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発明の名称 塗布装置及び塗布方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−29881(P2007−29881A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−218389(P2005−218389)
出願日 平成17年7月28日(2005.7.28)
代理人 【識別番号】100075258
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二
発明者 田中 克久
要約 課題
塗布液を被塗布物に間欠的に塗布する間欠塗布において、塗布欠陥の発生を抑制しつつシート状基材等の被塗布物に塗布液を塗布する塗布装置及び塗布方法を提供する。

解決手段
塗布液を被塗布物に間欠的に塗布する間欠塗布において、塗布が行われない非塗布時間中に、塗布液吐出口付近に加湿エアを吹き付けて塗布液の溶媒の蒸発を抑制し、凝集物の生成を防止することにより、塗布欠陥の発生を抑制しつつシート状基材等の被塗布物に塗布液を塗布することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
塗布液を用いて被塗布物の塗布を間欠的に行う塗布装置であって、
前記塗布液を吐出させる塗布液吐出口を備える吐出手段と、
エアを加湿して加湿エアとする加湿手段と、
前記加湿エアを前記塗布液吐出口付近に吹き付ける加湿エア吹き付け手段と、
を有し、
塗布が行われない非塗布時間中に、前記塗布液吐出口付近に前記加湿エアを吹き付けて、前記吐出口付近における前記塗布液の乾燥を防止することを特徴とする塗布装置。
【請求項2】
請求項1に記載の塗布装置であって、
さらに、前記塗布液吐出口付近のクリーニングを行うクリーニング手段をさらに有することを特徴とする塗布装置。
【請求項3】
請求項1または2に記載の塗布装置であって、
さらに、前記吐出手段の表面温度を調節する温度調整手段を有し、
前記吐出手段の塗布液吐出口付近の表面温度を前記加湿エアの露点より高くすることを特徴とする塗布装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1項に記載の塗布装置であって、
前記加湿エアは、平均粒径が1μm〜10μmの範囲の水微粒子を含むことを特徴とする塗布装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗布装置であって、
前記吐出手段は、スリット状の塗布液吐出口を備えるダイであることを特徴とする塗布装置。
【請求項6】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗布装置であって、
前記吐出手段は、複数の塗布液吐出口を備えるスプレであることを特徴とする塗布装置。
【請求項7】
塗布液吐出口から塗布液を吐出させて被塗布物の塗布を間欠的に行う塗布方法であって、
塗布が行われない非塗布時間中に、前記塗布液吐出口付近に加湿エアを吹き付けて、前記塗布液吐出口付近における前記塗布液の乾燥を防止することを特徴とする塗布方法。
【請求項8】
請求項7に記載の塗布方法であって、
前記非塗布時間中にさらに、前記塗布液吐出口付近のクリーニングを行うことを特徴とする塗布方法。
【請求項9】
請求項7または8に記載の塗布方法であって、
前記塗布は、ダイコート法により行われることを特徴とする塗布方法。
【請求項10】
請求項7または8に記載の塗布方法であって、
前記塗布は、スプレ塗布法により行われることを特徴とする塗布方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、シート状基材等の被塗布物への塗布液の塗布に用いる塗布装置及び塗布方法に関する。
【背景技術】
【0002】
樹脂フィルム等のシート状基材等の被塗布物の表面に、塗布物及び溶媒を含む塗布液を塗布する方法としては、被塗布物の表面に対して微小な間隔で対向させたダイに設けられたスリット状の塗布液吐出口から塗布液を押し出して被塗布物を塗布するダイコート法(例えば、特許文献1〜3参照)が知られている。
【0003】
また、樹脂フィルム等のシート状基材等の被塗布物の表面に、塗布物及び溶媒を含む塗布液を塗布する方法として、スプレガンの先端の複数の塗布液吐出口より吐出させた塗布液を霧化用エア等により霧化して被塗布物を塗布するスプレ塗布法(例えば、特許文献4参照)等が知られている。
【0004】
【特許文献1】特開平10−235262号公報
【特許文献2】特開2000−5683号公報
【特許文献3】特開2004−55607号公報
【特許文献4】特開平7−51603号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ダイコート法により、塗布液を間欠的に塗布する間欠塗布において、非塗布時、すなわち次の被塗布物に塗布するまでの待機時間には、ダイの先端の塗布液吐出口において塗布液が周囲の雰囲気にさらされることにより溶媒が蒸発し、塗布物が凝集した凝集物が生成することがある。生成した凝集物は、その後の塗布時に塗布液吐出口において塗布液の流れが阻害されることによるすじ状の欠陥や、基材表面に凝集物が付着することによる異物欠陥等の原因となる。その結果、不良品が発生し、生産性の低下やコストアップの要因となる。
【0006】
また、スプレ塗布法においても、塗布液を間欠的に塗布する間欠塗布において、非塗布時、すなわち次の被塗布物に塗布するまでの待機時間には、スプレガンの先端の塗布液吐出口において塗布液が周囲の雰囲気にさらされることにより溶媒が蒸発し、塗布物が凝集した凝集物が生成することがある。生成した凝集物は、その後の塗布時に塗布液吐出口先端において塗布液の流れが阻害されることによる塗布むらや、基材表面に凝集物が付着することによる異物欠陥等の原因となる。その結果、不良品が発生し、生産性の低下やコストアップの要因となる。
【0007】
本発明は、塗布液を被塗布物に間欠的に塗布する間欠塗布において、塗布欠陥の発生を抑制しつつシート状基材等の被塗布物に塗布液を塗布する塗布装置及び塗布方法である。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、塗布液を用いて被塗布物の塗布を間欠的に行う塗布装置であって、前記塗布液を吐出させる塗布液吐出口を備える吐出手段と、エアを加湿して加湿エアとする加湿手段と、前記加湿エアを前記塗布液吐出口付近に吹き付ける加湿エア吹き付け手段と、を有し、塗布が行われない非塗布時間中に、前記塗布液吐出口付近に前記加湿エアを吹き付けて、前記吐出口付近における前記塗布液の乾燥を防止する。
【0009】
また、前記塗布装置において、さらに、前記塗布液吐出口付近のクリーニングを行うクリーニング手段をさらに有することが好ましい。
【0010】
また、前記塗布装置において、さらに、前記吐出手段の表面温度を調節する温度調整手段を有し、前記吐出手段の塗布液吐出口付近の表面温度を前記加湿エアの露点より高くすることが好ましい。
【0011】
また、前記塗布装置において、前記加湿エアは、平均粒径が1μm〜10μmの範囲の水微粒子を含むことが好ましい。
【0012】
また、前記塗布装置において、前記吐出手段は、スリット状の塗布液吐出口を備えるダイであることが好ましい。
【0013】
また、前記塗布装置において、前記吐出手段は、複数の塗布液吐出口を備えるスプレであることが好ましい。
【0014】
また、本発明は、塗布液吐出口から塗布液を吐出させて被塗布物の塗布を間欠的に行う塗布方法であって、塗布が行われない非塗布時間中に、前記塗布液吐出口付近に加湿エアを吹き付けて、前記塗布液吐出口付近における前記塗布液の乾燥を防止する。
【0015】
また、前記塗布方法において、前記非塗布時間中にさらに、前記塗布液吐出口付近のクリーニングを行うことが好ましい。
【0016】
また、前記塗布方法において、前記塗布は、ダイコート法により行われることが好ましい。
【0017】
また、前記塗布方法において、前記塗布は、スプレ塗布法により行われることが好ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明は、塗布液を被塗布物に間欠的に塗布する間欠塗布において、塗布が行われない非塗布時間中に、塗布液吐出口付近に加湿エアを吹き付けて塗布液の溶媒の蒸発を抑制し、凝集物の生成を防止することにより、塗布欠陥の発生を抑制しつつシート状基材等の被塗布物に塗布液を塗布する塗布装置及び塗布方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【0020】
(ダイコート法)
まず、本実施形態に係るダイコート法による塗布装置の一例の概略を図1に示し、その構成について説明する。塗装装置1は、圧縮エア供給装置10と、圧縮エア流量調整弁12と、加湿手段である加湿装置14と、電磁開閉弁16と、電磁開閉弁コントローラ18と、加湿エア吹き付け手段である加湿エア供給ノズル20と、塗布液タンク22と、ポンプ24と、吐出手段であるダイ26と、モータ28と、搬送機構30と、基材把持機構32と、バックアップロール34とを備える。ダイ26は、マニホールド37と、塗布液吐出口38とを備える。また、加湿エア供給ノズル20と、ダイ26と、基材把持機構32と、バックアップロール34との部分の斜視図を図2に示す。
【0021】
さらに詳細に説明すると、図1の塗装装置1において、圧縮エア供給装置10は圧縮エア流量調整弁12を介して加湿装置14に接続されている。加湿装置14は電磁開閉弁16を介して加湿エア供給ノズル20と接続されており、電磁開閉弁16には電磁開閉弁コントローラ18が接続されている。また、塗布液40が貯留された塗布液タンク22はポンプ24を介してダイ26のマニホールド37に接続されている。そのマニホールド37は、ダイ26の先端部に設けられた一定幅のスリット状の塗布液吐出口38につながっている。さらに、モータ28が搬送機構30に接続され、搬送機構30と基材把持機構32が接続されている。また、ダイ26の塗布液吐出口38と対向するようにバックアップロール34が配置されている。加湿エア供給ノズル20は、ダイ26の図1における上方に配置されている。
【0022】
次に、本実施形態に係る塗布方法及び塗布装置1の動作について図1〜図5に基づいて説明する。基材把持機構32には被塗布物である例えばシート状の基材36が把持されている。モータ28により搬送機構30が駆動され、基材36がダイ26とバックアップロール34との間に搬送され(図2参照)、表面が樹脂、ゴム等の弾性体等を含んで形成されているバックアップロール34の表面に接触するようにして塗布開始位置に配置される。ダイ26は、定位置から基材36に向かって図1の矢印Bの方向に進み、図1のように塗布液吐出口38と基材36の表面との間に所定の微小の間隔を形成する。次に、塗布液タンク22から塗布液40がポンプ24によりダイ26に供給される。ダイ26内部のマニホールド37によりダイ26の長手方向に塗布液40が分配され、ダイ26先端部のスリット状の塗布液吐出口38から塗布液40が基材36上に連続的に均一に押し出され、塗布が開始される。図3に示すように、塗布液40が吐出されると共に、基材36はバックアップロール34に支持されながらモータ28及び搬送機構30により矢印Aの方向へ所定の速度で引き上げられ、基材36の表面に塗布膜41が形成される。塗布液40の塗布量、すなわち塗布膜41の膜厚は、塗布液吐出口38と基材36の表面との微小の間隔、基材36の搬送速度等によりコントロールされる。基材36が塗布終了位置まで来たら、塗布液吐出口38からの塗布液40の押し出しが停止され、塗布は終了する。
【0023】
なお、上記の説明では、ダイ26の位置を固定して基材36を鉛直方向に引き上げて塗布を行っているが、基材36の位置を固定してダイ26を鉛直方向に移動させて塗布を行ってもよい。また、基材36を水平に配置して、基材36の位置を固定してダイ26を、またはダイ26の位置を固定して基材36を水平方向に移動させて塗布を行ってもよい。
【0024】
塗布が終了すると、ダイ26は図1の矢印Cの方向に後退し、基材36から離れて、定位置に戻る。塗布膜が形成された基材36は、モータ28及び搬送機構30により後工程の乾燥工程(図示せず)等へと搬送され、オーブン等の乾燥手段により塗布膜の乾燥等が行われる。そして、モータ28、搬送機構30及び基材把持機構32により、新たに未塗布の基材36が上記と同様にして塗布開始位置まで搬送される。
【0025】
一方、定位置に戻ったダイ26は、次の塗布開始まで待機する。この塗布が行われない非塗布時間(塗布待機時間)中に、図4に示すように、圧縮エア供給装置10により供給される圧縮エアが、圧縮エア流量調整弁12により流量が調整され、加湿装置14により湿度が調整されて加湿エアとなり、その加湿エア42が、電磁開閉弁コントローラ18により制御された電磁開閉弁16を経て、ダイ26の上方に設置された加湿エア供給ノズル20から、待機中のダイ26の塗布液吐出口38が設けられた先端付近に噴霧される(図5参照)。加湿エア供給ノズル20には、ダイ26先端のスリット状の塗布液吐出口38付近全体に加湿エア42が噴霧されるように、加湿エア供給ノズル20の長手方向に沿って複数の加湿エア供給口が設けられている。次の塗布が開始される前に、加湿エア42の噴霧は電磁開閉弁コントローラ18により制御された電磁開閉弁16により遮断され、その後、ダイ26は図4の矢印Bの方向に進み、次の塗布を開始する。以上の動作が繰り返されて、間欠的な基材36への塗布が連続して行われる。なお、上記の説明では、加湿エア供給ノズル20はダイ26の上方に設置されているが、これに限られるものではなく、例えば、加湿エア供給ノズル20がダイ26の下方に設置されて、加湿エア42がダイ26の先端付近に噴霧されてもよい。
【0026】
これらの動作の制御を表す動作線図を図6に示す。ダイによる塗布動作が行われている間は、基材の塗布開始位置への搬送は待機状態となり、加湿エアの吐出は停止される。塗布が終了すると、塗布が行われない非塗布時間(塗布待機時)に加湿エアの吐出が行われる。一方、その間に次の基材の塗布開始位置への搬送が行われる。
【0027】
このように、ダイコート法等による間欠塗布における塗布待機中に、ダイの先端の塗布液吐出口付近に加湿エアを吹き付けることにより塗布液の溶媒の蒸発を抑制し、凝集物の生成を防止することにより、塗布欠陥の発生を防止することができる。
【0028】
圧縮エア供給装置10により供給される圧縮エアは、特に制限はないが、エア中の異物により塗布欠陥を発生させないためにクリーン度100以下のクリーンエアであることが好ましい。
【0029】
加湿装置14により圧縮エアが加湿されて加湿エアとされるが、加湿エアは飽和水蒸気とすることが好ましい。加湿装置としては特に制限はないが、例えば、蒸発層内の水をヒータ等により加熱して水蒸気を発生させる方法、バブラーにて水蒸気を発生させる方法等の方式のものを用いることができる。また、飽和水蒸気の代わりに、平均粒径1μm〜10μmの範囲の水微粒子を含む微粒化水としてもよい。微粒化水とすることにより、塗布液溶媒の蒸発抑制効果の他に、ダイ26先端部に付着した塗布液等を落とす効果も得られる。なお、微粒化水中の水微粒子の平均粒径は、超音波加湿装置により求めることができる。
【0030】
塗布待機中にダイ26の先端の塗布液吐出口38付近に加湿エア42を吹き付けることにより、ダイ26先端の周囲の雰囲気の湿度が高くなるが、そのときのダイ26の周囲雰囲気の湿度は50〜80RH%の範囲であることが好ましい。これによって塗布液の溶媒の蒸発をより抑制することができ、さらにダイ26先端の周囲における結露の発生を防止することができる。
【0031】
また、ダイ26先端の周囲における結露の発生を防止するためには、ダイ26の表面温度を加湿エア42の露点より高くすることが好ましく、加湿エア42の露点より5℃以上高くすることがより好ましい。ダイ26の表面温度を所定の温度に制御するためには温度調整手段として、例えば、ダイ26の内部にヒータ等の熱源を設けて加熱したり、水、温水等の流体を流通させたりすればよい。
【0032】
例えば、加湿エアを製造するときに加湿装置14により40℃〜50℃で加湿した後、加湿エアを加湿エア供給ノズル20に供給する前に加湿エアの温度を25℃に下げ、余分な水分を除去することにより25℃の飽和水蒸気を得ることができる。このとき、ダイ26の表面温度を30℃程度にしておくことでダイ26の表面における結露を防止することができる。
【0033】
加湿エア供給ノズル20には、加湿エア供給ノズル20の長手方向に沿って加湿エア供給口が複数設けられている。これにより、ダイ26先端のスリット状の塗布液吐出口38の周囲全体に加湿エア42が噴霧される。
【0034】
加湿エア供給ノズル20の加湿エア供給口から噴霧される加湿エアの温度は、ペーストの温度による物性変化を防止するため、塗布するペーストと同程度の温度であることが好ましい。
【0035】
なお、これらの加湿条件は、塗布液に用いられる溶媒の種類、塗布液の粘度、塗布液の温度等に応じて、適宜決めればよい。
【0036】
また、本実施形態の塗布装置において、ダイ26先端の塗布液吐出口38付近に余剰塗布液が付着して堆積した場合に余剰塗布液を拭き取るためのクリーニング手段であるクリーニング機構をさらに設けることが好ましい。これにより、余剰塗布液が塗布液吐出口38付近に固着する前に余剰塗布液を拭き取ることができ、塗布欠陥の発生をより抑制することができる。
【0037】
図7にクリーニング機構を設けた塗布装置(一部)の一例の概略を示す。クリーニング機構44は、クリーニング部(スクレーパ)46と、クリーニング部移動機構48とを備える。
【0038】
クリーニング部46は、平板状の部材であり、表面は樹脂、ゴム等の弾性体を主成分として形成される。また、クリーニング部46は、例えば図8のように、ダイ26の先端部の断面形状と同様の形状の凹部47を備え、ダイ26の先端部に沿ってクリーニングを行うことができるようにすることが好ましい。
【0039】
クリーニング機構44の動作について図7に基づいて説明する。ダイ26の塗布待機が終了し、ダイ26への加湿エアの吹き付け停止後に、クリーニング部移動機構48によりクリーニング部46をダイ26の先端部の長手方向の一端に接触させ、ダイ26の長手方向に沿って他端まで接触しながら移動させることによって、付着した余剰塗布液を拭き取る。なお、クリーニング機構44による拭き取りは、塗布終了後に行われてもよく、塗布終了後及び塗布待機終了後の両方に行われてもよい。また、クリーニング機構44による拭き取りは、一定のサイクルで行ってもよいし、毎回の塗布後に行ってもよく、ダイ26先端部の汚れの状況等に応じて決めればよい。また、クリーニング部(スクレーパ)46は定期的に洗浄あるいは交換するとよい。
【0040】
このように、本実施形態において、加湿エアによる塗布液の乾燥防止と、クリーニング機構による余剰塗布液の拭き取りとを併用することにより、安定した塗布を行うことができる。また、加湿エアによる塗布液の乾燥防止により、余剰塗布液がダイ先端部に強固に付着することを防止することができるので、クリーニング機構による余剰塗布液の拭き取りを容易にまた確実に行うことができる。
【0041】
(スプレ塗布法)
次に、本実施形態に係るスプレコート法による塗布装置の一例の概略を図9に示し、その構成について説明する。塗装装置5は、圧縮エア供給装置50と、圧縮エア流量調整弁52と、加湿手段である加湿装置54と、3方電磁開閉弁56と、電磁開閉弁コントローラ58と、霧化用エア供給装置60と、霧化用エア流量調整弁62と、吐出手段であるスプレガン64と、塗布液タンク66と、ポンプ68と、塗布液吐出制御エア供給装置70と、塗布液吐出制御エア切替弁72と、モータ74と、搬送機構76と、基材把持機構78とを備える。また、スプレガン64は、図10に示すように、エア供給ノズル80と、ピストン82と、塗布液吐出制御ニードル84、塗布液室86と、エア室88a,88bと、塗布液吐出口93と、霧化塗布液吐出口94とを備える。スプレガン64の円筒状のヘッド102には、円の中心に配置された1つの塗布液吐出口93の周囲に例えば同心円状に所定の間隔で複数のエア供給ノズル80が配置されている。
【0042】
さらに詳細に説明すると、図9の塗装装置5において、圧縮エア供給装置50はエア流量調整弁52を介して加湿装置54に接続されている。加湿装置54は3方電磁開閉弁56を介して、図10のスプレガン64のエア供給ノズル80と接続されている。また、霧化用エア供給装置60は霧化用エア流量調整弁62及び3方電磁開閉弁56を介して、図10のスプレガン64のエア供給ノズル80と接続されている。3方電磁開閉弁56には電磁開閉弁コントローラ58が接続されている。また、塗布液92が貯留された塗布液タンク66はポンプ68を介して、図10のスプレガン64の塗布液室86に接続されている。また、塗布液吐出制御エア供給装置70は塗布液吐出制御エア切替弁72を介して、図10のスプレガン64のエア室88a及び88bに接続されている。さらに、モータ74が搬送機構76に接続され、搬送機構76と基材把持機構78が接続されている。
【0043】
次に、本実施形態に係る塗布方法及び塗布装置1の動作について図9〜図12に基づいて説明する。図9において、基材把持機構78には被塗布物である例えばシート状の基材90が把持されている。モータ74により搬送機構76が駆動され、基材90がスプレガン64の霧化塗布液吐出口94に対向して塗布開始位置に設置される。次に、スプレガン64において、図9の霧化用エア供給装置60から霧化用エア流量調整弁62を介して、エア供給ノズル80に霧化用エアが供給され、エア供給ノズル80から霧化用エア95が吐出される。一方、塗布液タンク66から塗布液92がポンプ68により、図10のスプレガン64の塗布液室86に供給される。その後、塗布液吐出制御エア供給装置70により供給された塗布液吐出制御エアが塗布液吐出制御エア切替弁72を介して、図10のスプレガン64のエア室88bに供給される。エア室88bにエアが供給され、塗布液吐出口93に嵌合して塗布液吐出口93を閉じていた塗布液吐出制御ニードル84をピストン82により図10の矢印E方向に移動させることにより、開放された塗布液吐出口93から塗布液が吐出される。図11のように、エア供給ノズル80から吐出された霧化用エア95により塗布液が霧化され、スプレガン64先端部の霧化塗布液吐出口94から塗布液が吐出され、塗布が開始される。塗布液が吐出されると共に、基材90はモータ74及び搬送機構76により図9の矢印Aの方向へ所定の速度で引き上げられ、基材90の表面に塗布膜が形成される。基材90が塗布終了位置まで来たら、塗布液吐出制御エア供給装置70により供給された塗布液吐出制御エアが塗布液吐出制御エア切替弁72を介して、図12のスプレガン64のエア室88aに供給され、ピストン82により塗布液吐出制御ニードル84を図10の矢印D方向に移動させることにより塗布液吐出口93が閉じられ、塗布液吐出口93からの塗布液92の吐出が停止される。また、霧化用エア95の供給も停止されて塗布は終了する。なお、塗布時において、基材90は、表面が樹脂、ゴム等の弾性体等を含んで形成されているバックアップロール34に支持されながら所定の速度で引き上げられてもよい。
【0044】
塗布が終了すると、塗布膜が形成された基材90は、モータ74及び搬送機構76により後工程の乾燥工程等へと搬送され、塗布膜の乾燥等が行われる。そして、モータ74、搬送機構76及び基材把持機構78により、新たに未塗布の基材90が上記と同様にして塗布開始位置まで搬送される。
【0045】
一方、塗布終了後のスプレガン64は、次の塗布開始まで待機する。この塗布が行われない非塗布時間(塗布待機時間)中に、図9の圧縮エア供給装置50により供給される圧縮エアが、エア流量調整弁52により流量が調整され、加湿装置54により湿度が調整されて加湿エアとなり、その加湿エアが、電磁開閉弁コントローラ58により制御された3方電磁開閉弁56を経て、図12のスプレガン64のエア供給ノズル80に供給される。そして、図12のように、加湿エア96がエア供給ノズル80から塗布液吐出口93付近に噴霧される。エア供給ノズル80は、塗布液吐出口93付近全体に加湿エア96が噴霧されるように配置されており、塗布液吐出口93における塗布液の乾燥を防止する。次の塗布が開始される前に、加湿エア96の噴霧は電磁開閉弁コントローラ58により制御された3方電磁開閉弁56により遮断され、その後、スプレガン64は塗布を開始する。以上の動作が繰り返されて、間欠的な基材90への塗布が連続して行われる。
【0046】
これらの動作の動作線図を図6に示す。スプレガンによる塗布動作が行われている間は、基材の塗布開始位置への搬送は待機状態となり、加湿エアの吐出は停止される。塗布が終了すると、塗布が行われない非塗布時間(塗布待機時)に加湿エアの吐出が行われる。一方、その間に次の基材の塗布開始位置への搬送が行われる。
【0047】
なお、上記例では霧化用エア及び加湿エアは3方電磁開閉弁56を切り換えることによってスプレガン64のエア供給ノズル80に供給されるが、霧化用エア供給ノズルと加湿エア供給ノズルをそれぞれスプレガン64に設けて、霧化用エア及び加湿エアがそれぞれ霧化用エア供給ノズルと加湿エア供給ノズルとに供給されるようにしてもよい。
【0048】
このように、スプレ塗布法等による間欠塗布における塗布待機中に、スプレガンの塗布液吐出口付近に加湿エアを吹き付けることにより塗布液の溶媒の蒸発を抑制し、凝集物の生成を防止することにより、塗布欠陥の発生を防止することができる。
【0049】
圧縮エア供給装置50により供給される圧縮エアは、特に制限はないが、エア中の異物により塗布欠陥を発生させないためにクリーン度100以下のクリーンエアであることが好ましい。
【0050】
加湿装置54により圧縮エアが加湿されて加湿エアとされるが、加湿エアは飽和水蒸気とすることが好ましい。加湿装置としては特に制限はないが、例えば、蒸発層内の水をヒータ等により加熱して水蒸気を発生させる方法、バブラーにて水蒸気を発生させる方法等の方式のものを用いることができる。また、飽和水蒸気の代わりに、平均粒径1μm〜10μmの範囲の水微粒子を含む微粒化水としてもよい。微粒化水とすることにより、塗布液溶媒の蒸発抑制効果の他に、塗布液吐出口93に付着した塗布液等と付着物を落とす効果も得られる。なお、微粒化水中の水微粒子の平均粒径は、超音波加湿装置により求めることができる。
【0051】
特に、スプレ塗布のように、塗布液吐出口の先端の付着物をスクレーパ等により拭き取ることは困難な場合には、加湿エアとして微粒化水を使用することが好ましい。微粒化水中の水微粒子の粒径を例えば上記範囲にすることにより、塗布液吐出口93に付着した塗布液等の付着物をより効果的に落とすことができる。
【0052】
スプレ塗布において、微粒化水を得るためには、あらかじめ微粒化水を作成してからエア供給ノズル80に供給してもよいし、例えば図13のようにスプレガン64のヘッド102にエア供給ノズル80及び水供給ノズル98をそれぞれの出口が近接するようにして設け、エアと水とを吐出時に接触、混合させることにより微粒化水100を得てもよい。
【0053】
塗布待機中にスプレガン64の塗布液吐出口93付近に加湿エア96を吹き付けることにより、塗布液吐出口93の周囲の雰囲気の湿度が高くなるが、そのときの塗布液吐出口93の周囲雰囲気の湿度は50〜80RH%の範囲であることが好ましい。これによって塗布液の溶媒の蒸発をより抑制することができ、さらに塗布液吐出口93の周囲における結露の発生を防止することができる。
【0054】
また、塗布液吐出口93の周囲における結露の発生を防止するためには、塗布液吐出口93付近の表面温度を加湿エア96の露点より高くしてもよく、加湿エア96の露点より5℃以上高くすることが好ましい。塗布液吐出口93付近の表面温度を所定の温度に制御するためには温度調整手段として、例えば、塗布液吐出口93付近の内部にヒータ等の熱源を設けて加熱したり、水、温水等の流体を流通させたりすればよい。
【0055】
例えば、加湿エアを製造するときに加湿装置54により40℃〜50℃で加湿した後、加湿エアをエア供給ノズル80に供給する前に加湿エアの温度を25℃に下げ、余分な水分を除去することにより25℃の飽和水蒸気を得ることができる。このとき、塗布液吐出口93付近の表面温度を30℃程度にしておくことで塗布液吐出口93付近の表面における結露を防止することができる。
【0056】
スプレガン64の円筒状のヘッド102には、円の中心に配置された1つの塗布液吐出口93の周囲に例えば同心円状に所定の間隔で複数のエア供給ノズル80が配置されている。これにより、塗布液吐出口93の周囲全体に加湿エア96が噴霧される。
【0057】
エア供給ノズル80から噴霧される加湿エアの温度は、ペーストの温度による物性変化を防止するため、塗布するペーストと同程度の温度であることが好ましい。
【0058】
なお、これらの加湿条件は、塗布液に用いられる溶媒の種類、塗布液の粘度、塗布液の温度等に応じて、適宜決めればよい。
【0059】
本実施形態に用いられる基材は、シート状、フィルム状、板状等の基材であればよく特に制限はないが、例えば、シート状、フィルム状、板状等のポリマ、ガラス、金属、カーボン等が挙げられる。
【0060】
また、本実施形態に用いられる塗布液は、塗布物及び溶媒を含む。塗布物としては、特に制限はなく、例えば、有機顔料、無機顔料、有機色素、触媒、接着剤その他有機化合物、無機化合物全般が用いられる。また、溶媒としては、水や、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、クロロホルム等のハロゲン系溶媒、その他有機系溶媒全般、あるいはそれらの混合物が用いられる。
【0061】
本発明の実施形態に係る塗布装置及び塗布方法は、被塗布物に塗布液を塗布する分野であれば、特に制限なく使用することができ、例えば、燃料電池の製造や、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイの製造や、一般塗装の分野において使用することができるが、特に燃料電池の製造において好ましく用いることができる。具体的には、燃料電池の製造における、電解質膜への触媒層の塗布、拡散層への撥水ペーストの塗布、拡散層への触媒層あるいは電解質膜層の塗布、接着剤の塗布、セパレータへのカーボン塗布等において用いることができる。
【0062】
また、電解質膜への触媒層の塗布、拡散層への撥水ペーストの塗布、拡散層への触媒層あるいは電解質膜層の塗布はダイコート方式により行われることが好ましい。特に、拡散層への撥水ペーストの塗布は、本実施形態に係るダイコート方式の塗布装置及び塗布方法により行われることが好ましい。
【0063】
また、電解質膜への触媒層の塗布、拡散層への触媒層あるいは電解質膜層の塗布、接着剤の塗布、セパレータへのカーボン塗布はスプレ塗布方式により行われることが好ましい。特に、拡散層への触媒層の塗布は、本実施形態に係るスプレ塗布方式の塗布装置及び塗布方法により行われることが好ましい。
【0064】
電解質膜としては、プロトン(H)や酸素イオン(O2−)等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、固体高分子電解質膜、安定化ジルコニア膜等が挙げられるが、好ましくはパーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質膜が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス(株)のゴアセレクト(Goreselect、登録商標)、デュポン社(Du Pont社)のナフィオン(Nafion、登録商標)、旭化成(株)のアシプレックス(Aciplex、登録商標)、旭硝子(株)のフレミオン(Flemion、登録商標)等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質膜を使用することができる。電解質膜の膜厚は例えば、10μm〜200μm、好ましくは20μm〜50μmの範囲である。
【0065】
拡散層としては、導電性が高く、燃料及び空気等の原料の拡散性が高い材料であれば特に制限はないが、多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、カーボンペーパ、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス、カーボンペーパ等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。拡散層の膜厚は例えば、50μm〜1000μm、好ましくは100μm〜600μmの範囲である。
【0066】
触媒層(燃料極及び空気極)は、例えば、白金(Pt)を担持した、あるいは白金(Pt)等をルテニウム(Ru)等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒をナフィオン(登録商標)等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものを用いることができる。触媒層の膜厚は例えば、1μm〜100μm、好ましくは1μm〜20μmの範囲である。
【0067】
撥水ペーストとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の撥水性樹脂と、電子伝導性を有する、例えばカーボンブラック等と、水及び石油系溶剤との混合溶液等を用いることができる。
【0068】
燃料電池の製造における塗布液用の溶媒としては、水や、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、石油系溶媒あるいはそれらの混合物等を用いることができる。
【0069】
燃料電池の製造における拡散層への撥水ペーストの塗布の場合、ダイコート方式によりカーボンペーパ、カーボンクロス等の多孔質導電体材料である拡散層へ撥水ペーストを含浸させながら塗布するため、通常の基材表面への塗布に比べて、ダイの塗布液吐出口からの塗布液(ペースト)の押し出し量を多くする。このため、塗布終了後に発生する、ダイの塗布液吐出口に付着する余剰塗布液の量が多くなる。本実施形態に係る塗布方法及び塗布装置を使用することにより、このような余剰塗布液の量が多い場合でも、塗布液の溶媒の蒸発を抑制し、凝集物の生成を防止して、塗布欠陥の発生を効果的に防止することができる。また、余剰塗布液の発生量等の状況に応じて、加湿エアの供給量を制御することにより、塗布欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0070】
【図1】本発明の実施形態に係るダイコート方式の塗布装置の一例を示す概略図である。
【図2】本発明の実施形態に係る塗布装置の動作を示す図である。
【図3】本発明の実施形態に係る塗布装置の動作を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に係る塗布装置の動作を示す図である。
【図5】本発明の実施形態に係る塗布装置の動作を示す図である。
【図6】本発明の実施形態に係る塗布装置の動作の制御を表す図である。
【図7】本発明の実施形態に係る塗布装置のクリーニング機構の一例を示す概略図である。
【図8】本発明の実施形態に係る塗布装置のクリーニング部の一例を示す概略図である。
【図9】本発明の実施形態に係るスプレ塗布方式の塗布装置の一例を示す概略図である。
【図10】本発明の実施形態に係る塗布装置のスプレガンの一例を示す概略図である。
【図11】本発明の実施形態に係る塗布装置のスプレガンの動作を示す図である。
【図12】本発明の実施形態に係る塗布装置のスプレガンの動作を示す図である。
【図13】本発明の実施形態に係る塗布装置のスプレガンの動作を示す図である。
【符号の説明】
【0071】
1 塗装装置、10 圧縮エア供給装置、12 圧縮エア流量調整弁、14 加湿装置、16 電磁開閉弁、18 電磁開閉弁コントローラ、20 加湿エア供給ノズル、22 塗布液タンク、24 ポンプ、26 ダイ、28 モータ、30 搬送機構、32 基材把持機構、34 バックアップロール、36 基材、37 マニホールド、38 塗布液吐出口、40 塗布液、41 塗布膜、42 加湿エア、44 クリーニング機構、46 クリーニング部(スクレーパ)、47 凹部、48 クリーニング部移動機構、50 圧縮エア供給装置、52 圧縮エア流量調整弁、54 加湿装置、56 3方電磁開閉弁、58 電磁開閉弁コントローラ、60 霧化用エア供給装置、62 霧化用エア流量調整弁、64 スプレガン、66 塗布液タンク、68 ポンプ、70 塗布液吐出制御エア供給装置、72 塗布液吐出制御エア切替弁、74 モータ、76 搬送機構、78 基材把持機構、80 エア供給ノズル、82 ピストン、84 塗布液吐出制御ニードル、86 塗布液室、88a,88b エア室、90 基材、92 塗布液、93 塗布液吐出口、94 霧化塗布液吐出口、95 霧化用エア、96 加湿エア、98 水供給ノズル、100 微粒化水、102 ヘッド。




 

 


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