(57)【要約】【課題】不具合を生じさせることなく、塗工ノズル内における沈殿を防止することができる塗工装置およびそのメンテナンス方法を提供する。【解決手段】塗工装置のメンテナンス時に「ノズル循環動作モード」が選択されると、塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖部材３５によって封鎖されつつ、速い送液速度にて燃料電池の触媒インクが塗工ノズル２０を含む液供給回路中を循環される。液供給回路中に触媒インクの滞留がないため、触媒粒子等の沈殿が防止されるとともに、吐出口２１が封鎖されているため、高価な白金を含む触媒インクが無駄に漏出する不具合を防止することができる。また、保水液滴下部１５から塗工ノズル２０に保水液を滴下することにより、吐出口２１近傍の湿潤状態を維持し、塗工処理時に吐出口２１に付着した触媒インクの乾燥を防止することができる。【選択図】図５
2016064356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、
吐出口から基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、
塗工液を貯留するタンクから前記塗工ノズルに向けて塗工液を送給する送給系と、
前記塗工ノズルから前記タンクに向けて塗工液を還流させる還流系と、
前記塗工ノズルの前記吐出口に当接して前記吐出口を封鎖する封鎖部と、
を備え、
前記塗工装置のメンテナンス時には、ノズル吐出動作モード、ノズルエアー抜き動作モードおよびノズル循環動作モードのうちのいずれかのモードが選択可能であり、
ノズル吐出動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路を閉鎖し、
ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の少なくとも一部を前記タンクに還流し、
ノズル循環動作モードが選択されているときには、前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口を封鎖しつつ、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の全部を前記タンクに還流することを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
請求項１記載の塗工装置において、
前記還流系には、前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路の圧力損失を調整する圧損調整手段が設けられ、
前記圧損調整手段は、ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路の圧力損失を小さくすることを特徴とする塗工装置。
【請求項３】
請求項２記載の塗工装置において、
前記送給系は、ノズル吐出動作モードおよびノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記タンクから前記塗工ノズルに送給する塗工液の送液速度を速くすることを特徴とする塗工装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の塗工装置において、
前記塗工装置のメンテナンス時に、前記塗工ノズルの前記吐出口に保水液を供給する保水液供給機構をさらに備えることを特徴とする塗工装置。
【請求項５】
請求項４記載の塗工装置において、
前記保水液供給機構は、前記塗工ノズルに供給した保水液を回収して再度前記塗工ノズルに供給する循環機構を含むことを特徴とする塗工装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の塗工装置において、
前記塗工ノズルは、前記吐出口から塗工液を水平方向に吐出する姿勢で設けられ、
前記保水液供給機構は、前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口に当接している状態で保水液を供給することを特徴とする塗工装置。
【請求項７】
吐出口から基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、塗工液を貯留するタンクから前記塗工ノズルに向けて塗工液を送給する送給系と、前記塗工ノズルから前記タンクに向けて塗工液を還流させる還流系と、前記塗工ノズルの前記吐出口に当接して前記吐出口を封鎖する封鎖部と、を備える塗工装置のメンテナンス方法であって、
前記塗工装置のメンテナンス時には、ノズル吐出動作モード、ノズルエアー抜き動作モードおよびノズル循環動作モードのうちのいずれかのモードが選択可能であり、
ノズル吐出動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路を閉鎖し、
ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の少なくとも一部を前記タンクに還流し、
ノズル循環動作モードが選択されているときには、前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口を封鎖しつつ、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の全部を前記タンクに還流することを特徴とする塗工装置のメンテナンス方法。
【請求項８】
請求項７記載の塗工装置のメンテナンス方法において、
ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路の圧力損失を小さくすることを特徴とする塗工装置のメンテナンス方法。
【請求項９】
請求項８記載の塗工装置のメンテナンス方法において、
ノズル吐出動作モードおよびノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記タンクから前記塗工ノズルに送給する塗工液の送液速度を速くすることを特徴とする塗工装置のメンテナンス方法。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれかに記載の塗工装置のメンテナンス方法において、
前記塗工装置のメンテナンス時に、前記塗工ノズルの前記吐出口に保水液を供給することを特徴とする塗工装置のメンテナンス方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の塗工装置のメンテナンス方法において、
前記塗工ノズルに供給した保水液を回収して再度前記塗工ノズルに供給することを特徴とする塗工装置のメンテナンス方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１記載の塗工装置のメンテナンス方法において、
前記塗工ノズルは、前記吐出口から塗工液を水平方向に吐出する姿勢で設けられ、
前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口に当接している状態で前記塗工ノズルに保水液を供給することを特徴とする塗工装置のメンテナンス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に例えばリチウムイオン電池や燃料電池などの化学電池用の塗工液を塗工する塗工装置、および、その塗工装置のメンテナンス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リチウムイオン電池や燃料電池などの化学電池の製造においては、金属箔または高分子電解質膜等の基材をロールトゥロール方式にて搬送しつつ、その基材の表面に電極材料の塗工液を吐出して塗膜を形成する。このような塗工液は、典型的には帯状の基材を搬送しつつスリット状の吐出口を備えたスリットノズルからその基材表面に液を吐出するスリットコート法によって塗工される。
【０００３】
化学電池用の塗工液は、触媒や活物質を溶媒中に分散させた混合液であるため、液中にてそれら物質の凝集や沈殿が生じやすい。このような凝集や沈殿が生じると塗工液中に異物が含まれることとなり、処理欠陥の原因となるおそれがある。このため、例えば特許文献１には、塗工ノズル内にて塗工液を循環させることにより、塗工液の滞留を無くして凝集や沈殿を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１９６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される技術において、滞留を極力無くすために塗工液を大きな流速で循環させたときには、塗工ノズルの吐出口から多量の塗工液が漏れ出て無駄に浪費されるという問題が生じる。特に、燃料電池用の塗工液には高価な白金触媒が含まれており、塗工液の無駄な浪費は可能な限り抑制することが求められる。
【０００６】
逆に、塗工液の循環流速を小さくすると、滞留抑制効果が減少するだけでなく、塗工ノズルの吐出口からエアーが吸引されて液中に混入するという問題が生じることがあった。このように、塗工液の浪費やエアー混入などの種々の不具合を生じさせることなく、塗工液の滞留を無くして凝集や沈殿を防止することは非常に困難であった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不具合を生じさせることなく、塗工ノズル内における沈殿を防止することができる塗工装置およびそのメンテナンス方法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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基材に塗工液を塗工する塗工装置において、吐出口から基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、塗工液を貯留するタンクから前記塗工ノズルに向けて塗工液を送給する送給系と、前記塗工ノズルから前記タンクに向けて塗工液を還流させる還流系と、前記塗工ノズルの前記吐出口に当接して前記吐出口を封鎖する封鎖部と、を備え、前記塗工装置のメンテナンス時には、ノズル吐出動作モード、ノズルエアー抜き動作モードおよびノズル循環動作モードのうちのいずれかのモードが選択可能であり、ノズル吐出動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路を閉鎖し、ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の少なくとも一部を前記タンクに還流し、ノズル循環動作モードが選択されているときには、前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口を封鎖しつつ、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の全部を前記タンクに還流することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る塗工装置において、前記還流系には、前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路の圧力損失を調整する圧損調整手段が設けられ、前記圧損調整手段は、ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路の圧力損失を小さくすることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る塗工装置において、前記送給系は、ノズル吐出動作モードおよびノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記タンクから前記塗工ノズルに送給する塗工液の送液速度を速くすることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る塗工装置において、前記塗工装置のメンテナンス時に、前記塗工ノズルの前記吐出口に保水液を供給する保水液供給機構をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る塗工装置において、前記保水液供給機構は、前記塗工ノズルに供給した保水液を回収して再度前記塗工ノズルに供給する循環機構を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る塗工装置において、前記塗工ノズルは、前記吐出口から塗工液を水平方向に吐出する姿勢で設けられ、前記保水液供給機構は、前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口に当接している状態で保水液を供給することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７の発明は、吐出口から基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、塗工液を貯留するタンクから前記塗工ノズルに向けて塗工液を送給する送給系と、前記塗工ノズルから前記タンクに向けて塗工液を還流させる還流系と、前記塗工ノズルの前記吐出口に当接して前記吐出口を封鎖する封鎖部と、を備える塗工装置のメンテナンス方法において、前記塗工装置のメンテナンス時には、ノズル吐出動作モード、ノズルエアー抜き動作モードおよびノズル循環動作モードのうちのいずれかのモードが選択可能であり、ノズル吐出動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路を閉鎖し、ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときには、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の少なくとも一部を前記タンクに還流し、ノズル循環動作モードが選択されているときには、前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口を封鎖しつつ、前記送給系は前記タンクから前記塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、前記還流系は前記タンクから前記塗工ノズルに送給された塗工液の全部を前記タンクに還流することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る塗工装置のメンテナンス方法において、ノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記塗工ノズルから前記タンクへと向かう経路の圧力損失を小さくすることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る塗工装置のメンテナンス方法において、ノズル吐出動作モードおよびノズルエアー抜き動作モードが選択されているときよりノズル循環動作モードが選択されているときの前記タンクから前記塗工ノズルに送給する塗工液の送液速度を速くすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る塗工装置のメンテナンス方法において、前記塗工装置のメンテナンス時に、前記塗工ノズルの前記吐出口に保水液を供給することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る塗工装置のメンテナンス方法において、前記塗工ノズルに供給した保水液を回収して再度前記塗工ノズルに供給することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２の発明は、請求項１０または請求項１１の発明に係る塗工装置のメンテナンス方法において、前記塗工ノズルは、前記吐出口から塗工液を水平方向に吐出する姿勢で設けられ、前記封鎖部が前記塗工ノズルの前記吐出口に当接している状態で前記塗工ノズルに保水液を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項６の発明によれば、塗工装置のメンテナンス時には、ノズル吐出動作モード、ノズルエアー抜き動作モードおよびノズル循環動作モードのうちのいずれかのモードが選択可能であり、ノズル循環動作モードが選択されているときには、封鎖部が塗工ノズルの吐出口を封鎖しつつ、送給系はタンクから塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、還流系はタンクから塗工ノズルに送給された塗工液の全部をタンクに還流するため、塗工ノズルの吐出口が封鎖された状態で塗工液が循環することとなり、塗工液の浪費やエアー混入などの不具合を生じさせることなく、塗工ノズル内における沈殿を防止することができる。
【００２１】
特に、請求項４の発明によれば、塗工ノズルの吐出口に保水液を供給する保水液供給機構をさらに備えるため、吐出口に付着した塗工液の乾燥を防止することができる。
【００２２】
請求項７から請求項１２の発明によれば、塗工装置のメンテナンス時には、ノズル吐出動作モード、ノズルエアー抜き動作モードおよびノズル循環動作モードのうちのいずれかのモードが選択可能であり、ノズル循環動作モードが選択されているときには、封鎖部が塗工ノズルの吐出口を封鎖しつつ、送給系はタンクから塗工ノズルに塗工液を送給するとともに、還流系はタンクから塗工ノズルに送給された塗工液の全部をタンクに還流するため、塗工ノズルの吐出口が封鎖された状態で塗工液が循環することとなり、塗工液の浪費やエアー混入などの不具合を生じさせることなく、塗工ノズル内における沈殿を防止することができる。
【００２３】
特に、請求項１０の発明によれば、塗工ノズルの吐出口に保水液を供給するため、吐出口に付着した塗工液の乾燥を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る塗工装置の要部構成を示す図である。
【図２】塗工ノズルと保水ユニットとの配置関係を模式的に示す図である。
【図３】保水ユニットの駆動機構を示す図である。
【図４】塗工ノズルに塗工液を送給する回路構成を示す図である。
【図５】保水ユニットの構成を示す図である。
【図６】保水液滴下部を拡大した図である。
【図７】塗工装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図８】塗工ノズルおよび保水ユニットの動作に関するモードを示す図である。
【図９】塗工ノズルに塗工液を送給する回路構成の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る塗工装置１の要部構成を示す図である。本実施形態の塗工装置１は、帯状の基材である電解質膜２をロールトゥロール(roll-to-roll)方式にて搬送しつつ、その電解質膜２の表面に触媒インク（電極ペースト）を塗工する。この塗工装置１によって電解質膜２に塗工された触媒インクが乾燥されて触媒層が形成され、固体高分子形燃料電池用の膜・触媒層接合体が製造される。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００２７】
塗工装置１は、基材である電解質膜２を搬送する搬送機構１０、搬送機構１０によって搬送される電解質膜２の表面に塗工液として触媒インクを塗工する塗工ノズル２０、および、塗工装置１の各機構部を制御する制御部９０を備える。また、塗工装置１には、メンテナンス時に塗工ノズル２０の先端近傍の乾燥を防止するための保水ユニット３０が付設されている（図２〜４参照）。
【００２８】
搬送機構１０は、バックアップローラ１１を含む複数のローラを備えており、一端側のローラから送り出した電解質膜２を他端側のローラで巻き取ることによって、電解質膜２をロールトゥロール方式にて連続搬送する。バックアップローラ１１は、その回転軸が塗工ノズル２０のスリット状吐出口２１と平行な水平方向（本実施形態ではＹ軸方向）に沿うように回転自在に設けられている。バックアップローラ１１は、搬送機構１０によって連続走行する電解質膜２の裏面を支持する。
【００２９】
電解質膜２としては、従来より固体高分子形燃料電池の膜・触媒層接合体用途に用いられているフッ素系や炭化水素系などの高分子電解質膜を使用することができる。例えば、電解質膜２として、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（登録商標）、旭硝子（株）製のFlemion（登録商標）、旭化成（株）製のAciplex（登録商標）、ゴア(Gore)社製のGoreselect（登録商標）など）を使用することができる。
【００３０】
上記の電解質膜２は、非常に薄くて機械的強度が弱く、大気中の少量の湿気によっても容易に膨潤する一方で湿度が低くなると収縮する特性を有しており、極めて変形しやすい。このため、電解質膜２の変形を防止するために、電解質膜２の裏面に例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のバックシートが貼付されていても良い。
【００３１】
塗工ノズル２０は、搬送機構１０によって搬送される電解質膜２の表面に塗工液として触媒インクを吐出する。塗工ノズル２０は、電解質膜２の幅方向に沿って延びるスリット状の吐出口２１を備えたスリットノズルである。塗工ノズル２０は、後述する送給機構によって送給された触媒インクを吐出口２１から吐出する。
【００３２】
塗工ノズル２０は、ノズル駆動機構２２によってＸ軸方向に沿って進退移動する。ノズル駆動機構２２は、ベースフレーム２３、ボールネジ２４、ノズル駆動モータ２５、ガイドレール２６および基台２７を備える。塗工ノズル２０は、その吐出口２１から塗工液を概ね水平方向（本実施形態ではＸ軸方向）に吐出する姿勢にてベースフレーム２３に取り付けられている。ベースフレーム２３は、ノズル駆動モータ２５によって回転されるボールネジ２４に螺合されている。また、ベースフレーム２３は、基台２７上に設置されたガイドレール２６に対して摺動自在に取り付けられている。ノズル駆動モータ２５がボールネジ２４を正方向または逆方向に回転させることによってベースフレーム２３がガイドレール２６に案内されて前後にスライド移動し、それに伴ってベースフレーム２３に取り付けられた塗工ノズル２０が矢印ＡＲ１にて示す如くバックアップローラ１１に対して近接または離間するように進退移動する。なお、塗工ノズル２０には、バックアップローラ１１に対する姿勢を調整する機構が付設されていても良い。
【００３３】
ノズル駆動機構２２は、矢印ＡＲ１にて示す方向に沿って、塗工位置ＣＰ、メンテナンス位置ＭＰおよび退避位置ＲＰの間で塗工ノズル２０を進退移動させる。塗工位置ＣＰは塗工ノズル２０が電解質膜２に対して触媒インクの塗工処理を行う位置である。バックアップローラ１１は、塗工位置ＣＰの塗工ノズル２０に近接して対向するように設けられている。よって、塗工位置ＣＰの塗工ノズル２０は、その吐出口２１からバックアップローラ１１によって支持される電解質膜２の表面に触媒インクを塗工することができる。塗工ノズル２０は、その吐出口２１からバックアップローラ１１によって支持される電解質膜２に向けて塗工液を水平方向に吐出する姿勢で設けられている。
【００３４】
バックアップローラ１１は回転軸と垂直な方向に対しては固定されているため、バックアップローラ１１によって支持される電解質膜２の位置は安定している。よって、塗工位置ＣＰの塗工ノズル２０の吐出口２１とバックアップローラ１１によって支持された電解質膜２との間隔は安定して常に一定であり、塗工ノズル２０は搬送機構１０によって搬送される電解質膜２の表面に均一に触媒インクを塗工することができる。なお、電解質膜２の表面とは、電解質膜２の２つの面のうちのいずれか一方の面であり、アノード電極またはカソード電極のいずれかの触媒層が形成される。また、電解質膜２の裏面とは、表面の反対側の面であり、表面とは異なる極性の触媒層が形成される。すなわち、電解質膜２の表面と裏面とでは電解質膜としての性質に相違があるものではなく、単に区別のための便宜上、いずれか一方を表面とし他方を裏面としているに過ぎず、いずれか特定の面が表面または裏面に限定されるものではない。
【００３５】
待避位置ＲＰは、塗工処理を行わないときに塗工ノズル２０が退避する位置であり、塗工位置ＣＰよりも塗工ノズル２０がバックアップローラ１１から大きく離隔した位置である。例えば、塗工位置１の稼働停止時には塗工ノズル２０が退避位置ＲＰに後退している。メンテナンス位置ＭＰは、塗工ノズル２０のメンテナンス処理を行う位置である。メンテナンス位置ＭＰは、塗工位置ＣＰと待避位置ＲＰとの間の位置であり、メンテナンス位置ＭＰの塗工ノズル２０はバックアップローラ１１から離隔している。よって、メンテナンス位置ＭＰの塗工ノズル２０から電解質膜２に触媒インクを塗工することはできない。
【００３６】
メンテナンス位置ＭＰの塗工ノズル２０に対しては保水ユニット３０が近接してメンテナンス処理の補助を行う。保水ユニット３０は、塗工ノズル２０がメンテナンス位置ＭＰに位置しているときに、塗工ノズル２０の移動経路上にまで進出する。図２は、塗工ノズル２０と保水ユニット３０との配置関係を模式的に示す図である。図２は、塗工装置１のバックアップローラ１１、塗工ノズル２０および保水ユニット３０を上方から見た図である。図２に示す塗工ノズル２０はメンテナンス位置ＭＰに位置している。保水ユニット３０は、図２の矢印ＡＲ２にて示すように、塗工ノズル２０がメンテナンス位置ＭＰに位置しているときに、塗工ノズル２０とバックアップローラ１１との間に進出するような移動動作を行う。保水ユニット３０は、メンテナンス位置ＭＰの塗工ノズル２０の正面側（吐出口２１に対向する側）に近接する位置に進出する。
【００３７】
図３は、保水ユニット３０の駆動機構を示す図である。保水ユニット３０は、ユニット駆動機構４０によってＹ軸方向に沿って進退移動する。ユニット駆動機構４０は、ベースフレーム４３、ボールネジ４４、ユニット駆動モータ４５、ガイドーレール４６および基台４７を備える。保水ユニット３０はベースフレーム４３に取り付けられている。ベースフレーム４３は、ユニット駆動モータ４５によって回転されるボールネジ４４に螺合されている。また、ベースフレーム４３は、基台４７上に設置されたガイドレール４６に対して摺動自在に取り付けられている。ユニット駆動モータ４５がボールネジ４４を正方向または逆方向に回転させることによってベースフレーム４３がガイドレール４６に案内されて前後にスライド移動し、それに伴ってベースフレーム４３に取り付けられた保水ユニット３０が矢印ＡＲ３にて示す如く進退移動する。保水ユニット３０が図３中の二点鎖線位置にまで前進したときには、メンテナンス位置ＭＰの塗工ノズル２０の正面側に近接する。また、保水ユニット３０が図３中の実線位置にまで後退したときには、塗工ノズル２０の移動経路から外れる。なお、保水ユニット３０自体の構成についてはさらに後述する。
【００３８】
図４は、塗工ノズル２０に塗工液を送給する回路構成を示す図である。送液回路は、主として塗工液を貯留するタンク５０から塗工ノズル２０に向けて塗工液を送給する送給機構６０および塗工ノズル２０からタンク５０に向けて塗工液を還流させる還流機構７０によって構成される。
【００３９】
タンク５０には、塗工液として触媒インクが貯留されている。本実施形態で使用される触媒インクは、例えば、触媒粒子、イオン伝導性電解質および分散媒を含有する。触媒粒子としては、公知または市販のものを使用することができ、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおける燃料電池反応を起こさせるものであれば特に限定されず、例えば白金（Ｐｔ）、白金合金、白金化合物等を用いることができる。このうち白金合金としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）等からなる群から選択された少なくとも１種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の触媒インクの触媒粒子には白金、アノード用の触媒インクの触媒粒子には上述の白金合金が用いられる。
【００４０】
また、触媒粒子は、触媒微粒子が炭素粉に担持された、いわゆる触媒担持炭素粉であっても良い。触媒担持炭素の平均粒子径は、通常１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜８０ｎｍ程度、最も好ましくは４０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。触媒微粒子を担持する炭素粉は特に制限されるものではなく、例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらは、１種単独で使用しても良いし、２種以上併用しても良い。
【００４１】
上記のような触媒粒子に溶媒を加えてスリットノズルから塗布可能なペーストとする。溶媒としては、水、エタノール、ｎ−プロパノールおよびｎ−ブタノールなどのアルコール系、並びに、エーテル系、エステル系およびフッ素系などの有機溶剤を用いることができる。
【００４２】
さらに、触媒粒子に溶媒を加えた溶液にイオン交換基を有するアイオノマーを上記溶媒中に分散させた高分子電解質溶液を加える。一例として、白金を５０ｗｔ％担持したカーボンブラック（田中貴金属工業（株）製の「TEC10E50E」）を水、エタノールおよび高分子電解質溶液（米国DuPont社製のNafion液「D2020」）に分散させて触媒インクを得ることができる。このようにして混合されたペーストが触媒インクとしてタンク５０に貯留されている。
【００４３】
新たに調合された触媒インクは新液供給源５１からタンク５０に供給される。タンク５０には、図示省略の液面検知センサーが設置されており、当該液面検知センサーによって一定量の触媒インクがタンク５０内に貯留されていることが検知されたら新液供給源５１からタンク５０への新液供給が停止され、一定量の触媒インクが検知されなくなったら新液供給を開始する。
【００４４】
また、タンク５０には、攪拌機５３およびタンク内圧力計５２が設けられている。タンク５０内に貯留されている触媒インクは攪拌機５３によって常時攪拌されている。タンク内圧力計５２は、タンク５０内の圧力を監視している。さらに、タンク５０には大気開放ライン５４が接続されている。大気開放ライン５４には大気開放バルブ５５が介挿されている。大気開放バルブ５５を開放することによってタンク５０内の気体を大気中に放出することができる。大気開放バルブ５５は常時開放されているものではなく、例えばタンク内圧力計５２によって測定されたタンク５０内の圧力が所定値を超えたときに開放されれば良い。
【００４５】
送給機構６０は、送給配管６１に送液ポンプ６２、フィルター６４および吐出バルブ６５を介挿して構成される。送給配管６１はタンク５０と塗工ノズル２０とを連通接続する。送液ポンプ６２は、タンク５０内に貯留されている触媒インクを送給配管６１を介して塗工ノズル２０に送給する。フィルター６４は、タンク５０から塗工ノズル２０へと送給される触媒インクから異物を除去する。吐出バルブ６５は送給配管６１を開閉する。送液ポンプ６２を作動させつつ吐出バルブ６５を開放することによって、塗工ノズル２０に触媒インクを送給することができ、吐出バルブ６５を閉止することによって触媒インクの送給を停止することができる。よって、吐出バルブ６５が断続的に開閉を繰り返すことによって塗工ノズル２０に間欠的に触媒インクを送給することができる。
【００４６】
また、送給配管６１にはフィルター監視圧力計６３およびノズル吐出圧力計６６が付設されている。フィルター監視圧力計６３は、送給配管６１のうち送液ポンプ６２からフィルター６４に至る経路に設けられており、フィルター６４に作用する触媒インクの圧力を測定する。ノズル吐出圧力計６６は、送給配管６１のうちフィルター６４から塗工ノズル２０に至る経路に設けられており、塗工ノズル２０の吐出口２１に作用する触媒インクの圧力を測定する。
【００４７】
還流機構７０は、還流配管７１に主還流バルブ７２、ニードルバルブ７３、補助還流バルブ７４およびニードルバルブ７５を介挿して構成される。還流配管７１は塗工ノズル２０とタンク５０とを連通接続する。送給配管６１が塗工ノズル２０の入り側に接続されるのに対して、還流配管７１は塗工ノズル２０の出側に接続される。還流配管７１は、その経路途中にて主経路７１ａと副経路７１ｂとの二叉に分岐される。主還流バルブ７２およびニードルバルブ７３は還流配管７１の主経路７１ａに設けられる。一方、補助還流バルブ７４およびニードルバルブ７５は還流配管７１の副経路７１ｂに設けられる。二叉に分岐された主経路７１ａと副経路７１ｂとは再び合流して１本の還流配管７１となる。
【００４８】
図５は、保水ユニット３０の構成を示す図である。上述したように、保水ユニット３０はメンテナンス位置ＭＰに停止している塗工ノズル２０の正面側に近接することができ、図５に示すのはその状態である。保水ユニット３０は、主たる要素として保水液滴下部１５、保水液バット３１、循環ポンプ３２および封鎖部材３５を備える。封鎖部材３５は、塗工ノズル２０と同程度の長さを有する四角柱状の部材であり、塗工ノズル２０の吐出口２１に当接して吐出口２１を封鎖する。封鎖部材３５は、吐出口２１の封鎖性を向上させるために、弾力性を有するゴム材にて形成するのが好ましく、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、シリコン、ＦＦＫＭ（パーフルオロエラストマー）などの耐薬品性に優れたゴムにて形成すれば良い。封鎖部材３５は、シリンダー３６によって矢印ＡＲ５に示す方向に沿ってスライド移動される。シリンダー３６が封鎖部材３５を前進させて吐出口２１に封鎖部材３５を当接させて押圧することにより、塗工ノズル２０の吐出口２１は封鎖される。また、シリンダー３６が封鎖部材３５を後退させて吐出口２１から離隔させることにより、吐出口２１の封鎖は解除される。
【００４９】
図６は、保水液滴下部１５を拡大した図である。保水液滴下部１５は、供給ノズル１６および滴下ヘッド１７を備える。滴下ヘッド１７は、塗工ノズル２０と同程度の長さを有しており、その断面形状は図６に示すような形状である。滴下ヘッド１７には、液溜部１７ａが形成されている。液溜部１７ａの先端と滴下ヘッド１７の内壁面との間には約２ｍｍの隙間が形成されている。供給ノズル１６は、滴下ヘッド１７の液溜部１７ａに保水液を供給する。供給ノズル１６から供給された保水液は一旦液溜部１７ａに貯留される。液溜部１７ａの容量以上に供給された保水液は、液溜部１７ａから溢れ出て液溜部１７ａの先端と滴下ヘッド１７の内壁面との間に形成された隙間から塗工ノズル２０に滴下される。このようにすれば、供給ノズル１６から直接保水液を吐出するのと比較して滴下される液滴の勢いを緩めることができ、塗工ノズル２０での液はねを防止することができる。また、液溜部１７ａは塗工ノズル２０と同程度の長さを有しているため、塗工ノズル２０の全長にわたって保水液滴下部１５から均一に保水液を滴下することができる。保水液は、塗工ノズル２０の吐出口２１近傍の乾燥を防止するために保水液滴下部１５から滴下されるものである。保水液としては、例えば水とエタノールとの混合溶液を用いることができる。
【００５０】
図５に戻り、保水液滴下部１５から塗工ノズル２０に滴下された保水液は保水液バット３１によって回収される。保水ユニット３０には、保水液バット３１から保水液滴下部１５に保水液を循環させる循環配管１８が設けられている。循環配管１８は、保水液バット３１と保水液滴下部１５の供給ノズル１６とを接続する。循環配管１８には、循環ポンプ３２、循環バルブ３３およびフィルター３４が介挿されている。循環ポンプ３２を作動させつつ循環バルブ３３を開放することによって、保水液バット３１に回収された保水液は保水液滴下部１５の供給ノズル１６に再度循環供給される。フィルター３４は、保水液バット３１に回収されて保水液滴下部１５に再循環供給される保水液から異物を除去する。
【００５１】
循環配管１８のうち循環ポンプ３２と循環バルブ３３との間からは廃液ラインが分岐されており、当該廃液ラインには廃液バルブ３９が設けられている。循環ポンプ３２を作動させつつ廃液バルブ３９を開放することによって保水液バット３１に回収された保水液を廃液として排出することができる。
【００５２】
また、循環配管１８のうちフィルター３４と保水液滴下部１５との間からは新液ラインが分岐されており、当該新液ラインには新液バルブ３７が設けられている。新液バルブ３７を開放することによって、新液供給源３８から循環配管１８に保水液の新液が供給される。
【００５３】
また、保水ユニット３０にはノズルバット４９が設けられている。ノズルバット４９は保水液バット３１のさらに下方に設けられており。保水液バット３１によって回収できなかった保水液および塗工ノズル２０の吐出口２１から吐出された液などを回収する。ノズルバット４９によって回収された液は図示省略の廃液ラインから排出される。
【００５４】
図１に戻り、制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部９０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって、塗工装置１に設けられた各動作機構が制御されて塗工装置１の動作が進行する。
【００５５】
次に、上記の構成を有する塗工装置１における動作内容について説明する。図７は、塗工装置１の動作手順を示すフローチャートである。以下に説明するのは、主として塗工装置１のメンテナンス時の動作手順である。
【００５６】
まず、上記構成の塗工装置１にて通常の塗工処理を行っているときには、塗工ノズル２０が塗工位置ＣＰに位置するとともに、基材である電解質膜２が搬送機構１０によってロールトゥロール方式にて搬送されている。よって、バックアップローラ１１によって支持される電解質膜２の表面に塗工ノズル２０の吐出口２１が近接対向している。塗工ノズル２０は、その吐出口２１からバックアップローラ１１によって支持される電解質膜２に向けて塗工液としての触媒インクを水平方向に吐出する。
【００５７】
ここで、本実施形態の塗工装置１においては、塗工ノズル２０および保水ユニット３０の動作に関して４つのモードが設定されている。図８は、塗工ノズル２０および保水ユニット３０の動作に関するモードを示す図である。同図において、”ノズル先端”項目が”開放”となっているのは封鎖部材３５が塗工ノズル２０の吐出口２１から離隔して吐出口２１が開放されている状態を示し、”封鎖”となっているのは封鎖部材３５が塗工ノズル２０の吐出口２１に当接して吐出口２１が封鎖されている状態を示す。また、バルブに関する項目で、”〇”となっているのはバルブが開放されていることを示し、”×”となっているのはバルブが閉止されていることを示す。
【００５８】
図８に示すように、塗工装置１には、「塗工時送液動作モード」、「ノズル吐出動作モード」、「ノズルエアー抜き動作モード」および「ノズル循環動作モード」の４つのモードが設定されている。これらのうち「ノズル吐出動作モード」、「ノズルエアー抜き動作モード」および「ノズル循環動作モード」の３つについては、塗工装置１のメンテナンス処理を行うときのモードである。上記４つのモードについては、各モードの動作条件がパラメータとして予め制御部９０の記憶部（メモリまたは磁気ディスク）に格納されている。オペレータが制御部９０の入力部から指定することにより、或いは予め設定されているスケジュールに従って制御部９０が指定することにより、４つのモードのうちのいずれかのモードが選択されて実行されることとなる。
【００５９】
塗工装置１にて通常の塗工処理を行うときには、上記４つのモードのうちの「塗工時送液動作モード」が選択される。「塗工時送液動作モード」が選択されているときは、塗工ノズル２０が塗工位置ＣＰにて電解質膜２の表面に触媒インクの塗工を行っているときであり、塗工ノズル２０の吐出口２１は当然に開放されている。また、「塗工時送液動作モード」が選択されているときには、吐出バルブ６５が開放されるとともに、主還流バルブ７２および補助還流バルブ７４が閉止されている。すなわち、送給機構６０によってタンク５０から塗工ノズル２０に向けて触媒インクが送給される一方、還流機構７０は完全に遮断されており、塗工ノズル２０からタンク５０に向けての触媒インクの還流はなされていない。従って、タンク５０から塗工ノズル２０に向けて送給された触媒インクが塗工ノズル２０の吐出口２１から電解質膜２に吐出されることとなる。
【００６０】
図８に示すように、「塗工時送液動作モード」が選択されて通常の塗工処理が行われているときの送給配管６１内における触媒インクの送液流速は０．５ｍｌ／秒である。また、電解質膜２に通常の塗工処理を行っているときの塗工ノズル２０の吐出口２１に作用する触媒インクの圧力（ノズル吐出圧力）は５０ｋＰａである。塗工ノズル２０の吐出口２１に作用する触媒インクの圧力はノズル吐出圧力計６６によって測定される。なお、「塗工時送液動作モード」では吐出バルブ６５が開放とされているが、処理中常時開放に限定されるものではなく、吐出バルブ６５が断続的に開閉を繰り返しても良い。吐出バルブ６５が常時開放している場合には塗工ノズル２０から電解質膜２に触媒インクが連続塗工され、吐出バルブ６５が断続的に開閉を繰り返す場合には塗工ノズル２０から電解質膜２に触媒インクが間欠塗工される。
【００６１】
所定の処理時間が経過したときに、上記通常の塗工処理が終了する（ステップＳ１）。
【００６２】
塗工処理が終了したときには吐出バルブ６５が閉止して塗工ノズル２０からの触媒インクの吐出が停止される。通常の塗工処理が終了した後に、ステップＳ２以降の塗工装置１のメンテナンス処理が行われる。メンテナンス処理に際しては、まず塗工ノズル２０がノズル駆動機構２２によって塗工位置ＣＰからメンテナンス位置ＭＰに移動する（ステップＳ２）。続いて、保水ユニット３０がユニット駆動機構４０によってメンテナンス位置ＭＰの塗工ノズル２０の正面側に近接する位置に移動する（ステップＳ３）。保水ユニット３０がその位置に移動したときには、塗工ノズル２０の吐出口２１に保水ユニット３０の封鎖部材３５が対向する。
【００６３】
次に、塗工装置１のメンテナンス処理が行われるのであるが、このときには「ノズル吐出動作モード」、「ノズルエアー抜き動作モード」および「ノズル循環動作モード」のうちのいずれかのモードが適宜に選択される。本実施形態では、「ノズル循環動作モード」、「ノズルエアー抜き動作モード」、「ノズル吐出動作モード」がこの順番で順次に選択される。
【００６４】
まず、「ノズル循環動作モード」が選択される（ステップＳ４）。このときには、保水ユニット３０のシリンダー３６が封鎖部材３５を前進させて塗工ノズル２０の吐出口２１に封鎖部材３５を当接させて押圧することにより、その吐出口２１を封鎖する。また、「ノズル循環動作モード」が選択されているときには、送給機構６０の吐出バルブ６５が開放されるとともに、還流機構７０の主還流バルブ７２および補助還流バルブ７４も開放される（図４，８参照）。これにより、送給機構６０によってタンク５０から塗工ノズル２０に向けて触媒インクが送給されるとともに、還流機構７０によって塗工ノズル２０からタンク５０へと向かう触媒インクの還流も行われる。「ノズル循環動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖部材３５によって封鎖されているため、送給機構６０によってタンク５０から送給された触媒インクが塗工ノズル２０の吐出口２１から漏出することは無い。従って、送給機構６０によってタンク５０から塗工ノズル２０に送給された触媒インクの全部が還流機構７０によってタンク５０に還流されることとなる。
【００６５】
また、「ノズル循環動作モード」が選択されているときには、送液ポンプ６２による触媒インクの送給速度が高められており、送給配管６１内における触媒インクの送液流速は１．２ｍｌ／秒である。図８に示すように、「ノズル吐出動作モード」および「ノズルエアー抜き動作モード」が選択されているときより「ノズル循環動作モード」が選択されているときのタンク５０から塗工ノズル２０に送給する触媒インクの送液速度は速い。
【００６６】
このように「ノズル循環動作モード」が選択されているときには、塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖されつつ、速い送液速度にて触媒インクがタンク５０から送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１を経てタンク５０へと循環されることとなる。触媒インクは、触媒粒子やアイオノマーが溶媒中に分散した塗工液であるため、触媒インクが配管内にて滞留すると触媒粒子等の凝集や沈殿が生じやすくなる。「ノズル循環動作モード」では、速い送液速度にて触媒インクがタンク５０から送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１を経てタンク５０へと循環されるため、触媒インクの滞留に起因した触媒粒子等の沈殿が防止されるとともに、既に生じていた沈殿物も触媒インクの液流によって押し流されて送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１から排除される。
【００６７】
また、「ノズル循環動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖部材３５によって封鎖されているため、速い送液速度にて触媒インクを塗工ノズル２０に送給したとしても、塗工ノズル２０の吐出口２１から触媒インクが漏出するのを防ぐことができる。燃料電池の触媒インクは、希少価値の高い白金または白金合金を含有しており、無駄に浪費される触媒インクは極力少なくすることが求められる。塗工ノズル２０の吐出口２１を封鎖することなく、速い送液速度にて触媒インクを塗工ノズル２０に送給すると、吐出口からも多量の触媒インクが放出されて無駄に浪費されることとなる。「ノズル循環動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖されているため、高価な触媒インクの浪費を防止することができる。
【００６８】
また、「ノズル循環動作モード」では、還流機構７０の主還流バルブ７２のみならず補助還流バルブ７４も開放されている。主還流バルブ７２のみが開放されているときよりも、主還流バルブ７２および補助還流バルブ７４の双方が開放されているときの方が還流機構７０における圧力損失が低減される。すなわち、還流機構７０の副経路７１ｂに設けられた補助還流バルブ７４は塗工ノズル２０からタンク５０へと向かう還流配管７１の圧力損失を調整する手段として機能する。「ノズル循環動作モード」では、他のモードよりも触媒インクの送液速度が速いため、圧力損失が他のモードと同じである場合には、送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１における液圧が高くなりすぎて、最悪の場合配管破損の懸念もある。「ノズル循環動作モード」が選択されているときには、主還流バルブ７２および補助還流バルブ７４の双方が開放されることによって、「ノズルエアー抜き動作モード」などの他のモードが選択されているときより、塗工ノズル２０からタンク５０へと向かう経路の圧力損失が小さい。その結果、「ノズル循環動作モード」では、他のモードよりも触媒インクの送液速度が速くても配管に強い圧力が作用するのを防いで配管等の破損を防止することができる。図８に示すように、「ノズル循環動作モード」が選択されているときの塗工ノズル２０の吐出口２１に作用する触媒インクの圧力は１０ｋＰａであり、通常の塗工処理のノズル吐出圧力よりも低い。
【００６９】
さらに、「ノズル循環動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１を封鎖部材３５によって封鎖しつつ、保水ユニット３０の保水液滴下部１５から塗工ノズル２０に保水液を滴下している。塗工ノズル２０の吐出口２１には通常の塗工処理時に吐出した触媒インクが付着しており、吐出口２１が封鎖されて新たな触媒インクが吐出されなくなると、その吐出口２１に付着していた触媒インクが乾燥して汚染源となるおそれがある。「ノズル循環動作モード」では、保水液滴下部１５から塗工ノズル２０に保水液を滴下しているため、吐出口２１近傍の湿潤状態を維持し、通常の塗工処理時に吐出口２１に付着した触媒インクの乾燥を防止することができる。
【００７０】
また、保水液滴下部１５は、一旦液溜部１７ａに貯留した保水液を液溜部１７ａの先端と滴下ヘッド１７の内壁面との間に形成された隙間から塗工ノズル２０に滴下しているため、供給ノズル１６から直接保水液を吐出するのと比較して滴下される液滴の勢いを緩めることができ、塗工ノズル２０での液はねを防止することができる。その結果、保水液の液はねに起因した新たな汚染源の発生を抑制することができる。なお、保水ユニット３０における保水液の滴下は、塗工ノズル２０の洗浄のためではなく、吐出口２１近傍の乾燥を防止する目的であるため、勢いの弱い液滴であっても十分にその目的を達成することが可能である。
【００７１】
保水液滴下部１５から塗工ノズル２０に滴下された保水液は保水液バット３１によって回収され、循環ポンプ３２によって再び保水液滴下部１５に供給される。すなわち、保水ユニット３０においては、一度使用した保水液が再度循環利用されるため、保水液の消費量を削減することができる。一度使用した保水液は触媒インクの成分を含んでいることもあるが、保水ユニット３０における保水液滴下の目的は吐出口２１近傍の湿潤状態維持であるため、そのような保水液であっても再利用可能である。もっとも、循環利用を繰り返した結果、保水液の汚染が一定以上となった場合には、廃液バルブ３９を開放して保水液の一部を排出するとともに、新液バルブ３７を開放して新たな保水液を補充するのが望ましい。
【００７２】
また、塗工ノズル２０は、横向きの姿勢、つまり吐出口２１から塗工液を水平方向に吐出する姿勢で設けられており、その姿勢の塗工ノズル２０の吐出口２１に封鎖部材３５が当接した状態で保水液滴下部１５から保水液が滴下される。従って、塗工ノズル２０とそれに当接する封鎖部材３５とで形成される空間に保水液が溜まりやすくなり、保水液による乾燥防止効果を高めることができる。
【００７３】
次に、「ノズル循環動作モード」が終了して「ノズルエアー抜き動作モード」が選択される（ステップＳ５）。このときには、保水ユニット３０のシリンダー３６が封鎖部材３５を後退させて塗工ノズル２０の吐出口２１を開放するのが好ましい。また、「ノズルエアー抜き動作モード」が選択されているときには、送給機構６０の吐出バルブ６５が開放されるとともに、還流機構７０の主還流バルブ７２が開放される。但し、還流機構７０の補助還流バルブ７４は閉止されている（図８参照）。これにより、送給機構６０によってタンク５０から塗工ノズル２０に向けて触媒インクが送給されるとともに、還流機構７０によって塗工ノズル２０からタンク５０へと向かう触媒インクの還流も行われる。「ノズルエアー抜き動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１が開放されているため、送給機構６０によってタンク５０から送給された触媒インクの一部が塗工ノズル２０の吐出口２１から放出される。従って、送給機構６０によってタンク５０から塗工ノズル２０に送給された触媒インクの一部が還流機構７０によってタンク５０に還流されることとなる。
【００７４】
図８に示すように、「ノズルエアー抜き動作モード」が選択されているときの送給配管６１内における触媒インクの送液流速は０．８ｍｌ／秒であり、「ノズル循環動作モード」が選択されているときよりも遅く、通常の塗工処理時よりは速い。このような「ノズルエアー抜き動作モード」が選択されているときには、通常の塗工処理時よりは速い送液速度にて触媒インクがタンク５０から送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１を経てタンク５０へと循環されるため、送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１に滞留していたエアーがタンク５０へと排出される。タンク５０に一定量以上のエアーが排出されたときには、大気開放バルブ５５が開放される。
【００７５】
また、吐出口２１が開放されており、塗工ノズル２０に供給された触媒インクの一部が吐出口２１から放出されるため、塗工ノズル２０の吐出口２１近傍に滞留していたエアーも効率よく排出されることとなる。なお、メンテナンス位置ＭＰの塗工ノズル２０から放出された触媒インクはノズルバット４９によって回収される。
【００７６】
「ノズルエアー抜き動作モード」が選択されているときには、塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖部材３５によって封鎖されていても良い。塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖部材３５によって封鎖されている場合には、送給機構６０によってタンク５０から塗工ノズル２０に送給された触媒インクの全部が還流機構７０によってタンク５０に還流される。このようにしても、送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１に滞留していたエアーはタンク５０へと排出される。もっとも、「ノズルエアー抜き動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１が開放されている方が吐出口２１近傍に滞留しているエアーを円滑に排出できるため好ましい。
【００７７】
「ノズルエアー抜き動作モード」では、還流機構７０の主還流バルブ７２のみが開放されて補助還流バルブ７４は閉止されている。従って、「ノズルエアー抜き動作モード」での塗工ノズル２０からタンク５０へと向かう経路の圧力損失は「ノズル循環動作モード」よりも大きい。図８に示すように、「ノズルエアー抜き動作モード」が選択されているときの塗工ノズル２０の吐出口２１に作用する触媒インクの圧力は、吐出口２１が封鎖されているときは８０ｋＰａで、吐出口２１が開放されているときは２５ｋＰａである。「ノズルエアー抜き動作モード」にて吐出口２１が開放された状態で触媒インクを循環させる場合には、吐出口２１から逆にエアーを巻き込まないようにニードルバルブ７３の流量調整を行っておくのが好ましい。
【００７８】
また、「ノズルエアー抜き動作モード」が選択されていて吐出口２１が封鎖部材３５によって封鎖されている場合には、保水ユニット３０の保水液滴下部１５から塗工ノズル２０に保水液を滴下している。これにより、塗工ノズル２０の吐出口２１近傍の湿潤状態を維持し、吐出口２１に付着した触媒インクの乾燥を防止することができる。吐出口２１が開放されている場合には、触媒インクの一部が塗工ノズル２０の吐出口２１からも放出されて吐出口２１が乾燥するおそれがないため、保水液は必ずしも必須ではない。
【００７９】
次に、「ノズルエアー抜き動作モード」が終了して「ノズル吐出動作モード」が選択される（ステップＳ６）。この「ノズル吐出動作モード」は、通常の塗工処理を再開する直前に塗工ノズル２０からの吐出チェックのために行うのが好ましい。「ノズル吐出動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１は開放されている。また、「ノズル吐出動作モード」が選択されているときには、送給機構６０の吐出バルブ６５が開放されるとともに、還流機構７０の主還流バルブ７２および補助還流バルブ７４が閉止されている。すなわち、「塗工時送液動作モード」と同様に、送給機構６０によってタンク５０から塗工ノズル２０に向けて触媒インクが送給される一方、還流機構７０は塗工ノズル２０からタンク５０へと向かう経路を完全に閉鎖しており、塗工ノズル２０からタンク５０に向けての触媒インクの還流はなされていない。従って、タンク５０から塗工ノズル２０に向けて送給された触媒インクの全部が塗工ノズル２０の吐出口２１から吐出されることとなる。塗工ノズル２０から吐出された触媒インクはノズルバット４９によって回収される。
【００８０】
図８に示すように、「ノズル吐出動作モード」が選択されているときの送給配管６１内における触媒インクの送液流速は０．８ｍｌ／秒であり、「ノズル循環動作モード」が選択されているときよりも遅く、通常の塗工処理時よりは速い。また、「ノズル吐出動作モード」が選択されているときの塗工ノズル２０の吐出口２１に作用する触媒インクの圧力は８０ｋＰａである。
【００８１】
「ノズル吐出動作モード」では、「塗工時送液動作モード」と同様に、タンク５０から塗工ノズル２０に向けて送給された触媒インクの全部を塗工ノズル２０の吐出口２１から吐出させるため、塗工ノズル２０から正常に触媒インクが吐出されるか否かの確認を行うことができる。また、塗工ノズル２０の吐出口２１近傍にわずかに沈殿物やエアーが残留していたとしても、「ノズル吐出動作モード」にて吐出口２１から触媒インクを吐出することにより、そのような残留沈殿物やエアーを確実に排出して塗工処理の確実な準備を行うことができる。
【００８２】
また、「ノズル吐出動作モード」が選択されているときには、吐出口２１が開放されて触媒インクが吐出口２１から放出されているため、吐出口２１が乾燥するおそれがない。よって、保水ユニット３０による保水液の滴下は行っても良いし、行わなくても良い。
【００８３】
「ノズル吐出動作モード」が終了してメンテナンス処理が完了した後、再び通常の塗工処理が行われる（ステップＳ７）。このときには、保水ユニット３０が塗工ノズル２０の正面側に近接する位置から後退するとともに、塗工ノズル２０がノズル駆動機構２２によってメンテナンス位置ＭＰから塗工位置ＣＰに移動する。このときに、塗工ノズル２０の吐出口２１近傍をふき取り洗浄するようにしても良い。そして、「塗工時送液動作モード」が選択され、バックアップローラ１１によって支持される電解質膜２の表面に塗工ノズル２０から触媒インクを塗工する。
【００８４】
本実施形態においては、塗工装置１のメンテナンス処理を行うときに、「ノズル吐出動作モード」、「ノズルエアー抜き動作モード」および「ノズル循環動作モード」のうちのいずれかのモードが選択可能である。これらのモードは、沈殿物の排除、エアーの排出、吐出確認などの目的に応じて適宜に選択されるものである。特に、「ノズル循環動作モード」では、塗工ノズル２０の吐出口２１が封鎖されつつ、速い送液速度にて触媒インクがタンク５０から送給配管６１、塗工ノズル２０、還流配管７１を経てタンク５０へと循環されるため、触媒インクを無駄に浪費することなく沈殿物を排除することができる。すなわち、本実施形態のようにすれば、塗工液の浪費やエアー混入などの不具合を生じさせることなく、塗工ノズル２０内における沈殿を防止することができる。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、塗工装置１のメンテナンス時に、「ノズル循環動作モード」、「ノズルエアー抜き動作モード」、「ノズル吐出動作モード」が順次に全て選択されていたが、これに限定されるものではなく、３つのモードのうちの１以上が適宜に選択されれば良い。また、３つのモードが選択された場合の順番も適宜のものとすることができる。
【００８６】
また、上記実施形態では、還流配管７１を二叉に分岐し、主還流バルブ７２に加えて補助還流バルブ７４を設けることによって還流機構７０における圧力損失を調整するようにしていたが、これに代えて、例えば還流配管７１に流量可変バルブなどを設けることによって塗工ノズル２０からタンク５０へと向かう還流配管７１の圧力損失を調整するようにしても良い。
【００８７】
また、塗工ノズル２０に塗工液を送給する回路構成は図９に示すようなものであっても良い。同図において、図４と同一の要素については同一の符号を付している。図９に示す回路構成が図４と相違するのは、循環配管８０および循環バルブ８５を設けている点である。循環配管８０は、送給配管６１のうちフィルター６４から吐出バルブ６５に至る経路から分岐されてタンク５０に至る。循環バルブ８５は循環配管８０に介挿されている。塗工処理時に、吐出バルブ６５が断続的に開閉を繰り返して塗工ノズル２０から電解質膜２に触媒インクを間欠塗工する場合には、吐出バルブ６５が閉じたときに循環バルブ８５が開くことによって、送液ポンプ６２が一定の圧力にて安定して触媒インクを送出し続けることができる。
【００８８】
また、シリンダー３６によって封鎖部材３５をスライド移動させるのに代えて、封鎖部材３５をバネによって保持し、塗工ノズル２０をノズル駆動機構２２によって進退移動させることによって封鎖部材３５を吐出口２１に接離させるようにしても良い。
【００８９】
また、本発明に係る塗工装置１は、燃料電池の電解質膜に触媒インクを塗工するものに限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池の集電体として機能する金属箔に正極または負極の活物質を含む塗工液を塗工するものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、凝集や沈殿が生じやすく、かつ、揮発性の高い溶媒を含んだ塗工液を基材に塗工する技術に適用することができ、特に燃料電池の電解質膜に触媒インクを塗工する技術やリチウムイオン二次電池の金属箔に活物質を含む塗工液を塗工する技術に好適である。
【符号の説明】
【００９１】
１  塗工装置
２  電解質膜
１０  搬送機構
１１  バックアップローラ
１５  保水液滴下部
２０  塗工ノズル
２１  吐出口
２２  ノズル駆動機構
３０  保水ユニット
３５  封鎖部材
４０  ユニット駆動機構
５０  タンク
６０  送給機構
６１  送給配管
６２  送液ポンプ
６５  吐出バルブ
７０  還流機構
７１  還流配管
７２  主還流バルブ
７４  補助還流バルブ
９０  制御部
【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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