(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロールと、
前記第１のロールに対向して配置され、前記第１のロール上の集電箔との間に電極材料が供給されたとき、前記電極材料を前記第１のロール上の前記集電箔との間に挟みこんで前記電極材料を引き伸ばすことにより、前記集電箔の表面上に前記電極材料の塗膜を形成する第２のロールと、を備え、
前記第２のロールの表面には非結晶の材料で構成された窒化クロムの層が設けられている、
電極製造装置。
【請求項２】
前記第２のロールの母材と、前記窒化クロムの層との間に、硬質クロムメッキ層が設けられている、
請求項１に記載の電極製造装置。
【請求項３】
前記硬質クロムメッキ層は数１０μｍの厚さで形成されている、
請求項２に記載の電極製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池用の電極シートを製造する様々な方法が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、回転する調厚ロール表面に塗料を供給し、調厚ロールと転写ロールとの間の間隙で塗料を調厚して、転写ロールに塗膜を転写する装置が開示されている。転写ロールに転写された塗膜が、バックアップロール上の基材に密着されることにより、基材上にストライプ状の塗膜が形成される。このようにして、機能性シートが製造される。ここで、調厚ロールと転写ロールの表面の材質には、シリコンやフッ素といった塗膜の離型性が高い材質を含む樹脂、又はそれらの成分を含有した複合金属物が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１５６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
塗膜が形成される転写ロールの表面に、塗膜の離型性を良くするためにシリコンやフッ素といった高離型性を有する材質を用いると、それらの材質は柔らかいため、転写ロールの耐久性が落ちてしまうという課題がある。また、転写ロールの表面の耐久性を向上させるため、転写ロールの表面を、高硬度性を有する材質と高離型性を有する材質とを含有した複合材で形成すると、使用の際に高離型性を有する材質が先に摩耗してしまう。そのため、使用に伴い転写ロールの離型性が落ちてしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、電極材料の塗膜が表面上に形成されるロールにおいて、離型性と共に耐久性を確保できるようにした電極製造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】
【０００７】
本発明にかかる電極製造装置は、第１のロールと、前記第１のロールに対向して配置され、前記第１のロールとの間に電極材料が供給されたとき、前記電極材料を前記第１のロールとの間に挟みこんで前記電極材料を引き伸ばすことにより、表面上に前記電極材料の塗膜を形成する第２のロールと、を備える。前記第２のロールの表面には窒化クロムの層が設けられている。
【０００８】
この電極製造装置では、電極材料の塗膜が表面上に形成されるロールの表面に窒化クロムの層が設けられているため、そのロールの離型性及び耐久性を確保できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、電極材料の塗膜が表面上に形成されるロールにおいて、離型性と共に耐久性を確保できるようにした電極製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる電極製造装置の概略図である。
【図２】実施の形態１にかかる転写ロールの断面図である。
【図３】諸材料の離型性及び表面硬度の比較図である。
【図４】高硬度材と高離型材との複合材において、接触角の変化例を示すグラフである。
【図５】ＣｒＮにおいて、接触角の変化例を示すグラフである。
【図６】実施の形態１にかかる他の転写ロールの断面図である。
【図７】実施の形態２にかかる他の電極製造装置の概略図である。
【図８】実施の形態２にかかる他の電極製造装置の概略図である。
【図９】実施の形態２にかかる他の電極製造装置の概略図である。
【図１０】実施の形態２にかかる他の電極製造装置の概略図である。
【図１１】実施の形態２にかかる他の電極製造装置の概略図である。
【図１２】実施の形態２にかかる他の電極製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１に示すように、電極製造装置１には、搬送される集電箔Ｃを挟む位置に、バックアップロール１１と転写ロール１２が設けられている。なお、集電箔Ｃは、アルミニウムや銅といった材料で構成されている。
【００１２】
バックアップロール１１（第１のロール）は、集電箔Ｃを捲き回して走行させるロールである。転写ロール１２（第２のロール）は、集電箔Ｃを挟んでバックアップロール１１に対向する位置に配置されている。さらに言えば、転写ロール１２は、バックアップロール１１の横に配置されている。電極材料Ｍがバックアップロール１１と転写ロール１２との間に供給され、電極材料Ｍが上方から下方に流れる（即ち、集電箔Ｃがバックアップロール１１上で搬送される方向に流れる）と、電極材料Ｍがバックアップロール１１と転写ロール１２との間に挟みこまれる。これにより、電極材料Ｍが引き伸ばされ、転写ロール１２の表面上に電極材料Ｍの塗膜が形成される。この塗膜が、バックアップロール１１の表面上にある集電箔Ｃに圧着される（転写される）ことで、シート型の電極Ｅが製造される。なお、電極材料Ｍは、単体の物質でもよいし、混合物であってもよい。また、電極材料Ｍは、造粒体であってもよいし、溶媒が含まれていてもよい。実施の形態１において、電極材料Ｍには溶媒が含まれているため、製造された電極Ｅは乾燥炉Ｄの中に搬入され、乾燥炉Ｄにより乾燥される。
【００１３】
図２に示すように、転写ロール１２の表面にはＣｒＮ（窒化クロム）層１２１が設けられている。ＣｒＮ層１２１は、晶質であっても非晶質であってもよい。ＣｒＮ層１２１は、一般的なドライコーティングで転写ロール１２の表面上に形成される。ドライコーティングは、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）であってもよい。ただし、高温（例えば４００℃以上）でドライコーティング処理をした場合、転写ロール１２の母材１２２が焼き戻されてその性質が変化したり、転写ロール１２の熱歪が生じたりする可能性がある。そのため、低温（例えば２００℃以下）でドライコーティング処理をするのが好ましい。また、ＣｒＮ層１２１の表面は、鏡面で形成されてもよいし、粗面（２Ｒａ程度）で形成されてもよい。
【００１４】
ＣｒＮ層１２１の下の母材１２２は、十分な剛性を有する素材で構成されている。母材１２２の素材は、例えばＳＵＳ（Steel Use Stainless）であってもよいし、ＳＵＪ（Steel Use Journal）といった軸受鋼であってもよい。
【００１５】
このように、転写ロール１２の表面にＣｒＮ層１２１を設けることで、転写ロール１２において離型性を確保することができる。つまり、転写ロール１２に形成された電極材料Ｍの塗膜を集電箔Ｃに多く転写することができ、塗膜の転写後に転写ロール１２に残る電極材料Ｍの量を少なくすることができる。従って、電極生成過程中に生じる電極材料Ｍのロスを削減することができる。
【００１６】
また、ＣｒＮ層１２１は、十分な硬度（例えば１５００Ｈｖ以上の硬度）を有するため、転写ロール１２の耐久性を確保することができる。例えば、高い離型性を有する軟質性の材料で転写ロール１２の表面層を構成し、集電箔Ｃに電極材料Ｍを転写する処理をした場合、数１００ｍの集電箔Ｃに電極材料Ｍを転写した段階で、無視しえない大きさの欠損が転写ロール１２表面に生じる。これに対し、転写ロール１２の表面にＣｒＮ層１２１を設け、集電箔Ｃに電極材料Ｍを転写する処理をした場合、無視しえない大きさの欠損が転写ロール１２表面に生じるのは、数万ｍの集電箔Ｃに電極材料Ｍを転写した段階である。つまり、ＣｒＮ層１２１を設けることで、転写ロール１２の耐久性を向上させることができる。
【００１７】
本発明にかかるＣｒＮの材料と、他の材料とについて、離型性（水との接触角）及び表面硬度を比較した図面を、図３に示す。図３の横軸は離型性、縦軸は表面硬度を示す。ＷＣ（Tungsten Carbide）、セラミクス系材料、ＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）、Ｎｉメッキ、窒化処理を行った鉄鋼材料やチタン合金（図３では窒化処理と略記）といった高硬度の材料は、離型性が小さい。例えば、接触角は７０°程度である。これに対し、ＰＦＡ（Tetrafluoroethylene Perfluoroalkoxy Vinyl Ether Copolymer）、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）、ＥＴＦＥ（Ethylene-Tetrafluoroethylene）、フッ素系樹脂、Ｓｉ系樹脂、シリカ、テフロン（登録商標）コートといった離型性が高い樹脂材料は、硬度が低い。具体的には、鉛筆の硬度程度の硬度を有する。
【００１８】
Ｎｉ＋ＰＴＦＥの共析膜、ＤＬＣ＋フッ素のイオンドーピング膜（重合膜）、高硬度膜＋フッ素又はＳｉの複合膜といった、高硬度材と高離型材との複合材は、離型性が高い樹脂材料と比較すると硬度が高く、高硬度の材料と比較すると離型性が高い。しかしながら、使用により高離型材が摩耗することで、離型性が下がってしまう。図４は、高硬度材と高離型材との複合材を転写ロール１２の表面に用いた場合において、初期状態での転写ロール１２表面の接触角と、２００ｍ分の電極生成処理（成膜処理）を行った後の転写ロール１２表面の接触角との比較例を示すグラフである。初期状態では、高離型材の撥水膜が転写ロール１２の表面に形成され、撥水膜の下には高硬度材の膜が形成されている。このときの転写ロール１２の接触角は８０°〜１００°程度である。これに対し、２００ｍの成膜処理を行った後には、転写ロール１２の表面における高離型材の撥水膜が削られてしまう。そのため、高硬度材の膜が転写ロール１２の表面に露出してしまい、転写ロール１２の接触角は７０°程度に低下してしまう。
【００１９】
これに対し、本発明にかかるＣｒＮ（図３参照）では、離型性が高い樹脂材料と比較すると硬度が高く、高硬度の材料と比較すると離型性が高い。また、上述の高硬度材と高離型材との複合材に比較すると、高い硬度を有する。また、使用により転写ロール１２の表面が摩耗しても、離型性の低下が抑制されている。図５は、非晶質のＣｒＮの層を転写ロール１２の表面に形成した場合において、初期状態での転写ロール１２表面の接触角と、表面層が３μｍ削れた状態の転写ロール１２表面の接触角との比較例を示すグラフである。図５に示すように、表面が削れても、ＣｒＮの層が転写ロール１２表面に残っている場合には、接触角は減少しない。
【００２０】
また、高い離型性を有する軟質性の材料で転写ロール１２の表面層を形成する場合、転写ロール１２の表面上に形成される電極材料Ｍの薄膜の厚さが数１０μｍ程度である場合には、薄膜の厚さがそれよりも薄い場合と比較して、電極材料Ｍと転写ロール１２表面との間の加工抵抗が大きくなる。転写ロール１２の表面は軟質であるため、加工抵抗により転写ロール１２の表面が弾性変形を引き起こしてしまう。特に、電極材料Ｍが造粒体であったり、展延性が低い材料であったりする場合に、転写ロール１２の表面が弾性変形を引き起こしやすい。従って、バックアップロール１１と転写ロール１２との間の間隙が大きくなってしまい、集電箔Ｃ上に塗膜を十分に圧延できず、集電箔Ｃ上に転写される塗膜がせん断により途切れてしまうことも考えられる。これに対し、ＣｒＮ層１２１を転写ロール１２の表面に設けると、転写ロール１２の表面が十分な硬度を有するため、加工抵抗によって転写ロール１２の表面が弾性変形することを抑制できる。従って、転写ロール１２の表面の曲率が大きくならず、バックアップロール１１と転写ロール１２との間の間隙が大きくならない。そのため、塗膜を集電箔Ｃ上で十分に圧延でき、集電箔Ｃ上での塗膜不良を防ぐことができる。換言すれば、集電箔Ｃ上に転写される塗膜がせん断により途切れてしまう品質不良が抑制される。
【００２１】
なお、ＣｒＮ層１２１の離型性をより高くするためには、ＣｒＮ層１２１は非晶質の材料（ＣｒｘＮｙ系）で構成するのが好ましい。一例として、晶質の材料で構成されたＣｒＮ層１２１の撥水角は９０°であるのに対し、非晶質の材料で構成されたＣｒＮ層１２１の撥水角は９６°となる。
【００２２】
転写ロール１２の表面を鏡面で形成した場合、表面の材質によっては、転写ロール１２の表面の離型性が下がってしまうことがある。しかし、転写ロール１２の表面をＣｒＮ層で形成した場合には、ＣｒＮ層を鏡面加工しても、転写ロール１２の表面の離型性が下がってしまうことを抑制できる。
【００２３】
さらに、転写ロール１２においては、ＣｒＮ層１２１と母材１２２との間に新たな層を設けてもよい。一例として、図６に示すように、ＣｒＮ層１２１と母材１２２との間に、ＨＣｒ（硬質クロムメッキ）層１２３を設けてもよい。ＨＣｒ層１２３はＣｒＮ層１２１と近い素材であるため、ＣｒＮ層１２１とＨＣｒ層１２３との間の密着性を十分に確保できる。また、ＨＣｒの硬度は１０００Ｈｖ程度であり、ＣｒＮの硬度（１５００Ｈｖから１８００Ｈｖ程度）との差が大きすぎないため、外力に対する耐剥離性を確保できる。
【００２４】
また、形成可能なＣｒＮ層１２１の厚さは数μｍ程度であり、ＣｒＮ層１２１を厚く形成することは難しかったため、ＣｒＮ層１２１に対して研磨加工をするのが難しかった。そのため、ＣｒＮ層１２１のみを転写ロール１２の表面に形成する場合、転写ロール１２の表面形状を精度良く形成することに困難性があった。
【００２５】
これに対し、ＣｒＮ層１２１と母材１２２との間にＨＣｒ層１２３を設ける場合、ＨＣｒ層１２３は数１０μｍの厚さで形成することができる。換言すれば、ＨＣｒ層１２３は肉盛り良く形成することができる。この厚さにより、ＨＣｒ層１２３の十分な研磨しろが確保される（即ち、研磨加工を行うことが可能なＨＣｒ層１２３の厚さが確保される）。そのため、転写ロール１２を製造する際には、母材１２２の上にＨＣｒ層１２３を形成した後、ＨＣｒ層１２３を研磨加工することで、転写ロール１２の形状精度を確保できる。ＨＣｒ層１２３の研磨加工後、ＨＣｒ層１２３の上にＣｒＮ層１２１を形成することで、転写ロール１２の高い離型性及び耐久性を確保できる。
【００２６】
なお、バックアップロール１１の表面には集電箔Ｃが接触するため、バックアップロール１１の表面には電極材料Ｍが直接接触しない。従って、バックアップロール１１の表面には、ＣｒＮ層（又は、ＣｒＮ層及びその下層にあるＨＣｒ層）を設けなくてもよい。
【００２７】
［実施の形態２］
本発明にかかる電極製造装置は、電極製造装置１にかかる構成だけではなく、他の構成をとることもできる。例えば、図７に示すように、電極製造装置２において、バックアップロール１１及び転写ロール１２によって製造された電極Ｅは、サポートロール２１によって搬送方向が変更される。その後、電極Ｅはサポートロール２２によってガイドされ、乾燥炉Ｄに搬送される。ここで、サポートロール２１、２２は、電極Ｅにおいて電極材料Ｍが塗布されている面と接触する。なお、図７において、バックアップロール１１と転写ロール１２とは対向して配置されており、図８、図９の説明でも同様に、バックアップロール１１と転写ロール１２とは対向して配置されている。
【００２８】
また、図８の電極製造装置３に示すように、バックアップロール１１の上方に転写ロール１２が配置され、バックアップロール１１と転写ロール１２との間から、バックアップロール１１上で集電箔Ｃが搬送される方向に電極材料Ｍが供給されてもよい。生成された電極Ｅは、サポートロール２３、２４によってガイドされ、乾燥炉Ｄに搬送される。図８のサポートロール２３、２４は、図７のサポートロール２３、２４と異なり、電極Ｅにおいて電極材料Ｍが塗布されていない面と接触する。このため、電極材料Ｍが強い付着性を有する物質であっても、サポートロール２３、２４に電極材料Ｍが付着しないため、サポートロール２３、２４のメンテナンスにおいて、付着した電極材料Ｍを取り除く手間が不要になる。
【００２９】
また、図９の電極製造装置４に示すように、バックアップロール１１の横に転写ロール１２が配置され、バックアップロール１１の下方から上方に集電箔Ｃが捲き回されている状態で、バックアップロール１１と転写ロール１２との間から、下方から上方に向かって電極材料Ｍが供給されてもよい。電極材料Ｍは、ポンプＰによりバックアップロール１１と転写ロール１２との間に供給される。製造された電極Ｅは、サポートロール２５によってガイドされ、乾燥炉Ｄに搬送される。このとき、サポートロール２５は、電極Ｅにおいて電極材料Ｍが塗布されていない面と接触する。このため、電極材料Ｍが強い付着性を有する物質であっても、サポートロール２５に電極材料Ｍが付着しない。
【００３０】
以上、図７〜図９に示す電極製造装置の構成においても、転写ロール１２の表面にＣｒＮ層（又は、ＣｒＮ層及びその下層にあるＨＣｒ層）を設けることにより、実施の形態１で示した効果を奏する。
【００３１】
さらに、本発明にかかる電極製造装置は、３つ以上のロールを含んでもよい。図１０に示すように、電極製造装置５は、バックアップロール１１と、バックアップロール１１の横に配置された転写ロール１２（第２のロール）の他に、転写ロール１２をバックアップロール１１との間に挟むように、転写ロール１２の横に配置された調厚ロール３１（第１のロール）を含む。バックアップロール１１と転写ロール１２、転写ロール１２と調厚ロール３１は、それぞれ対向している。電極材料Ｍが転写ロール１２と調厚ロール３１との間に供給され、電極材料Ｍが転写ロール１２及び調厚ロール３１の上方から下方に流れると、電極材料Ｍが転写ロール１２と調厚ロール３１との間に挟みこまれる。これにより、電極材料Ｍが引き伸ばされ、転写ロール１２の表面上に電極材料Ｍの塗膜が形成される。回転により、転写ロール１２の表面上にできた塗膜が、バックアップロール１１の表面上にある集電箔Ｃに圧着される（転写される）ことで、電極Ｅが製造される。
【００３２】
また、図１１に示すように、電極製造装置６では、バックアップロール１１が転写ロール１２の下方に配置されている。このような場合でも、図１０と同様、転写ロール１２の表面上にできた塗膜は、バックアップロール１１の表面上にある集電箔Ｃに圧着される。
【００３３】
なお、図１０及び図１１において、転写ロール１２の表面だけでなく、調厚ロール３１の表面にも電極材料Ｍが直接接触する。従って、転写ロール１２の表面だけでなく、調厚ロール３１表面にも、ＣｒＮ層（又は、ＣｒＮ層及びその下層にあるＨＣｒ層）を設けることが望ましい。これにより、調厚ロール３１の離型性と共に耐久性を確保できるためである。
【００３４】
また、図１２に示すように、電極製造装置７は、転写ロール４１（第２のロール）と、転写ロール４１の横に配置された調厚ロール４２（第１のロール）と、転写ロール４１を調厚ロール４２との間に挟むように、転写ロール４１の横に配置された転写ロール４３（第２のロール）と、転写ロール４３を転写ロール４１との間に挟むように、転写ロール４３の横に配置された調厚ロール４４（第１のロール）を含む。転写ロール４１と調厚ロール４２、転写ロール４１と転写ロール４３、転写ロール４３と調厚ロール４４とは、それぞれ対向して配置されている。電極材料Ｍ１が転写ロール４１と調厚ロール４２との間に供給され、電極材料Ｍ１が転写ロール４１及び調厚ロール４２の上方から下方に流れると、電極材料Ｍ１が転写ロール４１と調厚ロール４２との間に挟みこまれる。これにより、電極材料Ｍ１が引き伸ばされ、転写ロール４１の表面上に電極材料Ｍ１の塗膜が形成される。回転により、転写ロール４１の表面上にできた塗膜が、転写ロール４１と転写ロール４３との間にある集電箔Ｃに圧着される（転写される）ことで、集電箔Ｃの一面に塗膜が転写される。
【００３５】
また、電極材料Ｍ２が転写ロール４３と調厚ロール４４との間に供給され、電極材料Ｍ２が転写ロール４３及び調厚ロール４４の上方から下方に流れると、電極材料Ｍ２が転写ロール４３と調厚ロール４４との間に挟みこまれる。これにより、電極材料Ｍ２が引き伸ばされ、転写ロール４３の表面上に電極材料Ｍ２の塗膜が形成される。回転により、転写ロール４３の表面上にできた塗膜が、転写ロール４１と転写ロール４３との間にある集電箔Ｃに圧着される（転写される）ことで、集電箔Ｃの他面に塗膜が転写される。このようにして、集電箔Ｃの両面に塗膜を転写することができる。
【００３６】
なお、集電箔Ｃは、サポートロール４５によりガイドされて、転写ロール４１と転写ロール４３との間に搬送される。転写ロール４１と転写ロール４３との間で電極Ｅが生成された後、電極Ｅはサポートロール４６によってガイドされ、乾燥炉Ｄに搬送される。
【００３７】
ここで、図１２において、転写ロール４１、４３の表面だけでなく、調厚ロール４２、４４の表面にも電極材料Ｍが直接接触する。従って、転写ロール４１、４３の表面だけでなく、調厚ロール４２、４４表面にも、ＣｒＮ層（又は、ＣｒＮ層及びその下層にあるＨＣｒ層）を設けることが望ましい。これにより、調厚ロール４２、４４の離型性と共に耐久性を確保できるためである。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１及び２で示した各ロールについて、ロール径差や回転速度の比率は任意に設定できる。
【符号の説明】
【００３９】
１、２、３、４、５、６、７  電極製造装置
１１  バックアップロール
１２  転写ロール
１２１  ＣｒＮ層
１２２  母材
１２３  ＨＣｒ層
３１  調厚ロール
４１、４３  転写ロール
４２、４４  調厚ロール
Ｃ  集電箔
Ｍ  電極材料
【図１】
0006375939.tif 000002
【図２】
0006375939.tif 000003
【図３】
0006375939.tif 000004
【図４】
0006375939.tif 000005
【図５】
0006375939.tif 000006
【図６】
0006375939.tif 000007
【図７】
0006375939.tif 000008
【図８】
0006375939.tif 000009
【図９】
0006375939.tif 000010
【図１０】
0006375939.tif 000011
【図１１】
0006375939.tif 000012
【図１２】
0006375939.tif 000013