(57)【要約】【課題】非ニュートン性を有するペースト状の液体から気泡を効果的に除去することのできる技術を提供する。【解決手段】非ニュートン性でペースト状の液体ＡＬから気泡を除去する脱泡装置２１０であって、液体ＡＬを貯留可能な貯留空間ＲＳ１を有する貯留部２１１と、貯留空間ＲＳ１内に液体ＡＬを流入させて、貯留空間ＲＳ１内の周囲気体との間に気液界面Ｉｇｌを有する液溜まりＰＬを液体ＡＬにより形成する入力配管２１２と、液溜まりＰＬから液体ＡＬを流出させる出力配管２１３とを備え、入力配管２１２および貯留部２１１を含む液体ＡＬの流路のうち、液体ＡＬの流通方向において気液界面Ｉｇｌよりも上流側の一部区間が、液体ＡＬに対する濡れ性の低い低濡れ性材料により形成された低濡れ性流路となっており、かつ、該低濡れ性流路において気液界面と流路壁面とが接する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非ニュートン性でペースト状の液体から気泡を除去する脱泡装置であって、
前記液体を貯留可能な貯留空間を有する貯留部と、
前記貯留空間内に前記液体を流入させて、前記貯留空間内の周囲気体との間に気液界面を有する液溜まりを前記液体により形成する入力配管と、
前記液溜まりから前記液体を流出させる出力配管と
を備え、
前記入力配管および前記貯留部を含む前記液体の流路のうち、前記液体の流通方向において前記気液界面よりも上流側の一部区間が、前記液体に対する濡れ性の低い低濡れ性材料により前記流路の壁面が形成された低濡れ性流路となっており、かつ、該低濡れ性流路において前記気液界面と前記壁面とが接する脱泡装置。
【請求項２】
前記低濡れ性材料は、前記流通方向における前記低濡れ性流路の上流側の前記流路の壁面を構成する材料よりも前記液体に対する濡れ性が低い請求項１に記載の脱泡装置。
【請求項３】
前記入力配管は、前記貯留空間の上方から下向きに前記貯留空間内に突設されて、下端に下向きに開口する吐出口を有し、前記吐出口およびその前記流通方向における上流側の領域が前記低濡れ性流路である請求項１または２に記載の脱泡装置。
【請求項４】
前記吐出口が水平方向に位置を異ならせて複数設けられた請求項３に記載の脱泡装置。
【請求項５】
前記貯留部の前記貯留空間に面する側壁面の少なくとも一部が前記低濡れ性流路となっており、
前記入力配管は、前記気液界面よりも下方の前記貯留空間の下部から前記液体を流入させ、
前記出力配管は、前記貯留空間のうち前記流通方向において前記低濡れ性流路の上流側端部よりも下流側、かつ前記気液界面よりも下方で開口する流出口から前記液体を流出させる請求項１または２に記載の脱泡装置。
【請求項６】
前記貯留空間内の気圧を低下させる減圧手段を備える請求項１ないし５のいずれかに記載の脱泡装置。
【請求項７】
塗布液を被塗布体に向けて吐出するノズルと、
前記塗布液を供給する供給手段と、
前記供給手段から前記ノズルへ前記塗布液を流通させる流通経路上に設けられ、請求項１ないし６のいずれかに記載の脱泡装置と同一構成を有し、前記塗布液から気体を除去する脱泡手段と
を備える塗布装置。
【請求項８】
非ニュートン性でペースト状の液体から気泡を除去する脱泡方法であって、
流路壁面が前記液体に対する濡れ性の低い材料で構成された低濡れ性流路に前記液体を流通させて、前記気泡を前記低濡れ性流路の壁面に付着させる工程と、
前記低濡れ性流路から前記液体を流出させて周囲気体に触れさせることで、前記壁面に付着した前記気泡を前記液体と前記周囲気体との気液界面に露出させて消滅させる工程と
を備える脱泡方法。
【請求項９】
周囲を囲まれた貯留空間を減圧しながら、前記貯留空間内で前記液体を前記貯留空間内の前記周囲気体に触れさせる請求項８に記載の脱泡方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非ニュートン性を有するペースト状の液体から気泡を除去する脱泡技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板や太陽電池基板等の基板表面に配線パターンを形成したり、集電体表面に活物質層を形成したりするための技術として、配線材料や活物質材料を含むペースト状の液体を基板等に塗布するものがある。例えば特許文献１に記載の塗工装置は、活物質材料および導電材料を含むペーストをダイコーティング方式で支持体に塗布することにより、電池用電極を製造するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−００４４００号公報（例えば、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この技術においては、ペースト状の液体中に気泡が混入すると、液体の圧送時の圧力損失の原因となって流量が不安定になったり、形成されるパターンに塗布欠陥を生じたりするなどの問題がある。ペースト中に含まれ得る気泡の問題に関して、特許文献１では言及されていない。
【０００５】
他方、液体中から気泡を除去する一般的な脱泡技術としては、例えば、液体を大気圧下または減圧下で静置保管することで液体中の気泡を液面まで移動させて消滅させる方法や、遠心力により気泡を除去する遠心脱泡法などがある。しかしながら、非ニュートン性を有する高粘度のペースト状液体では気泡の移動に長時間を要し、特に例えばせん断速度１０ｓ−１において１００Ｐａ・ｓ程度以上の高粘度の液体では、これらの技術による脱泡作用は事実上ほぼ期待できない。また加熱を伴う脱泡技術は、加熱により液体が変質するおそれのある場合には使用できない。そこで、このような高粘度の液体においても効果的に脱泡を行うことのできる技術の確立が望まれるが、これまでそのような技術は提案されるに至っていない。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、非ニュートン性を有するペースト状の液体から気泡を効果的に除去することのできる技術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】
この発明の一の態様は、非ニュートン性でペースト状の液体から気泡を除去する脱泡装置であって、上記目的を達成するため、前記液体を貯留可能な貯留空間を有する貯留部と、前記貯留空間内に前記液体を流入させて、前記貯留空間内の周囲気体との間に気液界面を有する液溜まりを前記液体により形成する入力配管と、前記液溜まりから前記液体を流出させる出力配管とを備え、前記入力配管および前記貯留部を含む前記液体の流路のうち、前記液体の流通方向において前記気液界面よりも上流側の一部区間が、前記液体に対する濡れ性の低い低濡れ性材料により前記流路の壁面が形成された低濡れ性流路となっており、かつ、該低濡れ性流路において前記気液界面と前記壁面とが接している。
【０００８】
本願発明者の知見によれば、非ニュートン性を有するペースト状の液体を配管内で流通させたとき、液体内に含まれる気泡が液体の流通に伴って次第に配管の内壁に接近してゆき、最終的には管壁に沿って液体により下流側へ押し流される。詳しくは後述するが、配管内を流通する非ニュートン性液体では、管軸に近い部分に比べて管壁に近い部分で流速が遅い一方で粘度が低いという特性があり、このような流れが管軸から管壁に向かう方向の力を気泡に作用させるためと考えられる。
【０００９】
またこのとき、管壁の一部に液体に対する濡れ性が低い部位があれば、当該部位にはその他の部位よりも多くの気泡が付着することを、本願発明者は見出した。これは、当該部位の濡れにくさにより液体がその表面から斥けられる傾向があり、当該部位の表面と液体とが直接接しているより両者の間に気泡が入り込むことでより安定な状態になるためと考えられる。なお、以下の説明において単に「上流側」、「下流側」というとき、これらの語は流路中の液体の流通方向における上流側および下流側をそれぞれ指すものとする。
【００１０】
本発明では、この現象を利用して、液体の流路の壁面に接近してくる気泡を低濡れ性流路で壁面に捕捉する。捕捉された気泡が壁面に沿ってさらに下流側へ移動してくると、最終的には気液界面に露出することで消滅する。このようにして、本発明では、非ニュートン性でペースト状の液体であっても、気泡を効果的に除去することができる。
【００１１】
この発明において、低濡れ性材料としては、例えば、流通方向における低濡れ性流路の上流側の流路の壁面を構成する材料よりも液体に対する濡れ性が低いものを用いることができる。このように、気泡が付着する区間を気液界面の上流の一部区間に限定することで、気泡が流路の上流部分の壁面に付着して流路内に留まり続けることを防止することができる。なお、材料の濡れ性の高低については、例えば液体に対する当該材料の臨界表面張力の大きさによって指標することが可能である。
【００１２】
また例えば、入力配管は、貯留空間の上方から下向きに貯留空間内に突設されて、下端に下向きに開口する吐出口を有し、吐出口およびその流通方向における上流側の領域が低濡れ性流路であるように構成されてもよい。このような構成では、吐出口から吐出されて貯留空間内に液溜まりを形成する液体のうち、入力配管の管壁に沿って移動してくるものが周囲気体と接する表面（すなわち気液界面）に現れる。そして、吐出口およびその上流側領域が低濡れ性流路となっているため、該区間で壁面に捕捉された気泡も気液界面に現れる。そのため、液体中の気泡を効果的に除去することができる。
【００１３】
この場合においては、例えば、吐出口が水平方向に位置を異ならせて複数設けられてもよい。こうすることで、流路断面積を増大させて液体を大流量で流通させることができる。単に吐出口の開口面積を増大させた場合、液体の流量増加に対して、液体が低濡れ性材料で形成された壁面に接触する面積の増加が限定的であるため、壁面から離れた位置を通過する液体が増えるため気泡の捕捉効果が低下する。複数の吐出口を設けて流路断面積を増大させることにより、気泡の捕捉効果を低下させずに流量を増加させることができる。
【００１４】
また例えば、貯留部の貯留空間に面する側壁面の少なくとも一部が低濡れ性流路となっており、入力配管は、前記気液界面よりも下方の貯留空間の下部から液体を流入させ、出力配管は、貯留空間のうち流通方向において低濡れ性流路の上流側端部よりも下流側、かつ気液界面よりも下方で開口する流出口から液体を流出させるように構成されてもよい。このような構成では、貯留空間の下部から流入した液体が側壁面に沿って上向きに移動する。このとき側壁面に低濡れ性流路が設けられることで、気泡は側壁面に捕捉されて上方に運ばれ、気液界面に到達することで気泡は消滅する。液体を外部へ流出させる流出口は、低濡れ性流路の始端、すなわち該区間の上流側端部よりも下流側かつ気液界面よりも下方に設けられている。そのため、気泡を含まない液体が流出口から外部へ取り出される。
【００１５】
また、上記の発明においては、貯留空間内の気圧を低下させる減圧手段がさらに備えられてもよい。貯留空間内を減圧することで、気液界面に現れた気泡が膨張し破裂しやすくなるため、気泡の消滅をより促進することが可能となる。
【００１６】
また、この発明の他の態様は、塗布液を被塗布体に向けて吐出するノズルと、前記塗布液を供給する供給手段と、前記供給手段から前記ノズルへ前記塗布液を流通させる流通経路上に設けられ、上記した脱泡装置と同一構成を有し、前記塗布液から気体を除去する脱泡手段とを備える塗布装置である。
【００１７】
このように構成された発明では、上記のようにして気泡が除去された塗布液が被塗布体に供給される。そのため、塗布液に気泡が含まれることに起因する塗布不良や欠陥の発生を防止して、良好な塗布層を得ることが可能である。また、従来は気泡を除去することが困難であった高粘度の塗布液を用いて欠陥のない良好な塗布層を得ることができるため、塗布液調製時の溶媒使用量を削減することができる。
【００１８】
また、この発明の他の態様は、非ニュートン性でペースト状の液体から気泡を除去する脱泡方法であって、上記目的を達成するため、流路壁面が前記液体に対する濡れ性の低い材料で構成された低濡れ性流路に前記液体を流通させて、前記気泡を前記低濡れ性流路の壁面に付着させる工程と、前記低濡れ性流路から前記液体を流出させて周囲気体に触れさせることで、前記壁面に付着した前記気泡を前記液体と前記周囲気体との気液界面に露出させて消滅させる工程とを備えている。
【００１９】
このように構成された発明では、上記と同様の原理により、低濡れ性流路により液中の気泡を捕捉し、捕捉された気泡を液体と周囲気体との気液界面に露出させ消滅させることで、液体から気泡を効果的に除去することが可能である。
【００２０】
この場合、例えば、周囲を囲まれた貯留空間を減圧しながら、貯留空間内で液体を貯留空間内の周囲気体に触れさせるように構成されてもよい。貯留空間内を減圧することで、気液界面に現れた気泡が膨張し破裂しやすくなるため、気泡の消滅をより促進することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、液体に対する濡れ性の低い低濡れ性流路において捕捉した気泡を気液界面に露出させることで消滅させる。これにより、非ニュートン性でペースト状の液体であっても効果的に気泡の除去を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる脱泡方法の原理を説明するための図である。
【図２】この発明にかかる塗布装置の全体構成を示す図である。
【図３】脱泡ユニットの第１実施形態を示す図である。
【図４】配管材料として使用可能な材料の例を示す図である。
【図５】脱泡ユニットの第２実施形態を示す図である。
【図６】脱泡ユニットの第３実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明にかかる塗布装置のいくつかの実施形態について順に説明する。後述するように、これらの実施形態の塗布装置は、ロール・トゥ・ロール方式で搬送されるシート状の被塗布物に対してペースト状の塗布液を塗布する装置であり、例えば集電体として機能するシート状基材を被塗布物とし、これに活物質材料を含む塗布液を塗布することによって、リチウムイオン二次電池のような電池用電極の製造に用いることのできるものである。
【００２４】
塗布液は活物質材料と溶剤とを含み、比較的高粘度の、具体的には例えばせん断速度１０ｓ-1で５０Ｐａ・ｓないし３００Ｐａ・ｓ程度の粘度を有する非ニュートン性のペースト状液体である。このような高粘度の塗布液を用いることで、塗布後の液垂れが少なくなり、塗布パターンの断面形状の制御が容易となる。また、溶媒の使用量を少なくすることができるので、塗布後の乾燥に要する時間が短くて済み、さらに環境への負荷も低減することが可能である。
【００２５】
このような非ニュートン性の高粘度液体では、液中に気泡が混入するとこれを除去することが非常に困難である。すなわち、低粘度の液体であれば、例えば液体を静置することで気泡を液面に浮上させたり、また雰囲気を減圧することで気泡を除去したりすることが可能である。しかしながら、高粘度の液体では流動性が低いため、このような脱泡方法ではほとんど効果が期待できない。後述する各実施形態の塗布装置では、このような高粘度の液体から気泡を除去するための構成がそれぞれ設けられている。最初に、これらの実施形態に共通する脱泡技術の原理を、配管中を流通する高粘度液体の挙動に関する本願発明者の知見に基づいて説明する。
【００２６】
図１は本発明にかかる脱泡方法の原理を説明するための図である。一例として、図１（ａ）に示すように、半径Ｒ（直径２Ｒ）の円形断面を有する配管Ｐ内に液体Ｌｑを流通させる場合を考える。図において直線Ａ−Ａは管軸を表し、管軸から半径方向の座標軸を符号ｒにより表す。白抜き矢印は液体Ｌｑの流通方向を表す。矢印で示されるように、この例では、液体Ｌｑは配管Ｐ内を図の左方から右方に流れるものとする。すなわち、液体Ｌｑの流通方向においては、図の左側が上流側、右側が下流側である。
【００２７】
液体Ｌｑが非ニュートン性の高粘度液体である場合、管内での流れは栓流の特性を示す。すなわち、図１（ｂ）に示すように、半径方向の流速分布は、管軸近傍を含む配管断面の中央部分では概ね一定であるが、管壁に近い部分では極めて小さくなる。また、図１（ｃ）に示すように、液体Ｌｑのせん断速度は管軸から管壁に向かって単調増加する。また、図１（ｄ）に示すように、液体Ｌｑの粘度は管軸近傍で最も高く、管壁に近づくにつれて小さくなる。なお、ここでは円形断面を有する配管Ｐを仮定したが、他の断面形状を有する配管においても、その管軸から管壁に向かう方向において上記と概ね同様の特性が示される。
【００２８】
このような流れの中に気泡Ｂ１が含まれている場合を考える。図１（ｂ）に示すように管軸付近で高く管壁Ｗｐ付近で低くなる流速分布から、気泡Ｂ１は、液中で管軸から管壁Ｗｐに向かう方向の力を液体Ｌｑから受ける。そのため、図１（ａ）の矢印Ｄで示すように、気泡Ｂ１は液流により下流方向（図において右方）に流されつつ、次第に管壁Ｗｐに近づいてゆく。そして、最終的には気泡Ｂ２は管壁Ｗｐに付着し、この付近では流速が小さいため、気泡Ｂ２は管壁Ｗｐに沿ってゆっくりと下流側へ移動してゆく。
【００２９】
このとき、管壁Ｗｐへの気泡の付着の有無が管壁Ｗｐを構成する材料によって異なることを、本願発明者は見出した。具体的には、液体Ｌｑの流速が同じであっても、管壁Ｗｐが液体に対し濡れ性の低い材料で形成されているとき管壁Ｗｐに気泡が付着し、濡れ性のより高い材料で形成されている場合には管壁Ｗｐに気泡が付着しない。これは、濡れ性の低い材料では、当該材料と液体とが直接接触した状態が不安定であり、間に気泡が入った状態の方が安定であるためと考えられる。言い換えれば、液体に対して濡れの悪い管壁は、気泡にとっては安定な付着先である。したがって液体に対する濡れ性の低い管壁に付着した気泡は剥がれにくく、移動速度も小さくなる。
【００３０】
このような知見を利用して、高粘度液体から気泡を除去することができる。すなわち、配管中に高粘度液体を流通させることにより、液中に含まれる気泡を管壁に接近させる。そして、配管の内壁のうちの一部を、他の配管内よりも液体に対する濡れ性の低い材料により構成しておく。こうすることで、管壁に沿って移動する気泡は当該濡れ性の低い部位に集中的に付着することになり、この部位を、気泡を捕捉する気泡トラップとして機能させることができる。
【００３１】
液体Ｌｑを配管Ｐの末端Ｐｅから外部空間に向けて放出するとき、管壁Ｗｐに沿って移動する気泡は、図１（ａ）に符号Ｂ３で示すように、液体Ｌｑのうち外部空間と接する表面、すなわち気液界面に現れることになる。このようにして、液体Ｌｑ中の気泡が除去される。
【００３２】
以下、上記原理に基づく脱泡技術を適用した本発明の３つの実施形態について順番に説明する。最初に、上記脱泡技術を好適に適用可能な塗布装置の全体構成を説明し、次いで、当該塗布装置に設けられる、本発明にかかる脱泡装置の各実施形態について個別に説明する。
【００３３】
＜塗布装置の全体構成＞
図２はこの発明にかかる塗布装置の全体構成を示す図である。この塗布装置１は、ロール・トゥ・ロール方式で搬送されるシート状の基材Ｓに対してペースト状塗布液を塗布する装置であり、例えばリチウムイオン二次電池のような電池用電極の製造に用いることのできるものである。
【００３４】
この塗布装置１は、塗布すべき塗布液ＡＬを内部に貯留するタンク１０と、該タンク１０から供給される塗布液を吐出するノズル５０とを備えており、タンク１０とノズル５０との間に設けられた送液系２０（後述）により、タンク１０内の塗布液がノズル５０に向けて送出され、ノズル５０の先端に設けられた吐出口から吐出される。
【００３５】
ノズル５０との対向位置には、塗布液が塗布される基材Ｓが搬送ユニット７０により配置される。具体的には、ロール状に巻回された長尺シート状の基材Ｓが搬送ユニット７０の供給ローラ７１にセットされるとともに、基材Ｓの一端部が巻取ローラ７２に巻回されている。巻取ローラ７２が図の矢印Ｄｒ方向に回転することにより、基材Ｓが供給ローラ７１から繰り出されて矢印Ｄｓ方向に搬送され、巻取ローラ７２により巻き取られる。つまり、搬送ユニット７０は、被塗布物である基材Ｓを保持する手段としての機能およびこれを搬送する手段としての機能を有する。このように供給ローラ７１および巻取ローラ７２に掛け渡された基材Ｓの表面に対向するように、ノズル５０が配置されている。そのため、ノズル５０から吐出される塗布液が基材Ｓの表面に塗布される。基材Ｓが矢印Ｄｓ方向に搬送されることで、ノズル５０を基材Ｓに対して相対的に走査移動させながら塗布液を基材Ｓに塗布することができる。上記した塗布装置１の各部の動作は、制御ユニット３０により制御されている。
【００３６】
ここで例えば、集電体として機能する金属などの導電体シートを基材Ｓとして用い、塗布液として活物質材料を含むペーストを用いることにより、集電体層の表面に活物質層を積層してなる電池用電極を製造することが可能である。
【００３７】
この塗布装置１における送液系２０は、一端部がタンク１０の底部に接続された供給配管２１と、その途中に配されたポンプ２２、脱泡ユニット２００およびポンプ２３と、供給配管２１の他端部に接続された三方弁２４と、三方弁２４およびタンク１０を接続する還流配管２５と、三方弁２４およびノズル５０を接続する塗布配管２６とを備えている。
【００３８】
ポンプ２２，２３は、送液系２０に塗布液を流通させるためのものであり、高粘度の塗布液を安定した流量で送出することのできるものであることが望ましい。このようなポンプとしては例えばねじポンプを用いることができ、例えば一軸ねじポンプの一種であるモーノポンプを好適に適用することができる。ポンプ２２，２３の動作は制御ユニット３０により制御されており、制御ユニット３０からの制御信号に応じてポンプ２２，２３が作動することにより、送液系２０を構成する各配管内に所定流量の塗布液の流れが形成される。ポンプ２２は、塗布液ＡＬをタンク１０から所定流量で流出させ、脱泡ユニット２００に供給する。またポンプ２３は、塗布液ＡＬを脱泡ユニット２００から所定流量で流出させ、三方弁２４に供給する。
【００３９】
三方弁２４の入力ポートには供給配管２１が接続され、２つの出力ポートには還流配管２５および塗布配管２６がそれぞれ接続される。三方弁２４は制御ユニット３０からの制御指令に応じて動作し、供給配管２１を介してタンク１０から供給される塗布液ＡＬを還流配管２５および塗布配管２６のいずれか一方に流入させる。供給配管２１から塗布配管２６に至る流路が形成されるとき、塗布液ＡＬはノズル５０に送り込まれる。一方、供給配管２１から還流配管２５に至る流路が形成されるとき、塗布液ＡＬはタンク１０に還流される。
【００４０】
以下、説明において必要な場合には、供給配管２１のうちタンク１０とポンプ２２とを結ぶ部分を符号２１ａにより表す。同様に、供給配管２１のうちポンプ２２と脱泡ユニット２００とを結ぶ部分を符号２１ｂ、脱泡ユニット２００とポンプ２３とを結ぶ部分を符号２１ｃ、ポンプ２３と三方弁２４とを結ぶ部分を符号２１ｄにより表す。
【００４１】
高粘度の塗布液がチキソトロピー性（チクソ性）を有する場合、塗布液の流動性を維持するためには塗布液に常時せん断力を与えておく必要がある。この目的のために、ノズル５０への塗布液の供給を行わないとき、塗布液ＡＬを還流配管２５を介してタンク１０内に還流させておく。また、タンク１０の内部には、制御ユニット３０からの制御信号に応じて鉛直軸回りに回転する撹拌翼１０１が設けられている。これらの構成により、塗布液にせん断力を与えて流動性の高い低粘度の状態を維持することができる。
【００４２】
また、以下に説明するように、供給配管２１の途中に設けられた脱泡ユニット２００は塗布液から気泡を除去する脱泡作用を有するものであり、脱泡ユニット２００を含む流路に沿って塗布液を還流させることで、脱泡作用の効果をより高めることが可能である。
【００４３】
脱泡ユニット２００の構成について説明する。本発明の「脱泡装置」に相当する脱泡ユニット２００の構成としては種々のものが考えられるが、以下ではそのうち３つの具体的な実施形態について説明する。なお、上記した脱泡ユニット以外の各構成は、３つの実施形態において共通して用いることができる。
【００４４】
＜第１実施形態＞
図３は脱泡ユニットの第１実施形態を示す図である。より具体的には、図３（ａ）は塗布装置１に設けられる脱泡ユニット２００の第１実施形態としての脱泡ユニット２１０の構成を示す図であり、図３（ｂ）はその変形例を示す図である。脱泡ユニット２１０の姿勢を明示するため、図３（ａ）に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ここで、ＸＹ平面は水平面を表し、Ｚ軸方向は鉛直上向き方向を表す。また、図中に示す白抜き矢印は塗布液ＡＬの主たる流通方向を表す。これらの点は以下の各図においても同様である。
【００４５】
脱泡ユニット２１０は、内部が塗布液ＡＬを貯留可能な貯留空間ＲＳ１となった貯留容器２１１と、貯留容器２１１の上部に設けられた入力配管２１２と、貯留容器２１１の底部に設けられた出力配管２１３とを備えている。入力配管２１２の一方端２１２ａは、貯留容器２１１の外部で供給配管２１ｂと接続され、ポンプ２２により供給配管２１ｂに送り込まれる塗布液ＡＬを受け入れる。また、入力配管２１２の他方端２１２ｂは貯留容器２１１の上部から貯留空間ＲＳ１内に突出しており、その下端は下向きに開口して塗布液ＡＬを貯留空間ＲＳ１内に流入させる。
【００４６】
入力配管２１２の下端（他方端）２１２ｂは、鉛直方向においては貯留空間ＲＳ１の比較的上部に開口しており、吐出される塗布液ＡＬは貯留空間ＲＳ１の下方に形成される液溜まりＰＬに向けて流下する。入力配管２１２の下端２１２ｂが液溜まりＰＬに没することがないように、入力配管２１２からの塗布液ＡＬの流入量が制御される。具体的には、制御ユニット３０がポンプ２２による塗布液送出量を制御することで、貯留空間ＲＳ１への塗布液ＡＬの流入量が調整される。
【００４７】
このため、貯留空間ＲＳ１内部では、空間全体が塗布液により満たされることはなく、液溜まりＰＬの上方に気体が占める空間が残されている。すなわち、貯留空間ＲＳ１内部には、塗布液ＡＬと周囲気体とが接する気液界面Ｉｇｌが形成されている。出力配管２１３は一方端が貯留容器２１１の底部に接続されるとともに他方端が供給配管２１ｃに接続されている。ポンプ２３が作動することにより、液溜まりＰＬを形成する気液界面Ｉｇｌよりも下方の塗布液ＡＬが出力配管２１３から流出する。
【００４８】
一方、貯留容器２１１のうち気液界面Ｉｇｌよりも上方の壁面には排気口２１１ａが設けられており、排気口２１１ａは排気バルブ２０１を介して排気ポンプ２０２に連通している。排気バルブ２０１および排気ポンプ２０２は制御ユニット３０からの制御指令に応じて作動し、必要に応じて貯留空間ＲＳ１内の気体を排出することで、貯留空間ＲＳ１内を減圧する。貯留空間ＲＳ１から排出された気体は排気回収部２０３により回収される。
【００４９】
入力配管２１２は、塗布液ＡＬに対する濡れ性の低い材料により形成される。そのため、上記した原理に基づき、塗布液ＡＬ中の気泡Ｂｂは入力配管２１２の表面に捕捉され、さらに貯留空間ＲＳ１内で気液界面Ｉｇｌに露出して消滅する。その結果、液溜まりＰＬを形成する塗布液ＡＬからは気泡が除去されており、出力配管２１３から流出する塗布液ＡＬには気泡が含まれない。このようにして、脱泡ユニット２００による塗布液の脱泡が行われる。
【００５０】
次に、上記した脱泡ユニット２１０による脱泡作用を有効に機能させるための各部の材料選択について説明する。この種の送液系を用いて流通される液体としては各種の成分のものがあり、その成分により、適合する配管材料も異なる。ここでは、リチウムイオン二次電池の活物質層を塗布により形成する場合を考える。活物質材料塗布用の塗布液を調製する際の溶剤としては、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）、ＤＭＡＣ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド）、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）、ＧＢＬ（γ−ブチロラクトン）などの有機溶剤や水が主に使用されている。
【００５１】
これらの溶剤に対する配管材料の濡れ性の高さについては、例えば当該材料の臨界表面張力によって指標することができる。すなわち、臨界表面張力の小さい材料ほど液体に対する濡れ性が低く、この値が大きい材料ほど濡れ性が大きいと言える。
【００５２】
図４は配管材料として使用可能な材料の例を示す図である。上記した溶剤を含む液体（塗布液）に使用可能な配管材料として代表的なものは、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン・四フッ化エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＣ（塩化ビニル）などである。図７に示すように、フッ素を含むフッ素樹脂は比較的小さな臨界表面張力を示す一方、フッ素を含まない樹脂は臨界表面張力の値がより大きい。
【００５３】
本願発明者は、上記各種の材料で形成された配管に、ＮＭＰを溶剤とし気泡を含む活物質用塗布液を流通させ、管壁に気泡が付着するか否かを観察する実験を行った。その結果、フッ素樹脂では管壁に付着した気泡が長く留まっていたのに対し、ＰＥおよびＰＶＣでは気泡の付着が見られなかった。
【００５４】
このことから、気泡を付着させて捕捉する機能を必要とする入力配管２１２としては各種のフッ素樹脂が好適であり、材料の臨界表面張力としては２５×１０-3Ｎ／ｍ以下であることが好ましい。一方、臨界表面張力が３０×１０-3Ｎ／ｍ以上である材料は気泡が付着しにくいため気泡を捕捉する機能はあまり期待できず、このような材料は、入力配管２１２の配管、例えば供給配管２１や出力配管２１３の材料として好適に使用可能である。その他、配管および貯留容器２１１の材料として、樹脂材料に比べ表面張力が非常に大きい金属材料、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌなど）、銅、炭素鋼などが考えられる。
【００５５】
なお、塗布液流通方向において入力配管２１２よりも上流側に接続される供給配管２１ａ，２１ｂについては、入力配管２１２と同様、塗布液に対する濡れ性の低い材料により形成して気泡を捕捉する機能を発揮させるようにすることも考えられる。しかしながら、このような上流域で管壁に捕捉された気泡が気液界面Ｉｇｌに到達し消滅するまでには長い移動距離が必要となるため、捕捉された気泡が液中に長時間残留することに起因する圧力損失が問題となる場合が生じ得る。この問題を回避するためには、脱泡ユニット２００よりも上流側の流路全体を低濡れ性材料で形成するよりも、気液界面Ｉｇｌが形成される部位およびその上流側領域を含む一部区間を低濡れ性材料で形成する方が有利である。以下では、塗布液ＡＬの流路のうち、このように低濡れ性材料で形成された一部区間を「低濡れ性流路」と称する。
【００５６】
上記より、入力配管２１２としては上記したフッ素樹脂材料を、供給配管２１ａ，２１ｂとしてはＰＥ、ＰＶＣ、金属材料等を好適に適用することができる。低濡れ性の材料で形成すべき区間、すなわち低濡れ性流路の長さについては、配管の断面積、塗布液の粘度および流速、塗布液に対する配管材料の濡れ性の大きさ等に応じて個別に設定することができる。
【００５７】
また、上記の脱泡ユニット２１０では入力配管２１２の全体が単一部材となっているが、上記した濡れ性の条件は塗布液と接する配管の内壁面において満たされていればよい。したがって、図３（ｂ）に示す変形例の入力配管２１４のように、塗布液に触れる内壁面および下端のみが低濡れ性材料の層２１４ａにより構成され、その他の部分２１４ｂについては他の材料で構成されていてもよい。内壁面の周方向においては、低濡れ性材料層２１４ａが全周にわたって形成されていることが望ましい。このような構造については、異種材料の貼り合わせまたは表面コーティング加工により実現することが可能である。
【００５８】
管壁に捕捉された気泡を確実に気液界面に露出させるために、塗布液ＡＬと周囲気体との境界である気液界面Ｉｇｌは、低濡れ性流路Ｉｇｌ内で管壁と接していることが望ましい。こうすることで、いったん捕捉された気泡Ｂｂが管壁から離脱し再び液中に混入するのを回避して、確実に気液界面Ｉｇｌまで移動させることができるからである。このことから、図３（ｂ）に示すように、入力配管２１４の内壁面だけでなく、塗布液に触れる可能性のある下端面まで低濡れ性材料層２１４ａで構成されていることが望ましい。
【００５９】
なお、上記した各部材の材料選定における考え方は、以下に説明する第２および第３実施形態においても同様に成立する。すなわち、下記の各実施形態においても、上記と同様の考え方に基づいて各部の材料を選定することができる。
【００６０】
このように、上記実施形態では、貯留空間ＲＳ１に向かって延びる入力配管２１２が塗布液に対し低い濡れ性を示す低濡れ性材料により構成されている。そして、塗布液流通方向における入力配管２１２の最下流側端部、つまり低濡れ性材料で形成された低濡れ性流路の末端部において、低濡れ性材料からなる流路壁面と、塗布液と、貯留空間ＲＳ１内の周囲気体とが接している。つまり、低濡れ性流路の末端部において流路壁面と気液界面とが接する。このため、液中から流路壁面に捕捉され該壁面に沿って移動してくる気泡Ｂｂが、塗布液が入力配管２１２から放出される際に周囲気体との気液界面に現れる。これにより気泡Ｂｂの除去が達成される。
【００６１】
＜第２実施形態＞
図５は脱泡ユニットの第２実施形態を示す図である。より具体的には、図５（ａ）は塗布装置１に設けられる脱泡ユニット２００の第２実施形態としての脱泡ユニット２２０の主要部の構成を示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ切断面を上方から見た図である。ただし図５（ｂ）は塗布液が注入されていない状態を示している。
【００６２】
以下に説明するように、この実施形態の脱泡ユニット２２０は、塗布液ＡＬの流量を増大させるべく流路断面積が拡大された供給配管２１との組み合わせに好適なものである。図５（ａ）に示すように、この脱泡ユニット２２０は、第１実施形態よりも拡径された供給配管２１ｂ，２１ｃに接続される。そして、供給配管２１ｂに接続される入力配管２２２では、貯留空間内に向かって延びる配管の断面積が増大されるのに代えて、配管およびその下端で開口する吐出口の数が増やされている。具体的には以下の通りである。
【００６３】
脱泡ユニット２２０は、第１実施形態の脱泡ユニット２１０と同様に、内部が塗布液ＡＬを貯留可能な貯留空間ＲＳ２となった貯留容器２２１を備え、さらに、貯留容器２２１の上部に設けられた入力配管２２２と、貯留容器２２１の底部に設けられた出力配管２２３とを備えている。入力配管２２２の上端２２２ａは供給配管２１ｂに合わせて拡径され、出力配管２２３も供給配管２１ｃに合わせて拡径されている。
【００６４】
一方、入力配管２２２の下部は、貯留空間ＲＳ２の内部に向けて下向きに延びる複数の支管２２２ｂに分岐しており、各支管２２２ｂの下端は下向きに開口する吐出口２２２ｃとなっている。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、各支管２２２ｂおよび吐出口２２２ｃは水平方向（ＸＹ方向）に分散配置されている。このため、入力配管２２２に供給された塗布液ＡＬは複数の支管２２２ｂに分流して各吐出口２２２ｃから貯留空間ＲＳ２に吐出され、貯留空間ＲＳ２内に液溜まりＰＬを形成する。
【００６５】
各吐出口２２２ｃが液溜まりＰＬに没することがないよう、供給配管２１ｂからの塗布液ＡＬの流入量が調整される。これにより、貯留空間ＲＳ２内には気液界面Ｉｇｌが形成される。また、第１実施形態と同様に、気液界面Ｉｇｌよりも上方に排気口２２１ａが設けられており、排気バルブ２０１、排気ポンプ２０２により貯留空間ＲＳ２内の気体が排出されて気体回収部２０３により回収される。
【００６６】
このように構成された第２実施形態の脱泡ユニット２２０では、複数の支管２２２ｂに塗布液ＡＬを分流させることで、脱泡ユニット２２０を通過する塗布液ＡＬの流量を増加させることができる。これにより、拡径された供給配管２１ｂ，２１ｃを流通する塗布液の流量の増加にも対応することが可能である。単に第１実施形態における入力配管２１２を拡径させるだけでも流量を増加させることは可能であるが、管壁から離れて通過する塗布液の量が増えることで気泡Ｂｂが管壁に捕捉される機会が減少し、脱泡効果は低下してしまう。本実施形態のように複数の支管２２２ｂに塗布液を分流させることで、脱泡効果の低下を防止しながら、大流量の塗布液にも対応することができる。すなわち、単位時間当たりの脱泡処理能力を高めることが可能である。
【００６７】
なお、この実施形態においては、各吐出口２２２ｃから吐出される塗布液は最終的に一体の液溜まりＰＬを形成するが、吐出されてから一定の距離を流下するまでは、互いに独立した液柱となっていることが望ましい。例えば表面張力の作用により、隣接する吐出口２２２ｃから吐出された直後に塗布液が一体化されてしまうと、管壁に沿って移動してくる気泡Ｂｂが気液界面に現れることなく再び液中に取り込まれ、除去されずに残留してしまうからである。
【００６８】
各吐出口２２２ｃが近接しすぎないように、各吐出口２２２ｃの開口サイズおよび間隔を適宜に設定することにより、この問題を回避して、各吐出口２２２ｃから吐出される塗布液に含まれる気泡Ｂｂを確実に気液界面に露出させ消滅させることができる。
【００６９】
＜第３実施形態＞
図６はこの脱泡ユニットの第３実施形態を示す図である。より具体的には、図６（ａ）は塗布装置１に設けられる脱泡ユニット２００の第３実施形態としての脱泡ユニット２３０の主要部の構成を示す図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ切断面を上方から見た図である。ただし図６（ｂ）は塗布液が注入されていない状態を示している。
【００７０】
上記した第１および第２実施形態の脱泡ユニットでは貯留容器の上部から塗布液を流下させて液溜まりを形成しており、液溜まりを形成する塗布液からは既に気泡が除去されている。これに対し、第３実施形態の脱泡ユニット２３０では、略円筒形状の貯留容器２３１の下部に入力配管２３２が接続されている。このような構成に起因して、貯留容器２３１内の貯留空間ＲＳ３に形成される液溜まりＰＬに対し、気液界面Ｉｇｌよりも下方から塗布液ＡＬが供給される。したがって、入力配管２３２から貯留空間ＲＳ３内に供給される塗布液は、気泡を含んだ可能性があるものである。
【００７１】
塗布液ＡＬは貯留容器２３１内を上方に向かって移動する。貯留容器２３１の内壁面のうち側壁面に低濡れ性材料による層２３１ｂが形成されている。塗布液ＡＬはこの低濡れ性材料層２３１ｂの近傍を通過し、このとき気泡Ｂｂが壁面に捕捉される。低濡れ性材料層２３１ｂは貯留容器２３１内に形成される気液界面Ｉｇｌよりも上方まで延設されており、気泡Ｂｂは低濡れ性材料層２３１ｂに沿って上昇して気液界面Ｉｇｌに到達し、消滅する。
【００７２】
この実施形態においても、気液界面Ｉｇｌよりも上方の貯留容器２３１の壁面に排気口２３１ａが設けられている。そして、排気バルブ２０１、排気ポンプ２０２により貯留空間ＲＳ３内の気体が排出されて気体回収部２０３により回収される。
【００７３】
出力配管２３３は、貯留容器２３１に内挿された配管であり、貯留容器２３１に形成される液溜まりＰＬの内部、つまり気液界面Ｉｇｌよりも下方で開口する流出口２３３ａを有している。したがって、ポンプ２３が作動すると、液溜まりＰＬを構成する塗布液ＡＬが流出口２３３ａから出力配管２３３に取り込まれ、外部へ流出する。
【００７４】
また、流出口２３３ａは、貯留容器２３１の側壁面に設けられた低濡れ性材料層２３１ｂの下端よりも上方に設けられている。貯留容器２３１内において塗布液の移動方向は上向きであるから、流出口２３３ａは、塗布液の移動方向において低濡れ性材料層２３１ｂの始端よりも下流側に位置している。これにより、気泡Ｂｂは流出口２３３ａよりも上流側で低濡れ性材料層２３１ｂに捕捉されることとなり、気泡Ｂｂが流出口２３３ａから出力配管２３３に流れ込むのを防止することができる。
【００７５】
以上のように、この実施形態では、貯留空間ＲＳ３に貯留された塗布液ＡＬと、その上部空間の周囲気体とが、貯留容器２３１の内壁面のうち低濡れ性材料により構成された低濡れ性材料層２３１ｂ上において接している。つまり、塗布液ＡＬと周囲気体との気液界面Ｉｇｌが、低濡れ性材料により構成された低濡れ性流路において流路壁面と接している。このような構成によれば、低濡れ性流路で流路壁面に捕捉された気泡が気液界面Ｉｇｌに移動して消滅するため、塗布液からの気泡の除去を効果的に行うことができる。
【００７６】
液溜まりＰＬ内に配置された出力配管２３３の外壁面に気泡が付着し流出口２３３ａに流れ込むのを防止するために、出力配管２３３の外壁面は、塗布液に対する濡れ性が低濡れ性材料層２３１ｂよりも高いものであることが望ましい。
【００７７】
＜その他＞
以上のように、上記各実施形態の脱泡ユニットでは、塗布液中の気泡が流通に伴って流路壁面に接近し、また塗布液に対する濡れ性の低い部位において他の部位よりも気泡が付着しやすいという知見を利用して、高粘度の塗布液から気泡が除去される。
【００７８】
具体的には、塗布液の流路の一部に、壁面が塗布液に対する濡れ性の低い低濡れ性材料で構成された区間が設けられる。この低濡れ性流路において液中の気泡が壁面に捕捉される。そして、塗布液が低濡れ性流路を通過した後で周囲気体に触れる際、捕捉された気泡は気液界面に露出することで消滅する。すなわち、低濡れ性流路を通過した塗布液によって貯留空間内に液溜まりが形成され、該液溜まりは周囲気体との間に気液界面を形成している。気液界面が低濡れ性流路において流路の壁面に接するようにすることで、低濡れ性流路の流路壁面に沿って移動する気泡が気液界面に現れて消滅する。
【００７９】
以上説明したように、上記した塗布装置１が本発明の「塗布装置」として機能しており、そのうち脱泡ユニット２００が本発明の「脱泡装置」および「脱泡手段」として機能している。また、ノズル５０およびタンク１０がそれぞれ本発明の「ノズル」および「供給手段」として機能している。そして、基材Ｓが本発明の「被塗布体」に相当している。
【００８０】
また、脱泡ユニットの各実施形態２１０，２２０，２３０においては、貯留容器２１１，２２１，２３１が本発明の「貯留部」として機能し、入力配管２１２，２２２，２３２が本発明の「入力配管」として機能している。また、出力配管２１３，２２３，２３３が本発明の「出力配管」として機能する一方、排気ポンプ２０２が本発明の「減圧手段」として機能している。
【００８１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態の脱泡ユニット２００（２１０，２２０，２３０）は塗布装置１に組み込まれたものであるが、これらの脱泡ユニットはいずれも、それ自体が単体でインライン型の脱泡装置として成立するものである。したがって、本発明の脱泡装置は塗布装置に組み込まれたものに限定されるものではない。
【００８２】
また、上記各実施形態は、貯留容器に排気ポンプ２０２を接続して、内部の気体を排出し貯留空間内を減圧する構成となっているが、貯留空間の減圧を行わない場合でも、液中の気泡が気液界面に露出することで消滅する効果を得ることは可能である。したがって、例えば貯留空間を外部空間と連通させて内部を大気圧としてもよい。減圧手段を設けた場合には、露出した気泡を膨張させることで消滅を促進することができるほか、塗布液から揮発する溶媒成分を回収することができるので、溶媒成分が外気に放出されるのを防止することができる。
【００８３】
また、上記した塗布装置１は、塗布液を循環させる循環経路を有するものであるが、濡れ性の低い材料により気泡を捕捉し気液界面に露出させて消滅させるという本発明の技術思想は、必ずしも循環経路を前提とするものではない。例えば、循環経路のない送液系の途中に上記した脱泡ユニットを設けた構成であってもよい。また、三方弁２４からタンク１０に還流する還流配管２５、三方弁２４からノズル５０に至る塗布配管２６のいずれかの途中に脱泡ユニットが設けられてもよい。
【００８４】
また例えば、上記した塗布装置１は、集電体として機能する基材Ｓの表面に活物質材料を塗布することでリチウムイオン二次電池用の電極を製造する装置であるが、被塗布体および塗布材料はこれに限定されるものでなく任意である。
【００８５】
また、上記各実施形態の脱泡ユニットは、塗布装置１を用いて基材Ｓに塗布される塗布液から気泡を除去するものであるが、本発明において脱泡の対象となる液体はこのような塗布を目的とするものに限定されず、種々の液体、特に非ニュートン性でペースト状の液体全般に対し、本発明にかかる脱泡技術を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、非ニュートン性でペースト状の液体から気泡を除去する技術に関するものであり、特に従来技術では脱泡を行うことが困難であった高粘度の液体からも、気泡を効果的に除去することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１  塗布装置
１０  タンク（供給手段）
５０  ノズル
２００，２１０，２２０，２３０  脱泡ユニット（脱泡装置、脱泡手段）
２０２  排気ポンプ（減圧手段）
２１１，２２１，２３１  貯留容器（貯留部）
２１２，２２２，２３２  入力配管
２１３，２２３，２３３  出力配管
ＡＬ  塗布液
Ｂｂ  気泡
Ｉｇｌ  気液界面
ＰＬ  液溜まり
Ｓ  基材（被塗布体）
【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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