JP2016064339A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート電極の製造において、シート電極上の幅方向におけるペースト材料の塗布重量のバラつきを低減すること。【解決手段】本発明に係る塗工装置８０は、基材３０を自身に巻き付けて基材３０の搬送を行うバックアップロール１０と、バックアップロール１０に対向する開口２１であって、基材３０の有する被塗工面３１に向かってペーストを吐出する開口２１を有するダイ２０を備える。塗工装置８０は、被塗工面３１とバックアップロール１０の回転軸１５との間の距離を、バックアップロール１０上の測定箇所４７，５２で測定する。測定箇所４７，５２は、ダイ２０の上流にあたる位置であって、基材３０の幅方向２９において相異なる位置に、少なくとも一個ずつ存在する。塗工装置８０は、各測定箇所４７，５２において測定部４５，５０が測定した距離の変動に合わせて即時に、少なくとも開口２１の向きを、軸６１を中心に回転させる。【選択図】図１

Description

本発明はシート電極の製造に適する塗工装置に関する。

シート電極の製造用の塗工装置が知られている（特許文献１）。該塗工装置では基材に塗工されるペースト材料の粘度、及び塗工乾燥後の塗工膜厚を非破壊測定によりモニタする。次にかかるペースト粘度に基づき塗工ギャップ量と塗工膜厚との関係を示す収縮率を求める。さらに収縮率と塗工膜厚に基づいて塗工ギャップを決定する。決定された塗工ギャップをフィードバックしてコンマロールを鉛直方向に移動し塗工ギャップをリアルタイムで調整する。

特開２０００−３５３５１５号公報

シート電極の基材は種類により、幅方向において、部位により厚みのバラつきを有する。このとき、上記方法では幅方向のバラつきより生じる塗工ギャップを、幅方向において一定とすることができない。

また塗工ロールが円筒又は円柱の中心軸で回転する理想的な円筒又は円柱となっていないこともある。この場合は基材の幅方向において基材の厚みが一様でも、基材の幅方向における塗工ギャップが一定とならない可能性がある。

このため上記塗工装置より製造されたシート電極上では幅方向においてペースト材料の塗布重量がバラつきやすい。また、かかるシート電極からなる電池は、シート電極の幅方向において電池容量のバラつきが起こりやすい。

本発明は、シート電極の製造において、シート電極上の幅方向におけるペースト材料の塗布重量のバラつきを低減することを目的とする。またかかる目的の達成に適した塗工装置を提供することを課題とする。

本発明に係る塗工装置は、基材を自身に巻き付けて前記基材の搬送を行うバックアップロールと、前記バックアップロールに対向する開口であって、前記基材の有する被塗工面に向かってペーストを吐出する開口を有するダイを備える。

本発明に係る塗工装置は、前記被塗工面と前記バックアップロールの回転軸との間の距離を、前記バックアップロール上の測定箇所で測定する、測定部をさらに備えることを特徴とする。

前記測定箇所は、前記ダイの上流にあたる位置であって、搬送中の前記基材の幅方向において相異なる位置に、少なくとも一個ずつ存在することを特徴とする。

本発明に係る塗工装置は、前記搬送中、各前記測定箇所において前記測定部が測定した前記距離の変動に合わせて即時に、少なくとも前記開口の向きを、前記回転軸を含む平面に直交する軸を中心に回転させることを特徴とする。

上記塗工装置をシート電極の製造に用いることで、回転軸に対するバックアップロールの偏振量及び基材の幅方向における基材の厚みのバラつきをフィードバックすることができる。またフィードバックに基づきダイ又は塗布口を変位させることができる。

このため塗工装置は基材の幅方向における塗工ギャップを一定にすることができる。かかる効果は回転軸に対してバックアップロールが偏振していても、また基材の幅方向において基材の厚みにバラつき生じていても発揮される。

本発明により、シート電極の製造において、シート電極上の幅方向におけるペースト材料の塗布重量のバラつきの低減に適した塗工装置を提供することができる。

実施形態に係る塗工装置の正面図及び側面図である。 実施形態に係るバックアップロールの斜視図である。 回転軸と被塗工面との間の距離のバラつきを示す模式図である。 実施形態に係る塗工装置の底面図である。 実施例に係るペーストの塗布厚みのバラつき量の測定結果である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１は本実施形態に係るダイ塗工機構の図である。図１の上側は塗工装置８０の正面図を表し、図１の下側は塗工装置８０の側面図を表す。塗工装置８０は、バックアップロールであるローラー１０と、ダイ２０と、測定部４５，５０と、回転機構６０とを備える。塗工装置８０は、いわゆるダイトゥロール型の塗布装置である。

図１に示すローラー１０は中心軸１１を有する円柱又は円筒形状の部材である。ローラー１０は中心軸１１に従って回転方向１２と同一の方向に回転する。中心軸１１は回転軸１５を中心に回転する。したがってローラー１０は回転軸１５を中心に回転する。ローラー１０はローラー１０の外周側にある円筒面１３を有する。

図１に示すローラー１０はローラー１０自身が回転すると同時に基材３０をローラー１０自身に巻きつける。基材３０は所定の膜厚３８を有する紙又は樹脂フィルムである。ローラー１０は巻き付けた基材３０を円筒面１３に沿って、搬送方向３５と同一の方向に搬送する。

図１に示す円筒面１３は開始線１４から、基材３０の有する被搬送面３２と接する。すなわち基材３０の搬送は開始線１４から開始される。ここで基材３０は容易に撓むことから開始線１４は必ずしも厳密に定められるものではない。また被搬送面３２と円筒面１３が接している限り搬送方向３５は回転方向１２と同一の方向である。

図１に示す円筒面１３と被搬送面３２とは、これらの間の摩擦によりほとんど滑ることなく、共に回転する。ここでローラー１０は常に回転しているため、これに合わせて開始線１４の円筒面１３上の位置は常に移動している。

図１に示す塗工装置８０はニップロール１８をさらに備える。ニップロール１８はローラー１０の開始線１４に向かって基材３０を搬送する。換言すれば基材３０はニップロール１８により開始線１４からローラー１０に巻き付けられている。

図１に示すニップロール１８は開始線１４に対してローラー１０の外周側にある。ニップロール１８はニップロール１８自身が回転すると同時に基材３０をニップロール１８自身に巻きつける。ニップロール１８の円筒面は基材３０の有する被塗工面３１と接する。

図１に示すダイ２０は開口２１を有する塗布ダイである。開口２１は吐出方向２２に向かって開口している。開口２１はローラー１０に対向する塗布口である。開口２１はダイ２０の先端に位置し、被塗工面３１上の塗工線３４に対向する。開口２１はペースト４０を被塗工面３１に向かって吐出する。ペースト４０は塗工線３４より下流において被塗工面３１に接する。ペースト４０は電池材となるペースト材料である

図１に示す塗工線３４は中心軸１１又は回転軸１５を挟んで開始線１４の反対側に位置することが好ましい。ここで基材３０は搬送方向３５と同一の方向に常に搬送されているため、これに合わせて塗工線３４の被塗工面３１上の位置は常に移動している。

図１中、塗工線３４は開口２１の中心と回転軸１５とを含む平面１６上にある。しかしながら塗工線３４の位置は搬送方向３５の上流側又は下流側に変化してもよい。塗工線３４の位置はペースト４０の粘度及び塗工ギャップ２５により変化する。塗工ギャップ２５は塗工線３４上における開口２１と被塗工面３１との間の距離である。

図１に示すように基材３０にペースト４０が塗工されて、基材３０及びペースト４０からなるシート電極３９が作られる。ローラー１０はシート電極３９を送り出す。被搬送面３２は円筒面１３から離れる。シート電極３９はさらに搬送方向４４に向かって搬送される。

図１に示す塗工装置８０は被塗工面３１にて変位を測定する機構として測定部４５，５０を有する。測定部４５は被塗工面３１と回転軸１５との間の距離４８を測定する。距離４８は回転軸１５から円筒面１３までの距離と基材３０の膜厚３８の合計である。測定部４５，５０はそれぞれ測定箇所４７，５２でかかる測定を行う。測定箇所４７，５２は被塗工面３１上に位置する。

図１に示す測定部４５は作用端４６を有する。作用端４６は測定箇所４７に指向している。測定部４５，５０は搬送中の基材３０の幅方向２９における相異なる位置に、少なくとも一個ずつ存在する。すなわち塗工装置８０の正面側と、背面側とに存在する。

図２はローラー１０の斜視図である。測定部５０は測定部４５と同等の構成を有する。すなわち測定部５０は被塗工面３１と回転軸１５との間の距離５３を測定する。距離５３は距離４８同様、回転軸１５から円筒面１３までの距離と基材３０の膜厚３８の合計である。測定部５０は作用端５１を有する。作用端５１は測定箇所５２に指向している。

図２に示す測定箇所４７，５２は点又はスポットからなる。図中では一定の面積を有するスポットとして描かれている。測定箇所４７，５２は共に、回転軸１５を含む同一の平面（不図示）上に位置することが好ましい。これにより測定個所間における基材３０の搬送の時差又は位相差を考慮しなくてもよいものとなる。

図１に戻り説明を続ける。測定箇所４７，５２は少なくとも搬送方向３５に対して開始線１４の下流に位置する。測定箇所４７，５２は少なくとも搬送方向３５に対して塗工線３４の上流に位置する。換言すれば測定箇所４７，５２はダイ２０又は開口２１の上流にあたる位置に存在する。

図１に示す回転機構６０はダイ２０と連結されている。回転機構６０は回転軸１５を有する平面１６に直交する回転軸６１を中心にダイ２０を回転移動させる。すなわち回転機構６０は回転方向６３，６４にダイ２０を回転移動させる。回転方向６３，６４とはそれぞれ塗工装置８０を平面視した時の、回転軸６１に対する時計回り及び反時計回りの方向である。

図１に示す塗工装置８０は、基材３０の搬送中、距離４８，５３（図２）の変動に合わせて、即時に、開口２１の有する吐出方向２２を回転方向６３，６４に沿って回転させる。すなわち塗工装置８０は、開口２１の吐出方向２２を、少なくとも回転軸１５を含む平面１６に直交する回転軸６１を中心に回転させることができる。

図１にはさらに方向６６，６７が記載されているがこれは実施形態の変形として後述する。

次に図３を用いて、図１に示すダイ２０、開口２１又は吐出方向２２を回転させるべき角度の求め方を説明する。説明を簡単にするためダイ２０を回転移動させるべき角度を代表として説明する。図３は図１に示す回転軸１５と被塗工面３１との間の距離のバラつきを示す模式図である。図３は距離４８よりも距離５３が大きいことを示している。

図３はさらに距離４８及び距離５３の差である距離差５５を示している。ここで測定箇所４７を含み回転軸１５と直交する面と、測定箇所５２を含み回転軸１５と直交する面との間の距離を間隔３７とする。

図３に示す角度３６は差５５及び間隔３７の比を正接とする角度で表す。すなわち図１に示す塗工装置８０は上記の通り測定した距離４８，５３（図２）の変位量をもとに、図３に示す角度３６を制御量として求めることができる。

図４は塗工装置８０の底面図である。図４は、図２に示す距離５３が距離４８よりも大きいため、ダイ２０を原位置１９から方向６４に沿って回転移動させるべきことを表している。回転移動させるべき角度は上述の角度３６である。図４中、ペースト４０（図１）は省略されている。

図２に示す距離４８よりも距離５３が小さい場合は、図１に示すダイ２０を方向６３に沿って同様に回転移動させればよい。距離４８が距離５３と等しい場合は、図１に示すダイ２０を回転移動させないのがよい。塗工装置８０は図３に示す角度３６のフィードバックを連続的に行い、ダイ２０を、回転軸６１を中心に連続的に回転移動させる制御を行う。

各図を再確認しながら、塗工装置８０の奏する効果を説明する。図１に示すローラー１０は回転方向１２に沿った回転に伴い微小ながら偏振する。偏振はローラー１０の形状が微小ながらゆがんでいることと、回転軸１５と中心軸１１とが微小ながらずれていることに起因する。仮に塗布部であるダイ２０の向きを一定に保った場合、実際の塗工ギャップ２５は時間ごとに幅方向２９においてバラつくこととなる。

また図１に示す基材３０の膜厚３８も搬送に伴い塗工線３４において変動する。かかる変動は、上記塗工ギャップ２５のバラつきを助長する。塗工ギャップ２５のバラつきはペースト４０の塗布重量の幅方向２９におけるバラつきを招く。このため、シート電極３９を備える電池の性能が電池ごとにバラつく。

図１，２に示す距離４８，５３は回転軸１５から円筒面１３までの距離と膜厚３８の合計である。このため回転軸１５に対するローラー１０の偏振量及び幅方向２９における膜厚３８のバラつきをフィードバックすることができる。

図１に示す塗工装置８０はフィードバックに基づきダイ２０又は開口２１を変位させることができる。すなわち開口２１の向きを、測定を受けた被塗工面３１が塗工線３４に到達する直前に測定した距離４８，５３に合わせて、即時に回転させることができる。

このため図１に示す塗工装置８０は幅方向２９における塗工ギャップ２５を一定にすることに適する。また塗工装置８０は幅方向２９におけるペースト４０の塗布流量を一定とすることに適する。かかる効果は回転軸１５に対してローラー１０が偏振していても発揮される。またかかる効果は幅方向２９において膜厚３８にバラつき生じていても発揮される。

塗工装置８０は、シート電極３９上の幅方向、すなわち幅方向２９と平行な方向におけるペースト４０の塗工後膜厚又は塗布重量のバラつきの低減又は均一化に適する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図１に示すダイ２０又は開口２１を、回転軸１５と直交する方向と平行な方向６６，６７に沿って平行移動してもよい。塗工装置はかかる平行移動機構（不図示）をさらに備えてもよい。

図１に示す方向６６はダイ２０又は開口２１がローラー１０に近づくことで塗工ギャップ２５が小さくなる方向である。方向６７はダイ２０又は開口２１がローラー１０から遠ざかることで塗工ギャップ２５が大きくなる方向である。

図１に示すダイ２０又は開口２１の平行移動はフィードバックされた距離４８，５３を基準として、その変位量を決定してもよい。例えば距離４８，５３の変動量の平均値を変位量としてもよい。塗工装置８０は係る変位量を塗工ギャップ２５の制御量としてもよい。

例えば変位量が正であれば、すなわち図１に示す被塗工面３１が回転軸１５から遠ざかっていれば、ダイ２０又は開口２１をローラー１０に近づければよい。例えば変位量が負であれば、すなわち被塗工面３１が回転軸１５に近づいていれば、ダイ２０又は開口２１をローラー１０から遠ざければよい。

図５は図１に示すペースト４０の塗布厚みのバラつき量の測定結果を比で表したものである。ここでバラつき量とは幅方向２９におけるバラつき量である。塗布厚みのバラつきは塗工ギャップ２５のバラつきを反映している。

図１に示す基材３０として試料Ｓ１を用いた。試料Ｓ１は樹脂フィルムである。実施例として図１に示す塗工装置８０を用い、上述のフィードバック制御を行いつつペースト４０を塗工した。さらに上述の変更形態にならい方向６６，６７における制御も行った。ペースト４０の塗布厚みは乾燥前において５０μｍを目標とした。比較例として回転方向６３，６４にかかるフィードバック制御をせずに塗工した。

図５に示すように、試料Ｓ１に対する、比較例の塗工を行った際の塗布厚みのバラつき量を１００とした。実施例による塗工を行うことで試料Ｓ１において塗布厚みのバラつき量は比較例に比べ約７割低減した。具体的にはバラつき量の比が１００から３３に低減した。実施例において、測定箇所ごとの塗工ギャップ２５の変位量はペースト４０の塗布厚みに対して約３％であった。

本実施例の塗工装置８０（図１）は、比較例の塗工装置に比べ、ペースト４０の厚みを幅方向２９にわたってより均一に保つことができた。このため、本実施例の塗工装置８０（図１）は、比較例の塗工装置に比べ、開口２１と塗工線３４との間の塗工ギャップ２５を幅方向２９にわたってより均一に保つことができることが分かった。

さらに図１に示す基材３０に樹脂フィルムである試料Ｓ２を用いて、実施例及び比較例の塗工を行った。試料Ｓ２は基材厚みの公差が試料Ｓ１の４／３倍であることのみ試料Ｓ１と異なる。実施例による塗工を行うことで試料Ｓ２において塗布厚みのバラつき量は約７割低減した。具体的にはバラつき量の比が１３３から４３に低減した。また試料Ｓ１に係る比較例と比較しても塗布厚みのバラつき量が約６割低減した。

このため本実施例の塗工装置８０（図１）は、膜厚３８の幅方向２９におけるバラつきが高まったとしても、なお比較例に比べ、ペースト４０の均一な塗工を可能とすることが分かった。このことは上記実施形態に係る塗工装置８０が塗工後膜厚又は塗布重量のバラつきの低減に顕著な効果を奏することを示す。

１０ ローラー
１１ 中心軸
１２ 回転方向
１３ 円筒面
１４ 開始線
１５ 回転軸
１６ 平面
１８ ニップロール
１９ 原位置
２０ ダイ
２１ 開口
２２ 吐出方向
２５ 塗工ギャップ
２９ 幅方向
３０ 基材
３１ 被塗工面
３２ 被搬送面
３４ 塗工線
３５ 搬送方向
３６ 角度
３７ 間隔
３８ 膜厚
３９ シート電極
４０ ペースト
４４ 搬送方向
４５ 測定部
４６ 作用端
４７ 測定箇所
４８ 距離
５０ 測定部
５１ 作用端
５２ 測定箇所
５３ 距離
５５ 差
６０ 回転機構
６１ 回転軸
６３，６４ 回転方向
６６，６７ 方向
６５ 塗工装置

Claims (1)

1. 基材を自身に巻き付けて前記基材の搬送を行うバックアップロールと、
   前記バックアップロールに対向する開口であって、前記基材の有する被塗工面に向かってペーストを吐出する開口を有するダイと、
   を備える塗工装置であって、
   前記被塗工面と前記バックアップロールの回転軸との間の距離を、前記バックアップロール上の測定箇所で測定する、測定部をさらに備え、
   前記測定箇所は、前記ダイの上流にあたる位置であって、搬送中の前記基材の幅方向において相異なる位置に、少なくとも一個ずつ存在し、
   前記搬送中、各前記測定箇所において前記測定部が測定した前記距離の変動に合わせて即時に、少なくとも前記開口の向きを、前記回転軸を含む平面に直交する軸を中心に回転させる、
   ことを特徴とする塗工装置。

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