JP7293540B2

JP7293540B2 - バルブとそれを用いた間欠塗工装置

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Publication number: JP7293540B2
Application number: JP2019025419A
Authority: JP
Inventors: 克洋大森
Original assignee: 株式会社ヒラノテクシード
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP2020133710A

Description

本発明は、バルブとそれを用いた間欠塗工装置に関するものである。

従来より、フィルム、布帛、紙、金属箔、金属メッシュなどの長尺状のウエブに塗工液を間欠塗工する間欠塗工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来の間欠塗工装置は、バックアップロール上を搬送するウエブにダイによって未塗工区間と塗工区間とを交互に形成するために、塗工液を圧送するポンプとダイとの間にバルブを設け、未塗工区間を形成するときは、このバルブを閉じてダイへの塗工液の供給を停止し、一方、塗工区間を形成するときは、このバルブを開けてダイに塗工液を供給する。

しかし、最近のリチウムイオン電池の電極部材などに使用される金属箔に、塗工液を間欠塗工する場合には、未塗工区間の長さと塗工区間の長さの精度が、従来より高く要求される。

そこで本出願人は先に、ボイスコイルモータを用いたバルブによって間欠塗工を行う間欠塗工装置を提案した（特許文献１参照）。

特開２０１２－４７２４５号公報

上記のようなバルブにおいて、間欠塗工装置を使用していると、塗工液がボイスコイルモータに流れて、このボイスコイルモータが故障するという問題点があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、塗工液などの液体がボイスコイルモータなどのアクチュエータに流れ込まないバルブ及びそれを用いた間欠塗工装置を提供することを目的とする。

本発明は、弁本体と、前記弁本体内部に設けられた液体が流れる空間と、前記弁本体に設けられた前記液体の入口と、前記弁本体に設けられた前記液体の出口と、前記出口に設けられた弁座と、前記弁座を開閉する弁体と、前記出口とは反対側の位置にある前記弁本体から外方に突出した筒突部と、摺動軸を伸縮させるアクチュエータと、前記筒突部と前記アクチュエータとを連結する連結体と、前記筒突部を貫通すると共に前記空間へ突出し、その一端に前記弁体が設けられた摺動シャフトと、前記連結体内において、前記摺動シャフトの他端と前記摺動軸とを接続するクレビスと、前記筒突部の内周に収納された円柱型の支持部と、前記支持部の軸方向に貫通し、前記摺動シャフトが摺動する支持貫通孔と、前記空間側にある前記支持貫通孔の一端の外周に設けられたリング状の第１溝と、前記第１溝に嵌め込まれたリング状の第１シール部材と、を有するバルブである。

本発明によれば、弁本体の空間にある液体が、摺動シャフトを伝って浸入しようとしても、第１シール部材によって阻止され、連結体やアクチュエータに浸入しない。

本発明の一実施形態を示す間欠塗工装置の全体図である。三方弁の一部欠裁側面図である。第２連結体の拡大縦断面図である。支持部の拡大縦断面図である。

本発明の一実施形態の間欠塗工装置１００について図１～図４に基づいて説明する。

（１）三方弁１０の構造
まず、間欠塗工装置１００に用いられる三方弁１０について図２を参照して説明する。

三方弁１０は、第１バルブ１と第２バルブ２とを組み合わせたものである。すなわち、第１バルブ１の第１弁本体３と第２バルブ２の第２弁本体４を組合せ、組合せ弁本体１２を構成している。組合せ弁本体１２内部には、共通の空間２０を有している。

組合せ弁本体１２における第１弁本体３の側部に、塗工液の入口１４が開口している。

組合せ弁本体１２における第１弁本体３の上部には、円筒状の第１出口１６が開口している。

組合せ弁本体１２における第２弁本体４の上部には、円筒状の第２出口１８が開口している。

共通の空間２０は、入口１４と第１出口１６と第２出口１８とを繋いでいる。この空間２０内部であって、第１出口１６の基部には、ゴム製、又は、シリコン製の第１弁座２２が形成され、第２出口１８の基部には、ゴム製の第２弁座２４が形成されている。

第１弁座２２を開閉するための第１弁体２６が、第１出口１６の基部内部に配されている。第２弁座２４を開閉するための第２弁体２８が、第２出口１８の基部内部に配されている。

組合せ弁本体１２における第１弁本体３の下部には、円筒状の第１連結体５が設けられ、第１連結体５の下部には、直動式のアクチュエータである第１ボイスコイルモータ（以下、「第１ＶＣモータ」という）７が設けられている。

第１連結体５から第１弁本体３の空間２０に突出した第１摺動シャフト３４は、その上端に第１弁体２６が取り付けられている。この第１摺動シャフト３４が摺動することにより、この第１弁体２６が第１弁座２２を開閉する。第１摺動シャフト３４の下端は、第１ＶＣモータ７から突出した第１摺動軸３０の上端と接続部材５４を介して接続されている。第１摺動軸３０の下端には、第１位置センサ３８が取り付けられている。この第１位置センサ３８は、リニアスケールより構成され、第１摺動軸３０の位置を１μｍ単位で検出できる。

組合せ弁本体１２における第２弁本体４の下部には、円筒状の第２連結体６が設けられ、第２連結体６の下部には、直動式のアクチュエータである第２ボイスコイルモータ（以下、「第２ＶＣモータ」という）８が取り付けられている。

第２連結体６から第２弁本体４の空間２０に突出した第２摺動シャフト３６は、組合せ弁本体１２を貫通し、その上端に第２弁体２８が取り付けられている。この第２摺動シャフト３６が摺動することにより、この第２弁体２８が第２弁座２４を開閉する。第２摺動シャフト３６の下端は、第２ＶＣモータ８から突出した第２摺動軸３２の上端と接続部材５６を介して接続されている。第２摺動軸３２の下端には、第２位置センサ４０が取り付けられている。この第２位置センサ４０は、リニアスケールより構成され、第２摺動軸３２の位置を１μｍ単位で検出できる。

（２）第２ＶＣモータ８
次に、第２ＶＣモータ８について図２を参照して説明する。

円筒形に形成された第２ＶＣモータ８のケーシング５２内部には、円筒形の鉄製のアウターヨーク４２が配され、このアウターヨーク４２の内周面には、リング状のマグネット４４が固定されている。この円筒形のアウターヨーク４２の内側には、円筒型の鉄製のインナーヨーク４６が配され、アウターヨーク４２とインナーヨーク４６とは下面で固定されている。アウターヨーク４２とインナーヨーク４６との間には、間隙が設けられている。

円筒形の非磁性のコイルボビン４８が、アウターヨーク４２とインナーヨーク４６との間隙を軸方向に摺動自在に配されている。コイルボビン４８の外周面にはコイル５０が巻回され、リング状のマグネット４４の位置に対応している。

コイルボビン４８の軸方向の中央部には、第２摺動軸３２が貫通して固定されている。また、第２摺動軸３２は、円筒型のインナーヨーク４６も貫通し、リニアスケールよりなる第２位置センサ４０まで延びている。

第２ＶＣモータ８の動作状態について説明する。

コイルボビン４８のコイル５０に、直流電流を流すことにより、リング状のマグネット４４との間に磁界が発生し、ファラデーの法則により、コイルボビン４８が第２摺動軸３２と共に軸方向に移動する。この軸方向に移動する第１摺動速度ｖ１は、コイル５０に流す直流電流の強さによって決定される。また、第２摺動軸３２がどの位置まで移動させるかは、第２位置センサ４０で第２摺動軸３２の位置を検出し、所定の位置まで第２摺動軸３２が移動すると、コイル５０に流れる直流電流をＯＦＦし、第２摺動軸３２の摺動を停止させる。

第１ＶＣモータ７も、第２ＶＣモータ８と同様の構造を有し、同様の動作を行う。

（３）第２連結体６
次に第２連結体６について図２～図４を参照して説明する。

まず、図２と図３に示すように、第２連結体６の第２出口１８の反対側の位置には、第２摺動シャフト３６が貫通するための円形の開口部９６が開口し、開口部９６の縁部から筒突部９４が下方に突出ししている。

また、図３に示すように、第２連結体６の筒体５８の上端の外周には上フランジ部９８が設けられ、筒体５８の下端の外周には下フランジ部７４が設けられている。

図３に示すように、筒突部９４の下端と筒体５８の上フランジ部９８とが、不図示のボルトにより固定されている。

図３に示すように、筒突部９４の内側には、円柱状の支持部６０が収納されている。支持部６０の軸方向には支持貫通孔６２が設けられ、第２摺動シャフト３６が開口部９６、支持貫通孔６２を貫通する。この支持貫通孔６２は、第２摺動シャフト３６よりもやや大きく、第２摺動シャフト３６が摺動自在となっている。

図３に示すように、筒体５８内の上部であって、支持部６０の下方には、滑り軸受６４が収納されている。滑り軸受６４は、第２摺動シャフト３６が貫通し、第２摺動シャフト３６をスムーズに摺動させる。そして、第２摺動シャフト３６の下端は、この滑り軸受６４の下部から突出している。

図３と図４に示すように、第２ＶＣモータ８の上面には、筒体５８の下フランジ部７４が載置され、不図示のボルトにより一体に固定されている。

図３に示すように、筒体５８内において、第２摺動シャフト３６の下端と第２摺動軸３２の上端が、接続部材５６によって接続されている。接続部材５６は、円柱状のクレビスである。すなわち、接続部材５６の上部は、Ｕ字状の凹部７６を有している。また、第２摺動シャフト３６の下端は、先細りとなっている。先細りとなった第２摺動シャフト３６の下端が凹部７６に嵌まり込み、ピン７８によって回転自在に接続部材５６の上部に固定されている。接続部材５６の下部には、雌ネジ部が形成され、第２摺動軸３２の上部に形成された雄ネジ部が螺合し、ナット８０で固定されている。

支持部６０の上端部であって、貫通孔６２の外周には、リング状の上溝８２が設けられている。このリング状の上溝（第１溝）８２には、断面円形のＯリングよりなる上シール部材（第１シール部材）８４が嵌め込まれている。この上シール部材８４の内周部は、第２摺動シャフト３６に当接し、塗工液の浸入を阻止することができる。

支持部６０の下端部であって、貫通孔６２の外周には、リング状の下溝（第２溝）８６が設けられている。このリング状の下溝８６には、断面Ｕ字状のバネシール部材（例えば、オムニシール（登録商標））からなる下シール部材（第２シール部材）８８が設けられている。断面Ｕ字状の下シール部材８８は、凸部側が上方で、凹部側が第２ＶＣモータ８の方向に収納されている。そして、下シール部材８８の内側は、第２摺動シャフト３６と接触し、滑り軸受６４から浸入しようとする空気を排除できる。

支持部６０の外周部に沿って２本の外周溝９０が所定間隔を空けて設けられ、この外周溝９０には縦断面円形のＯシールである外周シール部材９２が巻回されている。この外周シール部材９２は、筒突部９４の内周に支持部６０を収納した場合に、筒突部９４と支持部６０の間の隙間に塗工液や空気が浸入しないようにするためのシール部材である。

第１連結体５の内部についても、第２連結体６と同様の構造を有する。

（４）間欠塗工装置１００の構成
次に、間欠塗工装置１００の構成について、図１を参照して説明する。リチウムイオン電池の電極部材の材料となる長尺状のウエブＷ（例えば、金属箔）が、バックアップロール１０２によって所定の走行速度Ｖで走行する。このバックアップロール１０２の側方には、ウエブＷに塗工液を間欠塗工するためのダイ１０４が配されている。このダイ１０４内部には、液溜め部１０６が設けられ、この液溜め部１０６からスリット１０８を経てダイ１０４の吐出口１０９に至る。バックアップロール１０２の前後には、ウエブＷを案内する案内ロール１３０と案内ロール１３２が回転自在に設けられている。ダイ１０４の吐出口１０９とバックアップロール１０２を走行するウエブＷとの間隙であるギャップｇを調整するために、ダイ１０４、又は、バックアップロール１０２がエアーシリンダで移動自在に支持されている。

図１に示すように、塗工液を貯留するためのタンク１１０が、設けられている。タンク１１０から吸引パイプ１１３を介して塗工液を吸引する定量ポンプ１１２が設けられている。定量ポンプ１１２は、ポンプモータ１１４によって駆動する。定量ポンプ１１２と三方弁１０の入口１４との間には圧送配管１１６が設けられ、定量ポンプが、単位時間当たり一定量の塗工液を、圧送配管１１６を介して三方弁１０へ圧送する。

図１に示すように、三方弁１０の第１出口１６には、給液配管１１８の一端部が接続され、この給液配管１１８の他端部は、ダイ１０４の塗工液入口１２０に接続されている。三方弁１０の第２出口１８には、循環配管１２２の一端部が接続され、この循環配管１２２の他端部は、タンク１１０に設けられている。また、この循環配管１２２の途中には絞り弁１２４が設けられている。

（５）間欠塗工装置１００の電気的構成
間欠塗工装置１００の電気的構成について、図１を参照して説明する。

コンピュータよりなる制御部１２６には、バックアップロール１０２を回転させるための走行モータ１２８、定量ポンプ１１２を駆動させるポンプモータ１１４、三方弁１０の第１ＶＣモータ７、第２ＶＣモータ８、第１位置センサ３８、第２位置センサ４０がそれぞれ接続されている。

（６）間欠塗工装置１００の動作状態
次に、間欠塗工装置１００を用いてウエブＷに塗工区間Ｌ１と未塗工区間Ｌ２を形成する間欠塗工を行う動作について図１～図３に基づいて説明する。

ウエブＷに塗工区間Ｌ１を形成する場合、作業者は、タンク１１０に塗工液を入れて基準量まで満杯にし、ダイ１０４の吐出口１０９とウエブＷとの間隙であるギャップｇを基準ギャップｇ０に設定する。

制御部１２６は、ウエブＷを走行速度Ｖで走行させ、三方弁１０の第１出口１６を開状態にし、第２出口１８を閉状態にして、定量ポンプ１１２によってタンク１１０から塗工液を圧送し、三方弁１０を経て、ダイ１０４に塗工液を圧送する。ダイ１０４に圧送された塗工液は、液溜め部１０６からスリット１０８を経て吐出口１０９において塗工液を、走行するウエブＷに塗工する。

このときに、制御部１２６は、第１摺動シャフト３４を第１基準摺動速度ｖ０で移動させ、第１出口１６を開状態にし、第２出口１８を閉状態にして、ウエブＷに塗工液の塗工を開始して塗工区間Ｌ１を形成する。第１摺動シャフト３４の第１弁体２６を開状態にするときの摺動停止位置は、第１位置センサ３８によって検出し、予め決められた所定位置まで第１摺動シャフト３４が突出すると、制御部１２６は、第１ＶＣモータ７のコイル５０に流す直流電流をＯＦＦして、第１摺動シャフト３４の摺動を停止させる。また、制御部１２６は、第２出口１８を閉状態にする場合に、第２摺動シャフト３６の第２摺動速度ｖ２を第１摺動シャフト３４の第１基準摺動速度ｖ０と同じにするか、又は、少し遅くする。これにより、第１出口１６が開状態になったときに、第２出口１８が閉状態になるときの圧力変化の影響を塗工部分が受けることがなく、塗工区間Ｌ１の始端に盛り上がり部分が形成されない。

次に、制御部１２６は、走行速度ＶからウエブＷの塗工区間Ｌ１の長さを測定し、塗工区間Ｌ１の塗工が終了した場合には、第１出口１６を閉状態にし、同時に第２出口１８を開状態にする。制御部１２６が第１出口１６を閉状態にする第１摺動シャフト３４の第１摺動速度ｖ１を第１最大摺動速度ｖ１ｍａｘで行う。一方、制御部１２６は、第２ＶＣモータ８のコイル５０に流す直流電流の強さを制御して、第２出口１８を開状態にする場合も同様に、第２摺動シャフト３６の第２摺動速度ｖ２を第２最大摺動速度ｖ２ｍａｘで行う。このような制御をする理由は、塗工液の吐出が迅速に終了すればするほど、塗工区間Ｌ１の終端がエッジ状になって盛り上がりを防止でき、そして、塗工液の吐出を迅速に終了させるには、第１摺動シャフト３４を最も早く摺動させて第１弁体２６を閉状態にする必要があるからである。なお、第１摺動シャフト３４を閉状態にするときの摺動は、第１弁体２６が第１弁座２２に当たると停止する。また、第２摺動シャフト３６を開状態にするときの摺動停止位置は、第２位置センサ４０によって検出し、第２摺動シャフト３６の摺動を停止させる。これによって、塗工区間Ｌ１の終端の盛り上がりを防止でき、また、塗工区間Ｌ１の長さを予め決めた長さに正確に塗工できる。

次に、制御部１２６は、走行速度ＶからウエブＷの未塗工区間Ｌ２の長さを測定し、未塗工区間Ｌ２の形成が終了すると、上記と同様の制御によって三方弁１０の第１出口１６を開状態にし、第２出口１８を閉状態にして、ウエブＷに塗工区間Ｌ１を塗工する。未塗工区間Ｌ２を形成している場合には、三方弁１０の第１出口１６が閉状態であり、第２出口１８が開状態であるため、定量ポンプ１１２から圧送された塗工液は、循環配管１２２によって、タンク１１０に循環する。この循環量は、絞り弁１２４によって決定する。

（７）効果
本実施形態によれば、組合せ弁本体１２の空間２０にある塗工液が開口部９６から第２摺動シャフト３６を伝って浸入しようとしても、上シール部材８４によって阻止され、第２バルブ本体６や第２ＶＣモータに浸入しない。

また、支持部６０の下端に下シール部材８８が設けられているため、滑り軸受６４からの空気の浸入が阻止され、空気が空間２０に浸入しない。

また、支持部６０の外周部に外周シール部材９２が設けられているため、塗工液や空気が、筒突部９４と支持部６０の隙間から流れ込んだりしない。その上、支持部６０の位置が固定されているため、貫通孔６２の中心軸と第２弁座２４の中心軸とが常に一定であるため、第２摺動シャフト３６が直線上に移動できる。

また、第２摺動軸３２と第２摺動シャフト３６とは、クレビスよりなる接続部材５６によって接続されているため、第２摺動シャフト３６の軸方向と第２摺動軸３２の軸方向が多少ずれても、クレビスよりなる接続部材５６のピン７８を中心に第２摺動シャフト３６が回転し、その位置ずれを吸収できる。

（８）変更例
上記実施形態では、外周シール部材９２を支持部６０の上下方向に２個設けたが、１個、又は３個以上設けてもよい。

また、上記実施形態では、直動式のアクチュエータとしてＶＣモータを用いたが、これに限らず他の装置、例えば、エアーシリンダなどを用いてもよい。

また、上記実施形態では、クレビスを有する接続部材５６を用いたが、このクレビスがなく、第２摺動軸３２と第２摺動シャフト３６を直結する接続部材でもよい。

上記では本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・第１バルブ、２・・・第２バルブ、３・・・第１弁本体、４・・・第２弁本体、５・・・第１連結体、６・・・第２連結体、７・・・第１ボイスコイルモータ、８・・・第２ボイスコイルモータ、３０・・・第１摺動軸、３２・・・第２摺動軸、３４・・・第１摺動シャフト、３６・・・第２摺動シャフト、５４・・・接続部材、５６・・・接続部材、５８・・・筒体、６０・・・支持部、６４・・・滑り軸受、８２・・・上溝、８４・・・上シール部材、８６・・・下溝、８８・・・下シール部材、９０・・・外周溝、９２・・・外周シール部材、９４・・・筒突部、１００・・・間欠塗工装置、１０２・・・バックアップロール、１０４・・・ダイ

Claims

弁本体と、
前記弁本体内部に設けられた液体が流れる空間と、
前記弁本体に設けられた前記液体の入口と、
前記弁本体に設けられた前記液体の出口と、
前記出口に設けられた弁座と、
前記弁座を開閉する弁体と、
前記出口とは反対側の位置にある前記弁本体から外方に突出した筒突部と、
摺動軸を伸縮させるアクチュエータと、
前記筒突部と前記アクチュエータとを連結する連結体と、
前記筒突部を貫通すると共に前記空間へ突出し、その一端に前記弁体が設けられた摺動シャフトと、
前記連結体内において、前記摺動シャフトの他端と前記摺動軸とを接続するクレビスと、
前記筒突部の内周に収納された円柱型の支持部と、
前記支持部の軸方向に貫通し、前記摺動シャフトが摺動する支持貫通孔と、
前記空間側にある前記支持貫通孔の一端の外周に設けられたリング状の第１溝と、
前記第１溝に嵌め込まれたリング状の第１シール部材と、
を有するバルブ。
前記第１シール部材は、Ｏリングである、
請求項１に記載のバルブ。
前記連結体側にある前記支持貫通孔の他端の外周に設けられたリング状の第２溝と、
前記第２溝に嵌め込まれたリング状の第２シール部材と、
を有する請求項１に記載のバルブ。
前記第２シール部材は、縦断面Ｕ字型のバネシール部材であり、
前記バネシール部材の凸部側が、前記空間側に配されている、
請求項３に記載のバルブ。
前記支持部の外周には、一又は複数のリング状の外周シール部材が巻回され、
前記外周シール部材が前記筒突部の内周面と接触している、
請求項１に記載のバルブ。
前記連結体内部には、前記摺動シャフトが摺動するための滑り軸受が設けられ、
前記滑り軸受が前記支持部と隣接している、
請求項１に記載のバルブ。
前記滑り軸受と前記アクチュエータとの間に、前記クレビスが配されている、
請求項６に記載のバルブ。
前記アクチュエータがボイスコイルモータである、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のバルブ。
走行する長尺状のウエブに塗工液を塗工するダイと、
前記塗工液を貯留するタンクと、
前記タンクに貯留された前記塗工液を圧送するポンプと、
請求項１に記載のバルブである第１バルブの前記弁本体と、請求項１に記載のバルブである第２バルブの前記第２バルブの前記弁本体とが組み合わされた共通の空間を有した三方弁と、
前記ポンプからの前記塗工液を前記第１バルブの前記入口に供給する圧送配管と、
前記第１バルブの前記出口から前記ダイに前記塗工液を供給する給液配管と、
前記第２バルブの前記出口から前記タンクに前記塗工液を循環させる循環配管と、
前記第１バルブの前記出口を開閉することによって前記ウエブに塗工区間と未塗工区間とを交互に形成する間欠塗工を行う制御部と、
を有する間欠塗工装置。