JP6463986B2

JP6463986B2 - 間欠塗工装置

Info

Publication number: JP6463986B2
Application number: JP2015032763A
Authority: JP
Inventors: 健太松岡
Original assignee: 株式会社松岡機械製作所
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: JP2016155050A

Description

本発明は、フィルム上に膜厚が一定な塗膜を間欠的に形成する装置に関する。

間欠塗工装置とは、例えば、リチウムイオン電池の電極に用いられる塗膜を基材に間欠的に形成する場合等に用いられる装置である。しかしながら、従来の間欠塗工装置は、塗布時の圧力変化や液溜まりが塗工ヘッドに生じることによって、間欠的に形成される塗膜ごとに塗布開始時の始端では盛り上がり、塗布終了時の終端では掠れが生じる。このように形成されたリチウムイオン電池の電極では不均一な膜厚から放電し、劣化が生じやすいため寿命を短くしてしまう。そのため、膜厚を一定とするための間欠塗工装置が求められており、その一例として特許文献１又は２が提案されている。

特許文献１記載の発明によれば、サーボモータの駆動によるピストンを用いて塗液を吸引・吐出するものであり、サーボモータの速度を調整することによって膜厚を均一にする効果を奏するものである。

特許文献２記載の発明によれば、弁体の開閉によって塗液の吐出を行うものであり、始端の塗液の盛り上がりを改善する為に弁体２６の開閉速度を調整する事で前記盛り上がりを抑制する効果を奏するものである。

特願２００７−２６９５８５号公報（特開２００９―９５７５２号公報）特開２０１２−４７２４５号公報

昨今のモバイル機器、EV、HV等の普及により、高品質かつ安価なリチウムイオン電池用電極の出現が求められる。そのため、リチウムイオン電池用電極の単価を下げるために大量生産をしようとするとフィルムの搬送速度を速くしなければならない事と、その速度でも膜厚が一定な間欠塗膜を形成することが間欠塗工装置に要求される。しかしながら、特許文献１記載の発明では、ピストンを動作させるサーボモータではその速度に対応出来ない上、ピストンを動作した際には、スロットダイとシリンダーとの間の配管内圧力も変化し、膜厚が均等になりにくい。

また、特許文献２記載の発明では、使用する塗液の粘度、塗布速度などの条件が異なる為に、弁体の開閉による塗液の吐出において、塗布開始もしくは終了時の塗液の量や圧力の調整がしにくく塗膜の膜厚が均等になりにくい。

そこで、塗膜の膜厚を均等し、特に塗布開始もしくは終了時の塗料の量や圧力の調整がし易い間欠塗工装置が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑み、間欠的に塗液を吐出して基材上に塗膜を形成する間欠塗工装置であって、前記塗液を供給する供給部と、塗液の流路を切り替えるロータリーバルブと、塗液を吸引又は吐出するプランジャーポンプと、塗液を前記基材に塗布する塗工ヘッド装置と、前記基材を走行させるバックアップロールと、を備え、
前記プランジャーポンプ及び前記ロータリーバルブは、前記供給部と前記塗工ヘッド装置との間に二つ並列に接続され、
前記ロータリーバルブは、前記供給部と、前記プランジャーポンプと、前記塗工ヘッド装置と、を連通し、前記供給部から前記プランジャーポンプへの流路と、前記プランジャーポンプから前記塗工ヘッド装置への流路との切替弁を有し、
一方の前記プランジャーポンプは、前記切替弁と連動して前記塗工ヘッド装置との接続を遮断しながら前記供給部と接続して前記供給部の塗液を吸引すると同時に、
他方の前記プランジャーポンプは、前記切替弁と連動して前記供給部側からの流路を遮断しながら前記塗工ヘッド装置と接続して前記プランジャーポンプ内の塗液を前記塗工ヘッド装置から吐出して前記基材に塗工すること、および、塗工終わりには前記切替弁を前記塗工ヘッド装置側に接続したまま前記プランジャーポンプのプランジャーが後退することで前記塗工ヘッド装置側に残った塗液の液溜まりを引き込むことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、プランジャーポンプから塗工ヘッド側の配管はロータリーバルブの切替弁によって閉じられているため、供給部のポンプ等による圧力から影響を受けず、プランジャーの速度を調整することのみで塗液にかかる圧力を容易に調整することができ、吐出終了時にプランジャーポンプを引くことによって塗工ヘッド装置と基材側に残留する液溜まりを配管内に引き戻すことができるので、液溜まりによる塗膜の終端の掠れをなくすことができる。したがって、ロータリーバルブの切替弁によって、供給部からの圧力等の影響を塗工ヘッド部から減らし、プランジャーの速度の調整による均一な膜厚の作成が可能である。

また、請求項１に記載の発明によれば、プランジャーポンプとロータリーバルブの少なくとも２台を供給部と塗工ヘッド装置との間で並列に接続することで、一方のプランジャーポンプが塗液を吐出しているのと同時に、他方のプランジャーポンプが塗液を吸引し、交互に塗膜を基材上に形成することができ、バックアップロールの速度の上昇に対応することが容易になる効果を奏する。また、間欠塗膜の始端の盛り上がりと終端の掠れがなく、均一な膜厚の塗膜を基材上に形成することができる。

本発明による間欠塗工装置の一例を示す構成概略図である。プランジャーポンプのプランジャーとロータリーバルブの切替弁の動作概念図であり、(a)供給部（もしくは塗工ヘッド装置）から塗液を吸引している状態を、(b)塗工ヘッド装置へ塗液を吐出している状態を示している。プランジャーとロータリーバルブと駆動系との接続を示す図であり、(a)ロータリーバルブとロータリアクチュエータとの接続を、(b)プランジャーポンプとリニアモータとの接続を示している。

本発明の間欠塗工装置の構成の一例について、図１に基づいて説明する。

本実施形態の間欠塗工装置は、供給部Aと塗工ヘッド装置Bとがプランジャーポンプ８ａ、８ｂに連結されたロータリーバルブ９ａ、９ｂを介して配管され、バックアップロール１５と基材１４が塗工ヘッド装置B近傍に備えている。

供給部Aは、タンク１、ポンプ２、圧力計３、流量計４、圧力計５、バルブ６と循環流路７によって構成されており、タンク１からポンプ２を経てロータリーバルブ９ａ、９ｂへと配管され、その途中に流量計４と圧力計３を設置する。さらに、ポンプ２と流量計４との間にタンク１に塗液が循環するように循環流路７を配管し、そこに圧力計５とバルブ６を設置する。

塗工ヘッド装置Bは、流量計１０、圧力計１１、バルブ１２、スロットダイ１３で構成されており、ロータリーバルブ９ａ、９ｂに連結されたプランジャーポンプ８ａ、８ｂからスロットダイ１３へと配管し、その間に流量計１０、圧力計１１及びバルブ１２を設ける。そして、スロットダイ１３から塗液を吐出して、バックアップロール１５で走行している基材１４に塗工を行い、間欠塗膜を形成する。

ロータリーバルブ９ａ、９ｂに連結されたプランジャーポンプ８ａ、８ｂは、供給部Aと塗工ヘッド装置Bとの間に２つ並列に接続し、塗液２３を吐出する。ロータリーバルブ９ａによって、一方のプランジャーポンプ８ａと供給部Aとの接続に切り替えられると、そのプランジャーポンプ８ａと塗工ヘッド装置Ｂとの接続が遮断される。そのとき、ロータリーバルブ９ｂによって、他方のプランジャーポンプ８ｂが塗工ヘッド装置Bとの接続に切り替えられ、プランジャーポンプ８ｂと供給部Ａとの接続が遮断される。これにより、プランジャーポンプ８ａ、８ｂから、交互に塗液２３の吐出ができ、バックアップロール１5の速度が上昇しても対応することが可能である。

ロータリーバルブ９ａ、９ｂは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各々に配置されるプランジャー２１の先端に位置し、切替弁２２の一部を欠切させて流路を形成する。図２（ａ）に示すように、プランジャー２１が塗液２３を吐出する際にロータリーバルブ９ａ、９ｂが塗布ヘッド装置B側に流路を構成するように、切替弁２２を揺動回転させる。この状態でプランジャー２１のピストン運動による塗液２３の吐出とロータリーバルブの切替弁２２の揺動回転とを連動させる。ここで、切替弁２２の弁体は球形や円柱形などの形状を取りうる。

この切替弁２２とプランジャー２１の動作が連動することによって配管の流路が供給部A側（供給部Ａからロータリーバルブ９ａ、９ｂまで）と、塗工ヘッド装置B側（ロータリーバルブ９ａ、９ｂから塗工ヘッド装置Ｂまで）と、に相互に独立し、供給部A側によるポンプ等からの塗液２３にかかる圧力等の影響が、塗工ヘッド装置Ｂに直接及ばないようにすることができる。それによって、塗布時の塗液２３にかかる圧力は塗工ヘッド装置B側のみ調整すればよい。

本実施形態では、２つのロータリーバルブ９ａ、９ｂを用いたものであるが、１つのロータリーバルブ９でも使用が可能である。ただし、ロータリーバルブ９の切替速度、バックアップロール１５の速度、塗液の継続吐出等を踏まえて、２若しくはそれ以上のロータリーバルブ９ａ、９ｂを用いることが好ましい。

また、コントローラーや制御部（図示しない）を接続することによって、圧力計３、５、１１や流量計４、１０から圧力や流量の数値を取得し、ロータリーバルブ９ａ、９ｂの切り替え、プランジャーポンプ８ａ、８ｂの速度調整等の命令を送信する。

次に、図２、図３に基づいて本実施形態のロータリーバルブ９ａ、９ｂに連結されたプランジャーポンプ８ａ、８ｂとその駆動について詳細に説明する。

ロータリアクチュエータ３１は、各々のロータリーバルブ９ａ、９ｂの切替弁２２と連結し、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、切替弁２２を９０度揺動回転させ、流路の切り替えを行うものである。

リニアモータ３２とは、磁石によって発生する磁力によりコイルが水平方向に往復運動するモータであり、この水平方向の往復運動によってプランジャー２１のピストン運動をさせ、プランジャーポンプ８、８内の塗液を吸引又は吐出するものである。このリニアモータ３２は電気応答性がよく、プランジャー２１の加速度を容易に調整することが可能である。また、ストローク長を大きくすることも容易であるため、プランジャー２１のピストン運動に適している。

ただし、本実施形態はあくまでも一例であり、ロータリアクチュエータ３１やリニアモータ３２と同等の駆動力を生じるものであれば、レシプロモータやムービングマグネット等を代わりに用いてもよい。

図１ないし３に基づいて、本実施形態における間欠塗工装置の塗工方法について説明する。

まず、間欠塗工装置の供給部Aを操作する。すなわち、タンク１に塗布する塗液２３を投入し、ポンプ２を作動させ塗液２３を流路に供給する。塗液２３は、ロータリーバルブ９ａ、９ｂ側へ供給されつつ、循環流路７へも一部供給される。塗液２３の粘度や、基材搬送速度等によって圧力及び流量を調整するため、バルブ６の一部を開放し、循環流路７を経て、タンク１に塗液２３の一部を元に戻し、設定した圧力で塗液２３を送れるようにする。このバルブ６は初期に1/3程度開放し、設定の圧力になるように手動でバルブ６の開閉を行う。

このとき、塗工ヘッド装置B側は並列に接続されている一方のロータリーバルブ９ａを供給部A側の流路にして塗工ヘッド装置Ｂとの接続を遮断し、それに連動するプランジャー２１はそのロータリーバルブ９aの切替弁２２側に位置させる。他方のロータリーバルブ９ｂは塗工ヘッド装置B側の流路にして供給部Ａとの接続を遮断し、それに連動するプランジャー２１は他方のロータリーバルブ９ｂの切替弁２２側に位置させる。また塗工ヘッド装置B側の操作として、予め、塗工ヘッド装置B側の配管及びスロットダイ１３には塗液を十分に満たしておくことが好ましい。

次に、塗工を開始するため塗工ヘッド装置B側を操作する。一方のプランジャーポンプ８ａのリニアモータ３２を動作させ、プランジャー２１が後退し負圧によって供給部A側から塗液をプランジャーポンプ８ａ内に吸引する（図２（ａ）参照）。バックアップロール１５の回転を開始し、基材１４を走行させ、数秒後に設定の速度にする。一方のロータリーバルブ９ａの切替弁２２を塗工ヘッド装置B側への流路へとロータリアクチュエータ３１によって切り替え、リニアモータ３２のピストン運動によって、プランジャー２１をロータリーバルブ９ａの切替弁２２側に前進させ、塗液２３を吐出してスロットダイ１３から基材１４へ塗布する（図２（ｂ）参照）。

上記の一方のプランジャーポンプ８ａとロータリーバルブ９ａによる塗液２３の吐出と同時に、他方のプランジャーポンプ８ｂとロータリーバルブ９ｂをロータリアクチュエータ３１、切替弁２２によって供給部A側へと流路を切り替え、リニアモータ３２によってプランジャー２１が後退し負圧によって供給部Aから塗液２３をプランジャーポンプ８ｂのシリンダー内に吸引する。一方のプランジャーポンプ８ａによって形成された塗膜から所定の間隔を空けた後、ロータリーバルブ９ｂの切替弁２２を塗工ヘッド装置B側への流路へとロータリアクチュエータ３１によって切り替え、リニアモータ３２のピストン運動によって、プランジャー２１をロータリーバルブ９ｂの切替弁２２側に前進させ、塗液を吐出してスロットダイ１３から基材１４へと塗布する。

上記の間欠塗工装置において、ロータリーバルブ９ａ、９ｂによる塗液２３の吸引又は吐出動作を交互に繰り返すことによって、間欠的な塗膜が基材１４に形成される。

この間欠塗工装置において、塗工始めから塗工途中では、プランジャー２１の速度を調整することによって圧力を一定とし膜厚の厚みを減らすことができる。また、塗工終わりでは、切替弁２２を塗工ヘッド装置B側に接続したまま、プランジャー２１をロータリーバルブ９ａ、９ｂ側から後退することでスロットダイ１３の先端に残った液溜まりを配管内に引き込み、塗り終わりの掠れをなくすことができる。

本発明によれば、間欠塗膜の始端の盛り上がりと終端の掠れがなく、均一な膜厚の塗膜を基材上に形成することができる。また、基材を走行させるバックアップロールの速度の上昇にも容易に対応することができる間欠塗工装置を提供することができる。

A・・・供給部
B・・・塗工ヘッド装置
１・・・タンク
２・・・ポンプ
３、５、１１・・・圧力計
４、１０・・・流量計
７・・・循環流路
６、１２・・・バルブ
８ａ、８ｂ・・・プランジャーポンプ
９ａ、９ｂ・・・ロータリーバルブ
１３・・・スロットダイ
１４・・・基材
１５・・・バックアップロール
２１・・・プランジャー
２２・・・切替弁
２３・・・塗液
３１・・・ロータリアクチュエータ
３２・・・リニアモータ

Claims

間欠的に塗液を吐出して基材上に塗膜を形成する間欠塗工装置であって、前記塗液を供給する供給部と、塗液の流路を切り替えるロータリーバルブと、塗液を吸引又は吐出するプランジャーポンプと、塗液を前記基材に塗布する塗工ヘッド装置と、前記基材を走行させるバックアップロールと、を備え、
前記プランジャーポンプ及び前記ロータリーバルブは、前記供給部と前記塗工ヘッド装置との間に二つ並列に接続され、
前記ロータリーバルブは、前記供給部と、前記プランジャーポンプと、前記塗工ヘッド装置と、を連通し、前記供給部から前記プランジャーポンプへの流路と、前記プランジャーポンプから前記塗工ヘッド装置への流路との切替弁を有し、
一方の前記プランジャーポンプは、前記切替弁と連動して前記塗工ヘッド装置との接続を遮断しながら前記供給部と接続して前記供給部の塗液を吸引すると同時に、
他方の前記プランジャーポンプは、前記切替弁と連動して前記供給部側からの流路を遮断しながら前記塗工ヘッド装置と接続して前記プランジャーポンプ内の塗液を前記塗工ヘッド装置から吐出して前記基材に塗工すること、および、塗工終わりには前記切替弁を前記塗工ヘッド装置側に接続したまま前記プランジャーポンプのプランジャーが後退することで前記塗工ヘッド装置側に残った塗液の液溜まりを引き込むこと、
を特徴とする間欠塗工装置。