(57)【要約】【課題】成膜ローラ自体の表面に膜が付着しても容易に剥がして除去すること。【解決手段】リチウムイオン電池用集電体を構成する長尺な基材シート８を成膜ローラ４に接触させながら搬送して基材シート８の表面に成膜する。ここで、成膜ローラ４における基材シート８が接触しない部分の表面温度を、成膜ローラ４における基材シート８が接触する部分の表面温度よりも下げる。また、成膜ローラ４の表面温度を下げた部分に付着した膜は、中性粒子を衝突させることで剥がす。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン電池用集電体を構成する長尺な基材シートを成膜ローラに接触させながら搬送して前記基材シートの表面に成膜する成膜方法であって、
前記成膜ローラにおける前記基材シートが接触しない部分の表面温度を、前記成膜ローラにおける前記基材シートが接触する部分の表面温度よりも下げることを特徴とするリチウムイオン電池用集電体の成膜方法。
【請求項２】
前記成膜ローラの表面温度を下げた部分に付着した膜に中性粒子を衝突させることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池用集電体の成膜方法。
【請求項３】
リチウムイオン電池用集電体を構成する長尺な基材シートを成膜ローラに接触させながら搬送して前記基材シートの表面に成膜する成膜装置であって、
前記成膜ローラにおける前記基材シートが接触しない部分に対応して前記成膜ローラの内部に冷却手段を設けたことを特徴とするリチウムイオン電池用集電体の成膜装置。
【請求項４】
前記成膜ローラにおける前記基材シートが接触しない部分に衝突させる中性粒子を生成するための中性粒子生成手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載のリチウムイオン電池用集電体の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リチウムイオン電池用集電体を構成する長尺な基材シートを成膜ローラに接触させながら搬送し、その基材シートの表面に成膜する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、下記の特許文献１に記載された成膜装置が知られている。この装置は、真空チャンバと、その真空チャンバの床面上に取り付けられたタングステン製のボード等を有する気体粒子生成部と、真空チャンバの上部に配置された成膜部と、排気管によって真空チャンバに接続される真空ポンプとを備える。気体粒子生成部と成膜部との間は、防着板によって仕切られ、気体粒子生成部で生成された気体粒子の成膜部への通過範囲が防着板により制限される。成膜部は、基材シートを巻き付けたシート供給ローラと、そのローラから送られる基材シートを移動可能に支持する搬送支持部材である成膜ローラと、成膜された基材シートを巻き付ける巻き取りローラと備える。成膜ローラは、その内部を通過する冷却水により冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８１８２０号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の成膜装置では、基材シートが成膜ローラに接触しない部分における成膜ローラの外周面、すなわち成膜ローラの軸方向両端部の外周面、成膜ローラの成膜側とは反対の位相面（裏位相面）のそれぞれに膜ができてしまうおそれがあった。この成膜装置では、防着板により、気体粒子の成膜部への通過範囲が制限されるものの、この防着板で気体粒子を完全に防着することは困難であった。何故なら、気体粒子を隙間無く防着するためには、高精度な防着板が必要となり、基材シート自体が蛇行するなどして防着板との間に隙間ができてしまうからである。このため、防着板との隙間を通過した気体粒子が成膜ローラの軸方向両端部の外周面や裏位相面に付着して膜ができてしまうことは十分に考えられることであった。
【０００５】
このように成膜ローラ自体の表面に膜ができてしまった場合、そのまま放置すると時間の経過に伴い膜が厚く堆積してしまうため、早めに除去する必要がある。これを除去しなければ、成膜ローラの表面粗さや熱伝導率が変わり、基材シートの成膜品質に悪影響を及ぼすおそれがある。また、成膜ローラの軸方向両端部の外周面に膜ができた場合、その膜が段差になるおそれがある。このため、成膜ローラの軸方向において基材シートが蛇行し、基材シートのスムーズな搬送が困難になったり、基材シートに皺などができる懸念がある。
【０００６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、成膜ローラ自体の表面に膜が付着しても容易に剥がして除去することを可能としたリチウムイオン電池用集電体の成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、リチウムイオン電池用集電体を構成する長尺な基材シートを成膜ローラに接触させながら搬送して基材シートの表面に成膜する成膜方法であって、成膜ローラにおける基材シートが接触しない部分の表面温度を、成膜ローラにおける基材シートが接触する部分の表面温度よりも下げることを趣旨とする。
【０００８】
上記発明の構成によれば、成膜ローラにおける基材シートが接触しない部分の表面温度が、成膜ローラにおける基材シートが接触する部分の表面温度よりも下がるので、基材シートが接触しない部分の表面への膜の付着強度が下がる。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、成膜ローラの表面温度を下げた部分に付着した膜に中性粒子を衝突させることを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、成膜ローラの表面温度を下げた部分に付着した膜は、付着強度が下がることから、中性粒子が衝突することで容易に剥がれる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、リチウムイオン電池用集電体を構成する長尺な基材シートを成膜ローラに接触させながら搬送して基材シートの表面に成膜する成膜装置であって、成膜ローラにおける基材シートが接触しない部分に対応して成膜ローラの内部に冷却手段を設けたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、成膜ローラにおける基材シートが接触しない部分が冷却手段により冷やされことにより、その部分の表面温度が下がる。従って、その部分の表面への膜の付着強度が下がる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、成膜ローラにおける基材シートが接触しない部分に衝突させる中性粒子を生成するための中性粒子生成手段を設けたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、成膜ローラにおける基材シートが接触しない部分の表面への膜の付着強度が下がるので、その膜に、中性粒子生成手段により生成される中性粒子が衝突することで、膜が容易に剥がれる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、成膜ローラ自体の表面に膜が付着しても容易に剥がして除去することができ、膜が付着していない状態に容易に戻すことができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、成膜ローラ自体の表面に付着した膜を中性粒子の衝突により容易に除去することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、成膜ローラ自体の表面に膜が付着しても冷却手段の冷却により容易に剥がして除去することができ、膜が付着していない状態に容易に戻すことができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、成膜ローラ自体の表面に付着した膜を中性粒子の衝突により容易に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係り、成膜装置の全体を示す概略図。
【図２】同じく、成膜装置の主要部を示す概略図。
【図３】同じく、成膜ローラと基材シートとの関係を図２の右側から見た状態を示す概略図。
【図４】同じく、成膜ローラの構造を示す断面図。
【図５】同じく、成膜ローラを示す図４のＡ−Ａ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明における「リチウムイオン電池用集電体の成膜方法及び成膜装置」を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に、この実施形態における成膜装置１の全体を概略図により示す。図２に、成膜装置１の主要部を概略図により示す。図３に、成膜ローラと基材シートとの関係を図２の右側から見た状態を概略図により示す。この成膜装置１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２の床面上に設けられ、気体粒子を生成させるターゲット３と、真空チャンバ２の上部に設けられた成膜ローラ４と、真空チャンバ２に接続された排気管５と、その排気管５に設けられた真空調整弁６及び真空ポンプ７とを備える。真空チャンバ２は、真空調整弁６と真空ポンプ７を作動させることで内部が真空状態となる。
【００２２】
成膜ローラ４には、リチウムイオン電池用集電体となる長尺な箔状の基材シート８が接触しながら走行するようになっている。成膜ローラ４の両脇には、同ローラ４と並行に巻出しローラ９と巻取りローラ１０が設けられる。成膜ローラ４、巻出しローラ９及び巻取りローラ１０は、それぞれほぼ直円筒状をなす。そして、巻出しローラ９に巻き付けられた基材シート８は、同ローラ８から送り出され、成膜ローラ４に接触しながら走行して巻取りローラ１０に巻き取られる。このとき、巻出しローラ９の制動力と巻取りローラ１０の回転力により、基材シート８に適度な張力が付与される。
【００２３】
ターゲット３は、中性粒子である気体粒子を生成し、その気体粒子を成膜ローラ４上の基材シート８に真空蒸着により堆積させて成膜するようになっている。ここで、成膜処理として、真空蒸着の他に、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、イオンプレーティング等を採用することができる。この実施形態では、上記したように、巻出しローラ９から送り出された基材シート８が、成膜ローラ１０上を走行して巻取りローラ１０に巻き取られる搬送方式、すなわち「Roll to Roll搬送方式」により、長尺な基材シート８を連続的に成膜するようになっている。
【００２４】
基材シート８は、リチウムイオン電池の負極基材となる銅または銅合金によって構成される。正極の場合は、基材はアルミにより構成される。そして、成膜ローラ４に接した基材シート８の下面上に、ターゲットの蒸気が付着し、固化・堆積して、リチウムイオン電池の電極表面に皮膜が形成される。皮膜の堆積領域は、本来は、成膜ローラ４と接触する基材シート８の表面領域に限られるように設定される。
【００２５】
この実施形態では、基材シート８を加熱するためのヒータ１１が真空チャンバ２の中に設けられる。このヒータ１１は、基材シート８に向けて配置される。連続的に送られる基材シート８は、成膜ローラ４上にて、ヒータ１１からの輻射により加熱される。この基材シート８は、成膜ローラ４に接触する手前の領域でヒータ１１により加熱される。これにより、基材シート８が予熱されて熱膨張しつつ成膜ローラ４に接触する。従って、皮膜の堆積領域では、基材シート８がターゲット３からの気体粒子によって加熱されても、成膜ローラ４と接触している間は、大きな熱膨張を生じることがないので、基材シート８の熱膨張に起因する皺の発生を抑えることができる。
【００２６】
ここで、図２，３に示すように、成膜ローラ４の外周面には、基材シート８が接触しない部分が存在する。すなわち、図２に示すように、成膜ローラ４における基材シート８が接触する下側部分とは反対の矢印で示す範囲の位相面（裏位相面）１２は、基材シート８と接触しない。また、図３に示すように、成膜ローラ４の軸方向両端部の外周面（端部外周面）４ａも、基材シート８と接触しない領域となっている。基材シート８の成膜に際して、これらの裏位相面１２及び端部外周面４ａに膜が付着するおそれがある。そこで、この実施形態では、これらの面１２，４ａの表面温度を意図的に下げることで、成膜ローラ４自体への膜の付着強度を下げるようにしている。ここで、膜の付着強度は、基材の温度から影響を受けることが周知となっている。一般的に温度が高い方が膜の付着強度が上がり、適正温度以上で急激に付着強度が増すことが分かっている。また、その反対に温度が下がると、膜の付着強度が下がることが分かっている。従って、この実施形態のように裏位相面１２及び端部外周面４ａの表面温度を下げることで、それらの面１２，４ａにおける膜の付着強度を下げることができる。
【００２７】
この実施形態では、成膜ローラ４の特定部位である裏位相面１２及び端部外周面４ａを選択的に冷却するための冷却手段が、成膜ローラ４の内部に設けられる。図４に、成膜ローラ４の構造を断面図により示す。図５に、成膜ローラ４を、図４のＡ−Ａ線に沿った断面図により示す。図４，５に示すように、成膜ローラ４は、外周面にローラ表面２１を有する略円柱形状の外ローラ部２２と、外ローラ部２２の内部空間の中央に嵌合され、外周面が外ローラ部２２の内周面と密着して固定される第１内ローラ部２３と、外ローラ部２２の内部空間の両端部に嵌合され、外周面が外ローラ部２２の内周面と密着すると共に、端面が第１内ローラ部２３の両端面とそれぞれ密着して固定される第２及び第３の内ローラ部２４，２５とを備える。第２及び第３の内ローラ部２４，２５は、それぞれ軸方向へ延びる軸部２４ａ，２５ａを有する。そして、成膜ローラ４の内側には、ローラ表面２１の特定部位、すなわち裏位相面１２及び端部外周面４ａをそれぞれ冷却するための冷却手段を構成する第１〜第３の冷媒通路２６，２７，２８が設けられる。成膜ローラ４は、その両端の軸部２４ａ，２５ａが軸受２９Ａ，２９Ｂにて回転可能に支持され、このうち一方の軸部２５ａが駆動機構（図示略）に連結される。この軸部２５ａが回転されることにより、第１〜第３の内ローラ部２３〜２５及び外ローラ部２２が一体に回転する、すなわち成膜ローラ４が回転するようになっている。
【００２８】
外ローラ部２２には、薄肉の鋼材よりなるロールスリーブが用いられる。第１の内ローラ部２３には、一方の端面から外周面を経由して他方の端面へ連続する第１の冷媒通路２６が複数設けられる。第１の内ロール部２３の中心には、冷媒排出用の中空２３ａが形成される。第１の内ローラ部２３の外周面には、第１の冷媒通路２６を構成する複数の縦溝３０が互いに略平行に形成される。これら縦溝３０は、第１の内ローラ部２３が外ローラ部２２に嵌合された状態で、外ローラ部２２の内周面に沿って配置される。また、第１の内ローラ部２３の両端面には、各縦溝３０の両端と中空２３ａとを連通させる複数の連通溝３１Ａ，３１Ｂが放射状に形成される。これら連通溝３１Ａ，３１Ｂ及び縦溝３０によって第１の冷媒通路２６が構成される。
【００２９】
第２の内ローラ部２４の軸部２４ａは、その中空２４ｂの中心に中管３２が挿入されて配置される。この中管３２の中空３２ａの一端は、第１の内ローラ部２３の中空２３ａに連通し、同じく中空３２ａの他端は外部に連通する。中管３２は、軸部２４ａの中空２４ｂに配置された状態で、その外周面と中空２４ｂの内周面との間に隙間通路３３が形成される。中管３２の他端部は、軸部２４ａから外へ突出して配置される。この中管３２の端部には、略筒形の保持部材３４が固定される。この保持部材３４は、ブラケット３５を介して軸受２９Ａに固定される。保持部材３４の一部は、軸部２４ａの中空２４ｂに回転摺動可能な状態でシールされて嵌め入れられ、保持部材３４と軸部２４ａは、互いに相対回転可能に構成される。保持部材３４には、軸部２４ａの中の隙間通路３３と外部とをつなぐ連通孔３４ａが形成される。この連通孔３４ａには、外部から冷媒が供給され、その冷媒が軸部２４ａの隙間通路３３へ供給されるようになっている。中管３２の一端部には、冷媒の流路を切り替えるための切替部材３６と止め部材３７が固定される。これら切替部材３６及び止め部材３７は、第１の内ローラ部２３及び第２の内ローラ部２４に対して相対回転可能に組み付けられる。
【００３０】
成膜ローラ４は、両端の軸部２４ａ，２５ａが軸受２９Ａ，２９Ｂにて回転可能に支持され、一方の軸部２５ａが駆動機構（図示略）に連結される。従って、駆動機構により軸部２５ａが回転されることで、成膜ローラ４が回転駆動される。ここで、中管３２は、保持部材３４に固定される。その保持部材３４は、ブラケット３５を介して軸受２９Ａに固定される。中管３２、保持部材３４、切替部材３６及び止め部材３７は、それぞれ第１及び第２の内ローラ部２３，２４と相対回転可能に設けられる。このため、成膜ローラ４が回転しても、中管３２、保持部材３４、切替部材３６及び止め部材３７は、回転することなく定位置に保持されるようになっている。
【００３１】
切換部材３６は、略円筒形状をなし、中心に中管３２が挿通される孔が形成される。また、図５に示すように、切換部材３６の一端面側には、平面視で扇形をなす切欠き部３６ａが形成される。この切換部材３６の孔に中管３２が挿入されて固定される。中管３２の一端部に切換部材３６が固定された状態で、切換部材３６は、第１の内ローラ部２３と第２の内ローラ部２４との間に配置される。この配置状態で、切欠き部３６ａに連通する連通溝３１Ａは、隙間通路３３に連通することとなり、切欠き部３６ａに連通しない連通溝３１Ａは、隙間通路３３と遮断される。つまり、切換部材３６の切欠き部３６ａにより、連通溝３１Ａと隙間通路３３とが連通し、第１の冷媒通路２６への冷媒の供給が可能となる。一方、切欠き部３６ａ以外の部分では、連通溝３１Ａと隙間通路３３とが遮断されて、第１の冷媒通路２６への冷媒の供給が遮断される。成膜ローラ４が回転することで、放射状に配置された複数の連通溝３１Ａは、切欠き部３６ａに対する位置を順次変えることから、冷媒が流れる第１の冷媒通路２６は、順次入れ替わることとなる。
【００３２】
ここで、切換部材３６は、成膜ローラ４の裏位相面１２のみを冷却するために、すなわち、裏位相面１２に対応する第１の冷媒通路２６のみに冷媒を流すために、図５に示すように、切欠き部３６ａの配置が、裏位相面１２の位置と整合するように配置される。従って、成膜ローラ４の回転に伴い、各冷媒通路２６の連通溝３１Ａが裏位相面１２に対応した範囲内を移動する間だけ、同通路２６に冷媒が流れる。すなわち、第２の内ローラ部２４の隙間通路３３に供給される冷媒が切欠き部３６ａから連通溝３１Ａを経由して縦溝３０に供給され、同溝３０を冷媒が流れる。流れた冷媒は、連通溝３１Ｂを経由して中空２３ａへ排出され、中管３２の中空３２ａを流れて外部へ排出される。この冷媒の流れにより、成膜ローラ４における基材シート８が接触しない部分の一つである裏位相面１２が冷媒により冷やされ、その裏位相面１２の表面温度が、基材シート８が接触する部分の表面温度よりも下げられる。
【００３３】
一方、第２及び第３の内ローラ部２４，２５には、成膜ローラ４の端部外周面４ａに対応して２列の周溝３８Ａ，３８Ｂがそれぞれ形成される。第１〜第３の内ローラ部２３〜２５には、各周溝３８Ａ，３８Ｂに冷媒を供給するための供給通路３９Ａ，３９Ｂが形成され、各周溝３８Ａ，３８Ｂを流れた冷媒を排出するための排出通路４０Ａ，４０Ｂがそれぞれ形成される。供給通路３９Ａ，３９Ｂは、第２の内ローラ部２４の隙間通路３３に連通する。排出通路４０Ａ，４０Ｂは、第１及び第３のローラ部２３，２５の中空２３ａ，２５ｂに連通する。ここで、一方の周溝３８Ａと、それに通じる供給通路３９Ａ及び排出通路４０Ａにより第２の冷媒通路２７が構成され、他方の周溝３８Ｂと、それに通じる供給通路３９Ｂ及び排出通路４０Ｂにより第３の冷媒通路２８が構成される。従って、第２の内ローラ部２４の隙間通路３３に冷媒が供給されることにより、その冷媒が各供給通路３９Ａ，３９Ｂを経由して各周溝３８Ａ，３８Ｂに供給され、同周溝３８Ａ，３８Ｂを冷媒が流れる。流れた冷媒は、排出通路４０Ａ，４０Ｂを経由して中空２３ａ、２５ｂへ排出され、中管３２の中空３２ａを流れて外部へ排出される。この冷媒の流れにより、基材シート８が成膜ローラ４に接触しない部分、すなわち端部外周面４ａが冷媒により冷やされ、その表面温度が基材シート８が接触する部分の表面温度よりも下げられる。
【００３４】
この実施形態では、上記の構成により、リチウムイオン電池用集電体を構成する長尺な基材シート８を成膜ローラ４に接触させながら搬送して基材シート８の表面に成膜する成膜方法において、成膜ローラ４における基材シート８が接触しない部分、すなわち裏位相面１２及び端部外周面４ａの表面温度を、成膜ローラ４における基材シート８が接触する部分の表面温度よりも下げるようにしている。また、成膜ローラ４の表面温度を下げた部分、すなわち裏位相面１２及び端部外周面４ａに付着した膜にターゲット３で生成した気体粒子（中性粒子）を衝突させるようにしている。
【００３５】
以上説明したこの実施形態によれば、成膜ローラ４における基材シート８が接触しない部分、すなわち裏位相面１２及び端部外周面４ａの表面温度が、成膜ローラ４における基材シート８が接触する部分の表面温度よりも下がるので、裏位相面１２及び端部外周面４ａへの膜の付着強度が下がる。ここで、膜の付着強度は、基材の温度に影響を受けることが周知である。一般的に基材の温度が高い方が膜の付着強度が上がり、適正温度以上で急激に付着強度が増し、その反対に基材の温度が下がると、膜の付着強度は下がることが知られている。このため、成膜ローラ４の自体の表面、すなわち成膜ローラ４の裏位相面１２や端部外周面４ａに膜が付着しても、その付着した膜を容易に剥がして除去することができ、膜が付着していない状態に容易に戻すことができる。
【００３６】
この実施形態では、スパッタリング中にガスイオン（Ａｒイオン）はターゲット３に衝突した後、気体粒子（中性粒子）となって真空チャンバ２の中を高速で飛び回っている。ここで、成膜ローラ４の表面温度を下げた特定部位に付着した膜は、付着強度が低いことから、図２に示すように、気体粒子（中性粒子）が衝突することで容易に剥がれる。このため、基材シート８に対する成膜中に、同時に成膜ローラ４の裏位相面１２や端部外周面４ａに付着した膜を気体粒子の衝突により除去することができる。この結果、別途に膜を除去するための機構を設けたり、別途にメンテナンスを実施したりする必要がない。また、中性粒子はスパッタリングによる成膜の過程で発生するので、別途に中性粒子生成手段を設ける必要もない。更に、特許文献１に記載の技術のように、防着板を設ける必要もない。
【００３７】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００３８】
例えば、前記実施形態では、成膜ローラ４の裏位相面１２と端部外周面４ａの両方を冷却するように構成したが、必要に応じて裏位相面１２と端部外周面４ａの何れか一方を冷却するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は、リチウムイオン電池用集電体の製造に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  成膜装置
３  ターゲット（中性粒子生成手段）
４  成膜ローラ
４ａ  端部外周面
８  基材シート
１２  裏位相面
２６  第１の冷媒通路（冷却手段）
２７  第２の冷媒通路（冷却手段）
２８  第３の冷媒通路（冷却手段）
【図１】
2010182599.tif 000003
【図２】
2010182599.tif 000004
【図３】
2010182599.tif 000005
【図４】
2010182599.tif 000006
【図５】
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