(57)【要約】【課題】燃料電池用の膜電極接合体の製造時に、触媒インクと樹脂インクを、ロールトゥロールの製造ラインで搬送されるウェブ状電解質膜に塗布し、触媒層及びこの触媒層を取り囲むはしご状シール部をウェブ状電解質膜に同時に形成すること。【解決手段】はしご状シール部６の両サイド部６Ｒ、６Ｌを形成するために、逆凹状のインク吐出部を両サイドに有するスリットダイ２２を用いて、樹脂インクを搬送中のウェブ状電解質膜７に塗布する。同時に、両サイド部６Ｒ、６Ｌに挟まれた電解質膜７が露出する中間領域に触媒層５とシール部を形成するために、スリット開口が搬送方向に垂直な方向にあるスリットダイ５５及びスリットダイ４４を一定周期で切り替えながら、電解質膜７に触媒インク５と樹脂インク６を交互に塗布する。【選択図】図２
2010146796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブ状電解質膜に、長尺状の両サイド部及び該両サイド部に対して垂直かつ一定間隔にはしご状ステップ部を備えるはしご状シール部と、該はしご状シール部内に額縁状に囲まれる触媒層と、が形成される膜-電極接合体を製造する方法であって、
直線的に搬送中の前記はしご状シール部に形成される前記両サイド部に、シール部用樹脂インクの塗布を連続的に行い、前記はしご状シール部の前記両サイド部を形成する第１工程と、
前記はしご状シール部の両サイドに挟まれた前記電解質の露出部に、前記触媒層形成のための触媒インク及び前記はしご状ステップ部を形成するための前記シール部用樹脂インクを、それぞれ、前記搬送方向に沿って一定の幅に、周期的でかつ交互に塗布する第２工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池用の膜-電極接合体の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程と前記第２工程を同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用の膜-電極接合体の製造方法。
【請求項３】
ウェブ状電解質膜に、長尺状の両サイド部及び該両サイド部に対して垂直かつ一定間隔にはしご状ステップ部を備えるはしご状シール部と、該はしご状シール部内に額縁状に囲まれる触媒層と、を形成する膜-電極接合体を製造する装置であって、
前記ウェブ状電解質膜に、触媒インクとはしごシール部形成用樹脂インクを塗布するインク塗布装置を含み、
該インク塗布装置が、直線状に搬送する前記ウェブ状電解質膜に、前記はしごシール部形成用樹脂インクと前記触媒インクとを、前記触媒層を前記はしご状シール部が額縁状に取り囲むように塗布・形成するように制御する制御手段を備えることを特徴とする燃料電池用の膜-電極接合体の製造装置。
【請求項４】
前記インク塗布装置は、前記制御手段によって吐出動作を制御される第１、第２、及び第３のインク吐出手段を含み、
前記第１、第２及び第３のインク吐出手段は、前記電解質膜の上に略同一平面に配列されており、かつ、
前記第１のインク吐出手段に、前記樹脂インクを前記シール部の前記はしご状フレームの前記両サイドに相当する前記電解質膜に向けて吐出し、かつ、前記第２のインク吐出手段及び前記第３のインク吐出手段に、一定周期でかつ交互に、前記触媒インクと前記樹脂インクを前記電解質に向けて吐出する命令を、前記制御手段が、第１、第２及び第３のインク吐出手段に出力することを特徴とする請求項３に記載の製造装置。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３のインク吐出手段は、スリットダイを有し、該スリットダイは各インクを前記電解質膜に吐出するスリット状の吐出口を含み、前記スリットダイのスリットの長尺方向が前記搬送方向と垂直に設定されることを特徴とする請求項４に記載の製造装置。
【請求項６】
前記第１のインク吐出手段は、スリットダイから前記樹脂インクが前記電解質膜に対して垂直に吐出可能な二つのスリットダイと、該二つのスリットダイを、離間して接続する一定の長さの支持部材とからなる、垂直断面が逆凹状部の構造を有し、
前記支持部材の前記一定の長さは、前記触媒層の前記搬送方向と垂直方向の長さ以上であり、かつ、前記支持部材の高さは、前記触媒層の頂面よりも高い位置に設定されることを特徴とする請求項５に記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用の膜-電極接合体（MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY:「ＭＥＡ」と略す）の製造方法及びその製造装置に関し、さらに詳細には、ＭＥＡを製造するに際し、ロールトゥロール（ROLL TO ROLL）の製造ラインに適用可能であり、搬送中のウェブ状（若しくは長尺テープ状）電解質膜上に、塗布・形成される触媒層及びこの触媒層を取り囲む額縁状シール部（ガスケット部）を、触媒インク及び樹脂インクの塗布により形成する同製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、ロールトゥロールの製造ラインによるＭＥＡの製造方法及び製造装置であって、以下のようなものが提示されている。まず、ウェブ状電解質膜と、ミシン目（切除用ミシン目。以下同様）がはしご状に開けられたウェブ状シール部（特許文献１の図９参照）を巻き出しかつ両者を接触させながら両者を接合する。その後、ウェブ状エッジシール部材のミシン目から同部材を切除して複数の矩形状の開口を作り、その開口から露出する電解質膜の面（以下、適宜「アクティブエリア」という）に、触媒層を触媒インクにより塗布・形成するようにして、枚葉毎実施していたガスケット用シール部の形成工程を、ロールトゥロールの量産ラインに組み込んでＭＥＡを連続的に製造（量産）するものである。
【特許文献１】特開２００７−２９９５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、特許文献１の製造技術には、以下の問題が内在していた。
まず、当該製造技術では、ウェブ状のガスケット用シール部（以下適宜「シール部」と略す）をロールで搬送し易くするため、アクティブエリアを切除する。この切除を容易にするため、シール部をハーフカット（特許文献１の段落[００３９]及び段落[００４０]参照）するが、このハーフカットによって、シール部がロール状に巻かれたとき、そのロール状ウェブとしての強度（引張強度、曲げ強度等）が低下する。ロールからシール部を巻き出して搬送するときには、シート部となるロール状ウェブにテンションをかける必要があり、この際、ハーフカットされた部位を起因として、ロール状ウェブに破断、シワ若しくは伸びが発生するおそれがある。このような現象を未然に防止するには、ハーフカット量を少なくする及び/又は搬送中のロール状ウェブへのテンションを下げるといった対策が考えられるが、前者によれば、アクティブエリアをきれいに切除できなくなる可能性があり、後者によれば、搬送中のウェブ（シート部材）のロール接触部との間ですべりが発生する可能性がある。これらの可能性を考慮しながら、上記問題が生じないハーフカット量の決定及び搬送中のテンションコントロールを行うことは極めて困難である。
【０００４】
さらに、特許文献１に示された製造技術によれば、アクティブエリアを切除する際に、切除されない物[この段落では、製品（ＭＥＡ又はその構成要素を指す）という]を拘束する必要がある。特許文献１の図４に示されているように、シール部には触媒層形成部分（アクティブエリアに相当）のみならず、マニホールド用開口も存在し、非常に複雑な額縁状構造となっている。よって、製品を拘束する場合は、これらの除去部分以外を押さえて固定する必要があるが、押さえるための領域（押さえ部）とすべき箇所が非常に少ない。十分な拘束力を得るには広い面積の領域を大きな力で抑える必要があるところ、その面積が小さくなれば、より大きな力で押さえる必要があり、製品にダメージを与えることになる。特に、昨今の燃料電池を使用する自動車、携帯電気機器等に対し小型化が要請されているため、実際の製品では、当該押さえ部はできるだけ小さくなる設計せざるをえない。このような観点から製品にダメージを与えることなくアクティブエリアを切除することも極めて困難である。
【０００５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、シール部からアクティブエリアを切除する工程を設けることなく、触媒層用触媒インクとシール部用樹脂インクを、搬送中のウェブ状電解質膜に塗布し、触媒層、及びこの触媒層を取り囲むはしご状のシール部を、搬送中のウェブ状電解質膜に塗布装置とその制御によって形成する燃料電池用ＭＥＡの製造方法及び当該製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の態様）
以下、発明の態様を示し、それらについて説明する。なお、（１）項から（６）項が請求項１から請求項６に対応する。
【０００７】
（１）ウェブ状電解質膜に、長尺状の両サイド部及び該両サイド部に対して垂直かつ一定間隔にはしご状ステップ部を備えるはしご状シール部と、該はしご状シール部内に額縁状に囲まれる触媒層と、が形成される膜-電極接合体を製造する方法であって、直線的に搬送中の前記はしご状シール部に形成される前記両サイド部に、シール部用樹脂インクの塗布を連続的に行い、前記はしご状シール部の前記両サイド部を形成する第１工程と、前記はしご状シール部の両サイドに挟まれた前記電解質の露出部に、前記触媒層形成のための触媒インク及び前記はしご状ステップ部を形成するための前記シール部用樹脂インクを、それぞれ、前記搬送方向に沿って一定の幅に、周期的でかつ交互に塗布する第２工程とを含むことを特徴とする燃料電池用の膜-電極接合体の製造方法。
【０００８】
本項によれば、ウェブ状電解質膜に、はしご状シール部と該はしご状シール部に額縁状に囲まれる触媒層を、塗布のみによって形成することを可能とするため、従来のように、ウェブ状電解質膜やウェブ状のガスケット用シール部のテンションコントロールや、触媒層を形成するアクティブエリアの除去、除去されたアクティブエリアから露出する電解質膜と触媒層との正確な位置合わせ等の煩雑な工程を省くことができる。そのため、膜-電極接合体（ＭＥＡ）の生産効率や歩留りを向上させることができる。
本項によって、ＭＥＡの連続体がウェブ状に製造されるが、はしご状シール部のはしご状ステップ部の略中央部を、搬送方向に垂直な方向にカットすることにより、枚葉のＭＥＡを製造することができる。
【０００９】
「はしご状シール部」は、額縁状シール部の連続体であり、「はしご状」は、銀塩フィルムの上サイド又は下サイドに形成されているパーフォレーションのような状態を指す。そして、「はしご状シール部」は、燃料電池（単セル）においてガスケット及び電解質をガス拡散層（GAS DIFFUSION LAYER:「ＧＤＬ」と略す）の突起物（カーボンファイバー、毛羽など）から保護する保護膜として機能する。
【００１０】
（２）前記第１工程と前記第２工程を同時に行うことを特徴とする（１）に記載の燃料電池用の膜-電極接合体の製造方法。
本項は（１）項の第１工程と第２工程における動作を並列処理することを例示するものである。すなわち、ウェブ状電解質膜の長尺状の両サイド部に樹脂インクを塗布しながら、同時に若しくは並列的に、その両サイドに挟まれる電解質膜に垂直かつ一定間隔のはしご状ステップ部に樹脂インクを塗布し、かつ、隣り合うはしご状ステップ部の間に触媒インクを塗布するＭＥＡの製造方法である。
本項によれば、ウェブ状電解質膜の搬送と同時に、触媒層とこの触媒層を額縁状に取り囲むはしご状シール部を形成することが可能なため、製造時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
なお、先に、長尺状の両サイド部及び該両サイド部に対して垂直かつ一定間隔にはしご状ステップ部を備える、はしご状シール部を電解質膜に形成し、次に、隣り合うはしご状ステップ部の間に触媒層を形成しＭＥＡを製造することもできる。この場合は、第１工程終了後に、第２工程において、まず、触媒インクが塗布されないように触媒用インクからの触媒インクの供給を停止し、触媒インク用のノズルを空運転する。その結果、はしご状シール部が電解質膜に形成される（以上の段階を「第２工程Ａ」と称する）。その後、今度は、シール部用樹脂インクが塗布されないようにシール部用樹脂インクの供給を停止し、シール部用樹脂インク用のノズルを空運転する一方、触媒層インクを、両サイド部及びステップに囲まれて露出する電解質膜に塗布するようにする（この段階を第２工程Ｂと称する）。すなわち、第１工程終了後、第２工程Ａ、さらに第２工程Ｂを順に設けるようにすればよい。
【００１２】
（３）ウェブ状電解質膜に、長尺状の両サイド部及び該両サイド部に対して垂直かつ一定間隔にはしご状ステップ部を備えるはしご状シール部と、該はしご状シール部内に額縁状に囲まれる触媒層と、を形成する膜-電極接合体を製造する装置であって、前記ウェブ状電解質膜に、触媒インクとはしごシール部形成用樹脂インクを塗布するインク塗布装置を含み、該インク塗布装置が、直線状に搬送する前記ウェブ状電解質膜に、前記はしごシール部形成用樹脂インクと前記触媒インクとを、前記触媒層を前記はしご状シール部が額縁状に取り囲むように塗布・形成するように制御する制御手段を備えることを特徴とする燃料電池用の膜-電極接合体の製造装置。
【００１３】
本項は、（１）項の燃料電池用の膜-電極接合体の製造方法を実施できる当該製造装置を示すものである。よって、（１）項と同様の効果を奏するため、その記載は省略する。なお、本項は、（１）項の製造方法を限定するものではなく、（１）項の製造方法を実施するための製造装置は、当業者により適宜変更が可能である。
【００１４】
（４）前記インク塗布装置は、前記制御手段によって吐出動作を制御される第１、第２、及び第３のインク吐出手段を含み、前記第１、第２及び第３のインク吐出手段は、前記電解質膜の上に略同一平面に配列されており、かつ、前記第１のインク吐出手段に、前記樹脂インクを前記シール部の前記はしご状フレームの前記両サイドに相当する前記電解質膜に向けて吐出し、かつ前記第２のインク吐出手段及び前記第３のインク吐出手段に、一定周期でかつ交互に、前記触媒インクと前記樹脂インクを前記電解質に向けて吐出する命令を、前記制御手段が、第１、第２及び第３のインク吐出手段に出力することを特徴とする請求項３に記載の製造装置。
【００１５】
本項は、（３）項のインク塗布装置の、構成及び動作を例示するものである。第１のインク吐出手段により、はしご状シール部のフレーム部の両サイドを形成するように（鉄道のレールのように平行に）樹脂インクを電解質膜に塗布する。
一方、両サイドに挟まれた電解質膜には、第２のインク吐出手段及び第３のインク吐出手段により、一定周期でかつ交互に、触媒層とはしご状シール部のステップ部を形成していく。制御手段による命令で、各インク吐出手段が駆動（インク吐出）するが、上記の一定周期や、第２のインク吐出手段及び第３のインク吐出手段が交互に入れ替わるタイミング等の必要な制御条件を予め制御手段に記憶させる。
「前記第１、第２及び第３のインク吐出手段が、前記電解質膜の上に略同一平面に配列」とは、第１、第２及び第３のインク吐出手段のインク吐出開口部（スリットダイのときはスリット）の先端が少なくともインク吐出（塗布）時に、略同一平面にあることを指す。
【００１６】
（５）前記第１、第２及び第３のインク吐出手段は、スリットダイを備え、該スリットダイは各インクを前記電解質膜に吐出するスリット状の吐出口を含み、前記スリットダイのスリットの長尺方向が前記搬送方向と垂直に設定されることを特徴とする（４）に記載の製造装置。
【００１７】
本項は、（４）項に記載の第１、第２及び第３のインク吐出手段を例示する。一般的に固体高分子形燃料電池（直接メタノール形燃料電池も含む）の、ＭＥＡの面形状は矩形であり、よって、その中に形成されている触媒層も矩形であり、この触媒層を額縁状に取り囲むはしご状のシール部も額縁状の開口を有する矩形であるため、各インク吐出手段は、公知のスリットダイを用いるのが好ましく、スリットダイのインク吐出口である極細矩形状のスリットを搬送方向と垂直な方向に設定して、各インクを制御手段の命令に従って、電解質膜に塗布・形成することで、迅速、円滑、正確に矩形状の触媒層とそれを額縁状に囲むはしご状のシール部を形成することができる。
【００１８】
（６）前記第１のインク吐出手段は、スリットダイから前記樹脂インクが前記電解質膜に対して垂直に吐出可能な二つのスリットダイと、該二つのスリットダイを離間して接続する一定の長さの支持部材とからなる、垂直断面が逆凹状部の構造を有し、前記支持部材の前記一定の長さは、前記触媒層の前記搬送方向と垂直方向の長さ以上であり、かつ、前記支持部材の高さは、前記触媒層の頂面よりも高い位置に設定されることを特徴とする（５）に記載の製造装置。
【００１９】
本項は、第１のインク吐出手段の構成（構造）を例示するものである。第１のインク吐出手段は、シール部のはしご状フレームの両サイド（搬送方向に沿った平行な長尺部分）を、同一のシール部用樹脂インクを用いて同時に塗布するため、両サイドの幅の分、離間した二つのスリットダイを含んでいる。これら二つのスリットダイは、電解質膜の面に対して略垂直にインクが吐出されるように電解質膜の面に対して垂直方向に、かつ、スリットダイのスリットが搬送方向と垂直になるように設定される。インク吐出（インク塗布）中は、二つのスリットダイが、あたかも二本の脚で、両サイドに挟まれた面（触媒層とはしご状フレームのステップ部のシール部の連続面）を跨ぐように、第１のインク吐出手段の垂直断面が逆凹状の構造になっている。このため、第１のインク吐出手段が駆動中に、触媒層とはしご状フレームのステップ部のシール部の連続面にダメージを与えない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シール部からアクティブエリアを切除する工程を設けることなく、触媒層用触媒インクとシール部用樹脂インクを、搬送中のウェブ状電解質膜に塗布し、触媒層、及びこの触媒層を額縁状に取り囲むはしご状のシール部を、搬送中のウェブ状電解質膜に塗布装置とその制御によって形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、発明を実施する形態（以下「本実施形態」という）の例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るロールトゥロールの量産ラインに適用可能な、ＭＥＡを製造する装置の概念図[（ａ）は概略上面図、（ｂ）は概略断面図]である。図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、当該装置は、巻き出しロール（不図示；図５の参照符号２０Ａに相当）から巻き出され、矢印９が指す搬送方向に搬送されるキャリアフィルム８に担持された電解質膜７に、塗布装置１０を用いて、はしご状シール部６と、該シール部６のはしごの空間（参照符号５に相当）において露出する電解質膜７に触媒層５を形成し、ＭＥＡを連続的に製造（量産）するものである。
【００２３】
さらに、図１（ａ）を参照しながら、本実施形態を説明する。塗布装置１０は、４つに区分けされたインク吐出ノズル１、２、３及び４（以下適宜「ノズル１、２、３及び４」という）を含む。ノズル１、２、３は、この順に矢印９が指す電解質膜７の搬送方向と垂直方向に、互いに隣接して配列されており、ノズル４は、同搬送方向と平行方向に、ノズル２と隣接して配列されている。電解質膜５が通常矩形であり、はしご状シール部６も複数の矩形を組み合わせた形状であるため、これらのインク塗布対象の形状に対応して、各ノズル１、２、３及び４のインク吐出部の断面形状は、矩形であることが好ましい。ただし、ノズル１、２、３及び４は矩形が極細であってもよく、先端のみが極細矩形（線状）であってもよい。このようなものを満たすインク吐出手段としては、公知のスリットダイが好ましい。
【００２４】
ノズル１、２、３及び４は、それぞれ別個なインクタンク（不図示）と接続されている。ノズル１、３及び４用のインクタンクには、シール部６を形成するための樹脂インクが収容されており、ノズル２用のインクタンクには、触媒インクが収容されている。樹脂インクは、例えば、シリコーン系、ウレタン系、アクリル系などの湿気硬化型接着剤、ガスケット剤が好ましく、触媒インクは、例えば白金担持カーボン粒子、ナフィオン（登録商標）を代表例とする、触媒担持導電性粒子、電解質樹脂材料を、水、及びエタノール、メタノール等の有機溶媒に分散させたものが好ましい。樹脂インク及び触媒インクは、塗布後、シール部６と触媒層５の境界で互いに接触し、乾燥後、わずかに固溶するような粘度であることが好ましい。そうすることで、シール部６と触媒層５の境界に、電解質膜７が露出することを防止でき、シール部６のガスケット及びＧＤＬからの突起物（カーボンファイバー、毛羽など）の電解質膜７へのつきささり防止の保護膜として、シール機能及び強度強化機能を良好とし、ひいては燃料電池の性能及び耐久性を向上させることができる。
【００２５】
各ノズル１、２、３及び４を含む塗布装置１０は、電解質膜７が搬送される面の上方の一定位置に固定配置され、適宜各ノズル１、２、３及び４のインク吐出口が任意の方向、特に搬送方向に平行にインク吐出方向が可変なように駆動することが好ましい。搬送方向に電解質膜７が搬送されながら、樹脂インク及び触媒インクを、ダイコータ法、インクジェット法、スクリーン印刷法等の塗布方法を用いて、後述する制御手段からの命令（信号）に従って、各ノズル１、２、３及び４から電解質膜７に塗布する。塗布された触媒インク及び樹脂インク中の溶媒分、水分等は、後述する乾燥手段（図２の参照符号５０）により気化、乾燥され、触媒層５及び該触媒層５を取り囲むはしご状シール部７が、電解質膜７の上に形成され、複数のＭＥＡが製造される。
【００２６】
次に、各ノズル１、２、３及び４からの触媒インク及び樹脂インクの電解質膜７への吐出の制御手段について言及する。
第１の態様：この第１の態様では、両サイド部６Ｒ及び６Ｌを形成するためのノズル1及び３からの樹脂インクを常に吐出するようにし、一方、触媒層５を形成するためのノズル２からの触媒インクと、ステップ部６を形成するためのノズル４からの樹脂インクは、一定の周期によりノズル２とノズル４を切り替えながら交互に吐出するように制御する。例えば、図１（ａ）に示された周期Ｔ（Ｔ＝ｔ１＋ｔ２とする。但し、ｔ１は隣り合う触媒層５、５の間の電解質膜７を樹脂インクによって塗布する時間、ｔ２は触媒層５を触媒インクによって塗布する時間）に対応する箇所について説明すると、まず、時間ｔ１では、ノズル４からの樹脂インクが吐出し、時間ｔ２では、代わってノズル２からの触媒インクが吐出するように制御する。よって、時間ｔ１、時間ｔ２を変更することで、搬送方向の、はしご状シール部６のはしご部の寸法、すなわち触媒層５の寸法を変更することができる。
【００２７】
ノズル２とノズル４からの各インクの吐出に関し、ノズル２とノズル４が即時に切り替わることが電解質膜７の露出面が発生するおそれがなくなるので好ましいが、そのためには、電解質膜７の搬送方向に対し垂直な方向のノズルの先端幅は極力狭くかつ両ノズル間の距離を近くする方が望ましい。
【００２８】
以上のように、第１の態様によれば、上記のノズル構造及びその制御により、特許文献１の製造方法とは異なり、シール部をハーフカットする工程やアクティブエリア作成のためのシール部の切除工程がなくなり、加えて、触媒層５及びはしご状シール部６を個別に形成する場合にそれぞれ必要となる乾燥工程も共用化できるため工程がシンプルになる。
【００２９】
第２の態様：この第２の態様では、触媒層５及びシール部６の内、電解質膜６にシール部６を先に塗布・形成する。より具体的には、図１（ａ）において、電解質膜６を矢印９が指す方向に搬送させながら、ノズル２の触媒インクの吐出し、先にノズル１、３及び４から樹脂インクを電解質膜７に吐出する。このとき、ノズル１及び３は常に樹脂インクを電解質膜７に吐出するが、ノズル４は、電解質膜７の搬送方向の長さ分を一定間隔として周期的かつ間欠的に、樹脂インク６を電解質膜７に吐出する。このようにしてまずはしご状のシール部を電解質膜７に形成する。その後、ノズル２から電解質膜６の露出部（アクティブエリア）に触媒インク５を吐出する。このようにして先に電解質膜６にシール部６を先に塗布・形成し、その後、ノズル２から触媒インクをまだ露出している電解質膜７に吐出する。
【００３０】
第２の態様によれば、触媒層５とは無関係に、触媒層５とシール部６との位置関係やシール部６の形状又は寸法を可変し易くなる。また、シール部６の形成方法の選択幅も広がる。シール部６の形成後に、触媒層５を形成する際には、複数のアクティブエリアを一定周期（一定間隔）に配置したシール部６を、触媒層５のマスクとして使うことができるため、例えば図示しない位置センサーにより、シール部６のアクティブエリアの位置、形状、寸法のデータをあらかじめ検知・把握し、その後、検知されたデータに基づいて、ノズル２から電解質膜７の露出面に向けて触媒インクを塗布する。この場合のノズル２による塗布は、塗布形状を容易に可変できるインクジェット法が望ましい。
【実施例】
【００３１】
図２、図３及び図４を参照して、第１の態様に従う、ＭＥＡの製造装置に用いられる塗布装置１５０の実施例について説明する（但し、第２の態様にも塗布装置１５０は適用可能である）。なお、図２（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）に対応するものである。そのため、両図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。  
【００３２】
塗布装置１５０は、スリットダイ（ノズル）２２と、スリットダイ（ノズル）４４と、スリットダイ（ノズル）５５を、インク吐出ノズルとして含む。
スリットダイ２２は、図３に示した垂直断面が逆凹状の立体構造を有しており、１対のスリットダイ１１、３３を含み、両者の間に支持部材２２Ｈが一体化されている。支持部材２２Ｈは、塗布中（電解質膜７の搬送中）、触媒層５にダメージを与えないように、下部にスリットダイ１１、３３と支持部材２２Ｈの間に一定の高さを有する空間Ｓが形成されるように、スリットダイ１１、３３の高さよりも短く作成する。
以上のようなスリットダイ２２は、制御手段の命令（信号）を受け、スリットダイ１１、３３のスリット部１１Ｓ、３３Ｓ（図３参照）から、常に同時に電解質膜７の一定幅の両サイド６Ｒ部及び６Ｌ部に対して垂直に樹脂インクを吐出し、両サイド６Ｒ部及び６Ｌ部にシール部の形成を行う。
【００３３】
スリットダイ４４は、両サイドの６Ｒ部と６Ｌ部との間に橋を架けるように、搬送方向と垂直な方向に、樹脂インクを、電解質膜７に対して周期的に（一定間隔を置いて）塗布・形成する。リットダイ５５は、スリットダイ２２とスリットダイ４４により塗布・形成されたはしご状フレーム部６以外の電解質膜７の露出面（アクティブエリア）に、白金担持炭素カーボン粉とナフィオン（登録商標）等をエタノール等に分散させた触媒インクを吐出し、複数の触媒層５を塗布・形成する。
【００３４】
スリットダイ４４、５５は、制御手段の命令により、搬送方向と垂直な方向な回転軸の周りに回転駆動する（図２（ｂ）に示す一点鎖線参照）。インクの塗布中は、スリットダイ４４、５５の各インク吐出ノズルは、電解質膜と垂直方向に沿って固定される。各スリットダイ２２、４４、５５は、駆動バルブ（不図示）を含む管部材（不図示）を介して樹脂インク、同樹脂インク、触媒インクが収容されたインクタンク（不図示）とそれぞれ接続されており、各スリットダイ２２、４４、５５が制御手段から駆動命令（駆動信号）を受け取ったら、当該駆動バルブが開き、かつ、各インクタンクから各スリットダイ２２、４４、５５に各インクが供給され、各スリットダイ２２、４４、５５から各インクが吐出するように制御される。
【００３５】
さらに、制御手段から、各スリットダイ２２、４４、４５に出力される駆動命令（駆動信号）により、電解質膜７へ樹脂インクと触媒インクを塗布する際の、各スリットダイ２２、４４、４５の塗布動作について、図２及び図４を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、電解質膜７とＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製キャリアフィルム８とを重ねて担持されたものを、巻き出しロール（図５の参照番号２０Ａ参照）に巻き、先端部を巻取りロール（図５の参照番号２０Ｂ参照）に固定して、キャリアフィルム８に担持された電解質膜７を、矢印９が指す搬送方向に搬送する。
【００３７】
そして、この搬送状態（搬送速度をＵ[ｍ／ｓ]とする）において、制御手段は、常に駆動状態がＯＮとなるような命令（信号）をノズル２２に出力する（図４の最下のタイムチャート）。一方、制御手段は、ノズル４４及びノズル５５に対しては、駆動状態のＯＮとＯＦＦとが逆位相となるような命令（信号）をノズル５５及びノズル４４に出力する（図４の上二つのタイムチャート）。このとき、ノズル５５とノズル４４とを切り替えるときにタイムラグＴが生じる。例えば、ノズル５５の触媒インクの吐出によって触媒層５を、搬送方向の触媒層５の長さ分、塗布・形成する。その時点で、制御手段からの命令により、ノズル５５の駆動を停止しかつノズル４４の駆動を始動する。次に、ノズル４４の触媒インクの吐出によって搬送方向のシール部６を、触媒層５、５の間の部分に塗布形成する。このとき、ノズル５５とノズル４４との間がＬ[m]離れていると、ノズル５５の塗布完了位置（ノズル５５のダイスリットのスリット部）までノズル４４のダイスリットのスリット部が到達するまでの距離もＬ[m]となるため、ノズル５５をノズル４４に切り替わるまでのタイムラグはＴ＝Ｌ／Ｕ[ｓ]となる。このタイムラグＴ[s]と、ノズル５５とノズル４４が切り替わる時間を同期（一致）させるようにすればよい。なお、ノズル４４もノズル５５もインクの吐出（塗布）時にはノズル口が電解質膜７と対向するような位置に駆動するが、インクの非吐出（塗布）時には、図２（ｂ）に示すように回転軸の周りに回転し、電解質膜７から離れた位置で停止するように動作する。
【００３８】
このタイムラグＴは、できるだけ短時間とすることが好ましい。触媒層５用の触媒インクとシール部６用樹脂インクとの境界が固溶し易くなり電解質膜７の露出を防ぐことができるからである。そのためには、特に各インク塗布時において、ノズル２２、４４、５５のスリットダイのスリット同士を近づける（すなわちＬ[m]を短くする）ことが好ましい。
【００３９】
なお、タイムラグＴの存在によって触媒層５とシール部６との境界に微小な電解質膜の露出面が生じる場合には、樹脂インク及び触媒インクの粘度を低めに調整するか、両インクの電解質膜７に対する濡れ性を向上させることにより、無くすことができる。また、触媒層５の周縁部に樹脂インク６が少しオーバーラップするようにノズル４４、５５を制御手段によって微調整するようにしてもよい。
【００４０】
次に、図５を参照しながら、図１又は図２乃至図４を用いて説明したＭＥＡの製造方法（製造装置）を含み、加えて、必要な後工程（必要な装置）を含むようにした、当該ＭＥＡにガス拡散層（GAS DIFFUSION LAYER:「ＧＤＬ」と略す）を形成し、膜-電極-ＧＤＬ接合体（MEMBRANE ELECTRODE GDL ASSEMBLY:「ＭＥＧＡ」と略す）の製造するための装置１００について説明する。
【００４１】
図５に示されるように、装置１００は、ロールトゥロールのＭＥＧＡの量産装置であって、キャリアフィルム８（不図示）に担持されたウェブ状のキャリアフィルム８付き電解質膜７（以下、単に「電解質膜７」という）が巻き出しロール２０にあらかじめ巻かれており、電解質膜７の先端部７Ｔが巻取りロール３０の周部に固定されている。
図１又は図２乃至図４を用いて説明した塗布装置１０（又は１００）のＭＥＡの製造装置（製造工程）は、Ｗで示す部分に相当する。このＷで示す製造工程の間、ウェブ状電解質膜７への各インクの塗布（吐出）を円滑にするため、ウェブ状電解質膜７に、ある程度のテンションを与えておく必要がある。そのため、巻き出しロール２０で巻き出されるウェブ状電解質膜７の面をフラットに保つロール１１によりウェブ状電解質膜７を下から支え、ニップロール１２、１３でニップし、巻き出しロール２０とニップロール１２、１３との間に一定のテンションを維持する。
【００４２】
このＭＥＡの製造工程（Ｗが示す部分）の後、ＭＥＡが形成されたウェブ状電解質膜７は搬送され、乾燥装置５０に入る。乾燥装置５０の中で、触媒層５の触媒インクとシール部６の樹脂インクが、温風又は赤外線ヒータ等の乾燥手段により乾燥され、各インクの有機溶剤や水分が蒸発する。
【００４３】
乾燥装置５０により乾燥されたＭＥＡが形成されたウェブ状電解質膜７Ａは、さらに搬送されるが、ニップロール１２、１３及びニップロール１６、１７の間でＧＤＬシート用巻き出しロール４０からＧＤＬシート２２が巻き出され、ニップロール１４、１５の間で、ウェブ状電解質膜２１の上に担持されるようにして、ウェブ状ＭＥＧＡ７Ｂを形成する。
ＧＤＬシート２２は撥水性樹脂を含むが、ウェブ状電解質膜２１とＧＤＬシート２２の接合力を強化するために、図示した位置に接着剤塗布手段２５を設けて、ウェブ状電解質膜２１とＧＤＬシート２２との界面に接着剤樹脂を塗布するようにしてもよい。
【００４４】
この後、ウェブ状ＭＥＧＡ７Ｂは、ニップロール１６、１７に挟持されるが、ニップロール１６、１７は、熱圧ロールも兼ねており、ＧＤＬシート２２とウェブ状ＭＥＡ７Ａを熱圧処理して両者を接合する。
【００４５】
ここで、ウェブ状ＭＥＧＡ７Ｂが作製されるが、燃料電池（単セル）にアセンブリするために枚葉状態にさらに加工する必要がある。そのため、ニップロール１６、１７とニップロール１８、１９により一定のテンションをウェブ状ＭＥＧＡ７Ｂに与えつつ、裁断機（打ち抜き加工機）６０、６１で、ウェブ状ＭＥＧＡテープ２２からＭＥＧＡを一枚ずつ打ち抜いていく。打ち抜かれたＭＥＧＡは、裁断機６０内に設けられ、ＭＥＧＡの面寸法よりもその水平断面寸法が大きく設計された空間６０Ｈに一枚ずつ嵌入していくようにし、さらに空間６０Ｈの上方からＭＥＧＡをロボットのような自動機により採取するようにする。ＭＥＧＡが打ち抜かれたウェブ７Ｃは巻取りロール３０に巻き取られていく。
【００４６】
このようにして、本実施形態によれば、ＭＥＡがＭＥＧＡとして製造されるに際し、ロールトゥロールで量産可能となるため、製造コストを下げ、近年、さらには今後益々需要が見込まれる固体高分子形燃料電池又は直接メタノール形燃料電池の需要に十分応えうる製造ラインを設計することが可能となる。
【００４７】
尚、本発明に係る燃料電池用の膜電極接合体の製造装置及び当該方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４８】
例えば、上記搬送速度Ｕが状況によって変化する場合には、リアルタイムで、タイムラグＴ（＝Ｌ／Ｕ）を演算できる系を制御手段に組み込むことによって、各スリットダイの駆動制御（ＯＮ・ＯＦＦ）を行うようにすることもできる。
【００４９】
また、図５に示された装置１００から、ニップロール１４、１５からニップロール１６、１７までの装置（工程）を省くことで、ＭＥＧＡではなくＭＥＡの量産ラインとして装置１００を使用することもできる。
【００５０】
本実施形態及び実施例に係る製造方法及び製造装置は、電解質膜７のアノード側又はカソード側のいずれか一方に、触媒層５とこの触媒層５をはしご状に囲むシール部を形成しているが、キャリアフィルム８に電解質膜７を担持せずに、電解質膜７の両側に触媒層５とこの触媒層５をはしご状に囲むシール部を形成することもできる。また、本実施形態及び実施例に係る製造方法及び製造装置によって、電解質膜７のアノード側又はカソード側のいずれか一方に、触媒層５とこの触媒層５をはしご状に囲むシール部を製造した後、キャリアフィルム８を電解質膜７から剥離して、電解質膜７を背中合わせに接合することで、両面に触媒層５とこの触媒層５をはしご状に囲むシール部ＭＥＡ又はさらに両面にＧＤＬを接合したＭＥＧＡを製造することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態に係るＭＥＡの製造装置及び当該方法を説明するための概略上面図（ａ）と概略断面図（ｂ）である。
【図２】本実施形態に係るＭＥＡ製造装置及び当該方法(特にスリットダイを用いたもの)を説明するための概略上面図（ａ）と概略断面図（ｂ）である。
【図３】本実施形態に係るＭＥＡの製造装置で用いられるインク吐出ノズル（スリットダイを用いたもの）２２の構造を説明するための斜視図である。
【図４】本実施形態に係るＭＥＡの製造装置の各ノズル（スリットダイ）２２、４４、５５を駆動するときの各タイミングチャートである。
【図５】上記のＭＥＡの製造装置を含むＭＥＧＡの製造装置である。
【符号の説明】
【００５２】
５：触媒層、６：はしご状シール部、７：ウェブ状電解質膜、１０、１５０：インク塗布装置。
【図１】
2010146796.tif 000003
【図２】
2010146796.tif 000004
【図３】
2010146796.tif 000005
【図４】
2010146796.tif 000006
【図５】
2010146796.tif 000007