JP5942891B2 - 接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜に触媒電極を接合する技術に関する。

固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ。）は、発電体として膜電極接合体を備えている。膜電極接合体は、電解質膜の両面に膜状の触媒電極が配置されている。電解質膜はイオン交換樹脂の薄膜である。触媒電極は、触媒担持粒子の分散液（いわゆる触媒インク）の塗膜として形成される。

従来から、上記のような膜電極接合体の製造工程として、帯状の電解質膜を電解質膜の長尺方向に沿って搬送しつつ、触媒電極となる電極部材をホットプレスによって連続的に接合（転写）する流れ工程が採用されている。特許文献１には、上記のような流れ工程を実現する薄膜積層システムにおいて、温風ファンを備える構成とし、ホットプレス用のローラの表面に対して温風を供給する技術が開示されている。

特開２００４−１８５８７０号公報

上記のような膜電極接合体の製造工程では、電解質膜に電極部材をホットプレスする際の温度が、膜電極接合体の性能を決定する上で非常に重要である。具体的には、ホットプレスの際の温度が低すぎる場合は電解質膜と電極部材とが十分に接合されないという問題が発生する。ホットプレスの際の温度が高すぎる場合は電解質膜や電極部材が損傷するという問題が発生する。従って、ホットプレス用のローラの表面温度は均一に管理されることが好ましい。

この点、特許文献１に記載された技術では、温風ファンによるローラの過熱状態を制御することができないため、ホットプレス用のローラの表面温度を均一に管理することが困難という問題があった。

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。

本発明の一形態によれば、電解質膜に膜状の電極部材を接合する接合装置が提供される。この接合装置は；前記電解質膜と前記電極部材とを接合させるローラと；前記ローラの外部から前記ローラを加熱する加熱部と；前記ローラの回転方向の複数の位置における、前記ローラの温度を測定する温度測定部と；前記温度測定部によって測定された前記温度を用いて前記加熱部によって前記ローラを加熱したときの各前記位置における温度の上昇の程度を前記各位置における前記ローラの温まりやすさとして算出し、前記各位置と、前記各位置における前記ローラの温まりやすさと、を対応付けた第１の対応関係を算出する算出部と；前記第１の対応関係に基づいて前記加熱部を制御する制御部と、を備える、接合装置。
この形態の接合装置によれば、温度測定部は、ローラの回転方向の複数の位置におけるローラの温度を測定することができるため、算出部は、加熱によって生じるローラの温度変化に基づいて、ローラの回転方向の複数の位置と、当該位置ごとにおけるローラの温まりやすさとの第１の対応関係を算出することができる。また、制御部は、算出された第１の対応関係に基づいて加熱部を制御することができるため、例えば、ローラが温まりやすい位置においては加熱部による加熱を弱く制御し、ローラが温まりにくい位置においては加熱部による加熱を強く制御することができる。これらの結果、接合装置は、ホットプレス用のローラの表面温度を均一に管理することができる。

本発明は、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、電解質膜に膜状の電極部材を接合する接合システム、接合装置を備えた膜電極接合体の製造システム、接合装置を備えた燃料電池の製造システム、接合装置の制御方法、その制御方法を実現する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製造装置の構成を示す説明図である。 第１の熱圧着ローラユニットの構成を示す説明図である。 ローラ本体の断面図である。 温度制御処理の手順を示すフローチャートである。 ローラ本体の表面温度と時間変化との対応関係の一例を表すグラフである。 手順ａ１〜ａ６によって算出された温度上昇分布の一例である。 ローラ本体の熱容量の一例である。 ローラ本体の加熱パターンの一例である。 計測制御装置による加熱装置の温度制御について説明するための説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．膜電極接合体を製造する製造装置の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての製造装置の構成を示す説明図である。製造装置１は、流れ工程によって複数の膜電極接合体ＭＥＡを連続的に製造することが可能な装置である。製造装置１は、膜供給部１０と、第１電極形成部２０と、膜端部加工部３０と、第２電極材料供給部４０と、電極接合部５０と、切断部６０と、ガス拡散層配置部７０と、を備えている。また、製造装置１は、帯状に連続した電解質膜Ｆを、上記の各部へと順に搬送してくための複数の搬送ローラ１１を備えている。

膜供給部１０には、帯状の電解質膜Ｆがロール状に巻き付けられた電解質膜ロールＦｒがセットされている。膜供給部１０は、搬送ローラ１１を回転駆動させることにより、電解質膜ロールＦｒから第１電極形成部２０へと、電解質膜Ｆをほぼ一定の速度で送出する。なお、本実施形態では、電解質膜ロールＦｒから繰り出された電解質膜Ｆの搬送方向を「ＭＤ（Machine Direction）方向」と呼ぶ。

第１電極形成部２０は、電解質膜Ｆに触媒インクを塗布する塗工機２１を備えている。ここで、「触媒インク」とは、水溶性溶媒または有機溶媒に対して、触媒担持カーボンと、電解質膜Ｆに含まれる電解質ポリマーと同種の電解質ポリマーと、を分散させた混合溶液を意味する。塗工機２１は、搬送ローラ１１によって搬送されていく電解質膜Ｆの一方の外表面上に、触媒インクを一定の流量で連続的に吐出する。これにより、電解質膜Ｆの一方の外表面上には、触媒インクの塗布層が形成される。この触媒インクの塗布層が乾燥することにより、電解質膜Ｆの外表面においてＭＤ方向に沿って一定の幅で連続的に延びるアノード触媒層Ａｌが形成される。

ここで、本実施形態の塗工機２１は、電解質膜Ｆの幅よりも狭く形成された開口から触媒インクを吐出する。このため、アノード触媒層Ａｌの両端には、電解質膜Ｆの外表面が露出した膜余剰部が形成される。このようにすれば、搬送ローラ１１等に余分な触媒インクが付着することを抑制することができる。なお、第１電極形成部２０は、触媒インクの塗布層を乾燥させるための乾燥部をさらに備えていてもよい。第１電極形成部２０においてアノード触媒層Ａｌが形成された電解質膜Ｆは、搬送ローラ１１によって膜端部加工部３０へと搬送される。

膜端部加工部３０は、第１電極形成部において形成された膜余剰部を折り重ねる膜折機構３１を備えている。膜折機構３１は、電解質膜Ｆの搬送方向ＭＤの上流側から下流側にかけて内壁面同士の間の幅が縮小されるとともに、各内壁面の曲率半径が縮小されるように構成された２つの側壁部を備えている。搬送ローラ１１によって搬送されていく電解質膜Ｆの膜余剰部は、幅が縮小されている２つの側壁部の内壁面に沿って徐々に湾曲され、さらに、曲率半径が縮小されている２つの側壁部の内壁面に沿って徐々に折り重ねられる。これにより、電解質膜Ｆの両側端部が折り重ねられ、膜厚部Ｆｅが形成される。なお、膜端部加工部３０は、省略してもよい。膜端部加工部３０において膜厚部Ｆｅが形成された電解質膜Ｆは、搬送ローラ１１によって、電極接合部５０へと搬送される。

第２電極材料供給部４０は、触媒担持膜Ｃｆを搬送する帯状の搬送ベルト４１と、搬送ベルト４１を駆動する搬送ローラ４２とを備えている。ここで、「触媒担持膜」とは、カソード触媒層Ｃｌを形成するための材料であり、アノード触媒層Ａｌの形成の際と同様な触媒インクを塗布、乾燥させることにより形成された薄膜である。触媒担持膜Ｃｆは、搬送ベルト４１の面上において、搬送ベルト４１の延伸方向、換言すれば、搬送方向ＭＤの方向に沿って等間隔で配列されている。第２電極材料供給部４０は、電解質膜Ｆの搬送速度に同期させて搬送ローラ４２を駆動することによって、触媒担持膜Ｃｆが配列された搬送ベルト４１を電極接合部５０へと送出する。

電極接合部５０は、接合装置としての第１の熱圧着ローラユニット５１と、第２の熱圧着ローラユニット５２とを備えている。第１の熱圧着ローラユニット５１と第２の熱圧着ローラユニット５２とは、電解質膜Ｆのアノード触媒層Ａｌが形成されている側の面とは反対側の面に対して、触媒担持膜Ｃｆが接触した状態で、電解質膜Ｆとアノード触媒層Ａｌと触媒担持膜Ｃｆとを加圧し、搬送方向ＭＤへ繰り出すことで、それらを接合させる。第１の熱圧着ローラユニット５１は、加熱されることによってローラ表面が高温に維持されている。これにより、電解質膜Ｆとアノード触媒層Ａｌとが加熱接合されると共に、電解質膜Ｆのアノード触媒層Ａｌが形成されている側の面とは反対側の面に、触媒担持膜Ｃｆが加熱転写され、カソード触媒層Ｃｌが形成される。なお、第１の熱圧着ローラユニット５１の詳細な構成については後述する。電極接合部５０によってアノード触媒層Ａｌとカソード触媒層Ｃｌが形成された電解質膜Ｆは、切断部６０へと搬送される。

切断部６０は、カッター６１を備えている。カッター６１は、搬送されてきた電解質膜Ｆを、隣り合って配列されているカソード触媒層Ｃｌ同士の間で切断し、分離する。分離された電解質膜Ｆとアノード触媒層Ａｌとカソード触媒層Ｃｌとからなる積層体ＬＣは、ガス拡散層配置部７０へと搬送される。

ガス拡散層配置部７０では、積層体ＬＣのアノード触媒層Ａｌとカソード触媒層Ｃｌとの外側に、ガス拡散層を構成する繊維基材が加熱、接合される。なお、ガス拡散層配置部７０は省略可能である。なお、アノード触媒層Ａｌおよびカソード触媒層Ｃｌは、特許請求の範囲における「電極部材」に相当する。

以上のようにして、本実施形態の製造装置１では、膜電極接合体ＭＥＡを、一連の連続した工程によって効率的に製造することができる。

Ａ−２．第１の熱圧着ローラユニットの構成：
図２は、第１の熱圧着ローラユニット５１の構成を示す説明図である。図３は、ローラ本体１００の断面図である。以降では、第１の熱圧着ローラユニット５１を単に「ローラユニット５１」と呼ぶ。ローラユニット５１は、ローラ本体１００と、モータ２００と、エンコーダ３００と、計測制御装置４００と、温度調整器５００と、加熱装置６００と、制御用温度センサ７００とを備えている。

ローラ本体１００は、電解質膜Ｆとアノード触媒層Ａｌと触媒担持膜Ｃｆとを加圧しつつ搬送方向ＭＤへ繰り出す円柱形の部材である。ローラ本体１００の中心には支軸Ｏが内蔵されている。ローラ本体１００は、支軸Ｏを介してモータ２００およびエンコーダ３００と接続されている。

ローラ本体１００の表面近傍には、複数の温度センサが内蔵されている。本実施形態のローラユニット５１では、ローラ本体１００には、第１の温度センサ１０２と、第２の温度センサ１０４と、第３の温度センサ１０６と、第４の温度センサ１０８との４つの温度センサが内蔵されている。各温度センサは、ローラ本体１００の回転方向ＲＣに沿って、複数の異なる位置に配置されている。各温度センサの配置について、ローラ本体１００の支軸Ｏの位置を（０，０）座標として説明する。第１の温度センサ１０２は（−ｘ，０）の位置に配置されている。同様に、第２の温度センサ１０４は（０，＋ｙ）の位置に、第３の温度センサ１０６は（＋ｘ，０）の位置に、第４の温度センサ１０８は（０，−ｙ）の位置に配置されている。なお、ｘ、ｙは任意に決定できる。このように、ローラ本体１００における複数の温度センサの配置は、ローラ本体１００の回転方向ＲＣに対して均一であることが好ましい。

図２のモータ２００は、ローラ本体１００を、支軸Ｏを中心として時計回りＲＣに回転させる。

エンコーダ３００は、ローラ本体１００の回転角を取得し、計測制御装置４００へ送信する。本実施形態のエンコーダ３００は、図３に示したローラ本体１００の位置を「基準位置」として、基準位置からの位相の変化を、ローラ本体１００の回転角（θ）として取得する。例えば、ローラ本体１００の回転によって、図３に示す第２の温度センサ１０４が図３に示す第３の温度センサ１０６の位置まで移動した場合、基準位置からの位相の変化（すなわち回転角）は９０°となる。また、ローラ本体１００の回転によって、図３に示す第２の温度センサ１０４が図３に示す第２の温度センサ１０４の位置まで移動した場合、基準位置からの位相の変化（すなわち回転角）は３６０°となる。

図２の計測制御装置４００は、複数の温度センサ（第１の温度センサ１０２〜第４の温度センサ１０８）による測定値と、エンコーダ３００による測定値とを取得し、これらの測定値に基づいて、ローラユニット５１の温度制御処理を実行する。温度制御処理は、ローラユニット５１のローラ本体１００の表面温度を均一に管理するための処理である。温度制御処理の詳細は後述する。

温度調整器５００は、加熱装置６００による加熱を制御するための回路である。詳細は後述する。

加熱装置６００は、ローラ本体１００の外部であって、第１の温度センサ１０２が配置されている側に配置されている。加熱装置６００は、ジュール熱によってローラ本体１００を加熱する。

制御用温度センサ７００は、加熱装置６００による加熱を制御する際に使用される温度センサである。

なお、ローラ本体１００は特許請求の範囲における「ローラ」に相当する。同様に、第１の温度センサ１０２〜第４の温度センサ１０８は特許請求の範囲における「温度測定部」に、エンコーダ３００は特許請求の範囲における「回転角取得部」に、計測制御装置４００は特許請求の範囲における「算出部」に、計測制御装置４００および温度調整器５００は特許請求の範囲における「制御部」に、それぞれ相当する。

Ａ−３．温度制御処理:
図４は、温度制御処理の手順を示すフローチャートである。温度制御処理は、計測制御装置４００によって実行される。温度制御処理は、製造装置１の駆動と共に実行され、製造装置１の停止と共に終了する。

ステップＳ１０において計測制御装置４００は、予備加熱を行い、ローラ本体１００の表面温度を測定する。具体的には、計測制御装置４００は、モータ２００に対して、ローラ本体１００を基準位置まで回転させて、ローラ本体１００の基準位置で回転を止める旨の指示を送信する。また、計測制御装置４００は、温度調整器５００に対して、加熱装置６００へ所定の電力を供給する旨の指示を送信する。この結果、図３に示した位置で停止されたローラ本体１００は、加熱装置６００により加熱される。その後、計測制御装置４００は、４つの温度センサ（第１の温度センサ１０２〜第４の温度センサ１０８）によって経時的に測定されるローラ本体１００の表面温度を繰り返し取得する。なお、所定の電力とは、ローラ本体１００の目標温度に応じて任意に定めることができる。

図５は、計測制御装置４００によって取得されたローラ本体１００の表面温度の経時的変化を表すグラフである。グラフの縦軸は表面温度（℃）を表し、横軸は時間変化（ＳＥＣ、秒）を表している。図５の例によれば、第１の温度センサ１０２により測定された表面温度の上昇が最も激しく、第３の温度センサ１０６により測定された表面温度の上昇が最も緩やかであり、第２の温度センサ１０４と第４の温度センサ１０８とにより測定された表面温度の上昇は、それらの中間に相当することがわかる。このように、複数の温度センサによって測定されるローラ本体１００の各部における表面温度に相違が生じる原因は、種々存在する。原因の一例として、例えば、種々の加熱装置６００と各温度センサとの間の距離、ローラ本体１００の材質、ローラ本体１００の構造、ローラ本体１００の形状等が挙げられる。

図４のステップＳ１２において計測制御装置４００は、ローラ本体１００の表面温度の温度上昇分布を算出する。本実施形態における「温度上昇分布」とは、ローラ本体１００の各部の表面温度の、任意の時刻ｔにおける上昇の程度を表す分布である。温度上昇分布は、部位を特定するためのローラ本体１００上の位置と、位置ごとのローラ本体１００の温まりやすさと、によって表される。計測制御装置４００は、以下の手順ａ１〜ａ６によって温度上昇分布を算出する。

（ａ１）計測制御装置４００は、ステップＳ１０で繰り返し取得した４つの温度センサ（第１の温度センサ１０２〜第４の温度センサ１０８）の測定値から、任意の時刻ｔにおける各温度センサの測定値を抽出する。
（ａ２）ステップＳ１０においてローラ本体１００は基準位置で停止されている。このため、計測制御装置４００は、第１の温度センサ１０２の測定値は、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が２７０°である位置における、ローラ本体１００の温まりやすさΔｔａであるとみなす。
（ａ３）手順ａ２と同様に、計測制御装置４００は、第２の温度センサ１０４の測定値は、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が３６０°である位置における、ローラ本体１００の温まりやすさΔｔｂであるとみなす。
（ａ４）手順ａ２と同様に、計測制御装置４００は、第３の温度センサ１０６の測定値は、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が９０°である位置における、ローラ本体１００の温まりやすさΔｔｃであるとみなす。
（ａ５）手順ａ２と同様に、計測制御装置４００は、第４の温度センサ１０８の測定値は、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が１８０°である位置における、ローラ本体１００の温まりやすさΔｔｄであるとみなす。
（ａ６）手順ａ２〜ａ５で取得したローラ本体１００上の位置と、ローラ本体１００の温まりやすさΔｔａ、Δｔｂ、Δｔｃ、Δｔｄを、表にプロットする。

図６は、手順ａ１〜ａ６によって算出された温度上昇分布の一例を示している。グラフの縦軸はローラ本体１００の温まりやすさ（℃）を表し、横軸はローラ本体１００上の位置（°）を表している。図６の例によれば、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が２７０°である位置が最も温まりやすく、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が９０°である位置が最も温まりにくく、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が３６０°および１８０°である位置の温まりやすさは、それらの中間に相当することがわかる。

上述のように、計測制御装置４００は、ローラ本体１００を停止させた状態で、ローラ本体１００の各部の表面温度の温度上昇分布を算出している（図４:ステップＳ１２）。このため、ステップＳ１２において求めた温度上昇分布は、ローラ本体１００の各部の温まりやすさに関する静的特性を表しているとも言える。なお、図６に示す温度上昇分布は、特許請求の範囲における「第１の対応関係」に相当する。

図４のステップＳ１４において計測制御装置４００は、ローラ本体１００の熱容量を算出する。本実施形態における「熱容量」とは、ローラ本体１００の各部の温度を所定の温度だけ上昇させるために必要な熱量を意味する。熱量量は、部位を特定するためのローラ本体１００上の位置と、当該位置の熱容量と、によって表される。

一般的に、熱量Ｑと、熱容量Ｃと、所定の時刻ｔにおける温度変化Δｔとの関係は、以下の式１で表される。
Ｑ＝Δｔ×Ｃ ・・・（１）

ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が２７０°である位置（第１の温度センサ１０２の位置）の熱容量をＣａとする。同様に、位相変化が３６０°である位置（第２の温度センサ１０４の位置）の熱容量をＣｂと、位相変化が９０°である位置（第３の温度センサ１０６の位置）の熱容量をＣｃと、位相変化が１８０°である位置（第４の温度センサ１０８の位置）の熱容量をＣｄとすれば、式１は、以下の式２のように書き換えることができる。
Ｑ＝Δｔａ×Ｃａ＋Δｔｂ×Ｃｂ＋Δｔｃ×Ｃｃ＋Δｔｄ×Ｃｄ ・・・（２）

式２の各位置における熱容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄを求めるために、計測制御装置４００は、ステップＳ１０で繰り返し取得した４つの温度センサ（第１の温度センサ１０２〜第４の温度センサ１０８）の測定値から、任意の複数の時刻、例えば４つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４における各温度センサの測定値を抽出して、以下の連立方程式にあてはめる。
Ｑ（ｔ１）＝Δｔａ（ｔ１）×Ｃａ＋Δｔｂ（ｔ１）×Ｃｂ＋Δｔｃ（ｔ１）×Ｃｃ＋Δｔｄ（ｔ１）×Ｃｄ
Ｑ（ｔ２）＝Δｔａ（ｔ２）×Ｃａ＋Δｔｂ（ｔ２）×Ｃｂ＋Δｔｃ（ｔ２）×Ｃｃ＋Δｔｄ（ｔ２）×Ｃｄ
Ｑ（ｔ３）＝Δｔａ（ｔ３）×Ｃａ＋Δｔｂ（ｔ３）×Ｃｂ＋Δｔｃ（ｔ３）×Ｃｃ＋Δｔｄ（ｔ３）×Ｃｄ
Ｑ（ｔ４）＝Δｔａ（ｔ４）×Ｃａ＋Δｔｂ（ｔ４）×Ｃｂ＋Δｔｃ（ｔ４）×Ｃｃ＋Δｔｄ（ｔ４）×Ｃｄ

なお、Δｔａ（ｔ１）は、時刻ｔ１における第１の温度センサ１０２の測定値である。同様に、Δｔｂ（ｔ１）は、時刻ｔ１における第２の温度センサ１０４の測定値を、Δｔｃ（ｔ１）は、時刻ｔ１における第３の温度センサ１０６の測定値を、Δｔｄ（ｔ１）は、時刻ｔ１における第４の温度センサ１０８の測定値を表す。また、Δｔａ（ｔ２）は、時刻ｔ２における第１の温度センサ１０２の測定値である。

図７は、上記のようにして算出されたローラ本体１００の熱容量の一例を示している。グラフの縦軸は熱容量（Ｊ／Ｋ）を表し、横軸はローラ本体１００上の位置（°）を表している。なお、図７の曲線ＱＡは、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が２７０°、３６０°、９０°、１８０°である各位置の熱容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄを二次近似することによって求めた近似曲線である。図７の例によれば、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が２７０°である位置の熱容量が最も小さく、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が９０°である位置の熱容量が最も大きく、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が３６０°および１８０°である位置の熱容量の大きさは、それらの中間に相当することがわかる。

図４のステップＳ１６において計測制御装置４００は、ローラ本体１００の加熱パターンを算出する。本実施形態における「加熱パターン」とは、ローラ本体１００の回転中において、加熱装置６００を制御する際に用いられる情報である。加熱パターンは、ローラ本体１００の回転角と、加熱装置６００へ供給すべき電力と、によって表される。

一般的に、物体の加熱に必要な電力Ｗと、物体の熱容量Ｃとは比例の関係がある。このため、加熱パターンは、ステップＳ１４で算出した近似曲線ＱＡを用いて、以下の式３で算出することができる。
Ｗ（回転角θ）＝α×ＱＡ（回転角θ） ・・・（３）
なお、αは任意の係数を表し、ＱＡ（回転角θ）は近似曲線ＱＡとローラ本体１００の回転角θとから導かれる熱容量Ｃを表す。

図８は、上記のようにして算出されたローラ本体１００の加熱パターンの一例を示している。グラフの縦軸は電力（Ｗ）を表し、横軸はローラ本体１００の回転角（θ）を表している。図８の例によれば、ローラ本体１００の基準位置に対する回転角が２７０°である位置において加熱装置６００へ供給すべき電力が最も小さいことがわかる。これは、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が２７０°である位置、すなわち第１の温度センサ１０２が配置されている位置は、熱容量が最も小さく（図７:Ｃａ）、ローラ本体１００の表面が温まりやすいことに起因する。また、ローラ本体１００の基準位置に対する回転角が９０°である位置において加熱装置６００へ供給すべき電力が最も大きいことがわかる。これは、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が９０°である位置、すなわち、第３の温度センサ１０６が配置されている位置は、熱容量が最も大きく（図７:Ｃｃ）、ローラ本体１００の表面が温まりにくいことに起因する。また、ローラ本体１００の基準位置に対する回転角が３６０°および１８０°である位置において加熱装置６００へ供給すべき電力は、上記の中間に相当することがわかる。これは、ローラ本体１００の基準位置に対する位相変化が３６０°および１８０°である位置、すなわち、第２の温度センサ１０４および第４の温度センサ１０８が配置されている位置は、熱容量が中程度であり（図７:Ｃｂ、Ｃｄ）、ローラ本体１００の表面の温まりやすさが中程度であることに起因する。

上述のように、計測制御装置４００は、ローラ本体１００の各部の温まりやすさに関する静的特性である温度上昇分布（第１の対応関係）に基づいて、ローラ本体１００の回転角（θ）と、加熱装置６００へ供給すべき電力（Ｗ）との対応関係を定めている。なお、図８に示す加熱パターンは、特許請求の範囲における「第２の対応関係」に相当する。

図４のステップＳ１８において計測制御装置４００は、ローラ本体１００の回転加熱処理を開始させる。具体的には、計測制御装置４００は、モータ２００に対して、ローラ本体１００を回転させる旨の指示を送信する。また、計測制御装置４００は、温度調整器５００を用いた加熱装置６００の温度制御を開始する。

図９は、計測制御装置４００による加熱装置６００の温度制御について説明するための説明図である。計測制御装置４００および温度調整器５００は、以下の手順ｂ１〜ｂ５によって加熱装置６００の加熱温度を制御する。

（ｂ１）計測制御装置４００は、エンコーダ３００からローラ本体１００の回転角を取得し、取得した回転角を０°〜３５９°の範囲に変換する。
（ｂ２）計測制御装置４００は、変換後の回転角を、図８に示したローラ本体１００の加熱パターンの横軸（θ）と照らし合わせて、加熱装置６００へ供給すべき電力（Ｗ）を取得し、温度調整器５００へ送信する。
（ｂ３）温度調整器５００は、制御用温度センサ７００による測定値を取得する。
（ｂ４）温度調整器５００は、制御用温度センサ７００による測定値に応じて、計測制御装置４００から受信した電力（Ｗ）を補正する。例えば、制御用温度センサ７００による測定値が所定の目標温度に対して高温を示す値である場合、温度調整器５００は受信した電力（Ｗ）を減ずる補正をし、制御用温度センサ７００による測定値が所定の目標温度に対して低温を示す値である場合、温度調整器５００は受信した電力（Ｗ）を増加させる補正をする。
（ｂ５）温度調整器５００は、補正後の電力（Ｗ）で、加熱装置６００を作動させる。

計測制御装置４００および温度調整器５００は、上記手順ｂ１〜ｂ５を繰り返し実行する。これにより、加熱装置６００には、エンコーダ３００により検出されるローラ本体１００の回転角に応じて、ローラ本体１００の加熱パターン（図８）に規定された大きさの電力が供給される。

以上のように、上記実施形態によれば、第１の温度センサ１０２〜第４の温度センサ１０８（温度測定部）は、ローラ本体１００（ローラ）の回転方向ＲＣの複数の位置におけるローラ本体１００の温度を測定することができるため、計測制御装置４００（算出部）は、加熱によって生じるローラ本体１００の温度変化に基づいて、ローラ本体１００の回転方向ＲＣの複数の位置と、当該位置ごとにおけるローラ本体１００の温まりやすさとの温度上昇分布（第１の対応関係）を算出することができる。また、計測制御装置４００および温度調整器５００（制御部）は、温度上昇分布に基づいて算出された加熱パターン（第２の対応関係）を用いて加熱装置６００（加熱部）を制御することができるため、例えば、ローラ本体１００が温まりやすい位置（部位）においては加熱装置６００による加熱を弱く制御し、ローラ本体１００が温まりにくい位置（部位）においては加熱装置６００による加熱を強く制御することができる。これらの結果、ローラユニット５１は、ホットプレス用のローラ本体１００の表面温度を均一に管理することができる。

さらに、上記実施形態によれば、加熱パターン（第２の対応関係）には、ローラ本体１００（ローラ）の回転角θと、加熱装置６００（加熱部）へ供給する電力Ｗとが対応付けられているため、計測制御装置４００および温度調整器５００（制御部）は、エンコーダ３００（回転角取得部）によって取得されたローラ本体１００の回転角θに基づいて、簡便に加熱装置６００の制御を行うことができる。

さらに、上記実施形態によれば、第１の温度センサ１０２〜第４の温度センサ１０８（温度測定部）は、ローラ本体１００（ローラ）の回転方向ＲＣの複数の位置に対応する位置に配置されている複数の温度センサであるため、ローラ本体１００の回転方向ＲＣの複数の異なる位置におけるローラ本体１００の温度を測定する「温度測定部」を、簡単な構成で実現することができる。

さらに、上記実施形態の製造装置１によれば、高品質な膜電極接合体ＭＥＡを製造することができる。

Ｂ．変形例：
なお、上記各実施形態における構成要素の中の、独立クレームでクレーム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。また、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

・変形例１：
上記実施形態では、膜電極接合体の製造装置の一例について例示した。しかし、製造装置の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。例えば、一部の構成要素の削除、新たな構成要素の追加、構成要素の変更等を行うことができる。

例えば、第１の熱圧着ローラユニット（図１）に代えて、第２の熱圧着ローラユニット（図１）が、上記Ａ−２およびＡ−３で説明した構成を備えていてもよい。また、第１の熱圧着ローラユニットと第２の熱圧着ローラユニットの両方が、上記Ａ−２およびＡ−３で説明した構成を備えていてもよい。

例えば、搬送の方法としてローラを用いる例を示したが、ローラに代えて、例えば、ベルトコンベアを採用してもよい。

・変形例２:
上記実施形態では、ローラユニットの構成の一例について例示した。しかし、ローラユニットの構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。例えば、一部の構成要素の削除、新たな構成要素の追加、構成要素の変更等を行うことができる。

例えば、温度測定部として、複数の温度センサに代えて、ローラ本体の回転方向に移動することが可能な温度センサを採用してもよい。そうすれば、温度測定部の機能を、単一の温度センサを用いて実現することができる。

例えば、温度測定部として、複数の温度センサに代えて、ローラ本体から放射される赤外光を検出してローラの表面温度の分布を表した温度分布画像を取得することが可能な画像取得装置を採用してもよい。画像取得装置としては、例えば、サーモグラフィーや、サーモビュアを採用することができる。そうすれば、ローラ本体の温度を精密に測定することができる。

例えば、複数の加熱装置を備えていてもよい。また、加熱装置は、ジュール熱によってローラ本体を加熱するヒータに代えて、レーザや赤外線の照射によりローラ本体を加熱する装置を採用してもよい。温風の噴射によりローラ本体を加熱する装置を採用してもよい。

例えば、ローラ本体の形状を円柱形に代えて、楕円柱形や、三角柱形や、四角柱形等、種々の形状にしてもよい。また、ローラ本体には、電極部材の剥離を促進するための凹凸や、風の噴出孔を備えていてもよい。

・変形例３:
上記実施形態では、温度制御処理の一例を示した。しかし、図４に示した処理の手順はあくまで一例であり、種々の変形が可能である。例えば、一部のステップを省略してもよいし、更なる他のステップを追加してもよい。また、実行されるステップの順序を変更してもよい。

例えば、ステップＳ１４の熱容量の算出と、ステップＳ１６の加熱パターンの算出の手順を省略してもよい。この場合、計測制御装置は、ステップＳ１２で算出したローラ本体の表面温度の温度上昇分布（第１の対応関係）を用いて、加熱装置に供給する電力を制御してもよい。

・変形例４：
上記実施形態では、ローラユニットは、膜電極接合体の製造装置の一部の機能部として構成されていたが、これに代えて、独立した装置（ホットプレス装置）として構成してもよい。この場合において、本発明のローラユニットは、膜電極接合体を作成するためのホットプレス装置に限らず、種々の積層体を作成するためのホットプレス装置として構成されることができる。また、ローラユニットは、燃料電池の製造装置の一部の機能部として構成されてもよい。

・変形例５:
上記実施形態では、接合装置の一形態について説明した。しかし、本発明における接合装置は、例えば、以下のような形態として実現することも可能である。

（１）上記形態の接合装置において、さらに；前記ローラの回転角を取得する回転角取得部を備え；前記算出部は、前記第１の対応関係に基づいて、前記回転角と、前記加熱部へ供給する電力と、を対応付けた第２の対応関係を算出し；前記制御部は、算出された前記第２の対応関係を用いて、前記加熱部を制御してもよい。この形態の接合装置によれば、制御部は、第１の対応関係に基づいて算出された第２の対応関係を用いて加熱部を制御する。第２の対応関係には、ローラの回転角と、加熱部へ供給する電力とが対応付けられているため、制御部は、回転角取得部によって取得されたローラの回転角に基づいて、簡便に加熱部の制御を行うことができる。

（２）上記形態の接合装置において；前記温度測定部は、前記ローラの前記回転方向の複数の位置に対応する位置に配置されている複数の温度センサであってもよい。この形態の接合装置によれば、ローラの回転方向の複数の位置におけるローラの温度を測定する温度測定部を、簡単な構成で実現することができる。

（３）上記形態の接合装置において；前記温度測定部は、前記ローラの前記回転方向に沿って移動することが可能な温度センサであってもよい。この形態の接合装置によれば、ローラの回転方向の複数の位置におけるローラの温度を測定する温度測定部を、単一の温度センサを用いて実現することができる。

（４）上記形態の接合装置において；前記温度測定部は、前記ローラから放射される赤外光を検出して、前記ローラの表面温度の分布を表した温度分布画像を取得することが可能な画像取得装置であってもよい。この形態の接合装置によれば、ローラの温度を精密に測定することができる。

（５）上記形態の接合装置を備える、燃料電池の製造装置が提供されてもよい。この形態の製造装置によれば、高品質な膜電極接合体を備える燃料電池を製造することができる。

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、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。

１…製造装置
１０…膜供給部
１１…搬送ローラ
２０…第１電極形成部
２１…塗工機
３０…膜端部加工部
３１…膜折機構
４０…第２電極材料供給部
４１…搬送ベルト
４２…搬送ローラ
５０…電極接合部
５１…第１の熱圧着ローラユニット（ローラユニット）
５２…第２の熱圧着ローラユニット
６０…切断部
６１…カッター
７０…ガス拡散層配置部
１００…ローラ本体
１０２…第１の温度センサ
１０２…第１の温度センサ
１０４…第２の温度センサ
１０６…第３の温度センサ
１０８…第４の温度センサ
２００…モータ
３００…エンコーダ
４００…計測制御装置
５００…温度調整器
６００…加熱装置
７００…制御用温度センサ
Ｆ…電解質膜
Ｏ…支軸
Ｑ…熱量
Ｃ…熱容量
Ｗ…電力
ＱＡ…近似曲線
ＬＣ…積層体
ＲＣ…回転方向
ＭＤ…搬送方向
Ｆｅ…膜厚部
Ｃｆ…触媒担持膜
Ａｌ…アノード触媒層
Ｃｌ…カソード触媒層
Ｆｒ…電解質膜ロール
ＭＥＡ…膜電極接合体

Claims (1)

1. 電解質膜に膜状の電極部材を接合する接合装置であって、
   前記電解質膜と前記電極部材とを接合させるローラと、
   前記ローラの外部から前記ローラを加熱する加熱部と、
   前記ローラの回転方向の複数の位置における、前記ローラの温度を測定する温度測定部と、
   前記温度測定部によって測定された前記温度を用いて前記加熱部によって前記ローラを加熱したときの各前記位置における温度の上昇の程度を前記各位置における前記ローラの温まりやすさとして算出し、前記各位置と、前記各位置における前記ローラの温まりやすさと、を対応付けた第１の対応関係を算出する算出部と、
   前記第１の対応関係に基づいて前記加熱部を制御する制御部と、
   を備える、接合装置。

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