JP2015139732A

JP2015139732A - グラビア塗工装置

Info

Publication number: JP2015139732A
Application number: JP2014013173A
Authority: JP
Inventors: 聖司岡田; Seiji Okada; 聡前田; Satoshi Maeda
Original assignee: Nippon Zeon Co Ltd
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: JP6213263B2

Abstract

【課題】塗工液中の気泡の混入度合いに応じ塗工液の流路幅を調整して均一な多孔膜層を形成するグラビア塗工装置を提供する。【解決手段】基材４の表面に塗工液を転写するグラビアロール６と、塗工液を貯留するチャンバー８を有する塗工ユニット１０を備え、前記グラビアロール６の回転方向下流の前記チャンバー８の開口端部にドクターブレード２６が配置され、前記グラビアロール６の回転方向上流の前記チャンバーの開口端部にシールプレート２４が配置され、前記塗工ユニットには、塗工液供給口１４と、塗工液返送口１６とが配置され、壁可動部２８と前記グラビアロール６の周面との間に、塗工液流路２２が形成され、前記壁可動部２８は、少なくとも前記基材に転写する前記グラビアロール６上の塗工液の塗布幅に渡って可動する。【選択図】図１

Description

本発明は、基材に塗工液を転写するグラビア塗工装置に関するものである。

小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能なリチウムイオン二次電池は、環境対応からも今後の需要の拡大が見込まれている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が大きく携帯電話やノート型パソコン等の分野で利用されているが、用途の拡大や発展に伴い、低抵抗化、大容量化等より一層の性能向上が要求されている。

セパレータは、リチウムイオン二次電池の正極と負極の電気的短絡を防ぐ重要な機能を担っており、セパレータの耐熱性を高めることは、電池の安全性を向上させる意味で重要である。近年、ポリエチレンなどの有機高分子セパレータ基材の表面に耐熱性を有する粒子を含む多孔膜層を形成することが行われている。

ここで、多孔膜層は、耐熱性を有する粒子を含む塗工液を基材表面に塗工し、乾燥させることにより形成することができる。塗工液を基材表面に塗工する場合には、例えばチャンバーに供給された塗工液をグラビアロールに塗布し、グラビアロールに塗布された塗工液を基材表面に転写するグラビア塗工が行われる。

より具体的には、グラビアロールの周面に形成された塗工用パターン内にチャンバーに供給された塗工液を充填し、基材表面にグラビアロールを当接させることによりグラビアロールに塗布された塗工液を基材表面に転写する。

従って、基材表面に塗工液の転写を行った後、塗工用パターン内に存在する空気が気泡としてチャンバー内に取り込まれやすくなる。気泡が含まれた塗工液を基材表面に塗工すると、均一な多孔膜層を形成することができない。

そのため、特許文献１においては、グラビアロールの塗工用パターン内に塗工液を充填する際に、チャンバー内でグラビアロールの周面にインナードクターを当接させ、チャンバー内における塗工液の流れをせき止めている。また、特許文献２においては、チャンバー内に整流板を設けることにより、チャンバー内に塗工液の流路が狭くなる部分を設けている。

特開２００３−２５１２４１号公報特開平１０−７１７０３号公報

しかし、特許文献１及び２においては、インナードクター及び整流板がそれぞれ固定されているため、チャンバー内の塗工液中の気泡の混入度合いに応じて、チャンバー内における塗工液の流路幅の調整をすることができなかった。

本発明の目的は、塗工液中の気泡の混入度合いに応じて塗工液の流路幅の調整をすることにより均一な多孔膜層を形成することができるグラビア塗工装置を提供することである。

本発明者らは、鋭意検討の結果、チャンバー内の所定の部分の壁面を可動な構成とすることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明によれば、
＜１＞基材の表面に塗工液を転写するグラビアロールと、前記グラビアロールに塗工液を塗布するチャンバーを有する塗工ユニットと、を備え、前記塗工ユニットの前記グラビアロール回転方向下流の前記チャンバーの開口端部にドクターブレードが前記グラビアロール周面に当接するように配置され、前記塗工ユニットの前記グラビアロール回転方向上流の前記チャンバーの開口端部に、シールプレートが前記グラビアロール周面に当接するよう配置され、前記塗工ユニットには、前記チャンバー内に塗工液を供給する塗工液供給口と、前記チャンバー内の塗工液を返送する塗工液返送口とが配置され、前記チャンバー内壁面と前記グラビアロール周面との間に、前記塗工液供給口から前記塗工液返送口へと前記塗工液が流れる塗工液流路が形成されてなり、前記チャンバーは、前記チャンバー内壁の一部が可動しうる壁可動部を備え、前記壁可動部は、少なくとも前記基材に転写する前記グラビアロール上の塗工液の塗布幅に渡って可動することを特徴とするグラビア塗工装置、
＜２＞前記壁可動部の壁面と前記グラビアロール周面との距離を、前記チャンバー内壁面と前記グラビアロール周面との距離の内で最も短く調整することを特徴とする＜１＞に記載のグラビア塗工装置、
が提供される。

本発明のグラビア塗工装置によれば、塗工液中の気泡の混入度合いに応じて塗工液の流路幅の調整をすることにより均一な多孔膜層を形成することができる。

本発明のグラビア塗工装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明のグラビア塗工装置について説明する。図１は、本発明のグラビア塗工装置の構成を示す図である。グラビア塗工装置２は、セパレータ基材４に塗工液を塗工するものであって、図１における下方から上方に向けて搬送されるセパレータ基材４に接触してセパレータ基材４の表面に塗工液を転写するグラビアロール６、グラビアロール６に塗工液を塗布する塗工チャンバー８を有する塗工ユニット１０、塗工チャンバー８に塗工液を供給する塗工液供給装置１２を備えている。

また、塗工ユニット１０は、塗工液供給装置１２から塗工チャンバー８内に塗工液を供給する塗工液供給口１４、塗工チャンバー８から塗工液供給装置１２へ塗工液を返送する塗工液返送口１６を備えている。

このグラビア塗工装置２においては、グラビアロール６の上下に、グラビアロール６に対向するように設置されたテンションバックアップロール１８とグラビアロール６との間にセパレータ基材４を導入し、セパレータ基材４を下方から上方に搬送すると共に、セパレータ基材４の搬送方向と逆方向にグラビアロール６を回転駆動しつつ、グラビアロール６をセパレータ基材４に当接させることにより、セパレータ基材４の表面に塗工液が転写される。

グラビアロール６は、例えばスチール製のパイプ等から構成されるロール本体６ａと、ロール本体６ａの両端部に設けられた回転軸６ｂを有している。またロール本体６ａの周面には、塗工用パターンとしてセルパターンが形成されている。グラビアロール６に形成されるセルパターンとしては、連続した形状のものが好ましく、例えば、ヘリカル環状である凹部、或いは亀甲型、格子型などの連続幾何学模様の凹部等が形成されたものを用いることができる。

塗工チャンバー８は、グラビアロール６の周面に対向する側に、グラビアロール６の軸方向に延びる開口部が形成された液溜まりを備えている。ここで液溜まりは、塗工液供給口１４から塗工液が供給される下部液溜まり２０ａと、塗工液が塗工液返送口１６を介して返送される上部液溜まり２０ｂから構成されている。また、下部液溜まり２０ａと上部液溜まり２０ｂとは、グラビアロール６に対向する位置に形成された塗工液流路２２で連通されている。

塗工チャンバー８の開口部の上端縁部、即ちグラビアロール６の回転方向下流側の開口端部には、例えばＰＥＴなどの樹脂製のドクターブレード２６がグラビアロール６の周面に当接するように配置され、また開口部の下端縁部、即ちグラビアロール６の回転方向上流側の開口端部には、例えばＰＥＴなどの樹脂製のシールプレート２４がグラビアロール６の周面に当接するように配置されている。

ドクターブレード２６の先端部およびシールプレート２４の先端部は、それぞれグラビアロール６の周面に圧接されることにより、開口部の上端部および下端部をシールして液溜まりを密閉状態に維持するように構成されている。ドクターブレード２６は、塗工チャンバー８内においてグラビアロール６の周面に塗布された余分な塗工液を掻き取ることにより、グラビアロール６の周面に塗布される塗工液の厚みを調節する機能を有している。

本発明において、塗工ユニット１０には、塗工液流路２２の幅を調整するための可動壁２８が設けられている。可動壁２８は、可動機構３０により図１の左右方向に移動可能に構成されている。また、可動壁２８は、少なくともグラビアロール６上の塗工液の塗布幅に渡って図１の左右方向に移動するように構成されている。

可動壁２８を可動機構３０により、図１における右方向へ移動させることにより、可動壁２８の壁面とグラビアロール６周面との距離を、塗工チャンバー８の内壁面とグラビアロール６周面との距離の内で最も短く調整して塗工液流路２２の幅を狭くすると、塗工液流路２２の内圧が上がる。従って、塗工液流路２２の幅が狭くなると、塗工液中に存在する気泡が下部液溜まり２０ａから上部液溜まり２０ｂへ移動し難くなる。また、塗工液流路２２の幅が狭くなると、下部液溜まり２０ａの内圧も上がることから、シールプレート２４とグラビアロール６との間から空気がチャンバー内に侵入することも抑制することができる。本発明においては、下部液溜まり２０ａ内の塗工液中に存在する気泡の量に応じて可動壁２８の移動量を調整することができる。

本発明においては、上部液溜まり２０ｂ内の塗工液に気泡が入ることを防止できるため、気泡混入の無い塗工液を基材セパレータ４の表面に転写することができる。さらに、グラビア塗工装置２によりセパレータ基材の表面に塗工液を塗布した後、乾燥することで、気泡混入の無い均一な多孔膜層を形成することができる。

本発明で用いるセパレータ基材４としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂や芳香族ポリアミド樹脂を含む微多孔膜または不織布、無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コートなど公知のものを用いることができる。

セパレータ基材に塗工する塗工液の粘度は、セパレータ基材に対し塗工液を均一に塗工できる観点から、好ましくは１０ｃＰ以上、より好ましくは５０ｃＰ以上、特に好ましくは１００ｃＰ以上であり、好ましくは５００ｃＰ以下、より好ましくは３００ｃＰ以下、特に好ましくは２００ｃＰ以下である。塗工液の粘度は、粘度・粘弾性測定装置（レオストレスＨＡＡＫＥＲＳ６０００、英弘精機株式会社製）を用いて、温度２３℃、せん断速度領域１０００（１／ｓ）時の粘度である。

塗工液には、セパレータに機能性を付与する物質、及び溶媒、必要に応じてその他物質を含む。セパレータに機能性を付与する物質は、二次電池用セパレータに付与したい機能に応じて適宜選択でき、例えば、セパレータに耐熱性を付与したい場合には、塗工液に耐熱性の物質を含む塗工液を選択する。

耐熱性の物質としては、例えば無機粒子、有機粒子等の耐熱粒子を使用することができる。無機粒子としては、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化チタン、ＢａＴｉＯ₂、ＺｒＯ、アルミナ−シリカ複合酸化物等の酸化物粒子；窒化アルミニウム、窒化硼素等の窒化物粒子；シリコーン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子；硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子；タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子等が用いられる。これらの粒子は必要に応じて元素置換、表面処理、固溶体化等されていてもよく、また単独でも２種以上の組合せからなるものでもよい。これらの中でも、非水系電池を製造した際の電解液中での安定性と電位安定性の観点から酸化物粒子であることが好ましい。

有機粒子としては、その溶融温度は、好ましくは１３０℃以上、より好ましくは１５０℃以上、特に好ましくは１８０℃以上である。具体的には、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子粒子や、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミド等の耐熱性高分子粒子などが例示できる。また、これらの有機粒子を構成する有機樹脂（高分子）は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体（ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体）、架橋体（前記の耐熱性高分子の場合）であってもよい。

耐熱粒子の平均粒子径（体積平均のＤ５０平均粒子径）は、通常０．１μｍ以上、好ましくは０．２μｍ以上であり、通常５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。平均粒子径を前記範囲とすることにより、分散状態の制御と均質な所定の厚さの耐熱層が得られ易くなる。

溶媒としては、塗工液中の固形分を均一に分散し得るものであれば特に制限されない。溶媒としては、水および有機溶媒のいずれも使用できる。有機溶媒としては、トルエン、キシレン、メチレンクロライド、クロロホルム、ピリジン、アセトン、ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ｎ−ブチルフタレート、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチルアセテート、二硫化炭素、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン、Ｎ−メチルピロリドン等が例示される。これらの溶媒は単独でも混合溶媒でも使用することができる。

塗工液の固形分濃度は、塗工液を塗工可能な粘度となる濃度であれば特に限定されないが、通常１０質量％以上６０質量％以下である。

塗工液を均一に混合調整する混合装置は、上記成分を均一に混合できる装置であれば特に限定はされず、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどを使用することができる。

本発明のグラビア塗工装置によれば、塗工液中の気泡の混入度合いに応じた塗工液の流路幅の調整をすることにより均一な多孔膜層を形成することができる。

２…グラビア塗工装置、４…セパレータ基材、６…グラビアロール、８…塗工チャンバー、１０…塗工ユニット、１４…塗工液供給口、１６…塗工液返送口、２２…塗工液流路、２８…可動壁、３０…可動機構

Claims

基材の表面に塗工液を転写するグラビアロールと、前記グラビアロールに塗工液を塗布するチャンバーを有する塗工ユニットと、を備え、
前記塗工ユニットの前記グラビアロール回転方向下流の前記チャンバーの開口端部にドクターブレードが前記グラビアロール周面に当接するように配置され、
前記塗工ユニットの前記グラビアロール回転方向上流の前記チャンバーの開口端部に、シールプレートが前記グラビアロール周面に当接するよう配置され、
前記塗工ユニットには、前記チャンバー内に塗工液を供給する塗工液供給口と、前記チャンバー内の塗工液を返送する塗工液返送口とが配置され、
前記チャンバー内壁面と前記グラビアロール周面との間に、前記塗工液供給口から前記塗工液返送口へと前記塗工液が流れる塗工液流路が形成されてなり、
前記チャンバーは、前記チャンバー内壁の一部が可動しうる壁可動部を備え、
前記壁可動部は、少なくとも前記基材に転写する前記グラビアロール上の塗工液の塗布幅に渡って可動することを特徴とするグラビア塗工装置。
前記壁可動部の壁面と前記グラビアロール周面との距離を、前記チャンバー内壁面と前記グラビアロール周面との距離の内で最も短く調整することを特徴とする請求項１記載のグラビア塗工装置。