JP7465990B2 - 塗工用ダイ - Google Patents
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Description
本発明は、塗工用ダイに関する。
従来、導電性膜（電極）、保護膜、磁性膜など各種被膜を形成するための塗工物は、例えば、ダイヘッド（塗工用ダイ）などを備える塗工装置を用いて、被塗工物に塗工される。このようなダイヘッド（塗工用ダイ）としては、例えば、特許文献１および２に記載されている。
本開示に係る塗工用ダイは、それぞれ長手方向に延伸する、第１セラミック焼結体を含む一対の副本体部から形成された本体部と；それぞれ長手方向に延伸する、第１のセラミック焼結体よりも高い破壊靭性を有する第２セラミック焼結体を含む一対の副リップ部から形成されたリップ部と；一対の副本体部間および一対の副リップ部間に形成されたスリットと；長手方向に延伸し、スリットが開口する先端面とを備えている。本体部の先端面側には、長手方向に沿って、リップ部を収容するための収容部が形成されている。リップ部は、収容部に収容される第１部分と；本体部から突出しており、長手方向に見た場合に、先端面に向かって厚みが薄くなる第２部分と；第２部分の先端部分に位置しており、第２部分の先端部分と略同じ一定の厚みを有する第３部分とを含む。
特許文献１に記載の塗布ヘッドは、ステンレスに超硬合金がコーティングされた金属製であり、非常に重い。そのため、取り扱いにくく、自重による反りも大きい。さらに、このような金属製の塗布ヘッドは、耐摩耗性および耐薬品性にも乏しい。一方、特許文献２に記載のダイヘッドは、本体部とリップ部とが一体化されている。一般に、耐摩耗性（破壊靭性）に優れた材料は比剛性（ヤング率／密度）が比較的小さい。そのため、耐摩耗性と形状の精度とを両立させることが困難である。
したがって、優れた耐薬品性を有しており、塗工物を吐出する先端部が摩耗に強く、塗工物を吐出する先端部が仮に摩耗したとしても、塗工物の吐出面の形状を保持することができる塗工用ダイが求められている。
本開示の塗工用ダイは、セラミック焼結体で形成されており、優れた耐薬品性を有している。さらに、リップ部に含まれる第２セラミック焼結体は、本体部に含まれる第１セラミック焼結体よりも高い破壊靭性を有し、塗工物を吐出する先端部に位置するリップ部の第３部分が、第２部分の先端部分と略同じ一定の厚みを有している。そのため、塗工物を吐出する先端部は摩耗に強く、塗工物を吐出する先端部が仮に摩耗したとしても、塗工物の吐出面の形状を保持することができる。
本開示の一実施形態に係る塗工用ダイを、図１Ａおよび図１Ｂに基づいて説明する。図１Ａに示す一実施形態に係る塗工用ダイ１は、本体部２、リップ部３、スリット４およびスリットが開口する先端面４ａを備える。本体部２は、一定の間隔をあけて配置された一対の副本体部（第１副本体部２ａと第２副本体部２ｂ）から形成されている。リップ部３は、一定の間隔をあけて配置された一対の副リップ部（第１副リップ部３ａと第２副リップ部３ｂ）とから形成されている。スリット４は、一対の副本体部間および一対の副リップ部間に形成されている。先端面４ａは、スリット４が開口する先端の面、すなわち、塗工面に対向する面であるリップ部３の先端の面である。以下、本体部２およびリップ部３の形状および寸法について、長手方向を幅、スリット４の離間方向を厚み、それらと直交する方向（塗工物を吐出する方向）を高さまたは深さと記載する。
本体部２は、第１セラミック焼結体を含んでいる。第１セラミック焼結体としては限定されず、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化イットリウム（イットリア）、イットリウムアルミニウム複合酸化物、酸化マグネシウム（マグネシア）、炭化珪素、窒化珪素、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化チタン（チタニア）、サイアロンなどを主成分とするセラミック焼結体が挙げられる。
本明細書において「主成分」とは、セラミック焼結体を構成する成分の合計を１００質量％とした場合に、８０質量％以上の割合で含まれる成分を意味する。セラミック焼結体に含まれる各成分の同定は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置で行い、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めればよい。
本体部２に含まれる第１セラミック焼結体としては、これらのセラミック焼結体の中でも、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体であるのがよい。酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体は比較的安価であり、比剛性が大きいので自重による変形が少ない。
本体部２の先端面側には、長手方向に沿って後述のリップ部３を収容するための収容部２１が形成されている。収容部２１はスリット４に連続して形成されている。収容部２１の形状や大きさは、収容されるリップ部３（リップ部３の第１部分３１）の形状や大きさに応じて、適宜設定される。
本体部２には、例えば図２Ｂに示すように、後述するスリット４に接続される貯留部５が設けられていてもよい。貯留部５は、塗工物が吐出前に溜まる溜り部であり、本体部２の内部に長手方向に延伸して形成される。
リップ部３は、第２セラミック焼結体を含む。第２セラミック焼結体は、第１セラミック焼結体よりも高い破壊靭性を有している。第２セラミック焼結体は、第１セラミック焼結体よりも高い破壊靭性を有するセラミック焼結体であれば、限定されない。第２セラミック焼結体としては、例えば、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化イットリウム（イットリア）、イットリウムアルミニウム複合酸化物、酸化マグネシウム（マグネシア）、炭化珪素、窒化珪素、酸化チタン（チタニア）、サイアロンなどを主成分とするセラミック焼結体が挙げられる。「主成分」の定義については、上述の通りである。
破壊靭性とは、ＪＩＳ Ｒ １６０７－２０１０で規定するＩＦ法によって計測した破壊靭性値ＫＩＣとして示される。第２第のセラミック焼結体を含むリップ部３の破壊靭性値ＫＩＣは４ＭＰａ・ｍ０．５以上８ＭＰａ・ｍ０．５以下の範囲が好ましい。
例えば、本体部２に含まれる第１セラミック焼結体が、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体である場合、リップ部３に含まれる第２セラミック焼結体としては、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック焼結体であるのがよい。
リップ部３は、第１部分３１、第２部分３２および第３部分３３で構成されている。リップ部３の第１部分３１は、リップ部３を本体部２に固定するための部分であり、本体部２の収容部２１に収容される。第１部分３１の形状や大きさは、本体部２の収容部２１の形状や大きさに応じて、適宜設定される。
リップ部３の第２部分３２は、本体部２から先端面４ａ側に突出した部分である。第２部分３２は、長手方向に見た場合に、先端面に向かって厚みが薄くなっている。すなわち、図１Ｂに示すように、第２部分３２の後端部分（本体部２側）の厚みに比べて、第２部分３２の先端部分（リップ部３の第３部分３３側）の厚みが小さくなっている。
このように、第２部分３２がテーパー状を有していることによって、比較的軽くできるとともに、塗工圧（塗工物による内圧）による変形が生じにくい。第２部分３２はテーパー状を有していれば、後端部分の厚みと先端部分の厚みとは限定されない。例えば、テーパー傾斜角はスリット４に対して３０°から６０°、好ましくは４０°から５０°で、先端部分の厚みは、後端部分の厚みの５０％以下程度であるのがよい。
リップ部３の第３部分３３は、第２部分３２の先端部分に位置しており、先端部分と後端部分とが略同じ一定の厚みを有している。第３部分３３が一定の厚みを有することによって、塗工物を吐出する先端部が摩耗したとしても先端部の形状を保持することができる。さらに、摩耗した先端部を研磨して再利用することができる。
第２部分３２の後端部は、第１部分３１の先端部と同じ厚みであってもよいし、第１部分３１の先端部と第２部分３２の後端部との間には、段差が設けられていてもよい。このような段差は、例えば、本体部２の先端と面一となるように設けられていてもよい。同様に、第３部分３３の後端部は、第２部分３２の先端部と同じ厚みであってもよいし、第２部分３２の先端部と第３部分の後端部との間に段差が設けられていてもよい。
第３部分３３における副リップ部３ａ（３ｂ）の高さＨは限定されず、例えば、第３部分３３における副リップ部３ａ（３ｂ）の厚みＴよりも小さい方がよい。第３部分３３の高さＨが第３部分３３の厚みＴよりも小さいと、塗工圧によって後述するスリット４の開口部に変形がより発生しにくくなる。第３部分３３の高さＨは、塗工ダイ１の幅が２００ｍｍ程度であれば０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下程度であるのがよい。
リップ部３を本体部２に固定する方法は限定されない。リップ部３は、本体部２から取り外すことができないように、完全に固着されていてもよく、着脱可能なように取り付けられていてもよい。具体的には、リップ部３は、本体部２にボルト（図示せず）などで固定されているのがよい。リップ部３が本体部２に着脱可能に取り付けられていると、リップ部３のみを交換することができる。
さらに、塗工物の漏れをより防止するために、本体部２とリップ部３との隙間を封止してもよい。封止は、例えば、加熱によって接着強度が低下する接着剤（例えば、熱可塑性樹脂）を用いて行えばよい。過剰な接着剤の溜り部となるように、リップ部３の第１部分３１の後端部側の、収容部２１と対向する稜線がＣ面加工、Ｒ面加工などの面取り加工がされていてもよい。
リップ部３および本体部２においてスリット４を形成する内壁面、すなわち塗工物が流動する面が、研磨加工されていると、塗工物が滑らかに吐出される。さらに、スリット４の内壁面と塗工物との間で抵抗が小さくなるため、スリット４の内壁面が摩耗しにくくなる。スリット４の内壁面の算術平均粗さＲａは、例えば０．２μｍ以下であるのがよい。リップ部３と本体部２との固定面、すなわちリップ部３の第１部分３１と本体部２との固定面において、それぞれの面の算術平均粗さＲａは、スリット４を形成する面よりも大きい方がよく、例えば０．３μｍ以上３．０μｍ以下程度であるのがよい。それぞれの面の算術平均粗さＲａがこのような範囲であれば、接着時の固定力とリップ部３の取り外しやすさとのバランスが保てる。
本体部２は、リップ部３よりも大きな体積を有していてもよい。さらに、本体部２は、リップ部３よりも大きな比剛性を有していてもよい。このように、本体部２の体積または比剛性が大きいと、自重による変形が低減される。
スリット４は、吐出する塗工物の流路である。スリット４は、長手方向に延伸するとともに、先端面で開口している。スリット４は、離間距離に相当する厚みのシム板（スペーサ）（図示せず）を本体部２間に配置して形成するとよい。シム板は側面および後端面からの塗工物の漏出を防ぐように配置する。
スリット４の離間距離は限定されず、塗工用ダイ１の大きさや塗工物の種類によって、適宜設定される。スリット４の離間距離は、例えば０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下程度であるのがよい。
このように塗工用ダイ１は、セラミック焼結体で形成されており、優れた耐薬品性を有している。さらに、リップ部３に含まれる第２セラミック焼結体は、本体部２に含まれる第１セラミック焼結体よりも高い破壊靭性を有し、塗工物を吐出する先端部に位置するリップ部３の第３部分３３が、第２部分３２の先端部分と略同じ一定の厚みを有している。そのため、塗工物を吐出する先端部は摩耗に強く、塗工物を吐出する先端部が仮に摩耗したとしても、一定の厚みを有している塗工物を吐出する先端部が均一に摩耗する。その結果、第３部分３３の高さが若干低くなったとしても、塗工物の吐出面の形状は一定で変化せず、保持することができる。
本体部２にスリット４と接続する貯留部５を設ける場合、貯留部５を一対の副本体部の一方（図２Ｂおよび図２Ｃにおける副本体部２ｂ）に設けると、構造および製造工程が簡略になる。貯留部５を設けた領域は厚みが薄くなるので、剛性を保つには副本体部２ｂの厚みは貯留部５の厚み分大きくする必要があるが、自重の増加による反りや取り扱いのし難さが生じる。そのため、副本体部２ｂの貯留部５を設けていない厚肉部の一部に薄肉部を設けて軽量化するとよい。
薄肉部の形成例を図２Ｂおよび図２Ｃに示す。図２Ｂおよび図２Ｃに示す副本体部２ｂでは、貯留部５の最上部を含む高さ位置と収容部２１の最下部を含む高さ位置との間に、副本体部２ｂの外側面２２（スリット４の反対側の面）に開口を有する複数の凹部２４を長手方向に配列するように設けて薄肉部を形成している。凹部２４をスリット４側の面に設けると、スリット４からの塗工液の供給に影響するので、凹部２４は外側面２２のみに設ける。各凹部２４の間には、厚肉部がリブ状に形成されており、軽くて剛性の高い構造となる。
薄肉部は、貯留部５と副本体部２ｂの後端面２３（収納部２１と反対側の面）との間に、外側面２２に開口を有する複数の凹部２４を長手方向に配列して形成してもよい。図２Ｃのように、後端面２３と外側面２２との接続部２５に面取りを施して薄肉化してもよい。面取りの形状は例えばＣ面取りである。
本開示に係る塗工用ダイは、例えば、導電性膜（電極）、感熱性膜、感光性膜、光学膜、電磁波吸収膜、保護膜、磁性膜、蛍光体膜、接着膜など各種被膜を形成するための塗工物を、被塗工物に塗工するための塗工装置に備えられる。本開示に係る塗工用ダイの具体的な使用例としては、リチウムイオン電池の電極材料塗布用の塗工装置などに備えられる。
１ 塗工用ダイ
２ 本体部
２ａ 第１副本体部
２ｂ 第２副本体部
２１ 収容部
２２ 外側面
２３ 後端面
２４ 凹部
２５ 接続部
３ リップ部
３ａ 第１副リップ部
３ｂ 第２副リップ部
３１ 第１部分
３２ 第２部分
３３ 第３部分
４ スリット
４ａ 先端面
５ 貯留部
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３ａ 第１副リップ部
３ｂ 第２副リップ部
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４ スリット
４ａ 先端面
５ 貯留部
Claims (6)
- それぞれ長手方向に延伸する、第１セラミック焼結体を含む一対の副本体部から形成された本体部と、
それぞれ前記長手方向に延伸する、前記第１のセラミック焼結体よりも高い破壊靭性を有する第２セラミック焼結体を含む一対の副リップ部から形成されたリップ部と、
前記一対の副本体部間および前記一対の副リップ部間に形成されたスリットと、
前記長手方向に延伸し、前記スリットが開口する先端面と、
を備え、
前記本体部の前記先端面側には、前記長手方向に沿って、前記リップ部を収容するための収容部が形成されており、
前記リップ部が、
前記収容部に収容される第１部分と、
前記本体部から突出しており、前記長手方向に見た場合に、前記先端面に向かって厚みが小さくなる第２部分と、
該第２部分の先端部分に位置しており、前記第２部分の先端部分と同じ一定の厚みを有する第３部分と、を含む、
塗工用ダイ。 - 前記第３部分における前記副リップ部の高さが、前記第３部分における前記副リップ部の厚みよりも小さい、請求項１に記載の塗工用ダイ。
- 前記第１部分の後端部側の、前記収容部と対向する稜線が、面取り加工された稜線である、請求項１または２に記載の塗工用ダイ。
- 前記副本体部の一つが、前記スリットと接続し、塗工液の溜り部となる貯留部を有し、前記収容部の最下部を含む高さ位置と前記貯留部の最上部を含む高さ位置との間の領域に、前記スリットと反対の面である外側面に開口する複数の凹部を有する、請求項１～３のいずれかに記載の塗工用ダイ。
- 複数の前記凹部が前記副本体部の長手方向に複数の厚肉部を介して配列している、請求項４に記載の塗工用ダイ。
- リチウムイオン電池の電極材料塗布用である、請求項１～５のいずれかに記載の塗工用ダイ。
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