JP6473644B2

JP6473644B2 - 塗工装置、塗工方法および塗膜形成システム

Info

Publication number: JP6473644B2
Application number: JP2015061965A
Authority: JP
Inventors: 佳浩安谷; 錦内　栄史; 栄史錦内
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP2016179453A; CN106000768A; CN106000768B

Description

本発明は、多孔基材に化学電池材料などの塗工液を塗工する塗工装置および塗工方法、並びに、その塗工装置を組み込んだ塗膜形成システムに関する。

従来より、リチウムイオン電池などの化学電池の製造においては、金属箔等の基材をロールトゥロール方式にて搬送しつつ、その基材の表面に電極材料の塗工液を吐出して塗膜を形成する。また、電極を多層構造とするために、基材の表裏両面に塗膜を形成することが多く、基材の両面に電極材料の塗工液を吐出して塗膜を形成する両面塗工装置が知られている。このような両面塗工装置としては、まず基材の一方面に塗工液を塗工してから乾燥処理を行い、次に基材の他方面に塗工液を塗工して再度乾燥処理を行うものがある。このような手法によっても、基材の両面に塗工処理を行うことは可能であるが、１つのラインに乾燥炉が２台必要となり、装置の全長が長くなってコストが増大する。

このため、乾燥処理を行う前に基材の両面に塗工液を同時に塗工し、基材の両面に対して一括して乾燥処理を行う装置が開発されている。例えば、特許文献１，２には、基材を挟んで表面側と裏面側とに相対向するようにダイ（塗工ノズル）を１本ずつ配置し、双方の塗工ノズルから基材の表裏両面に塗工液を同時に吐出して両面同時塗工を行う両面塗工装置が開示されている。特許文献１，２に開示されるような両面塗工装置では、基材の表裏両面に塗工液を塗工してから一括して乾燥処理を行うため、乾燥炉が１台で足りるとともに、電極の生産性が高まる。このような両面塗工装置においては、塗膜の塗工形状の調整は表裏の塗工ノズルの基材に対する相対位置を変更することで行い、また塗工膜厚は各塗工ノズルからの塗工液の吐出流量によって制御している。

特開２００８−２８４５２８号公報特開２０１３−１０７０５３号公報

塗工ノズルから基材に塗工液を吐出する塗工方式においては、高い塗工均一性を実現するために塗工ノズルの加工精度、特に吐出口近傍の加工精度が極めて重要である。しかしながら、そのような高い加工精度にて製作された塗工ノズルは高額であり、塗工ノズルを２本搭載することによって塗工装置の製造コストが高騰する要因となっていた。加えて、塗工ノズルを２本搭載した場合には、塗工ノズルに塗工液を送給するポンプ等の塗工液供給機構も塗工ノズルの本数に応じて２組設ける必要があるため、塗工装置の製造コストがさらに高騰することとなる。

また、塗工装置に２本の塗工ノズルを設置した場合、双方の塗工ノズルの設置位置が僅かでもずれると、基材の表面と裏面とで塗膜の塗工端がずれるという問題も発生していた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、１本の塗工ノズルにて基材の表裏両面に塗工液を塗工することができる塗工装置および塗工方法、並びに、その塗工装置を組み込んだ塗膜形成システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、多孔基材に塗工液を塗工する塗工装置において、第１ローラから送り出された多孔基材を第２ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送機構と、前記搬送機構によって搬送される多孔基材の一方面に塗工液を吐出する塗工ノズルと、前記搬送機構によって搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板と、を備え、前記塗工ノズルは、前記平滑板と平行な塗工面および前記塗工面の一部に形成された吐出口を有し、前記平滑板は少なくとも前記吐出口を覆う位置に設けられ、前記搬送機構による多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部よりも上流側に位置するように前記平滑板が設置されることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る塗工装置において、前記平滑板と前記塗工ノズルの前記塗工面との間隔を測定するリニアスケールをさらに備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、塗膜形成システムであって、請求項１または請求項２の発明に係る塗工装置と、前記塗工装置によって基材に形成された塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部と、を備えることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、多孔基材に塗工液を塗工する塗工方法において、第１ローラから送り出された多孔基材を第２ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送工程と、搬送される多孔基材の一方面に塗工ノズルから塗工液を吐出する吐出工程と、を備え、前記吐出工程では、搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板によって少なくとも前記塗工ノズルの前記平滑板と平行な塗工面の一部に形成された吐出口を覆うとともに、多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部よりも上流側に位置しつつ前記塗工ノズルから塗工液を吐出することを特徴とする。

請求項１から請求項３の発明によれば、塗工ノズルの吐出口を覆う位置に平滑板を設けて多孔基材の一方面に塗工ノズルから塗工液を吐出するため、多孔基材の他方面に塗工液が滲出して塗工ノズルと平滑板との間に塗工液の液溜まりが形成され、１本の塗工ノズルにて基材の表裏両面に塗工液を塗工することができる。

請求項４の発明によれば、平滑板によって少なくとも塗工ノズルの吐出口を覆いつつ塗工ノズルから多孔基材の一方面に塗工液を吐出するため、多孔基材の他方面に塗工液が滲出して塗工ノズルと平滑板との間に塗工液の液溜まりが形成され、１本の塗工ノズルにて基材の表裏両面に塗工液を塗工することができる。

本発明に係る塗工装置を組み込んだ塗膜形成システムの全体構成を示す図である。平滑板と塗工ノズルとの配置関係を示す図である。平滑板と塗工ノズルとの配置関係を示す図である。多孔基材の一方面に塗工液を吐出したときに生じる現象を示す図である。塗膜形成システムによって製造された電極の部分断面図である。平滑板と塗工ノズルとの配置関係の他の例を示す図である。平滑板と塗工ノズルとの配置関係の他の例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る塗工装置を組み込んだ塗膜形成システム１の全体構成を示す図である。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

この塗膜形成システム１は、長尺の多孔基材をロールトゥロール(Roll-to-Roll)方式にて連続搬送しつつ、その多孔基材に電極材料である活物質を含む塗工液を塗工し、その塗工液の乾燥処理を行ってリチウムイオン二次電池の電極製造を行う装置である。塗膜形成システム１は、塗工装置１０に乾燥部８０を備えて構成される。また、塗膜形成システム１は、システム全体を管理する制御部９０を備える。

本発明に係る塗工装置１０は、主たる要素として塗工ノズル２０、平滑板３０および搬送機構６０を備える。また、塗工装置１０は、塗工ノズル２０に塗工液を送給する塗工液供給機構２８を備える。制御部９０は、塗工装置１０の各機構部も制御しており、塗工装置１０の制御部としても機能する。

搬送機構６０は、巻き出しローラ（第１ローラ）６１、巻き取りローラ（第２ローラ）６２および複数の補助ローラ６３を備える。長尺の多孔基材５は、巻き出しローラ６１から送り出されて複数の補助ローラ６３に案内されつつ巻き取りローラ６２によって巻き取られることにより、塗工装置１０、乾燥部８０の順にロールトゥロール方式にて連続して搬送される。なお、補助ローラ６３の個数および配置位置については、図１の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜に増減することができる。

塗工ノズル２０は、搬送機構６０によって略水平方向に沿って搬送される多孔基材５の下方に配置されている。塗工ノズル２０は、例えばステンレススチールにて形成され、多孔基材５の幅方向に沿ったスリット状の吐出口２１を備えたスリットノズルである。塗工ノズル２０は、搬送機構６０によって搬送される多孔基材５の裏面に電極材料の塗工液を吐出する。なお、多孔基材５の「裏面」とは、多孔基材５の２つの面のうちの下方を向いた一方面であり、「表面」とはその反対側の他方面である。すなわち、多孔基材５の表面および裏面は、多孔基材５の両面を単に識別するための表記であり、いずれか特定の面が表面または裏面に限定されるものではない。

塗工ノズル２０には、塗工液供給機構２８から塗工液が送給される。塗工液供給機構２８は、塗工液を貯留するタンク、当該タンクから塗工液を塗工ノズル２０に向けて圧送するポンプ、当該ポンプが塗工ノズル２０に塗工液を圧送する送液圧を測定する圧力センサ等（いずれも図示省略）を備える。制御部９０は塗工液供給機構２８のポンプを制御する。

塗工ノズル２０は、搬送機構６０による多孔基材５の搬送経路のうち搬送方向が略水平方向となる部分にて多孔基材５の下方に設けられる。塗工ノズル２０は、そのスリット状の吐出口２１が上側を向くように（つまり、多孔基材５の裏面に対向するように）設けられる。塗工ノズル２０は、スリット状の吐出口２１に繋がる流路を規定するためのシムおよびマニホールド等を備える。塗工液供給機構２８から送給された塗工液は、当該流路を流れて吐出口２１から上方に向けて多孔基材５の裏面に吐出される。

また、塗工ノズル２０の鉛直方向に沿った高さ位置は駆動部２６によって調整される。駆動部２６は、例えばパルスモータとボールネジとを備えた駆動機構であり、塗工ノズル２０を鉛直方向に沿って昇降移動させる。なお、駆動部２６は、塗工ノズル２０の姿勢を調整する機構をさらに備えていても良い。

平滑板３０は、搬送機構６０によって搬送される多孔基材５を挟んで塗工ノズル２０と対向する位置に設けられる。すなわち、平滑板３０は、搬送機構６０による多孔基材５の搬送経路のうち搬送方向が略水平方向となる部分にて多孔基材５の上方に設けられる。図２および図３は、平滑板３０と塗工ノズル２０との配置関係を示す図である。図２は多孔基材５の搬送経路の側方から見た図であり、図３は多孔基材５の搬送経路に沿った方向から見た図である。

平滑板３０は、例えばステンレススチールにて形成された平面視で矩形の板状部材である。平滑板３０の表面のうち少なくとも搬送機構６０によって搬送される多孔基材５に対向する面は、高い精度にて平滑な面とされている。平滑板３０は、多孔基材５に対向する面が水平方向に沿うように固定設置される。

図２および図３に示すように、塗工ノズル２０には、平滑板３０の多孔基材５に対向する面と平行な塗工面２２が形成されている。すなわち、塗工面２２も水平方向に沿う平面である。搬送機構６０による多孔基材５の搬送方向ＤＲ（図２）に沿った塗工面２２の長さは例えば約４ｍｍである。スリット状の吐出口２１は塗工面２２の一部に形成されている。

本実施形態においては、搬送機構６０による多孔基材５の搬送方向ＤＲ（図２）に沿って下流側の平滑板３０の端部３１が塗工ノズル２０の塗工面２２の搬送方向ＤＲに沿った下流側の端部２３に対向する位置に平滑板３０が設置されている。すなわち、多孔基材５の搬送方向ＤＲに沿って平滑板３０の下流側の端部３１が塗工面２２の下流側の端部２３の鉛直方向直上となるように平滑板３０が設置されている。

平滑板３０の搬送方向ＤＲに沿った長さは塗工面２２の長さよりも長い。よって、平滑板３０は、塗工ノズル２０の吐出口２１の鉛直方向直上を覆う位置に設けられていることとなる。

また、図３に示すように、塗工ノズル２０には、リニアスケール４０が付設されている。リニアスケール４０は、先端を平滑板３０に接触させることによって、平滑板３０の多孔基材５に対向する面と塗工ノズル２０の塗工面２２との間隔を測定する。リニアスケール４０による測定結果は制御部９０に伝達される。制御部９０は、リニアスケール４０による測定結果に基づいて、平滑板３０の多孔基材５に対向する面と塗工ノズル２０の塗工面２２との間隔が予め設定された設定値となるように駆動部２６を制御して塗工ノズル２０を昇降させる。平滑板３０の多孔基材５に対向する面と塗工ノズル２０の塗工面２２との間隔の設定値は、例えば１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲内である。

図１に戻り、多孔基材５の搬送経路に沿って一対の第１ピンチローラ７１，７１および一対の第２ピンチローラ７２，７２が設けられている。一対の第１ピンチローラ７１，７１は、多孔基材５の搬送経路に沿って塗工ノズル２０および平滑板３０よりも上流側に設置されている。第１ピンチローラ７１，７１は、円筒形状のローラである。

一方、一対の第２ピンチローラ７２，７２は、多孔基材５の搬送経路に沿って塗工ノズル２０および平滑板３０よりも下流側に設置されている。各第２ピンチローラ７２は、回転軸の両端に一対の円板状のローラを固設して構成されており、多孔基材５の幅方向両縁部と接触する。第２ピンチローラ７２，７２は、塗工直後の多孔基材５と接触することとなるが、多孔基材５の幅方向両縁部と接触するため塗膜に直接接触することはなく、塗膜の損傷を防止するとともに、第２ピンチローラ７２，７２の汚染を防ぐこともできる。

巻き出しローラ６１から巻き取りローラ６２に至る多孔基材５の搬送経路の全体において多孔基材５に作用する張力を規定しているのは、巻き出しローラ６１および巻き取りローラ６２である。典型的には、巻き取りローラ６２による巻き取り速度の方が巻き出しローラ６１による送り出し速度よりも若干大きく設定されており、それによって多孔基材５に張力が与えられる。多孔基材５の搬送経路のうち第１ピンチローラ７１，７１および第２ピンチローラ７２，７２の間の区間、すなわち塗工ノズル２０が設けられた区間においては、巻き出しローラ６１および巻き取りローラ６２によって規定される張力から独立して第１ピンチローラ７１，７１および第２ピンチローラ７２，７２によって多孔基材５の張力を調整することができる。

また、多孔基材５の搬送経路に沿って乾燥部８０よりも下流側にはダンサーローラ７５が設けられている。ダンサーローラ７５は、位置が固定された２つの補助ローラ６３の間に配置されている。ダンサーローラ７５は、上下方向に可動のローラである。すなわち、ダンサーローラ７５は、回転軸が固定されておらず、多孔基材５に作用する張力によって上下動する。換言すれば、ダンサーローラ７５は、上下方向についての位置が拘束されていないため、その高さ位置にかかわらず常に一定の張力を多孔基材５に与える。ダンサーローラ７５が多孔基材５に付与する張力はダンサーローラ７５自体の質量によって規定される。なお、ダンサーローラ７５には、多孔基材５に付与する張力を調整するための錘が付設されていても良い。

乾燥部８０は、塗工ノズル２０によって多孔基材５に塗工された塗工液の塗膜の乾燥処理を行う。乾燥部８０は、搬送機構６０によって搬送される多孔基材５を加熱することによって、塗工液から溶剤を蒸発させて乾燥処理を行う。乾燥部８０は、例えば、塗工液の塗膜を緩やかに昇温させる予熱部、塗膜を所定温度にまで昇温して主たる加熱を行うメイン乾燥部、塗膜をより高温に加熱して膜中の歪みや残留応力を除去するアニール部、加熱された塗膜を冷却する冷却部などを備えていても良い。

制御部９０は、塗膜形成システム１に設けられた各動作機構を制御して多孔基材５に対する塗工処理を進行させる。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部９０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって塗膜形成システム１における塗工処理が進行する。

上述のような構成を備える塗膜形成システム１にて電極製造を行うときには、搬送機構６０によって多孔基材５をロールトゥロールで連続搬送しつつ、塗工ノズル２０から多孔基材５に対して塗工液を塗工する。本実施形態において塗工の対象となる多孔基材５は、リチウムイオン二次電池の集電体として機能する金属の多孔箔である。多孔箔とは複数の穴が穿設された金属箔である。塗膜形成システム１にてリチウムイオン二次電池の正極を製造する場合には、多孔基材５として例えばアルミニウム（Ａｌ）の多孔箔を用いることができる。また、塗膜形成システム１にて負極を製造する場合には、多孔基材５として例えば銅（Ｃｕ）の多孔箔を用いることができる。多孔基材５は長尺のシート状の多孔箔であり、その幅および厚さについては特に限定されるものではないが、例えば幅６００ｍｍ〜７００ｍｍ、厚さ１０μｍ〜２０μｍとすることができる。また、多孔基材５として用いる多孔箔に穿設された穴の径は例えばφ０．１ｍｍであり、穴の開口率（複数の穴の総面積／金属箔の面積）は１０％〜５０％（本実施形態では３０％）とすることができる。複数の穴は金属箔の全面に均一な密度にて穿設されている。

このような多孔基材５としての多孔箔が巻き出しローラ６１から送り出されて巻き取りローラ６２によって巻き取られることにより、塗工装置１０、乾燥部８０の順にロールトゥロール方式にて連続して搬送される。塗工装置１０においては、搬送機構６０によって搬送される多孔基材５の下方に塗工ノズル２０が配置される。塗工ノズル２０は、搬送機構６０によって略水平方向に搬送される多孔基材５の裏面に吐出口２１から電極材料の塗工液を吐出する。すなわち、塗工ノズル２０は、多孔基材５の下側から塗工液を吐出する。

塗膜形成システム１にて正極を製造する場合には、正極材料の塗工液として、例えば正極活物質であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、導電助剤であるカーボン（Ｃ）、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の混合液を用いる。コバルト酸リチウムに代えて、正極活物質としてニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、燐酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）などを用いることもできる。

一方、塗膜形成システム１にて負極を製造する場合には、負極材料の塗工液として、例えば負極活物質である黒鉛（グラファイト）、結着剤であるＰＶＤＦ、溶剤であるＮＭＰの混合液を用いる。黒鉛に代えて、負極活物質としてハードカーボン、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、シリコン合金、スズ合金などを用いることもできる。また、正極材料および負極材料の双方において、結着剤としてＰＶＤＦに代えてスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などを使用することができ、溶剤としてＮＭＰに代えて水（Ｈ_２Ｏ）などを使用することができる。さらに、結着剤としてＳＢＲ、溶剤として水を用いる場合には、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を併用することもできる。これら正極材料および負極材料の塗工液は固体（微粒子）が分散されたスラリーであってその粘度はいずれも１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以上であり、一般的にチクソトロピー性を有する。

本実施形態においては、下方の塗工ノズル２０から多数の穴が穿設された多孔基材５の裏面に塗工液を吐出すると、裏面に着液した塗工液がそれら多数の穴を通って多孔基材５の表面側に滲出する。その結果、多孔基材５の裏面にのみ塗工液を吐出するだけで多孔基材５の表裏両面に塗工液を塗工できることとなる。

図４は、多孔基材５の一方面に塗工液を吐出したときに生じる現象を示す図である。搬送機構６０によって搬送方向ＤＲとして示す向きに搬送される多孔基材５には複数の穴５ａが穿設されている。複数の穴５ａが穿設された多孔基材５の裏面に塗工ノズル２０から塗工液を吐出すると、多孔基材５の裏面に着液した塗工液の一部が複数の穴５ａから多孔基材５の表面側に滲出する。これにより、多孔基材５の表面にも塗工液が塗工されたのと同じこととなる。

複数の穴５ａを通って多孔基材５の表面側に滲出した塗工液は、多孔基材５を挟んで塗工ノズル２０と対向する位置に設けられた平滑板３０に到達する。その結果、図４に示すように、塗工ノズル２０の塗工面２２と平滑板３０との間に塗工液の液溜まりが形成されることとなる。そして、その液溜まり中を搬送方向ＤＲに示す向きに多孔基材５が搬送されることによって、多孔基材５の表裏両面に塗工液が塗工される。

ここで、本実施形態においては、多孔基材５の搬送方向ＤＲに沿って下流側の平滑板３０の端部３１が塗工ノズル２０の塗工面２２の搬送方向ＤＲに沿った下流側の端部２３の鉛直方向直上となるように平滑板３０が設置されている。すなわち、多孔基材５の搬送方向ＤＲに沿って下流側の平滑板３０の端部３１と塗工面２２の端部２３とが相対向しており、塗工ノズル２０のリアリップ面（塗工面２２のうちの吐出口２１よりも搬送方向ＤＲに沿って下流側の面）が過不足無く平滑板３０によって覆われることとなる。

このような状態の場合、塗工ノズル２０の塗工面２２と平滑板３０との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部を多孔基材５が通過すると、多孔基材５よりも上方の液溜まりの液圧と下方の液溜まりの液圧とが等しくなる。多孔基材５の走行位置は、多孔基材５よりも上方の液圧と下方の液圧とのバランスによって規制される。換言すれば、多孔基材５よりも上方の液圧と下方の液圧とが等しくなるように、多孔基材５の走行位置が塗工面２２と平滑板３０との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部に規制されるのである。なお、多孔基材５の上下の液圧バランスによって多孔基材５の走行位置が容易に規制できるように、塗工ノズル２０近傍における多孔基材５の張力を一対の第１ピンチローラ７１，７１および第２ピンチローラ７２，７２によって調整しておくのが望ましい。

多孔基材５の上下の液溜まりの液圧は、平滑板３０と塗工ノズル２０の塗工面２２との間隔および塗工ノズル２０からの塗工液の吐出流量によって規定される。平滑板３０と塗工ノズル２０の塗工面２２との間隔は、リニアスケール４０（図３）によって測定されており、その測定結果に基づいて当該間隔が所定値となるように制御部９０によって駆動部２６が制御される。

塗工面２２と平滑板３０との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部を通過するように多孔基材５が搬送されると、多孔基材５の表裏両面に形成される塗工液の塗膜の膜厚が等しくなる。すなわち、多孔基材５の表裏両面に均一な膜厚にて塗工液が塗工されたこととなる。多孔基材５の表面および裏面のそれぞれに形成される塗工液の塗膜の膜厚は、塗工ノズル２０からの塗工液の吐出流量、搬送機構６０による多孔基材５の搬送速度、および、平滑板３０と塗工面２２との間隔によって規定される。

塗工ノズル２０によって表裏両面に塗工液が塗工された多孔基材５は乾燥部８０に搬送され、多孔基材５が加熱されて塗工液から溶剤が蒸発し、塗工液の塗膜の乾燥処理が行われる。多孔基材５が乾燥部８０から搬出される時点では塗工液の塗膜が十分に乾燥されている。そして、乾燥部８０から搬出された多孔基材５は巻き取りローラ６２によって巻き取られる。なお、乾燥処理後の多孔基材５に作用する張力は、ダンサーローラ７５によって一定に調整される。

本実施形態においては、複数の穴５ａが穿設された多孔基材５の裏面に塗工ノズル２０から塗工液を吐出することにより、塗工液の一部を複数の穴５ａから多孔基材５の表面に滲出させて多孔基材５の表裏両面に塗工液を塗工している。すなわち、１本の塗工ノズル２０のみによって多孔基材５の表裏両面に塗工液を塗工することができるのである。

両面塗工を行うことができる塗工装置１０に搭載する高価な塗工ノズル２０が１本で足りれば、装置の製造コスト高騰を抑制することができる。また、塗工装置１０に搭載する塗工ノズル２０が１本であれば、２本の塗工ノズルを搭載した場合に必須となる双方の設置位置の整合作業等は不要となる。さらに、塗工装置１０に搭載した１本の塗工ノズル２０についてのみパラメータ（塗工ノズル２０の傾き等）の調整を行えば良いため、塗工条件の最適化が容易となる。

また、本実施形態では、多孔基材５を挟んで塗工ノズル２０と対向する位置に平滑板３０を設けているため、塗工ノズル２０の塗工面２２と平滑板３０との間に塗工液の液溜まりが保持されるとともに、多孔基材５の表面側における塗膜の膜厚を均一にすることができる。塗膜形成システム１によって製造された電極の幅方向での膜厚（但し、多孔基材５の表裏両面の合計膜厚）のバラツキは±２％程度であり、塗工ノズルを２本設けて両面同時塗工を行った場合のバラツキ（±１％）と比較しても遜色のないものである。

特に、本実施形態においては、搬送機構６０による多孔基材５の搬送方向ＤＲに沿って下流側の平滑板３０の端部３１が塗工ノズル２０の塗工面２２の搬送方向ＤＲに沿った下流側の端部２３に対向する位置に平滑板３０が設置されているため、多孔基材５の走行位置が塗工面２２と平滑板３０との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部に規制される。その結果、多孔基材５の表裏両面に形成される塗工液の塗膜の膜厚が等しくなる。

また、図５は、塗膜形成システム１によって製造された電極の部分断面図である。塗膜形成システム１では、多孔基材５の裏面に吐出された塗工液を穴５ａを介して多孔基材５の表面に滲出させた状態で乾燥処理を行っているため、乾燥処理後の固化した塗膜は穴５ａの部分によって多孔基材５の表裏で一体化されたものとなっている。すなわち、乾燥処理後の多孔基材５の表面側の塗膜と裏面側の塗膜とは穴５ａの部分であたかもリベットで鋲着されたかのようになっており、強固に連結されている。このため、乾燥処理後の電極において、多孔基材５の表面または裏面から塗膜が剥離するという不具合を防止することができる。その結果、塗工液中の結着剤を減らして活物質の濃度を高めることができ、電極性能を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、平滑板３０の端部３１と塗工ノズル２０の塗工面２２の端部２３とが対向していたが、これに限定されるものではなく、平滑板３０の端部３１と塗工面２２の端部２３とはずれていても良い。

図６および図７は、平滑板３０と塗工ノズル２０との配置関係の他の例を示す図である。図６および図７において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。図６には、平滑板３０の端部３１が塗工ノズル２０の塗工面２２の端部２３よりもさらに搬送方向ＤＲに沿って下流側に位置している例を示す。このような状態の場合、多孔基材５よりも上方の液溜まりの液圧が上記実施形態よりも大きくなり、多孔基材５の上下の液圧が等しくなるように、多孔基材５の走行位置は上記実施形態よりも下方へと押し下げられる。その結果、多孔基材５の走行位置は塗工面２２と平滑板３０との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部よりも下方に規制され、多孔基材５の上面（表面）の塗膜の膜厚が下面（裏面）の塗膜の膜厚よりも厚くなる。すなわち、多孔基材５の表面側の塗膜の膜厚を裏面側よりも意図的に厚くする場合には、平滑板３０の端部３１が塗工面２２の端部２３よりも搬送方向ＤＲに沿って下流側となるように平滑板３０を配置すれば良い。

一方、図７には、平滑板３０の端部３１が塗工ノズル２０の塗工面２２の端部２３よりも搬送方向ＤＲに沿って上流側に位置している例を示す。このような状態の場合、多孔基材５よりも下方の液溜まりの液圧が上記実施形態よりも大きくなり、多孔基材５の上下の液圧が等しくなるように、多孔基材５の走行位置は上記実施形態よりも上方へと押し上げられる。その結果、多孔基材５の走行位置は塗工面２２と平滑板３０との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部よりも上方に規制され、多孔基材５の上面の塗膜の膜厚が下面の塗膜の膜厚よりも薄くなる。すなわち、多孔基材５の裏面側の塗膜の膜厚を表面側よりも意図的に厚くする場合には、平滑板３０の端部３１が塗工面２２の端部２３よりも搬送方向ＤＲに沿って上流側となるように平滑板３０を配置すれば良い。但し、平滑板３０は、少なくとも塗工ノズル２０の吐出口２１の鉛直方向直上を覆う位置に設けられている必要があるため、平滑板３０の端部３１は塗工ノズル２０のリアリップ面（塗工面２２のうちの吐出口２１よりも搬送方向ＤＲに沿って下流側の面）のいずれかと対向することとなる。

このように、平滑板３０は、少なくとも塗工ノズル２０の吐出口２１の鉛直方向直上を覆う位置に設けられていれば良く、平滑板３０の位置を調整することによって多孔基材５の表裏面に形成される塗膜の膜厚を制御することができる。

また、上記実施形態においては、搬送機構６０によって搬送される多孔基材５の下方に塗工ノズル２０を設置していたが、多孔基材５の上方に塗工ノズル２０を設けるようにしても良い。多孔基材５の上方に塗工ノズル２０を設けた場合、スリット状の吐出口２１から下方に向けて多孔基材５の表面に塗工液を吐出する。この場合、平滑板３０は、搬送機構６０によって搬送される多孔基材５を挟んで塗工ノズル２０と対向する位置、すなわち多孔基材５の下方に設けられる。このようにしても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。もっとも、多孔基材５の上方に塗工ノズル２０を設けた場合には、吐出停止時に吐出口２１からの塗工液の液だれを防止するための機構（例えば、サックバック機構）を設ける必要が生じるため、上記実施形態のように多孔基材５の下方に塗工ノズル２０を設ける方が好ましい。

また、上記実施形態においては、多孔基材５を金属の多孔箔としていたが、多孔基材５は多孔箔に限定されるものではなく、多数の気孔を有する多孔質体であっても良い。すなわち、多孔基材５は、塗工液が通過可能な穴または気孔を有する基材であれば良い。

また、塗工ノズル２０は、１本のスリット状の吐出口２１を有するスリットノズルに限定されるものではなく、複数本のスリットを有するものであっても良いし、略円形の吐出口から塗工液を吐出するノズルであっても良い。

また、本発明に係る技術を用いて塗工処理を行う対象となる塗工液はリチウムイオン二次電池の電極材料に限定されるものではなく、例えばリチウムイオンキャパシタや太陽電池材料（電極材、封止材）の塗工液または電子材料の絶縁膜や保護膜の塗工液であっても良い。

１塗膜形成システム
５多孔基材
１０塗工装置
２０塗工ノズル
２１吐出口
２２塗工面
２６駆動部
２８塗工液供給機構
３０平滑板
４０リニアスケール
６０搬送機構
６１巻き出しローラ
６２巻き取りローラ
８０乾燥部
９０制御部

Claims

多孔基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、
第１ローラから送り出された多孔基材を第２ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送機構と、
前記搬送機構によって搬送される多孔基材の一方面に塗工液を吐出する塗工ノズルと、
前記搬送機構によって搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板と、
を備え、
前記塗工ノズルは、前記平滑板と平行な塗工面および前記塗工面の一部に形成された吐出口を有し、
前記平滑板は少なくとも前記吐出口を覆う位置に設けられ、
前記搬送機構による多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部よりも上流側に位置するように前記平滑板が設置されることを特徴とする塗工装置。
請求項１記載の塗工装置において、
前記平滑板と前記塗工ノズルの前記塗工面との間隔を測定するリニアスケールをさらに備えることを特徴とする塗工装置。
請求項１または請求項２記載の塗工装置と、
前記塗工装置によって基材に形成された塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部と、
を備えることを特徴とする塗膜形成システム。
多孔基材に塗工液を塗工する塗工方法であって、
第１ローラから送り出された多孔基材を第２ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送工程と、
搬送される多孔基材の一方面に塗工ノズルから塗工液を吐出する吐出工程と、
を備え、
前記吐出工程では、搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板によって少なくとも前記塗工ノズルの前記平滑板と平行な塗工面の一部に形成された吐出口を覆うとともに、多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部よりも上流側に位置しつつ前記塗工ノズルから塗工液を吐出することを特徴とする塗工方法。