JP6036608B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗工液を金属箔に塗工する塗工装置に関する。

従来、下記特許文献１に記載されるように、走行するウェブの中央部に塗料状のものを塗布する装置において、塗料が塗布された中央部を除く両端部にローラを設けたクロスガイダが知られている。このクロスガイダでは、ローラの回転軸が、ウェブの走行方向に直角な方向に対して傾いている。ローラには、らせん状の溝が形成されている。このようなローラにより、ウェブを幅方向に引っ張り、ウェブにしわが発生することを防止している。

特開２００９−２３４７１３号公報

塗工液を金属箔に塗工する塗工装置においては、塗工工程においいて、乾燥炉による乾燥が行われる。乾燥炉内で熱風乾燥された電極（金属箔に塗工液が塗工されたもの）が搬送され、ガイドロールに接触すると、その電極の金属箔の部分が急激に冷やされて収縮し、シワが発生する場合がある。シワを有する電極が巻取ロールに巻き取られた場合、そのシワが残存し、後工程での加工における不良の原因となるおそれがある。

本発明は、塗工液が塗工された金属箔におけるシワの発生を抑制することができる塗工装置を提供することを目的とする。

本発明の塗工装置は、幅方向の中央部に塗工液が塗工された金属箔を搬送方向に搬送する塗工装置であって、金属箔の一方の面側に配置されて、金属箔の幅方向の両端部に形成された未塗工部に当接し、搬送方向に沿って延びる回転軸を中心に回転可能な一対のスクリュー形状のローラと、金属箔の他方の面側に配置されて一対のローラに対向し、金属箔を介して一対のローラからの押圧力を受ける受け部と、未塗工部に当接する一対のローラの螺旋状の周面が金属箔の幅方向外方に移動するように一対のローラのそれぞれを回転させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

この塗工装置によれば、金属箔の一方の面側に配置されたスクリュー形状のローラが、金属箔の未塗工部に当接する。一対のローラのそれぞれは、駆動部によって、ローラの螺旋状の周面が金属箔の幅方向外方に移動するように回転させられる。これにより、ローラの周面が未塗工部に摺接して、金属箔を幅方向に引っ張る。ここで、ローラの回転軸は搬送方向に沿って延びるため、ローラの周面は搬送方向の所定の範囲で金属箔に当接し、金属箔を幅方向に引っ張る。よって、金属箔におけるシワの発生を効果的に抑制することができる。

上記の塗工装置は、塗工液が塗工された金属箔を乾燥させる乾燥部を備え、一対のローラと受け部とが、乾燥部よりも搬送方向下流側に設けられている。塗工液が塗工された金属箔は、乾燥部において高温にさらされるが、金属箔が乾燥部を通過すると、金属箔の周囲の温度は低下する。一対のローラが乾燥部よりも搬送方向下流側に設けられることにより、温度変化が生じた時点で金属箔を幅方向に引っ張ることができる。温度変化はシワが発生する原因になり易いため、このようなタイミングで金属箔を幅方向に引っ張ることにより、発生し始めたシワを効果的に伸ばすことができる。

上記の塗工装置において、一対のローラのそれぞれは、未塗工部に当接する螺旋状の周面と、周面間に形成された溝部とを有し、周面の搬送方向における長さは、溝部の搬送方向における長さよりも小さい。この場合、金属箔の未塗工部に対するローラの接触面積が小さくなるため、ローラの周面が未塗工部に対して摺動し易くなり、金属箔を適切に引っ張ることができる。

また、上記の塗工装置において、受け部は金属箔の他方の面に面接触する平板状をなしており、受け部には温度調整機構が設けられている。この場合、温度調整機構によって受け部の温度を高くすることで、乾燥性を高めることができる。一方、温度調整機構によって受け部の温度を低くすることで、成り行きで冷却される場合に比して適切な温度制御を行うことができる。よって、シワの発生を一層効果的に抑制することができる。

本発明によれば、塗工液が塗工された金属箔におけるシワの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る塗工装置のシワ抑制部付近を示す側面図である。 図１のシワ抑制部の平面図である。 図１のシワ抑制部の断面図である。 図１のシワ抑制部のローラを示す平面図である。 図１のローラ部分を拡大して示す側面図である。 搬送方向に直交するローラを用いた従来例における、応力の集中状態を示す側面図である。 従来例によって巻き取られた金属箔に生じるシワ.を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

以下の説明では、金属箔に電極材を塗工することにより、たとえばリチウムイオン二次電池に適用される電極（正極または負極）を製造する場合について説明する。電極は、リチウムイオン二次電池以外の蓄電装置に適用されてもよい。たとえば、電極は、電気二重層キャパシタ等に適用されてもよい。

図１および図２に示されるように、塗工装置１は、活物質を含む電極材（塗工液）３，４を金属箔２に塗工するための装置である。塗工装置１は、間欠塗工を行う装置であってもよく、連続塗工を行う装置であってもよい。塗工装置１は、金属箔２の表面および裏面の両方に電極材３，４を塗工する装置であってもよく、表面または裏面のいずれか一方に電極材３または電極材４を塗工する装置であってもよい。金属箔２の幅方向の中央部には、電極材３，４が塗工された塗工部２ａが形成され、塗工部２ａ以外の領域すなわち金属箔２の幅方向の両端部には、電極材３，４が塗工されない未塗工部２ｂ，２ｂが形成される。金属箔２は、たとえば銅箔またはアルミニウム箔である。

塗工装置１は、金属箔２を搬送方向Ｄ１に搬送する搬送装置（図示せず）と、電極材３，４が塗工された金属箔２を乾燥させる乾燥炉（乾燥部）６と、乾燥炉６よりも搬送方向Ｄ１下流側に設けられて、金属箔２におけるシワの発生を防止するシワ防止装置Ｍとを備えている。

シワ防止装置Ｍは、乾燥炉６の搬送方向Ｄ１下流側において金属箔２の表面側に配置された２個のローラ（一対のローラ）１０，１０と、ローラ１０，１０のさらに下流側において金属箔２の表面側に配置された２個のローラ（一対のローラ）１１，１１と、金属箔２の裏面側に配置されて、ローラ１０，１０およびローラ１１，１１にそれぞれ対向する平板状の支持板（受け部）１２，１３とを備えている。ローラ１０およびローラ１１のそれぞれは、たとえば樹脂製であり、より詳細には、ポリアミド合成繊維製またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製とすることができる。なお、ローラ１０およびローラ１１のそれぞれは、金属製であってもよい。支持板１２，１３は、たとえばステンレス製である。

このように、シワ防止装置Ｍは、搬送方向Ｄ１に並設された二対のローラを備えている。ローラ１０およびローラ１１のそれぞれは、回転軸１０ｃおよび回転軸１１ｃに接続された駆動部１４によって回転可能になっている。駆動部１４は、ローラ１０およびローラ１１のそれぞれを回転させるためのモータ（図示せず）および回転制御を行う制御部（図示せず）を有してもよい。

図２および図３に示されるように、ローラ１０，１０は、金属箔２の幅方向の両端部に形成された未塗工部２ｂ，２ｂに当接する。支持板１２は、金属箔２の裏面に面接触している。より詳細には、金属箔２の裏面側に電極材４が塗工されている場合には、支持板１２は、塗工部２ａにおいては電極材４に面接触しており、未塗工部２ｂにおいては金属箔２に面接触している。ローラ１０，１０と支持板１２との間には、金属箔２の未塗工部２ｂ，２ｂが挟まれる。ローラ１０，１０は、金属箔２の未塗工部２ｂ，２ｂを押圧し、支持板１２は、未塗工部２ｂ，２ｂを介してローラ１０，１０からの押圧力を受ける。

同様にして、ローラ１１，１１は、金属箔２の幅方向の両端部に形成された未塗工部２ｂ，２ｂに当接する。支持板１３は、金属箔２の裏面に面接触している。より詳細には、金属箔２の裏面側に電極材４が塗工されている場合には、支持板１３は、塗工部２ａにおいては電極材４に面接触しており、未塗工部２ｂにおいては金属箔２に面接触している。ローラ１１，１１と支持板１３との間には、金属箔２の未塗工部２ｂ，２ｂが挟まれる。ローラ１１，１１は、金属箔２の未塗工部２ｂ，２ｂを押圧し、支持板１３は、未塗工部２ｂ，２ｂを介してローラ１１，１１からの押圧力を受ける。

ローラ１０，１０は、金属箔２の幅方向に対向している。ローラ１０，１０のそれぞれは、スクリュー形状をなしており、搬送方向Ｄ１に沿って延びる回転軸１０ｃと、回転軸１０ｃに連結された螺旋状の羽根部１０ｂと、羽根部１０ｂの先端に形成された螺旋状の周面１０ａとを有する。周面１０ａは、回転軸１０ｃを中心とする所定半径の円筒面に沿うように形成される。

同様にして、ローラ１１，１１は、金属箔２の幅方向に対向している。ローラ１１，１１のそれぞれは、スクリュー形状をなしており、搬送方向Ｄ１に沿って延びる回転軸１１ｃと、回転軸１１ｃに連結された螺旋状の羽根部１１ｂと、羽根部１１ｂの先端に形成された螺旋状の周面１１ａとを有する。周面１１ａは、回転軸１１ｃを中心とする所定半径の円筒面に沿うように形成される。

ローラ１０とローラ１１とは、同一の大きさ及び形状を有している。ローラ１０とローラ１１とは、搬送方向Ｄ１において異なる位置に設けられているが、金属箔２に対する距離は等しい。以下の説明では、ローラ１１に関する説明を省略し、ローラ１０について説明する。

図２〜図４に示されるように、ローラ１０には、螺旋状の周面１０ａ間（すなわち羽根部１０ｂ間）において、溝部１０ｄが形成されている。言い換えれば、溝部１０ｄは、羽根部１０ｂによって形成されている。図４に示されるように、周面１０ａの搬送方向Ｄ１における長さｗは、溝部１０ｄの搬送方向Ｄ１における長さｇ（すなわち羽根部１０ｂが１周した場合の間隔）よりも小さい。

また、ローラ１０の周面１０ａは、側方視においてｓｉｎカーブを描く。羽根部１０ｂの傾き角度θと、ローラ１０の周速度Ｖｒと、金属箔２に接触するローラ１０の周面１０ａの移動速度Ｖｐとの間において、下記の式（１）が成り立つ。
Ｖｐ／Ｖｒ＝２ｔａｎθ／π・・・（１）

図３に示されるように、ローラ１０，１０は、駆動部１４によって回転駆動されて、未塗工部２ｂ，２ｂに当接する周面１０ａ，１０ａが金属箔２の幅方向外方に移動するように回転する。搬送方向Ｄ１から見て、右側に配置されたローラ１０は反時計周りである回転方向Ｄ２に回転し、左側に配置されたローラ１０は時計周りである回転方向Ｄ３に回転する。一方のローラ１０の回転方向Ｄ２は、他方のローラ１０の回転方向Ｄ３とは逆である。ローラ１０，１０の回転により、ローラ１０，１０の周面１０ａ，１０ａが未塗工部２ｂ，２ｂに対して摺接し、動摩擦力により、金属箔２が幅方向に引っ張られる。

また、図５に示されるように、ローラ１０は、金属箔２に対して、その全長Ａにわたって接触可能になっている。支持板１２の表面１２ａにローラ１０が接触する搬送方向Ｄ１の接触幅ａは、上記した周面１０ａの搬送方向Ｄ１における長さｗ（図４参照）に略等しい。

さらに、支持板１２，１３には、温度調整機構が設けられている。温度調整機構により、支持板１２，１３の温度は調整自在になっている。支持板１２の温度と支持板１３の温度を等しくしてもよいし、乾燥炉６に近い支持板１２の温度を支持板１３の温度よりも高くしてもよい。すなわち、乾燥炉６から遠ざかるにつれて、支持板１２，１３の温度を段階的に低くしてもよい。

以上説明した塗工装置１によれば、金属箔２の表面側に配置されたスクリュー形状のローラ１０が、金属箔２の未塗工部２ｂに当接する。一対のローラ１０，１０のそれぞれは、駆動部１４によって、ローラ１０の螺旋状の周面１０ａが金属箔２の幅方向外方に移動するように回転させられる。これにより、ローラ１０の周面１０ａが未塗工部２ｂに摺接して、金属箔２を幅方向に引っ張る。ここで、ローラ１０の回転軸１０ｃは搬送方向Ｄ１に沿って延びるため、ローラ１０の周面１０ａは搬送方向Ｄ１の所定の範囲（図５に示される全長Ａ）で金属箔２に当接し、金属箔２を幅方向に引っ張る。よって、金属箔２におけるシワの発生を効果的に抑制することができる。さらに、ローラ１０がスクリュー形状になっているため、金属箔２に接するローラ１０の周面１０ａの回転方向は常に外側に向いており、シワを伸ばす効果が大きくなっている。

図７に示されるように、従来、塗工工程において乾燥炉内で熱風乾燥された電極が搬送され、乾燥炉から出ると、第１ガイドロールＲに接触した瞬間に金属箔２の部分が収縮してしまい、シワＸが発生する場合があった。シワＸが形成されると、電極がそのままロール状に巻き取られた場合に、後工程での不良が発生するおそれがあった。想定される不良の例としては、たとえば、裏面塗工時に塗工ができなくなる、スリット寸法の精度が悪化する、打ち抜き不良、タブ溶接不良などが挙げられる。

塗工装置１のシワ防止装置Ｍによれば、搬送方向Ｄ１に沿った方向において、全長Ａのうちある区分（複数箇所の接触幅ａ）に分散されて金属箔２に力が加えられる（図５参照）。よって、金属箔２にシワが発生したとしても、シワはシワ防止装置Ｍによって効果的に伸ばされる。特に、図６に示されるような、搬送方向Ｄ１に直交するローラ１００によって力が加わる場合に比して、本実施形態は有利である。ローラ１００では、金属箔２に力が加えられる範囲が搬送方向Ｄ１上の一点（図６中の点Ｐ）となり、応力が集中してしまい、金属箔２にダメージが生ずるおそれがある。

また、塗工装置１では、電極材３，４が塗工された金属箔２は、乾燥炉６において高温にさらされるが、金属箔２が乾燥炉６を通過すると、金属箔２の周囲の温度は低下する。一対のローラ１０，１０が乾燥炉６よりも搬送方向Ｄ１下流側に設けられることにより、温度変化が生じた時点で金属箔２を幅方向に引っ張ることができる。温度変化はシワが発生する原因になり易いため、このようなタイミングで金属箔２を幅方向に引っ張ることにより、発生し始めたシワを効果的に伸ばすことができる。特に、乾燥炉６の出口（乾燥炉６から出た直後）にローラ１０が設けられていると、急激な温度変化が生じた時点で伸ばせるため、シワを伸ばす効果が大きい。

一対のローラ１０，１０のそれぞれにおいて、周面１０ａの搬送方向Ｄ１における長さｗは、溝部１０ｄの搬送方向Ｄ１における長さｇよりも小さい（図４参照）ため、金属箔２の未塗工部２ｂに対するローラ１０の接触面積が小さくなる。よって、ローラ１０の周面１０ａが未塗工部２ｂに対して摺動し易くなり、金属箔２にダメージを与えることなく、金属箔２を適切に引っ張ることができる。後段のローラ１１，１１によっても、同様の作用・効果が奏される。

支持板１２に設けられた温度調整機構によって支持板１２の温度を高くすることで、乾燥性を高めることができる。一方、温度調整機構によって支持板１２の温度を低くすることで、成り行きで冷却される場合に比して適切な温度制御を行うことができる。よって、シワの発生を一層効果的に抑制することができる。後段の支持板１３によっても、同様の作用・効果が奏される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。金属箔２の裏面側に支持板１２，１３が設けられる場合に限られず、金属箔２の裏面側に、他の一対のローラが設けられてもよい。ローラは搬送方向Ｄ１に２段階に設けられる場合に限られず、一対のローラのみが設けられてもよい。ローラの一部が乾燥炉６内に配置されていてもよい。

１…塗工装置、２…金属箔、２ａ…塗工部、２ｂ…未塗工部、３，４…電極材（塗工液）、６…乾燥炉（乾燥部）、１０，１１…ローラ（一対のローラ）、１０ａ…周面、１０ｃ…回転軸、１０ｄ…溝部、１２，１３…支持板（受け部）、１４…駆動部、Ｄ１…搬送方向、Ｍ…シワ防止装置。

Claims (4)

1. 幅方向の中央部に塗工液が塗工された金属箔を搬送方向に搬送する塗工装置であって、
   前記金属箔の一方の面側に配置されて、前記金属箔の幅方向の両端部に形成された未塗工部に当接し、前記搬送方向に沿って延びる回転軸を中心に回転可能な一対のスクリュー形状のローラと、
   前記金属箔の他方の面側に配置されて前記一対のローラに対向し、前記金属箔を介して前記一対のローラからの押圧力を受ける受け部と、
   前記未塗工部に当接する前記一対のローラの螺旋状の周面が前記金属箔の幅方向外方に移動するように前記一対のローラのそれぞれを回転させる駆動部と、
   を備えることを特徴とする塗工装置。
2. 前記塗工液が塗工された金属箔を乾燥させる乾燥部を備え、
   前記一対のローラと前記受け部とが、前記乾燥部よりも前記搬送方向下流側に設けられている、請求項１記載の塗工装置。
3. 前記一対のローラのそれぞれは、前記未塗工部に当接する螺旋状の前記周面と、前記周面間に形成された溝部とを有し、
   前記周面の前記搬送方向における長さは、前記溝部の前記搬送方向における長さよりも小さい、請求項１または２記載の塗工装置。
4. 前記受け部は前記金属箔の他方の面に面接触する平板状をなしており、前記受け部には温度調整機構が設けられている、請求項１〜３のいずれか一項記載の塗工装置。

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