WO2010106889A1

WO2010106889A1 - 粉体塗布装置

Info

Publication number: WO2010106889A1
Application number: PCT/JP2010/053045
Authority: WO
Inventors: 広和川岡
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2010-09-23
Also published as: JP2010214296A

Abstract

　粉体塗布装置(１００)は，スクリーン電極(１)と転写電極(３)との間に，絶縁板(７)を備える。そして，絶縁板(７)上に，金属連続体である被塗布物(１０)を配置する。被塗布物(１０)の配置後，ホッパ(２)からスクリーン電極(１)上に粉体(２１)を供給する。そして，直流高圧電源(３１)によって高電圧を印加し，スクリーン電極(１)と転写電極(３)との間に静電界を形成し，ローラ(４)によって粉体層(２２)を押圧する。これにより，スクリーン電極(１)上の粉体が被塗布物(１０)に塗布される。

Description

粉体塗布装置

　本発明は，金属連続体の被塗布物に粉体を塗布する粉体塗布装置および粉体塗布方法に関する。さらに詳細には，静電力を利用して粉体を被塗布物に転写する粉体塗布装置および粉体塗布方法に関するものである。

　従来から，静電力を利用して粉体を被塗布物に転写する静電塗装技術が広く知られている。この静電塗装技術を利用した粉体塗布装置では，一般的に，サイズが同等の２枚の電極を対向させ，両電極に高電圧を印加し，それらの電極に垂直な電気力線を形成する。そして，この電気力線に沿って粉体が移動することで，粉体を被塗布物の所望の場所に塗布する。近年，この静電塗装技術は，被塗布物の塗装の他にも様々な分野で注目されている。例えば，非水型２次電池の電極の製造においても，この静電塗装技術の利用が検討されている。

　静電塗装技術を利用した粉体塗布方法としては，例えば特許文献１に，スポンジ状のローラ表面に粉体を供給し，そのローラをスクリーン電極に押し付けつつ回転させることで，粉体をスクリーン電極の孔を介して供給する方法が開示されている。また，例えば特許文献２に，スクリーン電極上に粉体を散布し，スクリーン電極を上下振動させることで，粉体をスクリーン電極の孔を介して供給する方法が開示されている。

特公昭６４－９９５５号公報特開昭６１－１１６５７８号公報

　しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，帯状の金属フィルムのような金属連続体を被塗布物とする場合，その被塗布物のサイズがスクリーン電極ないし転写電極のサイズよりも大きい。このような被塗布物を転写電極が接触支持する場合，転写電極と被塗布物とが同電位となり，スクリーン電極と転写電極との間に垂直に形成されるはずの電気力線が被塗布物全体に広がってしまう。そのため，粉体が正確な位置に転写され難く，塗布精度が低くなる傾向にある。

　本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，金属連続体への粉体塗布であっても，正確な位置に粉体を塗布することができる粉体塗布装置を提供することにある。

　この課題の解決を目的としてなされた粉体塗布装置は，被塗布物に粉体を塗布する粉体塗布装置であって，複数の孔が設けられたスクリーン電極と，スクリーン電極上に粉体を供給する供給手段と，スクリーン電極の，供給手段が粉体を供給する面とは反対側の面と対向し，高電圧が印加されることによってスクリーン電極との間で静電界を形成する転写電極と，転写電極と被塗布物との間に位置し，転写電極と被塗布物とを絶縁する絶縁部材とを備えることを特徴としている。

　すなわち，上記の粉体塗布装置では，絶縁部材によって転写電極と被塗布物との絶縁が確保される。そのため，転写電極と被塗布物とが同電位になって電気力線が乱れることが抑制され，所望の塗布領域に粉体を塗布することができる。

　また，上記の粉体塗布装置は，絶縁部材が被塗布物を支持するとよい。このように絶縁部材が被塗布物の支持機能を兼ねることで，粉体塗布装置内での被塗布物のハンドリングが向上する。また，粉体塗布装置内での被塗布物のばたつきを抑制できる。

　また，上記の粉体塗布装置は，絶縁部材と転写電極とが一体であるとよい。このように絶縁部材と転写電極とを一体とすることで，絶縁部材とスクリーン電極との間のスペースが確保され，被塗布物を電極間に配置する際に絶縁部材が障害となることを抑制できる。

　また，上記の粉体塗布装置の絶縁部材は，転写電極上の全体に配置されるとよい。これにより，確実に転写電極と被塗布物とを絶縁することが期待できる。また，絶縁部材は，転写電極上の一部に配置されてもよい。すなわち，転写電極上の一部であっても転写電極と被塗布物とを絶縁できていればよい。これにより，絶縁部材のサイズや配置の自由度が大きくなる。また，適用可能な部材の種類も多い。

　また，上記の粉体塗布装置の絶縁部材は，被塗布物を，絶縁部材とスクリーン電極との間に送り出す送出手段と，被塗布物を，絶縁部材とスクリーン電極との間から取り込む取込手段とを備え，送出手段と取込手段とが同期して動作するとよい。これにより，被塗布物の巻き取り搬送のような連続した塗布作業が可能になる。

　また，上記の粉体塗布装置の絶縁部材は，スクリーン電極の，供給手段が粉体を供給する面上に位置し，供給手段が粉体を供給する領域を囲む防止壁を備えるとよい。すなわち，スクリーン電極の，粉体層が形成される面を囲むことで，粉体が装置外に飛散することが抑制される。

　また，上記の防止壁は，少なくともスクリーン電極を接触する部位が絶縁部材からなるとよい。すなわち，スクリーン電極と接触する部位を絶縁部材とすることで，短絡を防止することができる。

　本発明によれば，金属連続体への粉体塗布であっても，正確な位置に粉体を塗布することができる粉体塗布装置が実現される。

実施の形態にかかる粉体塗布装置の概略構成を示す図である。スクリーン電極の概略構成を示す図である。図２に示したスクリーン電極のＡ－Ａ断面を示す図である。実施の形態にかかる粉体塗布装置の粉体塗布手順を示すフローチャートである。粉体塗布後の被塗布物の状態（被塗布物間欠移動）を示す図である。粉体塗布後の被塗布物の状態（被塗布物連続移動）を示す図である。

　以下，本発明にかかる装置を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，以下の形態では，リチウムイオン電池の電極板を製造する際に利用される粉体塗布装置として本発明を適用する。

　［粉体塗布装置の構成］
　本形態の粉体塗布装置１００は，図１に示すように，スクリーン電極１と，ホッパ２と，転写電極３と，ローラ４と，飛散防止壁６と，絶縁板７と，送り出しロール５１と，巻き取りロール５２とを備えている。また，スクリーン電極１と転写電極３とは，直流高圧電源３１に電気的に接続される。被塗布物１０は，帯状の金属連続体（本形態ではリチウムイオン電池の電極板部材）であり，スクリーン電極１と転写電極３との間に，より具体的にはスクリーン電極１と転写電極３との間に配置された絶縁板７上に配置される。

　スクリーン電極１は，図２に示すように，ステンレス製のメッシュ１１と，アルミ製の枠体１２とから構成されている。本形態では，メッシュ１１および枠体１２の外形を，２００ｍｍ×２００ｍｍとする。図３は，図２のＡ－Ａ断面を示している。メッシュ１１には，およそ５００個の孔１４が等間隔で設けられる構成になっている。本形態では，各孔１４の最大幅を２５μｍとする。この貫通孔である孔１４を介して，スクリーン電極１１の一方の面上に供給される粉体が他方の面側に通り抜け可能になっている。また，一部の孔１４は，絶縁性樹脂１５によって塞がれている。すなわち，被塗布物１０に粉体を塗布したい領域（塗布領域）以外の領域に対応する孔１４を絶縁性樹脂１５で閉塞し，パターンを形成している。これにより，所望の領域に粉体を塗布することができる。なお，本形態のスクリーン電極１では，１００ｍｍ×１００ｍｍのパターンが形成されている。

　ホッパ２は，被塗布物１０に塗布する粉体２１（本形態ではリチウムイオン電池の電極材料）を，スクリーン電極１上に供給するものである。ホッパ２は，不図示の移動機構により，図１中，上下方向，左右方向，奥行き方向の三方に移動自在に設けられており，スクリーン電極１上の面内に均等に粉体２１を供給する。

　転写電極３は，スクリーン電極１と同等のサイズであり，スクリーン電極１のホッパ２が粉体２１を供給する面とは反対側の面で対向するように配置される。そして，直流高圧電源３１から転写バイアスが印加されることで，スクリーン電極１との間に静電界を形成する。本形態では，その外形を，２００ｍｍ×２００ｍｍとし，転写電極３とスクリーン電極１との距離を，１０ｍｍとする。また，転写電極３は，ステンレス板である。

　ローラ４は，図１中の左右方向に回転しながら移動するように設けられており，金属軸芯の表面にウレタン層を有するものである。ローラ４は，表面に絶縁層を有する部材であれば適用可能である。ローラ４は，スクリーン電極１上に堆積した粉体層２２をスクリーン電極１に押し付けるように移動する。

　飛散防止壁６は，スクリーン電極１のホッパ２が粉体２１を供給する面上に固定され，ホッパ２が粉体２１を供給する領域を囲むように配置されている。本形態では，高さを１００ｍｍとし，スクリーン電極１の枠体１２に固定される。飛散防止壁６によって，粉体２１の装置外への飛散が抑制される。なお，飛散防止壁６は，ポリプロピレン（ＰＰ）製であり，他の部位と接触したとしても短絡は生じない。

　絶縁板７は，ＰＰ製の樹脂板であり，転写電極３とスクリーン電極１との間に位置している。また，本形態では，その外形を転写電極３と同サイズ（２００ｍｍ×２００ｍｍ×５ｍｍ）とし，転写電極３と貼り合わされている。そして，転写電極３と一体となって被塗布物１０を支持する構成をなしている。より具体的には，被塗布物１０が絶縁板７上に配置されるように構成されており，絶縁板７によって転写電極３と被塗布物１０とが絶縁される。

　送り出しロール５１および巻き取りロール５２は，被塗布物１０である金属連続体が巻きつけられるものであり，送り出しローラ５１が被塗布物１０を送り出す側として，巻き取りロール５２が被塗布物を巻き取る側としてそれぞれ作用する。両ローラ５１，５２は同期して動作し，送り出しローラ５１の送り出し量と巻き取りロール５２の巻き取り量が同等となるように回転する。

　［リチウムイオン電池の構成］
　続いて，非水型２次電池であるリチウムイオン電池の構成について簡単に説明する。リチウムイオン電池の発電要素は，金属箔の両面に負極用活物質を被膜状に塗布した負極と，金属箔の両面に正極用活物質を被膜状に塗布した正極とを有し，両電極がセパレータを介して対向配置される構造をなしている。そして，電極となる金属箔に粉体である活物質を塗布する際に，本形態の粉体塗布装置１００が利用される。

　具体的に本形態では，正極板の金属箔として，厚さが１５μｍのアルミ箔を利用し，正極用活物質として，粒径が２μｍ～１５μｍであり，平均粒径が５μｍのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）を利用する。また，負極板の金属箔として，厚さが１５μｍの銅箔を利用し，負極用活物質として，粒径が５μｍ～２０μｍであり，平均粒径が８μｍのグラファイトカーボンを利用する。また，バインダとして，５重量パーセント濃度のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を混合する。なお，正極板，正極活物質層，負極板，負極活物質層，バインダに利用される物質は，一例であり，一般的に電池に利用されるものを適宜選択すればよい。

　［粉体塗布手順］
　続いて，粉体塗布装置１００の動作手順について，図４のフローチャートを参照しつつ説明する。なお，開始時には，スクリーン電極１と転写電極３との間には電圧が印加されていないものとする。また，被塗布物１０の先端が巻き取りロール５２に巻回され，後端が送り出しロール５１に巻回されているものとする。被塗布物１０は，図１に示したように，絶縁板７上に載置される。

　まず，送り出しロール５１および巻き取りロール５２の回転を開始し，被塗布物１０（正極板であればアルミ箔，負極板であれば銅箔）を絶縁板７上でスライドさせて送り出す（Ｓ０１）。すなわち，被塗布物１０を所定量だけ巻き取る。所定量の巻き取りが終了した後は，送り出しロール５１および巻き取りロール５２の回転を停止する。

　送り出しロール５１および巻き取りロール５２の回転を停止した後，ホッパ２から粉体２１（正極板用であればコバルト酸リチウム，負極板用であればグラファイトカーボン）の供給を開始する（Ｓ０２）。すなわち，ホッパ２の供給口が，飛散防止壁６で囲まれている領域内に移動し，スクリーン電極１から５０ｍｍの高さの位置に配置される。そして，ホッパ２を横方向（図１中の左右方向あるいは奥行方向）に移動しながら粉体２１をスクリーン電極１の全面に供給する。Ｓ０３では，スクリーン電極１上におよそ１ｍｍの粉体層２２が形成されるまで粉体を供給する。

　次に，ホッパ２が飛散防止壁６で囲まれている領域外に移動し，直流高圧電源３１によってスクリーン電極１と転写電極３との間に高電圧を印加する（Ｓ０３）。本形態では，直流電圧３ｋＶを印加する。これにより，スクリーン電極１と転写電極３との間には，被塗布物１０および絶縁板７を挟んで静電界が形成される。このとき，被塗布物１０は，絶縁板７によって転写電極３から絶縁されている。そのため，被塗布物１０と転写電極３とは同電位とならず，電気力線はスクリーン電極１および転写電極３に垂直に形成される。

　スクリーン電極１と転写電極３との間に静電界を形成した後，飛散防止壁６で囲まれている領域内に位置するローラ４が回転を開始し，粉体層２２をスクリーン電極１に押し付けるように横方向に移動する。これにより，スクリーン電極１上の粉体２１は，静電界が形成されている領域に孔１４を介して注がれる。そして，粉体２１は，孔１４を通過する際に荷電され，静電力によって粉体２１が被塗布物１０に塗布される（Ｓ０４）。このとき，電気力線はスクリーン電極１および転写電極３に対して垂直に形成されており，所望の塗布領域に粉体２１が塗布される。粉体２１の塗布が終了した場合には，ローラ４の回転および電圧の印加を停止する。

　次に，送り出しロール５１および巻き取りロール５２の回転を再度開始し，所定量の被塗布物１０を巻き取る（Ｓ０５）。これにより，図５に示すように，被塗布物１０上の粉体２１が塗布された粉体膜２３が取り出される。その後，不図示の定着装置にて粉体を定着させることで粉体の塗布が完了する。

　なお，上記の粉体塗布手順では，粉体２１の塗布と被塗布物１０の送りとを交互に繰り返す間欠移動によって，図５に示すように，スクリーン電極１に形成されたパターンと同等の形状となる粉体膜２３を形成しているが，被塗布物１０の連続移動させてもよい。この場合は，粉体２１の塗布と被塗布物１０の送りとが同時に行われ，図６に示すような連続した粉体膜２３が形成される。

　以上詳細に説明したように本形態の粉体塗布装置１００では，転写電極３上に絶縁板７を備え，絶縁板７が被塗布物１０と接触し，転写電極３が被塗布物１０と非接触な状態を確保している。つまり，転写電極３と被塗布物１０とが，絶縁板７によって絶縁されている。そのため，転写電極３と被塗布物１０とが同電位になって電気力線が乱れることが抑制され，被塗布物１０が金属連続体であっても，所望の塗布領域に粉体２１を塗布することができる。

　また，絶縁板７は，被塗布物１０を支持する機能を兼ねる。そのため，粉体塗布装置１００内での被塗布物１０のハンドリングがよい。また，粉体塗布装置１００内での被塗布物１０のばたつきが抑制される。また，絶縁板７は，転写電極３と一体であり，絶縁板７とスクリーン電極１との間のスペースが確保され，被塗布物１０を電極１，３間に配置する際に絶縁板７が障害となることを抑制できる。

　なお，本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い。したがって本発明は当然に，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。例えば，実施の形態では，リチウムイオン電池の電極の製造工程に，本発明を適用しているが，これに限るものではない。例えば，リチウムイオン電池以外の非水型２次電池の製造技術にも適用可能である。また，非水型２次電池の製造技術に限らず，塗装技術や成膜技術にも本発明を適用可能である。また，被塗布物としては，例えば，プリント基板，ガラス基板が適用可能である。

　また，実施の形態では，粉体２１をスクリーン電極１から押し出す部材としてローラ４を適用しているが，これに限るものではない。例えば，ブラシ部材であってもよい。また，スクリーン電極１を加振する振動部材を設け，振動によって粉体２１をスクリーン電極１の孔１４から落としてもよい。

　また，実施の形態では，転写電極３と絶縁板７の面サイズを同等とし，絶縁板７が転写電極３上の全面に配置されているが，絶縁板７を転写電極３上の一部のみに配置してもよい。すなわち，絶縁板７は，転写電極３と被塗布物１０とを絶縁すればよく，必ずしも全体を覆う必要はない。絶縁板７は，例えば，貫通穴を複数有するものであってもよいし，枠体であってもよい。また，複数の個片によって構成されていてもよい。つまり，適用自由度は大きい。一方，実施の形態のように，絶縁板７が転写電極３上の全面を覆うことで，より確実に転写電極３と被塗布物１０とを絶縁することが期待できる。

　また，実施の形態では，短絡を抑制するために，飛散防止壁６の全体が絶縁材料からなるように構成しているが，一部のみを絶縁材料で構成するようにしてもよい。すなわち，スクリーン電極１との接合部が絶縁体であればよく，必ずしも全体が絶縁体である必要はない。

１　　　スクリーン電極
１４　　孔
２　　　ホッパ（供給手段）
２１　　粉体
２２　　粉体層
３　　　転写電極
３１　　直流高圧電源
４　　　ローラ
５１　　送り出しロール（送出手段）
５２　　巻き取りロール（取込手段）
６　　　飛散防止壁
７　　　絶縁板
１０　　被塗布物
１００　粉体塗布装置

Claims

被塗布物に粉体を塗布する粉体塗布装置において，
　複数の孔が設けられたスクリーン電極と，
　前記スクリーン電極上に粉体を供給する供給手段と，
　前記スクリーン電極の，前記供給手段が粉体を供給する面とは反対側の面と対向し，高電圧が印加されることによって前記スクリーン電極との間で静電界を形成する転写電極と，
　前記転写電極と前記被塗布物との間に位置し，前記転写電極と前記被塗布物とを絶縁する絶縁部材とを備えることを特徴とする粉体塗布装置。
請求項１に記載する粉体塗布装置において，
　前記絶縁部材は，前記被塗布物を支持することを特徴とする粉体塗布装置。
請求項１または請求項２に記載する粉体塗布装置において，
　前記絶縁部材は，前記転写電極と一体であることを特徴とする粉体塗布装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する粉体塗布装置において，
　前記絶縁部材は，前記転写電極上の全体に配置されることを特徴とする粉体塗布装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する粉体塗布装置において，
　前記絶縁部材は，前記転写電極上の一部に配置されることを特徴とする粉体塗布装置。
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載する粉体塗布装置において，
　前記被塗布物を，前記絶縁部材と前記スクリーン電極との間に送り出す送出手段と，
　前記被塗布物を，前記絶縁部材と前記スクリーン電極との間から取り込む取込手段とを備え，
　前記送出手段と前記取込手段とが同期して動作することを特徴とする粉体塗布装置。
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載する粉体塗布装置において，
　前記スクリーン電極の，前記供給手段が粉体を供給する面上に位置し，前記供給手段が粉体を供給する領域を囲む防止壁を備えることを特徴とする粉体塗布装置。
請求項７に記載する粉体塗布装置において，
　前記防止壁は，少なくとも前記スクリーン電極を接触する部位が絶縁体からなることを特徴とする粉体塗布装置。
請求項１から請求項８のいずれか１つに記載する粉体塗布装置において，
　非水型２次電池の電極板材料を被塗布物とすることを特徴とする粉体塗布装置。