JP6062389B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えばエレクトロスピニング法を用いて成膜材料を被成膜物上に成膜する成膜装置に関する。

エレクトロスピニング法を用いてシート等の被成膜物上にナノファイバ等の成膜材料を成膜する装置が提案されている。この種の成膜装置では、被成膜物上においてナノファイバが成膜される堆積領域を調整する技術が提案されている。

特開２０１０−１２１２２１号公報

エレクトロスピニング法を用いてナノファイバを成膜する場合、ナノファイバは印加されることによって帯電しており、被成膜物は、接地されることによって除電されている。ナノファイバは、ナノファイバに対して電位が低い被成膜物上にクーロン力によって引き寄せられることによって、被成膜物上に成膜される。

このため、マスクを用いて未塗工部上へのナノファイバの体積を防止する場合、マスク上に堆積したナノファイバによって、マスクが被成膜物の未塗工部に対して高電位となる。マスクが未塗工部に対して高電位になることによって、未塗工部には、マスクに対して引き寄せられる作用を有するクーロン力が作用する。被成膜物が例えば薄いシートであると、このクーロン力によってシートが変形することによって未塗工部が傷つく場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、未塗工部の損傷の防止と、被成膜物に対する塗り分けを行うことができる成膜装置を提供することである。

実施形態によれば、成膜装置は、成膜材料を吐出する吐出部と、前記成膜材料に電圧を印加して前記成膜材料を被成膜物に対して高電位にする電圧印加部と、前記吐出部から前記被成膜物の未塗工部に向かう方向に沿って前記未塗工部に重なる位置に設置されるマスクと、前記マスクの電位を前記被成膜物と同電位にする電位調整部と、を備え、前記マスクは、金属部と、前記金属部上に設けられる樹脂部を備え、前記金属部は、前記被成膜物に接触しておらず、かつ、及び前記未塗工部との間に隙間を有し、前記電位調整部は、前記被成膜物を接地する被成膜物用接地部と、前記マスクの前記金属部を接地するマスク用接地部を備える。
他の成膜装置は、成膜材料を吐出する吐出部と、前記成膜材料に電圧を印加して前記成膜材料を被成膜物に対して高電位にする電圧印加部と、前記吐出部から前記被成膜物の未塗工部に向かう方向に沿って前記未塗工部に重なる位置に設置されるマスクと、前記マスクの電位の上昇を防止する電位上昇防止部と、を備え、前記マスクは、金属部と、前記金属部上に設けられる樹脂部を備え、前記金属部は、前記被成膜物に接触しておらず、かつ、及び前記未塗工部との間に隙間を有し、前記電位上昇防止部は、前記マスクの前記金属部を接地するマスク接地部である。

第１の実施形態に係る成膜装置を示す斜視図。 図１中のＦ２−Ｆ２線に沿って示す同成膜装置の断面図。

第１の実施形態に係る成膜装置を、図１，２を用いて説明する。成膜装置は、成膜装置の一例である。図１は、成膜装置１０を示す斜視図である。図１に示すように、成膜装置１０は、一例としてエレクトロスピニング法を用いて、被成膜物の一例である電池の電極２０上に成膜材料の一例である液Ｌを塗布して電極２０上にセパレータ３０を成膜する装置である。電極２０は、シート形状であり、一方向に長い。

成膜装置１０は、電極２０を搬送方向Ａに沿って送る搬送装置４０と、電極２０を接地する電極用接地部（電位調整部、被成膜物用接地部）５０と、電極２０に向かってナノファイバを形成する液Ｌを吐出する吐出装置（吐出部）６０と、吐出装置６０に液Ｌを供給する液供給装置７０と、吐出装置６０に供給された液Ｌに電圧を印加する電圧印加装置（電圧印加部）８０と、電極２０上の塗り分けを行うマスク９０と、マスク９０を接地するマスク用接地部（電位調整部、電圧上昇防止部）１００と、成膜装置１０の動作を制御する制御装置１１０を有する。

搬送装置４０は、電極２０を巻き取る巻き取りローラ装置４１と、回転自由に設けられる従動ローラ４５を有している。巻き取りローラ装置４１は、回動可能に形成される巻き取りローラ４２と、巻き取りローラ４２を回転回動するローラ駆動装置４３を有している。

巻き取りローラ４２と従動ローラ４５は、それぞれの軸線が互いに平行となる姿勢で、離間して配置されている。従動ローラ４５から巻き取りローラ４２に向かう方向が、搬送方向Ａである。電極２０の搬送方向Ａに沿う一端は、巻き取りローラ４２に固定されている。電極２０の搬送方向Ａに沿う他端は、従動ローラ４５に固定されている。電極２０は、従動ローラ４５に巻回されている。

電極用接地部５０は、ローラ４２，４５上に設置される電極２０に電気的に接続可能に形成される配線５１と、配線５１に接続される基部５２を有している。基部５２は、その一部が例えば地中に埋められており、電極２０の電位を零に保つことを可能に形成されている。

本実施形態では、一例として、配線５１は、従動ローラ４５に接続されている。従動ローラ４５は、電極２０に帯電する電荷を配線５１に伝達可能に形成されている。基部５２は、搬送装置４０から離れた位置に設けられている。配線５１は、電極２０の電荷を基部５２に伝達可能に形成されている。

吐出装置６０は、セパレータ３０を形成する材料である液Ｌを吐出可能に形成されている。

液供給装置７０は、液Ｌを蓄えるタンクと当該タンクから液Ｌを送るポンプなどを有する液供給源７１と、液供給源７１内の液を吐出装置６０に供給可能に形成される液供給配管７２を有している。液供給配管７２は、吐出装置６０に連結されている。

電圧印加装置８０は、吐出装置６０に電気的に接続される配線８１と、配線８１に電圧を印加する電源装置８２を有している。

電極用接地部５０によって電極２０の電位が零になることにより、吐出装置６０から吐出された液Ｌは、当該液Ｌに印加された電圧と電極２０の間の電位差により生じえるクーロン力によって電極２０に導かれ、電極２０上に到達するまでの間にナノファイバＮとなり、電極２０上に塗布される。

塗布されたナノファイバＮによって、電極２０上に成膜される。形成される膜は、ナノファイバＮによって形成される不織布状であり、セパレータ３０になる。このように、エレクトロスピニング法により、電極２０上にセパレータ３０が成膜される。

ここで、電極２０について具体的に説明する。図２は、図１に示すＦ２−Ｆ２線に沿って示す、成膜装置１０の断面図である。図２は、成膜装置１０を、搬送方向Ａに垂直に切断した状態を示している。

図２に示すように、電極２０は、例えばアルミニウムを主材料として形成される集電シート２１と、集電シート２１の第１の主面２２上に設けられる第１の活物質層２３と、集電シート２１の第２の主面２４上に設けられる第２の活物質層２５を有している。活物質層２３，２５は、活物質と導電剤とが、バインダによって集電シート２１上に定着されることによって、形成される。

集電シート２１の第１の主面２２には、ナノファイバを塗布しない未塗工部２６が設定されている。言い換えると、未塗工部２６は、セパレータ３０を成膜しない範囲である。

未塗工部２６は、第１の主面２２の一端部に設定されている。活物質層２３は、第１の主面２２において、未塗工部２６以外の部分上に積層されている。本実施形態では一例として、第１の活物質層２３の表面２３ａが、セパレータ３０を形成すべくナノファイバＮが塗布される塗工部２７である。

マスク９０は、未塗工部２６上に配置されている。マスク９０は、電極２０には接触しておらず、電極２０との間に、隙間Ｓが設けられている。マスク９０は、吐出装置６０から吐出されたナノファイバＮの未塗工部２６上に向かう飛翔経路に沿って、言い換えると、吐出装置６０から未塗工部２６に進む方向に沿って、未塗工部２６に重なる位置に配置されている。

より具体的には、マスク９０は、未塗工部２６上に塗布されるように飛翔するナノファイバＮが、マスク９０によって遮られることによって未塗工部２６上に堆積することなく、マスク９０上に堆積する位置に配置されている。

マスク９０は、搬送方向Ａに沿って未塗工部２６の全体を覆う長さを有している。マスク９０は、金属部９１と、金属部９１上に積層される樹脂部９２を有している。樹脂部９２は、金属部９１において電極２０側を覆う覆い部９３を有している。このため、図２に示すように、樹脂部９２の断面形状は、Ｌ字形状となる。

図１に示すように、マスク用接地部１００は、金属部９１に接続される配線１０１と、基部１０２を有している。基部１０２は、配線１０１が接続されるとともに、その一部が例えば地中に埋められている。基部１０２は、マスク９０の電位を零に保つことを可能に形成されている。

制御装置１１０は、搬送装置４０と、吐出装置６０と、電圧印加装置８０の動作を制御可能に形成されている。

次に、成膜装置１０の動作を説明する。電極２０は、所定の設置状態で、搬送装置４０に設置されている。具体的には、電極２０は、その長手方向が搬送方向Ａに沿う状態で、巻き取りローラ４２と従動ローラ４５に固定されている。なお、成膜されていない電極２０は、従動ローラ４５に複数層巻回されている。

作業者が成膜装置１０の動作を開始する開始スイッチを押す等して、成膜装置１０の動作が開始される。動作が開始されると、上述した各装置の動作を開始する。

ローラ駆動装置４３の動作が開始されることによって、巻き取りローラ４２が回転する。巻き取りローラ４２が回転すると、電極２０が巻き取られるとともに、電極２０に引っ張られることによって、従動ローラ４５に巻回されていた電極２０が繰り出される。このことによって、電極２０が搬送方向Ａに搬送される。

液供給装置７０と電源装置８２の動作が開始されることによって、吐出装置６０にナノファイバＮを形成する液Ｌが供給される。吐出装置６０に供給された液Ｌは、電圧が印加された後に吐出される。

吐出装置６０から吐出された液Ｌは、電極２０に到達するまでの間にナノファイバＮを形成する。ナノファイバＮの一部は、塗工部２７である第１の活物質層２３の表面２３ａ上に降り注ぐ。表面２３ａ上に降り注いだナノファイバＮは、不織布状のセパレータ３０を形成する。

ナノファイバＮの残りの一部は、マスク９０の樹脂部９２上に堆積する。未塗工部２６上にマスク９０が設置されることによって、未塗工部２６上にナノファイバＮが堆積することがない。

マスク９０がマスク用接地部１００に設置されることによって、マスク９０上に、帯電するナノファイバＮが堆積しても、マスク９０の電位は、零に保たれる。つまり、マスク９０の電位は、電極２０と同電位に保たれる。

また、マスク９０の樹脂部９２が、金属部９１において電極２０側の側部を覆う覆い部９３を有することによって、金属部９１の電極２０型の縁が露出することがないので、ナノファイバＮがこの縁に引き寄せられることを防止できる。この結果、ナノファイバＮがマスク９０の下方に回りこむことが抑制される。

このように構成される成膜装置１０では、マスク９０の電位が上昇することを防止することによって、マスク９０の電位と電極２０の電位とを同電位にすることができるので、電極２０の未塗工部２６とマスク９０の間にクーロン力が発生することを防止できる。

電極２０の未塗工部２６とマスク９０の間にクーロン力が発生しないので、電極２０が当該クーロン力によってマスク９０に引き寄せられることがない。このため、電極２０がマスク９０に引き寄せられることによって変形することを防止できる。さらに、変形を防止することによって、電極２０がマスク９０に接触することがないので、当該接触に起因する電極２０の損傷も防止できる。

また、マスク９０と電極２０の電位を同電位にする電位調整部の一例として、電極用接地部５０と、マスク用接地部１００を用いている。これら接地部５０，１００は、接続線５１，１０１と基部５２，１０２を有する簡素な構造であるため、電位調整部を簡素に構成することができる。

また、マスク９０の金属部９１において電極２０側の縁部は、樹脂部９２の覆い部９３によって覆われていることによって、ナノファイバがマスク９０の下方に回りこむことが防止されるので、ナノファイバＮが未塗工部２６上に塗布されることを防止できる。

なお、本実施形態では、マスク用接地部１００によってマスク９０の電位を零の保持し、つまり電位が上昇することを防止することによって、マスク９０の電位と電極２０の電位を同電位にしている。

他の例としては、マスク９０の電位が電極２０に対して若干高くなっても、電極２０とマスク９０の間に生じるクーロン力が、電極２０を変形させない程度のクーロン力である場合は、マスク用接地部１００は、マスク９０の電圧の上昇を許容してもよい。

例えば本実施形態では、電極は、ローラ４２，４５に巻かれていることによって、引っ張り力が作用している。電極２０はこの引っ張り力によって張る状態となるので、多少のクーロン力であれば、電極２０が変形することがない。

このように、本実施形態では、マスク９０と電極２０を同電位にすることによって、未塗工部の損傷の防止と、被成膜物に対する塗り分けを行うことができる。また、マスク９０が電極２０に対して電位が高くなる場合であっても、その電位差が電極２０を変形するものではない場合は、つまり、例えばマスク用接地部１００である電位上昇防止部によって、マスク９０の電位上昇を、電極２０に変形が生じることがない程度に抑えることができるので、未塗工部の損傷の防止と、被成膜物に対する塗り分けを行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求範囲に記載された発明を付記する。
［１］
成膜材料を吐出する吐出部と、
前記成膜材料に電圧を印加して前記成膜材料を被成膜物に対して高電位にする電圧印加部と、
前記吐出部から前記被成膜物の未塗工部に向かう方向に沿って前記未塗工部に重なる位置に設置されるマスクと、
前記マスクの電位を前記被成膜物と同電位にする電位調整部と
を具備することを特徴とする成膜装置。
［２］
前記電位調整部は、前記被成膜物を接地する被成膜物用接地部と、前記マスクを接地するマスク用接地部を具備する
ことを特徴とする［１］に記載の成膜装置。
［３］
成膜材料を吐出する吐出部と、
前記成膜材料に電圧を印加して前記成膜材料を被成膜物に対して高電位にする電圧印加部と、
前記吐出部から前記被成膜物の未塗工部に向かう方向に沿って前記未塗工部に重なる位置に設置されるマスクと、
前記マスクの電位の上昇を防止する電位上昇防止部と
を具備することを特徴とする成膜装置。
［４］
前記電位上昇防止部は、前記マスクを接地するマスク接地部である
ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
［５］
前記マスクは、金属部と、前記金属部上に設けられる樹脂部を具備し、
前記金属部が接地される
ことを特徴とする［２］または［４］に記載の成膜装置。
［６］
前記樹脂部は、前記金属部において前記未塗工部側の縁を覆う覆い部を具備する
ことを特徴とする［５］に記載の成膜装置。

１０…成膜装置、２０…電極（被成膜物）、２６…未塗工部、２７…塗工部、４０…搬送装置、５０…電極用設置部（電位調整部、被成膜物用接地部）、６０…吐出装置（吐出部）、８０…電圧印加装置（電圧印加部）、９０…マスク、９１…金属部、９２…樹脂部、９３…覆い部、１００…マスク用接地部（電位調整部、電圧上昇防止部）、Ｌ…液（成膜材料）。

Claims (3)

1. 成膜材料を吐出する吐出部と、
   前記成膜材料に電圧を印加して前記成膜材料を被成膜物に対して高電位にする電圧印加部と、
   前記吐出部から前記被成膜物の未塗工部に向かう方向に沿って前記未塗工部に重なる位置に設置されるマスクと、
   前記マスクの電位を前記被成膜物と同電位にする電位調整部と、
   を具備し、
   前記マスクは、金属部と、前記金属部上に設けられる樹脂部を具備し、
   前記金属部は、前記被成膜物に接触しておらず、かつ、及び前記未塗工部との間に隙間を有し、
   前記電位調整部は、前記被成膜物を接地する被成膜物用接地部と、前記マスクの前記金属部を接地するマスク用接地部を具備する
   ことを特徴とする成膜装置。
2. 成膜材料を吐出する吐出部と、
   前記成膜材料に電圧を印加して前記成膜材料を被成膜物に対して高電位にする電圧印加部と、
   前記吐出部から前記被成膜物の未塗工部に向かう方向に沿って前記未塗工部に重なる位置に設置されるマスクと、
   前記マスクの電位の上昇を防止する電位上昇防止部と、
   を具備し、
   前記マスクは、金属部と、前記金属部上に設けられる樹脂部を具備し、
   前記金属部は、前記被成膜物に接触しておらず、かつ、及び前記未塗工部との間に隙間を有し、
   前記電位上昇防止部は、前記マスクの前記金属部を接地するマスク接地部である
   ことを特徴とする成膜装置。
3. 前記樹脂部は、前記金属部において前記未塗工部側の縁を覆う覆い部を具備する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。

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