(57)【要約】【課題】電解質膜から支持部材を連続的、かつ、円滑に除去することが可能となるように、電解質膜と支持部材とを積層した２つのシート部材の端面の形状を、うまく合わせた状態で、２つのシート部材を連接できる電解質膜の接続方法を提供する。【解決手段】第１支持部材３及び第１電解質膜１が貼り合わされた帯状の第１シート部材５の第１端部を含む第１部分と、第２支持部材４及び第２電解質膜２が貼り合わされた帯状の第２シート部材６の第２端部を含む第２部分とが、電解質膜の厚み方向から見て重なるように配置し、少なくともシート部材の一部を固定機で固定し、端部と端部との間を通る断面で切断し、第１支持部材３側の面と、第２支持部材４側の面とを、第１接続部材で接続し、第１支持部材３及び第２支持部材４を除去し、第２電解質膜２の第２支持部材４が配置されていた側の面とを、第２接続部材１９で接続する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の電解質膜の接続方法であって、
第１支持部材及び第１電解質膜が貼り合わされた帯状の第１シート部材の第１端部を含む第１部分と、第２支持部材及び第２電解質膜が貼り合わされた帯状の第２シート部材の第２端部を含む第２部分とが、前記電解質膜の厚み方向から見て重なるように配置する配置工程と、
少なくとも前記第１シート部材の一部、及び、少なくとも前記第２シート部材の一部を第１固定機で固定する固定工程と、
前記第１シート部材の一部及び前記第２シート部材の一部を前記第１固定機で固定した状態で、前記第１部分及び前記第２部分の重なり部分を、前記第２端部と前記第１端部との間を通る断面で切断し、前記第１端部を含む第１破断部材及び前記第２端部を含む第２破断部材を形成する切断工程と、
前記切断工程の後、前記第２破断部材を除去する第２破断部材除去工程と、
前記切断工程において形成された、前記第１部分の前記断面より前記第１破断部材と反対側の端部を第３端部とし、前記第２部分の前記断面より前記第２破断部材と反対側の端部を第４端部とし、
前記第２破断部材除去工程の後、前記第１シート部材及び前記第２シート部材を前記第１固定機で固定した状態で、前記第３端部を含む第３部分の前記第２破断部材が配置されていた前記第１支持部材側の面と、前記第４端部を含む第４部分の第２支持部材側の面とを、第１接続部材で接続する第１接続工程と、
前記第１接続工程の後、前記第１シート部材の前記第１電解質膜側の面及び前記第２シート部材の前記第２電解質膜側の面を第２固定機で固定した状態で、前記第１支持部材及び第２支持部材を除去する支持部材除去工程と、
前記支持部材除去工程の後、前記第２固定機で固定した状態で、前記第１電解質膜の前記第１支持部材が配置されていた側の面と、前記第２電解質膜の前記第２支持部材が配置されていた側の面とを、第２接続部材で接続する第２接続工程と、
を備えた、電解質膜の接続方法。
【請求項２】
前記第２固定機は、吸引器であり、吸引面を有し、前記吸引面は前記第１シート部材の前記第１電解質膜側の面、及び、前記第２シート部材の前記第２電解質膜側の面を吸引して固定できるように構成されており、
前記第１シート部材の前記第１電解質膜側の面及び前記第２シート部材の前記第２電解質膜側の面を前記第２固定機で吸引して固定した状態で、前記第１支持部材及び第２支持部材を除去する支持部材除去工程を行う、
請求項１に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項３】
前記第２固定機は、前記第１シート部材及び前記第２シート部材を搬送するロールを備える、請求項１または２に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項４】
前記第２固定機は、前記第１シート部材を固定し、前記第２シート部材を固定する第１の位置と、前記第１シート部材及び前記第２シート部材から離れた第２の位置と、を移動可能に構成されており、
前記第２固定機を前記第１の位置に配置し、前記支持部材除去工程を行い、前記第２接続工程を行う、
請求項１または２に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項５】
前記支持部材除去工程の後、前記第１電解質膜及び前記第２電解質膜を前記第２固定機で固定した状態で、前記第１電解質膜の表面及び前記第２電解質膜の表面に触媒層を塗布する塗布工程を備えた、請求項１から４のいずれか１項に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項６】
前記第１接続工程の後、前記支持部材除去工程の前に、前記第１破断部材を除去する第１破断部材除去工程、
をさらに備えた、請求項１から５のいずれか１項に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項７】
前記第１固定機は、前記第１シート部材を固定し、前記第２シート部材を固定する第３の位置と、前記第１シート部材及び前記第２シート部材から離れた第４の位置と、を移動可能に構成されており、
前記第１固定機を前記第３の位置に配置し、前記第１接続工程を行った後、
前記第１固定機を前記第４の位置に配置し、前記第１破断部材除去工程を行う、
請求項６に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項８】
前記第１固定機は、吸引器であり、吸引面を有し、前記吸引面は前記第１シート部材の前記第１支持部材側の面を吸引して固定し、前記第２シート部材の前記第２支持部材側の面を吸引して固定する第３の位置と、前記第１シート部材及び前記第２シート部材から離れた第４の位置と、を移動可能に構成されており、
前記吸引面を前記第３の位置に配置し、前記第１シート部材の一部を吸引して固定し、前記第２シート部材の一部を吸引して固定した状態で、前記第１接続工程を行った後、
前記支持部を前記第４の位置に配置し、前記第１破断部材除去工程を行う、
請求項７に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項９】
前記第１固定機は、保持機であり、前記第１部分及び前記第２部分を支持する支持部を有し、
前記支持部は、前記第１部分を一方の面側から支持し、前記第２部分を一方の面側から支持する第３の位置と、前記第１部分及び前記第２部分から離れた第４の位置と、を移動可能に構成されており、
前記支持部を前記第３の位置に配置し、前記第１シート部材の一部を両面から挟むように保持して固定し、前記第２シート部材の一部を両面から挟むように保持して固定した状態で、前記第１接続工程を行った後、
前記支持部を前記第４の位置に配置し、前記第１破断部材除去工程を行う、
請求項７に記載の電解質膜の接続方法。
【請求項１０】
帯状の電解質膜を接続する接続装置であって、
第１支持部材及び第１電解質膜が貼り合わされた帯状の第１シート部材と、第２支持部材及び第２電解質膜が貼り合わされた帯状の第２シート部材と、第１シート部材の端部である第３端部を含む第３部分の前記第１支持部材側の面、及び、第２シート部材の端部である第４端部を含む第４部分の前記第２支持部材側の面を接続した第１接続部材とを含む接続シート部材の前記第１電解質側の面及び前記第２電解質側の面を固定する第２固定機と、
前記接続シート部材の前記第１電解質側の面及び前記第２電解質側の面が固定された状態で、前記接続シートから前記第１接続部材で接続された前記第１支持部材及び前記第２支持部材を除去する除去部と、
前記第２固定機で固定した状態で、前記第１電解質膜の前記第１支持部材が配置されていた側の面と、前記第２電解質膜の前記第２支持部材が配置されていた側の面に第２接続部材を配置し、前記第１電解質膜及び前記第２電解質膜を接続する接続部と、
を備えた、電解質膜の接続装置。
【請求項１１】
前記第２固定機は、吸引器であり、吸引面を有し、前記吸引面は前記第１シート部材の前記第１電解質膜側の面、及び、前記第２シート部材の前記第２電解質膜側の面を吸引して固定できるように構成されており、
前記除去部は、前記第１シート部材の前記第１電解質膜側の面及び前記第２シート部材の前記第２電解質膜側の面を前記第２固定機で吸引して固定した状態で、前記第１支持部材及び第２支持部材を除去するよう構成されている、
請求項１０に記載の電解質膜の接続装置。
【請求項１２】
前記第２固定機は、前記接続シート部材を搬送するロールを備える、請求項１０または１１に記載の電解質膜の接続装置。
【請求項１３】
前記第２固定機は、前記第１シート部材を固定し、前記第２シート部材を固定する第１の位置と、前記第１シート部材及び前記第２シート部材から離れた第２の位置と、を移動可能に構成されており、
前記第２固定機を前記第１の位置に配置し、前記支持部材除去工程を行い、前記第２接続工程を行う、
請求項１０または１１に記載の電解質膜の接続装置。
【請求項１４】
前記第１支持部材が除去された前記第１電解質膜、及び、前記第２支持部材が除去された前記第２電解質膜を前記第２固定機で固定した状態で、前記第１電解質膜の表面及び前記第２電解質膜の表面に触媒層を塗布する塗布装置を備えた、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の電解質膜の接続装置。
【請求項１５】
前記第１シート部材の第１端部を含む第１部分と、前記第２シート部材の第２端部を含む第２部分とが、前記電解質膜の厚み方向から見て重なるように配置された状態で、少なくとも前記第１シート部材の一部、及び、少なくとも前記第２シート部材の一部を固定する第１固定機と、
前記第１シート部材の一部及び前記第２シート部材の一部を前記第１固定機で固定した状態で、前記第１部分及び前記第２部分の重なり部分を、前記第２端部と前記第１端部との間を通る断面で切断し、前記第１端部を含む第１破断部材及び前記第２端部を含む第２破断部材を形成する切断部と、を備え、
前記接続シート部材は、前記切断部により切断し形成された、前記第１部分の前記断面より前記第１破断部材と反対側の端部を第３端部とし、前記第２部分の前記断面より前記第２破断部材と反対側の端部を第４端部とした場合に、前記第１シート部材及び前記第２シート部材を前記第１固定機で固定した状態で、前記第３端部を含む第３部分の前記第２破断部材が配置されていた前記第１支持部材側の面と、前記第４端部を含む第４部分の第２支持部材側の面とを、第１接続部材で接続されたものである、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の電解質膜の接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜と電解質膜を接続し、連続的、かつ、円滑に電解質膜を供給するための製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、電解質膜上にカソード触媒層とアノード触媒層を形成した膜触媒層接合体に、酸化剤ガスと燃料ガスを供給することにより、両触媒層上で生じる電気化学反応で発電する。
【０００３】
電解質膜は、大気雰囲気下において、空気中の水分を含んだり、電解質膜中の水分を排出したりすることにより、電解質膜の含水率が変動し、電解質膜の寸法は膨潤収縮する。この電解質膜の膨潤収縮による寸法変化を防止もしくは抑止するため、一般に電解質膜は片面もしくは両面を部材で支持することにより、層を重ねた構成となっており、この部材は支持部材と呼ばれる。
【０００４】
固体高分子型燃料電池には、この支持部材は不要なため、膜電極接合体の製造工程は、支持部材は電解質膜から除去する工程を含むことになる。例えば、電解質膜上に触媒層を形成させるためには、触媒層を形成する面を露出させる必要があるので、触媒層を形成する工程の前に、触媒層を形成する面の支持部材を除去し、露出した電解質膜の面に触媒層を形成する工程を実施することになる。
【０００５】
この支持部材を連続的、かつ、円滑に除去する工程を確立することは、固体高分子形燃料電池の量産工程において重要である。
【０００６】
固体高分子形燃料電池の量産工程においては、電解質膜層と支持部材層を重ねたシート部材をロール・ツー・ロール工法で搬送するなど、連続的に供給する取組みが行なわれているが、一般に、シート部材の長さは有限であり、搬送するシート部材の終端では、次のシート部材の始端を接続する必要が生じる。
【０００７】
例えば、電解質膜と支持部材とを積層して２層構造になっているシート部材の場合、接続のためにシート部材同士を重ねると、電解質膜と支持部材が交互に４層が形成される。この４層の部分において支持部材を除去する場合、電解質膜と干渉するので、連続的、かつ、円滑な支持部材の除去ができなくなる。
【０００８】
そこで、第１供給ロールの終端部が第２供給ロールの始端部と対向した状態で接着性を有する接続部材によって接続することが、特許文献１で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−４３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１で提案されている接続方法は、第１供給ロールの終端部の端面の形状と第２供給ロールの始端部の端面の形状とが、うまく合わない可能性があった。
【００１１】
本発明は、電解質膜から支持部材を連続的、かつ、円滑に除去することが可能となるように、電解質膜と支持部材とを積層した２つのシート部材の端面の形状を、うまく合わせた状態で、２つのシート部材を連接できる電解質膜の接続方法及び接続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】
【００１２】
上記課題を解決するために、一方のシート部材の断面と、他方のシート部材の断面を対峙させた場合に断面同士の形状が互いに同じとなっている必要がある。それぞれの断面を同じ形状とするために、一方のシート部材と、他方のシート部材を重ねた状態で切断する。重ねて切断することにより、互いの断面の形状が同じになるので、シート部材同士を対峙させると断面が一致し、シート部材の断面を対峙させた状態で接続することができる。断面同士が、互いに対峙した状態でシート部材同士を接続する。このとき、シート部材と支持部材が互いに干渉することが無いので、支持部材を除去する工程においても、連続的、かつ、円滑に支持部材を除去することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電解質膜の接続方法及び接続装置によれば、電解質膜と支持部材が重なった一方のシート部材と、他方のシート部材の断面を対峙させた場合に断面同士の形状が同じになり、断面間の距離が離れず、かつ、重なり合わずにシート部材同士を簡便に接続でき、電解質膜から支持部材を連続的、かつ、円滑に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図５】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図６】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図７】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図８】本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図９】本発明の変形例１に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図１０】本発明の変形例２に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【図１１】本発明の変形例３に係る電解質膜接続方法を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１から図８は、本発明の実施の形態１に係る電解質膜接続方法及び接続装置を模式的に示す断面図である。図１は、第１支持部材３と第１電解質膜１が層構造となっている前記第１シート部材５の前記第１電解質膜１側の面を固定する固定部に第１吸引器２０を利用した形態である。第１吸引器２０に固定し、前記第２支持部材４と前記第２電解質膜２が層構造となっている第２シート部材６の前記第２電解質膜２側の面を、第１シート部材５の一部と重なるようにして前記第１吸引器２０に固定した状態を示す図である。なお、この支持部材と電解質膜の位置が入れ替わってもよい。ここで、前記第１シート部材５の第１端部９と前記第２シート部材６の第２端部１０を含んで重なった前記第１シート部材５の箇所を第１部分７、第２シート部材６の箇所を第２部分８とする。なお前記第１吸引器２０は前記第１シート部材５を吸引する面と、前記第２シート部材６を吸引する面で別の装置となっていてもよい。図２は、前記第１シート部材５及び前記第２シート部材６を前記第１吸引器２０で固定した状態で、前記第１部分７及び前記第２部分８の重なり部分
を、前記第２端部１０と前記第１端部９との間を通る断面で切断する切断面を示す図である。図３は、前記第１シート部材５及び前記第２シート部材６を前記第１吸引器２０で固定した状態で、切断した後、前記第２シート部材６の一部である前記第２破断部材１７を除去した状態を示す図である。ここで、前記第１部分７の前記切断面より前記第１破断部材１６と反対側の端部を第３端部１４とし、前記第２部分８の前記断面より前記第２破断部材１７と反対側の端部を第４端部１５とする。図４は、前記第２破断部材１７の除去した工程の後、前記第１シート部材５及び前記第２シート部材６を前記第１吸引器２０で固定した状態で、前記第３端部１４を含む前記第３部分１２の前記第２破断部材１７が配置されていた前記第１支持部材３側の面と、前記第４端部１５を含む前記第４部分１３の前記第２支持部材４側の面とを、第１接続部材１８で接続する第１接続工程の状態を示す図である。図５は、前記第１吸引器２０の吸引を停止させ、前記第１吸引器２０が下方に移動し、前記第１破断部材１６を除去した状態の図である。なお、第１シート部材５と第２シート部材６が移動してもよい。図６は、前記第１シート部材５と前記第２シート部材６の前記第１電解質膜１と前記第２電解質膜２の面を、第２吸引器２１で吸引固定した図である。なお、前記第１吸引器２０は前記第２吸引器２１と同じ吸引器であってもよく、異なる吸引器であってもよい。図７は、前記第１電解質膜１と前記第２電解質膜２から、前記第１支持部材３と前記第２支持部材４を除去した図である。図８は、支持部材を除去した工程の後、前記第２吸引器２１で吸引固定した状態で、前記第１電解質膜１と前記第２電解質膜２をつなぎ合わせるように、第２接続部材１９で接続した図である。このような方法を採用することにより、支持部材を電解質膜から連続的、かつ、円滑に除去することができる。
【００１７】
（変形例１）
本変形例に係る電解質膜接続方法及び接続装置は、実施の形態１の前記電解質膜接続方法及び前記接続装置に対して、第１破断部材１６を除去せずに、電解質膜同士を接続する点で工程が異なる。
【００１８】
図９は、本発明の変形例１に係る電解質膜接続方法及び接続装置を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態１の図５において第１破断部材１６を除去するために、第１吸引器２０から、第１電解質膜１と第２電解質膜２を離している。しかしながら、図９においては、前記第１電解質膜１と前記第２電解質膜２を前記第１吸引器２０に吸引固定した状態で、第１支持部材３と第２支持部材４を、前記第１電解質膜１と前記第２電解質膜２から除去する工程の後、前記第１電解質膜１と前記第２電解質膜２をつなぎ合わせるように第２接続部材１９を接続する。このような方法を採用することにより、支持部材を電解質膜から連続的、かつ、円滑に除去することができる。
【００１９】
（変形例２）
本変形例に係る電解質膜接続方法及び接続装置は、実施の形態１の前記電解質膜接続方法及び前記接続装置に対して、第２固定機２２に吸引ローラ２４を用い、塗布部を備えている点で構成が異なる。
【００２０】
図１０は、本発明の変形例２に係る電解質膜接続方法及び接続装置を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態１の図５において第１吸引器２０から離した第１シート部材５と第２シート部材６を吸引ローラ２４に送り出す形態である。変形例２の図１０においては、前記第１シート部材５と前記第２シート部材６を前記吸引ローラ２４の表面に吸引固定し、支持部材除去用ローラ２５を介して、第１支持部材３と第２支持部材４を剥離除去する。支持部材を剥離除去して、第１電解質膜１と第２電解質膜２をつなぎ合わせるように第２接続部材１９で接続し、前記吸引ローラ２４に固定された第１電解質膜１および前記第２電解質膜２の表面に塗布部２８を用いて、触媒層を形成させる塗布を行う。吸引ローラ２４を用いることにより、第２固定機と塗布装置を一体化することができるので
、別途、塗布工程用の装置が不要となり、装置を小さくすることができる効果を得られる。接続工程と塗布工程の順番はいずれが先でも良い。また、吸引ローラから離れた後に、塗布部２８を備えてもよい。このような方法を採用することにより、支持部材を電解質膜から連続的、かつ、円滑に除去することができる。
【００２１】
（変形例３）
本変形例に係る電解質膜接続方法及び接続装置は、変形例２の前記電解質膜接続方法及び前記接続装置に対して、第２接続部材ではなく、シート状の接続部材を用いている点で構成が異なる。
【００２２】
図１１は、本発明の変形例３に係る電解質膜接続方法及び接続装置を模式的に示す断面図である。本発明の変形例２の図１０においては、第２接続部材１９を単発で接続している。しかしながら、変形例３の図１１においては、シート状接続部材送りローラ２６を介して、シート状接続部材２７を送り出し、吸引ローラ２４に吸引固定されている第１電解質膜１と第２電解質膜２を接続している。前記吸引ローラ２４に吸引固定されている時に、連続的な前記シート状接続部材２７を、前記第１電解質膜１と前記第２電解質膜２に接続することにより、前記シート状接続部材２７が支持部材の役割も果たす。このような方法を採用することにより、支持部材を電解質膜から連続的、かつ、円滑に除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、電解質膜を支持する支持部材を除去する場合の、ロールトゥロールで搬送する電解質膜の接続方法及び接続装置に有用である。
【符号の説明】
【００２４】
１  第１電解質膜
２  第２電解質膜
３  第１支持部材
４  第２支持部材
５  第１シート部材
６  第２シート部材
７  第１部分
８  第２部分
９  第１端部
１０  第２端部
１２  第３部分
１３  第４部分
１４  第３端部
１５  第４端部
１６  第１破断部材
１７  第２破断部材
１８  第１接続部材
１９  第２接続部材
２０  第１吸引器
２１  第２吸引器
２４  吸引ローラ
２５  支持部材除去用ローラ
２６  シート状接続部材送りローラ
２７  シート状接続部材
２８  塗布部
【図１０】
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【図１１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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