(57)【要約】【課題】接着剤と樹脂シートおよびガス拡散層との間に発生する気泡を抑制することが可能な、膜電極ガス拡散層接合体の製造方法を提供するものである。【解決手段】膜電極接合体１１上にガス拡散層１２及び樹脂シート１３を配設して膜電極ガス拡散層接合体１０を製造する膜電極ガス拡散層接合体１０の製造方法であって、膜電極接合体１１上に接着剤Ｂを塗布する工程と、接着剤Ｂ上に樹脂シート１３及びガス拡散層１２を載置する工程と、を備え、膜電極接合体１１上に接着剤Ｂを塗布する工程では、枠形状の第１マスク２１と、第１マスク２１の内側にメッシュ２３を介して連結され、第１マスク２１より厚さが薄い矩形状の第２マスク２２と、を備えるスクリーンマスクを膜電極接合体１１上に配置し、第１マスク２１及び第２マスク２２を膜電極接合体１１に接触させてメッシュ２３を膜電極接合体１１に対して傾斜させた状態で接着剤Ｂを塗布する。【選択図】図２Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体上に樹脂シート及びガス拡散層を配設して膜電極ガス拡散層接合体を製造する膜電極ガス拡散層接合体の製造方法であって、
前記膜電極接合体上に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤上に前記樹脂シート及び前記ガス拡散層を載置する工程と、を備え、
前記膜電極接合体上に接着剤を塗布する工程では、
枠形状の第１マスクと、前記第１マスクの内側にメッシュを介して連結され、前記第１マスクより厚さが薄い矩形状の第２マスクと、を備えるスクリーンマスクを前記膜電極接合体上に配置し、前記第１マスク及び前記第２マスクを前記膜電極接合体に接触させて前記メッシュを前記膜電極接合体に対して傾斜させた状態で前記接着剤を塗布する、
膜電極ガス拡散層接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極ガス拡散層接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜電極ガス拡散層接合体は、膜電極接合体と樹脂シートおよびガス拡散層とが、膜電極接合体上に塗布された接着剤を介して接合され、製造される。特許文献１には、マスクの開口部の形状が上面と下面とで異なるメタルマスクを用い、スクリーン印刷法によって接着剤を塗布する、膜電極接合体上への接着剤の塗布に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２３１６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、膜電極接合体上に接着剤を塗布する際に、スクリーン印刷法に用いるマスクの上面と下面との開口部の形状に差があると、例えばマスクと膜電極接合体とで形成された鋭角の領域には接着剤が入り込みづらく、当該接着剤に樹脂シートおよびガス拡散層を載置する際に、接着剤と樹脂シートとの間に気泡が発生するという問題を見出した。
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、膜電極接合体上に塗布した接着剤上に樹脂シートを載置する際に発生する気泡を抑制することが可能な、膜電極ガス拡散層接合体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる膜電極ガス拡散層接合体の製造方法では、膜電極接合体上に樹脂シートおよびガス拡散層を配設して膜電極ガス拡散層接合体を製造する膜電極ガス拡散層接合体の製造方法であって、前記膜電極接合体上に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤上に前記樹脂シート及び前記ガス拡散層を載置する工程と、を備え、前記膜電極接合体上に接着剤を塗布する工程では、枠形状の第１マスクと、前記第１マスクの内側にメッシュを介して連結され、前記第１マスクより厚さが薄い矩形状の第２マスクと、を備えるスクリーンマスクを前記膜電極接合体上に配置し、前記第１マスク及び前記第２マスクを前記膜電極接合体に接触させて前記メッシュを前記膜電極接合体に対して傾斜させた状態で前記接着剤を塗布する。
【０００７】
本発明にかかる膜電極ガス拡散層接合体の製造方法では、膜電極接合体上に接着剤を塗布する工程において、枠形状の第１マスクと、第１マスクの内側にメッシュを介して連結され、第１マスクより厚さが薄い矩形状の第２マスクと、を備えるスクリーンマスクを膜電極接合体上に配置し、第１マスク及び第２マスクを膜電極接合体に接触させてメッシュを膜電極接合体に対して傾斜させた状態で接着剤を塗布する。よって、膜電極接合体上に塗布した接着剤に樹脂シートを載置する際に接着剤と樹脂シートの間に発生する気泡を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、膜電極接合体上に塗布した接着剤に樹脂シートを載置する際に、接着剤と樹脂シートの間に発生する気泡を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる膜電極ガス拡散層接合体の製造方法によって製造される膜電極ガス拡散層接合体である。
【図２Ａ】実施の形態にかかる膜電極ガス拡散層接合体の製造方法に用いるスクリーン版をＭＥＡ上に配置した状態を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う正面断面図である。
【図２Ｃ】実施の形態にかかるスクリーン版を用いてＭＥＡ上に接着剤を塗布している状態を示す正面断面図である。
【図２Ｄ】実施の形態にかかるＭＥＡ上に接着剤が塗布された状態を示す断面斜視図である。
【図２Ｅ】実施の形態にかかるＭＥＡ上に塗布した接着剤の頂部に樹脂シートを載置した状態を示す断面斜視図である。
【図２Ｆ】実施の形態にかかるＭＥＡ上に樹脂シートを圧力をかけて配置する工程を示す正面断面図である。
【図２Ｇ】実施の形態にかかるＭＥＡにＧＤＬを積層する工程を示す正面断面図である。
【図２Ｈ】実施の形態にかかるＭＥＡ上にＧＤＬを圧力をかけて配置した状態を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、当然のことながら、図１〜図２Ｈに示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。
【００１１】
＜実施の形態＞
図１は、本実施の形態にかかる膜電極ガス拡散層接合体の製造方法によって製造される膜電極ガス拡散層接合体（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly, ＭＥＧＡ）である。図１は、カソード側（ｚ軸方向正側）のＭＥＧＡ１０を示している。図１に示すように、本実施の形態におけるＭＥＧＡ１０は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly, ＭＥＡ）１１と、ＭＥＡ１１のカソード側（ｚ軸方向正側）に設けられたガス拡散層（Gas Diffusion Layer, ＧＤＬ）１２及び樹脂シート１３を備える。ＭＥＡ１１と、ＧＤＬ１２及び樹脂シート１３と、は接着剤Ｂを介して接合される。さらに、ＭＥＧＡ１０にセパレータを積層したものが、単セルである。また、複数の単セルを積層したものが、燃料電池に用いられる燃料電池スタックである。
【００１２】
本実施の形態ではカソード側のＭＥＧＡについて説明するが、ＭＥＡと、ＧＤＬ及び樹脂シートとを、接着剤を介して接合する構成は、カソード側またはアノード側のどちらか一方が有していればよい。すなわち、ｚ軸方向正側をアノード側として、ＭＥＡにＧＤＬ及び樹脂シートを接合してもよい。この場合は、各構成要素の「カソード」と「アノード」が逆になる。また、カソード側と同様に、アノード側も、ＭＥＡと、アノード側ＧＤＬ及び樹脂シートとを、接着剤を介して接合してもよい。換言すると、ＧＤＬ及び樹脂シートを接着剤を介してＭＥＡに接合する構成を、ＭＥＡの片面、すなわちカソード側又はアノード側のどちらか一方に有していてもよく、ＭＥＡの両面、すなわちカソード側およびアノード側に有していてもよい。
【００１３】
ＧＤＬ１２は、ガス透過性を有する導電性部材（例えば、カーボン多孔質体や金属多孔質体）を用いて構成することができる。また、セパレータは、例えばチタン等の金属材料を用いて構成することができる。また、樹脂シート１３には、可撓性を有する熱硬化性樹脂等を用いることができる。また、接着剤Ｂには、例えばポリイソブチレン等を含む紫外線硬化性樹脂等を用いることができる。
【００１４】
以下、図２Ａ〜図２Ｈを用いて、本実施の形態にかかる膜電極ガス拡散層接合体の製造方法について説明する。
【００１５】
＜接着剤の塗布（図２Ａ〜図２Ｄ）＞
以下、図２Ａ〜図２Ｄを参照して、ＭＥＡ１１と、ＧＤＬ１２及び樹脂シート１３とを接合するために、スクリーン印刷法を用いてＭＥＡ１１上に接着剤を塗布する工程を説明する。
【００１６】
図２Ａは、本実施の形態にかかる膜電極ガス拡散層接合体の製造方法に用いるスクリーン版をＭＥＡ上に配置した状態を示す平面図である。まず、図２Ａを用いて、スクリーン版２０について説明する。図２Ａに示すように、スクリーン版２０は、版枠Ｆに張られたメッシュ２３と、メッシュ２３に乳剤を塗布して形成される枠形状の第１マスク２１及び矩形状の第２マスク２２と、スキージＳと、を備える、スクリーンマスクである。換言すると、枠形状の第１マスク２１と矩形状の第２マスク２２とは、メッシュ２３を介して配設されている。
【００１７】
スクリーン印刷法を用いた接着剤の塗布では、まず、ＭＥＡ１１上にスクリーン版２０を配置し、スキージＳと第１マスク２１とが接する面に沿って接着剤Ｂを配置する。次に、第１マスク２１、第２マスク２２及びメッシュ２３の表面に対し、スキージＳを線接触させ、加圧しつつ水平移動（ｘ軸正方向）させることによって、接着剤Ｂがメッシュ２３より押し出され、接着剤ＢがＭＥＡ１１上に塗布される。換言すると、ＭＥＡ１１に対して接着剤Ｂを塗布しない領域にマスクをして、接着剤Ｂの塗布後にマスクを離間することによって、ＭＥＡ１１上に接着剤Ｂを枠形状に塗布することができる。
【００１８】
図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う正面断面図である。図２Ｂに示すように、スクリーン版２０の版枠Ｆはクランプ（不図示）等によって保持されているため、接着剤Ｂの塗布開始前は、スクリーン版２０とＭＥＡ１１とは離間した状態である。
【００１９】
図２Ｂに示すように、第１マスク２１の厚さより、第２マスク２２の厚さの方が薄い。換言すると、版枠Ｆに張られたメッシュ２３に塗布された乳剤の厚さは、第１マスク２１より第２マスク２２の方が薄い。例えば、第１マスク２１に塗布された乳剤の厚さより、第２マスク２２に塗布された乳剤の厚さの方が、１０〜５０μｍ薄い。
【００２０】
スキージＳは可撓性を有しており、例えばゴム等から構成されている。スキージＳは、前述の通り、第１マスク２１、第２マスク２２及びメッシュ２３に線接触し、各表面を加圧しつつ平行移動（ｘ軸正方向、白抜き矢印）する。したがって、図２Ｂに示すように、原位置のスキージＳは、第１マスク２１と接する面が撓んだ状態である。
【００２１】
図２Ｃは、本実施の形態にかかるスクリーン版を用いてＭＥＡ上に接着剤を塗布している状態を示す正面断面図である。図２Ｃに示すように、第１マスク２１、第２マスク２２及びメッシュ２３の表面を、スキージＳを用いて加圧しつつ水平移動（ｘ軸正方向、白抜き矢印）させると、第１マスク２１及び第２マスク２２がＭＥＡ１１に接触する。前述の通り、第１マスク２１の厚さより、第２マスク２２の厚さの方が薄く、メッシュ２３はＭＥＡ１１に対して傾斜する。メッシュ２３をＭＥＡ１１に対して傾斜させた状態で、ＭＥＡ１１に接着剤Ｂを塗布すると、塗布された接着剤Ｂはメッシュ２３の形状と同様、上面（ｚ軸正側のｘｙ平面）がＭＥＡ１１に対して傾斜した状態になる。
【００２２】
図２Ｄは、本実施の形態にかかるＭＥＡ上に接着剤が塗布された状態を示す断面斜視図である。図２Ｄに示すように、ＭＥＡ１１上には、枠形状の接着剤Ｂが塗布される。また、本実施の形態では前述の通り、第１マスク２１及び第２マスク２２をＭＥＡ１１に接触させて、メッシュ２３をＭＥＡ１１に対して傾斜させた状態で接着剤Ｂを塗布している。したがって、塗布された枠形状の接着剤Ｂは、ＭＥＡ１１に対して枠形状の外側から内側に向かって傾斜した状態で塗布される。換言すると、接着剤Ｂの各辺は、略三角柱形状に形成される。
【００２３】
＜樹脂シートの積層（図２Ｅ、図２Ｆ）＞
次に、図２Ｅ及び図２Ｆを参照して、ＭＥＡ１１に樹脂シート１３を積層する工程について説明する。図２Ｅは、本実施の形態にかかるＭＥＡ上に塗布した接着剤の頂部に樹脂シートを載置した状態を示す断面斜視図である。図２Ｅに示すように、ＭＥＡ１１に対して傾斜した接着剤Ｂの頂部に、樹脂シート１３を載置する。
【００２４】
次に、ＭＥＡ１１と樹脂シート１３とを接着剤Ｂを介して接合する。図２Ｆは、本実施の形態にかかるＭＥＡ上に樹脂シートを圧力をかけて配置する工程を示す正面断面図である。図２Ｆに示すように、樹脂シート１３に対し、鉛直下向き方向（ｚ軸負方向、白抜き矢印）に圧力をかけ、ＭＥＡ１１と樹脂シート１３とを接着剤Ｂを介して接合する。図２Ｆに示すように、樹脂シート１３に対して圧力がかけられると、接着剤ＢはＭＥＡ１１の中央方向に向かって押し出され（黒矢印）、盛り上がった状態になる。
【００２５】
なお、図２Ｅ及び図２Ｆでは、樹脂シート１３は平板状であり、下面（ｚ軸負側ｘｙ面）がＭＥＡ１１に対して水平に載置されているが、樹脂シート１３は可撓性を有する。したがって、樹脂シート１３を接着剤Ｂに載置する際にしならせ、接着剤Ｂの傾斜に沿って配置した上で圧力を加え、最終的にＭＥＡ１１に対して水平に配設することもできる。
【００２６】
＜ＧＤＬの積層（図２Ｇ、図２Ｈ）＞
次に、図２Ｇ及び図２Ｈを参照して、ＭＥＡ１１にＧＤＬ１２を積層する工程について説明する。図２Ｇは、本実施の形態にかかるＭＥＡにＧＤＬを積層する工程を示す正面断面図である。図２Ｇに示すように、樹脂シート１３の積層工程においてＭＥＡ１１の中央方向に向かい盛り上がった状態の接着剤Ｂの頂部に対し、ＧＤＬ１２を載置する。次に、ＧＤＬ１２に対して鉛直下向き方向（ｚ軸負方向、白抜き矢印）に圧力をかけ、ＭＥＡ１１とＧＤＬ１２とを接着剤Ｂを介して配設する。本実施の形態にかかるＧＤＬ１２は、樹脂シート１３の内枠より小さい矩形状であり、ＧＤＬ１２と樹脂シート１３とは離間して配設される。
【００２７】
図２Ｈは、本実施の形態にかかるＭＥＡ上に載置したＧＤＬに圧力をかけて配置した状態を示す断面斜視図である。図２Ｈに示すように、ＧＤＬ１２が、接着剤Ｂを介してＭＥＡ１１に対して水平に配置されている。なお、ＧＤＬ１２の底面（ｚ軸負側のｘｙ平面）と樹脂シート１３の底面（ｚ軸負側のｘｙ平面）とが同一平面上であり、且つ、ＭＥＡ１１に対して水平になるように配設することが好ましい。また、ＧＤＬ１２の厚さは樹脂シート１３の厚さより薄いため、樹脂シート１３の上面（ｚ軸正側のｘｙ平面）よりＧＤＬ１２の上面（ｚ軸正側のｘｙ平面）が凹んだ状態で配置される。
【００２８】
なお、接着剤Ｂが紫外線硬化性樹脂の場合、樹脂シート１３及びＧＤＬ１２に対してそれぞれ圧力をかけてＭＥＡ１１上に配設した後に紫外線を照射し、接着剤Ｂを硬化させ、ＭＥＡ１１と、ＧＤＬ１２及び樹脂シート１３とを、接着剤Ｂを介して接合する。
【００２９】
従来のように、膜電極接合体上に接着剤を塗布する際に、スクリーン印刷法に用いるマスクの上面と下面との開口部の形状に差があると、例えばマスクと膜電極接合体とで形成された鋭角の領域には接着剤が入り込みづらく、接着剤を狙った領域や形状に塗布することが困難となり、当該接着剤に樹脂シートおよびガス拡散層を載置した際に、接着剤と、樹脂シートと、の間に気泡が発生するという問題があった。
【００３０】
本実施の形態では、メッシュを膜電極接合体に対して傾斜させた状態で接着剤を塗布している。塗布された枠形状の接着剤は、膜電極接合体に対して枠の外側から内側に向かい傾斜した状態で塗布されるため、接着剤に樹脂シート載置した際に、接着剤と樹脂シートとの間に発生する気泡を抑制することができる。また、接着剤と樹脂シートとの間に発生する気泡を抑制することができるため、接合の際に気泡を取り除くための加圧が不要となり、製造工程の削減が可能となる。さらに、接着剤と樹脂シートとの間に気泡が混入する場合は気泡により接着強度が低下するため、膜電極接合体および樹脂シートの大きさを本来必要な大きさよりも大きく作製し、接着剤の接着する面を拡大することによって、接着強度の低下を補う必要があった。一方本実施の形態では、接着剤と、樹脂シートと、の間に発生する気泡の発生を抑制できるため、膜電極ガス拡散層接合体を適切な大きさで作製することができる。換言すると、膜電極ガス拡散層接合体の体積を減少させることができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  膜電極ガス拡散層接合体
１１  膜電極接合体
１２  ガス拡散層
１３  樹脂シート
２０  スクリーン版
２１  第１マスク
２２  第２マスク
２３  メッシュ
Ｂ  接着剤
Ｆ  版枠
Ｓ  スキージ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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