JP6950867B2 - Lithium thin film manufacturing method and lithium thin film manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、有機フィルムを送り出し、走行する上記有機フィルムに対してリチウム薄膜の成膜処理を行いながら、当該有機フィルムを巻き取るリチウム薄膜の製造方法及びリチウム薄膜の製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a lithium thin film and an apparatus for producing a lithium thin film, which winds up the organic film while forming a lithium thin film on the traveling organic film by feeding the organic film.
特許文献1には、フィルムを送り出す巻出しローラと、巻出しローラから送り出されたフィルムを巻取る巻取りローラと、処理部とを備えるロールツーロール方式のフィルム搬送装置が記載されている。このフィルム搬送装置では、処理部でフィルムの処理面に膜を成膜可能となっている。同文献には、成膜後のフィルムへのごみなどの転写、フィルムの貼り付き防止のために、合紙機構を設けることが記載されている。合紙機構は、巻取りローラの近傍に配置され、独自の回転駆動部を備えていないフリーローラで構成されている。合紙機構には合紙が巻回される。合紙は成膜後のフィルムの非成膜面と重なり合って巻取りローラにフィルムとともに巻き取られる。
ロールツーロール方式の装置においては、フィルムと合紙とを重ねて巻き取る際、合紙に皺がよってしまう場合がある。例えば、銅箔を介在させながらリチウム膜付きフィルムを巻き取る場合において、銅箔に皺が発生しやすいという問題がある。 In the roll-to-roll system, when the film and the interleaving paper are overlapped and wound, the interleaving paper may be wrinkled. For example, when a film with a lithium film is wound with a copper foil interposed therebetween, there is a problem that wrinkles are likely to occur on the copper foil.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、銅箔に皺を発生させることなくリチウム膜付きフィルムを製造することができるリチウム薄膜の製造方法及びリチウム薄膜の製造装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing a lithium thin film and an apparatus for producing a lithium thin film capable of producing a film with a lithium film without causing wrinkles on the copper foil. ..
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るリチウム薄膜の製造方法は、第1のリチウム薄膜を成膜し、第1の構造体を形成し、第1の巻体を形成し、第2のリチウム薄膜を成膜し、第2の構造体を形成し、第2の巻体を形成する。
上記第1のリチウム薄膜の成膜工程では、第1の有機フィルムの処理面に第1のリチウム薄膜を成膜する。
上記第1の構造体の形成工程では、上記第1のリチウム薄膜上に銅箔を配して第1の構造体を形成する。
上記第1の巻体形成工程では、上記第1の構造体を上記銅箔が上記第1の有機フィルムよりも内側となるようにロール状に巻き取って第1の巻体を形成する。
上記第2のリチウム薄膜の成膜工程では、第2の有機フィルムの処理面に第2のリチウム薄膜を成膜する。
上記第2の構造体の形成工程では、上記第2のリチウム薄膜上に、上記第1の巻体から送り出される上記第1の構造体の上記銅箔と上記第2のリチウム薄膜とが接するように上記第1の構造体を配して第2の構造体を形成する。
上記第2の巻体の形成工程では、上記第2の構造体を上記銅箔が上記第1の有機フィルムよりも内側となるようにロール状に巻き取って第2の巻体を形成する。
In order to achieve the above object, the method for producing a lithium thin film according to an embodiment of the present invention comprises forming a first lithium thin film, forming a first structure, forming a first winding body, and the like. The lithium thin film of 2 is formed, a second structure is formed, and a second winding body is formed.
In the first lithium thin film film forming step, the first lithium thin film is formed on the treated surface of the first organic film.
In the step of forming the first structure, a copper foil is arranged on the first lithium thin film to form the first structure.
In the first winding body forming step, the first winding body is formed by winding the first structure in a roll shape so that the copper foil is inside the first organic film.
In the second lithium thin film forming step, the second lithium thin film is formed on the treated surface of the second organic film.
In the step of forming the second structure, the copper foil of the first structure sent out from the first winding body and the second lithium thin film are brought into contact with each other on the second lithium thin film. The first structure is arranged in the above to form a second structure.
In the step of forming the second winding body, the second winding body is formed by winding the second structure in a roll shape so that the copper foil is inside the first organic film.
このような構成によれば、第1の巻体形成工程、第2の巻体形成工程の両工程で、銅箔が第1の有機フィルムよりも内側となるように巻き取られるので、巻取り時の巻体における皺の発生が抑制され、巻取り異常を効果的に抑制することができる。 According to such a configuration, the copper foil is wound so as to be inside the first organic film in both the first winding body forming step and the second winding body forming step, so that the copper foil is wound up. The occurrence of wrinkles in the winding body at the time is suppressed, and the winding abnormality can be effectively suppressed.
上記第1の巻体形成工程では、上記銅箔に作用する張力が上記第1の有機フィルムに作用する張力よりも大きくなるよう設定されてもよい。 In the first winding body forming step, the tension acting on the copper foil may be set to be larger than the tension acting on the first organic film.
このように、有機フィルムよりもヤング率がはるかに高い銅箔に作用する張力を有機フィルムよりも大きくなるように設定することにより、巻取り時の巻体における銅箔の皺の発生が抑制される。 In this way, by setting the tension acting on the copper foil, which has a much higher Young's modulus than the organic film, to be larger than that of the organic film, the occurrence of wrinkles in the copper foil during winding is suppressed. NS.
上記第2の巻体形成工程では、上記第1の構造体に作用する張力と上記第2の有機フィルムに作用する張力が同じとなるよう設定されてもよい。 In the second winding body forming step, the tension acting on the first structure and the tension acting on the second organic film may be set to be the same.
このように、巻取り時に第1の構造体に作用する張力と第2の有機フィルムに作用する張力とが同じとなるように設定することにより、巻取り時の皺の発生が抑制される。 In this way, by setting the tension acting on the first structure and the tension acting on the second organic film to be the same at the time of winding, the occurrence of wrinkles at the time of winding is suppressed.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るリチウム薄膜製造装置は、フィルム巻出しローラと、巻取りローラと、処理部と、銅箔巻出しローラと、第1のテンションローラと、第2のテンションローラとを具備する。
上記フィルム巻出しローラは、有機フィルムを送り出す。
上記巻取りローラは、回転方向の変更が可能な、上記巻出しローラから送り出された上記有機フィルムを巻き取る。
上記処理部は、上記有機フィルムの搬送経路に配置され上記有機フィルムの処理面にリチウム薄膜を成膜する。
上記銅箔巻出しローラは、上記リチウム薄膜上に配する、銅箔、又は、有機フィルム上にリチウム薄膜、銅箔が順に積層されてなる第1の構造体を送り出す。
上記第1のテンションローラは、上記銅箔巻出しローラと上記巻取りローラとの間に配置され、上記銅箔又は上記第1の構造体を支持し、上記巻取りローラによる巻取り時の上記銅箔又は上記第1の構造体の第1の張力を調整可能に構成される。
上記第2のテンションローラは、上記処理部と上記巻取りローラとの間に配置され、上記有機フィルムを支持し、上記巻取りローラによる巻き取り時の上記有機フィルムの第2の張力を調整可能に構成される。
In order to achieve the above object, the lithium thin film manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention includes a film unwinding roller, a winding roller, a processing unit, a copper foil unwinding roller, a first tension roller, and a first. It is provided with 2 tension rollers.
The film unwinding roller feeds out an organic film.
The take-up roller winds up the organic film fed from the take-up roller whose rotation direction can be changed.
The processing unit is arranged in the transport path of the organic film to form a lithium thin film on the treated surface of the organic film.
The copper foil unwinding roller sends out a first structure in which a lithium thin film and a copper foil are sequentially laminated on a copper foil or an organic film arranged on the lithium thin film.
The first tension roller is arranged between the copper foil unwinding roller and the take-up roller, supports the copper foil or the first structure, and is said to be at the time of winding by the take-up roller. The first tension of the copper foil or the first structure is adjustable.
The second tension roller is arranged between the processing unit and the take-up roller, supports the organic film, and can adjust the second tension of the organic film at the time of winding by the take-up roller. It is composed of.
このように、巻取りローラが回転方向の変更が可能に構成されているので、銅箔巻出しローラに銅箔を取り付けたときと第1の構造体を取り付けたときとの回転方向を反対とすることができる。これにより、第1の構造体を別の新たなリチウム薄膜が成膜された有機フィルムと重ね合わせて巻き取る際、第1の構造体が巻き取られる際の第1の構造体を構成する銅箔と有機フィルムの位置関係と同じ位置関係で巻き取ることができ、巻体の皺の発生が抑制される。
更に、第1の張力と第2の張力とが調整可能に構成されるので、銅箔巻出しローラに銅箔を取り付けたときと第1の構造体を取り付けたときとで、それぞれの状況で適切な張力に調整することができる。
In this way, since the take-up roller is configured so that the direction of rotation can be changed, the direction of rotation when the copper foil is attached to the copper foil unwinding roller and when the first structure is attached is opposite. can do. As a result, when the first structure is superposed on an organic film on which another new lithium thin film is formed and wound, the copper constituting the first structure when the first structure is wound is formed. It can be wound in the same positional relationship as the foil and the organic film, and the occurrence of wrinkles in the winding body is suppressed.
Further, since the first tension and the second tension are adjustable, the situation is different depending on whether the copper foil is attached to the copper foil unwinding roller or the first structure is attached. It can be adjusted to an appropriate tension.
上記リチウム薄膜製造装置は、上記第1の張力を検出する第1の検出部と、上記第2の張力を検出する第2の検出部と、上記検出部による検出結果を基に上記第1の張力と上記第2の張力を制御する制御部とを更に具備してもよい。 The lithium thin film manufacturing apparatus has the first detection unit for detecting the first tension, the second detection unit for detecting the second tension, and the first detection unit based on the detection results by the detection unit. A control unit that controls the tension and the second tension may be further provided.
上記処理部は、上記有機フィルムの上記処理面とは反対側の非処理面を支持するメインローラと、上記メインローラに対向して配置され、上記有機フィルムの上記処理面を成膜する成膜ユニットとを含んでもよい。 The processing unit is arranged to face the main roller supporting the non-processed surface of the organic film opposite to the treated surface and the main roller to form a film forming the treated surface of the organic film. It may include a unit.
以上述べたように、本発明によれば、銅箔に皺を発生させることなく、リチウム膜付きフィルムを製造することができる。 As described above, according to the present invention, a film with a lithium film can be produced without causing wrinkles on the copper foil.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本発明の一実施形態に係るリチウム薄膜製造装置では、リチウム薄膜が両面に配された銅箔を挟み込むように一対の有機フィルムが配されて構成される第2の構造体が巻き取られた第2の巻体が製造される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the lithium thin film manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention, a second structure in which a pair of organic films are arranged so as to sandwich a copper foil in which the lithium thin films are arranged on both sides is wound. 2 rolls are manufactured.
[第1及び第2の構造体の説明]
第1の構造体は、後述する第1の段階を経て製造される。第2の構造体は、後述する第1の段階と第2の段階の2つの段階を経て製造される。第1の段階と第2の段階の製造工程では、同じリチウム薄膜製造装置が用いられる。
[Explanation of the first and second structures]
The first structure is manufactured through the first step described later. The second structure is manufactured through two stages, a first stage and a second stage, which will be described later. The same lithium thin film manufacturing apparatus is used in the first step and the second step manufacturing process.
図3は、第1の段階で形成される第1の巻体の構成を示す概略断面図である。
図4は、第2の段階で形成される第2の巻体の構成を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the first winding body formed in the first stage.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the second winding body formed in the second stage.
第1の段階では、図3に示すように、第1の構造体151がロール状に巻き取られた第1の巻体91が形成される。
第1の構造体151は、第1の有機フィルム211と、第1の有機フィルム211の処理面に成膜された第1のリチウム薄膜411と、第1のリチウム薄膜411上に配された銅箔51とからなる。
この第1の構造体151は、第1の有機フィルム211に第1のリチウム薄膜411が成膜されて第1の積層体421が形成され、更に、当該第1の積層体421の第1のリチウム薄膜411上に銅箔51が配されることにより形成される。
第1の構造体151は、銅箔51が第1の有機フィルム211よりも内側に位置するように巻き取られる。
In the first stage, as shown in FIG. 3, a first
The
In the
The
第2の段階では、図4に示すように、第2の構造体152がロール状に巻き取られた第2の巻体92が形成される。
第2の構造体152は、第1の構造体151と、第1の構造体151の銅箔51上に配された第2のリチウム薄膜412と、第2のリチウム薄膜412上に配された第2の有機フィルム212とからなる。
この第2の構造体152は、第2の有機フィルム212に第2のリチウム薄膜412が成膜されて第2の積層体422が形成され、更に、当該第2の積層体422の第2のリチウム薄膜412上に、第1の段階で形成された第1の構造体151が重ね合わされることにより形成される。重ね合わせ時、第2のリチウム薄膜412に第1の構造体151の銅箔51が接するように配される。
第2の構造体152は、銅箔51が第1の有機フィルム211よりも内側に位置するように巻き取られる。
In the second stage, as shown in FIG. 4, a second winding
The
In the
The
第1の有機フィルム211と第2の有機フィルム212とは同じ材料から構成される。便宜上、第1の段階で第1のリチウム薄膜411が成膜される有機フィルム21を第1の有機フィルム211、第2の段階で第2のリチウム薄膜412が成膜される有機フィルム21を第2の有機フィルム212と称す。
The first
また、第1のリチウム薄膜411と第2のリチウム薄膜412とは後述する同じリチウム薄膜製造装置で同じ成膜条件で成膜される膜である。便宜上、第1の段階で成膜されるリチウム薄膜41を第1のリチウム薄膜411、第2の段階で成膜されるリチウム薄膜41を第2のリチウム薄膜412と称す。
Further, the first lithium
以下、特に第1の有機フィルム211と第2の有機フィルム212、第1のリチウム薄膜411と第2のリチウム薄膜412を、それぞれ区別する必要がない場合は、有機フィルム21、リチウム薄膜41と称する場合がある。
Hereinafter, when it is not necessary to distinguish between the first
[リチウム薄膜製造装置の全体構成]
図1及び図2は、上述の第2の巻体92を製造する本発明の一実施形態に係るリチウム薄膜製造装置(以下、薄膜製造装置という)の構成を示す概略縦断面図である。
図1は第1の巻体91を形成する第1の段階時にとられる形態を示し、図2は第2の巻体92を形成する第2の段階時にとられる形態を示す。
なお、図において、X軸、Y軸及びZ軸は相互に直交する3軸方向を示しており、本実施形態ではX軸及びY軸は水平方向を、Z軸は高さ方向をそれぞれ示している。
[Overall configuration of lithium thin film manufacturing equipment]
1 and 2 are schematic vertical sectional views showing a configuration of a lithium thin film manufacturing apparatus (hereinafter, referred to as a thin film manufacturing apparatus) according to an embodiment of the present invention for manufacturing the above-mentioned second winding
FIG. 1 shows a form taken at the first stage of forming the first winding
In the figure, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis show three axial directions that are orthogonal to each other. In the present embodiment, the X-axis and the Y-axis show the horizontal direction, and the Z-axis shows the height direction. There is.
薄膜製造装置1は、フィルム巻出しローラ2と、巻取りローラ3と、メインローラ4と、銅箔巻出しローラ5と、複数のガイドローラ6A、6B、7A〜7Fと、第1の張力検出部131と、第2の張力検出部132と、成膜ユニット12と、これらを収容する真空チャンバ13とを備える。
The thin
薄膜製造装置1は、ロールツーロール方式の装置である。
薄膜製造装置1は、フィルム巻出しローラ2から連続的又は間欠的に送り出された長尺のベース有機フィルム(以下、有機フィルムという)21をメインローラ4に巻き付けながら、当該メインローラ4に対向して配置された成膜ユニット12からの蒸発物質を有機フィルム21上に蒸着させ、蒸着後の有機フィルム21を巻取りローラ3で巻き取るように構成される。
The thin
The thin
真空チャンバ13は、密閉構造を有し、排気ラインLを介して真空ポンプPに接続される。これにより、真空チャンバ13は、その内部が所定の減圧雰囲気に排気又は維持可能に構成される。
The
真空チャンバ13は内部に仕切板8を有する。当該仕切板8は、真空チャンバ13のZ軸方向における略中央部に配置されており、所定の大きさの開口部を有する。当該開口部の周縁部は、所定の隙間を空けてメインローラ4の外周面に対向している。真空チャンバ13の内部は、仕切板8により、仕切板8よりZ軸方向の上側にある搬送室9と、仕切板8よりZ軸方向の下側にある成膜室10とに区画される。
The
成膜室10には排気ラインLが接続されている。したがって、真空チャンバ13の内部を排気する際には、まず、成膜室10の内部が排気される。一方、上述のように仕切板8とメインローラ4との間には所定の隙間があるため、この隙間を通して搬送室9の内部も排気される。これにより、成膜室10と搬送室9との間に圧力差が生じる。この圧力差により、成膜ユニット12からの蒸発材料の蒸気流が搬送室9に侵入するのを防ぐことができる。
An exhaust line L is connected to the
なお、本実施形態では、排気ラインLを成膜室10にのみ接続したが、搬送室9にも別の排気ラインを接続することにより、搬送室9と成膜室10とを同時にあるいは独立して排気してもよい。
In the present embodiment, the exhaust line L is connected only to the
フィルム巻出しローラ2、巻取りローラ3、メインローラ4、銅箔巻出しローラ5と、ガイドローラ6A、6B、ガイドローラ7A〜7F、第1の張力検出部131、第2の張力検出部132は、フィルム搬送機構50を構成する。フィルム巻出しローラ2、巻取りローラ3、メインローラ4及び銅箔巻出しローラ5は、それぞれ図示しない回転駆動部を備え、X軸に平行な軸まわりに回転可能に構成される。
フィルム巻出しローラ2、巻取りローラ3及び銅箔巻出しローラ5は、搬送室9内に配置され、それぞれの回転駆動部によりに所定速度で回転可能に構成される。なお、フィルム巻出しローラ2の回転方向は、メインローラ4に向かって有機フィルム21を送り出せる限り、どの方向に回転させてもよい。巻取りローラ3の回転方向も、メインローラ4から有機フィルム21を巻き取れる限り、どの方向に回転させてもよい。銅箔巻出しローラ5の回転方向は、巻取りローラ3に向かって銅箔51を送り出せる限り、どの方向に回転させてもよい。
The
本実施形態においては、巻取りローラ3は、第1の段階では、図1の矢印で示す方向(時計回り方向)に、第2の段階では、図2の矢印で示す方向(反時計周り方向)に、回転方向が制御される。また、フィルム巻出しローラ2及び銅箔巻出しローラ5は、第1及び第2の段階で、反時計回り方向に制御される。
In the present embodiment, the take-up
メインローラ4は、有機フィルム21の搬送経路においてフィルム巻出しローラ2と巻取りローラ3との間に配置される。具体的には、メインローラ4のZ軸方向における下部の少なくとも一部が、仕切板8に設けられた開口部を通して成膜室10に臨むような位置に配置される。
The main roller 4 is arranged between the
また、メインローラ4は、フィルム巻出しローラ2及び巻取りローラ3と同様に、回転駆動部により反時計回りに所定速度で回転可能に構成される。さらに、メインローラ4は、鉄あるいはステンレス鋼等の金属材料で筒状に構成され、その内部に図示しない冷却媒体又は加熱媒体の循環機構を備える。これにより、メインローラ4の外周面に接触する有機フィルム21の内側の面(非処理面)は、メインローラ4によって所定温度以下に冷却あるいは所定温度以上に加熱される。メインローラ4の大きさは特に限定されないが、典型的には、軸方向の長さ(軸長)は有機フィルム21の幅と同じかそれよりも長い。
Further, the main roller 4 is configured to be rotatable counterclockwise at a predetermined speed by a rotation driving unit, similarly to the
フィルム巻出しローラ2には、後にリチウム薄膜41が成膜される処理面が内側に向くようにして有機フィルム21が巻回されており、有機フィルム21を送り出す。
巻取りローラ3は、有機フィルム21を巻き取る。
銅箔巻出しローラ5は、有機フィルム21の搬送経路とは別の搬送経路で、銅箔51又は第1の構造体151を送り出す。第1の段階では、銅箔巻出しローラ5には、銅箔51が巻回されており、銅箔51を送り出す。第2の段階では、銅箔巻出しローラ5には、第1の巻体91が取り付けられ、第1の構造体151を送り出す。
The
The take-up
The copper
メインローラ4に巻回された有機フィルム21は、メインローラ4の回転により搬送され、その搬送過程で、成膜ユニット12によりリチウム薄膜41が有機フィルム21の処理面に形成される。リチウム薄膜41が成膜された有機フィルム21は、ガイドローラ5E、5Fを介して巻取りローラ3に巻き取られる。
The
図1に示すように、第1の段階では、銅箔巻出しローラ5には銅箔51が取り付けられる。第1の有機フィルム211上に第1のリチウム薄膜411が成膜されてなる第1の積層体421と、銅箔巻出しローラ5から送り出される銅箔51とが重ね合わせられて第1の構造体151が形成される。重ね合わせ時、第1のリチウム薄膜411上に銅箔51が配される。第1の構造体151が巻取りローラ3により巻き取られて第1の巻体91が形成される。
As shown in FIG. 1, in the first stage, the
図2に示すように、第2の段階では、銅箔巻出しローラ5には第1の段階で形成された第1の巻体91が取り付けられる。第2の有機フィルム212上に第2のリチウム薄膜412が成膜されてなる第2の積層体422と、銅箔巻出しローラ5から送り出される第1の構造体151とが重ね合わせられて第2の構造体152が形成される。重ね合わせ時、第1の構造体151の銅箔51と第2のリチウム薄膜412とが接するように第1の構造体151が配される。第2の構造体152が巻取りローラ3により巻き取られて第2の巻体92が形成される。
As shown in FIG. 2, in the second stage, the first winding
巻取りローラ3は、第1の段階では時計周りの回転方向に設定され、第2の段階では反時計周りの回転方向に設定される。このように、第1の段階と第2の段階とで回転方向が反対となるように設定することにより、巻取り時に、銅箔51が第1の有機フィルム211よりも常に内側寄りに巻き込まれるように巻き取られる。
The take-up
ガイドローラ6A及び6Bは、銅箔巻出しローラ5と巻取りローラ3との間に配置され、銅箔51又は第1の構造体151を支持し、走行をガイドする。
The
ガイドローラ7A,7B,7C,及び7Dは、有機フィルム21の搬送経路においてフィルム巻出しローラ2とメインローラ4との間に配置され、有機フィルム21を支持し、走行をガイドする。また、ガイドローラ7E及び7Fは、有機フィルム21の搬送経路において巻取りローラ3とメインローラ4との間に配置され、リチウム薄膜41が成膜された有機フィルム21を支持し、走行をガイドする。
The
ガイドローラ6Bは、銅箔51又は第1の構造体151の搬送経路上、巻取りローラ3の直前に設置される。ガイドローラ6Bは、銅箔巻出しローラ5から送り出され、巻取りローラ3によって巻き取られる銅箔51又は第1の構造体151に作用する第1の張力(張り具合)を調整可能に構成された第1のテンションローラとして機能する。
The
ガイドローラ7Fは、有機フィルム21の搬送経路上、巻取りローラ3の直前に設置される。ガイドローラ7Fは、巻取りローラ3によって銅箔51又は第1の構造体151と供に巻き取られるリチウム薄膜41が成膜された有機フィルム21に作用する第2の張力(張り具合)を調整可能に構成された第2のテンションローラとして機能する。
The
テンションローラとして機能するガイドローラ6B(7F)は、図示しない駆動機構により、回転軸が移動可能に構成されている。これにより、経路上、ガイドローラ6B(7F)の前後に位置する巻取りローラ3及びガイドローラ6A(7E)との相対的距離が変更可能となる。この相対的距離の変更により、第1の張力、第2の張力がそれぞれ調整される。
The
第1の張力検出部131は、搬送される銅箔51又は第1の構造体151に作用する第1の張力を検出する。第1の張力検出部131は、ガイドローラ6Bに接続されたロードセルによって構成される。第1の張力検出部131は、搬送される銅箔51又は第1の構造体151によりガイドローラ6Bに加えられる荷重を張力として検出する。
The first
第2の張力検出部132は、搬送されるリチウム薄膜41が成膜された有機フィルム21に作用する第2の張力を検出する。第2の張力検出部132は、ガイドローラ7Fに接続されたロードセルによって構成される。第2の張力検出部132は、搬送されるリチウム薄膜41が成膜された有機フィルム21によりガイドローラ7Fに加えられる荷重を張力として検出する。
The second
検出された第1の張力及び第2の張力は、図示しない配線を介して接続される、後述する制御部としてのコントローラ11に送信される。コントローラ11は、第1及び第2の張力が各段階で好ましくなるように、ガイドローラ6B及びガイドローラ7Fの位置を制御する。
The detected first tension and second tension are transmitted to the
成膜ユニット12は、図1に示すように、成膜室10に配置され、蒸発源121と、防着板122とを有する。
As shown in FIG. 1, the
蒸発源121は、メインローラ4のZ軸方向における直下に配置される。蒸発源121は、図示せずとも、蒸発材料を保持する容器としての丸型の坩堝と、当該坩堝の外周部を取り囲む誘導コイルとを含む。上記誘導コイルは、真空チャンバ13の外部に設置された図示しない交流電源に電気的に接続されている。蒸発源121は、誘導加熱方式により、有機フィルム21の成膜面(処理面)に堆積させる蒸発材料の蒸気を生成する。ただし、これに限定されず、抵抗加熱方式、電子ビーム加熱等により、蒸発材料を加熱してもよい。
本実施形態では、蒸発材料はLi(リチウム)である。
The
In this embodiment, the evaporative material is Li (lithium).
防着板122は、開口部1221を有し、メインローラ4と蒸発源121との間に配置される。また、防着板122は、図示しない支持部を介して真空チャンバ13の内壁に接続され、真空チャンバ13の内壁面への蒸発材料の付着を防止する。防着板122を構成する材料は特に限定されず、典型的にはステンレス鋼や銅等の金属材料が適用される。
The
開口部1221は、防着板122の略中央部に設けられた矩形の貫通孔であり、メインローラ4の外周面に対向して配置される。開口部1221の大きさや形状は特に限定されず、蒸発源121との距離や有機フィルム21との距離等に応じて適宜設定可能である。本実施形態において開口部1221は、有機フィルム21の成膜領域を規定するマスクとして機能する。
The
フィルム搬送機構50において、フィルム搬送経路に各々設置されたメインローラ4及び蒸発源121(成膜ユニット12)は、有機フィルム21の処理面に所定の表面処理を施す処理部に相当する。
In the
有機フィルム21は、所定幅に裁断された長尺のプラスチックフィルムからなり、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、PI(ポリイミド)フィルム、PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム等が用いられる。
The
有機フィルム21の厚さは、特に限定されず、例えば、約1μm〜249μmである。また、有機フィルム21の幅や長さについては特に制限はなく、用途に応じて適宜選択することができる。典型的には、有機フィルム21には、1000m以上の長尺フィルムが用いられる。
The thickness of the
銅箔51の厚さは、特に限定されず、例えば、約4μm〜100μmである。また、銅箔51の幅や長さについては特に制限はなく、用途に応じて適宜選択することができる。
The thickness of the
成膜されるリチウム薄膜の厚さは、約1μm〜100μmであり、本実施形態では20μmとした。 The thickness of the lithium thin film to be formed is about 1 μm to 100 μm, and in this embodiment, it is set to 20 μm.
図1に示すように、薄膜製造装置1は、真空チャンバ13の外部に設置されたコントローラ11をさらに備える。コントローラ11は、例えば、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを含むコンピュータ等により構成され、薄膜製造装置1の各部を統括的に制御する。コントローラ11は、例えば、真空ポンプPの動作の制御、各ローラの回転駆動及び位置制御、蒸発源121における蒸発材料の蒸発量の制御、第1及び第2の張力の制御等を行う。
As shown in FIG. 1, the thin
[第1及び第2の張力の制御]
第1及び第2の張力は、コントローラ11によって、各段階で好ましい値となるように制御される。
[Control of first and second tension]
The first and second tensions are controlled by the
本実施形態では、第1の積層体421と銅箔51とを重ね合わせて巻き取る第1の段階で、銅箔51に作用する張力を第1の有機フィルム211を有する第1の積層体421に作用する張力よりも高くなるよう設定される。
具体的には、銅箔51に作用する張力を10〜300Nとすることが好ましく、本実施形態では200N、第1の積層体421に作用する張力を1〜200Nとすることが好ましく、本実施形態では80Nとした。
In the present embodiment, in the first step of superimposing and winding the first
Specifically, the tension acting on the
一方、第2の積層体422と第1の構造体151とを重ね合わせて巻き取る第2の段階では、第1の構造体151と第2の有機フィルム212を有する第2の積層体422それぞれに作用する張力が同じなるように設定される。
具体的には、第1の構造体151及び第2の積層体422に作用する張力を1〜200Nとすることが好ましく、本実施形態では80Nとした。尚、ここで、同じ張力とは、第1の構造体151に作用する張力が、第2の有機フィルム212に作用する張力の−20%〜20%の範囲を含む。
On the other hand, in the second step of superimposing and winding the second
Specifically, the tension acting on the
このように、第1の段階で、銅箔51に作用する張力が第1の有機フィルム211を有する第1の積層体421に作用する張力よりも大きくなるように設定することにより、銅箔51に皺がよることなく巻き取ることができる。
In this way, by setting the tension acting on the
ここで、第1のリチウム薄膜411の第1の有機フィルム211への成膜開始位置は、長尺の第1の有機フィルム211の長手方向の先端部から間隙をおいたところとなる。そのため、巻取りロール3による巻取り開始直後は、第1のリチウム薄膜411が成膜されていない第1の有機フィルム211のみの部分が巻き取られる。
例えば、銅箔51に張力をかけずに銅箔51と有機フィルム21をと巻き取る場合、リチウム薄膜41が成膜されていない有機フィルム21のみの部分では、銅箔51に皺がよることなく巻き取ることができる。しかしながら、リチウム薄膜41が成膜された有機フィルム21を巻き取っていくと銅箔51に皺が発生しやすい。
これは、リチウム薄膜41の表面は粘り気があるため、銅箔51がリチウム薄膜41上で滑らかに動くことができず、皺が発生するものと考えられる。
Here, the film formation start position of the first lithium
For example, when the
It is considered that this is because the surface of the lithium
また、銅箔51は、リチウム薄膜41、例えばPET等からなる有機フィルム21と比較して、ヤング率が高く剛性が高い。
Further, the
そこで、本実施形態では、第1の段階で、相対的に剛性の高い銅箔51に作用する張力が第1の有機フィルム211に作用する張力よりも大きくなるように設定することにより、銅箔51の皺の発生が抑制されて巻き取ることができる。
Therefore, in the present embodiment, the copper foil is set so that the tension acting on the relatively
一方、上述のように、第2の段階では、第1の構造体151と第2の有機フィルム212それぞれに作用する張力が同じとなるように設定することにより、皺の発生が抑制されて巻き取ることができる。
On the other hand, as described above, in the second stage, by setting the tensions acting on the
第1の段階では、銅箔51を巻き取っていたため銅箔51に張力が高く作用するように設定していた。これに対し、第2の段階では、ヤング率が相互に大きく異なる銅箔51と、第1のリチウム薄膜411、第1の有機フィルム211とからなる第1の構造体151を巻き取ることとなる。そのため、第1の段階と同様に、第1の構造体151に作用する張力を第2の有機フィルム212より大きくすると、ヤング率が相互に大きく異なる銅箔51と、第1のリチウム薄膜411が成膜された第1の有機フィルム211との界面で、せん断応力が作用し、構造破壊が発生しやすく、巻取り時に第1の構造体151に皺が発生しやすくなる。
そこで、第2の段階では、第1の構造体151に作用させる張力を、第2のリチウム薄膜412が成膜された第2の有機フィルム212に作用させる張力とほぼ同じとすることにより、皺の発生を抑制することができる。
In the first stage, since the
Therefore, in the second stage, the tension acting on the
第1及び第2の張力は、各段階での好ましい数値が予め設定されており、その範囲となるようにコントローラ11によって制御される。
コントローラ11は、第1の張力検出部131、第2の張力検出部132から定期的に検出結果を取得し、検出結果を基づき、予め設定された張力の数値範囲内となるようにガイドローラ6B及び7Fの位置の制御をする。例えば、巻取りによる第1及び第2の巻体91、92の径の大きさの変化により張力が変化するので、コントローラ11によりガイドローラ6B及び7Fの位置は第1及び第2の張力が所定の範囲となるよう制御される。
The first and second tensions are preset with preferable numerical values at each stage, and are controlled by the
The
(リチウム薄膜の製造方法)
次に、図1〜図4を用いて、上述のリチウム薄膜製造装置1を用いた、銅箔の両面にリチウム薄膜が配された第2の構造体が巻き取られてなる第2の巻体の製造方法について説明する。
(Manufacturing method of lithium thin film)
Next, using FIGS. 1 to 4, a second winding body using the above-mentioned lithium thin
(第1の段階)
まず、図1に示すように、巻出しローラ2に、巻回された第1の有機フィルム211を取り付けし、銅箔巻出しローラ5に、巻回された銅箔51を取り付ける。フィルム巻出しローラ2と銅箔巻出しローラ5の回転方向を反時計回りに、巻取りローラ3の回転方向を時計回りに設定する。また、巻取り時に、第1の構造体151の銅箔51が内側に巻き込まれるように、銅箔51及び第1の有機フィルム211の巻始め部分を巻取りローラ3に配置する。
(First stage)
First, as shown in FIG. 1, the wound first
有機フィルム21は、厚さ50μm、幅250mmの長尺フィルムである。
銅箔51は、厚さ10μm、幅300mmである。
The
The
次に、真空チャンバ13を真空引きする。フィルム巻出しローラ2とガイドローラ7Eとの間の第1の有機フィルム211に作用する張力が80Nとなるように通紙し、第1の有機フィルム211を搬送する。更に、銅箔51を巻出しローラ2とガイドローラ6Bとの間の銅箔51に作用する張力が200Nとなるように通紙し、銅箔51を搬送する。
Next, the
フィルム巻出しローラ2により送り出された第1の有機フィルム211の処理面に、成膜室10内で厚さ20μmの第1のリチウム薄膜411が成膜されて、第1の積層体421が形成される。
次に、第1の積層体421に、銅箔巻出しローラ5から送り出される銅箔51が重なり合って第1の構造体151が形成される。
第1の構造体151は、ロール状に巻取りローラ3に巻き取られて、第1の巻体91が形成される。図3に示すように、巻き取られ時、第1の構造体151は、銅箔51が第1の有機フィルム211よりも内側に位置するように巻き取られる。
第1の巻体91の形成後、真空引きを解除し、第1の巻体91を取り出す。
A first lithium
Next, the
The
After the formation of the first winding
(第2の段階)
図2に示すように、巻出しローラ2には第1の段階で取り付けられた有機フィルム21をそのまま用いることができる。銅箔巻出しローラ5には、第1の段階で形成された第1の巻体91が取り付けられる。フィルム巻出しローラ2、銅箔巻出しローラ5、巻取りローラ3の回転方向を反時計回りに設定する。また、巻取り時に、銅箔51が第1の有機フィルム211よりも内側に位置するように、第1の構造体151及び第2の有機フィルム212の巻始め部分を巻取りローラ3に配置する。
(Second stage)
As shown in FIG. 2, the
次に、真空チャンバ13を真空引きする。フィルム巻出しローラ2とガイドローラ7Eとの間の第2の有機フィルム212に作用する張力が80Nとなるように通紙し、第2の有機フィルム212を搬送する。更に、第1の構造体151を巻出しローラ2とガイドローラ6Bとの間の第1の構造体151に作用する張力が80Nとなるように通紙し、第1の構造体151を搬送する。
Next, the
フィルム巻出しローラ2により送り出された第2の有機フィルム212の処理面には、成膜室10内で厚さ20μmの第2のリチウム薄膜412が成膜されて、第2の積層体422が形成される。
次に、第2の積層体422に、銅箔巻出しローラ5から送り出される第1の構造体151が重なり合って第2の構造体152が形成される。
第2の構造体152は、ロール状に巻取りローラ3に巻き取られて、第2の巻体92が形成される。巻き取られ時、第2の構造体152は、銅箔51が第1の有機フィルム211よりも内側に位置するように巻き取られる。
第2の巻体92の形成後、真空引きを解除し、第2の巻体92を取り出す。
A second lithium
Next, the
The
After the formation of the second winding
以上により、銅箔51の両面それぞれに第1のリチウム薄膜411、第2のリチウム薄膜412が配置された積層体を挟み込むように、各リチウム薄膜411,412に接して一対の有機フィルム211、212が配された第2の構造体152が得られる。
As described above, the pair of
上記の製造方法では、第1の段階、第2の段階の両段階で、巻取り時に、銅箔51が第1の有機フィルム211よりも内側に位置するように巻き取られる。これにより、第2の段階において、皺の発生なく巻取りを行うことができる。
In the above manufacturing method, the
すなわち、第1の段階で巻き取られた第1の巻体91は、内側に銅箔51、外側に第1の有機フィルム211が位置して巻き取られているので、第1の巻体91における銅箔51と第1の有機フィルム211の径が異なり、巻取方向における長さは第1の有機フィルム211の方が銅箔51よりも長くなる。
そのため、例えば、第2の段階の巻き取り時、銅箔51よりも内側に第1の有機フィルム211が位置するように第2の構造体152が巻き取られた場合、第1の有機フィルム211の方が銅箔51よりも長くなるのに起因して第1の有機フィルム211に皺がよりやすくなる。
これに対し、本実施形態においては、第2の段階で、第1の段階と同様に、銅箔51よりも外側に第1の有機フィルム211が位置する状態を維持して巻取りが行われるので、皺の発生なく、巻取りを行うことができる。
That is, in the first winding
Therefore, for example, when the
On the other hand, in the present embodiment, in the second step, as in the first step, the winding is performed while maintaining the state in which the first
本実施形態においては、銅箔巻出しローラ5に取り付けるものを変更することにより、第1の段階と第2の段階の工程を同じ薄膜製造装置1を用いて行うことができる。尚、第1の段階と第2の段階の工程をそれぞれ別の薄膜製造装置1を用いて行ってもよい。別の薄膜製造装置1を用いる場合、製造装置の個体差による微調整が必要となるため、同じ薄膜製造装置1を用いた方が銅箔51の両面に同等の膜質のリチウム薄膜を成膜する際に効率が良い。
In the present embodiment, the steps of the first step and the second step can be performed by using the same thin
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made.
例えば、上述の実施形態においては、ガイドローラ6B、7Fを移動させることにより第1及び第2の張力の調整を行っていたが、これに限定されない。例えば、フィルム巻出しローラ2、巻取りローラ3又はメインローラ4の回転速度を制御することにより、有機フィルム21の張力(第2の張力)を調整してもよい。また、銅箔巻出しローラ5と巻取りローラ3の回転速度を制御することにより、銅箔51又は第1の構造体151の張力(第1の張力)を調整してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the first and second tensions are adjusted by moving the
1…リチウム薄膜製造装置
2…フィルム巻出しローラ
3…巻取りローラ
4…メインローラ
5…銅箔巻出しローラ
6B…ガイドローラ(第1のテンションローラ)
7F…ガイドローラ(第2のテンションローラ)
11…コントローラ(制御部)
12…成膜ユニット
21…有機フィルム
41…リチウム薄膜
91…第1の巻体
92…第2の巻体
131…第1の張力検出部(第1の検出部)
132…第2の張力検出部(第2の検出部)
151…第1の構造体
152…第2の構造体
211…第1の有機フィルム
212…第2の有機フィルム
411…第1のリチウム薄膜
412…第2のリチウム薄膜
1 ... Lithium thin
7F ... Guide roller (second tension roller)
11 ... Controller (control unit)
12 ...
132 ... Second tension detection unit (second detection unit)
151 ...
Claims (6)
前記第1のリチウム薄膜上に銅箔を配して第1の構造体を形成し、
前記第1の構造体を前記銅箔が前記第1の有機フィルムよりも内側となるようにロール状に巻き取って第1の巻体を形成し、
第2の有機フィルムの処理面に第2のリチウム薄膜を成膜し、
前記第2のリチウム薄膜上に、前記第1の巻体から送り出される前記第1の構造体の前記銅箔と前記第2のリチウム薄膜とが接するように前記第1の構造体を配して第2の構造体を形成し、
前記第2の構造体を前記銅箔が前記第1の有機フィルムよりも内側となるようにロール状に巻き取って第2の巻体を形成する
薄膜リチウムの製造方法。 A first lithium thin film is formed on the treated surface of the first organic film,
A copper foil is arranged on the first lithium thin film to form a first structure.
The first structure is wound into a roll so that the copper foil is inside the first organic film to form the first roll.
A second lithium thin film is formed on the treated surface of the second organic film,
The first structure is arranged on the second lithium thin film so that the copper foil of the first structure sent out from the first winding body and the second lithium thin film are in contact with each other. Forming a second structure,
A method for producing a thin film lithium, in which the second structure is wound into a roll so that the copper foil is inside the first organic film to form a second winding body.
前記第1の巻体を形成する工程では、前記銅箔に作用する張力が前記第1の有機フィルムに作用する張力よりも大きくなるよう設定される
薄膜リチウムの製造方法。 The method for producing thin film lithium according to claim 1.
A method for producing a thin film lithium, in which the tension acting on the copper foil is set to be larger than the tension acting on the first organic film in the step of forming the first winding body.
前記第2の巻体を形成する工程では、前記第1の構造体に作用する張力と前記第2の有機フィルムに作用する張力が同じとなるよう設定される
薄膜リチウムの製造方法。 The method for producing thin film lithium according to claim 1 or 2.
A method for producing a thin film lithium, in which the tension acting on the first structure and the tension acting on the second organic film are set to be the same in the step of forming the second winding body.
回転方向の変更が可能な、前記フィルム巻出しローラから送り出された前記有機フィルムを巻き取る巻取りローラと、
前記有機フィルムの搬送経路に配置され前記有機フィルムの処理面にリチウム薄膜を成膜する処理部と、
前記リチウム薄膜上に配する、銅箔、又は、有機フィルム上にリチウム薄膜及び銅箔が順に積層されてなる第1の構造体を送り出す銅箔巻出しローラと、
前記銅箔巻出しローラと前記巻取りローラとの間に配置され、前記銅箔又は前記第1の構造体を支持し、前記巻取りローラによる巻取り時の前記銅箔又は前記第1の構造体の第1の張力を調整可能に構成される第1のテンションローラと、
前記処理部と前記巻取りローラとの間に配置され、前記有機フィルムを支持し、前記巻取りローラによる巻き取り時の前記有機フィルムの第2の張力を調整可能に構成される第2のテンションローラと
を具備するリチウム薄膜製造装置。 A film unwinding roller that feeds out organic film,
A take-up roller that winds up the organic film sent out from the film take-out roller, which can change the direction of rotation, and a take-up roller.
A processing unit arranged in the transport path of the organic film and forming a lithium thin film on the processing surface of the organic film, and a processing unit.
A copper foil unwinding roller that feeds out a first structure in which a lithium thin film and a copper foil are sequentially laminated on a copper foil or an organic film arranged on the lithium thin film.
The copper foil or the first structure is arranged between the copper foil unwinding roller and the winding roller, supports the copper foil or the first structure, and is wound by the winding roller. A first tension roller configured to adjust the first tension of the body,
A second tension that is arranged between the processing unit and the take-up roller, supports the organic film, and is configured to be able to adjust the second tension of the organic film when it is taken up by the take-up roller. Lithium thin film manufacturing equipment equipped with rollers.
前記第1の張力を検出する第1の検出部と、
前記第2の張力を検出する第2の検出部と、
前記検出部による検出結果を基に前記第1の張力と前記第2の張力を制御する制御部と
を更に具備するリチウム薄膜製造装置。 The lithium thin film manufacturing apparatus according to claim 4.
The first detection unit that detects the first tension and
A second detection unit that detects the second tension, and
A lithium thin film manufacturing apparatus further comprising a first tension and a control unit for controlling the second tension based on the detection result by the detection unit.
前記処理部は、
前記有機フィルムの前記処理面とは反対側の非処理面を支持するメインローラと、
前記メインローラに対向して配置され、前記有機フィルムの前記処理面を成膜する成膜ユニットとを含む
リチウム薄膜製造装置。 The lithium thin film manufacturing apparatus according to claim 4 or 5.
The processing unit
A main roller that supports a non-treated surface of the organic film opposite to the treated surface,
A lithium thin film manufacturing apparatus including a film forming unit that is arranged to face the main roller and forms a film on the treated surface of the organic film.
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