JP6013603B2 - グラビアロール及びセパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
グラビア塗工に用いられるグラビアロールは、様々な使用用途で所望の塗工パターンや塗工量に応じて、表面の凹凸部のパターンや凹部の深さ等が種々選択される。
このようなセパレータを形成する際には、基材としての多孔質ポリオレフィンフィルムの表面に、シリカ粒子、アルミナ粒子等の無機フィラー及びバインダー樹脂を含む塗工液を塗工して耐熱層を形成する。耐熱層を形成するための塗工方法として、工業的に大面積なセパレータを生産する場合において、グラビア塗工は好適である。
(1)グラビア塗工の際にグラビアロール表面が、シリカ粒子やアルミナ粒子等の硬質な無機フィラーによって摩耗する、「ロール摩耗」が発生し、グラビアロールの下地金属由来の不純物が、セパレータに混入する。ロール摩耗は、特に基材フィルムと直接的に接触するグラビアロール表面の凸部の頂頭部に発生する。
(2)グラビアロールの表面に、無機フィラーが凝集して付着し、時間経過とともに塗工中のグラビアロールの凹部に目詰まりが生じる。
<1> 金属製のロール本体の外周面に、ロール本体の中心軸と所定角度をなす複数の斜線状凸部を有し、該複数の斜線状凸部のそれぞれの間に形成される複数の斜線状凹部に塗工液を保持可能なグラビアロールであって、
前記ロール本体の外周全表面がダイヤモンドライクカーボン(DLC)層を有し、かつ、前記複数の斜線状凸部のそれぞれが、頂頭部が切頭され、頂頭部方向に向かうに従って徐々に幅が狭くなる台形型の断面形状を有してなるグラビアロール。
<2> 前記DLC層が、撥水性のあるDLC層である<1>に記載のグラビアロール。
<3> 前記DLC層の厚みが、0.1μm以上3.0μm以下である<1>または<2>に記載のグラビアロール。
<4> 前記ロール本体の外周表面と前記DLC層の間に中間層を有する<1>から<3>のいずれかに記載のグラビアロール。
<5> 前記中間層が、硬質クロムからなる<4>に記載のグラビアロール。
<6> 前記中間層の厚みが、10μm以上30μm以下である<5>に記載のグラビアロール。
<7> 前記複数の斜線状凹部のそれぞれが、台形型の断面形状を有する<1>から<6>のいずれかに記載のグラビアロール。
DLC層を構成するDLC(ダイヤモンドライクカーボン)は、ダイヤモンド状の炭素−炭素結合を含む炭素材料であり、高硬度で優れた耐摩耗性、低い摩擦係数、化学的に不活性で安定、腐食性雰囲気中でも侵されないなど、様々な特性をバランスよく備えている。なお、DLC層は、化学蒸着法(CVD)等の公知の製膜方法によって形成することができる。
そのため、DLC層は、金属製のロール本体を硬質の無機フィラーから保護する保護層として機能すると同時に、塗工対象の基材フィルムやドクターブレードとの摺動時に相手側の摩耗や損傷を抑制することができる。
DLCは、上述のように優れた耐摩耗性、耐薬品性などを有すが、グラビアロール表面のDLC層に、水系溶媒の塗工液が表面に付着し、無機フィラーが凝集することがある。そうなると、グラビアロールに保持される塗工液量が変動するため、安定した塗工を実施することができない。
そこで、DLC層を撥水性のあるDLC層とすることにより、水系溶媒の塗工液を使用した場合でも無機フィラーが付着しづらくなり、目詰まりがより起こりづらくなり、優れた塗工性が持続する。DLC層を撥水性のあるDLC層とするには、例えば、DLC層形成時にフッ素ドープすればよい。
そこで、DLC層とロール本体との密着性を高め、かつ、DLC層の欠陥部から塗工液が浸透した場合でも、下地のロール本体の金属材料と塗工液が直接接触することが回避するために、本発明のグラビアロールは、ロール本体の外周表面とDLC層の間に中間層を有することが好ましい。
前記複数の斜線状凸部のそれぞれの間に形成される複数の斜線状凹部は、断面台形の形状であると、斜線状凹部の溝底部に塗工液の残存することがなくなり、目詰まりの発生がより抑制される。
<8> <1>から<7>のいずれかに記載のグラビアロールを用いて塗工液を基材フィルムに塗工するセパレータの製造方法。
<9> 塗工液が無機フィラーを含む<8>に記載のセパレータの製造方法。
<10> 100m間隔で測定した、長さ方向におけるセパレータの目付けの、最大値と最小値との差が2g/m2以下となるように無機フィラーを含む塗工液を基材フィルムに塗工し、基材フィルムの表面に無機フィラーを含む耐熱層が形成する工程を有する<9>に記載のセパレータの製造方法。
<11> 基材フィルムの表面に、無機フィラーを含む耐熱層が形成されたセパレータであって、100m間隔で測定した、長さ方向におけるセパレータの目付けの、最大値と最小値との差が2g/m2以下であるセパレータ。
そのため、本発明のセパレータの製造方法によれば、均一な量の塗工液を安定的に基材フィルム表面にグラビア塗工することができるため、品質が均一なセパレータを生産性よく製造することができる。特には、100m間隔で測定した、長さ方向におけるセパレータの目付けの、最大値と最小値との差が2g/m2以下であるセパレータを製造することができる。
2 バックアップロール
3 ドクターブレード
10 ロール本体
11 DLC層
12 中間層
20 斜線状凸部
20a 頂頭部
30 斜線状凹部
30a 溝底部
100 グラビア塗工装置
S 塗工液
F 基材フィルム
T 斜線状凸部の頂頭部間の距離
H 斜線状凹部の高さ
W 頂頭部の幅
W’ 斜線状凹部の溝底部の幅
なお、以下の実施形態において、二次電池のセパレータにおける、多孔質ポリオレフィンフィルムに対して耐熱層の塗工する場合について例示説明するが、これは本発明のグラビアロールの好適な対象としての例示であり、本発明のグラビアロールの使用用途はこれに限定されない。
本発明の実施の形態1に係るグラビアロールを備えたグラビア塗工装置100の使用状態を、図1に基づいて説明する。
グラビアロール1は、詳しくは後述するように複数の斜線状凹部を有しており、その下部が塗工液Sに浸漬されるように配置した状態で、回転駆動装置(図示せず)により回転させることにより、斜線状凹部に塗工液を保持した状態で、基材フィルムFに塗工液Sを塗工する。
なお、バックアップロール2は、グラビアロール1による基材フィルムFへの塗工を安定化させるものであり、ドクターブレード3は、グラビアロール1の表面に保持された塗工液の量を調整するために使用されるものである。
無機フィラーとしては、シリカ粒子、チタニア粒子及びアルミナ粒子等が挙げられる。バインダー樹脂としては、カルボキシメチルセルロース及びポリビニルアルコール等の水溶性樹脂、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム等のゴム、及び、アクリル樹脂などが挙げられる。なお、バインダー樹脂は溶媒に溶解せずにエマルジョンとして微分散していてもよい。無機フィラー及びバインダー樹脂として、具体的には、特開2013−46998号公報に記載されている無機フィラー及びバインダー樹脂が好適な一例として挙げられる。
図2はグラビアロール1の斜視図であり、図3はグラビアロール1の外周面の複数の斜線状凸部20及び複数の斜線状凹部30の拡大断面図である。なお、図3において、グラビアロールの湾曲は省略記載している。
なお、距離T及び高さHは、斜線状凹部30の容量を規定するものであり、目的とする塗工液の保持量、すなわち、一回の塗工での塗工量を考慮して適宜決定される。通常、頂頭部20aの幅Wは10〜50μm、斜線状凸部の頂頭部間の距離Tが100〜500μmであり、斜線状凹部の高さHが100〜300μmである。
つまり、本発明のグラビアロールによれば、硬質の無機フィラーを含む塗工液を使用しても、ロール本体が摩耗しづらく、かつ、塗工対象の基材フィルムと接触しても、基材フィルムを傷つけることを回避することができ、安定的にグラビア塗工を行うことができるため、前記差が小さい、品質が均一なセパレータを得ることができる。
本発明の実施形態2に係るグラビアロールについて、図面に基づいて説明する。なお、本発明の実施形態2に係るグラビアロール及び該グラビアロールを有するグラビア塗工装置の基本構成は、上記本発明の実施形態1で説明した図1及び図2と同一であるので、共通する内容については適宜説明を簡略化、あるいは省略する。
なお、距離T及び高さH及び溝底部の幅W’は、斜線状凹部30の容量を規定するものであり、目的とする塗工液の保持量、すなわち、一回の塗工での塗工量を考慮して適宜決定される。通常、斜線状凸部の頂頭部間の距離Tが100〜500μmであり、斜線状凹部の高さHが100〜300μmであり、溝底部の幅W’が50〜200μmである。
つまり、本発明のグラビアロールによれば、硬質の無機フィラーを含む塗工液を使用しても、ロール本体が摩耗しづらく、かつ、塗工対象の基材フィルムと接触しても、基材フィルムを傷つけることを回避することができ、安定的にグラビア塗工を行うことができるため、前記差が小さい、品質が均一なセパレータを得ることができる。
セパレータから、一辺の長さが0.08mの正方形のサンプルを切り出し、切り出したサンプルの重量W(g)を測定した。得られたW(g)をセパレータの面積S(m2)(=0.08×0.08)で除してセパレータの目付(W/S)を算出した。
高分子量ポリエチレン粉末(GUR4032(ティコナ株式会社製))を70重量%、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115(日本精鑞株式会社製))30重量%、この高分子量ポリエチレン粉末とポリエチレンワックスの合計100重量部に対して、酸化防止剤(Irg1010(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製))0.4重量部、酸化防止剤(P168(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製))0.1重量部、ステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加え、さらに全体積に対して38体積%となるように平均粒径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム株式会社製)を加え、これらを粉末のままヘンシェルミキサーで混合した後、二軸混練機で溶融混練してポリオレフィン樹脂組成物とした。
「水:イソプロピルアルコール」の重量比が「95:5」である媒体に、固形分濃度が28重量%となるようにカルボキシメチルセルロース(CMC)(1110(ダイセルファインケム株式会社製)、真比重:1.6g/cm3)とアルミナ粉末(AKP3000(住友化学株式会社製)、真比重:4.0g/cm3)と、を「3:100」の重量比で添加、混合して、塗工液(A)を調製した。
上記実施の形態1のグラビアロールを備えたグラビア塗工機を用いて、塗工液を基材フィルムに塗工した。なお、DLC層11の厚みは、光学干渉式測定器(有限会社オプトエレクトロニクスラボラトリ製MODEL:EL2)を使用して測定した。また、中間層12の厚みは、レーザー変位計を使用して測定した。
まず、基材フィルムであるコロナ処理を行った多孔質ポリオレフィンフィルム(A)の片面に、塗工液(A)を塗工し、その後、塗工された塗工液を70℃で乾燥することによって、長さ1500mのセパレータ(A)を得た。
DLC層を備えない以外は上記実施の形態1のグラビアロールと同一のグラビアロールを備えたグラビア塗工機を用いて、コロナ処理を行った多孔質ポリオレフィンフィルム(A)の片面に、塗工液(A)を塗工し、その後、塗工された塗工液を70℃で乾燥することによって、長さ1500mのセパレータ(B)を得た。
Claims (9)
- 表面に凹凸加工が施されたグラビアロールを、硬質の無機フィラーを含む塗工液に浸し、グラビアロール表面の凹部に前記塗工液を一旦保持した後、連続搬送する基材フィルムにグラビアロールが接触することによって凹部に保持された前記塗工液を基材フィルム上に塗工する、グラビア塗工に用いられるグラビアロールであり、
金属製のロール本体の外周面に、ロール本体の中心軸と所定角度をなす複数の斜線状凸部を有し、該複数の斜線状凸部のそれぞれの間に形成される複数の斜線状凹部に前記塗工液を保持可能なグラビアロールであって、
前記ロール本体の外周全表面がダイヤモンドライクカーボン(DLC)層を有し、かつ、前記複数の斜線状凸部のそれぞれが、頂頭部が切頭され、頂頭部方向に向かうに従って徐々に幅が狭くなる台形型の断面形状を有してなることを特徴とするグラビアロール。 - 前記DLC層が、撥水性のあるDLC層である請求項1に記載のグラビアロール。
- 前記DLC層の厚みが、0.1μm以上3.0μm以下である請求項1または2に記載のグラビアロール。
- 前記ロール本体の外周表面と前記DLC層の間に中間層を有する請求項1から3のいずれかに記載のグラビアロール。
- 前記中間層が、硬質クロムからなる請求項4に記載のグラビアロール。
- 前記中間層の厚みが、10μm以上30μm以下である請求項5に記載のグラビアロール。
- 前記複数の斜線状凹部のそれぞれが、台形型の断面形状を有する請求項1から6のいずれかに記載のグラビアロール。
- 請求項1から7のいずれかに記載のグラビアロールを用いて硬質の無機フィラーを含む塗工液を基材フィルムに塗工するセパレータの製造方法。
- 100m間隔で測定した、長さ方向におけるセパレータの目付けの、最大値と最小値との差が2g/m2以下となるように、無機フィラーを含む塗工液を基材フィルムに塗工し、基材フィルムの表面に無機フィラーを含む耐熱層が形成する工程を有する請求項8に記載のセパレータの製造方法。
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