JP2018122232A - グラビア塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗料の塗工幅を調整できるグラビア塗工装置を提供する。
【解決手段】グラビア塗工装置のグラビアロール２５は、回転軸３１と、回転軸３１の軸方向に積層され、回転軸３１からの駆動力を得て回転し、軸方向に直交する方向に対して傾斜可能な円板状の複数の斜板３２とを備え、基材シートに転写された塗料の幅に応じて、斜板３２の傾斜角度αを調整することにより、塗布幅を調整するグラビア塗工装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、グラビアロールによって基材シートに塗料を転写するグラビア塗工装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。これらの蓄電装置は、集電体の表面に活物質層を備える電極（正極及び負極）を有する。

電極の製造は、一般に、帯状の長尺集電体（例えば金属箔）の両面に活物質層を有する帯状電極に対して、活物質層の表面にセラミックスラリーを塗工する塗工工程を有する。塗工工程により、帯状電極にはセラミックスラリーの塗工部が形成され、帯状電極と塗工部とを有する電極材料が形成される。

塗工工程を行う塗工装置としては、例えばグラビア塗工装置が挙げられる（特許文献１参照）。グラビア塗工装置は、回転可能な円柱状のグラビアロールを備える。セラミックスラリーが付着した状態のグラビアロールを回転させることにより、活物質層の表面にセラミックスラリーを塗工する。セラミックスラリーの塗工幅は、グラビアロールの軸方向の寸法となる。

特開２０１６−１３１９４３号公報

しかしながら、塗工工程の最中にセラミックスラリーの粘度が変化すると、塗工幅は、グラビアロールの軸方向の寸法よりも広くなったり狭くなったりして一定の塗工幅にならない。このため、塗工幅の調整が必要となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、塗料の塗工幅を調整できるグラビア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グラビア塗工装置は、塗料の貯留部と、搬送方向に搬送される基材シートに対して前記貯留部に貯留された塗料を転写するため、表面に前記貯留部の塗料が付着され、かつ回転可能なグラビアロールと、を備えたグラビア塗工装置であって、前記グラビアロールは、回転軸と、前記回転軸の軸方向に積層され、前記回転軸からの駆動力を得て回転し、前記軸方向に直交する方向に対して傾斜可能な円板状の複数の斜板とを備えることを要旨とする。

基材シートに沿い、かつ搬送方向と直交する方向を幅方向としたとき、塗料の塗工幅は、軸方向におけるグラビアロールの寸法によって決まる。グラビアロールの寸法は、複数の斜板のうち軸方向の一端に位置する斜板の周縁部と、軸方向の他端に位置する斜板の周縁部との軸方向の距離によって決まる。この距離は、斜板の傾斜角度によって変化するため、斜板の傾斜角度を変更することで、塗料の塗工幅を調整できる。

また、グラビア塗工装置について、前記斜板の傾斜角度は、前記基材シートに転写された前記塗料の幅の測定結果に基づいて、前記グラビアロールを回転させた状態で変更されるのが好ましい。

これによれば、塗料の塗工幅の測定結果に基づいて斜板の傾斜角度を変更することができる。また、グラビアロールを回転させた状態で斜板の傾斜角度を変更するため、製造ラインを停止させることなく塗料の塗工幅を調整でき、塗料が転写された基板シートの生産性を低下させない。

また、グラビア塗工装置について、前記回転軸は、前記軸方向に往復移動可能であるのが好ましい。
回転軸が軸方向に往復移動できない場合、塗料は、グラビアロールの回転に伴って幅方向に往復移動しながら転写される。一方、回転軸が軸方向に往復移動可能な場合、塗料を幅方向で一定の位置に転写できる。よって、幅方向において塗料が常に塗工される範囲を一定にできる。

また、グラビア塗工装置について、前記斜板は、周縁部に溝を有するのが好ましい。
これによれば、各斜板が備える溝によって、グラビアパターンの一部を構成することができる。

また、グラビア塗工装置について、集電体と、該集電体の少なくとも片面に設けられた活物質層と、該活物質層の表面に設けられた保護層と、を有する電極を製造するために使用され、前記基材シートは前記集電体と前記活物質層を含む電極前駆体であり、前記塗料は前記保護層を形成するためのセラミックスラリーであるのが好ましい。

これによれば、電極前駆体における活物質層の表面に転写されたセラミックスラリーの幅を調整できる。

本発明によれば、塗料の塗工幅を調整できる。

電極の斜視図。 実施形態のグラビア塗工装置を模式的に示す断面図。 実施形態のグラビア塗工装置の平面図。 （ａ）は塗工幅が最大のときのグラビアロールの概略平面図、（ｂ）はグラビアロールの断面図。 （ａ）は塗工幅が最小のときのグラビアロールの概略平面図、（ｂ）はグラビアロールの断面図。 別例のグラビアロールの断面図。

以下、グラビア塗工装置を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
蓄電装置としての二次電池は、図示しないが、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間をセパレータで絶縁した状態で交互に積層された積層タイプである。

図１に示すように、二次電池用の電極１０は、矩形状の集電体としての金属箔１１と、金属箔１１の両面に設けられた矩形状の活物質層１２と、活物質層１２の表面に設けられた保護層１９と、を備えている。電極１０は、その一辺に沿って、活物質層１２が設けられず、金属箔１１が露出した未塗工部１３を有する。そして、電極１０において、未塗工部１３の一部には、集電タブ１４が突出する状態に設けられている。本実施形態においては、負極の電極１０に、活物質層１２の表面全体と未塗工部１３の一部を覆う保護層１９を備えている。保護層１９は、セラミック粒子としてのアルミナ粒子と樹脂製のバインダとを含み、バインダを介してアルミナ粒子同士、又はアルミナ粒子と活物質層１２表面の活物質粒子とが結合して層構造を有する。

上記構成の電極１０の製造方法は、電極としての負極を形成し得る基材シートとしての帯状電極１６の片面に、塗料としてのセラミックスラリー１５を転写する塗工工程を有する。なお、図２に示すように、帯状電極１６は、金属箔１１を形成し得る長尺金属箔１６ａと、長尺金属箔１６ａの両面に設けられた活物質層１２とを有する。そして、塗工工程では、帯状電極１６における活物質層１２の表面にセラミックスラリー１５の塗工部１８が形成され、帯状電極１６と塗工部１８とを有する電極材料１７が形成される。

図示しないが、負極の電極１０の製造工程は、長尺金属箔１６ａの両面に活物質層１２を形成する工程、活物質層１２の表面に保護層１９を形成する工程、及び枚葉状の負極の電極１０を成形する工程と、を有する。具体的には、活物質ペーストを長尺金属箔１６ａに塗工した後、乾燥させ、長尺金属箔１６ａ上に活物質層前駆体を形成する。これを、プレス工程にて、ロールプレス機に通すことで、活物質層前駆体の活物質密度を上げ、所定の密度と厚みを有する活物質層１２が形成される。

また、これにより負極の電極前駆体である帯状電極１６が形成される。次に、活物質層１２が形成された帯状電極１６を、セラミックスラリー１５のグラビア塗工装置２０に通し、保護層１９を形成する。なお、セラミックスラリー１５は、活物質層１２の表面全てを覆うように活物質層１２と未塗工部１３の一部に塗工されるが、図１では未塗工部１３への保護層１９の塗工は図示していない。

セラミックスラリー１５の塗工後、乾燥させることで、保護層１９が形成される。さらに、活物質層１２と保護層１９が形成された電極材料１７を、プレスカットにより負極の電極１０の形状に打抜き、成形することで、枚葉状の負極の電極１０が製造される。

図２及び図３に示すように、セラミックスラリー１５の塗工工程を行うためのグラビア塗工装置２０は、供給ロール２１を有し、この供給ロール２１には帯状電極１６が巻装されている。供給ロール２１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、グラビア塗工装置２０は、供給ロール２１の上方に巻取ロール２２を有し、この巻取ロール２２は、図示しない支持装置によって回転可能に支持されるとともに、一定の回転速度で回転する。さらに、グラビア塗工装置２０は、セラミックスラリー１５の転写位置で帯状電極１６を支持する一対のバックアップローラ２３を有する。そして、供給ロール２１、巻取ロール２２及びバックアップローラ２３が回転方向Ｙ１に回転し、供給ロール２１から供給された帯状電極１６が巻取ロール２２に巻き取られることによって、帯状電極１６は搬送される。本実施形態では、セラミックスラリー１５が帯状電極１６の活物質層１２に転写される位置（以下、転写位置Ｐとする）では、帯状電極１６は下から上に向けた搬送方向Ｘ１に搬送される。帯状電極１６に沿い、かつ搬送方向Ｘ１と直交する方向を幅方向Ｘ２とする。

グラビア塗工装置２０は、セラミックスラリー１５の貯留部２４と、円柱状のグラビアロール２５とを備える。貯留部２４は、下から上へと搬送される帯状電極１６のうち、一対のバックアップローラ２３に挟まれた部位の側方に配置されている。グラビアロール２５は、帯状電極１６と貯留部２４との間で回転可能に支持されている。グラビアロール２５は、周方向の一部が常に貯留部２４内に露出する状態に支持されている。グラビアロール２５と、一対のバックアップローラ２３は互いに平行に配置されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、グラビアロール２５は、回転軸３１と、複数の円板状の斜板３２と、ガイド部材３３とを備える。
回転軸３１は、軸方向が幅方向Ｘ２と一致するように配置されている（図３参照）。回転軸３１は、一端部に接続された図示しないモータによって回転方向Ｙ２に回転駆動される。回転軸３１の他端部には、連結体３４を介してリヤ軸部３５が連結固定されている。リヤ軸部３５には、筒状のガイドブッシュ３６が嵌合されている。ガイドブッシュ３６は、幅方向Ｘ２においてスライド可能に嵌合されている。連結体３４は、回転軸３１の軸方向に延びる長円状のガイド孔３４ａを有する。

斜板３２は、平面部が重なるように幅方向Ｘ２に沿って積層されている。斜板３２は、中心にガイドブッシュ３６が貫通する貫通孔３２ａを有する。各斜板３２は、ユニバーサルジョイント３７によってガイドブッシュ３６に取り付けられている。各斜板３２は、回転軸３１の軸方向に直交する方向（以下、軸直交方向）に対して傾斜可能である。軸直交方向に対する斜板３２の傾斜角度αは、図示しないアクチュエータによって変更可能である。アクチュエータは、図示しない制御部によって制御される。斜板３２は、軸直交方向に対して傾斜した状態で、回転軸３１からの駆動力を得て回転可能である。また、各斜板３２は、周縁部３２ｂに軸方向の一端から他端に向けて径が大きくなる傾斜面を有する。グラビアロール２５は、斜板３２の周縁部３２ｂによって構成された山部２５ａと、幅方向Ｘ２に隣り合う斜板３２の周縁部３２ｂによって構成された谷部２５ｂとを有する。山部２５ａ及び谷部２５ｂは、グラビアパターンを構成する。

ガイド部材３３は、斜板３２に当接するブリッジ３８と、連結体３４のガイド孔３４ａに挿通されるガイドピン３９とを有する。ブリッジ３８は、軸方向に積層された複数の斜板３２のうち、連結体３４に最も近い斜板３２の平面部に当接している。ガイドピン３９は、連結体３４のガイド孔３４ａにおいて移動可能である。ガイドピン３９は、端部にガイド孔３４ａから抜け落ちるのを規制する規制部３９ａを有する。ガイド孔３４ａにおけるガイドピン３９の位置は、斜板３２の傾斜角度αに応じて移動する。

そして、グラビアロール２５が回転すると、貯留部２４内のセラミックスラリー１５は、グラビアパターンに付着する。すなわち、貯留部２４内のセラミックスラリー１５は、グラビアロール２５の山部２５ａに付着するとともに、谷部２５ｂに入り込む。グラビアパターンに付着したセラミックスラリー１５は、グラビアロール２５の回転によって、貯留部２４内から帯状電極１６に向けて搬送される。転写位置Ｐにおいて、下から上へと搬送される帯状電極１６における活物質層１２の表面にセラミックスラリー１５が接触することで、活物質層１２の表面にセラミックスラリー１５が転写される。その結果、帯状電極１６にはセラミックスラリー１５の塗工部１８が形成される。なお、帯状電極１６の表面に付着させるセラミックスラリー１５の厚みは、グラビアロール２５の回転速度と帯状電極１６の搬送速度の関係によって決まる。

このようなグラビアロール２５において、塗工部１８の幅方向Ｘ２の寸法（以下、塗工幅Ｗという）は、グラビアロール２５の軸方向の寸法によって決まる。グラビアロール２５の軸方向の寸法は、幅方向Ｘ２の一端に位置する斜板３２の周縁部３２ｂと、幅方向Ｘ２の他端に位置する斜板３２の周縁部３２ｂとの軸方向の距離（以下、斜板距離Ｗａという）によって決まる。斜板距離Ｗａは、各斜板３２の傾斜角度αによって決まる（図３参照）。したがって、アクチュエータにより各斜板３２の傾斜角度αを変更することで、斜板距離Ｗａが変わり、塗工部１８の塗工幅Ｗを調整することができる。

ただし、斜板３２が傾斜しているとき、塗工部１８は、グラビアロール２５の回転に伴って幅方向Ｘ２に往復形成される。よって、塗工幅Ｗの両端部も幅方向Ｘ２に往復動作する。幅方向Ｘ２の一端に位置する斜板３２の周縁部３２ｂのうち、一端側に存在する部位を部位Ｐａ１とし、他端側に存在する部位を部位Ｐａ２とする。幅方向Ｘ２の他端に位置する斜板３２の周縁部３２ｂのうち、一端側に存在する部位を部位Ｐｂ１とし、他端側に存在する部位を部位Ｐｂ２とする。塗工部１８が幅方向Ｘ２の一端側に形成されるとき、塗工幅Ｗの一端は部位Ｐａ１となり、塗工幅Ｗの他端は部位Ｐｂ１となる。塗工部１８が幅方向Ｘ２の他端側に形成されるとき、塗工幅Ｗの一端は部位Ｐａ２となり、塗工幅Ｗの他端は部位Ｐｂ２となる。よって、セラミックスラリー１５が常に塗工される範囲は、部位Ｐａ２から部位Ｐｂ１までの範囲である。

次に、塗工幅Ｗが最大のときのグラビアロール２５、及び塗工幅Ｗが最小のときのグラビアロール２５について説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、塗工幅Ｗを最大にするとき、回転軸３１に対する斜板３２の傾斜角度αをα１にする。このとき、ガイド部材３３のガイドピン３９は、連結体３４のガイド孔３４ａにおいて回転軸３１の一端部側に位置する。塗工幅Ｗは、斜板距離Ｗａ１となる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、塗工幅Ｗを最小にするとき、回転軸３１に対する斜板３２の傾斜角度αを０にする。つまり、斜板３２は、平面部が軸直交方向に沿うように配置される。このとき、ガイド部材３３のガイドピン３９は、連結体３４のガイド孔３４ａにおいて斜板３２側に位置する。塗工幅Ｗは、Ｗａ１よりも小さい斜板距離Ｗａ２となる。

このように軸直交方向に対する斜板３２の傾斜角度αを変更することによって、斜板距離Ｗａが変更する。傾斜角度αを大きくするほど、斜板距離Ｗａは大きくなり、塗工幅Ｗは大きくなる。

グラビア塗工装置２０は、自動化することができ、例えば、斜板３２の傾斜角度αは、塗工幅Ｗの測定結果に基づいて、グラビアロール２５が回転した状態で変更される。
詳しくは、本実施形態のグラビア塗工装置２０は、塗工部１８の側方に配置された図示しないＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラに接続された図示しない判定部と、判定部に接続された制御部とを備える。ＣＣＤカメラは、帯状電極１６の活物質層１２の表面に塗工された塗工部１８を撮影する。判定部は、ＣＣＤカメラが撮影した塗工部１８から塗工幅Ｗを測定するとともに、測定した塗工幅Ｗと規定幅とを比較する。判定部は、塗工幅Ｗが規定幅よりも大幅に大きい場合、不良１と判定し、不良１に対応する信号を制御部に送信する。一方、塗工幅Ｗが規定幅よりも大幅に小さい場合、不良２と判定し、不良２に対応する信号を制御部に送信する。制御部は、不良１に対応する信号を受信すると、斜板３２の傾斜角度αが小さくなるように、すなわち斜板距離Ｗａが小さくなるようにアクチュエータを制御する。制御部は、不良２に対応する信号を受信すると、斜板３２の傾斜角度αが大きくなるように、すなわち斜板距離Ｗａが大きくなるようにアクチュエータを制御する。

次に、本実施形態の効果を作用とともに記載する。
（１）セラミックスラリー１５の塗工幅Ｗは、グラビアロール２５の寸法によって決まる。グラビアロール２５の寸法は、複数の斜板３２のうち軸方向の一端に位置する斜板３２の周縁部３２ｂと他端に位置する斜板３２の周縁部３２ｂとの軸方向の距離である斜板距離Ｗａによって決まる。斜板距離Ｗａは、斜板３２の傾斜角度αによって変化するため、斜板３２の傾斜角度αを変更すれば、セラミックスラリー１５の塗工幅Ｗを調整できる。

（２）斜板３２の傾斜角度αは、判定部による塗工幅Ｗの良否判定に基づいて、グラビアロール２５を回転させた状態で変更される。よって、製造ラインを停止させることなく塗工幅Ｗを調整でき、電極１０の生産性を低下させない。

（３）帯状電極１６における活物質層１２の表面に転写されたセラミックスラリー１５の塗工幅Ｗを調整できる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

○ セラミックスラリー１５の転写位置Ｐでは、帯状電極１６は水平方向に延びるように搬送されてもよい。この場合、グラビアロール２５及び貯留部２４は、帯状電極１６の下方に配置されるのが好ましい。

○ ＣＣＤカメラ、判定部、及び制御部は、省略してもよい。
○ 斜板３２の傾斜角度αは、手動で変更してもよい。
○ セラミックスラリー１５を塗工する際、回転軸３１を軸方向（幅方向Ｘ２）に往復移動させてもよい。この場合、グラビアロール２５の回転に伴って塗工部１８が幅方向Ｘ２に往復移動することを抑制できる。よって、幅方向Ｘ２においてセラミックスラリー１５が常に塗工される範囲を一定にできる。

○ 斜板３２の周縁部３２ｂの形状は、谷部２５ｂを構成できる範囲で変更してもよい。
○ 上記実施形態では、幅方向Ｘ２に隣り合う２枚の斜板３２によって谷部２５ｂを構成していたが、図６に示すように、１枚の斜板３２が周縁部に谷部２５ｂを構成する溝３２ｃを有していてもよい。

○ 集電体は、活物質層１２が形成できるものであれば、長尺金属箔１６ａに限定されるものではない。例えば、織物状や網状のシートを用いてもよい。
○ グラビア塗工装置２０は、電極１０の製造のために帯状電極１６の活物質層１２にセラミックスラリー１５を転写するものに具体化したが、これに限らない。塗料として活物質、粘着剤、塗料等を用い、これらを基材シートに転写する場合に、グラビア塗工装置２０を採用してもよい。

○ セラミックスラリー１５の転写は、帯状電極１６の長手方向に連続して行う連続塗工としたが、グラビアロール２５の回転を間欠的に停止させて、セラミックスラリー１５を帯状電極１６の長手方向に間隔を空けて塗布する間欠塗工としてもよい。

○ 電極１０は、金属箔１１の片面だけに活物質層１２及び保護層１９を有するものであってもよい。この場合、帯状電極１６の片面だけに活物質層１２が設けられるとともに、その活物質層１２にセラミックスラリー１５の塗工部１８が形成される。

○ 保護層１９は、正極の電極１０における活物質層１２の表面に設けられていてもよいし、負極と正極の両方の電極１０における活物質層１２の表面に設けられていてもよい。

○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いる電極の製造にグラビア塗工装置２０を採用してもよい。

１０…電極、１１…集電体としての金属箔、１２…活物質層、１５…塗料としてのセラミックスラリー、１６…基材シートとしての帯状電極、１９…保護層、２０…グラビア塗工装置、２４…貯留部、２５…グラビアロール、３１…回転軸、３２…斜板、３２ｂ…周縁部、３２ｃ…溝、α…傾斜角度。

Claims (5)

1. 塗料の貯留部と、
   搬送方向に搬送される基材シートに対して前記貯留部に貯留された塗料を転写するため、表面に前記貯留部の塗料が付着され、かつ回転可能なグラビアロールと、
   を備えたグラビア塗工装置であって、
   前記グラビアロールは、
   回転軸と、
   前記回転軸の軸方向に積層され、前記回転軸からの駆動力を得て回転し、前記軸方向に直交する方向に対して傾斜可能な円板状の複数の斜板と
   を備えることを特徴とするグラビア塗工装置。
2. 前記斜板の傾斜角度は、前記基材シートに転写された前記塗料の幅の測定結果に基づいて、前記グラビアロールを回転させた状態で変更される請求項１に記載のグラビア塗工装置。
3. 前記回転軸は、前記軸方向に往復移動可能である請求項１又は請求項２に記載のグラビア塗工装置。
4. 前記斜板は、周縁部に溝を有する請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のグラビア塗工装置。
5. 集電体と、該集電体の少なくとも片面に設けられた活物質層と、該活物質層の表面に設けられた保護層と、を有する電極を製造するために使用され、前記基材シートは前記集電体と前記活物質層を含む電極前駆体であり、前記塗料は前記保護層を形成するためのセラミックスラリーである請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のグラビア塗工装置。
   

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