(57)【要約】【課題】燃料電池を構成する電解質・電極接合体を作製する際、膨潤が生じることを回避する。【解決手段】供給ローラ１２から送り出された高分子フィルム２０は、懸架ローラ２２及びサクションローラ１４に懸架されて牽引される。サクションローラ１４の側周壁には、その周長の３／４程度に高分子フィルム２０が懸架され、残余は高分子フィルム２０から離間して露呈している。この露呈部位には、内部に吸気通路が設けられたカバー１８が被覆される。該カバー１８におけるサクションローラ１４に臨む面には、前記吸気通路に連通する小孔が多数設けられており、カバー１８の被覆面３０とサクションローラ１４の側周壁との間に存在する大気の大部分は、吸気チューブ４０を介してカバー１８に連結された第２ポンプで吸引される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜に電極ペーストを塗布して燃料電池用の電解質・電極接合体を設ける電解質・電極接合体の製造方法であって、
供給ローラに巻回された電解質膜を牽引しながらサクションローラの側周壁に吸着させ、前記電解質膜における前記側周壁に吸着された部位に電極ペーストを塗布する際、前記側周壁における前記電解質膜と離間した部位をカバーで被覆するとともに、該側周壁と前記カバーの被覆面との間に存在する大気を、前記サクションローラを介する吸引力に比して大きな吸引力で前記カバーを介して吸引することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記サクションローラを加熱することで前記電解質膜に塗布された前記電極ペーストを乾燥することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項３】
電解質膜に電極ペーストを塗布して燃料電池用の電解質・電極接合体を設けるための電解質・電極接合体製造装置であって、
電解質膜が巻回された供給ローラと、
前記供給ローラに巻回された前記電解質膜を、該電解質膜における引き出された一端部側から牽引する牽引手段と、
前記牽引手段で牽引される前記電解質膜を側周壁に吸着するサクションローラと、
前記電解質膜における前記側周壁に吸着された部位に電極ペーストを塗布する塗布手段と、
前記側周壁における前記電解質膜から離間した部位を被覆するカバーと、
前記側周壁と前記カバーの被覆面との間に存在する大気を、前記サクションローラを介する吸引力に比して大きな吸引力で前記カバーを介して吸引することが可能な吸気手段と、
を備えることを特徴とする電解質・電極接合体製造装置。
【請求項４】
請求項３記載の製造装置において、前記サクションローラを加熱する加熱手段をさらに有することを特徴とする電解質・電極接合体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜に電極ペーストを塗布して燃料電池用の電解質・電極接合体を設ける電解質・電極接合体製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を構成する単位セルは、電解質膜の各端面にアノード側電極又はカソード側電極がそれぞれ形成された電解質・電極接合体を有する。すなわち、この電解質・電極接合体が１組のセパレータ間に介装されることで単位セルが構成される。
【０００３】
電解質膜としては、高分子フィルム等が例示される。この場合、電解質・電極接合体は、例えば、以下のようにして製造される。
【０００４】
先ず、供給ローラに巻回された長尺な高分子フィルムの一端部が引き出されてサクションローラに懸架され、さらに牽引される。これにより、高分子フィルムが順次サクションローラに送り出されるとともに、該サクションローラを介して行われる吸引によって該サクションローラの側周壁に吸着される。
【０００５】
高分子フィルムにおいて、サクションローラの側周壁に吸着された部位には、電極ペーストが塗布される。ここで、サクションローラには加熱手段が付設されるのが一般的であり、この場合、サクションローラは、加熱手段の作用下に予め昇温されている。従って、塗布された電極ペーストは、サクションローラから伝達された熱により、速やかに乾燥して電極となる。
【０００６】
電極が設けられた部位は、牽引手段から牽引されることによってサクションローラから離脱する。そして、サクションローラには、高分子フィルムにおける次に塗布されるべき部位が吸着される。
【０００７】
この作業が繰り返されることにより、高分子フィルム上に電極が間欠的に形成される。電極同士の間で高分子フィルム（電解質膜）を分離すれば、複数個の電解質・電極接合体が得られるに至る。
【０００８】
このように、サクションローラ上に電解質膜を吸着しながら電極ペーストを塗布する手法は、例えば、特許文献１、２に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３５１４１３公報
【特許文献２】特開２００１−７０８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記したようにサクションローラ上に電解質膜を吸着して電極ペーストの塗布を行うと、該電解質膜や電極に膨潤が発生することがある。このような事態が生じると、燃料電池の運転時に電極の部位によって電流密度が異なり、このために燃料電池の内部抵抗にバラツキが発生する原因となる。また、場合によっては電極に割れが生じるので、短絡を招く懸念もある。
【００１１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、電解質・電極接合体に膨潤が発生することを回避可能な電解質・電極接合体の製造方法及びその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】
カバーが存在しない場合、サクションローラの側周壁には、電解質膜から離間して露呈する部位が現れる。当然ながら、この部位においては、大気が無限に吸引される。すなわち、いわゆる吸引漏れ状態となっている。
【００１３】
本発明者は、このような吸引漏れが起こることに伴ってサクションローラの電解質膜に対する吸着力が小さくなり、その結果、電解質・電極接合体に膨潤が起こると推察した。そこで、吸引漏れが起こることを回避することにつき鋭意検討を行い、本発明をするに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、電解質膜に電極ペーストを塗布して燃料電池用の電解質・電極接合体を設ける電解質・電極接合体の製造方法であって、
供給ローラに巻回された電解質膜を牽引しながらサクションローラの側周壁に吸着させ、前記電解質膜における前記側周壁に吸着された部位に電極ペーストを塗布する際、前記側周壁における前記電解質膜と離間した部位をカバーで被覆するとともに、該側周壁と前記カバーの被覆面との間に存在する大気を、前記サクションローラを介する吸引力に比して大きな吸引力で前記カバーを介して吸引することを特徴とする。
【００１５】
本発明において、サクションローラの側周壁は、電解質膜又はカバーのいずれかで被覆されることになる。電解質膜で覆われた部位では吸引孔が電解質膜で閉塞され、一方、カバーで覆われた部位では、カバーとサクションローラとの間の大気の大部分がカバー側に吸引される。このため、サクションローラには、大気を無限に吸引することが可能な部位が存在しなくなる。換言すれば、前記の吸引漏れが発生していない状態となる。その結果、電解質膜に対するサクションローラの吸着力が向上する。
【００１６】
この状態で電極ペーストを電解質膜上に塗布すると、膨潤が著しく抑制された電解質・電極接合体を得ることができる。
【００１７】
なお、サクションローラを加熱することで電解質膜に塗布された電極ペーストを乾燥するようにしてもよい。この場合、電極ペーストの乾燥を後工程として実施する必要がないので、電解質・電極接合体を効率的に作製することができる。
【００１８】
また、本発明は、電解質膜に電極ペーストを塗布して燃料電池用の電解質・電極接合体を設けるための電解質・電極接合体製造装置であって、
電解質膜が巻回された供給ローラと、
前記供給ローラに巻回された前記電解質膜を、該電解質膜における引き出された一端部側から牽引する牽引手段と、
前記牽引手段で牽引される前記電解質膜を側周壁に吸着するサクションローラと、
前記電解質膜における前記側周壁に吸着された部位に電極ペーストを塗布する塗布手段と、
前記側周壁における前記電解質膜から離間した部位を被覆するカバーと、
前記側周壁と前記カバーの被覆面との間に存在する大気を、前記サクションローラを介する吸引力に比して大きな吸引力で前記カバーを介して吸引することが可能な吸気手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成とすることにより、電解質膜をサクションローラに堅牢に吸着させた状態で電極ペーストを塗布することが可能となる。従って、膨潤が著しく抑制された電解質・電極接合体を得ることができる。
【００２０】
また、サクションローラを加熱する加熱手段を設けることにより、電解質膜に塗布された電極ペーストを効率よく乾燥して電極とすることで、電解質・電極接合体の生産効率を向上させることもできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明においては、サクションローラの側周壁において、電解質膜から離間した部位をカバーで被覆し、且つ該カバーとサクションローラとの間の大気をカバー側から吸引するようにしているので、サクションローラに、いわゆる吸引漏れが生じることが回避される。このため、電解質膜がサクションローラの側周壁に堅牢に吸着される。この状態で該電解質膜に電極ペーストを塗布すると、膨潤が著しく抑制された電解質・電極接合体が得られる。
【００２２】
すなわち、本発明によれば、燃料電池の内部抵抗にバラツキがほとんどなく、しかも、短絡を招く懸念を払拭した電解質・電極接合体を作製することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る電解質・電極接合体の製造方法につき、それを実施する装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る電解質・電極接合体製造装置（以下、ＭＥＡ製造装置と表記する）１０の要部概略構成斜視説明図である。このＭＥＡ製造装置１０は、図２に示す供給ローラ１２と、サクションローラ１４と、前記サクションローラ１４に付設されたペースト塗布器１６と、前記サクションローラ１４の一部を覆うカバー１８と、図示しない牽引手段とを有する。
【００２５】
供給ローラ１２には、長尺な高分子フィルム２０が巻回されている。この供給ローラ１２から引き出された高分子フィルム２０の一端部は、懸架ローラ２２、サクションローラ１４に懸架された後、前記牽引手段に保持されている。
【００２６】
サクションローラ１４は、内部に中空部が設けられ、表面に前記中空部に連通する吸引孔２４（図１参照）が多数形成された円柱形状体である。この場合、吸引孔２４の設置幅、すなわち、一端に位置する吸引孔２４から他端に位置する吸引孔２４までの距離は、高分子フィルム２０の幅方向寸法に比して若干小さく設定されている。
【００２７】
また、サクションローラ１４の表面近傍には図示しない熱媒循環通路が設けられており、該熱媒循環通路に温水等の熱媒が流通されることで、サクションローラ１４の温度が上昇する。すなわち、熱媒循環通路は、加熱手段を構成する。
【００２８】
ここで、サクションローラ１４の中空部には、図示しない第１ポンプ（吸気手段）の吸気管が接続される。すなわち、前記吸引孔２４から前記中空部に進入した大気は、第１ポンプを介して吸引される。
【００２９】
ペースト塗布器１６は、高分子フィルム２０（電解質膜）に電極ペーストＰを塗布するための塗布手段であり、その一端部には、電磁弁２６が介装されたペースト供給管２８が連結されている。
【００３０】
ペースト供給管２８内の電極ペーストＰは、図示しないペースト加圧機構によって常時押圧されている。このため、電磁弁２６が開いた場合、ペースト供給管２８内の電極ペーストＰがペースト塗布器１６内の電極ペーストＰを押し出し、その結果、電極ペーストＰが高分子フィルム２０に向かって導出される。一方、電磁弁２６が閉止した場合、前記ペースト加圧機構による加圧力が電磁弁２６で遮断されるので、電極ペーストＰの導出が終了する。換言すれば、電磁弁２６を開閉することに伴い、電極ペーストＰの高分子フィルム２０への塗布が開始又は停止される。
【００３１】
ペースト塗布器１６において、電極ペーストＰを導出する塗布部２９は、先端が鋭角状に形成されている。このような形状の塗布部２９では、前記電磁弁２６が閉止することに追従し、電極ペーストＰの導出が直ちに終了する。
【００３２】
図１及び図２から諒解されるように、高分子フィルム２０は、サクションローラ１４の側周壁に、その周長の３／４程に巻回される。すなわち、サクションローラ１４の側周壁には、高分子フィルム２０が巻回されずに露呈する部位が存在する。
【００３３】
前記カバー１８は、サクションローラ１４の側周壁における前記露呈部位を覆う。すなわち、カバー１８は、サクションローラ１４の側周壁の形状に応じて湾曲した被覆面３０を有し、且つ該被覆面３０の円弧長は、前記露呈部位の円弧長に略一致する。勿論、サクションローラ１４における底面同士の距離（高さ）とカバー１８の横方向長さも略同等である。
【００３４】
そして、カバー１８の内部には吸気通路（図示せず）が設けられ、且つ前記被覆面３０には、この吸気通路にそれぞれ連通する小孔（図示せず）が多数設けられている。また、カバー１８の上端面において、高分子フィルム２０に干渉しない位置には、継手用孔部３４が設けられている。
【００３５】
この継手用孔部３４には、Ｌ字型ジョイント３６及び管継手３８を介して吸気チューブ４０の一端部が接続されている。該吸気チューブ４０の他端部は図示しない第２ポンプ（吸気手段）に接続されており、従って、カバー１８の被覆面３０とサクションローラ１４の側周壁との間のクリアランスに存在する大気は、前記第２ポンプの作用下に吸引される。
【００３６】
なお、第２ポンプの吸引力は、前記第１ポンプに比して大きく設定することが可能である。換言すれば、第２ポンプは、前記第１ポンプと同時に付勢された場合、該第１ポンプよりも多量の大気を吸引する。
【００３７】
また、カバー１８は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂から設けることができる。
【００３８】
本実施の形態に係るＭＥＡ製造装置１０の要部は基本的には以上のように構成されており、次に、その作用効果につき、電解質・電極接合体の製造方法との関係で説明する。
【００３９】
供給ローラ１２に巻回された高分子フィルム２０は、その一端部が引き出され、懸架ローラ２２及びサクションローラ１４に懸架された後、図示しない前記牽引手段に保持される。
【００４０】
サクションローラ１４は、前記熱媒循環通路に温水等の熱媒が流通されることにより予め昇温され、且つ前記第１ポンプが付勢されることにより、その側周壁の表面近傍に存在する大気が吸引孔２４を介して吸引されている状態で待機している。このため、高分子フィルム２０がサクションローラ１４の側周壁に吸着されるとともに、高分子フィルム２０におけるサクションローラ１４の側周壁に吸着した部位では、該サクションローラ１４から熱が伝達される。
【００４１】
また、サクションローラ１４の側周壁において、高分子フィルム２０が巻回されずに露呈した部位は、前記カバー１８の被覆面３０によって覆われる。このため、サクションローラ１４の側周壁は、高分子フィルム２０又はカバー１８のいずれかに被覆され、露呈した部位が認められなくなる。
【００４２】
ここで、カバー１８の被覆面３０はサクションローラ１４の側周壁を気密に閉塞しておらず、カバー１８の被覆面３０とサクションローラ１４の側周壁との間には、若干のクリアランスが存在する。従って、第２ポンプが付勢されると、ＭＥＡ製造装置１０の周囲の大気が前記クリアランスからカバー１８の被覆面３０とサクションローラ１４の側周壁との間に進入し、前記吸気チューブ４０を介して第２ポンプによって吸引される。
【００４３】
この状態で、前記牽引手段が高分子フィルム２０の牽引を開始する。高分子フィルム２０の所定長が送り出されると、図示しない制御回路からの指令によって電磁弁２６が開放される。
【００４４】
上記したように、ペースト供給管２８内の電極ペーストＰは前記ペースト加圧機構によって加圧された状態にあるので、電磁弁２６の開放に伴ってペースト供給管２８内の電極ペーストＰが流動を開始し、その結果、ペースト塗布器１６内の電極ペーストＰが押し出され、塗布部２９を介して高分子フィルム２０に向かって導出される。換言すれば、電極ペーストＰが高分子フィルム２０に塗布される。
【００４５】
塗布された電極ペーストＰは、高分子フィルム２０の送り出しに伴って伸展される。勿論、ペースト塗布器１６内には、前記の流動によって新たな電極ペーストＰが補充される。
【００４６】
所定量の電極ペーストＰが導出されると、前記制御回路の制御作用下に前記電磁弁２６が閉止される。ペースト塗布器１６における塗布部２９が鋭角形状に設けられているので、電極ペーストＰの高分子フィルム２０への塗布が直ちに終了する。このため、電極ペーストＰの導出量が漸次的に減少して高分子フィルム２０への塗布厚みが徐々に小さくなることが回避されるとともに、電極ペーストＰが所定長以上の長さに伸展することが回避される。
【００４７】
上記したように、サクションローラ１４は予め昇温されている。このため、電極ペーストＰには、サクションローラ１４から熱が伝達される。その結果、電極ペーストＰに含まれる溶媒が揮発除去され、電極ペーストＰが硬化して電極が形成される。
【００４８】
この間、カバー１８を介しての大気の吸引が続行される。第２ポンプの吸引力は第１ポンプに比して大きく設定されており、このため、カバー１８が被覆された部位では、前記クリアランスに進入した大気の大部分は、第２ポンプによって吸引される。換言すれば、サクションローラ１４側に吸引される大気は極めて少量である。
【００４９】
このような吸引が起こる結果、サクションローラ１４の側周壁において、カバー１８によって被覆された部位は、擬似的に気密となる。上記したように、サクションローラ１４側に吸引される大気が極めて少量であるからである。
【００５０】
サクションローラ１４における他の部位には、上記したように高分子フィルム２０が吸着している。このように高分子フィルム２０が吸着した部位では、高分子フィルム２０が吸引孔２４を閉塞しており、従って、サクションローラ１４側に大気が吸引されることはほとんどない。
【００５１】
以上から諒解されるように、サクションローラ１４には、吸引孔２４を介して大気を無限に吸引することが可能な部位が存在しない。換言すれば、いわゆる吸引漏れが発生していない状態となる。その結果、高分子フィルム２０に対するサクションローラ１４の吸着力が向上する。
【００５２】
結局、高分子フィルム２０は、カバー１８が設けられていない場合に比してサクションローラ１４に一層堅牢に保持される。このような状態で電極ペーストＰの塗布・乾燥を行うと、膨潤がほとんど認められない電解質・電極接合体が得られる。
【００５３】
すなわち、本実施の形態によれば、サクションローラ１４の側周壁における高分子フィルム２０から離間した部位をカバー１８で被覆し、該カバー１８の被覆面３０とサクションローラ１４の側周壁との間の大気を吸引するようにしているため、サクションローラ１４に吸引漏れが生じることが回避される。このため、高分子フィルム２０に対するサクションローラ１４の吸着力が向上する結果、膨潤が抑制された電解質・電極接合体が得られるに至る。
【００５４】
なお、上記した実施の形態においては、サクションローラ１４を熱媒で昇温するようにしているが、サクションローラ１４の内部にヒータを埋設し、通電によって該ヒータを発熱させることでサクションローラ１４を昇温するようにしてもよい。
【００５５】
また、サクションローラ１４を昇温することで電極ペーストＰを乾燥することに代え、サクションローラ１４近傍に熱風吹付手段を配置し、高分子フィルム２０に塗布された電極ペーストＰを該熱風吹付手段によって乾燥するようにしてもよい。
【００５６】
さらに、電解質膜は高分子フィルム２０に特に限定されるものではなく、可撓性を有し且つサクションローラ１４に吸着させることが可能な燃料電池用電解質であれば如何なる材質ものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態に係る電解質・電極接合体製造装置の要部概略構成斜視説明図である。
【図２】図１の電解質・電極接合体製造装置の側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…電解質・電極接合体（ＭＥＡ）製造装置    １２…供給ローラ
１４…サクションローラ                        １６…ペースト塗布器
１８…カバー                                  ２０…高分子フィルム
２２…懸架ローラ                              ２４…吸引孔
２６…電磁弁                                  ３０…被覆面
４０…吸気チューブ                            Ｐ…電極ペースト
【図１】
2008027738.tif 000003
【図２】
2008027738.tif 000004