JP6834892B2 - 間欠塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、間欠塗工装置に関する。

従来の塗工装置として、例えば特許文献１に記載の塗工装置がある。この塗工装置は、スリットダイの先端から塗工液を吐出して、搬送される基材に塗工部を形成する。スリットダイからの塗工液の供給量を制御することにより、塗工部と未塗工部を繰り返す間欠塗工がなされる。

特許文献２には、塗工液を吐出口から基材へ吐出するダイに、塗工液の供給を断続的に行う間欠供給装置（切替バルブ）を備えた間欠塗工装置が開示されている。間欠供給装置は、非塗工期間にはダイへの塗工液の供給を断ち、圧送された塗工液をタンクに還流させる。塗工期間においては、間欠供給装置は、圧送された塗工液をダイに供給し、タンクへの還流を断つ。

また、塗工期間から非塗工期間に切り替える際、間欠供給装置は、ダイへの塗工液の供給を断つと共に、既にダイに流入していた塗工液を吸引し、当該間欠供給装置側へ逆流（サックバック）させる。これにより、非塗工期間の開始時に、既にダイに流入していた塗工液が基材へ無用に吐出されてしまうことを抑制している。

特許文献２に記載の間欠供給装置には、分岐空間、ダイ側空間、還流側空間を有するケーシングが設けられている。ケーシング内において、分岐空間とダイ側空間との間に、塗工液をダイへ供給・吸引する弁装置が設けられている。また、分岐空間と還流側空間との間には、余分な塗工液を還流路へ戻すとともに、ダイと還流路に分岐する体積調整機能を兼ねる体積調整装置が設けられている。

分岐空間とダイ側空間とは、弁装置が開弁状態のときに連通し、閉弁状態のときに連通しないようになっている。弁装置は、進退方向に連接された閉弁領域と開弁領域とを有し、開弁領域に通液部を備える弁体を有する。弁体の閉弁領域の外周面がケーシングの分岐空間とダイ側空間との境界に設けられた環状の弁座と密着することで、液漏れをしない閉弁状態となる。通液部は、弁体が、ダイ側空間側へ向かって移動するのに伴い通液部を通過する流量が多くなるように形成されている。この弁体を進退移動させて、閉弁状態と開弁状態とを切り替えることにより、間欠塗工が行われる。

特開２０１６―１３１９４１号公報 特開２０１１−８３７１９号公報

間欠供給装置には、塗工液のタンクとダイとを結ぶ供給経路に配置され、互いに反転動作する塗工バルブとリターンバルブとを含む切替バルブを備えるものがある。塗工時には塗工バルブが開かれ、ダイへの塗工液の供給が行われる。一方、非塗工時にはリターンバルブが開かれ、塗工液がタンクに戻される。

塗工液をタンクからダイの吐出口まで搬送する供給経路は、ケースに形成されている。切替バルブは、供給経路上に配置され、ケースの内壁面上を摺動する回転弁体である。切替バルブは、往復移動することにより、開弁状態と閉弁状態とを切り替える。このような切替バルブは、往復移動することで弁の開閉を切り替えているため、塗工期間から非塗工期間に切り替えるときの可動範囲が限定されている。

また、この切替バルブは、塗工液が切替バルブの外周面とケースの内壁面との隙間に浸透する構造となっている。このため、切替バルブとケースの内壁面との間の隙間には、開弁状態と閉弁状態とを切り替えても、浸透した塗工液が押し出されずに滞留する領域が生じる。滞留した塗工液は、時間とともに切替バルブ及びケースの内壁面に固着する。塗工液が固着すると、切替バルブの回転抵抗が上がり、切替バルブを駆動するモータの回転負荷が高くなるという問題が生じる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、塗工液の固着を抑制することが可能な間欠塗工装置を提供することである。

本発明の一態様にかかる間欠塗工装置は、塗工液の供給経路を有するケースと、略円筒形状であり、円筒半径方向に形成された貫通孔を有し、円筒軸を回転軸として回転する切替バルブと、前記切替バルブを同一方向に回転させ、前記塗工液の供給と遮断とを切り替えるバルブ駆動部とを備え、前記切替バルブは、塗工期間に前記貫通孔が前記供給経路の前記塗工液の搬送方向に沿うように配置され、前記切替バルブの前記供給経路との摺動部には、当該切替バルブの外周面と前記供給経路の内壁面との間に隙間を形成する面取り部が設けられている。

本発明によれば、塗工液の固着を抑制することが可能な間欠塗工装置を提供することができる。

実施の形態に係る間欠塗工装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る間欠塗工装置に用いられる切替バルブの構成を示す図である。 実施の形態の切替バルブの動作を説明する図である。 切替バルブの動作回数とバルブ駆動部の温度の関係を示すグラフである。 比較例に係る間欠塗工装置の構成を示す図である。 比較例に係る間欠塗工装置に用いられる切替バルブの構成を示す図である。 比較例の切替バルブの動作を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態に係る間欠塗工装置は、例えば、燃料電池スタック（ＦＣ（fuel cell）スタック）を製造する際に、高分子電解質膜の上に塗工液として触媒インクを塗布する工程に用いられる。塗工液は、高分子電解質膜上に所定の長さで塗工部と未塗工部とを交互に繰り返し形成する間欠塗工を行うことで、無駄なく塗布される。

実施の形態に係る間欠塗工装置について説明する前に、図５〜７を参照して、比較例に係る間欠塗工装置の問題点について説明する。図５は、比較例に係る間欠塗工装置の構成を示す図である。図６は、図５の間欠塗工装置に用いられる切替バルブの構成を示す。また。図７は、図６の切替バルブの動作を説明する図である。

図５に示すように、比較例の間欠塗工装置１は、塗工バルブ２、リターンバルブ３、バルブ駆動部４、５、ケース６を備える。ケース６には、塗工液をダイの吐出口まで搬送する供給経路７が形成されている。塗工バルブ２、リターンバルブ３は、所定の間隔を開けて並ぶように供給経路７上に配置されている。塗工バルブ２、リターンバルブ３は、塗工期間と非塗工期間を切り替える切替バルブである。

塗工バルブ２、リターンバルブ３にはそれぞれバルブ駆動部４、５が接続されている。バルブ駆動部４、５は、塗工バルブ２、リターンバルブ３をそれぞれ所定の範囲だけ往復移動するように回転させる。

ここで、図６、７を参照して、塗工バルブ２の構成について詳細に説明する。なお、比較例において、塗工バルブ２、リターンバルブ３は同一の構成を有しているため、リターンバルブ３に関する説明を省略する。図６に示すように、塗工バルブ２は、円筒形状である。塗工バルブ２には、その円筒半径方向に貫通孔８が設けられている。塗工バルブ２は、その円筒軸を中心として往復移動する。塗工バルブ２は、供給経路７の内壁面上を摺動する回転弁体である。図７に矢印で示すように、塗工バルブ２は、回転軸を中心に往復移動することにより、開弁状態と閉弁状態とを切り替える。

このような構造では、塗工液が塗工バルブ２の外周面とケース６の内壁面との隙間に浸透する。上述のように、塗工バルブ２は、塗工期間から非塗工期間に切り替えるときの可動範囲が限定されているため、切替バルブとケースの内壁面との間の隙間には、開弁状態と閉弁状態とを切り替えても、浸透した塗工液が押し出されずに滞留する領域が生じる。

比較例に係る間欠塗工装置１では、この滞留した塗工液の固着により、塗工バルブ２の回転抵抗が上がり、塗工バルブ２バルブを駆動するモータの回転負荷が高くなり、モータの温度が上昇して使用温度を超えるという問題が生じていた。これにより、塗工バルブ２の耐久性が低下することとなる。そこで、本発明者らは、以下に説明する発明をなした。

図１は、実施の形態に係る間欠塗工装置の構成を示す図である。図１に示すように、間欠塗工装置１０は、タンク１１、ケース１２、バルブ駆動部１４、１５、サックバック１６、ダイ１７、塗工バルブ２０、リターンバルブ２１を備えている。ケース１２には、塗工液Ｓをダイ１７の吐出口１８まで搬送する供給経路１３が形成されている。

間欠塗工装置１０は、タンク１１から搬送される塗工液Ｓをダイ１７の吐出口１８から基材Ｗへ吐出する。間欠塗工装置１０を用いた塗工は、基材Ｗとダイ１７の相対移動により行われる。図１に示す例では、基材Ｗを走行させてダイ１７を停止させている。例えば、ロール状に巻かれた基材Ｗを走行させ、固定したダイ１７の吐出口１８から基材Ｗ上に塗工液Ｓが塗布される。

なお、基材Ｗとダイ１７の相対移動には、基材Ｗを停止させてダイ１７を走行させる態様を用いることも可能である。例えば、ステージに固定した基材Ｗの表面に沿ってダイ１７を移動させながら、吐出口１８から塗工液Ｓを塗布することができる。図１に示す例では、吐出口１８の吐出方向を水平方向に向けているが、これに限定されない。例えば、吐出口１８の吐出方向を上方又は下方としてもよい。ダイ１７の姿勢は、塗工条件に応じて適宜選択されうる。

タンク１１には塗工液Ｓが貯留されている。タンク１１の下部は、例えば、ポンプ（不図示）に接続されている。ポンプはタンク１１に貯留されている塗工液Ｓを吸引し、配管３０へと出力する。

配管３０は、ケース１２に接続されている。ケース１２の配管３０が接続された箇所からダイ１７へ向かう側には、塗工バルブ２０が設けられている。また、ケース１２の配管３０が接続された箇所からタンク１１へと戻る側にはリターンバルブ２１が設けられている。さらに、ケース１２には、配管３１が接続されている。配管３１は、ケース１２のリターンバルブ２１からタンク１１へと戻る下流側に接続されている。配管３１の下流側は、タンク１１の上部に設けられた供給口に接続されている。

塗工液Ｓは、ケース１２に形成された供給経路１３を通って搬送される。すなわち、供給経路１３は、塗工液Ｓを貯留するタンク１１とダイ１７とを結ぶ配管の役割を果たす。塗工バルブ２０、リターンバルブ２１は、供給経路１３上に所定の間隔を開けて配置されている。上述したように、配管３０は、ケース１２の塗工バルブ２０とリターンバルブ２１との間に接続されている。

塗工バルブ２０、リターンバルブ２１は、ダイ１７へ塗工液Ｓの供給を断続的に行うとともに、ダイ１７に供給されない不要な塗工液Ｓをタンク１１へと戻す役割を果たしている。すなわち、塗工バルブ２０及びリターンバルブ２１は、塗工期間と非塗工期間とを切り替える切替バルブである。

塗工バルブ２０、リターンバルブ２１は、それぞれバルブ駆動部１４、１５に接続されている。バルブ駆動部１４、１５は、図示しないモータ等の駆動力源を備えており、塗工バルブ２０、リターンバルブ２１をそれぞれ同一方向に回転させる。塗工バルブ２０、リターンバルブ２１は、それぞれケース１２の内壁面に沿って同一方向に摺動する。この塗工バルブ２０、リターンバルブ２１の同一方向への回転移動により、開弁状態と閉弁状態とが切り替えられる。

塗工バルブ２０とリターンバルブ２１とは、互いに反転動作をする。具体的には、塗工期間には塗工バルブ２０が開弁状態となり、ダイ１７への塗工液Ｓの供給が行われる。このとき、リターンバルブ２１は閉弁状態となっている。一方、非塗工期間にはリターンバルブ２１が開弁状態となり、塗工液Ｓがタンク１１に戻される。このとき、塗工バルブ２０は閉弁状態となっている。

ケース１２の塗工バルブ２０からダイ１７へ向かう側には、サックバック１６が設けられている。サックバック１６としては、例えば、吸引バルブを備えたものが用いられる。塗工期間から非塗工期間へと切り替える際には、吸引バルブを引き上げて供給経路１３の体積を増加させ、既にダイ１７に流入していた塗工液Ｓを吸引することができる。これにより、非塗工期間の開始時に、既にダイ１７に流入していた塗工液Ａの基材Ｗへの余分な吐出が抑制される。

図２は、塗工バルブ２０の構成を示す図である。なお、リターンバルブ２１は塗工バルブ２０と同様の構成であるため、説明を省略する。図２に示すように、塗工バルブ２０は、略円筒形状を有している。塗工バルブ２０には、円筒半径方向に貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２は、塗工バルブ２０の円筒軸方向に直交するように、塗工バルブ２０の外周面を貫通する。貫通孔２２は、塗工期間に供給経路１３の塗工液Ｓの搬送方向に沿うように配置される。非塗工期間には、貫通孔２２は、供給経路１３の塗工液Ｓの搬送方向に直交する方向に沿うように配置される。

略円筒状の塗工バルブ２０は、その円筒軸を回転軸として回転する。回転軸は、供給経路の塗工液の搬送方向に直交する方向に沿って配置される。塗工バルブ２０は、回転軸を中心に同一方向に回転移動することにより、貫通孔２２を通って塗工液Ｓが搬送される開弁状態と供給経路１３が遮断される閉弁状態とを切り替える。塗工バルブ２０は、供給経路１３の内壁面上を摺動する回転弁体である。

塗工バルブ２０の外周面が、供給経路１３の内壁面と摺動する摺動部２３となる。摺動部２３には、少なくとも一部に面取り部２４が設けられている。図２に示す例では、面取り部２４は、貫通孔２２の周囲、及び、貫通孔２２が形成された位置から円周方向に所定の距離だけ離れた位置に形成されている。面取り部２４の円筒軸方向の長さＬは、貫通孔２２の直径Ｄよりも大きくなっている。面取り部２４内に、貫通孔２２が配置される。なお、面取り部２４の形状、位置、サイズ、数等は、適宜変更可能である。

面取り部２４は、塗工バルブ２０の外周面と供給経路１３の内壁面との間に隙間を形成する。塗工液Ｓが塗工バルブ２０と外周面とケース１２の内壁面との隙間に浸透すると、浸透した塗工液Ｓは面取り部２４に溜まる。

図３に矢印で示すように、塗工バルブ２０は、同一の方向に回転して塗工液Ｓの供給と遮断を切り替える。塗工液Ｓには粘性があるため、面取り部２４に溜まった塗工液Ｓは、塗工バルブ２０の切り替え動作に伴って塗工バルブ２０の回転方向へ連れまわされる。この結果、ケース１２の内壁面と塗工バルブ２０の外周面との間に塗工液Ｓが滞留する期間が短くなり、塗工液Ｓの固着を抑制することが可能となる。このため、モータ等のバルブ駆動部への負荷の増加を抑制できる。

図４は、切替バルブの切り替え動作回数とバルブ駆動部としてのモータの温度の関係を示すグラフである。図４において、長鎖線（１）は、図６に示した切替バルブの形状であり、図７のように往復移動を行った場合を示している。また、短鎖線（２）は、図２に示した切替バルブの形状であり、図７のように往復移動を行った場合を示している。さらに、一点鎖線（３）は、図２に示した切替バルブの形状であり、図３のように同一方向に回転移動を行った場合を示している。なお、ここでは、モータ温度が６０度以下を適正範囲とした。

図４に示すように、（１）の場合、比較的少ない切り替え動作回数でモータ温度が６０度を超えてしまう。これに対し、（２）の場合、切替バルブの外周面に面取り部を形成し、ケース１２と切替バルブとの接触面積を少なくすると、切り替え動作回数が８０万回を超えるまで、モータ温度を適正範囲内に保持できる。さらに、（３）の場合、切替バルブの動作を往復移動から同一方向への回転移動に変更すると、切り替え動作回数が１００万回を超えても、（２）の場合よりも低い温度でモータ温度を適正範囲内に保持できる。

このように、実施の形態によれば、切替バルブの切り替え動作を長時間繰り返したとしても、切替バルブの摺動部へ塗工液Ｓが固着することが抑制され、間欠塗工装置における切替バルブの耐久性を向上することができる。

１０ 間欠塗工装置
１１ タンク
１２ ケース
１３ 供給経路
１４ バルブ駆動部
１５ バルブ駆動部
１６ サックバック
１７ ダイ
１８ 吐出口
２０ 塗工バルブ
２１ リターンバルブ
２２ 貫通孔
２３ 摺動部
２４ 面取り部
３０ 配管
３１ 配管
Ｓ 塗工液
Ｗ 基材

Claims (1)

1. 塗工液の供給経路を有するケースと、
   略円筒形状であり、円筒半径方向に形成された貫通孔を有し、円筒軸を回転軸として回転する切替バルブと、
   前記切替バルブを同一方向に回転させ、前記塗工液の供給と遮断とを切り替えるバルブ駆動部と、
   を備え、
   前記切替バルブは、塗工期間に前記貫通孔が前記供給経路の前記塗工液の搬送方向に沿うように配置され、
   前記切替バルブの前記供給経路との摺動部には、当該切替バルブの外周面と前記供給経路の内壁面との間に隙間を形成する面取り部が設けられている、
   間欠塗工装置。

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