特開 2024-30236 塗工方法、塗工装置、および積層基材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024030236

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】塗工方法、塗工装置、および積層基材

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1004 20160101AFI20240229BHJP

   C25B 13/02 20060101ALI20240229BHJP

   C25B 13/04 20210101ALI20240229BHJP

   C25B 13/08 20060101ALI20240229BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20240229BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240229BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20240229BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240229BHJP

【ＦＩ】

H01M8/1004

C25B13/02 301

C25B13/04 301

C25B13/08 301

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B9/23

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132949

(22)【出願日】2022-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100135013

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 隆美

(72)【発明者】

【氏名】森川 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】高木 善則

(72)【発明者】

【氏名】谷岡 千丈

(72)【発明者】

【氏名】厨子 卓哉

【テーマコード（参考）】

4K021

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021BA02

4K021DB31

4K021DB43

4K021DB53

4K021DC03

5H126AA02

5H126BB06

5H126FF04

5H126JJ03

(57)【要約】

【課題】触媒インクの塗工に伴う電解質膜の膨潤変形を抑制し、かつ、バックシートから電解質膜を剥離するときに電解質膜に粘着材が残ることも抑制できる技術を提供する。
【解決手段】電解質膜９１は、バックシートからはみ出した被吸着部９４を有する。触媒インクの塗工時には、バックシート９２と、電解質膜９１の被吸着部９４とを、負圧面１１に吸着させた状態で、塗工を行う。このようにすれば、バックシート９２の粘着層と電解質膜９１の界面に、負圧が作用する。このため、粘着層の粘着力だけではなく、負圧による吸着力により、電解質膜９１が保持される。これにより、触媒インクの塗工に伴う電解質膜９１の膨潤変形を抑制できる。また、粘着層９２２の粘着力を抑えることができるため、バックシート９２から電解質膜９１を剥離するときに、電解質膜９１に粘着材が残ることを抑制できる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜に触媒インクを塗工する塗工方法であって、
ａ）粘着層を有するバックシートと、前記粘着層に貼付された前記電解質膜と、を有する積層基材を準備する工程と、
ｂ）負圧を作用させる負圧面に前記積層基材を吸着保持させる工程と、
ｃ）前記負圧面に吸着保持された前記積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを供給する工程と、
を含み、
前記電解質膜は、前記バックシートからはみ出した被吸着部を有し、
前記工程ｂ）および前記工程ｃ）において、前記バックシートと、前記電解質膜の前記被吸着部とを、前記負圧面に吸着させる、塗工方法。

【請求項2】

請求項１に記載の塗工方法であって、
前記電解質膜の前記被吸着部は、前記電解質膜の少なくとも一方向における両端部を含む、塗工方法。

【請求項3】

請求項２に記載の塗工方法であって、
前記電解質膜の前記被吸着部は、前記電解質膜の外端部の全周を含む、塗工方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の塗工方法であって、
前記被吸着部の前記バックシートからのはみ出し量は、２０ｍｍ以上である、塗工方法。

【請求項5】

請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の塗工方法であって、
前記電解質膜の前記粘着層に貼付される面の最大高さは、１０μｍ以上である、塗工方法。

【請求項6】

請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の塗工方法であって、
前記粘着層の厚みは、２０μｍ以下である、塗工方法。

【請求項7】

電解質膜に触媒インクを塗工する塗工装置であって、
粘着層を有するバックシートと、前記粘着層に貼付された前記電解質膜と、を有する積層基材を吸着保持する負圧面と、
前記負圧面に吸着保持された前記積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを供給するノズルと、
を備え、
前記電解質膜は、前記バックシートからはみ出した被吸着部を有し、
前記負圧面は、前記バックシートと、前記電解質膜の前記被吸着部とを吸着する、塗工装置。

【請求項8】

粘着層を有するバックシートと、
前記粘着層に貼付された電解質膜と、
を有する積層基材であって、
前記電解質膜が、前記バックシートからはみ出した被吸着部を有する、積層基材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電解質膜に触媒インクを塗工する塗工方法、電解質膜に触媒インクを塗工する塗工装置、および電解質膜およびバックシートを有する積層基材に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電解質としてイオン交換膜（電解質膜）を用いた、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer electrolyte fuel cell）が知られている。固体高分子形燃料電池には、電解質膜の表面に触媒層が形成された膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）が使用される。ＣＣＭは、電解質膜の表面に触媒インクを塗工することにより、製造される。なお、イオン交換膜は、プロトン交換膜と呼称される場合もある。

【0003】

水（Ｈ_２Ｏ）を電気分解することにより水素（Ｈ_２）を製造する、固体高分子形水電解においても、同様のＣＣＭが使用される。また、例えば、トルエンなどの芳香族化合物を水素化することにより、有機ハイドライド（例えば、トルエン－メチルシクロヘキサン）を製造するＬОＨＣ（Liquid Organic Hydrogen Carrier）プロセスにおいても、同様のＣＣＭが使用される。

【0004】

ＣＣＭを製造する従来の装置については、例えば、特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６６６９５１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電解質膜は、触媒インク中の溶媒（水およびアルコール）を吸収することにより、膨潤変形する。このため、ＣＣＭの製造工程では、粘着層付きのバックシートに電解質膜を貼り合わせた状態で、電解質膜に触媒インクを塗工することが考えられる。その際、バックシートの粘着層の粘着力が強いほど、電解質膜の膨潤変形を抑えることができる。

【0007】

ただし、粘着層の粘着力が強すぎると、バックシートから電解質膜を剥離したときに、電解質膜に粘着材が残るという問題が生じる。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、触媒インクの塗工に伴う電解質膜の膨潤変形を抑制し、かつ、バックシートから電解質膜を剥離するときに電解質膜に粘着材が残ることも抑制できる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、電解質膜に触媒インクを塗工する塗工方法であって、ａ）粘着層を有するバックシートと、前記粘着層に貼付された前記電解質膜と、を有する積層基材を準備する工程と、ｂ）負圧を作用させる負圧面に前記積層基材を吸着保持させる工程と、ｃ）前記負圧面に吸着保持された前記積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを供給する工程と、を含み、前記電解質膜は、前記バックシートからはみ出した被吸着部を有し、前記工程ｂ）および前記工程ｃ）において、前記バックシートと、前記電解質膜の前記被吸着部とを、前記負圧面に吸着させる。

【0010】

本願の第２発明は、第１発明の塗工方法であって、前記電解質膜の前記被吸着部は、前記電解質膜の少なくとも一方向における両端部を含む。

【0011】

本願の第３発明は、第２発明の塗工方法であって、前記電解質膜の前記被吸着部は、前記電解質膜の外端部の全周を含む。

【0012】

本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれか１発明の塗工方法であって、前記被吸着部の前記バックシートからのはみ出し量は、２０ｍｍ以上である。

【0013】

本願の第５発明は、第１発明から第３発明までのいずれか１発明の塗工方法であって、前記電解質膜の前記粘着層に貼付される面の最大高さは、１０μｍ以上である。

【0014】

本願の第６発明は、第１発明から第３発明までのいずれか１発明の塗工方法であって、前記粘着層の厚みは、２０μｍ以下である。

【0015】

本願の第７発明は、電解質膜に触媒インクを塗工する塗工装置であって、粘着層を有するバックシートと、前記粘着層に貼付された前記電解質膜と、を有する積層基材を吸着保持する負圧面と、前記負圧面に吸着保持された前記積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを供給するノズルと、を備え、前記電解質膜は、前記バックシートからはみ出した被吸着部を有し、前記負圧面は、前記バックシートと、前記電解質膜の前記被吸着部とを吸着する。

【0016】

本願の第８発明は、粘着層を有するバックシートと、前記粘着層に貼付された電解質膜と、を有する積層基材であって、前記電解質膜が、前記バックシートからはみ出した被吸着部を有する。

【発明の効果】

【0017】

第１発明～第８発明によれば、負圧面と被吸着部との間の空間を介して、粘着層と電解質膜の界面に、負圧を作用させることができる。このため、粘着層の粘着力だけではなく、負圧による吸着力により、電解質膜が保持される。これにより、触媒インクの塗工に伴う電解質膜の膨潤変形を抑制できる。また、粘着層の粘着力を抑えることができるため、バックシートから電解質膜を剥離するときに、電解質膜に粘着材が残ることを抑制できる。

【0018】

特に、第２発明によれば、電解質膜の両端部から、粘着層と電解質膜の界面に、負圧を作用させることができる。これにより、バックシートに対して電解質膜を、より良好に吸着させることができる。

【0019】

特に、第３発明によれば、電解質膜の外端部の全周から、粘着層と電解質膜の界面に、負圧を作用させることができる。これにより、バックシートに対して電解質膜を、より良好に吸着させることができる。

【0020】

特に、第４発明によれば、電解質膜の被吸着部を、負圧面に良好に吸着させることができる。

【0021】

特に、第５発明によれば、粘着層と電解質膜との間に、微細な間隙が形成される。これにより、粘着層と電解質膜の界面に、より良好に負圧を作用させることができる。

【0022】

特に、第６発明によれば、粘着層と電解質膜との間の微細な間隙を確保しやすくなる。これにより、粘着層と電解質膜の界面に、より良好に負圧を作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】積層基材の上面図である。

【図2】積層基材の図１におけるＡ－Ａ線側面図である。

【図3】塗工装置の構成を示した図である。

【図4】塗工装置の制御ブロック図である。

【図5】塗工処理の流れを示すフローチャートである。

【図6】負圧面に吸着保持された積層基材の部分断面図である。

【図7】第１実験結果を示した図である。

【図8】第１実験結果を示した図である。

【図9】第２実験結果を示した図である。

【図10】変形例に係る積層基材の部分上面図である。

【図11】変形例に係る塗工装置の構成を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0025】

＜１．積層基材＞
図１は、本発明の一実施形態に係る積層基材９の上面図である。図２は、積層基材９の図１におけるＡ－Ａ線側面図である。この積層基材９は、膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）の製造工程において使用される、矩形状の基材である。

【0026】

積層基材９は、固体高分子形燃料電池用のＣＣＭを製造するためのものであってもよく、あるいは、固体高分子形水電解用のＣＣＭを製造するためのものであってもよい。また、積層基材９は、例えば、トルエンなどの芳香族化合物を水素化することにより、有機ハイドライド（例えば、トルエン－メチルシクロヘキサン）を製造するＬОＨＣ（Liquid Organic Hydrogen Carrier）プロセスに使用されるＣＣＭを製造するためのものであってもよい。

【0027】

図１および図２に示すように、積層基材９は、電解質膜９１と、電解質膜９１を支持するバックシート９２と、を有する。

【0028】

電解質膜９１は、イオン伝導性を有する薄膜（イオン交換膜）である。電解質膜９１の材料には、フッ素系または炭化水素系の高分子電解質樹脂が用いられる。具体的には、電解質膜９１の材料として、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質樹脂が使用される。

【0029】

図２に示すように、電解質膜９１は、後述する塗工装置１において触媒インクが塗工される第１面９１１と、第１面９１１の裏面である第２面９１２と、を有する。

【0030】

電解質膜９１は、機械的強度が低いため、図１の拡大図中に示すように、補強繊維９３を含む場合がある。補強繊維９３は、電解質膜９１を構成する電解質樹脂よりも機械的強度が高い、網目状または多孔質状の繊維である。補強繊維９３には、例えば、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）繊維が使用される。電解質膜９１は、補強繊維９３に電解質樹脂を含浸させることにより形成される。このため、電解質膜９１の表面は、補強繊維９３の形状に沿った微細な凹凸を有する場合がある。電解質膜９１の表面粗さを示す最大高さ（ISO 25178により規定される最大高さＳｚ）は、例えば、１０μｍ～１００μｍとなる。

【0031】

電解質膜９１は、大気中の湿気によって膨潤する一方、湿度が低くなると収縮する。すなわち、電解質膜９１は、大気中の湿度に応じて変形しやすい性質を有する。また、電解質膜９１は、触媒インクが塗工されたときに、触媒インク中の溶媒を吸収することによって、膨潤変形する。

【0032】

特に、固体高分子形水電解用の電解質膜９１の厚みは、固体高分子形燃料電池用の電解質膜９１の厚みよりも、厚い場合がある。具体的には、固体高分子形燃料電池用の電解質膜の厚みは５μｍ～３０μｍであることが多いのに対し、固体高分子形水電解用の電解質膜９１は、例えば、５０μｍ～３００μｍになる場合もある。このような厚みを有する電解質膜９１では、上述する膨潤変形の問題が、特に大きい。

【0033】

バックシート９２は、電解質膜９１の変形を抑制するためのシートである。電解質膜９１とバックシート９２とは、互いに張り合わされる。これにより、電解質膜９１が、バックシート９２に支持される。電解質膜９１を、単体で取り扱うのではなく、バックシート９２に支持された状態で取り扱うことにより、電解質膜９１の膨潤変形を抑制できる。また、バックシート９２を用いることで、機械的強度が低い電解質膜９１を、安定して搬送できる。

【0034】

図２に示すように、バックシート９２は、ベースフィルム９２１と、粘着層９２２とを有する。

【0035】

ベースフィルム９２１は、電解質膜９１よりも機械的強度が高く、形状保持機能に優れた樹脂製のフィルムである。ベースフィルム９２１の材料には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が使用される。ただし、ＰＥＴに代えて、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、延伸ナイロン、延伸硬質ポリ塩化ビニル、ＯＰＰ（オリエンテッドポリプロピレン）などを、ベースフィルム９２１の材料として使用してもよい。ベースフィルム９２１の厚みは、例えば、５０μｍ～３００μｍとされる。

【0036】

粘着層９２２は、ベースフィルム９２１の一方の表面を覆う粘着材の層である。電解質膜９１は、バックシート９２の粘着層９２２に貼付される。より具体的には、電解質膜９１の第２面９１２が、粘着層９２２に貼付される。粘着層９２２には、熱可塑性の粘着剤が使用される。具体的には、エポキシ系、アクリル系、シリコーンゴム系の無機溶剤系粘着剤を使用することができる。粘着層９２２の厚みは、例えば、５μｍ～２０μｍとされる。

【0037】

図１に示すように、積層基材９は、上面視において長方形状である。以下では、積層基材９の長辺に沿う方向を「長手方向」と称し、積層基材９の短辺に沿う方向を「幅方向」と称する。ただし、積層基材９は、上面視において正方形状であってもよい。

【0038】

電解質膜９１の長手方向の長さＬ１１は、バックシート９２の長手方向の長さＬ２１よりも長い。そして、電解質膜９１の長手方向の両端部は、バックシート９２より外側へはみ出している。同様に、電解質膜９１の幅方向の長さＬ１２は、バックシート９２の幅方向の長さＬ２２よりも長い。そして、電解質膜９１の幅方向の両端部は、バックシート９２より外側へはみ出している。

【0039】

この電解質膜９１のバックシート９２からはみ出した端縁部分は、後述する塗工装置１のステージ１０に吸着される部分となる。このため、以下では、電解質膜９１のバックシート９２からはみ出した端縁部分を「被吸着部９４」と称する。ステージ１０に被吸着部９４を良好に吸着させるために、被吸着部９４のバックシート９２からのはみ出し量ΔＬは、２０ｍｍ以上とすることが望ましい。

【0040】

＜２．塗工装置＞
続いて、上記の積層基材９に対して塗工処理を行う塗工装置１について説明する。図３は、塗工装置１の構成を示した図である。この塗工装置１は、固体高分子形燃料電池用または固体高分子形水電解用のＣＣＭの製造工程において、積層基材９の電解質膜９１に、電極となる触媒インクを塗工する装置である。図３に示すように、塗工装置１は、ステージ１０、吸引機構２０、ノズル３０、インク供給部４０、ノズル移動機構５０、および制御部６０を備えている。

【0041】

ステージ１０は、積層基材９を保持する載置台である。ステージ１０の上面は、積層基材９を吸着保持する負圧面１１となっている。負圧面１１には、多数の微細な吸着孔１２が形成されている。

【0042】

負圧面１１の形状は、上面視において略長方形状である。負圧面１１は、上面視において、積層基材９よりも大きい。すなわち、負圧面１１の長手方向の長さは、積層基材９の長手方向の長さ（電解質膜９１の長手方向の長さＬ１１）よりも長い。また、負圧面１１の幅方向の長さは、積層基材９の幅方向の長さ（電解質膜９１の幅方向の長さＬ１２）よりも長い。

【0043】

吸引機構２０は、負圧面１１の吸着孔１２に、負圧を発生させる機構である。図３に示すように、吸引機構２０は、吸引管２１と、吸引ポンプ２２とを有する。吸引管２１の一端は、ステージ１０内に形成された流路を介して、複数の吸着孔１２に接続されている。吸引管２１の他端は、吸引ポンプ２２に接続されている。

【0044】

吸引ポンプ２２を動作させると、ステージ１０内に形成された流路および吸引管２１から、空気が排出される。これにより、複数の吸着孔１２の圧力が、大気圧よりも低い負圧となる。積層基材９は、複数の吸着孔１２の負圧の作用によって、負圧面１１に吸着保持される。

【0045】

ノズル３０は、ステージ１０の上方に配置されている。ノズル３０は、触媒インクを吐出する吐出口３１を有する。本実施形態のノズル３０は、スプレーノズルである。ノズル３０は、吐出口３１から、液滴化された触媒インクを吐出することが可能である。

【0046】

インク供給部４０は、ノズル３０に触媒インクを供給するための配管部である。図３に示すように、インク供給部４０は、インクタンク４１、供給管４２、および供給ポンプ４３を有する。インクタンク４１は、未使用の触媒インクを貯留する容器である。触媒インクは、触媒材料（例えば、白金（Ｐｔ））を含む粒子を、水およびアルコールなどからなる溶媒中に分散させたスラリー（電極ペースト）である。

【0047】

供給管４２の一端は、インクタンク４１に接続されている。供給管４２の他端は、ノズル３０に接続されている。供給ポンプ４３は、供給管４２の経路上に設けられている。供給ポンプ４３を動作させると、インクタンク４１から供給管４２を通ってノズル３０へ、触媒インクが供給される。これにより、ノズル３０の吐出口３１から触媒インクが吐出される。

【0048】

ノズル移動機構５０は、ステージ１０上に保持された積層基材９の表面に沿って、ノズル３０を移動させる機構である。図３に示すように、ノズル移動機構５０は、第１移動機構５１と第２移動機構５２とを有する。第１移動機構５１は、ステージ１０上に保持された積層基材９に対してノズル３０を、積層基材９の幅方向に沿って移動させる。第２移動機構５２は、ステージ１０上に保持された積層基材９に対して、ノズル３０および第１移動機構５１を、積層基材９の長手方向に沿って移動させる。

【0049】

第１移動機構５１および第２移動機構５２には、例えば、モータの回転運動をボールねじを介して直進運動に変換する機構が使用される。ただし、第１移動機構５１および第２移動機構５２は、リニアモータを利用した直動機構であってもよい。塗工装置１は、ノズル移動機構５０によりノズル３０を移動させつつ、ノズル３０からステージ１０上の積層基材９へ向けて、触媒インクをスプレー状に吐出する。これにより、電解質膜９１の第１面９１１に、触媒インクが塗工される。

【0050】

制御部６０は、塗工装置１の各部を動作制御するためのユニットである。制御部６０はＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＡＭ等のメモリ、およびハードディスクドライブ等の記憶部を有するコンピュータにより構成される。記憶部内には、塗工処理を実行するためのコンピュータプログラムが、記憶されている。

【0051】

図４は、塗工装置１の制御ブロック図である。図４に示すように、制御部６０は、上述した吸引ポンプ２２、供給ポンプ４３、第１移動機構５１、および第２移動機構５２と、有線または無線により通信可能に接続されている。制御部６０は、コンピュータプログラムに従って、塗工装置１内の上記各部を動作制御する。これにより、塗工装置１における塗工処理が進行する。

【0052】

＜３．塗工処理＞
続いて、上述した塗工装置１を用いて、電解質膜９１に触媒インクを塗工する処理の手順について、説明する。図５は、当該塗工処理の流れを示すフローチャートである。

【0053】

図５に示すように、塗工処理を行うときには、まず、積層基材９を準備する（ステップＳ１）。積層基材９は、バックシート９２に電解質膜９１を貼付することにより、製造される。より詳細には、バックシート９２の粘着層９２２に、電解質膜９１の第２面９１２が貼付される。

【0054】

上述の通り、電解質膜９１の長手方向の長さＬ１１は、バックシート９２の長手方向の長さＬ２１よりも長い。また、電解質膜９１の幅方向の長さＬ１２は、バックシート９２の幅方向の長さＬ２２よりも長い。電解質膜９１は、長手方向の両端部および幅方向の両端部が、バックシート９２からはみ出した状態でバックシート９２に貼付される。これにより、バックシート９２からはみ出した被吸着部９４を有する電解質膜９１と、バックシート９２とで構成される積層基材９が得られる。

【0055】

次に、塗工装置１に積層基材９を搬入する。そして、ステージ１０の負圧面１１に、積層基材９を載置する。このとき、吸引ポンプ２２の動作により、負圧面１１の複数の吸着孔１２が負圧となっている。このため、積層基材９は、負圧面１１に吸着保持される（ステップＳ２）。

【0056】

図６は、負圧面１１に吸着保持された積層基材９の部分断面図である。図６に示すように、負圧面１１は、バックシート９２の下面と、電解質膜９１の被吸着部９４の下面（第２面９１２）とを吸着する。このとき、負圧面１１と被吸着部９４の間に形成される閉空間Ｓから、複数の吸着孔１２へ、空気が吸引される。また、当該閉空間Ｓを介して、粘着層９２２と電解質膜９１との界面にも、負圧が作用する。このため、電解質膜９１は、粘着層９２２の粘着力だけではなく、負圧による吸引力により、バックシート９２に保持される。これにより、電解質膜９１が、バックシート９２上により安定的に保持されるとともに、電解質膜９１の変形が抑制される。

【0057】

続いて、負圧面１１に吸着保持された積層基材９の電解質膜９１の第１面９１１に、触媒インクを供給する（ステップＳ３）。ここでは、供給ポンプ４３を動作させることにより、ノズル３０から触媒インクを吐出する。そして、ノズル３０から触媒インクを吐出しつつ、ノズル移動機構５０を動作させることにより、電解質膜９１の第１面９１１に沿って、ノズル３０を長手方向および幅方向に移動させる。これにより、電解質膜９１の第１面９１１に、触媒インクが塗工される。

【0058】

電解質膜９１に触媒インクが塗工されると、触媒インク中の溶媒の一部が、電解質膜９１に浸透する。しかしながら、上述の通り、電解質膜９１は、粘着層９２２の粘着力と、負圧による吸引力との、２つの力によって、バックシート９２に保持されている。このため、触媒インクの塗工に伴う電解質膜９１の膨潤変形を抑制できる。

【0059】

その後、電解質膜９１の第１面９１１に塗工された触媒インクを、乾燥させる（ステップＳ４）。具体的には、触媒インクに、加熱された気体を吹き付ける。そうすると、触媒インクが加熱され、触媒インク中の溶媒が気化する。これにより、触媒インクが乾燥して、電解質膜９１の第１面９１１に触媒層が形成される。ただし、触媒インクを乾燥させるための方法は、熱風の供給に限らず、光照射や減圧などの他の方法であってもよい。

【0060】

以上の工程により、バックシート９２付きのＣＣＭが得られる。ＣＣＭは、最終的には、バックシート９２から剥離して使用される。このとき、粘着層９２２の粘着力が強すぎると、電解質膜９１の第２面９１２に、粘着材が残る場合がある。しかしながら、上記の塗工方法によれば、電解質膜９１が、粘着層９２２の粘着力だけではなく、負圧による吸引力により、バックシート９２に保持されるため、吸引力が無い場合と比べて、粘着力の弱い粘着層９２２を使用することができる。したがって、バックシート９２から電解質膜９１を剥離するときに、電解質膜９１の第２面９１２に、粘着材が残ることを抑制できる。

【0061】

また、電解質膜９１とバックシート９２の粘着層９２２との界面には、貼り合わせ不良などにより、気泡が存在する場合がある。そのような場合でも、本実施形態の塗工方法では、電解質膜９１と粘着層９２２の界面に作用する負圧により、当該気泡が、吸着孔１２へ吸引される。したがって、電解質膜９１と粘着層９２２の界面から気泡を除去できる。これにより、触媒インクの塗工不良を、より抑制できる。

【0062】

特に、本実施形態では、バックシート９２からはみ出した被吸着部９４が、電解質膜９１の長手方向および幅方向の両端部に設けられている。このように、被吸着部９４が、電解質膜９１の少なくとも一方向における両端部を含むようにすれば、電解質膜９１の両端部から、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に、負圧を作用させることができる。このため、電解質膜９１の片端部のみに被吸着部９４が設けられている場合と比べて、バックシート９２に対して電解質膜９１を、より良好に吸着させることができる。

【0063】

また、本実施形態では、電解質膜９１の全周が、バックシート９２からはみ出している。すなわち、被吸着部９４が、電解質膜９１の外端部の全周を囲んでいる。このようにすれば、電解質膜９１の外端部の全周から、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に、負圧を作用させることができる。これにより、バックシート９２に対して電解質膜９１を、より良好に吸着させることができる。

【0064】

ステージ１０の負圧面１１に、被吸着部９４を良好に吸着させるために、被吸着部９４のバックシート９２からのはみ出し量ΔＬは、２０ｍｍ以上とすることが望ましい。また、ステージ１０の負圧面１１に、被吸着部９４をより良好に吸着させるために、被吸着部９４のバックシート９２からのはみ出し量ΔＬは、５０ｍｍ以上とすることが望ましい。

【0065】

また、本実施形態の塗工方法では、粘着層９２２の上面と、電解質膜９１の第２面９１２との間に、微細な気道が確保されていることが望ましい。そのために、電解質膜９１の第２面９１２の表面粗さを示す最大高さ（ISO 25178により規定される最大高さＳｚ）は、１０μｍ以上とすることが望ましい。これにより、粘着層９２２の上面と電解質膜９１の第２面９１２との間に、微細な間隙が形成される。したがって、負圧面１１と電解質膜９１との間に形成される閉空間Ｓから、粘着層９２２と電解質膜９１の界面へ、良好に負圧を作用させることができる。

【0066】

ただし、粘着層９２２の厚みｈが厚過ぎると、粘着層９２２の上面が、電解質膜９１の第２面９１２の形状に沿って変形しやすくなる。そうすると、粘着層９２２と電解質膜９１との間の間隙が小さくなってしまう場合がある。このため、粘着層９２２の厚みｈは、２０μｍ以下とすることが望ましい。これにより、電解質膜９１の第２面９１２の凹部に、粘着材が埋まりにくくなる。したがって、粘着層９２２と電解質膜９１との間の間隙を確保しやすくなる。これにより、粘着層９２２と電解質膜９１との界面に、より良好に負圧を作用させることができる。なお、粘着層９２２の厚みｈは、１５μｍ以下とすることがより望ましい。

【0067】

本実施形態の塗工方法によれば、電解質膜９１の膨潤変形を抑制することと、電解質膜９１に対する粘着材残りを抑制することとを、両立できる。したがって、ＣＣＭの製造不良を大幅に低減できる。これにより、製造不良による電解質膜９１の廃棄量を減らし、資源を有効活用することができる。

【0068】

＜４．実験例＞
続いて、上記実施形態の効果を実証するための実験例について、説明する。この実験では、上述した塗工装置１において、ステージ１０の負圧面１１に積層基材９を吸着させ、積層基材９の中央に孔を空けて、粘着層９２２と電解質膜９１の界面における気圧を計測した。また、電解質膜９１に触媒インクを塗工して、電解質膜９１の膨潤の有無等を調べた。また、塗工後の電解質膜９１をバックシート９２から剥離して、粘着材の付着の有無を調べた。図７および図８は、これらの実験結果（第１実験結果）を示した図である。

【0069】

図７の比較例１～５では、電解質膜９１がバックシート９２からはみ出していない（すなわち、被吸着部９４を有さない）積層基材９を使用した。この場合、粘着層９２２と電解質膜９１の界面には、負圧が作用しないため、粘着層９２２と電解質膜９１の界面の気圧は、０ｋＰａとなった。すなわち、電解質膜９１は、粘着層９２２の粘着力のみで、バックシート９２に保持される。

【0070】

比較例１～２では、電解質膜９１に対する粘着層９２２の粘着力が小さいため、触媒インクを塗工したときに、電解質膜９１の膨潤変形が大きかった。一方、比較例３～５では、電解質膜９１に対する粘着層９２２の粘着力が大きいため、触媒インクを塗工したときに、電解質膜９１の膨潤変形を抑えることができた。すなわち、粘着層９２２の粘着力のみで電解質膜９１の膨潤変形を抑えようとすると、２Ｎ／１５ｍｍ程度以上の粘着力が必要であることが分かった。ただし、比較例３～５では、粘着層９２２の粘着力が大きいため、バックシート９２から電解質膜９１を剥離したときに、電解質膜９１に粘着層９２２の粘着材の一部が付着していた。

【0071】

このように、触媒インクを塗工したときの電解質膜９１の膨潤変形を抑制することと、バックシート９２から剥離したときの電解質膜９１における粘着材残りを防止することとを、両立させることは、比較例１～５のいずれにおいても、実現できなかった。

【0072】

また、比較例１～５では、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に負圧が作用しないため、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に存在する気泡を解消することもできなかった。

【0073】

これに対し、図８の実施例１～２では、電解質膜９１がバックシート９２からはみ出した（すなわち、被吸着部９４を有する）積層基材９を使用した。この場合、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に負圧が作用するため、粘着層９２２と電解質膜９１の界面の気圧は、大気圧よりも低い－３０ｋＰａとなった。すなわち、電解質膜９１は、粘着層９２２の粘着力と、負圧による吸着力とで、バックシート９２に保持される。

【0074】

また、実施例１～２では、触媒インクを塗工したときに、電解質膜９１の膨潤変形を抑えることができた。しかも、実験例１～２では、電解質膜９１に対する粘着層９２２の粘着力を小さくしているため、バックシート９２から電解質膜９１を剥離したときに、電解質膜９１に粘着層９２２の粘着材の一部が付着することも、防止できた。

【0075】

すなわち、実施例１～２では、触媒インクを塗工したときの電解質膜９１の膨潤変形を抑制することと、バックシート９２から剥離したときの電解質膜９１における粘着材残りを防止することとを、両立させることができた。

【0076】

また、実施例１～２では、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に存在する気泡を解消する効果も、認められた。気泡を解消することにより、触媒インクの塗工不良を抑制できる。また、気泡は、膨潤変形の起点ともなり得るため、気泡を解消することにより、膨潤変形をより抑制できるという相乗効果も得られる。

【0077】

図９は、粘着層９２２の厚みｈの影響を調べた実験結果（第２実験結果）を示した図である。図９の実施例１～４では、いずれも、電解質膜９１がバックシート９２からはみ出した（すなわち、被吸着部９４を有する）積層基材９を使用した。実施例４に比べて、実施例１～３では、粘着層９２２の厚みｈが薄い。具体的には、実施例１～３では、粘着層９２２の厚みｈが、２０μｍ以下となっている。そして、実施例１～３では、実施例４よりも、粘着層９２２と電解質膜９１の界面の気圧が低くなっている。この結果から、粘着層９２２の厚みｈを２０μｍ以下とすることにより、粘着層９２２と電解質膜９１との間に、微細な間隙による気道が確保されやすく、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に、負圧が作用しやすいことが分かる。

【0078】

＜５．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

【0079】

上記の実施形態では、ノズル３０が、触媒インクをスプレー状に吐出するスプレーノズルであった。しかしながら、ノズル３０は、スリット状の吐出口から触媒インクを吐出するスリットダイであってもよい。

【0080】

また、図１０のように、積層基材９の形状は、ウェブ状（長尺帯状）であってもよい。積層基材９がウェブ状である場合、電解質膜９１の幅方向の両端部が、バックシート９２からはみ出した被吸着部９４となる。

【0081】

図１１は、図１０の積層基材９に対して塗工処理を行う塗工装置１の例を示した図である。図１１の塗工装置１は、ウェブ状の積層基材９を、ロールtoロール方式で長手方向に搬送しつつ、電解質膜９１の第１面９１１に、触媒インクを塗工する。図１１の塗工装置１は、巻き出しローラ８１、吸着ローラ８２、および巻き取りローラ８３を有する。ウェブ状の積層基材９は、巻き出しローラ８１から繰り出されて、吸着ローラ８２へ供給される。吸着ローラ８２の外周面は、複数の吸着孔を有する負圧面となっている。積層基材９は、吸着ローラ８２の負圧面に吸着保持されつつ、吸着ローラ８２の回転により搬送される。

【0082】

ノズル３０は、吸着ローラ８２に保持された積層基材９の電解質膜９１に、触媒インクを塗工する。このとき、バックシート９２と、電解質膜９１の被吸着部９４とが、吸着ローラ８２の負圧面に吸着されている。このため、負圧面と被吸着部９４との間の空間を介して、粘着層９２２と電解質膜９１の界面に、負圧が作用する。したがって、粘着層９２２の粘着力だけではなく、負圧による吸着力により、電解質膜９１が保持される。これにより、触媒インクの塗工に伴う電解質膜９１の膨潤変形が抑制される。また、粘着層９２２の粘着力を抑えることができるため、バックシート９２から電解質膜９１を剥離するときに、電解質膜９１に粘着材が残ることを抑制できる。

【0083】

その後、積層基材９は、吸着ローラ８２から巻き取りローラ８３へ搬送されて、巻き取りローラ８３へ回収される。

【0084】

なお、積層基材や塗工装置の細部の構成については、本願の各図と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に取捨選択してもよい。

【符号の説明】

【0085】

１ 塗工装置
９ 積層基材
１０ ステージ
１１ 負圧面
１２ 吸着孔
２０ 吸引機構
３０ ノズル
３１ 吐出口
４０ インク供給部
５０ ノズル移動機構
６０ 制御部
８１ 巻き出しローラ
８２ 吸着ローラ
８３ 巻き取りローラ
９１ 電解質膜
９２ バックシート
９３ 補強繊維
９４ 被吸着部
９１１ 第１面
９１２ 第２面
９２１ ベースフィルム
９２２ 粘着層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】