(57)【要約】【課題】スラリーの吐出作業を長時間継続して行っていても、基材上に形成される塗膜層の厚さを均一にする。【解決手段】幅方向に長くスラリーを溜める空間からなるマニホールド１１と、当該幅方向に広いスリット１２を経由して当該マニホールド１１と繋がり、スラリー３を基材２に対して吐出する吐出口１８とが形成されたダイ１０と、マニホールド１１に連通している流入部１６からマニホールド１１にスラリー３を供給する供給手段２０と、を備え、マニホールド１１の前記幅方向における断面の相当半径は３０ｍｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向に長くスラリーを溜める空間からなるマニホールドと、当該幅方向に広いスリットを経由して当該マニホールドと繋がり、スラリーを基材に対して吐出する吐出口とが形成されたダイと、
前記マニホールドに連通している流入部から前記マニホールドにスラリーを供給する供給手段と、を備え、
前記マニホールドの前記幅方向における断面の相当半径は３０ｍｍ以下であることを特徴とする、電池用極板の製造装置。
【請求項２】
前記マニホールドは、前記幅方向に折れ曲がった形状を有し、前記流入部から離れた部分であるほど前記吐出口との距離が近いことを特徴とする、請求項１に記載の電池用極板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に活物質を含むスラリーを塗布して電池用極板を製造するための製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１のように、電池用極板は、ロールツーロールで送られる基材に、活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含むスラリーが塗布され、製造される。このようにして製造された電池用極板において、基材上に形成される活物質を含む層の厚さは、電池の充放電量に直接影響を与えることから、特に高容量型の電池（バッテリ）の場合、基材に塗布するスラリーの膜厚管理は非常に重要となる。つまり、スラリーは、基材の幅方向及び送り方向に沿って均一な厚さで塗布される必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３３１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のとおり、スラリーには活物質等が含まれており、活物質等は混合され分散されているが、スラリーの処方の仕方や組成等により特性が異なり、長時間にわたって分散された状態が続くスラリーもあれば、短時間で固形成分が沈殿したり凝集したりする不安定なスラリーもある。
【０００５】
このようなスラリーを基材に塗布するためのダイには、前記特許文献１に開示されているように、幅方向に長いマニホールド（液溜め部）と、このマニホールドに繋がるスリットとが形成されており、スラリーは、マニホールドに供給され、マニホールドからスリットを通じて基材に対して吐出される。スリットは、基材の幅方向に沿って均一な量でスラリーが吐出されるように均一な隙間寸法で形成されているが、前記のような不安定なスラリーの場合、吐出作業を連続して行っていると、やがて、マニホールドの一部でスラリーの固形成分の沈殿や凝集が発生し、固形成分が滞留することがある。特にスラリーの流速が遅い部分でこのような固形成分の滞留が生じやすい。
【０００６】
スラリーは、ダイの中央部に形成されている流入口からマニホールドへ供給され、マニホールドの全体に広がるが、上記の通りマニホールドの一部で固形成分が滞留すると、ダイの幅方向にわたってスリットから吐出されるスラリーの量にばらつきが生じ、基材上に形成される塗膜層の厚みにばらつきが生じるようになる。
【０００７】
ここで、前記の通り、基材上に形成される活物質を含む層の厚さは、電池の充放電量に直接影響を与えることから、塗膜層の厚みにばらつきがある状態で電気用極板が製造されると、その極板を用いた電池の品質を低下させてしまう。そこで、従来はこのようにスラリーの吐出量にばらつきが生じた場合にはその都度ダイを分解して清掃を行ったりスリットの幅を調整したりして再び吐出量が所定の量になるようにしていたが、作業に時間を要したり作業者の熟練度によって調整の成否が変わってくるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、スラリーの吐出作業を長時間継続して行っていても、基材上に形成される塗膜層の厚さを均一にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電池用極板の製造装置は、幅方向に長くスラリーを溜める空間からなるマニホールドと、当該幅方向に広いスリットを経由して当該マニホールドと繋がり、スラリーを基材に対して吐出する吐出口とが形成されたダイと、前記マニホールドに連通している流入部から前記マニホールドにスラリーを供給する供給手段と、を備え、前記マニホールドの前記幅方向における断面の相当半径は３０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、マニホールドの前記幅方向における断面の相当半径は３０ｍｍ以下であることことから、流入部から離れた部分においてもマニホールド内のスラリーの流速を比較的高く確保することができるため、マニホールド全体においてスラリーの固形成分の沈殿や凝集を防ぐことが可能である。
【００１１】
また、前記マニホールドは、前記幅方向に折れ曲がった形状を有し、前記流入部から離れた部分であるほど前記吐出口との距離が近いことが望ましい。
【００１２】
この場合、スラリーが吐出口から吐出されるまでにかかる圧力損失をマニホールドの幅方向全体において均一にすることができるため、基材上に形成される塗膜層の厚さをより均一に近づけることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スラリーの吐出作業を長時間継続して行っていても、基材上に形成される塗膜層の厚さを均一にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電池用極板の製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１のａ矢視の断面図である。
【図３】基材への塗工を行う際のマニホールド１１内のスラリーの到達時間および塗膜層厚みの均一性の確認結果を示す表である。
【図４】他の実施形態における電池用極板の製造装置の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、電池用極板の製造装置の概略構成を示す説明図である。また、図２は、ａ矢視の断面図である。
【００１７】
図１の製造装置１は、ロールツーロールで送られる金属箔からなる基材２に、活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含むスラリー３を塗布するための装置である。この製造装置によれば、塗布したスラリー３を乾燥させることで基材２上に活物質を含む層が形成され、この基材２が所定形状に切断され電池用極板となる。基材２上に形成される活物質を含む層の厚さは、電池の充放電量に直接影響を与えることから、基材２に塗布するスラリー３によって形成される塗膜層の膜厚管理は非常に重要であり、この製造装置１によれば、以下の実施形態において説明するように、スラリー３は、基材２の送り方向に沿って均一な厚さ（均一な塗膜量）で塗布される。なお、基材２の幅方向は、基材２の送り方向に直交する方向であり、図１におけるＹ軸方向がこれに相当する。
【００１８】
製造装置１は、基材２の幅方向に沿って長く構成されたダイ１０と、このダイ１０にスラリー３を供給する供給手段２０とを備えている。ダイ１０において、その長手方向（図１におけるＹ軸方向）を幅方向という。この製造装置１では、ダイ１０に対向するローラ５が設置されており、ダイ１０の幅方向とローラ５の回転中心線の方向とは平行である。基材２は、このローラ５に案内され、基材２とダイ１０（後述のスリット１２の先端）との間隔（隙間）が一定に保たれ、この状態でスラリー３の塗布が行われる。
【００１９】
本実施形態のダイ１０は、先細り形状である第一リップ１３ａを有する第一分割体１３と、先細り形状である第二リップ１４ａを有する第二分割体１４とを、これらの間にシム板１５を挟んで、組み合わせた構成からなる。ダイ１０は、その内部に、幅方向に長い空間からなるマニホールド１１と、このマニホールド１１と繋がるスリット１２とが形成され、また、第一リップ１３ａと第二リップ１４ａとの間には、スリット１２の解放端である吐出口１８が形成されている。すなわち、マニホールド１１と吐出口１８とは、スリット１２を経由して繋がっている。
【００２０】
この構成により、供給手段２０により供給されたスラリー３は、先ずマニホールド１１に溜められ、マニホールド１１内で幅方向に広がった後、次に、スリット１２を経由して吐出口１８から吐出される。
【００２１】
スリット１２は、マニホールド１１と同様に幅方向に長く形成されており、スリット１２の幅方向寸法は、後述するシム板１５の内寸Ｗによって決定され、スリット１２の幅方向寸法と略同一の幅方向寸法のスラリー３を、基材２上に塗布することができる。スリット１２の隙間寸法（高さ寸法）は、例えば０．４〜１．５ｍｍである。本実施形態では、スリット１２の隙間方向が上下方向であり、幅方向が水平方向となる姿勢でダイ１０は設置されている。つまり、マニホールド１１とスリット１２とが水平方向に並んで配置される姿勢でダイ１０は設置されている。したがって、マニホールド１１に溜められているスラリー３をスリット１２および吐出口１８を通じて基材２へと流す方向は水平方向となる。
【００２２】
なお、シム板１５の厚さを変更することにより、マニホールド１１内部の圧力（塗工圧力）を調整することができ、この調整によって、様々な特性を有するスラリー３で均一な膜厚の塗工を行うことが可能となる。
【００２３】
ダイ１０の幅方向の中央部には、流入部１６が設けられており、この流入部１６は、ダイ１０の外部からマニホールド１１へ繋がる貫通孔（流入口）からなる。供給手段２０は、この流入部１６に一端部が接続されている流入パイプ２１と、スラリー３を貯留しているタンク２２と、このタンク２２内のスラリー３を、パイプ２１を通じてダイ１０へ供給するためのポンプ２３とを有している。以上より、供給手段２０は、マニホールド１１に流入部１６からスラリー３を供給することができる。なお、本実施形態では、図１に示すように、流入部１６は、マニホールド１１の底部１７と繋がっており、この底部１７からスラリー３を流入させる構成としている。
【００２４】
そして、マニホールド１１は、供給手段２０から供給されたスラリー３を溜めることができ、マニホールド１１に溜められているスラリー３を、スリット１２を通って吐出口１８からロールツーロールで送られる基材２に対して吐出し、この基材２に対してスラリー３を連続的に塗布することができる。スリット１２の隙間寸法はその幅方向に一定であり、基材２上に塗布されるスラリー３の厚さは幅方向に一定となる。
【００２５】
ここで、本実施形態では図２に示すようにマニホールド１１は直線的ではなく折れ曲がった形状を有しており、流入部１６に最も近い中央部１１ａから端部１１ｂに向かって吐出口１８との距離が近くなっている。すなわち、幅方向に流入部１６から離れた部分であるほど吐出口１８との距離が近くなる、いわゆるハンガー状となっている。
【００２６】
また、図１の径ｒｍで示すマニホールド１１の断面の相当半径は、本実施形態では３０ｍｍとしている。
【００２７】
ここで、相当半径ｒｍとは、マニホールドの断面の面積をＳｍ、周長をｌｍとしたときに以下の式（１）から求められる長さであり、マニホールドの断面形状が円形ならば、その円の半径がそのままマニホールドの断面の相当半径となる。
ｒｍ  ＝  ２Ｓｍ／ｌｍ                  ・・・（１）
この相当半径ｒｍの値が２つのダイの間で等しい場合、これら２つのダイは同等のスラリー吐出の挙動を示す。具体的には、たとえば断面形状が一辺１０ｍｍの正方形であるマニホールドを有するダイがあった場合、マニホールドの面積は１００ｍｍ２、周長は４０ｍｍであるので、これらの値を式（１）に代入することによってこのマニホールドの相当半径ｒｍは５ｍｍであると算出される。したがって、このダイは、半径５ｍｍの円形の断面のマニホールドを有するダイと同等のスラリー吐出の挙動を示す。
【００２８】
また、ダイ１０には圧力センサ（図示せず）が設けられており、この圧力センサは、マニホールド１１のスラリー３の内圧を計測する。そして、この計測結果に基づいて供給手段２０によるスラリー３の供給が制御され、マニホールド１１のスラリー３の内圧を一定に保つ。マニホールド１１で内圧が一定とされるスラリー３は、スリット１２から幅方向全長にわたって均等の量で吐出され、また、前記圧力センサの計測結果に基づいて、スリット１２から吐出されるスラリー３の量が変動しないように制御され、基材２上に塗布されるスラリー３の送り方向の厚さを一定とする。また、図示しないが、パイプ２１の途中にはスラリー３用のフィルタが設けられている。
【００２９】
次に、基材への塗工を行う際のマニホールド１１内のスラリーの到達時間および塗膜層厚みの均一性を種々の塗工条件において確認した結果を図３に示す。図中のＵＩ値とは、幅方向（図１におけるＹ軸方向）における塗膜層の最も厚い部分と最も薄い部分の厚みの比であり、値が１に近いほど厚みが均一であることを示す。なお、各条件共通のパラメータとして、スラリー３の粘度は約３５，０００ｃＰ（剪断速度＝１の場合）、基材２を送る速度は約１００ｍ／ｍｉｎ、塗工直後の塗膜層の幅方向（Ｙ軸方向）の寸法（塗工幅）は約６００ｍｍ、厚みは約２００ｕｍとした。なお、スリット長について、中央部のスリット長は図２における寸法Ｌ１、端部のスリット長は図２における寸法Ｌ２であり、中央部と端部のスリット長が等しい条件１、２、４は直線状のマニホールド１１であり、端部が中央部より短い条件３、５はハンガー状のマニホールド１１を用いたものである。
【００３０】
図３より、本実施形態である条件３（マニホールド相当半径３０ｍｍ、ハンガー状）において、マニホールド１１の端部１１ｂへのスラリー３の到達時間は１４．２５秒であり、条件１における３９秒に比べて約２．７分の１となっていた。そして、端部１１ｂへの到達時間が短くなるのにあわせて端部１１ｂにおけるスラリー３の流速が速くなっていた。ここで、発明者らは上記の塗工幅などのパラメータにおいてはマニホールド１１の端部１１ｂまで約１５秒以内にスラリー３が充填されるような条件でスラリー３の塗工を行った場合に、スラリー３の固形成分の沈殿や凝集が長時間抑えられ、塗工が行えることを確認している。すなわち、マニホールド１１の相当半径を３０ｍｍ以下とすることによって、マニホールド１１の端部１１ｂへのスラリー３の到達時間を１５秒以内に抑えることができ、スラリー３の固形成分の沈殿や凝集を抑えられることが確認できた。なお、塗工幅などのパラメータが今回のものと異なる場合はマニホールド１１の端部１１ｂへのスラリー３の到達時間は今回の結果から変化することが予想されるが、今回の結果と同様、マニホールド１１の相当半径を３０ｍｍ以下とすることによってスラリー３の固形成分の沈殿や凝集を抑えられるものと考える。
【００３１】
ここで、マニホールド１１の両端部においてスラリー３の固形成分が沈殿や凝集し易くなる理由は、これら両端部には、マニホールド１１の幅方向端面を構成する壁が存在していることから、マニホールド１１の中央部から供給され幅方向両側へ広がるスラリー３は、両端部において流速が低下しやすく、スラリー３が滞留しやすいためである。特に、スラリー３は粘度（粘性）が高いため、両端部において滞留しやすく固形成分が沈殿や凝集しやすい。
【００３２】
なお、本実施形態の製造装置１のダイ１０から吐出されるスラリー３として、粘度が数千から数万ｃＰ（剪断速度＝１の場合）のものが用いられる。
【００３３】
一方、図３中のＵＩ値が示すように、マニホールドの径を大きくするほどＵＩ値は１に近くなる。すなわち、マニホールド１１内全体にスラリー３が均等に行き渡り、塗膜層がより平坦になることが確認できる。電池用極板を製造するためにスラリー３を基材２に塗布する場合は、塗膜層の平坦度が重視されるため、従来は、マニホールド１１にはある程度以上の径を必要とし、マニホールド１１の端部でスラリー３の固形成分が沈殿、凝集するおそれがあるものの、図３の条件１のような相当半径５０ｍｍなど比較的大きめの径のマニホールド１１が用いられていた。
【００３４】
そこで、本実施形態ではマニホールド１１の相当半径を３０ｍｍとして従来より細くする代わりに、前述の通り流入部１６から離れた部分であるほど吐出口１８との距離が近くなる形状とし（条件３）、マニホールド１１の端部でのスラリー３の流速を確保しつつＵＩ値が１に近くなるようにしている。
【００３５】
なお、流入部１６から離れた部分であるほど吐出口１８との距離が近くなる形状とすることによりＵＩ値が向上する理由は、スラリー３が吐出口１８から吐出されるまでにかかる圧力損失を均一に調整できるためである。たとえばマニホールド１１の端部１１ｂから吐出口１８へ向かうスラリー３は中央部１１ａ近傍から吐出口１８へ向かうスラリー３よりマニホールド１１内で多くの圧力損失が生じる。その代わりにスラリー３がスリット１２内を通る距離を少なくしてスリット１２内で生じる圧力損失を少なくすることにより、吐出口１８から吐出されるまでにかかる圧力損失の合計が等しくなるようにできる。このようにすることにより、マニホールド１１の相当半径を１５ｍｍとしてさらに細くした場合（条件５）でもマニホールド１１の端部でのスラリー３の流速を速くしつつ従来（条件１）と同程度のＵＩ値を得ることができた。
【００３６】
以上より、スラリー３の吐出作業を長時間継続して行っていても、基材２上に形成される塗膜層の厚さを均一にすることが可能となる。
【００３７】
また、本発明の製造装置１は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。本実施形態（図１参照）以外の他の実施形態として、たとえば図４に示すように、スリット１２の途中に第２のマニホールド２４が設けられていても良い。
【００３８】
また、本実施形態では、流入部１６は、マニホールド１１の底部１７と繋がっており、この底部１７からスラリー３を流入させる構成としているが、流入部１６は、マニホールド１１の側部（高さ方向の中間部）と繋がった構成であってもよい。
【００３９】
また、前記実施形態では、マニホールド１１のスラリー３をスリット１２を通じて吐出口１８から基材２へと流す方向が水平方向となるようにダイ１０が設置されている場合について説明したが、ダイ１０の設置姿勢はこれ以外であってもよい。例えば、マニホールド１１とスリット１２とが鉛直方向に並んで配置される姿勢でダイ１０は設置されていてもよく、この場合において、マニホールド１１のスラリー３をスリット１２を通じて吐出口１８から基材２へと流す方向が鉛直方向上向きとなるようにダイ１０が設置されていてもよい。
【００４０】
なお、本発明の製造装置１は、塗布する塗布液が粘度の高いスラリーである場合に有効であり、粘度の高いスラリーを塗布して製品（例えば、光学フィルム）を製造する場合に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  製造装置
２  基材
３  スラリー
１０  ダイ
１１  マニホールド
１１ａ  中央部
１１ｂ  端部
１２  スリット
１３  第一分割体
１３ａ  第一リップ
１４  第二分割体
１４ａ  第二リップ
１５  シム板
１６  流入部
１７  底部
１８  吐出口
２０  供給手段
２１  流入パイプ
２２  タンク
２３  ポンプ
２４  第２のマニホールド
【図１】
2016038936.tif 000003
【図２】
2016038936.tif 000004
【図３】
2016038936.tif 000005
【図４】
2016038936.tif 000006