(57)【要約】【課題】多孔部材の吸着面に保持したワークの加工品質を好適に維持し得るワーク保持用の治具、およびワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法であって、膜電極接合体の性能劣化の発生を好適に防止し得る膜電極接合体の製造方法を提供する。【解決手段】ワーク保持用の治具１０は、ワークｗを吸着して保持する吸着面２１を備える多孔部材２０と、ワークに作用させる吸引力を発生させる基部４０、および多孔部材の外周側部に向かい合う位置に配置されるとともに多孔部材を保持する側壁５０を備えるハウジング３０と、多孔部材の熱膨張変形に伴う当該多孔部材の外周側部と前記側壁との干渉による吸着面の変形を防止する変形防止部６０と、を有している。【選択図】図１
2014216230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを吸着して保持する吸着面を備える多孔部材と、
前記ワークに作用させる吸引力を発生させる基部、および前記多孔部材の外周側部と向かい合う位置に配置されるとともに前記多孔部材を保持する側壁を備えるハウジングと、
前記多孔部材の外周側部と前記ハウジングの側壁との間に設けられ、前記多孔部材の熱膨張変形に伴う当該多孔部材の外周側部と前記側壁との干渉による前記吸着面の変形を防止する変形防止部と、を有するワーク保持用の治具。
【請求項２】
前記変形防止部は、前記ハウジングの側壁の剛性よりも小さな剛性を備える弾性部材を有する請求項１に記載のワーク保持用の治具。
【請求項３】
前記ハウジングの側壁は、前記多孔部材の外周側部と当該側壁との間に前記変形防止部をなす隙間を形成するように前記多孔部材を支持する溝部を有する請求項１または請求項２に記載のワーク保持用の治具。
【請求項４】
前記ハウジングの側壁は、前記多孔部材の吸着面よりも当該多孔部材の厚み方向に突出した覆い部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のワーク保持用の治具。
【請求項５】
前記多孔部材は、矩形の外形形状を有しており、
前記変形防止部は、前記多孔部材の外周側部の隣接する二辺のそれぞれと前記ハウジングの側壁との間に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項にワーク保持用の治具。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のワーク保持用の治具が備える多孔部材の吸着面上において触媒インクが塗布された基材を保持しつつ、前記基材に電解質膜を重ねた状態で前記電解質膜と前記基材とを熱圧着することによって前記触媒インクを前記電解質膜に転写する転写工程を有する、膜電極接合体の製造方法。
【請求項７】
前記転写工程を行う前にそれぞれ行われる、前記多孔部材の吸着面上において前記基材を保持しつつ、当該基材に前記触媒インクを塗布する塗布工程、および前記多孔部材の吸着面上において前記基材を保持しつつ、塗布した前記触媒インクを乾燥させる乾燥工程をさらに有する請求項６に記載の膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク保持用の治具、および当該ワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加工対象となるワークを保持する治具として、ワークを吸着して保持する吸着面を備える多孔部材と多孔部材が取り付けられたハウジングとを備え、吸着面上に載置されたワークに吸引力を作用させて保持する吸着治具が知られている。特許文献１には、この種の治具として、ハウジングに対して多孔部材の外周側部を接着によって固定した構成の治具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３５９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような治具にワークを保持した状態で、例えば、ワークに他の部材を熱圧着させたり、ワークに各種の触媒を熱転写させたりすると、ワークのみならず治具に対しても熱が付与され、治具が備える多孔部材に熱膨張変形が生じる。熱膨張変形した多孔部材はハウジングに干渉し、多孔部材の吸着面に歪を生じさせる。そして、歪みが生じた吸着面上においてワークを保持すると、吸着面の歪みに沿ってワークにも歪みが生じる。このため、熱圧着や熱転写を行う際に、ワークの表面全体に均一に熱を付与することができず、圧着性の低下や転写性の低下といった加工品質の低下が招かれる。
【０００５】
そこで本発明は、多孔部材の吸着面に保持したワークの加工品質を好適に維持し得るワーク保持用の治具、およびワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法であって、膜電極接合体の性能劣化の発生を好適に防止し得る膜電極接合体の製造方法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】
本発明のワーク保持用の治具は、ワークを吸着して保持する吸着面を備える多孔部材を有している。さらに、ワークに作用させる吸引力を発生させる基部、および多孔部材の外周側部と向かい合う位置に配置されるとともに多孔部材を保持する側壁を備えるハウジングを有している。そして、多孔部材の外周側部とハウジングの側壁との間に設けられ、多孔部材の熱膨張変形に伴う当該多孔部材の外周側部と側壁との干渉による吸着面の変形を防止する変形防止部を有している。
【０００７】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法は、ワーク保持用の治具が備える多孔部材の吸着面上において触媒インクが塗布された基材を保持しつつ、基材に電解質膜を重ねた状態で電解質膜と基材とを熱圧着することによって触媒インクを電解質膜に転写する転写工程を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のワーク保持用の治具によれば、多孔部材に熱膨張変形が生じた場合においても、多孔部材の外周側部とハウジングの側壁との間に設けられた変形防止部によって多孔部材の吸着面に歪みが生じてしまうことを防止することができる。このため、多孔部材の吸着面に保持したワークの加工品質を好適に維持することができる。
【０００９】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法によれば、ワーク保持用の治具が備える多孔部材の吸着面上に保持した基材から電解質膜へ触媒インクを転写するために基材と電解質膜とを熱圧着する際に、多孔部材の吸着面に歪みが生じてしまうことを防止することができる。このため、多孔部材の吸着面に保持した基材および電解質膜の加工品質の低下に伴う膜電極接合体の性能劣化が発生してしまうことを好適に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るワーク保持用の治具の概観斜視図である。
【図２Ａ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具の平面図である。
【図２Ｂ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具を示す図であって、図２Ａに示す２Ｂ−２Ｂ線に沿う部分断面図である。
【図３】第１実施形態に係るワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法の各工程を示す図である。
【図４Ａ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法を説明するための部分断面図であって、塗布工程を示す図である。
【図４Ｂ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法を説明するための部分断面図であって、乾燥工程を示す図である。
【図５Ａ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法を説明するための部分断面図であって、触媒インクが塗布された基材と電解質膜をワーク保持用の治具に配置する工程を示す図である。
【図５Ｂ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法を説明するための部分断面図であって、転写工程を示す図である。
【図６Ａ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具の対比例を説明するための部分断面図であって、基材に電解質膜を熱圧着している様子を示す図である。
【図６Ｂ】第１実施形態に係るワーク保持用の治具の対比例を説明するための部分断面図であって、多孔部材の吸着面に歪みが生じた様子を示す図である。
【図７Ａ】第２実施形態に係るワーク保持用の治具の平面図である。
【図７Ｂ】第２実施形態に係るワーク保持用の治具の使用例を示す部分断面図である。
【図８Ａ】第２実施形態の変形例に係るワーク保持用の治具の平面図である。
【図８Ｂ】第２実施形態の変形例に係るワーク保持用の治具の使用例を示す部分断面図である。
【図９Ａ】第３実施形態に係るワーク保持用の治具の使用例を示す部分断面図である。
【図９Ｂ】第３実施形態に係るワーク保持用の治具の対比例を説明するための部分断面図である。
【図１０Ａ】第４実施形態に係るワーク保持用の治具の平面図である。
【図１０Ｂ】第４実施形態に係るワーク保持用の治具の使用例を示す部分断面図である。
【図１１Ａ】第５実施形態に係るワーク保持用の治具の平面図である。
【図１１Ｂ】第５実施形態に係るワーク保持用の治具の使用例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１〜図２Ｂは、第１実施形態に係るワーク保持用の治具の各部の構成の説明に供する図であり、図３〜図５Ｂは、第１実施形態に係るワーク保持用の治具を使用した膜電極接合体の製造方法の説明に供する図であり、図６Ａ、図６Ｂは、対比例に係るワーク保持用の治具の説明に供する図である。
【００１３】
図１〜図２Ｂに示すように、本実施形態に係るワーク保持用の治具１０（以下、単に「治具」とも記載する）は、ワークｗを吸着して保持する吸着面２１を備える多孔部材２０と、ワークｗに作用させる吸引力を発生させる基部４０、および多孔部材２０の外周側部２２と向かい合う位置に配置されるとともに多孔部材２０を保持する側壁５０を備えるハウジング３０と、を有している。さらに、この治具１０は、多孔部材２０の外周側部２２とハウジング３０の側壁５０との間に設けられ、多孔部材２０の熱膨張変形に伴う当該多孔部材２０の外周側部２２と側壁５０との干渉による吸着面２１の変形を防止する変形防止部６０を有している。
【００１４】
図１に示すように、治具１０の使用に際して、治具１０が備える多孔部材２０の吸着面２１上には所定のワークｗを載置する。治具１０は、多孔部材２０の吸着面２１を介してワークｗに吸引力を作用させることによってワークｗに位置ずれが生じることを防止して、位置決めした状態でワークｗを安定的に保持することを可能にするものである。
【００１５】
治具１０は、例えば、ワークｗを保持した状態でワークｗに各種の加工や処理を実施したり、ワークｗを保持した状態で当該治具１０とともにワークｗを搬送したりするために使用することができる。本実施形態では、後述するように、燃料電池の構成要素である膜電極接合体の製造に治具１０を使用した例を示す（図５Ｂを参照）。ただし、治具１０は、少なくとも多孔部材２０の吸着面２１上においてワークｗを一時的、または所定の期間にわたって保持することを目的として使用される限りにおいてその用途は特に限定されない。
【００１６】
治具１０に保持するワークｗとしては、所定の吸引力によって吸着面２１上において保持することが可能な部材であれば材質や形状は特に限定されない。本実施形態では、膜電極接合体を構成する電解質膜９３と、電解質膜９３に転写させる触媒インク９４がそれぞれ塗布された基材９１、９２をワークｗとしている（図４Ａ〜図５Ｂを参照）。
【００１７】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、ハウジング３０は、当該ハウジング３０の底部を構成する基部４０と、その基部４０から所定の高さで伸びて形成された側壁５０とが一体的に形成されている。ハウジング３０は、平面視した際の外形形状が略矩形となるように形成している。側壁５０の内側には開口部５１が形成されている。多孔部材２０は、当該多孔部材２０の吸着面２１がハウジング５０の開口部５１に面するように配置されている。
【００１８】
側壁５０は、多孔部材２０の外周側部２２の周囲を取り囲むように配置されている。基部４０は、多孔部材２０の吸着面２１の裏面側に所定の間隔を空けて配置されている。
【００１９】
多孔部材２０は、ハウジング３０の側壁５０と多孔部材２０の外周側部２２との間が気密になるようにハウジング３０に取り付けられている。これにより、多孔部材２０とハウジング３０の基部４０との間に区画されるチャンバ４１（空間）の気密性が維持されている。
【００２０】
図２Ｂに示すように、側壁５０にはチャンバ４１に連通する連通口５２を設けている。この連通口５２には空気等の流体が流通可能なダクト７１を設置している。図１に示すように、ダクト７１には所定の吸引手段７０を連結している。吸引手段７０を作動させることにより、ダクト７１を介してチャンバ４１内の空気を吸引することができる（空気の吸引を図２Ｂ中の矢印ａで示す）。吸引手段７０には、流体の吸気や排気等に一般的に用いられる流体ポンプ等を使用することができる。チャンバ４１内の空気を吸引すると、多孔部材２０の吸着面２１に載置したワークｗに対して吸引力が作用する。
【００２１】
図１に示すように、ダクト７１には所定の弁７３を設置することができる。この弁７３を開閉操作することにより、チャンバ４１内の空気の吸引量を調整することができる。
【００２２】
ハウジング３０に連通口５２を設ける位置、およびダクト７１を設置する位置は、図示する位置に限定されず、ハウジング３０内の空気を吸引することによって多孔部材２０の吸着面２１に吸引力を生じさせることが可能な限りにおいて変更することが可能である。
【００２３】
なお、ワークｗに作用させる吸引力を発生させる方法は、吸引手段７０などによってチャンバ４１内を減圧する方法に限定されず、多孔部材２０の吸着面２１上においてワークｗを保持し得る吸引力を発生させることが可能な範囲で変更することが可能である。例えば、治具１０の周囲の雰囲気を加圧して、ハウジング３０の外部と内部とに差圧を形成し、その差圧によって吸引力を発生させる方法、多孔部材１０に静電気を付与して静電吸引力を発生させる方法、磁性部材により磁気吸引力を発生させる方法などを採用することができる。
【００２４】
ハウジング３０の側壁５０には、多孔部材２０を位置決めして支持するための位置決め用の溝部５３を設けている。この位置決め用の溝部５３には、多孔部材２０の外周側部２２に形成された凸状の突起２７が嵌め込まれている。
【００２５】
ハウジング３０を構成する材料は、多孔部材２０を支持することが可能な剛性を少なくとも備えていれば特に制限はないが、好ましくは、熱が付与された際に過度な変形が生じないような金属材料である。例えば、ＳＵＳ、チタン、ステンレス、鉄−ニッケル合金等を使用することができる。
【００２６】
図２Ａに示すように、多孔部材２０は、ハウジング３０に対して取り付けた際の平面視が矩形となるような外形形状を有している。多孔部材２０は所定の厚みを有する板状に形成されている。なお、便宜上、多孔部材２０の外周側部２２のうち、変形防止部６０に対向するように配置された各外周側部を第１外周側部２３、第２外周側部２４と称し、ハウジング３０の側壁５０に対向するように配置された各外周側部２２を第３外周側部２５、第４外周側部２６と称する。
【００２７】
図２Ｂに示すように、第３外周側部２５には、ハウジング３０の側壁５０に設けられた位置決め用の溝部５３に配置される突起２７を形成している。第４外周側部２６にもハウジング３０の側壁５０に設けられた所定の溝部５３に配置される突起２７を形成しているが、この突起２７の図示は省略する。多孔部材２０は、第３外周側部２５および第４外周側部２６に形成された各突起２７をハウジング３０の側壁５０に形成された位置決め用の溝部５３にそれぞれ嵌合させることによってハウジング３０に取り付けられている。なお、突起２７は、位置決め用の溝部５３に対して圧接されることのないように、位置決め用の溝部５３よりも小さく形成している。
【００２８】
多孔部材２０は、当該多孔部材２０の内部および外部を貫通する複数の孔２８を有している。図中において、多孔部材２０の孔２８は、理解を容易にするために多孔部材２０の内部を直線状に貫通する形状で示している。
【００２９】
多孔部材２０を構成する材料としては、所定の吸着面２１が表面に形成されており、かつ、この吸着面２１上に載置されたワークｗに対して各孔２８を介して吸引力を作用させることが可能なものであれば特に制限はない。例えば、焼結性炭素によって形成されたポーラスカーボンや、セラミック多孔質体などの公知の多孔体を使用することができる。
【００３０】
多孔部材２０の厚みや外形寸法等は特に制限されず、ワークｗを保持することが可能な限りにおいて変更することが可能である。孔２８の径や、孔２８の数等についてもワークｗを保持することが可能であれば特に制限されない。
【００３１】
治具１０が備える変形防止部６０は、治具１０にワークｗを保持した状態で、ワークｗに対して種々の加工を施した際に、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが発生してしまうことを防止するために設けられている。図６Ａ、図６Ｂに示す対比例を参照して、吸着面２１に歪みが発生する原理および変形防止部６０の機能を説明する。
【００３２】
対比例に係る従来の治具１５０には変形防止部６０が設けられていない。また、この治具１５０においては、多孔部材１５２がハウジング１５３から脱落しないように、多孔部材１５２の外周側部１５４はハウジング１５３の側壁１５５に固定されている。
【００３３】
図６Ａに示すように、ワークｗは多孔部材１５２の吸着面１５１上において重ねて配置する。そして、ワークｗを多孔部材１５２の吸着面１５１に保持した状態で、図６Ｂに示すように、熱プレス機１２２を使用して熱圧着を施す。この際、ワークｗのみならず、多孔部材１５２にも熱が付与されるため、多孔部材１５２には熱膨張変形が発生する。熱膨張変形が発生すると、多孔部材１５２の外周側部１５４は、当該外周側部１５４を固定したハウジング１５３の側壁１５５に対して押し付けられる（図中矢印ｐで外周側部１５４の押し付けを示す）。その結果、多孔部材１５２の外周側部１５４とハウジング１５３の側壁１５５との干渉によって、多孔部材１５２の外形形状が変形し、多孔部材１５２の吸着面１５１には、図示するような凸状の歪みが発生してしまう。このような歪みが生じた吸着面１５１上においてワークｗを保持すると、ワークｗにも歪み生じる。そして、熱プレス機１２２をワークｗの表面全体に押し当てることができず、ワークｗの外周縁付近では熱圧着が十分に行われず、圧着性の低下が招かれてしまう。
【００３４】
また、多孔部材１５２の吸着面１５１の歪みは、熱圧着を行う場合以外にも、様々な温度環境下において治具１５０を使用する場合に発生し得る。したがって、一つの治具１５０を複数の工程にわたって使用する場合には、多孔部材１５２の吸着面１５１の歪みがより一層大きくなり、その結果、ワークｗの加工品質の低下が顕著なものとなる。一方で、治具１５０は種々の用途に使用され得るが、例えば、その使用用途として、一般的なクランプ型（把持型）の治具などでは位置決めして保持することが困難な薄膜状のワークの保持に使用されることが考えられる。また、このようなワークとして例えば、燃料電池の構成要素となる膜電極接合体が備える電界質膜や、電解質膜に転写される触媒インクが塗布された基材などのような薄膜状のシート片が挙げられる。しかし、歪みが生じた吸着面１５１上においてこれらのシート片を保持すると、シート片に生じる歪みは顕著なものとなる。このため、圧着性の低下や転写性の低下に伴って膜電極接合体の性能の劣化が生じ、ひいては当該膜電極接合体を構成要素とする燃料電池の製品性能の劣化を招いてしまうという問題も生じる。
【００３５】
多孔部材１５２の吸着面１５１の歪みの発生を防止するために、例えば、多孔部材１５２とハウジング１５３をそれぞれ同程度の熱膨張率を備える材料によって構成したり、多孔部材１５２をハウジング１５３よりも熱膨張率の低い材料によって構成したりすることが考えられる。しかしながら、治具１５０を使用している間に、ワークｗの加熱や冷却が繰り返されると、治具１５０の上部に位置する多孔部材１５２と治具１５０の下部に位置するハウジング１５３の基部１５６とで温度差が生じ、治具１５０全体における温度分布が均一にならない。このため、多孔部材１５２の吸着面１５１に歪みが生じることを防止することができない。
【００３６】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、治具１０が備える変形防止部６０は、ハウジング３０の側壁５０の剛性よりも小さな剛性を備える弾性部材６１によって構成している。
【００３７】
弾性部材６１を構成する材料としては、例えば、公知の樹脂材料によって構成されたものを使用することができ、シリコーンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ＡＢＳゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴム、ウレタンゴムなどのゴム類、およびポリプロピレン、ポリテルペン等のエラストマーなどを使用することができる。また、ゴム類を使用する場合は、上記の材料によって構成されたものをそのままの用いることが可能であるし、ゴム類およびエラストマーを使用する場合は、それらの発泡体、中空の丸紐状または角紐状に形成したものを使用することが可能である。
【００３８】
なお、溶剤等に対する耐久性や耐熱性の観点より、ＥＰＤＭゴム、ＡＢＳゴム、ニトリルゴムおよびブチルゴムが材料として使用されることが好ましい。これらのゴム類を使用する場合にも、中空の丸紐状または角紐状に形成したものを使用することができる。
【００３９】
弾性部材６１の各構成材料に適度な弾性率や復元性を持たせるためにフィラー成分を添加することもできる。
【００４０】
図２Ａ、図２Ｂ中において示す二点鎖線は、熱膨張変形した際の多孔部材２０の外形線を示している。多孔部材２０が熱膨張変形し、その外周側部２２が変形防止部６０をなす弾性部材６１に接触すると、弾性部材６１は多孔部材２０の変形に追従して弾性的に変形する。したがって、多孔部材２０とハウジング３０との間に生じるような押し付け力は、多孔部材２０と弾性部材６１との間には発生しない。このため、多孔部材２０に熱膨張変形が生じるような場合においても、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが発生することがない。また、多孔部材２０が冷却して収縮する際には、弾性部材６１の弾性力（復元力）によって熱膨張変形前の元の外形寸法まで多孔部材２０が変形する。
【００４１】
図２Ａに示すように、変形防止部６０は、多孔部材２０の外周側部２２の隣接する二辺（第１外周側部２３、第２外周側部２４）のそれぞれとハウジング３０の側壁５０との間に配置することができる。
【００４２】
前述したように、多孔部材２０は、当該多孔部材２０の第３外周側部２５および第４外周側部２６に形成された突起２７をハウジング３０の側壁５０に形成された位置決め用の溝部５３に嵌め込むことによってハウジング３０に取り付けられている。多孔部材２０とともに突起２７が熱膨張変形すると、突起２７が位置決め用の溝部５３内から抜け出る方向の力が多孔部材２０に作用する。したがって、第１外周側部２３および第２外周側部２４のそれぞれが変形防止部６０に向かうように多孔部材２０全体が移動しつつ多孔部材２０の熱膨張変形が進行する。その結果、第１外周側部２３および第２外周側部２４のそれぞれが変形防止部６０に確実に押し付けられる。また、その際に生じる押し付け力は、変形防止部６０によって吸収されるため、多孔部材２０に歪みが生じることをより一層好適に防止することが可能となる。
【００４３】
図２Ａに示すように、変形防止部６０を構成する弾性部材６１には略Ｌ字型に形成されたものを使用している。この弾性部材６１を第１外周側部２３と第２外周側部２４のそれぞれに向かい合わせるように配置している。ただし、例えば、第１外周側部２３側に配置される弾性部材６１と、第２外周側部２４側に配置される弾性部材６１とが別体で形成されたものを使用することも可能である。
【００４４】
弾性部材６１をハウジング３０に取り付ける方法は、特に限定されず、ハウジング３０と弾性部材６１の材質を考慮して、接着や融着などの公知の方法によって取り付けることができる。また、後述する実施形態において示すように、所定の溝部５５を側壁５０に形成し、この溝部５５内に弾性部材６１を配置することによって弾性部材６１をハウジング３０に取り付けることもできる（図７Ｂを参照）。
【００４５】
次に、本実施形態に係るワーク保持用の治具１０を使用した膜電極接合体の製造方法を説明する。
【００４６】
図３に示すように、膜電極接合体の製造方法は、概説すれば、基材に触媒インクを塗布する塗布工程（Ｓ１１）と、基材に塗布した触媒インクを乾燥させる乾燥工程（Ｓ１２）と、基材から電解質膜に触媒インクを転写する転写工程（Ｓ１３）と、を有している。
【００４７】
塗布工程は、治具１０が備える多孔部材２０の吸着面２１上において基材を保持しつつ、当該基材に触媒インクを塗布する工程である。また、乾燥工程は、治具１０が備える多孔部材２０の吸着面２１上において基材を保持しつつ、塗布した触媒インクを乾燥させる工程である。また、転写工程は、治具１０が備える多孔部材２０の吸着面２１上において触媒インクが塗布された基材を保持しつつ、基材に電解質膜を重ねた状態で電解質膜と基材とを熱圧着することによって触媒インクを電解質膜に転写する工程である。
【００４８】
次に、各工程を説明する。なお、各工程において公知の方法および装置、材料等に関する説明は、一部省略して説明する。
【００４９】
図４Ａは塗布工程を示す。塗布工程では、スキージ１０１（塗布具）、印刷版１０２、治具１０を使用してペースト状に調整された触媒インク９４を基材９１に塗布する。塗布作業を行うのに先立って、所定の架台１０３上に治具１０を配置する。そして、治具１０が備える多孔部材２０の吸着面２１に基材９１を載置した状態でチャンバ４１内を減圧する。この操作によって基材９１を吸着面２１において保持する。なお、基材９１に作用させる吸引力は、基材９１に位置ずれが生じ得ない範囲において適宜調整することが可能である。
【００５０】
基材９１としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）シート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート等の、ポリエステルシートなどの公知のシートが使用できる。触媒インク９４としては、例えば、高分子電解質および溶剤などから構成された公知のものを使用することができる。
【００５１】
触媒インク９４を基材９１に塗布すると、触媒インク９４に含まれる溶剤が揮発する。このため、多孔部材２０の吸着面２１からハウジング３０の基部４０にかけて揮発潜熱によって温度低下が生じる。
【００５２】
次に乾燥工程を行う。図４Ｂは乾燥工程を示す。乾燥工程では、乾燥炉１１１および治具１０を使用して基材９１に塗布された触媒インク９４を乾燥させる。
【００５３】
塗布工程を終えた後、治具１０から基材９１を取り外すことなく、多孔部材２０の吸着面２１において基材９１を保持した状態で治具１０および基材９１を乾燥炉１１１内の架台１１２に配置する。基材９１を治具１０から取り外す必要がないため、基材９１を取り外す作業を行う際に生じ得る基材９１のヨレや折れの発生を未然に防止することができる。
【００５４】
次に、乾燥炉１１１内において触媒インク９４を乾燥させる。乾燥工程の開始時は、塗布工程において発生した揮発潜熱によって治具１０の温度が低下した状態にある。そして、乾燥工程によって治具１０が温められるため、多孔部材２０の熱膨張変形は顕著なものとなる。ただし、治具１０においては、当該治具１０に備えられた変形防止部６０によって多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを防止することができる。
【００５５】
以上の乾燥工程および塗布工程によって、アノード触媒層（またはカソード触媒層）を形成するための触媒インク９４が塗布された基材９１を形成することができる。また、同様の手順を行うことにより、カソード触媒層（またはアノード触媒層）を形成するための触媒インク９４が塗布された基材９２を形成することができる。基材９２の塗布工程および乾燥工程の説明は省略する。
【００５６】
次に転写工程を行う。図５Ａに示すように、転写工程を行うために所定の保持型１２１に治具１０を配置する。治具１０が備える多孔部材２０の吸着面２１上に各基材９１、９２と電解質膜９３とを重ね合わせて配置する。その後、各基材９１、９２および電解質膜９３に吸引力を作用させて保持する。
【００５７】
電解質膜９３としては、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン株式会社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜、ダウケミカル社製のイオン交換樹脂、エチレン−四フッ化エチレン共重合体樹脂膜などを使用することができる。
【００５８】
図５Ｂは転写工程を示す。転写工程では、熱プレス機１２２および治具１０を使用して電解質膜９３に触媒インク９４を転写する。各基材９１、９２および電解質膜９３を多孔部材２０の吸着面２１上において保持した状態で治具１０の上下両側から熱プレス機１２２を圧接させる。この際、治具１０が備える多孔部材２０の温度が上昇して熱膨張変形が生じるが、治具１０に備えられた変形防止部６０により、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを防止することができる。したがって、多孔部材２０の吸着面２１において保持された各基材９１、９２および電解質膜９３に歪みが生じることはない。このため、熱プレス機１２２によって各基材９１、９２および電解質膜９３の表面全体に均一に熱を付与することができ、圧着性および転写性を損なうことなく転写工程を実施することができる。
【００５９】
以上のように各工程を実施することによって、触媒層−電界質膜が一体化された膜電極接合体を製造することができる。
【００６０】
治具１０を、塗布工程、乾燥工程、転写工程の各工程にわたって使用する場合においても、当該治具１０が備える多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを防止することができるため、一つの治具１０を複数の工程において使い回すことができる。また、各工程において同一の治具１０に対して各基材９１、９２および電解質膜９３を位置合わせすることになるため、各基材９１、９２および電解質膜９３の位置合わせを行う際に、それぞれの位置が大きくずれることがない。従来は熱圧着を行う際に、各基材９１、９２および電解質膜９３を熱プレス機に対してそれぞれ高精度に位置決めして配置する必要があったため、位置ずれが生じ易く、また位置決めに掛かる手間も甚大なものとなっていた。これに対して、本実施形態に係る治具１０を使用した膜電極接合体の製造方法によれば、各工程間で行われる位置合わせの際に生じる位置ずれを抑えることでき、位置合わせを簡単かつ迅速に行うことができる。
【００６１】
以上のように本実施形態に係る治具１０によれば、多孔部材２０に熱膨張変形が生じた場合においても、多孔部材２０の外周側部２２とハウジング３０の側壁５０との間に設けられた変形防止部６０によって多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じてしまうことを防止することができる。このため、多孔部材２０の吸着面２１に保持したワークｗの加工品質を好適に維持することができる。
【００６２】
また、治具１０が備える変形防止部６０を、ハウジング３０の側壁５０の剛性よりも小さな剛性を備える弾性部材６１によって構成している。弾性部材６１が多孔部材２０の熱膨張変形に追従して弾性的に変形するため、多孔部材２０と弾性部材６１との間で生じる押し付け力を緩和させることができ、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが発生することを好適に防止することができる。
【００６３】
また、多孔部材２０を矩形の外形形状に形成し、変形防止部６０を多孔部材２０の外周側部２２の隣接する二辺のそれぞれとハウジング３０の側壁５０との間に配置している。このため、多孔部材２０の外周側部２２が変形防止部６０に向かうように多孔部材２０を熱膨張変形させることができる。これにより、変形防止部６０に外周側部２２を確実に押し付けて、その際に生じる押し付け力を変形防止部６０に吸収させることができる。その結果、多孔部材２０に歪みが生じることを好適に防止することができる。
【００６４】
また、治具１０を使用した膜電極接合体の製造方法によれば、各基材９１、９２と電解質膜９３とを熱圧着する際に、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じてしまうことを防止することができる。このため、多孔部材２０の吸着面２１に保持した各基材９１、９２および電解質膜９３の加工品質の低下に伴う膜電極接合体の性能劣化が発生してしまうことを好適に防止することができる。
【００６５】
また、塗布工程、乾燥工程、転写工程の各工程にわたって治具１０を使用する膜電極接合体の製造方法によれば、各工程において同一の治具１０に対して各基材９１、９２および電解質膜９３を位置合わせすることになるため、各基材９１、９２および電解質膜９３の位置合わせを行う際に、それぞれの位置が大きくずれることがない。このため、各工程間で行われる位置合わせの際に生じる位置ずれを抑えることでき、位置合わせを簡単かつ迅速に行うことができる。
【００６６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るワーク保持用の治具を説明する。上述した第１実施形態において説明した部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
図７Ａ、図７Ｂには、第２実施形態に係る治具２００をそれぞれ示す。先に説明した第１実施形態に係る治具１０では、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを防止する変形防止部６０として、弾性部材６１を使用していた。一方、本実施形態では、変形防止部６０は、多孔部材２０の外周側部２２とハウジング３０の側壁５０との間に形成される隙間６３によって構成している。このような点において第１実施形態と相違する。
【００６８】
図７Ｂに示すように、ハウジング３０の側壁５０は、多孔部材２０の外周側部２２と当該側壁５０との間に変形防止部６０をなす隙間６３を形成するように多孔部材２０を支持する溝部５５（以下、「支持用の溝部」と記載する）を有している。
【００６９】
支持用の溝部５５は、ハウジング３０の側壁５０から凹状に窪んで形成されている。多孔部材２０には、この支持用の溝部５５に配置されるフランジ部２２１を形成している。このフランジ部２２１を支持用の溝部５５に引っ掛けて配置することにより、多孔部材２０がハウジング３０の側壁５０から脱落することを好適に防止することができる。なお、多孔部材２０の上端部には、ハウジング３０の側壁５０との間に隙間６３を形成させる段部２２２を設けることができる。この隙間６４も変形防止部６０として機能させることが可能である。
【００７０】
図７Ｂに示すように、本実施形態に係る治具２００を使用して転写工程を行う場合において、多孔部材２０に熱膨張変形が発生すると、多孔部材２０の外周側部２２は変形防止部６０をなす隙間６３内に入り込むように変形する。したがって、多孔部材６０の外周側部２２とハウジング３０の側壁５０とが干渉することがなく、多孔部材２０には押し付け力が付与されない。このため、第１実施形態に係る治具１０を使用する場合と同様に、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを好適に防止することができる。また、変形防止部６０が弾性部材６１によって構成された治具に比べて、治具２００の部品点数を減らすことができるため、製造の容易化および製造コストの削減を図ることが可能となる。
【００７１】
＜変形例＞
図８Ａ、図８Ｂには、第２実施形態の変形例に係る治具をそれぞれ示す。上述した第２実施形態では、多孔部材２０の外周側部２２とハウジング３０の側壁５０との間に形成された隙間６３によって変形防止部６０を構成しているが、例えば、変形防止部６０は、弾性部材６１と隙間６３とによって構成することも可能である。
【００７２】
変形例に係る治具２００では、図８Ｂに示すように、隙間６３を形成するための支持用の溝部５５に弾性部材６１を配置している。
【００７３】
多孔部材２０に熱膨張変形が生じると、隙間６３によって多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを防止することができる。また、弾性部材６１によっても多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを防止することができる。したがって、弾性部材６１のみ、または隙間６３のみによって変形防止部６０が構成された治具に比べて、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることをより一層確実に防止することが可能になる。
【００７４】
弾性部材６１が配置される位置と、隙間６３が形成される位置とを入れ替えることも可能である。このような構成を採用する場合においても、多孔部材２０の吸着面２１に歪みが生じることを好適に防止することができる。
【００７５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るワーク保持用の治具を説明する。上述した第１、第２実施形態において説明した部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
図９Ａには、第３実施形態に係る治具３００を示す。本実施形態に係る治具３００が備えるハウジング３０の側壁５０は、多孔部材２０を保護するための覆い部３１０を有している。側壁５０がこのような覆い部３１０を有している点において、第１、第２実施形態に係る治具と相違する。
【００７７】
図９Ａに示すように、ハウジング３０の側壁５０は、多孔部材２０の吸着面２１よりも当該多孔部材２０の厚み方向に突出した覆い部３１０を有している。覆い部３１０は、側壁５０の上端部に形成している。多孔部材２０は、この覆い部３１０よりも基部４０が位置する側（図中の下側）に配置している。多孔部材２０は、当該多孔部材２０と弾性部材６１との間の摩擦によってハウジング３０に取り付けられている。
【００７８】
覆い部３１０の厚さ寸法は、例えば、図示するように、多孔部材２０の吸着面２１に保持する基材９１の表面が覆い部３１０を越えて外部に露出されるような寸法で形成している。覆い部３１０をこのような厚さ寸法で形成することにより、覆い部３１０を形成した場合においても、熱プレス機１２２を使用して基材９１の表面全体に熱を付与することが可能になる。
【００７９】
図９Ｂには、本実施形態に係る治具３００の対比例が示される。図示するように、例えば、多孔部材１６２の吸着面１６１に歪みが生じることを防止するために、多孔部材１６２をハウジング１６３の側壁１６５の上端部に配置する構成が考えられる。このように多孔部材１６２を配置すれば、多孔部材１６２が熱膨張変形した際に、多孔部材１６２の外周側部１６４とハウジング１６３の側壁１６５とが干渉することがないため、吸着面１６１に歪みが生じることを防止することができる。しかし、熱プレス機１２２等を使用して熱圧着を行う際に、熱プレス機１２２が多孔部材１６２の外周縁部１６４に接触して多孔部材１６２に破損が生じてしまう虞がある。
【００８０】
これに対して、本実施形態に係る治具３００によれば、ハウジング３０の側壁５０が備える覆い部３１０によって多孔部材１０に熱プレス機１２２が接触することを防止することができる。したがって、熱プレス機１２２の使用によって多孔部材１０の破損が招かれることのない耐久性に優れた治具３００を提供することが可能となる。
【００８１】
なお、第３実施形態では、変形防止部６０が弾性部材６１によって構成された治具３００を示したが、変形防止部６０が隙間６３によって構成された治具や、変形防止部６０が弾性部材６１と隙間６３とによって構成された治具に覆い部３１０を設けることも可能である。
【００８２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るワーク保持用の治具を説明する。上述した第１〜３実施形態において説明した部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
図１０Ａ、図１０Ｂには、第４実施形態に係る治具４００をそれぞれ示す。先に説明した第１〜第３実施形態に係る治具では、多孔部材２０が板状に構成されたものを使用している。一方、本実施形態では、多孔部材４２０は、ロール状に巻き取りされたものを使用している。このような点において第１〜第３実施形態に係る治具と相違する。
【００８４】
図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、多孔部材４２０は、所定のシャフト４３０に巻き付けた状態で使用されている。シャフト４３０は、中空状に形成されている。また、シャフト４３０には、図示省略するが、シャフト４３０の内部と外部とを貫通する貫通孔が形成されている。そして、シャフト４３０にはダクト７１を連結している。ダクト７１を介してシャフト４３０の内部を吸引することによって、シャフト４３０に巻き付けられた多孔部材４２０の吸着面４２１に吸引力を作用させることが可能になっている。
【００８５】
シャフト４３０の内部を吸引すると、シャフト４３０の内部と連通するように配置されたチャンバ４１内が減圧されて、多孔部材４２０の吸着面２１においてワークを保持することができる。図示省略するが、ハウジング３０は、多孔部材４２０との間に気密なチャンバ４１を区画するように、多孔部材４２０の下面側を支持するように配置している。
【００８６】
本実施形態に係る治具４００をワークｗに熱圧着等を施すための加工に使用する場合においても、多孔部材４２０の吸着面４２１に歪みが生じることを防止することができ、ワークの加工品質の低下が招かれることを好適に防止することができる。
【００８７】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るワーク保持用の治具を説明する。上述した第１〜４実施形態において説明した部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
図１１Ａ、図１１Ｂには、第５実施形態に係る治具５００をそれぞれ示す。先に説明した第１〜第４実施形態に係る治具では、外形が略矩形に形成されたハウジングを使用している。一方、本実施形態では、外形が円形に形成されたハウジング５３０を使用している。このような点において第１〜第４実施形態に係る治具と相違する。
【００８９】
図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、ハウジング５３０の外形形状は、円形に形成することが可能である。また、多孔部材５２０の外形形状は、ハウジング５３０の外形形状に合わせて円形に形成することができる。本実施形態において示すように、多孔部材５２０およびハウジング５３０の外形形状は、製品仕様等に応じて任意の形状に設計することが可能である。例えば、円形以外にも、三角形、台形、菱型等の各形状にハウジング５３０や多孔部材５２０を形成することが可能である。
【００９０】
変形防止部６０は、多孔部材５２０の外周側部５２２とハウジング５３０との間に一定の間隔を空けて配置された複数個の弾性部材６１によって構成している。ただし、前述した実施形態において説明したような隙間６３によって変形防止部６０を形成することも可能である。
【００９１】
本実施形態に係る治具５００をワークｗに熱圧着等を施すための加工に使用する場合においても、多孔部材５２０の吸着面５２１に歪みが生じることを防止することができ、ワークの加工品質の低下が招かれることを好適に防止することができる。
【００９２】
以上、複数の実施形態および変形例に基づいて本発明に係るワーク保持用の治具を説明したが、本発明は特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【００９３】
本発明に係るワーク保持用の治具を膜電極接合体の製造方法である転写法に使用した形態を説明したが、当該治具は、例えば、膜電極接合体の製造方法である直接塗布法に使用することもできる。直接塗布法に使用する場合には、電解質膜にガスケットを接合する際のワークの保持、電解質膜に溶媒インクを塗布する際のワークの保持、溶媒インクを乾燥させる際のワークの保持などに使用することができる。また、例えば、膜電極接合体にガス拡散層を熱圧着する工程などにおいて各種のワークを保持するためにワーク保持用の治具を使用することも可能である。
【００９４】
さらに、ワーク保持用の治具は、燃料電池の製造以外にも、例えば、シリコンウエハー等に対して研磨加工を行う際のワークの保持、粉末成形体のセラミックスシート等の搬送および加工時の保持などに使用することができ、所定のワークの保持を目的とする限りにおいてその使用用途は特に限定されない。
【符号の説明】
【００９５】
１０、２００、３００、４００、５００  治具（ワーク保持用の治具）、
２０  多孔部材、
２１  吸着面、
２２  外周側部、
３０  ハウジング、
４０  基部、
４１  チャンバ、
５０  側壁、
５５  支持用の溝部（溝部）、
６０  変形防止部、
６１  弾性部材、
６３  隙間、
９１  基材（ワーク）、
９２  基材（ワーク）、
９３  電解質膜（ワーク）、
９４  触媒インク、
３１０  覆い部、
ｗ  ワーク。
【図１】
2014216230.tif 000003
【図２Ａ】
2014216230.tif 000004
【図２Ｂ】
2014216230.tif 000005
【図３】
2014216230.tif 000006
【図４Ａ】
2014216230.tif 000007
【図４Ｂ】
2014216230.tif 000008
【図５Ａ】
2014216230.tif 000009
【図５Ｂ】
2014216230.tif 000010
【図６Ａ】
2014216230.tif 000011
【図６Ｂ】
2014216230.tif 000012
【図７Ａ】
2014216230.tif 000013
【図７Ｂ】
2014216230.tif 000014
【図８Ａ】
2014216230.tif 000015
【図８Ｂ】
2014216230.tif 000016
【図９Ａ】
2014216230.tif 000017
【図９Ｂ】
2014216230.tif 000018
【図１０Ａ】
2014216230.tif 000019
【図１０Ｂ】
2014216230.tif 000020
【図１１Ａ】
2014216230.tif 000021
【図１１Ｂ】
2014216230.tif 000022