JP6606448B2 - 塗膜検査装置、塗膜検査方法および膜・触媒層接合体の製造装置 - Google Patents

塗膜検査装置、塗膜検査方法および膜・触媒層接合体の製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、搬送機構によりその長手方向に搬送される電解質膜等の長尺帯状の基材の搬送方向に沿って間欠的に形成された複数の矩形の塗膜を非接触で検査する塗膜検査装置および方法、並びに、その塗膜検査装置を組み込んだ膜・触媒層接合体の製造装置に関する。
近年、自動車、家庭用、携帯電話などの駆動電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料に含まれる水素（Ｈ２）と空気中の酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電力を作り出す発電システムであり、発電効率が高く環境への負荷も軽いという特長を有する。
燃料電池には、使用する電解質によって幾つかの種類が存在しているが、そのうちの一つに電解質として高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも称する）を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer electrolyte fuel cell）がある。固体高分子形燃料電池は、常温での動作および小型軽量化が可能であるため、自動車や携帯機器への適用が期待されている。
固体高分子形燃料電池は、一般的には複数のセルを積層して構成されている。１つのセル（単セル）は、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）の両側を一対のセパレータで挟み込んで構成されている。膜・電極接合体は、高分子電解質膜の両面に触媒層を形成した膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）の両側にさらにガス拡散層を配置したものである。高分子電解質膜を挟んで両側に配置された触媒層とガス拡散層とで一対の電極層が構成され、そのうちの一方がアノード電極であり、他方がカソード電極である。アノード電極に水素を含む燃料ガスが接触するとともに、カソード電極に空気が接触することにより電気化学反応によって電力が作り出される。
このような膜・触媒層接合体は、典型的には電解質膜の表面に白金（Ｐｔ）を含む触媒粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた触媒インク（電極ペースト）を塗工し、その触媒インクを乾燥させることによって作成される（特許文献１参照）。特許文献１に開示される装置においては、スリット状の吐出口を備えたスリットノズルから断続的に触媒インクを吐出する間欠塗工を行っている。
一方、燃料電池の膜・触媒層接合体に限らず、シート状の基材に塗工液を塗工して塗膜を形成する場合には、その塗膜の物性値（例えば、膜厚、形状、基材上の塗工位置等）を均質に管理することが重要となる。そのためには、塗工後の塗膜の膜厚等を正確に測定することが必要となり、例えば特許文献２には、放射線の照射によって被測定物の厚さ計測を行う放射線厚さ計が開示されている。特許文献２に記載の放射線厚さ計は、長尺帯状の被測定物をその長手方向に搬送しつつ、放射線源を幅方向に繰り返して往復走査させることによって被測定物の各位置における厚さを計測している。
特開２０１４−２２９３７０号公報 特開平１１−１４２１２８号公報
しかしながら、特許文献１に開示されるような塗工液の間欠塗工を行う装置に特許文献２に記載の厚さ計を適用して塗膜の膜厚を測定した場合、放射線源の繰り返し走査のタイミングが測定器の演算タイミングに依存しているため、間欠塗工のタイミングとは整合しない。このため、間欠的に形成された複数の塗膜ごとに膜厚測定ラインが異なり、測定結果の統計的処理が困難になるという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、間欠的に形成された複数の塗膜について均質な検査を行うことができる塗膜検査装置および方法、並びに、その塗膜検査装置を組み込んだ膜・触媒層接合体の製造装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、搬送機構によりその長手方向に搬送される長尺帯状の基材の搬送方向に沿って間欠的に形成された複数の矩形の塗膜を非接触で検査する塗膜検査装置において、前記複数の塗膜の物性値を非接触にて測定する測定部と、前記測定部を前記搬送方向と直交する前記基材の幅方向に沿って往復移動させる走査機構と、前記複数の塗膜のそれぞれの前記搬送方向に沿った先端を検出する塗膜検出部と、前記塗膜検出部による検出結果に基づいて、前記測定部の測定点が各塗膜に対して描く軌跡が少なくとも当該塗膜の前記先端および後端を通過するように前記走査機構を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る塗膜検査装置において、前記塗膜検出部は、前記搬送方向に沿って前記測定部よりも所定間隔を隔てた上流側に設置され、前記塗膜検出部が各塗膜の先端を検出した時点からの前記基材の搬送距離を検知するエンコーダをさらに備え、前記制御部は、前記エンコーダの検知結果に基づいて、前記搬送距離が前記所定間隔に到達したときに前記測定部の測定点が当該塗膜の先端を通過するように前記走査機構を制御することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る塗膜検査装置において、前記制御部は、前記軌跡が前記搬送方向に対して所定の角度で傾斜するように前記走査機構を制御することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る塗膜検査装置において、前記制御部は、前記軌跡が各塗膜の対角線と一致するように前記走査機構を制御することを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る塗膜検査装置において、塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布の基準データを記憶する記憶部と、前記測定部によって測定された各塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布と前記基準データとを比較して前記塗膜の良否判定を行う判定部と、をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る塗膜検査装置において、塗膜の先端を含む先端領域および後端を含む後端領域について第１の閾値が設定されるとともに、前記先端領域および前記後端領域を除く中央領域について第２の閾値が設定され、前記判定部は、前記測定部によって測定された各塗膜の前記先端領域および前記後端領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第１の閾値以下、かつ、前記測定部によって測定された当該塗膜の前記中央領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第２の閾値以下であれば前記塗膜を良と判定することを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る塗膜検査装置において、前記第２の閾値は前記第１の閾値よりも小さいことを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係る塗膜検査装置において、前記基材は燃料電池の電解質膜であり、前記塗膜は触媒層であり、前記測定部は、各塗膜に放射線を照射して当該塗膜の膜厚を測定することを特徴とする。
また、請求項９の発明は、燃料電池の膜・触媒層接合体の製造装置において、電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工部と、前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥部と、請求項８記載の塗膜検査装置と、を備えることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、搬送機構によりその長手方向に搬送される長尺帯状の基材の搬送方向に沿って間欠的に形成された複数の矩形の塗膜を非接触で検査する塗膜検査方法において、前記複数の塗膜の物性値を非接触にて測定する測定部を前記搬送方向と直交する前記基材の幅方向に沿って往復移動させる走査工程と、前記複数の塗膜のそれぞれの前記搬送方向に沿った先端を検出する塗膜検出工程と、を備え、前記走査工程では、前記塗膜検出工程の検出結果に基づいて、前記測定部の測定点が各塗膜に対して描く軌跡が少なくとも当該塗膜の前記先端および後端を通過するように前記測定部を走査させることを特徴とする。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る塗膜検査方法において、前記塗膜検出部は、前記搬送方向に沿って前記測定部よりも所定間隔を隔てた上流側に設置され、前記走査工程では、前記塗膜検出部が各塗膜の先端を検出した時点からの前記基材の搬送距離を検知するエンコーダの検知結果に基づいて、前記搬送距離が前記所定間隔に到達したときに前記測定部の測定点が当該塗膜の先端を通過するように前記測定部を走査させることを特徴とする。
また、請求項１２の発明は、請求項１０または請求項１１の発明に係る塗膜検査方法において、前記走査工程では、前記軌跡が前記搬送方向に対して所定の角度で傾斜するように前記測定部を走査させることを特徴とする。
また、請求項１３の発明は、請求項１２の発明に係る塗膜検査方法において、前記走査工程では、前記軌跡が各塗膜の対角線と一致するように前記測定部を走査させることを特徴とする。
また、請求項１４の発明は、請求項１０から請求項１３のいずれかの発明に係る塗膜検査方法において、塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布の基準データと、記前記測定部によって測定された各塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布とを比較して前記塗膜の良否判定を行う判定工程をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項１５の発明は、請求項１４の発明に係る塗膜検査方法において、塗膜の先端を含む先端領域および後端を含む後端領域について第１の閾値が設定されるとともに、前記先端領域および前記後端領域を除く中央領域について第２の閾値が設定され、前記判定工程では、前記測定部によって測定された各塗膜の前記先端領域および前記後端領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第１の閾値以下、かつ、前記測定部によって測定された当該塗膜の前記中央領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第２の閾値以下であれば前記塗膜を良と判定することを特徴とする。
また、請求項１６の発明は、請求項１５の発明に係る塗膜検査方法において、前記第２の閾値は前記第１の閾値よりも小さいことを特徴とする。
また、請求項１７の発明は、請求項１０から請求項１６のいずれかの発明に係る塗膜検査方法において、前記基材は燃料電池の電解質膜であり、前記塗膜は触媒層であり、前記測定部は、各塗膜に放射線を照射して当該塗膜の膜厚を測定することを特徴とする。
請求項１から請求項９の発明によれば、測定部の測定点が各塗膜に対して描く軌跡が少なくとも当該塗膜の搬送方向に沿った先端および後端を通過するため、間欠的に形成された複数の塗膜の全てについて先端近傍および後端近傍の測定を行うことができ、複数の塗膜について均質な検査を行うことができる。
特に、請求項４の発明によれば、軌跡が各塗膜の対角線と一致するため、塗膜の先端近傍および後端近傍について検査を行うとともに、塗膜の全幅にわたって検査を行うことができ、検査結果に対する信頼性を高めることができる。
請求項１０から請求項１７の発明によれば、測定部の測定点が各塗膜に対して描く軌跡が少なくとも当該塗膜の搬送方向に沿った先端および後端を通過するため、間欠的に形成された複数の塗膜の全てについて先端近傍および後端近傍の測定を行うことができ、複数の塗膜について均質な検査を行うことができる。
特に、請求項１３の発明によれば、軌跡が各塗膜の対角線と一致するため、塗膜の先端近傍および後端近傍について検査を行うとともに、塗膜の全幅にわたって検査を行うことができ、検査結果に対する信頼性を高めることができる。
本発明に係る膜・触媒層接合体の製造装置の構成を示す図である。 吸着ローラの下部付近の拡大図である。 積層基材の構造を示す図である。 第２支持フィルムが貼り付けられた膜・触媒層接合体の構造を示す図である。 膜厚検査装置の外観を示す斜視図である。 膜厚検査装置を上方から見た平面図である。 膜厚計の要部構成を示す図である。 制御部と製造装置内の各部との接続を示したブロック図である。 膜厚検査の手順を示すフローチャートである。 膜厚検査の手順を示すフローチャートである。 測定部の走査軌跡を示す図である。 触媒層を複数の検査領域に区分けした状態を示す図である。 基準データの一例を示す図である。 膜厚の実測データの一例を示す図である。 測定部の走査軌跡の他の例を示す図である。 間欠塗工と無関係に走査したときの測定部の走査軌跡を示す図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る膜・触媒層接合体の製造装置１の構成を示す図である。この製造装置１は、長尺帯状の基材である電解質膜の表面に、触媒層を形成して、固体高分子形燃料電池用の膜・触媒層接合体を製造する装置である。図１に示すように、本実施形態の膜・触媒層接合体の製造装置１は、吸着ローラ１０、多孔質基材供給回収部２０、電解質膜供給部３０、塗工部４０、乾燥炉５０、接合体回収部６０および制御部７０を備えている。
吸着ローラ１０は、多孔質基材９１および電解質膜９２を吸着保持しつつ回転するローラである。吸着ローラ１０は、複数の吸着孔を有する円筒状の外周面を有する。吸着ローラ１０の直径は、例えば、２００ｍｍ〜１６００ｍｍとされる。図２は、吸着ローラ１０の下部付近の拡大図である。図２中に破線で示したように、吸着ローラ１０には、モータ等の駆動源を有する回転駆動部１１が接続される。回転駆動部１１を動作させると、吸着ローラ１０は、水平に延びる軸心周りに回転する。
吸着ローラ１０の材料には、例えば、多孔質カーボンや多孔質セラミックス等の多孔質材料が用いられる。多孔質セラミックスの具体例としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体を挙げることができる。多孔質の吸着ローラ１０における気孔径は、例えば５μｍ以下とされ、気孔率は、例えば１５％〜５０％とされる。
なお、吸着ローラ１０の材料に、多孔質材料に代えて、金属を用いてもよい。金属の具体例としては、ステンレスまたは鉄を挙げることができる。吸着ローラ１０の材料に金属を用いる場合には、吸着ローラ１０の外周面に、微小な吸着孔を、加工により形成すればよい。吸着孔の直径は、吸着痕の発生を防止するために、２ｍｍ以下とすることが好ましい。
吸着ローラ１０の端面には、吸引口１２が設けられている。吸引口１２は、図外の吸引機構（例えば、排気ポンプ）に接続される。吸引機構を動作させると、吸着ローラ１０の吸引口１２に負圧が生じる。そして、吸着ローラ１０内の気孔を介して、吸着ローラ１０の外周面に設けられた複数の吸着孔にも、負圧が発生する。多孔質基材９１および電解質膜９２は、当該負圧によって、吸着ローラ１０の外周面に吸着保持されつつ、吸着ローラ１０の回転によって円弧状に搬送される。
また、図２中に破線で示すように、吸着ローラ１０の内部には、複数の水冷管１３が設けられている。水冷管１３には、図外の給水機構から、所定温度に温調された冷却水が供給される。製造装置１の動作時には、吸着ローラ１０の熱が、熱媒体である冷却水に吸収される。これにより、吸着ローラ１０が冷却される。熱を吸収した冷却水は、図外の排液機構へ排出される。
なお、後述する乾燥炉５０に代えて、吸着ローラ１０の内部に、温水循環機構やヒータなどの加熱機構が設けられていてもよい。その場合、吸着ローラ１０の内部に水冷管を設けず、吸着ローラ１０の内部に設けられた加熱機構を制御することによって、吸着ローラ１０の外周面の温度を制御してもよい。
多孔質基材供給回収部２０は、長尺帯状の多孔質基材９１を吸着ローラ１０へ向けて供給するとともに、使用後の多孔質基材９１を回収する部位である。多孔質基材９１は、多数の微細な気孔を有する通気可能な基材である。多孔質基材９１は、粉塵が発生しにくい材料で形成されていることが好ましい。図１に示すように、多孔質基材供給回収部２０は、多孔質基材供給ローラ２１、複数の多孔質基材搬入ローラ２２、複数の多孔質基材搬出ローラ２３および多孔質基材回収ローラ２４を有する。多孔質基材供給ローラ２１、複数の多孔質基材搬入ローラ２２、複数の多孔質基材搬出ローラ２３および多孔質基材回収ローラ２４は、いずれも、吸着ローラ１０と平行に配置される。
供給前の多孔質基材９１は、多孔質基材供給ローラ２１に巻き付けられている。多孔質基材供給ローラ２１は、図示を省略したモータの動力により回転する。多孔質基材供給ローラ２１が回転すると、多孔質基材９１は、多孔質基材供給ローラ２１から繰り出される。繰り出された多孔質基材９１は、複数の多孔質基材搬入ローラ２２により案内されつつ、所定の搬入経路に沿って、吸着ローラ１０の外周面まで搬送される。そして、多孔質基材９１は、吸着ローラ１０の外周面に吸着保持されつつ、吸着ローラ１０の回転によって、円弧状に搬送される。なお、図２では、理解容易のため、吸着ローラ１０と、吸着ローラ１０に保持される多孔質基材９１とが、間隔を空けて図示されている。
多孔質基材９１は、吸着ローラ１０の軸心を中心として、１８０°以上、好ましくは２７０°以上搬送される。その後、多孔質基材９１は、吸着ローラ１０の外周面から離れる。吸着ローラ１０から離れた多孔質基材９１は、複数の多孔質基材搬出ローラ２３により案内されつつ、所定の搬出経路に沿って、多孔質基材回収ローラ２４まで搬送される。多孔質基材回収ローラ２４は、図示を省略したモータの動力により回転する。これにより、使用後の多孔質基材９１が、多孔質基材回収ローラ２４に巻き取られる。
電解質膜供給部３０は、電解質膜９２および第１支持フィルム９３の２層で構成される積層基材９４を、吸着ローラ１０の周囲へ供給するとともに、電解質膜９２から第１支持フィルム９３を剥離する部位である。図３は、積層基材９４の構造を示す図である。
電解質膜９２には、例えば、フッ素系または炭化水素系の高分子電解質膜が用いられる。電解質膜９２の具体例としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（登録商標）、旭硝子（株）製のFlemion（登録商標）、旭化成（株）製のAciplex（登録商標）、ゴア(Gore)社製のGoreselect（登録商標））を挙げることができる。電解質膜９２の膜厚は、例えば、５μｍ〜３０μｍとされる。電解質膜９２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９２は、大気中の湿度に応じて変形しやすい性質を有する。
第１支持フィルム９３は、電解質膜９２の変形を抑制するためのフィルムである。第１支持フィルム９３の材料には、電解質膜９２よりも機械的強度が高く、形状保持機能に優れた樹脂が用いられる。第１支持フィルム９３の具体例としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムを挙げることができる。第１支持フィルム９３の膜厚は、例えば２５μｍ〜１００μｍとされる。
図１に示すように、電解質膜供給部３０は、積層基材供給ローラ３１（電解質膜供給ローラ）、複数の積層基材搬入ローラ３２、剥離ローラ３３、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４および第１支持フィルム回収ローラ３５を有する。積層基材供給ローラ３１、複数の積層基材搬入ローラ３２、剥離ローラ３３、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４および第１支持フィルム回収ローラ３５は、いずれも、吸着ローラ１０と平行に配置される。
供給前の積層基材９４は、第１支持フィルム９３が外側となるように、積層基材供給ローラ３１に巻き付けられている。本実施形態では、電解質膜９２の、第１支持フィルム９３とは反対側の面（以下、「第１面」と称する）に、予め触媒層（以下、「第１触媒層９ａ」と称する）が形成されている（図２，３）。第１触媒層９ａは、この製造装置１とは別の装置において、第１支持フィルム９３および電解質膜９２の２層で構成される積層基材９４を、そのままロール・ツー・ロール方式で搬送しつつ、電解質膜９２の第１面に触媒インクを間欠塗工し、塗工された触媒インクを乾燥させることによって形成される。
積層基材供給ローラ３１は、図示を省略したモータの動力により回転する。積層基材供給ローラ３１が回転すると、積層基材９４は、積層基材供給ローラ３１から繰り出される。繰り出された積層基材９４は、複数の積層基材搬入ローラ３２により案内されつつ、所定の搬入経路に沿って、剥離ローラ３３まで搬送される。
剥離ローラ３３は、電解質膜９２から第１支持フィルム９３を剥離するためのローラである。剥離ローラ３３は、吸着ローラ１０よりも径の小さい円筒状の外周面を有する。剥離ローラ３３の少なくとも外周面は、弾性体により形成される。図２に示すように、剥離ローラ３３は、吸着ローラ１０に対する多孔質基材９１の導入位置よりも、吸着ローラ１０の回転方向のやや下流側において、吸着ローラ１０に隣接配置されている。また、剥離ローラ３３は、図示を省略したエアシリンダによって、吸着ローラ１０側へ加圧されている。
図２に示すように、複数の積層基材搬入ローラ３２により搬入される積層基材９４は、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間へ導入される。このとき、電解質膜９２の第１面は、第１触媒層９ａとともに、吸着ローラ１０に保持された多孔質基材９１の表面に接触し、第１支持フィルム９３は、剥離ローラ３３の外周面に接触する。また、積層基材９４は、剥離ローラ３３から受ける圧力で、吸着ローラ１０側へ押し付けられる。吸着ローラ１０に保持された多孔質基材９１の表面には、吸着ローラ１０からの吸引力によって、負圧が生じる。電解質膜９２は、当該負圧によって、多孔質基材９１の表面に吸着される。そして、電解質膜９２は、多孔質基材９１とともに吸着ローラ１０に保持されつつ、吸着ローラ１０の回転によって、円弧状に搬送される。なお、図２では、理解容易のため、吸着ローラ１０に保持される多孔質基材９１と電解質膜９２とが、間隔を空けて図示されている。
このように、本実施形態では、吸着ローラ１０の外周面と電解質膜９２との間に、多孔質基材９１を介在させる。このため、吸着ローラ１０の外周面と、電解質膜９２の第１面に形成された第１触媒層９ａとは、直接接触しない。したがって、第１触媒層９ａの一部が吸着ローラ１０の外周面に付着したり、吸着ローラ１０の外周面から電解質膜９２へ異物が転載されたりすることを、防止できる。
一方、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間を通過した第１支持フィルム９３は、吸着ローラ１０から離れて、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４側へ搬送される。これにより、電解質膜９２から第１支持フィルム９３が剥離される。その結果、電解質膜９２の第１面とは反対側の面（以下、「第２面」と称する）が露出する。剥離された第１支持フィルム９３は、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４により案内されつつ、所定の搬出経路に沿って、第１支持フィルム回収ローラ３５まで搬送される。第１支持フィルム回収ローラ３５は、図示を省略したモータの動力により回転する。これにより、第１支持フィルム９３が、第１支持フィルム回収ローラ３５に巻き取られる。
塗工部４０は、吸着ローラ１０の周囲において、電解質膜９２の表面に触媒インクを塗布する機構である。触媒インクには、例えば、白金（Ｐｔ）を含む触媒粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた触媒インクが用いられる。図１に示すように、塗工部４０はノズル４１を有する。ノズル４１は、吸着ローラ１０による電解質膜９２の搬送方向において、剥離ローラ３３よりも下流側に設けられている。ノズル４１は、吸着ローラ１０の外周面に対向する吐出口４１１を有する。吐出口４１１は、吸着ローラ１０の外周面に沿って、水平に延びるスリット状の開口である。
ノズル４１は、図示を省略した触媒インク供給源と接続されている。塗工部４０を駆動させると、触媒インク供給源から配管を通ってノズル４１に、触媒インクが供給される。そして、ノズル４１の吐出口４１１から電解質膜９２の第２面に向けて、触媒インクが吐出される。これにより、電解質膜９２の第２面に、触媒インクが塗布される。
本実施形態では、ノズル４１に接続されるバルブを一定の周期で開閉することによって、ノズル４１の吐出口４１１から、触媒インクを断続的に吐出する。これにより、電解質膜９２の第２面に、触媒インクを搬送方向に一定の間隔で間欠塗工する。触媒インクは、第１面にて第１触媒層９ａが形成されているのと同じ領域の第２面に間欠塗工される。
なお、触媒インク中の触媒粒子には、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおいて燃料電池反応を起こす材料が用いられる。具体的には、白金（Ｐｔ）、白金合金、白金化合物等の粒子を、触媒粒子として用いることができる。白金合金の例としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）等からなる群から選択される少なくとも１種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の触媒インクには白金が用いられ、アノード用の触媒インクには白金合金が用いられる。ノズル４１から吐出される触媒インクは、カソード用であってもアノード用であってもよい。ただし、電解質膜９２の表裏に形成される触媒層９ａ，９ｂには、互いに逆極性の触媒インクが用いられる。
塗工部４０のノズル４１や配管は、定期的に分解洗浄等のメンテナンスを行う必要がある。このため、この製造装置１は、塗工部４０のメンテナンスを行うためのメンテナンススペース８０を有する。本実施形態では、塗工部４０と第１支持フィルム回収ローラ３５との間に、メンテナンススペース８０が配置されている。塗工部４０のメンテナンスを行うときには、メンテナンススペース８０に設けられた足場８０１の上に作業者８９が立って、塗工部４０を構成する部品の洗浄等を行う。
乾燥炉５０は、電解質膜９２の第２面に塗布された触媒インクを乾燥させる部位である。本実施形態の乾燥炉５０は、吸着ローラ１０による電解質膜９２の搬送方向において、塗工部４０よりも下流側に配置されている。また、乾燥炉５０は、吸着ローラ１０の外周面に沿って、円弧状に設けられている。乾燥炉５０は、吸着ローラ１０の周囲において、電解質膜９２の第２面に、加熱された気体（熱風）を吹き付ける。そうすると、電解質膜９２の第２面に塗布された触媒インクが加熱され、触媒インク中の溶剤が気化する。これにより、触媒インクが乾燥して、電解質膜９２の第２面に触媒層（以下、「第２触媒層９ｂ」と称する）が形成される。その結果、電解質膜９２、第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂで構成される膜・触媒層接合体９５が得られる。第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂは電解質膜９２の表裏面の同じ位置に形成されているため、第１触媒層９ａと第２触媒層９ｂとの間に電解質膜９２が挟み込まれた構成となる。
接合体回収部６０は、膜・触媒層接合体９５に第２支持フィルム９６を貼り付けて、膜・触媒層接合体９５を回収する部位である。図１に示すように、接合体回収部６０は、第２支持フィルム供給ローラ６１、複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２、ラミネートローラ６３、複数の接合体搬出ローラ６４および接合体回収ローラ６５（電解質膜回収ローラ）を有する。第２支持フィルム供給ローラ６１、複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２、ラミネートローラ６３、複数の接合体搬出ローラ６４および接合体回収ローラ６５は、いずれも、吸着ローラ１０と平行に配置される。
供給前の第２支持フィルム９６は、第２支持フィルム供給ローラ６１に巻き付けられている。第２支持フィルム供給ローラ６１は、図示を省略したモータの動力により回転する。第２支持フィルム供給ローラ６１が回転すると、第２支持フィルム９６は、第２支持フィルム供給ローラ６１から繰り出される。繰り出された第２支持フィルム９６は、複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２により案内されつつ、所定の搬入経路に沿って、ラミネートローラ６３まで搬送される。
第２支持フィルム９６の材料には、電解質膜９２よりも機械的強度が高く、形状保持機能に優れた樹脂が用いられる。第２支持フィルム９６の具体例としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムを挙げることができる。第２支持フィルム９６の膜厚は、例えば２５μｍ〜１００μｍとされる。第２支持フィルム９６は、第１支持フィルム９３と同じものであってもよい。また、第１支持フィルム回収ローラ３５に巻き取られた第１支持フィルム９３を、第２支持フィルム９６として第２支持フィルム供給ローラ６１から繰り出すようにしてもよい。
ラミネートローラ６３は、膜・触媒層接合体９５に第２支持フィルム９６を貼り付けるためのローラである。ラミネートローラ６３の材料には、例えば、耐熱性の高いゴムが用いられる。ラミネートローラ６３は、吸着ローラ１０よりも径の小さい円筒状の外周面を有する。ラミネートローラ６３は、吸着ローラ１０の回転方向において、乾燥炉５０よりも下流側、かつ、吸着ローラ１０から多孔質基材９１が離れる位置よりも上流側において、吸着ローラ１０に隣接配置されている。また、ラミネートローラ６３は、図示を省略したエアシリンダによって、吸着ローラ１０側へ加圧されている。
図２に示すように、ラミネートローラ６３の内部には、通電により発熱するヒータ６３１が設けられている。ヒータ６３１には、例えば、シーズヒータが用いられる。ヒータ６３１に通電すると、ヒータ６３１から生じる熱によって、ラミネートローラ６３の外周面が、環境温度よりも高い所定の温度に温調される。なお、ラミネートローラ６３の外周面の温度を放射温度計等の温度センサを用いて測定し、その測定結果に基づいて、ラミネートローラ６３の外周面が一定の温度となるように、ヒータ６３１の出力を制御するようにしてもよい。
複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２により搬入される第２支持フィルム９６は、図２に示すように、吸着ローラ１０の周囲において搬送される膜・触媒層接合体９５とラミネートローラ６３との間へ導入される。このとき、第２支持フィルム９６は、ラミネートローラ６３からの圧力により、膜・触媒層接合体９５に押し付けられるとともに、ラミネートローラ６３の熱により加熱される。その結果、電解質膜９２の第２面に、第２支持フィルム９６が貼り付けられる。図４は、第２支持フィルム９６が貼り付けられた膜・触媒層接合体９５の構造を示す図である。電解質膜９２の第２面に形成された第２触媒層９ｂは、電解質膜９２と第２支持フィルム９６との間に挟まれる。
吸着ローラ１０とラミネートローラ６３との間を通過した第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５は、吸着ローラ１０から離れる方向へ搬送される。これにより、多孔質基材９１から膜・触媒層接合体９５が剥離される。
また、本実施形態では、ラミネートローラ６３の近傍に、押圧ローラ６３２が配置されている。押圧ローラ６３２は、吸着ローラ１０とラミネートローラ６３との間の隙間よりも、膜・触媒層接合体９５の搬送方向下流側において、ラミネートローラ６３に隣接配置されている。また、押圧ローラ６３２は、図示を省略したエアシリンダによって、ラミネートローラ６３側へ加圧されている。多孔質基材９１から離れた第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５は、続いて、ラミネートローラ６３と押圧ローラ６３２との間を通過する。これにより、電解質膜９２の第２面に対する第２支持フィルム９６の密着性が向上する。
その後、第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５は、複数の接合体搬出ローラ６４により案内されつつ、所定の搬出経路に沿って、接合体回収ローラ６５まで搬送される。接合体回収ローラ６５は、図示を省略したモータの動力により回転する。これにより、第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５が、第２支持フィルム９６が外側となるように、接合体回収ローラ６５に巻き取られる。
このように、本実施形態の製造装置１では、積層基材供給ローラ３１からの積層基材９４の繰り出し、電解質膜９２からの第１支持フィルム９３の剥離、電解質膜９２への触媒インクの塗布、乾燥炉５０による乾燥、電解質膜９２への第２支持フィルム９６の貼り付け、接合体回収ローラ６５への膜・触媒層接合体９５の巻取り、の各工程が、順次に実行される。これにより、固体高分子形燃料電池の電極に用いられる膜・触媒層接合体９５が製造される。電解質膜９２は、第１支持フィルム９３、吸着ローラ１０、または第２支持フィルム９６に、常に保持されている。これにより、製造装置１における電解質膜９２の膨潤・収縮等の変形が抑制される。
また、本実施形態の製造装置１は、電解質膜９２に形成された触媒層９ａ，９ｂの膜厚を検査する膜厚検査装置１２０，２２０を備えている。図１に示すように、膜厚検査装置１２０は、接合体回収部６０に設けられ、接合体搬出ローラ６４によって搬送される膜・触媒層接合体９５の電解質膜９２の表裏面に形成された触媒層９ａ，９ｂの合計膜厚を測定して検査する。一方、膜厚検査装置２２０は、電解質膜供給部３０に設けられ、積層基材搬入ローラ３２によって搬送される積層基材９４に予め形成されている第１触媒層９ａの膜厚を測定して検査する。
図５は、膜厚検査装置１２０の外観を示す斜視図である。図６は、膜厚検査装置１２０を上方から見た平面図である。ここでは膜厚検査装置１２０について説明するが、膜厚検査装置２２０についても同様の構成を備える。膜厚検査装置１２０は、膜厚計１２１、ファイバセンサ１２４およびエンコーダ１２５を有する。
図７は、膜厚計１２１の要部構成を示す図である。図７は、膜・触媒層接合体９５の搬送方向から膜厚計１２１を見た図である。膜厚計１２１は、矩形の環状フレームに測定部１２３および走査機構１２２を備えて構成される。なお、図６および図７では、環状フレームを除いて要部の測定部１２３および走査機構１２２を図示している。
測定部１２３は、被測定物に対して放射線を照射する放射線源１２３ａおよび放射線源１２３ａから照射されて被測定物を透過した放射線を検出してその線量を計測する放射線検出部１２３ｂを有する。放射線源１２３ａおよび放射線検出部１２３ｂとしては、公知の種々の放射線厚さ計を採用することができる。例えば、放射線源１２３ａとしては、Ｘ線源を使用することができる。また、放射線検出部１２３ｂとしてはシンチレーション検出器等を採用することができる。
測定部１２３は、放射線源１２３ａから照射された放射線のうち膜・触媒層接合体９５を透過して放射線検出部１２３ｂによって検出された放射線の線量に基づいて第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂの膜厚を測定する。すなわち、測定部１２３は、膜・触媒層接合体９５の触媒層膜厚を非接触にて測定する。放射線源１２３ａは、ビーム状に収束した放射線を照射するため、その放射線が膜・触媒層接合体９５に照射されるスポットにおける触媒層膜厚が測定されることとなる。なお、以下、電解質膜９２の同じ領域の表裏面に形成された一対の第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂを総称して単に触媒層９と表記する。
走査機構１２２は、被測定物である膜・触媒層接合体９５の上下に設けられ、放射線源１２３ａおよび放射線検出部１２３ｂをそれぞれ走査する。走査機構１２２は、図６に矢印ＡＲ６にて示すように、膜・触媒層接合体９５の搬送方向と直交する膜・触媒層接合体９５の幅方向に沿って放射線源１２３ａおよび放射線検出部１２３ｂを繰り返し往復移動させる。
走査機構１２２は、放射線源１２３ａおよび放射線検出部１２３ｂを同期させつつ走査する。従って、放射線源１２３ａおよび放射線検出部１２３ｂは膜・触媒層接合体９５を挟んで常に相対向しつつ往復移動することとなる。以下、走査機構１２２が放射線源１２３ａおよび放射線検出部１２３ｂを同期させつつ走査することを、単に測定部１２３を走査すると称する。
ファイバセンサ１２４は、図示省略のレーザ光源から出射されたレーザ光を導いて膜・触媒層接合体９５の第２面に向けて出射する。ファイバセンサ１２４は、膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿って測定部１２３よりも上流側（吸着ローラ１０に近い側）に固定設置されている。ファイバセンサ１２４と測定部１２３との間隔は適宜のものとすることができ、例えば数ｍｍ程度である。ファイバセンサ１２４は、そのレーザ光の反射光（または透過光）を受光して膜・触媒層接合体９５における触媒層９の有無を検知する。接合体回収部６０にて膜・触媒層接合体９５はその長手方向に一定速度で搬送されているため、ファイバセンサ１２４は膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端を検出することができる。
エンコーダ１２５は、例えば膜・触媒層接合体９５に接触するローラを有しており、そのローラの回転角度から膜・触媒層接合体９５の搬送距離を検知する。エンコーダ１２５は、膜・触媒層接合体９５に直接接触するものに限定されるものではなく、例えば接合体搬出ローラ６４の回転角度から膜・触媒層接合体９５の搬送距離を検知するものであっても良い。
図１に戻り、制御部７０は、製造装置１内の各部を動作制御するための手段である。図８は、制御部７０と、製造装置１内の各部との接続を示したブロック図である。制御部７０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等の記憶部７２を備えて構成される。記憶部７２には、膜・触媒層接合体９５の製造処理を実行するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。制御部７０のＣＰＵがコンピュータプログラムＰを実行することによって、製造装置１に設けられた各動作機構が制御されて膜・触媒層接合体９５の製造処理が進行する。
また、制御部７０は、膜厚検査装置１２０，２２０の制御機構としての機能も有する。図８に示すように、制御部７０は、吸着ローラ１０や接合体回収ローラ６５等の製造装置１の搬送機構、上述した膜厚検査装置１２０の走査機構１２２、測定部１２３、ファイバセンサ１２４およびエンコーダ１２５とそれぞれ通信可能に接続されている。
判定部７１は、制御部７０のＣＰＵがコンピュータプログラムＰを実行することによって制御部７０内に実現される機能処理部である。判定部７１の処理内容についてはさらに後述する。
本実施形態の製造装置１における膜・触媒層接合体９５の製造手順は上述した通りである。以下、膜厚検査装置１２０による膜厚検査の手順についてさらに説明する。図９，１０は、膜厚検査の手順を示すフローチャートである。
まず、製造装置１において電解質膜９２の搬送が開始される（ステップＳ１）。具体的には、吸着ローラ１０、積層基材供給ローラ３１および接合体回収ローラ６５が回転動作を開始して電解質膜９２を含む積層基材９４および膜・触媒層接合体９５の搬送が開始される。長尺帯状の電解質膜９２は、その長手方向に沿って一定速度（例えば、２５ｍｍ／秒）で搬送される。
上述したように、搬送される電解質膜９２の第２面に塗工部４０から触媒インクが間欠塗工され、その触媒インクが乾燥炉５０によって乾燥されて第２触媒層９ｂが形成される（ステップＳ２）。第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂは電解質膜９２の表裏面の同じ位置に形成され、双方の平面形状は同一の矩形である。そして、電解質膜９２の表裏面に第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂが間欠的に形成された膜・触媒層接合体９５が複数の接合体搬出ローラ６４により案内されて膜厚検査装置１２０に到達する。
膜厚検査装置１２０による膜厚検査を行うときには、まずファイバセンサ１２４による触媒層９の検出を開始する（ステップＳ３）。ファイバセンサ１２４は膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端を検出する（ステップＳ４）。そして、ファイバセンサ１２４が膜・触媒層接合体９５に形成された複数の触媒層９のいずれかの先端を検出したとき、その時点でのエンコーダ１２５のエンコーダ値が記憶される（ステップＳ５）。エンコーダ値は、例えば制御部７０のメモリに記憶される。
ファイバセンサ１２４が当該触媒層９の先端を検出した時点から膜・触媒層接合体９５が搬送されるにつれてエンコーダ１２５のエンコーダ値は増加する。制御部７０はエンコーダ１２５のエンコーダ値を監視している（ステップＳ６）。そして、エンコーダ値が所定の設定値以上（ステップＳ７）となった時点にて、制御部７０が走査機構１２２に測定部１２３の走査を開始させる（ステップＳ８）。当該所定の設定値は、ファイバセンサ１２４と測定部１２３との間隔に対応するエンコーダ値である。
図１１は、測定部１２３の走査軌跡を示す図である。より正確には、図１１は、膜・触媒層接合体９５における測定部１２３の測定点（ビーム状の放射線の照射点）の軌跡を示す。測定部１２３が、触媒層９に対向していないとき、すなわち測定部１２３の測定点が触媒層９から外れているときには、測定部１２３の測定点が触媒層９の幅方向端部と一致する線上に位置するように測定部１２３が待機している。そして、エンコーダ１２５のエンコーダ値が所定の設定値以上となった時点、つまり膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端が測定部１２３の測定点に到達した時点にて、膜・触媒層接合体９５の搬送方向と直交する膜・触媒層接合体９５の幅方向に沿って測定部１２３が走査を開始するように制御部７０が走査機構１２２を制御する。換言すれば、エンコーダ１２５のエンコーダ値に基づいて、ファイバセンサ１２４が触媒層９の先端を検出した時点からの膜・触媒層接合体９５の搬送距離がファイバセンサ１２４と測定部１２３との間隔に到達したときに、測定部１２３の測定点が触媒層９の先端を通過するように制御部７０が走査機構１２２を制御する。測定部１２３は、その測定点が触媒層９の幅方向端部と一致する線上に位置するように待機していたため、図１１に示すように、触媒層９における測定部１２３の測定点の走査軌跡の始点は矩形の触媒層９の角部となる。
また、本実施形態においては図１１に示すように、触媒層９における測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致するように制御部７０が走査機構１２２を制御して測定部１２３を走査させる。具体的には、膜・触媒層接合体９５は搬送方向に沿って一定速度で搬送されているため、測定部１２３の測定点が膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の後端に到達すると同時に触媒層９の幅方向端部に到達するように制御部７０が走査機構１２２を制御する。これにより、測定部１２３の測定点の走査軌跡が膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端および後端を通過することとなる。
測定部１２３は、走査機構１２２によって走査されつつ、触媒層９の膜厚（つまり、第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂの合計膜厚）を測定する（ステップＳ９）。測定部１２３は、その測定点における触媒層９の膜厚を測定する。そして、触媒層９における測定部１２３の測定点が走査軌跡の始点とは対角の角部に到達したときに、一旦測定部１２３の走査を停止するように制御部７０が走査機構１２２を制御する（ステップＳ１０）。これにより、間欠的に形成された複数の触媒層９のうちの１つの触媒層９についての膜厚測定が終了する。
次に、その膜厚測定が終了した触媒層９の膜厚の良否判定を行う（ステップＳ１１）。膜厚の良否判定は、制御部７０の判定部７１が測定部１２３による実測データと予め取得されて記憶部７２に格納されている基準データＲ（図８参照）とを比較することによって実行される。基準データＲは、膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端から後端にわたる膜厚分布の標準値となるものである。基準データＲは、予め正確に塗工された触媒層９の膜厚を測定することによって取得しておけば良い。また、製造装置１によって間欠塗工を行うときに、処理を開始してから３番目以降の触媒層９の膜厚は比較的安定するため、その膜厚を測定部１２３が実測することによって基準データＲを取得するようにしても良い。或いは、最適とされる膜厚分布を基準データＲとして設定しておくようにしても良い。
判定部７１は、測定部１２３によって測定された触媒層９の先端から後端にわたる膜厚分布の実測データと基準データＲとの差異が予め設定された閾値以下に収まっているか否かによって膜厚の良否判定を行う。また、膜厚の良否判定は、触媒層９を複数の検査領域に区分けし、それら検査領域毎に行う。
図１２は、触媒層９を複数の検査領域に区分けした状態の一例を示す図である。図１２に示すように、本実施形態においては、各触媒層９を先端領域１７、後端領域１９および中央領域１８の３つの検査領域に区分けしている。先端領域１７は、膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端から所定長さの領域である。後端領域１９は、膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の後端から所定長さの領域である。中央領域１８は、触媒層９のうちの先端領域１７および後端領域１９を除く領域である。
塗工部４０が間欠塗工を行う際に、ノズル４１からの触媒インクの吐出開始時および吐出終了時に乱れが生じやすい。すなわち、膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端近傍および後端近傍の膜厚が不均一となりやすい。先端領域１７および後端領域１９の長さは適宜の値とすることができるが、上記膜厚が不均一となりやすい部分の長さと整合させるのが好ましい。また、先端領域１７の長さと後端領域１９の長さは同じであっても良い。
本実施形態では、先端領域１７および後端領域１９について第１の閾値ＴＨ１が設定されるとともに、中央領域１８について第２の閾値ＴＨ２が設定されている。第２の閾値ＴＨ２は第１の閾値ＴＨ１よりも小さい値に設定されている。すなわち、先端領域１７および後端領域１９よりも中央領域１８の方が判定基準が厳しいものとなっている。設定された第１の閾値ＴＨ１および第２の閾値ＴＨ２は例えば制御部７０の記憶部７２に格納されている。
図１３は、膜厚の良否判定の基準となる基準データＲの一例を示す図である。図１４は、測定部１２３による膜厚の実測データの一例を示す図である。図１３，１４の縦方向が触媒層９の膜厚に相当し、横方向が膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の位置に相当する。図１４にて点線で示すのは図１３の基準データＲである。上述したように、図１３の基準データＲは、膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端から後端にわたる膜厚分布の標準値となるものである。また、図１４の実測データは、測定部１２３によって実際に測定された触媒層９の先端から後端にわたる膜厚分布である。
判定部７１は、触媒層９の先端領域１７および後端領域１９についての測定部１２３による実測データと基準データＲとの差異Ｄ１が第１の閾値ＴＨ１以下であるか否かを判定するとともに、中央領域１８についての測定部１２３による実測データと基準データＲとの差異Ｄ２が第２の閾値ＴＨ２以下であるか否かを判定する。そして、双方の判定結果がともに満足された場合、すなわち先端領域１７および後端領域１９についての実測データと基準データＲとの差異Ｄ１が第１の閾値ＴＨ１以下、かつ、中央領域１８についての実測データと基準データＲとの差異Ｄ２が第２の閾値ＴＨ２以下であれば、判定部７１は触媒層９の膜厚を良と判定する。逆にいずれか一方の判定結果でも満たされない場合、すなわち先端領域１７および後端領域１９についての実測データと基準データＲとの差異Ｄ１が第１の閾値ＴＨ１より大きい、および／または、中央領域１８についての実測データと基準データＲとの差異Ｄ２が第２の閾値ＴＨ２より大きいであれば、判定部７１は触媒層９の膜厚を不良と判定する。
このようにして複数の触媒層９のうちの１つの触媒層９についての膜厚良否判定が完了する。良否判定の結果は、例えば制御部７０のディスプレイ等に表示するようにしても良い。また、判定結果が不良であった場合には、処理異常の警報を発報するようにしても良い。
続いて、次の触媒層９についての膜厚測定および良否判定を行う場合には、ステップＳ１２からステップＳ３に戻り、上記と同様の工程が繰り返される。すなわち、ファイバセンサ１２４によって次の触媒層９の先端を検出し、その先端が測定部１２３の測定点に到達した時点で測定部１２３の走査を開始する。測定部１２３は、直前の触媒層９の膜厚測定が終了した位置にて停止したままであれば、触媒層９の幅方向端部と一致する線上に位置しているため（但し、直前の触媒層９の幅方向端部とは反対側の端部）、触媒層９における測定部１２３の測定点の走査軌跡の始点は触媒層９の角部となる。そして、触媒層９における測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致するように制御部７０が走査機構１２２を制御して測定部１２３を走査させる。
このような測定部１２３の走査と膜厚測定とを繰り返すことによって、図１１に示すように、膜・触媒層接合体９５に形成されている複数の触媒層９の全てについて測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致することとなる。仮に、測定部１２３の走査のタイミングが間欠塗工された触媒層９の形成パターンとは無関係に決定された場合、図１６に示すように、測定部１２３の測定点の走査軌跡は複数の触媒層９ごとに異なるものとなる。このようになると、触媒層９ごとに測定ラインが異なることとなり、複数の触媒層９についての均質な検査ができなくなる。例えば、いくつかの触媒層９については、膜厚が不均一となりやすい先端領域１７および後端領域１９の膜厚測定が行われないこととなる。
本実施形態においては、図１１に示すように、ファイバセンサ１２４によって触媒層９の先端を検出し、その検出結果を用いて触媒層９における測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致するように制御部７０が測定部１２３の走査を制御している。このため、膜・触媒層接合体９５に形成されている複数の触媒層９の全てについて測定ラインが同じとなり、均質な検査を行うことが可能となる。その結果、複数の触媒層９の測定結果についての統計的処理も可能となり、膜厚検査の精度を向上させることができる。
また、測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致しているため、相対的に膜厚が不均一となりやすい先端領域１７および後端領域１９の膜厚測定が全ての触媒層９について実行されることとなる。さらに、測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致していれば、触媒層９の幅方向についても膜厚分布を測定することが可能となる。塗工部４０のノズル４１に液詰まり等の異常がある場合には、触媒層９の幅方向に沿った膜厚分布の不均一が生じることもある。本実施形態のように、測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致していれば、膜厚が不均一となりやすい先端領域１７および後端領域１９について検査するとともに、触媒層９の幅方向の分布についても検査を行うこととなるため、検査結果に対する信頼性を高めることができる。
また、本実施形態においては、触媒層９を先端領域１７、後端領域１９および中央領域１８の３つの検査領域に区分けし、先端領域１７および後端領域１９については第１の閾値ＴＨ１を設定するとともに、中央領域１８についてはそれよりも小さな第２の閾値ＴＨ２を設定している。一般に、中央領域１８は先端領域１７および後端領域１９に比較して膜厚が安定する領域（異なる触媒層９間の変動が少ない領域）であり、この中央領域１８で膜厚が変動していることは重大な塗工不良が生じている可能性のあることを示している。よって、中央領域１８についての第２の閾値ＴＨ２を第１の閾値ＴＨ１よりも小さな値に設定して判定基準を厳しくすることにより、膜厚の検査結果に対する信頼性を向上させることができる。その一方、先端領域１７および後端領域１９については、不可避的な膜厚変動が生じるため、第１の閾値ＴＨ１を過度に小さくして判定基準を厳しくすると膜厚不良と判定される触媒層９が過多となり、歩留まりを低下させるおそれがある。本実施形態のように、先端領域１７および後端領域１９については第１の閾値ＴＨ１を中央領域１８についての第２の閾値ＴＨ２よりも大きく設定しておけば、検査結果に対する信頼性と歩留まりとのバランスを維持することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致していたが、これに限定されるものではなく、当該走査軌跡は図１５に示すようなものであっても良い。図１５に示すように、測定部１２３の測定点が触媒層９に対して描く走査軌跡は少なくとも膜・触媒層接合体９５の搬送方向に沿った触媒層９の先端および後端を通過するものであれば良い。測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の先端および後端を通過するように制御部７０が走査機構１２２を制御して測定部１２３を走査させる。
測定部１２３の測定点の走査軌跡が少なくとも触媒層９の先端および後端を通過していれば、膜・触媒層接合体９５に形成されている複数の触媒層９の全てについて先端領域１７および後端領域１９の膜厚測定を行うことができ、均質な検査を行うことが可能となる。また、全ての触媒層９について膜厚が不均一となりやすい先端領域１７および後端領域１９の膜厚測定を行うこととなるため、検査結果に対する信頼性を高めることが可能となる。
また、図１５に示す例では、測定部１２３の測定点の走査軌跡が膜・触媒層接合体９５の搬送方向に対して傾斜するように制御部７０が走査機構１２２を制御している。測定部１２３の測定点の走査軌跡が膜・触媒層接合体９５の搬送方向に対して傾斜していれば、触媒層９の幅方向についても膜厚分布を測定することが可能となり、検査結果に対する信頼性をさらに高めることができる。
好ましくは、複数の触媒層９における測定部１２３の測定点の走査軌跡の始点および終点が同じであれば（つまり、測定ラインが同じであれば）、より均質な検査を行うことができる。
上記実施形態のように、測定部１２３の測定点の走査軌跡が矩形の触媒層９の対角線と一致していれば、先端領域１７および後端領域１９について膜厚検査を行うとともに、触媒層９の全幅にわたって検査を行うこととなるため、検査結果に対する信頼性は最も好ましいものとなる。
また、上記実施形態では、膜厚検査装置１２０について説明したが、電解質膜供給部３０に設けられた膜厚検査装置２２０（図１）も接合体回収部６０に設けられた膜厚検査装置１２０と同様の構成を備え、概ね同様の手順にて触媒層の膜厚検査を行う。但し、電解質膜供給部３０に設けられた膜厚検査装置２２０は、積層基材９４に形成されている第１触媒層９ａの膜厚を測定して検査する。膜厚検査装置１２０によって測定された触媒層９の膜厚（第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂの合計膜厚）から膜厚検査装置２２０によって測定された第１触媒層９ａの膜厚を減算することにより、製造装置１にて成膜された第２触媒層９ｂの膜厚を算定することもできる。制御部７０の判定部７１は、膜厚検査装置１２０が測定した触媒層９の膜厚から膜厚検査装置２２０が測定した第１触媒層９ａの膜厚を減算した第２触媒層９ｂのみの膜厚について基準データＲと比較して良否判定を行うようにしても良い。
また、上記実施形態においては、ファイバセンサ１２４を測定部１２３から間隔を隔てて設置するとともに、ファイバセンサ１２４が触媒層９の先端を検出した時点からの膜・触媒層接合体９５の搬送距離をエンコーダ１２５によってカウントしていたが、ファイバセンサ１２４を膜・触媒層接合体９５の幅方向に沿って測定部１２３と同一のライン上に設置するようにしても良い。この場合、ファイバセンサ１２４が当該触媒層９の先端を検出すると同時に、制御部７０が走査機構１２２に測定部１２３の走査を開始させる。また、この場合、エンコーダ１２５は不要となる。
また、ファイバセンサ１２４に代えて、ラインセンサ、カメラ、変位計等の触媒層９の有無を検知することができる検出器を用いるようにしても良い。
また、上記実施形態においては、触媒層９を複数の検査領域に区分けし、それぞれに閾値を設定していたが、特段の区分けを行うことなく触媒層９の全体に共通の閾値を設定するようにしても良い。また、先端領域１７と後端領域１９とで異なる閾値を設定するようにしても良い。
また、上記実施形態においては、乾燥後の触媒層９の膜厚（ドライ膜厚）を測定するようにしていたが、例えばレーザ変位計によって塗工後乾燥前の触媒インクの膜厚（ウェット膜厚）を測定して検査する場合にも本発明に係る技術を適用することができる。
また、上記実施形態においては、測定部１２３が放射線を使用して触媒層９の膜厚を測定していたが、これに限定されるものではなく、測定部１２３は例えばレーザや赤外線を用いて触媒層９の膜厚を測定するものであっても良い。また、測定部１２３は、非接触にて触媒層９の温度や表面粗さ等を測定するセンサであっても良い。さらには、測定部１２３は、燃料電池の触媒層９に限らず、例えばリチウムイオン二次電池の金属箔に間欠的に形成された複数の電極材料の塗膜の厚さ等の物性値を非接触で測定するものであっても良い。要するに、本発明に係る技術は、長尺帯状の基材の搬送方向に沿って間欠的に形成された複数の塗膜の物性値を非接触で検査する装置に適用することができる。
１ 製造装置
９ 触媒層
９ａ 第１触媒層
９ｂ 第２触媒層
１０ 吸着ローラ
１７ 先端領域
１８ 中央領域
１９ 後端領域
２０ 多孔質基材供給回収部
３０ 電解質膜供給部
４０ 塗工部
４１ ノズル
５０ 乾燥炉
６０ 接合体回収部
７０ 制御部
７１ 判定部
７２ 記憶部
９２ 電解質膜
９４ 積層基材
９５ 膜・触媒層接合体
１２０，２２０ 膜厚検査装置
１２１ 膜厚計
１２２ 走査機構
１２３ 測定部
１２４ ファイバセンサ
１２５ エンコーダ
Ｒ 基準データ

Claims (17)

  1. 搬送機構によりその長手方向に搬送される長尺帯状の基材の搬送方向に沿って間欠的に形成された複数の矩形の塗膜を非接触で検査する塗膜検査装置であって、
    前記複数の塗膜の物性値を非接触にて測定する測定部と、
    前記測定部を前記搬送方向と直交する前記基材の幅方向に沿って往復移動させる走査機構と、
    前記複数の塗膜のそれぞれの前記搬送方向に沿った先端を検出する塗膜検出部と、
    前記塗膜検出部による検出結果に基づいて、前記測定部の測定点が各塗膜に対して描く軌跡が少なくとも当該塗膜の前記先端および後端を通過するように前記走査機構を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする塗膜検査装置。
  2. 請求項１記載の塗膜検査装置において、
    前記塗膜検出部は、前記搬送方向に沿って前記測定部よりも所定間隔を隔てた上流側に設置され、
    前記塗膜検出部が各塗膜の先端を検出した時点からの前記基材の搬送距離を検知するエンコーダをさらに備え、
    前記制御部は、前記エンコーダの検知結果に基づいて、前記搬送距離が前記所定間隔に到達したときに前記測定部の測定点が当該塗膜の先端を通過するように前記走査機構を制御することを特徴とする塗膜検査装置。
  3. 請求項１または請求項２記載の塗膜検査装置において、
    前記制御部は、前記軌跡が前記搬送方向に対して所定の角度で傾斜するように前記走査機構を制御することを特徴とする塗膜検査装置。
  4. 請求項３記載の塗膜検査装置において、
    前記制御部は、前記軌跡が各塗膜の対角線と一致するように前記走査機構を制御することを特徴とする塗膜検査装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の塗膜検査装置において、
    塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布の基準データを記憶する記憶部と、
    前記測定部によって測定された各塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布と前記基準データとを比較して前記塗膜の良否判定を行う判定部と、
    をさらに備えることを特徴とする塗膜検査装置。
  6. 請求項５記載の塗膜検査装置において、
    塗膜の先端を含む先端領域および後端を含む後端領域について第１の閾値が設定されるとともに、前記先端領域および前記後端領域を除く中央領域について第２の閾値が設定され、
    前記判定部は、前記測定部によって測定された各塗膜の前記先端領域および前記後端領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第１の閾値以下、かつ、前記測定部によって測定された当該塗膜の前記中央領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第２の閾値以下であれば前記塗膜を良と判定することを特徴とする塗膜検査装置。
  7. 請求項６記載の塗膜検査装置において、
    前記第２の閾値は前記第１の閾値よりも小さいことを特徴とする塗膜検査装置。
  8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の塗膜検査装置において、
    前記基材は燃料電池の電解質膜であり、
    前記塗膜は触媒層であり、
    前記測定部は、各塗膜に放射線を照射して当該塗膜の膜厚を測定することを特徴とする塗膜検査装置。
  9. 燃料電池の膜・触媒層接合体の製造装置であって、
    電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工部と、
    前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥部と、
    請求項８記載の塗膜検査装置と、
    を備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
  10. 搬送機構によりその長手方向に搬送される長尺帯状の基材の搬送方向に沿って間欠的に形成された複数の矩形の塗膜を非接触で検査する塗膜検査方法であって、
    前記複数の塗膜の物性値を非接触にて測定する測定部を前記搬送方向と直交する前記基材の幅方向に沿って往復移動させる走査工程と、
    前記複数の塗膜のそれぞれの前記搬送方向に沿った先端を検出する塗膜検出工程と、
    を備え、
    前記走査工程では、前記塗膜検出工程の検出結果に基づいて、前記測定部の測定点が各塗膜に対して描く軌跡が少なくとも当該塗膜の前記先端および後端を通過するように前記測定部を走査させることを特徴とする塗膜検査方法。
  11. 請求項１０記載の塗膜検査方法において、
    前記塗膜検出部は、前記搬送方向に沿って前記測定部よりも所定間隔を隔てた上流側に設置され、
    前記走査工程では、前記塗膜検出部が各塗膜の先端を検出した時点からの前記基材の搬送距離を検知するエンコーダの検知結果に基づいて、前記搬送距離が前記所定間隔に到達したときに前記測定部の測定点が当該塗膜の先端を通過するように前記測定部を走査させることを特徴とする塗膜検査方法。
  12. 請求項１０または請求項１１記載の塗膜検査方法において、
    前記走査工程では、前記軌跡が前記搬送方向に対して所定の角度で傾斜するように前記測定部を走査させることを特徴とする塗膜検査方法。
  13. 請求項１２記載の塗膜検査方法において、
    前記走査工程では、前記軌跡が各塗膜の対角線と一致するように前記測定部を走査させることを特徴とする塗膜検査方法。
  14. 請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の塗膜検査方法において、
    塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布の基準データと、記前記測定部によって測定された各塗膜の先端から後端にわたる前記物性値の分布とを比較して前記塗膜の良否判定を行う判定工程をさらに備えることを特徴とする塗膜検査方法。
  15. 請求項１４記載の塗膜検査方法において、
    塗膜の先端を含む先端領域および後端を含む後端領域について第１の閾値が設定されるとともに、前記先端領域および前記後端領域を除く中央領域について第２の閾値が設定され、
    前記判定工程では、前記測定部によって測定された各塗膜の前記先端領域および前記後端領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第１の閾値以下、かつ、前記測定部によって測定された当該塗膜の前記中央領域の前記物性値と前記基準データとの差異が前記第２の閾値以下であれば前記塗膜を良と判定することを特徴とする塗膜検査方法。
  16. 請求項１５記載の塗膜検査方法において、
    前記第２の閾値は前記第１の閾値よりも小さいことを特徴とする塗膜検査方法。
  17. 請求項１０から請求項１６のいずれかに記載の塗膜検査方法において、
    前記基材は燃料電池の電解質膜であり、
    前記塗膜は触媒層であり、
    前記測定部は、各塗膜に放射線を照射して当該塗膜の膜厚を測定することを特徴とする塗膜検査方法。
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