JP2018001123A - 塗工装置および塗工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工装置において、搬送される基材に塗工される塗工液の塗工形状の乱れを抑制し、安定的に塗工液を塗工できる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】この塗工装置１は、長尺帯状の基材９０に塗工液を塗工する装置である。塗工装置１は、基材９０を、その長手方向に搬送する搬送機構１０と、スリット状の吐出口２１１を備え、吐出口２１１から基材９０に塗工液を吐出する塗工ノズル２１と、塗工ノズル２１による塗工液の吐出動作を、実行および停止させる切替部と、塗工ノズル２１を、基材９０に対して近接および離間させる移動機構２３と、を有する。そして、基材９０の搬送速度に応じて、移動機構２３による塗工ノズル２１の近接速度および離間速度の少なくとも一方を変更可能である。これにより、搬送される基材９０に塗工される塗工液の形状の乱れを抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、塗工装置および塗工方法に関する。

近年、自動車や携帯電話などの駆動電源として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料に含まれる水素（Ｈ２）と空気中の酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電力を作り出す発電システムである。燃料電池は、他の電池と比べて、発電効率が高く環境への負荷が小さいという特長を有する。

燃料電池には、使用する電解質によって幾つかの種類が存在する。そのうちの１つが、電解質としてイオン交換膜（電解質膜）を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer electrolyte fuel cell）である。固体高分子形燃料電池は、常温での動作および小型軽量化が可能であるため、自動車や携帯機器への適用が期待されている。

固体高分子形燃料電池は、一般的には複数のセルが積層された構造を有する。１つのセルは、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）の両側を一対のセパレータで挟み込むことにより構成される。膜・電極接合体は、電解質の薄膜（高分子電解質膜）の両面に触媒層を形成した膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）の両側に、さらにガス拡散層を配置したものである。高分子電解質膜を挟んで両側に配置された触媒層とガス拡散層とで、一対の電極層が構成される。一対の電極層の一方はアノード電極であり、他方がカソード電極である。アノード電極に水素を含む燃料ガスが接触するとともに、カソード電極に空気が接触すると、電気化学反応によって電力が作り出される。

上記の膜・触媒層接合体は、典型的には、電解質膜の表面に、白金（Ｐｔ）を含む触媒粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた触媒インク（電極ペースト）を塗工し、その触媒インクを乾燥させることによって作成される。固体高分子形燃料電池の触媒インクの塗工に際しては、高価な白金触媒のロスを無くすために、電解質膜の表面に触媒インクを間欠的に塗工する間欠塗工が行われる。また、間欠塗工を行うときには、触媒インクを塗工すべき塗工領域に対して過不足無く触媒インクを塗工する必要がある。

このような、間欠塗工技術については、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に開示の技術では、電解質膜をロールトゥロール方式にて一定速度で連続して走行させつつ、その電解質膜の表面に塗工ノズルから触媒インクを間欠塗工する。塗工の間欠時には、塗工ノズルの先端に触媒インクの液溜まりを形成する。そして、塗工の開始時には、塗工ノズルの先端と電解質膜の表面との間隔が塗工ギャップとは異なる接触ギャップとなるように塗工ノズルが移動して液溜まりを塗工領域の塗工開始端に接触させることにより、塗工領域に過不足無く触媒インクを塗工する。このとき、接触ギャップは電解質膜の表面に形成する塗膜の膜厚が厚いほど大きくなり、その膜厚が所定値よりも厚くなると塗工ギャップよりも大きくなる。これにより、塗工開始時に均一な塗工形状を得ることができる旨が記載されている。

特開２０１５−１７８０８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、基材の搬送速度および塗工ノズルの移動速度と、塗工開始端や塗工終端における塗工形状の乱れとの関係については、着目されていなかった。図１３は、従来の塗工装置における、搬送される基材９０Ａに塗工された触媒インク９Ａの形状を示す図である。図１３の矢印は、基材９０Ａの搬送方向を示す。また、図１３のＡ１は、搬送される基材９０Ａに塗工された、塗工インクの塗工開始端を示し、Ａ２は、搬送される基材９０Ａに塗工された、塗工インクの塗工終端を示す。

図１３（ａ）に示すように、基材９０Ａの搬送速度に対して、塗工ノズルの近接速度および離間速度が適切である場合は、触媒インク９Ａが略矩形状に塗工される。一方で、図１３（ｂ）に示すように、基材９０Ａの搬送速度に対して、塗工ノズルの離間速度が適切な速度よりも遅い場合、触媒インク９Ａの塗工終端Ａ２には、搬送方向と逆方向に向けて凸となるような湾曲部が発生する。また、図１３（ｃ）に示すように、基材９０Ａの搬送速度に対して、塗工ノズルの離間速度が適切な速度よりも速い場合、触媒インク９Ａの塗工終端Ａ２において、触媒インク９Ａの糸引き現象により、搬送方向逆側に部分的に伸びるような塗工残りが発生する。

また、図１３（ｄ）に示すように、基材９０Ａの搬送速度に対して、塗工ノズルの近接速度が適切な速度よりも遅い場合、触媒インク９Ａの塗工開始端Ａ１には、搬送方向に向けて凸となるような湾曲部が発生する。また、図１３（ｅ）に示すように、基材９０Ａの搬送速度に対して、塗工ノズルの近接速度が適切な速度よりも速い場合、触媒インク９Ａの塗工開始端Ａ１には、搬送方向と垂直な幅方向（以下、単に「幅方向」と記載する）に凸となるような部分が発生する。このように、触媒インク９Ａの塗工開始端Ａ１および塗工終端Ａ２における塗工形状の乱れは、基材９０Ａの搬送速度および塗工ノズルの移動速度と相関する。したがって、基材９０Ａの搬送速度に対して、塗工ノズルの移動速度を適切に設定することができれば、より高品質な膜・触媒層接合体を製造することができる。また、基材の搬送速度を速くした場合においても、基材９０Ａに安定して触媒インク９Ａを塗工できれば、塗工装置の生産性を向上させることも可能となる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、塗工装置において、搬送される基材の塗工開始端および塗工終端において、塗工形状の乱れを抑制し、基材に安定的に塗工液を塗工できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、長尺帯状体の基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、前記基材を、その長手方向に搬送する搬送機構と、スリット状の吐出口を備え、前記吐出口から前記基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、前記塗工ノズルによる塗工液の吐出動作を、実行および停止させる切替部と、前記塗工ノズルを、前記基材に対して近接および離間させる移動機構と、を有し、前記基材の搬送速度に応じて、前記移動機構による前記塗工ノズルの近接速度および離間速度の少なくとも一方を変更可能である。

本願の第２発明は、第１発明の塗工装置であって、前記移動機構による前記塗工ノズルの移動速度を制御する制御部をさらに有し、前記制御部が、前記基材の搬送速度に応じて、前記塗工ノズルの近接速度および離間速度の少なくとも一方を変更する。

本願の第３発明は、第２発明の塗工装置であって、前記制御部は、前記基材の搬送速度が速いほど、前記塗工ノズルの近接速度および離間速度の少なくとも一方を速くする。

本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれか１発明の塗工装置であって、
前記移動機構は、前記切替部が、前記塗工液の吐出を停止した後に、前記塗工ノズルを離間させる。

本願の第５発明は、第１発明から第４発明までのいずれか１発明の塗工装置であって、前記塗工ノズル内部の前記塗工液を吸引する、吸引部をさらに有する。

本願の第６発明は、第５発明に記載の塗工装置であって、前記移動機構は、前記吸引部が、前記塗工液を吸引すると同時に、または、前記塗工液を吸引した後に、前記塗工ノズルを離間させる。

本願の第７発明は、第１発明から第６発明までのいずれか１発明の塗工装置であって、前記基材の搬送速度に応じて、前記移動機構による前記塗工ノズルの離間速度を変更可能である。

本願の第８発明は、第１発明から第７発明までのいずれか１発明の塗工装置であって、前記基材の搬送速度に応じて、前記移動機構による前記塗工ノズルの近接速度を変更可能である。

本願の第９発明は、第１発明から第８発明までのいずれか１発明の塗工装置であって、前記塗工ノズルは、前記吐出口から前記基材に、前記塗工液を間欠的に吐出する。

本願の第１０発明は、長尺帯状体の基材に塗工液を塗工する塗工方法であって、ａ）前記基材を、その長手方向に搬送する工程と、ｂ）スリット状の吐出口を備える塗工ノズルを、前記基材に対して近接させる工程と、ｃ）前記塗工ノズルから前記基材に、塗工液を吐出する工程と、ｄ）前記塗工ノズルを、前記基材から離間させる工程と、を有し、前記工程ａ）における前記塗工ノズルの近接速度および前記工程ｄ）おける前記塗工ノズルの離間速度の少なくとも一方を、前記基材の搬送速度に応じて変更する。

本願の第１１発明は、第１０発明の塗工方法であって、前記基材の搬送速度が速いほど、前記塗工ノズルの前記近接速度および前記塗工ノズルの前記離間速度の少なくとも一方を速くする。

本願の第１２発明は、第１０発明または第１１発明の塗工方法であって、前記工程ｄ）では、前記塗工ノズルからの前記塗工液の吐出を停止した後に、前記塗工ノズルを離間させる。

本願の第１３発明は、第１０発明から第１２発明までのいずれか１発明の塗工方法であって、前記工程ｄ）は、前記塗工液を吸引すると同時に、または、前記塗工液を吸引した後に、前記塗工ノズルを離間させる。

本願の第１４発明は、第１０発明から第１３発明までのいずれか１発明の塗工方法であって、前記基材の搬送速度に応じて、前記塗工ノズルの前記離間速度を変更する。

本願の第１５発明は、第１０発明から第１４発明までのいずれか１発明の塗工方法であって、前記基材の搬送速度に応じて、前記塗工ノズルの前記近接速度を変更する。

本願の第１６発明は、第１０発明から第１５発明までのいずれか１発明の塗工方法であって、前記工程ｂ）、前記工程ｃ）、および前記工程ｄ）を繰り返す。

第１発明〜第１６発明によれば、搬送される基材において、塗工形状の乱れを抑制し、安定的に塗工液を塗工できる。

特に、本願の第３発明または第１１発明によれば、基材の搬送速度を速くした場合であっても、搬送される基材において、塗工形状の乱れを抑制し、安定的に塗工液を塗工できる。これにより、塗工装置の生産性を向上できる。

特に、本願の第４発明、第５発明、第６発明、第１２発明または第１３発明によれば、搬送される基材において、塗工形状の乱れをより抑制し、より安定的に塗工液を塗工できる。

特に、本願の第７発明または第１４発明によれば、塗工終端における塗工形状の乱れを抑制することができる。

特に、本願の第８発明または第１５発明によれば、塗工開始端における塗工形状の乱れを抑制することができる。

特に、本願の第９発明または第１６発明によれば、搬送される基材に対して、塗工形状の乱れを抑えつつ、安定的に塗工液を間欠塗工できる。

塗工装置の構成を示した図である。 塗工装置における制御ブロック図である。 塗工ノズル付近の拡大図である。 塗工処理の際の、塗工ノズルおよびバックアップローラの位置関係を示す図である。 塗工処理の際の、塗工ノズルおよびバックアップローラの位置関係を示す図である。 塗工処理の際の、塗工ノズルおよびバックアップローラの位置関係を示す図である。 塗工処理の流れを示すフローチャートである。 基材の搬送速度と塗工ノズルの近接速度とを変化させたときの、塗工開始端での塗工形状の変化の例を示した図である。 基材の搬送速度と塗工ノズルの離間速度とを変化させたときの、塗工開始端での塗工形状の変化の例を示した図である。 変形例に係る塗工装置における、塗工処理の際の、切替部の開閉弁、吸引部のサックバックバルブおよび塗工ノズルの動作状態を示す図である。 変形例に係る塗工装置における、塗工処理の際の、塗工ノズルの移動速度を示す図である。 変形例に係る塗工装置における、塗工処理の際の、塗工ノズルの移動速度を示す図である。 基材に塗工された触媒インクの形状を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．塗工装置の構成について＞
図１は、本発明の一実施形態に係る塗工装置１の構成を示した図である。この塗工装置１は、固体高分子形燃料電池用の膜・触媒層接合体の製造工程において、長尺帯状の基材９０を長手方向に搬送しつつ、基材９０の一方の面に、電極となる触媒層を形成する装置である。図１中に拡大して示したように、基材９０は、支持フィルム９１および電解質膜９２の２層が積層された構造を有する。塗工装置１は、電解質膜９２の支持フィルム９１に覆われていない面（以下、「表面」と称する）に、塗工液である触媒インクを塗工し、当該触媒インクを乾燥させることによって、触媒材料層９を形成する。

電解質膜９２には、例えば、フッ素系または炭化水素系の高分子電解質膜が用いられる。電解質膜９２の具体例としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（登録商標）、旭硝子（株）製のFlemion（登録商標）、旭化成（株）製のAciplex（登録商標）、ゴア(Gore)社製のGoreselect（登録商標））を挙げることができる。電解質膜９２の膜厚は、例えば、５μｍ〜３０μｍとされる。電解質膜９２は、大気中の湿気によって膨潤する一方、湿度が低くなると収縮する。すなわち、電解質膜９２は、大気中の湿度に応じて変形しやすい性質を有する。

支持フィルム９１は、電解質膜９２の変形を抑制するためのフィルムである。支持フィルム９１の材料には、電解質膜９２よりも機械的強度が高く、形状保持機能に優れた樹脂が用いられる。支持フィルム９１の具体例としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムを挙げることができる。支持フィルム９１の膜厚は、例えば２５μｍ〜１００μｍとされる。

図１に示すように、塗工装置１は、搬送機構１０、塗工部２０、乾燥部３０および制御部４０を備えている。

搬送機構１０は、基材９０をその長手方向に沿う搬送方向に搬送する機構である。本実施形態の搬送機構１０は、基材巻出ローラ１１、複数の搬送ローラ１２および基材巻取ローラ１３を有する。基材９０は、基材巻出ローラ１１から繰り出され、複数の搬送ローラ１２により規定される搬送経路に沿って搬送される。各搬送ローラ１２は、水平軸を中心として回転することによって、基材９０を搬送経路の下流側へ案内する。搬送後の基材９０は、基材巻取ローラ１３へ回収される。なお、搬送ローラ１２の位置や数は、必ずしも図１の通りでなくてもよい。

塗工部２０は、搬送機構１０により搬送される基材９０の表面に、触媒インクを塗工するための機構である。触媒インクには、触媒材料（例えば、白金（Ｐｔ））を含む粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた電極ペーストが用いられる。触媒材料には、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおいて燃料電池反応を起こす材料が用いられる。具体的には、白金（Ｐｔ）、白金合金、白金化合物等を、触媒材料として用いることができる。白金合金の例としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）等からなる群から選択された少なくとも１種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の触媒材料には白金が用いられ、アノード用の触媒材料には白金合金が用いられる。なお、塗工部２０の詳細については、後述する。

基材９０は、乾燥部３０よりも搬送経路の上流側において、搬送ローラ１２の役割も兼ねたバックアップローラ１４に支持される。バックアップローラ１４は、円柱状または円筒状のローラであり、外周面が基材９０の支持フィルム９１に接触しながら、水平軸を中心として回転する。

乾燥部３０は、塗工部２０よりも搬送経路の下流側に配置されている。乾燥部３０は、触媒インクを乾燥させるための乾燥炉３１を有する。乾燥炉３１内では、搬送機構１０により搬送される基材９０の電解質膜９２に、加熱された気体（熱風）が吹き付けられる。そうすると、電解質膜９２の表面に塗工された触媒インクが加熱され、触媒インク中の溶剤が気化する。これにより、触媒インクが乾燥して、電解質膜９２の表面に触媒材料層９が形成される。ただし、触媒インクを乾燥させるための方法は、必ずしも熱風の供給でなくてもよい。乾燥部３０は、光照射や減圧などの他の方法で、触媒インクを乾燥させるものであってもよい。

このように、塗工装置１では、基材巻出ローラ１１からの基材９０の繰り出し、電解質膜９２の表面への触媒インクの塗工、乾燥炉３１による乾燥、の各工程が、順次に実行される。これにより、固体高分子形燃料電池に用いられる膜・触媒層接合体の一方の触媒材料層９が、電解質膜９２の表面に形成される。なお、この塗工装置１では、電解質膜９２は、支持フィルム９１に常に保持されている。これにより、電解質膜９２の膨潤・収縮等の変形が抑制される。

制御部４０は、塗工装置１内の各部を動作制御するための手段である。図２は、制御部４０と、塗工装置１内の各部との接続を示したブロック図である。図２中に概念的に示したように、制御部４０は、ＣＰＵ等の演算処理部４１、ＲＡＭ等のメモリ４２およびハードディスクドライブ等の記憶部４３を有するコンピュータにより構成されている。記憶部４３内には、塗工・乾燥処理を実行するためのコンピュータプログラムＰ１が、インストールされている。また、図２に示すように、制御部４０は、搬送機構１０および乾燥炉３１と、それぞれ通信可能に接続されている。また、制御部４０は、後述する塗工部２０の、切替部の開閉弁２２、移動機構２３のモータ２３２および吸引部２４のサックバックバルブ２４２とも、通信可能に接続される。

制御部４０は、記憶部４３に記憶されたコンピュータプログラムＰ１やデータを、メモリ４２に一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰ１およびデータに基づいて、演算処理部４１が演算処理を行うことにより、塗工装置１内の各部を動作制御する。これにより、塗工装置１における塗工・乾燥処理が進行する。

＜２．塗工部の構成について＞
次に、塗工部２０の構成について説明する。図３は、塗工部２０付近の構成を示す拡大図である。塗工部２０は、搬送機構１０により搬送される基材９０の表面に、触媒インクを塗工するための機構である。本実施形態の塗工部２０は、塗工ノズル２１、切替部である開閉弁２２、移動機構２３および吸引部２４を有する。

塗工ノズル２１は、基材９０の幅方向に沿って延び、バックアップローラ１４の外周面に対向するスリット状の吐出口２１１を有する。塗工ノズル２１は、吐出口２１１の先端に触媒インクの液溜まり９３を形成する。そして、搬送される基材９０に触媒インクの液溜まり９３を接触させる。これにより、搬送される基材９０に触媒インクが塗工される。塗工ノズル２１は、給液配管２１２を介して、触媒インク供給源２１３と流路接続されている。

切替部は、塗工ノズル２１による触媒インクの吐出動作を、実行または停止させる機構である。本実施形態の切替部は、給液配管２１２に介挿された、開閉弁２２により構成される。開閉弁２２を開放すると、触媒インク供給源２１３から給液配管２１２を通って塗工ノズル２１に触媒インクが供給される。そうすると、吐出口２１１の先端に、触媒インクの液溜まり９３が形成される。これにより、塗工ノズル２１による吐出動作が実行可能となる。一方で、開閉弁２２を閉鎖すると、塗工ノズル２１への触媒インクの供給が停止する。これにより、吐出口２１１先端での液溜まり９３の形成が停止され、塗工ノズル２１による吐出動作が停止される。

なお、本実施形態の開閉弁２２は三方弁であり、触媒インク供給源２１３と、循環ライン２１４を介して流路接続されている。また、開閉弁２２と触媒インク供給源２１３との間の給液配管２１２には、モーノポンプ２１５が設置されている。そして、開閉弁２２が閉鎖されている間は、モーノポンプ２１５が生じさせる圧力により、触媒インクは、開閉弁２２と、触媒インク供給源２１３との間で循環ライン２１４を通じて循環する。

塗工装置１の稼働時には、塗工ノズル２１の吐出口２１１から、バックアップローラ１４に支持された基材９０の電解質膜９２へ向けて、触媒インクが吐出される。これにより、電解質膜９２の表面に、触媒インクが塗工される。また、開閉弁２２を閉鎖すると、触媒インク供給源２１３から塗工ノズル２１への触媒インクの供給が遮断され、塗工ノズル２１による触媒インクの吐出動作が停止する。

本実施形態では、開閉弁２２を一定の周期で開閉することによって、塗工ノズル２１の吐出口２１１から、触媒インクを断続的に吐出する。これにより、基材９０の表面に、触媒インクを搬送方向に一定の間隔で間欠塗工する。ただし、開閉弁２２を連続的に開放して、電解質膜９２の表面に、搬送方向に切れ目無く触媒インクを塗工してもよい。

なお、塗工ノズル２１は、必ずしもバックアップローラ１４に支持された基材９０の表面に対して、触媒インクを吐出するものでなくてもよい。例えば、隣り合うローラの間に掛け渡された基材９０の表面に対して、触媒インクを吐出するものであってもよい。

移動機構２３は、塗工ノズル２１の吐出口２１１を、バックアップローラ１４の外周面に対して、近接移動または離間移動させる機構である。図３に示すように、本実施形態の移動機構２３は、移動テーブル２３１、駆動源であるモータ２３２、ガイドレール２３３、ボールねじ２３４およびベース部２３５を有する。なお、以下では、塗工ノズル２１からの触媒インクの吐出の向きと平行な方向を「接離方向」と称する。

塗工ノズル２１は、水平に配置された移動テーブル２３１の上面に固定される。ガイドレール２３３は、工場の床面に対して固定設置されたベース部２３５の上面に設けられ、接離方向に延びる。移動テーブル２３１は、ガイドレール２３３に沿って接離方向に進退可能に設置される。ボールねじ２３４は、ガイドレール２３３の上方に配置されている。ボールねじ２３４は、ガイドレール２３３と平行に、接離方向に延びる。ボールねじ２３４には、移動テーブル２３１の下面に設けられたナットが、組み付けられている。

制御部４０からの駆動信号によって、モータ２３２を駆動させると、ボールねじ２３４が回転する。これにより、移動テーブル２３１および塗工ノズル２１が、ガイドレール２３３に沿って接離方向に移動する。また、塗工ノズル２１が接離方向に移動すると、バックアップローラ１４の外周面に対して、塗工ノズル２１の吐出口２１１が、接離方向に近接または離間する。すなわち、吐出口２１１からバックアップローラ１４の外周面までの接離方向の距離が変化する。

吸引部２４は、塗工ノズル２１の内部空間に充填された触媒インクを吸引する機構である。本実施形態の吸引部２４は、切替部の開閉弁２２と、塗工ノズル２１との間の給液配管２１２に連結された、吸液配管２４１およびサックバックバルブ２４２から構成される。サックバックバルブ２４２を開放すると、サックバックバルブ２４２内の容積変化により吸液配管２４１および塗工ノズル２１内部の触媒インクがサックバックバルブ２４２へ向けて吸引される。これにより、吐出口２１１の先端に形成された触媒インクの液溜まり９３が解消される。

＜３．塗工処理時の動作について＞
続いて、塗工装置１による塗工処理の一例ついて説明する。図４〜図６は、塗工処理時の塗工ノズル２１とバックアップローラ１４との位置関係を示す図である。図７は、塗工処理の流れを示すフローチャートである。なお、図７のステップＳ１〜Ｓ６の各動作は、制御部４０が、コンピュータプログラムＰ１に基づいて塗工装置１内の各部を動作させることによって、実現される。

塗工装置１において、塗工処理を行うときは、まず、搬送機構１０による基材９０の搬送を開始する（ステップＳ１）。これにより、基材９０は、バックアップローラ１４に支持されつつ回転し、予め定められた搬送速度により、搬送方向に向かって搬送される。このとき、図４に示すように、塗工ノズル２１は、バックアップローラ１４から離れた離間位置に配置されている。また、切替部の開閉弁２２および吸引部２４のサックバックバルブ２４２は閉鎖されている。

次に、制御部４０は、切替部の開閉弁２２を開放する（ステップＳ２）。これにより、塗工ノズル２１の吐出口２１１に向けて触媒インクが送られる。そして、吐出口２１１の先端に触媒インクの液溜まり９３が形成される。このとき、サックバックバルブ２４２を閉鎖することで、吸引部２４から触媒インクを吐出口２１１に送液してもよい。

次に、制御部４０は、移動機構２３を動作させて、塗工ノズル２１をバックアップローラ１４に向けて近接移動させる（ステップＳ３）。そして、図５に示すように、塗工ノズル２１がバックアップローラ１４と近接する近接位置に移動すると、基材９０と触媒インクの液溜まり９３とが接触する。これにより、基材９０に触媒インクが塗工される。

ステップＳ３では、基材９０の搬送速度に対して、塗工ノズル２１の近接速度が速すぎると、液溜まり９３が搬送される基材９０と接触するときに、基材９０の幅方向に広がる。このため、図１３（ｅ）に示すような、幅方向に凸となる部分が生じる。一方で、基材９０の搬送速度に対して、塗工ノズル２１の近接速度が遅すぎると、液溜まり９３と基材９０とが幅方向に十分に接触する前に、基材９０が搬送方向に向けて搬送される距離が長くなる。このため、図１３（ｄ）に示すような、搬送方向に凸となるような湾曲部が発生する。そこで、本実施形態の塗工装置１では、制御部４０が、基材９０の搬送速度に応じて、塗工ノズル２１の近接速度を制御する。具体的には、制御部４０は、基材９０の搬送速度が速いほど、塗工ノズル２１の近接速度を速くする。これにより、塗工開始端での塗工形状の乱れを抑制できる。

次に、制御部４０は、切替部の開閉弁２２を閉鎖する（ステップＳ４）。これにより、吐出口２１１先端の液溜まり９３の形成が停止され、塗工ノズル２１による触媒インクの吐出動作が停止する。そして、基材９０への触媒インクの塗工が終了すると、制御部４０は、吸引部２４のサックバックバルブ２４２を開放する（ステップＳ５）。これにより、吸液配管２４１および塗工ノズル２１内部の触媒インクがサックバックバルブ２４２へ向けて吸引される。その結果、吐出口２１１先端の液溜まり９３も吸引される。

その後、制御部４０は、移動機構２３を動作させる。そして、図６に示すように、塗工ノズル２１を離間位置に離間移動させる（ステップＳ６）。これにより、搬送される基材９０に対する触媒インクの塗工処理が完了する。なお、制御部４０は、ステップＳ２〜Ｓ６の処理を繰り返すことで、搬送される基材９０に触媒インクの塗工処理を間欠的に行う。

ステップＳ６では、基材９０の搬送速度に対して、塗工ノズル２１の離間速度が速すぎると、基材９０と吐出口２１１との間で、触媒インクの糸引き現象が発生する。その結果、図１３（ｃ）に示すように、塗工終端において、搬送方向と逆方向に部分的に凸となるような塗工残りが発生する。一方で、基材９０の搬送速度に対して、塗工ノズル２１の近接速度が遅すぎると、液溜まり９３と基材９０とが完全に引き離される前に、基材９０が搬送方向に向けて搬送される距離が長くなる。このため、図１３（ｂ）で示すように、塗工終端において、搬送方向と逆方向に向けて凸となるような湾曲部が発生する。そこで、本実施形態の塗工装置１では、制御部４０が、基材９０の搬送速度に応じて、塗工ノズル２１の離間速度を制御する。具体的には、制御部４０は、基材９０の搬送速度が速いほど、塗工ノズル２１の離間速度を速くする。これにより、塗工終端の塗工形状の乱れを抑制できる。

図８は、ステップＳ３において、基材９０の搬送速度と塗工ノズル２１の近接速度とを変化させたときの、塗工開始端での塗工形状の変化の例を示した図である。図８の例では、基材９０の搬送速度が０．１〜２．０ｍ／分のときには、塗工ノズル２１の近接速度を１０〜３０ｍｍ／秒とすれば、塗工開始端での塗工形状が良好となっている。また、基材９０の搬送速度が２．０〜５．０ｍ／分のときには、塗工ノズル２１の近接速度を３０〜６０ｍｍ／秒とすれば、塗工開始端での塗工形状が良好となっている。この結果から、基材９０の搬送速度が速いほど、塗工ノズル２１の近接速度を速くすることで、塗工開始端での塗工形状の乱れを抑制できることが分かる。

図９は、ステップＳ６において、基材９０の搬送速度と塗工ノズル２１の離間速度とを変化させたときの、塗工終端での塗工形状の変化の例を示した図である。図９の例では、基材９０の搬送速度が０．１〜２．０ｍ／分のときには、塗工ノズル２１の離間速度を１０〜３０ｍｍ／秒とすれば、塗工終端での塗工形状が良好となっている。また、基材９０の搬送速度が２．０〜５．０ｍ／分のときには、塗工ノズル２１の離間速度を３０〜６０ｍｍ／秒とすれば、塗工終端での塗工形状が良好となっている。この結果から、基材９０の搬送速度が速いほど、塗工ノズル２１の離間速度を速くすることで、塗工終端での塗工形状の乱れを抑制できることが分かる。

このように、本実施形態の塗工装置１では、制御部４０が、塗工ノズル２１の近接速度および離間速度を、基材９０の搬送速度に応じて変更することで、塗工開始端および塗工終端の塗工形状の乱れを抑制できる。また、基材９０の搬送速度を速めた場合であっても、安定的に触媒インクを塗工できるため、塗工装置１の生産性を向上できる。

図１０は、本実施形態における塗工処理の際の、切替部の開閉弁２２、吸引部２４のサックバックバルブ２４２および塗工ノズル２１の動作状態を示す図である。図１０の横軸は、経過時間を示している。また、図１０のＬ１は、切替部の開閉弁２２の開閉状態を示し、Ｌ２は、吸引部２４のサックバックバルブ２４２の開閉状態を示し、Ｌ３は、塗工ノズル２１の近接位置または離間位置の位置状態を示す。図１０に示すように、本実施形態の塗工処理は、切替部の開閉弁２２を開放する工程および塗工ノズル２１を近接移動させる工程が同時に実行されてもよく、また、切替部の開閉弁２２を閉鎖する工程、塗工ノズル２１の内部の触媒インクを吸引する工程および塗工ノズル２１を離間移動させる工程が同時に実行されてもよい。

また、本実施形態の移動機構２３は、塗工ノズル２１の近接移動の際の近接速度および離間移動の際の離間速度を切り替えることができる。図１１は、本実施形態に係る塗工装置１における、塗工処理の際の、塗工ノズル２１の移動速度を示す図である。図１１の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、塗工ノズル２１の移動速度を示す。図１１に示すように、塗工ノズル２１は、近接移動の際に、加速移動、等速移動および減速移動を順次に行うことによって、近接速度を切り替えつつ、近接位置に到達する。また、塗工ノズル２１は、離間移動の際に、加速移動、等速移動および減速移動を順次に行うことによって、移動速度を切り替えつつ、離間位置に到達する。また、図１１の例では、近接速度と、離間速度とは、同一の速度となっている。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、切替部の開閉弁を開放する工程（ステップＳ２）、塗工ノズルを近接移動させる工程（ステップＳ３）、切替部の開閉弁を閉鎖する工程（ステップＳ４）、塗工ノズルの内部の触媒インクを吸引する工程（ステップＳ５）の順で塗工処理がなされていた。しかしながら、本発明の、塗工装置における塗工処理はこれに限られない。

また、上記実施形態の塗工ノズルの近接速度および離間速度は同一の速度となっていた。しかしながら、本発明はこれに限られない。図１２は、変形例に係る塗工装置における、塗工処理の際の、塗工ノズルの移動速度を示す図である。図１２の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、塗工ノズルの移動速度を示す。図１２に示すように、近接速度および離間速度の各々の最大値（等速移動時の速度）は、基材の搬送速度に応じて変更されてもよい。

また、上記の実施形態では、基材の搬送速度に応じて、塗工ノズルの近接速度および離間速度の双方を変更していた。しかしながら、塗工開始端および塗工終端の一方のみに問題が生じる様な場合には、基材の搬送速度に応じて、近接速度および離間速度の一方のみを変更してもよい。

また、上記の実施形態では、制御部が、基材の搬送速度に応じて、塗工ノズルの近接速度および離間速度を自動的に変更していた。しかしながら、塗工装置に設けられた操作部を、オペレータが操作することによって、塗工ノズルの近接速度および離間速度の少なくとも一方を、変更してもよい。

また、上記の実施形態では、塗工装置は、電解質膜の表面に触媒材料層を形成する装置であった。しかしながら、本発明の塗工装置は、電解質膜の裏面に触媒材料層を形成する装置であってもよく、また、電解質膜の表面および裏面の両面に電解質膜を形成する装置であってもよい。

また、上記の実施形態では、基材は、バックアップローラの外周面と接触することで支持されていた。しかしながら、バックアップローラの外周面は、吸着面であってもよく、基材は、バックアップローラの外周面に吸着されることで支持されてもよい。

また、塗工装置の細部の構成については、本願の各図と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ 塗工装置
９ 触媒材料層
１０ 搬送機構
２０ 塗工部
２１ 塗工ノズル
２２ 開閉弁
２３ 移動機構
２４ 吸引部
３０ 乾燥部
９０ 基材
２１１ 吐出口
２４２ サックバックバルブ

Claims (16)

1. 長尺帯状体の基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、
   前記基材を、その長手方向に搬送する搬送機構と、
   スリット状の吐出口を備え、前記吐出口から前記基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、
   前記塗工ノズルによる塗工液の吐出動作を、実行および停止させる切替部と、
   前記塗工ノズルを、前記基材に対して近接および離間させる移動機構と、
   を有し、
   前記基材の搬送速度に応じて、前記移動機構による前記塗工ノズルの近接速度および離間速度の少なくとも一方を変更可能である塗工装置。
2. 請求項１に記載の塗工装置であって、
   前記移動機構による前記塗工ノズルの移動速度を制御する制御部
   をさらに有し、
   前記制御部が、前記基材の搬送速度に応じて、前記塗工ノズルの近接速度および離間速度の少なくとも一方を変更する塗工装置。
3. 請求項２に記載の塗工装置であって、
   前記制御部は、前記基材の搬送速度が速いほど、前記塗工ノズルの近接速度および離間速度の少なくとも一方を速くする塗工装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の塗工装置であって、
   前記移動機構は、前記切替部が、前記塗工液の吐出を停止した後に、前記塗工ノズルを離間させる塗工装置。
5. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の塗工装置であって、
   前記塗工ノズル内部の前記塗工液を吸引する、吸引部をさらに有する塗工装置。
6. 請求項５に記載の塗工装置であって、
   前記移動機構は、前記吸引部が、前記塗工液を吸引すると同時に、または、前記塗工液を吸引した後に、前記塗工ノズルを離間させる塗工装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の塗工装置であって、
   前記基材の搬送速度に応じて、前記移動機構による前記塗工ノズルの離間速度を変更可能である塗工装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の塗工装置であって、
   前記基材の搬送速度に応じて、前記移動機構による前記塗工ノズルの近接速度を変更可能である塗工装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の塗工装置であって、
   前記塗工ノズルは、前記吐出口から前記基材に、前記塗工液を間欠的に吐出する塗工装置。
10. 長尺帯状体の基材に塗工液を塗工する塗工方法であって、
    ａ）前記基材を、その長手方向に搬送する工程と、
    ｂ）スリット状の吐出口を備える塗工ノズルを、前記基材に対して近接させる工程と、
    ｃ）前記塗工ノズルから前記基材に、塗工液を吐出する工程と、
    ｄ）前記塗工ノズルを、前記基材から離間させる工程と、
    を有し、
    前記工程ａ）における前記塗工ノズルの近接速度および前記工程ｄ）における前記塗工ノズルの離間速度の少なくとも一方を、前記基材の搬送速度に応じて変更する塗工方法。
11. 請求項１０に記載の塗工方法であって、
    前記基材の搬送速度が速いほど、前記塗工ノズルの前記近接速度および前記塗工ノズルの前記離間速度の少なくとも一方を速くする塗工方法。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の塗工方法であって、
    前記工程ｄ）では、前記塗工ノズルからの前記塗工液の吐出を停止した後に、前記塗工ノズルを離間させる塗工方法。
13. 請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載の塗工方法であって、
    前記工程ｄ）は、前記塗工液を吸引すると同時に、または、前記塗工液を吸引した後に、前記塗工ノズルを離間させる塗工方法。
14. 請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載の塗工方法であって、
    前記基材の搬送速度に応じて、前記塗工ノズルの前記離間速度を変更する塗工方法。
15. 請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載の塗工方法であって、
    前記基材の搬送速度に応じて、前記塗工ノズルの前記近接速度を変更する塗工方法。
16. 請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載の塗工方法であって、
    前記工程ｂ）、前記工程ｃ）、および前記工程ｄ）を繰り返す塗工方法。

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