JP2015150542A - 塗工方法及び塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工液を帯状体に吐出せず、しかも、塗工液をダイヘッドのリップ面に垂れ流しの状態とせずに、塗工液の空打ちを行う。【解決手段】塗工装置１０は、バックアップロール１１に沿って移動する金属箔１２の表面に、塗工液１３をダイヘッド１４から吐出して塗工する塗工装置である。バックアップロール１１は、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が可能な塗工位置と、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が不能な退避位置とにダイヘッド１４に対して相対移動可能に設けられている。塗工装置１０は、バックアップロール１１が退避位置に相対移動された状態において、ダイヘッド１４から吐出される塗工液１３を回転駆動される状態で受けるサブロール２０を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、塗工方法及び塗工装置に係り、詳しくはバックアップロールに沿って移動する帯状体の表面に、塗工液をダイヘッドから吐出して塗工する塗工方法及び塗工装置に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。蓄電装置として、集電体上に活物質層を有する正極及び負極が、間にセパレータが存在する状態で層をなすように設けられた電極組立体を備えた蓄電装置がある。活物質層は、活物質を含有するペースト状又スラリー状の活物質合剤（塗工液）が、集電体として切り分けられる前の帯状体、一般的には帯状の金属箔に塗工されることで形成される。

帯状体に塗工液を塗工する塗工方法として、ダイヘッドを使用する塗工方法がある。ダイヘッドを使用する塗工方法では、ダイヘッドによる塗工を安定して行うため、あるいは塗工液の供給経路内のエア抜き（泡抜き）のため、生産ラインの稼動開始前の準備作業として塗工液の予備吐出、所謂空打ちを行う。空打ちによりエア抜きを行う方法として、図７に示すような方法が提案されている。塗工装置５１の塗工ヘッド（ダイヘッド）５２を、バックアップロール５３に沿って移動する集電体５４に対する塗工位置から退避した退避位置において、塗工装置５１の塗工液供給ラインから塗工ヘッド５２のリップ先端５２ａまでを塗工液で満たす。そして、リップ先端５２ａから塗工液をオーバーフローさせて該塗工液のエア抜きを行い、オーバーフローさせた塗工液を回収容器５５に回収する（特許文献１参照）。このときにリップ面５２ｂを流れる塗工液でリップ面５２ｂが汚れるので、生産開始前に、リップ先端５２ａ及びリップ面５２ｂを洗浄除去する。洗浄除去は、リップ面５２ｂに付着した塗工液を布等により拭い取る。

特開２００７−１０５６７２号公報

特許文献１では、ダイヘッドの先端から塗工液をオーバーフローさせてリップ面を流れる状態で、即ちダイヘッドから塗工液が垂れ流しの状態でエア抜きを行い、リップ面を流れる塗工液を回収容器で回収する。そのため、塗工液でリップ面が汚れるので、リップ先端及びリップ面を生産開始前に洗浄する必要がある。塗工液をダイヘッドのリップ面に垂れ流しの状態とせずに、集電体に塗工すれば塗工液でリップ面が汚れることは防止できるが、その分、集電体が無駄になる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、塗工液を帯状体に吐出せず、しかも、塗工液をダイヘッドのリップ面に垂れ流しの状態とせずに、塗工液の空打ちを行うことができる塗工方法及び塗工装置を提供することにある。

上記課題を解決する塗工方法は、バックアップロールに沿って移動する帯状体の表面に、塗工液をダイヘッドから吐出して塗工する塗工方法であって、少なくとも前記ダイヘッドによる前記塗工液の塗工開始前の準備工程として、前記ダイヘッドから前記塗工液を回転駆動されるサブロール上に吐出する吐出工程を備えている。この構成によれば、塗工液の塗工開始前の準備工程において、塗工液はダイヘッドから回転駆動されるサブロール上に吐出される。したがって、塗工液を帯状体に吐出せず、しかも、塗工液をダイヘッドのリップ面に垂れ流しの状態とせずに、塗工液の空打ちを行うことができる。

前記塗工方法は、前記サブロール上に吐出された前記塗工液の塗工状態を検出手段で検出することが好ましい。回転駆動されるサブロール上に吐出された塗工液の塗工状態は、塗工液がダイヘッドのリップ面に垂れ流しの状態の場合に比べて、バックアップロールに沿って移動する帯状体上に塗工された塗工液の塗工状態に近い。そのため、サブロール上に吐出された塗工液の塗工状態を検出することにより、塗工液が吐出口の全域から安定した状態で吐出されているか否かを判断することができる。

上記課題を解決する塗工装置は、バックアップロールに沿って移動する帯状体の表面に、塗工液をダイヘッドから吐出して塗工する塗工装置である。そして、前記バックアップロールは、前記ダイヘッドによる前記帯状体に対する前記塗工液の塗工が可能な塗工位置と、前記ダイヘッドによる前記帯状体に対する前記塗工液の塗工が不能な退避位置とに前記ダイヘッドに対して相対移動可能に設けられ、前記バックアップロールが前記退避位置に相対移動された状態において、前記ダイヘッドから吐出される前記塗工液を回転駆動される状態で受けるサブロールを備えている。

この構成によれば、サブロールは、バックアップロールが退避位置に相対移動された状態で、ダイヘッドから吐出される塗工液を受ける。また、サブロールは、ダイヘッドから吐出される塗工液をダイヘッドの吐出口の近くにおいて回転駆動される状態で受けることができる。したがって、塗工液を帯状体に吐出せず、しかも、塗工液をダイヘッドのリップ面に垂れ流しの状態とせずに、塗工液の空打ちを行うことができる。

前記サブロールで受けた前記塗工液を前記サブロールから掻き取るスクレーパと、前記スクレーパにより掻き取られた塗工液を回収する回収部とを備えていることが好ましい。塗工液は粘度が高いため、サブロールに吐出された塗工液がサブロールから自重で落下するのを待って回収するのでは、回収に時間が掛かる。しかし、スクレーパにより掻き取り、掻き取られた塗工液を回収すれば、効率良く塗工液を回収することができる。

本発明によれば、塗工液を帯状体に吐出せず、しかも、塗工液をダイヘッドのリップ面に垂れ流しの状態とせずに、塗工液の空打ちを行うことができる。

一実施形態の塗工装置を示す概略側面図。 （ａ）はサブロール及びその昇降手段の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図。 （ａ）はスクレーパの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 （ａ），（ｂ）は作用を説明する概略側面図。 検出装置の作用を説明する模式図。 別の実施形態のサブロール及び回収部の正面図。 従来技術の塗工準備状態の概略図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、塗工装置１０は、バックアップロール１１に沿って移動する金属箔１２の表面に、塗工液１３をダイヘッド１４から吐出して塗工する塗工装置である。バックアップロール１１は、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が可能な塗工位置と、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が不能な退避位置とにダイヘッド１４に対して相対移動可能に設けられている。塗工液１３は、活物質、導電助剤、バインダ及び溶媒を含むスラリーである。

供給リール１６には、電極の集電体を形成する前の帯状体である金属箔１２が、巻き取られている。塗工装置１０は、供給リール１６から繰り出される帯状の金属箔１２の一方の面に、ダイヘッド１４から塗工液１３を吐出する。塗工液１３が塗工された金属箔１２は、乾燥装置１７で乾燥させた後、図示しない巻取リールに巻き取られる。なお、供給リール１６とバックアップロール１１との間、及び乾燥装置１７と巻取リールとの間にはダンサーロール１８が設けられ、ダンサーロール１８は、移動する金属箔１２の張力を調節して、金属箔１２の弛みを防止する。また、バックアップロール１１と乾燥装置１７との間にはガイドロール１９が設けられている。

この実施形態では、バックアップロール１１が、図１に示す塗工位置と、その塗工位置から図１の右方に所定距離移動した退避位置とに移動可能に設けられている。そして、ダイヘッド１４から塗工液１３が連続的に吐出される状態において、バックアップロール１１が塗工位置と退避位置との間を間欠的に移動されることにより、金属箔１２の表面に塗工液１３が間欠的に塗工されるようになっている。

塗工装置１０は、バックアップロール１１が退避位置に移動された状態において、ダイヘッド１４から吐出される塗工液１３を受けるサブロール２０を備えている。サブロール２０は、図１及び図４（ａ）に示す退避位置と、退避位置より下方の図４（ｂ）に示す塗工液受け位置とに移動可能に設けられている。サブロール２０は、その長さがダイヘッド１４の吐出口１４ａの幅方向（図１の紙面と直交する方向）の長さより長く形成され、ダイヘッド１４から吐出される塗工液１３を受ける状態において、ダイヘッド１４から吐出された塗工液１３がサブロール２０の周面からはみ出さないようになっている。

詳述すると、図２（ａ），（ｂ）に示すように、サブロール２０は、シリンダ２１のピストンロッド２１ａに固定された支持ブラケット２２に水平状態で回転可能に支持されるとともに、支持ブラケット２２に固定されたモータ２３により回転駆動されるようになっている。そして、サブロール２０は、ピストンロッド２１ａの突出状態において塗工液受け位置に配置され、ピストンロッド２１ａの没入状態において退避位置に配置される。

塗工装置１０は、サブロール２０で受けた塗工液１３をサブロール２０から掻き取るスクレーパ２４と、スクレーパ２４により掻き取られた塗工液１３を回収する回収部２５とを備えている。図３（ａ），（ｂ）に示すように、スクレーパ２４は一端に弧部２４ａが形成された平板を多少湾曲した状態に形成されるとともに、一端側には傾斜面２４ｂを有する。傾斜面２４ｂの傾斜角度は例えば１０°〜１５°程度となっている。スクレーパ２４は、弧部２４ａの全体がサブロール２０の周面に当接可能な形状に形成されている。

回収部２５は有底箱状に形成され、スクレーパ２４は回収部２５の内側に固定されている。スクレーパ２４は回収部２５とともに図示しないシリンダにより昇降移動可能に構成され、図４（ｂ）に示す掻き取り位置と、掻き取り位置から所定距離下降した図１及び図４（ａ）に示す退避位置とに移動されるようになっている。

塗工装置１０は、サブロール２０上に吐出された塗工液１３の塗工状態を検出する検出手段としてのＣＣＤカメラ２６を備えている。ＣＣＤカメラ２６は、図４（ｂ）に示すように、塗工液受け位置に配置された状態のサブロール２０の上側周面を撮像可能な位置に設けられている。ＣＣＤカメラ２６で撮像された画像は図示しないモニタ装置でモニタ可能になっている。

次に前記のように構成された塗工装置１０の作用を説明する。
塗工装置１０の稼動開始時には、図示しない貯蔵タンクからダイヘッド１４の吐出口１４ａまでの塗工液１３の移動経路にエアが入り込んでいたり、経路中の塗工液１３で活物質や導電助剤の一部が凝集した状態になって分散状態が悪化したりすることがある。そこで、塗工液１３の吐出量が不安定な状態で塗工を行うことを防止するための準備工程が行われる。準備工程として、ダイヘッド１４から塗工液１３を回転駆動されるサブロール２０上に空打ち（予備吐出）する吐出工程を備えている。

サブロール２０、スクレーパ２４及び回収部２５の基準位置は図４（ａ）に示す退避位置であり、バックアップロール１１の基準位置は実線で示す塗工位置である。サブロール２０上に空打ちを行う場合は、図４（ｂ）に示すように、バックアップロール１１が退避位置に移動配置された後、サブロール２０が塗工液受け位置に配置され、スクレーパ２４が回収部２５と共に掻き取り位置に配置される。そして、サブロール２０が図４（ｂ）の時計方向に回転された状態で、図示しないポンプが駆動されて貯蔵タンクから塗工液１３がダイヘッド１４に供給される。ダイヘッド１４に供給された塗工液１３は、マニホールド１４ｂを経て吐出口１４ａから吐出され、サブロール２０の周面に塗工される。

サブロール２０の周面に塗工された塗工液１３は、サブロール２０の回転に伴ってスクレーパ２４の先端と対向する位置へ移動し、サブロール２０の回転に伴ってスクレーパ２４によりサブロール２０の表面から掻き取られる。掻き取られた塗工液１３は回収部２５に回収される。

サブロール２０が塗工液受け位置に配置された状態において、ダイヘッド１４の吐出口１４ａと、吐出口１４ａに対向するサブロール２０の周面との距離は、塗工液１３が塗工されるときの吐出口１４ａに対向する金属箔１２の表面との距離とほぼ等しい。そのため、サブロール２０の表面に塗工された塗工液１３の塗工状態は、バックアップロール１１に沿って移動する金属箔１２の表面に塗工された塗工液１３の塗工状態に対応する状態となる。サブロール２０の周面に塗工された塗工液１３の塗工状態はＣＣＤカメラ２６により撮像される。そして、ＣＣＤカメラ２６により撮像された画像はモニタ装置の画面で確認される。

モニタ装置の画面には、図５に示すように、サブロール２０とその周面に塗工された塗工液１３の塗工状態、即ち塗工部２７の状態が表示される。塗工部２７の塗工状態が良好な状態であれば塗工部２７はほぼ均一に表示される。しかし、エア抜きが不十分な状態では、塗工液１３中に存在する泡の部分が他の部分と異なる状態に表示される。

また、塗工液１３中で凝集した活物質や導電助剤の一部がダイヘッド１４のスリット部１４ｃの一部に一時的に詰まった状態となった場合は、吐出口１４ａから吐出される塗工液１３の吐出量が吐出口１４ａの幅方向において不均一となる。その場合、モニタ装置の画面には、図５に示すように、塗工部２７に線２８が現れる。したがって、モニタ装置の画面を観察することで、塗工液１３が均一な状態でサブロール２０の表面に塗工されているか否かを判断することができる。

モニタ画面で塗工部２７に線２８が現れ、所定時間消えない場合は、ダイヘッド１４からの塗工液１３の吐出を中断してスリット部１４ｃの一部の詰まりを除去した後、ダイヘッド１４からの塗工液１３の吐出を再開する。そして、モニタ装置の画面において塗工液１３の均一な塗工状態が予め設定された時間連続して観察された時点で、塗工液１３の吐出量が安定したと判断する。その後、サブロール２０、スクレーパ２４及び回収部２５を退避位置に移動させた後、バックアップロール１１に沿って移動する金属箔１２の表面に対する塗工液１３の塗工を開始する。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）塗工方法は、バックアップロール１１に沿って移動する金属箔１２の表面に、塗工液１３をダイヘッド１４から吐出して塗工する塗工方法であって、少なくともダイヘッド１４による塗工液１３の塗工開始前の準備工程として、ダイヘッド１４から塗工液１３を回転駆動されるサブロール２０上に吐出する吐出工程を備えている。したがって、塗工液１３を金属箔１２に吐出せず、しかも、塗工液１３をダイヘッド１４のリップ面に垂れ流しの状態とせずに、塗工液１３の空打ちを行うことができる。

（２）塗工方法は、サブロール２０上に吐出された塗工液１３の塗工状態を検出手段で検出する。サブロール２０上に吐出された塗工液１３の塗工状態は、バックアップロール１１に沿って移動する金属箔１２上に塗工された塗工液１３の塗工状態に近いため、サブロール２０上に吐出された塗工液１３の塗工状態を検出することにより、塗工液１３がダイヘッド１４の吐出口１４ａの全域から安定した状態で吐出されているか否かを判断することができる。

（３）検出手段としてＣＣＤカメラ２６が使用されている。したがって、ＣＣＤカメラ２６により撮像された画像をモニタ装置の画面で確認することにより、塗工液１３がダイヘッド１４の吐出口１４ａの全域から安定した状態で吐出されているか否かを容易に判断することができる。また、サブロール２０上に吐出された塗工液１３の塗工状態を画面で観察した場合、塗工液１３中に存在する活物質や導電助剤の凝集部がダイヘッド１４のスリット部１４ｃの一部に詰まった場合、それを検出することができる。その場合、ダイヘッド１４からの塗工液１３の吐出を一時中断して詰まりを除去した後、吐出を再開することにより、塗工液１３が安定した状態で吐出されるまでの時間を結果的に短くすることができる。

（４）塗工装置１０は、バックアップロール１１に沿って移動する金属箔１２の表面に、塗工液１３をダイヘッド１４から吐出して塗工する塗工装置である。そして、バックアップロール１１は、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が可能な塗工位置と、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が不能な退避位置とにダイヘッド１４に対して相対移動可能に設けられ、バックアップロール１１が退避位置に相対移動された状態において、ダイヘッド１４から吐出される塗工液１３を回転駆動される状態で受けるサブロール２０を備えている。この構成によれば、塗工液１３を金属箔１２に吐出せず、しかも、塗工液１３をダイヘッド１４のリップ面に垂れ流しの状態とせずに、塗工液１３の空打ちを行うことができる。

（５）塗工装置１０は、サブロール２０で受けた塗工液１３をサブロール２０から掻き取るスクレーパ２４と、スクレーパ２４により掻き取られた塗工液１３を回収する回収部２５とを備えている。塗工液１３は粘度が高いため、サブロール２０に吐出された塗工液１３がサブロール２０から自重で落下するのを待って回収するのでは、回収に時間が掛かる。しかし、スクレーパ２４により掻き取り、掻き取られた塗工液１３を回収すれば、効率良く回収することができる。また、特許文献１のように塗工液をダイヘッドのリップ面に垂れ流す場合は、塗工液１３がリップ面などに付着した状態で残り、その分の塗工液１３は金属箔１２に塗工できずに無駄になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 塗工前の準備作業としてではなく、サブロール２０を塗工液受け位置に配置してダイヘッド１４から吐出される塗工液１３を受けるようにしてもよい。例えば、塗工液１３を金属箔１２に間欠的に塗工するために、バックアップロール１１を退避位置に保持する時間が長く、その間にダイヘッド１４の吐出口１４ａから塗工液１３が垂れる状態となる虞がある場合に、ダイヘッド１４から吐出される塗工液１３をサブロール２０で受けてもよい。

○ 安定した状態で塗工が行われている場合に、他の工程の影響で塗工を中断する必要がある場合、ダイヘッド１４からは安定した状態で塗工液１３の吐出を継続し、サブロール２０で塗工液１３を受けるようにしてもよい。この場合、ダイヘッド１４からの塗工液１３の吐出を中断して待機する場合と異なり、金属箔１２に対する塗工再開時に、塗工状態の調整を行わずに塗工を開始することができる。

○ サブロール２０をスクレーパ２４及び回収部２５と一体的に、退避位置と塗工液受け位置とに移動配置可能に構成してもよい。例えば、図６に示すように、ピストンロッド２９ａが上側に突出するように設けられたシリンダ２９のピストンロッド２９ａの先端に回収部２５を固定し、回収部２５の対向する側壁に固定された一対の支持ブラケット３０を介して回収部２５の上方にサブロール２０を回動可能に設ける。サブロール２０は支持ブラケット３０に固定されたモータ２３により回転駆動される。スクレーパ２４は、先端側がサブロール２０の周面に接触する状態で回収部２５に直接又はブラケットを介して固定される。この場合、前記実施形態のようにサブロール２０と、スクレーパ２４及び回収部２５を異なる退避位置から塗工開始前の準備作業を行う位置に移動させる構成に比べて、構造が簡単になる。また、スクレーパ２４は、サブロール２０に吐出された塗工液１３をサブロール２０の周面から掻き取る位置に固定されているため、サブロール２０とスクレーパ２４とを別々に移動させる際に、スクレーパ２４がサブロール２０の周面に接触する状態に精度良く制御する必要がない。

○ ＣＣＤカメラ２６により撮像された画像をモニタ装置の画面で確認して、サブロール２０上の塗工部２７に不均一な部分があるか否かを目視で判断する代わりに、センサで判断して不均一な部分がある場合に報知手段が動作するようにしてもよい。

○ 検出手段はサブロール２０上に吐出された塗工液１３の塗工状態を検出することができればよく、ＣＣＤカメラ２６に限らず、例えば、他のカメラを使用したり、ＣＣＤセンサを使用したりしてもよい。

○ 回収部２５で回収された塗工液１３は、塗工液１３の状態が再使用可能な状態であるか否かを判断し、再使用可能な状態のものを塗工液の貯蔵タンクに戻すようにしてもよい。

○ 回収部２５で回収された塗工液１３を回収タンクに貯蔵し、所定量以上貯蔵された後、使用可能な状態に調整して塗工液１３として使用するようにしてもよい。
○ スクレーパ２４は図３に示す形状に限らず、サブロール２０の周面から塗工液１３を掻き取ることができる形状であればよい。例えば、先端に弧部２４ａを設けずに直線状に形成してもよい。

○ バックアップロール１１は、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が可能な塗工位置と、ダイヘッド１４による金属箔１２に対する塗工液１３の塗工が不能な退避位置とにダイヘッド１４に対して相対移動可能に設けられていればよく、バックアップロール１１は移動せずにダイヘッド１４が移動する構成であってもよい。

○ 帯状体は、実施形態に記載した金属箔１２に限定されるものではなく、例えば、金属繊維よりなるものであってもよい。
○ 蓄電装置は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項４に記載の発明において、前記スクレーパは前記サブロールの周面から前記塗工液を掻き取り可能な位置に固定された状態で前記サブロールと共に退避位置と掻き取り位置とに移動可能に構成されている。

１０…塗工装置、１１…バックアップロール、１２…金属箔、１３…塗工液、１４…ダイヘッド、２０…サブロール、２４…スクレーパ、２５…回収部、２６…検出手段としてのＣＣＤカメラ。

Claims (4)

1. バックアップロールに沿って移動する帯状体の表面に、塗工液をダイヘッドから吐出して塗工する塗工方法であって、
   少なくとも前記ダイヘッドによる前記塗工液の塗工開始前の準備工程として、前記ダイヘッドから前記塗工液を回転駆動されるサブロール上に吐出する吐出工程を備えていることを特徴とする塗工方法。
2. 前記サブロール上に吐出された前記塗工液の塗工状態を検出手段で検出する請求項１に記載の塗工方法。
3. バックアップロールに沿って移動する帯状体の表面に、塗工液をダイヘッドから吐出して塗工する塗工装置であって、
   前記バックアップロールは、前記ダイヘッドによる前記帯状体に対する前記塗工液の塗工が可能な塗工位置と、前記ダイヘッドによる前記帯状体に対する前記塗工液の塗工が不能な退避位置とに前記ダイヘッドに対して相対移動可能に設けられ、
   前記バックアップロールが前記退避位置に相対移動された状態において、前記ダイヘッドから吐出される前記塗工液を回転駆動される状態で受けるサブロールを備えていることを特徴とする塗工装置。
4. 前記サブロールで受けた前記塗工液を前記サブロールから掻き取るスクレーパと、前記スクレーパにより掻き取られた塗工液を回収する回収部とを備えている請求項３に記載の塗工装置。