塗布装置、塗布膜形成システム、塗布方法および塗布膜形成方法
【課題】 基材上に良好に塗布膜を形成することができる塗布装置、この塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システム、塗布方法および塗布膜形成方法を提供する。
【解決手段】 ノズル１１が塗布液を吐出する吐出位置において、基材５を他方主面から支持しつつ、搬送経路８に沿って基材５を走行させる支持ローラ１２に対して、振動付与部１３が振動を付与することで、支持ローラ１２に支持された基材５を介して、基材５の一方主面に塗布された塗布液に振動を付与することができる。これにより、基材５上に塗布された塗布液によって形成される塗布膜の膜厚のばらつきを平坦化することで塗布ムラを軽減することができる。
【解決手段】 ノズル１１が塗布液を吐出する吐出位置において、基材５を他方主面から支持しつつ、搬送経路８に沿って基材５を走行させる支持ローラ１２に対して、振動付与部１３が振動を付与することで、支持ローラ１２に支持された基材５を介して、基材５の一方主面に塗布された塗布液に振動を付与することができる。これにより、基材５上に塗布された塗布液によって形成される塗布膜の膜厚のばらつきを平坦化することで塗布ムラを軽減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状とされた基材に対して連続的に塗布液を塗布することによって、基材に塗布膜を形成する塗布装置、この塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システム、塗布方法および塗布膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基材として用いられる金属箔の上に、比較的高粘度の電極材料を塗布することによって、リチウムイオン二次電池などの化学電池を製造する方法が知られている（例えば、特許文献1）。特許文献1において、塗料タンクに貯留された活物質ペーストは、定量ポンプによりノズルに向けて送出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９９９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述の活物質ペースト（電極材料）は、比較的高粘度である。また、塗布膜の膜厚は５０μｍ〜２００μｍ程度であり、単位時間当たりにノズルから吐出される塗布液の吐出量は比較的少ない。
【０００５】
その結果、特許文献１に記載される定量ポンプであっても、場合によっては、単位時間当たりの送出量が、脈を打つように周期的に変化する。その結果、基材上に形成される塗布膜の膜厚が不均一となり塗布ムラが発生するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明では、基材上に良好に塗布膜を形成することができる塗布装置、および、この塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システム、塗布方法および塗布膜形成方法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】
請求項１に係る発明（塗布装置）は、帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って基材を移動させることによって、基材上に塗布膜を形成する塗布装置であって、塗布液を基材の一方主面に向けて吐出する吐出部と、吐出部に塗布液を供給する供給手段と、基材の一方主面に塗布された塗布液に、基材を介して振動を付与する振動付与手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、吐出部が塗布液を吐出する吐出位置において、基材を他方主面から支持しつつ、搬送経路に沿って基材を走行させる支持ローラを備え、振動付与手段は、支持ローラに対して振動を付与することで、支持ローラに支持される基材を介して、基材の一方主面に塗布された塗布液に振動を付与することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、搬送経路において、吐出部が塗布液を吐出する吐出位置よりも下流側に配置され、基材を支持しつつ、搬送経路に沿って基材を走行させる補助ローラを備え、振動付与手段は、補助ローラに対して振動を付与することで、補助ローラに支持される基材を介して、基材の一方主面に塗布された塗布液に振動を付与することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、振動付与手段は、吐出部にも振動を付与することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、振動付与手段は、基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、振動付与手段は、少なくとも吐出部が基材の一方主面に向けて塗布液を吐出している間、振動を付与する事を特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、振動付与手段が超音波発振器であり、超音波発振器によって発生した超音波により振動を付与することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明（塗布膜形成システム）は、請求項１から７のいずれかに記載された塗布装置と、塗布装置で塗布された基材上の塗布液を乾燥させる乾燥装置と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明（塗布方法）は、帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って基材を移動させることによって、基材上に塗布膜を形成する塗布方法であって、塗布液を基材の一方主面に向けて吐出する吐出工程と、基材の一方主面に塗布された塗布液に、基材を介して振動を付与する振動付与工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、振動付与工程は、基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、振動付与工程は、吐出工程において少なくとも基材の一方主面に向けて塗布液が吐出されている間、振動を付与する事を特徴とする。
【００１８】
請求項１２に係る発明（塗布膜形成方法）は、請求項９ないし請求項１１に記載された塗布方法と、塗布方法で塗布された基材上の塗布液を乾燥させる乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに係る発明によれば、基材の一方主面に塗布された塗布液に基材を介して振動を付与することで、基材上に塗布された塗布液によって形成された塗布膜の膜厚のばらつきを平坦化することで塗布ムラを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システムの全体構成の一例を示す正面図である。
【図２】塗布処理部の第１の実施形態の概略構成を示す正面図である。
【図３】送出部の概略構成を示す正面図である。
【図４】振動付与部の概略構成を示す図である。
【図５】塗布膜の膜厚変動を説明するための図である。
【図６】塗布膜形成処理の一連の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】塗布処理の一連の流れを説明するためのフローチャートである。
【図８】塗布処理部の第２の実施形態の概略構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システム１の全体構成を示す図である。なお、図１および以降の各図には、方向関係を明確にするために、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。また、図１および以降の各図において、理解容易のため必要に応じて、各部の寸法や数が誇張または簡略化して描かれている。
【００２３】
塗布膜形成システム１は、基材５の上に活物質の塗布膜を形成するとともに、形成された塗布膜を乾燥させることによって、リチウムイオン二次電池の電極を製造する。図１に示すように、塗布膜形成システム１は、主として、塗布処理部１０と、予熱部６０と、乾燥部６５と、アニール部７０と、冷却部７５と、搬送部８０とを備えている。また、塗布膜形成システム１は、電源等を収納する電装ボックス９を備えている。
【００２４】
ここで、基材５は、リチウムイオン二次電池の集電体として機能する帯状の金属箔である。基材５の形状は、より具体的には、長尺のシート状とされている。また、基材５の幅および厚さは特に限定されるものではないが、基材５の幅は６００ｍｍ〜７００ｍｍとすることができ、基材５の厚さは１０μｍ〜２０μｍとすることができる。
【００２５】
また、塗布膜形成システム１において、リチウムイオン二次電池の正極が製造される場合、基材５として例えばアルミニウム（Ａｌ）箔が使用できる。一方、負極が製造される場合、基材５として例えば銅（Ｃｕ）箔が使用できる。
【００２６】
図１に示すように、帯状の基材５は、巻き出しローラ８１に装着される。装着された基材５は巻き出しローラ８１から送り出されて巻き取りローラ８２によって巻き取られる。そして、基材５は、塗布処理部１０、予熱部６０、乾燥部６５、アニール部７０、冷却部７５の各部に、この順番で搬送される。
【００２７】
搬送部８０は、これら巻き出しローラ８１および巻き取りローラ８２と複数の補助ローラ８３ａ〜８３ｇとを備えて構成されており、基材５を矢印ＡＲ１方向（搬送方向）に沿って搬送する。なお、補助ローラ８３ａ〜８３ｇの個数および配置については、図１の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜に増減することができる。
【００２８】
塗布処理部１０は、電極材料として用いられる活物質の塗布液を基材５に塗布するノズル１１と、ノズル１１と対向する位置に配設され基材５を押圧支持する支持ローラ１２とを備え、支持ローラ１２に支持された基材５上に塗布膜を形成する。塗布処理部１０は、基材５の長手方向（矢印ＡＲ１方向）（以下、単に、「長手方向」とも称する）に沿った基材５の搬送経路８において、巻き出しローラ８１より下流側であって、予熱部６０の上流側に配置されている。なお、塗布処理部１０の詳細な構成については後述する。
【００２９】
予熱部６０は、塗布処理部１０での塗布処理によって基材５の上に形成された電極材料の塗布膜を昇温し、一定時間の予熱を行う。また、乾燥部６５は、主たる乾燥処理を行う処理部であり、予熱部６０にて予熱された塗布膜に熱風を吹き付けて加熱して溶媒を乾燥させる。さらに、アニール部７０は、塗布膜をより高温に加熱し、乾燥部６５での乾燥処理で塗布膜中に発生した歪み、および残留応力を除去する。冷却部７５は、加熱された塗布膜に常温のドライエアを吹き付けることによって塗布膜を冷却する。
【００３０】
このように、予熱部６０、乾燥部６５、アニール部７０、および冷却部７５は、塗布処理部１０で塗布された基材５上の塗布液を乾燥させる乾燥装置として使用できる。なお、基材５上に形成された塗布膜を乾燥させる乾燥装置としては、上記の４つの処理部を備えた構成に限定されるものではなく、塗布液の種類に応じて適宜のものとすることができる。例えば、乾燥装置は、予熱部６０および乾燥部６５のみによって構成されても良い。
【００３１】
図２は、本発明に係る塗布装置である塗布処理部１０の第１の実施形態の概略構成を示す正面図である。図２に示すように、塗布処理部１０は、主として、ノズル１１と、送出部３０と、タンク５０と、第１および第２供給配管５５ａ、５５ｂと、閉止バルブ２０と、を備えている。
【００３２】
タンク５０は、リチウムイオン二次電池の電極材料である活物質の溶液を、塗布液として貯留する。これにより、ノズル１１側には、正極用または負極用の電極材料が供給される。このように、タンク５０は、塗布液を貯留する貯留部として、および塗布液をノズル
１１側に供給する供給源として用いられる。
【００３３】
ここで、塗布膜形成システム１において正極が製造される場合、タンク５０には、正極材料の塗布液として、例えば正極活物質であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）と、導電助剤であるカーボン（Ｃ）と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）との混合液が貯留される。
【００３４】
正極活物質としては、コバルト酸リチウムに代えて、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、または燐酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）等も使用できるが、これらの物質に限定されるものではない。
【００３５】
一方、塗布膜形成システム１において負極が製造される場合、タンク５０には、負極材料の塗布液として、例えば負極活物質である黒鉛（グラファイト）と、結着剤であるＰＶＤＦと、溶剤であるＮＭＰとの混合液を貯留する。
【００３６】
負極活物質としては、黒鉛に代えて、ハードカーボン、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、シリコン合金、またはスズ合金等も使用できるが、これらの物質に限定されるものではない。
【００３７】
また、正極材料および負極材料の双方において、結着剤としては、ＰＶＤＦに代えてスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等も用いられ、溶剤としては、ＮＭＰに代えて水（Ｈ2Ｏ）等も使用できる。さらに、結着剤としてＳＢＲが、溶剤として水が、それぞれ用いられる場合、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）が、増粘剤として併用できる。
【００３８】
さらに、これら正極材料および負極材料の塗布液は、固体（微粒子）が分散されたスラリーである。これら塗布液の粘度は、いずれも１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以上であり、一般的にチクソトロピー性を有する。
【００３９】
タンク５０には、攪拌機５３およびエア加圧ユニット５４が付設されている。攪拌機５３は、スクリュー５３ａを有しており、スクリュー５３ａは、タンク５０内の塗布液に浸漬可能とされている。したがって、スクリュー５３ａが回転させられることによって、タンク５０に貯留された塗布液が撹拌される。
【００４０】
エア加圧ユニット５４は、高圧の空気をタンク５０内の気相部分に送り込んで貯留されている塗布液の液面を加圧する。液面を加圧することでタンク５０から塗布液が送出される。なお、送出部３０のみで送液が可能であれば、エア加圧ユニット５４は必須の要素ではない。
【００４１】
第１供給配管５５ａは、図２に示すように、タンク５０および送出部３０のそれぞれと連通接続されている。第１供給配管５５ａは、タンク５０側から送出部３０に導入される塗布液を流通させる。
【００４２】
第２供給配管５５ｂは、図２に示すように、送出部３０およびノズル１１のそれぞれと連通接続されている。第２供給配管５５ｂは、送出部３０からノズル１１側に送出される塗布液を流通させる。また、図２に示すように、第２供給配管５５ｂの経路途中には、閉止バルブ２０および流量計５２が介挿されている。なお、第１および第２供給配管５５ａ、５５ｂとしては、ステンレス管または樹脂管が使用できる。
【００４３】
循環配管５６は、第２供給配管５５ｂの途中から分岐して設けられている。循環配管５６の一方端側は第２供給配管５５ｂの閉止バルブ２０と流量計５２との間の位置に接続され、他方端側はタンク５０に接続されている。循環配管５６には、循環バルブ５７および流量調整バルブ５８が介挿されている。
【００４４】
送出部３０は、タンク５０側から導入された塗布液をノズル１１側に送出する。図２に示すように、送出部３０の一方端は、第１供給配管５５ａと、送出部３０の他方端は第２供給配管５５ｂと、それぞれ連通している。なお、送出部３０の詳細な構成については、後述する。
【００４５】
流量計５２は、送出部３０から送り出された後、第２供給配管５５ｂを流れる塗布液の流量を計測する。閉止バルブ２０は、第２供給配管５５ｂの流路を開閉することによって、ノズル１１への塗布液の供給を断続させる。
【００４６】
循環配管５６に設けられている循環バルブ５７は、循環配管５６の流路を開閉する。閉止バルブ２０が第２供給配管５５ｂを閉止した状態で、循環バルブ５７が開かれることによって、第２供給配管５５ｂを流れる塗布液は、循環配管５６に流れ込み、タンク５０へと帰還させられる。循環配管５６を流れる塗布液の流量は、流量調整バルブ５８により調整される。
【００４７】
ノズル１１は、供給配管５５を経由して送られてきた塗布液を基材５に向けて吐出する。図２に示すように、ノズル１１の先端部には、基材５の幅方向（矢印ＡＲ２方向）（基材５の長手方向と直交する方向：以下、単に、「幅方向」と称する）に沿ったスリット状の吐出口１１ａが設けられている。
【００４８】
支持ローラ１２は、基材５を押圧支持しつつ、搬送経路８に沿って基材５を走行させる。図２に示すように、支持ローラ１２は、ノズル１１と対向する位置に配置されており、Ｘ軸と平行なローラ回転軸１２ａ（第１回転軸）を中心に回転自在とされている。そして、ノズル１１の吐出口１１ａから吐出される塗布液は、支持ローラ１２に押圧支持された基材５に向けて吐出される。
【００４９】
振動付与部１３は、支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに振動を付与する。ローラ回転軸１２ａに振動が付与されることで、支持ローラ１２も同様の振動数で振動する。これにより、支持ローラ１２に押圧支持されている基材５も振動することとなる。振動付与部１３の詳細については後述する。
【００５０】
駆動部１５は、ノズル１１を前後左右上下に移動させることによって、支持ローラ１２に対する吐出口１１ａの位置を調整する。圧力計１８は、ノズル１１内における塗布液の圧力を計測する。また、圧力計１８によってノズル１１内における塗布液の圧力が計測されるとともに、流量計５２によって第２供給配管５５ｂを流れる塗布液の流量が計測されることによって、第２供給配管５５ｂを流れる塗布液の状態が把握できる。
【００５１】
制御部９０は、塗布膜形成システム１の各要素の動作を制御するとともに、種々のデータ演算を実現する。図２に示すように、制御部９０は、主として、ＲＯＭ９１と、ＲＡＭ９２と、ＣＰＵ９３とを有している。
【００５２】
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９１は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、例えば、プログラム９１ａが格納されている。なお、ＲＯＭ９１としては、読み書き自在の不揮発性メモリであるフラッシュメモリが使用されてもよい。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９２は、揮発性の記憶部であり、例えば、ＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。
【００５３】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９３は、ＲＯＭ９１のプログラム９１ａに従った制御（例えば、駆動部１５によるノズル１１の移動動作や、振動付与部１３の振動付与動作の制御、閉止バルブ２０および送出部３０による塗布液の吐出動作等の制御）が、実行される。
【００５４】
図３は、送出部３０の概略構成を示す正面図である。図３に示すように、送出部３０は、主として、移送ポンプ３１と、導入管４１と、排出管４３と、を有している。
【００５５】
導入管４１は、移送ポンプ３１に塗布液を導入する。図３に示すように、導入管４１は、第１供給配管５５ａと、移送ポンプ３１の導入部３８と、を連通接続する。
【００５６】
排出管４３は、移送ポンプ３１から排出される塗布液を、流通させる。図３に示すように、排出管４３は、第２供給配管５５ｂと、移送ポンプ３１の排出部３９と、を連通接続する。
【００５７】
移送ポンプ３１は、いわゆるモーノポンプにより構成されている。移送ポンプ３１は、導入部３８から導入された塗布液を、排出部３９に移送することによって、排出部３９から所望の流量の塗布液を排出する。図３に示すように、移送ポンプ３１は、主として、ステータ３２と、ロータ３３と、ジョイント３４と、モータ３５と、を有している。
【００５８】
ステータ３２は、金属製の円筒体である。ステータ３２の内側には、雌ねじが成形された弾性材が、取り付けられている。ロータ３３は、ステータ３２内に配置される棒体である。ロータ３３の外面には、雄ねじが成形されている。また、図３に示すように、ロータ３３は、ジョイント３４を介してモータ３５の回転軸３５ａと連動連結されている。
【００５９】
これにより、モータ３５の回転力が回転軸３５ａおよびジョイント３４を介してロータ３３に伝達され、ロータ３３がステータ３２に対して回転すると、ステータ３２およびロータ３３に囲まれたキャビティ３２ａ（空洞）が、導入部３８側から排出部３９側に移動する。そのため、ロータ３３が回転すると、キャビティ３２ａ内の塗布液が、導入部３８側から排出部３９側に移送される。
【００６０】
なお、ステータ３２の弾性材としては、例えば、合成ゴム、樹脂、および金属等が採用できる。また、ロータ３３の材質としては、例えば、ステンレスおよびセラミックス等が採用できる。
【００６１】
この動作によってタンク５０から第１供給配管５５ａを介して供給される塗布液を、移送ポンプ３１がノズル１１に第２供給配管５５ｂを介して塗布液を供給することができる。なお、移送ポンプ３１としては、モーノポンプに限定されるものではなく、例えば、シリンジポンプ等でもよい。
【００６２】
図４は、振動付与部１３の概略構成を示す図であり、特に図４（ａ）は、支持ローラ１２をＹ軸側から見た断面図であり、図４（ｂ）は、支持ローラ１２をＸ軸側から見た図である。
【００６３】
図４（ａ）に示すように、振動付与部１３は、主として、超音波発振器１３１と、超音波発振器１３１からのパルスを受けて超音波振動する振動子１３２とを備える。超音波発振器１３１は、制御部９０と電気的に接続されており制御部９０によって設定された周波数で発振する。
【００６４】
図４（ｂ）に示すように、振動子１３２は、円筒状の形状を有しており、支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに挿入可能である。そして、超音波発振器１３１で発振されたパルスを受けて振動子１３２は超音波振動する。つまり、振動子１３２が振動することで支持ローラ１２も振動することとなる。そして、支持ローラ１２が押圧支持する基材５を介して、基材５上に塗布された塗布液に振動が付与される。なお、振動子１３２をローラ回転軸１２ａに挿入するのではなく、ローラ回転軸１２ａに挿入可能な振動伝達部材を介して振動子１３２から振動を伝達するようにしてもよい。
【００６５】
このように、振動付与部１３によって基材５上に塗布された塗布液に基材５を介して超音波振動を付与することができる。
【００６６】
特に、振動付与部１３によって付与される振動方向は、基材５の搬送方向と直交する水平方向の振動であることが好ましい。このような方向で振動を付与することで、送出量が、脈を打つように周期的に変化することで生じる塗布膜の膜厚が不均一となる現象（塗布ムラ）を軽減することができる。
【００６７】
図５は、基材５を介して塗布液に振動を付与することで塗布膜の膜厚がどのように変動するかを説明するための模式図である。特に図５（ａ）は、従来技術（基材５を介して振動が付与されない）で塗布膜が形成された状態を示しており、図５（ｂ）は、本実施形態で塗布膜が形成された状態を示している。なお、図示の都合上、基材５が水平に搬送されつつ、塗布液が塗布されているが、実際には図２で表されるように基材５が支持ローラ１２に他方主面から支持されつつ塗布液が塗布されるものである。
【００６８】
図５（ａ）は、基材５を介して塗布液に振動が付与されずに基材５の一方主面に塗布膜が形成された場合である。このような場合、ノズル１１に送出される塗布液の送出量が脈を打つように周期的に変化した場合、塗布膜の膜厚に周期的な変動（山と谷）が生じることが知られている。つまり、当該変動に応じて膜厚の厚い部分（山）と、膜厚の薄い部分（谷）の差ＦＴ１が生じる。この差が大きければ大きいほど塗布ムラが目立ちやすくなるとともに、リチウムイオン二次電池の性能にも影響を及ぼす。
【００６９】
これに対し図５（ｂ）は、支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに振動子１３２を挿入し、支持ローラ１２に支持された基材５に振動を付与することで、基材５を介して塗布液に振動を付与しつつ塗布膜を形成した場合である。このように塗布膜を形成することで、ノズル１１に送出される塗布液の送出量が脈を打つように周期的に変化した場合でも、基材５上に塗布液が塗布されると同時に塗布液に振動が付与されることで、基材５上では塗布液が平坦となりやすく、基材５上に形成される塗布膜の膜厚変動である、膜厚の厚い部分（山）と、膜厚の薄い部分（谷）の差ＦＴ２は小さくなる。
【００７０】
したがって、基材５を介して塗布液に振動を付与した場合と、しない場合では、膜厚の厚い部分（山）と、膜厚の薄い部分（谷）の差を比較すると、ＦＴ２＜ＦＴ１となる。このように、基材５を介して塗布液に振動を付与することで塗布ムラを軽減することができる。
【００７１】
続いて、上述した塗布装置および乾燥装置を用いた塗布膜形成システム１の動作の一例について図６、図７を用いて説明する。図６は、塗布膜形成処理にかかる全体の処理の流れについて説明するためのフローチャートである。また、図７は、塗布処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【００７２】
塗布膜形成システム１は、制御部９０からの動作指令に従い、巻き出しローラ８１にあらかじめ装着された基材５の搬送を開始する（ステップＳ１１）。より具体的には、巻き出しローラ８１が回転および巻き取りローラ８２が同期して回転することで、巻き出しローラ８１から送り出された基材５が巻き取りローラ８２に巻き取られることで、基材５が搬送経路８に沿って搬送される。
【００７３】
続いて、巻き出しローラ８１から送り出された基材５は塗布装置に向かって搬送される。塗布装置である塗布処理部１０は、制御部９０からの動作指令に従い、搬送されている基材５の一方主面に向けてノズル１１から塗布液を連続的に吐出し、基材５上に塗布膜を形成する塗布処理を行う（ステップＳ１２）。塗布処理については後述する。
【００７４】
塗布処理部１０にて塗布処理が行なわれた基材５は、乾燥装置向かって搬送され乾燥装置を通過することで乾燥処理が行なわれる（ステップＳ１３）。乾燥装置では、制御部９０からの動作指令に従い、まず予熱部６０が図示を省略する加熱機構により基材５上に形成された塗布膜を昇温し一定時間の予熱を行う。予熱部６０を通過した基材５は搬送経路８に沿って搬送され、乾燥部６５に搬入される。乾燥部６５は、塗布膜に向けて熱風を吹き付け、予熱部６０で予熱された塗布膜をさらに加熱して溶媒の乾燥を行う。乾燥部６５を通過した基材５は搬送経路８に沿って搬送され、アニール部７０に搬入される。アニール部７０は、塗布膜をより高温に加熱し、乾燥処理で塗布膜中に発生した歪みおよび残留応力を除去する。アニール部７０を通過した基材５は搬送経路８に沿って搬送され、冷却部７５に搬入される。冷却部７５は、塗布膜に向けて常温のドライエアを吹き付け、塗布膜を冷却する。これら４つの処理部を基材５が通過することで塗布膜の乾燥処理が行なわれる。
【００７５】
乾燥装置を通過し乾燥処理が完了した基材５は、巻き取りローラ８２に巻き取られる。そして、基材５に対する塗布膜の形成が終えると、制御部９０は巻き出しローラ８１および巻き取りローラ８２を停止させることで基材５の搬送を停止する（ステップＳ１４）。以上の処理により塗布膜形成システム１は基材５上に塗布膜を形成する。
【００７６】
図７を参照しつつ、塗布処理の流れについて説明する。
【００７７】
送出部３０は制御部９０からの動作指令に従い、搬送経路８に沿って搬送されてきた基材５がノズル１１と対向する位置に搬送されてくる前に送出動作を開始する。そして、基材５上の塗布領域がノズル１１と対向する位置に搬送されてくるタイミングに同期して送出部３０は塗布液をノズル１１に送出する（ステップＳ１２１）。
【００７８】
ノズル１１は、送出部３０から送られてきた塗布液を吐出口１１ａから、基材５の対向する面（一方主面）に向けて吐出する（ステップＳ１２２）。吐出された塗布液は基材５上で塗布膜を形成する。
【００７９】
振動付与部１３は、制御部９０の動作指令に従い、ノズル１１から基材５に向けて塗布液が吐出されるタイミングに同期して支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに挿入された振動子１３２を振動させ超音波振動を発生させる。そして、基材５の一方主面に塗布された塗布液に対して、基材５を介して振動を付与する（ステップＳ１２３）。
【００８０】
より具体的には、振動付与部１３による振動の付与は、ノズル１１から基材５に向けて塗布液が吐出される直前あるいは略同時に開始され、塗布液の吐出が継続している間、振動の付与も継続される。つまり、少なくともノズル１１が基材５の一方主面に向けて塗布液を吐出している間、振動を付与していればよい。
【００８１】
以上のように、塗布膜形成システム１が備える塗布処理部１０が、基材５を介して基材５上に塗布された塗布液に振動を付与する振動付与部１３を備えることで、基材５上に塗布された塗布液によって形成される塗布膜の膜厚のばらつきを平坦化することができ、塗布ムラを軽減することができる。
【００８２】
次に第２の実施形態について図８を用いて説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、基材５の搬送経路８において、ノズル１１が塗布液を吐出する吐出位置よりも下流側に配置された補助ローラ８３ｃにおいても、振動付与部１４を備える点である。また、残余の点については同様であるため、図２と同一構成については同一符号を用いるとともに説明を省略する。
【００８３】
振動付与部１４は、ノズル１１から基材５に向けて塗布液が吐出されるタイミングに同期して、補助ローラ８３ｃに基材５の搬送方向と直交する水平方向の超音波振動を付与する。つまり、第２の実施形態では、支持ローラ１２および補助ローラ８３ｃの両方に振動を付与する点に特徴を有する。このように２段階で基材５を介して基材５上に塗布された塗布液に振動を付与することで、より平坦な塗布膜を形成することができる。なお、振動付与部１３および振動付与部１４は共通の超音波発振器により構成されていてもよい。また、搬送経路８における支持ローラ１２の下流側であって、乾燥装置の上流側に設けられた補助ローラであれば、振動を付与する補助ローラの数は限定されない。そして、該補助ローラに振動を付与することで同様に効果を得ることができる。
＜変形例＞
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく様々な変形が可能である。
【００８５】
上記実施形態では、ノズル１１から基材５に向けての塗布液の吐出は連続的に行っているがこれに限られるものではない。例えば、あらかじめ設定されたタイミングでノズル１１から塗布液を間欠的に吐出する構成としてもよい。このような構成とすることで、基材５上に、平坦でかつ複数の塗布膜を形成することができる。
【００８６】
また、上記実施形態では、振動付与部１３、１４が付与する振動の方向は、基材５の搬送方向と直交する水平方向としているがこれに限られるものではなく、基材５の搬送方向と平行な水平方向に超音波振動を付与してもよい。
【００８７】
また、支持ローラ、補助ローラに加えて、ノズル１１にもあわせて振動を付与してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１ 塗布膜形成システム
５ 基材
８ 搬送経路
１０ 塗布処理部
１１ ノズル
１２ 支持ローラ
１３、１４ 振動付与部
３０ 送出部
６０ 予熱部
６５ 乾燥部
７０ アニール部
７５ 冷却部
８０ 搬送部
８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ、８３ｇ 補助ローラ
９０ 制御部
１３１ 超音波発振器
１３２ 振動子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状とされた基材に対して連続的に塗布液を塗布することによって、基材に塗布膜を形成する塗布装置、この塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システム、塗布方法および塗布膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基材として用いられる金属箔の上に、比較的高粘度の電極材料を塗布することによって、リチウムイオン二次電池などの化学電池を製造する方法が知られている（例えば、特許文献1）。特許文献1において、塗料タンクに貯留された活物質ペーストは、定量ポンプによりノズルに向けて送出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９９９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述の活物質ペースト（電極材料）は、比較的高粘度である。また、塗布膜の膜厚は５０μｍ〜２００μｍ程度であり、単位時間当たりにノズルから吐出される塗布液の吐出量は比較的少ない。
【０００５】
その結果、特許文献１に記載される定量ポンプであっても、場合によっては、単位時間当たりの送出量が、脈を打つように周期的に変化する。その結果、基材上に形成される塗布膜の膜厚が不均一となり塗布ムラが発生するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明では、基材上に良好に塗布膜を形成することができる塗布装置、および、この塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システム、塗布方法および塗布膜形成方法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】
請求項１に係る発明（塗布装置）は、帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って基材を移動させることによって、基材上に塗布膜を形成する塗布装置であって、塗布液を基材の一方主面に向けて吐出する吐出部と、吐出部に塗布液を供給する供給手段と、基材の一方主面に塗布された塗布液に、基材を介して振動を付与する振動付与手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、吐出部が塗布液を吐出する吐出位置において、基材を他方主面から支持しつつ、搬送経路に沿って基材を走行させる支持ローラを備え、振動付与手段は、支持ローラに対して振動を付与することで、支持ローラに支持される基材を介して、基材の一方主面に塗布された塗布液に振動を付与することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、搬送経路において、吐出部が塗布液を吐出する吐出位置よりも下流側に配置され、基材を支持しつつ、搬送経路に沿って基材を走行させる補助ローラを備え、振動付与手段は、補助ローラに対して振動を付与することで、補助ローラに支持される基材を介して、基材の一方主面に塗布された塗布液に振動を付与することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、振動付与手段は、吐出部にも振動を付与することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、振動付与手段は、基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、振動付与手段は、少なくとも吐出部が基材の一方主面に向けて塗布液を吐出している間、振動を付与する事を特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、振動付与手段が超音波発振器であり、超音波発振器によって発生した超音波により振動を付与することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明（塗布膜形成システム）は、請求項１から７のいずれかに記載された塗布装置と、塗布装置で塗布された基材上の塗布液を乾燥させる乾燥装置と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明（塗布方法）は、帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って基材を移動させることによって、基材上に塗布膜を形成する塗布方法であって、塗布液を基材の一方主面に向けて吐出する吐出工程と、基材の一方主面に塗布された塗布液に、基材を介して振動を付与する振動付与工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、振動付与工程は、基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、振動付与工程は、吐出工程において少なくとも基材の一方主面に向けて塗布液が吐出されている間、振動を付与する事を特徴とする。
【００１８】
請求項１２に係る発明（塗布膜形成方法）は、請求項９ないし請求項１１に記載された塗布方法と、塗布方法で塗布された基材上の塗布液を乾燥させる乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに係る発明によれば、基材の一方主面に塗布された塗布液に基材を介して振動を付与することで、基材上に塗布された塗布液によって形成された塗布膜の膜厚のばらつきを平坦化することで塗布ムラを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システムの全体構成の一例を示す正面図である。
【図２】塗布処理部の第１の実施形態の概略構成を示す正面図である。
【図３】送出部の概略構成を示す正面図である。
【図４】振動付与部の概略構成を示す図である。
【図５】塗布膜の膜厚変動を説明するための図である。
【図６】塗布膜形成処理の一連の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】塗布処理の一連の流れを説明するためのフローチャートである。
【図８】塗布処理部の第２の実施形態の概略構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る塗布装置を組み込んだ塗布膜形成システム１の全体構成を示す図である。なお、図１および以降の各図には、方向関係を明確にするために、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。また、図１および以降の各図において、理解容易のため必要に応じて、各部の寸法や数が誇張または簡略化して描かれている。
【００２３】
塗布膜形成システム１は、基材５の上に活物質の塗布膜を形成するとともに、形成された塗布膜を乾燥させることによって、リチウムイオン二次電池の電極を製造する。図１に示すように、塗布膜形成システム１は、主として、塗布処理部１０と、予熱部６０と、乾燥部６５と、アニール部７０と、冷却部７５と、搬送部８０とを備えている。また、塗布膜形成システム１は、電源等を収納する電装ボックス９を備えている。
【００２４】
ここで、基材５は、リチウムイオン二次電池の集電体として機能する帯状の金属箔である。基材５の形状は、より具体的には、長尺のシート状とされている。また、基材５の幅および厚さは特に限定されるものではないが、基材５の幅は６００ｍｍ〜７００ｍｍとすることができ、基材５の厚さは１０μｍ〜２０μｍとすることができる。
【００２５】
また、塗布膜形成システム１において、リチウムイオン二次電池の正極が製造される場合、基材５として例えばアルミニウム（Ａｌ）箔が使用できる。一方、負極が製造される場合、基材５として例えば銅（Ｃｕ）箔が使用できる。
【００２６】
図１に示すように、帯状の基材５は、巻き出しローラ８１に装着される。装着された基材５は巻き出しローラ８１から送り出されて巻き取りローラ８２によって巻き取られる。そして、基材５は、塗布処理部１０、予熱部６０、乾燥部６５、アニール部７０、冷却部７５の各部に、この順番で搬送される。
【００２７】
搬送部８０は、これら巻き出しローラ８１および巻き取りローラ８２と複数の補助ローラ８３ａ〜８３ｇとを備えて構成されており、基材５を矢印ＡＲ１方向（搬送方向）に沿って搬送する。なお、補助ローラ８３ａ〜８３ｇの個数および配置については、図１の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜に増減することができる。
【００２８】
塗布処理部１０は、電極材料として用いられる活物質の塗布液を基材５に塗布するノズル１１と、ノズル１１と対向する位置に配設され基材５を押圧支持する支持ローラ１２とを備え、支持ローラ１２に支持された基材５上に塗布膜を形成する。塗布処理部１０は、基材５の長手方向（矢印ＡＲ１方向）（以下、単に、「長手方向」とも称する）に沿った基材５の搬送経路８において、巻き出しローラ８１より下流側であって、予熱部６０の上流側に配置されている。なお、塗布処理部１０の詳細な構成については後述する。
【００２９】
予熱部６０は、塗布処理部１０での塗布処理によって基材５の上に形成された電極材料の塗布膜を昇温し、一定時間の予熱を行う。また、乾燥部６５は、主たる乾燥処理を行う処理部であり、予熱部６０にて予熱された塗布膜に熱風を吹き付けて加熱して溶媒を乾燥させる。さらに、アニール部７０は、塗布膜をより高温に加熱し、乾燥部６５での乾燥処理で塗布膜中に発生した歪み、および残留応力を除去する。冷却部７５は、加熱された塗布膜に常温のドライエアを吹き付けることによって塗布膜を冷却する。
【００３０】
このように、予熱部６０、乾燥部６５、アニール部７０、および冷却部７５は、塗布処理部１０で塗布された基材５上の塗布液を乾燥させる乾燥装置として使用できる。なお、基材５上に形成された塗布膜を乾燥させる乾燥装置としては、上記の４つの処理部を備えた構成に限定されるものではなく、塗布液の種類に応じて適宜のものとすることができる。例えば、乾燥装置は、予熱部６０および乾燥部６５のみによって構成されても良い。
【００３１】
図２は、本発明に係る塗布装置である塗布処理部１０の第１の実施形態の概略構成を示す正面図である。図２に示すように、塗布処理部１０は、主として、ノズル１１と、送出部３０と、タンク５０と、第１および第２供給配管５５ａ、５５ｂと、閉止バルブ２０と、を備えている。
【００３２】
タンク５０は、リチウムイオン二次電池の電極材料である活物質の溶液を、塗布液として貯留する。これにより、ノズル１１側には、正極用または負極用の電極材料が供給される。このように、タンク５０は、塗布液を貯留する貯留部として、および塗布液をノズル
１１側に供給する供給源として用いられる。
【００３３】
ここで、塗布膜形成システム１において正極が製造される場合、タンク５０には、正極材料の塗布液として、例えば正極活物質であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）と、導電助剤であるカーボン（Ｃ）と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）との混合液が貯留される。
【００３４】
正極活物質としては、コバルト酸リチウムに代えて、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、または燐酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）等も使用できるが、これらの物質に限定されるものではない。
【００３５】
一方、塗布膜形成システム１において負極が製造される場合、タンク５０には、負極材料の塗布液として、例えば負極活物質である黒鉛（グラファイト）と、結着剤であるＰＶＤＦと、溶剤であるＮＭＰとの混合液を貯留する。
【００３６】
負極活物質としては、黒鉛に代えて、ハードカーボン、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、シリコン合金、またはスズ合金等も使用できるが、これらの物質に限定されるものではない。
【００３７】
また、正極材料および負極材料の双方において、結着剤としては、ＰＶＤＦに代えてスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等も用いられ、溶剤としては、ＮＭＰに代えて水（Ｈ2Ｏ）等も使用できる。さらに、結着剤としてＳＢＲが、溶剤として水が、それぞれ用いられる場合、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）が、増粘剤として併用できる。
【００３８】
さらに、これら正極材料および負極材料の塗布液は、固体（微粒子）が分散されたスラリーである。これら塗布液の粘度は、いずれも１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以上であり、一般的にチクソトロピー性を有する。
【００３９】
タンク５０には、攪拌機５３およびエア加圧ユニット５４が付設されている。攪拌機５３は、スクリュー５３ａを有しており、スクリュー５３ａは、タンク５０内の塗布液に浸漬可能とされている。したがって、スクリュー５３ａが回転させられることによって、タンク５０に貯留された塗布液が撹拌される。
【００４０】
エア加圧ユニット５４は、高圧の空気をタンク５０内の気相部分に送り込んで貯留されている塗布液の液面を加圧する。液面を加圧することでタンク５０から塗布液が送出される。なお、送出部３０のみで送液が可能であれば、エア加圧ユニット５４は必須の要素ではない。
【００４１】
第１供給配管５５ａは、図２に示すように、タンク５０および送出部３０のそれぞれと連通接続されている。第１供給配管５５ａは、タンク５０側から送出部３０に導入される塗布液を流通させる。
【００４２】
第２供給配管５５ｂは、図２に示すように、送出部３０およびノズル１１のそれぞれと連通接続されている。第２供給配管５５ｂは、送出部３０からノズル１１側に送出される塗布液を流通させる。また、図２に示すように、第２供給配管５５ｂの経路途中には、閉止バルブ２０および流量計５２が介挿されている。なお、第１および第２供給配管５５ａ、５５ｂとしては、ステンレス管または樹脂管が使用できる。
【００４３】
循環配管５６は、第２供給配管５５ｂの途中から分岐して設けられている。循環配管５６の一方端側は第２供給配管５５ｂの閉止バルブ２０と流量計５２との間の位置に接続され、他方端側はタンク５０に接続されている。循環配管５６には、循環バルブ５７および流量調整バルブ５８が介挿されている。
【００４４】
送出部３０は、タンク５０側から導入された塗布液をノズル１１側に送出する。図２に示すように、送出部３０の一方端は、第１供給配管５５ａと、送出部３０の他方端は第２供給配管５５ｂと、それぞれ連通している。なお、送出部３０の詳細な構成については、後述する。
【００４５】
流量計５２は、送出部３０から送り出された後、第２供給配管５５ｂを流れる塗布液の流量を計測する。閉止バルブ２０は、第２供給配管５５ｂの流路を開閉することによって、ノズル１１への塗布液の供給を断続させる。
【００４６】
循環配管５６に設けられている循環バルブ５７は、循環配管５６の流路を開閉する。閉止バルブ２０が第２供給配管５５ｂを閉止した状態で、循環バルブ５７が開かれることによって、第２供給配管５５ｂを流れる塗布液は、循環配管５６に流れ込み、タンク５０へと帰還させられる。循環配管５６を流れる塗布液の流量は、流量調整バルブ５８により調整される。
【００４７】
ノズル１１は、供給配管５５を経由して送られてきた塗布液を基材５に向けて吐出する。図２に示すように、ノズル１１の先端部には、基材５の幅方向（矢印ＡＲ２方向）（基材５の長手方向と直交する方向：以下、単に、「幅方向」と称する）に沿ったスリット状の吐出口１１ａが設けられている。
【００４８】
支持ローラ１２は、基材５を押圧支持しつつ、搬送経路８に沿って基材５を走行させる。図２に示すように、支持ローラ１２は、ノズル１１と対向する位置に配置されており、Ｘ軸と平行なローラ回転軸１２ａ（第１回転軸）を中心に回転自在とされている。そして、ノズル１１の吐出口１１ａから吐出される塗布液は、支持ローラ１２に押圧支持された基材５に向けて吐出される。
【００４９】
振動付与部１３は、支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに振動を付与する。ローラ回転軸１２ａに振動が付与されることで、支持ローラ１２も同様の振動数で振動する。これにより、支持ローラ１２に押圧支持されている基材５も振動することとなる。振動付与部１３の詳細については後述する。
【００５０】
駆動部１５は、ノズル１１を前後左右上下に移動させることによって、支持ローラ１２に対する吐出口１１ａの位置を調整する。圧力計１８は、ノズル１１内における塗布液の圧力を計測する。また、圧力計１８によってノズル１１内における塗布液の圧力が計測されるとともに、流量計５２によって第２供給配管５５ｂを流れる塗布液の流量が計測されることによって、第２供給配管５５ｂを流れる塗布液の状態が把握できる。
【００５１】
制御部９０は、塗布膜形成システム１の各要素の動作を制御するとともに、種々のデータ演算を実現する。図２に示すように、制御部９０は、主として、ＲＯＭ９１と、ＲＡＭ９２と、ＣＰＵ９３とを有している。
【００５２】
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９１は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、例えば、プログラム９１ａが格納されている。なお、ＲＯＭ９１としては、読み書き自在の不揮発性メモリであるフラッシュメモリが使用されてもよい。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９２は、揮発性の記憶部であり、例えば、ＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。
【００５３】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９３は、ＲＯＭ９１のプログラム９１ａに従った制御（例えば、駆動部１５によるノズル１１の移動動作や、振動付与部１３の振動付与動作の制御、閉止バルブ２０および送出部３０による塗布液の吐出動作等の制御）が、実行される。
【００５４】
図３は、送出部３０の概略構成を示す正面図である。図３に示すように、送出部３０は、主として、移送ポンプ３１と、導入管４１と、排出管４３と、を有している。
【００５５】
導入管４１は、移送ポンプ３１に塗布液を導入する。図３に示すように、導入管４１は、第１供給配管５５ａと、移送ポンプ３１の導入部３８と、を連通接続する。
【００５６】
排出管４３は、移送ポンプ３１から排出される塗布液を、流通させる。図３に示すように、排出管４３は、第２供給配管５５ｂと、移送ポンプ３１の排出部３９と、を連通接続する。
【００５７】
移送ポンプ３１は、いわゆるモーノポンプにより構成されている。移送ポンプ３１は、導入部３８から導入された塗布液を、排出部３９に移送することによって、排出部３９から所望の流量の塗布液を排出する。図３に示すように、移送ポンプ３１は、主として、ステータ３２と、ロータ３３と、ジョイント３４と、モータ３５と、を有している。
【００５８】
ステータ３２は、金属製の円筒体である。ステータ３２の内側には、雌ねじが成形された弾性材が、取り付けられている。ロータ３３は、ステータ３２内に配置される棒体である。ロータ３３の外面には、雄ねじが成形されている。また、図３に示すように、ロータ３３は、ジョイント３４を介してモータ３５の回転軸３５ａと連動連結されている。
【００５９】
これにより、モータ３５の回転力が回転軸３５ａおよびジョイント３４を介してロータ３３に伝達され、ロータ３３がステータ３２に対して回転すると、ステータ３２およびロータ３３に囲まれたキャビティ３２ａ（空洞）が、導入部３８側から排出部３９側に移動する。そのため、ロータ３３が回転すると、キャビティ３２ａ内の塗布液が、導入部３８側から排出部３９側に移送される。
【００６０】
なお、ステータ３２の弾性材としては、例えば、合成ゴム、樹脂、および金属等が採用できる。また、ロータ３３の材質としては、例えば、ステンレスおよびセラミックス等が採用できる。
【００６１】
この動作によってタンク５０から第１供給配管５５ａを介して供給される塗布液を、移送ポンプ３１がノズル１１に第２供給配管５５ｂを介して塗布液を供給することができる。なお、移送ポンプ３１としては、モーノポンプに限定されるものではなく、例えば、シリンジポンプ等でもよい。
【００６２】
図４は、振動付与部１３の概略構成を示す図であり、特に図４（ａ）は、支持ローラ１２をＹ軸側から見た断面図であり、図４（ｂ）は、支持ローラ１２をＸ軸側から見た図である。
【００６３】
図４（ａ）に示すように、振動付与部１３は、主として、超音波発振器１３１と、超音波発振器１３１からのパルスを受けて超音波振動する振動子１３２とを備える。超音波発振器１３１は、制御部９０と電気的に接続されており制御部９０によって設定された周波数で発振する。
【００６４】
図４（ｂ）に示すように、振動子１３２は、円筒状の形状を有しており、支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに挿入可能である。そして、超音波発振器１３１で発振されたパルスを受けて振動子１３２は超音波振動する。つまり、振動子１３２が振動することで支持ローラ１２も振動することとなる。そして、支持ローラ１２が押圧支持する基材５を介して、基材５上に塗布された塗布液に振動が付与される。なお、振動子１３２をローラ回転軸１２ａに挿入するのではなく、ローラ回転軸１２ａに挿入可能な振動伝達部材を介して振動子１３２から振動を伝達するようにしてもよい。
【００６５】
このように、振動付与部１３によって基材５上に塗布された塗布液に基材５を介して超音波振動を付与することができる。
【００６６】
特に、振動付与部１３によって付与される振動方向は、基材５の搬送方向と直交する水平方向の振動であることが好ましい。このような方向で振動を付与することで、送出量が、脈を打つように周期的に変化することで生じる塗布膜の膜厚が不均一となる現象（塗布ムラ）を軽減することができる。
【００６７】
図５は、基材５を介して塗布液に振動を付与することで塗布膜の膜厚がどのように変動するかを説明するための模式図である。特に図５（ａ）は、従来技術（基材５を介して振動が付与されない）で塗布膜が形成された状態を示しており、図５（ｂ）は、本実施形態で塗布膜が形成された状態を示している。なお、図示の都合上、基材５が水平に搬送されつつ、塗布液が塗布されているが、実際には図２で表されるように基材５が支持ローラ１２に他方主面から支持されつつ塗布液が塗布されるものである。
【００６８】
図５（ａ）は、基材５を介して塗布液に振動が付与されずに基材５の一方主面に塗布膜が形成された場合である。このような場合、ノズル１１に送出される塗布液の送出量が脈を打つように周期的に変化した場合、塗布膜の膜厚に周期的な変動（山と谷）が生じることが知られている。つまり、当該変動に応じて膜厚の厚い部分（山）と、膜厚の薄い部分（谷）の差ＦＴ１が生じる。この差が大きければ大きいほど塗布ムラが目立ちやすくなるとともに、リチウムイオン二次電池の性能にも影響を及ぼす。
【００６９】
これに対し図５（ｂ）は、支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに振動子１３２を挿入し、支持ローラ１２に支持された基材５に振動を付与することで、基材５を介して塗布液に振動を付与しつつ塗布膜を形成した場合である。このように塗布膜を形成することで、ノズル１１に送出される塗布液の送出量が脈を打つように周期的に変化した場合でも、基材５上に塗布液が塗布されると同時に塗布液に振動が付与されることで、基材５上では塗布液が平坦となりやすく、基材５上に形成される塗布膜の膜厚変動である、膜厚の厚い部分（山）と、膜厚の薄い部分（谷）の差ＦＴ２は小さくなる。
【００７０】
したがって、基材５を介して塗布液に振動を付与した場合と、しない場合では、膜厚の厚い部分（山）と、膜厚の薄い部分（谷）の差を比較すると、ＦＴ２＜ＦＴ１となる。このように、基材５を介して塗布液に振動を付与することで塗布ムラを軽減することができる。
【００７１】
続いて、上述した塗布装置および乾燥装置を用いた塗布膜形成システム１の動作の一例について図６、図７を用いて説明する。図６は、塗布膜形成処理にかかる全体の処理の流れについて説明するためのフローチャートである。また、図７は、塗布処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【００７２】
塗布膜形成システム１は、制御部９０からの動作指令に従い、巻き出しローラ８１にあらかじめ装着された基材５の搬送を開始する（ステップＳ１１）。より具体的には、巻き出しローラ８１が回転および巻き取りローラ８２が同期して回転することで、巻き出しローラ８１から送り出された基材５が巻き取りローラ８２に巻き取られることで、基材５が搬送経路８に沿って搬送される。
【００７３】
続いて、巻き出しローラ８１から送り出された基材５は塗布装置に向かって搬送される。塗布装置である塗布処理部１０は、制御部９０からの動作指令に従い、搬送されている基材５の一方主面に向けてノズル１１から塗布液を連続的に吐出し、基材５上に塗布膜を形成する塗布処理を行う（ステップＳ１２）。塗布処理については後述する。
【００７４】
塗布処理部１０にて塗布処理が行なわれた基材５は、乾燥装置向かって搬送され乾燥装置を通過することで乾燥処理が行なわれる（ステップＳ１３）。乾燥装置では、制御部９０からの動作指令に従い、まず予熱部６０が図示を省略する加熱機構により基材５上に形成された塗布膜を昇温し一定時間の予熱を行う。予熱部６０を通過した基材５は搬送経路８に沿って搬送され、乾燥部６５に搬入される。乾燥部６５は、塗布膜に向けて熱風を吹き付け、予熱部６０で予熱された塗布膜をさらに加熱して溶媒の乾燥を行う。乾燥部６５を通過した基材５は搬送経路８に沿って搬送され、アニール部７０に搬入される。アニール部７０は、塗布膜をより高温に加熱し、乾燥処理で塗布膜中に発生した歪みおよび残留応力を除去する。アニール部７０を通過した基材５は搬送経路８に沿って搬送され、冷却部７５に搬入される。冷却部７５は、塗布膜に向けて常温のドライエアを吹き付け、塗布膜を冷却する。これら４つの処理部を基材５が通過することで塗布膜の乾燥処理が行なわれる。
【００７５】
乾燥装置を通過し乾燥処理が完了した基材５は、巻き取りローラ８２に巻き取られる。そして、基材５に対する塗布膜の形成が終えると、制御部９０は巻き出しローラ８１および巻き取りローラ８２を停止させることで基材５の搬送を停止する（ステップＳ１４）。以上の処理により塗布膜形成システム１は基材５上に塗布膜を形成する。
【００７６】
図７を参照しつつ、塗布処理の流れについて説明する。
【００７７】
送出部３０は制御部９０からの動作指令に従い、搬送経路８に沿って搬送されてきた基材５がノズル１１と対向する位置に搬送されてくる前に送出動作を開始する。そして、基材５上の塗布領域がノズル１１と対向する位置に搬送されてくるタイミングに同期して送出部３０は塗布液をノズル１１に送出する（ステップＳ１２１）。
【００７８】
ノズル１１は、送出部３０から送られてきた塗布液を吐出口１１ａから、基材５の対向する面（一方主面）に向けて吐出する（ステップＳ１２２）。吐出された塗布液は基材５上で塗布膜を形成する。
【００７９】
振動付与部１３は、制御部９０の動作指令に従い、ノズル１１から基材５に向けて塗布液が吐出されるタイミングに同期して支持ローラ１２のローラ回転軸１２ａに挿入された振動子１３２を振動させ超音波振動を発生させる。そして、基材５の一方主面に塗布された塗布液に対して、基材５を介して振動を付与する（ステップＳ１２３）。
【００８０】
より具体的には、振動付与部１３による振動の付与は、ノズル１１から基材５に向けて塗布液が吐出される直前あるいは略同時に開始され、塗布液の吐出が継続している間、振動の付与も継続される。つまり、少なくともノズル１１が基材５の一方主面に向けて塗布液を吐出している間、振動を付与していればよい。
【００８１】
以上のように、塗布膜形成システム１が備える塗布処理部１０が、基材５を介して基材５上に塗布された塗布液に振動を付与する振動付与部１３を備えることで、基材５上に塗布された塗布液によって形成される塗布膜の膜厚のばらつきを平坦化することができ、塗布ムラを軽減することができる。
【００８２】
次に第２の実施形態について図８を用いて説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、基材５の搬送経路８において、ノズル１１が塗布液を吐出する吐出位置よりも下流側に配置された補助ローラ８３ｃにおいても、振動付与部１４を備える点である。また、残余の点については同様であるため、図２と同一構成については同一符号を用いるとともに説明を省略する。
【００８３】
振動付与部１４は、ノズル１１から基材５に向けて塗布液が吐出されるタイミングに同期して、補助ローラ８３ｃに基材５の搬送方向と直交する水平方向の超音波振動を付与する。つまり、第２の実施形態では、支持ローラ１２および補助ローラ８３ｃの両方に振動を付与する点に特徴を有する。このように２段階で基材５を介して基材５上に塗布された塗布液に振動を付与することで、より平坦な塗布膜を形成することができる。なお、振動付与部１３および振動付与部１４は共通の超音波発振器により構成されていてもよい。また、搬送経路８における支持ローラ１２の下流側であって、乾燥装置の上流側に設けられた補助ローラであれば、振動を付与する補助ローラの数は限定されない。そして、該補助ローラに振動を付与することで同様に効果を得ることができる。
＜変形例＞
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく様々な変形が可能である。
【００８５】
上記実施形態では、ノズル１１から基材５に向けての塗布液の吐出は連続的に行っているがこれに限られるものではない。例えば、あらかじめ設定されたタイミングでノズル１１から塗布液を間欠的に吐出する構成としてもよい。このような構成とすることで、基材５上に、平坦でかつ複数の塗布膜を形成することができる。
【００８６】
また、上記実施形態では、振動付与部１３、１４が付与する振動の方向は、基材５の搬送方向と直交する水平方向としているがこれに限られるものではなく、基材５の搬送方向と平行な水平方向に超音波振動を付与してもよい。
【００８７】
また、支持ローラ、補助ローラに加えて、ノズル１１にもあわせて振動を付与してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１ 塗布膜形成システム
５ 基材
８ 搬送経路
１０ 塗布処理部
１１ ノズル
１２ 支持ローラ
１３、１４ 振動付与部
３０ 送出部
６０ 予熱部
６５ 乾燥部
７０ アニール部
７５ 冷却部
８０ 搬送部
８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ、８３ｇ 補助ローラ
９０ 制御部
１３１ 超音波発振器
１３２ 振動子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って前記基材を移動させることによって、前記基材上に塗布膜を形成する塗布装置であって、
前記塗布液を前記基材の一方主面に向けて吐出する吐出部と、
前記吐出部に前記塗布液を供給する供給手段と、
前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に、前記基材を介して振動を付与する振動付与手段と、を備えることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記吐出部が前記塗布液を吐出する吐出位置において、前記基材を他方主面から支持しつつ、前記搬送経路に沿って前記基材を走行させる支持ローラを備え、
前記振動付与手段は、前記支持ローラに対して振動を付与することで、前記支持ローラに支持される前記基材を介して、前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記搬送経路において、前記吐出部が前記塗布液を吐出する吐出位置よりも下流側に配置され、前記基材を支持しつつ、前記搬送経路に沿って前記基材を走行させる補助ローラを備え、
前記振動付与手段は、前記補助ローラに対して振動を付与することで、前記補助ローラに支持される前記基材を介して、前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に振動を付与することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記振動付与手段は、前記吐出部にも振動を付与することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の塗布装置。
【請求項５】
前記振動付与手段は、前記基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の塗布装置。
【請求項６】
前記振動付与手段は、少なくとも前記吐出部が前記基材の一方主面に向けて塗布液を吐出している間、振動を付与する事を特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項に記載の塗布装置。
【請求項７】
前記振動付与手段が超音波発振器であり、
前記超音波発振器によって発生した超音波により前記振動を付与することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の塗布装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載された塗布装置と、
前記塗布装置で塗布された前記基材上の前記塗布液を乾燥させる乾燥装置と、を備えることを特徴とする塗布膜形成システム。
【請求項９】
帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って前記基材を移動させることによって、前記基材上に塗布膜を形成する塗布方法であって、
前記塗布液を前記基材の一方主面に向けて吐出する吐出工程と、
前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に、前記基材を介して振動を付与する振動付与工程と、を備えることを特徴とする塗布方法。
【請求項１０】
前記振動付与工程は、前記基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする請求項９に記載の塗布方法。
【請求項１１】
前記振動付与工程は、前記吐出工程において少なくとも前記基材の一方主面に向けて前記塗布液が吐出されている間、振動を付与する事を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の塗布方法。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載された塗布方法と、
前記塗布方法で塗布された前記基材上の前記塗布液を乾燥させる乾燥工程と、を備えることを特徴とする塗布膜形成方法。
【請求項１】
帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って前記基材を移動させることによって、前記基材上に塗布膜を形成する塗布装置であって、
前記塗布液を前記基材の一方主面に向けて吐出する吐出部と、
前記吐出部に前記塗布液を供給する供給手段と、
前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に、前記基材を介して振動を付与する振動付与手段と、を備えることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記吐出部が前記塗布液を吐出する吐出位置において、前記基材を他方主面から支持しつつ、前記搬送経路に沿って前記基材を走行させる支持ローラを備え、
前記振動付与手段は、前記支持ローラに対して振動を付与することで、前記支持ローラに支持される前記基材を介して、前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記搬送経路において、前記吐出部が前記塗布液を吐出する吐出位置よりも下流側に配置され、前記基材を支持しつつ、前記搬送経路に沿って前記基材を走行させる補助ローラを備え、
前記振動付与手段は、前記補助ローラに対して振動を付与することで、前記補助ローラに支持される前記基材を介して、前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に振動を付与することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記振動付与手段は、前記吐出部にも振動を付与することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の塗布装置。
【請求項５】
前記振動付与手段は、前記基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の塗布装置。
【請求項６】
前記振動付与手段は、少なくとも前記吐出部が前記基材の一方主面に向けて塗布液を吐出している間、振動を付与する事を特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項に記載の塗布装置。
【請求項７】
前記振動付与手段が超音波発振器であり、
前記超音波発振器によって発生した超音波により前記振動を付与することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の塗布装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載された塗布装置と、
前記塗布装置で塗布された前記基材上の前記塗布液を乾燥させる乾燥装置と、を備えることを特徴とする塗布膜形成システム。
【請求項９】
帯状とされた基材に対して塗布液を塗布しつつ、搬送経路に沿って前記基材を移動させることによって、前記基材上に塗布膜を形成する塗布方法であって、
前記塗布液を前記基材の一方主面に向けて吐出する吐出工程と、
前記基材の一方主面に塗布された前記塗布液に、前記基材を介して振動を付与する振動付与工程と、を備えることを特徴とする塗布方法。
【請求項１０】
前記振動付与工程は、前記基材の搬送方向と直交する水平方向の振動を付与することを特徴とする請求項９に記載の塗布方法。
【請求項１１】
前記振動付与工程は、前記吐出工程において少なくとも前記基材の一方主面に向けて前記塗布液が吐出されている間、振動を付与する事を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の塗布方法。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載された塗布方法と、
前記塗布方法で塗布された前記基材上の前記塗布液を乾燥させる乾燥工程と、を備えることを特徴とする塗布膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４８９９５（Ｐ２０１３−４８９９５Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６６７７（Ｐ２０１１−１８６６７７）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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