(57)【要約】【課題】塗工装置１００は、乾きやすく凝縮しやすいなどの性質を有するペーストであっても、基材上に均一に塗布することができる。【解決手段】塗工装置１００は、基材ＰＭとダイ１１０とを相対的に移動しつつ、ダイ１１０から吐出したペーストを基材ＰＭ上に、基材の塗布方向ｄ１と直角である幅方向ｄ２にわたって吐出通路１２０の吐出口１８０から吐出する。吐出通路１２０は、第１マニホールド１３０および第２マニホールド１５０を備える。第１マニホールド１３０の中央部における半径をＲ１ａとし、第１マニホールド１３０の幅方向ｄ２の端部における半径をＲ１ｂとすると、Ｒ１ａ／Ｒ１ｂは、１．２５〜１．３５に設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイから吐出したペーストを基材上に塗布方向へ塗布するとともに、上記塗布方向と直角である幅方向にわたって塗布する塗工装置において、
上記ダイは、ペースト供給部から供給されるペーストを吐出口から上記基材上に向けて吐出するための吐出通路を備え、
上記吐出通路は、上記ペースト供給部と上記吐出口との間を、導入通路、第１マニホールド、接続通路、第２マニホールド、ノズル通路によって順次接続することで構成され、
上記第１マニホールドは、断面円形を有し上記幅方向に形成された通路と、該通路の上記幅方向の中央部に設けられた上記導入通路の導入口とを備え、
上記第２マニホールドは、断面円形を有し上記幅方向に形成された通路であり、上記接続通路を介して上記第１マニホールドに接続され、
上記ノズル通路は、上記第２マニホールドと上記吐出口との間を接続し、
上記第１マニホールドの上記中央部における断面円形の半径をＲ１ａとし、上記第１マニホールドの幅方向の端部における断面円形の半径をＲ１ｂとすると、Ｒ１ａ／Ｒ１ｂは、１．２５〜１．３５に設定されていること、
を特徴とする塗工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の塗工装置において、
上記第２マニホールドは、断面円形で上記幅方向に形成された通路であり、その半径をＲ２としたときに、Ｒ２≦Ｒ１ａである、塗工装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の塗工装置において、
上記ノズル通路は、上記ペーストが吐出される方向への長さが１０ｍｍ以上であり、上記吐出口は、上記幅方向の長さが２８０ｍｍである、塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上にペーストを塗布する塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗工装置は、例えば、燃料電池を構成するガス拡散層を製造するために使用されている。すなわち、一般的に、固体高分子型燃料電池等の燃料電池では、膜電極接合体の表面にガス拡散層が接合されている。このガス拡散層に関して、製造時に、カーボン繊維等からなるガス拡散層基材の表面に、カーボン粒子、樹脂粒子および分散剤を含むペーストを塗工することで、表面に多孔質の撥水層を形成する技術が知られている。撥水層は、燃料電池において触媒電極層との間の接触抵抗を低減させ、電気化学反応によって生成された生成水の排水性を向上させて、フラッディングを抑制することができる。
【０００３】
こうした撥水層を塗布するための塗工装置として、搬送用ローラで基材を搬送しつつダイの吐出口からペーストを吐出することで、ペーストを基材上に塗布する装置が知られている（特許文献１）。
【０００４】
しかし、上述したガス拡散層を製造するためのペーストは、カーボン粒子や樹脂粒子などの固形分を含んでおり、また、撥水性樹脂を含んでいることから、乾きやすく、凝縮しやすく、流動性を低下させるダイラタンシーの性質を有する。こうした性質を有するペーストは、ダイの狭いスリット状の吐出口から吐出される場合に、基材上の広範囲にわたって均一の厚さで塗布することが難しい。このため、このようなガス拡散層を燃料電池に用いた場合には、電流のリークやガス拡散性の低下などの燃料電池の発電性能の低下を招くおそれがあった。しかし、特許文献１の塗布装置では、上述したペーストに十分に対応できないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４３５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の技術の問題点を解決することを踏まえ、乾きやすく凝縮しやすいなどの性質を有するペーストであっても、基材上に均一に塗布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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
適用例１は、ダイから吐出したペーストを基材上に塗布方向へ塗布するとともに、上記塗布方向と直角である幅方向にわたって塗布する塗工装置において、
上記ダイは、ペースト供給部から供給されるペーストを吐出口から上記基材上に向けて吐出するための吐出通路を備え、
上記吐出通路は、上記ペースト供給部と上記吐出口との間を、導入通路、第１マニホールド、接続通路、第２マニホールド、ノズル通路によって順次接続することで構成され、
上記第１マニホールドは、断面円形を有し上記幅方向に形成された通路と、該通路の上記幅方向の中央部に設けられた上記導入通路の導入口とを備え、
上記第２マニホールドは、断面円形を有し上記幅方向に形成された通路であり、上記接続通路を介して上記第１マニホールドに接続され、
上記ノズル通路は、上記第２マニホールドと上記吐出口との間を接続し、
上記第１マニホールドの上記中央部における断面円形の半径をＲ１ａとし、上記第１マニホールドの幅方向の端部における断面円形の半径をＲ１ｂとすると、Ｒ１ａ／Ｒ１ｂは、１．２５〜１．３５に設定されていること、
を特徴とする塗工装置である。
【０００９】
適用例１において、導入通路の導入口から第１マニホールドの中央部に供給されたペーストは、第１マニホールドの中央部から幅方向の外方へ流れる。このとき、第１マニホールドは、幅方向に向けて縮径されているので、つまり、Ｒ１ａ＞Ｒ１ｂであるから、ペーストの流れに伴う流体圧の低下を補う。しかも、第１マニホールドが幅方向に縮径した形状は、上記範囲に設定されているので、接続通路、第２マニホールド、ノズル通路を流れたペーストは、幅方向に均一の圧力に近づけ、吐出口から吐出される。このように、吐出口から吐出されるペーストの流体圧を、幅方向へ均一に近づけ、よってペーストの吐出流量の均一化に貢献できるとともに、基材上に塗布される吐出量を幅方向でほぼ同じにでき、よって安定した塗面を得ることができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例２は、適用例１に記載の塗工装置において、
上記第２マニホールドは、断面円形で幅方向に形成された通路であり、その半径をＲ２としたときに、Ｒ２≦Ｒ１ａである、塗工装置である。
【００１１】
［適用例３］
適用例３は、適用例１または適用例２に記載の塗工装置において、
上記ノズル通路（１６０）は、上記ペーストが吐出される方向への長さが１０ｍｍ以上であり、上記吐出口（１８０）は、上記幅方向（ｄ２）の長さが２８０ｍｍである、塗工装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例の塗工装置が適用される燃料電池の概略構成を説明する説明図である。
【図２】塗工装置を説明する斜視図である。
【図３】塗工装置のダイの付近を説明する説明図である。
【図４】図３の４−４線に沿った断面で示す説明図である。
【図５】吐出通路の形状を説明する説明図である。
【図６】ダイのヘッドの部分を拡大した断面図である。
【図７】図６のヘッドの吐出口の付近を拡大した断面図である。
【図８】リップ部の形状を説明する説明図である。
【図９】吐出口の塗工位置の違いによる吐出流量を説明する説明図である。
【図１０】吐出口の塗工位置の違いによるペーストの塗布量を説明する説明図である。
【図１１】ペーストの塗面の不良率を説明する説明図である。
【図１２】ヘッドの付近におけるペーストが基材に塗布される様子を説明する説明図である。
【図１３】ヘッドの付近におけるペーストが基材に塗布される様子を説明する説明図である。
【図１４】ヘッドの形状を求めるための手法を説明する説明図である。
【図１５】ヘッドの形状を求めるための手法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）  燃料電池１０の概略構成
図１は本実施例の塗工装置が適用できる燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池であり、複数の単セル１４が積層されたスタック構造を有している。単セル１４は、燃料電池１０における発電を行う単位モジュールであり、水素ガスと空気に含まれる酸素との電気化学反応により発電を行う。各単セル１４は、電解質膜２１の各面に触媒電極層（アノード２２ａｎおよびカソード２２ｃａ）が形成された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）２３の両側に一対のガス拡散層（アノード側拡散層２４ａｎおよびカソード側拡散層２４ｃａ）を配置した発電体２０と、発電体２０を挟持する一対のセパレータ（アノード側セパレータ３０ａｎおよびカソード側セパレータ３０ｃａ）によって構成されている。
【００１４】
電解質膜２１は、固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマーにより形成された高分子電解質膜（例えばナフィオン(登録商標)膜：ＮＲＥ２１２）であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。触媒電極層２３（アノード２２ａｎおよびカソード２２ｃａ）は、電解質膜２１の両側にそれぞれ配置され、燃料電池に使用されたときに一方がアノード電極として機能し、他方がカソード電極として機能する。触媒電極層２３は、例えば、電気化学反応を進行する触媒金属（例えば、白金）を担持したカーボン粒子（触媒担持担体）と、プロトン伝導性を有する高分子電解質（例えばフッ素系樹脂）を含んで構成されている。
【００１５】
セパレータ３０（アノード側セパレータ３０ａｎおよびカソード側セパレータ３０ｃａ）は、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成形したステンレス鋼などの金属部材によって形成されている。
【００１６】
ガス拡散層（アノード側拡散層２４ａｎおよびカソード側拡散層２４ｃａ）は、電極反応に用いられる反応ガス（アノードガスおよびカソードガス）を電解質膜２１の面方向に沿って拡散させる層であり、多孔質のガス拡散層基材により構成されている。ガス拡散層基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体を用いることができる。ガス拡散層基材２４ａとしてＴＫＫ０１Ａ（商品名；三菱レイヨン）のカーボンペーパーを使用することができる。
【００１７】
また、ガス拡散層２４は、撥水性を得るために、ガス拡散層基材２４ａ上に撥水ペーストが形成されている。撥水層２４ｂは、ガス拡散層基材２４ａよりも微細な気孔を有するいわゆるＭＰＬ層（Micro Porous Layer）である。撥水層２４ｂは、微細な気孔における毛細管現象を利用して、電気化学反応で生じた生成水をガス拡散層基材２４ａへと排出する役割を果たす。
【００１８】
（２）  塗工工程
（２）−１  塗工装置１００の構成
次に、ガス拡散層２４の撥水層２４ｂを作成するために、ペーストを塗布する工程について説明する。図２は塗工装置を説明する斜視図である。図２において、塗工装置１００は、搬送ローラ１０２と、搬送ローラ１０２に対向して配置されたダイ１１０とを備えており、駆動装置（図示省略）により回転駆動される搬送ローラ１０２により基材ＰＭを搬送しつつ基材ＰＭ上にダイ１１０から吐出されるペーストを塗布する装置である。
【００１９】
図３は塗工装置１００のダイ１１０の付近を説明する説明図である。ダイ１１０は、第１ダイブロック１１２と、第２ダイブロック１１４と、シム１１６とを備え、これらによりペースト供給部１１８から供給されるペーストを基材ＰＭ上に吐出するための吐出通路１２０を形成している。シム１１６は、Ｕ字形の形状であり、第１ダイブロック１１２と第２ダイブロック１１４とにより挟持されることにより、吐出通路１２０を構成している。なお、本実施例では、シムを用いた構成について説明したが、シム１１６を用いなくても、第１ダイブロック１１２と第２ダイブロック１１４とを合わせる対向面に吐出通路１２０を形成してもよい。
【００２０】
吐出通路１２０は、導入通路１２２と、第１マニホールド１３０と、接続通路１４０と、第２マニホールド１５０と、ノズル通路１６０とを備え、ノズル通路１６０の先端が吐出口１８０になっている。なお、以下の説明において、図１に示すように、塗布方向ｄ１とは、基材ＰＭが搬送される方向をいい、幅方向ｄ２とは、塗布方向ｄ１と直角であって基材ＰＭの幅方向をいい、吐出方向ｄ３とは、ペーストが吐出口１８０から吐出される方向をいう。
【００２１】
図３において、導入通路１２２は、一端部がペースト供給部１１８に接続され、他端部が第１マニホールド１３０の中央部の導入口１２２ａに接続されている。第１マニホールド１３０は、基材ＰＭの幅方向ｄ２とほぼ同じ長さに伸びて形成された断面円形の通路１３０ａであり、第１ダイブロック１１２および第２ダイブロック１１４の対向面に形成された断面半円の溝を合わせることで構成されている。
接続通路１４０は、第１マニホールド１３０と第２マニホールド１５０とを接続する通路であり、シム１１６の厚さで第１マニホールド１３０と第２マニホールド１５０の幅方向ｄ２と同じ長さに形成されている。
第２マニホールド１５０は、第１マニホールド１３０とノズル通路１６０とを接続する通路１５０ａであって、シム１１６の厚さで第２マニホールド１５０の幅方向ｄ２に形成された断面円形の通路であり、第１ダイブロック１１２および第２ダイブロック１１４の対向面に形成された断面半円の溝を合わせることで構成されている。
ノズル通路１６０は、第２マニホールド１５０に接続され、その先端が吐出口１８０となっている通路であり、シム１１６の厚さ高さ第２マニホールド１５０の幅方向ｄ２に形成されている。
【００２２】
図４は図３の４−４線に沿った断面で示す説明図である。図４において、吐出通路１２０の形状および寸法は、後述するペーストの組成および物性を考慮するとともに基材ＰＭにペーストを均一の厚さに塗布するために、以下に述べる値に設定されている。すなわち、第１マニホールド１３０、接続通路１４０、第２マニホールド１５０およびノズル通路１６０の幅方向ｄ２における寸法は、ペーストの塗布幅と同じ幅Ｗ１で２８０ｍｍに規定されている。なお、図４では、ダイ１１０は、幅方向ｄ２で半分だけ示している。また、第１マニホールド１３０は、その中央部を中心に対称になっており、図５に示すように、導入通路１２２が接続された導入口１２２ａにおける半径Ｒ１ａは、６．２ｍｍであり、幅方向ｄ２の両端部の半径Ｒ１ｂは、４．７ｍｍであり、中央部から端部に向けて連続的に縮径した曲面になっている。接続通路１４０は、距離ｈ１が０．５ｍｍ、長さＬ１が１０ｍｍに形成されている。
第２マニホールド１５０は、幅方向ｄ２の全長にわたって同じ断面円形であり、その半径Ｒ２が６．０ｍｍである。ノズル通路１６０は、距離ｈ２が０．５ｍｍ、長さＬ２が１０ｍｍに形成されている。吐出口１８０は、ノズル通路１６０の一端の開口であり、高さが０．５ｍｍである。
【００２３】
図６はダイ１１０のヘッド２００の部分を拡大した断面図である。ダイ１１０のヘッド２００は、断面台形のリップ部２０２を備えており、ノズル通路１６０を中心に塗布方向ｄ１に分けて定めると、上流リップ部２１０と、下流リップ部２２０とを備えている。上流リップ部２１０は、搬送ローラ１０２に対向する上流リップ面２１２と、上流リップ面２１２の端部から上流側であって基材ＰＭから離れる方向に傾斜した上流傾斜面２１４とを備えている。また、下流リップ部２２０は、搬送ローラ１０２に対向する下流リップ面２２２と、下流リップ面２２２から下流側であって基材ＰＭから離れる方向に傾斜した下流傾斜面２２４とを備えている。
上流リップ面２１２と搬送ローラ１０２の外周面との間隙は、上流液溜まり２１６になっており、また、下流リップ面２２２と搬送ローラ１０２の外周面との間隙は、下流液溜まり２２６になっている。上流液溜まり２１６および下流液溜まり２２６は、ノズル通路１６０に接続されている。図７は図６のヘッド２００の吐出口１８０の付近を拡大した断面図である。下流リップ面２２２は、上流リップ面２１２に対して、搬送ローラ１０２に近づく方向へ、つまり下流液溜まり２２６の厚みを小さくする方向へ、リップ段差Ｌ１３が形成されている。
【００２４】
ヘッド２００のリップ部２０２の各部の寸法は、図６および図８に示すように設定されている。すなわち、上流リップ面２１２の塗布方向ｄ１における上流リップ長さＬ１１は２．５ｍｍであり、下流リップ面２２２の塗布方向ｄ１における下流リップ長さＬ１２は２．７ｍｍである。また、上流リップ部２１０における上流傾斜面２１４のエッジ角度θ１は、２５゜であり、下流リップ部２２０におけるエッジ角度θ２が２５゜である。また、図６に示すリップ段差Ｌ１３は、−４０μｍである。なお、リップ段差は、基材から吐出口１８０に向かう方向を正の値としているから、この場合には、下流リップ面２２２が上流リップ面２１２より基材へ向かっているから、負の値で示している。
【００２５】
（２）−２  塗工装置のダイの吐出通路の評価
次に、塗工装置１００において、以下の条件にて、塗布工程を行なった。すなわち、図３において、塗布工程は、搬送ローラ１０２で基材ＰＭを搬送しつつペースト供給部１１８から吐出通路１２０の導入通路１２２、第１マニホールド１３０、接続通路１４０、第２マニホールド１５０、ノズル通路１６０を通じて、吐出口１８０から基材ＰＭに向けて吐出することにより行なう。
ここで、塗工条件として、ペーストの吐出流量を４５ｍｍｌ／分で、塗工速度を２ｍ／分に設定し、その厚みは６０〜１００μｍとなるように塗布する。
ペーストは、例えば、カーボン粉末、撥水性樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等）、分散剤、水などを含んだ混合溶液を用いることができる。カーボン粉末は、粒径が２０〜１５０ｎｍであり、燃料電池用途に使用可能な導電性を有し、金属コンタミネーションが低減されたものを使用することが望ましい。カーボン粉末は、例えば、デンカブラック（商品名；電気化学工業）を使用することができる。撥水処理材としてのＰＴＦＥ樹脂は、４５ＪＲ（商品名；三井デュポンＦＣ）のＰＴＦＥディスパージョンを使用することができる。分散剤は、Ｎ１３１０（商品名；日本乳化剤）を使用することができる。ペーストは、その組成として、カーボンが全固形分に対して７０〜９０ｗｔ％、ＰＴＦＥは全固形分比に対して１０〜３０ｗｔ％、分散剤はカーボン固形分比に対して５〜１５ｗｔ％に調製し、さらにペーストの固形分比が１５〜２５ｗｔ％になるように水や分散剤で調製する。このときのペーストの物性は、粘度が５００〜２５００［ａＰａ／ｓ］であり、貯蔵弾性率が５００〜５５００Ｐａに調製する。
【００２６】
このようにペーストは、吐出通路１２０を通じて基材上に塗布されるが、吐出通路１２０の形状変更による作用を調べて、以下の評価を得た。なお、吐出通路１２０のうち実施例にかかる形状および寸法は、図４および図５に示した通りであり、図５に実施例とともに比較例を示す。
図９は吐出口の塗工位置の違いによる吐出流量を説明するグラフである。図９において、縦軸は吐出口からの吐出流量を示し、横軸は吐出口の幅方向ｄ２の位置を示す。ここで、実線は実施例を示し、一点鎖線は比較例を示す。図９において、比較例は、吐出流量が塗工位置の違いにより９．１％のバラツキを生じているのに対して、上記実施例は、吐出流量が塗工位置の違いによって１．０％以内の範囲に抑制されている。
図１０は吐出口の塗工位置の違いによるペーストの塗布量を説明する説明図である。図１０において、縦軸は単位面積当たりのペーストの塗布量を示し、横軸は塗工位置を示す。図１０において、塗工位置における塗布量との関係においても、比較例（１点鎖線）では３．３〜４．６ｍｇ／ｃｍ２のバラツキを生じているが、本実施例（実線）では、４ｍｇ／ｃｍ２の目標値にほぼ収まっていることが分かる。
【００２７】
このように、吐出口からのペーストの吐出流量および塗布量を、塗工位置の全体にわたって改善できるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、図３および図４において、導入通路１２２から第１マニホールド１３０に流入するペーストは、第１マニホールド１３０の中央部から幅方向ｄ２の外方へ流れる。このとき、第１マニホールド１３０は、幅方向ｄ２に向けて縮径されているので、つまり、Ｒ１ａ＞Ｒ１ｂであるから、ペーストの流れに伴う流体圧の低下を補う。しかも、第１マニホールド１３０が幅方向ｄ２に縮径した形状は、図５に示す値に設定されているので、接続通路１４０、第２マニホールド１５０、ノズル通路１６０を流れたペーストは、幅方向に均一の圧力となって、吐出口１８０から吐出される。このように、吐出口から吐出されるペーストの流体圧を、幅方向ｄ２への均圧化を実現でき、よってペーストの吐出流量を均一化できるとともに、基材上に塗布される吐出量を幅方向でほぼ同じにでき、よって安定したガス拡散層２４を得ることができる。
【００２８】
ここで、図４および図５の吐出通路１２０の寸法としては、上記実施例で説明した範囲に限らず、その発明の作用効果を損なわない限りに、以下の範囲をとることができる。なお、吐出圧が均一であるか否かは、直接、センサなどで測定することが難しいが、吐出圧は、上述した、塗工幅、ペーストの流量、塗工速度などのパラメータを定めることにより、一義的に定めることができる。また、こうした吐出圧の均一化に貢献できるダイ１１０の形状としては、実験、コンピュータによるシミュレーションにより求めることができる。例えば、均圧化を実現できる範囲は、第１マニホールド１３０の形状として、半径Ｒ１ａ／Ｒ１ｂが、１．２５〜１．３５に設定することができる。また、第１マニホールド１３０と第２マニホールド１５０との関係において、半径Ｒ２≦半径Ｒ１ａに設定することができる。さらに、シム１１６（図３）の厚さで定まる接続通路１４０およびノズル通路１６０の距離ｈ２は、０．５ｍｍ、ノズル通路１６０の長さＬ２は、１０ｍｍ以上、第２マニホールド１５０の半径Ｒ２は、５．０ｍｍ以上に設定することができる。
【００２９】
（２）−３  塗工装置のダイのヘッドの評価
次に、図６および図７で説明したヘッド２００の形状について評価する。ペーストは、吐出通路１２０からヘッド２００を通じて基材上に塗布されるが、ヘッド２００のリップ部２０２の形状変更による作用を調べて、以下の評価を得た。なお、ヘッド２００のうち実施例にかかる形状および寸法は、上述した通りであり、図８に比較例とともに示す。塗工工程における条件は、上述したと同様である。
図１１は図８のヘッド２００の形状につき実施例と比較例の形状を作成し、ペーストの塗面における不良率を調べた説明図である。図１１において、ペーストの塗面の不良は、４つの評価項目について調べた。すなわち、（ａ）ペースト内の凝集ダマにより塗面が凸となる場合、（ｂ）ヘッド先端部でペーストが乾燥してダマとなり、それが塗面上に脱落して凸となる場合、（ｃ）ペーストに泡が噛み込み、塗面が凹となる場合、（ｄ）ペーストに筋状の模様ができて塗面が凹となる場合である。図１１に示すように、いずれの評価項目においても、実施例は、比較例に比べて不良率を減少させることができた。
【００３０】
このような塗面の不良率を減少させることができたのは、以下の理由によると考えられる。図１２はヘッドの付近におけるペーストが基材ＰＭに塗布される様子を説明する説明図である。図１２において、ノズル通路１６０から吐出されるペーストは、搬送ローラ１０２で搬送される基材ＰＭに向けて吐出され、下流液溜まり２２６および上流液溜まり２１６に溜まりつつ、基材ＰＭ上に塗布される。このとき、ペーストが上流液溜まり２１６の所定以上の長さＬ２１で満たされていない場合や、ペーストが下流液溜まり２２６に所定以上の長さＬ２２を超えた場合には不良率が上昇する。すなわち、コンピュータのシミュレーションによると、上流液溜まり２１６は、所定の長さ５．０〜８．０ｍｍの範囲でペーストが溜まらないと、主にエアーを噛み込み易くなる。一方、下流液溜まり２２６は、所定の長さ１０．５ｍｍを越えると、主に凹凸を生じやすくなり、１０．０〜１０．５ｍｍの範囲であると、塗面の不良を減少するということが分かった。
【００３１】
すなわち、図１３はヘッドの付近におけるペーストが基材に塗布される状態を説明する説明図であり、図１３（Ａ）が比較例、図１３（Ｂ）が実施例をそれぞれ示す。図１３（Ａ）に示すように、上流液溜まり２１６が短くなると、エアーが噛み込み易くなる。また、下流液溜まり２２６が長くなりかつエッジ角度θ２が大きいと、下流傾斜面２２４をペーストがせり上がって、塗面にダマや凹凸を生じやすい。これに対して、図１３（Ｂ）に示す実施例では、上流液溜まり２１６および下流液溜まり２２６に上述した範囲でペーストが溜まり、図１１で説明したように塗面の不良を減少させることができる。
【００３２】
こうした上流液溜まり２１６および下流液溜まり２２６にペーストを溜めることができる条件は、コンピュータのシミュレーションにより得ることができる。すなわち、図６の上流リップ面２１２の上流リップ長さＬ１１、下流リップ面２２２の下流リップ長さＬ１２、下流リップ部２２０のエッジ角度θ２、図７のリップ段差Ｌ１３をパラメータとして、算出式に基づいて計算すると、斜線で示すパラメータの範囲の値にて、適正な塗面が得られることが分かった。例えば、図１５に示すように、泡噛み率について、要求される値が図示左側の範囲であり、下流液溜まりに要求される値が図示右側の範囲であると、その重なり合った範囲にて、適正なパラメータの範囲として算出することができる。
このように得られたヘッド２００の形状として好適な範囲は、ノズル通路１６０の距離ｈ１が０．１〜０．６ｍｍに設定することができる。また、上流リップ長さＬ１１は、２．０〜３．０ｍｍに、下流リップ長さＬ１２は、２．０〜３．０ｍｍに、下流のエッジ角度θ２は、２０〜３０゜にそれぞれ設定することができる。さらに、リップ段差Ｌ１３が−３０〜−５０μｍに設定することができる。
【００３３】
なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。すなわち、上記実施例にかかる塗工装置は、燃料電池のガス拡散層を製造するためのペーストを塗布する装置に適用したが、これに限らず、ペーストの組成や物性が同様である各種の装置の製造に適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０…燃料電池
１４…単セル
２０…発電体
２１…電解質膜
２２ｃａ…カソード
２２ａｎ…アノード
２３…触媒電極層
２４…ガス拡散層
２４ｃａ…カソード側拡散層
２４ａｎ…アノード側拡散層
２４ａ…ガス拡散層基材
２４ｂ…撥水層
３０…セパレータ
３０ｃａ…カソード側セパレータ
３０ａｎ…アノード側セパレータ
１００…塗工装置
１０２…搬送ローラ
１１０…ダイ
１１２…第１ダイブロック
１１４…第２ダイブロック
１１６…シム
１１８…ペースト供給部
１２０…吐出通路
１２２…導入通路
１２２ａ…導入口
１３０…第１マニホールド
１３０ａ…通路
１４０…接続通路
１５０…第２マニホールド
１５０ａ…通路
１６０…ノズル通路
１８０…吐出口
２００…ヘッド
２０１…ダイ本体
２０２…リップ部
２１０…上流リップ部
２１２…上流リップ面
２１４…上流傾斜面
２１６…上流液溜まり
２２０…下流リップ部
２２２…下流リップ面
２２４…下流傾斜面
２２６…下流液溜まり
ＰＭ…基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【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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