(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来から、EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug-in Hybrid Vehicle)などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。これらの蓄電装置は、集電体の表面に活物質層を備える電極(正極及び負極)を有する。
【0003】
電極の製造は、一般に、長尺帯状の集電体(例えば金属箔)上に、活物質ペーストを塗布して活物質ペーストの層を形成した後、乾燥させて、その層をプレスし、活物質層とする。そして、活物質層とともに集電体を目的とする形状に切断することにより電極が製造される。
【0004】
電極の製造において、製造される活物質層が予め規定された大きさとなるようにするため、活物質ペーストの塗布工程では、活物質ペーストは、予め規定された幅(付着幅)及び厚みとなるように集電体に塗布される。活物質ペーストのようなペースト状物の幅を規定しながら塗布する装置として、例えば特許文献1の塗布装置が挙げられる。
【0005】
図8に示すように、特許文献1の塗布装置80は、図示しない塗布液供給部に接続された塗布部材81を有する。塗布部材81は、塗布ロッド82を回転可能に支持している。塗布部材81は、塗布液供給部から供給された塗布液を塗布ロッド82に付着させる。そして、塗布装置80では、塗布部材81によって、塗布ロッド82を搬送されるベース83の表面に押し当てることで、ベース83に塗布液を塗布する。
【0006】
また、塗布装置80は、塗布ロッド82の軸方向に沿った一部を覆う帯状のフィルム84を有する。このフィルム84は、ベース83に塗布液の未塗布部83aを形成するために設けられている。フィルム84は、長手方向の両端部が塗布部材81に接着剤等で貼り付けられるとともに、短手方向が塗布ロッド82の軸方向に延びている。
【0007】
そして、塗布装置80による塗布液の塗布では、搬送されるベース83において、塗布ロッド82と対向する面のうち、フィルム84と接触する領域には、塗布液がフィルム84によってカットされて塗布液はほとんど塗布されない。その結果、ベース83には、フィルム84によってカットされなかった塗布液だけがベース83に塗布され、幅の規定された塗布部83bがベース83に形成されるとともに、塗布部83b以外に未塗布部83aが形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1の塗布装置80において、塗布部83bの幅を規定するフィルム84は、長手方向の両端部が固定され、その中間部が、回転する塗布ロッド82と、搬送されるベース83の間に配置されている。そして、この中間部は、フィルム84と塗布ロッド82により、両面が常に摺接されている。このため、塗布ロッド82の回転やベース83の移動に追従してフィルム84が動いてしまい、フィルム84が塗布ロッド82の軸方向に沿って移動してしまう。その結果、ベース83に形成された塗布部83bの幅が、規定した値からずれてしまう虞がある。
【0010】
本発明は、ペースト状物の付着幅が規定値からずれることを抑制することができる塗工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記問題点を解決するための塗工装置は、ペースト状物の貯留部と、前記貯留部に貯留されたペースト状物を付着させる付着体の上方に隙間を隔てた状態で配置されたコンマロールと、前記付着体に付着したペースト状物における、前記コンマロールの軸方向に沿った付着幅を規定するため、前記隙間の開口幅を規定する規定部材と、を有する塗工装置であって、前記規定部材は長尺状であり、かつ前記隙間の上下幅以上の厚みを有し、前記規定部材は、長手方向の第1端部が前記コンマロールの周面に取り付けられるとともに、長手方向の第2端部が前記貯留部に取り付けられており、前記規定部材は、長手方向に沿う第1端部側が、前記コンマロールの周方向に沿う状態で該コンマロールの周面に巻き掛けられるとともに、前記長手方向途中の一部が前記コンマロールと付着体に挟まれ、該挟まれた部分よりも長手方向に沿う第2端部側が、前記貯留部の背面に巻き掛けられていることを要旨とする。
【0012】
これによれば、規定部材の第1端部は、回転しないコンマロールに取り付けられ、規定部材における第1端部から隙間までの部分が、長手方向に沿ってコンマロールの周面に巻き掛けられている。また、規定部材の第2端部は貯留部に取り付けられ、規定部材における第2端部から隙間までの部分が、貯留部の背面に巻き掛けられている。このため、規定部材は、その長手方向の多くの部分が、変位しない部材に取り付けられている。加えて、規定部材の厚みは、隙間の上下幅以上であるため、規定部材は、付着体とコンマロールに挟まれている。このため、規定部材が、長手方向に直交する方向、すなわち、コンマロールの軸方向に沿う方向へ動くことが抑制される。その結果、隙間の開口幅が変動せず、ペースト状物の付着幅が規定値からずれることを抑制することができる。
【0013】
また、塗工装置について、集電体と、該集電体の少なくとも片面に設けられた活物質層を有する電極を製造するために使用され、前記付着体としてのコーティングロールと、前記集電体を搬送するとともに、前記コーティングロールの表面に付着した前記ペースト状物として活物質ペーストに前記集電体を接触させる接触位置と、前記コーティングロールに付着した前記活物質ペーストから離間させる離間位置との間で移動可能なバッキングロールと、を有していてもよい。
【0014】
これによれば、電極の集電体は、バッキングロールによって搬送されるとともに、コーティングロールに付着した活物質ペーストに対し接離する。そして、規定部材は、コンマロールの周面に巻き掛けられるとともに、そのコンマロールとコーティングロールとの間に挟まれ、かつ貯留部に巻き掛けられている。このため、規定部材はバッキングロールには巻き掛けられておらず、規定部材は、バッキングロールに支持された集電体に接触しない位置に設けられている。よって、規定部材によって集電体が損傷を受けることがない。
【0015】
また、塗工装置について、前記規定部材は、ポリエチレンテレフタレート製であってもよい。
これによれば、付着体にペースト状物を付着させるため、付着体は動いている。そして、規定部材は、コンマロールと付着体に挟まれており、規定部材に対し付着体が摺接する。ポリエチレンテレフタレートは、耐摩耗性が高いため、規定部材に対し付着体が摺接しても、規定部材が摩耗しにくい。また、ポリエチレンテレフタレートは、耐薬品性が高いため、規定部材がペースト状物に接触する環境にあっても規定部材が劣化しにくい。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、ペースト状物の付着幅が規定値からずれることを抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、塗工装置を具体化した一実施形態を
図1〜
図6にしたがって説明する。
蓄電装置としての二次電池は、図示しないが、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。
【0019】
図1に示すように、正極及び負極の電極14は、それぞれ矩形状の集電体としての金属箔15(正極はアルミニウム箔、負極は銅箔)の両面に活物質層16を備える。
次に、電極14の生産設備について説明する。
【0020】
図2に示すように、生産設備35は、帯状金属箔11の一方の面にペースト状物としての活物質ペースト12を塗布して、帯状金属箔11に活物質ペースト12の層12aを形成する塗工装置37と、活物質ペースト12の層12aを乾燥させる乾燥装置59と、を有する。
【0021】
生産設備35は、正極の電極14を製造する場合には、正極用の帯状金属箔(本実施形態ではアルミニウム箔)11に、正極用の活物質ペースト12を塗布し、帯状金属箔11に正極用の活物質ペースト12の層12aを設けるための設備となる。正極用の活物質ペースト12には、正極活物質、導電剤、バインダ、及び溶剤を混練したものが用いられる。帯状金属箔11は、塗工装置37と乾燥装置59を通過した後、巻き取られる。なお、正極の電極14において、金属箔15は、生産設備35にて帯状金属箔11の両面に活物質ペースト12の層12aが形成された後に、別設備にてロールプレス、真空乾燥などの工程を経る。その後、その帯状金属箔11及び活物質ペースト12の層12aを所定形状に切断して電極14が形成される。
【0022】
また、生産設備35は、負極の電極14を製造する場合には、負極用の帯状金属箔(本実施形態では銅箔)11に、負極用の活物質ペースト12を塗布し、帯状金属箔11に負極用の活物質ペースト12の層12aを設けるための設備となる。負極用の活物質ペースト12には、負極活物質、導電剤、バインダ、及び溶剤を混練したものが用いられる。帯状金属箔11は、塗工装置37と乾燥装置59を通過した後、巻き取られる。なお、負極の電極14において、金属箔15は、生産設備35にて帯状金属箔11の両面に活物質ペースト12の層12aが形成された後に、別設備にてロールプレス、真空乾燥などの工程を経る。その後、その帯状金属箔11及び活物質ペースト12の層12aを所定形状に切断して電極14が形成される。
【0023】
生産設備35において、帯状金属箔11は長手方向が供給ロール36aの周方向に延びる状態で供給ロール36aに巻装されている。帯状金属箔11において、長手方向に直交する方向を帯状金属箔11の短手方向とする。なお、供給ロール36aは、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。
【0024】
また、帯状金属箔11は長手方向が巻取ロール39aの周方向に延びる状態で巻取ロール39aに巻き取られる。巻取ロール39aは、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。巻取ロール39aは、一定の回転速度で回転し、活物質ペースト12が塗布、乾燥された帯状金属箔11を巻き取る。よって、供給ロール36aから供給された帯状金属箔11が、巻取ロール39aに巻き取られることにより、帯状金属箔11は、搬送方向Xに沿って搬送される。
【0025】
帯状金属箔11の搬送方向Xにおける供給ロール36aの下流には塗工装置37が配置されている。塗工装置37は、活物質ペースト12の貯留部60、円柱状のコーティングロール56、略円柱状のコンマロール57、及び円柱状のバッキングロール58を備える。各ロール56,57,58は平行に配置されている。コーティングロール56は、バッキングロール58の回転方向Y1とは同方向(
図2では時計回り)である回転方向Y2に回転する。これにより、近接した表面同士は反対方向に移動する。
【0026】
図5及び
図6に示すように、コンマロール57は、コーティングロール56の上方に隙間66を隔てた状態で配置され、コンマロール57とコーティングロール56の隙間66の上下幅W2によって、コーティングロール56に付着させる活物質ペースト12の厚さを規定する。貯留部60に貯留された活物質ペースト12は、コーティングロール56の回転方向Y2への回転に伴い隙間66を通過してコーティングロール56の表面に付着する。したがって、本実施形態では、コーティングロール56が、活物質ペースト12が付着される付着体を構成する。
【0027】
図2に示すように、バッキングロール58は、帯状金属箔11を支持し、かつ搬送する。バッキングロール58は、帯状金属箔11をコーティングロール56に対して接近させる接触位置P1と、帯状金属箔11を接触位置P1から離れさせた離間位置P2に移動可能である。
【0028】
図3、
図4及び
図5に示すように、コーティングロール56の回転方向Y2において、隙間66より上流側に貯留部60が配置されている。貯留部60は、隙間66より上流側に配置された底板62と、底板62とともに活物質ペースト12の貯留空間を区画する一対の側壁61と、を有する。
【0029】
図3及び
図5に示すように、底板62は四角板状である。底板62において、コンマロール57及びコーティングロール56の軸方向に沿う方向を第1方向とすると、第1方向に沿って延びる底板62の下端縁62aは、コーティングロール56の周面に対向し、かつ周面との間はシールされている。また、第1方向に沿って延びる底板62の上端縁62bは、コンマロール57の周面から離れ、貯留空間を開口させている。底板62の面に沿い、かつ第1方向に直交する方向を第2方向とすると、底板62は、第2方向が鉛直方向に対し斜めに交差し、かつ上端縁62bから下端縁62aに向かう程、コーティングロール56の周面に近付く状態に傾斜している。
【0030】
図3及び
図4に示すように、一対の側壁61は、底板62の内面と、コーティングロール56及びコンマロール57の周面との間に架設されている。そして、貯留部60が有する貯留空間は、底板62の内面と、コーティングロール56及びコンマロール57の周面と、一対の側壁61の内面61dとで画定されている。
【0031】
図5に示すように、各側壁61は、底板62の内面に対向し、かつ側壁61の第2方向へ直線状に延びる第1縁部61aを有し、側壁61の内面と第1縁部61aとの間はシールされている。また、各側壁61は、コンマロール57の周面の一部に対向した円弧状の第2縁部61bを有し、コンマロール57の周面と第2縁部61bとの間はシールされている。さらに、各側壁61は、コーティングロール56の周面の一部に対向した円弧状の第3縁部61cを有し、第3縁部61cは、コーティングロール56の周面から僅かに離間している。
【0032】
図4に示すように、一対の側壁61は、それぞれ底板62の第1方向へ変位可能であり、一対の側壁61の位置を調節し、両側壁61の内面61d間の距離を調節することで、隙間66の開口幅W1を調節可能である。なお、隙間66の開口幅W1は、コーティングロール56及びコンマロール57の軸方向に沿った側壁61の内面61d間での隙間66の長さである。隙間66の開口幅W1を一対の側壁61で規定することで、隙間66を通過する活物質ペースト12の幅が規定され、コーティングロール56に付着する活物質ペースト12の付着幅が規定される。よって、隙間66の開口幅W1と活物質ペースト12の付着幅は同じとなる。なお、活物質ペースト12の付着幅は、活物質ペースト12における、コーティングロール56及びコンマロール57の軸方向に沿った長さである。
【0033】
塗工装置37は、活物質ペースト12の付着幅を規定する規定部材70を二つ有する。規定部材70は樹脂製であり、長尺帯状である。本実施形態では、規定部材70はポリエチレンテレフタレート(PET)製である。規定部材70の厚みは、隙間66の上下幅W2と同じである。
【0034】
図3〜
図5に示すように、二つの規定部材70は、底板62の第1方向に離れて配置されている。二つの規定部材70は、第1方向に沿った両者の間隔が活物質ペースト12の付着幅となる位置に配置される。ここで、側壁61がコーティングロール56及びコンマロール57に直交して立設する方向を、側壁61の立設方向とすると、規定部材70は、上記立設方向において側壁61と重なる位置に配置されている。規定部材70は、その長手方向に延びる一対の長側縁のうち、付着幅を規定する内側の長側縁70aが、側壁61の内面61dと同一面上に位置する状態に配置される。
【0035】
規定部材70の長手方向の第1端部70bは、コンマロール57の周面のうち、貯留部60の外に露出した位置であり、かつ貯留部60の開口に近い位置に取り付けられている。また、規定部材70は、その長手方向がコンマロール57の周方向へ延びるようにコンマロール57の周面に巻き掛けられている。よって、規定部材70は、長手方向に沿う第1端部70b側の部分が、コンマロール57の周方向に沿う状態で該コンマロール57の周面に巻き掛けられている。
【0036】
また、規定部材70の長手方向途中の一部は、コーティングロール56とコンマロール57に挟まれ、さらに、規定部材70は、各側壁61の第3縁部61cと、コーティングロール56の周面との僅かな間隙から底板62の背面側に引き出されている。規定部材70の厚みは、隙間66の上下幅W2と同じであるため、規定部材70は、コーティングロール56とコンマロール57に押し潰されることなく隙間66に配置されている。
【0037】
底板62の背面側に引き出された規定部材70は、底板62の第2方向に沿う状態で底板62の背面側に配置されている。そして、規定部材70の長手方向の第2端部70c側の部分は、底板62の背面側から内面側に折り返され、底板62の上端縁62bに取り付けられている。よって、規定部材70において、隙間66に配置された部分よりも長手方向に沿う第2端部70c側が、底板62の背面に巻き掛けられている。
【0038】
そして、
図6に示すように、隙間66の開口幅W1は、コンマロール57の軸方向に対向する一対の長側縁70a同士の間の長さとなり、一対の側壁61及び一対の規定部材70によって隙間66の開口幅W1が規定されている。規定部材70は、隙間66の上下幅W2が変われば、その上下幅W2に適合した厚みのものに取り換えられる。また、隙間66の開口幅W1が変われば、規定部材70は、側壁61の移動に合わせて第1端部70b及び第2端部70cの取り付け位置を変更して使用される。
【0039】
次に、塗工装置37の作用を、活物質ペースト12の塗布工程とともに説明する。
塗工装置37の貯留部60において、第1方向に沿った一対の側壁61の間隔を、予め規定した活物質ペースト12の付着幅となるように調整する。また、一対の規定部材70において、対向する長側縁70aの間隔が、予め規定した付着幅となるように調整して、一対の規定部材70をコンマロール57及び底板62に取り付ける。すると、隙間66の開口幅W1が、予め規定した付着幅に調整される。また、隙間66の上下幅W2も予め規定した値に調整する。
【0040】
そして、塗工装置37を駆動させると、回転するコーティングロール56の表面には、調整された付着幅及び厚みで活物質ペースト12が付着する。搬送される帯状金属箔11に対し、バッキングロール58が接触位置P1に移動することで、コーティングロール56の表面に付着した活物質ペースト12と、帯状金属箔11とが接触し、帯状金属箔11には、予め調整された付着幅及び厚みで活物質ペースト12が塗布される。
【0041】
その後、帯状金属箔11が搬送され、活物質ペースト12が塗布された帯状金属箔11は、乾燥装置59内を通過する。乾燥装置59内には、例えば、80度前後の熱風が供給されている。乾燥装置59内部を通過する間に、活物質ペースト12に含まれる溶剤の大半が蒸発する。そして、帯状金属箔11のもう片面にも同様に活物質ペースト12が塗布された後、活物質ペースト12の層12aがプレスされ、乾燥させて活物質層とする。そして、活物質層とともに帯状金属箔11を目的とする形状に切断することにより電極14が製造される。
【0042】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)塗工装置37が有する規定部材70は、回転しないコンマロール57、及び動かない底板62に長手方向の多くの部分が巻き掛けられている。また、規定部材70の第1端部70bもコンマロール57に取り付けられ、第2端部70cは底板62の上端縁62bに取り付けられている。加えて、規定部材70は、コーティングロール56とコンマロール57に挟まれている。特に、規定部材70は、活物質ペースト12の付着幅を規定する隙間66にてコンマロール57に接している。よって、規定部材70が、短手方向へ動くことが抑制され、隙間66の開口幅W1が変動せず、活物質ペースト12のコーティングロール56への付着幅、さらには、帯状金属箔11への付着幅が予め規定された値からずれることを抑制することができる。したがって、塗工装置37を用いて製造された電極14において、活物質層16を規定の幅とすることができる。
【0043】
(2)塗工装置37は、帯状金属箔11をバッキングロール58で搬送しつつ、帯状金属箔11をコーティングロール56に接離させる構成である。このため、規定部材70は、搬送される帯状金属箔11に摺接せず、帯状金属箔11が規定部材70によって損傷を受けることがない。その結果、塗工装置37を用いて製造された電極14において、金属箔15の露出した部分に傷が付かない。
【0044】
(3)規定部材70はポリエチレンテレフタレート(PET)製であり、PETは耐摩耗性が高い。このため、規定部材70に対しコーティングロール56が摺接しても、規定部材70が損傷しにくい。また、PETは耐薬品性が高いため、規定部材70に活物質ペースト12が接触しても、規定部材70が劣化しにくい。
【0045】
(4)規定部材70は、コンマロール57の周面のうち、貯留部60の貯留空間に面していない周面のほとんどに巻き掛けられている。このため、規定部材70を巻き掛ける量を多く取り、規定部材70が短手方向に動くことを抑制することができる。
【0046】
(5)規定部材70の第2端部70cは、底板62の背面から内面側に折り返した状態で底板62の上端縁62bに取り付けられている。よって、規定部材70を折り返すことで規定部材70に張りを与え、規定部材70が短手方向に動くことを抑制することができる。
【0047】
(6)コーティングロール56に対する活物質ペースト12の付着幅を一対の側壁61が規定する。しかし、側壁61は、コーティングロール56との摺接と活物質ペースト12のシールを両立するために、硬質スポンジなど、軟質の板材が用いられる。このため、側壁61の位置決め精度は低く、経時変化によって側壁61の厚みが変わってしまったりすると、活物質ペースト12の付着幅も変わってしまう。しかし、規定部材70を用いることで、側壁61の位置決め精度の低下や側壁61の変形があっても、活物質ペースト12の付着幅を予め規定した値にすることができる。
【0048】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○
図7に示すように、塗工装置73は、バッキングロール58を有さず、貯留部60と、コンマロール57と、帯状金属箔11を搬送するバックアップロール74と、を有する構成としてもよい。バックアップロール74は、帯状金属箔11を周面に支持し、かつ回転することで帯状金属箔11を搬送する。バックアップロール74の回転方向は、帯状金属箔11の搬送方向Xに沿う方向となる。
【0049】
コンマロール57は、バックアップロール74に支持された帯状金属箔11の一面から一定の隙間76を空けて離間している。そして、コンマロール57と帯状金属箔11の一面との隙間76の上下幅によって帯状金属箔11に塗布される活物質ペースト12の厚みが規定されるとともに、隙間76を通過した活物質ペースト12が帯状金属箔11に付着し、塗布される。したがって、帯状金属箔11が、活物質ペースト12が付着される付着体を構成する。
【0050】
○ 規定部材70の材質は、活物質ペースト12の組成や材質に合わせてPET以外の樹脂に変更してもよいし、樹脂以外の材料に変更してもよい。
○ 規定部材70の厚みは、隙間66,76の上下幅W2より厚くてもよい。
【0051】
○ コンマロール57に対する規定部材70の第1端部70bの取り付け位置、及び貯留部60に対する規定部材70の第2端部70cの取り付け位置は適宜変更してもよい。
○ 規定部材70は、塗工装置37,73に一つだけ設けられていてもよい。例えば、貯留部60の一対の側壁61のうち、一方の側壁61だけは、底板62に対し移動不能に固定し、他方の側壁61だけを第1方向へ移動可能にする。この場合、他方の側壁61の位置に対応して規定部材70を設ける。
【0052】
○ 集電体は、活物質ペースト12が塗布できるものであれば、帯状金属箔11に限定されるものではない。例えば、織物状や網状の基材シートを用いてもよい。
○ 塗工装置37,73は、電極14の製造のために帯状金属箔11に活物質ペースト12を塗布するものに具体化したが、これに限らない。ペースト状物として粘着剤、塗料等を用い、これらを基材シートに塗工する場合に、塗工装置37,73を適用してもよい。
【0053】
○ 活物質ペースト12の塗布は、帯状金属箔11の長手方向に連続して行う連続塗工としたが、バッキングロール58を接触位置P1と離間位置P2に連続的に移動させて、活物質ペースト12を帯状金属箔11の長手方向に間隔を空けて塗布する間欠塗工としてもよい。
【0054】
○ 電極14は、金属箔15の片面だけに活物質層16を有するものであってもよい。この場合、帯状金属箔11の片方の面だけに活物質ペースト12の層12aが形成される。
【0055】
○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いる電極の製造方法、及び電極の製造装置に具体化してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【0056】
(イ)前記規定部材は、前記コンマロールのうち前記貯留部に面していない周面に巻き掛けられている塗工装置。
(ロ)前記貯留部は、底板と、付着幅を規定する一対の側壁を有し、前記規定部材の第2端部は前記底板に取り付けられている塗工装置。