JP5857937B2 - 燃料電池用の膜電極接合体の製造方法と製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造方法と製造装置に関する。

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、フィルム状の電解質膜にアノード・カソードの両電極触媒層を予め形成し、その後、両電極触媒層の形成済み電解質フィルムを、電極触媒層の形成箇所ごとに、試験ステーションで性能良否の判定を行い、これに続く分離ステーションでＭＥＡ形状への裁断を行う手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特表２０１０−５０８６２７号公報

ところで、上記した手法では、試験ステーションで性能良否の判定を行っているものの、全てのＭＥＡを分離ステーションで製品形状に裁断する。このため、不良なＭＥＡについては、これを磁石式把持具等の除去機器にて取り除く仕分け機構が必要となったり、作業員による目視を経た仕分け工程が必要となる。そして、この仕分けの確度を高めないと、不良なＭＥＡが誤って製品化されてしまうことも危惧される。従って、製品形状への裁断済みのＭＥＡの仕分けに伴う機器構成の簡略化や作業工程の簡便化、或いは仕分け確度の向上を図ることが要請されるに到った。

上記した目的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。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造方法が提供される。この膜電極接合体の製造方法は、電極触媒層が電解質膜フィルムを挟んで対向して形成済みの前記電解質膜フィルムを準備する工程（ａ）と、該準備された前記電解質膜フィルムを、前記膜電極接合体としての製品形状に裁断する裁断ゾーンに搬入搬送する工程（ｂ）と、前記電解質膜フィルムを前記裁断ゾーンにて前記製品形状に裁断する工程（ｃ）と、前記裁断ゾーンから前記電解質膜フィルムを排出搬送する工程（ｄ）とを備える。そして、前記工程（ｃ）では、前記電解質膜フィルムに形成済みの前記電極触媒層の形状を前記製品形状に適合した適合電極形状と対比して、前記電極触媒層の形状適否を判定し、形状適正と判定した場合に限って、前記製品形状への裁断を実行する。このため、電解質膜フィルムは、形状が適正と判定された電極触媒層の形成箇所での裁断を受けて裁断ゾーンから排出搬送され、形状が不適正と判定された電極触媒層の形成箇所については、製品形状への裁断がなされないまま、裁断済みの箇所に連続したフィルム状の状態で裁断ゾーンから排出搬送される。よって、上記形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法によれば、形状適正な電極触媒層に対応した膜電極接合体しか裁断しないことから、裁断後の仕分けをそもそも必要としないので、仕分け確度の低下を来さない。この他、仕分けに伴う機器構成や作業工程も不要となり、その簡便化を図ることができる。

（２）上記形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法において、前記工程（ｃ）では、前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層を撮像する撮像機器を前記裁断ゾーンにおいて用い、該撮像機器の撮像した前記電極触媒層の撮像結果に基づいて、前記電極触媒層の形状適否を判定するようにできる。こうすれば、電極触媒層についての電極触媒層形状の適否判定の簡便化が可能となる。この場合、撮像機器による電極触媒層の撮像を、電解質膜フィルムが一旦停止した状態で行うようにすれば、撮像結果に基づいた電極触媒層の形状適否の判定精度を高めることができる。

（３）上記形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法において、前記工程（ｃ）では、前記電解質膜フィルムを前記製品形状に裁断する裁断刃を有する裁断機構を前記裁断ゾーンにおいて用い、前記裁断ゾーンで停止した前記電解質膜フィルムと前記裁断刃との位置合わせを、前記撮像機器の撮像した前記電極触媒層の撮像結果に基づいて行うようにできる。こうすれば、撮像機器の撮像した撮像結果を、形状適否判定と裁断刃の位置合わせに兼用でき、機器構成の簡略化や処理工程の簡便化が可能となる。

（４）上記いずれかの形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法において、前記工程（ａ）では、前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層が前記製品形状より小さい前記適合電極形状で形成され、他方の電極触媒層が前記製品形状より大きい形状で形成された前記電解質膜フィルムを準備するようにできる。こうすれば、製品形状での裁断により、裁断後の膜電極接合体において、一方の電極触媒層を製品形状より小さい適合電極形状のまま残し、他方の電極触媒層については、製品形状と同形状の電極触媒層として残すことが可能となる。

（５）上記いずれかの形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法において、前記工程（ａ）または前記工程（ｂ）において、前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層とは異なる電極触媒層に、ガスの拡散透過を図るガス拡散層を前記膜電極接合体の製品形状より大きい形状で接合するようにできる。こうすれば、裁断ゾーンで、電解質膜フィルムは、当該フィルムより剛性に勝るガス拡散層にて支えられてフィルムの伸びやシワが抑制された状態となる。よって、形状適否の判定精度向上と裁断刃の正確な位置合わせを図ることが可能となる。また、裁断後の膜電極接合体において、ガス拡散層を製品形状と同形状のガス拡散層として残すことが可能となる。

（６）本発明の他の形態によれば、燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造装置が提供される。この膜電極接合体の製造装置は、電極触媒層が電解質膜フィルムを挟んで対向して形成済みの前記電解質膜フィルムを、前記膜電極接合体としての製品形状に裁断する裁断ゾーンに搬入搬送する搬入機構と、前記電解質膜フィルムを、前記製品形状に裁断する裁断刃により前記裁断ゾーンにて前記製品形状に裁断する裁断機構と、前記裁断ゾーンから前記電解質膜フィルムを排出搬送する搬出機構とを備える。そして、前記裁断機構は、前記電解質膜フィルムに形成済みの前記電極触媒層の形状を前記製品形状に適合した適合電極形状と対比して、前記電極触媒層の形状適否を判定し、形状適正と判定した場合に限って、前記裁断刃にて前記電解質膜フィルムを前記製品形状に裁断する。よって、この形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造装置によれば、裁断後の仕分けを必要としないが故に仕分け確度の低下を来すことが無く、仕分けに伴う機器構成や作業工程も不要な膜電極接合体の製造装置を提供できる。

（７）上記形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造装置において、前記裁断機構は、前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層を前記裁断ゾーンにおいて撮像する撮像機器を備え、該撮像機器の撮像した前記電極触媒層の撮像結果に基づいて、前記電極触媒層の形状適否を判定した上で、前記裁断ゾーンで停止した前記電解質膜フィルムと前記裁断刃との位置合わせを、前記撮像結果に基づいて行うようにできる。こうすれば、撮像機器の撮像した撮像結果を、形状適否判定と裁断刃の位置合わせに兼用でき、機器構成の簡略化や処理工程の簡便化が可能となる。

本発明は、上記の形態で得られた膜電極接合体を、その両側でガス拡散層で挟持し、その上でセパレーターにて挟持するようにすれば、ガス拡散層を有する形態の膜電極接合体の製造方法や製造装置、或いは燃料電池の製造方法や製造装置としても適用できる。

実施例の燃料電池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。 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。 燃料電池１０の製造手順を示す説明図である。 準備する電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦの準備の形態を模式的に示す説明図である。 準備すべきフィルム状のＭＥＡにおけるアノード２１等の積層の様子をフィルム長手方向の断面とフィルム表裏面から見て示す説明図である。 ＭＥＡ製造装置１００の概略構成を各搬送箇所でのフィルムの形態と共に模式的に示す説明図である。 フィルム裁断装置３００の概略構成を各搬送箇所でのフィルムの形態と共に模式的に示す説明図である。 フィルム裁断装置３００が有する裁断機構４００の概略構成を電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとの関係と合わせて模式的に示す説明図である。 裁断機構４００にてなされるＭＥＡフィルム裁断の様子を示す説明図である。 裁断機構４００におけるカソード２２の撮像の様子を示す説明図である。 電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断手順をフィルム裁断装置３００の機器駆動と合わせて説明する説明図である。 裁断済みのＭＥＡである半製品ＭＥＧＡの排出受け渡しの様子と電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの巻き取り回収の様子を示す説明図である。 カソード２２の形状が不適切であるとして裁断を行わなかった場合の電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの搬送とその巻き取り回収の様子を示す説明図である。 ＭＥＡの作製過程で複数のカソード２２にアノード２１を対応付けた形態を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は実施例の燃料電池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、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。本実施例の燃料電池１０は、図１に示す構成の単セル１５を対向するセパレーター２５、２６で挟持して、この単セル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、電解質膜２０の両側にアノード２１とカソード２２の両電極を備える。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り、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード２１およびカソード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り、電解質膜２０の両膜面に接合され電解質膜２０と共に膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を形成する。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。

この他、単セル１５は、電極形成済みの電解質膜２０を両側から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とセパレーター２５，２６を備え、両ガス拡散層は、対応する電極（アノード２１またはカソード２２）に接合されている。アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４は、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、たいおうする電極にガスを拡散透過する。本実施例では、電解質膜２０とアノード２１およびカソード２２で形成されるＭＥＡを、アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４で挟持した状態で単セル１５の基幹部位として製造する。よって、ＭＥＡに上記の両ガス拡散層を含めた物をＭＥＧＡ（Membrane-Electrode＆Gas. Diffusion Layer Assembly）と、適宜、称することとする。

図２に示すように、ＭＥＡの製品形状は、電解質膜２０およびアノード２１で規定され、アノード２１は、電解質膜２０と同寸法の矩形形状である。カソード２２は、アノード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、共に矩形形状とされ、アノード側ガス拡散層２３はアノード２１と、カソード側ガス拡散層２４はカソード２２と、それぞれ同形状とされている。こうした形状の大小関係から、カソード２２は、ＭＥＡとしての製品形状に適合し、当該製品形状より小さい電極触媒層形状（以下、適合電極形状と称する）をなして電解質膜２０に接合する。また、アノード２１は、ＭＥＡの製品形状と同一ではあるものの、ＭＥＡの製造過程（図５〜図６参照）においては、後述するようにＭＥＡの製品形状より大きい形状で形成されて電解質膜２０に接合する。その上で、アノード２１は、ＭＥＡの製造過程（図７〜図１０参照）において、電解質膜２０と同一形状に裁断される。アノード２１に接合するアノード側ガス拡散層２３は、ＭＥＡの製造過程においては、後述するようにＭＥＡの製品形状より大きいガス拡散層形状で形成され、アノード２１と同様に電解質膜２０と同一形状に裁断される。なお、アノード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。

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（本実施例では、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。

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。

本実施例の燃料電池１０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２１に供給する。空気については、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与える。

次に、燃料電池１０の製造方法について説明する。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、燃料電池１０を製造するに当たっては、まず、その構成単位である単セル１５を作製する。

単セル１５の作製に当たり、その構成部材を準備する（ステップＳ１００）。図４は準備する電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦの準備の形態を模式的に示す説明図である。図示するように、電解質膜フィルム２０Ｆについては、電解質膜２０の上記の高分子電解質樹脂を用いてフィルム状に電解質膜フィルム２０Ｆを形成し、その一方のフィルム面に、アノード２１を点在させて形成する。この場合、電解質膜フィルム２０Ｆは、ＭＥＡにおける電解質膜２０よりも幅広のフィルムとされている。電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面には、剥離可能なバックフィルムＢＦを貼り付ける。このバックフィルムＢＦについては、これを、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フィルムによって形成することができる。こうして、電解質膜フィルム２０Ｆをロール状に巻き取った電解質膜フィルムロール２０Ｒを準備する。アノード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電解質膜フィルム２０Ｆに間欠的に塗工し、その後の乾燥を経て形成される。アノード２１は、図中の側面断面視に示すように、電解質膜フィルム２０Ｆのフィルム幅とほぼ同寸とされ、上記した寸法関係で形成される。以下、アノード２１が形成済みでバックフィルムＢＦが貼り付け済みの電解質膜フィルム２０Ｆ、およびバックフィルムＢＦの剥離済みの電解質膜フィルム２０Ｆを、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと称する。

カソード支持フィルムＤＦは、一方のフィルム面に、カソード２２を点在させて形成する。カソード支持フィルムＤＦは、点在形成済みのカソード２２に対して剥離可能であり、カソード２２の点在形成済みの状態でロール状に巻き取られ、カソード支持フィルムロールＤＲとして準備される。このカソード支持フィルムＤＦは、ＰＥＴやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の高分子フィルムによって形成される。カソード２２は、上記の触媒インクを適宜な塗工機器にて電解質膜フィルム２０Ｆに間欠的に塗工し、その後の乾燥を経て形成される。カソード２２の点在形成に当たっては、図示するようにマスクＭを用いて、カソード２２の矩形形状をＭＥＡの製品形状より小さい既述した適合電極形状に確定する。この場合、アノード２１についても矩形形状を確定するようマスクＭを用いることも可能ではあるが、アノード形成対象である電解質膜フィルム２０Ｆの表面損傷回避のためマスクＭは使用せず、塗工機器からの間欠塗工でアノード２１を形成する。なお、カソード２２の形成対象は、後の剥離除去されるカソード支持フィルムＤＦ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２２にあっては、図中の側面断面視に示すように、カソード支持フィルムＤＦのフィルム幅より狭くされ、上記した寸法関係で形成される。以下、カソード２２が形成済みのカソード支持フィルムＤＦを、積層済みカソード支持フィルムＤＦと称する。

このように電極触媒層を形成しながら上記の両フィルムロールを準備するほか、電極触媒層が形成済みでロール状に巻き取られた電解質膜フィルムロール２０Ｒやカソード支持フィルムロールＤＲを購入準備することもできる。また、アノード２１に接合するアノード側ガス拡散層２３は、導電性で多孔質の基材、例えばカーボンクロスを用いて、ＭＥＡの製品形状より大きいガス拡散層形状の矩形サイズで後述するように一枚ずつ準備される。カソード２２に接合するカソード側ガス拡散層２４にあっては、カーボンクロスを用いて、カソード２２と同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）。

こうして準備した積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みカソード支持フィルムＤＦとからＭＥＡフィルムについても、ステップＳ１００にて作製・準備する。図５は準備すべきフィルム状のＭＥＡにおけるアノード２１等の積層の様子をフィルム長手方向の断面とフィルム表裏面から見て示す説明図である。

図５に示すように、ＭＥＡは、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んでアノード２１とカソード２２とが向かい合う領域とされ、電解質膜フィルム２０Ｆの長手方向に点在する。ＭＥＡの点在の様子は、アノード２１およびカソード２２の点在の様子と同じである。この場合、アノード２１は、塗工機器から電解質膜フィルム２０Ｆへの間欠塗工で形成されることから、塗工開始時と塗工停止時とではエッジ形状が僅かな塗工ムラとなり、この塗工ムラはアノード２１の未塗工領域Ｎｓの前後に残る。カソード２２は、マスクＭを用いる都合上、ほぼ同一形状で点在する。そして、ＭＥＡは、カソード２２を全て含み、アノード２１については塗工ムラを含まないように、カッティングされて（図２参照）、単セル１５を構成する。ＭＥＡのカッティングの様子については後述する。なお、図５に示すように、カソード支持フィルムＤＦは、電解質膜フィルム２０Ｆと共に存在するが、後述のＭＥＡ製造装置１００において剥離される。

本実施形態では、図５に示すようにしてフィルム状のＭＥＡを作製すべく、ステップＳ１００において、ＭＥＡ製造装置１００を用いた。図６はＭＥＡ製造装置１００の概略構成を各搬送箇所でのフィルムの形態と共に模式的に示す説明図である。このＭＥＡ製造装置１００は、第１搬送系１１０と、第２搬送系１２０と、フィルム接合部１３０と、フィルム転写圧着部１４０と、フィルム剥離部１５０と、半製品回収部１６０と、制御装置２００とを備えている。なお、この図６は、フィルム搬送とフィルム接合、並びにフィルム形態の様子を模式的に示しており、実際の電解質膜フィルム２０Ｆやカソード支持フィルムＤＦ、アノード２１およびカソード２２の厚みや縦横サイズを反映したものではない。後述する図７についても同様である。

第１搬送系１１０は、電解質膜フィルムロール２０Ｒに巻き取られた電解質膜フィルム２０Ｆをフィルム接合部１３０に送り出す。送り出された電解質膜フィルム２０Ｆは、搬送ポイントＰ１のフィルム形態に示すように、バックフィルムＢＦと電解質膜フィルム２０Ｆとが積層し（図４参照）、電解質膜フィルム２０Ｆのフィルム面（上面）にアノード２１が点在形成されている。この第１搬送系１１０は、搬送下流側にフィルム剥離ローラー１１２を備え、当該ローラーを回転させつつ電解質膜フィルム２０ＦからバックフィルムＢＦを剥離し、当該剥離したバックフィルムＢＦを回収ローラー１１４に巻き取り回収する。よって、第１搬送系１１０は、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆを、バックフィルムＢＦの側のフィルム面を露出させて、フィルム接合部１３０に送り出す。また、この第１搬送系１１０は、後述するフィルム転写圧着部１４０での第２転写ローラー１４２の前進と退避タイミングを定めるために用いるアノードセンサー１１６を備える。このアノードセンサー１１６は、光反射型の光センサーとして構成され、第１搬送系１１０から搬送されつつある積層済み電解質膜フィルム２０Ｆにおいて隣り合うアノード２１の間の未塗工領域Ｎｓの搬送方向に沿った先端部位と末端部位を、或いは、隣り合う個々のアノード２１の搬送方向に沿った先端部位と末端部位を検知し、その信号を制御装置２００に出力する。第２搬送系１２０は、カソード支持フィルムロールＤＲに巻き取り済みのカソード支持フィルムＤＦ（図４参照）をフィルム接合部１３０に送り出す。カソード支持フィルムＤＦは、搬送ポイントＰ２のフィルム形態に示すように、カソード２２が上記の電解質膜フィルム２０Ｆの露出フィルム面に向くようにして、送り出される。ＭＥＡ製造装置１００は、こうして送り出された積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みカソード支持フィルムＤＦとをフィルム接合部１３０にて接合させる。

フィルム接合部１３０は、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆにおけるアノード２１の露出面（上面）にローラー表面を接触させる接合ローラー１３１と、積層済みカソード支持フィルムＤＦの露出面（下面）の側に位置する接合案内ローラー１３２とを備える。接合ローラー１３１と接合案内ローラー１３２の両ローラーは、回転しながら積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みカソード支持フィルムＤＦをフィルム転写圧着部１４０に向けて送り出すと共に、この電解質膜フィルム２０Ｆを積層済みカソード支持フィルムＤＦのカソード２２に押し付ける。これにより、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みカソード支持フィルムＤＦとは、電解質膜フィルム２０Ｆの露出面にカソード２２が密着するようにして、接合する。この接合の様子は、図５および搬送ポイントＰ３のフィルム形態で示されており、電解質膜フィルム２０Ｆの下面にカソード２２が接合し、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで、アノード２１とカソード２２が対向する。カソード支持フィルムＤＦにあっては、カソード２２に接合したままである。こうしたフィルム接合に関与する第１搬送系１１０と第２搬送系１２０およびフィルム接合部１３０は、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦとを搬送しつつ、既述したようにアノード２１とカソード２２が電解質膜フィルム２０Ｆに接合した状態とし（以下、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆと称する）、両フィルムを、フィルム転写圧着部１４０における第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２の間の転写圧着位置に搬送案内する。この場合、図５に示すようにカソード２２がアノード２１のほぼ中央位置となるよう電解質膜フィルム２０Ｆを挟んでアノード２１に対向するよう、第１搬送系１１０によるフィルム搬送開始と第２搬送系１２０によるフィルム搬送開始、および搬送過程のローラー回転速度が、アノードセンサー１１６のセンサー信号を入力する制御装置２００により制御される。

フィルム転写圧着部１４０は、対向して回転する一対の転写ローラー対を備え、当該ローラー対を、第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２とで構成する。第１転写ローラー１４１は、ゴム製のローラー或いは表面がゴムとされたローラーであり、第２転写ローラー１４２は、金属製のローラーである。この両ローラーは、その対向間隔を電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦの厚みの和よりやや狭くし、この対向箇所をフィルム転写圧着箇所とする。第２転写ローラー１４２は、図における紙面手前側と紙面奥側のローラー軸両端にて、図示しないし支持腕に回転自在に支持されており、この支持腕ごとフィルム転写圧着箇所から退避可能とされている。このローラー退避については、後述する。この場合、第２転写ローラー１４２を、ヒーター内蔵の加熱ローラーとすることもでき、制御装置２００は、ヒーター制御と回転制御を行って、第２転写ローラー１４２を、回転させながらローラー表面をフィルムの加熱圧着に適した温度とする。

フィルム転写圧着部１４０は、接合ローラー１３１と接合案内ローラー１３２の下流から案内された電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦ（以下、これらフィルムを一体として接合済みフィルムＳＦと適宜称する）を、上記の両転写ローラーのフィルム転写圧着箇所に案内する。この案内に際しては、図示するように、カソード支持フィルムＤＦを第１転写ローラー１４１のローラー表面に接触させる。よって、第１転写ローラー１４１は、接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦのうちのカソード支持フィルムＤＦを第１転写ローラー１４１のローラー表面に接触させて、上記接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦを上記のフィルム転写圧着箇所に案内する経路を、接合ローラー１３１と接合案内ローラー１３２と協働して形成する。そして、第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２とは、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦを両面から押圧することによって、電解質膜フィルム２０Ｆにカソード支持フィルムＤＦのカソード２２を転写圧着し、転写圧着済みの両フィルムを、テンションローラー１４３にてテンションを掛けつつ下流のフィルム剥離部１５０に搬送する。第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２の間の転写圧着位置には、アノード２１と電解質膜フィルム２０Ｆ、カソード２２およびカソード支持フィルムＤＦが重なった接合箇所とアノード２１の未塗工の未塗工領域Ｎｓとが交互に到着する。制御装置２００は、搬送されつつあるアノード２１の先端・後端をアノードセンサー１１６（図６参照）からのセンサー信号により把握した上で、センサー検知箇所から転写圧着位置までの搬送経路長とローラーによる電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの搬送速度とを勘案して、第２転写ローラー１４２を進退駆動して、上記のようにカソード２２を電解質膜フィルム２０Ｆに転写圧着する。この場合、第２転写ローラー１４２を加熱ローラーとすれば、電解質膜フィルム２０Ｆにカソード支持フィルムＤＦのカソード２２を加熱圧着できる。

フィルム転写圧着部１４０より下流側のフィルム剥離部１５０は、剥離ローラー１５１と、搬送ローラー１５２と、テンションローラー１５３とを備えている。剥離ローラー１５１は、搬送ローラー１５２と対向配置され、テンションローラー１５３にて搬送経路が変更されたカソード支持フィルムＤＦを、アノード２１から剥離する。剥離後のフィルムの様子は、搬送ポイントＰ４のフィルム形態に示すように、カソード支持フィルムＤＦがない状態で、電解質膜フィルム２０Ｆの下面にアノード２１が接合し、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで、アノード２１とカソード２２が向き合う。つまり、フィルム状のＭＥＡフィルムＭＦが得られることになり、このＭＥＡフィルムＭＦは半製品回収部１６０に搬送される。剥離されたカソード支持フィルムＤＦは、回収ローラー１５４に巻き取り回収される。

半製品回収部１６０は、バックフィルム補給ローラーＢＦＲと、搬送ローラー１６１と、テンションローラー１６２と、半製品回収ローラー１６３とを備えている。搬送ローラー１６１は、ＭＥＡフィルムＭＦを搬送しつつ、バックフィルム補給ローラーＢＦＲから送り出されたバックフィルムＢＦを、ＭＥＡフィルムＭＦのカソード２２に重ね合わせ、この状態で、バックフィルムＢＦおよびＭＥＡフィルムＭＦをテンションローラー１６２に搬送する。テンションローラー１６２は、経路を屈曲させつつテンションを掛けることで、搬送ポイントＰ４のフィルム形態のカソード２２にバックフィルムＢＦを接合する。バックフィルムＢＦの接合済みのＭＥＡフィルムＭＦは、単セル１５（図２参照）に組み込まれる矩形形状ではないので、ＭＥＡ半製品として半製品回収ローラー１６３に巻き取り回収される。回収されたＭＥＡフィルムＭＦは、後述のフィルム裁断装置３００にて矩形形状に裁断されてＭＥＡとしてＭＥＧＡの作製に用いられるほか、フィルム形態のままＭＥＧＡの作製に用いることもできる。なお、フィルム剥離部１５０と半製品回収部１６０を省略して、カソード支持フィルムＤＦが電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに接合した形態で、テンションローラー１４３の下流にて巻き取って、ＭＥＡ半製品とすることもできる。また、ステップＳ１００では、ＭＥＡ製造装置１００にて、アノード２１とカソード２２とが電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで対向して形成済みの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを作製・準備するほか、アノード２１とカソード２２とが電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで対向して形成済みの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを購入・準備することもできる。

制御装置２００は、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各ローラーの回転速度を調整制御するほか、第２転写ローラー１４２の前後退についてもこれを制御する。なお、第２転写ローラー１４２を加熱ローラーとする場合には、制御装置２００は、第２転写ローラー１４２の温度についても、これを制御する。

既述したようにしてＭＥＡフィルムＭＦが得られると、図３のステップＳ１１０にて、アノード側ガス拡散層２３を含んでＭＥＡの製品形状にＭＥＡフィルムＭＦを裁断して、一方のアノード側ガス拡散層２３を有する矩形形状の半製品ＭＥＧＡを作製する。図７はフィルム裁断装置３００の概略構成を各搬送箇所でのフィルムの形態と共に模式的に示す説明図、図８はフィルム裁断装置３００が有する裁断機構４００の概略構成を電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとの関係と合わせて模式的に示す説明図、図９は裁断機構４００にてなされるＭＥＡフィルム裁断の様子を示す説明図、図１０は裁断機構４００におけるカソード２２の撮像の様子を示す説明図である。

図７に示すフィルム裁断装置３００は、フィルム供給系３１０と、アノードガス拡散層供給系３２０と、ガス拡散層接合部３３０と、ピッチ単位搬入機構部３４０と、裁断機構４００と、ピッチ単位排出巻取部３６０とを備える。フィルム供給系３１０は、既述した半製品回収ローラー１６３に巻き取られた電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆから搬送路下流のフィルム剥離ローラー３１２にてバックフィルムＢＦを剥離する。そして、搬送ポイントＰ１０のフィルム形態に示すように、フィルム供給系３１０は、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを、アノード２１とカソード２２とが対向して点在する形態でガス拡散層接合部３３０に送り出す。こうして送り出された電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、搬送経路下流の第１テンションローラー３１４と第２テンションローラー３１６にてテンションが調整された上で、ガス拡散層接合部３３０に搬送される。また、このフィルム供給系３１０は、後述するアノードガス拡散層供給系３２０でのアノード側ガス拡散層２３の受け渡しタイミングを定めるために用いるカソードセンサー３１８を備える。このカソードセンサー３１８は、光反射型の光センサーとして構成され、フィルム供給系３１０から搬送されつつある電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆにおいて隣り合うカソード２２の搬送方向に沿った先端部位を検知し、その信号を後述の制御装置５００に出力する。なお、剥離されたバックフィルムＢＦは図示しない回収ローラーにて巻き取り回収される。

アノードガス拡散層供給系３２０は、拡散層吸着テーブル３２２を、ガス拡散層接合部３３０の接合ポイント、即ちガス拡散層接合部３３０の最上流の対向ローラー対３３４まで進退可能に備える。拡散層吸着テーブル３２２は、テーブル上面を吸引してアノード側ガス拡散層２３を吸着し、この状態で前進し、テーブル上面へのエアー吹出を経てアノード側ガス拡散層２３をガス拡散層接合部３３０に受け渡す。制御装置５００は、カソードセンサー３１８のセンサー信号に基づいて、拡散層吸着テーブル３２２の前進駆動およびエアー吹出タイミングを制御するので、アノードガス拡散層供給系３２０は、アノード側ガス拡散層２３が電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆのアノード２１とその外郭をほぼ揃えるようにして、アノード側ガス拡散層２３をガス拡散層接合部３３０に受け渡す。

ガス拡散層接合部３３０は、複数対の対向ローラー対３３４と最下流のフリーローラーとを備え、上流側の対向ローラー対３３４からその押圧程度および加熱温度を変えながら、アノード側ガス拡散層２３をアノード２１に接合する。つまり、ガス拡散層接合部３３０は、対向ローラー対３３４にてアノード側ガス拡散層２３をアノード２１にホットプレスして、搬送ポイントＰ１１のフィルム形態に示すように、アノード２１とカソード２２とが対向して点在した上で、アノード２１とアノード側ガス拡散層２３とがほぼその外郭が一致するような状態で、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆをピッチ単位搬入機構部３４０に送り出す。

ピッチ単位搬入機構部３４０は、ガス拡散層接合部３３０と緩衝ゾーンＫｚを隔てて配設され、最上流のフリーローラーと複数対の対向ローラー対３４２とを備え、ガス拡散層接合部３３０から搬送された電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを、所定のピッチ単位で裁断機構４００に搬入搬送する。そして、ピッチ単位搬入機構部３４０は、最下流の対向ローラー対３４２をローラー間のニップ圧を調整可能なローラー対として備え、制御装置５００は、このニップ圧を、ピッチ単位排出巻取部３６０における対向ローラー対３６４のニップ圧と合わせて後述するタイミングで調整する。その上で、ピッチ単位搬入機構部３４０は、裁断機構４００より下流のピッチ単位排出巻取部３６０でのピッチ単位のフィルム巻き取りと共同して、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを所定ピッチ、即ち電解質膜フィルム２０Ｆにおけるカソード２２の形成ピッチを単位に、裁断機構４００にピッチ搬送（搬入搬送）して、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを裁断機構４００の後述する裁断ゾーンＣｚで一旦停止させる。電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、ガス拡散層接合部３３０からは所定の搬送速度で定速搬送され、ピッチ単位搬入機構部３４０によっては、所定ピッチ単位で搬送される。このため、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、緩衝ゾーンＫｚにおいて自重で垂れ下がった上で搬送され、ピッチ単位搬入機構部３４０による所定ピッチ単位での搬送を受ける度に、緩衝ゾーンＫｚでの垂れ下がりの程度を変えながら、裁断機構４００にピッチ単位で搬入搬送されて、裁断機構４００の裁断ゾーンで一旦停止することになる。こうした電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの所定ピッチ単位での搬送により、ガス拡散層接合部３３０での定速搬送に支障が出ないよう、ガス拡散層接合部３３０は、その最下流の対向ローラー対３３４をニップ圧調整可能に備える。

ピッチ単位排出巻取部３６０は、フィルムテンションを測定するテンションローラー３６２と、ニップ圧が調整可能な対向ローラー対３６４と、フィルム巻取回収ローラー３６６とを備え、ピッチ単位排出巻取部３６０の検出したフィルムテンションを制御装置５００に出力する。制御装置５００は、このフィルムテンションに基づいてピッチ単位搬入機構部３４０の最下流の対向ローラー対３４２とピッチ単位排出巻取部３６０のテンションローラー３６２のニップ圧を調整し、ピッチ単位で搬送済みで裁断ゾーンＣｚに停止した電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを、上記の両ローラーにて保持することになる。この際、制御装置５００は、ガス拡散層接合部３３０の最下流の対向ローラー対３３４についても、そのニップ圧を調整する。

裁断機構４００は、図８に示すように、下段テーブル４０２と上段テーブル４０４とを４本のシャフト４０６にて連結して備える。そして、裁断機構４００は、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの幅方向に沿ったｘ軸モーター４０８とフィルム搬送方向に沿ったｙ軸モーター４０９とを駆動源とする図示しないｘｙテーブル構造を、下段テーブル４０２に内蔵し、上下段のテーブルごと、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに対して２次元的に移動可能とする。ｘ軸方向およびｙ軸方向のテーブル駆動量は、制御装置５００にて後述するように規定され、その規定された駆動量で、裁断機構４００は、下段テーブル４０２の下段側裁断刃４２０と上段テーブル４０４の上段側裁断刃４３０とを対向させたまま、両裁断刃を制御装置５００の制御下でテーブルごと駆動する。下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０とは、その対向する領域を電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断ゾーンＣｚとする。下段側裁断刃４２０は、矩形の枠状をなし、図９に示すように、その外周縁を裁断刃４２１とする。上段側裁断刃４３０は、下段側裁断刃４２０がその裁断刃４２１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４３１を裁断刃４２１の裁断案内面とする。そして、裁断機構４００は、下段側裁断刃４２０をシリンダー４２２（図７参照）により、上段側裁断刃４３０をシリンダー４３２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４００は、既述したように一旦停止済みの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを矩形形状、即ちＭＥＡの製品形状（製品寸法）に裁断ゾーンＣｚで裁断する。下段側裁断刃４２０は、その内部に昇降テーブル４２４を備える。この昇降テーブル４２４は、エアーの吸引と吹出が可能な中空のテーブル状とされ、後述の電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断に合わせて、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆのアノード側ガス拡散層２３をテーブル上面に吸着したりテーブル上面から放出する。上記した裁断刃のｘｙ駆動や上下駆動、並びに昇降テーブル４２４によるアノード側ガス拡散層２３への吸着・放出は、制御装置５００にて後述のタイミングで実行される。

また、裁断機構４００は、裁断後のＭＥＡを装置外に排出するローダー４４０を備えるほか、イメージセンサー４１０を有する。ローダー４４０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４４０は、制御装置５００の制御下での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２３を備えたＭＥＡとしての半製品ＭＥＧＡを、後述するステップＳ１２０（図３参照）におけるＭＥＧＡの作製に提供する。ローダー４４０の駆動タイミング等については、後述する。

イメージセンサー４１０は、固体撮像素子（ＣＣＤ／Charge Coupled Device）を用いて構成され、図１０に示すように、既述したようにピッチ単位で裁断ゾーンＣｚに搬入されて一旦停止した電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆのカソード２２の各コーナーに対応付けて設置されている。つまり、それぞれのイメージセンサー４１０は、ＭＥＡとしての製品形状に適合して当該製品形状より小さい適合電極形状のカソード２２（図２参照）の各コーナーが撮像視野Ｖｐに入るように、裁断ゾーンＣｚに配設されている。電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆが既述したピッチ単位で搬入搬送されて裁断ゾーンＣｚに停止し、その上で、カソード２２が既述した適合電極形状で形成されていれば、そのカソード２２の各コーナーは、撮像視野Ｖｐの中心（センサー撮像原点）に位置するよう、イメージセンサー４１０が配設されている。そして、このイメージセンサー４１０は、カソード２２の各コーナーの撮像画像を制御装置５００に出力する。制御装置５００は、各イメージセンサーから入力した撮像画像に基づいて、カソード２２の縦横寸法を算出する。従って、マスクＭの浮き上がりやインクの塗工不良等により規定の適合電極形状よりカソード２２の実際の形状が逸脱すると、そのカソード２２の各コーナーは撮像視野Ｖｐに入らなかったり（カソード２２_4）、各コーナーが撮像視野Ｖｐに入っても、その縦横寸法が長短相違し得る（カソード２２_3）。その一方、適合電極形状のカソード２２であれば、その各コーナーは撮像視野Ｖｐに入ることになる（カソード２２_1、カソード２２_4）。この場合、それぞれのイメージセンサー４１０に対して（詳しくは、センサー撮像原点に対して）、裁断すべきＭＥＡの製品形状の位置関係は規定済みであることから、制御装置５００は、各コーナーが撮像視野Ｖｐに入った適合電極形状のカソード２２と裁断すべきＭＥＡの製品形状との位置関係を、イメージセンサーから入力した撮像画像に基づいて演算する。なお、本実施形態では、照明ユニット４１２にて、イメージセンサー４１０の撮像視野Ｖｐを照射するので、黒色もしくは黒色に近いカソード２２にあっても、イメージセンサー４１０は、そのコーナー部を撮像視野Ｖｐにて撮像する。

制御装置５００は、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各ローラーの回転速度を調整制御するほか、ピッチ単位搬入機構部３４０とピッチ単位排出巻取部３６０とによる電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆのピッチ単位での搬入搬送や排出搬送、並びに、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断に必要な裁断機構４００の各機器の駆動についてもこれを制御する。また、この制御装置５００は、図２で説明したＭＥＡの製品形状寸法、即ち下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０とで規定される縦横寸法の他、ＭＥＡとしての製品形状に適合したカソード２２の既述した適合電極形状寸法とその許容範囲を予め記憶しており、これら寸法に基づいて、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに対する下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０の位置あわせ制御についても、これを後述のように行う。

次に、上記したフィルム裁断装置３００を用いた電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断手順（図３：ステップＳ１１０）について詳述する。図１１は電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断手順をフィルム裁断装置３００の機器駆動と合わせて説明する説明図である。

制御装置５００は、まず、ピッチ単位搬入機構部３４０とピッチ単位排出巻取部３６０とを制御して、ガス拡散層接合部３３０にてアノード側ガス拡散層２３を接合済みの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを、裁断機構４００の裁断ゾーンＣｚに搬入搬送する（ステップＳ２１０）。この搬入搬送は、既述したように、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを、カソード２２の形成ピッチをピッチ単位として搬送した上で、一旦停止することになる。これにより、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、裁断ゾーンＣｚにおいて、カソード２２を裁断機構４００の４３０の上段側裁断刃４３０とし、アノード側ガス拡散層２３を下段側裁断刃４２０の側として、停止状態とされ、ピッチ単位搬入機構部３４０の対向ローラー対３４２およびピッチ単位排出巻取部３６０のテンションローラー３６２のニップ圧で緊張保持される。なお、ステップＳ２１０の搬入搬送は、後述の電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断後における電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの排出搬送と同じであることから、裁断実行後においては、続くステップＳ２２０から処理が繰り返される。

制御装置５００は、次いで、裁断ゾーンＣｚのイメージセンサー４１０からの撮像画像を入力する（ステップＳ２２０）。この際、それぞれのイメージセンサー４１０は、撮像視野Ｖｐに入り込んでいるカソード２２を撮像し、予め規定されたカソード各コーナー画像とのパターンマッチングを行い、その結果である撮像画像を制御装置５００に出力する。この撮像画像の入力を受けた制御装置５００は、それぞれのイメージセンサー４１０のセンサー撮像原点（撮像視野Ｖｐの中心）から各コーナーまでのズレ量を算出し（ステップＳ２３０）、この算出した各コーナーのズレ量からカソード２２の矩形形状寸法（縦横寸法）を算出する（ステップＳ２４０）。その後、制御装置５００は、算出したカソード２２の寸法が、ＭＥＡとしての製品形状に適合したカソード２２の既述した許容範囲の適合電極形状寸法に含まれるか否かを判定する（ステップＳ２５０）。この寸法算出と寸法判定の様子は、図１０に示す通りであり、適合電極形状のカソード２２_1やカソード２２_2は、いずれもその各コーナーを撮像視野Ｖｐに位置させ、イメージセンサー４１０は、この各コーナーの撮像画像を制御装置５００に出力する。制御装置５００は、適合電極形状のカソード２２_1やカソード２２_2について入力を受けた撮像画像の各コーナーとセンサー撮像原点（撮像視野Ｖｐの中心）とのズレ量を算出し、この算出した各コーナーのズレ量からカソード２２の矩形形状寸法（縦横寸法）を算出する。算出した寸法は、適合電極形状に適ったものとなるので、制御装置５００は、適合電極形状のカソード２２_1やカソード２２_2について、いずれもステップＳ２５０で肯定判定する。その一方、各コーナーが撮像視野Ｖｐに入るものの、その縦横寸法が規定の適合電極形状より短いカソード２２_3については、その算出寸法は、適合電極形状より短寸側に逸脱したものとなる。カソード２２のいずれかのコーナーが撮像視野Ｖｐに入らなかったカソード２２_4については、その算出寸法は、適合電極形状より長寸側に逸脱したものとなる。よって、制御装置５００は、適合電極形状から逸脱したカソード２２_3とカソード２２_4について、いずれもステップＳ２５０で否定判定する。

制御装置５００は、ステップＳ２５０での肯定判定に続き、ステップＳ２３０で算出した各コーナーのズレ量に基づいて、下段側裁断刃４２０および上段側裁断刃４３０の位置是正量を算出する（ステップＳ２６０）。つまり、適合電極形状のカソード２２_1であれば、そのズレ量はほぼゼロであることから、位置是正量はゼロとなる。これに対し、同じ適合電極形状であっても、各コーナーがズレているカソード２２_2については、下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０に対するこのズレの解消を図るべく、下段側裁断刃４２０および上段側裁断刃４３０の位置是正量が算出される。こうして位置是正量を算出すると、制御装置５００は、この位置是正量に基づいて下段テーブル４０２（図８参照）のｘ軸モーター４０８とｙ軸モーター４０９とを駆動制御して、下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０とを実際のカソード２２に対して位置合わせする（ステップＳ２７０）。次いで、制御装置５００は、シリンダー４２２とシリンダー４３２とを駆動制御して、下段側裁断刃４２０の上昇と上段側裁断刃４３０の降下とを図り、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを、その下面のアノード側ガス拡散層２３と共に、製品形状に裁断する（ステップＳ２８０）。この際、制御装置５００は、下段側裁断刃４２０に組み込み済みの昇降テーブル４２４を下段側裁断刃４２０と同期して上昇させて、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを吸着して下支えする。この下支えにより、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、不用意なシワや延びを起こすことなく、裁断される。

ステップＳ２８０での裁断に続き、制御装置５００は、裁断済みのＭＥＡ、詳しくは、アノード側ガス拡散層２３を接合済みの半製品ＭＥＧＡの排出受け渡しを行った後（ステップＳ２９０）、ピッチ単位搬入機構部３４０による電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの既述したピッチ単位での搬送とピッチ単位排出巻取部３６０による巻き取り回収を行う（ステップＳ３００）。図１２は裁断済みのＭＥＡである半製品ＭＥＧＡの排出受け渡しの様子と電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの巻き取り回収の様子を示す説明図である。制御装置５００は、ステップＳ２８０での裁断の際に、下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０とをそれぞれ原位置に復帰させるので、この裁断刃復帰に合わせて、ローダー４４０を裁断ゾーンＣｚに入り込ませ（図９、図１２（Ａ）参照）、ローダー４４０下面のフィルム吸着部に裁断済みＭＥＡを吸着する。その後、昇降テーブル４２４（図９参照）の裁断済みＭＥＡの吸着を解放して、当該ＭＥＡをローダー４４０だけで吸着し、ローダー４４０を図示しないＭＥＧＡ作製ゾーンに搬出して受け渡す（図１２（Ｂ）参照）。この受け渡しに伴って、ステップＳ３００でのピッチ単位での搬送が行われることから、図１２（ｃ）に示すように、裁断済み箇所の電解質膜フィルム２０Ｆについては、フィルム幅両端側で長手方向に繋がって裁断ゾーンＣｚからピッチ単位で排出搬送される。そして、ピッチ単位排出巻取部３６０では、電解質膜フィルム２０Ｆは、フィルム幅両端側で長手方向に繋がった形態でピッチ単位で巻き取り回収される。その一方、裁断ゾーンＣｚに未到達であった部位の電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、新たに裁断を受けるべく、図１２（ｃ）に示すように、ピッチ単位で裁断ゾーンＣｚに搬入搬出されることになる。

ステップＳ２５０にて、カソード２２の算出寸法が適合電極形状寸法より逸脱して否定判定すると、制御装置５００は、既述したステップＳ２６０〜Ｓ２９０をスキップして裁断を行うことなく、ステップＳ３００での既述したピッチ単位での搬送と巻き取り回収を行う。図１３はカソード２２の形状が不適切であるとして裁断を行わなかった場合の電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの搬送とその巻き取り回収の様子を示す説明図である。カソード２２の形状逸脱により電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの裁断を行わない場合は、図１３に示すように、下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０およびローダー４４０を駆動することなくピッチ単位での搬送を行うので、製品形状のＭＥＡへの裁断がなられないまま、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、裁断済みの箇所に連続したフィルム状の状態で裁断ゾーンＣｚから排出搬送される。そして、ピッチ単位排出巻取部３６０では、電解質膜フィルム２０Ｆは、フィルム状のままピッチ単位で巻き取り回収される。その一方、裁断ゾーンＣｚに未到達であった部位の電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、裁断実行時と同様に、新たに裁断を受けるべく、図１２（ｃ）に示すように、ピッチ単位で裁断ゾーンＣｚに搬入搬出されることになる。

図３のステップＳ１２０では、その詳細工程である上記のステップＳ２９０にて、製品形状（図２参照）で裁断済みのＭＥＡに、アノード２１および電解質膜２０と同寸のアノード側ガス拡散層２３を接合済みの矩形状の半製品ＭＥＧＡが得られる。よって、ステップＳ１２０に続くステップＳ１３０では、得られた矩形状の半製品ＭＥＧＡのカソード２２の側に、カソード２２と同形状に形成済みの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、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。こうして得た矩形状のＭＥＧＡについては、これを、他の燃料電池製造ラインに出荷したり、当該ライン用の材料として販売等することもできる。

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。

以上説明したように、本実施形態のフィルム裁断装置３００は、裁断機構４００の裁断ゾーンＣｚにピッチ単位で搬入搬送されて停止した電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに形成済みのカソード２２の形状を、各コーナーごとのイメージセンサー４１０にて撮像した上で、その撮像画像を、カソード２２に対して求められる適合電極形状と対比して、カソード２２の形状適否を判定する（ステップＳ２２０〜２５０；図１０）。そして、既に形成済みのカソード２２の形状が所定の許容範囲内で適合電極形状と一致してカソード形状が適正と判定した場合に限って、下段側裁断刃４２０および上段側裁断刃４３０によるＭＥＡの製品形状への裁断を実行する（ステップＳ２５０肯定判定〜Ｓ２８０）。このため、本実施形態のフィルム裁断装置３００は、形状が適正と判定されたカソード２２の形成箇所での裁断を受けた電解質膜フィルム２０Ｆを裁断ゾーンＣｚからピッチ単位で排出搬送すると共に、形状が不適正と判定されたカソード２２の形成箇所の電解質膜フィルム２０Ｆについては、ＭＥＡへの製品形状への裁断を行わないまま、裁断済み箇所の電解質膜フィルム２０Ｆに連続したフィルム状の状態で裁断ゾーンＣｚからピッチ単位で排出搬送する。よって、本実施形態のフィルム裁断装置３００によれば、形状適正なカソード２２に対応したＭＥＡしか裁断してＭＥＧＡの作製に用いないことから、ＭＥＡへの裁断後の仕分けをそもそも必要としない。この結果、本実施形態のフィルム裁断装置３００によれば、仕分け確度の低下をそもそも来さないばかりか、仕分けに伴う機器構成や作業工程も不要となり、ＭＥＡ裁断とその後のＭＥＧＡ作製の簡便化を図ることができる。換言すれば、本実施形態によれば、裁断後の仕分けを必要としないが故に仕分け確度の低下を来すことが無く、仕分けに伴う機器構成や作業工程も不要なフィルム裁断装置３００を提供できる。

また、本実施形態のフィルム裁断装置３００では、カソード２２の形状適否を、カソード２２の各コーナーに対応したイメージセンサー４１０の撮像画像に基づいて行い、その撮像に際しては、電解質膜フィルム２０Ｆを一旦停止させる。よって、本実施形態のフィルム裁断装置３００によれば、カソード２２についての電極触媒層形状の適否判定を簡便化できると共に、イメージセンサー４１０から得た撮像結果に基づいた電極触媒層の形状適否の判定精度を高めることができる。

また、本実施形態のフィルム裁断装置３００では、電解質膜フィルム２０Ｆをその上下から裁断する下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０の上下段裁断刃を、裁断ゾーンＣｚにおいて電解質膜フィルム２０Ｆに対してｘｙ軸方向に移動可能に備え（図８）、その上で、上下段裁断刃を、イメージセンサー４１０の撮像したカソード２２の撮像結果に基づいて、電解質膜フィルム２０Ｆに対して位置合わせする（ステップＳ２６０〜Ｓ２８０）。よって、本実施形態のフィルム裁断装置３００によれば、電解質膜フィルム２０ＦからＭＥＡ、詳しくはアノード側ガス拡散層２３を有する半製品ＭＥＧＡを精度良く裁断できると共に、イメージセンサー４１０の撮像結果を形状適否判定と裁断刃の位置合わせに兼用でき、機器構成の簡略化や処理工程の簡便化を図ることができる。

また、本実施形態では、カソード２２については、ＭＥＡの製品形状より小さい適合電極形状で電解質膜フィルム２０Ｆに形成し（図５参照）、アノード２１とアノード側ガス拡散層２３については、これらを、ＭＥＡの製品形状より大きい形状で電解質膜フィルム２０Ｆに形成した。よって、本実施形態のフィルム裁断装置３００によれば、裁断後のＭＥＡ、詳しくはアノード側ガス拡散層２３を有する半製品ＭＥＧＡにおいて、カソード２２を製品形状より小さい適合電極形状のまま残し、アノード２１とアノード側ガス拡散層２３については、これらを製品形状と同形状で残すことができる。

この他、本実施形態のフィルム裁断装置３００では、裁断機構４００にてＭＥＡの裁断を図る前に、アノード側ガス拡散層２３を、電解質膜フィルム２０Ｆに既に形成済みのアノード２１に、ＭＥＡの製品形状より大きい形状で接合する。よって、電解質膜フィルム２０Ｆは、裁断機構４００の裁断ゾーンＣｚにて、電解質膜フィルム２０Ｆより剛性に勝るアノード側ガス拡散層２３にて下支えされた状態で、裁断を受ける。この結果、本実施形態のフィルム裁断装置３００によれば、アノード側ガス拡散層２３の下支えによりフィルムの伸びやシワが抑制された状態で、電解質膜フィルム２０Ｆを裁断できるので、形状適否の判定精度向上と上下裁断刃の正確な位置合わせと相まって、高い形状精度でＭＥＡを裁断作製できる。

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。

また、上記の実施形態では、裁断機構４００での製品形状への裁断対象を、アノード２１とカソード２２に加えアノード側ガス拡散層２３を接合済みの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとしたが、アノード側ガス拡散層２３を接合しないままの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを、既述したように製品形状に裁断するようにすることもできる。この場合には、図７において、アノードガス拡散層供給系３２０を省略すればよい。この場合、バックフィルムＢＦをフィルム供給系３１０にて剥ぎ取らないようにして、このバックフィルムＢＦごとＭＥＡ形状に裁断し、その後に、裁断済みのバックフィルムＢＦを剥離するようにもできる。そして、製品形状に裁断済みの矩形状のＭＥＡに対して、図３のステップＳ１２０にて、それぞれ矩形状に形成済みのアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４とを接合して、ＭＥＧＡを形成すればよい。

この他、上記の実施形態では、電解質膜フィルム２０Ｆにおけるアノード２１の形成ピッチと、カソード支持フィルムＤＦにおけるカソード２２の形成ピッチを揃えて、アノード２１とカソード２２が一体一で対応するようにしたが、これに限らない。図１４はＭＥＡの作製過程で複数のカソード２２にアノード２１を対応付けた形態を説明する説明図である。図示するように、この形態では、隣り合う二つのカソード２２に対して、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んでアノード２１が対向するよう、アノード２１を電解質膜フィルム２０Ｆに形成する。こうしてアノード２１とカソード２２とが接合した電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆであっても、裁断機構４００の裁断ゾーンＣｚにピッチ単位で搬入搬送される個々のカソード２２について、ステップＳ２２０の撮像画像入力を行い、その上で、ステップＳ２３０以降の処理を実行すればよい。アノード２１を帯状に電解質膜フィルム２０Ｆに形成した形態でも同様である。

また、上記の実施形態では、裁断ゾーンＣｚにおけるＭＥＡ裁断を下段側裁断刃４２０と上段側裁断刃４３０にて行ったが、矩形形状でのレーザー照射が可能なレーザー裁断機器や、レーザー照射位置を縦横の２次元的に走査可能なレーザー裁断機器にて、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆを裁断ゾーンＣｚにて裁断することもできる。こうしたレーザー裁断であれば、裁断ゾーンＣｚにおいて、電解質膜フィルム２０Ｆを搬送したままＭＥＡの製品形状に裁断できる。

１０…燃料電池
１５…単セル
２０…電解質膜
２０Ｆ…電解質膜フィルム
２０Ｒ…電解質膜フィルムロール
２１…アノード
２２…カソード
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
１００…ＭＥＡ製造装置
１１０…第１搬送系
１１２…フィルム剥離ローラー
１１４…回収ローラー
１１６…アノードセンサー
１２０…第２搬送系
１３０…フィルム接合部
１３１…接合ローラー
１３２…接合案内ローラー
１４０…フィルム転写圧着部
１４１…第１転写ローラー
１４２…第２転写ローラー
１４３…テンションローラー
１５０…フィルム剥離部
１５１…剥離ローラー
１５２…搬送ローラー
１５３…テンションローラー
１５４…回収ローラー
１６０…半製品回収部
１６１…搬送ローラー
１６２…テンションローラー
１６３…半製品回収ローラー
２００…制御装置
３００…フィルム裁断装置
３１０…フィルム供給系
３１２…フィルム剥離ローラー
３１４…第１テンションローラー
３１６…第２テンションローラー
３１８…カソードセンサー
３２０…アノードガス拡散層供給系
３２２…拡散層吸着テーブル
３３０…ガス拡散層接合部
３３４…対向ローラー対
３４０…ピッチ単位搬入機構部
３４２…対向ローラー対
３６０…ピッチ単位排出巻取部
３６２…テンションローラー
３６４…対向ローラー対
３６６…フィルム巻取回収ローラー
４００…裁断機構
４０２…下段テーブル
４０４…上段テーブル
４０６…シャフト
４０８…ｘ軸モーター
４０９…ｙ軸モーター
４１０…イメージセンサー
４１２…照明ユニット
４２０…下段側裁断刃
４２１…裁断刃
４２２…シリンダー
４２４…昇降テーブル
４３０…上段側裁断刃
４３１…内周壁
４３２…シリンダー
４４０…ローダー
５００…制御装置
Ｍ…マスク
Ｐ１〜Ｐ４…搬送ポイント
ＤＦ…カソード支持フィルム
ＢＦ…バックフィルム
ＳＦ…接合済みフィルム
ＭＦ…ＭＥＡフィルム
ＤＲ…カソード支持フィルムロール
Ｖｐ…撮像視野
Ｎｓ…未塗工領域
Ｋｚ…緩衝ゾーン
Ｃｚ…裁断ゾーン
Ｐ１０〜Ｐ１１…搬送ポイント
ＢＦＲ…バックフィルム補給ローラー

Claims (7)

1. 燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造方法であって、
   電極触媒層が電解質膜フィルムを挟んで対向して形成済みの前記電解質膜フィルムを準備する工程（ａ）と、
   該準備された前記電解質膜フィルムを、前記膜電極接合体としての製品形状に裁断する裁断ゾーンに搬入搬送する工程（ｂ）と、
   前記電解質膜フィルムを前記裁断ゾーンにて前記製品形状に裁断する工程（ｃ）と、
   前記裁断ゾーンから前記電解質膜フィルムを排出搬送する工程（ｄ）とを備え、
   前記工程（ｃ）では、
   前記電解質膜フィルムに形成済みの前記電極触媒層の形状を前記製品形状に適合した適合電極形状と対比して、前記電極触媒層の形状適否を判定し、形状適正と判定した場合に限って、前記製品形状への裁断を実行する
   膜電極接合体の製造方法。
2. 前記工程（ｃ）では、前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層を撮像する撮像機器を前記裁断ゾーンにおいて用い、該撮像機器の撮像した前記電極触媒層の撮像結果に基づいて、前記電極触媒層の形状適否を判定する請求項１に記載の膜電極接合体の製造方法。
3. 前記工程（ｃ）では、前記電解質膜フィルムを前記製品形状に裁断する裁断刃を有する裁断機構を前記裁断ゾーンにおいて用い、前記裁断ゾーンで停止した前記電解質膜フィルムと前記裁断刃との位置合わせを、前記撮像機器の撮像した前記電極触媒層の撮像結果に基づいて行う請求項２に記載の膜電極接合体の製造方法。
4. 前記工程（ａ）では、前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層が前記製品形状より小さい前記適合電極形状で形成され、他方の電極触媒層が前記製品形状より大きい形状で形成された前記電解質膜フィルムを準備する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の膜電極接合体の製造方法。
5. 前記工程（ａ）または前記工程（ｂ）において、前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層とは異なる電極触媒層に、ガスの拡散透過を図るガス拡散層を前記膜電極接合体の製品形状より大きい形状で接合する請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の膜電極接合体の製造方法。
6. 燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造装置であって、
   電極触媒層が電解質膜フィルムを挟んで対向して形成済みの前記電解質膜フィルムを、前記膜電極接合体としての製品形状に裁断する裁断ゾーンに搬入搬送する搬入機構と、
   前記電解質膜フィルムを、前記製品形状に裁断する裁断刃により前記裁断ゾーンにて前記製品形状に裁断する裁断機構と、
   前記裁断ゾーンから前記電解質膜フィルムを排出搬送する搬出機構とを備え、
   前記裁断機構は、
   前記電解質膜フィルムに形成済みの前記電極触媒層の形状を前記製品形状に適合した適合電極形状と対比して、前記電極触媒層の形状適否を判定し、形状適正と判定した場合に限って、前記裁断刃にて前記電解質膜フィルムを前記製品形状に裁断する
   膜電極接合体の製造装置。
7. 請求項６に記載の膜電極接合体の製造装置であって、
   前記裁断機構は、
   前記形状適否の判定の対象となる前記電極触媒層を前記裁断ゾーンにおいて撮像する撮像機器を備え、該撮像機器の撮像した前記電極触媒層の撮像結果に基づいて、前記電極触媒層の形状適否を判定した上で、前記裁断ゾーンで停止した前記電解質膜フィルムと前記裁断刃との位置合わせを、前記撮像結果に基づいて行う
   膜電極接合体の製造装置。

Images