(57)【要約】【課題】塗工品質の向上を図りつつ、塗工スピードの高速化によって生産性の向上を図った塗工装置を提供する。【解決手段】塗工ヘッド３からスラリ状の活物質を吐出して、基材である集電体上に間歇的に塗布する装置である。塗工ヘッド３は、ヘッド本体３ａに開口形成されたスリット状の吐出口１６と、ヘッド本体３ａのうち吐出口１６の奥部側に形成された弁室１７と、この弁室１７に回転可能に収容配置されたカムシャフト２０とを備えている。カムシャフト２０の一回転につき一回の割合で、そのカムロブ２２にて吐出口１６を直接的に閉じるようになっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリ状物質を塗布すべき基材と近接配置されるとともにスラリ状物質供給源からスラリ状物質が圧送される塗工ヘッドを備え、基材と塗工ヘッドとを相対移動させることで塗工ヘッドからスラリ状物質を吐出して基材上に間歇的に塗布するようにした塗工装置であって、
上記塗工ヘッドは、
ヘッド本体に開口形成されたスリット状の吐出口と、
ヘッド本体のうち上記吐出口の奥部側に回転可能に収容配置されたカム部材と、
を備えていて、
上記カム部材の一回転につき一回の割合で吐出口を直接的または間接的に閉じるようになっていることを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
上記カム部材の一回転につき一回の割合で、その一回転中の開区間よりも短い閉区間だけ吐出口を直接的または間接的に閉じるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
【請求項３】
上記カム部材が弁体を兼ねていて、この弁体を兼ねたカム部材のプロフィール形状によって直接的に吐出口を開閉するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の塗工装置。
【請求項４】
上記カム部材に近接して当該カム部材によって開閉駆動される弁体を備えていて、この弁体にて吐出口を開閉するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の塗工装置。
【請求項５】
上記スラリ状物質供給源と塗工ヘッドとを結ぶ供給経路にメインとなる開閉バルブが介装されていて、
この開閉バルブの開閉タイミングと上記弁体の開閉タイミングとが機械的に同期するようになっていることを特徴とする請求項３または４に記載の塗工装置。
【請求項６】
上記基材はバックアップロールに巻き掛けられた状態で走行するようになっているとともに、
このバックアップロールによる巻掛部位に塗工ヘッドが近接配置されていて、
上記弁体の開閉タイミングはこのバックアップロールの回転に機械的に同期するようになっていることを特徴とする請求項５に記載に塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上にスラリ状物質を間歇的に塗布する塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばリチウムイオン二次電池の製造工程では、基材としての箔状の集電体の上にスラリ状の活物質を塗布して乾燥させることで活物質層を形成することが行われる。活物質の塗布にはコーターと称される塗工装置が用いられ、例えば特許文献１，２に記載された技術では、下面が塗料吐出部としてスリット状に開口した塗布ヘッドの塗料貯留部にシャッター部材を配設し、このシャッター部材の開閉動作をもって上記スリット状の開口部を開閉して、いわゆる自由落下の状態で塗料を間歇的に吐出して基材に塗布す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】特開平１１−１００６１号公報
【特許文献２】特開平１１−１９７５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に記載された技術では、シャッター部材の先端部が頻繁な閉動作の際の衝撃によって摩耗することが危惧され、機能上最も重要なシャッター部材の耐久性の面で改善の余地を残しているほか、シャッター部材の塗布幅方向での平行度不足のために塗布膜厚が均一とならず、塗布品質の向上が図れないという問題がある。
【０００５】
また、特許文献１，２に記載された技術では、いわゆる自由落下の状態で塗料を間歇的に吐出しているだけでなく、サーボモータの回転を直線運動変換ユニットによってシャッター部材の直線往復運動に変換してスリット状の開口部を開閉しているため、塗布スピードの高速化に限界があり、生産性の向上が望めないという不具合がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、塗工品質の向上を図りつつ、塗工スピードの高速化によって生産性の向上を図った塗工装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スラリ状物質を塗布すべき基材と近接配置されるとともにスラリ状物質供給源からスラリ状物質が圧送される塗工ヘッドを備え、基材と塗工ヘッドとを相対移動させることで塗工ヘッドからスラリ状物質を吐出して基材上に間歇的に塗布する塗工装置である。
【０００８】
この場合において、塗工ヘッドは、ヘッド本体に開口形成されたスリット状の吐出口と、ヘッド本体のうち上記吐出口の奥部側に回転可能に収容配置されたカム部材とを備えているものとし、このカム部材の一回転につき一回の割合で吐出口を直接的または間接的に閉じるようになっている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スラリ状物質供給源からスラリ状物質が圧送されてくる塗工ヘッドのヘッド本体内にあるカム部材が回転し、そのカム部材の一回転につき一回の割合で吐出口を直接的または間接的に閉じるため、スラリ状物質の塗布状態がきわめて安定化し、塗布品質の向上が図れる。また、塗布スピードの高速化にも十分に追従できるため、生産性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リチウムイオン二次電池の製造工程において、箔状の集電体の上にスラリ状の活物質を間歇的に塗布する装置の全体の概略説明図。
【図２】図１の要部の拡大説明図。
【図３】図２における塗工ヘッドの詳細を示す図で、図４のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図。
【図４】図２における塗工ヘッドの詳細を示す図で、図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図５】図３の要部拡大図。
【図６】図３，４に示した塗工ヘッドの要部分解斜視図。
【図７】塗工ヘッドによる塗工形状と塗工バルブ、リターンバルブおよびカムシャフトのそれぞれの開閉タイミングを示すタイムチャート。
【図８】塗工バルブとリターンバルブおよびカムシャフトのそれぞれの開閉タイミングを同期させるための駆動系の説明図。
【図９】本発明の第２の実施の形態として図５の変形例を示す断面説明図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態として図５の変形例を示す断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１以下の図面は本発明を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、例えばリチウムイオン二次電池の製造工程において、基材としての箔状の集電体の上にスラリ状の活物質を間歇的に塗布して、当該活物質の塗膜をもって正極または負極としての電極を形成する場合の例を示している。そして、特に図１は塗工装置を含むシステム全体の概略構造を示し、図２は上記塗工装置を中心とした図１の要部の詳細を示している。
【００１２】
図１のシステムでは、概略的には、送り出しロール部１と巻き取りロール部２、塗工ヘッド３を主要素とする塗工装置４および乾燥部５を備えている。送り出しロール部１から引き出された基材としての集電体Ｗは、バックアップロール６やガイドローラ７〜９に巻き掛けられるようにして案内される。そして、その巻き掛け状態をもって集電体Ｗに所定の張力が付与されながら所定速度で走行して、巻き取りロール部２に巻き取られる。
【００１３】
塗工装置４の塗工ヘッド３はバックアップロール６による集電体Ｗの巻掛部位に近接するように配置される。集電体Ｗがバックアップロール６にバックアップされながら走行する過程で、後述する塗工ヘッド３の吐出口からスラリ状物質としてのスラリ状の活物質が吐出されて、集電体Ｗに塗布される。集電体Ｗに塗布された活物質は乾燥部５を通過する過程で乾燥されて活物質層の塗膜として集電体Ｗに定着し、最終的には集電体Ｗとともに巻き取りロール部２に巻き取られる。
【００１４】
図２は図１の塗工装置４の詳細を示している。塗工装置４は塗工ヘッド３のほか、スラリ状の活物質が貯留されたスラリ状物質供給源としてのスラリタンク１０を有しており、塗工ヘッド３にはスラリタンク１０内のスラリ状の活物質がポンプ１１にて圧送される。スラリタンク１０と塗工ヘッド３とを結ぶ供給経路１２には、ポンプ１１の下流側にメインとなる開閉バルブとしての塗工バルブ１３を設けてあるほか、ポンプ１１と並列にリターンバルブ１４を設けてある。
【００１５】
塗工バルブ１３とリターンバルブ１４は互いに同期して反転動作するようになっていて、塗工バルブ１３が開状態であればリターンバルブ１４は閉状態となり、逆に塗工バルブ１３が閉状態であればリターンバルブ１４は開状態となるように設定される。これは、ポンプ１１の連続運転中において塗工バルブ１３を閉じた際に、代わってリターンバルブ１４を開くことでポンプ１１から圧送される活物質をスラリタンク１０に戻すためである。また、後述するように塗工ヘッド３側の吐出口の開閉も塗工バルブ１３の開閉に同期して行われる。なお、ポンプ１１からの塗工ヘッド３への活物質の供給は、スラリ状の活物質の特性や塗布条件にもよるが、例えば０．１〜１．０ＭＰａ程度の圧力で行われる。
【００１６】
そして、集電体Ｗがバックアップロール６に巻き掛けられた状態で連続して走行する過程で、塗工ヘッド３の吐出口からスラリ状物質としてのスラリ状の活物質Ｐが吐出されて、その集電体Ｗには塗工ヘッド３によりスラリ状の活物質Ｐが所定間隔で且つ所定膜厚で間歇的に塗布されることになる。
【００１７】
図３〜６は上記塗工装置４における塗工ヘッド３の詳細を示している。
【００１８】
図３，４に示すように、塗工ヘッド３は断面形状が台形状で長尺な二つ一組の分割片１５ａ，１５ｂ同士を突き合わせた上で図示外のボルト等にて締結したものをヘッド本体３ａとするもので、ヘッド本体３ａの先端部にはスリット状の長尺な吐出口１６を長手方向に沿って開口形成してある。また、吐出口１６よりも奥部側には当該吐出口１６に連通する断面円形の弁室１７を形成してあるとともに、さらに弁室１７よりも奥部側には当該弁室１７に連通路１８をもって連通しつつ弁室１７よりも断面積の大きなチャンバー部１９を形成してある。そして、図２に基づいて先に述べたように、スラリタンク１０から供給経路１２を介してチャンバー部１９にスラリ状の活物質が供給されることから、チャンバー部１９および弁室１７ともに供給経路１２の一部として機能することになる。なお、図３のほかその拡大図である図５に示すように、弁室１７の直径の延長線上に吐出口１６および連通路１８が共に位置している。
【００１９】
弁室１７にはカム部材としてのカムシャフト２０を長手方向に沿って収容配置してある。カムシャフト２０は軸部２１と所定のプロフィール形状のカムロブ２２とを備えていて、カムロブ２２の両端から突出する軸部２１をヘッド本体３ａに対して回転可能に両持ち支持させてある。カムシャフト２０の軸受部は図６に示すようにシール部材２３にてシールしてあるとともに、ヘッド本体３ａからの軸部２１の突出端にはタイミングギヤ２４をナット２５にて固定してある。そして、タイミングギヤ２４に巻き掛けられる図示外のタイミングチェーンあるいはタイミングベルトを入力側としてカムシャフト２０が回転駆動されることになる。
【００２０】
ここで、図５に示すように、カムシャフト２０の軸部２１は弁室１７の中心に対して偏心しているととともに、カムロブ２２はそれ自体が弁体を兼ねていて、カムロブ２２のノーズ部２２ａが吐出口１６に合致する位置でのみ弁室１７の内壁面に内接してその吐出口１６を閉止するように設定してある。すなわち、カムシャフト２０の一回転につき一回の割合でカムロブ２２のノーズ部２２ａが吐出口１６を直接的に閉止するように設定してあり、しかも、図５から明らかなように、カムシャフト２０の一回転中の開区間（弁室１７の周長から吐出口１６開口幅を除いた部分の長さ）よりも、弁室１７の円周方向での吐出口１６の開口幅に相当する閉区間が極端に短いものとなっている。
【００２１】
なお、吐出口１６からのスラリ状の活物質の吐出を許容したり遮断するものはあくまで塗工バルブ１３であって、弁体を兼ねたカムシャフト２０による吐出口１６の開閉は、例えば塗工バルブ１３の閉動作後に塗工バルブ１３から吐出口１６までの間に残った残圧やタイムラグにてスラリ状の活物質が吐出口１６から漏洩するのを防止するために補助的に行われる。
【００２２】
ここで、集電体Ｗに対するスラリ状の活物質Ｐの塗布形状と、塗工バルブ１３とリターンバルブ１４の開閉タイミングのほか、塗工ヘッド３でのカムシャフト２０による吐出口１６の開閉タイミングのタイムチャートを示せば図７のとおりである。
【００２３】
図７から明らかなように、スラリ状の活物質の塗布始端部が塗工バルブ１３の開弁タイミングおよびリターンバルブ１４の閉弁タイミングとそれぞれ一致しているとともに、スラリ状の活物質の塗布終端部が塗工バルブ１３の閉弁タイミングおよびリターンバルブ１４の開弁タイミングとそれぞれ一致している。さらに、塗工ヘッド３でのカムシャフト２０による吐出口１６の少なくとも瞬間的な閉弁タイミングが、先に述べた塗工バルブ１３の閉弁タイミングおよびリターンバルブ１４の開弁タイミングとそれぞれ一致している。そして、先に図２に基づいて説明したように、集電体Ｗがバックアップロール６に巻き掛けられた状態で連続して走行する過程で、その集電体Ｗには塗工ヘッド３によりスラリ状の活物質Ｐが所定間隔で間歇的に塗布されることになる。
【００２４】
図８は、先に述べた塗工バルブ１３やリターンバルブ１４のほか、カムシャフト２０による吐出口１６の開閉タイミングを同期化させる例を示している。ここでは、塗工スピードに比例するバックアップロール６の回転を基準として、これに塗工バルブ１３やリターンバルブ１４の開閉タイミングおよびカムシャフト２０による吐出口１６の開閉タイミングをそれぞれ同期させるものとする。そのために、本実施の形態では、塗工バルブ１３およびリターンバルブ１４としては、カムプレート３８または３９によって操作されるメカニカル操作式のものとなっている。さらに、バックアップロール６と同軸一体のタイミングギヤ２６とは別に、小径、中径および大径のそれぞれのタイミングギヤ２７〜２９が同軸化されている歯車列３０のほか、歯車列３０のうち大径のタイミングギヤ２９と噛み合うアイドルギヤ３１を設けてある。アイドルギヤ３１はタイミングギヤ３２と同軸一体のものとされている。
【００２５】
バックアップロール６側のタイミングギヤ２６と歯車列３０における中径のタイミングギヤ２８との間にはタイミングチェーン３３を巻き掛けてあり、バックアップロール６の回転に同期して歯車列３０が増速されて同期回転する。また、アイドルギヤ３１と同軸一体のタイミングギヤ３２と図３〜５に示したカムシャフト２０側のタイミングギヤ２４との間にはタイミングチェーン３４を巻き掛けてあり、結果としてカムシャフト２０はバックアップロール６の回転に同期して回転駆動されることになる。
【００２６】
塗工バルブ１３を駆動するカムプレート３８は小径および大径のタイミングギヤ３５，３６と同軸一体のものとされ、同様にリターンバルブ１４を駆動するためのカムプレート３９はタイミングギヤ３７と同軸一体のものとされている。歯車列３０における小径のタイミングギヤ２７とカムプレート３８側のタイミングギヤ３６との間にはタイミングチェーン４０を巻き掛けてあり、結果としてカムプレート３８は歯車列３０よりも増速されて同期回転することになる。また、カムプレート３８側のタイミングギヤ３５ともう一方のカムプレート３９側のタイミングギヤ３７との間にはタイミングチェーン４１を巻き掛けてあり、双方のカムプレート３８，３９は等速にて同期して回転することになる。
【００２７】
塗工バルブ１３およびリターンバルブ１４を駆動するカムプレート３８，３９のプロフィール形状は、図７に示したような開閉タイミングを実現するために互いに逆位相の関係にあり、両者が等速にて同期回転することで、カムプレート３８，３９の一回転につき塗工バルブ１３およびリターンバルブ１４のそれぞれが四回開閉駆動される。そして、先に図７のタイムチャートに基づいて説明したように、塗工バルブ１３とリターンバルブ１４は互いに同期して反転動作するようになっていて、塗工バルブ１３が開状態であればリターンバルブ１４は閉状態となり、逆に塗工バルブ１３が閉状態であればリターンバルブ１４は開状態となるようにそのプロフィール形状が設定されている。
【００２８】
ここで、図８では図示していないが、タイミングチェーン３３を介してバックアップロール６と同期回転するタイミングギヤ２８とそれ以外のタイミングギヤ２７，２９、特に塗工ヘッド３側のカムシャフト２０を駆動するためのタイミングギヤ２９との間での回転伝達を任意のタイミングで断接するためのクラッチを設けてあるほか、それらのタイミングギヤ２７，２９を独立して回転駆動させるためのサーボモータ等の回転駆動手段を設けてある。
【００２９】
また、図８に示すように、それぞれのタイミングギヤとそれらに巻き掛けられるタイミングチェーンには合マーク４２を付しておき、タイミングずれの有無をを管理するものとする。
【００３０】
したがって、このように構成されたシステムによれば、図２に示すように、集電体Ｗがバックアップロール６に巻き掛けられて走行する過程で、そのバックアップロール６の回転に同期して塗工バルブ１３およびリターンバルブ１４がそれぞれ開閉動作することから、塗工ヘッド３の吐出口１６から活物質Ｐが吐出されて、集電体Ｗ上にその活物質Ｐが間歇的に塗布される。
【００３１】
より詳しくは、図７に示すように、塗工バルブ１３の開タイミングとリターンバルブ１４の閉タイミングはほぼ同時であることから、塗布される活物質Ｐの始端部では塗布膜厚が厚膜化するように徐変し、やがては一定厚みとなるように塗布される。同様に、塗工バルブ１３の閉タイミングとリターンバルブ１４の開タイミングもほぼ同時であることから、塗布される活物質Ｐの終端部では塗布膜厚が薄膜化するように徐変し、やがては活物質の塗布が途切れることになる。このように集電体Ｗの上に塗布された活物質Ｐの塗膜の始終端部ではその塗布膜厚が徐変したものとなって、形状的に好ましいものとなる。
【００３２】
そして、塗工バルブ１３の閉タイミングに同期して、図５に示すように、塗工ヘッド３に収容されているカムシャフト２０を一回転させる。このカムシャフト２０の同期回転は、例えば先に述べたクラッチの断接によって行う。すなわち、塗工バルブ１３の閉タイミングに同期して、図５の位相位置Ｓ１を回転の始端部および終端部として、カムシャフト２０を同図の矢印方向に一回転させる。なお、カムシャフト２０が位相位置Ｓ１にあるかぎりは吐出口１６は開いたままである。
【００３３】
これにより、カムシャフト２０におけるカムロブ２２のノーズ部２２ａがその回転途中において同図の実線で示すように吐出口１６を通過することから、カムシャフト２０はごく短時間だけまたは瞬間的にその吐出口１６（弁室１７に臨んでいる吐出口１６の開口部）を閉止する。その結果として、塗工バルブ１３の閉動作後に塗工バルブ１３から吐出口１６までの間に残った残圧やタイムラグにて活物質Ｐが吐出口１６から漏洩するのを未然に防止することができて、活物質Ｐの塗布品質が安定且つ良好なものとなる。
【００３４】
また、塗工バルブ１３およびリターンバルブ１４の開閉タイミングやカムシャフト２０による吐出口１６の開閉タイミングもバックアップロール６の回転に機械的に同期しているため、同期ずれ等の発生がなく、これによっても塗布品質の向上に寄与できるほか、活物質Ｐの塗布スピードの高速化にも追従することができて、生産性の向上も図れるようになる。
【００３５】
図９は本発明の第２の実施の形態を示す図で、図５の変形例を示している。
【００３６】
図９では、図５と比較すると明らかなように、吐出口１６および連通路１８が弁室１７の直径上になく弁室１７の接線方向に近い位置に形成されているともに、カムシャフト４３の軸部２１を弁室１７と同心状のものとして、カムロブ２２のノーズ部２２ａがどの位置でも弁室１７に内接するようになっている。そして、第１の実施の形態と同様に、塗工バルブ１３の閉タイミングに同期して、カムシャフト４３を一回転させる際には、位相位置Ｓ２を回転の始端部および終端部として同図の矢印方向に一回転させることになる。
【００３７】
この第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、カムシャフト４３が一回転する際にサックバック効果、すなわち、カムロブ２２のノーズ部２２ａが吐出口１６の開口部を通過する際に、吐出口１６側に残存している活物質Ｐを弁室１７側に引き込む効果が期待でき、吐出口１６からの活物質Ｐの余分な漏洩を一段と防止することが可能となる。
【００３８】
図１０は本発明の第３の実施の形態を示す図で、同様に図５の変形例を示している。
【００３９】
図１０の形態では、図５と比較すると明らかなように、吐出口１６と連通路１８とを同一平面上に形成するも、弁室１７からは離間させてあり、両者にまたがるように弁体４５を出没可能に配置してある。弁室１７内には偏心させてカムシャフト４４を配置してあり、このカムシャフト４４の回転を弁体４５の直線運動に変換して当該弁体４５を出没させるようにしてある。また、カムシャフト４４は位相位置Ｓ３を一回転の始端部および終端部とし、実線で示すように、カムロブ２２のノーズ部２２ａにて弁体４５を押し上げたタイミングで吐出口１６を閉止するようになっている。なお、弁体４５はシール部材４６にてシールされている。
【００４０】
この第３の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。
【符号の説明】
【００４１】
３…塗工ヘッド
３ａ…ヘッド本体
４…塗工装置
６…バックアップロール
１０…スラリタンク（スラリ状物質供給源）
１２…供給経路
１３…塗工バルブ（開閉バルブ）
１６…吐出口
１７…弁室
２０…カムシャフト（カム部材）
２２…カムロブ（弁体）
４３…カムシャフト（カム部材）
４４…カムシャフト（カム部材）
４５…弁体
Ｐ…スラリ状の活物質（スラリ状物質）
Ｗ…集電体（基材）
【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】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図７】
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