JPWO2016125240A1 - 触媒層修正方法、及び触媒層修正装置 - Google Patents

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Abstract

製造時の膜触媒層接合体の歩留まりを向上させることのできる、触媒層修正方法を提供する。転写シート（５０）上に形成された触媒層（２１１）を電解質膜（２１）上に転写することによって製造する膜触媒層接合体（４０）の触媒層を修正する触媒層修正方法である。触媒層修正方法は、触媒層内の欠陥Ｄの有無を検出し、検出された欠陥のサイズ及び位置に基づいて欠陥を除去し、欠陥が除去された部分Ｐ１に、触媒層に対応する修正インク（２１１Ｂ）を塗布して補修する。

Description

本発明は、燃料電池の触媒層修正方法、及び触媒層修正装置に関する。
近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。固体高分子型燃料電池は、電解質膜上に触媒層が形成された膜触媒層接合体（ＣＣＭ：Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｃｏａｔｅｄ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を有する。膜触媒層接合体の製造方法としては、一般的に、転写シート上に触媒インクを塗工し、触媒インクを乾燥して形成された触媒層を、電解質膜上に転写することによって製造する方法が知られている。
この製造方法において、転写シート上の触媒層内に、製造工程で発生する触媒の凝集物や異物が混入する虞がある。凝集物や異物が付着した状態で、触媒層を電解質膜に転写すると、電解質膜を薄膜化させ、膜触媒層接合体のピンホールを発生させる虞がある。このような膜触媒層接合体を燃料電池に用いた場合、電池性能の低下の原因となる。
一方、下記の特許文献１には、液晶表示装置の分野において、カラーフィルタの基板にカラー層を形成する工程において発生する欠陥を、レーザーによって除去した後に、塗布針を用いて、微小量のインクを塗布する方法が開示されている。この方法によれば、欠陥によって生じる各種不具合を除外することができる。しかしながら、このような方法は、燃料電池の分野において知られていない。
特開平９−２６２５２０号公報
上述のような電解質膜が薄膜化された膜触媒層接合体を燃料電池に用いた場合、電池性能の低下の要因となるために、製造時の歩留まりの低下が懸念される。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製造時の膜触媒層接合体の歩留まりを向上させることのできる、触媒層修正方法及び触媒層修正装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明に係る触媒層修正方法は、転写シート上に形成された触媒層を電解質膜上に転写することによって製造する膜触媒層接合体の前記触媒層を修正する触媒層修正方法である。触媒層修正方法は、前記触媒層内の欠陥の有無を検出し、検出された前記欠陥のサイズ及び位置に基づいて前記欠陥を除去し、前記欠陥が除去された部分に、前記触媒層に対応する修正インクを塗布して補修する。
また、上記目的を達成する本発明に係る触媒層修正装置は、転写シート上に形成された触媒層を電解質膜上に転写することによって製造する膜触媒層接合体の前記触媒層を修正する触媒層修正装置である。触媒層修正装置は、前記触媒層内の欠陥の有無を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記欠陥のサイズ及び位置に基づいて前記欠陥を除去する除去部と、を有する。触媒層修正装置は、前記除去部によって前記欠陥が除去された部分に、前記触媒層に対応する修正インクを塗布して補修する補修部をさらに有する。
上記の触媒層修正方法及び触媒層修正装置によれば、触媒層内の欠陥を検出して、欠陥を除去した後に、修正インクを塗布して補修するため、製造時の膜触媒層接合体の歩留まりが向上する。したがって、製造時の膜触媒層接合体の歩留まりを向上させることのできる触媒層修正方法及び触媒層修正装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る触媒層修正方法を示すフローチャートである。 本実施形態に係る触媒層修正方法が組み込まれた、膜触媒層接合体の製造方法を示すフローチャートである。 本実施形態に係る触媒層修正装置が組み込まれた、膜触媒層接合体の製造装置を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の塗工工程を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の乾燥工程を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の検出工程を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の除去工程を示す図である。 欠陥に対して一回り大きいエリアにレーザーを照射する様子を示す図であって、図８（Ａ）は、連続光を照射する場合、図８（Ｂ）はパルス光を照射する場合を示す。 除去工程終了後の転写シート及び触媒層を示す図である。 触媒層内の欠陥を除去した後に、再度、欠陥を除去する様子を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の転写工程を示す図であって、図１１（Ａ）は、片面転写の場合、図１１（Ｂ）は、両面転写の場合を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の剥離工程を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の補修工程を示す図である。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法の検査工程を示す図である。 ピエゾインクジェット方式の補修部を示す図である。 ピエゾインクジェット方式の原理を示す図である。 ピエゾインクジェット方式の塗布部が１つ配置される場合の図である。 ピエゾインクジェット方式の塗布部が千鳥状に複数配置される場合の図である。 ピエゾインクジェット方式による補修工程のフローチャートである。 検査画像データを示すイメージ図である。 コンティニュアスインクジェット方式の補修部を示す図である。 コンティニュアスインクジェット方式の原理を示す図である。 コンティニュアスインクジェット方式の塗布部が千鳥状に複数配置される様子を示す図である。 コンティニュアスインクジェット方式による補修工程のフローチャートである。 検査画像データを示すイメージ図である。 静電インクジェット方式の補修部を示す図である。 静電インクジェット方式の原理を示す図である。 静電インクジェット方式の塗布部を示す図である。 静電インクジェット方式による補修工程のフローチャートである。 バルブインクジェット方式の補修部を示す図である。 バルブインクジェット方式の原理を示す図である。 バルブインクジェット方式の塗布部が千鳥状に複数配置される様子を示す図である。 バルブインクジェット方式による補修工程のフローチャートである。 本実施形態に係る膜触媒層接合体の製造方法によって製造された膜触媒層接合体を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る触媒層修正装置を示す図である。 第２実施形態に係る除去工程を説明するための図である。 切り替え部の作用を説明するための図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る触媒層修正方法を示すフローチャートである。図２は、本実施形態に係る触媒層修正方法が組み込まれた、膜触媒層接合体４０の製造方法を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係る触媒層修正装置１８０が組み込まれた、膜触媒層接合体４０の製造装置１００を示す図である。なお、以下の説明において、アノード側触媒層２２１及びカソード側触媒層２３１を総称して触媒層２１１とする。
本実施形態に係る触媒層修正方法は、概説すると、転写シート５０上に形成された触媒層２１１を電解質膜２１上に転写することによって製造する膜触媒層接合体４０の触媒層２１１を修正する触媒層修正方法である。触媒層修正方法は、図１に示すように、触媒層２１１内の欠陥Ｄの有無を検出し（Ｓ１０１）、検出された欠陥Ｄのサイズ及び位置に基づいて欠陥Ｄを除去する（Ｓ１０２）。そして、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、触媒層２１１に対応する修正インク２１１Ｂを塗布して補修する（Ｓ１０３）。
また、上述の触媒層修正方法が組み込まれた膜触媒層接合体４０の製造方法では、図２に示すように、触媒インク２１１Ａが乾燥して触媒層２１１が形成された（Ｓ０３）後に、欠陥Ｄの有無を検出し（Ｓ０４）、欠陥Ｄを除去する（Ｓ０７）。そして、触媒層２１１を電解質膜２１上に転写し（Ｓ０９）、転写シート５０を触媒層２１１から剥離した（Ｓ１０）後に、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布して補修する（Ｓ１１）。
また、本実施形態に係る触媒層修正装置１８０は、概説すると、転写シート５０上に形成された触媒層２１１を電解質膜２１上に転写することによって製造する膜触媒層接合体４０の触媒層２１１を修正する触媒層修正装置１８０である。触媒層修正装置１８０は、図３に示すように、触媒層２１１内の欠陥Ｄの有無を検出する検出部１３０と、検出部１３０によって検出された欠陥Ｄのサイズ及び位置に基づいて欠陥Ｄを除去する除去部１４０と、を有する。触媒層修正装置１８０は、除去部１４０によって欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、触媒層２１１に対応する修正インク２１１Ｂを塗布して補修する補修部１６０をさらに有する。以下、詳述する。
まず、図３を参照して、本実施形態に係る触媒層修正装置１８０が組み込まれた、膜触媒層接合体４０の製造装置１００を説明する。
膜触媒層接合体４０の製造装置１００は、図３に示すように、塗工部１１０と、乾燥部１２０と、検出部１３０と、除去部１４０と、転写部１５０と、補修部１６０と、検査部１７０と、を有する。検出部１３０、除去部１４０、補修部１６０、及び検査部１７０は、触媒層修正装置１８０を構成する。
次に、図２，図４〜図１３を参照して、膜触媒層接合体４０の製造方法を説明する。
まず、調整工程Ｓ０１において、触媒インク２１１Ａを調製する。触媒インク２１１Ａは、電極触媒、電解質及び溶剤、並びに必要であれば撥水性高分子及び／または増粘剤が適宜混合されたものであれば、その調整方法は特に制限されない。例えば、電解質を極性溶媒に添加し、この混合液を加熱・攪拌して、電解質膜を極性溶媒に溶解した後、これに電極触媒を添加することによって、触媒インク２１１Ａが調製できる。または、電解質膜を、溶剤中に一旦分散／懸濁させた後、この分散／懸濁液を電極触媒と混合して、触媒インク２１１Ａを調製することができる。
次に、図４に示すように、塗工工程Ｓ０２において、塗工部１１０によって、転写シート５０上に触媒インク２１１Ａを塗工する。塗工部１１０は、例えば、スプレー、ダイコーター、またはインクジェット等を用いることができる。転写シート５０を構成する材料は、例えば、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂であるが、これに限定されない。
次に、図５に示すように、乾燥工程Ｓ０３において、乾燥部１２０によって、転写シート５０上の触媒インク２１１Ａを乾燥して、触媒層２１１を形成する。乾燥部１２０は、例えば、温風乾燥機やホットプレート等を用いることができる。このとき、アノード側触媒層２２１が転写シート５０上に形成されたもの、及びカソード側触媒層２３１が転写シート５０上に形成されたものを、それぞれ形成する。
次に、図６に示すように、検出工程Ｓ０４において、検出部１３０によって、触媒層２１１内に欠陥Ｄがないか検出する。検出部１３０は、欠陥Ｄの位置及びサイズを検出する。検出部１３０は、透過用光源１３１と、反射用光源１３２と、カメラ１３３と、を有する。透過用光源１３１及び反射用光源１３２は、例えば、ＬＥＤのライン照明やエリア照明等を用いることができる。カメラ１３３は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳのエリアカメラやラインカメラを用いることができる。カメラ１３３の検査分解能は、例えば、５μｍ〜３００μｍであるが、これに限定されない。
欠陥Ｄとしては、例えば、ピンホール、クラック、突起状・埋め込み状のコンタミ異物、または触媒スラリーの凝集異物などが挙げられる。ピンホールやクラックは、透過用光源１３１によって検出される。また、突起状・埋め込み状のコンタミ異物や触媒スラリーの凝集異物は、反射用光源１３２によって検出される。欠陥Ｄのサイズは、例えば、５０μｍ〜数ｍｍ程度である。
検出工程Ｓ０４において、触媒層２１１内に欠陥Ｄがないと判断される場合（Ｓ０４：ＹＥＳ）、触媒層２１１を電解質膜２１に転写する転写工程Ｓ０５、転写シート５０を触媒層２１１から剥離する剥離工程Ｓ０６に移る。転写工程Ｓ０５及び剥離工程Ｓ０６は、後述する転写工程Ｓ０９及び剥離工程Ｓ１０と同じ工程であるため、詳細な説明については後述する。
一方、検出工程Ｓ０４において、触媒層２１１内に欠陥Ｄがあると判断される場合（Ｓ０４：ＮＯ）、除去工程Ｓ０７及び除去確認工程Ｓ０８が行われた後に、転写工程Ｓ０９に移る。以下、除去工程Ｓ０７及び除去確認工程Ｓ０８について説明する。
次に、図７に示すように、除去工程Ｓ０７において、除去部１４０によって、触媒層２１１内の欠陥Ｄが除去される。除去部１４０は、顕微機能を備えるレーザー発振装置である。除去工程Ｓ０７では、カメラ１３３によって得られた欠陥Ｄの位置情報に基づいて、除去部１４０が備える顕微機能の顕微画像によって欠陥位置を正確に認識して照射位置を決定し、レーザーＬを照射する。このため、欠陥Ｄに対して正確にレーザーＬが照射される。
レーザーＬは、図７及び図８に示すように、欠陥Ｄ及びその周辺の触媒層２１１を除去するように、不図示のスキャナミラーによって、欠陥Ｄに対して、一回り大きいエリアＡ１に照射される。レーザーＬは、連続光及びパルス光のいずれを用いてもよい。レーザーＬが連続光である場合、図８（Ａ）に示すように、連続的にレーザーＬが走査される。また、レーザーＬがパルス光である場合、図８（Ｂ）に示すように、断続的にレーザーＬが走査される。
また、レーザーＬの波長は例えば、２００ｎｍ〜１０００ｎｍであるが、これに限定されない。レーザーＬの波長に起因して、欠陥Ｄ及び周辺の触媒層２１１を加熱・溶融させたり、触媒層２１１内の空気を膨張させて欠陥Ｄ及び周辺の触媒層２１１を吹き飛ばしたりすることができる。なお、レーザーＬのスポット径は、不図示のレンズの配置箇所を調整することで、適宜変更することが可能である。また、照射プロファイルを、欠陥Ｄのサイズに合わせて自動決定することで除去面積を最小にすることができる。また、触媒層２１１の厚みに応じてレーザーＬのエネルギーを適宜設定することが好ましい。例えば、カソード側触媒層２３１は、アノード側触媒層２２１よりも膜厚が厚いため、レーザーＬのエネルギーをより高く設定することが好ましい。
また、転写シート５０は後述の剥離工程Ｓ１０において剥離されるため、除去部１４０は、図９に示すように、欠陥Ｄを除去する際に、転写シート５０の触媒層２１１が形成される側の表面５０Ａまで除去することができる。したがって、比較的高エネルギーのレーザーＬを照射して転写シート５０の表面まで除去することができ、生産スピードが向上する。
次に、除去確認工程Ｓ０８において、検出部１３０によって、触媒層２１１内の欠陥Ｄが全て除去されたかを判断する。なお、除去確認工程Ｓ０８は、除去部１４０の顕微機能の顕微画像によって行われてもよい。欠陥Ｄが全て除去されたと判断された場合（Ｓ０８：ＹＥＳ）、転写工程Ｓ０９に移る。
一方、欠陥Ｄがまだ残っていると判断される場合（Ｓ０８：ＮＯ）、除去工程Ｓ０７に戻る。以下、一例として、図１０（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、裾野が形成される埋め込み状のコンタミ異物である欠陥Ｄが触媒層２１１内に配置された場合における除去工程Ｓ０７及び除去確認工程Ｓ０８について詳述する。
図１０（Ａ）に示すように、埋め込み状の欠陥Ｄが触媒層２１１内に配置されている場合、検出部１３０は、触媒層２１１から突出した範囲Ａ２を検出する。そして、除去部１４０は、範囲Ａ２よりも一回り大きい範囲Ａ３にレーザーＬを照射する。このとき、除去部１４０の顕微機能によって除去状態を観察しつつ、範囲Ａ３全体に亘って欠陥Ｄが表面に現れるまで徐々に除去する（Ｓ０７）。このとき、図１０（Ｂ）に示すように、欠陥Ｄが触媒層２１１内に残る（Ｓ０８：ＮＯ）。このため、除去工程Ｓ０７に戻って、再度、欠陥Ｄを除去する。このとき、範囲Ａ３よりもさらに一回り大きい範囲Ａ４にレーザーＬを照射する。この結果、図１０（Ｃ）に示すように、触媒層２１１内の欠陥Ｄを全て除去することができる。次に、転写工程Ｓ０９について説明する。
次に、図１１に示すように、転写工程Ｓ０９（Ｓ０５）において、転写部１５０によって、触媒層２１１を電解質膜２１に転写する。転写部１５０は、例えば熱プレス装置であって、ロールプレスや平板プレス等を用いることができる。図１１（Ａ）に示す片面転写である場合、アノード側触媒層２２１またはカソード側触媒層２３１の一方を転写した後に、バックシートＢを剥離し、アノード側触媒層２２１またはカソード側触媒層２３１の他方を転写する。これによって、電解質膜２１の両面に、アノード側触媒層２２１及びカソード側触媒層２３１が形成される。また、図１１（Ｂ）に示す両面転写である場合、電解質膜２１の一方の面にアノード側触媒層２２１を、他方の面にカソード側触媒層２３１を一度に転写する。
次に、図１２に示すように、剥離工程Ｓ１０（Ｓ０６）において、転写シート５０を触媒層２１１から剥離する。検出工程Ｓ０４において、触媒層２１１内に欠陥Ｄがないと判断されている場合（Ｓ０４：ＹＥＳ）は、以上で製造工程は終了する。一方、検出工程Ｓ０４において、触媒層２１１内に欠陥Ｄがあると判断され（Ｓ０４：ＮＯ）、除去工程Ｓ０７及び除去確認工程Ｓ０８が行われているときは、次に補修工程Ｓ１１が行われる。
次に、図１３に示すように、補修工程Ｓ１１において、補修部１６０によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に触媒層２１１に対応する修正インク２１１Ｂを塗布して補修する。なお、図１３〜図１８、図２１〜図２３、図２６〜図２８、図３０〜図３２において、簡易的に、電解質膜２１の片面に触媒層２１１が形成される様子を示す。電解質膜２１は、吸着ステージＳＴ上に吸着されて配置する。修正インク２１１Ｂは、触媒インク２１１Ａと同様の成分を有する。補修部１６０は、インクジェット方式によって、修正インク２１１Ｂを塗布する。本実施形態に係る補修部１６０のインクジェット方式としては、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、静電インクジェット方式、またはバルブインクジェット方式が挙げられる。それぞれの構成及び作用についての詳細については、後述する。
次に、図１４に示すように、検査工程Ｓ１２において、検査部１７０によって、触媒層２１１が正確に補修されたかを検査する。検査部１７０は、反射用光源及びカメラを有する。なお、検査部１７０は、検出部１３０または除去部１４０の顕微機能を用いてもよい。触媒層２１１が正確に補修されたと判断された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、製造工程が終了する。一方、触媒層２１１が正確に補修されていないと判断された場合（Ｓ１２：ＮＯ）、補修工程Ｓ１１に戻って、再度修正インク２１１Ｂが塗布される。
以上の工程によって、本実施形態に係る膜触媒層接合体４０が製造される。
以下、補修工程Ｓ１１について詳述する。補修工程Ｓ１１において、補修部１６０は、インクジェット方式によって修正インク２１１Ｂを塗布する。インクジェット方式は、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、静電インクジェット方式、またはバルブインクジェット方式を用い得る。以下、各方式の構成及び作用について説明する。
＜ピエゾインクジェット方式＞
図１５は、ピエゾインクジェット方式の補修部１６０Ａを示す図である。図１６は、ピエゾインクジェット方式の原理を示す図である。図１７は、ピエゾインクジェット方式の塗布部２００が１つ配置される場合の図である。図１８は、ピエゾインクジェット方式の塗布部２００が千鳥状に複数配置される場合の図である。図１９は、ピエゾインクジェット方式による補修工程Ｓ１１Ａのフローチャートである。図２０は、検査画像データＰＤを示すイメージ図である。
ピエゾインクジェット方式の補修部１６０Ａは、図１５に示すように、塗布部２００と、触媒層センサ２１０と、修正インク用タンク２２０と、巻き取りローラ２３０と、制御部２４０と、を有する。
塗布部２００は、ピエゾインクジェット方式によって、除去部１４０によって欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する。塗布部２００は、図１６に示すように、ヘッド２０１と、インク室２０２と、ノズル２０３と、ピエゾ素子２０４と、を有する。
ピエゾインクジェット方式では、制御部２４０から、ピエゾ素子２０４に電圧を加える。この結果、ピエゾ素子２０４は変形して、インク室２０２内の修正インク２１１Ｂを、ノズル２０３からヘッド２０１の外部に吐出させる。修正インク２１１Ｂの液滴量の制御は、ピエゾ素子２０４に電圧を加える回数及び電圧の大きさによって行われる。なお、塗布部２００は、図１７に示すように１つ備えられても、図１８に示すように複数備えられてもよい。塗布部２００が図１７に示すように１つ備えられる場合は、サーボスライダーなどによって幅方向に移動可能に構成することが好ましい。また、塗布部２００が図１８に示すように複数備えられる場合は、千鳥状に配置されることが好ましい。千鳥状に配置することによって、幅方向においてより密に修正インク２１１Ｂを塗布することができる。１つのヘッド２０１あたりのノズル２０３の個数は、例えば１２８〜５１２個であるが、これに限定されない。
触媒層センサ２１０は、電解質膜２１上のうち、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１を検出する。触媒層センサ２１０は、反射用光源とカメラとを有する。なお、触媒層センサ２１０は、検出部１３０または除去部１４０の顕微機能を用いてもよい。
修正インク用タンク２２０には、修正インク２１１Ｂが貯蔵され、不図示の加圧部によって、修正インク２１１Ｂが塗布部２００のインク室２０２内に加圧圧送される。また、インク室２０２内において吐出されなかった修正インク２１１Ｂは、修正インク用タンク２２０に回収される。
巻き取りローラ２３０は、電解質膜２１上に修正インク２１１Ｂが塗布された膜触媒層接合体４０を巻き取る。
制御部２４０は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、及びＲＡＭを含んでいる。制御部２４０は、ピエゾ素子２０４、触媒層センサ２１０、及び巻き取りローラ２３０等の各種動作を制御する。
次に、図１９を参照して、ピエゾインクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ａを説明する。
まず、触媒層センサ２１０によって、検査画像データＰＤを取得する（Ｓ１１１Ａ）。このとき、図２０の左側に示すように、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１は白色の画像、触媒層２１１は黒色の画像として取得される。
次に、触媒層センサ２１０によって取得された検査画像データＰＤの白黒を反転させる（Ｓ１１２Ａ）。このとき、図２０の右側に示すように、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１は黒色の画像、触媒層２１１は白色の画像に反転される。
次に、制御部２４０が、Ｓ１１２Ａにおいて白黒が反転された検査画像データＰＤを受信する（Ｓ１１３Ａ）。
次に、塗布部２００によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する（Ｓ１１４Ａ）。具体的には、修正インク２１１Ｂをインク室２０２内に供給しつつ、ピエゾ素子２０４に信号を送ってピエゾ素子２０４を変形させて、修正インク２１１Ｂを塗布する。複数のピエゾ素子２０４のうち、補修する箇所に対応するピエゾ素子２０４にのみ電圧を印加して駆動させ、修正インク２１１Ｂを吐出させる。すなわち、Ｓ１１３Ａにおいて制御部２４０が受信した検査画像データＰＤにおいて、黒色の箇所に修正インク２１１Ｂを塗布する。
以上の工程によって、膜触媒層接合体４０が製造される。
上述したように塗布部２００のインクジェット方式がピエゾインクジェット方式である場合、多数のピエゾ素子２０４により正確に位置決めすることができるため、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１をより正確に補修することができる。また、ピエゾインクジェット方式であれば、液滴を小さくすることができるため、修正インク２１１Ｂによって形成される触媒層２１１の形状精度を向上させることができる。
＜コンティニュアスインクジェット方式＞
図２１は、コンティニュアスインクジェット方式の補修部１６０Ｂを示す図である。図２２は、コンティニュアスインクジェット方式の原理を示す図である。図２３は、コンティニュアスインクジェット方式の塗布部３００が千鳥状に複数配置される様子を示す図である。図２４は、コンティニュアスインクジェット方式による補修工程Ｓ１１Ｂのフローチャートである。図２５は、検査画像データＰＤを示すイメージ図である。
コンティニュアスインクジェット方式の補修部１６０Ｂは、図２１に示すように、塗布部３００と、触媒層センサ２１０と、修正インク用タンク２２０と、巻き取りローラ２３０と、制御部２４０と、を有する。補修部１６０Ｂは、超音波発生器３１０と、電圧供給部３２０と、修正インク回収部３３０と、をさらに有する。触媒層センサ２１０、修正インク用タンク２２０、巻き取りローラ２３０、及び制御部２４０の構成は、ピエゾインクジェット方式の補修部１６０Ａと同じ構成であるため、説明は省略する。
塗布部３００は、コンティニュアスインクジェット方式によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する。塗布部３００は、図２２に示すように、ヘッド３０１と、インク室３０２と、ノズル３０３と、励振源３０４と、荷電電極３０５と、偏向電極３０６と、を有する。塗布部３００は、図２３に示すように、千鳥状に複数配置される。なお、１つのヘッド３０１当たりのノズル３０３の個数は、１〜複数個である。
コンティニュアスインクジェット方式では、まず、不図示のポンプによって、ノズル３０３から修正インク２１１Ｂが噴射し、修正インク２１１Ｂが液柱化する。そして、超音波発生器３１０によって励振源３０４を励振させる。この結果、インク室３０２内の振動が、液柱化された修正インク２１１Ｂに伝達し、液柱にくびれを発生させ、千切れることで液滴化する。そして、荷電電極３０５が、修正インク２１１Ｂの液滴を荷電する。そして、偏向電極３０６が、荷電された修正インク２１１Ｂの液滴に対して、狙いの移動距離分の印加電極を与える結果、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、液滴を着弾させる。なお、図２２において、左側の塗布部３００の偏向電極３０６は、右側の塗布部３００の偏向電極３０６よりも大きい印加電極を与えている。この結果、左側の塗布部３００から吐出された修正インク２１１Ｂは、右方向に大きく移動する。
修正インク２１１Ｂの液滴量の制御は、偏向電極３０６が液滴に印加電極を与える回数によって行われる。また、偏向電極３０６において、印加電極を与えられなかった液滴は、修正インク回収部３３０によって回収され、再度、修正インク用タンク２２０に戻る。
次に、図２４を参照して、コンティニュアスインクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ｂを説明する。
まず、触媒層センサ２１０によって、検査画像データＰＤを取得する（Ｓ１１１Ｂ）。このとき、図２５に示すように、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１は白色の画像、触媒層２１１は黒色の画像として取得される。
次に、検査画像データＰＤに基づいて、基準位置ＢＰからの補修位置距離を算出する（Ｓ１１２Ｂ）。具体的には、図２５に示すように、基準位置ＢＰからの左右方向成分の距離Ｘ１、及び上下方向成分の距離Ｙ１を算出する。
次に、検査画像データＰＤに基づいて、補修サイズを算出する（Ｓ１１３Ｂ）。具体的には、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１における体積を算出する。
次に、基準位置ＢＰからの補修位置距離及び補修サイズを、制御部２４０へ送信する。（Ｓ１１４Ｂ）
次に、塗布部３００によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する（Ｓ１１５Ｂ）。具体的には、荷電電極３０５が、液滴を荷電させ、偏向電極３０６が、所定の液滴に対して印加電極を与えて、液滴を欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、着弾させる。
以上の工程によって、膜触媒層接合体４０が製造される。なお、ピエゾインクジェット方式の塗布工程Ｓ１１Ａと同一の手順で、修正インク２１１Ｂを塗布してもよい。
上述したように、インクジェット方式がコンティニュアスインクジェット方式である場合、修正インク２１１Ｂが循環しているため、ノズル３０３の目詰まりを防止できる。
＜静電インクジェット方式＞
図２６は、静電インクジェット方式の補修部１６０Ｃを示す図である。図２７は、静電インクジェット方式の原理を示す図である。図２８は、静電インクジェット方式の塗布部４００を示す図である。図２９は、静電インクジェット方式による補修工程Ｓ１１Ｃのフローチャートである。
静電インクジェット方式の補修部１６０Ｃは、図２６に示すように、塗布部４００と、触媒層センサ２１０と、修正インク用タンク２２０と、巻き取りローラ２３０と、制御部２４０と、を有する。補修部１６０Ｃは、第１印加部４１０と、第２印加部４２０と、電圧発生器４３０と、をさらに有する。触媒層センサ２１０、修正インク用タンク２２０、巻き取りローラ２３０、及び制御部２４０の構成は、ピエゾインクジェット方式の補修部１６０Ａと同じ構成であるため、説明は省略する。
塗布部４００は、静電インクジェット方式によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する。塗布部４００は、図２７に示すように、ヘッド４０１と、インク室４０２と、ノズル４０３と、を有する。ノズル４０３は、図２８に示すように、例えば注射針のようなシリンジノズルである。なお、１つのヘッド４０１当たりのノズル４０３の個数は、例えば５つであるが、これに限定されない。
第１印加部４１０は、図２６に示すように、塗布部４００の近傍に配置される。第１印加部４１０は、電圧発生器４３０によってマイナスに帯電される。
第２印加部４２０は、図２６に示すように、電解質膜２１の触媒層２１１が形成される側の面と反対側の面に配置される。第２印加部４２０は、電圧発生器４３０によってマイナスに帯電される。
静電インクジェット方式では、まず、電圧発生器４３０によりマイナスに帯電された第１印加部４１０によって、塗布部４００のヘッド４０１が、プラスに帯電される。この結果、塗布部４００から吐出される修正インク２１１Ｂはプラスに帯電される。ここで、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１は、触媒層２１１が形成されている箇所と比較して、図２７における上下方向の厚さが薄いために、電気抵抗が小さくなる。したがって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１においてマイナスの電界が強くなるため、プラスに帯電された修正インク２１１Ｂは、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に自動的に着弾される。修正インク２１１Ｂの液滴量の制御は、第１印加部４１０及び第２印加部４２０に印加される電圧の大きさによって行われる。
次に、図２９を参照して、静電インクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ｃを説明する。静電インクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ｃは、コンティニュアスインクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ｂと比較して、補修位置距離及び補修サイズを制御部２４０へ送信する工程（Ｓ１１４Ｃ）より後ろの工程において異なる。よって、以下、Ｓ１１４Ｃの工程に続く工程について説明する。
電圧発生器４３０によって、第１印加部４１０及び第２印加部４２０に電圧を印加する（Ｓ１１５Ｃ）。具体的には、第１印加部４１０及び第２印加部４２０をマイナスに帯電させる。これによって、塗布部４００のヘッド４０１は、プラスに帯電され、塗布部４００から吐出される修正インク２１１Ｂは、プラスに帯電される。
次に、塗布部４００によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する。このとき、修正インク２１１Ｂはプラスに帯電されており、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１が、触媒層２１１が形成される部分よりもマイナスの電界が強いため、修正インク２１１Ｂは、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、自動的に着弾する。
以上の工程によって、膜触媒層接合体４０が製造される。なお、ピエゾインクジェット方式の塗布工程Ｓ１１Ａと同一の手順で、修正インク２１１Ｂを塗布してもよい。
上述したように、インクジェット方式が静電インクジェット方式である場合、吐出方向を制御することなく、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に修正インク２１１Ｂが自動的に着弾するため、補修工程Ｓ１１Ｃが容易となる。
＜バルブインクジェット方式＞
図３０は、バルブインクジェット方式の補修部１６０Ｄを示す図である。図３１は、バルブインクジェット方式の原理を示す図である。図３２は、バルブインクジェット方式の塗布部５００が千鳥状に複数配置される様子を示す図である。図３３は、バルブインクジェット方式による補修工程Ｓ１１Ｄのフローチャートである。
バルブインクジェット方式の補修部１６０Ｄは、図３０に示すように、塗布部５００と、触媒層センサ２１０と、修正インク用タンク２２０と、巻き取りローラ２３０と、制御部２４０と、を有する。触媒層センサ２１０、修正インク用タンク２２０、巻き取りローラ２３０、及び制御部２４０は、ピエゾインクジェット方式の補修部１６０Ａと同様の構成であるため、説明は省略する。
塗布部５００は、バルブインクジェット方式によって、除去部１４０によって欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する。塗布部５００は、図３１に示すように、ヘッド５０１と、インク室５０２と、ノズル５０３と、バルブ５０４と、を有する。
バルブインクジェット方式では、制御部２４０から、バルブ５０４に信号を送る。この結果、バルブ５０４は、図３１において下方向にストロークして、インク室５０２内の修正インク２１１Ｂを、ノズル５０３からヘッド５０１の外部に吐出させる。修正インク２１１Ｂの液滴量の制御は、バルブ５０４のストローク量やストローク動作回数によって行われる。１つのヘッド５０１当たりのノズル５０３の個数は１つである。なお、図３１において、左側の塗布部５００のバルブ５０４は、右側の塗布部５００のバルブ５０４よりもストロークが長い様子を示す。この結果、左側の塗布部５００からより多くの修正インク２１１Ｂを吐出させることができる。また、塗布部５００は、図３２に示すように、千鳥状に配置されることが好ましい。
次に、図３３を参照して、バルブインクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ｄを説明する。バルブインクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ｄは、コンティニュアスインクジェット方式の補修工程Ｓ１１Ｂに対して、修正インク２１１Ｂを塗布する工程Ｓ１１５Ｄのみ異なるため、修正インク２１１Ｂを塗布する工程Ｓ１１５Ｄについてのみ説明する。
塗布部５００によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布する。具体的には、バルブ５０４に信号を送って、バルブ５０４を図３１において下方向にストロークさせて、修正インク２１１Ｂを塗布する。
以上の工程によって、膜触媒層接合体４０が製造される。
上述したように、インクジェット方式がバルブインクジェット方式である場合、ピエゾインクジェット方式と比較して、液滴を大きくすることができるため、補修速度を向上させることができる。また、修正インク２１１Ｂが高粘度である場合も対応可能である。なお、カソード側触媒層２３１は、アノード側触媒層２２１よりも厚いため、カソード側触媒層２３１を修正する際は、バルブインクジェット方式を適用することが好ましい。
以上、補修工程Ｓ１１に係る４つのインクジェット方式について説明した。
以上の工程によって、図３４に示すように、膜触媒層接合体４０が製造される。
以上説明したように、本実施形態に係る触媒層修正方法は、転写シート５０上に形成された触媒層２１１を電解質膜２１上に転写することによって製造する膜触媒層接合体４０の触媒層２１１を修正する触媒層修正方法である。触媒層修正方法は、触媒層２１１内の欠陥Ｄの有無を検出し、検出された欠陥Ｄのサイズ及び位置に基づいて欠陥Ｄを除去し、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、触媒層２１１に対応する修正インク２１１Ｂを塗布して補修する。この修正方法によれば、触媒層２１１内の欠陥Ｄを検出して、欠陥Ｄを除去した後に、修正インク２１１Ｂを塗布して補修するため、製造時の膜触媒層接合体４０の歩留まりが向上する。したがって、製造時の膜触媒層接合体４０の歩留まりを向上させることのできる触媒層修正方法を提供することができる。
また、転写シート５０上に塗工された触媒インク２１１Ａが乾燥されて触媒層２１１が形成された後に、欠陥Ｄの有無を検出し、欠陥Ｄを除去する。そして、触媒層２１１を電解質膜２１上に転写し、転写シート５０を触媒層２１１から剥離した後に、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、修正インク２１１Ｂを塗布して補修する。この修正方法によれば、転写シート５０を触媒層２１１から剥離した後に、修正インク２１１Ｂを塗布して補修するため、最終工程において、補修工程Ｓ１１が行われる。したがって、製造時の膜触媒層接合体４０の歩留まりがより向上する。
また、インクジェット方式によって、修正インク２１１Ｂを塗布する。この修正方法によれば、精密に修正インク２１１Ｂを塗布することができるため、補修後の触媒層２１１の形状を高精度化することができる。
また、インクジェット方式は、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、静電インクジェット方式、またはバルブインクジェット方式である。インクジェット方式がピエゾインクジェット方式である場合、多数のピエゾ素子２０４により正確に位置決めすることができるため、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１をより正確に補修することができる。また、ピエゾインクジェット方式であれば、液滴を小さくすることができるため、修正インク２１１Ｂによって形成された触媒層２１１の形状精度を向上させることができる。また、インクジェット方式がコンティニュアスインクジェット方式である場合、修正インク２１１Ｂが循環しているため、ノズル３０３の目詰まりを防止できる。また、インクジェット方式が静電インクジェット方式である場合、修正インク２１１Ｂの吐出方向を制御することなく、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、自動的に着弾されるため、補修工程Ｓ１１Ｃが容易となる。また、インクジェット方式がバルブインクジェット方式である場合、ピエゾインクジェット方式と比較して、液滴を大きくすることができるため、補修速度を向上させることができる。また、修正インク２１１Ｂが高粘度である場合も対応可能である。
また、欠陥ＤにレーザーＬを照射することによって、欠陥Ｄを除去する。この修正方法によれば、レーザーＬは照射方向を容易に制御することができるため、欠陥Ｄを適切に除去することができる。
また、欠陥Ｄを除去した後であって修正インク２１１Ｂを塗布して補修する前に、再度、触媒層２１１内の欠陥Ｄの有無を検出する。この修正方法によれば、より確実に触媒層２１１内の欠陥Ｄを除去することができる。
また、欠陥Ｄを除去する際に、転写シート５０の触媒層２１１が塗工される側の表面まで除去する。この修正方法によれば、比較的高エネルギーのレーザーＬを照射して、転写シート５０の表面まで除去することができ、生産スピードが向上する。
また、修正インク２１１Ｂを塗布して補修した後に、触媒層２１１の補修の良否を検査する。この修正方法によれば、より確実に、触媒層２１１を補修することができる。
また、以上説明したように、本実施形態に係る触媒層修正装置１８０は、転写シート５０上に形成された触媒層２１１を電解質膜２１上に転写することによって製造する膜触媒層接合体４０の触媒層２１１を修正する触媒層修正装置１８０である。触媒層修正装置１８０は、触媒層２１１内の欠陥Ｄの有無を検出する検出部１３０と、検出部１３０によって検出された欠陥Ｄのサイズ及び位置に基づいて欠陥Ｄを除去する除去部１４０と、を有する。触媒層修正装置１８０は、除去部１４０によって欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、触媒層２１１に対応する修正インク２１１Ｂを塗布して補修する補修部１６０（１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃ，１６０Ｄ）をさらに有する。この触媒層修正装置１８０によれば、触媒層２１１内の欠陥Ｄを検出して、欠陥Ｄを除去した後に、修正インク２１１Ｂを塗布して補修するため、製造時の膜触媒層接合体４０の歩留まりが向上する。したがって、製造時の膜触媒層接合体４０の歩留まりを向上させることのできる触媒層修正装置１８０を提供することができる。
また、検出部１３０は、転写シート５０上に塗工された触媒インク２１１Ａが乾燥して形成された触媒層２１１内の欠陥Ｄの有無を検出する。また、補修部１６０は、電解質膜２１上に転写され転写シート５０が剥離された触媒層２１１のうち欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に修正インク２１１Ｂを塗布して補修する。この触媒層修正装置１８０によれば、転写シート５０を触媒層２１１から剥離した後に、修正インク２１１Ｂを塗布して補修するため、最終工程において、補修工程Ｓ１１が行われる。したがって、製造時の膜触媒層接合体４０の歩留まりがより向上する。
また、補修部１６０は、インクジェット方式によって修正インク２１１Ｂを塗布する。この触媒層修正装置１８０によれば、精密に修正インク２１１Ｂを塗布することができるため、補修後の触媒層２１１の形状を高精度化することができる。
また、インクジェット方式は、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、静電インクジェット方式、またはバルブインクジェット方式である。インクジェット方式がピエゾインクジェット方式である場合、多数のピエゾ素子２０４により正確に位置決めすることができるため、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１をより正確に補修することができる。また、ピエゾインクジェット方式であれば、液滴を小さくすることができるため、修正インク２１１Ｂによって形成された触媒層２１１の形状精度を向上させることができる。また、インクジェット方式がコンティニュアスインクジェット方式である場合、修正インク２１１Ｂが循環しているため、ノズル３０３の目詰まりを防止できる。また、インクジェット方式が静電インクジェット方式である場合、修正インク２１１Ｂの吐出方向を制御することなく、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に、自動的に着弾されるため、補修工程Ｓ１１Ｃが容易となる。また、インクジェット方式がバルブインクジェット方式である場合、ピエゾインクジェット方式と比較して、液滴を大きくすることができるため、補修速度を向上させることができる。また、修正インク２１１Ｂが高粘度である場合も対応可能である。
また、除去部１４０は、欠陥ＤにレーザーＬを照射することによって、欠陥Ｄを除去する。この触媒層修正装置１８０によれば、レーザーＬはその照射方向を容易に制御することができるため、欠陥Ｄを適切に除去することができる。
また、検出部１３０は、欠陥Ｄが除去された触媒層２１１内の欠陥Ｄの有無を再度検出する。この触媒層修正装置１８０によれば、より確実に触媒層２１１内の欠陥Ｄを除去することができる。
また、除去部１４０は、転写シート５０の触媒層２１１が形成される側の表面まで除去する。この触媒層修正装置１８０によれば、比較的高エネルギーのレーザーＬを照射して、転写シート５０の表面まで除去することができ、生産スピードが向上する。
また、修正インク２１１Ｂが塗布され補修された触媒層２１１の補修の良否を検査する検査部１７０をさらに有する。この触媒層修正装置１８０によれば、より確実に、触媒層２１１を補修することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第２実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。第２実施形態に係る触媒層修正方法は、第１実施形態に係る触媒層修正方法と比較して、触媒層内の欠陥Ｄを除去する方法及び修正インク２１１Ｂを塗布して補修する方法が異なる。以下、第２実施形態に係る除去工程及び補修工程に関して説明する。
図３５は、第２実施形態に係る触媒層修正装置６００を示す図である。図３６は、第２実施形態に係る除去工程を説明するための図である。図３７は、切り替え部６３０の作用を説明するための図である。
第２実施形態に係る触媒層修正装置６００は、図３５に示すように、除去部６１０と、補修部６２０と、切り替え部６３０と、第１三方弁６４０と、第２三方弁６５０と、を有する。検出部１３０及び検査部１７０の構成は、第１実施形態に係る触媒層修正装置１８０と同様であるため、図示及び説明は省略する。
除去部６１０は、ピエゾインクジェット方式の塗布部２００と、溶剤タンク６１１と、欠陥回収ノズル６１２と、欠陥回収ポンプ６１３と、欠陥回収タンク６１４と、を有する。塗布部２００は、ピエゾインクジェット方式に限定されず、コンティニュアスインクジェット方式の塗布部３００またはバルブインクジェット方式の塗布部５００であってもよい。
溶剤タンク６１１には、触媒層２１１を溶解可能な溶剤Ｓが貯蔵されている。溶剤Ｓとしては、ケトン系、エーテル系、エステル系、炭化水素系など、溶解性の高い溶媒が用いられる。溶剤タンク６１１に貯蔵される溶剤Ｓが不図示の加圧部によって加圧されることによって、塗布部２００のインク室２０２に入り、ピエゾ素子２０４の変形によって、ノズル２０３から溶剤Ｓが吐出される。溶剤Ｓは、図３６に示すように、欠陥Ｄ近傍に吐出され、欠陥Ｄの周辺に配置する触媒層２１１を溶解する。溶剤Ｓは欠陥Ｄを除去してもよい。
欠陥回収ノズル６１２は、図３５及び３６に示すように、欠陥回収ポンプ６１３が欠陥Ｄ及び欠陥Ｄの周辺に配置する触媒層２１１を吸引することによって、欠陥Ｄを回収する。欠陥回収ノズル６１２によって回収された欠陥Ｄは、欠陥回収タンク６１４に搬送される。
補修部６２０は、ピエゾインクジェット方式の塗布部２００と、修正インク用タンク２２０と、を有する。すなわち、除去部６１０を構成する塗布部２００と、補修部６２０を構成する塗布部２００と、を同一の装置として用いることができる。なお、除去部６１０を構成する塗布部２００と、補修部６２０を構成する塗布部２００と、を互いに異なる構成とすることができる。
第１三方弁６４０は、塗布部２００のインク室２０２内に導入される液体を、修正インク２１１Ｂと溶剤Ｓとの間で切り替える。
第２三方弁６５０は、塗布部２００によって塗布された液体のうち、修正インク２１１Ｂは修正インク用タンク２２０に、溶剤Ｓは溶剤タンク６１１に戻るように、切り替えられる。
切り替え部６３０は、図３７に示すように、修正インク２１１Ｂを吐出した後の、塗布部２００のインク室２０２内を、修正インク２１１Ｂから、溶剤Ｓに切り替える。切り替え部６３０は、ノズルキャップ６３１と、溶剤タンク６３２と、キャップ送液ポンプ６３３と、を有する。
ノズルキャップ６３１は、塗布部２００のノズル２０３に嵌合可能に構成される。ノズルキャップ６３１がノズル２０３に嵌合された状態で、ノズルキャップ６３１及びノズル２０３間の空間には、キャップ送液ポンプ６３３によって、溶剤タンク６３２から溶剤Ｓが送られる。以下、図３７を参照して、切り替え方法について詳述する。
まず、ノズル２０３から修正インク２１１Ｂを塗布する（図３７（Ａ）参照）。次に、ノズルキャップ６３１をノズル２０３に嵌合させる（図３７（Ｂ）参照）。この状態で、ノズルキャップ６３１及びノズル２０３間の空間に、キャップ送液ポンプ６３３によって、溶剤Ｓを充填させる。次に、第１三方弁６４０を切り替えて、インク室２０２内に溶剤Ｓを導入する（図３７（Ｃ）参照）。次に、ノズル２０３から溶剤Ｓを吐出させ、ノズル２０３内に残存する修正インク２１１Ｂをノズルキャップ６３１内に吐出する（図３７（Ｄ）参照）。次に、ノズルキャップ６３１をノズル２０３から離脱させる（図３７（Ｅ）参照）。以上の工程によって、塗布部２００のインク室２０２内を、修正インク２１１Ｂから、溶剤Ｓに切り替える。
以下、第２実施形態に係る触媒層修正方法の、除去工程及び補修工程を説明する。
除去工程において、除去部６１０によって、欠陥Ｄを除去する。具体的には、塗布部２００によって、触媒層２１１を溶解可能な溶剤Ｓを、欠陥Ｄの周辺に配置する触媒層２１１に塗布する。このとき、触媒層２１１は、転写シート５０上に配置される。そして、欠陥回収ノズル６１２によって、溶解された触媒層２１１及び欠陥Ｄを吸引することによって、欠陥Ｄを回収して除去する。
補修工程において、補修部６２０によって、欠陥Ｄが除去された部分Ｐ１に触媒層２１１に対応する修正インク２１１Ｂを塗布して補修する。このとき、触媒層２１１は、電解質膜２１上に配置される。修正インク２１１Ｂを塗布する方法は、第１実施形態に係る方法と同様であるため、説明は省略する。
以上説明したように、第２実施形態に係る触媒層修正方法では、触媒層２１１を溶解可能な溶剤Ｓを、欠陥Ｄ周辺に配置する触媒層２１１に塗布することによって、欠陥Ｄを除去する。この方法によれば、確実に欠陥Ｄを除去することができる。
また、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、またはバルブインクジェット方式であるインクジェット方式によって溶剤Ｓを塗布し、溶剤Ｓを塗布した塗布部２００と同一の塗布部２００によって、修正インク２１１Ｂを塗布する。この方法によれば、溶剤Ｓを塗布する塗布部２００と、修正インク２１１Ｂを塗布する塗布部２００と、を兼用できるため、設備コストを低減できる。
また、以上説明したように第２実施形態に係る触媒層修正装置６００において、除去部６１０は、触媒層２１１を溶解可能な溶剤Ｓを、欠陥Ｄ周辺に配置する触媒層２１１に塗布することによって、欠陥Ｄを除去する。この触媒層修正装置６００によれば、確実に欠陥Ｄを除去することができる。
また、除去部６１０は、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、またはバルブインクジェット方式であるインクジェット方式によって溶剤Ｓを塗布する。除去部６１０を構成し溶剤Ｓを塗布する塗布部２００と同一の塗布部２００によって、修正インク２１１Ｂを塗布する。この触媒層修正装置６００によれば、溶剤Ｓを塗布する塗布部２００と、修正インク２１１Ｂを塗布する塗布部２００と、を兼用できるため、設備コストを低減できる。
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々改変することができる。
例えば、第１実施形態ではレーザーを照射することによって欠陥Ｄを除去し、第２実施形態では溶剤Ｓを塗布することによって欠陥Ｄを除去したが、プレスの打ち抜きによって欠陥Ｄを除去することができる。
また、上述した第１実施形態では、補修部１６０は、インクジェット方式によって修正インク２１１Ｂを塗布した。しかしながら、これに限定されず、超音波スプレー、超微粒子選別・発生スプレーなどのスプレー工法、シリンジ・プランジャー形式、モーノディスペンサー、定量ポンプ形式などの押出コータ工法、またはブレードコータなどのスキージ工法であってもよい。
また、レーザーＬの強度は可変であってもよい。
２１ 電解質膜、
４０ 膜触媒層接合体、
５０ 転写シート、
１３０ 検出部、
１４０，６１０ 除去部、
１６０，１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃ，１６０Ｄ，６２０ 補修部、
１７０ 検査部、
１８０，６００ 触媒層修正装置、
２００，３００，４００，５００ 塗布部、
２１１ 触媒層、
２１１Ａ 触媒インク、
２１１Ｂ 修正インク、
２２１ アノード側触媒層、
２３１ カソード側触媒層、
Ｄ 欠陥、
Ｌ レーザー、
Ｐ１ 欠陥が除去された部分、
Ｓ 溶剤。
【０００２】
［０００５］
特許文献１：特開平９−２６２５２０号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００６］
上述のような電解質膜が薄膜化された膜触媒層接合体を燃料電池に用いた場合、電池性能の低下の要因となるために、製造時の歩留まりの低下が懸念される。
［０００７］
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製造時の膜触媒層接合体の歩留まりを向上させることのできる、触媒層修正方法及び触媒層修正装置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
［０００８］
上記目的を達成する本発明に係る触媒層修正方法は、転写シート上に形成された触媒層を電解質膜上に転写することによって製造する膜触媒層接合体の前記触媒層を修正する触媒層修正方法である。触媒層修正方法は、前記転写シート上に塗工された触媒インクが乾燥して前記触媒層が形成された後に、前記触媒層内の欠陥の有無を検出する。そして、検出された前記欠陥のサイズ及び位置に基づいて前記欠陥を除去し、前記触媒層を前記電解質膜上に転写し、前記転写シートを前記触媒層から剥離する。そして、前記欠陥が除去された部分に、前記触媒層に対応する修正インクを塗布して補修する。
［０００９］
また、上記目的を達成する本発明に係る触媒層修正装置は、転写シート上に形成された触媒層を電解質膜上に転写することによって製造する膜触媒層接合体の前記触媒層を修正する触媒層修正装置である。触媒層修正装置は、前記触媒層内の欠陥の有無を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記欠陥のサイズ及び位置に基づいて前記欠陥を除去する除去部と、を有する。触媒層修正装置は、前記除去部によって前記欠陥が除去された部分に、前記触媒層に対応する修正インクを塗布して補修する補修部をさらに有する。前記検出部は、前記転写シート上に塗工された触媒インクが乾燥して形成された前記触媒層内の前記欠陥の有無を検出する。前記補修部は、前記電解質膜上に転写され前記転写シートが剥離された前記触媒層のうち前記欠陥が除去された部分に前記修正インクを塗布して補修する。
発明の効果
［００１０］
上記の触媒層修正方法及び触媒層修正装置によれば、触媒層内の欠陥を検出して、欠陥を除去した後に、修正インクを塗布して補修するため、製造時

Claims (20)

  1. 転写シート上に形成された触媒層を電解質膜上に転写することによって製造する膜触媒層接合体の前記触媒層を修正する触媒層修正方法であって、
    前記触媒層内の欠陥の有無を検出し、
    検出された前記欠陥のサイズ及び位置に基づいて前記欠陥を除去し、
    前記欠陥が除去された部分に、前記触媒層に対応する修正インクを塗布して補修する、触媒層修正方法。
  2. 前記転写シート上に塗工された触媒インクが乾燥して前記触媒層が形成された後に、前記欠陥の有無を検出し、前記欠陥を除去し、
    前記触媒層を前記電解質膜上に転写し、前記転写シートを前記触媒層から剥離した後に、前記欠陥が除去された部分に、前記修正インクを塗布して補修する、請求項１に記載の触媒層修正方法。
  3. インクジェット方式によって、前記修正インクを塗布する請求項１または２に記載の触媒層修正方法。
  4. 前記インクジェット方式は、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、静電インクジェット方式、またはバルブインクジェット方式である請求項３に記載の触媒層修正方法。
  5. 前記欠陥に、レーザーを照射することによって、前記欠陥を除去する請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒層修正方法。
  6. 前記触媒層を溶解可能な溶剤を、前記欠陥周辺に配置する前記触媒層に塗布することによって、前記欠陥を除去する請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒層修正方法。
  7. ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、またはバルブインクジェット方式であるインクジェット方式によって前記溶剤を塗布し、前記溶剤を塗布する塗布部と同一の塗布部によって、前記修正インクを塗布する請求項６に記載の触媒層修正方法。
  8. 前記欠陥を除去した後であって前記修正インクを塗布して補修する前に、再度、前記触媒層内の欠陥の有無を検出する請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒層修正方法。
  9. 前記欠陥を除去する際に、前記転写シートの前記触媒層が形成される側の表面まで除去する請求項１〜８のいずれか１項に記載の触媒層修正方法。
  10. 前記修正インクを塗布して補修した後に、前記触媒層の補修の良否を検査する請求項１〜９のいずれか１項に記載の触媒層修正方法。
  11. 転写シート上に形成された触媒層を電解質膜上に転写することによって製造する膜触媒層接合体の前記触媒層を修正する触媒層修正装置であって、
    前記触媒層内の欠陥の有無を検出する検出部と、
    前記検出部によって検出された前記欠陥のサイズ及び位置に基づいて前記欠陥を除去する除去部と、
    前記除去部によって前記欠陥が除去された部分に、前記触媒層に対応する修正インクを塗布して補修する補修部と、を有する触媒層修正装置。
  12. 前記検出部は、前記転写シート上に塗工された触媒インクが乾燥して形成された前記触媒層内の前記欠陥の有無を検出し、
    前記補修部は、前記電解質膜上に転写され前記転写シートが剥離された前記触媒層のうち前記欠陥が除去された部分に前記修正インクを塗布して補修する請求項１１に記載の触媒層修正装置。
  13. 前記補修部は、インクジェット方式によって前記修正インクを塗布する請求項１１または１２に記載の触媒層修正装置。
  14. 前記インクジェット方式は、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、静電インクジェット方式、またはバルブインクジェット方式である請求項１３に記載の触媒層修正装置。
  15. 前記除去部は、前記欠陥にレーザーを照射することによって、前記欠陥を除去する請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の触媒層修正装置。
  16. 前記除去部は、前記触媒層を溶解可能な溶剤を、前記欠陥周辺に配置する前記触媒層に塗布することによって、前記欠陥を除去する１１〜１４のいずれか１項に記載の触媒層修正装置。
  17. 前記除去部は、ピエゾインクジェット方式、コンティニュアスインクジェット方式、またはバルブインクジェット方式であるインクジェット方式によって前記溶剤を塗布し、
    前記除去部を構成し前記溶剤を塗布する塗布部と同一の塗布部によって、前記修正インクを塗布する請求項１６に記載の触媒層修正装置。
  18. 前記検出部は、前記欠陥が除去された前記触媒層内の欠陥の有無を再度検出する請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の触媒層修正装置。
  19. 前記除去部は、前記転写シートの前記触媒層が形成される側の表面まで除去する１１〜１８のいずれか１項に記載の触媒層修正装置。
  20. 前記修正インクが塗布され補修された前記触媒層の補修の良否を検査する検査部をさらに有する請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の触媒層修正装置。
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