(57)【要約】【課題】燃料電池の製造時において、生産効率を向上させること。【解決手段】燃料電池を製造する製造装置であって、ロール状に巻かれた膜電極接合体を引き出して、搬送することが可能な搬送部と、膜電極接合体上に、枚葉状である燃料電池構成部材を複数配置可能な配置部と、搬送部によって搬送される膜電極接合体の搬送速度に同期して移動しつつ、膜電極接合体上に配置された複数の燃料電池構成部材のそれぞれを略同時に略同一圧力で所定時間押圧し、各燃料電池構成部材と膜電極接合体とを接合する押圧部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を製造する製造装置であって、
ロール状に巻かれた膜電極接合体を引き出して、搬送することが可能な搬送部と、
前記膜電極接合体上に、枚葉状である燃料電池構成部材を複数配置可能な配置部と、
前記搬送部によって搬送される前記膜電極接合体の搬送速度に同期して移動しつつ、前記膜電極接合体上に配置された複数の前記燃料電池構成部材のそれぞれを略同時に略同一圧力で所定時間押圧し、各燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合する押圧部と、
を備えることを特徴とする製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の製造装置において、
前記押圧部は、同期して移動しつつ複数の前記燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合した後、移動前の開始位置まで戻り、再度、前記搬送部によって搬送される前記膜電極接合体の搬送速度に同期して移動しつつ、前記膜電極接合体上に配置された複数の前記燃料電池構成部材のそれぞれを略同時に略同一圧力で所定時間押圧し、各燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合することを特徴とする製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載の製造装置において、
前記押圧部が、同期して移動しつつ複数の前記燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合した後、移動前のスタートポジションまで戻るまでの第１時間は、前記押圧部が略同時に接合する複数の前記燃料電池構成部材を、前記配置部が、前記膜電極接合体上に配置する第２時間と略同様、若しくは、前記第２時間よりも短いことを特徴とする製造装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の製造装置において、
前記押圧部は、
各燃料電池構成部材のそれぞれを略同一圧力で前記膜電極接合体に対して押圧する場合、ホットプレスにより行うことを特徴とする製造装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の製造装置において、
前記燃料電池構成部材は、ガス拡散層であることを特徴とする製造装置。
【請求項６】
燃料電池の製造方法であって、
ロール状に巻かれた膜電極接合体と、枚葉状である複数の燃料電池構成部材と、押圧装置とを用意する工程と、
ロール状に巻かれた前記膜電極接合体を引き出して搬送を開始する工程と、
前記膜電極接合体上に前記燃料電池構成部材を複数配置する工程と、
前記押圧装置を、搬送される前記膜電極接合体の搬送速度に同期するように移動させつつ、前記膜電極接合体上に配置された複数の前記燃料電池構成部材のそれぞれを略同時に略同一圧力で所定時間押圧し、各燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合する工程と、
を備えることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の製造時において、例えば、ロール状の膜電極接合体上に、燃料電池を構成する燃料電池構成部材（例えば、ガス拡散層等）を配置し、押圧（例えば、ホットプレス）して、膜電極接合体と燃料電池構成部材とを接合する（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３６９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の燃料電池の製造時において、膜電極接合体と複数の燃料電池構成部材との接合を迅速に行い、すなわち、生産効率を向上させたいという要望があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池の製造時において、生産効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
[適用例１]
燃料電池を製造する製造装置であって、ロール状に巻かれた膜電極接合体を引き出して、搬送することが可能な搬送部と、前記膜電極接合体上に、枚葉状である燃料電池構成部材を複数配置可能な配置部と、前記搬送部によって搬送される前記膜電極接合体の搬送速度に同期して移動しつつ、前記膜電極接合体上に配置された複数の前記燃料電池構成部材のそれぞれを略同時に略同一圧力で所定時間押圧し、各燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合する押圧部と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池の製造装置によれば、燃料電池の製造時において、複数の燃料電池構成部材と膜電極接合体との接合を迅速に行うことができ、生産性を向上させることができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１に記載の製造装置において、前記押圧部は、同期して移動しつつ複数の前記燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合した後、移動前の開始位置まで戻り、再度、前記搬送部によって搬送される前記膜電極接合体の搬送速度に同期して移動しつつ、前記膜電極接合体上に配置された複数の前記燃料電池構成部材のそれぞれを略同時に略同一圧力で所定時間押圧し、各燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合することを特徴とする製造装置。
【００１０】
このようにすれば、複数の燃料電池構成部材と膜電極接合体とを連続的に接合することが可能となり、生産効率を向上させることができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例２に記載の製造装置において、前記押圧部が、同期して移動しつつ複数の前記燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合した後、移動前のスタートポジションまで戻るまでの第１時間は、前記押圧部が略同時に接合する複数の前記燃料電池構成部材を、前記配置部が、前記膜電極接合体上に配置する第２時間と略同様、若しくは、前記第２時間よりも短いことを特徴とする製造装置。
【００１２】
このようにすれば、膜電極接合体の搬送を停止させることなく、複数の燃料電池構成部材と膜電極接合体とを連続的に接合することが可能となり、生産効率を向上させることができる。
【００１３】
[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の製造装置において、前記押圧部は、各燃料電池構成部材のそれぞれを略同一圧力で前記膜電極接合体に対して押圧する場合、ホットプレスにより行うことを特徴とする製造装置。
【００１４】
このようにすれば、燃料電池構成部材と膜電極接合体との接合力を高めることができる。
【００１５】
[適用例５]
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の製造装置において、前記燃料電池構成部材は、ガス拡散層であることを特徴とする製造装置。
【００１６】
このようにすれば、燃料電池の製造時において、複数のガス拡散層と膜電極接合体との接合を迅速に行うことができ、生産性を向上させることができる。
【００１７】
[適用例６]
燃料電池の製造方法であって、ロール状に巻かれた膜電極接合体と、枚葉状である複数の燃料電池構成部材と、押圧装置とを用意する工程と、ロール状に巻かれた前記膜電極接合体を引き出して搬送を開始する工程と、前記膜電極接合体上に前記燃料電池構成部材を複数配置する工程と、前記押圧装置を、搬送される前記膜電極接合体の搬送速度に同期するように移動させつつ、前記膜電極接合体上に配置された複数の前記燃料電池構成部材のそれぞれを略同時に略同一圧力で所定時間押圧し、各燃料電池構成部材と前記膜電極接合体とを接合する工程と、を備えることを特徴とする製造方法。
【００１８】
上記燃料電池の製造方法によれば、複数の燃料電池構成部材と膜電極接合体との接合を迅速に行うことができ、生産性を向上させることができる。
【００１９】
なお、本発明は、上記した装置発明の態様若しくは方法発明の態様に限ることなく、それら装置や方法を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。
【００２０】
また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃料電池を製造する燃料電池製造装置１００の概略構成図である。
【図２】ガス拡散層の接合方法を示すフローチャートである。
【図３】ガス拡散層の接合方法の各ステップにおける燃料電池製造装置１００の状態を説明するための図である。
【図４】ガス拡散層の接合方法における各動作の動作時間の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池製造装置の構成：
図１は、燃料電池を製造する燃料電池製造装置１００の概略構成図である。詳しくは、燃料電池製造装置１００は、ロール状に巻かれた膜電極接合体１０（以下では、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０とも呼ぶ））とガス拡散層Ｇとを接合するための装置である。ＭＥＡ１０は、電解質膜（図示せず）を触媒電極（図示せず）で挟持して成る。電解質膜は、固体高分子材料であるフッ素系電解質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、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。触媒電極は、触媒金属である白金（Ｐｔ）を担持したカーボンと、フッ素系電解質と、を備えている。ガス拡散層Ｇは、枚葉状であり、導電性を有する多孔質部材であり、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパなどの炭素系多孔質体や、金属メッシュ、発泡金属などの金属多孔質体によって形成される。
【００２３】
燃料電池製造装置１００は、ポール部材１５と、ホットプレス装置２０と、ニップロール３０と、配置装置４０と、を備える。ポール部材１５は、ロール状に巻かれたＭＥＡ１０が配置される。
【００２４】
ホットプレス装置２０は、ＭＥＡ１０上に配置されたガス拡散層Ｇをホットプレスするための装置であり、上側部２０Ａと、下側部２０Ｂとを備える。上側部２０Ａは、５つの独立したホットプレス部２０Ａ１を備えている。各ホットプレス部２０Ａ１は、油圧式シリンダーと、電熱線によって昇温する高温入子とを備えている。下側部２０Ｂは、上側部２０Ａの各ホットプレス部２０Ａ１と共に、ガス拡散層Ｇを挟持するホットプレス部２０Ｂ１を備えている。ホットプレス部２０Ｂ１は、電熱線によって昇温する高温入子を備えている。ホットプレス装置２０は、上側部２０Ａと下側部２０Ｂとを閉じることで、各ホットプレス部２０Ａ１が備える高温入子と、ホットプレス部２０Ｂ１が備える高温入子との間に、ＭＥＡ１０上に配置された５つのガス拡散層Ｇを同時に挟持し、ホットプレスを行う。この際、ガス拡散層Ｇの厚さが異なっている場合であっても、各ホットプレス部２０Ａ１が備える油圧式シリンダーにより、各ガス拡散層Ｇに同一の圧力を付与することができる。
【００２５】
ニップロール３０は、１対のロールから構成され、ＭＥＡ１０を引き出し、搬送する。この場合の搬送速度は、一定である。配置装置４０は、ガス拡散層Ｇが積層されたガス拡散層積層体ＧＡから、１つのガス拡散層Ｇを真空吸着し、ニップロール３０によって搬送されるＭＥＡ１０上に移動し、配置する。配置装置４０がガス拡散層積層体ＧＡからガス拡散層Ｇを真空吸着して、ＭＥＡ１０上に配置する時間（および距離）は、一定である。従って、ＭＥＡ１０上に配置されるガス拡散層Ｇは、一定の速度で一定の間隔に配列される。ニップロール３０によってＭＥＡ１０が搬送される方向を以下では、搬送方向とも呼ぶ。また、搬送方向に対して逆方を戻り方向とも呼ぶ。
【００２６】
ホットプレス装置２０は、ＭＥＡ１０の搬送方向に移動可能である。ホットプレス装置２０が搬送方向に移動する前のポジションをスタートポジションＳＰとも呼ぶ。ホットプレス装置２０は、スタートポジションＳＰから搬送方向に移動する際、一定速度で一定時間移動することが可能であると共に、搬送方向に移動後、スタートポジションＳＰに戻る際、一定速度で一定時間移動することが可能である。
【００２７】
Ａ２．ガス拡散層の接合方法：
図２は、ガス拡散層の接合方法を示すフローチャートである。図３は、ガス拡散層の接合方法の各ステップにおける燃料電池製造装置１００の状態を説明するための図である。詳しくは、図２は、燃料電池製造装置１００を用いて、ＭＥＡ１０とガス拡散層Ｇとを接合する接合方法を示すフローチャートである。
【００２８】
このガス拡散層の接合方法では、まず、ガス拡散層積層体ＧＡ、ＭＥＡ１０を用意し、図３（Ａ）に示すように、燃料電池製造装置１００にセットする（ステップＳ１０）。
【００２９】
続いて、図３（Ａ）に示すように、燃料電池製造装置１００は、ＭＥＡ１０をニップロール３０で引き出し、一定速度で搬送を開始する（ステップＳ２０）。
【００３０】
次に、図３（Ａ）に示すように、燃料電池製造装置１００は、配置装置４０を用いて、ガス拡散層積層体ＧＡからガス拡散層Ｇを吸着し、一定間隔でＭＥＡ１０上に配置する配置行為を開始する（ステップＳ３０）。
【００３１】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、燃料電池製造装置１００は、ホットプレス装置２０を、ＭＥＡ１０の搬送速度に同期するように搬送方向に移動させつつ、ホットプレス装置２０を閉じて、複数（５つ）のガス拡散層Ｇのそれぞれを同時に同一圧力で所定時間ホットプレスし、ガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とを接合する（ステップＳ４０）。
【００３２】
そして、図３（Ｃ）に示すように、燃料電池製造装置１００は、ホットプレス装置２０を開き、図３（Ｄ）に示すように、ホットプレス装置２０をスタートポジションＳＰに一定時間（一定速度）で戻す（ステップＳ５０）。
【００３３】
ホットプレス装置２０は、ステップＳ４０の工程におけるホットプレスを所定回数行っていない場合（ステップＳ６０：ＮＯ）には、再び、ステップＳ４０の工程にリターンする。
【００３４】
ホットプレス装置２０は、ステップＳ４０の工程におけるホットプレスを所定回数行っている場合（ステップＳ６０：ＮＯ）には、ステップＳ３０の工程におけるガス拡散層Ｇの配置行為、および、ステップＳ２０の工程におけるＭＥＡ１０の搬送を終了する（ステップＳ７０）。
【００３５】
図４は、ガス拡散層の接合方法における各動作の動作時間の例を説明するための図である。具体的には、図４（Ａ）は、ステップＳ４０の工程およびステップＳ５０の工程における各動作内容に対応する動作時間（秒）を示しており、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に対応したサイクル線図を示している。
【００３６】
上記ガス拡散層の接合方法を行う燃料電池製造装置１００において、ホットプレス装置２０を、スタートポジションＳＰからＭＥＡ１０の搬送速度に同期するように搬送方向に移動させつつ、複数（５つ）のガス拡散層Ｇのそれぞれを同時にホットプレスした後、スタートポジションＳＰに戻すまでの時間を第１時間とも呼ぶ。また、燃料電池製造装置１００において、ホットプレス装置２０が同時にホットプレスするガス拡散層５つを、配置装置４０が、ＭＥＡ１０上に配置し終わるまでの時間を第２時間とも呼ぶ。燃料電池製造装置１００において、第１時間は、第２時間と略同様か、若しくは、第２時間よりも短く設定される。
【００３７】
例えば、ステップＳ４０の工程およびステップＳ５０の工程における各動作内容における動作時間を、図４に示すように、ホットプレス装置２０をＭＥＡ１０の搬送速度に同期させる作業に１秒、ホットプレス装置２０を閉じる作業に１秒、ホットプレス装置２０によるホットプレスに１１秒、ホットプレス装置２０を開く作業に１秒、ホットプレス装置２０をスタートポジションＳＰに戻す作業に１秒とし、すなわち、第１時間を１５秒に設定する。一方、例えば、ステップＳ３０の工程におけるガス拡散層Ｇの配置時間を３秒程度とし、５つのガス拡散層Ｇを配置し終える時間、すなわち、第２時間を１５秒に設定する。
【００３８】
なお、ＭＥＡ１０と複数のガス拡散層Ｇとが接合された接合体は、それぞれガス拡散層Ｇを含むように裁断され、裁断化した接合体をセパレートで挟持することにより燃料電池セルを製造する。
【００３９】
以上のように本実施例のガス拡散層の接合方法を行う燃料電池製造装置１００によれば、ホットプレス装置２０を、ＭＥＡ１０の搬送速度に同期するように搬送方向に移動させつつ、複数（５つ）のガス拡散層Ｇのそれぞれを同時にホットプレスし、ガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とを接合するようにしている。このようにすれば、ＭＥＡ１０を搬送しつつ、複数のガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とを接合することができるので、複数のガス拡散層ＧとＭＥＡ１０との接合に要する時間を短縮することができ、すなわち、生産性を向上させることができる。また、上記構成よれば、ロールｔｏロール工程を有するベルトプレス装置を用いた燃料電池製造装置と比較して、小型化が可能となる。
【００４０】
本実施例のガス拡散層の接合方法を行う燃料電池製造装置１００によれば、ホットプレス装置２０を、ＭＥＡ１０の搬送速度に同期するように搬送方向に移動させつつ、複数（５つ）のガス拡散層Ｇのそれぞれを同時にホットプレスし、ガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とを接合すると共に、ホットプレス装置２０を、スタートポジションＳＰに戻した後、再び、同様にしてガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とを接合するようにしている。このようにすれば、複数のガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とを連続的に接合することが可能となり、生産効率を向上させることができる。
【００４１】
本実施例のガス拡散層の接合方法を行う燃料電池製造装置１００によれば、第１時間は、第２時間と略同様か、若しくは、第２時間よりも短く設定される。このようにすれば、ＭＥＡ１０の搬送を停止させることなく、ガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とを連続的に接合することができるので、生産効率を向上させることができる。
【００４２】
本実施例のガス拡散層の接合方法を行う燃料電池製造装置１００によれば、ホットプレス装置２０は、複数のガス拡散層ＧとＭＥＡ１０とをホットプレスする際、油圧式シリンダーにより、各ガス拡散層Ｇの厚さがばらついていても、各ガス拡散層Ｇに対して略同一の圧力を付与する構成となっている。このようにすれば、各ガス拡散層Ｇの厚さがばらついている場合であっても、各ガス拡散層ＧとＭＥＡ１０との接合力を略統一することが可能となる。
【００４３】
本実施例のガス拡散層の接合方法を行う燃料電池製造装置１００によれば、ＭＥＡ１０とガス拡散層Ｇとの接合をホットプレス、すなわち、熱圧着方式で行うようにしている。このようにすれば、ＭＥＡ１０とガス拡散層Ｇとの接合力を向上させることができる。
【００４４】
本実施例において、ニップロール３０は、特許請求の範囲における搬送部に該当し、配置装置４０は、特許請求の範囲における配置部に該当し、ホットプレス装置２０は、特許請求の範囲における押圧部に該当する。
【００４５】
Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
【００４６】
Ｂ１．変形例１：
上記燃料電池製造装置１００は、ＭＥＡ１０とガス拡散層Ｇとを接合するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。燃料電池製造装置１００は、ＭＥＡ１０と、他の燃料電池構成部材、例えば、反応ガス流路を形成する多孔体等とを接合するようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【００４７】
Ｂ２．変形例２：
上記燃料電池製造装置１００は、ＭＥＡ１０上にガス拡散層Ｇを配置する際、ガス拡散層積層体ＧＡから一つずつ配置してＭＥＡ１０上に複数のガス拡散層Ｇを配置するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、燃料電池製造装置１００は、ＭＥＡ１０上に、一度に複数個ずつガス拡散層Ｇを配置するようにしてもよい。このようにすれば、生産性を向上させることができる。
【００４８】
Ｂ３．変形例３：
上記燃料電池製造装置１００は、ＭＥＡ１０上にガス拡散層Ｇを複数個配置し、ホットプレス装置２０をガス拡散層Ｇに同期させつつ移動させ、同時にホットプレスするようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、燃料電池製造装置１００は、ＭＥＡ１０上に一つのガス拡散層Ｇを配置し、ホットプレス装置２０を一つのガス拡散層Ｇに同期させつつ移動させ、ホットプレスするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
５…ガス拡散層
１０…ＭＥＡ
１５…ポール部材
２０…ホットプレス装置
２０Ａ…上側部
２０Ｂ…下側部
２０Ａ１…ホットプレス部
２０Ｂ１…ホットプレス部
３０…ニップロール
４０…配置装置
１００…燃料電池製造装置
Ｇ…ガス拡散層
ＧＡ…ガス拡散層積層体
ＳＰ…スタートポジション
【図１】
2010251136.tif 000003
【図２】
2010251136.tif 000004
【図３】
2010251136.tif 000005
【図４】
2010251136.tif 000006