特開 2025-104926 シート材の治具及びシート材の製造方法

(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】P2025104926

(43)【公開日】2025-07-10

(54)【発明の名称】シート材の治具及びシート材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B05C 13/02 20060101AFI20250703BHJP

   B05C 11/00 20060101ALI20250703BHJP

   H01M 4/88 20060101ALN20250703BHJP

【ＦＩ】

B05C13/02

B05C11/00

H01M4/88 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023223114

(22)【出願日】2023-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】黒須 文美

(72)【発明者】

【氏名】櫛谷 尚紀

【テーマコード（参考）】

4F042

5H018

【Ｆターム（参考）】

4F042AA02

4F042AA06

4F042AB00

4F042BA08

4F042DF07

4F042DF11

4F042DF29

5H018BB06

5H018BB08

5H018DD08

(57)【要約】

【課題】ＭＰＬ片の剥落に起因するコンタミネーションを防止し、ガス拡散層及び電極触媒層を有するシート材を精度良く製造できるシート材の治具及びシート材の製造方法を提供すること。
【解決手段】シート材６０の治具１０は、シート材６０の塗工領域６１の外側の端部６２を当該シート材６０の厚み方向の一側から支持する支持部材としてのＳＵＳ治具４０と、シート材６０の端部６２を厚み方向の他側からＳＵＳ治具４０とともに挟み込んで固定する固定部材としてのマグネット５０と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス拡散層を有するシート材に電極触媒層を塗工する塗工装置で前記シート材の固定に用いられる治具であって、
前記シート材の塗工領域の外側の端部を当該シート材の厚み方向の一側から支持する支持部材と、
前記シート材の前記端部を厚み方向の他側から前記支持部材とともに挟み込んで固定する固定部材と、
を備える、シート材の治具。

【請求項2】

前記シート材の前記塗工領域の裏側を前記厚み方向の一側から支持する支持台を更に備える、請求項１に記載のシート材の治具。

【請求項3】

前記支持台の支持面に配置され、前記シート材の裏側に接着する粘着シートを更に備える、請求項２に記載のシート材の治具。

【請求項4】

前記支持部材における前記端部を支持する部位は、その前記厚み方向の長さが前記支持台の高さに前記粘着シートの厚みを加えた長さに設定される、請求項３に記載のシート材の治具。

【請求項5】

前記固定部材はマグネットにより構成され、
前記支持部材は磁力によって前記固定部材と引き合う金属により構成される、請求項１から４の何れかに記載のシート材の治具。

【請求項6】

ガス拡散層及び電極触媒層を有するシート材の製造方法であって、
前記ガス拡散層を有するシート材の塗工領域の外側の端部を当該シート材の厚み方向の一側から支持する支持部材と、前記シート材の前記端部を厚み方向の他側から前記支持部材とともに挟み込んで固定する固定部材と、によって前記シート材を固定した状態で前記電極触媒層を塗工するステップと、
前記電極触媒層を塗装した前記シート材を前記支持部材と前記固定部材の固定状態を維持したまま塗工位置から上方に移動させ、乾燥炉に配置するステップと、
を含む、シート材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シート材の治具及びシート材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電解質膜・電極構造体を構成する材料として、シート状の触媒被覆拡散媒体（ＣＣＤＭ）が用いられている。この種のシート状の触媒被覆拡散媒体が記載されるものとして例えば特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１０１４８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、シート状の触媒被覆拡散媒体を枚葉で製造する場合、ガス拡散層が形成されたシート材（ＧＤＬ）を卓上ダイコーダにセットした状態で、当該シート材（ＧＤＬ）の表面に電極触媒層が塗工によって形成される。

【0005】

ＧＤＬは、ポーラスセラミック治具を利用したエア吸引と粘着シートによってポーラスセラミック治具上に固定される。そのため、ＧＤＬに電極触媒層が形成されたシート状の触媒被覆拡散媒体を塗工後に卓上ダイコーダから剥がす際に、シート状の触媒被覆拡散媒体が斜めとなり、ＭＰＬ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌａｙｅｒ）片の剥落が生じる。ＭＰＬ片の剥落は、触媒被覆拡散媒体の表面でコンタミネーションの原因となる。

【0006】

本発明は、ＭＰＬ片の剥落に起因するコンタミネーションを防止し、ガス拡散層及び電極触媒層を有するシート材を精度良く製造できるシート材の治具及びシート材の製造方法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】

【0007】

（１） 本発明は、ガス拡散層を有するシート材（例えば、後述するシート材６０）に電極触媒層を塗工する塗工装置（例えば、後述する塗工装置１）で前記シート材の固定に用いられる治具（例えば、後述する治具１０）であって、前記シート材の塗工領域（例えば、後述する塗工領域６１）の外側の端部（例えば、後述する端部６２）を当該シート材の厚み方向の一側から支持する支持部材（例えば、後述するＳＵＳ治具４０）と、前記シート材の前記端部を厚み方向の他側から前記支持部材とともに挟み込んで固定する固定部材（例えば、後述するマグネット５０）と、を備える、シート材の治具である。

【0008】

（２）上記（１）にシート材の治具は、前記シート材の前記塗工領域の裏側を前記厚み方向の一側から支持する支持台（例えば、後述する支持台２２）を更に備えてもよい。

【0009】

（３）上記（２）にシート材の治具は、前記支持台の支持面に配置され、前記シート材の裏側に接着する粘着シート（例えば、後述する粘着シート２５）を更に備える。

【0010】

（４）上記（３）にシート材の治具において、前記支持部材における前記端部を支持する部位は、その前記厚み方向の長さが前記支持台の高さに前記粘着シートの厚みを加えた長さに設定される。

【0011】

（５）上記（１）から（４）の何れかに記載のシート材の治具において、前記固定部材はマグネットにより構成され、前記支持部材は磁力によって前記固定部材と引き合う金属により構成される。

【0012】

（６） また、本発明は、ガス拡散層及び電極触媒層を有するシート材（例えば、後述するシート材６０）の製造方法であって、前記ガス拡散層を有するシート材の塗工領域（例えば、後述する塗工領域６１）の外側の端部（例えば、後述する端部６２）を当該シート材の厚み方向の一側から支持する支持部材（例えば、後述するＳＵＳ治具４０）と、前記シート材の前記端部を厚み方向の他側から前記支持部材とともに挟み込んで固定する固定部材（例えば、後述するマグネット５０）と、によって前記シート材を固定した状態で前記電極触媒層を塗工するステップと、前記電極触媒層を塗装した前記シート材を前記支持部材と前記固定部材の固定状態を維持したまま塗工位置から上方に移動させ、乾燥炉（例えば、後述する乾燥炉５）に配置するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ＭＰＬ片の剥落に起因するコンタミネーションを防止し、ガス拡散層及び電極触媒層を有するシート材を精度良く製造できるシート材の治具及びシート材の製造方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るシート材の治具を塗工装置に配置した状態を示す模式図である。

【図2】本実施形態のシート材の治具が有するポーラスセラミック治具及びＳＵＳ治具の斜視図である。

【図3】卓ダイ定盤に配置されたポーラスセラミック治具の断面図である。

【図4】シート材を固定したポーラスセラミック治具とＳＵＳ治具の断面図である。

【図5】塗工中のシート材を固定したポーラスセラミック治具とＳＵＳ治具の断面図である。

【図6】電極触媒層が形成されたシート材を固定したＳＵＳ治具をポーラスセラミック治具から離間した様子を示す斜視図である。

【図7】電極触媒層が形成されたシート材を固定したＳＵＳ治具を乾燥炉に配置した状態を示す模式図である。

【図8】従来のシート材の斜め剥がしによって生じるＭＰＬ片を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係るシート材６０の治具１０を塗工装置１に配置した状態を示す模式図である。図１に示す塗工装置１は、塗工対象のシート材６０に対して均一な膜厚の塗工層を形成する卓上ダイコーダである。

【0017】

本実施形態において、塗工対象のシート材６０は、カーボンペーパーを基材とし、この基材に対してガス拡散層を形成することによって構成されるＧＤＬ（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）である。塗工装置１でシート材６０に形成される塗工層は、電極触媒層である。電極触媒層は、例えば、カーボン材にＰｔ等を担持させたカソード電極である。

【0018】

塗工装置１は、ＧＤＬに対して電極触媒層を塗工することにより、電極触媒層とガス拡散層とを有する触媒被覆拡散媒体（ＣＣＤＭ：Ｃａｔａｌｙｓｔ－Ｃｏａｔｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｍｅｄｉａ）を製造する。

【0019】

本実施形態の塗工装置１は、シート材６０に対して均一な膜厚の塗工層を形成するスロットダイ２と、スロットダイ２によって塗工層が形成されるシート材６０を設置する卓ダイ定盤３と、を備える。卓ダイ定盤３は、治具１０にセットされたシート材６０に対してエア吸引する吸引機能を有する。この吸引機能により、塗工対象の位置が安定的に保持される。

【0020】

図２を参照し、ガス拡散層を有するシート材６０に電極触媒層を塗工する塗工装置１でシート材６０の固定に用いられる治具１０について説明する。図２は、本実施形態のシート材６０の治具１０が有するポーラスセラミック治具２０及びＳＵＳ治具４０の斜視図である。図２に示すように、治具１０は、ポーラスセラミック治具２０と、ＳＵＳ治具４０と、を備える。

【0021】

ポーラスセラミック治具２０は、内部に多数のポーラス(多孔質体)を有するセラミックによって構成される。ポーラスセラミック治具２０は、卓ダイ定盤３に配置される。卓ダイ定盤３の吸引力とポーラスセラミック治具２０のポーラスによってポーラスセラミック治具２０の上面には負圧が発生する。

【0022】

本実施形態のポーラスセラミック治具２０は、卓ダイ定盤３に設置される平板状のベース２１と、ベース２１の中央に位置する支持台２２と、を備える。ベース２１と支持台２２によってポーラスセラミック治具２０の上面には段差が形成される。本実施形態では、ベース２１と支持台２２は、一体的に構成される。

【0023】

ＳＵＳ治具４０は、磁石と引き合うステンレス（金属）によって構成される。本実施形態では、ＳＵＳ治具４０は、ポーラスセラミック治具２０の上側に配置される。

【0024】

本実施形態のＳＵＳ治具４０は、中央に支持台２２の形状に応じた矩形孔４２が形成される枠部４１と、枠部４１の両側に設置される折曲げ部４３と、を備える。枠部４１は、シート材６０の端部６２を後述するマグネット５０とともに挟み込む挟持部分として機能する。折曲げ部４３は、枠部４１から外側に向かうにつれて斜め上方に延びた後、更に外側に水平方向に延びるように形成される。折曲げ部４３は、ＳＵＳ治具４０の着脱時に把持部として機能させることができる。

【0025】

次に、図３～図７を参照し、ガス拡散層が形成されたシート材６０に対して電極触媒層６５を形成して触媒被覆拡散媒体（ＣＣＤＭ）を製造する処理について説明する。

【0026】

図３は、卓ダイ定盤３に配置されたポーラスセラミック治具２０の断面図である。図３は、図２におけるＡ－Ａ線断面矢視図である。図３に示すように、ポーラスセラミック治具２０は、支持台２２の上面（支持面）に粘着シート２５が配置される。本実施形態の粘着シート２５は、その下面には粘着領域が形成されず、シート材６０に接触する上面に粘着領域が形成される。粘着シート２５の下面が卓ダイ定盤３のエア吸引によって吸引される。

【0027】

図４は、シート材６０を固定したポーラスセラミック治具２０とＳＵＳ治具４０の断面図である。まず、ＳＵＳ治具４０とマグネット５０により、シート材６０を固定する固定作業が事前に行われる。このシート材６０の固定作業では、シート材６０は、塗工領域６１がＳＵＳ治具４０の枠部４１の矩形孔４２に重なるとともに、シート材６０の端部６２が枠部４１に下から支持されるように配置される。シート材６０の端部６２は、シート材６０における塗工領域６１の外側であって矩形孔４２の外側に位置する。

【0028】

ＳＵＳ治具４０にシート材６０を配置した状態で、マグネット５０がシート材６０の端部６２に配置される。マグネット５０は、複数配置される。本実施形態では、４個のマグネット５０が矩形状のシート材６０の４隅に配置される。磁性体を有するＳＵＳ治具４０とマグネット５０により、シート材６０の端部６２が上下方向で挟み込まれた状態となる。なお、このシート材６０の固定作業は、不図示のセット治具を用いて別の場所で予め行われてもよい。

【0029】

ＳＵＳ治具４０とマグネット５０により固定されたシート材６０がポーラスセラミック治具２０の上に配置される。ＳＵＳ治具４０は、枠部４１の矩形孔４２の内側にポーラスセラミック治具２０の支持台２２が位置するように配置される。そして、シート材６０は、その塗工領域６１の裏側の面が支持台２２に吸引固定される粘着シート２５の上面に接着保持される。

【0030】

また、ＳＵＳ治具４０の枠部４１の厚み方向の長さをＴ１とし、ポーラスセラミック治具２０のベース２１から突出する支持台２２の高さ（厚み方向の長さ）をＴ２とし、粘着シート２５の厚み方向の長さをＴ３とする。本実施形態では、Ｔ１＝Ｔ２＋Ｔ３が成立するように、ＳＵＳ治具４０、ポーラスセラミック治具２０及び粘着シート２５が構成される。この例では、厚み方向は上下方向と一致しており、ＳＵＳ治具４０の枠部４１の上面と粘着シート２５の上面は、それぞれの高さ方向の位置が一致している。従って、シート材６０の塗工領域６１と端部６２が同じ高さで保持される。

【0031】

図５は、塗工中のシート材６０を固定したポーラスセラミック治具２０とＳＵＳ治具４０の断面図である。図５に示すように、治具１０によってシート材６０が固定された状態で塗工処理が行われる。この塗工処理により、シート材６０に電極触媒層６５が形成される。

【0032】

図６は、電極触媒層６５が形成されたシート材６０を固定したＳＵＳ治具４０をポーラスセラミック治具２０から離間した様子を示す斜視図である。図６に示すように、電極触媒層６５が形成されたシート材６０を塗工装置１から取り出すために、マグネット５０を取り外すことなくＳＵＳ治具４０をポーラスセラミック治具２０から上方に移動させる。マグネット５０とＳＵＳ治具４０による固定により、電極触媒層６５が形成されたシート材６０もＳＵＳ治具４０と一体的に移動する。

【0033】

なお、粘着シート２５の粘着力は、ＳＵＳ治具４０を持ち上げる移動に伴ってシート材６０の下面から簡単に離間する程度に設定されているものとする。

【0034】

図７は、電極触媒層６５が形成されたシート材６０を固定したＳＵＳ治具４０を乾燥炉５に配置した状態を示す模式図である。図７に示すように、塗装処理が完了して電極触媒層６５が形成されたシート材６０は、マグネット５０とＳＵＳ治具４０ごと乾燥炉５に投入される。例えば、シート材６０は、マグネット５０とＳＵＳ治具４０ごと水平方向に移動させて乾燥炉５の乾燥位置に配置される。

【0035】

電極触媒層６５が形成されたシート材６０の乾燥炉５への移動は、マグネット５０とＳＵＳ治具４０による固定が維持された状態で行われる。乾燥炉５の乾燥処理を経て触媒被覆拡散媒体（ＣＣＤＭ）のシート材６０が製品として製造される。

【0036】

以上説明したように、本実施形態のシート材６０の治具１０は、シート材６０の塗工領域６１の外側の端部６２を当該シート材６０の厚み方向の一側から支持する支持部材としてのＳＵＳ治具４０と、シート材６０の端部６２を厚み方向の他側からＳＵＳ治具４０とともに挟み込んで固定する固定部材としてのマグネット５０と、を備える。

【0037】

また、ガス拡散層及び電極触媒層６５を有するシート材６０の製造方法は、ガス拡散層を有するシート材６０の塗工領域６１の外側の端部６２を当該シート材６０の厚み方向の一側（下側）から支持する支持部材としてのＳＵＳ治具４０と、シート材６０の端部６２を厚み方向の他側（上側）からＳＵＳ治具４０とともに挟み込んで固定するマグネット５０と、によってシート材６０を固定した状態で電極触媒層６５を塗工するステップと、電極触媒層６５を塗装したシート材６０をＳＵＳ治具４０とマグネット５０の固定状態を維持したまま塗工位置から上方に移動させ、乾燥炉５に配置するステップと、を含む。

【0038】

ここで、図８を参照し、従来例について説明する。図８は、従来のシート材１６０の斜め剥がしによって生じるＭＰＬ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌａｙｅｒ）片Ｆを説明する模式図である。図８には、ポーラスセラミック治具１２０にエア吸引で固定された粘着シート１２５から塗装後のシート材１６０を取り外す様子が示されている。このシート材１６０を剥がす作業では、当該シート材１６０を斜めにしながら剥がすため、シート材１６０の表面のＭＰＬ片Ｆの剥落が生じる。シート材１６０の表面からのＭＰＬ片Ｆの剥落は異物混入を招き、シート材１６０の表面にコンタミネーションが生じる。

【0039】

この点、本実施形態のシート材６０の治具１０及びシート材６０の製造方法によれば、塗工装置１から塗装済みのシート材６０を取り出して乾燥炉５に投入する過程で、シート材６０を斜めにすることなく、ＳＵＳ治具４０とマグネット５０ごと塗装済みのシート材６０を塗装位置から垂直に持ち上げることができる。このように、ＭＰＬ片Ｆの剥落を防止してコンタミネーションを防止しつつ、塗装後のシート材６０を塗工装置１から乾燥炉５まで容易に移動させることができる。

【0040】

また、本実施形態の治具１０は、シート材６０の塗工領域６１の裏側を厚み方向の一側から支持する支持台２２を更に備える。

【0041】

これにより、シート材６０の塗工領域６１をより安定して固定できる。

【0042】

また、本実施形態の治具１０は、支持台２２の支持面に配置され、シート材６０の裏側に接着する粘着シート２５を更に備える。

【0043】

これにより、粘着シート２５の粘着力によってシート材６０の裏側が固定されるので、シート材６０にうねりが生じた状態で塗工処理が行われる事態の発生を回避でき、塗工処理をより精度良く行うことができる。また、ＰＥＴフィルム等をシート材６０の塗工領域６１に配置し、ＰＥＴシートを配置した状態でローラによりシート材６０と粘着シート２５を密着させる工程を行ってもよい。これにより塗工領域６１を保護しながらシート材６０と粘着シート２５の密着性を高め、うねりの発生をより効果的に防止できる。

【0044】

また、本実施形態では、ＳＵＳ治具４０におけるシート材６０の端部６２を支持する部位である枠部４１は、その厚み方向の長さＴ１が支持台２２の高さＴ２に粘着シート２５の厚みＴ３を加えた長さに設定される。

【0045】

これにより、シート材６０の塗工領域６１と、塗工領域６１の外側の端部６２と、の高さを一致させてシート材６０の姿勢を水平方向に安定的に保持し、塗工処理をより一層精度よく行うことができる。

【0046】

また、本実施形態では、固定部材はマグネット５０により構成され、ＳＵＳ治具４０は磁力によってマグネット５０と引き合う金属により構成される。

【0047】

これにより、シート材６０を破損させることなく磁石を利用してシート材６０の固定作業を容易に行うことができる。

【0048】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態に限るものではない。また、上記実施形態に記載された効果は、好適な効果を列挙したに過ぎず、上記実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0049】

１ 塗工装置
５ 乾燥炉
１０ 治具
２０ ポーラスセラミック治具
２２ 支持台
２５ 粘着シート
４０ ＳＵＳ治具（支持部材）
５０ マグネット（固定部材）
６０ シート材
６１ 塗工領域
６２ 端部
Ｆ ＭＰＬ片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】