JP2012104405A - 触媒被覆膜製造装置、および、触媒被覆膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サクションローラの吸着面に吸着された電解質膜の表面に触媒電極層を形成して、触媒被覆膜を製造する技術において、比較的簡易な構成で、サクションローラの吸着力を向上させる。
【解決手段】触媒被覆膜製造装置１００は、帯状の電解質膜Ｓｍを、吸着面に吸着しつつ、回転して搬送するサクションローラ３０と、サクションローラ３０の吸着面に吸着された電解質膜Ｓｍの表面に触媒ペーストを塗布する触媒ペースト塗布器７０と、サクションローラ３０の吸着面における、電解質膜Ｓｍが吸着されていない非被覆領域Ｄｎｃの少なくとも一部に、この非被覆領域Ｄｎｃの少なくとも一部を覆うためのカバーフィルム５６を吸着させるカバーフィルム吸着機構（懸架ローラ５０，５２，５４，カバーフィルム５６）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒被覆膜製造装置、および、触媒被覆膜の製造方法に関するものである。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。そして、固体高分子型燃料電池では、一般に、電解質膜の両面に、それぞれ、触媒電極層とガス拡散層とをこの順に接合してなる膜電極接合体が備えられる。

また、膜電極接合体は、一般に、電解質膜の両面に触媒電極層を形成してなる触媒被覆膜（ＣＣＭ；Catalyst Coated Membrane）を用意し、その両面にそれぞれガス拡散層を接合することによって製造される。そして、上述した触媒皮被覆膜の製造方法の１つとして、サクションローラの吸着面に電解質膜を吸着させて、電解質膜の変形（膨潤、収縮）を抑制しつつ、この電解質膜の表面に、いわゆる触媒ペーストや触媒インク等を塗工して乾燥させる方法が知られている。

ところで、上述した触媒被覆膜の製造工程では、一般に、サクションローラの吸着面に、帯状の電解質膜の一部を巻き付けて吸着させつつ、サクションローラを回転して、電解質膜を搬送し、この搬送の間に、サクションローラの吸着面に吸着された電解質膜の表面に、触媒ペーストや触媒インクを塗布して触媒電極層を形成する。そして、触媒電極層が形成された電解質膜は、サクションローラの吸着面から剥離される。このため、サクションローラの吸着面の一部には、電解質膜が被覆されずに露出する領域が生じる。そして、サクションローラの吸着面において、電解質膜が被覆されていない領域からも無用な吸引が行われると、この無用な吸引の分、サクションローラの吸着力、吸引効率を低下させてしまう。

そこで、サクションローラの吸着面における電解質膜が被覆されない領域からの無用な吸引を抑制し、サクションローラの吸着力を向上させるために、サクションローラの吸着面における電解質膜が被覆されない領域を覆うカバーを設け、そのカバーの内部を、ポンプによって、サクションローラによる吸引力よりも大きな吸引力で吸引する技術が提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２００８−２７７３８号公報

しかし、上記特許文献１に記載された技術では、上記カバーやポンプ等を要し、さらに、このポンプを駆動するために、比較的大きなエネルギが必要となる。このため、触媒被覆膜（電解質・電極接合体）を製造する製造装置の大型化、装置構成の複雑化や、触媒被覆膜の製造コストの上昇を招く。さらに、上記特許文献１に記載された技術では、上記ポンプの吸引力の調整が必要となるため、触媒被覆膜を製造する製造装置の制御の複雑化も招く。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、サクションローラの吸着面に吸着された電解質膜の表面に触媒電極層を形成して、触媒被覆膜を製造する技術において、比較的簡易な構成で、サクションローラの吸着力、吸引効率を向上させることを目的とする。

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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
電解質膜の表面に触媒電極層を形成してなる触媒被覆膜を製造する触媒被覆膜製造装置であって、
シート状の部材を吸着する吸着面を有し、前記シート状の部材としての前記電解質膜を、前記吸着面に吸着しつつ、回転して搬送するサクションローラと、
前記吸着面に吸着された前記電解質膜の表面に、触媒材料および液体を含み、前記触媒電極層となる粘性材料を塗工する塗工部と、
前記吸着面における、前記電解質膜が吸着されていない領域の少なくとも一部に、該領域の少なくとも一部を覆うためのカバーフィルムを吸着させるカバーフィルム吸着機構と、
を備える触媒被覆膜製造装置。

適用例１の触媒被覆膜製造装置では、カバーフィルム吸着機構によって、サクションローラの吸着面における、電解質膜が吸着されていない領域の少なくとも一部に、カバーフィルムを吸着させ、上記領域からの吸引量を減少させる、すなわち、無用な吸引を抑制することができる。したがって、適用例１の触媒被覆膜製造装置によって、比較的簡易な構成で、サクションローラの吸着力、吸引効率を向上させることができる。

［適用例２］
適用例１記載の触媒被覆膜製造装置であって、
前記カバーフィルムにおける、前記サクションローラの吸着面に吸着される側の面は、粘着性を有する、
触媒被覆膜製造装置。

適用例２の触媒被覆膜製造装置では、サクションローラの吸着面上の異物を除去することができる。したがって、サクションローラの吸着面に設けられた細孔の目詰まりを抑制し、吸着力の低下を抑制することができる。

［適用例３］
適用例１または２記載の触媒被覆膜製造装置であって、さらに、
前記カバーフィルムの表面に付着した異物を除去する異物除去部を備える、
触媒被覆膜製造装置。

適用例３の触媒被覆膜製造装置では、上記異物除去部によって、カバーフィルムの表面に付着した異物を除去することができる。したがって、カバーフィルムからサクションローラ、さらに、触媒被覆膜への異物の付着を抑制することができる。

［適用例４］
適用例３記載の触媒被覆膜製造装置であって、
前記異物除去部は、前記カバーフィルムの表面に接触するように配置され、前記カバーフィルムとの接触面が粘着性を有するローラを含む、
触媒被覆膜製造装置。

適用例４の触媒被覆膜製造措置によって、比較的簡易に、上記異物除去部を構成することができる。

［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載の触媒被覆膜製造装置であって、さらに、
前記電解質膜の表面に塗工された前記粘性材料を乾燥させる乾燥部を備える、
触媒被覆膜製造装置。

適用例５の触媒被覆膜製造装置によって、電解質膜の表面に上記粘性材料を塗工しつつ、同時に、この粘性材料を乾燥させることができる。

［適用例６］
適用例５記載の触媒被覆膜製造装置であって、
前記乾燥部として、前記サクションローラの内部に、該サクションローラを加熱する加熱部を備える、
触媒被覆膜製造装置。

適用例６の触媒被覆膜製造装置では、サクションローラの外部に上記乾燥部を備えるよりも、装置の小型化を図ることができる。

［適用例７］
電解質膜の表面に触媒電極層を形成してなる触媒被覆膜を製造する製造方法であって、
シート状の部材を吸着する吸着面を有するサクションローラにおける前記吸着面に、前記シート状の部材としての前記電解質膜を吸着させつつ、前記サクションローラを回転して、前記電解質膜を搬送する工程と、
前記吸着面に吸着された前記電解質膜の表面に、触媒および液体を含み、前記触媒電極層となる粘性材料を塗工する塗工工程と、
前記吸着面における、前記電解質膜が吸着されていない領域の少なくとも一部に、該領域の少なくとも一部を覆うためのカバーフィルムを吸着させるカバーフィルム吸着工程と、
を備える製造方法。

適用例７の製造方法では、カバーフィルム吸着工程によって、サクションローラの吸着面における、電解質膜が吸着されていない領域の少なくとも一部に、カバーフィルムを吸着させ、上記領域からの吸引量を減少させることができる。したがって、適用例７の触媒被覆膜の製造方法によって、比較的簡易に、サクションローラの吸着力、吸引効率を向上させることができる。なお、本適用例の触媒被覆膜の製造方法においても、先に適用例２ないし６で説明した種々の付加的要素を適用することが可能である。

本発明の一実施例としての触媒被覆膜製造装置１００の概略構成を示す説明図である。 第１変形例としての触媒被覆膜製造装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。 第２変形例としての触媒被覆膜製造装置１００Ｂの概略構成を示す説明図である。 第３変形例としての触媒被覆膜製造装置１００Ｃの概略構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としての触媒被覆膜製造装置１００の概略構成を示す説明図である。この触媒被覆膜製造装置１００は、固体高分子型燃料電池に用いられる膜電極接合体を構成する触媒被覆膜（ＣＣＭ）を製造するための装置である。この触媒被覆膜は、電解質膜の表面に触媒電極層を形成したものである。

図示するように、触媒被覆膜製造装置１００は、巻き出しローラ１０と、懸架ローラ２０，２２と、サクションローラ３０と、巻き取りローラ４０と、懸架ローラ５０，５２，５４と、カバーフィルム５６と、異物除去ローラ６０と、触媒ペースト塗布器７０と、を備えている。

巻き出しローラ１０は、ロール状に巻かれた帯状の電解質膜Ｓｍを巻き出す。本実施例では、電解質膜Ｓｍとして、固体高分子電解質であるナフィオン（登録商標）を用いるものとした。電解質膜Ｓｍとして、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。

懸架ローラ２０は、巻き出しローラ１０から巻き出された電解質膜Ｓｍを懸架し、サクションローラ３０に導く。サクションローラ３０は、その吸着面に電解質膜Ｓｍを吸着しつつ回転して電解質膜Ｓｍを搬送する。触媒ペースト塗布器７０は、サクションローラ３０の吸着面に吸着された電解質膜Ｓｍの表面に、触媒ペーストを塗布する。本実施例では、触媒ペーストとして、白金系触媒を担持したカーボンブラックと、ナフィオン微粒子とを、アルコール、および、水に分散させたものを用いるものとした。

なお、本実施例では、サクションローラ３０の内部に、サクションローラ３０を加熱するためのヒータ３２が備えられており、サクションローラ３０を回転させて、触媒ペーストが塗布された電解質膜Ｓｍを搬送しつつ、サクションローラ３０を介して、電解質膜Ｓｍに塗布された触媒ペーストを乾燥させ、電解質膜Ｓｍの表面に触媒電極層を形成し、触媒被覆膜Ｓｃｃｍを製造することができる。

懸架ローラ２２は、サクションローラ３０によって搬送された帯状の触媒被覆膜Ｓｃｃｍを懸架し、巻き取りローラ４０に導く。巻き取りローラ４０は、帯状の触媒被覆膜Ｓｃｃｍを巻き取る。

上述した触媒被覆膜製造装置１００において、サクションローラ３０の吸着面の一部には、電解質膜Ｓｍ（触媒被覆膜Ｓｃｃｍ）が被覆されない領域（非被覆領域Ｄｎｃ）が生じる。そして、サクションローラ３０の吸着面において、非被覆領域Ｄｎｃからも無用な吸引が行われると、この無用な吸引の分、サクションローラ３０の吸着力、吸引効率を低下させてしまう。

そこで、本実施例の触媒被覆膜製造装置１００では、サクションローラ３０の吸着面における、電解質膜Ｓｍ（触媒被覆膜Ｓｃｃｍ）が吸着されていない非被覆領域Ｄｎｃの少なくとも一部に、非被覆領域Ｄｎｃの少なくとも一部を覆うためのカバーフィルムを吸着させるカバーフィルム吸着機構を備える。このカバーフィルム吸着機構は、懸架ローラ５０，５２，５４、および、カバーフィルム５６を有している。このカバーフィルム吸着機構によって、サクションローラ３０の非被覆領域Ｄｎｃの少なくとも一部にカバーフィルム５６を吸着させ、非被覆領域Ｄｎｃからの吸引量を減少させる、すなわち、無用な吸引を抑制することができる。

また、本実施例の触媒被覆膜製造装置１００では、カバーフィルム５６は、サクションローラ３０の吸着面に吸着される側の面が、粘着性を有しているものとした。このようなカバーフィルム５６としては、例えば、微粘着フィルムであるソフタック（登録商標）（ＤＩＣ株式会社製）を用いることができる。こうすることによって、サクションローラ３０の吸着面上の異物を除去することができる。したがって、サクションローラ３０の吸着面に設けられた細孔の目詰まりを抑制し、吸着力の低下を抑制することができる。

また、本実施例の触媒被覆膜製造装置１００では、カバーフィルム５６の表面に付着した異物を除去する異物除去部として、カバーフィルム５６の表面に接触するように配置され、カバーフィルム５６との接触面が、カバーフィルム５６の粘着性よりも高い粘着性を有する異物除去ローラ６０を備えるものとした。このような異物除去ローラ６０としては、例えば、粘着ゴムローラ（ＥＣクリーナー、株式会社加貫ローラ製作所製）を用いることができる。こうすることによって、比較的簡易に、異物除去部を構成し、カバーフィルム５６の表面に付着した異物を除去することができるので、カバーフィルム５６からサクションローラ３０、さらに、触媒被覆膜Ｓｃｃｍへの異物の付着を抑制することができる。

以上説明した第１実施例の触媒被覆膜製造装置１００によれば、カバーフィルム吸着機構によって、サクションローラ３０の吸着面における非被覆領域Ｄｎｃの少なくとも一部に、カバーフィルム５６を吸着させ、非被覆領域Ｄｎｃの少なくとも一部からの吸引量を減少させる、すなわち、無用な吸引を抑制することができる。したがって、触媒被覆膜製造装置１００によって、比較的簡易な構成で、サクションローラ３０の吸着力、吸引効率を向上させることができる。

Ｂ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｂ１．変形例１：
上記実施例では、サクションローラ３０の内部にヒータ３２を備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。

図２は、第１変形例としての触媒被覆膜製造装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。第１変形例の触媒被覆膜製造装置１００Ａでは、サクションローラ３０の内部にヒータ３２を備える代わりに、サクションローラ３０の外部に、電解質膜Ｓｍの表面に塗布された触媒ペーストを乾燥させるためのヒータ３２Ａを備える。こうすることによっても、電解質膜Ｓｍの表面に触媒ペーストを塗工しつつ、同時に、この触媒ペーストを乾燥させることができる。ただし、上記実施例の触媒被覆膜製造装置１００によれば、サクションローラ３０の外部にヒータ３２Ａを備えるよりも、装置の小型化を図ることができる。

また、サクションローラ３０の内部に、ヒータ３２の代わりに、サクションローラ３０を加熱するための他の装置、例えば、熱媒循環装置を備えるようにしてもよい。

Ｂ２．変形例２：
上記実施例では、電解質膜Ｓｍの表面に触媒インクを塗布して乾燥させることによって、触媒被覆膜Ｓｃｃｍを製造するものとしたが、本発明は、これに限られない。

図３は、第２変形例としての触媒被覆膜製造装置１００Ｂの概略構成を示す説明図である。第２変形例の触媒被覆膜製造装置１００Ｂでは、触媒ペースト塗布器７０の代わりに、触媒インク噴霧塗布器７０Ｂを備える。なお、触媒インクとは、上記実施例における触媒ペーストと同様の材料を含み、触媒ペーストよりも粘度が低く、触媒インク噴霧塗布器７０Ｂから噴霧可能な粘性材料である。

Ｂ３．変形例３：
上記実施例では、触媒被覆膜製造装置１００は、電解質膜Ｓｍの一方の表面に触媒電極層を形成し、巻き取りローラ４０に巻き取るものとしたが、本発明は、これに限られない。

図４は、第３変形例としての触媒被覆膜製造装置１００Ｃの概略構成を示す説明図である。図１との比較から分かるように、触媒被覆膜製造装置１００Ｃは、概ね、上記実施例の触媒被覆膜製造装置１００を２つ連続して配置した構成を備えている。具体的には、触媒被覆膜製造装置１００Ｃは、巻き出しローラ１０と、電解質膜Ｓｍの一方の表面に触媒電極層を形成して、触媒被覆膜Ｓｃｃｍ１を製造する第１段の触媒電極層形成機構と、触媒被覆膜Ｓｃｃｍ１の表裏を反転させる反転ローラ８０ａ，８０ｂと、触媒被覆膜Ｓｃｃｍ１の裏面に触媒電極層を形成して、触媒被覆膜Ｓｃｃｍ２を製造する第２段の触媒電極層形成機構と、巻き取りローラ４０と、を備えている。

そして、第１段の触媒電極層形成機構は、触媒被覆膜製造装置１００と同様に、懸架ローラ２０ａ，２２ａと、サクションローラ３０ａと、懸架ローラ５０ａ，５２ａ，５４ａと、カバーフィルム５６ａと、異物除去ローラ６０ａと、触媒ペースト塗布器７０ａと、を備えている。また、第２段の触媒電極層形成機構も、触媒被覆膜製造装置１００と同様に、懸架ローラ２０ｂ，２２ｂと、サクションローラ３０ｂと、懸架ローラ５０ｂ，５２ｂ，５４ｂと、カバーフィルム５６ｂと、異物除去ローラ６０ｂと、触媒ペースト塗布器７０ｂと、を備えている。また、サクションローラ３０ａ，３０ｂの内部には、それぞれ、サクションローラ３０ａ，３０ｂを加熱するためのヒータ３２ａ，３２ｂが備えられている。

以上説明した第３変形例の触媒被覆膜製造装置１００Ｃによれば、電解質膜Ｓｍの両面に、連続的に触媒電極層を形成することができる。

Ｂ４．変形例４：
上記実施例では、カバーフィルム５６は、サクションローラ３０の吸着面に吸着される側の面が、粘着性を有するものとしたが、本発明は、これに限られない。カバーフィルム５６は、サクションローラ３０の吸着面に吸着される側の面が、粘着性を有していないものとしてもよい。ただし、カバーフィルム５６における、サクションローラ３０の吸着面に吸着される側の面が、粘着性を有することによって、先に説明したように、サクションローラ３０の吸着面に設けられた細孔の目詰まりを抑制し、吸着力の低下を抑制することができる。

Ｂ５．変形例５：
上記実施例では、触媒被覆膜製造装置１００は、異物除去部として、異物除去ローラ６０を備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。異物除去部として、他の構成を採用するようにしてもよい。また、異物除去ローラ６０を省略するようにしてもよい。ただし、触媒被覆膜製造装置１００が異物除去ローラ６０を備えることによって、先に説明したように、カバーフィルム５６からサクションローラ３０、さらに、触媒被覆膜Ｓｃｃｍへの異物の付着を抑制することができる。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…触媒被覆膜製造装置
１０…巻き出しローラ
２０，２０ａ，２０ｂ，２２，２２ａ，２２ｂ…懸架ローラ
３０，３０ａ，３０ｂ…サクションローラ
３２，３２ａ，３２ｂ，３２Ａ…ヒータ
４０…巻き取りローラ
５０，５０ａ，５０ｂ，５２，５２ａ，５２ｂ，５４，５４ａ，５４ｂ…懸架ローラ
５６，５６ａ，５６ｂ…カバーフィルム
６０，６０ａ，６０ｂ…異物除去ローラ
７０，７０ａ，７０ｂ…触媒ペースト塗布器
７０Ｂ…触媒インク噴霧塗布器
８０ａ，８０ｂ…反転ローラ
Ｓｍ…電解質膜
Ｓｃｃｍ，Ｓｃｃｍ１，Ｓｃｃｍ２…触媒被覆膜
Ｄｎｃ…非被覆領域

Claims (7)

1. 電解質膜の表面に触媒電極層を形成してなる触媒被覆膜を製造する触媒被覆膜製造装置であって、
   シート状の部材を吸着する吸着面を有し、前記シート状の部材としての前記電解質膜を、前記吸着面に吸着しつつ、回転して搬送するサクションローラと、
   前記吸着面に吸着された前記電解質膜の表面に、触媒材料および液体を含み、前記触媒電極層となる粘性材料を塗工する塗工部と、
   前記吸着面における、前記電解質膜が吸着されていない領域の少なくとも一部に、該領域の少なくとも一部を覆うためのカバーフィルムを吸着させるカバーフィルム吸着機構と、
   を備える触媒被覆膜製造装置。
2. 請求項１記載の触媒被覆膜製造装置であって、
   前記カバーフィルムにおける、前記サクションローラの吸着面に吸着される側の面は、粘着性を有する、
   触媒被覆膜製造装置。
3. 請求項１または２記載の触媒被覆膜製造装置であって、さらに、
   前記カバーフィルムの表面に付着した異物を除去する異物除去部を備える、
   触媒被覆膜製造装置。
4. 請求項３記載の触媒被覆膜製造装置であって、
   前記異物除去部は、前記カバーフィルムの表面に接触するように配置され、前記カバーフィルムとの接触面が粘着性を有するローラを含む、
   触媒被覆膜製造装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の触媒被覆膜製造装置であって、さらに、
   前記電解質膜の表面に塗工された前記粘性材料を乾燥させる乾燥部を備える、
   触媒被覆膜製造装置。
6. 請求項５記載の触媒被覆膜製造装置であって、
   前記乾燥部として、前記サクションローラの内部に、該サクションローラを加熱する加熱部を備える、
   触媒被覆膜製造装置。
7. 電解質膜の表面に触媒電極層を形成してなる触媒被覆膜を製造する製造方法であって、
   シート状の部材を吸着する吸着面を有するサクションローラにおける前記吸着面に、前記シート状の部材としての前記電解質膜を吸着させつつ、前記サクションローラを回転して、前記電解質膜を搬送する工程と、
   前記吸着面に吸着された前記電解質膜の表面に、触媒材料および液体を含み、前記触媒電極層となる粘性材料を塗工する塗工工程と、
   前記吸着面における、前記電解質膜が吸着されていない領域の少なくとも一部に、該領域の少なくとも一部を覆うためのカバーフィルムを吸着させるカバーフィルム吸着工程と、
   を備える製造方法。

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