JP6048428B2 - 塗膜の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗膜の形成方法に関する。

塗膜の形成方法としては、塗膜の元となる塗布液をシート状の基材に対して間欠的に塗布することによって、基材上に塗膜を間欠的に形成する方法が知られている。例えば、燃料電池の製造工程では、電極層の元となる塗布液を、基材に間欠的に塗布することによって、基材に電極層を間欠的に形成することが行われる。塗布液の塗布を一旦中断することによって形成される塗膜の端部では、塗布液の切れの具合によっては、塗膜の端部が過剰な筋状になる筋状不良や、塗膜の端部が過剰にかすれるカスレ不良が発生する。筋状不良やカスレ不良は、歩留まり低下の要因となる。

特許文献１には、塗布液を圧送および吸引することで、塗布液の切れを良くすることが記載されている。特許文献２、３には、基材を部分的に表面処理することで、塗布液の切れを良くすることが記載されている。

特開２００３−３４０３３８号公報 特開２０１１−２００７８２号公報 特開２０１２−５５８６６号公報

特許文献１〜３における塗膜の形成方法では、筋状不良やカスレ不良を抑制するために、塗布液の物性や製品の仕様を変更するごとに、塗布液を基材に塗布する塗布条件を調整することが困難であった。そのため、塗膜の形成方法において、塗布条件を容易に調整することが可能な技術が望まれていた。そのほか、従来の塗膜の形成方法においては、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。

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。

本発明の一形態によれば、基材に塗布液を間欠的に塗布することによって塗膜を間欠的に形成する塗膜の形成方法が提供される。この塗膜の形成方法は、基材に塗布液を間欠的に塗布することによって塗膜を間欠的に形成する塗膜の形成方法であって；前記塗布液の塗布を一旦中断することによって形成される前記塗膜の端部において筋状およびかすれた状態の少なくとも一方になる部分の長さとして想定される長さＸメートル（ｍ）と；前記塗布液を基材に対して吐出する吐出口から前記基材までの距離Ｌメートル（ｍ）と；前記吐出口からの前記塗布液を吐出する速度Ｖメートル毎秒（ｍ／ｓ）と；前記塗布液の粘度Ｍパスカル秒（Ｎ／ｍ^２・ｓ）と；前記塗布液の表面張力Ｓニュートン毎メートル（Ｎ／ｍ）としたとき、次の数式Ｉ

に基づいて、前記距離Ｌと、前記速度Ｖと、前記粘度Ｍと、前記表面張力Ｓとの少なくとも１つを調整する。この形態によれば、筋状不良やカスレ不良を抑制するための塗布条件を容易に調整できる。したがって、塗膜の端部における筋状不良やカスレ不良を効果的に抑制できる。その結果、塗膜を形成する際の歩留まりを低減できる。

塗布装置の構成を示す説明図である。 基材上に形成された塗膜の例を示す説明図である。 長さＸと、距離Ｌ、速度Ｖ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓとの関係を示すグラフである。 図３の実験値を得た各塗布液の組成を示す表である。

図１は、塗布装置１０の構成を示す説明図である。塗布装置１０は、塗膜の元となる塗布液をシート状の基材２００に対して間欠的に塗布することによって、基材２００上に塗膜３００を間欠的に形成する。本実施形態では、燃料電池の製造工程において、塗布装置１０は、電極層の元となる塗布液を、基材２００に対して間欠的に塗布することによって、基材２００上に電極層を塗膜３００として間欠的に形成する。塗布装置１０は、貯蔵容器１１０と、配管１２０と、ポンプ１３０と、吐出部１４０と、搬送機構１５０とを備える。

塗布装置１０の貯蔵容器１１０は、塗膜３００の元となる塗布液を貯蔵する。本実施形態では、貯蔵容器１１０に貯蔵される塗布液は、電極層の元となるカーボンを含有する。

塗布装置１０の配管１２０は、貯蔵容器１１０と吐出部１４０との間を接続し、貯蔵容器１１０から吐出部１４０へと塗布液を流す流路を形成する。

塗布装置１０のポンプ１３０は、配管１２０に設けられ、貯蔵容器１１０から塗布液を吐出部１４０に間欠的に送り出す。本実施形態では、ポンプ１３０は、吐出部１４０から塗布液を基材２００に対して吐出する速度Ｖを調整可能に構成されている。

塗布装置１０の吐出部１４０は、塗布液を基材２００に対して吐出する吐出口１４２を有する。吐出口１４２は、基材２００に向けて配置されている。本実施形態では、吐出部１４０は、吐出口１４２から基材２００までの距離Ｌを調整可能に構成されている。

塗布装置１０の搬送機構１５０は、基材２００を搬送方向ＤＦへと搬送する。本実施形態では、搬送機構１５０は、回転方向ＤＲへと回転するローラを用いて、基材２００を搬送方向ＤＦへと搬送する。

塗布装置１０は、貯蔵容器１１０に貯蔵された塗布液を、配管１２０を通して、ポンプ１３０により吐出部１４０へと間欠的に送り出す。吐出部１４０へと送り出された塗布液は、吐出口１４２から間欠的に吐出されることによって、基材２００上に間欠的に塗布される。これによって、基材２００上に塗膜３００が間欠的に形成される。

図２は、基材２００上に形成された塗膜３００の例を示す説明図である。塗膜３００は、塗布液の塗布を一旦中断することによって形成される端部３２０を有する。図２に示す塗膜３００の例は、塗膜３００ａと、塗膜３００ｂと、塗膜３００ｃである。

塗膜３００ａは、端部３２０ａを有する。塗膜３００ａの端部３２０ａは、筋状やかすれた状態になっておらず、整った形状をしている。

塗膜３００ｂは、端部３２０ｂを有する。塗膜３００ｂの端部３２０ｂは、筋状になっている。端部３２０ｂの長さＸｂが過剰である場合、端部３２０ｂは筋状不良と判断される。

塗膜３００ｃは、端部３２０ｃを備える。塗膜３００ｃの端部３２０ｃは、かすれている。端部３２０ｃの長さＸｃが過剰である場合、端部３２０ｃはカスレ不良と判断される。

塗布装置１０の操作者は、端部３２０ｂの長さＸｂおよび端部３２０ｃの長さＸｃとして許容可能な長さＸを設定し、次の数式Ｉに基づいて、距離Ｌ、速度Ｖ、塗布液の粘度Ｍおよび塗布液の表面張力Ｓの少なくとも１つを調整する。

Ｘ：塗膜３００の端部３２０において筋状およびかすれた状態の少なくとも一方になる部分の長さとして想定される長さ［メートル（ｍ）］
Ｌ：吐出口１４２から基材２００までの距離［メートル（ｍ）］
Ｖ：吐出口１４２から塗布液を吐出する速度［メートル毎秒（ｍ／ｓ）］
Ｍ：塗布液の粘度［パスカル秒（Ｎ／ｍ^２・ｓ）］
Ｓ：塗布液の表面張力［ニュートン毎メートル（Ｎ／ｍ）］

本実施形態では、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を用いて、距離Ｌおよび速度Ｖを調整する。この場合、塗布装置１０の操作者は、長さＸを設定するとともに、粘度Ｍおよび表面張力Ｓを測定する。その後、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を数式Ｉに適用して、距離Ｌと速度Ｖを算出する。塗布装置１０の操作者は、算出した値に基づいて、ポンプ１３０を操作して速度Ｖを調整するとともに、吐出部１４０を操作して距離Ｌを調整する。

他の実施形態では、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、距離Ｌ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を用いて、速度Ｖを調整してもよい。この場合、塗布装置１０の操作者は、長さＸおよび距離Ｌを設定するとともに、粘度Ｍおよび表面張力Ｓを測定する。その後、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、距離Ｌ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を数式Ｉに適用して、速度Ｖを算出する。塗布装置１０の操作者は、算出した値に基づいて、ポンプ１３０を操作して速度Ｖを調整する。

他の実施形態では、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、速度Ｖ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を用いて、距離Ｌを調整してもよい。この場合、塗布装置１０の操作者は、長さＸおよび速度Ｖを設定するとともに、粘度Ｍおよび表面張力Ｓを測定する。その後、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、速度Ｖ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を数式Ｉに適用して、距離Ｌを算出する。塗布装置１０の操作者は、算出した値に基づいて、吐出部１４０を操作して距離Ｌを調整する。

他の実施形態では、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、距離Ｌおよび速度Ｖの値を用いて、粘度Ｍおよび表面張力Ｓを調整してもよい。この場合、塗布装置１０の操作者は、長さＸ、距離Ｌおよび速度Ｖを設定し、その値を数式Ｉに適用して、粘度Ｍおよび表面張力Ｓを算出する。塗布装置１０の操作者は、算出した値に基づいて、塗布液の粘度Ｍおよび表面張力Ｓを調製する。

他の実施形態では、塗布装置１０が、長さＸ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を用いて、距離Ｌおよび速度Ｖを調整してもよい。この場合、塗布装置１０は、塗布装置１０の操作者から入力された長さＸ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの値を数式Ｉに適用して、距離Ｌおよび速度Ｖを算出する。塗布装置１０は、算出した値に基づいて、ポンプ１３０の速度Ｖを調整するとともに、吐出部１４０の距離Ｌを調整する。

図３は、長さＸと、距離Ｌ、速度Ｖ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓとの関係を示すグラフである。図３の横軸は、粘度Ｍと速度Ｖの積を表面張力Ｓで割った値をとる。この値は、キャピラリー数と呼ばれ、塗布安定性を司る因子として知られている。図３の縦軸は、長さＸを距離Ｌで割った値をとる。図３の直線Ａは、上述の数式Ｉを示す。図３には、長さＸ、距離Ｌ、速度Ｖ、粘度Ｍおよび表面張力Ｓの少なくとも１つが異なる実験値が示されている。

図４は、図３の実験値を得た各塗布液の組成を示す表である。試験者は、図３の実験値を得るにあたり、図４の組成１〜８に示す各塗布液を用意した。組成１〜８の各塗布液は、水、エタノール、デンカブラック、ヒドロキシプロピルセルロース、ビスコトップを含有する。試験者は、図４の各塗布液を用いて塗布液の粘度Ｍおよび塗布液の表面張力Ｓの少なくとも一方を変化させるとともに、塗布装置１０を用いて距離Ｌおよび速度Ｖの少なくとも一方も変化させることによって、各種の塗膜３００を形成し、塗膜３００の端部３２０の長さＸを測定した。このようにして、試験者は、図３の各実験値を得た。図３によれば、直線Ａの近傍に各実験値が集まっており、数式Ｉは実験値と相関があることが分かった。

以上説明した実施形態によれば、筋状不良やカスレ不良を抑制するための塗布条件を容易に調整できる。したがって、塗膜３００の端部３２０における筋状不良やカスレ不良を効果的に抑制できる。その結果、塗膜３００を形成する際の歩留まりを低減できる。

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、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…塗布装置
１１０…貯蔵容器
１２０…配管
１３０…ポンプ
１４０…吐出部
１４２…吐出口
１５０…搬送機構
２００…基材
３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ…塗膜
３２０，３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ…端部

Claims (1)

1. 基材に塗布液を間欠的に塗布することによって塗膜を間欠的に形成する塗膜の形成方法であって、
   前記塗布液の塗布を一旦中断することによって形成される前記塗膜の端部において筋状およびかすれた状態の少なくとも一方になる部分の長さとして想定される長さＸメートル（ｍ）と、
   前記塗布液を基材に対して吐出する吐出口から前記基材までの距離Ｌメートル（ｍ）と、
   前記吐出口からの前記塗布液を吐出する速度Ｖメートル毎秒（ｍ／ｓ）と、
   前記塗布液の粘度Ｍパスカル秒（Ｎ／ｍ^２・ｓ）と、
   前記塗布液の表面張力Ｓニュートン毎メートル（Ｎ／ｍ）としたとき、次の数式Ｉ
   

   

   に基づいて、前記距離Ｌと、前記速度Ｖと、前記粘度Ｍと、前記表面張力Ｓとの少なくとも１つを調整する、塗膜の形成方法。

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