(57)【要約】【課題】塗工材がウェブに塗布される直前に、前記塗工材の密度及び塗布量の均一性を評価する検査装置を備えた塗工機を提供する。【解決手段】集電体２を連続的に繰り出し、集電体２の表面にコータ５によって電極合剤３を連続的に塗布する塗工機１において、電極合剤３の流動方向におけるコータ５の上流側に検査装置１０を備え、検査装置１０は、電極合剤３が整流された状態で流動する流路１２を有するチャンバ１１と、流路１２内における前記塗工材に対する超音波信号を超音波センサ１３によって連続的に計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブを連続的に繰り出し、該ウェブの表面にコータによって塗工材を連続的に塗布する塗工機において、
前記塗工材の流動方向における前記コータの上流側に、流動する塗工材の状態を検査する検査装置を備え、
前記検査装置は、前記塗工材が整流された状態で流動する流路を有するチャンバと、前記流路内における前記塗工材に対して超音波信号を発信し、発信した超音波信号を連続的に計測する超音波センサと、を具備する塗工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池電極は、塗工機を用いて、アルミニウム箔や銅箔等の集電体（ウェブ）の表面に活物質とバインダーとを溶媒で混練したペースト状の電極合剤（塗工材）を塗布した後、ロール圧縮等の所定の処理を経て形成される。このようなリチウムイオン二次電池電極の形成過程において、電極合剤が十分に混練されず電極合剤の密度が不均一である場合や、電極合剤の集電体への塗布量が不均一である場合は、電極性能の低下等を招く恐れがある。そのため、リチウムイオン二次電池の電極製造工程において、電極合剤が均一な密度や量で集電体に塗布されているか否かを検査する必要がある。
【０００３】
従来、電極合剤の密度の評価は、集電体に塗布される前の電極合剤を任意に抜き取り、その粘度を検査することによって行われている。また、電極合剤の塗布量の評価は、集電体に塗布された後の電極合剤を抜き取りですくい取り、その重量を検査することによって行われている。
しかし、このような従来の電極合剤の密度の評価においては、混練された電極合剤の粘度が時間経過と共に構成成分の沈殿の発生等によって不均一になるため、電極合剤を抜き取りで検査する時と実際に集電体に塗布する時との時間差による電極合剤の状態の変化によって、評価が意味をなさなくなる恐れがあった。また、従来の電極合剤の塗布量の評価においては、電極合剤が集電体に塗布された後の評価であって事後管理となるため、不良の発生の低減に繋がらなかった。
また、電池の製造工程における評価として、特許文献１のように超音波による電解質の状態の検査等が行われているが、リチウムイオン二次電池電極の電極合剤の密度や塗布量の均一性を評価するセンサ等は存在しなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８５０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、塗工材がウェブに塗布される直前に、前記塗工材の密度及び塗布量の均一性を評価する検査装置を備えた塗工機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１においては、ウェブを連続的に繰り出し、該ウェブの表面にコータによって塗工材を連続的に塗布する塗工機において、前記塗工材の流動方向における前記コータの上流側に、流動する塗工材の状態を検査する検査装置を備え、前記検査装置は、前記塗工材が整流された状態で流動する流路を有するチャンバと、前記流路内における前記塗工材に対して超音波信号を発信し、発信した超音波信号を連続的に計測する超音波センサと、を具備するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、塗工材がウェブに塗布される直前に、前記塗工材の密度及び塗布量の均一性を評価することが可能となる。したがって、密度やウェブへの塗布量が不均一な塗工材を、ウェブに塗布される直前に発見できるので、不良の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る塗工機の構成を示す概略図。
【図２】塗工機に備わる検査装置のチャンバの正面断面図。
【図３】塗工機に備わる検査装置のチャンバの側面図。
【図４】塗工機に備わる検査装置のチャンバの平面図。
【図５】超音波センサによる電極合剤に対する超音波信号の計測を示す図。
【図６】超音波センサによって計測された超音波信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、本発明の一実施形態に係る塗工機１について説明する。
【００１０】
塗工機１は、リチウムイオン二次電池電極を製造するために用いられるものであって、長尺状の集電体２を連続的に繰り出し、集電体２の表面に電極合剤３を塗布するものである。電極合剤３が塗布された集電体２をプレスすることによってリチウムイオン二次電池電極が形成される。
集電体２は、アルミニウム箔や銅箔等の長尺状の金属箔（いわゆる「ウェブ」）である。
電極合剤３は、活物質（正極活物質又は負極活物質）とバインダーとを溶媒で混練したペースト状の塗工材である。
【００１１】
図１に示すように、塗工機１は、バックアップローラ４、コータ５、及び検査装置１０を備える。
塗工機１は、バックアップローラ４により搬送される集電体２の表面に、コータ５により電極合剤３を塗布する装置である。図１においては、集電体２は左右方向に長尺状となるように配置され、左方から右方へ搬送されている。
コータ５により集電体２に塗布される電極合剤３は、図１における上方から下方へ向けて流動しており、電極合剤３の流動方向におけるコータ５の上流側には、検査装置１０が接続されている。電極合剤３は、検査装置１０により、その混練状態や塗布状態等が検査された後にコータ５に供給される。
【００１２】
バックアップローラ４は、集電体２を介してコータ５の吐出口５ａと対向するように配置され、集電体２の背面（塗工面の反対側となる面）を支持して、集電体２の表面（塗工面）をコータ５の吐出口５ａに対向させながら、集電体２を搬送するものである。
【００１３】
コータ５は、一端（図示において下端）に形成される吐出口５ａから電極合剤３を吐出し、集電体２の表面一側に塗布するものである。
コータ５は、吐出口５ａと連通する他端（図示において上端）に検査装置１０が接続され、検査装置１０を介して電極合剤３の供給源が接続されている。
こうして、コータ５の吐出口５ａからは、前記供給源から供給されて検査装置１０によって検査された電極合剤３が吐出される。コータ５の吐出口５ａから電極合剤３を吐出させつつ、バックアップローラ４を一方向（図示において時計回り）に回転させることによって、集電体２が回転方向側に搬送され、吐出口５ａから吐出される電極合剤３の塗布部分が移動することで、集電体２の表面に電極合剤３が連続的に塗布される。
【００１４】
検査装置１０は、チャンバ１１、超音波センサ１３、解析手段１４等から構成される。
検査装置１０は、電極合剤３の流動方向におけるコータ５の上流側に接続され、筒状のチャンバ１１の内部を流動する電極合剤３の状態を超音波センサ１３によって検査し、その検査結果を基に電極合剤３の密度及び集電体２への塗布量の均一性を解析手段１４によって評価するものである。
【００１５】
チャンバ１１は、筒状の部材であり、その内部での超音波の減衰量を小さくするためにＳＵＳ（ステンレス鋼）からなる。
図２乃至図４に示すように、チャンバ１１は、直方体状の部材の一端（図２における上端）から他端（図２における下端）にかけて電極合剤３が流動する流路１２を形成し、一端面に形成された開口部を流入口１１ａとし、他端面に形成された開口部を流出口１１ｂとして構成される。
以下では、説明の便宜上、図２を検査装置１０の正面図として、前後方向を決定し、矢印方向を電極合剤３の流動方向とするとともに、電極合剤３の流動方向を重力方向と一致させている。更に、当該矢印方向を下方向として上下方向、及び左右方向を決定している。
【００１６】
図２に示すように、流入口１１ａは前記電極合剤３の供給源と接続される。詳細には、流入口１１ａは供給管６と接続され、タンク（不図示）に貯溜された電極合剤３が、定量ポンプ（不図示）によって単位時間当りの供給量（供給速度）を一定にした状態で、供給管６を介してチャンバ１１の流路１２に供給される。流入口１１ａから流路１２に供給された電極合剤３は、その自重及び前記定量ポンプからの供給圧によって流出口１１ｂへと流動する。
流出口１１ｂはコータ５と接続され、チャンバ１１の流路１２に供給された電極合剤３が超音波センサ１３によって検査された後、流出口１１ｂから流出し、コータ５に供給される。
【００１７】
流路１２は、チャンバ１１の中央部分を上下方向に連通する連通路として、流入口１１ａから流出口１１ｂにわたって直線状に形成される。また、流路１２の開口部、つまり流入口１１ａ及び流出口１１ｂが形成される部位では、流路１２に流入する、又は流路１２から流出する電極合剤３の流動を整流する整流面がそれぞれ形成されている。
より具体的には、前記流路１２においては、流入口１１ａ側の整流面は、流入口１１ａ（チャンバ１１の上端面）から下方にかけて内側（流路１２内側）に凸となる滑らかな曲線を描くように所定の距離だけ徐々に流路１２の左右方向の長さが左右均等に小さくなるように設定され、整流面を過ぎてからはその最小の長さが流出口１１ｂ（チャンバ１１の下端面）付近まで一定に保持される。また、流出口１１ｂ付近においては、流出口１１ｂ側の整流面として、左右方向の長さが最小となる部分の端部から流出口１１ｂにかけて内側（流路１２内側）に凸となる滑らかな曲線を描くように徐々に流路１２の左右方向の長さが左右均等に大きくなるように設定され、流出口１１ｂで流入口１１ａの左右方向の長さと略同一になるように設定される。
つまり、流路１２は、上下中央部に一定の断面積を有する一直線形状を有するとともに、当該上下中央部から上下両端に向けて徐々に断面積が大きくなる形状を有し、係る断面積の縮小・拡大によって流路１２内の電極合剤３の流動を整流している。
【００１８】
これにより、電極合剤３がチャンバ１１の流路１２を流動する時、チャンバ１１の流入口１１ａから電極合剤３の流入、及びチャンバ１１の流出口１１ｂから電極合剤３の流出をスムーズにできるので、電極合剤３を整流することが可能となる。したがって、流路１２において電極合剤３を一定の速度で流動させることができる。ただし、流路１２の左右方向の長さが一定で相対的に狭い部分（流路１２の中央部から流入口１１ａ及び流出口１１ｂ付近まで）の上下方向の長さは、電極合剤３を一定の速度で流動させるのに十分な長さに設定されるものとする。
なお、流路１２に鏡面加工を施す等、抵抗を減少させ、更にスムーズに電極合剤３を流動させることも可能である。
また、流路１２は、図３に示すように、前後方向の長さが一定に設定され、図４に示すように、平面視で矩形状に形成されるが、側面視において正面視と略同様の形状とし、平面視において円状に形成する等、その形状は本実施形態に限定するものではなく、前述のように電極合剤３が一定の速度で流路１２を流動できればよい。
【００１９】
超音波センサ１３は、発信探触子１３Ｓ及び受信探触子１３Ｒからなる一対の透過型超音波センサであり、発信探触子１３Ｓが任意の対象物に向けて超音波（例えば、５０ＭＨｚのパルス波）を発信し、前記対象物を透過した超音波（透過波）を受信探触子１３Ｒが受信することで前記対象物に対する超音波信号を計測する。
超音波センサ１３の発信探触子１３Ｓ及び受信探触子１３Ｒは、チャンバ１１を介して対向するようにチャンバ１１に固設される。詳細には、チャンバ１１の左側面の中央部に超音波センサ１３の発信探触子１３Ｓが固設され、右側面の中央部に超音波センサ１３の受信探触子１３Ｒが固設され、チャンバ１１の中央部に上下方向に形成された流路１２を流動する電極合剤３に対する超音波信号を計測できるように配置される。
また、超音波センサ１３は、解析手段１４と電気的に接続されており、計測した超音波信号を解析手段１４に送信する。解析手段１４には、評価用の超音波信号が予め記憶されており、受信した超音波信号及び前記評価用の超音波信号に基づいて、電極合剤３の密度及び集電体２への塗布量の均一性を評価し、良否を判定する。
【００２０】
以上のように、塗工機１において、まず、前記タンクに貯溜されたペースト状の電極合剤３が、前記定量ポンプによって単位時間当りの供給量（供給速度）を一定にした状態で、供給管６を介して検査装置１０のチャンバ１１に形成された流路１２に供給される。そして、チャンバ１１の流路１２を流動する電極合剤３が、検査装置１０の超音波センサ１３によって検査された後、流路１２から流出される。流路１２から流出され、コータ５の内部に供給された電極合剤３は、コータ５の吐出口５ａから吐出され、バックアップローラ４によって搬送される集電体２の表面に連続的に塗布される。
【００２１】
続いて、検査装置１０における超音波センサ１３による電極合剤３の検査と、その検査結果を基にした解析手段１４による密度及び塗布量の均一性の評価について説明する。
【００２２】
超音波センサ１３は、計測可能範囲（発信探触子１３Ｓと受信探触子１３Ｒを結ぶ範囲内）で、連続的に発信探触子１３Ｓが超音波（例えば、５０ＭＨｚのパルス波）をチャンバ１１の流路１２に向けて発信し、受信探触子１３Ｒによって受信することで超音波信号を計測している。
そして、図５に示すように、前記タンクに貯溜されたペースト状の電極合剤３が、前記定量ポンプによって単位時間当りの供給量を一定にして、供給管６を介して検査装置１０のチャンバ１１に形成された流路１２に供給され、電極合剤３がその自重及び前記定量ポンプからの供給圧によって流路１２を流動し、超音波センサ１３の計測可能範囲（発信探触子１３Ｓと受信探触子１３Ｒを結ぶ範囲内）に入ると、発信探触子１３Ｓから発信された超音波（例えば、５０ＭＨｚのパルス波）が電極合剤３を透過し、その透過波を受信探触子１３Ｒが受信して電極合剤３に対する超音波信号が計測される。
【００２３】
このようにして、超音波センサ１３によって、連続的に計測可能範囲における超音波信号を計測することで、図６に示すように、Ｘ軸を時間、Ｙ軸を信号強度とする波形を取得することができる。
ここで、Ｓは発信された超音波信号の信号強度、Ｓ０・Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３は電極合剤３を透過した超音波信号の信号強度であり、Ｔ・Ｔ１・Ｔ２はパルス繰り返し周期（時間）を示す。ただし、信号強度Ｓ及びパルス繰り返し周期Ｔは、解析手段１４による評価において、正常と判定される値とする。
【００２４】
図６（ａ）に示すように、信号強度Ｓ、パルス繰り返し周期Ｔの超音波が発信探触子１３Ｓから電極合剤３に向けて発信される。
そして、図６（ｂ）においては、電極合剤３に対する各パルスの信号強度がＳ０で一定なので、電極合剤３の密度は均一であると解析手段１４によって判定される。また、パルス繰り返し周期がＴで一定であるので、電極合剤３が流路１２を流動する速度が一定であると解析手段１４によって判定され、延いては電極合剤３が集電体２（図１参照）に一定の量で均一に塗布されると判定される。
【００２５】
一方、図６（ｃ）においては、パルス繰り返し周期がＴで一定であるが、電極合剤３に対する信号強度が各パルスでＳ１、Ｓ２、Ｓ３と異なり、一定ではないので、電極合剤３の密度は均一でないと解析手段１４によって判定される。
【００２６】
また、図６（ｄ）においては、電極合剤３に対する各パルスの信号強度がＳ０で一定であるが、パルス繰り返し周期がＴ１、Ｔ２と異なり、一定ではないので、電極合剤３が流路１２を流動する速度が一定ではないと解析手段１４によって判定され、延いては電極合剤３の塗布量は均一でないと解析手段１４によって判定される。
【００２７】
上記のように、電極合剤３の密度又は塗布量が均一でないと解析手段１４によって判定された場合には、電極合剤３の塗布の中断等を行うことによって、不良の発生を防止することができる。
【００２８】
以上により、検査装置１０がコータ５の上部、つまり電極合剤３の流動方向におけるコータ５の上流側に接続され、コータ５に電極合剤３が供給される過程において検査装置１０によって電極合剤３の密度及び塗布量の均一性の評価が行われるので、集電体２に塗布される直前の電極合剤３の状態を検査することができる。つまり、混練された電極合剤３の密度（粘度）は時間経過と共に構成成分の沈殿の発生等によって不均一になるため、集電体２に塗布される直前の電極合剤３の密度を検査することで、混練時は密度が均一であったが時間経過によって密度が不均一になった電極合剤３の対処等が可能となる。また、密度や集電体２への塗布量が不均一な電極合剤３を、集電体２に塗布される直前に発見できるので、不良の発生を低減することができる。
【００２９】
なお、本発明は、本実施形態のようにリチウムイオン二次電池電極の製造工程に限定せず、他の電池電極の製造工程等においても適用することができる。
例えば、超音波センサ１３においては、５０ＭＨｚのパルス波ではなく、検査対象物の材質等によって最適な周波数を選択したり、発信探触子１３Ｓと受信探触子１３Ｒとを一体的に構成すること等も可能である。
また、供給管６とチャンバ１１とを一体的に構成することも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１      塗工機
２      集電体
３      電極合剤
４      バックアップローラ
５      コータ
１０    検査装置
１１    チャンバ
１２    流路
１３    超音波センサ
１４    解析手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010205679.tif 000007
【図６】
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