JP2015044132A

JP2015044132A - 塗膜形成装置

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Publication number: JP2015044132A
Application number: JP2013175241A
Authority: JP
Inventors: 巌田中; Iwao Tanaka
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】装置コストの上昇および塗膜の膜厚均一性の低下を抑制しつつ、高い効率にて塗膜を形成することができる塗膜形成装置を提供する。【解決手段】膜形成装置１は、基材５を送り出す巻き出し部１０、送り出された基材５に塗工液を塗工する塗工部２０、塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部３０、塗膜が形成された基材５を巻き取る巻き取り部４０およびロールチェンジャー５０を備える。巻き出し部１０および巻き取り部４０の双方が乾燥部３０の長手方向両側の一方の側に配置されている。このため、基材５に２回目以降の塗工を行うときに、巻き取り部４０にて巻き取った基材ロール５５をロールチェンジャー５０によって迅速に巻き出し部１０に装着することができ、高い効率にて基材５の両面に塗膜を形成することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、帯状の基材に対して化学電池材料などの同種の塗工液を２回以上塗工して塗膜を形成する塗膜形成装置に関する。

従来より、リチウムイオン電池などの化学電池の製造において、金属箔等の帯状の基材をロール搬送しつつ、その基材の表面に電極材料の塗工液を塗工して塗膜を形成する装置が知られている。例えば、特許文献１には、巻き出し側から送り出された基材の表面に塗布ノズルから電極材料の塗工液を塗布し、それを乾燥炉に送って塗膜の乾燥処理を行ってから巻き取り側で基材の巻き取りを行う装置が開示されている。

一般に、リチウムイオン電池などの製造においては、電極を多層構造とするために、機材の表裏両面に塗膜を形成することが多い。特許文献１にも、基材の両面に塗膜を形成する場合には、表面への塗工が終了して巻き取ったロール状物を再び巻き出し側に装着して、塗工液の塗工および乾燥を繰り返して基材の裏面にも塗膜を形成することが記載されている。

また、より効率良く基材の両面に塗膜を形成するために、１つの装置に塗工部を２台設けるとともに、表面用および裏面用の乾燥炉を２段に積層配置する構成が知られている。このような装置では、まず基材の表面に第１の塗工部から塗工液を塗工し、それを表面用の乾燥炉で乾燥させる。次いで、表面用の乾燥炉から送り出された基材の裏面に第２の塗工部から塗工液を塗工し、それを裏面用の乾燥炉で乾燥させる。このようにすれば、基材の表面および裏面に連続して塗膜を形成することができるため、生産効率が向上する。

さらに、１つの装置に２台の塗工部と１台の乾燥炉とを設け、基材の表面および裏面に連続して塗工液を塗工した後に、表裏の塗膜を一括して乾燥させる方式も知られている。

特開２０１２−２０９０７４号公報

特許文献１に開示されるような方式によれば、塗工部および乾燥炉はそれぞれ１台で足りるため、装置のコスト上昇が抑制されるとともに、塗膜の膜厚均一性も良好である。しかしながら、特許文献１に開示される方式においては、表面への塗膜形成が終了した基材を巻き取ったロール状物を巻き取り側から取り外して巻き出し側に移送してから再度装着しなければならないため、生産効率が低くなるという問題がある。また、一旦巻き取ったロール状物を取り外して移送してから再装着するためのスペースを確保しなければならないため、装置全体としては広い作業エリアが必要になる。

一方、１つの装置に２台の塗工部および２台の乾燥炉を設けるようにすれば、生産効率は向上するものの、装置コストが上昇する。また、表面用および裏面用の乾燥炉を２段に積層配置することとなるため、装置の高さが顕著に高くなるという問題も生じる。

さらに、基材の表面および裏面に連続して塗工液を塗工してから乾燥させる方式においては、裏面塗工を行う際に、表面側の塗工液が乾燥していないために基材を安定して保持することができず、特に裏面側の塗膜の膜厚均一性が低下しやすいという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、装置コストの上昇および塗膜の膜厚均一性の低下を抑制しつつ、高い効率にて塗膜を形成することができる塗膜形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、帯状の基材に対して同種の塗工液を２回以上塗工して塗膜を形成する塗膜形成装置において、基材を送り出す巻き出し部と、前記巻き出し部から送り出された基材に塗工液を塗工する塗工部と、前記塗工部にて形成された塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部と、塗膜が形成された基材を巻き取る巻き取り部と、とを備え、前記巻き出し部および前記巻き取り部は双方ともに、前記乾燥部の長手方向両側の一方の側に配置され、前記一方の側にて前記巻き出し部から送り出されて塗工液が塗工された基材が前記乾燥部を通過して前記乾燥部の他方の側にて折り返されて前記巻き取り部に巻き取られることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る塗膜形成装置において、前記他方の側にて折り返された基材が前記乾燥部の外方を通過して前記巻き取り部に巻き取られることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る塗膜形成装置において、前記巻き取り部は、前記巻き出し部の上方に設けられ、前記他方の側にて折り返された基材が前記乾燥部の上方を通過して前記巻き取り部に巻き取られることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る塗膜形成装置において、前記巻き取り部にて巻き取られた基材のロールを前記巻き出し部に装着するロール交換部をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る塗膜形成装置において、前記乾燥部の前記一方の側に、前記巻き取り部で巻き取られた基材を貯留するとともに、前記巻き出し部から送り出す基材を貯留する貯留部をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る塗膜形成装置において、前記巻き出し部から送り出されて表面に塗膜が形成された基材が前記巻き取り部によって巻き取られた後、当該基材が再び前記巻き出し部から送り出されて裏面に塗膜が形成されて前記巻き取り部によって巻き取られることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る塗膜形成装置において、前記塗工部は、リチウムイオン電池の電極材料の塗工液を塗工することを特徴とする。

請求項１から請求項７の発明によれば、基材を送り出す巻き出し部と、送り出された基材に塗工液を塗工する塗工部と、塗工部にて形成された塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部と、塗膜が形成された基材を巻き取る巻き取り部と、を備え、巻き出し部および巻き取り部は双方ともに、乾燥部の長手方向両側の一方の側に配置されるため、基材に２回目以降の塗工を行うときに、巻き取り部にて巻き取った基材を迅速に巻き出し部に装着することができ、高い効率にて塗膜を形成することができる。また、塗膜形成装置は、塗工部および乾燥部をそれぞれ１台ずつ備えているだけであるため、装置コストの上昇および塗膜の膜厚均一性の低下を抑制することができる。

特に、請求項２の発明によれば、折り返された基材が乾燥部の外方を通過して巻き取り部に巻き取られるため、乾燥部から排出されてから巻き取り部に巻き取られるまでの経路が長くなり、その経路を走行している間に基材が十分に冷却される。

特に、請求項３の発明によれば、巻き取り部が巻き出し部の上方に設けられているため、作業エリアを含む塗膜形成装置の全体が占有する面積をさらに小さくすることができる。

特に、請求項４の発明によれば、巻き取り部にて巻き取られた基材のロールを巻き出し部に装着するロール交換部を備えるため、巻き取り部にて巻き取った基材をより迅速に巻き出し部に装着することができる。

本発明に係る塗膜形成装置の全体構成を示す図である。ロールチェンジャーの側面図である。図２のロールチェンジャーを矢印Ａの向きから見た図である。図１の塗膜形成装置における処理動作の手順を示すフローチャートである。基材の表面に塗膜が形成された状態の一例を示す図である。基材の表面および裏面に塗膜が形成された状態の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る塗膜形成装置の全体構成を示す図である。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

この塗膜形成装置１は、基材としての長尺帯状の金属箔をロールトゥロール方式にて搬送しつつ、その基材の表面および裏面に電極材料である活物質の塗工液を塗工し、その塗工液の乾燥処理を行ってリチウムイオン二次電池の電極製造を行う装置である。塗膜形成装置１は、主たる要素として、巻き出し部１０、塗工部２０、乾燥部３０、巻き取り部４０およびロールチェンジャー５０を備える。また、塗膜形成装置１は、基材のロールを貯留するストッカー６０、および、装置全体を管理する制御部９０を備える。

基材５は、リチウムイオン二次電池の集電体として機能する金属箔である。塗膜形成装置１にてリチウムイオン二次電池の正極を製造する場合には、基材５として例えばアルミニウム箔（Ａｌ）を用いることができる。また、塗膜形成装置１にて負極を製造する場合には、基材５として例えば銅箔（Ｃｕ）を用いることができる。基材５は長尺の帯状の金属箔であり、その幅および厚さについては特に限定されるものではないが、例えば幅６００ｍｍ〜７００ｍｍ、厚さ１０μｍ〜２０μｍとすることができる。

典型的には、長尺の基材５は、所定長さ分がロール状に巻き取られた状態で取り扱われる（以降、ロール状に巻き取られた基材５を「基材ロール５５」と称する）。巻き出し部１０には、基材５が巻き取られた基材ロール５５が装着される。巻き出し部１０は、回転モータ１１を備えており（図３参照）、その回転モータ１１によって基材ロール５５を回転させることにより、帯状の基材５を連続して送り出す。

巻き出し部１０から送り出された基材５は塗工部２０および乾燥部３０を順に経由して巻き取り部４０によって巻き取られる。巻き取り部４０は、回転モータ４１を備えており（図３参照）、その回転モータ４１によって基材５を連続して巻き取ることにより、基材ロール５５を形成する。なお、巻き出し部１０の回転モータ１１が基材５を送り出す速度と、巻き取り部４０が基材５を巻き取る速度とは等しい。

帯状の基材５は、巻き出し部１０から送り出されて巻き取り部４０によって巻き取られることにより、塗工部２０、乾燥部３０の順にいわゆるロールトゥロール方式にて搬送される。図１に示すように、巻き出し部１０から送り出されてから巻き取り部４０によって巻き取られるまでの基材５の搬送経路に沿って複数のガイドローラ８１が設けられている。ガイドローラ８１の一部は乾燥部３０の内部にも設けられている。巻き出し部１０から送り出された基材５は、複数のガイドローラ８１によって案内されて塗工部２０、乾燥部３０の順に搬送され、巻き取り部４０へと送られる。換言すれば、複数のガイドローラ８１によって塗膜形成装置１における基材５の搬送経路が規定される。なお、ガイドローラ８１の個数および配置位置については、図１の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜に増減することができる。

塗工部２０は、巻き出し部１０から送り出された基材５に電極材料の塗工液を塗工する。塗工部２０は、塗工ノズル２１およびバックアップローラ２２を備える。塗工ノズル２１は、基材５の幅方向に沿ってスリット状の吐出口を備えたスリットノズルである。塗工ノズル２１は、その吐出口からの吐出方向が概ね水平方向に沿うように設置されている。塗工ノズル２１は、スリット状の吐出口に繋がる流路を規定するためのシムおよびマニホールドを備える。また、塗工ノズル２１には、バックアップローラ２２と吐出口との間隔を調整する機構および姿勢を規定する機構が付設されている（いずれも図示省略）。

バックアップローラ２２は、塗工ノズル２１と基材５を挟んで対向して設けられている。バックアップローラ２２は、その回転軸が塗工ノズル２１の吐出口と平行な水平方向に沿うように回転自在に設けられている。バックアップローラ２２は、巻き出し部１０から送り出されて搬送される基材５の一方の面を支持する。よって、塗工ノズル２１は、その吐出口がバックアップローラ２２によって支持される基材５の他方の面に対向するように設けられる。

バックアップローラ２２は、回転軸と垂直な方向に対しては固定されているため、塗工ノズル２１の吐出口とバックアップローラ２２の外周面との間隔は常に一定である。このため、バックアップローラ２２によって支持された基材５と塗工ノズル２１の吐出口との間隔は安定して常に一定となる。

塗工ノズル２１は、図示省略の液供給機構から供給された塗工液をバックアップローラ２２によって支持された状態で走行する基材５の面に吐出口から吐出する。塗膜形成装置１にて正極を製造する場合には、正極材料の塗工液として、例えば正極活物質であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、導電助剤であるカーボン（Ｃ）、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の混合液を用いる。コバルト酸リチウムに代えて、正極活物質としてニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、燐酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）などを用いることもできる。

一方、塗膜形成装置１にて負極を製造する場合には、負極材料の塗工液として、例えば負極活物質である黒鉛（グラファイト）、結着剤であるＰＶＤＦ、溶剤であるＮＭＰの混合液を用いる。黒鉛に代えて、負極活物質としてハードカーボン、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、シリコン合金、スズ合金などを用いることもできる。また、正極材料および負極材料の双方において、結着剤としてＰＶＤＦに代えてスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などを使用することができ、溶剤としてＮＭＰに代えて水（Ｈ_２Ｏ）などを使用することができる。さらに、結着剤としてＳＢＲ、溶剤として水を用いる場合には、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を併用することもできる。これら正極材料および負極材料の塗工液は固体（微粒子）が分散されたスラリーであってその粘度はいずれも１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以上であり、一般的にチクソトロピー性を有する。

塗工ノズル２１は、バックアップローラ２２によって一方面側から安定して支持される基材５の他方面に塗工液を塗工する。バックアップローラ２２によって一方面側から支持された基材５の他方面と塗工ノズル２１の吐出口との間隔は常に一定である。よって、塗工ノズル２１は、基材５の上記他方面に塗工液を均一に塗工することができる。その結果、基材５の面に形成される塗膜の幅および膜厚も均一となる。なお、バックアップローラ２２と塗工ノズル２１との間隔自体は塗工ノズル２１に付設された調整機構によって適宜に調整可能である。

乾燥部３０は、塗工部２０にて基材５の面上に形成された塗工液の塗膜の乾燥処理を行う。乾燥部３０は、平面視で長尺形状の乾燥炉である。乾燥部３０は、その内部を搬送される基材５を加熱することによって、塗工液から溶剤を蒸発させて乾燥処理を行う。乾燥部３０は、例えば、塗工液の塗膜を緩やかに昇温させる予熱部、塗膜を所定温度にまで昇温して主たる加熱を行うメイン乾燥部、加熱された塗膜を冷却する冷却部などを備えていても良い。乾燥部３０のサイズは特に限定されるものではないが、幅は基材５の幅以上であり、長さは例えば５０ｍ程度とすることができる。

本実施形態においては、図１に示すように、巻き出し部１０の直上に巻き取り部４０が設けられている。すなわち、巻き出し部１０および巻き取り部４０は双方ともに、長尺の乾燥部３０の長手方向両側の一方の側に配置されている。より具体的には、巻き出し部１０および巻き取り部４０の双方が乾燥部３０の入口側に配置されている。従って、乾燥部３０の長手方向両側の他方の側（出口側）から排出された基材５は、その他方の側にてガイドローラ８１によって折り返され、乾燥部３０の外方である上方を通過して巻き取り部４０に巻き取られることとなる。

ロールチェンジャー５０は、巻き取り部４０によって巻き取られた基材ロールを巻き出し部１０に装着する。図２は、ロールチェンジャー５０の側面図である。図３は、図２のロールチェンジャー５０を矢印Ａの向きから見た図である。ロールチェンジャー５０は、モータ５１および一対の支持アーム５２ａ，５２ｂを備える。図２に示すように、モータ５１は、水平方向に沿った軸ＣＸを回転中心として一対の支持アーム５２ａ，５２ｂを回転させる。上述したように、本実施形態においては、巻き出し部１０の直上に巻き取り部４０が設けられている。モータ５１は、支持アーム５２ａ，５２ｂの両端が巻き出し部１０に対応する位置と巻き取り部４０に対応する位置との間で交互に入れ替わるように支持アーム５２ａ，５２ｂを１８０°ずつ回転させる。

基材ロール５５は、シャフト５６に基材５が巻き付けられたものである。一対の支持アーム５２ａ，５２ｂの両端内側にはカップリング５３（合計４個）が設けられており、基材ロール５５のシャフト５６の両端がカップリング５３に嵌合される。両端のカップリング５３は回転自在にシャフト５６を支持する。

一対の支持アーム５２ａ，５２ｂは、図示省略のスライド駆動機構によって双方の間隔が適宜の値となるように移動される。支持アーム５２ａ，５２ｂの間隔が拡がった状態にてそれらの間に基材ロール５５を位置させ、支持アーム５２ａ，５２ｂの間隔を狭めることによってカップリング５３が基材ロール５５のシャフト５６を支持する。逆に、支持アーム５２ａ，５２ｂの間隔を拡げることによって基材ロール５５を取り外すこともできる。

巻き出し部１０の回転モータ１１および巻き取り部４０の回転モータ４１も、図示省略の駆動機構によって移動され、カップリング５３を介してシャフト５６に連結された状態とシャフト５６から離間した状態とに切り替えられる。回転モータ１１がシャフト５６に連結されているときには、巻き出し部１０が基材ロール５５を回転させて基材５を送り出すことができる。また、回転モータ４１がシャフト５６に連結されているときには、巻き取り部４０がシャフト５６を回転させて基材５を巻き取ることにより、基材ロール５５を形成することができる。

回転モータ１１および回転モータ４１がシャフト５６から離間している状態においては、基材ロール５５を支持する支持アーム５２ａ，５２ｂをモータ５１が回転させることによって、当該基材ロール５５も軸ＣＸを回転中心として回転させることができる。巻き取り部４０にて巻き取られた基材ロール５５が一対の支持アーム５２ａ，５２ｂによって支持されているときに、当該基材ロール５５のシャフト５６から回転モータ４１が離間し、モータ５１が支持アーム５２ａ，５２ｂを１８０°回転させると、当該基材ロール５５を巻き出し部１０に対応する位置に移動させることができる。そして、当該基材ロール５５のシャフト５６に回転モータ１１が連結されると、巻き取り部４０の基材ロール５５が巻き出し部１０に装着されることとなる。

図１に戻り、塗膜形成装置１には基材ロール５５を貯留するストッカー６０が設けられている。ストッカー６０は、複数の基材ロール５５を一時的に貯留可能な構成を備えていれば良く、例えば複数段の棚であっても良い。ストッカー６０は、巻き出し部１０から送り出すべき未処理の基材５を巻き取った基材ロール５５、および、巻き取り部４０で巻き取られた塗膜が成膜された基材５を巻き取った基材ロール５５の双方を区分けして貯留する。

制御部９０は、塗膜形成装置１に設けられた各動作機構を制御して基材５に対する塗工処理を進行させる。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部９０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって塗膜形成装置１における塗工処理が進行する。

次に、上記の構成を有する塗膜形成装置１における処理動作について説明する。図４は、塗膜形成装置１における処理動作の手順を示すフローチャートである。まず、処理に先立って、ストッカー６０には複数の未処理の基材ロール５５が搬入されている。それらのうちの１つの基材ロール５５がストッカー６０から払い出される（ステップＳ１）。ストッカー６０から払い出された未処理の基材ロール５５は巻き出し部１０に装着される（ステップＳ２）。ステップＳ１およびステップＳ２の処理は、例えば、作業員が基材ロール５５を台車等に載せて手動で行うようにしても良いし、リフト機構等によって基材ロール５５のシャフト５６を把持して自動で行うようにしても良い。

未処理の基材ロール５５の巻き出し部１０への装着は、例えば以下のようにして行われる。一対の支持アーム５２ａ，５２ｂの間隔が拡がっている状態にて、それらの間であって巻き出し部１０に対応する位置に手動または自動で未処理の基材ロール５５を位置させる。次いで、支持アーム５２ａ，５２ｂの間隔を狭め、一対のカップリング５３によって当該基材ロール５５のシャフト５６の両端を回転自在に支持する。そして、巻き出し部１０の回転モータ１１をシャフト５６に連結させることにより、未処理の基材ロール５５が巻き出し部１０に装着される。また、未処理の基材ロール５５の装着とあわせて、基材５が巻き付けられていないシャフト５６を巻き取り部４０に対応する位置にて一対の支持アーム５２ａ，５２ｂによって支持し、そのシャフト５６に回転モータ４１を連結させる。

未処理の基材ロール５５が巻き出し部１０に装着された後、基材５の先端が巻き取り部４０に位置するシャフト５６に固定される。この状態で回転モータ１１および回転モータ４１が回転することによって、巻き出し部１０から基材５が搬送経路に沿って送り出される。巻き出し部１０から送り出された基材５は搬送経路に沿って走行し、最初に塗工部２０を通過して次いで乾燥部３０を通過する。この過程で基材５の表面への塗工処理が行われる（ステップＳ３）。

塗工部２０は、走行する基材５の表面にリチウムイオン二次電池の電極材料（正極材料または負極材料）の塗工液を塗工する。塗工部２０の塗工ノズル２１は、バックアップローラ２２によって支持された基材５の表面に塗工液を塗工する。バックアップローラ２２によって安定して支持された基材５の表面と塗工ノズル２１の吐出口との間隔は常に一定である。このため、塗工部２０は、基材５の表面に塗工液を均一に塗工することができ、基材５の表面に形成される塗膜の幅および膜厚は均一となる。なお、塗工部２０は、走行する基材５の表面に連続して塗工液を塗工するようにしても良いし、間欠的に塗工液を塗工するようにしても良い。

塗工部２０にて表面に塗工液の塗膜が形成された基材５は乾燥部３０の一方の側（入口側）から進入し、乾燥部３０内を走行する。このときに、基材５が加熱されて塗工液から溶剤が蒸発し、塗膜の乾燥処理が行われる。そして、基材５が乾燥部３０の他方の側（出口側）から排出される時点では塗工液の塗膜が十分に乾燥されている。これにより、基材５の表面への塗工処理が完了する。なお、乾燥部３０での基材５の加熱温度は百数十度である。

図５は、基材５の表面に塗膜が形成された状態の一例を示す図である。図５には、乾燥部３０から排出された直後の基材５を示している。この例は、塗工部２０が塗工液の間欠塗工を行った場合のものである。金属箔である基材５の表面には一定間隔で断続的に塗膜７が形成されている。

図１に示すように、表面に塗膜７が形成されて乾燥部３０の他方の側から排出された基材５は、その他方の側にてガイドローラ８１によって折り返され、乾燥部３０の上方を通過して巻き取り部４０にて巻き取られる（ステップＳ４）。ステップＳ４では、巻き取り部４０は、塗膜７が形成された基材５の表面が内側となるように基材５を巻き取る。乾燥部３０から排出された時点で塗膜７は十分に乾燥しているため、巻き取り時に塗膜７と基材５とが接触しても不具合は生じない。

巻き取り部４０にて全ての基材５が巻き取られた時点で回転モータ１１および回転モータ４１が停止する。この時点では、表面のみに塗膜７が形成された基材５がロール状に巻き取られた基材ロール５５が巻き取り部４０に形成されている。一方、巻き出し部１０にはシャフト５６のみが残っている。そして、巻き取り部４０が巻き取った基材ロール５５をロールチェンジャー５０によって巻き出し部１０に再装着する（ステップＳ５）。

この動作は、例えば以下のようにして行われる。巻き取り部４０にて形成された基材ロール５５を一対の支持アーム５２ａ，５２ｂによって支持した状態で回転モータ４１がシャフト５６から離間する。また、巻き出し部１０では残っているシャフト５６から回転モータ１１が離間する。続いて、ロールチェンジャー５０のモータ５１が軸ＣＸを回転中心として支持アーム５２ａ，５２ｂを１８０°回転させる。これにより、上記の基材ロール５５は巻き取り部４０に対応する位置から巻き出し部１０に対応する位置に移動されることとなる。一方、巻き出し部１０にて残っていたシャフト５６は巻き出し部１０に対応する位置から巻き取り部４０に対応する位置に移動される。そして、巻き出し部１０の回転モータ１１をシャフト５６に連結させることにより、表面のみに塗膜７が形成された基材５の基材ロール５５が巻き出し部１０に装着される。また、巻き取り部４０の回転モータ４１もシャフト５６に連結される。

表面のみに塗膜７が形成された基材ロール５５が巻き出し部１０に装着された後、基材５の先端が巻き取り部４０に位置するシャフト５６に固定される。この状態で回転モータ１１および回転モータ４１が回転することによって、巻き出し部１０から基材５が搬送経路に沿って再び送り出される。このときには、塗膜７が形成された基材５の表面が内側となるように基材ロール５５が巻き取られているため、上記とは表裏が反転した状態で基材５が送り出される。従って、巻き出し部１０から送り出された基材５が塗工部２０を通過して次いで乾燥部３０を通過する過程において、基材５の裏面への塗工処理が行われる（ステップＳ６）。

塗工部２０は、走行する基材５の裏面にリチウムイオン二次電池の電極材料の塗工液を塗工する。このときには、上述した基材５の表面と同種の塗工液を塗工する。すなわち、ステップＳ３にて、基材５の表面に正極材料の塗工液を塗工していた場合には、裏面にも正極材料の塗工液を塗工する。また、基材５の表面に負極材料の塗工液を塗工していた場合には、裏面にも負極材料の塗工液を塗工する。

塗工部２０の塗工ノズル２１は、バックアップローラ２２によって表面側から支持された基材５の裏面に塗工液を塗工する。裏面塗工を行うときには、基材５の表面に既に塗膜７が形成されているが、その塗膜７は表面塗工工程で十分に乾燥されているため、バックアップローラ２２に直接接触しても問題は無い。バックアップローラ２２によって安定して支持された基材５の裏面と塗工ノズル２１の吐出口との間隔は常に一定である。このため、塗工部２０は、基材５の裏面にも塗工液を均一に塗工することができ、基材５の裏面に形成される塗膜の幅および膜厚は均一となる。塗工部２０は、表面に連続塗工を行った場合には裏面にも連続塗工を行い、表面に間欠塗工を行った場合には裏面にも間欠塗工を行う。

塗工部２０にて裏面に塗工液の塗膜が形成された基材５は乾燥部３０の一方の側（入口側）から進入し、乾燥部３０内を走行する。このときに、基材５が加熱されて塗工液から溶剤が蒸発し、裏面の塗膜の乾燥処理が行われる。そして、基材５が乾燥部３０の他方の側（出口側）から排出される時点では裏面側の塗膜が十分に乾燥されている。これにより、基材５の裏面への塗工処理が完了する。

図６は、基材５の表面および裏面に塗膜が形成された状態の一例を示す図である。図６には、裏面塗工処理が完了して乾燥部３０から排出された直後の基材５を示している。基材５の表面および裏面双方の対応する位置に塗膜７が形成されている。

表面および裏面に塗膜７が形成されて乾燥部３０の他方の側から排出された基材５は、その他方の側にてガイドローラ８１によって折り返され、乾燥部３０の上方を通過して巻き取り部４０にて巻き取られる（ステップＳ７）。ステップＳ７では、巻き取り部４０は、基材５の裏面が内側となるように基材５を巻き取る。乾燥部３０から排出された時点で塗膜７は十分に乾燥しているため、巻き取り時に塗膜７と基材５とが接触しても不具合は生じない。

次に、巻き取り部４０にて全ての基材５が巻き取られて表裏面の塗工処理が終了した基材ロール５５が形成された時点で回転モータ１１および回転モータ４１が停止する。そして、その基材ロール５５が巻き取り部４０から取り外されてストッカー６０に搬出される（ステップＳ８）。処理済みの基材ロール５５のストッカー６０への搬出は、例えば以下のようにして行われる。一対の支持アーム５２ａ，５２ｂによって支持されている処理済みの基材ロール５５のシャフト５６を外部から保持し、支持アーム５２ａ，５２ｂの間隔を拡げて当該基材ロール５５を巻き取り部４０から取り外す。そして、取り外した基材ロール５５をストッカー６０に搬送する。この搬送は、例えば、基材ロール５５の搬入と同じく、作業員が基材ロール５５を台車等に載せて手動で行うようにしても良いし、リフト機構等によって基材ロール５５のシャフト５６を把持して自動で行うようにしても良い。また、塗工処理の終了した基材ロール５５の搬出と並行して未処理の基材ロール５５をストッカー６０から払い出して巻き出し部１０に装着するようにしても良い。

以上のようにして、基材５の表面および裏面に対する一連の塗工処理が完了する。本実施形態においては、巻き出し部１０の直上に巻き取り部４０が設けられている。すなわち、巻き出し部１０および巻き取り部４０の双方が長尺の乾燥部３０の長手方向両側の一方の側に配置されている。そして、その一方の側にて巻き出し部１０から送り出されて塗工液が塗工された基材５が乾燥部３０を通過して乾燥部３０の他方の側にて折り返されて巻き取り部４０に巻き取られる。巻き出し部１０と巻き取り部４０とが乾燥部３０の同じ側に設けられているため、巻き取り部４０にて巻き取った基材ロール５５をロールチェンジャー５０によって迅速に巻き出し部１０に装着することができる。このため、特許文献１に開示されるような方式に比較して、基材５の表面および裏面の双方に塗膜を形成するのに要する時間を著しく短縮することができ、リチウムイオン二次電池の電極生産の効率を高くすることができる。

また、巻き出し部１０および巻き取り部４０の双方ともに乾燥部３０の長手方向両側の一方の側に配置されているため、当該一方の側のみにて基材ロール５５の再装着作業を行うことができ、特許文献１に開示される方式に比較して必要な作業エリアをコンパクトにすることができる。

また、本実施形態の塗膜形成装置１は、塗工部２０および乾燥部３０をそれぞれ１台ずつ備えているだけであるため、装置コストの上昇を抑制することができる。さらに、基材５の表面および裏面ともにバックアップローラ２２で安定して支持した状態で塗工液を塗工しているため、形成される塗膜７の膜厚均一性も良好である。すなわち、本実施形態の塗膜形成装置１によれば、装置コストの上昇および塗膜７の膜厚均一性の低下を抑制しつつ、高い効率にて塗膜７を形成することができるのである。

また、本実施形態においては、乾燥部３０の長手方向両側の他方の側から排出された基材５は、その他方の側にてガイドローラ８１によって折り返され、乾燥部３０の外方である上方を通過して巻き取り部４０に巻き取られる。このため、乾燥部３０から排出されてから巻き取り部４０に巻き取られるまでの経路が長くなり、その経路を走行している間に基材５が十分に冷却（空冷）される。従って、乾燥部３０内に冷却機構を設けなくても基材５を十分に冷却することができ、その結果乾燥部３０の長さを短縮することも可能となる。

また、本実施形態においては、巻き出し部１０の直上に巻き取り部４０が設けられている。このため、作業エリアを含む塗膜形成装置１の全体が占有する面積をさらに小さくすることができる。その結果、塗膜形成装置１が設置される建屋内のスペースを有効に利用することができる。

さらに、本実施形態においては、巻き出し部１０および巻き取り部４０が双方ともに乾燥部３０の長手方向両側の一方の側に配置されているため、未処理および処理済みの基材ロール５５を貯留するストッカー６０を巻き出し部１０および巻き取り部４０の近傍に１箇所に設ければ足りる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、表面塗工処理の終了した基材ロール５５をロールチェンジャー５０によって巻き出し部１０に再装着するようにしていたが、これに限定されるものではなく、当該基材ロール５５を手動で巻き取り部４０から取り外して巻き出し部１０に再装着するようにしても良い。この場合であっても、巻き出し部１０と巻き取り部４０とが乾燥部３０の同じ側に設けられているため、特許文献１に開示される方式に比較すると、巻き取り部４０にて巻き取った基材ロール５５を短時間で巻き出し部１０に装着することができる。すなわち、ロールチェンジャー５０は必ずしも必須の要素ではない。

また、ストッカー６０も必ずしも必須の要素ではなく、未処理の基材ロール５５を直接に巻き出し部１０に搬入するとともに、塗工処理済みの基材ロール５５を巻き取り部４０から直接装置外に搬出するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、巻き出し部１０の直上に巻き取り部４０を設けるようにしていたが、厳密に直上である必要性は必ずしも無く、巻き出し部１０の斜め上方に巻き取り部４０が設けられていても良い。すなわち、巻き取り部４０は巻き出し部１０の上方に設けられていれば良い。

また、巻き取り部４０を巻き出し部１０の下方に設け、乾燥部３０の他方の側から排出された基材５を折り返して乾燥部３０の下方を通過させて巻き取り部４０に巻き取らせるようにしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、少なくとも巻き出し部１０および巻き取り部４０の双方が乾燥部３０の長手方向両側の一方の側に配置されていれば良い。もっとも、乾燥部３０の下方には乾燥部３０への電力供給機構や給排気機構などが設けられていることが多く、上記実施形態のように乾燥部３０の上方を基材５に通過させた方が容易である。

また、ロールチェンジャー５０の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、公知の種々の構成を採用することが可能である。

また、塗工部２０の塗工ノズル２１は１本のスリット状の吐出口を有するスリットノズルに限定されるものではなく、複数本のスリットを有するものであっても良いし、略円形の吐出口から塗工液を吐出するノズルであっても良い。

また、本発明に係る技術を用いて塗工処理を行う対象となる塗工液はリチウムイオン二次電池の電極材料に限定されるものではなく、例えば太陽電池材料（電極材、封止材）の塗工液または電子材料の絶縁膜や保護膜の塗工液であっても良い。また、顔料や接着剤の塗工液を塗布するのに、本発明に係る技術を用いるようにしても良い。

また、上記実施形態においては、基材５の表面および裏面に塗工液の塗膜を形成するようにしていたが、これに限定されるものではなく、基材５の一方面（表面または裏面）のみに同種の塗工液を２回以上塗工して塗膜を多層に形成するようにしても良い。塗工液の種類によっては、このような重ね塗りを行うこともあり得る。但し、基材５の一方面に塗工液の重ね塗りを行う場合には、巻き取り部４０による巻き取り方向および／または巻き出し部１０からの送り出し方向を適宜に調整し、常に基材５の一方面が塗工ノズル２１と対向するようにする。

１塗膜形成装置
５基材
１０巻き出し部
１１回転モータ
２０塗工部
２１塗工ノズル
２２バックアップローラ
３０乾燥部
４０巻き取り部
４１回転モータ
５０ロールチェンジャー
５１モータ
５５基材ロール
６０ストッカー
８１ガイドローラ
９０制御部

Claims

帯状の基材に対して同種の塗工液を２回以上塗工して塗膜を形成する塗膜形成装置であって、
基材を送り出す巻き出し部と、
前記巻き出し部から送り出された基材に塗工液を塗工する塗工部と、
前記塗工部にて形成された塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部と、
塗膜が形成された基材を巻き取る巻き取り部と、
を備え、
前記巻き出し部および前記巻き取り部は双方ともに、前記乾燥部の長手方向両側の一方の側に配置され、
前記一方の側にて前記巻き出し部から送り出されて塗工液が塗工された基材が前記乾燥部を通過して前記乾燥部の他方の側にて折り返されて前記巻き取り部に巻き取られることを特徴とする塗膜形成装置。
請求項１記載の塗膜形成装置において、
前記他方の側にて折り返された基材が前記乾燥部の外方を通過して前記巻き取り部に巻き取られることを特徴とする塗膜形成装置。
請求項２記載の塗膜形成装置において、
前記巻き取り部は、前記巻き出し部の上方に設けられ、
前記他方の側にて折り返された基材が前記乾燥部の上方を通過して前記巻き取り部に巻き取られることを特徴とする塗膜形成装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の塗膜形成装置において、
前記巻き取り部にて巻き取られた基材のロールを前記巻き出し部に装着するロール交換部をさらに備えることを特徴とする塗膜形成装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の塗膜形成装置において、
前記乾燥部の前記一方の側に、前記巻き取り部で巻き取られた基材を貯留するとともに、前記巻き出し部から送り出す基材を貯留する貯留部をさらに備えることを特徴とする塗膜形成装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の塗膜形成装置において、
前記巻き出し部から送り出されて表面に塗膜が形成された基材が前記巻き取り部によって巻き取られた後、当該基材が再び前記巻き出し部から送り出されて裏面に塗膜が形成されて前記巻き取り部によって巻き取られることを特徴とする塗膜形成装置。
請求項１から請求項６のいずれかに記載の塗膜形成装置において、
前記塗工部は、リチウムイオン電池の電極材料の塗工液を塗工することを特徴とする塗膜形成装置。