JP5208179B2 - コーティング装置の真空チャンバシステム及びこれを用いたコーティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、コーティング装置の真空チャンバシステム及びこれを用いたコーティング方法に関し、より具体的には、製品の品質を向上させることができるコーティング装置の真空チャンバシステム及びこれを用いたコーティング方法に関する。

一般に、コーティング装置は、コーティング液注入口及びコーティング液噴出口を含んで形成される。このようなコーティング装置のコーティング液注入口側にコーティング液が供給されると、コーティング液の移動通路に沿ってコーティング液がコーティング液噴出口側に移動される。このとき、コーティング液噴出口側には基材が一方向に移送され、コーティングがなされる。

このように、基材へのコーティング時、薄膜コーティング又は高速コーティングを行うと、コーティングが進行される上流方向のコーティングビード(coating bead)が、下流方向に押し寄せられる。これにより、コーティングビードの形態が変形され、コーティングが不可能な場合が発生するという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、コーティング装置に装着されている真空チャンバ及びバッファタンクに選択的に外気の吸入が可能なように調節する制御部を備えており、これにより、間欠コーティング時のコーティング液の引きずり現象を防止できるコーティング装置の真空チャンバシステム及びこれを用いたコーティング方法を提供することにある。

本発明の一実施形態に係るコーティング装置の真空チャンバシステムは、コーティング装置のコーティング液噴出口と連結された真空チャンバと、前記真空チャンバの一領域に連結され、負圧を発生させる負圧発生部と、前記真空チャンバ及び前記負圧発生部の間に設置されるバッファタンクと、を含み、前記真空チャンバと前記バッファタンクとの間には制御部が更に設置され、前記制御部は、前記真空チャンバ及び前記負圧発生部のそれぞれに選択的に外気を吸入又は遮断するように作動する。

ここで、前記制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とのそれぞれに外気を吸入又は遮断するように作動する第１制御部及び第２制御部で形成されることができる。

そして、前記制御部は、３ウェイ(3-way)スイッチングバルブで形成されることができる。

このとき、前記３ウェイ(3-way)スイッチングバルブは、自動又は受動方式で作動され得る。

また、前記バッファタンクは、前記制御部の作動時に前記負圧発生部から発生した負圧を一時的に吸収できる。

更に、前記負圧発生部は、ファン(fan)で形成されることができる。

そして、前記コーティング液噴出口には、前記コーティング液噴出口を開閉させる間欠手段が更に形成されることができる。

また、前記コーティング装置は、二次電池の金属基材上に活物質スラリーをコーティングする際に使用できる。

本発明の他の実施形態に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを用いて間欠的にコーティングする方法において、前記真空チャンバに負圧が作用するように、前記真空チャンバ及び前記負圧発生部に外気を遮断した状態で前記第１制御部及び第２制御部を制御してコーティング部を形成する段階と、前記真空チャンバ及び前記負圧発生部のそれぞれが外気を吸入する状態で、前記第１制御部及び第２制御部を制御して無地部を形成する段階と、を含む。

このとき、前記コーティング部を形成する段階で、前記第１制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とが連結されるように制御できる。

そして、前記コーティング部を形成する段階で、前記第２制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とが連結されるように制御できる。

また、前記無地部を形成する段階で、前記第１制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とを遮断すると同時に、前記真空チャンバに外気が吸入されるように制御できる。

更に、前記無地部を形成する段階で、前記第２制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とを遮断すると同時に、前記負圧発生部に外気が吸入されるように制御できる。

以上で説明したように、本発明によると、間欠コーティング時のコーティング液の引きずり現象を防止することによって、コーティングの不良発生率が低減されて製品の品質を向上させることができるという効果を奏する。また、間欠コーティングの実現をより円滑に進め、生産性を向上させることができる。

本発明に係る真空チャンバシステムが取り付けられたコーティング装置を用いてコーティング基材を製造する工程を示す概略的な工程図である。 薄膜又は高速コーティング時に、コーティングビードの形態が変形された状態を示す断面図である。 真空チャンバを用いてコーティングビードに負圧が発生した状態を示す断面図である。 無地部が始まるコーティング部の端部に引きずり現象が発生した状態を示す平面図である。 本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを示す断面図である。 本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムに外気が吸入されていない状態を示すブロック図である。 本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムに外気が吸入されている状態を示すブロック図である。 本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを用いて基材をコーティングする状態を示す平面図である。

以下では、本発明の実施形態を示した図面を参照して、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステム及びこれを用いたコーティング方法を具体的に説明する。

図１は、本発明に係る真空チャンバシステムが取り付けられたコーティング装置を用いてコーティング基材を製造する工程を示す概略的な工程図である。

図１を参照すると、両側のロール２０に巻き取られている基材１０が連続的に移送されるように設置され、基材の上部側にはコーティング装置３０、乾燥装置４０及びスリッティング装置５０が順次設置される。本発明に係るコーティング装置３０は、多様な分野に利用され得るが、以下の実施形態では二次電池の金属基材上に活物質スラリーをコーティングするコーティング装置について説明する。

まず、バインダと溶媒とを混ぜてバインダソリューションを作った後、このバインダソリューションに活物質と導電剤又は添加剤とを混ぜて活物質スラリーを製造する。次に、コーティング装置３０を用いて活物質スラリーを基材にコーティングし、乾燥装置４０により乾燥させる。そして、活物質の容量密度を高めるために圧延を施した後、スリッティング装置５０でスリッティング(slitting)を実施することによって、一定幅のコーティング基材を得る。

ここで、活物質スラリーは、溶媒を含有した状態であり、活物質は、活物質スラリーが乾燥して溶媒が除去された状態をいう。

図２Ａは、薄膜又は高速コーティング時に、コーティングビードの形態が変形された状態を示す断面図であり、図２Ｂは、真空チャンバを用いてコーティングビードに負圧が発生した状態を示す断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、スロットダイ(Slot Die)のようなコーティング装置３０ａ、３０ｂを用いて薄膜又は高速コーティングを行える。このとき、コーティング装置３０ａ、３０ｂの間に形成されたコーティング液噴出口３２から噴出されるコーティング液１００のコーティングビードは、基材１０が進行する方向の上流側から下流側へ押し寄せられる。このように、コーティング装置３０ａ、３０ｂを用いたコーティング時には、コーティングビードの形態が変形され得る（符号１０２）。

これを防止するために、コーティングビードを上流側に引っ張ることができる真空チャンバ６０が備えられることができる。真空チャンバ６０の内部には負圧が作用し、コーティングビードが正常に形成されるようにすることができる。真空チャンバ６０に負圧が作用するように、真空チャンバシステムにはバッファタンク７０（図４参照）及び負圧発生部８０（図４参照）が更に含まれ、これらに関する詳細な説明は図４〜図６で後述する。

図３は、無地部が始まるコーティング部の端部に引きずり現象１０１が発生した状態を示す平面図である。

図３を参照すると、図２Ｂの真空チャンバシステムが装着されているコーティング装置で連続コーティングを行う場合には、負圧の作用によりコーティングが円滑になされる。しかしながら、真空チャンバシステムが装着されているコーティング装置で間欠コーティングを行う場合には、図３で見られるように、コーティング液の引きずり現象１０１が発生する。

間欠コーティングのために、間欠バルブを用いてコーティング液噴出口３２の開閉を制御する場合、基材１０には、コーティング部１００ａとコーティングがなされない区間である無地部１００ｂとが交互に形成される。即ち、コーティング部１００ａが間欠的に形成される。このとき、コーティング部１００ａが終わり、無地部１００ｂが始まる領域には引きずり現象１０１が発生する。

このような引きずり現象１０１が発生する理由は、間欠バルブが閉鎖されながら、コーティング液噴出口の内側にコーティング液を引っ張ることにある。このとき、真空チャンバにも負圧が適用されて、間欠バルブがコーティング液を引っ張るのを妨げる。その結果、間欠コーティングされたコーティング部１０１ａが終わる部分毎に引きずり現象１０１が発生するようになる。

図４は、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを示す断面図である。

図４を参照すると、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムは、真空チャンバ６０、バッファタンク７０、負圧発生部８０及び制御部９０ａ、９０ｂを含む。

真空チャンバ６０は、コーティング装置３０のコーティング液噴出口３２と連結される。そして、バッファタンク７０は真空チャンバの一領域に配管などで連結され、負圧発生部８０もバッファタンク７０に配管などで連結される。

コーティング装置３０を簡略に説明すると、第１本体部３０ａと、第２本体部３０ｂと、コーティング液注入口３１及びコーティング液噴出口３２と、を含む。第１本体部３０ａと第２本体部３０ｂとは一定のギャップをおいて組み立てられ、このようなギャップの一端はコーティング液噴出口３２であり得る。

そして、コーティング液注入口３１にはコーティング液供給部（図示せず）が備えられることができ、コーティング液注入口３１は、ギャップまで貫通するコーティング液の移動通路に延在することができる。また、コーティング液噴出口３２側にはロール２０により基材１０が一方向に移送され、コーティング液噴出口３２から噴出されるコーティング液１００によりコーティングがなされ得る。

負圧発生部８０はファンなどで形成され、負圧を発生させてバッファタンク７０を経て真空チャンバ６０に負圧を供給する。ここで、負圧とは、大気圧よりも低い圧力のことをいい、このような負圧により、真空チャンバ６０と連結されたコーティング液噴出口３２から噴出されるコーティング液１００は影響を受けるようになる。

そして、バッファタンク７０は、後述する制御部９０ａ、９０ｂの作動時に負圧発生部８０から発生した負圧を一時的に吸収できる。即ち、制御部９０ａ、９０ｂの起動時に発生する圧力を一時的に吸収する圧力タンク又は緩衝タンクであり得る。これにより、不安定な負圧をバッファタンク７０で安定化して真空チャンバ６０に供給できる。

また、真空チャンバ６０とバッファタンク７０との間には制御部９０ａ、９０ｂが更に設置されることができる。制御部９０ａ、９０ｂは、真空チャンバ６０及び負圧発生部８０のそれぞれに選択的に外気を吸入又は遮断するように作動できる。

好ましくは、制御部は真空チャンバ６０と負圧発生部８０とのそれぞれに外気を吸入又は遮断するように作動する第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂで形成されることができる。そして、制御部９０ａ、９０ｂは、３ウェイスイッチングバルブで形成されることができる。このとき、３ウェイスイッチングバルブは、自動又は受動方式で作動され得る。

図５は、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムに外気が吸入されていない状態を示すブロック図である。

図５を参照すると、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを用いて間欠的にコーティングする場合、第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂを制御することによって、真空チャンバ６０に負圧を供給又は遮断させることができる。

コーティング部１００ａ（図７参照）を形成する場合、真空チャンバ６０に負圧が作用するように真空チャンバ６０及び負圧発生部８０に外気を遮断した状態で、第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂを制御する。

このとき、第１制御部９０ａは、真空チャンバ６０と負圧発生部８０とが連結されるように制御できる。第１制御部９０ａは、真空チャンバ６０、負圧発生部８０及び第１外気供給部９１ａの三方向Ａ、Ｂ、Ｃへの開閉を制御できる。即ち、コーティング部１００ａを形成する間、第１制御部９０ａはＡとＢとを開放し、Ｃを閉鎖できる。

そして、第２制御部９０ｂも、真空チャンバ６０と負圧発生部８０とが連結されるように制御できる。第２制御部９０ｂは、真空チャンバ６０、負圧発生部８０及び第２外気供給部９１ｂの三方向Ｄ、Ｅ、Ｆへの開閉を制御できる。即ち、コーティング部１００ａを形成する間、第２制御部９０ｂはＤとＥとを開放し、Ｆを閉鎖できる。

これにより、コーティング部１００ａの形成時に真空チャンバ６０に負圧を形成できる。

図６は、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムに外気が吸入されている状態を示すブロック図である。

図６を参照すると、無地部１００ｂ（図７参照）を形成する場合、真空チャンバ６０及び負圧発生部８０のそれぞれが外気を吸入する状態で第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂを制御する。

このとき、第１制御部９０ａは、真空チャンバ６０と負圧発生部８０とを遮断すると同時に、真空チャンバ６０に外気が吸入されるように制御できる。第１制御部９０ａは、真空チャンバ６０、負圧発生部８０及び第１外気供給部９１ａの三方向Ａ、Ｂ、Ｃへの開閉を制御できる。即ち、無地部１００ｂを形成する間、第１制御部９０ａは、ＡとＣとを開放し、Ｂを閉鎖して、外気を吸入できる。

そして、第２制御部９０ｂも、真空チャンバ６０と負圧発生部７０とを遮断すると同時に、バッファタンク７０及び負圧発生部８０に外気が吸入されるように制御できる。第２制御部９０ｂは、真空チャンバ６０、負圧発生部８０及び第２外気供給部９１ｂの三方向Ｄ、Ｅ、Ｆへの開閉を制御できる。即ち、無地部１００ｂを形成する間、第２制御部９０ｂは、ＥとＦとを開放し、Ｄを閉鎖して、外気を吸入できる。

図７は、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを用いて基材をコーティングする状態を示す平面図である。

図７を参照すると、コーティング液が、基材１０上に間欠コーティングされる状態を示す。このとき、基材１０は左側から右側へ移送され、コーティング部１００ａと無地部１００ｂとが交互に形成される。本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを用いてコーティングをすると、図７で見られるように、コーティング部１００ａの端部Ｈに引きずり現象が発生しない。

図５及び図６で説明したように、コーティング部１００ａを形成する端部Ｇ〜Ｈ間、第１制御部９０ａと第２制御部９０ｂとは、真空チャンバ６０と負圧発生部８０とに外気を遮断するように制御する。そして、無地部１００ｂを形成する端部Ｈ〜Ｉ間、第１制御部９０ａと第２制御部９０ｂとは、真空チャンバ６０と負圧発生部８０とのそれぞれに外気が吸入されるように制御する。これにより、コーティング部１００ａの端部Ｈでの引きずり現象を防止できる。

本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムを用いた間欠コーティング時に、コーティング速度５.３ｍ／ｍｉｎ、コーティング厚さ１００μｍで、粘度１５００ｃｐｓのスラリーを用いて間欠コーティングを施した。このとき、コーティング部１００ａは５ｍ、無地部１００ｂは１ｍの間欠コーティングをした。

真空チャンバ６０を使用していない場合、コーティング部１００ａの端部の引きずり現象が発生する長さは、０.５ｍｍ以内で非常に小さい。しかしながら、真空チャンバ６０を用いて間欠コーティングをすると、コーティング部１００ａの端部の引きずり現象が２ｍｍ程度発生した。このとき、真空チャンバ６０の負圧量は０.３ｋＰａである。

このようなコーティング部１００ａの端部の引きずり現象の改善を確認するために、再び真空チャンバ６０を使用しないで、本発明に係る真空チャンバシステムを用いてコーティングした後、コーティング部１００ａの端部の引きずり長さを測定した。測定されたコーティング部１００ａの端部の引きずり長さは０.５ｍｍで、真空チャンバ６０を使用しない時の引きずり長さに戻ることが分かる。

以下では、本発明に係るコーティング装置の真空チャンバシステムの作動を説明する。

コーティング装置の真空チャンバシステムでは、真空チャンバ６０とバッファタンク７０との間に第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂを設置する。そして、第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂを制御することによって、真空チャンバ６０と負圧発生部８０とに外気が吸入され得るように形成する。

第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂは、間欠コーティングプロセスと連係して動作するように自動で構成できる。コーティング時に真空チャンバ６０及び負圧発生部８０は外気と連結されず、真空チャンバ６０に負圧が形成されるようにする。即ち、真空チャンバ６０の空気を負圧発生部８０側に引っ張る。

そして、間欠コーティングのために、コーティング液を中断する時には、第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂが、それぞれ外気が吸入されるように制御される。即ち、真空チャンバ６０と負圧発生部８０とのそれぞれに外気が吸入されるようにして、負圧発生部８０は、真空チャンバ６０の空気を吸入できなくなる。このとき、真空チャンバ６０には、負圧が速く破棄されるように第１制御部９０ａと連結された外気が吸入される。そして、負圧発生部８０には、第２制御部９０ｂと連結された外気が吸入される。

ここで、第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂが、それぞれオン／オフされる時間にオフセットを与えなければならない可能性がある。これにより、第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂそれぞれのオン／オフされる時間を微細に調整可能にする手段が追加で備えられることができる。

前記のような過程により、コーティング部１００ａと無地部１００ｂとを形成し、その後、再びコーティング部１００ａを形成する場合には、第１制御部９０ａ及び第２制御部９０ｂの位置が、元の位置に戻った状態でコーティングを行えばよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

１０ 基材
２０ ロール
３０ コーティング装置
３２ コーティング液噴出出口
４０ 乾燥装置
５０ スリッティング装置
６０ 真空チャンバ
７０ バッファタンク
８０ 負圧発生部
９０ａ、９０ｂ 制御部
１００ａ 無地部
１００ｂ コーティング部
１０１ 引きずり現象

Claims (12)

1. コーティング装置のコーティング液噴出口と連結された真空チャンバと、
   前記真空チャンバの一領域に連結され、負圧を発生させる負圧発生部と、
   前記真空チャンバと前記負圧発生部との間に設置されるバッファタンクとを含み、
   前記真空チャンバと前記バッファタンクとの間には、制御部が更に設置され、前記制御部は、第１制御部及び第２制御部で形成され、前記真空チャンバ及び前記負圧発生部のそれぞれに選択的に外気を吸入又は遮断するように作動するコーティング装置の真空チャンバシステム。
2. 前記第１制御部及び第２制御部は、それぞれ３ウェイスイッチングバルブで形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング装置の真空チャンバシステム。
3. 前記３ウェイスイッチングバルブは、自動又は受動方式で作動することを特徴とする請求項２に記載のコーティング装置の真空チャンバシステム。
4. 前記バッファタンクは、前記制御部の作動時に前記負圧発生部から発生した負圧を一時的に吸収することを特徴とする請求項１に記載のコーティング装置の真空チャンバシステム。
5. 前記負圧発生部は、ファンで形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング装置の真空チャンバシステム。
6. 前記コーティング液噴出口には、前記コーティング液噴出口を開閉させる間欠手段が更に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング装置の真空チャンバシステム。
7. 前記コーティング装置は、二次電池の金属基材上に活物質スラリーをコーティングする
   際に用いることを特徴とする請求項１に記載のコーティング装置の真空チャンバシステム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のコーティング装置の真空チャンバシステムを用いて間欠的にコーティングする方法において、
   前記真空チャンバに負圧が作用するように前記真空チャンバ及び前記負圧発生部に外気を遮断した状態で前記第１制御部及び第２制御部を制御してコーティング部を形成する段階と、
   前記真空チャンバ及び前記負圧発生部のそれぞれが、外気を吸入する状態で前記第１制御部及び第２制御部を制御して無地部を形成する段階と
   を含むコーティング装置の真空チャンバシステムを用いたコーティング方法。
9. 前記コーティング部を形成する段階で、
   前記第１制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とが連結されるように制御することを特徴とする請求項８に記載のコーテング装置の真空チャンバシステムを用いたコーティング方法。
10. 前記第２制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とが連結されるように制御する
    ことを特徴とする請求項８に記載のコーティング装置の真空チャンバシステムを用いたコーティング方法。
11. 前記無地部を形成する段階で、
    前記第１制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とを遮断すると同時に、前記真空チャンバに外気が吸入されるように制御することを特徴とする請求項８に記載のコーティング装置の真空チャンバシステムを用いたコーティング方法。
12. 前記無地部を形成する段階で、
    前記第２制御部は、前記真空チャンバと前記負圧発生部とを遮断すると同時に、前記負圧発生部に外気が吸入されるように制御することを特徴とする請求項８に記載のコーティング装置の真空チャンバシステムを用いたコーティング方法。