(57)【要約】【課題】導電性ペーストと拡散層基材との間に侵入するエアの量を調整することができ、裏抜けを防止し適切な導電性ペーストの塗工を行うことができる拡散層の製造装置を提供する。【解決手段】拡散層基材２の表面２ａに導電性ペースト３を塗工して拡散層１を作製する拡散層１の製造装置１０であって、拡散層基材２を搬送する搬送機構１１と、拡散層基材２に導電性ペースト３を塗工する塗工ヘッド３１を備えた塗工機構１２と、拡散層基材２の表面２ａの塗面状態を検出する検出機構１３と、検出機構１３により検出された塗面状態に応じて拡散層基材２の搬送方向に塗工ヘッド３１を移動させる移動機構１４とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散層基材の表面に導電性ペーストを塗工して拡散層を作製する拡散層の製造装置であって、
前記拡散層基材を搬送する搬送手段と、
前記拡散層基材に前記導電性ペーストを塗工する塗工ヘッドを備えた塗工手段と、
前記拡散層基材の前記表面の塗面状態を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記塗面状態に応じて前記拡散層基材の搬送方向に前記塗工ヘッドを移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする拡散層の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散層基材に導電性ペーストを塗工して拡散層を作製する拡散層の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の製造装置として、バックロールにより搬送される電極シートに導電性ペーストを塗工する塗工装置が開示されている（特許文献１参照）。この塗工装置は、電極シートに向けて導電性ペーストを吐出する吐出部と、吐出部を電極シートに近づける方向および離隔する方向に移動させる移動部と、吐出部から吐出された導電性ペーストが電極シートに接する部分であるビードの抵抗値を測定する抵抗測定部とにより構成されている。また、塗工装置は、抵抗測定部により測定された抵抗値からビードの長さを算出する制御部を有しており、制御部で算出されたビードの長さに基づいて、移動部により吐出部を移動させ、吐出部と電極シートとの間の距離などの塗工条件が最適化されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−７７５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の製造装置を構成する塗工装置は、リチウムイオン二次電池などの電極を形成する電極シートに導電性ペーストを塗工するように構成されている。この塗工装置を燃料電池を構成する拡散層基材に用いると、導電性ペーストの塗りむらの問題や導電性ペーストが塗工面の裏側に抜けてしまう、いわゆる裏抜けの問題が生じ、適切な塗面状態を維持することができないおそれが生じてしまうという問題がある。特許文献１に記載の電極シートに対して、燃料電池を構成する拡散層基材は、多孔質の材料で形成されているので、拡散層基材に導電性ペーストを塗工する際に導電性ペーストと拡散層基材との間に空気が侵入してしまう、いわゆるエア巻込みが発生し、塗りむらおよび裏抜けが起きてしまう。
【０００５】
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、導電性ペーストと拡散層基材との間に侵入するエアの量を調整することができ、裏抜けを防止し適切な導電性ペーストの塗工を行うことができる拡散層の製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る拡散層の製造装置は、拡散層基材の表面に導電性ペーストを塗工して拡散層を作製する拡散層の製造装置であって、前記拡散層基材を搬送する搬送手段と、前記拡散層基材に前記導電性ペーストを塗工する塗工ヘッドを備えた塗工手段と、前記拡散層基材の前記表面の塗面状態を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記塗面状態に応じて前記拡散層基材の搬送方向に前記塗工ヘッドを移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る拡散層の製造装置は、搬送手段、塗工手段、検出手段および移動手段を備えており、検出手段により検出された塗面状態に応じて塗工ヘッドが移動手段により拡散層基材の搬送方向に移動するように構成されている。この構成により、検出手段により検出された塗面状態に応じて塗工ヘッドが移動すると、塗工ヘッド内の導電性ペーストの液面が変動する。導電性ペーストの液面の変動に伴って、拡散層基材と導電性ペーストの接触範囲が増減し、拡散層基材と導電性ペーストとの間に侵入するエアの量が調整され、適正な塗面状態が維持される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、導電性ペーストと拡散層基材との間に侵入するエアの量を調整することができ、裏抜けを防止し適切な導電性ペーストの塗工を行うことができる拡散層の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態および第２実施形態に係る拡散層の図であり、図１（ａ）は、拡散層の分解斜視図を示し、図１（ｂ）は、拡散層の断面図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態に係る拡散層の製造装置の構成図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る拡散層の製造装置の機能ブロック図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る拡散層の製造装置の塗工の工程を示すフローチャート。
【図５】本発明の第１実施形態に係る拡散層の製造装置の塗工ヘッドおよびバックロールの部分断面図であり、図５（ａ）は、塗工ヘッドの移動前の状態を示し、図５（ｂ）は、塗工ヘッドが上流側へ移動した状態を示す。
【図６】本発明の第１実施形態に係る拡散層の製造装置の塗工ヘッドおよびバックロールの部分断面図であり、塗工ヘッドが下流側へ移動した状態を示す。
【図７】本発明の第２実施形態に係る拡散層の製造装置の構成図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る拡散層の製造装置の塗工ヘッドおよびバックロールの一部を拡大した構成図であり、図８（ａ）は、塗工ヘッドの移動前の状態を示し、図８（ｂ）は、塗工ヘッドが上流側へ移動した状態を示す。
【図９】本発明の第２実施形態に係る拡散層の製造装置の塗工ヘッドおよびバックロールの一部を拡大した構成図であり、塗工ヘッドが下流側へ移動した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る拡散層の製造装置を適用した第１実施形態および第２実施形態に係る拡散層の製造装置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実施形態に係る拡散層１の構成について説明する。
【００１１】
第１実施形態および第２実施形態に係る拡散層１は、図１に示すように、拡散層基材２と拡散層基材２の表面に塗工された導電性ペースト３とにより構成されており、図示しない燃料電池のガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）を構成する。拡散層１は、水素ガス（Ｈ２）や酸素ガス（Ｏ２）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。
【００１２】
拡散層基材２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。拡散層基材２はロール状に巻回され、シートロールを形成している。
【００１３】
導電性ペースト３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。
【００１４】
（第１実施形態）
次いで、第１実施形態に係る製造装置１０について図面を参照して説明する。
製造装置１０は、拡散層基材２の表面２ａに導電性ペースト３を塗工して拡散層１を作製するものであり、図２に示すように拡散層基材２を搬送する搬送機構１１と、拡散層基材２に導電性ペースト３を塗工する塗工機構１２と、拡散層基材２の塗面状態を検出する検出機構１３と、塗工機構１２を移動させる移動機構１４とを備えている。
【００１５】
さらに、製造装置１０は、導電性ペースト３を貯溜する図示しない貯溜タンクと、貯溜タンク内の導電性ペースト３を塗工機構１２に供給する供給管と、供給管に設けられ導電性ペースト３を塗工機構１２に送り込むポンプと、拡散層基材２のシートロールから拡散層基材２を搬送機構１１に向けて供給する供給機構と、製造装置１０の各構成要素の動作を制御するコントローラとを備えている。
【００１６】
なお、第１実施形態に係る製造装置１０の搬送機構１１は、本発明に係る拡散層の製造装置における搬送手段に対応し、同様に、塗工機構１２は、塗工手段に対応し、検出機構１３は、検出手段に対応し、移動機構１４は移動手段に対応する。
【００１７】
搬送機構１１は、図２に示すように、塗工機構１２と対向して配置されたバックロール２１と、拡散層基材２を搬送する搬送方向（以下、単に搬送方向という。）で、バックロール２１に対して上流側に配置され、供給機構から供給された拡散層基材２を搬送する第１ロール２２および第２ロール２３とを備えている。
【００１８】
また、搬送機構１１は、バックロール２１に対して搬送方向の下流側に配置された第３ロール２４を備えている。第３ロール２４は、バックロール２１から送り出され、導電性ペースト３が塗工された拡散層基材２を次工程の焼成炉に向けて送り出すように構成されている。バックロール２１および第３ロール２４はコントローラの制御により矢印で示す反時計回りに回転駆動されるように構成されている。
【００１９】
塗工機構１２は、バックロール２１の下方に配置されている。塗工機構１２は、塗工ヘッド３１と、塗工ヘッド３１および移動機構１４を連結する図示しない連結部と、塗工ヘッド３１および供給管を接続する接続部とを備えている。
【００２０】
塗工ヘッド３１は、ヘッド本体４３と、ヘッド本体４３に対して拡散層基材２の搬送方向の上流側に位置するように設けられる上流側リップ４１と、ヘッド本体４３に対して拡散層基材２の搬送方向の下流側に位置するように設けられる下流側リップ４２と、ヘッド本体４３内に形成され導電性ペースト３を流通させる流路４４と、流路４４に設けられ導電性ペースト３を貯溜する流路貯溜部４５と、上流側リップ４１、下流側リップ４２およびヘッド本体４３で囲まれた領域に導電性ペースト３を貯溜するヘッド貯溜部４６とを備えている。バックロール２１により搬送される拡散層基材２の表面２ａと下流側リップ４２との間には塗工ギャップＧが形成されている。ヘッド貯留部４６の上方は開放されて、バックロール２１の下面に対向して配置されている。
【００２１】
塗工ヘッド３１は、接続部および流路４４を介して供給される導電性ペースト３をヘッド貯溜部４６に貯溜し、ヘッド貯溜部４６に貯溜された導電性ペースト３の液面３ａが、バックロール２１によって搬送される拡散層基材２の表面２ａに接するように構成されている。この構成により、バックロール２１により搬送される拡散層基材２の表面２ａに、所定量の導電性ペースト３が塗工される。また、塗工ヘッド３１は、連結部を介して移動機構１４により矢印ａで示す方向に移動すること、つまり、塗工ギャップＧを変えずに姿勢状態を一定に保ったまま塗工方向に対して平行に移動することで、塗工圧力を調整し、拡散層基材２の表面２ａに塗工する導電性ペースト３の所定の量が調整されるように構成されている。
【００２２】
例えば、塗工ヘッド３１を水平の姿勢状態でかつ塗工ギャップＧを一定に保ったままでバックロール２１の搬送方向の上流側に移動させると、ヘッド貯留部４６の上方のスペースが広がり、ヘッド貯留部４６に貯留される導電性ペースト３の液面３ａの高さを上昇させることができ、塗工圧力を上昇させることができる。また、塗工ヘッド３１を水平の姿勢状態でかつ塗工ギャップＧを一定に保ったままでバックロール２１の搬送方向下流側に移動させると、ヘッド貯留部４６の上方のスペースが狭くなり、ヘッド貯留部４６に貯留される導電性ペースト３の液面３ａの高さを下降させることができ、塗工圧力を下降させることができる。
【００２３】
なお、拡散層基材２の表面２ａに塗工される導電性ペースト３の所定の量は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、搬送速度、導電性ペースト３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。
【００２４】
検出機構１３は、バックロール２１と第３ロール２４との間に設置されており、表面観察カメラ５１と、裏抜け観察カメラ５２とを備えている。表面観察カメラ５１は、拡散層基材２に塗工された導電性ペースト３の表面を観察するよう、導電性ペースト３の表面側に位置している。
【００２５】
表面観察カメラ５１は、公知の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ている。表面観察カメラ５１は、導電性ペースト３の表面を連続的に、または搬送速度に応じて所定時間間隔で撮像し、撮影データをコントローラに送信するように構成されている。表面観察カメラ５１により導電性ペースト３の塗面状態を観察することができる。
【００２６】
裏抜け観察カメラ５２も、表面観察カメラ５１と同様、公知のＣＣＤやＣＭＯＳのイメージセンサやＣＭＯＳなどの撮像素子で構成されており、拡散層基材２の裏面２ｂを観察するよう、拡散層基材２の裏面２ｂ側に位置している。
【００２７】
裏抜け観察カメラ５２は、表面観察カメラ５１と同様、拡散層基材２の裏面２ｂを連続的に、または搬送速度に応じて所定時間間隔で撮像し、撮影データをコントローラに送信するように構成されている。裏抜け観察カメラ５２により、導電性ペースト３が拡散層基材２の裏面２ｂに抜けてしまう、いわゆる裏抜けの状態を観察することができる。
【００２８】
移動機構１４は、コントローラの制御により動作するサーボモータなどの駆動部を備えており、連結部を介して塗工ヘッド３１を矢印ａで示す搬送方向の上流側および下流側に移動させるように構成されている。
【００２９】
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、表面観察カメラ５１および裏抜け観察カメラ５２から送信された撮影データに基づいて、塗工ヘッド３１の移動距離を演算し、移動機構１４を動作させて塗工ヘッド３１を移動させるように構成されている。
【００３０】
コントローラは、図３に示すように、表面観察カメラ５１および裏抜け観察カメラ５２から送信された撮影データに基づいて、移動機構１４の移動制御サーボモータ１４ａのフィードバック制御を行う。具体的には、コントローラは、表面観察カメラ５１の撮影データから導電性ペースト３の表面の塗面状態が良好でないと判断すると、移動機構１４を介して塗工ヘッド３１を搬送方向の上流側に移動させるように構成されている。また、裏抜け観察カメラ５２の撮影データから拡散層基材２の裏面２ｂに裏抜けがあると判断すると、移動機構１４を介して塗工ヘッド３１を搬送方向の下流側に移動させるように構成されている。
【００３１】
また、コントローラは、搬送機構１１による拡散層基材２の搬送速度、導電性ペースト３を塗工機構１２に送り込むポンプの動作、拡散層基材２を搬送機構１１に向けて供給する供給機構の動作を制御するように構成されている。
【００３２】
次いで、第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０による塗工開始から塗工終了までの工程の流れについて図面を参照して説明する。
【００３３】
コントローラは、搬送機構１１による拡散層基材２の搬送速度、塗工流量、即ち導電性ペースト３のポンプによるヘッド貯留部４６への供給量および図２、図５（ａ）、図５（ｂ）および図６に示す塗工ギャップＧ、即ち下流側リップ４２と、拡散層基材２との間の隙間の距離を所定の値に設定する（ステップＳ１）。所定の値は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００３４】
コントローラは、搬送速度、塗工流量および塗工ギャップＧを設定すると、貯留タンクから供給管を介して塗工ヘッド３１のヘッド貯留部４６に導電性ペースト３が供給され、シートロールから拡散層基材２が搬送機構１１に供給されるとともに搬送機構１１により拡散層基材２の搬送が開始されて、塗工が開始される（ステップＳ２）。
【００３５】
続いて、表面観察カメラ５１により導電性ペースト３の表面が撮影され、撮影データがコントローラに送信される（ステップＳ３）。
【００３６】
コントローラは、表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしているか否かの表面検査を行う（ステップＳ４）。所定の判断基準は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値などのデータに基づいて適宜選択される。例えば塗りむらの有無が判断される。
【００３７】
コントローラは、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていないと判断した場合には、塗工が行われている図５（ａ）に示す塗工ヘッド３１の位置から、矢印ｂで示す方向、即ち搬送方向の上流側に、塗工ギャップＧを変えずに、塗工ヘッド３１を移動機構１４により所定の距離だけ移動させる。即ち、コントローラは、塗工ヘッド３１を図５（ｂ）に示す塗工ヘッド３１の位置に移動させて、塗工ヘッド３１をいわゆるオフセットさせる（ステップＳ５）。所定の距離は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値や表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて適宜選択される。
【００３８】
この移動により、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａがＴ１からＴ２に上昇し、下流側リップ４２における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ１が、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａ付近における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ２になり、圧力差が増大する。圧力差が増大することで、上流側リップ４１からのエアの巻込みに対して強くなるように調整される、即ちエアの巻込みが抑制される。
【００３９】
また、導電性ペースト３が、拡散層基材２の表面２ａに接触する長さである接液長がＬ１からＬ２に増大する。接液長で表される塗工幅の調整が可能となる。塗工ヘッド３１の搬送方向の上流側への移動が完了すると、ステップＳ３に戻り、再度表面観察カメラ５１により導電性ペースト３の表面が撮影され、撮影データがコントローラに送信される。
【００４０】
コントローラは、ステップＳ４で、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていると判断した場合には、裏抜け観察カメラ５２により拡散層基材２の裏面２ｂが撮影され、撮影データがコントローラに送信される（ステップＳ６）。
【００４１】
コントローラは、裏抜け観察カメラ５２の撮影データに基づいて、拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしているか否かの裏抜け検査を行う（ステップＳ７）。所定の判断基準は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００４２】
コントローラは、拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断した場合には、塗工が行われている図５（ａ）に示す塗工ヘッド３１の位置から、図６に示す矢印ｃで示す方向、即ち搬送方向の下流側に、塗工ギャップＧを変えずに、塗工ヘッド３１を移動機構１４により所定の距離だけ移動させる。
【００４３】
即ち、図６に示す塗工ヘッド３１の位置に移動させて、塗工ヘッド３１をいわゆるオフセットさせる（ステップＳ８）。所定の距離は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値や表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて適宜選択される。
【００４４】
この移動により、図５（ａ）、図６に示すように、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａがＴ１からＴ３に下降し、下流側リップ４２における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ１が、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａ付近における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ３になり、圧力差が減少する。圧力差が減少することで、導電性ペースト３の裏抜けが抑制される。
【００４５】
また、導電性ペースト３が、拡散層基材２の表面２ａに接触する長さである接液長がＬ１からＬ３に減少し、導電性ペースト３の裏抜けが抑制される。接液長で表される塗工幅の調整が可能となる。塗工ヘッド３１の搬送方向の下流側への移動が完了すると、ステップＳ６に戻り、再度裏抜け観察カメラ５２により拡散層基材２の裏面２ｂが撮影され、撮影データがコントローラに送信される。
【００４６】
次いで、コントローラは、ステップＳ７で、拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていると判断した場合には、ステップＳ７の裏抜け検査で拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断したことが有るか否かを判定する（ステップＳ９）。コントローラは、裏抜け検査で拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断したことが無いと判定した場合には、塗工が継続される（ステップＳ１０）。
【００４７】
次いで、コントローラは、所定の塗工が完了したか否かを判定し（ステップＳ１１）、所定の塗工が完了したと判定した場合には、塗工を終了する。所定の塗工が完了していないと判定した場合には、塗工が継続される（ステップＳ１０）。
【００４８】
コントローラは、裏抜け検査で拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断したことが有ると判定した場合には、表面観察カメラ５１により導電性ペースト３の表面が撮影され、撮影データがコントローラに送信される（ステップＳ１２）。
【００４９】
コントローラは、表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしているか否かの表面検査を行う（ステップＳ１３）。導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていると判断した場合には、塗工が継続される（ステップＳ１０）。導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていないと判断した場合には、塗工が中止され、メンテナンスや修正などの点検が行われる。
【００５０】
以上のように構成された第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０の効果について説明する。
【００５１】
第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０は、搬送機構１１、塗工ヘッド３１を備えた塗工機構１２、検出機構１３および移動機構１４により構成されており、検出機構１３により検出された塗面状態に応じて塗工ヘッド３１が移動機構１４により拡散層基材２の搬送方向に移動するように構成されている。この構成により、検出機構１３により検出された塗面状態に応じて塗工ヘッド３１が搬送方向に移動すると塗工ヘッド３１内の導電性ペースト３の液面３ａが変動する。導電性ペースト３の液面３ａの変動に伴って、拡散層基材２と導電性ペースト３の接触範囲が増減し、拡散層基材２と導電性ペースト３との間に侵入するエアの量が調整され、適正な塗面状態が維持されるという効果が得られる。
【００５２】
第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０においては、塗工ヘッド３１が搬送方向の上流側に移動すると、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａがＴ１からＴ２に上昇する。また、下流側リップ４２における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ１が、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａ付近における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ２になり、圧力差が増大する。液面３ａが上昇し、圧力差が増大することで、上流側リップ４１からのエアの巻込みに対して強くなる、即ちエアの巻込みが抑制されるという効果が得られる。
【００５３】
塗工ヘッド３１を図６に示す矢印ｃで示す方向、即ち搬送方向の下流側に、塗工ギャップＧを変えずに、移動機構１４により所定の距離だけ移動させると、図５（ａ）、図６に示すように、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａがＴ１からＴ３に下降する。また、下流側リップ４２における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ１が、上流側リップ４１の導電性ペースト３の液面３ａ付近における導電性ペースト３に加わる圧力Ｐ３になり、圧力差が減少する。液面３ａが下降し、圧力差が減少することで、導電性ペースト３の裏抜けが抑制されるという効果が得られる。
【００５４】
第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０においては、塗工ギャップＧを変えずに上記の効果を得ることができる。特に、導電性ペースト３の塗りむらや塗り残しが無く、塗面状態が良好となり、塗工幅を所定の規格内で納めることができ、拡散層基材２の裏面２ｂへの裏抜けが無いという塗工を両立させることが可能となるという効果が得られる。
【００５５】
また、応力や環境の変化などの外乱の影響を受けてしまうことを阻止する特質、いわゆるロバスト性が向上するという効果が得られる。なお、バックロール２１の直径を小さくすることで、第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０と同様の効果が得られることが考えられる。しかしながら、塗工中または塗工毎にバックロール２１を交換することは実用性がない。
【００５６】
第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０においては、拡散層基材２のバラつきや塗工中の導電性ペースト３の粘度のバラつきに対して、柔軟に対応することができ、拡散層１を量産する際の不良率の低減を図ることができるという効果が得られる。
【００５７】
なお、第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０においては、塗工機構１２を移動機構１４により水平方向に移動させる構造で構成した場合について説明した。しかしながら、本発明に係る拡散層の製造装置においては、塗工機構１２を移動機構１４により水平方向に移動する構造以外の構造で構成するようにしてもよい。
【００５８】
例えば、本発明に係る拡散層の製造装置の塗工機構を移動機構によりバックロールの外周面に沿って円弧状に移動させる構造で構成してもよい。
【００５９】
以下、本発明に係る拡散層の製造装置の塗工機構を移動機構によりバックロールの外周面に沿って円弧状に移動させる構造で構成した第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａについて図面を参照して説明する。
【００６０】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａは、図７に示すように、第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０と比較して、塗工機構１２Ａおよび移動機構１４Ａの構造のみが異なり他の構成要素は、第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０と同様に構成されている。第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０と同様の構成要素には、第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０と同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００６１】
第２実施形態に係る製造装置１０Ａについて図面を参照して説明する。
製造装置１０Ａは、図７に示すように、第１実施形態と同様、拡散層基材２の表面２ａに導電性ペースト３を塗工して拡散層１を作製するものであり、拡散層基材２を搬送する搬送機構１１と、拡散層基材２に導電性ペースト３を塗工する塗工機構１２Ａと、拡散層基材２の塗面状態を検出する検出機構１３と、塗工機構１２Ａを移動させる移動機構１４Ａとを備えている。
【００６２】
さらに、製造装置１０Ａは、導電性ペースト３を貯溜する図示しない貯溜タンクと、貯溜タンク内の導電性ペースト３を塗工機構１２Ａに供給する供給管と、供給管に設けられ導電性ペースト３を塗工機構１２Ａに送り込むポンプと、拡散層基材２のシートロールから拡散層基材２を搬送機構１１に向けて供給する供給機構と、製造装置１０Ａの各構成要素の動作を制御するコントローラとを備えている。
【００６３】
なお、第２実施形態に係る製造装置１０Ａの搬送機構１１は、本発明に係る拡散層の製造装置における搬送手段に対応し、同様に、塗工機構１２Ａは、塗工手段に対応し、検出機構１３は、検出手段に対応し、移動機構１４Ａは移動手段に対応する。
【００６４】
搬送機構１１は、図７に示すように、バックロール２１と、拡散層基材２を搬送する搬送方向（以下、単に搬送方向という。）で、バックロール２１に対して上流側に配置され、供給機構から供給された拡散層基材２を搬送する第１ロール２２および第２ロール２３とを備えている。そして、搬送機構１１は、バックロール２１に対して搬送方向の下流側に配置され、バックロール２１から供給された拡散層基材２を搬送する第３ロール２４を備えている。
【００６５】
第２ロール２３は、第２ロール２３の中心軸がバックロール２１の中心軸とほぼ同じ高さとなる位置でバックロール２１に対向して配置されており、第２ロール２３の上部に沿って拡散層基材２を案内し、バックロール２１の下部に向かって拡散層基材２を案内する構成を有する。一方、第３ロール２４は、バックロール２１よりも上方でかつバックロール２１から第２ロール２３側に離れた位置に配置されており、バックロール２１から搬送される拡散層基材２を第３ロール２４の上部に沿って案内し、焼成炉に向かって案内する。第３ロール２４は、本実施形態では、第２ロール２３の上方に配置されている。
【００６６】
搬送機構１１は、第２ロール２３からバックロール２１の中心軸よりも下側の部分に向かって拡散層基材２を供給し、バックロール２１の外周面に沿ってバックロール２１の上部まで拡散層基材２を搬送し、バックロール２１の上部から第３ロール２４に向かって搬送する構成を有する。搬送機構１１は、バックロール２１の径方向で且つ水平方向一方側からバックロール２１の下部に拡散層基材２を搬送し、バックロール２１の下部からバックロール２１の上部まで反時計回りに拡散層基材２を搬送し、バックロール２１でＵターンする方向に反転させて、バックロール２１の径方向で且つ水平方向一方側に向かって拡散層基材２を搬送する。
【００６７】
塗工機構１２Ａは、バックロール２１に対向する位置に配置されており、バックロール２１に沿って搬送される拡散層基材２のうちの下流側の部分（図７ではバックロール２１の上部）に対向する位置に配置されている。塗工機構１２Ａは、塗工ヘッド３１Ａと、塗工ヘッド３１Ａおよび移動機構１４Ａを連結する図示しない連結部と、塗工ヘッド３１Ａおよび供給管を接続する接続部とを備えている。
【００６８】
塗工ヘッド３１Ａは、ヘッド本体４３Ａと、ヘッド本体４３Ａのバックロール２１に対向する側に設けられ、導電性ペースト３を貯溜するヘッド貯溜部４６Ａとを備えている。バックロール２１により搬送される拡散層基材２の表面２ａとヘッド貯溜部４６Ａとの間には塗工ギャップＧが形成されている。
【００６９】
塗工ヘッド３１Ａは、接続部を介して供給される導電性ペースト３をヘッド貯溜部４６Ａに貯溜し、ヘッド貯溜部４６Ａに貯溜された導電性ペースト３の液面３ａが、バックロール２１によって搬送される拡散層基材２の表面２ａに接するように構成されている。この構成により、バックロール２１により搬送される拡散層基材２の表面２ａに、所定量の導電性ペースト３が塗工される。
【００７０】
また、塗工ヘッド３１Ａは、連結部を介して移動機構１４Ａにより矢印Ａで示す搬送方向の下流側および矢印Ｂで示す上流側に、バックロール２１の外周面に沿って、塗工ギャップＧを変えずに円弧状に往復移動可能な構成を有する。塗工ヘッド３１Ａは、搬送方向の上流側および下流側に移動することで、拡散層基材２の表面２ａに導電性ペースト３が塗工された状態で、拡散層基材２がバックロール２１の外周面に接触している長さ、即ちバックロール２１に拡散層基材２を抱かせる量を調整する。
【００７１】
導電性ペースト３が塗工された拡散層基材２のバックロール２１の外周面に接触している長さ、即ち接触長を調整することにより、拡散層基材２の塗面状態および裏抜けが適正な状態になるように調整される。
【００７２】
例えば、塗工ギャップＧを一定に保ったままで塗工ヘッド３１Ａをバックロール２１の搬送方向の上流側に移動させると、接触長が長くなる。拡散層基材２のバックロール２１に対する接触長が長くなると、拡散層基材２がバックロール２１に接触している間、即ち拡散層基材２がバックロール２１に抱かれている間に導電性ペースト３がレベリングされて、拡散層基材２の表面２ａの塗面状態が良好になる。
【００７３】
他方、塗工ヘッド３１Ａを塗工ギャップＧを一定に保ったままでバックロール２１の搬送方向の下流側に移動させると、接触長が短くなり、導電性ペースト３の裏抜けの量が減少することになる。即ち、導電性ペースト３の塗工後、拡散層基材２がバックロール２１に抱かれている際に、導電性ペースト３の裏抜けの量が増加する方向に拡散層基材２の張力（Ｎ）が作用するが、接触長が短くなると、張力（Ｎ）の作用が少なくなり、導電性ペースト３の裏抜けの量が減少する。
【００７４】
なお、拡散層基材２の表面２ａに塗工される導電性ペースト３の所定量は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、搬送速度、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００７５】
移動機構１４Ａは、コントローラの制御により動作するサーボモータなどの駆動部を備えており、連結部を介して塗工ヘッド３１Ａを矢印Ａで示す搬送方向の下流側および矢印Ｂで示す搬送方向の上流側に、バックロール２１の外周面に沿って円弧状に移動させる。即ち、移動機構１４Ａは、図７に示す塗工ヘッド３１Ａの水平面から傾斜する角度θを、変化させる。
【００７６】
コントローラは、第１実施形態と同様に、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、表面観察カメラ５１および裏抜け観察カメラ５２から送信された撮影データに基づいて、塗工ヘッド３１Ａの移動角度θを演算し、移動機構１４Ａを動作させて塗工ヘッド３１Ａを移動させる。
【００７７】
コントローラは、図３に示すように、表面観察カメラ５１および裏抜け観察カメラ５２から送信された撮影データに基づいて、移動機構１４Ａの移動制御サーボモータ１４ａのフィードバック制御を行う。具体的には、コントローラは、表面観察カメラ５１の撮影データから導電性ペースト３の表面の塗面状態が良好でないと判断すると、移動機構１４Ａを介して塗工ヘッド３１Ａを搬送方向の上流側に移動させる。
【００７８】
また、裏抜け観察カメラ５２の撮影データから拡散層基材２の裏面２ｂに裏抜けがあると判断すると、移動機構１４Ａを介して塗工ヘッド３１Ａを搬送方向の下流側に移動させる。
【００７９】
また、コントローラは、搬送機構１１による拡散層基材２の搬送速度、導電性ペースト３を塗工機構１２Ａに送り込むポンプの動作、拡散層基材２を搬送機構１１に向けて供給する供給機構の動作を制御する。
【００８０】
次いで、第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａによる塗工開始から塗工終了までの工程の流れについて図面を参照して説明する。なお、第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａによる塗工開始から塗工終了までの工程は、第１実施形態に係る拡散層１の製造装置１０による塗工開始から塗工終了までの工程と同様に行われるので、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００８１】
コントローラは、搬送機構１１による拡散層基材２の搬送速度、塗工流量、即ち導電性ペースト３のポンプによるヘッド貯留部４６Ａへの供給量および図７、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９に示す塗工ギャップＧ、ヘッド貯留部４６Ａと、拡散層基材２の隙間の距離を所定の値に設定する（ステップＳ１）。所定の値は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００８２】
コントローラは、搬送速度、塗工流量および塗工ギャップＧを設定すると、貯留タンクから供給管を介して塗工ヘッド３１Ａのヘッド貯留部４６Ａに導電性ペースト３が供給され、シートロールから拡散層基材２が搬送機構１１に供給されるとともに搬送機構１１により拡散層基材２の搬送が開始されて、塗工が開始される（ステップＳ２）。
【００８３】
続いて、表面観察カメラ５１により導電性ペースト３の表面が撮影され、撮影データがコントローラに送信される（ステップＳ３）。
【００８４】
コントローラは、表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしているか否かの表面検査を行う（ステップＳ４）。所定の判断基準は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値などのデータに基づいて適宜選択される。例えば塗りむらの有無が判断される。
【００８５】
コントローラは、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていないと判断した場合には、塗工が行われている図８（ａ）に示す塗工ヘッド３１Ａの位置、即ち角度θの位置から、矢印Ｂで示す方向、即ち搬送方向の上流側に、塗工ギャップＧを変えずに、塗工ヘッド３１Ａを移動機構１４Ａにより所定の角度だけ移動させる。即ち、コントローラは、塗工ヘッド３１Ａを図８（ｂ）に示す塗工ヘッド３１Ａの位置、即ち角度θ１をなす位置に移動させる（ステップＳ５）。所定の角度は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値や表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて適宜選択される。
【００８６】
この移動により、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、塗工ヘッド３１Ａは、塗工ギャップＧを一定に保ったままでバックロール２１の搬送方向の上流側に移動し、バックロール２１と拡散層基材２とが接触する接触長が長くなる。接触長が長くなると、拡散層基材２がバックロール２１に抱かれている間に導電性ペースト３がレベリングされて、拡散層基材２の表面２ａの塗面状態が向上する。
【００８７】
塗工ヘッド３１Ａの搬送方向の上流側への移動が完了すると、ステップＳ３に戻り、再度表面観察カメラ５１により導電性ペースト３の表面が撮影され、撮影データがコントローラに送信される。
【００８８】
コントローラは、ステップＳ４で、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていると判断した場合には、裏抜け観察カメラ５２により拡散層基材２の裏面２ｂが撮影され、撮影データがコントローラに送信される（ステップＳ６）。
【００８９】
コントローラは、裏抜け観察カメラ５２の撮影データに基づいて、拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしているか否かの裏抜け検査を行う（ステップＳ７）。所定の判断基準は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００９０】
コントローラは、拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断した場合には、塗工が行われている図８（ａ）に示す塗工ヘッド３１Ａの位置、即ち角度θの位置から、図９に示す矢印Ａで示す方向、即ち搬送方向の下流側に、塗工ギャップＧを変えずに、塗工ヘッド３１Ａを移動機構１４Ａにより所定の角度だけ移動させ、角度θ２の位置で停止させる（ステップＳ８）。
【００９１】
所定の角度は、拡散層基材２の大きさ、構造、材質、導電性ペースト３の特質などの設定諸元および実験値や表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて適宜選択される。
【００９２】
この移動により、図８（ａ）、図９に示すように、バックロール２１と拡散層基材２とが接触する接触長が短くなり、導電性ペースト３の塗工後、拡散層基材２がバックロール２１に抱かれている際に、拡散層基材２に加わる張力（Ｎ）の作用が少なくなり、導電性ペースト３の裏抜けの量が減少し、導電性ペースト３の裏抜けが抑制される。
【００９３】
塗工ヘッド３１Ａの搬送方向の下流側への移動が完了すると、ステップＳ６に戻り、再度裏抜け観察カメラ５２により拡散層基材２の裏面２ｂが撮影され撮影データがコントローラに送信される。
【００９４】
次いで、コントローラは、ステップＳ７で、拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていると判断した場合には、ステップＳ７の裏抜け検査で拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断したことが有るか否かを判定する（ステップＳ９）。コントローラは、裏抜け検査で拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断したことが無いと判定した場合には、塗工が継続される（ステップＳ１０）。
【００９５】
次いで、コントローラは、所定の塗工が完了したか否かを判定し（ステップＳ１１）、所定の塗工が完了したと判定した場合には、塗工を終了する。所定の塗工が完了していないと判定した場合には、塗工が継続される（ステップＳ１０）。
【００９６】
コントローラは、裏抜け検査で拡散層基材２の裏面２ｂが所定の判断基準を満たしていないと判断したことが有ると判定した場合には、表面観察カメラ５１により導電性ペースト３の表面が撮影され、撮影データがコントローラに送信される（ステップＳ１２）。
【００９７】
コントローラは、表面観察カメラ５１の撮影データに基づいて、導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしているか否かの表面検査を行う（ステップＳ１３）。導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていると判断した場合には、塗工が継続される（ステップＳ１０）。導電性ペースト３の表面が所定の判断基準を満たしていないと判断した場合には、塗工が中止され、メンテナンスや修正などの点検が行われる。
【００９８】
以上のように構成された第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａの効果について説明する。
【００９９】
第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａは、搬送機構１１、塗工ヘッド３１Ａを備えた塗工機構１２Ａ、検出機構１３および移動機構１４Ａにより構成されており、検出機構１３により検出された塗面状態に応じて塗工ヘッド３１Ａが移動機構１４Ａにより拡散層基材２の搬送方向に移動するように構成されている。この構成により、検出機構１３により検出された塗面状態に応じて塗工ヘッド３１Ａが搬送方向に移動すると、バックロール２１と拡散層基材２とが接触する接触長が変動する。接触長の変動に伴って、拡散層基材２と導電性ペースト３の接触範囲が増減し、適正な塗面状態が維持されるという効果が得られる。
【０１００】
第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａにおいては、塗工ヘッド３１Ａが搬送方向の上流側に移動すると、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、バックロール２１と拡散層基材２とが接触する接触長が長くなる。接触長が長くなると、拡散層基材２がバックロール２１に抱かれている間に導電性ペースト３がレベリングされて、拡散層基材２の表面２ａの塗面状態が向上するという効果が得られる。
【０１０１】
塗工ヘッド３１Ａを図９に示す矢印Ａで示す方向、即ち搬送方向の下流側に、塗工ギャップＧを変えずに、移動機構１４Ａにより所定の角度だけ移動させると、図８（ａ）、図９に示すように、バックロール２１と拡散層基材２とが接触する接触長が短くなる。接触長が短くなると、導電性ペースト３の塗工後、拡散層基材２がバックロール２１に抱かれている際に、拡散層基材２に加わる張力（Ｎ）が少なくなり、導電性ペースト３の裏抜けの量が減少し、導電性ペースト３の裏抜けが抑制されるという効果が得られる。
【０１０２】
第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａにおいては、塗工ギャップＧを変えずに上記の効果を得ることができる。特に、導電性ペースト３の塗りむらや塗残しが無く、塗面状態が良好となり、塗工幅を所定の規格内で収めることができ、拡散層基材２の裏面２ｂへの裏抜けが無いという塗工を両立させることが可能となるという効果が得られる。
【０１０３】
また、応力や環境の変化などの外乱の影響、即ち搬送速度、拡散層基材２の厚み、拡散層基材２の密度、導電性ペースト３の粘度、導電性ペースト３の供給量などのバラツキの影響を受けてしまうことを阻止する特質、いわゆるロバスト性が向上するという効果が得られる。なお、バックロール２１の直径を小さくすることで、第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａと同様の効果が得られことが考えられる。しかしながら、塗工中または塗工毎にバックロールを交換することは実用性がない。
【０１０４】
第２実施形態に係る拡散層１の製造装置１０Ａにおいては、拡散層基材２のバラつきや塗工中の導電性ペースト３の粘度のバラつきに対して、柔軟に対応することができ、拡散層１を量産する際の不良率の低減を図ることができるという効果が得られる。
【０１０５】
また、塗面状態と裏抜けの両方を正常とする製造ができない場合には、製造装置１０Ａを停止させるので、異常なまま製造を続けることがないという効果が得られる。
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・拡散層、２・・・拡散層基材、２ａ・・・表面、２ｂ・・・裏面、３・・・導電性ペースト、３ａ・・・液面、１０、１０Ａ・・・製造装置、１１・・・搬送機構（搬送手段）、１２，１２Ａ・・・塗工機構（塗工手段）、１３・・・検出機構（検出手段）、１４，１４Ａ・・・移動機構（移動手段）、２１・・・バックロール、２２・・・第１ロール、２３・・・第２ロール、２４・・・第３ロール、３１，３１Ａ・・・塗工ヘッド、４１・・・上流側リップ、４２・・・下流側リップ、４３，４３Ａ・・・ヘッド本体、４４・・・流路、４５・・・流路貯溜部、４６，４６Ａ・・・ヘッド貯溜部、５１・・・表面観察カメラ、５２・・・裏抜け観察カメラ
【図１】
2020006361.tif 000003
【図２】
2020006361.tif 000004
【図３】
2020006361.tif 000005
【図４】
2020006361.tif 000006
【図５】
2020006361.tif 000007
【図６】
2020006361.tif 000008
【図７】
2020006361.tif 000009
【図８】
2020006361.tif 000010
【図９】
2020006361.tif 000011