(57)【要約】【課題】ニードルバルブの往復動によって生じる摩擦熱の存在下において塗膜の厚さを良好に制御することができるスプレー塗装方法およびスプレー塗装装置を提供する。【解決手段】塗液が吐出される吐出口を有するノズル部１１２、往復動することによって前記吐出口を開閉自在の先端部を有するニードルバルブ、塗液の吐出圧を供給するための塗液供給装置１６０、ニードルバルブを往復動させることによって、吐出口から塗液をワークＷに向かって間欠的に吐出させるためのニードルバルブ駆動機構１４０、吐出口の温度を検出するための温度センサ１２６、および、塗液の吐出量と温度センサ１２６によって検出される吐出口温度との関係に基づき、塗液供給装置１６０および／又はニードルバルブ駆動機構１４０を、制御することで、塗液の吐出量を管理するためのコントローラ１９０を有する。【選択図】図１
2010058049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗液の吐出口の温度を温度検出手段によって検出しながら、アクチュエータ手段によってニードルバルブを往復動させて、前記ニードルバルブの先端部で、前記吐出口を開閉することによって、前記吐出口から前記塗液を、ワークに向かって間欠的に吐出させる際に、
前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記塗液の吐出圧供給手段および／又は前記アクチュエータ手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理する
ことを特徴とするスプレー塗装方法。
【請求項２】
前記関係は、粘度と温度との関係を表すアンドレード式と、吐出量と粘度との関係を表すニュートン式との組み合わせに基づいていることを特徴とする請求項１に記載のスプレー塗装方法。
【請求項３】
前記アクチュエータ手段の制御は、前記吐出口における前記ニードルバルブの開口度を調整することからなり、
前記開口度は、前記ニードルバルブの基端部が復動の停止位置ある場合において、前記吐出口における前記ニードルバルブの先端部が占める断面部位を、前記吐出口の断面積から除した前記吐出口の有効断面積に対応している
ことを特徴とする請求項２に記載のスプレー塗装方法。
【請求項４】
前記アクチュエータ手段の制御は、前記ニードルバルブの先端部による前記吐出口の開閉の時間配分を調整することからなることを特徴とする請求項２に記載のスプレー塗装方法。
【請求項５】
前記吐出圧供給手段の制御は、前記吐出口に対する前記塗液の圧送圧を調整することからなることを特徴とする請求項２に記載のスプレー塗装方法。
【請求項６】
前記塗液の吐出量は、一定となるように調整されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスプレー塗装方法。
【請求項７】
塗液の吐出口の温度を温度検出手段によって検出しながら、アクチュエータ手段によってニードルバルブを往復動させて、前記ニードルバルブの先端部で、前記吐出口を開閉することによって、前記吐出口から前記塗液をワークに向かって間欠的に吐出させる際に、
前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記吐出口温度を調整するための温度調整手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理する
ことを特徴とするスプレー塗装方法。
【請求項８】
前記関係は、粘度と温度との関係を表すアンドレード式と、吐出量と粘度との関係を表すニュートン式との組み合わせに基づいていることを特徴とする請求項７に記載のスプレー塗装方法。
【請求項９】
前記吐出口温度は、前記温度調整手段によって、一定となるように調整されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のスプレー塗装方法。
【請求項１０】
前記ワークは、燃料電池の電解質膜であり、
前記塗液は、前記電解質膜の電極触媒層を形成するための触媒インクであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のスプレー塗装方法。
【請求項１１】
塗液が吐出される吐出口を有するノズル部、
往復動することによって前記吐出口を開閉自在の先端部を有するニードルバルブ、
前記塗液の吐出圧を供給するための吐出圧供給手段、
前記ニードルバルブを往復動させることによって、前記吐出口から前記塗液をワークに向かって間欠的に吐出させるためのアクチュエータ手段、
前記吐出口の温度を検出するための温度検出手段、および、
前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記吐出圧供給手段および／又は前記アクチュエータ手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理するための制御手段を有する
ことを特徴とするスプレー塗装装置。
【請求項１２】
前記関係は、粘度と温度との関係を表すアンドレード式と、吐出量と粘度との関係を表すニュートン式との組み合わせに基づいていることを特徴とする請求項１１に記載のスプレー塗装装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記アクチュエータ手段を制御し、前記吐出口における前記ニードルバルブの開口度を調整することにより、前記塗液の吐出量を管理し、
前記開口度は、前記ニードルバルブの基端部が復動の停止位置ある場合において、前記吐出口における前記ニードルバルブの先端部が占める断面部位を、前記吐出口の断面積から除した前記吐出口の有効断面積に対応している
ことを特徴とする請求項１２に記載のスプレー塗装装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記アクチュエータ手段を制御し、前記ニードルバルブの先端部による前記吐出口の開閉の時間配分を調整することにより、前記塗液の吐出量を管理することを特徴とする請求項１２に記載のスプレー塗装装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記吐出圧供給手段を制御し、前記吐出口に対する前記塗液の圧送圧を調整することにより、前記塗液の吐出量を管理することを特徴とする請求項１２に記載のスプレー塗装装置。
【請求項１６】
塗液が吐出される吐出口を有するノズル部、
往復動することによって前記吐出口を開閉自在の先端部を有するニードルバルブ、
前記塗液の吐出圧を供給するための吐出圧供給手段、
前記ニードルバルブを往復動させることによって、前記吐出口から前記塗液をワークに向かって間欠的に吐出させるためのアクチュエータ手段、
前記吐出口の温度を検出するための温度検出手段、
前記吐出口の温度を調整するための温度調整手段、および、
前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記温度調整手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理するための制御手段を有する
ことを特徴とするスプレー塗装装置。
【請求項１７】
前記関係は、粘度と温度との関係を表すアンドレード式と、吐出量と粘度との関係を表すニュートン式との組み合わせに基づいていることを特徴とする請求項１６に記載のスプレー塗装装置。
【請求項１８】
前記ワークは、燃料電池の電解質膜であり、
前記塗液は、前記電解質膜の電極触媒層を形成するための触媒インクであることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載のスプレー塗装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプレー塗装方法およびスプレー塗装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体粒子を含む沈降性の高い塗液からなる塗膜を形成する場合、ニードルバルブを断続的に往復動させ、塗液の吐出口の開閉を繰り返すことで、塗着効率の低下を抑制し、かつ固体粒子を沈降させることなく、微粒化している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２１１０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ニードルバルブの往復動は、吐出口との間に摩擦熱を生じさせ、吐出口およびその周辺部の温度を時間経過と共に上昇させ、その結果、吐出される塗液の粘度に影響を及ぼす。つまり、塗液の温度の上昇により、粘度が低下し、吐出量の増加を招くため、塗膜の厚さを制御することが困難であり、例えば、塗装終了点の膜厚が。塗装開始点の膜厚より厚くなり、均一な膜厚を得ることができない問題を有している。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、ニードルバルブの往復動によって生じる摩擦熱の存在下において塗膜の厚さを良好に制御することができるスプレー塗装方法およびスプレー塗装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】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一様相は、塗液の吐出口の温度を温度検出手段によって検出しながら、アクチュエータ手段によってニードルバルブを往復動させて、前記ニードルバルブの先端部で、前記吐出口を開閉することによって、前記吐出口から前記塗液をワークに向かって間欠的に吐出させるスプレー塗装方法である。前記スプレー塗装方法において、塗液を間欠的に吐出させる際に、前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記塗液の吐出圧供給手段および／又は前記アクチュエータ手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理する。あるいは、塗液を間欠的に吐出させる際に、前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記吐出口温度を調整するための温度調整手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理する。
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、ノズル部、ニードルバルブ、吐出圧供給手段、アクチュエータ手段、温度検出手段および制御手段を有するスプレー塗装装置である。ノズル部は、塗液が吐出される吐出口を有する。ニードルバルブは、往復動することによって前記吐出口を開閉自在の先端部を有する。吐出圧供給手段は、前記塗液の吐出圧を供給するために使用される。アクチュエータ手段は、前記ニードルバルブを往復動させることによって、前記吐出口から前記塗液をワークに向かって間欠的に吐出させるために使用される。温度検出手段は、前記吐出口の温度を検出するために使用される。制御手段は、前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記吐出圧供給手段および／又は前記アクチュエータ手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理するために使用される。あるいは、前記スプレー塗装装置は、前記吐出口の温度を調整するための温度調整手段をさらに有し、制御手段は、前記塗液の吐出量と前記温度検出手段によって検出される吐出口温度との関係に基づき、前記温度調整手段を、制御することで、前記塗液の吐出量を管理するために使用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一様相および別の一様相によれば、ニードルバルブの往復動によって摩擦熱が生じて、吐出口温度が上昇し、吐出される塗液の粘度に影響が及ぼされても、塗液の吐出量に影響を及ぼす吐出圧供給手段および／又はアクチュエータ手段を、塗液の吐出量と吐出口温度との関係に基づき、制御することで、塗液の吐出量に対する前記影響を相殺し、塗液の吐出量を管理することができる。一方、出口温度を調整するための温度調整手段を制御する場合、ニードルバルブの往復動によって摩擦熱が生じていても、当該摩擦熱を、温度調整手段によって、かつ、塗液の吐出量と吐出口温度との関係に基づき、吐出口温度を調整することで、塗液の吐出量を管理することができる。
【０００８】
したがって、例えば、均一な厚さの塗膜や、傾斜や凹凸を有する不均一な厚み分布を有する塗膜を適宜形成することが可能である。つまり、ニードルバルブの往復動によって生じる摩擦熱の存在下において塗膜の厚さを良好に制御することができるスプレー塗装方法およびスプレー塗装装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、実施形態１に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図、図２は、図１に示されるスプレーガンを説明するための断面図である。
【００１１】
スプレー塗装装置１００は、塗液をワークＷに塗装するために使用され、スプレーガン１１０、駆動装置１５０、塗液供給装置（吐出圧供給手段）１６０、溶媒供給装置１７０、圧縮気体供給装置１８０およびコントローラ（制御手段）１９０を有する。ワークＷは、燃料電池の電解質膜である。塗液は、触媒インクである。スプレー塗装装置１００は、後述するように、塗液吐出量を良好に管理することが可能であり、例えば、均一な厚さの電極触媒層や、傾斜や凹凸を有する不均一な厚み分布を有する電極触媒層を適宜形成することが可能である。
【００１２】
触媒インクは、触媒金属を担持した粒子状導電性担体と、イオン交換性高分子（アイオノマー）と、溶媒との混合物から構成される。触媒金属は、例えば、白金などの貴金属触媒である。導電性担体は、例えば、カーボンブラック、グラファイト化カーボン、活性炭などのカーボン材料である。イオン交換性高分子は、良好なプロトン導電性を有する液体、固体、ゲル状材料などからなる。溶媒は、例えば、エタノールやイソプロピルアルコール等の有機溶媒および水である。
【００１３】
スプレーガン１１０は、ノズル部１１２および本体部１３２を有する。ノズル部１１２は、円錐台状の凹部１１３を有するカップ状先端部を有し、かつ、塗液吐出口１１４、複数の溶媒吐出口１１６、および、複数の圧縮気体吐出口１１８が設けられ、また、ニードルバルブ１２０および温度センサ（温度検出手段）１２６が配置されている。
【００１４】
塗液吐出口１１４は、凹部１１３の底面の中心部に配置されている。溶媒吐出口１１６は、凹部１１３の底面かつ塗液吐出口１１４を等間隔で取り囲むように円状に配置されている。圧縮気体吐出口１１８は、凹部１１３の側面かつ塗液吐出口１１４を等間隔で取り囲むように円状に配置されている。したがって、塗液吐出口１１４は、内側の溶媒吐出口１１６と外側の圧縮気体吐出口１１８とによって、二重に包囲されている。なお、溶媒吐出口１１６および圧縮気体吐出口１１８は、塗液吐出口１１４の軸方向と交差する方向に配向されている。
【００１５】
ニードルバルブ１２０は、塗液吐出口１１４の内周面に当接自在の円錐状先端部１２２を有しており、往復動することによって塗液吐出口１１４を開閉自在に設定されている。温度センサ１２６は、例えば、測温抵抗体や熱電対からなり、塗液吐出口１１４の近傍に配置され、塗液吐出口温度を随時検出するために使用される。塗液吐出口１１４は、ニードルバルブ１２０の往復動によって摩擦熱が生じる部位であり、例えば、その温度が上昇すると、吐出される塗液の粘度が低下し、塗液吐出量が増加する。
【００１６】
本体部１３２は、駆動装置１５０に支持されており、塗液導入口１３４、溶媒導入口１３６および圧縮気体導入口１３８が設けられ、また、ニードルバルブ駆動機構（アクチュエータ手段）１４０が配置されている。塗液導入口１３４、溶媒導入口１３６および圧縮気体導入口１３８は、本体部１３２の内部に配置される流路１３５，１３７，１３９を経由し、塗液吐出口１１４、溶媒吐出口１１６および圧縮気体吐出口１１８に連通している。なお、ニードルバルブ１２０は、塗液吐出口１１４に連通している流路１３５内に配置されており、その先端部で、塗液吐出口１１４を開閉することによって、塗液吐出口１１４から塗液を、ワークＷに向かって間欠的に吐出させるために使用される。
【００１７】
駆動装置１５０は、スプレーガン１１０を３方向（ワークＷに対して平行な面を規定するＸＹ軸方向およびワークＷからの高さを規定するＺ軸方向）に適宜移動させることが可能である。
【００１８】
塗液供給装置１６０は、塗液が貯蔵される塗液タンク、塗液タンクと塗液導入口１３４とを連結する配管系、および、塗液導入口１３４に向かって塗液を圧送するための圧送装置を有する。塗液導入口１３４に圧送された塗液は、流路１３５を経由して塗液吐出口１１４から吐出する。塗液供給装置１６０の圧送圧は、塗液吐出口１１４において塗液を吐出するための圧力に対応しており、塗液供給装置１６０は、塗液の吐出力を供給するための機能を有している。
【００１９】
なお、超音波ホモジーナイザー等の分散機を塗液タンクに設置し、塗液を混合することによって、塗液に含まれる粒子状導電性担体の分散性を維持する（沈降を抑制する）ことも好ましい。圧送装置に適用される方式は特に限定されず、例えば、ポンプ圧送方式、タンク加圧方式、エジェクタによる吸引方式を採用することが可能である。
【００２０】
溶媒供給装置１７０は、吐出された塗液に対して事後的に添加（混合）される溶媒が貯蔵される溶媒タンク、溶媒タンクと溶媒導入口１３６とを連結する配管系、および、溶媒導入口１３６に向かって溶媒を圧送するための圧送装置を有する。溶媒導入口１３６に圧送された溶媒は、流路１３７を経由して溶媒吐出口１１６から吐出する。
【００２１】
溶媒吐出口１１６は、塗液吐出口１１４を等間隔で取り囲むように円状に配置されているため、溶媒吐出口１１６から吐出される溶媒を、塗液吐出口１１４から吐出される塗液と混合することが可能である。つまり、吐出後の塗液に溶媒が添加されるため、塗液を予め低粘度とする必要がなく、塗液に含まれる溶媒を削減し、塗液供給装置１６０の塗液タンクおよび配管系、スプレーガン１１０における塗液の流路１３５における粒子状導電性担体の沈降を抑制することが可能である。
【００２２】
事後的に添加される溶媒は、塗液に予め含まれる溶媒と同じもの用いることが好ましい。圧送装置に適用される方式は特に限定されず、例えば、ポンプ圧送方式、タンク加圧方式、エジェクタによる吸引方式を採用することが可能である。
【００２３】
圧縮気体供給装置１８０は、圧縮気体が貯蔵される圧縮気体タンク、圧縮気体タンクと圧縮気体導入口１３８とを連結する配管系、および、配管系に配置される圧力調整バルブを有する。圧力調整バルブを開にすることによって圧縮気体導入口１３８に導入される圧縮気体は、流路１３９を経由して圧縮気体吐出口１１８から吐出する。
【００２４】
圧縮気体吐出口１１８は、塗液吐出口１１４を取り囲む溶媒吐出口１１６の外側を、等間隔かつ円状に配置され、かつ、塗液吐出口１１４の軸方向と交差する方向に配向されており、塗液を微粒化するために使用される。つまり、圧縮気体吐出口１１８から吐出される圧縮気体は、塗液吐出口１１４から吐出される塗液と溶媒吐出口１１６から吐出される溶媒とを、攪拌および混合し、霧状に微粒化する。圧縮気体は、塗膜の酸化を抑制する観点からは、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが好ましく、コストを低減する観点からは、空気が好ましい。また、事後的な溶媒と塗液の混合希釈は、塗液の微粒化を促進するため、圧縮気体の圧力を低減することが可能である。
【００２５】
コントローラ１９０は、例えば、中央演算処理装置や記憶装置などを有するコンピュータからなり、スプレーガン１１０、駆動装置１５０、塗液供給装置１６０、溶媒供給装置１７０および圧縮気体供給装置１８０を、一体的に制御するために使用され、実施形態１においては、塗液吐出量と、温度センサ１２６によって随時検出される塗液吐出口温度との関係に基づき、ニードルバルブ駆動機構１４０を制御することで、塗液吐出量を管理する機能を有する。つまり、ニードルバルブ１２０の往復動によって摩擦熱が生じて、塗液吐出口温度が上昇し、吐出される塗液の粘度に影響が及ぼされても、塗液吐出量に対する前記影響を相殺し、塗液吐出量を管理することができる。
【００２６】
なお、塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係は、粘度と温度との関係を表すアンドレード式と、吐出量と粘度との関係を表すニュートン式との組み合わせに基づいている。吐出口温度と塗液吐出量との関係は、理論式に基づくため、制御関係式（塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係式）を容易に導出することが可能である。また、コントローラ１９０は、制御関係式を、制御プログラムのモジュールとして、記憶している。
【００２７】
【数１】
2010058049.tif 000003
【００２８】
【数２】
2010058049.tif 000004
【００２９】
【数３】
2010058049.tif 000005
【００３０】
前記関係および制御関係式は、アンドレード式とニュートン式との組み合わせに基づく形態に限定されず、アンドレード式の代わりに、粘度と温度との関係を表す実測式を利用したり、ニュートン式の代わりに、ポアズイユ式を利用したりすることも可能である。
【００３１】
次に、ニードルバルブ駆動機構１４０の構成を詳述する。
【００３２】
図３は、ニードルバルブによって塗液吐出口が開放された状態を示している断面図、図４は、ニードルバルブによって塗液吐出口が閉塞された状態を示している断面図、図５は、図３の線Ｖ−Ｖに関する断面図である。
【００３３】
ニードルバルブ駆動機構１４０は、可動部１４２、弾性部材１４３、制止装置１４４および押圧力発生装置１４８を有する。可動部１４２は、ニードルバルブ１２０の基端部１２４に配置されるフランジ部からなる。弾性部材１４３は、可動部１４２を塗液吐出口１１４から離間する方向に付勢するためのバネからなる。
【００３４】
制止装置１４４は、ニードルバルブ１２０の基端部１２４の後退位置（復動の停止位置）を規定するために使用され、基部１４５、ストッパ１４６および位置調整機構１４７を有する。基部１４５は、スプレーガン１１０の本体部１３２に固定される。ストッパ１４６は、付勢された可動部１４２が当接する部材である。位置調整機構１４７は、ストッパ１４６の当接面と、基部１４５との間の距離（ストッパ１４６の突出距離）を調整するために使用される。ストッパ１４６および位置調整機構１４７は、例えば、マイクロゲージを適用して構成することが可能である。
【００３５】
押圧力発生装置１４８は、圧縮気体源を有し、コントローラ１９０からの制御パルスの波形に従って、可動部１４２と制止装置１４４の基部１４５との間に形成される密閉空間Ｓの内圧を、操作圧と基底圧との間で、間欠的に変化させることで、ニードルバルブ１２０の往復動を引き起こすことが可能に構成されている。
【００３６】
操作圧は、弾性部材１４３の付勢力より大きい押圧力を発生させる圧力であり、操作圧により発生する押圧力が、弾性部材１４３の付勢力に逆らって、ニードルバルブ１２０を前進させるように設定される。つまり、操作圧は、ニードルバルブ１２０の円錐状先端部１２２の外周が、塗液吐出口１１４に当接し、塗液吐出口１１４を閉塞し得る値に設定される（図４参照）。
【００３７】
基底圧は、弾性部材１４３の付勢力より小さい押圧力を発生させる（あるいは押圧力を発生させない）圧力であり、弾性部材１４３の付勢力によって、ニードルバルブ１２０が後退するように設定される。なお、ストッパ１４６の位置は、ニードルバルブ１２０の基端部１２４の後退位置を規定し（図３参照）、ストッパ１４６の突出距離を調整することによって、塗液吐出口１１４と、ニードルバルブ１２０の円錐状先端部１２２との位置関係を、変更すことが可能である。
【００３８】
例えば、ストッパ１４６の突出距離を短くすると、ニードルバルブ１２０の後退量が増加し、開口度が増大（塗液吐出口１１４の内周とニードルバルブ１２０の円錐状先端部１２２の外周との隙間が増大）するため、後退位置における塗液吐出量が増加する。なお、開口度は、ニードルバルブ１２０の基端部１２４が後退位置ある場合において、塗液吐出口１１４におけるニードルバルブ１２０の円錐状先端部１２２が占める断面部位を、塗液吐出口１１４の断面積から除した塗液吐出口１１４の有効断面積１１５に対応する（図５参照）。
【００３９】
一方、ストッパ１４６の突出距離を長くすると、ニードルバルブ１２０の後退量が低下し、開口度が減少（塗液吐出口１１４の内周とニードルバルブ１２０の円錐状先端部１２２の外周との隙間が減少）するため、後退位置における塗液吐出量が低下する。
【００４０】
以上のように、ニードルバルブ開口度は、ストッパ１４６の突出距離に依存しており、コントローラ１９０は、ニードルバルブ開口度とストッパ１４６の突出距離との関係式を、制御プログラムのモジュールとして、記憶している。したがって、コントローラ１９０は、目標とする塗液吐出量に対応するニードルバルブ開口度を、ストッパ１４６の突出距離に換算し、ニードルバルブ駆動機構１４０の位置調整機構１４７を制御することができる。つまり、コントローラ１９０は、ニードルバルブ開口度を調整し、塗液吐出量を管理することが可能である。
【００４１】
次に、実施形態１に係るスプレー塗装方法を説明する。
【００４２】
実施形態１に係るスプレー塗装方法は、スプレー塗装装置１００の稼働準備をするための準備工程、および、燃料電池の電解質膜からなるワークＷに触媒インクからなる塗液を塗装して電極触媒層を形成するための塗装工程を有する。塗装工程においては、概して、塗液吐出口温度を、塗液吐出口１１４の近傍に配置される温度センサ１２６によって随時検出しながら、塗液を間欠的に吐出させる際に、塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係に基づき、ニードルバルブ駆動機構１４０を制御することで、塗液吐出量が管理される。塗液の間欠的な吐出は、ニードルバルブ駆動機構１４０によってニードルバルブ１２０を往復動させ、ニードルバルブ１２０の円錐状先端部１１２によって塗液吐出口１１４を開閉することによって、実行される。
【００４３】
次に、準備工程を詳述する。
【００４４】
まず、塗液および吐出された塗液に事後的に添加される溶媒を選定し、駆動装置１５０の操作条件およびスプレーガン１１０の初期操作条件を設定する。駆動装置１５０の操作条件は、スプレーガン１１０の噴角、ワークＷとスプレーガン１１０との間の間隔、Ｘ軸方向に関するスプレーガン１１０の移動速度、Ｙ軸方向に関するスプレーガン１１０の送りピッチ、重ね塗り回数、オフセット量などである。スプレーガン１１０の初期操作条件は、塗液吐出口１１４の開閉周期（開放時間および閉塞時間）、塗液吐出圧（塗液供給装置１６０の圧送圧）、溶媒吐出口１１６における溶媒吐出圧（溶媒供給装置１７０の圧送圧）、圧縮気体吐出口１１８における圧縮気体吐出圧（圧縮気体供給装置１８０の供給圧）などである。
【００４５】
次に、制御関係式（塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係式）における制御するパラメータとして、ニードルバルブ開口度を選択する。ニードルバルブ開口度以外の制御パラメータは、一定とみなせるため、ニードルバルブ開口度と塗液吐出口温度のみがパラメータとなる塗液吐出量の定義式（第１定義式）が得られる。
【００４６】
次に、塗装工程を詳述する。
【００４７】
図６および図７は、比較例および実施形態１に係る塗液吐出量、塗液吐出口温度、稼動時間の関係の一例を示しているグラフである。
【００４８】
まず、スプレーガン１１０が、コントローラ１９０に制御される駆動装置１５０によって、電解質膜からなるワークＷの上方（例えば、２０〜１００ｍｍ）に配置される。そして、駆動装置１５０は、スプレーガン１１０をＹ軸方向に適宜送りながら（例えば、１〜１０ｍｍの送りピッチ）、スプレーガン１１０をＸ軸方向に移動させる（例えば、５０〜１００ｍｍ／秒）。
【００４９】
また、スプレーガン１１０の移動に同期させ、塗液供給装置１６０、溶媒供給装置１７０および圧縮気体供給装置１８０が、コントローラ１９０によって作動させられ、スプレーガン１１０の塗液吐出口１１４、溶媒吐出口１１６および圧縮気体吐出口１１８から、触媒インクからなる塗液、吐出された塗液に対して事後的に添加される溶媒および圧縮気体が、それぞれ吐出される。塗液、溶媒および圧縮気体の吐出圧力は、例えば、５０ｋＰａ、５０ｋＰａおよび２００ｋＰａである。
【００５０】
塗液吐出口１１４は、凹部１１３の底面の中心部に配置され、溶媒吐出口１１６は、凹部１１３の底面かつ塗液吐出口１１４を等間隔で取り囲むように円状に配置され、圧縮気体吐出口１１８は、凹部１１３の側面かつ塗液吐出口１１４を等間隔で取り囲むように円状に配置されている。そのため、凹部１１３の底面に近い場所では、塗液の吐出流の周りを取り囲む溶媒の吐出流が形成され、かつ、当該２重の吐出流は、半径内方向へ吐出される圧縮気体により攪拌される。したがって、塗液および吐出後添加の溶媒は、良好に霧状に微粒化されて、電解質膜からなるワークＷの上面に付着する。
【００５１】
なお、ニードルバルブ１２０の往復動によって摩擦熱が生じるため、塗液吐出口温度は、稼動時間が経過するに従って上昇し、塗液粘度が低下する。そのため、ニードルバルブ開口度が一定の場合、図６に示されるように、稼動時間が増加するに従って、塗液吐出量が増大する。
【００５２】
一方、実施形態１においては、塗液吐出口の温度は、その近傍に配置される温度センサ１２６によって正確に随時検出されている。また、コントローラ１９０は、ニードルバルブ開口度と塗液吐出口温度のみがパラメータとなる塗液吐出量の定義式（第１定義式）、および、ニードルバルブ開口度とストッパ１４６の突出距離との関係式を記憶している。
【００５３】
したがって、塗液吐出量の第１定義式に、目標とする塗液吐出量と検出された塗液吐出口温度を代入することで、必要なニードルバルブ開口度が得られ、そして、ニードルバルブ開口度とストッパ１４６の突出距離との関係式から、ストッパ１４６の突出距離が算出される。つまり、ストッパ１４６の突出距離は、塗液吐出量に対応しており、かつ、塗液吐出口温度を考慮して設定されるため、塗液吐出口温度の上昇に影響されることなく、目標とする塗液吐出量を得ることができる。
【００５４】
例えば、塗液吐出量を一定にする場合は、塗液吐出口温度の上昇に対応させ、ストッパ１４６の突出距離が長くなるように調整し、ニードルバルブ開口度を減少させる。その結果、図７に示されるように、稼動時間が増加して塗液吐出口温度が上昇しても、塗液吐出量は一定に維持されるため、均一な厚さの電極触媒層を得ることができる。また、傾斜や凹凸を有する不均一な厚み分布を有する電極触媒層を形成する場合は、当該電極触媒層の厚み分布に対応する塗液吐出量が得られるように、ストッパ１４６の突出距離を変更し、ニードルバルブ開口度を適宜調整する。
【００５５】
なお、電解質膜に対する塗装の重ね塗りが設定されている場合、オフセット量が適宜設定され、上記操作が繰返される。
【００５６】
以上のように、実施形態１においては、ニードルバルブ１２０の往復動によって摩擦熱が生じて、塗液吐出口温度が上昇し、吐出される塗液の粘度に影響が及ぼされても、ニードルバルブ駆動機構１４０を、塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係に基づき、制御することで、塗液吐出量に対する前記影響を相殺し、塗液吐出量を管理することができる。したがって、例えば、均一な厚さの電極触媒層や、傾斜や凹凸を有する不均一な厚み分布を有する電極触媒層を適宜形成することが可能である。つまり、実施形態１は、ニードルバルブ１２０の往復動によって生じる摩擦熱の存在下において電極触媒層の厚さを良好に制御することができるスプレー塗装方法およびスプレー塗装装置を提供することができる。
【００５７】
また、実施形態１においては、塗液吐出口温度の上昇に対応させ、ニードルバルブ１２０の後退量を変更し、ニードルバルブ開口度を調整することにより、塗液吐出量を管理することができる。さらに、塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係は、粘度と温度との関係を表すアンドレード式と、吐出量と粘度との関係を表すニュートン式との組み合わせに基づいている。したがって、吐出口温度と塗液吐出量との関係を、理論式を利用することで、容易に導出することが可能である。
【００５８】
次に、実施形態２を説明する。なお、以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００５９】
図８は、実施形態２に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図、図９は、ニードルバルブによって塗液吐出口が開放された状態を示している断面図、図１０は、塗液吐出口の開閉間隔を制御する制御パルスの波形パターンを示しているグラフ、図１１は、図１０に比較しオフ状態の割合が増加している制御パルスの波形パターンを示しているグラフである。
【００６０】
実施形態２は、制御関係式（塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係式）における制御するパラメータに関し、実施形態１と概して異なる。
【００６１】
詳述すると、制御関係式における制御するパラメータとして、塗液吐出口の開閉間隔（開閉の時間配分）を選択しており、塗液吐出口の開閉間隔以外の制御パラメータは、一定とみなせるため、塗液吐出口の開閉間隔と塗液吐出口温度のみがパラメータとなる塗液吐出量の定義式（第２定義式）が得られる。そのため、図８に示されるスプレー塗装装置２００のコントローラ（制御手段）２９０は、第２定義式を記憶している。
【００６２】
また、コントローラ２９０は、ニードルバルブ駆動機構（アクチュエータ手段）２４０の押圧力発生装置２４８を制御するための制御パルスの波形を調整可能に設定されている。押圧力発生装置２４８は、圧縮気体源を有し、制御パルスの波形に従って、可動部１４２と制止装置２４４の基部１４５との間に形成される密閉空間Ｓの内圧を、操作圧と基底圧との間で、間欠的に変化させることが可能である（図９参照）。
【００６３】
実施形態２においては、操作圧は、制御パルスがオフ状態の場合における密閉空間Ｓの内圧であり、当該操作圧によって発生した押圧力が、弾性部材１４３の付勢力に逆らって、ニードルバルブ１２０を前進させ、ニードルバルブ１２０の先端部１２２の外周が、塗液吐出口１１４に当接し、塗液吐出口１１４を閉塞するように設定される。基底圧は、制御パルスがオン状態の場合の場合における密閉空間Ｓの内圧（例えば、大気圧）であり、弾性部材１４３の付勢力により、ニードルバルブ１２０が後退し、ニードルバルブ１２０の先端部１２２の外周が、塗液吐出口１１４から離間し、塗液吐出口１１４を完全に開放するように設定される。
【００６４】
したがって、一定の期間における制御パルスのオン状態の割合を増加させる（例えば、図１１に示されるパターンから図１０に示されるパターンに変更させる）場合、塗液吐出口１１４が開放されている期間が長くなるため、一定の期間における塗液吐出量が増加する。一方、制御パルスのオフ状態の割合を増加させる（例えば、図１０に示されるパターンから図１１に示されるパターンに変更させる）場合、塗液吐出口１１４が閉塞されている期間が長くなるため、一定の期間における塗液吐出量が減少する。つまり、コントローラ２９０は、制御パルスの波形を調整し、塗液吐出口の開閉間隔を変更することで、塗液吐出量を管理することが可能である。
【００６５】
また、実施形態２においては、塗液吐出口の温度は、その近傍に配置される温度センサ１２６によって正確に随時検出されている。一方、コントローラ２９０は、塗液吐出口の開閉間隔と塗液吐出口温度のみがパラメータとなる塗液吐出量の定義式（第２定義式）を記憶し、かつ、塗液吐出口の開閉間隔を決定する制御パルスの波形を調整することができる。
【００６６】
したがって、塗液吐出量の第２定義式に、目標とする塗液吐出量と検出された塗液吐出口温度を代入することで、必要な塗液吐出口の開閉間隔が算出され、そして、塗液吐出口の開閉間隔に対応する制御パルスの波形が得られる。つまり、制御パルスの波形は、塗液吐出量に対応しており、かつ、塗液吐出口温度を考慮して設定されるため、塗液吐出口温度の上昇に影響されることなく、目標とする塗液吐出量を得ることができる。
【００６７】
例えば、塗液吐出量を一定にする場合は、塗液吐出口温度の上昇に対応させ、制御パルスのオフ状態の割合を増加させて、ニードルバルブ駆動機構２４０の押圧力発生装置２４８を制御する。その結果、稼動時間が増加して塗液吐出口温度が上昇しても、塗液吐出量は一定に維持されるため、均一な厚さの電極触媒層を得ることができる。
【００６８】
図１２は、実施形態２に係る変形例を説明するための断面図である。
【００６９】
実施形態２においては、塗液吐出口温度に応じてニードルバルブ開口度を調整していないため、ニードルバルブ２２０の先端部を、円錐状とする必要はなく、例えば、円錐台状とすることも可能である。
【００７０】
以上のように、実施形態２においては、塗液吐出口温度の上昇に対応させ、ニードルバルブ１２０を往復動させるための制御パルスの波形を変更し、塗液吐出口１１４の開閉間隔（開閉の時間配分）を調整することによって、塗液吐出量を管理することが可能である。
【００７１】
次に、実施形態３を説明する。
【００７２】
図１３は、実施形態３に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図である。
【００７３】
実施形態３は、制御関係式（塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係式）における制御するパラメータに関し、実施形態１および２と概して異なる。
【００７４】
詳述すると、制御関係式における制御するパラメータとして、塗液吐出圧を選択しており、塗液吐出圧以外の制御パラメータは、一定とみなせるため、塗液吐出圧と塗液吐出口温度のみがパラメータとなる塗液吐出量の定義式（第３定義式）が得られる。そのため、図１３に示されるスプレー塗装装置３００のコントローラ（制御手段）３９０は、第３定義式を、記憶している。
【００７５】
また、コントローラ３９０は、塗液供給装置（吐出圧供給手段）３６０の圧送圧を調整可能に設定されており、塗液供給装置３６０の圧送圧を調整し、塗液吐出圧を変更すことで、塗液吐出量を管理することが可能である。なお、塗液吐出口の温度は、その近傍に配置される温度センサ１２６によって正確に随時検出される。
【００７６】
したがって、塗液吐出量の第３定義式に、目標とする塗液吐出量と検出された塗液吐出口温度を代入することで、必要な塗液吐出圧が算出される。つまり、塗液吐出圧は、塗液吐出量に対応しており、かつ、塗液吐出口温度を考慮して設定されるため、塗液吐出口温度の上昇に影響されることなく、目標とする塗液吐出量を得ることができる。
【００７７】
例えば、塗液吐出量を一定にする場合は、塗液吐出口温度の上昇に対応させ、塗液吐出圧を低下するように、塗液供給装置３６０の圧送圧を制御する。その結果、稼動時間が増加しても、塗液吐出量は一定に維持されるため、均一な厚さの電極触媒層を得ることができる。
【００７８】
以上のように、実施形態３においては、塗液吐出圧を調整することによって、塗液吐出量を管理することが可能である。なお、塗液吐出圧は、塗液供給装置３６０の圧送圧によって調整する形態に限定されない。例えば、スプレーガンに圧力調整機構を配置することで、塗液供給装置３６０の圧送圧を一定に保ちつつ、前記圧力調整機構によって塗液吐出圧を調整することも可能である。
【００７９】
次に、実施形態４を説明する。
【００８０】
図１４は、実施形態４に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図、図１５は、図１４に示されるスプレーガンを説明するための断面図である。
【００８１】
実施形態４は、制御関係式（塗液吐出量と塗液吐出口温度との関係式）における制御するパラメータに関し、実施形態１〜３と概して異なる。
【００８２】
詳述すると、制御関係式における制御するパラメータとして、塗液吐出口温度を選択しており、塗液吐出口温度以外の制御パラメータは、一定とみなせるため、塗液吐出口温度のみがパラメータとなる塗液吐出量の定義式（第４定義式）が得られる。そのため、図１４に示されるスプレー塗装装置４００のコントローラ（制御手段）４９０は、第４定義式を、記憶している。
【００８３】
また、スプレー塗装装置４００は、塗液吐出口温度を調整するための温度調整装置（温度調整手段）４０２を有する。温度調整装置４０２は、例えばペルチェ素子などの熱電素子（熱電エネルギー変換器）４０４と、熱電素子４０４に電流を供給するための電源部４０６とを有する。熱電素子４０４は、スプレーガン４１０のノズル部４１２のカップ状先端部の外周に、配置されている。熱電素子４０４の配置位置は、カップ状先端部の外周に限定されないが、制御性および伝熱効率の観点から、塗液吐出口１１４の近傍が好ましい。なお、塗液吐出口の温度は、その近傍に配置される温度センサ１２６によって正確に随時検出される。
【００８４】
一方、コントローラ４９０は、温度センサ１２６によって検出される微小な温度変化に応じて、電源部４０６を制御することで、熱電素子４０４による伝熱量を調整可能に設定されている。
【００８５】
したがって、実施形態４においては、塗液吐出量の第４定義式に、目標とする塗液吐出量を代入することで、必要な塗液吐出口温度が算出され、当該温度になるように、温度調整装置４０２がフィードバック制御される。つまり、ニードルバルブの往復動によって摩擦熱が生じても、塗液吐出口温度を所定の値にすることが可能であり、塗液吐出量を管理することができる。
【００８６】
例えば、塗液吐出量を一定にする場合は、塗液吐出口温度が一定となるように、熱電素子４０４による伝熱量を調整することで、摩擦熱を相殺し、摩擦熱の影響を排除する。その結果、稼動時間が増加しても、塗液吐出量は一定に維持されるため、均一な厚さの電極触媒層を得ることができる。また、傾斜や凹凸を有する不均一な厚み分布を有する電極触媒層を形成する場合は、当該電極触媒層の厚み分布に対応する塗液吐出量が得られ塗液吐出口温度となるように、熱電素子４０４による伝熱量を適宜調整する。
【００８７】
以上のように、実施形態４においては、ニードルバルブの往復動によって摩擦熱が生じていても、当該摩擦熱を、温度調整装置４０２によって相殺し、かつ、塗液吐出口温度と塗液吐出量との関係に基づき、塗液吐出口温度を調整することで、塗液吐出量を管理することができる。なお、温度調整装置４０２は、熱電素子によって伝熱する構成するに限定されず、例えば、冷媒を循環させる形態を適用することも可能である。
【００８８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、スプレー塗装装置は、ニードルバルブの往復動によって摩擦熱が生じる構成を有しておれば、特に限定されない。また、ワークは、燃料電池の電解質膜に限定されず、塗液も、触媒インクに限定されない。さらに、実施形態１〜４を適宜組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施形態１に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図である。
【図２】図１に示されるスプレーガンを説明するための断面図である。
【図３】図１に示されるニードルバルブ駆動機構を説明するための断面図であり、ニードルバルブによって塗液吐出口が開放された状態を示している。
【図４】図１に示されるニードルバルブ駆動機構を説明するための断面図であり、ニードルバルブによって塗液吐出口が閉塞された状態を示している。
【図５】図３の線Ｖ−Ｖに関する断面図である。
【図６】比較例に係る塗液吐出量、塗液吐出口温度、稼動時間の関係の一例を示しているグラフである。
【図７】実施形態１に係る塗液吐出量、塗液吐出口温度、稼動時間の関係を一例を示しているグラフである。
【図８】実施形態２に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図である。
【図９】ニードルバルブによって塗液吐出口が開放された状態を示している断面図である。
【図１０】塗液吐出口の開閉間隔を制御する制御パルスの波形パターンを示しているグラフである。
【図１１】図１０に比較しオフ状態の割合が増加している制御パルスの波形パターンを示しているグラフである。
【図１２】実施形態２に係る変形例を説明するための断面図である。
【図１３】実施形態３に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図である。
【図１４】実施形態４に係るスプレー塗装装置を説明するためのブロック図である。
【図１５】図１４に示されるスプレーガンを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１００  スプレー塗装装置、
１１０  スプレーガン、
１１２  ノズル部、
１１２  円錐状先端部、
１１３  凹部、
１１４  塗液吐出口、
１１５  有効断面積、
１１６  溶媒吐出口、
１１８  圧縮気体吐出口、
１２０  ニードルバルブ、
１２２  円錐状先端部、
１２４  基端部、
１２６  温度センサ（温度検出手段）、
１３２  本体部、
１３４  塗液導入口、
１３５  流路、
１３６  溶媒導入口、
１３７  流路、
１３８  圧縮気体導入口、
１３９  流路、
１４０  ニードルバルブ駆動機構（アクチュエータ手段）、
１４２  可動部、
１４３  弾性部材、
１４４  制止装置、
１４５  基部、
１４６  ストッパ、
１４７  位置調整機構、
１４８  押圧力発生装置、
１５０  駆動装置、
１６０  塗液供給装置（吐出圧供給手段）、
１７０  溶媒供給装置、
１８０  圧縮気体供給装置、
１９０  コントローラ（制御手段）、
２００  スプレー塗装装置、
２２０  ニードルバルブ、
２４０  ニードルバルブ駆動機構（アクチュエータ手段）、
２４４  制止装置、
２４８  押圧力発生装置、
２９０  コントローラ（制御手段）、
３００  スプレー塗装装置、
３６０  塗液供給装置（吐出圧供給手段）、
３９０  コントローラ（制御手段）、
４００  スプレー塗装装置、
４０２  温度調整装置（温度調整手段）、
４０４  熱電素子、
４０６  電源部、
４１０  スプレーガン、
４１２  ノズル部、
４９０  コントローラ（制御手段）、
Ｓ  密閉空間、
Ｗ  ワーク。
【図１】
2010058049.tif 000006
【図２】
2010058049.tif 000007
【図３】
2010058049.tif 000008
【図４】
2010058049.tif 000009
【図５】
2010058049.tif 000010
【図６】
2010058049.tif 000011
【図７】
2010058049.tif 000012
【図８】
2010058049.tif 000013
【図９】
2010058049.tif 000014
【図１０】
2010058049.tif 000015
【図１１】
2010058049.tif 000016
【図１２】
2010058049.tif 000017
【図１３】
2010058049.tif 000018
【図１４】
2010058049.tif 000019
【図１５】
2010058049.tif 000020