JP7120076B2 - ガス拡散層の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質基材にカーボンペーストを塗工してガス拡散層を製造するガス拡散層の製造方法および製造装置に関する。

この種の製造方法として、ガス拡散層を構成する多孔質基材を搬送する搬送工程と、搬送中の多孔質基材の一方の表面に導電性を有するカーボンペーストを塗工する塗工工程とを含むガス拡散層の製造方法が開示されている（特許文献１参照）。この製造方法は、例えば、図１２に示す製造装置１により行われる。製造装置１は、バックロール２と搬送ロール３とを備えた搬送機構４と、塗工ヘッド５を備えた塗工機構６とを備えている。製造装置１は、バックロール２および搬送ロール３により搬送中の多孔質基材７の表面７ａに対して、塗工ヘッド５によりカーボンペースト８を塗工してガス拡散層を作製するように構成されている。

特開２０１５－５００７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のガス拡散層の製造方法は、図１２の拡大断面図に示すように、多孔質基材７の表面７ａに塗工したカーボンペースト８が、毛細管現象により多孔質基材７の内部を突き抜けて多孔質基材７の裏面７ｂまで染み込んでしまうという問題がある。その結果、カーボンペースト８が多孔質基材７の孔を閉塞してしまうことがあり、多孔質基材７のガス拡散の機能が損なわれてしまうことがあるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、多孔質基材の表面に塗工したカーボンペーストが多孔質基材の裏面まで染み込むのを抑制し、カーボンペーストによって多孔質基材の孔が閉塞されてしまうのを防ぐことができるガス拡散層の製造方法および製造装置を提供することを課題とする。

（１）本発明に係るガス拡散層の製造方法は、シート状の多孔質基材にカーボンペーストを塗工してガス拡散層を製造する方法であって、前記多孔質基材の一方の面である表面に前記カーボンペーストを塗工する塗工工程と、該塗工工程により前記表面に前記カーボンペーストが塗工された前記多孔質基材に対して前記多孔質基材の表面とは反対側の面である裏面に気体を吹き付ける送風工程と、を含むことを特徴とする。

この構成により、多孔質基材の表面にカーボンペーストを塗工し、カーボンペーストが塗工された表面と反対側の面である裏面に気体を吹き付ける。多孔質基材の表面に塗工されたカーボンペーストは、毛細管作用によって表面から多孔質基材の内部に染み込む。しかし、多孔質基材の裏面に気体が吹き付けられているので、カーボンペーストは染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなるとともに、多孔質基材の裏面側からカーボンペーストの乾燥が促進されて、多孔質基材への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペーストの染み込みを多孔質基材の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペーストが多孔質基材の内部を突き抜けて多孔質基材の裏面まで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペーストにより多孔質基材の孔が閉塞されるのを防ぐことができる。

（２）本発明に係るガス拡散層の製造方法は、上記（１）に記載のガス拡散層の製造方法において、前記多孔質基材の裏面にロールを接触させて前記多孔質基材を搬送させる搬送工程を含み、該搬送工程により搬送中の前記多孔質基材に対して前記塗工工程と前記送風工程を行うことを特徴とする。

この構成により、多孔質基材の裏面にロールを接触させて多孔質基材を搬送させ、搬送中の多孔質基材に対して塗工と送風を行う。表面への塗工及び裏面への気体の吹きつけを、多孔質基材を搬送させながら行うので、ガス拡散層の製造を簡単かつ短時間で行うことができる。

（３）本発明に係るガス拡散層の製造方法は、上記（２）に記載のガス拡散層の製造方法において、前記搬送工程では、前記多孔質基材の少なくとも一部において前記表面と前記裏面が重力方向下側と重力方向上側に位置するように前記多孔質基材を搬送させ、前記塗工工程では、前記重力方向下側に位置する前記表面に対して塗工を行うことを特徴とする。

この構成により、搬送工程では、多孔質基材の少なくとも一部において表面と裏面が重力方向下側と重力方向上側に位置するように多孔質基材を移動させ、塗工工程では、重力方向下側に位置する表面に対して塗工を行う。多孔質基材の表面に塗工されたカーボンペーストには重力が作用し、多孔質基材の内部に染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなり、多孔質基材の内部への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペーストの染み込みを多孔質基材の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペーストが多孔質基材の内部を突き抜けて多孔質基材の裏面まで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペーストにより多孔質基材の孔が閉塞されるのを防ぐことができる。

（４）本発明に係るガス拡散層の製造方法は、上記（３）に記載のガス拡散層の製造方法において、前記搬送工程では、前記表面と前記裏面が重力方向下側と重力方向上側に位置するように前記多孔質基材を水平に搬送させ、水平状態から重力方向上方に向かって方向転換させて前記多孔質基材を垂直に搬送させ、前記塗工工程では、前記水平搬送中の前記多孔質基材の表面に塗工を行い、前記送風工程では、前記垂直搬送中の前記多孔質基材の裏面に対して気体を吹き付けることを特徴とする。

この構成により、搬送工程、塗工工程および送風工程を垂直方向に重ねて配置することができる。したがって、各工程を水平に並べた場合と比較して、装置全体の大きさを小さくすることができる。即ち、これらの全工程を行うために占有される装置全体の平面が小さくなる。

（５）本発明に係るガス拡散層の製造方法は、上記（２）に記載のガス拡散層の製造方法において、前記送風工程では、前記ロールに形成された吹き出し口から気体を吹き出させて、該気体を前記ロールに接触している前記多孔質基材の裏面に吹き付けることを特徴とする。

この構成により、ロールに形成された吹き出し口から気体が吹き出され、その気体が多孔質基材の裏面に吹き付けられるので、塗工工程でカーボンペーストに作用する塗工圧に対して、多孔質基材の裏面から多孔質基材の厚み方向に空気圧が作用し、塗工されるカーボンペーストが多孔質基材に染み込み過ぎてしまうことが防止される。

（６）本発明に係るガス拡散層の製造方法は、上記（５）に記載のガス拡散層の製造方法において、前記塗工工程では、前記ロールに接触している前記多孔質基材の表面に塗工を行うことを特徴とする。

この構成により、ロールによって搬送工程と送風工程の両方を同じ場所で行うことができる。したがって、搬送工程と送風工程を別々の場所で行う場合と比較して、工程距離を短くすることができ、ガス拡散層の製造を簡単かつ短時間で行うことができる。

（７）本発明に係るガス拡散層の製造装置は、シート状の多孔質基材にカーボンペーストを塗工してガス拡散層を製造する装置であって、前記多孔質基材を搬送させる搬送部と、該搬送部によって搬送中の前記多孔質基材に対して前記多孔質基材の一方の面である表面に前記カーボンペーストを塗工する塗工部と、該塗工部により前記表面に前記カーボンペーストが塗工された前記多孔質基材に対して該多孔質基材の表面と反対側の面である裏面に気体を吹き付ける送風部と、を有することを特徴とする。

この構成により、多孔質基材を搬送させ、多孔質基材の表面にカーボンペーストを塗工し、多孔質基材の裏面に気体を吹き付ける。塗工ヘッドにより多孔質基材の表面に塗工されたカーボンペーストは、毛細管作用によって表面から多孔質基材の内部に染み込む。しかし、多孔質基材の裏面に気体が吹き付けられているので、カーボンペーストは染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなるとともに、多孔質基材の裏面側からカーボンペーストの乾燥が促進されて、多孔質基材への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペーストの染み込みを多孔質基材の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペーストが多孔質基材を突き抜けて多孔質基材の裏面まで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペーストにより多孔質基材の孔が閉塞されるのを防ぐことができる。

（８）本発明に係るガス拡散層の製造装置は、上記（７）に記載のガス拡散層の製造装置において、前記搬送部が、前記多孔質基材の裏面に接触するバックロールと、該バックロールの下流側で前記多孔質基材の裏面に接触する搬送ロールとを有し、前記塗工部は、前記多孔質基材を間に介して前記バックロールに対向する位置に配置される塗工ヘッドを有し、前記送風部は、前記バックロールと前記搬送ロールとの間の位置で前記多孔質基材の裏面に対向して配置される送風機を有する。

この構成により、多孔質基材の裏面にバックロールと搬送ロールを接触させて多孔質基材をバックロールから搬送ロールに搬送し、多孔質基材を間に介してバックロールに対向する塗工ヘッドによって多孔質基材の表面にカーボンペーストを塗工し、バックロールと搬送ロールの間の位置で多孔質基材の裏面に気体を吹き付ける。したがって、塗工ヘッドにより多孔質基材の表面にカーボンペーストが塗工されて、毛細管作用によって多孔質基材の表面から内部に染み込む際に、多孔質基材の裏面に気体が吹き付けられているので、カーボンペーストは染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなるとともに、多孔質基材の裏面側からカーボンペーストの乾燥が促進されて、多孔質基材への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペーストの染み込みを多孔質基材の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペーストが多孔質基材を突き抜けて多孔質基材の裏面まで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペーストにより多孔質基材の孔が閉塞されるのを防ぐことができる。

（９）本発明に係るガス拡散層の製造装置は、上記（８）に記載のガス拡散層の製造装置において、前記バックロールは、前記表面と前記裏面が重力方向下側と重力方向上側に位置するように水平に供給される前記多孔質基材を重力方向上方に向かって方向転換させて垂直に搬送させ、前記搬送ロールは、前記バックロールに対して重力方向上側に離間した位置に配置されて、前記バックロールから垂直に搬送される前記多孔質基材を前記バックロールに前記多孔質基材が供給される方向とは反対の方向に向かって方向転換させて水平に搬送させ、前記塗工ヘッドは、前記バックロールに対して重力方向下側に配置され、前記送風機は、前記バックロールと前記搬送ロールとの間に配置されていることを特徴とする。

この構成により、塗工ヘッド、バックロール、送風機および搬送ロールを重力方向に沿って並べて配置することができる。したがって、これらの各構成を水平に並べた場合と比較して、装置全体の水平方向の大きさを小さくすることができる。即ち、これらの全工程を行うために占有される装置全体の平面が小さくなる。

（１０）本発明に係るガス拡散層の製造装置は、上記（８）に記載のガス拡散層の製造装置において、前記送風機の吹き出し口から前記裏面までの間隔、送風温度および風量のうちの少なくとも１つを調整する制御部を有することを特徴とする。

この構成により、送風機において、吹き出し口から裏面までの間隔、送風温度および風量のうち少なくとも何れか１つが調整されるので、最適な条件で多孔質基材に気体を吹き付けることができ、カーボンペーストが多孔質基材の内部を突き抜けて多孔質基材の裏面まで染み込むのをより確実に抑制できる。

（１１）本発明に係るガス拡散層の製造装置は、上記（７）に記載のガス拡散層の製造装置において、前記搬送部は、前記塗工部により前記カーボンペーストを塗工する前と塗工した後とで前記多孔質基材を搬送する方向を異ならせるロールを有することを特徴とする。

この構成により、装置全体の水平方向の大きさを小さくすることができ、装置を載置する平面を小さくすることができる。

（１２）本発明に係るガス拡散層の製造装置は、上記（７）に記載のガス拡散層の製造装置において、前記搬送部は、前記多孔質基材の裏面に接触する外周面に複数の開口部が設けられたバックロールを有し、前記送風部は、前記バックロールの内部に気体を送り、該気体を前記複数の開口部から吹き出させることを特徴とする。

この構成により、バックロールの複数の吹き出し口から気体が吹き出され、カーボンペーストが塗工されている多孔質基材の裏面に向けて気体が吹き付けられる。その結果、塗工中のカーボンペーストに作用する塗工圧に対して、多孔質基材の裏面から多孔質基材の厚み方向に空気圧が作用し、塗工するカーボンペーストが多孔質基材に染み込み過ぎてしまうのが防止される。

本発明によれば、多孔質基材の表面に塗工したカーボンペーストが、多孔質基材の裏面に染み込むことがなく、多孔質基材の孔を閉塞することがないガス拡散層の製造方法および製造装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態および第２実施形態に係るガス拡散層の製造方法および製造装置により製造されるガス拡散層の図であり、図１（ａ）は、ガス拡散層の分解斜視図を示し、図１（ｂ）は、ガス拡散層の断面図を示す。 本発明の第１実施形態に係るガス拡散層の製造装置の構成を示す模式図。 本発明の第１実施形態に係るガス拡散層の製造装置の一部を拡大した模式図。 本発明の第１実施形態に係るガス拡散層の製造工程を示す工程図。 本発明の第１実施形態に係るガス拡散層の製造方法および製造装置における塗工速度と塗工可能ペースト粘度領域との関係を示すグラフ。 本発明の第１実施形態に係るガス拡散層の製造方法および製造装置における送風温度と多孔質基材の裏面外観検査規格ＮＧ率との関係を示すグラフ。 本発明の第１実施形態に係るガス拡散層の製造装置の模式図。 本発明の第２実施形態に係るガス拡散層の製造装置の構成を示す模式図であり、図８（ａ）は、製造装置の全体の構成を示し、図８（ｂ）は、バックロールおよび塗工機構の斜視図を示す。 本発明の第２実施形態に係るガス拡散層の製造装置のバックロールの図であり、図９（ａ）は、バックロールの斜視図を示し、図９（ｂ）は、バックロールをエアターンバーによって構成した例を示し、図９（ｃ）は、バックロールをサクションロールで構成した例を示す。 本発明の第２実施形態に係るガス拡散層の製造装置のバックロールおよび塗工ヘッドの図であり、図１０（ａ）は、バックロールおよび塗工ヘッドの拡大断面図を示し、図１０（ｂ）は、バックロールから塗工ヘッドに向けて気体を吹き付けている状態を示す。 本発明の第２実施形態に係るガス拡散層の製造装置の多孔質基材の表面および裏面の状態を示す表。 従来のガス拡散層の製造装置の構成を示す模式図。

本発明に係るガス拡散層の製造方法および製造装置を適用した第１実施形態および第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法および製造装置２０について図面を参照して説明する。まず、第１実施形態および第２実施形態に係るガス拡散層１１の構成および第１実施形態に係る製造装置２０の構成について説明する。

第１実施形態および第２実施形態に係るガス拡散層１１は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、シート状の多孔質基材１２と、多孔質基材１２の一方の面である表面に塗工されたカーボンペースト１３とにより構成されており、燃料電池のガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）を構成する。ガス拡散層１１は、水素ガス（Ｈ_２）や酸素ガス（Ｏ_２）を拡散させて均一にし、触媒層に行き渡らせる機能を有している。

多孔質基材１２は、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーやカーボン布などの炭素繊維や黒鉛繊維からなる多孔質の繊維基材であり、所定の幅および厚みを有するシートからなる。

カーボンペースト１３は、所定の溶媒にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの撥水性材料およびカーボン粉末などの導電性材料を混合させて調製した粘性のある液体で構成されている。カーボンペースト１３は、塗工後に乾燥および焼成されることで、多孔質基材１２の表面に導電性を有する被膜を形成する。

（第１実施形態）
次いで、第１実施形態に係る製造装置２０について図面を参照して説明する。製造装置２０は、図２に示すように、多孔質基材１２を搬送する搬送機構（搬送部）２１と、多孔質基材１２にカーボンペースト１３を塗工する塗工機構（塗工部）２２と、多孔質基材１２に風として空気などの気体を吹き付ける送風機構（送風部）２３と、各構成要素の動作を制御する図示しないコントローラ（制御部）とを備えている。

搬送機構２１は、多孔質基材１２の表面１２ａとは反対側の面である裏面１２ｂと接触して多孔質基材１２を搬送する複数のロールを備えており、図２に示すように、塗工機構２２と対向して配置されたバックロール３１と、バックロール３１に対して重力方向の上方に配置された搬送ロール３２とを備えている。搬送機構２１は、コントローラに接続されており、コントローラにより動作が制御されるように構成されている。

搬送機構２１は、多孔質基材１２の裏面１２ｂに接触するバックロール３１と、バックロール３１の下流側で多孔質基材１２の裏面１２ｂに接触する搬送ロール３２とを有している。バックロール３１は、塗工機構２２によりカーボンペースト１３を塗工する前と塗工した後とで多孔質基材１２を搬送する方向を異ならせるロールである。バックロール３１は、多孔質基材１２の表面１２ａと裏面１２ｂが重力方向下側と重力方向上側に位置するように水平に供給される多孔質基材１２を重力方向上方に向かって方向転換させて垂直に搬送させ、搬送ロール３２は、バックロール３１に対して重力方向上側に離間した位置に配置されており、バックロール３１から垂直に搬送される多孔質基材１２をバックロール３１に多孔質基材１２が供給される方向とは反対の方向に向かって方向転換させて水平に搬送させるように構成されている。

搬送機構２１における、多孔質基材１２の搬送速度（ｍ／ｓｅｃ）および張力（Ｎ）は、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びに送風機構２３から送風される送風温度（℃）および風量（ｍ^３／ｍｉｎ）などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

塗工機構２２は、塗工ヘッド４１を備えた公知の塗工機構で構成されている。公知の塗工機構は、例えば、塗工ヘッド４１を移動させる図示しない移動機構と、カーボンペースト１３が供給される供給管を接続する接続部とを備えている。塗工機構２２は、コントローラに接続されており、コントローラにより動作が制御されるように構成されている。

塗工ヘッド４１は、例えば、多孔質基材１２の搬送方向の上流側に位置する上流側リップと、搬送方向の下流側に位置する下流側リップと、上流側リップ及び下流側リップの間でカーボンペースト１３を貯溜する貯溜部と、貯溜部にカーボンペースト１３を流通させる流路とを備えている。

貯溜部の上部には、カーボンペースト１３の液面が露出しており、カーボンペースト１３の液面に多孔質基材１２を接触させて通過させることで多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工されるようになっている。なお、貯溜部は上流側リップと下流側リップとの間から、カーボンペースト１３を吐出させて多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する吐出口であってもよい。

塗工ヘッド４１は、多孔質基材１２を挟んでバックロール３１と対向する側に配置されており、第１実施形態では図３に示すように、バックロール３１に対して重力方向下側に配置されている。バックロール３１と塗工ヘッド４１との間には、バックロール３１の外周面と、貯溜部の液面または吐出口との間の隙間からなる塗工ギャップＧが形成されている。

塗工ヘッド４１は、移動機構によりバックロール３１に対して相対的に接近または離間する方向に移動することで塗工ギャップＧを調整し、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工するカーボンペースト１３の塗工量を調整できるようになっている。この構成により、搬送されている多孔質基材１２の表面１２ａに所定量のカーボンペースト１３を塗工することができる。

なお、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されるカーボンペースト１３の塗工量は、多孔質基材１２の大きさ、構造、材質、および搬送速度、並びにカーボンペースト１３の特質などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

送風機構２３は、バックロール３１と搬送ロール３２の間に配置されており、垂直に移動する多孔質基材１２の裏面に対して所定距離だけ離間した位置に対向して配置される送風機４２を有している。送風機４２は、多孔質基材１２に向けて送風する公知の送風機からなり、図３に示すように送風機構の送風の吹き出し口２３ａから多孔質基材１２の裏面１２ｂまでの間隔Ｌ（ｍｍ）、送風温度（℃）および風量（ｍ^３／ｍｉｎ）のうち少なくとも何れか１つを調整することができるようになっている。送風機構２３は、図示しない間隔調整部、送風温度調整部、風量調整部を備えており、コントローラに接続されコントローラにより各部の動作が制御される。

なお、送風機構２３における間隔Ｌ（ｍｍ）、送風温度（℃）および風量（ｍ^３／ｍｉｎ）は、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びにカーボンペースト１３の特質などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

コントローラは、演算処理を行う中央処理装置および制御プログラムを格納したメモリを備え、搬送機構２１、塗工機構２２および送風機構２３に接続されており、各構成要素の動作を制御するように構成されている。

次いで、第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法について図面を参照して説明する。ガス拡散層１１の製造方法は、図４の製造工程に示すように、搬送工程と、塗工工程と、送風工程とを含んで構成されており、各工程は順に行われる。

搬送工程においては、図２に示すように、搬送機構２１により、供給工程などの前工程から供給された多孔質基材１２が重力方向に直交する水平方向に搬送され、バックロール３１によって略直角に方向転換が行われて重力方向上方に向かって垂直に搬送される。さらにバックロール３１から搬送された多孔質基材１２は、搬送ロール３２で略直角に方向転換が行われて、供給工程から供給された多孔質基材１２の搬送方向とは逆方向の搬送方向に搬送され、多孔質基材１２は乾燥や焼成などの次工程に向けて送り出される（ステップＳ１）。

搬送工程においては、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びに送風機４２から送風される送風温度（℃）および風量（ｍ^３／ｍｉｎ）などの設定諸元および実験値やデータに応じて、多孔質基材１２の搬送速度（ｍ／ｓｅｃ）および張力（Ｎ）が選択される。搬送機構２１における多孔質基材１２の搬送速度および張力は、コントローラにより制御される。

塗工工程においては、塗工機構２２により、搬送されている多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工される（ステップＳ２）。具体的には、流路を介して供給され、上流側リップと下流側リップとの間の貯溜部に貯溜された液状のカーボンペースト１３の液面に多孔質基材１２を接触させることで多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する。

多孔質基材１２を挟んでバックロール３１と対向する側に配置された塗工ヘッド４１は、移動機構によりバックロール３１に対して相対的に移動することで、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されるカーボンペースト１３の塗工量が調整される。塗工機構２２は、コントローラに接続されコントローラにより、塗工ヘッド４１の移動機構などの各構成要素の動作が制御される。

送風工程においては、図３に示すように、送風機構２３が、多孔質基材１２に応じて、送風の吹き出し口２３ａから多孔質基材１２の裏面１２ｂまでの最適な間隔Ｌ（ｍｍ）にセットされる。さらに、送風機構２３における最適な送風温度（℃）および風量（ｍ^３／ｍｉｎ）にセットされる。最適値がセットされた状態で、吹き出し口２３ａから多孔質基材１２の裏面１２ｂに対して気体である空気が吹き付けられる（ステップＳ３）。

コントローラの制御に基づいて、最適な間隔Ｌは、送風機構２３の間隔調整部により調整され、最適な送風温度は、送風機構２３の送風温度調整部により調整され、最適な風量は、送風機構２３の風量調整部により調整される。最適な間隔Ｌ、最適な送風温度および風量は、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びにカーボンペースト１３の特質などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法および製造装置２０により、作製したガス拡散層１１について、カーボンペースト１３が塗工された多孔質基材１２の裏面１２ｂへの染み込みの状態を観察し、ガス拡散層１１の不良率、即ちＮＧ率を検証した。

ＮＧ率は、作製したガス拡散層１１の全数に対して、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工したカーボンペースト１３が、多孔質基材１２の内部を突き抜けて多孔質基材１２の裏面１２ｂまで染み込み、多孔質基材１２の孔を閉塞する、いわゆる裏抜けが発生し、不良品とされたガス拡散層１１の数の割合を意味する。即ち、ＮＧ率は、ＮＧ率＝不良品の数／完成品の全数で表される。

なお、不良品とされる基準を示す検査規格は、面内付着面積９ｍｍ２以下とした。即ち、多孔質基材１２の裏面１２ｂにおいて、裏抜けが発生しカーボンペースト１３が裏面１２ｂに付着している面積を意味する面内付着面積が９ｍｍ２以下のものは合格、面内付着面積が９ｍｍ２を超えるものを不合格とした。また、ＮＧ率は、は０．２％以下を目標とした。以下、検証内容について説明する。

検証の対象となるガス拡散層１１は、第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法および製造装置２０により作製した。ガス拡散層１１を構成する多孔質基材１２は、厚さを１００μｍ～２００μｍ、密度を３００ｍｇ／ｃｍ３～４５０ｍｇ／ｃｍ３とした。多孔質基材１２の表面１２ａに塗工するカーボンペースト１３は、粘度が２００ｍＰａ・ｓ～６００ｍＰａ・ｓであって、カーボン粉末などの導電性材料からなる固形分が１２％～１５％のものを使用した。

塗工機構２２によるカーボンペースト１３の多孔質基材１２への塗工は下記の条件で実施した。塗工速度、即ち搬送機構２１による多孔質基材１２の搬送速度は、１０ｍ／ｍｉｎ、図３に示す塗工ギャップＧは、２５０μｍ～３５０μｍ、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されるカーボンペースト１３の単位面積当たりの重量、即ち塗工目付は、３ｍｇ／ｃｍ２～４ｍｇ／ｃｍ２、搬送機構２１による多孔質基材１２の搬送張力は、６０Ｎでそれぞれ実施した。

なお、塗工速度（ｍ／ｍｉｎ）と、塗工が可能なカーボンペースト１３の粘度との関係、即ち、塗工速度と塗工可能ペースト粘度領域との関係は、図５のグラフで表される。グラフに示されるように、塗工速度が１０ｍ／ｍｉｎの場合、塗工可能ペースト粘度領域は、２００ｍＰａ・ｓ～６００ｍＰａ・ｓとなっている。グラフに示されるように、塗工速度が高まるほど、塗工可能ペースト粘度領域の幅が狭くなるとともに、粘度自体も低くなる関係にある。

送風機構２３による多孔質基材１２の裏面１２ｂへの送風は下記の条件で実施した。即ち、送風無しと、送風有り（送風有りの場合は、送風温度（℃）が５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃）でそれぞれ送風を実施した。

以下、送風温度に対する多孔質基材１２の裏面１２ｂの外観の検査規格に対するＮＧ率を求めた。外観検査は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary metal-oxide-semiconductor)イメージセンサなどの撮像素子で構成された公知の表面観察カメラでなどで多孔質基材１２の裏面１２ｂを撮像することで行った。なお、多孔質基材１２の裏面１２ｂの外観の検査をすることができる機器であれば、表面観察カメラ以外の外観検査機器であってもよい。

図６に示すように、★で表される送風無しの場合は、ＮＧ率が９％であり、目標の０．２％を満たさなかった。送風温度が５０℃の場合は、ＮＧ率が７％であり、目標の０．２％を満たさなかった。送風温度が１００℃の場合は、ＮＧ率が３％であり、目標の０．２％を満たさなかった。送風温度が１５０℃の場合は、ＮＧ率が０．２％であり、目標の０．２％を満たした。送風温度が２００℃および２５０℃の場合は、ＮＧ率が０．１％程度であり、目標の０．２％を満たした。

したがって、送風温度が１５０℃、２００℃および２５０℃の場合、即ち送風温度が１５０℃以上であって２５０℃以下の場合は、ＮＧ率が０．２％以下であり、目標の０．２％を満たすことが分かった。

なお、カーボンペースト１３の粘度（ｍＰａ・ｓ）が低いほど、流動性があり、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工したカーボンペースト１３が裏面１２ｂに染み込み易く、裏抜けし易くなる。本検証では、カーボンペースト１３における塗工可能ペースト粘度領域を、比較的に低粘度の２００ｍＰａ・ｓ～６００ｍＰａ・ｓとしており、第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法および製造装置２０において、カーボンペースト１３が比較的に低粘度であっても、目標のＮＧ率０．２％を満たすことが確認された。

本検証に係るガス拡散層１１においては、カーボンペースト１３を比較的に低粘度の２００ｍＰａ・ｓ～６００ｍＰａ・ｓとすることができ、１０ｍ／ｍｉｎという高速塗工で実施しても、目標のＮＧ率０．２％を満たすことが確認され、高速塗工による生産性アップが可能となることが確認された。

以上のように構成された第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法および製造装置２０の効果について説明する。

（１）第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法は、多孔質基材１２を搬送する搬送工程（ステップＳ１）と、搬送中の多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する塗工工程（ステップＳ２）と、カーボンペースト１３が塗工された裏面１２ｂに空気を吹き付ける送風工程（ステップＳ３）とを含んで構成されている。

この構成により、搬送工程で多孔質基材１２が搬送され、塗工工程で、搬送中の多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工され、カーボンペースト１３の塗工後に、送風工程で、カーボンペースト１３が塗工された裏面１２ｂに空気が吹き付けられる。

多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されたカーボンペースト１３は、毛細管作用によって表面１２ａから多孔質基材１２の内部に染み込む。しかし、送風工程により多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気が吹き付けられているので、カーボンペースト１３は染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなるとともに、多孔質基材１２の裏面１２ｂ側からカーボンペーストの乾燥が促進されて、多孔質基材１２への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペースト１３の染み込みを多孔質基材１２の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペースト１３が多孔質基材１２を突き抜けて多孔質基材１２の裏面１２ｂまで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペースト１３により多孔質基材１２の孔が閉塞されるのを防ぐことができるという効果が得られる。

（２）第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法は、多孔質基材１２の裏面１２ｂにロール３１、３２を接触させて多孔質基材１２を移動させる搬送工程（Ｓ１）を含み、搬送工程（Ｓ１）により移動中の多孔質基材１２に対して塗工工程（Ｓ２）と送風工程（Ｓ３）を行う。この構成により、多孔質基材１２の表面１２ａへの塗工及び裏面１２ｂへの空気の吹きつけを、多孔質基材１２を移動させながら行うので、ガス拡散層１１の製造を簡単かつ短時間で行うことができるという効果が得られる。

（３）第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法は、搬送工程（Ｓ１）では、多孔質基材１２の少なくとも一部において表面１２ａと裏面１２ｂが重力方向下側と重力方向上側に位置するように多孔質基材１２を搬送させ、塗工工程（Ｓ２）では、重力方向下側に位置する多孔質基材１２の表面１２ａに対して塗工を行う。

この構成により、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されたカーボンペースト１３には重力が作用し、多孔質基材１２の内部に染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなり、多孔質基材１２への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペースト１３の染み込みを多孔質基材１２の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペースト１３が多孔質基材１２を突き抜けて多孔質基材１２の裏面１２ｂまで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペースト１３により多孔質基材１２の孔が閉塞されるのを防ぐことができるという効果が得られる。

（４）第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法は、搬送工程（Ｓ１）では、多孔質基材１２の表面１２ａと裏面１２ｂとが重力方向下側と重力方向上側に位置するように多孔質基材１２を水平に搬送させ、水平状態から重力方向上方に向かって方向転換させて多孔質基材１２を垂直に搬送させ、塗工工程（Ｓ２）では、水平搬送中の多孔質基材１２の表面１２ａに塗工を行い、送風工程（Ｓ３）では、垂直搬送中の多孔質基材１２の裏面１２ｂに対して空気を吹き付ける。この構成により、搬送工程（Ｓ１）、塗工工程（Ｓ２）および送風工程（Ｓ３）を垂直方向に重ねて配置することができる。したがって、各工程を水平に並べた場合と比較して、装置全体の大きさを小さくすることができる。即ち、これらの全工程を行うために占有される装置全体の平面が小さくなる。

（５）第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置は、多孔質基材１２を搬送させる搬送機構２１と、搬送機構２１によって搬送中の多孔質基材１２に対して多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する塗工機構２２と、塗工機構２２により表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工された多孔質基材１２に対して、多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気を吹き付ける送風機構２３を有する。

この構成により、塗工ヘッド４１から多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されたカーボンペースト１３は、毛細管作用によって表面１２ａから多孔質基材１２の内部に染み込むが、送風機構２３により多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気が吹き付けられているので、カーボンペースト１３は染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなるとともに、多孔質基材１２の裏面１２ｂ側からカーボンペースト１３の乾燥が促進されて、多孔質基材１２への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペースト１３の染み込みを多孔質基材１２の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペースト１３が多孔質基材１２を突き抜けて多孔質基材１２の裏面１２ｂまで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペースト１３により多孔質基材１２の孔が閉塞されるのを防ぐことができるという効果が得られる。

（６）第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置は、搬送機構２１が、多孔質基材１２の裏面１２ｂに接触するバックロール３１と、バックロール３１の下流側で多孔質基材１２の裏面１２ｂに接触する搬送ロール３２とを有し、塗工機構２２は、多孔質基材１２を間に介してバックロール３１に対向する位置に配置される塗工ヘッド４１を有し、送風機構２３は、バックロール３１と搬送ロール３２との間の位置で多孔質基材１２の裏面１２ｂに対向して配置される送風機を有する。この構成により、多孔質基材１２の裏面１２ｂにバックロール３１と搬送ロール３２を接触させて多孔質基材１２をバックロール３１から搬送ロール３２に搬送し、多孔質基材１２を間に介してバックロール３１に対向する塗工ヘッド４１によって多孔質基材１２の表面にカーボンペースト１３を塗工し、バックロール３１と搬送ロール３２の間の位置で多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気を吹き付ける。

したがって、塗工ヘッド４１により多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工されて、毛細管作用によって多孔質基材１２の表面１２ａから内部に染み込む際に、多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気が吹き付けられているので、カーボンペースト１３は染み込む方向と逆方向の力を受けて染み込む方向に移動しにくくなるとともに、多孔質基材１２の裏面１２ｂ側からカーボンペースト１３の乾燥が促進されて、多孔質基材１２への染み込みが抑制される。したがって、カーボンペースト１３の染み込みを多孔質基材１２の内部の適切な位置で止めることができ、カーボンペースト１３が多孔質基材１２を突き抜けて多孔質基材１２の裏面まで染み込んでしまうのを抑制し、カーボンペースト１３により多孔質基材１２の孔が閉塞されるのを防ぐことができる。

（７）第１実施形態に係るガス拡散層の製造装置は、バックロール３１が、多孔質基材１２の表面１２ａと裏面１２ｂが重力方向下側と重力方向上側に位置するように水平に供給される多孔質基材１２を重力方向上方に向かって方向転換させて垂直に搬送させ、搬送ロール３２が、バックロール３１に対して重力方向上側に離間した位置に配置されて、バックロール３１から垂直に搬送される多孔質基材１２をバックロール３１に多孔質基材１２が供給される方向とは反対の方向に向かって方向転換させて水平に搬送させ、塗工ヘッド４１は、バックロール３１に対して重力方向下側に配置され、送風機構２３は、バックロール３１と搬送ロール３２との間に配置されていることを特徴とする。

この構成により、塗工ヘッド４１、バックロール３１、送風機構２３および搬送ロール３２を重力方向に沿って並べて配置することができる。したがって、これらの各構成を水平に並べた場合と比較して、装置全体の水平方向の大きさを小さくすることができる。即ち、これらの全工程を行うために占有される装置全体の平面が小さくなる。

（８）第１実施形態に係るガス拡散層の製造装置は、送風機構２３の吹き出し口から多孔質基材１２の裏面１２ｂまでの間隔、送風温度および風量のうちの少なくとも１つを調整する制御部を有する。この構成により、送風機構２３の吹き出し口から多孔質基材１２の裏面１２ｂまでの間隔、送風温度および風量のうち少なくとも何れか１つが調整されるので、最適な条件で多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気を吹き付けることができ、カーボンペースト１３が多孔質基材１２の裏面１２ｂまで染み込むのをより確実に抑制できる。

（９）第１実施形態に係るガス拡散層の製造装置は、搬送機構２１は、塗工機構２２によりカーボンペースト１３を塗工する前と塗工した後とで多孔質基材１２を搬送する方向を異ならせるロールであるバックロール３１を有する。この構成により、装置全体の水平方向の大きさを小さくすることができ、装置を載置する平面を小さくすることができる。

なお、第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０は、図２に示すように、搬送機構２１の搬送ロール３２がバックロール３１に対して重力方向で上方に配置された構造で構成した場合について説明した。本発明に係るガス拡散層の製造装置においては、搬送機構の搬送ロールがバックロールに対して重力方向で上方に配置された構造以外の構造で構成するようにしてもよい。

以下、搬送機構の搬送ロールがバックロールに対して重力方向で上方に配置された構造以外の構造で構成した変形例に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ａについて図面を参照してそれぞれ説明する。

変形例に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ａは、図７に示すように、第１実施形態と同様に、搬送機構２１Ａ、塗工機構２２および送風機構２３を備えており、搬送機構２１Ａは、バックロール３１および搬送ロール３２により構成されている。バックロール３１は、紙面に向かって左側に配置され、搬送ロール３２は、矢印で示す搬送方向に対してバックロール３１の水平方向下流側に配置されている。この構成により、供給機構から供給された多孔質基材１２は、水平方向に搬送される。

塗工機構２２は、多孔質基材１２を挟んでバックロール３１に対して重力方向で上方に配置されており、送風機構２３は多孔質基材１２に対して重力方向で下方に配置されている。送風機構２３は、多孔質基材１２の下方から裏面１２ｂに送風するように構成されている。

変形例に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ａにおいても、製造装置２０Ａの配置スペースが長くなるものの、第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０と同様の効果が得られる。即ち、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工したカーボンペースト１３が、多孔質基材１２の裏面１２ｂに染み込むことがなく、多孔質基材１２の孔を閉塞することがないという効果が得られる。

なお、第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０の製造方法においては、送風機構２３をバックロール３１と搬送ロール３２の間に配置した構造で構成した場合について説明した。しかしながら、本発明に係るガス拡散層の製造装置においては、送風機構２３をバックロール３１と搬送ロール３２の間に配置した構造以外の構造で構成するようにしてもよい。

例えば、本発明に係るガス拡散層の製造装置の送風機構について、塗工が行われている多孔質基材の表面とは反対側の裏面に向けてバックロールの内部から風として空気を吹き付ける構造で構成してもよい。

以下、本発明に係るガス拡散層の製造装置の送風機構をバックロールの内部から塗工が行われている多孔質基材の表面とは反対側の裏面に向けて空気を吹き付ける構造で構成した第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ｂについて図面を参照して説明する。

（第２実施形態）
第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ｂは、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、帯状の多孔質基材１２を搬送する搬送機構（搬送部）２１Ｂと、多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する塗工機構（塗工部）２２Ｂと、多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気を吹き付ける送風機構（送風部）２３Ｂと、焼成炉２４と、各構成要素の動作を制御する図示しないコントローラ（制御部）とを備えている。なお、カーボンペースト１３は、マイクロポーラス(ＭＰＬ：Micro Porous Layer)ペーストであってもよい。

搬送機構２１Ｂは、巻出機構５１と、巻取機構５２と、搬送ロール５３、５４、５５と、バックロール５６とを備えている。搬送機構２１Ｂは、コントローラに接続されており、コントローラにより動作が制御されるようになっている。

巻出機構５１は、図示しない駆動機構に連結されており、ロール状に巻かれた多孔質基材１２を巻き出して搬送ロール５３に向けて送り出す構成を有している。巻取機構５２は、図示しない駆動機構に連結されており、塗工機構（塗工部）２２Ｂにより、多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工され、焼成炉２４により焼成処理が行われて形成された帯状のガス拡散層１１を巻き取る構成を有している。

搬送ロール５３および搬送ロール５４は、巻出機構５１とバックロール５６との間にそれぞれ設置されており、多孔質基材１２の搬送方向を約１８０度転換し、巻出機構５１からバックロール５６に向けて多孔質基材１２を案内する構成を有している。

搬送ロール５５は、バックロール３１に対して重力方向の上方に離間して配置されている。搬送ロール５５は、バックロール５６から垂直に送り出された塗工済の多孔質基材１２を、バックロール５６に多孔質基材１２が供給される方向とは反対の方向に向かって方向転換させ、焼成炉２４に向けて水平に多孔質基材１２を搬送させる構成を有している。

バックロール５６は、図８（ｂ）および図９（ａ）に示すように、塗工機構２２Ｂと対向して配置されており、塗工機構２２Ｂによりカーボンペースト１３を塗工する前と塗工した後とで多孔質基材１２を搬送する方向を異ならせるように搬送する構造を有している。具体的には、バックロール５６は、多孔質基材１２の表面１２ａと裏面１２ｂが重力方向下側と重力方向上側に位置するように水平に供給される多孔質基材１２を重力方向上方に向かって方向転換させて垂直に搬送させるように構成されている。

バックロール５６は、所定の厚みの壁５６ａを有する中空の円筒からなり、軸方向の一端部が閉止され、他端部が送風機構２３Ｂに連結されている。また、バックロール５６は、他端部で図示しない駆動機構に連結されており、駆動機構により回転駆動されるようになっている。

バックロール５６は、送風機構２３Ｂから供給される空気を内部に取り込み、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、壁５６ａを貫通してバックロール５６の外周面に開口する複数の吹き出し口（開口部）５６ｂから空気を吹き出させて、多孔質基材１２の裏面１２ｂに対して空気を吹き付けるように構成されている。

複数の吹き出し口５６ｂは、バックロール５６の外周面の３６０度の全範囲に亘って均等な間隔に位置するように形成されている。本実施形態におけるバックロール５６は、多孔質基材１２が外周面に接触した状態で多孔質基材１２と共に回転するので、多孔質基材１２との間に摩耗は発生しない。

バックロール５６は、前述のように、所定の厚みの壁５６ａを有する中空の円筒からなり、軸方向の一端部が閉止され、他端部で送風機構２３Ｂに連結され、かつ壁５６ａを貫通するように設けられた複数の吹き出し口５６ｂから多孔質基材１２の裏面１２ｂに対して空気を吹き出すように構成されていれば、回転しないものであってもよく、回転するものであってもよい。

バックロール５６は、例えば、回転しないものとして、図９（ｂ）に示すようなエアターンバーであってもよく、回転するものとして、図９（ｃ）に示すようなサクションロールであってもよい。エアターンバーは、横断面が半円形状または半楕円形状で、軸方向の両端にフランジが固定され、片側または両側に圧縮空気供給を供給する継手が連結されている。エアターンバーは、外周面に複数の貫通孔が形成されており、貫通孔からエアーが吐出されるように構成されている。サクションロールは、中空の円筒で形成され、外周面に複数の貫通孔が形成されている。サクションロールは片側または両側に連結されたサクションボックスにより内部を吸引する構造となっているが、逆に、サクションボックスから空気を供給し、外周面に形成された貫通孔から空気を吐出させることもできるので、バッククロールとして使用することができる。

また、バックロール５６は、ロール形状以外の構造、例えば平面形状のものであってもよい。平面形状の構造の場合、多孔質基材１２の表面１２ａが、塗工機構２２Ｂに貯溜されているカーボンペースト１３の液面に接触する長さ、即ち接触長を長くすることができるので塗工の安定化を図ることができる。

搬送機構２１Ｂにおける、多孔質基材１２の搬送速度（ｍ／ｓｅｃ）および張力（Ｎ）は、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びに送風機構２３から送風される送風温度（℃）および風量（ｍ^３／ｍｉｎ）などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

塗工機構２２Ｂは、塗工ヘッド４１Ｂを備えた塗工機構で構成されている。塗工機構２２Ｂは、例えば、塗工ヘッド４１Ｂを移動させる図示しない移動機構と、カーボンペースト１３が供給される供給管を接続する接続部とを備えている。塗工機構２２Ｂは、コントローラに接続されており、コントローラにより動作が制御されるようになっている。

塗工ヘッド４１Ｂは、図１０（ａ）に示すように、多孔質基材１２の搬送方向の上流側に位置する上流側リップ６１と、搬送方向の下流側に位置する下流側リップ６２と、上流側リップ６１及び下流側リップ６２の間でカーボンペースト１３を貯溜する貯溜部６３と、貯溜部６３にカーボンペースト１３を流通させる流路６４とを備えている。

貯溜部６３の上部には、カーボンペースト１３の液面が露出しており、カーボンペースト１３の液面に多孔質基材１２を接触させて通過させることで多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工されるようになっている。なお、貯溜部６３は上流側リップ６１と下流側リップ６２との間から、カーボンペースト１３を吐出させて多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する吐出口であってもよい。

塗工ヘッド４１Ｂは、多孔質基材１２を挟んでバックロール３１と対向する側に配置されており、第２実施形態では図８に示すように、バックロール５６に対して重力方向下側に配置されている。バックロール５６と塗工ヘッド４１Ｂとの間には、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、バックロール５６の外周面と、下流側リップ６２との間の隙間からなる塗工ギャップＧが形成されている。

塗工ヘッド４１Ｂは、移動機構によりバックロール５６に対して相対的に接近または離間する方向に移動することで、バックロール５６の外周面と下流側リップ６２との間の塗工ギャップＧを調整し、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工するカーボンペースト１３の塗工圧を調整することができる。上流側リップ６１は、バックロール５６に接近または離間する方向に移動することによってカーボンペースト１３の塗工量を増減調整できるようになっている。この構成により、搬送されている多孔質基材１２の表面１２ａに所定量のカーボンペースト１３を所定の塗工圧で塗工することができる。

なお、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されるカーボンペースト１３の塗工量は、多孔質基材１２の大きさ、構造、材質、および搬送速度、並びにカーボンペースト１３の特質などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

送風機構２３Ｂは、図９（ａ）に示すように、空気供給管７１と、図示しない空気供給機構とにより構成されている。空気供給管７１の一端はバックロール５６の他端部と空気供給機構とを接続しており、空気供給機構から供給される空気をバックロール５６の内部に供給するように構成されている。

空気供給機構は、空気供給管７１を介して、バックロール５６内に空気を供給し、バックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから空気を吹き出すように構成されている。バックロール５６内に供給される空気の温度（℃）および供給量（ｍ^３／ｍｉｎ）のうち少なくとも何れか１つを調整することができるようになっている。送風機構２３Ｂは、図示しない空気温度調整部、供給量調整部を備えており、コントローラにより各部の動作が制御される。

なお、送風機構２３Ｂにおける空気の温度（℃）および供給量（ｍ^３／ｍｉｎ）は、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びにカーボンペースト１３の特質などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

コントローラは、演算処理を行う中央処理装置および制御プログラムを格納したメモリを備え、搬送機構２１Ｂ、塗工機構２２Ｂおよび送風機構２３Ｂに接続されており、各構成要素の動作を制御する。

焼成炉２４は、搬送機構２１Ｂで搬送中に、塗工機構２２Ｂによる塗工済の多孔質基材１２を加熱することによって、塗工済の多孔質基材１２に対して、乾燥および焼成処理を行うように構成されている。多孔質基材１２が焼成炉２４により乾燥および焼成処理されてガス拡散層１１が作製される。

次いで、第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法について図面を参照して説明する。第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法は、第１実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法と同様に行われるので、図４に示す工程図を参照して説明する。第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法は、図４の製造工程に示すように、搬送工程と、塗工工程と、送風工程とを含んで構成されており、各工程は順に行われる。

搬送工程においては、図８（ａ）に示すように、巻出機構５１への多孔質基材１２のセットや、巻取機構５２へのガス拡散層１１のセットなどの前工程を経て、巻出機構５１から多孔質基材１２が巻き出され、重力方向に直交する水平方向への搬送が開始される。多孔質基材１２は、搬送ロール５３、５４を介して、方向転換が行われバックロール５６に向けて搬送される。

多孔質基材１２は、バックロール５６によって略直角に方向転換が行われて重力方向上方に向かって垂直に搬送される。さらにバックロール５６から搬送された多孔質基材１２は、搬送ロール５５で略直角に方向転換が行われて、巻出機構５１から巻き出された多孔質基材１２の搬送方向と同じ方向に搬送され、多孔質基材１２は焼成炉２４を通過してガス拡散層１１となり、巻取機構５２に搬送される（ステップＳ１）。

搬送工程においては、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びに送風機構２３Ｂから供給される空気の温度（℃）および供給量（ｍ^３／ｍｉｎ）などの設定諸元および実験値やデータに応じて、多孔質基材１２の搬送速度（ｍ／ｓｅｃ）および張力（Ｎ）が選択される。搬送機構２１Ｂにおける多孔質基材１２の搬送速度および張力は、コントローラにより制御される。

塗工工程においては、塗工機構２２Ｂにより、搬送されている多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工される（ステップＳ２）。具体的には、流路６４を介して供給され、上流側リップ６１と下流側リップ６２との間の貯溜部６３に貯溜された液状のカーボンペースト１３の液面に多孔質基材１２を接触させることで多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する。

多孔質基材１２を挟んでバックロール５６と対向する側に配置された塗工ヘッド４１Ｂは、移動機構によりバックロール５６に対して相対的に接近または離間する方向に移動することで、下流側リップ６２とバックロール５６との間の塗工ギャップＧを調整し、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されるカーボンペースト１３の塗工圧を調整する。そして、上流側リップ６１をバックロール５６に相対的に接近または離間する方向に移動することで多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されるカーボンペースト１３の塗工量を調整する。塗工機構２２Ｂは、コントローラに接続されコントローラにより、塗工ヘッド４１Ｂの移動機構などの各構成要素の動作が制御される。

送風工程においては、図１０（ｂ）に示すように、送風機構２３Ｂにより、バックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから多孔質基材１２の裏面１２ｂに向けて空気が吹き出される。さらに、送風機構２３Ｂにおける最適な空気の温度（℃）および供給量（ｍ^３／ｍｉｎ）に調整される。最適値が調整された状態で、吹き出し口５６ｂから多孔質基材１２の裏面１２ｂに対する送風が継続される（ステップＳ３）。

コントローラの制御に基づいて、最適な空気の温度は、送風機構２３Ｂの送風温度調整部により調整され、最適な空気の供給量は、送風機構２３Ｂの供給量調整部により調整される。最適な空気の温度および供給量は、多孔質基材１２の大きさ、構造、および材質、並びにカーボンペースト１３の特質などの設定諸元および実験値やデータに基づいて適宜選択される。

次いで、焼成炉２４により、搬送機構２１Ｂでの搬送中に、塗工機構２２Ｂによる塗工済の多孔質基材１２を加熱することによって、塗工済の多孔質基材１２を乾燥させ、焼成処理が行われる。焼成処理が行われて完成したガス拡散層１１は、巻取機構５２によりロール状に巻き取られる。ロール状に巻き取られたガス拡散層１１は次工程に向けて送られる。

以上のように構成された第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法および製造装置２０Ｂの効果について説明する。

第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造方法は、多孔質基材１２を搬送する搬送工程（ステップＳ１）と、搬送中の多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３を塗工する塗工工程（ステップＳ２）と、カーボンペースト１３が塗工された裏面１２ｂに向けてバックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから空気を吹き付ける送風工程（ステップＳ３）とを含んで構成されている。

この構成により、搬送工程で多孔質基材１２が搬送され、塗工工程で、搬送中の多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工され、送風工程で、カーボンペースト１３が塗工されている裏面１２ｂに向けてバックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから空気が吹き付けられる。その結果、下流側リップ６２の上方で塗工されるカーボンペースト１３に作用する塗工圧（ＭＰａ）に対し、バックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから多孔質基材１２の裏面１２ｂに空気が吹き付けられるので、多孔質基材１２の厚み方向の図１０（ａ）の四角の破線で示す塗工部分で、多孔質基材１２の裏面１２ｂから多孔質基材１２の厚み方向に空気圧（ＭＰａ）が作用する。この空気圧により、塗工するカーボンペースト１３が多孔質基材１２に染み込み過ぎてしまうのを防ぐことができるという効果が得られる。

即ち、ガス拡散層の製造方法においては、図１１に示すように、塗工工程が適正に行われない場合に、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されたカーボンペースト１３がまだらになり、裏面１２ｂに裏抜けが生ずるという異常な塗工状態となってしまう。この点、塗工ギャップＧを調整することで、塗工圧を調整することも考えられるが、塗工ギャップＧを狭めると一気に塗工圧が上昇し、調整が難しくなってしまう。これに対して、第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ｂは、多孔質基材１２の表面１２ａが適正な塗工状態となり、裏抜けも発生しないという効果が得られる。

第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ｂでは、搬送機構部２１Ｂは、多孔質基材１２の裏面１２ｂに接触する外周面に複数の吹き出し口５６ｂが設けられたバックロール５６を有し、送風機構２３Ｂは、バックロール５６の内部に空気を送り、その空気を複数の吹き出し口５６ｂから吹き出させる構成を有している。

この構成により、搬送機構２１Ｂにより多孔質基材１２が搬送され、塗工機構２２Ｂにより、搬送中の多孔質基材１２の表面１２ａにカーボンペースト１３が塗工され、カーボンペースト１３の塗工中に、送風機構２３Ｂにより、カーボンペースト１３が塗工されている多孔質基材１２の裏面１２ｂに向けてバックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから空気が吹き付けられる。その結果、下流側リップ６２の上方で塗工されるカーボンペースト１３に作用する塗工圧（ＭＰａ）に対し、バックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから多孔質基材１２の裏面１２ｂを押し出すようにして空気が吹き付けられる。したがって、多孔質基材１２の厚み方向の図１０（ａ）の四角の破線で示す塗工部分で、多孔質基材１２の裏面１２ｂから多孔質基材１２の厚み方向に空気圧（ＭＰａ）が作用する。この空気圧により、塗工するカーボンペースト１３が多孔質基材１２に染み込み過ぎてしまうのを防ぐことができるという効果が得られる。

即ち、ガス拡散層の製造装置においても、図１１に示すように、塗工が適正に行われない場合に、多孔質基材１２の表面１２ａに塗工されたカーボンペースト１３がまだらになり、多孔質基材１２の裏面１２ｂに裏抜けが生じ、異常な塗工状態となってしまう。この点、塗工ギャップＧを調整することで、塗工圧（ＭＰａ）を調整することも考えられるが、塗工ギャップＧを狭めると一気に塗工圧が上昇し、調整が難しくなってしまうとともに、塗工圧により裏抜けが生じやすくなってしまう。したがって、塗工圧の調整では良品を生産する範囲が狭くなってしまう。なお、量産化を促進するために、多孔質基材１２の搬送速度（ｍ／ｓｅｃ）を上げると、カーボンペースト１３への空気の巻き込み量が多くなり、カーボンペースト１３の液面が盛り上がったり下がったりする、いわゆるメニスカスが変化し正常な塗工状態を確保することができない。また、量産化を促進するためにカーボンペースト１３の粘度（Ｐａ・ｓ）を下げて塗工を速めると、多孔質基材１２の裏面１２ｂへの裏抜けが起こってしまい、ガス拡散層１１の撥水性を担保することができず機能不良となってしまう。

これに対して、第２実施形態に係るガス拡散層１１の製造装置２０Ｂは、前述のように、下流側リップ６２の上方で塗工されるカーボンペースト１３に作用する塗工圧（ＭＰａ）に対し、バックロール５６の複数の吹き出し口５６ｂから多孔質基材１２の裏面１２ｂを押し出すようにして空気が吹き付けられるので、多孔質基材１２の厚み方向の図１０（ａ）の四角の破線で示す塗工部分で、多孔質基材１２の裏面１２ｂから多孔質基材１２の厚み方向に空気圧（ＭＰａ）が作用する。この空気圧により、多孔質基材１２の表面１２ａが適正な塗工状態となり、多孔質基材１２の裏面１２ｂへの裏抜けも発生しないという効果が得られる。

以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について詳述したが、本発明は、前記の第１実施形態および第２実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１１・・・ガス拡散層、１２・・・多孔質基材、１２ａ・・・表面、１２ｂ・・・裏面、１３・・・カーボンペースト、２０，２０Ａ，２０Ｂ・・・製造装置、２１，２１Ａ，２１Ｂ・・・搬送機構（搬送部）、２２，２２Ｂ・・・塗工機構（塗工部）、２３，２３Ｂ・・・送風機構（送風部）、２３ａ，５６ｂ・・・吹き出し口、２４・・・焼成炉、３１，５６・・・バックロール、３２，５３，５４，５５・・・搬送ロール、４１，４１Ｂ・・・塗工ヘッド、４２・・・送風機、５１・・・巻出機構、５２・・・巻取機構、５６ａ・・・壁、６１・・・上流側リップ、６２・・・下流側リップ、６３・・・貯溜部、６４・・・流路、７１・・・空気供給管、Ｇ・・・塗工ギャップ、Ｌ・・・間隔

Claims (7)

1. シート状の多孔質基材にカーボンペーストを塗工してガス拡散層を製造する方法であって、
   前記多孔質基材の一方の面である表面に前記カーボンペーストを塗工する塗工工程と、 該塗工工程により前記表面に前記カーボンペーストが塗工された前記多孔質基材に対して前記多孔質基材の表面とは反対側の面である裏面に気体を吹き付ける送風工程と、
   前記多孔質基材の裏面にロールを接触させて前記多孔質基材を搬送させる搬送工程を含み、
   前記搬送工程により搬送中の前記多孔質基材に対して前記塗工工程と前記送風工程とを行い、
   前記搬送工程では、前記多孔質基材の少なくとも一部において前記表面と前記裏面が重力方向下側と重力方向上側に位置するように前記多孔質基材を搬送させ、
   前記塗工工程では、前記重力方向下側に位置する前記表面に対して塗工を行い、
   前記搬送工程では、前記表面と前記裏面が重力方向下側と重力方向上側に位置するように前記多孔質基材を水平に搬送させ、水平状態から重力方向上方に向かって方向転換させて前記多孔質基材を垂直に搬送させ、
   前記塗工工程では、前記水平搬送中の前記多孔質基材の表面に塗工を行い、
   前記送風工程では、前記垂直搬送中の前記多孔質基材の裏面に対して気体を吹き付けることを特徴とするガス拡散層の製造方法。
2. 前記送風工程では、前記ロールに形成された吹き出し口から気体を吹き出させて、該気体を前記ロールに接触している前記多孔質基材の裏面に吹き付けることを特徴とする請求項１に記載のガス拡散層の製造方法。
3. 前記塗工工程では、前記ロールに接触している前記多孔質基材の表面に塗工を行うことを特徴とする請求項２に記載のガス拡散層の製造方法。
4. シート状の多孔質基材にカーボンペーストを塗工してガス拡散層を製造する装置であって、
   前記多孔質基材を搬送させる搬送部と、
   該搬送部によって搬送中の前記多孔質基材に対して前記多孔質基材の一方の面である表面に前記カーボンペーストを塗工する塗工部と、
   該塗工部により前記表面に前記カーボンペーストが塗工された前記多孔質基材に対して該多孔質基材の表面とは反対側の面である裏面に気体を吹き付ける送風部と、
   を有し、
   前記搬送部は、前記多孔質基材の裏面に接触するバックロールと、該バックロールの下流側で前記多孔質基材の裏面に接触する搬送ロールとを有し、
   前記塗工部は、前記多孔質基材を間に介して前記バックロールに対向する位置に配置される塗工ヘッドを有し、
   前記送風部は、前記バックロールと前記搬送ロールとの間の位置で前記多孔質基材の裏面に対向して配置される送風機を有し、
   前記バックロールは、前記表面と前記裏面が重力方向下側と重力方向上側に位置するように水平に供給される前記多孔質基材を重力方向上方に向かって方向転換させて垂直に搬送させ、
   前記搬送ロールは、前記バックロールに対して重力方向上側に離間した位置に配置されて、前記バックロールから垂直に搬送される前記多孔質基材を前記バックロールに前記多孔質基材が供給される方向とは反対の方向に向かって方向転換させて水平に搬送させ、
   前記塗工ヘッドは、前記バックロールに対して重力方向下側に配置され、
   前記送風機は、前記バックロールと前記搬送ロールとの間に配置されていることを特徴とするガス拡散層の製造装置。
5. 前記送風機の吹き出し口から前記裏面までの間隔、送風温度および風量のうちの少なくとも１つを調整する制御部を有することを特徴とする請求項４に記載のガス拡散層の製造装置。
6. 前記搬送部は、前記塗工部により前記カーボンペーストを塗工する前と塗工した後とで前記多孔質基材を搬送する方向を異ならせるロールを有することを特徴とする請求項４に記載のガス拡散層の製造装置。
7. 前記搬送部は、前記多孔質基材の裏面に接触する外周面に複数の開口部が設けられたバックロールを有し、
   前記送風部は、前記バックロールの内部に気体を送り、該気体を前記複数の開口部から吹き出させることを特徴とする請求項４に記載のガス拡散層の製造装置。

Images