塗敷裝置及塗敷方法與流程
2023-06-01 18:44:36 3
本發明涉及一種塗敷裝置和塗敷方法,將長帶狀基體材料沿著其長度方向搬運的同時,由塗敷部將塗敷膜塗敷在基體材料上,並且由乾燥部對形成有塗敷膜的基體材料進行加熱,從而使塗敷膜乾燥。
背景技術:
作為這種塗敷裝置,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,並在該卷繞機中被卷繞。這樣,對沿長度方向搬運的基體材料塗敷電極材料(例如,含有活性物質的漿糊(paste))的塗敷膜之後,由乾燥部對該塗敷膜進行乾燥。通過這種一系列的塗敷工序,在基體材料上形成塗敷膜。
但是,如果基體材料的種類、塗敷膜的種類或模式(pattern)等的塗敷條件發生變化,則存在對應地需要改變基於乾燥部的乾燥時間的情況。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乾燥部內部的時間、即乾燥時間。因此,對應該搬運速度的變更,配合變更後的搬運速度而需要對塗敷部的塗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,調整頻率高導致塗敷工序變得不穩定,從而存在導致最終產品的品質低下的現象。
技術實現要素:
本發明是鑑於上述問題而提出的,本發明的目的在於,提供一種塗敷裝置和塗敷方法,在不改變搬運速度的情況下改變乾燥時間來能夠應對各種塗敷條件,並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塗敷膜。
本發明的一實施方式提供的塗敷裝置,其特徵在於,包括:搬運部,其用於將長帶狀基體材料沿著所述基體材料的長度方向搬運;塗敷部,其用於將塗敷膜塗敷於由搬運部搬運的基體材料;乾燥部,其對由搬運部從塗敷部搬運而至的基體材料進行加熱並使塗敷膜乾燥;路徑長度變更部,其用於變更基體材料在乾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塗敷方法,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,由塗敷部將塗敷膜塗敷在基體材料上,並且由乾燥部對形成有塗敷膜的基體材料進行加熱並使塗敷膜乾燥的塗敷方法,其特徵在於,通過變更基體材料在乾燥部內的搬運路徑長度,來變更乾燥時間。
如上所述,根據本發明,通過加熱在乾燥部內搬運的基體材料而使塗敷膜乾燥。而且,通過改變基體材料在乾燥部內的搬運路徑長度來改變乾燥時間。由此,在不改變基體材料的搬運速度的情況下,能夠改變乾燥時間。因此,能夠應對各種各樣的塗敷條件,並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塗敷膜。
附圖說明
圖1是示出本發明一實施方式的塗敷裝置整體結構的圖。
圖2是示出在圖1的塗敷裝置中設有的搬運部的一部分及乾燥部的結構的圖。
圖3A是示出圖2中的乾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的塗敷裝置的主要電連接結構的方框圖。
圖5A是示出改變乾燥時間之前的乾燥部和搬運部的動作一例的示意圖。
圖5B是示出乾燥時間的變更動作中的乾燥部和搬運部的動作一例的示意圖。
圖5C是示出改變乾燥時間之後的乾燥部和搬運部的動作一例的示意圖。
附圖標記說明
1…塗敷裝置
10…塗敷部
20…乾燥部
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…塗敷膜
90…顯示輸入部
221~223…乾燥室
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塗敷裝置整體結構的圖。需要說明的是,在圖1及其後的各個附圖中,為了明確方向關係,標註有將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及其後的各個附圖中,為便於理解,根據需要誇張或簡化描繪了各個部位的尺寸或數量。
塗敷裝置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塗敷液排出在基體材料的表面上,從而將塗敷膜塗敷在基體材料上,並且由乾燥部使塗敷膜乾燥,由此製造鋰離子二次電池的電極的裝置。在塗敷裝置1中,設置有用於塗敷上述塗敷膜的塗敷部10、用於乾燥基體材料上的塗敷膜的乾燥部20、用於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,採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,在塗敷裝置1中,在製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,在製造負極的情況下,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根據來自用於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向塗敷部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,將由乾燥部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將由塗敷部10已進行塗敷處理的基體材料40以水平姿勢從搬入輥33搬運至乾燥部20。在該乾燥部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穿過乾燥部20的內部。需要說明的是,在乾燥部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,並根據浮動輥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,可以改變在乾燥部20中實施的乾燥處理的時間。關於這點,之後進行詳細敘述。
塗敷部10通過從噴嘴11向卷掛在支撐輥12上的基體材料40塗敷作為電極材料的活性物質的塗敷液,在基體材料40上形成塗敷膜。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(相對於圖1紙面的垂直方向)形成的狹縫狀排出口(省略圖示)。塗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,塗敷膜(圖2中的附圖標記60)塗敷於基體材料40。而且,基體材料40以使塗敷膜位於鉛直上方的水平狀態經由搬入輥33搬運至乾燥部20。
圖2是示出在圖1的塗敷裝置中設置的搬運部30的一部分及乾燥部20的結構的圖。另外,圖3A是示出圖2的乾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的塗敷裝置的主要電連接結構的方框圖。
乾燥部20具有框體21,該框體21的內部被兩個分隔構件211、212分隔成三個乾燥室221~223。如圖1和圖2所示,這些三個乾燥室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用於將從塗敷部10搬運而至的基體材料40、即在其表面41塗敷有塗敷膜60的基體材料40搬入至第一乾燥室221;另一方面,在(+X)側面設置有搬出口214,該搬出口214用於將由乾燥部20已進行乾燥處理的基體材料40從第三乾燥室223搬出。另外,在各分隔構件211、212上設置有通路,該通路用於將基體材料40利用輸送輥34搬運,並且該通路位於搬入口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可以按照乾燥室221~223的排列順序通過各個乾燥室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、設置於分隔構件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與未形成有塗敷膜60的基體材料背面42對置並且直接接觸的同時在搬運方向X上搬運基體材料40。
另外,在各個乾燥室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,關於浮動輥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,因此在這裡省略浮動輥35的結構的詳細說明。在以下的說明中,當區分設置於各個乾燥室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分別在乾燥室221~223內,沿鉛直方向Z獨立地且自如地進行升降,並且與升降機構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在乾燥室221內進行升降,並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的上遊側的搬運速度和下遊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在乾燥室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的上遊側和下遊側的搬運速度返回到相同的值時,基體材料40在變更之後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,分別在乾燥室222、223內被定位而可改變搬運長度。如此地,在本實施方式中,可以分別獨立地對乾燥室221~223內的搬運長度進行調整。
在乾燥室221~223內,對應浮動輥351~353進行升降的範圍、即改變搬運路徑的範圍而配置多個噴嘴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搬運路徑的乾燥室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於框體21的內壁和分隔構件211。另外,設置於最上部位置的噴嘴23a、23a經由閥門25a、設置於中部位置的噴嘴23b、23b經由閥門25b、設置於最下部位置的噴嘴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,從而形成用於加熱基體材料40的加熱區域(全部乾燥)。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(中上部乾燥)。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(上部乾燥)。如此地,在本實施方式中,能夠獨立地對每個乾燥室221~223的乾燥溫度或熱風的風量等進行控制,而且如上所述那樣,也可以對各個乾燥室221~223內的乾燥區域(圖3中的陰影部分)進行三級切換。
返回到圖2,繼續說明乾燥部20的結構。在框體21的天花板部分設置分別與乾燥室221~223連通的排氣口261~263,能夠分別經由排氣口261~263對乾燥室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,並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乾燥室221~223內進行乾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塗敷裝置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:用於進行各種運算處理的CPU51、用於存儲基本程序的讀取專用ROM52、用於存儲各種信息的讀寫自如的RAM53以及用於存儲處理程序或數據等的固定磁碟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,並且也與用於接收操作員的輸入的顯示輸入部90電連接。
控制部50通過將存儲於固定磁碟54的處理程序解壓到RAM53,並由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,由塗敷部10將塗敷膜60塗敷在基體材料40上,並且由乾燥部20對形成有塗敷膜60的基體材料40進行加熱,從而使塗敷膜60乾燥。另外,改變例如塗敷液的種類或塗敷量等時,與此對應地需要變更乾燥部20中的乾燥時間。於是,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,由此應付乾燥時間的變更。以下,參照圖5A至圖5C,詳細說明乾燥時間的變更動作。
圖5A是示出改變乾燥時間之前的乾燥部和搬運部的動作一例的示意圖。圖5B是示出乾燥時間的變更動作中的乾燥部和搬運部的動作一例的示意圖。進一步地,圖5C是示出改變乾燥時間之後的乾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均定位於高度位置Z0的情況下,基體材料40在各個乾燥室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穿過各個乾燥室221~223所需的時間、即各個乾燥室221~223中的乾燥時間相同。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相對於乾燥部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,有時需要改變塗敷膜60的種類或模式等塗敷條件,並隨之改變乾燥時間。在該情況下,操作員可以經由顯示輸入部90向控制部50輸入乾燥時間的變更輸入。例如,事先將塗敷條件和各個乾燥室221~223中的乾燥時間之間的關係以匹配的方式輸入多個並進行存儲時,操作員將這些匹配關係顯示在顯示輸入部90,並從這些匹配關係中進行選擇,由此能夠簡單地設定變更之後的乾燥時間。當然,乾燥時間的設定方法並不限於這些,例如也可以經由顯示輸入部90直接輸入變更之後的乾燥時間。
如果設定了各個乾燥室221~223中的變更之後的乾燥時間,則控制部50使各個浮動輥351~353升降並使其定位在與變更之後的乾燥時間相對應的高度位置。即,控制部50運算出變更之後的高度位置、即目標高度位置,並且將各個浮動輥351~353定位在目標高度位置。通過浮動輥351~353的定位來改變各個乾燥室221~223中的路徑長度,由此結束乾燥時間的變更。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,在不改變乾燥室222、223中的乾燥時間而僅僅縮短乾燥室221中的乾燥時間的情況下,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,並且將搬出速度Vout設定成大於搬入速度Vin。在同一圖中,以將搬出速度Vout維持在搬運速度Vc的狀態暫時停止向乾燥部20搬入基體材料40,換言之,將搬入速度Vin設定為零,但速度的設定並不限於此,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在乾燥室221中的搬運長度被改變,且乾燥室221中的乾燥時間的變更處理結束。需要說明的是,由於隨著浮動輥351的移動而無需在乾燥室221的最下部實施加熱,因此,在本實施方式中,控制部50向對應乾燥室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停止向乾燥室221的最下部區域噴射熱風。據此,乾燥室221中的乾燥區域成為中上部(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,由於能夠通過搬運長度的變更來調整乾燥部20中進行的乾燥處理,因此不改變搬運速度Vc就能夠實施各種塗敷處理。其結果,無需對現有技術中成為問題的塗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上形成塗敷膜60。
另外,在上述實施方式中,能夠改變每個乾燥室221~223的乾燥時間,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乾燥處理。
另外,在各個乾燥室221~223中,從對應於基體材料40的搬運長度的乾燥工具、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,由於與基體材料40的兩個主面中塗敷有塗敷膜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塗敷膜60接觸,從而能夠穩定地形成塗敷膜60。
進一步地,在上述實施方式中,能夠利用濃度計271~273,分別實時地監控從乾燥室221~223排出的氣體成分所含有的有機化合物氣體的濃度,並將與之相關的信息發送至控制部50。於是,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移動而調整乾燥時間,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塗敷處理和乾燥處理。
需要說明的是,本發明並不限定於如上所述的實施方式,在不脫離發明宗旨的範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,在與塗敷膜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乾燥室的情況下,由於塗敷膜60在搬運至後段側的時間點已經乾燥了某種程度,因此,也可以在後段側使輸送輥直接接觸於基體材料40的表面41。
另外,在上述實施方式中,在乾燥部20內設置有三個乾燥室221~223,但是乾燥室的數量並不限於「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於噴射熱風的噴嘴,但加熱機構並不限於這些,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,本發明適用於在基體材料40的表面41上形成塗敷膜60的塗敷裝置1,但是本發明也可以適用於在基體材料40的背面42上形成塗敷膜的塗敷裝置,或者在基體材料40的表面41和背面42上均形成塗敷膜的塗敷裝置。在基體材料40的背面42上塗敷塗敷膜的情況下,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,本發明適用於將基體材料40以水平姿勢從塗敷部10向乾燥部20搬運的塗敷裝置1,但是本發明也可以適用於在上下方向上傾斜搬運的、例如以上坡或下坡的方式從塗敷部10向乾燥部20搬運的塗敷裝置。
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分別相當於本發明的「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相當於本發明的「第一輸送輥」和「可動輥子」的一例,輸送輥34相當於本發明的「第二輸送輥」的一例。另外,顯示輸入部90相當於本發明的「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,其在乾燥部內與基體材料的一側主面對置而用於搬運基體材料;第二輸送輥,其在乾燥部內與基體材料的另一側主面對置而用於搬運基體材料;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,塗敷部將塗敷膜塗敷在基體材料的一側主面上,第一輸送輥從形成於輥子表面的多個氣體排出孔噴射氣體,並且利用該氣體使基體材料的一側主面從輥子表面浮起並搬運基體材料。
此外,也可以構成為,塗敷部將塗敷膜塗敷在基體材料的另一側主面上,第二輸送輥從形成於輥子表面的多個氣體排出孔噴射氣體,並且利用該氣體使基體材料的另一側主面從輥子表面浮起並搬運基體材料。
另外,也可以構成為,乾燥部分隔為多個乾燥室,搬運部使形成有塗敷膜的基體材料按照多個乾燥室的排列順序穿過各個乾燥室,並且可動輥子設置在各個乾燥室,路徑長度變更部在各個乾燥室內獨立地對可動輥子進行定位。
另外,也可以構成為,乾燥部在每個乾燥室設置可對用於加熱並乾燥基體材料的乾燥區域進行變更的加熱機構,並且路徑長度變更部在各個乾燥室內根據可動輥子的位置而獨立地變更乾燥區域。
此外,也可以構成為,包括輸入部,其用於輸入對形成有塗敷膜的基體材料進行乾燥的乾燥時間,路徑長度變更部根據輸入於輸入部的乾燥時間而對可動輥子進行定位。
進一步地,也可以構成為,乾燥部在每個乾燥室設置用於對乾燥室進行排氣的排氣機構、用於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,並且路徑長度變更部根據由濃度計對每個乾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。
本發明能夠適用於將長帶狀基體材料沿著其長度方向搬運的同時由塗敷部將塗敷膜塗敷在基體材料上,並且由乾燥部對形成有塗敷膜的基體材料進行加熱而使塗敷膜乾燥的整個塗敷技術中。