(57)【要約】【課題】塗工材料として投入する塗工液の投入量に対する利用効率が高い塗工装置を提供する。【解決手段】底に開口部を有し塗工液１８を内部に溜めることが可能な枠体１４の側壁の下端縁の一部に内と外とをつなぐ隙間２０が設けられた枠体１４を、キャリア１６上に載置し、このキャリア１６に対して相対的に水平方向に移動させて、キャリア１６上に塗工液を塗工する塗工装置において、隙間２０の上方の、枠体１４の下流側内面１４ｂの一部に、キャリア１６と平行に設けられ、回動軸４２を中心として回動する平面板４０とを備えた。【選択図】図１
2012223671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その側壁の下端縁の一部に切り欠き部が設けられた枠体を、シート部材に対して相対的に水平方向に移動させて、前記シート部材上に前記枠体内の塗工液を前記切り欠き部から塗工する塗工装置において、
前記切り欠き部の上方における前記枠体の内壁に、前記シート部材と平行に設けられた回動軸と、
前記回動軸に連結されると共に少なくとも下面が平面である平板と、を備えた、
塗工装置。
【請求項２】
前記回動軸と平行方向における前記平板の幅が、内前記回動軸と平行方向における前記枠体の内壁の間隔と等しい、
請求項１に記載の塗工装置。
【請求項３】
前記平板の比重は、前記塗工液の比重よりも小さい、
請求項１または２に記載の塗工装置。
【請求項４】
前記平板は、前記回動軸と垂直な方向における前記回動軸側の前記平板の厚みが前記回動軸と反対側の前記平板の厚みよりも薄いＬ字形状である、
請求項１から３いずれか１項に記載の塗工装置。
【請求項５】
前記平板は、前記回動軸と垂直かつ水平な方向にスライドする２枚の平面板から構成された、
請求項１から３いずれか１項に記載の塗工装置。
【請求項６】
その側壁の下端縁の一部に切り欠き部が設けられた枠体を、シート部材に対して相対的に水平方向に移動させて、前記シート部材上に前記枠体内の塗工液を前記切り欠き部から塗工する塗工装置において、
前記切り欠き部の上方における前記塗工液の液面高さを検出するセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて前記枠体の内部の空間を縮小させる制御部と、を備えた、
塗工装置。
【請求項７】
前記枠体の内壁の一部を前記切り欠き部側へ水平方向に移動させることで前記枠体の内部の空間を縮小する、
請求項６に記載の塗工装置。
【請求項８】
移動可能な前記枠体の内壁の一部は、前記切り欠き部が設けられた前記枠体の内壁に対向する位置に配置された、
請求項６または７に記載の塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート部材上に液状組成物の塗膜を塗布する塗工装置に関する。例えば、液状組成物を溜めた枠体をシート部材上に載せて、枠体またはシート部材を水平方向に移動させて、枠体との間に設けた隙間を利用してシート部材上に液状組成物の塗膜を塗布する塗工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドクターブレードとキャリア（シート部材）との間の隙間を通じてキャリア上に塗工液が塗工される。従来の塗工装置として、その塗工液の厚さの変動を抑えることができる塗工装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来の塗工装置の概略を示す断面模式図である。
【０００４】
図７において、従来の塗工装置は、キャリア１０２の上部に枠体１０１を配して構成された塗工液溜め１００と、塗工液溜め１００内に収容される塗工液１０３の液面高さを検出する検出手段１０６と、塗工液溜め１００内に塗工液１０３を供給する供給手段１０５とを備えている。
【０００５】
従来の塗工装置は、供給手段１０５による塗工液１０３の供給量を制御手段１０７にて制御することにより、検出手段１０６にて検出される塗工液１０３の液面高さが６０〜１００ｍｍの範囲内の値に維持されるように構成をなしている。この塗工装置を用いることで、塗工液１０３自身の重さで隙間１０４から流れ出ようとする塗工液量が一定になることから均一な膜厚を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３１６１６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成では、投入材料量に対する利用効率が低いという課題を有している。
【０００８】
従来の塗工装置では、塗工液溜め１００内の塗工液１０３の液面高さを一定の範囲内に維持するために、供給手段１０５により塗工液１０３を供給し続けている。そのため、塗工終了時において供給手段１０５と接続された塗工液タンク、供給手段１０５の内部、および塗工液溜め１００に未使用の塗工液１０３が残留し、その結果、投入材料量に対する利用効率が悪くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を考慮して、従来よりも投入材料量に対する利用効率が高い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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の塗工装置は、その側壁の下端縁の一部に切り欠き部が設けられた枠体を、シート部材に対して相対的に水平方向に移動させて、前記シート部材上に前記枠体内の塗工液を前記切り欠き部から塗工する塗工装置において、前記切り欠き部の上方における前記枠体の内壁に、前記シート部材と平行に設けられた回動軸と、前記回動軸に連結されると共に少なくとも下面が平面である平板と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の塗工装置は、その側壁の下端縁の一部に切り欠き部が設けられた枠体を、シート部材に対して相対的に水平方向に移動させて、前記シート部材上に前記枠体内の塗工液を前記切り欠き部から塗工する塗工装置において、前記切り欠き部の上方における前記塗工液の液面高さを検出するセンサと、前記センサの検出結果に基づいて前記枠体の内部の空間を縮小させる制御部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、従来よりも投入材料量に対する利用効率が高い塗工装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における塗工装置の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１における塗工装置の平面図
【図３】本発明の実施の形態１における塗工装置の概略断面図
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１における他の構成の塗工装置の概略断面図
【図５】本発明の実施の形態２における塗工装置の概略断面図
【図６】本発明の実施の形態２における塗工装置の概略断面図
【図７】従来の塗工装置の概略を示す断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における塗工装置の概略断面図を示している。図２は、本発明の実施の形態１における塗工装置の平面図を示している。なお、図１、図２は、塗工している状態における図である。
【００１６】
本実施の形態１の塗工装置は、枠体１４を備えている。塗工する対象のシート部材の一例であるキャリア１６上に載せた際に、枠体１４内側の塗工液溜め１０に溜められた塗工液１８を流出させるために、枠体１４の下部の一部には隙間２０が形成されている。ここで、隙間２０とは、枠体１４下部の下流側における開口部である。
【００１７】
枠体１４を、キャリア１６上に載せ、隙間２０が形成されている側壁とは反対側の向き（図１および図２では、向かって左向き）に水平に移動機構（図示せず）によって移動させることにより、枠体１４の内側の塗工液溜め１０に溜められた塗工液１８が隙間２０から流出し、キャリア１６上に塗膜を形成する。
【００１８】
本実施の形態１の塗工装置は、平面板４０を備えている。この平面板４０の下面の一辺は、隙間２０が形成されている枠体１４の下流側の側壁の内面（下流側の内壁）である下流側内面１４ｂに設けられた回動軸４２に、連結されている。平面板４０は、回動軸４２を中心として自由に回動することができる。なお、平面板４０の、キャリア１６の巾方向にある両辺部は、図２に示すように、枠体１４の両側壁に接している。
【００１９】
回動軸４２は、平面板４０の下面の一辺と連結されているので、回動軸４２と連結している部分の直下における平面板４０のキャリア１６からの高さは、平面板４０の回動に関わらず一定となる。
【００２０】
なお、キャリア１６が、本発明のシート部材の一例にあたる。また、隙間２０が、本発明の切り欠き部の一例にあたる。平面板４０が、本発明の平板の一例にあたる。
【００２１】
次に、本実施の形態１の塗工装置について、塗工時における動作について説明する。
【００２２】
枠体１４内部の塗工液溜め１０に注入された塗工液１８は、塗工直前から塗工開始の間において、平面板４０によって隙間２０直上（回動軸４２直下）における塗工液１８の液面高さ４４が一定に保たれる。塗工液１８の吐出量は隙間２０直上の塗工液１８の液面高さ４４によって決定されるので、塗工液溜め１０内の塗工液１８全体ではなく、隙間２０直上の液面高さ４４が一定であれば、キャリア１６に塗布する塗工厚みを一定にすることができる。
【００２３】
図３は、塗工途中における、本実施の形態１の塗工装置の概略断面図を示している。
【００２４】
塗工を続けると、塗工液溜め１０内の塗工液１８の体積減少に従い、平面板４０が回動軸４２を中心として下方向（図３のＡ方向）に回動する。この際、隙間２０直上の液面高さ４４は回動軸４２の位置に相当するので、隙間２０直上の液面高さ４４は、塗工中において一定に保たれる。
【００２５】
枠体１４を水平方向に一定速度で移動させているので、平面板４０がＡ方向に回動することによって液面上に平面板４０が存在しなくなる領域（図３の左側の、Ｂで示した部分）において、塗工液１８の平面板４０上への回り込みは起こらない。
【００２６】
このように、本実施の形態１の塗工装置では、塗工の開始から終了までの間において、隙間２０直上の液面高さ４４が最大の液面高さとなり且つ一定に保たれるので、隙間２０からの塗工液１８の吐出量が一定になる。隙間２０直上の液面高さ４４が一定なので、隙間２０からキャリア１６上に形成される塗工膜厚Ｗは一定となる。
【００２７】
なお、本実施の形態１では、塗工液１８の室温での粘度は、１０００ｃＰ〜３００００ｃＰとしている。なぜなら、塗工液１８が自重で流れ出てしまうことを防ぐためには、粘度を１０００ｃＰ以上とし、塗工速度を０．５ｍ／ｍｉｎ以上とするのが望ましいためである。また、粘度が３００００ｃＰより大きいと、外圧を加える、もしくは隙間２０を広げないと塗工液１８が出ないことがあるからである。
【００２８】
また、塗工液１８は、一般的には機能性粉体、結着剤、溶媒の混合体が使用できる。本実施の形態１においては、機能性粉体としてカーボン、結着剤としては天然ゴム、溶媒としては水を用いた。
【００２９】
枠体１４の材質としてＳＵＳ、Ｔｉ系金属などが使える。ただし、塗工液１８で腐食される材料は使えないので、塗工液１８の組成に合わせて適宜選択する必要がある。本実施の形態１においては、ＳＵＳを用いた。
【００３０】
平面板４０の材質としては、塗工液１８による侵食を受けず、平面性を維持し続けることができる材質が望ましい。少なくとも、塗工液１８に接する下面側については、このような材質とするのが望ましい。
【００３１】
また、平面板４０の比重は、塗工液１８の押し出し圧に影響を与えないようにするため、塗工液１８の比重よりも小さいもの（比重の相対比で１よりも小さいもの）が望ましい。本実施の形態１では、このような比重の材料として、平面板４０の材料としてＰＥを用いた。
【００３２】
また、塗工開始時において、平面板４０と枠体１４の下流側内面１４ｂにおける液面高さ４４が一定であればよい。そのため、平面板４０は、枠体１４の上流側内面１４ａに、必ずしも仮固定する必要は無い。
【００３３】
回動軸４２を介して平面板４０を設けた本実施の形態１の構成の塗工装置を用いて塗工を行った場合、塗工後の膜厚の変動は５％の範囲内であった。一方、平面板４０を設置しない従来の構成の塗工装置を用いて塗工を行った場合には、膜厚の変動が最大３４％にもなることがあった。すなわち、本実施の形態１の塗工装置を用いると、塗膜厚みの均一性が高い塗工を行なうことができるが、従来の塗工装置では、不均一な塗膜厚みになる可能性があることが分かった。
【００３４】
なお、本実施の形態１では、隙間２０による塗工巾を１００ｍｍ、隙間２０の長手方向の開口巾を３０ｍｍ、枠体１４の高さを４０ｍｍ、枠体１４の各側壁の厚さを１０ｍｍ、平面板４０の厚みを０．５ｍｍとした。また、塗工液１８の利用効率の算出時の塗工条件については、塗工速度を１ｍ／ｍｉｎ、粘度を６５００ｃＰとした。ここで、塗工液１８の利用効率は、塗工膜として形成された塗工液の総量を、投入した塗工液の総量で割った数値（＝塗工膜として形成された塗工液の総量÷投入した塗工液の総量）で算出している。
【００３５】
塗工液１８の利用効率を計算すると、本実施の形態１の塗工装置を用いて塗工を行った場合は８６％であり、従来の構成の塗工装置を用いた場合は１０．５％であった。なお、利用効率の計算に際して、塗工終了状態においてブレードに付着している塗工液の量を考慮に入れた。
【００３６】
また、従来方法において使用するポンプを汎用のチューブポンプとし、配管内や枠体内の塗工液溜めを満たし維持するのに最低限必要な塗工液の量は、２００ｃｃである。そのため、従来方法において塗膜厚みを一定にするためには、常に配管内や枠体内の塗工液溜めを、少なくとも２００ｃｃに保つ必要があり、塗工液の利用効率は低くなっている。
【００３７】
上記したように、本実施の形態１の塗工装置は、塗工液溜め１０において平面板４０と下流側内面１４ｂとが回動軸４２を中心に固定された構造を有する。そして、塗工液１８の容積の減少に従って、回動軸４２中心で平面板４０が回動し、下流側内面１４ｂでの液面高さ４４を一定に保持することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態１では、両面が平面の平面板４０を用いることとしたが、塗工液溜め１０内の塗工液１８と接しない平面板４０の上面側は、平面でなくてもよい。例えば、平面板４０の上面側は、凹凸を有する形状であってもよい。ただし、塗工液１８と接する平面板４０の下面側は、隙間２０直上（回動軸４２直下）において液面高さ４４が最大となるように、平面であるのが望ましい。
【００３９】
また、図１に示す構成では、平面板４０の走行方向の長さＬを、上流側内面１４ａと下流側内面１４ｂ間の距離とほぼ等しい長さのものとしたが、平面板４０の走行方向の長さＬを短くした平面板を用いても、隙間２０直上の液面高さ４４を一定に保つことができる。よって、平面板４０の走行方向の長さＬを短くしても、上記と同様の効果が得られる。
【００４０】
ただし、塗工開始時の初期速度が速いような場合には、平面板４０の走行方向の長さＬが短いと、塗工液１８が平面板４０の上面へ回り込む可能性がある。そのため、そのような場合には、後述するように平面板４０をＬ字形状にするなどして、塗工液１８の平面板４０上面への回り込みを防止する必要がある。
【００４１】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、平面板４０の長さＬを短くした場合に、塗工液の上面への回り込みを防止する構成とした塗工装置の概略断面図を示している。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）において、図１および図３と同じ構成要素については同じ符号を用いている。
【００４２】
図４（ａ）に示す塗工装置の液面保持板４５は、側面から見た断面が、上面方向に屈曲したＬ字形状として構成されている。このように、上流側内面１４ａ側の端部を分厚くした形状とすることにより、塗工開始時における塗工液１８の液面保持板４５上面への回り込みを防止できる。
【００４３】
図４（ｂ）に示す塗工装置の液面保持板４６は、上流側内面１４ａに向けてスライドして伸縮可能な２段構成として構成されている。液面保持板４６が水平の位置では、上の板が下の板に重なった状態であり、水平の位置からある程度、下側に回動した状態になると、上の板が上流側内面１４ａに向けてスライドして伸びるようになっている。上流側内面１４ａ方向に向けて伸びることにより、塗工液１８の液面保持板４６上面への回り込みを防止できる。
【００４４】
なお、図４（ｂ）の構成の場合、隙間２０直上の液面高さ４４が最大の液面高さとなるように、液面保持板４６は、水平の状態から所定角度回動した状態になってから上の板をスライドさせるようにする必要がある。
【００４５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の塗工装置の概略断面図である。図５において、図１および図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。なお、図５は、塗工している状態における図である。
【００４６】
本実施の形態２の塗工装置の枠体１５は、上流側内面５０ａを有する可動壁５０が、下流側にむかって移動可能な構成となっている。また、本実施の形態２の塗工装置は、塗工液溜め１１内の塗工液１８の液面高さ４４を測定する液面センサ３０と、可動壁５０の移動を制御する壁コントローラ５４を備えている。
【００４７】
壁コントローラ５４は、液面センサ３０による液面高さ４４の検出結果に基づいて、液面高さ４４が一定範囲に保たれるように可動壁５０の位置を制御する。
【００４８】
なお、液面センサ３０が、本実施の形態２の液面高さを検出するセンサの一例に該当し、壁コントローラ５４が、本実施の形態２の制御部の一例に該当する。また、可動壁５０が、本実施の形態２の移動可能な枠体の内壁（側壁）の一例に該当する。
【００４９】
液面センサ３０は、塗工液溜め１１の下流側内面１５ｂ近傍の上方に、取り付けられている。この液面センサ３０は、液面高さ４４を常時正確に測定できる機能を有している。
【００５０】
なお、このような液面センサ３０としては、例えば静電容量方式や光学方式、超音波方式などの公知の各種方式を採用した非接触方式のものや、塗工液１８の液面上に浮かべられて液面高さを検出する接触方式のものを用いることができる。
【００５１】
液面センサ３０は、制御部としての壁コントローラ５４に対して、電気的に接続されており、壁コントローラ５４は可動壁５０を電気的に駆動できる構成となっている。液面センサ３０によって検出された塗工液溜め１１内部の塗工液１８の液面高さ４４が壁コントローラ５４に入力され、その信号に応じて可動壁５０の位置が任意に調整できるようになっている。
【００５２】
このような構成としたことにより、塗工液溜め１１内部の塗工液１８の液面高さ４４が一定の値に維持されるようになっている。
【００５３】
図６は、塗工中に塗工液溜め１１内の塗工液１８の容積が減少してきたときの本実施の形態２の塗工装置の概略断面図を示している。
【００５４】
本実施の形態２の塗工装置では、塗工中に塗工液溜め１１内部の塗工液１８の容積が減少しても、液面高さ４４を一定に保持することができる。そのため、キャリア１６上に形成する塗工膜厚Ｗを一定にすることができる。
【００５５】
本実施の形態２の塗工装置を用いて実施の形態１と同様のテストをしたところ、塗工後の膜厚の変動を抑えることができ、また、塗工液の利用効率が上がる結果が得られた。このことから、本実施の形態２の塗工装置でも、実施の形態１と同じ効果が得られることが分かった。このように、実施の形態１と同様の効果が得られるが、本実施の形態２の塗工装置の構成は、実施の形態１に比べると制御が複雑であり、実施の形態１の構成の方が簡易な構成であると言える。
【００５６】
なお、本実施の形態２においては、材料系１（エチルセルロース、ガラス、テルピネオール、ＭｇＯの混合体）および材料系２（活性炭、ＣＭＣ、ＮＢＲ、水の混合体）の異なる材料でそれぞれ実験を行ったが、粘度が上記した範囲内（１０００ｃＰ〜３００００ｃＰ）では、塗工液の利用効率は同じ結果であった。
【００５７】
なお、各実施の形態では、キャリア１６に対して枠体を水平方向に移動する例で説明したが、キャリア１６と枠体が相対的に水平方向に移動すればよく、枠体の位置を固定しておいてキャリア１６を水平方向に移動させる構成でもよい。また、枠体およびキャリア１６の双方を水平方向に移動する構成であっても、本発明の効果が発揮される。
【００５８】
以上に説明したように、本発明の塗工装置は、塗工開始から終了に至るまで、塗工液の液面高さを一定にすることができる。よって、シート部材上に形成させる塗工膜の厚さ(量)の変動を確実に抑えることができ、さらに、塗工制御によっては、塗工液をほとんど最後まで使い切ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る塗工装置は、従来よりも投入材料量に対する利用効率が高いため、例えば、燃料電池、一次（または二次）電池、グリーンシートなどのシートデバイスを製造する塗工分野全般において有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１１  塗工液溜め
１４、１５  枠体
１４ａ、５０ａ  上流側内面
１４ｂ、１５ｂ  下流側内面
１６  キャリア
１８  塗工液
２０  隙間
３０  液面センサ
４０  平面板
４２  回動軸
４４  液面高さ
４５、４６  液面保持板
５０  可動壁
５４  壁コントローラ
１００  塗工液溜め
１０１  枠体
１０２  キャリア
１０３  塗工液
１０４  隙間
１０５  供給手段
１０６  検出手段
１０７  制御手段
【図１】
2012223671.tif 000003
【図２】
2012223671.tif 000004
【図３】
2012223671.tif 000005
【図４】
2012223671.tif 000006
【図５】
2012223671.tif 000007
【図６】
2012223671.tif 000008
【図７】
2012223671.tif 000009