JP2015032416A - Membrane transferring device and transferring method for membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜転写装置および膜の転写方法に関する。 The present invention relates to a film transfer apparatus and a film transfer method.
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)。 A membrane electrode assembly (MEA) used in a fuel cell is obtained by joining an electrode catalyst layer of an anode and a cathode carrying a catalyst for promoting a fuel cell reaction on both membrane surfaces of an electrolyte membrane. Yes. As a method for producing this membrane electrode assembly, a support sheet on which an electrode catalyst layer has been formed and a long electrolyte membrane sheet are overlapped to join the electrode catalyst layer to the electrolyte membrane surface, A method of transferring the image has been proposed (for example, Patent Document 1).
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。 By the way, the electrolyte membrane or the electrode catalyst layer may meander during web conveyance. In such a case, the electrolyte membrane is displaced from the electrode catalyst layer during transfer. Conventionally, the width of the electrolyte membrane has been increased so that the electrode catalyst layer does not come off from the electrolyte membrane even if a deviation occurs between the electrolyte membrane and the electrode catalyst layer. The portion of the electrolyte membrane that protruded from the electrode catalyst layer was discarded. In order to reduce the amount of the electrolyte membrane that is discarded, it is required to improve the alignment accuracy of the membrane during transfer and to reduce the width of the electrolyte membrane as much as possible. This problem occurs not only when the electrode catalyst layer is transferred to the electrolyte membrane, but also when a certain film is transferred to another film.
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。 In order to achieve at least a part of the problems described above, the present invention can be implemented as the following forms.
(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。 (1) According to one aspect of the present invention, a film transfer apparatus is provided. The film transfer apparatus includes a laminating roller that bonds a first film and a second film, and a first sensor that is disposed upstream of the laminating roller and measures a position in the width direction of the first film. And an unwinding roller that unwinds the second film, and a winding that moves the unwinding roller along the central axis of the unwinding roller based on the measured value of the position in the width direction of the first film. An exit roller moving device. According to this film transfer apparatus, the second film is unwound by moving the unwinding roller along the central axis of the unwinding roller based on the measured value of the position in the width direction of the first film. The alignment accuracy between the first film and the second film can be improved.
(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。
(2) In the film transfer device according to the above aspect, the apparatus further includes a second sensor that is disposed between the unwinding roller and the lamination roller and measures a position in the width direction of the second film,
The roller moving device is configured to move the unwinding roller to the center of the unwinding roller based on the measured value of the position in the width direction of the first film and the measured value of the position in the width direction of the second film. You may move along an axis. According to the film transfer apparatus of this aspect, the unwinding roller is arranged at the center of the unwinding roller based on the measured value of the position in the width direction of the first film and the measured value of the position in the width direction of the second film. Since the second film is unwound by being moved along the axis, it is possible to improve the alignment accuracy between the first film and the second film.
(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。 (3) In the film transfer apparatus of the above aspect, the distance from the unwinding roller to the lamination roller may be equal to or less than the distance from the first sensor to the lamination roller. According to the film transfer apparatus of this aspect, when the shifted portion of the first film detected by the first sensor reaches or before reaching the stacking roller, the second film portion is an unwinding roller. Since the position-corrected portion arrives by the movement of, the feedback effect is great, and the alignment accuracy between the first film and the second film can be improved.
(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。 (4) In the film transfer apparatus according to the above aspect, the transport time of the second film from the unwinding roller to the stacking roller is the transport time of the first film from the first sensor to the stacking roller. It may be the following. According to the film transfer apparatus of this aspect, when the shifted portion of the first film detected by the first sensor reaches or before reaching the stacking roller, the second film portion is an unwinding roller. Since the position-corrected portion arrives by the movement of, the feedback effect is great, and the alignment accuracy between the first film and the second film can be improved.
(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。 (5) According to one aspect of the present invention, a film transfer method is provided. This film transfer method measures the position in the width direction of the first film before the first film and the second film are bonded and transferred to the position in the width direction of the first film. Based on this, the unwinding roller for unwinding the second film is moved along the central axis of the unwinding roller, unwinding the second film, and the first film and the second film Paste and transfer. According to this film transfer method, the second film is unwound by moving the second lamination roller along the central axis of the second sheet roll based on the measured value of the position in the width direction of the first film. Since the first film and the second film are bonded and transferred, it is possible to improve the alignment accuracy between the first film and the second film.
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。 The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a film transfer device, the present invention can be realized in the form of a film transfer method, a catalyst transfer device in a fuel cell, a catalyst transfer method, and the like. .
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。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a
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。
The MEA includes an
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。
As described above, the MEGA includes the MEA, the anode side
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。
The
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。
Although not shown in FIG. 1, a plurality of holes are formed at predetermined positions near the outer peripheries of the
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。
In the
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。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the state of joining of the constituent members of the MEA together with its dimensional state. As shown in FIG. 2, the
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。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the manufacturing procedure of the
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。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing how the constituent members of the
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。
The
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。
The
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)。
The sheet rolls 20R, DR1, and DR2 are prepared while forming the
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。
In step S110 of FIG. 3, the
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。
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an MEA manufacturing apparatus (film transfer apparatus). The
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。
From the upstream side, the anode
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。
The
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。
The pressing
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。
The
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。
The downstream
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。
The cathode
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。
The receiving
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。
Similar to the
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。
The
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。
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing from the cathode sheet roll DR2 to the support
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。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a control flow in the present embodiment. In step S200, the
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。
In step S240, the
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。
FIG. 8 is an explanatory diagram comparing the meandering amount of the anode-transferred sheet As, the meandering amount of the
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。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the effect of this embodiment. It is explanatory drawing explaining transfer with the sheet | seat As after anode transfer, and a cathode catalyst layer. Comparative Examples 1 and 2 are explanatory views showing a case where movement control along the central axis of the cathode sheet roll DR2 is not performed. In Comparative Example 1 and the embodiment, the width of the anode-transferred sheet As is the same, whereas in Comparative Example 2, the width of the anode-transferred sheet As is wider than that of Comparative Example 1 and the embodiment. ing. In Comparative Example 1, a part of the
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)。
As described above, when a sheet-like MEA is obtained, a sheet-like MEGA is produced in step S120 of FIG. That is, after the cathode support sheet Ds2 is peeled from the sheet-like MEA, the anode-side
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。
Next, the MEGA is sandwiched between the
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。
As described above, the
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。
Variation:
Since the edge position of the
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
Further, the
(1) The meandering amount ΔB (t) of the
(2) Calculate the moving average value ΔMB (t) of the meandering amount of the
(3) Calculate the controlled variable ΔB (t) ΔB (t) = α × ΔMB (t) −β × ΔMA (t)
(Α and β are numbers obtained experimentally)
(4) PID control so that the control amount ΔB (t) becomes zero.
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。
Further, the
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。
In the above embodiment, the distance from the
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。
In the present embodiment, the joining / transfer of the anode-transferred sheet As and the
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or part of the above-described effects. Or, in order to achieve the whole, it is possible to replace or combine as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
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
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
122a ...
Claims (5)
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。 A film transfer device,
A laminating roller that bonds the first film and the second film;
A first sensor disposed upstream of the laminating roller and measuring a position in the width direction of the first film;
An unwinding roller for unwinding the second film;
An unwinding roller moving device that moves the unwinding roller along the central axis of the unwinding roller based on the measured value of the position in the width direction of the first film;
A film transfer apparatus comprising:
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。 The film transfer apparatus according to claim 1, further comprising:
A second sensor disposed between the unwinding roller and the laminating roller and measuring a position in the width direction of the second film;
The unwinding roller moving device moves the unwinding roller to the unwinding roller based on the measured value of the position in the width direction of the first film and the measured value of the position in the width direction of the second film. A film transfer device that moves along the central axis of the film.
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。 The film transfer apparatus according to claim 1 or 2,
The film transfer apparatus, wherein a distance from the unwinding roller to the lamination roller is equal to or less than a distance from the first sensor to the lamination roller.
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。 The film transfer apparatus according to claim 1 or 2,
The film transfer apparatus, wherein a transport time of the second film from the unwinding roller to the stacking roller is equal to or shorter than a transport time of the first film from the first sensor to the stacking roller.
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。 A film transfer method,
Measuring the position in the width direction of the first film before the first film and the second film are bonded and transferred;
Based on the position in the width direction of the first film, the unwinding roller for unwinding the second film is moved along the central axis of the unwinding roller,
Unwinding the second film,
Transferring the first film and the second film together,
Membrane transfer method.
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2013
- 2013-08-01 JP JP2013160235A patent/JP2015032416A/en active Pending
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