JP4264914B2

JP4264914B2 - 塗布装置

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Publication number: JP4264914B2
Application number: JP22419699A
Authority: JP
Inventors: 捷利壬生
Original assignee: ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001046934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方方向に連続して供給される長尺のシート状部材に対して塗布材料を塗布する、特にシート状部材に対して塗布材料を一定間隔毎に塗布する、いわゆる間欠塗布を行う塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばバッテリの発電要素たる正極材及び負極材に使用される電極材は、電極集電体となる金属箔、具体的には正極材の場合には正極集電体となるアルミニウム箔等、また負極材の場合には負極集電体となる銅箔等の幅広かつ長尺の原反（シート状部材を巻いた物）に対して、電極活物質を主成分とするペースト状の塗布材料（以下、電極塗料と称して説明する。）が塗布された電極活物質層が形成されてなる。電極集電体原反には、上述した電極塗料がバッテリ１個あたりの電極長に対応するように長手方向に一定間隔毎に予め定められた塗布パターンで塗布される。換言すると、電極集電体原反においては、その長手方向について一定間隔毎に電極塗料が塗布される、いわゆる間欠塗布が行われる。
【０００３】
バッテリの電極材は、上述した塗布パターンにより電極塗料が塗布された電極集電体の原反がバッテリ１個あたりの長さ寸法及び幅寸法に裁断されて、個々のバッテリ用の正極又は負極としてバッテリの生産工程に投入される。
【０００４】
電極塗料が塗布された部分を含む電極材全体の厚み（以下、塗布厚と称して説明する。）や電極集電体に塗布された電極塗料の長手方向の寸法（以下、塗布長と称して説明する。）は、バッテリの容量のみならずバッテリの外形寸法に対しても大きな影響を与える。このため、電極集電体原反に対する電極塗料の塗布工程では、塗布厚や塗布長を正確に計測し、一定の塗布厚及び塗布長となるように電極塗料の塗布状態を制御する必要がある。
【０００５】
従来、上述した塗布厚や塗布長の計測は、放射線型の膜厚測定器が多く用いられており、またこの他には、例えば接触型の変位センサが用いられて行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放射線型の膜厚測定器は、測定速度が遅いため塗布厚とともに塗布長をリアルタイムに計測することが困難であり、また装置自体のコストも高い。このため、放射線型の膜厚測定器を使用する際には、塗布長を管理するセンサを別個に設置して、一つの生産システム上に２種類のセンサで塗布厚と塗布長とをそれぞれ測定、管理する必要があり、生産システムの複雑化やコストアップの要因となっている。
【０００７】
また、放射線型の膜厚測定器の使用に際しては、作業者に対する被曝防止対策が必要であり、生産システムの設置場所に立ち入り制限区域等のデッドスペースを設けたり、作業者に対する定期的な健康管理の実施等、生産管理上の煩わしさもある。
【０００８】
接触型の変位センサは、塗布厚や塗布長を測定するための基準面が必要であり、さらにはその基準面を常に一定に保たなければ測定誤差が生じる等の問題がある。また、接触型の変位センサは、センサの接触子をシート状部材に対して所定の測定圧をもって直接接触させて測定を行うため、間欠塗布の際に生じる塗布部と不塗布部との段差に引っかかる等してシート状部材や電極塗料の塗布層を傷つけたり破断する可能性があり、品質維持の面からも問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するために提案されたものであり、シート状部材に塗布された塗料の塗布厚と塗布長とを１種類のセンサで高精度に測定する塗布装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る塗布装置は、一方方向に連続して供給される長尺のシート状部材に塗布材料を塗布する塗布部と、塗布部において塗布材料が塗布されたシート状部材における塗布厚を計測する非接触型のセンサと、回転してシート状部材を下流側に供給するとともに外周面がセンサによる塗布厚の計測の基準面となる基準ローラと、基準ローラの回転角度を少なくとも一回転内において絶対回転角度で検出する回転検出機構とを有する計測部と、計測部における計測結果をもとにシート状部材における塗布材料の塗布厚及び／又は塗布長を演算する計測処理部と、計測処理部における演算結果を得て塗布部における塗布材料の塗布長及び塗布厚を制御する塗布制御部とを備えてなる。この塗布装置の計測部は、センサがシート状部材の塗布厚を計測するとともに、回転検出部がセンサにおける塗布厚の検出結果を基に基準ローラの絶対回転角度からシート状部材の供給量を求めて塗布長を計測し、上記計測処理部は、上記シート状部材が供給されていない状態における上記基準ローラの絶対回転角度毎の外周面の位置を上記計測部の上記センサで測定した測定値に基づき、上記計測部における上記シート状部材が供給されている状態での塗布厚の測定値を補正することを特徴とする。
【００１１】
上述した構成を有する本発明に係る塗布装置によれば、塗料が塗布されたシート状部材の塗布厚や塗布長を１種類のセンサで測定してシート状部材における塗布材料の塗布状態が高精度に測定される。このため、本発明に係る塗布装置は、シート状部材に対して塗料材料を塗布する工程を含む生産システムの構成が簡略化され、またコストの低減や信頼性の向上に寄与する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る塗布装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。塗布装置は、バッテリの発電要素となる正極材及び負極材を作製する際に使用され、電極集電体となるアルミニウム箔や銅箔等のシート状の金属箔に対し、正極活物質又は負極活物質を主成分とするペースト状の電極塗料の塗布を行う。なお、金属箔は、幅広かつ長尺の原反の状態で塗布装置を使用する電極材の生産システムに投入され、電極塗料塗布後に１個あたりのバッテリの正極材又は負極材に必要な所定幅及び所定長さに裁断される。
【００１３】
塗布装置１は、図１に示すように、巻出しローラ（図示は省略する。）から一定方向、具体的には同図中矢印Ａ方向に供給される金属箔２に対して電極塗料３を塗布する塗布部１０と、該塗布部１０において塗布された電極塗料３を乾燥させる乾燥部２０と、電極塗料３が塗布された金属箔２の状態を測定する計測部３０と、該計測部３０において測定された測定値を演算処理する計測処理部４０と、該計測処理部４０における演算処理結果に基づき塗布部１０における電極塗料の塗布を制御する塗布制御部５０とを備えて構成される。
【００１４】
塗布部１０は、巻出しローラから連続して供給される金属箔２の両面（以下、特に区別して説明する場合には、一方の面を第一面２ａと、他方の面を第二面２ｂとそれぞれ称して説明する。）に対して電極塗料３を塗布する。塗布部１０には、金属箔２の走行方向を変更しかつ該金属箔２に対して所定のテンションを付与するガイドローラ１１と、金属箔２を挟んで相対向して設けられる塗料塗布機構１２，１３とを備えて構成される。ガイドローラ１１は、円柱形状を呈して形成され、その外周面に第二面２ｂ側が接するように金属箔２が掛けられる。塗料塗布機構１２，１３は、ガイドローラ１１の下流側に位置して配設され、例えば金属箔２と対向位置して設けられ電極塗料３の吐出口を開閉するシャッタが操作されることにより、ガイドローラ１１を経て供給される金属箔２の第一面２ａ及び第二面２ｂにペースト状の電極塗料３を吐出し塗布する。
【００１５】
塗布部１０においては、金属箔２に対して一定間隔ごとに電極塗料３が塗布される、いわゆる間欠塗布が行われる。したがって、金属箔２は、電極塗料３が塗布された部分が、金属箔２がそのまま露出する不塗布部４を挟んで一定間隔ごとに設けられる。塗布部１０は、詳細を後述するように塗布制御部５０により塗料塗布機構１２，１３が制御され、金属箔２に対する電極塗料３の塗布間隔や塗布量が調整される。
【００１６】
乾燥部２０は、塗布部１０において金属箔２に塗布された電極塗料３を乾燥させる、例えばドライヤ等が金属箔２を挟んで第一面２ａ及び第二面２ｂに臨むように配設されて構成される。乾燥部２０においては、塗布部１０で金属箔２に塗布されたペースト状の電極塗料３がドライヤの温風等により乾燥して、電極塗料３の層が形成される。
【００１７】
計測部３０は、金属箔２に塗布された電極塗料３の状態、具体的には金属箔２における電極塗料３の塗布厚と塗布長とを計測する。なお、ここで塗布厚とは、第一面２ａ及び／又は第二面２ｂに電極塗料３が塗布された部分を含む金属箔２の総厚を、塗布長とは第一面２ａ及び第二面２ｂに塗布された電極塗料３の長手方向の寸法をいう。
【００１８】
計測部３０は、図２に示すように、金属箔２の第一面２ａと対向して配設される変位センサ３１と、変位センサ３１と対向して配設され金属箔２の第二面２ｂ側が掛けられる基準ローラ３２と、基準ローラ３２の回転角を検出する回転検出機構３３とを備えてなる。
【００１９】
計測部３０には、電極塗料３の塗布幅Ｗｐの両端部近傍及びその略中央部に位置するように３個の変位センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（以下、特に区別して説明する場合を除き変位センサ３１と総称する。）が配設される。変位センサ３１は、光学式の非接触型センサであり、基準ローラ３２の外周面を基準として、電極塗料３が塗布された金属箔２の塗布厚を測定する。変位センサ３１としては、測定対象が金属箔２であることから、光沢のある金属面に対しても安定な距離の検出が可能な正反射式のレーザ変位センサを用いるのが好適である。
【００２０】
基準ローラ３２は、円筒状を呈して形成され、その外周面に上述したように連続して供給される金属箔２の第二面２ｂが掛けられ、回転することにより金属箔２を送り出す。基準ローラ３２は、その外周面が上述した変位センサ３１による電極塗料３の塗布厚測定の際の基準面を構成する。
【００２１】
回転検出機構３３は、基準ローラ３２に接して配設される円盤状の伝達リム３４と、この伝達リム３４と連動して回転するロータリーエンコーダ３５とを備えて構成される。回転検出機構３３は、基準ローラ３２の回転が伝達リム３４を介してロータリーエンコーダ３５に伝達される。回転検出機構３３は、上述したようにロータリーエンコーダ３５に伝達された基準ローラ３２の回転から基準ローラ３２の回転角度をロータリーエンコーダ３５の分解能に対応した精度で検出する。回転検出機構３３では、ロータリーエンコーダ３５で検出した基準ローラ３２の回転角度と、予め計測された基準ローラ３２の半径とに基づいて、金属箔２の供給量が正確に計測される。
【００２２】
また、回転検出機構３３は、基準ローラ３２の一端面に設けられた回転検出用の原点３２ａを検出する原点センサ３６が配設されており、該原点センサ３６の出力位置を基準としてロータリーエンコーダ３５の出力を計測して、基準ローラ３２の回転角度を一回転にわたり、絶対回転角として検出可能な構成とされている。
【００２３】
なお、回転検出機構３３は、上述したような構成に限定されるものではなく、他の構成を備えるものであってもよい。回転検出機構３３は、例えば図示は省略するが基準ローラ３２の回転軸に直接アブソリュートエンコーダを設置し、基準ローラ３２の回転角度を直接絶対位置で検出する構成としてもよい。
【００２４】
計測部３０は、上述したように変位センサ３１において計測された電極塗料３の計測データ及び基準ローラ３２の回転に関するデータを計測処理部４０に対して出力する。計測部３０において電極塗料３の塗布厚や塗布長が計測された金属箔２は、計測部３０の下流側に位置して配設される巻き取りローラ６０によって巻き取られる。
【００２５】
計測処理部４０は、計測部３０から出力された測定データに対して演算処理を施し、演算処理後の塗布厚及び塗布長に関する測定データと予め設定された金属箔２の塗布厚及び塗布長に関する目標寸法との差に応じた制御信号を塗布制御部５０に送る。
【００２６】
塗布制御部５０は、上述した計測処理部４０の制御信号に従い、塗布部１０に設けられる塗料塗布機構１２，１３の動作、例えば塗料塗布機構１２，１３におけるシャッタの開閉のタイミングや塗料の吐出量を制御して、金属箔２に対する塗布厚や塗布長を上述した目標寸法に近づく適切な値に調整する。
【００２７】
塗布装置１は、上述したように１種類の変位センサ３１で金属箔２における電極塗料３の塗布厚及び塗布長が測定されるため、該装置を含む電極材の生産システム構成が簡略化され、生産コストが低減し、また生産システムの信頼性が向上する。
【００２８】
また、塗布装置１は、計測部３０における塗布厚の測定に使用する変位センサ３１に光学式の非接触型センサを用いるため、従来のように放射線型の膜厚測定器を用いる場合に比して、立入禁止区域等の作業上の安全のためにデッドスペースを設けたり、作業者の定期的な健康管理等の生産上の煩わしさがなくなる。変位センサ３１に用いられる光学式の非接触型センサは、その応答速度が従来の放射線型の膜厚測定器に比して速いため、測定した塗布厚の測定データをリアルタイムに塗布長の測定に反映させることが可能とされる。
【００２９】
上述した構成を有する塗布装置１は、巻出しローラから供給された金属箔２の両面に、塗布部１０に配設された塗布機構１２，１３によって電極塗料３が間欠塗布される。電極塗料３が塗布された金属箔２は、乾燥部２０を経て計測部３０に供給され、この計測部３０において電極塗料３の塗布厚及び塗布長が計測される。塗布厚及び塗布長が計測された金属箔２は、巻取りローラ６０によって巻き取られる。
【００３０】
塗布厚の計測は、基準ローラ３２の外周面を基準面として、変位センサ３１によって金属箔２表面までの距離を測定することにより、該基準面上の金属箔２の厚さを求めて行う。また、塗布長の計測は、上述したように測定された塗布厚の変化が急激な部分、具体的には電極塗料３の塗り始め及び塗り終わりの間の距離を基準ローラ３２の回転量から金属箔２の供給量を算出して行う。
【００３１】
塗布装置１においては、上述したように変位センサ３１によって金属箔２表面までの距離を測定し、この測定値と基準面となる基準ローラ３２の外周面までの距離の測定値との差を算出することにより、金属箔２の塗布厚の測定が行われる。
【００３２】
ところで、塗布厚の測定の際に、基準面となる基準ローラ３２の外周面の位置が、例えば回転時の芯ブレ等によってその半径方向に変位する場合がある。このとき、変位センサ３１による塗布厚の測定を基準ローラ３２の外周面の位置を一定の位置に設定して行うと、上述したように芯ブレ等による基準ローラ３２の位置が変位した際に、測定上の設定された基準面の位置と実際の基準面の位置との間に差が生じるため誤差を含んだ測定値となり、金属箔２の塗布厚を正確に測定できない。
【００３３】
上述したような基準面の位置の変位に伴う誤測を防止するため、塗布装置１においては、基準ローラ３２を単体で、すなわち金属箔２が供給されていない状態で回転させ、一回転に亘る基準ローラ３２の外周面の位置が変位センサ３１で測定される。塗布装置１は、このようにして得た基準ローラ３２の一回転に亘る外周面の位置に関する測定値を予め計測処理部４０に誤差補正テーブルとして格納する。
【００３４】
上述した誤差補正テーブルの生成は、以下のように行われる。
【００３５】
なお、塗布装置１においては、３個の変位センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを用いて電極塗料３が塗布された金属箔２の厚さを測定する。以下では、１個の変位センサ３１ａにおける誤差補正テーブルの生成について説明するが、他の変位センサ３１ｂ，３１ｃにおいても同様に誤差補正テーブルが生成される。
【００３６】
まず、基準ローラ３２を単体状態で回転させた場合の変位センサ３１ａから基準ローラ３２の外周面までの距離を測定して基準ローラ３２の一回転に亘る外周面の位置に関するデータ（以下、単に外周面の位置データと称して説明する。）を得る。外周面の位置データは、金属箔２が供給されていない状態で、基準ローラ３２の回転の基準となる原点３２ａの位置Ｘ₀から詳細を後述するようにして算出された塗布装置１の長さ分解能ΔＸｓ＝０．５ｍｍごとに、該基準ローラ３２の一回転に亘って変位センサ３１ａにて計測し、これら計測値に対応する１０００個のデータＺｒ（Ｘ₀）〜Ｚｒ（Ｘ₉₉₉）として得る。これら１０００個のデータＺｒ（Ｘ₀）〜Ｚｒ（Ｘ₉₉₉）は、原点３２ａの位置Ｘ₀を基準とした基準ローラ３２の絶対回転角度、すなわち基準ローラ３２の原点位置Ｘ₀を基準とする基準ローラ３２の外周上の絶対位置Ｘ₀〜Ｘ₉₉₉をアドレスとし、計測処理部４０の所定の補正データ領域に誤差補正テーブルとして格納される。このように生成、格納された誤差補正テーブルは、例えば図３に示す表の形式、図４に示すグラフの形式で表される。
【００３７】
ところで、本実施の形態においては、誤差補正テーブルを基準ローラ３２の一回転にわたってのみ計測して生成、格納しているが、基準ローラ３２を複数回にわたって回転させて測定し、各回転において対応する回転角度毎、すなわち同一アドレス毎にこれらの測定値の平均値を算出すれば、さらに正確な誤差補正テーブルを得ることができる。
【００３８】
上述した誤差補正テーブルによる塗布装置１の実際の生産段階における塗布厚測定について説明する。
【００３９】
まず、塗布装置１は、実際の生産段階においても、上述した外周面の位置データと同様に、変位センサ３１と基準ローラ３２上に供給される金属箔２表面との間の距離が変位センサ３１にて測定される。具体的には、原点３２ａの位置を基準として基準ローラ３２の所定の絶対回転角度毎、すなわち金属箔２の供給方向の分解能ΔＸｓ＝０．５ｍｍ毎に、実際の測定値として測定され、これらが変位センサ３１から金属箔２表面までの間の距離の１０００個の実測データＺａ（Ｘｉｓ）（ｓ＝０，１，２，・・・・９９９）として取得される。
【００４０】
上述した１０００個の実測データＺａ（Ｘｉｓ）と、対応する絶対回転角度毎の誤差補正テーブルにおける外周面の位置データＺｒ（Ｘｓ）（ｓ＝０，１，２，・・・・９９９）とを用いて、基準ローラ３２の各回転毎に、補正のための演算処理を行う。ここで、基準ローラ３２のｉ回転目のｓ番目の測定データにおける金属箔２の真の塗布厚をＴ（Ｘｉｓ）とすると、補正のための演算処理は以下に示す式（１）によって行われる。
【００４１】
Ｔ（Ｘｉｓ）＝Ｚｒ（Ｘｓ）−Ｚａ（Ｘｉｓ）・・・（１）
（但し、ｉは基準ローラの回転数
ｓ＝０，１，２，・・・・９９９）
【００４２】
塗布装置１は、上述したような絶対回転角度毎の外周面の位置データを有する誤差補正テーブルが生成され、計測処理部４０において金属箔２の塗布厚の実際の測定値から誤差補正テーブルを用いて演算処理して算出する。このため、塗布装置１においては、基準ローラ３２の芯ブレ等による塗布厚測定の基準面たる外周面の半径方向への位置の変位の影響を受けずに、極めて高精度な塗布厚の測定が可能とされる。また、塗布装置１は、上述したような誤差補正テーブルを用いた演算処理を計測処理部４０において連続して実行することにより、金属箔２の全長にわたって基準ローラ３２の芯ブレ等の影響を受けずに塗布厚の測定が可能とされる。
【００４３】
また、塗布装置１においては、上述したように測定された塗布厚の変化が急激な部分、すなわち基準ローラ３２上に供給される金属箔２における電極塗料３の不塗布部分から塗布部分への境界及び塗布部分から不塗布部分への境界部（以下、塗布境界部と称して説明する。）を検出し、一の塗布境界部を検出してから次の塗布境界部を検出するまでの間に供給される金属箔２の供給量を求めることにより、塗布長を測定する。このため、塗布装置１においては、基準ローラ３２の回転が伝達されこの回転角度を検出するロータリーエンコーダ３５の分解能等を考慮して、この装置における適切な長さ分解能が計測処理部４０において実際の生産に先立ち予め設定される。
【００４４】
電極塗料３の塗布長測定における長さ分解能は、基準ローラ３２の半径や、ロータリーエンコーダ３５の分解能（一回転あたりパルス数）等により定まる。したがって、塗布装置１を用いた生産システムとして必要な長さ分解能を得るためには、先ず各種のパラメータが計測処理部４０において適切に設定される。
【００４５】
長さ分解能を得るための計測処理部４０における設定パラメータとしては、先ずロータリーエンコーダ３５の１パルスに対応する金属箔２の供給量ΔＸｕを以下のようにして求める。
【００４６】
ロータリーエンコーダ３５の１回転あたりのパルス数をＰとして、１パルスに対応する回転角度θｅを以下の式（２）によって算出する。
【００４７】
θｅ＝２π／Ｐ・・・（２）
【００４８】
ここで、基準ローラ３２の半径をＲとし、伝達リム３４の半径をｒとすると、ロータリーエンコーダ３５の１パルスに対応する回転角度θｅと基準ローラ３２の回転角度θｕとの間には以下に示す式（３）の如き関係がある。
【００４９】
Ｒ・θｕ＝ｒ・θｅ・・・（３）
【００５０】
ロータリーエンコーダ３５の１パルスあたりの金属箔２の供給量ΔＸｕは以下の式（４）のように表すことができ、さらには上記式（２）及び式（３）から以下の式（５）のように表すことができる。
【００５１】
ΔＸｕ＝Ｒ・θｕ・・・（４）
【００５２】
ΔＸｕ＝ｒ・θｅ
＝ｒ・２π／Ｐ・・・（５）
【００５３】
また、基準ローラ３２の一回転に対応するロータリーエンコーダ３５からのパルス数Ｐｒは、該基準ローラ３２に設置された原点センサ３６によって検出される。すなわち、基準ローラ３２の一回転に対応するロータリーエンコーダ３５からのパルス数Ｐｒは、最初に基準ローラ３２に設けられた回転検出用の原点３２ａが原点センサ３６を通過した時の出力パルスをＰｒ（０）とし、次に原点３２ａが原点センサ３６を通過した時の出力パルスをＰｒ（１）とすると、以下の式（６）により表される。
【００５４】
Ｐｒ＝Ｐｒ（１）−Ｐｒ（０）・・・（６）
【００５５】
従って、基準ローラ３２の回転角度θｕは２π／Ｐｒと求めることができる。
【００５６】
以上より、ロータリーエンコーダ３５の１パルスに対応する金属箔２の供給量ΔＸｕは、以下の式（７）により算出される。
【００５７】
ΔＸｕ＝Ｒ・２π／（Ｐｒ（１）−Ｐｒ（０））・・・（７）
【００５８】
ところで、本実施の形態においては、上述したように基準ローラ３２の一回転の計測で該基準ローラ３２の一回転あたりのパルス数Ｐｒを求めているが、より正確なパルス数を求めるために、基準ローラ３２の一回転あたりのパルス数Ｐｒを複数回測定してその平均を取り、より正確な値を求めることとしてもよい。
【００５９】
なお、塗布装置１を用いた生産システムに必要な長さ分解能ΔＸｓを実現するためには、基準ローラ３２の半径Ｒやロータリーエンコーダ３５の分解能（１回転あたりのパルス数Ｐ）等を適切に設定し、必要に応じてロータリーエンコーダ３５からの出力パルスを適切な係数ｎで低減すればよい。以下に示す式（８）によりその関係を示す。
【００６０】
ΔＸｕ・ｎ＝ΔＸｓ・・・（８）
上述した手順により塗布装置１における長さ分解能ΔＸｓを求め、この長さ分解能ΔＸｓを基に塗布長を測定する。
【００６１】
本実施の形態においては、基準ローラ３２の半径Ｒを７９．５８ｍｍ、伝達リム３４の半径ｒを４７．７５ｍｍとし、ロータリーエンコーダ３５の一回転あたりパルス数Ｐを３０００として、ロータリーエンコーダ３５の１パルスあたりの長さ分解能ΔＸｕ＝０．１ｍｍを得て、さらに電気的に５分割（ｎ＝５）して低減し、金属箔２の供給方向の長さ分解能ΔＸｓ＝０．５ｍｍを得ている。
【００６２】
ところで、塗布装置１は、電極塗料３を実際の生産対象となる製品毎の仕様書等に定められたバッテリ一個あたりの電極材の塗布パターン、具体的には電極塗料３の塗布部分の塗布長と塗布部分の各領域における塗布厚に従って金属箔２に塗布する。塗布装置１においては、生産開始に先立って実際に生産対象となる製品を指定することで計測処理部４０の所定の領域に該製品の塗布パターンにおける電極塗料３の塗布長やこの塗布長で塗布された部分の各領域毎の塗布厚に関するデータが塗布すべき初期値として自動的に格納される。
【００６３】
塗布装置１は、例えば図５に示すような塗布パターン、すなわち金属箔２の第一面２ａ及び第二面２ｂのバッテリ１個に対応する長さＬｐ内に、以下の表１に示す４つの領域＃０〜領域＃３に分かれるような塗布パターンで金属箔２に対して電極塗料３を間欠塗布する。
【００６４】
【表１】

【００６５】
ここで、表１に示すＴ₀は電極塗料３が塗布されない不塗布部４、すなわち金属箔２自体の平均厚さであり、Ｔ₁及びＴ₂は各々第一面２ａ又は第二面２ｂの一方にのみに塗布されたそれぞれの電極塗料３の平均厚さである。４つの領域＃０〜領域＃３は、各々の領域における塗布の開始点、すなわち塗布境界部の塗り始め部分及び塗布の終了点、すなわち塗布境界部の塗り終わり部分が所定の公差で規定されている。
【００６６】
図５に示す電極塗料３の塗布パターンにおいては、金属箔２の第一面２ａにのみ電極塗料３が塗布された領域＃１から第二面２ｂにも、すなわち電極箔２の両面に電極塗料３が塗布された領域＃３へ移行する塗布境界部や、領域＃３及び領域＃２を経て領域＃０へ移行する塗布境界部が基準ローラ３２と接する際に、電極塗料３と金属箔２との段差により基準ローラ３２の外周面と金属箔２との間に空隙が発生する。このため、塗布装置１は、塗布厚を正確に測定することができず、該部分の塗布厚の変化を基に測定する第二面２ｂに塗布された領域＃３及び領域＃２の塗布長Ｌｒ２の測定において誤差が発生する要因となっている。このため、塗布装置１は、以下の手順により補正用データを求めた後、このデータを計測処理部４０に塗布長補正データとして格納する。
【００６７】
まず、上述した塗布長補正データの生成は、金属箔２の表１に示す領域＃１の平均厚さ（Ｔ₀＋Ｔ₁）から領域＃３の平均厚さ（Ｔ₀＋Ｔ₁＋Ｔ₂）への移行に先立ち、予め上述した移行時の塗布厚の変化量Ｔ₂の１／２に相当する変化量、すなわち（Ｔ₀＋Ｔ₁＋Ｔ₂／２）に閾値を定め、この塗布厚に達したときの金属箔２上の位置Ｘ₂ｒ₁を検出する。次に、さらに金属箔２が基準ローラ３２上を送り出されて、領域＃３を通過し、領域＃２の平均厚さ（Ｔ₀＋Ｔ₂）から領域＃０の平均厚さ（Ｔ₀）への移行に先立ち、予め上述した移行時の塗布厚の変化量Ｔ₂の１／２に相当する変化量、すなわち（Ｔ₀＋Ｔ₂／２）に閾値を定め、この塗布厚に達したときの金属箔２上の位置Ｘ₄ｒ₁を検出する。このようにして検出した２点間の距離Ｌｒ₂（＝Ｘ₄ｒ₁−Ｘ₂ｒ₁）を求めた後、実際の製品における２点間の実測寸法Ｌａ₂を求める。そして、さらにその差異ΔＬｒ₂（＝Ｌａ₂−Ｌｒ₂）を求め、この１／２の値を領域＃３への移行時及び領域＃０への移行時に際する塗布長補正データとして、計測処理部４０の所定の領域に格納して、実際の生産段階における計測値を補正する。
【００６８】
なお、上述したΔＬｒ₂の１／２の値は、実測によると各々０．５ｍｍ以下となり、塗布装置１を用いた本生産システムで必要とする供給方向の長さ分解能ΔＸｓと同等のレベルであり、そのバラツキも小さい。このため、塗布装置１においては、所定の補正値を定数として設定するだけで実用上十分な精度を実現することができる。
【００６９】
上述した電極塗料３の塗布においては、最終製品たるバッテリに適用される一定間隔Ｌｐ毎の電極塗料３の塗布境界部の位置、すなわち塗布長或いは各々の領域における塗布厚が所定の規格値、例えば上述したように予め計測処理部４０に設定された初期値を満たしている必要がある。従って、実際の生産段階においても一定間隔Ｌｐ毎における塗布厚及び塗布長の塗布制御が所定の規格値を満たすように正確に管理される。塗布装置１においては、上述した塗布厚や塗布長の測定とともに、塗布長、具体的には所定の塗布パターンの塗布境界部分の位置を確認し、また所定の塗布パターンの各領域毎における塗布厚を計測して、最終製品に適用される規格値との整合を図るために、必要に応じて制御用の信号が塗布制御部５０に出力される。
【００７０】
塗布装置１は、上述した規格値との整合を、まず一個のバッテリに必要な一定間隔Ｌｐ毎の仮想的な区切り位置Ｘ₀ｒを演算して設定した後、計測処理部４０に格納された製品毎の塗布パターンデータと比較し、塗布境界部の位置及び各領域毎の塗布厚が所定の規格値を満たしていることを確認して行う。
【００７１】
図６は、仕様書等の図面上に指定された実際の製品レベルでの区切り位置と、実際の生産段階において連続的に供給される金属箔２の仮想的な区切り位置とを一致させる手順を示したフローチャートである。すなわち、変位センサ３１がステップＳ１において図５に示す領域＃０を検出した後に、ステップＳ２において第一面２ａにのみ電極塗料３が塗布された同図に示す領域＃１の検出準備が計測部３０において行われる。その後、領域＃１が検出された場合には、区切り位置の仮設定が行われる。そして、ステップＳ４において連続して供給される金属箔２上の次の領域＃０を検出し、この領域＃０を検出した時点でステップＳ５において区切りピッチＬｐを決定して区切り位置を一致させる。
【００７２】
以上の説明においては、金属箔２に対する電極塗料３の塗布長の測定の際に必要な塗布境界部が正しく検出されたものとして説明したが、実際の生産においては塗布境界部の検出に関して様々な理由による誤差要因が存在する。本実施の形態に係る塗布装置１においては、このような塗布境界部の検出において以下に示すような誤差要因を想定している。
【００７３】
塗布長測定のための塗布境界部の検出における誤差要因としては、金属箔２の第一面２ａの塗布境界部の不塗布領域内における「点状や島状の電極塗料３の付着」等を変位センサ３１が一定の塗布部分として検出することから生じる誤差要因（以下、誤差要因１と称して説明する。）がある。この誤差要因１は、表１に示す領域＃０から領域＃１に変化する時、領域＃３から領域＃２に変化する時、すなわち金属箔２の第一面２ａにおいて金属部分が変位センサ３１に対して露出する部分で生じる。
【００７４】
また、塗布境界部検出の際の誤差要因としては、金属箔２の第一面２ａの塗布境界部の塗装領域内において、変位センサ３１と対向する部分の「塗布欠け」や「塗料のはみ出し」等の境界部分の電極塗料３の塗布の不均一さによる誤差要因（以下、誤差要因２と称して説明する。）がある。この誤差要因２は、表１に示す領域＃０から領域＃１に変化する時、領域＃３から領域＃２に変化する時に生じる。
【００７５】
さらに、塗布境界部検出の際の誤差要因としては、金属箔２の第一面２ａの塗布境界部の塗装領域内において「塗布境界部のダレ」や「塗布境界部の盛り上がり」等の塗装境界部の厚みムラが塗布境界部の判定に及ぼす誤差要因（以下、誤差要因３と称して説明する。）がある。この誤差要因３は、表１に示す領域＃０から領域＃１に変化する時、領域＃３から領域＃２に変化する時に生じる。
【００７６】
さらにまた、塗布境界部検出の際の誤差要因としては、金属箔２の第二面２ｂの塗布境界部の検出において、基準ローラ３２の外周面と金属箔２との当接状態の浮きに伴う誤差要因（以下、誤差要因４と称して説明する。）がある。この誤差要因４は、表１に示す領域＃１から領域＃３に変化する時、領域＃２から領域＃０に変化する時に生じる。
【００７７】
塗布装置１は、上述したように予め想定される誤差要因１乃至誤差要因４に対して、以下に示すような塗布境界部の判定に関する規則を基に対策が施されるように設定され、計測処理部４０における誤差補正テーブルの生成や格納等に反映させている。
【００７８】
まず、金属箔２に対する電極塗料３の塗布パターンそのものが製品毎に一義的に定まることを利用して、実際の生産工程において、図面上の区切り開始点と実際の製品の区切り開始点との一致が検出された時点で、図７に示すように、設定された塗布境界部の領域データを基に判定領域Ｒ（Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃及びＲ₄）を設定し、この判定領域Ｒ内で塗布境界部の検出を行う。このように適切な判定領域Ｒを予め設定し、この判定領域Ｒにおいて塗布境界部の検出を行うことで、上述した誤差要因１乃至誤差要因４を解消することができ、塗布部分の誤検出を防止し、誤差発生確率を低減する。
【００７９】
次に、金属箔２の不塗布部分において変位センサ３１からの出力が電極塗料３の付着を検出しても、不塗布部部分の検出についての規則を予め定めておき、理論的若しくは実験的に求めた一定の大きさ、例えば２．０ｍｍ以上の塗装の付着を検出しない限り不塗布部分の連続として判断する。このような不塗布部分の検出に関する規則を予め定めておくことで、上述した誤差要因１を解消することができ、不塗布部分において生じた「点状や島状の電極塗料３の付着」に伴う誤差要因に基づく誤検出を統計的な手法により軽減する。
【００８０】
また、変位センサ３１のいずれかが、一定長さ、例えば２．０ｍｍ以上の電極塗料３の付着を検出しても塗布部分と判断せず、３個の変位センサ３１の出力状態を統計的に判断し、複数の変位センサ３１が同時に一定長さ以上の電極塗料３の付着状態を検出した状態で初めて塗布部分であると判断する。このように複数個の変位センサ３１で塗布境界部の検出を判断することで、上述した誤差要因２を解消することができ、塗布部分における「塗装の欠け」や「塗料のはみ出し」等による判定誤差を軽減する。
【００８１】
すなわち、金属箔２の塗布領域内においては、塗布の欠け等の欠陥が塗布部分の幅Ｗｐ方向に対してほぼ均一な確率ρで生じるものとすれば、３個の変位センサ３１が欠陥を検出する確率は以下の表２に示すようになる。
【００８２】
【表２】

【００８３】
従って、例えば２個のセンサが２．０ｍｍ以上の塗装の連続を検出した時点で塗布部分と判定すれば、１個の出力のみで判定したときと比べてその確率比はρ／（１−ρ）となり、通常ρは十分小さい値であるので誤検出の確率が１／ρに低減される。
【００８４】
塗布装置１においては、上述したような統計的手法を活用することにより、製品として許容可能な欠陥の影響を受けずに、高精度な塗布長の測定がなされる。また、塗布装置１においては、変位センサ３１の使用数量を適切に設定し、判定条件の最適化を行うことにより、要求される精度の向上とコストの低減の両立も可能とされる。
【００８５】
さらに、変位センサ３１の出力が塗布部分を検出したと判定する閾値を塗布厚の変動要因毎に実験値の統計的処理若しくはそれ以外の方法で合理的に見積もった不確かさを利用し、適切な閾値として設定する。このように適切な閾値を設定することで、誤差要因１乃至誤差要因３を解消することができ、塗布部分に入ったことを判定するための閾値が統計的な手法を活用して設定される。
【００８６】
上述した対策における不確かさとしては、金属箔２の厚みのバラツキや塗布厚のバラツキ、変位センサ３１の測定の不確かさが想定される。
【００８７】
この不確かさのうち金属箔２の厚みのバラツキについては、金属箔２が確定した段階で金属箔２の厚さを測定することにより、当該ロットにおけるバラツキが想定できる。しかしながら、金属箔２の厚さそのものが塗布される電極塗料３自体の厚さに比べて十分小さいこともあり、実用的には金属箔２の厚さのバラツキσａは無視し得る。
【００８８】
塗布厚のバラツキは、生産段階において最も大きな要素であり、各領域の厚さの管理に対して最も重要な管理要素であると同時に、塗布境界部の判定に関する閾値設定に対する影響として、厚さが増す方向及び減る方向の両方に対するバラツキを考慮する必要がある。具体的には、製品として許容される各領域での厚さの許容幅を基に予め想定した分布からバラツキσｂを求め、このバラツキを考慮して閾値を設定する。
【００８９】
変位センサ３１の測定の不確かさは、塗布境界の判定に対しては、上述した塗布厚のバラツキと同様に測定値が増す方向及び減じる方向のいずれにも働きうる。また、この変位センサ３１の測定の不確かさσｃについては、実測データ等を基に算出する。
【００９０】
以上から、用いる材料が確定した段階で測定した金属箔２の厚さＴ₀を基準に、各塗布部分での狙いの厚さに対して、上述したσｂ及びσｃから合成不確かさσｔを求め、この値に適切な拡張係数（通常２から３）を乗じた拡張不確かさＵを参考にして閾値を設定する。
【００９１】
さらにまた、金属箔２の供給にともなって領域＃１から領域＃３への移行、又は領域＃３から領域＃２への移行に際して、計測処理部４０において上述したように設定された塗布長補正データを用いて補正する。このように塗布長の補正データを用いることで、上述した誤差要因４が解消し、塗布境界部における金属箔２と基準ローラ３２との間に空隙が生じることによる測定誤差を低減する。
【００９２】
また、電極塗料３の塗布部分の各領域における塗布厚の測定においても、上述した塗布境界部において想定される誤差要因と同様に様々な理由による誤差要因が存在する。
【００９３】
塗布厚測定における誤差要因としては、金属箔２の第一面２ａの塗布領域部における「点状や島状の電極塗料３の欠け」が塗装厚の検出に及ぼす誤差要因（以下、誤差要因５と称して説明する。）がある。この誤差要因５は、表１に示す領域＃１及び領域＃３において生じる。
【００９４】
また、塗布厚測定における誤差要因としては、金属箔２の第一面２ａの不塗布領域部における「点状や島状の塗料の残り」が非塗装部の厚さ検出に及ぼす誤差要因（以下、誤差要因６と称して説明する。）がある。この誤差要因６は、表１に示す領域＃０及び領域＃２において生じる。
【００９５】
上述した誤差要因５及び誤差要因６に対しては、塗布厚の測定において、変位センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの全ての出力の平均値を取ることにより対応する。すなわち、上述したように欠陥（塗布部分における欠けや不塗布部への電極塗料３の付着）の確率はρであり、通常この値は十分小さいため、平均化することにより厚さの測定における欠陥の影響を無視しうる。このような対策は、塗布境界部の判定領域を除く安定的な塗布部分、不塗布部分において、電極塗料３の欠けや塗料の付着等に伴う厚さの測定誤差を軽減する。
【００９６】
なお、上述した実施の形態にかかる塗布装置１は、バッテリの正極材又は負極材とされる金属箔２の原反に電極塗料３を塗布するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、シート状部材に塗料状の材料、例えばテープ状の磁気記録媒体を製造する場合においてシート状の基材に磁性塗料を片面塗布する際等に適用するものであってもよい。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る塗布装置によれば、塗料が塗布されたシート状部材の塗布厚や塗布長を一種類のセンサで測定してシート状部材における塗料材料の塗布状態を計測、検出する。このため、本発明に係る塗布装置は、シート状部材に対して塗料材料を塗布する工程を含む生産システムの構成を簡略化でき、またコストの低減と信頼性の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗布装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】計測部の構成を説明するための図である。
【図３】表形式で表される誤差補正テーブルを説明するための図である。
【図４】グラフ形式で表される誤差補正テーブルを説明するための図である。
【図５】（ａ）は、電極塗料が塗布された金属箔の要部平面図であり、（ｂ）は、同金属箔の要部側面図である。
【図６】実際の製品レベルでの区切り位置と仮想的な区切り位置とを一致させる手順を示したフローチャートである。
【図７】電極塗料が塗布された金属箔の要部平面図である。
【符号の説明】
１塗布装置，２金属箔，３電極塗料，１０塗布部，２０乾燥部，３０計測部，３１変位センサ，３２基準ローラ，３３回転検出機構，３４伝達リム，３５ロータリーエンコーダ，３６原点センサ，４０計測処理部，５０塗布制御部，６０巻取りローラ

Claims

一方方向に連続して供給される長尺のシート状部材に一定間隔毎に塗布材料を塗布する塗布装置において、
上記シート状部材に塗布材料を塗布する塗布部と、
上記塗布部において塗布材料が塗布された上記シート状部材における塗布厚を計測する非接触型のセンサと、
回転して上記シート状部材を下流側に供給するとともに外周面が上記センサによる塗布厚の計測の基準面となる基準ローラと、
上記基準ローラの回転角度を少なくとも一回転内において絶対回転角度で検出する回転検出機構とを有する計測部と、
上記計測部における計測結果をもとに上記シート状部材における塗布材料の塗布厚及び／又は塗布長を演算する計測処理部と、
上記計測処理部における演算結果を得て上記塗布部における塗布材料の塗布長及び塗布厚を制御する塗布制御部とを備えてなり、
上記計測部は、上記センサが上記シート状部材の塗布厚を計測するとともに、上記回転検出部が上記センサにおける塗布厚の検出結果を基に上記基準ローラの絶対回転角度から上記シート状部材の供給量を求めて塗布長を計測し、
上記計測処理部は、上記シート状部材が供給されていない状態における上記基準ローラの絶対回転角度毎の外周面の位置を上記計測部の上記センサで測定した測定値に基づき、上記計測部における上記シート状部材が供給されている状態での塗布厚の測定値を補正することを特徴とする塗布装置。
上記計測処理部は、上記計測部の上記センサにおける塗布材料の塗布状態の測定において予め想定される検出誤差要因を基に、塗布材料の塗布部分と不塗布部分との境界部の判定に関する閾値又は上記境界部の判定に関する規則が設定され、上記閾値又は規則に基づいて上記境界部を判定することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
上記計測処理部には、予め一定の塗布厚及び／又は塗布長とが初期値として設定され、上記計測部において測定される実際の塗布厚及び／又は塗布長と上記初期値との差を演算し、実際の塗布厚及び／又は塗布長が上記初期値に一致するように上記塗布制御部に対して制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。