JP2019179765A

JP2019179765A - 燃料電池の製造方法

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Publication number: JP2019179765A
Application number: JP2019113707A
Authority: JP
Inventors: 松永　正文; Masabumi Matsunaga; 正文松永
Original assignee: Mtek Smart Corp
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Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: JP6779443B2

Abstract

【課題】単数の噴出口から噴出したパルス的スプレイなどの理想的効果と同じ効果を維持し複数の噴出口を備えたコンパクトで安価な装置で生産性を上げて流体の噴出を行う。【解決手段】コンパクトに一列、多列、円形などに配置した複数の噴出口からの噴出する隣り合う噴出口からの噴出のタイミングをずらして噴出し、隣り合う噴出流が空中で干渉しないようにする。また噴出をパルス的に行い、隣り合う噴出口からの流体の噴出タイミングをずらして噴出させることにより、個々の噴出口からの噴出流のパターンが空中で干渉しないので単一の噴出口からの噴出と同じパターンが得られ、粒子径や繊維径が安定する。そして大量の粒子や繊維を製造できる。また対象物の洗浄や成膜などの品質も同じ理由で安定し、生産性を向上させることができる。また装置が大型化しないのでイニシャルコストを抑えることができる。【選択図】図１

Description

本発明はガス、液体、溶融体、粉体、超臨界性流体、あるいはそれらの中から選択し混合した流体を噴出する方法、あるいはそれらの流体を噴出させ対象物に成膜させる方法に関する。
本発明の噴出とは、噴出口から流体が所望するスピードを持って移動することを指し、噴出口の下流の噴出流のパターンの面積が噴出口より大であって例えば滴下やディスペンス、スプレイを含む。よって噴出口は微細な孔でも、２流体スプレイノズルのような複合形状でも良く、その形状大小を問うものではない。流体が関係するあるいは製造される最終製品としては空中で液状薬剤を粒子化させて医薬品などに使用される造粒方法やメルトブローン方式あるいはエレクトロスピニング等による繊維や不織布製造も含まれる。脱イオン水や溶剤などの液体や粒子化したドライアイスなどを噴出して行う基材の洗浄も含まれる。更に粉粒体を圧縮ガスとともに噴出し対象物に接触乃至衝突させてバリ取りなどを行うブラストも含まれる。また成膜とは噴出流が被塗物などの対象物に向けて移動し、衝突または接触して付着することを含み一般的塗装、原料ガスを高温の対象物に接触させて成膜するＣＶＤや、有機金属原料をバブリングさるなどしてキャリヤガスで移動させ成膜させるＭＯＣＶＤ法も含有する。圧縮気体と共に混合された流体として噴出口から噴出され移動させ塗着させる粉粒体、超臨界性と混合した液体などの流体のスプレイ、エアアシストディスペンスジェット、霧化（含む繊維化）施与、静電霧化（含む繊維化）施与等の粒子や繊維を被塗物に塗布する工法を含み、マイクロカーテン施与も含む。
マイクロカーテンとは広角パターンのエアレススプレイノズル等で液体などを１ＭＰａ以下好ましくは０．３ＭＰａ前後の比較的低圧でスプレイする際、霧になる前の液膜の部分を使用して被塗物とスプレイノズルをトラバースして塗布する方法であって塗面にオーバースプレイ粒子は発生しない。被塗物を通り過ぎて距離が離れると霧状に変化する。
また霧化（繊維化）施与とはスプレイによる粒子化以外に、液体や溶融体などを超音波、エレクトロスピニングなどのスピン、回転体による遠心力、メルトブローン方式などで粒子や繊維をつくりだす方法により対象物にそれらを付着あるいは塗布する工法を指す。

従来、液体や溶融体あるいは粉体などの材料を使用して塗装などの工程で材料を噴出（スプレイ）するなどの塗布作業を行う場合、被塗物以外の箇所まで粒子が飛散し付着してしまう現象（業界ではオーバースプレイと呼ぶ）があった。粉体塗料は金属などの被塗装物に粉体を付着させる必要があるため大部分が静電気を利用し粉体を帯電させて被塗装物に付着させオーブンで粉体をメルトさせて塗膜にしていた。また液体や溶融体も被塗物が金属などの導電体の場合はより塗着効率を高めるために静電気を使用していた。塗材が液体や溶融体であって凹凸の無い薄板や長尺のウェブ（ＷＥＢ）などの被塗物はロールコート、カーテンコート、スロットノズルなどのシンプルな塗布装置で高速に処理し対応できる。しかしＬＥＤなどのような凹凸のある被塗物や、瞬時に湿気や水分で変形するデリケートな固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）用電解質膜に電極インクを塗布するには薄膜で均一に積層塗布できるスプレイや超音波霧化などの微粒子施与などを応用するしか方法がなかった。

スプレイノズルなどで流体を噴出する場合、スプレイパターンより広幅の基材に塗布しかつ生産スピードを上げるためには広幅のスプレイパターンのヘッドを使用して基材と直交して例えば分速３０乃至６０メートルの高速でトラバースするか、複数のスプレイヘッドを基材と直交するように並べて使用する必要があった。スプレイの噴射角が広いと入射と反射の理屈通りリバウンドが多く、またスプレイ流はトラバースのスピードで発生する風に煽られ方向性が失われるので塗着効率は２流体スプレイでは３０％以下、エアレススプレイでも５０％以下であった。後者でもリバウンドは同様にあり、スプレイパターンをラップさせる様に配列して同時にスプレイするとスプレイパターンが干渉してパターンが乱れて変形し均一な塗膜分布を得ることができなかった。そのためスプレイパターンが干渉しないようにそれぞれを遠ざけて設置する必要が生じ装置としての制御コストがかかり複雑で装置が大型にならざるをえなかった。

また、一般的な連続スプレイ装置ではノズル詰まりを解消するためにノズル口径や流量制限部の断面積を大きくするのが一般的であった。その為被塗物に薄膜で塗装などを所望する場合、被塗物を低スピードで搬送すると単位面積当たりの塗布量が多くなりすぎるため、被塗物を高速で移動させるか、低スピード搬送で良い場合は被塗物に直交してスプレイ装置を高速でトラバースさせながら塗布する必要があった。スプレイ流は高速で移動されると上記のように風に煽られて塗着効率が極端に低下することが業界の常識であった。そのため一般塗装の分野では塗着効率は以下に示す通り低かった。また塗料の被塗物への仕上がり状態を良くするにはスプレイ粒子を微粒化する必要があった。微粒化して広角でスプレイするとエアスプレイまたは二流体スプレイとよばれる方法では塗着効率は３０パーセント以下であった。また同様な仕様ではエアレススプレイでの塗着効率も４０乃至６０パーセント程度であった。静電を付加しても前者は４０乃至６０パーセント、後者は６０乃至７５パーセント程度であった。

特許文献１は本発明者らにより上記問題を解決するために発明された先行技術であってノズル詰まりを無くするために流路の大きいノズルで間欠的（パルス的）にスプレイすることで単位時間当たりの流量を少なくすることができる。

特許文献２は本発明者によって発明された粉体のパルス的塗布方法でエジェクターポンプ圧を高くして塗布量を安定させ、単位時間当たりのパルスの数で流量調整ができる方法である。

特許文献３及び４は同じく本発明者らによって発明された洗浄方法であって、洗浄媒体を被洗浄物にパルス的に打ち当てて洗浄することにより連続スプレイではなし得なかった洗浄効果があることが開示されている。

特開昭６１−１６１１７５特開昭６２−１１５７４特開平０３−１２３６８１特開平０３−１９６８８４

一般塗装分野のスプレイによる塗装作業や洗浄方法では前述のごとく、生産性を高めるため広角ノズルを用いて連続スプレイすることが一般的で、複数のスプレイ装置あるいはスプレイヘッドを用いてパルススプレイを行う場合であっても、スプレイ流の干渉を無視するケースが多かった。干渉しないようにする場合は例えば被塗物などの流れ方向にヘッド同士を離して設置していたため装置が大型化し、制御も複雑であった。

本発明は前述の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は生産性を高めたうえで装置をコンパクトにすること。材料の使用効率を上げること。また別な目的例えば洗浄剤による被洗浄物へのインパクトを与えた完璧な洗浄を行うこと。あるいはガス流体や液体などを均一に目的物に成膜させること。またコンパクトな装置でかつ安定した品質の造粒を大量に行うこと。またあるいは目的物に効果的なブラストを行うことなどである。

本発明は複数の噴出口から流体を噴出する方法であって、隣り合う噴出口からの噴出流が下流で干渉しないように、タイミングをずらして噴出することを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明は隣り合う噴出口からの噴出流が干渉しないようにタイミングをずらしてパルス的に噴出することを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明は流体が液体、溶融体、粉粒体、ガス、超臨界性流体の単独あるいはそれらの中から少なくとも２種類を選択した混合体であることを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明は流体を静電気的に帯電させることを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明は少なくとも噴出口付近で流体に超音波を付加することを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明は噴出した流体が粒子または繊維になることを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明はパルス回数が１秒当たり１乃至１０００回であることを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明は流体の一つの自動開閉機構（バルブ）の下流に複数の噴出口を設置する第一の工程と、複数の自動開閉機構を設置する第二の工程と、複数の自動開閉機構の内少なくとも二つの自動開閉機構を選択しそれぞれの下流の噴出口が隣り合うように交互に配置される第三の工程からなることを特徴とする流体の噴出方法を提供する。

本発明は流体を対象物に向けて複数の噴出口から噴出する方法であって、対象物上で隣り合う噴出口からの噴出パターンがラップするように複数の噴出口を配置する第一の工程と、隣り合う噴出口の片方が噴出するとき、もう片方の噴出口からは噴出しないようにお互いがタイミングをずらしてパルス的に噴出する第二の工程と、噴出した流体を対象物に衝突または接触させる第三の工程からなる流体の成膜方法を提供する。

本発明は複数の噴出口は一列または略一列または複数列に群として存在し、複数の噴出口と対象物とは相対移動し噴出された流体は対象物に衝突または接触することを特徴とする流体の成膜方法を提供する。

本発明は複数の噴出口が円上または略円上に、または円形または略円形に配置されることを特徴とする流体の成膜方法を提供する。

本発明は一列または略一列に配置された複数の噴出口からなる噴出口群、または１つのヘッドに配置された複数の噴出口からなる噴出口群からの流体のパルス的噴出流の対象物上でのパターンがラップしないように前記流体を対象物に付着させる第一の工程と、前記対象物と前記一列または略一列の噴出口群または一つのヘッドの噴出口群は相対移動する第二の工程と、上記略一列の噴出口群または一つのヘッドの噴出口群は対象物と直交または略直交して１乃至３０ミリメートル往復移動してパルス的に流体を噴出し、前記流体が付着したパターンとラップせる第三の工程とからなることを特徴とする流体の成膜方法を提供する。

本発明は一列または略一列に配置された複数の噴出口からなる噴出口群、または１つのヘッドに配置された複数の噴出口からなる噴出口群からの流体のパルス的噴出流の対象物上でのパターンがラップしないようにする第一の工程と、前記一列または略一列の噴出口群またはヘッドの噴出口群を対象物の移動方向と直交または略直交して複数列配置する第二の工程と、前記対象物と前記噴出口群は相対移動する第三の工程と、前記対象物上で少なくとも２列目の噴出パルス的噴出流のパターンを１列目のすでに流体が付着したパターンとラップさせる第四の工程からなる流体の成膜方法。

本発明は流体が液体、溶融体、粉粒体、ガス、超臨界性流体またはそれらの中から選択された少なくとも２種類の混合体からなり噴射された流体が対象物上に成膜されることを特徴とする流体の成膜方法を提供する。

本発明は対象物が加熱された基材であって流体が原料ガスまたはスプレイ熱分解法用溶液であって、流体の噴出流が対象物の上昇気流に打ち勝つようにパルス的に行うことを特徴とする流体の成膜方法を提供する。

本発明の流体の噴出方法や成膜方法によれば複数の噴出口からの流体は干渉せず独立して所望する噴出流パターンで移動し例えば流体が液体や粉体などの塗料であれば被塗物に計算通りの塗布パターンとして塗布させることができる。

本発明は特開平０４−００４０６０の液体や溶融体の流出流に向けて周回する圧縮流体噴出孔から圧縮気体を吹き付け衝突させて偏向させて円やドーナツ状などのパターンを得る方法に応用できる。例えば４個のヘッドまたは装置を設置して同時に液体などの流出をスタートした場合、周回する圧縮気体噴出孔の奇跡の円の角度を０から３６０度とすると１つ目のヘッドは０度、２つ目のヘッドは９０度、３つ目のヘッドは１８０度、４つ目のヘッドは２７０度とすることができる。そうすればパターン幅より複数のヘッドのピッチを狭くしてもそれぞれの噴出流を全く干渉させずにそれぞれのヘッドのピッチを例えば５０ｍｍとしドーナツパターンを１メートルとしてトラバースするとヘッドの移動方向と直交して移動する広幅なウェブに対しても緻密な分布のパターンを形成できる。そして１ヘッドの４倍のスピードで生産ができる。１０ヘッドなら１０倍になる。そのうえ装置は１ヘッドとほとんど変わらずコンパクトにできる。本特許文献で紹介されているスワールスプレイパターンは気体の旋回流で小径のサーキュラやドーナツパターンを形成するが本文献の方法は機械的に確実に旋回できるので小径のパターンを所望する場合は更に精度を追究した方法として応用できる。またスワールスプレイパターンは流出量や粘度によってパターンが変化するので所望するパターンを得ようとすると調整が困難であるが、本方法では計算通りのパターンを得ることができる。もちろんヘッドの数、ピッチは目的に合わせて自由に設置でき、塗料や接着剤などの液体や加熱溶融体に限らず粉粒体の塗料や接着剤にも応用でき静電気的に電界を利用して帯電させるとワイドで均一な円形パターンを得ることもできる。また医薬品などの大量造粒にも適している。多数ヘッドを利用した従来の回転霧化方式の装置などからすると規模とコストを著しく抑えることできる。

上記のように圧縮気体で流出流を偏向させるだけでなく流体の噴出ヘッドそのものを所望する角度をもって外向きに回転体にセットして中心軸を回転させると、小径や大径の所望するドーナツや円パターンを描くことができる。その場合であっても１個乃至複数の回転体に取り付けたそれぞれのヘッドの噴出タイミングを変えて設置し噴出流を干渉させないようにすることができる。１個の回転体に複数のヘッドを取り付ける場合は目的物と回転体は相対移動すればよい。噴出流は連続で円やドーナツ状パターンを描くこともできるし、間欠的に噴出して円やドーナツパターンを描くこともできる。噴出は液体や溶融体をエアレススプレイや二流体スプレイなどで粒子化してもよく、噴出孔の形状のままビード状に噴出しても良い。液圧を３．５ＭＰａ以上にして比較的粘度の低いホットメルト接着剤や粘着剤を０．２５乃至０．５ミリメートルの口径のノズルから数メートル先の空中に速いスピードで放出するとメルトブローンのように高温の圧縮ガスを使用しなくてもそれなりの繊維の塊を製造できる。本方法は液体だけでなく粉体やガスの噴出にも適用できる。軸の中心から外向きに配置した流体の噴出ヘッドを回転するには市販の安価な１流体用あるいは多流体用ロータリージョイントを使用すればよい。流体は液体、溶融体、粉粒体とガスの混合体など制限はない。

また特開平０３−２３８０６１の方法も複数の装置またはヘッドを用意して上記と同じ考え方で噴出流が干渉しないようにしてコンパクト化を図れる。上記と同じ目的が達成できるが、本方法ではどちらかと言えば噴出角度を小さくして対象物との距離を短くするとインパクトを持たせることができるので、洗浄や凹凸のある対象物への塗布に特に有益である。

本発明では複数のヘッド同士のピッチがパターン幅よりも狭くても複数のヘッドの内、隣り合う噴出ヘッドの噴出タイミングのパルスの位相をずらして噴出させて、噴出流が空中で干渉しないようにさせることができる。目的物に到達する時のパターン幅が例えば２５０ミリメートルであっても隣り合うヘッドとヘッドの距離を２５ミリメートルにしても全く干渉しないので装置をコンパクトにでき密度の濃い塗布ができるのでコストを抑えても生産性が向上することになる。当然のことながらベルやディスクなどの回転霧化塗布にも応用できる。ベルやディスクは静電気的に帯電させて塗布を行うが本発明では塗料のベルやディスクなどの霧化ヘッドへの噴出はパルスで行うのでタイミングをずらすと隣り合うパターンは空中で干渉しないようにできる。またベルなどの回転数を一定にして塗料などの単位時間当たりの流量が変わると微粒子径は変化するが本発明では連続した単位時間当たりの流量を一定にしてパルスで流量を制御できるので常に一定の微粒子が得られ品質的に管理しやすい。また水性塗料などの導電性材料をベルなどで静電塗装する場合、噴出はパルス的に行われるので静電気が絶縁されアースに流れにくいので帯電効率の面でも効果的である。そのため大型の塗料用容器や配管を絶縁する必要がないので安全でかつ設備費を大幅に低減できる。

本発明はメルトブローン製造装置のヘッドあるいはその機構を応用した液体の噴出ヘッドのように特に広幅例えば１００乃至２０００ミリメートルのヘッドに多数の液体などの微細な噴出孔があるヘッドでの均一噴出パターンに効果的である。メルトブローンで不織布を製造する方法は例えばＵＳ３８２５３８０Ａで紹介されている。１インチ当たり２０〜３０個の０．００８乃至０．００２２インチの口径のノズルから溶融樹脂を吐出し両側のエアスロットから熱風を噴出させてスピードに乗せて樹脂を引き延ばしながら繊維化し更に引き伸ばし絡ませて不織布を製造する事例が記載されている。本発明では圧縮気体の噴出はエアスロット（AIR SLOT）方式でなく溶融樹脂や液体の孔の周囲からそれぞれ独立させて噴出させるようにできる。また本発明ではヘッドの構造を限定するものではないが精度を向上させるために液体などの孔や圧縮気体の噴出口は複数の金属の薄板を例えば櫛状にエッチングして加工し、組み合わせて液体などの四角い流出孔や独立した四角い圧縮気体の噴出口を形成するようにして高精度ながら低コストでヘッドを製造することもできる。加工されたヘッドの複数の薄板は分解もできるし溶着させて立体的構造体にすることもできる。液体などの多数の微細な流出孔の上流の開閉機構と繊維化あるいは粒子化する圧縮気体の開閉機構の対を少なくとも二系統にしてそれらの下流の噴出孔は隣り合うようにして、それぞれのパルスの位相をずらせばよい。圧縮気体は噴出するとそのパターンは下流で噴出孔径より膨張するので２個隣の噴出流同士が干渉しないように例えば１インチ当たり５個乃至１０個にすれば比較的低粘度のホットメルト接着剤や粘着剤の短繊維化した接着用ウェブ製造や液体の微粒子塗布などに効果的である。液体が溶媒を含む場合は圧縮気体の回路に溶媒微粒子や溶媒蒸気などを存在させて液体の流出孔を流体の固形分が乾燥して閉塞させないようにすることが肝要である。粉体などの他の流体の噴出に関しても多数の隣り合う噴出口の上流のエジェクターポンプや開閉機構などを複数の系統にすれば良い。

流体、噴出流、パルスなどの条件は特に限定しないが、例えばスプレイをミリセカンド単位のパルス的に行いスプレイヘッドから被塗物までの距離を５乃至８０ミリメートルとしてスプレイ（噴出）流の角度を２０度以内、好ましくは１０度以内、更に好ましくは６度以内にしてスプレイ粒子にある程度のスピードをもたせば二流体スプレイであっても狙った箇所に確実に液体などを付着させることができる。またスプレイ角度を１０度以内にすれば、Ａ４サイズに全面塗布した場合その塗着効率はスプレイの常識を覆す９５％以上に高めることができる。そのため複数のヘッドを使用して本発明の方法を採用すると塗布の品質のみならず生産性を向上させることができる。当然洗浄に対しても上記方法は効果的でエアレススプレイ方法を採用する場合であってもスプレイ角度を４５度以内好ましくは３０度以内にして被洗浄物までの距離を１５０ミリメートル以内にして液圧を５乃至１５ＭＰａにして複数のスプレイヘッドを使用すると効果的である。

前述の通り噴出される流体は原料ガスを含む気体、粉粒体や短繊維でガスと混合させて移送するもの、塗料や液状接着剤、洗浄剤、有機溶剤、水、オイルなどの液体、ホットメルト接着剤や溶融樹脂などの溶融体、液化ガス、液化炭酸ガスを超臨界状態にした超臨界性流体、それらの混合体などを含むが、噴出流の下流の目的は問わない。

本発明では上記噴出流の上流や下流で気体、液体粒子、溶融体粒子、メルトブローン法やエレクトロスピニングなどで製造される繊維などに静電気的に帯電させて粒子や繊維同士を反発させて凝集させることなく目的物である被塗物などに付着させやすくすることができる。目的物の形状、材質、サイズなどを問うものでないが、半導体基板、ＬＥＤセラミック基板やウェハーレベルＬＥＤ、ガラスなどの枚葉タイプや、枚葉のフィルム、紙、あるいはロール to ロールなどに使用する長尺の薄板金属、薄板ガラス、フィルム、紙、カーボン繊維などのウェブあるいはそれらのコンポジットなどが選択できる。流体を噴射する際、枚葉の被塗物はトレイに載置してもよく、また長尺のウェブなどは噴射流の反対側を加熱吸着ドラムなどで吸着しても良い。

また流体は粒子化しやすいように超音波スプレイ、あるいはエアレススプレイ、二流体スプレイなどの噴出口や構造体に超音波振動子やホーンを付加することができる。

本発明は空中で複数の噴出流が干渉しないようにすることを主目的とするが、対象物上に衝突または接触させて液体などが付着した後の噴出流の分布を均一にするために複数の噴出流の所望するパターンが対象物上で所望するラップをするように複数の噴出口を配置することができる。そして隣り合う噴出流が対象物に衝突または塗着するまでの間に干渉しないようにパルス的にタイミングをずらすことが肝要である。またそれぞれの噴出流のパターンが対象物上で干渉しない複数の噴出口を持つ一つのヘッドを一つの噴出流グループとして対象物の移動方向に複数のヘッドを配列し、あるいは噴出流グループと対象物を相対移動し、１ヘッド目の噴出流グループのそれぞれのパルス的に対象物に噴出したパターンと２ヘッド目あるいは３ヘッド目のそれぞれのパターンとを所望する形状になるようにラップさせることができる。また上記ヘッドと同様に一列の複数の噴出口の噴出流が対象物上で干渉しないように配置した群れを一つの噴出流グループとみなし複数列配置することで上記と同じ方法で対象物上に液体などを均一な分布で付着させることができる。
上記二つの方法は対象物の移動方向と直交または略直交して例えば１乃至３０ミリメートル往復移動しヘッドまたは列ごとの噴出口の対象物上での噴出流のパターンをラップさせることもできる。このようなショートトラバースするときの付着するときのパターン幅は２乃至４０ミリメートルの小径あるいは楕円の狭い角度のパターンを使用できる。パターン幅を限定するものでないが１０ｍｍ以下が好ましく小さいパターン幅ほど流体の付着効率を高めることができる。１つのヘッドあるいは一列または略一列の複数の噴出口の数は多いほど生産性の面でよい。費用対効果から５乃至１０個は対象物が小さいＬＥＤなど向けの小型装置に好ましく、１０乃至１００個あるいはそれ以上はウェブなどへの液体や溶融体の噴射に適している。

また本発明ではＭＯＣＶＤ法などのＣＶＤに応用でき原料ガスやスプレイ熱分解法用溶液を加熱した対象物にパルス的に複数の噴出口から噴射させ対象物の上昇気流に打ち勝って衝突または接触させて均一に成膜させることができる。原料が液体の場合はバブリング法などを採用して気化させ直接または他のキャリヤガスと一緒に移送しても良い。例えば４００乃至６００℃に加熱したガラス板上にＦＴＯ膜を成膜する場合例えば１００ミリメートルのパターン幅でスプレイすると上昇気流に押し戻されるので得策ではない。

上記のように本発明によれば複数の噴出口からの流体を低コストで広範囲に均一に分散できる。そのため高品質な粉粒体や繊維などの製造は勿論のこと、対象物への塗装などを含む成膜をコンパクトな装置で高い生産性のもとに行うことできる。

本発明の実施の形態に係る略一列のパターン配置図である。本発明の実施の形態に係るタイミングチャートである。本発明の実施の形態に係わる２流体スプレイのタイミングチャートである。本発明の実施の形態に係る２列の配置図である。本発明の実施の形態に係る３列の配置図である。本発明の実施の携帯に係わる円上の配置図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は発明の理解を容易にするための一例にすぎず本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加、置換、変形等を施すことを排除するものではない。

図面は本発明の好適な実施の形態を概略的に示している。

図１において流体の開閉機能を備えた噴出ヘッド１，２，３の流体の連続した噴出流が下流で干渉するように各ヘッドを配置する。噴出タイミングは１と３が同じタイミングで噴出することができる。そして例えばそのタイミングのサイクルを１００ミリ秒／サイクルとすると噴出ヘッド１と３は最初のサイクルの１００ミリ秒の間に噴出する。例えば４５ミリ秒後に噴出を開始し、５５ミリ秒後に噴出を停止する。符号４と５はヘッド１と３のパルス的噴出流であって末広がりになりながら移動する。１と３の隣の噴出ヘッド２はそれより遅れた２番目のサイクルで同じように４５ミリ秒後に噴出を開始し５５ミリ秒後に停止する。６はヘッド２のパルス的噴出流であって１サイクル遅れて飛行する。同様に７，８は３番目のサイクルのヘッド１，３の噴出流であって同様に更に１サイクル分遅れて飛行する。そうすることによって、それぞれの噴出流は全く干渉することなく飛行する。ヘッド１，３は同じ噴出タイミングで良いので流体の開閉機構を備えた１つのヘッドの下流を分岐して２つの噴出口にしてもよい。そして流体の２個の開閉機構の下流を分岐して多くの噴出口を備え、２個の開閉機構の下流の複数の噴出口が必ず隣り合うように配置して、それぞれの連続した噴出流が空中または目的物上で干渉するように設置する。そして図１のタイミングと同じ方法で隣り合う噴出口の片方を１サイクル分遅くしてパルス的に噴出させると全く干渉することはない。昨今環境の課題を克服する手段として注目を浴びているＰＥＦＣタイプ燃料電池車のＭＥＡ製造に本発明は応用できる。流体が燃料電池用電極インクであって対象物の電解質膜に２００ミリメートル幅にパルス的に直接塗布する場合、隣り合う噴出口のピッチを７．５ミリメートルとして噴出パターンが１０ミリメートルの５６の噴出口をもつ塗布器を両極分製作すると年間６０００乃至１５０００台分の燃料電池車用の理想的なＭＥＡ（メンブラン電極アッセンブリー）が生産できる。生産量は塗布器の数に比例するが装置は非常にコンパクトにできる。

図２は図１のタイミングチャートである。

図３は流体が液体や溶融体であって圧縮気体で粒子や繊維化する際の１サイクル分のタイミングチャートである。噴出をパルス的に行う場合は液体などの吐出や流出の前後にも圧縮気体を噴出させる必要がある。液体の吐出のタイミングに対して圧縮気体を前後にそれぞれ５乃至１０ミリ秒長く噴出する必要がある。
もちろんサイクル内であればそれより長くてもよいが省資源の立場から消費量を多くすることは良くない。

図４は噴出ヘッドと噴出流のパターンを２列に配置した図である。ヘッド１１から１４は前列に、ヘッド１５乃至１８は後列に配置してある。ヘッド１１と１３、ヘッド１５と１７が最初のサイクルで流体を噴出したときはヘッド１２と１４及び１６と１８は噴出せず第２のサイクルの所望するタイミングで噴出する。符号２１乃至２８は噴出流のパターンを示す。イニシャルコストの観点からヘッド１１，１３，１５，１７は１つの開閉機構、例えば高速応答性に優れているディスペンス用開閉自動バルブや自動開閉スプレイガンの下流を分岐してそれぞれを噴出口としてよく、ヘッド１２，１４，１６，１８も別の１つの開閉機構の下流を分岐して噴出口としてよい。

図５は密にヘッドを配置した３列の図である。最初のサイクルで前と後の列のみの１個おきのヘッド３１，３３，３９，４１が噴出し、２番目のサイクルで真ん中の列のヘッドの１個おきのヘッド３６，３８が噴出し、3番目のサイクルで前と後ろの列の噴出していなかったヘッド３２，３４，４０，４２から流体は噴出する。それぞれの噴出流のパターン例えば１３１，１３６，１３９がぎりぎり干渉しないとしても圧縮気体で液体等を粒子化する場合、圧縮気体は粒子噴出流のパターンの外まで広って圧縮気体同士が干渉して粒子噴出流のパターンを乱す可能性もあるので事前に確認が必要である。

図６は円（CIRCULAR）上に流体を噴出する例であって、ヘッド３１，３３，３５，３７，３９が最初のサイクルで噴出し、噴出パターン４１，４３，４５，４７，４９を得ることができる。第２のサイクルでヘッド３２，３４，３６，３８，４０から噴出してドーナツパターンを得ることができる。ヘッドの数を増やすことによりさらに密なドーナツパターンを得ることができる。

図６と同じように円形の内側にも多くのヘッドまたは噴出口を配置し同じような手順でフルコーンのパターンを形成できる。特にシリコンウェハーなどのディスク形状の成膜にはこの方法は効果的である。

また本発明の塗布方法を前述のように付加価値の高い製品の製造に応用できる。例えばＰＥＦＣなどの燃料電池電極形成に応用することができる。流体を燃料電池電極触媒インクとし、被塗物をＧＤＬ（ガスディフュージョンレイヤー）や電解質膜とすることができる。電極インクを電解質膜に直接塗布すると電極と電解質膜の密着性が良く、電気的界面抵抗が低くできるので理想的とされている。高速生産性で知られるダイ方式のスロットノズルは広幅で間歇塗布ができるので生産性の面からＧＤＬに対しては申し分ないが、バックシートの無い２５マイクロメートル以下の薄い電解質膜に直接塗布することは不可能で、またスロットノズル方式は性能面からすると触媒層にはマイクロポア、メソポア、マクロポアなどの形成が難しかった。そのため理想的なマクロポアなどの形成に過去からＦＣＶなどのＭＥＡで実績の多いパルス的スプレイ塗布方法が嘱望されていた。とくに電極触媒が触媒と電解質溶液と溶媒からなるスラーリー（ＳＬＵＲＲＹ）を水分で瞬間的に変形する電解質膜にパルス的スプレイ塗布をする場合、電解質膜を加熱吸着しながら１個または複数のスプレイヘッドをトラバースして薄膜で積層塗布する必要があったため生産性が極めて低くロール to ロール方式には適さなかった。しかし本発明の方法によれば噴出流の塗布パターン径を５ミリメートル以下にすることによりマスキングなしで電極形成ができる。またそれを複数列配置することによりコンパクトでトータルコストの低い装置をもって遥かに高い生産性を得ることができる。

本発明によれば流体の種類に関係なくコンパクトでかつコストが低い装置化が図れるので、造粒、繊維化、洗浄、成膜などのあらゆる分野の生産性を上げることができる。そして付加価値の高いアプリケーションにも適用できる。

１，２，３噴出ヘッド
４，５第１サイクル噴出流
６第２サイクル噴出流
７，８第３サイクル噴出流
１１，１２，１３，１４前列ヘッド
１５，１６，１７，１８後列ヘッド
２１，２１，２５，２７第１サイクル噴出流
２２，２４，２６，２８第２サイクル噴出流
３１，３２，３３，３４前列ヘッド
３５，３６，３７，３８中列ヘッド
３９，４０，４１，４２後列ヘッド
１３１，１３３，１３６，１３８，１３９，１４１第１サイクル噴出流
１３２，１３４，１３５，１３７，１４０，１４２第２噴出流
６１，６２，６３~６９、７０円上のヘッド
１６１，１６３，１６５，１６７，１６９第１サイクル噴出流
１６２，１６４，１６６，１６８，１７０第２サイクル噴出流

Claims

PEFC型燃料電池用電解膜またはガスディフュージョンレイヤーに電極インクをスプレイノズルで末広がりにスプレイして電極を形成し燃料電池を製造する方法であって、前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤーと前記スプレイノズルを相対移動させる工程と、複数のスプレイノズルを一列または略一列または複数列配置する工程と、前記複数のスプレイノズルの内、隣り合うスプレイノズルのスプレイ流が前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤーに付着するまでの間、干渉しないようにタイミングをずらしてスプレイする工程と、前記電解質膜上またはガスディフュージョンレイヤー上で前記隣り合うスプレイノズルの電極インクのスプレイパターンはラップさせて電極を形成する工程からなることを特徴とする燃料電池の製造方法。
前記複数のスプレイノズルを前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤーの移動方向と直交させて一列または略一列または複数列配置する工程と、前記複数のスプレイノズルの内、隣り合うスプレイノズルのスプレイ流が前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤーに付着するまでの間、干渉しないようにタイミングをずらしてスプレイする工程と、前記電解質膜上またはガスディフュージョンレイヤー上で前記隣り合うスプレイノズルの電極インクのスプレイパターンはラップさせて電極を形成する工程からなることを特徴とする請求項１の燃料電池の製造方法。
前記複数のスプレイノズルの内、隣り合うスプレイノズルの末広がりのスプレイ流が空中で干渉するように前記複数のスプレイノズルを配置する工程と、前記複数のスプレイノズルをパルス的にスプレイする工程と、隣り合うスプレイノズルのパルスのタイミングをずらして、空中で隣り合うパルス的スプレイ流が干渉しないようにする工程と、前記電解質膜上またはガスディフュージョンレイヤー上で隣り合うスプレイノズルからの電極インクのスプレイパターンはラップさせて電極を形成する工程からなることを特徴とする請求項１または２の燃料電池の製造方法。
前記電極インクの自動開閉機構の下流に複数のスプレイノズルを配置する工程と、複数の自動開閉機構を設置する工程と、複数の自動開閉機構の内少なくとも二つの自動開閉機構を選択しそれぞれの下流のスプレイノズルが隣り合うように交互に設置される工程からなり、隣り合うノズルからの末広がりのスプレイ流が空中で干渉しないように前記自動開閉機構の開閉のタイミングをずらしてスプレイし、前記隣り合うスプレイノズルの電極インクのスプレイパターンはラップさせて電極を形成することを特徴とする請求項1乃至３の燃料電池の製造方法。
前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤーと複数のスプレイノズルを相対移動する工程と、複数のスプレイノズルを前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤーと直交するように一列または略一列または複数列に配置する工程と、前記複数のスプレイノズルの隣り合うスプレイノズルの電極インクのスプレイパターンは前記電解質膜上またはガスディフュージョンレイヤー上でラップしないようにし、前記複数のノズルを前記直交方向に1乃至３０ミリメートルトラバースさせてパルス的にスプレイして、隣り合うスプレイノズルのスプレイパターンが前記電解質膜上またはガスディフュージョンレイヤー上でラップするようにして電極を形成することを特徴とする請求項１乃至４の燃料電池の製造方法。
前記複数のスプレイノズルが圧縮ガスで電極インクを粒子化する二流体スプレイノズルであって該二流体スプレイノズルと前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤー間は5乃至８０ミリメートルの距離とし、スプレイ角度が１０度以内であって一列または略一列または複数列に配置した合計のノズル数は１０乃至１００個であることを特徴とする請求項３乃至５の燃料電池の製造方法。
前記電解質膜またはガスディフュージョンレイヤーが長尺であってロール・ツー・ロール移動し、加熱吸着ロール上でスプレイすることを特徴とする請求項１乃至６の燃料電池の製造方法。