JP4565990B2 - 塗工装置および塗工方法 - Google Patents

Description

本発明は、コーティングや印刷などの分野において使用される塗工装置及び塗工方法に係り、好適には、紙、プラスチック、金属箔等からなるウェブや断続的シートの原反にインキ等の粘性或いはスラリー状の塗工材料を塗布する塗工装置及び塗工方法に関するものである。

塗工方法には、ロールコート、グラビアコート、エクストルージョンコート、カーテンコート、スライドコート等の種々の方法が用途に応じて利用されている。そして、比較的粘性の高い或いはスラリー状の塗工材料を塗工する場合に適した方法としては、エクストルージョンコート、カーテンコート、スライドコート等の如くスリットノズルを有するコーティングヘッドを用いる方法が用いられている。
このようなスリットノズルを有するコーティングヘッドを用いる方法においては、塗布幅が異なる各仕様のコーティングに一つのコーティングヘッドで対応させるために、図１１に示すように、スリットノズル２０６の両端にシム２０５と呼ばれる塗布幅調整のための部材を噛ませて吐出幅を制限する方法が採られている。
しかし、この方法では、シムの装着又は交換のたびにコーティングヘッドを分解する必要がある。そのため、塗布幅変更のための作業が面倒であり、そのための時間を要し、さらには、分解時に塗工材料が損失するという問題があった。

本発明は、上記の実状に鑑みて成し遂げられたものであり、その目的は、スリットノズルを有するコーティングヘッドを用いる塗工装置及び塗工方法において、塗工幅の変更を容易に行うことができる装置及び方法を提供することにある。

本発明により提供される塗工装置は、スリットノズルを有するコーティングヘッドにより、走行している被塗布体に塗工材料を塗布する塗工装置において、
前記スリットノズルの少なくとも一端側をコーティングヘッドの側面方向に開放する開放端とし、該開放端に化学架橋されたポリエチレンの発泡材料からなるシムを装着することによりスリットノズルの塗布幅が規定されていることを特徴とするものである。

また、本発明により提供される塗工方法は、スリットノズルを有するコーティングヘッドを用いて、走行している被塗布体に塗工材料を塗布する塗工方法において、
前記スリットノズルの少なくとも一端側をコーティングヘッドの側面方向に開放する開放端とし、該開放端に化学架橋されたポリエチレンの発泡材料からなるシムを装着し且つスリットノズルの幅方向に関して該シムの装着位置を変えることによって、スリットノズルの塗布幅を調節することを特徴とするものである。

本発明の塗工装置及び塗工方法は、前記被塗布体が電極板の集電体であり、前記塗工材料が活物質層用塗工組成物である、電極板の製造に好適に適用される。

本発明によれば、コーティングヘッドのスリットノズルの幅方向の一端又は両端をコーティングヘッドの側面方向に開放する開放端とし、該開放端にシムを装着することとしたので、コーティングヘッドを分解しなくても、シムの脱着が可能である。
従って、塗工幅の変更を容易に行うことができ、作業効率の向上と塗工材料の損失防止を図ることができる。
特に、ガイドと可動治具で構成される上記装着手段によってシムをスリットノズルの開放端に装着することによって、スリットノズルの幅方向に関してシムの装着位置を任意に調節することができる。

本発明の塗工装置は、スリットノズルを有するコーティングヘッドにより、走行している被塗布体に塗工材料を塗布する塗工装置に適用されるものである。
本発明に用いられるスリットノズルを有するコーティングヘッドの一例として、図１から図５にダイヘッド１Ａの概略構成図を示す。図１はダイヘッド１Ａの分解斜視図であり、図２はダイヘッド１Ａを組み立てた状態の斜視図であり、図３はダイヘッド１Ａを組み立てた状態の平面図である。また、図４は、ダイヘッド１Ａのシムの装着位置を、図３の場合よりもダイヘッドの側面方向の外側に移動させた状態の平面図である。
ダイヘッド１Ａは、図１に示すように、ダイヘッド右ブロック２、ダイヘッド左ブロック３、側板４（４ａ、４ｂ）、シム５（５ａ、５ｂ）から構成され、これらの部品から、図２に示すようにダイヘッド１Ａが組み立てられる。

ダイヘッド１Ａは、スリットノズル６の両端にシムが装着されていない状態では、図１及び図２から明らかなようにコーティングヘッドの側面方向に開放した開放端となるが、これらの開放端にシム５を装着することにより、開放端が閉鎖されると共に、スリットノズルの塗布幅が規定される。

シム５は、スリットノズルの開放端に装着したときに、装着部からの液漏れを生じないように、シムとスリットノズル内面との密閉性又は密着性が求められる。かかる観点からシム５としては、スリットギャップ（スリットノズルのギャップ）よりも厚みがあり、且つ、軟質で浸透性のない材料が好ましい。
また、シム５は、スリットノズル内面との密閉性又は密着性を損なわずに、且つ、スリットノズルの開放端に装着した状態でスライドさせて移動させられるものであることが望ましい。かかる観点から、シム５としては、滑りやすく且つコシのある材料が好ましい。

上記の諸条件を満たし得る好適な材料としては、両面の表面層としてハイパーシート（ジャパンゴアテックス（株）製）を設け、且つ、内層の少なくとも１層として金属板を設けた重ね合わせ体、又は、この重ね順で層間を接合した積層体を例示することができる。典型的には、２枚のハイパーシートの間にＳＵＳ板等の金属板を挟み込んだ重ね合わせ体又は積層体を用いることができる。ハイパーシートをシムの表面層として用いることにより、スリット間での良好な滑り性が確保される。また、内層として金属板を用いることにより、シムのコシが確保される。
２枚のハイパーシートの間に金属板を挟む構成とする場合、シムの厚さとしては、スリットギャップよりも薄い金属板の両面に、適度な密閉性とスライド性が得られる厚さのハイパーシートを配置する。具体例としては、ダイヘッドのスリットギャップが１．０５ｍｍの場合には、０．２ｍｍのＳＵＳ板の両面に、それぞれ１．０ｍｍのハイパーシートを配置することが好ましい。

同様に上記の諸条件を満たし得る好適な材料としては、メジトップＴＫ（商品名、積水工業化学（株）製）を例示することができる。メジトップＴＫをシムの材料として用いることにより、スリット間での良好な滑り性およびインキの吐出圧力に耐えうるコシが確保される。また、メジトップＴＫは耐薬品性、回復率、防腐性に優れ、温度による変化が極めて少ない。さらに、メジトップＴＫは弾力性に富む独立気泡発泡体であるため、シムの材料として用いた場合、スリットギャップの幅方向における各点でのスリットギャップの大きさ（厚さ）の差が非常に小さく、スリットギャップの幅方向の流量が安定する。つまり、メジトップＴＫをシムの材料として用いると、シムで規定された幅、且つ幅の全域において均一な流量でスリットギャップから精度よく塗工材料を吐出することができる。シムの厚さとしては、適度な密閉性とスライド性が得られる厚さ、具体例としては、ダイヘッドのスリットギャップが１．０５ｍｍの場合には、５．０ｍｍ以上のメジトップＴＫを配置することが好ましい。

ダイヘッド１Ａのスリットノズル６の塗布幅は、スリットノズルの開放端に装着されているシム５の装着位置を変えることによって所望の幅に調節することができる。図３は、シム５ａ、５ｂの装着位置が上記図２に示した状態のままの平面図であり、塗布幅がＷ１に設定されている。これに対して、図４の場合には、図２に示したものと同じダイヘッド１Ａではあるが、シム５ａ、５ｂの装着位置が、両端ともスリットノズルの幅方向に関して外側に移動している。そのため、図４に示した状態の塗布幅Ｗ２は、図３に示した状態の塗布幅Ｗ１よりも広がっている。

本発明においては、スリットノズルの一端側のみコーティングヘッドの側面方向に開放する開放端としてシムを装着し、この一端側のみシムの装着位置を変更することにより、塗布幅を調節してもよい。但し、塗布バランスの観点から、スリットノズルの両端を開放端として、どちらにもシムを装着し、シムの装着位置をスリットノズルの幅方向中心から対称となるように設定することが好ましい。

本発明によれば、上記ダイヘッド１Ａのように、コーティングヘッドのスリットノズルの幅方向の一端又は両端をコーティングヘッドの側面方向に開放する開放端とし、該開放端にシムを装着することとしたので、コーティングヘッドを分解しなくても、シムの脱着が可能である。
従って、塗工幅の変更を容易に行うことができ、作業効率の向上と塗工材料の損失防止を図ることができる。

次に、シムの位置決めを容易に行うことができる装着手段を備えたコーティングヘッドの例として、図５〜図７に、ダイヘッド１Ｂの概略構成図を示す。図５は、ダイヘッド１Ｂの分解斜視図であり、図６はダイヘッド１Ｂを組み立てた状態の斜視図である。また、図７は、装着手段の構成要素の一つである可動治具７の構成を説明する図であり、図７Ａは可動治具７の分解斜視図であり、図７Ｂは可動治具７を組み立てた状態の斜視図である。

ダイヘッド１Ｂにおいては、シム５が可動治具７に支持、固定されている。一方、ダイヘッド１Ｂの側面部には、可動治具７のガイド孔１３と係合するガイド１４が設けられている。少なくとも上記の可動治具７とガイド１４とでシムの装着手段が構成される。
そしてシム６は、可動治具７に支持された状態で該可動治具７を介してダイヘッド１Ｂの側面部に固定され且つ位置決めされることによって、スリットノズルの両端部に装着される。

可動治具７は、図７に示すように、シムを把持する把持部（この例では、押さえ板８ａ、８ｂ、ボルト９、ナット１０から構成される。）、該把持部を支持する台座１１、台座位置を変更するための位置決め部材（この例では、ハンドル付きネジ１２である。）から構成されている。この例ではハイパーシート１５ａ、１５ｂの間に金属板１６を挟んだシム５を用い、このシムを、台座１１に固定された押さえ板の片方８ａと、もう一方の固定されていない押さえ板８ｂとの間に挟み込み、ボルト９とナット１０で締め付けて固定する。

ガイド１４は、コーティングヘッドの側面方向に突出したレール部材であり、このガイドと台座１１に設けられたガイド孔１３とが係合すると、台座１１はガイドに誘導されてコーティングヘッドの側面方向に可動な状態で支持される。
台座１１を、上記のようにガイド１４上に支持した状態でハンドル付きネジ１２を回転させると、台座がガイドに誘導されてコーティングヘッドの側面方向を前進又は後退するので、ガイド上の台座位置を変更することができる。
このような装着手段によって、スリットノズルの幅方向に関してシムの装着位置を任意に調節することができる。

本発明の塗工装置及び塗工方法は、好適には、長尺シート状の被塗工体（「原反」とも呼ばれる）にコーティング（印刷を含む）を行うのに適している。被塗工体の材質は特に制限されないが、例えば、紙やプラスチックのウェブ、金属箔等に適用することができる。また、塗工材料としては、比較的粘性の高い、或いはスラリー状のものを用いる場合に適している。

図８に、本発明の塗工装置を適用した電極板の製造装置の構成例（製造装置１０１）を示す。
一般に、非水電解質液二次電池、二重層キャパシタ等の電極板は、集電体の少なくとも一面に電極活物質層を所定パターン状に断続的に設けた構成をとる。電極活物質層のパターンが存在しない非塗工部は、端子を取り付ける等の目的のために集電体が露出した部分である。
電極板の製造装置１０１は、少なくとも、被塗工体である集電体１７を搬送する搬送手段と、本発明の塗工装置１と、乾燥装置１８とを備えている。

搬送手段は、集電体１７を諸工程のために供給し、巻き取るための手段である。図８の例では、電極板供給ロール１９を取り付けた供給部２０と、電極板巻取りロール２１を取り付けた巻取り部２２と、搬送路上を移動する集電体１７を支持するガイドローラ２３と、必要に応じてその他の部材から搬送手段が構成される。

集電体１７は、電極板供給ロール１９から繰り出され、搬送路上を走行し、塗工装置１に到達する。塗工装置１は、走行している集電体１７に、塗工材料である電極活物質層用塗工組成物を間歇塗工し、電極活物質層が存在する塗工部２４と、非塗工部２５とを所定のパターン状に形成する。
間歇塗工された集電体１７は、さらに搬送手段により搬送され、乾燥装置１８に到達し、やはり走行しながら乾燥される。乾燥工程における熱源としては、熱風、赤外線、マイクロ波、高周波、或いはそれらを組み合わせて利用できる。乾燥工程において集電体をサポート又はプレスする金属ローラーや金属シートを加熱して放出させた熱によって乾燥してもよい。
乾燥後、塗工が完了した電極板又はその中間品は、巻取り部２２によって電極板巻取りロール２１に巻取される。

更に、得られた活物質層をプレス加工することにより、活物質層の密度、集電体に対する密着性、均質性を向上させることができる。プレス加工は、乾燥装置１８の下流側に図示していないプレス手段を設けて、そこで行ってもよいし、乾燥装置を通過した電極板の中間製品を巻き取りロール２１に巻き取って、巻き取ったロールを製造装置１０１とは別のプレス装置にセットして行ってもよい。
プレス加工は、例えば、金属ロール、弾性ロール、加熱ロールまたはシートプレス機等を用いて行う。
以上の各工程を経て、電極板が得られる。

（実施例１）
図５〜図７に示したダイヘッド１Ｂの構成において、スリットギャップ（スリットノズルのギャップ）を１．０５ｍｍとし、シムを把持した可動治具をダイヘッドの側板４ａ、４ｂのガイド１４に通し、ダイヘッド右ブロック２、ダイヘッド左ブロック３で、シム５を挟み込んだ。
シム５としては、厚さ１．０ｍｍのハイパーシート（ジャパンゴアテックス（株）製）を２枚用い、その間に厚さ０．２ｍｍの金属板を挟み込んだものを用いた。
図９Ａに示すように、上記ダイヘッド１Ｂを用いた塗布装置により、基体シートに塗布幅６００ｍｍの塗布媒体を形成した。次に、図９Ｂに示すように、塗布装置のネジ付きハンドル１２を回しシム５を各々５０ｍｍスライドさせて、塗布幅７００ｍｍの塗布媒体を形成した。
その結果、シムを装着した部分の密閉性は良好であり、装着位置からの液漏れは観察されなかった。また、ネジ付きハンドルを回転させたときのシムの可動性も良好であり、ネジ付きハンドルの可動範囲内において任意の位置にシムを固定することができた。

（実施例２）
（１）スリットギャップ測定
ダイヘッドに、ソフトロンボードＳＡ（商品名、積水工業化学（株）製）、メジトップＴＫ（商品名、積水工業化学（株）製）で作製した各シムを用いた場合における、それぞれのスリットギャップの幅方向の流量（厚さ）の安定性を測定した。ダイヘッドは、フォースゲージで押さえ圧１ｋｇに固定し、スリットギャップの測定には隙間ゲージおよびテーパーゲージ（測定範囲：１００μｍ〜２００μｍ）を用いて、各スリットギャップの幅方向上の５点（ダイヘッドのマンサイドを基準として、７０ｍｍ（Ｍ）、３１０ｍｍ（ＭＣ）、６１０ｍｍ（Ｃ）、９１０ｍｍ（ＧＣ）、１１５０ｍｍ（Ｇ））について測定した。尚、ソフトロンボードＳＡを用いる場合は、ダイヘッド内のインキ流路を作る鉄板であって、その厚さによりインキ流量を調節する手段である厚さ０．５ｍｍのインナーディッケルと厚さ５．０ｍｍのソフトロンボードＳＡを用い、メジトップＴＫを用いる場合は、厚さ０．５ｍｍのインナーディッケルと厚さ５．０ｍｍのメジトップＴＫを用いた。測定結果を表１に示す。また、各シムにおいて、スリットギャップの幅方向上の上記Ｃ点（中心点）の測定値を基準値とし、該基準値と各測定値との差（以下、ギャップ差という）を表したグラフを図１０に示す。
（参考例１（旧実施例２））
（１）スリットギャップ測定
ダイヘッドに、テフロン（登録商標）（商品名、三井・デュポンフロロケミカル（株）製）で作製したシムを用いた場合における、スリットギャップの幅方向の流量（厚さ）の安定性を測定した。ダイヘッドは、フォースゲージで押さえ圧１ｋｇに固定し、スリットギャップの測定には隙間ゲージおよびテーパーゲージ（測定範囲：１００μｍ〜２００μｍ）を用いて、スリットギャップの幅方向上の５点（ダイヘッドのマンサイドを基準として、７０ｍｍ（Ｍ）、３１０ｍｍ（ＭＣ）、６１０ｍｍ（Ｃ）、９１０ｍｍ（ＧＣ）、１１５０ｍｍ（Ｇ））について測定した。尚、ダイヘッド内のインキ流路を作る鉄板であって、その厚さによりインキ流量を調節する手段であるインナーディッケルを使用せず、厚さ０．７ｍｍのテフロン（登録商標）を用いた。測定結果を表１に示す。また、ギャップ差を表したグラフを図１０に示す。

（２）引張力測定
上述した３種のシムについて、引張力を測定した。具体的には、観察者が指で引くことができる程度の引張シロを予め設けてそれぞれのシムをダイブロックで挟み、該シムを観察者が手で上方へと引張り、抜けにくいものについては、フォースゲージを用いて該シムを抜き取ることができる引張力を測定した。測定結果を表２に示す。尚、引張力測定値を得ることができたメジトップＴＫのシムについては、上記ＭおよびＧ点においてそれぞれ引張力を測定した。

（３）評価
スリットギャップ測定において、テフロン（登録商標）のシムを用いた場合は、最大・最小値の差が９μｍ、上記Ｃ点の値と両サイド（ＭおよびＧ点）の平均値との差（以下、ギャップ差平均という）が７．５μｍであった。圧がかかるとテフロン（登録商標）の硬さによりダイブロックが撓み、中心点が薄くなっていることが分かる。
一方、ソフトロンボードＳＡのシムを用いた場合は、最大・最小値の差が２μｍ、ギャップ差平均も２μｍと良好な結果が得られ、メジトップＴＫのシムを用いた場合は、最大・最小値の差が２μｍ、ギャップ差平均が１μｍと良好な結果が得られた。上記測定結果は、材質の違い、つまり、ソフトロンボードＳＡはポリエチレンに化学架橋を施し、さらに高倍率に発泡させた厚肉単板状の軟質独立気泡発泡体であり、メジトップＴＫよりも柔らかく、メジトップＴＫはポリエチレンに化学架橋材を添加して発泡させ、弾力性に富む独立気泡発泡体であることが影響している。

引張力測定においては、テフロン（登録商標）のシムを用いた場合は、手で引っ張っても抜けにくく、引張力測定を行っても、測定値が出る前に治具が外れてしまい、正確な値は測定できなかった。この場合、３ｋｇ以上の力はかかっている。３種のシムの中で該テフロン（登録商標）のシムが最も抜けにくかった。
他方、ソフトロンボードＳＡのシムを用いた場合は、手で容易に引き抜くことができた。
メジトップＴＫのシムを用いた場合は、手で引っ張った際はテフロン（登録商標）と同様の抜けにくい感触があり、引張力測定を行うと、３．１ｋｇ以上の力で抜けた。シムが抜けた原因としては、引く力がかかってシムの厚みが薄くなったためと考えられる。しかし、上記引張力は、シムがインキによって押し出される以上の力であるため、メジトップＴＫのシムは、インキによって押し出されるほど弱くはないと判断する。

上記の結果から、よりつぶれやすい材質を採用することにより、ダイヘッドのスリットギャップの厚さの精度は安定することが分かる。その上、インキの吐出圧力に耐えうる素材としては、メジトップＴＫが好適であると判断できる。

本発明に用いるコーティングヘッドの一実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。 図１のコーティングヘッドを組み立てた状態の斜視図である。 図１のコーティングヘッドを組み立てた状態の平面図である。 シムの装着位置を、図３の場合よりも外側に移動させた状態の平面図である。 本発明に用いるコーティングヘッドの別の実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。 図５のコーティングヘッドを組み立てた状態の斜視図である。 可動治具７の構成を説明する図であり、図７Ａは可動治具７の分解斜視図であり、図７Ｂは可動治具７を組み立てた状態の斜視図である。 本発明の塗工装置を適用した電極板の製造装置の構成例である。 実施例における塗工幅の調節手順を説明する図であり、図９Ａは塗布幅６００ｍｍ、図９Ｂは塗布幅７００ｍｍに調節した状態を示す。 各シムにおけるスリットギャップの幅方向上のギャップ差を表したグラフである。 スリットノズルを有する従来のコーティングヘッドを説明する図である。

符号の説明

１：塗工装置
１Ａ、１Ｂ：ダイヘッド
２：ダイヘッド右ブロック
３：ダイヘッド左ブロック
４（４ａ、４ｂ）：側板
５（５ａ、５ｂ）：シム
６：スリットノズル
７： 可動治具
８（８ａ、８ｂ）：押さえ板
９：ボルト
１０：ナット
１１：台座
１２：ハンドル付きネジ
１３：ガイド孔
１４：ガイド
１５（１５ａ、１５ｂ）：ハイパーシート
１６：金属板
１７：集電体
１８：乾燥装置
１９：電極板供給ロール
２０：供給部
２１：電極板巻取りロール
２２：巻取り部
２３：ガイドローラ
２４：塗工部
２５：非塗工部
１０１：製造装置
２０５：シム
２０６：スリットノズル

Claims (3)

1. スリットノズルを有するコーティングヘッドにより、走行している被塗布体に塗工材料を塗布する塗工装置において、
   前記スリットノズルの少なくとも一端側をコーティングヘッドの側面方向に開放する開放端とし、該開放端に化学架橋されたポリエチレンの発泡材料からなるシムを装着することによりスリットノズルの塗布幅が規定されていることを特徴とする、塗工装置。
2. 前記被塗布体が電極板の集電体であり、前記塗工材料が活物質層用塗工組成物である、請求項１に記載の塗工装置。
3. スリットノズルを有するコーティングヘッドを用いて、走行している被塗布体に塗工材料を塗布する塗工方法において、
   前記スリットノズルの少なくとも一端側をコーティングヘッドの側面方向に開放する開放端とし、該開放端に化学架橋されたポリエチレンの発泡材料からなるシムを装着し且つスリットノズルの幅方向に関して該シムの装着位置を変えることによって、スリットノズルの塗布幅を調節することを特徴とする、塗工方法。

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