JP2015139726A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工されたペースト状物の表面に、異物を原因とした欠陥が生じることを抑制することができる塗工装置を提供すること。
【解決手段】塗工装置１０は活物質ペースト１２の貯留部４４と、金属箔１１の上方に隙間Ｓを隔てた状態で配置されたコンマロール４７と、を有する。塗工装置１０は、貯留部４４内において、貯留部４４から金属箔１１への活物質ペースト１２の供給方向Ｙのうち、隙間Ｓより上流に配置された粉砕ロール５０と、粉砕ロール５０を回転させる駆動源と、を有する。さらに、粉砕ロール５０は、該粉砕ロール５０の回転方向に配列された複数の粉砕歯５４を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、コンマロールによって隙間を規定することで、隙間を通過して付着体に付着されるペースト状物の厚みを規定する塗工装置に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。二次電池として、正極用のシート状の電極及び負極用のシート状の電極が、間にセパレータが介在する状態で積層又は捲回された電極組立体を備えたものがある。

シート状の電極を製造する場合、一般に、長尺帯状の金属箔（基材シート）上に活物質ペースト（ペースト状物）を塗工して活物質ペーストの層を形成する。その後、活物質ペーストの層を乾燥し、ロールプレスした後、金属箔を目的とする形状に切断することにより電極が製造される。このような電極の製造において、金属箔に活物質ペーストを塗工する方法として、例えば特許文献１がある。

図７に示すように、特許文献１の塗工装置８０は、円柱形状のバックアップロール８１を備える。このバックアップロール８１は、周面で帯状の金属箔９０を支持し、かつ回転することで金属箔９０を搬送する。また、塗工装置８０は円柱形状の計量ロール８２を備える。この計量ロール８２は、バックアップロール８１に支持された金属箔９０と隙間９１を隔てた状態で該バックアップロール８１と平行に配置されている。さらに、塗工装置８０は、金属箔９０と計量ロール８２との隙間９１よりも、金属箔９０の搬送方向における上流側に位置し、金属箔９０と計量ロール８２とに接触する状態で電極ペースト８３を貯溜するペースト溜８４を備える。

そして、塗工装置８０による電極ペースト８３の塗工は、金属箔９０と計量ロール８２との隙間９１を通過した電極ペースト８３を金属箔９０の表面に付着させることで行われる。

ところが、塗工装置８０による電極ペースト８３の塗工時、金属箔９０に塗工された電極ペースト８３の表面に、スジや凸部といった欠陥が発生することがある。この欠陥は、電極ペースト８３に含まれる活物質が固まって生成された凝集塊等の異物によって引き起こされる。具体的には、ペースト溜８４内で電極ペースト８３に含まれた異物が、ペースト溜８４から供給される電極ペースト８３とともに流動し、異物が隙間９１に詰まってしまうと、その異物の部分だけ電極ペースト８３が塗工されずにスジとなってしまう。また、異物が隙間９１を通過してしまうと、塗工された電極ペースト８３の表面に凸部として残ってしまう。

そこで、例えば特許文献２に開示のように、ペースト溜８４内に攪拌用棒状体を浸漬し、この攪拌用棒状体によって、ペースト溜８４内で電極ペースト８３を攪拌することで電極ペースト８３中に凝集塊等の異物が生成されないようにすることが考えられる。

特開２００１−７６７１２号公報 特開平１１−３１９６６３号公報

しかし、特許文献２のように、電極ペースト８３を攪拌用棒状体で攪拌していても、ペースト溜８４より上流の供給経路から、ペースト溜８４に新たに供給された電極ペースト８３中に異物が含まれていたり、攪拌中にも凝集塊が生成されて異物が発生してしまうことがある。その結果として、金属箔９０に塗工された電極ペースト８３の表面に、異物を原因とした欠陥が生じてしまう。

本発明は、塗工されたペースト状物の表面に、異物を原因とした欠陥が生じることを抑制することができる塗工装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための塗工装置は、ペースト状物の貯留部と、前記貯留部に貯留されたペースト状物を付着させる付着体の上方に隙間を隔てた状態で配置されたコンマロールと、を有し、前記コンマロールによって前記隙間を規定することで、前記隙間を通過して前記付着体に付着されるペースト状物の厚みを規定する塗工装置であって、前記貯留部内において、前記貯留部から前記付着体への前記ペースト状物の供給方向のうち、前記隙間より上流に配置された粉砕ロールと、前記粉砕ロールを回転させる駆動源と、を有し、前記粉砕ロールは、該粉砕ロールの回転方向に配列された複数の粉砕歯を有することを要旨とする。

これによれば、例えば、貯留部にペースト状物が新たに供給されたとき、ペースト状物に含まれる粒子が凝集した凝集塊や、粒径の粗い粗粒といった異物が、貯留部に新たに供給されてしまうことがある。また、貯留部内で粒子が凝集して異物が生成されてしまうこともある。このとき、貯留部内における隙間より上流では、粉砕ロールの回転により、異物が粉砕歯に掻き取られ、さらに、粉砕歯とコンマロールとの間、又は粉砕歯と付着体との間で異物が粉砕される。このため、異物が隙間に向けて流れることが抑制され、異物が隙間に詰まることが抑制されるとともに、異物が隙間を通過してしまうことも抑制される。

よって、例えば、塗工装置を、蓄電装置が備える電極を製造するために用い、金属箔にペースト状物としての活物質ペーストを塗工するのに用いても、異物として、活物質の凝集塊や粗粒が隙間に詰まることが抑制される。その結果、金属箔に塗工された活物質ペーストの表面に異物を原因としたスジが生じることを抑制できる。また、異物が隙間を通過することが抑制され、塗工された活物質ペーストの表面に凸部が現れることを抑制できる。

また、塗工装置について、前記粉砕ロールは、該粉砕ロールの軸方向に延びる螺旋溝を有する。
これによれば、貯留部内における隙間より上流では、粉砕歯に掻き取られなかった異物は螺旋溝に入り込む。すると、粉砕ロールの回転に伴い螺旋溝が回転すると、螺旋溝に入り込んだ異物を、粉砕ロールの軸方向端部へ送り出すことができ、異物が隙間に詰まったり、通過してしまうことを抑制できる。

また、塗工装置について、前記粉砕歯は、鋸刃状であるのが好ましい。
これによれば、粉砕歯に返しが設けられ、粉砕歯によって異物を効率良く掻き取り、さらに、掻き取った異物が粉砕歯から逃げにくくなり、異物を効率良く粉砕することができる。

本発明によれば、塗工されたペースト状物の表面に、異物を原因とした欠陥が生じることを抑制することができる。

塗工装置を示す側面図。 塗工装置を示す斜視図。 粉砕ロールを示す斜視図。 粉砕ロールを示す拡大断面図。 塗工装置における粉砕ロールを示す部分平面図。 塗工装置を示す部分側断面図。 背景技術を示す図。

以下、塗工装置を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池に用いる電極を製造するための塗工装置１０は、基材シートとしての金属箔１１の一方の面である塗布面１１ａに、ペースト状物として活物質ペースト１２を塗工して、金属箔１１に活物質ペースト１２の層を形成するための装置である。なお、活物質ペースト１２には、活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を混練したものが用いられる。

塗工装置１０は、金属箔１１を供給する供給ロール３６ａと、活物質ペースト１２が塗工された金属箔１１を巻き取る巻取ロール３９ａと、を備える。金属箔１１は長手方向が供給ロール３６ａの周方向に延びる状態で供給ロール３６ａに巻装されている。金属箔１１において、長手方向に直交する方向を金属箔１１の短手方向とする。なお、供給ロール３６ａは、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。

また、金属箔１１は長手方向が巻取ロール３９ａの周方向に延びる状態で巻取ロール３９ａに巻き取られる。巻取ロール３９ａは、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。巻取ロール３９ａは、一定の回転速度で回転し、活物質ペースト１２が塗工された金属箔１１を巻き取る。よって、供給ロール３６ａから供給された金属箔１１が、巻取ロール３９ａに巻き取られることにより、金属箔１１は、搬送方向Ｘに沿って搬送される。

図２に示すように、塗工装置１０は、金属箔１１を周面に支持し、かつ回転することで金属箔１１を搬送する円柱状のバックアップロール４５を備える。よって、バックアップロール４５の回転方向Ｙ１は、金属箔１１の搬送方向Ｘに沿う方向となる。また、塗工装置１０は、バックアップロール４５の上方に円柱状のコンマロール４７を備える。コンマロール４７は、バックアップロール４５と平行に配置されるとともに、コンマロール４７は回転不能である。

図１に示すように、コンマロール４７は、バックアップロール４５に支持された金属箔１１の塗布面１１ａから一定の隙間Ｓを空けて離間している。そして、コンマロール４７と金属箔１１の塗布面１１ａとの隙間Ｓの広さによって金属箔１１に塗工される活物質ペースト１２の厚みが規定されるとともに、隙間Ｓを通過した活物質ペースト１２が金属箔１１に塗工される。したがって、本実施形態では、金属箔１１が、活物質ペースト１２が塗工され、付着する付着体を構成する。

隙間Ｓにおいて、金属箔１１の短手方向に沿う方向を隙間Ｓの幅方向とすると、隙間Ｓの幅方向に沿った長さは、金属箔１１の短手方向に沿った長さより短い。そして、図２に示すように、隙間Ｓの幅方向の両端は、金属箔１１の短手方向の両端よりも金属箔１１の内側に位置しており、活物質ペースト１２は、金属箔１１の短手方向の両端より内側に塗工される。

図１及び図２に示すように、塗工装置１０は、活物質ペースト１２の貯留部４４を備える。貯留部４４は、バックアップロール４５の軸方向に対向する一対の側壁４４ａと、一対の側壁４４ａに架設され、かつバックアップロール４５及びコンマロール４７の周面に対向配置されたガイド壁４４ｂと、を有する。そして、側壁４４ａと、ガイド壁４４ｂと、バックアップロール４５及びコンマロール４７の周面とから、貯留部４４内に空間が区画され、この空間は上方に開口している。

ガイド壁４４ｂは、貯留部４４の開口端からバックアップロール４５に近付く状態で傾斜しており、貯留部４４内の空間は、開口端からバックアップロール４５に向けて狭くなっている。よって、ガイド壁４４ｂは、貯留部４４内の活物質ペースト１２をバックアップロール４５及び隙間Ｓに向けて流動するようにガイドする。また、塗工装置１０は、貯留部４４に活物質ペースト１２を供給する供給タンク４６を貯留部４４の上方に備える。そして、貯留部４４には、該貯留部４４より上流の供給経路から活物質ペースト１２が新たに供給されるようになっている。

図３及び図６に示すように、塗工装置１０は、貯留部４４内に配置された粉砕ロール５０を備える。ここで、貯留部４４の内部から隙間Ｓを通って金属箔１１の塗布面１１ａに活物質ペースト１２が塗工されるまでに活物質ペースト１２が流動する方向を、活物質ペースト１２の供給方向Ｙとする。この場合、粉砕ロール５０は、活物質ペースト１２の供給方向Ｙにおいて、隙間Ｓよりも上流に配置されている。

図３、図５及び図６に示すように、粉砕ロール５０は、棒状の軸部５０ａを有し、軸部５０ａの軸方向の両端が貯留部４４の側壁４４ａに回転可能に支持されている。また、粉砕ロール５０において、軸部５０ａの軸方向の一端は、貯留部４４の外部に設置された駆動源６０に連結され、駆動源６０によって粉砕ロール５０が回転する。粉砕ロール５０の回転方向Ｙ２は、バックアップロール４５の回転方向Ｙ１とは逆方向であり、供給方向Ｙに沿う方向である。

図３及び図４に示すように、粉砕ロール５０は、軸部５０ａの軸方向の両端に円盤状のエンドプレート５３を有する。粉砕ロール５０は、両エンドプレート５３の周面がバックアップロール４５及びコンマロール４７の周面に摺接する状態に設けられている。粉砕ロール５０は、軸部５０ａの軸方向全体に亘って螺旋状に延びる螺旋条５１を備えるとともに、螺旋条５１に沿って軸部５０ａの軸方向全体に亘って螺旋状に延びる螺旋溝５２を備える。なお、螺旋条５１において、軸部５０ａの軸方向に沿う長さを螺旋条５１の厚みとする。粉砕ロール５０は、螺旋条５１の周面の全体に亘って等間隔おきに配列された粉砕歯５４を複数備え、複数の粉砕歯５４は、粉砕ロール５０の回転方向に配列されている。粉砕歯５４は、螺旋条５１の厚み方向全体に亘って設けられている。

また、各粉砕歯５４は先端に向かうに従い細くなる鋸歯状である。粉砕歯５４は、その基端から先端に向かう突出方向が、粉砕ロール５０の回転方向に沿うように傾斜及び若干湾曲しており、粉砕歯５４は、回転方向に沿う返しを有した形状である。螺旋条５１において、粉砕歯５４の先端を含む直径は、エンドプレート５３の直径より僅かに短く、粉砕ロール５０は、粉砕歯５４がバックアップロール４５及びコンマロール４７の周面から僅かに離間する状態に設けられている。

粉砕歯５４の先端とバックアップロール４５及びコンマロール４７の周面との間隔は、活物質の凝集塊や、活物質の粗粒といった、所定サイズの異物Ｇの粒径より若干狭く設定されている。このため、所定サイズの異物Ｇは、粉砕歯５４の先端と、バックアップロール４５及びコンマロール４７の周面との間を通過しにくくなっている。

次に、塗工装置１０の作用を活物質ペースト１２の塗工とともに説明する。
図１に示すように、金属箔１１は、供給ロール３６ａから送り出されるとともに巻取ロール３９ａに巻き取られて搬送される。また、バックアップロール４５を回転方向Ｙ１に回転させ、金属箔１１はバックアップロール４５によって搬送方向Ｘに搬送されながら支持される。そして、搬送される金属箔１１に対し、得られる活物質ペースト１２の層が所望する厚みとなるようにコンマロール４７の位置を設定する。すなわち、金属箔１１の塗布面１１ａから所定の隙間Ｓを空けた位置にコンマロール４７を配置する。

また、貯留部４４には活物質ペースト１２が貯留されるとともに、供給タンク４６から活物質ペースト１２が継続して供給される。ここで、供給タンク４６内の活物質ペースト１２に異物Ｇがあると、その異物Ｇが供給タンク４６から貯留部４４に供給されてしまう。

そして、活物質ペースト１２の塗工時、貯留部４４に貯留された活物質ペースト１２は隙間Ｓを通過して金属箔１１の塗布面１１ａに塗工され、付着される。また、活物質ペースト１２の塗工時、塗工装置１０では、駆動源６０によって粉砕ロール５０を回転方向Ｙ２に回転させる。

図６に示すように、貯留部４４内において、活物質ペースト１２の供給方向Ｙにおける粉砕ロール５０より上流側では、回転方向Ｙ２に回転する粉砕ロール５０の粉砕歯５４によって異物Ｇが掻き取られる。すると、異物Ｇは、螺旋条５１の回転に伴い、コンマロール４７の周面に向けて送られ、粉砕歯５４とコンマロール４７の周面との間で粉砕される。

また、粉砕歯５４によって掻き取られた異物Ｇが比較的小径の場合、異物Ｇがコンマロール４７の周面との間で粉砕されずに下流側に至ることがある。しかし、粉砕歯５４が鋸歯状であることから、異物Ｇは粉砕ロール５０から離れ難く、異物Ｇが隙間Ｓから塗布面１１ａに塗布されてしまうことが抑制される。

また、図５に示すように、粉砕歯５４に掻き取られない粒径の比較的大きな異物Ｇは、螺旋溝５２に入り込み、そのまま粉砕ロール５０の回転に伴う螺旋溝５２の回転によって粉砕ロール５０の軸方向一端に向けて送り出される。その結果、隙間Ｓには異物Ｇが流れ込むことなく、隙間Ｓから活物質ペースト１２が連続的に塗布面１１ａに塗布される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）塗工装置１０の貯留部４４内に粉砕ロール５０を配置し、粉砕ロール５０の周面に複数の粉砕歯５４を配列した。このため、供給タンク４６から貯留部４４に新たに供給された活物質ペースト１２に異物Ｇが含まれていたり、貯留部４４で新たに異物Ｇが生成されても、粉砕歯５４を利用して隙間Ｓより上流で異物Ｇを粉砕することができる。その結果、異物Ｇが、金属箔１１の塗布面１１ａとコンマロール４７との間の隙間Ｓに詰まることが抑制されるとともに、異物Ｇが隙間Ｓを通過してしまうことが抑制される。よって、金属箔１１に塗工された活物質ペースト１２の表面に、異物Ｇを原因としたスジや凸部といった欠陥が発生してしまうことを抑制することができる。

（２）粉砕ロール５０は、軸部５０ａの軸方向へ螺旋状に延びる螺旋溝５２を備える。このため、粒径の比較的大きな異物Ｇや、粉砕歯５４で掻き取れなかった異物Ｇは、螺旋溝５２に入り込むことで、螺旋溝５２によって異物Ｇを粉砕ロール５０の軸方向の一端へ送り出すことができる。このため、粉砕歯５４と螺旋溝５２を併用して、異物Ｇが隙間Ｓに詰まることを抑制できるとともに、異物Ｇが隙間Ｓを通過してしまうことを抑制できる。

（３）粉砕歯５４は鋸歯状であり、返しを有する形状である。このため、粉砕歯５４によって異物Ｇを掻き取り易く、しかも、掻き取った異物Ｇを粉砕歯５４から離れにくくすることができる。特に、粒径の比較的な小さな異物Ｇを掻き取ったままとし、隙間Ｓより下流に至ることを抑制できる。

（４）粉砕ロール５０は、軸部５０ａの軸方向全体に亘って螺旋条５１が延び、粉砕ロール５０は隙間Ｓの幅方向全体に対応して設けられている。このため、隙間Ｓの幅方向全体で異物Ｇの粉砕又は送り出しを行うことができる。

（５）粉砕ロール５０の螺旋条５１により、貯留部４４内に沈降してきた活物質ペースト１２の攪拌も行うことができ、貯留部４４内での異物Ｇの発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 粉砕歯５４は鋸歯状でなくてもよく、異物Ｇが粉砕できれば、粉砕歯５４の形状は適宜変更してもよく、例えば、粉砕歯５４は側面視が正三角形状でもよいし、円柱状や円錐状でもよい。

○ 粉砕歯５４は、螺旋条５１の周面に不等間隔おきに配列されていてもよい。
○ 粉砕ロール５０は、螺旋条５１ではなく、複数の円板を粉砕ロール５０の軸方向へ等間隔又は不等間隔おきに備え、円板の周面に粉砕歯を有する構成であってもよい。

○ 塗工装置は、バックアップロール４５とコンマロール４７に加え、転写ロールを備えた構成であってもよい。この場合、転写ロールの上方にコンマロール４７が配置されるとともに、転写ロールの近傍に、金属箔１１を搬送するバックアップロール４５が配置される。そして、貯留部４４に貯留された活物質ペースト１２は、転写ロールとコンマロール４７との間の隙間を通って転写ロールに付着し、転写ロールに付着した活物質ペースト１２がバックアップロール４５で支持された金属箔１１に転写される。よって、転写ロールが活物質ペースト１２が付着する付着体を構成する。

このような塗工装置であっても、供給タンク４６から貯留部４４に新たに供給された活物質ペースト１２に異物Ｇが含まれていたり、貯留部４４で新たに異物Ｇが生成されても、粉砕歯５４を利用して隙間Ｓより上流で異物Ｇを粉砕することができる。その結果、異物Ｇが、転写ロールの周面とコンマロール４７の周面との間の隙間Ｓに詰まることが抑制されるとともに、異物Ｇが隙間Ｓを通過してしまうことが抑制される。よって、金属箔１１に塗工された活物質ペースト１２の表面に、異物Ｇを原因としたスジや凸部といった欠陥が発生してしまうことを抑制することができる。

○ 貯留部４４において、螺旋溝５２によって異物Ｇを送る先に位置する側壁４４ａに、異物Ｇの排出口を設けてもよい。このように構成した場合、螺旋溝５２によって送り出され、粉砕ロール５０の軸方向一端側に集まった異物Ｇを、排出口から貯留部４４外へ排出することができる。

○ 粉砕ロール５０において、軸部５０ａの軸方向に沿った螺旋溝５２の開口幅や、螺旋条５１の厚み、さらには、粉砕歯５４も含めた螺旋条５１の直径は、生成されると予測される異物Ｇの大きさに合わせて適宜変更してもよい。

○ 基材シートは、シート状であり、活物質ペースト１２が塗布できるものであれば、金属箔１１に限定されるものではない。例えば、織物状や網状の基材シートを用いてもよい。

○ 塗工装置１０は、電極の製造のために金属箔１１に活物質ペースト１２を塗工するものに具体化したが、これに限らない。ペースト状物として粘着剤、塗料等を用い、これらを基材シートに塗工する場合に、粉砕ロール５０を備える塗工装置１０を適用してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記ペースト状物は、蓄電装置が備える電極に塗布された活物質ペーストである塗工装置。

（ロ）前記蓄電装置は二次電池である塗工装置。

Ｓ…隙間、１０…塗工装置、１２…ペースト状物としての活物質ペースト、１１…付着体としての金属箔、４４…貯留部、４７…コンマロール、５０…粉砕ロール、５２…螺旋溝、５４…粉砕歯、６０…駆動源。

Claims (3)

1. ペースト状物の貯留部と、
   前記貯留部に貯留されたペースト状物を付着させる付着体の上方に隙間を隔てた状態で配置されたコンマロールと、を有し、
   前記コンマロールによって前記隙間を規定することで、前記隙間を通過して前記付着体に付着されるペースト状物の厚みを規定する塗工装置であって、
   前記貯留部内において、前記貯留部から前記付着体への前記ペースト状物の供給方向のうち、前記隙間より上流に配置された粉砕ロールと、
   前記粉砕ロールを回転させる駆動源と、を有し、
   前記粉砕ロールは、該粉砕ロールの回転方向に配列された複数の粉砕歯を有する塗工装置。
2. 前記粉砕ロールは、該粉砕ロールの軸方向に延びる螺旋溝を有する請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記粉砕歯は、鋸刃状である請求項１又は請求項２に記載の塗工装置。