(57)【要約】【課題】基材シートの第２の面の塗工によって発生する第１の面に塗工した塗工液層の変形を小型、簡易な構造で抑制する。【解決手段】発明の塗工装置は、基材シートを支持するバックアップロールと、バックアップロールに対向配置された第１の塗工ヘッドであって、基材シートがバックアップロールで支持された状態で基材シートの第１の面に第１の塗工液を塗工する第１の塗工ヘッドと、第１の塗工ヘッドによる塗工後に基材シートが支持されていない浮遊状態にある位置で基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する第２の塗工ヘッドと、を備え、バックアップロールは、第１の塗工ヘッドにより塗工された第１の塗工液を乾燥させるための加熱部を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続搬送される帯状の基材シートの両面に塗工液を塗工する塗工装置であって、
前記基材シートを支持するバックアップロールと、
前記バックアップロールに対向配置された第１の塗工ヘッドであって、前記基材シートが前記バックアップロールで支持された状態で前記基材シートの第１の面に第１の塗工液を塗工する第１の塗工ヘッドと、
前記第１の塗工ヘッドによる塗工後に前記基材シートが支持されていない浮遊状態にある位置で前記基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する第２の塗工ヘッドと、
を備え、
前記バックアップロールは、前記第１の塗工ヘッドにより塗工された前記第１の塗工液を乾燥させるための加熱部を有する
ことを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
請求項１に塗工装置であって、
前記バックアップロールから前記第２の塗工ヘッドまでの前記基材シートの搬送経路に、加熱部を有する搬送ベルトを備える
ことを特徴とする塗工装置。
【請求項３】
連続搬送される帯状の基材シートの両面に塗工液を塗工する塗工方法であって、
（ａ）バックアップロールに対向配置された第１の塗工ヘッドによって、前記基材シートが前記バックアップロールで支持された状態で前記基材シートの第１の面に第１の塗工液を塗工する工程と、
（ｂ）前記第１の塗工ヘッドによる塗工後に前記基材シートが支持されていない浮遊状態にある位置で第２の塗工ヘッドによって前記基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する工程と、
を備え、さらに、
前記第１の塗工液が塗工された前記基材シートが前記第２の塗工ヘッドの位置に搬送されるまでに、前記第１の塗工液で形成された塗工液層中の液体成分が固体成分の体積の５倍以下となるように乾燥する工程
を備えることを特徴とする塗工方法。
【請求項４】
請求項３に記載の塗工方法であって、
前記乾燥する工程は、前記塗工液層中の液体成分が固体成分の体積の２倍以上となるように乾燥する
ことを特徴とする塗工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材シートの両面に塗工液が塗布された塗工層を形成する塗工装置および塗工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の塗工装置として、例えば、特許文献１には、搬送される基材の表面にバックアップロール上で第１塗布ヘッド（ダイヘッド）によって塗液（塗工液）を塗工し、基材の裏面にバックアップロールの無いフローティングな状態で第２塗布ヘッド（ダイヘッド）によってウェブテンション方式で塗液を塗工する塗工装置及び塗工方法が開示されている。また、特許文献２には、搬送される基材の一面（表面）に塗工剤（特許文献１の塗工液に相当）を塗工する第１塗工ロール（グラビアロール）を有する第１塗工手段と、他面（裏面）に塗工剤を塗工する第２塗工ロール（グラビアロール）を有する第２塗工塗工手段との間に、塗工剤を加熱する等により乾燥させる乾燥機を配設した構成の塗工装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０８６２１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２１２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された塗工装置では、基材の表面塗工後に表面塗工層の乾燥が行われないため、基材の裏面塗工のために第２塗布ヘッドが基材の裏面に押し付けられた箇所の塗工層から塗液が流れ出してしまう可能性がある。塗液が流れ出した場合、その箇所の塗工層の形状は変形してしまうため、塗工層が安定に形成されないという課題がある。また、特許文献２に記載された塗工装置では、上記したように、塗工剤を加熱する等により乾燥させる乾燥機を配設しているので、塗工装置が大型化するとともに、その構造が複雑になるため、装置の簡易化や製造コストの低減等の点で不十分であり改善が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態は、連続搬送される帯状の基材シートの両面に塗工液を塗工する塗工装置である。この塗工装置は、前記基材シートを支持するバックアップロールと；前記バックアップロールに対向配置された第１の塗工ヘッドであって、前記基材シートが前記バックアップロールで支持された状態で前記基材シートの第１の面に第１の塗工液を塗工する第１の塗工ヘッドと；前記第１の塗工ヘッドによる塗工後に前記基材シートが支持されていない浮遊状態にある位置で前記基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する第２の塗工ヘッドと；を備える。前記バックアップロールは、前記第１の塗工ヘッドにより塗工された前記第１の塗工液を乾燥させるための加熱部を有する。この場合、第１の塗工ヘッドによって基材シートの第１の面に第１の塗工液が塗工されると同時に、バックアップロールからの加熱により塗工された第１の塗工液の乾燥が行われるため、基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する際に、基材シートの第２の面側に第２の塗工ヘッドが押し当てられても、第１の塗工液が流れ出してしまうことを抑制し、塗工液層を安定に形成することが可能である。また、独立した乾燥装置を設ける必要が無いので、装置の小型化、構造の簡易化に有利である。
【０００７】
（２）上記形態の塗工装置において、前記バックアップロールから前記第２の塗工ヘッドまでの前記基材シートの搬送経路に、加熱部を有する搬送ベルトを備えるようにしてもよい。この場合、バックアップロールによる乾燥とともに、搬送ベルトによる乾燥を行なうことができるので、第１の塗工液の乾燥を促進することができる。また、独立した乾燥装置を設ける場合に比べて、それぞれの加熱部を小型化できるので、全体として装置の小型化、構造の簡易化に有利である。
【０００８】
（３）本発明の他の形態は、連続搬送される帯状の基材シートの両面に塗工液を塗工する塗工方法である。この塗工方法は、（ａ）バックアップロールに対向配置された第１の塗工ヘッドによって、前記基材シートが前記バックアップロールで支持された状態で前記基材シートの第１の面に第１の塗工液を塗工する工程と；（ｂ）前記第１の塗工ヘッドによる塗工後に前記基材シートが支持されていない浮遊状態にある位置で第２の塗工ヘッドによって前記基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する工程と；を備え、さらに、前記第１の塗工液が塗工された前記基材シートが前記第２の塗工ヘッドの位置に搬送されるまでに、前記第１の塗工液で形成された塗工液層中の液体成分が固体成分の体積の５倍以下となるように乾燥する工程を備える。この場合、この場合、基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する際に、基材シートの第２の面側に第２の塗工ヘッドが押し当てられても、第１の塗工液が流れ出してしまうことを抑制し、塗工液層を安定に形成することが可能である。
【０００９】
（４）上記形態の塗工方法において、前記乾燥する工程は、前記塗工液層中の液体成分が固体成分の体積の２倍以上となるように乾燥するようにしてもよい。この場合、基材シートの第２の面に第２の塗工液を塗工する際に、基材シートの第２の面側に第２の塗工ヘッドが押し当てられても、第１の塗工液による塗工液層に割れが発生することを抑制し、塗工液層を安定に形成することが可能である。
【００１０】
本発明は、上記形態の塗工装置および塗工方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、塗工装置を用いた転写装置および転写方法、塗工液を触媒液として電解質膜に触媒層を形成した触媒層形成膜の製造装置および製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態として電解質膜上に触媒層が形成された触媒層形成膜を製造するための製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の触媒層形成膜製造装置における触媒層形成膜の製造手順を示す説明図である。
【図３】第２実施形態として電解質膜上に触媒層が形成された触媒層形成膜を製造するための製造装置の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態として電解質膜上に触媒層が形成された触媒層形成膜を製造するための製造装置の概略構成を示す説明図である。図２は、図１の触媒層形成膜製造装置における触媒層形成膜の製造手順を示す説明図である。図１に示すように、この触媒層形成膜製造装置１０は、転写用触媒層形成部１００と、触媒層転写部２００と、を備える。転写用触媒層形成部１００が本発明の塗工装置に相当する。
【００１３】
転写用触媒層形成部１００は、第１の塗工部１１０と、第２の塗工部１２０と、乾燥部１３０と、を備える。第１の塗工部１１０は、一般的なダイコーターであり、バックアップロール１１４と、バックアップロール１１４に対向配置された第１のダイヘッド１１２と、を備える。バックアップロール１１４は、基材シート巻き出しロールＢＵから連続搬送される帯状の基材シートＢＳを裏面で支持する。第１のダイヘッド（スロットダイ）１１２は、バックアップロール１１４で支持された位置における基材シートＢＳの表面（第１の面）に第１の触媒インクを塗布し、第１の触媒層ＣＬ１を形成する（図２のステップＳ１０）。
【００１４】
基材シートＢＳは、耐熱性、耐酸性、および、後述する転写後における剥離性に優れ材質のシート、通常、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）に代表されるフッ素系材料を用いたシートが多く利用される。触媒インクは、触媒インク粒子を溶媒に分散させた混合液であり、スラリーやペースト等の状態を含む。なお触媒インク粒子は、略球体状であり、中心部の触媒粒子と触媒粒子の回りを覆う高分子電解質とから形成されている。触媒粒子は、電子伝導性を有する担持体（例えば、カーボン粒子）に貴金属（例えば、白金あるいは白金合金等）が担持されたものである。高分子電解質は、例えば、電解質膜を構成する電解質と同質の電解質が用いられる。なお、電解質膜は、例えば、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂や炭素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜（ＰＥＭ：Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）である。この電解質膜としては、例えば、フッ素系樹脂の一つであるナフィオン（登録商標）により形成されたナフィオン膜（デュポン社製）が多く利用される。
【００１５】
ここで、バックアップロール１１４は、ロール表面を加熱する加熱部１１５を備えるヒートロールであり、第１の触媒インクを塗布すると同時に、ロール表面に基材シートＢＳが接触している間、形成された第１の触媒層ＣＬ１を加熱して乾燥させる（図２のステップＳ２０）。なお、加熱温度は、後述する第２の塗工部１２０による第２の触媒インクの塗布を開始する直前における乾燥状態として、第１の触媒層ＣＬ１中の固体成分に対する液体成分の体積が５倍以下、すなわち、０〜５倍の範囲となるように設定される。好ましくは、１〜５倍の範囲内となるように設定される。より好ましくは２〜５倍の範囲となるように設定される。本例では、２〜５倍の範囲となるように設定され、例えば、加熱温度は、８０℃〜１２０℃に設定される。なお、乾燥状態をこのように設定する理由については後述する。
【００１６】
第２の塗工部１２０は、いわゆるキスコーターであり、第１の塗工部１１０から搬送されてくる基材シートＢＳの裏面（第２の面）側に配置されたサポートロール１２２および第２のダイヘッド（スロットダイ）１２４を備える。第２の塗工部１２０は、ウェブテンション方式で基材シートＢＳの裏面に第２の触媒インクを塗布する。具体的には、サポートロール１２２によって支持されて搬送される基材シートＢＳの裏面に、バックアップロールのないオフロール状態（フローティング状態）でヘッドの先端を押し当てることによって基材シートＢＳの裏面に第２の触媒インクを塗布して第２の触媒層ＣＬ２を形成する（図２ステップＳ３０）。第２の触媒インクは、第１の触媒インクと全く同じインクであっても、異なったインクであってもよい。
【００１７】
乾燥部１３０は、一般的な乾燥装置により構成されている。乾燥部１３０は、第２の塗工部１２０から連続搬送されてくる基材シートＢＳ上に形成された第１の触媒層ＣＬ１および第２の触媒層ＣＬ２を十分に乾燥させて、転写用触媒層シートＣＳを作製する（ステップＳ４０）。作製された転写用触媒層シートＣＳは、触媒層転写部２００へ連続搬送される。
【００１８】
触媒層転写部２００は、一対の転写ロール２１０ａ，２１０ｂと、一対の剥離ロール２２０ａ，２２０ｂと、を備える。一対の転写ロール２１０ａ，２１０ｂは、搬送されてくる転写用触媒層シートＣＳを挟みこむように対向配置されている。転写用触媒層シートＣＳの第１の触媒層ＣＬ１上に第１の電解質膜巻き出しロールＰＵ１から送り出された第１の電解質膜ＰＳ１が重ね合されるとともに、第２の触媒層ＣＬ２上に第２の電解質膜巻き出しロールＰＵ２から送り出された第２の電解質膜ＰＳ２が重ね合されて、一対の転写ロール２１０ａ，２１０ｂのニップ部で挟み込まれる。一対の転写ロール２１０ａ，２１０ｂは加熱部２１１ａ，２１１ｂを有するヒートロールであり、重ね合された転写用触媒層シートＣＳと第１の電解質膜ＰＳ１と第２の電解質膜ＰＳ２とをホットプレス（加熱および加圧）する。これにより、第１の電解質膜ＰＳ１に第１の触媒層ＣＬ１を転写するとともに、第２の電解質膜ＰＳ２に第２の触媒層ＣＬ２を転写する（図２のステップＳ５０）。これにより、第１の電解質膜ＰＳ１上に第１の触媒層ＣＬ１が形成された第１の触媒層形成膜（ＣＣＭ：Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）ＣＭ１および第２の電解質膜ＰＳ２上に第２の触媒層ＣＬ２が形成された第２の触媒層形成膜ＣＭ２が作製される。第１の電解質膜ＰＳ１および第２の電解質膜ＰＳ２は、同じ電解質膜であっても異なる電解質膜であってもよい。なお、加熱温度は、電解質膜や触媒層に含まれる電解質の熱分解温度以下の温度で、かつ、触媒の相転移温度以上の温度、例えば、１３０℃〜１５０℃程度に設定される。
【００１９】
一対の剥離ロール２２０ａ，２２０ｂは、一対の転写ロール２１０ａ，２１０ｂから搬送されてくる基材シートＢＳから、第１の触媒層形成膜ＣＭ１および第２の触媒層形成膜ＣＭ２を剥離する（ステップＳ６０）。剥離後の第１の触媒層形成膜ＣＭ１および第２の触媒層形成膜ＣＭ２は第１の触媒層形成膜巻き取りロールＣＷ１および第２の触媒層形成膜巻き取りロールＣＷ２によって巻き取られ、基材シートＢＳは基材シート巻き取ロールＢＷによって巻き取られる。
【００２０】
以上説明したように、本実施形態の触媒層形成膜製造装置１０では、第１の塗工部１１０の第１のダイヘッド１１２によりバックアップロール１１４で支持された状態の基材シートＢＳの表面（第１の面）に第１の触媒液を塗工（塗布）すると同時に、第１の塗工液による第１の触媒層ＣＬ１がバックアップロール１１４により加熱乾燥される。これにより、別途独立して乾燥装置を設けずに、第２の塗工部１２０の第２のダイヘッド１２４により基材シートＢＳの裏面（第２の面）に第２の塗工液を塗工（塗布）する際に、第２のダイヘッド１２４を基材シートＢＳの第２の面に押し当てても、第１の塗工液が流れ出してしまい、第１の触媒層ＣＬ１が変形してしまうことを抑制し、第１の触媒層ＣＬ１を安定な形状で形成することができる。
【００２１】
また、第１の塗工液および第２の塗工液を同じとし、第１の触媒層ＣＬ１および第２の触媒層ＣＬ２を同じ構成とするとともに、第１の電解質膜ＰＳ１および第２の電解質膜ＰＳ２を同じ電解質膜を用いる構成とすれば、触媒液の塗布および乾燥による触媒層の形成と電解質膜への触媒層の転写を行なって触媒層形成膜を形成する１回の製造ラインにおいて２回分の触媒層形成膜の製造が可能となるので、製造効率を２倍にできる。また、１回の製造ラインを直列に２つ並べる場合に比べて、製造ラインの長さを１／２にすることができ、並列に２つ並べる場合に比べて製造ラインの幅を１／２にすることができる。
【００２２】
また、基材シートＢＳとして利用されるＰＴＦＥは、転写による変形により再利用が難しく、また、一般に材料費が高い。本実施形態のように基材シートＢＳの両面を利用すれば、基材シートＢＳの利用効率を高めて、製造コストを低減することが可能である。
【００２３】
また、第２の塗工部１２０による第２の触媒インクの塗布を開始する直前における乾燥状態を、第１の触媒層ＣＬ１中の固体成分に対する液体成分の体積が５倍以下、すなわち、０〜５倍の範囲となるようにすることにより、第１の触媒層ＣＬ１の乾燥が不十分で第１の塗工液が流れ出して第１の触媒層ＣＬ１が変形してしまうことを抑制することができる。なお、第２の触媒インクの塗布を開始する直前における乾燥状態を、第１の触媒層ＣＬ１中の固体成分に対する液体成分の体積比が１倍〜５倍の範囲内することが好ましく、２倍〜５倍の範囲内とすることがより好ましい。このようにすれば、第２のダイヘッド１２４が押し当てられることによって、第１の触媒層ＣＬ１に割れが発生してしまうことも抑制することができる。
【００２４】
なお、上記説明からわかるように、第１のダイヘッド１１２および第２のダイヘッド１２４が本発明の第１の塗工ヘッドおよび第２の塗工ヘッドに相当する。
【００２５】
Ｂ．第２実施形態：
図３は、第２実施形態として電解質膜上に触媒層が形成された触媒層形成膜を製造するための製造装置の概略構成を示す説明図である。この触媒層形成膜製造装置１０Ｂは、第１実施形態の触媒層形成膜製造装置１０（図１）の転写用触媒層形成部１００を、転写用触媒層形成部１００Ｂとした点が異なっている。転写用触媒層形成部１００Ｂは、転写用触媒層形成部１００の第２の塗工部１２０を、サポートロール１２２を省略した第２の塗工部１２０Ｂとし、第１の塗工部１１０と第２の塗工部１２０Ｂとの間の搬送路に搬送ベルト１１６を備えている。
【００２６】
搬送ベルト１１６は、加熱部１１７を有するヒートベルトであり、バックアップロール１１４による第１の触媒層ＣＬ１の加熱乾燥に加えて、第１の触媒層ＣＬ１を加熱乾燥する。加熱温度は、第１実施形態で説明したように、バックアップロール１１４および搬送ベルト１１６による乾燥によって、第２の塗工部１２０による第２の触媒インクの塗布を開始する直前における乾燥状態として、第１の触媒層ＣＬ１中の固体成分に対する液体成分の体積が０〜５倍の範囲内となるように設定される。好ましくは、１〜５倍の範囲内となるように設定される。より好ましくは２〜５倍の範囲となるように設定される。例えば、バックアップロール１１４の加熱温度を８０℃、搬送ベルト１１６の加熱温度を１１０℃のように設定すればよい。
【００２７】
本実施形態においては、バックアップロール１１４の加熱乾燥に加えて搬送ベルトによる加熱乾燥を実行することにより、第１の触媒層ＣＬの乾燥を促進することができる。なお、バックアップロール１１４および搬送ベルト１１６による２段階の加熱乾燥によれば、それぞれの加熱部を小型化できるので、別途独立して乾燥装置を設ける場合の装置の大型化、複雑化に比べて小型化、簡易化に有利である。
【００２８】
Ｃ．変形例：
なお、上記実施形態では、触媒層形成膜製造装置の転写用触媒層作製部に本発明の塗工装置を適用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、種々の塗工液を基材シートの両面に塗布して、基材シートの両面に塗工液層を形成する塗工装置に適用することが可能である。
【００２９】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…触媒層形成膜製造装置
１０Ｂ…触媒層形成膜製造装置
１００…触媒層作製部
１１０…塗工部
１１２…ダイヘッド
１１４…バックアップロール
１１５…加熱部
１１６…搬送ベルト
１１７…加熱部
１２０…塗工部
１２２…サポートロール
１２４…ダイヘッド
１３０…乾燥部
２００…触媒層転写部
２１０ａ，２１０ｂ…転写ロール
２１１ａ，２１１ｂ…加熱部
２２０ａ，２２０ｂ…剥離ロール
ＢＳ…基材シート
ＣＳ…転写用触媒層シート
ＢＵ…基材シート巻き出しロール
ＢＷ…基材シート巻き取ロール
ＣＬ１…触媒層
ＣＬ２…触媒層
ＣＭ１…触媒層形成膜
ＣＭ２…触媒層形成膜
ＰＳ１…電解質膜
ＰＳ２…電解質膜
ＰＵ１…電解質膜巻き出しロール
ＰＵ２…電解質膜巻き出しロール
ＣＷ１…触媒層形成膜巻き取りロール
ＣＷ２…触媒層形成膜巻き取りロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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