(57)【要約】【課題】  樹脂フィルム上に溶融した金属をダメージなく成膜する成膜装置を提供する。【解決手段】  樹脂フィルム２４に溶融した金属を成膜する装置であって、金属を溶融する溶融部１１と、溶融した金属を押し出す圧力印加部１３と、溶融部から溶融した金属を吐出するノズル１４と、ノズルから吐出した溶融金属を分散するための分散ガスを噴き出す分散ガス噴き出し部１５と、ノズルと分散ガス噴き出し部との間に断熱部３１とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂フィルムに、溶融した金属を成膜する成膜装置であって、
前記金属を溶融する溶融部と、
前記溶融部で溶融した金属に、前記金属を押し出す圧力を印加する圧力印加部と、
前記圧力印加部からの圧力印加に伴い前記溶融部から前記溶融した金属を吐出するノズルと、
前記ノズルから吐出した前記溶融金属を分散するための分散ガスを噴き出す分散ガス噴き出し部と、
前記ノズルと前記分散ガス噴き出し部との間に配置された断熱部と
を備える成膜装置。
【請求項２】
前記断熱部がセラミック材料の部材である、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記断熱部が、前記ノズルと前記分散ガス噴き出し部との間に形成された空間で形成される、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
樹脂フィルムに、溶融した金属を成膜する成膜装置であって、
前記金属を溶融する溶融部と、
前記溶融部で溶融した金属に、前記金属を押し出す圧力を印加する圧力印加部と、
前記圧力印加部からの圧力印加に伴い前記溶融部から前記溶融した金属を吐出するノズルと、
少なくとも一部が前記ノズルに隣接し、前記ノズルから吐出した前記溶融金属を分散するための第１の分散ガスを噴き出す第１の分散ガス噴き出し部と、
前記第１の分散ガス噴き出し部によって分散された溶融金属をさらに分散させる第２の分散ガスを噴き出す第２の分散ガス噴き出し部と、
を備える成膜装置。
【請求項５】
前記第２の分散ガスによって分散された前記溶融金属が前記樹脂フィルムの幅方向に分散されるように、前記第２の分散ガス噴き出し部の噴出口が、前記ノズルの穴に対して、前記樹脂フィルムの搬送方向の前後に少なくとも一対配置されている、
請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
さらに、前記溶融部と前記ノズルと前記樹脂フィルムとで閉じた空間を形成可能な仕切り部と、
前記閉じられた空間から分散ガスを排気する排気系統とを備える、
請求項１〜５のいずれか１つに記載の成膜装置。
【請求項７】
前記排気系統の排気口が前記樹脂フィルムの搬送方向の下流側に位置する、
請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記閉じられた空間に冷却ガスを導入する冷却ガス導入部を有し、
前記冷却ガス導入部の冷却ガス導入口は前記樹脂フィルムの搬送方向の上流に位置する、
請求項６又は７に記載の成膜装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記ガスはＡｒである、
Ｌｉプレドープ用の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｌｉイオン２次電池の製造等に用いられる成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｌｉイオン２次電池の高容量密度化とコストダウンが求められている。
【０００３】
Ｌｉイオン二次電池は、正極と負極と、それらの間に介在するセパレータと非水電解質とを有する。セパレータは、主としてポリオレフィン製の微多孔膜から構成される。
【０００４】
非水電解質には、ＬｉＢＦ４、又はＬｉＰＦ６などのリチウム塩を非プロトン性の有機溶媒に溶解した液状の非水電解質液（非水電解液）が用いられている。
【０００５】
また、正極の活物質としては、リチウムに対する電位が高く、安全性に優れ、合成が比較的容易であるリチウムコバルト酸化物（例えばＬｉＣｏＯ２）が用いられている。
【０００６】
負極の活物質としては、黒鉛などの種々の炭素材料が用いられている。炭素素材は結着材によって負極に担持されている。このような構成のＬｉイオン二次電池が実用化されている。
【０００７】
Ｌｉイオン２次電池の高容量密度化に対しては、負極にＳｉ系又はＳｎ系の材料を使用することが有効である。
【０００８】
しかし、Ｓｉ又はＳｎ、又はこれらの酸化物又は窒化物は、不可逆容量が大きいという課題を有している。つまり、初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンの一部が負極に吸蔵されたままになる割合が大きいため、負極材料の理論容量と比較して、電池容量が小さくなる。
【０００９】
この不可逆容量を回避するため、不可逆容量相当のリチウムを負極に予め吸蔵させ、しかる後に、電池を組み立てて充放電を始める、という手法が開示されている（例えば、特許文献１から４参照）。これらの手法を用いることで、初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンが高い割合で負極から回収できるようになり、電池容量が増加する。
【００１０】
不可逆容量相当のリチウムを負極に予め吸蔵させる工程を、Ｌｉプレドープと呼ぶ。Ｌｉプレドープの方法としては、以下の技術が知られている。
【００１１】
特許文献１には、金属Ｌｉを真空蒸着で負極に成膜する方法が開示されている。これは、Ｌｉインゴットを溶かして真空内で蒸発させ、負極に成膜する方法である。
【００１２】
特許文献２には、金属Ｌｉを真空蒸着でフィルムに成膜し、それを転写する方法が開示されている。これは、Ｌｉインゴットを真空チャンバ内で溶かして、蒸発させ、樹脂フィルムに成膜した後、負極に転写する方法である。
【００１３】
特許文献３には、金属Ｌｉの粉末を、溶媒に分散させ塗布する方法が開示されている。これは、金属Ｌｉの粉末を溶媒に分散させ、ダイコートなどで塗布する方法である。
【００１４】
特許文献４には、金属Ｌｉ箔を負極に転写する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−２７７０９９号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０９７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６０９８６号公報
【特許文献４】特開平１１−８６８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１のように真空内で蒸発させたＬｉを負極に成膜するとＬｉ蒸気の熱で負極の材料と反応してＬｉが充放電に寄与できなくなるという問題があった。
【００１７】
図６を用いて説明する。図６は、特許文献１に記載の成膜装置と同等の成膜装置である。
【００１８】
負極８４は、巻き出しロール６１から巻き出され、巻き取りロール６３に巻き取られる。途中、ニップロール６４でバックアップロール６２に押しつけながら、負極８４に成膜する。成膜するために、るつぼ７３にＬｉインゴット７１を投入し加熱して溶融し、真空中で蒸発させる。そのために、真空チャンバ７５と排気機構７４とが必要になる。Ｌｉを蒸発させるとき、るつぼ７３の温度は４００℃〜５００℃にする必要がある。
【００１９】
加熱されて蒸発したＬｉ蒸気７２が、バックアップロール６２上の負極８４に到達して成膜される。
【００２０】
このとき、バックアップロール６２を冷却していても、負極８４の表面は２００℃程度になるので、Ｌｉと負極８４の結着材とが反応し、Ｌｉが充放電に寄与できなくなる。
【００２１】
そのため、特許文献２のように、一度、樹脂フィルムにＬｉを真空蒸着して、転写するという方法が考えられるが、生産性を向上させるために、蒸発温度を上げて、成膜速度を上げると、樹脂フィルムが熱で変形したり、樹脂フィルムとＬｉとが反応したりするという問題があった。このような問題を、熱ダメージと呼ぶ。
【００２２】
特許文献３に記載のＬｉ粉末を塗布するという方法では、負極及び樹脂フィルムに熱ダメージが発生するという問題はないが、使用される金属Ｌｉ粉末は、粒径が１００μｍ以下の粉末であり、価格が高価であるため、Ｌｉ２次電池のコストが高価になるという問題があった。
【００２３】
特許文献４に記載のＬｉ箔を貼り付けるという方法においても、負極及び樹脂フィルムに熱ダメージが発生するという問題はないが、使用される金属Ｌｉ箔は、厚みが２００μｍ以下の箔であり、価格が高価であるため、Ｌｉ２次電池のコストが高価になるという問題があった。
【００２４】
一方、特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、安価なＬｉインゴットを材料とするものの、前記のような熱ダメージの問題があった。また、特許文献１及び特許文献２の技術には、真空チャンバ７５及び排気機構７４が必要で、装置コストが高価になり、Ｌｉイオン２次電池のコストも高価になるという問題もあった。
【００２５】
Ｌｉイオン２次電池のコストダウンのためには、Ｌｉインゴットを材料として、溶融させたＬｉをダメージなく樹脂フィルムに成膜する技術が必要となる。
【００２６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、溶融させた金属を熱ダメージなく樹脂フィルムに成膜する成膜装置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】
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明の第１態様によれば、樹脂フィルムに、溶融した金属を成膜する成膜装置であって、
前記金属を溶融する溶融部と、
前記溶融部で溶融した金属に、前記金属を押し出す圧力を印加する圧力印加部と、
前記圧力印加部からの圧力印加に伴い前記溶融部から前記溶融した金属を吐出するノズルと、
前記ノズルから吐出した前記溶融金属を分散するための分散ガスを噴き出す分散ガス噴き出し部と、
前記ノズルと前記分散ガス噴き出し部との間に配置された断熱部と
を備える成膜装置を提供する。
【００２８】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、溶融金属を分散ガスで分散させるので、溶融金属が樹脂フィルムに到達する前に熱が奪われ冷却される。その際、断熱部によって、溶融金属を分散させるガスによってノズルから熱が奪われることがないので、ノズルで溶融金属がつまるという問題を防止できる。その結果、低い温度の溶融金属を使って成膜できるので樹脂フィルムに対する熱ダメージを防止できる。また、分散ガスもノズルからの熱で温度が上がることがないので、分散ガスによる溶融金属の冷却効果を挙げることができ、樹脂フィルムに対する熱ダメージを防止できる。
【００２９】
上記目的を達成するために、本発明の第２態様によれば、前記断熱部がセラミック材料の部材である第１の態様に記載の成膜装置を提供する。
【００３０】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、例えば、断熱部がノズルに溶射等で形成した多孔質セラミックで構成することができるので、ノズルと分散ガス噴き出し部を接近させることができ、より溶融金属を分散させることができる。これによって溶融金属の表面積を増加させ、溶融金属の冷却を促進し、樹脂フィルムに対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明の第３態様によれば、前記断熱部が、前記ノズルと前記分散ガス噴き出し部との間に形成された空間で形成される第１の態様に記載の成膜装置を提供する。
【００３２】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、断熱部におけるノズルと分散ガス噴き出し部の断熱を確実にできるので、溶融金属の温度を下げてもノズル先端でノズルつまりが発生することがない。これによって溶融金属を使って成膜しても、樹脂フィルムに対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【００３３】
上記目的を達成するために、本発明の第４態様によれば、樹脂フィルムに、溶融した金属を成膜する成膜装置であって、
前記金属を溶融する溶融部と、
前記溶融部で溶融した金属に、前記金属を押し出す圧力を印加する圧力印加部と、
前記圧力印加部からの圧力印加に伴い前記溶融部から前記溶融した金属を吐出するノズルと、
少なくとも一部が前記ノズルに隣接し、前記ノズルから吐出した前記溶融金属を分散するための第１の分散ガスを噴き出す第１の分散ガス噴き出し部と、
前記第１の分散ガス噴き出し部によって分散された溶融金属をさらに分散させる第２の分散ガスを噴き出す第２の分散ガス噴き出し部と、
を備える成膜装置を提供する。
【００３４】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、第２の分散ガスによって、第１の分散ガスで分散した溶融金属を、さらに細かく分散できるので、溶融金属の冷却を促進できる。また、第２の分散ガスはノズルつまりを気にせずに冷却できるので、溶融金属の冷却効果を上げることができる。その結果、溶融金属を使って成膜しても、樹脂フィルムに対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【００３５】
上記目的を達成するために、本発明の第５態様によれば、前記第２の分散ガスによって分散された前記溶融金属が前記樹脂フィルムの幅方向に分散されるように、前記第２の分散ガス噴き出し部の噴出口が、前記ノズルの穴に対して、前記樹脂フィルムの搬送方向の前後に少なくとも一対配置されている、第４の態様に記載の成膜装置を提供する。
【００３６】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、樹脂フィルム幅方向の熱の入射を均一化できるので、樹脂フィルムの熱変形を低減できる。
【００３７】
上記目的を達成するために、本発明の第６態様によれば、さらに、前記溶融部と前記ノズルと前記樹脂フィルムとで閉じた空間を形成可能な仕切り部と、
前記閉じられた空間から分散ガスを排気する排気系統とを備える、
第１〜５の態様のいずれか１つに記載の成膜装置を提供する。
【００３８】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、溶融金属から熱を奪った分散ガスを速やかに取り除くことができるので、樹脂フィルムの温度上昇を低減できる。その結果、溶融金属を使って成膜しても、樹脂フィルムに対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【００３９】
上記目的を達成するために、本発明の第７態様によれば、前記排気系統の排気口が前記樹脂フィルムの搬送方向の下流側に位置する、第６の態様に記載の成膜装置を提供する。
【００４０】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、成膜前の樹脂フィルムの表面温度を低減できる。その結果、溶融金属を使って成膜しても、樹脂フィルムに対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【００４１】
上記目的を達成するために、本発明の第８態様によれば、前記閉じられた空間に冷却ガスを導入する冷却ガス導入部を有し、
前記冷却ガス導入部の冷却ガス導入口は前記樹脂フィルムの搬送方向の上流に位置する、第６又は７の態様に記載の成膜装置を提供する。
【００４２】
実施の形態において詳述するが、本構成によって、成膜前の樹脂フィルムの表面温度をさらに低減できる。その結果、溶融金属を使って成膜しても、樹脂フィルムに対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明の前記態様によれば、溶融させた金属を熱ダメージなく樹脂フィルムに成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に関わる成膜装置を示す図
【図２】本発明の第１実施形態に関わる成膜装置を示す図
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に関わる成膜装置を示す縦断面図
【図３Ｂ】本発明の第２実施形態に関わる成膜装置のノズル付近の底面図
【図３Ｃ】本発明の第２実施形態に関わる成膜装置の図３ＡのＸＸ断面を搬送方向から見た縦断面図
【図３Ｄ】本発明の第２実施形態の変形例に関わる成膜装置の図３ＡのＸＸ断面を搬送方向から見た縦断面図
【図３Ｅ】本発明の第２実施形態の変形例に関わる成膜装置のノズル付近の底面図
【図４】本発明の第３実施形態に関わる成膜装置を示す図
【図５】本発明第３実施形態に関わる成膜装置を示す図
【図６】従来技術に関わる成膜装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４６】
（第１実施形態）
図１及び図２を用いて本発明の第１実施形態について説明する。
【００４７】
図１は、本発明の第１実施形態に関わる成膜装置１００である。
【００４８】
成膜装置１００は、溶融金属吐出部１を備えている。
【００４９】
溶融金属吐出部１は、樹脂フィルム２４と対向している。樹脂フィルム２４は、搬送系７０によって矢印Ａの方向に搬送されている。樹脂フィルム２４の搬送系７０は、一般的なロール・ツー・ロール方式の搬送系で、巻き出しロール７１と巻き取りロール７２とで構成されている。巻き出しロール７１と巻き取りロール７２との間で、樹脂フィルム２４は、溶融金属吐出部１と対向する。
【００５０】
樹脂フィルム２４は、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、又は、ポリプロピレンなどのフィルムである。Ｌｉイオン２次電池のプレドープに使用される樹脂フィルムは、厚みは５０〜３００μｍ程度である。これより薄いと、搬送困難となり、これより厚いと、材料費が高くなる。樹脂フィルム２４の幅は、電池の規格により、５０〜１００ｍｍ程度である。
【００５１】
溶融金属吐出部１の構成を説明する。
【００５２】
溶融金属吐出部１は、溶融部１１と、加熱機構１２と、圧力印加部１３と、ノズル１４と、分散ガス噴き出し部１５と、分散ガス供給機構１６とを備えて構成されている。
【００５３】
図１において、１１は、金属を溶融する溶融部である。溶融部１１は、金属で構成され、Ｌｉを溶融させる場合、Ｌｉと反応しないステンレス鋼が一例として使用される。溶融部１１は加熱機構１２と接触している。加熱機構１２により、溶融部１１は、金属を溶融できる温度まで加熱される。加熱機構１２は、一例として、シースヒータなど一般的なものでよい。加熱機構１２は、溶融金属の温度を一定に保つための加熱制御装置を備える。
【００５４】
図１において、１３は、溶融部１１で溶融した金属２１に、溶融金属２１を押し出す圧力を印加する圧力印加部である。
【００５５】
圧力印加部１３は、コンプレッサなどで圧力を上げた高圧ガス導入機構でもよいし、シリンジなどの固体でメカニカルに溶融金属を押し出す機構でもよい。高圧ガスで押し出す場合、Ｌｉの場合は反応性が高いので、Ａｒガスを高圧ガスとして使用することが望ましい。
【００５６】
図１において、１４は、溶融部１１で溶融された金属を押し出すノズルである。ノズル１４の穴１４ａの直径は、一例として０．１〜１ｍｍ程度である。これより小さいと、詰まりやすくなり、これより大きいと、吐出量が多いため分散困難となる。ノズル１４の下端と樹脂フィルム２４の上面との距離は、一例として、３０〜１５０ｍｍ程度である。
【００５７】
図１において、１５は、ノズル１４から吐出した溶融金属を分散するための分散ガス７５を噴出口１５ａから噴き出す分散ガス噴き出し部である。分散ガス噴き出し部１５の噴出口１５ａは、ノズル１４の穴１４ａの全周を取り囲むように配置される。分散ガス噴き出し部１５の噴出口１５ａの幅は、一例として、０．１〜１ｍｍ程度である。これより小さいと、分散困難となり、これより大きいと、ガス材料費が高くなる。
【００５８】
また、分散ガス噴き出し部１５の噴出口１５ａから噴き出された分散ガス同士が衝突した方が、溶融金属を分散及び粉砕する効果が大きいので、分散ガス噴き出し部１５の噴出口１５ａに連通する分散ガスの導入経路１７は、ノズル１４の吐出方向に対して鋭角の角度を持つのがよい。分散ガスの導入経路１７の傾斜角度は、一例として、ノズル１４のノズル穴１４ａの軸に対して３０〜６０°程度傾く角度としている。これより小さいと、分散ガス同士の衝突量が低下して分散困難となり、これより大きいと、フィルム２４以外への付着が増加し、材料費が増加してしまう。
【００５９】
分散ガス７５は、分散ガス供給機構１６によって分散ガス噴き出し部１５の導入経路１７に供給される。分散ガス供給機構１６は、コンプレッサなどで圧力を上昇させたガスを分散ガス噴き出し部１５に分散ガス７５として供給するものでよい。Ｌｉプレドープ用の成膜装置の場合は、Ｌｉの反応性が高いので、分散ガス７５として、一例としてＡｒなど、Ｌｉと反応しない不活性ガスが望ましい。
【００６０】
図１において、３１は断熱部である。ノズル１４と分散ガス噴き出し部１５との間に配置され、ノズル１４と分散ガス７５との間での熱のやり取りを遮断する。断熱部３１は、高温に耐えるよう多孔質セラミック材料の部材を配置するとよい。例えば、溶射又は焼成など一般的な方法を用いて、ノズル１４の周辺に多孔質セラミック層を断熱部３１として形成しうる。
【００６１】
図１において、９０は制御装置であり、加熱機構１２と圧力印加部１３と分散ガス供給機構１６と搬送系７０とのそれぞれの動作を制御している。
【００６２】
次に、本成膜装置１００の動作について説明する。
【００６３】
まず、材料である金属を溶融部１１の内部の加熱室１１ａ内にセットする。Ｌｉプレドープに使用される成膜装置の場合は、Ｌｉインゴットを加熱室１１ａ内にセットする。
【００６４】
次に、制御装置９０の制御の下に、加熱機構１２によって溶融部１１のを加熱室１１ａ加熱して溶融部１１の加熱室１１ａ内の温度を上げて、加熱室１１ａ内の金属２１を溶融する。Ｌｉの場合、一例として、溶融部１１の加熱室１１ａの温度は２００℃〜２５０℃である。
【００６５】
次に、制御装置９０の制御の下に、搬送系７０を使用して樹脂フィルム２４を、図１の矢印Ａの方向に搬送する。Ｌｉプレドープに使用する場合、樹脂フィルム２４の搬送速度は、一例として１００〜１０００ｍｍ／ｓである。これより小さいと、生産性が低下し、これより大きいと、搬送困難となる。
【００６６】
次に、制御装置９０の制御の下に、圧力印加部１３を駆動して加熱室１１ａ内で溶融した金属２１に圧力をかけると同時に、分散ガス供給機構１６を起動し、分散ガス噴き出し部１５の噴出口１５ａから分散ガス７５を噴き出す。
【００６７】
すると、ノズル１４の穴１４ａから吐出した溶融金属２１は、分散ガス７５により図１の２２のように分散されながら樹脂フィルム２４に到達し、樹脂フィルム２４上に金属膜２３を成膜することができる。ここでは、理解しやすくするため、樹脂フィルム２４及び金属膜２３の厚さを大きく誇張して図示している。以下の実施形態でも同様に誇張して図示している。
【００６８】
なお、金属膜２３の成膜状態は、完全に連続的である必要はなく、ここでは、樹脂フィルム２４上に金属材料を供給することを成膜と呼ぶ。
【００６９】
本成膜装置１００においては、溶融金属２１を分散ガス７５で分散させるので、溶融金属２１が樹脂フィルム２４に到達する前に熱が奪われて冷却される。すなわち、分散された溶融金属２１は、分散しないまま成膜する場合に比べ、表面積が大きいので、ノズル１４の穴１４ａから吐出されたのち樹脂フィルム２４に到達するまでに十分に冷却される。分散ガス７５を使用しない場合、金属膜２３の厚みが３００μｍとなる場合でも、一例として０．５ＭＰａの分散ガス７５を使用すれば、金属膜２３の厚みが５０μｍ程度になるように分散することができる。
【００７０】
分散ガス７５が分散した溶融金属２１から熱を奪いやすいように、分散ガス自体を冷却しておくのが望ましい。すなわち、分散ガス供給機構１６に、分散ガス７５を冷却する機能を持たせるのが望ましい。分散ガス７５を冷却する方法としては、熱交換器又は断熱膨張など一般的な方式を採用することができる。
【００７１】
また、第１実施形態の成膜装置１００においては、断熱部３１によって、分散ガス７５によってノズル１４から熱が奪われることがないので、ノズル１４で溶融金属２１の温度が下がり、ノズル１４がつまるという問題を防止できる。その結果、低い温度の溶融金属２１を使って成膜できるので、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージを防止できる。
【００７２】
また、分散ガス７５も、ノズル１４からの熱で温度が上がることがないので、分散ガス７５が、分散された溶融金属２１から熱を奪うという冷却効果を挙げることができる。
【００７３】
第１実施形態の変形例として、図２を用いて別の断熱部の構造を説明する。図２において、図１と同じ番号は、同じ構成要素を表す。なお、図２では、搬送系７０及び制御装置９０は、図１と同じであるため、図示を省略する。
【００７４】
図１では断熱部３１の構造として、多孔質セラミックを使用した断熱構造３１について説明しているが、図２のように、ノズル１４と分散ガス噴き出し部１５との間に形成された空間３２を用いた断熱構造としてもよい。空間３２は、ノズル１４の先端部分の全外周面に形成されている。
【００７５】
図１の構造と図２の構造を比較した場合、次のようになる。
【００７６】
図１の構造では、断熱部の材料が、ノズル１４の外面に溶射等で形成した多孔質セラミックであるので、ノズル１４の金属吐出通路と分散ガス噴き出し部１５の分散ガスの導入経路１７とを接近させることができ、溶融金属２１を、図２より細かく分散させることができる。これによって、溶融金属２１の表面積を増加させ、溶融金属２１の冷却を促進し、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【００７７】
図２の構造では、断熱部が完全な空間３２であるので、ノズル１４と分散ガス噴き出し部１５との断熱を、図１の構造よりも確実に行うことができる。その結果、溶融金属２１の温度を下げても、ノズル１４の先端でノズルつまりが発生することがないため、溶融金属２１の温度を下げることができる。また、分散ガス７５が、ノズル１４からの熱で加熱されないので、分散ガス７５による冷却効果は図１の構造より大きい。
【００７８】
材料又はフィルムの幅又は厚みなどの生産条件により、図１又は図２の構造を適宜選択するのがよい。
【００７９】
以上のようにして、本発明の第１実施形態によれば、溶融金属２１を十分に冷却した状態で樹脂フィルム２４に供給できるので、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージなく、溶融金属２１を樹脂フィルム２４に成膜できる。
【００８０】
（第２実施形態）
図３Ａ〜図３Ｅを用いて、本発明の第２実施形態について説明する。
【００８１】
図３Ａ〜図３Ｅにおいて、図１及び図２と同じ番号のものは、図１及び図２と同じ構成要素を表す。
【００８２】
図３Ａの中で、４４は、ノズル１４から吐出した溶融金属２１を分散するための第１の分散ガス７５Ａを噴出口４４ａから噴き出すための第１の分散ガス噴き出し部である。第１の分散ガス噴き出し部４４は、少なくともその一部である噴出口４４ａがノズル１４に隣接している。第１の分散ガス噴き出し部４４の噴出口４４ａの幅は、一例として０．１〜１ｍｍ程度である。これより小さいと、分散困難となり、これより大きいと、ガス材料費が高くなる。
【００８３】
また、噴出口４４ａから噴き出された第１の分散ガス７５Ａ同士が衝突した方が、分散する効果が大きいので、第１の分散ガス７５Ａの導入経路１７は、ノズル１４の吐出方向に対して傾斜した角度を持つのがよい。その傾斜角度は、ノズル１４による吐出方向に対して一例として３０〜６０°程度である。これより小さいと、第１の分散ガス７５Ａ同士の衝突量が低下して分散困難となり、これより大きいと、樹脂フィルム２４以外への付着が増加し、材料費が増加してしまう。
【００８４】
第１の分散ガス７５Ａは、第１の分散ガス供給機構１６Ａによって第１の分散ガス噴き出し部４４に供給される。第１の分散ガス供給機構１６Ａは、コンプレッサなどで圧力を上昇させたガスを第１の分散ガス噴き出し部４４に第１の分散ガス７５Ａとして供給するものでよい。Ｌｉプレドープの場合は反応性が高いので、第１の分散ガス７５Ａとして、一例としてＡｒなど、Ｌｉと反応しないガスが望ましい。
【００８５】
図３Ａの中で、４５は、第１の分散ガス７５Ａで分散された溶融金属２１をさらに分散するための第２の分散ガス７５Ｂを噴出口４５ａから噴き出すための第２の分散ガス噴き出し部である。
【００８６】
図３Ｂは、樹脂フィルム側から見たノズル１４の穴１４ａ周辺の底面図である。第１の分散ガス噴き出し部４４の噴出口４４ａは、ノズル１４の円形穴１４ａに隣接して円環状に形成されているが、第２の分散ガス噴き出し部４５の噴出口４５ａは、ノズル１４の穴１４ａに隣接していない。噴出口４５ａは、一例として、ノズル１４の穴１４ａに対して樹脂フィルム２４の搬送方向Ａの前後の位置に、ノズル１４の穴１４ａの中心周りに１８０度間隔をあけて、円環状の噴出口４４ａの周囲に配置されている。
【００８７】
噴出口４５ａから噴き出された第２の分散ガス７５Ｂ同士が衝突した方が、溶融金属２１を分散させる効果が大きいので、第２の分散ガス７５Ｂの導入経路４７は、ノズル１４の吐出方向に対して傾斜角度を持つのがよい。その傾斜角度は、ノズル１４による吐出方向に対して、一例として４０〜８０°程度である。この角度は、第２の分散ガス７５Ｂの衝突する位置が、第１の分散ガス７５Ａによって分散された溶融金属２１の経路上にあるように上記第１の分散ガスの角度に対応して決定する。
【００８８】
第２の分散ガス７５Ｂは、第２の分散ガス供給機構４６によって第２の分散ガス噴き出し部４５に供給される。第２の分散ガス供給機構４６は、コンプレッサなどで圧力を上昇させたガスを第２の分散ガス噴き出し部４５に第２の分散ガス７５Ｂとして供給するものでよい。Ｌｉプレドープの場合は、反応性が高いので、第２の分散ガス７５Ｂとして、一例としてＡｒなど、Ｌｉと反応しないガスが望ましい。
【００８９】
第２の分散ガス７５Ｂが分散した溶融金属２１から熱を奪いやすいように、第２の分散ガス７５Ｂ自体を冷却しておくのが望ましい。すなわち、第２の分散ガス供給機構４６に、第２の分散ガス７５Ｂを冷却する機能を持たせるのが望ましい。第２の分散ガス７５Ｂを冷却する方法としては、熱交換器又は断熱膨張など一般的な方式を採用することができる。
【００９０】
なお、この実施形態でも、第１実施形態と同様に、制御装置９０により、加熱機構１２と圧力印加部１３と第１の分散ガス供給機構１６と第２の分散ガス供給機構４６と図示しない搬送系７０とのそれぞれの動作を制御している。
【００９１】
次に、本成膜装置１００Ｂの動作について説明する。
【００９２】
まず、材料である金属を溶融部１１の内部の加熱室１１ａ内にセットする。Ｌｉプレドープに使用される成膜装置の場合は、Ｌｉインゴットを加熱室１１ａ内にセットする。
【００９３】
次に、第１実施形態と同様に制御装置９０の制御の下に、加熱機構１２によって溶融部１１を加熱室１１ａで加熱して溶融部１１の加熱室１１ａ内の温度を上げて、加熱室１１ａ内の金属２１を溶融する。Ｌｉの場合、一例として、溶融部１１の加熱室１１ａの温度は２００℃〜２５０℃である。
【００９４】
次に、制御装置９０の制御の下に、第１実施形態と同様な図示していない搬送系７０を使用して樹脂フィルム２４を図１の矢印Ａの方向に搬送する。Ｌｉプレドープに使用する場合、樹脂フィルム２４の搬送速度は、一例として１００〜１０００ｍｍ／ｓである。これより小さいと、生産性が低下し、これより大きいと、搬送困難となる。
【００９５】
次に、制御装置９０の制御の下に、圧力印加部１３を駆動して加熱室１１ａ内で溶融した金属２１に圧力をかけると同時に、第１の分散ガス供給機構１６を起動し、第１の分散ガス噴き出し部４４の噴出口４４ａから第１の分散ガス７５Ａを噴き出す。
【００９６】
さらに、制御装置９０の制御の下に、第２の分散ガス供給機構４６を起動し、第２の分散ガス噴き出し部４５の噴出口４５ａから第２の分散ガス７５Ｂを噴き出す。
【００９７】
すると、ノズル１４の穴１４ａから吐出した溶融金属２１は、第１の分散ガス７５Ａにより、まず、図３Ｃの２２のように分散及び粉砕される。
【００９８】
続いて、図３Ｃの２２のように分散及び粉砕された溶融金属２１は、第２の分散ガス７５Ｂによって、図３Ｃの２５のように、さらに分散及び粉砕されながら、樹脂フィルム２４に到達し、樹脂フィルム２４上に金属膜２３を成膜することができる。
【００９９】
なお、金属膜２３の成膜状態、完全に連続的である必要はなく、ここでは、樹脂フィルム２４上に金属材料を供給することを成膜と呼ぶ。
【０１００】
本構成によれば、第１の分散ガス７５Ａで分散及び粉砕した溶融金属２１を、第２の分散ガス７５Ｂで、さらに細かく分散及び粉砕できるので、より一層、溶融金属２１の冷却を促進できる。このとき、第１の分散ガス７５Ａは、ノズルつまりの原因になるので、十分に冷却できないが、第２の分散ガス７５Ｂは、十分に冷却できるため、溶融金属２１の表面積を増やしながら効率的に冷却できる。その結果、溶融金属２１を使って成膜しても、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【０１０１】
第２の分散ガス噴き出し部４５は、第２の分散ガスによって分散された溶融金属がフィルムの幅方向に分散されるように設けるのがよい。
【０１０２】
図３Ｂ及び図３Ｅは、樹脂フィルム側から見たノズル１４の穴１４ａ周辺の底面図である。
【０１０３】
図３Ｃ及び図３Ｄは、図３ＡのＸＸ断面を搬送方向から見た縦断面図である。図３Ｃは、第２の分散ガス噴き出し口４５の噴出口４５ａが図３Ｂのように、１８０度間隔で一対設けられた場合の溶融金属２１の成膜範囲を示す図である。一方、図３Ｄは、第２の分散ガス噴き出し口４５の噴出口４５ｂが、円環状に、図３Ｅのようにノズル全周に（第１の分散ガス噴き出し口４４の噴出口４４ａに隣接して）設けられた場合の溶融金属２１の成膜範囲を示す図である。
【０１０４】
図３Ｂのように、第２の分散ガス噴き出し部４５の噴出口４５ａを、樹脂フィルム搬送方向に２か所配置すれば、溶融金属２１を幅方向に分散させることができる。第２の分散ガス噴き出し部４５の噴出口４５ｂを図３Ｅのようにノズル中心に対して同心円状に配置した場合は、図３Ｄのごとく、溶融金属２１はフィルム中心側に偏った分散となり、フィルム２４の幅方向に十分に分散することはできない。
【０１０５】
このようにして、第２の分散ガス噴き出し部４５の噴出口４５ａを、第２の分散ガス７５Ｂによって分散された溶融金属２１がフィルム２４の幅方向に分散されるように設けることによって、樹脂フィルム幅方向の熱の入射を均一化できるので、樹脂フィルム２４の一部だけが伸びることを防止し、樹脂フィルム２４の熱変形を低減できる。
【０１０６】
（第３実施形態）
図４及び図５を用いて、本発明の第３実施形態について説明する。
【０１０７】
図４において、図１及び図２と同じ番号のものは、図１及び図２と同じ構成要素を表す。
【０１０８】
第３実施形態では、図１の成膜装置１００の溶融金属吐出部１において、ノズル１４の周囲に、ノズル１４の穴１４ａの吐出空間の全周囲を囲むように下方に垂れ下がった四角形枠状又は円形枠状の仕切り部５１を設けている。仕切り部５１は、溶融金属吐出部１と樹脂フィルム２４とで合わせて、仕切り部５１と樹脂フィルム２４との間の隙間を除いて、大略閉じた空間６０を形成する。また、第３実施形態では、さらに、閉じた空間６０から分散ガスを排気する排気系統５３を備える。排気系統５３は、一般的なポンプによる排気でよい。空間６０から排気口５２を通して分散ガスを排気する。仕切り部５１と樹脂フィルム２４との間の隙間は、樹脂フィルム２４の搬送用の隙間である。なお、この第３実施形態は、第１実施形態のみならず、第２実施形態にも適用可能である。
【０１０９】
図５に搬送系５９まで含めた、装置構成を示す。図５において、搬送系５９を構成する要素として、６３は、巻き取りロール、６１は巻き出しロール、６２はバックアップロール、６４はニップロールである。樹脂フィルム２４はニップロール６４でバックアップロール６２に押しつけられているので、空間６０を排気系統５３で排気しても、樹脂フィルム２４が変形することはない。
【０１１０】
なお、この実施形態でも、具体的には図示しないが、第１実施形態と同様に、制御装置９０により、加熱機構１２と圧力印加部１３と分散ガス供給機構１６と排気系統５３と冷却ガス導入部５５と搬送系（巻き出しロール６１とバックアップロール６２と巻き取りロール６３など）とのそれぞれの動作を制御している。
【０１１１】
本構成によって、溶融金属２１から熱を奪って温度が上がった分散ガス７５を、空間６０内から排気系統５３によって速やかに取り除くことができる。そのため、分散ガスの熱による樹脂フィルム２４の温度上昇を低減できる。その結果、溶融金属成膜前の樹脂フィルム２４の温度上昇を抑制できるので、溶融金属２１を成膜して多少温度上昇しても、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージとなることはない。
【０１１２】
なお、排気口５２は、樹脂フィルム搬送方向Ａの下流側に位置するのがよい。排気口５２が樹脂フィルム搬送方向Ａの下流側に配置することによって、成膜前の樹脂フィルム２４の方へ、溶融金属２１から熱を奪い温度上昇した分散ガス７５が到達しにくくなり、成膜前の樹脂フィルム２４の表面温度をさらに低減できる。その結果、溶融金属２１を成膜して温度上昇しても、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージとなることはない。
【０１１３】
また、空間６０の密閉度を上げるために、仕切り部５１と樹脂フィルム２４との間の隙間部分に、シールロール５６を設置するとよい。シールロール５６によって、空間６０の密閉度が上がると、排気系統５３によって分散ガス７５を排気する効率が上がり、樹脂フィルム２４の温度も低減できる。その結果、溶融金属２１を成膜して温度上昇しても、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージとなることはない。
【０１１４】
さらに、樹脂フィルム搬送方向Ａの上流側に、冷却ガス導入口５４と冷却ガス導入部５５とを設けるとよい。このとき、冷却ガス導入口５４は、樹脂フィルム２４に対向して設けるとよい。冷却ガス導入部５５のガスの冷却には、熱交換又は断熱膨張など一般的な方法を使用できる。冷却ガス導入部５５のガス導入には、コンプレッサなど一般的な方法を使用できる。Ｌｉプレドープに使用される成膜装置の場合、冷却ガスは、一例として、Ｌｉと反応しないＡｒガスなどがよい。
【０１１５】
樹脂フィルム搬送方向上流側から冷却ガスを導入することにより、溶融金属２１から熱を奪って温度が上昇した分散ガス７５が、成膜前の樹脂フィルム２４に接触することを防止できる。また、冷却ガスによって、樹脂フィルム２４の表面を直接冷却できる。
【０１１６】
また、バックアップロール６２を冷却し、樹脂フィルム２４を冷却する方法もあるが、樹脂フィルム２４の搬送速度が１００ｍｍ／ｓ以上に速いと、樹脂フィルム２４の表面の冷却は十分でなく、溶融金属２１の熱で表面温度が上がり、溶融金属２１とフィルム２４とが化学反応するという、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージが入る。それゆえ、樹脂フィルム２４の表面を冷却ガスによって直接冷却することが有効である。
【０１１７】
以上のように、第３実施形態では、分散ガス７５を使用しても、成膜前の樹脂フィルム２４の表面温度を低減できる。その結果、溶融金属２１を使って成膜しても、樹脂フィルム２４に対する熱ダメージのない成膜を実現できる。
【０１１８】
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明にかかる成膜装置は、Ｌｉイオン２次電池の製造に使用される成膜装置など金属を樹脂フィルム上に成膜する装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  溶融金属吐出部
１１  溶融部
１１ａ  加熱室
１２  加熱機構
１３  圧力印加部
１４  ノズル
１４ａ  ノズル穴
１５  分散ガス噴き出し部
１５ａ  噴出口
１６  分散ガス供給機構
１６Ａ  第１の分散ガス供給機構
１７  分散ガスの導入経路
２１  金属
２２  分散及び粉砕された金属
２４  樹脂フィルム
２５  分散及び粉砕された金属
３１  断熱部
３２  断熱用空間
４４  第１の分散ガス噴き出し部
４４ａ  円環状の噴出口
４５  第２の分散ガス噴き出し部
４５ａ  円形の噴出口
４５ｂ  円環状の噴出口
４６  第２の分散ガス供給機構
５１  仕切り部
５２  排気口
５３  排気系統
５４  冷却ガス導入口
５５  冷却ガス導入部
５６  シールロール
５９  搬送系
６０  空間
６１  巻き出しロール
６２  バックアップロール
６３  巻き取りロール
６４  ニップロール
７０  搬送系
７１  巻き出しロール
７２  巻き取りロール
７５  分散ガス
９０  制御装置
１００，１００Ｂ  成膜装置
【図１】
2015199986.tif 000003
【図２】
2015199986.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2015199986.tif 000006
【図３Ｃ】
2015199986.tif 000007
【図３Ｄ】
2015199986.tif 000008
【図３Ｅ】
2015199986.tif 000009
【図４】
2015199986.tif 000010
【図５】
2015199986.tif 000011
【図６】
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