JP2016016382A - Defoaming device, discharge device and defoaming method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高粘度の非ニュートン性液体から気泡を除去する脱泡技術に関するものである。 The present invention relates to a defoaming technique for removing bubbles from a high viscosity non-Newtonian liquid.
近年、高粘度の液体から気泡を効果的に除去することのできる技術が求められている。例えばガラス基板や太陽電池基板等の基板表面に配線パターンを形成したり、集電体表面に活物質層を形成することを目的として、配線材料や活物質材料を含むペースト状の液体を基板等に塗布する技術がある。このとき、液体に気泡が含まれていると送液系における圧力損失やパターン欠陥を生じるおそれがあるため、液体から気泡を除去する技術が必要となる。 In recent years, a technique capable of effectively removing bubbles from a highly viscous liquid has been demanded. For example, for the purpose of forming a wiring pattern on the surface of a substrate such as a glass substrate or a solar cell substrate, or forming an active material layer on the surface of a current collector, a paste-like liquid containing a wiring material or an active material is used as a substrate. There are techniques to apply. At this time, if bubbles are included in the liquid, pressure loss and pattern defects may occur in the liquid feeding system, and thus a technique for removing the bubbles from the liquid is required.
このような技術の例として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この技術では、回転する円盤の上面に液体が供給され、その回転軸と同軸の排気管から排気が行われる。これにより、円盤上の液体が遠心力で外周方向に運ばれ、液体成分は円盤の外周から容器に回収される一方、排気管からは気体成分のみが排出されて、容器内には脱泡された液体が得られる。この従来技術で想定される液体の粘度の例として、特許文献１には、１１００ｍＰａ・ｓ（１．１Ｐａ・ｓ）との記載がある。
An example of such a technique is described in
より高粘度の液体、例えばせん断速度１０ｓ-1において１００Ｐａ・ｓ程度の粘度を有する液体を対象とする場合、このような遠心力のみによる気泡の分離は期待できない。特に、液体が非ニュートン性を有するものである場合、液体にせん断を与え続けなければ次第に粘度が増大するため、上記従来技術の脱泡方法では気泡を効果的に除去することは難かしい。このような高粘度の液体から気泡を除去することのできる技術は、未だ確立されるに至っていない。 When targeting a higher viscosity liquid, for example, a liquid having a viscosity of about 100 Pa · s at a shear rate of 10 s −1 , separation of bubbles by such centrifugal force alone cannot be expected. In particular, when the liquid has non-Newtonian properties, the viscosity gradually increases unless the liquid is continuously subjected to shearing. Therefore, it is difficult to effectively remove bubbles by the above-described conventional defoaming method. A technique capable of removing bubbles from such a highly viscous liquid has not yet been established.
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高粘度の非ニュートン性液体から気泡を効果的に除去することのできる技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the technique which can remove a bubble effectively from a highly viscous non-Newtonian liquid.
この発明にかかる脱泡装置は、非ニュートン性を有する高粘度の液体から気泡を除去する脱泡装置であって、上記目的を達成するため、前記液体を吐出するための吐出口が開口した第１対向面を有する第１対向部材と、前記吐出口の周縁を含む前記第１対向面と所定の微小ギャップを隔てて対向する第２対向面を有する第２対向部材と、前記第１対向部材に前記液体を供給して前記吐出口から吐出させ、前記第１対向面と前記第２対向面とのギャップ空間を前記液体により液密状態にする液体供給手段と、前記ギャップ空間から流出する前記液体を貯留する貯留部とを備えている。 A defoaming apparatus according to the present invention is a defoaming apparatus that removes bubbles from a high-viscosity liquid having non-Newtonian properties. In order to achieve the above object, the defoaming apparatus is provided with a discharge port for discharging the liquid. A first facing member having a first facing surface; a second facing member having a second facing surface facing the first facing surface including a peripheral edge of the discharge port with a predetermined minute gap; and the first facing member And supplying the liquid to the discharge port to make the gap space between the first facing surface and the second facing surface liquid-tight with the liquid, and the liquid flowing out from the gap space. And a storage part for storing the liquid.
また、この発明にかかる脱泡方法は、非ニュートン性を有する高粘度の液体から気泡を除去する脱泡方法であって、上記目的を達成するため、第１対向部材の第１対向面と第２対向部材の第２対向面とを所定の微小なギャップを隔てて互いに対向させて、前記第１対向面と前記第２対向面との間にギャップ空間を形成する工程と、前記第１対向面に開口する吐出口から前記液体を前記ギャップ空間に注入し、前記ギャップ空間を前記液体により液密状態としながら前記液体を前記ギャップ空間の周縁に向けて流通させ前記ギャップ空間外の自由空間に解放する工程と、前記ギャップ空間から流出した前記液体を貯留部に貯留する工程とを備えている。 The defoaming method according to the present invention is a defoaming method for removing bubbles from a high-viscosity liquid having non-Newtonian properties. In order to achieve the above object, the defoaming method and the first facing surface of the first facing member Forming a gap space between the first opposing surface and the second opposing surface by causing the second opposing surface of the two opposing members to oppose each other with a predetermined minute gap therebetween, and the first opposing The liquid is injected into the gap space from a discharge port that is open to the surface, and the liquid is circulated toward the periphery of the gap space while making the gap space in a liquid-tight state with the liquid, thereby entering the free space outside the gap space. A step of releasing, and a step of storing the liquid flowing out of the gap space in a storage unit.
このように構成された発明では、液体が微小ギャップを有するギャップ空間を流通する際に第１および第２対向面からのせん断力を受けるため、非ニュートン性を有する液体が粘度の低下した状態でギャップ空間を流通する。そのため、液中で気泡が移動しやすくなっている。また、液体がギャップ空間内で薄層化されるため、気泡が液体の表面に露出する確率が極めて高くなる。特に、ギャップの大きさよりも大きな径の気泡は確実に液体表面に露出する。こうして液体表面に露出した気泡は、液体がギャップ空間から外部の自由空間に解放される際に消滅する。したがって、ギャップ空間から流出する液体からは気泡が除去される。 In the invention configured as described above, since the liquid receives a shearing force from the first and second opposing surfaces when flowing through the gap space having the minute gap, the liquid having non-Newtonian properties is in a state where the viscosity is lowered. Circulate the gap space. Therefore, it is easy for bubbles to move in the liquid. Further, since the liquid is thinned in the gap space, the probability that the bubbles are exposed on the surface of the liquid becomes extremely high. In particular, bubbles having a diameter larger than the size of the gap are reliably exposed on the liquid surface. The bubbles thus exposed on the liquid surface disappear when the liquid is released from the gap space to the external free space. Accordingly, bubbles are removed from the liquid flowing out of the gap space.
このように、本発明によれば、非ニュートン性を有する高粘度液体であっても、せん断力を与えて粘度が低下した状態を維持しながら液体を薄層化した上で自由空間に解放することで、気泡を液体の表面に露出させて消滅させることができる。すなわち、本発明は、高粘度の非ニュートン性液体から効果的に気泡を除去することが可能である。 As described above, according to the present invention, even a highly viscous liquid having non-Newtonian properties is released into free space after thinning the liquid while maintaining a state in which the viscosity is lowered by applying a shearing force. Thus, the bubbles can be exposed to the surface of the liquid and disappear. That is, the present invention can effectively remove bubbles from a high-viscosity non-Newtonian liquid.
また、この発明にかかる吐出装置は、上記発明にかかる脱泡装置と同一構成を有する脱泡手段と、前記貯留部に貯留された前記液体を前記貯留部から送出する送出手段と、前記送出手段から前記液体の供給を受けて吐出する吐出ノズルとを備えている。このように構成された発明では、脱泡手段により効果的に気泡が除去された液体を、吐出ノズルから安定的に吐出することが可能である。 Further, the discharge device according to the present invention includes a defoaming unit having the same configuration as the defoaming device according to the above invention, a sending unit for sending the liquid stored in the storing unit from the storing unit, and the sending unit A discharge nozzle for receiving and supplying the liquid. In the invention configured as described above, the liquid from which the bubbles are effectively removed by the defoaming means can be stably discharged from the discharge nozzle.
本発明によれば、非ニュートン性を有する高粘度液体であっても、せん断力を与えながら液体を薄層化した後解放することで、液体中の気泡を効果的に除去することが可能である。 According to the present invention, even in the case of a highly viscous liquid having non-Newtonian properties, it is possible to effectively remove bubbles in the liquid by releasing after thinning the liquid while applying a shearing force. is there.
図１はこの発明にかかる脱泡装置を備えた塗布装置の第１実施形態を示す図である。この塗布装置１は、ロール・トゥ・ロール方式で搬送されるシート状の基材Ｓに対してペースト状塗布液を塗布する装置であり、例えばリチウムイオン二次電池のような電池用電極の製造に用いることのできるものである。
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a coating apparatus provided with a defoaming apparatus according to the present invention. The
この塗布装置１は、塗布すべき塗布液を内部に貯留するタンク１０と、該タンク１０から供給される塗布液を吐出するノズル５０とを備えており、タンク１０とノズル５０との間に設けられた送液系２０（後述）により、タンク１０内の塗布液がノズル５０に向けて送出され、ノズル５０の先端に設けられた吐出口から吐出される。
The
ノズル５０との対向位置には、塗布液が塗布される基材Ｓが搬送ユニット７０により配置される。具体的には、ロール状に巻回された長尺シート状の基材Ｓが搬送ユニット７０の供給ローラ７１にセットされるとともに、基材Ｓの一端部が巻取ローラ７２に巻回されている。巻取ローラ７２が図の矢印Ｄｒ方向に回転することにより、基材Ｓが供給ローラ７１から繰り出されて矢印Ｄｓ方向に搬送され、巻取ローラ７２により巻き取られる。つまり、搬送ユニット７０は、塗布対象物である基材Ｓを保持する手段としての機能およびこれを搬送する手段としての機能を有する。このように供給ローラ７１および巻取ローラ７２に掛け渡された基材Ｓの表面に対向するように、ノズル５０が配置されている。そのため、ノズル５０から吐出される塗布液が基材Ｓの表面に塗布される。基材Ｓが矢印Ｄｓ方向に搬送されることで、ノズル５０を基材Ｓに対して相対的に走査移動させながら塗布液を基材Ｓに塗布することができる。
A substrate S on which the coating liquid is applied is disposed by the
ここで例えば、集電体として機能する金属などの導電体シートを基材Ｓとして用い、塗布液として活物質材料を含むペーストを用いることにより、集電体層の表面に活物質層を積層してなる電池用電極を製造することが可能である。 Here, for example, an active material layer is laminated on the surface of the current collector layer by using a conductive sheet such as a metal functioning as a current collector as the substrate S and using a paste containing an active material as a coating liquid. It is possible to manufacture a battery electrode.
矢印Ｄｓ方向に搬送される基材Ｓに対向配置されたノズル５０の下面には、塗布液を吐出する吐出口が設けられている。吐出口から連続的に吐出される高粘度のペースト状塗布液は基材Ｓの表面に着液した後、基材Ｓの移動に伴って矢印Ｄｓ方向へ搬送される。これにより、基材Ｓ上にはその搬送方向Ｄｓに沿って連続的に延びる塗布液の層が形成される。この塗布装置１は、基材Ｓの搬送方向Ｄｓに沿って切れ目なく連続した塗布層を形成することも可能であり、また各吐出口からの塗布液の吐出を一時的に停止させることで搬送方向Ｄｓにおいて断続した塗布層を形成することも可能である。
A discharge port for discharging the coating liquid is provided on the lower surface of the
塗布層の断面形状は各吐出口の開口形状に依存し、特に高粘度の塗布液を用いた場合、吐出口の開口形状をほぼそのまま維持した断面形状を有するパターンを形成することが可能である。これにより、幅に対する高さの比、つまりアスペクト比の高いパターンを形成することも可能となる。ノズル５０が、複数の吐出口が搬送方向Ｄｓに直交する基材Ｓの幅方向に等間隔に並べて設けられた構造を有するものである場合、基材Ｓの表面に、搬送方向Ｄｓを長手方向とするライン状パターンが幅方向に複数配置されたラインアンドスペース構造の塗布層を形成することができる。
The cross-sectional shape of the coating layer depends on the opening shape of each discharge port, and in particular when a high-viscosity coating liquid is used, it is possible to form a pattern having a cross-sectional shape that maintains the opening shape of the discharge port almost as it is. . As a result, it is possible to form a pattern having a high ratio of height to width, that is, a high aspect ratio. In the case where the
基材Ｓが集電体として機能するものであり、塗布液により形成されるライン状パターンが活物質を含むものである場合、集電体表面に活物質による高アスペクト比のライン状パターンが形成された構造を有する電池用電極を製造することができる。このような構造の電極は活物質材料の使用量に対して表面積の大きな活物質層を有するため、高速充放電特性の良好な電池を構成することができる。 When the substrate S functions as a current collector and the line pattern formed by the coating liquid contains an active material, a line pattern having a high aspect ratio was formed on the current collector surface by the active material. A battery electrode having a structure can be produced. Since the electrode having such a structure has an active material layer having a large surface area with respect to the amount of active material used, a battery having good high-speed charge / discharge characteristics can be formed.
もちろん、各吐出口を幅広の開口形状としたりスリット状のものとすることで、基材Ｓの表面に比較的幅の広いパターンを形成することも可能である。この場合においても、塗布液を高粘度のものとすることで、高密度で厚い活物質層を有する電極を製造することができる。これにより、容量の大きな電池を構成することができる。 Of course, it is also possible to form a relatively wide pattern on the surface of the substrate S by making each discharge port into a wide opening shape or a slit shape. Also in this case, an electrode having a high-density and thick active material layer can be manufactured by making the coating solution have a high viscosity. Thereby, a battery with a large capacity can be configured.
このようなパターンを優れた寸法精度で形成するためには、高粘度の塗布液を小流量で、かつ安定的にノズル５０から吐出させる必要がある。これを可能とするための塗布装置１における送液系２０の構成について、さらに説明する。なお、この塗布装置１に適用される塗布液において想定される粘度は、せん断速度１０ｓ-1において１００Ｐａ・ｓないし３００Ｐａ・ｓ程度である。
In order to form such a pattern with excellent dimensional accuracy, it is necessary to stably discharge a highly viscous coating liquid from the
この塗布装置１における送液系２０は、一端部がタンク１０の底部に接続された出力配管２１と、その途中に配されたポンプ２２および流量計２３と、出力配管２１の他端部に入力ポートが接続された三方弁２４と、三方弁２４の２つの出力ポートにそれぞれ一端部が接続された塗布配管２５および循環配管２６と、循環配管２６の他端部に入力ポートの１つが接続された三方弁２７と、三方弁２７の出力ポートに接続された入力配管２８と、入力配管２８の途中に介挿されたポンプ２９とを備えている。また、この塗布装置１は、送液系２０を制御して所定量の塗布液をノズル５０から吐出させる制御ユニット３０を備えている。
The
ポンプ２２は、送液系２０に塗布液を流通させるためのものであり、高粘度の塗布液を安定した流量で送出することのできるものであることが望ましい。このようなポンプとしては例えばねじポンプを用いることができ、例えば一軸ねじポンプの一種であるモーノポンプを好適に適用することができる。ポンプ２２の動作は制御ユニット３０により制御されており、制御ユニット３０は、流量計２３により検出される出力配管２１における塗布液の流量に基づきポンプ２２を制御して、送液系２０における塗布液の流量を調節する。
The
三方弁２４は制御ユニット３０により制御され、出力配管２１と塗布配管２５とが接続される塗布経路と、出力配管２１と循環配管２６とが接続される循環経路とを選択的に開成する。塗布配管２５はノズル５０に接続されており、制御ユニット３０からの制御指令に応じて三方弁２４が出力配管２１と塗布配管２５とを接続する塗布経路を開成した場合には、タンク１０から圧送されてくる塗布液が塗布配管２５を介してノズル５０に供給され、塗布対象物たるシートＳに塗布される。
The three-
一方、制御ユニット３０からの制御指令に応じて三方弁２４が出力配管２１と循環配管２６とを接続する循環経路を開成した場合には、タンク１０から圧送される塗布液は、循環経路を介してタンク１０に還流する。より詳しくは、制御ユニット３０により制御される三方弁２７により、循環配管２６と入力配管２８とを接続する流路が常時開成されており、出力配管２１から三方弁２４を経由して循環配管２６に流れ込んだ塗布液は、三方弁２７および入力配管２８を経由してタンク１０内に戻る。入力配管２８に流入した塗布液は、ポンプ２９によりタンク１０へ圧送される。
On the other hand, when the three-
高粘度の塗布液がチキソトロピー性（チクソ性）を有する場合、塗布液の流動性を維持するためには塗布液に常時せん断力を与えておく必要がある。塗布液をノズル５０へ供給する時以外には循環流路を経由して塗布液を循環させておくことで、塗布液にせん断力を与えて流動性の高い低粘度の状態を維持することができる。また、後述するように、タンク１０および各配管内の塗布液に含まれる気泡を除去する脱泡作用も有する。
When the high-viscosity coating liquid has thixotropic properties (thixotropic properties), it is necessary to always apply a shearing force to the coating liquid in order to maintain the fluidity of the coating liquid. Except when supplying the coating liquid to the
三方弁２７のもう１つの入力ポートは図示しない外部補給タンクと補給配管を介して接続されており、タンク１０内の塗布液がシートＳに塗布されて消費され残量が少なくなってくると、三方弁２７により外部補給タンクと入力配管２８とを接続する流路が開成される。これにより、補給用の塗布液が外部補給タンクからタンク１０に供給され、タンク１０内の塗布液量が回復する。制御ユニット３０は、三方弁２７を制御して、タンク１０内の液量の変動が所定範囲内に収まるように必要に応じて外部補給タンクから塗布液の補給を行う。補給された塗布液は、循環経路を循環する塗布液と同様に、入力配管２８からポンプ２９によりタンク１０内に流入する。
Another input port of the three-
図２はタンクの内部構造を示す図である。より詳しくは、図２（ａ）はタンク１０の側面断面図である。また図２（ｂ）は後述する脱泡機構１２の外観を示す図である。図２（ａ）に示すように、タンク１０は、内部が塗布液を貯留可能な貯留空間ＳＰとなったタンク筐体１１を有している。タンク筐体１１の内部は略鉛直方向を軸とし底部が円錐状にすぼまった円筒形状をなしており、その内部断面積は、タンク上部においては鉛直方向に略一定であり、底部において次第に小さくなっている。その底面１１ｂに、出力配管２１が接続される。
FIG. 2 is a diagram showing the internal structure of the tank. More specifically, FIG. 2A is a side sectional view of the
一方、タンク筐体１１の内部の貯留空間ＳＰには、塗布液から気泡を除去するための脱泡機構１２が設置されている。脱泡機構１２は、それぞれが円盤状に形成され略水平姿勢で互いに近接対向する第１対向部材１２１と第２対向部材１２２とを備えている。上側に配置された第１対向部材１２１の下面が第２対向部材１２２と対向する第１対向面１２１ｆとなる一方、下側に配置された第２対向部材１２２の上面が第１対向部材１２１と対向する第２対向面１２２ｆとなっている。すなわち、第１対向部材１２１の下面である第１対向面１２１ｆと、第２対向部材１２２の上面である第２対向部材１２２ｆとが、微小かつ一定のギャップを隔てて互いに対向している。第１対向部材１２１と第２対向部材１２２とは略同一の直径を有している。また第１対向面１２１ｆおよび第２対向面１２２ｆはいずれも水平面となっている。
On the other hand, a
上側に配置された第１対向部材１２１の中央には上方に向かって延びる中心支軸１２３が接続されており、中心支軸１２３の上端はタンク筐体１１の上面１１ａ中央部に設けられた貫通孔を通って外部へ突出している。中心支軸１２３にはモータ１２４が連結されており、制御ユニット３０からの駆動信号に応じてモータ１２４が作動することで、中心軸１２３が図２（ａ）の矢印方向に鉛直軸周りに回転する。これにより、第１対向部材１２１が略水平姿勢を保ったまま回転する。回転速度は例えば０ないし１０００ｒｐｍの範囲で可変とされる。
A
一方、第２対向部材１２２は図示を省略する支持部材によりタンク筐体１１に対し固定支持されている。第１対向部材１２１と第２対向部材１２２との間のギャップは０より大きく例えば１ｍｍ以下とすることができるが、第１対向部材１２１および第２対向部材１２２の少なくとも一方が上下方向に位置可変に支持されることで、ギャップ量を変更可能となっていることがより好ましい。ギャップ量の可変範囲としては、例えば０ないし１ｍｍとすることができる。
On the other hand, the second opposing
また、中心支軸１２３は内部が中空となっており、その内部空間が塗布液の流通する配管として機能する。すなわち、中心支軸１２３の上端は入力配管２８に接続されており、ポンプ２９から入力配管２８を介して圧送される塗布液が中心支軸１２３の内部空間を流通する。また中心支軸１２３の内部空間は、その下端において第１対向部材１２１の下面中央部に設けられた開口１２１ａと連通している。そのため、塗布液は、開口１２１から第１対向部材１２１と第２対向部材１２１との間に形成されるギャップ空間ＧＳに向けて吐出される。
The
第２対向部材１２２の周縁部を取り囲むように、フランジ状の案内部材１２５が設けられる。案内部材１２５はリング形状となっており、その内周部１２５ａの開口径は第２対向部材１２２の直径よりも少し大きく、外周部１２５ｂの直径はタンク筐体１１の内径より少し小さく形成されている。案内部材１２５の上面には外周部に近づくほど低くなるテーパーが設けられている。内周部１２５ａの上面の高さ方向位置は、第２対向部材１２２の上面、すなわち第２対向面１２２ｆの高さ方向位置と略同一もしくはこれより少し下方に設定される。
A flange-shaped
第１対向部材１２１の開口１２１ａから吐出された塗布液は、ポンプ２９により順次圧送されてくる塗布液に押し出されてギャップ空間ＧＳに沿って第１対向部材１２１および第２対向部材１２２の外周方向に向かって流動する。最終的には、第１対向部材１２１および第２対向部材１２２の周縁部から外部空間（貯留空間ＳＰ）に流出する。流出した塗布液は案内部材１２５の上面に沿ってその外周方向に流れてタンク筐体１１の内壁面に案内され、タンク内壁面に沿って流下してタンク筐体１１の下部に貯留される。塗布液が高粘度であれば、第２対向部材１２２と案内部材１２５との隙間から塗布液が下方へ落下することはない。
The coating liquid discharged from the
さらに、貯留空間ＳＰの下部には、鉛直軸周りに回転する撹拌翼１３が設置されている。タンク下部に貯留された塗布液中で撹拌翼１３が回転することにより、非ニュートン性を有する塗布液が比較的低粘度の状態に維持されており、タンク１０から出力配管２１への塗布液の送出容易性が高められている。
Furthermore, a
図３は脱泡機構の動作原理を示す図である。より具体的には、図３（ａ）は脱泡機構１２による脱泡作用を説明する図であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）は脱泡機構の変形例を示す図である。図３（ａ）に示すように、第１対向部材１２１と第２対向部材１２２とが対向配置され、第１対向部材１２１が回転することで第２対向部材１２２に対し相対移動した状態で、第１対向部材１２１の開口１２１ａから塗布液Ｐが吐出される。塗布液Ｐが連続的に吐出されることで、ギャップ空間ＧＳは塗布液Ｐにより液密状態となる。この塗布液Ｐは気泡Ｂを含んでいる可能性がある。
FIG. 3 is a diagram showing the operating principle of the defoaming mechanism. More specifically, FIG. 3A is a diagram for explaining the defoaming action by the
塗布液Ｐは微小なギャップ空間ＧＳを流通する際に第１対向部材１２１および第２対向部材１２２からせん断力を受ける。これにより、非ニュートン性液体である塗布液Ｐは静止状態よりも粘度が低い状態でギャップ空間ＧＳを流通する。このとき、せん断力が作用することにより塗布液が比較的低粘度に維持されていること、および、塗布液が微小なギャップ空間ＧＳに通送されて薄層化されることにより、気泡Ｂが塗布液の層の表面に露出する確率が大きくなる。特に、気泡Ｂの直径がギャップ量Ｇより大きいとき、ギャップ空間ＧＳ内で気泡Ｂは確実に液層の表面に現れる。言い換えれば、含まれ得る気泡の大きさに応じたギャップ量を設定することで、気泡Ｂを確実に液面に露出させることが可能である。
The coating liquid P receives a shearing force from the first opposing
塗布液Ｐがギャップ空間ＧＳの周縁部、つまり第１対向部材１２１の周縁部と第２対向部材１２２の周縁部とが対向する領域から貯留空間ＳＰに流れ出す際、液層の表面に露出した気泡Ｂが貯留空間ＳＰに解放されて崩壊する。これにより塗布液Ｐから気泡Ｂが除去される。気泡が除去された塗布液Ｐが案内部材１２５およびタンク筐体１１の内壁面に沿って流下することで、新たな気泡の混入が防止される。すなわち、塗布液Ｐが断続的に脱泡機構１２から落下した場合には新たに気泡を含むことが考えられるが、塗布液Ｐがその表面張力の作用により案内部材１２５およびタンク筐体１１内壁面に沿って間断なく連続的に流下することにより、気泡を含むことなくタンク底部に流れ込む。このようにして、脱泡機構１２による脱泡作用が実現される。
When the coating liquid P flows into the storage space SP from the peripheral portion of the gap space GS, that is, the region where the peripheral portion of the first opposing
ギャップ空間ＧＳに塗布液の流動を生じさせて脱泡を進行させるために、塗布液を強制的かつ連続的にギャップ空間ＧＳに注入することが必要である。この目的のために、塗布液の流通経路において脱泡機構１２の上流側に、塗布液を脱泡機構１２に送り込むポンプ２９が設けられる。このようにポンプ２９を用いてギャップ空間ＧＳに塗布液を圧送すると、気泡Ｂがギャップ空間ＧＳから外部空間に解放される際に周囲圧力が低下することによって膨張する。これにより気泡の破壊が促進される。
In order to cause the flow of the coating liquid in the gap space GS and advance the defoaming, it is necessary to forcibly and continuously inject the coating liquid into the gap space GS. For this purpose, a
なお、第１対向部材１２１が回転しない場合でも、塗布液が狭いギャップ空間に継続的に注入されることである程度のせん断力を受けるため、上記のような脱泡作用が期待できる。したがって、例えば第１対向部材１２１を回転させずに、つまり第２対向部材１２２に対する相対移動を行わせない状態で、塗布液をギャップ空間ＧＳに注入する態様も考えられる。
In addition, even when the
また、第１対向部材１２１と第２対向部材１２２とを相対移動させるという観点から、例えば図３（ｂ）に示す変形例のように、第１対向部材１２１とは独立に第２対向部材１２２２を回転させるようにしてもよい。この場合、第１対向部材１２１を静止させて第２対向部材１２２２のみを回転させてもよく、また第１対向部材１２１とは逆方向に第２対向部材１２２２を回転させてもよい。また、第１対向部材１２１と第２対向部材１２２２とを同方向に異なる回転速度で回転させてもよい。第１対向部材１２１と第２対向部材１２２２とを逆方向に回転させる場合、両者の相対的な移動速度が速くなるので、より大きなせん断力を塗布液に与えることができる。また、同じせん断力を与えるための第１対向部材１２１および第２対向部材１２２２の回転速度を抑制することができる。
Further, from the viewpoint of relatively moving the first opposing
また、図３（ｃ）に示すように、第２対向部材１２２３の直径を増大させタンク筐体１１の内径よりも僅かに小さくすることで、塗布液が第２対向部材１２２３からタンク筐体１１の内壁に直接受け渡されるようにしてもよい。これにより、第２対向部材１２２３自体が案内部材として作用するので、案内部材を省いた構成とすることが可能である。
Further, as shown in FIG. 3C, the coating liquid is transferred from the second opposing
この場合、第１対向部材１２１３についても第２対向部材１２２３と同様に直径を大きくすれば、両者の対向面積が増えるため塗布液により大きなせん断力を与えることができる。ただし、回転する第１対向部材１２１３とタンク筐体１１の内壁面との間で塗布液が撹拌されて気泡を含むのを防止するため、第２対向部材１２２３より少し小さくすることが好ましい。
In this case, if the diameter of the first opposing
図４はこの発明にかかる脱泡装置を備えた塗布装置の第２実施形態の主要部を示す図である。第２実施形態では、脱泡機構の構造が第１実施形態のものとは異なっているが、それ以外の構成およびその動作は第１実施形態のものと同じである。そこで、ここでは第１実施形態と同一の構成については図示を省略しまたは同一符号を付して図示し、その詳しい説明を省略する。 FIG. 4 is a view showing a main part of a second embodiment of the coating apparatus provided with the defoaming apparatus according to the present invention. In the second embodiment, the structure of the defoaming mechanism is different from that of the first embodiment, but other configurations and operations thereof are the same as those of the first embodiment. Therefore, here, the same components as those in the first embodiment are not shown or shown with the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第２実施形態の脱泡機構５２には、第１実施形態の第１対向部材１２１と同様の機能を有する第１対向部材５２１と、第１実施形態の第２対向部材１２２と同様の機能を有する第２対向部材５２２とが設けられる。そして、第１対向部材５２１がモータ５２４により回転駆動されるとともに、第１対向部材５２１および第２対向部材５２２が一体的に昇降可能となっている。具体的には、昇降機構５２５が設けられており、該昇降機構５２５が制御ユニット３０からの駆動信号に応じて第１対向部材５２１と第２対向部材５２２とを両者間のギャップ量を維持したまま昇降させる。
The
タンク１０内では液面センサ５２６が設けられており、貯留空間ＳＰにおける塗布液の液面位置に応じた検出信号が液面センサ５２６から制御ユニット３０に送出される。制御ユニット３０は、該検出信号に基づき昇降機構５２５を制御して、第２対向部材５２２が常時タンク１０内に貯留された塗布液に接し、その上面が液面より少し上に位置するように、第１対向部材５２１および第２対向部材５２２を位置決めする。このような構成では、ギャップ空間ＧＳの周縁部から流出する塗布液が直ちにタンク１０内の塗布液に合流するため、案内部材を別途設ける必要がない。
A
図５は脱泡機構の他の実施態様を例示する図である。上記実施形態における第１対向部材１２１および第２対向部材１２２はいずれも略水平姿勢に支持された円盤状部材であり、第１対向面１２１ｆおよび第２対向面１２２ｆはいずれも平面である。しかしながら、ここに例示するように、第１および第２対向面は平面に限定されない。以下においても、第１実施形態と同一の構成については図示を省略しまたは同一符号を付して図示し、その詳しい説明を省略する。
FIG. 5 is a diagram illustrating another embodiment of the defoaming mechanism. The first opposing
図５（ａ）に例示する脱泡機構６２では、上側に配置される第１対向部材６２１の下面（第１対向面）６２１ｆおよび下側に配置される第２対向部材６２２の上面（第２対向面）６２２ｆがいずれも曲面になっている。この場合も、ギャップ空間ＧＳにおけるギャップ量が位置によらず一定となるように曲面形状が設定される。このような形状であっても、狭いギャップ空間ＧＳに注入される塗布液がせん断力を受けながら薄層化されるため、塗布液から気泡を効果的に除去することができる。
In the defoaming mechanism 62 illustrated in FIG. 5A, the lower surface (first opposing surface) 621f of the first opposing
ギャップ量を維持しつつ第１対向部材６２１および第２対向部材６２２の少なくとも一方を回転させるためには、第１対向面６２１ｆおよび第２対向面６２２ｆが回転軸に対し回転対称な形状となっていればよい。より具体的には、第１対向面６２１ｆが回転体の表面をその回転軸に直交する平面で切り取ったときの表面形状に相当する形状を有し、元の回転体の回転軸が第１対向部材６２１の回転軸とされる。また、第２対向面６２２ｆは、第１対向面６２１ｆに対応する回転体に対し相似形の別の回転体を同様に切り取ったときの表面形状に相当する形状を有する。塗布液をスムーズに流通させるとの観点から、回転体は回転楕円体であることが望ましく、例えば球体とすることができる。この場合、第１対向面６２１ｆおよび第２対向面６２２ｆは球面となる。
In order to rotate at least one of the first opposing
第２対向部材６２２の上面のうち、第１対向面６２１ｆと対向する第２対向面６２２ｆ以外の部分についてはその形状は任意であるが、塗布液がスムーズに流下する表面形状であることが望ましい。例えば図５（ａ）に示すように第２対向部材６２２の周縁部をタンク筐体１１の内壁近くまで延ばすようにすれば、別途案内部材を設ける必要がなくなる。
Of the upper surface of the second facing
また、図５（ｂ）に例示する脱泡機構７２のように、脱泡機構６２における第１対向部材６２１と同様の形状を有する第１対向部材７２１と対向する第２対向部材７２２を、第１対向部材７２１と対向しない表面が下方へ延びた形状となるようにしてもよい。この場合、ギャップ空間ＧＳから流出した塗布液は第２対向部材７２２の側面に沿ってタンク底部へ流下する。このように、ギャップ空間ＧＳから流出した塗布液が気泡を含まないよう静かに塗布液を流下させることができれば、タンク筐体１１の壁面に沿って塗布液を流下させる必要は必ずしもない。
Further, like the
また、図５（ｃ）に示す脱泡機構８２では、第１対向部材８２１の下面（第１対向面）８２１ｆおよび第２対向部材８２２の上面（第２対向面）８２２ｆが円錐面となっている。このような形状であっても、上記実施形態と同様の脱泡効果が期待できる。上記した脱泡機構６２と同様に、第２対向部材８２２をタンク筐体１１の内壁面近くまで延ばすことにより、案内部材としての機能を兼備させることができる。また、以下に説明するように、脱泡機構７２と同様に、第２対向部材の側面をタンク底部に向けて延びる形状としてもよい。
5C, the lower surface (first opposing surface) 821f of the first opposing
図６は脱泡機構のさらに他の実施態様を例示する図である。この脱泡機構９２では、第１対向部材９２１の下面（第１対向面）９２１ｆと第２対向部材９２２の上面（第２対向面）９２２ｆとがいずれも円錐面となっている。第２対向部材９２２の表面は、第１対向面９２１ｆと対向する部位（第２対向面９２２ｆ）よりも外側において下方へ屈曲して第２対向部材９２２の側面９２２ｓをなし、該側面９２２ｓはタンク筐体１１内に貯留された塗布液Ｐの液面より下方まで延びている。このような構成によれば、ギャップ空間ＧＳから流出した塗布液は第２対向部材９２２の側面９２２ｓに沿って塗布液Ｐの液面まで流下する。したがって、塗布液の落下に起因する新たな気泡の混入を防止することが可能である。このように第２対向部材の側面をタンク内の液面まで延長した構成は、図５（ｂ）に示す態様にも適用可能である。
FIG. 6 is a view illustrating still another embodiment of the defoaming mechanism. In the
以上のように、上記実施形態では、微小ギャップを隔てて対向配置された第１対向部材と第２対向部材との間のギャップ空間に、気泡を含む可能性のある塗布液が注入される。塗布液が狭いギャップ空間を流通する際にせん断力を受けることで、非ニュートン性を有する塗布液であってもその粘度を低下させ流動性を向上させることができる。そして、塗布液を狭いギャップ空間で薄層化することにより塗布液中の気泡を液面に露出させ、その後で塗布液を外部空間に解放することで、液面に露出した気泡を破壊し消滅させることができる。このように、上記実施形態によれば、非ニュートン性を有する液体から気泡を効果的に除去することが可能である。 As described above, in the above-described embodiment, the coating liquid that may contain bubbles is injected into the gap space between the first opposing member and the second opposing member that are opposed to each other with a minute gap therebetween. By receiving a shearing force when the coating liquid flows through a narrow gap space, the viscosity of the coating liquid having non-Newtonian properties can be reduced and the fluidity can be improved. Then, by thinning the coating liquid in a narrow gap space, the bubbles in the coating liquid are exposed to the liquid surface, and then the coating liquid is released to the external space, thereby destroying and extinguishing the bubbles exposed on the liquid surface. Can be made. Thus, according to the above embodiment, it is possible to effectively remove bubbles from a liquid having non-Newtonian properties.
以上説明したように、上記実施形態では、塗布装置１が本発明の「吐出装置」として機能しており、このうちタンク１０、その内部に設けられた脱泡機構１２等およびポンプ２９が一体として本発明の「脱泡手段」として機能している。また、ポンプ２２を含む送液系２０が本発明の「送出手段」として機能する一方、ノズル５０が本発明の「吐出ノズル」として機能している。
As described above, in the above-described embodiment, the
またタンク１０、ポンプ２９および脱泡機構１２等が一体として本発明の「脱泡装置」に相当しており、第１対向部材１２１，５２１，６２１，７２１，８２１，９２１がそれぞれ本発明の「第１対向部材」として、また第２対向部材１２２，５２２，６２２，７２２，８２２，９２２がそれぞれ本発明の「第２対向部材」として機能している。また、タンク筐体１１が本発明の「貯留部」および「貯留容器」として機能している。また、モータ１２４，５２４が本発明の「回転駆動手段」として機能する一方、ポンプ２９が本発明の「液体供給手段」として機能している。また、案内部材１２５が本発明の「案内部材」として機能している。
The
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では第１対向部材１２１が鉛直軸周りに回転することで塗布液に与えるせん断力を大きくしているが、前記したように、第１対向部材１２１を回転させない態様でも塗布液にせん断力を与えることは可能である。また、せん断力を増大させるためには第１対向部材と第２対向部材との間に相対移動があれば足り、このように回転運動に限定されるものではない。例えば第１対向部材および第２対向部材の一方を水平方向に往復運動させることによっても、塗布液に付与されるせん断力を大きくすることが可能である。この場合、第１または第２対向部材の周縁部近傍で乱流に起因する新たな気泡の混入がないように配慮が必要である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the shearing force applied to the coating liquid is increased by rotating the
また上記実施形態における第１および第２対向部材は、いずれも平面視において円形でるが、これに限定されない。例えば任意の多角形形状であってもよい。この場合、特に部材の回転を伴う場合には、多角形の頂部近傍での乱流に起因する気泡の混入を防止することが必要である。 Moreover, although the 1st and 2nd opposing member in the said embodiment is all circular in planar view, it is not limited to this. For example, an arbitrary polygonal shape may be used. In this case, it is necessary to prevent air bubbles from being mixed due to turbulent flow near the top of the polygon, particularly when the member is rotated.
また上記第１実施形態では第１対向面１２１ｆおよび第２対向面１２２ｆを水平面としているが、これに限定されない。また回転軸は鉛直軸に限定されない。ただし、上記実施形態のようにこれらを水平面として第１対向部材１２１を鉛直軸周りに回転させるようにすれば、開口１２１ａからギャップ空間ＧＳに注入される塗布液が第１対向部材１２１の周方向に等方的に流れる。このため、塗布液の偏在や滞留を防止して、流動による粘度低下および薄層化による気泡除去の効果を高めることが可能である。同様に、他の実施形態および変形例においても、第１対向面および第２対向面を鉛直軸に対して回転対称な形状とすることが好ましい。
Moreover, in the said 1st Embodiment, although the
また、第１対向面と第２対向面とのギャップ量は任意であるが、液中の気泡を確実に液面に露出させて消滅させるために、含まれ得る気泡の直径よりも小さいことが望ましい。ギャップが大きすぎると脱泡機能が低下するので、例えばギャップ量を１ｍｍ以下とすることが有効である。塗布液の種類や脱泡の目的に応じてギャップ量を調整することができるようにすればより好ましい。 Further, the gap amount between the first facing surface and the second facing surface is arbitrary, but in order to ensure that the bubbles in the liquid are exposed to the liquid surface and disappear, it may be smaller than the diameter of the bubbles that can be included. desirable. If the gap is too large, the defoaming function is deteriorated. For example, it is effective to set the gap amount to 1 mm or less. It is more preferable that the gap amount can be adjusted according to the type of coating solution and the purpose of defoaming.
また、上記実施形態では、塗布液の循環経路を有する送液系の流路上に本発明にかかる脱泡装置が設けられているが、循環経路を有しない送液系に本発明にかかる脱泡装置が設けられてもよい。また、上記実施形態のように吐出ノズルを含む送液系に対しインライン配置される場合のほか、送液系とは独立してオフラインで設けられる脱泡装置に対しても、本発明を適用することが可能である。 In the above embodiment, the defoaming device according to the present invention is provided on the flow path of the liquid feeding system having the circulation path of the coating liquid. However, the defoaming according to the present invention is provided in the liquid feeding system having no circulation path. An apparatus may be provided. Further, in addition to the case where the liquid feed system including the discharge nozzle is arranged in-line as in the above embodiment, the present invention is also applied to a defoaming device that is provided off-line independently of the liquid feed system. It is possible.
また、この実施形態の塗布装置１は、活物質材料を含む塗布液を被吐出物として、該塗布液を集電体に塗布することで電池用電極を製造する装置であるが、本発明はこれとは異なる目的の塗布装置にも適用することが可能である。例えば、導電材料を含む塗布液を塗布することで光電変換層に集電電極を形成して太陽電池を製造する装置や、例えば各種の表示装置用のガラス基板等に任意の機能層を塗布により形成する装置にも本発明を適用可能である。
In addition, the
さらに、この実施形態は、ノズル５０から吐出される塗布液を基材Ｓに塗布する塗布装置であるが、このように塗布対象物への塗布を目的として液体が吐出されるものに限らず、種々の目的で液体から気泡を除去する技術に対し本発明を適用することが可能である。また、チクソ性を有しないニュートン性液体に対しても、本発明のギャップ空間での薄層化から外部解放に至る脱泡プロセスは有効に機能する。
Furthermore, although this embodiment is a coating device which applies the coating liquid discharged from the
この発明は、高粘度の液体から効果的に気泡を除去することが可能なものであり、各種の液体、特に非ニュートン性液体から気泡を除去する用途に好適に適用することができる。 The present invention can effectively remove bubbles from a high-viscosity liquid, and can be suitably applied to applications for removing bubbles from various liquids, particularly non-Newtonian liquids.
１ 塗布装置（吐出装置）
１０ タンク（貯留部、貯留容器、脱泡装置、脱泡手段）
１１ タンク筐体（貯留部、貯留容器）
１２，５２，６２，７２，８２，９２ 脱泡機構（脱泡装置、脱泡手段）
２０ 送液系（送出手段）
２２ ポンプ（送出手段）
２９ ポンプ（液体供給手段、脱泡装置、脱泡手段）
５０ ノズル（吐出ノズル）
１２１，５２１，６２１，７２１，８２１，９２１ 第１対向部材
１２２，５２２，６２２，７２２，８２２，９２２ 第２対向部材
１２４，５２４ モータ（回転駆動手段）
１２５ 案内部材
1 Coating device (Discharging device)
10 tanks (storage part, storage container, defoaming device, defoaming means)
11 Tank housing (storage part, storage container)
12, 52, 62, 72, 82, 92 Defoaming mechanism (defoaming device, defoaming means)
20 Liquid delivery system (delivery means)
22 Pump (delivery means)
29 Pump (liquid supply means, defoaming device, defoaming means)
50 nozzles (discharge nozzle)
121,521,621,721,821,921 1st opposing member 122,522,622,722,822,922 2nd opposing member 124,524 Motor (rotation drive means)
125 Guide member
Claims (14)
前記液体を吐出するための吐出口が開口した第１対向面を有する第１対向部材と、
前記吐出口の周縁を含む前記第１対向面と所定の微小なギャップを隔てて対向する第２対向面を有する第２対向部材と、
前記第１対向部材に前記液体を供給して前記吐出口から吐出させ、前記第１対向面と前記第２対向面とのギャップ空間を前記液体により液密状態にする液体供給手段と、
前記ギャップ空間から流出する前記液体を貯留する貯留部と
を備える脱泡装置。 A defoaming device for removing bubbles from a highly viscous liquid having non-Newtonian properties,
A first opposing member having a first opposing surface in which an ejection port for ejecting the liquid is opened;
A second facing member having a second facing surface facing the first facing surface including a peripheral edge of the discharge port with a predetermined minute gap;
Liquid supply means for supplying the liquid to the first facing member and causing the liquid to be discharged from the discharge port so that a gap space between the first facing surface and the second facing surface is in a liquid-tight state with the liquid;
A defoaming device comprising: a reservoir that stores the liquid flowing out of the gap space.
前記貯留部に貯留された前記液体を前記貯留部から送出する送出手段と、
前記送出手段から前記液体の供給を受けて吐出する吐出ノズルと
を備える吐出装置。 Defoaming means having the same configuration as the defoaming device according to any one of claims 1 to 9,
A delivery means for delivering the liquid stored in the storage unit from the storage unit;
A discharge apparatus comprising: a discharge nozzle that receives and supplies the liquid from the delivery means.
第１対向部材の第１対向面と第２対向部材の第２対向面とを所定の微小なギャップを隔てて互いに対向させて、前記第１対向面と前記第２対向面との間にギャップ空間を形成する工程と、
前記第１対向面に開口する吐出口から前記液体を前記ギャップ空間に注入し、前記ギャップ空間を前記液体により液密状態としながら前記液体を前記ギャップ空間の周縁に向けて流通させ前記ギャップ空間外の自由空間に解放する工程と、
前記ギャップ空間から流出する前記液体を貯留部に案内して貯留する工程と
を備える脱泡方法。 A defoaming method for removing bubbles from a highly viscous liquid having non-Newtonian properties,
The first opposed surface of the first opposed member and the second opposed surface of the second opposed member are opposed to each other with a predetermined minute gap, and a gap is formed between the first opposed surface and the second opposed surface. Forming a space;
The liquid is injected into the gap space from the discharge port that opens in the first facing surface, and the liquid is circulated toward the periphery of the gap space while the gap space is liquid-tight with the liquid. The process of releasing to free space,
A defoaming method comprising: guiding the liquid flowing out from the gap space to a storage unit and storing the liquid.
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