WO2014122936A1 - 接合装置および接合方法 - Google Patents

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belt
gas diffusion
diffusion layer
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宗 高井
杉江　豊
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • This invention relates to the joining apparatus which joins a several member continuously with respect to a strip
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-129292
  • a diffusion layer is joined by a joining roller on a catalyst layer continuously arranged at a predetermined interval on a web-like electrolyte membrane, and then continuously by a cutting device.
  • a technique for cutting out a membrane electrode assembly is disclosed.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2010-2511366
  • a fuel cell constituent material is arranged at a predetermined interval on a membrane electrode assembly while the membrane electrode assembly wound in a roll shape is pulled out and conveyed.
  • a fuel cell manufacturing apparatus that presses and joins a plurality of fuel cell constituent materials substantially simultaneously is disclosed.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-183182 discloses a fuel cell manufacturing method in which a wound electrolyte membrane is conveyed while being unwound, and a gas diffusion layer and a separator are successively joined together. An apparatus is disclosed.
  • the electrolyte membrane used in the fuel cell may generally expand and contract due to an applied external force or a change in a wet state. For this reason, when the joining member is continuously joined to the transported belt-shaped electrolyte membrane, the joining position of the joining member may be shifted from the target position due to expansion and contraction of the electrolyte membrane. there were.
  • a technique capable of efficiently and accurately performing the alignment of the joining member with respect to the electrolyte membrane has been required.
  • the alignment of the gas diffusion layer is controlled based on the output value of the line sensor that detects the position of the catalyst layer.
  • the joining position of the gas diffusion layer with respect to the electrolyte membrane is adjusted by the movement / rotation operation of the joining roller, which complicates the control of the joining roller.
  • a gas diffusion layer is arrange
  • Patent Document 2 has an object to efficiently perform hot pressing of a gas diffusion layer in order to improve the production efficiency of the fuel cell, and the arrangement position of the gas diffusion layer on the electrolyte membrane varies. This is not taken into consideration. Therefore, Patent Document 2 discloses only a configuration in which the gas diffusion layers are always arranged at a constant period.
  • a positioning mark is provided on the electrolyte membrane for positioning the gas diffusion layer (GDL).
  • the GDL hot press is operated in accordance with the timing at which the positioning mark reaches the GDL assembly stage, and the electrolyte membrane is sandwiched and joined by GDL from both sides.
  • the GDL is sandwiched at a predetermined timing while the GDL is transported in parallel with the electrolyte membrane at a speed synchronized with the transport speed of the electrolyte membrane. For this reason, it is necessary to perform GDL transport control and GDL pinching timing control with high accuracy, which may complicate the control and mechanism of the bonding apparatus.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following forms.
  • the joining apparatus which joins a some joining member continuously with respect to a strip
  • the bonding apparatus may include a first conveyance unit, a second conveyance unit, a bonding roller, a detection unit, and a conveyance control unit.
  • the first transport unit may transport in the longitudinal direction the strip-shaped member in which a plurality of arrangement members serving as indices of the joining positions of the joining members are arranged in the longitudinal direction.
  • the second transport unit may transport the joining member and join the belt-shaped member transported by the first transport unit.
  • the joining roller may pressurize and join the belt-like member and the joining member at a junction between the belt-like member and the joining member.
  • the detection unit may detect passage of the arrangement member at a predetermined detection point on the transport path of the belt-shaped member.
  • the conveyance control unit controls the first conveyance unit and the second conveyance unit, and based on a detection time when passage of the arrangement member is detected by the detection unit, the second conveyance unit You may determine the arrival time which makes the said joining member arrive at the said confluence
  • the second transport unit transports the joining member linearly toward the joining point and joins the belt-like member with a predetermined speed pattern;
  • the unit may determine a start time at which the second transport unit starts transporting the joining member based on the arrival time and the predetermined speed pattern. If it is this joining device, the conveyance mechanism and conveyance control of a joining member can be simplified.
  • the joining apparatus of the said form is further provided with the parameter acquisition part which acquires the parameter relevant to the expansion-contraction state of the said strip
  • the said conveyance control part changes the said detection time according to the said parameter, and changes The arrival time may be determined based on the later detection time. According to this form of the joining apparatus, even if expansion and contraction occur in the belt-like member being conveyed, the displacement of the joining position of the joining member due to the expansion and contraction can be easily reduced.
  • the detection unit detects passage of an end of the arrangement member; and the conveyance control unit is based on a time interval at which the detection unit detects the end of the arrangement member.
  • the arrangement member may be detected to be defective, and when the arrangement member is detected to be defective, the conveyance of the joining member by the second conveyance unit may be stopped. According to this form of the joining apparatus, it is possible to efficiently suppress the occurrence of product defects using the detection result by the detection unit.
  • the belt-shaped member is an electrolyte membrane for a fuel cell;
  • the disposing member is a catalyst electrode layer for a fuel cell; and the transport control unit disposes the disposing member.
  • the arrival time may be determined so that the region overlaps with the arrangement region of the catalyst electrode layer.
  • the position of the bonding position of the fuel cell constituent member such as the gas diffusion layer and the separator to the electrolyte membrane for the fuel cell can be simply and highly accurately using the catalyst electrode layer as an index. Can do. Therefore, a fuel cell can be manufactured efficiently.
  • the joining method which joins a some joining member continuously with respect to a strip
  • the joining method includes a step of transporting in the longitudinal direction the strip-shaped member in which a plurality of arrangement members serving as indices of the joining positions of the joining members are arranged in the longitudinal direction; and a predetermined detection point on the transport path of the strip-shaped member Detecting the passage of the arrangement member in the method; determining the arrival time for the joining member to reach the belt-like member based on the detection time when the passage of the arrangement member is detected; and the joining member; A step of conveying the joining member so as to join the belt-like member at the arrival time; and pressurizing and joining the belt-like member and the joining member at a junction of the belt-like member and the joining member. And a process.
  • a plurality of constituent elements of each aspect of the present invention described above are not indispensable, and some or all of the effects described in the present specification are to be solved to solve part or all of the above-described problems.
  • technical features included in one embodiment of the present invention described above A part or all of the technical features included in the other aspects of the present invention described above may be combined to form an independent form of the present invention.
  • the present invention can be realized in various forms other than the joining apparatus and the joining method.
  • a joining part joined by the joining method or the joining device a control method for the joining method or the joining device, a computer program for realizing the joining method or the controlling method for the joining device, and a non-temporary record in which the computer program is recorded It can be realized in the form of a medium or the like.
  • Explanatory drawing for demonstrating the acquisition process of edge part arrival time and joining position arrival time.
  • Explanatory drawing which shows the process sequence of conveyance control of the gas diffusion layer by the control part of 2nd Embodiment.
  • Explanatory view for explaining an acquisition process of the end arrival time reflecting the amount of expansion and contraction [Delta] L t a and the bonding position arrival time t t acquisition step and the transport start time t s.
  • Explanatory drawing for demonstrating the acquisition process of the edge part arrival time ta and joining position arrival time tt reflecting the expansion-contraction amount (DELTA) L, and the acquisition process of conveyance start time ts.
  • Explanatory drawing which shows the process sequence of the conveyance control of the gas diffusion layer by the control part of 3rd Embodiment.
  • Explanatory drawing for demonstrating the detection method of the defect of the 2nd catalyst electrode layer by a control part.
  • Explanatory drawing which shows an example of the timing chart of the conveyance control of the gas diffusion layer in the joining apparatus of 3rd Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a bonding apparatus 100 as a first embodiment of the present invention.
  • the joining device 100 is used in a manufacturing process of a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”).
  • the joining device 100 is configured to apply a gas diffusion layer 7 to a catalyst electrode with respect to a band-like body 5r of a membrane-electrode assembly that is a band-like member in which a membrane-electrode assembly 5 that is a power generation body constituting a fuel cell is continuous. Bonding is continuously performed according to the position of the layer 3.
  • the (A) column of FIG. 2 shows a front view showing the surface of the strip 5r on the second catalyst electrode layer 3 side.
  • a schematic cross-sectional view showing the configuration of the strip 5r is shown.
  • the membrane electrode assembly 5 hereinafter also referred to as “membrane electrode assembly with diffusion layer 5G” to which the gas diffusion layer 7 is joined after being cut out from the strip 5r is shown.
  • a schematic cross-sectional view is shown.
  • an arrow PD indicating the conveyance direction of the strip 5r is illustrated.
  • the region GA where the gas diffusion layer 7 is arranged is indicated by a broken line, and the membrane electrode assembly 5G with the diffusion layer is cut out from the strip 5r.
  • the cutting line CL at that time is shown by a one-dot chain line.
  • the band-shaped body 5r is disposed on one surface of the band-shaped electrolyte membrane 1 constituting the main body so that the first catalyst electrode layer 2 covers the entire surface, and on the other surface, a plurality of second electrodes are disposed.
  • the catalyst electrode layers 3 are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction (columns (A) and (B) in FIG. 2).
  • the electrolyte membrane 1 is a solid polymer thin film showing good proton conductivity in a wet state, and is made of, for example, a fluorine ion exchange resin such as Nafion (registered trademark).
  • the first and second catalyst electrode layers 2 and 3 are gas diffusible electrodes which function as an anode (fuel electrode) or a cathode (oxidant electrode) upon receiving a reaction gas.
  • the first and second catalyst electrode layers 2 and 3 disperse conductive particles (for example, platinum-supported carbon) supporting a catalyst that promotes a fuel cell reaction and an electrolyte that is the same as or similar to the electrolyte membrane 1. It is formed as a dry coating film of the catalyst ink which is a dispersed solution.
  • the gas diffusion layer 7 is joined to the first catalyst electrode layer 2 in accordance with the arrangement position of the second catalyst electrode layer 3 in the strip 5r. That is, in the present embodiment, the second catalyst electrode layer 3 functions as an index indicating the joining position of the gas diffusion layer 7 that is a joining member.
  • the gas diffusion layer 7 may be composed of a porous member having gas diffusibility and conductivity, or may be composed of a conductive fiber substrate such as carbon paper or carbon cloth.
  • the end portion on the front end side in the transport direction of the strip 5r is referred to as “front end portion 3e”, and the end portion on the rear end side is referred to as “rear end portion”. 3t ".
  • the position of the tip 3e of the second catalyst electrode layer 3 is used as a reference for the joining position (details will be described later).
  • the position of the outer peripheral end of the first catalyst electrode layer 2 is substantially aligned with the position of the outer peripheral end of the electrolyte membrane 1.
  • the position of the outer peripheral end of the second catalyst electrode layer 3 is located inside the outer peripheral end of the electrolyte membrane 1. That is, in the membrane electrode assembly 5G with the diffusion layer of the present embodiment, the outer peripheral ends of the first and second catalyst electrode layers 2 and 3 are separated from each other via the outer peripheral edge of the electrolyte membrane 1. This suppresses the occurrence of so-called cross leak, in which unreacted reaction gas flows back and forth between the end portions of the two catalyst electrode layers 2 and 3 during power generation.
  • the outer peripheral end of the gas diffusion layer 7 is located between the outer peripheral ends of the first and second catalyst electrode layers 2 and 3, It is not in direct contact with the electrolyte membrane 1. With this configuration, the fluff and burrs of the fibers existing at the outer peripheral end of the gas diffusion layer 7 are suppressed from piercing the surface of the electrolyte membrane 1. Further, with this configuration, even when hydrogen peroxide radicals are generated in the gas diffusion layer 7 during power generation of the fuel cell, the hydrogen peroxide radicals must be first before the electrolyte membrane 1 is reached. The catalyst electrode layer 2 is passed through. Therefore, the hydrogen peroxide radical generated in the gas diffusion layer 7 can be eliminated by the catalytic action of the first catalyst electrode layer 2, and the deterioration of the electrolyte membrane 1 due to the hydrogen peroxide radical is suppressed.
  • the joining apparatus 100 (FIG. 1) of the present embodiment includes a control unit 101, a slip sheet peeling unit 110, a tension adjusting unit 120, a catalyst layer detection unit 130, a gas diffusion layer transport unit 140, and a joining unit 150. .
  • each of the components 110, 120, and 140 that transport the belt-like body 5r corresponds to a first transport unit
  • the gas diffusion layer transport unit 140 that transports the gas diffusion layer 7 is a second transport unit. It corresponds to.
  • the control unit 101 is configured by a microcomputer including a central processing unit and a main storage device.
  • the control unit 101 functions as a conveyance control unit that controls the conveyance of the belt-like body 5r among the slip sheet peeling unit 110, the tension adjusting unit 120, and the bonding unit 150.
  • the control unit 101 controls the transport of the gas diffusion layer 7 by the gas diffusion layer transport unit 140.
  • the control unit 101 adjusts the joining position of the gas diffusion layer 7 by carrying the gas diffusion layer 7 based on the output signal of the catalyst layer detection unit 130 (details will be described later).
  • the bonding apparatus 100 receives the supply of the belt-shaped body 5r from the membrane electrode assembly supply section (illustration and detailed description are omitted).
  • An interleaf paper 6 is attached to the surface of the belt-like body 5r at this time on the second catalyst electrode layer 3 side.
  • the interleaf separating unit 110 peels the interleaf 6 from the strip 5r while conveying the strip 5r in the longitudinal direction.
  • the slip sheet peeling unit 110 includes a drive roller 111, a pressure roller 112, and a slip sheet transport roller 113.
  • the driving roller 111 is connected to a motor (not shown), and is driven to rotate at a substantially constant speed under the control of the control unit 101.
  • the pressure roller 112 and the interleaf transport roller 113 are arranged in parallel at positions adjacent to the drive roller 111 so as to follow the drive roller 111 and rotate.
  • the pressure roller 112 is disposed on the upstream side, and the interleaf transport roller 113 is disposed on the downstream side thereof.
  • the belt-like body 5r to which the interleaf paper 6 is stuck is fed between the driving roller 111 and the pressure roller 112 and conveyed so that the interleaf paper 6 comes into contact with the pressure roller 112.
  • the pressure roller 112 presses the band-shaped body 5r toward the driving roller 111, and applies pressure to the band-shaped body 5r.
  • the belt-like body 5r pressurized by the pressure roller 112 is conveyed along the side surface of the drive roller 111 as it is, and is fed between the drive roller 111 and the interleaf transport roller 113 and conveyed.
  • the interleaf transport roller 113 rotates while adsorbing the interleaf 6, thereby peeling the interleaf 6 from the strip 5 r.
  • the interleaving paper 6 peeled off from the belt-like body 5r is collected and discarded by an interleaving paper collecting unit (not shown).
  • the tension adjusting unit 120 adjusts the tension applied to the belt-like body 5r while conveying the belt-like body 5r in the subsequent stage of the slip-sheet peeling unit 110.
  • the tension adjusting unit 120 includes a driving roller 121, a pressure roller 122, and a tension sensor 125.
  • the drive roller 121 is connected to a motor (not shown) and is driven to rotate at a rotation speed according to a command from the control unit 101.
  • the pressure roller 122 is arranged in parallel at a position adjacent to the drive roller 121 so as to be driven to rotate following the drive roller 121.
  • the surface on the first catalyst electrode layer 2 side is on the driving roller 121 side
  • the surface on the second catalyst electrode layer 3 side is on the pressure roller 122 side.
  • the drive roller 121 and the pressure roller 122 are inserted.
  • the belt-like body 5r is conveyed by the rotational driving force of the driving roller 121 while being applied with pressure from the pressure roller 112.
  • the tension sensor 125 detects the tension of the belt-like body 5r sent out by the driving roller 121 and the pressure roller 122.
  • the tension sensor 125 includes a rotating roller 125r that rotates according to the conveyance of the belt-like body 5r while pressing the belt-like body 5r to apply tension.
  • the tension sensor 125 detects the tension of the strip 5r based on the reaction force that the rotating roller 125r receives from the strip 5r.
  • the tension sensor 125 outputs the detected tension to the control unit 101.
  • the control unit 101 controls the rotational speed of the driving roller 121 so that the tension of the strip 5r is held substantially constant, and the strip before reaching the joint 150. Adjust the tension of 5r. Specifically, when the tension of the strip 5r is higher than the target value, the control unit 101 increases the rotational speed of the driving roller 121 and decreases the tension of the strip 5r. On the other hand, when the tension of the strip 5r is lower than the target value, the rotational speed of the driving roller 121 is decreased to increase the tension of the strip 5r.
  • the catalyst layer detection unit 130 is configured by an optical sensor including a light emitting element and a light receiving element, for example.
  • the catalyst layer detection unit 130 detects the passage of the second catalyst electrode layer 3 at a predetermined position (hereinafter referred to as “detection point DP”) on the transport path of the strip 5r on the downstream side of the tension adjustment unit 120.
  • the detection signal is output to the control unit 101.
  • the catalyst layer detection unit 130 functions as a passage detection unit that detects the passage of the arrangement member.
  • the control unit 101 detects the passage of the tip portion 3e of the second catalyst electrode layer 3 from the detection signal of the catalyst layer detection unit 130, and based on the detection time, the gas diffusion layer transport unit 140 causes the gas diffusion layer 7 to be detected. Controls the execution of the transport process.
  • the gas diffusion layer transport unit 140 performs a transport process for transporting the gas diffusion layer 7 to the pressure point PP of the joining roller 152 of the joint unit 150 in accordance with the command of the control unit 101.
  • the gas diffusion layer transport unit 140 includes a transfer 141, a drive unit 142, and a drive shaft 143.
  • the drive shaft 143 is connected to the drive unit 142 and is rotated by the rotational driving force of the drive unit 142.
  • the transfer 141 is attached to the drive shaft 143, and in a predetermined section (between the base end position SP and the end position EP) along the axial direction of the drive shaft 143 according to the rotation of the drive shaft 143. Move back and forth.
  • the transfer 141 is supplied one by one from the storage (not shown) of the gas diffusion layer 7 at the base end position SP.
  • the transfer 141 holds the gas diffusion layer 7 in parallel with the moving direction by vacuum adsorption, and moves linearly from the base end position SP to the terminal end position EP in the vicinity of the joint 150, whereby the gas diffusion layer 7 is transferred.
  • the transfer 141 repeats reciprocation between the base end position SP and the terminal end position EP in a predetermined speed pattern (described later).
  • the joint 150 joins the gas diffusion layer 7 on the first catalyst electrode layer 2 of the strip 5r by pressure press.
  • the joining unit 150 includes a conveyance roller 151 and a set of joining rollers 152.
  • the transport roller 151 applies a predetermined tension to the strip 5r to change the transport angle of the strip 5r so that the transport angle of the strip 5r is acute with respect to the transport angle of the gas diffusion layer 7.
  • the belt-like body 5r is guided to the pressure point PP of the joining roller 152.
  • the joining roller 152 rotates at a speed at which the conveyance speed of the belt-like body 5r is held substantially constant by feedback control by the control unit 101.
  • the belt-like body 5r and the gas diffusion layer 7 merge at the pressing point PP of the joining roller 152 and are pressed.
  • the band-like body 5r to which the gas diffusion layer 7 is bonded is sent to a cutting part (illustration and detailed description are omitted) in order to cut out the membrane electrode assembly 5G with a diffusion layer.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a predetermined speed pattern of the transfer 141 in the conveyance process of the gas diffusion layer 7.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the position of the transfer 141 and the time in the conveyance process of the gas diffusion layer 7.
  • the transfer 141 waits in a state where the supply of the gas diffusion layer 7 is received at the base end position SP, and the transfer of the gas diffusion layer 7 from the control unit 101 is started. The movement starts when the instruction is received. Transfer 141 is first moved at a significantly higher rate during a period from time t 1 to time t 2.
  • the belt-like body 5r is transported at a substantially constant transport speed by the rotation of the driving roller 111 of the slip sheet peeling unit 110 and the joining roller 152 of the joining unit 150.
  • Transfer 141 from time t 2 to time t 4 when reaching the end position EP is synchronized with the transport speed of the strip 5r, it moves at a relatively low speed.
  • the period of time t 2 to t 4 in the predetermined speed pattern of the transfer 141 is also referred to as “speed synchronization period”.
  • the transfer 141 stops at the terminal position EP, waits for a predetermined time, and then returns from the terminal position EP to the base position SP at a relatively high speed (time t 5 to time t 6 ).
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a mechanism when the gas diffusion layer 7 is transferred from the transfer 141 to the joining roller 152.
  • FIG. 4 schematically illustrates a state in which the end on the leading end side in the transporting direction of the gas diffusion layer 7 (hereinafter referred to as “tip 7 e”) reaches the pressure point PP of the joining roller 152 by transporting the transfer 141. It is shown schematically.
  • the transfer 141 when it is located at the end position EP is shown by a broken line.
  • the tip 7e of the gas diffusion layer 7 reaches the pressure point PP of the joining roller 152 when the transfer 141 reaches a predetermined position before the transfer 141 reaches the end position EP. .
  • the position of the transfer 141 at this time is also referred to as “end portion arrival position TP”.
  • the transfer 141 reaches a predetermined time t 3 during the speed synchronization period is moving at a speed synchronized with the conveying speed of the strip 5r to an end position reached TP (FIG. 3). Therefore, the front end portion 7e of the gas diffusion layer 7 can merge with the belt 5r in a state where the transport speed is synchronized.
  • the transfer 141 continues to move to the terminal position EP at a speed synchronized with the conveyance speed of the strip 5r even after the front end portion 7e of the gas diffusion layer 7 reaches the pressurization point PP. It sends out to the pressurization point PP of the joining roller 152.
  • the transfer 141 stops at the end position EP the vacuum suction of the gas diffusion layer 7 is released.
  • the gas diffusion layer 7 is fed into the pressure point PP by the rotational driving force of the joining roller 152.
  • the transfer 141 waits for a predetermined time at the end position EP and supports the rear end portion of the gas diffusion layer 7 that is fed into the pressurization point PP.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a change in the arrangement interval of the second catalyst electrode layers 3 due to expansion and contraction during the conveyance of the belt-like body 5r.
  • FIG. 5 is a schematic diagram when the belt-like body 5r conveyed by the driving roller 111 of the slip sheet peeling unit 110 and the driving roller 121 of the tension adjusting unit 120 is viewed from the surface on the second catalyst electrode layer 3 side. It is shown.
  • FIG. 5 shows an arrow PD indicating the conveyance direction of the belt-like body 5r.
  • the control unit 101 controls the rotation speed of the driving roller 121 of the tension adjusting unit 120, thereby adjusting the tension of the strip 5r. Therefore, in the joining apparatus 100 of this embodiment, in the tension adjusting unit 120, the external force received by the belt-like body 5r from the drive roller 121 may fluctuate, and the belt-like body 5r may expand and contract in the transport direction.
  • the second catalyst electrode layer 3 When the belt-like body 5r expands and contracts in the transport direction, the second catalyst electrode layer 3 may be compressed or stretched in the transport direction, and the distance between the second catalyst electrode layers 3 may also vary. is there.
  • the second catalyst electrode is caused by swelling / shrinkage deformation of the electrolyte membrane 1 according to the wet state, a manufacturing error when the second catalyst electrode layer 3 is disposed on the electrolyte membrane 1, and the like. There is a case where the interval between the layers 3 varies.
  • the control unit 101 causes the gas diffusion layer transport unit 140 to start the transport process of the gas diffusion layer 7 based on the detection signal of the catalyst layer detection unit 130, thereby causing gas diffusion.
  • difference of the joining position of the layer 7 is suppressed. Specifically, it is as follows.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure of gas diffusion layer transport control by the control unit 101.
  • the control unit 101 repeatedly executes the following steps S10 to S40 each time the gas diffusion layer 7 is bonded.
  • step S10 the control unit 101, based on the detection signal from the catalyst layer detection unit 130 detects the passage of the second catalytic electrode layer 3 of the front end portion 3e, obtains the detection time t d.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining an acquisition process of the detection time t d at step S10.
  • a detection signal output from the catalyst layer detection unit 130 to the control unit 101 is illustrated by a graph in which the vertical axis is a signal level and the horizontal axis is time.
  • the catalyst layer detection unit 130 outputs a Hi signal while passing through the second catalyst electrode layer 3, and outputs a Low signal otherwise.
  • the control unit 101 detects a rising edge at which the signal level switches from Low to Hi due to the passage of the second catalyst electrode layer 3, and the time (hereinafter, “detection time t d ”). Called).
  • Step S20 the control unit 101, based on the detection time t d obtained in step S10, the time the tip portion 3e of the second catalytic electrode layer 3 reaches the pressure point PP of joining rollers 152 ( Hereinafter, “end portion arrival time t a ” is acquired. Further, the control unit 101 uses the end arrival time ta as a reference, and the time at which the position where the tip 7e of the gas diffusion layer 7 is bonded to the pressurization point PP in the strip 5r (hereinafter referred to as “bonding position”). Arrival time t t ”).
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an acquisition process of the end time of arrival t a and the bonding position arrival time t t at step S20.
  • FIG. 8 illustrates a graph showing the relationship between the transport distance of the second catalyst electrode layer 3 and time in the bonding apparatus 100.
  • the transport speed of the strip 5r is constant, and the strip 5r between the detection point DP of the catalyst layer detector 130 and the pressurization point PP of the joining roller 152 is constant.
  • the transport distance TD is known. Therefore, the control unit 101, the conveying speed of the strip 5r, a transport distance TD, based on, to obtain the end arrival time t a.
  • the outer peripheral end of the gas diffusion layer 7 is a predetermined distance (hereinafter, referred to as the position of the outer peripheral end of the second catalyst electrode layer 3). It is at a position separated outward by a distance (referred to as “separation distance OD”). Therefore, the position where the tip 7e of the gas diffusion layer 7 is joined to the belt-like body 5r is the tip 3e of the second catalyst electrode layer 3 at the pressure point PP of the joining roller 152 by the distance OD. Reach before. Therefore, the control unit 101, based on the end time of arrival t a, based on the conveying speed of the strip 5r and distance OD, acquires the joining position arrival time t t.
  • step S30 the control unit 101 starts the movement of the transfer 141 (conveyance of the gas diffusion layer 7) based on the joining position arrival time t t acquired in step S20 (hereinafter, “conveyance start”).
  • time t s called a ) is determined. More specifically, the control unit 101 reaches the pressure point PP at the tip 7e of the gas diffusion layer 7 at the joining position arrival time t t when the transfer 141 is moved in a predetermined speed pattern (FIG. 3). the time that can be determined as the transport start time t s.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a determination process of the transfer start time t s in step S30.
  • FIG. 9 shows a graph similar to the graph showing the predetermined speed pattern of the transfer 141 described in FIG. Incidentally, in FIG. 9, for convenience, by determination of the transfer start time t s, how the graph showing the default speed pattern is shifted along the time axis is shown schematically.
  • the predetermined time t 3 to match the acquired joining position arrival time t t at step S20, determines a time t 1 as the starting point of the predetermined speed pattern at that time as the transport start time t s.
  • step S40 the control unit 101, the transport start time t s which is determined in step S30 when it reaches to start conveyance of the gas diffusion layer 7 by transfer 141.
  • the control unit 101 the transport start time t s which is determined in step S30 when it reaches to start conveyance of the gas diffusion layer 7 by transfer 141.
  • the control unit 101 determines the bonding position arrival time t t at which the tip 7 e of the gas diffusion layer 7 reaches the pressure point PP of the bonding roller 152.
  • the joining position of the gas diffusion layer 7 is adjusted. Therefore, it is possible to easily execute the alignment of the bonding position of the gas diffusion layer 7 with respect to the strip 5r.
  • the tip portion 7e of the gas diffusion layer 7 reaches the pressure point PP of the bonding roller 152 by the transfer 141 with the above-described predetermined speed pattern, and the gas diffusion layer with respect to the belt-like body 5r. 7 is started. Therefore, the joining position of the gas diffusion layer 7 with respect to the strip 5r can be adjusted by the timing at which the transfer 141 starts to move, and the joining position of the gas diffusion layer 7 based on the timing at which the second catalyst electrode layer 3 is detected. The adjustment can be performed easily and quickly.
  • the bonding apparatus 100 of this embodiment since the transfer 141 performs linear horizontal movement, the speed control thereof is easy, and the bonding position of the gas diffusion layer 7 is determined by the error in the movement speed of the transfer 141. Shifting is suppressed. Further, according to the bonding apparatus 100 of the present embodiment, the gas diffusion layer 7 joins the strip 5r when the transport speed of the gas diffusion layer 7 is synchronized with the transport speed of the strip 5r. Therefore, the gas diffusion layer 7 can be smoothly joined to the belt-like body 5r, and the displacement of the gas diffusion layer 7 at the time of joining can be suppressed. Therefore, the adjustment accuracy of the joining position of the gas diffusion layer 7 is improved.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a configuration of a joining apparatus 100A as the second embodiment of the present invention.
  • the joining apparatus 100A of the second embodiment is substantially the same as the joining apparatus 100 (FIG. 1) of the first embodiment except that a humidity detection unit 132 is provided.
  • the humidity detection unit 132 corresponds to a parameter acquisition unit, detects the humidity of the conveyance path of the band 5r between the detection point DP and the pressurization point PP as a parameter related to the expansion and contraction of the band 5r, and sends it to the control unit 101. Output.
  • the electrolyte membrane 1 constituting the main body portion of the belt-like body 5r swells and contracts according to its wet state. Therefore, depending on the wetness of the transport path of the strip 5r between the detection point DP and the pressure point PP, the strip 5r may swell or contract in the transport direction after passing through the detection point DP. is there. Therefore, in the bonding apparatus 100A of the second embodiment, the control unit 101 adjusts the transport start time t s of the gas diffusion layer 7 by transfer 141 according to the detected value of the humidity sensor 132, the transport path of the strip 5r Occurrence of misalignment of the joining position of the gas diffusion layer 7 due to the change in the wetness at is suppressed. Specifically, it is as follows.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure of gas diffusion layer transport control by the control unit 101 of the joining apparatus 100A of the second embodiment.
  • the gas diffusion layer transport control processing procedure in the second embodiment is the same as that in step S11 except that step S11 is added and step S20A is executed instead of step S20. This is almost the same as the processing procedure of the layer conveyance control (FIG. 6).
  • the control unit 101 After detecting the passage of the tip 3e of the second catalyst electrode layer 3 at the detection point DP, the control unit 101 expands and contracts in the transport direction of the strip 5r according to the detection value of the humidity detection unit 132 in step S11. ⁇ L is acquired. Specifically, the control unit 101 has a map representing the amount of expansion / contraction of the electrolyte membrane 1 according to humidity in advance, and acquires the amount of expansion / contraction ⁇ L using the map. In this map, when the wetness is the reference value, the expansion / contraction amount ⁇ L is 0, and when the wetness is higher than the reference value, the expansion / contraction amount ⁇ L increases in the positive direction. A relationship that increases in direction is set.
  • Figures 12A, 12B are in step 20A, illustrating a step acquisition of deformation amount ⁇ L end arrival time reflecting the t a and the bonding position arrival time t t, the acquisition process of the transfer start time t s in step S30
  • FIG. 12A is a diagram in the case where the expansion / contraction amount ⁇ L is a value indicating the contraction of the electrolyte membrane 1 ( ⁇ L ⁇ 0)
  • FIG. 12B is a diagram in a case where the expansion / contraction amount ⁇ L is a value indicating the expansion of the electrolyte membrane 1. ( ⁇ L> 0).
  • 12A and 12B show the same graph as FIG.
  • step S20A the control unit 101 acquires and detects a correction amount ⁇ t ( ⁇ t> 0) of the conveyance time with respect to the expansion / contraction amount ⁇ L based on the expansion / contraction amount ⁇ L acquired in step S11 and the conveyance speed of the strip 5r.
  • a corrected detection time t dc obtained by correcting the time t d with the correction amount ⁇ t is acquired.
  • Control unit 101 by using the corrected detection time t dc instead of detection time t d, the same manner as in the step of Step S20 described in the first embodiment, the end time of arrival t a and the bonding position arrival time t t To get.
  • This junction position arrival time t t is a value reflecting the amount of expansion / contraction ⁇ L of the electrolyte membrane according to the wetness.
  • the control unit 101 uses the joining position arrival time t t acquired in step S20A and the predetermined speed pattern of the transfer 141, as described in the first embodiment, and the conveyance start time t. Get s .
  • the joining device 100 according to the second embodiment can easily adjust the joining position of the gas diffusion layer 7 by reflecting the expansion / contraction amount ⁇ L of the electrolyte membrane 1 according to the degree of wetness.
  • the alignment accuracy of the layer 7 can be improved.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a gas diffusion layer transport control processing procedure executed by the control unit 101 in the bonding apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the gas diffusion layer transport control processing procedure of the third embodiment is substantially the same as the processing procedure (FIG. 11) described in the second embodiment, except that the defect detection step of the catalyst electrode layer in step S35 is added.
  • the configuration of the joining device of the third embodiment is the same as that of the joining device 100A (FIG. 10) of the second embodiment.
  • the control unit 101 After the determination of the transfer start time t s (step S30), until the transport start time t s is reached, the detection signal of the catalyst layer detection unit 130 Based on this, a failure of the second catalyst electrode layer 3 is detected (step S35).
  • the control part 101 detects the defect of the 2nd catalyst electrode layer 3 as follows.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a method for detecting a defect of the second catalyst electrode layer 3 by the control unit 101.
  • the upper part of FIG. 14 shows a schematic front view showing an example of a band 5r having a defective second catalyst electrode layer 3, and the lower part shows a catalyst when the band 5r is being conveyed.
  • a graph showing a detection signal output from the layer detection unit 130 is shown in correspondence with the upper diagram.
  • an arrow PD indicating the conveyance direction of the band 5r in the joining device is illustrated.
  • the occurrence times of the edges in the detection signal are illustrated as t 1 to t 8 in time series.
  • the second catalyst electrode layer 3 may have a streak-like gap CR due to poor application of the catalyst ink.
  • a gap CR in the direction intersecting the transport direction appears as an edge.
  • edges representing the front end portion 3e and the rear end portion 3t of the second catalytic electrode layer 3 are generated, and time t 4 , T 5 , t 6 , t 7 , edges representing the respective ends of the two gaps CR are generated.
  • the control unit 101 determines that the edge interval is the first interval. 2 is determined to be caused by the CR between the two catalyst electrode layers 3. Then, the control unit 101 determines that the second catalyst electrode layer 3 is in the case where the frequency of occurrence of the CR between breaks is higher than a predetermined frequency, or when the sum of the edge intervals due to the CR between breaks is larger than a predetermined threshold. It is determined to be defective.
  • the transport of the gas diffusion layer 7 by the transfer 141 is initiated in the transport start time t s it before reaching the transport start time t s (Step S40 in FIG. 14).
  • the control unit 101 detects an edge interval that is an interval corresponding to the arrangement interval of the second catalyst electrode layers 3, the control unit 101 detects the rising edge as the tip portion 3 e of the second catalyst electrode layer 3. Then, the conveyance control of the gas diffusion layer in the next cycle is started (steps S10 to S40).
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of a timing chart of the gas diffusion layer transport control in the bonding apparatus according to the third embodiment.
  • the upper part of FIG. 15 shows a graph showing an example of the same detection signal as shown in FIG. 14, and the lower part of FIG. 15 shows an example of the graph showing the time change of the position of the transfer 141. It is.
  • a graph in a case where the transfer of the gas diffusion layer 7 by the transfer 141 is executed without being stopped is indicated by a one-dot chain line.
  • the second distal portion 3e of the catalyst electrode layer 3 is detected (step S10), and the transport start time t s at time t 2 is determined at time t 3 (step S20 to S30). Then, at that time t 3, the transport of the gas diffusion layer 7 at a predetermined speed pattern of the transfer 141 is initiated.
  • step S10 the distal end portion 3e of the second catalytic electrode layer 3 of the following is detected (step S10), and the transport start time t s is determined at time t 7 at time t 5 (step S20 To S30).
  • the control unit 101 detects the failure of the second catalytic electrode layer 3. Therefore, to cancel the transport of the gas diffusion layer 7 by the transfer 141, transfer 141 also after time t 7 has remains stopped.
  • the break CR is usually likely to occur in the vicinity of the end in the transport direction. Therefore, by using the detection signal of the catalyst layer detection unit 130 before the transfer 141 starts to be moved, it is possible to efficiently detect the gap CR. Moreover, in the joining apparatus of 3rd Embodiment, it distinguishes and detects the edge in a detection signal into what originates in CR between gaps, and what originates in passage of the edge part of the 2nd catalyst electrode layer 3. FIG. Accordingly, it is possible to prevent the gap CR from being erroneously detected as the tip portion 3e of the second catalyst electrode layer 3, and to suppress the occurrence of a joining error in the gas diffusion layer 7.
  • the second catalyst electrode is detected using the detection signal of the catalyst layer detector 130 for detecting the position of the second catalyst electrode layer 3 in the strip 5r.
  • a defect in the layer 3 can be detected. Therefore, it is possible to easily and efficiently suppress the occurrence of fuel cell manufacturing defects.
  • the joining devices 100 and 100A of each embodiment can also be configured as a joining device used for other than the manufacturing process of the fuel cell.
  • the joining devices 100 and 100A of each embodiment may be configured to convey another belt-like member instead of the belt-like body 5r and to join a joining member other than the gas diffusion layer 7 to the belt-like member.
  • the band-shaped member may be provided with an arrangement member serving as an index of the joining position of the joining member, instead of the second catalyst electrode layer 3.
  • the transfer 141 conveys the gas diffusion layer 7 according to a predetermined speed pattern.
  • the transfer 141 may not be configured to convey the gas diffusion layer 7 according to a predetermined speed pattern.
  • the distal end portion 7e of the gas diffusion layer 7 may be composed so as to convey the gas diffusion layer 7 so as to reach a pressure point PP on the bonding position arrival time t t.
  • the transfer 141 is configured to perform conveyance with a predetermined speed pattern, alignment of the bonding position of the gas diffusion layer 7 based on the bonding position arrival time t t is facilitated and efficient.
  • the transfer 141 conveys the gas diffusion layer 7 by linear movement.
  • the transfer 141 may not have a configuration for transporting the gas diffusion layer 7 by linear movement.
  • the transfer 141 is configured to convey the gas diffusion layer 7 by linear movement, alignment of the bonding position of the gas diffusion layer 7 becomes easy.
  • a speed synchronization period is provided in the predetermined speed pattern of the transfer 141, and the tip portion 7e of the gas diffusion layer 7 reaches the pressurization point PP during the speed synchronization period.
  • the predetermined speed pattern of the transfer 141 may not be provided with a speed synchronization period, and the tip portion 7e of the gas diffusion layer 7 does not reach the pressurization point PP in the speed synchronization period. Also good.
  • the gas diffusion layer 7 can smoothly join the strip 5r, and the bonding position of the gas diffusion layer 7 The occurrence of misalignment is suppressed.
  • the humidity between the detection point DP and the pressurization point PP is detected as a parameter related to the expansion and contraction of the strip 5r.
  • a parameter related to the expansion and contraction of the strip 5r humidity in another region may be detected, or a value indicating an environmental condition other than humidity or a value indicating the state of the strip 5r is detected. May be.
  • the parameter related to the expansion and contraction of the strip 5r may be, for example, the temperature or pressure of the space in which the transport path of the strip 5r is arranged, or the wetness or strain amount of the electrolyte membrane 1 of the strip 5r. It may be.
  • Modification 6 The joining device of the third embodiment, the step of second like the bonding apparatus of the embodiment is configured by changing the detection time t d to reflect the amount of expansion or contraction ⁇ L of the electrolyte membrane 1 corresponding to the humidity ( Figure 13 S11, S20A). In contrast, the welding device of the third embodiment, it is not necessary to change the detection time t d to reflect the amount of expansion or contraction ⁇ L of the electrolyte membrane 1 corresponding to the humidity.
  • steps S10, S20, and S30 similar to those in the first embodiment may be performed before the step S35.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the invention.
  • the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
  • Rotating roller 130 ... Catalyst layer detection unit 132 ... Humidity detection unit 140 ... Gas diffusion layer transport unit 141 ... Transfer 142 ... Drive unit 143 ... Drive shaft 150 ... Joint portion 151 ... Transport Roller 152 ... Joining roller CL ... Cutting line CR ... Cutting interval DP ... Detection point EP ... Termination position GA ... Arrangement of gas diffusion layer Area PP ... Pressure point SP ... Base end position TP ... End reaching position

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Abstract

搬送中の帯状部材に対する接合部材の位置合わせを簡易に実行できる技術を提供する。接合装置１００は、膜電極接合体５が帯状に連続している帯状体５ｒを搬送しつつ、ガス拡散層７を帯状体５ｒの第１の触媒電極層２に接合する。接合装置１００の制御部１０１は、触媒層検出部１３０の検出信号に基づいて、帯状体５ｒ上に配置されている第２の触媒電極層３の先端部３ｅが検出点ＤＰを通過する時刻（検出時刻ｔｄ）を取得する。制御部１０１は、検出時刻ｔｄに基づいて、ガス拡散層７を接合ローラー１５２の加圧点ＰＰに到達させる時刻（接合位置到達時刻ｔｔ）を取得する。制御部１０１は、接合位置到達時刻ｔｔと、トランスファ１４１の既定の速度パターンとに基づいて取得される搬送開始時刻ｔｓに、トランスファ１４１によるガス拡散層７の搬送を開始させる。

Description

接合装置および接合方法
　本発明は、帯状部材に対して複数の部材を連続的に接合する接合装置に関する。
　従来から、燃料電池の製造工程においては、長手方向に搬送されている帯状の電解質膜に対して電極の構成部材などを連続的に接合して、複数の膜電極接合体を連続して製造する技術が提案されている。特許文献１（特開２００５－１２９２９２号公報）では、ウェブ状の電解質膜に所定の間隔で連続的に配列された触媒層の上に、接合ローラによって拡散層を接合した後、切断装置によって連続的に膜電極接合体を切り出す技術が開示されている。
　特許文献２（特開２０１０－２５１１３６号公報）には、ロール状に巻かれた膜電極接合体を引き出して搬送しつつ、当該膜電極接合体上に所定の間隔で燃料電池構成材料を配置していくとともに、複数の燃料電池構成材料を略同時に押圧して接合する燃料電池の製造装置が開示されている。特許文献３（特開２００５－１８３１８２号公報）には、巻取り状態の電解質膜を巻き戻しつつ搬送し、ガス拡散層と、セパレータと、を順に連続して接合していく燃料電池セルの製造装置が開示されている。
　ところで、燃料電池に用いられる電解質膜は、一般に、付与される外力や湿潤状態の変化により伸縮してしまう場合がある。そのため、搬送されている帯状の電解質膜に対して連続的に接合部材の接合を行う場合には、電解質膜の伸縮によって、そうした接合部材の接合位置が目標とする位置からずれてしまう可能性があった。これまで、燃料電池の製造工程では、電解質膜に対する接合部材の位置合わせを効率的に高い精度で実行できる技術が要求されていた。
　特許文献１の技術では、触媒層の位置を検出するラインセンサの出力値に基づいてガス拡散層の位置合わせの制御を行っている。特許文献１の技術では、接合ローラの移動・回転動作によって電解質膜に対するガス拡散層の接合位置の調整を行っており、接合ローラの制御が複雑化してしまっている。また、特許文献１の技術では、ガス拡散層の搬送のために、接合ローラの側面にガス拡散層が配置される。接合ローラの側面は曲面であるため、接合ローラの側面におけるガス拡散層の配置位置がずれてしまう可能性があり、電解質膜に対するガス拡散層の接合位置の位置合わせの精度が低下してしまう可能性がある。
　特許文献２の技術は、燃料電池の生産効率を向上させるためにガス拡散層のホットプレスを効率的に実行することを課題としており、電解質膜上におけるガス拡散層の配置位置が変動してしまうことについては考慮されていない。そのため、特許文献２には、ガス拡散層を常時一定の周期で配置していく構成のみが開示されている。
　特許文献３の技術では、電解質膜にガス拡散層（ＧＤＬ）の位置決めのため位置決めマークが設けられている。特許文献３の技術では、位置決めマークがＧＤＬ組付ステージに到達するタイミングに合わせてＧＤＬホットプレスを作動させ、電解質膜を両側からＧＤＬによって挟み付けて接合している。特許文献３の技術では、電解質膜の搬送速度に同期させた速度でＧＤＬを電解質膜と並列に搬送しつつ所定のタイミングでＧＤＬの挟み付けを行う。そのため、ＧＤＬの搬送制御やＧＤＬの挟み付けのタイミングの制御を高い精度で行うことが必要であり、接合装置の制御や機構が複雑化してしまう可能性がある。
　以上のように、燃料電池の製造工程において、搬送中の帯状の電解質膜に対する部材の接合位置を調整することについては依然として改善の余地があった。このような課題は、燃料電池の製造工程に限らず、搬送中の帯状部材に連続的に部材を接合する種々の製造工程において共通する課題であった。また、従来から、搬送中の帯状部材に複数の部材を連続的に接合する接合装置に対して、その小型化や、機構の簡易化、低コスト化、省資源化、制御の容易化・簡易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
　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。
（１）本発明の一形態によれば、帯状部材に対して複数の接合部材を連続して接合する接合装置が提供される。この接合装置は、第１の搬送部と、第２の搬送部と、接合ローラーと、検出部と、搬送制御部と、を備えて良い。前記第１の搬送部は、前記接合部材の接合位置の指標となる複数の配置部材が長手方向に配列されている前記帯状部材を前記長手方向に搬送して良い。前記第２の搬送部は、前記接合部材を搬送し、前記第１の搬送部によって搬送されている前記帯状部材に合流させて良い。前記接合ローラーは、前記帯状部材と前記接合部材との合流点において、前記帯状部材と前記接合部材とを加圧して接合して良い。前記検出部は、前記帯状部材の搬送路上における所定の検出点において前記配置部材の通過を検出して良い。前記搬送制御部は、前記第１の搬送部と前記第２の搬送部とを制御し、前記検出部によって前記配置部材の通過が検出された検出時刻に基づいて、前記第２の搬送部によって前記接合部材を前記合流点に到達させる到達時刻を決定して良い。この形態の接合装置によれば、搬送中の帯状部材に対する接合部材の接合位置の位置合わせを簡易に行うことができる。
（２）上記形態の接合装置において、前記第２の搬送部は、既定の速度パターンで、前記接合部材を前記合流点に向かって直線的に搬送して前記帯状部材に合流させ；前記搬送制御部は、前記到達時刻と、前記既定の速度パターンと、に基づいて、前記第２の搬送部が前記接合部材の搬送を開始する開始時刻を決定しても良い。この接合装置であれば、接合部材の搬送機構および搬送制御を簡易化することができる。
（３）上記形態の接合装置は、さらに、前記帯状部材の伸縮状態に関連するパラメータを取得するパラメータ取得部を備え；前記搬送制御部が、前記パラメータに応じて前記検出時刻を変更し、変更後の前記検出時刻に基づいて前記到達時刻を決定しても良い。この形態の接合装置によれば、搬送中の帯状部材に伸縮が生じる場合であっても、その伸縮に起因する接合部材の接合位置の位置ずれを容易に低減することができる。
（４）上記形態の接合装置において、前記検出部は、前記配置部材の端部の通過を検出し；前記搬送制御部は、前記検出部が前記配置部材の端部を検出する時間間隔に基づいて前記配置部材の不良を検出し、前記配置部材の不良が検出されたときに、前記第２の搬送部による前記接合部材の搬送を中止しても良い。この形態の接合装置によれば、検出部による検出結果を利用して、製品不良の発生を効率的に抑制することができる。
（５）上記形態の接合装置において、前記帯状部材は、燃料電池用の電解質膜であり；前記配置部材は、燃料電池用の触媒電極層であり；前記搬送制御部は、前記接合部材の配置領域が、前記触媒電極層の配置領域と重なるように前記到達時刻を決定しても良い。この形態の接合装置によれば、燃料電池用の電解質膜に対する、ガス拡散層やセパレータなどの燃料電池の構成部材の接合位置の位置合わせを、触媒電極層を指標として簡易かつ高い精度で行うことができる。従って、燃料電池を効率的に製造することができる。
（６）本発明の他の形態によれば、帯状部材に対して複数の接合部材を連続して接合する接合方法が提供される。この接合方法は、前記接合部材の接合位置の指標となる複数の配置部材が長手方向に配列されている前記帯状部材を長手方向に搬送する工程と；前記帯状部材の搬送路上における所定の検出点において前記配置部材の通過を検出する工程と；前記配置部材の通過が検出された検出時刻に基づいて、前記接合部材を前記帯状部材に到達させる到達時刻を決定する工程と；前記接合部材が、前記到達時刻に、前記帯状部材と合流するように、前記接合部材を搬送する工程と；前記帯状部材と前記接合部材との合流点において、前記帯状部材と前記接合部材とを加圧して接合する工程と；を備える。
　上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
　本発明は、接合装置や接合方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、その接合方法や接合装置によって接合された接合部品、その接合方法や接合装置の制御方法、その接合方法や接合装置の制御方法を実現するコンピュータープログラム、そのコンピューター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。
第１実施形態の接合装置の構成を示す概略図。 帯状体の構成を示す概略図と、帯状体から切り出された膜電極接合体の構成を示す概略図。 ガス拡散層の搬送処理におけるトランスファの既定の速度パターンを説明するための説明図。 トランスファから接合ローラーへガス拡散層が繰り入れられるときのメカニズムを説明するための模式図。 帯状体の搬送中における第２の触媒電極層の配列間隔の変動を説明するための模式図。 制御部によるガス拡散層の搬送制御の処理手順を示す説明図。 検出時刻の取得工程を説明するための説明図。 端部到達時刻および接合位置到達時刻の取得工程を説明するための説明図。 搬送開始時刻の決定工程を説明するための説明図。 第２実施形態の接合装置の構成を示す概略図。 第２実施形態の制御部によるガス拡散層の搬送制御の処理手順を示す説明図。 伸縮量ΔＬを反映した端部到達時刻ｔａおよび接合位置到達時刻ｔｔの取得工程と搬送開始時刻ｔｓの取得工程とを説明するための説明図。 伸縮量ΔＬを反映した端部到達時刻ｔａおよび接合位置到達時刻ｔｔの取得工程と搬送開始時刻ｔｓの取得工程とを説明するための説明図。 第３実施形態の制御部によるガス拡散層の搬送制御の処理手順を示す説明図。 制御部による第２の触媒電極層の不良の検出方法を説明するための説明図。 第３実施形態の接合装置におけるガス拡散層の搬送制御のタイミングチャートの一例を示す説明図。
A．第１実施形態：
　図１は、本発明の第１実施形態としての接合装置１００の構成を示す概略図である。接合装置１００は、固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ）の製造工程に用いられる。接合装置１００は、燃料電池を構成する発電体である膜電極接合体５が帯状に連続している帯状部材である膜電極接合体の帯状体５ｒに対して、ガス拡散層７を、触媒電極層３の位置に合わせて連続的に接合する。
　図２の（Ａ）欄は、帯状体５ｒの第２の触媒電極層３側の面を示す正面図が図示されている。図２の（Ｂ）欄には、帯状体５ｒの構成を示す概略断面図が図示されている。図２の（Ｃ）欄には、帯状体５ｒから切り出された後の、ガス拡散層７が接合された膜電極接合体５（以下、「拡散層付き膜電極接合体５Ｇ」とも呼ぶ）の概略断面図が図示されている。図２の（Ａ）欄には、帯状体５ｒの搬送方向を示す矢印ＰＤを図示してある。また、図２の（Ａ）欄および（Ｂ）欄には、ガス拡散層７が配置される領域ＧＡを破線で図示してあり、帯状体５ｒから拡散層付き膜電極接合体５Ｇが切り出されるときの切断線ＣＬを一点鎖線で図示してある。
　帯状体５ｒは、本体部を構成する帯状の電解質膜１の一方の面に、第１の触媒電極層２が全面を被覆するように配置されており、他方の面に、複数の第２の触媒電極層３が長手方向に沿って所定の間隔で配列されている（図２の（Ａ）欄，（Ｂ）欄）。電解質膜１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えば、ナフィオン（登録商標）などのフッ素系のイオン交換樹脂によって構成される。
　第１と第２の触媒電極層２，３は、反応ガスの供給を受けてアノード（燃料極）またはカソード（酸化剤極）として機能するガス拡散性を有する電極である。第１と第２の触媒電極層２，３は、燃料電池反応を促進する触媒を担持する導電性粒子（例えば、白金担持カーボン）と、電解質膜１と同じ又は類似の電解質と、を分散させた分散溶液である触媒インクの乾燥塗膜として形成される。
　本実施形態の接合装置１００では、帯状体５ｒにおける第２の触媒電極層３の配置位置に合わせてガス拡散層７が第１の触媒電極層２に接合される。すなわち、本実施形態において、第２の触媒電極層３は接合部材であるガス拡散層７の接合位置を示す指標として機能する。ガス拡散層７はガス拡散性と導電性とを有する多孔質な部材によって構成されても良く、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの導電性を有する繊維基材によって構成されても良い。
　本明細書では、第２の触媒電極層３の端部のうち、帯状体５ｒの搬送方向における先端側の端部を「先端部３ｅ」と呼び、後端側の端部を「後端部３ｔ」と呼ぶ。本実施形態の接合装置１００では、ガス拡散層７の接合の際には、第２の触媒電極層３の先端部３ｅの位置が、その接合位置の基準として利用される（詳細は後述）。
　本実施形態の拡散層付き膜電極接合体５Ｇ（図２の（Ｃ）欄）では、第１の触媒電極層２の外周端部の位置が電解質膜１の外周端部の位置とほぼ揃っているのに対して、第２の触媒電極層３の外周端部の位置は電解質膜１の外周端部より内側に位置している。即ち、本実施形態の拡散層付き膜電極接合体５Ｇでは、第１と第２の触媒電極層２，３の外周端部が電解質膜１の外周縁部を介して互いに離間されている。これによって、発電中に２つの触媒電極層２，３の端部間で未反応の反応ガスが行き来してしまう、いわゆるクロスリークの発生が抑制される。
　また、本実施形態の拡散層付き膜電極接合体５Ｇでは、ガス拡散層７の外周端部が、第１と第２の触媒電極層２，３の外周端部の間に位置しており、電解質膜１に直接的に接触していない。この構成によって、ガス拡散層７の外周端部に存在する繊維の毛羽やバリが電解質膜１の表面に突き刺さることが抑制されている。また、この構成であれば、燃料電池の発電中などにガス拡散層７において過酸化水素ラジカルが発生した場合であっても、当該過酸化水素ラジカルは電解質膜１に到達する前に必ず第１の触媒電極層２を通過することになる。そのため、ガス拡散層７において発生した過酸化水素ラジカルを第１の触媒電極層２の触媒作用によって消失させることができ、過酸化水素ラジカルによる電解質膜１の劣化が抑制される。
　本実施形態の接合装置１００（図１）は、制御部１０１と、合紙剥離部１１０と、張力調整部１２０と、触媒層検出部１３０と、ガス拡散層搬送部１４０と、接合部１５０と、を備える。接合装置１００において、帯状体５ｒを搬送する各構成部１１０，１２０，１４０は第１の搬送部に相当し、ガス拡散層７の搬送を実行するガス拡散層搬送部１４０は第２の搬送部に相当する。制御部１０１は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピューターによって構成される。制御部１０１は、合紙剥離部１１０と、張力調整部１２０と、接合部１５０との間における帯状体５ｒの搬送を制御する搬送制御部として機能する。また、制御部１０１は、ガス拡散層搬送部１４０によるガス拡散層７の搬送を制御する。制御部１０１は、ガス拡散層７の搬送を触媒層検出部１３０の出力信号に基づいて行うことにより、ガス拡散層７の接合位置を調整する（詳細は後述）。
　接合装置１００は、膜電極接合体供給部（図示および詳細な説明は省略）から帯状体５ｒの供給を受ける。このときの帯状体５ｒの第２の触媒電極層３側の面には合紙６が貼付されている。合紙剥離部１１０は、帯状体５ｒを長手方向に搬送しつつ合紙６を帯状体５ｒから剥離する。合紙剥離部１１０は、駆動ローラー１１１と、加圧ローラー１１２と、合紙搬送ローラー１１３と、を備える。
　駆動ローラー１１１は、モーター（図示せず）に接続されており、制御部１０１の制御によって略一定速度で回転駆動する。加圧ローラー１１２と合紙搬送ローラー１１３とはそれぞれ、駆動ローラー１１１に追従して回転するように、駆動ローラー１１１に隣り合う位置において並列に配置されている。加圧ローラー１１２は上流側に配置され、合紙搬送ローラー１１３はその下流側に配置されている。
　合紙６が貼付されている帯状体５ｒは、まず、合紙６が加圧ローラー１１２と接するように、駆動ローラー１１１と加圧ローラー１１２との間に繰り入れられて搬送される。加圧ローラー１１２は、駆動ローラー１１１に向かって帯状体５ｒを押圧し、帯状体５ｒに加圧力を付与する。加圧ローラー１１２によって加圧された帯状体５ｒは、そのまま駆動ローラー１１１の側面に沿って搬送され、駆動ローラー１１１と合紙搬送ローラー１１３との間に繰り入れられて搬送される。合紙搬送ローラー１１３は、合紙６を吸着しつつ回転することにより、合紙６を帯状体５ｒから剥離させる。帯状体５ｒから剥離された合紙６は合紙回収部（図示せず）に回収されて破棄される。
　張力調整部１２０は、合紙剥離部１１０の後段において、帯状体５ｒを搬送しつつ、帯状体５ｒに付与されている張力（テンション）を調整する。張力調整部１２０は、駆動ローラー１２１と、加圧ローラー１２２と、張力センサ１２５と、を備える。駆動ローラー１２１はモーター（図示せず）に接続されており、制御部１０１の指令に応じた回転速度で回転駆動する。加圧ローラー１２２は、駆動ローラー１２１に追従して回転駆動するように、駆動ローラー１２１に隣り合う位置において並列に配置されている。
　合紙剥離部１１０から搬送されてきた帯状体５ｒは、第１の触媒電極層２側の面が駆動ローラー１２１側となり、第２の触媒電極層３側の面が加圧ローラー１２２側となるように、駆動ローラー１２１と加圧ローラー１２２との間に繰り入れられる。帯状体５ｒは、加圧ローラー１１２から加圧力を付与されつつ、駆動ローラー１２１の回転駆動力によって搬送される。
　張力センサ１２５は、駆動ローラー１２１および加圧ローラー１２２によって送り出された帯状体５ｒの張力を検出する。張力センサ１２５は、帯状体５ｒに張力を付与するように押圧しつつ帯状体５ｒの搬送に応じて回転する回転ローラー１２５ｒを備えている。張力センサ１２５は、回転ローラー１２５ｒが帯状体５ｒから受ける反力に基づいて、帯状体５ｒの張力を検出する。張力センサ１２５は、検出した張力を制御部１０１に出力する。
　制御部１０１は、張力センサ１２５からの出力信号に基づいて、帯状体５ｒの張力がほぼ一定に保持されるように駆動ローラー１２１の回転速度を制御し、接合部１５０に到達する前の帯状体５ｒの張力を調整する。具体的には、制御部１０１は、帯状体５ｒの張力が目標値よりも高くなっている場合には駆動ローラー１２１の回転速度を上げて、帯状体５ｒの張力を低下させる。一方、帯状体５ｒの張力が目標値よりも低くなっている場合には駆動ローラー１２１の回転速度を下げて、帯状体５ｒの張力を増大させる。
　触媒層検出部１３０は、例えば、発光素子と受光素子とを備える光学的センサによって構成される。触媒層検出部１３０は、張力調整部１２０の下流側における、帯状体５ｒの搬送路上の所定の位置（以後、「検出点ＤＰ」と呼ぶ）において、第２の触媒電極層３の通過を検出し、検出信号を制御部１０１に出力する。触媒層検出部１３０は、配置部材の通過を検出する通過検出部として機能する。制御部１０１は、触媒層検出部１３０の検出信号から第２の触媒電極層３の先端部３ｅの通過を検出し、その検出時刻に基づいて、ガス拡散層搬送部１４０によるガス拡散層７の搬送処理の実行を制御する。
　ガス拡散層搬送部１４０は、制御部１０１の指令に応じて、ガス拡散層７を接合部１５０の接合ローラー１５２の加圧点ＰＰまで搬送する搬送処理を実行する。ガス拡散層搬送部１４０は、トランスファ１４１と、駆動部１４２と、駆動シャフト１４３と、を備える。駆動シャフト１４３は駆動部１４２に接続されており、駆動部１４２の回転駆動力によって回転する。トランスファ１４１は、駆動シャフト１４３に取り付けられており、駆動シャフト１４３の回転に応じて、駆動シャフト１４３の軸方向に沿って、所定の区間（基端位置ＳＰと終端位置ＥＰの間）を直線的に往復移動する。
　トランスファ１４１は、基端位置ＳＰにおいて、ガス拡散層７の収容庫（図示は省略）からガス拡散層７を１個ずつ供給される。トランスファ１４１は、真空吸着により、ガス拡散層７を移動方向に平行に保持して、基端位置ＳＰから、接合部１５０の近傍の終端位置ＥＰまで直線的に移動することにより、ガス拡散層７を、合流点である加圧点ＰＰにおいて帯状体５ｒに合流させる。トランスファ１４１は、ガス拡散層７の接合の度に、基端位置ＳＰと終端位置ＥＰとの間の往復移動を既定の速度パターン（後述）で繰り返す。
　接合部１５０は、帯状体５ｒの第１の触媒電極層２上にガス拡散層７を加圧プレスにより接合する。接合部１５０は、搬送ローラー１５１と、一組の接合ローラー１５２と、を備えている。搬送ローラー１５１は、帯状体５ｒの搬送角度がガス拡散層７の搬送角度に対して鋭角をなすように、帯状体５ｒに所定の張力を付与して帯状体５ｒの搬送角度を変更させつつ、帯状体５ｒを接合ローラー１５２の加圧点ＰＰへと誘導する。
　接合ローラー１５２は、制御部１０１によるフィードバック制御によって、帯状体５ｒの搬送速度がほぼ一定に保持される速度で回転する。帯状体５ｒとガス拡散層７とは、接合ローラー１５２の加圧点ＰＰにおいて合流するとともに加圧プレスされる。ガス拡散層７が接合された帯状体５ｒは、拡散層付き膜電極接合体５Ｇを切り出すために、裁断部（図示および詳細な説明は省略）へと送り出される。
　図３は、ガス拡散層７の搬送処理におけるトランスファ１４１の既定の速度パターンを説明するための説明図である。図３には、ガス拡散層７の搬送処理におけるトランスファ１４１の位置と時間の関係を示すグラフを図示してある。トランスファ１４１は、ガス拡散層７の搬送処理が開始される前は、基端位置ＳＰにおいてガス拡散層７の供給を受けた状態で待機しており、制御部１０１からガス拡散層７の搬送開始の指示を受けると移動を開始する。トランスファ１４１は、まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間において著しく高い速度で移動する。
　ここで、接合装置１００では、帯状体５ｒは、合紙剥離部１１０の駆動ローラー１１１と接合部１５０の接合ローラー１５２の回転によって、ほぼ一定の搬送速度によって搬送されている。トランスファ１４１は、時刻ｔ２から終端位置ＥＰに到達する時刻ｔ４までは、その帯状体５ｒの搬送速度に同期された、比較的低い速度で移動する。以後、トランスファ１４１の既定の速度パターンにおける時刻ｔ２～ｔ４の期間を「速度同期期間」とも呼ぶ。トランスファ１４１は、終端位置ＥＰにおいて停止し、所定の時間だけ待機した後に、比較的高い速度で、終端位置ＥＰから基端位置ＳＰまで戻る（時刻ｔ５～時刻ｔ６）。
　図４は、トランスファ１４１から接合ローラー１５２へガス拡散層７が繰り入れられるときのメカニズムを説明するための模式図である。図４には、トランスファ１４１の搬送によって、ガス拡散層７の搬送方向における先端側の端部（以下、「先端部７ｅ」と呼ぶ）が接合ローラー１５２の加圧点ＰＰに到達した状態を模式的に図示してある。なお、図４には、終端位置ＥＰに位置するときのトランスファ１４１を破線で図示してある。
　本実施形態の接合装置１００では、ガス拡散層７の先端部７ｅは、トランスファ１４１が終端位置ＥＰに到達する手前の所定の位置に到達したときに、接合ローラー１５２の加圧点ＰＰに到達する。以後、このときのトランスファ１４１の位置を「端部到達位置ＴＰ」とも呼ぶ。なお、トランスファ１４１は、帯状体５ｒの搬送速度に同期された速度で移動している速度同期期間中の所定の時刻ｔ３に端部到達位置ＴＰに到達する（図３）。そのため、ガス拡散層７の先端部７ｅは、帯状体５ｒに対して搬送速度が同期された状態で合流することができる。
　トランスファ１４１は、ガス拡散層７の先端部７ｅが加圧点ＰＰに到達した後にも、終端位置ＥＰまで帯状体５ｒの搬送速度に同期された速度での移動を継続し、ガス拡散層７を接合ローラー１５２の加圧点ＰＰへと送り出していく。トランスファ１４１は、終端位置ＥＰにおいて停止すると、ガス拡散層７の真空吸引を解除する。
　トランスファ１４１による真空吸引が解除された後には、ガス拡散層７は、接合ローラー１５２の回転駆動力によって加圧点ＰＰへと繰り入れられていく。トランスファ１４１は、終端位置ＥＰにおいて所定の時間待機して、加圧点ＰＰに繰り入れられていくガス拡散層７の後端部位を支持する。
　図５は、帯状体５ｒの搬送中における伸縮変形に伴う第２の触媒電極層３の配列間隔の変動を説明するための模式図である。図５には合紙剥離部１１０の駆動ローラー１１１と張力調整部１２０の駆動ローラー１２１によって搬送されている帯状体５ｒを、第２の触媒電極層３側の面から見たときの模式図を図示してある。なお、図５には、帯状体５ｒの搬送方向を示す矢印ＰＤを図示してある。
　上述したように、本実施形態の接合装置１００では、制御部１０１が張力調整部１２０の駆動ローラー１２１の回転速度を制御することによって、帯状体５ｒの張力が調整される。そのため、本実施形態の接合装置１００では、張力調整部１２０において、帯状体５ｒが駆動ローラー１２１から受ける外力が変動し、帯状体５ｒが搬送方向に伸縮してしまう場合がある。
　帯状体５ｒが搬送方向に伸縮すると、第２の触媒電極層３が搬送方向に圧縮されたり、引き延ばされたりして、第２の触媒電極層３同士の間隔も変動してしまう場合がある。そのほかに、帯状体５ｒにおいては、湿潤状態に応じた電解質膜１の膨潤・収縮変形や、第２の触媒電極層３を電解質膜１に配置する際の製造誤差などによって、第２の触媒電極層３同士の間隔が変動してしまう場合がある。
　従って、一定の周期でガス拡散層７の搬送・接合を実行すると、第２の触媒電極層３同士の間隔の変動により、ガス拡散層７の接合位置にずれが生じてしまう可能性がある。そこで、本実施形態の接合装置１００では、制御部１０１が、触媒層検出部１３０の検出信号に基づいて、ガス拡散層搬送部１４０にガス拡散層７の搬送処理を開始させることにより、ガス拡散層７の接合位置のずれの発生を抑制する。具体的には、以下の通りである。
　図６は、制御部１０１によるガス拡散層の搬送制御の処理手順を示すフローチャートである。制御部１０１は、ガス拡散層７の接合の度に以下のステップＳ１０～Ｓ４０の処理を繰り返し実行する。ステップＳ１０では、制御部１０１は、触媒層検出部１３０からの検出信号に基づいて、第２の触媒電極層３の先端部３ｅの通過を検出し、その検出時刻ｔｄを取得する。
　図７は、ステップＳ１０における検出時刻ｔｄの取得工程を説明するための説明図である。図７には、触媒層検出部１３０が制御部１０１に出力する検出信号の一例を、縦軸を信号レベルとし、横軸を時間とするグラフによって図示してある。触媒層検出部１３０は、第２の触媒電極層３の通過中にはＨｉ信号を出力し、それ以外のときにはＬｏｗ信号を出力する。制御部１０１は、触媒層検出部１３０の検出信号において、第２の触媒電極層３の通過によって信号レベルがＬｏｗからＨｉに切り替わる立ち上がりエッジを検出し、その時刻（以下、「検出時刻ｔd」と呼ぶ）を取得する。
　ステップＳ２０（図６）では、制御部１０１は、ステップＳ１０において取得した検出時刻ｔｄに基づき、第２の触媒電極層３の先端部３ｅが接合ローラー１５２の加圧点ＰＰに到達する時刻（以下、「端部到達時刻ｔａ」と呼ぶ）を取得する。また、制御部１０１は、その端部到達時刻ｔａを基準として、帯状体５ｒにおいてガス拡散層７の先端部７ｅが接合される位置が加圧点ＰＰに到達する時刻（以下、「接合位置到達時刻ｔｔ」と呼ぶ）を取得する。
　図８は、ステップＳ２０における端部到達時刻ｔａおよび接合位置到達時刻ｔｔの取得工程を説明するための説明図である。図８には、接合装置１００における第２の触媒電極層３の搬送距離と時間との関係を示すグラフを図示してある。本実施形態の接合装置１００（図１）では、帯状体５ｒの搬送速度は一定であり、触媒層検出部１３０の検出点ＤＰと接合ローラー１５２の加圧点ＰＰとの間の帯状体５ｒの搬送距離ＴＤは既知である。そこで、制御部１０１は、帯状体５ｒの搬送速度と、搬送距離ＴＤと、に基づいて、端部到達時刻ｔａを取得する。
　また、本実施形態の拡散層付き膜電極接合体５Ｇ（図２）では、ガス拡散層７の外周端部は、第２の触媒電極層３の外周端部の位置から所定の距離（以下、「離間距離ＯＤ」と呼ぶ）だけ外側に離れた位置にある。従って、帯状体５ｒにおいてガス拡散層７の先端部７ｅが接合される位置は、接合ローラー１５２の加圧点ＰＰに、当該離間距離ＯＤの分だけ、第２の触媒電極層３の先端部３ｅよりも先に到達する。そこで、制御部１０１は、端部到達時刻ｔａを基準として、帯状体５ｒの搬送速度と離間距離ＯＤとに基づき、接合位置到達時刻ｔｔを取得する。
　ステップＳ３０（図６）では、制御部１０１は、ステップＳ２０において取得した接合位置到達時刻ｔｔに基づいて、トランスファ１４１の移動（ガス拡散層７の搬送）を開始させる時刻（以下、「搬送開始時刻ｔｓ」と呼ぶ）を決定する。より具体的には、制御部１０１は、トランスファ１４１を既定の速度パターン（図３）で移動させたときに接合位置到達時刻ｔｔにガス拡散層７の先端部７ｅを加圧点ＰＰに到達させることができる時刻を搬送開始時刻ｔｓとして決定する。
　図９は、ステップＳ３０における搬送開始時刻ｔｓの決定工程を説明するための説明図である。図９には、図３で説明したトランスファ１４１の既定の速度パターンを示すグラフと同様なグラフを図示してある。なお、図９には、便宜上、搬送開始時刻ｔｓの決定により、既定の速度パターンを示すグラフが時間軸に沿ってシフトされる様子を模式的に図示してある。
　上述したように、本実施形態の接合装置１００では、トランスファ１４１の既定の速度パターンにおける速度同期期間内の所定の時刻ｔ３においてガス拡散層７の先端部７ｅが加圧点ＰＰに到達する（図３）。そこで、その所定の時刻ｔ３をステップＳ２０で取得した接合位置到達時刻ｔｔに一致させ、そのときの既定の速度パターンの起点となる時刻ｔ１を搬送開始時刻ｔｓとして決定する。
　ステップＳ４０（図６）では、制御部１０１は、ステップＳ３０において決定された搬送開始時刻ｔｓが到達したときに、トランスファ１４１によるガス拡散層７の搬送を開始させる。これによって、ガス拡散層７の先端部７ｅを接合位置到達時刻ｔｔにおいて加圧点ＰＰに到達させることができ、第２の触媒電極層３の先端部３ｅの位置を基準とする所定の接合位置にガス拡散層７を接合することができる。
　以上のように、本実施形態の接合装置１００では、制御部１０１によって、ガス拡散層７の先端部７ｅが接合ローラー１５２の加圧点ＰＰに到達する接合位置到達時刻ｔｔが決定されることにより、ガス拡散層７の接合位置が調整される。従って、帯状体５ｒに対するガス拡散層７の接合位置の位置合わせを簡易に実行できる。
　また、本実施形態の接合装置１００では、上述した既定の速度パターンでのトランスファ１４１によってガス拡散層７の先端部７ｅが接合ローラー１５２の加圧点ＰＰに到達し、帯状体５ｒに対するガス拡散層７の接合が開始される。従って、帯状体５ｒに対するガス拡散層７の接合位置をトランスファ１４１の移動を開始させるタイミングによって調整することができ、第２の触媒電極層３が検出されるタイミングに基づくガス拡散層７の接合位置の調整を容易かつ迅速に実行することができる。
　さらに、本実施形態の接合装置１００によれば、トランスファ１４１は直線的な水平移動を行うため、その速度制御が容易であり、トランスファ１４１の移動速度の誤差によって、ガス拡散層７の接合位置がずれてしまうことが抑制される。また、本実施形態の接合装置１００によれば、ガス拡散層７の搬送速度が帯状体５ｒの搬送速度に同期されているときにガス拡散層７が帯状体５ｒに合流する。従って、帯状体５ｒに対してガス拡散層７を円滑に合流させることができ、合流時におけるガス拡散層７の位置ずれを抑制できる。従って、ガス拡散層７の接合位置の調整精度が向上される。
B．第２実施形態：
　図１０は、本発明の第２実施形態としての接合装置１００Ａの構成を示す概略図である。第２実施形態の接合装置１００Ａは、湿度検出部１３２を備えている点以外は、第１実施形態の接合装置１００（図１）とほぼ同じである。湿度検出部１３２は、パラメータ取得部に相当し、帯状体５ｒの伸縮に関連するパラメータとして、検出点ＤＰと加圧点ＰＰの間における帯状体５ｒの搬送路の湿度を検出し制御部１０１に出力する。
　上述したように、帯状体５ｒの本体部を構成する電解質膜１は、その湿潤状態に応じて膨潤・収縮する。そのため、検出点ＤＰと加圧点ＰＰの間における帯状体５ｒの搬送路の湿潤度によっては、帯状体５ｒは、検出点ＤＰを通過した後に、搬送方向に膨潤または収縮してしまう可能性がある。そこで、第２実施形態の接合装置１００Ａでは、制御部１０１は、湿度検出部１３２の検出値に応じてトランスファ１４１によるガス拡散層７の搬送開始時刻ｔｓを調整し、帯状体５ｒの搬送路における湿潤度の変化に起因するガス拡散層７の接合位置のずれの発生を抑制する。具体的には以下の通りである。
　図１１は、第２実施形態の接合装置１００Ａの制御部１０１によるガス拡散層の搬送制御の処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態におけるガス拡散層の搬送制御の処理手順は、ステップＳ１１の工程が追加されている点と、ステップＳ２０に換えてステップＳ２０Ａが実行される点以外は、第１実施形態におけるガス拡散層の搬送制御の処理手順（図６）とほぼ同じである。
　検出点ＤＰにおける第２の触媒電極層３の先端部３ｅの通過を検出した後、制御部１０１は、ステップＳ１１において、湿度検出部１３２の検出値に応じた帯状体５ｒの搬送方向における伸縮量ΔＬを取得する。具体的には、制御部１０１は、湿度に応じた電解質膜１の伸縮量を表すマップを予め有しており、当該マップを用いて伸縮量ΔＬを取得する。なお、このマップには、湿潤度が基準値であるときには伸縮量ΔＬが０となり、湿潤度が基準値よりも高いときには伸縮量ΔＬがプラス方向に大きくなり、湿潤度が基準値より低いほどマイナス方向に大きくなる関係が設定されている。
　図１２Ａ，図１２Ｂはそれぞれ、ステップ２０Ａにおける、伸縮量ΔＬを反映した端部到達時刻ｔａおよび接合位置到達時刻ｔｔの取得工程と、ステップＳ３０における搬送開始時刻ｔｓの取得工程を説明するための説明図である。図１２Ａは伸縮量ΔＬが電解質膜１の収縮を示す値である場合の図であり（ΔＬ＜０）、図１２Ｂは伸縮量ΔＬが電解質膜１の膨張を示す値である場合の図である（ΔＬ＞０）。図１２Ａおよび図１２Ｂにはそれぞれ、上段の（ａ）欄にステップ２０Ａの工程を説明するための図８と同様なグラフが図示されており、下段の（ｂ）欄にステップ３０の工程を説明するための図９と同様なグラフが図示されている。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂの各グラフには、伸縮量ΔＬが０の場合のグラフを一点鎖線で図示してある。
　ステップＳ２０Ａでは、制御部１０１は、ステップＳ１１で取得した伸縮量ΔＬと、帯状体５ｒの搬送速度とに基づいて、伸縮量ΔＬに対する搬送時間の補正量Δｔ（Δｔ＞０）を取得し、検出時間ｔｄを補正量Δｔで補正した補正後検出時間ｔｄｃを取得する。具体的には、制御部１０１は、伸縮量ΔＬが電解質膜１の収縮を示す値である場合には検出時間ｔｄを補正量Δｔだけ減算し（ｔｄｃ＝ｔｄ－Δｔ）、伸縮量ΔＬが電解質膜１の膨張を示す値である場合には検出時間ｔｄを補正量Δｔだけ加算する（ｔｄｃ＝ｔｄ＋Δｔ）。
　制御部１０１は、検出時間ｔｄに換えて補正後検出時間ｔｄｃを用いて、第１実施形態で説明したステップＳ２０の工程と同様に、端部到達時刻ｔａおよび接合位置到達時刻ｔｔを取得する。この接合位置到達時刻ｔｔは湿潤度に応じた電解質膜の伸縮量ΔＬが反映された値である。ステップＳ３０では、制御部１０１は、第１実施形態で説明したのと同様に、ステップＳ２０Ａにおいて取得した接合位置到達時刻ｔｔと、トランスファ１４１の既定の速度パターンと、を用いて搬送開始時刻ｔｓを取得する。
　これによって、電解質膜１が湿潤度に応じて搬送方向に膨張している場合には、伸縮量ΔＬの分だけ、搬送開始時刻ｔｓが早くなり（図１２Ａ）、ガス拡散層７の接合位置が搬送方向の上流側にオフセットされる。一方、電解質膜１が湿潤度に応じて搬送方向に収縮している場合には、伸縮量ΔＬの分だけ、搬送開始時刻ｔｓが遅くなり（図１２Ｂ）、ガス拡散層７の接合位置が搬送方向の下流側にオフセットされる。
　以上のように、第２実施形態の接合装置１００であれば、湿潤度に応じた電解質膜１の伸縮量ΔＬを反映させてガス拡散層７の接合位置の調整を容易に実行でき、ガス拡散層７の位置合わせの精度を向上させることができる。
C．第３実施形態：
　図１３は、本発明の第３実施形態としての接合装置において制御部１０１によって実行される、ガス拡散層の搬送制御の処理手順を示すフローチャートである。第３実施形態のガス拡散層の搬送制御の処理手順は、ステップＳ３５の触媒電極層の不良検出工程が追加されている点以外は、第２実施形態で説明した処理手順（図１１）とほぼ同じである。なお、第３実施形態の接合装置の構成は、第２実施形態の接合装置１００Ａ（図１０）と同じである。
　第３実施形態の接合装置では、制御部１０１は、搬送開始時刻ｔｓの決定（ステップＳ３０）の後、搬送開始時刻ｔｓが到達するまでの間に、触媒層検出部１３０の検出信号に基づいて第２の触媒電極層３の不良を検出する（ステップＳ３５）。そして、第２の触媒電極層３の不良が検出された場合には、現周期におけるガス拡散層７の搬送を中止することにより、製造不良の膜電極接合体５に無駄にガス拡散層７が接合されてしまうことを抑制する。なお、制御部１０１は、第２の触媒電極層３の不良を以下のように検出する。
　図１４は、制御部１０１による第２の触媒電極層３の不良の検出方法を説明するための説明図である。図１４の上段には、不良の第２の触媒電極層３を有する帯状体５ｒの一例を示す概略正面図を図示してあり、下段には、その帯状体５ｒが搬送されているときに触媒層検出部１３０が出力する検出信号を示すグラフを上段の図に対応させて図示してある。図１４の上段には、接合装置における帯状体５ｒの搬送方向を示す矢印ＰＤを図示してある。また、図１４の下段には、検出信号におけるエッジの発生時刻を時系列で順にｔ１～ｔ８として図示してある。
　第２の触媒電極層３には、触媒インクの塗布不良などによって筋状の切れ間ＣＲが生じてしまう場合がある。第３実施形態の触媒層検出部１３０の検出信号には、搬送方向に交わる方向の切れ間ＣＲがエッジとして現れる。図１４の検出信号の例では、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ８において、第２の触媒電極層３の先端部３ｅおよび後端部３ｔを表すエッジが生じており、時刻ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７において、２つの切れ間ＣＲのそれぞれの両端を表すエッジが生じている。
　制御部１０１は、検出信号において立ち下がりエッジの次に立ち上がりエッジが発生している時間間隔（以下、「エッジ間隔」とも呼ぶ）が、所定の間隔よりも小さい場合には、そのエッジ間隔が第２の触媒電極層３の切れ間ＣＲに起因するものであると判定する。そして、制御部１０１は、切れ間ＣＲの発生頻度が所定の頻度よりも高い場合や、切れ間ＣＲに起因するエッジ間隔の合計が所定の閾値よりも大きい場合には、第２の触媒電極層３が不良であると判定する。
　搬送開始時刻ｔｓに到達するまでの間に第２の触媒電極層３の不良が検出されなかった場合には、そのまま搬送開始時刻ｔｓにおいてトランスファ１４１によるガス拡散層７の搬送が開始される（図１４のステップＳ４０）。なお、制御部１０１は、その後、第２の触媒電極層３の配列間隔に相当する間隔であるエッジ間隔を検出したときには、その立ち上がりエッジを第２の触媒電極層３の先端部３ｅとして検出し、次周期のガス拡散層の搬送制御を開始する（ステップＳ１０～Ｓ４０）。
　図１５は、第３実施形態の接合装置におけるガス拡散層の搬送制御のタイミングチャートの一例を示す説明図である。図１５の上段には、図１４で示したのと同じ検知信号の一例を示すグラフを図示してあり、図１５の下段には、トランスファ１４１の位置の時間変化を示すグラフの一例を図示してある。図１５の下段のグラフには、トランスファ１４１によるガス拡散層７の搬送が中止されずに実行された場合のグラフを一点鎖線で図示してある。
　このタイミングチャートの例では、時刻ｔ１において第２の触媒電極層３の先端部３ｅが検出され（ステップＳ１０）、時刻ｔ２において搬送開始時刻ｔｓが時刻ｔ３に決定されている（ステップＳ２０～Ｓ３０）。そして、その時刻ｔ３において、トランスファ１４１の既定の速度パターンでのガス拡散層７の搬送が開始されている。
　次に、時刻ｔ４において、次の第２の触媒電極層３の先端部３ｅが検出され（ステップＳ１０）、時刻ｔ５において搬送開始時刻ｔｓが時刻ｔ７に決定されている（ステップＳ２０～Ｓ３０）。しかし、この周期の制御では、時刻ｔ７の前に、時刻ｔ６において切れ間ＣＲを示すエッジ間隔が検出され、制御部１０１が第２の触媒電極層３の不良を検出している。そのため、トランスファ１４１によるガス拡散層７の搬送が中止され、トランスファ１４１は時刻ｔ７以降も停止したままとなっている。
　ここで、第２の触媒電極層３では、通常、切れ間ＣＲは搬送方向における端部近傍において生じやすい。従って、トランスファ１４１の移動が開始される前の触媒層検出部１３０の検知信号を利用することにより、切れ間ＣＲを効率的に検出することができる。また、第３実施形態の接合装置では、検出信号におけるエッジについて、切れ間ＣＲに起因するものと、第２の触媒電極層３の端部の通過に起因するものとに区別して検出している。従って、切れ間ＣＲが第２の触媒電極層３の先端部３ｅとして誤検出されてしまうことが抑制され、ガス拡散層７の接合ミスの発生が抑制される。
　以上の通り、第３実施形態の接合装置によれば、帯状体５ｒにおける第２の触媒電極層３の位置を検出するための触媒層検出部１３０の検出信号を利用して第２の触媒電極層３の不良を検出できる。従って、燃料電池の製造不良の発生を容易かつ効率的に抑制することができる。
D．変形例：
D1．変形例１：
　上記各実施形態の接合装置１００，１００Ａは燃料電池の製造工程において用いられており、燃料電池用の膜電極接合体５が帯状に連続している帯状体５ｒに対してガス拡散層７を接合している。これに対して、各実施形態の接合装置１００，１００Ａは、燃料電池の製造工程以外に用いられる接合装置として構成することも可能である。各実施形態の接合装置１００，１００Ａは、帯状体５ｒの代わりに他の帯状部材を搬送し、当該帯状部材に対して、ガス拡散層７以外の接合部材を接合するように構成されても良い。また、この場合には、帯状部材には、第２の触媒電極層３に換えて、接合部材の接合位置の指標となる配置部材が配置されていれば良い。
D2．変形例２：
　上記各実施形態では、トランスファ１４１は既定の速度パターンによってガス拡散層７を搬送してる。これに対して、トランスファ１４１は既定の速度パターンによってガス拡散層７を搬送するように構成されてなくても良い。トランスファ１４１は、接合位置到達時刻ｔｔにガス拡散層７の先端部７ｅが加圧点ＰＰに到達するようにガス拡散層７を搬送するように構成されていれば良い。ただし、トランスファ１４１が既定の速度パターンでの搬送を実行するように構成されていれば、接合位置到達時刻ｔｔに基づくガス拡散層７の接合位置の位置合わせが容易となり効率的である。
D3．変形例３：
　上記各実施形態では、トランスファ１４１は直線移動によってガス拡散層７を搬送している。これに対して、トランスファ１４１は直線移動によって、ガス拡散層７を搬送する構成を有していなくても良い。ただし、トランスファ１４１が直線移動によってガス拡散層７を搬送する構成であれば、ガス拡散層７の接合位置の位置合わせが容易となる。
D4．変形例４：
　上記各実施形態では、トランスファ１４１の既定の速度パターンには速度同期期間が設けられており、ガス拡散層７の先端部７ｅは、その速度同期期間において、加圧点ＰＰに到達している。これに対して、トランスファ１４１の既定の速度パターンには、速度同期期間が設けられていなくても良く、ガス拡散層７の先端部７ｅは、速度同期期間において加圧点ＰＰに到達しなくても良い。しかし、ガス拡散層７の先端部７ｅが、速度同期期間において加圧点ＰＰに到達することにより、ガス拡散層７を帯状体５ｒに円滑に合流させることができ、ガス拡散層７の接合位置の位置ずれの発生が抑制される。
D5．変形例５：
　上記第２実施形態では、帯状体５ｒの伸縮に関連するパラメータとして、検出点ＤＰと加圧点ＰＰとの間における湿度が検出されている。これに対して、帯状体５ｒの伸縮に関連するパラメータとしては、他の領域における湿度が検出されても良いし、湿度以外の環境条件を示す値や、帯状体５ｒの状態を示す値が検出されても良い。帯状体５ｒの伸縮に関連するパラメータとしては、例えば、帯状体５ｒの搬送路が配置されている空間の温度や気圧であっても良いし、帯状体５ｒの電解質膜１の湿潤度や歪み量であっても良い。
D6．変形例６：
　上記第３実施形態の接合装置は、第２実施形態の接合装置と同様に、湿度に応じた電解質膜１の伸縮量ΔＬを反映させて検出時刻ｔｄを変更している（図１３のステップＳ１１，Ｓ２０Ａ）。これに対して、第３実施形態の接合装置は、湿度に応じた電解質膜１の伸縮量ΔＬを反映させて検出時刻ｔｄを変更しなくても良い。第３実施形態の接合装置では、ガス拡散層の搬送制御において、ステップＳ３５の工程の前に、第１実施形態と同様なステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０の工程が実行されても良い。
　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、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、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。
　　　１…電解質膜
　　　２…第１の触媒電極層
　　　３…第２の触媒電極層
　　　３ｅ…先端部
　　　３ｔ…後端部
　　　５…膜電極接合体
　　　５Ｇ…拡散層付き膜電極接合体
　　　５ｒ…帯状体
　　　６…合紙
　　　７…ガス拡散層
　　　７ｅ…先端部
　１００，１００Ａ…接合装置
　１０１…制御部
　１１０…合紙剥離部
　１１１…駆動ローラー
　１１２…加圧ローラー
　１１３…合紙搬送ローラー
　１２０…張力調整部
　１２１…駆動ローラー
　１２２…加圧ローラー
　１２５…張力センサ
　１２５ｒ…回転ローラー
　１３０…触媒層検出部
　１３２…湿度検出部
　１４０…ガス拡散層搬送部
　１４１…トランスファ
　１４２…駆動部
　１４３…駆動シャフト
　１５０…接合部
　１５１…搬送ローラー
　１５２…接合ローラー
　ＣＬ…切断線
　ＣＲ…切れ間
　ＤＰ…検出点
　ＥＰ…終端位置
　ＧＡ…ガス拡散層の配置領域
　ＰＰ…加圧点
　ＳＰ…基端位置
　ＴＰ…端部到達位置

Claims (6)

  1. 　帯状部材に対して複数の接合部材を連続して接合する接合装置であって、
    　前記接合部材の接合位置の指標となる複数の配置部材が長手方向に配列されている前記帯状部材を前記長手方向に搬送する第１の搬送部と、
    　前記接合部材を搬送し、前記第１の搬送部によって搬送されている前記帯状部材に合流させる第２の搬送部と、
    　前記帯状部材と前記接合部材との合流点において、前記帯状部材と前記接合部材とを加圧して接合する接合ローラーと、
    　前記帯状部材の搬送路上における所定の検出点において前記配置部材の通過を検出する検出部と、
    　前記第１の搬送部と前記第２の搬送部とを制御する搬送制御部であって、前記検出部によって前記配置部材の通過が検出された検出時刻に基づいて、前記第２の搬送部によって前記接合部材を前記合流点に到達させる到達時刻を決定する搬送制御部と、
    を備える、接合装置。
  2. 　請求項１に記載の接合装置であって、
    　前記第２の搬送部は、既定の速度パターンで、前記接合部材を前記合流点に向かって直線的に搬送して前記帯状部材に合流させ、
    　前記搬送制御部は、前記到達時刻と、前記既定の速度パターンと、に基づいて、前記第２の搬送部が前記接合部材の搬送を開始する開始時刻を決定する、接合装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の接合装置であって、さらに、
    　前記帯状部材の伸縮状態に関連するパラメータを取得するパラメータ取得部を備え、
    　前記搬送制御部は、前記パラメータに応じて前記検出時刻を変更し、変更後の前記検出時刻に基づいて前記到達時刻を決定する、接合装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合装置であって、
    　前記検出部は、前記配置部材の端部の通過を検出し、
    　前記搬送制御部は、
    　　前記検出部が前記配置部材の端部を検出する時間間隔に基づいて前記配置部材の不良を検出し、
    　　前記配置部材の不良が検出されたときに、前記第２の搬送部による前記接合部材の搬送を中止する、接合装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接合装置であって、
    　前記帯状部材は、燃料電池用の電解質膜であり、
    　前記配置部材は、燃料電池用の触媒電極層であり、
    　前記搬送制御部は、前記接合部材の配置領域が、前記触媒電極層の配置領域と重なるように前記到達時刻を決定する、製造装置。
  6. 　帯状部材に対して複数の接合部材を連続して接合する接合方法であって、
    　前記接合部材の接合位置の指標となる複数の配置部材が長手方向に配列されている前記帯状部材を長手方向に搬送する工程と、
    　前記帯状部材の搬送路上における所定の検出点において前記配置部材の通過を検出する工程と、
    　前記配置部材の通過が検出された検出時刻に基づいて、前記接合部材を前記帯状部材に到達させる到達時刻を決定する工程と、
    　前記接合部材が、前記到達時刻に、前記帯状部材と合流するように、前記接合部材を搬送する工程と、
    　前記帯状部材と前記接合部材との合流点において、前記帯状部材と前記接合部材とを加圧して接合する工程と、
    　を備える、接合方法。
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