JP2019055388A - 塗工装置および塗工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基材上に塗工液を間欠的に塗工する際に、塗工膜の損傷を抑制する。【解決手段】塗工装置は、基材の一方面側に配置され、第1吐出口を有する第1塗工ヘッドと、第1塗工ヘッドよりも搬送方向の下流側に配置され、第2吐出口を有する第2塗工ヘッドと、第1塗工ヘッドと第2塗工ヘッドとのそれぞれに対して塗工液を間欠的に供給することにより、第1塗工ヘッドと第2塗工ヘッドとのそれぞれから基材の一方面に向けて間欠的に塗工液を吐出させる塗工液供給機構と、第1塗工ヘッドにより形成される複数の塗工膜のうち隣り合う塗工膜に挟まれた複数の領域のそれぞれに、第2塗工ヘッドにより塗工膜を形成するように塗工液供給機構を制御する制御部と、を備え、第1塗工ヘッドの第1吐出口と、一方面のうち第1吐出口が対向する第1部分との間隔よりも、第2塗工ヘッドの第2吐出口と、一方面のうち第2吐出口が対向する第2部分との間隔が長い。【選択図】図2

Description

本発明は、基材に向けて塗工液を間欠的に塗工する塗工技術に関する。
このような間欠塗工を行う装置として、特許文献1には、連続的に供給される媒体の供給方向に前後して2つの塗布手段をコーティングヘッドのダイに設け、各塗布手段の各スリットより塗布液を独立して吐出する塗工装置が開示されている。当該装置は、各塗布手段を交互に起動させ、上流側の塗布手段で塗布パターンを形成後、下流側の塗布手段で塗布パターンを形成するようにして媒体上に間欠的に塗布液を塗布する。これにより、当該装置は、各塗布手段の作動間隔を大きくして、塗布パターン同士の間隔が小さい場合でも、間欠塗布の処理速度を向上することを図っている。
特開平10−43659号公報
しかしながら、特許文献1の塗工装置では、2つの吐出手段のスリット先端の各吐出口と、基材との間隔は同じであるため、上流側の塗布手段が塗布した塗布パターンに下流側の塗布手段が接触して当該塗布パターンを損傷するといった問題がある。
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、基材上に塗工液を間欠的に塗工して塗工膜を形成する際に、塗工膜の損傷を防止することができる技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、第1の態様に係る塗工装置は、長尺帯状の基材に対して間欠塗工する塗工装置であって、前記基材を長手方向に搬送する搬送部と、前記基材の一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第1吐出口を有する第1塗工ヘッドと、前記第1塗工ヘッドよりも前記搬送部による前記基材の搬送方向の下流側において前記一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第2吐出口を有する第2塗工ヘッドと、前記第1塗工ヘッドと前記第2塗工ヘッドとのそれぞれに対して塗工液を間欠的に供給することにより、前記第1塗工ヘッドと前記第2塗工ヘッドとのそれぞれから前記基材の前記一方面に向けて間欠的に前記塗工液を吐出させる塗工液供給機構と、前記第1塗工ヘッドにより前記基材の前記一方面上に間欠的に形成される複数の塗工膜のうち互いに隣り合う塗工膜に挟まれた前記一方面上の複数の領域のそれぞれに、第2塗工ヘッドにより塗工膜を形成するように、前記塗工液供給機構を制御する制御部と、を備え、前記第1塗工ヘッドの前記第1吐出口と、前記一方面のうち前記第1吐出口が対向する第1部分との間隔よりも、第2塗工ヘッドの第2吐出口と、前記一方面のうち前記第2吐出口が対向する第2部分との間隔が長い。
第2の態様に係る塗工装置は、第1の態様に係る塗工装置であって、前記第2塗工ヘッドは、その前記第2吐出口を規定する前記搬送方向の上流側先端部と下流側先端部とを含み、前記上流側先端部と前記基材の前記一方面の前記第2部分との間隔と、前記下流側先端部と前記第2部分との間隔とが異なる。
第3の態様に係る塗工装置は、第2の態様に係る塗工装置であって、前記第2塗工ヘッドの前記上流側先端部が前記下流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い。
第4の態様に係る塗工装置は、第2の態様に係る塗工装置であって、前記第2塗工ヘッドの前記下流側先端部が前記上流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い。
第5の態様に係る塗工方法は、長尺帯状の基材に対して間欠塗工する塗工方法であって、前記基材を長手方向に搬送する搬送工程と、前記基材の一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第1吐出口を有する第1塗工ヘッドと、前記第1塗工ヘッドよりも前記搬送工程における前記基材の搬送方向の下流側において前記一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第2吐出口を有する第2塗工ヘッドとのそれぞれから前記基材の前記一方面に向けて、前記搬送工程と並行して間欠的に塗工液を吐出する塗工液吐出工程と、を備え、前記塗工液吐出工程は、前記第1塗工ヘッドにより前記基材の前記一方面上に間欠的に形成される複数の塗工膜のうち互いに隣り合う塗工膜に挟まれた前記一方面上の複数の領域のそれぞれに、第2塗工ヘッドにより塗工膜を形成するように、前記第1塗工ヘッドと前記第2塗工ヘッドとのそれぞれから前記塗工液を吐出する工程であり、前記第1塗工ヘッドの前記第1吐出口と、前記一方面のうち前記第1吐出口が対向する第1部分との間隔よりも、第2塗工ヘッドの第2吐出口と、前記一方面のうち前記第2吐出口が対向する第2部分との間隔が長い。
第6の態様に係る塗工方法は、第5の態様に係る塗工方法であって、前記第2塗工ヘッドは、その前記第2吐出口を規定する前記搬送方向の上流側先端部と下流側先端部とを含み、前記上流側先端部と前記基材の前記一方面の前記第2部分との間隔と、前記下流側先端部と前記第2部分との間隔とが異なる。
第7の態様に係る塗工方法は、第6の態様に係る塗工方法であって、前記第2塗工ヘッドの前記上流側先端部が前記下流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い。
第8の態様に係る塗工方法は、第6の態様に係る塗工方法であって、前記第2塗工ヘッドの前記下流側先端部が前記上流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い。
第9の態様に係る塗工方法は、第5の態様に係る塗工方法であって、前記第2塗工ヘッドは、その前記第2吐出口を規定する前記搬送方向の上流側先端部と下流側先端部とを含み、当該塗工方法は、前記第2塗工ヘッドの前記上流側先端部と前記基材の前記一方面の前記第2部分との第1間隔と、前記第2塗工ヘッドの前記下流側先端部と前記第2部分との第2間隔との大小関係が前記塗工液の粘度に適した関係となるように、前記上流側先端部と前記下流側先端部との位置関係を、前記塗工液吐出工程に先立って設定する先端部設定工程、をさらに備える。
第10の態様に係る塗工方法は、第9の態様に係る塗工方法であって、前記先端部設定工程は、前記塗工液の粘度が所定の基準値よりも低い場合には、前記上流側先端部に係る前記第1間隔が、前記下流側先端部に係る前記第2間隔よりも広くなるように前記上流側先端部と前記下流側先端部との位置関係を設定し、前記塗工液の粘度が前記基準値よりも高い場合には、前記第1間隔が前記第2間隔よりも広くなるように当該位置関係を設定する工程である。
第1の態様に係る発明によれば、第1塗工ヘッドの第1吐出口と、基材の一方面のうち第1吐出口が対向する第1部分との間隔よりも、第2塗工ヘッドの第2吐出口と、当該一方面のうち第2吐出口が対向する第2部分との間隔が長い。従って、第1塗工ヘッドにより基材の一方面上に間欠的に形成される複数の塗工膜のうち互いに隣り合う塗工膜に挟まれた一方面上の複数の領域のそれぞれに、第2塗工ヘッドにより塗工膜を形成する際に、第1塗工ヘッドによって形成された塗工膜に第2塗工ヘッドが接触することを防止することができる。従って、当該塗工装置が基材上に塗工液を間欠的に塗工して塗工膜を形成する際に、塗工膜の損傷を防止することができる。
第2の態様に係る発明によれば、第2塗工ヘッドの上流側先端部と基材との間隔と、第2塗工ヘッドの下流側先端部と基材との間隔とが異なる。従って、第2塗工ヘッドの両先端部と基材との間に形成される塗工液の液溜まりを大きくすることができる。これにより、塗工液に空気が巻き込まれて塗工膜に気泡が混入することを抑制しつつ、第2塗工ヘッドと基材との間隔をより広くして第2塗工ヘッドによる塗工膜の損傷をより確実に防止することができる。
第3の態様に係る発明によれば、第2塗工ヘッドの上流側先端部が下流側先端部よりも基材の一方面に近いので、塗工液の粘度が低い場合に、第2塗工ヘッドの両先端部と基材との間に形成される塗工液の液溜まりを大きくすることができる。
第4の態様に係る発明によれば、第2塗工ヘッドの下流側先端部が上流側先端部よりも基材の一方面に近いので、塗工液の粘度が高い場合に、第2塗工ヘッドの両先端部と基材との間に形成される塗工液の液溜まりを大きくすることができる。
第5の態様に係る発明によれば、第1塗工ヘッドの第1吐出口と、基材の一方面のうち第1吐出口が対向する第1部分との間隔よりも、第2塗工ヘッドの第2吐出口と、当該一方面のうち第2吐出口が対向する第2部分との間隔が長い。従って、第1塗工ヘッドにより基材の一方面上に間欠的に形成される複数の塗工膜のうち互いに隣り合う塗工膜に挟まれた一方面上の複数の領域のそれぞれに、第2塗工ヘッドにより塗工膜を形成する際に、第1塗工ヘッドによって形成された塗工膜に第2塗工ヘッドが接触することを防止することができる。従って、当該塗工方法によって基材上に塗工液を間欠的に塗工して塗工膜を形成する際に、塗工膜の損傷を防止することができる。
第9の態様に係る発明によれば、第2塗工ヘッドの上流側先端部と基材との第1間隔と、第2塗工ヘッドの下流側先端部と基材との第2間隔との大小関係が塗工液の粘度に適した関係となるように、上流側先端部と下流側先端部との位置関係が、塗工液吐出工程に先立って先端部設定工程において設定される。従って、上流側先端部と下流側先端部との位置関係が塗工液の粘度に適している第2塗工ヘッドを、塗工液吐出工程において用いることができるので、第2塗工ヘッドの両先端部と基材との間に形成される塗工液の液溜まりを大きくすることができる。これにより、塗工液に空気が巻き込まれて塗工膜に気泡が混入することを抑制しつつ、第2塗工ヘッドと基材との間隔をより広くして第2塗工ヘッドによる塗工膜の損傷をより確実に防止することができる。
第10の態様に係る発明によれば、先端部設定工程は、塗工液の粘度が所定の基準値よりも低い場合には、上流側先端部に係る第1間隔が、下流側先端部に係る第2間隔よりも広くなるように上流側先端部と下流側先端部との位置関係を設定し、塗工液の粘度が基準値よりも高い場合には、第1間隔が第2間隔よりも広くなるように当該位置関係を設定する工程である。従って、塗工液の粘度が基準値よりも高い場合と低い場合との何れにおいても、第2塗工ヘッドと基材との間に形成される塗工液の液溜まりが大きくなる第2塗工ヘッドを用いて塗工液吐出工程を行うことができる。
本発明の実施形態に係る塗工装置を組み込んだ塗工膜形成システムの全体構成を示す図である。 図1の塗工装置の概略構成を示す図である。 図1の塗工装置により塗工膜が形成された基材を模式的に示す平面図である。 塗工ヘッドと基材との距離と、塗工ヘッドと基材との間に形成される液溜まりとの関係を説明するための図である。 塗工ヘッドと基材との距離が遠く、塗工液に空気が巻き込まれる状態を示す模式図である。 図5の塗工液によって塗工膜が形成された基材を例示する平面模式図である。 図5の塗工液によって塗工膜が形成された基材を例示する平面模式図である。 図1の塗工装置の塗工ヘッドの構成例を説明するための断面模式図である。 図1の塗工装置の塗工ヘッドの構成例を説明するための断面模式図である。 図1の塗工装置の塗工ヘッドの構成例を説明するための断面模式図である。 図1の塗工装置の塗工ヘッドの先端部の調整を説明するための図である。 図1の塗工膜形成システムの動作の一例を示すフローチャートである。 塗工ヘッドの先端部の調整手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る塗工装置を組み込んだ塗工膜形成システムの全体構成の他の例を示す図である。
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。
<1.塗工膜形成システムの全体構成>
図1は、本発明に係る塗工装置を組み込んだ塗工膜形成システム1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。
この塗工膜形成システム1は、基材としての金属箔の上に電極材料である活物質を含む塗工液6を塗工し、その塗工液6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。塗工膜形成システム1は、塗工装置10、乾燥部150および搬送機構80を備える。また、塗工膜形成システム1は、システム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。塗工膜形成システム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、塗工膜形成システム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は長尺のシート状の金属箔、すなわち長尺帯状の部材であり、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。
長尺の基材5は、巻き出しローラ81から送り出されて巻き取りローラ82によって巻き取られることにより、塗工装置10、乾燥部150の順に搬送される。搬送機構80は、これら巻き出しローラ81および巻き取りローラ82と複数の補助ローラ83とを備えて構成される。搬送機構80は、基材5の長手方向に沿う所定の搬送経路に沿って基材5を搬送する。すなわち、搬送機構80は、基材5をその長手方向に搬送する。なお、補助ローラ83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。
乾燥部150は、塗工装置10にて基材5の上に形成された塗工液6の塗工膜(「塗膜」とも称する)7の乾燥処理を行う。乾燥部150は、搬送機構80によって搬送される基材5を加熱することによって、塗工液6から溶剤を蒸発させて乾燥処理を行う。乾燥部150は、例えば、塗工液6の塗工膜7を緩やかに昇温させる予熱部、塗工膜7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、塗工膜7をより高温に加熱して膜中の歪みや残留応力を除去するアニール部、加熱された塗工膜7を冷却する冷却部などを備えていても良い。
なお、本明細書では、塗工ノズル11と塗工ノズル12とがそれぞれ塗工液6を基材5に向けて吐出するが、塗工ノズル11、塗工ノズル12が塗工液6を吐出して基材5に形成する塗工膜の総称として「塗工膜7」と記載する場合がある。また、塗工ノズル11が形成する塗工膜と、塗工ノズル12が形成する塗工膜とを区別する場合には、塗工ノズル11が形成する塗工膜を「塗工膜71」と記載し、塗工ノズル12が形成する塗工膜を「塗工膜72」と記載する場合がある。
<2.塗工装置>
図2は、本発明に係る塗工装置10の概略構成を示す図である。図3は、塗工装置10により塗工膜7が形成された基材5を模式的に示す平面図である。
塗工装置10は、主たる要素として塗工ノズル(「第1塗工ヘッド」)11、塗工ノズル(「第2塗工ヘッド」)12、と塗工液供給機構3とを備える。塗工液供給機構3は、貯留タンク20、供給配管30、37、38および循環配管40を備える。塗工液供給機構3は、塗工ノズル11と塗工ノズル12とのそれぞれに対して塗工液6を間欠的に供給することにより、塗工ノズル11と塗工ノズル12とのそれぞれから基材5の一方面5aに向けて間欠的に塗工液6を吐出させる。
塗工装置10は、基材5に対して塗工液6を間欠的に塗工することによって、塗工液6の間欠塗工を行う。貯留タンク20は、リチウムイオン二次電池の電極材料である活物質の溶液を塗工液6として貯留する。塗工膜形成システム1にて正極を製造する場合には、正極材料の塗工液6として、例えば正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO)、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)の混合液を貯留する。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)、マンガン酸リチウム(LiMn)、燐酸鉄リチウム(LiFePO)などを用いることもできる。
一方、塗工膜形成システム1にて負極を製造する場合には、負極材料の塗工液6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の混合液を貯留タンク20に貯留する。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(LiTi12)、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(HO)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6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。
貯留タンク20には、攪拌機およびエア加圧ユニットなどが付設されていても良い。攪拌機は、貯留タンク20に貯留されている塗工液6を攪拌して濃度分布を均一にする。エア加圧ユニットは、高圧の空気を貯留タンク20内の気相部分に送り込んで貯留されている塗工液6の液面を加圧する。
塗工液供給機構3は、供給バルブ32、34をさらに備える。貯留タンク20と塗工ノズル11とは供給配管30、37によって連通接続されている。貯留タンク20と塗工ノズル12とは供給配管30、38によって連通接続されている。供給配管30は、経路途中で供給バルブ32、34に接続する2つの配管に分岐しており、貯留タンク20に貯留されている塗工液6を供給バルブ32、34に向けて供給する。供給配管37は、供給バルブ32からの塗工液6を塗工ノズル11に向けて供給し、供給配管38は、供給バルブ34からの塗工液6を塗工ノズル12に向けて供給する。供給配管30、37、38としては、ステンレス管または樹脂管(フレキシブル配管を含む、以下同様)を用いることができる。供給配管30の経路途中にはポンプ31が介挿され、供給配管37の経路途中にはフィルタ33が介挿されている。また、供給配管30の経路途中から分岐して循環配管40が設けられている。循環配管40の基端側は、ポンプ31よりも下流側(塗工ノズル11に近い側)でフィルタ33よりも上流側の位置で供給配管30に接続され、先端側は貯留タンク20に接続されている。
ポンプ31は、循環配管40の接続部位よりも上流側(貯留タンク20に近い側)に設けられており、制御部90によって制御されて、貯留タンク20に貯留されている電極材料の塗工液6を供給配管30に圧送する。供給バルブ32、34は、制御部90によって制御されて、供給配管37の分岐した各流路を繰り返し開閉する。これにより、塗工ノズル11、12への塗工液6の供給/停止が繰り返し切り替えられる。具体的には、供給バルブ32は、供給配管37の開閉を繰り返し切り替えることで、塗工ノズル11から基材5の一方面5aに向けて塗工液6を間欠的に吐出させる。供給バルブ34は、供給配管38の開閉を繰り返し切り替えることで、塗工ノズル12から基材5の一方面5aに向けて塗工液6を間欠的に吐出させる。フィルタ33は、供給配管37が供給バルブ32、34に向かって分岐する部位と、供給配管37と循環配管40との接続部位との間の部分において供給配管37の経路に介挿され、供給配管37を塗工ノズル11、12に向けて流れる塗工液6から異物を取り除く。
塗工ノズル11(12)は、基材5の幅方向に沿ってスリット状の吐出口11a、12aを設けたスリットノズル(「スリットダイ」)である。吐出口11a、12aは、基材5の一方面5aに沿って基材5の長手方向に直交する方向に延びて一方面5aに対向する。塗工ノズル11(12)は、供給配管30、37(38)を経由して送給された塗工液6をバックアップローラ13(14)に押圧支持された状態で走行する基材5の表面に吐出口11a(12a)から塗工する。
塗工ノズル11(12)は、基材5の一方面5a側にそれぞれ配置されている。塗工ノズル12は、塗工ノズル11よりも搬送機構80による基材5の搬送方向の下流側に配置されている。
また、塗工ノズル11の吐出口(「第1吐出口」)11aと、一方面5aのうち吐出口11aが対向する第1部分P1との間隔D1よりも、塗工ノズル12の吐出口(「第2吐出口」)12aと、一方面5aのうち吐出口12aが対向する第2部分P2との間隔D2が長い。また、間隔D2は塗工ノズル12に対向して通過する塗工膜71の膜厚寸法よりも大きい。
供給配管30の経路途中から分岐して設けられた循環配管40の先端側は貯留タンク20に接続されている。供給配管30、37、38と同じく、循環配管40としてもステンレス管または樹脂管を用いることができる。循環配管40は、貯留タンク20から送出されて供給配管37から流れ込んだ塗工液6を貯留タンク20に還流させる。循環配管40には、循環バルブ41およびフィルタ43が介挿されている。循環バルブ41は、制御部90によって制御されて、循環配管40の流路を開閉する。フィルタ43は、循環バルブ41と貯留タンク20との間に設けられており、循環配管40を貯留タンク20へと向けて流れる塗工液6から異物を取り除く。
循環バルブ41を閉止しつつ供給バルブ32(34)を開放すると、貯留タンク20から送出された塗工液6は供給配管30,37(38)の全体にわたって流れ、塗工ノズル11(12)へと供給される。
一方、供給バルブ32(34)を閉止しつつ循環バルブ41を開放すると、貯留タンク20から送出された塗工液6は供給配管30の途中まで流れて循環配管40に流入し、再び貯留タンク20へと還流される。すなわち、供給バルブ32(34)は、貯留タンク20から送入される塗工液6の、供給配管37を介した塗工ノズル11(12)への送出/停止を繰り返し切り替えることで、塗工液6を塗工ノズル11(12)から間欠的に吐出させる切替手段として機能する。
供給バルブ32、34および循環バルブ41の開閉のタイミングは制御部90によって適宜に制御され、この開閉を繰り返し切り替えることで、基材5の所定位置に所定幅で塗工液6が間欠的に塗布される。制御部90は、塗工ノズル11により基材5の一方面5a上に間欠的に形成される複数の塗工膜71のうち互いに隣り合う塗工膜71に挟まれた一方面5a上の複数の領域のそれぞれに、塗工ノズル12により塗工膜72を形成するように、塗工液供給機構3を制御する。より詳細には、塗工装置10は、基材5の搬送方向における塗工膜71の前端、若しくは後端を検出するフォトセンサ36をさらに備える。フォトセンサ36は、制御部90と電気的に接続されており、フォトセンサ36の検出信号は、制御部90に供給される。制御部90は、当該検出信号に基づいて、塗工ノズル11が基材5に形成した塗工膜71の前端若しくは後端を検出する。制御部90は、検出したタイミングと、基材5の搬送経路における塗工ノズル11と塗工ノズル12との距離、および基材5の搬送速度等に基づいて、供給バルブ32、34の開閉のタイミングを制御して、隣り合う塗工膜71に挟まれた一方面5aにおける領域に塗工ノズル12から塗工液6を吐出させる。
このとき、塗工ノズル11と一方面5aとの間隔D1よりも、塗工ノズル12と、一方面5aとの間隔D2が長く、また、間隔D2は塗工ノズル12に対向して通過する塗工膜71の膜厚寸法よりも大きくなっている。この結果、塗工ノズル12が塗工膜71に接触することが防止されて、塗工膜71の損傷を防止することができる。
これにより、基材5の一方面5aには、図3に示されるように、塗工ノズル11により形成された塗工膜71と、塗工ノズル12により形成された塗工膜72とが基材5の搬送方向に沿って交互に並ぶ。塗工膜71と塗工膜72とは交互に略等間隔で並んでいる。隣り合う塗工膜71(72)同士の間隔は、塗工ノズル11のみによって間欠塗工を行う場合に比べて広くできる。従って、供給バルブ32、34に要求される応答時間に余裕ができるので、図3に示す未塗工長U1を短くすることができる。この結果、無駄になる基材5を減らすことができる。換言すれば、例えば、塗工ノズル11のみで間欠塗工を実行すると、供給バルブ32の応答時間に起因して未塗工長が上記未塗工長U1よりも長くなる。未塗工長が長くなるとリチウムイオン二次電池の製造に際し無駄になる基材5が多くなる。
また、図2の例示では、圧力計35が付設されている。圧力計35は例えば、循環配管40との接続部位とポンプ31との間の位置で供給配管30に設けられる。圧力計35が計測する測定値は制御部90に出力される。制御部90は例えば当該圧力が所望の値となるようにポンプ31の駆動速度(回転速度)を制御することができる。
さて塗工装置においては、上述の通り、供給配管37の基端に設けられる供給バルブ32(34)を開閉制御することで、供給配管37の先端に設けられる塗工ノズル11(12)からの塗工液6の間欠塗工を制御する。
<3.塗工ヘッドと基材との距離と、塗工液6の状態について>
図4は、塗工ノズル12を例として、塗工ノズル12と基材5との距離と、塗工ノズル12と基材5との間に形成される液溜まりとの関係を説明するための図である。この関係は、塗工ノズル11が吐出する塗工液6についても当てはまる。
図4には、塗工ノズル12の上流側先端部121と基材5の一方面5aとの間隔と、上流側先端部121と一方面5aとの間隔とが等しい場合が示されている。
塗工ノズル11と塗工ノズル12とによって、図3に示されるように、基材5上に交互に塗工膜7を形成する場合、塗工ノズル12が形成した塗工膜71の厚みよりも、塗工ノズル12と基材5との間隔D2が狭い場合、塗工ノズル12が塗工膜71に衝突してしまう。
そこで、塗工装置10は、上述のように、塗工ノズル11の吐出口11aと、一方面5aのうち吐出口11aが対向する第1部分P1との間隔D1よりも、塗工ノズル12の吐出口12aと、一方面5aのうち吐出口12aが対向する第2部分P2との間隔D2が長く設定されている(図2参照)。
以下では、間隔D2を長くしていった場合の影響について説明する。
図4には、上流側先端部121、下流側先端部122と、一方面5aとの間隔が間隔H1に設定されている塗工ノズル12が実線で示されるとともに、当該塗工ノズル12から吐出された塗工液6の輪郭が実線にて示されている。さらに、当該間隔が間隔H1よりも大きい間隔H2に設定されている塗工ノズル12が一点鎖線にて示されているとともに、当該塗工ノズル12から吐出された塗工液6の輪郭が破線にて示されている。
例えば、塗工液6の粘度が4000cpで、基材5への吐出直後の乾燥前における塗工膜7の膜厚が100umであれば、塗工ノズルと基材5との間隔(「塗工ギャップ」とも称される)は、例えば、70μm〜130μm程度に設定される。
この場合、例えば、間隔H1が70μmで、間隔H2が130μmであるとすると、間隔H1が間隔H2に変動すると、図4に示されるように、搬送方向の上流側における塗工液6のメニスカスは、上方(下流側)に移動し、下流側のメニスカスは、下方(上流側)に移動する。
図5は、塗工ヘッドと基材5との間隔H3が図4の間隔H2よりもさらに長くなり、塗工液6に空気が巻き込まれる状態を示す模式図である。間隔H2が間隔H3になった場合、基材5に吐出された塗工液6の上流側のメニスカスは、図4において破線で示された状態からさらに上方(下流側)に移動し、上流側先端部121の基材5に対向する先端面の下流側の端部に到達する。この状態になると、塗工液6に対して搬送方向の上流側から空気が塗工液6に巻き込まれて塗工液6内に進入し、塗工液6内に多数の気泡201が生ずる。また、塗工液6内に多数の気泡201が上流側から進入したことにより塗工液6が下流側へと押し出され、押し出された塗工液601は、下流側先端部122の下流側の側面に達する。
図6、図7は、図5の塗工液6によって塗工膜7が形成された基材5を例示する平面模式図である。図5に示されるように、塗工液6内に上流側から空気が巻き込まれて塗工液6内で多数の気泡201になると、図6に示されるように、基材5に形成された塗工膜7には、多数の気泡201が含まれ、塗工膜7は、要求される品質を満たさない。
また、図5に示されるように、気泡201に押し出された塗工液601が、下流側先端部122の下流側の側面に達すると、図7に示されるように、塗工液6が塗工液601によって引っ張られることによって、形成された塗工膜7の表面に、搬送方向に延在する筋202が生ずる。これにより、塗工膜7は、要求される品質を満たさない。
<4.塗工ヘッドの構成例>
図8〜図10は、それぞれ、塗工装置10の塗工ノズル12の構成例を説明するための断面模式図である。
塗工ノズル12は、上述した塗工液6への空気の巻き込みにより生ずる問題を抑制するために、図8〜図10に例示される各構成を採用し得る。
図8、図9に示される塗工ノズル12は、その吐出口12aを規定する搬送方向の上流側先端部121と下流側先端部122とを含んでいる。上流側先端部121と基材5の一方面5aの第2部分P2との間隔D2Fと、下流側先端部122と第2部分P2との間隔D2Rとが異なっている。
図8の例では、塗工ノズル12の上流側先端部121が下流側先端部122よりも基材5の一方面5aに近い。
逆に、図9の例では、塗工ノズル12の下流側先端部122が上流側先端部121よりも基材5の一方面5aに近い。
なお、図10の例では、図4、図5の例と同様に、間隔D2Fと間隔D2Rとは等しくなっている。塗工条件によっては、図10に示される構成を用いたとしても、塗工ノズル11が形成する塗工膜71に塗工ノズル12の先端部が衝突せず、かつ、図5、図6に示されるような不具合も発生しない場合がある。従って、塗工ノズル12として図10の構成が採用されてもよい。
図8〜図10においては、塗工ノズル12と基材5との間隔D2は、何れも等しい。間隔D2は、上流側先端部121の先端と基材5(第2部分P2)との間隔と、下流側先端部122の先端と基材5(第2部分P2)との間隔のうち短い間隔である。
図8、図9に示されるように、間隔D2Fと間隔D2Rとが異なっていると、塗工ノズル12における圧力損失は、吐出口12aの上流側と、下流側とで異なって、図10に示される塗工液6の液溜まり63に比べて、図8、図9の液溜まり61、液溜まり62は、大きくなる。これにより、図8、図9の状態から間隔D2をさらに長くしたとしても、基材5の搬送方向の上流側から塗工液6内への空気の巻き込みを抑制できる。
図8の例では、間隔D2Fが、間隔D2Rよりも短いので、塗工ノズル12における圧力損失は、吐出口12aの上流側が小さく、下流側が大きい。このため、液溜まり61は、下流側において大きくなる。図8に示される構成は、粘度が低い塗工液6に対して適用することが好ましい。粘度が低い場合には、粘度が高い場合に比べて、基材5の移動にともなって基材5に吐出された塗工液6が下流側に引っ張られにくいので、液溜まり61を大きくできる。
図9の例では、間隔D2Fが、間隔D2Rよりも長いので、塗工ノズル12における圧力損失は、吐出口12aの上流側が大きく、下流側が小さい。このため、液溜まり62は、下流側において大きくなる。図9に示される構成は、粘度が高い塗工液6に対して適用されることが好ましい。粘度が高い場合には、粘度が低い場合に比べて、形成された液溜まり62が、上流側(下方)に流れ出しにくいので、液溜まり62を大きくできる。
<5.塗工膜形成システムの動作>
図11は、塗工装置10の塗工ノズル12の先端部(上流側先端部121、下流側先端部122)の調整を説明するための図である。図12、図13は、塗工膜形成システム1(塗工装置10)の動作の一例を示すフローチャートである。
以下に、図11等の図面を参照しつつ、図12、図13のフローチャートに基づいて塗工膜形成システム1(塗工装置10)の動作を説明する。
図12のステップS10では、塗工ノズル12の両先端部(上流側先端部121、下流側先端部122)の位置関係の調整(先端部設定工程)が行われる。
ステップS10の処理が開始されると、図13のステップS110で、例えば、作業者が塗工液6の粘度が所定の基準値よりも低いか否かを判定する。
ステップS110での判定の結果、塗工液6の粘度が基準値よりも低い場合には、作業者は、ステップS120において、図8に示されるように、塗工ノズル12の上流側先端部121が下流側先端部122よりも基材5の一方面5aに近い(一方面5a側に突出した)「フロント突出形状」の塗工ノズル12を塗工装置10に取り付ける。
当該塗工ノズル12は、例えば、図11に示されるように、上流側先端部121と上流側先端部121とを基台199上に設置し、上流側先端部121の基端と、基台199との間にスペーサー198を挿入した状態で、吐出口12aが形成されるように上流側先端部121と下流側先端部122とをネジ止め等によって固定することによって調整される。スペーサー198の高さは、上流側先端部121と下流側先端部122とのそれぞれの先端間に、所望長さの段差ができるように設定される。
ステップS110の判定の結果、塗工液6の粘度が基準値以上である場合には、ステップS130の処理が行われる。
ステップS130では、作業者は、図9に示されるように、塗工ノズル12の下流側先端部122が上流側先端部121よりも基材5の一方面5aに近い「リア突出形状」の塗工ノズル12を塗工装置10に取り付ける。塗工ノズル12を「リア突出形状」に調整する場合には、図11の調整において、スペーサー198は、下流側先端部122の下方に挿入される。
作業者が、ステップS110〜S130を行う代わりに、塗工装置10が予め調整された「フロント突出形状」の塗工ノズル12と、「リア突出形状」の塗工ノズル12とをそれぞれ備えており、所定の交換機構によって、これらの塗工ノズル12を移動させて塗工装置10への取付を行ってもよい。
ステップS10の処理は、塗工ノズル12の上流側先端部121と基材5の一方面5aの第2部分P2との第1間隔D2Fと、塗工ノズル12の下流側先端部122と第2部分P2との第2間隔D2Rとの大小関係が塗工液6の粘度に適した関係となるように、上流側先端部121と下流側先端部122との位置関係を、塗工液6吐出工程に先立って設定する処理である。
この処理は、具体的には、例えば、塗工液6の粘度が所定の基準値よりも低い場合には、上流側先端部121に係る第1間隔D2Fが、下流側先端部122に係る第2間隔D2Rよりも広くなるように上流側先端部121と下流側先端部122との位置関係を設定し、塗工液6の粘度が基準値よりも高い場合には、第1間隔D2Fが第2間隔D2Rよりも広くなるように当該位置関係を設定する処理である。
ステップS120またはステップS130の処理が終了すると、図12のステップS20の処理が行われる。
ステップS20では、塗工膜形成システム1(塗工装置10)は、基材5の搬送を開始する。塗工膜形成システム1が搬送機構80を駆動して、基材5を所定の搬送経路に沿って、所定の搬送方向へ移動させる。
ステップS30では、塗工装置10は、基材5への塗工膜7(塗工膜71、塗工膜72)の形成を行う。上述したように、制御部90は、フォトセンサ36の出力信号に基づいて、供給バルブ32、34の開閉制御を行う。基材5の搬送速度は、例えば、60m/秒〜100m/秒に設定され、塗工膜71と塗工膜72との間の未塗工長U1は、例えば、10mm〜20mm程度に設定される。塗工装置10は、基材5に対して、定められた個数の複数の塗工膜7を形成する。
ステップS40では、塗工膜形成システム1は、搬送機構80によって塗工膜7が形成された基材5(基材5の塗工膜7)を乾燥部にて乾燥させる。
ステップS50では、塗工膜形成システム1は、搬送機構80を停止させて基材5の搬送を終了し、図12の動作を終了する。
<6.塗工膜形成システムの他の構成例>
図14は、実施形態に係る塗工装置10を組み込んだ塗工膜形成システム1の全体構成の他の例を示す図である。図1の塗工膜形成システム1は、塗工ノズル12は、基材5の搬送方向の上流側から下流側に向かって、上方に移動する搬送経路の途中で塗工膜72を形成していた。しかし、図14に示されるように、塗工ノズル12により形成された塗工膜72が、略水平な経路に沿って乾燥部150側に搬送される構成が採用されてもよい。
以上のように構成された本実施形態に係る塗工装置によれば、塗工ノズル11の吐出口11aと、基材5の一方面5aのうち吐出口11aが対向する第1部分P1との間隔D1よりも、塗工ノズル12の吐出口12aと、当該一方面5aのうち吐出口12aが対向する第2部分P2との間隔D2が長い。従って、塗工ノズル11により基材5の一方面5a上に間欠的に形成される複数の塗工膜71のうち互いに隣り合う塗工膜71に挟まれた一方面5a上の複数の領域のそれぞれに、塗工ノズル12により塗工膜72を形成する際に、塗工ノズル11によって形成された塗工膜71に塗工ノズル12が接触することを防止することができる。従って、当該塗工装置が基材5上に塗工液6を間欠的に塗工して塗工膜7を形成する際に、塗工膜7の損傷を防止することができる。
また、本実施形態に係る塗工装置によれば、塗工ノズル12の上流側先端部121と基材5との間隔D2Fと、塗工ノズル12の下流側先端部122と基材5との間隔D2Rとが異なる。従って、塗工ノズル12の両先端部と基材5との間に形成される塗工液6の液溜まりを大きくすることができる。これにより、塗工液6に空気が巻き込まれて塗工膜72に気泡が混入することを抑制しつつ、塗工ノズル12と基材5との間隔D2をより広くして塗工ノズル12による塗工膜71の損傷をより確実に防止することができる。
また、本実施形態に係る塗工装置によれば、塗工ノズル12の上流側先端部121が下流側先端部122よりも基材5の一方面5aに近いので、塗工液6の粘度が低い場合に、塗工ノズル12の両先端部と基材5との間に形成される塗工液6の液溜まりを大きくすることができる。
また、本実施形態に係る塗工装置によれば、塗工ノズル12の下流側先端部122が上流側先端部121よりも基材5の一方面5aに近いので、塗工液6の粘度が高い場合に、塗工ノズル12の両先端部と基材5との間に形成される塗工液6の液溜まりを大きくすることができる。
また、以上のような本実施形態に係る塗工方法によれば、塗工ノズル11の吐出口11aと、基材5の一方面5aのうち吐出口11aが対向する第1部分P1との間隔D1よりも、塗工ノズル12の吐出口12aと、当該一方面5aのうち吐出口12aが対向する第2部分P2との間隔D2が長い。従って、塗工ノズル11により基材5の一方面5a上に間欠的に形成される複数の塗工膜71のうち互いに隣り合う塗工膜71に挟まれた一方面5a上の複数の領域のそれぞれに、塗工ノズル12により塗工膜72を形成する際に、塗工ノズル11によって形成された塗工膜71に塗工ノズル12が接触することを防止することができる。従って、当該塗工方法によって基材5上に塗工液6を間欠的に塗工して塗工膜7を形成する際に、塗工膜7の損傷を防止することができる。
また、本実施形態に係る塗工方法によれば、塗工ノズル12の上流側先端部121と基材5との第1間隔D2Fと、塗工ノズル12の下流側先端部122と基材5との第2間隔D2Rとの大小関係が塗工液6の粘度に適した関係となるように、上流側先端部121と下流側先端部122との位置関係が、塗工液吐出工程に先立って先端部設定工程において設定される。従って、上流側先端部121と下流側先端部122との位置関係が塗工液6の粘度に適している塗工ノズル12を、塗工液吐出工程において用いることができるので、塗工ノズル12の両先端部と基材5との間に形成される塗工液6の液溜まりを大きくすることができる。これにより、塗工液6に空気が巻き込まれて塗工膜72に気泡が混入することを抑制しつつ、塗工ノズル12と基材5との間隔D2をより広くして塗工ノズル12による塗工膜71の損傷をより確実に防止することができる。
また、本実施形態に係る塗工方法によれば、先端部設定工程は、塗工液6の粘度が所定の基準値よりも低い場合には、上流側先端部121に係る第1間隔D2Fが、下流側先端部122に係る第2間隔D2Rよりも広くなるように上流側先端部121と下流側先端部122との位置関係を設定し、塗工液6の粘度が基準値よりも高い場合には、第1間隔D2Fが第2間隔D2Rよりも広くなるように当該位置関係を設定する工程である。従って、塗工液6の粘度が基準値よりも高い場合と低い場合との何れにおいても、塗工ノズル12と基材5との間に形成される塗工液6の液溜まりが大きくなる塗工ノズル12を用いて塗工液吐出工程を行うことができる。
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 塗工膜形成システム
10 塗工装置
11 塗工ノズル(第1塗工ヘッド)
12 塗工ノズル(第2塗工ヘッド)
111,121 上流側先端部
112,122 下流側先端部
11a 吐出口(第1吐出口)
12a 吐出口(第2吐出口)
3 塗工液供給機構
37 供給配管
31 ポンプ
32,34 供給バルブ
30,37,38 供給配管
5 基材
80 搬送機構(搬送部)
90 制御部
D1,D2 間隔
D2F 間隔(第1間隔)
D2R 間隔(第2間隔)

Claims (10)

  1. 長尺帯状の基材に対して間欠塗工する塗工装置であって、
    前記基材を長手方向に搬送する搬送部と、
    前記基材の一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第1吐出口を有する第1塗工ヘッドと、
    前記第1塗工ヘッドよりも前記搬送部による前記基材の搬送方向の下流側において前記一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第2吐出口を有する第2塗工ヘッドと、
    前記第1塗工ヘッドと前記第2塗工ヘッドとのそれぞれに対して塗工液を間欠的に供給することにより、前記第1塗工ヘッドと前記第2塗工ヘッドとのそれぞれから前記基材の前記一方面に向けて間欠的に前記塗工液を吐出させる塗工液供給機構と、
    前記第1塗工ヘッドにより前記基材の前記一方面上に間欠的に形成される複数の塗工膜のうち互いに隣り合う塗工膜に挟まれた前記一方面上の複数の領域のそれぞれに、第2塗工ヘッドにより塗工膜を形成するように、前記塗工液供給機構を制御する制御部と、
    を備え、
    前記第1塗工ヘッドの前記第1吐出口と、前記一方面のうち前記第1吐出口が対向する第1部分との間隔よりも、第2塗工ヘッドの第2吐出口と、前記一方面のうち前記第2吐出口が対向する第2部分との間隔が長い、塗工装置。
  2. 請求項1に記載の塗工装置であって、
    前記第2塗工ヘッドは、その前記第2吐出口を規定する前記搬送方向の上流側先端部と下流側先端部とを含み、
    前記上流側先端部と前記基材の前記一方面の前記第2部分との間隔と、前記下流側先端部と前記第2部分との間隔とが異なる、塗工装置。
  3. 請求項2に記載の塗工装置であって、
    前記第2塗工ヘッドの前記上流側先端部が前記下流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い、塗工装置。
  4. 請求項2に記載の塗工装置であって、
    前記第2塗工ヘッドの前記下流側先端部が前記上流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い、塗工装置。
  5. 長尺帯状の基材に対して間欠塗工する塗工方法であって、
    前記基材を長手方向に搬送する搬送工程と、
    前記基材の一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第1吐出口を有する第1塗工ヘッドと、前記第1塗工ヘッドよりも前記搬送工程における前記基材の搬送方向の下流側において前記一方面側に配置され、前記一方面に沿って前記長手方向に直交する方向に延びて前記一方面に対向するスリット状の第2吐出口を有する第2塗工ヘッドとのそれぞれから前記基材の前記一方面に向けて、前記搬送工程と並行して間欠的に塗工液を吐出する塗工液吐出工程と、
    を備え、
    前記塗工液吐出工程は、
    前記第1塗工ヘッドにより前記基材の前記一方面上に間欠的に形成される複数の塗工膜のうち互いに隣り合う塗工膜に挟まれた前記一方面上の複数の領域のそれぞれに、第2塗工ヘッドにより塗工膜を形成するように、前記第1塗工ヘッドと前記第2塗工ヘッドとのそれぞれから前記塗工液を吐出する工程であり、
    前記第1塗工ヘッドの前記第1吐出口と、前記一方面のうち前記第1吐出口が対向する第1部分との間隔よりも、第2塗工ヘッドの第2吐出口と、前記一方面のうち前記第2吐出口が対向する第2部分との間隔が長い、塗工方法。
  6. 請求項5に記載の塗工方法であって、
    前記第2塗工ヘッドは、その前記第2吐出口を規定する前記搬送方向の上流側先端部と下流側先端部とを含み、
    前記上流側先端部と前記基材の前記一方面の前記第2部分との間隔と、前記下流側先端部と前記第2部分との間隔とが異なる、塗工方法。
  7. 請求項6に記載の塗工方法であって、
    前記第2塗工ヘッドの前記上流側先端部が前記下流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い、塗工方法。
  8. 請求項6に記載の塗工方法であって、
    前記第2塗工ヘッドの前記下流側先端部が前記上流側先端部よりも前記基材の前記一方面に近い、塗工方法。
  9. 請求項5に記載の塗工方法であって、
    前記第2塗工ヘッドは、その前記第2吐出口を規定する前記搬送方向の上流側先端部と下流側先端部とを含み、
    当該塗工方法は、
    前記第2塗工ヘッドの前記上流側先端部と前記基材の前記一方面の前記第2部分との第1間隔と、前記第2塗工ヘッドの前記下流側先端部と前記第2部分との第2間隔との大小関係が前記塗工液の粘度に適した関係となるように、前記上流側先端部と前記下流側先端部との位置関係を、前記塗工液吐出工程に先立って設定する先端部設定工程、
    をさらに備える、塗工方法。
  10. 請求項9に記載の塗工方法であって、
    前記先端部設定工程は、
    前記塗工液の粘度が所定の基準値よりも低い場合には、前記上流側先端部に係る前記第1間隔が、前記下流側先端部に係る前記第2間隔よりも広くなるように前記上流側先端部と前記下流側先端部との位置関係を設定し、前記塗工液の粘度が前記基準値よりも高い場合には、前記第1間隔が前記第2間隔よりも広くなるように当該位置関係を設定する工程である、塗工方法。
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