JP2017094551A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のロール間への粉粒体の供給不足の発生を抑制することができる成膜装置を提供すること。
【解決手段】所定の間隔で水平に対向配置された、第１ロール１０と第１ロール１０より周速度が速い第２ロール２０とを備え、これらのロール間へ粉粒体１３０を鉛直方向から供給して粉粒体を１３０圧縮成形することによりシート状物を成膜する成膜装置において、第２ロール２０の径は、第１ロール１０の径よりも小さく設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粉粒体を圧縮して成膜する成膜装置に関するものである。

成膜装置に関して、粉粒体を圧縮することによりシート状物を成膜するものが知られている。この種の成膜装置の１つとして、所定の間隔で互いに平行に配置され、異なる回転速度（周速度）で回転駆動される一対のロールと、その一対のロール間（対面位置）に粉粒体を供給するホッパとを備えているものがある。そして、この成膜装置では、ホッパから一対のロール間に供給された粉粒体を、一対のロールで圧縮成形することにより、シート状物を成膜している（特許文献１参照）。

特開２０１３−０７７５６０号公報

しかしながら、上記の成膜装置では、一対のロールの回転速度（周速度）に速度差があるため、回転速度の速い方のロール側へ粉粒体が引っ張られる。そのため、粉粒体の供給が追いつかない部位が発生してしまう。つまり、一対のロール間への粉粒体の供給不足が発生する。そうすると、粉粒体に十分な展延性がない場合には、その部位が空間となったままで一対のロールの対面位置へ送られ、その状態で一対のロールで圧縮成形される。そのため、シート状物において、粉粒体が全く存在しない部位（透け）や、膜厚不足部位が発生し、成膜不良となるおそれがあった（図３参照）。
なお、粉粒体に十分な展延性を持たせれば、粉粒体の供給が追いつかない部位にも粉粒体が入り込んで空間を塞ぐことができるため成膜不良を防止することはできるが、粉粒体材料成分や製造条件などの制約を受けてしまう。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、一対のロール間への粉粒体の供給不足の発生を抑制することができる成膜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になされた本発明の一態様は、所定の間隔で水平に対向配置された、第１ロールと前記第１ロールより周速度が速い第２ロールとを備え、これらのロール間へ粉粒体を鉛直方向から供給して前記粉粒体を圧縮成形することによりシート状物を成膜する成膜装置において、前記第２ロールの径は、前記第１ロールの径よりも小さいことを特徴とする。

この成膜装置では、所定の間隔で水平に対向配置された第１ロールと第２ロールによって、ロール間に供給される粉粒体を圧縮成形することによりシート状物が成膜される。そして、第２ロールの周速度が第１ロールの周速度よりも速く設定されているため、第２ロール側へ粉粒体が引っ張られる。そのため、粉粒体の供給が追いつかない部位が発生（粉流体の供給不足が発生）して、その部位が空間となったままで、第１ロールと第２ロールとの対面位置へ送られ、その状態で第１ロール及び第２ロールによって圧縮成形されると、シート状物において、粉粒体が全く存在しない部位（透け）や、膜厚不足部位が発生し、成膜不良となるおそれがある。

ところが、この成膜装置では、第２ロールの径が第１ロールの径よりも小さく設定されている。これにより、周速度が速い方の第２ロール側への粉粒体の落下方向の供給口面積（単位時間当たり）を大きくすることができる（図２参照）。また、そのため、周速度が速い方の第２ロール側への粉粒体の供給量を増やして、粉粒体の流動性を向上させることができる。従って、第１ロールと第２ロールとの間への粉粒体の供給不足の発生を抑制することができる。その結果、シート状物において、粉粒体が全く存在しない部位（透け）や、膜厚不足部位の発生を防止することができる。

本発明に係る成膜装置によれば、上記した通り、一対のロール間への粉粒体の供給不足の発生を抑制することができる。

実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。 粉粒体の落下方向における供給口面積についての説明図である。 従来の成膜装置における粉粒体の供給状態を示す図である。

以下、本発明の成膜装置を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、電極板の製造に本発明を適用した場合について説明する。そこで、本実施形態に係る成膜装置（電極板製造装置）について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。図２は、粉粒体の落下方向における供給口面積についての説明図である。

本実施形態に係る成膜装置１は、図１に示すように、第１ロール１０と、第２ロール２０と、第３ロール３０と、粉粒体供給部４０とを有している。そして、成膜装置１は、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０を、第１ロール１０と第２ロール２０とによって圧縮成形したシート状物としての活物質層１２０を成膜するようになっている。なお、図１において、上下方向が鉛直方向であり、重力は下向きに作用している。

第１ロール１０及び第２ロール２０は、水平に対向配置されており、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０を、シート状に圧縮成形する異径のプレスロールである。すなわち、第１ロール１０の中心軸１０Ｏと第２ロール２０の中心軸２０Ｏが同じ高さ位置に配置されており、第２ロール２０の径が第１ロール１０の径よりも小さい。そして、第１ロール１０及び第２ロール２０は、それぞれの外周面１１，２１が第１対面位置Ａにおいて互いに対面した状態で配置されている。

このような第１ロール１０及び第２ロール２０は、軸間距離が一定の間隔となるように保持されている。また、第１対面位置Ａにおける第１ロール１０の外周面１１と第２ロール２０の外周面２１との間には、所定の隙間（成膜する膜厚相当）が設けられている。

第３ロール３０は、第１ロール１０及び第２ロール２０によって成形された活物質層１２０を、基材である集電箔１１０に転写する転写ロールである。この第３ロール３０の外周面３１には、集電箔１１０が巻き掛けられており、第３ロール３０は、第１ロール１０や第２ロール２０と干渉しない位置で、且つ、活物質層１２０を集電箔１１０に転写できる位置関係であればどこに配置されていてもよく、一例として、第２ロール２０の直下に配置されている。そして、第３ロール３０は、第２ロール２０との軸間距離が一定の間隔となるように保持されている。また、第２対面位置Ｂにおける第２ロール２０の外周面２１と第３ロール３０の外周面３１との間には、所定の隙間（製造する電極板の厚さ相当）が設けられている。

粉粒体供給部４０は、内部に収容している粉粒体１３０を重力落下により、鉛直方向から第１ロール１０と第２ロール２０との間（後述する加工領域）に供給するものである。粉粒体供給部４０は、図１に示すように、第１ロール１０及び第２ロール２０が対面している第１対面位置Ａの上方に設けられている。このため、粉粒体供給部４０は、第１対面位置Ａの上方より、粉粒体１３０を第１対面位置Ａへ供給するようになっている。

粉粒体１３０は、活物質層１２０を形成するための粉末の材料を含むものである。本実施形態の粉粒体１３０は、活物質１２１と結着材１２２とを含んでいる。また、本実施形態の粉粒体１３０における粒子は、活物質１２１と結着材１２２とを造粒してなる造粒粒子である。

そして、第１ロール１０、第２ロール２０、第３ロール３０は、電極板１００を製造する際には、それぞれ回転するものである。図１には、第１ロール１０、第２ロール２０、第３ロール３０の各回転方向をそれぞれ矢印により示している。図１に示すように、第１ロール１０及び第３ロール３０の回転方向は反時計回りであり、第２ロール２０の回転方向は時計回りである。すなわち、対向配置された第１ロール１０と第２ロール２０、第２ロール２０と第３ロール３０は、それぞれ逆方向に回転するようになっている。

ここで、第１ロール１０の周速度と第２ロール２０の周速度が異なっており、第２ロール２０が第１ロール１０よりも周速度が速く設定されている。これにより、第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮されてシート状に成形された活物質層１２０が、第２ロール２０の外周面２１に付着するようになっている。

なお、第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮成形される領域（加工領域）は、図２に示すように、回転方向において、第１対面位置Ａから所定寸法だけ回転方向上流側（上側）の位置Ｃ（第１対面位置Ａから角度θだけ上側）までの範囲となる。また、加工領域は、軸方向（紙面前後方向）においては所定の長さ範囲（成膜する活物質層の幅相当）となる。このような範囲の加工領域において、粉粒体供給部４０から供給された粉粒体１３０が、第１ロール１０及び第２ロール２０によって圧縮成形されるのである。

図１に戻って、第３ロール３０の外周面３１には、前述したように、基材としての集電箔１１０が巻き掛けられている。集電箔１１０は、第２面１１２側を第３ロール３０の外周面３１に向けた状態で、第３ロール３０に巻き掛けられている。このため、集電箔１１０は、第３ロール３０の回転により搬送されるようになっている。

また、集電箔１１０の第１面１１１は、第２対面位置Ｂにおいて、第２ロール２０の外周面２１に対面している。なお、本実施形態の第３ロール３０は、第２対面位置Ｂにおける集電箔１１０の第１面１１１の移動速度が、第２ロール２０の周速度よりも速くなる周速度で回転するようになっている。これにより、第２対面位置Ｂにおいて、第２ロール２０に付着（成膜）されて搬送されてきた活物質層１２０が、第３ロール３０に巻き掛けられている集電箔１１０の第１面１１１に転写されるようになっている。

次に、上記の成膜装置１の動作（電極板１００の製造）について説明する。まず、粉粒体供給部４０により、粉粒体１３０が第１対面位置Ａ（加工領域）に供給される。このとき、粉粒体１３０は重力落下により第１対面位置Ａに供給される。第１対面位置Ａに供給された粉粒体１３０は、第１ロール１０及び第２ロール２０の回転によって、第１ロール１０と第２ロール２０との隙間を通過しつつ、その隙間の通過時に第１ロール１０及び第２ロール２０によって加圧（圧縮）される。この加圧により、粉粒体１３０中の各粒子同士が、粉粒体１３０中の結着材１２２の作用等によって結着される。これにより、第１対面位置Ａを通過した粉粒体１３０は、シート状に成形される。

ここで、第２ロール２０の周速度が、第１ロール１０の周速度よりも速く設定されている。そのため、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０は、第２ロール２０にグリップされた際、加工領域への引き込み速度が急に速くなる。その結果、粉粒体１３０の流動性が不足している場合、粉粒体１３０の供給が追いつかない部位が発生（粉流体の供給不足が発生）して、その部位が空間となったままで、第１対面位置Ａ（加工領域）へ送られるおそれがある。そして、その状態で第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮成形されると、活物質層１２０において、透けや膜厚不足が発生し、成膜不良となるおそれがある。

しかしながら、成膜装置１では、第２ロール２０の径が、第１ロール１０の径よりも小さい。そのため、第２ロール２０側への粉粒体１３０の落下方向における（単位時間当たりの）供給口面積を大きくすることができ、粉粒体１３０の流動性を向上させることができる。その理由について、図２を参照しながら説明する。ここでは、従来装置を含めた以下の３つの具体例を挙げて説明する。
比較例：従来装置として、同一径のロール（半径Ｒ＝１００ｍｍ）を使用する場合
実施例１：第２ロールの半径を７５ｍｍ、第１ロールの半径を１００ｍｍとした場合
実施例２：第２ロールの半径を５０ｍｍ、第１ロールの半径を１００ｍｍとした場合
なお、成膜条件を不変とするため、ロール径が変わってもロール周速度は一定とする（ロール径に応じて、角度θも変化する）。

まず、図２に示すように、ロール半径をＲ、加工領域の軸方向（紙面前後方向）長さをＬとすると、粉粒体１３０の供給口面積は「（Ｒ−Ｒｃｏｓθ）Ｌ」となる。ここで、具体例１（従来装置）における角度θがθ＝５°であるとすると、ロール径に依らずロール周速度が一定になるように角度θを求めると以下の通りである。
比較例：第２ロールの半径が１００ｍｍ、角度θがθ＝５°
実施例１：第２ロールの半径が７５ｍｍ、角度θがθ＝６．６６７°
実施例２：第２ロールの半径が５０ｍｍ、角度θがθ＝１０°

従って、各具体例の第２ロール２０側への粉粒体１３０の落下方向における供給口面積は、次の通りとなる。
比較例：０．３８１Ｌ
実施例１：０．５０７Ｌ
実施例２：０．７６０Ｌ

すなわち、供給口面積が、従来の成膜装置（ロール半径が１００ｍｍ）では「０．３８１Ｌ」であるのに対し、成膜装置１において、第２ロール２０の半径を３／４にした場合（実施例１）には「０．５０７Ｌ」となり約１．４倍になる。また、第２ロール２０の半径を１／２にした場合（実施例２）には「０．７６０Ｌ」となり約２倍になる。このように、第２ロール２０の径を第１ロール１０の径よりも小さくすることにより、粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が大きくなるのである。その結果として、第２ロール２０側への粉粒体１３０の供給量を増やし、粉粒体１３０の流動性を向上させることができる。これにより、第１ロール１０と第２ロール２０との間への粉粒体１３０の供給不足の発生を抑制することができる。

ここで、ロール径を小さくすることの背反として、加工領域の深さ（鉛直方向の長さ）が大きくなり、粉粒体１３０の供給が追いつかなくなる可能性がある。なお、加工領域の深さは、図２に示すように、「Ｒｓｉｎθ」となる。しかしながら、各具体例における深さは以下の通りとなり、ほとんど変化しないことがわかる。
比較例：８．７１６ｍｍ
実施例１：８．７０７ｍｍ
実施例２：８．６８２ｍｍ
つまり、第２ロール２０の径を小さくしても、加工領域の深さへの影響はほとんどないのである。

また、角度θは、粉粒体１３０の特性などによって決まる値であって未知数のため、角度θが変化した場合であっても上記の効果が得られることを簡単に説明する。前提条件として、従来装置のロール半径が１００ｍｍ、角度θがθ＝１０°とする（比較例に対して角度θが２倍）。これに対して、本実施形態の成膜装置１において、第２ロール２０の半径が５０ｍｍとすると、角度θは、θ＝２０°となる。従って、粉粒体１３０の落下方向における供給口面積は、従来装置では「１．５１９Ｌ」、成膜装置１では「３．０１５Ｌ」となり、供給口面積は約２倍になる。一方、加工領域の深さは、従来装置では「１７．３６５ｍｍ」、成膜装置１では「１７．１０１ｍｍ」となり、ほとんど変化はなく、加工領域の深さへの影響はほとんどないと言える。従って、角度θに依らず、第２ロール２０の径を小さくすることにより、上記の効果を得ることができる。

このようにして、過不足なく供給された粉粒体１３０は、第１対面位置Ａにおいて第１ロール１０及び第２ロール２０によって加圧される。そして、加圧された粉粒体１３０は、第１ロール１０の外周面１１及び第２ロール２０の外周面２１のうち、第１対面位置Ａにおける移動速度が速い方の面に付着する。そのため、第１対面位置Ａを通過した粉粒体１３０は、図１に示すように、第２ロール２０の外周面２１上にシート状の活物質層１２０となって付着する。そして、第２ロール２０の外周面２１上に付着した活物質層１２０は、第２ロール２０の回転により、第２対面位置Ｂへと搬送される。

このように成膜装置１では、粉粒体１３０において空間発生が少ない状態で、粉粒体１３０が第１ロール１０と第２ロール２０との間（加工領域）に供給されて活物質層１２０が形成される。そのため、活物質層１２０において成膜不良の発生を防止することができる。そして、その活物質層１２０は、図１に示すように、第２ロール２０によって第２対面位置Ｂへと搬送される。第２対面位置Ｂでは、集電箔１１０が搬送により通されている。このため、第２ロール２０の回転により第２対面位置Ｂへと到達した活物質層１２０は、集電箔１１０とともに第２ロール２０と第３ロール３０との隙間を通過する。その隙間を通過する際に、集電箔１１０及び活物質層１２０は、その厚み方向に第２ロール２０及び第３ロール３０に加圧される。また、第２対面位置Ｂにおいて、活物質層１２０が、第２ロール２０の外周面２１上から集電箔１１０の第１面１１１上に転写される。かくして、電極板１００が製造される。

以上、詳細に説明したように本実施形態に係る成膜装置１によれば、周速度が速い方の第２ロール２０の径が、第１ロール１０の径よりも小さく設定されている。これにより、周速度が速い方の第２ロール２０側への粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が大きくなり、粉粒体１３０の供給量が増えるため、第２ロール２０側への粉粒体１３０の供給不足を抑制することができる。従って、第１ロール１０と第２ロール２０との間（加工領域）に供給される粉粒体１３０における空間の発生が抑制されるため、第１ロール１０と第２ロールと２０により圧縮成形される活物質層１２０に成膜不良が発生することを抑制することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 成膜装置
１０ 第１ロール
２０ 第２ロール
３０ 第３ロール
４０ 粉粒体供給部
１００ 電極板
１２０ 活物質層
１３０ 粉粒体

Claims (1)

1. 所定の間隔で水平に対向配置された、第１ロールと前記第１ロールより周速度が速い第２ロールとを備え、これらのロール間へ粉粒体を鉛直方向から供給して前記粉粒体を圧縮成形することによりシート状物を成膜する成膜装置において、
   前記第２ロールの径は、前記第１ロールの径よりも小さい
   ことを特徴とする成膜装置。