JP6292750B2 - 塗工装置 - Google Patents
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Description
塗工液中に沈殿物や凝集物が生じた場合には、塗工液中に存在している塗工成分の濃度分布が不均一となり、シートに塗工成分を必要量塗工できなくなることがあった。そして、塗工成分が必要量塗工されていないシートを、例えば、電気化学素子用セパレータとして使用した場合、前記電気化学素子用セパレータを用いて組み立てた電気化学素子は、ショートや熱暴走を発生し易い傾向があった。
また、塗工によりシートの表面に沈殿物や凝集物が付着した場合には、シート表面に特異的に塗工成分が多く存在する部分が生じることがあった。そして、表面に特異的に塗工成分が多く存在する部分が生じたシートを、例えば、電気化学素子用セパレータとして使用した場合、前記電気化学素子用セパレータを用いて組み立てた電気化学素子は、放電性能に劣る傾向があった。
そして、特許文献1に係る塗工装置において転写に使用されなかった塗工液は、塗工液槽と塗布ロールの間に形成された間隔における、塗工液槽の重力方向に設けられた塗工液排出スリットや端部に設けられたオーバーフロー部から排出され、粒子の沈降を防止できることが開示されている。
なお、特許文献1は、塗工液槽中で塗工液の流れが澱んだ場合、粒子が沈降し易くなるという知見のもと、塗工液槽と塗布ロールの間隔が一定で狭いことによって、塗工液が常に流動し続けるようになり粒子の沈降が生じないことを開示している。
つまり、シートに塗工する塗工液の量を調整するためには、例えば、塗工液の種類に合わせて、塗工液槽と塗工ロールがなす間隔を離すあるいは近づけることで、塗工ロールの表面へ供給する塗工液の量を調整する必要がある。
その際、特許文献1に係る塗工装置では、塗工液が常に流動し続け塗工成分(粒子など)の沈降が生じないように、塗工液槽と塗工ロールがなす間隔が一定となるように塗工液槽及び/又は塗工ロールを移動させ調整する必要があるが、塗工液槽と塗布ロールの間隔を一定で狭くするためには上述した移動を精密に行う必要があり、調整に手間がかかると考えられた。
「塗工ロールと、内面形状が円弧形状をした塗工液槽を備える塗工装置であって、
前記塗工ロールと前記塗工液槽が成す塗工液の存在する空間において、
前記塗工液の供給側の端部における前記塗工液槽と前記塗工ロールの最短距離の長さと、前記塗工液の排出側の端部における前記塗工液槽と前記塗工ロールの最短距離の長さが異なる、塗工装置。」
に関する。
この理由は完全に明らかとなっていないが、前記最短距離の長さが互いに異なることで、前記両端部における塗工液の移動速度が異なり、その結果、塗工液が前記空間を移動するのに伴い塗工液中の塗工成分へせん断力が作用して塗工成分同士が沈降、及び/又は、凝集するのを効果的に防止できるため、であると考えられる。
また、本発明の塗工装置は、塗工液槽と塗工ロールがなす間隔を一定にすることなく、主面に塗工成分が均一に塗工されたシートを製造することができる。そのため、シートに塗工する塗工液の種類を変更した場合であっても、主面に塗工成分が均一に塗工されたシートを簡便に製造できる。
以上から、本発明の塗工装置は、塗工液中に沈降しやすい、及び/又は、凝集しやすい塗工成分が存在している場合であっても、沈殿物や凝集物が形成されるのを防ぐことができ、主面に塗工成分が均一に塗工されたシートを簡便に製造できる塗工装置の提供を目的とする。
図1は、本発明の塗工装置における模式的な側面断面図であり、図1において紙面上の下方向は重力方向である。また、図2は、図1の塗工装置が備えている塗工ロールと塗工液槽を、図1の紙面上の上方向からみた模式的平面図であり、図3は、本発明に係る塗工液槽の、模式的斜視図である。
また、塗工液の存在する空間(3)において、塗工液の供給側の端部における塗工液槽(2)と塗工ロール(1)の最短距離の長さ(A、以降、最短距離の長さ(A)、と称することがある)と、塗工液の排出側の端部における塗工液槽(2)と塗工ロール(1)の最短距離の長さ(B、以降、最短距離の長さ(B)、と称することがある)が異なるように、塗工ロール(1)と塗工液槽(2)は配置されている。なお、図1では、最短距離の長さ(A)が最短距離の長さ(B)よりも長い態様を図示している。
そして、本発明の塗工装置(100)は、塗工液槽(2)と塗工ロール(1)がなす間隔を一定にすることなく、主面に塗工成分が均一に塗工されたシート(7)を製造することができる。そのため、シート(7)に塗工する塗工液の種類を変更した場合であっても、主面に塗工成分が均一に塗工されたシート(7)を簡便に製造できる。
塗工ロール(1)の素材は適宜選択するものであり、例えば、金属製、ガラス製、陶器製、樹脂性などであることができる。また、塗工ロール(1)の表面が、例えば、ダイアモンドの層、あるいは、炭化水素や炭素の同素体(例えば、ダイアモンドライクカーボン、グラファイトなど)から成る炭素系皮膜層を備えている場合には、シート(7)の主面に塗工液を均一に塗工できる傾向があり好ましい。
塗工液槽(2)における円弧形状は、沈殿物や凝集物が形成されるのを防ぐことができ、主面に塗工成分が均一に塗工されたシート(7)を調製できるように適宜調整する。特に、塗工液の存在する空間(3)における一方の端部からもう一方の端部に向かい、連続的に塗工液槽(2)と塗工ロール(1)の最短距離の長さが変化している場合(図1に図示された態様では、塗工液の供給側の端部から排出側の端部に向かい、前記最短距離の長さが連続的に減少している)には、塗工液中の塗工成分へ効率良くせん断力を作用させることができて、沈殿物や凝集物が形成されるのを更に防ぐことができ好ましい。
また、側板(11)の形状や大きさは、本発明の課題を解決できるように、適宜調整する。
1.まず、塗工液の存在する空間(3)において、塗工液と接触している塗工ロール(1)の表面を選出し、選出した前記表面において、前記表面の接線と直交する直線を、選出した各表面に対して作成する。
2.次いで、作成した各直線から、塗工ロール(1)の表面と塗工液槽(2)の内部表面を結ぶ線分を作成する。
3.そして、作成した各線分のうち、線分の全てが塗工液内に存在している線分を選出する。
4.最後に、選出した線分のうち、塗工液の存在する空間(3)における塗工液の供給側の端部に最も近い部分に存在する線分の長さを「塗工液の供給側の端部における塗工液槽と塗工ロールの最短距離の長さ(最短距離の長さ(A))」とし、塗工液の存在する空間(3)における塗工液の排出側の端部に最も近い部分に存在する線分の長さを「塗工液の排出側の端部における塗工液槽と塗工ロールの最短距離の長さ(最短距離の長さ(B))」とする。
また、本発明に係る塗工成分の粒子径分布は特に限定されるべきものではないが、塗工成分の粒子径分布が広過ぎると、表面に粒子形状の塗工成分が均一に塗工されたシート(7)を調製することが困難となる恐れがある。
繊維ウエブを構成する繊維同士を絡合および/または一体化して不織布にする方法として、例えば、ニードルや水流によって絡合する方法、繊維同士をバインダで一体化する方法、あるいは、繊維ウエブが熱可塑性樹脂を備える繊維を含んでいる場合には、繊維ウエブを加熱処理することで前記熱可塑性樹脂を溶融して、繊維同士を一体化する方法を挙げることができる。なお、繊維ウエブを加熱処理する方法として、例えば、カレンダーロールにより加熱加圧する方法、熱風乾燥機により加熱する方法、無圧下で赤外線を照射して熱可塑性樹脂繊維を溶融させる方法などを用いることができる。
また、直接紡糸法を用いて紡糸された繊維を捕集することで、不織布を調製してもよい。
搬送手段(6)の種類は限定されるものではなく、例えば、対をなす回転するニップロールやベルトコンベアなどを用いることができる。また、主面に塗工成分が塗工されたシート(7)の巻取装置(図示せず)を搬送手段として用いることもできる。
そのため、本発明の塗工装置(100)によって、例えば電気化学素子用セパレータなど様々な産業用資材として使用できる、主面に塗工成分が塗工されたシートを提供することができる。
1.シートの調製方法
芯成分がポリプロピレン(融点:170℃)、鞘部がポリエチレン(融点:135℃)の芯鞘型複合繊維(繊度:0.8dtex、繊維長:10mm)70重量部と、ポリプロピレン極細繊維(融点:160℃、繊維径:2μm、繊維長:2mm)30重量部とを混合し、湿式抄造法により繊維ウェブを調製した。
その後、前記繊維ウェブを温度140℃の熱風で10秒間処理した後、80℃のロールカレンダーに供することで、長尺状の不織布(孔の平均直径(D50):12μm、厚さ:25μm、目付:10g/m2、幅方向(短辺方向)の長さ:50cm、以降、不織布、と称する)を調製した。
塗工成分としてアルミナ粒子(昭和電工(株)、AL−45−A、平均粒子径(D50):800nm)と、バインダとして水溶性のポリビニルアルコール樹脂((株)クラレ製、PVA−105)を水に投入し、ディスパータイプの攪拌翼を用いて1200rpmの回転ミキサーで攪拌することで、アルミナ粒子が分散したポリビニルアルコール樹脂水溶液(固体分の濃度:50質量%、アルミナ粒子質量:ポリビニルアルコール樹脂質量=95質量%:5質量%)を調製した。
その後、調製した水溶液を開孔径が20μmのふるいにかけて、塗工液(粘度:0.05Pas)を調製した。
図1に図示した構成の塗工装置を用意した。なお、塗工装置における各部材の構成は以下の通りであった。
(塗工ロールの構成)
表面にダイアモンドライクカーボン層(水滴接触角:75°)を備えるグラビアロール(直径:60mm、グラビアロールの回転方向と直交する方向における長さ:60cm)を用意した。なお、グラビアロールはその表面全体にわたり、不織布の搬送方向に対して斜線をなす溝を備えていた。
(塗工液槽の構成)
図3に図示した構成の内面形状が円弧形状をした塗工液槽(グラビアロールの回転方向と直交する方向における長さ:68cm)を用意した。なお、グラビアロールの回転方向と直交する方向における、塗工液槽の両端部には側板が設けられていた。そして、塗工液槽の重力方向側の端部は、10mm側板から突き出した態様であった。
そして、塗工液槽の側板をX−Y稼動ステージの稼動部分に固定することで、塗工液槽(2)の配置を容易に調整できるようにし、グラビアロールと塗工液槽の配置を調整した。
このとき、グラビアロールの回転軸の中心から重力方向に垂下した直線よりも、不織布の搬送方向における下流側に、塗工液槽が5mm突出していた。
次いで、グラビアロールの表面と塗工液槽の内面との間に形成された空間における塗工液の供給側の端部から、チューブポンプ装置を用いて前記空間へ塗工液を供給することで、前記空間内に塗工液の存在する空間を形成した。
なお、この時、塗工液の存在する空間における最短距離の長さ(A)は10mm、最短距離の長さ(B)は2mmであった。また、塗工液の存在する空間が形成された後は、チューブポンプ装置から供給される塗工液の量を毎分50mlに調整した。このとき、塗工液の存在する空間における塗工液の排出側の端部から排出される塗工液の量は、毎分50mlであった。
対をなす回転するニップロールを不織布の搬送方向における上流側と下流側の各々に設けると共に、ニップロール間に上述のようにして調製した不織布を通布して、不織布の幅方向が搬送方向と直交するように合わせ、不織布を下流側に向け一定速度で搬送した。
そして、不織布を搬送方向と反対の方向へ搬送し得る方向に、グラビアロールを一定速度で回転させた。このとき、塗工液はグラビアロールの表面における、グラビアロールの回転方向と直交する方向全体にわたり供給されているものであった。
そして、塗工液が供給されたグラビアロールの表面と搬送されてきた不織布の主面が接触できるように調整して、不織布の主面全体に対して塗工液を毎分30ml塗工した。
上述のようにして調製した、主面に塗工液が塗工された不織布を、遠赤外線ヒータを備えた乾燥機に供することで、不織布に塗工された塗工液から溶媒を除去して、主面に塗工成分が塗工された不織布(厚さ:32μm、幅方向の長さ:50cm)を調製した。
実施例1の(3.塗工装置の準備)における(塗工液槽の構成)の項目を、以下に説明するように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、主面に塗工成分が塗工された不織布(厚さ:32μm、幅方向の長さ:50cm)を調製した。
(塗工液槽の構成)
内部形状が直方体である浴槽型の塗工液槽(内部形状の幅:650mm、内部形状の奥行き:180mm、内部形状の高さ:25mm)を用意した。次いで、チューブポンプ装置を用いて塗工液槽の内部空間へ塗工液を供給することで、浴槽型の塗工液槽内部に塗工液を満たした。なお、塗工液を満たした後は、チューブポンプ装置から供給される塗工液の量を毎分50mlに調整した。このとき、塗工液槽からあふれ出て排出される塗工液の量は、毎分50mlであった。
そして、実施例1で使用したグラビアロールの重力方向側の一部を、前記塗工液内に浸けた。
実施例1および比較例1で連続的に生産している主面に塗工成分が塗工された不織布を、各々、X線厚み測定器に供した。そして、前記不織布の幅方向における一方の端部に接する測定領域(搬送方向の長さ:6mm、幅方向の長さ:6mm)から目付を算出し、前記不織布の幅方向におけるもう一方の端部に到達するまで、1mmずつ測定領域を幅方向へ移動させながら、同様に目付を算出していった。なお、測定領域が前記もう一方の端部に到達した場合には、前記一方の端部へ向かい、測定領域が前記一方の端部に到達するまで移動させ、後は同様に測定領域の移動を繰り返しながら目付けの算出を行っていった。
そして、算出された各目付の平均値を求めることで、主面に塗工成分が塗工された不織布の平均目付を求めた。なお、平均目付の算出は、主面に塗工成分が塗工された不織布が生産方向(不織布の搬送方向)へ1m生産される毎に行った。
なお、目付の平均値の変化が小さいほど、不織布の主面に塗工された塗工成分の質量が均一であったことを表している。
特に、本発明の塗工装置によって調製された、塗工成分が均一に塗工されたシートを電気化学素子用セパレータとして使用することで、ショートや熱暴走が発生するのを防ぐことができると共に放電特性に優れる電気化学素子を調製することができる。そのため、本発明の塗工装置によって、ショートや熱暴走が発生するのを防ぐことができると共に放電特性に優れる電気化学素子を調製可能な、例えば、リチウムイオン一次電池用、リチウムイオン二次電池用などの、各種の電気化学素子用セパレータを提供することができる。
1・・・塗工ロール
2・・・塗工液槽
3・・・塗工液の存在する空間
4・・・塗工液供給装置
6・・・搬送手段
7・・・シート
11・・・側板
12・・・回転軸
Claims (1)
- 塗工ロールと、内面形状が円弧形状をした塗工液槽を備える、水平方向に搬送されてきたシートの主面に塗工液を塗工する塗工装置であって、
前記塗工ロールは前記シートよりも重力方向側に位置し、
前記塗工液槽は、塗工ロールの回転軸の中心から重力方向に垂下した直線よりも、シートの搬送方向における下流側に、3〜10mm突出しており、
前記塗工ロールと前記塗工液槽が成す塗工液の存在する空間において、
前記塗工液の供給側の端部から、塗工液の存在する空間における、塗工液の供給側の端部よりも重力方向側に存在する排出側の端部に向かい、前記塗工液槽と前記塗工ロールの最短距離の長さが連続的に減少しており、前記塗工液の供給側の端部における前記塗工液槽と前記塗工ロールの最短距離の長さが、前記塗工液の排出側の端部における前記塗工液槽と前記塗工ロールの最短距離の長さよりも長く、
前記供給側の端部は前記排出側の端部よりも、シートの搬送方向における上流側に位置し、かつ前記排出側の端部は前記供給側の端部よりも、塗工ロールの回転方向の下流側に位置する、塗工装置。
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