JP2018113215A - 触媒インク塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒インク吐出部に付着した触媒インクが基材に付着することを防止できる触媒インク塗布装置を提供する。【解決手段】触媒インク塗布装置１０は、搬送ローラ２０により搬送される基材Ａに対し触媒インクＢを吐出する触媒インク吐出部３０と、触媒インク吐出部３０の基材Ａの搬送側に配置され、触媒インク吐出部３０に付着した触媒インクＢを除去する触媒インク除去部３５と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、触媒インク塗布装置に関する。

燃料電池は、複数のセルが積層されて構成されたセル積層体を備えている。セル積層体の各セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ）と、その膜電極接合体を両側から挟むセパレータを備えている。膜電極接合体は、電解質膜の両側に、アノード電極の触媒層とカソード電極の触媒層を備えている。

膜電極接合体は、例えば基材となる高分子電解質膜に触媒インクを塗布して触媒層を形成することによって製造される。このとき触媒インク塗布装置が用いられ、触媒インク塗布装置は、搬送ローラにより移送される基材に対し、ダイから連続的或いは間欠的に触媒インクを吐出する（特許文献１参照）。

特開２０１３−１６１５５７号公報 実開昭５９−１４２０６３号公報

しかしながら、上述の触媒インク塗布装置では、ダイから触媒インクの吐出する際に、例えばポンプに起因する触媒インクの吐出量の変動や、触媒インク内に入り込んだ気泡の破裂などにより、ダイの先端部（リップ部）に触媒インクが付着することがある。この場合、ダイによる触媒インクの吐出が停止されても、リップ部に付着した余剰触媒インクが基材にスジ状に付着する恐れがある。この場合、本来触媒インクが塗布されない部分に触媒インクが塗布されて、基材が不良となる。

本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、ダイのリップ部などの触媒インク吐出部に付着した余剰触媒インクが基材に付着することを防止できる触媒インク塗布装置を提供することをその目的の一つとする。

本発明の一の態様は、膜電極接合体の触媒層となる触媒インクを基材に塗布する触媒インク塗布装置であって、搬送ローラにより搬送される基材に対し触媒インクを吐出する触媒インク吐出部と、前記触媒インク吐出部の前記基材の搬送側に配置され、前記触媒インク吐出部に付着した触媒インクを除去する触媒インク除去部と、を備えた、触媒インク塗布装置である。

本態様によれば、触媒インク吐出部に付着した触媒インクが触媒インク除去部により除去されるので、触媒インク吐出部に付着した余剰触媒インクが基材に付着することを防止できる。

本発明によれば、触媒インク吐出部に付着した余剰触媒インクが基材に付着することを防止できる触媒インク塗布装置を提供することができる。

触媒層形成システムの構成の概略を示す模式図である。 触媒インク塗布装置の先端部付近を拡大した模式図である。 他の触媒インク除去部を有する触媒インク塗布装置の先端部付近を拡大した模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

図１は、触媒層形成システム１の構成の概略を示す模式図である。

触媒層形成システム１は、触媒インク塗布装置１０と、帯状の基材Ａを連続的に搬送する搬送路１１を備えている。

搬送路１１は、複数の搬送ローラ２０を有し、図示しない基材ロールから巻き出された基材Ａを所定のルートを通って搬送する。

触媒インク塗布装置１０は、例えば触媒インクＢを吐出する触媒インク吐出部（ダイ）３０と、触媒インクＢが貯留された触媒インク供給源３１と、触媒インク供給路３２と、流量調整バルブ３３と、供給ポンプ３４と、触媒インク除去部３５等を備えている。ここで、「触媒インク」とは、燃料電池用の触媒を担持する導電性粒子と、電解質膜と同じまたは類似の電解質とを有機溶媒や無機溶媒によって分散させた粒体分散溶液である。

触媒インク供給路３２は、触媒インク吐出部３０と触媒インク供給源３１に接続されている。供給ポンプ３４は、触媒インク供給源３１の触媒インクＢを触媒インク供給路３２を通じて触媒インク吐出部３０に圧送する。流量調整バルブ３３は、触媒インク吐出部３０から吐出される触媒インクＢの流量を調整したり、触媒インクＢの吐出のＯＮ、ＯＦＦを切り替えることができる。なお、図示しないが、供給ポンプ３４や流量調整バルブ３３等の動作の制御は、制御装置により行われる。

図１及び図２に示すように触媒インク吐出部３０は、搬送路１１の一つの搬送ローラ２０ａに近接配置されている。触媒インク吐出部３０は、帯状の基材Ａの幅方向（図１の紙面方向（紙面に対し垂直な方向））の長さよりも長い略直方体形状の本体部３０ａを有している。本体部３０ａは、搬送ローラ２０ａ側に先端部（リップ部）３０ｂを有している。先端部３０ｂは、本体部３０ａから凸条に突出している。先端部３０ｂには、先端部３０ｂの幅方向（図１の紙面方向）に沿ったスリット状の吐出口３０ｃが形成されている。触媒インク供給路３２から触媒インク吐出部３０の本体部３０ａに供給された触媒インクＢは、本体部３０ａ内部を通って先端部３０ｂの吐出口３０ｃから均一に吐出される。

触媒インク除去部３５は、触媒インク吐出部３０の搬送ローラ２０ａにより基材Ａが搬送される側、すなわち触媒インク吐出部３０の上側近傍に設けられている。触媒インク除去部３５は、例えばスポンジやろ紙などの吸収材であり、触媒インク吐出部３０から吐出され先端部３０ｂに付着した触媒インクＢを吸収して除去できる。触媒インク除去部３５は、例えば先端部３０ｂに対しテープ、シール材、ネジ止めなどにより固定されている。触媒インク除去部３５は、触媒インク吐出部３０の先端部３０ｂの幅方向の全体に亘って設けられている。

次に、以上のように構成された触媒層形成システム１における触媒インク塗布装置１０の動作について説明する。

例えば図示しない基材ロールから巻き出された転写用のシートである基材Ａが搬送路１１に沿って移送され、搬送ローラ２０ａを通る。そして、例えばカソード電極の触媒層を形成する場合には、触媒インク塗布装置１０は、例えば触媒インク吐出部３０の吐出口３０ｃから搬送ローラ２０ａの基材Ａの表面に触媒インクＢが間欠的に塗布される。これにより、基材Ａ表面には、触媒インクＢの方形状の塗布層が断続的に形成される。また、アノード電極の触媒層を形成する場合には、触媒インク吐出部３０の吐出口３０ｃから搬送ローラ２０ａの基材Ａの表面に触媒インクＢが連続的に塗布される。これにより、基材Ａ表面には、触媒インクＢの帯状の塗布層が連続的に形成される。搬送路１１の下流領域では、図示しない乾燥装置により触媒インクＢが乾燥される。基材Ａに形成された触媒層は、電解質膜に転写され、膜電極接合体が形成される。

触媒インク吐出部３０の吐出口３０ｃから吐出され、先端部３０ｂに付着した触媒インクＢは、触媒インク除去部３５により吸収される。

本実施の形態によれば、触媒インク吐出部３０に付着した触媒インクＢが触媒インク除去部３５により除去されるので、触媒インク吐出部３０に付着した余剰触媒インクＢが、基材Ａの塗布不要部分に付着することを防止できる。特に、触媒インクＢを間欠的に塗布する際には、基材Ａの塗布不要領域に触媒インクＢがスジ状に付着してスジ不良を起こすことを防止できる。

上記実施の形態において、触媒インク除去部３５は、吸収材であったが、他の方法により触媒インクＢを除去するものであってもよい。例えば触媒インク除去部３５は、触媒インクＢを吸引するものであってもよい。かかる場合、例えば図３に示すように触媒インク吐出部３０の先端部３０ｂの上部に吸引ノズル５０が設けられる。吸引ノズル５０は、減圧（真空）や毛細管現象により触媒インクを吸引する機構を有している。かかる例においても、触媒インク吐出部３０に付着した触媒インクＢが、基材Ａの塗布不要部分に付着することを防止できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施の形態で記載した触媒インク塗布装置１０の構成はこれに限られない。例えば触媒インク吐出部３０の形状や構造もこれに限られない。例えば触媒インク吐出部３０は、吐出口３０ｃが一つで一体のものであったが、複数の吐出部（吐出口）からなるセパレート型のものであってもよい。触媒インク除去部３５は、触媒インク吐出部３０に付着した触媒インクを塗布処理（塗工）を行っていない時にエアーなどで吹き飛ばすことで除去するものであってもよい。このとき、触媒インクの除去は、吐出停止時、吐出スタート時、吐出一時停止時などの非塗工時や、間欠塗工における吐出停止時に行ってもよい。

また、以上の実施の形態において、基材が、触媒層を電解質膜に転写するための転写用シートであったが、基材が電解質膜であってもよい。かかる場合、触媒インク塗布装置は、電解質膜の表面に直接触媒インクを塗布して触媒層を形成する。

本発明は、触媒インク吐出部に付着した触媒インクが基材に付着することを防止できる触媒インク塗布装置を提供する際に有用である。

１ 触媒層形成システム
１０ 触媒インク塗布装置
１１ 搬送路
２０ 搬送ローラ
３０ 触媒インク吐出部
３５ 触媒インク除去部
Ａ 基材
Ｂ 触媒インク

Claims (1)

1. 膜電極接合体の触媒層となる触媒インクを基材に塗布する触媒インク塗布装置であって、
   搬送ローラにより搬送される基材に対し触媒インクを吐出する触媒インク吐出部と、
   前記触媒インク吐出部の前記基材の搬送側に配置され、前記触媒インク吐出部に付着した触媒インクを除去する触媒インク除去部と、を備えた、触媒インク塗布装置。