KR102046758B1 - 다이 헤드 장치, 도포 방법 및 적층체 형성 장치 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

불순물 제거용 전용 장치를 사용하지 않고, 불순물 고장이 없으면서 또한 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있는 다이 헤드 장치 및 도포 방법과, 상기 도막의 적층체를 형성할 수 있는 적층체 형성 장치를 제공한다.
전방 블레이드(130A)와, 후방 블레이드(160A)와, 중앙 블레이드(140A)와, 내부 불순물 제거 공간(150A)을 갖는 다이 헤드 장치이다. 전방 블레이드(130A) 및 중앙 블레이드(140A)는, 슬러리 SA의 액 고임부를 형성하도록 구성된다. 내부 불순물 제거 공간(150A)은, 중앙 블레이드(140A)와 후방 블레이드(160A) 사이에 위치한다. 후방 블레이드(160A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D4A는, 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D1A보다 작게 설정된다.

Description

다이 헤드 장치, 도포 방법 및 적층체 형성 장치
본 발명은 다이 헤드 장치, 도포 방법 및 적층체 형성 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 슬러리를 도포하기 위해서 사용되는 다이 헤드 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
슬러리는, 분말형의 재료를 액상 매체에 분산하여 조제되어, 거품이나 먼지 등의 불순물을 내포하고 있다. 그 때문에, 슬러리를 도포하여 형성되는 도막에, 거품이 잔류함으로써 거품 고장(불순물 고장)이 생기는 문제와, 균일한 두께의 도막을 형성하기가 곤란한 문제를 갖고 있다. 특히, 슬러리의 도포를 반복함으로써 형성되는 도막의 적층체에 있어서는, 상기 문제는, 현저하다.
한편, 슬러리에 내포되는 거품을 제거하기 위한 탈포 장치(불순물 제거용 전용 장치)가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제2003-10766호 공보 일본 특허 공개 제2011-50814호 공보
슬러리를 도포하기 전에, 탈포 장치를 사용하여, 슬러리에 내포되는 거품을제거하는 것은 가능하지만, 장치 전체의 대형화 및 장치 구성의 복잡화에 따른 장치 비용의 상승이나, 공정수의 증가에 의한 생산성의 저하를 야기하는 문제를 갖고 있다.
본 발명은 상기 종래 기술에 수반되는 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 불순물 제거용 전용 장치를 사용하지 않고, 불순물 고장이 없으면서 또한 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있는 다이 헤드 장치 및 도포 방법과, 상기 도막의 적층체를 형성할 수 있는 적층체 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상은, 반송되는 기재에 슬러리를 도포하여 도막을 형성하는 다이 헤드 장치이며, 전방 블레이드와, 후방 블레이드와, 중앙 블레이드와, 내부 불순물 제거 공간을 갖는다. 상기 전방 블레이드 및 상기 중앙 블레이드는, 상기 슬러리의 액 고임부를 형성하도록 구성된다. 상기 내부 불순물 제거 공간은, 상기 중앙 블레이드와 상기 후방 블레이드 사이에 위치한다. 상기 후방 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리는, 상기 중앙 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리보다 작게 설정된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양상은, 반송되는 기재에 슬러리를 도포하여 도막을 형성하는 도포 방법이다. 상기 도포 방법에 있어서는, 상기 기재가 중앙 블레이드를 통과함으로써, 상기 기재에 상기 슬러리가 도포되고, 내부 불순물 제거 공간을 통과할 때에 상기 기재에 도포된 상기 슬러리의 도막에 내포되는 불순물이, 상기 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거되고, 후방 블레이드를 통과할 때에 상기 도막의 표면은 평활화되어서, 균일한 두께의 도막이 형성된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 양상은, 반송되는 기재에 도막의 적층체를 형성하는 적층체 형성 장치이며, 상기 다이 헤드 장치를 복수 갖고 있고, 상기 복수의 다이 헤드 장치는, 상기 기재의 반송 방향을 따라서 직렬로 배치되어, 상기 복수의 다이 헤드 장치의 반송 방향 하류측에, 슬러리의 도막에 내포되는 불순물을 제거하기 위한 외부 불순물 제거 공간이 각각 마련되어 있다.
본 발명의 일 양상 및 별도의 일 양상에 의하면, 중앙 블레이드를 통과한 후에 있어서의 슬러리의 도막의 두께는, 얇기 때문에, 중앙 블레이드와 후방 블레이드 사이에 위치하는 내부 불순물 제거 공간에 있어서, 도막에 내포되는 불순물은, 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거된다. 또한, 후방 블레이드를 통과할 때에 도막의 표면은, 평활화(교정)되어서, 균일한 두께의 도막이 형성된다. 따라서, 불순물 제거용 전용 장치를 사용하지 않고, 불순물 고장이 없으면서 또한 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있는 다이 헤드 장치 및 도포 방법을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 의하면, 상기 다이 헤드 장치에 의해 형성된 도막은, 외부 불순물 제거 공간에 있어서, 잔류하고 있는 불순물이 제거된 후에, 도막의 표면에, 별도의 다이 헤드 장치에 의해 별도의 슬러리가 도포되고, 도막의 적층체가 형성된다. 따라서, 불순물 제거용 전용 장치를 사용하지 않고, 불순물 고장이 없으면서 또한 균일한 두께를 갖는 도막의 적층체를 형성할 수 있는 적층체 형성 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 특질은, 이후의 설명 및 첨부 도면에 예시되는 바람직한 실시 형태를 참조함으로써, 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 연료 전지의 하프 셀층을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시되는 하프 셀층을 형성하기 위한 적층체 형성 장치를 설명하기 위한 측면도이다.
도 3은 적층체 형성 장치에 의한 적층체의 형성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시되는 다이 헤드 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 다이 헤드 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 다이 헤드 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 다이 헤드 장치에 의한 도막의 형성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 도포 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 도 8에 도시되는 제1 도막 형성 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10a는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 1을 설명하기 위한 사시도이다.
도 10b는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 1을 설명하기 위한 저면도이다.
도 11a는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 2를 설명하기 위한 사시도이다.
도 11b는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 2를 설명하기 위한 저면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 3을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 4를 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 5를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 6을 설명하기 위한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 7을 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 8을 설명하기 위한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 9를 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 10을 설명하기 위한 측면도이다.
도 20은 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 11을 설명하기 위한 측면도이다.
도 21a는 도 20에 도시되는 반송 방향 최상류측에 위치하는 다이 헤드 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 21b는 도 21a의 다이 헤드 장치보다 반송 방향 하류측에 위치하는 다이 헤드 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 21c는 도 21b의 다이 헤드 장치보다 반송 방향 하류측에 위치하는 다이 헤드 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 22는 도 20에 도시되는 적층체 형성 장치에 의한 적층체의 형성을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 설명의 편의상 과장되어 있으며, 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 연료 전지의 하프 셀층을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 실시 형태에 관한 연료 전지(10)는, 고체 산화물형 연료 전지(SOFC)이며, 도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드층(20) 및 하프 셀층(30)을 갖는다.
캐소드층(20)은, 예를 들어 10 내지 50㎛의 두께를 갖는 공기극층이며, 하프 셀층(30)과 접하고 있다. 캐소드층(20)은, 촉매능 및 전자 도전성을 갖고, 예를 들어 도전성 세라믹스로 구성된다.
하프 셀층(30)은, 3층을 포함하는 적층체이며, 메탈 서포트층(40), 애노드층(50) 및 고체 전해질층(60)을 갖는다.
메탈 서포트층(40)은, 예를 들어 100 내지 800㎛의 두께를 갖는다. 메탈 서포트층(40)은, 전지의 팽창 수축에 대해 지지체가 되는 기능 및 전자 도전성을 갖는다. 구체적으로는, 메탈 서포트층(40)은, 스테인리스 등의 금속계 재료로 구성된다.
애노드층(50)은, 예를 들어 10 내지 50㎛의 두께를 갖는 연료극층이다. 애노드층(50)은, 촉매능, 전자 도전성 및 이온 도전성을 갖는다. 구체적으로는, 애노드층(50)은, 활성화 촉매, 금속계 재료 및 세라믹계 재료를 포함하고 있다.
고체 전해질층(60)은, 예를 들어 1 내지 30㎛의 두께를 갖고, 캐소드층(20)과 애노드층(50)에 의해 끼움 지지된다. 고체 전해질층(60)은, 이온 도전성을 갖고, 예를 들어 안정화 지르코니아 등의 세라믹계 재료로 구성된다.
다음에, 하프 셀층을 형성하기 위한 적층체 형성 장치(100)가 설명된다.
도 2는, 도 1에 도시되는 하프 셀층을 형성하기 위한 적층체 형성 장치를 설명하기 위한 측면도, 도 3은, 적층체 형성 장치에 의한 적층체의 형성을 설명하기 위한 개략도이다.
적층체 형성 장치(100)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 박막 시트형의 기재(80)에 대해 3종류의 슬러리 SA, SB, SC를 도포하여 도막(42, 52, 62)의 적층체를 형성하는 롤 투 롤 방식의 도포 장치이다. 부호 D4A, D4B, D4C는, 도막(42, 52, 62)의 두께를 나타내고, 부호 T는, 기재(80)의 반송 방향을 나타내고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 도막(42, 52, 62)에 내포되는 불순물로서, 거품(기포)의 경우에 관해, 설명한다.
기재(80)의 재질은, 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 형성된 도막(42, 52, 62)의 적층체는, 기재(80)로부터 박리되기 때문에, 기재(80)의 재질은, 양호한 이형성을 갖는 수지인 것이 바람직하다. 양호한 이형성을 갖는 수지는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 실리콘 수지이다.
적층체 형성 장치(100)는, 반송 장치(110)와, 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)와, 슬러리 공급 장치(170A, 170B, 170C)와, 외부 거품 제거 공간(외부 불순물 제거 공간)(180A, 180B, 180C)과, 제어 장치(190)를 갖는다.
반송 장치(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기재(80)를 반송하기 위해서 사용되고, 송출 롤(111), 구동 롤러(112), 권취 롤(114), 장력 제어 장치(115), 지지 테이블(117)을 갖는다.
송출 롤(111)은, 회전 가능하게 배치되고, 기재(80)가 롤형으로 감겨 있다. 구동 롤러(112)는, 마찰력에 기초하여, 송출 롤(111)로부터 기재(80)를 조출하여, 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)에 공급하기 위해서 사용된다.
구동 롤러(112)는, 회전수가 가변이며, 기재(80)의 반송 속도를 조정 가능하게 구성된다. 구동 롤러(112)는, 예를 들어 양호한 마찰 계수를 갖는 수지로 구성되는 수지 롤러, 양호한 마찰 계수를 갖는 고무로 구성되는 고무 롤러, 또는, 양호한 마찰 계수를 갖는 수지나 고무의 피복층을 갖는 금속 롤러를 포함한다.
구동 롤러(112)의 설치 수 및 설치 위치는, 슬러리의 재료, 다이 헤드 장치의 설치 수, 반송 거리 등을 고려하여 적절히 설정된다. 예를 들어, 구동 롤러(112)를, 다이 헤드 장치(120C)의 반송 방향 T 하류측에 배치하거나, 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C) 각각의 반송 방향 T 하류측에 배치하거나 하는 것도 가능하다.
권취 롤(114)은, 회전 가능하게 배치되고, 도막(42, 52, 62)의 적층체가 배치된 기재(80)가 롤형으로 권취된다. 장력 제어 장치(115)는, 권취 롤(114)의 회전 속도를 조정함으로써, 기재(80)의 장력을 제어해, 예를 들어 기재(80)에 있어서의 주름의 형성, 기재(80)의 신장, 기재(80)의 파단을 억제하도록 구성된다.
지지 테이블(117)은, 반송되는 기재(80)의 배면을 지지하고 있고, 기재(80)의 접촉면은, 기재(80)의 원활한 반송을 확보하기 위해서, 양호한 평활도를 갖는다. 지지 테이블(117)은, 평면 정밀도의 관점에서, 유리 플레이트, 돌 정반, 또는 스테인리스 플레이트로 구성되는 것이 바람직하지만, 특히 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 지지 테이블(117)의 재질은, 평면 정밀도 이외에도 비용이나 중량 등도 고려하여, 적절히 선택된다.
다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)는, 기재(80)의 반송 방향 T를 따라 직렬 또한 인접하여 배치된다(도 3 참조). 다이 헤드 장치(120A)는, 하프 셀층(30)의 메탈 서포트층(40)을 구성하는 도막(42)을 형성하도록 구성된다. 다이 헤드 장치(120B)는, 하프 셀층(30)의 애노드층(50)을 구성하는 도막(52)을 형성하도록 구성된다. 다이 헤드 장치(120C)는, 하프 셀층(30)의 고체 전해질층(60)을 구성하는 도막(62)을 형성하도록 구성된다.
슬러리 공급 장치(170A, 170B, 170C)는, 슬러리 탱크(172A, 172B, 172C), 펌프(174A, 174B, 174C), 및 배관계(176A, 176B, 176C)를 갖는다.
슬러리 탱크(172A, 172B, 172C)는, 도막(42, 52, 62)을 형성하는 슬러리 SA, SB, SC를 수용하고 있다. 슬러리 SA, SB, SC의 점도는, 예를 들어 5000 내지 50000cP이다. 펌프(174A, 174B, 174C)는, 예를 들어 모노 펌프, 바이킹 펌프 등의 기어 펌프, 또는, 스크루 펌프를 포함하고, 슬러리 SA, SB, SC를 송출하기 위해서 사용된다.
슬러리 SA는, 메탈 서포트층(40)을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있다. 슬러리 SB는, 애노드층(50)의 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있다. 슬러리 SC는, 고체 전해질층(60)을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있다. 슬러리 SA, SB, SC는, 상기 외에도, 분산매나 첨가제 등을 적절히 포함하고 있다. 분산매는, 예를 들어 알코올계 용제, 에테르계 용제, 에스테르계 용제, 케톤계 용제, 환형 에테르계 용제, 방향족 탄화수소계 용제이다. 첨가제는, 예를 들어 소결 보조제, 증점제이다.
배관계(176A, 176B, 176C)는, 슬러리 탱크(172A, 172B, 172C)와, 펌프(174A, 174B, 174C)와, 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)를 접속하고 있으며, 또한, 필터(177A, 177B, 177C) 및 압력계(178A, 178B, 178C)를 갖는다.
필터(177A, 177B, 177C)는, 슬러리 SA, SB, SC에 포함되는 큰 티끌이나 응집체 등을 제거하도록 구성된다. 압력계(178A, 178B, 178C)는, 슬러리 SA, SB, SC의 공급압을 검출하기 위해서 사용된다.
외부 거품 제거 공간(180A, 180B, 180C)은, 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)의 반송 방향 T 하류측에, 각각 마련되어 있고, 도막(42, 52, 62)에 내포되는 거품(불순물)을 제거하도록 구성된다(도 3 참조). 외부 거품 제거 공간(180A, 180B, 180C)은, 도막(42, 52, 62)의 레벨링, 건조, 경화 등의 시간을 확보하고, 적층을 용이화하는 기능도 갖는다. 따라서, 도막(42, 52, 62)의 계면에 있어서의 믹싱(혼합)의 발생이 억제되기 때문에, 적용되는 슬러리 일종의 자유도에 우수하다.
제어 장치(190)는, 프로그램에 따라 각 부의 제어나 각종 연산 처리를 실시하는 마이크로 프로세서 등으로 구성되는 제어 회로를 갖는다. 제어 장치(190)는, 구동 롤러(112), 장력 제어 장치(115), 슬러리 탱크(172A, 172B, 172C), 펌프(174A, 174B, 174C)에 접속되어 있고, 적층체 형성 장치(100)의 각 기능은, 그에 대응하는 프로그램을 제어 장치(190)가 실행함으로써 발휘된다.
슬러리 공급 장치는, 상술한 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 슬러리를 토출 가능한 디스펜서를 적용하는 것도 가능하다. 슬러리를 토출 가능한 디스펜서는, 예를 들어 모노 펌프와 마찬가지의 구조가 내장되어 있는 헤이신 소우비(주)제의 디스펜서이다.
다음에, 다이 헤드 장치가 상세하게 설명된다.
도 4는, 도 2에 도시되는 다이 헤드 장치를 설명하기 위한 사시도, 도 5 및 도 6은, 다이 헤드 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 사시도 및 단면도, 도 7은, 다이 헤드 장치에 의한 도막의 형성을 설명하기 위한 개략도이다.
다이 헤드 장치(120A)는, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 케이싱(122A), 공급부(124A), 전방 블레이드(130A), 중앙 블레이드(140A), 내부 거품 제거 공간(내부 불순물 제거 공간)(150A), 후방 블레이드(160A), 조정 나사(137A, 147A, 167A), 및 고정 나사(138A, 148A, 168A)를 갖는다.
케이싱(122A)은, 대략 직사각형이며, 반송되는 기재(80)에 상대하는 저면과, 당해 저면의 반대측에 위치하는 상면을 갖는다. 케이싱(122A)의 저면은, 기재(80)에 슬러리 SA를 도포하기 위한 개구부가 형성되어 있다. 케이싱(122A)의 상면은, 공급부(124A)가 배치된다.
공급부(124A)는, 슬릿(125)을 갖고, 슬러리 공급 장치(170A)의 배관계(176A)가 접속된다. 슬릿(125)은, 공급부(124A)의 유출구에 배치되어 있고, 슬러리 SA가 반송 방향 T와 직교하는 가로 방향 L을 따라 균등하게 공급되도록 구성된다(도 5 참조). 슬릿(125)은, 필요에 따라, 적절히 생략하는 것도 가능하다.
슬러리 SA의 공급 폭은, 반송 방향 T와 직교하는 가로 방향 L을 따른 슬릿(125)의 길이에 대응한다. 슬러리 SA의 공급 두께는, 반송 방향 T를 따른 슬릿(125)의 폭에 대응한다.
전방 블레이드(130A)는, 직각 삼각 형상 단면을 갖고, 가로 방향 L로 연장되어 있다(도 5 및 도 6 참조). 전방 블레이드(130A)는, 반송 방향 T 상류측에 위치하는 전방면(131)과, 반송 방향 T 하류측에 위치하는 배면(134)을 갖는다. 전방면(131)은, 반송 방향 T에 대해 수직 방향 V로 연장되어 있다. 배면(134)은, 직각삼각형의 경사변에 대응하는 경사면(135)을 갖는다. 경사면(135)은, 슬릿(125)의 바로 아래에 위치하고, 중앙 블레이드(140A)를 향해 슬러리 SA가 유하되도록 구성된다. 배면(134)의 경사 각도는, 슬러리 SA의 점도 등을 고려하여 적절히 설정된다.
조정 나사(137A)는, 전방 블레이드(130A)의 상부에 연결되어 있고, 전방 블레이드(130A)를 수직 방향 V를 따라 이동시킬 수 있도록 구성된다. 따라서, 조정 나사(137A)를 조정함으로써, 전방 블레이드(130A)와 기재(80) 사이의 이격 거리를 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 전방 블레이드(130A)와 기재(80) 사이의 이격 거리는, 기재(80)의 통과를 간섭하지 않으면서, 또한, 슬러리 SA가 유출되지 않는 값으로 설정된다.
고정 나사(138A)는, 전방 블레이드(130A)의 측면에 상대하게 위치 결정되어 있다. 고정 나사(138A)는, 전방 블레이드(130A)의 측면에 맞닿음으로써, 조정 나사(137A)에 의해 조정된 전방 블레이드(130A)의 위치를, 고정하도록 구성된다.
중앙 블레이드(140A)는, 전방 블레이드(130A)보다 반송 방향 T 하류측에 위치하고, 대략 직사각형 단면을 갖고, 가로 방향 L로 연장되어 있다(도 5 및 도 6 참조). 중앙 블레이드(140A)는, 반송 방향 T 상류측에 위치하는 전방면(141)과, 반송 방향 T 하류측에 위치하는 배면(144)을 갖는다. 전방면(141)은, 전방 블레이드(130A)의 배면(134)에 상대하고 있어, 이형부(142)를 갖는다. 또한, 중앙 블레이드(140A)는, 전방 블레이드(130A)와 함께 슬러리 SA의 액 고임부를 형성하도록 구성된다.
조정 나사(147A)는, 중앙 블레이드(140A)의 상부에 연결되어 있고, 중앙 블레이드(140A)를 수직 방향 V를 따라 이동시킬 수 있도록 구성된다. 따라서, 조정 나사(147A)를 조정함으로써, 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 이격 거리를 변경하는 것이 가능하다.
고정 나사(148A)는, 중앙 블레이드(140A)의 측면에 상대하게 위치 결정되어 있다. 고정 나사(148A)는, 중앙 블레이드(140A)의 측면에 맞닿음으로써, 조정 나사(147A)에 의해 조정된 중앙 블레이드(140A)의 위치를, 고정하도록 구성된다.
슬러리 SA는, 고점도(예를 들어, 5000 내지 50000cP)이며, 슬러리 SA의 액 고임부 내에서는, 액압이 높기 때문에, 슬러리 SA에 내포되어 있는 거품은, 상승하기 어렵다. 또한, 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 간극에 있어서는, 통상 고 압력 손실이 되기 때문에, 거품은 체류하고, 또한, 집합하여 큰 거품을 형성한다. 그 때문에, 중앙 블레이드(140A)를 통과하여 형성되는 도막에 거품 고장(불순물 고장)이 생길 우려가 있다.
그러나, 중앙 블레이드(140A)의 전방면(141)의 이형부(142)는, 반송 방향 T를 따라 경사져 있는 경사면부에 의해 구성되어 있고, 액 고임부의 슬러리 SA에 회전력을 부여하는 회전 부여부로서 기능한다(도 7 참조). 따라서, 슬러리 SA에 내포되는 거품은, 체류하지 않고, 또한, 집합하여 큰 거품을 형성하지 않고, 중앙 블레이드(140A)의 배면(144)으로 효율적으로 송출되기 때문에, 거품 고장의 발생이 억제된다.
이형부(경사면부)(142)의 경사 각도 θ는, 슬러리 SA의 점도에 의존하지만, 30° 내지 60°가 바람직하다. 이형부(경사면부)(142)는, 가로 방향 L에 관한 것으로, 경사 각도 θ의 변동이 생기지 않는 것이 바람직하다. 중앙 블레이드(140A)의 선단부의 폭 W1의 변동은, 절댓값으로 0.003 내지 0.1㎜의 범위로 억제하는 것이 바람직하다. 폭 W1은, 슬러리 SA의 점도에 의존하지만, 0㎜ 즉 예각으로 하는 것도 가능하다.
슬러리 SA의 회전력은, 경사 각도 θ에 의해 제어하는 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 중앙 블레이드(140A)를 슬러리 SA가 통과할 때의 압력(통과 압력)에 의해 제어하는 것도 가능하다. 통과 압력은, 기재(80)의 반송 속도를 상승시키거나, 액 고임부의 슬러리 SA를 가압하거나 함으로써 조정하는 것이 가능하다.
후방 블레이드(160A)는, 중앙 블레이드(140A)보다 반송 방향 T 하류측에 위치하고, 대략 직사각형 단면을 갖고, 가로 방향 L로 연장되어 있다(도 5 및 도 6 참조). 후방 블레이드(160A)는, 반송 방향 T 상류측에 위치하는 전방면(161)과, 반송 방향 T 하류측에 위치하는 배면(164)을 갖는다. 전방면(161)은, 중앙 블레이드(140A)의 배면(144)에 상대하고 있어, 이형부(162)를 갖는다.
조정 나사(167A)는, 후방 블레이드(160A)의 상부에 연결되어 있고, 후방 블레이드(160A)를 수직 방향 V를 따라 이동시킬 수 있도록 구성된다. 따라서, 조정 나사(167A)는, 후방 블레이드(160A)와 기재(80) 사이의 이격 거리를 조정하는 것이 가능하다.
고정 나사(168A)는, 후방 블레이드(160A)의 측면에 상대하게 위치 결정되어 있다. 고정 나사(168A)는, 후방 블레이드(160A)의 측면에 맞닿음으로써, 조정 나사(167A)에 의해 조정된 후방 블레이드(160A)의 위치를, 고정하도록 구성된다.
후방 블레이드(160A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D2A는, 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D1A보다 작게 설정된다(도 7 참조). 따라서, 후방 블레이드(160A)를 통과할 때에 슬러리 SA의 도막의 표면은, 프레스에 의한 다리미 효과에 의해, 평활화(교정)되어, 균일한 두께의 도막(42)이 형성된다.
이형부(162)는, 4반원형(부채형)의 곡률부에 의해 구성된다. 이형부(곡률부)(162)의 개시 위치 SP와 기재(80) 사이의 이격 거리 D3A는, 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D1A보다 크게 설정된다. 따라서, 이형부(곡률부)(162)는, 도막에 내포되는 거품을 도막의 표면으로 안내하는 가이드부로서 기능하고, 도막에 내포되는 기포를 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
이형부(곡률부)(162)의 종료 위치 EP에 있어서의 폭에 대응하는 후방 블레이드(160A)의 선단부의 폭 W2의 변동은, 절댓값으로 0.003 내지 0.1㎜의 범위로 억제하는 것이 바람직하다. 폭 W2는, 슬러리 SA의 점도에 의존하지만, 0㎜ 즉 예각으로 하는 것도 가능하다.
내부 거품 제거 공간(150A)은, 중앙 블레이드(140A)와 후방 블레이드(160A) 사이에 위치하고, 기재(80)에 도포된 슬러리 SA의 도막에 내포되는 거품(불순물)을 제거하기 위해서 마련되어 있다(도 6 및 도 7 참조).
즉, 중앙 블레이드(140A)를 통과한 후에 있어서의 슬러리 SA의 두께는, 얇고 액압이 저하되어 있고, 거품의 상승이 용이하게 되어 있다. 또한, 슬러리 중의 분산매가 증발할 때에 기포가 표면까지 동반되는 효과도 생긴다. 따라서, 내부 거품 제거 공간(150A)에 있어서, 거품은, 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 용이하게 제거된다. 거품이 빠져 나옴으로써 형성되는 표면의 오목부는, 후방 블레이드(160A)를 통과할 때에 프레스되어, 평활화(교정)되기 때문에, 균일한 두께의 도막(42)이 확보된다.
전방 블레이드(130A), 중앙 블레이드(140A) 및 후방 블레이드(160A)의 재질은, 평면 정밀도 및 평행도의 관점으로부터, 400번대의 스테인리스, 600번대의 스테인리스, 초경합금 등을 적용하는 것이 바람직하다. 전방 블레이드(130A), 중앙 블레이드(140A) 및 후방 블레이드(160A)에 있어서의 적어도 슬러리 SA에 접하는 표면은, 슬러리 SA의 유동성의 저해 방지나, 응집에 의한 컨태미네이션의 방지를 위해, 랩 연마가 실시되어 있는 것이 바람직하다.
다이 헤드 장치(120B, 120C)는, 다이 헤드 장치(120A)와 대략 동일한 구성을 갖기 때문에, 이하에 있어서, 마찬가지의 기능을 갖는 부재에 대해서는 유사한 부호를 사용하고, 중복을 피하기 위해서, 그 설명은 생략된다.
또한, 다이 헤드 장치(120B, 120C)에는, 도막이 형성된 기재(80)가 공급되기 때문에, 전방 블레이드(130B, 130C), 중앙 블레이드(140B, 140C) 및 후방 블레이드(160B, 160C)의 각각에 있어서의 기재(80)에 대한 이격 거리는, 도막의 두께 D4A, D4B를 고려하여 적절히 설정된다(도 3 참조).
예를 들어, 다이 헤드 장치(120B)의 전방 블레이드(130B)와 기재(80) 사이의 이격 거리는, 두께 D4A의 도막(42)이 형성된 기재(80)의 통과를 간섭하지 않으면서, 또한, 슬러리 SB가 유출되지 않는 값으로 설정된다. 다이 헤드 장치(120C)의 전방 블레이드(130C)와 기재(80) 사이의 이격 거리는, 두께 D4A의 도막(42) 및 두께 D4C의 도막(52)이 형성된 기재(80)의 통과를 간섭하지 않고, 또한, 슬러리 SC가 유출되지 않는 값으로 설정된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 다이 헤드 장치에 있어서는, 탈포용(불순물 제거용) 전용 장치를 사용하지 않고, 거품 고장(불순물 고장)이 없으면서 또한 균일한 두께의 도막을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 적층체 형성 장치에 있어서는, 다이 헤드 장치에 의해 형성된 도막은, 외부 불순물 제거 공간에 있어서, 잔류하고 있는 불순물이 제거된 후에, 그 표면에, 별도의 다이 헤드 장치에 의해 별도의 슬러리가 도포되고, 도막의 적층체가 형성된다. 따라서, 탈포용(불순물 제거용) 전용 장치를 사용하지 않고, 거품 고장(불순물 고장)이 없으면서 또한 균일한 두께를 갖는 도막의 적층체를 형성하는 것이 가능하다.
적층체 형성 장치가 갖는 다이 헤드 장치의 수는, 셋으로 한정되지 않고, 예를 들어 형성되는 적층체의 구성에 대응하여 적절히 설정된다. 다이 헤드 장치는, 단독으로 사용하는 것도 가능하다.
도막에 대한 이물의 예기치 못한 혼입이나 컨태미네이션을 억제하는 관점에서, 적층체 형성 장치는, 클린 룸에 설치하는 것이 바람직하다.
적층체 형성 장치는, 롤 투 롤 방식에 한정되지 않고, 롤 투 시트 방식을 적용하는 것도 가능하다.
적층체 형성 장치 및 다이 헤드 장치는, 고체 산화물형 연료 전지(SOFC)의 하프 셀층의 형성에 적용하는 형태에 한정되지 않고, 리튬 이온 전지나 고체 고분자형 연료 전지(PEM-FC)를 구성하는 층의 형성 등에 적용하는 것도 가능하다.
예를 들어, 리튬 이온 전지에 적용되는 경우, 기재는, 구리박이나 알루미늄박이나 스테인리스박 등의 금속 필름을 포함하는 집전체이며, 슬러리는, 활물질층을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있다. 고체 고분자형 연료 전지에 적용되는 경우, 기재는, 전해질막이며, 슬러리는, 촉매층을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있다. 또는, 기재는, PTFE 시트나 PET 시트를 포함하는 수지 시트(부자재)이며, 슬러리는, 촉매층을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있고, 별도 형성된 전해질막에 장착된다. 또한, 수지 시트는, 적당한 타이밍에 촉매층으로부터 박리된다.
다음에, 적층체 형성 장치(100)가 적용되는 도포 방법이 설명된다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태에 관한 도포 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8에 도시되는 흐름도의 각 공정에 대응하는 기능은, 그에 대응하는 프로그램을 제어 장치(190)가 실행함으로써 발휘된다.
본 발명의 실시 형태에 관한 도포 방법은, 박막 시트형 기재(80)에 대해 3종류의 슬러리 SA, SB, SC를 도포하여 도막(42, 52, 62)의 적층체를 형성하기 위해서 사용되고, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 도막 형성 공정, 제1 외부 거품 제거 공정(제1 외부 불순물 제거 공정), 제2 도막 형성 공정, 제2 외부 거품 제거 공정(제2 외부 불순물 제거 공정), 제3 도막 형성 공정 및 제3 외부 거품 제거 공정(제3 외부 불순물 제거 공정)을 갖는다.
제1 도막 형성 공정에 있어서는, 슬러리 SA가, 슬러리 공급 장치(170A)로부터 다이 헤드 장치(120A)에 공급되어, 기재(80)에 두께 D4A의 도막(42)이 형성된다(도 3 참조). 슬러리 SA는, 하프 셀층(30)의 메탈 서포트층(40)을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있고, 도막(42)은, 메탈 서포트층(40)을 구성하게 된다.
기재(80)는, 송출 롤(111)에 롤형으로 감겨 있고, 구동 롤러(112)의 마찰력에 기초하여, 송출 롤(111)로부터 조출되어, 다이 헤드 장치(120A), 외부 거품 제거 공간(180A), 다이 헤드 장치(120B), 외부 거품 제거 공간(180B), 다이 헤드 장치(120C), 외부 거품 제거 공간(180C)을 경유하고, 권취 롤(114)을 향하여 연속적으로 반송된다.
제1 외부 거품 제거 공정에 있어서는, 도막(42)이 형성된 기재(80)가, 다이 헤드 장치(120A)의 반송 방향 T 하류측에 마련되는 외부 거품 제거 공간(180A)을 통과할 때에 도막(42)에 내포되는 거품이, 제거된다.
제2 도막 형성 공정에 있어서는, 슬러리 SB가, 슬러리 공급 장치(170B)로부터 다이 헤드 장치(120B)로 공급되어, 기재(80)에 두께 D4B의 도막(52)이 형성된다. 슬러리 SB는, 하프 셀층(30)의 애노드층(50)을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있고, 도막(52)은, 애노드층(50)을 구성하게 된다.
제2 외부 거품 제거 공정에 있어서는, 도막(42, 52)이 형성된 기재(80)가, 다이 헤드 장치(120B)의 반송 방향 T 하류측에 마련되어 있는 외부 거품 제거 공간(180B)을 통과할 때에 도막(52)에 내포되는 거품이, 제거된다.
제3 도막 형성 공정에 있어서는, 슬러리 SC가, 슬러리 공급 장치(170C)로부터 다이 헤드 장치(120C)로 공급되어, 기재(80)에 두께 D4C의 도막(62)이 형성된다. 슬러리 SC는, 하프 셀층(30)의 고체 전해질층(60)을 구성하는 재료의 분말을 포함하고 있고, 도막(62)은, 고체 전해질층(60)을 구성하게 된다.
제3 외부 거품 제거 공정에 있어서는, 도막(42, 52, 62)이 형성된 기재(80)가, 다이 헤드 장치(120C)의 반송 방향 T 하류측에 마련되어 있는 외부 거품 제거 공간(180C)을 통과할 때에 도막(62)에 내포되는 거품이, 제거된다. 그 후, 도막(42, 52, 62)이 형성된 기재(80)는, 권취 롤(114)에 롤형으로 권취된다.
도막(42, 52, 62)의 적층체는, 기재(80)로부터 박리된 후에, 예를 들어 탈지 공정, 소성 공정을 거쳐, 메탈 서포트층(40), 애노드층(50) 및 고체 전해질층(60)을 갖는 하프 셀층(30)이 된다.
다음에, 다이 헤드 장치(120A)가 적용되는 제1 도막 형성 공정이 상세하게 설명된다.
도 9는, 도 8에 도시되는 제1 도막 형성 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
송출 롤(111)로부터 조출된 기재(80)는, 전방 블레이드(130A)를 통과한다(도 7 참조).
그리고, 기재(80)는, 전방 블레이드(130A)와 중앙 블레이드(140A) 사이에 형성되는 슬러리 SA의 액 고임부와, 중앙 블레이드(140A)를 통과함으로써, 슬러리 SA가 도포되고, 도막이 형성된다.
이 때, 중앙 블레이드(140A)의 이형부(경사면부)(142)는, 액 고임부의 슬러리 SA에 회전력을 부여하는 회전 부여부로서 기능하고, 슬러리 SA에 내포되는 거품은, 체류하지 않고, 또한, 집합하여 큰 거품을 형성하지 않고, 중앙 블레이드(140A)의 배면(144)으로 효율적으로 송출된다.
그 후, 기재(80)는, 내부 거품 제거 공간(150A)을 통과한다. 이 때, 기재(80)에 형성되어 있는 도막의 두께는, 얇기 때문에, 도막에 내포되는 거품은, 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거된다.
그리고, 기재(80)는, 후방 블레이드(160A)를 통과한다. 이 때, 후방 블레이드(160A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D2A는, 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D1A보다 작게 설정되기 때문에, 기재(80)에 형성되어 있는 도막의 표면은, 프레스에 의한 다리미 효과에 의해, 평활화(교정)되어, 균일한 두께의 도막(42)이 형성된다.
또한, 후방 블레이드(160A)의 이형부(곡률부)(162)의 개시 위치 SP와 기재(80) 사이의 이격 거리 D3A는, 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 이격 거리 D1A보다 크게 설정된다. 따라서, 이형부(곡률부)(162)는, 도막에 내포되는 거품을 도막의 표면으로 안내하는 가이드부로서 기능하고, 도막에 내포되는 기포를 효율적으로 제거한다. 그 후, 기재(80)는, 제1 외부 거품 제거 공정(외부 거품 제거 공간(180A)으로 반송된다.
이상과 같이, 제1 도막 형성 공정에 관한 도포 방법에 있어서는, 탈포용(불순물 제거용) 전용 장치를 사용하지 않고, 거품 고장(불순물 고장)이 없으면서 또한 균일한 두께의 도막(42)을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 다이 헤드 장치(120B 및 120C)가 적용되는 제2 및 3 도막 형성 공정에 있어서의 동작은, 다이 헤드 장치(120A)가 적용되는 제1 도막 형성 공정의 동작과 대략 동일한 구성을 갖기 때문에, 그 설명은 생략된다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 도포 방법에 의해 제조된 실시예의 성능 평가가 설명된다.
성능 평가에 있어서는, 고체 전해질층 및 애노드층에 관해서는, 두께의 균일성이 비교되었다. 두께의 균일성은, 단층 단위에서의 두께의 변동에 의해 평가되었다. 메탈 서포트층에 관해서는, 탈포 효과가 비교되었다. 탈포 효과는, 거품 발생률에 의해 평가되었다. 비교예는, 야스다 세이끼 세이사쿠쇼제 필름 애플리케이터(닥터 블레이드)에 의해 형성되었다. 비교예에 있어서의 메탈 서포트층의 형성에 있어서는, 메탈 서포트층을 구성하게 되는 슬러리는, 사전의 탈포가 실시되지 않고, 슬러리 중에 기포가 내포된 상태에서 적용되었다.
고체 전해질층의 두께 변동의 절댓값은, 실시예는, 5㎛이며, 비교예는, 21㎛였다. 애노드층의 두께 변동의 절댓값은, 실시예는, 3㎛이며, 비교예는, 25㎛였다. 메탈 서포트층의 100㎟당 거품 발생률은, 실시예는, 10개이며, 비교예는, 200개 이상이었다.
이상과 같이, 실시예는, 비교예와 상이하고, 양호한 두께 균일성 및 낮은 거품 발생률을 갖고 있었다.
다음에, 변형예 1 및 2가 설명된다.
또한, 이하의 도 10a 내지 도 18에 있어서는, 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)의 케이싱, 전방 블레이드, 중앙 블레이드, 내부 거품 제거 공간 및 후방 블레이드는, 부호 122, 130, 140, 150 및 160으로 대표되고 있다. 슬러리 SA, SB, SC는, 부호 S로 대표되고 있다. 또한, 기재(80)에 대한 전방 블레이드(130), 중앙 블레이드(140) 및 후방 블레이드(160)의 이격 거리는, 다이 헤드 장치(120A)의 설정으로 대표되고 있다.
도 10a 및 도 10b는, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 1을 설명하기 위한 사시도 및 저면도, 도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 2를 설명하기 위한 사시도 및 저면도이다.
중앙 블레이드(140)의 이형부(142)의 경사 각도는, 슬러리가 가로 방향 L로 균등하게 퍼진 상태에서 일정하게 송액되는 경우, 반송 방향 T와 수직 방향 V에 관해, 일정한 것이 바람직하다. 그러나, 중앙 블레이드(140)와 전방 블레이드 사이에 형성되는 슬러리의 액 고임부에 있어서, 슬러리의 흐름이 난류화되는 경우가 있다. 이 경우, 중앙 블레이드(140)의 선단부 폭이나, 이형부(142)의 경사 각도를, 가로 방향 L로 변화시킴으로써, 슬러리의 흐름을 층류화하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 슬러리의 공급부(124)가, 슬러리의 액 고임부 중앙부의 상방에 배치되어 있고, 중앙부에서 양단을 향한 슬러리의 흐름이, 슬러리의 액 고임부에 생기는 경우, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 중앙 블레이드(140)의 가로 방향 L의 중앙부(146B)의 선단부의 폭을, 양단(146A, 146C)의 선단부의 폭보다 두껍게 해서, 슬러리의 흐름을 층류화하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어 슬러리의 공급부(124)가, 슬러리의 액 고임부 일단부의 상방에 배치되어 있고, 일단부로부터 타단부를 향한 슬러리의 흐름이, 슬러리의 액 고임부에 생기는 경우, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 중앙 블레이드(140)의 가로 방향 L의 일단부(146A)의 선단부의 폭을, 타단부(146C)의 선단부의 폭보다 두껍게 해서, 슬러리의 흐름을 층류화하는 것이 바람직하다.
다음에, 변형예 3 및 4가 설명된다.
도 12 및 도 13은, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 3 및 변형예 4를 설명하기 위한 단면도이다.
슬러리 S에 회전력을 부여하는 회전 부여부를 구성하는 중앙 블레이드(140)의 이형부(142)는, 경사면부에 의해 구성하는 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이형부(142)는, 도 12에 도시되는 곡률부에 의해 구성하거나, 도 13에 도시되는 경사부(143A)와 곡률부(143B)의 양쪽을 갖는 형상에 의해 구성하거나 하는 것도 가능하다.
다음에, 변형예 5가 설명된다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 5를 설명하기 위한 단면도이다.
중앙 블레이드(140)는, 선단부의 배면(144)에 가이드부(145)를 갖는 것이 바람직하다. 가이드부(145)는, 예를 들어 도 14에 도시되는 경사부를 포함하고, 기재(80)로부터 이격하여 내부 거품 제거 공간(150)을 향하는 방향으로, 슬러리 S의 도막을 안내하도록 구성된다. 이 경우, 슬러리 S는, 가이드부(145)에 안내되어 팽창하도록 토출되기 때문에, 슬러리 S에 내포되는 기포를, 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
다음에, 변형예 6 내지 8이 설명된다.
도 15 내지 17은, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 6 내지 8을 설명하기 위한 단면도이다.
슬러리 S의 도막에 내포되는 거품을 도막의 표면으로 안내하는 가이드부를 구성하는 후방 블레이드(160)의 이형부(162)는, 4반원형(부채형)의 곡률부에 의해 구성하는 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이형부(162)는, 도 15에 도시되는 경사부에 의해 구성하거나, 도 16에 도시되는 경사부(163A)와 곡률부(163B)의 양쪽을 갖는 형상에 의해 구성하거나, 도 17에 도시되는 롤러 형상의 곡률부에 의해 구성하거나 하는 것이 가능하다. 또한, 이형부(162)을 롤러 형상의 곡률부에 의해 구성하는 경우, 도막의 표면을 확실하게 평활화(교정)하는 것이 가능하다.
다음에, 변형예 9가 설명된다.
도 18은, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 9를 설명하기 위한 단면도이다.
내부 거품 제거 공간(150)은, 대기압 하(개방계)로 하는 형태에 한정되지 않고, 부압화하는 것도 가능하다. 이 경우, 슬러리의 도막에 내포되는 거품이 표면으로 부상하기 쉬워지기 때문에, 거품이 확실하게 제거된다.
내부 거품 제거 공간(150)의 부압화는, 예를 들어 도 18에 도시된 바와 같이, 중공 용기(154) 및 진공 펌프(152)를, 다이 헤드 장치에 배치함으로써 달성하는 것이 가능하다.
중공 용기(154)는, 하방에 개구부(156)를 갖고, 중앙 블레이드(140)와 후방 블레이드(160) 사이에 위치하는 내부 거품 제거 공간(150)에 배치된다. 개구부(156)는, 중앙 블레이드(140)를 통과한 기재(80)와 상대하게, 위치 결정된다.
진공 펌프(152)는, 중공 용기(154)에 접속되어 있고, 중공 용기(154) 내의 공기를 흡인하고, 중공 용기(154) 내를 부압화하는 것이 가능하게 구성된다. 부압화를 용이하게 하기 위해서는, 중공 용기(154)의 개구부(156)와 도막이 형성된 기재(80) 사이의 이격 거리는, 작은 것이 바람직하다.
다음에, 변형예 10이 설명된다.
도 19는, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 10을 설명하기 위한 측면도이다.
적층체 형성 장치(100)는, 도 19에 도시된 바와 같이, 도막의 건조를 촉진하기 위한 온도 제어 장치(182A, 182B, 182C)를, 더 갖는 것도 가능하다.
온도 제어 장치(182A, 182B, 182C)는, 열풍 발생 장치나 적외선 조사 장치 등을 갖고 있고, 외부 거품 제거 공간(180A, 180B, 180C)에 배치되고, 도막을 승온시켜 도막을 건조하는 것이 가능하게 구성된다.
온도 제어 장치(182A, 182B, 182C)는, 외부 거품 제거 공간(180A, 180B, 180C)에 배치되는 형태에 한정되지 않고, 기재(80)의 하방측(배면측)에 배치하는 것도 가능하다. 또한, 온도 제어 장치(182A, 182B, 182C)는, 독립된 형태에 한정되지 않고, 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)와 일체화하는(내장하는) 것도 가능하다.
다음에, 변형예 11이 설명된다.
도 20은, 본 발명의 실시 형태에 관한 변형예 11을 설명하기 위한 측면도, 도 21a, 도 21b 및 도 21c는, 도 20에 도시되는 다이 헤드 장치의 각각을 설명하기 위한 단면도, 도 22는, 도 20에 도시되는 적층체 형성 장치에 의한 적층체의 형성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 20에 도시되는 적층체 형성 장치(100)는, 구성이 상이한 다이 헤드 장치(120A, 120B, 120C)를 갖고 있고, 도 2에 도시되는 적층체 형성 장치(100)에 비교하여 장치 구성이 간략화되어 있다.
반송 방향 T 최상류측에 위치하는 다이 헤드 장치(120A)는, 도 21a에 도시된 바와 같이, 내부 거품 제거 공간(150A) 및 후방 블레이드(160A)를 갖고 있지 않다.
다이 헤드 장치(120A)보다 반송 방향 T 하류측에 위치하는 다이 헤드 장치(120B)는, 도 21b에 도시된 바와 같이, 내부 거품 제거 공간(150B) 및 후방 블레이드(160B)를 갖고 있지 않고, 또한, 전방 블레이드(130B)의 전방면(131)에 이형부(132)를 갖는다. 전방 블레이드(130B)와 기재(80) 사이의 이격 거리는, 다이 헤드 장치(120A)의 중앙 블레이드(140A)와 기재(80) 사이의 이격 거리보다 작게 설정되어 있고, 이형부(132)는, 다이 헤드 장치(120A)에 있어서 생략된 후방 블레이드(160A)의 이형부(162)에 대응하고 있다.
다이 헤드 장치(120B)보다 반송 방향 T 하류측에 위치하는 다이 헤드 장치(120C)는, 도 21c에 도시된 바와 같이, 전방 블레이드(130C)의 전방면(131)에 이형부(132)를 갖는다. 전방 블레이드(130C)와 기재(80) 사이의 이격 거리는, 다이 헤드 장치(120B)의 중앙 블레이드(140B)와 기재(80) 사이의 이격 거리보다 작게 설정되어 있고, 이형부(132)는, 다이 헤드 장치(120B)에 있어서 생략된 후방 블레이드(160B)의 이형부(162)에 대응하고 있다.
즉, 다이 헤드 장치(120B)의 전방 블레이드(130B), 외부 거품 제거 공간(180A), 다이 헤드 장치(120C)의 전방 블레이드(130C) 및 외부 거품 제거 공간(180B)은, 다이 헤드 장치(120A)의 후방 블레이드(160A), 다이 헤드 장치(120A)의 내부 거품 제거 공간(150A), 다이 헤드 장치(120B)의 후방 블레이드(160B) 및 다이 헤드 장치(120B)의 내부 거품 제거 공간(150B)을, 각각 겸용하고 있다.
구체적으로는, 도 22에 도시된 바와 같이, 기재(80)는, 슬러리 SA의 액 고임부와 중앙 블레이드(140A)를 통과함으로써, 슬러리 SA가 도포되어, 도막이 형성된다.
그 후, 기재(80)는, 외부 거품 제거 공간(180A)을 통과한다. 이 때, 슬러리 SA의 도막의 두께는, 얇기 때문에, 도막에 내포되는 기포는, 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거된다.
그리고, 기재(80)는, 다이 헤드 장치(120B)의 전방 블레이드(130B)를 통과한다. 이 때, 슬러리 SA의 도막의 표면은, 프레스에 의한 다리미 효과에 의해, 평활화(교정)되어, 균일한 두께의 도막(42)이 형성된다. 또한, 전방 블레이드(130B)의 이형부(곡률부)(132)는, 도막에 내포되는 거품을 도막의 표면으로 안내하는 가이드부로서 기능하고, 도막(42)에 내포되는 기포를 효율적으로 제거한다.
그 후, 기재(80)는, 슬러리 SB의 액 고임부와, 중앙 블레이드(140B)를 통과함으로써, 슬러리 SB가 도포되어, 도막이 형성된다.
그리고, 기재(80)는, 외부 거품 제거 공간(180B)을 통과한다. 이 때, 슬러리 SB의 도막의 두께는, 얇기 때문에, 도막에 내포되는 기포는, 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거된다.
그 후, 기재(80)는, 다이 헤드 장치(120C)의 전방 블레이드(130C)를 통과한다. 이 때, 도막의 표면은, 프레스에 의한 다리미 효과에 의해 평활화(교정)되어, 균일한 두께의 도막(52)이 형성된다. 또한, 전방 블레이드(130C)의 이형부(곡률부)(132)는, 도막에 내포되는 거품을 도막의 표면으로 안내하는 가이드부로서 기능하고, 도막에 내포되는 기포를 효율적으로 제거한다.
그리고, 기재(80)는, 슬러리 SC의 액 고임부와 중앙 블레이드(140C)를 통과함으로써, 슬러리 SC가 도포되어, 도막이 형성된다.
그 후, 기재(80)는, 내부 거품 제거 공간(150C)을 통과한다. 이 때, 슬러리 SC의 도막의 두께는, 얇기 때문에, 도막에 내포되는 거품은, 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거된다.
그리고, 기재(80)는, 후방 블레이드(160C)를 통과한다. 이 때, 도막의 표면은, 프레스에 의한 다리미 효과에 의해 평활화(교정)되어, 균일한 두께의 도막(62)이 형성된다. 또한, 후방 블레이드(160C)의 이형부(곡률부)(162)는, 도막에 내포되는 거품을 도막의 표면으로 안내하는 가이드부로서 기능하고, 도막에 내포되는 기포를 효율적으로 제거한다. 그 후, 기재(80)는, 외부 거품 제거 공간(180C)을 통과한다.
이상과 같이 본 실시 형태에 관한 다이 헤드 장치 및 도포 방법에 있어서는, 중앙 블레이드를 통과한 후에 있어서의 슬러리의 두께는, 얇기 때문에, 중앙 블레이드와 후방 블레이드 사이에 위치하는 내부 거품 제거 공간(내부 불순물 제거 공간)에 있어서, 슬러리의 도막에 내포되는 거품(불순물)은, 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거된다. 또한, 후방 블레이드를 통과할 때에 슬러리 표면은 평활화(교정)되어서, 균일한 두께의 도막이 형성된다. 따라서, 탈포용(불순물 제거용)의 전용 장치를 사용하지 않고, 거품 고장(불순물 고장)이 없으면서 또한 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있는 다이 헤드 장치 및 도포 방법을 제공하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에 관한 적층체 형성 장치에 있어서는, 내장되어 있는 다이 헤드 장치는, 탈포용 전용 장치를 사용하지 않고, 거품 고장이 없으면서 또한 균일한 두께의 도막을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 다이 헤드 장치에 의해 형성된 도막은, 외부 거품 제거 공간(외부 불순물 제거 공간)에 있어서, 잔류하고 있는 거품이 제거된 후에, 그 표면에, 별도의 다이 헤드 장치에 의해 별도의 슬러리가 도포되고, 도막의 적층체가 형성된다. 따라서, 탈포용 전용 장치를 사용하지 않고, 거품 고장이 없으면서 또한 균일한 두께를 갖는 도막의 적층체를 형성할 수 있는 적층체 형성 장치를 제공하는 것이 가능하다.
중앙 블레이드는, 액 고임부의 슬러리에 회전력을 부여하는 회전 부여부를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 슬러리의 도막에 내포되는 거품을, 내부 거품 제거 공간에 효율적으로 송출하는 것이 가능하다.
회전 부여부는, 경사부 및/또는 곡률부를 갖는 이형부에 의해 구성하는 것이 가능하다. 이 경우, 회전 부여부는, 간단한 구성으로 구현화된다.
중앙 블레이드는, 기재로부터 이격하여 내부 거품 제거 공간을 향하는 방향으로, 슬러리를 안내하는 가이드부를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 슬러리는, 가이드부에 안내되어 팽창하게 토출되기 때문에, 슬러리에 내포되는 기포를 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
가이드부는, 경사부에 의해 구성하는 것이 가능하다. 이 경우, 중앙 블레이드의 가이드부는, 간단한 구성으로 구현화된다.
후방 블레이드는, 슬러리의 도막에 내포되는 거품을, 도막의 표면으로 안내하는 가이드부를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 슬러리에 내포되는 기포를 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
후방 블레이드의 가이드부는, 경사부 및/또는 곡률부를 갖는 이형부에 의해 구성하는 것이 가능하다. 이 경우, 후방 블레이드의 가이드부는, 간단한 구성으로 구현화된다.
곡률부는, 롤러 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 도막의 표면을 확실하게 평활화(교정)하는 것이 가능하다.
내부 거품 제거 공간은, 부압화되어 있음이 바람직하다. 이 경우, 슬러리의 도막에 내포되는 거품이 표면으로 부상하기 쉬워지기 때문에, 거품을 확실하게 제거하는 것이 가능하다.
적층체 형성 장치에 있어서, 다이 헤드 장치(제1 다이 헤드 장치)의 내부 거품 제거 공간 및 후방 블레이드를, 반송 방향 하류측에 위치하는 외부 거품 제거 공간 및 다이 헤드 장치(제2 다이 헤드 장치)의 전방 블레이드에 의해 겸용시키는 경우, 장치 구성을 간략화하는 것이 가능하다.
제2 다이 헤드 장치의 전방 블레이드는, 도막에 잔류하고 있는 기포를, 도막의 표면으로 안내하는 가이드부를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 외부 거품 제거 공간을 통과한 후에 있어서도 도막에 잔류하고 있는 기포를, 제2 다이 헤드 장치의 전방 블레이드에 의해 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
전방 블레이드의 가이드부는, 경사부 및/또는 곡률부를 갖는 이형부에 의해 구성하는 것이 가능하다. 이 경우, 전방 블레이드의 가이드부는, 간단한 구성으로 구현화된다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에서 다양하게 개변할 수 있다. 예를 들어, 제거되는 불순물은, 거품(기포)에 한정되지 않고, 먼지에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 변형예 1 내지 11을 적절히 조합하는 것이 가능하다.
본 출원은, 2017년 3월 14일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2017-048731호공보에 기초하고 있으며, 그것들의 개시 내용은, 참조되어, 전체적으로, 편입되어 있다.
10: 고체 산화물형 연료 전지(SOFC)
20: 캐소드층
30: 하프 셀층
40: 메탈 서포트층
42: 도막
50: 애노드층
52: 도막
60: 고체 전해질층
62: 도막
80: 기재
100: 적층체 형성 장치
110: 반송 장치
111: 송출 롤
112: 구동 롤러
114: 권취 롤
115: 장력 제어 장치
117: 지지 테이블
120, 120A, 120B, 120C: 다이 헤드 장치
122, 122A, 122B, 122C: 케이싱
124, 124A, 124B, 124C: 공급부
125: 슬릿
130, 130A, 130B, 130C: 전방 블레이드
131: 전방면
132: 이형부
134: 배면
135: 경사면
137A: 조정 나사
138A: 고정 나사
140, 140A, 140B, 140C: 중앙 블레이드
141: 전방면
142: 이형부
143A: 경사부
143B: 곡률부
144: 배면
145: 경사부
146A: 일단부
146B: 중앙부
146C: 타단부
147A: 조정 나사
148A: 고정 나사
150, 150A, 150B, 150C: 내부 거품 제거 공간(내부 불순물 제거 공간)
152: 진공 펌프
154: 중공 용기
156: 개구부
160, 160A, 160B, 160C: 후방 블레이드
161: 전방면
162: 이형부
163A: 경사부
163B: 곡률부
164: 배면
167A: 조정 나사
168A: 고정 나사
170A, 170B, 170C: 슬러리 공급 장치
172A, 172B, 172C: 슬러리 탱크
174A, 174B, 174C: 펌프
176A, 176B, 176C: 배관계
177A, 177B, 177C: 필터
178A, 178B, 178C: 압력계
180A, 180B, 180C: 외부 거품 제거 공간(외부 불순물 제거 공간)
182A, 182B, 182C: 온도 제어 장치
190: 제어 장치
D1A, D2A, D3A: 이격 거리
D4A, D4A, D4A: 두께
EP: 종료 위치
L: 가로 방향
S, SA, SB, SC: 슬러리
SP: 개시 위치
T: 반송 방향
V: 수직 방향
W1, W2: 폭
θ: 경사 각도

Claims (17)

  1. 반송되는 기재에 슬러리를 도포하여 도막을 형성하는 다이 헤드 장치이며,
    전방 블레이드와,
    상기 전방 블레이드보다 상기 기재의 반송 방향 하류측에 위치하는 후방 블레이드와,
    상기 전방 블레이드와 상기 후방 블레이드 사이에 위치하는 중앙 블레이드와,
    상기 중앙 블레이드를 통과함으로써 형성된 상기 슬러리의 도막에 내포되는 불순물을 제거하기 위한 내부 불순물 제거 공간을 갖고,
    상기 전방 블레이드 및 상기 중앙 블레이드는, 상기 슬러리의 액 고임부를 형성하도록 구성되고,
    상기 내부 불순물 제거 공간은, 상기 중앙 블레이드와 상기 후방 블레이드 사이에 위치하며,
    상기 후방 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리는, 상기 중앙 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리보다 작게 설정되는, 다이 헤드 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중앙 블레이드는, 상기 액 고임부의 상기 슬러리에 회전력을 부여하는 회전 부여부를 갖는, 다이 헤드 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전 부여부는, 상기 중앙 블레이드에 있어서의 상기 전방 블레이드에 상대하는 면에 형성되는 이형부에 의해 구성되고,
    상기 이형부는, 경사부, 곡률부, 또는 경사부와 곡률부를 갖는, 다이 헤드 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 블레이드는, 상기 기재로부터 이격하여 상기 내부 불순물 제거 공간을 향하는 방향으로, 상기 도막을 구성하는 상기 슬러리를 안내하는 가이드부를 갖는, 다이 헤드 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가이드부는, 상기 중앙 블레이드에 있어서의 상기 후방 블레이드에 상대하는 면에 형성되는 경사부에 의해 구성되는, 다이 헤드 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 블레이드는, 상기 도막에 내포되는 불순물을 상기 도막의 표면으로 안내하는 가이드부를 갖는, 다이 헤드 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 후방 블레이드의 상기 가이드부는, 상기 후방 블레이드에 있어서의 상기 중앙 블레이드에
    상대하는 면에 형성되는 이형부에 의해 구성되고,
    상기 이형부는, 경사부, 곡률부, 또는 경사부와 곡률부를 가지며,
    상기 이형부의 개시 위치와 상기 기재 사이의 이격 거리는, 상기 중앙 블레이드와 상기 기재 사이의 상기 이격 거리보다 크게 설정되는, 다이 헤드 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 후방 블레이드의 상기 가이드부를 구성하는 상기 이형부의 상기 곡률부는 롤러 형상을 갖는, 다이 헤드 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 불순물 제거 공간은, 부압화되어 있는, 다이 헤드 장치.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불순물은, 거품 또는 먼지인, 다이 헤드 장치.
  11. 전방 블레이드와, 상기 전방 블레이드보다 기재의 반송 방향 하류측에 위치하는 후방 블레이드와, 상기 전방 블레이드와 상기 후방 블레이드 사이에 위치하는 중앙 블레이드와, 상기 중앙 블레이드와 상기 후방 블레이드 사이에 위치하는 내부 불순물 제거 공간을 가지며, 또한, 상기 후방 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리는, 상기 중앙 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리보다 작게 설정되는 다이 헤드 장치에 의해, 반송되는 기재에 슬러리를 도포하여 도막을 형성하는 도포 방법이며,
    상기 기재가, 상기 전방 블레이드와 상기 중앙 블레이드 사이에 형성되는 상기 슬러리의 액 고임부와, 상기 중앙 블레이드를 통과함으로써, 상기 기재에 상기 슬러리가 도포되고,
    상기 내부 불순물 제거 공간을 통과할 때에 상기 기재에 도포된 상기 슬러리의 도막에 내포되는 불순물이, 상기 도막의 표면으로 부상하여 빠져 나옴으로써 제거되고,
    상기 후방 블레이드를 통과할 때에 상기 도막의 표면은 평활화되어서, 균일한 두께의 도막이 형성되는, 도포 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 불순물은, 거품 또는 먼지인, 도포 방법.
  13. 반송되는 기재에 도막의 적층체를 형성하는 적층체 형성 장치이며,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 다이 헤드 장치를 복수 갖고 있고,
    상기 복수의 다이 헤드 장치는, 상기 기재의 반송 방향을 따라서 직렬로 배치되며,
    상기 복수의 다이 헤드 장치의 반송 방향 하류측에, 슬러리의 도막에 내포되는 불순물을 제거하기 위해 외부 불순물 제거 공간이 각각 마련되어 있는, 적층체 형성 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 다이 헤드 장치는,
    제1 다이 헤드 장치와,
    상기 제1 다이 헤드 장치에 인접하며, 또한, 상기 제1 다이 헤드 장치보다 상기 기재의 반송 방향 하류측에 위치하는 제2 다이 헤드 장치를 갖고,
    상기 제2 다이 헤드 장치의 전방 블레이드는, 상기 제1 다이 헤드 장치의 후방 블레이드를 겸용하고,
    상기 제1 다이 헤드 장치와 상기 제2 다이 헤드 장치 사이에 위치하는 상기 외부 불순물 제거 공간은, 상기 제1 다이 헤드 장치의 내부 불순물 제거 공간을 겸용하고 있고,
    상기 제2 다이 헤드 장치의 상기 전방 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리는, 상기 제1 다이 헤드 장치 중앙 블레이드와 상기 기재 사이의 이격 거리보다 작게 설정되는, 적층체 형성 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 다이 헤드 장치의 상기 전방 블레이드는, 상기 외부 불순물 제거 공간을 통과한 상기 도막에 잔류하고 있는 불순물을, 상기 도막의 표면으로 안내하는 가이드부를 갖는, 적층체 형성 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 다이 헤드 장치의 상기 전방 블레이드의 상기 가이드부는, 상기 전방 블레이드에 있어서의 상기 제1 다이 헤드 장치의 상기 중앙 블레이드에 상대하는 면에 형성되는 이형부에 의해 구성되고,
    상기 전방 블레이드의 상기 이형부는, 경사부, 곡률부, 또는 경사부와 곡률부를 가지며,
    상기 전방 블레이드의 상기 이형부의 개시 위치와 상기 기재 사이의 이격 거리는, 상기 제1 다이 헤드 장치의 상기 중앙 블레이드와 상기 기재 사이의 상기 이격 거리보다 크게 설정되는, 적층체 형성 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 불순물은, 거품 또는 먼지인, 적층체 형성 장치.
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