JP6696749B2

JP6696749B2 - 塗工装置

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Inventors: 錦内　栄史; 栄史錦内
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Description

この発明は、シート状の基材を搬送しながらその表面に塗布液を塗布する塗工装置に関するものであり、特に基材に張力を付与するための機構に関する。

長尺シート状の基材を搬送しながらその表面に塗布液を塗布する技術においては、基材をいくつかのローラに架け渡した状態で長手方向に沿って搬送することが一般的である。しかしながら、基材の表面に塗布液が塗布される都合上、例えば未硬化の塗布液に他の部材を接触させることができない等、基材へのローラの当接位置が制限される場合がある。そのため、基材の支持が不十分となって弛みを生じることがある。

この問題に対応するため、例えば特許文献１に記載の技術では、基材（箔）にペーストを両面同時に塗工する場合において、搬送方向における基材の両端部を挟持するローラ対（１対のテンションローラ）が搬送方向に沿って複数設けられる。そして、回転軸が基材の搬送方向に直交する幅方向に対して有する傾きが搬送方向に沿って少しずつ大きくなるようにそれらのテンションローラが配置されることで、基材が幅方向に延ばされ、基材に対し幅方向の張力が付与されて弛みが抑制される。

特開２００８−２８４５２８号公報（例えば図４）

回転軸の傾きが大きいローラを基材に当接させることは、特に薄いあるいは軟らかい基材においてしわを発生させる原因となる。また、種々の材質や厚さの基材に対応するためにも、基材に与える張力を調整する機能が備えられることがより好ましい。しかしながら、上記従来技術は、基材に付与される張力の大きさがテンションローラの配置によって決まり、張力を容易に調整することのできる構成になっていない。そのため、上記のような課題を解決するには至っていない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、シート状の基材を搬送しながらその表面に塗布液を塗布する塗工装置において、基材に付与する張力を調整する機能を実現することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる塗工装置の一の態様は、上記目的を達成するため、長尺シート状の基材をその長手方向に搬送する搬送手段と、搬送される前記基材の主面に対向配置されたノズルから塗布液を吐出して前記基材に前記塗布液を塗布する塗布手段と、前記長手方向に直交する前記基材の幅方向における前記基材の両端部それぞれに対応して設けられて、前記基材に前記幅方向の張力を付与する１対の張力付与手段と、前記張力付与手段を制御して前記張力を増減させる張力制御手段と、前記基材の搬送経路において、前記幅方向における前記基材の両端部各々の位置を検出する位置検出手段とを備え、前記搬送手段は、複数の搬送ローラの間に前記基材を掛け渡して前記基材を搬送し、前記基材の搬送経路のうち前記基材の搬送方向に沿って並ぶ２つの前記搬送ローラの間に、前記ノズル、前記張力付与手段および前記位置検出手段が配置されており、前記張力付与手段の各々は前記基材の一方主面に当接する第１ローラと前記基材の他方主面に当接する第２ローラとで前記基材を挟持し、前記第１ローラおよび前記第２ローラのうち少なくとも一方の表面が、前記基材と当接する部位において、前記搬送方向に沿った方向成分と前記幅方向に平行で前記基材の中央部から外側に向かう方向成分とを有する移動方向に移動し、前記張力制御手段は、前記搬送方向における前記基材の左側の端部に対応して設けられた前記第１ローラと前記第２ローラとの間に印加される押圧力については、前記左側の端部における前記位置検出手段の検出の結果、前記左側の端部が前記幅方向における前記基材の中央側へずれている場合には前記押圧力を増加させる一方、前記左側の端部が前記幅方向における前記基材の外側へずれている場合には前記押圧力を減少させ、前記搬送方向における前記基材の右側の端部に対応して設けられた前記第１ローラと前記第２ローラとの間に印加される押圧力については、前記右側の端部における前記位置検出手段の検出の結果、前記右側の端部が前記幅方向における前記基材の中央側へずれている場合には前記押圧力を増加させる一方、前記右側の端部が前記幅方向における前記基材の外側へずれている場合には前記押圧力を減少させる。

このように構成された発明では、特許文献１に記載の回転軸を傾かせたテンションローラと同様に、基材の端部を挟持する張力付与手段が基材を延ばすように幅方向の外側へ向けて引っ張ることにより、基材に幅方向の張力が付与される。さらにこの発明では、基材を挟持する第１ローラと第２ローラとの間の押圧力を張力制御手段により調整することで、基材に付与される張力を変化させることが可能となっている。

より詳しくは、基材と当接する表面の移動方向が基材の搬送方向に対し傾きを有するローラ（第１ローラまたは第２ローラ）では、ローラ表面が基材に対しある程度の滑りを有することにより、基材に幅方向の張力を与えつつ搬送方向に移動させることができる。第１ローラと第２ローラとの間の押圧力を変えることでこの滑り量が変化するため、結果的に基材に付与される張力を変化させることが可能となる。制御は基材の左右両端部で独立しており、各端部での制御は、基材の端部が内側にずれていれば押圧力を増加させ、外側にずれていれば押圧力を減少させる、というものである。これにより、基材の撓みや蛇行を抑えつつ、基材に適切な張力を与えることができる。

以上のように、本発明によれば、搬送される基材の端部を第１ローラと第２ローラとで挟持する張力付与手段を基材の両端部に対応して設け、それぞれの張力付与手段において第１ローラと第２ローラとの押圧力を変化させることで、基材に付与される幅方向の張力を調整することが可能となる。

この発明にかかる塗工装置の一実施形態の概略構成を示す図である。張力調整ユニットの概略構成を示す図である。斜行ローラによる基材への張力付与の原理を示す図である。左ユニットの構成をより詳しく示す図である。ローラ対における回転軸の方向を示す図である。位置検出部の構成を示す図である。この実施形態における張力調整処理を示すフローチャートである。基材の端部位置が変動する種々のケースを示す図である。

図１はこの発明にかかる塗工装置の一実施形態の概略構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、この塗工装置１００は、ロール・トゥ・ロール方式で搬送されるシート状の基材Ｓに対してペースト状塗布液を塗布する装置であり、例えばリチウムイオン二次電池のような電池用電極の製造に用いることのできるものである。以下の各図における方向を統一的に示すために、図１（ａ）に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定する。ここでＸＹ平面は水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸を表す。より詳しくは、（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表す。

この塗工装置１００は、塗布すべき塗布液を内部に貯留するタンク１と、該タンク１から供給される塗布液を吐出するノズル５１，５２とを備えている。タンク１とノズル５１，５２との間に設けられた送液系２により、タンク１内の塗布液がノズル５１，５２に向けて送出され、ノズル５１，５２の先端に設けられたスリット状の吐出口から吐出される。また、この塗工装置１００は、装置全体の動作を制御する制御ユニット３を備えている。

送液系２は、タンク１の出力部で分岐する配管２１，２２を備える。配管２１はタンク１とノズル５１との間を接続し、該配管２１の途中には塗布液を流通させるためのポンプ２３が介挿される。また、配管２２はタンク１とノズル５２との間を接続し、該配管２２の途中には塗布液を流通させるポンプ２４が介挿される。ポンプ２３，２４は、高粘度の塗布液を安定した流量で送出することのできるものであることが望ましい。このようなポンプとしては例えばねじポンプを用いることができ、例えば一軸ねじポンプの一種であるモーノポンプを好適に適用することができる。ポンプ２３，２４の動作は制御ユニット３により制御されており、制御ユニット３は、ポンプ２３，２４を制御してタンク１からノズル５１，５２に送出される塗布液の流量を個別に調節する。

塗工装置１００は、塗布液が塗布される基材Ｓを搬送する搬送ユニット７を備えている。搬送ユニット７では、ロール状に巻回された長尺シート状の基材Ｓが供給ローラ７１にセットされるとともに、ロールから引き出された基材Ｓの一端部が巻取ローラ７２に巻回されている。巻取ローラ７２が図の矢印Ｄｒ方向に回転することにより、供給ローラ７１から繰り出された基材Ｓがその長手方向に沿って矢印Ｄｓ方向に搬送され、巻取ローラ７２により巻き取られる。このようにして供給ローラ７１および巻取ローラ７２に掛け渡された基材Ｓの搬送経路上に、テンションローラ７３および支持ローラ７４が設けられている。すなわち、供給ローラ７１から引き出された基材Ｓはテンションローラ７３および支持ローラ７４の表面に巻き掛けられており、支持ローラ７４の表面を通過した基材Ｓが巻取ローラ７２により巻き取られる。

テンションローラ７３は、搬送経路に沿って搬送される基材Ｓに対し、搬送方向への一定の張力を与える。これにより、搬送経路における基材Ｓの弛みが防止され、基材Ｓが安定した姿勢で搬送される。すなわち、搬送経路に配置されるローラ間においては、基材Ｓは略平坦な姿勢を保って搬送される。支持ローラ７４に巻き掛けられることで基材Ｓの搬送方向が水平方向に変えられ、支持ローラ７４から巻取ローラ７２までの間で基材Ｓは略水平姿勢となっている。このときの基材Ｓの搬送方向Ｄｓは（＋Ｙ）方向と略一致する。

つまり、搬送ユニット７は、塗布対象物である基材Ｓを保持する手段としての機能およびこれを搬送する手段としての機能を有する。搬送ユニット７はさらに、制御ユニット３からの制御指令に応じて、巻取ローラ７２を所定の回転速度で回転させるローラ駆動機構７５を有している。供給ローラ７１、テンションローラ７３および支持ローラ７４は駆動機構を持たない従動ローラであるが、スムーズな搬送を可能とするために、適宜の駆動源が接続された駆動ローラが含まれてもよい。

このように搬送ユニット７により支持・搬送される基材Ｓのうち、支持ローラ７４から送り出されて水平姿勢となった部分を上下から挟むように、ノズル５１，５２が配置されている。より詳しくは、図１（ｂ）に示すように、ノズル５１は水平姿勢で搬送される基材Ｓの上方に、吐出口を基材Ｓの一方主面である上面Ｓａに所定のギャップを隔てて近接対向させて配置される。また、ノズル５２は、水平姿勢で搬送される基材Ｓの下方に、吐出口を基材Ｓの他方主面である下面Ｓｂに所定のギャップを隔てて近接対向させて配置される。

ノズル５１，５２から吐出される塗布液が基材Ｓの表面に塗布される。基材Ｓが矢印Ｄｓ方向に搬送されることで、ノズル５１，５２を基材Ｓに対して相対的に走査移動させながら塗布液を基材Ｓに塗布することができる。搬送方向Ｄｓにおけるノズル５１，５２の位置が略同一であれば、基材Ｓの両面に対し略同時に塗布が行われることになる。基材Ｓの両面に塗布を行うために、ノズル５１，５２は、ローラ等のバックアップ部材によるバックアップを受けない、いわゆるオフロール状態の基材Ｓに対向配置される。なお、ノズル５１，５２の配設位置については、搬送方向Ｄｓにおける同一位置に限定されない。例えば、基材Ｓの上面Ｓａに塗布液を塗布するノズル５１は、支持ローラ７４に巻き掛けられた基材Ｓに対向するように配置されてもよい。

ノズル５１．５２のそれぞれは、基材Ｓの表面に対向する面に、基材Ｓの幅方向、すなわち基材Ｓの長手方向（搬送方向Ｄｓ）に直交する方向に沿って延びるスリット状の開口を有している。該開口から一定量で連続的に塗布液が吐出されることにより、基材Ｓの両面（上面Ｓａ、下面Ｓｂ）に塗布液による略平坦な塗工膜Ｆａ，Ｆｂが形成される。

ここで例えば、集電体として機能する金属などの導電体シートを基材Ｓとして用い、塗布液として活物質材料を含むペーストを用いることにより、集電体層の表面に活物質層を積層してなる電池用電極を製造することが可能である。このような塗布液は一般に比較的高粘度であり、例えばせん断速度１０ｓ^-1における粘度が３Ｐａ・ｓないし３０Ｐａ・ｓ程度のものを用いることができる。また、基材Ｓとしては、例えば樹脂シートの表面に金属薄膜が形成されたものであってもよい。

また、搬送ユニット７による基材Ｓの搬送方向において、ノズル５１，５２との対向位置よりも下流側であって巻取ローラ７２よりも上流側の位置に、硬化ユニット８が設けられている。硬化ユニット８は、その内部に通送される基材Ｓに塗布された塗布液に対し例えば乾燥空気、熱風、赤外線等を供給することで塗布液の溶媒成分の揮発を促進し、塗布液を乾燥硬化させる。塗布液が特定の電磁波に感応して硬化する材料を含むものである場合には、当該電磁波を塗布液に照射するように構成されてもよい。基材Ｓの搬送経路に沿った硬化ユニット８の長さは、塗布液の硬化時間に対応する。

また、搬送ユニット７による基材Ｓの搬送方向において、ノズル５１，５２よりも下流側であって硬化ユニット８よりも上流側の位置に、張力調整ユニット９が設けられている。張力調整ユニット９は、搬送ユニット７により搬送される基材Ｓに対し幅方向への張力を付与するものである。オフロール状態でノズル５１，５２との対向位置を通過する基材Ｓにおいては、特に幅方向の撓みが生じやすく、ノズル５１，５２と接触したりギャップが変動したりすることにより、安定した塗布が行えなくなるおそれがある。張力調整ユニット９は、基材Ｓの幅方向における両端部を支持しながら外向きに引っ張ることにより、基材Ｓに幅方向への張力を与える。以下、張力調整ユニット９の構成および動作について説明する。

図２は張力調整ユニットの概略構成を示す図である。より詳しくは、図２（ａ）は張力調整ユニット９の主要構成の配置を示す斜視図であり、図２（ｂ）はその上面図である。張力調整ユニット９は、基材Ｓのうちその搬送方向Ｄｓ下流側に向かって右側の端部Ｒｓの近傍に設けられた右ユニット９Ｒと、左側の端部Ｌｓの近傍に設けられた左ユニット９Ｌとを有している。これらの右ユニット９Ｒと左ユニット９Ｌとは、両者間で左右対称な形状となっている点を除き、基本的な構成は共通である。

右ユニット９Ｒは、基材Ｓの長手方向に直交する幅方向Ｄｗにおける基材Ｓの右側端部Ｒｓの近傍で基材Ｓを挟持する１対のローラ９１Ｒ，９２Ｒと、右側端部Ｒｓの幅方向Ｄｗにおける位置を検出する位置検出部９３Ｒとを備えている。同様に、左ユニット９Ｌは、幅方向Ｄｗにおける基材Ｓの左側端部Ｌｓの近傍で基材Ｓを挟持する１対のローラ９１Ｌ，９２Ｌと、左側端部Ｌｓの幅方向Ｄｗにおける位置を検出する位置検出部９３Ｌとを備えている。ローラ９１Ｌ，９２Ｌ，９１Ｒ，９２Ｒは、基材Ｓに塗布液により形成される塗工膜Ｆａ，Ｆｂよりも幅方向Ｄｗにおける外側で基材Ｓの表面に当接する。したがって、ローラ９１Ｌ，９２Ｌ，９１Ｒ，９２Ｒが未乾燥の塗工膜Ｆａ，Ｆｂに触れることはない。

図２（ｂ）に示すように、ローラ９１Ｌ，９１Ｒは、１点鎖線で示される回転軸が幅方向Ｄｗに対して少し傾いた斜行ローラとなっている。具体的には、幅方向Ｄｗにおける基材Ｓの外側（端部側）から内側（中央部側）に向けて、ローラ９１Ｌ，９１Ｒの回転軸は搬送方向Ｄｓに対し前進している。これにより、以下に説明するように、基材Ｓに対し幅方向Ｄｗの張力が付与される。

図３は斜行ローラによる基材への張力付与の原理を示す図である。左ユニット９Ｌのローラ９１Ｌは、基材Ｓの左側端部Ｌｓ近くで上面Ｓａに当接している。一方、右ユニット９Ｒのローラ９１Ｒは、基材Ｓの右側端部Ｒｓ近くで上面Ｓａに当接している。ローラ９１Ｌ，９１Ｒの表面のうち基材Ｓと接する領域をそれぞれ符号９１１Ｌ，９１１Ｒにより表す。またローラ９１Ｌ，９１Ｒ各々の回転軸を符号ＡＬ，ＡＲにより表す。

基材Ｓの搬送とともにローラ９１Ｌが回転するとき、ローラ９１Ｌの表面のうち基材Ｓと接する領域９１１Ｌの移動方向Ｄ１は、基材Ｓの搬送方向Ｄｓと平行な方向成分Ｄ２と、幅方向Ｄｗにおいて基材Ｓの中央部から左側端部Ｌｓに向かう方向成分Ｄ３とを有する。これにより、基材Ｓの左側端部Ｌｓは基材Ｓの中央部から外側に向かう方向の力をローラ９１Ｌから受ける。一方、ローラ９１Ｒの表面のうち基材Ｓと接する領域９１１Ｒの移動方向Ｄ４は、基材Ｓの搬送方向Ｄｓと平行な方向成分Ｄ５と、幅方向Ｄｗにおいて基材Ｓの中央部から右側端部Ｒｓに向かう方向成分Ｄ６とを有する。これにより、基材Ｓの右側端部Ｒｓは基材Ｓの中央部から外側に向かう方向の力をローラ９１Ｒから受ける。

こうして基材Ｓの両端部Ｌｓ，Ｒｓがそれぞれ外側に向かう力を受けることで、基材Ｓに対して幅方向Ｄｗの張力が生じる。基材Ｓはローラ９１Ｌ，９１Ｒにより幅方向Ｄｗに引っ張られることとなるので、弛みの発生が抑えられる。

幅方向Ｄｗに対するローラ９１Ｌ，９１Ｒの回転軸ＡＬ，ＡＲの傾きの大きさは、０より大きい範囲でできるだけ小さいことが好ましい。この傾きが大きいほど強い幅方向Ｄｗへの張力を発生させることができるが、傾きが大きすぎると、搬送方向Ｄｓに搬送される基材Ｓに対して強い捩りが加わることで、基材Ｓにしわや波打ちが生じたり、搬送中の基材Ｓが幅方向Ｄｗに蛇行したりする原因となるからである。

また、基材Ｓの厚さや表面状態に応じて適切な幅方向Ｄｗへの張力を安定して付与するために、基材Ｓに付与される張力の大きさを加減することが必要となる場合もある。そこで、基材Ｓに対し大きな張力を発生させることができ、しかも張力の大きさを調整することができるようにするために、この実施形態の張力調整ユニット９は、左ユニット９Ｌおよび右ユニット９Ｒに設けられるローラ対により形成される当接ニップのニップ圧を変化させることができるように構成されている。

図４は左ユニットの構成をより詳しく示す図である。図４（ａ）に示すように、左ユニット９Ｌでは、１対のローラ９１Ｌ，９２Ｌがローラ支持部９４により支持されている。より具体的には、下側のローラ９２Ｌは、ローラ支持部９４のベース部材９４１から水平方向に延びる支軸９４２により回転自在に支持されている。ローラ９２Ｌは駆動源に接続されておらず自由回転する。

一方、上側のローラ９１Ｌは、鉛直方向（Ｚ方向）に所定の可動範囲内で移動可能に支持されている。すなわち、ベース部材９４１の側面に鉛直方向（Ｚ方向）に延びるガイドレール９４３が設けられており、ガイドレール９４３にはスライダ９４４が係合されて、鉛直方向に移動自在となっている。スライダ９４４にはモータ９４５がその回転軸を水平方向にして取り付けられており、該回転軸にローラ９１Ｌが取り付けられている。さらに、スライダ９４４にはエアシリンダ９４６が連結されており、エアシリンダ９４６は制御ユニット３により制御されるレギュレータ９４７に接続されている。

制御ユニット３からの制御指令に応じてレギュレータ９４７が作動することにより、エアシリンダ９４６がスライダ９４４を上下方向に移動させる。これに伴い、スライダ９４４に支持されたローラ９１Ｌが鉛直方向、すなわち下側のローラ９２Ｌに対して接近・離間方向に移動する。

図４（ｂ）はローラ９１Ｌ，９２Ｌの内部構造を示す断面図である。上側のローラ９１Ｌは、金属製または硬質樹脂製で実質的に剛体と見なせる円筒部材９１２の表面を、例えば樹脂ゴムのような弾性部材による表面層９１３で覆った構造を有している。したがって、ローラ９１Ｌの表面は外部からの押圧に対して弾性変形する。一方、下側のローラ９２Ｌは、内部、表面とも金属製または硬質樹脂製の円筒状部材であり、外部からの押圧に対して実質的に変形しない。

エアシリンダ９４６の作動によりスライダ９４４が下方へ移動することで、ローラ９１Ｌがローラ９２Ｌと当接し表面層９１３が弾性変形する。両ローラの間に当接ニップＮが形成され、該ニップＮにおいてローラ９１Ｌ，９２Ｌにより基材Ｓが挟持される。エアシリンダ９４６によるローラ９１Ｌのローラ９２Ｌへの押圧力はレギュレータ９４７により調整されており、これにより当接ニップＮにおけるニップ圧が所定値に制御される。制御ユニット３がレギュレータ９４７を制御することで、当接ニップＮにおける押圧力を調整しニップ圧を制御することが可能となる。

押圧力の増減に伴い上側のローラ９１Ｌは上下動するが、下側のローラ９２Ｌは回転軸の位置が固定され、かつ弾性変形しない。このため、押圧力が増減される際でも下側のローラ９２Ｌの上端位置は変動せず、基材Ｓの水平姿勢は維持されている。

巻取ローラ７２の回転駆動と同調してモータ９４５が作動することによりローラ９１Ｌが回転する。モータ９４５の回転速度は、ローラ９１Ｌのうち基材Ｓの上面Ｓａに当接する表面領域９１１Ｌ（図３）の搬送方向Ｄｓへの移動速度が基材Ｓの搬送速度と等しくなるように、制御ユニット３により制御される。このようにローラ９１Ｌがモータ９４５により回転駆動されることで、基材Ｓの搬送方向Ｄｓへの搬送を妨げることなく基材Ｓに対し幅方向Ｄｗの張力を発生させることができる。

ローラ９１Ｌは駆動源を持たない従動ローラであってもよいが、テンションローラ７３の負荷となって搬送方向Ｄｓにおける基材Ｓの（特に張力調整ユニット９よりも下流側での）張力に及ぼす影響を軽減するための措置が、さらに必要となる場合が生じ得る。また、駆動源が下側のローラ９２Ｌに接続された構成であってもよい。

図５はローラ対における回転軸の方向を示す図である。基材Ｓを挟持するローラ対９１Ｌ，９２Ｌの回転軸については、少なくとも一方を幅方向に対し傾かせることによって、基材Ｓに対し幅方向Ｄｗにおける外向きの力を発生させることができる。したがって、これらのローラ９１Ｌ，９２Ｌは図５（ａ）に単一の１点鎖線で示すように互いに平行な回転軸を有していてもよく、また図５（ｂ）に１点鎖線および２点鎖線で示すように、互いの回転軸を少し異ならせてもよい。例えば、下側のローラ９２Ｌについてはその回転軸を幅方向Ｄｗと一致させるようにしてもよい。

表面が弾性材料で形成され、基材Ｓとの間に生じる摩擦力がより大きい上側のローラ９１Ｌの回転軸を幅方向Ｄｗに対し傾かせることで、幅方向Ｄｗへの張力をより効率的に生じさせることができる。これにより、回転軸の傾きを小さく抑えることができ、基材Ｓに与えるダメージを軽減することも可能となる。

図示および詳しい説明を省略するが、右ユニット９Ｒも上記した左ユニット９Ｌと同様の構造を有している。その形状は基材Ｓの幅方向Ｄｗにおける中心を通り基材Ｓに垂直なＹＺ平面を対称面として左ユニット９Ｌとは対称となっている。基材Ｓの両端部それぞれに対応して左ユニット９Ｌおよび右ユニット９Ｒを設けることで、基材Ｓを両側から幅方向Ｄｗの外向きに引っ張って、基材Ｓに対し幅方向Ｄｗの張力を付与することができる。

本願発明者の実験によれば、当接ニップＮにおける押圧力が大きいほど、基材Ｓを外向きに引っ張る作用が強くなることが確認されている。例えば左右ユニット間で当接ニップＮにおける押圧力が相違しているとき、幅方向Ｄｗにおいて基材Ｓは押圧力の強い側へ変位していく。これは、基材Ｓに対しローラ９１Ｌ，９２Ｌ（あるいはローラ９１Ｒ，９２Ｒ）がある程度の滑りを起こすことにより基材Ｓが全体として搬送方向Ｄｓに移動するが、当接ニップＮにおける押圧力が大きくなるほど滑り量が小さくなり、結果として基材Ｓを幅方向Ｄｗへ変位させる力が大きくなるためと考えられる。

したがって、当接ニップＮにおける押圧力を変更可能とすることで、基材Ｓに付与される幅方向Ｄｗの張力を増減することができる。特に左右ユニット９Ｌ，９Ｒ間で独立して変更することができるようにすれば、基材Ｓに対し幅方向Ｄｗの適正な張力を付与しつつ、幅方向Ｄｗにおける基材Ｓの位置調整を行うことも可能となる。これを可能とするための構成および処理について、図６および図７を参照しながら説明する。

図６は位置検出部の構成を示す図である。より詳しくは、図６（ａ）はこの実施形態における位置検出部の構成を示し、図６（ｂ）は位置検出部の他の構成例を示す。この実施形態の位置検出部９３Ｌは、図６（ａ）に示すように、ハウジング９３１内で複数の投光器９３２と受光器９３３とが対向配置された構造を有している。右ユニット９Ｒの位置検出部９３Ｒの構造も同じである。

幅方向Ｄｗに沿って複数配列された投光器９３２から出射される光は、投光器９３２に対応して幅方向Ｄｗに沿って複数配列された受光器９３３により受光される。投光器９３２と受光器９３３との間に遮蔽物がなければ投光器９３２から出射される光はそのまま受光器９３３に入射するが、遮蔽物（基材Ｓ）がある位置では受光器９３３に入射すべき光が遮られる。制御ユニット３は、受光器９３３における受光の状態に対応して出力される出力信号から、基材Ｓの端部位置を検出することができる。

また、図６（ｂ）に示す位置検出部９３Ａのように、ハウジング９３６に光源と受光器とが一体となった反射型フォトセンサ９３７が複数配列された構成であってもよい。このような構成では、基材Ｓからの反射光の反射型フォトセンサ９３７への入射の有無により、基材Ｓの端部位置を検出することができる。

図７はこの実施形態における張力調整処理を示すフローチャートである。制御ユニット３は、予め作成された制御プログラムを実行して装置各部を制御することにより各種の動作を実行可能であり、ここに説明する張力調整処理もその１つである。この張力調整処理は、左ユニット９Ｌおよび右ユニット９Ｒに対して個別に実行される。ここでは左ユニット９Ｌを用いた処理について説明するが、右ユニット９Ｒに対する処理も同様の処理フローにより行われる。張力調整処理は、巻取ローラ７２の回転により基材Ｓが搬送されてノズル５１，５２からの塗布液の塗布が実行される間、継続的に実行される。

張力調整処理では、基材Ｓの左側端部Ｌｓの位置が位置検出部９３Ｌにより検出される（ステップＳ１０１）。制御ユニット３は、検出された基材Ｓの端部位置を予め設定されている適正位置と比較し、適正な範囲を超える位置ずれの有無を判定する（ステップＳ１０２）。位置ずれが検出された場合には（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、検出された位置ずれ量に応じて、ローラ９１Ｌ，９２Ｌの間の押圧力の補正量が算出される（ステップＳ１０３）。そして、算出された補正量だけ押圧力を変更する旨の制御指令が制御ユニット３からレギュレータ９４７に与えられ、レギュレータ９４７がエアシリンダ９４６を制御して、ローラ９２Ｌに対するローラ９１Ｌの押圧力が変更される（ステップＳ１０４）。

押圧力が増加するような変更が行われた場合、基材Ｓの左側端部Ｌｓが幅方向Ｄｗの外側に向けて変位し位置ずれが解消されるとともに、幅方向Ｄｗにおいて基材Ｓに付与される張力が増大する。押圧力が減少するような変更が行われた場合、基材Ｓの左側端部Ｌｓが幅方向Ｄｗの内側に向けて変位し、幅方向Ｄｗにおいて基材Ｓに付与される張力も小さくなる。

位置ずれが検出されなかった場合には（ステップＳ１０２においてＮＯ）、ステップＳ１０３、Ｓ１０４はスキップされる。塗布が終了するまでの間、上記処理が継続されることにより（ステップＳ１０５）、基材Ｓに対し幅方向Ｄｗへの安定した張力を付与することができる。

位置ずれの補正に関しては、検出された位置ずれ量に所定のサーボゲインを乗じた値を押圧力の補正量とするサーボ制御により行われてもよい。ただし、基材Ｓの搬送方向Ｄｓにおいてローラ対９１Ｌ，９２Ｌと位置検出部９３Ｌとの配設位置が異なっているため、ローラ対９１Ｌ，９２Ｌの作動による位置ずれ補正が実行されてから、これに伴う基材Ｓの端部位置の変化が位置検出部９３Ｌにより検出されるまでの間には一定の時間遅れがある。この時間遅れに起因して制御が不安定となるのを回避する必要がある。

左ユニット９Ｌおよび右ユニット９Ｒがそれぞれ独立して上記のように制御されることにより、幅方向Ｄｗにおける基材Ｓの位置および張力が一定に維持される。すなわち、本実施形態は、基材Ｓの幅方向Ｄｗにおける位置を一定に維持して基材Ｓの蛇行を抑制する機能と、基材Ｓに付与される幅方向Ｄｗの張力を一定に維持して基材Ｓの弛みを抑え基材Ｓを平坦な姿勢に保つ機能とを兼備している。以下、その理由について説明する。

図８は基材の端部位置が変動する種々のケースを示す図である。図において破線は基材Ｓが幅方向Ｄｗにおいて適正な位置にあるときの両端部Ｌｓ，Ｒｓの位置を示している。基材Ｓに付与される張力が不足しているとき、図に「ケース１」として示すように、基材Ｓの幅方向における中央部が下方へ撓み、両端部Ｌｓ，Ｒｓは適正位置よりも内側にずれる。このとき、左ユニット９Ｌは基材Ｓの左側端部Ｌｓを、右ユニット９Ｒは基材Ｓの右側端部Ｒｓをそれぞれ外側に変位させるように作動するので、基材Ｓに付与される張力が増大し撓みが解消される。

一方、適正な張力が付与されていても基材Ｓが蛇行している場合、「ケース２」として示すように、基材Ｓの両端部Ｌｓ，Ｒｓが同方向の位置ずれを生じる。このケースでは、左ユニット９Ｌはローラ対９１Ｌ，９２Ｌ間の押圧力を増加させることで基材Ｓの左側端部Ｌｓを外側（図において左側）へ変位させる一方、右ユニット９Ｒはローラ対９１Ｒ，９２Ｒ間の押圧力を減少させることで基材Ｓの右側端部Ｒｓを内側（図において左側）へ変位させる。これにより、基材Ｓの位置は適正位置に近づけられる。基材Ｓが適正位置より左側へずれた場合も同様である。

また、「ケース３」として示されるように、基材の撓みと蛇行とが同時に生じているときには、基材Ｓの左側端部Ｌｓにおいて検出される位置ずれ量ΔＬの大きさと基材Ｓの右側端部Ｒｓにおいて検出される位置ずれ量ΔＲの大きさとが相違する。押圧力の補正量が位置ずれ量の大きさに応じて設定されるので、補正量にも左右の差が生じ、基材Ｓは補正量の差に応じた張力の増加を受けつつ、全体としては補正量の大きい方に変位する。その結果、基材Ｓの撓みと蛇行による位置ずれとがともに補正される。基材Ｓの一方端部が適正位置よりも外側へずれている場合も同様である。

この他、例えば部品の寸法ばらつき等の原因により左ユニット９Ｌと右ユニット９Ｒとの間で押圧力にばらつきが生じることもあり得る。このような押圧力の左右差は基材Ｓに対し新たに蛇行を生じさせる原因となる。左右ユニット間で独立した調整を可能とすることで、このような原因による蛇行の発生を抑えることが可能になる。

以上のように、この実施形態では、基材Ｓの幅方向Ｄｗに対して回転軸を少し傾かせたローラ９１Ｌ，９１Ｒを基材Ｓに当接させる。そして、該ローラ９１Ｌ，９１Ｒのうち基材Ｓの表面に当接する領域９１１Ｌ、９１１Ｒが、幅方向Ｄｗにおける基材Ｓの外側に向かう成分を含む方向に移動することにより、基材Ｓ端部に対して外側に向けて引っ張る力が生じ、基材Ｓに幅方向Ｄｗの張力が付与される。基材Ｓを挟持するローラ対における押圧力を増減させて基材Ｓを外向きに引っ張る力を調整することで、基材Ｓに付与される張力の大きさを制御することが可能である。

押圧力の増減により張力を調整することができるため、ローラ回転軸の傾きを小さく抑えることが可能であり、これにより、ローラによる捩りが加わることに起因する基材Ｓへのダメージを軽減することができる。

また、左ユニット９Ｌと右ユニット９Ｒとでローラ対における押圧力が個別に調整可能であるため、基材Ｓに付与される張力を調整するだけでなく、搬送される基材Ｓが幅方向Ｄｗに変位する蛇行を補正する機能も本実施形態は有している。

このようにして、基材Ｓに対し幅方向Ｄｗにおける張力および位置を調整することにより、基材Ｓが安定した姿勢でノズル５１，５２との対向位置を通過することになる。このため、この実施形態の塗工装置１００では、ノズル５１，５２から吐出される塗布液により基材Ｓ表面に形成される塗工膜の品質を良好かつ安定に維持することができる。

特に、基材Ｓの両面に塗工膜Ｆａ，Ｆｂが形成される装置においては、基材Ｓの中央部を支持することが難しい場合がある。本実施形態では、基材Ｓの端部を挟持しつつ幅方向Ｄｗへの張力を付与することができるので、基材Ｓの中央部を支持することができない場合でも、基材Ｓの姿勢を安定的に維持しながら両面への塗布を実行することができる。

以上説明したように、上記実施形態においては、搬送ユニット７が本発明の「搬送手段」として機能しており、供給ローラ７１、巻取ローラ７２、支持ローラ７４等が本発明の「搬送ローラ」に相当している。また、タンク１、送液系２、ノズル５１，５２が一体として本発明の「塗布手段」として機能している。

また、上記実施形態では、張力調整ユニット９の左ユニット９Ｌ、右ユニット９Ｒが本発明の「張力付与手段」として機能しており、ローラ９１Ｌ，９１Ｒが本発明の「第１ローラ」として、またローラ９２Ｌ，９２Ｒが本発明の「第２ローラ」として機能している。そして、制御ユニット３が本発明の「張力制御手段」として、位置検出部９３Ｌ，９３Ｒが本発明の「位置検出手段」として、それぞれ機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、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、上記実施形態の塗工装置１００は、基材Ｓの両面にノズル５１，５２を対向させて塗布液を吐出させ、基材の両面に塗工膜を形成する装置であるが、基材の片面のみに塗布を行う装置に対しても、本発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では基材Ｓの搬送方向Ｄｓにおいてノズル５１，５２よりも下流側位置において基材Ｓが張力調整ユニット９により支持されている。しかしながら、ノズル５１，５２との対向位置を通過する基材Ｓに適切な張力を付与するという観点からは、基材Ｓが挟持される位置は、搬送方向Ｄｓにおいてノズル５１，５２と同位置またはこれより上流側位置であってもよい。特に、ノズル５１，５２より上流側位置で基材Ｓをローラにより挟持する場合、未塗布の基材Ｓに対してはローラの当接位置について制約が少ないため、効果的な張力の付与が可能である。塗工膜が形成された基材Ｓは質量の増加に伴い下方へ撓みやすくなるので、本実施形態のようにノズル５１，５２よりも下流側に張力調整ユニット９を設けることで、基材Ｓの姿勢を維持する効果は高くなる。

また、上記実施形態の張力調整ユニット９は、基材Ｓに付与される幅方向Ｄｗの張力と同方向における基材Ｓの位置とを調整するために左ユニット９Ｌと右ユニット９Ｒとが独立して動作する構成となっている。一方、単に張力を調整するという目的であれば、両ユニットが同一の動きをするような制御が行われてもよい。また、単一の制御アルゴリズムで両ユニットを連動させることで、張力および位置調整が行われるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、水平姿勢で搬送される基材Ｓの搬送経路に沿ってノズル５１，５２、張力調整ユニット９が配置されているが、基材Ｓの搬送方向は水平方向に限定されず、例えば鉛直方向上向き、斜め上向き、鉛直方向下向きまたは斜め下向きに搬送される基材Ｓに対して本発明の「張力付与手段」が配置されてもよい。

また、上記実施形態の位置検出部９３Ｌ，９３Ｒは光学的手段により基材Ｓの端部位置を検出するものであるが、本発明の「位置検出手段」はこのような光学的な検出原理によるものに限定されず、例えば基材の端部に機械的に接触してその位置を検出するものであってもよい。またカメラ等で撮像された画像を用いて位置検出を行う構成でもよい。

また、上記実施形態は、集電体として機能する長尺シート状の基材Ｓに活物質材料を含む塗布液を塗布して電池用電極を製造する装置であるが、本発明の適用対象となる基材および塗布液の材料は任意である。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、この発明においては、例えば第１ローラおよび第２ローラは、ノズルよりも搬送方向の下流位置で、基材のうち塗布液が塗布された領域よりも外側で基材を挟持するように構成されてもよい。このような構成によれば、塗布液が塗布されて重くなった基材に対し張力を付与することで基材の撓みを抑制することができ、また第１および第２ローラが塗布直後の塗布液に触れるのを防止することができる。

また例えば、張力制御手段は、第１ローラと第２ローラとの間の押圧力を、１対の張力付与手段の間で互いに独立して調整可能であるように構成されてもよい。このような構成によれば、第１ローラと第２ローラとの間の押圧力を、１対の張力付与手段の間で互いに異ならせることで、基材を幅方向に変位させることが可能であり、基材が幅方向に変位する蛇行を補正することが可能である。

また例えば、第１ローラおよび第２ローラの少なくとも一方の表面が、弾性材料により形成されていてもよい。このような構成によれば、押圧力によってローラ表面が弾性変形することで形成されるニップにより基材をしっかりと挟持しつつ張力を付与することができる。また、押圧力の変化が弾性変形量の変化となって現れるので、押圧力の変化を張力の変化に確実に反映させることができる。

また例えば、第１ローラと第２ローラとが互いに平行な回転軸を有する構成であってもよい。このような構成によれば、第１ローラと第２ローラとの間で形成されるニップにおいて基材に捩りが加わることが防止され、挟持に起因する基材のダメージを抑制することができる。

また例えば、本発明の塗工装置は、基材の搬送経路において、幅方向における基材の両端部各々の位置を検出する位置検出手段を備え、張力制御手段は、位置検出手段による検出結果に基づき張力付与手段を制御するように構成されてもよい。このような構成によれば、基材の撓みや位置ずれの発生量に応じて適切な張力を基材に付与することが可能になる。

また例えば、基材の一方主面側および他方主面側のそれぞれに対してノズルが対向配置された構成であってもよい。このような構成によれば、基材の両主面に塗布液を塗布することが可能である。この場合、基材の両面を開放した状態で基材を保持する必要があり、このような用途に本発明は特に効果的な機能を提供することができる。

また例えば、搬送手段は、基材を略水平姿勢で搬送する構成であってもよい。このような構成において、基材の両端部をローラで挟持しながら幅方向の張力を付与することができる本発明は、基材の撓みを抑えて姿勢を安定に維持するのに大きな効果を奏する。

また例えば、搬送手段は、複数の搬送ローラの間に基材を掛け渡して搬送する構成であってもよい。この場合、塗布手段および張力付与手段が、搬送ローラの間の基材の搬送経路に沿って配置されてもよい。このような構成では、搬送ローラ間では基材がローラによるバックアップを受けない、いわゆるオフロール状態で搬送される。そのため、基材の撓みが生じやすい。このような構成に本発明を適用することで、基材に張力を付与して撓みを抑えることが可能となる。特に、オフロール状態の基材に対し塗布が行われる構成においては、姿勢が安定に維持された基材に対して安定的に塗布を行うことが可能となる。

この発明は、長尺シート状の基材を搬送しながらその表面に塗布液を塗布する塗工装置全般に適用可能である。

１タンク（塗布手段）
２送液系（塗布手段）
３制御ユニット（張力制御手段）
７搬送ユニット（搬送手段）
９張力調整ユニット（張力付与手段）
９Ｌ左ユニット（張力付与手段）
９Ｒ右ユニット（張力付与手段）
５１，５２ノズル（ノズル、塗布手段）
７１供給ローラ（搬送ローラ）
７２巻取ローラ（搬送ローラ）
７４支持ローラ（搬送ローラ）
９１Ｌ，９１Ｒ第１ローラ
９２Ｌ，９２Ｒ第２ローラ
９３Ｌ，９３Ｒ位置検出部（位置検出手段）
Ｆａ，Ｆｂ塗工膜
Ｓ基材

Claims

長尺シート状の基材をその長手方向に搬送する搬送手段と、
搬送される前記基材の主面に対向配置されたノズルから塗布液を吐出して前記基材に前記塗布液を塗布する塗布手段と、
前記長手方向に直交する前記基材の幅方向における前記基材の両端部それぞれに対応して設けられて、前記基材に前記幅方向の張力を付与する１対の張力付与手段と、
前記張力付与手段を制御して前記張力を増減させる張力制御手段と、
前記基材の搬送経路において、前記幅方向における前記基材の両端部各々の位置を検出する位置検出手段と
を備え、
前記搬送手段は、複数の搬送ローラの間に前記基材を掛け渡して前記基材を搬送し、
前記基材の搬送経路のうち前記基材の搬送方向に沿って並ぶ２つの前記搬送ローラの間に、前記ノズル、前記張力付与手段および前記位置検出手段が配置されており、
前記張力付与手段の各々は前記基材の一方主面に当接する第１ローラと前記基材の他方主面に当接する第２ローラとで前記基材を挟持し、前記第１ローラおよび前記第２ローラのうち少なくとも一方の表面が、前記基材と当接する部位において、前記搬送方向に沿った方向成分と前記幅方向に平行で前記基材の中央部から外側に向かう方向成分とを有する移動方向に移動し、
前記張力制御手段は、
前記搬送方向における前記基材の左側の端部に対応して設けられた前記第１ローラと前記第２ローラとの間に印加される押圧力については、前記左側の端部における前記位置検出手段の検出の結果、前記左側の端部が前記幅方向における前記基材の中央側へずれている場合には前記押圧力を増加させる一方、前記左側の端部が前記幅方向における前記基材の外側へずれている場合には前記押圧力を減少させ、
前記搬送方向における前記基材の右側の端部に対応して設けられた前記第１ローラと前記第２ローラとの間に印加される押圧力については、前記右側の端部における前記位置検出手段の検出の結果、前記右側の端部が前記幅方向における前記基材の中央側へずれている場合には前記押圧力を増加させる一方、前記右側の端部が前記幅方向における前記基材の外側へずれている場合には前記押圧力を減少させる、
塗工装置。
前記第１ローラおよび前記第２ローラは、前記ノズルよりも前記搬送方向の下流位置で、前記基材のうち前記塗布液が塗布された領域よりも外側で前記基材を挟持する請求項１に記載の塗工装置。
前記第１ローラおよび前記第２ローラの少なくとも一方の表面が、弾性材料により形成されている請求項１または２に記載の塗工装置。
前記第１ローラと前記第２ローラとが互いに平行な回転軸を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の塗工装置。
前記基材の前記一方主面側および前記他方主面側のそれぞれに対して前記ノズルが対向配置された請求項１ないし４のいずれかに記載の塗工装置。
前記搬送手段は、前記基材を略水平姿勢で搬送する請求項１ないし５のいずれかに記載の塗工装置。