JP5201261B2 - 塗工ダイ及びそれを具備する塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗工ダイ及びそれを具備する塗工装置に関する。

従来、箔（ウェブ）に塗液（ペースト）を塗工する塗工ダイを具備する塗工装置において、塗工ダイによる塗工を開始する前の準備として、塗工ダイの吐出経路にペーストを充填してエア抜きを行うことが一般的である。このエア抜きが不十分であると、ペーストにエアが混入し、塗工面に気泡が付着して塗工不良に繋がる。
上記のような充填・エア抜きの際は、ペーストは継続的に吐出され、塗工ダイの吐出口からペーストが垂れ流された状態とされる。このとき、ペーストが塗工ダイ近傍の他の装置に流れ込むと、当該装置の故障の原因となる、又は、垂れ流されたペーストが吐出口付近で乾燥すると、塗工時にウェブに異物として付着して塗工不良の原因となる虞がある。
特に、塗工対象物であるウェブが電池の電極箔である場合には、電池内に異物が混入することとなり、これにより電池の内部短絡等の不具合を誘発する可能性がある。

上述のような問題に対して塗工装置では、塗工準備としてのペーストの充填・エア抜き作業時に垂れ流されるペーストを良好に回収する技術が求められている。
例えば、特許文献１には、ペースト貯溜部から毛細管状隙間を介して塗工ノズルからペーストを塗工する塗工装置が開示されており、その塗工ノズルの吐出口近傍にペースト貯溜部の開口部が配置される構成が開示されている。これによれば、吐出口から垂れ流されるペーストを貯溜部に回収できる。
しかしながら、特許文献１に開示される塗工装置では、毛細管現象を利用して塗工する構成であるため、塗工ノズルとウェブとの間隔の調整、又は、塗工ノズルからの吐出量の調整等、塗工形態の微調整が困難であり、塗工不良を引き起こし易い点で不利である。特に、ウェブに所定の薄さのペースト膜を均一に形成する必要がある場合等は、塗工形態の微調整が重要となるため、特許文献１に記載の技術では適用範囲が限定されてしまう。
また、吐出口から吐出されたペーストをペースト貯溜部に循環することで、ペーストの使用効率を向上できるが、循環時に異物（塵挨等）が混入する可能性があり、特に電池の電極箔への塗工時等、異物の付着が問題となるケースでは、塗工液を廃液として回収する、又は回収し、適宜の処理後に再利用することが好ましく、特許文献１に記載の技術の採用は不適である。
特開２００３−８８７９１号公報

本発明は、廃液となる塗工液を良好に回収し、塗工対象物への異物付着を抑制することが可能な塗工ダイ及びそれを具備する塗工装置を提供することを課題とする。

本発明の第一の態様である塗工ダイは、塗工対象物に塗工液を塗工する塗工ダイであって、前記塗工液を上方に向けて吐出する吐出口を含む本体部と、前記吐出口から流れ出る塗工液を回収する回収容器と、前記本体部と一体的に設けられ、前記塗工液を吐出口から回収容器に案内する流路とを具備する。

前記塗工ダイにおいて、前記流路は、前記吐出口の周囲に設けられ、所定箇所に向かって傾斜する有底状の溝部と、前記溝部と連続的に設けられ、前記溝部に沿って案内される塗工液を前記溝部の外部に排出する有底状の樋部と、を含むことが好ましい。

前記塗工ダイは、前記本体部の吐出口と前記塗工対象物との間隔を調整する調整手段をさらに具備することが好ましい。

本発明の第二の態様である塗工装置は、前記塗工ダイを具備し、前記塗工対象物の塗工面を前記塗工ダイの吐出口に対向させた状態で、前記塗工対象物を連続的に搬送する搬送装置と、前記塗工ダイを、前記塗工対象物の塗工面と対向する状態と、前記塗工対象物から離間した状態との間で移動可能に支持する支持装置とをさらに具備する。

本発明によれば、廃液となる塗工液を良好に回収し、塗工対象物への異物付着を抑制することが可能な塗工ダイ及びそれを具備する塗工装置を提供できる。

塗工装置を示す斜視図である。 塗工ダイの退避位置を示す図である。 塗工ダイの塗工位置を示す図である。 塗工ダイを示す拡大斜視図である。 塗工ダイの吐出経路を示す断面図である。 塗工液の供給経路を示す模式図である。 塗工ダイにおける塗工液の流れを示す図である。 塗工装置の別実施形態を示す模式図である。

符号の説明

１ 塗工装置
２ ウェブ（塗工対象物）
３ ペースト（塗工液）
１０ バックアップローラ（搬送装置）
２０ 支持台（支持装置）
３０ 塗工ダイ
３１ 本体部
３１ｅ 吐出口
３２ａ 溝部（流路）
３２ｂ 樋部（流路）
３２ｃ 回収パン（回収容器）
３３ 昇降装置（調整手段）

以下では、図１〜図６を参照して、塗工装置１について説明する。なお、説明の便宜上、図１に示すＸ方向を前方向、Ｙ方向を左方向、Ｚ方向を上方向とし、前後方向、左右方向、上下方向をそれぞれ規定する。

塗工装置１は、塗工対象物であるウェブ２の表面（塗工面）にペースト３を塗工する装置である。
ウェブ２は、紙・プラスチックフィルム・金属箔・ゴムシート・織物等の長尺シート状部材であり、適宜の搬送装置により塗工装置１に対して連続的に搬送される。本実施形態のウェブ２は、電池の電極箔である。
ペースト３は、ウェブ２の表面に塗工される油性・水性等の塗工液である。本実施形態のペースト３は、電極活物質を含むペースト状の電極合剤である。

図１に示すように、塗工装置１は、バックアップローラ１０、支持台２０、塗工ダイ３０・３０・３０等を具備する。
塗工装置１では、バックアップローラ１０によりウェブ２が連続的に搬送され、支持台２０に支持される三つの塗工ダイ３０・３０・３０によりペースト３がウェブ２の表面にストライプ状に塗布される。

バックアップローラ１０は、ロール（不図示）から巻き出されるウェブ２に所定の張力（ウェブ２が緩まない程度の適正な張力）を付与しつつ、所定の搬送方向（図示における矢印Ａの指す方向）に向けて連続的に搬送するローラである。
図１に示すように、バックアップローラ１０は、ウェブ２の背面（塗工面と反対側の面）を支持して、ウェブ２の塗工面を各塗工ダイ３０と対向させた状態で搬送する。バックアップローラ１０は、所定の速度で回転駆動され、バックアップローラ１０の回転方向に向けてウェブ２が搬送される。

支持台２０は、バックアップローラ１０を回転可能に支持し、かつ、バックアップローラ１０を回転駆動する回転駆動装置２１、塗工ダイ３０・３０・３０を移動可能に支持する移動装置２２等を備える。

図１に示すように、回転駆動装置２１は、バックアップローラ１０を支持する支持部２１ａ、バックアップローラ１０を回転駆動する電気モータ２１ｂ等を含む。
支持部２１ａは、軸受等からなる支持部材であり、バックアップローラ１０の回転軸の両端部を回転自在に支持する。
電気モータ２１ｂは、高精度に制御可能な電気式のモータであり、その出力軸はバックアップローラ１０の軸に接続されている。電気モータ２１ｂは、バックアップローラ１０を所定の速度で回転駆動する。電気モータ２１ｂは、支持部２１ａの一側部に配置されている。
このように、バックアップローラ１０は、支持部２１ａにより回転自在に支持され、電気モータ２１ｂを駆動することにより所定の回転速度にて回転駆動される。

図１に示すように、移動装置２２は、塗工ダイ３０・３０・３０を支持するとともに、塗工ダイ３０・３０・３０を前後方向（バックアップローラ１０の軸方向と直交する方向）の所定位置に位置決めする移動装置である。
より具体的には、移動装置２２は、前後方向に沿って延出して設けられるガイド２２ａ・２２ａ・２２ａ、各ガイド２２ａに沿って移動装置２２を駆動する駆動手段等を含む。

図１に示すように、塗工ダイ３０・３０・３０は、左右方向（バックアップローラ１０の軸方向）に互いに所定間隔を空けて配列されており、これら塗工ダイ３０・３０・３０が一体的に移動する。
このようにして、塗工ダイ３０・３０・３０は、水平方向一方向（前後方向）に向けて所定量の移動が可能であり、特に、図２に示すように、各塗工ダイ３０の着脱作業時、清掃時等に作業し易い位置であり、バックアップローラ１０から十分に離れた位置（以下、「退避位置」）と、図３に示すように、バックアップローラ１０の真下であり、バックアップローラ１０の円周方向に対向して配置される位置（以下、「塗工位置」）との間で移動可能である。

図４に示すように、塗工ダイ３０は、ペースト３を上方に向けて吐出する本体部３１、本体部３１から流れ落ちるペースト３を回収する回収部３２、本体部３１を上下方向に移動させる昇降装置３３等を備える。塗工ダイ３０は、上方に向けてペースト３を吐出する。

図４〜図６に示すように、本体部３１は、適宜の供給装置から供給されるペースト３をマニホールド３１ｂに一時的に貯溜し、マニホールド３１ｂに貯溜されるペースト３を吐出口３１ｅから直上方に向けて吐出する。
より具体的には、本体部３１は、ペースト３の供給源と接続される供給路３１ａ、本体部３１内に供給されるペースト３を一時的に貯溜するマニホールド３１ｂ、本体部３１からペースト３を吐出する経路の一部をなすスリット３１ｃ、本体部３１の先端部に設けられ、ペースト３を吐出する吐出口３１ｅを形成するリップ３１ｄ等を含む。

供給路３１ａは、本体部３１の内外を連通する連通路であり、本体部３１の外周面の一側から内部のマニホールド３１ｂに向けて設けられている。供給路３１ａは、ペースト３の供給源となるポンプ３４ａ、バルブ３４ｂ、タンク３４ｃ等と接続されており（図６参照）、供給路３１ａを介してペースト３が本体部３１内に供給される。
マニホールド３１ｂは、本体部３１の内部に設けられ、吐出口３１ｅの左右方向幅（塗工幅）と略同じ幅を有する空間であり、供給路３１ａの一端（本体部３１の内部側端）に接続されている。マニホールド３１ｂでは、本体部３１内に供給されるペースト３を一時的に貯溜し、供給路３１ａから供給されるペースト３を本体部３１の左右方向全域に広がらせる。
スリット３１ｃは、本体部３１の内部に設けられる空間であり、マニホールド３１ｂから上方に向けて設けられている。スリット３１ｃは、マニホールド３１ｂと同一幅に形成されており、マニホールド３１ｂに貯溜され、左右方向に広がるペースト３を吐出口３１ｅに向けて案内する流路である。
リップ３１ｄは、本体部３１の先端部（上端部）に設けられ、上方に向けて開口する吐出口３１ｅを有する部位である。吐出口３１ｅは、マニホールド３１ｂ及びスリット３１ｃと略同一幅に形成されており、スリット３１ｃの上端部に配置される。この吐出口３１ｅの形態は、塗工形態を大きく左右する部位であり、特に、吐出口３１ｅの開口面積は、塗工装置１による塗工形態に応じて厳密に調整されている。

なお、供給路３１ａは、本体部３１の下部であって、左右方向略中央部に配置されている。これにより、マニホールド３１ｂ内での左右方向（塗工幅長手方向）への均一な広がりを実現している。
また、マニホールド３１ｂは、吐出口３１ｅと十分な距離を離した位置に設けられている。これにより、マニホールド３１ｂからスリット３１ｃを介して吐出口３１ｅに到達するペースト３の均一性を担保している。
また、吐出口３１ｅは、上方に向けて開口している。これにより、塗工時にペースト３にエアが混入することを抑制している。

図６に示すように、供給路３１ａの一端（本体部３１の外部側端）には、ペースト３の供給量を調整するバルブ３４ａ、ペースト３を塗工ダイ３０に供給するポンプ３４ｂ等を介してペースト３を貯溜するタンク３４ｃに接続され、供給路３１ａの他端には、マニホールド３１ｂが接続される。
なお、バルブ３４ａは、公知の開閉弁であり、ポンプ３４ｂは、公知の定量ポンプである。これらバルブ３４ａ及びポンプ３４ｂの作動は、適宜の制御装置によって高精度に制御されている。例えば、ポンプ３４ｂの吐出量は、バックアップローラ１０の回転速度に応じて制御されており、ポンプ３４ｂ等により供給されるペースト３のウェブ２への塗工厚さを調整している。
塗工ダイ３０では、タンク３４ｃ→ポンプ３４ｂ→バルブ３４ａ→マニホールド３１ｂ→スリット３１ｃ→吐出口３１ｅの順に供給経路が構成されており、係る供給経路に沿って一定時間に一定量のペースト３が供給される。このようにして、マニホールド３１ｂに一時的に貯溜されたペースト３が、リップ３１ｄの吐出口３１ｅから吐出される。

また、図４及び図５に示すように、リップ３１ｄは、その先端部が上方へ突出するように設けられており、吐出口３１ｅを最上部とし、吐出口３１ｅを形成する天板面３１ｆ・３１ｆに連続する傾斜面３１ｇ・３１ｇが形成されている。つまり、吐出口３１ｅから垂れ流されるペースト３は、吐出口３１ｅから天板面３１ｆ→傾斜面３１ｇへと伝わって流れ落ちる。

図４に示すように、回収部３２・３２は、吐出口３１ｅを中心として本体部３１の周囲に線対称に設けられ、上記のように本体部３１の吐出口３１ｅから流れ落ちるペースト３を回収する。
より具体的には、各回収部３２は、吐出口３１ｅから垂れ流されるペースト３を所定箇所に集める溝部３２ａ、溝部３２ａによって集められたペースト３を排出する樋部３２ｂ、樋部３２ｂから排出されるペースト３を回収する回収パン３２ｃ等を含む。

溝部３２ａ・３２ａは、リップ３１ｄの上部に（つまり、吐出口３１ｅの周囲全周に亘って）設けられており、所定箇所（平面視において、供給路３１ａから十分に離れた箇所）に向かって下方に傾斜する有底状の流路である。各溝部３２ａは、吐出口３１ｅの前後方向両端部では、リップ３１ｄの傾斜面３１ｇの下端部から連続する斜面として設けられており、吐出口３１ｅの左右方向両端部では、吐出口３１ｅから左右方向に延出する斜面として設けられている。さらに、溝部３２ａ・３２ａは、本体部３１の上面の前後両側部に設けられており、左右略中央部から左右一側（図示においては右側）に所定距離だけ偏移した位置に向けて傾斜する形状を有する。
樋部３２ｂ・３２ｂは、溝部３２ａ・３２ａによって案内されるペースト３を溝部３２ａ・３２ａの外部に排出するための有底状の流路である。下方に向けて傾斜する溝部３２ａの最下点には、溝部３２ａの内外を連通する開口部３２ｄが設けられており、樋部３２ｂの底部は、開口部３２ｄを介して溝部３２ａの底部と連続するように配置されている。樋部３２ｂは、開口部３２ｄから本体部３１の外方へ向けて延出して設けられている。樋部３２ｂは、先端部に向かうに従って下方に傾斜するように形成されている。
回収パン３２ｃは、所定容量を有する容器であり、樋部３２ｂの先端部の下方に配置されている。回収パン３２ｃは、重力によって溝部３２ａ、及び樋部３２ｂから流れ落ちてくるペースト３を回収する。また、回収パン３２ｃは、昇降装置３３上に固定されている。

以上のように、塗工ダイ３０において、吐出口３１ｅから垂れ流されるペースト３は、吐出口３１ｅの周囲に設けられる溝部３２ａ・３２ａの傾斜に沿って樋部３２ｂ・３２ｂへと案内され、樋部３２ｂ・３２ｂを通過して回収パン３２ｃ・３２ｃ内に落下し、回収される構造である（図７参照）。
このようにして、回収パン３２ｃ・３２ｃに回収されるペースト３は、廃液として回収される、若しくは、回収後に適宜の処理を施した後、再利用することが可能である。

図３及び図４に示すように、昇降装置３３は、本体部３１の水平状態を保持しつつ、本体部３１を上下方向の所定位置に位置決めする昇降装置である。
昇降装置３３は、本体部３１及び回収部３２・３２を直接的又は間接的に支持する。各昇降装置３３は、移動装置２２上に所定間隔を空けた状態で着脱自在に固定されている。また、昇降装置３３は、高精度に制御可能なアクチュエータを含み、このアクチュエータの作動によって本体部３１の上下位置（つまり、吐出口３１ｅの上下位置）を高精度に位置決め可能である。
このように、各昇降装置３３は、各塗工ダイ３０が「塗工位置」に位置する状態で、前記アクチュエータを作動させることによって、本体部３１の吐出口３１ｅとバックアップローラ１０との間隔（つまり、吐出口３１ｅとウェブ２の塗工面との間隔）を、各塗工ダイ３０で独立して微調整可能としている。これにより、塗工装置１における塗工品質を確保できる。

以下では、図７を参照して、塗工装置１による塗工を開始する際の塗工ダイ３０の準備について説明する。このとき、各塗工ダイ３０は、塗工位置に配置された状態である。
塗工前（初期状態）の塗工ダイ３０の供給経路（図６に示す、タンク３４ｃ→ポンプ３４ｂ→バルブ３４ａ→マニホールド３１ｂ→スリット３１ｃ→吐出口３１ｅの経路）には、ペースト３が充填されていない。このため、ペースト３中にエアが混入することを防止するための塗工開始前の準備として、上記供給経路内にペースト３を充填し、エア抜きが行われる。

上記ペースト３の充填・エア抜きの際には、ペースト３が吐出口３１ｅから連続で吐出され、リップ３１ｄの吐出口３１ｅからペースト３が垂れ流された状態となる。
図７に示すように、吐出口３１ｅから垂れ流されたペースト３は、吐出口３１ｅから天板面３１ｆ・３１ｆ及び傾斜面３１ｇ・３１ｇを介して、溝部３２ａ・３２ａに流れる。溝部３２ａ・３２ａに流れるペースト３は、樋部３２ｂ・３２ｂを介して回収パン３２ｃ・３２ｃに集められる。

以上のように、塗工ダイ３０は、ペースト３を吐出する本体部３１と、本体部３１の吐出口３１ｅから垂れ流されるペースト３を回収する回収パン３２ｃ・３２ｃと、ペースト３を回収パン３２ｃ・３２ｃまで案内する流路として、溝部３２ａ・３２ａ、樋部３２ｂ・３２ｂを具備する。
これによれば、塗工準備時に吐出口３１ｅから垂れ流されるペースト３を良好に回収することができる。これに加えて、塗工装置１における塗工ダイ３０・３０・３０の周辺装置へのペースト３の付着を抑制でき、ウェブ２への異物の付着を抑制できる。従って、塗工装置１の塗工品質を向上できるとともに、前記周辺装置の故障等を防止できる。
また、塗工ダイ３０の各部にペースト３が付着し、乾燥した場合には、移動装置２２により塗工ダイ３０・３０・３０を塗工位置から退避位置に移動させて、個々に清掃及び洗浄を施すことが可能であり、洗浄に係る作業効率を向上できる。ひいては、塗工ダイ３０・３０・３０の洗浄性を向上できる。
特に、電池の電極箔であるウェブ２に対して、塗工ダイ３０の吐出口３１ｅ近傍に付着する異物の混入を抑制できるので、電極合剤であるペースト３が塗工されたウェブ２を用いる電池の製品品質を確保できる。

また、塗工ダイ３０は、昇降装置３３により、吐出口３１ｅとバックアップローラ１０との間隔を独立して調整可能であるため、塗工時の各塗工ダイ３０の微調整が容易であり、ペースト３の塗工厚さを均一に保持できる。特に、塗工装置１のように複数の塗工ダイ３０・３０・３０を具備する場合には、各塗工ダイ３０によるペースト３の塗工間隔を容易に調整できるため、塗工品質を安定させることができる。
また、塗工ダイ３０自体に回収機能を設ける、つまり、本体部３１と一体的に回収部３２を設けることにより、吐出口３１ｅから垂れ流されるペースト３を回収する回収装置等を別途取り付ける必要がない。

なお、塗工対象物であるウェブ２を電池の電極箔とし、塗工液であるペースト３を電極合剤としたが、これらに限定されるものではなく、一般的な塗工対象物、一般的な塗工液に広く適用可能である。
また、塗工装置１は、三つの塗工ダイ３０・３０・３０を備える構成としたが、塗工ダイ３０の個数、塗工幅等は、これに限定されるものではなく、ウェブ２に対する塗工形態に応じて適宜変更可能である。

また、塗工ダイ３０・３０・３０を前後方向に移動する移動装置２２は、塗工ダイ３０・３０・３０を一体的に移動する構成としているが、これに限定されず、各塗工ダイ３０を個別に移動可能に構成しても良い。係る場合、各ガイド２２ａに対して、個別に駆動手段を備える構成とすれば良い。

なお、塗工ダイ３０・３０・３０は、バックアップローラ１０の円周方向に配置されるものであれば良く、塗工ダイ３０の吐出口３１ｅからの吐出方向がバックアップローラ１０の径方向となれば良い。塗工ダイ３０とバックアップローラ１０とは、例えば図８に示すような配置関係でも良い。
図８に示す配置では、各塗工ダイ３０は、斜め上方に向けてペースト３を吐出する構成である。このとき、移動装置２２は、各塗工ダイ３０をバックアップローラ１０に対して近接又は離間する方向に移動可能であれば良く、昇降装置３３は、各塗工ダイ３０の吐出口３１ｅとウェブ２の表面との間隔を調整可能であれば良い。
また、回収部３２は、少なくとも吐出口３１ｅから吐出されるペースト３に重力が働く方向（水平方向より下側）に設けられていれば良く、図８に示すような場合では、各塗工ダイ３０の下側のみに設ける構成でも良く、部品点数を削減できる。

本発明は、長尺シート状の部材の表面に塗工液を塗工する塗工装置に好適に利用可能であり、特に、塗工準備時に垂れ流される塗工液を回収する技術に適している。

Claims (1)

1. 塗工対象物に塗工液を塗工する塗工ダイを複数具備する塗工装置であって、
   前記各塗工ダイは、
   前記塗工液を上方に向けて吐出する吐出口を含む本体部と、
   前記吐出口から流れ出る塗工液を回収する回収容器と、
   前記本体部と一体的に設けられ、前記塗工液を吐出口から回収容器に案内する流路と、
   前記本体部を上下方向に移動させることにより、前記本体部の吐出口と前記塗工対象物との間隔を独立して微調整可能である調整手段とを具備し、
   前記流路は、
   前記吐出口の周囲に設けられ、所定箇所に向かって傾斜する有底状の溝部、及び、前記溝部と連続的に設けられ、前記溝部に沿って案内される塗工液を前記溝部の外部に排出する有底状の樋部を含み、
   前記塗工対象物の塗工面を前記塗工ダイの吐出口に対向させた状態で、前記塗工対象物を連続的に搬送する搬送装置と、
   前記塗工ダイを、前記塗工対象物の塗工面と対向する状態と、前記塗工対象物から離間した状態との間で移動可能に支持する支持装置とを具備する塗工装置。

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