涂敷裝置及涂敷方法與流程

本發明涉及一種涂敷裝置和涂敷方法，將長帶狀基體材料沿著其長度方向搬運的同時，由涂敷部將涂敷膜涂敷在基體材料上，并且由干燥部對形成有涂敷膜的基體材料進行加熱，從而使涂敷膜干燥。

背景技術：

作為這種涂敷裝置，例如已知日本特開2014-184364號公報所記載的裝置。在該裝置中，從開卷機卷出的基體材料(例如，金屬箔)利用輸送輥搬運至卷繞機，并在該卷繞機中被卷繞。這樣，對沿長度方向搬運的基體材料涂敷電極材料(例如，含有活性物質的漿糊(paste))的涂敷膜之后，由干燥部對該涂敷膜進行干燥。通過這種一系列的涂敷工序，在基體材料上形成涂敷膜。

但是，如果基體材料的種類、涂敷膜的種類或模式(pattern)等的涂敷條件發生變化，則存在對應地需要改變基于干燥部的干燥時間的情況。該情況下，在上述現有裝置中，通過搬運速度的變更來改變基體材料穿過干燥部內部的時間、即干燥時間。因此，對應該搬運速度的變更，配合變更后的搬運速度而需要對涂敷部的涂敷處理或卷繞機的巻取條件等進行再調整。

這種再調整成為產生損耗時間的因素，由此導致裝置運轉率的低下。另外，調整頻率高導致涂敷工序變得不穩定，從而存在導致最終產品的品質低下的現象。

技術實現要素：

本發明是鑒于上述問題而提出的，本發明的目的在于，提供一種涂敷裝置和涂敷方法，在不改變搬運速度的情況下改變干燥時間來能夠應對各種涂敷條件，并且能夠以優異的運轉率且以穩定的品質在基體材料上形成涂敷膜。

本發明的一實施方式提供的涂敷裝置，其特征在于，包括：搬運部，其用于將長帶狀基體材料沿著所述基體材料的長度方向搬運；涂敷部，其用于將涂敷膜涂敷于由搬運部搬運的基體材料；干燥部，其對由搬運部從涂敷部搬運而至的基體材料進行加熱并使涂敷膜干燥；路徑長度變更部，其用于變更基體材料在干燥部內的搬運路徑長度。

另外，本發明的其他實施方式提供一種涂敷方法，其為將長帶狀基體材料沿所述基體材料的長度方向搬運的同時，由涂敷部將涂敷膜涂敷在基體材料上，并且由干燥部對形成有涂敷膜的基體材料進行加熱并使涂敷膜干燥的涂敷方法，其特征在于，通過變更基體材料在干燥部內的搬運路徑長度，來變更干燥時間。

如上所述，根據本發明，通過加熱在干燥部內搬運的基體材料而使涂敷膜干燥。而且，通過改變基體材料在干燥部內的搬運路徑長度來改變干燥時間。由此，在不改變基體材料的搬運速度的情況下，能夠改變干燥時間。因此，能夠應對各種各樣的涂敷條件，并且能夠以優異的運轉率且以穩定的品質在基體材料上形成涂敷膜。

附圖說明

圖1是示出本發明一實施方式的涂敷裝置整體結構的圖。

圖2是示出在圖1的涂敷裝置中設有的搬運部的一部分及干燥部的結構的圖。

圖3A是示出圖2中的干燥部中加熱區域的切換機構的結構的圖。

圖3B是示意性地示出切換機構對加熱區域的切換動作的圖。

圖4是示出圖1的涂敷裝置的主要電連接結構的方框圖。

圖5A是示出改變干燥時間之前的干燥部和搬運部的動作一例的示意圖。

圖5B是示出干燥時間的變更動作中的干燥部和搬運部的動作一例的示意圖。

圖5C是示出改變干燥時間之后的干燥部和搬運部的動作一例的示意圖。

附圖標記說明

1…涂敷裝置

10…涂敷部

20…干燥部

30…搬運部

34…(第二)輸送輥

35、351～353…浮動輥(floating roller)(第一輸送輥)

40…基體材料

41…(基體材料的)表面

42…(基體材料的)背面

50…控制部(路徑長度變更部)

60…涂敷膜

90…顯示輸入部

221～223…干燥室

271～273…濃度計

354…氣體排出孔

X…(基體材料的)長度方向

Vc…搬運速度

具體實施方式

圖1是示出本發明一實施方式的涂敷裝置整體結構的圖。需要說明的是，在圖1及其后的各個附圖中，為了明確方向關系，標注有將Z軸方向作為鉛直方向且將XY平面作為水平面的XYZ正交坐標系。另外，在圖1及其后的各個附圖中，為便于理解，根據需要夸張或簡化描繪了各個部位的尺寸或數量。

涂敷裝置1是將帶狀基體材料沿著規定的搬運方向搬運，同時將含有活性物質材料的涂敷液排出在基體材料的表面上，從而將涂敷膜涂敷在基體材料上，并且由干燥部使涂敷膜干燥，由此制造鋰離子二次電池的電極的裝置。在涂敷裝置1中，設置有用于涂敷上述涂敷膜的涂敷部10、用于干燥基體材料上的涂敷膜的干燥部20、用于搬運基體材料的搬運部30。

在本實施方式中，作為基體材料40，采用了起到鋰離子二次電池的集電體的功能的帶狀金屬箔。此處，基體材料40的形狀呈長條片(sheet)狀。另外，對基體材料40的寬度和厚度無特別限定，但是基體材料40的寬度可形成為600mm～700mm，基體材料40的厚度可形成為10μm～20μm。另外，在涂敷裝置1中，在制造鋰離子二次電池的正極的情況下，作為基體材料40，可以使用例如鋁箔(Al)。另一方面，在制造負極的情況下，作為基體材料40，可以使用例如銅箔(Cu)。

為搬運這種帶狀基體材料40，搬運部30以如下方式構成。如圖1所示，搬運部30具有開卷輥31和卷繞輥32。而且，搬運部30根據來自用于控制裝置整體的控制部50(圖4)的旋轉指令而使驅動馬達31a旋轉，由此如圖1中的箭頭AR1所示那樣，從開卷輥31向涂敷部10送出基體材料40。另外，搬運部30根據來自控制部50的旋轉指令而使驅動馬達32a旋轉，由此如圖1中的箭頭AR3所示那樣，將由干燥部20已進行熱處理的基體材料40經由送出輥36卷繞在卷繞輥32。如此地，在本實施方式中，通過同步驅動兩個驅動馬達31a、32a，可以以期望的搬運速度Vc搬運基體材料40。

另外，如圖1中的箭頭AR2所示那樣，搬運部30將由涂敷部10已進行涂敷處理的基體材料40以水平姿勢從搬入輥33搬運至干燥部20。在該干燥部20中設置有兩種類型的輥子、即輸送輥34和浮動輥35，基體材料40利用這些輥子34、35穿過干燥部20的內部。需要說明的是，在干燥部20中，將浮動輥35作為可以在鉛直方向Z上進行移動的可動輥子，并根據浮動輥35在鉛直方向Z上的定位來改變基體材料40的搬運路徑長度。由此，可以改變在干燥部20中實施的干燥處理的時間。關于這點，之后進行詳細敘述。

涂敷部10通過從噴嘴11向卷掛在支撐輥12上的基體材料40涂敷作為電極材料的活性物質的涂敷液，在基體材料40上形成涂敷膜。更具體地，如圖1所示，噴嘴11配置在與支撐輥12對置的位置。在噴嘴11的前端，設置有沿著基體材料40寬度方向(相對于圖1紙面的垂直方向)形成的狹縫狀排出口(省略圖示)。涂敷液從該排出口朝向被支撐輥12按壓支撐的基體材料40排出。由此，涂敷膜(圖2中的附圖標記60)涂敷于基體材料40。而且，基體材料40以使涂敷膜位于鉛直上方的水平狀態經由搬入輥33搬運至干燥部20。

圖2是示出在圖1的涂敷裝置中設置的搬運部30的一部分及干燥部20的結構的圖。另外，圖3A是示出圖2的干燥部中加熱區域的切換機構的結構的圖，圖3B是模式性地示出切換機構對加熱區域的切換動作的圖。另外，圖4是示出圖1的涂敷裝置的主要電連接結構的方框圖。

干燥部20具有框體21，該框體21的內部被兩個分隔構件211、212分隔成三個干燥室221～223。如圖1和圖2所示，這些三個干燥室221～223在X方向上排列。在該框體21的(-X)側面設置有搬入口213，該搬入口213用于將從涂敷部10搬運而至的基體材料40、即在其表面41涂敷有涂敷膜60的基體材料40搬入至第一干燥室221；另一方面，在(+X)側面設置有搬出口214，該搬出口214用于將由干燥部20已進行干燥處理的基體材料40從第三干燥室223搬出。另外，在各分隔構件211、212上設置有通路，該通路用于將基體材料40利用輸送輥34搬運，并且該通路位于搬入口213和搬出口214之間。而且，基體材料40經由搬入口213、通路以及搬出口214可以按照干燥室221～223的排列順序通過各個干燥室221～223。

在這樣構成的框體21的內部，如圖2所示，分別在搬入口213附近的位置、設置于分隔構件211、212的貫通孔以及搬出口214附近的位置配置有輸送輥34。這些輸送輥34與未形成有涂敷膜60的基體材料背面42對置并且直接接觸的同時在搬運方向X上搬運基體材料40。

另外，在各個干燥室221～223配置有浮動輥35。各個浮動輥35是中空的吹氣滾筒，在其下方側的大致半圓筒的壁面形成有多個氣體排出孔354。鼓風機355與浮動輥35連通(圖4)。而且，當鼓風機355按照來自控制部50的動作指令進行工作時，空氣等氣體從各個氣體排出孔354排出，利用被噴射的氣體與基體材料40的張力之間取得平衡的同時使基體材料40浮起。需要說明的是，關于浮動輥35的結構和動作，例如在日本特開平5-31430號公報、日本特開2001-310148號公報等已詳細記載，因此在這里省略浮動輥35的結構的詳細說明。在以下的說明中，當區分設置于各個干燥室221～223的浮動輥35時，分別稱為“浮動輥351”、“浮動輥352”、“浮動輥353”。

這些浮動輥351～353分別在干燥室221～223內，沿鉛直方向Z獨立地且自如地進行升降，并且與升降機構356連接。而且，當升降機構356按照來自控制部50的升降指令進行工作時，浮動輥351在干燥室221內進行升降，并定位在期望高度的位置。通過與該浮動輥351的升降移動同步地使浮動輥351的上游側的搬運速度和下游側的搬運速度產生差異，基體材料40以從浮動輥351的輥子表面僅浮起固定間隔的狀態追隨浮動輥351的升降動作。其結果，基體材料40在干燥室221中的搬運路徑被改變，從而搬運長度也隨之而改變。需要說明的是，當升降動作被停止且浮動輥351的上游側和下游側的搬運速度返回到相同的值時，基體材料40在變更之后的搬運路徑上被搬運。

另外，其他的浮動輥352、353也與浮動輥351相同，分別在干燥室222、223內被定位而可改變搬運長度。如此地，在本實施方式中，可以分別獨立地對干燥室221～223內的搬運長度進行調整。

在干燥室221～223內，對應浮動輥351～353進行升降的范圍、即改變搬運路徑的范圍而配置多個噴嘴23。更詳細地，如圖3A所示，一對噴嘴23以在X方向上使成為基體材料40搬運路徑的干燥室221內部空間241夾在其間的方式設置有三組。這些三組的一對噴嘴(噴嘴23、23)在鉛直方向Z上以互不相同高度安裝于框體21的內壁和分隔構件211。另外，設置于最上部位置的噴嘴23a、23a經由閥門25a、設置于中部位置的噴嘴23b、23b經由閥門25b、設置于最下部位置的噴嘴23c、23c經由閥門25c均與熱風的供給源即熱風供給部80連接。

當按照來自控制部50的開啟指令開啟所有的閥門25a～25c時，如圖3B中的(a)欄所示，從所有的噴嘴23a～23c噴射熱風，由此內部空間241整體形成高溫，從而形成用于加熱基體材料40的加熱區域(全部干燥)。另外，在閉合閥門25c的狀態下，按照來自控制部50的開啟指令開啟閥門25a、25b時，如圖3B中的(b)欄所示，從噴嘴23a、23b噴射熱風，由此內部空間241中的上部和中部形成加熱區域(中上部干燥)。進一步地，在閉合閥門25b、25c的狀態下，按照來自控制部50的開啟指令僅開啟閥門25a時，如圖3B中的(c)欄所示，從噴嘴23a噴射熱風，由此內部空間241中的上部形成加熱區域(上部干燥)。如此地，在本實施方式中，能夠獨立地對每個干燥室221～223的干燥溫度或熱風的風量等進行控制，而且如上所述那樣，也可以對各個干燥室221～223內的干燥區域(圖3中的陰影部分)進行三級切換。

返回到圖2，繼續說明干燥部20的結構。在框體21的天花板部分設置分別與干燥室221～223連通的排氣口261～263，能夠分別經由排氣口261～263對干燥室221～223進行排氣。另外，在排氣口261～263分別對應地設置有濃度計271～273。這些濃度計271～273分別測量經由排氣口261～263排出的氣體成分所含有的有機化合物(Volatile Organic Compounds)的濃度，并將其測量結果發送至控制部50。這樣，在本實施方式中，可以實時地監控在各干燥室221～223內進行干燥處理時所產生的有機化合物氣體的濃度。

為了控制如上所述那樣構成的涂敷裝置1的各個部的動作，設置控制部50。如圖4所示，該控制部50與普通的計算機同樣具有：用于進行各種運算處理的CPU51、用于存儲基本程序的讀取專用ROM52、用于存儲各種信息的讀寫自如的RAM53以及用于存儲處理程序或數據等的固定磁盤54等。該控制部50不僅與上述的開卷用驅動馬達31a、卷繞用驅動馬達32a、鼓風機355、升降機構356、閥門25a～25c、濃度計271～273以及熱風供給部80電連接，還以觸摸面板的方式顯示各種信息，并且也與用于接收操作員的輸入的顯示輸入部90電連接。

控制部50通過將存儲于固定磁盤54的處理程序解壓到RAM53，并由CPU51運行該處理程序，將基體材料40由搬運部30沿著其長度方向進行搬運的同時，由涂敷部10將涂敷膜60涂敷在基體材料40上，并且由干燥部20對形成有涂敷膜60的基體材料40進行加熱，從而使涂敷膜60干燥。另外，改變例如涂敷液的種類或涂敷量等時，與此對應地需要變更干燥部20中的干燥時間。于是，在本實施方式中，控制部50的CPU51按照如下進行說明那樣控制裝置的各個部，由此應付干燥時間的變更。以下，參照圖5A至圖5C，詳細說明干燥時間的變更動作。

圖5A是示出改變干燥時間之前的干燥部和搬運部的動作一例的示意圖。圖5B是示出干燥時間的變更動作中的干燥部和搬運部的動作一例的示意圖。進一步地，圖5C是示出改變干燥時間之后的干燥部和搬運部的動作一例的示意圖。例如，如圖5A所示，在浮動輥351～353均定位于高度位置Z0的情況下，基體材料40在各個干燥室221～223中的搬運路徑的長度(以下稱為“路徑長度”)相同，基體材料40穿過各個干燥室221～223所需的時間、即各個干燥室221～223中的干燥時間相同。需要說明的是，同一附圖中的附圖標記Vin、Vout分別表示基體材料40相對于干燥部20的搬入速度和搬出速度，其與基體材料40利用搬運部30進行搬運的搬運速度Vc相一致。

在此，有時需要改變涂敷膜60的種類或模式等涂敷條件，并隨之改變干燥時間。在該情況下，操作員可以經由顯示輸入部90向控制部50輸入干燥時間的變更輸入。例如，事先將涂敷條件和各個干燥室221～223中的干燥時間之間的關系以匹配的方式輸入多個并進行存儲時，操作員將這些匹配關系顯示在顯示輸入部90，并從這些匹配關系中進行選擇，由此能夠簡單地設定變更之后的干燥時間。當然，干燥時間的設定方法并不限于這些，例如也可以經由顯示輸入部90直接輸入變更之后的干燥時間。

如果設定了各個干燥室221～223中的變更之后的干燥時間，則控制部50使各個浮動輥351～353升降并使其定位在與變更之后的干燥時間相對應的高度位置。即，控制部50運算出變更之后的高度位置、即目標高度位置，并且將各個浮動輥351～353定位在目標高度位置。通過浮動輥351～353的定位來改變各個干燥室221～223中的路徑長度，由此結束干燥時間的變更。需要說明的是，通過與該升降動作同步地控制搬入速度Vin和搬出速度Vout，不向基體材料40施加過大的張力就能夠對各個浮動輥351～353進行定位。

例如，在不改變干燥室222、223中的干燥時間而僅僅縮短干燥室221中的干燥時間的情況下，如圖5B所示，控制部50僅僅使浮動輥351上升至目標高度位置Z1，并且將搬出速度Vout設定成大于搬入速度Vin。在同一圖中，以將搬出速度Vout維持在搬運速度Vc的狀態暫時停止向干燥部20搬入基體材料40，換言之，將搬入速度Vin設定為零，但速度的設定并不限于此，也可以根據移動浮動輥351所需的時間，控制搬入速度Vin和搬出速度Vout之間的速度差。

如圖5C所示，當浮動輥351定位在目標高度位置Z1時，控制部50將搬入速度Vin恢復至搬運速度Vc。據此，基體材料40在干燥室221中的搬運長度被改變，且干燥室221中的干燥時間的變更處理結束。需要說明的是，由于隨著浮動輥351的移動而無需在干燥室221的最下部實施加熱，因此，在本實施方式中，控制部50向對應干燥室221設置的閥門中的閥門25c發出關閉指令而使其閉合，由此，使噴嘴23c停止向干燥室221的最下部區域噴射熱風。據此，干燥室221中的干燥區域成為中上部(參照圖3B中的(b)欄)，從而能夠防止能量額外浪費。

如上所述，根據本實施方式，由于能夠通過搬運長度的變更來調整干燥部20中進行的干燥處理，因此不改變搬運速度Vc就能夠實施各種涂敷處理。其結果，無需對現有技術中成為問題的涂敷條件或卷繞條件等進行再調整，就能夠以優異的運轉率且以穩定的品質在基體材料40的表面41上形成涂敷膜60。

另外，在上述實施方式中，能夠改變每個干燥室221～223的干燥時間，而且能夠個別地設定加熱溫度或熱風風量等。因此，與現有技術相比，能夠進行通用性高且精度高的干燥處理。

另外，在各個干燥室221～223中，從對應于基體材料40的搬運長度的干燥工具、即噴嘴23噴射熱風，由此能夠改變加熱區域。因此，防止額外浪費能量，從而具有優異的能效。

另外，在上述實施方式中，由于與基體材料40的兩個主面中涂敷有涂敷膜60的表面41相對置的輥子是由浮動輥351～353構成的，因此能夠防止直接與涂敷膜60接觸，從而能夠穩定地形成涂敷膜60。

進一步地，在上述實施方式中，能夠利用濃度計271～273，分別實時地監控從干燥室221～223排出的氣體成分所含有的有機化合物氣體的濃度，并將與之相關的信息發送至控制部50。于是，也可以構成為，當有機化合物氣體的濃度超過設定值時，使浮動輥351～353移動而調整干燥時間，使得排氣中的有機化合物氣體的濃度抑制在設定值以下。如此地，能夠將排氣中的有機化合物氣體的濃度抑制在設定值以下的同時進行涂敷處理和干燥處理。

需要說明的是，本發明并不限定于如上所述的實施方式，在不脫離發明宗旨的范圍內可以進行除上述以外的各種變更。例如，在上述實施方式中，與基體材料40的表面41相對置的所有輥子均由浮動輥351～353構成，但是，在與涂敷膜60的接觸不會出現問題的情況下，也可以使用普通輸送輥進行搬運。例如，在如上所述的實施方式那樣配置有多個干燥室的情況下，由于涂敷膜60在搬運至后段側的時間點已經干燥了某種程度，因此，也可以在后段側使輸送輥直接接觸于基體材料40的表面41。

另外，在上述實施方式中，在干燥部20內設置有三個干燥室221～223，但是干燥室的數量并不限于“三個”，可以設置任意數量。

此外，在上述實施方式中，作為加熱機構使用了用于噴射熱風的噴嘴，但加熱機構并不限于這些，例如可以使用加熱器或紅外線燈等。

另外，在上述實施方式中，本發明適用于在基體材料40的表面41上形成涂敷膜60的涂敷裝置1，但是本發明也可以適用于在基體材料40的背面42上形成涂敷膜的涂敷裝置，或者在基體材料40的表面41和背面42上均形成涂敷膜的涂敷裝置。在基體材料40的背面42上涂敷涂敷膜的情況下，與背面42相對置的輸送輥34優選由浮動輥構成。

此外，在上述實施方式中，本發明適用于將基體材料40以水平姿勢從涂敷部10向干燥部20搬運的涂敷裝置1，但是本發明也可以適用于在上下方向上傾斜搬運的、例如以上坡或下坡的方式從涂敷部10向干燥部20搬運的涂敷裝置。

如上所述，在上述實施方式中，控制部50起到作為本發明的“路徑長度變更部”的作用。另外，基體材料40的表面41和背面42分別相當于本發明的“基體材料的一側主面”和“基體材料的另一側主面”。另外，浮動輥35相當于本發明的“第一輸送輥”和“可動輥子”的一例，輸送輥34相當于本發明的“第二輸送輥”的一例。另外，顯示輸入部90相當于本發明的“輸入部”的一例，噴嘴23、閥門25a～25c以及熱風供給部80起到作為本發明的“加熱機構”的作用。進一步地，排氣口261～263起到作為本發明的“排氣機構”的作用。

以上，通過示例說明了具體的實施方式，但是，本發明例如也可以構成為，搬運部包括：第一輸送輥，其在干燥部內與基體材料的一側主面對置而用于搬運基體材料；第二輸送輥，其在干燥部內與基體材料的另一側主面對置而用于搬運基體材料；路徑長度變更部將第一輸送輥和第二輸送輥中的至少一個輸送輥作為可動輥子且通過使可動輥子位移，來改變基體材料的搬運路徑的長度。

另外，也可以構成為，涂敷部將涂敷膜涂敷在基體材料的一側主面上，第一輸送輥從形成于輥子表面的多個氣體排出孔噴射氣體，并且利用該氣體使基體材料的一側主面從輥子表面浮起并搬運基體材料。

此外，也可以構成為，涂敷部將涂敷膜涂敷在基體材料的另一側主面上，第二輸送輥從形成于輥子表面的多個氣體排出孔噴射氣體，并且利用該氣體使基體材料的另一側主面從輥子表面浮起并搬運基體材料。

另外，也可以構成為，干燥部分隔為多個干燥室，搬運部使形成有涂敷膜的基體材料按照多個干燥室的排列順序穿過各個干燥室，并且可動輥子設置在各個干燥室，路徑長度變更部在各個干燥室內獨立地對可動輥子進行定位。

另外，也可以構成為，干燥部在每個干燥室設置可對用于加熱并干燥基體材料的干燥區域進行變更的加熱機構，并且路徑長度變更部在各個干燥室內根據可動輥子的位置而獨立地變更干燥區域。

此外，也可以構成為，包括輸入部，其用于輸入對形成有涂敷膜的基體材料進行干燥的干燥時間，路徑長度變更部根據輸入于輸入部的干燥時間而對可動輥子進行定位。

進一步地，也可以構成為，干燥部在每個干燥室設置用于對干燥室進行排氣的排氣機構、用于測量由排氣機構排出的氣體所含有的機化合物的濃度的濃度計，并且路徑長度變更部根據由濃度計對每個干燥室進行測量的有機化合物的濃度值而獨立地對可動輥子進行定位。

本發明能夠適用于將長帶狀基體材料沿著其長度方向搬運的同時由涂敷部將涂敷膜涂敷在基體材料上，并且由干燥部對形成有涂敷膜的基體材料進行加熱而使涂敷膜干燥的整個涂敷技術中。