(57)【要約】【課題】金属触媒の触媒担持量を非破壊的にかつ効率的に測定する技術を提供すること。【解決手段】電磁波発振器５２は、基材９０の表面に向けて、Ｘ軸方向に扇状に広がる電磁波を出力する。複数の検出素子５４０は、Ｘ軸方向に配列されており、各々が電磁波の電界強度を検出する。支持ローラ２４０，２４２は、＋Ｙ方向に搬送される基材９０を支持する。エンコーダ２２６は、基材９０のＹ軸方向への移動距離を検出する。触媒担持量特定部６０４の位置特定部６０４０は、電磁波発振器５２、基材９０、検出素子５４０各々の位置関係、および、基材９０の移動距離に基づいて、検出素子５４０各々に入射する電磁波が透過した基材９０上の透過位置各々を特定する。触媒担持量特定部６０４は、検出素子５４０各々が検出した電磁波の電界強度に基づいて、透過位置各々における触媒担持量を特定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に塗工された金属触媒の触媒担持量を測定する触媒担持量測定装置であって、
前記基材の表面に向けて、前記第１方向に広がる電磁波を出力する電磁波発振器と、
前記第１方向に配列されており、各々が前記電磁波の電界強度を検出する複数の電磁波検出素子と、
前記基材を、前記電磁波発振器および複数の前記電磁波検出素子に対して、前記第１方向に交差する第２方向に移動させる移動部と、
前記基材の前記第２方向への相対的な移動距離を検出する移動距離検出器と、
前記電磁波発振器、前記基材、前記電磁波検出素子各々の位置関係、および、前記相対的な移動距離に基づいて、前記電磁波検出素子各々に入射する電磁波が透過した前記基材上の透過位置各々を特定するとともに、前記電磁波検出素子各々が検出する前記電磁波の電界強度に基づいて、前記透過位置における前記触媒担持量を特定する触媒担持量特定部と、
を備える、触媒担持量測定装置。
【請求項２】
請求項１の触媒担持量測定装置であって、
前記複数の電磁波検出素子は、前記基材における前記金属触媒が塗工されていない幅方向の端部の非塗工領域を透過する端部透過電磁波を検出する位置に配された電磁波検出素子を含み、
前記担持量特定部は、前記端部透過電磁波の電界強度と、前記基材の前記透過位置各々を透過する電磁波の電界強度とに基づいて、前記透過位置各々の前記触媒担持量を特定する、触媒担持量測定装置。
【請求項３】
請求項２の触媒担持量測定装置であって、
前記複数の電磁波検出素子は、前記基材の外側を通過する基材外通過電磁波を検出する電磁波検出素子を含み、
前記触媒担持量特定部は、前記基材外通過電磁波の電界強度に基づいて、前記触媒担持量を特定する、触媒担持量測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項の触媒担持量測定装置であって、
前記基材には、前記第２方向に関して、前記金属触媒が塗工されていない非塗工領域が一定の間隔で形成されており、
前記触媒担持量特定部は、複数の前記電磁波検出素子によって所定の時間間隔で検出される前記非塗工領域を透過した電磁波の電界強度に基づいて、前記透過位置の前記触媒担持量を特定する、触媒担持量測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項の触媒担持量測定装置であって、
複数の前記電磁波検出素子は、前記第１方向において前記基材を０．１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で透過する前記電磁波各々を検出可能な間隔で配列されている、触媒担持量測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項の触媒担持量測定装置であって、
前記触媒担持量特定部によって特定された前記触媒担持量が、あらかじめ定められた上限値を超える前記透過位置、又は、下限値を超えない前記透過位置がある場合に、外部に通知する通知部、
をさらに備える、触媒担持量測定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項の触媒担持量測定装置であって、
前記電磁波発振器が出力する電磁波が、０．０３〜１０ＴＨｚのテラヘルツ波を含む、触媒担持量測定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項の触媒担持量測定装置であって、
前記移動部は、
前記基材が巻付けられた供給用ローラと、
前記供給用ローラから引き出された前記基材を巻き取る巻取ローラと、
前記巻取ローラを回転させるローラ駆動部と、
前記引出ローラおよび前記巻取ローラの間において、前記第２方向に間隔をあけて配列される一対の支持ローラと、
を含み、
複数の前記電磁波検出素子は、前記一対の支持ローラの間に配されている、触媒担持量測定装置。
【請求項９】
金属触媒が塗工された基材を製造する塗工システムであって、
請求項８の触媒担持量測定装置と、
前記一対の支持ローラよりも上流側の位置において、前記基材に前記金属触媒を塗工する塗工部と、
を備える、塗工システム。
【請求項１０】
基材に塗工された金属触媒の触媒担持量を測定する触媒担持量測定方法であって、
前記基材の表面に向けて、電磁波発振器から前記第１方向に広がる電磁波を出力する工程と、
前記第１方向に配列され複数の電磁波検出素子によって、前記電磁波の電界強度を検出する、
前記基材を、前記電磁波発振器および複数の前記電磁波検出素子に対して、前記第１方向に交差する第２方向に移動させる工程と、
前記基材の前記第２方向への相対的な移動距離を検出する工程と、
前記電磁波発振器、前記基材、前記電磁波検出素子各々の位置関係、および、前記相対的な移動距離に基づいて、前記電磁波検出素子各々に入射する電磁波が透過した前記基材上の透過位置各々を特定するとともに、前記電磁波検出素子各々が検出した前記電磁波の電界強度に基づいて、前記透過位置各々における前記触媒担持量を特定する工程と、
を含む、触媒担持量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基材に形成された金属材料の触媒層における触媒担持量を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、電解質が高分子で構成された燃料電池である。固体高分子電解質としては、一例としてイオン交換樹脂が使用される。ＰＥＦＣは、この固体高分子電解質を挟んで負極および正極の両電極を配置し、負極側に燃料の水素を、また正極側に酸素又は空気を供給することによって、電気化学反応を起こさせ、電気を発生させる。
【０００３】
例えば、水素を燃料とした場合、負極では次式の反応が起こる。
【０００４】
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−
【０００５】
また、酸素を酸化剤とした場合、正極では次式の反応が起こり、水が生成される。
【０００６】
１／２Ｏ２  ＋  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ
【０００７】
この燃料電池の正極および負極の反応を最大限に発揮するためには、正極および負極に混合される触媒層が重要とされている。
【０００８】
特許文献１は、触媒層の性能向上に関するものであり、白金触媒を担持したカーボンペーストの作製時に濃度と膜厚により使用する白金量に関する調整が実施されている。塗布工程の結果得られる触媒層の膜厚分布や白金ナノ粒子の偏在による差異は、最終製作物である燃料電池において検査されている。
【０００９】
また、特許文献２は、電解質膜の性能向上に関するものであり、触媒層は周知の手法により製作しているが、塗布工程の結果得られる触媒層の膜厚分布や白金ナノ粒子の偏在による差異は、最終製作物である燃料電池において検査されている。
【００１０】
また、燃料電池の触媒としては、特許文献１では、触媒として白金および白金合金が使用されており、これらをカーボンブラック等に担持させている。
【００１１】
特許文献３では、触媒として白金コロイドに白金を担持させ、カーボンブラック等にコロイド粒子を担持させている。
【００１２】
さらに、特許文献４では、触媒としての非白金金属を使ったパラジウム合金（パラジウム−コバルト合金）を、カーボンブラック等に担持させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−３２６６８号公報
【特許文献２】特開２００８−２８８０９３号公報
【特許文献３】国際公開第２０１２／０９０４５０号
【特許文献４】特開２００６−２６０９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
触媒層における触媒担持量は、燃料電池の性能に大きく影響する。このため、金属触媒を過不足なく触媒を担持させることが求められている。触媒担持量を計測する方法として、一部を切り抜き、その重量を計測する打ち抜き重量測定方法が知られている。しかしながら、この測定方法は製品破壊を伴うというデメリットがある。特に、近年、トレーサビリティの重要性が高まっており、パーツの全品検査が求められているが、上記の打ち抜き重量測定方法の場合、パーツの破壊を伴うため、全品検査に適用することは困難である。また、打ち抜き重量測定方法の場合、作業が煩雑である。
【００１５】
本発明は、金属触媒の触媒担持量を非破壊的にかつ効率的に測定する技術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】
【００１６】
上記の課題を解決するため、第１態様は、基材に塗工された金属触媒の触媒担持量を測定する触媒担持量測定装置であって、前記基材の表面に向けて、前記第１方向に広がる電磁波を出力する電磁波発振器と、前記第１方向に配列されており、各々が前記電磁波の電界強度を検出する複数の電磁波検出素子と、前記基材を、前記電磁波発振器および複数の前記電磁波検出素子に対して、前記第１方向に交差する第２方向に移動させる移動部と、前記基材の前記第２方向への相対的な移動距離を検出する移動距離検出器と、前記電磁波発振器、前記基材、前記電磁波検出素子各々の位置関係、および、前記相対的な移動距離に基づいて、前記電磁波検出素子各々に入射する電磁波が透過した前記基材上の透過位置各々を特定するとともに、前記電磁波検出素子各々が検出する前記電磁波の電界強度に基づいて、前記透過位置における前記触媒担持量を特定する触媒担持量特定部とを備える。
【００１７】
また、第２態様は、第１態様の触媒担持量測定装置であって、前記複数の電磁波検出素子は、前記基材における前記金属触媒が塗工されていない幅方向の端部の非塗工領域を透過する端部透過電磁波を検出する位置に配された電磁波検出素子を含み、前記担持量特定部は、前記端部透過電磁波の電界強度と、前記基材の前記透過位置各々を透過する電磁波の電界強度とに基づいて、前記透過位置各々の前記触媒担持量を特定する。
【００１８】
また、第３態様は、第２態様の触媒担持量測定装置であって、前記複数の電磁波検出素子は、前記基材の外側を通過する基材外通過電磁波を検出する電磁波検出素子を含み、前記触媒担持量特定部は、前記基材外通過電磁波の電界強度に基づいて、前記触媒担持量を特定する。
【００１９】
また、第４態様は、第１態様から第３態様のいずれか１つの触媒担持量測定装置であって、前記基材には、前記第２方向に関して、前記金属触媒が塗工されていない非塗工領域が一定の間隔で形成されており、前記触媒担持量特定部は、複数の前記電磁波検出素子によって所定の時間間隔で検出される前記非塗工領域を透過した電磁波の電界強度に基づいて、前記透過位置の前記触媒担持量を特定する。
【００２０】
また、第５態様は、第１態様から第４態様のいずれか１つの触媒担持量測定装置であって、複数の前記電磁波検出素子は、前記第１方向において前記基材を０．１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で透過する前記電磁波各々を検出可能な間隔で配列されている。
【００２１】
また、第６態様は、第１態様から第５態様のいずれか１つの触媒担持量測定装置であって、前記触媒担持量特定部によって特定された前記触媒担持量が、少なくとも、あらかじめ定められた上限値を超える前記透過位置、又は、下限値を超えない前記透過位置がある場合に、外部に通知する通知部、をさらに備える。
【００２２】
また、第７態様は、第１態様から第６態様のいずれか１つの触媒担持量測定装置であって、前記電磁波発振器が出力する電磁波が、０．０３〜１０ＴＨｚのテラヘルツ波を含む。
【００２３】
また、第８態様は、第１態様から第７態様のいずれか１つの触媒担持量測定装置であって、前記移動部は、前記基材が巻付けられた供給用ローラと、前記供給用ローラから引き出された前記基材を巻き取る巻取ローラと、前記巻取ローラを回転させるローラ駆動部と、前記引出ローラおよび前記巻取ローラの間において、前記第２方向に間隔をあけて配列される一対の支持ローラとを含み、複数の前記電磁波検出素子は、前記一対の支持ローラの間に配されている。
【００２４】
また、第９態様は、金属触媒が塗工された基材を製造する塗工システムであって、第８態様の触媒担持量測定装置と、前記一対の支持ローラよりも上流側の位置において、前記基材に前記金属触媒を塗工する塗工部とを備える。
【００２５】
また、第１０態様は、基材に塗工された金属触媒の触媒担持量を測定する触媒担持量測定方法であって、前記基材の表面に向けて、電磁波発振器から前記第１方向に広がる電磁波を出力する工程と、前記第１方向に配列され複数の電磁波検出素子によって、前記電磁波の電界強度を検出する、前記基材を、前記電磁波発振器および複数の前記電磁波検出素子に対して、前記第１方向に交差する第２方向に移動させる工程と、前記基材の前記第２方向への相対的な移動距離を検出する工程と、前記電磁波発振器、前記基材、前記電磁波検出素子各々の位置関係、および、前記相対的な移動距離に基づいて、前記電磁波検出素子各々に入射する電磁波が透過した前記基材上の透過位置各々を特定するとともに、前記電磁波検出素子各々が検出した前記電磁波の電界強度に基づいて、前記透過位置各々における前記触媒担持量を特定する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２６】
第１態様の触媒担持量測定装置によると、第２方向に相対移動する基材について、基材における第１方向の複数の地点で、電磁波照射及び電磁波検出を行うことによって、同時に触媒担持量を特定できる。また、移動部によって相対的に基材を移動することによって、広範囲にわたる触媒担持量の測定を効率的にかつ非破壊的に実行できる。
【００２７】
第２態様の触媒担持量測定装置によると、非塗工領域を透過した電磁波の電界強度を検出することによって、触媒層を透過した電磁波の電界強度から、基材自体を透過することによって生じる誤差成分を有効に除去できる。
【００２８】
第３態様の触媒担持量測定装置によると、基材外通過電磁波の電界強度を検出することによって、基材および基材に形成された触媒層以外の環境的変化の情報を得ることできる。このため、触媒層を透過した電磁波の電界強度から、環境的要因によって生じる誤差成分を有効に除去できる。
【００２９】
第４態様の触媒担持量測定装置によると、電磁波検出素子各々によって、間欠に形成される非塗工領域を透過した電磁波の電界強度を取得できる。これによって、塗工領域の金属担持量を良好に特定できる。
【００３０】
第５態様の触媒担持量測定装置によると、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの分解能で、触媒担持量を測定できる。
【００３１】
第６態様の触媒担持量測定装置によると、触媒担持量に下限値から上限値に含まれない部分が存在することの認識が容易となる。
【００３２】
第７態様の触媒担持量測定装置によると、金属触媒の触媒担持量に応じて減衰されるテラヘルツ波の電界強度を検出することによって、金属触媒の触媒担持量を良好に特定できる。
【００３３】
第８態様の触媒担持量測定装置によると、ロールｔｏロール方式で搬送される基材について、触媒担持量を効率よく測定できる。
【００３４】
第９態様の塗工システムによると、基材に対して金属触媒を塗工しつつ、その塗工された金属触媒の触媒担持量を効率よく測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態の塗工システム１０の構成を示す概略側面図である。
【図２】実施形態の触媒担持量測定部５０を示す概略斜視図である。
【図３】実施形態の触媒担持量測定部５０を示す概略正面図である。
【図４】実施形態の塗工システム１０に係るバス配線を示す図である。
【図５】触媒担持量測定の流れを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。
【００３７】
＜１．  実施形態＞
＜塗工システム１０の構成＞
図１は、実施形態の塗工システム１０の構成を示す概略側面図である。図２は、実施形態の触媒担持量測定部５０を示す概略斜視図である。図３は、実施形態の触媒担持量測定部５０を示す概略正面図である。図４は、実施形態の塗工システム１０に係るバス配線を示す図である。図１〜図３には、塗工システム１０の各構成要素の位置関係などを理解容易にするために、ＸＹＺ直交座標系を付している。ただし、この直交座標系は、各構成要素の位置関係などを限定するものではない。
【００３８】
塗工システム１０は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を製造するための装置であって、具体的には、シート状の電解質膜である基材９０の表面に白金などの金属触媒を塗工して、触媒層付電解質膜（ＣＣＭ）を製造するものである。
【００３９】
なお、塗工システムは、ＣＣＭの触媒層にガス拡散層（ＧＤＬ）が形成した膜電極接合体（ＭＥＡ）を製造するように構成されていてもよい。触媒担持量測定部５０は、ＣＣＭに形成された触媒層の触媒担持量計測に好適であるが、ＭＥＡの触媒層の触媒担持量計測に適用してもよい。
【００４０】
塗工システム１０は、基材９０を搬送する搬送部２０、塗工部３０、乾燥部４０、触媒担持量測定部５０および制御部６０を備える。後述するように、搬送部２０の供給用ローラ２２０、巻取用ローラ２２２、エンコーダ２２６、支持ローラ２４０，２４２およびローラ駆動部２８と、触媒担持量測定部５０と、制御部６０とは、触媒担持量測定装置を構成する。
【００４１】
＜搬送部２０＞
搬送部２０は、供給用ローラ２２０、巻取用ローラ２２２および一対の支持ローラ２４０，２４２、搬送用ローラ２６０，２６２，２６４を備える。また、搬送部２０は、巻取用ローラ２２２を回転させるローラ駆動部２８を備える。これらのローラ各々は、Ｘ軸方向に延びる円筒状に形成されている。
【００４２】
供給用ローラ２２０および巻取用ローラ２２２は、シート状の基材９０を巻回して保持可能に形成されている。供給用ローラ２２０は、ここでは金属触媒が未塗工の基材９０を巻回状態で保持する。供給用ローラ２２０から引き出された基材９０は、ローラ駆動部２８によって能動的に回転する巻取用ローラ２２２に巻き取られる。搬送用ローラ２６０，２６２，２６４および一対の支持ローラ２４０，２４２は、供給用ローラ２２０および巻取用ローラ２２２に掛け渡された基材９０の中間部分を支持するように配されている。
【００４３】
巻取用ローラ２２２には、エンコーダ２２６が設けられている。エンコーダ２２６は、巻取用ローラ２２２の回転量を検出することによって、基材９０の移動距離を検出する。すなわち、エンコーダ２２６は、電磁波発振器５２および電磁波検出器５４に対する、基材９０のＹ軸方向（第２方向）への相対的な移動距離を検出する移動距離検出器である。供給用ローラ２２０および巻取用ローラ２２２によって搬送される基材９０の搬送速度は、任意に設定し得るが、例えば、２５ｍｍ／ｓｅｃ以下とするとよい。
【００４４】
搬送用ローラ２６０，２６２，２６４は、供給用ローラ２２０から塗工部３０までの間に配されており、基材９０に適度な引張を与えつつ搬送する。特に、搬送用ローラ２６４は、塗工部３０にて、基材９０の金属触媒が塗布される面とは反対側の面に接触して支持する位置に配されている。
【００４５】
一対の支持ローラ２４０，２４２は、乾燥部４０よりも下流側に配されており、基材９０を支持するとともに、基材９０を引張して基材９０からしわを除く位置にそれぞれ設けられている。一対の支持ローラ２４０，２４２の間の中間位置に、触媒担持量測定部５０が設けられており、その中間位置を通過する基材９０に電磁波発振器５２からの電磁波が照射される。
【００４６】
図１および図２に示すように、基材９０の搬送方向が、支持ローラ２４２において＋Ｙ方向から＋Ｚ側に曲げられている。これによって、触媒担持量測定部５０を通過する基材９０の部分は、適度に引張される。したがって、電磁波発振器５２から出力される電磁波を、しわの発生が抑制された基材９０の部分に照射できるため、触媒担持量を精度良く特定できる。なお、支持ローラ２４０においても基材９０の搬送方向が変化するように支持ローラ２４０を配してもよい。これによって、触媒担持量測定部５０を通過する基材９０の部分において、しわの発生をさらに抑制できる。
【００４７】
また、支持ローラ２４０，２４２の直径は、特に限定されないが、しわの発生を抑制するため、１ｍｍ以下にするとよい。また、支持ローラ２４０，２４２間の距離は、特に限定されないが、しわの発生を抑制するため、１０ｍｍ以下にするとよい。
【００４８】
＜塗工部３０＞
塗工部３０は、スリットノズル３２および塗工液供給部３４を備える。スリットノズル３２の下端部には、基材９０の幅方向（Ｘ軸方向）に沿って延びるスリット状に形成された吐出口が形成されている。塗工液供給部３４は、金属触媒の塗工液を貯留するタンク３４０、そのタンク３４０から塗工液をスリットノズル３２に供給するポンプ３４２、吐出口からの塗工液の吐出の開始及び停止を実行する電磁弁３４４を備える。この電磁弁３４４の動作は制御部６０によって制御される。
【００４９】
スリットノズル３２の吐出口が形成された下端部は、搬送用ローラ２６４に近接する位置に配されている。スリットノズル３２の吐出口から塗工液が吐出されることによって、搬送用ローラ２６４に支持された基材９０に塗工液が塗布される。
【００５０】
本例では、スリットノズル３２の吐出口は、基材９０の幅方向の長さよりも短くなっている。このため、基材９０のうち、幅方向の両端から所定の距離だけ隔てた内側の領域に塗工液が塗布される。その結果、図３に示すように、基材９０の両端部を除く内側の部分に金属触媒が塗工された塗工領域９００が形成される。そして、基材９０の両端部に金属触媒が塗工されていない端部非塗工領域９０２が形成される。
【００５１】
また、本例では、スリットノズル３２からは、間欠的に塗工液が吐出される。詳細には、エンコーダ２２６によって基材９０が既定の距離分だけ移動したことが検出される都度、塗工液の吐出の開始あるいは停止が交互に行われる。これによって、図３に示すように、塗工領域９００が間欠的に形成される。すなわち、Ｙ軸方向において隣接する塗工領域９００，９００の間に、金属触媒が塗工されていない中間非塗工領域９０４が形成される。中間非塗工領域９０４は、Ｘ軸方向に延びる領域である。
【００５２】
＜乾燥部４０＞
乾燥部４０は、基材９０が進入する進入口および基材９０が退出する退出口が両端に形成された筐体を有する。乾燥部４０は、その筐体の内部にて、基材９０の片面に塗布された塗工液の膜の乾燥処理を行う。一例として、乾燥部４０は、基材９０に向けて熱風を供給することによってその基材９０を加熱し、これによって、塗工液に含まれる水分などの溶媒を蒸発させる。
【００５３】
＜触媒担持量測定部５０＞
触媒担持量測定部５０は、乾燥部４０の下流側に設けられており、基材９０に形成された触媒層における、金属触媒の担持量（触媒担持量）を測定する。触媒担持量測定部５０は、電磁波発振器５２と、電磁波検出器５４とを備える。
【００５４】
電磁波発振器５２は、−Ｚ方向に向けてＸ軸方向（第１方向）に広がる扇状の電磁波を出力する。この電磁波は、例えば、０．０３から１０ＴＨｚのテラヘルツ波である。電磁波発振器５２から出力された扇状の電磁波は、シリンドリカルレンズ５２０によって集光され、一対の支持ローラ２４０，２４２の間の中間位置にある基材９０の部分に照射される。電磁波発振器５２から出力される電磁波は、ここでは連続波とされるが、パルス波であってもよい。
【００５５】
電磁波検出器５４は、Ｘ軸方向（第１方向）に配列されており、各々が電磁波発振器５２から出力された電磁波の強度を検出する複数の検出素子５４０を備える。
【００５６】
検出素子５４０各々は、四角形状に形成された光伝導スイッチ（光伝導アンテナ）を備えており、アンテナ部に入射する電磁波（テラヘルツ波）の強度を電気信号に変換する。検出素子５４０各々が出力する電気信号は、制御部６０に取り込まれる。なお、検出素子５４０は、例えば、非線形光学結晶、ショットキーバリアダイオード、または、プラズモニックディテクタを含むものであってもよい。
【００５７】
図３に示すように、複数の検出素子５４０は、一対の検出素子５４０ａ，５４０ａ、一対の検出素子５４０ｂ，５４０ｂおよび複数の検出素子５４０ｃを含む。
【００５８】
一対の検出素子５４０ａ，５４０ａは、Ｘ軸方向の両端に配されている。一対の検出素子５４０ａ，５４０ａは、Ｚ軸方向から見て、基材９０よりもＸ軸方向外側に配されている。一対の検出素子５４０ａ，５４０ａは、基材９０よりもＸ軸方向外側を通過する電磁波（基材外通過電磁波）を検出する位置に配されている。
【００５９】
一対の検出素子５４０ｂ，５４０ｂは、一対の検出素子５４０ａ，５４０ａの内側に隣接する位置にそれぞれ配されている。一対の検出素子５４０ｂ，５４０ｂは、基材９０の幅方向両側の端部非塗工領域９０２，９０２各々を透過する電磁波（端部透過電磁波）を検出する位置に配されている。
【００６０】
複数の検出素子５４０ｃは、検出素子５４０ｂ，５４０ｂの間に配列されている。検出素子５４０ｃ各々は、塗工領域９００の各部分を透過した電磁波（塗工領域透過電磁波）を検出する。複数の検出素子５４０ｃは、例えば、Ｘ軸方向において基材９０を０．１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で透過する電磁波各々を検出可能な間隔で配列するとよい。これによって、Ｘ軸方向について０．１ｍｍ〜１０ｍｍの分解能で触媒担持量を測定できる。この分解能は、現行の打ち抜き重量測定法（触媒層が形成された基材９０の部分を打ち抜いて、その重量を計測し、触媒担持量を特定する測定方法）と同程度の分解能である。
【００６１】
＜制御部６０＞
制御部６０は、塗工システム１０全体の動作を制御する。制御部６０のハードウェアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部６０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭを備える。制御部６０は、制御用アプリケーション又は各種データを記憶する記憶部６２に接続されている。
【００６２】
図４に示すホワイトノイズ取得部６０２、リファレンス取得部６０３、触媒担持量特定部６０４、および、通知部６０６は、制御部６０のＣＰＵがアプリケーションに従って動作することによってソフトウェア的に実現される機能モジュールである。なお、これらの機能モジュールは、専用回路などのハードウェア構成によって構成されていてもよい。
【００６３】
ホワイトノイズ取得部６０２は、電磁波発振器５２から出力されるテラヘルツ波が入射しない状態で検出素子５４０各々から出力される電気信号のホワイトノイズ信号（定常雑音）を取得する。ホワイトノイズ取得部６０２は、取得したホワイトノイズ信号を、検出素子５４０各々から出力される信号を補正するためのホワイトノイズ値６２０として、記憶部６２に格納する。
【００６４】
リファレンス取得部６０３は、基材９０が存在しない状態で、電磁波発振器５２から出力される電磁波を、検出素子５４０各々で測定される電界強度を取得する。リファレンス取得部６０３は、取得された電界強度を、検出素子５４０各々から出力される信号を補正するためのリファレンス値６２１として、記憶部６２に格納する。
【００６５】
なお、電磁波発振器５２および電磁波検出器５４を、Ｘ軸方向に移動させるＸ軸方向移動部を設けてもよい。この場合、基材９０が支持ローラ２４０，２４２に支持された状態であっても、電磁波発振器５２および電磁波検出器５４をＸ軸方向にずらすことによって、リファレンス値６２１を取得できる。
【００６６】
触媒担持量特定部６０４は、基材９０に塗工された金属触媒の触媒担持量を特定する。触媒担持量特定部６０４は、位置特定部６０４０、補正部６０４１および透過率取得部６０４２を備える。
【００６７】
位置特定部６０４０は、複数の検出素子５４０各々に入射する電磁波が透過した基材９０上の位置（透過位置）を特定する。図３に示すように、検出素子５４０ｃ各々に入射する電磁波が透過した基材９０上の透過位置各々を特定する。透過位置各々は、電磁波発振器５２、基材９０、検出素子５４０各々の位置関係（電磁波発振器５２、基材９０、及び検出素子５４０各々のＸＹＺ直交座標系における座標位置）、および、エンコーダ２２６の出力から特定される基材９０の移動距離に基づいて特定される。
【００６８】
例えば、図３に示すように、電磁波発振器５２および電磁波検出器５４の中心が一致しているものとする。中心からＬ（ｊ）の位置にある特定の検出素子５４０に着目する。この検出素子５４０に入射する電磁波が透過する基材９０上の透過位置をＬＰ１として、中心からＬＰ１までの距離をＬ（ｉ）とおく。また、電磁波発振器５２から基材９０までの距離をＤｂ、基材９０から検出素子５４０までの距離をＤｄとおく。すると、距離Ｌ（ｉ）は、Ｌ（ｊ）×Ｄｂ÷（Ｄｂ＋Ｄｄ）（式１）によって求めることができる。これによって、電磁波検出器５４の検出素子５４０各々に入射する電磁波が透過した、基材９０における幅方向（Ｘ軸方向）の位置が特定される。
【００６９】
また、位置特定部６０４０は、エンコーダ２２６の出力に基づき、検出素子５４０各々に入射した電磁波が透過した、基材９０における長さ方向（Ｙ軸方向）の位置を特定する。具体的には、位置特定部６０４０は、特定の検出素子５４０にて電磁波を検出した時点での、基材９０の移動距離（電磁波検出器５４に対する相対的な移動距離）をエンコーダ２２６の出力に基づいて特定する。これによって、その電磁波が透過した、基材９０における長さ方向の位置が特定される。
【００７０】
以上のように、位置特定部６０４０が基材９０における電磁波各々の透過した幅方向の位置及び長さ方向の位置を特定することによって、電磁波各々についての基材９０上の透過位置が特定される。
【００７１】
補正部６０４１は、所定の補正処理を実行することによって、検出素子５４０が検出した電磁波強度から、外部的原因によって生じた誤差成分を取り除く。
【００７２】
例えば、補正部６０４１は、一対の検出素子５４０ａが検出する基材外通過電磁波の強度に基づき、検出素子５４０ｃ各々が検出する塗工領域透過電磁波の強度を補正してもよい。基材外通過電磁波は、基材９０又は基材９０上に形成された触媒層以外の環境的変化（湿度変化、温度変化など）の情報を含む。基材外通過電磁波の強度変化に基づいて、塗工領域透過電磁波の電界強度を補正することによって、環境的要因によって生じた誤差成分を除去できる。特に、テラヘルツ波は水分に吸収されやすいという性質を持つため、環境的要因の誤差成分を除去することは、触媒担持量を正確に特定する上で、極めて有効である。
【００７３】
基材外通過電磁波の電界強度に基づいて塗工領域透過電磁波を補正する場合、例えば、あるタイミングにて検出素子５４０ｃが検出した塗工領域透過電磁波の電界強度を、同タイミングにて検出素子５４０ａが検出した基材外通過電磁波の電界強度で標準化するとよい。又は、基材外通過電磁波の電界強度が、所定の基準値から所定の閾値を超えて増加又は減少した場合、その増減値に応じた値を、塗工領域透過電磁波の電界強度に適宜減算又は加算してもよい。
【００７４】
また、補正部６０４１は、一対の検出素子５４０ｂが検出する端部透過電磁波に基づいて、検出素子５４０ｃ各々が検出した塗工領域透過電磁波の電界強度を補正してもよい。端部透過電磁波は、触媒層が形成されていない基材９０の部分を透過した電磁波である。このため、この端部透過電磁波の強度に基づいて、塗工領域透過電磁波を補正することによって、基材９０自体を透過することによって生じた誤差成分を補正できる。
【００７５】
端部透過電磁波の電界強度に基づいて補正する場合、例えば、端部透過電磁波の電界強度が、所定の基準値から所定の閾値を超えて増加または減少した場合に、その増減値に応じた値を、塗工領域透過電磁波の電界強度に適宜減算又は加算するとよい。
【００７６】
また、補正部６０４１は、中間非塗工領域９０４を透過した非塗工領域透過電磁波の強度に基づいて、検出素子５４０ｃ各々が検出した塗工領域透過電磁波の電界強度を補正してもよい。非塗工領域透過電磁波も、端部透過電磁波と同様に、基材９０のうち触媒層が形成されてない部分を透過した電磁波である。この非塗工領域透過電磁波の強度に基づいて、塗工領域透過電磁波を補正することによって、基材９０の透過によって生じた誤差成分を補正できる。
【００７７】
端部塗工領域透過電磁波は、塗工領域透過電磁波を検出する検出素子５４０ｃではなく、一対の検出素子５４０ｂによって検出される。一対の検出素子５４０ｂと複数の検出素子５４０ｃとは、位置が異なるため、電磁波の受光エネルギーが相違するほか、検出感度に個体差がある場合もあり得る。これに対して、非塗工領域透過電磁波は、塗工領域透過電磁波を検出する検出素子５４０ｃ各々自身によって検出される。したがって、検出素子５４０ｃごとに、それぞれが検出した非塗工領域透過電磁波の電界強度に基づいて、補正処理を行うことができる。したがって、受光エネルギーの相違あるいは検出感度の個体差に関わらず、塗工領域透過電磁波の電界強度に含まれる誤差成分を好適に補正できる。
【００７８】
図２に示すように、中間非塗工領域９０４が所定の間隔で間欠的に形成される場合、非塗工領域透過電磁波の電界強度もその間隔に合わせて検出される。このため、上記補正処理を行う場合には、直前に検出された直近の中間非塗工領域９０４を透過した非塗工領域透過電磁波の電界強度に基づいて、各透過領域透過電磁波を補正するとよい。これによって、近い位置の中間非塗工領域９０４を透過した電磁波の電界強度で補正できるため、誤差成分を好適に除去できる。
【００７９】
透過率取得部６０４２は、塗工領域透過電磁波の透過率を取得する。具体的に、透過率取得部６０４２は、検出素子５４０ｃ各々が検出した塗工領域透過電磁波の電界強度又はその補正値から、ホワイトノイズ値６２０を減じた上で、その値を検出素子５４０ｃ各々に対応するリファレンス値６２１で除する。これによって、透過率取得部６０４２は、検出素子５４０ｃ各々で検出された塗工領域透過電磁波の透過率を取得する。
【００８０】
触媒担持量特定部６０４は、透過率取得部６０４２が取得した透過率と、記憶部６２に格納された相関情報６２２とに基づいて、触媒担持量を特定する。相関情報６２２は、触媒層を透過する電磁波の透過率と触媒担持量の相関を示す情報である。電磁波、特にテラヘルツ波は、金属触媒に照射されると、金属触媒の密度に応じてその一部が吸収又は反射されるため、電磁波の透過率と触媒担持量との間には高い相関を有する。このため、電磁波の透過率と、相関情報６２２とに基づいて、塗工領域９００の透過位置各々における触媒担持量を精密に算出できる。
【００８１】
相関情報６２２は、予め、触媒担持量が既知である触媒層が形成された試料（基準試料）を使って、触媒担持量測定部５０において透過した電磁波の透過率を測定することによって取得するとよい。このとき、触媒担持量が異なる幾つかの基準試料を用いることによって、相関情報６２２を取得するとよい。相関情報６２２は、透過率と触媒担持量とを１対１で対応づけされたテーブルデータとしてもよいし、透過率と触媒担持量の関係を示す１次式又は多項式の関係式を示す検量線データとしてもよい。
【００８２】
触媒担持量特定部６０４は、特定した触媒担持量を、位置特定部６０４０が特定した基材９０上の透過位置に対応づけし、触媒担持量データ６２４として記憶部６２に保存する。
【００８３】
なお、触媒担持量特定部６０４の測定頻度（検出素子５４０各々から電磁波強度を取り込む単位時間あたりの回数）は、特に限定されないが、１Ｈｚ以上とするとよい。例えば、検出素子５４０各々が検出する電磁波強度を、０．５秒ごとに１回取得するとした場合、基材９０の搬送速度が１０ｍｍ／ｓｅｃであれば、５ｍｍごとに電磁波強度を取得できる。０．１ｍｍ〜１０ｍｍの測定間隔で電磁波強度を取得することによって、Ｙ軸方向について０．１ｍｍ〜１０ｍｍの分解能で触媒担持量を測定できる。この分解能は、現行の打ち抜き重量測定法と同程度の分解能である。
【００８４】
通知部６０６は、触媒担持量データ６２４に基づいて、基材９０における触媒担持量に関するデータを外部に出力する。例えば、通知部６０６は、触媒担持量データ６２４に基づいて、基材９０における触媒担持量の分布を示す、触媒担持量分布画像を表示部６４に表示する。触媒担持量分布画像は、各透過位置における触媒担持量の大きさを色又は模様などで表現した二次元画像、もしくは、各透過位置における触媒担持量の大きさを三次元グラフで表現した三次元画像としてもよい。
【００８５】
また、通知部６０６は、触媒担持量が既定の上限値を超える透過位置、および、触媒担持量が既定の下限値を超えない透過位置がある場合に、外部に通知する。上限値および下限値は、触媒担持量の正常な範囲を示す値である。上限値および下限値は、オペレータが、入力デバイスで構成される操作入力部６６を介して、制御部６０に入力できるようにするとよい。上限値および下限値は、それぞれ上限値データ６２６および下限値データ６２８として記憶部６２に格納される。
【００８６】
通知部６０６は、触媒担持量が上限値を超える透過位置、又は、下限値を超えない透過位置が存在することを、外部に通知することによって、触媒担持量が正常値の範囲外にあることを、オペレータなどが容易に認識できる。このとき、その透過位置を触媒担持量分布画像上において所定の方法で表示することによって、オペレータがその位置を容易に特定できる。なお、通知部６０６は、触媒担持量の異常の有無を、例えばランプの点灯などによって外部に通知してもよい。
【００８７】
＜触媒担持量測定の流れ＞
次に、触媒担持量測定の流れについて説明する。図５は、触媒担持量測定の流れを示すフロー図である。図５に示すステップＳ１０〜Ｓ１７は、特に断らない限り、制御部６０が塗工システム１０の各要素の動作を制御することによって行われるものとする。
【００８８】
まず、ホワイトノイズ値６２０およびリファレンス値６２１の取得が行われる（ステップＳ１０）。このステップＳ１０は、基材９０が一対の支持ローラ２４０，２４２上に支持されていない状態、すなわち、電磁波発振器５２と複数の検出素子５４０との間に基材９０が存在しない状態で行われる。
【００８９】
なお、ホワイトノイズ値の取得については、一対の支持ローラ２４０，２４２に基材９０が支持された状態で行われてもよい。また、上述したように、触媒担持量測定部５０をＸ軸方向にずらすＸ軸方向移動部が備えている場合には、リファレンス値の取得についても、一対の支持ローラ２４０，２４２に基材９０が支持された状態で行われてもよい。
【００９０】
次のステップＳ１１にて、基材９０の塗工処理が開始される（ステップＳ１１）。すなわち、図１に示すように、オペレータによって、供給用ローラ２２０から引き出された基材９０の端部が、巻取用ローラ２２２に取付けられる。そして、供給用ローラ２２０から巻取用ローラ２２２に至るまでの基材９０の部分は、一対の支持ローラ２４０，２４２を含む各ローラに掛け渡される。その状態で、ローラ駆動部２８が巻取用ローラ２２２を回転させることによって、基材９０のロールトゥロールの搬送が行われる。
【００９１】
また、基材の搬送が開始されると、塗工部３０のスリットノズル３２から基材９０の表面に白金などの金属触媒を含む塗工液が塗布される。金属触媒が塗工された部分は、乾燥部４０にて乾燥処理を受けることによって、触媒層が形成される。なお、図２に示すように、触媒層が間欠的に行われるため、基材９０には、長手方向において、触媒層に対応する塗工領域９００と、中間非塗工領域９０４とが交互に形成される。
【００９２】
次のステップＳ１２にて、電磁波計測が行われる。上述したように、電磁波発振器５２から扇状に電磁波が基材９０に向けて出力され、その基材９０を透過した電磁波を電磁波検出器５４の複数の検出素子５４０が検出する。塗工領域９００を透過した塗工領域透過電磁波は、複数の検出素子５４０ｃによって検出される。また、端部非塗工領域９０２を透過した端部透過電磁波は、一対の検出素子５４０ｂによって検出される。さらに、基材９０の外側を通過した基材外通過電磁波は、一対の検出素子５４０ａによって検出される。電磁波検出器５４は、検出素子５４０各々が検出した電磁波強度を電気信号に変換し、その電気信号を制御部６０に入力する。
【００９３】
次のステップＳ１３にて、触媒担持量の特定が行われる。具体的には、上述したように、触媒担持量特定部６０４の位置特定部６０４０が、検出素子５４０各々に入射する電磁波が透過した基材９０上の透過位置を特定する。また、補正部６０４１は、検出素子５４０ｃが検出した塗工領域透過電磁波の電界強度を、検出素子５４０ａ，５４０ｂが検出した基材外通過電磁波の電界強度および端部透過電磁波の電界強度で適宜補正する。また、中間非塗工領域９０４を透過した非塗工領域透過電磁波の電界強度を、検出素子５４０ｃ各々が検出している場合、補正部６０４１は、その非塗工領域透過電磁波の電界強度を用いて補正する。さらに、透過率取得部６０４２が、補正部６０４１によって取得された補正後の電界強度から、透過率を取得する。この透過率と相関情報６２２とに基づいて、各透過位置における触媒担持量が取得される。
【００９４】
次のステップＳ１４にて、触媒担持量の値に異常が発生しているかどうか判定が行われる。具体的には、通知部６０６が触媒担持量特定部６０４によって特定された触媒担持量が、既定の上限値以下かどうか、また、既定の下限値以上であるかどうかに基づいて、ステップＳ１４の判定が行われる。
【００９５】
ステップＳ１４において異常があると判定された場合（ＹＥＳの場合）、次のステップＳ１５において、通知部６０６が外部に異常を通知する。具体的にはランプの点灯、あるいは、表示部６４における異常箇所を示す画像の表示などが行われる。
【００９６】
ステップＳ１４において異常がないと判定された場合（ＮＯの場合）、あるいは、ステップＳ１５が完了した後、次のステップＳ１６において、測定を終了するかどうかが判定される。ステップＳ１６の判定は、例えば、エンコーダ２２６によって検出される基材９０の移動量が所定値を超えたか否かに基づいて、判定される。
【００９７】
ステップＳ１６において測定を終了すると判定された場合（ＹＥＳの場合）、次のステップＳ１７において、触媒担持量の測定結果が外部に通知される。具体的には、二次元画像又は三次元画像として表現された触媒担持量分布画像が表示部６４に表示される。また、ローラ駆動部２８による巻取用ローラ２２２の回転が停止されることによって、基材９０の搬送が停止される。
【００９８】
ステップＳ１６において測定を終了しないと判定された場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１２の電磁波計測処理、ステップＳ１３の触媒担持量の特定処理、ステップＳ１４，Ｓ１５の異常通知処理が再び実行される。
【００９９】
なお、上記説明では、ステップＳ１２の電磁波計測によって電磁波強度が取得される都度、ステップＳ１３の触媒担持量の特定が行うとしている。しかしながら、基材９０の所定の距離分だけ先に電磁波計測を行った後、その部分の触媒担持量の特定処理を行うようにしてもよい。
【０１００】
また、ステップＳ１４，Ｓ１５の異常通知処理については、ステップＳ１７の触媒担持量の測定結果の通知とともに行われてもよい。
【０１０１】
また、ステップＳ１５の異常通知処理と同時に、基材９０の搬送を停止できるようにしてもよい。
【０１０２】
以上のように、触媒担持量測定部５０の場合、Ｘ軸方向の複数の地点で、電磁波照射及び電磁波検出を行うことによって、同時に触媒担持量を特定できる。また、搬送部２０によって基材９０が電磁波発振器５２及び電磁波検出器５４に対して相対的に移動させることによって、広範囲にわたる触媒担持量の測定を効率的にかつ非破壊的に実行できる。
【０１０３】
＜２．  変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１０４】
例えば、上記実施形態において、エンコーダ２２６は、巻取用ローラ２２２以外のローラに接続され、その接続されたローラの回転量を検出してもよい。また、移動距離検出器は、エンコーダ２２６に限定されるものではない。移動距離検出器は、基材９０の移動量を直接的に検出するものでもよい。この場合、例えば、接触式もしくは非接触式のセンサーのいずれであってもよい。非接触式のセンサーとしては、例えば光学センサー（イメージセンサ）を採用するとよい。光学センサーによって、塗工領域９００と中間非塗工領域９０４とを識別することによって、基材９０の移動量を計測できる。
【０１０５】
また、検出素子５４０各々は、Ｘ軸方向に一列に並んでいることは必須ではない。複数の検出素子５４０を、Ｙ軸方向にずらしつつ、Ｘ軸方向に配列してもよい。例えば、検出素子５４０同士が、Ｙ軸方向に部分的に重なるように配列することによって、より多くの検出素子５４０を配列できるため、Ｘ軸方向の分解能を向上できる。また、電磁波検出器５４に搭載された検出素子５４０の数量が少ない場合には、複数台の電磁波検出器５４をＸ軸方向に並べてもよい。このとき、複数の電磁波検出器５４をＹ軸方向にずらしつつＸ軸方向に並べてもよい。
【０１０６】
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０  塗工システム
２０  搬送部
２２０  供給用ローラ
２２２  巻取用ローラ
２２６  エンコーダ（移動距離検出器）
２４０，２４２  支持ローラ
２８  ローラ駆動部
３０  塗工部
４０  乾燥部
５０  触媒担持量測定部
５２  電磁波発振器
５４  電磁波検出器
５４０，５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ  検出素子（電磁波検出素子）
６０  制御部
６０２  ホワイトノイズ取得部
６０３  リファレンス取得部
６０４  触媒担持量特定部
６０４０  位置特定部
６０４１  補正部
６０４２  透過率取得部
６０６  通知部
６２  記憶部
６２０  ホワイトノイズ値
６２１  リファレンス値
６２２  相関情報
６２４  触媒担持量データ
６２６  上限値データ
６２８  下限値データ
６４  表示部
６６  操作入力部
９０  基材
９００  塗工領域
９０２  端部非塗工領域
９０４  中間非塗工領域
【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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