JP2005324086A - 吐出装置、燃料電池、回路基板、電子機器及び自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】
酸性吐出物により腐蝕しない吐出装置、前記吐出装置を用いて形成された燃料電池及び回路基板、該回路基板を備える電子機器、並びに該燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車を提供する。
【解決手段】
酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることを特徴とする吐出装置、該吐出装置を用いて形成されてなる燃料電池及び回路基板、該回路基板を備える電子機器、並びに該燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車。
【選択図】 なし。
酸性吐出物により腐蝕しない吐出装置、前記吐出装置を用いて形成された燃料電池及び回路基板、該回路基板を備える電子機器、並びに該燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車を提供する。
【解決手段】
酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることを特徴とする吐出装置、該吐出装置を用いて形成されてなる燃料電池及び回路基板、該回路基板を備える電子機器、並びに該燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車。
【選択図】 なし。
Description
本発明は、酸性吐出物により腐蝕しない構成材料からなる吐出装置、前記吐出装置を用いて形成されてなる燃料電池及び回路基板、該回路基板を備える電子機器、並びに該燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車に関する。
燃料電池は、酸素又は空気等の酸化性ガスと水素やメタン等の還元性ガス(燃料ガス)とを原料ガスとして、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、電気自動車用の電池や電力貯蔵用の電池等として開発が進められている。このような燃料電池は環境汚染の少ないクリーンエネルギー源となることから近年注目を集めており、より効率のよい製造方法の研究が行われている。
従来、燃料電池は、半導体プロセス等において利用されている微細加工技術を基本とするMEMS(Micro Electro Mechanical System)を用いて製造されていた。例えば、まず、MEMSによりシリコン等の基板の表面に微細なガス流路を形成する。次に、ガス流路が形成された基板上に導電層及びカーボンによる電極等を形成する。そして、予め形成しておいた電解質膜を電極等が形成された2枚の基板で挟み込んで圧着することにより製造されている(非特許文献1及び非特許文献2参照)。
また、燃料電池においては、基板と電解質膜との間に反応層が形成されており、反応を促す触媒として白金族化合物を用いる場合が多い(特許文献1参照)。
Sang‐Joon J Lee,Suk Won Cha,Amy Ching−Chien,O`Hayre and Fritz B.Prinz Factrical,Design Study of Miniature Fuel Cells with Micromachined Silicon Flow Structures,The 200th Meeting of The Electrochemical society,Abstract No.452(2001)
Amy Ching−Chien,Suk Won Cha,Sang‐Joon J Lee,O`Hayre and Fritz B.PrinzPlaner,Interconnection of Mutiple Polymer Electolyte Membrane Micro fabrication,The 200th Meeting of The Electrochemical society,Abstract No.453(2001)
特開2002−298860号公報
本発明者等は、従来に比較して、より低コストで効率のよい燃料電池の製造方法について鋭意検討し、吐出装置(インクジェット装置)を用いて燃料電池の反応層を形成する方法を案出した。
燃料電池の製造プロセスの中では、反応層を形成する場合に、触媒として腐蝕性の強い塩化白金酸等の白金族化合物を用いるのが好ましい。
しかしながら、塩化白金酸等の白金族化合物は酸性物質であり、従来の吐出装置は、水系インクに対する耐性を持たせるため、SUS(Steel special Use Stainless;SUS302,SUS316等)を多く使用しており、塩化白金酸等の酸性物質が装置の構成部分に接触すると接触部分が腐蝕し、吐出の精度及び装置の寿命が低下し、発生した腐蝕物が吐出物又は吐出対象物に混入する等新たな問題が生じた。
しかしながら、塩化白金酸等の白金族化合物は酸性物質であり、従来の吐出装置は、水系インクに対する耐性を持たせるため、SUS(Steel special Use Stainless;SUS302,SUS316等)を多く使用しており、塩化白金酸等の酸性物質が装置の構成部分に接触すると接触部分が腐蝕し、吐出の精度及び装置の寿命が低下し、発生した腐蝕物が吐出物又は吐出対象物に混入する等新たな問題が生じた。
そこで、本発明は、酸性吐出物により腐蝕しないようにした吐出装置、前記吐出装置を用いて形成されてなる燃料電池及び回路基板、該回路基板を備える電子機器、並びに前記燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車を提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、前記酸性吐出物と接触する装置部分を耐酸性の材料で構成し、さらには前記酸性吐出物のミスト等が装置の可動部を構成する構成材料に接触しないように、前記吐出部と可動部とを仕切る保護カバーを設けることにより、装置の腐蝕等の問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
かくして本発明の第1によれば、酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることを特徴とする吐出装置が提供される。
本発明の吐出装置においては、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の、酸性吐出物と接触する構成部分の表面部が耐酸性の材料でコーティングされていること、又は前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分が、耐酸性の材料からなることが好ましい。
本発明の吐出装置においては、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の、酸性吐出物と接触する構成部分の表面部が耐酸性の材料でコーティングされていること、又は前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分が、耐酸性の材料からなることが好ましい。
本発明の第2によれば、酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記酸性吐出物が前記可動部を構成する構成材料に接触しないように、前記吐出部と可動部とを仕切る保護カバーを設けたことを特徴とする吐出装置が提供される。
本発明の吐出装置においては、前記保護カバーが、前記可動部の上方であって、前記ワークテーブルの移動方向の前部及び後部の両側に設置され、前記ワークテーブルの移動に伴って伸縮するものであるのが好ましく、複数枚の板を相互にスライド自在とすることによって、所定方向に伸縮自在なスライド式カバーであることがより好ましい。
本発明の吐出装置においては、前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する側の空間の気体圧力を、吐出部が存在する側の空間の気体圧力より高く設定することが好ましく、前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する側の空間に、装置外部から気体を導入することにより、該空間の圧力を正圧としたことがより好ましい。
本発明の吐出装置においては、前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する側の空間の気体圧力を、吐出部が存在する側の空間の気体圧力より高く設定することが好ましく、前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する側の空間に、装置外部から気体を導入することにより、該空間の圧力を正圧としたことがより好ましい。
本発明の吐出装置においては、前記吐出部、ワークテーブル及び保護カバーの酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることが好ましい。
本発明の第1および第2の吐出装置においては、前記耐酸性の材料が合成樹脂又はセラミックスであることが好ましい。
本発明の第1及び第2の吐出装置においては、前記酸性吐出物が白金族元素の化合物を含有するものであるのが好ましく、白金又はパラジウムの塩化物を含有するものであるのがより好ましい。
本発明の吐出装置によれば、腐蝕性の高い酸性吐出物を用いた場合においても、装置を傷めて装置の寿命を縮めることがない。また、酸性吐出物が特に高精密な可動装置に触れて故障の原因を作ることがない。
本発明の第1および第2の吐出装置においては、前記耐酸性の材料が合成樹脂又はセラミックスであることが好ましい。
本発明の第1及び第2の吐出装置においては、前記酸性吐出物が白金族元素の化合物を含有するものであるのが好ましく、白金又はパラジウムの塩化物を含有するものであるのがより好ましい。
本発明の吐出装置によれば、腐蝕性の高い酸性吐出物を用いた場合においても、装置を傷めて装置の寿命を縮めることがない。また、酸性吐出物が特に高精密な可動装置に触れて故障の原因を作ることがない。
本発明の第3によれば、電解質及び電解質膜を挟んで対峙して形成された第1の反応層と第2の反応層とを有する燃料電池であって、前記反応層の少なくとも一つが、本発明の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする燃料電池が提供される。
本発明の第4によれば、本発明の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする回路基板が提供される。
本発明の燃料電池及び回路基板は、長期間にわたって繰り返し使用した場合であっても、腐蝕する心配のない本発明の吐出装置を用いて効率よく形成することができる。
本発明の第4によれば、本発明の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする回路基板が提供される。
本発明の燃料電池及び回路基板は、長期間にわたって繰り返し使用した場合であっても、腐蝕する心配のない本発明の吐出装置を用いて効率よく形成することができる。
本発明の第5によれば、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器が提供される。
本発明の第6によれば、本発明の回路基板を備えることを特徴とする電子機器が提供される。
本発明の第7によれば、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車が提供される。
本発明の電子機器は、低コストでしかも高品質な本発明の回路基板又は燃料電池を備えるものである。
本発明によれば、地球環境にやさしいクリーンエネルギーを電力供給源として備える電子機器及び自動車を提供することができる。
本発明の第6によれば、本発明の回路基板を備えることを特徴とする電子機器が提供される。
本発明の第7によれば、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車が提供される。
本発明の電子機器は、低コストでしかも高品質な本発明の回路基板又は燃料電池を備えるものである。
本発明によれば、地球環境にやさしいクリーンエネルギーを電力供給源として備える電子機器及び自動車を提供することができる。
以下、本発明を、1)吐出装置、2)燃料電池、3)回路基板、4)電子機器及び自動車に項分けして詳細に説明する。
1)吐出装置
本発明の吐出装置は、(1)酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることを特徴とする吐出装置、又は(2)酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記酸性吐出物が前記可動部を構成する構成材料に接触しないように、前記吐出部と可動部とを仕切る保護カバーを設けたことを特徴とする吐出装置である。
本発明の吐出装置は、上記(1)及び(2)の特徴を兼ね備えたものであるのが特に好ましい。
本発明の吐出装置は、(1)酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることを特徴とする吐出装置、又は(2)酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記酸性吐出物が前記可動部を構成する構成材料に接触しないように、前記吐出部と可動部とを仕切る保護カバーを設けたことを特徴とする吐出装置である。
本発明の吐出装置は、上記(1)及び(2)の特徴を兼ね備えたものであるのが特に好ましい。
本発明の吐出装置において、吐出する手段としては、吐出物をインクジェット方式により吐出するものであればよく、例えば、加熱発泡により気泡を発生し、液滴の吐出を行うサーマル方式の吐出手段、ピエゾ素子を利用する圧縮により、液滴の吐出を行なうピエゾ方式の吐出手段等が挙げられる。
本発明の第1の吐出装置の一例を図1に示す。図1に示す吐出装置は、酸性吐出物を吐出する吐出ヘッド22を備える吐出部200、吐出対象物を載置するワークテーブル209、ワークテーブル209を可動させる可動手段を備える可動部210からなる。
前記吐出部200の構成の一例を図2に示す。吐出部200は、酸性吐出物34を収容するタンク30と、タンク30と吐出物搬送管32を介して接続された吐出ヘッド22、吐出ヘッド22内に滞留する余剰の吐出物34を吸引して、吐出ヘッド22内から過剰の吐出物を除去する吸引キャップ40、及び吸引キャップ40で吸引された余剰の吐出物を収容する廃液タンク48から構成されている。
タンク30は、酸性吐出物34を収容するものであり、タンク30内に収容されている吐出物の液面34aの高さを制御するための液面制御センサ36を備える。液面制御センサ36は、吐出ヘッド22が備えるノズル形成面26の先端部26aと、タンク30内の液面34aとの高さの差h(以下、水頭値という)を所定の範囲内に保つ制御を行う。例えば、この水頭値が25m±0.5mm内となるように液面34aの高さを制御することで、タンク30内の吐出物34を所定の範囲内の圧力で吐出ヘッド22に送ることができる。所定の範囲内の圧力で吐出物34を送ることで、吐出ヘッド22から必要量の吐出物34を安定して吐出することができる。
吐出物搬送管32は、吐出物搬送管32の流路内の帯電を防止するための吐出物流路部アース継手32aとヘッド部気泡排気弁32bとを備える。ヘッド部気泡排除弁32bは、後述する吸引キャップ40により、吐出ヘッド22内の吐出物を吸引する場合に用いられる。
吐出ヘッド22は、ヘッド体24及び吐出物を吐出する多数のノズルが形成されているノズル形成面26を備え、ノズル形成面26のノズルから吐出物が吐出される。
吸引キャップ40は、矢印Z方向に移動可能となっており、ノズル形成面26に形成された複数のノズルを囲むようにノズル形成面26に密着し、ノズル形成面26との間に密閉空間を形成してノズルを外気から遮断できる構成となっている。即ち、吸引キャップ40により吐出ヘッド22内の吐出物を吸引するときは、このヘッド部気泡排除弁32bを閉状態にして、タンク30側から吐出物が流入しない状態とし、吸引キャップ40で吸引することにより、吸引される吐出物の流速を上昇させ、吐出ヘッド22内の気泡を速やかに排出することができる。
吸引キャップ40の下方には流路が設けられており、この流路には、吸引バルブ42が配置されている。吸引バルブ42は、吸引バルブ42の下方の吸引側と、上方の吐出ヘッド22側との圧力バランス(大気圧)を取るための時間を短縮する目的で流路を閉状態にする役割を果す。この流路には、吸引異常を検出する吸引圧検出センサ44やチューブポンプ等からなる吸引ポンプ46が配置されている。また、吸引ポンプ46で吸引、搬送された吐出物34は、廃液タンク48内に一時的に収容される。
前記ワークテーブル209は、吐出ヘッド22の下方に設置され、吐出対象物を載置して、X軸方向に往復移動できるようになっている。
前記可動部210は、該ワークテーブル209を可動させる可動手段を備え、該ワークテーブル209の下部に位置する。この可動部210は、ワークテーブル209を載置する回転テーブル202、回転テーブル202を介して吐出対象物をX軸方向に移動させるリニアモーターテーブル203、モーターの回転角度や回転角速度を検出するセンサー(エンコーダ)204、リニアモーターテーブル203の位置を検出する位置検出センサー205等から構成されている。
本発明の吐出装置の一連の動作を簡単に説明する。
先ず、吐出対象物(基板)がワークテーブル209上に載置され、センサーによってその位置が認識される。次に、基板上の所望の位置に適切な吐出がなされるように、回転テーブル202及びリニアモーターテーブル203等を作動させることによって基板の位置が微調整される(位置決め)。
先ず、吐出対象物(基板)がワークテーブル209上に載置され、センサーによってその位置が認識される。次に、基板上の所望の位置に適切な吐出がなされるように、回転テーブル202及びリニアモーターテーブル203等を作動させることによって基板の位置が微調整される(位置決め)。
位置決めが終了すると、基板に吐出部200により酸性吐出物の吐出が行われる。
先ず、位置検出センサー205からの情報を受けてリニアモーターテーブル203が駆動することにより、ワークテーブル209上の基板がX軸方向に往復移動する。その動きに合わせて吐出ヘッド22により基板上に酸性吐出物の吐出が行われる。次に、吐出ヘッド22をY軸方向に1ピッチ分移動させ、再度、同様に基板をX軸方向に往復移動させて吐出が行われる。これを数回繰り返すことにより、基板の端から端まで全領域に吐出が行われる。
先ず、位置検出センサー205からの情報を受けてリニアモーターテーブル203が駆動することにより、ワークテーブル209上の基板がX軸方向に往復移動する。その動きに合わせて吐出ヘッド22により基板上に酸性吐出物の吐出が行われる。次に、吐出ヘッド22をY軸方向に1ピッチ分移動させ、再度、同様に基板をX軸方向に往復移動させて吐出が行われる。これを数回繰り返すことにより、基板の端から端まで全領域に吐出が行われる。
吐出される酸性吐出物としては、例えば、ポリチオフェン誘導体(PEDOT、ポリエチレンジオキシチオフェン)や白金族元素の化合物等を含有するものが挙げられる。白金族元素の化合物としては、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、オスミウム、白金又はこれらの2種以上からなる合金からなる群から選ばれる1種又は2種以上の金属の金属塩や金属錯体等が挙げられる。白金族元素の化合物の具体例としては、白金族元素のハロゲン酸が好ましく、塩化白金酸(H2PtCl6)、塩化パラジウム(H2PdCl4、H2PdCl6)等の白金又はパラジウムの塩化物が特に好ましい。
前記酸性吐出物の多くは腐蝕性を有するため、SUS(SUS302,SUS316等)を構成材料として使用する従来の吐出装置を用いると、装置の構成部分に酸性吐出物が接触して接触部分が腐蝕し、吐出の精度及び装置の寿命が低下し、発生した腐蝕物が吐出物又は吐出対象物に混入する等問題が生じる。
本発明の吐出装置は、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の、前記酸性吐出物又は吐出によって発生する該酸性吐出物のミスト(以下、「酸性吐出物等」ということがある。)と接触する構成部分の少なくとも表面部が耐酸性の材料からなる。従って、装置の構成部材に酸性吐出物が接触しても接触部分が腐蝕しないため、吐出の精度や装置の寿命が低下することがなく、また、腐蝕物が発生しないので、腐蝕物が吐出物又は吐出対象物に混入するおそれがない。
本発明の吐出装置としては、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の、該酸性吐出物等と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなるものであれば特に制限されない。前記構成部分が耐酸性の材料でコーティングされているものでもよいし、前記構成部分が耐酸性の材料からなるものであってもよい。
耐酸性の材料としては、酸性吐出物に対して耐性を有するものであれば特に制約はないが、合成樹脂;ガラス、琺瑯、セメント、ケイ酸塩化合物等の伝統的セラミックス;アルミナ(Al2O3)質、ジルコニア(ZrO2)質、窒化ケイ素(Si3N4)質、炭化ケイ素(SiC)質等のエンジニアリングセラミックス等のセラミックス;金(Au)等の貴金属;が好ましく、コーティングが容易であり、軽量で加工性に優れることから合成樹脂がより好ましい。
合成樹脂としては、耐酸性の合成樹脂であれば特に制約はない。例えば、オレフィン系樹脂;フッ素系樹脂;ポリエステル;ポリウレタン;フェノール樹脂;エポキシ樹脂;塩素化ポリエーテル;ジアリルフタレート樹脂;ポリアリルスルホン;ポリイミド等が挙げられる。これらの中でも、耐薬品性に優れるオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂が好ましく、フッ素系樹脂が特に好ましい。
オレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、硬質ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体(ABS樹脂)、アクリレート−スチレン−アクリロニトリル共重合体(ASA樹脂)、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体等が挙げられる。
フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体等が挙げられる。
また、前記耐酸性の材料からなるものとしては、耐酸性の材料でコーティングされた材料のほか、耐酸性の材料でめっき処理されてなるものであってもよい。この場合、予め耐酸性の材料でコーティング又はめっきされた材料を用いて装置を製造してもよいし、通常の装置を構成する部材のうち、酸性物質と接触する部分のみを耐酸性の材料でコーティング又はめっきしてもよい。
コーティングの方法は特に制約はなく、例えば、スプレーコート法、ディップコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ダイコート法、スリットコート法等の公知の方法が挙げられる。
めっきの方法としては、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき、衝撃めっき、真空めっき等のめっき法;レイデント処理方法(レイデント工業(株)社の処理方法);等が挙げられる。
めっきの方法としては、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき、衝撃めっき、真空めっき等のめっき法;レイデント処理方法(レイデント工業(株)社の処理方法);等が挙げられる。
本発明の吐出装置は、酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記酸性吐出物等が、前記可動部を構成する構成材料に接触しないように、前記吐出部と可動部とを仕切る保護カバーを設けたものであってもよい。
保護カバーは、ワークテーブル209等がX軸方向に往復移動する際、常に飛散する酸性吐出物のミスト等が可動部210に接触しないように該可動部を保護できるものであればよい。
そのため、保護カバーは、可動部の上方であって前記ワークテーブルの移動方向の前部と後部の両側に設置され、前記ワークテーブルの移動に伴って伸縮するものであるのが好ましく、アコーディオンの様に伸縮する蛇腹状カバー、又は複数枚の板を相互にスライド自在とすることによって、所定方向に伸縮自在なスライド式カバーであるのがより好ましく、スライド式カバーであるのが特に好ましい。
そのため、保護カバーは、可動部の上方であって前記ワークテーブルの移動方向の前部と後部の両側に設置され、前記ワークテーブルの移動に伴って伸縮するものであるのが好ましく、アコーディオンの様に伸縮する蛇腹状カバー、又は複数枚の板を相互にスライド自在とすることによって、所定方向に伸縮自在なスライド式カバーであるのがより好ましく、スライド式カバーであるのが特に好ましい。
可動部には、前述したように、リニアモーターテーブル等の特に高精密な装置が設置されている。これらの装置に、酸性物質等が触れると装置は腐蝕し、精密な動作ができなくなり、質の高い製品(基板)が製作できず、また装置の寿命が短くなるというおそれがある。これらの問題は、前記吐出部と可動部とを仕切る保護カバーを設けることにより解決することができる。
スライド式の保護カバー201を設置した本発明の吐出装置の一態様を図3に示す。図3に示す吐出装置は、前記図1に示した吐出装置に、保護カバー201a,b及びチャンバ208をさらに設けたものである。また、図3(b)は、図3(a)の状態から吐出作業に伴いワークテーブル209がX軸方向に移動する途中図である。
保護カバー201は、複数枚の板が少なくとも一部重なった状態で連結されて構成され、一端は前記ワークテーブルの側面の部材に固定され、他端は可動部を囲む固定部211a,bの部材に固定されている。
ワークテーブル209が前方に移動すると(図3(a)から図3(b)に示す方向)、その動きに合わせて、ワークテーブル209のX軸方向後部の保護カバー201aは、隣り合う板と板の重なり部分がスライドすることにより全体として広がっていき、前部の保護カバー201bは、スライドすることにより隣り合う板と板がより重なり、全体として縮まっていく。このように、保護カバー201は、ワークテーブル209の微細な動きにスムーズに対応して連動するため、常に隙間無く酸性吐出物等から可動部を保護することができる。
装置全体を収容するチャンバー208には、外部から前記可動部が存在する側の空間に気体を導入するための導入口206a,b、及び前記吐出部が存在する側の空間から気体を排気できる排気口207a,bが設けられている。
本発明の吐出装置においては、前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する側の空間の気体圧力を、吐出部が存在する側の空間の気体圧力より高く設定するのが好ましい。このように圧力を設定することで、保護カバーを構成する重なりあう板と板の僅かな隙間から酸性吐出物のミスト等が可動部に入り込むことを防ぐことができる。
前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する側の空間の気体圧力を高く設定する手段としては、可動部が存在する側の空間に装置外部から気体を導入することにより、該空間の圧力を正圧とするのが好ましい。
気体としては、可動部の高精密な装置を保護し、吐出操作をクリーンな雰囲気下で行うことができること等の理由から不純物等の混入のない乾燥した空気が好ましい。この場合、不純物等を除くため、導入口206にフィルターを設けてもよい。また、空気の他、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。
気体の導入量は、生じる気流によって吐出物の吐出対象物への着弾精度が影響しない程度であるのが好ましい。
気体の導入量は、生じる気流によって吐出物の吐出対象物への着弾精度が影響しない程度であるのが好ましい。
先ず、導入口206a,bからチャンバ内に導入された気体は、図3に示す細矢印に示すように、前記保護カバーを構成する重なりあう板と板の僅かな隙間を通り、吐出部が存在する側の空間へと流れ、吐出により発生した酸性吐出物のミスト等と共に排気口207a,bからチャンバ外に排出され回収される。
この場合、排気口207の手前に、フィルター及び酸性吐出物の回収装置等を設け、排気口からは、酸性吐出物を含まないクリーンな気体のみを装置外部に排出できるようにしてもよい。また、吐出により発生した酸性吐出物のミスト等を含む気体がよりスムーズに排気口に向かうように、排気口近辺にファン等を設置して気体の流れを作ってもよい。
図3に示す吐出装置においては、前記吐出部、ワークテーブル及び保護カバーの、酸性吐出物等と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることが好ましい。このようにすることで、酸性吐出物により装置が腐蝕したり、発生した腐蝕物が吐出物又は吐出対象物に混入するのを防ぐことができる。また、保護カバーが腐蝕して、発生した腐蝕物によりスムーズに動けなくなるというおそれもない。
耐酸性の材料としては、前記本発明の第1の吐出装置に用いることができる耐酸性の材料として列挙したものと同様のものが使用できる。
耐酸性の材料としては、前記本発明の第1の吐出装置に用いることができる耐酸性の材料として列挙したものと同様のものが使用できる。
図3に示す吐出装置によれば、酸性吐出物を吐出する作業を行っても、吐出物や吐出物のミストが装置内部を腐蝕したり、高精密な可動部を構成する構成部材に接触したりすることがないため、酸性吐出物により装置の寿命が低下したり、腐蝕物が発生して吐出物や吐出対象物等に混入することがない。
2)燃料電池
本発明の燃料電池は、電解質及び電解質膜を挟んで対峙して形成された第1の反応層と第2の反応層とを有する燃料電池であって、前記反応層の少なくとも一つが、本発明の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする。
本発明の燃料電池は、電解質及び電解質膜を挟んで対峙して形成された第1の反応層と第2の反応層とを有する燃料電池であって、前記反応層の少なくとも一つが、本発明の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする。
本発明の燃料電池は、図4に示す燃料電池製造ラインにより製造することができる。図4に示す燃料電池製造ラインは、各工程においてそれぞれ用いられる吐出装置20a〜20m、吐出装置20a〜20kを接続するベルトコンベアBC1、吐出装置20l、20mを接続するベルトコンベアBC2、ベルトコンベアBC1、BC2を駆動させる駆動装置58、燃料電池の組み立てを行う組立装置60及び燃料電池製造ライン全体の制御を行う制御装置56により構成されている。
吐出装置20a〜20kは、ベルトコンベアBC1に沿って所定の間隔で一列に配置されており、吐出装置20l、20mはベルトコンベアBC2に沿って所定の間隔で一列に配置されている。また、制御装置56は、吐出装置20a〜20k、駆動装置58及び組立装置60と接続されている。
この燃料電池製造ラインにおいては、駆動装置58により駆動されたベルトコンベアBC1を駆動させ、燃料電池の基板(以下、単に「基板」という。)を各吐出装置20a〜20kに搬送して各吐出装置20a〜20kにおける処置が行われる。同様に、制御装置56からの信号に基づいてベルトコンベアBC2を駆動させ、基板を吐出装置20l、20mに搬送して、吐出装置20l、20mにおける処理が行われる。また組立装置60においては、制御装置56からの制御信号に基づいてベルトコンベアBC1及びBC2によって搬送されてきた基板を用いて燃料電池の組立作業が行われる。
次に、図4に示す燃料電池製造ラインを用いて、燃料電池を製造する各工程を説明する。図4に示す燃料電池製造ラインを用いる燃料電池の製造方法のフローチャートを図5に示す。
図5に示すように、本実施形態に係る燃料電池は、第1の基板にガス流路を形成する工程(S10,第1のガス流路形成工程)、ガス流路内に第1の支持部材を塗布する工程(S11,第1の支持部材塗布工程)、第1の集電層を形成する工程(S12,第1の集電層形成工程)、第1のガス拡散層を形成する工程(S13,第1のガス拡散層形成工程)、第1の反応層形成工程(S14,第1の反応層形成工程)、電解質膜を形成する工程(S15,電解質膜形成工程)、第2の反応層を形成する工程(S16,第2の反応層形成工程)、第2のガス拡散層を形成する工程(S17,第2のガス拡散層形成工程)、第2の集電層を形成する工程(S18,第2の集電層形成工程)、第2の支持部材を第2のガス流路内に塗布する工程(S19,第2の支持部材塗布工程)、及び第2のガス流路が形成された第2の基板を積層する工程(S20,組立工程)により製造される。
本発明においては、反応層を形成する吐出装置20f及び吐出装置20hのうち、少なくとも一方に、好ましくは両方に本発明の吐出装置を用いる。
本実施形態では、吐出装置20a〜20mとして、便宜上図2に示す吐出部200を備える吐出装置を用いる。吐出装置20a〜20mは、吐出物34の種類が異なることを除き同様の構成であるので、同一構成については同一の符号を用いて説明する。
本実施形態では、吐出装置20a〜20mとして、便宜上図2に示す吐出部200を備える吐出装置を用いる。吐出装置20a〜20mは、吐出物34の種類が異なることを除き同様の構成であるので、同一構成については同一の符号を用いて説明する。
第1のガス流路形成工程(S10)
まず、図6(a)に示すように、矩形状の第1の基板2を用意し、基板2をベルトコンベアBC1により吐出装置20aまで搬送する。基板2としては特に制限されず、シリコン基板等の通常の燃料電池に用いられるものを使用できる。本実施形態では、シリコン基板を用いている。
まず、図6(a)に示すように、矩形状の第1の基板2を用意し、基板2をベルトコンベアBC1により吐出装置20aまで搬送する。基板2としては特に制限されず、シリコン基板等の通常の燃料電池に用いられるものを使用できる。本実施形態では、シリコン基板を用いている。
ベルトコンベアBC1により搬送された基板2は、吐出装置20aのテーブル28上に載置され、吐出装置20a内に取りこまれる。吐出装置20a内においては、吐出装置20aのタンク30内に収容されているレジスト液が、ノズル形成面26のノズルを介してテーブル28に搭載された基板2上の所定位置に塗布され、基板2の表面にレジストパターン(図中、斜線部分)が形成される。レジストパターンは、図6(b)に示すように、基板2表面の第1の反応ガスを供給するための第1のガス流路を形成する部分以外の部分に形成される。
所定の位置にレジストパターンが形成された基板2は、ベルトコンベアBC1により吐出装置20bに搬送され、吐出装置20bのテーブル28上に載置され、吐出装置20b内に取りこまれる。吐出装置20b内においては、タンク30内に収容されているフッ化水素酸水溶液等のエッチング液が、ノズル形成面26のノズルを介して基板2表面に塗布される。エッチング液により、レジストパターンが形成されている部分以外の基板2表面部がエッチングされて、図7(a)に示すように、基板2の一方の側面から他方の側面に延びる断面コ字形状の第1のガス流路が形成される。また、図7(b)に示すように、ガス流路が形成された基板2は、図示しない洗浄装置によって表面が洗浄され、レジストパターンが除去される。次いで、ガス流路が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20cまで搬送される。
第1の支持部材塗布工程(S11)
次に、第1にガス流路が形成された基板2上に、第1の集電層を支持するための第1の支持部材をガス流路内に塗布する。第1の支持部材の塗布は、基板2をテーブル28に載置して吐出装置20c内に取り込み、次いで、吐出装置20cにより、タンク30内に収容されている第1の支持部材4をノズル形成面26のノズルを介して、基板2に形成されている第1のガス流路内に吐出することにより行われる。
次に、第1にガス流路が形成された基板2上に、第1の集電層を支持するための第1の支持部材をガス流路内に塗布する。第1の支持部材の塗布は、基板2をテーブル28に載置して吐出装置20c内に取り込み、次いで、吐出装置20cにより、タンク30内に収容されている第1の支持部材4をノズル形成面26のノズルを介して、基板2に形成されている第1のガス流路内に吐出することにより行われる。
用いる第1の支持部材としては、第1の反応ガスに対して不活性であり、第1の集電層が第1のガス流路に落下するのを防止し、かつ、第1の反応層へ第1の反応ガスが拡散するのを妨げないものであれば特に制限されない。例えば、炭素粒子、ガラス粒子等が挙げられる。本実施形態では、直径1〜5ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンを使用している。所定の粒径をもつ多孔質カーボンを支持部材として使用することにより、ガス流路を介して供給される反応ガスが多孔質カーボンの隙間から上へ拡散するため、反応ガスの流れが妨げられることがなくなる。
第1の支持部材4が塗布された基板2の端面図を図8に示す。第1の支持部材4が塗布された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20dまで搬送される。
第1の集電層形成工程(S12)
次に、基板2上に、第1の反応ガスが反応することにより発生した電子を集めるための第1の集電層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20dまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20d内に取りこむ。吐出装置20dにおいては、タンク30内に収容されている集電層形成用材料の一定量を、ノズルの形成面26のノズルを介して基板2上に吐出することにより、所定のパターンを有する第1の集電層が形成される。
次に、基板2上に、第1の反応ガスが反応することにより発生した電子を集めるための第1の集電層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20dまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20d内に取りこむ。吐出装置20dにおいては、タンク30内に収容されている集電層形成用材料の一定量を、ノズルの形成面26のノズルを介して基板2上に吐出することにより、所定のパターンを有する第1の集電層が形成される。
用いる集電層形成用材料としては、導電性物質を含む材料であれば特に制限されない。導電性物質としては、例えば、銅、銀、金、白金、アルミニウム等が挙げられる。これらは1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。集電層形成用材料は、これらの導電性物質の少なくとも1種を適当な溶媒に分散させ、所望により分散剤を添加して調製することができる。
第1の集電層6が形成された基板2の端面図を図9に示す。図9に示すように、第1の集電層6は、基板2に形成されている第1のガス流路内の第1の支持部材4により支持され、第1のガス流路内に落下しないようになっている。第1の集電層6が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20eまで搬送される。
第1のガス拡散層形成工程(S13)
次に、基板2の集電層上に第1のガス拡散層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20eまで搬送された基板2をテーブル28上に載置して、吐出装置20e内に取りこむ。吐出装置20e内においては、吐出装置20eのタンク30内に収容されているガス拡散層形成用材料を、ノズル形成面26のノズルを介してテーブル28に載置されている基板2表面の所定位置に吐出して、第1のガス拡散層が形成される。
次に、基板2の集電層上に第1のガス拡散層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20eまで搬送された基板2をテーブル28上に載置して、吐出装置20e内に取りこむ。吐出装置20e内においては、吐出装置20eのタンク30内に収容されているガス拡散層形成用材料を、ノズル形成面26のノズルを介してテーブル28に載置されている基板2表面の所定位置に吐出して、第1のガス拡散層が形成される。
用いるガス拡散層形成用材料としては、炭素微粒子が一般的であるが、カーボンナノチューブ、カーボンナノフォーン、フラーレン等も使用できる。また、ガス拡散層の基板側は炭素微粒子を用い、表面側は、ガス拡散能力は低いが触媒担持能力に優れる材料を用いることもできる。
第1のガス拡散層8が形成された基板2の端面図を図10に示す。図10に示すように、第1のガス拡散層8は、基板2に形成されている第1の集電層を覆うように基板2の全面に形成されている。第1のガス拡散層8が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20fまで搬送される。
第1の反応層形成工程(S14)
次に、基板2上に第1の反応層を形成する。第1の反応層は、第1の集電層とガス拡散層8を介して電気的に接続されるように形成する。
まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20fまで搬送された基板2をテーブル28上に載置して、吐出装置20f内に取りこむ。
次に、基板2上に第1の反応層を形成する。第1の反応層は、第1の集電層とガス拡散層8を介して電気的に接続されるように形成する。
まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20fまで搬送された基板2をテーブル28上に載置して、吐出装置20f内に取りこむ。
吐出装置20fとしては、例えば図3で示したのと同様の本発明の吐出装置であって、吐出部と、ワークテーブル及び保護カバーの、該酸性吐出物等と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなるものを用いる。
腐蝕性を有する酸性物質としては、白金属元素の化合物が好ましく、塩化白金酸が特に好ましい。塩化白金酸を含有する反応層形成用材料を用いて反応層を形成すると、出力の高い燃料電池を製造することができる。
塩化白金酸を含有する反応層形成用材料は強酸性で腐食性を有する。吐出装置20fを用いれば、高精密な可動部に酸性吐出物が接触して可動部の精度を低下させたり、装置が腐蝕されて装置の寿命が低下することがなく、長期に渡り安心して精度の高い酸性吐出物の吐出を行うことができる。
反応層10は、テーブル28に載置された、ガス拡散層8が形成された基板2上に、吐出ヘッド22から前記反応層形成用材料が吐出・塗布されることにより形成される。
すなわち、吐出装置20fにより、反応層形成用材料を塗布して得られた反応層形成用材料の塗膜は、触媒としての十分な活性を発現させるために、不活性ガス雰囲気下で焼成を行う。焼成を行うことにより、第1の反応層10を得ることができる。
すなわち、吐出装置20fにより、反応層形成用材料を塗布して得られた反応層形成用材料の塗膜は、触媒としての十分な活性を発現させるために、不活性ガス雰囲気下で焼成を行う。焼成を行うことにより、第1の反応層10を得ることができる。
反応層形成用材料の塗膜を焼成する方法としては、前記塗膜を、不活性ガス雰囲気下、常圧で加熱することにより不要分を除去する方法、減圧下で加熱することにより不要分を除去する方法等が挙げられるが、後者の方法が好ましい。加熱温度は低いほど好ましく、より好ましくは100℃以下、さらに好ましくは50℃以下である。また、不要分を除去する処理はなるべく短い時間で行うのが好ましい。長時間、高温で不要分を除去する場合には、吐出装置により作製した白金族元素化合物の均一な分散状態が破壊され、触媒金属が均一に分散した反応層を形成することが困難となる。
以上のようにして、第1の反応層10が形成された基板2の端面図を図11に示す。第1の反応層10が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20gまで搬送される
電解質膜形成工程(S15)
次に、第1の反応層10が形成された基板2上に電解質膜を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20gまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20g内に送りこむ。吐出装置20gにおいては、タンク30内に収容されている電解質膜の形成材料をノズル形成面26のノズルを介して第1の反応層10上に吐出して電解質膜12が形成される。
次に、第1の反応層10が形成された基板2上に電解質膜を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20gまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20g内に送りこむ。吐出装置20gにおいては、タンク30内に収容されている電解質膜の形成材料をノズル形成面26のノズルを介して第1の反応層10上に吐出して電解質膜12が形成される。
用いる電解質膜の形成材料としては、例えば、ナフィオン(デュポン社製)等のパーフルオロスルホン酸を水とメタノールの重量比が1:1の混合溶液中でミセル化して得られる高分子電解質材料や、タングスト燐酸、モリブド燐酸等のセラミックス系固体電解質を所定の粘度(例えば、20cP以下)に調整した材料等が挙げられる。
電解質膜が形成された基板2の端面図を図12に示す。図12に示すように、第1の反応層10上に所定の厚さを有する電解質膜12が形成されている。電解質膜12が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20hまで搬送される。
第2の反応層形成工程(S16)
次に、電解質膜12が形成された基板2上に第2の反応層を形成する。第2の反応層は、ガス流路及びガス拡散層が形成された基板上に、不活性ガスを前記ガス流路中を流しながら、反応層形成用材料を塗布して形成する。
次に、電解質膜12が形成された基板2上に第2の反応層を形成する。第2の反応層は、ガス流路及びガス拡散層が形成された基板上に、不活性ガスを前記ガス流路中を流しながら、反応層形成用材料を塗布して形成する。
まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20hまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20h内に取りこむ。吐出装置20hとしては、吐出装置20fと同様に、本発明の吐出装置を用いるのが好ましい。吐出装置20fにおけるのと同様の材料を用い、同様の処理を行うことにより、装置を傷めたり不純物が混入することなく第2の反応層10’が形成される。
電解質膜12上に第2の反応層10’が形成された基板2の端面図を図13に示す。図13に示すように、電解質膜12上に第2の反応層10’が形成されている。第2の反応層10’においては、第2の反応ガスの反応が行われる。第2の反応層10’が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20iまで搬送される。
第2のガス拡散層形成工程(S17)
次に、第2の反応層10’が形成された基板2上に第2のガス拡散層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20iまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20i内に取りこむ。吐出装置20iにおいては、吐出装置20eにおいて行われた処理と同様の処理により、第2のガス拡散層8’が形成される。第2のガス拡散層形成用材料としては、第1のガス拡散層8と同様のものが使用できる。第2の反応層10’上に第2のガス拡散層8’が形成された基板2の端面図を図14に示す。第2のガス拡散層8’が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20jまで搬送される。
次に、第2の反応層10’が形成された基板2上に第2のガス拡散層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20iまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20i内に取りこむ。吐出装置20iにおいては、吐出装置20eにおいて行われた処理と同様の処理により、第2のガス拡散層8’が形成される。第2のガス拡散層形成用材料としては、第1のガス拡散層8と同様のものが使用できる。第2の反応層10’上に第2のガス拡散層8’が形成された基板2の端面図を図14に示す。第2のガス拡散層8’が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20jまで搬送される。
第2の集電層形成工程(S18)
次に、第2のガス拡散層8’が形成された基板2上に第2の集電層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20jまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20j内に取り込み、吐出装置20dにおいて行われた処理と同様の処理により、第2の集電層6’が第2のガス拡散層8’上に形成される。第2の集電層形成用材料としては、第1の集電層形成用材料と同様のものが使用できる。第2の集電層6’が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20kまで搬送される。
次に、第2のガス拡散層8’が形成された基板2上に第2の集電層を形成する。まず、ベルトコンベアBC1により吐出装置20jまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20j内に取り込み、吐出装置20dにおいて行われた処理と同様の処理により、第2の集電層6’が第2のガス拡散層8’上に形成される。第2の集電層形成用材料としては、第1の集電層形成用材料と同様のものが使用できる。第2の集電層6’が形成された基板2は、テーブル28からベルトコンベアBC1へ移され、ベルトコンベアBC1により吐出装置20kまで搬送される。
第2の支持部材塗布工程(S19)
次に、ベルトコンベアBC1により吐出装置20kまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20k内に送りこみ、吐出装置20cにおいて行われた処理と同様処理により、第2の支持部材が塗布される。第2の支持部材としては、第1の支持部材と同様のものが使用できる。
次に、ベルトコンベアBC1により吐出装置20kまで搬送された基板2を、テーブル28上に載置して吐出装置20k内に送りこみ、吐出装置20cにおいて行われた処理と同様処理により、第2の支持部材が塗布される。第2の支持部材としては、第1の支持部材と同様のものが使用できる。
第2の集電層6’及び第2の支持部材4’が塗布された基板2の端面図を図15に示す。第2の支持部材4’は、第2の集電層8’上に形成され,基板2上に積層する第2の基板に形成されている第2のガス流路内に収容される位置に塗布されている。
第2の基板組立工程(S20)
次に、第2の支持部材4’が塗布された基板2と、別途用意した第2のガス流路が形成された第2の基板とを積層する。基板2(第1の基板)と第2の基板との積層は、基板2上に形成された第2の支持部材4’が、第2の基板に形成された第2のガス流路内に収容されるように接合することにより行われる。ここで、第2の基板としては、第1の基板と同じものを使用できる。また、第2のガス流路形成は、吐出装置20l及び20mにおいて、吐出装置20a及び20bにより行われる処理と同様の処理により行われる。
次に、第2の支持部材4’が塗布された基板2と、別途用意した第2のガス流路が形成された第2の基板とを積層する。基板2(第1の基板)と第2の基板との積層は、基板2上に形成された第2の支持部材4’が、第2の基板に形成された第2のガス流路内に収容されるように接合することにより行われる。ここで、第2の基板としては、第1の基板と同じものを使用できる。また、第2のガス流路形成は、吐出装置20l及び20mにおいて、吐出装置20a及び20bにより行われる処理と同様の処理により行われる。
以上のようにして、図16に示す構造の燃料電池を製造することができる。図16に示す燃料電池は、図中、下側から、第1の基板2と、第1の基板2に形成された第1のガス流路3と、第1のガス流路3内に収容された第1の支持部材4と、第1の基板2及び第1の支持部材4上に形成された第1の集電層6と、第1のガス拡散層8と、第1のガス拡散層8上に形成された第1の反応層10と、電解質膜12と、第2の反応層10’と、第2のガス拡散層8’と第2の集電層6’と第2のガス流路3’と、第2のガス流路3’内に収容された第2の支持部材4’と、第2の基板2’とから構成されている。また、図14に示す燃料電池においては、基板2に形成されている一方の側面から他方の側面へと延びるコ字状の第1のガス流路と基板2’に形成されている第2のガス流路とが平行になるように基板2’が配置されている。
本実施形態により製造される燃料電池の種類は特に制約されない。例えば、高分子電解質型燃料電池、リン酸型燃料電池、ダイレクトメタノールタイプの燃料電池等が挙げられる。
本実施形態により製造される燃料電池は、次のように動作する。すなわち、第1の基板2の第1のガス流路3から第1の反応ガスが導入され、ガス拡散層8により均一に拡散され、拡散された第1の反応ガスが第1の反応層10で反応してイオンと電子が生じ、生じた電子は集電層8で集められ、第2の基板2’の第2の集電層6’に流れ、第1の反応ガスにより生じたイオンは電解質膜12の中を第2の反応層8’へ移動する。一方、第2の基板2’のガス流路3’から第2の反応ガスが導入され、第2のガス拡散層8’により均一に拡散され、拡散された第2の反応ガスが第2の反応層10’において、電解質膜12中を移動してきたイオン及び第2の集電層6’から送りこまれた電子と反応する。例えば、第1の反応ガスが水素ガスであり、第2の反応ガスが酸素ガスである場合には、第1の反応層10においては、H2→2H++2e−の反応が進行し、第2の反応層10’においては1/2O2+2H++2e−→H2Oの反応が進行する。
上述した実施形態に係る燃料電池の製造方法においては、全ての工程において吐出装置を用いているが、本発明の吐出装置を用いて反応層形成用材料を塗布して、第1の反応層及び/又は第2の反応層を形成し、その他の工程においては従来と同様の工程により燃料電池を製造するようにしてもよい。この場合であっても、MEMS(Micro Electro Mechanical System)を用いることなく、また、装置を傷めることなく反応層を形成できるため、燃料電池の製造コストを低く抑えることができる。
上述の実施形態の製造方法においては、基板上にレジストパターンを形成し、フッ化水素酸水溶液を塗布してエッチングを行うことによりガス流路を形成しているが、レジストパターンを形成することなくガス流路を形成することもできる。また、フッ素ガス雰囲気中に基板を載置し、基板上の所定の位置に水を吐出することによりガス流路を形成するようにしてもよい。また、基板上にガス流路形成用材料を吐出装置を用いて塗布してガス流路を形成してもよい。
上述の実施形態の製造方法においては、第1の反応ガスが供給される第1の基板側から燃料電池の構成部分を形成し、最後に第2の基板を積層することで燃料電池の製造を行っているが、第2の反応ガスが供給される側の基板から燃料電池の製造を開始するようにしてもよい。
上述の実施形態の製造方法においては、第2の支持部材を第1の基板に形成されている第1のガス流路に沿って塗布しているが、第1のガス流路と交差するような方向に塗布してもよい。即ち、第2の支持部材を、例えば、第1の基板に形成されているガス流路と直角に交差するように、例えば、図7(b)において図中右側面から左側面へと延びる方向に塗布するようにしてもよい。この場合には、第2の基板に形成されている第2のガス流路と、第1の基板に形成されている第1のガス流路とが、直角に交差するように第2の基板が配置された構造の燃料電池が得られる。
上述の実施形態の製造方法においては、第1のガス流路が形成された第1の基板上に、第1の集電層、第1の反応層、電解質膜、第2の反応層及び第2の集電層を順次形成しているが、第1の基板と第2の基板のそれぞれに集電層、反応層及び電解質膜を形成し、最後に第1の基板と第2の基板とを接合することにより、燃料電池を製造することもできる。
本実施形態の燃料電池製造ラインにおいては、第1の基板に処理を施す第1製造ラインと第2の基板に処理を施す第2製造ラインとを設け、それぞれの製造ラインにおける処理を平行して行う製造ラインを用いる。そのため、第1の基板への処理と第2の基板への処理を平行して行うことができるため、迅速に燃料電池を製造することができる。
また、本発明の製造方法によれば、複数の燃料電池を積層することによって大型の燃料電池を製造することもできる。すなわち、図17に示すように、製造した燃料電池の基板2’の裏面に更にガス流路を形成し,ガス流路が形成された基板2’の裏面上に、上述の燃料電池の製造方法における製造工程と同様にしてガス拡散層、反応層、電解質などを形成して燃料電池を積層することによって大型の燃料電池を製造することができる。このようにして得られる大型の燃料電池は、後述するように自動車の電力供給源として有用である。
また、本発明の吐出装置は、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を製造する場合にも用いることができる。例えば、ポリチオフェン誘導体(PEDOT、ポリエチレンジオキシチオフェン)を分散させたインクを、本発明の吐出装置を使用して塗布することにより、有機EL素子のホール注入層を形成することができる。この場合、強酸のPEDOTインクを吐出する作業を行っても、吐出物が装置内部を傷めたり、腐蝕物が発生して製品に混入したりするおそれがない。
3)回路基板
本発明の回路基板は、本発明の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする。例えば、BGA(ボールグリッドアレイ)型半導体装置用パッケージ等の、外部接続端子部に、無電解ニッケルめっき皮膜、パラジウム皮膜がこの順に形成され、該パラジウム皮膜上にバンプが形成されてなる回路基板において、該パラジウム皮膜を本発明の吐出装置により好適に形成することができる。すなわち、本発明の吐出装置を用いて、パラジウム皮膜を形成する部位に塩化パラジウム等の酸性物質を含有する吐出物を吐出することで、パラジウム皮膜を形成することができる。パラジウム皮膜はバンプとの接合性を向上させるものであり、その厚さは通常0.3μm前後である。
本発明の吐出装置を用いることにより、パラジウムの塩化物等の酸性物質を含有する吐出物を吐出しても、吐出物が装置内部を傷めたり、腐蝕物が発生して製品に混入したりする心配がなく、低コストで高品質な回路基板を製造することができる。
本発明の回路基板は、本発明の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする。例えば、BGA(ボールグリッドアレイ)型半導体装置用パッケージ等の、外部接続端子部に、無電解ニッケルめっき皮膜、パラジウム皮膜がこの順に形成され、該パラジウム皮膜上にバンプが形成されてなる回路基板において、該パラジウム皮膜を本発明の吐出装置により好適に形成することができる。すなわち、本発明の吐出装置を用いて、パラジウム皮膜を形成する部位に塩化パラジウム等の酸性物質を含有する吐出物を吐出することで、パラジウム皮膜を形成することができる。パラジウム皮膜はバンプとの接合性を向上させるものであり、その厚さは通常0.3μm前後である。
本発明の吐出装置を用いることにより、パラジウムの塩化物等の酸性物質を含有する吐出物を吐出しても、吐出物が装置内部を傷めたり、腐蝕物が発生して製品に混入したりする心配がなく、低コストで高品質な回路基板を製造することができる。
4)電子機器及び自動車
本発明の電子機器は、本発明の回路基板、又は本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。電子機器としては、携帯電話、PHS、モバイル、ノート型パソコン、PDA(携帯情報端末)、携帯テレビ電話機などが挙げられる。また、本発明の電子機器は、例えば、ゲーム機能、データ通信機能、録音再生機能、辞書機能などの他の機能を有していてもよい。
本発明によれば、地球環境に優しいクリーンエネルギーを電力供給源として備える電子機器を低コストかつ高品質で提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の回路基板、又は本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。電子機器としては、携帯電話、PHS、モバイル、ノート型パソコン、PDA(携帯情報端末)、携帯テレビ電話機などが挙げられる。また、本発明の電子機器は、例えば、ゲーム機能、データ通信機能、録音再生機能、辞書機能などの他の機能を有していてもよい。
本発明によれば、地球環境に優しいクリーンエネルギーを電力供給源として備える電子機器を低コストかつ高品質で提供することができる。
本発明の自動車は、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。
本発明によれば、地球環境に優しいクリーンエネルギーを電力供給源として備える自動車を低コストかつ高品質で提供することができる。
本発明によれば、地球環境に優しいクリーンエネルギーを電力供給源として備える自動車を低コストかつ高品質で提供することができる。
2・・・第1の基板、2’・・・第2の基板、3・・・第1のガス流路、4・・・第1の支持部材、4’・・・第2の支持部材、6・・・第1の集電層、6’・・・第2の集電層、8・・・第1のガス拡散層、8’・・・第2のガス拡散層、10・・・第1の反応層、10’・・・第2の反応層、12・・・電解質膜、20a〜20m・・・吐出装置、BC1,2・・・ベルトコンベア、22・・・吐出ヘッド、201・・・保護カバー、203・・・リニアモーターテーブル、209・・・ワークテーブル、210・・・可動部
Claims (17)
- 酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることを特徴とする吐出装置。
- 前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分の表面部が、耐酸性の材料でコーティングされていることを特徴とする請求項1に記載の吐出装置。
- 前記吐出部、ワークテーブル及び可動部の酸性吐出物と接触する構成部分が、耐酸性の材料からなることを特徴とする請求項1に記載の吐出装置。
- 酸性吐出物を吐出する吐出部と、吐出対象物を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルを可動させる可動部とを備える吐出装置であって、前記酸性吐出物が前記可動部を構成する構成材料に接触しないように、前記吐出部と可動部とを仕切る保護カバーを設けたことを特徴とする吐出装置。
- 前記保護カバーが、前記可動部の上方であって、前記ワークテーブルの移動方向の前部及び後部の両側に設置され、前記ワークテーブルの移動に伴って伸縮するものであることを特徴とする請求項4に記載の吐出装置。
- 前記保護カバーが、複数枚の板を相互にスライド自在とすることによって、所定方向に伸縮自在なスライド式カバーであることを特徴とする請求項5に記載の吐出装置。
- 前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する空間の気体圧力を、吐出部が存在する空間の気体圧力より高く設定することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の吐出装置。
- 前記保護カバーにより仕切られた、可動部が存在する空間に、装置外部から気体を導入することにより、該空間の圧力を正圧としたことを特徴とする請求項7に記載の吐出装置。
- 前記吐出部、ワークテーブル及び保護カバーの、酸性吐出物と接触する構成部分の少なくとも表面部が、耐酸性の材料からなることを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載の吐出装置。
- 前記耐酸性の材料が、合成樹脂又はセラミックスであることを特徴とする請求項1〜3、又は9のいずれかに記載の吐出装置。
- 前記酸性吐出物が白金族元素の化合物を含有するものである請求項1〜10のいずれかに記載の吐出装置。
- 前記酸性吐出物が白金又はパラジウムの塩化物を含有するものである請求項11に記載の吐出装置。
- 電解質及び電解質膜を挟んで対峙して形成された第1の反応層と第2の反応層とを有する燃料電池であって、前記反応層の少なくとも一つが、請求項1〜12のいずれかに記載の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする燃料電池。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の吐出装置を用いて形成されたものであることを特徴とする回路基板。
- 請求項13に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項14に記載の回路基板を備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項13に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車。
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JP2004142345A JP2005324086A (ja) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | 吐出装置、燃料電池、回路基板、電子機器及び自動車 |
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ID=35470857
Family Applications (1)
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JP2004142345A Withdrawn JP2005324086A (ja) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | 吐出装置、燃料電池、回路基板、電子機器及び自動車 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009117354A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Qinghua Univ | 燃料電池の膜−電極接合体及びその製造方法 |
US8859165B2 (en) | 2008-07-25 | 2014-10-14 | Tsinghua University | Membrane electrode assembly and fuel cell using the same |
US8951697B2 (en) | 2008-12-17 | 2015-02-10 | Tsinghua University | Membrane electrode assembly and fuel cell using the same |
US9077012B2 (en) | 2008-12-17 | 2015-07-07 | Tsinghua University | Membrane electrode assembly and biofuel cell using the same |
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2004
- 2004-05-12 JP JP2004142345A patent/JP2005324086A/ja not_active Withdrawn
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