WO2018168234A1 - ダイヘッド装置、塗布方法および積層体形成装置 - Google Patents

ダイヘッド装置、塗布方法および積層体形成装置 Download PDF

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透 小瀬村
雅基 斉藤
寛 山下
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日産自動車株式会社
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a die head device, a coating method, and a laminate forming apparatus.
  • a die head device used for applying a slurry is known (for example, see Patent Document 1).
  • Slurry is prepared by dispersing a powdered material in a liquid medium, and contains impurities such as bubbles and dust. Therefore, the coating film formed by applying the slurry has a problem that foam failure (impurity failure) occurs due to foam remaining, and a problem that it is difficult to form a coating film with a uniform thickness. Yes. In particular, the above-mentioned problem is remarkable in a laminate of a coating film formed by repeating slurry application.
  • a defoaming device (a dedicated device for removing impurities) for removing bubbles contained in the slurry is known (for example, see Patent Document 2).
  • the present invention has been made to solve the problems associated with the prior art, and without using a dedicated device for removing impurities, a die head device capable of forming a coating film having a uniform thickness with no impurity failure.
  • Another object of the present invention is to provide a coating method and a laminate forming apparatus capable of forming a laminate of the coating film.
  • a uniform phase of the present invention is a die head device that forms a coating film by applying a slurry to a substrate to be conveyed, and includes a front blade, a rear blade, a central blade, and internal impurities.
  • the front blade and the center blade are configured to form a puddle of the slurry.
  • the internal impurity removal space is located between the central blade and the rear blade.
  • a separation distance between the rear blade and the base material is set to be smaller than a separation distance between the central blade and the base material.
  • Another uniform phase of the present invention for achieving the above object is a coating method in which a slurry is applied to a substrate to be transported to form a coating film.
  • the slurry is applied to the base material when the base material passes through a central blade, and the slurry is applied to the base material when passing through the internal impurity removal space. Impurities included in the surface are removed by floating and exiting the surface of the coating film, and when passing through the rear blade, the surface of the coating film is smoothed to form a coating film with a uniform thickness.
  • Yet another uniform phase of the present invention for achieving the above object is a laminate forming apparatus for forming a laminate of a coating film on a substrate to be transported, comprising a plurality of the die head devices, The plurality of die head devices are arranged in series along the transport direction of the base material, and an external impurity removal space for removing impurities contained in the slurry coating film downstream of the plurality of die head devices in the transport direction Are provided.
  • the coating film of the slurry after passing through the central blade is thin, so that it is applied in the internal impurity removal space located between the central blade and the rear blade. Impurities included in the film are removed by floating on the surface of the coating film. Further, when passing through the rear blade, the surface of the coating film is smoothed (corrected) to form a coating film having a uniform thickness. Therefore, it is possible to provide a die head device and a coating method that can form a coating film having a uniform thickness without impurity failure without using a dedicated device for removing impurities.
  • the coating film formed by the die head device may have another die head on the surface of the coating film after residual impurities are removed in the external impurity removal space. Another slurry is applied by the apparatus to form a laminate of coating films. Therefore, it is possible to provide a laminated body forming apparatus capable of forming a laminated body of a coating film having no impurity failure and having a uniform thickness without using a dedicated apparatus for removing impurities.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a half cell layer of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • a fuel cell 10 according to an embodiment of the present invention is a solid oxide fuel cell (SOFC), and includes a cathode layer 20 and a half cell layer 30 as shown in FIG.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the cathode layer 20 is an air electrode layer having a thickness of 10 to 50 ⁇ m, for example, and is in contact with the half cell layer 30.
  • the cathode layer 20 has catalytic ability and electronic conductivity, and is made of, for example, conductive ceramics.
  • the half cell layer 30 is a laminate composed of three layers, and includes a metal support layer 40, an anode layer 50, and a solid electrolyte layer 60.
  • the metal support layer 40 has a thickness of 100 to 800 ⁇ m, for example.
  • the metal support layer 40 has a function as a support and electronic conductivity with respect to the expansion and contraction of the battery.
  • the metal support layer 40 is made of a metal material such as stainless steel.
  • the anode layer 50 is a fuel electrode layer having a thickness of 10 to 50 ⁇ m, for example.
  • the anode layer 50 has catalytic ability, electronic conductivity, and ionic conductivity.
  • the anode layer 50 includes an activation catalyst, a metal-based material, and a ceramic-based material.
  • the solid electrolyte layer 60 has a thickness of 1 to 30 ⁇ m, for example, and is sandwiched between the cathode layer 20 and the anode layer 50.
  • the solid electrolyte layer 60 has ionic conductivity and is made of, for example, a ceramic material such as stabilized zirconia.
  • FIG. 2 is a side view for explaining the laminate forming apparatus for forming the half cell layer shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the formation of the laminate by the laminate forming apparatus. .
  • Laminate forming apparatus 100 includes, as shown in FIGS. 2 and 3, three types of slurries the thin film sheet substrate 80 S A, S B, coatings 42 and 52 by applying the S C, This is a roll-to-roll type coating apparatus that forms 62 laminates.
  • Reference numerals D 4A , D 4B , and D 4C indicate the thicknesses of the coating films 42, 52, and 62, and reference numeral T indicates the conveyance direction of the substrate 80.
  • bubbles bubbles
  • the material of the base material 80 is not particularly limited. However, in the present embodiment, since the formed laminate of the coating films 42, 52, 62 is peeled off from the base material 80, the material of the base material 80 is a resin having a good releasability. It is preferable. Examples of the resin having good releasability are polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), and silicone resin.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Laminate forming apparatus 100 includes transport device 110, die head devices 120A, 120B, and 120C, slurry supply devices 170A, 170B, and 170C, external foam removal spaces (external impurity removal spaces) 180A, 180B, and 180C, and a control device. 190.
  • the transport device 110 is used to transport the base material 80, and includes a feed roll 111, a drive roller 112, a take-up roll 114, a tension control device 115, and a support table 117.
  • the delivery roll 111 is rotatably arranged, and the base material 80 is wound in a roll shape.
  • the drive roller 112 is used to feed the base material 80 from the feed roll 111 and supply it to the die head devices 120A, 120B, and 120C based on the frictional force.
  • the driving roller 112 has a variable rotation speed and is configured to be able to adjust the conveyance speed of the substrate 80.
  • the driving roller 112 is, for example, a resin roller made of a resin having a good friction coefficient, a rubber roller made of rubber having a good friction coefficient, or a resin or rubber coating layer having a good friction coefficient. It has a metal roller.
  • the installation number and installation position of the driving roller 112 are appropriately set in consideration of the slurry material, the installation number of the die head device, the conveyance distance, and the like.
  • the driving roller 112 can be disposed on the downstream side in the transport direction T of the die head device 120C, or can be disposed on the downstream side in the transport direction T of each of the die head devices 120A, 120B, and 120C.
  • the winding roll 114 is rotatably arranged, and the base material 80 on which the laminated body of the coating films 42, 52, and 62 is disposed is wound in a roll shape.
  • the tension control device 115 controls the tension of the base material 80 by adjusting the rotation speed of the take-up roll 114, for example, formation of wrinkles on the base material 80, extension of the base material 80, and breakage of the base material 80. Configured to suppress.
  • the support table 117 supports the back surface of the substrate 80 to be conveyed, and the contact surface with the substrate 80 has good smoothness in order to ensure smooth conveyance of the substrate 80.
  • the support table 117 is preferably made of a glass plate, a stone surface plate, or a stainless plate from the viewpoint of planar accuracy, but is not particularly limited thereto.
  • the material of the support table 117 is appropriately selected in consideration of cost and weight in addition to the planar accuracy.
  • the die head devices 120A, 120B, and 120C are arranged in series and adjacent to each other along the conveyance direction T of the base material 80 (see FIG. 3).
  • the die head device 120 ⁇ / b> A is configured to form a coating film 42 that constitutes the metal support layer 40 of the half cell layer 30.
  • the die head device 120 ⁇ / b> B is configured to form a coating film 52 that constitutes the anode layer 50 of the half cell layer 30.
  • the die head device 120 ⁇ / b> C is configured to form a coating film 62 that constitutes the solid electrolyte layer 60 of the half cell layer 30.
  • the slurry supply devices 170A, 170B, and 170C include slurry tanks 172A, 172B, and 172C, pumps 174A, 174B, and 174C, and piping systems 176A, 176B, and 176C.
  • Slurry tank 172A, 172B, 172C the slurry S A to form a coating film 42, 52, 62, S B, and accommodates the S C.
  • Slurry S A, S B, the viscosity of S C is, for example, 5000 ⁇ 50000 cP.
  • Pumps 174A, 174B, 174C for example, Mono pump, gear pump, such as Viking pump or consists screw pumps, slurry S A, S B, is used to feed the S C.
  • Slurry S A includes a powder of a material constituting the metal support layer 40.
  • the slurry S B contains a powder of the material constituting the anode layer 50.
  • Slurry S C includes a powder of a material constituting the solid electrolyte layer 60.
  • Slurry S A, S B, S C in addition to the above, includes such a dispersion medium and additives as appropriate.
  • the dispersion medium is, for example, an alcohol solvent, an ether solvent, an ester solvent, a ketone solvent, a cyclic ether solvent, or an aromatic hydrocarbon solvent.
  • the additive is, for example, a sintering aid or a thickener.
  • the piping systems 176A, 176B, 176C connect the slurry tanks 172A, 172B, 172C, the pumps 174A, 174B, 174C, and the die head devices 120A, 120B, 120C, and the filters 177A, 177B, 177C and It has pressure gauges 178A, 178B, 178C.
  • Filter 177A, 177B, 177C, the slurry S A, S B configured to remove such large dust or aggregates contained in S C.
  • Pressure gauge 178A, 178B, 178C, the slurry S A, S B is used to detect the supply pressure of S C.
  • the external foam removal spaces 180A, 180B, and 180C are respectively provided on the downstream side in the transport direction T of the die head devices 120A, 120B, and 120C, and remove bubbles (impurities) included in the coating films 42, 52, and 62. (See FIG. 3).
  • the external foam removal spaces 180A, 180B, and 180C have functions of ensuring time for leveling, drying, and curing the coating films 42, 52, and 62, and facilitating lamination. Therefore, since the occurrence of mixing (mixing) at the interface between the coating films 42, 52, and 62 is suppressed, the degree of freedom of the applied slurry type is excellent.
  • the control device 190 has a control circuit composed of a microprocessor or the like that performs control of each unit and various arithmetic processes according to a program.
  • the control device 190 is connected to the drive roller 112, the tension control device 115, the slurry tanks 172A, 172B, and 172C, and the pumps 174A, 174B, and 174C, and each function of the laminate forming device 100 controls a program corresponding thereto. It is demonstrated when the device 190 executes.
  • the slurry supply apparatus is not limited to the above-described configuration, and for example, a dispenser capable of discharging slurry can be applied.
  • the dispenser capable of discharging the slurry is, for example, a dispenser manufactured by Hyojin Equipment Co., Ltd., which has a structure similar to that of the MONO pump.
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining the die head device shown in FIG. 2
  • FIGS. 5 and 6 are perspective views and sectional views for explaining the internal structure of the die head device
  • FIG. 7 is a coating by the die head device. It is the schematic for demonstrating formation of a film
  • the die head device 120A includes a casing 122A, a supply unit 124A, a front blade 130A, a central blade 140A, an internal foam removal space (internal impurity removal space) 150A, a rear blade 160A, an adjustment screw 137A, 147A, 167A, and fixing screws 138A, 148A, 168A.
  • the casing 122A is substantially rectangular and has a bottom surface facing the substrate 80 to be conveyed and a top surface located on the opposite side of the bottom surface.
  • the bottom surface of the casing 122A has an opening for applying the slurry S A is formed on the substrate 80.
  • a supply unit 124A is disposed on the upper surface of the casing 122A.
  • the supply unit 124A has a slit 125, and is connected to the piping system 176A of the slurry supply apparatus 170A.
  • Slit 125 is disposed in the outlet of the supply unit 124A, configured as slurry S A is uniformly supplied along the lateral direction L perpendicular to the transport direction T (see FIG. 5).
  • the slit 125 can be omitted as appropriate.
  • Supply width of the slurry S A corresponds to the length of the slit 125 along the lateral direction L perpendicular to the transport direction T.
  • Feed thickness of the slurry S A corresponds to the width of the slit 125 along the transport direction T.
  • the front blade 130A has a right-angled triangular cross section and extends in the lateral direction L (see FIGS. 5 and 6).
  • the front blade 130A has a front surface 131 located on the upstream side in the transport direction T and a back surface 134 located on the downstream side in the transport direction T.
  • the front surface 131 extends in the direction V perpendicular to the transport direction T.
  • the back surface 134 has a slope 135 corresponding to the hypotenuse of a right triangle.
  • Slope 135 is located directly below the slit 125, configured as slurry S A flows down towards the middle blade 140A.
  • the inclination angle of the rear 134 is appropriately set in consideration of the viscosity of the slurry S A.
  • the adjusting screw 137A is connected to the upper part of the front blade 130A, and is configured to be able to move the front blade 130A along the vertical direction V. Therefore, the distance between the front blade 130A and the base material 80 can be changed by adjusting the adjustment screw 137A. For example, the distance between the front blade 130A and the substrate 80 does not interfere with the passage of the substrate 80, and the slurry S A is set to a value that does not flow out.
  • the fixing screw 138A is positioned so as to face the side surface of the front blade 130A.
  • the fixing screw 138A is configured to fix the position of the front blade 130A adjusted by the adjustment screw 137A by contacting the side surface of the front blade 130A.
  • the central blade 140A is located downstream in the transport direction T from the front blade 130A, has a substantially rectangular cross section, and extends in the lateral direction L (see FIGS. 5 and 6).
  • the central blade 140A has a front surface 141 located upstream in the transport direction T and a back surface 144 located downstream in the transport direction T.
  • the front surface 141 is opposed to the back surface 134 of the front blade 130 ⁇ / b> A and has a deformed portion 142.
  • the central blade 140A is configured to form a puddle liquid of the slurry S A with the front blade 130A.
  • the adjusting screw 147A is connected to the upper part of the central blade 140A, and is configured to move the central blade 140A along the vertical direction V. Therefore, it is possible to change the separation distance between the central blade 140A and the base member 80 by adjusting the adjustment screw 147A.
  • the fixing screw 148A is positioned so as to face the side surface of the central blade 140A.
  • the fixing screw 148A is configured to fix the position of the central blade 140A adjusted by the adjusting screw 147A by contacting the side surface of the central blade 140A.
  • Slurry S A is a high viscosity (e.g., 5000 ⁇ 50000 cP), in the reservoir the liquid of the slurry S A, due to high liquid pressure, the bubbles are contained in the slurry S A, hardly rises. Further, in the gap between the central blade 140A and the base material 80, a high-pressure loss is usually generated, so that bubbles stay and aggregate to form large bubbles. Therefore, foam failure (impurity failure) may occur in the coating film formed through the central blade 140A.
  • a high viscosity e.g., 5000 ⁇ 50000 cP
  • profile 142 of the front surface 141 of the central blade 140A is constituted by a slope portion which is inclined in the transport direction T, which functions as a rotation imparting section that imparts a rotational force to the slurry S A liquid reservoir (See FIG. 7). Accordingly, bubbles contained in the slurry S A does not remain, and without forming a large bubbles collectively, because it is efficiently delivered to the rear 144 of the central blade 140A, bubble formation failure is suppressed.
  • the inclination angle ⁇ of the profiled portion (inclined surface portion) 142 depending on the viscosity of the slurry S A, preferably 30 ⁇ 60 °. It is preferable that the deformed portion (slope portion) 142 does not vary in the inclination angle ⁇ with respect to the lateral direction L. Variations in the width W 1 of the distal end portion of the center blade 140A is preferably suppressed to the range of 0.003 ⁇ 0.1 mm in absolute value. Width W 1 is dependent on the viscosity of the slurry S A, it is also possible to 0mm clogging acute angle.
  • the rotational force of the slurry S A is not limited to the embodiment to control the inclination angle theta, for example, it can be controlled by the pressure (passage pressure) at which the central blade 140A slurry S A passes. Pass pressure can be adjusted or increase the transport speed of the substrate 80, by or pressurized slurry S A of liquid pool.
  • the rear blade 160A is located on the downstream side in the transport direction T from the central blade 140A, has a substantially rectangular cross section, and extends in the lateral direction L (see FIGS. 5 and 6).
  • the rear blade 160A has a front surface 161 located on the upstream side in the transport direction T and a back surface 164 located on the downstream side in the transport direction T.
  • the front surface 161 is opposed to the back surface 144 of the central blade 140 ⁇ / b> A and has a deformed portion 162.
  • the adjustment screw 167A is connected to the upper part of the rear blade 160A, and is configured to be able to move the rear blade 160A along the vertical direction V. Therefore, the adjustment screw 167A can adjust the separation distance between the rear blade 160A and the base material 80.
  • the fixing screw 168A is positioned so as to face the side surface of the rear blade 160A.
  • the fixing screw 168A is configured to fix the position of the rear blade 160A adjusted by the adjustment screw 167A by contacting the side surface of the rear blade 160A.
  • the deformed portion 162 is configured by a quadrant (fan-shaped) curvature portion.
  • the separation distance D 3A between the starting position SP of the deformed portion (curvature portion) 162 and the base material 80 is set to be larger than the separation distance D 1A between the central blade 140A and the base material 80. Therefore, the deformed portion (curvature portion) 162 functions as a guide portion that guides the bubbles contained in the coating film to the surface of the coating film, and can efficiently remove bubbles contained in the coating film. .
  • Variations in the width W 2 of the end portion of the rear blade 160A corresponding to the width at the end position EP of the profiled section (curvature portion) 162 is preferably suppressed to the range of 0.003 ⁇ 0.1 mm in absolute value. Width W 2 is dependent on the viscosity of the slurry S A, it is also possible to 0mm clogging acute angle.
  • Internal bubble removal space 150A is located between the central blade 140A and a rear blade 160A, provided to remove bubbles (impurities) which are contained in the coating film of the coated slurry S A to the substrate 80 (See FIGS. 6 and 7).
  • the thickness of the slurry S A in after passing through the central blade 140A is thin, have reduced fluid pressure, the rising foam is facilitated.
  • the dispersion medium in a slurry evaporates, the effect that a bubble is entrained to the surface also arises. Therefore, in the internal bubble removal space 150A, the bubbles are easily removed by rising to the surface of the coating film.
  • the concave portion of the surface formed by the bubbles coming out is pressed and smoothed (corrected) when passing through the rear blade 160A, so that the coating film 42 having a uniform thickness is secured.
  • die head devices 120B and 120C have substantially the same configuration as the die head device 120A, members having similar functions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted to avoid duplication.
  • the base material 80 on which the coating film is formed is supplied to the die head devices 120B and 120C, the front blades 130B and 130C, the central blades 140B and 140C, and the rear blades 160B and 160C are separated from the base material 80.
  • the distance is appropriately set in consideration of the coating thicknesses D 4A and D 4B (see FIG. 3).
  • the distance between the front blade 130B and the base material 80 of the die head apparatus 120B does not interfere with the passage of thickness D 4A of the coating film 42 substrate 80 is formed, and the slurry S B outflow Not set to a value.
  • the separation distance between the front blade 130C of the die head device 120C and the substrate 80 does not interfere with the passage of the substrate 80 on which the coating film 42 having the thickness D 4A and the coating film 52 having the thickness D 4C is formed. and, the slurry S C is set to a value that does not flow out.
  • a coating film having a uniform thickness without foam failure is formed without using a dedicated device for defoaming (for removing impurities).
  • the coating film formed by the die head device has another die head on the surface after the remaining impurities are removed in the external impurity removal space. Another slurry is applied by the apparatus to form a laminate of coating films. Therefore, it is possible to form a laminate of coating films having no bubble failure (impurity failure) and having a uniform thickness without using a dedicated device for defoaming (for removing impurities).
  • the number of die head devices included in the multilayer body forming apparatus is not limited to three, and is appropriately set according to, for example, the configuration of the multilayer body to be formed.
  • the die head device can also be used alone.
  • the laminate forming apparatus is preferably installed in a clean room.
  • the laminate forming apparatus is not limited to the roll-to-roll method, and a roll-to-sheet method can also be applied.
  • the laminated body forming device and the die head device are not limited to the form applied to the formation of the half cell layer of the solid oxide fuel cell (SOFC), and constitute a lithium ion battery or a solid polymer fuel cell (PEM-FC). It is also possible to apply to the formation of a layer.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • PEM-FC solid polymer fuel cell
  • the base material when applied to a lithium ion battery, is a current collector made of a metal film such as a copper foil, an aluminum foil or a stainless steel foil, and the slurry contains a powder of a material constituting the active material layer.
  • the base material when applied to a polymer electrolyte fuel cell, is an electrolyte membrane, and the slurry contains powder of a material constituting the catalyst layer.
  • the substrate is a resin sheet (secondary material) made of a PTFE sheet or a PET sheet, and the slurry contains powder of a material constituting the catalyst layer, and is attached to an electrolyte membrane that is separately formed. The resin sheet is peeled from the catalyst layer at an appropriate timing.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining a coating method according to the embodiment of the present invention. The function corresponding to each step of the flowchart shown in FIG. 8 is exhibited when the control device 190 executes a program corresponding to the process.
  • Coating method 3 kinds of slurries the thin film sheet substrate 80 S A, S B, a stack of coatings 42, 52 and 62 by applying the S C formed
  • the slurry S A is supplied from the slurry supply apparatus 170A to the die head device 120A, a coating film 42 having a thickness of D 4A to the substrate 80 is formed (see FIG. 3).
  • Slurry S A includes a powder of a material constituting the metal support layer 40 of the half cell layer 30, coating 42, constitutes the metal support layer 40.
  • the base material 80 is wound around the delivery roll 111 in a roll shape, and is fed out from the delivery roll 111 based on the frictional force of the driving roller 112, and the die head device 120A, the external foam removal space 180A, the die head device 120B, the external foam. It is continuously conveyed toward the winding roll 114 via the removal space 180B, the die head device 120C, and the external bubble removal space 180C.
  • the base material 80 on which the coating film 42 is formed is included in the coating film 42 when passing through the external foam removal space 180A provided on the downstream side in the transport direction T of the die head device 120A. Bubbles are removed.
  • the slurry S B is supplied from the slurry supply device 170B to the die head apparatus 120B, the coating film 52 having a thickness of D 4B to the substrate 80 is formed.
  • the slurry S B includes a powder of a material constituting the anode layer 50 of the half cell layer 30, the coating 52 constitutes the anode layer 50.
  • the base material 80 on which the coating films 42 and 52 are formed passes through the external foam removal space 180B provided on the downstream side in the transport direction T of the die head device 120B.
  • the bubbles contained in 52 are removed.
  • the slurry S C is supplied from the slurry supply apparatus 170C to the die head device 120C, the coating film 62 having a thickness of D 4C to the substrate 80 is formed.
  • Slurry S C includes a powder of a material constituting the solid electrolyte layer 60 of the half cell layer 30, coating 62, constitutes the solid electrolyte layer 60.
  • the base material 80 on which the coating films 42, 52, 62 are formed passes through the external foam removal space 180C provided on the downstream side in the transport direction T of the die head device 120C, Foam contained in the coating film 62 is removed. Thereafter, the base material 80 on which the coating films 42, 52, 62 are formed is wound around the winding roll 114 in a roll shape.
  • the laminate of the coating films 42, 52, 62 is peeled off from the base material 80, the half cell layer 30 having the metal support layer 40, the anode layer 50, and the solid electrolyte layer 60 through, for example, a degreasing process and a firing process. It becomes.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the first coating film forming step shown in FIG.
  • the base material 80 fed out from the delivery roll 111 passes through the front blade 130A (see FIG. 7).
  • the base member 80 includes a liquid pool of the slurry S A which is formed between the front blade 130A and the central blade 140A, by passing through a central blade 140A, the slurry S A is applied, the coating film formed Is done.
  • profile of the central blade 140A (inclined surface portion) 142 functions as a rotation imparting section that imparts a rotational force to the slurry S A liquid reservoir, bubbles contained in the slurry S A does not remain, also , And efficiently sent to the back surface 144 of the central blade 140A without forming large bubbles.
  • the base material 80 passes through the internal foam removal space 150A. At this time, since the thickness of the coating film formed on the base material 80 is thin, the bubbles included in the coating film are removed by floating on the surface of the coating film and coming out.
  • the substrate 80 passes through the rear blade 160A.
  • the distance D 2A between the rear blade 160A and the substrate 80 because the smaller set than distance D 1A of between the central blade 140A and the substrate 80, are formed on the base member 80
  • the surface of the coating film is smoothed (corrected) by the ironing effect of the press, and the coating film 42 having a uniform thickness is formed.
  • the separation distance D 3A between the starting position SP of the deformed portion (curvature portion) 162 of the rear blade 160A and the base material 80 is set to be larger than the separation distance D 1A between the central blade 140A and the base material 80.
  • the deformed portion (curvature portion) 162 functions as a guide portion that guides the bubbles included in the coating film to the surface of the coating film, and efficiently removes the bubbles included in the coating film.
  • the base material 80 is conveyed to a 1st external foam removal process (external foam removal space 180A).
  • a coating film having uniform thickness without bubble failure (impurity failure) without using a dedicated device for defoaming (impurity removal). 42 can be formed.
  • the thickness uniformity was compared for the solid electrolyte layer and the anode layer. Thickness uniformity was evaluated by the thickness variation in single layer units.
  • the defoaming effect was compared for the metal support layer. The defoaming effect was evaluated by the bubble generation rate.
  • the comparative example was formed by a film applicator (doctor blade) manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho. In the formation of the metal support layer in the comparative example, the slurry that constitutes the metal support layer was not subjected to prior defoaming and was applied in a state where bubbles were included in the slurry.
  • the absolute value of the variation in the thickness of the solid electrolyte layer was 5 ⁇ m in the example and 21 ⁇ m in the comparative example.
  • the absolute value of the variation in the thickness of the anode layer was 3 ⁇ m in the example and 25 ⁇ m in the comparative example.
  • the foam generation rate per 100 mm 2 of the metal support layer was 10 in the example, and 200 or more in the comparative example.
  • the example had good thickness uniformity and a low bubble generation rate, unlike the comparative example.
  • the casing, front blade, central blade, internal foam removal space, and rear blade of the die head devices 120A, 120B, and 120C are represented by reference numerals 122, 130, 140, 150, and 160, respectively.
  • Slurry S A, S B, S C is a representative by reference numeral S.
  • the separation distances of the front blade 130, the central blade 140, and the rear blade 160 with respect to the substrate 80 are represented by the settings of the die head device 120A.
  • FIGS. 11A and 11B are a perspective view and a bottom view for explaining a first modification according to the embodiment of the present invention
  • FIGS. 11A and 11B explain a second modification according to the embodiment of the present invention. It is the perspective view and bottom view for this.
  • the inclination angle of the deformed portion 142 of the central blade 140 is preferably constant with respect to the transport direction T and the vertical direction V when the slurry is sent uniformly in a state where the slurry is spread evenly in the lateral direction L.
  • the slurry flow may become turbulent in the slurry pool formed between the central blade 140 and the front blade.
  • FIG. 10A and FIG. 10B it is preferable to make the width of the tip of the central portion 146B in the lateral direction L of the central blade 140 thicker than the width of the tip of both ends 146A, 146C to make the slurry flow laminar.
  • FIG. 11A and FIG. 11B As shown in FIG. 4, it is preferable that the width of the tip end of one end 146A in the lateral direction L of the central blade 140 is thicker than the width of the tip end of the other end 146C to make the slurry flow laminar.
  • FIG. 12 and FIG. 13 are cross-sectional views for explaining Modification 3 and Modification 4 according to the embodiment of the present invention.
  • the deformed portion 142 of the central blade 140 that constitutes the rotation imparting portion that imparts a rotational force to the slurry S is not limited to the form constituted by the slope portion.
  • the deformed portion 142 may be configured by the curvature portion shown in FIG. 12 or may be configured by a shape having both the inclined portion 143A and the curvature portion 143B shown in FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining Modification 5 according to the embodiment of the present invention.
  • the center blade 140 preferably has a guide portion 145 on the back surface 144 of the tip portion.
  • the guide portion 145 includes an inclined portion illustrated in FIG. 14 and is configured to guide the coating film of the slurry S in a direction away from the base material 80 and toward the internal bubble removal space 150. In this case, since the slurry S is discharged so as to expand while being guided by the guide portion 145, the bubbles included in the slurry S can be efficiently removed.
  • 15 to 17 are cross-sectional views for explaining modified examples 6 to 8 according to the embodiment of the present invention.
  • the deformed portion 162 of the rear blade 160 that constitutes the guide portion that guides the foam contained in the coating film of the slurry S to the surface of the coating film is not limited to a form that is configured by a quarter-circular (fan-shaped) curvature portion.
  • the deformed portion 162 is configured by the inclined portion illustrated in FIG. 15, configured by a shape having both the inclined portion 163 ⁇ / b> A and the curved portion 163 ⁇ / b> B illustrated in FIG. 16, or the curvature of the roller shape illustrated in FIG. 17. It can be configured by a part.
  • the deformed portion 162 is constituted by a roller-shaped curvature portion, it is possible to surely smooth (correct) the surface of the coating film.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining Modification 9 according to the embodiment of the present invention.
  • the internal bubble removal space 150 is not limited to a form under atmospheric pressure (open system), and can be negative pressure. In this case, since the bubbles included in the slurry coating film are likely to float on the surface, the bubbles are reliably removed.
  • the negative pressure in the internal foam removal space 150 can be achieved by arranging the hollow container 154 and the vacuum pump 152 in the die head device.
  • the hollow container 154 has an opening 156 below and is disposed in the internal foam removal space 150 located between the central blade 140 and the rear blade 160.
  • the opening 156 is positioned so as to face the substrate 80 that has passed through the central blade 140.
  • the vacuum pump 152 is connected to the hollow container 154 and configured to be able to suck air in the hollow container 154 and make the hollow container 154 have a negative pressure.
  • the separation distance between the opening 156 of the hollow container 154 and the base material 80 on which the coating film is formed is preferably small.
  • FIG. 19 is a side view for explaining the modified example 10 according to the embodiment of the present invention.
  • the laminate forming apparatus 100 can further include temperature control devices 182A, 182B, and 182C for promoting the drying of the coating film.
  • the temperature control devices 182A, 182B, and 182C have a hot air generator, an infrared irradiation device, and the like, are disposed in the external bubble removal spaces 180A, 180B, and 180C, and heat the coating to dry the coating. Can be configured.
  • the temperature control devices 182A, 182B, and 182C are not limited to the form arranged in the external bubble removal spaces 180A, 180B, and 180C, and can be arranged on the lower side (back side) of the base material 80. Further, the temperature control devices 182A, 182B, 182C are not limited to independent forms, and can be integrated (incorporated) with the die head devices 120A, 120B, 120C.
  • FIG. 20 is a side view for explaining a modification 11 according to the embodiment of the present invention
  • FIGS. 21A, 21B and 21C are sectional views for explaining each of the die head devices shown in FIG.
  • FIG. 22 is a schematic diagram for explaining the formation of a laminate by the laminate forming apparatus shown in FIG.
  • die head devices 120A, 120B, and 120 having different configurations, and the apparatus configuration is simplified as compared to the stack forming apparatus 100 shown in FIG. Yes.
  • the die head device 120A located on the most upstream side in the transport direction T does not have the internal bubble removal space 150A and the rear blade 160A.
  • the die head device 120B located on the downstream side in the transport direction T from the die head device 120A does not have the internal bubble removal space 150B and the rear blade 160B, and is on the front surface 131 of the front blade 130B. It has a deformed portion 132.
  • the separation distance between the front blade 130B and the base material 80 is set to be smaller than the separation distance between the central blade 140A of the die head device 120A and the base material 80, and the deformed portion 132 is omitted in the die head device 120A. This corresponds to the deformed portion 162 of the rear blade 160A.
  • the die head device 120C located on the downstream side in the transport direction T from the die head device 120B has a deformed portion 132 on the front surface 131 of the front blade 130C, as shown in FIG. 21C.
  • the separation distance between the front blade 130C and the substrate 80 is set to be smaller than the separation distance between the central blade 140B of the die head device 120B and the substrate 80, and the deformed portion 132 is omitted in the die head device 120B. This corresponds to the deformed portion 162 of the rear blade 160B.
  • the front blade 130B of the die head device 120B, the external bubble removal space 180A, the front blade 130C of the die head device 120C, and the external bubble removal space 180B are the rear blade 160A of the die head device 120A and the internal bubble removal space 150A of the die head device 120A.
  • the rear blade 160B of the die head device 120B and the internal bubble removal space 150B of the die head device 120B are also used.
  • the base material 80 passes through the external foam removal space 180A.
  • the thickness of the coating of the slurry S A is thin because, bubbles contained in the coating film is removed by being withdrawn to rise to the surface of the coating film.
  • the substrate 80 passes through the front blade 130B of the die head device 120B.
  • the surface of the coating of the slurry S A is the ironing effect by the pressing is smoothed (straightening), the coating film 42 having a uniform thickness is formed.
  • the deformed portion (curvature portion) 132 of the front blade 130B functions as a guide portion that guides the bubbles contained in the coating film to the surface of the coating film, and efficiently removes the bubbles contained in the coating film 42. .
  • the substrate 80 includes a liquid pool of the slurry S B, by passing through a central blade 140B, the slurry S B is applied, the coating film is formed.
  • the base material 80 passes the external foam removal space 180B.
  • the thickness of the coating of the slurry S B is thin because, bubbles contained in the coating film is removed by being withdrawn to rise to the surface of the coating film.
  • the substrate 80 passes through the front blade 130C of the die head device 120C.
  • the surface of the coating film is smoothed (corrected) by the ironing effect of the press, and the coating film 52 having a uniform thickness is formed.
  • the deformed portion (curvature portion) 132 of the front blade 130C functions as a guide portion that guides the bubbles included in the coating film to the surface of the coating film, and efficiently removes the bubbles included in the coating film.
  • the base material 80 passes through the internal foam removal space 150C.
  • the thickness of the coating of the slurry S C is thin because, bubbles contained in the coating film is removed by being withdrawn to rise to the surface of the coating film.
  • the base material 80 passes through the rear blade 160C.
  • the surface of the coating film is smoothed (corrected) by the ironing effect of the press, and the coating film 62 having a uniform thickness is formed.
  • the deformed portion (curvature portion) 162 of the rear blade 160C functions as a guide portion that guides the foam contained in the coating film to the surface of the coating film, and efficiently removes the bubbles contained in the coating film.
  • the base material 80 passes through the external foam removal space 180C.
  • the die head device and the coating method according to the present embodiment since the thickness of the slurry after passing through the central blade is thin, the internal bubble removal space (inside the inner blade located between the central blade and the rear blade) In the (impurity removal space), bubbles (impurities) contained in the slurry coating are lifted and removed from the surface of the coating. Further, when passing through the rear blade, the surface of the slurry is smoothed (corrected), and a coating film having a uniform thickness is formed. Therefore, it is possible to provide a die head device and a coating method capable of forming a coating film having a uniform thickness with no bubble failure (impurity failure) without using a dedicated device for defoaming (for removing impurities). is there.
  • the incorporated die head device can form a coating film having a uniform thickness without foam failure without using a dedicated device for defoaming. It is.
  • the coating film formed by the die head device is coated with another slurry by another die head device on the surface after the remaining bubbles are removed in the external bubble removal space (external impurity removal space).
  • the external bubble removal space external impurity removal space
  • the center blade has a rotation imparting portion that imparts a rotational force to the liquid pool slurry. In this case, it is possible to efficiently send out the foam contained in the slurry coating to the internal foam removal space.
  • the rotation imparting part can be constituted by a deformed part having an inclined part and / or a curvature part.
  • the rotation imparting unit is realized with a simple configuration.
  • the center blade preferably has a guide portion for guiding the slurry in a direction away from the base material and toward the internal foam removal space.
  • a guide portion for guiding the slurry in a direction away from the base material and toward the internal foam removal space.
  • the guide part can be constituted by an inclined part.
  • the guide part of the central blade is realized with a simple configuration.
  • the rear blade has a guide portion that guides bubbles contained in the slurry coating film to the surface of the coating film. In this case, bubbles included in the slurry can be efficiently removed.
  • the guide part of the rear blade can be constituted by a deformed part having an inclined part and / or a curved part.
  • the guide part of the rear blade is realized with a simple configuration.
  • the curvature part preferably has a roller shape. In this case, it is possible to surely smooth (correct) the surface of the coating film.
  • the internal bubble removal space is negatively pressured. In this case, since the bubbles included in the coating film of the slurry are likely to float on the surface, the bubbles can be reliably removed.
  • the internal bubble removal space and the rear blade of the die head device are combined with the external bubble removal space and the front blade of the die head device (second die head device) located downstream in the transport direction.
  • the device configuration can be simplified.
  • the front blade of the second die head device preferably has a guide portion that guides bubbles remaining in the coating film to the surface of the coating film. In this case, bubbles remaining in the coating film even after passing through the external bubble removal space can be efficiently removed by the front blade of the second die head device.
  • the guide part of the front blade can be constituted by a deformed part having an inclined part and / or a curved part.
  • the guide part of the front blade is embodied with a simple configuration.
  • the impurities to be removed are not limited to bubbles (bubbles), and can be applied to dust.
  • the modified examples 1 to 11 can be appropriately combined.
  • Solid oxide fuel cell (SOFC), 20 cathode layer, 30 half-cell layer, 40 metal support layer, 42 paint film, 50 anode layer, 52 coating film, 60 solid electrolyte layer, 62 paint film, 80 substrate, 100 Laminate forming apparatus, 110 transfer device, 111 delivery roll, 112 driving roller, 114 take-up roll, 115 tension control device, 117 support table, 120, 120A, 120B, 120C die head device, 122, 122A, 122B, 122C casing, 124, 124A, 124B, 124C supply section, 125 slits, 130, 130A, 130B, 130C front blade, 131 front, 132 Profiles, 134 back, 135 slopes, 137A adjustment screw, 138A fixing screw, 140, 140A, 140B, 140C central blade, 141 front, 142 variant, 143A inclined part, 143B curvature part, 144 back, 145 slope, 146A one end, 146B center, 146C the other end,

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Abstract

【課題】不純物除去用の専用装置を使用することなく、不純物故障が無くかつ均一な厚みの塗膜を形成し得るダイヘッド装置および塗布方法と、前記塗膜の積層体を形成し得る積層体形成装置と、を提供する 【解決手段】前方ブレード130Aと、後方ブレード160Aと、中央ブレード140Aと、内部不純物除去空間150Aと、を有するダイヘッド装置である。前方ブレード130Aおよび中央ブレード140Aは、スラリーSAの液だまりを形成するように構成される。内部不純物除去空間150Aは、中央ブレード140Aと後方ブレード160Aとの間に位置する。後方ブレード160Aと基材80との間の離間距離D4Aは、中央ブレード140Aと基材80との間の離間距離D1Aより小さく設定される。

Description

ダイヘッド装置、塗布方法および積層体形成装置
 本発明は、ダイヘッド装置、塗布方法および積層体形成装置に関する。
 例えば、スラリーを塗布するために使用されるダイヘッド装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
 スラリーは、粉末状の材料を液状媒体に分散して調製され、泡やゴミブツ等の不純物を内包している。そのため、スラリーを塗布して形成される塗膜に、泡が残留することで泡故障(不純物故障)が生じる問題や、均一な厚みの塗膜を形成することが困難である問題を有している。特に、スラリーの塗布を繰り返すことによって形成される塗膜の積層体においては、上記問題は、顕著である。
 一方、スラリーに内包される泡を除去するための脱泡装置(不純物除去用の専用装置)が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2003-10766号公報 特開2011-50814号公報
 スラリーを塗布する前に、脱泡装置を使用して、スラリーに内包される泡を除去することは可能であるが、装置全体の大型化および装置構成の複雑化による装置コストの上昇や、工程数の増加による生産性の低下を引き起こす問題を有している。
 本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、不純物除去用の専用装置を使用することなく、不純物故障が無くかつ均一な厚みの塗膜を形成し得るダイヘッド装置および塗布方法と、前記塗膜の積層体を形成し得る積層体形成装置と、を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するための本発明の一様相は、搬送される基材にスラリーを塗布して塗膜を形成するダイヘッド装置であって、前方ブレードと、後方ブレードと、中央ブレードと、内部不純物除去空間と、を有する。前記前方ブレードおよび前記中央ブレードは、前記スラリーの液だまりを形成するように構成される。前記内部不純物除去空間は、前記中央ブレードと前記後方ブレードとの間に位置する。前記後方ブレードと前記基材との間の離間距離は、前記中央ブレードと前記基材との間の離間距離より小さく設定される。
 上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、搬送される基材にスラリーを塗布して塗膜を形成する塗布方法である。前記塗布方法においては、前記基材が中央ブレードを通過することによって、前記基材に前記スラリーが塗布され、内部不純物除去空間を通過する際に、前記基材に塗布された前記スラリーの塗膜に内包される不純物が、前記塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去され、後方ブレードを通過する際に、前記塗膜の表面は平滑化されて、均一な厚みの塗膜が形成される。
 上記目的を達成するための本発明のさらに別の一様相は、搬送される基材に塗膜の積層体を形成する積層体形成装置であって、前記ダイヘッド装置を複数有しており、前記複数のダイヘッド装置は、前記基材の搬送方向に沿って直列に配置され、前記複数のダイヘッド装置の搬送方向下流側に、スラリーの塗膜に内包される不純物を除去するための外部不純物除去空間が各々設けられている。
 本発明の一様相および別の一様相によれば、中央ブレードを通過した後におけるスラリーの塗膜の厚みは、薄いため、中央ブレードと後方ブレードとの間に位置する内部不純物除去空間において、塗膜に内包される不純物は、塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去される。また、後方ブレードを通過する際に、塗膜の表面は、平滑化(矯正)されて、均一な厚みの塗膜が形成される。したがって、不純物除去用の専用装置を使用することなく、不純物故障が無くかつ均一な厚みの塗膜を形成し得るダイヘッド装置および塗布方法を提供することが可能である。
 本発明のさらに別の一様相によれば、前記ダイヘッド装置によって形成された塗膜は、外部不純物除去空間において、残留している不純物が除去された後で、塗膜の表面に、別のダイヘッド装置によって別のスラリーが塗布されて、塗膜の積層体が形成される。したがって、不純物除去用の専用装置を使用することなく、不純物故障が無くかつ均一な厚みを有する塗膜の積層体を形成し得る積層体形成装置を提供することが可能である。
 本発明のさらに他の目的、特徴および特質は、以後の説明および添付図面に例示される好ましい実施の形態を参照することによって、明らかになるであろう。
本発明の実施の形態に係る燃料電池のハーフセル層を説明するための断面図である。 図1に示されるハーフセル層を形成するための積層体形成装置を説明するための側面図である。 積層体形成装置による積層体の形成を説明するための概略図である。 図2に示されるダイヘッド装置を説明するための斜視図である。 ダイヘッド装置の内部構造を説明するための斜視図である。 ダイヘッド装置の内部構造を説明するための断面図である。 ダイヘッド装置による塗膜の形成を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態に係る塗布方法を説明するためのフローチャートである。 図8に示される第1塗膜形成工程を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る変形例1を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る変形例1を説明するための底面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例2を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る変形例2を説明するための底面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例3を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例4を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例5を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例6を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例7を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例8を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例9を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例10を説明するための側面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例11を説明するための側面図である。 図20に示される搬送方向最上流側に位置するダイヘッド装置を説明するための断面図である。 図21Aのダイヘッド装置より搬送方向下流側に位置するダイヘッド装置を説明するための断面図である。 図21Bのダイヘッド装置より搬送方向下流側に位置するダイヘッド装置を説明するための断面図である。 図20に示される積層体形成装置による積層体の形成を説明するための概略図である。
 以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
 図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池のハーフセル層を説明するための断面図である。
 本発明の実施の形態に係る燃料電池10は、固体酸化物型燃料電池(SOFC)であり、図1に示されるように、カソード層20およびハーフセル層30を有する。
 カソード層20は、例えば、10~50μmの厚みを有する空気極層であり、ハーフセル層30と接している。カソード層20は、触媒能および電子導電性を有し、例えば、導電性セラミックスから構成される。
 ハーフセル層30は、3層からなる積層体であり、メタルサポート層40、アノード層50および固体電解質層60を有する。
 メタルサポート層40は、例えば、100~800μmの厚みを有する。メタルサポート層40は、電池の膨張収縮に対して支持体となる機能および電子導電性を有する。具体的には、メタルサポート層40は、ステンレス等の金属系材料から構成される。
 アノード層50は、例えば、10~50μmの厚みを有する燃料極層である。アノード層50は、触媒能、電子導電性およびイオン導電性を有する。具体的には、アノード層50は、活性化触媒、金属系材料およびセラミック系材料を含んでいる。
 固体電解質層60は、例えば、1~30μmの厚みを有し、カソード層20とアノード層50とによって挟持される。固体電解質層60は、イオン導電性を有し、例えば、安定化ジルコニア等のセラミック系材料から構成される。
 次に、ハーフセル層を形成するための積層体形成装置100が説明される。
 図2は、図1に示されるハーフセル層を形成するための積層体形成装置を説明するための側面図、図3は、積層体形成装置による積層体の形成を説明するための概略図である。
 積層体形成装置100は、図2および図3に示されるように、薄膜シート状の基材80に対して3種類のスラリーS,S,Sを塗布して塗膜42,52,62の積層体を形成するロールtoロール方式の塗布装置である。符号D4A,D4B,D4Cは、塗膜42,52,62の厚みを示し、符号Tは、基材80の搬送方向を示している。なお、本実施の形態において、塗膜42,52,62に内包される不純物として、泡(気泡)の場合に関し、説明する。
 基材80の材質は、特に限定されない。しかし、本実施の形態においては、形成された塗膜42,52,62の積層体は、基材80から剥離されるため、基材80の材質は、良好な離形性を有する樹脂であることが好ましい。良好な離形性を有する樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、シリコーン樹脂である。
 積層体形成装置100は、搬送装置110と、ダイヘッド装置120A,120B,120Cと、スラリー供給装置170A,170B,170Cと、外部泡除去空間(外部不純物除去空間)180A,180B,180Cと、制御装置190とを有する。
 搬送装置110は、図2に示されるように、基材80を搬送するために使用され、送り出しロール111、駆動ローラー112、巻取りロール114、張力制御装置115、支持テーブル117を有する。
 送り出しロール111は、回転自在に配置され、基材80がロール状に巻かれている。駆動ローラー112は、摩擦力に基づいて、送り出しロール111から基材80を繰り出して、ダイヘッド装置120A,120B,120Cに供給するために使用される。
 駆動ローラー112は、回転数が可変であり、基材80の搬送速度を調整可能に構成される。駆動ローラー112は、例えば、良好な摩擦係数を有する樹脂から構成される樹脂ローラー、良好な摩擦係数を有するゴムから構成されるゴムローラー、あるいは、良好な摩擦係数を有する樹脂やゴムの被覆層を有する金属ローラーからなる。
 駆動ローラー112の設置数および設置位置は、スラリーの材料、ダイヘッド装置の設置数、搬送距離などを考慮して適宜設定される。例えば、駆動ローラー112を、ダイヘッド装置120Cの搬送方向T下流側に配置したり、ダイヘッド装置120A,120B,120Cの各々の搬送方向T下流側に配置したりすることも可能である。
 巻取りロール114は、回転自在に配置され、塗膜42,52,62の積層体が配置された基材80が、ロール状に巻取られる。張力制御装置115は、巻取りロール114の回転速度を調整することにより、基材80の張力を制御し、例えば、基材80における皺の形成、基材80の伸長、基材80の破断を抑制するように構成される。
 支持テーブル117は、搬送される基材80の背面を支持しており、基材80との接触面は、基材80の円滑な搬送を確保するため、良好な平滑度を有する。支持テーブル117は、平面精度の観点から、ガラスプレート、石定盤、あるいはステンレスプレートから構成されることが好ましいが、特にこれらに限定されない。例えば、支持テーブル117の材質は、平面精度に加えてコストや重量なども考慮し、適宜選択される。
 ダイヘッド装置120A,120B,120Cは、基材80の搬送方向Tに沿って直列かつ隣接して配置される(図3参照)。ダイヘッド装置120Aは、ハーフセル層30のメタルサポート層40を構成する塗膜42を形成するように構成される。ダイヘッド装置120Bは、ハーフセル層30のアノード層50を構成する塗膜52を形成するように構成される。ダイヘッド装置120Cは、ハーフセル層30の固体電解質層60を構成する塗膜62を形成するように構成される。
 スラリー供給装置170A,170B,170Cは、スラリータンク172A,172B,172C、ポンプ174A,174B,174C、および配管系176A,176B,176Cを有する。
 スラリータンク172A,172B,172Cは、塗膜42,52,62を形成するスラリーS,S,Sを収容している。スラリーS,S,Sの粘度は、例えば、5000~50000cPである。ポンプ174A,174B,174Cは、例えば、モーノポンプ、バイキングポンプ等のギアポンプ、あるいは、スクリューポンプからなり、スラリーS,S,Sを送り出すために使用される。
 スラリーSは、メタルサポート層40を構成する材料の粉末を含んでいる。スラリーSは、アノード層50の構成する材料の粉末を含んでいる。スラリーSは、固体電解質層60を構成する材料の粉末を含んでいる。スラリーS,S,Sは、上記に加えて、分散媒や添加剤などを適宜含んでいる。分散媒は、例えば、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、環状エーテル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤である。添加剤は、例えば、焼結助剤、増粘剤である。
 配管系176A,176B,176Cは、スラリータンク172A,172B,172Cと、ポンプ174A,174B,174Cと、ダイヘッド装置120A,120B,120Cと、を接続しており、また、フィルター177A,177B,177Cおよび圧力計178A,178B,178Cを有する。
 フィルター177A,177B,177Cは、スラリーS,S,Sに含まれる大きなゴミや凝集体などを除去するように構成される。圧力計178A,178B,178Cは、スラリーS,S,Sの供給圧を検出するために使用される。
 外部泡除去空間180A,180B,180Cは、ダイヘッド装置120A,120B,120Cの搬送方向T下流側に、各々設けられており、塗膜42,52,62に内包される泡(不純物)を除去するように構成される(図3参照)。外部泡除去空間180A,180B,180Cは、塗膜42,52,62のレベリング、乾燥、硬化などの時間を確保し、積層を容易化する機能も有する。したがって、塗膜42,52,62の界面におけるミキシング(混合)の発生が抑制されるため、適用されるスラリー種の自由度に優れている。
 制御装置190は、プログラムにしたがって各部の制御や各種の演算処理を実施するマイクロプロセッサー等から構成される制御回路を有する。制御装置190は、駆動ローラー112、張力制御装置115、スラリータンク172A,172B,172C、ポンプ174A,174B,174Cに接続されており、積層体形成装置100の各機能は、それに対応するプログラムを制御装置190が実行することにより発揮される。
 スラリー供給装置は、上述の構成に限定されず、例えば、スラリーを吐出可能なディスペンサーを適用することも可能である。スラリーを吐出可能なディスペンサーは、例えば、モーノポンプと同様な構造が組み込まれている兵神装備(株)製のディスペンサーである。
 次に、ダイヘッド装置が詳述される。
 図4は、図2に示されるダイヘッド装置を説明するための斜視図、図5および図6は、ダイヘッド装置の内部構造を説明するための斜視図および断面図、図7は、ダイヘッド装置による塗膜の形成を説明するための概略図である。
 ダイヘッド装置120Aは、図4~6に示されるように、ケーシング122A、供給部124A、前方ブレード130A、中央ブレード140A、内部泡除去空間(内部不純物除去空間)150A、後方ブレード160A、調整ネジ137A,147A,167A、および、固定ネジ138A,148A,168Aを有する。
 ケーシング122Aは、略矩形であり、搬送される基材80に相対する底面と、当該底面の逆側に位置する上面と、を有する。ケーシング122Aの底面は、基材80にスラリーSを塗布するための開口部が形成されている。ケーシング122Aの上面は、供給部124Aが配置される。
 供給部124Aは、スリット125を有し、スラリー供給装置170Aの配管系176Aが接続される。スリット125は、供給部124Aの流出口に配置されており、スラリーSが搬送方向Tと直交する横方向Lに沿って均等に供給されるように構成される(図5参照)。スリット125は、必要に応じて、適宜省略することも可能である。
 スラリーSの供給幅は、搬送方向Tと直交する横方向Lに沿ったスリット125の長さに対応する。スラリーSの供給厚みは、搬送方向Tに沿ったスリット125の幅に対応する。
 前方ブレード130Aは、直角三角形状断面を有し、横方向Lに延長している(図5および図6参照)。前方ブレード130Aは、搬送方向T上流側に位置する前面131と、搬送方向T下流側に位置する背面134を有する。前面131は、搬送方向Tに対して垂直方向Vに延長している。背面134は、直角三角形の斜辺に対応する斜面135を有する。斜面135は、スリット125の直下に位置し、中央ブレード140Aに向かってスラリーSが流下するように構成される。背面134の傾斜角度は、スラリーSの粘度などを考慮して適宜設定される。
 調整ネジ137Aは、前方ブレード130Aの上部に連結されており、前方ブレード130Aを垂直方向Vに沿って移動させ得るように構成される。したがって、調整ネジ137Aを調整することによって、前方ブレード130Aと基材80との間の離間距離を変更することが可能である。例えば、前方ブレード130Aと基材80との間の離間距離は、基材80の通過を干渉せず、かつ、スラリーSが流出しない値に設定される。
 固定ネジ138Aは、前方ブレード130Aの側面に相対するように位置決めされている。固定ネジ138Aは、前方ブレード130Aの側面に当接することで、調整ネジ137Aによって調整された前方ブレード130Aの位置を、固定するように構成される。
 中央ブレード140Aは、前方ブレード130Aより搬送方向T下流側に位置し、略矩形断面を有し、横方向Lに延長している(図5および図6参照)。中央ブレード140Aは、搬送方向T上流側に位置する前面141と、搬送方向T下流側に位置する背面144を有する。前面141は、前方ブレード130Aの背面134に相対しており、異形部142を有する。なお、中央ブレード140Aは、前方ブレード130Aと共にスラリーSの液だまりを形成するように構成される。
 調整ネジ147Aは、中央ブレード140Aの上部に連結されており、中央ブレード140Aを垂直方向Vに沿って移動させ得るように構成される。したがって、調整ネジ147Aを調整することによって、中央ブレード140Aと基材80との間の離間距離を変更することが可能である。
 固定ネジ148Aは、中央ブレード140Aの側面に相対するように位置決めされている。固定ネジ148Aは、中央ブレード140Aの側面に当接することで、調整ネジ147Aによって調整された中央ブレード140Aの位置を、固定するように構成される。
 スラリーSは、高粘度(例えば、5000~50000cP)であり、スラリーSの液だまり内では、液圧が高いため、スラリーSに内包されている泡は、上昇し難い。また、中央ブレード140Aと基材80との間の隙間においては、通常、高圧損となるため、泡は滞留し、また、集合して大きな泡を形成する。そのため、中央ブレード140Aを通過して形成される塗膜に泡故障(不純物故障)が生じる虞がある。
 しかし、中央ブレード140Aの前面141の異形部142は、搬送方向Tに沿って傾斜している斜面部によって構成されており、液だまりのスラリーSに回転力を付与する回転付与部として機能する(図7参照)。したがって、スラリーSに内包される泡は、滞留せず、また、集合して大きな泡を形成することなく、中央ブレード140Aの背面144へ効率的に送り出されるため、泡故障の発生が抑制される。
 異形部(斜面部)142の傾斜角度θは、スラリーSの粘度に依存するが、30~60°が好ましい。異形部(斜面部)142は、横方向Lに関し、傾斜角度θのばらつきが生じないことが好ましい。中央ブレード140Aの先端部の幅Wのばらつきは、絶対値で0.003~0.1mmの範囲に抑えることが好ましい。幅Wは、スラリーSの粘度に依存するが、0mmつまり鋭角とすることも可能である。
 スラリーSの回転力は、傾斜角度θによって制御する形態に限定されず、例えば、中央ブレード140AをスラリーSが通過する際の圧力(通過圧力)によって制御することも可能である。通過圧力は、基材80の搬送速度を上昇させたり、液だまりのスラリーSを加圧したりすることによって調整することが可能である。
 後方ブレード160Aは、中央ブレード140Aより搬送方向T下流側に位置し、略矩形断面を有し、横方向Lに延長している(図5および図6参照)。後方ブレード160Aは、搬送方向T上流側に位置する前面161と、搬送方向T下流側に位置する背面164を有する。前面161は、中央ブレード140Aの背面144に相対しており、異形部162を有する。
 調整ネジ167Aは、後方ブレード160Aの上部に連結されており、後方ブレード160Aを垂直方向Vに沿って移動させ得るように構成される。したがって、調整ネジ167Aは、後方ブレード160Aと基材80との間の離間距離を調整することが可能である。
 固定ネジ168Aは、後方ブレード160Aの側面に相対するように位置決めされている。固定ネジ168Aは、後方ブレード160Aの側面に当接することで、調整ネジ167Aによって調整された後方ブレード160Aの位置を、固定するように構成される。
 後方ブレード160Aと基材80との間の離間距離D2Aは、中央ブレード140Aと基材80との間の離間距離D1Aより小さく設定される(図7参照)。したがって、後方ブレード160Aを通過する際に、スラリーSの塗膜の表面は、プレスによるアイロン効果によって、平滑化(矯正)され、均一な厚みの塗膜42が形成される。
 異形部162は、四半円状(扇型状)の曲率部によって構成される。異形部(曲率部)162の開始位置SPと基材80との間の離間距離D3Aは、中央ブレード140Aと基材80との間の離間距離D1Aより大きく設定される。したがって、異形部(曲率部)162は、塗膜に内包される泡を塗膜の表面に案内するガイド部として機能し、塗膜に内包される気泡を効率的に除去することが可能である。
 異形部(曲率部)162の終了位置EPにおける幅に対応する後方ブレード160Aの先端部の幅Wのばらつきは、絶対値で0.003~0.1mmの範囲に抑えることが好ましい。幅Wは、スラリーSの粘度に依存するが、0mmつまり鋭角とすることも可能である。
 内部泡除去空間150Aは、中央ブレード140Aと後方ブレード160Aとの間に位置し、基材80に塗布されたスラリーSの塗膜に内包される泡(不純物)を除去するために設けられている(図6および図7参照)。
 つまり、中央ブレード140Aを通過した後におけるスラリーSの厚みは、薄く、液圧が低下しており、泡の上昇が容易となっている。また、スラリー中の分散媒が蒸発する際に、気泡が表面まで同伴される効果も生じる。したがって、内部泡除去空間150Aにおいて、泡は、塗膜の表面に浮上して抜け出ることで容易に除去される。泡が抜け出ることによって形成される表面の凹部は、後方ブレード160Aを通過する際にプレスされ、平滑化(矯正)されるため、均一な厚みの塗膜42が確保される。
 前方ブレード130A、中央ブレード140Aおよび後方ブレード160Aの材質は、平面精度および平行度の観点から、400番台のステンレス、600番台のステンレス、超硬合金などを適用することが好ましい。前方ブレード130A、中央ブレード140Aおよび後方ブレード160Aにおける少なくともスラリーSに接する表面は、スラリーSの流動性の阻害防止や、凝集によるコンタミネイションの防止のため、ラップ研磨が施されていることが好ましい。
 ダイヘッド装置120B,120Cは、ダイヘッド装置120Aと略同一の構成を有するため、以下において、同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明は省略される。
 なお、ダイヘッド装置120B,120Cには、塗膜が形成された基材80が供給されるため、前方ブレード130B,130C、中央ブレード140B,140Cおよび後方ブレード160B,160Cの各々における基材80に対する離間距離は、塗膜の厚みD4A,D4Bを考慮して適宜設定される(図3参照)。
 例えば、ダイヘッド装置120Bの前方ブレード130Bと基材80との間の離間距離は、厚さD4Aの塗膜42が形成された基材80の通過を干渉せず、かつ、スラリーSが流出しない値に設定される。ダイヘッド装置120Cの前方ブレード130Cと基材80との間の離間距離は、厚さD4Aの塗膜42および厚さD4Cの塗膜52が形成された基材80の通過を干渉せず、かつ、スラリーSが流出しない値に設定される。
 以上のように、本実施の形態に係るダイヘッド装置においては、脱泡用(不純物除去用)の専用装置を使用することなく、泡故障(不純物故障)が無くかつ均一な厚みの塗膜を形成することが可能である。また、本実施の形態に係る積層体形成装置においては、ダイヘッド装置によって形成された塗膜は、外部不純物除去空間において、残留している不純物が除去された後で、その表面に、別のダイヘッド装置によって別のスラリーが塗布されて、塗膜の積層体が形成される。したがって、脱泡用(不純物除去用)の専用装置を使用することなく、泡故障(不純物故障)が無くかつ均一な厚みを有する塗膜の積層体を形成することが可能である。
 積層体形成装置が有するダイヘッド装置の数は、3つに限定されず、例えば、形成される積層体の構成に対応して適宜設定される。ダイヘッド装置は、単独で使用することも可能である。
 塗膜に対する異物の予期せぬ混入やコンタミネイションを抑制する観点から、積層体形成装置は、クリーンルームに設置することが好ましい。
 積層体形成装置は、ロールtoロール方式に限定されず、ロールtoシート方式を適用することも可能である。
 積層体形成装置およびダイヘッド装置は、固体酸化物型燃料電池(SOFC)のハーフセル層の形成に適用する形態に限定されず、リチウムイオン電池や固体高分子型燃料電池(PEM-FC)を構成する層の形成などに適用することも可能である。
 例えば、リチウムイオン電池に適用される場合、基材は、銅箔やアルミニウム箔やステンレス箔などの金属フィルムからなる集電体であり、スラリーは、活物質層を構成する材料の粉末を含んでいる。固体高分子型燃料電池に適用される場合、基材は、電解質膜であり、スラリーは、触媒層を構成する材料の粉末を含んでいる。あるいは、基材は、PTFEシートやPETシートからなる樹脂シート(副資材)であり、スラリーは、触媒層を構成する材料の粉末を含んでおり、別途形成された電解質膜に取り付けられる。なお、樹脂シートは、適当なタイミングで触媒層から剥離される。
 次に、積層体形成装置100が適用される塗布方法が説明される。
 図8は、本発明の実施の形態に係る塗布方法を説明するためのフローチャートである。図8に示されるフローチャートの各工程に対応する機能は、それに対応するプログラムを制御装置190が実行することにより発揮される。
 本発明の実施の形態に係る塗布方法は、薄膜シート状の基材80に対して3種類のスラリーS,S,Sを塗布して塗膜42,52,62の積層体を形成するために使用され、図8に示されるように、第1塗膜形成工程、第1外部泡除去工程(第1外部不純物除去工程)、第2塗膜形成工程、第2外部泡除去工程(第2外部不純物除去工程)、第3塗膜形成工程および第3外部泡除去工程(第3外部不純物除去工程)を有する。
 第1塗膜形成工程においては、スラリーSが、スラリー供給装置170Aからダイヘッド装置120Aに供給され、基材80に厚さD4Aの塗膜42が形成される(図3参照)。スラリーSは、ハーフセル層30のメタルサポート層40を構成する材料の粉末を含んでおり、塗膜42は、メタルサポート層40を構成することとなる。
 基材80は、送り出しロール111にロール状に巻かれており、駆動ローラー112の摩擦力に基づいて、送り出しロール111から繰り出され、ダイヘッド装置120A、外部泡除去空間180A、ダイヘッド装置120B、外部泡除去空間180B、ダイヘッド装置120C、外部泡除去空間180Cを経由し、巻取りロール114に向かって連続的に搬送される。
 第1外部泡除去工程においては、塗膜42が形成された基材80が、ダイヘッド装置120Aの搬送方向T下流側に設けられる外部泡除去空間180Aを通過する際に、塗膜42に内包される泡が、除去される。
 第2塗膜形成工程においては、スラリーSが、スラリー供給装置170Bからダイヘッド装置120Bに供給され、基材80に厚さD4Bの塗膜52が形成される。スラリーSは、ハーフセル層30のアノード層50を構成する材料の粉末を含んでおり、塗膜52は、アノード層50を構成することとなる。
 第2外部泡除去工程においては、塗膜42,52が形成された基材80が、ダイヘッド装置120Bの搬送方向T下流側に設けられている外部泡除去空間180Bを通過する際に、塗膜52に内包される泡が、除去される。
 第3塗膜形成工程においては、スラリーSが、スラリー供給装置170Cからダイヘッド装置120Cに供給され、基材80に厚さD4Cの塗膜62が形成される。スラリーSは、ハーフセル層30の固体電解質層60を構成する材料の粉末を含んでおり、塗膜62は、固体電解質層60を構成することとなる。
 第3外部泡除去工程においては、塗膜42,52,62が形成された基材80が、ダイヘッド装置120Cの搬送方向T下流側に設けられている外部泡除去空間180Cを通過する際に、塗膜62に内包される泡が、除去される。その後、塗膜42,52,62が形成された基材80は、巻取りロール114にロール状に巻取られる。
 塗膜42,52,62の積層体は、基材80から剥離された後で、例えば、脱脂工程、焼成工程を経て、メタルサポート層40、アノード層50および固体電解質層60を有するハーフセル層30となる。
 次に、ダイヘッド装置120Aが適用される第1塗膜形成工程が詳述される。
 図9は、図8に示される第1塗膜形成工程を説明するためのフローチャートである。
 送り出しロール111から繰り出された基材80は、前方ブレード130Aを通過する(図7参照)。
 そして、基材80は、前方ブレード130Aと中央ブレード140Aとの間に形成されるスラリーSの液だまりと、中央ブレード140Aとを通過することによって、スラリーSが塗布され、塗膜が形成される。
 この際、中央ブレード140Aの異形部(斜面部)142は、液だまりのスラリーSに回転力を付与する回転付与部として機能し、スラリーSに内包される泡は、滞留せず、また、集合して大きな泡を形成することなく、中央ブレード140Aの背面144へ効率的に送り出される。
 その後、基材80は、内部泡除去空間150Aを通過する。この際、基材80に形成されている塗膜の厚みは、薄いため、塗膜に内包される泡は、塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去される。
 そして、基材80は、後方ブレード160Aを通過する。この際、後方ブレード160Aと基材80との間の離間距離D2Aは、中央ブレード140Aと基材80との間の離間距離D1Aより小さく設定されるため、基材80に形成されている塗膜の表面は、プレスによるアイロン効果によって、平滑化(矯正)され、均一な厚みの塗膜42が形成される。
 また、後方ブレード160Aの異形部(曲率部)162の開始位置SPと基材80との間の離間距離D3Aは、中央ブレード140Aと基材80との間の離間距離D1Aより大きく設定される。したがって、異形部(曲率部)162は、塗膜に内包される泡を塗膜の表面に案内するガイド部として機能し、塗膜に内包される気泡を効率的に除去する。その後、基材80は、第1外部泡除去工程(外部泡除去空間180A)に搬送される。
 以上のように、第1塗膜形成工程に係る塗布方法においては、脱泡用(不純物除去用)の専用装置を使用することなく、泡故障(不純物故障)が無くかつ均一な厚みの塗膜42を形成することが可能である。
 なお、ダイヘッド装置120Bおよび120Cが適用される第2および3塗膜形成工程における動作は、ダイヘッド装置120Aが適用される第1塗膜形成工程の動作と略同一の構成を有するため、その説明は省略される。
 次に、本実施の形態に係る塗布方法によって製造された実施例の性能評価が説明される。
 性能評価においては、固体電解質層およびアノード層に関しては、厚みの均一性が比較された。厚みの均一性は、単層単位での厚みのばらつきによって評価された。メタルサポート層に関しては、脱泡効果が比較された。脱泡効果は、泡発生率によって評価された。比較例は、安田精機製作所製フィルムアプリケーター(ドクターブレード)によって形成された。比較例におけるメタルサポート層の形成においては、メタルサポート層を構成することとなるスラリーは、事前の脱泡が施されず、スラリー中に泡が内包された状態で適用された。
 固体電解質層の厚みのばらつきの絶対値は、実施例は、5μmであり、比較例は、21μmであった。アノード層の厚みのばらつきの絶対値は、実施例は、3μmであり、比較例は、25μmであった。メタルサポート層の100mm当たりの泡発生率は、実施例は、10個であり、比較例は、200個以上であった。
 以上のように、実施例は、比較例と異なり、良好な厚み均一性および低い泡発生率を有していた。
 次に、変形例1および2が説明される。
 なお、以下の図10A~図18においては、ダイヘッド装置120A,120B,120Cのケーシング、前方ブレード、中央ブレード、内部泡除去空間および後方ブレードは、符号122、130、140、150および160で代表させている。スラリーS、S,Sは、符号Sで代表させている。また、基材80に対する前方ブレード130、中央ブレード140および後方ブレード160の離間距離は、ダイヘッド装置120Aの設定で代表させている。
 図10Aおよび図10Bは、本発明の実施の形態に係る変形例1を説明するための斜視図および底面図、図11Aおよび図11Bは、本発明の実施の形態に係る変形例2を説明するための斜視図および底面図である。
 中央ブレード140の異形部142の傾斜角度は、スラリーが横方向Lに均等に広がった状態で一定に送液される場合、搬送方向Tと垂直方向Vに関し、一定であることが好ましい。しかし、中央ブレード140と前方ブレードとの間に形成されるスラリーの液だまりにおいて、スラリーの流れが乱流化する場合がある。この場合、中央ブレード140の先端部の幅や、異形部142の傾斜角度を、横方向Lに変化させることによって、スラリーの流れを層流化することが好ましい。
 例えば、スラリーの供給部124が、スラリーの液だまりの中央部の上方に配置されており、中央部から両端に向かったスラリーの流れが、スラリーの液だまりに生じる場合、図10Aおよび図10Bに示されるように、中央ブレード140の横方向Lの中央部146Bの先端部の幅を、両端146A,146Cの先端部の幅より厚くして、スラリーの流れを層流化することが好ましい。
 また、例えば、スラリーの供給部124が、スラリーの液だまりの一端の上方に配置されており、一端から他端に向かったスラリーの流れが、スラリーの液だまりに生じる場合、図11Aおよび図11Bに示されるように、中央ブレード140の横方向Lの一端146Aの先端部の幅を、他端146Cの先端部の幅より厚くして、スラリーの流れを層流化することが好ましい。
 次に、変形例3および4が説明される。
 図12および図13は、本発明の実施の形態に係る変形例3および変形例4を説明するための断面図である。
 スラリーSに回転力を付与する回転付与部を構成する中央ブレード140の異形部142は、斜面部によって構成する形態に限定されない。例えば、異形部142は、図12に示される曲率部によって構成したり、図13に示される傾斜部143Aと曲率部143Bの両方を有する形状によって構成したりすることも可能である。
 次に、変形例5が説明される。
 図14は、本発明の実施の形態に係る変形例5を説明するための断面図である。
 中央ブレード140は、先端部の背面144にガイド部145を有することが好ましい。ガイド部145は、例えば、図14に示される傾斜部からなり、基材80から離間して内部泡除去空間150に向かう方向に、スラリーSの塗膜を案内するように構成される。この場合、スラリーSは、ガイド部145に案内されて膨張するように吐出されるため、スラリーSに内包される気泡を、効率的に除去することが可能である。
 次に、変形例6~8が説明される。
 図15~17は、本発明の実施の形態に係る変形例6~8を説明するための断面図である。
 スラリーSの塗膜に内包される泡を塗膜の表面に案内するガイド部を構成する後方ブレード160の異形部162は、四半円状(扇型状)の曲率部によって構成する形態に限定されない。例えば、異形部162は、図15に示される傾斜部によって構成したり、図16に示される傾斜部163Aと曲率部163Bの両方を有する形状によって構成したり、図17に示されるローラー形状の曲率部によって構成したりすることが可能である。なお、異形部162をローラー形状の曲率部によって構成する場合、塗膜の表面を確実に平滑化(矯正)することが可能である。
 次に、変形例9が説明される。
 図18は、本発明の実施の形態に係る変形例9を説明するための断面図である。
 内部泡除去空間150は、大気圧下(開放系)とする形態に限定されず、負圧化することも可能である。この場合、スラリーの塗膜に内包される泡が表面に浮上し易くなるため、泡が確実に除去される。
 内部泡除去空間150の負圧化は、例えば、図18に示されるように、中空容器154および真空ポンプ152を、ダイヘッド装置に配置することによって達成することが可能である。
 中空容器154は、下方に開口部156を有し、中央ブレード140と後方ブレード160との間に位置する内部泡除去空間150に配置される。開口部156は、中央ブレード140を通過した基材80と相対するように、位置決めされる。
 真空ポンプ152は、中空容器154に接続されており、中空容器154内の空気を吸引し、中空容器154内を負圧化することが可能に構成される。負圧化を容易とするためには、中空容器154の開口部156と塗膜が形成された基材80との間の離間距離は、小さいことが好ましい。
 次に、変形例10が説明される。
 図19は、本発明の実施の形態に係る変形例10を説明するための側面図である。
 積層体形成装置100は、図19に示されるように、塗膜の乾燥を促進するための温度制御装置182A,182B,182Cを、さらに有することも可能である。
 温度制御装置182A,182B,182Cは、熱風発生装置や赤外線照射装置などを有しており、外部泡除去空間180A,180B,180Cに配置され、塗膜を昇温させて塗膜を乾燥することが可能に構成される。
 温度制御装置182A,182B,182Cは、外部泡除去空間180A,180B,180Cに配置される形態に限定されず、基材80の下方側(背面側)に配置することも可能である。また、温度制御装置182A,182B,182Cは、独立した形態に限定されず、ダイヘッド装置120A,120B,120Cと一体化する(組み込む)ことも可能である。
 次に、変形例11が説明される。
 図20は、本発明の実施の形態に係る変形例11を説明するための側面図、図21A、図21Bおよび図21Cは、図20に示されるダイヘッド装置の各々を説明するための断面図、図22は、図20に示される積層体形成装置による積層体の形成を説明するための概略図である。
 図20に示される積層体形成装置100は、構成が異なるダイヘッド装置120A,120B,120を有しており、図2に示される積層体形成装置100に比較して、装置構成が簡略化されている。
 搬送方向T最上流側に位置するダイヘッド装置120Aは、図21Aに示されるように、内部泡除去空間150Aおよび後方ブレード160Aを有していない。
 ダイヘッド装置120Aより搬送方向T下流側に位置するダイヘッド装置120Bは、図21Bに示されるように、内部泡除去空間150Bおよび後方ブレード160Bを有しておらず、かつ、前方ブレード130Bの前面131に異形部132を有する。前方ブレード130Bと基材80との間の離間距離は、ダイヘッド装置120Aの中央ブレード140Aと基材80との間の離間距離より小さく設定されており、異形部132は、ダイヘッド装置120Aにおいて省略された後方ブレード160Aの異形部162に対応している。
 ダイヘッド装置120Bより搬送方向T下流側に位置するダイヘッド装置120Cは、図21Cに示されるように、前方ブレード130Cの前面131に異形部132を有する。前方ブレード130Cと基材80との間の離間距離は、ダイヘッド装置120Bの中央ブレード140Bと基材80との間の離間距離より小さく設定されており、異形部132は、ダイヘッド装置120Bにおいて省略された後方ブレード160Bの異形部162に対応している。
 つまり、ダイヘッド装置120Bの前方ブレード130B、外部泡除去空間180A、ダイヘッド装置120Cの前方ブレード130C、および、外部泡除去空間180Bは、ダイヘッド装置120Aの後方ブレード160A、ダイヘッド装置120Aの内部泡除去空間150A、ダイヘッド装置120Bの後方ブレード160B、および、ダイヘッド装置120Bの内部泡除去空間150Bを、各々兼用している。
 具体的には、図22に示されるように、基材80は、スラリーSの液だまりと中央ブレード140Aとを通過することによって、スラリーSが塗布され、塗膜が形成される。
 その後、基材80は、外部泡除去空間180Aを通過する。この際、スラリーSの塗膜の厚みは、薄いため、塗膜に内包される泡は、塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去される。
 そして、基材80は、ダイヘッド装置120Bの前方ブレード130Bを通過する。この際、スラリーSの塗膜の表面は、プレスによるアイロン効果によって、平滑化(矯正)され、均一な厚みの塗膜42が形成される。また、前方ブレード130Bの異形部(曲率部)132は、塗膜に内包される泡を塗膜の表面に案内するガイド部として機能し、塗膜42に内包される気泡を効率的に除去する。
 その後、基材80は、スラリーSの液だまりと、中央ブレード140Bとを通過することによって、スラリーSが塗布され、塗膜が形成される。
 そして、基材80は、外部泡除去空間180Bを通過する。この際、スラリーSの塗膜の厚みは、薄いため、塗膜に内包される泡は、塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去される。
 その後、基材80は、ダイヘッド装置120Cの前方ブレード130Cを通過する。この際、塗膜の表面は、プレスによるアイロン効果によって平滑化(矯正)され、均一な厚みの塗膜52が形成される。また、前方ブレード130Cの異形部(曲率部)132は、塗膜に内包される泡を塗膜の表面に案内するガイド部として機能し、塗膜に内包される気泡を効率的に除去する。
 そして、基材80は、スラリーSの液だまりと中央ブレード140Cとを通過することによって、スラリーSが塗布され、塗膜が形成される。
 その後、基材80は、内部泡除去空間150Cを通過する。この際、スラリーSの塗膜の厚みは、薄いため、塗膜に内包される泡は、塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去される。
 そして、基材80は、後方ブレード160Cを通過する。この際、塗膜の表面は、プレスによるアイロン効果によって平滑化(矯正)され、均一な厚みの塗膜62が形成される。また、後方ブレード160Cの異形部(曲率部)162は、塗膜に内包される泡を塗膜の表面に案内するガイド部として機能し、塗膜に内包される気泡を効率的に除去する。その後、基材80は、外部泡除去空間180Cを通過する。
 以上のように本実施の形態に係るダイヘッド装置および塗布方法においては、中央ブレードを通過した後におけるスラリーの厚みは、薄いため、中央ブレードと後方ブレードとの間に位置する内部泡除去空間(内部不純物除去空間)において、スラリーの塗膜に内包される泡(不純物)は、塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去される。また、後方ブレードを通過する際に、スラリー表面は平滑化(矯正)されて、均一な厚みの塗膜が形成される。したがって、脱泡用(不純物除去用)の専用装置を使用することなく、泡故障(不純物故障)が無くかつ均一な厚みの塗膜を形成し得るダイヘッド装置および塗布方法を提供することが可能である。
 本実施の形態に係る積層体形成装置においては、組み込まれているダイヘッド装置は、脱泡用の専用装置を使用することなく、泡故障が無くかつ均一な厚みの塗膜を形成することが可能である。また、ダイヘッド装置によって形成された塗膜は、外部泡除去空間(外部不純物除去空間)において、残留している泡が除去された後で、その表面に、別のダイヘッド装置によって別のスラリーが塗布されて、塗膜の積層体が形成される。したがって、脱泡用の専用装置を使用することなく、泡故障が無くかつ均一な厚みを有する塗膜の積層体を形成し得る積層体形成装置を提供することが可能である。
 中央ブレードは、液だまりのスラリーに回転力を付与する回転付与部を有することが好ましい。この場合、スラリーの塗膜に内包される泡を、内部泡除去空間へ効率的に送り出すことが可能である。
 回転付与部は、傾斜部および/又は曲率部を有する異形部によって構成することが可能である。この場合、回転付与部は、簡単な構成で具現化される。
 中央ブレードは、基材から離間して内部泡除去空間に向かう方向に、スラリーを案内するガイド部を有することが好ましい。この場合、スラリーは、ガイド部に案内されて膨張するように吐出されるため、スラリーに内包される気泡を効率的に除去することが可能である。
 ガイド部は、傾斜部によって構成することが可能である。この場合、中央ブレードのガイド部は、簡単な構成で具現化される。
 後方ブレードは、スラリーの塗膜に内包される泡を、塗膜の表面に案内するガイド部を有することが好ましい。この場合、スラリーに内包される気泡を効率的に除去することが可能である。
 後方ブレードのガイド部は、傾斜部および/又は曲率部を有する異形部によって構成することが可能である。この場合、後方ブレードのガイド部は、簡単な構成で具現化される。
 曲率部は、ローラー形状を有することが好ましい。この場合、塗膜の表面を確実に平滑化(矯正)することが可能である。
 内部泡除去空間は、負圧化されていることが好ましい。この場合、スラリーの塗膜に内包される泡が表面に浮上し易くなるため、泡を確実に除去することが可能である。
 積層体形成装置において、ダイヘッド装置(第1ダイヘッド装置)の内部泡除去空間および後方ブレードを、搬送方向下流側に位置する外部泡除去空間およびダイヘッド装置(第2ダイヘッド装置)の前方ブレードによって兼用させる場合、装置構成を簡略化することが可能である。
 第2ダイヘッド装置の前方ブレードは、塗膜に残留している気泡を、塗膜の表面に案内するガイド部を有することが好ましい。この場合、外部泡除去空間を通過後においても塗膜に残留している気泡を、第2ダイヘッド装置の前方ブレードによって効率的に除去することが可能である。
 前方ブレードのガイド部は、傾斜部および/又は曲率部を有する異形部によって構成することが可能である。この場合、前方ブレードのガイド部は、簡単な構成で具現化される。
 本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。例えば、除去される不純物は、泡(気泡)に限定されず、ゴミブツに適用することも可能である。また、変形例1~11を適宜組み合わせることが可能である。
 本出願は、2017年3月14日に出願された日本特許出願番号2017-048731号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
10 固体酸化物型燃料電池(SOFC)、
20 カソード層、
30 ハーフセル層、
40 メタルサポート層、
42 塗膜、
50 アノード層、
52 塗膜、
60 固体電解質層、
62 塗膜、
80 基材、
100 積層体形成装置、
110 搬送装置、
111 送り出しロール、
112 駆動ローラー、
114 巻取りロール、
115 張力制御装置、
117 支持テーブル、
120,120A,120B,120C ダイヘッド装置、
122,122A,122B,122C ケーシング、
124,124A,124B,124C 供給部、
125 スリット、
130,130A,130B,130C 前方ブレード、
131 前面、
132 異形部、
134 背面、
135 斜面、
137A 調整ネジ、
138A 固定ネジ、
140,140A,140B,140C 中央ブレード、
141 前面、
142 異形部、
143A 傾斜部、
143B 曲率部、
144 背面、
145 傾斜部、
146A 一端、
146B 中央部、
146C 他端、
147A 調整ネジ、
148A 固定ネジ、
150,150A,150B,150C 内部泡除去空間(内部不純物除去空間)、
152 真空ポンプ、
154 中空容器、
156 開口部、
160,160A,160B,160C 後方ブレード、
161 前面、
162 異形部、
163A 傾斜部、
163B 曲率部、
164 背面、
167A 調整ネジ、
168A 固定ネジ、
170A,170B,170C スラリー供給装置、
172A,172B,172C スラリータンク、
174A,174B,174C ポンプ、
176A,176B,176C 配管系、
177A,177B,177C フィルター、
178A,178B,178C 圧力計、
180A,180B,180C 外部泡除去空間(外部不純物除去空間)、
182A,182B,182C 温度制御装置、
190 制御装置、
1A,D2A,D3A 離間距離、
4A,D4A,D4A 厚み、
EP 終了位置、
L 横方向、
S,S,S,S スラリー、
SP 開始位置、
T 搬送方向、
V 垂直方向、
,W 幅、
θ 傾斜角度。

Claims (17)

  1.  搬送される基材にスラリーを塗布して塗膜を形成するダイヘッド装置であって、
     前方ブレードと、
     前記前方ブレードより前記基材の搬送方向下流側に位置する後方ブレードと、
     前記前方ブレードと前記後方ブレードとの間に位置する中央ブレードと、
     前記中央ブレードを通過することによって形成された前記スラリーの塗膜に内包される不純物を除去するための内部不純物除去空間と、を有し、
     前記前方ブレードおよび前記中央ブレードは、前記スラリーの液だまりを形成するように構成され、
     前記内部不純物除去空間は、前記中央ブレードと前記後方ブレードとの間に位置し、
     前記後方ブレードと前記基材との間の離間距離は、前記中央ブレードと前記基材との間の離間距離より小さく設定される、ダイヘッド装置。
  2.  前記中央ブレードは、前記液だまりの前記スラリーに回転力を付与する回転付与部を有する、請求項1に記載のダイヘッド装置。
  3.  前記回転付与部は、前記中央ブレードにおける前記前方ブレードに相対する面に形成される異形部によって構成され、
     前記異形部は、傾斜部および/又は曲率部を有する、請求項2に記載のダイヘッド装置。
  4.  前記中央ブレードは、前記基材から離間して前記内部不純物除去空間に向かう方向に、前記塗膜を構成する前記スラリーを案内するガイド部を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載のダイヘッド装置。
  5.  前記ガイド部は、前記中央ブレードにおける前記後方ブレードに相対する面に形成される傾斜部によって構成される、請求項4に記載のダイヘッド装置。
  6.  前記後方ブレードは、前記塗膜に内包される不純物を前記塗膜の表面に案内するガイド部を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のダイヘッド装置。
  7.  前記後方ブレードの前記ガイド部は、前記後方ブレードにおける前記中央ブレードに
    相対する面に形成される異形部によって構成され、
     前記異形部は、傾斜部および/又は曲率部を有し、
     前記異形部の開始位置と前記基材との間の離間距離は、前記中央ブレードと前記基材との間の前記離間距離より大きく設定される、請求項6に記載のダイヘッド装置。
  8.  前記後方ブレードの前記ガイド部を構成する前記異形部の前記曲率部は、ローラー形状を有する、請求項7に記載のダイヘッド装置。
  9.  前記内部不純物除去空間は、負圧化されている、請求項1~8のいずれか1項に記載のダイヘッド装置。
  10.  前記不純物は、泡あるいはゴミブツである、請求項1~9のいずれか1項に記載のダイヘッド装置。
  11.  前方ブレードと、前記前方ブレードより前記基材の搬送方向下流側に位置する後方ブレードと、前記前方ブレードと前記後方ブレードとの間に位置する中央ブレードと、前記中央ブレードと前記後方ブレードとの間に位置する内部不純物除去空間と、を有し、かつ、前記後方ブレードと前記基材との間の離間距離は、前記中央ブレードと前記基材との間の離間距離より小さく設定されるダイヘッド装置によって、搬送される基材にスラリーを塗布して塗膜を形成する塗布方法であって、
     前記基材が、前記前方ブレードと前記中央ブレードとの間に形成される前記スラリーの液だまりと、前記中央ブレードとを通過することによって、前記基材に前記スラリーが塗布され、
     前記内部不純物除去空間を通過する際に、前記基材に塗布された前記スラリーの塗膜に内包される不純物が、前記塗膜の表面に浮上して抜け出ることで除去され、
     前記後方ブレードを通過する際に、前記塗膜の表面は平滑化されて、均一な厚みの塗膜が形成される、塗布方法。
  12.  前記不純物は、泡あるいはゴミブツである、請求項11に記載の塗布方法。
  13.  搬送される基材に塗膜の積層体を形成する積層体形成装置であって、
     請求項1~9のいずれか1項に記載のダイヘッド装置を複数有しており、
     前記複数のダイヘッド装置は、前記基材の搬送方向に沿って直列に配置され、
     前記複数のダイヘッド装置の搬送方向下流側に、スラリーの塗膜に内包される不純物を除去するための外部不純物除去空間が各々設けられている、積層体形成装置。
  14.  前記複数のダイヘッド装置は、
     第1ダイヘッド装置と、
     前記第1ダイヘッド装置に隣接し、かつ、前記第1ダイヘッド装置より前記基材の搬送方向下流側に位置する前記第2ダイヘッド装置と、を有し、
     前記第2ダイヘッド装置の前方ブレードは、前記第1ダイヘッド装置の後方ブレードを兼用し、
     前記第1ダイヘッド装置と前記第2ダイヘッド装置との間に位置する前記外部不純物除去空間は、前記第1ダイヘッド装置の内部不純物除去空間を兼用しており、
     前記第2ダイヘッド装置の前記前方ブレードと前記基材との間の離間距離は、前記第1ダイヘッド装置の中央ブレードと前記基材との間の離間距離より小さく設定される、請求項13に記載の積層体形成装置。
  15.  前記第2ダイヘッド装置の前記前方ブレードは、前記外部不純物除去空間を通過した前記塗膜に残留している不純物を、前記塗膜の表面に案内するガイド部を有する、請求項14に記載の積層体形成装置。
  16.  前記第2ダイヘッド装置の前記前方ブレードの前記ガイド部は、前記前方ブレードにおける前記第1ダイヘッド装置の前記中央ブレードに相対する面に形成される異形部によって構成され、
     前記前方ブレードの前記異形部は、傾斜部および/又は曲率部を有し、
     前記前方ブレードの前記異形部の開始位置と前記基材との間の離間距離は、前記第1ダイヘッド装置の前記中央ブレードと前記基材との間の前記離間距離より大きく設定される、請求項15に記載の積層体形成装置。
  17.  前記不純物は、泡あるいはゴミブツである、請求項13~16のいずれか1項に記載の積層体形成装置。
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