(57)【要約】【課題】浸透層基材内に十分な塗工剤の浸透を行うことができると共に、塗工剤の効率的な利用を実現し、作業効率の向上を図ることのできる浸漬塗工装置を提供する。【解決手段】浸透層基材１２に対し、塗工剤の塗工時に、裏面側から吸引し、塗工剤を浸透層基材１２の裏面側まで過剰に滲み出させることにより浸透層基材１２の内部に十分な塗工剤を浸透させる。また、浸透層基材１２に過剰に供給された塗工剤３２は、スキージ３６で回収され、かつ真空ポンプ２６の吸引力や排気による圧送力を用いて、再利用するために塗工剤吐出部側に強制返却される。その結果、塗工剤の浸透層基材１２への十分な浸透を行いつつ、塗工剤を無駄なく効率よく使用することを可能にする。【選択図】図１
2005193112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される塗工剤を浸透可能な浸透層を有する浸透層基材を連続搬送する搬送経路と、
前記搬送経路を挟んで一方側に設けられ、所定量の塗工剤を吐出する塗工剤吐出部と、
前記搬送経路を挟んで塗工剤吐出部に対向配置され、吐出された塗工剤を前記浸透層基材に浸透させるように、当該浸透層基材の裏面から吸引する吸引部と、
前記吸引部の下流に設けられ、前記浸透層基材に存在する過剰な塗工剤を掻き落とすスキージと、
前記スキージにより掻き落とされた塗工剤を前記塗工剤吐出部側に強制返却する返却経路と、
を含むことを特徴とする浸漬塗工装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記返却経路の終端近傍には、前記吸引部の吸引源が接続され、掻き落とされた塗工剤を吸引することにより塗工剤を塗工剤吐出部側に強制返却することを特徴とする浸漬塗工装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の装置において、
前記返却経路の先端近傍には、前記吸引部の吸引源の排気管が接続され、掻き落とされた塗工剤を圧送することにより塗工剤を塗工剤吐出部側に強制返却することを特徴とする浸漬塗工装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の装置において、
前記スキージは、少なくとも浸透層基材の吸引部配置側面に設けられていることを特徴とする浸漬塗工装置。
【請求項５】
請求項２記載の装置において、
前記吸引部は、その吸引経路に圧力調整弁を有し、返却経路側より低い圧力で吸引していることを特徴とする浸漬塗工装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の装置において、
前記返却経路は、経路中に脱泡装置を含むことを特徴とする浸漬塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸漬塗工装置、特に、基材に対して塗工剤を十分に浸透させつつ、塗工剤の効率的な回収再利用を可能とする浸漬塗工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から所定の基材に対し塗工剤を塗りつける塗工装置として様々なタイプのものが提案されている。その中に、塗工剤が浸透可能な浸透層を有する構成される浸透層基材に対し塗工を行う浸漬塗工装置がある。この浸漬塗工装置を利用する例としては、燃料電池の電極形成がある。燃料電池の電極は、カーボンクロス等の多孔質の基材に対し、塗工剤として撥水剤を塗工し、その内部まで撥水剤を浸透させることにより、当該電極に撥水性を持たせている。なお、燃料電池の電極の場合、基材に形成されている孔は貫通孔である。
【０００３】
一般的な浸漬塗工装置においては、シート状の浸透層基材がバックローラ等で規定された搬送路に沿って搬送されてくる。また塗工剤は、浸透層基材に対面配置されたブロック状の塗工ダイに形成された吐出孔から前記浸透層基材に供給される。この塗工剤は、一般に吐出圧によって浸透層基材に拡散浸透させられるが、この時、塗工ダイリップ部で塗工剤がせん断切れを起こしたり、浸透層基材へダメージを与えるおそれ等の理由により、あまり吐出圧を高くすることができなかった。そのため、吐出圧の不足を補うために、例えば、浸透層基材を挟んで塗工ダイの対面位置にバックローラを配置し、塗工剤を浸透層基材に塗り込むようにしているものがあった。
【０００４】
ところが、上述のように、塗工ダイに対し、浸透層基材を挟んでその対面位置にバックローラが配置されると、多孔質の浸透層基材中の空気の抜けが阻害され十分に塗工剤が浸透し難いという不都合が生じていた。このような不都合に対する別の対策として、浸透層基材が多孔質であることを利用し、塗工ダイの対面位置にバックローラを配置する代わりに、吸引装置を配置し、塗工ダイにより浸透層基材の表面側に塗布された塗工剤を裏面側から吸引し浸透層基材に塗工剤を浸透させようとするものがある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８２６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、浸透層基材の裏面側から吸引する時の吸引力の調整が困難であった。つまり、吸引力が弱すぎる場合、浸透層基材内に十分な塗工剤の浸透を行うことができない。逆に吸引力が強すぎると浸透層基材の裏面側から過剰に塗工剤が引き出されてしまい、結果として浸透層基材内に塗工剤が不足してしまうという事態を招く。また、このような浸透層基材内における塗工剤の不足を見越して、表面側から多めに塗工剤を塗布することも考えられるが、過剰な塗工剤の使用を招き好ましくない。さらに、塗工剤の過剰な引き出しや過剰な塗布を行うと、後工程において浸透層基材の表裏面に存在する過剰な塗工剤の掻き取りが必要になり塗工剤の消費増大を招きコストアップの原因にもなっていた。また、大量に発生した掻き取り後の塗工剤の処理を行う必要があり作業が繁雑になり作業効率の低下を招いていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み成されたものであり、浸透層基材の浸透層内に十分な塗工剤の浸透を行うことができると共に、塗工剤の効率的な利用を実現し、作業効率の向上を図ることのできる浸漬塗工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の浸漬塗工装置は、供給される塗工剤を浸透可能な浸透層を有する浸透層基材を連続搬送する搬送経路と、前記搬送経路を挟んで一方側に設けられ、所定量の塗工剤を吐出する塗工剤吐出部と、前記搬送経路を挟んで塗工剤吐出部に対向配置され、吐出された塗工剤を前記浸透層基材に浸透させるように、当該浸透層基材の裏面から吸引する吸引部と、前記吸引部の下流に設けられ、前記浸透層基材に存在する過剰な塗工剤を掻き落とすスキージと、前記スキージにより掻き落とされた塗工剤を前記塗工剤吐出部側に強制返却する返却経路と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、浸透層基材とは、例えば、多孔質の物質で形成される浸透層を有するものであり、気体の流通が可能なものである。また、塗工剤とは、液体でも粘度を有するゲル状のものやペースト状のものを含む。また、吸引部は真空ポンプ等を用いた任意の吸引方式を採用することができる。
【００１０】
この構成によれば、浸透層基材の表面に供給された塗工剤は、裏面からの吸引力により拡散層内部にスムーズに浸透する。この時、意図的に裏面側に塗工剤が滲み出す程度の吸引力を設定する必要がある。この滲み出した塗工剤が過剰分として、スキージで掻き取られる。そして、掻き落とされた過剰分の塗工剤が返却経路を介して塗工剤吐出部に強制返却され再利用される。その結果、浸透層基材への塗工剤の浸透を確実かつ容易に行うことができる。また、塗工剤の再利用を効率的に行うことができる。
【００１１】
また、上記構成において、前記返却経路の終端近傍には、前記吸引部の吸引源が接続され、掻き落とされた塗工剤を吸引することにより塗工剤を塗工剤吐出部側に強制返却することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、掻き取られた過剰分の塗工剤は吸引されスムーズに塗工剤吐出部側に強制返却される。また、塗工時に浸透層基材の裏面側から吸引をする吸引源と共用することで設備構成を簡略化することができる。
【００１３】
また、上記構成において、前記返却経路の先端近傍には、前記吸引部の吸引源の排気管が接続され、掻き落とされた塗工剤を圧送することにより塗工剤を塗工剤吐出部側に強制返却することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、掻き落とされた塗工剤は排気により圧送されスムーズに塗工剤吐出部側に強制返却される。また、塗工時に浸透層基材の裏面側から吸引をする吸引源の排気を利用することで、別途圧送源を用いることなく設備構成を簡略化することができる。
【００１５】
また、上記構成において、前記スキージは、少なくとも浸透層基材の吸引部配置側面に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
ここで、浸透層基材の表面側は、例えば、塗工剤吐出部と浸透層基材との距離を調整することにより、過剰な塗工剤が残留しないように容易に制御することができる。従って、浸透層基材の裏面側に過剰に滲み出した塗工剤を掻き取るようにすればよい。もちろん、スキージを浸透層基材の表裏面に配置すれば、浸透層基材における表裏面の塗工品質を向上させることができる。
【００１７】
また、上記構成において、前記吸引部は、その吸引経路に圧力調整弁を有し、返却経路側より低い圧力で吸引していることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、それぞれ最適な吸引状態を実現しつつ、吸引源の共用可能になり、所望性能を得つつ、設備に簡略化を行うことができる。
【００１９】
また、上記構成において、前記返却経路は、経路中に脱泡装置を含むことを特徴とする。
【００２０】
ここで、脱泡装置とは、真空脱泡装置でもよいし、攪拌型脱泡装置、加圧型脱泡装置等任意の装置を採用することができる。
【００２１】
この構成によれば、塗工剤が強制返却途中に空気を巻き込んでしまった場合でも、脱泡することにより塗工剤を再利用した時の吐出品質の低下を容易に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２３】
図１には、本実施形態の浸漬塗工装置１０の構成概念図が示されている。この浸漬塗工装置１０は、大別して、浸漬塗工対象である浸透層基材１２を所定経路に沿って搬送する搬送部１４（一部のみを図示）、浸透層基材１２に塗工剤を供給する塗工剤吐出装置１６、浸透層基材１２に供給した塗工剤を浸透層基材１２に十分浸透させるための吸引装置１８、浸透層基材１２に過剰供給された塗工剤を掻き落とし、回収し再利用するリサイクル装置２０等で構成されている。
【００２４】
ここで、浸透層基材１２は、例えば、気体の流通が可能な多孔質からなる浸透層で構成された、塗工剤を内部に浸透可能な部材である。一例として燃料電池の電極を形成する基材が挙げられ、基材に形成される孔は貫通孔となっている。燃料電池の電極の場合、カーボンクロスやカーボンペーパが利用される。また、この時使用される塗工剤としては撥水剤が使用され、浸透層基材１２に撥水剤を塗工し内部まで浸透させることにより電極使用時に要求される撥水性を形成する。本実施形態の場合、浸透層基材１２は長尺のシート形状を呈し、図示しないストッカーから巻出され、搬送部１４に含まれるバックローラ１４ａによって、裏面側を支持されながら搬送経路に沿って移動していく。なお、搬送部１４は、図示しない巻き取り装置を含み、浸透層基材１２に所定のテンションを付与しながら連続搬送できるようになっている。
【００２５】
もちろん、浸透層基材１２の形状は任意であり、所定形状に切断された個別シート状のものでもよい。この場合、搬送部１４は、例えば連続コンベア形状を呈し、個別シート状の浸透層基材１２を直接或いは、パレット等の搬送治具に載置した状態で搬送していくことになる。また、塗工剤は、浸透層基材１２の拡散層に浸透可能なものであれば、その種類や形態は適宜選択可能であり、液体でも粘度を有するゲル状のもやペースト状のものでもよい。
【００２６】
塗工剤吐出装置１６は、ブロック状の塗工ダイに吐出ノズル２２ａを有する塗工剤吐出部２２と、塗工剤を貯留する貯留部２４ａと共に所定圧力で塗工剤を塗工剤吐出部２２に送り出すポンプ２４ｂを含む吐出駆動部２４で構成されている。
【００２７】
また、図１に示すように、浸透層基材１２の搬送経路を挟んで塗工剤吐出部２２と対向する位置には、吸引装置１８が配置されている。この吸引装置１８には、吸引源として例えば真空ポンプ２６が接続され、その先端部には、浸透層基材１２に塗工剤が供給される位置の裏面位置を所定圧力でほぼ均一に吸引力を発生する吸引トレー２８が接続されている。この吸引トレー２８には、図２に断面図で示すように、複数の細径管２８ａが形成され、真空ポンプ２６から伸びる吸引管２６ａを細径化し、吸引力の均一性を維持しつつ吸引面の増大を図っている。なお、吸引面には、塗工剤を吸い込まないようにフィルター等が配置されていることが望ましい。また、本実施形態においては、吸引トレー２８の上流側（真空ポンプ２６に近い側）には、圧力調整弁（減圧弁）３０が配置され、吸引トレー２８による吸引力の低減処理ができるようになっている。
【００２８】
ここで、吸引トレー２８における吸引力は、図３に示すように、塗工剤吐出部２２から吐出された塗工剤３２が浸透層基材１２の表面側から裏面側に滲み出す程度が望ましい。つまり、塗工剤３２が浸透層基材１２の表面側から裏面側に滲み出すことにより、浸透層基材１２内部の拡散層に十分な塗工剤３２が浸透したことを保証することができる。なお、塗工剤吐出部２２から吐出される塗工剤３２の量は浸透層基材１２に要求される量より多く設定する必要がある。また、この時、塗工剤３２は、浸透層基材１２の裏面側から滲み出していれば十分であり、その量は正確である必要はない。従って、圧力調整弁３０による微調整も正確さを必要とするものではなく設定作業等が容易である。なお、本実施形態においては、後述するが、真空ポンプ２６を塗工剤３２の回収用にも使用し、そこで、大きな吸引力を必要としているため、圧力調整弁３０を配置し、吸引トレー２８における比較的低圧の吸引力を得るようにしている。もちろん、必要に応じて吸引力の増減を行うことが好ましい。
【００２９】
本実施形態において、吸引装置１８の下流側で、浸透層基材１２の裏面側には、前述したようにリサイクル装置２０が配置されている。このリサイクル装置２０は、先端部に過剰の塗工剤３２を回収する回収カップ３４と、この回収カップ３４に接続され浸透層基材１２において過剰分の塗工剤３２を掻き落とすスキージ３６と、回収した塗工剤３２から空気を脱泡する脱泡装置３８と、回収した塗工剤３２を塗工剤吐出部２２（図１の場合、脱泡装置３８）に返却する返却経路４０等を含んでいる。
【００３０】
前述したように、浸透層基材１２の塗工剤３２を十分に浸透させるために裏面側から吸引すると、図４に示すように、過剰な塗工剤３２が浸透層基材１２の裏面側に滲み出る。そこで、本実施形態では、スキージ３６を用いて、過剰分の塗工剤３２を掻き落としている。浸透層基材１２へのダメージを考慮すると、浸透層基材１２とスキージ３６との間は、例えば、５０〜１００μｍ程度ギャップを形成することが望ましい。なお、本実施形態で説明している燃料電池の電極の場合、塗工剤として塗工した撥水剤は湿潤時には浸透層基材１２上で薄い膜を形成するが、その後の乾燥処理等の時に気化等により浸透層基材１２が有する孔を露出させるので、塗工時に浸透層基材１２の表面に膜が形成されても問題ない。
【００３１】
スキージ３６で掻き落とされた塗工剤３２は、スキージ３６の下方に配置された回収カップ３４に落下し、塗工剤吐出部２２側である吐出駆動部２４の貯留部２４ａに戻している。本実施形態では、塗工剤３２が塗工され、さらに回収される過程において、空気を巻き込む可能性があるため、貯留部２４ａへ戻す前に脱泡装置３８を通過させ塗工剤３２の内部の空気を排除する処理を行い、脱泡した塗工剤３２を経路３８ａを介して貯留部２４ａに戻している。
【００３２】
ところで、回収カップ３４に掻き落とされた塗工剤３２は、重力作用のみで返却経路４０中を移動させることが考えられるが、より効率的かつスムーズに塗工剤３２の返却動作を行うために、本実施形態においては、図１に示すように、真空ポンプ２６の吸引管２６ａを分岐させ、この分岐管２６ｂを回収カップ３４から延びる返却経路４０の終端近傍、例えば、脱泡装置３８に接続している。つまり、脱泡装置３８の塗工剤３２の受け入れ側を負圧にすることにより、回収カップ３４に落下した塗工剤３２を脱泡装置３８に強制返却するようにしている。なお、分岐管２６ｂは、吸引管２６ａの圧力調整弁３０より上流側に接続されているので、真空ポンプ２６の吸引能力が直接作用し、良好な吸引作用を発揮することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、図１に示すように、真空ポンプ２６の排気管４２を返却経路４０の先端近傍、例えば、回収カップ３４の底部近傍に接続している。図５には、接続部４４の内部構造の詳細が示されている。排気管４２は、接続部４４の内部で複数の細管４６に分岐させられ、返却経路４０の外周を取り巻くように配置され、その開放端部４６ａは、図５に示すように、返却経路４０の内周側に当該返却経路４０の下流方向に向かって露出している。つまり、真空ポンプ２６の排気は返却経路４０の下流方向に流れ込み、返却経路４０内に存在する塗工剤３２を脱泡装置３８に向かって圧送し、塗工剤吐出部側（図１においては、脱泡装置３８）に強制返却するようにする。なお、真空ポンプ２６から排出される排気には、塵やオイル等が混入する場合もあるため、望ましくは、排気管４２の一部にフィルター４８等を配置し浄化した空気を返却経路４０へ送り込むようにすることが好ましい。
【００３４】
本実施形態において、前述したように、排気を用いることにより回収した塗工剤３２を圧送している。この時、塗工剤３２には空気が混入するが脱泡装置３８を通過させることにより、圧送のために混入した空気は、良好に排除され再利用可能な塗工剤３２とすることが可能になる。また、必要に応じて、再利用する前の任意に位置で塗工剤３２の成分調整等の処理工程を追加すれば、より良好な塗工剤３２の再利用を行うことができる。
【００３５】
このように、本実施形態の浸漬塗工装置１０によれば、浸透層基材１２に対し、塗工剤３２の塗工時に、裏面側から吸引して、塗工剤３２を浸透層基材１２の裏面側まで過剰に滲み出させることにより、浸透層基材１２の内部に十分な塗工剤３２を浸透させることができる。また、浸透層基材１２に過剰に供給された塗工剤３２は、スキージ３６により回収され、かつ真空ポンプ２６の吸引力や排気による圧送力を用いて、塗工剤吐出部側に強制返却される。その結果、塗工剤３２の浸透層基材１２への十分な浸透を行いつつ、塗工剤３２を無駄なく効率よく使用することが可能となる。また、真空ポンプ２６を塗工剤３２の浸透用と回収用に共用することにより、設備規模を縮小することができると共に、設備コストやランニングコストの低減にも寄与することが可能になる。
【００３６】
本実施形態においては、浸透層基材１２の一例として、燃料電池の電極を示し、塗工剤３２として、撥水剤を例に取り説明したが、浸透層基材１２の裏面側から表面に供給した塗工剤３２を吸引できる浸透層基材及び塗工剤であれば、本実施形態と同様な効果を得ることができる。また、図１に示す浸漬塗工装置１０の構成、図２の吸引トレー２８の構造、図５の接続部４４の構造等は一例であり、塗工剤３２の塗工及び回収、塗工剤３２の塗工時の吸引、回収時の圧送、吸引ができればその構成や構造を適宜変更しても本実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３７】
また、図１では、スキージ３６を浸透層基材１２の裏面側のみに配置した例を示している。これは、浸透層基材１２の表面側は、例えば、塗工剤吐出部２２の吐出ノズル２２ａと浸透層基材１２との距離を調整することにより、過剰な塗工剤が残留しないように容易に制御することができる。従って、図１の例では、浸透層基材１２の裏面側に過剰に滲み出した塗工剤３２を掻き取るようにしている。もちろん、スキージ３６を浸透層基材１２の表裏面に配置することも可能であり、浸透層基材１２における表裏面の塗工剤３２の塗工品質を向上させることができる。この場合、透光層基材１２が搬送部１４の搬送経路が垂直になった部分にさしかかった部分で、その左右にスキージ３６や回収カップ３４等が左右に配置されることとなる。また、返却経路４０はそれぞれの回収カップ３４専用に設けられてもよいし、途中で合流する形態にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る浸漬塗工装置の概略構成を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る浸漬塗工装置の吸引トレーの構造を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る浸漬塗工装置における塗工剤供給時の吸引効果を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る浸漬塗工装置において、スキージにより過剰供給された塗工剤の掻き落としを説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る浸漬塗工装置において、回収した塗工剤の搬送を促進する圧送構造を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  浸漬塗工装置、１２  浸透層基材、１４  搬送部、１４ａ  バックローラ、１６  塗工剤吐出装置、１８  吸引装置、２０  リサイクル装置、２２  塗工剤吐出部、２２ａ  吐出ノズル、２４  吐出駆動部、２４ａ  貯留部、２４ｂ  ポンプ、２６  真空ポンプ、２６ａ  吸引管、２６ｂ  分岐管、２８  吸引トレー、２８ａ  細径管、３０  圧力調整弁、３２  塗工剤、３４  回収カップ、３６  スキージ、３８  脱泡装置、４０  返却経路、４２  排気管、４４  接続部、４６  細管、４６ａ  開放端部、４８  フィルター。
【図１】
2005193112.tif 000003
【図２】
2005193112.tif 000004
【図３】
2005193112.tif 000005
【図４】
2005193112.tif 000006
【図５】
2005193112.tif 000007