JP5747459B2 - 間欠塗工装置 - Google Patents

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連続搬送される樹脂フィルムや金属箔に間欠塗工を行う技術において、優れた間欠形状と塗布面の平滑性の両立を実現するものである。
リチウムイオン電池に使用される電極の製造方法として、連続搬送される金属箔に電極となる塗液を間欠的に塗工する技術が用いられる。図1にその概略を示す。図1はスロットダイ方式の間欠塗工装置100の概略である。送液手段104にて電極用塗液をスロットダイ102に送液し、スロットダイ102の先端から塗液を吐出して基材106である金属箔への塗膜107の形成を行う。送液手段104は例えばポンプである。この方式では、塗液貯蔵手段101から前記スロットダイ102への塗液供給を中断することができる間欠機能として、塗液の送液経路103を切り替えることのできる3方弁109を備えている。塗膜107形成時には塗液をスロットダイ102に送液してスロットダイ102先端から吐出し、塗膜107を形成しない間欠時には3方弁109を排出経路105に切り替えて塗液を塗液貯蔵手段101(タンク)に戻す(特許文献1、特許文献2)。
ここで、間欠時に送液経路103を排出経路105に切り替えただけでは、ダイヘッド102内に塗液の圧力が残るため、瞬時に塗液の吐出は停止しない。そのため、塗工された塗膜107の塗り終わり(塗工端)が必要な膜厚以上に盛り上がったり、塗液が不要な領域まで塗工されるという問題があった。これを解決するため、間欠時には送液経路103を切り替えるだけでなく、ダイヘッド102近傍に接続されたサックバックバルブ108を利用し、送液経路103内の塗液を吸引することによってダイヘッド102内にかかる圧力を瞬時に低下させ、吐出を瞬時に停止させるという方法をとっていた。
特開2003−340338号公報 特開2002−219400号公報
塗工端の形状を整えるためにサックバックバルブ108を設けても、スロットダイ方式の間欠塗工装置では、塗工端に、塗工方向に0.5mm〜5mm、(塗工方向とは垂直な)基材の幅方向に1mm〜50mmの歪みが発生し、適正な間欠形状を得られないことがある(図4(a))。この問題を改善するためには、スロットダイの刃先と基材との間の距離を狭くすることが有効であることが判明した。
従来の間欠塗工装置について、塗工中のスロットダイの刃先付近を拡大した様子を図2に示す。スロットダイの刃先201から塗液202が供給され、基材206上に塗工され、塗膜207が形成されている。スロットダイの刃先201と基材206との間には塗液202が常に一定量たまっていて、これをビード203という。
スロットダイの刃先201と基材206との間の距離を狭くしすぎると、ビード203から塗液202が上流側にはみ出し、液ダレ204となってしまう。液ダレとなった塗液は無駄になってしまう上、液ダレによって塗膜表面にスジができてしまうなど正常な塗布面を得られないという問題があり、スロットダイの刃先201と基材202間の距離を狭くする手段には限界があった。
本発明は、間欠塗工装置における間欠塗工時にスロットダイの刃先と基材間の距離を狭めたとしても液ダレを発生させることなく正常な面状を確保できる技術の提供を課題とする。
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、第1の発明は、連続搬送される金属箔に塗液を間欠塗工する塗工装置において、塗液貯蔵手段と、塗液を吐出して基材上に塗膜を形成するスロットダイと、前記塗液貯蔵手段と前記スロットダイとを結ぶ送液経路と、前記塗液貯蔵手段から前記スロットダイへ前記送液経路を介して塗液を送る送液手段と、前記送液手段と前記スロットダイの間に送液経路を切り替える三弁と、前記三弁と前記スロットダイを結ぶ経路にサックバックバルブと、前記塗液貯蔵手段と前記三弁を結ぶリリーフ経路を有し、前記三弁は塗工時には前記スロットダイ方向に塗液を供給し、間欠時には前記リリーフ経路に塗液を供給する切り替え手段を有し、前記サックバックバルブは間欠時に前記スロットダイから塗液を吸引する吸引手段を有し、前記スロットダイの刃先と前記基材との間に塗工時に形成されるビードの上流側が、当該ビードの下流側よりも気圧を高く保つことができる加圧機能を前記スロットダイ上流側の刃先と基材間に備え、前記加圧機能は、前記ビードの上流側で、前記スロットダイの上流側の刃先と基材の間を覆う被覆部と、当該被覆部と前記ビードとで囲まれた空間の圧力を高める加圧手段を備えていることを特徴とする間欠塗工装置である。
本発明によれば、スロットダイの刃先と基材との間の距離を狭めたとしても、ビードが隙間からはみ出す液ダレを発生させることなく塗膜を形成することができ、平滑な表面を備えた塗膜を得ることができる。
従来の間欠塗工装置の一例を説明する図である。 従来の間欠塗工装置において、スロットダイの刃先と基材の間に形成されるビードの液ダレを説明する図である。 本発明の間欠塗工装置を説明する図である。 従来及び本発明の間欠塗工装置によって塗工された塗膜の塗工端形状を示す模式図である。
本発明の間欠塗工装置は、塗液貯蔵手段と、塗液を吐出して基材上に塗膜を形成するスロットダイと、前記塗液貯蔵手段と前記スロットダイとを結ぶ送液経路と、前記塗液貯蔵手段から前記スロットダイへ前記送液経路を介して塗液を送る送液手段(ポンプ)と、前記貯蔵手段から前記スロットダイへの塗液供給を中断することができる間欠機能を備えている。
さらに、本発明の間欠塗工装置は、前記スロットダイの刃先と前記基材との間に塗工時に形成されるビードの上流側が、当該ビードの下流側よりも気圧を高く保つことのできる加圧機能を備えている。
より好ましい一つの例として、前記加圧機能は、前記ビードの上流側を覆う被覆部と、当該被覆部と前記ビードとで囲まれた空間の圧力を高める加圧手段とを備えている。また、他の好ましい例として、前記加圧機能は、圧力計を備えている。
本発明の実施形態を、図3を利用し具体的に説明する。図3に示す間欠塗工装置300において、塗液貯蔵手段301はタンクであり、塗液吐出手段はスロットダイ302であり、送液手段304はポンプであり、排出経路はリリーフ経路305であり、間欠機能は3方弁309である。さらに、塗膜形成を安定させるためにサックバックバルブ308を備えている。
送液手段303から3方弁309を介し塗液はスロットダイ302に供給される。スロットダイ302の先端から塗液が吐出されて基材306に塗膜307が形成される。塗工を中断する際(間欠時)には、3方弁309の流れ方向を排出に切り替え、リリーフ経路305を経由し貯蔵手段301に塗液を戻す。3方弁309を切り替えスロットダイ302への塗液供給を停止する際に、サックバックバルブ308にて塗液の吸引動作を行い、スロットダイ302からの塗液の吐出を速やかに停止させる。
前記スロットダイ302の刃先と前記基材306との間には、塗工時にビードが形成される。このビードの上流側は、被覆部310で覆われている。被覆部は例えばステンレス製の箱形状であり、断面積100cm2程度のものである。
前記被覆部301とビードとで囲まれた空間311には、加圧手段として図示しないポンプが設けられており、前記空間311の圧力を高めることができる。具体的には、気体液体界面のゲージ圧は10Pa以上5000Pa以下とする。空間311の圧力は、空間に接続された圧力計312にて計測することができ、加圧手段(ポンプ)の出力を調整することで空間311内の圧力(気体液体界面の気体側ゲージ圧)を調整する。
スロットダイの刃先と基材との間の距離は塗膜の湿潤膜厚の0.5倍以上1.9倍以下とする。この距離を保ち、かつビードの上流側が、当該ビードの下流側よりも気圧を高く保ちながら基材に塗膜を間欠的に成膜することにより、塗膜の塗工端のかすれ(図4(a)参照)を抑え、均一な成膜を行うことができる(図4(b)参照)。
スロットダイの刃先と基材との間の距離をこの範囲に保つことで塗膜の塗工端の歪みやかすれを抑え、同時にスロットダイの刃先と基材との間からはみ出す液ダレの発生をビードの上流側の気圧を当該ビードの下流側よりも高く保つことによって抑制し、塗膜のスジムラも抑えることができる。
液ダレは塗膜の湿潤膜厚が厚くなるほど発生しやすい。本発明は、特に厚膜塗工といわれる湿潤膜厚80μm以上の塗膜の形成時に効果的である。
(実施例1)
図3に示される間欠塗工装置300を用い、間欠塗工を行った。この時用いた塗液は、黒鉛50重量部、スチレンブタジエンラバー1重量部、カルボキシメチルセルロース1重量部、水48重量部からなるものであった。また基材は、0.4m幅の銅箔を用いた。塗工された塗膜の湿潤膜厚が100μmになるようポンプ304の流量を設定し、スロットダイ302の刃先と基材306の距離を100μmに設定し、被覆部310内のゲージ圧を500Paに設定し間欠塗工を実施した。
得られた塗膜について、間欠時の塗工端形状を評価したところ、塗布方向に1mm以上の歪みは確認されなかった。
(比較例1)
図1に示される間欠塗工装置100を用い、間欠塗工を行った。この時用いた塗液は、黒鉛50重量部、スチレンブタジエンラバー1重量部、カルボキシメチルセルロース1重量部、水48重量部からなるものであった。また基材は、0.4m幅の銅箔を用いた。塗工された塗膜の湿潤膜厚が100μmになるようポンプ104の流量を設定し、スロットダイ102の刃先と基材106の距離を150μmに設定し、ビード上流側に圧力をかけずに間欠塗工を実施した。
得られた塗膜について、間欠時の塗工端形状を評価したところ、塗工端が一部かすれ、塗布方向に1mm以上の歪みが確認された。
(比較例2)
図1に示される間欠塗工装置100を用い、間欠塗工を行った。この時用いた塗液は、黒鉛50重量部、スチレンブタジエンラバー1重量部、カルボキシメチルセルロース1重量部、水48重量部からなるものであった。また基材は、0.4m幅の銅箔を用いた。塗工された塗膜の湿潤膜厚が100μmになるようポンプ104の流量を設定し、スロットダイ102の刃先と基材106の距離を100μmに設定し、ビード上流側に圧力をかけずに間欠塗工を試みたが液ダレが発生し、正常な塗膜表面を得ることはできなかった。
実施例1、比較例1、比較例2の結果から、本発明の間欠塗工装置を用いることで、スロットダイの刃先と基材間の距離を狭めたとしても液ダレを発生させることなく塗工を成立させることができ、間欠時の塗工端形状を改善できることが確認できる。
スロットダイ塗工時の液ダレの解消に有効であり、特にリチウムイオン電池の電極部材のように粘度の高い塗液を厚塗りして間欠塗工を行う場合に有用である。
100、300 間欠塗工装置
101、301 貯蔵手段(タンク)
102、302 スロットダイ
201 スロットダイの刃先
103、303 送液経路
104、304 送液手段(ポンプ)
105、305 排出経路
106、206、306 基材
107、207、307、401 塗膜
108、308 サックバックバルブ
109、309 3方弁
310 被覆部
311 (被覆部とビードとで囲まれた)空間
312 圧力計
202 塗液
203 ビード
204 液ダレ
205 基材の搬送方向
402 塗工端

Claims (1)

  1. 連続搬送される金属箔に塗液を間欠塗工する塗工装置において、塗液貯蔵手段と、塗液を吐出して基材上に塗膜を形成するスロットダイと、前記塗液貯蔵手段と前記スロットダイとを結ぶ送液経路と、前記塗液貯蔵手段から前記スロットダイへ前記送液経路を介して塗液を送る送液手段と、前記送液手段と前記スロットダイの間に送液経路を切り替える三弁と、前記三弁と前記スロットダイを結ぶ経路にサックバックバルブと、前記塗液貯蔵手段と前記三弁を結ぶリリーフ経路を有し、
    前記三弁は塗工時には前記スロットダイ方向に塗液を供給し、間欠時には前記リリーフ経路に塗液を供給する切り替え手段を有し、
    前記サックバックバルブは間欠時に前記スロットダイから塗液を吸引する吸引手段を有し、
    前記スロットダイの刃先と前記基材との間に塗工時に形成されるビードの上流側が、当該ビードの下流側よりも気圧を高く保つことができる加圧機能を前記スロットダイ上流側の刃先と基材間に備え、
    前記加圧機能は、前記ビードの上流側で、前記スロットダイの上流側の刃先と基材の間を覆う被覆部と、当該被覆部と前記ビードとで囲まれた空間の圧力を高める加圧手段を備えていることを特徴とする間欠塗工装置。
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