KR102325722B1 - 도공 장치 및 도공 방법 - Google Patents

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요시노리 다카기
마사후미 오모리
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

막·촉매층 접합체의 제조 장치는, 복수의 피도공 영역 (제 1 촉매층 (9A)) 이 길이 방향을 따라 배열된 전해질막 (90) 을, 길이 방향으로 반송하면서, 파이버 센서 (41) 로 광을 조사하여 피도공 영역을 검출한다. 파이버 센서 (41) 보다 반송 방향의 하류측에서, 파이버 센서 (41) 가 검출하는 피도공 영역에 대하여 도공액을 도공한다. 파이버 센서 (41) 는, 반송 방향의 하류측이 되는 피도공 영역의 개시단을 검출한다. 도공부는 파이버 센서 (41) 가 피도공 영역의 개시단을 검출하는 타이밍에 따라 도공액의 도공을 개시한다. 도공부에 의한 도공 위치와 파이버 센서 (41) 의 광 조사 위치의 거리 d1 은, 반송 방향으로 연속되는 2 개의 피도공 영역의 개시단의 사이 d2 의 거리보다 짧다.

Description

도공 장치 및 도공 방법
본 발명은, 기재에 도공액을 도공하는 도공 장치 및 도공 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차나 휴대 전화 등의 구동 전원으로서, 연료 전지가 주목받고 있다. 연료 전지는, 연료에 포함되는 수소와 공기 중의 산소의 전기 화학 반응에 의해 전력을 만들어 내는 발전 시스템이다. 연료 전지는, 다른 전지와 비교하여, 발전 효율이 높고 환경에 대한 부하가 작다는 특장을 갖는다.
연료 전지에는, 전해질로서 이온 교환막 (전해질막) 을 사용한 고체 고분자형 연료 전지 (PEFC : Polymer Electrolyte Fuel Cell) 가 있다. 고체 고분자형 연료 전지는, 상온에서의 동작 및 소형 경량화가 가능하기 때문에, 자동차 또는 휴대 기기에 대한 적용이 기대되고 있다. 고체 고분자형 연료 전지는, 일반적으로는 복수의 셀이 적층된 구조를 갖는다. 1 개의 셀은, 막·전극 접합체 (MEA : Membrane-Electrode-Assembly) 의 양측을 1 쌍의 세퍼레이터 사이에 둠으로써 구성된다. 막·전극 접합체는, 전해질의 박막 (고분자 전해질막) 의 양면에 촉매층을 형성한 막·촉매층 접합체 (CCM : Catalyst-coated Membrane) 의 양측에, 추가로 가스 확산층을 배치하여 구성된다. 고분자 전해질막을 사이에 두고 양측에 배치된 촉매층과 가스 확산층으로 1 쌍의 전극층이 구성된다. 1 쌍의 전극층의 일방은 애노드 전극이고, 타방이 캐소드 전극이다. 애노드 전극에 수소를 포함하는 연료 가스가 접촉됨과 함께, 캐소드 전극에 공기가 접촉되면, 전기 화학 반응에 의해 전력이 만들어진다.
상기 막·촉매층 접합체는, 전해질막의 표면에 백금 (Pt) 을 포함하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 재료를 도공하고, 그 촉매 재료를 건조시킴으로써 제조된다. 고체 고분자형 연료 전지의 촉매 재료 도공시에는, 고가의 백금 촉매의 손실을 없애기 위해서, 전해질막의 표면에 촉매 재료를 간헐적으로 도공하는 간헐 도공이 실시된다. 이 간헐 도공시, 도공 위치에 대하여 정밀도 좋게 촉매 재료를 도공하는 것이 요구된다.
특허문헌 1 에는, 간헐 도공할 때에, 촉매 재료의 도공 위치가 어긋나지 않게 하는 간헐 도공 위치 어긋남 방지 장치가 개시되어 있다. 예를 들어, 밸브를 개폐하여 촉매 재료를 노즐로부터 토출시켜, 도공을 실시하는 경우, 밸브 개폐용 신호가 발신되고 나서 실제로 도공이 개시 또는 정지될 때까지 지연 시간이 발생하는 경우가 있다. 피도공체를 이동시키면서 도공하는 경우, 이 지연 시간 동안에도 피도공체가 이동하기 때문에, 도공 위치를 검출해도, 도공이 어긋나는 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 1 에서는, 피도공체를 이동시키는 롤러에 형성된 펄스 제너레이터로부터 발해지는 피도공체의 이동 거리에 비례한 펄스 신호를 카운트한다. 그리고, 그 펄스수로부터 미리 설정된 지연 시간에 상당하는 펄스수를 감산하여, 밸브 개폐용 신호를 발하는 타이밍을 산출한다. 이로써, 지연 시간을 고려하여, 밸브의 개폐를 제어할 수 있어 촉매 재료의 도공 위치가 어긋나지 않게 하고 있다.
일본 공개특허공보 평5-111658호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 장치는, 적절한 타이밍을 얻기 위해서 피도공체를 어느 정도 반송시킬 필요가 있기 때문에, 피도공체에는 촉매 재료가 도공되지 않은 영역이 생겨, 그 부분의 피도공체가 쓸모 없게 될 우려가 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기재를 쓸모 없게 하지 않고, 피도공 영역에 대하여 정밀도 좋게 도공액을 도공하는 도공 장치 및 도공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본원의 제 1 발명은, 도공 장치로서, 장척 띠 형상으로서, 복수의 도막을 길이 방향으로 형성해야 할 복수의 피도공 영역을, 상기 길이 방향을 따라 갖는 기재를, 상기 길이 방향으로 반송하는 반송부와, 광을 조사하여 피도공 영역을 검출하는 검출부와, 상기 검출부보다 반송 방향의 하류측에 배치되고, 상기 검출부가 검출하는 피도공 영역에 대하여 도공액을 도공하는 도공부를 구비하고, 상기 검출부는, 상기 반송 방향의 하류측이 되는 피도공 영역의 개시단 (端) 을 검출하고, 상기 도공부는, 상기 검출부가 상기 피도공 영역의 개시단을 검출하는 타이밍에 따라 도공액의 도공을 개시하고, 상기 도공부에 의한 도공 위치와 상기 검출부의 광 조사 위치의 거리는, 상기 반송 방향으로 연속되는 2 개의 피도공 영역의 개시단의 사이의 거리보다 짧다.
본원의 제 2 발명은, 제 1 발명의 도공 장치로서, 상기 반송부는, 외주면에서 상기 기재를 유지하면서 회전하는 롤러를 갖고, 상기 검출부는, 상기 롤러의 외주면에서 유지되는 상기 기재에 대하여 광을 조사하고, 상기 도공부는, 상기 롤러의 외주면에서 유지되는 상기 기재에 대하여 도공액을 도공한다.
본원의 제 3 발명은, 제 1 발명 또는 제 2 발명의 도공 장치로서, 상기 검출부는, 광의 조사 각도가 조정 가능하다.
본원의 제 4 발명은, 제 1 발명 내지 제 3 발명 중 어느 하나의 도공 장치로서, 상기 검출부는, 상기 기재의 폭 방향을 따른 복수의 위치에서 피도공 영역을 검출한다.
본원의 제 5 발명은, 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 도공 장치로서, 상기 도공부와 상기 검출부의 사이에 형성된 검출부용 커버를 구비한다.
본원의 제 6 발명은, 제 1 발명 내지 제 5 발명 중 어느 하나의 도공 장치로서, 상기 검출부는, 상기 피도공 영역에서 반사된 반사광을 수광함으로써, 상기 피도공 영역을 검출하고, 상기 도공부는, 상기 검출부가 상기 반사광을 계속 수광하는 시간과 동일한 시간, 도공액을 도공한다.
본원의 제 7 발명은, 제 1 발명 내지 제 6 발명 중 어느 하나의 도공 장치로서, 상기 검출부는, 파이버 센서를 포함한다.
본원의 제 8 발명은, 도공 방법으로서, a) 장척 띠 형상으로서, 복수의 도막을 길이 방향으로 형성해야 할 복수의 피도공 영역을, 상기 길이 방향을 따라 갖는 기재를, 상기 길이 방향으로 반송하는 공정과, b) 광을 조사하여 피도공 영역을 검출부에서 검출하는 공정과, c) 상기 검출부보다 반송 방향의 하류측에서, 상기 검출부가 검출하는 피도공 영역에 대하여 도공부에서 도공액을 도공하는 공정을 구비하고, 상기 공정 b) 에서는, 상기 반송 방향의 하류측이 되는 피도공 영역의 개시단을 검출하고, 상기 공정 c) 에서는, 상기 공정 b) 에서 상기 피도공 영역의 개시단이 검출되는 타이밍에 따라 도공액의 도공을 개시하고, 상기 도공부에 의한 도공 위치와 상기 검출부의 광 조사 위치의 거리는, 상기 반송 방향으로 연속되는 2 개의 피도공 영역의 개시단의 사이의 거리보다 짧다.
본원의 제 1 발명 내지 제 8 발명에 따르면, 도공 위치와 광의 조사 위치는 근접시킨다. 그래서, 검출부가 피도공 영역을 검출하는 직후에 도공을 개시함으로써, 검출된 피도공 영역에 대하여 도공액을 도공할 수 있다. 요컨대, 도공 위치만 검출하기 위해서, 기재를 반송시킬 필요가 없다. 그 결과, 피도공 영역에 도공액이 도공되지 않은 채 기재가 반송되어, 기재에 쓸모 없는 영역이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 제 3 발명에 따르면, 피도공 영역의 반사율에 따라 광의 조사 각도를 조정함으로써, 보다 정밀도 좋게 피도공 영역을 검출할 수 있다.
특히, 제 4 발명에 따르면, 피도공 영역의 검출 정밀도가 향상된다.
특히, 제 5 발명에 따르면, 검출부를 도공액으로부터 보호할 수 있다.
특히, 제 6 발명에 따르면, 도공 시간을 검출부에 의한 검출에 맞춤으로써, 도공 처리가 용이해진다.
특히, 제 7 발명에 따르면, 스페이스를 충분히 확보할 수 없는 경우에도 설치가 가능하다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 도공 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 는 흡착 롤러 부근의 확대도이다.
도 3 은 각도 조절 기구의 평면도이다.
도 4 는 도 3 의 IV-IV 선에 있어서의 단면도이다.
도 5 는 투명한 제 1 전극층에 대한 파이버 센서의 최적의 조사 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 제어부와 제조 장치 내의 각 부의 접속을 나타낸 블록도이다.
도 7 은 노즐과 파이버 센서의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 제 1 전극층의 검출 타이밍과 촉매 재료의 도포 타이밍을 설명하기 위한 타임 차트이다.
도 9 는 도공부에 의한 도공시의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 본 발명의 「도공 장치」를, 고체 고분자형 연료 전지용 막·촉매층 접합체를 제조하는 막·촉매층 접합체의 제조 장치로서 설명한다.
＜1. 막·촉매층 접합체의 제조 장치의 구성에 대해서＞
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 막·촉매층 접합체의 제조 장치 (1) 의 구성을 나타낸 도면이다. 이 제조 장치 (1) 는, 고체 고분자형 연료 전지용 막·전극 접합체 (MEA : Membrane-Electrode-Assembly) 의 제조 과정에 사용되는 장치이다. 제조 장치 (1) 는, 장척 띠 형상의 기재인 전해질막의 표면에 촉매층을 형성하여, 막·촉매층 접합체 (CCM : Catalyst-coated Membrane) 를 제조한다.
막·촉매층 접합체의 제조 장치 (1) 는, 흡착 롤러 (10), 전해질막 공급부 (20), 도공부 (30), 촉매층 검지부 (40), 건조로 (50), 접합체 회수부 (60) 및 제어부 (70) 를 구비하고 있다.
흡착 롤러 (10) 는, 기재인 전해질막 (90) 을 흡착 유지시키면서 회전하는 롤러이다. 흡착 롤러 (10) 는, 복수의 흡착 구멍을 갖는 원통 형상의 외주면을 갖는다. 흡착 롤러 (10) 의 직경은, 예를 들어 200 mm ∼ 1600 mm 가 된다. 흡착 롤러 (10) 에는, 모터 등의 구동원을 갖는 회전 구동부가 접속된다. 그 회전 구동부를 동작시키면, 흡착 롤러 (10) 는, 수평하게 연장되는 축심 둘레로 회전한다. 흡착 롤러 (10) 는, 본 발명의 「반송부」의 일례이다.
흡착 롤러 (10) 의 재료에는, 예를 들어 다공질 카본 또는 다공질 세라믹스 등의 다공질 재료가 사용된다. 다공질 세라믹스의 구체예로서는, 알루미나 (Al2O3) 또는 탄화규소 (SiC) 의 소결체를 들 수 있다. 다공질의 흡착 롤러 (10) 에 있어서의 기공 직경은 예를 들어 5 ㎛ 이하가 되고, 기공률은 예를 들어 15 ％ ∼ 50 ％ 가 된다.
또, 흡착 롤러 (10) 의 재료에, 다공질 재료 대신에 금속을 사용해도 된다. 금속의 구체예로서는, SUS 등의 스테인리스 또는 철을 들 수 있다. 흡착 롤러 (10) 의 재료에 금속을 사용하는 경우에는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에, 미소한 흡착 구멍을 가공에 의해 형성하면 된다. 흡착 구멍의 직경은, 흡착 자국의 발생을 방지하기 위해 2 mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
흡착 롤러 (10) 의 단면에는, 도시하지 않은 흡인구가 형성되어 있다. 흡인구는, 흡인 기구 (예를 들어, 배기 펌프) 에 접속된다. 흡인 기구를 동작시키면, 흡착 롤러 (10) 의 흡인구에 부압이 발생한다. 그리고, 흡착 롤러 (10) 내의 기공을 통해서 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 형성된 복수의 흡착 구멍에도 부압이 발생한다. 전해질막 (90) 은, 당해 부압에 의해 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해 원호 형상으로 반송된다.
전해질막 공급부 (20) 는, 적층 기재 (92) 를 흡착 롤러 (10) 에 공급한다. 적층 기재 (92) 는, 전해질막 (90) 및 제 1 지지 필름 (91) 의 2 층으로 구성된다. 전해질막 공급부 (20) 는, 그 적층 기재 (92) 를 흡착 롤러 (10) 에 공급할 때, 전해질막 (90) 으로부터 제 1 지지 필름 (91) 을 박리시킨다. 그리고, 전해질막 (90) 을 흡착 롤러 (10) 에 공급함과 함께, 제 1 지지 필름 (91) 을 회수한다.
전해질막 (90) 에는, 예를 들어 불소계 또는 탄화수소계 고분자 전해질막이 사용된다. 전해질막 (90) 의 구체예로서는, 퍼플루오로카본술폰산을 포함하는 고분자 전해질막 (예를 들어, 미국 DuPont 사 제조의 Nafion (등록 상표), 아사히 가라스 (주) 제조의 Flemion (등록 상표), 아사히 카세이 (주) 제조의 Aciplex (등록 상표), 고어 (Gore) 사 제조의 Goreselect (등록 상표)) 을 들 수 있다. 전해질막 (90) 의 막 두께는, 예를 들어 5 ㎛ ∼ 30 ㎛ 가 된다. 전해질막 (90) 은, 대기 중의 습기에 의해 팽윤되는 한편, 습도가 낮아지면 수축된다. 즉, 전해질막 (90) 은, 대기 중의 습도에 따라 변형되기 쉬운 성질을 갖는다.
제 1 지지 필름 (91) 은, 전해질막 (90) 의 변형을 억제하기 위한 필름이다. 제 1 지지 필름 (91) 의 재료에는, 전해질막 (90) 보다 기계적 강도가 높고, 형상 유지 기능이 우수한 수지가 사용된다. 제 1 지지 필름 (91) 의 구체예로서는, PEN (폴리에틸렌나프탈레이트) 또는 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 의 필름을 들 수 있다. 제 1 지지 필름 (91) 의 막두께는, 예를 들어 25 ㎛ ∼ 100 ㎛ 가 된다.
전해질막 공급부 (20) 는, 적층 기재 공급 롤러 (21), 복수의 적층 기재 반입 롤러 (22), 박리 롤러 (23), 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 및 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 를 갖는다. 적층 기재 공급 롤러 (21), 복수의 적층 기재 반입 롤러 (22), 박리 롤러 (23), 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 및 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 는, 모두 흡착 롤러 (10) 와 평행하게 배치된다.
적층 기재 공급 롤러 (21) 에는, 제 1 지지 필름 (91) 이 내측이 되도록 적층 기재 (92) 가 감겨져 있다. 본 실시형태에서는, 전해질막 (90) 의 제 1 지지 필름 (91) 과는 반대측의 면 (이하, 「제 1 면」이라고 한다) 에, 미리 촉매층 (이하, 「제 1 촉매층 (9A)」이라고 한다) 이 형성되어 있다. 제 1 촉매층 (9A) 은, 제조 장치 (1) 와는 별도의 장치에서, 전해질막 (90) 의 제 1 면에 촉매 재료가 간헐 도공되고, 그 촉매 재료가 건조됨으로써 형성된다.
적층 기재 공급 롤러 (21) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 적층 기재 공급 롤러 (21) 가 회전하면, 적층 기재 (92) 는, 적층 기재 공급 롤러 (21) 로부터 조출된다. 조출된 적층 기재 (92) 는, 복수의 적층 기재 반입 롤러 (22) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라 박리 롤러 (23) 까지 반송된다.
도 2 는, 흡착 롤러 (10) 부근의 확대도이다.
박리 롤러 (23) 는, 전해질막 (90) 으로부터 제 1 지지 필름 (91) 을 박리하기 위한 롤러이다. 박리 롤러 (23) 는, 흡착 롤러 (10) 보다 직경이 작은 원통 형상의 외주면을 갖는다. 박리 롤러 (23) 의 적어도 외주면은, 탄성체에 의해 형성된다. 박리 롤러 (23) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해 흡착 롤러 (10) 측으로 가압되고 있다.
복수의 적층 기재 반입 롤러 (22) 에 의해 반입되는 적층 기재 (92) 는, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (23) 의 사이에 도입된다. 또, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향의 상류측에 있어서, 다공질 기재 (99) 가 흡착 롤러 (10) 에 공급된다. 그리고, 다공질 기재 (99) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해 원호 형상으로 반송된다. 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (23) 의 사이에 도입된 적층 기재 (92) 의 전해질막 (90) 의 제 1 면은, 제 1 촉매층 (9A) 과 함께 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (99) 의 표면에 접촉된다. 또한, 적층 기재 (92) 의 제 1 지지 필름 (91) 은, 박리 롤러 (23) 의 외주면에 접촉된다. 또, 도 2 에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 흡착 롤러 (10) 및 다공질 기재 (99) 가 간격을 두고 도시되어 있음과 함께, 다공질 기재 (99) 및 전해질막 (90) 도 간격을 두고 도시되어 있다. 또, 도 1 에서는 다공질 기재 (99) 에 관한 도시를 생략하고 있다.
이 상태에서 적층 기재 (92) 는, 박리 롤러 (23) 로부터 받는 압력에 의해 흡착 롤러 (10) 측으로 눌린다. 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (99) 의 표면에는, 흡착 롤러 (10) 로부터의 흡인력에 의해 부압이 발생한다. 전해질막 (90) 은, 당해 부압에 의해 다공질 기재 (99) 의 표면에 흡착된다. 그리고, 전해질막 (90) 은, 다공질 기재 (99) 와 함께 흡착 롤러 (10) 에 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해 원호 형상으로 반송된다. 한편, 제 1 지지 필름 (91) 은, 전해질막 (90) 으로부터 박리된다. 그 결과, 흡착 롤러 (10) 에 유지되는 전해질막 (90) 의 제 1 면과는 반대측의 면 (이하, 「제 2 면」이라고 한다) 은 노출된다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면과 전해질막 (90) 의 사이에 다공질 기재 (99) 를 개재시킨다. 그래서, 흡착 롤러 (10) 의 외주면과, 전해질막 (90) 의 제 1 면에 형성된 제 1 촉매층 (9A) 은, 직접 접촉되지 않는다. 따라서, 제 1 촉매층 (9A) 의 일부가 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 부착되거나, 흡착 롤러 (10) 의 외주면으로부터 전해질막 (90) 에 이물질이 전재 (轉載) 되거나 하는 것을 방지할 수 있다.
또, 다공질 기재 (99) 는, 후술하는 접합체 회수부 (60) 보다 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향의 하류측에서 흡착 롤러 (10) 로부터 떨어져 회수된다.
전해질막 (90) 으로부터 박리된 제 1 지지 필름 (91) 은, 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 측으로 반송된다. 제 1 지지 필름 (91) 은, 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 까지 반송된다. 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이로써, 제 1 지지 필름 (91) 이 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 에 권취된다.
도공부 (30) 는, 흡착 롤러 (10) 주위에서 전해질막 (90) 의 제 2 면에 도공액인 촉매 재료를 도공하는 기구이다. 촉매 재료에는, 예를 들어 백금 (Pt) 을 포함하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 재료가 사용된다. 도공부 (30) 는, 노즐 (31), 개폐 밸브 (32) 및 촉매 재료 공급원 (33) 을 갖는다.
노즐 (31) 은, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (90) 의 반송 방향에 있어서 박리 롤러 (23) 보다 하류측에 형성되어 있다. 노즐 (31) 은, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대향하는 토출구 (311) 를 갖는다. 토출구 (311) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 따라, 흡착 롤러 (10) 의 폭 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 개구이다. 노즐 (31) 은, 토출구 (311) 의 선단에 촉매 재료의 액 고임부를 형성한다. 그리고, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에서 반송되는 전해질막 (90) 의 제 2 면의 피도공 영역에 액 고임부를 접촉시킨다. 이로써, 전해질막 (90) 의 제 2 면의 피도공 영역에 촉매 재료가 도공되어, 촉매 재료의 웨트 막 (9B) 이 형성된다. 이 웨트 막 (9B) 은, 후술하는 건조로 (50) 에 의해 건조됨으로써, 촉매층 (이하, 「제 2 촉매층 (9C)」이라고 한다) 이 된다.
또, 피도공 영역은, 노즐 (31) 보다 반송 방향의 상류측에 배치되는 촉매층 검지부 (40) 에 의해 검출된다. 이 피도공 영역은, 전해질막 (90) 의 제 1 면에 형성된 제 1 촉매층 (9A) 과 겹치는 영역이다. 요컨대, 제 1 촉매층 (9A) 과 제 2 촉매층 (9C) 은 서로 겹치는 위치에 형성된다. 바꾸어 말하면, 촉매층 검지부 (40) 는, 복수의 도막인 복수의 웨트 막 (9B) 을 길이 방향으로 형성해야 할 복수의 피도막 영역을 검출한다.
개폐 밸브 (32) 는, 노즐 (31) 에 의한 촉매 재료의 토출 동작을 실행시키거나 또는 정지시킨다. 개폐 밸브 (32) 는, 노즐 (31) 과 촉매 재료 공급원 (33) 을 연결하는 급액 배관 도중에 형성된다. 개폐 밸브 (32) 를 개방하면, 촉매 재료 공급원 (33) 으로부터 노즐 (31) 에 촉매 재료가 공급된다. 그렇다면, 토출구 (311) 의 선단에, 촉매 재료의 액 고임부가 형성된다. 이로써, 노즐 (31) 에 의한 토출 동작을 실행할 수 있게 된다. 한편으로, 개폐 밸브 (32) 를 폐쇄하면, 노즐 (31) 에 대한 촉매 재료의 공급이 정지된다. 이로써, 토출구 (311) 선단에서의 액 고임부의 형성이 정지되어, 노즐 (31) 에 의한 촉매 재료의 토출 동작이 정지된다.
또, 촉매 재료 중의 촉매 입자에는, 고분자형 연료 전지의 애노드 또는 캐소드에 있어서 연료 전지 반응을 일으키는 재료가 사용된다. 구체적으로는 백금 (Pt), 백금 합금, 백금 화합물 등의 입자를, 촉매 입자로서 사용할 수 있다. 백금 합금의 예로서는, 예를 들어 루테늄 (Ru), 팔라듐 (Pd), 니켈 (Ni), 몰리브덴 (Mo), 이리듐 (Ir), 철 (Fe) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속과 백금의 합금을 들 수 있다. 일반적으로는 캐소드용 촉매 재료에는 백금이 사용되고, 애노드용 촉매 재료에는 백금 합금이 사용된다. 노즐 (31) 로부터 토출되는 촉매 재료는, 캐소드용이어도 되고 애노드용이어도 된다. 단, 전해질막 (90) 의 제 1 면에 형성되는 제 1 촉매층 (9A) 과, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 형성되는 제 2 촉매층 (9C) 에는, 서로 역 (逆) 극성의 촉매 재료가 사용된다.
촉매층 검지부 (40) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대향하는 위치이며, 도공부 (30) 보다 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향의 상류측에 배치되어 있다. 촉매층 검지부 (40) 는, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 있어서, 도공부 (30) 가 촉매 재료를 도공해야 할 피도공 영역을 검출한다. 상기와 같이 피도공 영역은, 제 1 촉매층 (9A) 과 겹치는 영역이다. 촉매층 검지부 (40) 는, 흡착 롤러 (10) 에 의해 반송되는 전해질막 (90) 의 제 2 면측으로부터 전해질막 (90) 의 제 1 면에 형성된 제 1 촉매층 (9A) 을 검출함으로써, 피도공 영역을 검출한다.
촉매층 검지부 (40) 는 파이버 센서 (41) 를 갖는다. 파이버 센서 (41) 는, 도시를 생략한 광 파이버를 개재하여 광학 계측 장치에 접속되어 있다. 광학 계측 장치는, 광원 및 수광부를 갖는다. 광학 계측 장치의 광원으로부터 발해진 광은, 광 파이버를 통해서 파이버 센서 (41) 에 전송된다. 파이버 센서 (41) 는, 광 파이버 내를 전송된 광을, 전해질막 (90) 의 제 2 면을 향하여 조사한다. 파이버 센서 (41) 는, 그 반사광을 수광하고, 수광된 광을, 광 파이버를 경유하여 광학 계측 장치의 수광부에 입사시킨다. 그리고, 광학 계측 장치에 있어서, 입사된 광에 의거하여 대상물의 존재가 검출된다.
본 실시형태에서는, 전해질막 (90) 은 투명하다. 제 1 촉매층 (9A) 은, 흑색 등, 흡광 계수가 높은 색인 것으로 한다. 이 경우, 파이버 센서 (41) 로부터 조사된 광은, 전해질막 (90) 을 투과한다. 그리고, 광의 조사처에 제 1 촉매층 (9A) 이 존재하면, 전해질막 (90) 을 투과한 광의 대부분은 제 1 촉매층 (9A) 에서 흡수된다. 한편, 광의 조사처에 제 1 촉매층 (9A) 이 존재하지 않으면, 전해질막 (90) 을 투과한 광은, 흡수되지 않고 다른 부위 (예를 들어, 흡착 롤러 (10) 의 외주면) 에서 반사된다. 요컨대, 광의 조사처에 제 1 촉매층 (9A) 이 존재하는지의 여부에 따라, 파이버 센서 (41) 가 수광하는 반사광의 광량이 바뀐다. 촉매층 검지부 (40) 는, 이 광량의 차이로부터 제 1 촉매층 (9A) 의 존재를 검출한다.
이와 같이 촉매층 검지부 (40) 는, 전해질막 (90) 의 제 1 면에 형성된 제 1 촉매층 (9A) 을, 전해질막 (90) 의 제 2 면측으로부터 검출할 수 있다. 광의 조사에 파이버 센서 (41) 를 사용함으로써, 스페이스를 충분히 확보할 수 없는 경우에도 촉매층 검지부 (40) 의 설치가 가능하다.
파이버 센서 (41) 는, 도공부 (30) 의 노즐 (31) 에 대하여 근접 배치되어 있다. 그래서, 촉매층 검지부 (40) 가 피도공 영역을 검출하는 직후에 도공을 개시함으로써, 검출된 피도공 영역에 대하여 촉매 재료를 도공할 수 있다. 요컨대, 도공 위치만 검출하기 위해서, 전해질막 (90) 을 반송시킬 필요가 없다. 그 결과, 전해질막 (90) 에 웨트 막 (9B) 이 형성되지 않은 영역이 생기는 것을 방지할 수 있다. 촉매층 검지부 (40) 에 의한 피도공 영역의 검출 타이밍과, 도공부 (30) 에 의한 도공 개시 타이밍의 관계에 대해서는 후술하겠다.
또, 파이버 센서 (41) 와 노즐 (31) 사이에는, 센서 커버 (검출부용 커버) (41A) 가 형성되어 있다. 파이버 센서 (41) 는, 노즐 (31) 에 근접 배치되어 있다. 이 센서 커버 (41A) 는, 노즐 (31) 로부터의 촉매 재료가 파이버 센서 (41) 에 부착되는 것을 방지한다.
촉매층 검지부 (40) 는, 파이버 센서 (41) 의 조사 각도를 조절하는 각도 조절 기구 (42) 를 갖는다. 도 3 은, 각도 조절 기구 (42) 의 평면도이다. 도 4 는, 도 3 의 IV-IV 선에 있어서의 단면도이다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 촉매층 검지부 (40) 는 2 개의 파이버 센서 (41) 를 갖는다. 2 개의 파이버 센서 (41) 는, 흡착 롤러 (10) 의 폭 방향을 따라 거리를 두고 배치되어 있다. 요컨대, 촉매층 검지부 (40) 는, 흡착 롤러 (10) 의 폭 방향에 있어서의 2 지점에서 피도공 영역을 검출한다. 이로써, 파이버 센서 (41) 가 1 개인 경우보다, 촉매층 검지부 (40) 에 의한 피도공 영역의 검출 정밀도는 향상된다.
각도 조절 기구 (42) 는, 1 쌍의 고정 브래킷 (421) 을 갖는다. 1 쌍의 고정 브래킷 (421) 은, 흡착 롤러 (10) 의 외주면 외측에, 흡착 롤러 (10) 의 폭 방향의 길이보다 넓은 간격으로 대향 배치되어 있다. 1 쌍의 고정 브래킷 (421) 사이에는, 센서 커버 (41A) 와 회전축 (422) 이 형성되어 있다.
회전축 (422) 은, 원기둥 형상으로, 흡착 롤러 (10) 의 폭 방향으로 연장된다. 회전축 (422) 은, 1 쌍의 고정 브래킷 (421) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있게 지지되어 있다. 회전축 (422) 에 있어서의 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대향하는 위치에는, 2 개의 파이버 센서 (41) 를 고정시키는 고정 부재 (423) 가 형성되어 있다. 고정 부재 (423) 는, 회전축 (422) 과 함께 회전한다.
1 쌍의 고정 브래킷 (421) 에 대하여 자유롭게 회전할 수 있는 회전축 (422) 은, 스플릿 컬러 (424) 에 의해 체결됨으로써, 고정 브래킷 (421) 에 고정된다. 스플릿 컬러 (424) 와 고정 브래킷 (421) 은, 볼트 (421A) 에 의해 고정된다.
스플릿 컬러 (424) 는, 축 방향에 원기둥 형상의 공동 (空洞) 을 지닌 원통 형상이다. 스플릿 컬러 (424) 는, 원주 부분의 일부에 노치 (424A) 를 갖고 있고, 축 방향으로부터 평면에서 볼 때 C 자형 형상으로 되어 있다. 스플릿 컬러 (424) 의 공동의 직경은, 회전축 (422) 의 직경보다 작다. 그리고, 스플릿 컬러 (424) 는, 노치 (424A) 가 넓혀진 상태에서, 회전축 (422) 을 삽입할 수 있게 되어 있다. 공동에 회전축 (422) 을 삽입한 상태에서, 볼트 (424B) 로 노치 (424A) 를 좁히도록 체결함으로써, 회전축 (422) 은 스플릿 컬러 (424) 에 고정된다.
이와 같이 구성된 각도 조절 기구 (42) 에 있어서, 볼트 (421A) 및 볼트 (424B) 를 느슨하게 함으로써 (또는 분리함으로써), 회전축 (422) 은 1 쌍의 고정 브래킷 (421) 에 대하여 회전한다. 회전축 (422) 이 회전하면, 고정 부재 (423) 에 고정된 2 개의 파이버 센서 (41) 도 회전한다. 이로써, 2 개의 파이버 센서 (41) 의 조사 각도를 조정할 수 있다. 조정 후, 볼트 (421A) 및 볼트 (424B) 를 조여, 고정 브래킷 (421) 에 고정시킴으로써, 2 개의 파이버 센서 (41) 는 원하는 조사 각도를 유지한 상태가 된다.
이 각도 조절 기구 (42) 에 의해, 제 1 촉매층 (9A) 에 따라 파이버 센서 (41) 의 조사 각도를 조정함으로써, 보다 확실하게 피도공 영역을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기와 같이 제 1 촉매층 (9A) 이 흑색 등인 경우에는, 광의 조사처에 제 1 촉매층 (9A) 이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우에, 반사광의 광량 변화가 커서, 제 1 촉매층 (9A) 을 검출할 수 있다.
이에 비해, 제 1 촉매층 (9A) 이, 전해질막 (90) 과 동일한 투명인 경우, 반사광의 광량의 변화가 작아서, 제 1 촉매층 (9A) 을 검출하기가 어렵다. 예를 들어, 제 1 촉매층 (9A) 에 대한 파이버 센서 (41) 의 조사 각도를 수직으로 한 경우, 반사광의 산란량은 적다. 그 결과, 조사 위치에 따르지 않고, 파이버 센서 (41) 가 수광하는 반사광의 광량은 많고, 전체적으로 반사광량의 변화는 작다.
그래서, 도 5 의 패턴 (A) 로 나타내는 바와 같이, 조사광이 제 1 촉매층 (9A) 의 단부를 교차하도록 파이버 센서 (41) 의 조사 각도를 조정한다. 도 5 는, 투명한 제 1 촉매층 (9A) 에 대한 파이버 센서 (41) 의 최적의 조사 각도를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 에 있어서, 실선 화살표는 조사광을 나타내고, 파선 화살표는 반사광을 나타낸다. 도 5 의 패턴 (A) 와 패턴 (B) 와 패턴 (C) 에서는 반사 상태가 다르다. 이 경우, 반사광의 산란량의 차이로부터 패턴 (B), 패턴 (A), 패턴 (C) 의 순서로 파이버 센서 (41) 가 수광하는 반사광의 광량은 많아진다. 이 반사광의 광량의 차이로부터 촉매층 검지부 (40) 는 피도공 영역을 검출할 수 있다. 이와 같이 파이버 센서 (41) 의 조사 각도를 조정함으로써, 피도공 영역의 검지 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1 로 되돌아간다. 건조로 (50) 는, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 형성된 웨트 막 (9B) 을 건조시키는 부위이다. 건조로 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (90) 의 반송 방향에 있어서 도공부 (30) 보다 하류측에 배치되어 있다. 또한, 건조로 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 따라 원호 형상으로 형성되어 있다. 건조로 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 주위에서 전해질막 (90) 의 제 2 면에 가열된 기체 (열풍) 를 분사시킨다. 그렇다면, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 형성된 웨트 막 (9B) 이 가열되어, 촉매 재료 내의 용제가 기화된다. 이로써, 웨트 막 (9B) 이 건조되어, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 제 2 촉매층 (9C) 이 형성된다. 그 결과, 전해질막 (90), 제 1 촉매층 (9A) 및 제 2 촉매층 (9C) 으로 구성되는 막·촉매층 접합체 (95) 가 얻어진다.
접합체 회수부 (60) 는, 막·촉매층 접합체 (95) 에 제 2 지지 필름 (93) 을 첩부하고, 막·촉매층 접합체 (95) 를 회수하는 부위이다. 접합체 회수부 (60) 는, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61), 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62), 라미네이트 롤러 (63), 복수의 접합체 반출 롤러 (64) 및 접합체 회수 롤러 (65) 를 갖는다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61), 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62), 라미네이트 롤러 (63), 복수의 접합체 반출 롤러 (64) 및 접합체 회수 롤러 (65) 는, 모두 흡착 롤러 (10) 와 평행하게 배치된다.
제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 에는, 제 2 지지 필름 (93) 이 감겨져 있다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 가 회전하면, 제 2 지지 필름 (93) 은, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 로부터 조출된다. 조출된 제 2 지지 필름 (93) 은, 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라 라미네이트 롤러 (63) 까지 반송된다.
제 2 지지 필름 (93) 의 재료에는, 전해질막 (90) 보다 기계적 강도가 높고, 형상 유지 기능이 우수한 수지가 사용된다. 제 2 지지 필름 (93) 의 구체예로서는, PEN (폴리에틸렌나프탈레이트) 또는 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 의 필름을 들 수 있다. 제 2 지지 필름 (93) 의 막두께는, 예를 들어 25 ㎛ ∼ 100 ㎛ 가 된다. 제 2 지지 필름 (93) 은, 제 1 지지 필름 (91) 과 동일한 것이어도 된다. 또한, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 에 권취된 제 1 지지 필름 (91) 을, 제 2 지지 필름 (93) 으로서 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 로부터 조출하도록 해도 된다.
라미네이트 롤러 (63) 는, 막·촉매층 접합체 (95) 에 제 2 지지 필름 (93) 을 첩부하기 위한 롤러이다. 라미네이트 롤러 (63) 의 재료에는, 예를 들어 내열성이 높은 고무가 사용된다. 라미네이트 롤러 (63) 는, 흡착 롤러 (10) 보다 직경이 작은 원통 형상의 외주면을 갖는다. 라미네이트 롤러 (63) 는, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향에 있어서, 건조로 (50) 보다 하류측에서, 흡착 롤러 (10) 에 인접 배치되어 있다. 또한, 라미네이트 롤러 (63) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해 흡착 롤러 (10) 측으로 가압되고 있다.
복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62) 에 의해 반입되는 제 2 지지 필름 (93) 은, 흡착 롤러 (10) 주위에서 반송되는 막·촉매층 접합체 (95) 와 라미네이트 롤러 (63) 의 사이에 도입된다. 이 때, 제 2 지지 필름 (93) 은, 라미네이트 롤러 (63) 로부터의 압력에 의해 막·촉매층 접합체 (95) 에 눌려짐과 함께, 라미네이트 롤러 (63) 의 열에 의해 가열된다. 그 결과, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 제 2 지지 필름 (93) 이 첩부된다. 전해질막 (90) 의 제 2 면에 형성된 제 2 촉매층 (9C) 은, 전해질막 (90) 과 제 2 지지 필름 (93) 의 사이에 끼여 있다.
흡착 롤러 (10) 와 라미네이트 롤러 (63) 의 사이를 통과한 제 2 지지 필름 (93) 이 부착된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 흡착 롤러 (10) 로부터 떨어지는 방향으로 반송된다. 이로써, 다공질 기재 (99) 로부터 막·촉매층 접합체 (95) 가 박리된다.
또한, 본 실시형태에서는, 라미네이트 롤러 (63) 근방에, 압압 (押壓) 롤러 (632) 가 배치되어 있다. 압압 롤러 (632) 는, 흡착 롤러 (10) 와 라미네이트 롤러 (63) 사이의 간극보다 막·촉매층 접합체 (95) 의 반송 방향 하류측에서, 라미네이트 롤러 (63) 에 인접 배치되어 있다. 또한, 압압 롤러 (632) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해 라미네이트 롤러 (63) 측으로 가압되고 있다. 다공질 기재 (99) 로부터 떨어진 제 2 지지 필름 (93) 이 부착된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 계속해서 라미네이트 롤러 (63) 와 압압 롤러 (632) 의 사이를 통과한다. 이로써, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 대한 제 2 지지 필름 (93) 의 밀착성이 향상된다.
그 후, 제 2 지지 필름 (93) 이 부착된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 복수의 접합체 반출 롤러 (64) 에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라 접합체 회수 롤러 (65) 까지 반송된다. 접합체 회수 롤러 (65) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이로써, 제 2 지지 필름 (93) 이 부착된 막·촉매층 접합체 (95) 가, 제 2 지지 필름 (93) 이 외측이 되도록 접합체 회수 롤러 (65) 에 권취된다.
제어부 (70) 는, 제조 장치 (1) 내의 각 부를 동작 제어하기 위한 수단이다. 도 6 은, 제어부 (70) 와 제조 장치 (1) 내의 각 부의 접속을 나타낸 블록도이다. 도 6 중에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 제어부 (70) 는, CPU 등의 연산 처리부 (71), RAM 등의 메모리 (72) 및 하드 디스크 드라이브 등의 기억부 (73) 를 지닌 컴퓨터에 의해 구성된다. 기억부 (73) 내에는, 막·촉매층 접합체의 제조 처리를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 (P) 이 인스톨되어 있다.
또한, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (70) 는, 상기 서술한 흡착 롤러 (10) 의 회전 구동부 (11), 흡착 롤러 (10) 의 흡인 기구, 적층 기재 공급 롤러 (21) 의 모터, 박리 롤러 (33) 의 에어 실린더, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 의 모터, 도공부 (30) 의 개폐 밸브 (32), 촉매층 검지부 (40) 의 광학 계측 장치의 광원 및 수광부, 건조로 (50), 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 의 모터, 라미네이트 롤러 (63) 의 에어 실린더, 라미네이트 롤러 (63) 의 히터 (631), 압압 롤러 (632) 의 에어 실린더, 그리고 접합체 회수 롤러 (65) 의 모터와 각각 통신할 수 있게 접속되어 있다.
제어부 (70) 는, 기억부 (73) 에 기억된 컴퓨터 프로그램 (P) 및 데이터를 메모리 (72) 에 일시적으로 판독하고, 당해 컴퓨터 프로그램 (P) 에 기초하여 연산 처리부 (71) 가 연산 처리를 실행함으로써, 상기 각 부를 동작 제어한다. 이로써, 제조 장치 (1) 에 있어서의 막·촉매층 접합체의 제조 처리가 진행된다.
＜2. 피도공 영역의 검출 및 도공에 대해서＞
＜2.1. 노즐 (31) 과 파이버 센서 (41) 의 배치에 대해서＞
도 7 은, 노즐 (31) 과 파이버 센서 (41) 의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7 은, 흡착 롤러 (10) 에 유지되는 전해질막 (90) 을, 제 2 면측에서 본 도면이다. 이하의 설명에서는, 반송 방향의 하류측이 되는 제 1 촉매층 (9A) 의 일단을 「개시단」이라고 한다. 또한, 반송 방향의 상류측이 되는 제 1 촉매층 (9A) 의 타단을 「종단」이라고 한다.
노즐 (31) 에 의한 촉매 재료의 도공 위치와, 파이버 센서 (41) 에 의한 광 조사 위치의 사이의 거리를, d1 로 나타낸다. 또한, 반송 방향의 하류측이 되는 하나의 제 1 촉매층 (9A) 의 개시단과, 하나의 제 1 촉매층 (9A) 에 반송 방향에 인접하는 제 1 촉매층 (9A) 의 개시단의 사이의 거리를, d2 로 나타낸다. 이 경우에, 노즐 (31) 과 파이버 센서 (41) 는, d1＜d2 의 관계를 만족시키며 배치된다.
＜2.2. 촉매 재료의 도공 타이밍에 대해서＞
도 8 은, 제 1 촉매층 (9A) 의 검출 타이밍과 촉매 재료의 도공 타이밍을 설명하기 위한 타임 차트이다.
도 8 에 나타내는 타이밍 A1 은, 촉매층 검지부 (40) 가 제 1 촉매층 (9A) 의 개시단을 검출하는 타이밍이다. 도 8 에 나타내는 타이밍 A2 는, 촉매층 검지부 (40) 가 제 1 촉매층 (9A) 의 종단을 검출하는 타이밍이다. 그리고, 타이밍 A1 에서부터 타이밍 A2 까지의 시간을, T1 로 나타낸다.
도 8 에 나타내는 타이밍 B 는, 도공부 (30) 가 촉매 재료의 도공을 개시하는 타이밍이다. 도공부 (30) 는, 타이밍 A1 에서부터 시간 T2 (＜T1) 경과 후에, 촉매 재료의 도공을 개시한다. 시간 T2 는, 도 7 에 나타내는 거리 d1 과 흡착 롤러 (10) 의 회전 속도로부터 산출된다. 요컨대, 시간 T2 는, 반송되는 전해질막 (90) 에 형성되는 제 1 촉매층 (9A) 의 개시단이, 광의 조사 위치를 통과하고 나서, 도공 위치에 도달할 때까지의 시간이다.
그리고, 도공부 (30) 는, 시간 T1 동안에 계속 도공한다. 시간 T1 은, 상기와 같이 촉매층 검지부 (40) 가 제 1 촉매층 (9A) 의 개시단을 검출하고 나서, 종단을 검출할 때까지의 시간이다. 바꾸어 말하면, 시간 T1 은, 피도공 영역의 반송 방향의 이동 시간이다. 이 시간 T1 동안에 계속 도공함으로써, 하나의 피도공 영역의 개시단에서부터 종단까지 전체에 걸쳐 촉매 재료가 도공된다. 이와 같이 촉매층 검지부 (40) 에 의한 도공 영역의 검출 시간 (시간 T1) 과 동일한 시간, 도공함으로써, 도공부 (30) 에 의한 도공 처리가 용이해진다.
또, 도공부 (30) 는, 타이밍 A1 로부터 흡착 롤러 (10) 의 구동 펄스로부터 환산한, 흡착 롤러 (10) 의 이동 거리가 거리 d1 로 되었을 때에, 도공을 개시해도 된다.
이와 같이 노즐 (31) 과 파이버 센서 (41) 를 근접 배치하고, 피도공 영역의 검출 직후에 도공을 개시함으로써, 검출된 피도공 영역에 대하여 촉매 재료를 도공할 수 있다. 요컨대, 도공 위치만 검출하기 위해서, 전해질막 (90) 을 반송시킬 필요가 없다. 그 결과, 웨트 막 (9B) 이 형성되지 않은 상태에서 전해질막 (90) 이 반송되어, 전해질막 (90) 에 쓸모 없는 영역이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
＜3. 도공부 (30) 에 의한 도공시의 동작에 대해서＞
도 9 는, 도공부 (30) 에 의한 도공시의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
흡착 롤러 (10) 로 전해질막 (90) 을 지지하면서 회전시키고, 전해질막 (90) 을, 미리 정해진 반송 속도에 의해 반송 방향을 향해 반송시킨다 (스텝 S1). 다음으로, 전해질막 (90) 의 반송을 계속하면서, 촉매층 검지부 (40) 의 파이버 센서 (41) 로부터 광을 조사한다 (스텝 S2). 촉매층 검지부 (40) 는, 반사광을 수광함으로써, 제 1 촉매층 (9A) 을 검출한다 (스텝 S3). 구체적으로는 촉매층 검지부 (40) 는, 제 1 촉매층 (9A) 의 개시단을 검출한다.
제 1 촉매층 (9A) 의 개시단을 검출하면, 도공부 (30) 는, 개폐 밸브 (32) 를 개방하고 (스텝 S4), 촉매 재료의 도공을 개시하여 웨트 막 (9B) 을 형성한다 (스텝 S5). 스텝 S5 에서는, 도공부 (30) 는, 스텝 S3 에서 촉매층 검지부 (40) 가 제 1 촉매층 (9A) 의 개시단을 검출하고 나서, 시간 T2 경과 후에 촉매 재료의 도공을 개시한다. 그리고, 시간 T1 동안에 촉매 재료를 계속 도공한다. 이로써, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 있어서, 제 1 촉매층 (9A) 과 겹치는 피도공 영역에, 전자 재료를 도공하여 웨트 막 (9B) 을 형성할 수 있다.
도공 처리를 종료할 경우 (스텝 S6 에서 예), 본 처리는 종료된다. 도공 처리를 종료하지 않을 경우 (스텝 S6 에서 아니오), 스텝 S2 의 처리를 실행한다. 또, 도공 처리를 종료할 경우란, 예를 들어 제조 장치 (1) 에 의한 제조를 정지시키는 경우, 전해질막 (90) 의 반송을 정지시키는 경우 등이다.
이상, 본 발명의 주요 실시형태에 대해서 설명했는데, 제조 장치 (1) 의 세부 구성에 대해서는, 본원의 각 도면과 상이해도 된다.
예를 들어, 상기 실시형태의 막·촉매층 접합체의 제조 장치 (1) 는, 전해질막 (90) 에 제 1 촉매층 (9A) 이 형성된 제 1 면과 반대측의 제 2 면에 대하여 촉매 재료를 도공하는 구성이지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 막·촉매층 접합체의 제조 장치는, 제 1 촉매층 (9A) 에 촉매 재료를 덧칠하는 구성이어도 된다. 상세하게는 제 1 촉매층 (9A) 은, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 형성된다. 촉매층 검지부 (40) 는, 전해질막 (90) 의 제 2 면에 형성된 제 1 촉매층 (9A) 을, 피도공 영역으로서 검지한다. 그리고, 도공부 (30) 는, 그 제 2 면의 피도공 영역에 대하여 촉매 재료를 도공한다.
또한, 전해질막 (90) 에 프레임체가 형성되어 있고, 막·촉매층 접합체의 제조 장치는, 그 프레임체 내에 촉매 재료를 도공하는 구성이어도 된다. 이 경우, 촉매층 검지부 (40) 는, 전해질막 (90) 의 프레임체의 내측을, 피도공 영역으로서 검지한다. 그리고, 도공부 (30) 는, 그 프레임체의 내측에 대하여 촉매 재료를 도공한다.
1 : 막·촉매층 접합체의 제조 장치
9A : 제 1 촉매층
9B : 웨트 막
9C : 제 2 촉매층
10 : 흡착 롤러
30 : 도공부
31 : 노즐
40 : 촉매층 검지부
41 : 파이버 센서
41A : 센서 커버 (검출부용 커버)
42 : 각도 조절 기구
50 : 건조로
70 : 제어부
71 : 연산 처리부
72 : 메모리
73 : 기억부
90 : 전해질막
91 : 제 1 지지 필름
92 : 적층 기재
93 : 제 2 지지 필름
95 : 막·촉매층 접합체
311 : 토출구
421 : 고정 브래킷
422 : 회전축
423 : 고정 부재
424 : 스플릿 컬러

Claims (9)

  1. 장척 띠 형상으로서, 복수의 도막을 길이 방향으로 형성해야 할 복수의 피도공 영역을, 상기 길이 방향을 따라 갖는 기재를, 상기 길이 방향으로 반송하는 반송부와,
    상기 기재의 제 2 면에 광을 조사하여, 반사광량의 차이에 따라 피도공 영역을 검출하는 검출부와,
    상기 검출부보다 반송 방향의 하류측에 배치되고, 상기 검출부가 검출하는 상기 제 2 면의 피도공 영역에 대하여 도공액을 도공하는 도공부를 구비하고,
    상기 검출부로부터 상기 기재의 제 2 면에 조사되는 광은, 상기 기재를 투과 가능하고,
    상기 검출부는,
    상기 반송 방향의 하류측이 되는 피도공 영역의 개시단을 검출하고,
    상기 도공부는,
    상기 검출부가 상기 피도공 영역의 개시단을 검출하는 타이밍에 따라 도공액의 도공을 개시하고,
    상기 도공부에 의한 도공 위치와 상기 검출부의 광 조사 위치의 거리는, 상기 반송 방향으로 연속되는 2 개의 피도공 영역의 개시단의 사이의 거리보다 짧고,
    상기 피도공 영역은, 상기 기재의 상기 제 2 면과는 반대측의 제 1 면에 미리 형성된 제 1 촉매층과 중복되는 영역이고,
    상기 검출부는, 상기 반사광량의 변화를 크게 하도록, 광의 조사 각도를, 상기 제 1 촉매층에 대해 비스듬하게 조정 가능한, 도공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반송부는, 외주면에서 상기 기재를 유지하면서 회전하는 롤러를 갖고,
    상기 검출부는,
    상기 롤러의 외주면에서 유지되는 상기 기재에 대하여 광을 조사하고,
    상기 도공부는,
    상기 롤러의 외주면에서 유지되는 상기 기재에 대하여 도공액을 도공하는, 도공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재와 상기 제 1 촉매층이 투명한, 도공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 기재의 폭 방향을 따른 복수의 위치에서 피도공 영역을 검출하는, 도공 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도공부와 상기 검출부의 사이에 형성된 검출부용 커버를 구비하는, 도공 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 피도공 영역에서 반사된 반사광을 수광함으로써, 상기 피도공 영역을 검출하고,
    상기 도공부는,
    상기 검출부의 상기 반사광에 의한 상기 피도공 영역의 검출 시간과 동일한 시간, 도공액을 도공하는, 도공 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는, 파이버 센서를 포함하는, 도공 장치.
  8. a) 장척 띠 형상으로서, 복수의 도막을 길이 방향으로 형성해야 할 복수의 피도공 영역을, 상기 길이 방향을 따라 갖는 기재를, 상기 길이 방향으로 반송하는 공정과,
    b) 상기 기재의 제 2 면에 광을 조사하여, 반사광량의 차이에 따라 피도공 영역을 검출부에서 검출하는 공정과,
    c) 상기 검출부보다 반송 방향의 하류측에서, 상기 검출부가 검출하는 상기 제 2 면의 피도공 영역에 대하여 도공부에서 도공액을 도공하는 공정을 구비하고,
    상기 공정 b) 에서는,
    상기 기재의 제 2 면에 조사되는 광은, 상기 기재를 투과 가능하고,
    상기 공정 b) 에서는,
    상기 반송 방향의 하류측이 되는 피도공 영역의 개시단을 검출하고,
    상기 공정 c) 에서는,
    상기 공정 b) 에서 상기 피도공 영역의 개시단이 검출되는 타이밍에 따라 도공액의 도공을 개시하고,
    상기 도공부에 의한 도공 위치와 상기 검출부의 광 조사 위치의 거리는, 상기 반송 방향으로 연속되는 2 개의 피도공 영역의 개시단의 사이의 거리보다 짧고,
    상기 피도공 영역은, 상기 기재의 상기 제 2 면과는 반대측의 제 1 면에 미리 형성된 제 1 촉매층과 중복되는 영역이고,
    상기 공정 b) 에 있어서 조사되는 광의 조사 각도를, 상기 제 1 촉매층에 대해 비스듬하게 조정하여, 상기 반사광량의 변화를 크게 하는 공정을 추가로 구비하는, 도공 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기재와 상기 제 1 촉매층이 투명한, 도공 방법.
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