(57)【要約】【課題】塗膜の形成が繰り返される塗工処理において塗液の塗布状態を良好に保持できる技術を提供する。【解決手段】触媒インク塗布部１２は、塗布制御部１１０と、第１のバルブ１３０ａと、ダイヘッド１５０と、を備える。ダイヘッド１５０は、搬送中の電解質膜１に対して触媒インク２を吐出する。第１のバルブ１３０ａは、その開閉動作により、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出を制御する。塗布制御部１１０は、第１のバルブ１３０ａの開閉動作を制御する。塗布制御部１１０は、ダイヘッド１５０に触媒インク２を間欠的に吐出させて複数の塗布膜３を連続的に形成する流れ工程において、ダイヘッド１５０が触媒インク２を吐出するときの第１のバルブ１３０ａの開度を変更する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗膜を形成する塗工装置であって、
塗工面に対して相対的に移動しつつ塗料を吐出する塗料吐出部と、
前記塗料吐出部への前記塗料の供給を制御するバルブと、
前記バルブの開閉を制御して、前記塗料吐出部による前記塗料の吐出と停止とを制御する塗工制御部と、
前記塗料吐出部に前記塗料の吐出と停止とを繰り返させて複数の塗膜を連続して形成する塗工処理において、前記塗料吐出部が前記塗料を吐出するときの前記バルブの開度を変更するバルブ開度制御部と、
を備える、塗工装置。
【請求項２】
請求項１記載の塗工装置であって、さらに、
前記塗料吐出部の吐出口の周辺における前記塗料の滞留を検出する滞留検出部を備え、
前記バルブ開度制御部は、前記滞留検出部が所定量の前記塗料の滞留を検出した後に、前記塗料吐出部が前記塗料の吐出するときの前記バルブの開度を低下させる、塗工装置。
【請求項３】
請求項２記載の塗工装置であって、
前記滞留検出部は、
前記吐出口の周辺を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記塗料の滞留状態を検出する撮像解析部と、
を備える、塗工装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の塗工装置であって、さらに、
前記バルブに前記塗料を供給する塗料供給部を備え、
前記バルブは、
前記塗料供給部と、前記塗料吐出部と、に接続されるとともに、前記塗料が充填されている塗料充填室と、
前記塗料充填室と前記塗料供給部との間の接続の開閉を制御する弁体であって、前記塗料充填室内の前記塗料を前記塗料吐出部へと押し出すように前記塗料充填室内に移動して、前記塗料充填室と前記塗料供給部との接続を開く弁体と、
を備え、
前記バルブ開度制御部は、前記バルブの開度として、前記弁体の移動量を変更する、塗工装置。
【請求項５】
請求項４記載の塗工装置であって、
前記弁体は、前記バルブを閉じる際に、前記塗料充填室の外部に向かって移動して、前記塗料充填室内に負圧を発生させる、塗工装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の塗工装置であって、
前記塗料は、燃料電池用触媒が分散された触媒インクである、塗工装置。
【請求項７】
塗膜を形成する塗工方法であって、
（ａ）塗料の吐出口を塗工面に対して相対的に移動させつつ、塗料の吐出を制御するバルブの開閉を制御して前記塗料の吐出と停止とを繰り返し、複数の塗膜を連続して形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の実行中に、前記塗料を吐出するときの前記バルブの開度を変更する工程と、
を備える、塗工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗工技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、塗工技術は幅広い分野において応用されてきた。例えば、特許文献１の技術では、燃料電池の製造工程において、燃料電池触媒を分散させた触媒塗液を転写フィルムの表面に塗布することによって膜電極接合体の電極が形成されている。特許文献２の技術では、液晶パネルを貼り合わせるために基板へのペーストの塗布が行われている。特許文献３の技術では、光学フィルムやフラットディスプレイパネルが塗膜の乾燥によって作成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２５４２１号公報
【特許文献２】特開２０００−０１５１６３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５９９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、塗工装置においては、一般に、塗工処理を繰り返しても塗液の塗布状態が良好に保持されることが望ましい。特許文献１の技術では、流れ工程において均質な触媒層を形成するために、塗布部は、転写フィルムの搬送を停止させた状態で触媒塗液の塗布を実行している。しかし、この方法では、転写フィルムの搬送の停止と再開とが繰り返されるため、製造効率が低下する可能性があり、転写フィルムの搬送制御が複雑化してしまう可能性がある。また、特許文献１には、塗布不良が発生した場合の対処方法については開示されていない。
【０００５】
特許文献２の技術では、撮像カメラによってペーストの塗布状態を撮像し、その撮像された画像データに基づいて、ペーストの塗布状態の良否を判定している。しかし、特許文献２の技術では、ペーストの塗布不良が検出された場合には復帰作業のためにペーストの塗布が一旦停止されてしまうため、流れ工程が阻害されて製造効率が著しく低下してしまう可能性がある。
【０００６】
特許文献３の技術では、塗布液の濃度差に起因する塗布ムラの発生を抑制するために、塗布液の濃度をフィードバック制御によって調整している。しかし、特許文献３には、塗布不良が発生した場合に対処する技術や、塗布液の濃度以外の原因で生じる塗布不良の対策については開示されていない。
【０００７】
このように、従来から、塗工装置における流れ工程など、塗工が繰り返される塗工処理において塗料の塗布状態を良好に保持する技術については、依然として改良の余地がある。そのほか、従来の塗工装置においては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００９】
（１）本発明の一形態によれば、塗膜を形成する塗工装置が提供される。この塗工装置は、塗膜を形成する塗工装置であって；塗工面に対して相対的に移動しつつ塗料を吐出する塗料吐出部と；前記塗料吐出部への前記塗料の供給を制御するバルブと；前記バルブの開閉を制御して、前記塗料吐出部による前記塗料の吐出と停止とを制御する塗工制御部と；前記塗料吐出部に前記塗料の吐出と停止とを繰り返させて複数の塗膜を連続して形成する塗工処理において、前記塗料吐出部が前記塗料を吐出するときの前記バルブの開度を変更するバルブ開度制御部と；を備える。この形態の塗工装置によれば、間欠的に連続して複数の塗膜を形成する流れ工程において、塗膜の形成が開始されるときの塗料の吐出量を適切に調整することができ、塗料の塗布状態を良好に保持することができる。
【００１０】
（２）上記形態の塗工装置は、さらに、前記塗料吐出部の吐出口の周辺における前記塗料の滞留を検出する滞留検出部を備えていても良く、前記バルブ開度制御部は、前記滞留検出部が所定量の前記塗料の滞留を検出した後に、前記塗料吐出部が前記塗料の吐出するときの前記バルブの開度を低下させても良い。この形態の塗工装置によれば、塗料吐出部の吐出口の周辺に付着して滞留している塗料が検出された場合には、塗料の吐出を開始する時の吐出量を減少させることによって、当該滞留している塗料の量がそれ以上増大してしまうことを抑制できる。従って、塗料吐出部の吐出口の周辺に滞留している塗料に起因して塗料の塗布状態が劣化してしまうことを抑制することができる。
【００１１】
（３）上記形態の塗工装置において、前記滞留検出部は；前記吐出口の周辺を撮像する撮像部と；前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記塗料の滞留状態を検出する撮像解析部と；を備えていても良い。この形態の塗工装置によれば、塗料吐出部の吐出口周辺における塗料の滞留の検出性を確保することができる。
【００１２】
（４）上記形態の塗工装置は、さらに、前記バルブに前記塗料を供給する塗料供給部を備えていても良く；前記バルブは；前記塗料供給部と、前記塗料吐出部と、に接続されるとともに、前記塗料が充填されている塗料充填室と；前記塗料充填室と前記塗料供給部との間の接続の開閉を制御する弁体であって、前記塗料充填室内の前記塗料を前記塗料吐出部へと押し出すように前記塗料充填室内に移動して、前記塗料充填室と前記塗料供給部との接続を開く弁体と；を備え；前記バルブ開度制御部は、前記バルブの開度として、前記弁体の移動量を変更しても良い。この形態の塗工装置によれば、バルブを開く際に、塗料充填室に充填されていた塗料が弁体によって塗料吐出部に押し出されるため、塗料の吐出開始の遅延（タイムラグ）を抑制することができ、塗膜の始端の塗布状態を良好にすることができる。また、バルブの開度に応じた塗料の吐出量の制御を精度良く行うことができる。
【００１３】
（５）上記形態の塗工装置において、前記弁体は、前記バルブを閉じる際に、前記塗料充填室の外部に向かって移動して、前記塗料充填室内に負圧を発生させても良い。この形態の塗工装置によれば、バルブを閉じるときの弁体の移動によって生じた塗料充填室の負圧によって塗料吐出部の塗料が塗料充填室に吸引されるため、塗膜の終端における塗料のきれを良くすることができ、塗膜の終端の塗布状態を良好にすることができる。
【００１４】
（６）上記形態の塗工装置において、前記塗料は、燃料電池用触媒が分散された触媒インクであっても良い。この塗工装置によれば、良好な状態の燃料電池用の触媒電極を間欠的に連続して形成することができる。
【００１５】
（７）本発明の他の形態によれば、塗膜を形成する塗工方法が提供される。この塗工方法は、塗料の吐出口を塗工面に対して相対的に移動させつつ、塗料の吐出を制御するバルブの開閉を制御して前記塗料の吐出と停止とを繰り返し、複数の塗膜を連続して形成する工程と；前記工程の実行中に、前記塗料を吐出するときの前記バルブの開度を変更する工程と、を備える。この塗工方法によれば、間欠的に連続して複数の塗膜を形成する流れ工程において、塗膜の形成を開始するときの塗料の吐出量を適切に調整することができ、塗料の塗布状態を良好に保持することができる。
【００１６】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
【００１７】
本発明は、塗工装置や塗工方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、塗工装置の制御方法や、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の触媒電極形成装置の構成を示す概略図。
【図２】触媒インク塗布部の構成を示す概略図。
【図３】第１と第２のバルブの詳細な構成と、塗布制御部による第１と第２のバルブの開閉制御とを説明するための模式図。
【図４】塗工部が備えるダイヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図５】複数の塗布膜を連続して形成する流れ工程において生じる不具合を説明するための模式図。
【図６】塗布膜において触媒インクのひきずりが発生するメカニズムを説明するための模式図。
【図７】塗布制御部が実行する塗工処理の処理手順を示すフローチャート。
【図８】本発明の発明者が行った実験結果を示す説明図。
【図９】塗工部によって形成される塗布膜を塗工方向に切断したときの断面形状を示す概略図。
【図１０】塗布膜の始端部と終端部とが形成されるときの第１のバルブとダイヘッドの状態を示す模式図。
【図１１】第２実施形態の触媒インク塗布部１２の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
A．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての燃料電池用の触媒電極を形成する触媒電極形成装置の構成を示す概略図である。この触媒電極形成装置１０は、流れ工程によって、帯状の電解質膜１の表面に複数の燃料電池用の触媒電極４を連続的に形成する。触媒電極形成装置１０は、膜繰出部１１と、触媒インク塗布部１２と、乾燥部１３と、搬送制御部１４と、搬送ローラ１５と、を備える。
【００２０】
膜繰出部１１は、帯状の電解質膜１がロール状に巻かれた電解質膜ロール１ｒを備える。膜繰出部１１は、電解質膜ロール１ｒを周方向に回転させて電解質膜１を繰り出す。なお、電解質膜１としては、例えば、フッ素系のイオン交換樹脂の薄膜を採用することができる。膜繰出部１１から繰り出された電解質膜１は、所定の間隔で配列されている複数の搬送ローラ１５の回転駆動によって所定のテンション（張力）を維持されたまま、その延伸方向に所定の速度で搬送されていく。なお、膜繰出部１１における電解質膜ロール１ｒの回転速度や、搬送ローラ１５の回転速度は、搬送制御部１４によって制御されている。
【００２１】
触媒インク塗布部１２は、膜繰出部１１の下流側に配置されており、所定の搬送速度で搬送中の電解質膜１の一方の面に対して触媒インクを間欠的に塗布する。これによって、電解質膜１の表面には、その搬送方向に一列に配列された複数の触媒インクの塗布膜３が連続して形成される。ここで、「触媒インク」とは、燃料電池用の触媒を担持する導電性粒子（例えば白金担持カーボン）と、電解質膜１と同じまたは類似の電解質とを有機溶媒や無機溶媒によって分散させた粒体分散溶液である。触媒インク塗布部１２の詳細な構成については後述する。
【００２２】
乾燥部１３は触媒インク塗布部１２の下流側に配置されている。乾燥部１３の内部には、電解質膜１の搬送路に沿って、複数のドライヤー１３ｄが配列されている。乾燥部１３は、電解質膜１に形成されている触媒インクの塗布膜３を、ドライヤー１３ｄの温風によって乾燥させる。塗布膜３は、乾燥部１３において溶媒成分が除去されることによって触媒電極４となる。なお、乾燥部１３の下流側には、電解質膜１の巻き取りローラなどの、触媒電極４が形成された電解質膜１を回収するための回収部が設けられるが、その図示及び説明は省略する。
【００２３】
触媒電極形成装置１０において触媒電極４が形成された電解質膜１は燃料電池における発電体である膜電極接合体の作成に用いられる。具体的には、膜電極接合体は、触媒電極４が形成された電解質膜１の裏面に、転写フィルム等に形成しておいた触媒電極を転写させることによって形成されても良い。あるいは、膜電極接合体は、触媒電極４が形成された電解質膜１同士を面接合して形成されても良い。
【００２４】
図２は触媒インク塗布部１２の構成を示す概略図である。触媒インク塗布部１２は、塗工部１００と、塗布不良検出部２００と、を備える。塗工部１００は、電解質膜１に対する触媒インク２の塗布を実行する。塗工部１００は、配管１０１〜１０６と、塗布制御部１１０と、タンク１２０と、ポンプ１２１と、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂと、ダイヘッド１５０と、を備える。
【００２５】
塗布制御部１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と主記憶装置とを備えたマイクロコンピュータによって構成されている。塗布制御部１１０は、ポンプ１２１の駆動を制御するとともに、バルブ駆動部１３５を制御して、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂの開閉を制御する。これによって、塗布制御部１１０は、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出を制御する。
【００２６】
タンク１２０には触媒インク２が貯蔵されている。ポンプ１２１の入口は、タンク１２０の底面に設けられた出口と接続されており、ポンプ１２１の出口は配管１０２に接続されている。ポンプ１２１は、通常、塗工部１００の稼働中には継続的に駆動してり、タンク１２０の触媒インク２を配管１０１を介して吸引して、配管１０２へと出力する。なお、塗布膜３を形成する際の触媒インク２の吐出量は、ポンプ１２１の回転数によって調整することが可能である。
【００２７】
配管１０２は、下流側において、配管１０３，１０４に分岐しており、配管１０３，１０４はそれぞれ、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂの入口に接続されている。これによって、ポンプ１２１が配管１０２に出力した触媒インク２は、各配管１０３，１０４を介して第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂへと供給される。
【００２８】
第１のバルブ１３０ａの出口は配管１０５を介してダイヘッド１５０の入口に接続されている。第２のバルブ１３０ｂの出口は配管１０６を介してタンク１２０の側面に設けられた供給口に接続されている。第１のバルブ１３０ａが開かれているときには、第１のバルブ１３０ａに供給された触媒インク２は配管１０５を介して、触媒インク２の吐出ノズルとして機能するダイヘッド１５０へと供給される。一方、第２のバルブ１３０ｂが開かれているときには、第２のバルブ１３０ｂに供給された触媒インク２は配管１０６を介してタンク１２０に戻る。
【００２９】
図３（Ａ），（Ｂ）は、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂの詳細な構成と、塗布制御部１１０による第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂの開閉制御とを説明するための模式図である。図３（Ａ）には、第１のバルブ１３０ａが開かれ、第２のバルブ１３０ｂが閉じられた状態を図示してあり、図３（Ｂ）には、第１のバルブ１３０ａが閉じられ、第２のバルブ１３０ｂが開かれた状態を図示してある。
【００３０】
なお、図３では、図２と対応する構成部に同じ符号を付してある。また、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂはそれぞれ同様な構成を有しているため、以下では、第１のバルブ１３０ａの構成についてのみ説明し、第２のバルブ１３０ｂの構成については、第１のバルブ１３０ａとの相違点のみを説明する。
【００３１】
第１のバルブ１３０ａは、弁箱であるケーシング１３１と、シール部１３２と、弁体１３３と、バルブ駆動部１３５と、を備える。ケーシング１３１は略円筒形状を有する中空容体である。第１のバルブ１３０ａのケーシング１３１内は、シール部１３２と弁体１３３とが以下に説明するように配置されることによって、第１と第２のインク室１３１ａ，１３１ｂに仕切られている。
【００３２】
シール部１３２は、略円環状を有しており、ケーシング１３１の中程において、その外周面とケーシング１３１の内壁面とを密着させた状態で固定されている。また、弁体１３３は、シール部１３２の中央の貫通孔にほぼ嵌り込む略円柱形状を有しており、その外周面とシール部１３２の貫通孔の内壁面とが摺擦するように配置されている。
【００３３】
このように、ケーシング１３１は、シール部１３２と弁体１３３とで仕切られた、第１と第２のインク室１３１ａ，１３１ｂを有する。なお、第１のバルブ１３０ａでは、第１のインク室１３１ａが配管１０３に接続されており、第２のインク室１３１ｂが配管１０５に接続されている。一方、第２のバルブ１３０ｂでは、第１のインク室１３１ａが配管１０４に接続されており、第２のインク室１３１ｂが配管１０６に接続されている。
【００３４】
弁体１３３は、第１のインク室１３１ａの中央を貫通するシャフト部１３４を介して、ケーシング１３１の外部に配置されたバルブ駆動部１３５に接続されている。バルブ駆動部１３５は、サーボモータなどの駆動力源を備えており、シャフト部１３４をその軸方向に往復移動させる。弁体１３３は、シャフト部１３４の軸方向への往復移動によって、シール部１３２の貫通孔の内周面に沿って、第１と第２のインク室１３１ａ，１３１ｂの間を往復移動する。この弁体１３３の往復移動によって第１のバルブ１３０ａは以下に説明するように開閉する。
【００３５】
ここで、弁体１３３の側面には、弁体１３３の移動方向に沿って走る複数の並列な直線状の溝部１３３ｄが設けられている。各溝部１３３ｄは、シール部１３２と弁体１３３との間に触媒インク２の流路を形成する。なお、各溝部１３３ｄは、第１のインク室１３１ａ側の端部が開放されており、第２のインク室１３１ｂ側の端部が閉塞されている。
【００３６】
第１のバルブ１３０ａは、弁体１３３が移動して、各溝部１３３ｄの閉塞された端部が第２のインク室１３１ｂ内に進入したときに、第１と第２のインク室１３１ａ，１３１ｂが各溝部１３３ｄを介して互いに空間的に接続されて開いた状態となる（図３（Ａ））。逆に、第１のバルブ１３０ａは、弁体１３３が移動して、弁体１３３の各溝部１３３ｄの閉塞された端部がシール部１３２の貫通孔内に収容されたときに、第１と第２のインク室１３１ａ，１３１ｂが空間的に遮断されて閉じた状態となる（図３（Ｂ））。
【００３７】
なお、第１のバルブ１３０ａでは、弁体１３３の各溝部１３３ｄがシール部１３２から第２のインク室１３１ｂに突出しているほど、その開度が大きくなる。即ち、第１のバルブ１３０ａの開度は、弁体１３３が第２のインク室１３１ｂ側に移動している移動量によって表すことができる。以後、弁体１３３の各溝部１３３ｄがシール部１３２から第２のインク室１３１ｂに突出している量を「リフト量」とも呼ぶ。
【００３８】
塗布制御部１１０（図２）は、触媒インク２の吐出と停止を繰り返して触媒インク２を間欠的に塗布する際には、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂをほとんど交互に開閉させる。具体的には、塗布制御部１１０は、ダイヘッド１５０に触媒インク２を吐出させるときには、第２のバルブ１３０ｂを閉じた後に、第１のバルブ１３０ａを開く（図３（Ａ））。これによって、タンク１２０の触媒インク２を第１のバルブ１３０ａを介してダイヘッド１５０に供給する。一方、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出を停止させるときには、塗布制御部１１０は、第２のバルブ１３０ｂを開いた後に、第１のバルブ１３０ａを閉じる（図３（Ｂ））。これによって、ダイヘッド１５０への触媒インクの供給を停止するとともに、触媒インク２を第２のバルブ１３０ｂを介してタンク１２０に循環流動させる。
【００３９】
ところで、本実施形態の触媒インク塗布部１２では、上述した機構の第１のバルブ１３０ａによって、第１のバルブ１３０ａの開閉に対して、ダイヘッド１５０における触媒インク２の吐出と停止がリニアに実行されている。この構成によって、触媒インク２の塗布膜３の端部を良好に形成することができるが、その詳細については後述する。
【００４０】
また、本実施形態の触媒インク塗布部１２では、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出が停止されている間は、触媒インク２が継続的に第２のバルブ１３０ｂを介してタンク１２０へと循環流動される。この待機中の触媒インク２の循環流動によって、第１のバルブ１３０ａに対して触媒インク２の供給が再開されるときに、ポンプ１２１の駆動力の復帰のためのタイムラグなどのロスタイムが発生してしまうことが抑制されている。
【００４１】
図４は、塗工部１００が備えるダイヘッド１５０の構成を示す概略斜視図である。図４には、ダイヘッド１５０が、搬送ローラ１５によって搬送されている電解質膜１に対して触媒インク２の塗布膜３を間欠的に形成している様子を図示してある。ダイヘッド１５０は、触媒インク２の吐出ノズルであり、互いにほぼ鏡面対象をなす外形を有する第１と第２の本体部１５１，１５２を備えている。
【００４２】
第１と第２の本体部１５１，１５２は、互いの間に触媒インク２を薄膜状に吐出するための平板状の空隙であるスリット１５６が形成されるように、第１の本体部１５１を重力方向上側とし、第２の本体部１５２を重力方向下側として重ねられている。第１と第２の本体部１５１，１５２は、先端側（触媒インク２の吐出方向側）に、触媒インク２の吐出口１５３（スリット１５６の開口端部）に向かって互いに鋭角に傾斜する傾斜面１５４を有している。
【００４３】
ここで、第１と第２の本体部１５１，１５２の間には、スリット１５６と接続され、触媒インク２をダイヘッド１５０の幅方向（紙面奥行き方向）に行き渡らせた上でスリット１５６に流入させるためのマニホールド１５５が形成されている。マニホールド１５５には、配管１０５（図２）が接続されており、第１のバルブ１３０ａから触媒インク２が供給される。配管１０５を介してマニホールド１５５に供給された触媒インク２は、マニホールド１５５においてダイヘッド１５０の幅方向に広がり、スリット１５６へと流入して薄膜状に成形され、吐出口１５３から吐出される。
【００４４】
なお、本実施形態の触媒インク塗布部１２では、ダイヘッド１５０は、その吐出口１５３が電解質膜１の搬送ローラ１５の側面に向かって開口するように配置されている。これによって、搬送ローラ１５はいわゆるバックロールとして機能し、搬送ローラ１５の側面に沿って所定の張力を有するように張り渡された電解質膜１に対して触媒インク２を塗布することができ、塗布膜３の塗布状態を向上させることができる。ここで、バックロールとしての搬送ローラ１５の側面の曲率は、塗布膜３の形成サイズに対して十分に大きいことが望ましい。
【００４５】
このように、本実施形態の触媒インク塗布部１２では、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出と停止とを繰り返す間欠的な塗工処理によって、複数の触媒電極４を連続して作成する。しかし、この流れ工程においては、次のような不具合が発生する場合があることを本発明の発明者は見出した。
【００４６】
図５（Ａ），（Ｂ）は、複数の塗布膜３を連続して形成する流れ工程において生じる不具合を説明するための模式図である。図５（Ａ）は、ダイヘッド１５０によって、電解質膜１に塗布膜３を連続して形成している様子を示す模式図である。なお、図５（Ａ）では、便宜上、電解質膜１を直線状に延した状態で図示してある。図５（Ｂ）は、不具合を生じている塗布膜３の一例を模式的に図示した概略正面図である。
【００４７】
ここで、本明細書では、以後、触媒インク２の塗布の開始によって形成される塗布膜３の端部を「始端部３ｂ」と呼び、触媒インク２の塗布の停止によって形成される塗布膜３の端部を「終端部３ｔ」と呼ぶ。本発明の発明者は、連続して複数の塗布膜３を形成する流れ工程においては、それまで正常な塗布膜３の形成が継続されていたにも拘わらず、途中から塗布膜３の終端部３ｔに触媒インク２のひきずりが生じ始めてしまう場合があることを見出した。また、本発明の発明者は、この触媒インク２のひきずりは以下のように発生することを見出した。
【００４８】
図６（Ａ），（Ｂ）は、塗布膜３において触媒インク２のひきずりが発生するメカニズムを説明するための模式図である。図６（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、塗工中のダイヘッド１５０を側面方向および上面方向に見たときの模式図である。図６（Ａ），（Ｂ）には、ダイヘッド１５０とともに、搬送ローラ１５の一部と、搬送中の電解質膜１の一部とを図示してある。
【００４９】
触媒インク２は、その塗料のロットの違いや、環境温度などの使用環境の条件の変化などに起因して、その粘度にばらつきが生じてしまう可能性がある。そのため、触媒電極４を形成する流れ工程においては、その途中で、触媒インク２の流動性が変化してしまい、ダイヘッド１５０からの吐出量が、想定されている吐出量の適正値から外れてしまう場合がある。
【００５０】
特に、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出量が適正値よりも大きくなってしまった場合には、ダイヘッド１５０の上側（第１の本体部１５１側）の傾斜面１５４に、触媒インク２がせり上がってしまう場合がある（図６（Ａ））。一旦、触媒インク２の傾斜面１５４へのせり上がりが発生すると、吐出口１５３と傾斜面１５４との間には触媒インク２が流動しやすい触媒インク２の流動経路が形成されてしまう。
【００５１】
そのため、ダイヘッド１５０からの間欠的な触媒インク２の吐出が繰り返されると、その流動経路を介して、吐出された触媒インク２の一部が傾斜面１５４へと継続的に流出し、傾斜面１５４上に、触媒インク２が滞留したインク溜まり２ｒが生じてしまう。
【００５２】
このインク溜まり２ｒが大きくなると、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出を停止されたときに、インク溜まり２ｒと塗布膜３との間において触媒インク２が糸を引き、インク溜まり２ｒからの触媒インク２がひきずられてしまう（図６（Ｂ））。この結果、塗布膜３の終端部３ｔには触媒インク２のひきずりが生じることになる。
【００５３】
このように、塗布膜３の終端部３ｔにおける触媒インク２のひきずりは、ダイヘッド１５０の先端部に生じたインク溜まり２ｒに起因して生じてしまう。そこで、本実施形態の触媒インク塗布部１２では、塗工部１００が触媒電極４の形成を実行している間に、塗布不良検出部２００（図２）によって、ダイヘッド１５０の上面に生じるインク溜まり２ｒの発生を検出する。
【００５４】
塗布不良検出部２００は、撮像カメラ２１０と、照明部２２０と、画像検査部２３０と、を備える。撮像カメラ２１０は、例えば、ＣＣＤカメラによって構成することができる。撮像カメラ２１０は、ダイヘッド１５０の傾斜面１５４を含む吐出口１５３の周辺領域を所定の時間間隔で定期的に撮像して画像データを生成する。なお、撮像カメラ２１０は、複数の方向（例えば、上面方向や側面方向）からダイヘッド１５０の吐出口１５３の周辺を撮像することが好ましい。これによって、滞留している触媒インク２の検出精度を向上させることができる。
【００５５】
照明部２２０は、画像データ上において触媒インク２が検出しやすくなるように傾斜面１５４上に照明光を照射する。画像検査部２３０は、撮像カメラ２１０が生成する画像データを取得し、画像データ上においてダイヘッド１５０に付着しているインク溜まり２ｒを検出する。具体的に、画像検査部２３０は、画像データを２値化した後にインク溜まり２ｒの外周輪郭線を検出して、インク溜まり２ｒの面積を算出する。そして、その算出結果に基づいてダイヘッド１５０の吐出口１５３周辺に滞留している触媒インク２の量を検出する。画像検査部２３０は、その検出結果を塗工部１００の塗布制御部１１０に送信する。
【００５６】
塗布制御部１１０は、画像検査部２３０から受信した検出結果に基づいて、触媒インク２のひきずりの発生を抑制または解消するための処理を実行する。具体的に、塗布制御部１１０は、以下のような処理手順の塗工処理によって、触媒インク２のひきずりの発生を抑制または解消しつつ、触媒電極４を形成する。
【００５７】
図７は、塗布制御部１１０が実行する触媒電極４を形成するための塗工処理の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、塗布制御部１１０は、図３において説明したように第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂを交互に開閉させることによって、ダイヘッド１５０から触媒インク２の間欠的な吐出を実行する。これによって、搬送中の電解質膜１に複数の塗布膜３が所定の間隔で形成される。
【００５８】
ステップＳ２０では、塗布制御部１１０は、上述した画像検査部２３０による検出結果を受信する。塗布不良検出部２００によってダイヘッド１５０の吐出口１５３の周辺に所定の量以上の触媒インク２が滞留していることが検出された場合には、塗布膜３に触媒インク２のひきずりが発生する可能性が高くなっている、または、発生してしまっている可能性がある。
【００５９】
そこで、塗布制御部１１０は、触媒インク２のひきずりの発生を抑制または解消するためのステップＳ３０の処理を実行する。なお、ステップＳ２０において、塗布不良検出部２００によって所定の量の触媒インク２の滞留が検出されなかった場合には、塗布制御部１１０は、そのまま、触媒インク２の間欠的な吐出を継続する（ステップＳ１０）。ステップＳ３０では、塗布制御部１１０は、第１のバルブ１３０ａを開くときの弁体１３３のリフト量を初期の設定値よりも低下させて、ステップＳ１０の処理へと戻る。
【００６０】
ここで、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出が開始されるときの触媒インク３の吐出量は、ほとんど、第１のバルブ３３ａが開くときに弁体３３によって第１のインク室１３１ａから押し出される触媒インク２の量によって決まる。従って、ステップＳ３０において弁体３３のリフト量が低下されることにより、塗布膜３の形成のためにダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出が開始されるときの触媒インク２の吐出量は低減される。
【００６１】
これによって、塗布膜３を形成するときの触媒インク２の吐出量を適正な範囲内にすることができ、インク溜まり２ｒへの触媒インク２の流動が抑制されるため、塗布膜３における触媒インク２のひきずりの発生が抑制される。また、塗布膜３において触媒インク２のひきずりが既に発生してしまっている場合であっても、塗布膜３の形成を繰り返すうちにインク溜まり２ｒの触媒インク２が減少するため、触媒インク２のひきずりの発生が解消される。
【００６２】
図８は、本発明の発明者が行った実験結果を示す説明図である。図８には、横軸を第１のバルブ１３０ａが開くときの弁体１３３のリフト量とし、縦軸を触媒インク２のひきずりを発生することなく繰り返すことができた触媒インク２の塗布回数とするグラフを図示してある。この実験では、触媒インク２として、白金担持カーボンと固体電解質（パーフルオロスルホン酸）とを水およびアルコール溶液によって分散させた分散液を用い、電解質膜１としてパーフルオロスルホン酸膜を用いて、触媒インクの吐出を間欠的に最大Ｎmax回行った。
【００６３】
この実験では、触媒インク２の吐出開始時における第１のバルブ１３０ａの弁体１３３のリフト量が小さいときには塗布膜３に触媒インク２のひきずりを発生することなく、触媒インク２の吐出をＮmax回繰り返すことができた。ただし、そのリフト量がある値Ｌlimよりも小さくしたときには、塗布膜３の始端部３ｂの形状が崩れてしまった。これは、吐出開始時における第１のバルブ１３０ａの弁体１３３のリフト量が小さすぎると、良好な塗布膜３の始端部３ｂを形成するための触媒インク２の吐出量を確保できないためであると考えられる。一方、触媒インク２の吐出開始時における第１のバルブ１３０ａの弁体１３３のリフト量を大きくしたときには、リフト量が大きいほど、早い段階で、塗布膜３に触媒インク２のひきずりが発生した。
【００６４】
この実験結果から、第１のバルブ１３０ａを開くときのリフト量を低下させることによって、塗布膜３における触媒インク２のひきずりの発生を抑制できることがわかる。なお、この実験では、触媒インク２のひきずりの発生を目視で確認したときには、必ず、撮像カメラ２１０によって、ダイヘッド１５０の傾斜面に所定の面積のインク溜まり２ｒが発生していることを検出することができた。
【００６５】
ところで、本発明の発明者は、参考例として、第１のバルブ１３０ａを開くときのリフト量ではなく、第１のバルブ１３０ａを閉じるときの所定の期間のリフト量を変えて触媒インク２を間欠的に吐出する実験を行った。この参考例の実験では、リフト量を変化させた場合であっても、触媒インク２のひきずりを発生することなく繰り返すことができた触媒インク２の塗布回数にはわずかな差しか生じなかった。従って、この参考例の実験結果から、塗布膜３における触媒インク２のひきずりは、塗布膜３の終端部３ｔの形成時における触媒インク２の吐出量には影響されないことがわかる。
【００６６】
このように、本実施形態の触媒インク塗布部１２であれば、塗布不良検出部２００によって、塗布膜３の終端部３ｔにおける触媒インク２のひきずりの発生原因となる、ダイヘッド１５０におけるインク溜まり２ｒを検出することができる。また、塗工部１００が、その検出結果に応じて第１のバルブ１３０ａにおけるリフト量を低下させるため、塗布膜３の終端部３ｔにおける触媒インク２のひきずりの発生を解消または抑制することができる。さらに、本実施形態の触媒インク塗布部１２では、第１のバルブ１３０ａによってダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出を制御しているため、塗布膜３の塗布状態が、以下のように改善されている。
【００６７】
図９は、本実施形態の塗工部１００によって形成される塗布膜３を塗工方向（電解質膜１の搬送方向）に切断したときの断面形状を示す概略図である。なお、図９では、紙面左側から紙面右側に向かう方向が塗工方向である。即ち、紙面左側が塗布膜３の始端部３ｂであり、紙面右側が塗布膜３の終端部３ｔである。また、図９には、参考例としての塗布膜３ａの形状を破線で図示してある。
【００６８】
後述するように、本実施形態の塗工部１００によれば、第１のバルブ１３０ａが開かれるタイミングでリニアに（即時的に）触媒インク２の吐出が開始される。従って、触媒インク２の吐出開始時における触媒インク２の吐出量を確保することができ、塗布膜３の始端部３ｂが、塗布面（電解質膜１の表面）に対して垂直に近い角度で切り立った端面を有するように形成される。また、本実施形態の塗工部１００によれば、第１のバルブ１３０ａが閉じられるタイミングでリニアに（即時的に）触媒インク２の吐出が停止される。従って、触媒インク２の吐出終了時において触媒インク２が余分に吐出されることが抑制され、塗布膜３の終端部３ｔが、始端部３ｂと同様に、塗布面に対して垂直に近い角度で切り立った端面を有するように形成される。
【００６９】
図１０（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、塗布膜３の始端部３ｂと終端部３ｔとが形成されるときの第１のバルブ１３０ａとダイヘッド１５０の状態を示す模式図である。上述したとおり、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出を開始するときには、第１のバルブ１３０ａの弁体１３３が第２のインク室１３１ｂ内へと突出する（図１０（Ａ））。
【００７０】
ここで、第１のバルブ１３０ａが開かれる前には、ダイヘッド１５０のマニホールド１５５やスリット１５６、配管１０６、第１のバルブ１３０ａの第２のインク室１３１ｂは、触媒インク２が充填されている状態になっている。そのため、触媒インク２の吐出開始のために弁体１３３が第２のインク室１３１ｂに突出すると、第２のインク室１３１ｂ内の触媒インク２がダイヘッド１５０に向かって押し出されることになる。従って、第１のバルブ１３０ａが開くのとほぼ同時にダイヘッド１５０の吐出口１５３から触媒インク２の吐出が開始される。
【００７１】
一方、ダイヘッド１５０からの触媒インク２の吐出を停止するときには、上述したとおり、第１のバルブ１３０ａの弁体１３３は第２のインク室１３１ｂから第１のインク室１３１ａに向かって移動する（図１０（Ｂ））。そのため、弁体１３３の移動に伴って、第２のインク室１３１ｂに負圧を発生させることができ、ダイヘッド１５０の触媒インク２を第１のバルブ１３０ａへと逆流させることができる（サックバック機能）。従って、ダイヘッド１５０における触媒インク２の逆流によって、塗布膜３とダイヘッド１５０の吐出口１５３との間の触媒インク２の切断が促進され、触媒インク２の吐出終了時における触媒インク２の余分な吐出が抑制される。
【００７２】
なお、本実施形態の第１のバルブ１３０ａに換えて、弁体の移動に伴う触媒インクの押し出しや吸引が生じないタイプのバルブを用いた場合には、図９の破線で示したように、塗布膜３の始端部３ｂおよび終端部３ｔの形状が崩れてしまう可能性がある。具体的には、上述のタイプのバルブを用いた場合には、バルブが開いたときに即時的に触媒インク２の吐出量が確保できず、塗布膜３の始端部３ｂがなだらかに形成されてしまう可能性がある。また、バルブを閉じた後に、即座に触媒インク２の吐出が停止されず、余剰な触媒インク２が吐出されてしまい、塗布膜３の終端部３ｔに余分な触媒インク２のかたまりが形成されてしまう可能性がある。
【００７３】
以上のように、本実施形態の触媒インク塗布部１２であれば、塗工部１００と塗布不良検出部２００との連携によって、流れ工程を停止させることなく、塗布膜３の終端部３ｔにおける触媒インク２のひきずりの発生の解消や抑制ができる。また、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂの開閉制御によって触媒インク２の吐出が制御されるため、塗布膜３の始塗布状態が改善されている。従って、この触媒インク塗布部１２を備える触媒電極形成装置１０であれば、良好な燃料電池用の触媒電極４を効率的に形成することができる。
【００７４】
B．第２実施形態：
図１１は、本発明の第２実施形態としての触媒電極形成装置が備える触媒インク塗布部１２Ａの構成を示す概略図である。第２実施形態の触媒インク塗布部１２Ａは、第１と第２のバルブ１３０ａ，１３０ｂに換えて、第１と第２のバルブ１３０ａＡ，１３０ｂＡを備えている点以外は、第１実施形態の触媒インク塗布部１２の構成と同じである。なお、第２実施形態の触媒電極形成装置は、触媒インク塗布部１２Ａ以外の構成は、第１実施形態の触媒電極形成装置１０と同じである。
【００７５】
第２実施形態の第１と第２のバルブ１３０ａＡ，１３０ｂＡは、ケーシング１３１内に、弁体１３３Ａと、弁座１３６と、を備える。弁体１３３Ａは、弁座１３６中央の貫通孔に挿通されているシャフト部１３４を介してバルブ駆動部１３５と接続されており、弁座１３６に対して往復移動する。
【００７６】
ここで、第１と第２のバルブ１３０ａＡ，１３０ｂＡは、弁体１３３Ａが弁座１３６から離れて弁座１３６の貫通孔が開放されているときに開いた状態となり、弁体１３３Ａが弁座１３６に密着して弁座１３６の貫通孔を閉塞しているときに閉じた状態となる。バルブ駆動部１３５はエアシリンダーを備えており、エアシリンダーによってシャフト部１３４とともに弁体１３３を往復移動させる。なお、弁体１３３の移動量（即ち、第１と第２のバルブ１３０ａＡ，１３０ｂＡの開度）は塗布制御部１１０によって制御されている。
【００７７】
以上のように、第２実施形態の触媒インク塗布部１２Ａは、弁体１３３による触媒インク２の押し出しや吸引が発生しないタイプの第１と第２のバルブ１３０ａＡ，１３０ｂＡを備えている。しかし、第２実施形態の触媒インク塗布部１２Ａであっても、触媒インク２の吐出開始時における第１のバルブ１３０ａＡの開度を調整することによって、触媒インク２の吐出開始時における触媒インク２の吐出量を低減させることができる。従って、第１実施形態の触媒インク塗布部１２と同様に、塗布膜３の終端部３ｔにおける触媒インク２のひきずりの発生の解消や抑制が可能である。
【００７８】
C．変形例：
C1．変形例１：
上記実施形態では、触媒インク塗布部１２，１２Ａは、塗布不良検出部２００を備えていたが、塗布不良検出部２００は省略されても良い。この場合には、例えば、操作者が、目視でインク溜まり２ｒの発生を確認し、塗布制御部１１０に、触媒インク２の吐出を開始するときの第１のバルブ１３０ａ，１３０ａＡの開度の低下を実行させても良い。
【００７９】
C2．変形例２：
上記実施形態では、塗布不良検出部２００は、インク溜まり２ｒの発生を検出することによって、塗布層３における触媒インク２のひきずりの発生を検出していた。しかし、塗布不良検出部２００は、他の方法によって、塗布層３における触媒インク２のひきずりの発生を検出しても良い。例えば、塗布不良検出部２００は、触媒インク２の粘度の変化に基づいて塗布層３における触媒インク２のひきずりの発生を検出しても良い。また、塗布不良検出部２００は、撮像カメラ２１０によって塗布膜３を撮像し、その画像データに基づいて、触媒インク２のひきずりの発生自体を検出しても良い。
【００８０】
C3．変形例３：
上記実施形態では、塗布不良検出部２００は、撮像カメラ２１０の生成した画像データに基づいて、ダイヘッド１５０の吐出口１５３の周辺領域における触媒インク２の滞留を検出していた。しかし、塗布不良検出部２００は、他の方法によって、ダイヘッド１５０の吐出口１５３の周辺領域における触媒インク２の滞留を検出しても良い。
【００８１】
C4．変形例４：
上記実施形態では、塗布制御部１１０は、流れ工程において、塗布層３における触媒インク２のひきずりの発生を抑制または解消するために、触媒インク２の吐出を開始するときの第１のバルブ１３０ａ，１３０ａＡの開度を低下させていた。しかし、塗布制御部１１０は、流れ工程において、例えば、触媒インク２の吐出量不足を解消するために、触媒インク２の吐出を開始するときの第１のバルブ１３０ａ，１３０ａＡの開度を増大させる処理を実行しても良い。
【００８２】
C5．変形例５：
上記実施形態では、触媒インク塗布部１２，１２Ａは、電解質膜１に触媒電極４を形成していた。しかし、触媒インク塗布部１２，１２Ａは、電解質膜１に換えて、樹脂フィルムなどの基材に転写用の触媒電極４を形成しても良い。
【００８３】
C6．変形例６：
上記実施形態の触媒インク塗布部１２，１２Ａでは、位置が固定されたダイヘッド１５０によって、搬送中の電解質膜１に対して触媒インク２を塗布していた。しかし、触媒インク塗布部１２，１２Ａでは、ダイヘッド１５０を所定の速度で移動させつつ、固定的に配置された電解質膜１に対して触媒インク２を塗布しても良い。ダイヘッド１５０は、塗工の際にその位置が塗工面に対して相対的に移動すれば良い。
【００８４】
C7．変形例７：
上記実施形態では、触媒インク２の吐出を停止しているときには、第２のバルブ１３０ｂ，１３０ｂＡとタンク１２０との間で触媒インク２を循環流動させていた。しかし、第２のバルブ１３０ｂ，１３０ｂＡや、触媒インク２の吐出を停止しているときの触媒インク２の循環流動は省略されても良い。ただし、触媒インク２の吐出を停止している間に触媒インク２を循環流動させておく方が、触媒インク２の吐出の再開を迅速に実行できるため望ましい。
【００８５】
C8．変形例８：
上記実施形態では、塗工部１００は、触媒インク２を塗料として塗布して塗膜を形成する塗工処理を実行していた。しかし、塗工部１００は、他の粒体が分散された粒体分散液を塗料として塗布して塗膜を形成する塗工処理を実行しても良い。
【００８６】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須であるとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…電解質膜
１ｒ…電解質膜ロール
２…触媒インク
３，３ａ…塗布膜
３ｂ…始端部
３ｔ…終端部
４…触媒電極
１０…触媒電極形成装置
１１…膜繰出部
１２，１２Ａ…触媒インク塗布部
１３…乾燥部
１３ｄ…ドライヤー
１４…搬送制御部
１５…搬送ローラ
１００…塗工部
１０１〜１０６…配管
１１０…塗布制御部
１２０…タンク
１２１…ポンプ
１３０ａ，１３０ａＡ…第１のバルブ
１３０ｂ，１３０ｂＡ…第２のバルブ
１３１…ケーシング
１３１ａ…第１のインク室
１３１ｂ…第２のインク室
１３２…シール部
１３３，１３３Ａ…弁体
１３３ｄ…溝部
１３４…シャフト部
１３５…バルブ駆動部
１３６…弁座
１５０…ダイヘッド
１５１…第１の本体部
１５２…第２の本体部
１５３…吐出口
１５４…傾斜面
１５５…マニホールド
１５６…スリット
２００…塗布不良検出部
２１０…撮像カメラ
２２０…照明部
２３０…画像検査部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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