JP5857395B2 - グラビア塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被塗工材に塗工液を塗工するためのグラビアロールを備えるグラビア塗工装置に関する。より詳細には、グラビアロールの軸方向長さより幅広の被塗工材に対して、帯状に塗工液を塗工するグラビア塗工装置に関するものである。

従来より、グラビアロールに塗工液を保持させ、そのグラビアロールと被塗工材の表面とを接触させて、被塗工材に塗工液を塗布するグラビア塗工装置が使用されている。グラビアロールの表面には、塗工液を保持するための刻印面が形成されている。このようなグラビアロールを塗工液を収容した容器中で回転させることにより、その表面に塗工液が付着した状態とすることができる。その後、被塗工材への塗工を行う前に通常、グラビアロールの表面にドクターブレードを押し当て、塗工液の付着量を適切に調整するようにされている。

例えば、二次電池用の電極板の製造過程では、金属箔などの被塗工材に対して、幅方向の一部分のみに帯状に塗工する場合がある。この場合には生産性を向上させるため、被塗工材に対してストライプ状の塗工層を形成することがある。

このようなグラビア塗工を行うグラビア塗工装置では、グラビアパターンが彫刻された複数の塗布領域（刻印面）と、グラビアパターンが彫刻されていない複数の非塗布領域とを有する段付きのグラビアロールが用いられている。そして、グラビアロールの表面に塗布液（塗工液）を供給し、被塗工材の搬送方向に対して順方向又は逆方向にグラビアロールを回転させることにより、グラビアロールの表面に付着した塗布液を被塗工材の表面に転写して塗布している。そして、このグラビア塗工装置に備わるグラビアロールの表面（ロール表面及びロール端面）には、セラミック層が形成されており、グラビアロールの耐摩耗性の向上が図られている（特許文献１参照）。
また、ロール表面にのみセラミック層が形成されたグラビアロールも知られている。

特開２００９−２８７１９号公報

しかしながら、上記したグラビア塗工装置では、ロール角部（端部）においてセラミック層にクラックが発生して、下地ロール（ロール芯）からセラミック層が剥離してしまうおそれがあった。そして、セラミック層が下地ロールから剥離してしまうと、被塗工材に形成される塗工層の塗工巾が安定しなくなるという問題があった。このようにセラミック層が剥離してしまうのは、下地ロールの角部が面取りされておらず、外部からの小さな力（ドクターブレードの接触力）が作用すると簡単にクラックが発生するからである。

ここで、下地ロールとして面取り加工されたものを使用することが考えられる。ところが、一般的なＣ１前後での面取り加工では、グラビアロール端部がだれてしまい、被塗工材に形成される塗工層の塗工巾が安定しないという問題があった。

また、面取り加工された下地ロールのロール表面にのみセラミック層を形成したグラビアロールでは、上記したものと同様に、セラミック層の剥離や、グラビアロール端部のだれによる塗工層の塗工巾が安定しないという問題の他、ロール端面の摩耗が発生するという問題もあった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、被塗工材に形成される塗工層の塗工巾を精度良く安定させるとともに、グラビアロールの損傷を抑制することができるグラビア塗工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、被塗工材に塗工液を塗工するためのグラビアロールを備えるグラビア塗工装置において、前記グラビアロールは、ロール角部が面取りされた下地ロールのロール表面及びロール端面にセラミック層が形成されたものであり、前記下地ロールの角部に対する面取りが、面取り範囲０．１〜０．３ｍｍで行われていることを特徴とする。なお、面取り加工としては、例えばＲ面取りやＣ面取りがなされていればよい。

このグラビア塗工装置では、下地ロール角部（端部）が面取りされているので、ロール端部においてセラミック層にクラックが発生することを防ぐことができ、下地ロールからセラミック層が剥離することを防止することができる。そして、下地ロールに対する面取りは、０．５ｍｍ以下で行われているので、グラビアロール端部がだれることもない。

また、下地ロールの表面全体がセラミック層で覆われているため、塗工液に含まれる粒子によって、ロール表面が摩耗損傷することが防止される。そして、ロール表面の摩耗損傷がなくなることにより、被塗工材に形成される塗工層へ金属異物が混入することも防止される。

このように、このグラビア塗工装置によれば、被塗工材に形成される塗工層の塗工巾を精度良く安定させるとともに、グラビアロールの損傷を抑制することができる。

ここで、０．５ｍｍ以下の面取り加工を行えば、グラビアロール端部がだれることもなく、塗工層の塗工巾を精度良く安定させることができるが、より一層高精度で塗工巾を安定させる必要がある場合には、面取り範囲を０．３ｍｍ以下にすればよい。その一方、面取り範囲が０．１ｍｍ未満になると、下地ロールからセラミック層が剥離する可能性が高くなる。

そこで、上記したグラビア塗工装置において、前記下地ロールの角部に対する面取りが、面取り範囲０．１〜０．３ｍｍで行われている。

これにより、被塗工材に形成される塗工層の塗工巾をより一層精度良く安定させることができるとともに、グラビアロールの損傷を確実に防止することができる。

また、上記したグラビア塗工装置において、前記セラミック層の厚みが、０．１〜０．３ｍｍであることが望ましい。

セラミック層の厚みが０．１ｍｍ未満であると、セラミック層の耐摩耗性が不十分となりグラビアロールの損傷を抑制することができなくなる一方、０．３ｍｍより厚いと、ドクターブレードによる塗工液の掻き落とし時にセラミック層の剥がれが発生しやすくなるからである。

本発明に係るグラビア塗工装置によれば、上記した通り、被塗工材に形成される塗工層の塗工巾を精度良く安定させるとともに、グラビアロールの損傷を抑制することができる。

実施の形態に係るグラビア塗工装置の概略を示す図である。 グラビアロールとドクターブレードとの配置関係を示す図である。 グラビアロールの断面図である。 ストライプ塗工ロールの概略を示す図である。 ストライプ塗工ロールの断面図である。 ストライプ塗工ロールによる塗工処理の様子を示す図である。 塗工巾のばらつきを示す図である。

以下、本発明のグラビア塗工装置を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態では、二次電池の電極板の製造に用いられるグラビア塗工装置に本発明を適用した場合を例示する。

そこで、実施の形態に係るグラビア塗工装置について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係るグラビア塗工装置の概略を示す図である。図２は、グラビアロールとドクターブレードとの配置関係を示す図である。図３は、グラビアロールの断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るグラビア塗工装置１０は、グラビアロール１１、ドクターブレード１２、塗工液容器１３、ポンプ１４、フィルタ１５などを有している。塗工液容器１３には、塗工液１７が収容されている。図１は、塗工動作中の状態を示すものであり、被塗工材である金属箔２１は、２つのニアロール２３の回転によって送りだされている。そして、金属箔２１は、２つのニアロール２３の間の位置で、グラビアロール１１の表面に押し付けられている。なお、塗工動作中には、塗工液１７は、ポンプ１４によって送り出され、塗工液容器１３内に適宜補充されている。その径路上には、塗工液１７から不純物を除くフィルタ１５が配置されている。

グラビアロール１１は、図２に簡略化して示すように、そのロール面２５の全体に一様に刻印パターン（グラビアパターン）が形成されたものであり、その両端部に軸部２７が設けられており、塗工動作中には図中に矢印で示すように回転されるようになっている。この回転方向は、金属箔２１との接触箇所で、金属箔２１の進行方向に対して逆向きに進行する方向（リバース塗工）である。また、塗工動作中には、グラビアロール１１の下部は、図１に示すように、塗工液容器１３内に配置され、塗工液１７に部分的に浸漬される。これにより，ロール面２５のグラビアパターンの凹部に塗工液１７が保持される。

このようなグラビアロール１１は、図３に示すように、剛性及び靱性を有する鉄やＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属で形成された下地ロール１８と、下地ロール１８の外表面に形成された所定の厚さを有するセラミック層１９とで構成されている。下地ロール１８は、ロール面２５ａと、ロール面２５ａより小径の軸部２７ａとを備えた段付きローラである。

ここで、下地ロール１８のロール面２５ａの端部（角部）２５ａｃは、０．５ｍｍ以下で面取り加工されている。図３には、Ｃ面取りした下地ロールを示しているが、面取り加工はＣ面取りに限られず、Ｒ面取りなどであってもよい。
そして、面取り範囲Ｒａは、０．１〜０．３ｍｍとするのが好ましい。面取り範囲Ｒａを０．３ｍｍ以下にすることにより、金属箔２１に形成される塗工層の塗工巾を高精度で安定させることができるが、０．１ｍｍ未満になると、下地ロール１８からセラミック層１９が剥離する可能性が高くなるからである。つまり、上記した面取り範囲でロール面２５ａの端部２５ａｃを面取り加工することにより、金属箔２１に形成される塗工層の塗工巾を確実に高精度で安定させることができる。

セラミック層１９は、下地ロール１８の外表面に対して、セラミック粉末（酸化クロム等）をプラズマ溶射することによって形成されている。セラミック粉末として、例えば、酸化クロムを用いることができる。酸化クロムは、ビッカース硬度が比較的高いため、グラビアロール１１の耐摩耗性を向上させることができる。しかも、酸化クロムは、レーザ光の吸収率が比較的高いため、レーザ照射を用いたグラビアパターンの形成に適している。

そして、セラミック層１９の外表面のうち、ロール面２５に対応した領域にグラビアパターンが形成されている。このグラビアパターンは、下地ロール１８の外表面にセラミック層１９を形成してから、セラミック層１９の表面を研磨し、ロール面２５に対応した領域に対するレーザ照射によってグラビアパターンを形成する。

セラミック層１９の厚さは、耐摩耗性等を考慮して適宜設定することができるが、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。セラミック層１９の厚みが０．１ｍｍ未満であると、セラミック層１９の耐摩耗性が不十分となりグラビアロール１１（下地ロール１８）の損傷を抑制することができなくなる一方、０．３ｍｍより厚いと、ドクターブレード１２による塗工液１７の掻き落とし時にセラミック層１９の剥がれが発生しやすくなるからである。

ドクターブレード１２は、図１に示すように、ブレード板３１がホルダ３２に挟みつけられているものである。塗工動作中には、その先端部３４がグラビアロール１１の表面に接するように、グラビアロール１１に平行に固定して配置されている。
本実施の形態では、図２に示すように、ブレード板３１として、グラビアロール１１の軸方向について、ロール面２５の長さより長いものを用いている。ブレード板３１には、ロール面２５の軸方向の両端面２６の位置に合わせて、２箇所に切り込み３７，３７が設けられている。ブレード板３１は，可撓性を有する樹脂製である。例えば、ＰＥＴ、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン等が適している。樹脂製であるので、容易に撓む。また、金属粉等の導電性の異物を発生させて塗工液１７に混入させるおそれはない。

このブレード板３１は、図１に示すように、グラビアロール１１の回転方向に倣うように配置され、使用時にはグラビアロール１１に押し付けられる。そのため、図１や図２に示すように、先端部３４がやや撓んだ形状となる。ただし、ブレード板３１には切り込み３７，３７が設けられているため、そこを境として中央部と両端部では先端部３４の撓みかたの程度が異なる。

すなわち、図２に示すように、両側の切り込み３７同士の間の範囲３４Ｒは、グラビアロール１１のロール面２５に押し当てられているため比較的大きく撓む。この範囲３４Ｒによって、グラビアロール１１のロール面２５に付着した塗工液の一部を掻き取ることができる。
一方、それより外側の範囲３４Ｓは、グラビアロール１１のロール面２５に当接しないため、基部３５に対して真っ直ぐに近い位置となり、あまり撓まない。従って、グラビアロール１１に押し付けられた状態でのブレード板３１は、図２に示すように、外側の範囲３４Ｓが内側の範囲３４Ｒよりもグラビアロール１１の回転方向についてわずかに上流側に配置されている状態となっている。そして、切り込み３７の断面のうち範囲３４Ｓの側の断面３７Ｓは、グラビアロール１１のロール端面２６に擦り合わされる。
なお、本実施の形態では、ブレード板３１に切り込み３７，３７が設けられているが、切り込みが設けられていないブレード板を使用することもできる。

次に、上記したグラビア塗工装置１０による塗工動作について説明する。グラビア塗工を行う際には、図１に示すように、塗工液容器１３に塗工液１７を収容し、そこにグラビアロール１１を中程まで浸漬する。そして、軸部２７を回転駆動して、グラビアロール１１を図中に矢印で示すように図中反時計回りに回転させる。従って、グラビアロール１１は、ロール面２５のうち図中で右側の部分によって、塗工液１７を保持しつつ持ち上げる。

このとき、ドクターブレード１２は、グラビアロール１１と金属箔２１との接触箇所よりも、グラビアロール１１の回転方向について上流側において、グラビアロール１１のロール面２５に接触して配置されている。そして、図２に示すように、ブレード板３１に切り込み３７が形成されているので、先端部３４のうち内側の範囲３４Ｒはグラビアロール１１のロール面２５を摺擦するとともに、同時に外側の範囲３４Ｓの端面はグラビアロール１１の両端面２６を摺擦する。

ロール面２５には一様なグラビアパターンが形成されているので、ブレード板３１の範囲３４Ｒによって摺擦されることにより、凸部に付着した塗工液１７の一部が掻き落とされる。そして、主に凹部に溜まった塗工液１７を保持した状態となる。このときの塗工液１７の保持量が適切な量となるように、グラビアパターンの形状やドクターブレード１２の押し当て力等が選択されている。一方、グラビアロール１１の両端面２６のうち、少なくともロール面２５の近傍に付着した塗工液１７は、ブレード板３１の範囲３４Ｓによって掻き落とされる。

ここで、グラビアロール１１の表面をセラミック層１９で構成しているので、グラビアロール１１（下地ロール１８）の磨耗を抑制することができる。また、塗工液１７が粒子を含んでいる場合において、塗工液１７の粒子によってグラビアロール１１（下地ロール１８）の表面が削れやすくなってしまうことも防止することができる。例えば、鉄で形成された下地ロールの表面にクロムメッキを施したグラビアロールを用いた場合には、塗工液に含まれる粒子によって、下地ロールの表面（クロムメッキ）が削れてしまうおそれがある。ところが、本実施の形態では、グラビアロール１１の表面をセラミック層１９で構成している、つまり下地ロール１８の外表面をセラミック層１９で覆っているため、グラビアロール１１（下地ロール１８）の表面が塗工液１７に含まれる粒子によって削れてしまうことが抑制される。これにより、グラビアロール１１の耐摩耗性の向上が図られている。

一方、被塗工材である金属箔２１は、図１に示すように、供給ロール等から巻き出され、２つのニアロール２３，２３に順に巻き掛けられる。各ニアロール２３，２３は、その最下部がグラビアロール１１の最上部よりやや下になるように配置され、これにより金属箔２１に適切なテンションを掛けた状態としている。そして、ニアロール２３は、図中に矢印で示すように図中で反時計回りに回転され、金属箔２１を送り出す。２つのニアロール２３間の位置で、グラビアロール１１と金属箔２１とが接触させられて、ロール面２５に保持されている塗工液１７が金属箔２１に塗工される。これにより、金属箔２１上に塗工層３９が形成される。そして、グラビアロール１１の磨耗が抑制されているので、磨耗粉（金属粉）が塗工層３９に混入するのを防止することができる。

そして、下地ロール１８の端部が面取り範囲０．１〜０．３ｍｍで面取りされているため、グラビアロール１１の端部においてセラミック層１９にクラックが発生することが防止されている。その結果、下地ロール１８からセラミック層１９が剥離することが防がれる。このことと、グラビアロール１１の端部がだれないこととから、塗工層３９の塗工巾を高精度で安定させることができる。

なお、本実施の形態のグラビア塗工装置１０は、金属箔２１とグラビアロール１１とがその接触箇所では互いに逆向きに移動される、いわゆるリバース塗工を行うものである。このように塗工することにより、刻印面のパターンはつぶれ、全面べた塗り状の塗工層３９を形成することができる。また、本実施の形態で使用している金属箔２１は、塗工層３９の幅（グラビアロール１１の軸方向の長さ）より幅広の帯状のものである。そして、金属箔２１の両脇に未塗工箇所を残して、その中央付近に帯状の塗工層３９を形成する。

ここで、例えば電極板の製造工程では、１枚の金属箔２１に対し、幅方向に複数本の帯状の塗工層を形成したい場合（多列塗工）がある。そのような場合の装置構成、及び処理について、図４〜図６を参照しながら簡単に説明する。図４は、ストライプ塗工ロールの概略を示す図である。図５は、ストライプ塗工ロールの断面図である。図６は、ストライプ塗工ロールによる塗工処理の様子を示す図である。

多列塗工を行う場合には、例えば図４に示すように、塗工箇所の幅や間隔に合わせた複数のグラビアロール１１を連結した形状のストライプ塗工ロール４０を利用する。この図では、等幅の３本のグラビアロール１１を等間隔に連結したものを示した。ここで、図５に示すように、ストライプ塗工ロール４０に備わる各グラビアロール１１の各下地ロール１８の端部２５ａｃが、上記したように面取りされている。そして、そのような各下地ロール１８が連結されたものの外表面にセラミック層１９が設けられている。このようなストライプ塗工ロール４０を使用して、上記と同様の塗工処理を行うと、図６に示すように、金属箔２１に帯状の３箇所の塗工層４１を同時に形成することができる。なお、ブレード板としては、６箇所に切り込み３７を形成したブレード板４３を使用すればよい。各切り込み３７は、すべて、各グラビアロール１１の各端面２６に合わせて形成されている。

電極板の製造工程では、例えば金属箔２１としてアルミ箔や銅箔を用い、これに活物質層を帯状に塗工する。このように複数の塗工層４１を形成した金属箔２１を、その長手方向に沿って帯状に切断することにより、複数枚の電極板を同時に製造するのである。また、活物質の塗工に限らず、活物質層に先駆けて塗工する下地層、または活物質層の上に重ねて塗工する薄膜保護層等の塗工工程においても、ストライプ塗工ロール４０によるグラビア塗工技術を利用することができる。これらの工程においても、本実施の形態に係るグラビア塗工装置によれば、塗工層４１の塗工巾を精度良く安定させるとともに、グラビアロール１１の損傷を抑制することができる。

そして、発明者らは、本発明の有効性を確認するための実験を行った。そこで、その結果を図７に示す。図７は、塗工巾のばらつきを示す図である。本実験では、以下の実施例、比較例１、比較例２の３種類のグラビアロールをそれぞれ３本連結したストライプ塗工ロールを使用し、比較した。なお、各グラビアロールの幅寸法は、１６１．２ｍｍである。

実施例は、上記したストライプ塗工ロール４０である。なお、下地ロール１８の面取りはＣ０．１で行っている。これに対し、比較例１は、Ｃ０．８で面取り加工した下地ロールに対し、ロール表面にのみセラミック層を形成したものである。比較例２は、Ｃ０．８で面取り加工した下地ロールに対し、ロール表面及びロール端面にセラミック層を形成したものである。そして、通常のグラビア塗工を行い、塗工層における最大巾と最小巾を計測して、ばらつき幅Ｒを求めた。

この実験の結果は、図７に示すように、比較例１、比較例２ではいずれもばらつき幅Ｒが１ｍｍ以上であることがわかる。すなわち、比較例１では、ばらつき幅が１．１８ｍｍであり、比較例２では、ばらつき幅が１．０３であった。また、比較例１では、下地ロールの摩耗が確認された。このように、下地ロールの面取りを従来から行われているＣ１前後で行うと、グラビアロールの端部がだれてしまい、塗工層の塗工巾が安定しなくなると考えられる。

これに対して、実施例においては、ばらつき幅が非常に小さく、塗工層の塗工巾が安定していることがわかる。すなわち、実施例では、ばらつき幅が０．０８ｍｍであった。また、セラミック層にクラックは発生しておらず、下地ロールの摩耗もなかった。このように、実施例では、塗工層の塗工巾を精度良く安定させることができるとともに、グラビアロールの損傷を抑制することができる。
この実験結果から、本実施の形態のように、ロール端部を０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１〜０．３ｍｍの範囲で面取りした下地ロール１８のロール面２５及びロール端面２６にセラミック層１９を形成することが、塗工層の塗工巾を安定させるのに有効であると確認することができた。

以上、詳細に説明したように実施の形態に係るグラビア塗工装置１０によれば、ロール角部が０．５ｍｍ以下で面取りされた下地ロール１８のロール面２５及びロール端面２６にセラミック層１９が形成されたグラビアロール１１を備えているので、ロール端部においてセラミック層１９にクラックが発生することを防ぐことができ、下地ロール１８からセラミック層１９が剥離することを防止することができるとともに、グラビアロール１１の端部がだれることもない。

そして、下地ロール１８の表面全体がセラミック層１９で覆われているため、塗工液１７に含まれる粒子によって、ロール表面が摩耗損傷することも防止される。そして、ロール表面の摩耗損傷がなくなることにより、金属箔２１に形成される塗工層３９，４１へ金属異物が混入することも防止される。

従って、グラビア塗工装置１０では、金属箔２１に形成される塗工層３９，４１の塗工巾を精度良く安定させるとともに、塗工層３９，４１への異物混入を防止し、グラビアロール１１の損傷を抑制することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、多列塗工（ストライプ塗工）の例として、グラビアロールを３本連結したものを例示したが、２本連結したもの、あるいは４本以上連結したものであっても本発明を適用することができる。

また、上記した実施の形態では、ロール面２５とロール端面２６との全域にセラミック層１９を形成したグラビアロール１１を例示したが、ロール面２５の全域とロール面２５の一部だけ（ブレード板が接触する部分だけ）にセラミック層を形成したグラビアロールでも上記と同様の効果を得ることができる。

１０ グラビア塗工装置
１１ グラビアロール
１２ ドクターブレード
１７ 塗工液
１８ 下地ロール
１９ セラミック層
２１ 金属箔
２２
２５ ロール面
２５ａ ロール面
２５ａｃ ロール面の端部
２６ ロール端面
３１ ブレード板
３２ ホルダ
３７ 切り込み
３９ 塗工層
４０ ストライプ塗工ロール
４１ 塗工層
４３ ブレード板
Ｒａ 面取り範囲

Claims (2)

1. 被塗工材に塗工液を塗工するためのグラビアロールを備えるグラビア塗工装置において、
   前記グラビアロールは、ロール角部が面取りされた下地ロールのロール表面及びロール端面にセラミック層が形成されたものであり、
   前記下地ロールの角部に対する面取りが、面取り範囲０．１〜０．３ｍｍで行われている
   ことを特徴とするグラビア塗工装置。
2. 請求項１に記載するグラビア塗工装置において、
   前記セラミック層の厚みが、０．１〜０．３ｍｍである
   ことを特徴とするグラビア塗工装置。

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