(57)【要約】【課題】電解質膜と電極触媒層との重ね合わせ精度を向上する。【解決手段】膜転写装置は、第１の膜と、第２の膜とを貼り合わせる積層ローラーと、前記積層ローラーの上流に配置され、前記第１の膜の幅方向の位置を測定する第１のセンサーと、前記第２の膜を巻き出す巻出ローラーと、前記第１の膜の幅方向の位置の測定値に基づいて、前記巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させる巻出ローラー移動装置と、を備える。【選択図】図５
2015032416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜転写装置であって、
第１の膜と、第２の膜とを貼り合わせる積層ローラーと、
前記積層ローラーの上流に配置され、前記第１の膜の幅方向の位置を測定する第１のセンサーと、
前記第２の膜を巻き出す巻出ローラーと、
前記第１の膜の幅方向の位置の測定値に基づいて、前記巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させる巻出ローラー移動装置と、
を備える、膜転写装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膜転写装置において、さらに、
前記巻出ローラーと前記積層ローラーとの間に配置され、前記第２の膜の幅方向の位置を測定する第２のセンサーを備え、
前記巻出ローラー移動装置は、前記第１の膜の幅方向の位置の測定値と、前記第２の膜の幅方向の位置の測定値とに基づいて、前記巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させる、膜転写装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の膜転写装置において、
前記巻出ローラーから前記積層ローラーまでの距離は、前記第１のセンサーから前記積層ローラーまでの距離以下である、膜転写装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の膜転写装置において、
前記巻出ローラーから前記積層ローラーまでの前記第２の膜の搬送時間は、前記第１のセンサーから前記積層ローラーまでの前記第１の膜の搬送時間以下である、膜転写装置。
【請求項５】
膜の転写方法であって、
第１の膜と第２の膜とを貼り合わせて転写する前の前記第１の膜の幅方向の位置を測定し、
前記第１の膜の幅方向の位置に基づいて、前記第２の膜を巻き出す巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させ、
前記第２の膜を巻き出し、
前記第１の膜と前記第２の膜とを貼り合わせて転写する、
膜の転写方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜転写装置および膜の転写方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に用いられる膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）は、電解質膜の両膜面に、燃料電池反応を促進させるための触媒を担持させたアノードおよびカソードの電極触媒層を接合させている。この膜電極接合体の製造方法としては、電極触媒層を形成済みの支持シートと、長尺状の電解質膜シートと、を重ね合わせて、電極触媒層を電解質膜面に接合させ、転写ローラーにて転写する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１９６５４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、電解質膜、あるいは電極触媒層は、ウェブ搬送時に蛇行する場合がある。かかる場合、転写時に電解質膜が電極触媒層からずれてしまう。従来は、電解質膜と電極触媒層との間にずれが生じても電解質膜から電極触媒層がはずれないように、電解質膜の幅を大きくしていた。電解質膜のうち、電極触媒層からはみ出た部分は捨てられていた。捨てられる電解質膜の量を低減するために、転写における膜の位置合わせ精度を良くして電解質膜の幅をできる限り小さくすることが要請されている。なお、この課題は、電解質膜に電極触媒層を転写する場合だけでなく、ある膜を他の膜に転写する場合にも生じる課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、膜転写装置が提供される。この膜転写装置は、第１の膜と、第２の膜とを貼り合わせる積層ローラーと、前記積層ローラーの上流に配置され、前記第１の膜の幅方向の位置を測定する第１のセンサーと、前記第２の膜を巻き出す巻出ローラーと、前記第１の膜の幅方向の位置の測定値に基づいて、前記巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させる巻出ローラー移動装置と、を備える。この膜転写装置によれば、第１の膜の幅方向の位置の測定値に基づいて巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させて第２の膜を巻き出すので、第１の膜と第２の膜との位置合わせ精度を良くすることが可能となる。
【０００７】
（２）上記形態の膜転写装置において、さらに、前記巻出ローラーと前記積層ローラーとの間に配置され、前記第２の膜の幅方向の位置を測定する第２のセンサーを備え、
前記ローラー移動装置は、前記第１の膜の幅方向の位置の測定値と、前記第２の膜の幅方向の位置の測定値とに基づいて、前記巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させてもよい。この形態の膜転写装置によれば、第１の膜の幅方向の位置の測定値と、第２の膜の幅方向の位置の測定値とに基づいて、巻出ローラーを巻出ローラーの中心軸に沿って移動させて第２の膜を巻き出すので、第１の膜と第２の膜との位置合わせ精度をより良くすることが可能となる。
【０００８】
（３）上記形態の膜転写装置において、前記巻出ローラーから前記積層ローラーまでの距離は、前記第１のセンサーから前記積層ローラーまでの距離以下であってもよい。この形態の膜転写装置によれば、第１のセンサーにより検知された第１の膜のずれ部分が積層ローラーに到達する時または到達前に、第２の膜の部分であって、巻出ローラーの移動により位置補正された部分が到達するので、フィードバック効果が大きく、第１の膜と第２の膜との位置合わせ精度をより良くできる。
【０００９】
（４）上記形態の膜転写装置において、前記巻出ローラーから前記積層ローラーまでの前記第２の膜の搬送時間は、前記第１のセンサーから前記積層ローラーまでの前記第１の膜の搬送時間以下であってもよい。この形態の膜転写装置によれば、第１のセンサーにより検知された第１の膜のずれ部分が積層ローラーに到達する時または到達前に、第２の膜の部分であって、巻出ローラーの移動により位置補正された部分が到達するので、フィードバック効果が大きく、第１の膜と第２の膜との位置合わせ精度をより良くできる。
【００１０】
（５）本発明の一形態によれば、膜の転写方法が提供される。この膜の転写方法は、第１の膜と第２の膜とを貼り合わせて転写する前の前記第１の膜の幅方向の位置を測定し、前記第１の膜の幅方向の位置に基づいて、前記第２の膜を巻き出す巻出ローラーを前記巻出ローラーの中心軸に沿って移動させ、前記第２の膜を巻き出し、前記第１の膜と前記第２の膜とを貼り合わせて転写する。この膜の転写方法によれば第１の膜の幅方向の位置の測定値に基づいて第２積層ローラーを第２のシートロールの中心軸に沿って移動させて第２の膜を巻き出して、第１の膜と第２の膜とを貼り合わせて転写するので、第１の膜と第２の膜との位置合わせ精度を良くすることが可能となる。
【００１１】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、膜転写装置の他、膜の転写方法、燃料電池における触媒転写装置、触媒転写方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態としての燃料電池を構成する単セルを断面視して概略的に示す説明図である。
【図２】単セルの構成部材を準備する様子を示す説明図である。
【図３】燃料電池の製造手順を示す説明図である。
【図４】電解質膜シートとアノードシートとカソードシートの準備の形態を模式的に示す説明図である。
【図５】ＭＥＡ製造装置を模式的に示す説明図である。
【図６】カソードシートロールから支持シート搬送ローラーまでを模式的に示す説明図である。
【図７】本実施形態における制御フローを示す説明図である。
【図８】アノード転写済みシートの蛇行量とカソード触媒層の蛇行量と転写のズレ量とを比較する説明図である。
【図９】本実施形態の効果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の実施形態としての燃料電池１０を構成する単セル１５を断面視して概略的に示す説明図である。本実施形態の燃料電池１０は、単セル１５を複数積層したスタック構造の固体高分子型燃料電池である。単セル１５は、膜電極ガス拡散層接合体（Membrane-Electrode＆Gas. Diffusion Layer Assembly）と、セパレーター２５、２６とを備える。膜電極ガス拡散層接合体を、ＭＥＧＡとも呼ぶ。セパレーター２５、２６は、ＭＥＧＡを挟持している。ＭＥＧＡは、膜電極接合体（Membrane-Electrode Assembly）と、アノード側ガス拡散層２３と、カソード側ガス拡散層２４とを備える。膜電極接合体を、ＭＥＡとも呼ぶ。アノード側ガス拡散層２３と、カソード側ガス拡散層２４は、ＭＥＡを挟持している。
【００１４】
ＭＥＡは、電解質膜２０と、アノード触媒層２１と、カソード触媒層２２と、を備える。電解質膜２０は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜２０は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード触媒層２１は、電解質膜２０の一方の面に配置され、カソード触媒層２２は、電解質膜２０の他方の面に配置されている。アノード触媒層２１およびカソード触媒層２２は、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した導電性の担体、例えばカーボン粒子（以下、触媒担持カーボン粒子と称する）を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して形成された電極触媒層である。通常、アイオノマーは、電解質膜２０と同質の固体高分子材料である高分子電解質樹脂（例えばフッ素系樹脂）であり、その有するイオン交換基によりプロトン伝導性を有する。
【００１５】
ＭＥＧＡは、上述したように、ＭＥＡと、ＭＥＡを挟持するアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４とを備える。アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体によって形成される。
【００１６】
セパレーター２５は、アノード側ガス拡散層２３の側に、水素を含有する燃料ガスを流すセル内燃料ガス流路４７を備える。セパレーター２６は、カソード側ガス拡散層２４の側に、酸素を含有する酸化ガス（本実施形態では、空気）を流すセル内酸化ガス流路４８を備える。なお、図には記載していないが、隣り合う単セル１５間には、例えば、冷媒が流れるセル間冷媒流路を形成することができる。これらセパレーター２５，２６は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成されている。
【００１７】
図１では図示していないが、セパレーター２５，２６の外周近傍の所定の位置には、複数の孔部が形成されている。これらの複数の孔部は、セパレーター２５，２６が他の部材と共に積層されて燃料電池１０が組み立てられたときに互いに重なって、燃料電池１０内を積層方向に貫通する流路を形成する。すなわち、上記したセル内燃料ガス流路４７やセル内酸化ガス流路４８、あるいはセル間冷媒流路に対して、燃料ガスや酸化ガス、あるいは冷媒を給排するためのマニホールドを形成する。
【００１８】
本実施形態の燃料電池１０は、アノード側では、セパレーター２５のセル内燃料ガス流路４７からの水素ガスを、アノード側ガス拡散層２３で拡散ししつつ、アノード触媒層２１に供給する。カソード側については、セパレーター２６のセル内酸化ガス流路４８からの空気を、カソード側ガス拡散層２４で拡散ししつつカソード触媒層２２に供給する。こうしたガス供給を受けて、燃料電池１０は、発電し、その発電電力を外部の負荷に供給する。
【００１９】
図２はＭＥＡの構成部材の接合の様子をその寸法状態と合わせて模式的に示す説明図である。図２に示すように、アノード触媒層２１は、電解質膜２０とほぼ同寸法の矩形形状とされ、カソード触媒層２２は、アノード触媒層２１より縦横とも短くされている。アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４は、ほぼ同寸法の矩形形状とされ、アノード側ガス拡散層２３は、アノード触媒層２１より縦横とも同寸もしくはやや短くされている。カソード側ガス拡散層２４は、アノード側ガス拡散層２３とほぼ同寸法とされている。アノード触媒層２１、アノード側ガス拡散層２３等は上記のようにその寸法が相違するが、単セル１５としての組み付け状態では、これらはその周囲において図示しないシール部材にて気密にシールされる。なお、アノード触媒層２１の図２において上下に延びる短辺を電解質膜２０の幅より広くしてもよく、こうするには、後述のアノードシート２１Ｓの幅を電解質膜シート２０Ｓより広くして、矩形形状に裁断すればよい。
【００２０】
図３は燃料電池１０の製造手順を示す説明図である。図示するように、単セル１５の構成部材を準備し（ステップＳ１００）、ＭＥＡを作製し（ステップＳ１１０）、ＭＥＧＡを作製し（ステップＳ１２０）、単セル１５を作製し（ステップＳ１３０）、単セル１５を積層・組み立てて（ステップＳ１４０）、燃料電池１０を製造する。以下、各工程について詳しく説明する。
【００２１】
図４は、ステップＳ１００において、単セル１５の構成部材を準備する様子を示す説明図である。電解質膜シート２０Ｓは、バックシートＢｓと、電解質膜２０とを備える。バックシートＢｓは、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のポリエステル系、ポリスチレン等の高分子シートによって形成されている長尺状の部材である。電解質膜２０は、上述した固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂を用いて、バックシートＢｓ上に、バックシートＢｓとほぼ同じ幅で形成される。電解質膜２０は、後述するように、バックシートＢｓから剥離可能である。形成された電解質膜シート２０Ｓは、ロール状に巻き取られて電解質膜シートロール２０Ｒとして準備される。
【００２２】
アノードシート２１Ｓは、アノード支持シートＤｓ１と、アノード支持シートＤＳ１上に塗工されたアノード触媒層２１とを備える。アノード支持シートＤｓ１は、バックシートＢｓと同様にＰＥＴやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の高分子シートによって形成された長尺状の部材である。アノード支持シートＤｓ１の幅は、バックシートＢｓの幅よりも広い。アノード触媒層２１は、触媒担持カーボン粒子とアイオノマーとを分散させた触媒インクを適宜な塗工機器にてアノード支持シートＤｓ１に連続的に塗工し、その後の乾燥を経ることにより、形成される。アノード触媒層２１は、図中の側面断面視に示すように、アノード支持シートＤｓ１のシート幅より狭く形成される。なお、アノード触媒層２１の幅は、電解質膜２０の幅よりも少し大きく形成される。アノードシート２１Ｓは、形成済みの状態でロール状に巻き取られ、アノードシートロールＤＲ１として準備される。なお、アノード触媒層２１とアノード支持シートＤｓ１とは、後述するように、剥離可能である。
【００２３】
カソードシート２２Ｓは、カソード支持シートＤｓ２と、カソード支持シートＤｓ２上に形成されたカソード触媒層２２とを備える。カソード支持シートＤｓ２は、バックシートＢｓと同様にＰＥＴやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の高分子シートによって形成された長尺状の部材である。カソード触媒層２２は、上記の触媒インクを適宜な塗工機器にてカソード支持シートＤｓ２に間欠的に塗工し、その後の乾燥を経て形成される。そのため、カソード触媒層２２は、矩形形状を有し、カソード支持シートＤｓ２上に点在する。なお、マスクＭを用いて、カソード触媒層２２の矩形形状を確定してもよい。なお、カソード触媒層２２の形成対象は、後の剥離除去されるカソード支持シートＤｓ２であることから、マスクＭの使用に伴う表面損傷はＭＥＡに影響を与えない。カソード触媒層２２は、図中の側面断面視に示すように、カソード支持シートＤｓ２のシート幅より狭く形成される。カソードシート２２Ｓは、カソード触媒層２２が点在形成済みの状態でロール状に巻き取られ、カソードシートロールＤＲ２として準備される。なお、カソード触媒層２２とカソード支持シートＤｓ２とは、後述するように、剥離可能である。
【００２４】
このように電解質膜シート２０Ｓやアノードシート２１Ｓ或いはカソードシート２２Ｓを形成しながら上記の各シートロール２０Ｒ、ＤＲ１、ＤＲ２を準備する。なお、各シートロール２０Ｒ、ＤＲ１、ＤＲ２は、後述する電解質膜２０とアノード触媒層２１の貼合工程、あるいは、電解質膜２０とカソード触媒層２２の貼合工程においては、それぞれ、電解質膜２０、アノード触媒層２１、カソード触媒層２２の巻出ローラーとして機能する。なお、電解質膜シート２０Ｓが形成済みでロール状に巻き取られた電解質膜シートロール２０Ｒや、アノードシートロールＤＲ１およびカソードシートロールＤＲ２を購入準備することも可能である。なお、アノード側およびカソード側の拡散層については、導電性で多孔質の基材、例えばカーボンクロスを上記の矩形サイズで一枚ずつ準備される（図示略）。セパレーター２５、２６については、それぞれセル内燃料ガス流路４７、４８を有する形態で準備される（図示略）。
【００２５】
図３のステップＳ１１０では、電解質膜２０が形成された電解質膜シート２０Ｓと、アノード触媒層２１が形成されたアノードシート２１Ｓと、カソード触媒層２２が形成されたカソードシート２２Ｓとを転写対象シートとして、ＭＥＡを形成する。
【００２６】
図５は、ＭＥＡ製造装置（膜転写装置）を模式的に示す説明図である。このＭＥＡ製造装置１００は、アノード転写機構部１１０と、カソード転写機構部１２０と、制御装置２００とを備えている。なお、この図５は、シート搬送とシート接合、並びにシート形態の様子を模式的に示しており、実際の電解質膜シート２０Ｓやアノードシート２１Ｓ、カソードシート２２Ｓの厚みや縦横サイズを反映したものではない。
【００２７】
アノード転写機構部１１０は、その上流側から、電解質膜シートロール２０Ｒ及びアノードシートロールＤＲ１と、第１転写ローラー１１２（第１積層ローラー１１２とも呼ぶ）と、下流側第１搬送ローラー１１３と、第１剥離ローラー１１４と、下流側第２搬送ローラー１１５と、第２剥離ローラー１１６とを備える。電解質膜シートロール２０Ｒは、制御装置２００の制御を受けて回転し、図示しないローラー下流の案内ローラーおよび駆動ローラーと協働して、電解質膜シート２０Ｓを第１転写ローラー１１２に送り出す。アノードシートロールＤＲ１は、制御装置２００の制御を受けて回転し、図示しないローラー下流の案内ローラーおよび駆動ローラーと協働して、アノードシート２１Ｓを第１転写ローラー１１２に送り出す。こうしたシート送り出しの際、電解質膜シートロール２０ＲとアノードシートロールＤＲ１は、既述した案内ローラーによるシート案内により、電解質膜シート２０Ｓの電解質膜２０と、アノードシート２１Ｓのアノード触媒層２１とが、押圧案内ローラー１１２ｂの外周面において接するよう、電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓとを第１転写ローラー１１２に送り出す。
【００２８】
第１転写ローラー１１２は、押圧力付与ローラー１１２ａと押圧案内ローラー１１２ｂとを対向させて備え、この両ローラーの挟持箇所を転写圧着箇所とする。押圧力付与ローラー１１２ａと押圧案内ローラー１１２ｂの両ローラーは、制御装置２００の制御を受けて回転し、電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓとを、電解質膜２０とアノード触媒層２１とが接した状態のまま転写圧着箇所に引き込んで、電解質膜２０にアノード触媒層２１を転写し、下流に搬送する。
【００２９】
押圧力付与ローラー１１２ａは、良伝熱性の金属製のローラー、例えばニッケル系の金属ローラーとして構成され、図示しない熱源により加熱される。そして、押圧力付与ローラー１１２ａは、バックシートＢｓから電解質膜２０およびこれに接合したアノード触媒層２１を加熱しつつ、押圧案内ローラー１１２ｂの側に向けて転写押圧力を付与する。押圧力付与ローラー１１２ａの温度や付与する転写押圧力は、制御装置２００により制御される。
【００３０】
押圧案内ローラー１１２ｂは、例えば軽量な金属製のコアローラーの表面を耐熱性のゴム表皮層で被覆して構成され、押圧力付与ローラー１１２ａの及ぼす転写押圧力を受け止める。このように押圧案内ローラー１１２ｂにて押圧力が受け止められた状態で、押圧力付与ローラー１１２ａが転写押圧力の付与と、転写を促進する加熱と、を行うので、電解質膜シート２０Ｓにアノードシート２１Ｓが転写され、電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓは、積層したまま、第１転写ローラー１１２の下流に搬送される。
【００３１】
下流側第１搬送ローラー１１３は、制御装置２００の制御を受けて回転し、第１転写ローラー１１２から送り出された積層状の電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓを、テンションを掛けつつ下流側に搬送する。以下、複数のシートが積層状となって搬送される過程では、これらシートを積層状シートと略称する。第１剥離ローラー１１４は、制御装置２００の制御を受けて回転し、積層状シートからアノード支持シートＤｓ１を剥離して、アノード支持シートＤｓ１を図示しない回収ローラーに送り出す。アノード触媒層２１のうち、電解質膜２０からはみ出た部分は、アノード支持シートＤｓ１に接合されたまま、電解質膜２０と接着した部分から切れて、アノード支持シートＤｓ１とともに回収ローラーに回収される。このため、電解質膜２０とアノード触媒層２１の幅方向の外縁（エッジ）はほぼ一致する。下流側第２搬送ローラー１１５は、制御装置２００の制御を受けて回転し、アノード支持シートＤｓ１の剥離後の積層状シートを、テンションを掛けつつ下流側に搬送する。第２剥離ローラー１１６は、制御装置２００の制御を受けて回転し、積層状シートからバックシートＢｓを剥離して、このバックシートを図示しない回収ローラーに送り出す。このため、アノード転写機構部１１０は、電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓとが積層しただけの積層状シート（以下、アノード転写済みシートＡｓと称する）を、カソード転写機構部１２０に送り出す。
【００３２】
カソード転写機構部１２０は、アノード転写機構部１１０の下流側に配設され、アノード転写済みシートＡｓの電解質膜２０に、カソードシート２２Ｓのカソード触媒層２２を転写する。カソード転写機構部１２０のアノード転写済みシートＡｓを搬送する経路には、上流側から、受入ローラー１２３と、積層状シート搬送ローラー１２４と、第２転写ローラー１２２（第２積層ローラー１２２とも呼ぶ）と、が配置される。また、カソードシート２２Ｓを搬送する経路には、上流側からカソードシートロールＤＲ２と、支持シート搬送ローラー１２５、１２６とを備える。なお、受入ローラー１２３の直前には、アノード転写済みシートＡｓの幅方向の位置を測定するための第１のセンサー１３０が配置されている。また、支持シート搬送ローラー１２５と、支持シート搬送ローラー１２６との間には、カソード触媒層２２の幅方向の位置を測定するための第２のセンサー１３２が配置されている。さらに、第２転写ローラー１２２の下流には、アノード触媒層２１と、カソード触媒層２２の転写ズレを測定するための第３のセンサー１３４が配置されている。センサー１３０、１３２、１３４は、搬送方向と垂直な方向に延びるリニアセンサーであり、発光部と受光部とを備えている。本実施形態では、発光部と受光部とは、被測定部を挟んで配置される透過型のセンサーとして説明しているが、発光部と受光部とが同じ側に配置される反射型のセンサーであってもよい。
【００３３】
受入ローラー１２３は、制御装置２００の制御を受けて回転し、アノード転写機構部１１０から送り出されたアノード転写済みシートＡｓを搬送案内する。積層状シート搬送ローラー１２４は、制御装置２００の制御を受けて回転し、アノード転写済みシートＡｓにテンションを掛けつつ、アノードシート２１Ｓのアノード触媒層２１が押圧力付与ローラー１２２ａの表面に接し、電解質膜シート２０Ｓが露出するようにして、アノード転写済みシートＡｓを第２転写ローラー１２２に送り出す。カソードシートロールＤＲ２は、制御装置２００の制御を受けて回転し、その下流の支持シート搬送ローラー１２５、１２６と協働して、カソードシート２２Ｓを第２転写ローラー１２２に送り出す。カソードシートロールＤＲ２は、カソードシート２２Ｓのカソード支持シートＤｓ２が押圧案内ローラー１２２ｂの表面に接し、カソード触媒層２２が露出するよう、カソードシート２２Ｓを第２転写ローラー１２２に送り出す。カソード触媒層２２は、第２転写ローラー１２２における転写圧着箇所の手前で、積層状シートの電解質膜シート２０Ｓの電解質膜２０と接し、その状態のまま、第２転写ローラー１２２に引き込まれる。なお、カソード触媒層２２と、電解質膜２０（アノード触媒層２１）との間でズレが生じないように、カソードシートロールＤＲ２がカソードシートを送り出すときに、センサー１３０で測定されたアノード転写済みシートＡｓの蛇行量の大きさに基づいて、カソードシートロールＤＲ２は、その中心軸に沿った方向に移動制御される。
【００３４】
第２転写ローラー１２２は、既述した第１転写ローラー１１２と同様、押圧力付与ローラー１２２ａと押圧案内ローラー１２２ｂとを対向させて備え、この両ローラーの挟持箇所を転写圧着箇所とする。押圧力付与ローラー１２２ａと押圧案内ローラー１２２ｂの両ローラーは、制御装置２００の制御を受けて回転し、カソードシート２２Ｓとアノード転写済みシートＡｓとを、カソード触媒層２２が電解質膜シート２０Ｓに接した状態のまま転写圧着箇所に引き込んで、電解質膜２０にカソード触媒層２２を転写する。このカソード転写により、電解質膜２０の表裏面にアノード触媒層２１とカソード触媒層２２とを接合したシート状のＭＥＡが得られる。第２転写ローラー１２２によるこうしたシート引き込みと転写は、第１転写ローラー１１２と同様になされ、アノード触媒層２１が押圧力付与ローラー１２２ａのローラー表面の側に位置し、カソード支持シートＤｓ２が押圧案内ローラー１２２ｂのローラー表面の側に位置するようにして行われる。この場合、押圧力付与ローラー１２２ａは、押圧力付与ローラー１１２ａと同様、アノード触媒層２１から電解質膜シート２０Ｓおよびこれに接合したカソード触媒層２２を加熱しつつ、押圧案内ローラー１２２ｂの側に向けて転写押圧力を付与する。押圧力付与ローラー１２２ａの温度や付与する転写押圧力は、制御装置２００により制御される。また、押圧力付与ローラー１２２ａは、押圧力付与ローラー１１２ａと同様に構成され、押圧案内ローラー１２２ｂにあっても、押圧案内ローラー１１２ｂと同様に構成され、その表面は、ゴム表皮層とされていてもよい。
【００３５】
第２転写ローラー１２２は、カソード触媒層２２を転写済みのシート状のＭＥＡを、図示しない半製品回収部に搬送する。この半製品回収部では、シート状のＭＥＡを図２に示す矩形形状に裁断したＭＥＡとしてＭＥＧＡの作製に用いられるほか、シート形態のままＭＥＧＡの作製に用いることもできる。また、回収ローラーに巻き取った半製品のシート状のＭＥＡとして、燃料電池製造ラインに出荷することもできる。
【００３６】
図６は、カソードシートロールＤＲ２から支持シート搬送ローラー１２６までを模式的に示す説明図である。カソードシートロールＤＲ２は、受入ローラー１２３（図５）の直前にある第１のセンサー１３０により測定されたアノード転写済みシートＡｓの位置に基づいて、巻出ローラー移動装置１４０により、カソードシートロールＤＲ２の中心軸に沿った方向に移動制御される。なお、アノード転写済みシートＡｓの位置と、第２のセンサー１３２により測定されたカソード触媒層２２の位置に基づいて、カソードシートロールＤＲ２の中心軸に沿った移動の制御が行われても良い。さらに、カソード触媒層２２を転写済みのシート状のＭＥＡにおける、カソード触媒層２２と、電解質膜２０（あるいはアノード触媒層２１）のズレ量を測定し、貼り合わせ（重ね合わせ）の精度を確認されても良い。このズレ量の測定については後述する。
【００３７】
図７は、本実施形態における制御フローを示す説明図である。ステップＳ２００では、制御装置２００は、センサー１３０を用いて、時刻ｔにおけるアノード転写済みシートＡｓのエッジ位置Ａ（ｔ）を測定する。ステップＳ２１０では、制御装置２００は、時刻ｔにおけるアノード転写済みシートＡｓの蛇行量ΔＡ（ｔ）を、ΔＡ（ｔ）＝Ａ（ｔ）−Ａ０の式に基づいて算出する。ここでＡ０は、蛇行量がゼロとなる基準値である。ステップＳ２２０では、制御装置２００は、蛇行量の移動平均値ΔＭＡ（ｔ）を算出する。ステップＳ２３０では、カソード触媒層２２の位置の目標値Ｂ０（ｔ）を、以下の式Ｂ０（ｔ）＝Ｂ０＋ΔＭＡ（ｔ）に基づいて補正する。ここで、Ｂ０は、カソード触媒層２２の位置の初期目標値である。
【００３８】
ステップＳ２４０では、制御装置２００は、センサー１３２を用いて、時刻ｔにおけるカソード触媒層２２のエッジ位置Ｂ（ｔ）を測定する。ステップＳ２５０では、制御装置２００は、カソード触媒層２２のエッジ位置Ｂ（ｔ）の移動平均値ＭＢ（ｔ）を算出する。ステップＳ２６０では、制御装置２００は、カソード触媒層２２の制御量ΔＢ（ｔ）を算出する。制御量ΔＢ（ｔ）は、例えば、ΔＢ（ｔ）＝ＭＢ（ｔ）−Ｋ１×Ｂ０（ｔ）の式により算出される。ここで、Ｋ１は０〜１の間で実験的に求められる値である。ステップＳ２７０では、制御量ΔＢ（ｔ）がゼロに近づくように、カソードシートロールＤＲ２の中心軸方向の位置をフィードバック制御する。
【００３９】
図８は、アノード転写済みシートＡｓの蛇行量と、カソード触媒層２２の蛇行量と、転写のズレ量と、を比較する説明図である。比較例は、カソードシートロールＤＲ２の中心軸方向の位置は、固定されているのに対し、本実施形態では、カソードシートロールＤＲ２の中心軸方向の位置は、アノード転写済みシートＡｓの蛇行量に基づいて、移動制御される。比較例では、アノード転写済みシートＡｓの蛇行量Ｌａ１は、比較的大きく変化している。一方、カソードシートロールＤＲ２の中心軸方向の位置は、固定されているので、カソード触媒層２２の蛇行量Ｌｂ１は、ほとんど変化しない。その結果、転写後のズレ量Ｌｃ１は、比較的大きい。これに対し、本実施形態では、アノード転写済みシートＡｓの蛇行量Ｌａ２は、大きく変化しているのは、比較例と同様である。しかし、カソードシートロールＤＲ２の中心軸方向の位置は、アノード転写済みシートＡｓの蛇行量に基づいて、移動制御される。その結果、アノード転写済みシートＡｓがプラス方向にズレた場合には、カソードシートロールＤＲ２の中心軸方向の位置もプラス方向に移動され、アノード転写済みシートＡｓがマイナス方向にズレた場合には、カソードシートロールＤＲ２の中心軸方向の位置もマイナス方向に移動される。そのため、転写後のズレ量Ｌｃ２は、小さい。
【００４０】
図９は、本実施形態の効果を示す説明図である。アノード転写済みシートＡｓと、カソード触媒層との転写を説明する説明図である。比較例１、２は、カソードシートロールＤＲ２の中心軸に沿った移動の制御を行わない場合を示す説明図である。また、比較例１と実施形態では、アノード転写済みシートＡｓの幅を同じ幅としているのに対し、比較例２では、比較例１、実施形態よりも、アノード転写済みシートＡｓの幅を広くしている。比較例１では、カソード触媒層２２の一部が電解質膜２０の外縁からはみ出して重ならなくなっている。一方、比較例２では、カソード触媒層２２の全部が電解質膜２０の外縁よりも内側にあるが、カソード触媒層２２と重ならない電解質膜２０の大きさが大きく、カソード触媒層２２と重ならない電解質膜２０は捨てられるので、無駄が大きい。実施形態では、カソード触媒層２２の全部が電解質膜２０の外縁よりも内側にあり、且つ、カソード触媒層２２と重ならない電解質膜２０の大きさが大きくなく、捨てられる電解質膜２０の量が少なく、無駄が少ない。
【００４１】
既述したように、シート状のＭＥＡが得られると、図３のステップＳ１２０にて、シート状のＭＥＧＡを作製する。つまり、上記のシート状のＭＥＡからカソード支持シートＤｓ２を剥離した上で、シート状のＭＥＡの表裏面にアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４を、ホットプレス等の手法にて接合し、ガス拡散層接合済みのシート状のＭＥＡを矩形形状に切断して、ＭＥＡをその両側でアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４で挟持した矩形状のＭＥＧＡを得る。シート状のＭＥＡを予め矩形形状に切断しておいて、上記の両ガス拡散層を接合するようにすることもできる。また、切断しないまま、或いは切断した状態のＭＥＧＡを、燃料電池製造ラインに出荷することもできる（ステップＳ１５０）。
【００４２】
次いで、このＭＥＧＡをセパレーター２５とセパレーター２６とで挟持して単セル１５を作製し（ステップＳ１３０）、所定数の単セル１５を積層してスタック状に組み立て、これを積層方向に締結する（ステップＳ１４０）。これにより、図１に示した燃料電池１０が得られる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、アノード転写済みシートＡｓの位置を測定し、測定値に合わせて、カソードシートロールＤＲ２の中心軸に沿った移動の制御が実行されるので、電解質膜２０と、カソード触媒層の転写精度を良くし、無駄に捨てられる材料を低減できる。
【００４４】
変形例：
カソード触媒層２２のエッジ位置は、カソードシートロールＤＲ２の中心軸の位置と一致すると考えられるので、制御装置２００は、センサー１３０のみを用いて、アノード転写済みシートＡｓの位置を測定し、測定値に合わせて、カソードシートロールＤＲ２の中心軸に沿った移動制御を行っても良い。例えば図７のステップＳ２２０では、アノード転写済みシートＡｓの蛇行量の移動平均値ΔＭＡ（ｔ）が算出されるので、この移動平均値ΔＭＡ（ｔ）に予め実験により求められた係数Ｋ２を掛けたＫ２×ΔＭＡ（ｔ）だけ、カソードシートロールＤＲ２の中心軸に沿った移動制御を行っても良い。
【００４５】
また、制御装置２００は、さらにセンサー１３２を用いて、カソード触媒層２２のエッジ位置Ｂ（ｔ）測定して、以下のように制御しても良い。
（１）カソード触媒層２２の蛇行量ΔＢ（ｔ）を算出
ΔＢ（ｔ）＝Ｂ（ｔ）−Ｂ０）
（２）カソード触媒層２２の蛇行量の移動平均値ΔＭＢ（ｔ）を算出
ΔＭＢ（ｔ）＝（ΣΔＢ（ｔ）／ｎ）
（３）制御量ΔＢ（ｔ）を算出
ΔＢ（ｔ）＝α×ΔＭＢ（ｔ）−β×ΔＭＡ（ｔ）
（α、βは実験的に求められる数）
（４）制御量ΔＢ（ｔ）がゼロとなるようにＰＩＤ制御
【００４６】
また、制御装置２００は、さらに、センサー１３４を用いて、形成されたＭＥＡのアノード触媒層２１と、カソード触媒層２２の転写ズレを確認しても良い。センサー１３４は、形成されたＭＥＡの幅Ｗｍｅａを測定する。転写前のアノード転写済みシートＡｓの幅をＷａｓ、カソード触媒層２２の幅をＷｃｎとする。転写前のＭＥＡアノード転写済みシートＡｓの幅をＷａｓとカソード触媒層２２の幅をＷｃｄの幅については、ウェブの搬送方向に対して幅方向の両側にセンサー１３０、１３２を配置することで容易に測定可能である。アノード転写済みシートＡｓのズレ量（重なっていない部分の幅の大きさ）Ｌａｓは、Ｌａｓ＝Ｗｍｅａ−Ｗｃｄの式により算出でき、カソード触媒層２２のズレ量（重なっていない部分の幅の大きさ）Ｌｃｄは、Ｌｃｄ＝Ｗｍｅａ−Ｗａｓの式により算出できる。したがって、制御装置２００は、Ｗｍｅａ−ＷｃｄまたはＷｍｅａ−Ｗａｓが一定以下となっていることを確認すれば良い。また、制御装置２００は、Ｗｍｅａ−ＷｃｄまたはＷｍｅａ−Ｗａｓが一定以下となるようにＰＩＤ制御しても良い。
【００４７】
上記実施形態において、第１のセンサー１３０から第２転写ローラー１２２までの距離（あるいはアノード転写済みシートＡｓの搬送時間）は、カソードシートロールＤＲ２から第２転写ローラー１２２までの距離（あるいはカソードシート２２Ｓの搬送時間）以下であってもよい。第１のセンサー１３０で検知したずれに合わせてカソードシートロールＤＲ２の位置を移動させる。このとき、アノード転写済みシートＡｓのずれた部分が第２転写ローラー１２２の到達ときまたは到達前に、位置補正されたカソードシート２２Ｓが第２転写ローラー１２２に到達するので、アノード転写済みシートＡｓとカソードシート２２Ｓの位置合わせ精度を良くすることが出来る。また、フィードバック制御の効果も大きい。
【００４８】
本実施形態では、アノード転写済みシートＡｓとカソードシート２２Ｓとの接合・転写を例により説明したが、電解質膜シート２０Ｓと、アノードシート２１Ｓとの接合・転写においても、同様に適用できる。
【００４９】
本発明は、上述の実施形態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、或いは、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なもの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】
【００５０】
１０…燃料電池
１５…単セル
２０…電解質膜
２０Ｒ…電解質膜シートロール
２０Ｓ…電解質膜シート
２１…アノード触媒層
２１Ｓ…アノードシート
２２…カソード触媒層
２２Ｓ…カソードシート
２３…アノード側ガス拡散層
２４…カソード側ガス拡散層
２５…セパレーター
２６…セパレーター
４７…セル内燃料ガス流路
４８…セル内酸化ガス流路
１１０…アノード転写機構部
１１２…第１転写ローラー（第１積層ローラー）
１１２ａ…押圧力付与ローラー
１１２ｂ…押圧案内ローラー
１１３…下流側第１搬送ローラー
１１４…第１剥離ローラー
１１５…下流側第２搬送ローラー
１１６…第２剥離ローラー
１２０…カソード転写機構部
１２２…第２転写ローラー（第２積層ローラー）
１２２ａ…押圧力付与ローラー
１２２ｂ…押圧案内ローラー
１２３…受入ローラー
１２４…積層状シート搬送ローラー
１２５…支持シート搬送ローラー
１２６…支持シート搬送ローラー
１３０…センサー
１３２…センサー
１３４…センサー
１４０…巻出ローラー移動装置
２００…制御装置
Ｍ…マスク
Ａｓ…アノード転写済みシート
Ｂｓ…バックシート
ＤＲ１…アノードシートロール
ＤＲ２…カソードシートロール
Ｄｓ１…アノード支持シート
Ｄｓ２…カソード支持シート
【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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