JP6846569B2 - 塗工装置、及び塗工方法 - Google Patents
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Description
前記チャンバ内部に充填される前記塗工液に接触するように配置され、前記塗工液を外周面に付着させて、回転させることで被塗工材に転写させる転写ロールと、
前記チャンバに前記塗工液を供給する供給口とを備え、
前記供給口が主供給口と補助供給口とを有し、
前記転写ロールが回転方向に対して傾斜する溝を外周面に有し、
前記補助供給口が、前記チャンバの横方向において、中央部よりいずれか一方の端部側にずれて配置され、前記一方の端部は、前記転写ロールの回転方向に沿って前記溝を下から上に見たときに、前記溝が向かう側の端部である、塗工装置。
[2]前記チャンバの横方向において、前記供給口からの前記塗工液の供給量が、前記一方の端部側が、他方の端部側より多くなる上記[1]に記載の塗工装置。
[3]前記補助供給口が、前記中央部と前記一方の端部の間に配置される上記[1]又は[2]に記載の塗工装置。
[4]前記チャンバ内部に充填される前記塗工液に接触する位置よりも回転方向下流側で、かつ前記塗工液を前記被塗工材へ転写する位置よりも回転方向上流側において、前記転写ローラに付着された塗工液を掻き取るブレードをさらに備える上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の塗工装置。
[5]前記塗工液の粘度が、1700〜2300mPa・sである上記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の塗工装置。
[6]前記補助供給口からの前記塗工液の供給量は、前記主供給口からの前記塗工液の供給量の0.02〜0.2である上記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の塗工装置。
[7]前記主供給口は、1以上の供給口からなり、前記補助供給口からの供給量が、前記主供給口を構成するいずれの供給口の供給量よりも少ない上記[1]〜[6]のいずれか1項に記載の塗工装置。
[8]前記被塗工材が、リチウムイオン二次電池用電極材である上記[1]〜[7]のいずれか1項に記載の塗工装置。
[9]前記チャンバから溢れた前記塗工液を循環させて、前記補助供給口より供給させる循環ラインを備える上記[1]〜[8]のいずれか1項に記載の塗工装置。
[10]塗工液が内部に充填されるチャンバと、
前記チャンバ内部に充填される前記塗工液に接触するように配置され、前記塗工液を外周面に付着させて、回転させることで被塗工材に転写させる転写ロールと、
前記チャンバに前記塗工液を供給する供給口とを備え、
前記転写ロールが回転方向に対して傾斜する溝を外周面に有する塗工装置を用いて、前記被塗工材に対して塗工を行う塗工方法であって、
前記チャンバの横方向において、前記供給口からの前記塗工液の供給量を、一方の端部側を他方の端部側より多くし、
前記一方の端部は、前記転写ロールの回転方向に沿って前記溝を下から上に見たときに、前記溝が向かう側の端部である、塗工方法。
[11]前記供給口が主供給口と補助供給口とを有し、
前記補助供給口が、前記チャンバの横方向において、中央部より前記一方の端部側にずれて配置される、上記[10]に記載の塗工方法。
[12]塗工液が内部に充填されるチャンバと、
前記チャンバ内部に充填される前記塗工液に接触するように配置され、前記塗工液を外周面に付着させて、回転させることで被塗工材に転写させる転写ロールと、
前記チャンバに前記塗工液を供給する供給口とを備え、
前記転写ロールが回転方向に対して傾斜する溝を外周面に有し、
前記チャンバの横方向において、前記供給口からの前記塗工液の供給量が、一方の端部側が、他方の端部側より多くなり、
前記一方の端部は、前記転写ロールの回転方向に沿って前記溝を下から上に見たときに、前記溝が向かう側の端部である、塗工装置。
[13]上記[1]〜[9]、及び上記[12]のいずれか1項に記載の塗工装置を用いて、前記被塗工材に塗工を行う、塗工方法。
以下、本発明の塗工装置及び塗工方法に関して、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る塗工装置10を示す側面図である。
図1に示すように、塗工装置10は、チャンバ11、転写ロール12、供給口13、ブレード14などを備える。チャンバ11は、内部に塗工液Aが充填された容器であって、液受けパンなどとも呼ばれることもある。転写ロール12は、チャンバ11の上方に配置される。転写ロール12は、チャンバ11内部に充填される塗工液Aに接触するように、少なくとも一部がチャンバ11内部に配置される。転写ロール12は、塗工液Aを外周面12Aに付着させて、回転させることで被塗工材Bに転写させる。
また、本明細書においては、特に断りの無い限り、便宜上“左”、“右”と述べた場合、それぞれ、チャンバ11の後方側から見たときの“左”、”右“を意味する。
排出用パン21は、チャンバ11の後方側に設けられるとよい。チャンバ11内部の塗工液Aは、転写ロール12の回転によって、溢れることがあるが、転写ロール12の下側は、前方から後方に向けて回転されるので、塗工液Aはチャンバ11の後方側から溢れることが多い。したがって、排出用パン21を後方側に配置させることで、チャンバ11から溢れた塗工液Aを効率よく受け止めることができる。
溝25は、特に限定されないが、例えば、幅300〜1000μm、深さ10〜1000μm、軸方向に沿う溝ピッチ50〜400個/インチとすればよい。また、転写ロール12の外径は、例えば、3〜10cm、軸方向における長さは30〜200cmであればよい。
このように、主供給口31に重ならない位置は、塗工液Aの液面が低くなりやすい位置であり、そのような位置に補助供給口32を配置することで、チャンバ11内部における塗工液Aの偏在を発生させにくくする。また、中央供給口31Aと第1の端部側供給口32Bの間の位置は、チャンバ11内の液面が最も低くなりやすい位置であり、その位置に補助供給口32を配置することで、チャンバ11内部における塗工液Aの偏在をより発生させにくくする。
なお、溝25が向かう端部側の主供給口(すなわち、第1の端部側供給口31B)からの供給量は、反対側の端部側の主供給口(すなわち、第2の端部側供給口31C)からの供給量に対して、特に限定されないが、1.5〜5倍が好ましく、2〜4倍が好ましい。
チャンバ11内の液面が均一な高さになると、被塗工材Bに形成される塗膜にスジがついたり、塗りむらが生じたりすることが防止される。また、塗工液Aの偏在を防止するために、転写ロール12の回転速度を速くする必要がなく、回転速度の増加に伴ってチャンバ11から塗工液Aが大量に溢れたりすることも防止し、塗工性能が優れたものとなる。
また、塗工液Aの被塗工材Bへの塗工量は、例えば0.1mg/cm2以上であるが、好ましくは0.15mg/cm2以上、より好ましくは0.2mg/cm2以上、更に好ましくは0.3mg/cm2以上である。また、塗工量は、例えば、0.6mg/cm2以下である。このような塗工量とすることで、適切な厚さを有する電極活物質層、絶縁層などを形成可能である。
被塗工材Bの厚さは特に限定されないが、例えば、1〜5000μm、好ましくは10〜200μm程度である。
塗工液Aは、電極、特にリチウムイオン二次電池用電極の一部を構成する電極材料用の塗工液がよく、例えば、電極活物質層形成用塗工液、絶縁層形成用塗工液などが好ましい。電極活物質層形成用塗工液は、電極材上に電極活物質層を形成するための塗工液あって、電極活物質と、電極活物質を結着させるための樹脂バインダーとを含み、さらに任意で導電助剤などのこれら以外の成分を含有してもよい。電極活物質は、負極活物質、正極活物質のいずれでもよい。
また、絶縁層形成用塗工液は、電極材に絶縁層を形成するための塗工液であって、絶縁性粒子と、絶縁性粒子を結着させるための樹脂バインダーとを含み、さらに任意でこれら以外の成分を含有してもよい。なお、絶縁層とは、電極と、セパレータ間の絶縁性を確保するために、電極材に設けられる層である。
電極活物質層形成用塗工液、及び絶縁層形成用塗工液は、一般的にスラリー液である。
例えば、塗工装置10においては、塗工液Aの粘度に応じて、チャンバ11内部における塗工液Aの偏在状態が異なり、低粘度のときには、塗工液Aの偏在は少なくなり、高粘度のときには塗工液Aの偏在は大きくなり、上記した局所的に液面高さが低くなる部分が生じやすい。
したがって、例えば、塗工液Aが所定の粘度(例えば、1700mPa・s)未満のときには、補助供給口32からの供給を停止して、主供給口31のみから塗工液Aを供給する。一方、塗工液Aが所定の粘度(例えば、1700mPa・s)以上のときには、主供給口31に加えて補助供給口32からも塗工液Aの供給を行う。
このような構成により、高粘度のとき、補助供給口32からの塗工液の供給により、塗工液Aの偏在をより有効に防止できる。一方で、塗工液が低粘度のときに補助供給口32から塗工液を供給しないことで、低粘度のときに生じる少ない偏在に合わせて、チャンバ11内部における塗工液Aの偏在を有効に防止できる。すなわち、本実施形態では、主供給口31を構成する各供給口31A〜31Cよりも供給量が少ない補助供給口32を設け、かつ補助供給口32への供給の有無を変更することで、例えば塗工液の性状に応じてチャンバ11への塗工液Aの供給を細かく調整できるので、簡単な制御により塗工性能を良好にすることができる。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る塗工装置40を示す。なお、以下の説明では、第1の実施形態と異なる構成を有する部材については異なる符号を付す。また、同じ構成を有する部材については同じ符号を付し、第1の実施形態と同様の構成を有する部材についてはその説明を省略する。
本実施形態でも、溝45の傾斜する向きに合わせて、供給口からの供給量が設定されることで、チャンバ11内における塗工液Aの偏在が防止されて、チャンバ11内の液面高さが均一となり、塗工性能が優れたものとなる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図4は、本発明の第3の実施形態に係る塗工装置60を示す。第1の実施形態における塗工装置10では、排出口22から排出された塗工液は、貯蔵タンクに戻されたが、本実施形態では、貯蔵タンクに戻されずに、図4に示すように、循環ライン61を通って、供給口13、具体的には、補助供給口32から再度チャンバ11内に戻される。すなわち、補助供給口32は、貯蔵タンクから送出された一定量の塗工液Aを供給する代わりに、循環ライン61によって循環された塗工液をチャンバ11内部に供給するとよい。
このような構成によれば、塗工液Aの補助供給口32からの供給量は、チャンバ11から溢れた量に応じたものになるので、チャンバ11内部の塗工液Aの実際の偏在状態に応じて、塗工液Aが補助供給口32から供給されることになり、塗工性が良好となりやすい。
また、主供給口31からの塗工液の供給量も上記第1の実施形態で説明したとおりに適宜設定されればよい。
上記各実施形態では、補助供給口が設けられ、また、主供給口からの供給量を適宜調整することで、上記のようにチャンバ11内部の塗工液Aの偏在が防止される。そのため、チャンバの側面の高さをそれほど高くしなくても、転写ロール12の回転によってチャンバ11から塗工液Aが溢れ出にくくなる。したがって、排出用パン21が省略されても大量の塗工液Aが外部に漏れるなどの不具合が生じにくくなる。
具体的には、主供給口が1つである場合には、図5(A)に示すように、その供給口は、中央供給口36Aとして中央部11Cに配置されるとよい。主供給口が2つである場合には、図5(B)に示すように、中央部11Cを挟み込むように第1及び第2の中央供給口37A、37Bが設けられればよい。第1及び第2の中央供給口37A、37Bは、互いに同一の供給量としてもよいし、上記第1の実施形態で示したように、転写ロールの溝の向く方向に合わせて供給量が調整されてもよい。なお、本明細書では、中央部11Cに主供給口を構成する供給口が無い場合には、中央部11Cより端部11A側,中央部11Cより端部11B側それぞれにおいて、中央部11Cに最も近い位置にある供給口を中央供給口として定義され、図5(B)に示す供給口37A、37Bは中央供給口とする。
この場合には、例えば、第1及び第2の中央供給口38A、38Bの合計供給量が、上記各実施形態の中央供給口31Aと同様の供給量となるように適宜供給量が設定されればよい。また、第1及び第2の端部側供給口38C、38Dは、それぞれ第1及び第2の端部側供給口31B,31Cそれぞれと同様の供給量となるように適宜供給量が設定されればよい。供給口38A〜38Dは、通常、横方向において等間隔に配置される。
この場合には、例えば、中央供給口39Aの供給量が、上記各実施形態の中央供給口31Aと同様の供給量となるように適宜供給量が設定されればよい。また、第1及び第2の端部側供給口39B、39Cの合計供給量が、第1の端部側供給口31Bと同様の供給量となるように、また、第3及び第4の端部側供給口39D、39Eの合計供給量が、第2の端部側供給口31Cと同様の供給量となるように適宜供給量が設定されればよい。
この場合も、例えば、中央供給口の供給量が、上記各実施形態の中央供給口31Aと同様の供給量となるように適宜供給量が設定されればよい。また、中央部11Cと端部11Aの間の端部側供給口の合計供給量が、第1の端部側供給口31Bと同様の供給量となるように、また、中央部11Cと端部11Bの間の端部側供給口の合計供給量が、第2の端部側供給口31Cと同様の供給量となるように適宜供給量が設定されればよい。
図5(A)〜(D)の各構成において、又は主供給口が6つ以上の構成において、補助供給口は、上記各実施形態と同様に配置されればよく、例えば、横方向において、主供給口を構成する各供給口とは重ならない位置に配置されるとよい。
図1、2に示す塗工装置を用いて、塗工液Aの被塗工材Bに対する塗工試験を実施した。塗工液Aとしては、アルミナと、樹脂バインダーとを含み、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンで希釈した、濃度19質量%のスラリー液(絶縁層形成用塗工液)を用意した。塗工液Aの25℃における粘度は、2000mPa・sであった。被塗工材Bとしては、厚さ15μmのアルミ箔上に正極活物質層を50μm塗工したものを用意した。塗工装置10においては、転写ロールの外径は60mm、軸方向における長さ70cm、溝25の深さ150μm、溝ピッチ80個/インチであり、チャンバ11の容量は5Lであった。
塗工装置10において、主供給口31を構成する供給口31B,31A,31Cは、横方向に等間隔に並べられ、補助供給口32は、第1の端部側供給口31Bと中央供給口31Aの間に配置されていた。
本実施例の塗工装置は以下の評価基準で評価した。
<高速塗工性>
各実施例に記載のチャンバ、転写ロール(グラビアロール)、給液条件、及び以下の塗工条件にて、正極活物質層(被塗工材B)上に塗工液Aを塗工した。
(塗工条件)
塗工速度:任意
グラビアロールの回転速度:140%
被塗工材Bの幅:500mm
塗工を開始し、被塗工材Bを1000m塗工するまでに、被塗工材B上に塗工液Aが塗られていない部分が幅方向に50mm以上出現する塗工速度を上げて以下の評価基準で評価した。
(評価基準)
A:25m/min以上
B:20m/min以上25m/min未満
C:15m/min以上20m/min未満
D:15m/min未満
各実施例に記載のチャンバ、転写ロール(グラビアロール)、給液条件、及び以下の塗工条件にて、正極活物質層(被塗工材B)上に塗工液Aを塗工した。
(塗工条件)
塗工速度:20m/min
グラビアロールの回転速度:140%
被塗工材Bの幅:500mm
塗工を開始し、被塗工材Bを30〜100m塗工したときの、被塗工材B上に対する塗工液Aの塗工重量を測定し、以下の評価基準で評価した。計算方法は下記で表される。
(塗工重量)={(塗工後の重量)―(塗工前の重量)}÷(面積)
同一部分の重量測定ができない場合は、グラビアロールを被塗工材Bに意図的に接触させない部分を形成するなどして、未塗工部を塗工部の近傍に形成し、塗工後に切り取って測定、比較することで塗工重量とする。
(評価基準)
A:0.3mg/cm2以上
B:0.2mg/cm2以上0.3mg/cm2未満
C:0.15mg/cm2以上0.2mg/cm2未満
D:0.15mg/cm2未満
実施例2、3は、スラリー液の濃度をそれぞれ17質量%、16質量%にして、塗工液Aの粘度を表1に示すとおりに変更した点を除いて実施例1と同様に実施した。
補助供給口32からの塗工液の供給量を表1に示すとおりとなるように設計した以外は実施例1と同様に実施した。
補助供給口32から塗工液を供給しなかった点を除いて実施例1と同様に実施した。
主供給口31を構成する第1の端部側供給口31B,中央供給口31Aの供給量が表1に記載されるとおりとなるように設計した以外は、実施例6と同様に実施した。
また、各実施例に示すように、補助供給口から塗工液を供給させ、かつ、補助供給口からの供給量と主供給口からの供給量の比、及び塗工液の粘度を所定の範囲に調整することで、塗工量、及び高速塗工性が優れたものとなった。
11 チャンバ
11A,11B 端部
11C 中央部
12、42 転写ロール
13 供給口
14 ブレード
20 バックアップロール
21 排出用パン
22 排出口
25、45 溝
31 主供給口
32、52 補助供給口
31A、36A、37A、37B、38A、38B、39A 中央供給口
31B、38C、39B 第1の端部側供給口
31C、38D、39C 第2の端部側供給口
39D 第3の端部側供給口
39E 第4の端部側供給口
61 循環ライン
A 塗工液
B 被塗工材
Claims (12)
- 塗工液が内部に充填されるチャンバと、
前記チャンバ内部に充填される前記塗工液に接触するように配置され、前記塗工液を外周面に付着させて、回転させることで被塗工材に転写させる転写ロールと、
前記チャンバに前記塗工液を供給する供給口とを備え、
前記供給口が主供給口と補助供給口とを有し、
前記転写ロールが回転方向に対して傾斜する溝を外周面に有し、
前記補助供給口が、前記チャンバの横方向において、中央部よりいずれか一方の端部側にずれて配置され、前記一方の端部は、前記転写ロールの回転方向に沿って前記溝を下から上に見たときに、前記溝が向かう側の端部であり、
前記チャンバの横方向が、前記転写ロールの軸に沿う方向であり、
前記主供給口は、1以上の供給口からなり、前記補助供給口からの供給量が、前記主供給口を構成するいずれの供給口の供給量よりも少なく、かつ
前記補助供給口が、前記チャンバの横方向において、前記主供給口を構成する各供給口とは重ならないように配置される塗工装置。 - 前記チャンバの横方向において、前記供給口からの前記塗工液の供給量が、前記一方の端部側が、他方の端部側より多くなる請求項1に記載の塗工装置。
- 前記補助供給口が、前記中央部と前記一方の端部の間に配置される請求項1又は2に記載の塗工装置。
- 前記チャンバ内部に充填される前記塗工液に接触する位置よりも回転方向下流側で、かつ前記塗工液を前記被塗工材へ転写する位置よりも回転方向上流側において、前記転写ローラに付着された塗工液を掻き取るブレードをさらに備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の塗工装置。
- 前記塗工液の粘度が、1700〜2300mPa・sである請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗工装置。
- 前記補助供給口からの前記塗工液の供給量は、前記主供給口からの前記塗工液の供給量の0.02〜0.2である請求項1〜5のいずれか1項に記載の塗工装置。
- 前記被塗工材が、リチウムイオン二次電池用電極材である請求項1〜6のいずれか1項に記載の塗工装置。
- 前記チャンバから溢れた前記塗工液を循環させて、前記補助供給口より供給させる循環ラインを備える請求項1〜7のいずれか1項に記載の塗工装置。
- 塗工液が内部に充填されるチャンバと、
前記チャンバ内部に充填される前記塗工液に接触するように配置され、前記塗工液を外周面に付着させて、回転させることで被塗工材に転写させる転写ロールと、
前記チャンバに前記塗工液を供給する供給口とを備え、
前記転写ロールが回転方向に対して傾斜する溝を外周面に有する塗工装置を用いて、前記被塗工材に対して塗工を行う塗工方法であって、
前記チャンバの横方向において、前記供給口からの前記塗工液の供給量を、一方の端部側を他方の端部側より多くし、
前記一方の端部は、前記転写ロールの回転方向に沿って前記溝を下から上に見たときに、前記溝が向かう側の端部であり、
前記供給口が主供給口と補助供給口とを有し、
前記補助供給口が、前記チャンバの横方向において、中央部より前記一方の端部側にずれて配置され、
前記チャンバの横方向が、前記転写ロールの軸に沿う方向であり、
前記主供給口は、1以上の供給口からなり、前記補助供給口からの供給量が、前記主供給口を構成するいずれの供給口の供給量よりも少なく、かつ
前記補助供給口が、前記チャンバの横方向において、主供給口を構成する各供給口とは重ならないように配置される塗工方法。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の塗工装置を用いて、前記被塗工材に塗工を行う、塗工方法。
- 前記主供給口が前記チャンバの前方側の側面に設けられ、前記転写ロールが、その下側において、前記チャンバの前方から後方に向けて回転する請求項1〜8のいずれか1項に記載の塗工装置。
- 前記補助供給口が前記チャンバの前方側の側面の上方に設けられ、前記転写ロールが、その下側において、前記チャンバの前方から後方に向けて回転する請求項1〜8及び11のいずれか1項に記載の塗工装置。
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