KR102116624B1 - 막·전극층 접합체의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이 막·촉매 접합체의 제조 장치(1)는, 이면에 제1 촉매 입자를 포함하는 제1 전극층(9a)이 형성된 장척 띠형상의 전해질막(92)을, 그 길이 방향인 반송 방향으로 반송하는 복수의 반송 롤러와, 그 외주면의 일부에서 전해질막(92)의 이면을 흡착 유지함과 더불어, 그 축심 둘레로 회전하는 흡착 롤러(10)와, 흡착 롤러(10)에 흡착 유지되면서 이동하는 전해질막(92)의 표면에, 제2 촉매 입자를 포함하는 전극 재료를 공급하여, 제2 전극층(9b)을 형성하는 재료 공급부와, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)로부터 이격한 후에, 적어도 제1 전극층(9a)을 검사하는 검사부를 구비한다.

Description

막·전극층 접합체의 제조 장치 및 제조 방법
본 발명은, 장척 띠형상의 전해질막을 반송하면서, 전해질막의 표면에 전극층을 형성하는 막·전극층 접합체의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차나 휴대 전화 등의 구동 전원으로서, 연료 전지가 주목되고 있다. 연료 전지는, 연료에 포함되는 수소(H2)와 공기 중의 산소(O2)의 전기 화학 반응에 의해서 전력을 만들어 내는 발전 시스템이다. 연료 전지는, 다른 전지에 비해, 발전 효율이 높고 환경에 대한 부하가 작다고 하는 특징을 갖는다.
연료 전지에는, 사용하는 전해질에 의해서 몇 개의 종류가 존재한다. 그 중의 하나가, 전해질로서 이온 교환막(전해질막)을 이용한 고체 고분자형 연료 전지(PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell)이다. 고체 고분자형 연료 전지는, 상온에서의 동작 및 소형 경량화가 가능하기 때문에, 자동차나 휴대 기기로의 적용이 기대되고 있다.
고체 고분자형 연료 전지는, 일반적으로는 복수의 셀이 적층된 구조를 갖는다. 하나의 셀은, 막·전극층 접합체(MEA：Membrane-Electrode-Assembly)의 양측을 한 쌍의 세퍼레이터에 끼워넣음으로써 구성된다. 막·전극층 접합체는, 전해질막과, 전해질막의 양면에 형성된 한 쌍의 전극층을 갖는다. 한 쌍의 전극층의 한쪽은 애노드 전극이며, 다른쪽이 캐소드 전극이 된다. 애노드 전극에 수소를 포함하는 연료 가스가 접촉함과 더불어, 캐소드 전극에 공기가 접촉하면, 전기 화학 반응에 의해서 전력이 발생한다.
상기의 막·전극층 접합체는, 전형적으로는, 전해질막의 표면에, 백금(Pt)을 포함하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 잉크(전극 페이스트)를 도포하고, 그 촉매 잉크를 건조시킴으로써 작성된다. 종래의 막·전극층 접합체의 제조 기술에 대해서는, 예를 들어, 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
특허 문헌 1의 제조 장치에서는, 흡착 롤러의 외주면에, 전해질막이 유지된다. 그리고, 흡착 롤러를 회전시킴으로써, 전해질막을 반송하면서, 도공 노즐로부터 전극 잉크를 토출함으로써, 전해질막의 표면에 전극 잉크를 도포한다.
일본국 특허 공개 2015-15258호 공보
전해질막에 형성된 전극층은, 연료 가스 및 공기를 효율적으로 확산시키기 위해서, 다공질형상으로 되어 있다. 이로 인해, 전극층은, 외부로부터의 압력에 의해서 손상되기 쉽고, 또, 전해질막으로부터 벗겨지기 쉬운 것이 알려져 있다. 따라서, 막·전극층 접합체의 제조시에, 전해질막에 형성된 전극층을 검사하여 불량의 유무를 판단할 수 있는 기술이, 막·전극층 접합체의 품질을 관리하는데 있어서 중요하다. 특히, 전해질막의 이면은 흡착 롤러에 흡착 유지된다. 이로 인해, 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 전해질막의 이면에 형성된 전극층에 불량이 발생되어 있는지를 검사하는 것이, 막·전극층 접합체의 품질을 관리하는데 있어서 보다 중요해진다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 막·전극층 접합체의 제조 장치에 있어서, 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 전해질막의 이면에 형성된 전극층에 불량이 발생되어 있는지를 검사하고, 막·촉매 접합체를 효과적으로 품질 관리할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본원의 제1 발명은, 전해질막의 이면에 제1 전극층을 가짐과 더불어, 상기 전해질막의 표면에 제2 전극층을 갖는 막·전극층 접합체의 제조 장치로서, 이면에 제1 촉매 입자를 포함하는 상기 제1 전극층이 형성된 장척 띠형상의 상기 전해질막을, 그 길이 방향인 반송 방향으로 반송하는 복수의 반송 롤러와, 상기 복수의 반송 롤러에 의해 반송되는 상기 전해질막의 이면을, 그 외주면의 일부에서 흡착 유지함과 더불어, 그 축심 둘레로 회전하는 흡착 롤러와, 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되면서 이동하는 상기 전해질막의 표면에, 제2 촉매 입자를 포함하는 전극 재료를 공급하여, 제2 전극층을 형성하는 재료 공급부와, 상기 전해질막이 상기 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 상기 제1 전극층을 검사하는, 하나 이상의 검사부를 구비한다.
본원의 제2 발명은, 제1 발명의 제조 장치로서, 상기 검사부는, 상기 제1 전극층의 외관을 검사하는 외관 검사부를 갖는다.
본원의 제3 발명은, 제1 발명 또는 제2 발명의 제조 장치로서, 상기 검사부는, 상기 전해질막이 상기 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 담지량 및 상기 제2 전극층에 포함되는 상기 제2 촉매 입자의 담지량을 검사하는 합계 담지량 검사부와, 상기 합계 담지량 검사부에 의해 얻어진 합계 담지량으로부터, 미리 취득한 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 제1 담지량을 뺌으로써, 상기 제2 촉매 입자의 담지량을 구하는 연산부를 갖는다.
본원의 제4 발명은, 제3 발명의 제조 장치로서, 상기 검사부는, 상기 전해질막이 상기 흡착 롤러에 도달하기 전에, 상기 전해질막의 이면의 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 상기 제1 담지량을 검사하는, 제1 담지량 검사부를 더 갖는다.
본원의 제5 발명은, 제3 발명 또는 제4 발명의 제조 장치로서, 상기 연산부는, 상기 합계 담지량 및 상기 제1 담지량으로부터, 상기 제2 촉매 입자의 제2 담지량을 구하고, 상기 검사부는, 상기 제2 담지량이 이상값인지 아닌지에 의해, 상기 제1 전극층을 검사한다.
본원의 제6 발명은, 제1 발명 내지 제5 발명 중 어느 하나의 제조 장치로서, 장척 띠형상의 다공질 기재를, 상기 흡착 롤러와 상기 전해질막 사이에 개재시키면서 반송하는 다공질 기재 반송부를 더 구비한다.
본원의 제7 발명은, 제1 발명 내지 제6 발명 중 어느 하나의 제조 장치로서, 상기 복수의 반송 롤러 중, 상기 검사부보다 반송 방향 하류측의 반송 롤러는, 상기 전해질막의 표면측에 배치된다.
본원의 제8 발명은, 제1 발명 내지 제7 발명 중 어느 하나의 제조 장치로서, 상기 검사부의 검사 결과에 의거하여 불량이라고 판단된 상기 제1 전극층 부근에 마킹하는 마킹부를 더 갖는다.
본원의 제9 발명은, 제1 발명 내지 제8 발명 중 어느 하나의 제조 장치로서, 상기 전해질막의 이면과 상기 제1 전극층이, 노출된 상태로 상기 흡착 롤러에 흡착 유지된다.
본원의 제10 발명은, 전해질막의 이면에 제1 전극층을 가짐과 더불어, 상기 전해질막의 표면에 제2 전극층을 갖는 막·전극층 접합체의 제조 방법으로서, a) 제1 촉매 입자를 포함하는 제1 전극층이 형성된 장척 띠형상의 상기 전해질막의 이면을, 흡착 롤러의 외주면의 일부에서 흡착 유지함과 더불어, 상기 흡착 롤러를 그 축심 둘레로 회전시키면서, 상기 전해질막을 반송하는 반송 공정과, b) 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되면서 이동하는 상기 전해질막의 표면에, 제2 촉매 입자를 포함하는 전극 재료를 공급하여, 상기 제2 전극층을 형성하는 공정과, c) 상기 전해질막이 상기 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 상기 제1 전극층을 검사하는 공정을 포함한다.
본원의 제11 발명은, 제10 발명의 제조 방법으로서, 상기 공정 c)는, d) 상기 제1 전극층의 외관을 검사하는 공정을 갖는다.
본원의 제12 발명은, 제10 발명 또는 제11 발명의 제조 방법으로서, 상기 공정 c)는, e) 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 담지량 및 상기 제2 전극층에 포함되는 상기 제2 촉매 입자의 담지량을 검사하는 공정과, f) 상기 공정 e)에 의해 얻어진 합계 담지량으로부터, 미리 취득한 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 제2 담지량을 뺌으로써, 상기 제2 촉매 입자의 담지량을 구하는 공정을 갖는다.
본원의 제13 발명은, 제12 발명의 제조 방법으로서, 상기 전해질막이 상기 흡착 롤러에 도달하기 전에, 상기 전해질막의 이면의 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 제1 담지량을 검사하는 공정을 더 갖고, 상기 공정 f)에서는, 상기 합계 담지량으로부터 상기 제1 담지량을 뺌으로써, 상기 제2 촉매 입자의 상기 제2 담지량을 구한다.
본원의 제14 발명은, 제12 발명 또는 제13 발명의 제조 방법으로서, 상기 공정 c)에서는, 상기 제2 담지량이 이상값인지 아닌지에 의해, 상기 제1 전극층을 검사한다.
본원의 제15 발명은, 제10 발명 내지 제14 발명 중 어느 하나의 제조 방법으로서, 상기 공정 a)에서는, 장척 띠형상의 다공질 기재를, 상기 흡착 롤러와 상기 전해질막 사이에 개재시키면서 반송한다.
본원의 제16 발명은, 제10 발명 내지 제15 발명 중 어느 하나의 제조 방법으로서, 상기 공정 c) 후에, 상기 전해질막의 표면측에 배치되는 복수의 반송 롤러에 의해, 상기 전해질막을 반송한다.
본원의 제17 발명은, 제10 발명 내지 제16 발명 중 어느 하나의 제조 방법으로서, g) 상기 공정 c)의 검사 결과에 의거하여, 불량이라고 판단된 상기 제1 전극층 부근에 마킹하는 공정을 더 갖는다.
본원의 제18 발명은, 제10 발명 내지 제17 발명 중 어느 하나의 제조 방법으로서, 상기 공정 a)에서는, 상기 전해질막의 이면과 상기 제1 전극층이, 노출된 상태로 상기 흡착 롤러에 흡착 유지된다.
본원의 제1 발명~제18 발명에 의하면, 전해질막이 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 전해질막에 형성된 제1 전극층의, 손상 또는 이물의 부착 등의 불량을 검출할 수 있다. 이것에 의해, 막·전극층 접합체를 효과적으로 품질 관리할 수 있으며, 막·전극층 접합체의 불량률을 저감할 수 있다. 또, 검사 결과에 의거하여, 다음 공정에서의 처리의 필요와 불필요를 판단할 수 있다. 이로 인해, 막·전극층 접합체의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본원의 제2 발명 및 제11 발명에 의하면, 전해질막에 형성된 제1 전극층의 형상 또는 위치 정밀도 등의 불량을, 검사할 수 있다. 이로 인해, 막·전극층 접합체를 보다 효과적으로 품질 관리할 수 있다.
특히, 본원의 제3 발명 및 제12 발명에 의하면, 제2 전극층에 포함되는 제2 촉매 입자의 담지량을 검사할 수 있다.
특히, 본원의 제4 발명 및 제13 발명에 의하면, 전해질막이 흡착 롤러에 흡착 지지되기 전에, 제1 전극층에 포함되는 제1 촉매 입자의 담지량을 검사할 수 있다.
특히, 본원의 제5 발명 및 제14 발명에 의하면, 제2 촉매 입자의 담지량의 검사 결과에 의거하여 제1 전극층을 검사할 수 있다. 그 결과, 제1 전극층의 결함을 보다 다각적으로 검사할 수 있다.
특히, 본원의 제6 발명 및 제15 발명에 의하면, 전해질막은, 다공질 기재를 개재하여 흡착 롤러에 의해 흡착 지지된다. 이로 인해, 흡착 롤러에 부착된 이물 등이, 전해질막으로 전착하는 것을 억제할 수 있다.
특히, 본원의 제7 발명 및 제16 발명에 의하면, 전해질막이 흡착 롤러로부터 이격한 후에는, 전해질막의 이면은 반송 롤러와 접촉하지 않는다. 이로 인해, 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 제1 전극층에 손상 또는 이물의 전착 등의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 검사부에 의한 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본원의 제8 발명 및 제17 발명에 의하면, 검사부의 검사 결과에 의거하여, 전해질막을 마킹할 수 있다. 이것에 의해, 막·전극층 접합체를 보다 효과적으로 품질 관리할 수 있다.
특히, 본원의 제9 발명 및 제18 발명에 의하면, 흡착 롤러에 흡착 유지된, 전해질막의 이면에 노출된 제1 전극층을, 전해질막이 흡착 롤러로부터 이격한 후에 검사할 수 있다. 이것에 의해, 막·전극층 접합체를 보다 효과적으로 품질 관리할 수 있다.
도 1은 막·전극층 접합체의 제조 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 흡착 롤러의 하부 부근의 확대도이다.
도 3은 제어부와 각 부의 접속을 도시한 블럭도이다.
도 4는 담지량 검사부에 의한 촉매 입자의 검사의 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 제어부에 의해 산출된 촉매 입자의 담지량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 담지량 검사부에 의한 촉매 입자의 검사의 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 제어부에 의해 산출된 촉매 입자의 담지량을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
＜1. 제조 장치의 구성＞
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따르는 막·전극층 접합체의 제조 장치(1)의 구성을 도시한 도면이다. 이 제조 장치(1)는, 장척 띠형상의 기재인 전해질막을, 복수의 반송 롤러에 의해 길이 방향(반송 방향)으로 반송하면서, 전해질막의 표면에 전극층을 형성하고, 고체 고분자형 연료 전지용의 막·전극층 접합체를 제조하는 장치이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 막·전극층 접합체의 제조 장치(1)는, 흡착 롤러(10), 다공질 기재 반송부(20), 전해질막 공급부(30), 재료 공급부(40), 건조로(50), 접합체 회수부(60), 검사부(70), 마킹부(79) 및 제어부(80)를 구비하고 있다.
흡착 롤러(10)는, 다공질 기재(91) 및 복수의 반송 롤러에 의해 반송되는 전해질막(92)을 흡착 유지하면서 회전하는 롤러이다. 흡착 롤러(10)는, 복수의 흡착 구멍을 갖는 원통형의 외주면을 갖는다. 흡착 롤러(10)의 직경은, 예를 들어, 200mm~1600mm가 된다. 도 2는, 흡착 롤러(10)의 하부 부근의 확대도이다. 도 2 중에 파선으로 나타낸 바와 같이, 흡착 롤러(10)에는, 모터 등의 구동원을 갖는 회전 구동부(11)가 접속된다. 회전 구동부(11)를 동작시키면, 흡착 롤러(10)는, 수평으로 연장되는 축심 둘레로 회전한다. 또한, 본 실시 형태의 제조 장치(1)에서는, 복수의 반송 롤러는, 후술하는, 복수의 적층 기재 반입 롤러(32) 및 복수의 접합체 반출 롤러(64)에 의해 구성된다.
흡착 롤러(10)의 재료에는, 예를 들어, 다공질 카본 또는 다공질 세라믹스 등의 다공질 재료가 이용된다. 다공질 세라믹스의 구체예로는, 알루미나(Al2O3) 또는 탄화규소(SiC)의 소결체를 들 수 있다. 다공질의 흡착 롤러(10)에 있어서의 기공 지름은, 예를 들어 5μm 이하가 되고, 기공률은, 예를 들어 15%~50%가 된다.
또한, 흡착 롤러(10)의 재료에, 다공질 재료를 대신하여, 금속을 이용해도 된다. 금속의 구체예로는, SUS 등의 스테인리스 또는 철을 들 수 있다. 흡착 롤러(10)의 재료에 금속을 이용하는 경우에는, 흡착 롤러(10)의 외주면에, 미소한 흡착 구멍을, 가공에 의해 형성하면 된다. 흡착 구멍의 직경은, 흡착흔의 발생을 방지하기 위해서, 2mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
흡착 롤러(10)의 단면에는, 흡인구(12)가 설치되어 있다. 흡인구(12)는, 도면 외의 흡인 기구(예를 들어, 배기 펌프)에 접속된다. 흡인 기구를 동작시키면, 흡착 롤러(10)의 흡인구(12)에 음압이 발생한다. 그리고, 흡착 롤러(10) 내의 기공을 개재하여, 흡착 롤러(10)의 외주면에 설치된 복수의 흡착 구멍에도, 음압이 발생한다. 다공질 기재(91) 및 전해질막(92)은, 당해 음압에 의해서, 흡착 롤러(10)의 외주면에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러(10)의 회전에 의해서 원호형으로 반송된다.
또, 도 2 중에 파선으로 나타낸 바와 같이, 흡착 롤러(10)의 내부에는, 복수의 수냉관(13)이 설치되어 있다. 수냉관(13)에는, 도면 외의 급수 기구로부터, 소정 온도로 온도 조절된 냉각수가 공급된다. 제조 장치(1)의 동작시에는, 흡착 롤러(10)의 열이, 열 매체인 냉각수에 흡수된다. 이것에 의해, 흡착 롤러(10)가 냉각된다. 열을 흡수한 냉각수는, 도면 외의 배액 기구로 배출된다.
또한, 후술하는 건조로(50)를 대신하여, 흡착 롤러(10)의 내부에, 온수 순환 기구 또는 히터 등의 가열 기구가 설치되어 있어도 된다. 그 경우, 흡착 롤러(10)의 내부에 수냉관을 설치하지 않고, 흡착 롤러(10)의 내부에 설치된 가열 기구를 제어함으로써, 흡착 롤러(10)의 외주면의 온도를 제어해도 된다.
다공질 기재 반송부(20)는, 장척 띠형상의 다공질 기재(91)를 흡착 롤러(10)를 향해 공급함과 더불어, 사용 후의 다공질 기재(91)를 회수하는 부위이다. 다공질 기재(91)는, 다수의 미세한 기공을 갖는 환기 가능한 기재이다. 다공질 기재(91)는, 이물이 발생하기 어려운 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 도 1에 도시한 바와 같이, 다공질 기재 반송부(20)는, 다공질 기재 공급 롤러(21), 복수의 다공질 기재 반입 롤러(22), 복수의 다공질 기재 반출 롤러(23) 및 다공질 기재 회수 롤러(24)를 갖는다. 다공질 기재 공급 롤러(21), 복수의 다공질 기재 반입 롤러(22), 복수의 다공질 기재 반출 롤러(23) 및 다공질 기재 회수 롤러(24)는, 모두, 흡착 롤러(10)와 평행하게 배치된다.
공급 전의 다공질 기재(91)는, 다공질 기재 공급 롤러(21)에 감겨져 있다. 다공질 기재 공급 롤러(21)는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 다공질 기재 공급 롤러(21)가 회전하면, 다공질 기재(91)는, 다공질 기재 공급 롤러(21)로부터 계속 내보내진다. 계속 내보내진 다공질 기재(91)는, 복수의 다공질 기재 반입 롤러(22)에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라서, 흡착 롤러(10)의 외주면까지 반송된다. 그리고, 다공질 기재(91)는, 흡착 롤러(10)의 외주면에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러(10)의 회전에 의해서, 원호형으로 반송된다. 또한, 도 2에서는, 이해의 용이를 위해, 흡착 롤러(10)와, 흡착 롤러(10)에 유지되는 다공질 기재(91)가, 간격을 두고 도시되어 있다.
다공질 기재(91)는, 흡착 롤러(10)의 축심을 중심으로 하여, 180° 이상, 바람직하게는 270° 이상 반송된다. 그 후, 다공질 기재(91)는, 흡착 롤러(10)의 외주면으로부터 멀어진다. 흡착 롤러(10)로부터 멀어진 다공질 기재(91)는, 복수의 다공질 기재 반출 롤러(23)에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라서, 다공질 기재 회수 롤러(24)까지 반송된다. 다공질 기재 회수 롤러(24)는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전된다. 이것에 의해, 사용 후의 다공질 기재(91)가, 다공질 기재 회수 롤러(24)에 권취된다.
전해질막 공급부(30)는, 전해질막(92) 및 제1 지지 필름(93)의 2층으로 구성되는 적층 기재(94)를, 흡착 롤러(10)의 주위로 공급함과 더불어, 전해질막(92)으로부터 제1 지지 필름(93)을 박리하는 부위이다.
전해질막(92)에는, 예를 들어, 불소계 또는 탄화수소계의 고분자 전해질막이 이용된다. 전해질막(92)의 구체예로는, 퍼플루오로카본설폰산을 포함하는 고분자 전해질막(예를 들어, 미국 DuPont사 제조의 Nafion(등록상표), 아사히가라스(주) 제조의 Flemion(등록상표), 아사히카세이(주) 제조의 Aciplex(등록상표), 고어(Gore)사 제조의 Goreselect(등록상표))를 들 수 있다. 전해질막(92)의 막두께는, 예를 들어, 5μm~30μm가 된다. 전해질막(92)은, 대기 중의 습기에 의해서 팽윤하는 한편, 습도가 낮아지면 수축한다. 즉, 전해질막(92)은, 대기 중의 습도에 따라 변형하기 쉬운 성질을 갖는다.
제1 지지 필름(93)은, 전해질막(92)의 변형을 억제하기 위한 필름이다. 제1 지지 필름(93)의 재료에는, 전해질막(92)보다 기계적 강도가 높고, 형상 유지 기능이 뛰어난 수지가 이용된다. 제1 지지 필름(93)의 구체예로는, PEN(폴리에틸렌나프탈레이트)나 PET(폴리에틸렌텔레프탈레이트)의 필름을 들 수 있다. 제1 지지 필름(93)의 막두께는, 예를 들어 25μm~100μm가 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전해질막 공급부(30)는, 적층 기재 공급 롤러(31)(전해질막 공급 롤러), 복수의 적층 기재 반입 롤러(32), 박리 롤러(33), 복수의 제1 지지 필름 반출 롤러(34) 및 제1 지지 필름 회수 롤러(35)를 갖는다. 적층 기재 공급 롤러(31), 복수의 적층 기재 반입 롤러(32), 박리 롤러(33), 복수의 제1 지지 필름 반출 롤러(34) 및 제1 지지 필름 회수 롤러(35)는, 모두, 흡착 롤러(10)와 평행하게 배치된다.
공급 전의 적층 기재(94)는, 제1 지지 필름(93)이 외측이 되도록, 적층 기재 공급 롤러(31)에 감겨져 있다. 본 실시 형태에서는, 전해질막(92)의, 제1 지지 필름(93)과는 반대측의 면(이하 「이면」이라고 칭한다)에, 미리 제1 전극층(9a)이 형성되어 있다. 그리고, 제1 전극층(9a)에는, 제1 촉매 입자가 포함되어 있다. 제1 전극층(9a)은, 이 제조 장치(1)와는 다른 장치에 있어서, 제1 지지 필름(93) 및 전해질막(92)의 2층으로 구성되는 적층 기재(94)를, 그대로 롤·투·롤 방식으로 반송하면서, 전해질막(92)의 이면에 전극 재료를 간헐 도포하고, 도포된 전극 재료를 건조시킴으로써 형성된다.
적층 기재 공급 롤러(31)는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 적층 기재 공급 롤러(31)가 회전하면, 적층 기재(94)는, 적층 기재 공급 롤러(31)로부터 계속 내보내진다. 계속 내보내진 적층 기재(94)는, 반송 롤러인 복수의 적층 기재 반입 롤러(32)에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라서, 박리 롤러(33)까지 반송된다. 전해질막(92)의 이면과 제1 전극층(9a)은, 지지 필름에 덮이지 않고 노출되어 있다.
박리 롤러(33)는, 전해질막(92)으로부터 제1 지지 필름(93)을 박리하기 위한 롤러이다. 박리 롤러(33)는, 흡착 롤러(10)보다 지름이 작은 원통형의 외주면을 갖는다. 박리 롤러(33)의 적어도 외주면은, 탄성체에 의해 형성된다. 박리 롤러(33)는, 흡착 롤러(10)에 대한 다공질 기재(91)의 도입 위치보다도, 흡착 롤러(10)의 회전 방향의 약간 하류측에 있어서, 흡착 롤러(10)에 인접 배치되어 있다. 또, 박리 롤러(33)는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해서, 흡착 롤러(10)측으로 가압되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 적층 기재 반입 롤러(32)에 의해 반입되는 적층 기재(94)는, 흡착 롤러(10)와 박리 롤러(33)의 사이로 도입된다. 이때, 전해질막(92)의 이면은, 제1 전극층(9a)과 더불어, 흡착 롤러(10)에 유지된 다공질 기재(91)의 표면에 접촉하고, 제1 지지 필름(93)은, 박리 롤러(33)의 외주면에 접촉한다. 또, 적층 기재(94)는, 박리 롤러(33)로부터 받은 압력으로, 흡착 롤러(10)에 눌려진다. 흡착 롤러(10)에 유지된 다공질 기재(91)의 표면에는, 흡착 롤러(10)로부터의 흡인력에 의해서, 음압이 발생한다. 전해질막(92)은, 당해 음압에 의해서, 다공질 기재(91)의 표면에 흡착된다. 그리고, 전해질막(92)은, 다공질 기재(91)와 더불어 흡착 롤러(10)에 유지되면서, 흡착 롤러(10)의 회전에 의해서, 원호형으로 반송된다. 또한, 도 2에서는, 이해의 용이를 위해, 흡착 롤러(10)에 유지되는 다공질 기재(91)와 전해질막(92)이, 간격을 두고 도시되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 흡착 롤러(10)의 외주면과 전해질막(92)의 사이에, 다공질 기재(91)를 개재시킨다. 이로 인해, 흡착 롤러(10)의 외주면과 전해질막(92)의 이면에 형성된 제1 전극층(9a)은, 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 제1 전극층(9a)의 일부가 흡착 롤러(10)의 외주면에 부착하거나, 흡착 롤러(10)의 외주면으로부터 전해질막(92)으로 이물이 전착하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 흡착 롤러(10)와 박리 롤러(33)의 사이를 통과한 제1 지지 필름(93)은, 흡착 롤러(10)로부터 멀어지고, 복수의 제1 지지 필름 반출 롤러(34)측으로 반송된다. 이것에 의해, 전해질막(92)으로부터 제1 지지 필름(93)이 박리된다. 그 결과, 전해질막(92)의 이면과는 반대측의 면(이하 「표면」이라고 칭한다)이 노출된다. 박리된 제1 지지 필름(93)은, 복수의 제1 지지 필름 반출 롤러(34)에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라서, 제1 지지 필름 회수 롤러(35)까지 반송된다. 제1 지지 필름 회수 롤러(35)는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이것에 의해, 제1 지지 필름(93)이, 제1 지지 필름 회수 롤러(35)에 권취된다.
재료 공급부(40)는, 흡착 롤러(10)의 주위에 있어서, 전해질막(92)의 표면에 전극 재료를 도포하는 기구이다. 전극 재료에는, 예를 들어, 백금(Pt)을 포함하는 제2 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 잉크(전극 페이스트)가 이용된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 재료 공급부(40)는 노즐(41)을 갖는다. 노즐(41)은, 흡착 롤러(10)에 의한 전해질막(92)의 반송 방향에 있어서, 박리 롤러(33)보다 하류측에 설치되어 있다. 노즐(41)은, 흡착 롤러(10)의 외주면에 대향하는 토출구(411)를 갖는다. 토출구(411)는, 흡착 롤러(10)의 외주면을 따라서, 수평하게 연장되는 슬릿형의 개구이다.
노즐(41)은, 도시를 생략한 전극 재료 공급원과 접속되어 있다. 재료 공급부(40)를 구동시키면, 전극 재료 공급원으로부터 배관을 지나 노즐(41)에, 전극 재료가 공급된다. 그리고, 노즐(41)의 토출구(411)로부터 전해질막(92)의 표면을 향해서, 전극 재료가 토출된다. 이것에 의해, 전해질막(92)의 표면에, 전극 재료가 도포된다.
본 실시 형태에서는, 노즐(41)에 유로 접속되는 공급용 배관에 개설된 밸브를 일정한 주기로 개폐함으로써, 노즐(41)의 토출구(411)로부터, 전극 재료를 단속적으로 토출한다. 이것에 의해, 전해질막(92)의 표면에, 전극 재료를 반송 방향으로 일정한 간격으로 간헐 도포한다. 단, 밸브를 연속적으로 개방하여, 전해질막(92)의 표면에, 반송 방향으로 끊어진 부분 없이 전극 재료를 도포해도 된다.
또한, 전극 재료 중의 촉매 입자에는, 고분자형 연료 전지의 애노드 또는 캐소드에 있어서 연료 전지 반응을 일으키는 재료가 이용된다. 구체적으로는, 백금(Pt), 백금 합금, 백금 화합물 등의 입자를, 촉매 입자로서 이용할 수 있다. 백금 합금의 예로는, 예를 들어, 루테늄(Ru), 파라듐(Pd), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 철(Fe) 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속과 백금의 합금을 들 수 있다. 일반적으로는, 캐소드용의 전극 재료에는 백금이 이용되고, 애노드용의 전극 재료에는 백금 합금이 이용된다. 노즐(41)로부터 토출되는 전극 재료는, 캐소드용이어도 애노드용이어도 된다. 단, 전해질막(92)의 표리에 형성되는 전극층(9a, 9b)에는, 서로 역극성의 전극 재료가 이용된다.
재료 공급부(40)의 노즐(41) 및 배관은, 정기적으로 분해 세정 등의 메인터넌스를 행할 필요가 있다. 이로 인해, 이 제조 장치(1)는, 재료 공급부(40)의 메인터넌스를 행하기 위한 메인터넌스 스페이스(2)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 재료 공급부(40)와 제1 지지 필름 회수 롤러(35)의 사이에, 메인터넌스 스페이스(2)가 배치되어 있다. 재료 공급부(40)의 메인터넌스를 행할 때에는, 메인터넌스 스페이스(2)에 설치된 발판(201) 위에 작업자(3)가 서서, 재료 공급부(40)를 구성하는 부품의 세정 등을 행한다.
건조로(50)는, 전해질막(92)의 표면에 도포된 전극 재료를 건조시키는 부위이다. 본 실시 형태의 건조로(50)는, 흡착 롤러(10)에 의한 전해질막(92)의 반송 방향에 있어서, 재료 공급부(40)보다 하류측에 배치되어 있다. 또, 건조로(50)는, 흡착 롤러(10)의 외주면을 따라서, 원호형으로 설치되어 있다. 건조로(50)는, 흡착 롤러(10)의 주위에 있어서, 전해질막(92)의 표면에, 가열된 기체(열풍)를 내뿜는다. 그러면, 전해질막(92)의 표면에 도포된 전극 재료가 가열되어, 전극 재료 중의 용제가 기화한다. 이것에 의해, 전극 재료가 건조되어, 전해질막(92)의 표면에 전극층(이하, 「제2 전극층(9b)」이라고 칭한다)이 형성된다. 그 결과, 전해질막(92), 제1 전극층(9a) 및 제2 전극층(9b)으로 구성되는 막·전극층 접합체(95)가 얻어진다.
접합체 회수부(60)는, 막·전극층 접합체(95)에 제2 지지 필름(96)을 붙이고, 막·전극층 접합체(95)를 회수하는 부위이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 접합체 회수부(60)는, 제2 지지 필름 공급 롤러(61), 복수의 제2 지지 필름 반입 롤러(62), 라미네이트 롤러(63), 반송 롤러인 복수의 접합체 반출 롤러(64) 및 접합체 회수 롤러(65)를 갖는다. 제2 지지 필름 공급 롤러(61), 복수의 제2 지지 필름 반입 롤러(62), 라미네이트 롤러(63), 복수의 접합체 반출 롤러(64) 및 접합체 회수 롤러(65)는, 모두, 흡착 롤러(10)와 평행하게 배치된다.
공급 전의 제2 지지 필름(96)은, 제2 지지 필름 공급 롤러(61)에 감겨져 있다. 제2 지지 필름 공급 롤러(61)는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 제2 지지 필름 공급 롤러(61)가 회전하면, 제2 지지 필름(96)은, 제2 지지 필름 공급 롤러(61)로부터 계속 내보내진다. 계속 내보내진 제2 지지 필름(96)은, 복수의 제2 지지 필름 반입 롤러(62)에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라서, 라미네이트 롤러(63)까지 반송된다.
제2 지지 필름(96)의 재료에는, 전해질막(92)보다 기계적 강도가 높고, 형상 유지 기능이 뛰어난 수지가 이용된다. 제2 지지 필름(96)의 구체예로는, PEN(폴리에틸렌나프탈레이트) 또는 PET(폴리에틸렌텔레프탈레이트)의 필름을 들 수 있다. 제2 지지 필름(96)의 막두께는, 예를 들어 25μm~100μm가 된다. 제2 지지 필름(96)은, 제1 지지 필름(93)과 동일한 것이어도 된다. 또, 제1 지지 필름 회수 롤러(35)에 권취된 제1 지지 필름(93)을, 제2 지지 필름(96)으로서 제2 지지 필름 공급 롤러(61)로부터 계속 내보내도록 해도 된다.
라미네이트 롤러(63)는, 막·전극층 접합체(95)에 제2 지지 필름(96)을 붙이기 위한 롤러이다. 라미네이트 롤러(63)의 재료에는, 예를 들어, 내열성이 높은 고무가 이용된다. 라미네이트 롤러(63)는, 흡착 롤러(10)보다 지름이 작은 원통형의 외주면을 갖는다. 라미네이트 롤러(63)는, 흡착 롤러(10)의 회전 방향에 있어서, 건조로(50)보다 하류측, 또한, 흡착 롤러(10)로부터 다공질 기재(91)가 멀어지는 위치보다 상류측에 있어서, 흡착 롤러(10)에 인접 배치되어 있다. 또, 라미네이트 롤러(63)는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해서, 흡착 롤러(10)측으로 가압되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 라미네이트 롤러(63)의 내부에는, 통전에 의해 발열하는 히터(631)가 설치되어 있다. 히터(631)에는, 예를 들어, 시즈 히터가 이용된다. 히터(631)에 통전하면, 히터(631)로부터 발생하는 열에 의해서, 라미네이트 롤러(63)의 외주면이, 환경 온도보다 높은 소정의 온도로 온도 조절된다. 또한, 라미네이트 롤러(63)의 외주면의 온도를 방사 온도계 등의 온도 센서를 이용하여 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여, 라미네이트 롤러(63)의 외주면이 일정한 온도가 되도록, 히터(631)의 출력을 제어해도 된다.
복수의 제2 지지 필름 반입 롤러(62)에 의해 반입되는 제2 지지 필름(96)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 흡착 롤러(10)의 주위에 있어서 반송되는 막·전극층 접합체(95)와 라미네이트 롤러(63)의 사이로 도입된다. 이때, 제2 지지 필름(96)은, 라미네이트 롤러(63)로부터의 압력에 의해, 막·전극층 접합체(95)에 눌려짐과 더불어, 라미네이트 롤러(63)의 열에 의해 가열된다. 그 결과, 전해질막(92)의 표면에, 제2 지지 필름(96)이 붙여진다. 전해질막(92)의 표면에 형성된 제2 전극층(9b)은, 전해질막(92)과 제2 지지 필름(96)의 사이에 끼워진다.
흡착 롤러(10)와 라미네이트 롤러(63)의 사이를 통과한 제2 지지 필름(96)을 갖는 막·전극층 접합체(95)는, 흡착 롤러(10)로부터 멀어지는 방향으로 반송된다. 이것에 의해, 다공질 기재(91)로부터 막·전극층 접합체(95)가 박리된다.
또, 본 실시 형태에서는, 라미네이트 롤러(63)의 근방에, 압압(押壓) 롤러(66)가 배치되어 있다. 압압 롤러(66)는, 흡착 롤러(10)와 라미네이트 롤러(63) 사이의 간극보다도, 막·전극층 접합체(95)의 반송 방향 하류측에 있어서, 라미네이트 롤러(63)에 인접 배치되어 있다. 또, 압압 롤러(66)는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해서, 라미네이트 롤러(63)측으로 가압되어 있다. 다공질 기재(91)로부터 멀어진 제2 지지 필름(96)을 갖는 막·전극층 접합체(95)는, 계속해서, 라미네이트 롤러(63)와 압압 롤러(66) 사이를 통과한다. 이것에 의해, 전해질막(92)의 표면에 대한 제2 지지 필름(96)의 밀착성이 향상한다.
그 후, 제2 지지 필름(96)을 갖는 막·전극층 접합체(95)는, 후술하는 검사부(70)에 의해 검사되면서, 복수의 접합체 반출 롤러(64)에 의해 안내된다. 그리고, 제2 지지 필름(96)을 갖는 막·전극층 접합체(95)는, 소정의 반출 경로를 따라서, 접합체 회수 롤러(65)까지 반송된다. 접합체 회수 롤러(65)는, 도시를 생략 한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이것에 의해, 제2 지지 필름(96)을 갖는 막·전극층 접합체(95)가, 제2 지지 필름(96)이 외측이 되도록, 접합체 회수 롤러(65)에 권취된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 제조 장치(1)에서는, 적층 기재 공급 롤러(31)로부터의 적층 기재(94)의 투입, 전해질막(92)으로부터의 제1 지지 필름(93)의 박리, 전해질막(92)으로의 전극 재료의 도포, 건조로(50)에 의한 건조, 전해질막(92)으로의 제2 지지 필름(96)의 붙임, 검사부(70)에 의한 검사, 접합체 회수 롤러(65)로의 막·전극층 접합체(95)의 권취의 각 공정이, 순차적으로 실행된다. 이것에 의해, 고체 고분자형 연료 전지의 전극에 이용되는 막·전극층 접합체(95)가 제조된다. 전해질막(92)은, 제1 지지 필름(93), 흡착 롤러(10), 또는 제2 지지 필름(96)에, 항상 유지되어 있다. 이것에 의해, 제조 장치(1)에 있어서의 전해질막(92)의 팽윤·수축 등의 변형이 억제된다.
제어부(80)는, 제조 장치(1) 내의 각 부를 동작 제어하기 위한 수단이다. 도 3은, 제어부(80)와, 제조 장치(1) 내의 각 부의 전기적인 접속 관계를 도시한 블럭도이다. 도 3 중에 개념적으로 도시한 바와 같이, 제어부(80)는, CPU 등의 연산부(81), RAM 등의 메모리(82) 및 하드 디스크 드라이브 등의 기억부(83)를 갖는 컴퓨터에 의해 구성된다. 기억부(83) 내에는, 막·전극층 접합체의 제조 처리를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램(P)이 인스톨되어 있다.
또, 도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(80)는, 상기 서술한 흡착 롤러(10)의 회전 구동부(11), 흡착 롤러(10)의 흡인 기구, 다공질 기재 공급 롤러(21)의 모터, 다공질 기재 회수 롤러(24)의 모터, 적층 기재 공급 롤러(31)의 모터, 박리 롤러(33)의 에어 실린더, 제1 지지 필름 회수 롤러(35)의 모터, 재료 공급부(40), 건조로(50), 제2 지지 필름 공급 롤러(61)의 모터, 라미네이트 롤러(63)의 에어 실린더, 라미네이트 롤러(63)의 히터(631), 압압 롤러(66)의 에어 실린더, 접합체 회수 롤러(65)의 모터, 후술하는 검사부(70) 및 마킹부(79)와, 각각 통신 가능하게 접속되어 있다.
제어부(80)는, 기억부(83)에 기억된 컴퓨터 프로그램(P) 및 데이터를 메모리(82)에 일시적으로 읽어내고, 당해 컴퓨터 프로그램(P)에 의거하여, 연산부(81)가 연산 처리를 행함으로써, 상기의 각 부를 동작 제어한다. 이것에 의해, 제조 장치(1)에 있어서의 막·전극층 접합체의 제조 처리가 진행된다.
＜2. 검사부 및 마킹부에 대해＞
계속해서, 상기 서술한 제조 장치(1)에 있어서의, 검사부(70) 및 마킹부(79)에 대해서, 설명한다.
검사부(70)는, 전해질막(92)에 형성된 전극층(9a, 9b)을 검사하는 기구이다. 본 실시 형태의 검사부(70)는, 제1 검사부(71) 및 제2 검사부(72)를 갖는다. 제1 검사부(71)는, 라미네이트 롤러(63)보다 반송 방향 하류측에 배치되고, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)로부터 이격한 후에, 전해질막(92)에 형성된 전극층(9a, 9b)을 검사한다.
제1 검사부(71)는, 외관 검사부(73) 및 합계 담지량 검사부(74a)를 갖는다. 외관 검사부(73)는, 전해질막(92)에 형성된 전극층(9a, 9b)의, 형상 또는 형성 위치 등의 외관을 검사하는 기구이다. 외관 검사부(73)는, 예를 들어, 렌즈 등의 광학계와, CCD 또는 CMOS 등의 촬상 소자를 갖는 라인 센서에 의해 실현된다. 단, 외관 검사부(73)는, 다른 수단에 의해서 실현되는 것이어도 된다. 외관 검사부(73)에 의해 취득된 화상은, 제어부(80)로 입력되어 화상 처리가 이루어진다. 그리고, 제어부(80)는, 화상 처리된 화상으로부터, 전극층(9a, 9b)에 대한, 형성 위치 이상, 이물의 부착 및 손상 등의 불량의 유무를 판단한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 외관 검사부(73)는, 제1 전극층(9a)을 검사하는 외관 검사부(73a) 및 제2 전극층(9b)을 검사하는 외관 검사부(73b)를 갖는다. 외관 검사부(73b)는, 라미네이트 롤러(63)보다 반송 방향 하류측에서, 또한, 막·전극층 접합체(95)의 표면측에 배치되고, 제2 지지 필름(96)을 개재하여 제2 전극층(9b)의 외관을 검사한다. 또, 외관 검사부(73a)는, 외관 검사부(73b)보다 더욱 반송 방향 하류측에서, 또한, 막·전극층 접합체(95)의 이면측에 배치되고, 제1 전극층(9a)의 외관을 검사한다. 이것에 의해, 제1 전극층(9a) 및 제2 전극층(9b)의 각각에 대해, 외관 불량의 유무를 판단할 수 있다. 또, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)에 의해 흡착 지지됨으로써, 제1 전극층(9a)에 발생한 불량의 유무도 판단할 수 있다.
본 실시 형태의 외관 검사부(73a)는, 반송 롤러인 접합체 반출 롤러(64)와 맞닿는 전해질막(92)의 이면측으로부터, 제1 전극층(9a)의 외관을 검사한다. 반송 중의 전해질막(92)은, 접합체 반출 롤러(64)와 맞닿는 개소에서 휘어짐이 억제된다. 이로 인해, 외관 검사부(73b)는, 당해 개소를 이면으로부터 검사함으로써, 보다 정밀도 좋게 제1 전극층(9a)의 외관을 검사할 수 있다.
합계 담지량 검사부(74a)는, 전극층(9a, 9b) 중의 제1 촉매 입자 및 제2 촉매 입자의 담지량을 검사한다. 도 4는, 합계 담지량 검사부(74a)에 의한 전극층(9a, 9b) 중의 제1 촉매 입자 및 제2 촉매 입자의 검사의 모습을 도시한 도면이다. 도 5는, 제어부(80)에 의해 산출된, 전해질막(92)의 반송 거리에 대한 전극층(9a, 9b) 중의 제1 촉매 입자 및 제2 촉매 입자의 담지량을 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 합계 담지량 검사부(74a)는, X선 조사부(75a) 및 X선 검출부(76a)를 갖는다. X선 조사부(75a)는, 전해질막(92)의 표면측에 배치된다. X선 검출부(76a)는, 전해질막(92)의 이면측에 배치된다. 단, X선 조사부(75a)는, 전해질막(92)의 이면측에 배치되고, X선 검출부(76a)는, 전해질막(92)의 표면측에 배치되어도 된다. X선 조사부(75a)에 의해 조사된 X선은, 제2 지지 필름(96), 제2 전극층(9b), 전해질막(92) 및 제1 전극층(9a)을 통과하여, 이면측으로부터 취출된다. 그리고, 전해질막(92)의 이면측으로부터 취출된 X선은, X선 검출부(76a)에 의해 검출된다.
X선 조사부(75a)로부터 조사된 X선의 일부는, 제1 전극층(9a) 중의 제1 촉매 입자 및 제2 전극층(9b) 중의 제2 촉매 입자에 의해 흡수된다. 이로 인해, X선 검출부(76a)에 의해 검출되는 X선의 강도는, X선 조사부(75a)로부터 조사된 X선의 강도보다 낮아진다. X선 검출부(76a)는, 검출한 X선의 강도를 제어부(80)에 입력한다. 제어부(80)는, X선 조사부(75a)로부터 조사된 X선의 강도와, X선 검출부(76a)에 의해 검출된 X선의 강도의 차분으로부터, X선 투과율을 산출한다. 그리고, 제어부(80)는, 산출된 X선 투과율, 미리 기억된 데이터 및 컴퓨터 프로그램으로부터, 제1 전극층(9a) 중의 제1 촉매 입자 및 제2 전극층(9b) 중의 제2 촉매 입자의 합계의 담지량인 합계 담지량(D0)을 산출한다.
제2 검사부(72)는, 흡착 롤러(10)보다 반송 방향 상류측에 배치되고, 전해질막(92)의 이면에 형성된 제1 전극층(9a)을 검사한다. 본 실시 형태의 제2 검사부(72)는, 제1 담지량 검사부(74b)를 갖는다. 도 6은, 제1 담지량 검사부(74b)에 의한 제1 전극층(9a) 중의 제1 촉매 입자의 검사의 모습을 도시한 도이다. 도 7은, 제어부(80)에 의해 산출된, 전해질막(92)의 반송 거리에 대한 제1 전극층(9a) 중의 제1 촉매 입자의 담지량을 나타낸 그래프이다.
제1 담지량 검사부(74b)는, 합계 담지량 검사부(74a)와 마찬가지로, X선 조사부(75b) 및 X선 검출부(76b)를 갖는다. X선 조사부(75b)는, 전해질막(92)의 표면측에 배치된다. X선 검출부(76b)는, 전해질막(92)의 이면측에 배치된다. X선 조사부(75b)에 의해 조사된 X선은, 전해질막(92), 제1 전극층(9a) 및 제1 지지 필름(93)을 통과하여, 이면측으로부터 취출된다. 그리고, 전해질막(92)의 이면측으로부터 취출된 X선은, X선 검출부(76b)에 의해 검출된다. 제어부(80)는, X선 조사부(75b)로부터 조사된 X선의 강도와, X선 검출부(76b)에 의해 검출된 X선의 강도의 차분으로부터, X선 투과율을 산출한다. 그리고, 제어부(80)는, 산출된 X선 투과율 및 미리 기억된 데이터나 컴퓨터 프로그램으로부터, 제1 전극층(9a) 중의 제1 촉매 입자의 담지량인 제1 담지량(D1)을 산출한다.
제어부(80) 내의 연산부(81)는, 합계 담지량(D0)과, 제1 담지량(D1)의 차분으로부터, 제2 촉매 입자의 담지량인 제2 담지량을 산출한다. 이것에 의해, 제2 전극층(9b)의 불량의 유무를 판단할 수 있다. 또, 제2 전극층(9b)에 결손이 발생할 가능성이 낮고, 제2 촉매 입자의 담지량을, 대략 일정하다고 가정할 수 있으면, 합계 담지량(D0)으로부터, 대략 일정하다고 가정한 제2 촉매 입자의 담지량을 뺌으로써, 흡착 롤러(10)로부터 이격한 후의 제1 전극층(9a) 중의 제1 촉매 입자의 담지량을 산출하는 것도 가능하다. 그 경우, 연산부(81)는, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)에 흡착 지지되기 전의 제1 촉매 입자의 제1 담지량(D1)과, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)로부터 이격한 후의 제1 촉매 입자의 담지량을 비교할 수 있다. 이것에 의해, 제1 전극층(9a)의 불량의 유무를 보다 다각적으로 판단할 수 있다.
또, 제어부(80)는, 산출된 제2 담지량이 극단적으로 변화하는 등의 이상값이 된 경우, 제1 전극층(9a)에 탈락 등의 불량이 발생되어 있을 가능성이 있다고 판단한다. 이와 같이, 본 실시 형태의 검사부(70)는, 제2 담지량이 이상값인지 아닌지에 의해, 제1 전극층(9a)을 검사할 수 있다. 그 결과, 제1 전극층(9a)의 결함을 보다 다각적으로 검사할 수 있다.
마킹부(79)는, 전해질막(92) 또는 제2 지지 필름(96)에 마킹하는 기구이다. 마킹부(79)에 의한 마킹은, 예를 들어, 마킹용의 잉크를 잉크젯 토출 기구에 의해 토출함으로써 실현된다. 마킹부(79)는, 검사부(70)에 의한 검사의 결과, 불량이라고 판단된 전극층(9a, 9b) 부근의, 전해질막(92) 또는 제2 지지 필름(96)에 마킹을 행한다.
제조 장치(1)에 의해 제조된 막·전극층 접합체(95)는, 그 후, 절단되고, 전해질막(92)의 표리면에 형성된 전극층(9a, 9b)에 가스 확산막이 붙여진다. 여기서, 가스 확산막의 붙임 공정의 전에, 불량이라고 판단된 전극층(9a, 9b)은, 마킹을 표적으로 하여 용이하게 제거할 수 있다. 이로 인해, 불량인 전극층(9a, 9b)을 갖는 막·전극층 접합체(95)가, 최종 제품에 이용되는 것을 막을 수 있다. 그 결과, 제조 장치(1)에 의해 제조된 막·전극층 접합체(95)를 효과적으로 품질 관리할 수 있다.
특히, 이 제조 장치(1)에서는, 막·전극층 접합체(95)가 흡착 롤러(10)로부터 이격한 후에, 미리 전해질막(92)에 형성되어 있던 제1 전극층(9a)에, 손상 또는 이물의 부착 등의 불량이 발생되어 있는지를 검사할 수 있다. 이로 인해, 흡착 롤러(10)로의 흡착에 기인하는 제1 전극층(9a)의 품질 저하를, 제조 장치(1) 내에 있어서 발견할 수 있다. 이것에 의해, 막·전극층 접합체(95)를 효과적으로 품질 관리할 수 있어, 막·전극층 접합체(95)의 불량률을 저감할 수 있다. 또, 검사부(70)의 검사 결과에 의거하여, 다음 공정에서의 처리의 필요와 불필요를 판단할 수 있다. 이로 인해, 막·전극층 접합체(95)의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 검사부(70)에 의한 검사 결과에 의거하여, 흡착 롤러(10), 복수의 반송 롤러 및 노즐(41)의 클리닝 등의 메인터넌스를 행할 수 있다. 또, 도공 잉크(촉매 잉크)의 교환을 할 수 있으며, 도공 잉크의 조제 레시피의 확인을 행할 수도 있다. 그 결과, 막·전극층 접합체(95)의 불량률을 저감할 수 있어, 수율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 복수의 반송 롤러 중, 라미네이트 롤러(63)보다 반송 방향 하류측의 복수의 접합체 반출 롤러(64)는, 모두 전해질막(92)의 표면측에 배치된다. 즉, 제1 검사부(71)에 의해 검사된 후에는, 전해질막(92)의 이면과 접합체 반출 롤러(64)는, 접촉하지 않는다. 이로 인해, 제1 검사부(71)에 의해 검사된 후에, 제1 전극층(9a)이 반송 롤러와 접촉함으로써, 제1 전극층(9a)에 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 라미네이트 롤러(63)보다 반송 방향 하류측의 접합체 반출 롤러(64)는, 전해질막(92)의 표면과, 제2 지지 필름(96)을 개재하여 접촉한다. 이로 인해, 제2 전극층(9b)에 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 검사부(70)에 의한 검사의 신뢰성을 높일 수 있다.
＜3. 변형예＞
이상, 본 발명의 일실시 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
상기의 실시 형태에서는, 제2 검사부(72)는, 제1 담지량 검사부(74b)만을 갖고 있었다. 그러나, 제2 검사부(72)는, 제1 전극층(9a)의 외관을 검사하는 외관 검사부를 더 갖고 있어도 된다. 그리고, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)에 흡착 지지되기 전의 제1 전극층(9a)의 외관과, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)로부터 이격한 후의 제1 전극층(9a)의 외관을 비교해도 된다. 이와 같이 하면, 전해질막(92)이 흡착 롤러(10)에 의해서 흡착 지지됨으로써 발생한, 제1 전극층(9a)의 불량의 유무를, 보다 정밀도 좋게 판단할 수 있다.
또, 상기의 실시 형태에서는, 제1 검사부(71)는, 제1 전극층(9a)을 검사하는 하나의 외관 검사부(73a) 및 제2 전극층(9b)을 검사하는 하나의 외관 검사부(73b)를 갖고 있었다. 그러나, 제1 검사부(71)는, 외관 검사부(73a, 73b)를, 각각 복수 갖고 있어도 된다. 또, 외관 검사부(73a, 73b) 중, 어느 한쪽에 의해, 제1 전극층(9a) 및 제2 전극층(9b)의 외관을 검사할 수 있다면, 다른쪽을 생략해도 된다.
또, 상기의 실시 형태의 복수의 반송 롤러 중, 일부는 점착 롤러여도 된다. 이렇게 함으로써, 반송 롤러는, 전해질막(92)을 반송하면서, 전해질막(92)에 부착된 이물을 제거할 수 있다.
또, 상기의 실시 형태에서는, 전해질막 공급 롤러로서의 적층 기재 공급 롤러(31)로부터, 전해질막(92) 및 제1 지지 필름(93)의 2층으로 구성되는 적층 기재(94)를 공급하는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 전해질막 공급 롤러는, 제1 지지 필름(93)이 붙여져 있지 않은 전해질막(92)을 계속 내보내는 것이어도 된다.
또, 상기의 실시 형태에서는, 접합체 회수 롤러(65)가, 제2 지지 필름(96)을 갖는 전해질막(92)을 권취하는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 접합체 회수 롤러(65)는, 제2 지지 필름(96)이 붙여져 있지 않은 전해질막(92)을 권취하는 것이어도 된다.
또, 제조 장치(1)의 세부의 구성에 대해서는, 본원의 각 도면과 상위하고 있어도 된다. 또, 상기의 실시 형태 및 변형예에 등장한 각 요소를, 모순이 발생하지 않는 범위에서, 적당히 조합해도 된다.
1, 1a 제조 장치
2 메인터넌스 스페이스
3 작업자
9a 제1 전극층
9b 제2 전극층
10 흡착 롤러
20 다공질 기재 반송부
30 전해질막 공급부
40 재료 공급부
63 라미네이트 롤러
64 접합체 반출 롤러
65 접합체 회수 롤러
70 검사부
71 제1 검사부
72 제2 검사부
73, 73a, 73b 외관 검사부
74a 합계 담지량 검사부
74b 제1 담지량 검사부
79 마킹부
80 제어부
91 다공질 기재
92 전해질막
93 제1 지지 필름
94 적층 기재
95 막·전극층 접합체
96 제2 지지 필름

Claims (18)

  1. 전해질막의 이면에 제1 전극층을 가짐과 더불어, 상기 전해질막의 표면에 제2 전극층을 갖는 막·전극층 접합체의 제조 장치로서,
    이면에 제1 촉매 입자를 포함하는 상기 제1 전극층이 형성된 장척 띠형상의 상기 전해질막을, 그 길이 방향인 반송 방향으로 반송하는 복수의 반송 롤러와,
    상기 복수의 반송 롤러에 의해 반송되는 상기 전해질막의 이면을, 그 외주면의 일부에서 흡착 유지함과 더불어, 그 축심 둘레로 회전하는 흡착 롤러와,
    상기 흡착 롤러에 흡착 유지되면서 이동하는 상기 전해질막의 표면에, 제2 촉매 입자를 포함하는 전극 재료를 공급하여, 제2 전극층을 형성하는 재료 공급부와,
    상기 전해질막이 상기 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 상기 제1 전극층을 검사하는, 하나 이상의 검사부를 구비하며,
    상기 검사부는,
    상기 전해질막이 상기 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 담지량 및 상기 제2 전극층에 포함되는 상기 제2 촉매 입자의 담지량을 검사하는 합계 담지량 검사부와,
    상기 전해질막이 상기 흡착 롤러에 도달하기 전에, 상기 전해질막의 이면의 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 제1 담지량을 검사하는 제1 담지량 검사부와,
    상기 합계 담지량 검사부에 의해 얻어진 합계 담지량으로부터, 상기 제1 담지량 검사부에 의해 얻어진 상기 제1 담지량을 뺌으로써, 상기 제2 촉매 입자의 담지량을 구하는 연산부를 갖는, 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검사부는, 상기 제1 전극층의 외관을 검사하는 외관 검사부를 갖는, 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 합계 담지량 및 상기 제1 담지량으로부터, 상기 제2 촉매 입자의 제2 담지량을 구하고,
    상기 검사부는, 상기 제2 담지량이 이상값인지 아닌지에 의해, 상기 제1 전극층을 검사하는, 제조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    장척 띠형상의 다공질 기재를, 상기 흡착 롤러와 상기 전해질막 사이에 개재시키면서 반송하는 다공질 기재 반송부를 더 구비하는, 제조 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 반송 롤러 중, 상기 검사부보다 반송 방향 하류측의 반송 롤러는, 상기 전해질막의 표면측에 배치되는, 제조 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 검사부의 검사 결과에 의거하여 불량이라고 판단된 상기 제1 전극층 부근에 마킹하는 마킹부를 더 갖는, 제조 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해질막의 이면과 상기 제1 전극층이, 노출된 상태로 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되는, 제조 장치.
  10. 전해질막의 이면에 제1 전극층을 가짐과 더불어, 상기 전해질막의 표면에 제2 전극층을 갖는 막·전극층 접합체의 제조 방법으로서,
    a) 제1 촉매 입자를 포함하는 제1 전극층이 형성된 장척 띠형상의 상기 전해질막의 이면을, 흡착 롤러의 외주면의 일부에서 흡착 유지함과 더불어, 상기 흡착 롤러를 그 축심 둘레로 회전시키면서, 상기 전해질막을 반송하는 반송 공정과,
    b) 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되면서 이동하는 상기 전해질막의 표면에, 제2 촉매 입자를 포함하는 전극 재료를 공급하여, 상기 제2 전극층을 형성하는 공정과,
    c) 상기 전해질막이 상기 흡착 롤러로부터 이격한 후에, 상기 제1 전극층을 검사하는 공정을 포함하며,
    상기 공정 c)는,
    e) 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 담지량 및 상기 제2 전극층에 포함되는 상기 제2 촉매 입자의 담지량을 검사하는 공정과,
    f) 상기 공정 e)에 의해 얻어진 합계 담지량으로부터, 미리 취득한 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 담지량을 뺌으로써, 상기 제2 촉매 입자의 제2 담지량을 구하는 공정을 갖고,
    상기 전해질막이 상기 흡착 롤러에 도달하기 전에, 상기 전해질막의 이면의 상기 제1 전극층에 포함되는 상기 제1 촉매 입자의 제1 담지량을 검사하는 공정을 더 가지며,
    상기 공정 f)에서는, 상기 합계 담지량으로부터 상기 제1 담지량을 뺌으로써, 상기 제2 촉매 입자의 상기 제2 담지량을 구하는, 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 공정 c)는,
    d) 상기 제1 전극층의 외관을 검사하는 공정을 갖는, 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 공정 c)에서는, 상기 제2 담지량이 이상값인지 아닌지에 의해, 상기 제1 전극층을 검사하는, 제조 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 공정 a)에서는, 장척 띠형상의 다공질 기재를, 상기 흡착 롤러와 상기 전해질막 사이에 개재시키면서 반송하는, 제조 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 공정 c) 후에, 상기 전해질막의 표면측에 배치되는 복수의 반송 롤러에 의해, 상기 전해질막을 반송하는, 제조 방법.
  17. 청구항 10에 있어서,
    g) 상기 공정 c)의 검사 결과에 의거하여, 불량이라고 판단된 상기 제1 전극층 부근에 마킹하는 공정을 더 갖는, 제조 방법.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 공정 a)에서는, 상기 전해질막의 이면과 상기 제1 전극층이, 노출된 상태로 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되는, 제조 방법.
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