(57)【要約】【課題】ＭＰＬペーストの飛び出しやタンクと配管との接続部のずれの発生を抑制することができると共に、短時間でＭＰＬペーストをポンプ内に充填することができるＭＰＬペーストの塗工装置を提供すること。【解決手段】このＭＰＬペーストの塗工装置１は、基材に対してペーストＰＡを塗布する塗工ヘッド１５０と、ペーストＰＡを貯留するタンク１２０と、タンク１２０と塗工ヘッド１５０とを繋ぐ配管１１０に接続されるポンプ１３０とを有し、ポンプ１３０の出口側１３０ｂの配管１１０に減圧経路２０が接続され、減圧経路２０には、配管１１０内を減圧可能な減圧ポンプ２３０と、減圧ポンプ２３０に流入するＭＰＬペーストを捕集するトラッパー２２０とが設置される。【選択図】図１
2016059899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対してＭＰＬペーストを塗布する塗工ヘッドと、
前記ＭＰＬペーストを貯留するタンクと、
前記タンクと前記塗工ヘッドとを繋ぐ配管に接続されるダイヤフラムポンプとを有するＭＰＬペーストの塗工装置であって、
前記ダイヤフラムポンプの出口側の前記配管に減圧経路が接続され、
前記減圧経路には、前記配管内を減圧可能な減圧ポンプと、前記減圧ポンプに流入する前記ＭＰＬペーストを捕集するトラッパーとが設置されることを特徴とするＭＰＬペーストの塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＰＬペーストの塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の各セルは、例えばイオン透過性の電解質膜と当該電解質の両面に接着された触媒層とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ）と、当該ＭＥＡの両面に接するガス拡散層と、各ガス拡散層の外側に接するガス流路を有するセパレータとを有している。
【０００３】
各セルでは、一方のアノード側のセパレータのガス流路に燃料ガスが供給され、他方のカソード側のセパレータのガス流路に酸化ガスが供給され、ガス拡散層で拡散されたガスが、ＭＥＡを通じて電気化学反応を起こし、発電が行われる。
【０００４】
上記ガス拡散層では、例えば生成水がその表面に付着してフラッディングが生じる不具合を回避するために、その表面に撥水性物質（例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」））を含むカーボンペースト（以下、「ＭＰＬペースト」）を塗布して撥水性を付与することが行われている（例えば下記特許文献１参照）。このような撥水性を付与するためのＭＰＬペーストの塗布では、通常、当該ＭＰＬペーストを貯留したタンクに、配管、ポンプ、塗工ヘッド等が接続された塗工装置が用いられる。この塗工装置を用いて塗布する際には、ポンプで圧力をかけて塗工ヘッドの吐出口からＭＰＬペーストを吐出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３７８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＭＰＬペーストに含まれるＰＴＦＥは、せん断力等の外力が作用すると固まってしまう弊害を引き起こしやすいため、塗工工程で使用されるポンプの種類としては、こうした弊害を引き起こさないように、ダイヤフラムポンプが用いられる。このダイヤフラムポンプは自給能力が低いという特性があるため、ダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填するのに、例えば水頭差をつけること（タンクを高く上げてダイヤフラムポンプを低くする）やタンクを加圧して押し出すこと（エア加圧）等を行うことが必要である。
【０００７】
しかしながら、上記ダイヤフラムポンプを備えた塗工装置にあっては、例えば水頭差をつけることやタンクを加圧して押し出すように構成した場合には、ＭＰＬペーストを充填するのに大幅な時間を要したり、ＭＰＬペーストの飛び出しやタンクと配管との接続部のずれが発生したりする問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、ＭＰＬペーストの飛び出しやタンクと配管との接続部のずれの発生を抑制することができると共に、短時間でＭＰＬペーストをポンプ内に充填することができるＭＰＬペーストの塗工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るＭＰＬペーストの塗工装置は、基材に対してＭＰＬペーストを塗布する塗工ヘッドと、前記ＭＰＬペーストを貯留するタンクと、前記タンクと前記塗工ヘッドとを繋ぐ配管に接続されるダイヤフラムポンプとを有するＭＰＬペーストの塗工装置であって、前記ダイヤフラムポンプの出口側の前記配管に減圧経路が接続され、前記減圧経路には、前記配管内を減圧可能な減圧ポンプと、前記減圧ポンプに流入する前記ＭＰＬペーストを捕集するトラッパーとが設置されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るＭＰＬペーストの塗工装置によれば、ＭＰＬペーストを貯留するタンクと塗工ヘッドとを繋ぐ配管にダイヤフラムポンプが設けられ、当該ダイヤフラムポンプの出口側の配管に減圧ポンプが接続されている。これにより、ダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填する際には、減圧ポンプを作動させて配管内を減圧することにより、ダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填することができる。このようにダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填するので、例えばタンクを加圧して押し出すことでダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填する場合に生じる問題である、ＭＰＬペーストの飛び出しやタンクと配管との接続部のずれといった問題を回避することができる。また、例えば水頭差をつけることでダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填する場合と比較して、減圧ポンプによる減圧作用によってダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填する方が、短時間でダイヤフラムポンプ内にＭＰＬペーストを充填することが可能となる。更に、配管内を減圧ポンプにより減圧することで配管内のエアを追い出すことが可能であるため、配管内のエアがＭＰＬペーストに噛みこむことに起因する塗工欠陥を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＭＰＬペーストの飛び出しやタンクと配管との接続部のずれの発生を抑制することができると共に、短時間でＭＰＬペーストをポンプ内に充填することができるＭＰＬペーストの塗工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるＭＰＬペーストの塗工装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
【００１４】
図１を参照しながら本発明の実施形態におけるＭＰＬペーストの塗工装置について説明する。図１は、ＭＰＬペーストの塗工装置（以下、「塗工装置」とも称する）の概略構成を示す模式図である。
【００１５】
塗工装置１は、タンク１２０からポンプ１３０内に充填されるペーストＰＡを、当該ポンプ１３０で圧力をかけて塗工ヘッド１５０から吐出する装置である。塗工ヘッド１５０から吐出されるペーストＰＡは、所定の基材（図示せず）の表面に塗布されるようになっている。
【００１６】
図１に示すように、塗工装置１は、タンク１２０と、ポンプ１３０と、流量計１４０と、塗工ヘッド１５０と、これらを繋ぐ配管１１０とを備える。また塗工装置１は、トラッパー２２０と、減圧ポンプ２３０と、これらを繋ぐ配管２１０とを備える。
【００１７】
本実施形態において、タンク１２０と、ポンプ１３０と、流量計１４０と、塗工ヘッド１５０とを繋ぐ配管１１０を含む経路を「塗工ヘッド経路１０」と称し、トラッパー２２０と、減圧ポンプ２３０とを繋ぐ配管２１０を含む経路を「減圧経路２０」と称することとする。減圧経路２０の詳細については後述する。
【００１８】
また、塗工装置１に使用されるペーストＰＡ（ＭＰＬペースト）は、撥水性を有する撥水物質（例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」））を含む材料が用いられる。ペーストＰＡは、重量比でＰＴＦＥを例えば２０％〜３０％含有している。この撥水性を有するペーストＰＡを所定の基材の表面に塗布することで、その表面上に撥水膜を形成することができる。このような撥水膜は、例えば燃料電池のガス拡散層（図示せず）を形成する際に、所定の基材（ガス拡散性基材）の表面に被膜されるものである。図示は省略するが、上述した燃料電池は、積層された多数のセルを有し、当該セルは、電解質膜と、当該電解質膜の両面に接着された触媒層とからなる膜電極接合体と、当該膜電極接合体の両面に接するガス拡散層と、当該ガス拡散層の外側に接するガス流路を有するセパレータとを備える。
【００１９】
タンク１２０は、塗工ヘッド経路１０の上流側に設けられ、所定量のペーストＰＡを貯留するための容器である。本実施形態では、撥水性物質としてのＰＴＦＥを含むペーストＰＡを予めタンク１２０に貯留しておく。
【００２０】
ポンプ１３０は、タンク１２０と塗工ヘッド１５０とを繋ぐ配管１１０ａに接続されている。ポンプ１３０は、タンク１２０内のペーストＰＡを、配管１１０ａを介して塗工ヘッド１５０に圧送する装置である。本実施形態では、ポンプ１３０として、例えばダイヤフラムポンプが用いられる。なお、ポンプ１３０の下流側の配管１１０ｂには流量計１４０が接続され、この流量計１４０により、配管１１０内を流れ、塗工ヘッド１５０から吐出されるペーストＰＡの流量が計測される。
【００２１】
ポンプ１３０は、配管１１０ａを介してタンク１２０と繋がっているので、タンク１２０内に貯留されたペーストＰＡは、配管１１０ａを介してポンプ１３０内へと充填され、更にポンプ１３０から塗工ヘッド１５０へと圧送される。本実施形態において、ペーストＰＡをポンプ１３０内に充填する際には、以下で説明する減圧ポンプ２３０が用いられる。
【００２２】
ポンプ１３０の下流側の配管１１０ｂには、減圧経路２０が接続される。減圧経路２０は、トラッパー２２０と、減圧ポンプ２３０と、これらを繋ぐ配管２１０と、を備える。
【００２３】
減圧ポンプ２３０は、タンク１２０とポンプ１３０とを繋ぐ配管１１０ａ内及びポンプ１３０内の圧力を減圧する装置である。減圧ポンプ２３０による減圧作用によって、配管１１０ａ内及びポンプ１３０内のエアを吸引することができ、タンク１２０内のペーストＰＡをポンプ１３０内に充填することができる。なお、本実施形態において、減圧ポンプ２３０における設定値（減圧値）は、例えば−４０ｋＰａ〜−８５ｋＰａの範囲に設定されることが望ましいが、配管１１０の経路長や配管１１０の内径の大きさに従ってその値は適宜変更されるものである。
【００２４】
トラッパー２２０は、減圧経路２０において、減圧ポンプ２３０よりも上流側に設けられる。トラッパー２２０は、配管２１０内を流れるペーストＰＡを捕集（一時的に貯留）するための部材である。これにより、減圧ポンプ２３０の減圧作用により、タンク１２０から配管１１０及び配管２１０を介して移送されるペーストＰＡが減圧ポンプ２３０に入らないようにすることができる。なお、トラッパー２２０は、減圧ポンプ２３０の減圧作用に耐えられる部材を備えていることが好ましく、その内部を監視可能であることが好ましい。
【００２５】
続いて、上述した構成を備える塗工装置１を用いて、タンク１２０内のペーストＰＡをポンプ１３０内に充填する方法について説明する。
【００２６】
まず、ポンプ１３０の下流側（出口側１３０ｂ）の配管１１０ｂに減圧経路２０を接続する。そして減圧経路２０にトラッパー２２０を接続する。
【００２７】
次に、トラッパー２２０と減圧ポンプ２３０とを配管２１０を介して接続する。続いて、減圧ポンプ２３０を作動させる。
【００２８】
減圧ポンプ２３０を所定時間作動させて、ポンプ１３０内にペーストＰＡを充填する。ポンプ１３０内にペーストＰＡを充填するために必要な減圧ポンプ２３０の作動時間は、配管１１０の経路長や配管１１０の内径の大きさにより変動する数値であるが、本実施形態では、減圧ポンプ２３０を約６０秒間作動させて、ポンプ１３０内にペーストＰＡを充填できることが確認された。
【００２９】
最後に、ポンプ１３０の下流側（出口側１３０ｂ）の配管１１０ｂに接続されていた減圧経路２０を取り外し、ポンプ１３０と塗工ヘッド１５０とを接続し直す。言い換えれば、ポンプ１３０を塗工ヘッド経路１０に接続し直す。このようにポンプ１３０と塗工ヘッド１５０とを接続し直すことで、ポンプ１３０の作動により、ポンプ１３０内に充填されたペーストＰＡを塗工ヘッド１５０に圧送することが可能となる。
【００３０】
以上のように本実施形態によれば、タンク１２０と接続されるポンプ１３０の出口側１３０ｂの配管１１０ｂに減圧経路２０が接続され、この減圧経路２０には、配管１１０内を減圧可能な減圧ポンプ２３０が設けられている。これにより、ポンプ１３０内にペーストＰＡを充填する際には、減圧ポンプ２３０を作動させて配管１１０内を減圧することによりポンプ１３０内にペーストＰＡを充填することができる。このようにペーストＰＡをポンプ１３０内に充填するので、例えばタンク１２０を加圧して押し出すことによりペーストＰＡをポンプ１３０内に充填する場合に生じる問題である、ペーストＰＡの飛び出しやタンク１２０と配管１１０との接続部のずれといった問題を回避することができる。また、例えば水頭差をつけること（タンクをポンプより高い位置に設ける）や低流量設定でタンク内のペーストをポンプ内に充填する手法と比較して、短時間（本実施形態では約６０秒）でポンプ１３０内にペーストＰＡを充填することができる。更に減圧ポンプ２３０の上流側に、ペーストＰＡを一時的に貯留するトラッパー２２０が設けられているので、減圧ポンプ２３０にペーストＰＡが流入することを防止することができる。加えて、配管１１０内を減圧ポンプ２３０により減圧することで配管１１０内のエアを追い出すことが可能であるため、配管１１０内のエアがペーストＰＡに噛みこむことに起因する塗工欠陥も減少させることができる。
【００３１】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：塗工装置
１０：塗工ヘッド経路
２０：減圧経路
１１０、２１０：配管
１２０：タンク
１３０：ポンプ
１４０：流量計
１５０：塗工ヘッド
２２０：トラッパー
２３０：減圧ポンプ
ＰＡ：ペースト
【図１】
2016059899.tif 000003