JP2014082049A - Manufacturing method and manufacturing apparatus of membrane electrode assembly for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対向して回転する一対の転写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と製造装置に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell using a pair of transfer rollers that rotate opposite to each other.
燃料電池に用いられる膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）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、転写ローラーにて転写圧着する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。この手法では、電解質膜の表裏の電極触媒層の位置ズレを検出しつつ複数の膜電極接合体を連続して製造することができる。 A membrane electrode assembly (MEA) used in a fuel cell is obtained by joining an electrode catalyst layer of an anode and a cathode carrying a catalyst for promoting a fuel cell reaction on both membrane surfaces of an electrolyte membrane. Yes. As a method for producing 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 transferred and pressure-bonded by a transfer roller. A technique has been proposed (for example, Patent Document 1). In this method, a plurality of membrane electrode assemblies can be continuously produced while detecting the positional deviation of the electrode catalyst layers on the front and back of the electrolyte membrane.
ところで、上記した手法で膜電極接合体を製造する場合、電解質膜の表裏の電極触媒層の位置ズレが起きていると、転写ローラーによる転写圧着を一旦解放した後に、転写圧着を復帰させている。転写ローラーによる転写圧着の解放は、フィルム状の電解質膜と当該膜に接合前の電極触媒層とがローラーによる転写圧を受けないことから、その接合箇所にエアーが入り込みエアー溜まりが発生する余地がある。仮にエアーが入り込んだまま、その後に転写ローラーによる転写圧着がなされると、転写圧を受けてエアーがエアー溜まりから筋状に逃げるため、電解質膜と電極触媒層との接合箇所に両者の接合不良を招くことが危惧される。こうした接合不良は、ＭＥＡ、延いては燃料電池の発電性能の低下を招くことから、電解質膜と電極触媒層との接合不良を抑制することが要請されるに到った。なお、転写ローラーによる転写圧着の解放を起こさないようにした場合であっても、一方の面に一方の電極触媒層を形成済みのフィルム状の電解質膜に他方の電極触媒層を接合する際に、その接合箇所にエアーが入り込む余地がある。また、電解質膜と電極触媒層との接合不良の抑制を図る上での簡便化についても、その要請がある。 By the way, when the membrane electrode assembly is manufactured by the above-described method, if the electrode catalyst layers on the front and back of the electrolyte membrane are misaligned, the transfer pressure bonding by the transfer roller is once released and then the transfer pressure bonding is restored. . The release of the transfer pressure bonding by the transfer roller is because the film-like electrolyte membrane and the electrode catalyst layer before joining to the membrane are not subjected to the transfer pressure by the roller, so there is room for air to enter and the air pool to occur. is there. If air is entrained and then the transfer pressure is applied by a transfer roller, the transfer pressure causes the air to escape from the air pool, causing a poor connection between the electrolyte membrane and the electrode catalyst layer. It is feared to invite. Such poor bonding leads to a decrease in the power generation performance of the MEA, and thus the fuel cell, and thus it has been requested to suppress the defective bonding between the electrolyte membrane and the electrode catalyst layer. Even when the transfer pressure bonding is not released by the transfer roller, when the other electrode catalyst layer is bonded to the film-like electrolyte membrane in which one electrode catalyst layer is already formed on one surface. There is room for air to enter the joint. In addition, there is a demand for simplification in suppressing the bonding failure between the electrolyte membrane and the electrode catalyst layer.
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、以下の形態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 modes.
（１）本発明の一形態によれば、対向して回転する一対の転写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が提供される。この膜電極接合体の製造方法は、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搬送しつつ、前記支持フィルムの前記第２の電極触媒層が前記電解質膜フィルムの他方のフィルム面に接合して前記第１の触媒層と前記電解質膜フィルムを挟んで対向する接合状態とし、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転写ローラーの間の転写圧着箇所に搬送案内する工程（ｂ）と、前記接合状態の前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層の側から前記電解質膜フィルムの他方のフィルム面に到る切り込みを、前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層が前記フィルム搬送方向に沿って未形成とされた触媒層未形成領域の末端の側に形成する工程（ｃ）とを備える。こうして形成された切り込みは、電解質膜フィルムに対して触媒層未形成領域の下流で形成された第１の電極触媒層の先端側に位置する。その上で、この切り込みは、電解質膜フィルムの他方のフィルム面に達する。このため、電解質膜フィルムの他方のフィルム面への第２の電極触媒層の接合に際して、触媒層未形成領域と重なる範囲における電解質膜フィルムの他方のフィルム面と第２の電極触媒層の形成済み支持フィルムとの間に仮にエアーが入り込んでいても、このエアーは、その後の支持フィルムと電解質膜フィルムの押圧の際、例えば一対の転写ローラーによる転写圧着の際、或いは、一対の転写ローラーより下流の何らかのローラー（例えば、テンションローラーや巻き取りローラー等）による押圧の際に、触媒層未形成領域の末端の切り込みから、第１の電極触媒層の側、即ち大気に放出される。よって、上記形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法によれば、電解質膜フィルムの他方のフィルム面への第２の電極触媒層の接合不良を抑制できる。また、触媒層未形成領域の末端の側に切り込みを形成すればよいので、カッター等の簡便な構成で電解質膜フィルムの他方のフィルム面への第２の電極触媒層の接合不良を抑制できる。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell using a pair of transfer rollers that rotate opposite to each other. In this method of manufacturing a membrane electrode assembly, the first electrode catalyst layer is formed on one film surface of the electrolyte membrane film, and the second electrode catalyst layer is formed on one film surface of the support film. The step (a) of preparing the formed support film, and the second electrode catalyst layer of the support film is the other film of the electrolyte film while conveying the support film and the electrolyte membrane film. A bonding state where the first catalyst layer and the electrolyte membrane film are opposed to each other by being bonded to a surface, and the support film and the electrolyte membrane film in the bonded state are transferred and bonded to each other between the pair of transfer rollers. And the other film of the electrolyte membrane film from the side of the first electrode catalyst layer with respect to the support film and the electrolyte membrane film in the joined state. A step of forming a notch reaching the rummed surface on the end side of the catalyst layer non-formed region where the first electrode catalyst layer is not formed along the film transport direction with respect to the electrolyte membrane film (c ). The cut formed in this way is located on the tip side of the first electrode catalyst layer formed downstream of the catalyst layer non-formation region with respect to the electrolyte membrane film. In addition, this notch reaches the other film surface of the electrolyte membrane film. For this reason, when the second electrode catalyst layer is joined to the other film surface of the electrolyte membrane film, the other film surface of the electrolyte membrane film and the second electrode catalyst layer are formed in a range overlapping with the catalyst layer non-formed region. Even if air enters between the support film and the support film and the electrolyte membrane film, the air is downstream of the pair of transfer rollers, for example, when the transfer film is pressed with a pair of transfer rollers, When being pressed by some kind of roller (for example, a tension roller, a take-up roller, etc.), it is discharged to the first electrode catalyst layer side, that is, to the atmosphere from the cut at the end of the catalyst layer non-formed region. Therefore, according to the manufacturing method of the membrane electrode assembly for a fuel cell of the above aspect, the bonding failure of the second electrode catalyst layer to the other film surface of the electrolyte membrane film can be suppressed. Moreover, since it is only necessary to form a cut on the end side of the catalyst layer non-formation region, it is possible to suppress the bonding failure of the second electrode catalyst layer to the other film surface of the electrolyte membrane film with a simple configuration such as a cutter.
（２）上記形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法において、前記工程（ｃ）では、前記切り込みを前記触媒層未形成領域の末端を跨いで形成するようにできる。こうすれば、触媒層未形成領域と重なる範囲において上記のように入り込んだエアーを、触媒層未形成領域の末端を跨ぐ切り込みからより確実に大気放出できる。 (2) In the manufacturing method of the membrane electrode assembly for a fuel cell according to the above aspect, in the step (c), the cut may be formed across the end of the catalyst layer non-formed region. If it carries out like this, the air which entered as mentioned above in the range which overlaps with a catalyst layer non-formation area | region can be more reliably air-released from the notch which straddles the terminal of a catalyst layer non-formation area | region.
（３）上記形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法において、前記工程（ｃ）では、前記切り込みを前記電解質膜フィルムの幅方向において複数筋形成するようにできる。こうすれば、上記入り込んだエアーが大気放出される機会が増えるので、電解質膜フィルムの他方のフィルム面への第２の電極触媒層の接合不良を高い実効性で抑制できる。 (3) In the method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the above aspect, in the step (c), a plurality of the cuts may be formed in the width direction of the electrolyte membrane film. This increases the chance of the air that has entered the atmosphere being released to the atmosphere, so that poor bonding of the second electrode catalyst layer to the other film surface of the electrolyte membrane film can be suppressed with high effectiveness.
（４）上記いずれかの形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法において、前記工程（ｂ）では、前記一対の転写ローラーのうちの前記第１の電極触媒層の側の転写ローラーを、前記接合状態の前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムにおける前記触媒層未形成領域が前記転写圧着箇所を通過する間に亘って、前記転写圧着箇所から離間する側に退避させるようにできる。こうすれば、転写ローラーの退避により触媒層未形成領域と重なる範囲でのエアーの入り込みが起きたとしても、既述した切り込みからのエアー放出による第２の電極触媒層の接合不良を抑制でき、特段の支障を及ぼさない。しかも、第１の電極触媒層の側の転写ローラーを退避させるので、当該転写ローラーを、第１の電極触媒層が未形成の触媒層未形成領域において電解質膜フィルムに接触させない。転写ローラーと電解質膜フィルムとが接触して両者の張り付きが起きると、その張り付き解消が必要となるが、この形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法では、張り付き解消は不要となる。よって、この形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法によれば、第２の電極触媒層の接合不良を抑制した上で、転写ローラーに対しての電解質膜フィルムの張り付き回避により、製造工程の簡便化やコスト低下を図ることができる。 (4) In the method of manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of the above forms, in the step (b), a transfer roller on the first electrode catalyst layer side of the pair of transfer rollers is used. In addition, the catalyst layer non-formed region of the support film and the electrolyte membrane film in the joined state can be retracted to the side away from the transfer press-bonding portion while passing through the transfer press-bonding portion. In this way, even if air intrusion occurs in a range overlapping with the catalyst layer non-formation region due to retraction of the transfer roller, it is possible to suppress the bonding failure of the second electrode catalyst layer due to the air release from the notch described above, There is no particular hindrance. Moreover, since the transfer roller on the first electrode catalyst layer side is retracted, the transfer roller is not brought into contact with the electrolyte membrane film in the catalyst layer non-formed region where the first electrode catalyst layer is not formed. When the transfer roller and the electrolyte membrane film come into contact with each other and the sticking of both occurs, the sticking needs to be eliminated. However, in the manufacturing method of the membrane electrode assembly for the fuel cell in this form, the sticking is not eliminated. Therefore, according to the method of manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell of this embodiment, the bonding failure of the second electrode catalyst layer is suppressed, and the manufacturing is performed by avoiding sticking of the electrolyte membrane film to the transfer roller. Simplification of the process and cost reduction can be achieved.
（５）本発明の他の形態によれば、対向して回転する一対の転写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装置が提供される。この膜電極接合体の製造装置は、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搬送しつつ、前記支持フィルムの前記第２の電極触媒層が前記電解質膜フィルムの他方のフィルム面に接合して前記第１の触媒層と前記電解質膜フィルムを挟んで対向する接合状態とし、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転写ローラーの間の転写圧着箇所に搬送案内する案内機構と、前記接合状態の前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層の側から前記電解質膜フィルムの前記他方のフィルム面に到る切り込みを、前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層が前記フィルム搬送方向に沿って未形成とされた触媒層未形成領域の末端を跨いで前記電解質膜フィルムの幅方向に複数筋形成する切り込み形成機構とを備える。よって、この形態の燃料電池用の膜電極接合体の製造装置によれば、電解質膜フィルムの他方のフィルム面への第２の電極触媒層の接合不良を抑制した膜電極接合体の製造装置を提供できる。 (5) According to the other form of this invention, the manufacturing apparatus which manufactures the membrane electrode assembly for fuel cells using a pair of transfer roller which rotates facing is provided. In this membrane electrode assembly manufacturing apparatus, the first electrode catalyst layer is formed on one film surface of the electrolyte membrane film, and the second electrode catalyst layer is formed on one film surface of the support film. While transporting the formed support film, the second electrode catalyst layer of the support film is bonded to the other film surface of the electrolyte membrane film, and sandwiches the first catalyst layer and the electrolyte membrane film. And a guide mechanism that conveys and guides the support film and the electrolyte membrane film in the joined state to a transfer pressure bonding portion between the pair of transfer rollers, and the support film and the electrolyte in the joined state. A notch from the side of the first electrode catalyst layer to the other film surface of the electrolyte membrane film with respect to the membrane film, Electrode catalyst layer and a notch forming mechanism plurality myogenesis in the width direction of the electrolyte membrane film across the end of the catalyst layer-free area, which is a non-formed along the film conveying direction. Therefore, according to the fuel cell membrane electrode assembly manufacturing apparatus of this embodiment, there is provided a membrane electrode assembly manufacturing apparatus that suppresses the bonding failure of the second electrode catalyst layer to the other film surface of the electrolyte membrane film. Can be provided.
本発明は、上記の形態で得られた膜電極接合体を、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、ガス拡散層を有する形態の膜電極接合体の製造方法や製造装置、或いは燃料電池の製造方法や製造装置としても適用できる。 The present invention provides a membrane electrode assembly having a gas diffusion layer by sandwiching the membrane electrode assembly obtained in the above form with a gas diffusion layer and then sandwiching it with a separator. The present invention can also be applied to a method, a manufacturing apparatus, or a fuel cell manufacturing method or manufacturing apparatus.
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
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の担体、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
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
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
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
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
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
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
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とカソード支持フィルム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、アノード２１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。アノード２１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工機器にて電解質膜フィルム２０Ｆに間欠的に塗工し、その後の乾燥を経て形成される。アノード２１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、アノード２１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
カソード支持フィルムＤＦは、一方のフィルム面に、カソード２２を点在させて形成する。カソード支持フィルムＤＦは、点在形成済みのカソード２２に対して剥離可能であり、カソード２２の点在形成済みの状態でロール状に巻き取られ、カソード支持フィルムロールＤＲとして準備される。このカソード支持フィルム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。カソード２２は、上記の触媒インクを適宜な塗工機器にて電解質膜フィルム２０Ｆに間欠的に塗工し、その後の乾燥を経て形成される。カソード２２の点在形成に当たっては、図示するようにマスクＭを用いて、カソード２２の矩形形状を確定する。この場合、アノード２１についても矩形形状を確定するようマスクＭを用いることも可能ではあるが、アノード形成対象である電解質膜フィルム２０Ｆの表面損傷回避のためマスクＭは使用せず、塗工機器からの間欠塗工でアノード２１を形成する。なお、カソード２２の形成対象は、後の剥離除去されるカソード支持フィルムＤＦであることから、マスクＭの使用に伴う表面損傷はＭＥＡに影響を与えない。カソード２２にあっても、図中の側面断面視に示すように、カソード支持フィルムＤＦ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が形成済みのカソード支持フィルムＤＦを、積層済みカソード支持フィルムＤＦと称する。
The cathode support film DF is formed by interposing the
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やカソ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 of the above film rolls while forming the electrode catalyst layer in this way, preparing to purchase the electrolyte
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と積層済みカソード支持フィルムＤＦとからＭＥＡを作製する（ステップＳ１１０）。図５はステップＳ１１０で得られるフィルム状のＭＥＡのアノード２１等の積層の様子をフィルム長手方向の断面とフィルム表裏面から見て示す説明図である。
Subsequent to step S100 described above, an MEA is produced from the laminated
図５に示すように、ＭＥＡは、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んでアノード２１とカソード２２とが向かい合う領域とされ、電解質膜フィルム２０Ｆの長手方向に点在する。ＭＥＡの点在の様子は、アノード２１およびカソード２２の点在の様子と同じである。この場合、アノード２１は、塗工機器から電解質膜フィルム２０Ｆへの間欠塗工で形成されることから、塗工開始時と塗工停止時とではエッジ形状が僅かな塗工ムラとなり、この塗工ムラはアノード２１の未塗工領域Ｎｓの前後に残る。カソード２２は、マスクＭを用いる都合上、ほぼ同一形状で点在する。そして、ＭＥＡは、カソード２２を全て含み、アノード２１については塗工ムラを含まないように、カッティングされて（図２参照）、単セル１５を構成する。なお、図５に示すように、カソード支持フィルムＤＦは、電解質膜フィルム２０Ｆと共に存在するが、後述のＭＥＡ製造装置１００において剥離される、もしくはカッティングの後に剥離される。
As shown in FIG. 5, the MEA is a region where the
本実施形態では、図５に示すようにしてフィルム状のＭＥＡを作製すべく、ＭＥＡ製造装置１００を用いた。図６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、フィルム転写圧着部１４０と、フィルム剥離部１５０と、半製品回収部１６０と、切込形成部１７０と、制御装置２００とを備えている。なお、この図６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やカソード支持フィルム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。
In the present embodiment, the
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（図４参照）、電解質膜フィルム２０Ｆのフィルム面（上面）にアノード２１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。また、この第１搬送系１１０は、後述するフィルム転写圧着部１４０での第２転写ローラー１４２の前進と退避タイミングを定めるために用いるアノードセンサー１１６を備える。このアノードセンサー１１６は、光反射型の光センサーとして構成され、第１搬送系１１０から搬送されつつある積層済み電解質膜フィルム２０Ｆにおいて隣り合うアノード２１の間の未塗工領域Ｎｓの搬送方向に沿った先端部位と末端部位を、或いは、隣り合う個々のアノード２１の搬送方向に沿った先端部位と末端部位を検知し、その信号を制御装置２００に出力する。第２搬送系１２０は、カソード支持フィルムロールＤＲに巻き取り済みのカソード支持フィルムＤＦ（図４参照）をフィルム接合部１３０に送り出す。カソード支持フィルムＤＦは、搬送ポイントＰ２のフィルム形態に示すように、カソード２２が上記の電解質膜フィルム２０Ｆの露出フィルム面に向くようにして、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と積層済みカソード支持フィルムＤＦとをフィルム接合部１３０にて接合させる。
The
フィルム接合部１３０は、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆにおけるアノード２１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、積層済みカソード支持フィルム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と接合案内ローラー１３２の両ローラーは、回転しながら積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みカソード支持フィルムＤＦをフィルム転写圧着部１４０に向けて送り出すと共に、この電解質膜フィルム２０Ｆを積層済みカソード支持フィルムＤＦのカソード２２に押し付ける。これにより、積層済み電解質膜フィルム２０Ｆと積層済みカソード支持フィルムＤＦとは、電解質膜フィルム２０Ｆの露出面にカソード２２が密着するようにして、接合する。この接合の様子は、図５および搬送ポイントＰ３のフィルム形態で示されており、電解質膜フィルム２０Ｆの下面にカソード２２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が対向する。カソード支持フィルムＤＦにあっては、カソード２２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とカソード支持フィルムＤＦとを搬送しつつ、既述したようにアノード２１とカソード２２が電解質膜フィルム２０Ｆに接合した状態とし（以下、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆと称する）、両フィルムを、フィルム転写圧着部１４０における第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２の間の転写圧着位置に搬送案内する。この場合、図５に示すようにカソード２２がアノード２１のほぼ中央位置となるよう電解質膜フィルム２０Ｆを挟んでアノード２１に対向するよう、第１搬送系１１０によるフィルム搬送開始と第２搬送系１２０によるフィルム搬送開始、および搬送過程のローラー回転速度が、アノードセンサー１１６のセンサー信号を入力する制御装置２００により制御される。
The
フィルム転写圧着部１４０は、対向して回転する一対の転写ローラー対を備え、当該ローラー対を、第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２とで構成する。第１転写ローラー１４１は、ゴム製のローラー或いは表面がゴムとされたローラーであり、第２転写ローラー１４２は、金属製のローラーである。この両ローラーは、その対向間隔を電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦの厚みの和よりやや狭くし、この対向箇所をフィルム転写圧着箇所とする。第２転写ローラー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、この支持腕ごとフィルム転写圧着箇所から退避可能とされている。このローラー退避については、後述する。この場合、第２転写ローラー１４２を、ヒーター内蔵の加熱ローラーとすることもでき、制御装置２００は、ヒーター制御と回転制御を行って、第２転写ローラー１４２を、回転させ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。
The film transfer
フィルム転写圧着部１４０は、接合ローラー１３１と接合案内ローラー１３２の下流から案内された電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルム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、上記の両転写ローラーのフィルム転写圧着に案内する。この案内に際しては、図示するように、カソード支持フィルムＤＦを第１転写ローラー１４１のローラー表面に接触させる。よって、第１転写ローラー１４１は、接合済みの電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦのうちのカソード支持フィルムＤＦを第１転写ローラー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とカソード支持フィルムＤＦを上記のフィルム転写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転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２とは、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦを両面から押圧することによって、電解質膜フィルム２０Ｆにカソード支持フィルムＤＦのカソード２２を転写圧着し、転写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。この場合、第２転写ローラー１４２を加熱ローラーとすれば、電解質膜フィルム２０Ｆにカソード支持フィルムＤＦのカソード２２を加熱圧着できる。
The film transfer
フィルム転写圧着部１４０の下流側に位置する切込形成部１７０は、カッター１７２とストッパローラー１７３とを備える。図７は切込形成部１７０の概略構成を示す説明図、図８は図７におけるＡ方向矢視の要部の概略構成とカッター１７２の刃先による切り込み形成の様子を示す説明図である。図示するように、切込形成部１７０は、カッター１７２を、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆにおけるアノード２１の側に位置させ、このカッター１７２を等間隔で多列に第１プレート１７４に備える。第１プレート１７４は、第２プレート１７５に対して着脱自在であり、個々のカッター１７２は、個別に第１プレート１７４に着脱される。つまり、カッター１７２は、個々に交換可能であるほか、第１プレート１７４ごと一括にも交換可能とされている。切込形成部１７０は、シリンダー１７６にて第２プレート１７５を前後退することで、個々のカッター１７２を、アノード２１の表面から離れた原位置と、刃先がアノード２１の側に入り込んだ切り込み位置との間で前後退させる。この切り込みは、図８に示すように、接合状態のカソード支持フィルムＤＦと電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに対して、アノード２１の側から、電解質膜フィルム２０Ｆとカソード２２の接合面に到るようにされている。そして、カッター１７２がこの切り込み位置まで前進することで、アノード２１と電解質膜フィルム２０Ｆには切刃痕Ｋｓが残ることになり、この切刃痕Ｋｓは、アノード２１の側から電解質膜フィルム２０Ｆとカソード２２の接合面に達する。ストッパローラー１７３は、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに重なったカソード支持フィルムＤＦの側に位置し、アノード２１の側に上記のように前進するカッター１７２のストッパーとして機能する。切込形成部１７０によるカッター１７２の前後退のタイミングおよび切り込み形成箇所については後述する。
The
切込形成部１７０より下流側のフィルム剥離部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カソード支持フィルム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、カソード支持フィルム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。剥離されたカソード支持フィルムＤＦは、回収ローラー１５４に巻き取り回収される。
The
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。なお、フィルム剥離部１５０と半製品回収部１６０を省略して、カソード支持フィルムＤＦが電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに接合した形態で、テンションローラー１４３の下流にて巻き取って、ＭＥＡ半製品とすることもできる。
The semi-finished
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２転写ローラー１４２の前後退、および切込形成部１７０におけるカッター１７２の前後退についてもこれを制御する。なお、第２転写ローラー１４２を加熱ローラーとする場合には、制御装置２００は、第２転写ローラー１４２の温度についても、これを制御する。
The
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
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
次に、既述したステップＳ１１０でのＭＥＡ作製の際の第２転写ローラー１４２の退避と切込形成部１７０による切り込み形成について説明する。図９は第２転写ローラー１４２の前後退の様子を模式的に示す説明図、図１０は第２転写ローラー１４２の前後退およびカッター１７２の前後退を電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの搬送状態と合わせて示す説明図である。なお、図１０では、第２転写ローラー１４２やテンションローラー１４３のローラー前後において、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの搬送経路を、便宜上、上下としているが、実際の搬送経路は図６に示す通りであり、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、テンションローラー１４３にてテンションを受ける。後述の図１１も同様である。
Next, the retraction of the
図５および図６に示すように、第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２の間の転写圧着位置には、アノード２１と電解質膜フィルム２０Ｆ、カソード２２およびカソード支持フィルムＤＦが重なった接合箇所とアノード２１の未塗工の未塗工領域Ｎｓとが交互に到着する。制御装置２００は、搬送されつつあるアノード２１の先端・後端をアノードセンサー１１６（図６参照）からのセンサー信号により把握した上で、センサー検知箇所から転写圧着位置までの搬送経路長とローラーによる電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの搬送速度とを勘案して、第２転写ローラー１４２を進退駆動する。この様子は、図９〜図１０に示されており、制御装置２００は、アノード２１の塗工形成領域が転写圧着位置を通過する間は、ローラー移動機構１４５を前進駆動して、支持腕１４６により第２転写ローラー１４２を転写圧着位置まで前進させる。また、アノード２１の未塗工領域Ｎｓが転写圧着位置を通過する間は、ローラー移動機構１４５を後退駆動して、支持腕１４６により第２転写ローラー１４２を転写圧着位置から退避させる。制御装置２００は、この第２転写ローラー１４２の前進退避を、繰り返す。その詳細は、図１０に示すように、制御装置２００は、転写圧着位置まで前進させて駆動制御している第２転写ローラー１４２（図１０（Ａ））を、アノード２１の末端箇所即ち未塗工領域Ｎｓの先端箇所が転写圧着位置に到達する前に、転写圧着位置から退避駆動する（図１０（Ｂ））。次いで、未塗工領域Ｎｓが転写圧着位置を通過して、未塗工領域Ｎｓに続くアノード２１の先端箇所即ち未塗工領域Ｎｓの末端箇所が転写圧着位置に到達すると、その直前に、制御装置２００は第２転写ローラー１４２を転写圧着位置に前進駆動する（図１０（Ｃ））。これにより、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆは、未塗工領域Ｎｓが転写圧着位置を通過する間において、第２転写ローラー１４２からの転写圧着を受けない。
As shown in FIGS. 5 and 6, at the transfer pressure bonding position between the
図５および図６に示すように、フィルム転写圧着部１４０の下流の切込形成部１７０におけるカッター１７２の刃先前方には、アノード２１と電解質膜フィルム２０Ｆ、カソード２２およびカソード支持フィルムＤＦが重なった接合箇所とアノード２１の未塗工の未塗工領域Ｎｓとが交互に到着する。制御装置２００は、第２転写ローラー１４２の進退駆動制御と同様に、アノードセンサー１１６のセンサー信号と搬送経路長および搬送速度に基づいて、カッター１７２を進退駆動する。図１１はカッター１７２により切刃痕Ｋｓが形成される様子とエアー放出の様子を示す説明図である。図１０および図１１に示すように、制御装置２００は、カッター１７２の刃先位置に電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの未塗工領域Ｎｓの末端が近づくと、シリンダー１７６（図７参照）を前進駆動して、カッター１７２を切り込み位置まで前進させる。次いで、未塗工領域Ｎｓの末端がカッター１７２の刃先位置を通過し未塗工領域Ｎｓに続くアノード２１の先端箇所がカッター１７２の刃先位置に達する前で、カッター１７２を切り込み位置まで前進させたままとする。その後、カッター１７２をアノード２１から離れるよう退避駆動する。こうしたカッター１７２の進退駆動とその間の電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆの搬送により、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆには、未塗工領域Ｎｓでは電解質膜フィルム２０Ｆに、未塗工領域Ｎｓの末端からこれに続くアノード２１の先端に欠けては、アノード２１と電解質膜フィルム２０Ｆに、複数筋の切刃痕Ｋｓがフィルム搬送方向に沿って形成され、この切刃痕Ｋｓは、未塗工領域Ｎｓの末端を跨いで形成される。本実施形態のＭＥＡ製造装置１００では、切刃痕Ｋｓがカソード２２の先端箇所にまで達しないよう、カッター１７２の進退駆動制御がなされている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
以上説明したように、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、フィルム転写圧着部１４０においてアノード２１と向かい合う第２転写ローラー１４２を、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆにおける未塗工領域Ｎｓが転写圧着箇所を通過する間に亘って、この転写圧着箇所から離間する側に退避させる（図９〜図１０参照）。このため、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、第２転写ローラー１４２の退避により、この第２転写ローラー１４２を、アノード２１が未形成の未塗工領域Ｎｓにおいて電解質膜フィルム２０Ｆに接触させないようにする。第２転写ローラー１４２と電解質膜フィルム２０Ｆとが接触して両者の張り付きが起きると、その張り付き解消が必要となるが、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、こうした張り付き解消が不要となり、簡便である。
As described above, the
また、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００では、アノード２１を繰り返し形成した電解質膜フィルム２０Ｆと、カソード２２を繰り返し形成したカソード支持フィルムＤＦとを重ねて、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んでアノード２１とカソード２２とが対向するよう、カソード２２を電解質膜フィルム２０Ｆに接合させる。こうした接合を、第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２の転写圧着位置で行い、カソード２２が転写圧着済みの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに対して、アノード２１の側からカッター１７２にて切刃痕Ｋｓを複数筋形成する（図１０〜図１１参照）。そして、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、この切刃痕Ｋｓを、電解質膜フィルム２０Ｆに形成済みのアノード２１の側から電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面に到る切り込みとして、フィルム搬送方向に沿って未塗工領域Ｎｓを跨ぐように形成し、電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面、即ちカソード２２の接合面にまで到達させる。このため、電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面へのカソード２２の接合に際して、未塗工領域Ｎｓと重なる範囲における電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面とカソード２２の形成済みカソード支持フィルムＤＦとの間に仮にエアーが入り込んでいても、このエアーは、その後のテンションローラー１４３によるテンションを受けて、未塗工領域Ｎｓの末端の切刃痕Ｋｓから、図１１に点線で示すように、アノード２１の側に大気放出される。よって、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、アノード２１の形成済み電解質膜フィルム２０Ｆとカソード２２の形成済みカソード支持フィルムＤＦとの間にエアー溜まりを残さないようにできるので、電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面へのカソード２２の接合不良を抑制できる。しかも、切刃痕Ｋｓの形成に当たっては、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆおよびカソード支持フィルムＤＦを搬送させつつカッター１７２の進退駆動を行えば良いことから、簡便となる。換言すれば、カッター１７２の進退構成という簡便な構成で、電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面へのカソード２２の接合不良を抑制できる。
Further, in the
このように切刃痕Ｋｓを形成するに当たり、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、カッター１７２に向かい合うストッパローラー１７３をカソード支持フィルムＤＦに押し当てて、カッター１７２のストッパーとして機能させる。よって、カッター１７２の前進に際して、カソード支持フィルムＤＦ、延いては電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆが逃げないようにできるので、確実に切刃痕Ｋｓを形成できる。この場合、カソード支持フィルムＤＦは、ＰＥＴやＰＴＦＥ等の高分子フィルムであって、ある程度の剛性を有するので、ストッパローラー１７３で支えられたカソード支持フィルムＤＦがいわゆるまな板として機能し、これによっても、切刃痕Ｋｓを複数筋であっても確実に形成できる。
Thus, in forming the cutting edge mark Ks, the
ところで、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、既述したように未塗工領域Ｎｓが転写圧着箇所を通過する間に亘って第２転写ローラー１４２を退避して、第２転写ローラー１４２を電解質膜フィルム２０Ｆに接触させないことから、未塗工領域Ｎｓと重なる範囲における電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦとの間へのエアーの入り込みの機会が増す可能性がある。しかしながら、未塗工領域Ｎｓの末端を跨いで形成した切刃痕Ｋｓからのエアーの大気放出を図ることができるので、エアーの入り込みによる不具合は回避できる。つまり、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、電解質膜フィルム２０Ｆへのローラー張り付き回避とエアーの大気放出とを両立した上で、製造工程の簡便化やコスト低下を図ることができる。
By the way, as described above, the
この他、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００では、切刃痕Ｋｓを電解質膜フィルム２０Ｆの幅方向において複数筋形成したので、エアーの大気放出機会が増し、カソード２２の接合不良を高い実効性で抑制できる。
In addition, in the
次に、変形例について説明する。図１２は第１変形例のＭＥＡ製造装置１００Ａの概略構成を図６相当に示す説明図、図１３はＭＥＡ製造装置１００Ａで得られる効果を説明するための説明図である。
Next, a modified example will be described. FIG. 12 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
このＭＥＡ製造装置１００Ａは、既述したＭＥＡ製造装置１００の構成に加え、フィルム接合部１３０の接合案内ローラー１３２とフィルム転写圧着部１４０の第１転写ローラー１４１の間の搬送経路に、帯電機器２１０を備える。この帯電機器２１０は、制御装置２００の制御を受けて放電して、電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆをアノード２１の側から帯電させる。制御装置２００は、アノードセンサー１１６からのセンサー信号と帯電機器２１０までの搬送経路長および搬送速度とに基づいて、帯電機器２１０の放電対象領域を未塗工領域Ｎｓが通過する間に亘って帯電機器２１０を放電制御する。アノード２１は、触媒を担持した導電性の担体を含むことから、放電を受けても帯電しないのに対し、カソード支持フィルムＤＦと電解質膜フィルム２０Ｆは、樹脂製であるため、図１３に示すように、アノード２１の形成領域を除いて帯電し、両フィルムの帯電状況は、樹脂の性状によりカソード支持フィルムＤＦが負極、電解質膜フィルム２０Ｆが正極に別れる。このため、カソード支持フィルムＤＦと電解質膜フィルム２０Ｆは、この両フィルムの間にあるカソード２２を袋状に取り囲むよう、カソード２２の周囲において密着するので、電解質膜フィルム２０Ｆとカソード２２との接合箇所へのエアーの入り込みを抑制する。従って、この実施形態のＭＥＡ製造装置１００Ａによれば、第１転写ローラー１４１と第２転写ローラー１４２による転写圧着の際に、残存エアーの抜けに伴う接合シワを抑制した上で、第２転写ローラー１４２による退避制御やカッター１７２による切刃痕Ｋｓに基づいた上記の効果を奏することができる。
In addition to the configuration of the
図１４は第２変形例のＭＥＡ製造装置１００Ｂの概略構成を図６相当に示す説明図、図１５はＭＥＡ製造装置１００Ｂで得られる効果を説明するための説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
このＭＥＡ製造装置１００Ｂは、上記のＭＥＡ製造装置１００Ａの構成に加え、フィルム接合部１３０の上流に、除電機器２２０を備える。この除電機器２２０は、制御装置２００の制御を受けて、アノード２１および電解質膜フィルム２０Ｆを除電する。制御装置２００は、アノードセンサー１１６からのセンサー信号と除電機器２２０までの搬送経路長および搬送速度とに基づいて、除電機器２２０の除電対象領域を未塗工領域Ｎｓが通過する間に亘ってアノード２１および電解質膜フィルム２０Ｆを除電制御する。アノード２１と電解質膜フィルム２０Ｆは、除電後において帯電機器２１０による帯電を受けるので、図１５に示すように、アノード２１にあっても若干の帯電が起きることから、アノード２１と電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで対向するカソード２２を電解質膜フィルム２０Ｆに帯電電荷により密着させる。これに加え、カソード支持フィルムＤＦと電解質膜フィルム２０Ｆは、大きな電位差で正負に帯電して、カソード２２を袋状に取り囲むよう、カソード２２の周囲においてより確実に密着する。従って、この形態のＭＥＡ製造装置１００Ｂによれば、電解質膜フィルム２０Ｆとカソード２２との接合箇所へのエアーの入り込みをより確実に抑制して、残存エアーの抜けに伴う接合シワを高い実効性で抑制した上で、第２転写ローラー１４２による退避制御やカッター１７２による切刃痕Ｋｓに基づいた上記の効果を奏することができる。
The
本発明は、上述の実施形態とその変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and can be implemented with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or part of the above-described effects. Or, in order to achieve the whole, it is possible to replace or combine as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
また、上記の実施形態とその変形例では、アノード２１を形成済みの電解質膜フィルム２０Ｆとカソード２２を形成済みのカソード支持フィルムＤＦとを、電解質膜フィルム２０Ｆのフィルム面にカソード２２が接合するよう、両フィルムを転写圧着して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。この他、上記の実施形態とその変形例では、カッター１７２をフィルム転写圧着部１４０の下流側に配設して、第２転写ローラー１４２による転写圧着済みの電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに対して切刃痕Ｋｓを形成したが、カッター１７２をフィルム転写圧着部１４０の上流側、例えば、第１転写ローラー１４１と接合案内ローラー１３２との間の搬送経路に切込形成部１７０を設け、フィルム転写圧着部１４０より上流側でカッター１７２により切刃痕Ｋｓを形成することもできる。また、切刃痕Ｋｓについては、カッター１７２を搬送されつつある電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆに対して進退駆動させて形成したが、回転切り刃を有するローラーカッター等にて切刃痕Ｋｓを未塗工領域Ｎｓの末端の側や、未塗工領域Ｎｓの末端を跨ぐよう形成することもできる。この場合、切刃痕Ｋｓにあっては、電解質膜フィルム２０Ｆの搬送方向に沿って形成するほか、電解質膜フィルム２０Ｆを幅方向に亘って切断してしまわないよう、未塗工領域Ｎｓの末端の側において、電解質膜フィルム２０Ｆの幅方向に沿った一部領域の切刃痕Ｋｓとして形成することもできる。こうしたフィルム幅方向の切刃痕Ｋｓは、搬送方向に対して斜めにすることで、未塗工領域Ｎｓの末端を跨ぐよう形成することもできる。
Further, in the above-described embodiment and its modification, the
この他、上記の実施形態とその変形例では、電解質膜フィルム２０Ｆにおけるアノード２１の形成ピッチと、カソード支持フィルムＤＦにおけるカソード２２の形成ピッチを揃えて、アノード２１とカソード２２が一体一で対応するようにしたが、これに限らない。図１６はＭＥＡの作製過程で複数のカソード２２にアノード２１を対応付けた形態を説明する説明図である。図示するように、この形態では、隣り合う二つのカソード２２に対して、電解質膜フィルム２０Ｆを挟んでアノード２１が対向するよう、アノード２１を電解質膜フィルム２０Ｆに形成する。こうしてアノード２１とカソード２２とが接合した電極接合済み電解質膜フィルム２０Ｆであっても、未塗工領域Ｎｓの末端の側、或いはこの末端を挟んで切刃痕Ｋｓを形成することで、未塗工領域Ｎｓと重なる範囲における電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面とカソード２２の形成済みカソード支持フィルムＤＦとの間に入り込んだエアーを切刃痕Ｋｓから既述したように大気放出して、電解質膜フィルム２０Ｆの他方のフィルム面へのカソード２２の接合不良を抑制できる。この場合、図１２や図１４で説明したフィルムの帯電を併用すれば、一つのアノード２１に対応して電解質膜フィルム２０Ｆを挟んで隣り合う二つのカソード２２の間における電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦとの間にエアーを入り込まないようにできる。つまり、隣り合う二つのカソード２２の間における電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦとの間の残存エアーの抜けに伴う接合シワについても、これを抑制できる。
In addition, in the above-described embodiment and the modified example thereof, the
また、上記の実施形態とその変形例では、カソード２２をマスクＭを用いてほぼ同一の矩形形状で点在形成したが、カソード２２を帯状にカソード支持フィルムＤＦに形成した形態とすることもできる。この形態でも、未塗工領域Ｎｓでは、第２転写ローラー１４２の退避によりエアーが入り込む余地があるが、未塗工領域Ｎｓの末端、或いはこの末端を跨いでアノード２１の側から形成した切刃痕Ｋｓにより、既述したエアーの大気放出を図ることができる。
Further, in the above-described embodiment and its modifications, the
この他、図１２や図１４で説明したフィルムの帯電を利用した形態（帯電利用形態）を、カッター１７２による切刃痕Ｋｓの形成を図る形態に適用したが、この帯電利用形態にあっては、図１２や図１４から切込形成部１７０を除いたものとすることができる。つまり、帯電利用形態では、カソード２２を袋状に取り囲むようにして、電解質膜フィルム２０Ｆとカソード２２との接合箇所および未塗工領域Ｎｓに対応する箇所における電解質膜フィルム２０Ｆとカソード支持フィルムＤＦの間へのエアーの入り込みを抑制するので、このエアーの入り込みの実効性が高まれば、カッター１７２による切刃痕Ｋｓの形成を省くことが可能となる。勿論、カッター１７２による切刃痕Ｋｓの形成を伴うことで、エアー入り込みに伴う不具合をより確実に回避できる。
In addition, the form (charging use form) using the charging of the film described in FIGS. 12 and 14 is applied to the form for forming the cutting edge mark Ks by the
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…セパレーター
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
１００Ａ…ＭＥＡ製造装置
１００Ｂ…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
１１６…アノードセンサー
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…フィルム転写圧着部
１４１…第１転写ローラー
１４２…第２転写ローラー
１４３…テンションローラー
１４５…ローラー移動機構
１４６…支持腕
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
１７０…切込形成部
１７２…カッター
１７３…ストッパローラー
１７４…第１プレート
１７５…第２プレート
１７６…シリンダー
２００…制御装置
２１０…帯電機器
２２０…除電機器
Ｍ…マスク
Ｐ１〜Ｐ４…搬送ポイント
ＤＦ…カソード支持フィルム
ＢＦ…バックフィルム
ＳＦ…接合済みフィルム
ＭＦ…ＭＥＡフィルム
ＤＲ…カソード支持フィルムロール
Ｎｓ…未塗工領域
Ｋｓ…切刃痕
ＢＦＲ…バックフィルム補給ローラー
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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搬送しつつ、前記支持フィルムの前記第２の電極触媒層が前記電解質膜フィルムの他方のフィルム面に接合して前記第１の触媒層と前記電解質膜フィルムを挟んで対向する接合状態とし、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転写ローラーの間の転写圧着箇所に搬送案内する工程（ｂ）と、
前記接合状態の前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層の側から前記電解質膜フィルムの前記他方のフィルム面に到る切り込みを、前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層が前記フィルム搬送方向に沿って未形成とされた触媒層未形成領域の末端の側に形成する工程（ｃ）とを備える
膜電極接合体の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell using a pair of transfer 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);
While transporting the support film and the electrolyte membrane film, the second electrode catalyst layer of the support film is joined to the other film surface of the electrolyte membrane film, and the first catalyst layer and the electrolyte membrane film A step (b) of conveying and guiding the support film and the electrolyte membrane film in the bonded state to a transfer pressure bonding portion between the pair of transfer rollers;
The notch from the side of the first electrode catalyst layer to the other film surface of the electrolyte membrane film with respect to the support film and the electrolyte membrane film in the joined state is made with respect to the electrolyte membrane film. A step (c) of forming one electrode catalyst layer on the end side of the catalyst layer non-formed region where the electrode catalyst layer is not formed along the film conveying direction.
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搬送しつつ、前記支持フィルムの前記第２の電極触媒層が前記電解質膜フィルムの他方のフィルム面に接合して前記第１の触媒層と前記電解質膜フィルムを挟んで対向する接合状態とし、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転写ローラーの間の転写圧着箇所に搬送案内する案内機構と、
前記接合状態の前記支持フィルムと前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層の側から前記電解質膜フィルムの前記他方のフィルム面に到る切り込みを、前記電解質膜フィルムに対して前記第１の電極触媒層が前記フィルム搬送方向に沿って未形成とされた触媒層未形成領域の末端を跨いで前記電解質膜フィルムの幅方向に複数筋形成する形成する切り込み形成機構とを備える
膜電極接合体の製造装置。 A manufacturing apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell using a pair of transfer rollers that rotate 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 conveyed. However, the second electrode catalyst layer of the support film is bonded to the other film surface of the electrolyte membrane film to be in a bonded state across the first catalyst layer and the electrolyte membrane film, and the bonded state A guide mechanism that conveys and guides the support film and the electrolyte membrane film to a transfer pressure bonding location between the pair of transfer rollers;
The notch from the side of the first electrode catalyst layer to the other film surface of the electrolyte membrane film with respect to the support film and the electrolyte membrane film in the joined state is made with respect to the electrolyte membrane film. A notch formation mechanism for forming a plurality of streaks in the width direction of the electrolyte membrane film across the end of the catalyst layer non-formation region in which one electrode catalyst layer is not formed along the film conveyance direction. Bonded body manufacturing equipment.
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