(57)【要約】【課題】ガス拡散層と膜電極接合体を積層した積層体を剪断により裁断した際に、裁断面にバリが生じるのを防止できるガス拡散層付膜電極接合体の製造方法を得ること。【解決手段】本発明は、ガス拡散層ＧＤＬ１２と膜電極接合体ＭＥＡ１１が積層された積層シート１０を剪断により裁断してガス拡散層付膜電極接合体ＭＥＧＡ１４を打ち抜くガス拡散層付膜電極接合体の製造方法であり、積層シート１０を積層方向に加圧圧縮して、積層シート１０の厚みを圧縮前の０．６〜０．９倍の厚みまで減少させるステップと、積層シート１０を剪断により裁断してガス拡散層付膜電極接合体ＭＥＧＡ１４を打ち抜くステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散層と膜電極接合体が積層された積層シートを剪断により裁断してガス拡散層付膜電極接合体を打ち抜くガス拡散層付膜電極接合体の製造方法であって、
前記積層シートを積層方向に加圧圧縮して、前記積層シートの厚みを圧縮前の０．６〜０．９倍の厚みまで減少させるステップと、
該積層シートを剪断により裁断してガス拡散層付膜電極接合体を打ち抜くステップと、
を含むことを特徴とするガス拡散層付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、燃料電池用のガス拡散層付膜電極接合体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池用のガス拡散層付膜電極接合体を製造する際には、ガス拡散層と膜電極接合体をシート状に積層した積層体を剪断により裁断することが行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７８９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガス拡散層はクッション状の不織布の形態であるので、積層体を剪断により裁断する際に、積層体のガス拡散層が圧縮され、それに伴って膜電極接合体が引っ張られ、伸びて引きちぎられ、裁断後の裁断面にバリが生じることがある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス拡散層と膜電極接合体を積層した積層体を剪断により裁断した際に、裁断面にバリが生じるのを防止できるガス拡散層付膜電極接合体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明のガス拡散層付膜電極接合体の製造方法は、
ガス拡散層と膜電極接合体が積層された積層シートを剪断により裁断してガス拡散層付膜電極接合体を打ち抜くガス拡散層付膜電極接合体の製造方法であって、
前記積層シートを積層方向に加圧圧縮して、前記積層シートの厚みを圧縮前の０．６〜０．９倍の厚みまで減少させるステップと、
該積層シートを剪断により裁断してガス拡散層付膜電極接合体を打ち抜くステップと、
を含むことを特徴とする。
【０００７】
ガス拡散層付膜電極接合体の製造方法によれば、ガス拡散層と膜電極接合体が積層された積層シートを積層方向に加圧圧縮して、積層シートの厚みを圧縮前の０．６〜０．９倍の厚みまで減少させてから、剪断により裁断するので、剪断によりガス拡散層が圧縮されて膜電極接合体が引っ張られて伸びるように変形するのを抑制することができ、裁断面にバリが生じるのを防止できる。
【０００８】
なお、本発明のガス拡散層付膜電極接合体には、膜電極接合体の片面にガス拡散層を付けたもの又は膜電極接合体の両面にガス拡散層を付けたものの両方が含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
ガス拡散層付膜電極接合体の製造方法によれば、裁断面にバリが生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】加圧圧縮後の積層シートの断面と裁断方法を説明する図。
【図２】本発明によるガス拡散層付膜電極接合体の製造方法を実施する製造装置の構成を概略的に示す図。
【図３】積層シートの元の厚みと圧縮後の厚みとの厚み比と基材との関係を説明するグラフ。
【図４】本発明による積層シートの裁断方法の比較例を示す図。
【図５】未圧縮の積層シートを剪断により裁断する一連の動作を順に説明する図。
【図６】バリが生じる原因を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図を参照して本発明によるガス拡散層付膜電極接合体の製造方法の実施例を説明する。なお、本実施例では、ガス拡散層付膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ＆  Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ；以下、ＭＥＧＡ）が、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ；以下、ＭＥＡ）の片面にガス拡散層ＧＤＬ（Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ；以下、ＧＤＬ）を付けたものである場合を例に説明するが、膜電極接合体ＭＥＡの両面にガス拡散層ＧＤＬを付けたものであってもよい。
【００１２】
本実施例におけるＭＥＧＡ１４の製造方法は、ＧＤＬ１２とＭＥＡ１１が積層された積層シート１０を積層方向に加圧圧縮して、積層シート１０の厚みを圧縮前の０．６〜０．９倍の厚みまで減少させるステップと、その積層シート１０を剪断により裁断してＭＥＧＡ１４を打ち抜くステップとを含む。
【００１３】
積層シート１０は、基材であるＭＥＡ１１の片面にＧＤＬ１２を接着することによって構成されている。図１（ａ）に示される積層シート１０は、積層方向に加圧圧縮されており、加圧圧縮後のＧＤＬ１２の厚みがｔ１となっている。カーボン繊維の不織布であるＧＤＬ１２は、圧縮状態では膜厚方向に隙間が少なく密の状態にある。
【００１４】
積層シート１０は、積層方向に加圧圧縮されてその厚みが圧縮前の０．６〜０．９倍の厚みｔ１まで減少した状態で、図１（ｂ）に示すように、裁断装置３０によって定形に裁断されて、製品であるＭＥＧＡ１４が打ち抜かれる。裁断装置３０は、上型３１と下型３２とワーク押さえ３５を備えている。上型３１とワーク押さえ３５は、相対的に接近する方向に移動して積層シート１０を挟んで保持する構成を有する。下型３２は、上昇により、上型３１の側面３３との間に所定のクリアランスＧを有して対向する側面３４を有している。裁断装置３０は、上型３１とワーク押さえ３５で積層シート１０を挟んで保持した状態で、下型３２を上昇させて、上型３１と下型３２との協働により積層シート１０を剪断して裁断し、ＭＥＧＡ１４を打ち抜く。ＭＥＧＡ１４が打ち抜かれた積層シート１０には、端材１３が残る。
【００１５】
クリアランスＧは、加圧圧縮された積層シート１０を剪断するのに適切な値に設定されている。例えば加圧圧縮前の厚み（元の厚み）が１２０〜３００μｍであり、その元の厚みの０．６〜０．９倍に圧縮された積層シート１０を剪断する場合、クリアランスＧの適切な値として、３〜２０μｍに設定される。
【００１６】
図１（ａ）に示す積層シート１０のＧＤＬ１２は、ＭＥＡ１１とともに積層方向に加圧圧縮されて押し潰されており、密な組織状態にある。本実施例におけるＭＥＧＡ１４の製造方法では、裁断時に既に積層シート１０が加圧圧縮されて厚みも薄くなっているので、ＧＤＬ１２が更にクッションのように圧縮されることがない。したがって、圧縮しないで裁断した場合と比較して、圧縮に応じて積層シート１０のＭＥＡ１１の変形量を少なくすることができ、積層シート１０の良好な切れ味を確保できる。積層シート１０を加圧圧縮する圧力としては、１ＭＰａ（発効下限）〜３ＭＰａ（破壊限界）が適当であるが、押し潰しの効果があればこの圧力範囲に限定されない。
【００１７】
図２は、本発明によるガス拡散層付膜電極接合体の製造方法を実施する製造装置の構成を概略的に示す図である。積層シート１０は、製造された状態では巻き取られて図示しない巻き取りロールとなっており、巻き取りロールから適宜に繰り出され、製造装置４０に送られる。積層シート１０の送りは、各工程で停止して停止中に処理が施されるように、間欠的な送りとされている。
【００１８】
製造装置４０は、積層シート１０の送り方向に沿って順番に、圧縮ステーションＳ１、位置決めステーションＳ２、裁断ステーションＳ３及び端材裁断ステーションＳ４を備えている。裁断ステーションＳ３には、積層シート１０から打ち抜かれたＭＥＧＡ１４が搬出される搬出コンベヤ４８が併設されている。
【００１９】
製造装置４０に送り込まれた積層シート１０は、まず、圧縮ステーションＳ１に送られ、圧縮ステーションＳ１に配設されている圧縮装置４１によって加圧圧縮される。圧縮装置４１は、例えば、図示のように、上側のプレス体４２と下側のプレス受け４３とを備えている。圧縮装置４１は、プレス体４２とプレス受け４３を相対的に接近する方向に移動させて積層シート１０を厚さ方向に加圧圧縮して押し潰す処理を施す。圧縮装置４１は、後続の打ち抜き工程においてＭＥＧＡ１４として打ち抜かれる領域を包含する大きさの領域で積層シート１０を加圧圧縮する。積層シート１０は、加圧圧縮により、厚みが元の厚みの０．６〜０．９倍に圧縮される。
【００２０】
所定の領域が圧縮された積層シート１０は、位置決めステーションＳ２に送り込まれる。位置決めステーションＳ２には、吸着台４４とカメラ４５が配設されている。吸着台４４に吸着保持された積層シート１０がカメラ４５で撮影され、撮像画像に基づいて積層シート１０の圧縮された領域が定められ、かつ後続の打ち抜き工程での打ち抜き領域が定められる。
【００２１】
位置決めステーションＳ２の次段には裁断ステーションＳ３が設けられている。裁断ステーションＳ３には、積層シート１０からＭＥＧＡ１４を打ち抜く上型（ダイ）３１と下型（パンチ）３２とを備えた裁断装置３０が配設されている。裁断装置３０は、上型３１と下型３２を相対的に接近する方向に移動させて、積層シート１０の圧縮された領域を剪断により裁断して、ＭＥＧＡ１４を打ち抜く。ＭＥＧＡ１４が打ち抜かれた積層シート１０には、端材１３が一続きの状態で残る。
【００２２】
裁断ステーションＳ３において打ち抜かれたＭＥＧＡ１４は、裁断ステーションＳ３の上方に配設されているリフト装置４６，４７によって、吸着等の手段で持ち上げられ、搬出コンベヤ４８に載せられて製品として搬出される。裁断ステーションＳ３の次段には、端材裁断ステーションＳ４が設けられている。端材１３は、端材裁断ステーションＳ４に配設されているカッタ装置４９によって細かく裁断される。
【００２３】
図３は、積層シートの元の厚みｔ０と圧縮後の厚みｔ１との厚み比と基材との関係を説明するグラフである。裁断時に基材であるＭＥＡ１１に破壊がなく良好に裁断された場合を○でプロットし、破壊があった場合を×でプロットした。
【００２４】
図３に示すように、積層シート１０の圧縮前の元の厚みが１２０、１６０、３００μｍでかつ厚み比が０．６〜０．９のときに、○がプロットされており、裁断時に破壊がなく良好に裁断されたことがわかる。そして、厚み比が０．６以下では、×がプロットされており、圧縮の程度が大きすぎることに起因して、裁断時に基材の破壊があり、裁断に問題があることがわかる。また、厚み比が１．０、つまり圧縮が施されていない場合は、×がプロットされている。これは、裁断時にＧＤＬ１２を構成するカーボン繊維の不織布がクッションのように圧縮され、その分、ＭＥＡ１１が引っ張られて伸びるように変形して、裁断面にバリが生ずるなどの破壊があることを示している。
【００２５】
図４は、本発明による積層シートの裁断方法の比較例を示す図であり、圧縮前の状態にある積層シートと当該積層シートを裁断する状態を示す断面図である。図４（ａ）には、製造当初の未圧縮の状態にある積層シート２０は、圧縮後の積層シート１０と同様に、上側のＭＥＡ２１と下側のカーボン繊維の不織布であるＧＤＬ２２との積層体である。ＧＤＬ２２は、膜厚方向に圧縮されることなく厚みｔ０を有しており、膜厚方向に隙間が多く粗の状態にある。
【００２６】
この状態の積層シート２０は、図１（ｂ）と同様にして図４（ｂ）に示すように、積層シート２０の端部を裁断装置３０の上型３１とワーク押さえ３５との間に挟み、その状態で下型３２を上昇させることで、剪断によって裁断される。ＧＤＬ２２がカーボン繊維の密度の粗な不織布であるので、積層シート２０を剪断により裁断しようとしても、ＧＤＬ２２は更にクッションのように圧縮され、ＧＤＬ２２の圧縮の分だけ、ＭＥＡ２１が引っ張られて伸びるように変形してしまう。例えばＭＥＡ２１とＧＤＬ２２との密着が弱い場合には、ＭＥＡ２１の膜端が引っ張られて裂けてしまい、ＭＥＡ２１が伸びて裁断部位にバリが生じ、品質不良の原因となるという課題も示している。
【００２７】
図５は、未圧縮の積層シート２０を裁断する一連の裁断動作を順に説明する図である。図５（ａ）は、未圧縮の積層シート２０と裁断装置３０が裁断前の状態にあるところを示す断面図である。裁断装置については、図１（ｂ）、図４（ｂ）と同様であるので、同じ符号を用いることで重複する説明を省略する。
【００２８】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す状態から裁断工程が進み、上型３１とワーク押さえ３５との間に、積層シート２０の端部を挟み付けた状態で下型３２が上昇して、ＧＤＬ２２の下面に接触を開始した状態を示している。下型３２が更に上昇すると、下型３２がＧＤＬ２２に触れたところからＧＤＬ２２に剪断力がかかり始める。
【００２９】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す状態から裁断工程が更に進み、ＭＥＡ２１とＧＤＬ２２が歪み始めた状態を示している。図５（ｄ）は、図５（ｃ）に示す状態から裁断工程が更に進み、下型３２が更に上昇して、ＭＥＡ２１とＧＤＬ２２が裁断装置３０によってほぼ同時に破断された状態を示している。
【００３０】
図６は、バリが生じる原因を説明する図である。図５（ｃ）に示す状態から裁断工程が更に進み、図６（ａ）に示すように下型３２が更に上昇した状態では、ＧＤＬ２２が剪断に耐えきれずに先に破断し、ＭＥＡ２１のＭＥＧＡ２４側が引っ張られて伸ばされた状態を呈する。ＭＥＡ２１は、引っ張り力に対してＧＤＬ２２との境界面Ａでの密着力によってかろうじて対抗している。
【００３１】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す状態から裁断工程が更に進み、下型３２が更に上昇した状態を示している。ＭＥＡ２１は、引っ張られて伸び、その歪がＭＥＡ２１の破断歪にまで達した時点で引きちぎられるようにして破断される。この裁断においては、ＭＥＡ２１が破断点（破断する部位）をコントロールすることができないので、ＭＥＡ２１はＭＥＧＡ２４の内部側で伸びて引きちぎられる。
【００３２】
引きちぎられたＭＥＡ２１の平面図が図６（ｃ）に示されている。ＭＥＡ２１は、波状の破れＢで示すように不定形に破れることになり、破断線は不揃いでばらつきが大きいものとなる。また、図６（ｄ）に破断面の例を示すように、ＭＥＡ２１の端材２３側では、引っ張られて伸びた縁が引きちぎられた状態となり、引きちぎりによってできた破断部位にはバリＣが生じている。
【００３３】
以上、本発明によるガス拡散層付膜電極接合体の製造方法に関して、好ましい実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能であることは明らかである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  圧縮後の積層シート
１１  膜電極接合体（ＭＥＡ）
１２  拡散層（ＧＤＬ）
１３  端材
１４  ガス拡散層付膜電極接合体（ＭＥＧＡ）
２０  未圧縮の積層シート
２１  膜電極接合体（ＭＥＡ）
２２  拡散層（ＧＤＬ）
２３  端材
２４  ガス拡散層付膜電極接合体（ＭＥＧＡ）
３０  裁断装置
３１  上型
３２  下型
３３  上型３１の側面
３４  下型３２の側面
３５  ワーク押さえ
４１  圧縮装置
４２  プレス体
４３  プレス受け
４４  吸着台
４５  カメラ
４６，４７  リフト装置
４８  搬出コンベヤ
４９  カッタ装置
Ｓ１  圧縮ステーション
Ｓ２  位置決めステーション
Ｓ３  裁断ステーション
Ｓ４  端材裁断ステーション
ｔ０  ＧＤＬの元の厚み
ｔ１  ＧＤＬの圧縮後の厚み
Ｇ  クリアランス
Ａ  界面
Ｂ  波状の破れ
Ｃ  バリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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