(57)【要約】【課題】吐出口から流れ出た塗工液が頻繁に塗工ノズルの外壁面に付着する場合であっても、塗工液を洗い流すことができる塗工方法および塗工装置を提供する。【解決手段】バックアップローラ１０によって支持されて搬送される電解質膜２の表面に塗工ノズル２０から触媒インクを間欠塗工する。このとき、塗工ノズル２０の吐出口２１から流れ出た触媒インクが頻繁に塗工ノズル２０の外壁面に付着するが、塗工ノズル２０が触媒インクを吐出しているときにノズル洗浄部３０からも塗工ノズル２０の吐出口２１よりも下方の外壁面にリンス液を吐出して洗浄する。これにより、塗工ノズル２０の外壁面に付着した触媒インクを洗い流すことができ、触媒インクに含まれる白金の触媒作用に起因した発熱を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に塗工液を塗工する塗工方法であって、
ローラに支持されて搬送される基材に塗工ノズルから塗工液を吐出する塗工工程と、
前記塗工ノズルの吐出口よりも下方の外壁面に対してノズル洗浄部からリンス液を吐出して洗浄する洗浄工程と、
を備え、
前記ノズル洗浄部は前記塗工ノズルが塗工液を吐出しているときに前記塗工ノズルにリンス液を吐出することを特徴とする塗工方法。
【請求項２】
請求項１記載の塗工方法において、
前記洗浄工程では、前記ノズル洗浄部と前記塗工ノズルの前記外壁面との間にリンス液の液だまりを形成することを特徴とする塗工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の塗工方法において、
基材は、燃料電池の電解質膜であり、
塗工液は、白金または白金合金の触媒粒子を含有する触媒インクであることを特徴とする塗工方法。
【請求項４】
基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、
外周面に基材を支持して搬送するローラと、
前記ローラに支持されて搬送される基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、
前記塗工ノズルの吐出口よりも下方の外壁面に対してリンス液を吐出するノズル洗浄部と、
前記塗工ノズルの前記外壁面から落下したリンス液を回収するバットと、
前記塗工ノズルが塗工液を吐出しているときに前記ノズル洗浄部から前記塗工ノズルにリンス液を吐出して前記外壁面を洗浄するように前記ノズル洗浄部を制御する制御部と、
を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、
前記ノズル洗浄部は前記塗工ノズルとの相対位置関係が固定するように設けられることを特徴とする塗工装置。
【請求項６】
請求項４記載の塗工装置において、
前記ノズル洗浄部を前記塗工ノズルの前記外壁面に近接した位置と当該外壁面から離隔した位置との間で移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする塗工装置。
【請求項７】
請求項４記載の塗工装置において、
前記ノズル洗浄部は、前記塗工ノズルが塗工液を吐出するときに前記塗工ノズルの前記外壁面に近接した位置に固定設置されることを特徴とする塗工装置。
【請求項８】
基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、
外周面に基材を支持して搬送するローラと、
前記ローラに支持されて搬送される基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、
前記塗工ノズルとの相対位置関係が固定するように設けられ、前記塗工ノズルの吐出口よりも下方の外壁面に対してリンス液を吐出して洗浄するノズル洗浄部と、
前記塗工ノズルの前記外壁面から落下したリンス液を回収するバットと、
を備えることを特徴とする塗工装置。
【請求項９】
請求項４から請求項８のいずれかに記載の塗工装置において、
前記ノズル洗浄部は、複数の吐出孔が穿設された円筒状の洗浄バーを有することを特徴とする塗工装置。
【請求項１０】
請求項９記載の塗工装置において、
前記ノズル洗浄部は、前記洗浄バーから吐出されて前記塗工ノズルの前記外壁面で飛散したリンス液を受け止めて前記バットへと導くリンス液ガイドを有することを特徴とする塗工装置。
【請求項１１】
請求項９記載の塗工装置において、
前記ノズル洗浄部がリンス液を吐出するときには、前記洗浄バーと前記塗工ノズルの前記外壁面との間にリンス液の液だまりを形成することを特徴とする塗工装置。
【請求項１２】
請求項４から請求項１１のいずれかに記載の塗工装置において、
基材は、燃料電池の電解質膜であり、
塗工液は、白金または白金合金の触媒粒子を含有する触媒インクであ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、燃料電池の電解質膜等の基材に塗工液を塗工する塗工方法および塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、家庭用、携帯電話などの駆動電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料に含まれる水素（Ｈ２）と空気中の酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電力を作り出す発電システムであり、発電効率が高く環境への負荷も軽いという特長を有する。
【０００３】
燃料電池には、使用する電解質によって幾つかの種類が存在しているが、そのうちの一つに電解質として高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも称する）を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer electrolyte fuel cell）がある。固体高分子形燃料電池は、常温での動作および小型軽量化が可能であるため、自動車や携帯機器への適用が期待されている。
【０００４】
固体高分子形燃料電池は、一般的には複数のセルを積層して構成されている。１つのセル（単セル）は、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）の両側を一対のセパレータで挟み込んで構成されている。膜・電極接合体は、高分子電解質膜の両面に触媒層を形成した膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）の両側にさらにガス拡散層を配置したものである。高分子電解質膜を挟んで両側に配置された触媒層とガス拡散層とで一対の電極層が構成され、そのうちの一方がアノード電極であり、他方がカソード電極である。アノード電極に水素を含む燃料ガスが接触するとともに、カソード電極に空気が接触することにより電気化学反応によって電力が作り出される。
【０００５】
このような膜・触媒層接合体は、典型的には電解質膜の表面に白金（Ｐｔ）を含む触媒粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた触媒インク（電極ペースト）を塗工し、その触媒インクを乾燥させることによって作成される（特許文献１参照）。特許文献１に開示される装置においては、スリット状の吐出口を備えたスリットノズルから断続的に触媒インクを吐出する間欠塗工を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２２９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来より、間欠塗工を行うときの塗布動作開始時または装置停止後の動作再開時には、ノズル先端に入り込んだエアを排出する目的で電解質膜への塗布を伴わない吐出動作を実行している。このような塗布を伴わない吐出動作によって吐出口から流れ出た触媒インクはスリットノズルの本体部外壁面（厳密には吐出口よりも下方の外壁面）に付着することとなる。
【０００８】
燃料電池用途の触媒インクには触媒粒子としての白金が含まれるため、ノズルの外壁面に付着した触媒インクの水分濃度が蒸発により低下すると、触媒インクに含まれるカーボンやアルコール等の他の成分が白金の触媒作用によって発熱する。このような発熱現象が生じると、ノズル本体部が加熱されて触媒インクも昇温されることとなり、塗工処理が不安定となる。また、ノズル本体部への触媒インクの付着の程度が大きくなった場合には、堆積したカーボン等の有機物が発火するおそれもあったため、厳重な防火対策が必要となっていた。
【０００９】
このため、装置のメンテナンス時等に定期的にノズルの清掃作業を行っているのであるが、触媒インクを断続的に吐出する間欠塗工を行う場合には、塗布開始時に吐出口から流れ出た触媒インクが頻繁にノズル外壁面に付着して蓄積されていくため、上記の発熱を完全に防止することは困難であった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、吐出口から流れ出た塗工液が頻繁に塗工ノズルの外壁面に付着する場合であっても、塗工液を洗い流すことができる塗工方法および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】
【００１１】
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方法において、ローラに支持されて搬送される基材に塗工ノズルから塗工液を吐出する塗工工程と、前記塗工ノズルの吐出口よりも下方の外壁面に対してノズル洗浄部からリンス液を吐出して洗浄する洗浄工程と、を備え、前記ノズル洗浄部は前記塗工ノズルが塗工液を吐出しているときに前記塗工ノズルにリンス液を吐出することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る塗工方法において、前記洗浄工程では、前記ノズル洗浄部と前記塗工ノズルの前記外壁面との間にリンス液の液だまりを形成することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る塗工方法において、基材は、燃料電池の電解質膜であり、塗工液は、白金または白金合金の触媒粒子を含有する触媒インクであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、基材に塗工液を塗工する塗工装置において、外周面に基材を支持して搬送するローラと、前記ローラに支持されて搬送される基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、前記塗工ノズルの吐出口よりも下方の外壁面に対してリンス液を吐出するノズル洗浄部と、前記塗工ノズルの前記外壁面から落下したリンス液を回収するバットと、前記塗工ノズルが塗工液を吐出しているときに前記ノズル洗浄部から前記塗工ノズルにリンス液を吐出して前記外壁面を洗浄するように前記ノズル洗浄部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
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、前記ノズル洗浄部は前記塗工ノズルとの相対位置関係が固定するように設けられることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項４の発明に係る塗工装置において、前記ノズル洗浄部を前記塗工ノズルの前記外壁面に近接した位置と当該外壁面から離隔した位置との間で移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項４の発明に係る塗工装置において、前記ノズル洗浄部は、前記塗工ノズルが塗工液を吐出するときに前記塗工ノズルの前記外壁面に近接した位置に固定設置されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８の発明は、基材に塗工液を塗工する塗工装置において、外周面に基材を支持して搬送するローラと、前記ローラに支持されて搬送される基材に塗工液を吐出する塗工ノズルと、前記塗工ノズルとの相対位置関係が固定するように設けられ、前記塗工ノズルの吐出口よりも下方の外壁面に対してリンス液を吐出して洗浄するノズル洗浄部と、前記塗工ノズルの前記外壁面から落下したリンス液を回収するバットと、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９の発明は、請求項４から請求項８のいずれかの発明に係る塗工装置において、前記ノズル洗浄部は、複数の吐出孔が穿設された円筒状の洗浄バーを有することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る塗工装置において、前記ノズル洗浄部は、前記洗浄バーから吐出されて前記塗工ノズルの前記外壁面で飛散したリンス液を受け止めて前記バットへと導くリンス液ガイドを有することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１の発明は、請求項９の発明に係る塗工装置において、前記ノズル洗浄部がリンス液を吐出するときには、前記洗浄バーと前記塗工ノズルの前記外壁面との間にリンス液の液だまりを形成することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１２の発明は、請求項４から請求項１１のいずれかの発明に係る塗工装置において、基材は、燃料電池の電解質膜であり、塗工液は、白金または白金合金の触媒粒子を含有する触媒インクであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１から請求項３の発明によれば、ノズル洗浄部は塗工ノズルが塗工液を吐出しているときに塗工ノズルにリンス液を吐出するため、塗工液を吐出しているときに塗工ノズルの吐出口から流れ出た塗工液が頻繁に塗工ノズルの外壁面に付着する場合であっても、塗工液を洗い流すことができる。
【００２４】
特に、請求項２の発明によれば、ノズル洗浄部と塗工ノズルの外壁面との間にリンス液の液だまりを形成するため、当該外壁面でのリンス液の飛散を防止することができる。
【００２５】
特に、請求項３の発明によれば、塗工液が白金または白金合金の触媒粒子を含有する触媒インクであるため、塗工ノズルの外壁面から塗工液を洗い流すことによって、白金の触媒作用に起因した発熱を防止することができる。
【００２６】
請求項４から請求項７および請求項９から請求項１２の発明によれば、塗工ノズルが塗工液を吐出しているときにノズル洗浄部から塗工ノズルにリンス液を吐出して外壁面を洗浄するため、塗工液を吐出しているときに塗工ノズルの吐出口から流れ出た塗工液が頻繁に塗工ノズルの外壁面に付着する場合であっても、塗工液を洗い流すことができる。
【００２７】
請求項８の発明によれば、塗工ノズルの吐出口よりも下方の外壁面に対してリンス液を吐出して洗浄するノズル洗浄部が塗工ノズルに固定して設けられているため、塗工ノズルが塗工液を吐出しているときにノズル洗浄部から塗工ノズルにリンス液を吐出することができ、塗工液を吐出しているときに塗工ノズルの吐出口から流れ出た塗工液が頻繁に塗工ノズルの外壁面に付着する場合であっても、塗工液を洗い流すことができる。
【００２８】
特に、請求項１０の発明によれば、洗浄バーから吐出されて塗工ノズルの外壁面で飛散したリンス液を受け止めてバットへと導くリンス液ガイドを有するため、飛散したリンス液が基材等に付着するのを防止することができる。
【００２９】
特に、請求項１１の発明によれば、洗浄バーと塗工ノズルの外壁面との間にリンス液の液だまりを形成するため、当該外壁面でのリンス液の飛散を防止することができる。
【００３０】
特に、請求項１２の発明によれば、塗工液が白金または白金合金の触媒粒子を含有する触媒インクであるため、塗工ノズルの外壁面から塗工液を洗い流すことによって、白金の触媒作用に起因した発熱を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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】洗浄バーの外観斜視図である。
【図３】洗浄バーの設置形態を示す図である。
【図４】ノズル洗浄部による塗工ノズルの洗浄処理の様子を示す図である。
【図５】第２実施形態における洗浄バーからのリンス液吐出の様子を示す図である。
【図６】第３実施形態における塗工ノズルおよびノズル洗浄部を示す図である。
【図７】洗浄バーの他の例を示す図である。
【図８】洗浄バーの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
＜第１実施形態＞
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。この塗工装置１は、燃料電池用の電解質膜２に触媒インク（電極ペースト）を塗工する装置である。その触媒インクを乾燥させて電解質膜２上に触媒層を形成することにより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。
【００３４】
塗工装置１は、基材としての電解質膜２を支持して搬送するバックアップローラ１０と、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と、塗工ノズル２０の外壁面の一部にリンス液を吐出して洗浄するノズル洗浄部３０と、塗工ノズル２０の外壁面から落下したリンス液を回収するバット４０と、を備える。また、塗工装置１は、電解質膜２に塗工された触媒インクを加熱して乾燥させる乾燥炉５０および装置全体を管理する制御部９０を備える。
【００３５】
バックアップローラ１０は、中心軸が水平方向に沿うように設けられた円筒形状のローラである。図示を省略する巻出ローラ、巻取ローラおよびガイドローラ等と、バックアップローラ１０とによって電解質膜２をロールトゥロール(roll-to-roll)方式にて搬送する搬送機構が構成される。すなわち、バックアップローラ１０よりも上流側に設けられた巻出ローラから送り出された電解質膜２をバックアップローラ１０の円筒外周面に巻き付けて搬送し、バックアップローラ１０よりも下流側に設けられた巻取ローラによって巻き取ることにより、電解質膜２がロールトゥロール方式にて連続的に搬送される。電解質膜２の搬送経路はガイドローラによって規定される。
【００３６】
図１には、搬送機構のうちバックアップローラ１０の周辺のみを示している。同図の矢印ＡＲ１に示すように、バックアップローラ１０は、図示省略の回転駆動機構（例えば、モータ）によって水平方向に沿った中心軸を回転中心として回転される。電解質膜２が巻き付けられたバックアップローラ１０が回転することによって、電解質膜２はバックアップローラ１０の外周面に支持されて搬送される。
【００３７】
基材である電解質膜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。
【００３８】
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、典型的には、電解質膜２の裏面には変形を防止するためのバックシートが貼り合わされている。バックシートとしては、機械的な強度に富んで形状保持機能に優れた樹脂材料、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）のフィルムを用いることができる。
【００３９】
バックアップローラ１０は、バックシートが貼り合わされた状態の電解質膜２を支持しても良いし、バックシートが剥離された電解質膜２を支持しても良い。バックシートが剥離された電解質膜２を支持する場合には、電解質膜２の変形を防止するために外周面に電解質膜２を吸着して支持する吸着ローラをバックアップローラ１０として用いることが好ましい。このような吸着ローラとしては、例えば特開２０１４−２２９３７０号公報に開示されるものを採用することができる。
【００４０】
塗工ノズル２０は、バックアップローラ１０の外周面に対向して設けられている。塗工ノズル２０には、外壁面からバックアップローラ１０に向けて突き出るようにノズルリップ２２が設けられ、そのノズルリップ２２の先端（バックアップローラ１０に対向する端部）にスリット状の吐出口２１が形設されている。すなわち、塗工ノズル２０は、スリット状の吐出口２１を備えたスリットノズルである。そのスリット状の吐出口２１の長手方向はバックアップローラ１０の中心軸と平行な方向である。図１に示すように、塗工ノズル２０は、横向きに、正確には吐出口２１からの塗工液の吐出方向が水平方向に向かう姿勢で設けられている。
【００４１】
塗工ノズル２０は、スリット状の吐出口２１がバックアップローラ１０の外周面に近接する処理位置（図１に示す位置）と当該外周面から離隔した待機位置との間で駆動部２５によって移動可能とされている。処理位置は、バックアップローラ１０に支持される電解質膜２に塗工液たる触媒インクを塗工するときの塗工ノズル２０の位置である。待機位置は、触媒インクの塗工を停止しているときに塗工ノズル２０が待機する位置である。なお、処理位置であっても、塗工ノズル２０の吐出口２１とバックアップローラ１０の外周面とは接触しておらず、双方の間には僅かな間隔が存在している。
【００４２】
駆動部２５としては、ボールネジを回転させて塗工ノズル２０をスライド移動させる機構、ベルトを回走させて塗工ノズル２０を移動させる機構、或いはエアシリンダー等の公知の種々の駆動機構を採用することができる。なお、塗工ノズル２０は、駆動部２５によって処理位置におけるバックアップローラに対する姿勢が調整可能とされていても良い。
【００４３】
塗工ノズル２０には、塗工液供給機構２８から塗工液として触媒インクが供給される。塗工液供給機構２８は、触媒インクを貯留するタンク、当該タンクと塗工ノズル２０とを連通接続する供給配管、および、当該供給配管に設けられた開閉バルブなどを有する。塗工液供給機構２８は、開閉バルブを開放し続けることによって塗工ノズル２０に連続して触媒インクを供給することも可能であるし、開閉バルブを繰り返し開閉することによって塗工ノズル２０に断続的に触媒インクを供給することも可能である。開閉バルブの開閉は制御部９０によって制御される。
【００４４】
塗工液供給機構２８から供給された触媒インクは、バックアップローラ１０に支持されて搬送される電解質膜２に塗工ノズル２０から塗工される。塗工液供給機構２８が連続して触媒インクを供給する場合には電解質膜２に触媒インクが連続的に塗工され、断続的に触媒インクを供給する場合には電解質膜２に触媒インクが間欠塗工される。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
このようにして混合されたペーストを触媒インクとして塗工液供給機構２８から塗工ノズル２０に供給する。塗工液供給機構２８から供給された触媒インクは、塗工ノズル２０から電解質膜２の表面に塗工される。なお、電解質膜２に塗工する触媒インクは、カソード用であってもアノード用であっても良い。
【００５０】
ノズル洗浄部３０は、洗浄バー３１およびリンス液ガイド３５を備える。図２は、洗浄バー３１の外観斜視図である。第１実施形態の洗浄バー３１は、複数の吐出孔３２が穿設された円筒状の部材である。洗浄バー３１の長手方向に沿った全長は、塗工ノズル２０のスリット状吐出口２１の長手方向に沿った長さと同程度である。複数の吐出孔３２は、洗浄バー３１の長手方向に沿って一定間隔で一列に列設されている。複数の吐出孔３２のそれぞれは円形の丸穴である。複数の吐出孔３２の大きさや穿設間隔は特に限定されるものではないが、例えば、各吐出孔３２は直径が０．５ｍｍ〜２ｍｍの円形の穴であり、隣り合う吐出孔３２の穿設間隔は１０ｍｍ〜２０ｍｍである。
【００５１】
図３は、洗浄バー３１の設置形態を示す図である。塗工ノズル２０はノズルベース２３に固定されている。上述した駆動部２５は、直接的にはこのノズルベース２３を移動させることによって、塗工ノズル２０を処理位置と待機位置との間で移動させる。第１実施形態においては、塗工ノズル２０が固定されているノズルベース２３にノズル洗浄部３０の洗浄バー３１が固定設置されている。また、図３では図示を省略しているが、ノズル洗浄部３０のリンス液ガイド３５もノズルベース２３に固定設置されている。よって、ノズル洗浄部３０の全体がノズルベース２３を介して塗工ノズル２０との相対位置関係が固定するように設けられており、塗工ノズル２０の移動に連動してノズル洗浄部３０も移動することとなる。
【００５２】
ノズル洗浄部３０の洗浄バー３１は、複数の吐出孔３２からのリンス液吐出方向が塗工ノズル２０の外壁面のうち吐出口２１よりも下方の壁面に向かうように設置されている。より正確には、複数の吐出孔３２から吐出されたリンス液がノズルリップ２２の下面に到達するような位置および姿勢に洗浄バー３１は設置されている。また、リンス液ガイド３５は、洗浄バー３１の後方（バックアップローラ１０に向かう側）および下方を覆うように設置されている。
【００５３】
図１に示すように、ノズル洗浄部３０の洗浄バー３１には、リンス液供給機構３８からリンス液が供給される。リンス液供給機構３８は、リンス液を貯留するタンク、当該タンクと洗浄バー３１とを連通接続する供給配管、および、当該供給配管に設けられた開閉バルブなどを有する。その開閉バルブの開閉は制御部９０によって制御される。
【００５４】
開閉バルブを開放することによって、リンス液供給機構３８から洗浄バー３１にリンス液が供給され、洗浄バー３１の複数の吐出孔３２から塗工ノズル２０の外壁面にリンス液が吐出される。吐出されたリンス液は塗工ノズル２０の吐出口２１よりも下方の外壁面に吹き付けられる（図４）。
【００５５】
本実施形態においては、リンス液としてエタノール等の溶媒と水との混合液を使用する。エタノールは触媒インクにも含まれている溶媒でもある。リンス液中におけるエタノール等の溶剤の比率は例えば２０％〜８０％である。
【００５６】
バット４０は、塗工ノズル２０の吐出口２１およびノズル洗浄部３０の下方を覆うように設置されている。バット４０もノズルベース２３に固定設置されている。よって、塗工ノズル２０の移動に連動してバット４０も移動する。バット４０は、塗工ノズル２０の外壁面から落下した触媒インクおよびリンス液を受け止めて回収する。
【００５７】
バット４０の底部にはドレン４１が接続されている。ドレン４１には図示省略のドレンポンプが設けられており、そのドレンポンプを作動させることによって、バット４０に回収された触媒インクおよびリンス液がドレン４１から排出される。なお、排出された触媒インクを再生利用するように構成しても良い。
【００５８】
乾燥炉５０は、触媒インクに熱風を噴出して乾燥させる熱風乾燥炉である。図１に示すように、乾燥炉５０は、電解質膜２の搬送方向に沿って塗工ノズル２０よりも下流側にてバックアップローラ１０の外周面の一部を覆うように設けられている。乾燥炉５０は、バックアップローラ１０に支持されて搬送される電解質膜２の表面に塗工されて形成された触媒インクの塗膜に熱風を吹き付けて溶媒成分を揮発させることにより触媒層を形成する。
【００５９】
制御部９０は、塗工装置１に設けられた各機構を制御する。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電解質膜２に対する塗工処理および塗工ノズル２０の洗浄処理が進行する。
【００６０】
上述した構成を有する塗工装置１において、塗工処理を行うときには、帯状の電解質膜２がロールトゥロール方式にて連続的に搬送される。その搬送経路途中にて、回転するバックアップローラ１０の外周面に支持される電解質膜２の表面に処理位置の塗工ノズル２０から触媒インクを吐出して塗工処理を行う。本実施形態においては、塗工液供給機構２８から塗工ノズル２０に断続的に触媒インクを供給することによって、電解質膜２に対して触媒インクの間欠塗工を行う。
【００６１】
塗工ノズル２０から間欠塗工を行うことによって電解質膜２の表面に一定間隔で断続的に形成された触媒インクの塗膜に対して乾燥炉５０から熱風を吹き付けて乾燥処理を行う。乾燥炉５０からの熱風吹き付けによって触媒インクの塗膜から溶媒成分が揮発して乾燥処理が進行し、電解質膜２の表面に触媒層が形成される。
【００６２】
ところで、塗工ノズル２０から間欠塗工を行う際には、吐出口２１からの触媒インクの吐出と吐出停止とを繰り返すこととなる。一旦停止した吐出動作を開始するときには、吐出口２１の先端近傍に入り込んだエアを排出する目的で塗布を伴わない少量の触媒インク吐出を行う。また、何らかの要因によって塗工装置１における塗工処理自体を停止していた場合に、塗工処理を再開するときにも同様も目的にて吐出口２１から少量の触媒インクの吐出を行う。
【００６３】
このようにして電解質膜２に塗布されることなく吐出口２１から吐出された触媒インクは、ノズルリップ２２の下面を含む吐出口２１よりも下方の塗工ノズル２０の外壁面を伝わって流れる。塗工ノズル２０の外壁面に付着した触媒インクが乾燥すると、触媒インクに含まれていた白金成分の触媒作用によって発熱が生じることは既述した通りである。また、塗工ノズル２０の外壁面からバット４０に流れ落ちた触媒インクが乾燥して固化した場合には、その固形分によってドレン４１が詰まるおそれもある。
【００６４】
そこで、本発明に係る塗工装置１においては、ノズル洗浄部３０から塗工ノズル２０の外壁面にリンス液を吐出して洗浄するようにしている。図４は、ノズル洗浄部３０による塗工ノズル２０の洗浄処理の様子を示す図である。ノズルリップ２２の下面を含む吐出口２１よりも下方の塗工ノズル２０の外壁面には、塗布を伴うことなく吐出口２１から吐出された触媒インクが付着している。図４に示すように、ノズル洗浄部３０の洗浄バー３１からは、塗工ノズル２０の吐出口２１よりも下方の外壁面に対してリンス液を吐出する。例えば、洗浄バー３１からノズルリップ２２の下面に向けてリンス液を吐出する。
【００６５】
リンス液には、触媒インクの溶媒でもあるエタノールが含まれている。エタノールを含むリンス液を塗工ノズル２０の吐出口２１よりも下方の外壁面に吹き付けることにより、当該外壁面に付着していた触媒インクはリンス液によって溶かされて洗い流され、リンス液とともに塗工ノズル２０の外壁面を伝わるように流下してバット４０に流れ落ちる。バット４０に流れ落ちたリンス液および触媒インクの混合液はドレン４１から装置外部に排出される。
【００６６】
また、ノズル洗浄部３０からリンス液を吐出するタイミングは、塗工ノズル２０から触媒インクを吐出するタイミングと同期させている。すなわち、塗工ノズル２０から触媒インクを吐出するときに、ノズル洗浄部３０からもリンス液を吐出するように制御部９０がリンス液供給機構３８を制御する。塗工ノズル２０は触媒インクを間欠塗工するため、それに合わせてノズル洗浄部３０からもリンス液が断続的に吐出される。
【００６７】
本実施形態のように塗工ノズル２０から触媒インクを間欠塗工するときには、吐出口２１から流れ出た触媒インクが頻繁に塗工ノズル２０の外壁面に付着することとなるのであるが、塗工ノズル２０が触媒インクを吐出しているときにノズル洗浄部３０からも塗工ノズル２０の外壁面にリンス液を吐出して洗浄しているため、触媒インクを洗い流すことができる。その結果、塗工ノズル２０の外壁面を清浄に維持することができ、白金の触媒作用に起因した発熱も防止することができる。また、リンス液が吐出されることによってバット４０内にて触媒インクが希釈されて固化するおそれはないため、ドレン４１が詰まることも防止される。
【００６８】
一方、塗工ノズル２０が電解質膜２に触媒インクを吐出しているときにノズル洗浄部３０から塗工ノズル２０の外壁面にリンス液を吐出した場合には、当該外壁面で飛散したリンス液が電解質膜２上の塗膜に付着して溶かし、塗工不良の原因となるおそれもある。このため、本実施形態においては、洗浄バー３１の後方を覆うようにリンス液ガイド３５を設置し、洗浄バー３１から吐出されて塗工ノズル２０の外壁面で飛散したリンス液をリンス液ガイド３５によって受け止め、リンス液の液滴が電解質膜２上の塗膜に付着するのを防止している。これにより、リンス液の付着に起因した塗工不良を防止することができる。図４に示すように、リンス液ガイド３５によって受け止められたリンス液はバット４０へと導かれて流れ落ちる。また、洗浄バー３１から滴り落ちたリンス液もリンス液ガイド３５によって確実にバット４０へと導かれて流れ落ちる。なお、洗浄バー３１から吐出されて塗工ノズル２０の外壁面で飛散されるリンス液が可能な限り少なくなるように洗浄バー３１からのリンス液吐出圧力および洗浄バー３１と当該外壁面との間隔を適宜に調整しておくのが好ましい。
【００６９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態においては、塗工ノズル２０の外壁面で飛散したリンス液をリンス液ガイド３５によって受け止めて電解質膜２に付着するのを防止していたが、第２実施形態では洗浄バー３１と塗工ノズル２０の外壁面との間にリンス液の液だまりを形成することによってリンス液の飛散そのものを防止している。
【００７０】
図５は、第２実施形態における洗浄バー３１からのリンス液吐出の様子を示す図である。同図に示すように、第２実施形態では、ノズル洗浄部３０の洗浄バー３１から塗工ノズル２０の吐出口２１よりも下方の外壁面にリンス液の液流を吐出し、洗浄バー３１と塗工ノズル２０の外壁面との間にリンス液の液だまりを形成している。このように、洗浄バー３１と塗工ノズル２０の外壁面との間にリンス液の液だまりを形成し、当該液だまりを介して塗工ノズル２０の外壁面にリンス液を供給するようにすれば、外壁面におけるリンス液の飛散自体が発生しない。その結果、飛散したリンス液の液滴が電解質膜２上の塗膜に付着するのを防いで、リンス液の付着に起因した塗工不良を防止することができる。なお、第２実施形態では、リンス液の飛散そのものを防止しているため、第１実施形態のリンス液ガイド３５を設ける必要はない。
【００７１】
上記以外の第２実施形態の装置構成および動作は第１実施形態と同じである。第２実施形態のようにしても、塗工ノズル２０が触媒インクを吐出しているときにノズル洗浄部３０からも塗工ノズル２０の外壁面にリンス液を吐出して洗浄することとなるため、触媒インクを洗い流すことができる。その結果、塗工ノズル２０の外壁面を清浄に維持することができ、白金の触媒作用に起因した発熱も防止することができる。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態における塗工ノズル２０およびノズル洗浄部３０を示す図である。第１実施形態においては、洗浄バー３１およびリンス液ガイド３５を含むノズル洗浄部３０の全体を塗工ノズル２０との相対位置関係が固定するように設けていたが、第３実施形態ではノズル洗浄部３０を移動可能な構成としている。
【００７３】
第３実施形態においては、ノズル洗浄部３０が塗工ノズル２０に固定されておらず、移動機構３９によって移動可能とされている。図６の矢印ＡＲ６にて示すように、移動機構３９は、ノズル洗浄部３０を待機位置の塗工ノズル２０の外壁面に近接した位置（図６の実線位置）と当該外壁面から離隔した位置（図６の二点鎖線位置）との間で昇降移動させる。移動機構３９としては、ボールネジを回転させてノズル洗浄部３０を移動させる機構、ベルトを回走させてノズル洗浄部３０を移動させる機構、或いはエアシリンダー等の公知の種々の駆動機構を採用することができる。
【００７４】
第３実施形態においては、塗工ノズル２０から電解質膜２に触媒インクの塗工処理を行うときにはノズル洗浄部３０は図６の二点鎖線位置に移動している。そして、塗工ノズル２０が塗工処理を停止して待機位置に移動したときに、ノズル洗浄部３０が図６の二点鎖線位置から実線位置に上昇して塗工ノズル２０の吐出口２１よりも下方の外壁面に対してリンス液を吐出して洗浄処理を行う。
【００７５】
第３実施形態のような構成は、塗工ノズル２０が処理位置に移動しているときには、洗浄バー３１と塗工ノズル２０との干渉が発生する場合に好適である。なお、そのような干渉が生じない場合には、処理位置の塗工ノズル２０の外壁面に近接した位置と当該外壁面から離隔した位置との間でノズル洗浄部３０が昇降移動するようにしても良い。この場合、第１実施形態と同じように、塗工ノズル２０が触媒インクを吐出しているときにノズル洗浄部３０からも塗工ノズル２０の外壁面にリンス液を吐出して洗浄することができるため、触媒インクを洗い流すことができる。
【００７６】
＜変形例＞
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、上記各実施形態においては、ノズル洗浄部３０の洗浄バー３１を複数の吐出孔３２が穿設された円筒形状の部材としていたが、これに限定されるものではなく、洗浄バーは図７，８に示すような形態であっても良い。
【００７７】
図７に示す洗浄バー１３１は、複数の吐出孔１３２が穿設された断面四角形の筒状の部材である。図８に示す洗浄バー２３１は、第１実施形態の円筒状の洗浄バー３１の各吐出孔３２にディスペンサ２３２を取り付けたものである。ディスペンサ２３２は筒状の部材であり、吐出孔から吐出されたリンス液を所定の方向に向けて放出する。ディスペンサ２３２を設けることによって、リンス液が吐出される方向の精度が高くなる。また、吐出孔３２の形状も丸穴に限定されるものではなく、他の形状であっても良いし、スリット状のものであっても良い。さらに、複数の吐出孔３２の配置は、均等配置に限らず、塗工ノズル２０の外壁面のうち重点的に洗浄したい部位の近傍に偏在するような配置としても良い。
【００７８】
また、ノズル洗浄部３０からリンス液を吐出するタイミングは、触媒インクの吐出タイミングと同期させることに限定されるものではなく、リンス液を常時吐出していても良いし、触媒インクの吐出とは独立して一定間隔でリンス液を吐出しても良いし、或いは不定期に吐出するものであっても良い。もっとも、吐出口２１から流れ出た触媒インクを確実に洗い流す観点からは、少なくとも塗工ノズル２０から触媒インクを吐出しているときにはノズル洗浄部３０からリンス液を吐出するのが好ましい。
【００７９】
また、第１実施形態ではノズル洗浄部３０を塗工ノズル２０に固定し、第３実施形態ではノズル洗浄部３０を移動可能としていたが、処理位置の塗工ノズル２０が触媒インクを吐出するときに塗工ノズル２０の外壁面に近接した位置（図１，４に示す位置）にノズル洗浄部３０を固定設置するようにしても良い。このようにしても、塗工ノズル２０が触媒インクを吐出しているときにノズル洗浄部３０からも塗工ノズル２０の外壁面にリンス液を吐出して洗浄することができるため、触媒インクを洗い流すことができる。
【００８０】
また、ノズル洗浄部３０から吐出するリンス液は、エタノールと水との混合液に限定されるものではなく、他の溶媒と水との混合液であっても良いし、或いは、発熱を抑制するためだけであればリンス液として単に水を用いても良い。
【００８１】
また、バット４０にドレンポンプを設けることなく、ドレン４１をオーバーフロー配管とし、バット４０に一定量溜まったリンス液および触媒インクの混合液を自重で排出するようにしても良い。或いは、ドレン４１の配管径を十分に大きくし、ドレンポンプを用いることなく自重でリンス液および触媒インクの混合液を排出するようにしても良い。
【００８２】
また、本発明に係る塗工装置による塗工処理の対象は、燃料電池の電解質膜２に触媒インクを塗工することに限定されるものではなく、基材上に塗工液を塗工するものであれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、燃料電池の電解質膜に触媒粒子として白金を含む触媒インクを塗工する塗工装置に好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１  塗工装置
２  電解質膜
１０  バックアップローラ
２０  塗工ノズル
２１  吐出口
２２  ノズルリップ
３０  ノズル洗浄部
３１  洗浄バー
３５  リンス液ガイド
３９  移動機構
４０  バット
５０  乾燥炉
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】
2016150263.tif 000008
【図７】
2016150263.tif 000009
【図８】
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