JP4993915B2 - 液体の塗布及び乾燥方法 - Google Patents
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Description
ところが、DMFC(ダイレクトメタノール型燃料電池)用途のモバイル分野では一台当り1W〜20数W程度でMEAの一枚当りの電極も数センチメートル×数センチメートルと極めて小面積である。
ところが、どのマーケットでも生産スピードは遅くても、品質面から自動化は求められていた。
また、スロットノズルによる塗布であって電極インクの粘度が低い場合は単位時間当りの流量が多くなるのでウェブスピードを速くして塗布する必要があった。複数回の塗布が必要で回数が多くなるほど循環移動体も大型にする必要があった。
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、小型の循環移動体を使用して枚葉タイプであっても比較的長尺のシートにも液体を積層して塗布し乾燥することができる安価で省スペースの装置を提案することにある。
本発明は、塗布及び乾燥装置を小型化し、生産効率の高い液体の塗布及び乾燥方法を提供することを目的とする。前記特許文献5に於いて例えば幅300mm×長さ900mmのシート状の電解質膜を加熱吸着プレートに吸着させて電極インクを塗布する場合、加熱吸着プレートは温度分布からして幅450mm×長さ1050mmが必要であった。また、スプレイノズルのトラバース長さは900mmの長さをカバーする必要があるので1m/秒のトラバーススピードを安定して維持するには1200mmが必要であった。また、トラバーススピードを上げて生産性を上げようとしても1.5m/秒が装置の剛性面と耐久性の面から限界であったし、スピードを上げれば上げるほどスプレイ流が煽られ粒子が飛散し清掃が大変であった。また、防爆構造上テーブルも直交方向にピッチ送りのトラバースが必要でテーブルの重さもあってテーブル型装置は大型化していた。一方、スロットノズルを使用した場合、テーブルを加熱すると大型金属プレートの平面度をミクロンオーダーで維持することは不可能であった。ましてや吸着構造を持たせた場合は更に難しかった。そのため10μm前後の塗膜を安定的に得ることはできなかった。
本発明は、一つのノズルで、効率的に積層塗布することができる液体の塗布及び乾燥方法を提供することを目的とする。
一方、スロットノズルを使用する場合であってもロールは加温しても真円度をプラスマイナス1μm以内にすることは業界では難しい技術ではない。また、液体の使用粘度範囲も広いが以下を考慮する必要がある。5000mPa・s〜20000mPa・sの粘度の場合は1〜2m/min.のスピードで20μmのウェット膜を塗布することが可能であるが、粘度が50〜200mP・sの低粘度の場合はスピードを15m/min.以上にする必要がある。燃料電池の電極インクは固形分が7−15wt%で乾燥塗膜が10μm程度であるのでウェット10μmなら10回、20μmなら乾燥させながら5回積層させると良いことになる。
本発明では次のような液体の塗布及び乾燥方法とした。
シート状基材(P)を循環移動体(2)上に配置する配置工程(S2)と、該循環移動体を回転させながら該基材に液体を塗布する塗布工程(S5,S7)と、該循環移動体が所定の回数回転したか否かを判断し、該所定の回数回転していないときには該所定の回数まで回転を繰り返すようにして、該循環移動体を複数回回転させることにより該液体を乾燥させる回転乾燥工程(S6,S21,S22,S23,S42,S44)とを有する液体の塗布及び乾燥方法。
また、本発明では次のような液体の塗布及び乾燥方法としてもよい。
シート状基材(P)を循環移動体(2)に配置する配置工程(S2)と、該循環移動体を回転させて該基材に少なくとも一つの塗布装置(3)により液体を塗布する塗布工程(S5,S7)と、該液体の乾燥を促進させる乾燥工程(S3,S9)と、該循環移動体が所定の回数回転したか否かを判断し、該所定の回数回転していないときには該所定の回数まで回転を繰り返すようにして、前記塗布工程と前記乾燥工程を繰り返すことにより複数回の積層塗布を行う積層塗布工程(S6,S23,S44)とを有する液体の塗布及び乾燥方法。
該基材に塗布された液体を冷,温風/熱風/輻射熱/循環移動体の加熱手段による伝熱の少なくとも一つにより乾燥させる乾燥工程(S3,S9)を有するとよい。
前記配置工程は、該循環移動体に該基材を真空吸着させる吸着工程を有するとよい。
前記塗布工程の前に該基材を加熱する基材加熱工程を有するとよい。
前記配置工程は、該循環移動体と該基材との間に通気性部材を配置する工程を有するとよい。
前記配置工程は、該基材上にマスキング部材を配置する工程を有するとよい。
該基材は、電解質膜であるとよい。
該液体は、電極インクであるとよい。
前記塗布工程は、スロットノズル(33)から液体を吐出して該基材に該液体を塗布する吐出塗布工程を有するとよい。
前記塗布工程は、スプレイノズル(3)から液体をスプレイして該基材に該液体を塗布するスプレイ塗布工程を有するとよい。
前記多層塗布工程は、スロットノズルから液体を吐出して該基材に該液体を塗布する吐出塗布工程と、スプレイノズルから液体をスプレイして該基材に該液体を塗布するスプレイ塗布工程とを有するとよい。
前記スプレイ塗布工程は、該循環移動体の一周内の塗布終了ごとにスプレイノズルを横断方向に移動させる行程(S31,S32,S45)を有するとよい。
前記スプレイ塗布工程は、スプレイ塗布とスプレイ塗布との間に該循環移動体を一回転以上回転させる工程(S22)を有するとよい。
前記吐出塗布工程は、一つのスロットノズルを間欠的に動作させることにより、複数の塗布領域に液体を塗布する工程を有するとよい。
前記吐出塗布工程は、吐出塗布と吐出塗布との間に該循環移動体を一回転以上回転させる工程を有するとよい。
上記の液体の塗布及び乾燥方法を使用して電解質膜に電極インクを塗布することにより膜−電極アッセンブリを形成してもよい。
上記のように形成された膜−電極アッセンブリを使用した高分子電解質形燃料電池又はダイレクトメタノール型燃料電池を製造してもよい。
本発明のよれば、液体の乾燥を促進させることができる。
本発明によれば、一つのノズルで、液体を効率的に基材上に積層塗布することができる。
図1は、実施例1の液体の塗布及び乾燥装置1の概略構成図である。
塗布及び乾燥装置1は、矢印Aで示す方向に回転可能な循環移動体2と、液体を塗布するための塗布装置としてのスプレイノズル3と、塗布面の近くに空気の流れを形成するための送風装置4とからなる。
基材Pに付着しなかった過剰の液体噴霧は、矢印Fで示す空気の流れに乗って排気口5を通して排気処理装置へ送られる。
あるいは、光照射、輻射熱などを利用して液体の乾燥を促進させてもよい。
基材Pの上にマスキングシートを配置してもよい。マスキングシートは、液体を塗布したい領域の形状に合わせた開口を有する。マスキングシートを基材Pの上に配置して、液体をスプレイすれば、所望形状の塗布パターンを正確に基材Pに塗布することができる。
基材Pと循環移動体2との間に通気性基材としての下敷きシートを配置してもよい。下敷きシートを使用することにより、飛散した液体による循環移動体2の汚れを防止すると伴に、飛散した液体を下敷きシートに付着させて回収することができる。
図2は、実施例1による液体の塗布及び乾燥方法の手順を示すフローチャートである。
液体の塗布及び乾燥工程を開始すると(ステップS1)、循環移動体2に基材Pを配置する(ステップS2)。基材Pは、真空吸着により循環移動体2の表面に吸着される。送風装置4を駆動して、送風を開始する(ステップS3)。循環移動体2を回転させ(ステップS4)、スプレイノズル3から液体を基材Pへ塗布する(ステップS5)。
実施例2では、液体の乾燥を促進するために、液体の塗布工程の間に循環移動体の空回転工程を設けた。例えば、スプレイノズル3から液体を塗布しながら循環移動体2を一回転して一層目の液膜層を形成した後、スプレイノズル3を停止して循環移動体2を十回転だけ回転させる(本明細書において、以下、この回転を「空回転」という。)。空回転をすることにより、液膜の乾燥を促進させることができる。その後、再び、スプレイノズル3から液体を塗布して二層目の液膜層を形成する。
図4は、実施例3の液体の塗布及び乾燥装置の平面図である。図1に示した実施例1と同様の構成要素については同じ参照符号を付して説明を省略する。
スプレイノズル3は、支持棒22に取り付けられ、矢印Xで示す方向に移動可能である。矢印Xで示す方向は、循環移動体2の軸線方向に沿う方向である。本明細書において、矢印Xで示す方向へのスプレイノズル3の移動を「トラバース」という。
図5は、実施例3による液体の塗布及び乾燥方法の手順を示すフローチャートである。図2に示した実施例1と同様の工程には、同様の参照符号を付して説明を省略する。以下、異なる点のみを説明する。
図6は、実施例4による液体の塗布及び乾燥方法の手順を示すフローチャートである。図2に示した実施例1と同様の工程には、同様の参照符号を付して説明を省略する。以下、異なる点のみを説明する。
図7(a)及び図7(b)は、スプレイノズル3をトラバースする所定距離Dとスプレイノズル3のパターン幅Wがほぼ等しい場合の塗膜Mを模式的に示している。図7(a)は、説明のために展開した基材Pの平面図であり、図7(b)は側面図である。塗膜Mは、基材Pに均一に塗布されている。
図7(c)及び図7(d)は、スプレイノズル3をトラバースする所定距離Dがスプレイノズル3のパターン幅Wよりも小さい場合の塗膜Mを模式的に示している。図7(c)は、説明のために展開した基材Pの平面図であり、図7(d)は側面図である。この場合においても、塗膜Mは、基材Pにほぼ均一に塗布されることがわかる。
本発明のスプレイノズル3は、連続塗布のみならず、間欠塗布するように制御することができる。液体を間欠塗布することにより、円周方向に間隔を空けた塗布パターンを形成することができる。
さらに、前記したトラバースと組み合わせることにより、図8に示すような塗布パターンを得ることができる。
図8(a)に示す塗布パターンは、スプレイノズル3を時間Tだけ停止した間欠塗布と、所定距離Dだけスプレイノズルをトラバースすることにより得られる。パターン幅Wのスプレイノズル3で、回転方向Aに沿って間欠塗布する。循環移動体2が一回転したならば、スプレイノズル3を矢印Xで示す方向に所定距離Dだけトラバースする。スプレイノズル3は、回転方向Aに沿って間欠塗布する。このように、間欠塗布とトラバースとを組み合わせることにより、図8(a)に示す塗布パターンを得ることができる。
図8(c)に示す塗布パターンは、特許文献3に開示されているように循環移動体の回転を間欠的に停止させ、停止しているときにスプレイノズル3を矢印Xで示す方向にトラバースさせながらスプレイする。このトラバースの際に、時間T1はスプレイを停止して未塗布部を設けながら塗布する。トラバース終了後、スプレイのピッチ分だけ循環移動体2を所定距離Sだけ回転移動させ、前記と同じようにトラバースさせながら塗布をおこなう。以後、トラバースを所定回数繰り返し、塗布パターンMが所望する長さLになったら、時間T2分間欠回転させた後再度トラバースしながら塗布を行う。乾燥させながら一周したらオフセットをかけて塗布作業を繰り返し行う。所望する積層状態になるまで塗布と乾燥を行うことができる。スプレイは塗布幅W1の間パルス的に行うこともできる。
実施例1〜実施例5においては、液体の塗布装置としてスプレイノズル3を使用した。しかし、本発明は、スプレイノズルに限定されるものではなく、スロットノズルを使用することができる。スロットノズルを使用することにより、図8(a)に示した塗布パターンをより簡単に形成することができる。
また、スロットノズルとスプレイノズルを組み合わせて使用することもできる。この場合は、スプレイノズルをスロットノズルの下流側に配置するとよい。スプレイノズルは非接触タイプのノズルであるのに対して、スロットノズルは接触タイプのノズルであるからである。
例えば、本発明における液体の塗布は、粒子化塗布であっても液膜塗布であってもよい。
粒子化塗布としては、エアレススプレイ、エアスプレイ、遠心霧化、超音波、バブラー、インクジェット、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。スプレイ方式としては、特表平8−501974号公報又は特開平6−170308号公報に記載されているコントロールコート法も適用できる。
液膜塗布としては、ロールコート、スクリーンコート、リバースコート、スロットノズルコート、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。
また、本発明におけるスプレイノズルは、液体を粒子化させるタイプであっても、液体を膜状に付与するタイプであってもよい。前記液体を粒子化させるタイプのものとして本出願人の日本法人であるノードソン株式会社が出願した特開平6−86956号公報に記載されているような貫通型多孔性シートの孔に一旦充填された液体を液化ガス等で圧出させて微粒化させウェブ7に転移させて塗布する、所謂スクリーンスプレイ方式を用いてもよい。スロットノズルは、液体を所定のパターンで液膜状に吐出するタイプであってもよい。
2 循環移動体
3 スプレイノズル
4 送風装置
5,6 排気口
7,8 隔壁
9 空間
Claims (18)
- シート状基材を循環移動体上に配置する配置工程と、
該循環移動体を回転させ該基材に液体を塗布する塗布工程と、
該循環移動体が所定の回数回転したか否かを判断し、該所定の回数回転していないときには該所定の回数まで回転を繰り返すようにして、該循環移動体を複数回回転させることにより該液体を乾燥させる回転乾燥工程とを有することを特徴とする液体の塗布及び乾燥方法。 - シート状基材を循環移動体に配置する配置工程と、
該循環移動体を回転させて該基材に少なくとも一つの塗布装置により液体を塗布する塗布工程と、
該液体の乾燥を促進させる乾燥工程と、
該循環移動体が所定の回数回転したか否かを判断し、該所定の回数回転していないときには該所定の回数まで回転を繰り返すようにして、前記塗布工程と前記乾燥工程を繰り返すことにより複数回の積層塗布を行う積層塗布工程とを特徴とする液体の塗布及び乾燥方法。 - 該基材に塗布された液体を冷、温風/熱風/輻射熱/循環移動体の加熱手段による伝熱の少なくとも一つにより乾燥させる乾燥工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記配置工程は、該循環移動体に該基材を真空吸着させる吸着工程を有することを特徴とする請求項1乃至3に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記塗布工程の前に該基材を加熱する基材加熱工程を有することを特徴とする請求項1乃至4に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記配置工程は、該循環移動体と該基材との間に通気性部材を配置する工程を有することを特徴とする請求項1乃至5に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記配置工程は、該基材上にマスキング部材を配置する工程を有することを特徴とする請求項1乃至6に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 該液体は、電極インクであることを特徴とする請求項1乃至7に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 該基材は、電解質膜であることを特徴とする請求項1乃至8に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記塗布工程は、スロットノズルから液体を吐出して該基材に該液体を塗布する吐出塗布工程を有することを特徴とする請求項1乃至9に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記塗布工程は、スプレイノズルから液体をスプレイして該基材に該液体を塗布するスプレイ塗布工程を有することを特徴とする請求項1乃至9に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記積層塗布工程は、スロットノズルから液体を吐出して該基材に該液体を塗布する吐出塗布工程と、スプレイノズルから液体をスプレイして該基材に該液体を塗布するスプレイ塗布工程とを有することを特徴とする請求項2に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記スプレイ塗布工程は、該循環移動体の一周内の塗布終了ごとにスプレイノズルを横断方向に移動させる行程を有する請求項11又は12に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記スプレイ塗布工程は、スプレイ塗布とスプレイ塗布との間に該循環移動体を一回転以上回転させる工程を有する請求項11又は12に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記吐出塗布工程は、一つのスロットノズルを間欠的に動作させることにより、複数の塗布領域に液体を塗布する工程を有する請求項10又は12に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 前記吐出塗布工程は、吐出塗布と吐出塗布との間に該循環移動体を一回転以上回転させる工程を有する請求項10,12又は15に記載の液体の塗布及び乾燥方法。
- 請求項1乃至16に記載の液体の塗布及び乾燥方法を使用して電解質膜に電極インクを塗布することにより膜−電極アッセンブリを形成することを特徴とする膜−電極アッセンブリ形成方法。
- 請求項17に記載の膜−電極アッセンブリ形成方法により形成された膜−電極アッセンブリを使用した高分子電解質形燃料電池又はダイレクトメタノール型燃料電池を製造する燃料電池製造方法。
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