JP2005254062A - シート材製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より好適に塗布剤を塗布する塗布剤射出口の乾燥による弊害を防止するシート材製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のシート状基材に塗布剤を塗布するシート材製造装置は、前記シート状基材に塗布剤を射出する塗布剤射出口と、前記シート状基材の背面を支持する基材支持台とを有し、前記基材支持台の表面には、前記塗布剤射出口を塞ぐことで前記塗布剤射出口付近の前記塗布剤の乾燥を防止する乾燥防止面を含み、前記塗布剤の塗布を行わないときは、この乾燥防止面で前記塗布剤射出口を塞ぐ移動機構を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状基材に塗布剤を塗布するシート材製造装置および製造方法に関する。

シート状基材に塗布剤を塗布するシート材製造方法が知られている。そのようなシート材製造方法の１つとして、燃料電池内部に備えられる拡散層の製造方法が知られている。下記特許文献１には、固体高分子型燃料電池の拡散層に使用される強度・柔軟性の高い炭素電極基材の製造方法が開示されている。また、下記特許文献２には、炭素繊維と粉粒状の熱可塑性樹脂を特定の割合で乾式混合し、混合物を熱ロールや熱プレスによりシート状に加圧成形し、炭化または黒鉛化処理する拡散層の製造方法が開示されている。

燃料電池に用いられるＭＥＡ（膜−電極接合体）の一部材となる拡散層は、カーボンクロスやカーボンペーパといった拡散層形成材の表面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを含むの撥水塗布剤が塗布される。この撥水塗布剤を拡散層形成材の表面に塗布して、燃料電池発電の際の水発生によるフラッディングの発生防止対策としている。

拡散層形成材に撥水塗布剤を塗布して拡散層を製造する装置を説明する。シートとして大きな拡散層形成材シートは複数の枚葉に分割され、小さなサイズの枚葉状シートとされる。小さなサイズに枚葉状化された拡散層形成材シートは、金属製の平台に送られる。この金属製の平台は、拡散層形成材シートをその当接面で支え、この拡散層形成材シートの塗布台となる。この平台に支えられた拡散層形成材シートの真上には、撥水塗布剤をこのカーボンペーパ表面に塗布する塗布ヘッドが備えられている。この塗布ヘッドは、その先端部の射出口から撥水塗布剤を射出する塗布ノズルを有している。この塗布ノズルの射出口から撥水塗布剤が射出されることで、小さいサイズとなった拡散層形成材シート表面に撥水塗布剤が塗布される。

１枚の拡散層形成材シート表面に撥水塗布剤が塗布された後、次の拡散層形成材シートが搬送される。この搬送工程の間、塗布ノズルは外気に接触することになる。このように塗布ノズルが外気と接触すると、塗布ノズル近辺の撥水塗布剤に含まれる水分が失われ、撥水塗布剤は乾燥する。乾燥した撥水塗布剤は、塗布ノズル付近で固形状の撥水塗布剤のダマとなる。このダマは、撥水塗布剤が均一に塗布ノズルから射出することを妨害し、撥水塗布剤を拡散層形成材シート表面に均一に塗れなくなる場合がある。また、ダマが拡散層形成材シート表面に落ち、ダマが拡散層形成材シート表面に付着してしまう場合がある。

このような塗布ノズル付近の乾燥を防止する方法が知られている。この乾燥防止方法は、（ｉ）１枚の拡散層形成材シート表面に撥水塗布剤が塗布された後、塗布ノズルを塗布台上から乾燥防止ユニットへ移動させ、（ｉｉ）次の拡散層形成材シートが塗布台へ搬送されるまで、塗布ノズルを乾燥防止ユニット中で保管して外気から遮断させ、（ｉｉｉ）次の拡散層形成材シートが塗布台へ搬送された後、塗布ノズルを乾燥防止ユニットから出し、塗布台上へと戻すことで塗布ノズルの乾燥を防止している。

乾燥防止ユニットは中空部を有しており、そこには乾燥防止液（例えば水）が溜まっている。前記塗布ノズルが乾燥防止ユニットのこの中空部に挿入され、この塗布ノズルが乾燥防止ユニットの蓋として機能し、中空部が密封される。密封された中空部は、乾燥防止液の飽和雰囲気状態となることとなり、この中空部の蓋となっている塗布ノズルの乾燥が抑えられることになる。また、塗布台上へと塗布ノズルを戻す際には、塗布ノズルをさらに押し下げ、乾燥防止液中に塗布ノズルを浸すことで塗布ノズルにわずかに生成した撥水塗布剤のダマをとることとしている。

特開２００２−２７０１９１号公報 特公平１−３６６７０号公報

しかしながら、乾燥防止ユニットを設けると乾燥防止のために専用のユニットを設けることになる。このような専用ユニットを設けるのでは、製造装置が複雑化し、設備コストが上昇してしまう場合がある。また、専用ユニットと塗布台上間の相互移動の時間により時間もかかってしまい、拡散層形成材シートを連続的に高速生産できない場合がある。

本発明は、上記課題を少なくとも１つ解決することに鑑みてなされたものであり、より好適に塗布剤を塗布する塗布剤射出口の乾燥による弊害を防止するシート材製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、シート状基材に塗布剤を塗布するシート材製造装置であって、前記シート状基材に塗布剤を射出する塗布剤射出口と、前記シート状基材の背面を支持する基材支持台とを有し、前記基材支持台の表面には、前記塗布剤射出口を塞ぐことで前記塗布剤射出口付近の前記塗布剤の乾燥を防止する乾燥防止面を含み、前記塗布剤の塗布を行わないときは、この乾燥防止面で前記塗布剤射出口を塞ぐ移動機構を有することを特徴とする。

上記シート材製造装置であって、前記塗布前に、前記塗布剤射出口を前記乾燥防止面で擦ることで前記塗布剤射出口付近が洗浄されると好適ある。

上記シート材製造装置であって、前記乾燥防止面は、弾性物質面であり、前記乾燥防止面以外の前記基材支持台の面は、金属面であると好適ある。

上記シート材製造装置であって、前記基材支持台が回転体の支持台であると好適ある。

上記シート材製造装置であって、前記金属面が回転することで前記シート状基材の背面を平滑化されると好適ある。

上記シート材製造装置であって、前記基材支持台の表面を洗浄すると好適である。

上記シート材製造装置であって、前記シート状基材を搬送すると好適である。

上記シート材製造装置であって、前記シート状基材は枚葉状基材であると好適ある。

本発明は、シート状基材に塗布剤を塗布するシート材製造方法であって、前記シート状基材に塗布剤射出口によって塗布剤を射出する塗布剤射出工程と、前記シート状基材の背面を基材支持台によって支持する基材支持工程とを有し、前記塗布剤射出口を塞ぐことで前記塗布剤射出口付近の前記塗布剤の乾燥を防止する乾燥防止工程と、前記塗布剤の塗布を行わないときは、この乾燥防止面で前記塗布剤射出口を塞ぐ移動工程を有することを特徴とする。

上記シート材製造方法であって、前記塗布前に、前記塗布剤射出口を前記乾燥防止面で擦ることで前記塗布剤射出口付近が洗浄されると好適である。

上記シート材製造方法であって、前記乾燥防止面は、弾性物質面であり、前記乾燥防止面以外の前記基材支持台の面は、金属面であると好適ある。

上記シート材製造方法であって、前記基材支持工程が回転体の支持台によると好適である。

上記シート材製造方法であって、前記基材支持台は、シート状基材の背面をその金属面が回転することで平滑化されると好適ある。

上記シート材製造方法であって、前記基材支持台の表面を洗浄すると好適ある。

上記シート材製造方法であって、前記シート状基材を搬送すると好適ある。

上記シート材製造方法であって、前記シート状基材は枚葉状基材であると好適ある。

本発明によれば、より好適に塗布剤を塗布する塗布剤射出口の乾燥による弊害を防止するシート材製造装置および製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

「拡散層製造装置」
本実施形態では、シート材製造方法として、シート状基材である拡散層形成材であるカーボンペーパ１０に撥水塗布剤１２を表面に塗布する拡散層製造装置１００を例示して説明する。図１には拡散層製造装置１００が示される。本実施形態ではカーボンペーパを用いたが、これに限られず、例えば、カーボンクロスや電解質膜などシート状基材一般に適用できる。また、枚葉状基材に限られず連続的なシート状基材にも適用できる。

枚葉状のカーボンペーパ１０に撥水塗布剤１２を塗布する塗布ヘッド１６を有している。塗布ヘッド１６は、内部に撥水塗布剤１２を一時的に溜めておく溜部１８を有している。この溜部１８は、撥水塗布剤１２の外部供給源２２と供給配管２０を通じて接続されている。この供給配管２０の途中には、外部供給源２２からの撥水塗布剤１２を溜部１８へと撥水塗布剤１２を圧力搬送する圧力ポンプ２４が備えられている。圧力ポンプ２４は撥水塗布剤１２を圧力搬送するか否かを制御する制御装置（図示せず）と接続されている。

塗布ヘッド１６はその先端に撥水塗布剤１２を射出する射出口を有する塗布ノズル１４を備えている。この塗布ノズル１４は、溜部１８と接続され、溜部１８へと圧力搬送された撥水塗布剤１２をその射出口から射出する。この射出は、圧力ポンプ２４から撥水塗布剤１２が圧力搬送された場合にのみ行われ、圧力ポンプ２４により圧力搬送が行われない時は行われない。

塗布ノズル１４の真下には、バックアップロール３０が設けられている。このバックアップロール３０は、回転体であり、回転面が回転することにより、塗布ノズル１４に対して異なる回転面を真下にすることができる。この回転面は、金属体の表面にハードクロムメッキ仕様がされた金属面３０ａと、樹脂製のシリコン樹脂面３０ｂとが一体的に構成されている。バックアップロール１０が回転すると、金属製の金属面３０ａと、樹脂製のシリコン樹脂面３０ｂとが交互に塗布ノズル１４の真下に配置させられる。バックアップロール１０は、スクレーパ３２を有し、このスクレーパ３２が回転面へ接触している。この接触状態でバックアップロール３０を回転させることで回転面にこびりついた撥水塗布剤１２を回転力により削り落とす。スクレーパ３２は樹脂製のものが回転面の摩耗防止の溜に好ましい。バックアップロール３０の金属面３０ａとシリコン樹脂面３０ｂの表面構成比は表面積で８：１である。本実施形態では、バックアップロールを用いたが回転体に限られるものではなく、平面台であってもよい。

バックアップロール３０を回転させるには、これを回転させるロータリアクチュエータ４０を用いる。このロータリアクチュエータ４０とバックアップロール３０は回転力を伝える駆動ベルト４２によって接続されている。

バックアップロール３０には、リニアアクチュエータ３４が接続されている。このリニアアクチュエータ３４は、バックアップロール３０の回転面を塗布ノズル１４の射出口に押しつけたり、離したりする。リニアアクチュエータ３４により、バックアップロール３０の回転面が塗布ノズル１４の射出口と離されることで、バックアップロール３０の回転面と塗布ノズル１４の射出口の間にクリアランス３６を作成できる。離れたときにはリニアアクチュエータ３４のメカストッパ（図示せず）により、定位置に固定される。

次にカーボンペーパ１０が塗布ノズル１４の真下に搬送される過程について図２に基づいて説明する。図２はカーボンペーパ１０が搬送される様子を示した搬送説明図である。カーボンペーパ１０は、把持冶具４６によって把持されている。

この把持冶具４６は、リニアアクチュエータ４４が備えられ、このリニアアクチュエータ４４が把持冶具を動かし、これに把持されたカーボンペーパ１０を搬送する。この把持されたカーボンペーパ１０は、塗布ノズル１４の真下へと搬送される。

「拡散層製造工程」
次に図１および図２の拡散層製造装置１００を用いて、カーボンペーパ１０に撥水塗布剤１２を塗布していく製造工程について説明する。図３において、バックアップロール３０の回転面は、塗布ノズル１４からリニアアクチュエータ３４の作用により離れ、クリアランス３６が形成されている。また、塗布ノズル１４の下面にはバックアップロール３０の金属面３０ａとなっており、この金属面３０ａでカーボンペーパ１０は支持される。

このクリアランス３６にカーボンペーパ１０は挿入され、金属面３０ａに支持されながら搬送される。挿入されたカーボンペーパ１０は、バックアップロール３０に支持される。カーボンペーパ１０の支持された部分は塗布ノズル１４から圧力ポンプにより圧力搬送されて射出される撥水塗布剤１２が次々と塗布される。カーボンペーパ１０は１枚の全表面に撥水塗布剤１２が塗布される。ここで、クリアランス３６の幅によって塗布剤の塗布膜厚が決められる。

カーボンペーパ１０の全表面に塗布剤が塗布されると、カーボンペーパ１０はさらに搬送されてバックアップロール３０の上から次工程へと移動させられる。カーボンペーパ１０の全表面に塗布剤を塗布した直後、バックアップロール３０を回転させ、塗布ノズル１４の真下にシリコン樹脂面３０ｂを配置する。シリコン樹脂面３０ｂを塗布ノズル１４の真下に配置した直後、リニアアクチュエータ３４を駆動してシリコン樹脂面３０ｂを塗布ノズル１４の射出口へ当て射出口を覆うことで、塗布ノズルの射出口をシリコン樹脂面３０ｂで塞ぐ（図４）。なお、ノズル１４の射出口をシリコン樹脂面３０ｂへ移動させて射出口を塞いでもよい。また、バックアップロール３０もノズル１４の射出口も移動させず、バックアップロール３０表面のシリコン樹脂面３０ｂのみを突出させてノズル１４の射出口を塞いでもよい。

このように塗布ノズルの射出口をシリコンゴム樹脂面３０ｂで塞ぐことで塗布ノズル１４の射出口付近の撥水塗布剤の乾燥を防止し、撥水塗布剤のダマの生成を抑制する。次のカーボンペーパ１０が搬送されてくる直前まで塗布ノズル１４の射出口をシリコンゴム樹脂面３０ｂで塞ぐ。ここで射出口乾燥防止部材は、シリコン樹脂面に限らず、樹脂面やゴム面などの弾性物質面であれば代わりに適用できる。このように支持台に乾燥を防止する射出口乾燥防止部材を設けたので専用ユニットなど特段の装置を用いることなく、乾燥防止が可能となる。

カーボンペーパ１０が搬送されてくる直前となったとき、バックアップロール３０を回転させる（図５）。この回転により、シリコン樹脂面３０ｂで塗布ノズル１４の射出口を擦る。この回転擦りによるとわずかに塗布ノズル１４の射出口付近に生成した撥水塗布剤のダマを排除することができ、塗布ノズル１４はクリーンな状態とすることができる。この回転擦りはシリコン樹脂面３０ｂの範囲内で行う。金属面３０ａで塗布ノズル１４が擦られると塗布ノズル１４が摩耗することを防止する。

塗布ノズル１４をクリーンな状態とした後、リニアアクチュエータ３４によってバックアップロール３０を押し下げ、クリアランス３６を形成する。さらにバックアップロール３０を回転させ、再び金属面３０ａを塗布ノズル１４の真下に配置する。配置後、このクリアランス３６に次に搬送されてきたカーボンペーパ１０を挿入する。このカーボンペーパ１０は金属面３０ａで支持される。金属面３０ａで支持されたカーボンペーパ１０は、塗布ノズル１４から撥水塗布剤１０を塗布される（図３）。この撥水塗布剤塗布（図３）、乾燥防止（図４）、洗浄（図５）の工程を繰り返す。

バックアップロール３０の回転面（金属面３０ａ、シリコン樹脂面３０ｂ）はスクレーパ３２が接触している位置まで回転する。この回転により支持台洗浄手段であるスクレーパ３２が回転面に付着した撥水塗布剤１２をそぎ落とし、再び回転面をクリーンなものとする。このクリーンな金属面３０ａでカーボンペーパ１０を支える。

ここで、さらにバックアップロール３０を回転させ、金属面３０ａでカーボンペーパ１０の背面を擦ることでカーボンペーパ１０の背面を平滑化させると好適である。カーボンペーパ１０は撥水塗布剤１２が塗布されると背面まで至ってしまう。この背面にまで至った撥水塗布剤１２を金属面３０ａで擦り、そぎ落とし、表面を平滑化する構成とすることが可能である。この時、金属面３０ａは面精度がよいものほど平滑化精度が向上し、好適である。

本発明のシート材製造方法および製造方法はシート材一般に適用できる。

本発明の拡散層製造装置である。 本発明の拡散層製造工程の一態様である。 本発明の拡散層製造工程の一態様である。 本発明の拡散層製造工程の一態様である。 本発明の拡散層製造工程の一態様である。

符号の説明

１０ カーボンペーパ、１２ 塗布剤、１４ 塗布ノズル、１６ 塗布ヘッド、３０ 基材支持台、１００ 拡散層製造装置。

Claims (16)

1. シート状基材に塗布剤を塗布するシート材製造装置であって、
   前記シート状基材に塗布剤を射出する塗布剤射出口と、
   前記シート状基材の背面を支持する基材支持台とを有し、
   前記基材支持台の表面には、前記塗布剤射出口を塞ぐことで前記塗布剤射出口付近の前記塗布剤の乾燥を防止する乾燥防止面を含み、
   前記塗布剤の塗布を行わないときは、この乾燥防止面で前記塗布剤射出口を塞ぐ移動機構を有するシート材製造装置。
2. 請求項１に記載のシート材製造装置であって、
   前記塗布前に、前記塗布剤射出口を前記乾燥防止面で擦ることで前記塗布剤射出口付近が洗浄されるシート材製造装置。
3. 請求項１または２に記載のシート材製造装置であって、
   前記乾燥防止面は、弾性物質面であり、
   前記乾燥防止面以外の前記基材支持台の面は、金属面であるシート材製造装置。
4. 請求項３に記載のシート材製造装置であって、
   前記基材支持台が回転体の支持台であるシート材製造装置。
5. 請求項４に記載のシート材製造装置であって、
   前記金属面が回転することで前記シート状基材の背面を平滑化するシート材製造装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のシート材製造装置であって、
   前記基材支持台の表面を洗浄するシート材製造装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載のシート材製造装置であって、
   前記シート状基材を搬送するシート材製造装置。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のシート材製造装置であって、
   前記シート状基材は枚葉状基材であるシート材製造装置。
9. シート状基材に塗布剤を塗布するシート材製造方法であって、
   前記シート状基材に塗布剤を塗布剤射出口によって射出する塗布剤射出工程と、
   前記シート状基材の背面を基材支持台によって支持する基材支持工程とを有し、
   前記塗布剤射出口を塞ぐことで前記塗布剤射出口付近の前記塗布剤の乾燥を防止する乾燥防止工程と、
   前記塗布剤の塗布を行わないときは、この乾燥防止面で前記塗布剤射出口を塞ぐ移動工程を有するシート材製造方法。
10. 請求項９に記載のシート材製造方法であって、
    前記塗布前に、前記塗布剤射出口を前記乾燥防止面で擦ることで前記塗布剤射出口付近が洗浄されるシート材製造方法。
11. 請求項９または１０に記載のシート材製造方法であって、
    前記乾燥防止面は、弾性物質面であり、
    前記乾燥防止面以外の前記基材支持台の面は、金属面であるシート材製造方法。
12. 請求項１１に記載のシート材製造方法であって、
    前記基材支持工程が回転体の支持台によるシート材製造方法。
13. 請求項１２に記載のシート材製造方法であって、
    前記金属面が回転することで前記シート状基材の背面を平滑化するシート材製造方法。
14. 請求項９から１３のいずれか１つに記載のシート材製造方法であって、
    前記基材支持台の表面を洗浄するシート材製造方法。
15. 請求項９から１４のいずれか１つに記載のシート材製造方法であって、
    前記シート状基材を搬送するシート材製造方法。
16. 請求項９から１５のいずれか１つに記載のシート材製造方法であって、
    前記シート状基材は枚葉状基材であるシート材製造方法。
    

Images