特許 7398347 塗工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-06

(45)【発行日】2023-12-14

(54)【発明の名称】塗工装置

(51)【国際特許分類】

   B05C 5/02 20060101AFI20231207BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20231207BHJP

   H01M 4/04 20060101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

B05C5/02

B05C11/10

H01M4/04 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020146729

(22)【出願日】2020-09-01

(65)【公開番号】P2022041501

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-05-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】元井 昌司

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 敦

(72)【発明者】

【氏名】北島 賢司

(72)【発明者】

【氏名】前田 和紀

【審査官】鏡 宣宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１１３３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５３５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３７１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６７４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－３２３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３１１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－４５７６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｃ １／００－２１／００

Ｂ０５Ｄ １／００－７／２６

Ｈ０１Ｍ ４／００－４／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイに設けられた幅方向に長いスリットから塗液を吐出し、基材に塗膜を形成する塗工装置であり、
前記ダイへ向けて塗液を供給する流路である第１の流路と、
前記第１の流路と連結し、前記第１の流路から流入する塗液を溜める第１のマニホールドと、
前記第１のマニホールドと連結した複数の第２の流路と、
前記第２の流路および前記スリットに連結し、前記幅方向に長く、前記第２の流路から流入する塗液を溜める第２のマニホールドと、
少なくとも一つの前記第２の流路の途中に設けられ、前記第２の流路を流れる塗液の流量を調節する調節部と、
を備えることを特徴とする、塗工装置。

【請求項2】

前記第１のマニホールドおよび前記調節部は、前記ダイの外部に設けられ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】

前記第１のマニホールドおよび前記調節部の少なくとも塗液の流路部分は、前記ダイの内部に設けられ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4】

複数の前記第２の流路の長さは、互いに等しいことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の塗工装置。

【請求項5】

前記第１のマニホールドは一方向に長く、複数の前記第２の流路と前記第１のマニホールドとの連結部は、前記第１のマニホールドの長手方向に配列されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の塗工装置。

【請求項6】

前記第１の流路への塗液の供給経路には、塗液を間欠的に供給する間欠供給部を有していることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の塗工装置。

【請求項7】

塗液は、電池用極板の製造用のスラリーであることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の塗工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材に塗工膜を塗工する塗工装置、及び塗工方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ロールツーロールで送られる基材に、スラリーをダイの吐出口から塗工して塗膜を形成し、電池の極板等を製造することが行われている。基材上に形成される塗膜の厚さは、例えば電池の場合、電池の充放電量に直接影響を与えることから、基材に塗工する塗液（スラリー）の膜厚管理は非常に重要となる。つまり、塗液は、基材の幅方向及び送り方向に沿って均一な厚さで塗工される必要がある。

【0003】

特許文献１には、排出ポート（調整部）を設けることにより、塗液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構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

特許文献１：特開２０１５－９７１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１記載の塗工装置では、ダイ内部でスラリーに圧力が印加されることでスラリーが分離しやすい。そのため、排出ポートから排出したスラリーをタンクに戻して再利用し、スラリーを効率的に使用する場合に、塗膜の品質に影響を与えるおそれがあるという問題があった。

【0006】

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、品質が良く厚さが均一な塗膜を塗工することが可能な塗工装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために本発明の塗工装置は、ダイに設けられた幅方向に長いスリットから塗液を吐出し、基材に塗膜を形成する塗工装置であり、前記ダイへ向けて塗液を供給する塗液を供給する流路である第１の流路と、前記第１の流路と連結し、前記第１の流路から流入する塗液を溜める第１のマニホールドと、前記第１のマニホールドと連結した複数の第２の流路と、前記第２の流路および前記スリットに連結し、前記幅方向に長く、前記第２の流路から流入する塗液を溜める第２のマニホールドと、少なくとも一つの前記第２の流路の途中に設けられ、前記第２の流路を流れる塗液の流量を調節する調節部と、を備えることを特徴としている。

【0008】

上記塗工装置によれば、品質が良く厚さが均一な塗膜を塗工することができる。具体的には、第１のマニホールドを有し、また、第２の流路に調節部が設けられていることにより、幅方向に対して基材に均一な塗膜を形成するためにダイのスリットから塗液が精度良く吐出できるよう、第２のマニホールドに流入する塗液の幅方向の流量分布を精度良く調節することができる。また、塗液を排出してタンクへ戻すことが無いため、品質が良い塗膜を形成することができる。

【0009】

また、前記第１のマニホールドおよび前記調節部は、前記ダイの外部に設けられていると良い。

【0010】

こうすることにより、ダイの構成が複雑化することを防ぐことができる。

【0011】

また、前記第１のマニホールドおよび前記調節部の少なくとも塗液の流路部分は、前記ダイの内部に設けられていると良い。

【0012】

こうすることにより、ダイまでの配管構造が複雑化することを防ぐことができる。

【0013】

また、複数の前記第２の流路の長さは、互いに等しいことが好ましい。

【0014】

こうすることにより、第２のマニホールドに流入する塗液の幅方向の流量分布の調節が容易となる。

【0015】

また、前記第１のマニホールドは一方向に長く、複数の前記第２の流路と前記第１のマニホールドとの連結部は、前記第１のマニホールドの長手方向に配列されていると良い。

【0016】

こうすることにより、各々の第２の流路の長さを容易に調節することができる。

【0017】

また、前記第１の流路への塗液の供給経路には、塗液を間欠的に供給する間欠供給部を有していると良い。

【0018】

こうすることにより、幅方向の厚さが均一な塗膜を間欠的に基材へ塗工することができる。

【0019】

また、塗液は、電池用極板の製造用のスラリーであると良い。

【0020】

電池用極板の製造用のスラリーは分離しやすいため、ダイへ供給した塗液の一部をタンクへ戻すことが無い本発明の塗工装置が好適に用いられる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の塗工装置によれば、品質が良く厚さが均一な塗膜を塗工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態における塗工装置の概略構成を説明する図である。

【図2】図１のａ矢視の断面図である。

【図3】（ａ）は、図１のｂ矢視の断面図であり、（ｂ）は、シム板の平面図である。

【図4】本発明の他の実施形態を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の一実施形態における塗工装置１について、図１～図３を参照して説明する。図１は、本実施形態における塗工装置の概略構成を説明する図である。図２は、図１のａ矢視の断面図である。図３は、（ａ）は、図１のｂ矢視の断面図であり、（ｂ）は、シム板１５の平面図である。

【0024】

塗工装置１は、ロールツーロールで送られる基材２に、塗液３を塗工するための装置である。塗液３は、基材２の送り方向ＭＤに沿って均一な厚さ（均一な塗工量）で塗工される。なお、基材２の幅方向ＴＤは、基材２の送り方向ＭＤ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。

【0025】

塗工装置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に塗液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ＴＤといい、基材２の幅方向ＴＤと同じである。この塗工装置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ＴＤ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、この状態で塗液３の塗工が行われる。

【0026】

また、本実施形態における塗液３は、電池用極板の製造用のスラリーであり、溶媒内に活物質、バインダー、および導電助剤が分散している。なお、本実施形態では、ダイ１０から吐出されるスラリーとして、粘度が数千から数万ｃＰ（剪断速度＝１の場合）のものが採用される。

【0027】

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。図２は、図１のａ矢視の断面図である。図３（ａ）は、図１のｂ矢視の断面図であり、シム板１５を、図３（ｂ）に示している。ダイ１０は、その内部に、幅方向ＴＤに長い略円柱状の空間からなる塗液３を溜めるための第２のマニホールド１１と、この第２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、第２のマニホールド１１と吐出口１８とは、スリット１２を経由して繋がっている。

【0028】

スリット１２は、第２のマニホールド１１と同様に幅方向ＴＤに長く形成されており、スリット１２の幅方向寸法は、シム板１５の内寸Ｗ（図３（ｂ）参照）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塗液３を、基材２上に塗工することができる。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、第２のマニホールド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、第２のマニホールド１１に溜められている塗液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。

【0029】

なお、シム板１５の厚さを変更することにより、第２のマニホールド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、塗工膜厚を自由に変更する事が可能となる。

【0030】

また、第２のマニホールド１１には、図２に示す通り幅方向にわたって複数の塗液３の流入口２７（流入口２７ａ乃至２７ｄ）が設けられ、この流入口２７を介して塗液３が第２のマニホールド１１内に充填される。

【0031】

また、本実施形態においては、塗液３が吐出口１８を通じて基材２へと流れる方向を水平方向としたが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、上方向としてもよいし、下方向としてもよく、任意の方向に設定することができる。

【0032】

供給手段２０は、塗液３を貯留しているタンク２２と、タンク２２に接続されダイ１０へ向けて塗液３を供給する流路となるパイプである第１の流路２１と、タンク２２内の塗液３を第1の流路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。

【0033】

塗液３の流れにおける供給手段２０と第２のマニホールド１１の間には、一方向に長く塗液３を溜める略円柱状の空間である第１のマニホールド６を有するマニホールド部材７が設けられている。また、本実施形態では、第１のマニホールド６の長手方向は、ダイ１０、第２のマニホールド１１の長手方向（すなわち幅方向ＴＤ）と同一の方向であり、それぞれのマニホールドサイズ（断面積）は、おおよそ第１のマニホールド６よりも第２のマニホールド１１の方が小さいが、それぞれの役割が異なる為、一概に大小サイズの関係はこれに当てはまらない。第1のマニホールド６はポンプ２３からダイ１０の幅方向に複数配列しているそれぞれの調整部３０に対して均等に供給する為のマニホールドであってできる限り大きい方が好ましい。

【0034】

一方、調整部３０より下流側に配置されている第２のマニホールド１１は幅方向の膜厚量調整の為の機能を有している為、塗液供給量、供給速度、厚み、調整部の調整量により適切なサイズが求められる。また、第２のマニホールド１１は幅方向に対して必ずしも連通している訳では無く、幅方向に複数分割されている場合もある。

【0035】

第１のマニホールド６の所定箇所（本実施形態では中央部）には、流入口２５が設けられており、この流入口２５を介して供給手段２０から供給された塗液３が第1のマニホールド６内に充填される。

【0036】

第１のマニホールド６の長手方向には、図２に示す通り複数の塗液３の流出口２６（流出口２６ａ乃至２６ｄ）が設けられている。第１のマニホールド６の流出口２６ａ乃至２６ｄと第２のマニホールド１１の流入口２７ａ乃至２７ｄはそれぞれパイプなどを介して連結されており、塗液３の流路を形成している。本発明では、これらの流路を第２の流路２４と呼び、本実施形態では、図２に示す通り第１のマニホールド６と第２のマニホールド１１の間に４本の第２の流路（第２の流路２４ａ乃至２４ｂ）が形成されている。

【0037】

また、本実施形態では、第１のマニホールド６はダイ１０の近傍に配置されており、また、上述の通り第１のマニホールド６の長手方向は、ダイ１０の幅方向と平行である。これにより、各第２の流路２４を形成する配管の長さは比較的短く、また、各第２の流路２４の長さは互いに等しくなっている。具体的には、第１のマニホールド６とダイ１０とをつなぐ各配管の長さは３０ｍｍ～３００ｍｍである。これにより、各第２の流路２４を形成する配管における圧力損失は互いに略等しくなる。

【0038】

ここで、少なくとも一つの第２の流路２４の途中でありダイ１０の外部には、その第２の流路２４を流れる塗液３の流量を調節する調節部３０が設けられている。本実施形態では、図２に示す通り全ての第２の流路２４（第２の流路２４ａ乃至２４ｂ）に調節部３０（調節部３０ａ乃至３０ｄ）が設けられている。これら調節部３０ａ乃至３０ｄによって第２の流路２４ａ乃至２４ｄの終端である流出口２６ａ乃至２６ｄにおける塗液３の流量が調節されることにより、幅方向ＴＤにおける第２のマニホールド１１への塗液３の流入量の分布が調節される。これにより、幅方向ＴＤにおける吐出口１８からの塗液の吐出量分布が調節される。

【0039】

調節部３０は、本実施形態では、電気制御により弁の開度が調節可能なバルブであり、自身を通過する塗液３の流量を調整する機能を有している。なお、調節部３０は、自身を通過する塗液３の圧力を調整してもよい。

【0040】

塗工装置１には、基材２上へ塗工した塗液３の膜厚を測定するセンサ３６を備えている（図１参照）。センサ３６は、幅方向に沿って複数設けられていてもよい。センサ３６は、非接触式であり、基材２上の塗液３の膜厚を、幅方向に沿って複数カ所、又は、幅方向ＴＤの全長にわたって計測可能であり、計測結果は、塗工装置１が備えている制御装置（コンピュータ）３７に出力される。制御装置３７はセンサ３６からの計測結果に基づくフィードバック制御を行い、調節部３０ａ乃至３０ｄの開度が互いに独立して調整される。つまり、塗液３の膜厚の計測結果に応じて、制御装置３７は、調節部３０ａ乃至３０ｄそれぞれに対して制御信号を出力し、調節部３０ａ乃至３０ｄのそれぞれの開度を調整する。

【0041】

また、本実施形態では、タンク２２と第１の流路２１の間、すなわち第１の流路２１への塗液３の供給経路には、塗液３を間欠的に供給する間欠供給部４０が設けられており、図１に示すように塗液３を基材２に間欠的に塗工することが可能である。具体的には、間欠供給部４０は供給バルブ４１を有し、供給バルブ４１の内部に設けられた弁体４２の位置がエアシリンダ４３によるシャフトの動作によって変化することにより、塗液３の流路を形成する開状態と塗液３の流路を遮断する閉状態との２つの状態が切り替え制御される。ここで、供給バルブ４１が開状態になった時にダイ１０の吐出口１８から塗液３が吐出されて塗工が開始し、供給バルブ４１が閉状態になった時にダイ１０への塗液３の供給が途切れて基材２上の塗液３の塗工が中断される。すなわち、エアシリンダ４３の動作を制御して弁体４２の位置を制御し、供給バルブ４１の開状態と閉状態とを繰り返すことにより、基材２に間欠的に塗工膜が形成される。

【0042】

また、間欠供給部４０は供給バルブ４１の手前にリターンバルブ４４を有し、供給バルブ４１の弁体４２が閉状態であってダイ１０への塗液３の供給が中断されている間、リターンバルブ４４の弁体４５が開状態となることにより、塗液３はタンク２２へ回収される。また、供給バルブ４１の弁体４２が開状態であってダイ１０へ塗液３が供給されている間、リターンバルブ４４の弁体４５は閉状態となっている。この弁体４５の駆動は、エアシリンダ４６によって行われる。

【0043】

以上の形態を有する塗工装置１による効果を以下に示す。

【0044】

塗工装置１は、第２のマニホールド１１の長手方向（ダイ１０の幅方向）に複数配列、接続された第２の流路２４に調節部３０が設けられている。これにより、たとえばセンサ３６からの計測結果に基づくフィードバック制御を各調節部３０に対して行い、それぞれの流入口２７から第２のマニホールド１１に流入する塗液３の流量を調節することによって、幅方向に対して基材２に所定の形状（たとえば均一な膜厚の）塗膜を形成するためにダイ１０のスリット１２から塗液３が精度良く吐出できるよう、精度良く調節することができる。また、この塗工装置１では、塗液３を排出してタンク２２へ戻すことが無いため、塗液３が電池用極板の製造に用いるスラリーである場合などに、分離してしまった塗液３がタンク２２内に混入することがなく、品質が良い塗膜を基材２上に形成することができる。また、塗液３の一部をダイ１０から排出する形態と異なり、全ての第２の流路２４から第２のマニホールド１１へ供給される塗液３の流量の合計を変化させずにそれぞれの第２の流路２４における流量を調節することができるため、所定の流量の塗液３を基材２に対して安定して塗工することができる。

【0045】

また、第１の流路２１が複数の第２の流路２４に分岐されるにあたり第１のマニホールド６が配置され、一度第１のマニホールド６に塗液３が溜められてから第２の流路２４に塗液３が流入することにより、略均等の流量の塗液３を各流出口２５を介して各第２の流路２４に送液することが可能であり、弁の開度範囲にロバスト性が無い調節部３０であってもその性能を最大限活用することができる。これによって、幅方向に対して基材２に所定の形状の塗膜を形成するためにダイ１０のスリット１２から塗液３が精度良く吐出できるよう、さらに精度良く調節することができる。

【0046】

また、第１のマニホールド６の長手方向が第２のマニホールド１１の長手方向と同じとなるようにダイ１０の近傍に配置され、第１のマニホールド６と第２の流路２４との連結部である流出口２６が第１のマニホールド６の長手方向に配列されていることにより、複数の前記第２の流路２４の長さが互いに等しくなるよう、設計することが容易である。複数の前記第２の流路２４の長さが互いに等しいことにより、第２の流路２４を形成する配管における圧力損失が均等となり、第２のマニホールド１１に流入する塗液３の幅方向の流量分布の調節が容易となる。

【0047】

また、第１の流路２１への塗液３の供給経路には、塗液３を間欠的に供給する間欠供給部４０を有していることにより、幅方向の厚さが均一な塗膜を間欠的に基材２へ塗工することができる。

【0048】

ここで、調節部３０は電気制御方式に限らず手動で開度を調節するものであっても良い。この手動方式の調節部３０を使用する場合、センサ３６による基材２上の塗膜の膜厚の計測結果に基づいて、それぞれの調節部３０の最適な開度をオペレータが判断し、調節部３０の開度を手動で調節しても良い。

【0049】

次に、本発明における他の実施形態の塗工装置１、特にダイ１０について、図４（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。

【0050】

図４（ａ）および（ｂ）に示すダイ１０では、第１のマニホールド６もダイ１０の内部に構成されており、第１のマニホールド６と第２のマニホールド１１とを連結する第２の流路２４もダイ１０の内部に構成されている。

【0051】

このようなダイ１０の場合、図１乃至３で示すダイ１０よりも構成が複雑化するが、ダイ１０に接続される流路は第１の流路２１のみとなり、ダイ１０までの配管構造が複雑化することを防ぐことができる。

【0052】

図４（ａ）に示すダイ１０では、調節部３０は電気制御されるものであり、ダイ１０の内部に配置されている。そして、配管３０と接続される電気配線３１がダイ１０の外部に引き出されており、図示しない制御装置３７と電気的に接続されている。これにより、ダイ１０の内部に配置された調節部３０の弁の開度をダイ１０の外部から電気制御することができる。

【0053】

一方、図４（ｂ）に示すダイ１０では、調節部３０は塗液流量の変化にともなって第２の流路２４の開口面積を変化させる変位部３２を有している。変位部３２は第２の流路１１の途中に有しており、たとえばニードルバルブであっても良く、手動で開度の調節が行われるバルブのハンドルであっても良い。

【0054】

以上の塗工装置により、品質が良く厚さが均一な塗膜を塗工することが可能である。

【0055】

ここで、本発明の塗工装置は、以上で説明した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。たとえば、複数の第２の流路の長さは必ずしも均一でなくても良く、また、ダイの外部に設けられた第１のマニホールドの長手方向は必ずしもダイおよび第２のマニホールドの長手方向と一致していなくても構わない。

【0056】

また、上記の説明では、全ての第２の流路の途中に調節部が設けられているが、一部の第２の流路には調節部が設けられていなくても良い。たとえば、複数ある第２の流路のうち１本の第２の流路には調節が設けられていなくても良い。

【0057】

また、間欠供給部４０を形成する供給バルブ４１およびリターンバルブ４４はエア駆動に限らず、たとえばモータ駆動であっても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、基材に塗液を塗工する塗工装置に幅広く適用することができる。

【符号の説明】

【0059】

１ 塗工装置
２ 基材
３ 塗液
５ ローラ
６ 第１のマニホールド
７ マニホールド部材
１０ ダイ
１１ 第２のマニホールド
１２ スリット
１８ 吐出口
２０ 供給手段
２１ 第１の流路
２２ タンク
２３ ポンプ
２４ 第２の流路
２５ 流入口
２６ 流出口
２６ａ 流出口
２６ｂ 流出口
２６ｃ 流出口
２６ｄ 流出口
２７ 流入口
２７ａ 流入口
２７ｂ 流入口
２７ｃ 流入口
２７ｄ 流入口
２８ 流出口
３０ 調整部
３１ 電気配線
３２ 変位部
３６ センサ
３７ 制御装置
４０ 間欠供給部
４１ 供給バルブ
４２ 弁体
４３ エアシリンダ
４４ リターンバルブ
４５ 弁体
４６ エアシリンダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】