JP2013188663A

JP2013188663A - 間欠塗布装置

Info

Publication number: JP2013188663A
Application number: JP2012055653A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tada; 誠多田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】連続走行する支持体に精度よく間欠塗布することができるエクストルージョン型ダイヘッドを用いた塗布装置を提供する。
【解決手段】塗液を支持体上に吐出して塗膜を形成するダイヘッドと、前記ダイヘッドに塗液を圧送するポンプと、前記ポンプと前記ダイヘッドとを接続する給液経路とを備えた塗布装置であって、さらに前記給液経路は当該給液経路外へ塗液を排出できるリリーフ経路と、前記ダイヘッドへの方向と前記リリーフ経路への方向とに送液方向を切り替え可能な送液方向切替手段を備え、さらに前記ダイヘッドは当該ダイヘッド内部のマニフォールド内の空気を排出するエアベント口を備え、さらに前記エアベント口と塗液圧力調整手段とを接続するベント経路を備えることを特徴とする間欠塗布装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、エクストルージョン型ダイヘッドを用いた塗布技術に関するものであり、より詳細には、連続走行する支持体に精度よく間欠塗布することができる塗布装置に関する。

エクストルージョン型ダイヘッドを用いた塗布装置は、高精度で均一な塗膜を得やすく、また塗液劣化や異物混入が少ないといった利点があるため、光学フィルム、液晶ディスプレイ用カラーフィルターなどの製造に広く用いられている。なかでも、連続走行する支持体に対して、ダイからの塗液の吐出と停止を繰り返すことで支持体上に塗布部と間欠部を交互に形成する間欠塗布技術は、リチウムイオン電池電極の製造などに用いられている。

図１は、タンク１０１からポンプ１０２によって塗液をダイヘッド１０４に圧送し、ダイヘッド１０４の先端から支持体１０５上に間欠塗布して塗膜１０６を形成する、基本的な間欠塗布装置１００の概略図である。この装置では、ポンプ１０２とダイヘッド１０４を結ぶ給液経路１０３の途中に三方弁１０７を設けることで、間欠塗布を実現している。すなわち、ダイヘッド１０４から塗液を吐出する塗布時には塗液をダイヘッド１０４に送液し、ダイヘッド１０４から塗液を吐出しない間欠時には三方弁１０７を切り替えて塗液をリリーフ経路１０８に送液しタンク１０１に戻す。

このとき、単に三方弁１０７をリリーフ経路１０８方向に切り替えただけではダイヘッド１０４内部の圧力低下に時間がかかり、塗膜１０６の塗り終わり部の膜厚が不均一になったり、ヒゲ状に伸びた塗液が支持体１０５上の間欠部に尾を引くなど、間欠塗布の精度が悪化する場合がある。この問題を解決するため、三方弁１０７とダイヘッドの間の給液経路１０３にサックバックバルブ１０９を設置し、間欠時に給液経路１０３内部の塗液を少量吸引することでダイヘッド１０４内部の圧力を急速に低下させ、ダイヘッド１０４先端からの塗液吐出を瞬時に止めることで塗膜１０６の塗り終わり部の直線性や膜厚均一性を向上させる工夫がなされている。

しかし図１の構成の場合、間欠時にサックバックバルブ１０９に吸引された塗液は、塗液吐出再開時に給液経路１０３内に放出されるため、塗膜１０６の塗り始め部の膜厚が不均一になりやすい問題がある。この問題を解決するために、例えば図２のように、サックバックバルブ２０９と給液経路２０３との間に三方弁２１０などの送液方向切り替え手段を設け、サックバックバルブ２０９の吸引時にはダイヘッドと繋がる給液経路２０３と、サックバックバルブ２０９の放出時にはリリーフ経路２０８と接続するように切り替える提案（特許文献１参照）、図１の構成において、サックバックバルブ１０９で吸引した塗液を塗布時に放出することによる圧力変動を、別のサックバックバルブ等で吸収することで塗り始め部の膜厚精度劣化を防止する提案（特許文献２）などがされている。

特開２００２−２１９４００号公報特開２０１１−１５２５０９号公報

しかしながら、これらの装置や方法を用いても、塗布開始前のダイヘッド内空気置換で残留した空気や、塗液に混入した気泡の圧縮効果のため、サックバックバルブで吸引してもダイヘッド内部の圧力が充分急速に下がらず、塗膜塗り終わり部の直線性や膜厚均一性が充分改善しない場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、連続走行する支持体に精度よく間欠塗布することができるエクストルージョン型ダイヘッドを用いた塗布装置を提供することを課題とする。

本願発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に示す塗布装置を用いることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち請求項１に記載の発明は、塗液を支持体上に吐出して塗膜を形成するダイヘッドと、前記ダイヘッドに塗液を圧送するポンプと、前記ポンプと前記ダイヘッドとを接続する給液経路とを備えた塗布装置であって、
さらに前記給液経路は当該給液経路外へ塗液を排出できるリリーフ経路と、前記ダイヘッドへの方向と前記リリーフ経路への方向とに送液方向を切り替え可能な送液方向切替手段を備え、
さらに前記ダイヘッドは当該ダイヘッド内部のマニフォールド内の空気を排出するエアベント口を備え、
さらに前記エアベント口と塗液圧力調整手段とを接続するベント経路を備えることを特徴とする間欠塗布装置である。

また、請求項２に記載の発明は、前記ベント経路は、当該ベント経路外に塗液を排出できる排出経路とベント液流制御手段を備え、
さらに前記ベント液流制御手段は、前記送液方向切替手段がダイヘッド方向へと送液している際には前記エアベント口からの流出入を遮断することを特徴とする、請求項１に記載の間欠塗布装置である。

また、請求項３に記載の発明は、前記送液方向切替手段が前記リリーフ経路へと送液方向を切り替えるのと略同時に前記ベント液流制御手段が前記エアベント口からの流出を開放して、前記塗液圧力調整手段により発生した負圧で前記マニフォールド内の塗液を前記ベント経路内に吸引し、
さらに前記ベント液流制御手段が前記エアベント口からの流出入を遮断している間に前記塗液圧力調整手段が塗液を放出することを特徴とする、請求項２に記載の間欠塗布装置である。

本発明の塗布装置によれば、塗膜の塗り始め部及び塗り終わり部の直線性や膜厚均一性に優れた間欠塗布を実現することができる。

従って、本発明は、連続走行する支持体に精度よく間欠塗布することができるエクストルージョン型ダイヘッドを用いた塗布装置を提供できるという効果がある。

従来の間欠塗布装置の構成を説明する図。塗り始めの膜厚均一性を改善する工夫がなされた、従来の間欠塗布装置の構成を説明する図。本発明の実施例１の塗布装置の構成を説明する図。本発明の実施例１のダイヘッドの構造を説明する図。本発明の実施例１の送液方向切り替え手段３０７及びベント液流制御手段３１０のバルブ３１１及び塗液圧力調整手段３０９の動作タイミングを説明する図。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る塗布装置の好ましい一実施形態について説明する。

本発明の塗布装置は、図３に示すように、塗液を支持体３０５上に吐出して塗膜３０６を形成するダイヘッド３０４と、ダイヘッド３０４に塗液を圧送するポンプ３０２と、ポンプ３０２とダイヘッド３０４とを接続する給液経路３０３とを備えている。

さらに給液経路３０３は当該給液経路外へ塗液を排出できるリリーフ経路３０８と、ダイヘッド３０４への方向とリリーフ経路３０８への方向とに送液方向を切り替え可能な送液方向切替手段３０７を備えているため、ダイヘッド３０４からの塗液の吐出と停止を切り替えて間欠塗布することが可能である。このような送液方向切替手段３０７としては三方弁や二方弁の組み合わせを用いることができる。

さらにダイヘッド３０４は当該ダイヘッド内部のマニフォールド３１５内の空気を排出するエアベント口３１６を備え、さらにエアベント口３１６と塗液圧力調整手段３０９とを接続するベント経路３１３を備えている。このような構成とすることで、塗液圧力調整手段３０９を用いたサックバックにより塗膜塗り終わり部の直線性や膜厚均一性を改善すると同時に、間欠塗布の精度悪化の重要な要因であるマニフォールド３１５内に混入した空気を排出することができる。エアベント口３１６を設置する位置は特に限定されないが、マニフォールド３１５中に混入した空気が溜まりやすい場所、例えば塗布時に反重力側となる場所に設けることが望ましい。

さらに本発明の塗布装置は、図３に示すように、ベント経路３１３が当該ベント経路外に塗液を排出できる排出経路３１４とベント液流制御手段３１０を備えていてもよく、送液方向切替手段３０７がダイヘッド３０４方向へと送液している際（塗布時）には、ベント液流制御手段３１０が前記エアベント口３１６からの流出入を遮断するように、送液方向切替手段３０７とベント液流制御手段３１０が連動することが望ましい。このような構成とすることで、塗布時の塗液吐出流量を安定させることができ、精度の高い塗膜を得ることができる。

さらに本発明の塗布装置においては、送液方向切替手段３０７がリリーフ経路３０８へと送液方向を切り替えるのと略同時にベント液流制御手段３１０がエアベント口３１６からの流出を開放して、塗液圧力調整手段３０９により発生した負圧でマニフォールド３１５内の塗液をベント経路３１３内に吸引する制御がなされることが望ましい。このような構成とすることで、サックバックによる塗膜３０６塗り終わり部の直線性や膜厚均一性の改善をより精度よく、効果的にすることができる。

また、塗液圧力調整手段３０９に吸引された塗液は、ベント液流制御手段３１０がエア
ベント口３１６からの流出入を遮断している間にベント経路３１３に放出することで、塗布再開時の塗り始めの膜厚増加を防ぐことができる。

このような動作が可能なベント液流制御手段３１０としては、図３に示したようなバルブ３１１と逆止弁３１２を利用した構造のほか、複数のバルブを連動させた構造を利用することもできる。

以下、本発明の実施例及びその比較例を説明する。なお本発明はこの実施例によって限定されるものではない。

＜実施例１＞
本実施例１は、本発明に係る塗布装置を、リチウムイオン電池電極部材の製造に用いた例である。

本実施例１で塗布した塗液は、黒鉛５５重量部に、スチレンブタジエンラバー分散液（濃度５．０重量％，溶媒：水）１０重量部、カルボキシメチルセルロース水溶液（濃度２．０重量％）２５重量部、純水１０重量部を加えて、ディスパーで攪拌して調製した電池電極スラリーである。また、塗布幅は２００ｍｍ、塗布部長さ（搬送方向）は２５０ｍｍ、間欠部長さは５０ｍｍである。

図３に本実施例１で使用した間欠塗布装置３００の構成を示す。間欠塗布装置３００は、タンク３０１、ポンプ３０２、給液経路３０３、ダイヘッド３０４とを備えており、ダイヘッド３０４の先端から吐出された塗液は毎分２０ｍの速度で連続走行する支持体３０５（幅２２０ｍｍ，厚さ１０μｍの銅箔）上に乾燥膜厚１００μｍで塗布される。

給液経路３０３には送液方向切替手段３０７（三方弁）が備えられ、ポンプ３０２に圧送された塗液をダイヘッド３０４方向とリリーフ経路３０８方向とに切り替え可能である。

さらに、ダイヘッド３０４はエアベント口３１６を備えており、エアベント口３１６はベント経路３１３により塗液圧力調整手段３０９（サックバックバルブ）と接続されている。

さらにベント経路３１３には、バルブ３１１と逆止弁３１２からなるベント液流制御手段３１０が設けられており、ベント経路３１３は逆止弁３１２を介して排出経路３１４と接続されている。

本実施例１で用いたダイヘッドの構造を図４に示した。ダイヘッド４００は、２つのメインブロック４２５と、２つのサイドブロック４２６、給液口４２１、排液口４２２、シム４２４から構成され、エアベント口４１６が設けられている。ダイヘッド４００の内部には、円形断面のマニフォールド４１５及びスリット４２３が形成されている。

以上で説明した間欠塗布装置を用い、図５に示したタイミングで送液方向切替手段３０７（三方弁）とベント液流制御手段３１０のバルブ３１１と塗液圧力調整手段３０９（サックバックバルブ）を連動させ、間欠塗布を行った。なお排液口４２２は、実験開始前にダイヘッド内部に塗液を循環させ、空気置換を行った後は常時図示しないバルブで閉鎖した。

図５に示したように、送液方向切替手段３０７（三方弁）がリリーフ経路３０８方向に
切り替わる前に塗液圧力調整手段３０９（サックバックバルブ）が吸引を開始しているが、その時点ではまだバルブ３１１が閉鎖されているためエアベント口４１６から塗液が流出することはなく、また逆止弁３１２の効果により排出経路３１４から塗液が逆流することもないため、ベント経路３１３内に負圧が発生する。その後、送液方向切替手段３０７（三方弁）がリリーフ経路３０８方向に切り替わるのと略同時にバルブ３１１が開き、塗液圧力調整手段３０９（サックバックバルブ）の吸引によってベント経路３１３内に発生していた負圧によってエアベント口４１６から塗液が少量吸引され、マニフォールド４１５内部の圧力が低下する。その後バルブ３１１が再び閉鎖された後に、送液方向切替手段３０７（三方弁）がダイヘッド３０４方向に切り替わり、塗布が再開される。塗液圧力調整手段３０９（サックバックバルブ）に吸引された塗液が放出されるタイミングではバルブ３１１は閉鎖されており、塗液は逆止弁３１２を経由して排出経路３１４に排出されるため、塗布時の吐出量を変動させることはない。

得られた塗膜を調べたところ、塗り終わりの尾引きなどの欠陥は見られず、塗布部の搬送方向の膜厚分布を１ｍｍ間隔で測定したところ、塗り始め部、塗り終わり部を含む全点でレンジ１０μｍ以内であった。

＜比較例１＞
本比較例１では、実施例１と同一の間欠塗布装置と材料を使用したが、塗液圧力調整手段３０９（サックバックバルブ）の駆動は行わず、バルブ３１１は常時閉鎖した状態で間欠塗布を行った。

得られた塗膜を調べたところ、塗り終わりに長さ５ｍｍほどの尾引き欠陥が見られた。

本発明は、リチウムイオン電池電極部材など、高精度な間欠塗布を必要とする製品製造に利用可能である。

１００、２００、３００ … 間欠塗布装置
１０１、２０１、３０１ … タンク
１０２、２０２、３０２ … ポンプ
１０３、２０３、３０３ … 給液経路
１０４、２０４、３０４ … ダイヘッド
１０５、２０５、３０５ … 支持体
１０６、２０６、３０６ … 塗膜
１０７、２０７、３０７ … 送液方向切替手段（三方弁）
１０８、２０８、３０８ … リリーフ経路
１０９、２０９、３０９ … 塗液圧力調整手段（サックバックバルブ）
２１０、３１０ … ベント液流制御手段
３１１ … エアベントバルブ
３１２ … 逆止弁
３１３ … ベント経路
３１４ … 排出経路
１１５、２１５、３１５、４１５ … マニフォールド
３１６、４１６ … エアベント口
４００ … ダイヘッド
４２１ … 給液口
４２２ … 排液口
４２３ … スリット
４２４ … シム
４２５ … メインブロック
４２６ … サイドブロック

Claims

塗液を支持体上に吐出して塗膜を形成するダイヘッドと、前記ダイヘッドに塗液を圧送するポンプと、前記ポンプと前記ダイヘッドとを接続する給液経路とを備えた塗布装置であって、
さらに前記給液経路は当該給液経路外へ塗液を排出できるリリーフ経路と、前記ダイヘッドへの方向と前記リリーフ経路への方向とに送液方向を切り替え可能な送液方向切替手段を備え、
さらに前記ダイヘッドは当該ダイヘッド内部のマニフォールド内の空気を排出するエアベント口を備え、
さらに前記エアベント口と塗液圧力調整手段とを接続するベント経路を備えることを特徴とする間欠塗布装置。
前記ベント経路は、当該ベント経路外に塗液を排出できる排出経路とベント液流制御手段を備え、
さらに前記ベント液流制御手段は、前記送液方向切替手段がダイヘッド方向へと送液している際には前記エアベント口からの流出入を遮断することを特徴とする、請求項１に記載の間欠塗布装置。
前記送液方向切替手段が前記リリーフ経路へと送液方向を切り替えるのと略同時に前記ベント液流制御手段が前記エアベント口からの流出を開放して、前記塗液圧力調整手段により発生した負圧で前記マニフォールド内の塗液を前記ベント経路内に吸引し、
さらに前記ベント液流制御手段が前記エアベント口からの流出入を遮断している間に前記塗液圧力調整手段が塗液を放出することを特徴とする、請求項２に記載の間欠塗布装置。