JP4983621B2 - 塗工方法、及び塗工装置 - Google Patents
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Description
ここで、長い帯状シートに対して、ペーストが連続的に塗工され、長い帯状シートを多重に巻いて電池を構成するため、ペーストの塗工膜幅のバラツキやペーストの塗工膜厚のバラツキは積算されることとなる。このため、塗工されたペーストの塗工膜幅や塗工膜厚の公差は極めて小さな値で管理されている。
しかし、これらのズレやバラツキを、インラインで無くすことは困難であった。
例えば、特許文献1には、透過エックス線量に基づいて塗工領域を判定し、ペーストフィーダ(塗工ダイ)を塗工膜幅方向に駆動することにより、帯状シートに対する塗工境界位置のズレを補正する技術が開示されている。
すなわち、塗工されたペーストの、帯状シートに対する位置ズレに対応することはできるが、塗工されたペーストの塗工膜幅のバラツキ自体を補正することはできなかった。また、ペーストの塗工膜厚のバラツキ、特に塗工膜の両端部における膜厚のバラツキを補正することもできなかった。
(1)帯状シートの表面に、塗工ダイによりペースト材料を所定の塗工膜幅、所定の塗工膜厚さに塗工する塗工方法において、前記塗工膜幅または前記塗工膜厚を計測する計測工程と、前記帯状シートと塗工ダイとの距離と、前記塗工膜幅とのリニアな関係から前記計測工程で計測した前記塗工膜幅に基づいて、前記塗工ダイと前記塗工面との距離を変化させるフィードバック工程とを有する。
(2)帯状シートの表面に、塗工ダイによりペースト材料を所定の塗工膜幅、所定の塗工膜厚さに塗工する塗工方法において、前記塗工膜幅または前記塗工膜厚を計測する計測工程と、前記計測工程で計測した前記塗工膜厚に基づいて、前記塗工ダイの前記塗工面に対する傾きを変化させるフィードバック工程とを有する。
(4)(1)乃至(3)に記載する塗工方法のいずれか1つにおいて、前記塗工膜幅方向に走査して、前記塗工膜厚の分布を計測することにより、前記塗工膜幅または前記塗工膜厚、及び前記塗工膜位置を計測することを特徴とする。
(7)請求項5又は請求項6に記載する塗工装置において、複数条の塗工面を同時に形成する複数の塗工ダイと、前記帯状シート端面からの前記塗工膜の位置を計測し、その計測値に基づいて、前記複数の塗工ダイを個別に前記塗工膜幅方向に移動させる制御手段を有する。
本発明の計測手段として、例えば、レーザ変位計を用いて、塗工面の幅方向に走査すれば、0.1μm〜1μmの分解能で、塗工膜幅及び塗工膜厚を計測することができる。ここで、塗工膜厚は実際の製造工程においてほとんど変化しないが、塗工膜幅は、実際の製造工程において、ペーストのロットが変わって固形分率が変化することにより、簡単に変化してしまう。ペーストの固形分率をプラスマイナス1%以内で管理したとしても、塗工膜幅は0.2%程度変化してしまう。
長い帯状シートに対して、ペーストが連続的に塗工され、長い帯状シートを多重に巻いて電池を製造するため、ペーストの塗工膜幅のバラツキが0.2%もあると、塗工膜幅の端部において、塗工膜のある位置と塗工膜のない位置が存在するため、バラツキが積算され、巻き取られたシートの全体の厚みにバラツキができ、電池の性能に悪影響を及ぼす恐れがある。
一方、本発明者は、塗工ダイと帯状シートとの距離と、塗工膜幅とが、ほぼリニアな関係で変化することを発見した。それも、塗工ダイと帯状シートとの距離を0.1μmのレベルで変化させることにより、塗工面の幅を0.01〜0.1mmのレベルで制御できることを発見した。
これにより、ペーストのロットが変わって、ペーストの固形分率が変化して、塗工膜幅が変化しても、計測手段が、塗工膜幅を迅速かつ正確に計測して、塗工ダイと帯状シートとの距離を変化させているので、インラインで塗工面の塗工膜幅を精確に制御することができ、電池の性能を高めることができる。
本発明では、生産効率をあげるために、1本の帯状シートに対して、3台の塗工ダイを用いて、同時に3条の塗工膜を塗工している。そして、塗工された後の帯状シートを2箇所で切断して、3本の塗工シートを作り、巻き取りを行い電池を製造しているので、第2条目及び第3条目の塗工膜開始位置の、切断前の帯状シート端面からの位置精度を高くすることが必要となる。その位置精度を維持するために、帯状シートに対する塗工膜の位置制御が重要となる。
本発明によれば、帯状シートの端面から第1条塗工膜の開始位置、第2条塗工膜の開始位置、及び第3条塗工膜の開始位置を、各々別々の塗工ダイにより、制御しているので、帯状シート端面からの各条塗工膜の開始位置を正確に制御することができる。
図2に、塗工・乾燥工程の全体構成を示し、図1に塗工装置の正面図を示す。帯状シート20が巻かれた供給ローラ21から供給される帯状シート20は、バックアップローラ22を巻回して、測定用ローラ23を巻回して、乾燥炉25内に入る。バックアップローラ22の下面には、帯状シート20に対してペースト材料を塗工する塗工ダイ11が設置されている。測定用ローラ23の対向する位置には、計測手段であるレーザ変位計24が設置されている。
乾燥炉25を出た帯状シート20は、ローラ26、ローラ27を巻回した後、巻き取りローラ28に巻き取られる。
塗布された塗工膜10は、乾燥炉25内を通過することにより乾燥される。そして、巻き取りローラ28に巻き取られて次の工程に搬送される。
ここで、塗工工程、乾燥工程は連続的に行われている。そして、供給ローラ21及び巻き取りローラ28は、順次新しいものと交換される。供給ローラ21や巻き取りローラ28を交換する時にも、塗工工程と乾燥工程を連続して稼動するために、図示しないバッファが、供給ローラ21とバックアップローラ22との間、及び巻き取りローラ28とローラ27の間に設置されている。
塗工ダイ11が固定して戴置された上下ベース12の右端には、位置決めピン12aが直立し、左端には、位置決めピン12bが直立している。位置決めピン12aに対向する位置に位置決め駒15が図中矢印B方向に摺動可能に付設されている。位置決め駒15の下面は、僅かな角度の傾斜面15aを形成している。図5では、見やすくするために、傾斜面15aを大きな傾斜角度を備えるように記載しているが、実際の傾斜面15aは、長さ1mmに対して高さが0.1μm程度変化するだけの極めて小さな角度の傾斜面である。位置決め駒15は、図示しないモータにより矢印B方向に移動される。
上下ベース12は、左右ベース13に上下方向に摺動可能に保持されている。また、上下ベース12は、左右ベース13に固定された右空気圧シリンダ17、及び左空気圧シリンダ16により、上向きに付勢されている。
上下ベース12が2つの空気圧シリンダ16、17により上向きに付勢されているため、位置決めピン12aは位置決め駒15の傾斜面15aに当接し、位置決めピン12bは位置決め駒14の傾斜面14aに当接している。
例えば、位置決め駒14が左方向にわずかに移動して、傾斜面14aが位置決めピン12bと当接する位置が、0.1μmだけ帯状シート20側に近づいたとすると、塗工ダイ11の左上端と帯状シート20との距離は、0.1μmだけ近づくこととなる。
また、0.1μmから数μmのレベルであれば、位置決め駒14、15のうち一方のみ移動させた場合に、ガイド装置のガタ分により、塗工ダイ11が帯状シート20に対して、その分だけ傾斜した状態となる。
ここで、レーザ変位計24は、計測ローラ23の回転ムラも計測してしまう。本実施例では、予め計測ローラ23の回転ムラを計測しておき、それを補正しているので、塗工面の膜厚を正確に計測することができる。
本実施例では、ペーストの固形分率の変化に伴う塗工膜10の塗工膜幅W、及び膜厚Hの変化を計測することを目的としているため、ウエット状態の塗工膜10の膜厚を計測している。
図8に、ペーストの固形分率と塗工膜10の塗工膜幅との関係を示す。横軸がペーストの固形分率(単位%)を示し、縦軸が塗工膜幅W(単位mm)を示している。図中Mで示す点線は、固形分率の変化と塗工膜幅Wの変化との関係を示している。
ペーストの固形分率が38%から40%に変化すると、塗工膜幅Wは約0.3mm減少する。固形分率が変化した場合、それと相関してペーストの粘度が変化することを本発明者は確認した。すなわち、固形分率が38%では、粘度が700mPa・秒 at 1rpmであり、固形分率が40%では、粘度が1500mPa・秒 at 1rpmに変化する。粘度が高くなることにより、ペーストの流動性が悪くなるため、塗工膜幅Wが減少するものと考えられる。
塗工ダイ11と帯状シート20とのギャップGと塗工膜10の塗工膜幅Wとは、リニアな関係を示している。ギャップGを減少させれば、塗工膜幅Wは長くなる。ここで、塗工膜幅Wを約1mm長くさせるには、ギャップGを約2μm変化させる必要がある。本発明が問題としている塗工膜幅Wのバラツキは、0.3mm程度のものであるので、ギャップGとしては、0.1μmレベルで制御する必要がある。
塗工ダイ11を帯状シート20に対して近づけることにより、塗工膜幅Wを0.1mmのレベルで長くすることができる。
塗工ダイ11を帯状シート20に対して遠ざけることにより、塗工膜幅Wを0.1mmのレベルで短くすることができる。
図中Nで示す実線は、本実施例の塗工方法・塗工装置により、レーザ変位計24で計測した塗工膜幅に応じて、塗工ダイ11と帯状シート20との距離をフィードバック制御により変化させた場合のデータである。本実施例によれば、ペーストの固形分率が、38%から40%に変化しても、塗工膜幅Wは、ほとんど変化していないことがわかる。
3台の塗工ダイ11A、11B、11Cにより、3条同時塗工している各々の塗工膜10A、10B、11Cの塗工膜幅WA、WB、WCを個別に制御できるため、同時に塗工していても、各々の塗工膜幅WA、WB、WCを各別に正確に制御することができる。
レーザ変位計24は、塗工膜幅Wと同時に塗工膜10の膜厚を計測している。塗工膜10の膜厚が幅方向でバラツキがある場合には、塗工ダイ11を帯状シート20に対して、僅かに傾斜させることにより、膜厚のバラツキをなくすことができる。
すなわち、塗工膜10の膜厚が、例えば、右端の膜厚が左端の膜厚より1μm程度厚かった場合には、位置決め駒15のみを僅かに外側に移動することにより、塗工ダイ11の右端のみを0.1μmレベルで帯状シート20から遠ざける。塗工ダイ11は、帯状シート20に対して、0.1μmレベルで傾くことになる。
これにより、塗工膜10の右端における膜厚が減少して、塗工膜10の右端における膜厚と左端における膜厚とを均一化することができる。
今の例では、右端の膜厚を薄くしたが、膜厚の絶対値を考慮して、左端の膜厚を増加する制御を行っても良い。
本実施例では、帯状シート20の左端からの塗工膜10A、10B、10Cの各々の開始位置を、レーザ変位計24により計測し、開始位置にずれがある場合には、左右ベース13A、13B、13Cを個別にガイドレール18上を移動させずれをなくすように制御しているため、塗工膜10A、10B、10Cの各々の開始位置を、帯状シート20の左端から所定の距離に正確に維持することができる。
また、計測工程で計測した塗工膜厚に基づいて、塗工ダイ11の塗工膜10に対する傾きを変化させている。すなわち、塗工膜厚が塗工膜10の右端と左端とで僅かに相違した場合でも、塗工ダイ11の帯状シート20の塗工面に対する距離を、塗工ダイ11の右端のみ、または左端のみを、1μmのレベルで変化させることができる。これにより、塗工膜10の膜厚の幅向でのバラツキをなくすことができる。
また、レーザ変位計24を塗工膜10の幅方向に走査して、塗工膜厚の分布を計測することにより、塗工膜幅または塗工膜厚、及び塗工膜位置を計測しているので、インラインの計測値を用いて、塗工膜幅W、塗工膜厚H、及び塗工膜位置を正確に制御することができる。
また、レーザ変位計24が計測した塗工膜厚Hに基づいて、塗工ダイ移動手段が塗工ダイ11の帯状シート20の塗工面に対する傾きを変化させているので、塗工膜10の膜厚の幅向でのバラツキをなくすことができる。
また、複数条の塗工面を同時に形成する複数の塗工ダイ11A、11B、11Cと、帯状シート20の端面からの塗工膜10A、10B、10Cの位置を計測し、その計測値に基づいて、複数の塗工ダイ11A、11B、11Cを個別に塗工膜幅方向に移動させる制御手段を有するので、後工程で帯状シート20の一端を基準として、複数個所で切断する場合に、基準端から塗工膜10A、10B、10Cの開始位置の精度が正確に制御されているため、切断面から塗工膜10B、10Cの位置を正確に維持することができる。
例えば、本実施例では、塗工膜10の塗工膜幅Wを計測するのに、レーザ変位計24を用いているが、CCDカメラで画像を撮像して、画像処理することにより、塗工膜幅Wを演算しても良い。
また、本実施例では、塗工ダイ11と帯状シート20の塗工面との距離の変化を、位置決め駒14、15と空気圧シリンダ16、17との組み合わせにより行っているが、弾性変形可能なフレームにより塗工ダイ11を保持して、フレームに力を加えて0.1μmのレベルで弾性変形させる方法を用いても良い。
11 塗工ダイ
12 上下ベース
13 左右ベース
14、15 位置決め駒
20 帯状シート
24 レーザ変位計
Claims (7)
- 帯状シートの表面に、塗工ダイによりペースト材料を所定の塗工膜幅、所定の塗工膜厚さに塗工する塗工方法において、
前記塗工膜幅または前記塗工膜厚を計測する計測工程と、
前記帯状シートと塗工ダイとの距離と、前記塗工膜幅とのリニアな関係から前記計測工程で計測した前記塗工膜幅に基づいて、前記塗工ダイと前記塗工面との距離を変化させるフィードバック工程とを有することを特徴とする塗工方法。 - 帯状シートの表面に、塗工ダイによりペースト材料を所定の塗工膜幅、所定の塗工膜厚さに塗工する塗工方法において、
前記塗工膜幅または前記塗工膜厚を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測した前記塗工膜厚に基づいて、前記塗工ダイの前記塗工面に対する傾きを変化させるフィードバック工程とを有することを特徴とする塗工方法。 - 請求項1又は請求項2に記載する塗工方法において、
複数の塗工ダイにより複数条の塗工面を同時に形成すること、
前記帯状シート端面からの前記塗工膜の位置を計測し、その計測値に基づいて、前記複数の塗工ダイを個別に前記塗工膜幅方向に移動させることを特徴とする塗工方法。 - 請求項1乃至請求項3に記載する塗工方法のいずれか1つにおいて、
前記塗工膜幅方向に走査して、前記塗工膜厚の分布を計測することにより、前記塗工膜幅または前記塗工膜厚、及び前記塗工膜位置を計測することを特徴とする塗工方法。 - 帯状シートの表面に、塗工ダイによりペースト材料を所定の塗工膜幅、所定の塗工膜厚さに塗工する塗工装置において、
前記塗工膜幅または前記塗工膜厚を計測する計測手段と、
前記塗工ダイを前記帯状シートに対して、塗工面とは異なる方向に移動させる塗工ダイ移動手段と、
前記帯状シートと塗工ダイとの距離と、前記塗工膜幅とのリニアな関係から前記計測手段が計測した前記塗工膜幅に基づいて、前記塗工ダイ移動手段が前記塗工ダイと前記塗工面との距離を変化させるように制御する制御手段とを有することを特徴とする塗工装置。 - 帯状シートの表面に、塗工ダイによりペースト材料を所定の塗工膜幅、所定の塗工膜厚さに塗工する塗工装置において、
前記塗工膜幅または前記塗工膜厚を計測する計測手段と、
前記塗工ダイを前記帯状シートに対して、塗工面とは異なる方向に移動させる塗工ダイ移動手段と、
前記計測手段で計測した前記塗工膜厚に基づいて、前記塗工ダイ移動手段が前記塗工ダイの前記塗工面に対する傾きを変化させるように制御する制御手段とを有することを特徴とする塗工装置。 - 請求項5又は請求項6に記載する塗工装置において、
複数条の塗工面を同時に形成する複数の塗工ダイと、
前記帯状シート端面からの前記塗工膜の位置を計測し、その計測値に基づいて、前記複数の塗工ダイを個別に前記塗工膜幅方向に移動させる制御手段を有することを特徴とする塗工装置。
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