JP2014191906A - ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】裁断の位置決めを高精度に行う。
【解決手段】ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法は、電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートを準備する工程と；積層体シートの電極触媒層が露出している面側から、電極触媒層の所定部位を少なくとも含む所定の範囲を撮影する工程と；前記撮影によって得られた撮影画像から所定部位を認識する工程と；前記認識された所定部位の位置に応じて、積層体シートの裁断を行う工程と、を備える。所定部位を認識する工程は、撮影画像の４つの頂点のうちの電極触媒層の中心に最も近い頂点の側から、撮影画像の隣り合う２辺の各方向に沿う撮影画像のエッジ検出をそれぞれ行い（Ｓ１２３，Ｓ１２４）；前記各方向において最初に検出された各エッジに基づいて、所定部位の位置を決定する（Ｓ１２５）。
【選択図】図８

Description

本発明は、燃料電池用のガス拡散層付き膜電極接合体を製造する技術に関する。

一般に、燃料電池用の膜電極接合体の製造の際には、電解質膜に触媒層およびガス拡散層を積層し、裁断刃によってそのガス拡散層付きの膜電極接合体を定型に裁断することが行われている。そして、この裁断を、ガス拡散層付きの膜電極接合体の積層方向に対して垂直方向に裁断刃を移動させることで行うことが提案されている（特許文献１）。

特開２０１０−１６１０３９号公報

裁断刃によって裁断を行う前記従来の技術では、裁断の位置決めの際に、カメラによってガス拡散層付きの膜電極接合体を撮影し、撮影画像から裁断位置を決めることが考えられる。しかしながら、ガス拡散層付きの膜電極接合体の場合、折れ曲がって光が強く反射する部分が発生することがあり、裁断位置を誤検出することがあった。このため、裁断の位置決めを高精度に行うことができない問題があった。

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。

（１）本発明の一形態は、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法である。このガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法は、電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートを準備する工程と；前記積層体シートの前記電極触媒層が露出している面側から、前記電極触媒層の所定部位を少なくとも含む所定の範囲を撮影する工程と；前記撮影によって得られた撮影画像から前記所定部位を認識する工程と；前記認識された所定部位の位置に応じて、前記積層体シートの裁断を行う工程と、を備える。前記所定部位を認識する工程は、前記撮影画像の４つの頂点のうちの前記電極触媒層の中心に最も近い頂点の側から、前記撮影画像の隣り合う２辺の各方向に沿う前記撮影画像のエッジ検出をそれぞれ行い；前記各方向において最初に検出された各エッジに基づいて、前記所定部位の位置を決定する。

この形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、撮影画像において電極触媒層の外側に誤認識を引き起こす要因が含まれていたとしても、電極触媒層の所定部位を高精度に検出することができる。したがって、裁断の位置決めを高精度に行うことができる。また、この形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、精度向上のために、撮影画像のコントラストを増強する等の余分な工程をわざわざ追加する必要がないことから、構成が簡便で済む。

（２）前記形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法において、前記所定部位は、前記電極触媒層の角部である構成としてもよい。この形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、電極触媒層の角部を高精度に裁断することができる。

（３）前記形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法において、前記積層体シートは、積層方向からの平面視において、前記ガス拡散層の周縁の内側に一方の前記電極触媒層の周縁が位置し、前記ガス拡散層の周縁の外側に前記電解質膜および他方の前記電極触媒層の各周縁が位置する構成としてもよい。この形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、前記電解質膜および他方の前記電極触媒層がガス拡散層の外側で折れ曲がって、ガス拡散層の境目で光の反射が発生するような場合にも、電極触媒層の所定部位を高精度に検出することができる。したがって、裁断の位置決めをより高精度に行うことができる。

（４）本発明の他の形態は、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造装置である。このガス拡散層付き膜電極接合体の製造装置は、電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートを裁断ゾーンに搬送する積層体シート搬送部と；前記積層体シートの前記電極触媒層が露出している面側から、前記電極触媒層の所定部位を少なくとも含む所定の範囲を撮影する撮影部と；前記撮影によって得られた撮影画像から前記所定部位を認識する所定部位認識部と；前記認識された所定部位の位置に応じて、前記積層体シートの裁断を行う裁断部と；を備える。前記所定部位認識部は、前記撮影画像の４つの頂点のうちの前記電極触媒層の中心に最も近い頂点の側から、前記撮影画像の隣り合う２辺の各方向に沿う前記撮影画像のエッジ検出をそれぞれ行い；前記各方向において検出された各エッジに基づいて、前記所定部位の位置を決定する。この形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造装置は、前記形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法と同様に、裁断の位置決めを高精度に行うことができる効果を奏する。

本発明は、前記形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法やその装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、前記形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法の各工程を備える燃料電池製造方法、前記形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造装置を備える燃料電池製造装置、前記形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法の各工程をコンピュータに実行させるための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。

本発明の一実施形態としてのガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法において用いられる積層シートを示す説明図である。 裁断工程の概容を示す説明図である。 裁断工程に用いられる裁断システムの概略構成を示す説明図である。 裁断機構部の斜視図である。 裁断機構部の動作を示す説明図である。 カメラの配設されている位置を示す説明図である。 制御装置によって実行される裁断処理ルーチンを示すフローチャートである。 裁断処理ルーチンのステップＳ１２０における角部認識処理の詳細を示すフローチャートである。 第１の撮影画像について角部認識処理によって角部がどういった手順で認識されるかを模式的に示す説明図である。 第１番目の角部についてのズレ量を示す説明図である。 従来実施形態における課題を示す説明図である。

次に、本発明の実施形態を説明する。
Ａ．積層シートの構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法において用いられる積層シートを示す説明図である。図１（ａ）は積層シート１０の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視図であり、図１（ｃ）は積層シート１０の底面図である。これら図に示すように、積層シート１０は、長尺状の矩形である電解質膜２２を含む積層体であり、燃料電池を製造する際の材料として準備される。電解質膜２２の一方側の面には、電解質膜２２と同一形状および同一サイズの電極触媒層２４が設けられている。この電極触媒層２４は、燃料電池として構成された時に、アノード側触媒層となる。以下、電極触媒層２４をアノード側触媒層２４と呼ぶ。電解質膜２２の他方側の面における周辺部を除く領域には、矩形のカソード側触媒層となる電極触媒層（以下、「カソード側触媒層」と呼ぶ）２６が複数、設けられている。なお、複数のカソード側触媒層２６は、電解質膜２２の長尺方向に等間隔で配列されている。アノード側触媒層２４と電解質膜２２とカソード側触媒層２６とから構成される積層体は、膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）２０と呼ばれる。

電解質膜２２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り、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施形態では、デュポン社製ナフィオン（商標名）を使用した。

アノード側触媒層２４およびカソード側触媒層２６は、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を有する層であり、アノード（水素極）とカソード（酸素極）の役割を果たす。また、アノード側触媒層２４およびカソード側触媒層２６は、触媒金属を担持したカーボンブラックや、ナフィオン等の電解質等を溶媒に分散させたいわゆる触媒インクを、電解質膜２２の両面にそれぞれ塗布して、乾燥させることによって形成される。

ＭＥＡ２０におけるアノード側触媒層２４側の面には、アノード側ガス拡散層３０が複数、設けられている。各アノード側ガス拡散層３０は、矩形であり、アノード側触媒層２４の面における周辺部を除く領域に、電解質膜２２の長尺方向に等間隔で配置されている。なお、アノード側ガス拡散層３０におけるアノード側触媒層２４側の面には、常温での接合が可能な接着性ＭＰＬ（ＭＰＬ：Micro Porous Layer）が塗られている。

アノード側ガス拡散層３０の表面積はカソード側触媒層２６の表面積より大きく、積層方向（図１（ｂ）のＺ方向）からの平面視において、アノード側ガス拡散層３０の周縁の内側にカソード側触媒層２６の周縁が位置する。アノード側ガス拡散層３０をアノード側ガス拡散層３０よりも大きくすることで、アノード側ガス拡散層３０に塗ったＭＰＬが剥がれてチリが発生するのを防ぐごとができる。

積層シート１０はＭＥＡ２０にアノード側ガス拡散層３０を積層したもので、この積層シート１０をワークとして定型に裁断する裁断工程を、本実施形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法は含む。図２は、この裁断工程の概容を示す説明図である。図示するように、積層シート１０から図中ハッチングで示した領域ＣＡを、せん断加工により打ち抜くことにより、積層シート１０を定型に裁断している。領域ＣＡは、矩形で、カソード側触媒層２６よりも大きく、かつアノード側ガス拡散層３０よりも小さい領域である。裁断工程終了後の積層シート１０、すなわち、打ち抜かれた半製品１０ＣＴには、続く工程によって、カソード側ガス拡散層が積層されることで、膜−電極−ガス拡散層アセンブリ（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）が完成する。

Ｂ．裁断システムの構成：
図３は、裁断工程に用いられる裁断システム１００の概略構成を示す説明図である。裁断システム１００は、搬入機構部１１０と、裁断機構部２００と、搬出巻取部１２０と、制御装置３００とを備える。搬入機構部１１０、裁断機構部２００、および搬出巻取部１２０は、この順に積層シート１０の搬送方向に沿って配置される。

搬入機構部１１０は、側面ガイド部１１２と対向ローラー対１１４とを備え、上流側から送られてきた積層シート１０を裁断機構部２００に搬入する。積層シート１０は、カソード側触媒層２６が露出している側の面を上にして配置されている。搬入機構部１１０は、対向ローラー対１１４によってニップ圧の調整を行い、搬出巻取部１２０による所定のピッチ単位の積層シート１０の巻き取りと協同して、積層シート１０を所定のピッチ単位で送る。所定のピッチ単位は、積層シート１０におけるカソード側触媒層２６の配列の周期間隔Ｔ（図１（ａ）参照）に一致する距離である。これによって、積層シート１０は、周期間隔Ｔだけ搬送され、その後、一旦停止され、所定の時間を経て再度、周期間隔Ｔだけ搬送されることが繰り返される。

側面ガイド部１１２は、積層シート１０の面方向に垂直な方向を回転軸方向とする複数のローラー対１１２ａを備えている、各ローラーー−対１１２ａは、積層シート１０を幅方向から挟むもので、積層シート１０の幅方向の位置ずれを矯正する。

裁断機構部２００は、前述した搬送の停止時において、図２を用いて説明した裁断工程を行うものである。裁断機構部２００の詳細については後述する。

搬出巻取部１２０は、積層シート１０のテンションを測定するテンションローラー１３２と、ニップ圧が調整可能な対向ローラー対１３４と、フィルム巻取回収ローラー１３６とを備える。テンションローラー１３２によって測定されたシートテンションは、制御装置１４０に送られる。制御装置１４０は、そのシートテンションに基づいて、搬入機構部１１０における対向ローラー対１１４と、搬出巻取部１２０における対向ローラー対１３４とのニップ圧を調整する。これにより、両ローラー対１１４、１３４によって保持される、裁断機構部２００において停止状態にある積層シート１０に対して、適切な張力を掛けることが可能となる。フィルム巻取回収ローラー１３６は、所定のピッチ単位で積層シート１０を巻き取る。

図４は裁断機構部の斜視図であり、図５は裁断機構部の動作を示す説明図である。図４に示すように、裁断機構部２００は、４本のシャフト２１０と、シャフト２１０によって連結される下段テーブル２２０および上段テーブル２３０と、を備える。下段テーブル２２０には、ｘ軸モーター２４０とｙ軸モーター２５０とを駆動源とする図示しないｘ−ｙテーブル構造を内蔵している。ｘ軸は積層シート１０の長手方向に沿った方向であり、ｙ軸は積層シート１０の幅方向に沿った方向である。ｘ軸モーター２４０とｙ軸モーター２５０を駆動することにより、下段テーブル２２０および上段テーブル２３０ごと、積層シート１０に対してｘ軸、ｙ軸の２次元的に移動が可能となる。

下段テーブル２２０には下段側裁断刃２２２が設けられており、上段テーブル２３０には上段側裁断刃２３２が設けられている。下段側裁断刃２２２と上段側裁断刃２３２とは対向している。下段側裁断刃２２２は、矩形の枠状をなし、図５に示すように、その外周縁を裁断刃２２２ａとする。上段側裁断刃２３２は、下段側裁断刃２２２がその裁断刃２２２ａの外周壁に沿って摺動するよう矩形の枠状をなし、内周壁２３２ａを裁断刃２２２ａの裁断案内面とする。裁断機構部２００は、下段側裁断刃２２２をシリンダー２２４により、上段側裁断刃２３２をシリンダー２３４（図４）により、それぞれ個別に上下動させる。この上下の裁断刃の上下動により、裁断機構部２００は、停止状態の積層シート１０を矩形形状、即ちＭＥＡの製品形状（製品寸法）に裁断する。この裁断は、前述した図２の裁断に相当する。

下段側裁断刃２２２と上段側裁断刃２３２の上下動する領域を、ここでは、裁断ゾーンＣｚと呼ぶ。搬入機構部１１０および搬出巻取部１２０の動作により、積層シート１０は所定のピッチ単位で、順次、裁断ゾーンＣｚに搬入され、裁断機構部２００によって裁断される。

また、裁断機構部２００は、裁断後のＭＥＡを装置外に排出するローダー２５０（図５）を備えるほか、カメラ２６１，２６２，２６３，２６４（図４）を有する。図５に示すように、ローダー２５０は、上下の裁断刃の間の裁断ゾーンＣｚに対して進退可能に構成され、その下面にフィルム吸着部を複数備える。そして、このローダー２５０は、進退駆動とエアーの吸引・放出により、裁断済みのＭＥＡを吸着して裁断ゾーンＣｚから取り出し、そのＭＥＡ、詳しくは、アノード側ガス拡散層３０を備えたＭＥＡとしての半製品ＭＥＧＡを、後段のＭＥＧＡ作製工程に提供する。

カメラ２６１〜２６４は、固体撮像素子（ＣＣＤ／Charge Coupled Device）を用いて構成され、裁断ゾーンＣｚに搬入されて停止状態にある積層シート１０を撮影する。各カメラ２６１〜２６４は、カラー撮影を行う。なお、カラー撮影に換えて、白黒撮影を行うものとしてもよい。各カメラ２６１〜２６４は、図示しない連結部材によって上段テーブル２３０に固定された状態で配設されている。

図６は、カメラ２６１〜２６４の配設されている位置を示す説明図である。図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＢ方向矢視図である。カメラ２６１〜２６４は、積層シート１０の上側に設けられており、積層シート１０が備えるカソード側触媒層２６の四隅に対応づけて配置されている。すなわち、それぞれのカメラ２６１〜２６４は、積層シート１０のカソード側触媒層２６の四隅（四方の角部）のうちの対応する角部２６ａ〜２６ｄが撮像視野Ｖｐ１〜Ｖｐ４に入るように配設されている。換言すれば、第１のカメラ２６１は、カソード側触媒層２６の搬送方向の右前の角部２６ａが撮像視野Ｖｐ１に入るように配設されている。第２のカメラ２６２は、カソード側触媒層２６の搬送方向の左前の角部２６ｂが撮像視野Ｖｐ２に入るように配設されている。第３のカメラ２６３は、カソード側触媒層２６の搬送方向の左後の角部２６ｃが撮像視野Ｖｐ３に入るように配設されている。第４のカメラ２６４は、カソード側触媒層２６の搬送方向の右後の角部２６ｄが撮像視野Ｖｐ４に入るように配設されている。より詳しくは、下段テーブル２２０および上段テーブル２３０がｘ軸、ｙ軸の２次元における原点位置にあるときに、それぞれの撮像視野Ｖｐ１〜Ｖｐ４の中心に各角部２６ａ〜２６ｄが位置するように、カメラ２６１〜２６４の配設位置が設計されている。また、撮像視野Ｖｐ１〜Ｖｐ４は矩形であるが、その矩形の隣り合う２辺の両方向はｘ軸方向とｙ軸方向となっている。

制御装置３００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、図示しない各種スイッチやセンサー、およびカメラ２６４からの出力を受信し、既述した各ローラーの回転速度を調整制御するほか、搬入機構部１１０と搬出巻取部１２０とによる積層シート１０のピッチ単位での搬入搬送や排出搬送、並びに、裁断機構部２００による積層シート１０の裁断を行う。すなわち、制御装置３００は、図示するように、機能として実現する要素として、搬送部３１０、撮影部３２０、所定部位認識部３３０、裁断部３４０を備え、これら各部３１０〜３４０を機能的に働かせることで、積層シート１０の裁断を行う。この裁断を行う裁断処理について、以下に詳述する。

Ｃ．裁断処理の詳細：
図７は、制御装置３００によって実行される裁断処理ルーチンを示すフローチャートである。この裁断処理ルーチンは、搬入機構部１１０および搬出巻取部１２０の動作によって、積層シート１０が所定のピッチ単位で搬送した後に停止状態となったときに、実行開始される。処理が開始されると、制御装置３００は、まず、４台のカメラ２６１〜２６４を用いて、積層シート１０が備えるカソード側触媒層２６の四隅を撮影する処理を行う（ステップＳ１１０）。なお、この撮影の際には、４台のカメラ２６１〜２６４が設置されている上段テーブル２３０は、ｘ軸、ｙ軸の２次元における原点位置に戻されている。これによって、各カメラ２６１〜２６４は、カメラ２６１〜２６４毎に規定された原点位置に戻されて、撮影がなされることになる。

各カメラ２６１〜２６４が原点位置にある場合、ステップＳ１１０の処理によって得られる各カメラ２６１〜２６４の撮影画像は、その中心にカソード側触媒層２６の四隅の各角部２６ａ〜２６ｄを含むことになる。しかしながら、実際は、搬送によって積層シート１０は平面方向において横ずれしたりすることから、撮影画像における角部２６ａ〜２６ｄの位置は、撮影画像の中心位置からずれる。そこで、ステップＳ１２０によって、各カメラ２６１〜２６４の撮影画像から各角部２６ａ〜２６ｄを認識し、ステップＳ１３０によって、各角部２６ａ〜２６ｄの撮影画像の中心位置からのズレ量を算出する処理を行う。

図８は、裁断処理ルーチンのステップＳ１２０における角部認識処理の詳細を示すフローチャートである。角部認識処理に処理が移行すると、制御装置３００は、まず、各カメラ２６１〜２６４から撮影画像Ｐｃ１〜Ｐｃ４を取得する（ステップＳ１２１）。各撮影画像Ｐｃ１〜Ｐｃ４は、図６（ａ）に示した各カメラ２６１〜２６４の撮像視野Ｖｐ１〜Ｖｐ４にそれぞれ対応したものである。

次いで、制御装置３００は、変数ｉに値１をセットし（ステップＳ１２２）、ｉ番目の撮影画像Ｐｃｉについて、４つの頂点のうちのカソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点の側から、ｘ軸方向に沿ったエッジ検出を行う（ステップＳ１２３）。続いて、ｉ番目の撮影画像Ｐｃｉについて、４つの頂点のうちのカソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点の側から、ｙ軸方向に沿ったエッジ検出を行う（ステップＳ１２４）。

図９は、角部認識処理によって角部がどういった手順で認識されるかを模式的に示す説明図である。図９（ａ）には、第１のカメラ２６１によって撮影された第１の撮影画像Ｐｃ１の一例が示されている。この第１の撮影画像Ｐｃ１には、カソード側触媒層２６の搬送方向の右前の角部２６ａの周囲が写されている。図中のハッチの領域がカソード側触媒層２６の一部分である。第１の撮影画像Ｐｃ１の場合、カソード側触媒層２６の右前の角部２６ａを写した画像であることから、画像領域の４つの頂点のうちのカソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点は、図９（ｂ）に示すように、図中の左上の頂点ＯＰ（ｘ＝０，ｙ＝０）となる。この頂点ＯＰから＋ｙ方向に微小距離だけ離れた位置を始点として、ｘ軸方向に沿ったエッジ検出が、ステップＳ１２３によって行われる。詳しくは、前記始点から、ｘ軸方向の両側の向きのうちの一方側の向き、詳しくは頂点ＯＰの側から遠ざかる側の向きである＋ｘ方向に向けてエッジ検出を行う。

図中では、太い矢印線によって、エッジ検出が順に行われることを示している。エッジ検出は、画像のコントラストからエッジ（縁）を求めるものである。詳しくは、注目画素を中心とする縦方向に３画素、横方向に３画素の３×３の領域に対して、水平方向ソーベル（Ｓｏｂｅｌ）フィルタＦＴ１を用いたフィルタ演算処理を実行することによって、エッジ検出がなされる。ステップＳ１２３では、注目画素を前記始点である左端から＋ｘ方向に向けて移動（走査）することによって、エッジ検出を行う。なお、エッジ検出は、ソーベルフィルタに換えて、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタ、Ｒｏｂｅｒｔｓフィルタなど種々のエッジ検出用フィルタによって行う構成としてもよい。また、エッジ検出用フィルタによるものではなく、隣接する画素値を取り出してコントラスト差を求める等の他の手法によって、エッジを検出する構成としてもよい。

エッジ検出の結果、図９（ｃ）に示すように、エッジが検出される。ここでは、最初にエッジが検出された位置を、ｘ軸方向のエッジ部分であると決定して、そのエッジ部分を通過するｙ軸方向のラインをＸ軸方向エッジラインＥＬ１として記憶する。なお、ｘ軸方向の１ライン、すなわち左端である前記始点から右端まで注目画素を移動してエッジ検出を行っても、エッジが検出されなかった場合には、フィルタをかけるラインを、＋ｙ方向に１段下げて、再度、エッジ検出を左端から右端まで、頂点ＯＰの側から頂点ＯＰから遠ざかる側に向かって行う。この繰り返しによって、最初にエッジが検出されるまでエッジ検出の処理を行う。

さらに、図８のステップＳ１２４によって、図９（ｄ）に示すように、前述したカソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点ＯＰの側から、ｙ軸方向に沿ったエッジ検出が行われる。ｙ軸方向に沿ったエッジ検出は、前述した図９（ｂ）に示した始点と同一の始点から、ｙ軸方向の両側の向きのうちの一方側の向き、詳しくは頂点ＯＰの側から遠ざかる側の向きである＋ｙ方向に向けてエッジ検出を行う。なお、前記の始点は、ｘ軸方向に沿ったエッジ検出と同一の始点としたが、これに換えて、頂点ＯＰから＋ｘ方向に微小距離だけ離れた位置としてもよい。要は、ｙ軸方向に沿ったエッジ検出の始点は、頂点ＯＰの側の所定の点であれば、いずれの点としてもよい。エッジ検出の手法は、垂直方向ソーベル（Ｓｏｂｅｌ）フィルタＦＴ２を用いたフィルタ演算処理を実行することによって行う。なお、エッジ検出は、ソーベルフィルタに換えて、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタ、Ｒｏｂｅｒｔｓフィルタなど種々のエッジ検出用フィルタによって行う構成としてもよい。また、エッジ検出用フィルタによるものではなく、他の手法によってエッジを検出する構成としてもよい。

ｙ軸方向に沿ったエッジ検出の結果、図９（ｅ）に示すように、エッジが検出される。最初にエッジが検出された位置を、ｙ軸方向のエッジ部分であると決定して、そのエッジ部分を通過するｘ軸方向のラインをｙ軸方向エッジラインＥＬ２として記憶する。なお、ｙ軸方向の１ライン分、注目画素を移動してエッジ検出を行っても、エッジが検出されなかった場合には、フィルタをかけるラインを、＋ｘ方向に微小距離だけずらして、再度、エッジ検出を、頂点ＯＰの側から頂点ＯＰから遠ざかる側に向かって行う。この繰り返しによって、エッジの検出を行う。

図８に戻り、制御装置３００は、ステップＳ１２４の実行後、ステップＳ１２３によって求められたｘ軸方向エッジラインＥＬ１と、ステップＳ１２４によって求められたｙ軸方向エッジラインＥＬ２との交点を、変数ｉで特定されるｉ番目の角部と決定する（ステップＳ１２５）。この結果、図９（ｅ）に示すように、第１の撮影画像Ｐｃ１から第１番目の角部ＣＮ１が検出される。

続いて、制御装置３００は、変数ｉを値１だけインクリメントし（ステップＳ１２６）、インクリメント後の変数ｉが値４を上回るか否かを判定する（ステップＳ１２７）。ここで、値４を上回っていないと判定されると、制御装置３００は、ステップＳ１２３に処理を戻して、ステップＳ１２３からステップＳ１２７までの処理を再度、実行する。ステップＳ１２３からステップＳ１２５までの処理を変数ｉが値４を上回るまで繰り返すことによって、各カメラ２６２〜２６４の撮影画像Ｐｃ２〜Ｐｃ４から第２番目から第４番目までの角部がそれぞれ検出される。

変数ｉが値２であるときの第２の撮影画像Ｐｃ２についての角部認識処理は、次のように行われる。第２の撮影画像Ｐｃ２には、カソード側触媒層２６の搬送方向の左前の角部２６ｂ（図６（ａ）参照）の周囲が写されている。第２の撮影画像Ｐｃ２の場合、カソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点は、図６（ａ）における破線矩形（Ｖｐ２）の左下の頂点となり、この左下の頂点の側からｘ方向の＋側の向きに向かってエッジ検出がなされる。また、この左下の頂点の側からｙ方向の−側の向きに向かってエッジ検出がなされる。そして、両エッジ検出によって最初に見つかったエッジから定まる両エッジラインに基づいて、第２番目の角部が検出される。

変数ｉが値３であるときの第３の撮影画像Ｐｃ３についての角部認識処理は、次のように行われる。第３の撮影画像Ｐｃ３には、カソード側触媒層２６の搬送方向の左後の角部２６ｃ（図６（ａ）参照）の周囲が写されている。第３の撮影画像Ｐｃ３の場合、カソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点は、図６（ａ）における破線矩形（Ｖｐ３）の右下の頂点となり、この右下の頂点の側からｘ方向の−側の向きに向かってエッジ検出がなされる。また、この右下の頂点の側からｙ方向の−側の向きに向かってエッジ検出がなされる。そして、両エッジ検出によって最初に見つかったエッジから定まる両エッジラインに基づいて、第３番目の角部が検出される。

変数ｉが値４であるときの第４の撮影画像Ｐｃ４についての角部認識処理は、次のように行われる。第４の撮影画像Ｐｃ４には、カソード側触媒層２６の搬送方向の右後の角部２６ｄ（図６（ａ）参照）の周囲が写されている。第４の撮影画像Ｐｃ４の場合、カソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点は、図６（ａ）における破線矩形（Ｖｐ４）の右上の頂点となり、この右上の頂点の側からｘ方向の−側の向きに向かってエッジ検出がなされる。また、この右上の頂点の側からｙ方向の＋側の向きに向かってエッジ検出がなされる。そして、両エッジ検出によって最初に見つかったエッジから定まる両エッジラインに基づいて、第４番目の角部が検出される。

図８に戻って、ステップＳ１２７で変数ｉが値４を上回っていると判定された場合には、「リターン」に抜けて、角部認識処理を一旦終了する。続いて図７のステップＳ１３０以下の処理が行われる。ステップＳ１３０では、角部認識処理により検出された第１番目から第４番目までの角部ＣＮ１〜ＣＮ４毎に、各撮影画像Ｐｃ１〜Ｐｃ４の中心位置からのズレ量を算出する。図１０は、第１番目の角部ＣＮ１についてのズレ量Ｄを示す説明図である。図示するように、第１の撮影画像Ｐ１の中心位置Ｏからのズレ量は、ｘ軸方向のズレ成分Ｄｘとｙ軸方向のズレ成分Ｄｙとによって表される。

ステップＳ１３０の実行後、制御装置３００は、ステップＳ１４０に処理を移す。ステップＳ１４０では、それぞれの角部ＣＮ１〜ＣＮ４についてのズレ量Ｄを求め、これらのズレ量から積層シート１０のズレ量を求める。積層シート１０のズレ量は、Ｘ軸方向のズレ量とＹ軸方向のズレ量とによって規定する。さらにステップＳ１４０では、制御装置３００は、Ｘ軸方向のズレ量とＹ軸方向のズレ量とを矯正するためのＸ軸指示量とＹ軸指示量を、両ズレ量に基づいて算出する。その後、制御装置３００は、Ｘ軸指示量とＹ軸指示量に基づいて、下段テーブル２２０に備えられるｘ−ｙテーブルを駆動する（ステップＳ１５０）。その後、上段側裁断刃２３２を下降し、下段側裁断刃２２２を上昇して、積層シート１０を図２で既述した通り裁断する（ステップＳ１６０）。この結果、ガス拡散層付きＭＥＡが製造される。

ステップＳ１６０の実行後、裁断済みのガス拡散層付きＭＥＡを吸着して裁断ゾーンＣｚ（図５）から取り出し、そのガス拡散層付きＭＥＡ、詳しくは、アノード側ガス拡散層３０を備えたＭＥＡとしての半製品ＭＥＧＡを、後段のＭＥＧＡ作製工程に提供する（ステップＳ１７０）。ステップＳ１６０の実行後、「リターン」に抜けてこの裁断処理ルーチンを一旦終了する。

前記構成の裁断処理ルーチンにおけるステップＳ１１０の処理が図３における撮影部３２０に相当し、ステップＳ１２０の処理（すなわち図８の処理）が図３における所定部位認識部３３０に相当し、ステップＳ１３０からＳ１６０までの処理が図３における裁断部３４０に相当する。「所定部位」とは角部２６ａ〜２６ｄである。

Ｄ．実施形態効果：
以上のように構成された本実施形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、角部認識処理によって、各カメラ２６２〜２６４の撮影画像Ｐｃ２〜Ｐｃ４からカソード側触媒層２６の角部２６ａ〜２６ｄを高精度に検出することができる。したがって、裁断の位置決めを高精度に行うことができるという効果を奏する。また、この実施形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、精度向上のために、撮影画像のコントラストを増強する等の余分な工程をわざわざ追加する必要がないことから、構成が簡便で済む。

図１１は、従来実施形態における課題を示す説明図である。図１１（ａ）は前記実施形態と同じ積層シート１０を撮影した撮影画像ＰｃＸであり、図１１（ｂ）は積層シート１０の縦断面図である。図１１（ｃ）は従来実施形態で用いるパターンマッチング用のパターンＰＴの図である。積層シート１０は、図１１（ｂ）に示すように、積層方向からの平面視において、アノード側ガス拡散層３０の周縁の内側にカソード側触媒層２６の周縁が位置し、アノード側ガス拡散層３０の周縁の外側に電解質膜２２およびアノード側触媒層２４の各周縁が位置する構成である。各部の色は、カソード側触媒層２６、アノード側触媒層２４、およびアノード側ガス拡散層３０が黒色に対して、電解質膜２２は透明である。このため、図１１（ａ）の撮影画像ＰｃＸから、カソード側触媒層２６の角部を認識することは、アノード側触媒層２４が電解質膜２２越しに透けて見える、黒地に黒色の境目を判定することになる。

これに対して、図１１（ｂ）に示すように、電解質膜２２およびアノード側触媒層２４の部分が垂れてアノード側ガス拡散層３０との境で折れ曲がった場合には、折れ曲がり部分ＣＶで光が強く反射する。このため、図１１（ａ）に示すように、折れ曲がり部分ＣＶに対応した領域ＰＣＶでコントラスト差が大きくなる。従来実施形態では、図１１（ｃ）に示すようなパターンを用いて撮影画像に対してパターンマッチングすることによってエッジ検出を行っていたが、前記折れ曲がりが発生した場合、図１１（ａ）に示すように、本来、ＭＰ１の位置でマッチングしたと判定すべきところを、コントラスト差が大きいＭＰ２の位置でマッチングしたと判定してしまうことになる。このため、カソード側触媒層２６の角部を高精度に検出することができなかった。

これに対して、前記実施形態では、撮影画像Ｐｃ１〜Ｐｃ４の４つの頂点のうちのカソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点の側から、ｘ軸方向に沿ったエッジ検出およびｙ軸方向に沿ったエッジ検出を行っていることから、カソード側触媒層２６の外側でコントラスト差が大きくなったとしてもその影響を受けることがない。というのも、折れ曲がり部分ＣＶがカソード側触媒層２６の内側で発生することがないために、カソード側触媒層２６の中心に最も近い頂点の側から、ｘ軸方向に沿ったエッジ検出およびｙ軸方向に沿ったエッジ検出によって最初に検出されたエッジを採用することで、折れ曲がり部分ＣＶの影響を受けることなく、角部を高精度に検出することができる。したがって、本実施形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、従来実施形態に比べて、カソード側触媒層２６の角部２６ａ〜２６ｄを高精度に検出することができる。なお、従来、認識精度を向上するために、撮影画像のコントラストを増強する等の余分な工程を行なうことも考え得るが、こうした余分な工程を本実施形態では必要としない。

Ｅ．変形形態：
・変形形態１：
前記実施形態および各変形形態では、膜電極接合体の製造方法において裁断するワークは、ＭＥＡ２０にアノード側ガス拡散層３０を積層したものとしたが、これに換えて、ＭＥＡにカソード側ガス拡散層を積層したものとしてもよい。また、アノード側ガス拡散層におけるアノード側触媒層側の面にはＭＰＬを塗った構成としたが、これに換えて、ＭＰＬを塗らない構成としてもよい。

・変形形態２：
前記実施形態および各変形形態では、上段側裁断刃２３２を下降し、下段側裁断刃２２２を上昇して裁断を行うようにしていたが、これに換えて、上段側裁断刃２３２と下段側裁断刃２２２のいずれか一方だけを下降もしくは上昇する構成としてもよい。また、前記実施形態および各変形形態のように上型と下型によって裁断する構成に換えて、一枚の切断刃によって裁断する構成等、他の裁断器具を用いて裁断する構成としてもよい。

・変形形態３：
前記実施形態および各変形形態では、電極触媒層としてのカソード側触媒層２６の角部を裁断のための所定部位として認識する構成としたが、これに換えて、ＭＥＡにカソード側ガス拡散層を積層した積層シートにおけるアノード側触媒層の角部を認識する構成としてもよい。また、電極触媒層の角部に限る必要もなく、電極触媒層の一辺を所定部位としてもよい。

・変形形態４：
前記実施形態および各変形形態では、燃料電池に固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池に本発明を適用してもよい。

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、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

１０…積層シート
１０ＣＴ…半製品
２２…電解質膜
２４…アノード側触媒層
２６…カソード側触媒層
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…角部
３０…アノード側ガス拡散層
１００…裁断システム
１１０…搬入機構部
１１２…側面ガイド部
１１２ａ…ローラー対
１１４…対向ローラー対
１２０…搬出巻取部
１３２…テンションローラー
１３４…対向ローラー対
１３６…フィルム巻取回収ローラー
１４０…制御装置
２００…裁断機構部
２１０…シャフト
２２０…下段テーブル
２２２…下段側裁断刃
２２２ａ…裁断刃
２２４…シリンダー
２３０…上段テーブル
２３２…上段側裁断刃
２３２ａ…内周壁
２３４…シリンダー
２５０…ローダー
２６１，２６２，２６３，２６４…カメラ
３００…制御装置
３１０…搬送部
３２０…撮影部
３３０…所定部位認識部
３４０…裁断部
Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３，Ｐｃ４…撮影画像
Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３，Ｖｐ４…撮像視野

Claims (4)

1. ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法であって、
   電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートを準備する工程と、
   前記積層体シートの前記電極触媒層が露出している面側から、前記電極触媒層の所定部位を少なくとも含む所定の範囲を撮影する工程と、
   前記撮影によって得られた撮影画像から前記所定部位を認識する工程と、
   前記認識された所定部位の位置に応じて、前記積層体シートの裁断を行う工程と、
   を備え、
   前記所定部位を認識する工程は、
   前記撮影画像の４つの頂点のうちの前記電極触媒層の中心に最も近い頂点の側から、前記撮影画像の隣り合う２辺の各方向に沿う前記撮影画像のエッジ検出をそれぞれ行い、
   前記各方向において最初に検出された各エッジに基づいて、前記所定部位の位置を決定する、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法。
2. 請求項１に記載のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法であって、
   前記所定部位は、前記電極触媒層の角部である、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法であって、
   前記積層体シートは、積層方向からの平面視において、前記ガス拡散層の周縁の内側に一方の前記電極触媒層の周縁が位置し、前記ガス拡散層の周縁の外側に前記電解質膜および他方の前記電極触媒層の各周縁が位置する構成である、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法。
4. ガス拡散層付き膜電極接合体の製造装置であって、
   電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートを裁断ゾーンに搬送する積層体シート搬送部と、
   前記積層体シートの前記電極触媒層が露出している面側から、前記電極触媒層の所定部位を少なくとも含む所定の範囲を撮影する撮影部と、
   前記撮影によって得られた撮影画像から前記所定部位を認識する所定部位認識部と、
   前記認識された所定部位の位置に応じて、前記積層体シートの裁断を行う裁断部と、
   を備え、
   前記所定部位認識部は、
   前記撮影画像の４つの頂点のうちの前記電極触媒層の中心に最も近い頂点の側から、前記撮影画像の隣り合う２辺の各方向に沿う前記撮影画像のエッジ検出をそれぞれ行い、
   前記各方向において検出された各エッジに基づいて、前記所定部位の位置を決定する、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造装置。

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