(57)【要約】【課題】塗工液に含まれる気泡を全量検査することができ、品質の安定を実現することができる塗工装置を提供する。【解決手段】塗工装置１は、塗工液１０を撹拌する撹拌槽２と、撹拌した塗工液１０を噴射するダイヘッド３と、撹拌槽２とダイヘッド３とを連結する配管４と、配管４を流れる塗工液１０の圧力を測定する圧力計６と、配管４の圧力計６より下流側から塗工液１０を撹拌槽２に還流させる還流管９と、圧力計６により測定された結果に基づいて塗工液１０の流れ方向を制御する制御部５と、を備える。制御部５は、圧力計６により測定された結果が所定範囲内であると判断した場合に塗工液１０をダイヘッド３に送液し、圧力計６により測定された結果が所定範囲外であると判断した場合に塗工液１０を撹拌槽２に還流させる。【選択図】図１
2020075202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗工液を撹拌する撹拌槽と、
撹拌した塗工液を噴射するダイヘッドと、
前記撹拌槽と前記ダイヘッドとを連結する配管と、
前記配管を流れる塗工液の圧力を測定する圧力計と、
前記配管の前記圧力計より下流側から塗工液を前記撹拌槽に還流させる還流管と、
前記圧力計により測定された結果に基づいて塗工液の流れ方向を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記圧力計により測定された結果が所定範囲内であると判断した場合に塗工液を前記ダイヘッドに送液し、前記圧力計により測定された結果が所定範囲外であると判断した場合に塗工液を前記撹拌槽に還流させることを特徴とする塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗工装置に関し、特に塗工液を脱泡する塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗工液を基材に塗工する際に、塗工液中に気泡が含まれると、塗工面の不均一又は塗工面にスジが入る不具合が発生してしまうので、塗工品の品質に影響を及ぼす。このため、基材に塗工する前に塗工液を少量抜き取り基材に塗工し、気泡による塗工面への影響を作業者の目視で検査し、上述の不具合が確認された場合に塗工液を脱泡する作業が実施されている。しかし、このような目視検査作業は、作業者の技能に依存しており、且つ塗工液に含まれる気泡を全量検査することができないため、塗工品の品質が安定しない問題が生じている。
【０００３】
このような問題を解決するために、例えば下記特許文献１に記載の気泡検査方法を用いることが検討されている。すなわち、塗工液を収容するタンクの壁面に光を照射して撮像し、撮像した画像に基づいて気泡の面積を体積に換算し、換算した体積が規定値以下である否かを判断することにより、気泡の有無を検査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した気泡検査方法の場合は、光が照射された表面しか見られず、塗工液に内包される気泡（すなわち、塗工液の内部に含まれる気泡）を検査することができない。このため、上述した問題（すなわち、塗工液に含まれる気泡を全量検査できないこと、品質が安定しないこと）を解決するのは困難であった。
【０００６】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、塗工液に含まれる気泡を全量検査することができ、品質の安定を実現することができる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】
【０００７】
本発明に係る塗工装置は、塗工液を撹拌する撹拌槽と、撹拌した塗工液を噴射するダイヘッドと、前記撹拌槽と前記ダイヘッドとを連結する配管と、前記配管を流れる塗工液の圧力を測定する圧力計と、前記配管の前記圧力計より下流側から塗工液を前記撹拌槽に還流させる還流管と、前記圧力計により測定された結果に基づいて塗工液の流れ方向を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧力計により測定された結果が所定範囲内であると判断した場合に塗工液を前記ダイヘッドに送液し、前記圧力計により測定された結果が所定範囲外であると判断した場合に塗工液を前記撹拌槽に還流させることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る塗工装置では、配管を流れる塗工液の圧力を測定する圧力計を備えるので、塗工液中の気泡の有無を圧力の変動により判断することで、塗工液を送液しながら、内包される気泡を含めて塗工液に含まれる気泡を全量検査することが可能になる。しかも、従来のような目視検査と比べて、作業者の技能に依存せずに気泡の有無を確実に検査することができ、作業時間の短縮を図ることができる。
【０００９】
更に、制御部は圧力計により測定された結果が所定範囲内であると判断した場合に塗工液をダイヘッドに送液し、圧力計により測定された結果が所定範囲外であると判断した場合に塗工液を撹拌槽に還流させる。従って、圧力計により測定された結果が所定範囲外であると判断した場合（言い換えれば、気泡の数量が多い場合）には、測定された結果が所定範囲内になるまで、塗工液を撹拌槽に還流させて脱泡することを繰り返し行うことで、気泡の数量を要求されるレベルまで減らすことができる。その結果、塗工品の品質の安定を実現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、塗工液に含まれる気泡を全量検査することができ、品質の安定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る塗工装置の構造を示す概略模式図である。
【図２】通常流路及び微小流路を流れる塗工液の圧力変動を説明するための模式図である。
【図３】塗工液の流れ方向の制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係る塗工装置の実施形態について説明する。以下では、本発明の塗工装置を用いて電解質膜に触媒層を形成することにより燃料電池用電極を製造する例を挙げて説明するが、本発明の塗工装置は燃料電池用電極の製造に限定されない。
【００１３】
図１は実施形態に係る塗工装置の構造を示す概略模式図である。本実施形態の塗工装置１は、主に、塗工液１０を撹拌する撹拌槽２と、撹拌した塗工液１０を噴射するダイヘッド３と、撹拌槽２とダイヘッド３とを連結する配管４と、塗工装置１の各構成部品の動作と塗工液の流れ方向とを制御する制御部５と、を備えている。
【００１４】
撹拌槽２は、塗工液１０を収容する空間を有する撹拌槽本体２１と、撹拌槽本体２１の内部空間を密閉する密閉蓋２２と、撹拌槽本体２１の内部に収容される塗工液１０を撹拌する撹拌翼２３とを有する。この撹拌槽２は、内部に収容される塗工液１０を撹拌しながら、塗工液１０に含まれる気泡を脱泡する。
【００１５】
配管４は、内部に微小流路を形成するようにマイクロチューブからなる。配管４の内径は５ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましい。このようにすれば、塗工液１０が配管４を流れる際に、塗工液１０に含まれる気泡が迅速に塗工液１０から抜け出すことができるので、高速脱泡を実現することが可能になる。
【００１６】
一方、配管４の内径が小さくなるにつれ、生産速度が低下してしまう。生産速度のアップを考慮した場合、配管４には、例えば内径が５ｍｍ以下のマイクロチューブを複数本並列させたものが用いられている。図１において、配管４が１本しか描かれていないが、実際は複数本の配管４が紙面の奥行方向に沿って並列されている。
【００１７】
配管４の途中位置には、該配管４を流れる塗工液１０の圧力を測定する圧力計６が設けられている。圧力計６は、制御部５と電気的に接続されており、測定した結果を制御部５に送信する。
【００１８】
ここで、図２を基に圧力計６による塗工液１０の圧力測定の原理を説明する。図２において、（ａ）は微小流路でない通常流路を流れる塗工液の圧力変動を説明するための模式図であり、（ｂ）は微小流路を流れる塗工液の圧力変動を説明するための模式図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、通常流路では、流路の直径が微小流路の直径より大きく、塗工液に含まれる気泡が移動できるスペースが比較的に広いので、気泡に圧力がかかり難い。このため、圧力変動は殆ど生じない。これに対し、微小流路では、流路の直径が通常流路の直径より小さく、塗工液に含まれる気泡が移動できるスペースが比較的に狭いので、気泡に圧力がかかり易い。このため、圧力変動が生じる。本実施形態では、この圧力変動を圧力計６で検出し（言い換えれば、圧力を測定する）、検出した結果に基づき塗工液に含まれる気泡を推算することにより、気泡の有無のみならず気泡の数量も把握することができる。
【００２０】
図１に示すように、配管４において、撹拌槽２と圧力計６との間には送液ポンプ７、圧力計６とダイヘッド３との間には電磁弁８がそれぞれ取り付けられている。送液ポンプ７は、制御部５と電気的に接続されており、制御部５からの指令に従って動作する。
【００２１】
電磁弁８は、制御部５と電気的に接続されており、制御部５からの指令に従って動作する。この電磁弁８は、例えば三方電磁弁であり、制御部５からの指令に基づいて、撹拌槽２からダイヘッド３への流れと、還流管９（後述する）を介して塗工液１０を撹拌槽２に戻す流れとを切り替えるようになっている。
【００２２】
また、本実施形態の塗工装置１は、配管４の圧力計６より下流側から塗工液１０を撹拌槽２へ還流させる還流管９を更に備えている。還流管９は、その一端が圧力計６より下流側に配置された電磁弁８に接続され、他端が撹拌槽２に接続されるように形成されている。還流管９は、塗工液１０を還流させるための管であるので、配管４と同じ内径を有するマイクロチューブによって形成されても良く、配管４よりも太いチューブによって形成されても良い。
【００２３】
制御部５は、例えば、演算を実行するＣＰＵ(Central processing unit)と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Read only memory）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Random access memory）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって塗工装置１を構成する各構成部品に対する制御を行う。
【００２４】
また、制御部５は、圧力計６により測定された結果に基づいて、塗工液１０の流れ方向を制御するようになっている。より具体的には、制御部５は、圧力計６からの測定結果を取得し、取得した測定結果が記憶された圧力の所定範囲であるか否かを判断する。そして、制御部５は、圧力計６により測定された結果が所定範囲内であると判断した場合に塗工液１０をダイヘッド３に送液するように制御し、一方、測定された結果が所定範囲外であると判断した場合に塗工液１０を前記撹拌槽２に還流させるように制御する。
【００２５】
以下、図３を参照して制御部５による塗工液１０の流れ方向の制御処理を説明する。ステップＳ１１では、制御部５は、圧力計６から塗工液１０の圧力測定結果を取得する。ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、取得した圧力の測定結果が所定範囲内であるか否かを判断する。
【００２６】
そして、制御部５は、圧力の測定結果が所定範囲内であると判断した場合に、ダイヘッド３に送液する（ステップＳ１３参照）。このとき、制御部５は、ダイヘッド３への送液指令を電磁弁８に送信する。電磁弁８は、制御部５からの送液指令に従い、例えば弁体の回転操作で撹拌槽２からダイヘッド３への流れを許可し、それ以外の流れを制限する。これによって、配管４を流れる塗工液１０は、電磁弁８を通り抜け、ダイヘッド３に送液される。
【００２７】
一方、制御部５は、圧力の測定結果が所定範囲外（言い換えれば、所定範囲内でない）であると判断した場合に、撹拌槽２に還流させる（ステップＳ１４参照）。このとき、制御部５は、撹拌槽２への還流指令を電磁弁８に送信する。電磁弁８は、制御部５からの還流指令に従い、例えば弁体の回転操作で塗工液１０を撹拌槽２に戻す流れを許可し、その以外の流れを制限する。これによって、配管４を流れる塗工液１０は、電磁弁８に接続される還流管９に流れ込み、該還流管９を介して撹拌槽２に戻る。
【００２８】
以上のように構成された塗工装置１では、配管４を流れる塗工液１０の圧力を測定する圧力計６を備えるので、塗工液１０中の気泡の有無を圧力の変動により判断することで、塗工液１０を送液しながら、内包される気泡を含めて塗工液１０に含まれる気泡を全量検査することが可能になる。しかも、従来のような目視検査と比べて、作業者の技能に依存せずに気泡の有無を確実に検査することができ、作業時間の短縮を図ることができる。
【００２９】
更に、制御部５は圧力計６により測定された結果が所定範囲内であると判断した場合に塗工液１０をダイヘッド３に送液し、圧力計６により測定された結果が所定範囲外であると判断した場合に塗工液１０を撹拌槽２に還流させる。従って、圧力計６により測定された結果が所定範囲外であると判断した場合（言い換えれば、気泡の数量が多い場合）には、測定された結果が所定範囲内になるまで、塗工液１０を撹拌槽２に還流させて脱泡することを繰り返し行うことで、気泡の数量を要求されるレベルまで減らすことができる。その結果、塗工品の品質の安定を実現することができる。
【００３０】
次に、上述の塗工装置１を用いた塗工方法について、燃料電池用電極の製造の例を挙げて説明する。以下の説明では、燃料電池用電極の製造に用いられる触媒インクが塗工液１０になるので、塗工液１０を触媒インク１０と呼ぶ場合がある。
【００３１】
燃料電池用電極は、既に周知されるように、主に、電解質膜と触媒層（電極触媒層ともいう）とを有する。その製造方法は、触媒調合工程と触媒塗工工程とを含む。
【００３２】
触媒調合工程では、まず、撹拌槽２の密閉蓋２２を取り外して、白金を担持させたカーボン材料（すなわち、触媒粉）、アイオノマー、溶媒、添加剤を所定の調合比率で撹拌槽本体２１の内部に加える。続いて、密閉蓋２２で撹拌槽本体２１の内部を密閉して、撹拌翼２３の撹拌で均一な触媒インク１０を作製する。続いて、送液ポンプ７を利用して、撹拌槽２から触媒インク１０を所定の流量で配管４に送り出す。
【００３３】
触媒インク１０は、配管４を流れる際に、圧力計６によってその圧力が測定される。上述したように、塗工液１０は、その圧力の測定値が所定範囲内の場合に、電磁弁８を通り抜け、ダイヘッド３まで送液される。
【００３４】
触媒調合工程に続く触媒塗工工程では、ダイヘッド３を介して事前に作製したロール状の電解質膜（図示せず）に、触媒インク１０を塗工する。続いて、触媒インク１０が塗工された電解質膜を乾燥炉（図示せず）に入れて、所定の温度で乾燥させる。その後、乾燥したものをロール状に巻き取れば、電解質膜と触媒層とを有する燃料電池用電極の製造が完了する。
【００３５】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例の範囲に限定されるものではない。
【００３６】
[実施例]
実施例では、上述の塗工装置１及び塗工方法を利用して燃料電池用電極を作製し、触媒調合工程時の圧力測定の可否、作製された燃料電池用電極に対して気泡に起因する不良品発生率の評価を行った。
【００３７】
実施例では、電解質膜としてフッ素系電解質膜、触媒粉として白金担持カーボン、アイオノマーとしてプロトン伝導フッ素樹脂、溶媒としてアルコールをそれぞれ用いた。また、撹拌翼の撹拌回転数を５００〜５０００ｒｐｍとした。配管に内径１ｍｍのＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）チューブを用い、配管を流れる触媒インクの流速を０．１ｍＬ／ｍｉｎとした。
【００３８】
[比較例]
また、比較のために、実施例と同じ材料で塗工液を作製し、従来のように塗工液を抜き取り気泡の有無を目視検査した後に燃料電池用電極を作製した。その際に、目視検査に要する時間（気泡検査時間）を測定し、更に実施例と同様に、作製された燃料電池用電極に対して気泡に起因する不良品発生率を調べた。
【００３９】
【表１】
2020075202.tif 000003
【００４０】
実施例及び比較例における気泡に起因する不良品発生率の結果を表１に示す。表１から、実施例の場合は、比較例と比べて気泡の目視検査作業が不要になり、気泡検査時間が発生しないため、作業時間の短縮を図ることができたことが分かる。また、比較例と比べて、実施例の方は気泡に起因する不良品発生率を大きく低減でき、品質が安定したことが分かる。なお、表１に記載の「連続式」は、塗工液を送液しながら脱泡することを指す。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１    塗工装置
２    撹拌槽
３    ダイヘッド
４    配管
５    制御部
６    圧力計
７    送液ポンプ
８    電磁弁
９    還流管
１０    塗工液
２１    撹拌槽本体
２２    密閉蓋
２３    撹拌翼
【図１】
2020075202.tif 000004
【図２】
2020075202.tif 000005
【図３】
2020075202.tif 000006