(57)【要約】【課題】塗布成膜後の膜表面の乾燥を抑制して、塗布膜の欠陥の発生を防止するとともに、塗布成膜後の膜表面を外気流から保護し、かつ、乾燥工程から漏れ出た熱風による温度影響も回避できる塗布膜製造装置を実現する。【解決手段】塗布膜製造装置１００は、被塗布基材１上に塗布成膜する塗布ユニット２０と、塗布ユニットの後流側に連続配置され成膜された塗布膜を乾燥させる乾燥ユニット３０と、を有する。塗布膜製造装置は、塗布ユニットの塗布部２１から乾燥ユニットの入口３２までの領域に配設され、被塗布基材１上の塗布膜の表面側を覆う保護カバー４０と、保護カバーの外側にエアーを吹き付けるためのエアーブロー部５０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被塗布基材上に塗布成膜する塗布ユニットと、前記塗布ユニットの後流側に連続配置され成膜された塗布膜を乾燥させる乾燥ユニットと、を有する塗布膜製造装置であって、
前記塗布ユニットの塗布部から前記乾燥ユニットの入口までの領域に配設され、前記被塗布基材上の前記塗布膜の表面側を覆う保護カバーと、
前記保護カバーの外側にエアーを吹き付けるためのエアーブロー部と、
を有することを特徴とする塗布膜製造装置。
【請求項２】
前記塗布ユニットおよび前記乾燥ユニットは、ロール・トゥ・ロール部によって搬送される前記被塗布基材に沿って連続配置されていることを特徴とする請求項１に記載の塗布膜製造装置。
【請求項３】
前記保護カバーは、通気性を有するメッシュ部材で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗布膜製造装置。
【請求項４】
前記保護カバーは、前記メッシュ部材のメッシュサイズが任意に変更可能であることを特徴とする請求項３に記載の塗布膜製造装置。
【請求項５】
前記保護カバー内において、前記メッシュ部材のメッシュサイズが部分的に異なることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の塗布膜製造装置。
【請求項６】
前記保護カバーは、前記メッシュ部材のメッシュサイズを切り替えるための自動切り替え機構を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の塗布膜製造装置。
【請求項７】
前記エアーブロー部は、吹付けるエアーの温度を調整する機能を有する温度調整部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の塗布膜製造装置。
【請求項８】
前記エアーブロー部は、吹付けるエアーの流量を調整する機能を有する流量調整部を備えることを特徴とする請求項７に記載の塗布膜製造装置。
【請求項９】
前記乾燥ユニットからの漏洩熱風の風速を検出する風速計、および漏洩熱風の温度を検出する温度計を備え、前記風速計および前記温度計の検出値に基づいて、前記エアーブロー部の吐出エアーの流量および温度をフィードバック制御することによって、前記塗布ユニット内の雰囲気温度を一定にし、前記乾燥ユニットへの冷却エアーの侵入を防止することを特徴とする請求項８に記載の塗布膜製造装置。
【請求項１０】
前記エアーブロー部は、エアーノズルから構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の塗布膜製造装置。
【請求項１１】
前記塗布ユニットの前記乾燥ユニットの前記入口側の天井部にエアーの排気口を設けていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の塗布膜製造装置。
【請求項１２】
前記排気口へ向けてエアーを巻き上げるためのエアー巻き上げノズルを有することを特徴とする請求項１１に記載の塗布膜製造装置。
【請求項１３】
前記塗布膜が燃料電池の膜電極接合体における触媒層を形成する触媒スラリー塗布膜であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の塗布膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗布ユニットと乾燥ユニットとを備える塗布膜製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗布膜製造装置として、塗布工程を行う塗布ユニットと、乾燥工程を行う乾燥ユニットとが連続配置されたものがある（特許文献１参照）。この種の塗布膜製造装置は、塗布工程において、ダイによって被塗布基材上に塗布膜を成膜する。塗布工程の後に、塗布膜を乾燥工程に搬送し、塗布膜を乾燥させる。特許文献１の技術では乾燥工程の前にプレ乾燥工程をさらに設けることによって、塗布膜表面の乾燥を促進させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６６５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、塗布膜表面の乾燥を過剰に促進させると、急激な乾燥によって膜表面が収縮してしまい、塗布膜にクラックや剥離、ピンホールなどの欠陥が発生してしまう。したがって、適切な環境で乾燥を行う必要がある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、塗布成膜後の膜表面の過剰な乾燥を抑止して、塗布膜の欠陥の発生を防止するとともに、塗布成膜後の膜表面を外気流から保護することができる塗布膜製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る塗布膜製造装置は、被塗布基材上に塗布成膜する塗布ユニットと、前記塗布ユニットの後流側に連続配置され成膜された塗布膜を乾燥させる乾燥ユニットと、を有する。塗布膜製造装置は、前記塗布ユニットの塗布部から前記乾燥ユニットの入口までの領域に配設され、前記被塗布基材上の前記塗布膜の表面側を覆う保護カバーと、前記保護カバーの外側にエアーを吹き付けるためのエアーブロー部と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る塗布膜製造装置は、塗布ユニットの塗布部から乾燥ユニットの入口までの領域を保護カバーで覆っている。塗布部から乾燥ユニットの入口までの領域を保護カバーで覆うことによって、塗布成膜後の膜表面の過剰な乾燥を抑制し、塗布膜の欠陥の発生を防止することができる。また、エアーブロー部により、保護カバーの外側にエアーを吹き付けている。保護カバーの外側にエアーを吹き付けることによって、保護カバー内への外気流の侵入を防止するので、塗布成膜後の膜表面を外気流から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る塗布膜製造装置の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る塗布膜製造装置の模式的な斜視図である。
【図３】第１実施形態において、保護カバーの幅方向長さの関係の説明に供する図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態において、多ノズル設置型の模式図、図４（ｄ）は単一ノズル設置型の模式図、図４（ｅ）はエアーノズルの吐出口の正面図である。
【図５】第１実施形態におけるエアーノズルの設置角度の説明に供する図である。
【図６】第１実施形態における排気口の形状の模式図である。
【図７】第１実施形態におけるエアー制御系の説明に供する図である。
【図８】図８（ａ）は第１実施形態における両側開閉式のメッシュサイズ自動切り替え機構の平面図、図８（ｂ）は正面図である。
【図９】第１実施形態における片側開閉式のメッシュ自動切り替え機構の正面図である。
【図１０】第１実施形態において、冷却エアーによる塗布表面の乾燥抑止効果の説明に供する図である。
【図１１】第１実施形態おいて、エアーノズルの冷却エアー、および保護カバーによるジェット効果の説明に供する図である。
【図１２】第１実施形態に係る塗布膜製造装置におけるエアーフローの説明に供する図である。
【図１３】第１実施形態において、メッシュ部材のメッシュサイズを基材進行方向に変更した場合の効果の説明に供する図である。
【図１４】第１実施形態において、メッシュ部材のメッシュサイズを塗布膜幅方向に変更した場合の効果の説明に供する図である。
【図１５】第２実施形態において、エアーノズルを水平に設置する場合の模式図である。
【図１６】図１６（ａ）はＣＣＭ塗布液の状態、図１６（ｂ）はＣＣＭ塗布液の揮発中の状態、図１６（ｃ）はＣＣＭ塗布膜の状態の説明に供する図である。
【図１７】図１７（ａ）は外気流の接触状態、図１７（ｂ）はクラックが生じた状態、図１７（ｃ）は剥がれが生じた状態の説明に供する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。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。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、図１から図９を参照して、第１実施形態に係る塗布膜製造装置の構成について説明する。図１は第１実施形態に係る塗布膜製造装置の模式図である。図２は第１実施形態に係る塗布膜製造装置の模式的な斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、第１実施形態の塗布膜製造装置１００は、概説すると、被塗布基材上１に塗布成膜する塗布ユニット２０と、塗布ユニット２０の後流側に連続配置され成膜された塗布膜２を乾燥させる乾燥ユニット３０と、を有する。塗布膜製造装置１００は、塗布ユニット２０のダイヘッド２１（塗布部に相当する）塗布部から乾燥ユニット３０の入口３２までの領域に配設され、被塗布基材１上の塗布膜２の表面側を覆う保護カバー４０と、保護カバー４０の外側にエアーを吹き付けるためのエアーブロー部５０と、を有する。図示する塗布膜製造装置１００は、塗布ユニット２０および乾燥ユニット３０は、ロール・トゥ・ロール部１０によって搬送される被塗布基材１に沿って連続配置されている。以下、詳述する。
【００１２】
ロール・トゥ・ロール部１０は、巻出し側１１から巻取り側１２まで、一定の張力で被塗布基材１を保持する。ロール・トゥ・ロール部１０は、各ユニット２０、３０において、複数のロール１３、１４の回転やサポートによって被塗布基材１を搬送する。
【００１３】
被塗布基材１としては、たとえば、樹脂フィルム、金属箔、布、紙等が挙げられるが、帯状であればよく、例示の材料に限定されない。
【００１４】
ロール・トゥ・ロール部１０において、巻出し側１１から搬送されてきた被塗布基材１は、複数のサポートロール１３によって支承される。被塗布基材１は、サポートロール１３によって支承され、一定の張力を保持したままで、バックアップロール１４を通過する。バックアップロール１４に対向するように、ダイヘッド２１が設けられている。バックアップロール１４において、ダイヘッド２１により被塗布基材１上に塗布溶剤が塗布され、塗布膜２が成膜される（図３参照）。
【００１５】
被塗布基材１は、バックアップロール１４によって支持された状態で、ダイヘッド２１により塗布される。したがって、バックアップロール１４の偏心量は、３μｍ以下に設定され、塗布工程Ｃに対する精度の外乱を抑制している。
【００１６】
塗布工程Ｃは、ダイヘッド２１によるスリットダイ塗布に限定されず、たとえば、スプレー塗布、インクジェット塗布、ナイフ（ブレード）塗布、グラビア塗布、カーテン塗布などの種々の塗布方法が選定可能である。
【００１７】
塗布工程Ｃにおいて塗布膜の成膜後、サポートロール１３にて支承されながら、乾燥ユニット３０に搬送される。ロール・トゥ・ロール部１０では、被塗布基材１は巻出しから巻取りまで一連の繋がりをもって塗布・乾燥されるため、塗布ユニット２０と乾燥ユニット３０は連続配置されている。
【００１８】
乾燥ユニット３０は、たとえば、乾燥工程Ｄを行うための乾燥部３１が備えられている。乾燥部３１としては、たとえば、ヒータからの熱によって加温された熱風を循環させる方式が採用される。ヒータとしては、たとえば、一般的な電気ヒータやＩＨヒータ、遠赤外線ヒータ、蒸気ヒータなどが挙げられるが、ヒータに限定されない。
【００１９】
一般的には、被塗布基材１の上下に乾燥部３１を備え、被塗布基材１の表裏面を乾燥させるようになっている。温度のみで乾燥させる場合は、揮発蒸気が循環せず、揮発促進の弊害となる。揮発が促進されないと、塗布膜の乾燥遅延や膜内の乾燥むらなどの問題が生じるため、温度と風の双方の熱風乾燥が望ましい。乾燥ユニット３０での乾燥工程Ｄの後、被塗布基材１は巻取り側に搬送される。
【００２０】
塗布ユニット２０のダイヘッド２１による塗布成膜直後から乾燥ユニット３０の入口３２までの領域には、被塗布基材１上の塗布膜の表面側を覆う保護カバー４０が配設されている。
【００２１】
保護カバー４０の材質としては、たとえば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼やアルミニウムなどの金属、ＰＴＦＥ、ＭＣナイロンなどの樹脂が好ましいが、例示の材質に限定されない。
【００２２】
また、保護カバー４０は、網部材やパンチングメタルなどの通気性を有するメッシュ部材で形成されていることが好ましい。保護カバー４０のメッシュ部材のメッシュサイズは、塗布液溶媒の種類や塗布膜厚によって、任意に変更可能である。また、同一の保護カバー４０内において、メッシュ部材は全て同一のメッシュサイズで構成してもよく、部分的にメッシュサイズが異なっていてもよい。
【００２３】
次に、本実施形態における保護カバーの幅方向長さについて説明する。図３は第１実施形態において、保護カバーの幅方向長さの関係の説明に供する図である。
【００２４】
図３に示すように、保護カバー４０の幅寸法をＷｃと、被塗布基材１の幅寸法をＷｆと、塗布膜２の幅方向寸法をＷｔとする。これらＷｃ、Ｗｆ、Ｗｔの関係は、Ｗｃ＞Ｗｆ≧Ｗｔに設定することが望ましい。
【００２５】
再び図１を参照して、塗布ユニット２０には、保護カバー４０の外側にエアーを吹き付けるためのエアーブロー部５０が設けられている。エアーブロー部５０のエアーは、ダイヘッド２１近傍から、保護カバー４０の外側の表面に沿って、乾燥ユニット３０の入口３２側へと吹付けられる。エアーブロー部５０としては、たとえば、エアー制御系５５に接続されたエアーノズル５１が好適である（図７参照）。エアーブロー部５０は、エアーノズル５１に限定されず、送風ファン等の他の形式のエアーブロー部であっても構わない。エアー制御系には、送風装置５６（流量調整部に相当する）、冷却装置５７（温度調整部に相当する）およびフィルタ５８などが設けられており、詳しくは後述する。
【００２６】
エアーノズル５１の材質としては、たとえば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼やアルミニウム、樹脂等を採用することができ、特に材質は限定されない。エアーノズルとしては、たとえば、スプレーイングシステムスジャパン株式会社製や、株式会社いけうち製等のエアーノズルを採用する。
【００２７】
塗布ユニット２０における乾燥ユニット３０の入口３２側の天井部には、エアーブロー部５０からのエアーを排気する排気口２２が設けられている。
【００２８】
次に、図４を参照して、本実施形態におけるエアーノズル５１について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態において、多ノズル設置型の模式図、図４（ｄ）は単一ノズル設置型の模式図、図４（ｅ）はエアーノズルの吐出口の正面図である。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、エアーノズル５１は、複数のノズルを並設した多ノズル設置型であってもよく、図４（ｄ）に示すように、単一ノズル設置型であってもよい。
【００３０】
多ノズル設置型の場合は、複数のエアーノズル５１は保護カバー４０の全面にエアーが吐出されているように設置され、エアーノズル間にエアーが吐出されない領域ができないように設定されることが望ましい。図４（ｂ）（ｃ）に示すように、複数のエアーノズル５１は、保護カバー４０の表面に沿ってエアーを吐出するように配置される。
【００３１】
また、図４（ｅ）に示すように、エアーノズル５１の吐出口５２の形状は、スリット状であることが好ましい。スリット状の吐出口５２からエアーを吐出することにより、エアーが拡散することない。また、吐出口５２から吐出したエアーが保護カバー４０内に侵入することがなく、かつ、吐出風量の増大が望めるからである。スリット状の吐出口５２の形成方法には、上型と下型の合わせ面にシムを挟みこむことで、スリットを形成する方法や、コの字型の上下型を向い合せることでスリットを形成する方法などが用いられる。
【００３２】
次に、図５を参照して、本実施形態におけるエアーノズル５１の設置角度について説明する。図５は第１実施形態におけるエアーノズルの設置角度の説明に供する図である。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、バックアップロール１４の中心軸の延長線上から乾燥ユニット３０の直前のサポートロール１３に向かう被塗布基材１の傾斜角度をθｆとする。また、図５（ｂ）に示すように、バックアップロール１４の中心軸の延長線上から保護カバー４０の傾斜角度をθｃとし、エアーノズル５１の傾斜角度をθｎとする。エアーノズル５１の角度θｎは、エアーの吐出角度と同等である。すると、これらθｆ、θｃ、θｎの関係多は、θｆ＝θｃ＝θｎであることが望ましい。
【００３４】
次に、図１および図６を参照して、本実施形態における排気口２２の形状について説明する。図６は第１実施形態における排気口の形状の模式図である。
【００３５】
排気口２２としては、丸ダクトや角ダクトなどのダクト２３が用いられる。図６に示すように、ダクト２３の先端には、エアーの集積効果を向上させるために、断面が台形状の捕集口２４を設けてもよい。捕集口２４のサイズは、保護カバー４０の幅寸法Ｗｃよりも大きく設定することで、捕集効率をより向上させることができる（図３参照）。
【００３６】
次に、図７を参照して、本実施形態におけるエアー制御系５５について説明する。図７は第１実施形態におけるエアー制御系の説明に供する図である。
【００３７】
図７に示すように、乾燥ユニット３０の入口３２の手前に風速計６０が設けられる。風速計６０は、乾燥工程Ｄより漏洩する熱風の風速を測定する。風速計６０の検出信号系６１は、送風装置５６に接続されている。
【００３８】
風速計６０の風速データは、送風装置５６にフィードバックされる。そして、送風装置５６は送風量を調整し、エアーノズル５１の風量（風速）を制御する。乾燥工程Ｄからの漏洩熱風の風速＝エアーノズル５１の風速×１．５〜２倍に設定することが望ましい。
【００３９】
たとえば、被塗布基材１の上下からのスリットノズル式乾燥工程で、設定温度１００℃、熱風送風周波数６０Ｈｚ、被塗布基材１とエアーノズル間の距離を２０ｍｍとしたとき、エアーノズル５１の直下風速は約３０ｍ／ｓであった。このとき、塗布工程Ｃへの漏洩熱風の風速は１．０〜１．５ｍ／ｓであったため、エアーノズル５１の風速を２．０〜３．０ｍ／ｓとなるように制御した。
【００４０】
送風装置５６としては、たとえば、流量調整機能を有するコンプレッサやブロワなどが用いられるが、例示の送風装置に限定されない。送風装置５６には、付属機器として冷却装置５７が備えられている。冷却装置５７としては、たとえば、冷媒供給装置やエアークーラーなどが用いられるが、例示の冷却装置に限定されない。
【００４１】
送風装置５６とエアーノズル５１との間には、フィルタ５８が介設される。一般的に、塗布工程Ｃはクリーン環境下であることが多く、異物の混入は品質に影響するため、送風装置５２とエアーノズル５１とを結ぶ供給系５３にフィルタ５４を介設することが望ましい。また、ドライ環境下で行う塗布工程Ｃであれば、エアードライヤーなどの装置を設置することも必要となる。
【００４２】
さらに、乾燥ユニット３０の入口３２の手前に温度計７０が設けられる。温度計７０としては、たとえば、測温抵抗体や熱電対などが用いられるが、例示の温度計に限定されない。温度計６０は、乾燥工程Ｄより漏洩する熱風の温度を測定する。温度計７０の検出信号系７１は、冷却装置５７に接続されている。
【００４３】
温度計７０の温度データは、送風装置５６に付属する冷却装置５７にフィードバックされる。そして、冷却装置５７が作動し、送風装置５６より送風されるエアーの温度を冷却もしくは暖気（冷却停止）するように制御する。冷却エアーの温度は、熱風の漏洩温度が常に塗布工程Ｃの温度の＋５℃程度に抑制されるように、制御されることが望ましい。
【００４４】
次に、図８および図９を参照して、本実施形態における保護カバー４０のメッシュ部材のメッシュサイズの自動切り替え機構について説明する。図８（ａ）は第１実施形態における両側開閉式のメッシュサイズ自動切り替え機構の平面図、図８（ｂ）は正面図である。
【００４５】
図８に示すように、本実施形態におけるメッシュサイズ自動切り替え機構４１Ａのメッシュ部材４２は、たとえば、メッシュサイズＸ、メッシュサイズＹ、メッシュサイズＺの３種のメッシュサイズを有している。メッシュサイズＸは「細かい」、メッシュサイズＹは「中間」、メッシュサイズＺは「粗い」に設定されている。
【００４６】
たとえば、細かいメッシュサイズＸには、２００ｍｅｓｈ（目サイズ８７μｍ）を用いる。中間のメッシュサイズＹには、４５ｍｅｓｈ（目サイズ３９０μｍ）を用いる。粗いメッシュサイズＺには、１８．８ｍｅｓｈ（目サイズ８５０μｍ）を用いる。
【００４７】
メッシュ部材４２は、塗布液溶媒の沸点（揮発性の程度）の差や、塗布膜の厚みに応じてメッシュサイズを変更可能とし、保護カバー４０に揮発蒸気が滞留しないように制御する。たとえば、保護カバー４０の外側への排出抵抗値は、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＞Ｘ＋Ｙ＞Ｘ＋Ｚ＞Ｙ＋Ｚ＞Ｘ＞Ｙ＞Ｚとなる。
【００４８】
メッシュ部材４２のメッシュサイズ、およびメッシュ部材４２の種類数は、ライン製造品種ごとに任意に設定できる。また、常時、同じメッシュサイズを使用するのではなく、製造タイミングに応じて、メッシュ部材４２のメッシュサイズを変更可能な制御動作を取り入れることも可能である。
【００４９】
メッシュ部材４２は、矩形の枠体に張設されている。メッシュ部材４２には、ジョイント４３を介して進退可能なシリンダ装置４４が接続されている。シリンダ装置４４の進退動作が、保護カバー４０の開閉動作機構となる。シリンダ装置４４の数は任意であるが、ジョイント４３を介してシリンダ装置４４の先端をメッシュ部材４２に接続することにより、応力集中を分散することができ、当該接続部の短期劣化を抑制することができる。
【００５０】
メッシュ部材４２は、一対のガイドレール４５に沿ってスライド移動する。メッシュ部材４２をガイドレール４５に沿ってスライド移動させることにより、当該メッシュ部材４２の滑らかな開閉を実現することができる。
【００５１】
図８に示す両側開閉式のメッシュサイズ自動切り替え機構４１Ａでは、メッシュ部材４２、４２同士の当接部に、パッキン４６が設けられている。メッシュ部材４２、４２同士の当接部にパッキン４６を設けることにより、互いの衝突によるメッシュ部材４２の短期劣化を防止することができる。さらに、パッキン４６によってメッシュ部材４２、４２間が密閉されるので、蒸気の漏洩を防止することができる。
【００５２】
図９は第１実施形態における片側開閉式のメッシュ自動切り替え機構の正面図である。
【００５３】
図９に示すように、片側開閉式のメッシュサイズの自動切り替え機構４１Ｂを構成してもよい。開閉方式に制約はなく、たとえば、観音開き方式や、ダイヘッド２１側へスライドする方式であってもよい。
【００５４】
なお、本実施形態のメッシュサイズの自動切り替え機構４１Ａ、４１Ｂでは、保護カバー４０の上部に配置されたメッシュ部材４２を自動で切り替える機構として構成している。これに限定されず、メッシュサイズの自動切り替え機構は、保護カバー４０の両側面に配置されたメッシュ部材を自動で切り替える機構として構成しても。
【００５５】
次に、図１から図１７を参照して、第１実施形態に係る塗布膜製造装置の作用について説明する。
【００５６】
第１実施形態に係る塗布膜製造装置１００を用いて塗布・乾燥プロセスを行う塗布膜２としては、たとえば、燃料電池（ＦＣＶ）において触媒層と電解質膜とによって構成されるＣＣＭ（Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）用のＣＣＭ塗布膜が挙げられる。
【００５７】
まず、図１６を参照して、ＣＣＭ塗布膜の乾燥による収縮メカニズムについて説明する。図１６（ａ）はＣＣＭ塗布液の状態、図１６（ｂ）はＣＣＭ塗布液の揮発中の状態、図１６（ｃ）はＣＣＭ塗布膜の状態の説明に供する図である。
【００５８】
ＣＣＭ塗布膜（乾燥膜）はＰｔ（白金）触媒がカーボン粒子に担持され、そのカーボン粒子がアイオノマー（電解質）に覆われた状態で存在している。
【００５９】
図１６（ａ）に示すように、ＣＣＭ塗布液（液体）の状態では、溶媒中３０１にアイオノマー３０２が溶解され、分散して存在している。図１６において、３０３はカーボン粒子、３０４の黒点はＰｔ触媒である。
【００６０】
図１６（ｂ）に示すように、乾燥過程において、溶媒３０１が順次揮発していくことで、アイオノマー３０２、３０２同士が再集結（結合）されていく。ここで、カーボンの特性は、活性物質であり、エネルギーを安定化するために、不活性物質になろうとする。カーボンの表面積が大きいと、活性エネルギーも大きい。したがって、カーバンは表面積を小さくしようと動き、様々な物質と結合する。消臭剤等に用いられる炭化材は、このカーバンの性質を用いて、匂い物質を吸着させている。
【００６１】
さて、ＣＣＭ触媒の場合、カーボンは粒子となっており、カーボン粒子３０３が自由に動ける状態である。カーボン粒子３０３は軽いため、非常に動きやすい。また、Ｐｔ触媒３０４を効率的に担持させるために、カーボン粒子３０３の表面に凹凸を設けている。よって、カーボン粒子３０３の表面積はより大きくなっている。このように、ＣＣＭ触媒内のカーボン粒子３０３、３０３同士は結合し易い状態となっている。
【００６２】
このようなカーボンの特性上、溶媒の揮発段階で、アイオノマー同士が接近、結合する。図１６（ｃ）に示すように、アイオノマー３０２、３０２同士の接近、結合により、アイオノマー３０２に覆われているカーボン粒子３０３、３０３同士がより密接に結合しようと動くため、乾燥膜が収縮する。
【００６３】
次に、図１７を参照して、ＣＣＭ塗布膜の表面乾燥によるクラック、剥離のメカニズムについて説明する。図１７（ａ）は外気流の接触状態、図１７（ｂ）はクラックが生じた状態、図１７（ｃ）は剥離が生じた状態の説明に供する図である。
【００６４】
図１７（ａ）に示すように、塗布膜２が外気流Ａｏに触れると、上述のようなＣＣＭ塗布膜の乾燥挙動によって、塗布膜２は収縮する。図１７（ｂ）に示すように、塗布膜２の表面の乾燥が促進される場合に、横方向収縮すると、塗布膜２、２同士が引っ張り合うことで、クラックが発生する。また、図１７（ｃ）に示すように、縦方向に収縮する場合は、被塗布基材１の接触面から表面側に引っ張られるため、被塗布基材１と塗布膜２との間に剥がれ３が発生する。剥がれが表面に達すると、ピンホールとなる。
【００６５】
そこで、第１実施形態に係る塗布膜製造装置１００は、塗布ユニット２０のダイヘッド２１による塗布成膜の直後から乾燥ユニット３０の入口３２までの領域を保護カバー４０で覆い、当該保護カバー４０の上面外側に、エアーブロー部５０からエアーを吹き付けている。保護カバー４０が塗布成膜直後から乾燥ユニット３０の入口３２までの領域を覆うことによって、外気流が塗布膜表面に触れて乾燥が過剰に促進されてしまうことを防いでいる。塗布成膜後の膜表面の過剰な乾燥を抑制することにより、塗布膜の欠陥の発生を防止することができる。
【００６６】
また、保護カバー４０の上面外側にエアーを吹き付けることによって、エアーカーテンの機能を有する。エアーカーテンによって外気流の侵入を防止して、成膜後の塗布膜の表面を外気流から保護することができる。さらに、乾燥ユニット３０からの漏洩熱風よって雰囲気温度が上昇するが、冷却エアーの冷却効果により、塗布膜の表面への乾燥促進の影響を抑制することができる。
【００６７】
図１０を参照して、本実施形態のエアーノズル５１の冷却エアーによる塗布表面の乾燥抑止効果について説明する。図１０は第１実施形態において、冷却エアーによる塗布表面の乾燥抑止効果の説明に供する図である。
【００６８】
図１０に示すように、保護カバー４０の上面外側には、エアーノズル５１から冷却エアーＡｃが吐出される。乾燥工程Ｄから漏洩する熱風Ａｈは、保護カバー４０の上面外側を流れる冷却エアーＡｃによって、混合風Ａｍとして冷却され、かつ、巻上げられる。巻上げられた混合風Ａｍは、塗布ユニット２０の乾燥ユニット３０の入口３２近傍の天井部に設けられた排気口２２から排気される。
【００６９】
保護カバー４０の上面外側を流れる冷却エアーＡｃによって、保護カバー４０内はエアーカーテン状態となり、外気流の影響を受けなくなる。かつ、この冷却エアーＡｃによって、外気温、特に乾燥工程Ｄの高温環境雰囲気の影響をも抑止することができる。
【００７０】
次に、図１１を参照して、本実施形態のエアーノズル５１の冷却エアー、および保護カバー４０によるジェット効果について説明する。図１１は第１実施形態のエアーノズルの冷却エアー、および保護カバーによるジェット効果の説明に供する図である。
【００７１】
図１１に示すように、エアーノズルから冷却エアーを保護カバー４０の上面外側に吹き付けると、いわゆるジェット効果が生じる。すなわち、保護カバー４０の上部に集まってきた塗布膜２の揮発溶剤蒸気Ｖｓが、ジェット効果により、矢印Ｖに示すように、自然に保護カバー４０の外側に排出されることになる。揮発溶剤蒸気Ｖｓは自然に排出され、強制的に揮発溶剤蒸気Ｖｓを排出することがないため、膜表面の乾燥促進や乾燥むらが生じない。また、自然に揮発溶剤蒸気Ｖｓの排出を促すため、密閉カバーのような揮発溶剤蒸気Ｖｓの滞留による膜表面への溶剤暴露や、結露による水滴落ちの発生がない。なお、図１１中のＡｏは外気流である。
【００７２】
次に、図１２を参照して、本実施形態に係る塗布膜製造装置におけるエアーフローについて説明する。図１２は第１実施形態に係る塗布膜製造装置におけるエアーフローの説明に供する図である。
【００７３】
図１２に示すように、エアーノズル５１から吐出される冷却エアーＡｃと乾燥装置の入口３２から漏洩する熱風は、排気口２２の直下で衝突する。そして、巻上げられた混合風Ａｍが排気口２２から排気される。冷却エアーＡｃは、保護カバー４０の上面外側に沿うように吐出される。すなわち、冷却エアーＡｃは、保護カバー４０と同角度の上向き傾斜で吹き付けられるため、混合風Ａｍは巻上げエアーとなる。
【００７４】
次に、図１３を参照して、本実施形態におけるメッシュ部材４２のメッシュサイズを進行方向に変更する場合について説明する。図１３は第１実施形態において、メッシュ部材のメッシュサイズを進行方向に変更した場合の効果の説明に供する図である。
【００７５】
図１３に示すように、塗布ユニット２０による塗布膜成膜の直後は、ダイヘッド２１から塗布溶剤が吐出され、初めて大気接触する段階であるため、塗布膜は最も湿った状態である。成膜直後の塗布膜の揮発溶剤蒸気は最も量が多く、濃度も高い。
【００７６】
しかし、乾燥工程へ向かい被塗布基材１上を搬送されていく段階で、塗布膜内が保有している溶媒量が次第に減少してくる。溶媒量が減少すると、揮発溶剤蒸気量は少なくなり、濃度も低下する。そのため、保護カバー４０内の全体を常に同一濃度環境下に設定することで、揮発溶剤蒸気の安定化を図れることができる。
【００７７】
したがって、塗布膜の成膜直後は、メッシュ部材４２のメッシュサイズを最も粗く設定する。そして、塗布膜が搬送されていく段階で、メッシュ部材４２のメッシュサイズを徐々に細かくしていくことで、保護カバー４０内を同一濃度環境下に制御することが可能である。
【００７８】
次に、図１４を参照して、本実施形態におけるメッシュ部材４２のメッシュサイズを塗布膜幅方向に変更する場合について説明する。図１４は第１実施形態において、メッシュ部材のメッシュサイズを塗布膜幅方向に変更した場合の効果の説明に供する図である。
【００７９】
図１４に示すように、塗布膜の膜厚が厚くなるほど、塗布膜の側面側からの揮発溶剤蒸気Ｖｓの量が増加する。そのため、塗布膜幅方向では、塗布膜２の両端側が最も揮発溶剤蒸気Ｖｓの量が多く、濃度も濃くなる。
【００８０】
そこで、塗布膜幅方向の両側に存するメッシュ部材４２のメッシュサイズを粗く設定する。当該両側のメッシュ部材４２のメッシュサイズを粗く設定すると、塗布膜幅方向内での揮発溶剤蒸気Ｖｓの量および濃度が均一化される。揮発溶剤蒸気Ｖｓの量および濃度を均一に制御することにより、塗布膜の安定化を図ることができる。
【００８１】
すなわち、第１実施形態に係る塗布膜製造装置１００は、塗布ユニット２０のダイヘッド２１による塗布成膜の直後から乾燥ユニット３０の入口３２までの領域を保護カバー４０で覆っている。塗布成膜の直後から乾燥ユニット３０の入口３２までの領域を保護カバー４０で覆うことによって、外気流が塗布膜表面に触れ、乾燥が促進させることを防いでいる。塗布成膜後の膜表面の乾燥を抑制することにより、塗布膜のクラックや剥離、ピンホール等の欠陥の発生を防止することができる。
【００８２】
また、本実施形態に係る塗布膜製造装置１００は、エアーブロー部５０により、保護カバー４０の上面外側にエアーを吹き付けている。保護カバー４０の上面外側にエアーを吹き付けることによって、エアーカーテンのように外気流を弾くので、成膜後の塗布膜の表面を外気流から完全に保護することができる。さらに、乾燥ユニット３０からの漏洩熱風よって雰囲気温度が上昇するが、冷却エアーの冷却効果により、塗布膜の表面への乾燥促進の影響を抑制することができる。
【００８３】
塗布ユニット２０および乾燥ユニット３０は、ロール・トゥ・ロール部１０によって搬送される被塗布基材１に沿って連続配置されており、被塗布基材１に一定の張力を保持したまま、塗布工程と乾燥工程とを連続的に行うことができる。
【００８４】
また、保護カバー４０は、通気性を有するメッシュ部材４２で形成されている。メッシュ部材４２と保護カバー４０の上面外側に吹き付けられる冷却エアーとが相まって、いわゆるジェット効果が生じる。すなわち、ジェット効果により、塗布膜から揮発した溶媒が保護カバー４０内に滞留することがなく、自然に保護カバー４０の外側に流れ出る。
【００８５】
さらに、保護カバー４０は、メッシュ部材４２のメッシュサイズが任意に変更可能である。メッシュ部材４２のメッシュサイズを任意に変更できるので、揮発性の異なる塗布液溶媒や、塗布膜の厚みの違い、塗布環境の違いなどにフレキシブルに対応することができる。
【００８６】
そして、本実施形態に係る塗布膜製造装置１００は、メッシュサイズの自動切り替え機構４１Ａ、４１Ｂを備える。メッシュサイズ自動切り替え機構４１Ａ、４１Ｂを備えることにより、作業容易性を向上させることができる。また、塗布膜の成膜中にメッシュ部材４２のメッシュサイズを変更し、塗布膜の揮発量を制御することもできる。
【００８７】
加えて、本実施形態に係る塗布膜製造装置１００では、同一の保護カバー内において、メッシュ部材４２のメッシュサイズが部分的に異なるように設定できる。メッシュ部材４２のメッシュサイズを部分的に変更できるので、塗布成膜後から乾燥工程に搬送されるまでの間において、揮発溶剤蒸気量を制御することができる。
【００８８】
また、本実施形態に係る塗布膜製造装置１００において、エアーブロー部５０は冷却装置５７を備え、冷却エアーもしくは温度調整したエアーを保護カバー４０に吹付けることができる。冷却エアーもしくは温度調整したエアーを保護カバー４０に吹付けるので、乾燥ユニット３０から漏洩する熱風の保護カバー４０内への侵入を防止することができる。さらに、塗布ユニット２０内の雰囲気温度の上昇を防止することができ、温度による塗布膜表面の乾燥も抑止することができる。そして、冷却エアーの温度が調整可能であるので、塗布ユニット２０内の環境、乾燥温度、および乾燥風量などの違いによる雰囲気温度の変化にフレキシブルに対応することができる。
【００８９】
当該エアーブロー部５０は、流量調整手段を備え、保護カバー４０に吹付けるエアーの流量調整が可能である。吹付けエアーの流量調整が可能であるので、乾燥ユニット３０からの漏洩熱風の風速に応じて、エアー流量を変更できる。エアー流量が可変であるので、装置を変更することなく、乾燥条件の異なる塗布膜種にフレキシブルに対応することができる。
【００９０】
また、本実施形態に係る塗布膜製造装置１００は、乾燥ユニット３０からの漏洩熱風の風速を検出する風速計６０、および漏洩熱風の温度を検出する温度計７０を備え、当該風速計６０および温度計７０の検出値に基づいて、エアーブロー部５０の吐出エアーの流量および温度をフィードバック制御することによって、塗布ユニット２０内の雰囲気温度を一定にし、乾燥ユニット３０への冷却エアーの侵入を防止する。すなわち、風速計６０および温度計７０の検出値に基づくフィードバック制御により、冷却不足および風速不足による塗布ユニット２０内の雰囲気温度の上昇や、保護カバー４０内への外気流の侵入の防止することができる。さらに、過冷却による塗布ユニット２０内の温度低下による塗布成膜品質の低下を防止することができる。そして、過度なエアー吹付けによる乾燥工程への冷却エアーの侵入を防止して、塗布・乾燥プロセスの安定化を図ることができる。
【００９１】
エアーブロー部５０は、エアーノズル５１から構成されており、保護カバー４０の表面に沿ってエアーを均等に吹き付けることができる。
【００９２】
塗布ユニット２０の乾燥ユニット３０の入口３２側の天井部にエアーの排気口２２を設けているので、乾燥ユニット３０から漏洩する熱風Ａｈを保護カバー４０の上面外側を流れる冷却エアーＡｃによって混合風Ａｍとして冷却して排気口２２から排気することができ、塗布ユニット２０の雰囲気温度の上昇を抑えることができる。
【００９３】
塗布膜として、燃料電池の膜電極接合体における触媒層を形成する触媒スラリー塗布膜を、クラックや剥離、ピンホール等の欠陥を発生させることなく製造できる。
【００９４】
（第２実施形態）
次に、図１５を参照して、第２実施形態に係る塗布膜製造装置について説明する。図１５は第２実施形態に係る塗布膜製造装置の模式図である。なお、第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して説明する。
【００９５】
図１５に示すように、第２実施形態に係る塗布膜製造装置２００は、エアーノズル５１を水平に設置する点、およびエアー巻き上げノズル８０を有する点が、第１実施形態と異なる。
【００９６】
すなわち、図１５（ａ）に示すように、ロール・トゥ・ロール部１０では、ダイヘッド２１による塗布成膜後に、被塗布基材１が水平な状態で乾燥装置へと搬送される場合がある。当該被塗布基材１が水平配置の場合は、エアーノズル５１に上向きの傾斜角度を設定することはできない。保護カバー４０へのジェット効果を保持するためには、エアーノズル５１は保護カバー４０に沿って水平に設ける必要がある。
【００９７】
したがって、図１５（ｂ）に示すように、当該被塗布基材１が水平配置の場合は、別途、エアー巻上げノズル８０を設けることが好ましい。エアー巻上げノズル８０は、保護カバー４０と乾燥ユニット３０の入口３２との間であって、排気口２２の直下付近に設けることが好ましい。かつ、エアー巻上げノズル８０は、被塗布基材１の幅方向の両側に設けられ、冷却エアーＡｃと乾燥ユニット３０から漏洩する熱風Ａｈとの合流点Ｐに向かうような傾斜角度で設ける。
【００９８】
エアーノズル５１から水平に吐出される冷却エアーＡｃと乾燥ユニット３０から漏洩する熱風Ａｈは、合流点Ｐで衝突する。そして、衝突した冷却エアーＡｃと熱風Ａｈは、巻上げノズル８０の巻上げエアーＡｕとともに排気口２２へ排出される。その際、巻上げノズル８０の巻上げエアーＡｕは、被塗布基材１側や、左右方向に拡がってしまう混合風Ａｍを集約して排気口２２へと排出することができる。
【００９９】
第２実施形態に係る塗布膜製造装置２００は、基本的に第１実施形態に係る塗布膜製造装置１００と同様の作用効果を奏する。特に、第２実施形態に係る塗布膜製造装置２００によれば、別途、エアー巻き上げノズル８０を設けているので、保護カバー４０の姿勢にかかわらず、冷却エアーＡｃと熱風Ａｈが衝突し、拡がろうとする混合風Ａｍを集約して排気口２２へと排出することができる。
【０１００】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１      被塗布基材、
２      塗布膜、
１０    ロール・トゥ・ロール部、
２０    塗布ユニット、
２１    ダイヘッド（塗布部）、
２２    排気口、
３０    乾燥ユニット、
３１    乾燥部、
３２    入口、
４０    保護カバー、
４１Ａ、４１Ｂ    メッシュサイズ自動切り替え機構
４２    メッシュ部材、
５０    エアーブロー部、
５１    エアーノズル
５５    エアー制御系、
５６    冷却装置（温度調整部）、
５７    送風装置（流量調整部）、
６０    風速計、
７０    温度計、
８０    エアー巻き上げノズル、
１００、２００    塗布膜製造装置。
【図１】
2015217354.tif 000003
【図２】
2015217354.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015217354.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2015217354.tif 000009
【図８】
2015217354.tif 000010
【図９】
2015217354.tif 000011
【図１０】
2015217354.tif 000012
【図１１】
2015217354.tif 000013
【図１２】
2015217354.tif 000014
【図１３】
2015217354.tif 000015
【図１４】
2015217354.tif 000016
【図１５】
2015217354.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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