JP2009037969A - Manufacturing method and manufacturing apparatus of membrane electrode gas diffusion layer assembly, and fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a membrane electrode gas diffusion layer assembly of high productivity and assembling accuracy. <P>SOLUTION: The membrane electrode gas diffusion layer assembly 40 is formed by a method including the steps of nipping a membrane electrode assembly 30 and preformed belt-like diffusion layer materials 16a, 18a with worked parts 66 assisting to cut the materials to have a predetermined conveying-directional length corresponding to the membrane electrode assembly 30 between a pair of junction rollers 52a, 52b, cutting the diffusion layer materials 16a, 18a nipped between the pair of junction rollers 52a, 52b at the worked parts 66 by conveying-directionally applied tension and joining the membrane electrode assembly 30 with the diffusion layers 16, 18 by the pair of junction rollers 52a, 52b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜電極拡散層接合体の製造に関し、詳細には、電解質膜の両面に一対の触媒層を接合させた膜電極接合体の両面に、さらに一対の拡散層を接合させる膜電極拡散層接合体の製造方法および製造装置、該膜電極拡散層接合体を含む燃料電池に関する。   The present invention relates to the manufacture of a membrane electrode diffusion layer assembly, and more specifically, a membrane electrode diffusion in which a pair of diffusion layers are further bonded to both surfaces of a membrane electrode assembly in which a pair of catalyst layers are bonded to both surfaces of an electrolyte membrane. The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a layer assembly, and a fuel cell including the membrane electrode diffusion layer assembly.

燃料電池の最小単位に相当する、一般的な単セル（燃料電池単セルとも称する）の構成について、特に電極部分を含む要部の構成の概略について説明する。図４に例示するように、カソード触媒層１２（酸化極またはカソード極とも称する）とアノード触媒層１４（燃料極またはアノード極とも称する）を、電解質膜１０を挟んで互いに対向するように設け、いわゆる膜電極接合体（ＭＥＡ）３０が構成されている。また、カソード触媒層１２の外側にカソード拡散層１６を、またアノード触媒層１４の外側にアノード拡散層１８を、それぞれ設けることにより、いわゆる膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）４０が構成されている。さらに、カソード拡散層１６の外側に、酸化ガス流路２０およびセル冷媒流路２２が形成されたカソード側セパレータ２６が、アノード拡散層１８の外側に、燃料ガス流路２４およびセル冷媒流路２２が形成されたアノード側セパレータ２８が、例えば、接着や熱圧着などにより一体化されて、単セル５０が形成される。   An outline of a configuration of a general unit cell (also referred to as a fuel cell unit cell) corresponding to the minimum unit of the fuel cell, in particular, a main part including an electrode portion will be described. As illustrated in FIG. 4, a cathode catalyst layer 12 (also referred to as an oxidation electrode or a cathode electrode) and an anode catalyst layer 14 (also referred to as a fuel electrode or an anode electrode) are provided so as to face each other with the electrolyte membrane 10 interposed therebetween. A so-called membrane electrode assembly (MEA) 30 is configured. A so-called membrane electrode diffusion layer assembly (MEGA) 40 is configured by providing the cathode diffusion layer 16 outside the cathode catalyst layer 12 and the anode diffusion layer 18 outside the anode catalyst layer 14. . Further, a cathode-side separator 26 in which an oxidizing gas flow path 20 and a cell refrigerant flow path 22 are formed outside the cathode diffusion layer 16, and a fuel gas flow path 24 and a cell refrigerant flow path 22 outside the anode diffusion layer 18. A single cell 50 is formed by integrating the anode-side separator 28 on which is formed by, for example, adhesion or thermocompression bonding.

このようにして得られた単セル５０を、所望の起電力が得られるように複数枚積層させた燃料電池スタック（単に燃料電池とも称する）がさまざまな分野において適用されている。燃料電池スタックは一般に、カソード触媒層１２に酸素や空気等の酸化ガスを、アノード触媒層１４に水素等の燃料ガスを、それぞれ供給して発電する。このような燃料電池は通常、発電時には例えば６０℃から１００℃程度の所定の温度範囲となるように制御されているが、発電時には化学反応に伴う熱を発生するため、燃料電池の過熱を防止するために水やエチレングリコールなどの冷媒を図４に示すセル冷媒流路２２に流通させる。   A fuel cell stack (also simply referred to as a fuel cell) in which a plurality of single cells 50 obtained as described above are stacked so as to obtain a desired electromotive force is applied in various fields. In general, the fuel cell stack generates electricity by supplying an oxidation gas such as oxygen or air to the cathode catalyst layer 12 and a fuel gas such as hydrogen to the anode catalyst layer 14. Such a fuel cell is normally controlled to have a predetermined temperature range of, for example, about 60 ° C. to 100 ° C. during power generation, but generates heat associated with a chemical reaction during power generation, thereby preventing overheating of the fuel cell. For this purpose, a coolant such as water or ethylene glycol is circulated through the cell coolant channel 22 shown in FIG.

製造コスト低減のため、燃料電池の量産化に向けた検討がなされている。例えば、連続して搬送される帯状の電解質膜の両面の所定の位置に触媒層材料や拡散層材料などの電極材料を順に接合させることにより、膜電極接合体（ＭＥＡ）および／または膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）を作製し、さらに場合によってはガスケットやセパレータを含む単セルを、一連の工程にて連続的に製造する方法をはじめ、ライン処理にて一連の積層処理を行なうさまざまな方法が検討されている。   In order to reduce manufacturing costs, studies are underway for mass production of fuel cells. For example, membrane electrode assemblies (MEA) and / or membrane electrode diffusions are made by sequentially joining electrode materials such as catalyst layer materials and diffusion layer materials to predetermined positions on both sides of a belt-shaped electrolyte membrane that is continuously conveyed. Various methods of manufacturing a layered assembly (MEGA) and, in some cases, continuously manufacturing single cells including gaskets and separators in a series of processes and performing a series of lamination processes in line processing Is being considered.

特許文献１には、拡散層に切り込みを入れることで、この拡散層の、加熱ローラへの進行方向の剛性を均等にし、これをＭＥＡに接合させることにより、ＭＥＧＡに対する反りの発生を防止することについて記載されている。   Patent Document 1 discloses that the diffusion layer is notched by making the diffusion layer rigid in the direction of travel to the heating roller and bonded to the MEA, thereby preventing warpage of the MEGA. Is described.

特許文献２には、複数の押圧ローラを用いて拡散層をＭＥＡに接合させ、得られるＭＥＧＡの反りを防止する技術について記載されている。また、特許文献３には、複数の押圧ローラを用い、この押圧ローラによる押圧力を下流側ほど高くなるように設定して拡散層をＭＥＡに接合させることにより、得られるＭＥＧＡの反りを防止する技術について記載されている。   Patent Document 2 describes a technique for joining a diffusion layer to an MEA using a plurality of pressing rollers to prevent warpage of the obtained MEGA. Further, Patent Document 3 uses a plurality of pressing rollers, and the pressing force by the pressing rollers is set to be higher toward the downstream side, and the diffusion layer is joined to the MEA to prevent warpage of the obtained MEGA. The technology is described.

特許文献４には、ウエブ状の電解質膜表面に形成されたＭＥＡに、ロータリカッタにて枚葉状に切断した拡散層を積層させる場合において、接合ローラまでの拡散層の輸送を確実に行なうために押さえローラを用いる旨が記載されている。   In Patent Document 4, when a diffusion layer cut into a single wafer by a rotary cutter is laminated on an MEA formed on the surface of a web-like electrolyte membrane, the diffusion layer is surely transported to a joining roller. The fact that a pressing roller is used is described.

特開２００５−１３５６５５号公報JP 2005-135655 A 特開２００７−５０３２号公報JP 2007-5032 A 特開２００７−５０３３号公報JP 2007-5033 A 特開２００６−８００４０号公報JP 2006-80040 A

従来、ＭＥＧＡの連続生産システムにおいて、例えば上記特許文献１〜４にも記載されているように、帯状の電解質膜の両面に触媒層材料を塗工し、形成されたＭＥＡに拡散層材料を接合させる場合には、一般に、予め上流側で枚葉状に切断した拡散層材料を所定の接合箇所まで搬送し、対応するＭＥＡの両面に順次接合させている。拡散層の搬送・接合の都度、ＭＥＡ−拡散層間の緻密な搬送制御が要求されるため、組み付け精度の低下や、組み付け時間の増大の遠因ともなっていた。   Conventionally, in a MEGA continuous production system, as described in Patent Documents 1 to 4, for example, a catalyst layer material is applied to both surfaces of a strip-shaped electrolyte membrane, and a diffusion layer material is bonded to the formed MEA. In general, the diffusion layer material that has been cut into a sheet shape on the upstream side in advance is transported to a predetermined joining location and sequentially joined to both sides of the corresponding MEA. Every time the diffusion layer is transported and bonded, precise transport control between the MEA and the diffusion layer is required, which is a cause of a decrease in assembly accuracy and an increase in assembly time.

また、特許文献４に示すように、枚葉状に切断した拡散層をロータリカッタから接合ローラまで輸送するために、専用の押さえローラを適用することで、組み付け精度の向上にはある程度寄与し得るとも考えられるが、生産コスト削減の観点からは、専用部材の追加は極力回避することが望まれる。   Further, as shown in Patent Document 4, it may be possible to contribute to some extent to the improvement of the assembly accuracy by applying a dedicated pressing roller to transport the diffusion layer cut into a single wafer shape from the rotary cutter to the joining roller. Although it is conceivable, it is desirable to avoid adding dedicated members as much as possible from the viewpoint of reducing production costs.

本発明は、高い生産性と組み付け精度を有する膜電極拡散層接合体の製造方法および製造装置を提供する。   The present invention provides a method and apparatus for manufacturing a membrane electrode diffusion layer assembly having high productivity and assembly accuracy.

本発明の構成は以下のとおりである。   The configuration of the present invention is as follows.

（１）連続する電解質膜の両面に一対の触媒層を接合させた膜電極接合体の両面を、一対の拡散層で挟持し、接合させる膜電極拡散層接合体の製造方法であって、前記膜電極接合体と、前記膜電極接合体に対応する所定の搬送方向長さでの切断を補助する切断補助加工部分を有する、予め帯状に形成された一対の拡散層材料とを、接合手段で挟持する工程と、前記接合手段で挟持された前記一対の拡散層材料それぞれに対し、搬送方向への張力付与による前記切断補助加工部分での切断により、一対の拡散層を形成する工程と、前記膜電極接合体と、前記一対の拡散層のそれぞれを前記接合手段にて接合させる工程と、を含む、製造方法。   (1) A method for producing a membrane electrode diffusion layer assembly in which both surfaces of a membrane electrode assembly in which a pair of catalyst layers are bonded to both surfaces of a continuous electrolyte membrane are sandwiched and bonded by a pair of diffusion layers, A membrane electrode assembly and a pair of diffusion layer materials formed in advance in a band shape having a cutting assisting processing portion for assisting cutting in a predetermined length in the conveying direction corresponding to the membrane electrode assembly are joined by a joining means. Forming a pair of diffusion layers by cutting at the cutting auxiliary processing portion by applying tension in the conveying direction for each of the pair of diffusion layer materials sandwiched by the joining means; and And a step of bonding each of the pair of diffusion layers by the bonding means.

（２）上記（１）に記載の製造方法において、前記切断補助加工部分が、前記拡散層材料を前記接合手段まで搬送させる拡散層材料搬送手段の中途で形成される、製造方法。   (2) The manufacturing method according to (1), wherein the cutting assisting portion is formed in the middle of a diffusion layer material transport unit that transports the diffusion layer material to the joining unit.

（３）上記（２）に記載の製造方法において、前記切断補助加工部分が、前記拡散層材料を搬送させる拡散層材料搬送ローラに設けられた加工歯を用いて形成される、製造方法。   (3) The manufacturing method according to (2), wherein the cutting assist processing portion is formed by using processing teeth provided on a diffusion layer material conveyance roller that conveys the diffusion layer material.

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の製造方法により作製された膜電極拡散層接合体を含む、燃料電池。   (4) A fuel cell comprising a membrane electrode diffusion layer assembly produced by the production method according to any one of (1) to (3) above.

（５）連続する電解質膜の両面に一対の触媒層を接合させた膜電極接合体の両面を、一対の拡散層で挟持し、接合させる接合手段を有する膜電極拡散層接合体の製造装置であって、前記膜電極接合体に対応する所定の搬送方向長さでの切断を補助する切断補助加工部分を有する、予め帯状に形成された一対の拡散層材料をそれぞれ前記接合手段まで搬送させる、拡散層材料搬送ローラを含む一対の拡散層材料搬送路を備え、前記接合手段は、前記膜電極接合体と、前記一対の拡散層材料とを挟持し、挟持された前記一対の拡散層材料それぞれに対し、搬送方向への張力付与による前記切断補助加工部分での切断により、一対の拡散層を形成し、前記膜電極接合体と、前記一対の拡散層のそれぞれとを接合させる接合ローラ対を備える、製造装置。   (5) A membrane electrode diffusion layer assembly manufacturing apparatus having a joining means for sandwiching and joining both surfaces of a membrane electrode assembly in which a pair of catalyst layers are joined to both surfaces of a continuous electrolyte membrane. A pair of diffusion layer materials formed in advance in a belt shape having a cutting assisting processing portion for assisting cutting at a predetermined length in the conveying direction corresponding to the membrane electrode assembly, respectively, are conveyed to the bonding means, A pair of diffusion layer material conveyance paths including a diffusion layer material conveyance roller, wherein the joining means sandwiches the membrane electrode assembly and the pair of diffusion layer materials, and each of the pair of diffusion layer materials sandwiched On the other hand, a pair of bonding rollers for forming a pair of diffusion layers by cutting at the cutting auxiliary processing portion by applying tension in the transport direction, and bonding the membrane electrode assembly and each of the pair of diffusion layers. Preparation equipment .

（６）上記（５）に記載の製造装置において、前記拡散層材料搬送路の中途に、搬送される前記拡散層材料に対し、所定の間隔で前記切断補助加工部分を形成する加工部材をさらに備える、製造装置。   (6) In the manufacturing apparatus according to (5), a processing member that forms the cutting assist processing portion at a predetermined interval with respect to the diffusion layer material to be conveyed in the middle of the diffusion layer material conveyance path. A manufacturing apparatus.

（７）上記（６）に記載の製造装置において、前記加工部材が、前記拡散層材料搬送ローラに設けられた加工歯である、製造装置。   (7) The manufacturing apparatus according to (6), wherein the processing member is a processing tooth provided on the diffusion layer material conveyance roller.

（８）上記（５）から（７）のいずれか１つに記載の製造装置により作製された膜電極拡散層接合体を含む、燃料電池。   (8) A fuel cell comprising a membrane electrode diffusion layer assembly produced by the production apparatus according to any one of (5) to (7) above.

本発明によれば、燃料電池の生産効率を高めるとともに、膜電極接合体と拡散層との接合を精度良く行なうことが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving the production efficiency of a fuel cell, it becomes possible to join a membrane electrode assembly and a diffusion layer accurately.

本発明の実施の形態について、以下、図面に基づいて説明する。なお、各図面において、同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure and the description is abbreviate | omitted.

図１は、本発明の実施の形態における膜電極拡散層接合体の製造方法を例示する概略図である。一方、図２は、本発明の実施の形態における膜電極拡散層接合体の製造装置の、特に接合手段５２（接合ローラ対５２ａ，５２ｂ）近傍のより具体的な構成の概略を例示する側面図である。以下、図１に示す膜電極拡散層接合体の製造方法について、必要に応じて図２を参照しつつ、詳細に説明する。   FIG. 1 is a schematic view illustrating a method for producing a membrane electrode diffusion layer assembly in an embodiment of the present invention. On the other hand, FIG. 2 is a side view illustrating an outline of a more specific configuration of the apparatus for manufacturing a membrane electrode diffusion layer assembly according to the embodiment of the present invention, particularly in the vicinity of the bonding means 52 (bonding roller pair 52a, 52b). It is. Hereinafter, the manufacturing method of the membrane electrode diffusion layer assembly shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG. 2 as necessary.

本発明の実施の形態における膜電極拡散層接合体の製造装置１００は、電解質膜搬送路１１０と、カソード拡散層材料搬送路１３０と、アノード拡散層材料搬送路１５０と、接合手段５２とを含む（図１参照）。   An apparatus 100 for manufacturing a membrane electrode diffusion layer assembly according to an embodiment of the present invention includes an electrolyte membrane transport path 110, a cathode diffusion layer material transport path 130, an anode diffusion layer material transport path 150, and a joining means 52. (See FIG. 1).

図２において、帯状に成形された電解質膜１０およびこの両面に所定の間隔でカソード触媒層１２およびアノード触媒層１４をそれぞれ接合させたＭＥＡ３０を含む電解質膜−ＭＥＡ構造体（以下、ＭＥＡシートとも称する。）が、電解質膜搬送路１１０の図示しない上流側で作製される（ステップＳ１１２）。電解質膜搬送路１１０は、例えば図示しない１または複数の駆動系ローラなどを用いて、このＭＥＡシートを含む電解質膜１０を、所定の搬送速度で連続搬送させることが可能な構成を有している。   In FIG. 2, an electrolyte membrane 10 formed in a strip shape and an electrolyte membrane-MEA structure (hereinafter also referred to as an MEA sheet) including an MEA 30 in which a cathode catalyst layer 12 and an anode catalyst layer 14 are respectively joined to both surfaces of the electrolyte membrane 10 at predetermined intervals. Is produced on the upstream side (not shown) of the electrolyte membrane transport path 110 (step S112). The electrolyte membrane conveyance path 110 has a configuration capable of continuously conveying the electrolyte membrane 10 including the MEA sheet at a predetermined conveyance speed using, for example, one or a plurality of drive system rollers (not shown). .

本発明の実施の形態として、電解質膜１０としては、従来燃料電池用として用いられているものであればいかなるものを用いても良く、特に限定されないが、例えばパーフルオロ硫酸系電解質膜であるナフィオン（登録商標）１１２、１１５（デュポン社製）などが好適である。また、電解質膜１０の厚みは、水素イオンの移動を速やかに行なうことが可能であって、かつ一連の搬送および接合により損傷が発生しない程度の強度を有するものであれば特に制限はないが、例えば、１０〜１００μｍ程度のものが好適である。   As an embodiment of the present invention, any electrolyte membrane 10 may be used as long as it is conventionally used for a fuel cell. For example, Nafion, which is a perfluorosulfuric acid electrolyte membrane, is not particularly limited. (Registered Trademarks) 112 and 115 (manufactured by DuPont) are suitable. Further, the thickness of the electrolyte membrane 10 is not particularly limited as long as it can move hydrogen ions quickly and has a strength that does not cause damage due to a series of conveyance and joining. For example, the thing of about 10-100 micrometers is suitable.

また、本発明の実施の形態において、ＭＥＡシートの作製に用いられるカソード触媒層１２およびアノード触媒層１４として、例えば白金などを含む金属または合金などを含有する触媒を、カーボンブラック等の炭素材料などの触媒担持体に担持させた各触媒層原料を、例えば、水やエタノールなどの分散媒に分散させて液状またはペースト状としたいわゆる触媒インクを適用することができる。なお、カソード触媒層１２およびアノード触媒層１４は、その材料の組成が同じであっても、異なるものであっても良い。   In the embodiment of the present invention, as the cathode catalyst layer 12 and the anode catalyst layer 14 used for manufacturing the MEA sheet, for example, a catalyst containing a metal or an alloy containing platinum or the like is used as a carbon material such as carbon black. For example, a so-called catalyst ink in which each catalyst layer raw material supported on the catalyst carrier is dispersed in a dispersion medium such as water or ethanol to form a liquid or a paste can be applied. The cathode catalyst layer 12 and the anode catalyst layer 14 may have the same composition or different materials.

また、他の実施の形態として、例えば、予め準備したシート状基材の表面に、上述の触媒インクを、例えば噴霧または塗布などにより所望する触媒層の形状に形成し、乾燥させたものを適用し、電解質膜１０の両面にそれぞれ接合させる構成を採用することができるが、これに限定されるものではなく、例えば、他の実施の形態として、上述した触媒インクに相当する材料を、連続搬送されている電解質膜１０の表面に直接塗布または噴霧する構成とすることも可能である。   Further, as another embodiment, for example, the above-described catalyst ink is formed on the surface of a sheet-like base material prepared in advance in the shape of a desired catalyst layer by, for example, spraying or coating, and dried. However, it is possible to adopt a configuration in which the respective surfaces of the electrolyte membrane 10 are bonded to each other. However, the present invention is not limited to this. For example, as another embodiment, a material corresponding to the above-described catalyst ink is continuously conveyed. It is also possible to apply or spray directly on the surface of the electrolyte membrane 10.

なお、本発明のさらに別の実施の形態において、別工程にてＭＥＡシートを予め作製し、これを電解質膜搬送路１１０に導入して用いることにより、図１に示すステップＳ１１２は省略することができる。例えば、予め別工程において作製された、上述の構成を有するＭＥＡシートを、適当なロール状に巻き取ったＭＥＡロールを作製し、電解質膜搬送路１１０の上流側に設けられた図示しない巻出しローラに備え付け、駆動系ローラなどの適当な搬送手段を用いて電解質膜搬送路１１０を搬送させる構成を例示することができるが、これに限定されるものではない。   In yet another embodiment of the present invention, an MEA sheet is prepared in a separate process in advance, and this is introduced into the electrolyte membrane conveyance path 110, so that step S112 shown in FIG. 1 can be omitted. it can. For example, an unillustrated unwinding roller provided on the upstream side of the electrolyte membrane conveyance path 110 is manufactured by preparing an MEA roll prepared in a separate process in advance and winding the MEA sheet having the above-described configuration into an appropriate roll shape. A configuration in which the electrolyte membrane transport path 110 is transported using an appropriate transport means such as a drive system roller can be exemplified, but is not limited thereto.

一方、図１，２に示すカソード拡散層材料搬送路１３０は、図２に示すカソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂを含み、電解質膜１０に対応する所定の幅と適当な厚みとを有する、帯状のカソード拡散層材料１６ａを、接合ローラ対５２ａ，５２ｂまで搬送可能な構成を有している。   On the other hand, the cathode diffusion layer material conveyance path 130 shown in FIGS. 1 and 2 includes the cathode diffusion layer material conveyance roller pair 54a and 54b shown in FIG. 2 and has a predetermined width corresponding to the electrolyte membrane 10 and an appropriate thickness. The belt-like cathode diffusion layer material 16a can be conveyed to the joining roller pairs 52a and 52b.

また、図１，２に示すアノード拡散層材料搬送路１５０は、図２に示すアノード拡散層材料搬送ローラ対５６ａ，５６ｂを含み、電解質膜１０に対応する所定の幅と適当な厚みを有する、帯状のアノード拡散層材料１８ａを、接合ローラ対５２ａ，５２ｂまで搬送可能な構成を有している。   Moreover, the anode diffusion layer material conveyance path 150 shown in FIGS. 1 and 2 includes the anode diffusion layer material conveyance roller pair 56a and 56b shown in FIG. 2, and has a predetermined width and an appropriate thickness corresponding to the electrolyte membrane 10. The belt-shaped anode diffusion layer material 18a can be conveyed to the joining roller pairs 52a and 52b.

本発明の実施の形態において、カソード拡散層材料１６ａおよびアノード拡散層材料１８ａには、一般にカーボンペーパーやカーボンクロス等、所定の幅および長さを有するシート状に形成されたカーボン繊維を基材とし、所望の通気性や電子伝導性を確保するとともに、触媒層や拡散層内での水分の滞留によるフラッディングを防止するために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のバインダまたはその他の水和処理材料を用いて処理し、所望の疎水性または親水性を付与したものを使用することができる。また、必要に応じてカーボン粒子等の導電性粒子を併用し、導電性を向上させることも好適である。   In the embodiment of the present invention, the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a are generally based on carbon fibers formed into a sheet shape having a predetermined width and length, such as carbon paper or carbon cloth. In order to ensure desired air permeability and electronic conductivity, and to prevent flooding due to retention of moisture in the catalyst layer or diffusion layer, a binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or other hydration treatment material It is possible to use a material that has been treated with a water to give a desired hydrophobicity or hydrophilicity. Moreover, it is also suitable to improve electroconductivity by using together electroconductive particles, such as a carbon particle, as needed.

図２において、カソード拡散層材料１６ａおよびアノード拡散層材料１８ａには、少なくとも接合ローラ対５２ａ，５２ｂまで搬送されるまでに、それぞれ切断補助加工部分６６が設けられている（ステップＳ１３２、ステップＳ１５２）。   In FIG. 2, the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a are each provided with a cutting assisting processing portion 66 before being conveyed to at least the joining roller pair 52a and 52b (steps S132 and S152). .

図３（ａ）は、図２に示すカソード拡散層材料１６ａおよびアノード拡散層材料１８ａの構成の一例を示す断面拡大図である。図３（ａ）において、カソード拡散層材料１６ａ（アノード拡散層材料１８ａ）の両面にはそれぞれ、適当な深さおよび幅を有する楔形状（Ｖカット形状とも称する）の切断補助加工部分６６が形成されている。   FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view showing an example of the configuration of the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a shown in FIG. In FIG. 3A, wedge-shaped (also referred to as V-cut shape) cutting assisting portions 66 having appropriate depth and width are formed on both sides of the cathode diffusion layer material 16a (anode diffusion layer material 18a). Has been.

図３（ａ）において、切断補助加工部分６６はカソード拡散層材料１６ａ（アノード拡散層材料１８ａ）の両面に形成されているが、これに限らない。他の実施の形態として、例えばいずれか一方面側のみの加工形成であっても、また、一方面側および他方面側から交互に加工形成されていても良い。   In FIG. 3A, the cutting assisting processing portions 66 are formed on both surfaces of the cathode diffusion layer material 16a (anode diffusion layer material 18a), but this is not restrictive. As another embodiment, for example, it may be formed by processing only on one side of the surface, or may be formed by processing alternately from the one side and the other side.

また、図３（ａ）において、カソード拡散層材料１６ａ（アノード拡散層材料１８ａ）の両面から形成された切断補助加工部分６６は、相互に貫通しておらず、いわゆるハーフカット形状が形成されているが、これに限らない。他の実施の形態として、例えば両面からの切断補助加工部分６６を貫通させ、開口が形成されたいわゆるフルカット形状であっても良い。   Further, in FIG. 3A, the cutting assisting processed portions 66 formed from both surfaces of the cathode diffusion layer material 16a (anode diffusion layer material 18a) do not penetrate each other, and a so-called half cut shape is formed. However, it is not limited to this. As another embodiment, for example, a so-called full cut shape in which an opening is formed by penetrating the cutting assisting processing portion 66 from both sides may be used.

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すカソード拡散層材料１６ａ（アノード拡散層材料１８ａ）を図中に示す矢印方向から見た、構成の概略を説明する図である。図３（ｂ）において、カソード拡散層材料１６ａ（アノード拡散層材料１８ａ）の一方面側表面に形成された切断補助加工部分６６は、破線形状、いわゆるミシン目形状を構成する複数の窪みを有している。また、切断補助加工部分６６を構成するこの窪みの断面形状は、例えば図３（ａ）に示すようなハーフカット形状の加工部分に対応している。また、図示していない、カソード拡散層材料１６ａ（アノード拡散層材料１８ａ）の他方面側表面についても、図３（ｂ）と同様の形状を有する切断補助加工部分６６が形成されている。   FIG. 3B is a diagram for explaining the schematic configuration of the cathode diffusion layer material 16a (anode diffusion layer material 18a) shown in FIG. 3A viewed from the direction of the arrow shown in the drawing. In FIG. 3 (b), a cutting assisting processed portion 66 formed on the one surface side surface of the cathode diffusion layer material 16a (anode diffusion layer material 18a) has a plurality of depressions constituting a broken line shape, so-called perforation shape. is doing. Moreover, the cross-sectional shape of this hollow which comprises the cutting assistance process part 66 respond | corresponds to the process part of a half cut shape as shown, for example to Fig.3 (a). Further, on the other surface side of the cathode diffusion layer material 16a (anode diffusion layer material 18a) (not shown), a cutting assisting processing portion 66 having the same shape as that in FIG. 3B is formed.

本実施の形態において、カソード拡散層材料１６ａおよび／またはアノード拡散層材料１８ａに形成される切断補助加工部分６６は、これらの各拡散層材料の搬送方向に沿って所定の張力を付与することにより、この切断補助加工部分６６で容易に切断可能であればその形状に特に限定はなく、いかなる形状であっても好適に利用することができる。一方、カソード拡散層材料搬送路１３０およびアノード拡散層材料搬送路１５０を搬送されている際に、切断補助加工部分６６で容易に切断されるような過度な加工は好ましくない。   In the present embodiment, the cutting assisting processed portion 66 formed in the cathode diffusion layer material 16a and / or the anode diffusion layer material 18a is applied with a predetermined tension along the conveying direction of each diffusion layer material. The shape is not particularly limited as long as it can be easily cut by the cutting auxiliary processing portion 66, and any shape can be suitably used. On the other hand, excessive processing that is easily cut by the cutting assisting processing portion 66 when the cathode diffusion layer material conveyance path 130 and the anode diffusion layer material conveyance path 150 are conveyed is not preferable.

このため、本実施の形態において、カソード拡散層材料１６ａおよびアノード拡散層材料１８ａに形成される切断補助加工６６は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように各拡散層材料全体にわたり予め所定の間隔で施しておくことができる一方、他の実施の形態として、カソード拡散層材料搬送路１３０およびアノード拡散層材料搬送路１５０の中途に、それぞれ予め加工部材を設け、搬送されるカソード拡散層材料１６ａおよび／またはアノード拡散層材料１８ａに対し、それぞれ所定の間隔で切断補助加工部分６６を形成させる構成とすることも好適である。具体的には、図２に示すように、カソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂに、図３（ａ）、（ｂ）に例示するような切断補助加工部分６６の形状に対応する加工歯５５ａ，５５ｂを、アノード拡散層材料搬送ローラ対５６ａ，５６ｂに、図３（ａ）、（ｂ）に例示するような切断補助加工部分６６の形状、または他の好適な切断補助加工部分６６の形状に対応する加工歯５７ａ，５７ｂを、それぞれ設けることができる。   Therefore, in this embodiment, the cutting assisting process 66 formed on the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a is performed as shown in FIGS. 3A and 3B. However, as another embodiment, a processing member is provided in advance in the middle of the cathode diffusion layer material conveyance path 130 and the anode diffusion layer material conveyance path 150 and conveyed. It is also preferable to form the cutting assisting processed portions 66 at predetermined intervals with respect to the cathode diffusion layer material 16a and / or the anode diffusion layer material 18a. Specifically, as shown in FIG. 2, machining teeth corresponding to the shape of the cutting assisting machining portion 66 illustrated in FIGS. 3A and 3B are provided on the cathode diffusion layer material conveyance roller pair 54a and 54b. 55a and 55b are connected to the anode diffusion layer material conveying roller pair 56a and 56b in the shape of the cutting assisting portion 66 as exemplified in FIGS. 3A and 3B, or other suitable cutting assisting portion 66. Processing teeth 57a and 57b corresponding to the shape can be provided.

ここで、カソード拡散層材料１６ａに対する、加工歯５５ａ，５５ｂによる切断補助加工部分６６の作製につき、その一例について説明する。図２に示すように、矢印方向に所定の周速で回転するカソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂには、切断補助加工部分６６の窪み形状に対応する加工歯５５ａ，５５ｂが各搬送ローラに対し１箇所ずつに設けられている。カソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂが一回転するごとに１回、カソード拡散層材料搬送路１３０を搬送するカソード拡散層材料１６ａに対し加工歯５５ａ，５５ｂが当接し、この当接部分に切断補助加工部分６６が形成される。このとき、加工歯５５ａ，５５ｂの当接により得られる切断補助加工部分６６の間隔は、概ねカソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂの外周の長さに相当する。   Here, an example of the production of the auxiliary cutting portion 66 by the processing teeth 55a and 55b for the cathode diffusion layer material 16a will be described. As shown in FIG. 2, the pair of cathode diffusion layer material conveyance rollers 54a and 54b rotating at a predetermined peripheral speed in the direction of the arrow are provided with machining teeth 55a and 55b corresponding to the recess shape of the cutting assist machining portion 66. Are provided at one location. Each time the cathode diffusion layer material conveyance roller pair 54a, 54b makes one rotation, the processing teeth 55a, 55b abut against the cathode diffusion layer material 16a conveyed through the cathode diffusion layer material conveyance path 130. A cutting assisting portion 66 is formed. At this time, the interval between the cutting assisting processing portions 66 obtained by the contact of the processing teeth 55a and 55b is substantially equivalent to the outer peripheral length of the cathode diffusion layer material conveying roller pair 54a and 54b.

本実施の形態において、加工歯５５ａ，５５ｂにより形成される切断補助加工部分６６は、搬送方向に対する張力付与により切断可能であれば良く、完全に切断させる必要はない。このため、例えば図３（ａ）に示すようなハーフカット形状の窪み断面形状を形成させる場合には、加工歯５５ａ，５５ｂ間は所定の間隔を保持していれば良く、直接接触させなくても良い。このとき、加工歯５５ａ，５５ｂを接触させてカソード拡散層材料１６ａを完全に切断する構成と比較して、加工歯５５ａ，５５ｂの厳密な間隔制御（例えば、管理幅が１０μ程度）は必要でなく、例えば、数百μｍ程度のカソード拡散層材料１６ａの厚みの１／３程度、例えば、５−２００μｍ程度の管理幅で十分である。本実施の形態によれば、加工歯５５ａ，５５ｂを必ずしも接触させる必要はないため、摩耗を防止または抑制することができ、加工歯５５ａ，５５ｂの交換頻度を少なくすることが可能となり、好適である。   In the present embodiment, the cutting assisting processing portion 66 formed by the processing teeth 55a and 55b only needs to be cut by applying tension in the transport direction, and does not need to be completely cut. For this reason, for example, when forming a half-cut hollow cross-sectional shape as shown in FIG. 3 (a), it is only necessary to maintain a predetermined interval between the processing teeth 55a and 55b, and it is not necessary to make direct contact. Also good. At this time, compared with the configuration in which the processing teeth 55a and 55b are brought into contact with each other to completely cut the cathode diffusion layer material 16a, strict interval control (for example, the management width is about 10 μm) of the processing teeth 55a and 55b is necessary. For example, a management width of about one third of the thickness of the cathode diffusion layer material 16a of about several hundred μm, for example, about 5-200 μm is sufficient. According to the present embodiment, the processing teeth 55a and 55b do not necessarily need to be in contact with each other, so that wear can be prevented or suppressed, and the replacement frequency of the processing teeth 55a and 55b can be reduced. is there.

一方、環境条件の大きな変化に伴う加工歯５５ａ，５５ｂの間隔（カッタクリアランス）の変化が、切断補助加工部分６６の形状に影響を与える場合がある。これを抑制するために、加熱ローラのような発熱性部材からは離隔して配置することが好ましい。   On the other hand, a change in the interval (cutter clearance) between the processing teeth 55a and 55b due to a large change in environmental conditions may affect the shape of the cutting assist processing portion 66. In order to suppress this, it is preferable to dispose it away from a heat generating member such as a heating roller.

なお、図２に示す加工歯５５ａ，５５ｂの構成は、これに限らず、カソード拡散層材料１６ａ所定の間隔で切断補助加工部分６６が形成される構成であれば良い。例えば、カソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂの外周上に等間隔となるように加工歯５５ａ，５５ｂをそれぞれ設置することにより、カソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂが一周する間に加工歯５５ａ，５５ｂの構成に応じた複数の切断補助加工部分６６を形成することが可能となる。   The configuration of the processing teeth 55a and 55b shown in FIG. 2 is not limited to this, and any configuration may be used as long as the auxiliary cutting portions 66 are formed at predetermined intervals of the cathode diffusion layer material 16a. For example, by setting the processing teeth 55a and 55b so as to be equidistant on the outer periphery of the cathode diffusion layer material conveyance roller pair 54a and 54b, the cathode diffusion layer material conveyance roller pair 54a and 54b is processed while making a round. It becomes possible to form a plurality of cutting assist processing portions 66 according to the configuration of the teeth 55a and 55b.

本実施の形態によれば、帯状に連続するカソード拡散層材料１６ａおよび／またはアノード拡散層材料１８ａ全体に予め所定の間隔の切断補助加工を施す手間を省くことが可能となるばかりでなく、カソード拡散層材料搬送路１３０またはアノード拡散層材料搬送路１５０による搬送途中に各拡散層材料に対し過度な張力がかかり、接合ローラ対５２ａ，５２ｂまで到達する前に切断してしまうといった不具合を未然に防止することも可能であるため、好適である。さらに、加工歯が設けられた各拡散層材料搬送ローラ対の周径に応じて、搬送される拡散層材料に対しほぼ一定間隔で切断補助加工を施すことが可能となる。   According to the present embodiment, it is possible not only to eliminate the trouble of performing cutting assist processing at a predetermined interval on the entire cathode diffusion layer material 16a and / or the anode diffusion layer material 18a that are continuous in a strip shape, There is a problem in that excessive tension is applied to each diffusion layer material in the middle of conveyance by the diffusion layer material conveyance path 130 or the anode diffusion layer material conveyance path 150, and the material is cut before reaching the bonding roller pair 52a, 52b. Since it is also possible to prevent, it is suitable. Furthermore, according to the circumference of each diffusion layer material conveyance roller pair provided with the processing teeth, it becomes possible to perform cutting assist processing at substantially constant intervals on the conveyed diffusion layer material.

図２に示すように、カソード拡散層材料搬送路１３０に沿って搬送される、切断補助加工６６が施されたカソード拡散層材料１６ａは、接合ローラ対５２ａ，５２ｂまたはその直前において電解質膜搬送路１１０を搬送されるＭＥＡシートに形成された、カソード触媒層１２の表面上の所定の位置に重なり合うよう、搬送制御される（ステップＳ１１４）。同様に、アノード拡散層材料搬送路１５０に沿って搬送される、切断補助加工が施されたアノード拡散層材料１８ａは、接合ローラ対５２ａ，５２ｂまたはその直前において電解質膜搬送路１１０を搬送されるＭＥＡシートに形成された、アノード触媒層１４の表面上の所定の位置に重なり合うよう、搬送制御される（ステップＳ１１４）。   As shown in FIG. 2, the cathode diffusion layer material 16a, which is conveyed along the cathode diffusion layer material conveyance path 130 and subjected to the cutting assisting process 66, is joined to the bonding roller pair 52a, 52b or just before the electrolyte membrane conveyance path. The conveyance control is performed so as to overlap a predetermined position on the surface of the cathode catalyst layer 12 formed on the MEA sheet conveyed 110 (step S114). Similarly, the anode diffusion layer material 18a that has been subjected to the cutting assisting process that is transported along the anode diffusion layer material transport path 150 is transported through the electrolyte membrane transport path 110 immediately before the bonding roller pair 52a, 52b. The conveyance is controlled so as to overlap a predetermined position on the surface of the anode catalyst layer 14 formed on the MEA sheet (step S114).

図１に示すステップＳ１１４の搬送制御につき、その一例を、図２を用いて説明する。図２に示すように、カソード側制御部６２は、電解質膜１０上に接合されたカソード触媒層１２の位置を検知する位置センサ５８から得られるカソード触媒層１２の位置情報と、電解質膜搬送路１１０を搬送する電解質１０またはＭＥＡシートの搬送速度を検知する図示しない速度センサから得られるＭＥＡシートの速度情報と、カソード拡散層材料搬送路１３０を搬送するカソード拡散層材料１６ａの搬送速度を検知する図示しない速度センサから得られる、またはカソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂの周速に基づいて算出されるカソード拡散層材料１６ａの速度情報と、に基づき、カソード拡散層材料１６ａの搬送をＭＥＡシートの搬送に応じて制御し、ＭＥＡシートの所定の位置にカソード拡散層材料１６ａの先端部が重なるように搬送制御することができる。   An example of the transport control in step S114 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the cathode side control unit 62 includes the position information of the cathode catalyst layer 12 obtained from the position sensor 58 that detects the position of the cathode catalyst layer 12 bonded on the electrolyte membrane 10, and the electrolyte membrane transport path. The speed information of the MEA sheet obtained from a speed sensor (not shown) that detects the transport speed of the electrolyte 10 or MEA sheet that transports 110 and the transport speed of the cathode diffusion layer material 16a that transports the cathode diffusion layer material transport path 130 are detected. Based on the velocity information of the cathode diffusion layer material 16a obtained from a speed sensor (not shown) or calculated based on the peripheral speed of the cathode diffusion layer material conveyance roller pair 54a, 54b, the conveyance of the cathode diffusion layer material 16a is MEA. The tip of the cathode diffusion layer material 16a overlaps with a predetermined position of the MEA sheet. Can be conveyed controlled so that.

同様に、アノード側制御部６４は、電解質膜１０上に接合されたアノード触媒層１４の位置を検知する位置センサ６０から得られるアノード触媒層１４の位置情報と、電解質膜搬送路１１０を搬送する電解質１０またはＭＥＡシートの搬送速度を検知する図示しない速度センサから得られるＭＥＡシートの速度情報と、アノード拡散層材料搬送路１５０を搬送するアノード拡散層材料１８ａの搬送速度を検知する図示しない速度センサから得られる、またはアノード拡散層材料搬送ローラ対５６ａ，５６ｂの周速に基づいて算出されるアノード拡散層材料１８ａの速度情報と、に基づき、アノード拡散層材料１８ａの搬送をＭＥＡシートの搬送に応じて制御し、ＭＥＡシートの所定の位置にアノード拡散層材料１８ａの先端部が重なるように搬送制御することができる。   Similarly, the anode-side control unit 64 conveys the position information of the anode catalyst layer 14 obtained from the position sensor 60 that detects the position of the anode catalyst layer 14 bonded on the electrolyte membrane 10 and the electrolyte membrane conveyance path 110. A speed sensor (not shown) that detects the speed information of the MEA sheet obtained from a speed sensor (not shown) that detects the transport speed of the electrolyte 10 or MEA sheet and the speed of the anode diffusion layer material 18a that is transported through the anode diffusion layer material transport path 150. The anode diffusion layer material 18a is conveyed based on the velocity information of the anode diffusion layer material 18a calculated from the peripheral speed of the anode diffusion layer material conveyance roller pair 56a and 56b. Accordingly, the tip of the anode diffusion layer material 18a overlaps with a predetermined position of the MEA sheet. It is possible to send control.

位置センサ５８および／または６０により取得される、電解質膜１０表面に接合されたカソード触媒層１２および／またはアノード触媒層１４に関する位置情報として、具体的には、電解質膜１０に予め形成された加工位置（例えば、カソード触媒層１２・アノード触媒層１４の転写・加工端面等）の画像等の検知に基づく構成とすることが可能であるが、これに限らない。例えば、電解質膜１０の特定部分に記録（印刷）された情報、例えば光電管マークや、それに相当する可視または不可視のインクなどにより記録（印刷）された情報を非接触にて検知し、電解質膜１０に関する位置情報を取得する構成とすることも可能である。さらに他の実施の形態として、電解質膜１０の特定部分に備えられた識別子（例えば、光学的特性（例えば、色）を有するマークや、電解質膜１０に記載された記号および／または数字（例えば、製造ナンバーなど）など）を識別して電解質膜１０の移動情報を取得する構成とすることも可能である。   As position information regarding the cathode catalyst layer 12 and / or the anode catalyst layer 14 bonded to the surface of the electrolyte membrane 10 acquired by the position sensor 58 and / or 60, specifically, processing previously formed on the electrolyte membrane 10 is performed. Although it is possible to adopt a configuration based on detection of an image or the like of the position (for example, transfer / processing end face of the cathode catalyst layer 12 and the anode catalyst layer 14), the present invention is not limited thereto. For example, information recorded (printed) on a specific portion of the electrolyte membrane 10, for example, information recorded (printed) with a photoelectric tube mark or a visible or invisible ink corresponding thereto is detected in a non-contact manner, and the electrolyte membrane 10 is detected. It is also possible to adopt a configuration for acquiring position information regarding. As still another embodiment, an identifier (for example, a mark having an optical characteristic (for example, color) provided in a specific portion of the electrolyte membrane 10, a symbol and / or a number (for example, It is also possible to obtain the movement information of the electrolyte membrane 10 by identifying the manufacturing number and the like).

また、他の実施の形態において、位置センサ５８および／または６０として膜厚測定器を用いる構成とすることも好適である。例えば、電解質膜１０上の所定の箇所に形成されたＭＥＡ３０と電解質膜１０が露出している部分との外寸（膜厚）の差を利用してＭＥＡ３０、つまりアノード触媒層１２、カソード触媒層１４が接合されている位置を把握することが可能となる。   In another embodiment, it is also preferable to use a film thickness measuring device as the position sensor 58 and / or 60. For example, the MEA 30, that is, the anode catalyst layer 12 and the cathode catalyst layer are utilized by utilizing the difference in outer dimensions (film thickness) between the MEA 30 formed at a predetermined location on the electrolyte membrane 10 and the portion where the electrolyte membrane 10 is exposed. It becomes possible to grasp the position where 14 is joined.

なお、ステップＳ１１４の搬送制御に関し、図２に示す位置センサ５８，６０を、ＭＥＡシートの速度センサとして用いることも可能である。また、センサ５８，６０の一方を位置センサとして、他方を速度センサとして用いることも可能である。さらに、カソード側制御部６２、アノード側制御部６４を統合し、一括制御することも可能であるが、カソード側、アノード側それぞれの拡散層材料の厚みや材料等の相違などに伴う微細な搬送制御を可能とするためには、図２に示すように個別に設けることが好ましい。   Note that the position sensors 58 and 60 shown in FIG. 2 can be used as the speed sensor of the MEA sheet for the conveyance control in step S114. It is also possible to use one of the sensors 58 and 60 as a position sensor and the other as a speed sensor. Further, the cathode side control unit 62 and the anode side control unit 64 can be integrated and collectively controlled. However, fine transport due to differences in the thickness and material of the diffusion layer material on the cathode side and the anode side is possible. In order to enable control, it is preferable to provide them individually as shown in FIG.

ステップＳ１１４による搬送制御により、ＭＥＡシート表面の所定の位置にカソード拡散層材料１６ａ、アノード拡散層材料１８ａがそれぞれ搬送された後、接合手段５２、より具体的には接合ローラ対５２ａ，５２ｂにより挟持される（ステップＳ１１６）。   After the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a are respectively conveyed to predetermined positions on the surface of the MEA sheet by the conveyance control in step S114, the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a are sandwiched by the bonding means 52, more specifically, the bonding roller pairs 52a and 52b. (Step S116).

図２において、接合ローラ対５２ａ，５２ｂ間の空隙は、ＭＥＡシート表面の所定の位置にカソード拡散層材料１６ａ、アノード拡散層材料１８ａが重なり合った際の厚みに対し、わずかに狭くなるように設定されており、接合ローラ対５２ａ，５２ｂの間に、カソード拡散層材料１６ａ、アノード拡散層材料１８ａが重なり合ったＭＥＡシート（以下、ＭＥＡシート−拡散層材料積層体とも称する）が搬送されると、接合ローラ対５２ａ，５２ｂの回転により所定の圧力が付与される。このため、搬送されたＭＥＡシート−拡散層材料積層体が接合ローラ対５２ａ，５２ｂにより挟持されると、固定され、各部材の自由な運動が妨げられる。   In FIG. 2, the gap between the pair of joining rollers 52a and 52b is set to be slightly narrower than the thickness when the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a overlap each other at a predetermined position on the surface of the MEA sheet. When the MEA sheet (hereinafter also referred to as MEA sheet-diffusion layer material laminate) in which the cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a overlap each other is conveyed between the bonding roller pair 52a and 52b, A predetermined pressure is applied by the rotation of the pair of joining rollers 52a and 52b. For this reason, when the conveyed MEA sheet-diffusion layer material laminate is sandwiched between the pair of joining rollers 52a and 52b, it is fixed, and free movement of each member is hindered.

ＭＥＡシートとともに接合ローラ対５２ａ，５２ｂまで搬送されたカソード拡散層材料１６ａおよびアノード拡散層材料１８ａは、各拡散層材料に施された切断補助加工部分６６で切断されることにより、それぞれＭＥＡ３０に対応する所定の搬送方向長さのカソード拡散層１６およびアノード拡散層１８が形成される（ステップＳ１３４，Ｓ１５４）。   The cathode diffusion layer material 16a and the anode diffusion layer material 18a conveyed to the joining roller pair 52a and 52b together with the MEA sheet are cut at the cutting auxiliary processing portion 66 applied to each diffusion layer material, thereby corresponding to the MEA 30 respectively. The cathode diffusion layer 16 and the anode diffusion layer 18 having a predetermined transport direction length are formed (steps S134 and S154).

図２において、カソード拡散層材料搬送路１３０を搬送するカソード拡散層材料１６ａは、カソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂの周速に対応して搬送されている。これに対し、接合ローラ対５２ａ，５２ｂに少なくともその先端部分を挟持されたカソード拡散層材料１６ａは、カソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂの周速だけでなく接合ローラ対５２ａ，５２ｂの周速に対しても影響を受けることとなる。ここで、接合ローラ対５２ａ，５２ｂの周速に対しカソード拡散層材料搬送ローラ対５４ａ，５４ｂの周速を低下させるか停止させることにより、カソード拡散層材料１６ａに対し、搬送方向にその周速差に基づく張力が付与される。適当な張力が付与されたカソード拡散層材料１６ａは、切断補助加工部分６６で切断され、カソード拡散層１６が形成される。同様に、接合ローラ対５２ａ，５２ｂに挟持されたアノード拡散層材料１８ａは、接合ローラ対５２ａ，５２ｂの周速に対しアノード拡散層材料搬送ローラ対５６ａ，５６ｂの周速を低下させるか停止させると、アノード拡散層材料１８ａの搬送方向にその周速差に基づく所定の張力が付与されることにより切断補助加工部分６６で切断され、アノード拡散層１８が形成される。   In FIG. 2, the cathode diffusion layer material 16a transported through the cathode diffusion layer material transport path 130 is transported corresponding to the peripheral speed of the cathode diffusion layer material transport roller pair 54a, 54b. On the other hand, the cathode diffusion layer material 16a having at least the tip portions sandwiched between the pair of joining rollers 52a and 52b is not only the peripheral speed of the cathode diffusion layer material conveying roller pair 54a and 54b but also the peripheral speed of the joining roller pair 52a and 52b. It will also be affected by speed. Here, the peripheral speed of the cathode diffusion layer material 16a is reduced in the transport direction by reducing or stopping the peripheral speed of the cathode diffusion layer material transport roller pair 54a, 54b with respect to the peripheral speed of the bonding roller pair 52a, 52b. A tension based on the difference is applied. The cathode diffusion layer material 16a to which an appropriate tension is applied is cut at the cutting assisting processing portion 66, and the cathode diffusion layer 16 is formed. Similarly, the anode diffusion layer material 18a sandwiched between the pair of bonding rollers 52a and 52b reduces or stops the peripheral speed of the anode diffusion layer material conveyance roller pairs 56a and 56b with respect to the peripheral speed of the bonding roller pair 52a and 52b. Then, by applying a predetermined tension based on the peripheral speed difference in the conveying direction of the anode diffusion layer material 18a, the anode diffusion layer 18 is formed.

なお、ステップＳ１３４，Ｓ１５４の後に、必要に応じて、作製されたカソード拡散層１６および／またはアノード拡散層１８の切断端面の処理が行なわれても良い。   In addition, after steps S134 and S154, processing of the cut end face of the produced cathode diffusion layer 16 and / or anode diffusion layer 18 may be performed as necessary.

このように、カソード拡散層材料１６ａ（カソード拡散層１６）／アノード拡散層材料１８ａ（アノード拡散層１８）はそれぞれ、切断補助加工部分６６の切断まではカソード拡散層材料搬送路１３０／アノード拡散層材料搬送路１５０により、また切断補助加工部分６６の切断後は接合ローラ対５２ａ，５２ｂおよび電解質膜搬送路１１０により、搬送制御がそれぞれ行なわれる。このため、予め所定の形状に加工された各拡散層を接合手段までそれぞれ個別に搬送させる場合と比較して、搬送制御が容易となり、組み付け精度が向上する。   In this way, the cathode diffusion layer material 16a (cathode diffusion layer 16) / anode diffusion layer material 18a (anode diffusion layer 18) are respectively divided into the cathode diffusion layer material conveyance path 130 / anode diffusion layer until the cutting auxiliary processing portion 66 is cut. After the material conveyance path 150 is cut, and after the cutting auxiliary processing portion 66 is cut, conveyance control is performed by the joining roller pairs 52a and 52b and the electrolyte membrane conveyance path 110, respectively. For this reason, compared with the case where each diffusion layer processed into a predetermined shape in advance is individually conveyed to the bonding means, conveyance control is facilitated, and assembly accuracy is improved.

切断補助加工部分６６での切断により得られたカソード拡散層１６およびアノード拡散層１８は、接合ローラ対５２ａ，５２ｂによりＭＥＡ３０の両面にそれぞれ接合され、ＭＥＧＡ４０が形成される（ステップＳ１１８）。また、他の実施の形態として、ＭＥＡ３０と各拡散層材料１６，１８との加圧挟持に際し、必要に応じて接合ローラ対５２ａ，５２ｂを所定の温度に加熱して、ＭＥＧＡ４０の作製を熱圧着により促進させる構成とすることも好適である。   The cathode diffusion layer 16 and the anode diffusion layer 18 obtained by cutting at the cutting assisting processing portion 66 are bonded to both surfaces of the MEA 30 by the bonding roller pairs 52a and 52b, respectively, thereby forming the MEGA 40 (step S118). As another embodiment, when the MEA 30 and each diffusion layer material 16 and 18 are pressed and sandwiched, the pair of joining rollers 52a and 52b is heated to a predetermined temperature as necessary to manufacture the MEGA 40 by thermocompression bonding. It is also preferable to adopt a configuration that facilitates the process.

次に、必要に応じて、接合手段５２に搬送されたＭＥＡ３０に対する、各拡散層の接合に伴い作製されたＭＥＧＡ４０を含む電解質膜−ＭＥＧＡ連続構造体（以下、ＭＥＧＡシートとも称する）を、隣り合うＭＥＧＡ４０の間の電解質膜１０で切断して枚葉化し、個々のＭＥＧＡ４０を作製することができる（ステップＳ１２０）。   Next, if necessary, an electrolyte membrane-MEGA continuous structure (hereinafter also referred to as a MEGA sheet) including MEGA 40 produced by bonding each diffusion layer to the MEA 30 conveyed to the bonding means 52 is adjacent. Individual MEGA 40 can be manufactured by cutting the electrolyte membrane 10 between the MEGAs 40 to form a single wafer (step S120).

このようにして得られたＭＥＧＡ４０の両面に、カソード側セパレータ２６およびアノード側セパレータ２８を、必要に応じて適当なガスケットやラインシールなどを介して積層させることにより、単セル５０を作製することができる（図４参照）。また、所定の数の単セル５０を用いて積層化が行なわれ、燃料電池スタックを形成することができる。   The single cell 50 can be produced by laminating the cathode side separator 26 and the anode side separator 28 on both sides of the MEGA 40 thus obtained through an appropriate gasket or line seal as necessary. Yes (see FIG. 4). Further, stacking is performed using a predetermined number of single cells 50, and a fuel cell stack can be formed.

燃料電池スタックにおいて、ガスケットやラインシールなどは一般に、例えば反応ガスや冷却媒体などの流体を流通させるマニホールドの外周部分に、このマニホールドを流通する各流体の外部漏出および／または異種流体を含む異物のマニホールド内への混入を防止するために配設される。このような、シール部材材料として、例えば、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどの弾性部材を単独で、または適宜組み合わせて用いることができる。   In a fuel cell stack, gaskets, line seals, and the like are generally arranged on the outer peripheral portion of a manifold through which a fluid such as a reaction gas or a cooling medium flows, for example, external leakage of each fluid flowing through the manifold and / or foreign substances including dissimilar fluids. Arranged to prevent entry into the manifold. As such a seal member material, for example, elastic members such as ethylene propylene rubber, fluorine rubber, and silicone rubber can be used alone or in appropriate combination.

なお、図１に示すステップＳ１２０に相当する、電解質膜１０の切断による単セル材料の枚葉化のタイミングは、ガスケットやラインシールなどの接着加工やセパレータの接合などの各工程の前後いずれであっても良い。なお、制御の煩雑さの観点から、高速生産が可能となる連続搬送システムに適用される場合には一般に、枚葉化前の連続構造体を適用することが好ましい。   Note that the timing of single cell material separation by cutting the electrolyte membrane 10 corresponding to step S120 shown in FIG. 1 is either before or after each step such as adhesion processing such as gaskets and line seals and joining of separators. May be. In addition, from the viewpoint of complexity of control, it is generally preferable to apply a continuous structure before sheet separation when applied to a continuous conveyance system that enables high-speed production.

本発明は、膜電極拡散層接合体およびこれを使用する燃料電池の作製に好適に利用することが可能である。   The present invention can be suitably used for manufacturing a membrane electrode diffusion layer assembly and a fuel cell using the same.

本発明の実施の形態における膜電極拡散層接合体の製造方法の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the membrane electrode diffusion layer assembly in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における膜電極拡散層接合体の製造装置の要部の構成の概略を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the outline of a structure of the principal part of the manufacturing apparatus of the membrane electrode diffusion layer assembly in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における電極拡散層材料の構成の概略を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the outline of a structure of the electrode diffusion layer material in embodiment of this invention. 単セルの構成の概略を例示する図である。It is a figure which illustrates the outline of a structure of a single cell.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 電解質膜、１２ カソード触媒層、１４ アノード触媒層、１６ カソード拡散層、１６ａ カソード拡散層材料、１８ アノード拡散層、１８ａ アノード拡散層材料、２０ 酸化ガス流路、２２ セル冷媒流路、２４ 燃料ガス流路、２６ カソード側セパレータ、２８ アノード側セパレータ、３０ 膜電極接合体（ＭＥＡ）、４０ 膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）、５０ 単セル、５２ 接合手段、５２ａ，５２ｂ 接合ローラ対、５４ａ，５４ｂ カソード拡散層材料搬送ローラ対、５５ａ，５５ｂ，５７ａ，５７ｂ 加工歯、５６ａ，５６ｂ アノード拡散層材料搬送ローラ対、５８，６０ 位置センサ、６２，６４ 制御部、６６ 切断補助加工部分、１００ 膜電極拡散層接合体の製造装置、１１０ 電解質膜搬送路、１３０ カソード拡散層材料搬送路、１５０ アノード拡散層材料搬送路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrolyte membrane, 12 Cathode catalyst layer, 14 Anode catalyst layer, 16 Cathode diffusion layer, 16a Cathode diffusion layer material, 18 Anode diffusion layer, 18a Anode diffusion layer material, 20 Oxidation gas channel, 22 Cell refrigerant channel, 24 Fuel Gas flow path, 26 Cathode side separator, 28 Anode side separator, 30 Membrane electrode assembly (MEA), 40 Membrane electrode diffusion layer assembly (MEGA), 50 Single cell, 52 Joining means, 52a, 52b Joining roller pair, 54a , 54b Cathode diffusion layer material conveying roller pair, 55a, 55b, 57a, 57b Processing teeth, 56a, 56b Anode diffusion layer material conveying roller pair, 58, 60 Position sensor, 62, 64 Control unit, 66 Cutting assisting processing part, 100 Manufacturing apparatus for membrane electrode diffusion layer assembly, 110 electrolyte membrane transport path, 130 cathode Diffusion layer material conveyance path, 150 Anode diffusion layer material conveyance path.

Claims (8)

連続する電解質膜の両面に一対の触媒層を接合させた膜電極接合体の両面を、一対の拡散層で挟持し、接合させる膜電極拡散層接合体の製造方法であって、
前記膜電極接合体と、前記膜電極接合体に対応する所定の搬送方向長さでの切断を補助する切断補助加工部分を有する、予め帯状に形成された一対の拡散層材料とを、接合手段で挟持する工程と、
前記接合手段で挟持された前記一対の拡散層材料それぞれに対し、搬送方向への張力付与による前記切断補助加工部分での切断により、一対の拡散層を形成する工程と、
前記膜電極接合体と、前記一対の拡散層のそれぞれを前記接合手段にて接合させる工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。 A method for producing a membrane electrode diffusion layer assembly in which both surfaces of a membrane electrode assembly in which a pair of catalyst layers are bonded to both surfaces of a continuous electrolyte membrane are sandwiched and bonded by a pair of diffusion layers,
A means for joining the membrane electrode assembly and a pair of diffusion layer materials formed in advance in a strip shape, having a cutting auxiliary processing portion for assisting cutting at a predetermined length in the transport direction corresponding to the membrane electrode assembly. A process of sandwiching with,
For each of the pair of diffusion layer materials sandwiched by the joining means, a step of forming a pair of diffusion layers by cutting at the cutting auxiliary processing portion by applying tension in the transport direction;
Bonding the membrane electrode assembly and each of the pair of diffusion layers with the bonding means;
The manufacturing method characterized by including. 請求項１に記載の製造方法において、
前記切断補助加工部分が、前記拡散層材料を前記接合手段まで搬送させる拡散層材料搬送手段の中途で形成されることを特徴とする製造方法。 In the manufacturing method of Claim 1,
The method according to claim 1, wherein the cutting assisting portion is formed in the middle of the diffusion layer material conveying means for conveying the diffusion layer material to the joining means. 請求項２に記載の製造方法において、
前記切断補助加工部分が、前記拡散層材料を搬送させる拡散層材料搬送ローラに設けられた加工歯を用いて形成されることを特徴とする製造方法。 In the manufacturing method of Claim 2,
The manufacturing method, wherein the cutting auxiliary processing portion is formed by using processing teeth provided on a diffusion layer material conveying roller for conveying the diffusion layer material. 請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法により作製された膜電極拡散層接合体を含む、燃料電池。   A fuel cell comprising a membrane electrode diffusion layer assembly produced by the production method according to claim 1. 連続する電解質膜の両面に一対の触媒層を接合させた膜電極接合体の両面を、一対の拡散層で挟持し、接合させる接合手段を有する膜電極拡散層接合体の製造装置であって、
前記膜電極接合体に対応する所定の搬送方向長さでの切断を補助する切断補助加工部分を有する、予め帯状に形成された一対の拡散層材料をそれぞれ前記接合手段まで搬送させる、拡散層材料搬送ローラを含む一対の拡散層材料搬送路を備え、
前記接合手段は、
前記膜電極接合体と、前記一対の拡散層材料とを挟持し、
挟持された前記一対の拡散層材料それぞれに対し、搬送方向への張力付与による前記切断補助加工部分での切断により、一対の拡散層を形成し、
前記膜電極接合体と、前記一対の拡散層のそれぞれとを接合させる接合ローラ対を備えることを特徴とする製造装置。 A device for manufacturing a membrane electrode diffusion layer assembly having a joining means for sandwiching and joining both surfaces of a membrane electrode assembly in which a pair of catalyst layers are joined to both surfaces of a continuous electrolyte membrane,
Diffusion layer material having a cutting auxiliary processing portion for assisting cutting at a predetermined length in the conveyance direction corresponding to the membrane electrode assembly, and conveying a pair of diffusion layer materials formed in a band shape in advance to the joining means, respectively. A pair of diffusion layer material conveyance paths including conveyance rollers;
The joining means includes
Sandwiching the membrane electrode assembly and the pair of diffusion layer materials,
For each of the pair of diffusion layer materials sandwiched, by cutting at the cutting auxiliary processing portion by applying tension in the transport direction, a pair of diffusion layers is formed,
A manufacturing apparatus comprising a pair of bonding rollers for bonding the membrane electrode assembly and each of the pair of diffusion layers. 請求項５に記載の製造装置において、
前記拡散層材料搬送路の中途に、搬送される前記拡散層材料に対し、所定の間隔で前記切断補助加工部分を形成する加工部材をさらに備えることを特徴とする製造装置。 The manufacturing apparatus according to claim 5, wherein
The manufacturing apparatus further comprising a processing member that forms the cutting assist processing portion at a predetermined interval with respect to the diffusion layer material to be conveyed in the middle of the diffusion layer material conveyance path. 請求項６に記載の製造装置において、
前記加工部材が、前記拡散層材料搬送ローラに設けられた加工歯であることを特徴とする製造装置。 The manufacturing apparatus according to claim 6, wherein
The manufacturing apparatus, wherein the processing member is a processing tooth provided on the diffusion layer material conveyance roller. 請求項５から７のいずれか１項に記載の製造装置により作製された膜電極拡散層接合体を含む、燃料電池。   A fuel cell comprising a membrane electrode diffusion layer assembly produced by the production apparatus according to claim 5.
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