(57)【要約】【課題】塗工終端部の直線性が良好な塗工形状を得ることが可能な塗工装置と塗工方法を提供する。【解決手段】塗液供給手段である塗液供給装置２は、送液手段である送液装置３に接続されている。送液装置３によって送られた塗液は、流路切り替え部４から塗工流路５を経てコーティングヘッド６に供給される。最終的には基材９上に塗液を吐出して塗工部１０と非塗工部１１を形成する。また、コーティングヘッド６近傍には塗液間欠供給手段である間欠機構７が設けられ、これが作動することで塗液の供給が止められ、非塗工部１１が形成される。コーティングヘッド６のリップ先端には振動発生手段である振動発生器８が取り付けられている。【選択図】図２
2014176824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に塗工部と非塗工部とを形成する塗工装置であって、
塗液供給手段と、送液手段と、塗液間欠供給手段と、コーティングヘッドと、振動発生手段と、を備え、
塗液供給手段は、貯液した塗液を送液手段に供給する手段であって、
送液手段は塗液をコーティングヘッドに送液する手段であって、
塗液間欠供給手段は、送液手段とコーティングヘッド間の流路の外側に分岐され、且つ、コーティングヘッドの近傍に設けられ、間欠的にコーティングヘッドに塗液を供給する手段であって、
コーティングヘッドは、供給された塗液をスリット状のリップ先端から吐出するもので、
振動発生手段は、コーティングヘッドのリップ先端を所望の振動数で振動させる手段である、ことを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
前記振動発生手段は、音波もしくは超音波振動の発生器であることを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項３】
前記塗液間欠供給手段は、塗工状態から非塗工状態に移行する際にコーティングヘッドへの塗液の供給を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の塗工装置。
【請求項４】
前記振動発生手段は、塗工状態から非塗工状態に移行する際に振動を発生することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塗工装置。
【請求項５】
前記振動発生手段が振動を発生するタイミングが、前記塗液間欠供給手段が塗液の供給を停止するより前であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の塗工装置。
【請求項６】
前記振動発生手段が振動を終了するタイミングが、前記塗液間欠供給手段が塗液の供給を停止するより後であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の塗工装置。
【請求項７】
塗工装置によって塗工部と非塗工部とを間欠的に形成する塗工方法であって、
塗工装置は、塗液供給手段と、送液手段と、塗液間欠供給手段と、コーティングヘッドと、振動発生手段と、を備え、
塗液供給手段は、貯液した塗液を送液手段に供給する手段であって、
送液手段は塗液をコーティングヘッドに送液する手段であって、
塗液間欠供給手段は、送液手段とコーティングヘッド間の流路の外側に分岐され、且つ、コーティングヘッドの近傍に設けられ、間欠的にコーティングヘッドに塗液を供給する手段であって、
コーティングヘッドは、供給された塗液をスリット状のリップ先端から吐出するもので、
振動発生手段は、コーティングヘッドのリップ先端を所望の振動数で振動させる手段であって、
塗工状態から非塗工状態に移行する際に、塗液間欠供給手段によってコーティングヘッドへの塗液の供給を停止し、振動発生手段によってリップ先端を振動させることを特徴とする塗工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗工装置及び塗工方法に関し、特に固形分が高く、高粘度でありかつチクソトロピー性が高い塗液を塗工する際の塗工装置及び塗工方法に関し、特に塗工部と非塗工部とを形成する間欠塗工において、塗工終端部での塗膜が糸を引く不具合を改善した塗工装置及び塗工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基材への塗工を行う方法としては、ダイレクトグラビアコート、リバースダイレクトグラビアコート、マイクログラビアコート、コンマリバースコート、コンマダイレクトコート、ダイコート、リップコート等、多様な塗工方式が用いられているが、高粘度の塗液を用いて厚く均一な塗膜を得るための塗工方式として、上記した塗工方式の中でも、一定幅のスリットを有するヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコータによる塗工方式が広く採用されてきた。
【０００３】
ダイコータを用いて基材に塗膜を形成する場合には、通常、ポンプから送液される塗液をダイコータのヘッド内部のマニホールドに一旦貯め、ダイコータのヘッドを基材に近接させた状態でヘッドに設けられたスリット形状のノズルから塗液を吐出して、ヘッドと一定の間隔を保って相対的に走行する基材との間にビードと呼ばれる液溜りを形成し、この状態で基材の走行に伴って塗液を引き出して塗膜を形成する。この方式は高い粘度の塗液の操作に適しており、適切なポンプと組み合わせることで、非常に厚みのある塗膜が得られる方式である。
【０００４】
近年、リチウムイオン二次電池のような電池の電極板を作製する際にも、ダイコータにて塗工する方法が多く用いられている（特許文献１、２）。電池の電極板はその表面形状や膜厚精度が集電性に大きな影響を与えることが知られており、また、膜厚のムラつまりは電極の目付量のムラが極端になり突起形状を持つような電極では、電極の巻き取りや積層時の障害にもなる他、電極がセパレータを突き破り正極と負極の短絡を起こす要因となるため、集電体上に膜厚の均一な電極を安定的に作製することが重要である。特許文献１においては、電池の活物質をスジが発生することなく均一に塗布するために、塗布部の上流側に減圧室を設置し、その内部から吸引を行って減圧状態を作り出してビードを形成し、安定した塗工を可能にした他、さらに特許文献２では、減圧状態のＯＮ／ＯＦＦを制御し、塗膜の目付量の安定性を高めている。
【０００５】
電極板を使用して電池を構成する方式として捲回方式と積層方式があるが、後者の場合は電極の塗工を連続ではなく間欠とし、塗工部と非塗工部を形成する塗工方法をとる必要がある。
【０００６】
この間欠塗工を行う方法は過去から提案されている。例えば、コーティングヘッドの先端リップ部を可動式とし、非塗工時にリップ部を閉じて間欠部（非塗工部）を得る方法（特許文献３）、コーティングヘッドまでの塗液流路の途中に塗液の吸引部を設け、塗液の供給を絶つことで間欠部を得る方法（特許文献４）等がある。
【０００７】
しかし、高粘度の塗液を断ち切って非塗工状態を得ようとすると、図１の模式図に示すように、塗工終端部が直線状にならず、細かい糸を引いたような状態になる。これを解決する方法として、塗工終端部では塗液吸引をサーボモータで行い、予めプログラミングされた条件で操作することで最適な間欠形状を得る方法（特許文献５）が提案されている。また、塗工終端部ではリップ先端部に向けて設置されたエア吹きつけ装置からエアを吐出
して強制的に塗液を断ち切る方法（特許文献６）が提案されている。この方法は強制的に断ち切られる高粘度の塗液をさらに強制的に断ち切るためにエア流で補助するため、直線性のよい形状が得られる方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１８８９６２号公報
【特許文献２】特許第４６６３３０３号公報
【特許文献３】特開平８−１４１４６６号公報
【特許文献４】特開２００３−３４０３３８号公報
【特許文献５】特開２００９−９５７５２号公報
【特許文献６】特開平８−２２９４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
積層方式の電極板は各電極板の形状が安定し、塗工エッジの形状は直線であることが望まれる。しかし、前述したように間欠塗工で電極板を塗工した場合には高粘度の塗液を強制的に断ち切る形になるため、細かい糸引きが生じ塗工の終端部は直線にはならない。この場合、糸引き部分の電極材は設計された厚みからはずれてしまうため、必要な容量の電池反応が起こりにくいことになる。また、糸引きの長さも制御が難しいことから対になる正極と負極が部分的に対向しないため、電池反応が起こらないばかりか、場合によってはデンドライトと呼ばれるリチウムの樹枝状結晶が生じ短絡の危険性が生じる。
【００１０】
これらを防止する手段としては、特許文献５による方法では塗工部終了端近傍の塗工膜厚の平坦化には有効であるが、依然として塗液を強制的に断ち切ることは変わらず、糸引き形状の改善は困難である。
【００１１】
また、特許文献６による方法では、塗工終端部の形状は直線的で良好な形状を得られるが、エアの流量や吹きつけ角度の制御が難しく、制御を誤ると塗液が周囲に飛散したり、コーティングヘッドの先端を汚したり、非塗工面や塗面を汚損したりする危険性がある。また、エアを下から吹きつけた場合には、塗液だけでなく溶媒あるいは分散媒も作業者に向かって吹付けることになり、これらが塗工作業部付近に充満するため、有機溶剤を使用した塗液の場合には、異臭が発生して作業性が低下するだけでなく発火する原因にもなる。
【００１２】
この発明は、上述の問題に着目してなされたものであり、特に固形分が高く、高粘度でありかつチクソトロピー性が高い塗液の間欠塗工において、塗工終端部の直線性が良好な塗工形状を得ることが可能な塗工装置と塗工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は鋭意検討を重ねた結果、間欠機構を有する塗工装置において、コーティングヘッドのリップ先端部に音波や超音波等をはじめとする振動を印加することで間欠時の塗液の強制的な切断性が向上し、結果として塗工終端部の直線性が良好な間欠塗工電極が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１４】
請求項１に記載の発明は、
基材に塗工部と非塗工部とを形成する塗工装置であって、
塗液供給手段と、送液手段と、塗液間欠供給手段と、コーティングヘッドと、振動発生手段と、を備え、
塗液供給手段は、貯液した塗液を送液手段に供給する手段であって、
送液手段は塗液をコーティングヘッドに送液する手段であって、
塗液間欠供給手段は、送液手段とコーティングヘッド間の流路の外側に分岐され、且つ、コーティングヘッドの近傍に設けられ、間欠的にコーティングヘッドに塗液を供給する手段であって、
コーティングヘッドは、供給された塗液をスリット状のリップ先端から吐出するもので、
振動発生手段は、コーティングヘッドのリップ先端を所望の振動数で振動させる手段である、ことを特徴とする塗工装置である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、
前記振動発生手段は、音波もしくは超音波振動の発生器であることを特徴とする請求項１記載の塗工装置である。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、
前記塗液間欠供給手段は、塗工状態から非塗工状態に移行する際にコーティングヘッドへの塗液の供給を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の塗工装置である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、
前記振動発生手段は、塗工状態から非塗工状態に移行する際に振動を発生することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塗工装置である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、
前記振動発生手段が振動を発生するタイミングが、前記塗液間欠供給手段が塗液の供給を停止するより前であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の塗工装置である。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、
前記振動発生手段が振動を終了するタイミングが、前記塗液間欠供給手段が塗液の供給を停止するより後であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の塗工装置である。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、
塗工装置によって塗工部と非塗工部とを間欠的に形成する塗工方法であって、
塗工装置は、塗液供給手段と、送液手段と、塗液間欠供給手段と、コーティングヘッドと、振動発生手段と、を備え、
塗液供給手段は、貯液した塗液を送液手段に供給する手段であって、
送液手段は塗液をコーティングヘッドに送液する手段であって、
塗液間欠供給手段は、送液手段とコーティングヘッド間の流路の外側に分岐され、且つ、コーティングヘッドの近傍に設けられ、間欠的にコーティングヘッドに塗液を供給する手段であって、
コーティングヘッドは、供給された塗液をスリット状のリップ先端から吐出するもので、
振動発生手段は、コーティングヘッドのリップ先端を所望の振動数で振動させる手段であって、
塗工状態から非塗工状態に移行する際に、塗液間欠供給手段によってコーティングヘッドへの塗液の供給を停止し、振動発生手段によってリップ先端を振動させることを特徴とする塗工方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、コーティングヘッドのリップ先端部に音波や超音波等の振動を印加す
ることで、非塗工状態に移行する際にリップ先端部の塗液を強制的に切断するために、塗工の終端部の直線性が良好な塗工を行うことが出来、その結果、組み立てられる電池の品質向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の塗工装置による塗工品の概略図で塗工終端部が直線状にならないことを示す模式図。
【図２】本発明の塗工装置の一例を示す概略構成図。
【図３】従来の塗工装置による塗工品の概略図。
【図４】本発明の塗工装置による塗工品の概略図。
【図５】本発明の塗工装置の（ａ）塗工／非塗工と、（ｂ）間欠機構７のＯＮ／ＯＦＦと、（ｃ）振動発生器８のＯＮ／ＯＦＦと、のタイミングチャートの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態に係る塗工装置について説明する。なお、本発明の実施の形態は、以下に記載する実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の実施の形態の範囲に含まれうるものである。
【００２４】
図２は、本発明の塗工装置の一実施形態を示す概略構成図である。塗工装置１において、塗液供給手段である塗液供給装置２は、送液手段である送液装置３に接続されている。送液装置３によって送られた塗液は、流路切り替え部４から塗工流路５を経てコーティングヘッド６に供給される。最終的には基材９上に塗液を吐出して塗工部１０と非塗工部１１を形成する。また、コーティングヘッド６近傍には塗液間欠供給手段である間欠機構７が設けられ、これが作動することで塗液の供給が止められ、非塗工部１１が形成される。コーティングヘッド６のリップ先端には振動発生手段である振動発生器８が取り付けられている。また、必要に応じて流路切り替え部４から分かれて塗液供給装置２に塗液を戻す還流部１２を設けてもよい。
【００２５】
コーティングヘッド６はスロットダイと呼ばれるものが一般的に用いられ、一定幅のスリットを設けてここから塗液を吐出する。スリットは、上流ヘッドと下流ヘッドの間に必要な厚みのシムと呼ばれる板をはさむ方法が一般的である。また、上流ヘッド側にはマニホールドと呼ばれる液溜り部が設けられ、これを介して塗液を吐出することで塗工がなされる方式が一般的である。
【００２６】
間欠機構７は図２においては塗液吸引方式の例として記載したものであるが、この方式に限定されるものではない。塗工部１０から非塗工部１１に移行する際に塗液を吸引し、コーティングヘッド６内の圧力を瞬間的に負圧状態にすることで非塗工部１１を形成することが可能である。
【００２７】
振動発生部８は本発明の中心をなすものであり、例えば可聴周波数帯の音波やそれより高い周波数帯の超音波を発生するもので、これをコーティングヘッド６のリップ先端部に伝達することでコーティングヘッド７から吐出される塗液の液切れ性を向上させるものである。
【００２８】
次に本発明の間欠塗工の動作について説明する。図３は従来の塗工装置による塗工品の概略図である。従来の間欠塗工における塗工部１０と非塗工部１１の形成においては、連続的に基材９に供給される塗液を間欠機構７の能力のみに頼って塗液を切断する。この場合は、塗液が切断される面は塗液の粘弾性に支配され、微視的に見ると応力が集中する部分とそうでない部分が生じて、まず前者から切れ目が生じ、続いて後者が切れるというプ
ロセスをたどる。したがって、前者と後者では実際に切れが生じるタイミングが異なるため、図３のように塗工終端部１３ａが部分的に糸を引いたような形状となる。
【００２９】
図４は本発明の塗液装置による塗工品の概略図である。本発明の間欠塗工においては間欠機構７と振動発生器８によって塗液を切断する。この場合、塗液が間欠機構７によって切断されようとする際に振動発生器８によって生じたコーティングヘッド６のリップ先端部の振動が塗液に伝達され、塗液が振動する。このことにより塗液の切断にかかる応力が分散されて微視的な応力集中が緩和されるため、全体の切断が同時に起こり、塗液自身の粘弾性に支配されることなく図４のような直線的な塗工終端部１３ｂを得ることができる。
【００３０】
振動発生器８からコーティングヘッド６に振動を伝達する方法は効果が得られる場合において任意であり、振動発生器８をコーティングヘッド６に直接取り付けてもよいし、あるいは振動発生器８から発生する振動を周囲の空気を通じて伝えてもよい。
【００３１】
振動発生器８から発生する振動の周波数は効果が得られる場合において任意であるが、塗液は流体であるから、コーティングヘッド６の先端リップ部の材質や形状、あるいは、この内部に介在する塗液の組み合わせによって、ある固有振動数で振動しやすい性質を持つ。この固有振動数においては、振動発生器８から伝達された振動によって塗液がより効率よく振動するため、間欠塗工における塗液切断時の応力の分散には最も効率がよいものと考えられるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
図５に（ａ）塗工／非塗工と、（ｂ）間欠機構７のＯＮ／ＯＦＦと、（ｃ）振動発生器８のＯＮ／ＯＦＦと、のタイミングチャートの一例を示す。振動発生器８が振動を開始あるいは停止するタイミングは、振動発生器８の振動が塗工部１０の表面形状に影響しなければ連続で振動していてかまわないが、振動発生器８の振動が塗工部１０の表面形状に影響する場合には、図５に示すように、振動発生器８の振動開始タイミングが間欠機構７が動作（ＯＮ）すると同時か（間欠機構７が動作（ＯＮ）するとは、塗液のコーティングヘッド６への供給が止められることを指す）、その少し前がよい。また振動を停止（ＯＦＦ）するタイミングは間欠機構７が動作した後がよい。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明に係る塗工装置の具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、本発明は下記実施例によって制限されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
＜塗工装置１＞
塗工装置１は図２に示される装置を用いた。塗液供給装置２としてタンクを用いてこれに塗液を満たし、配管を介して送液装置３としてモーノポンプを接続した。その吐出口から配管を介してコーティングヘッド６を設置した。コーティングヘッド６にいたる配管の途中に流路切り替え部４として自動流路切り替えバルブを設け、その下流側に間欠機構７として容量０．４ｍＬのサックバックバルブを設置した。自動流路切り替えバルブから還流部１２を通して塗液供給装置２に塗液を還流した。コーティングヘッド５としての幅５００ｍｍのスロットダイ方式のダイヘッドを用い、シムは２００ｍｍ幅の開口部を設けた０．５ｍｍ厚のステンレス板を用いた。
【００３５】
＜振動発生器８＞
振動発生器８として、連続可変の信号発生器とオーディオアンプを接続し、さらにコーティングヘッド６の幅方向のほぼ中央でリップ部近傍に直径３ｃｍのスピーカーを取り付けた。発生器は１Ｈｚ〜２ＭＨｚの正弦波が発振可能であり、オーディオアンプは２０Ｈｚから２００ｋＨｚがほぼフラットな増幅特性を有するものである。
【００３６】
＜塗液及び基材９＞
マンガン酸リチウム、ポリフッ化ビニリデン、導電補助剤をそれぞれ９０：５：５の比率で混合した後、溶媒としてＮ−メチルピロリドンで希釈し、粘度が８０００ｍＰａ．ｓの塗液を調整した。塗工基材としては、３２０ｍｍ巾、厚さが２０μｍのアルミニウム箔を使用した。
【００３７】
＜塗工方法＞
制御システム（図示せず）にて、連続塗工時は塗液をコーティングヘッド６側に流し、非塗工に移行する瞬間に自動流路切り替えバルブにて塗液を還流部１２側に流すと同時にサックバックバルブを動作させ、コーティングヘッド５内を負圧とし、非塗工部１０を形成するように制御した。振動発振器８は連続して発振させ、間欠塗工を行いながら振動発振器８の周波数を上げていき、塗工終端部１３ｂの形状を観察した。その結果、５ｋＨｚ以上の周波数帯で塗工終端部１３ｂがほぼ直線となった。
【００３８】
（実施例２）
振動発振器８の周波数を１５ｋＨｚに固定し、塗工終端部の前後のみ振動発生器８を発振した以外は実施例１と同様に操作して塗工終端部１３ｂの形状を観察した。その結果、塗工終端部１３ｂがほぼ直線となった。
【００３９】
（比較例）
振動発振器８を動作させずに実施例１と同様に操作して塗工終端部１３ａの形状を観察した。その結果、１ｍｍ程度の長さの糸引きが観察された。
【００４０】
このように発振器を動作させた場合には塗工終端部がほぼ直線となったのに対して、動作させなかった場合には糸引きが観察され、振動発振器８を動作させた効果が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の塗工装置によれば、固形分が高く、高粘度でありかつチクソトロピー性が高い塗液を塗工した場合でも、コーティングヘッドのリップ先端部に取り付けた振動発生器から振動を発生し、塗液を振動させて塗液切断時の応力集中を緩和することで糸引きのない直線性のよい塗工形状の電極を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・塗工装置
２・・・塗液供給装置
３・・・送液装置
４・・・流路切り替え部
５・・・塗工流路
６・・・コーティングヘッド
７・・・間欠機構
８・・・振動発振器
９・・・基材
１０・・・塗工部
１１・・・非塗工部
１２・・・還流部
１３ａ・・・糸引きがある塗工終端部
１３ｂ・・・糸引きがない塗工終端部
【図１】
2014176824.tif 000003
【図２】
2014176824.tif 000004
【図３】
2014176824.tif 000005
【図４】
2014176824.tif 000006
【図５】
2014176824.tif 000007