JP6504034B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉粒体を圧縮して成膜する成膜装置に関するものである。

成膜装置に関して、粉粒体を圧縮することによりシート状物を成膜するものが知られている。この種の成膜装置の１つとして、所定の間隔で互いに平行に配置され、異なる回転速度（周速度）で回転駆動される一対のロールと、その一対のロール間（対面位置）に粉粒体を供給するホッパとを備えているものがある。そして、この成膜装置では、ホッパから一対のロール間に供給された粉粒体を、一対のロールで圧縮成形することにより、シート状物を成膜している（特許文献１参照）。

特開２０１３−０７７５６０号公報

しかしながら、上記の成膜装置では、一対のロールの回転速度（周速度）に速度差があるため、回転速度の速い方のロール側へ粉粒体が引っ張られる。そのため、粉粒体の供給が追いつかない部位が発生してしまう。つまり、一対のロール間への粉粒体の供給不足が発生する。そうすると、粉粒体に十分な展延性がない場合には、その部位が空間となったままで一対のロールの対面位置へ送られ、その状態で一対のロールで圧縮成形される。そのため、シート状物において、粉粒体が全く存在しない部位（透け）や、膜厚不足部位が発生し、成膜不良となるおそれがあった。
なお、粉粒体に十分な展延性を持たせれば、粉粒体の供給が追いつかない部位にも粉粒体が入り込んで空間を塞ぐことができるため成膜不良を防止することはできるが、粉粒体材料成分や製造条件などの制約を受けてしまう。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、一対のロール間への粉粒体の供給不足の発生を抑制することができる成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、所定の間隔で対向配置された、第１ロールと前記第１ロールより回転速度が速い第２ロールとを備え、これらのロール間へ粉粒体を重力落下により鉛直方向から供給して前記粉粒体を圧縮成形することによりシート状物を成膜する成膜装置において、前記第１ロールと前記第２ロールとは同一径であり、前記第２ロールは、その中心軸が前記第１ロールの中心軸に対して水平方向から０°より大きく９０°未満の範囲内で、前記第１ロールよりも下側に配置されていることを特徴とする。

この成膜装置では、所定の間隔で対向配置された第１ロールと第２ロールによって、ロール間に供給される粉粒体を圧縮成形することによりシート状物が成膜される。そして、第２ロールの回転速度（周速度）が第１ロールの回転速度（周速度）よりも速く設定されているため、第２ロール側へ粉粒体が引っ張られる。そのため、粉粒体の供給が追いつかない部位が発生（粉流体の供給不足が発生）して、その部位が空間となったままで、第１ロールと第２ロールとの対面位置へ送られ、その状態で第１ロール及び第２ロールによって圧縮成形されると、シート状物において、粉粒体が全く存在しない部位（透け）や、膜厚不足部位が発生し、成膜不良となるおそれがある。

ところが、この成膜装置では、第２ロールが、その中心軸が第１ロールの中心軸に対して水平方向から０°より大きく９０°未満の範囲内で、第１ロールよりも下側に配置されている。これにより、回転速度が速い方の第２ロール側への粉粒体の落下方向の供給口面積を大きくすることができる（図３参照）。そのため、回転速度が速い方の第２ロール側への粉粒体の供給量を増やすことができる。従って、第１ロールと第２ロールとの間への粉粒体の供給不足の発生を抑制することができる。その結果、シート状物において、粉粒体が全く存在しない部位（透け）や、膜厚不足部位の発生を防止することができる。

本発明に係る成膜装置によれば、上記した通り、一対のロール間への粉粒体の供給不足の発生を抑制することができる。

実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。 第１ロールと第２ロールとの対向部分を拡大した拡大図である。 粉粒体の落下方向における供給口面積についての説明図である。 本実施形態の成膜装置における粉粒体の供給状態を示す図である 従来の成膜装置における粉粒体の供給状態を示す図である。 図４に示す画像に画像処理を施した結果を示す図である。 図５に示す画像に画像処理を施した結果を示す図である。

以下、本発明の成膜装置を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、電極板の製造に本発明を適用した場合について説明する。そこで、本実施形態に係る成膜装置（電極板製造装置）について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。図２は、第１ロールと第２ロールとの対向部分を拡大した拡大図である。図３は、粉粒体の落下方向における供給口面積についての説明図である。

本実施形態に係る成膜装置１は、図１に示すように、第１ロール１０と、第２ロール２０と、第３ロール３０と、粉粒体供給部４０とを有している。そして、成膜装置１は、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０を、第１ロール１０と第２ロール２０とによって圧縮成形したシート状物としての活物質層１２０を成膜するようになっている。なお、図１において、上下方向が鉛直方向であり、重力は下向きに作用している。

第１ロール１０及び第２ロール２０は、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０を、シート状に圧縮成形する同一径のプレスロールである。そして、第２ロール２０が、その中心軸２０Ｏが第１ロール１０の中心軸１０Ｏに対して水平方向からα（０°＜α＜９０°）だけ、第１ロール１０よりも下側に配置されている。すなわち、第１ロール１０及び第２ロール２０は、それぞれの外周面１１，２１が第１対面位置Ａにおいて互いに対面した状態で、上下方向にずれて配置されている。

このような第１ロール１０及び第２ロール２０は、軸間距離が一定の間隔となるように保持されている。また、第１対面位置Ａにおける第１ロール１０の外周面１１と第２ロール２０の外周面２１との間には、所定の隙間（成膜する膜厚相当）が設けられている。

第３ロール３０は、第１ロール１０及び第２ロール２０によって成形された活物質層１２０を、基材である集電箔１１０に転写する転写ロールである。この第３ロール３０の外周面３１には、集電箔１１０が巻き掛けられており、第３ロール３０は、第１ロール１０や第２ロール２０と干渉しない位置で、且つ、活物質層１２０を集電箔１１０に転写できる位置関係であればどこに配置されていてもよく、一例として、第２ロール２０の直下に配置されている。そして、第３ロール３０は、第２ロール２０との軸間距離が一定の間隔となるように保持されている。また、第２対面位置Ｂにおける第２ロール２０の外周面２１と第３ロール３０の外周面３１との間には、所定の隙間（製造する電極板の厚さ相当）が設けられている。

粉粒体供給部４０は、内部に収容している粉粒体１３０を重力落下により、鉛直方向から第１ロール１０と第２ロール２０との間（後述する加工領域）に供給するものである。粉粒体供給部４０は、図１に示すように、第１ロール１０及び第２ロール２０が対面している第１対面位置Ａの上方に設けられている。このため、粉粒体供給部４０は、第１対面位置Ａの上方より、粉粒体１３０を第１対面位置Ａへ供給するようになっている。

粉粒体１３０は、活物質層１２０を形成するための粉末の材料を含むものである。本実施形態の粉粒体１３０は、活物質１２１と結着材１２２とを含んでいる。また、本実施形態の粉粒体１３０における粒子は、活物質１２１と結着材１２２とを造粒してなる造粒粒子である。

そして、第１ロール１０、第２ロール２０、第３ロール３０は、電極板１００を製造する際には、それぞれ回転するものである。図１には、第１ロール１０、第２ロール２０、第３ロール３０の各回転方向をそれぞれ矢印により示している。図１に示すように、第１ロール１０及び第３ロール３０の回転方向は反時計回りであり、第２ロール２０の回転方向は時計回りである。すなわち、対向配置された第１ロール１０と第２ロール２０、第２ロール２０と第３ロール３０は、それぞれ逆方向に回転するようになっている。

ここで、第１ロール１０の回転速度（周速度）と第２ロール２０の回転速度（周速度）が異なっており、第２ロール２０が第１ロール１０よりも速く回転するようになっている。これにより、第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮されてシート状に成形された活物質層１２０が、第２ロール２０の外周面２１に付着するようになっている。

なお、第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮成形される領域（加工領域）は、図２に示すように、回転方向において、第１対面位置Ａから所定寸法だけ回転方向上流側（上側）の位置Ｃ（第１対面位置Ａから角度θだけ上側）までの範囲となる。また、加工領域は、軸方向（紙面前後方向）においては所定の長さ範囲（成膜する活物質層の幅相当）となる。このような範囲の加工領域において、粉粒体供給部４０から供給された粉粒体１３０が、第１ロール１０及び第２ロール２０によって圧縮成形されるのである。なお、図２には、従来の成膜装置のロール配置についても二点鎖線で参考に記載している。

図１に戻って、第３ロール３０の外周面３１には、前述したように、基材としての集電箔１１０が巻き掛けられている。集電箔１１０は、第２面１１２側を第３ロール３０の外周面３１に向けた状態で、第３ロール３０に巻き掛けられている。このため、集電箔１１０は、第３ロール３０の回転により搬送されるようになっている。

また、集電箔１１０の第１面１１１は、第２対面位置Ｂにおいて、第２ロール２０の外周面２１に対面している。なお、本実施形態の第３ロール３０は、第２対面位置Ｂにおける集電箔１１０の第１面１１１の移動速度が、第２ロール２０の周速度よりも速くなる周速度で回転するようになっている。これにより、第２対面位置Ｂにおいて、第２ロール２０に付着（成膜）されて搬送されてきた活物質層１２０が、第３ロール３０に巻き掛けられている集電箔１１０の第１面１１１に転写されるようになっている。

次に、上記の成膜装置１の動作（電極板１００の製造）について説明する。まず、粉粒体供給部４０により、粉粒体１３０が第１対面位置Ａ（加工領域）に供給される。このとき、粉粒体１３０は重力落下により第１対面位置Ａに供給される。第１対面位置Ａに供給された粉粒体１３０は、第１ロール１０及び第２ロール２０の回転によって、第１ロール１０と第２ロール２０との隙間を通過しつつ、その隙間の通過時に第１ロール１０及び第２ロール２０によって加圧（圧縮）される。この加圧により、粉粒体１３０中の各粒子同士が、粉粒体１３０中の結着材１２２等の作用によって結着される。これにより、第１対面位置Ａを通過した粉粒体１３０は、シート状に成形される。

ここで、第２ロール２０の回転速度（周速度）が、第１ロール１０の回転速度（周速度）よりも速く設定されている。そのため、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０は、第２ロール２０にグリップされた際、加工領域への引き込み速度が急に速くなる。その結果、粉粒体１３０の流動性が不足している場合、粉粒体１３０の供給が追いつかない部位が発生（粉流体の供給不足が発生）して、その部位が空間となったままで、第１対面位置Ａ（加工領域）へ送られるおそれがある。そして、その状態で第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮成形されると、活物質層１２０において、透けや膜厚不足が発生し、成膜不良となるおそれがある。

しかしながら、成膜装置１では、第２ロール２０が、その中心軸２０Ｏが第１ロール１０の中心軸１０Ｏに対して水平方向からα（０°＜α＜９０°）で、第１ロール１０よりも下側に配置されている。これにより、図３に示すように、回転速度が速い方の第２ロール２０側への粉粒体１３０の落下方向における供給口面積を大きくすることができる。その結果として、回転速度が速い方の第２ロール２０側への粉粒体１３０の供給量を増やすことができる。これにより、第１ロール１０と第２ロール２０との間への粉粒体１３０の供給不足の発生を抑制することができる。

このようにして、過不足なく供給された粉粒体１３０は、第１対面位置Ａにおいて第１ロール１０及び第２ロール２０によって加圧される。そして、加圧された粉粒体１３０は、第１ロール１０の外周面１１及び第２ロール２０の外周面２１のうち、第１対面位置Ａにおける移動速度が速い方の面に付着する。そのため、第１対面位置Ａを通過した粉粒体１３０は、図１に示すように、第２ロール２０の外周面２１上にシート状の活物質層１２０となって付着する。そして、第２ロール２０の外周面２１上に付着した活物質層１２０は、第２ロール２０の回転により、第２対面位置Ｂへと搬送される。

ここで、成膜装置１において粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が、従来の成膜装置に比べて大きくなる理由について、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、第１ロール１０（第２ロール２０）の半径をＲ、加工領域の軸方向（紙面前後方向）長さをＬとすると、従来の水平配置された成膜装置では、粉粒体１３０の供給口面積は「（Ｒ−Ｒｃｏｓθ）Ｌ」となる。一方、本実施形態の成膜装置１においては、粉粒体１３０の供給口面積は「（Ｒｃｏｓα−Ｒｃｏｓ（α＋θ））Ｌ」となる。

例えば、第１ロール１０及び第２ロールの半径ＲがＲ＝１００ｍｍ、角度θがθ＝５°であるとすると、α＝１０°の場合には供給口面積が、従来の成膜装置では「０．３８１Ｌ」であるのに対し成膜装置１では「１．８８８Ｌ」となり約５倍になる。また、α＝２０°の場合には供給口面積が、成膜装置１では「３．３３８Ｌ」となり約９倍になる。また、α＝３０°の場合には供給口面積が、成膜装置１では「４．６８７Ｌ」となり約１２倍になる。このように、第２ロール２０を第１ロール１０に対して水平方向から角度αだけ下側に配置することにより、粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が大きくなるのである。

そして、成膜装置１においてα＝１０°に設定した場合と、従来の成膜装置（α＝０°）とにおいて、第１対面位置Ａの上流側における粉粒体の供給状態を調べたので、その結果を図４〜図７に示す。図４は、本実施形態の成膜装置１における粉粒体の供給状態を示す図である。図５は、従来の成膜装置における粉粒体の供給状態を示す図である。図６は、図４に示す画像に画像処理を施した結果を示す図である。図７は、図５に示す画像に画像処理を施した結果を示す図である。

図４及び図５に示す画像は、同―タイミングのものを、それぞれの装置において５枚ずつ抜き出したものであり、黒塗りの部分が粉粒体の供給不足により発生した空間に相当する。図４及び図５から明らかなように、本実施形態の成膜装置１と従来の成膜装置とを比較すると、成膜装置１の方が従来の成膜装置よりも粉粒体の供給不足による空間の発生が少ないことがわかる。

ここで、定量的に比較するために、図６及び図７に示すように、各画像に対して同一の解析エリア（第１対面位置Ａより上流側の所定範囲）を設定し、２値化による画像処理を施し、粉粒体の供給不足により発生した空間割合（面積割合）を算出した。本実施形態では、解析エリアの全ピクセル数が２０４０００である。そして、解析エリア内の平均空間ピクセル数が、従来の成膜装置（α=０°）では２８０１６であったのに対し、成膜装置１（α＝１０°）では１５０２２であった。従って、空間の発生割合（面積割合）は、従来の成膜装置（α=０°）では１３．４％であるのに対して、成膜装置１（α＝１０°）では７．４％となった。すなわち、成膜装置１（α＝１０°）によれば、粉粒体１３０の供給不足により形成される空間の発生を抑制することができた。

また、上記のように、一部分の画像による解析ではなく、成膜時の全画像（２５０枚）を用いた解析も実施した。その際、第１ロール１０と第２ロール２０の速度比を変えた場合の効果確認も行った。その結果、表１に示すように、一部分の画像解析でも効果が確認されていた基準速度比で、効果が得られていることが確認できたとともに、速度比を２０％高める（第２ロール２０の回転速度を２０％速くする）ことで、より大きな抑制効果が得られることが確認できた。つまり、α＝０°の従来の成膜装置に対して、α＝１０°にすることにより、空間発生量の増加が抑制でき、その抑制効果は、ロール速度比が高い場合に、より大きな効果が得られることが示された。

このようにして成膜装置１では、粉粒体１３０において空間発生が少ない状態で、粉粒体１３０が第１ロール１０と第２ロールとの間（加工領域）に供給されて活物質層１２０が形成される。そのため、活物質層１２０において成膜不良の発生を防止することができる。そして、その活物質層１２０は、図１に示すように、第２ロール２０によって第２対面位置Ｂへと搬送される。第２対面位置Ｂでは、集電箔１１０が搬送により通されている。このため、第２ロール２０の回転により第２対面位置Ｂへと到達した活物質層１２０は、集電箔１１０とともに隙間を通過する。その隙間を通過する際に、集電箔１１０及び活物質層１２０は、その厚み方向に第２ロール２０及び第３ロール３０に加圧される。また、第２対面位置Ｂにおいて、活物質層１２０が、第２ロール２０の外周面２１上から集電箔１１０の第１面１１１上に転写される。かくして、電極板１００が製造される。

以上、詳細に説明したように本実施形態に係る成膜装置１によれば、第２ロール２０が、その中心軸２０Ｏが第１ロール１０の中心軸１０Ｏに対して水平方向からα（０°＜α＜９０°）で、第１ロール１０よりも下側に配置されている。これにより、図３に示すように、回転速度が速い方の第２ロール２０側への粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が大きくなり、粉粒体１３０の供給量が増えるため、回転速度が速い方の第２ロール２０側への粉粒体１３０の供給不足を抑制することができる。従って、第１ロール１０と第２ロール２０との間（加工領域）に供給される粉粒体１３０における空間の発生が抑制されるため、第１ロール１０と第２ロール２０とにより圧縮成形される活物質層１２０に成膜不良が発生することを抑制することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 成膜装置
１０ 第１ロール
１０Ｏ 中心軸
２０ 第１ロール
２０Ｏ 中心軸
３０ 第２ロール
４０ 粉粒体供給部
１００ 電極板
１２０ 活物質層
１３０ 粉粒体

Claims (1)

1. 所定の間隔で対向配置された、第１ロールと前記第１ロールより回転速度が速い第２ロールとを備え、これらのロール間へ粉粒体を重力落下により鉛直方向から供給して前記粉粒体を圧縮成形することによりシート状物を成膜する成膜装置において、
   前記第１ロールと前記第２ロールとは同一径であり、
   前記第２ロールは、その中心軸が前記第１ロールの中心軸に対して水平方向から０°より大きく９０°未満の範囲内で、前記第１ロールよりも下側に配置されている
   ことを特徴とする成膜装置。