KR101785180B1 - 접합 장치 및 접합 방법 - Google Patents

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KR101785180B1
KR101785180B1 KR1020157021064A KR20157021064A KR101785180B1 KR 101785180 B1 KR101785180 B1 KR 101785180B1 KR 1020157021064 A KR1020157021064 A KR 1020157021064A KR 20157021064 A KR20157021064 A KR 20157021064A KR 101785180 B1 KR101785180 B1 KR 101785180B1
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히로무 다카이
유타카 스기에
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

반송 중인 띠 형상 부재에 대한 접합 부재의 위치 정렬을 간이하게 실행할 수 있는 기술을 제공한다. 접합 장치(100)는, 막 전극 접합체(5)가 띠 형상으로 연속되어 있는 띠 형상체(5r)를 반송하면서, 가스 확산층(7)을 띠 형상체(5r)의 제1 촉매 전극층(2)에 접합한다. 접합 장치(100)의 제어부(101)는, 촉매층 검출부(130)의 검출 신호에 기초하여, 띠 형상체(5r) 상에 배치되어 있는 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)가 검출점(DP)을 통과하는 시각(검출 시각 td)을 취득한다. 제어부(101)는, 검출 시각 td에 기초하여, 가스 확산층(7)을 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에 도달시키는 시각(접합 위치 도달 시각 tt)을 취득한다. 제어부(101)는, 접합 위치 도달 시각 tt와, 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴에 기초하여 취득되는 반송 개시 시각 ts에, 트랜스퍼(141)에 의한 가스 확산층(7)의 반송을 개시시킨다.

Description

접합 장치 및 접합 방법 {BONDING DEVICE, AND BONDING METHOD}
본 발명은, 띠 형상 부재에 대해 복수의 부재를 연속적으로 접합하는 접합 장치에 관한 것이다.
종래부터, 연료 전지의 제조 공정에 있어서는, 길이 방향으로 반송되고 있는 띠 형상의 전해질막에 대해 전극의 구성 부재 등을 연속적으로 접합하여, 복수의 막 전극 접합체를 연속하여 제조하는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2005-129292호 공보)에서는, 웹 형상의 전해질막에 소정의 간격으로 연속적으로 배열된 촉매층 상에 접합 롤러에 의해 확산층을 접합한 후, 절단 장치에 의해 연속적으로 막 전극 접합체를 잘라내는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2(일본 특허 공개 제2010-251136호 공보)에는, 롤 형상으로 권취된 막 전극 접합체를 인출하여 반송하면서, 당해 막 전극 접합체 상에 소정의 간격으로 연료 전지 구성 재료를 배치해 감과 함께, 복수의 연료 전지 구성 재료를 대략 동시에 압박하여 접합하는 연료 전지의 제조 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 3(일본 특허 공개 제2005-183182호 공보)에는, 권취 상태의 전해질막을 권취하면서 반송하고, 가스 확산층과, 세퍼레이터를 차례로 연속하여 접합해 가는 연료 전지 셀의 제조 장치가 개시되어 있다.
그런데, 연료 전지에 사용되는 전해질막은, 일반적으로, 부여되는 외력이나 습윤 상태의 변화에 의해 신축되어 버리는 경우가 있다. 그로 인해, 반송되고 있는 띠 형상의 전해질막에 대해 연속적으로 접합 부재의 접합을 행하는 경우에는, 전해질막의 신축에 의해, 그러한 접합 부재의 접합 위치가 목표로 하는 위치로부터 어긋나 버릴 가능성이 있었다. 지금까지, 연료 전지의 제조 공정에서는, 전해질막에 대한 접합 부재의 위치 정렬을 효율적으로 고정밀도로 실행할 수 있는 기술이 요구되고 있었다.
특허문헌 1의 기술에서는, 촉매층의 위치를 검출하는 라인 센서의 출력값에 기초하여 가스 확산층의 위치 정렬의 제어를 행하고 있다. 특허문헌 1의 기술에서는, 접합 롤러의 이동·회전 동작에 의해 전해질막에 대한 가스 확산층의 접합 위치의 조정을 행하고 있어, 접합 롤러의 제어가 복잡화되어 있다. 또한, 특허문헌 1의 기술에서는, 가스 확산층의 반송을 위해, 접합 롤러의 측면에 가스 확산층이 배치된다. 접합 롤러의 측면은 곡면이므로, 접합 롤러의 측면에 있어서의 가스 확산층의 배치 위치가 어긋나 버릴 가능성이 있어, 전해질막에 대한 가스 확산층의 접합 위치의 위치 정렬의 정밀도가 저하되어 버릴 가능성이 있다.
특허문헌 2의 기술은, 연료 전지의 생산 효율을 향상시키기 위해 가스 확산층의 핫 프레스를 효율적으로 실행하는 것을 과제로 하고 있고, 전해질막 상에 있어서의 가스 확산층의 배치 위치가 변동되어 버리는 것에 대해서는 고려되어 있지 않다. 그로 인해, 특허문헌 2에는, 가스 확산층을 항상 일정한 주기로 배치해 가는 구성만이 개시되어 있다.
특허문헌 3의 기술에서는, 전해질막에 가스 확산층(GDL)의 위치 결정을 위해 위치 결정 마크가 형성되어 있다. 특허문헌 3의 기술에서는, 위치 결정 마크가 GDL 세트 스테이지에 도달하는 타이밍에 맞추어 GDL 핫 프레스를 작동시키고, 전해질막을 양측으로부터 GDL에 의해 끼워 부착하여 접합하고 있다. 특허문헌 3의 기술에서는, 전해질막의 반송 속도에 동기시킨 속도로 GDL을 전해질막과 병렬로 반송하면서 소정의 타이밍에 GDL의 끼움 부착을 행한다. 그로 인해, GDL의 반송 제어나 GDL의 끼움 부착 타이밍의 제어를 고정밀도로 행하는 것이 필요하여, 접합 장치의 제어나 기구가 복잡화되어 버릴 가능성이 있다.
이상과 같이, 연료 전지의 제조 공정에 있어서, 반송 중인 띠 형상 전해질막에 대한 부재의 접합 위치를 조정하는 것에 대해서는 여전히 개선의 여지가 있었다. 이러한 과제는, 연료 전지의 제조 공정에 한정되지 않고, 반송 중인 띠 형상 부재에 연속적으로 부재를 접합하는 다양한 제조 공정에 있어서 공통되는 과제였다. 또한, 종래부터, 반송 중인 띠 형상 부재에 복수의 부재를 연속적으로 접합하는 접합 장치에 대해, 그 소형화나, 기구의 간이화, 저비용화, 자원 절약화, 제어의 용이화·간이화, 사용 편의성의 향상 등이 요망되고 있었다.
본 발명은 상술한 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 띠 형상 부재에 대해 복수의 접합 부재를 연속하여 접합하는 접합 장치가 제공된다. 이 접합 장치는, 제1 반송부와, 제2 반송부와, 접합 롤러와, 검출부와, 반송 제어부를 구비해도 된다. 상기 제1 반송부는, 상기 접합 부재의 접합 위치의 지표로 되는 복수의 배치 부재가 길이 방향으로 배열되어 있는 상기 띠 형상 부재를 상기 길이 방향으로 반송해도 된다. 상기 제2 반송부는, 상기 접합 부재를 반송하여, 상기 제1 반송부에 의해 반송되고 있는 상기 띠 형상 부재에 합류시켜도 된다. 상기 접합 롤러는, 상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재의 합류점에 있어서, 상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재를 가압하여 접합해도 된다. 상기 검출부는, 상기 띠 형상 부재의 반송로 상에 있어서의 소정의 검출점에 있어서 상기 배치 부재의 통과를 검출해도 된다. 상기 반송 제어부는, 상기 제1 반송부와 상기 제2 반송부를 제어하고, 상기 검출부에 의해 상기 배치 부재의 통과가 검출된 검출 시각에 기초하여, 상기 제2 반송부에 의해 상기 접합 부재를 상기 합류점에 도달시키는 도달 시각을 결정해도 된다. 이 형태의 접합 장치에 의하면, 반송 중의 띠 형상 부재에 대한 접합 부재의 접합 위치의 위치 정렬을 간이하게 행할 수 있다.
(2) 상기 형태의 접합 장치에 있어서, 상기 제2 반송부는, 미리 정해진 속도 패턴으로, 상기 접합 부재를 상기 합류점을 향해 직선적으로 반송하여 상기 띠 형상 부재에 합류시키고, 상기 반송 제어부는, 상기 도달 시각과, 상기 미리 정해진 속도 패턴에 기초하여, 상기 제2 반송부가 상기 접합 부재의 반송을 개시하는 개시 시각을 결정해도 된다. 이 접합 장치이면, 접합 부재의 반송 기구 및 반송 제어를 간이화할 수 있다.
(3) 상기 형태의 접합 장치는, 상기 띠 형상 부재의 신축 상태에 관련되는 파라미터를 취득하는 파라미터 취득부를 더 구비하고, 상기 반송 제어부가, 상기 파라미터에 따라서 상기 검출 시각을 변경하고, 변경 후의 상기 검출 시각에 기초하여 상기 도달 시각을 결정해도 된다. 이 형태의 접합 장치에 의하면, 반송 중인 띠 형상 부재에 신축이 발생하는 경우라도, 그 신축에 기인하는 접합 부재의 접합 위치의 위치 어긋남을 용이하게 저감시킬 수 있다.
(4) 상기 형태의 접합 장치에 있어서, 상기 검출부는, 상기 배치 부재의 단부 통과를 검출하고, 상기 반송 제어부는, 상기 검출부가 상기 배치 부재의 단부를 검출하는 시간 간격에 기초하여 상기 배치 부재의 불량을 검출하고, 상기 배치 부재의 불량이 검출되었을 때, 상기 제2 반송부에 의한 상기 접합 부재의 반송을 중지해도 된다. 이 형태의 접합 장치에 의하면, 검출부에 의한 검출 결과를 이용하여, 제품 불량의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다.
(5) 상기 형태의 접합 장치에 있어서, 상기 띠 형상 부재는, 연료 전지용의 전해질막이고, 상기 배치 부재는, 연료 전지용의 촉매 전극층이고, 상기 반송 제어부는, 상기 접합 부재의 배치 영역이, 상기 촉매 전극층의 배치 영역과 겹치도록 상기 도달 시각을 결정해도 된다. 이 형태의 접합 장치에 의하면, 연료 전지용의 전해질막에 대한, 가스 확산층이나 세퍼레이터 등의 연료 전지의 구성 부재의 접합 위치의 위치 정렬을, 촉매 전극층을 지표로 하여 간이하고 또한 고정밀도로 행할 수 있다. 따라서, 연료 전지를 효율적으로 제조할 수 있다.
(6) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 띠 형상 부재에 대해 복수의 접합 부재를 연속하여 접합하는 접합 방법이 제공된다. 이 접합 방법은, 상기 접합 부재의 접합 위치의 지표로 되는 복수의 배치 부재가 길이 방향으로 배열되어 있는 상기 띠 형상 부재를 길이 방향으로 반송하는 공정과, 상기 띠 형상 부재의 반송로 상에 있어서의 소정의 검출점에 있어서 상기 배치 부재의 통과를 검출하는 공정과, 상기 배치 부재의 통과가 검출된 검출 시각에 기초하여, 상기 접합 부재를 상기 띠 형상 부재에 도달시키는 도달 시각을 결정하는 공정과, 상기 접합 부재가, 상기 도달 시각에, 상기 띠 형상 부재와 합류하도록, 상기 접합 부재를 반송하는 공정과, 상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재의 합류점에 있어서, 상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재를 가압하여 접합하는 공정을 구비한다.
상술한 본 발명의 각 형태가 갖는 복수의 구성 요소는 전부 필수적인 것은 아니며, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 본 명세서에 기재된 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절하게 상기 복수의 구성 요소의 일부의 구성 요소에 대해, 그 변경, 삭제, 새로운 다른 구성 요소로의 치환, 한정 내용의 일부 삭제를 행하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 본 명세서에 기재된 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 상술한 본 발명의 일 형태에 포함되는 기술적 특징의 일부 또는 전부를 상술한 본 발명의 다른 형태에 포함되는 기술적 특징의 일부 또는 전부와 조합하여, 본 발명의 독립된 일 형태로 하는 것도 가능하다.
본 발명은 접합 장치나 접합 방법 이외의 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 그 접합 방법이나 접합 장치에 의해 접합된 접합 부품, 그 접합 방법이나 접합 장치의 제어 방법, 그 접합 방법이나 접합 장치의 제어 방법을 실현하는 컴퓨터 프로그램, 그 컴퓨터 프로그램을 기록한 일시적이지 않은 기록 매체 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 접합 장치의 구성을 도시하는 개략도.
도 2는 띠 형상체의 구성을 도시하는 개략도와, 띠 형상체로부터 잘라내어진 막 전극 접합체의 구성을 도시하는 개략도.
도 3은 가스 확산층의 반송 처리에 있어서의 트랜스퍼의 미리 정해진 속도 패턴을 설명하기 위한 설명도.
도 4는 트랜스퍼로부터 접합 롤러로 가스 확산층이 차례로 끌어당겨질 때의 메커니즘을 설명하기 위한 모식도.
도 5는 띠 형상체의 반송 중에 있어서의 제2 촉매 전극층의 배열 간격의 변동을 설명하기 위한 모식도.
도 6은 제어부에 의한 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서를 나타내는 설명도.
도 7은 검출 시각의 취득 공정을 설명하기 위한 설명도.
도 8은 단부 도달 시각 및 접합 위치 도달 시각의 취득 공정을 설명하기 위한 설명도.
도 9는 반송 개시 시각의 결정 공정을 설명하기 위한 설명도.
도 10은 제2 실시 형태의 접합 장치의 구성을 도시하는 개략도.
도 11은 제2 실시 형태의 제어부에 의한 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서를 도시하는 설명도.
도 12a는 신축량 ΔL을 반영한 단부 도달 시각 ta 및 접합 위치 도달 시각 tt의 취득 공정과 반송 개시 시각 ts의 취득 공정을 설명하기 위한 설명도.
도 12b는 신축량 ΔL을 반영한 단부 도달 시각 ta 및 접합 위치 도달 시각 tt의 취득 공정과 반송 개시 시각 ts의 취득 공정을 설명하기 위한 설명도.
도 13은 제3 실시 형태의 제어부에 의한 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서를 나타내는 설명도.
도 14는 제어부에 의한 제2 촉매 전극층의 불량의 검출 방법을 설명하기 위한 설명도.
도 15는 제3 실시 형태의 접합 장치에 있어서의 가스 확산층의 반송 제어의 타이밍 차트의 일례를 나타내는 설명도.
A. 제1 실시 형태 :
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태로서의 접합 장치(100)의 구성을 도시하는 개략도이다. 접합 장치(100)는, 고체 고분자형 연료 전지(이하, 단순히 「연료 전지」라 칭함)의 제조 공정에 사용된다. 접합 장치(100)는, 연료 전지를 구성하는 발전체인 막 전극 접합체(5)가 띠 형상으로 연속되어 있는 띠 형상 부재인 막 전극 접합체의 띠 형상체(5r)에 대해 가스 확산층(7)을 촉매 전극층(3)의 위치에 맞추어 연속적으로 접합한다.
도 2의 (A)란은, 띠 형상체(5r)의 제2 촉매 전극층(3)측의 면을 도시하는 정면도가 도시되어 있다. 도 2의 (B)란에는, 띠 형상체(5r)의 구성을 도시하는 개략 단면도가 도시되어 있다. 도 2의 (C)란에는, 띠 형상체(5r)로부터 잘라내어진 후의, 가스 확산층(7)이 접합된 막 전극 접합체(5)(이하, 「확산층이 구비된 막 전극 접합체(5G)」라고도 칭함)의 개략 단면도가 도시되어 있다. 도 2의 (A)란에는, 띠 형상체(5r)의 반송 방향을 나타내는 화살표 PD를 도시하고 있다. 또한, 도 2의 (A)란 및 (B)란에는, 가스 확산층(7)이 배치되는 영역 GA를 파선으로 도시하고 있고, 띠 형상체(5r)로부터 확산층이 구비된 막 전극 접합체(5G)가 잘라내어질 때의 절단선 CL을 일점 쇄선으로 도시하고 있다.
띠 형상체(5r)는, 본체부를 구성하는 띠 형상의 전해질막(1)의 한쪽 면에, 제1 촉매 전극층(2)이 전체면을 피복하도록 배치되어 있고, 다른 쪽 면에, 복수의 제2 촉매 전극층(3)이 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 배열되어 있다[도 2의 (A)란, (B)란]. 전해질막(1)은, 습윤 상태에서 양호한 프로톤 전도성을 나타내는 고체 고분자 박막이며, 예를 들어 나피온(등록 상표) 등의 불소계의 이온 교환 수지에 의해 구성된다.
제1, 제2 촉매 전극층(2, 3)은, 반응 가스의 공급을 받아 애노드(연료극) 또는 캐소드(산화제극)로서 기능하는 가스 확산성을 갖는 전극이다. 제1, 제2 촉매 전극층(2, 3)은, 연료 전지 반응을 촉진하는 촉매를 담지하는 도전성 입자(예를 들어, 백금 담지 카본)와, 전해질막(1)과 동일하거나 또는 유사한 전해질을 분산시킨 분산 용액인 촉매 잉크의 건조 도막으로서 형성된다.
본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 띠 형상체(5r)에 있어서의 제2 촉매 전극층(3)의 배치 위치에 맞추어 가스 확산층(7)이 제1 촉매 전극층(2)에 접합된다. 즉, 본 실시 형태에 있어서, 제2 촉매 전극층(3)은, 접합 부재인 가스 확산층(7)의 접합 위치를 나타내는 지표로서 기능한다. 가스 확산층(7)은 가스 확산성과 도전성을 갖는 다공질의 부재에 의해 구성되어도 되고, 카본 페이퍼나 카본 클로스 등의 도전성을 갖는 섬유 기재에 의해 구성되어도 된다.
본 명세서에서는, 제2 촉매 전극층(3)의 단부 중, 띠 형상체(5r)의 반송 방향에 있어서의 선단측의 단부를 「선단부(3e)」라 칭하고, 후단부측의 단부를 「후단부(3t)」라 칭한다. 본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 가스 확산층(7)의 접합시에는, 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)의 위치가, 그 접합 위치의 기준으로서 이용된다(상세는 후술).
본 실시 형태의 확산층이 구비된 막 전극 접합체(5G)[도 2의 (C)란]에서는, 제1 촉매 전극층(2)의 외주 단부의 위치가 전해질막(1)의 외주 단부의 위치와 거의 정렬되어 있는 것에 반해, 제2 촉매 전극층(3)의 외주 단부의 위치는 전해질막(1)의 외주 단부보다 내측에 위치하고 있다. 즉, 본 실시 형태의 확산층이 구비된 막 전극 접합체(5G)에서는, 제1, 제2 촉매 전극층(2, 3)의 외주 단부가 전해질막(1)의 외주연부를 개재하여 서로 이격되어 있다. 이에 의해, 발전 중에 2개의 촉매 전극층(2, 3)의 단부 사이에서 미반응의 반응 가스가 오가는, 이른바 크로스 리크의 발생이 억제된다.
또한, 본 실시 형태의 확산층이 구비된 막 전극 접합체(5G)에서는, 가스 확산층(7)의 외주 단부가, 제1 제2 촉매 전극층(2, 3)의 외주 단부의 사이에 위치하고 있고, 전해질막(1)에 직접 접촉하고 있지 않다. 이 구성에 의해, 가스 확산층(7)의 외주 단부에 존재하는 섬유의 보풀이나 버어가 전해질막(1)의 표면에 꽂히는 것이 억제되어 있다. 또한, 이 구성이면, 연료 전지의 발전 중 등에 가스 확산층(7)에 있어서 과산화수소 라디칼이 발생한 경우라도, 당해 과산화수소 라디칼은 전해질막(1)에 도달하기 전에 반드시 제1 촉매 전극층(2)을 통과하게 된다. 그로 인해, 가스 확산층(7)에 있어서 발생한 과산화수소 라디칼을 제1 촉매 전극층(2)의 촉매 작용에 의해 소실시킬 수 있어, 과산화수소 라디칼에 의한 전해질막(1)의 열화가 억제된다.
본 실시 형태의 접합 장치(100)(도 1)는, 제어부(101)와, 합지 박리부(110)와, 장력 조정부(120)와, 촉매층 검출부(130)와, 가스 확산층 반송부(140)와, 접합부(150)를 구비한다. 접합 장치(100)에 있어서, 띠 형상체(5r)를 반송하는 각 구성부(110, 120, 140)는 제1 반송부에 상당하고, 가스 확산층(7)의 반송을 실행하는 가스 확산층 반송부(140)는 제2 반송부에 상당한다. 제어부(101)는 중앙 처리 장치와 주 기억 장치를 구비하는 마이크로컴퓨터에 의해 구성된다. 제어부(101)는, 합지 박리부(110)와, 장력 조정부(120)와, 접합부(150) 사이에 있어서의 띠 형상체(5r)의 반송을 제어하는 반송 제어부로서 기능한다. 또한, 제어부(101)는 가스 확산층 반송부(140)에 의한 가스 확산층(7)의 반송을 제어한다. 제어부(101)는 가스 확산층(7)의 반송을 촉매층 검출부(130)의 출력 신호에 기초하여 행함으로써, 가스 확산층(7)의 접합 위치를 조정한다(상세는 후술).
접합 장치(100)는, 막 전극 접합체 공급부(도시 및 상세한 설명은 생략)로부터 띠 형상체(5r)의 공급을 받는다. 이때의 띠 형상체(5r)의 제2 촉매 전극층(3)측의 면에는 합지(6)가 부착되어 있다. 합지 박리부(110)는, 띠 형상체(5r)를 길이 방향으로 반송하면서 합지(6)를 띠 형상체(5r)로부터 박리한다. 합지 박리부(110)는, 구동 롤러(111)와, 가압 롤러(112)와, 합지 반송 롤러(113)를 구비한다.
구동 롤러(111)는, 모터(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 제어부(101)의 제어에 의해 대략 일정 속도로 회전 구동한다. 가압 롤러(112)와 합지 반송 롤러(113)는 각각, 구동 롤러(111)에 추종하여 회전하도록, 구동 롤러(111)에 인접하는 위치에 있어서 병렬로 배치되어 있다. 가압 롤러(112)는 상류측에 배치되고, 합지 반송 롤러(113)는 그 하류측에 배치되어 있다.
합지(6)가 부착되어 있는 띠 형상체(5r)는, 우선, 합지(6)가 가압 롤러(112)와 접하도록, 구동 롤러(111)와 가압 롤러(112) 사이에 차례로 끌어당겨져 반송된다. 가압 롤러(112)는, 구동 롤러(111)를 향해 띠 형상체(5r)를 압박하고, 띠 형상체(5r)에 가압력을 부여한다. 가압 롤러(112)에 의해 가압된 띠 형상체(5r)는 그대로 구동 롤러(111)의 측면을 따라 반송되고, 구동 롤러(111)와 합지 반송 롤러(113) 사이에 차례로 끌어당겨져 반송된다. 합지 반송 롤러(113)는, 합지(6)를 흡착하면서 회전함으로써, 합지(6)를 띠 형상체(5r)로부터 박리시킨다. 띠 형상체(5r)로부터 박리된 합지(6)는 합지 회수부(도시하지 않음)로 회수되어 파기된다.
장력 조정부(120)는, 합지 박리부(110)의 후단에 있어서, 띠 형상체(5r)를 반송하면서, 띠 형상체(5r)에 부여되어 있는 장력(텐션)을 조정한다. 장력 조정부(120)는, 구동 롤러(121)와, 가압 롤러(122)와, 장력 센서(125)를 구비한다. 구동 롤러(121)는, 모터(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 제어부(101)의 지령에 따른 회전 속도로 회전 구동한다. 가압 롤러(122)는, 구동 롤러(121)에 추종하여 회전 구동하도록, 구동 롤러(121)에 인접하는 위치에 있어서 병렬로 배치되어 있다.
합지 박리부(110)로부터 반송되어 온 띠 형상체(5r)는, 제1 촉매 전극층(2)측의 면이 구동 롤러(121)측으로 되고, 제2 촉매 전극층(3)측의 면이 가압 롤러(122)측으로 되도록, 구동 롤러(121)와 가압 롤러(122) 사이에 차례로 끌어당겨진다. 띠 형상체(5r)는, 가압 롤러(112)로부터 가압력이 부여되면서, 구동 롤러(121)의 회전 구동력에 의해 반송된다.
장력 센서(125)는, 구동 롤러(121) 및 가압 롤러(122)에 의해 송출된 띠 형상체(5r)의 장력을 검출한다. 장력 센서(125)는, 띠 형상체(5r)에 장력을 부여하도록 가압하면서 띠 형상체(5r)의 반송에 따라서 회전하는 회전 롤러(125r)를 구비하고 있다. 장력 센서(125)는, 회전 롤러(125r)가 띠 형상체(5r)로부터 받는 반력에 기초하여, 띠 형상체(5r)의 장력을 검출한다. 장력 센서(125)는, 검출한 장력을 제어부(101)에 출력한다.
제어부(101)는, 장력 센서(125)로부터의 출력 신호에 기초하여, 띠 형상체(5r)의 장력이 거의 일정하게 유지되도록 구동 롤러(121)의 회전 속도를 제어하여, 접합부(150)에 도달하기 전의 띠 형상체(5r)의 장력을 조정한다. 구체적으로는, 제어부(101)는 띠 형상체(5r)의 장력이 목표값보다도 높게 되어 있는 경우에는 구동 롤러(121)의 회전 속도를 높여, 띠 형상체(5r)의 장력을 저하시킨다. 한편, 띠 형상체(5r)의 장력이 목표값보다도 낮게 되어 있는 경우에는 구동 롤러(121)의 회전 속도를 낮추어, 띠 형상체(5r)의 장력을 증대시킨다.
촉매층 검출부(130)는, 예를 들어 발광 소자와 수광 소자를 구비하는 광학적 센서에 의해 구성된다. 촉매층 검출부(130)는, 장력 조정부(120)의 하류측에 있어서의, 띠 형상체(5r)의 반송로 상의 소정의 위치[이후, 「검출점(DP)」라 칭함]에 있어서, 제2 촉매 전극층(3)의 통과를 검출하고, 검출 신호를 제어부(101)에 출력한다. 촉매층 검출부(130)는, 배치 부재의 통과를 검출하는 통과 검출부로서 기능한다. 제어부(101)는, 촉매층 검출부(130)의 검출 신호로부터 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)의 통과를 검출하고, 그 검출 시각에 기초하여, 가스 확산층 반송부(140)에 의한 가스 확산층(7)의 반송 처리의 실행을 제어한다.
가스 확산층 반송부(140)는, 제어부(101)의 지령에 따라서, 가스 확산층(7)을 접합부(150)의 접합 롤러(152)의 가압점(PP)까지 반송하는 반송 처리를 실행한다. 가스 확산층 반송부(140)는 트랜스퍼(141)와, 구동부(142)와, 구동 샤프트(143)를 구비한다. 구동 샤프트(143)는, 구동부(142)에 접속되어 있고, 구동부(142)의 회전 구동력에 의해 회전한다. 트랜스퍼(141)는, 구동 샤프트(143)에 장착되어 있고, 구동 샤프트(143)의 회전에 따라서, 구동 샤프트(143)의 축방향을 따라, 소정의 구간[기단부 위치(SP)와 종단부 위치(EP) 사이]을 직선적으로 왕복 이동한다.
트랜스퍼(141)는, 기단부 위치(SP)에 있어서, 가스 확산층(7)의 수용고(도시는 생략)로부터 가스 확산층(7)을 1개씩 공급받는다. 트랜스퍼(141)는 진공 흡착에 의해, 가스 확산층(7)을 이동 방향으로 평행하게 보유 지지하여, 기단부 위치(SP)로부터, 접합부(150)의 근방 종단부 위치(EP)까지 직선적으로 이동함으로써, 가스 확산층(7)을 합류점인 가압점(PP)에 있어서 띠 형상체(5r)에 합류시킨다. 트랜스퍼(141)는, 가스 확산층(7)의 접합시마다 기단부 위치(SP)와 종단부 위치(EP) 사이의 왕복 이동을 미리 정해진 속도 패턴(후술)으로 반복한다.
접합부(150)는, 띠 형상체(5r)의 제1 촉매 전극층(2) 상에 가스 확산층(7)을 가압 프레스에 의해 접합한다. 접합부(150)는, 반송 롤러(151)와, 1세트의 접합 롤러(152)를 구비하고 있다. 반송 롤러(151)는, 띠 형상체(5r)의 반송 각도가 가스 확산층(7)의 반송 각도에 대해 예각을 이루도록, 띠 형상체(5r)에 소정의 장력을 부여하여 띠 형상체(5r)의 반송 각도를 변경시키면서, 띠 형상체(5r)를 접합 롤러(152)의 가압점(PP)으로 유도한다.
접합 롤러(152)는, 제어부(101)에 의한 피드백 제어에 의해, 띠 형상체(5r)의 반송 속도가 거의 일정하게 유지되는 속도로 회전한다. 띠 형상체(5r)와 가스 확산층(7)은, 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에 있어서 합류함과 함께 가압 프레스된다. 가스 확산층(7)이 접합된 띠 형상체(5r)는, 확산층이 구비된 막 전극 접합체(5G)를 잘라내기 위해, 재단부(도시 및 상세한 설명은 생략)로 송출된다.
도 3은, 가스 확산층(7)의 반송 처리에 있어서의 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴을 설명하기 위한 설명도이다. 도 3에는, 가스 확산층(7)의 반송 처리에 있어서의 트랜스퍼(141)의 위치와 시간의 관계를 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 트랜스퍼(141)는, 가스 확산층(7)의 반송 처리가 개시되기 전에는, 기단부 위치(SP)에 있어서 가스 확산층(7)의 공급을 받은 상태로 대기하고 있고, 제어부(101)로부터 가스 확산층(7)의 반송 개시의 지시를 받으면 이동을 개시한다. 트랜스퍼(141)는 우선, 시각 t1로부터 시각 t2까지의 사이에 있어서 현저하게 높은 속도로 이동한다.
여기서, 접합 장치(100)에서는, 띠 형상체(5r)는, 합지 박리부(110)의 구동 롤러(111)와 접합부(150)의 접합 롤러(152)의 회전에 의해, 거의 일정한 반송 속도에 의해 반송되고 있다. 트랜스퍼(141)는, 시각 t2로부터 종단부 위치(EP)에 도달하는 시각 t4까지는, 그 띠 형상체(5r)의 반송 속도에 동기된, 비교적 낮은 속도로 이동한다. 이후, 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴에 있어서의 시각 t2∼t4의 기간을 「속도 동기 기간」이라고도 칭한다. 트랜스퍼(141)는, 종단부 위치(EP)에 있어서 정지하고, 소정의 시간만큼 대기한 후에, 비교적 높은 속도로, 종단부 위치(EP)로부터 기단부 위치(SP)까지 복귀된다(시각 t5∼시각 t6).
도 4는, 트랜스퍼(141)로부터 접합 롤러(152)에 가스 확산층(7)이 차례로 끌어당겨질 때의 메커니즘을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4에는, 트랜스퍼(141)의 반송에 의해, 가스 확산층(7)의 반송 방향에 있어서의 선단측의 단부[이하, 「선단부(7e)」라 칭함]가 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에 도달한 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도 4에는, 종단부 위치(EP)에 위치할 때의 트랜스퍼(141)를 파선으로 도시하고 있다.
본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)는, 트랜스퍼(141)가 종단부 위치(EP)에 도달하기 전의 소정의 위치에 도달하였을 때, 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에 도달한다. 이후, 이때의 트랜스퍼(141)의 위치를 「단부 도달 위치(TP)」라고도 칭한다. 또한, 트랜스퍼(141)는, 띠 형상체(5r)의 반송 속도에 동기된 속도로 이동하고 있는 속도 동기 기간 중의 소정의 시각 t3에 단부 도달 위치(TP)에 도달한다(도 3). 그로 인해, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)는, 띠 형상체(5r)에 대해 반송 속도가 동기된 상태에서 합류할 수 있다.
트랜스퍼(141)는, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 가압점(PP)에 도달한 후에도, 종단부 위치(EP)까지 띠 형상체(5r)의 반송 속도에 동기된 속도에 의한 이동을 계속하고, 가스 확산층(7)을 접합 롤러(152)의 가압점(PP)으로 송출해 간다. 트랜스퍼(141)는, 종단부 위치(EP)에 있어서 정지하면, 가스 확산층(7)의 진공 흡인을 해제한다.
트랜스퍼(141)에 의한 진공 흡인이 해제된 후에는, 가스 확산층(7)은, 접합 롤러(152)의 회전 구동력에 의해 가압점(PP)으로 차례로 끌어당겨져 간다. 트랜스퍼(141)는, 종단부 위치(EP)에 있어서 소정의 시간 대기하여, 가압점(PP)에 차례로 끌어당겨져 가는 가스 확산층(7)의 후단부 부위를 지지한다.
도 5는, 띠 형상체(5r)의 반송 중에 있어서의 신축 변형에 수반되는 제2 촉매 전극층(3)의 배열 간격의 변동을 설명하기 위한 모식도이다. 도 5에는 합지 박리부(110)의 구동 롤러(111)와 장력 조정부(120)의 구동 롤러(121)에 의해 반송되고 있는 띠 형상체(5r)를 제2 촉매 전극층(3)측의 면으로부터 보았을 때의 모식도를 도시하고 있다. 또한, 도 5에는, 띠 형상체(5r)의 반송 방향을 나타내는 화살표 PD를 도시하고 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 제어부(101)가 장력 조정부(120)의 구동 롤러(121)의 회전 속도를 제어함으로써, 띠 형상체(5r)의 장력이 조정된다. 그로 인해, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 장력 조정부(120)에 있어서, 띠 형상체(5r)가 구동 롤러(121)로부터 받는 외력이 변동되어, 띠 형상체(5r)가 반송 방향으로 신축되어 버리는 경우가 있다.
띠 형상체(5r)가 반송 방향으로 신축되면, 제2 촉매 전극층(3)이 반송 방향으로 압축되거나, 늘여지거나 하여, 제2 촉매 전극층(3)끼리의 간격도 변동되어 버리는 경우가 있다. 그 외에, 띠 형상체(5r)에 있어서는, 습윤 상태에 따른 전해질막(1)의 팽윤·수축 변형이나, 제2 촉매 전극층(3)을 전해질막(1)에 배치할 때의 제조 오차 등에 의해, 제2 촉매 전극층(3)끼리의 간격이 변동되어 버리는 경우가 있다.
따라서, 일정한 주기로 가스 확산층(7)의 반송·접합을 실행하면, 제2 촉매 전극층(3)끼리의 간격 변동에 의해, 가스 확산층(7)의 접합 위치에 어긋남이 발생해 버릴 가능성이 있다. 따라서, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 제어부(101)가, 촉매층 검출부(130)의 검출 신호에 기초하여, 가스 확산층 반송부(140)에 가스 확산층(7)의 반송 처리를 개시시킴으로써, 가스 확산층(7)의 접합 위치의 어긋남의 발생을 억제한다. 구체적으로는, 이하와 같다.
도 6은, 제어부(101)에 의한 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 제어부(101)는, 가스 확산층(7)의 접합시마다 이하의 스텝 S10∼S40의 처리를 반복하여 실행한다. 스텝 S10에서는, 제어부(101)는 촉매층 검출부(130)로부터의 검출 신호에 기초하여, 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)의 통과를 검출하고, 그 검출 시각 td를 취득한다.
도 7은, 스텝 S10에 있어서의 검출 시각 td의 취득 공정을 설명하기 위한 설명도이다. 도 7에는, 촉매층 검출부(130)가 제어부(101)에 출력하는 검출 신호의 일례를, 종축을 신호 레벨로 하고, 횡축을 시간으로 하는 그래프에 의해 도시하고 있다. 촉매층 검출부(130)는, 제2 촉매 전극층(3)의 통과 중에는 Hi 신호를 출력하고, 그 이외일 때에는 Low 신호를 출력한다. 제어부(101)는 촉매층 검출부(130)의 검출 신호에 있어서, 제2 촉매 전극층(3)의 통과에 의해 신호 레벨이 Low로부터 Hi로 전환되는 상승 에지를 검출하고, 그 시각(이하, 「검출 시각 td」라 칭함)을 취득한다.
스텝 S20(도 6)에서는, 제어부(101)는 스텝 S10에 있어서 취득한 검출 시각 td에 기초하여, 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)가 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에 도달하는 시각(이하, 「단부 도달 시각 ta」라고 칭함)을 취득한다. 또한, 제어부(101)는 그 단부 도달 시각 ta를 기준으로 하고, 띠 형상체(5r)에 있어서 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 접합되는 위치가 가압점(PP)에 도달하는 시각(이하, 「접합 위치 도달 시각 tt」라고 칭함)을 취득한다.
도 8은, 스텝 S20에 있어서의 단부 도달 시각 ta 및 접합 위치 도달 시각 tt의 취득 공정을 설명하기 위한 설명도이다. 도 8에는, 접합 장치(100)에 있어서의 제2 촉매 전극층(3)의 반송 거리와 시간의 관계를 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 본 실시 형태의 접합 장치(100)(도 1)에서는, 띠 형상체(5r)의 반송 속도는 일정하고, 촉매층 검출부(130)의 검출점(DP)과 접합 롤러(152)의 가압점(PP) 사이의 띠 형상체(5r)의 반송 거리 TD는 이미 알고 있다. 따라서, 제어부(101)는 띠 형상체(5r)의 반송 속도와, 반송 거리 TD에 기초하여, 단부 도달 시각 ta를 취득한다.
또한, 본 실시 형태의 확산층이 구비된 막 전극 접합체(5G)(도 2)에서는, 가스 확산층(7)의 외주 단부는, 제2 촉매 전극층(3)의 외주 단부의 위치로부터 소정의 거리(이하, 「이격 거리 OD」라 칭함)만큼 외측으로 이격된 위치에 있다. 따라서, 띠 형상체(5r)에 있어서 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 접합되는 위치는, 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에, 당해 이격 거리 OD의 분만큼, 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)보다도 먼저 도달한다. 따라서, 제어부(101)는 단부 도달 시각 ta를 기준으로 하여, 띠 형상체(5r)의 반송 속도와 이격 거리 OD에 기초하여, 접합 위치 도달 시각 tt를 취득한다.
스텝 S30(도 6)에서는, 제어부(101)는, 스텝 S20에 있어서 취득한 접합 위치 도달 시각 tt에 기초하여, 트랜스퍼(141)의 이동[가스 확산층(7)의 반송]을 개시시키는 시각(이하, 「반송 개시 시각 ts」라 칭함)을 결정한다. 보다 구체적으로는, 제어부(101)는, 트랜스퍼(141)를 미리 정해진 속도 패턴(도 3)으로 이동시켰을 때에 접합 위치 도달 시각 tt에 가스 확산층(7)의 선단부(7e)를 가압점(PP)에 도달시킬 수 있는 시각을 반송 개시 시각 ts로서 결정한다.
도 9는, 스텝 S30에 있어서의 반송 개시 시각 ts의 결정 공정을 설명하기 위한 설명도이다. 도 9에는, 도 3에서 설명한 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴을 나타내는 그래프와 마찬가지인 그래프를 도시하고 있다. 또한, 도 9에는, 편의상, 반송 개시 시각 ts의 결정에 의해, 미리 정해진 속도 패턴을 나타내는 그래프가 시간축을 따라 시프트되는 모습을 모식적으로 도시하고 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴에 있어서의 속도 동기 기간 내의 소정의 시각 t3에 있어서 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 가압점(PP)에 도달한다(도 3). 따라서, 그 소정의 시각 t3을 스텝 S20에서 취득한 접합 위치 도달 시각 tt에 일치시키고, 그때의 미리 정해진 속도 패턴의 기점으로 되는 시각 t1을 반송 개시 시각 ts로서 결정한다.
스텝 S40(도 6)에서는, 제어부(101)는, 스텝 S30에 있어서 결정된 반송 개시 시각 ts가 도달하였을 때, 트랜스퍼(141)에 의한 가스 확산층(7)의 반송을 개시시킨다. 이에 의해, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)를 접합 위치 도달 시각 tt에 있어서 가압점(PP)에 도달시킬 수 있고, 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)의 위치를 기준으로 하는 소정의 접합 위치에 가스 확산층(7)을 접합할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 제어부(101)에 의해, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에 도달하는 접합 위치 도달 시각 tt가 결정됨으로써, 가스 확산층(7)의 접합 위치가 조정된다. 따라서, 띠 형상체(5r)에 대한 가스 확산층(7)의 접합 위치의 위치 정렬을 간이하게 실행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에서는, 상술한 미리 정해진 속도 패턴으로의 트랜스퍼(141)에 의해 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 접합 롤러(152)의 가압점(PP)에 도달하고, 띠 형상체(5r)에 대한 가스 확산층(7)의 접합이 개시된다. 따라서, 띠 형상체(5r)에 대한 가스 확산층(7)의 접합 위치를 트랜스퍼(141)의 이동을 개시시키는 타이밍에 의해 조정할 수 있어, 제2 촉매 전극층(3)이 검출되는 타이밍에 기초하는 가스 확산층(7)의 접합 위치의 조정을 용이하고 또한 신속하게 실행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에 의하면, 트랜스퍼(141)는 직선적인 수평 이동을 행하므로, 그 속도 제어가 용이하고, 트랜스퍼(141)의 이동 속도의 오차에 의해, 가스 확산층(7)의 접합 위치가 어긋나 버리는 것이 억제된다. 또한, 본 실시 형태의 접합 장치(100)에 의하면, 가스 확산층(7)의 반송 속도가 띠 형상체(5r)의 반송 속도에 동기되어 있을 때, 가스 확산층(7)이 띠 형상체(5r)에 합류한다. 따라서, 띠 형상체(5r)에 대해 가스 확산층(7)을 원활하게 합류시킬 수 있어, 합류시에 있어서의 가스 확산층(7)의 위치 어긋남을 억제할 수 있다. 따라서, 가스 확산층(7)의 접합 위치의 조정 정밀도가 향상된다.
B. 제2 실시 형태 :
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태로서의 접합 장치(100A)의 구성을 도시하는 개략도이다. 제2 실시 형태의 접합 장치(100A)는, 습도 검출부(132)를 구비하고 있는 점 이외는, 제1 실시 형태의 접합 장치(100)(도 1)와 거의 동일하다. 습도 검출부(132)는, 파라미터 취득부에 상당하고, 띠 형상체(5r)의 신축에 관련되는 파라미터로서, 검출점(DP)과 가압점(PP) 사이에 있어서의 띠 형상체(5r)의 반송로의 습도를 검출하여 제어부(101)에 출력한다.
상술한 바와 같이, 띠 형상체(5r)의 본체부를 구성하는 전해질막(1)은, 그 습윤 상태에 따라서 팽윤·수축된다. 그로 인해, 검출점(DP)과 가압점(PP) 사이에 있어서의 띠 형상체(5r)의 반송로의 습윤도에 따라서는, 띠 형상체(5r)는 검출점(DP)을 통과한 후에, 반송 방향으로 팽윤 또는 수축되어 버릴 가능성이 있다. 따라서, 제2 실시 형태의 접합 장치(100A)에서는, 제어부(101)는, 습도 검출부(132)의 검출값에 따라서 트랜스퍼(141)에 의한 가스 확산층(7)의 반송 개시 시각 ts를 조정하고, 띠 형상체(5r)의 반송로에 있어서의 습윤도의 변화에 기인하는 가스 확산층(7)의 접합 위치의 어긋남의 발생을 억제한다. 구체적으로는 이하와 같다.
도 11은, 제2 실시 형태의 접합 장치(100A)의 제어부(101)에 의한 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 제2 실시 형태에 있어서의 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서는, 스텝 S11의 공정이 추가되어 있는 점과, 스텝 S20 대신에 스텝 S20A가 실행되는 점 이외는, 제1 실시 형태에 있어서의 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서(도 6)와 거의 동일하다.
검출점(DP)에 있어서의 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)의 통과를 검출한 후, 제어부(101)는 스텝 S11에 있어서, 습도 검출부(132)의 검출값에 따른 띠 형상체(5r)의 반송 방향에 있어서의 신축량 ΔL을 취득한다. 구체적으로는, 제어부(101)는 습도에 따른 전해질막(1)의 신축량을 나타내는 맵을 미리 갖고 있고, 당해 맵을 사용하여 신축량 ΔL을 취득한다. 또한, 이 맵에는, 습윤도가 기준값일 때에는 신축량 ΔL이 0으로 되고, 습윤도가 기준값보다도 높을 때에는 신축량 ΔL이 플러스 방향으로 커지고, 습윤도가 기준값보다 낮을수록 마이너스 방향으로 커지는 관계가 설정되어 있다.
도 12a, 도 12b는 각각, 스텝 20A에 있어서의, 신축량 ΔL을 반영한 단부 도달 시각 ta 및 접합 위치 도달 시각 tt의 취득 공정과, 스텝 S30에 있어서의 반송 개시 시각 ts의 취득 공정을 설명하기 위한 설명도이다. 도 12a는 신축량 ΔL이 전해질막(1)의 수축을 나타내는 값인 경우의 도면이고(ΔL＜0), 도 12b는 신축량 ΔL이 전해질막(1)의 팽창을 나타내는 값인 경우의 도면이다(ΔL＞0). 도 12a 및 도 12b에는 각각, 상단의 (a)란에 스텝 20A의 공정을 설명하기 위한 도 8과 마찬가지의 그래프가 도시되어 있고, 하단의 (b)란에 스텝 30의 공정을 설명하기 위한 도 9와 마찬가지의 그래프가 도시되어 있다. 또한, 도 12a 및 도 12b의 각 그래프에는, 신축량 ΔL이 0인 경우의 그래프를 일점 쇄선으로 도시하고 있다.
스텝 S20A에서는, 제어부(101)는, 스텝 S11에서 취득한 신축량 ΔL과, 띠 형상체(5r)의 반송 속도에 기초하여, 신축량 ΔL에 대한 반송 시간의 보정량 Δt(Δt＞0)를 취득하고, 검출 시간 td를 보정량 Δt로 보정한 보정 후 검출 시간 tdc를 취득한다. 구체적으로는, 제어부(101)는, 신축량 ΔL이 전해질막(1)의 수축을 나타내는 값인 경우에는 검출 시간 td를 보정량 Δt만큼 감산하고(tdc＝td－Δt), 신축량 ΔL이 전해질막(1)의 팽창을 나타내는 값인 경우에는 검출 시간 td를 보정량 Δt만큼 가산한다(tdc＝td＋Δt).
제어부(101)는, 검출 시간 td 대신에 보정 후 검출 시간 tdc를 사용하여, 제1 실시 형태에서 설명한 스텝 S20의 공정과 마찬가지로, 단부 도달 시각 ta 및 접합 위치 도달 시각 tt를 취득한다. 이 접합 위치 도달 시각 tt는 습윤도에 따른 전해질막의 신축량 ΔL이 반영된 값이다. 스텝 S30에서는, 제어부(101)는 제1 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지로, 스텝 S20A에 있어서 취득한 접합 위치 도달 시각 tt와, 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴을 사용하여 반송 개시 시각 ts를 취득한다.
이에 의해, 전해질막(1)이 습윤도에 따라서 반송 방향으로 팽창되어 있는 경우에는, 신축량 ΔL의 분만큼, 반송 개시 시각 ts가 빨라져(도 12a), 가스 확산층(7)의 접합 위치가 반송 방향의 상류측으로 오프셋된다. 한편, 전해질막(1)이 습윤도에 따라서 반송 방향으로 수축되어 있는 경우에는, 신축량 ΔL의 분만큼, 반송 개시 시각 ts가 느려져(도 12b), 가스 확산층(7)의 접합 위치가 반송 방향의 하류측으로 오프셋된다.
이상과 같이, 제2 실시 형태의 접합 장치(100)이면, 습윤도에 따른 전해질막(1)의 신축량 ΔL을 반영시켜 가스 확산층(7)의 접합 위치의 조정을 용이하게 실행할 수 있어, 가스 확산층(7)의 위치 정렬 정밀도를 향상시킬 수 있다.
C. 제3 실시 형태 :
도 13은, 본 발명의 제3 실시 형태로서의 접합 장치에 있어서 제어부(101)에 의해 실행되는, 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 제3 실시 형태의 가스 확산층의 반송 제어의 처리 순서는, 스텝 S35의 촉매 전극층의 불량 검출 공정이 추가되어 있는 점 이외는, 제2 실시 형태에서 설명한 처리 순서(도 11)와 거의 동일하다. 또한, 제3 실시 형태의 접합 장치의 구성은, 제2 실시 형태의 접합 장치(100A)(도 10)와 동일하다.
제3 실시 형태의 접합 장치에서는, 제어부(101)는, 반송 개시 시각 ts의 결정(스텝 S30) 후, 반송 개시 시각 ts가 도달할 때까지의 동안에, 촉매층 검출부(130)의 검출 신호에 기초하여 제2 촉매 전극층(3)의 불량을 검출한다(스텝 S35). 그리고, 제2 촉매 전극층(3)의 불량이 검출된 경우에는, 현 주기에 있어서의 가스 확산층(7)의 반송을 중지함으로써, 제조 불량의 막 전극 접합체(5)에 불필요하게 가스 확산층(7)이 접합되어 버리는 것을 억제한다. 또한, 제어부(101)는 제2 촉매 전극층(3)의 불량을 이하와 같이 검출한다.
도 14는, 제어부(101)에 의한 제2 촉매 전극층(3)의 불량 검출 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 도 14의 상단에는, 불량의 제2 촉매 전극층(3)을 갖는 띠 형상체(5r)의 일례를 도시하는 개략 정면도를 도시하고 있고, 하단에는, 그 띠 형상체(5r)가 반송되고 있을 때, 촉매층 검출부(130)가 출력하는 검출 신호를 나타내는 그래프를 상단의 도면에 대응시켜 도시하고 있다. 도 14의 상단에는, 접합 장치에 있어서의 띠 형상체(5r)의 반송 방향을 나타내는 화살표 PD를 도시하고 있다. 또한, 도 14의 하단에는, 검출 신호에 있어서의 에지의 발생 시각을 시계열로 차례로 t1∼t8로서 도시하고 있다.
제2 촉매 전극층(3)에는, 촉매 잉크의 도포 불량 등에 의해 줄 형상의 갭(CR)이 발생해 버리는 경우가 있다. 제3 실시 형태의 촉매층 검출부(130)의 검출 신호에는, 반송 방향에 교차하는 방향의 갭(CR)이 에지로서 나타난다. 도 14의 검출 신호의 예에서는, 시각 t1, t2, t3, t8에 있어서, 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e) 및 후단부(3t)를 나타내는 에지가 발생하고 있고, 시각 t4, t5, t6, t7에 있어서, 2개의 갭(CR)의 각각의 양단부를 나타내는 에지가 발생하고 있다.
제어부(101)는, 검출 신호에 있어서 하강 에지의 다음으로 상승 에지가 발생하고 있는 시간 간격(이하, 「에지 간격」이라고도 칭함)이 소정의 간격보다도 작은 경우에는, 그 에지 간격이 제2 촉매 전극층(3)의 갭(CR)에 기인하는 것이라고 판정한다. 그리고, 제어부(101)는 갭(CR)의 발생 빈도가 소정의 빈도보다도 높은 경우나, 갭(CR)에 기인하는 에지 간격의 합계가 소정의 역치보다도 큰 경우에는, 제2 촉매 전극층(3)이 불량이라고 판정한다.
반송 개시 시각 ts에 도달할 때까지의 동안에 제2 촉매 전극층(3)의 불량이 검출되지 않은 경우에는, 그대로 반송 개시 시각 ts에 있어서 트랜스퍼(141)에 의한 가스 확산층(7)의 반송이 개시된다(도 14의 스텝 S40). 또한, 제어부(101)는 그 후, 제2 촉매 전극층(3)의 배열 간격에 상당하는 간격인 에지 간격을 검출하였을 때에는, 그 상승 에지를 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)로서 검출하고, 다음 주기의 가스 확산층의 반송 제어를 개시한다(스텝 S10∼S40).
도 15는, 제3 실시 형태의 접합 장치에 있어서의 가스 확산층의 반송 제어의 타이밍 차트 일례를 나타내는 설명도이다. 도 15의 상단에는, 도 14에서 나타낸 것과 동일한 검지 신호의 일례를 나타내는 그래프를 도시하고 있고, 도 15의 하단에는, 트랜스퍼(141)의 위치의 시간 변화를 나타내는 그래프의 일례를 도시하고 있다. 도 15의 하단의 그래프에는, 트랜스퍼(141)에 의한 가스 확산층(7)의 반송이 중지되지 않고 실행된 경우의 그래프를 일점 쇄선으로 도시하고 있다.
이 타이밍 차트의 예에서는, 시각 t1에 있어서 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)가 검출되고(스텝 S10), 시각 t2에 있어서 반송 개시 시각 ts가 시각 t3으로 결정되어 있다(스텝 S20∼S30). 그리고, 그 시각 t3에 있어서, 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴으로의 가스 확산층(7)의 반송이 개시되어 있다.
다음으로, 시각 t4에 있어서, 다음의 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)가 검출되고(스텝 S10), 시각 t5에 있어서 반송 개시 시각 ts가 시각 t7로 결정되어 있다(스텝 S20∼S30). 그러나, 이 주기의 제어에서는, 시각 t7 앞에, 시각 t6에 있어서 갭(CR)을 나타내는 에지 간격이 검출되고, 제어부(101)가 제2 촉매 전극층(3)의 불량을 검출하고 있다. 그로 인해, 트랜스퍼(141)에 의한 가스 확산층(7)의 반송이 중지되어, 트랜스퍼(141)는 시각 t7 이후도 정지한 상태로 되어 있다.
여기서, 제2 촉매 전극층(3)에서는, 통상, 갭(CR)은 반송 방향에 있어서의 단부 근방에 있어서 발생하기 쉽다. 따라서, 트랜스퍼(141)의 이동이 개시되기 전의 촉매층 검출부(130)의 검지 신호를 이용함으로써, 갭(CR)을 효율적으로 검출할 수 있다. 또한, 제3 실시 형태의 접합 장치에서는, 검출 신호에 있어서의 에지에 대해, 갭(CR)에 기인하는 것과, 제2 촉매 전극층(3)의 단부의 통과에 기인하는 것으로 구별하여 검출하고 있다. 따라서, 갭(CR)이 제2 촉매 전극층(3)의 선단부(3e)로서 오검출되어 버리는 것이 억제되어, 가스 확산층(7)의 접합 미스의 발생이 억제된다.
이상과 같이, 제3 실시 형태의 접합 장치에 의하면, 띠 형상체(5r)에 있어서의 제2 촉매 전극층(3)의 위치를 검출하기 위한 촉매층 검출부(130)의 검출 신호를 이용하여 제2 촉매 전극층(3)의 불량을 검출할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 제조 불량의 발생을 용이하고 또한 효율적으로 억제할 수 있다.
D. 변형예 :
D1. 변형예 1 :
상기 각 실시 형태의 접합 장치(100, 100A)는 연료 전지의 제조 공정에 있어서 사용되고 있고, 연료 전지용의 막 전극 접합체(5)가 띠 형상으로 연속되어 있는 띠 형상체(5r)에 대해 가스 확산층(7)을 접합하고 있다. 이에 대해, 각 실시 형태의 접합 장치(100, 100A)는, 연료 전지의 제조 공정 이외에 사용되는 접합 장치로서 구성하는 것도 가능하다. 각 실시 형태의 접합 장치(100, 100A)는, 띠 형상체(5r) 대신에 다른 띠 형상 부재를 반송하고, 당해 띠 형상 부재에 대해, 가스 확산층(7) 이외의 접합 부재를 접합하도록 구성되어도 된다. 또한, 이 경우에는, 띠 형상 부재에는, 제2 촉매 전극층(3) 대신에, 접합 부재의 접합 위치의 지표로 되는 배치 부재가 배치되어 있으면 된다.
D2. 변형예 2 :
상기 각 실시 형태에서는, 트랜스퍼(141)는 미리 정해진 속도 패턴에 의해 가스 확산층(7)을 반송하고 있다. 이에 대해, 트랜스퍼(141)는 미리 정해진 속도 패턴에 의해 가스 확산층(7)을 반송하도록 구성되어 있지 않아도 된다. 트랜스퍼(141)는, 접합 위치 도달 시각 tt에 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 가압점(PP)에 도달하도록 가스 확산층(7)을 반송하도록 구성되어 있으면 된다. 단, 트랜스퍼(141)가 미리 정해진 속도 패턴으로의 반송을 실행하도록 구성되어 있으면, 접합 위치 도달 시각 tt에 기초하는 가스 확산층(7)의 접합 위치의 위치 정렬이 용이해져 효율적이다.
D3. 변형예 3 :
상기 각 실시 형태에서는, 트랜스퍼(141)는 직선 이동에 의해 가스 확산층(7)을 반송하고 있다. 이에 대해, 트랜스퍼(141)는 직선 이동에 의해, 가스 확산층(7)을 반송하는 구성을 갖고 있지 않아도 된다. 단, 트랜스퍼(141)가 직선 이동에 의해 가스 확산층(7)을 반송하는 구성이면, 가스 확산층(7)의 접합 위치의 위치 정렬이 용이해진다.
D4. 변형예 4 :
상기 각 실시 형태에서는, 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴에는 속도 동기 기간이 형성되어 있고, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)는 그 속도 동기 기간에 있어서, 가압점(PP)에 도달하고 있다. 이에 대해, 트랜스퍼(141)의 미리 정해진 속도 패턴에는, 속도 동기 기간이 형성되어 있지 않아도 되고, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)는 속도 동기 기간에 있어서 가압점(PP)에 도달하지 않아도 된다. 그러나, 가스 확산층(7)의 선단부(7e)가 속도 동기 기간에 있어서 가압점(PP)에 도달함으로써, 가스 확산층(7)을 띠 형상체(5r)에 원활하게 합류시킬 수 있어, 가스 확산층(7)의 접합 위치의 위치 어긋남의 발생이 억제된다.
D5. 변형예 5 :
상기 제2 실시 형태에서는, 띠 형상체(5r)의 신축에 관련되는 파라미터로서, 검출점(DP)과 가압점(PP) 사이에 있어서의 습도가 검출되어 있다. 이에 대해, 띠 형상체(5r)의 신축에 관련되는 파라미터로서는, 다른 영역에 있어서의 습도가 검출되어도 되고, 습도 이외의 환경 조건을 나타내는 값이나, 띠 형상체(5r)의 상태를 나타내는 값이 검출되어도 된다. 띠 형상체(5r)의 신축에 관련되는 파라미터로서는, 예를 들어 띠 형상체(5r)의 반송로가 배치되어 있는 공간의 온도나 기압이어도 되고, 띠 형상체(5r)의 전해질막(1)의 습윤도나 변형량이어도 된다.
D6. 변형예 6 :
상기 제3 실시 형태의 접합 장치는, 제2 실시 형태의 접합 장치와 마찬가지로, 습도에 따른 전해질막(1)의 신축량 ΔL을 반영시켜 검출 시각 td를 변경하고 있다(도 13의 스텝 S11, S20A). 이에 대해, 제3 실시 형태의 접합 장치는, 습도에 따른 전해질막(1)의 신축량 ΔL을 반영시켜 검출 시각 td를 변경하지 않아도 된다. 제3 실시 형태의 접합 장치에서는, 가스 확산층의 반송 제어에 있어서, 스텝 S35의 공정 전에, 제1 실시 형태와 마찬가지인 스텝 S10, S20, S30의 공정이 실행되어도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절하게 바꾸거나 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절하게 삭제하는 것이 가능하다.
1 : 전해질막
2 : 제1 촉매 전극층
3 : 제2 촉매 전극층
3e : 선단부
3t : 후단부
5 : 막 전극 접합체
5G : 확산층이 구비된 막 전극 접합체
5r : 띠 형상체
6 : 합지
7 : 가스 확산층
7e : 선단부
100, 100A : 접합 장치
101 : 제어부
110 : 합지 박리부
111 : 구동 롤러
112 : 가압 롤러
113 : 합지 반송 롤러
120 : 장력 조정부
121 : 구동 롤러
122 : 가압 롤러
125 : 장력 센서
125r : 회전 롤러
130 : 촉매층 검출부
132 : 습도 검출부
140 : 가스 확산층 반송부
141 : 트랜스퍼
142 : 구동부
143 : 구동 샤프트
150 : 접합부
151 : 반송 롤러
152 : 접합 롤러
CL : 절단선
CR : 갭
DP : 검출점
EP : 종단부 위치
GA : 가스 확산층의 배치 영역
PP : 가압점
SP : 기단부 위치
TP : 단부 도달 위치

Claims (6)

  1. 띠 형상 부재에 대해 복수의 접합 부재를 연속하여 접합하는 접합 장치이며,
    상기 접합 부재의 접합 위치의 지표로 되는 복수의 배치 부재가 길이 방향으로 배열되어 있는 상기 띠 형상 부재를 상기 길이 방향으로 반송하는 제1 반송부와,
    상기 접합 부재를 반송하여, 상기 제1 반송부에 의해 반송되고 있는 상기 띠 형상 부재에 합류시키는 제2 반송부와,
    상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재의 합류점에 있어서, 상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재를 가압하여 접합하는 접합 롤러와,
    상기 띠 형상 부재의 반송로 상에 있어서의 소정의 검출점에 있어서 상기 배치 부재의 통과를 검출하는 검출부와,
    상기 제1 반송부와 상기 제2 반송부를 제어하는 반송 제어부이며, 상기 검출부에 의해 상기 배치 부재의 통과가 검출된 검출 시각에 기초하여, 상기 제2 반송부에 의해 상기 접합 부재를 상기 합류점에 도달시키는 도달 시각을 결정하는 반송 제어부와,
    상기 띠 형상 부재의 신축 상태에 관련되는 파라미터를 취득하는 파라미터 취득부를 구비하고,
    상기 반송 제어부는, 상기 파라미터에 따라서 상기 검출 시각을 변경하고, 변경 후의 상기 검출 시각에 기초하여 상기 도달 시각을 결정하는, 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반송부는, 미리 정해진 속도 패턴으로, 상기 접합 부재를 상기 합류점을 향해 직선적으로 반송하여 상기 띠 형상 부재에 합류시키고,
    상기 반송 제어부는, 상기 도달 시각과, 상기 미리 정해진 속도 패턴에 기초하여, 상기 제2 반송부가 상기 접합 부재의 반송을 개시하는 개시 시각을 결정하는, 접합 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 배치 부재의 단부 통과를 검출하고,
    상기 반송 제어부는,
    상기 검출부가 상기 배치 부재의 단부를 검출하는 시간 간격에 기초하여 상기 배치 부재의 불량을 검출하고,
    상기 배치 부재의 불량이 검출되었을 때, 상기 제2 반송부에 의한 상기 접합 부재의 반송을 중지하는, 접합 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 띠 형상 부재는, 연료 전지용의 전해질막이고,
    상기 배치 부재는, 연료 전지용의 촉매 전극층이고,
    상기 반송 제어부는, 상기 접합 부재의 배치 영역이, 상기 촉매 전극층의 배치 영역과 겹치도록 상기 도달 시각을 결정하는, 접합 장치.
  5. 띠 형상 부재에 대해 복수의 접합 부재를 연속하여 접합하는 접합 방법이며,
    상기 접합 부재의 접합 위치의 지표로 되는 복수의 배치 부재가 길이 방향으로 배열되어 있는 상기 띠 형상 부재를 길이 방향으로 반송하는 공정과,
    상기 띠 형상 부재의 신축 상태에 관련되는 파라미터를 취득하는 공정과,
    상기 띠 형상 부재의 반송로 상에 있어서의 소정의 검출점에 있어서 상기 배치 부재의 통과를 검출하고, 상기 배치 부재의 통과가 검출된 검출 시각을 취득하는 공정과,
    상기 검출 시각을, 상기 파라미터에 따라서 변경하는 공정과,
    변경된 상기 검출 시각에 기초하여, 상기 접합 부재를 상기 띠 형상 부재에 도달시키는 도달 시각을 결정하는 공정과,
    상기 접합 부재가, 상기 도달 시각에, 상기 띠 형상 부재와 합류하도록, 상기 접합 부재를 반송하는 공정과,
    상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재의 합류점에 있어서, 상기 띠 형상 부재와 상기 접합 부재를 가압하여 접합하는 공정을 구비하는, 접합 방법.
  6. 삭제
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