JP2013169771A - Pressure-bonding device of film-shaped material to be pressure-bonded and method of manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve both of adjustment of a heating temperature of a heating roller while avoiding damage of a material to be pressure-bonded and improvement of the attachment property of the material to be pressure-bonded with respect to a heating roller being heated and rotated.SOLUTION: In a film heating and pressure-bonding part 140, a second heating roller 142 is retreated from a pressure-bonding position, and thereby, the second heating roller 142 is separated from a first heating roller 141. Then, a bonding and guiding roller 132 is moved, and a passage of a bonded film SF is changed to be a separation passage so that an anode support film DF of the bonded film SF is separated from a roller surface of the first heating roller 141.

Description

本発明は、対向して回転する一対の加熱ローラーを用いてフィルム状の第１、第２の被圧着物を加熱圧着する圧着装置と、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a pressure bonding apparatus that heat-presses a film-like first and second pressure-bonded object using a pair of heating rollers that rotate opposite to each other, and a method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell.

燃料電池に用いられる膜電極接合体は、電解質膜の両膜面に、燃料電池反応を促進させるための触媒を担持させたアノードおよびカソードの電極触媒層を接合させている。この膜電極接合体の製造方法としては、フィルム状の電解質膜と電極触媒層を形成済みの支持フィルムとを重ね合わせて、電極触媒層を電解質膜面に接合させ、加熱ローラーにて加熱圧着する手法が提案されている（下記特許文献１等参照）。この手法では、複数の膜電極接合体を連続して製造することができることから、多々採用されている。   In a membrane electrode assembly used in a fuel cell, anode and cathode electrode catalyst layers supporting a catalyst for promoting a fuel cell reaction are joined to both membrane surfaces of an electrolyte membrane. As a manufacturing method of this membrane electrode assembly, a film-like electrolyte membrane and a support film on which an electrode catalyst layer has been formed are overlapped, the electrode catalyst layer is joined to the electrolyte membrane surface, and heat-pressed with a heating roller. A technique has been proposed (see Patent Document 1 below). This technique is often used because a plurality of membrane electrode assemblies can be manufactured continuously.

特開２００９−３４９４１号公報JP 2009-34941 A

ところで、上記した手法で膜電極接合体を製造する場合、例えば、電解質膜フィルムや支持フィルムのロール補給や装置休止後の再稼働等の際には、加熱ローラーのローラー表面温度を、ローラー周囲に亘って予め均一としておくことが望ましい。そして、ローラー表面温度の均一化は、加熱ローラーを回転させながら加熱温度調整することが有効であるが、ローラー表面には例えば支持フィルムが接触していることから、ローラーの空回りによるフィルム損傷を招いてしまう。仮に支持フィルムがない状態で加熱ローラーを回転加熱させれば、フィルム損傷は回避できるものの、回転しつつ加熱されている一対の加熱ローラーに対して、フィルムの接触セット等が必要であった。なお、こうした事態は、膜電極接合体の加熱圧着に特有ではなく、一対の加熱ローラーによるフィルム同士の加熱圧着に共通して起き得る。   By the way, when manufacturing a membrane electrode assembly by the above-mentioned method, for example, when supplying a roll of an electrolyte membrane film or a support film or restarting after the apparatus is stopped, the roller surface temperature of the heating roller is set around the roller. It is desirable to make it uniform in advance. In order to make the roller surface temperature uniform, it is effective to adjust the heating temperature while rotating the heating roller. However, for example, a support film is in contact with the roller surface, which causes film damage due to idle rotation of the roller. I will. If the heating roller is rotated and heated in the absence of the support film, film damage can be avoided, but a film contact set or the like is necessary for the pair of heating rollers that are heated while rotating. In addition, such a situation is not peculiar to the thermocompression bonding of the membrane electrode assembly, and can occur in common with the thermocompression bonding of the films with a pair of heating rollers.

本発明は、上記した課題を踏まえ、対向して回転する一対の加熱ローラーを用いて被圧着物の加熱圧着を行うに当たり、被圧着物の損傷を回避した上での加熱ローラーの加熱温度調整と、加熱回転している加熱ローラーに対する被圧着物の装着性の向上とを両立し得る新たな加熱圧着手法を提供することを目的とする。   In light of the above-described problems, the present invention provides a heating temperature adjustment of the heating roller while avoiding damage to the object to be bonded when performing the heat bonding of the object to be bonded using a pair of heating rollers that rotate opposite to each other. Another object of the present invention is to provide a new thermocompression bonding technique capable of achieving both improvement in the mounting property of the object to be bonded to the heated heating roller.

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の適用例として実施することができる。   In order to achieve at least a part of the above object, the present invention can be implemented as the following application examples.

[適用例１：圧着装置]
対向して回転する一対の加熱ローラーを用いてフィルム状の第１、第２の被圧着物を加熱圧着する圧着装置であって、前記一対の加熱ローラーの一方の加熱ローラーを、他方の加熱ローラーとで被圧着物の加熱圧着を図る圧着位置から離間する側に退避させる加熱ローラー退避機構と、前記一対の加熱ローラーに前記第１、第２の被圧着物を案内するに当たり、前記第１、第２の被圧着物を前記一対の加熱ローラーに到る手前で接合させる第１経路と、該接合済みの前記第１、第２の被圧着物のいずれかの被圧着物を前記他方の加熱ローラーのローラー表面に接触させて前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物を案内する第２経路とを形成して、前記第１、第２の被圧着物を前記一対の加熱ローラーの間の加熱圧着箇所に案内する案内機構とを備え、該案内機構は、前記ローラー退避機構により前記一方の加熱ローラーが前記圧着位置から退避すると、前記第２経路の途中に設けられた搬送ローラーを、前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物が前記他方の加熱ローラーのローラー表面から離れる離間経路を取る側に移動して、前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物を前記搬送ローラーにて案内する搬送ローラー移動部を有することを要旨とする。 [Application example 1: Crimping device]
A pressure-bonding device that heat-pressure-bonds the first and second film-shaped objects to be bonded using a pair of heating rollers that rotate opposite to each other, wherein one heating roller of the pair of heating rollers is used as the other heating roller. In order to guide the first and second objects to be bonded to the pair of heating rollers, and a heating roller retracting mechanism that retracts to the side away from the pressure bonding position where the object to be bonded is subjected to thermocompression bonding, the first, A first path that joins the second object to be bonded before reaching the pair of heating rollers, and one of the first and second objects to be bonded that has already been bonded is heated to the other side. Forming a second path that guides the joined first and second objects to be bonded in contact with a roller surface of the roller, and the first and second objects to be bonded are paired with the pair of heating rollers. Guide mechanism to guide to the thermocompression bonding point between When the one heating roller is retracted from the pressure-bonding position by the roller retracting mechanism, the guide mechanism moves the transport roller provided in the middle of the second path to the joined first and second The transporting roller moves so that the object to be bonded is moved to the side that takes a separation path away from the roller surface of the other heating roller, and the bonded first and second objects to be bonded are guided by the transporting roller. The main point is to have a part.

この適用例１の圧着装置では、その有する加熱ローラー退避機構により、前記一対の加熱ローラーの一方の加熱ローラーを圧着位置から退避させることで、この一方の加熱ローラーと他方の加熱ローラーとを離間させる。その上で、こうして加熱ローラーを退避させた状態では、案内機構の有する搬送ローラー移動部にて、搬送ローラーを移動して、前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物（以下、単に、接合済み被圧着物と称する）の経路を、前記他方の加熱ローラーのローラー表面から離れる離間経路となるように変更する。この加熱ローラーの退避と接合済み被圧着物の経路変更とをなしている間では、加熱ローラーを被圧着物に接触させないので、上記の適用例１の圧着装置によれば、被圧着物の損傷を回避した上で、加熱ローラーを回転させつつ加熱温度調整を図ることができる。しかも、一対の加熱ローラーは、加熱温度調整のために回転しているものの、上記の加熱ローラー退避により離間しているので、接合済み被圧着物の装着は簡便となり、装着性が高まる。   In the pressure bonding apparatus of Application Example 1, the heating roller retracting mechanism included in the application apparatus retracts one heating roller of the pair of heating rollers from the pressure bonding position, thereby separating the one heating roller from the other heating roller. . In addition, in the state in which the heating roller is retracted in this way, the transport roller moving unit included in the guide mechanism moves the transport roller, and the joined first and second objects to be bonded (hereinafter simply referred to as “bonded”). , Referred to as a bonded object to be bonded) is changed so as to be a separation path away from the roller surface of the other heating roller. Since the heating roller is not brought into contact with the object to be bonded while the heating roller is retracted and the path of the bonded object to be bonded is changed, the pressure bonding apparatus according to Application Example 1 described above damages the object to be bonded. The heating temperature can be adjusted while rotating the heating roller. In addition, although the pair of heating rollers rotate to adjust the heating temperature, they are separated by the above-described heating roller retraction, so that it is easy to mount the bonded object to be bonded and the mounting property is improved.

上記した適用例１の圧着装置は、次のような態様とすることができる。例えば、前記一対の加熱ローラーを、前記一方の加熱ローラーが前記圧着位置から退避した状態で、回転させながら加熱温度調整する。そして、退避済みの一方の加熱ローラーの前記圧着位置への復帰に先立って前記搬送ローラーを移動して、接合済み被圧着物を前記離間経路から、ローラー表面に接触する第２経路に戻すようにできる。こうすれば、加熱ローラーの加熱温度調整後に、接合済み被圧着物の加熱圧着を簡便に再開できる。   The above-described crimping device of Application Example 1 can be configured as follows. For example, the heating temperature is adjusted while rotating the pair of heating rollers in a state where the one heating roller is retracted from the pressure-bonding position. Then, prior to the return of the heated heating roller to the pressure-bonding position, the transport roller is moved so that the bonded object to be pressed is returned from the separation path to the second path that contacts the roller surface. it can. If it carries out like this, after the heating temperature adjustment of a heating roller, the thermocompression bonding of the to-be-bonded to-be-bonded object can be restarted simply.

[適用例２：膜電極接合体の製造方法]
対向して回転する一対の加熱ローラーを用いて燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造方法であって、第１の電極触媒層が電解質膜フィルムの一方のフィルム面に形成された該電解質膜フィルムと、第２の電極触媒層が支持フィルムの一方のフィルム面に形成された該支持フィルムとを準備する工程（ａ）と、前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを、前記一対の加熱ローラーに到る手前で、前記支持フィルムの前記第２の触媒層が前記電解質膜フィルの他方のフィルム面に接合させた接合状態とし、該接合状態の前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを前記一対の加熱ローラーの間の加熱圧着箇所に案内する工程（ｂ）とを備え、該工程（ｂ）では、前記接合状態の前記支持フィルムの他方の面を前記一対の加熱ローラーの一方の加熱ローラーのローラー表面に接触させてから、前記一対の加熱ローラーの回転により、前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを前記加熱圧着箇所に導くと共に、前記一対の加熱ローラーの他方の加熱ローラーが、前記一方の加熱ローラーとで前記加熱圧着箇所を形成する際の圧着位置から離間する側に退避すると、前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを前記接合状態のまま、前記支持フィルムの前記他方の面が前記ローラー表面から離れた経路で案内することを要旨とする。 [Application Example 2: Manufacturing method of membrane electrode assembly]
A manufacturing method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell by using a pair of opposed heating rollers, wherein the first electrode catalyst layer is formed on one film surface of the electrolyte membrane film The step (a) of preparing a membrane film and the support film in which the second electrode catalyst layer is formed on one film surface of the support film, and the pair of heating and the support film and the electrolyte membrane film are prepared. Before reaching the roller, the second catalyst layer of the support film is joined to the other film surface of the electrolyte membrane fill, and the joined support film and the electrolyte membrane film are And a step (b) for guiding to a thermocompression bonding portion between the pair of heating rollers, and in the step (b), the other surface of the support film in the joined state is disposed on the pair of heating rollers. The heating film is brought into contact with the roller surface of the other heating roller, and the support film and the electrolyte membrane film are guided to the thermocompression bonding portion by rotation of the pair of heating rollers, and the other heating roller of the pair of heating rollers. However, when the one heating roller is retracted to the side away from the crimping position when forming the thermocompression bonding portion, the other side of the support film is left in the joined state while the support film and the electrolyte membrane film remain in the joined state. The gist of this is that the surface is guided along a route away from the roller surface.

上記した適用例２の膜電極接合体の製造方法によれば、一対の加熱ローラーの加熱温度調整の際の損傷を受けることなく、膜電極接合体を簡便に製造できる。しかも、接合済みの支持フィルムと電解質膜フィルムを簡便に装着できるので、適用例２の膜電極接合体の製造方法によれば、膜電極接合体の製造手順の簡略化も図ることができる。   According to the manufacturing method of the membrane electrode assembly of Application Example 2 described above, the membrane electrode assembly can be easily manufactured without being damaged during the adjustment of the heating temperature of the pair of heating rollers. Moreover, since the bonded support film and the electrolyte membrane film can be easily attached, according to the method of manufacturing the membrane electrode assembly of Application Example 2, the manufacturing procedure of the membrane electrode assembly can be simplified.

この場合、上記の適用例２の製造方法で得た膜電極接合体を、ガス拡散層で挟持し、その上でセパレーターにて挟持するようにすれば、燃料電池の製造方法としても適用できる。   In this case, if the membrane electrode assembly obtained by the manufacturing method of Application Example 2 is sandwiched between the gas diffusion layers and then sandwiched between the separators, it can be applied as a method for manufacturing a fuel cell.

実施例の燃料電池１０を構成する単セル１５を断面視して概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the cross section of the single cell 15 which comprises the fuel cell 10 of an Example. ＭＥＡの構成部材の接合の様子をその寸法状態と合わせて模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the mode of joining of the structural member of MEA together with the dimension state. 燃料電池１０の製造手順を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a manufacturing procedure of the fuel cell 10. FIG. 準備する電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦの準備の形態を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the form of the preparation of the electrolyte membrane film 20F and anode support film DF to prepare. ＭＥＡ製造装置１００の概略構成を各搬送箇所でのフィルムの形態と共に模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically schematic structure of the MEA manufacturing apparatus 100 with the form of the film in each conveyance location. 第２加熱ローラー１４２の温度調整の際の各ローラーの挙動を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the behavior of each roller in the case of temperature adjustment of the 2nd heating roller 142. FIG.

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は実施例の燃料電池１０を構成する単セル１５を断面視して概略的に示す説明図、図２はＭＥＡの構成部材の接合の様子をその寸法状態と合わせて模式的に示す説明図である。本実施例の燃料電池１０は、図１に示す構成の単セル１５を対向するセパレーター２５、２６で挟持して、この単セル１５を複数積層したスタック構造の固体高分子型燃料電池である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a single cell 15 constituting the fuel cell 10 of the embodiment in a cross-sectional view, and FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the state of joining of constituent members of the MEA together with its dimensional state. FIG. The fuel cell 10 of this embodiment is a solid polymer fuel cell having a stack structure in which a single cell 15 having the configuration shown in FIG. 1 is sandwiched between opposing separators 25 and 26 and a plurality of the single cells 15 are stacked.

単セル１５は、電解質膜２０の両側にアノード２１とカソード２２の両電極を備える。電解質膜２０は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード２１およびカソード２２は、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した導電性粒子、例えばカーボン粒子（以下、触媒担持カーボン粒子と称する）を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して形成された電極触媒層であり、電解質膜２０の両膜面に接合され電解質膜２０と共に膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を形成する。通常、アイオノマーは、電解質膜２０と同質の固体高分子材料である高分子電解質樹脂（例えばフッ素系樹脂）であり、その有するイオン交換基によりプロトン伝導性を有する。   The single cell 15 includes both electrodes of an anode 21 and a cathode 22 on both sides of the electrolyte membrane 20. The electrolyte membrane 20 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. The anode 21 and the cathode 22 are formed by coating conductive particles carrying a catalyst such as platinum or a platinum alloy, for example, carbon particles (hereinafter referred to as catalyst-carrying carbon particles) with an ionomer having proton conductivity. The electrode catalyst layer is joined to both membrane surfaces of the electrolyte membrane 20 to form a membrane electrode assembly (MEA) together with the electrolyte membrane 20. Usually, the ionomer is a polymer electrolyte resin (for example, a fluorine-based resin) that is a solid polymer material of the same quality as the electrolyte membrane 20, and has proton conductivity due to the ion exchange group that the ionomer has.

この他、単セル１５は、電極形成済みの電解質膜２０を両側から挟持するアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４とセパレーター２５，２６を備え、両ガス拡散層は、対応する電極（アノード２１またはカソード２２）に接合されている。アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体によって形成される。本実施例では、電解質膜２０とアノード２１およびカソード２２で形成されるＭＥＡを、アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４で挟持した状態で単セル１５の基幹部位を製造する。よって、ＭＥＡに上記の両ガス拡散層を含めた物をＭＥＧＡ（Membrane-Electrode＆Gas. Diffusion Layer Assembly）と、適宜、称することとする。   In addition, the single cell 15 includes an anode-side gas diffusion layer 23, a cathode-side gas diffusion layer 24, and separators 25 and 26 that sandwich the electrode-formed electrolyte membrane 20 from both sides. (Anode 21 or cathode 22). The anode side gas diffusion layer 23 and the cathode side gas diffusion layer 24 are conductive members having gas permeability, for example, a carbon porous body such as carbon paper or carbon cloth, or a metal porous body such as metal mesh or foam metal. Formed by. In this embodiment, the basic part of the single cell 15 is manufactured in a state where the MEA formed by the electrolyte membrane 20, the anode 21 and the cathode 22 is sandwiched between the anode side gas diffusion layer 23 and the cathode side gas diffusion layer 24. Therefore, the MEA including both the gas diffusion layers is appropriately referred to as MEGA (Membrane-Electrode & Gas. Diffusion Layer Assembly).

図２に示すように、アノード２１は、電解質膜２０とほぼ同寸法の矩形形状とされ、カソード２２は、アノード２１より縦横とも短くされている。アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４は、ほぼ同寸法の矩形形状とされ、アノード側ガス拡散層２３は、アノード２１より縦横とも同寸もしくはやや短くされている。カソード側ガス拡散層２４は、アノード側ガス拡散層２３とほぼ同寸法とされている。なお、アノード２１、アノード側ガス拡散層２３等は上記のようにその寸法が相違するが、単セル１５としての組み付け状態では、これらはその周囲において図示しないシール部材にて気密にシールされる。   As shown in FIG. 2, the anode 21 is a rectangular shape having substantially the same dimensions as the electrolyte membrane 20, and the cathode 22 is shorter than the anode 21 both vertically and horizontally. The anode-side gas diffusion layer 23 and the cathode-side gas diffusion layer 24 have a rectangular shape with substantially the same dimensions, and the anode-side gas diffusion layer 23 is the same size or slightly shorter than the anode 21 both vertically and horizontally. The cathode side gas diffusion layer 24 has substantially the same dimensions as the anode side gas diffusion layer 23. Although the dimensions of the anode 21 and the anode-side gas diffusion layer 23 are different as described above, in the assembled state as the single cell 15, they are hermetically sealed around the periphery thereof by a sealing member (not shown).

セパレーター２５は、アノード側ガス拡散層２３の側に、水素を含有する燃料ガスを流すセル内燃料ガス流路４７を備える。セパレーター２６は、カソード側ガス拡散層２４の側に、酸素を含有する酸化ガス（本実施例では、空気）を流すセル内酸化ガス流路４８を備える。なお、図には記載していないが、隣り合う単セル１５間には、例えば、冷媒が流れるセル間冷媒流路を形成することができる。これらセパレーター２５，２６は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成されている。   The separator 25 is provided with an in-cell fuel gas flow channel 47 for flowing a fuel gas containing hydrogen on the anode side gas diffusion layer 23 side. The separator 26 includes an in-cell oxidizing gas flow channel 48 through which an oxidizing gas containing oxygen (air in this embodiment) flows, on the cathode side gas diffusion layer 24 side. Although not shown in the figure, an inter-cell refrigerant flow path through which a refrigerant flows can be formed between adjacent single cells 15, for example. The separators 25 and 26 are made of a gas-impermeable conductive member, for example, a dense carbon that has been made gas impermeable by compressing carbon, baked carbon, or a metal material such as stainless steel.

図１では図示していないが、セパレーター２５，２６の外周近傍の所定の位置には、複数の孔部が形成されている。これらの複数の孔部は、セパレーター２５，２６が他の部材と共に積層されて燃料電池１０が組み立てられたときに互いに重なって、燃料電池１０内を積層方向に貫通する流路を形成する。すなわち、上記したセル内燃料ガス流路４７やセル内酸化ガス流路４８、あるいはセル間冷媒流路に対して、燃料ガスや酸化ガス、あるいは冷媒を給排するためのマニホールドを形成する。   Although not shown in FIG. 1, a plurality of holes are formed at predetermined positions near the outer peripheries of the separators 25 and 26. The plurality of holes overlap each other when the separators 25 and 26 are laminated together with other members and the fuel cell 10 is assembled to form a flow path that penetrates the fuel cell 10 in the laminating direction. That is, a manifold for supplying and discharging fuel gas, oxidizing gas, or refrigerant is formed with respect to the in-cell fuel gas channel 47, the in-cell oxidizing gas channel 48, or the inter-cell refrigerant channel.

本実施例の燃料電池１０は、セパレーター２５のセル内燃料ガス流路４７からの水素ガスを、アノード側ガス拡散層２３で拡散ししつつ、アノード２１に供給する。空気については、セパレーター２６のセル内酸化ガス流路４８からの空気を、カソード側ガス拡散層２４で拡散ししつつカソード２２に供給する。こうしたガス供給を受けて、燃料電池１０は、発電し、その発電電力を外部の負荷に与える。   The fuel cell 10 of this embodiment supplies the hydrogen gas from the in-cell fuel gas flow channel 47 of the separator 25 to the anode 21 while diffusing in the anode side gas diffusion layer 23. As for the air, the air from the in-cell oxidizing gas channel 48 of the separator 26 is supplied to the cathode 22 while being diffused by the cathode side gas diffusion layer 24. Receiving such gas supply, the fuel cell 10 generates power and applies the generated power to an external load.

次に、燃料電池１０の製造方法について説明する。図３は燃料電池１０の製造手順を示す説明図である。図示するように、燃料電池１０を製造するに当たっては、まず、その構成単位である単セル１５を作製する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell 10 will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the manufacturing procedure of the fuel cell 10. As shown in the figure, when the fuel cell 10 is manufactured, first, a single cell 15 as a structural unit is manufactured.

単セル１５の作製に当たり、その構成部材を準備する（ステップＳ１００）。図４は準備する電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦの準備の形態を模式的に示す説明図である。図示するように、電解質膜フィルム２０Ｆについては、電解質膜２０の上記の高分子電解質樹脂を用いてフィルム状に電解質膜フィルム２０Ｆを形成し、その一方のフィルム面に、カソード２２を点在させて形成する。電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面には、剥離可能なバックフィルムＢＦを貼り付ける。このバックフィルムＢＦについては、これを、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のポリエステル系、ポリスチレン等の高分子フィルムによって形成することができる。こうして、電解質膜フィルム２０Ｆをロール状に巻き取った電解質膜フィルムロール２０Ｒを準備する。カソード２２は、触媒担持カーボン粒子とアイオノマーとを分散させた触媒インクを適宜な塗布機器にて電解質膜フィルム２０Ｆに塗布し、その後の乾燥を経て形成される。カソード２２は、図中の側面断面視に示すように、電解質膜フィルム２０Ｆのフィルム幅より狭くされ、上記した寸法関係で形成される。以下、カソード２２が形成済みでバックフィルムＢＦが貼り付け済みの電解質膜フィルム２０Ｆ、およびバックフィルムＢＦの剥離済みの電解質膜フィルム２０Ｆを、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと称する。   In producing the single cell 15, its constituent members are prepared (step S100). FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a form of preparation of the electrolyte membrane film 20F and the anode support film DF to be prepared. As shown in the figure, for the electrolyte membrane film 20F, the above-described polymer electrolyte resin of the electrolyte membrane 20 is used to form the electrolyte membrane film 20F in a film shape, and the cathode 22 is dotted on one of the film surfaces. Form. A peelable back film BF is attached to the other film surface of the electrolyte membrane film 20F. About this back film BF, this can be formed by polymer films, such as polyester systems, such as PET (polyethylene terephthalate) and PEN (polyethylene naphthalate), and polystyrene. Thus, an electrolyte membrane film roll 20R obtained by winding the electrolyte membrane film 20F into a roll is prepared. The cathode 22 is formed by applying the catalyst ink in which the catalyst-supporting carbon particles and the ionomer are dispersed to the electrolyte membrane film 20F with an appropriate application device, and then drying. As shown in the side sectional view in the drawing, the cathode 22 is narrower than the film width of the electrolyte membrane film 20F and is formed in the above-described dimensional relationship. Hereinafter, the electrolyte membrane film 20F on which the cathode 22 has been formed and the back film BF has been attached, and the electrolyte membrane film 20F on which the back film BF has been peeled off are referred to as a laminated electrolyte membrane film 20F.

アノード支持フィルムＤＦは、一方のフィルム面に、その長手方向に亘ってアノード２１を備える。アノード支持フィルムＤＦは、形成済みのアノード２１に対して剥離可能であり、アノード２１の形成済みの状態でロール状に巻き取られ、アノード支持フィルムロールＤＲとして準備される。このアノード支持フィルムＤＦは、ＰＥＴやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の高分子フィルムによって形成される。アノード２１は、上記の触媒インクを適宜な塗布機器にて連続的に塗布した後に乾燥することで形成される。アノード支持フィルムＤＦは、電解質膜フィルム２０Ｆと同じフィルム幅であることから、アノード２１は、アノード支持フィルムＤＦの全面に形成され、これにより、電解質膜フィルム２０Ｆと同じ幅となる。以下、アノード２１が形成済みのアノード支持フィルムＤＦを、積層済みアノード支持フィルムＤＦと称する。   The anode support film DF includes an anode 21 on one film surface in the longitudinal direction. The anode support film DF can be peeled off from the formed anode 21 and is wound up in a roll shape with the anode 21 formed, and is prepared as an anode support film roll DR. The anode support film DF is formed of a polymer film such as PET or PTFE (polytetrafluoroethylene). The anode 21 is formed by continuously applying the above-described catalyst ink with an appropriate application device and then drying. Since the anode support film DF has the same film width as the electrolyte membrane film 20F, the anode 21 is formed on the entire surface of the anode support film DF, and thus has the same width as the electrolyte membrane film 20F. Hereinafter, the anode support film DF on which the anode 21 has been formed is referred to as a laminated anode support film DF.

このように電極触媒層を形成しながら上記の両フィルムロールを準備するほか、電極触媒層が形成済みでロール状に巻き取られた電解質膜フィルムロール２０Ｒやアノード支持フィルムロールＤＲを購入準備することもできる。なお、アノード側およびカソード側の拡散層については、導電性で多孔質の基材、例えばカーボンクロスを上記の矩形サイズで一枚ずつ準備される（図示略）。セパレーター２５、２６については、それぞれセル内燃料ガス流路４７、４８を有する形態で準備される（図示略）。   In addition to preparing both the above film rolls while forming the electrode catalyst layer in this way, preparing to purchase the electrolyte membrane film roll 20R and the anode support film roll DR that have been formed into a roll with the electrode catalyst layer already formed You can also. For the anode-side and cathode-side diffusion layers, a conductive and porous base material, such as carbon cloth, is prepared one by one in the above rectangular size (not shown). The separators 25 and 26 are prepared in a form having in-cell fuel gas flow paths 47 and 48 (not shown).

上記のステップＳ１００に続いて、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みアノード支持フィルムＤＦとからＭＥＡを作製する（ステップＳ１１０）。図５はＭＥＡ製造装置１００の概略構成を各搬送箇所でのフィルムの形態と共に模式的に示す説明図である。このＭＥＡ製造装置１００は、第１搬送系１１０と、第２搬送系１２０と、フィルム接合部１３０と、フィルム加熱圧着部１４０と、フィルム剥離部１５０と、半製品回収部１６０と、制御装置２００とを備えている。なお、この図５は、フィルム搬送とフィルム接合、並びにフィルム形態の様子を模式的に示しており、実際の電解質膜フィルム２０Ｆやアノード支持フィルムＤＦ、アノード２１およびカソード２２の厚みや縦横サイズを反映したものではない。   Subsequent to step S100 described above, an MEA is produced from the laminated electrolyte membrane film 20F and the laminated anode support film DF (step S110). FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the schematic configuration of the MEA manufacturing apparatus 100 together with the form of the film at each conveyance location. The MEA manufacturing apparatus 100 includes a first transport system 110, a second transport system 120, a film bonding unit 130, a film thermocompression bonding unit 140, a film peeling unit 150, a semi-finished product recovery unit 160, and a control device 200. And. FIG. 5 schematically shows the state of film conveyance, film bonding, and film form, and reflects the thickness and vertical and horizontal sizes of the actual electrolyte membrane film 20F, anode support film DF, anode 21 and cathode 22. It was n’t.

第１搬送系１１０は、電解質膜フィルムロール２０Ｒに巻き取られた電解質膜フィルム２０Ｆをフィルム接合部１３０に送り出す。送り出された電解質膜フィルム２０Ｆは、搬送ポイントＰ１のフィルム形態に示すように、バックフィルムＢＦと電解質膜フィルム２０Ｆとが積層し、電解質膜フィルム２０Ｆのフィルム面（上面）にカソード２２が点在形成されている。この第１搬送系１１０は、搬送下流側にフィルム剥離ローラー１１２を備え、当該ローラーを回転させつつ電解質膜フィルム２０ＦからバックフィルムＢＦを剥離し、当該剥離したバックフィルムＢＦを回収ローラー１１４に巻き取り回収する。よって、第１搬送系１１０は、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆを、バックフィルムＢＦの側のフィルム面を露出させて、フィルム接合部１３０に送り出す。第２搬送系１２０は、アノード支持フィルムロールＤＲに巻き取り済みのアノード支持フィルムＤＦをフィルム接合部１３０に送り出す。アノード支持フィルムＤＦは、搬送ポイントＰ２のフィルム形態に示すように、アノード２１が上記の電解質膜フィルム２０Ｆの露出フィルム面を向くようにして、送り出される。ＭＥＡ製造装置１００は、こうして送り出された積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みアノード支持フィルムＤＦとをフィルム接合部１３０にて接合させる。   The 1st conveyance system 110 sends out the electrolyte membrane film 20F wound up by the electrolyte membrane film roll 20R to the film junction part 130. FIG. As shown in the film form of the transport point P1, the fed electrolyte membrane film 20F is formed by laminating the back film BF and the electrolyte membrane film 20F, and the cathodes 22 are scattered on the film surface (upper surface) of the electrolyte membrane film 20F. Has been. The first transport system 110 includes a film peeling roller 112 on the downstream side of the transport, peels the back film BF from the electrolyte membrane film 20F while rotating the roller, and winds the peeled back film BF around the collection roller 114. to recover. Therefore, the 1st conveyance system 110 sends out the laminated | stacked electrolyte membrane film 20F to the film junction part 130, exposing the film surface by the side of the back film BF. The second transport system 120 sends the anode support film DF that has been wound around the anode support film roll DR, to the film bonding unit 130. The anode support film DF is sent out so that the anode 21 faces the exposed film surface of the electrolyte membrane film 20F as shown in the film form at the transport point P2. The MEA manufacturing apparatus 100 joins the laminated electrolyte membrane film 20F thus sent out and the laminated anode support film DF at the film joining portion 130.

フィルム接合部１３０は、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆにおけるカソード２２の露出面（上面）にローラー表面を接触させる接合ローラー１３１と、積層済みアノード支持フィルムＤＦの露出面（下面）の側に位置する接合案内ローラー１３２とを備える。接合ローラー１３１は、回転しながら積層済み電解質膜フィルム２０Ｆをフィルム加熱圧着部１４０に向けて送り出すと共に、この電解質膜フィルム２０Ｆを積層済みアノード支持フィルムＤＦのアノード２１に押し付ける。これにより、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みアノード支持フィルムＤＦとは、電解質膜フィルム２０Ｆの露出面にアノード２１が密着するようにして、接合する。この接合の様子は、搬送ポイントＰ３のフィルム形態で示されており、電解質膜フィルム２０Ｆの下面にアノード２１が接合し、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで、アノード２１とカソード２２が向き合う。アノード支持フィルムＤＦにあっては、アノード２１に接合したままである。こうしたフィルム接合に関与する第１搬送系１１０と第２搬送系１２０およびフィルム接合部１３０は、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦを後述のフィルム加熱圧着部１４０の加熱ローラーに到る手前で接合させる経路を形成することになる。この場合、アノード支持フィルムＤＦを図示しない案内レール等で案内して、接合ローラー１３１の押し付け力をこの案内レール側に及ぼせば、上記のフィルム接合はより確実となる。   The film bonding part 130 is a bonding roller 131 that brings the roller surface into contact with the exposed surface (upper surface) of the cathode 22 in the laminated electrolyte membrane film 20F, and the bonding positioned on the exposed surface (lower surface) side of the laminated anode support film DF. And a guide roller 132. The joining roller 131 feeds the laminated electrolyte membrane film 20F toward the film thermocompression bonding section 140 while rotating, and presses the electrolyte membrane film 20F against the anode 21 of the laminated anode support film DF. Thus, the laminated electrolyte membrane film 20F and the laminated anode support film DF are joined so that the anode 21 is in close contact with the exposed surface of the electrolyte membrane film 20F. The state of this joining is shown in the form of a film at the transfer point P3. The anode 21 is joined to the lower surface of the electrolyte membrane film 20F, and the anode 21 and the cathode 22 face each other with the electrolyte membrane film 20F interposed therebetween. In the anode support film DF, it remains bonded to the anode 21. The first transport system 110, the second transport system 120, and the film joint portion 130 that are involved in such film joining are the layers before the laminated electrolyte membrane film 20 </ b> F and the anode support film DF reach the heating roller of the film thermocompression bonding portion 140 described later. A path to be joined is formed. In this case, if the anode support film DF is guided by a guide rail or the like (not shown) and the pressing force of the joining roller 131 is applied to the guide rail side, the above-described film joining becomes more reliable.

接合案内ローラー１３２は、接合ローラー１３１より下流側に位置してアノード支持フィルムＤＦの下面に接し、接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦが後述のフィルム加熱圧着部１４０の加熱ローラーに到る経路を接合ローラー１３１と協働して形成する。この接合案内ローラー１３２は、自転してフィルム搬送に関与するようにできるほか、従動回転してフィルム搬送に関与するようにもできる。また、この接合案内ローラー１３２は、図における紙面手前側と紙面奥側のローラー軸両端にて、図示しないし支持腕に回転自在に支持されており、この支持腕ごと移動可能とされている。このローラー移動については、後述する。   The joining guide roller 132 is positioned downstream of the joining roller 131 and contacts the lower surface of the anode support film DF, and the joined electrolyte membrane film 20F and anode support film DF reach the heating roller of the film thermocompression bonding section 140 described later. A path is formed in cooperation with the joining roller 131. The joining guide roller 132 can be rotated to be involved in film conveyance, and can be driven to rotate and be involved in film conveyance. The joining guide roller 132 is rotatably supported by a support arm (not shown) at both ends of the roller shaft on the front side and the back side of the drawing in the drawing, and can be moved together with the support arm. This roller movement will be described later.

フィルム加熱圧着部１４０は、対向して回転する一対の加熱ローラー対を備え、当該ローラー対を、第１加熱ローラー１４１と第２加熱ローラー１４２とで構成する。この両ローラーは、図示しないヒーターを内蔵し、制御装置２００からのヒーター制御と回転制御を受けて、回転しながらローラー表面をフィルムの加熱圧着に適した温度とする。また、第１加熱ローラー１４１と第２加熱ローラー１４２は、その対向間隔を上記の接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦの厚みの和よりやや狭くしており、この対向箇所をフィルム加熱圧着箇所とする。第２加熱ローラー１４２は、図における紙面手前側と紙面奥側のローラー軸両端にて、図示しないし支持腕に回転自在に支持されており、この支持腕ごと移動可能とされている。このローラー移動については、後述する。   The film thermocompression bonding section 140 includes a pair of heating roller pairs that rotate to face each other, and the roller pair includes a first heating roller 141 and a second heating roller 142. Both the rollers incorporate a heater (not shown), receive the heater control and the rotation control from the control device 200, and set the roller surface to a temperature suitable for the thermocompression bonding of the film while rotating. Further, the first heating roller 141 and the second heating roller 142 have a facing distance slightly narrower than the sum of the thicknesses of the joined electrolyte membrane film 20F and the anode support film DF, and this facing portion is heated by the film. It shall be the crimping part. The second heating roller 142 is rotatably supported by a support arm (not shown) at both ends of the roller shaft on the front side and the back side in the drawing, and can be moved together with the support arm. This roller movement will be described later.

フィルム加熱圧着部１４０は、接合ローラー１３１と接合案内ローラー１３２とで案内された接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦ（以下、これらフィルムを一体として接合済みフィルムＳＦと適宜称する）を、上記の両加熱ローラーの加熱圧着箇所に案内する。この案内に際しては、図示するように、アノード支持フィルムＤＦを第１加熱ローラー１４１のローラー表面に接触させる。よって、第１加熱ローラー１４１は、接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦのうちのアノード支持フィルムＤＦを第１加熱ローラー１４１のローラー表面に接触させて、上記接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦを上記の加熱圧着箇所に案内する経路を、接合ローラー１３１と接合案内ローラー１３２と協働して形成する。そして、第１加熱ローラー１４１と第２加熱ローラー１４２とは、接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとアノード支持フィルムＤＦを両面から加熱しつつ加圧することによって、電解質膜フィルム２０Ｆにアノード支持フィルムＤＦのアノード２１を加熱圧着し、加熱圧着済みの両フィルムを、テンションローラー１４３にてテンションを掛けつつ下流のフィルム剥離部１５０に搬送する。   The film thermocompression bonding section 140 refers to the bonded electrolyte membrane film 20F and the anode support film DF (hereinafter referred to as a bonded film SF as appropriate as a unit), guided by the bonding roller 131 and the bonding guide roller 132, as described above. Guide to the thermocompression bonding points of both heating rollers. In this guidance, the anode support film DF is brought into contact with the roller surface of the first heating roller 141 as illustrated. Therefore, the 1st heating roller 141 makes the anode supporting film DF of the joined electrolyte membrane film 20F and anode supporting film DF contact the roller surface of the 1st heating roller 141, and the said joined electrolyte membrane film 20F. A path for guiding the anode support film DF to the above-mentioned thermocompression bonding portion is formed in cooperation with the joining roller 131 and the joining guide roller 132. And the 1st heating roller 141 and the 2nd heating roller 142 pressurize the joined electrolyte membrane film 20F and the anode support film DF from both sides, thereby applying an anode of the anode support film DF to the electrolyte membrane film 20F. 21 is thermocompression-bonded, and both films that have been thermocompression-bonded are conveyed to the downstream film peeling unit 150 while being tensioned by the tension roller 143.

フィルム剥離部１５０は、剥離ローラー１５１と、搬送ローラー１５２と、テンションローラー１５３とを備えている。剥離ローラー１５１は、搬送ローラー１５２と対向配置され、テンションローラー１５３にて搬送経路が変更されたアノード支持フィルムＤＦを、アノード２１から剥離する。剥離後のフィルムの様子は、搬送ポイントＰ４のフィルム形態に示すように、アノード支持フィルムＤＦがない状態で、電解質膜フィルム２０Ｆの下面にアノード２１が接合し、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで、アノード２１とカソード２２が向き合う。つまり、フィルム状のＭＥＡフィルムＭＦが得られることになり、このＭＥＡフィルムＭＦは半製品回収部１６０に搬送される。剥離されたアノード支持フィルムＤＦは、回収ローラー１５４に巻き取り回収される。   The film peeling unit 150 includes a peeling roller 151, a transport roller 152, and a tension roller 153. The peeling roller 151 is disposed to face the transport roller 152 and peels the anode support film DF whose transport path is changed by the tension roller 153 from the anode 21. As shown in the film form at the transport point P4, the state of the peeled film is as follows. The anode 21 is joined to the lower surface of the electrolyte membrane film 20F without the anode support film DF, and the electrolyte membrane film 20F is sandwiched between the anode 21 and the cathode 22 face each other. That is, a film-like MEA film MF is obtained, and this MEA film MF is conveyed to the semi-finished product collection unit 160. The peeled anode support film DF is wound up and collected by the collection roller 154.

半製品回収部１６０は、バックフィルム補給ローラーＢＦＲと、搬送ローラー１６１と、テンションローラー１６２と、半製品回収ローラー１６３とを備えている。搬送ローラー１６１は、ＭＥＡフィルムＭＦを搬送しつつ、バックフィルム補給ローラーＢＦＲから送り出されたバックフィルムＢＦを、ＭＥＡフィルムＭＦのカソード２２に重ね合わせ、この状態で、バックフィルムＢＦおよびＭＥＡフィルムＭＦをテンションローラー１６２に搬送する。テンションローラー１６２は、経路を屈曲させつつテンションを掛けることで、搬送ポイントＰ４のフィルム形態のカソード２２にバックフィルムＢＦを接合する。バックフィルムＢＦの接合済みのＭＥＡフィルムＭＦは、単セル１５（図２参照）に組み込まれる矩形形状ではないので、ＭＥＡ半製品として半製品回収ローラー１６３に巻き取り回収される。回収されたＭＥＡフィルムＭＦは、図示しないフィルム切断装置にて矩形形状に切断されてＭＥＡとしてＭＥＧＡの作製に用いられるほか、フィルム形態のままＭＥＧＡの作製に用いることもできる。また、半製品回収ローラー１６３に巻き取った半製品のＭＥＡフィルムＭＦとして、燃料電池製造ラインに出荷することもできる。   The semi-finished product collection unit 160 includes a back film supply roller BFR, a transport roller 161, a tension roller 162, and a semi-finished product collection roller 163. The transport roller 161 superimposes the back film BF fed from the back film supply roller BFR on the cathode 22 of the MEA film MF while transporting the MEA film MF. In this state, the back film BF and the MEA film MF are tensioned. Transport to roller 162. The tension roller 162 joins the back film BF to the film-form cathode 22 at the transport point P4 by applying tension while bending the path. Since the MEA film MF to which the back film BF has been bonded is not a rectangular shape incorporated in the single cell 15 (see FIG. 2), the MEA film MF is wound and collected by the semi-finished product collection roller 163 as an MEA semi-finished product. The recovered MEA film MF is cut into a rectangular shape by a film cutting device (not shown) and used as a MEA for the production of MEGA, or it can be used for the production of MEGA in the form of a film. Moreover, it can also ship to a fuel cell manufacturing line as the MEA film MF of the semi-finished product wound up by the semi-finished product collection roller 163.

制御装置２００は、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各ローラーの回転速度を調整制御するほか、第１加熱ローラー１４１と第２加熱ローラー１４２の両加熱ローラーの温度についてもこれを制御する。また、接合案内ローラー１３２と第２加熱ローラー１４２とについては、後述するような、ローラー移動制御にも関与する。   The control device 200 adjusts and controls the rotation speed of each roller described above while receiving inputs from various switches and sensors (not shown), and also controls the temperatures of both the first heating roller 141 and the second heating roller 142. Control this. Further, the joining guide roller 132 and the second heating roller 142 are also involved in roller movement control as described later.

既述したように、ＭＥＡフィルムＭＦが得られると、図３のステップＳ１２０にて、フィルム状のＭＥＧＡを作製する。つまり、上記のＭＥＡフィルムＭＦの表裏面にアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４を、ホットプレス等の手法にて接合し、ガス拡散層接合済みのＭＥＡフィルムＭＦを切断して、ＭＥＡをその両側でアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４で挟持した矩形状のＭＥＧＡを得る。ＭＥＡフィルムＭＦを予め矩形形状に切断しておいて、上記の両ガス拡散層を接合するようにすることもできる。また、切断しないまま、或いは切断した状態のＭＥＧＡを、燃料電池製造ラインに出荷することもできる。   As described above, when the MEA film MF is obtained, a film-like MEGA is produced in step S120 of FIG. That is, the anode side gas diffusion layer 23 and the cathode side gas diffusion layer 24 are bonded to the front and back surfaces of the MEA film MF by a technique such as hot pressing, and the gas diffusion layer bonded MEA film MF is cut. A rectangular MEGA in which the MEA is sandwiched between the anode side gas diffusion layer 23 and the cathode side gas diffusion layer 24 on both sides thereof is obtained. It is also possible to cut the MEA film MF into a rectangular shape in advance and join the two gas diffusion layers. Further, the MEGA that is not cut or in a cut state can be shipped to the fuel cell production line.

次いで、このＭＥＧＡをセパレーター２５とセパレーター２６とで挟持して単セル１５を作製し（ステップＳ１３０）、所定数の単セル１５を積層してスタック状に組み立て、これを積層方向に締結する（ステップＳ１４０）。これにより、図１に示した燃料電池１０が得られる。   Next, the MEGA is sandwiched between the separator 25 and the separator 26 to produce a single cell 15 (step S130), a predetermined number of single cells 15 are stacked and assembled into a stack, and are fastened in the stacking direction (step S130). S140). Thereby, the fuel cell 10 shown in FIG. 1 is obtained.

既述したステップＳ１１０でのＭＥＡ作製の際には、フィルム加熱圧着部１４０は、第２加熱ローラー１４２を、第１加熱ローラー１４１に近接させて当該ローラーとで加熱圧着を図る圧着位置に置く（図５参照）。そして、フィルム加熱圧着部１４０は、カソード２２の積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと、アノード２１の積層済みアノード支持フィルムＤＦとが接合ローラー１３１にて接合された接合済みフィルムＳＦを加熱圧着箇所に導き、電解質膜フィルム２０Ｆにアノード２１が接合するよう接合済みフィルムＳＦを加熱圧着する。こうしてＭＥＡの作製が継続されると、電解質膜フィルムロール２０Ｒ（図５参照）の電解質膜フィルム２０Ｆやアノード支持フィルムロールＤＲのアノード支持フィルムＤＦの残存量は減ってくるので、その補給が必要となる。こうした際には、残存するフィルム末端を新たなフィルムローラーに巻かれたフィルム先端と繋ぐことが往々にして行われる。或いは、燃料電池のスペックが変わる等のために、既存の電解質膜フィルム２０Ｆやアノード支持フィルムＤＦを交換する、いわゆる段取り替えもＭＥＡ製造の上では常態化している。   When the MEA is manufactured in the above-described step S110, the film heating / crimping unit 140 places the second heating roller 142 in the vicinity of the first heating roller 141 at a pressure-bonding position where heat-pressure bonding is performed with the roller ( (See FIG. 5). Then, the film thermocompression bonding section 140 guides the bonded film SF in which the laminated electrolyte membrane film 20F of the cathode 22 and the laminated anode support film DF of the anode 21 are bonded by the bonding roller 131 to the thermocompression bonding location. The bonded film SF is thermocompression bonded so that the anode 21 is bonded to the electrolyte membrane film 20F. If the production of the MEA is continued in this way, the remaining amount of the electrolyte membrane film 20F of the electrolyte membrane film roll 20R (see FIG. 5) and the anode support film DF of the anode support film roll DR is reduced, so that replenishment is necessary. Become. In such a case, the remaining film end is often connected to the film tip wound around a new film roller. Alternatively, so-called setup change, in which the existing electrolyte membrane film 20F or anode support film DF is replaced due to changes in the specifications of the fuel cell or the like, has become normal in terms of MEA production.

本実施例のＭＥＡ製造装置１００は、フィルム補給や段取り替えに当たり、次のようにしてローラー移動を図った上で、フィルム加熱圧着部１４０における第２加熱ローラー１４２の温度調整を行う。図６は第２加熱ローラー１４２の温度調整の際の各ローラーの挙動を模式的に示す説明図である。図示するように、フィルム加熱圧着部１４０は、第２加熱ローラー１４２をローラー移動機構１４５と係合して備える。このローラー移動機構１４５は、図における紙面手前側と紙面奥側のローラー軸両端を支持腕１４６にて回転自在に支持し、支持腕１４６を伸縮することで、第２加熱ローラー１４２を支持腕１４６ごと移動させる。また、フィルム加熱圧着部１４０は、接合済みフィルムＳＦを既述した経路でフィルム加熱圧着部１４０に案内する１３２についても、これをローラー移動機構１４７と係合して備える。このローラー移動機構１４７は、図における紙面手前側と紙面奥側のローラー軸両端を支持腕１４８にて回転自在に支持し、支持腕１４６を伸縮することで、接合案内ローラー１３２を支持腕１４８ごと移動させる。   The MEA manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment adjusts the temperature of the second heating roller 142 in the film thermocompression bonding section 140 after moving the rollers as follows in film supply and changeover. FIG. 6 is an explanatory view schematically showing the behavior of each roller when adjusting the temperature of the second heating roller 142. As shown in the figure, the film thermocompression bonding section 140 includes a second heating roller 142 engaged with a roller moving mechanism 145. The roller moving mechanism 145 rotatably supports both ends of the roller shaft on the front side and the back side of the drawing with support arms 146 in the drawing, and expands and contracts the support arms 146, thereby supporting the second heating roller 142 with the support arms 146. Move them together. Further, the film thermocompression bonding section 140 also includes 132 that guides the bonded film SF to the film thermocompression bonding section 140 through the above-described path by being engaged with the roller moving mechanism 147. The roller moving mechanism 147 rotatably supports both ends of the roller shaft on the front side and the back side of the drawing with support arms 148 in the drawing, and expands and contracts the support arms 146 so that the joining guide roller 132 is moved together with the support arms 148. Move.

通常、作業者は、フィルム補給や段取り替えに当たって、所定のスイッチ、例えば温度調整作業スイッチ等を操作する。ＭＥＡ製造装置１００の制御装置２００は、上記したスイッチ入力を待機し、当該スイッチ入力があると、ローラー移動機構１４５を制御して、第２加熱ローラー１４２を回転駆動させたまま、第１加熱ローラー１４１と近接対向していた圧着位置から退避させる（図６（Ｂ）参照）。これにより、第１加熱ローラー１４１と第２加熱ローラー１４２とを離間させる。   Usually, an operator operates a predetermined switch, such as a temperature adjustment work switch, for film replenishment or changeover. The control device 200 of the MEA manufacturing apparatus 100 waits for the above-described switch input, and when there is the switch input, controls the roller moving mechanism 145 to rotate the second heating roller 142 while rotating the first heating roller 142. 141 is retracted from the crimping position that is close to and opposed to 141 (see FIG. 6B). Thereby, the 1st heating roller 141 and the 2nd heating roller 142 are separated.

制御装置２００は、第２加熱ローラー１４２の退避に続き、ローラー移動機構１４７を制御して、接合案内ローラー１３２を移動させる（図６（Ｃ）参照）。この接合案内ローラー１３２の移動は、当該ローラーが案内していた接合済みフィルムＳＦの経路が、接合済みフィルムＳＦのアノード支持フィルムＤＦが第１加熱ローラー１４１のローラー表面から離れる離間経路となるまでなされる。この接合案内ローラー１３２の移動に伴う経路変更により、接合済みフィルムＳＦには、それまでと異なるテンションが掛かる。よって、制御装置２００は、接合ローラー１３１の従動回転制御や、図５に示す電解質膜フィルムロール２０Ｒおよびアノード支持フィルムロールＤＲのフィルム送り出し駆動等を行って、接合済みフィルムＳＦに掛かるテンションを吸収する。こうすることで、接合済みフィルムＳＦは、スムースに経路変更を来す。   Following the retraction of the second heating roller 142, the control device 200 controls the roller moving mechanism 147 to move the joining guide roller 132 (see FIG. 6C). The movement of the joining guide roller 132 is performed until the route of the joined film SF guided by the roller becomes a separation route in which the anode support film DF of the joined film SF is separated from the roller surface of the first heating roller 141. The Due to the path change accompanying the movement of the bonding guide roller 132, a different tension is applied to the bonded film SF. Therefore, the control device 200 absorbs the tension applied to the bonded film SF by performing the driven rotation control of the bonding roller 131, the film feeding drive of the electrolyte membrane film roll 20R and the anode support film roll DR shown in FIG. . By doing so, the bonded film SF smoothly changes the path.

本実施例のＭＥＡ製造装置１００は、上記の第２加熱ローラー１４２の退避と、接合案内ローラー１３２の移動に伴う接合済みフィルムＳＦの経路変更とをなしている間において、第１加熱ローラー１４１を接合済みフィルムＳＦに接触させない。よって、本実施例のＭＥＡ製造装置１００によれば、第１加熱ローラー１４１をその温度調整のために回転させても、接合済みフィルムＳＦに接触したままの空回りを起こさない。これにより、接合済みフィルムＳＦの損傷を回避した上で、第１加熱ローラー１４１および第２加熱ローラー１４２を回転させつつ加熱温度調整でき、ローラー表面温度の均一化の上で有益となる。しかも、第１加熱ローラー１４１と第２加熱ローラー１４２を加熱温度調整のために回転しているものの、両加熱ローラーを第２加熱ローラー１４２の退避により離間させている。よって、段取り替えの接合済みフィルムＳＦを改めて接合案内ローラー１３２に係合させるフィルム装着が必要となっても、本実施例のＭＥＡ製造装置１００によれば、このフィルム装着が簡便となり、装着性が高まる。   The MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment moves the first heating roller 141 while the second heating roller 142 is retracted and the route of the bonded film SF is changed along with the movement of the bonding guide roller 132. Do not touch the bonded film SF. Therefore, according to the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment, even when the first heating roller 141 is rotated for temperature adjustment, the idle rotation that is in contact with the bonded film SF does not occur. Thereby, after avoiding damage to the joined film SF, the heating temperature can be adjusted while rotating the first heating roller 141 and the second heating roller 142, which is beneficial in making the roller surface temperature uniform. In addition, although the first heating roller 141 and the second heating roller 142 are rotated for adjusting the heating temperature, the both heating rollers are separated by the retreat of the second heating roller 142. Therefore, even if it is necessary to attach a film for engaging the setup-changed joined film SF with the joining guide roller 132 again, according to the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment, this film attachment becomes simple and the attachability is improved. Rise.

作業者は、既述したフィルム補給や段取り替えが完了すると、所定のスイッチ、例えば作業完了スイッチを操作する。ＭＥＡ製造装置１００の制御装置２００は、上記したスイッチ入力を待機し、当該スイッチ入力があると、ローラー移動機構１４５を制御して、第２加熱ローラー１４２を元の加熱圧着位置に復帰させる。なお、フィルム補給や段取り替えの作業中に、通常、第１加熱ローラー１４１や第２加熱ローラー１４２は、回転しながらの温度調整により、所定温度に調整される。よって、上記の完了スイッチ入力と同時にローラー復帰を図るようにできるが、数分程度の時間差を持ってローラー復帰を図るようにすることもできる。   When the above-described film replenishment and setup change are completed, the operator operates a predetermined switch, for example, a work completion switch. The control device 200 of the MEA manufacturing apparatus 100 waits for the above-described switch input, and when there is the switch input, controls the roller moving mechanism 145 to return the second heating roller 142 to the original thermocompression bonding position. In addition, during the film replenishment and setup change operations, the first heating roller 141 and the second heating roller 142 are usually adjusted to a predetermined temperature by adjusting the temperature while rotating. Therefore, the roller can be restored simultaneously with the completion switch input, but the roller can be restored with a time difference of about several minutes.

本実施例のＭＥＡ製造装置１００では、第２加熱ローラー１４２を退避位置から元の加熱圧着位置に復帰させるに当たり、この第２加熱ローラー１４２のローラー復帰に先立ってローラー移動機構１４７を制御して、接合案内ローラー１３２を元のフィルム案内位置に復帰移動させる。この接合案内ローラー１３２の復帰移動により、接合済みフィルムＳＦをアノード支持フィルムＤＦが第１加熱ローラー１４１のローラー表面に接触しない離間経路から、アノード支持フィルムＤＦがローラー表面に接触する元の経路に戻す。こうした上で、本実施例のＭＥＡ製造装置１００は、第２加熱ローラー１４２を第１加熱ローラー１４１に近接対向した加熱圧着位置に復帰させる。よって、本実施例のＭＥＡ製造装置１００によれば、第１加熱ローラー１４１や第２加熱ローラー１４２の加熱温度調整後に、接合済みフィルムＳＦの加熱圧着を簡便に再開でき、生産性が高まる。   In the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment, when the second heating roller 142 is returned from the retracted position to the original thermocompression bonding position, the roller moving mechanism 147 is controlled prior to the roller return of the second heating roller 142, The joining guide roller 132 is moved back to the original film guide position. By the return movement of the joining guide roller 132, the joined film SF is returned from the separation path where the anode support film DF does not contact the roller surface of the first heating roller 141 to the original path where the anode support film DF contacts the roller surface. . On this basis, the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment returns the second heating roller 142 to the thermocompression bonding position that is close to and opposed to the first heating roller 141. Therefore, according to the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment, after adjusting the heating temperature of the first heating roller 141 and the second heating roller 142, the thermocompression bonding of the bonded film SF can be easily resumed, and the productivity is increased.

また、本実施例のＭＥＡ製造装置１００では、接合案内ローラー１３２を元のフィルム案内位置に復帰移動させる際、接合ローラー１３１の従動回転制御、或いは逆回転制御、図５に示す電解質膜フィルムロール２０Ｒおよびアノード支持フィルムロールＤＲのフィルム巻き戻し駆動等を行う。よって、接合案内ローラー１３２の復帰移動の際に、接合済みフィルムＳＦに弛みを残さないようにできる。フィルムの弛みは、加熱圧着の信頼性や品質の低下を来し易いが、本実施例のＭＥＡ製造装置１００によれば、加熱圧着の再開当初から、加熱圧着の信頼性や品質を確保できる。加えて、上記の接合ローラー１３１の回転制御やフィルムの巻き戻し駆動を行うので、接合済みフィルムＳＦが加熱圧着されないままフィルム加熱圧着部１４０から搬送されないので、歩留まりも向上する。   In the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment, when the joining guide roller 132 is moved back to the original film guide position, the follower rotation control or reverse rotation control of the joining roller 131, the electrolyte membrane film roll 20R shown in FIG. And the film rewinding drive of the anode support film roll DR is performed. Therefore, when the joining guide roller 132 is returned and moved, no slack is left in the joined film SF. The looseness of the film tends to cause deterioration in the reliability and quality of thermocompression bonding, but according to the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment, the reliability and quality of thermocompression bonding can be ensured from the beginning of resumption of thermocompression bonding. In addition, since the rotation control of the joining roller 131 and the film rewinding drive are performed, the joined film SF is not transported from the film thermocompression bonding section 140 without being thermocompression bonded, so that the yield is also improved.

また、本実施例のＭＥＡ製造装置１００を用いたＭＥＡの製造方法によれば、第１加熱ローラー１４１や第２加熱ローラー１４２の加熱温度調整の際の損傷を受けることなく、ＭＥＡを簡便に製造できる。しかも、フィルム補給や段取り替えの際に、接合済みフィルムＳＦを簡便に装着できるので、ＭＥＡの製造手順の簡略化や生産性の向上を図ることができる。   Moreover, according to the MEA manufacturing method using the MEA manufacturing apparatus 100 of the present embodiment, the MEA can be easily manufactured without being damaged during the adjustment of the heating temperature of the first heating roller 141 and the second heating roller 142. it can. Moreover, since the joined film SF can be easily attached at the time of film replenishment or setup change, the MEA manufacturing procedure can be simplified and the productivity can be improved.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、上記の実施例では、アノード２１を形成済みの接合済みフィルムＳＦとカソード２２を形成済みの電解質膜フィルム２０Ｆとを、電解質膜フィルム２０Ｆのフィルム面にアノード２１が接合するよう、両フィルムを加熱圧着してＭＥＡを製造したが、ＭＥＡ以外のフィルム圧着に用いることもできる。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the bonded film SF with the anode 21 formed thereon and the electrolyte membrane film 20F with the cathode 22 formed thereon are bonded so that the anode 21 is bonded to the film surface of the electrolyte membrane film 20F. Although MEA was manufactured by thermocompression bonding, it can also be used for film compression other than MEA.

また、第２加熱ローラー１４２を加熱圧着位置から退避するようにしたが、第１加熱ローラー１４１を退避させたり、両加熱ローラーを退避させたりすることもできる。   Moreover, although the 2nd heating roller 142 was evacuated from the thermocompression bonding position, the 1st heating roller 141 can also be evacuated and both heating rollers can also be evacuated.

１０…燃料電池
１５…単セル
２０…電解質膜
２０Ｆ…電解質膜フィルム
２０Ｒ…電解質膜フィルムロール
２１…アノード
２２…カソード
２３…アノード側ガス拡散層
２４…カソード側ガス拡散層
２５〜２６…セパレーター
４７…セル内燃料ガス流路
４８…セル内酸化ガス流路
１００…ＭＥＡ製造装置
１１０…第１搬送系
１１２…フィルム剥離ローラー
１１４…回収ローラー
１２０…第２搬送系
１３０…フィルム接合部
１３１…接合ローラー
１３２…接合案内ローラー
１４０…フィルム加熱圧着部
１４１…第１加熱ローラー
１４２…第２加熱ローラー
１４３…テンションローラー
１４５…ローラー移動機構
１４６…支持腕
１４７…ローラー移動機構
１４８…支持腕
１５０…フィルム剥離部
１５１…剥離ローラー
１５２…搬送ローラー
１５３…テンションローラー
１５４…回収ローラー
１６０…半製品回収部
１６１…搬送ローラー
１６２…テンションローラー
１６３…半製品回収ローラー
２００…制御装置
Ｐ１〜Ｐ４…搬送ポイント
ＤＦ…アノード支持フィルム
ＢＦ…バックフィルム
ＭＦ…ＭＥＡフィルム
ＳＦ…接合済みフィルム
ＤＲ…アノード支持フィルムロール
ＢＦＲ…バックフィルム補給ローラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 15 ... Single cell 20 ... Electrolyte membrane 20F ... Electrolyte membrane film 20R ... Electrolyte membrane film roll 21 ... Anode 22 ... Cathode 23 ... Anode side gas diffusion layer 24 ... Cathode side gas diffusion layer 25-26 ... Separator 47 ... Intra-cell fuel gas flow path 48 ... In-cell oxidizing gas flow path 100 ... MEA manufacturing apparatus 110 ... First transport system 112 ... Film peeling roller 114 ... Collection roller 120 ... Second transport system 130 ... Film joining section 131 ... Joining roller 132 ... Joining guide roller 140 ... Film heating and pressure bonding part 141 ... First heating roller 142 ... Second heating roller 143 ... Tension roller 145 ... Roller moving mechanism 146 ... Support arm 147 ... Roller moving mechanism 148 ... Support arm 150 ... Film peeling part 151 ... Peeling roller 152 ... Transport Roller 153 ... Tension roller 154 ... Recovery roller 160 ... Semi-product recovery unit 161 ... Transport roller 162 ... Tension roller 163 ... Semi-product recovery roller 200 ... Control device P1 to P4 ... Transport point DF ... Anode support film BF ... Back film MF ... MEA film SF ... Bonded film DR ... Anode support film roll BFR ... Back film supply roller

Claims (3)

対向して回転する一対の加熱ローラーを用いてフィルム状の第１、第２の被圧着物を加熱圧着する圧着装置であって、
前記一対の加熱ローラーの一方の加熱ローラーを、他方の加熱ローラーとで被圧着物の加熱圧着を図る圧着位置から離間する側に退避させる加熱ローラー退避機構と、
前記一対の加熱ローラーに前記第１、第２の被圧着物を案内するに当たり、前記第１、第２の被圧着物を前記一対の加熱ローラーに到る手前で接合させる第１経路と、該接合済みの前記第１、第２の被圧着物のいずれかの被圧着物を前記他方の加熱ローラーのローラー表面に接触させて前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物を案内する第２経路とを形成して、前記第１、第２の被圧着物を前記一対の加熱ローラーの間の加熱圧着箇所に案内する案内機構とを備え、
該案内機構は、
前記ローラー退避機構により前記一方の加熱ローラーが前記圧着位置から退避すると、前記第２経路の途中に設けられた搬送ローラーを、前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物が前記他方の加熱ローラーのローラー表面から離れる離間経路を取る側に移動して、前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物を前記搬送ローラーにて案内する搬送ローラー移動部を有する
圧着装置。 A crimping apparatus for thermocompression bonding the film-like first and second objects to be crimped using a pair of heating rollers rotating opposite to each other,
A heating roller retracting mechanism for retracting one heating roller of the pair of heating rollers to a side away from a pressure-bonding position for performing heat-bonding of an object to be bonded with the other heating roller;
In guiding the first and second objects to be bonded to the pair of heating rollers, a first path that joins the first and second objects to be bonded before reaching the pair of heating rollers, Either the first or second bonded object to be bonded is brought into contact with the roller surface of the other heating roller to guide the bonded first or second bonded object. Forming a second path, and a guide mechanism for guiding the first and second objects to be bonded to a thermocompression bonding portion between the pair of heating rollers,
The guide mechanism is
When the one heating roller is retracted from the pressure-bonding position by the roller retracting mechanism, the transported roller provided in the middle of the second path is connected to the bonded first and second objects to be bonded. A pressure-bonding device having a conveyance roller moving unit that moves to a side of the heating roller that takes a separation path away from the roller surface and guides the bonded first and second objects to be bonded by the conveyance roller. 請求項１に記載の圧着装置であって、
前記一対の加熱ローラーは、前記一方の加熱ローラーが前記圧着位置から退避した状態で、回転しながら加熱温度調整を受け、
前記加熱ローラー退避機構は、前記加熱温度調整の後に、前記一方の加熱ローラーを前記圧着位置に復帰させ、
前記搬送ローラー移動部は、前記加熱温度調整の後の前記一方の加熱ローラーの前記圧着位置への復帰に先立って前記搬送ローラーを移動し、前記接合済みの前記第１、第２の被圧着物を前記離間経路から前記第２経路に戻す圧着装置。 The crimping device according to claim 1,
The pair of heating rollers are subjected to a heating temperature adjustment while rotating while the one heating roller is retracted from the pressure-bonding position,
The heating roller retracting mechanism returns the one heating roller to the pressure-bonding position after the heating temperature adjustment,
The conveyance roller moving unit moves the conveyance roller prior to the return of the one heating roller after the heating temperature adjustment to the pressure bonding position, and the bonded first and second objects to be bonded. A crimping device for returning the separation path to the second path. 対向して回転する一対の加熱ローラーを用いて燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造方法であって、
第１の電極触媒層が電解質膜フィルムの一方のフィルム面に形成された該電解質膜フィルムと、第２の電極触媒層が支持フィルムの一方のフィルム面に形成された該支持フィルムとを準備する工程（ａ）と、
前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを、前記一対の加熱ローラーに到る手前で、前記支持フィルムの前記第２の触媒層が前記電解質膜フィルの他方のフィルム面に接合させた接合状態とし、該接合状態の前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを前記一対の加熱ローラーの間の加熱圧着箇所に案内する工程（ｂ）とを備え、
該工程（ｂ）では、
前記接合状態の前記支持フィルムの他方の面を前記一対の加熱ローラーの一方の加熱ローラーのローラー表面に接触させてから、前記一対の加熱ローラーの回転により、前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを前記加熱圧着箇所に導くと共に、
前記一対の加熱ローラーの他方の加熱ローラーが、前記一方の加熱ローラーとで前記加熱圧着箇所を形成する際の圧着位置から離間する側に退避すると、前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムとを前記接合状態のまま、前記支持フィルムの前記他方の面が前記ローラー表面から離れた経路で案内する
膜電極接合体の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell by using a pair of heating rollers rotating opposite to each other,
The electrolyte membrane film in which the first electrode catalyst layer is formed on one film surface of the electrolyte membrane film and the support film in which the second electrode catalyst layer is formed on one film surface of the support film are prepared. Step (a);
The support film and the electrolyte membrane film are in a joined state in which the second catalyst layer of the support film is joined to the other film surface of the electrolyte membrane fill before reaching the pair of heating rollers, A step (b) of guiding the joined support film and the electrolyte membrane film to a thermocompression bonding location between the pair of heating rollers;
In the step (b),
The other surface of the bonded support film is brought into contact with the surface of one heating roller of the pair of heating rollers, and then the support film and the electrolyte membrane film are rotated by rotating the pair of heating rollers. While leading to the thermocompression bonding location,
When the other heating roller of the pair of heating rollers retreats to the side away from the pressure bonding position when forming the thermocompression bonding portion with the one heating roller, the support film and the electrolyte membrane film are bonded together. The manufacturing method of the membrane electrode assembly which guides the said other surface of the said support film in the path | route away from the said roller surface with a state.
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