(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿潤する薄膜に液体を塗布する液体塗布装置であって、
前記薄膜を吸引すると共に熱を加えながら搬送する搬送手段と、
該搬送手段により搬送される薄膜に前記液体を塗布する塗布手段と
を備え、
前記搬送手段は、
円柱形状の回転駆動するローラであり、前記ローラの略半周に亘って前記薄膜を搬送し、
前記薄膜に塗布された液体が該薄膜の搬送を終了する位置に至るまでに乾燥するよう前記ローラの直径と回転速度とを調整してなる液体塗布装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、表面に複数の吸引孔を有する円筒形状の回転部材と、該回転部材の回転を支持すると共に該回転部材との間に負圧通路を形成する固定部材とを備える請求項１記載の液体塗布装置。
【請求項３】
前記固定部材は、前記回転部材を加熱可能な加熱手段を備える請求項２記載の液体塗布装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記固定部材に巻き付けられた導電ラインを用いて誘導加熱により加熱する手段である請求項３記載の液体塗布装置。
【請求項５】
前記塗布手段は、前記薄膜の搬送開始部近傍で前記液体を塗布する手段である請求項１ないし４のいずれか１に記載の液体塗布装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１に記載の液体塗布装置であって、
前記塗布手段は、前記薄膜上に前記液体を所定形状に塗布する手段であり、
前記搬送手段は、搬送面に前記薄膜上に塗布された前記液体の所定形状を整数個配置するよう形成されてなる液体塗布装置。
【請求項７】
前記搬送手段とにより前記薄膜を挟持した状態で該搬送手段と連動して移動可能で、該薄膜に前記液体を塗布する所定形状を設定する形状設定手段を備える請求項１ないし６のいずれか１に記載の液体塗布装置。
【請求項８】
前記形状設定手段は、前記所定形状の枠を有する手段である請求項７記載の液体塗布装置。
【請求項９】
前記形状設定手段は、前記所定形状のうち前記搬送手段による搬送方向に同一の形状をなす部分の一部を省略してなる枠を有する手段である請求項７記載の液体塗布装置。
【請求項１０】
前記形状設定手段は、前記枠の前記同一の形状の部分を用いて前記省略された部分に前記液体が塗布されるよう該枠を移動する枠移動手段を備える請求項９記載の液体塗布装置。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか１に記載の液体塗布装置であって、
前記搬送手段は、搬送面が前記所定形状を複数個有する長さに調節されてなり、
前記塗布手段は、前記所定形状の長さの間隔をおいて複数回塗布する手段である液体塗布装置。
【請求項１２】
湿潤する薄膜に液体を塗布する液体塗布装置であって、
前記薄膜を吸引すると共に熱を加えながら搬送する搬送手段と、
該搬送手段により搬送される薄膜に前記液体を塗布する塗布手段と、
前記搬送手段とにより前記薄膜を挟持した状態で該搬送手段と連動して移動可能で、該薄膜に前記液体を塗布する所定形状を設定する形状設定手段と、
を備え、
前記搬送手段は、表面に複数の吸引孔を有し所定の長さに亘って前記薄膜を搬送するベルトと、該ベルトを支持すると共に該ベルトとの間に負圧通路を形成する支持部材とを有し、
前記形状設定手段は、前記所定形状のうち前記搬送手段による搬送方向に同一の形状をなす部分の一部を省略してなる枠を有する手段である液体塗布装置。
【請求項１３】
前記支持部材は、前記ベルトを加熱可能な加熱手段を備える請求項１２記載の液体塗布装置。
【請求項１４】
前記薄膜の塗布面への給気と排気とを行なう給排気手段を備える請求項１２または１３記載の液体塗布装置。
【請求項１５】
前記形状設定手段は、前記枠の前記同一の形状の部分を用いて前記省略された部分に前記液体が塗布されるよう該枠を移動する枠移動手段を備える請求項１２ないし１４のいずれか１に記載の液体塗布装置。
【請求項１６】
請求項１２ないし１５のいずれか１に記載の液体塗布装置であって、
前記搬送手段は、搬送面が前記所定形状を複数個有する長さに調節されてなり、
前記塗布手段は、前記所定形状の長さの間隔をおいて複数回塗布する手段である液体塗布装置。
【請求項１７】
前記塗布手段は、前記液体を前記薄膜に対して噴霧して塗布する手段である請求項１ないし１６のいずれか１に記載の液体塗布装置。
【請求項１８】
前記塗布手段は、噴霧された液体が前記薄膜に到達して塗布されるまでに所定の割合以上の溶媒が揮発するよう噴霧する位置が調節されてなる請求項１７記載の液体塗布装置。
【請求項１９】
湿潤する薄膜の両面に液体を塗布する液体塗布装置であって、
前記薄膜の一方の面に前記液体を塗布する請求項１ないし５のいずれか１に記載の液体塗布装置と、
該液体塗布装置の後段に配置され、前記薄膜の他方の面に前記液体を塗布する請求項１ないし５のいずれか１に記載の液体塗布装置と、を備える液体塗布装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか１に記載の液体塗布装置であって、
前記薄膜は、湿潤状態でプロトン導電性を呈する高分子材料により形成された膜であり、
前記液体は、触媒を担持するカーボン粉末が溶媒に分散されてなる液体である液体塗布装置。
【請求項２１】
請求項１または１９に記載の液体塗布装置に用いられる搬送手段が備える回転部材であって、
円筒形で複数の吸引孔が形成された金属製のドラムと、
該ドラムの外周面を被覆する多孔質の樹脂により形成された樹脂層と、を備える回転部材。
【請求項２２】
請求項１または１９に記載の液体塗布装置に用いられる搬送手段が備える回転部材の製造方法であって、
金属により複数の細孔を備える円筒形のドラムを形成するドラム形成工程と、
該形成されたドラムの外周面に多孔質の樹脂の層を被覆形成する樹脂層形成工程と、を備える回転部材の製造方法。
【請求項２３】
前記樹脂層形成工程は、熱収縮性の多孔質の樹脂を前記ドラムの外周面に配置して熱を加えることにより該ドラムの外周面に多孔質の樹脂の層を被覆形成する工程である請求項２２記載の回転部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体塗布装置およびこれに用いる回転部材とその製造方法に関し、詳しくは、湿潤する薄膜に液体を塗布する液体塗布装置およびこれに用いる回転部材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電極素材に塗布された触媒の厚みを均一にすると共に塗布された触媒を早期に乾燥させる装置が提案されている（例えば、特公平６−９０９２８号公報など）。この装置では、触媒が塗布された電極素材を厚みの調節された加熱されていないローラに通して電極素材に塗布された触媒層の厚みを均一にし、これを触媒の乾燥に適した温度に加熱されたローラに通して加熱した後に、触媒の乾燥に適した温度に制御された乾燥機において乾燥させている。
【０００３】
また、湿潤状態でプロトン導電性を示す薄膜に触媒を溶媒に分散させて調製したインクを塗布する手法も提案されている（例えば、特表平５−５０７５８３号公報など）。この手法では、溶媒に触媒を分散させて調製したインクを直接薄膜に塗布し、加熱と吸引によりインクを乾燥させている。特に、所望の量の触媒を薄膜に塗布するために、インクを２度塗りしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの装置では、薄膜の性能を低下させてしまう場合がある。湿潤する薄膜に液体を塗布すると、液体の塗布によって薄膜が湿潤し、その形状を変化させる。薄膜の形状の変化、例えば厚みの変化は、薄膜の使用に対し大きな影響を与える。その一例として、燃料電池の電解質として用いられる湿潤状態でプロトン導電性の薄膜に電極反応に用いられる触媒層を塗布する場合を考えると、電解質膜の厚みの不均一は燃料電池の性能の不均一を招くと共に、燃料電池そのものの性能に大きな影響を与えることが知られている。
【０００５】
本発明の液体塗布装置は、薄膜の液体の塗布による変形を少なくして薄膜の性能を維持することを目的の一つとする。また、本発明の液体塗布装置は、薄膜の両面に液体を塗布することを目的の一つとする。さらに、本発明の液体塗布装置は、生産性の向上を目的の一つとする。
【０００６】
本発明の液体塗布装置に用いられる回転部材は、液体を均一な厚みで薄膜に塗布することを目的の一つとする。また、本発明の液体塗布装置に用いられる回転部材は、液体の塗布におけるランニングコストを低くすることを目的の一つとする。本発明の回転部材の製造方法は、液体を均一な厚みで薄膜に塗布することができると共に液体の塗布におけるランニングコストを低くする回転部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の液体塗布装置およびこれに用いる回転部材とその製造方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の第１の液体塗布装置は、湿潤する薄膜に液体を塗布する液体塗布装置であって、前記薄膜を吸引すると共に熱を加えながら搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送される薄膜に前記液体を塗布する塗布手段とを備え、前記搬送手段は、円柱形状の回転駆動するローラであり、前記ローラの略半周に亘って前記薄膜を搬送し、前記薄膜に塗布された液体が該薄膜の搬送を終了する位置に至るまでに乾燥するよう前記ローラの直径と回転速度とを調整してなることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の第１の液体塗布装置では、搬送手段が湿潤する薄膜を吸引すると共に熱を加えながら搬送し、塗布手段が搬送手段により搬送される薄膜に液体を塗布する。薄膜は吸引により搬送手段に固定された状態で搬送されるから、面方向の張力を受けない。この結果、湿潤しても面方向へ変化することがない。また、搬送手段は、熱を薄膜に加えるから、液体は塗布されると同時に乾燥が開始され、迅速に乾燥される。この結果、薄膜を湿潤させる程度を低くすることができ、湿潤による薄膜の変形を防止することができる。そして、前記搬送手段は、円柱形状の回転駆動するローラであり、前記ローラの略半周に亘って前記薄膜を搬送する手段であり、前記薄膜に塗布された液体が該薄膜の搬送を終了する位置に至るまでに乾燥するよう前記ローラの直径と回転速度とを調整してなるものであるため、搬送の間に塗布した液体を乾燥させることができる。
【００１０】
こうした本発明の第１の液体塗布装置において、前記搬送手段は、表面に複数の吸引孔を有する円筒形状の回転部材と、該回転部材の回転を支持すると共に該回転部材との間に負圧通路を形成する固定部材とを備えるものとすることもできる。さらに、この態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記固定部材は、前記回転部材を加熱可能な加熱手段を備えるものとすることもでき、この場合、前記加熱手段は、前記固定部材に巻き付けられた導電ラインを用いて誘導加熱により加熱する手段であるものとすることもできる。
【００１１】
搬送手段が回転駆動するローラである態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記塗布手段は、前記薄膜の搬送開始部近傍で前記液体を塗布する手段であるものとすることもできる。こうすれば、搬送されている最中に液体を乾燥することができる。
【００１２】
また、搬送手段が回転駆動するローラである態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記塗布手段は、前記薄膜上に前記液体を所定形状に塗布する手段であり、前記搬送手段は、搬送面に前記薄膜上に塗布された前記液体の所定形状を整数個配置するよう形成されてなるものとすることもできる。
【００１３】
また、本発明の第１の液体塗布装置において、前記搬送手段とにより前記薄膜を挟持した状態で該搬送手段と連動して移動可能で、該薄膜に前記液体を塗布する所定形状を設定する形状設定手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、所望の形状に液体を塗布することができる。
【００１４】
この形状設定手段を備える態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記形状設定手段は、前記所定形状の枠を有する手段であるものとすることもできる。
【００１５】
また、形状設定手段を備える態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記形状設定手段は、前記所定形状のうち前記搬送手段による搬送方向に同一の形状をなす部分の一部を省略してなる枠を有する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定形状より小さな形状の枠とすることができ、装置の小型化を図ることができる。この態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記形状設定手段は、前記枠の前記同一の形状の部分を用いて前記省略された部分に前記液体が塗布されるよう該枠を移動する枠移動手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、所定形状より小さな枠で所定形状に液体を塗布することができる。
【００１６】
さらに、形状設定手段を備える態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記搬送手段は搬送面が前記所定形状を複数個有する長さに調節されてなり、前記塗布手段は前記所定形状の長さの間隔をおいて複数回塗布する手段であるものとすることもできる。こうすれば、複数回に分けて液体を塗布することができる。
【００１７】
また、本発明の第２の液体塗布装置において、湿潤する薄膜に液体を塗布する液体塗布装置であって、前記薄膜を吸引すると共に熱を加えながら搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送される薄膜に前記液体を塗布する塗布手段と、前記搬送手段とにより前記薄膜を挟持した状態で該搬送手段と連動して移動可能で、該薄膜に前記液体を塗布する所定形状を設定する形状設定手段とを備え、前記搬送手段は、表面に複数の吸引孔を有し所定の長さに亘って前記薄膜を搬送するベルトと、該ベルトを支持すると共に該ベルトとの間に負圧通路を形成する支持部材とを有し、前記形状設定手段は、前記所定形状のうち前記搬送手段による搬送方向に同一の形状をなす部分の一部を省略してなる枠を有することを要旨とする。この態様の本発明の第２の液体塗布装置において、前記支持部材は、前記ベルトを加熱可能な加熱手段を備えるものとすることもできる。
【００１８】
こうした搬送手段がベルトと支持部材とを備える態様の本発明の第２の液体塗布装置において、前記薄膜の塗布面への給気と排気とを行なう給排気手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、塗布した液体を早期に乾燥させることができる。そして、本発明の第２の液体塗布装置において、前記形状設定手段は、前記枠の前記同一の形状の部分を用いて前記省略された部分に前記液体が塗布されるよう該枠を移動する枠移動手段を備えることができる。また、本発明の第２の液体塗布装置において、前記搬送手段は、搬送面が前記所定形状を複数個有する長さに調節されてなり、前記塗布手段は、前記所定形状の長さの間隔をおいて複数回塗布する手段とすることができる。
【００１９】
本発明の第１または第２の液体塗布装置において、前記塗布手段は、前記液体を前記薄膜に対して噴霧して塗布する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の第１の液体塗布装置において、前記塗布手段は、噴霧された液体が前記薄膜に到達して塗布されるまでに所定の割合以上の溶媒が揮発するよう噴霧する位置が調節されてなるものとすることもできる。こうすれば、薄膜を湿潤させる程度を低く抑えることができ、薄膜の変形を防止することができる。また、液体の乾燥に要する時間を少なくすることができる。この結果、薄膜の湿潤による変形をより確実に防止することができる。
【００２０】
本発明の第３の液体塗布装置は、湿潤する薄膜の両面に液体を塗布する液体塗布装置であって、前記薄膜の一方の面に前記液体を塗布する搬送手段がローラである態様の本発明の第１の液体塗布装置と、該第１の液体塗布装置の後段に配置され、前記薄膜の他方の面に前記液体を塗布する搬送手段がローラである態様の本発明の第１の液体塗布装置とを備えることを要旨とする。
【００２１】
この本発明の第３の液体塗布装置は、搬送手段がローラである態様の本発明の第１の液体塗布装置を二つ備えることにより、薄膜に変形を生じさせることなく薄膜の両面に液体を塗布することができる。
【００２２】
こうした本発明の第１、第２または第３の液体塗布装置において、前記薄膜は湿潤状態でプロトン導電性を呈する高分子材料により形成された膜であり、前記液体は触媒を担持するカーボン粉末が溶媒に分散されてなる液体であるものとすることもできる。
【００２３】
本発明に係る第１または第３の液体塗布装置に用いられる回転部材は、液体塗布装置に用いられる搬送手段が備える回転部材であって、円筒形で複数の吸引孔が形成された金属製のドラムと、該ドラムの外周面を被覆する多孔質の樹脂により形成された樹脂層とを備えることを要旨とする。
【００２４】
この本発明の液体塗布装置に用いられる回転部材では、円筒形で複数の吸引孔が形成された金属製のドラムの外周面を多孔質の樹脂層で被覆して構成される。樹脂層の孔は径が小さいから、薄膜の厚みが薄くても吸引による窪みを生じさせることがない。この結果、薄膜に液体が塗布されたときに窪みに生じ得る液体の厚みの不均一を解消することができ、塗布される液体の厚みを均一にすることができる。また、樹脂層だけを取り換えることにより回転部材を新たなものとすることができる。この結果、回転部材の経年使用による劣化が生じても安価に新たなものとすることができ、ランニングコストを低下させることができる。
【００２５】
本発明に係る第１または第３の液体塗布装置に用いられる回転部材の製造方法は、液体塗布装置に用いられる搬送手段が備える回転部材の製造方法であって、金属により複数の細孔を備える円筒形のドラムを形成するドラム形成工程と、該形成されたドラムの外周面に多孔質の樹脂の層を被覆形成する樹脂層形成工程とを備えることを要旨とする。
【００２６】
この本発明の回転部材の製造方法では、円筒形で複数の吸引孔が形成された金属製のドラムの外周面を多孔質の樹脂層で被覆してなる回転部材を製造することができる。
【００２７】
この本発明の回転部材の製造方法において、前記樹脂層形成工程は、熱収縮性の多孔質の樹脂を前記ドラムの外周面に配置して熱を加えることにより該ドラムの外周面に多孔質の樹脂の層を被覆形成する工程であるものとすることもできる。こうすれば、容易にドラムを多孔質の樹脂層で被覆することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である両面塗布装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図である。実施例の両面塗布装置２０は、図示するように、ロール２２から供給される湿潤する薄膜２４の両面に所定形状の触媒層３４を塗布により形成する二つの液体塗布装置３０を備える。また、両面塗布装置２０は、薄膜２４が液体塗布装置３０に張られた状態で供給されるよう薄膜２４に若干のテンションをかけるテンションローラ２３と、両面に触媒層３４が形成された薄膜２４がローラ２８に張られた状態で巻き取られるよう薄膜２４に若干のテンションをかけるテンションローラ２７とを備える。
【００２９】
薄膜２４は、実施例では湿潤状態で良好なプロトン導電性を示す高分子材料、例えばパーフルオロスルホネートイオノマー（デュポン製の商品名「ナフィオン」）により厚さが１０〜３００μｍ程度に形成された薄膜を用いている。触媒層３４は、白金または白金と他の金属との合金からなる触媒を担持したカーボン粉末により形成されており、このカーボン粉末をエタノールに分散させて調製されたインク３３が塗布手段としての噴霧塗布機３２で薄膜２４に噴霧により塗布され乾燥されて形成される。こうした触媒層３４が両面に形成された薄膜２４は、固体高分子型燃料電池の発電層として用いられる。
【００３０】
液体塗布装置３０は、前述した噴霧塗布機３２と、薄膜２４を吸引しながら回転方向に搬送すると共に薄膜２４に塗布されたインク３３を乾燥するために熱を加える円筒形の吸引加熱ローラ４０とを備える。図２は、吸引加熱ローラ４０の構成の概略を断面図として示したものである。吸引加熱ローラ４０は、中空の略円筒形状をしたシャフト４２と、このシャフト４２にベアリング６２，６３を介して回転自在に取り付けられたプーリ６０と、このプーリ６０にボルト６４により取り付け固定されてプーリ６０と共に回転すると共に薄膜２４を吸引して略半周搬送する回転部材としてのドラム７０とを備える。
【００３１】
シャフト４２には、エア吸入流路４６と、このエア吸引流路４６から分岐する吸引流路４８が形成されている。エア吸入流路４６の端部のエア吸入口４４は、図示しない吸引ブロワに接続されており、この吸引ブロワによって吸引されるようになっている。シャフト４２のドラム７０の内側には、インナ５０が取り付けられており、シャフト４２との間にエア吸引流路５４を形成すると共にドラム７０との間に負圧室５９を形成する。インナ５０には、吸引流路４８と負圧室５９とを連通する複数の吸引流路５２が形成されていると共にエア吸引流路５４と負圧室５９とを連通する複数の吸引流路５６が形成されている。したがって、負圧室５９は、吸引流路５２，５６，エア吸入流路４６，５４を介して図示しない吸引ブロワにより吸引されることにより負圧になっている。
【００３２】
インナ５０には、加熱用の誘導コイル５８が巻回されており、ドラム７０を加熱できるようになっている。そして、この誘導コイル５８への通電を制御することにより、ドラム７０表面の温度は、薄膜２４の性能に影響を与えない温度であってインク３３を乾燥させるのに適した温度（実施例では、約６０℃）になるよう調節されている。
【００３３】
ドラム７０は、ドラム７０の構造を模式的に示す図３やその断面を模式的に示す図４に示すように、複数の貫通孔（例えば、５ｍｍピッチの間隔で形成された直径１ｍｍの複数の貫通孔）７４を外周面に有する円筒形状の金属製の金属ドラム７２と、この金属ドラム７２の外周面に被覆された多孔質の樹脂層７６とにより構成されている。したがって、負圧室５９の負圧は、複数の貫通孔７４と樹脂層７６のマイクロメートルオーダーの多数の細孔とを介してドラム７０の外周面に供給された薄膜２４に作用するから、薄膜２４は吸引により面方向に応力を受けることなく搬送されることになる。このように薄膜２４に面方向の応力を作用させないから、インク３３の塗布により薄膜２４が若干湿潤して変形しやすくなったとしても、薄膜２４は変形せずに搬送される。また、ドラム７０の外周面は、マイクロメートルオーダーの多数の細孔を有する樹脂層７６により形成されているから、薄膜２４が吸引されても、薄膜２４には吸引孔が膜の厚みに比して大きいことにより生じる窪みは形成されない。この結果、窪みにインク３３が溜まることにより生じ得る塗布層（樹脂層７６）の厚さの不均一を防止することができる。なお、ドラム７０の端部を回転自在に支持するベアリング６６は、負圧シール６７とキャップ６８によりシールされている。
【００３４】
ドラム７０は、図５に例示するその製造工程に示すように、複数の貫通孔７４を有する金属ドラム７２を製作し（工程Ｓ１０）、熱収縮性の多孔質樹脂により径が金属ドラム７２より若干大きめの被覆材を形成し（工程Ｓ１２）、この被覆材に金属ドラム７２を嵌挿し（工程Ｓ１４）、被覆材に熱を加えて収縮させることにより金属ドラム７２に被覆材を密着させて樹脂層７６として（工程Ｓ１６）、製造される。このように金属ドラム７２に樹脂層７６を被覆することにより、経年使用によって樹脂層７６に劣化などが生じ、ドラム７０の機能が低下したときには、樹脂層７６を剥がし、新たな樹脂層７６を形成するだけでドラム７０を新たなものとすることができる。この結果、ドラム７０全体を新たなものに交換する場合に比してランニングコストを低くすることができる。なお、実施例では、樹脂層７６を形成する材料としてテトラフルオロカーボンを用いた。
【００３５】
図６は、ドラム７０に巻き付けられている薄膜２４を展開して示す説明図である。図示するように、実施例の両面塗布装置２０では、噴霧塗布機３２で略矩形の触媒層３４を形成するようにインク３３が塗布される。そして、ドラム７０の直径は、ドラム７０の半周上に２つの触媒層３４が形成されるよう調整されている。
【００３６】
ドラム７０は、プーリ６０とベルトなどにより接続されプーリ６０を回転駆動する図示しない駆動モータを運転することにより、プーリ６０と共に回転する。このときの回転速度は、薄膜２４のドラム７０による搬送開始部近傍で噴霧塗布機３２により薄膜２４に塗布されたインク３３が半周搬送される間に乾燥した触媒層３４を形成する速度に調節されている。したがって、薄膜２４がドラム７０から離れるときには、触媒層３４は完全に乾燥している。
【００３７】
噴霧塗布機３２は、前述したように、インク３３を噴霧して薄膜２４に塗布するが、インク３３を調製するために溶媒として用いたエタノールが噴霧の際に空気中に所定の割合（例えば、１０〜５０％の割合）で揮発するよう薄膜２４からの距離が調節されて配置されている。また、インク３３は、噴霧塗布機３２により噴霧可能な高濃度に調製されている。このように噴霧塗布機３２を配置すると共にインク３３を調製することにより、薄膜２４のエタノールによる湿潤の程度をできる限り低くすることができる。
【００３８】
以上説明した実施例の両面塗布装置２０による薄膜２４へのインク３３の塗布について図７の模式図を用いて説明する。薄膜２４は、ドラム７０に吸引されて面方向の応力の作用なしの搬送が開始されると共に噴霧塗布機３２によりインク３３が塗布される。この場合、噴霧塗布機３２がインク３３の溶媒が所定の割合で揮発する位置に配置されているから、所定の割合分だけ高濃度になったインク３３が塗布されることになる。薄膜２４は、インク３３の塗布により若干湿潤することになるが、面方向に応力の作用を受けていないから変形しない。薄膜２４はドラム７０により加熱されているから、塗布されたインク３３は、塗布と同時に迅速に揮発していく。薄膜２４がドラム７０により約半周搬送される間に、インク３３中の溶媒のほぼすべてが揮発し、薄膜２４がドラム７０から離れるときには、完全乾燥した触媒層３４が薄膜２４表面に形成されていることになる。もとより、薄膜２４は変形しない。図８に、比較例として、噴霧塗布機３２の配置を調節せずにインク３３を塗布すると共に塗布工程の後に乾燥機により乾燥させる場合の様子を模式的に示す。この場合、噴霧塗布機３２の位置が調節されていないから、インク３３は溶媒があまり揮発せずに薄膜２４に塗布される。したがって、薄膜２４は溶媒によって湿潤し変形する。このとき、実施例のように薄膜２４の面方向の応力の作用なしに薄膜２４を搬送すれば、変形の程度は少なくなるが、薄膜２４に張力を作用させた状態でインク３３を塗布したり、薄膜２４に自由に変形できるような自由度を与えた状態でインク３３を塗布する場合には、その変形の程度は大きくなる。薄膜２４に塗布されたインク３３は乾燥機内で揮発するが同時に薄膜２４に浸透するから、薄膜２４の変形の程度は更に大きくなる。そして、インク３３が完全乾燥したときには、薄膜２４は変形した状態で乾燥する。こうした薄膜２４の変形は、燃料電池を形成したときに性能の低下として現れる。
【００３９】
実施例の両面塗布装置２０では、図１に示すように、こうして構成された液体塗布装置３０を前後段に２つ配置して構成されており、前段に配置された液体塗布装置３０により薄膜２４の片面に形成された略矩形の触媒層３４に、後段に配置された液体塗布装置３０により薄膜２４の他面に形成される触媒層３４が整合するように、後段に配置された液体塗布装置３０の噴霧塗布機３２からのインク３３の噴霧のタイミングが調節されている。
【００４０】
以上説明した実施例の両面塗布装置２０によれば、湿潤する薄膜２４を変形させることなく、薄膜２４の両面に触媒層３４を形成することができる。この結果、両面に触媒層３４が形成された薄膜２４を用いて高性能な燃料電池を構成することができる。
【００４１】
実施例の吸引加熱ローラ４０によれば、薄膜２４を吸引して薄膜２４に面方向の応力を作用させることなしに搬送するから、薄膜２４の湿潤による変形を小さくすることができる。また、薄膜２４を加熱しながら搬送するから、薄膜２４に塗布されたインク３３の溶媒を素速く揮発、即ち乾燥させることができる。さらに、実施例の吸引加熱ローラ４０によれば、薄膜２４の搬送が終了するまでに塗布されたインク３３が乾燥するよう回転速度を調節してあるから、続けて薄膜２４の他面にインク３３を塗布することができる。
【００４２】
実施例のドラム７０によれば、金属ドラム７２に多孔質の樹脂層７６を被覆したから、薄膜２４に吸引による窪みが形成されることがない。この結果、インク３３を均一な厚さに塗布することができる。また、樹脂層７６を取り換えることによりドラム７０を新たなものにできるから、ランニングコストを低減することができる。更に、実施例のドラム７０によれば、樹脂層７６を熱収縮性の樹脂を用いて製造したから、簡易にドラム７０を製造することができる。
【００４３】
実施例の両面塗布装置２０では、ドラム７０の半周分に略矩形の触媒層３４が２つ形成されるようドラム７０の直径を調節したが、触媒層３４が整数個形成されるようドラム７０の直径を調節するものとしてもよい。また、実施例の両面塗布装置２０では、ドラム７０の回転速度を、薄膜２４の搬送が終了するまでにインク３３が乾燥するよう調節したが、インク３３を塗布した後に一旦回転を停止させてインク３３を乾燥させるものとしてもよい。
【００４４】
実施例の両面塗布装置２０では、薄膜２４の両面にインク３３を塗布するものとしたが、薄膜２４の片面にだけインク３３を塗布するものとしてもよい。この場合、後段の液体塗布装置３０のない構成とすればよい。
【００４５】
実施例の両面塗布装置２０では、金属ドラム７２の外周面を多孔質の樹脂層７６で被覆したが、金属ドラム７２の外周面を樹脂製のメッシュクロスにより覆うものとしてもよい。また、金属ドラム７２の外周面を樹脂層７６で被覆しないものとしてもよい。この場合、金属ドラム７２に形成される貫通孔７４の径とピッチは、薄膜２４の材質や厚さなどにより設定すればよい。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施例の液体塗布装置１２０について説明する。図９は第２実施例の液体塗布装置１２０の構成の概略を示す構成図であり、図１０は第２実施例の液体塗布装置１２０の断面を模式的に示す断面図である。第２実施例の液体塗布装置１２０は、図示するように、ロール１２２から要求される薄膜１２４を搬送する搬送機１４０と、インク１３３を噴霧により塗布する噴霧塗布機１３２と、塗布される範囲を設定するマスキングベルト１７０と、塗布されたインク１３３の乾燥を促進する乾燥用ダクト１８０とを備える。薄膜１２４やインク１３３は、第１実施例の薄膜２４やインク３３と同一である。また、噴霧塗布機１３２も第１実施例の噴霧塗布機３２と同一であり、噴霧塗布機１３２の配置の調整も第１実施例の噴霧塗布機３２の配置の調整と同一である。これら同一の構成や調整についての説明は、重複するから省略する。なお、液体塗布装置１２０は、図９に示すように、噴霧塗布機１３２によるインク１３３の塗布が４回に分けて行なわれるようになっており、４つの同一のステーションから構成されている。したがって、図９には、各ステーションの内容が解るよう部分的に透視図として記載した。
【００４７】
搬送機１４０は、図１０に示すように、複数の細孔１４４が全面に形成された金属製の搬送ベルト１４２と、この搬送ベルト１４２を支持する支持台１５０とを備える。搬送ベルト１４２は、搬送ベルト送りロール１４８の回転駆動によって移動するようになっている。
【００４８】
図１１は搬送機１４０の構造を説明する説明図であり、図１２は搬送機１４０の一部の断面を示す部分断面図である。支持台１５０には、エア吸引流路１５２が形成されている。エア吸引流路１５２の端部には吸引管１５８が接続されており、吸引管１５８には図示しない吸引ブロワが接続されている。したがって、吸引ブロワにより吸引されることによりエア吸引流路１５２は負圧となる。図１１に示すように、支持台１５０の上面には、複数の矩形の凸部１５４が形成されており、搬送ベルト１４２がこの凸部１５４の上面を摺動移動するようになっている。凸部１５４と搬送ベルト１４２とにより形成される負圧室１５６は、吸引流路１５３を介してエア吸引流路１５２と接続されており、エア吸引流路１５２の負圧が導入されるようになっている。したがって、凸部１５４上を摺動移動する搬送ベルト１４２上に薄膜１２４を載置すれば、薄膜１２４は搬送ベルト１４２に形成された複数の細孔１４４に吸引され、面方向の応力の作用なしに搬送される。
【００４９】
支持台１５０は、シーズヒータ１６０を備えており、シーズヒータ１６０に通電することにより搬送ベルト１４２を加熱できるようになっている。なお、実施例では、第１実施例で説明したように、搬送ベルト１４２の表面温度が薄膜１２４の性能に影響を与えない温度であってインク１３３を乾燥させるのに適した温度（例えば、約６０℃）になるよう調節されている。
【００５０】
マスキングベルト１７０は、薄膜１２４を搬送ベルト１４２とにより挟持するよう搬送機１４０に配置されており、４つのマスキングベルト送りロール１７４により搬送ベルト１４２と同期して移動するようになっている。マスキングベルト１７０には、インク１３３の塗布形状としての略矩形の貫通孔１７２が連続して形成されており、噴霧塗布機１３２からの噴霧により薄膜１２４に貫通孔１７２の形状にインク１３３を塗布することができるようになっている。マスキングベルト１７０の外形は、図１２に示すように、搬送ベルト１４２に形成された細孔１４４を薄膜１２４と共に完全に塞ぐように形成されている。したがって、薄膜１２４は、マスキングベルト１７０と搬送ベルト１４２とによって変形できないよう搬送されることになる。
【００５１】
乾燥用ダクト１８０は、給気管１８２と排気管１８４とを備え、薄膜１２４に塗布されたインク１３３の乾燥を促進する。
【００５２】
第２実施例の液体塗布装置１２０では、搬送ベルト１４２の搬送の速度と乾燥用ダクト１８０の大きさは、噴霧塗布機１３２により塗布されたインク１３３が乾燥用ダクト１８０から出るときに完全に乾燥するように調節されている。したがって、第２実施例の液体塗布装置１２０では、塗布を４回に分けて行なっているが、各塗布は、完全に乾燥した上に重ねるように行なわれるのである。
【００５３】
以上説明した第２実施例の液体塗布装置１２０でも、第１実施例で図７を用いて説明したように、薄膜１２４を変形させることなく、薄膜１２４に触媒層１３４を形成することができる。即ち、噴霧塗布機１３２は、インク１３３の溶媒が所定の割合で揮発する位置に配置されているから、薄膜１２４のインク１３３の溶媒による湿潤の程度を低くすることができる。薄膜１２４は、搬送ベルト１４２により面方向の応力の作用なしに搬送されるから、インク１３３の塗布による若干の湿潤に対しても変形することがない。また、薄膜１２４は、搬送ベルト１４２により加熱されているから、インク１３３の塗布と同時に溶媒を揮発して、その変形をより小さくすることができる。さらに、乾燥用ダクト１８０によりインク１３３の乾燥を促進するから、より素速くインク１３３を乾燥させることができる。この結果、薄膜１２４の変形の程度を更に小さくすることができる。
【００５４】
第２実施例の液体塗布装置１２０では、４回に分けてインク１３３を塗布するものとしたが、１回だけの塗布でもよく、その他、２回または３回あるいは５回以上に分けて塗布するものとしてもよい。
【００５５】
第２実施例の液体塗布装置１２０では、搬送ベルト１４２の搬送の速度と乾燥用ダクト１８０の大きさを、噴霧塗布機１３２により塗布されたインク１３３が乾燥用ダクト１８０から出るときに完全に乾燥するように調節したが、乾燥用ダクト１８０をマスキングベルト１７０の貫通孔１７２を覆う大きさとし、噴霧塗布機１３２によるインク１３３の塗布が貫通孔１７２分だけ終了したときに搬送ベルト１４２による搬送を一時停止し、塗布されたインク１３３が乾燥したときに、再び搬送ベルト１４２による搬送を開始するものとしてもよい。
【００５６】
第２実施例の液体塗布装置１２０では、乾燥用ダクト１８０を備えるものとしたが、乾燥用ダクト１８０を備えない構成としても差し支えない。また、第２実施例の液体塗布装置１２０では、マスキングベルト１７０を備えるものとしたが、マスキングベルト１７０を備えない構成としてもかまわない。
【００５７】
第２実施例の液体塗布装置１２０では、インク１３３の塗布により形成される触媒層１３４と同一形状の貫通孔１７２を有するマスキングベルト１７０を用いたが、触媒層１３４の形状を一部省略した貫通孔を有する塗布枠を用いてインク１３３を塗布するものとしてもよい。触媒層１３４の形状の一部を省略した貫通孔１７２Ｂを有する塗布枠１７１Ｂを用いて触媒層１３４を塗布する様子を図１３〜図１５に示す。図示するように、塗布枠１７１Ｂの貫通孔１７２Ｂは、触媒層１３４より図中左右方向の長さが短く形成されている。この塗布枠１７１Ｂを用いるインク１３３の塗布は、図１４の中央の触媒層１３４に示すように、触媒層１３４の領域Ａについては塗布枠１７１Ｂにおける貫通孔１７２Ｂの端部を用い（図１３参照）、触媒層１３４の領域Ｂについては貫通孔１７２Ｂの直線部を用い（図１４参照）、触媒層１３４の領域Ｃについては貫通孔１７２Ｂの曲線部を用いる（図１５参照）。触媒層１３４の領域Ｂは、左右方向に同一の形状であるから、貫通孔１７２Ｂの直線部を繰り返して用いてインク１３３を塗布することができる。したがって、この領域Ｂの塗布の際には、塗布枠１７１Ｂを横方向にずらして用いるよう塗布枠１７１Ｂの位置制御を行なえばよい。
【００５８】
次に、上述した触媒層１３４の形状より小さい塗布枠１７１Ｂを第１実施例の両面塗布装置２０が備える液体塗布装置３０に適用する場合、即ち、ローラ上でインクを塗布する場合について説明する。図１６は変形例の液体塗布装置３０Ｃの構成の概略を示す構成図であり、図１７は変形例の液体塗布装置３０Ｃの分解斜視図である。変形例の液体塗布装置３０Ｃは、図１６に示すように、吸引加熱ローラ４０に吸引されて搬送される薄膜２４上へのインク３３の塗布により形成される触媒層３４の形状より小さな貫通孔２５２を有する塗布枠２５１と、この塗布枠２５１を支持すると共に吸引加熱ローラ４０と同期して回転可能な塗布枠支持機構２６０とを備える。
【００５９】
塗布枠２５１は、図１７に示すように、吸引加熱ローラ４０と密着したときに吸引加熱ローラ４０の外周面と同一の曲率となるよう弾性を有する材料により形成されており、触媒層３４の直線部分の一部が省略されて触媒層３４より小さな形状に形成された貫通孔２５２を備える。したがって、塗布枠２５１の直線部分を繰り返し用いてインク３３を塗布することにより、触媒層３４を塗布により形成できるようになっている。
【００６０】
塗布枠支持機構２６０は、図１６に示すように、回転軸をなす回転軸部２６１から直線状に上下に延出して形成された支持部２６２と、この支持部２６２に取り付けられ塗布枠２５１を両側から支持する枠支持部材２６４と、吸引加熱ローラ４０の外周面に着脱する第１着脱部２６６と、吸引加熱ローラ４０の側面に着脱する第２着脱部２６８とを備える。第１着脱部２６６は、図中上下に移動して吸引加熱ローラ４０の外周面に着脱するようになっており、第２着脱部２６８は、図中左右に移動して吸引加熱ローラ４０の側面に着脱するようになっている。第１着脱部２６６が吸引加熱ローラ４０の外周面に密着すると共に第２着脱部２６８を吸引加熱ローラの側面から離脱すると、塗布枠支持機構２６０は吸引加熱ローラ４０と同期して回転し、第１着脱部２６６が吸引加熱ローラ４０の外周面から離脱すると共に第２着脱部２６８が吸引加熱ローラ４０の側面に密着すると、塗布枠支持機構２６０は吸引加熱ローラ４０との同期した回転から解除され、回転を停止する。
【００６１】
図１８は、インク３３を塗布しているときの塗布枠支持機構２６０の位置を説明する説明図である。塗布枠支持機構２６０は、まず、第１着脱部２６６を吸引加熱ローラ４０の外周部に密着させると共に第２着脱部２６８を吸引加熱ローラ４０の側面から離脱させることにより、時計反対方向に最も回転した位置Ａから吸引加熱ローラ４０と同期して時計回転方向に回転する。このとき、噴霧塗布機３２により触媒層３４の端部が塗布される。塗布枠支持機構２６０は、触媒層３４の直線部分に相当する位置Ｂまで吸引加熱ローラ４０と同期して回転すると、第１着脱部２６６を吸引加熱ローラ４０の外周面から離脱させると共に第２着脱部２６８を吸引加熱ローラ４０の側面に密着させて回転を停止する。すると、吸引加熱ローラ４０は回転するが塗布枠支持機構２６０は回転しないから、塗布枠２５１の直線部分が繰り返し用いられることになり、噴霧塗布機３２により触媒層３４の直線部分を塗布することができる。触媒層３４の直線部分の塗布が終了すると、塗布枠支持機構２６０は、再び第１着脱部２６６を吸引加熱ローラ４０の外周部に密着させると共に第２着脱部２６８を吸引加熱ローラ４０の側面から離脱させて吸引加熱ローラ４０と同期して回転して位置Ｃに至る。その間に、噴霧塗布機３２により触媒層３４の曲線部分が塗布される。こうして触媒層３４の塗布が終了する。なお、塗布枠支持機構２６０には、その回転の端部の位置決めのために位置Ａとなる部位と位置Ｃとなる部位にストッパ２７０，２７２が設けられている。
【００６２】
こうした変形例の液体塗布装置３０Ｃによれば、触媒層３４より小さな形状の貫通孔２５２を備える塗布枠２５１を用いて触媒層３４の形状にインク３３を塗布することができる。しかも、塗布枠支持機構２６０は吸引加熱ローラ４０の回転力を用いて回転するから、吸引加熱ローラ４０と完全に同期して回転することができると共に駆動源を少なくすることができる。
【００６３】
変形例の液体塗布装置３０Ｃでは、第１着脱部２６６を用いて塗布枠支持機構２６０を吸引加熱ローラ４０に固定し、吸引加熱ローラ４０の回転力を用いて塗布枠支持機構２６０を吸引加熱ローラ４０と同期して回転するようにしたが、モータを用いて吸引加熱ローラ４０と同期して回転するものとしてもよい。
【００６４】
第１実施例の両面塗布装置２０や第２実施例の液体塗布装置１２０では、薄膜２４，１２４として燃料電池の電解質として用いる高分子材料により形成された膜を用い、薄膜２４，１２４に触媒層３４，１３４を形成するためのインク３３，１３３を塗布するものとしたが、薄膜であれば如何なる膜を用いるものとしてもよく、塗布するインクも如何なるインクを用いるものとしてもよい。本発明の効果を考慮すれば、薄膜は、湿潤するものほどその効果を奏することは言うまでもない。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である両面塗布装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図である。
【図２】  吸引加熱ローラ４０の構成の概略を示す断面図である。
【図３】  ドラム７０の構造を模式的に示す分解図である
【図４】  ドラム７０の断面を模式的に示す断面図である。
【図５】  回転部材としてのドラム７０の製造の様子の一例を示す製造工程図である。
【図６】  ドラム７０に巻き付けられている薄膜２４を展開して示す説明図である。
【図７】  液体塗布装置３０により薄膜２４に塗布されたインク３３が揮発する様子を模式的に示す説明図である。
【図８】  比較例により薄膜２４に塗布されたインク３３が揮発する様子を模式的に示す説明図である。
【図９】  第２実施例の液体塗布装置１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図１０】  第２実施例の液体塗布装置１２０の断面を模式的に示す断面図である。
【図１１】  搬送機１４０の構造を説明する説明図である。
【図１２】  搬送機１４０の一部の断面を示す部分断面図である。
【図１３】  触媒層１３４の形状の一部を省略した貫通孔１７２Ｂを有する塗布枠１７１Ｂを用いて触媒層１３４を塗布する様子を説明する説明図である。
【図１４】  触媒層１３４の形状の一部を省略した貫通孔１７２Ｂを有する塗布枠１７１Ｂを用いて触媒層１３４を塗布する様子を説明する説明図である。
【図１５】  触媒層１３４の形状の一部を省略した貫通孔１７２Ｂを有する塗布枠１７１Ｂを用いて触媒層１３４を塗布する様子を説明する説明図である。
【図１６】  変形例の液体塗布装置３０Ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図１７】  変形例の液体塗布装置３０Ｃの分解斜視図である。
【図１８】  インク３３を塗布しているときの塗布枠支持機構２６０の位置を説明する説明図である。
【符号の説明】
２０  両面塗布装置、２２，２８，１２２，１２８  ロール、２３，２７  テンションローラ、２４，１２４  薄膜、３０，３０Ｃ  液体塗布装置、３２，１３２  噴霧塗布機、３３，１３３  インク、３４，１３４  触媒層、４０  吸引加熱ローラ、４２  シャフト、４４  エア吸入口、４６  エア吸入流路、４８  吸引流路、５０  インナ、５２，５６  吸引流路、５４  エア吸引流路、５８  誘導コイル、５９  負圧室、６０  プーリ、６２，６３，６６  ベアリング、６７  負圧シール、６８  キャップ、７０  ドラム、７２  金属ドラム、７４  貫通孔、７６  樹脂層、１２０  液体塗布装置、１４０  搬送機、１４２  搬送ベルト、１４４  細孔、１４８  搬送ベルト送りロール、１５０  支持台、１５２エア吸引流路、１５４  凸部、１５６  負圧室、１５８  吸引管、１６０  シーズヒータ、１７０  マスキングベルト、１７１Ｂ  塗布枠、１７２，１７２Ｂ貫通孔、１７４  マスキングベルト送りロール、１８０  乾燥用ダクト、１８２  給気管、１８４  排気管、２５１  塗布枠、２５２  貫通孔、２６０  塗布枠支持機構、２６１  回転軸部、２６２  支持部、２６４  枠支持部材、２６６第１着脱部、２６８  第２着脱部、２７０，２７２  ストッパ。
【図１】
0003885462.tif 000002
【図２】
0003885462.tif 000003
【図３】
0003885462.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003885462.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003885462.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003885462.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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