(57)【要約】【課題】ロール・ツー・ロールの熱ラミネート方式による積層体の製造において、複雑な装置構成を必要とせず、作業効率を低下させることなく、積層体のシワの発生を回避することができるラミネート装置、及びそれを用いた積層体の製造方法を提供すること。【解決手段】接着層が形成された第１のシートと第２のシートとを加熱してラミネートするラミロールと、前記ラミネートされた前記第１のシートと前記第２のシートの少なくとも一方に接触する冷却ロールと、さらに温調器とを具備し、前記温調器は前記冷却ロールに温度制御した冷却水を循環させ、前記冷却ロールを２５℃以上に制御し、かつ前記ラミロールと前記冷却ロールの温度差を０〜２５℃に制御する機能を有するラミネート装置とする。【選択図】図１
2017202654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシート上に接着剤を塗布する塗工部と、
前記接着剤を乾燥させ接着層を形成するオーブンと、
前記接着層が形成された前記第１のシートと第２のシートとを加熱してラミネートするラミロールと、
前記ラミネートされた前記第１のシートと前記第２のシートの少なくとも一方に接触する冷却ロールと、
を具備するラミネート装置であって、
前記ラミネート装置はさらに温調器を具備し、
前記温調器は前記冷却ロールに温度制御した冷却水を循環させ、前記冷却ロールを２５℃以上に制御する機能を有することを特徴とするラミネート装置。
【請求項２】
前記冷却ロールは第１の冷却ロールと第２の冷却ロールからなり、前記第１のシートに前記第１の冷却ロール、前記第２のシートに前記第２の冷却ロールがそれぞれ当接することを特徴とする請求項１に記載のラミネート装置。
【請求項３】
請求項１、または２のいずれか一項に記載のラミネート装置を用いて作製することを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項４】
前記ラミレート装置によりラミネートされる第１のシートと第２のシートは、樹脂フィルムと金属箔であることを特徴とする請求項３に記載の積層体の製造方法。
【請求項５】
前記ラミロールと前記冷却ロールの温度差を０〜２５℃に制御することを特徴とする請求項３、または４のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート装置、及びそれを用いた積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材フィルムにアルミニウム箔等の金属箔層とシーラント層（熱融着性フィルム）とを、この順に積層した積層体は、強度、遮光性、バリア性、シール性等様々な特性を利用して、飲食品や医薬品、日用雑貨品などの各種包装材に好適に用いられている。また、近年リチウムイオン電池用外装材としての適用が広がっている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、パソコン、携帯電話、スマートフォンなどの携帯端末装置や、ビデオカメラなどに用いられる民生用途の二次電池として、高エネルギーながらも超薄型化、小型化が可能な電池として盛んに開発されている。
【０００４】
リチウムイオン電池の外装材としては、従来の金属製の缶に代わり、前記積層体（フィルム基材／アルミニウム箔層／シーラント層）が用いられるようになっている。このような積層体（ラミネートフィルム）からなる外装材は、軽量で電池形状の自由度が高いことに加えて、放熱性が高く、更に低コストであることから、環境負荷の小さいハイブリッド車、電気自動車のバッテリーへの適用も試みられている。
【０００５】
前記積層体の構成としては、アルミニウム箔層の一方の面に第１の接着層（以下、適宜単に接着層と記す）を介して基材フィルム（プラスチックフィルム）を積層し、他方の面に第２の接着層を介してシーラント層を積層する構成（基材フィルム層／接着層／アルミニウム箔層／第２の接着層／シーラント層）が一般的であり、これらの層間に他の中間層が設けられる形態もある。
【０００６】
前記リチウムイオン電池の外装材を工業的に生産する方法としては、通常ロール・ツー・ロール方式が採られる。すなわち、まず連続的に搬送される基材フィルム上に接着剤を塗布・乾燥して接着層を形成し、アルミニウム箔とドライラミネートすることでアルミニウム箔層を有する積層体が形成されロール状に巻き取られる。次に、前記アルミニウム箔層を有する積層体上に第２の接着層を形成し、ロール・ツー・ロール方式によりシーラント層をラミネートすることでリチウムイオン電池の外装材となる積層体の形態となる。
【０００７】
前記ロール・ツー・ロール方式により基材フィルムを、接着層を介してアルミニウム箔とドライラミネートする工程では、ラミネートを行うロール（ラミロール）部を加熱した熱ラミネートが行われる（以下「ドライラミネート」に変えて「熱ラミネート」と記す）。熱ラミネート後の積層体は、接着層を冷却固定するために、冷却ロールへ搬送される。
【０００８】
しかしながら、一般に樹脂材料の線膨張係数は金属材料よりも大きいため、基材フィルムはアルミニウム箔層よりも伸びた状態で熱ラミネートされている。ラミネート部を通過後も積層体は熱を保持しており、熱を保持したまま冷却ロールへ到達すると急冷が生じ、接着層の冷却固定とのタイミングに依存して、基材フィルムとアルミニウム箔層との熱収縮量の差から積層体にシワが生じる。
【０００９】
一般に、ロール・ツー・ロール方式で搬送状態にあるフィルムには、フィルムを張設状態で搬送するために機械的な張力（引張方向の外力）が加わっており、熱ラミネート後の冷却による熱収縮を緩和する効果を有している。しかしながら、前記張力は搬送方向（ＭＤ方向）よりも幅方向（ＴＤ方向）の方が小さいため、熱収縮はＭＤ方向よりもＴＤ方向
で大きくなり、前記シワはＭＤ方向に平行な線状となる傾向をもつ。（ＭＤはＭａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎの略語であり、ＴＤはＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎの略語である）。
【００１０】
前記シワ発生の問題に対し、特許文献１では、ラミロールの加圧面と被積層材料との間に保護材料を配置してラミネートを行い、冷却後に保護材料を剥離する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、保護材料の使用による工程数とコストの上昇、保護材料を剥離する装置の導入による設備コストの上昇を伴う。
【００１１】
また、特許文献２では、ラミロールを２段以上設置し、２段目の制御温度を１段目よりも低く設定することで急冷を抑える方法が提案されている。しかしながら、この方法は、ラミロールを２段以上設置することによる制御性・操作性の難度上昇、及びコストの上昇を避けられない。
【００１２】
また、特許文献３では、加熱部以降から巻き取り部までを基材フィルムの熱収縮温度以上に制御する方法が提案されている。しかしながら、この方法は、装置の大型化によるコスト上昇、及び巻き取り後、作業が可能となる温度まで装置を冷却する時間が長くなり、作業効率の低下と生産性の低下を避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−６４２５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３６１７４４号公報
【特許文献３】特開２０１５−１６８１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ロール・ツー・ロール方式における第１のシートと第２のシートの熱ラミネートによる積層体の製造において、複雑な装置構成を必要とせず、作業効率を低下させることなく、積層体にシワを発生させないラミネート装置、及びそれを用いた積層体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係わる発明は、第１のシート上に接着剤を塗布する塗工部と、
前記接着剤を乾燥させ接着層を形成するオーブンと、
前記接着層が形成された前記第１のシートと第２のシートとを加熱してラミネートするラミロールと、
前記ラミネートされた前記第１のシートと前記第２のシートの少なくとも一方に接触する冷却ロールと、を具備するラミネート装置であって、
前記ラミネート装置はさらに温調器を具備し、
前記温調器は前記冷却ロールに温度制御した冷却水を循環させ、前記冷却ロールを２５℃以上に制御する機能を有することを特徴とするラミネート装置としたものである。
【００１６】
請求項２に係わる発明は、前記冷却ロールは第１の冷却ロールと第２の冷却ロールからなり、前記第１のシートに前記第１の冷却ロール、前記第２のシートに前記第２の冷却ロールがそれぞれ当接することを特徴とする請求項１に記載のラミネート装置としたものである。
【００１７】
請求項３に係わる発明は、請求項１、または２のいずれか１項に記載のラミネート装置を用いて作製することを特徴とする積層体の製造方法としたものである。
【００１８】
請求項４に係わる発明は、前記ラミレート装置によりラミネートされる第１のシートと第２のシートは、樹脂フィルムと金属箔であることを特徴とする請求項３に記載の積層体の製造方法としたものである。
【００１９】
請求項５に係わる発明は、前記ラミロールと前記冷却ロールの温度差を０〜２５℃に制御することを特徴とする請求項３、または４のいずれか１項に記載の積層体の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のラミネート装置によれば、第１のシートと第２のシートの少なくとも一方に接触する冷却ロールと、温調器とを具備し、温調器は冷却ロールに温度調整した冷却水（常温よりも高いが冷却ロールに供給する意味で冷却水と記す）を循環させ、冷却ロールを２５℃以上に制御する機能を有するラミネート装置としたので、複雑な装置構成を必要とせず、作業効率、生産性を低下させることなく、シワの発生がない積層体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のラミネート装置の構成例の主要な部分を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明のラミネート装置が具備する温調器の構成例を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の製造方法により製造した積層体の例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のラミネート装置、及びそれを用いた積層体の製造方法における実施形態例を、図面を参照しつつ説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２３】
［ラミネート装置］
図１は、本発明のラミネート装置１の構成例の主要な部分を模式的に示す正面図である。本発明のラミネート装置１にあっては、連続的に搬送される第１のシートが塗工部２を通過する際に、第１のシートの一方の面に接着剤が塗布される。次に、接着剤は第１のシートがオーブン３を通過することで接着層となり、第１のシートは、別途搬送されてきた第２のシートとともにラミネート部５において加熱され（加熱機構の図示を省略する）接着層を介してラミネートされる。
【００２４】
前記第１のシートと第２のシートはそれぞれ、基材フィルムと例えば金属箔の組合せであり、いずれがいずれであってもよい。従って、接着層は基材フィルムと例えば金属箔のどちら側に形成してもよい。
【００２５】
ラミネート部５通過後もシートの高温状態は継続しており、接着層は流動状態であるため冷却部６で冷却固定する必要がある。しかるに、ラミネート部５の加熱温度における第１のシートと第２のシートの熱膨張差が大きいほど、一方の膜は他方の膜よりも伸びた状態でラミネートされている。従って、従来の装置では、急冷により固定すると、第１のシートと第２のシートの収縮量の差が大きいため、シワが発生する。
【００２６】
本発明のラミネート装置１では、急冷によるシワの発生を回避するために、冷却部６の冷却ロールに、温調器１０により温度制御した冷却水（以下、温調水と称する）を循環させる。温調器１０は冷却ロールを２５℃以上に制御する機能を有している。尚、図１では冷却ロールが２本の場合を示しているが、１本であってもよい。
【００２７】
冷却ロールが２本の場合は、第１の冷却ロール６ａと第２の冷却ロール６ｂからなるとともに、第１のシートと第２のシートの冷却に偏りが生じないために、第１のシートに第１の冷却ロール６ａ、第２のシートに第２の冷却ロール６ｂがそれぞれ当接するように、すなわち、ラミネートされた積層体が第１の冷却ロールと第２の冷却ロールの間を通過するような構造であることが好ましい。
【００２８】
［ラミネート装置が備える温調器］
図２は、本発明のラミネート装置１が具備する温調器１０の構成例の主要な部分を模式的に示す平面図である。温調器１０は実線の矢印で示す流路に沿って、熱交換器１３内で調整した温調水を冷却ロール６ｂに供給する。冷却ロール６ｂを出た温調水は、既設の循環水の調整水槽１１からの水と合流し循環水へ戻る水と熱交換器１３に戻る水に分かれる。ヒータユニット１２は、点線の矢印で示す流路に従い熱交換器１３から来る水と調整槽１１からの水を加熱する。
【００２９】
図２は平面図であり、冷却ロール６ａは冷却ロール６ｂの直下にあるため図示を略しているが、冷却ロール６ａへも同様に温調水が供給される。符号１４、１５はポンプ、１６、１７は温度センサを示している。また、温度センサと接続した制御ユニット及び制御ユニットからの信号により開閉するバルブ類の図示を省略している。
【００３０】
図２では温調器１０に既設の循環水を利用する形態を示したが、より一般的な恒温槽を利用する形態であってもよい。この形態では水槽内に貯蔵した水をヒータのｏｎ／ｏｆｆにより温度制御を行い恒温槽とし、冷却ロールに温調水を供給する。恒温槽は適宜水の交換が必要なため通常蓋を備えた大気開放型であり、適宜洗浄を必要とする。また、生産設備として利用する場合は温調器部の設置スペースが大きくなる傾向がある。
【００３１】
［積層体］
図３は、本発明の製造方法により製造した積層体の例を示す模式断面図である。図３（ａ）は基材フィルム２１に接着層２２を介して金属箔層２３を貼り合わせた積層体２０を示しており、図３（ｂ）は積層体２０の上面にさらに第２の接着層２４を介してシーラント層２５を貼り合わせた積層体３０を示している。
【００３２】
（基材フィルム）
基材フィルム２１は樹脂フィルムであり、二軸延伸ナイロンフィルム（ＯＮｙフィルム）、ポリアミドフィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）等のポリエステルフィルム、二軸延伸ポリプロピレンフィルム（ＯＰＰフィルム）等のポリオレフィンフィルムなどから適宜選択され、表面にコロナ処理等を施すことで、より良好な接着強度が得られる。基材フィルム２１の厚みは６〜５０μｍが好ましい。
【００３３】
（金属箔層など）
金属箔層２３としては、例えば、アルミニウム箔を好適に用いることができる。アルミニウム箔の厚みはバリア性、耐ピンホール性及び加工性の点から９〜２００μｍが好ましく、１５〜１００μｍがより好ましい。
【００３４】
金属箔層２３の代わりに、別途樹脂フィルムに金属あるいは金属化合物からなる薄膜を成膜したフィルムを用いることができる。金属あるいは金属化合物からなる薄膜形成材料
としては、マグネシウム、珪素、アルミニウム、錫、チタン、亜鉛、ジルコニウム、カルシウム、ニッケル等から選択される金属の酸化物、窒化物、フッ化物のいずれか、あるいはそれらの２種以上の混合物が挙げられるが、その中では、特に酸化アルミニウムあるいは酸化珪素が酸素および水蒸気のガスバリア性に優れるのでより好ましい。前記金属アルミニウム、酸化アルミニウム又は酸化珪素などの薄膜層の厚みは１〜３００ｎｍ程度が好ましい。これらの金属薄膜は、真空成膜法により形成することができる。真空成膜法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマ気相成長法（ＣＶＤ）などが挙げられる。
【００３５】
（接着層）
接着層２２、及び第２の接着層２４に用いる接着剤としては、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリエーテル系、およびそれらを主体とした混合物などを用いることができる。押出し法による接着性樹脂を用いることも可能である。この場合はサンドラミネーション法によって接着され、用いられる樹脂としてはエチレンアクリル酸またはメタクリル酸共重合体，エチレンアクリレートまたはメタアクリレート共重合体，エチレン酢酸ビニル共重合体，変性マレイン酸共重合体などがある。なお、接着層をアンカーコート層としても構わない。接着層の厚みは１〜１０μｍが好ましく、より好ましくは２〜６μｍである。
【００３６】
（シーラント層）
シーラント層２５の形成材料としては、熱でシールすることのできる材料を用いる。具体的には、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）などのポリエチレン（ＰＥ）、ポリブテン、ポリメチルペンテンなどの単独重合体や、エチレン、プロピレン、ブテン、メチルペンテンなどのオレフィンから選ばれる２つ以上のモノマーの共重合体、例えばエチレン−プロピレン共重合体等が挙げられ、これらの２つ以上の混合物を用いることも可能である。シーラント層２５の厚みは通常１０〜１００μｍの範囲で用途に合わせて選択される。
【実施例】
【００３７】
ラミネート装置において、基材フィルムとしてのナイロン１２μｍ厚の上に、ポリエステル系接着剤５μｍ厚を塗布・乾燥させ接着層とし、アルミニウム箔３５μｍ厚との熱ラミネートを行った。このとき、ラミロール温度と冷却ロール温度を数通りずつ変え、それぞれの積層体のシワの発生状況を調べた。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2017202654.tif 000003
【００３９】
表１の結果より、ラミロール温度が４０℃の場合（比較例１）では、ラミロール温度が低すぎて、十分な初期接着力が得られず、結果としてラミネート界面に剥離が生じた。それ以外の例では接着力は得られた。
【００４０】
冷却ロール温度が２０℃の場合、ラミロール温度が８０℃（比較例２）では、ナイロンとアルミニウム箔の熱膨張差が大きく、ラミロール部でシワが発生した。ラミロール温度が５０℃（比較例３）でも、冷却ロールの温度が低いため急冷となり、冷却ロール部でシワが発生した。
【００４１】
冷却ロール温度が２５℃でラミロール温度が５０℃の場合（比較例４）では、冷却ロール温度とラミロール温度の温度差が小さくなったので、シワ発生については許容レベルに改善された。
【００４２】
冷却ロール温度が４５℃以上（実施例１〜５）になると、ラミロール温度が５５℃〜７
０℃の通常の範囲で、冷却ロール温度が高くなり、冷却ロール温度とラミロール温度の温度差が小さくなったので急冷が起こらず、シワの発生は見られなかった。
【００４３】
以上の結果より、少なくとも冷却ロール温度を２５℃以上に制御することで、シワの発生を許容レベルに改善できることが分った。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のラミネート装置、及びそれを用いた積層体の製造方法は、例えばシーラント層を積層した各種包装材の製造に用いられる。特に、アルミニウム箔等の金属箔を用い、シーラント層を設けた包装材の製造に対して好適である。その他、電池用外装材としての積層体の製造に特に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・・ラミネート装置
２・・・・塗工部
３・・・・オーブン
４・・・・搬送ロール
５・・・・ラミネート部
５ａ、５ｂ・・・ラミロール
６・・・・冷却部
６ａ、６ｂ・・・冷却ロール
７・・・・巻き取りロール
１０・・・温調器
１１・・・循環水の調整槽
１２・・・ヒータユニット
１３・・・熱交換器
１４、１５・・・ポンプ
１６、１７・・・温度センサ
１８・・・三方弁
２０、３０・・・積層体
２１・・・基材フィルム
２２・・・接着層
２３・・・金属箔層
２４・・・第２の接着層
２５・・・シーラント層
【図１】
2017202654.tif 000004
【図２】
2017202654.tif 000005
【図３】
2017202654.tif 000006