、基材シートの搬送速度、エア吹き出しノズルの設定風量、設定温度などの運転条件データ７４、乾燥装置内各部の温度、ガス濃度などのセンサ出力データ７５、塗膜中の残溶剤率、溶剤濃度分布、結着剤濃度分布などの解析結果データ７６が保存されている。

コンピュータやワークステーションなどの計算機５５は、エア吹き出しノズルの幅、間隔、基材シートからの高さなどの乾燥装置の構造情報データを入力する構造情報データ入力手段６１と、活物質の密度、比熱、熱伝導率、基材シートの厚さ、密度、熱伝導率、比熱、溶媒の分子量、蒸発熱、比重などの塗膜の材料物性データを入力する材料物性データ入力手段６２と、基材シートの搬送速度、エア吹き出しノズルの設定風量、設定温度などの運転条件データを塗工乾燥装置から取得する運転条件データ取得手段６３と、乾燥装置内各部の温度、ガス濃度などのセンサ出力データを取得するセンサ出力データ取得手段６４と、構造情報データ、材料物性データ、運転条件データ、センサ出力データから非定常熱伝導方程式、非定常拡散方程式により塗膜の温度分布、塗膜中の残溶剤率、溶剤濃度分布、結着剤濃度分布を算出する乾燥シミュレーション手段６５と、補助記憶装置５４に構造情報データ７２、材料物性データ７３、運転条件データ７４、センサ出力データ７５、解析結果データ７６などを書き込むデータ書き込み手段６６と、補助記憶装置５４からプログラム７１、構造情報データ７２、材料物性データ７３、運転条件データ７４、センサ出力データ７５、解析結果データ７６などを読み出すデータ読み出し手段６７と、乾燥シミュレーション手段６５により算出した塗膜の温度分布、塗膜中の残溶剤率、溶剤濃度分布、結着剤濃度分布などの解析結果をディスプレイ５１などに出力する解析結果出力手段６８と、溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方を所定の値以下とする制約条件下で、基材シートの搬送速度、エア吹き出しノズルの設定風量、設定温度などの運転条件を設計変数として乾燥時間を最小化する最適化問題を解く運転条件最適化手段６９で構成されている。

これら各手段は、計算機５５の主記憶装置などの記憶手段に記憶されたプログラムのサブルーチンなどのモジュールとして実施されており、同様にこれらの手段が取り扱うデータは、記憶手段に揮発的または不揮発的に記憶される。

図６は本実施形態における塗工乾燥シミュレーション装置によって塗膜中の残溶剤率または溶剤濃度分布または結着剤濃度分布を算出する際の実施の手順を示すフローチャートである。

まずはじめに、エア吹き出しノズルの幅、間隔、基材シートからの高さなどの乾燥装置の構造情報データと、活物質の密度、比熱、熱伝導率、基材シートの厚さ、密度、熱伝導率、比熱、溶媒の分子量、蒸発熱、比重などの塗膜の材料物性データを予め入力する（ＳＴ００１、ＳＴ００２）。その後、塗工乾燥装置が定常的に稼働している状態で、基材シートの搬送速度、エア吹き出しノズルの設定風量、設定温度などの運転条件データと、乾燥装置内各部の温度、ガス濃度などのセンサ出力データを塗工乾燥装置から取得し（ＳＴ００３、ＳＴ００４）、これらのデータを用いてシミュレーションの初期条件を設定する（ＳＴ００５）。次いで、前記初期条件を計算機の主記憶装置などの記憶手段に保存する（ＳＴ００６）。次に、非定常熱伝導解析により、予め定めた計算ステップΔｔ秒後（時刻ｔ１）の温度分布を算出する（ＳＴ００９）。そして、この温度分布を用いて、非定常拡散解析により同時刻ｔ１の溶剤濃度分布や結着剤濃度分布、塗膜の厚さ、残溶剤率を算出する（ＳＴ０１０）。算出された温度分布や溶剤濃度分布、結着剤濃度分布などの解析結果は時刻ｔ１の解析結果として計算機の主記憶装置などの記憶手段に保存する（ＳＴ００６）。続いて、時刻ｔ１の解析結果を初期条件として（ＳＴ００８）、さらにΔｔ秒後（時刻ｔ２＝ｔ１＋Δｔ）の温度分布を非定常熱伝導解析により算出し（ＳＴ００９）、その結果を用いて、非定常拡散解析により溶剤濃度分布や結着剤濃度分布、塗膜の厚さ、残溶剤率を算出する（ＳＴ０１０）。このような計算を繰り返し、所定の時刻ｔｎになった段階で計算を終了する。

前記実施の手順により算出した残溶剤率が所定の値以下になるまでの時間が乾燥時間である。また、前記実施の手順により算出した結着剤濃度分布から、たとえば、基材シートと塗膜の境界近傍における結着剤の濃度勾配を算出することができる。前記境界近傍の結着剤の濃度勾配は、基材シートからの塗膜の剥離強度と相関があると考えられるので、前記境界近傍の結着剤濃度勾配と前記剥離強度との関係をオフライン試験等によって予め求めておけば、結着剤濃度勾配から前記剥離強度を推定することが可能である。

一般に、計算ステップΔｔが大き過ぎると計算精度が悪化し、Δｔが小さ過ぎると計算時間が大きくなる。数値シミュレーションの対象である塗膜もしくは、その塗膜と乾燥時間が同等と見なせる塗膜について、たとえば放射温度計で測定した表面温度プロファイルとシミュレーションで算出した表面温度プロファイルの比較を行い、適切なΔｔの範囲を予め把握しておくことが望ましい。

前記シミュレーションは、計算時間の観点から、基材シートおよび塗膜の膜厚方向に複数の計算点を設けた１次元モデルで行うのが現実的であるが、基材シートおよび塗膜の幅方向および膜厚方向に複数の計算点を設けた２次元モデル、さらに基材シートの走行方向にも計算点を設けた３次元モデルとすることも可能である。

前述した方法により、塗膜の乾燥進行状態を塗膜内部の状態も含めて実質的にリアルタイムで把握することができる。また、溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方と、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度等との関係を予め簡易的なオフライン試験等によって求めておけば、乾燥後の塗膜の基材からの剥離強度等も実質的にリアルタイムで把握することができる。

図７は本実施形態における塗工乾燥シミュレーション装置を用いて、溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方を所定の値以下とする制約下で、塗膜の乾燥時間を最小化する運転条件を最適化手法を用いて自動的に求める際の実施の手順を示すフローチャートである。

塗工乾燥装置が定常的に稼働している状態で、基材シートの搬送速度、エア吹き出しノズルの設定風量、設定温度などの運転条件データを塗工乾燥装置から取得して初期運転条件とし（ＳＴ１０１）、計算機の記憶媒体に保存する（ＳＴ１０２）。次いで、図６のフローチャートに従い、残溶剤率の時間変化を算出し、乾燥時間を予測する（ＳＴ１０６）。次いで、同様に図６のフローチャートに従い、溶剤濃度勾配および結着剤濃度勾配を算出し（ＳＴ１０６）、前記乾燥時間および前記溶剤濃度勾配および結着剤濃度勾配を計算機の記憶媒体に保存する（ＳＴ１０２）。続いて、運転条件の一部を変更し（ＳＴ１０４）、乾燥時間、溶剤濃度勾配および結着剤濃度勾配の算出（ＳＴ１０５、ＳＴ１０６）を繰り返す。この運転条件の変更（ＳＴ１０４）および計算終了の判定（ＳＴ１０３）は、遺伝的アルゴリズムなどの最適化手法を用いて自動的に行い、前記溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または前記結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方を所定の値以下とする制約下で、塗膜の乾燥時間を最小化する最適運転条件を算出する。

前述した方法によれば、最適化手法により望ましい運転条件を自動的に求めるため、望ましい運転条件の範囲を予め求めておく必要がない。また、最適化手法を用いて運転条件データに含まれる数多くのパラメータを自動的に最適化できるため、乾燥時間を大幅に短縮できることができ、生産性を飛躍的に向上させることができる。

上記最適運転条件と、運転条件データ取得手段から取得した運転条件データを運転条件制御手段に送り、前記最適運転条件と前記運転条件データの差を参照して運転条件を個別に制御する（ＳＴ１０７）ことにより、乾燥装置の全域にわたって常時最適な乾燥進行状態に維持することができる。その結果、製品ロスを発生させることなく、望ましい品質の製品を安定して、高い生産性で製造することができる。

本実施形態では支持・搬送ローラによる片面塗工方式について記載しているが、本発明はエアーフローティング搬送による両面塗工方式等にも適用可能である。

本発明は、ロール・ツー・ロール方式以外にも、枚葉式やバッチ式等の乾燥装置にも適用可能である。

１ 電極板形成材
２ 基材シート
３ 塗膜
４ 活物質
５ 結着剤
６ 溶剤
１１ 電極板製造装置
１２ 巻戻し機
１３ コーター
１４ 塗布ノズル
１５ 乾燥装置
１６ エア吹き出しノズル
１７ エア吹き出しノズル
２０ 運転条件データ取得手段
２１ 乾燥装置内状態を検知するセンサ
２２ 乾燥初期用ゾーン
２３ 乾燥中期用ゾーン
２４ 乾燥後期用ゾーン
２５ 運転条件制御手段
３１ 支持・搬送用ローラ
５０ 塗工乾燥シミュレーション手段
５１ ディスプレイ
５２ キーボード
５３ マウス
５４ 補助記憶装置
５５ 計算機
６１ 構造情報データ入力手段
６２ 材料物性データ入力手段
６３ 運転条件データ取得手段
６４ センサ出力データ取得手段
６５ 乾燥シミュレーション手段
６６ データ書き込み手段
６７ データ読み出し手段
６８ 解析結果出力手段
６９ 運転条件最適化手段
７１ プログラム
７２ 構造情報データ
７３ 材料物性データ
７４ 運転条件データ
７５ センサ出力データ
７６ 解析結果データ

Claims (3)

1. 少なくとも固形分と結着剤と溶剤を含む塗膜の乾燥を進行させる場合の塗工乾燥シミュレーション装置であって、
   乾燥装置の構造情報データを入力する構造情報データ入力手段と、
   前記塗膜および基材の材料物性データを入力する材料物性データ入力手段と、
   前記乾燥装置の運転条件データを取得する運転条件データ取得手段と
   前記乾燥装置内に複数設置されている乾燥装置内の状態を検知するセンサの出力データを取得するセンサ出力データ取得手段と、
   前記構造情報データ、前記材料物性データ、前記運転情報データ、前記センサ出力データを用いて塗膜中の残溶剤率または溶剤濃度分布または結着剤濃度分布を数値解析により予測する乾燥シミュレーション手段と、
   を有することを特徴とする塗工乾燥シミュレーション装置。
2. 前記溶剤濃度分布から算出される溶剤濃度勾配、または前記結着剤濃度分布から算出される結着剤濃度勾配、またはそれらの両方を所定の値以下とする制約下で、塗膜の乾燥時間を最小化する運転条件を最適化手法を用いて求めることを特徴とする、請求項１に記載の塗工乾燥シミュレーション装置。
3. 前記乾燥装置には前記塗膜の乾燥を進行させるための運転条件を個別に制御可能な運転条件制御手段が乾燥装置内に複数設けられており、
   請求項２で求めた前記塗膜の乾燥時間を最小化する運転条件と、現在の運転条件との差を参照して前記塗膜を乾燥させるための運転条件を制御可能に構成されている塗工乾燥装置。

Images