(57)【要約】【課題】例えば燃料電池の電極を構成する電解質膜のような薄膜を例えばセパレータである基材に対して、周縁での折れ曲がりやしわのない状態で接着積層できる装置を得る。【解決手段】薄膜（電極１）を吸着保持する手段Ｆは、周囲に外側に移動する第２の保持手段（しごき部材４０）を備える。基材（セパレータ４）の上に薄膜（電極１）を載置した状態でしごき部材４０は外側に向けて移動しする。それにより、電極の周囲の電解質膜２ａはしわなく押し広げられ、接着剤５も均平となる。【選択図】  図１０
2004235089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜を基材に積層する薄膜積層装置であって、
薄膜の吸引保持手段と基材の載置手段とを備え、
薄膜吸引保持手段は、薄膜の中央領域を吸引する第１の保持手段と、薄膜の周縁領域を吸引するとともに吸引した状態で内側の第１の位置と外側の第２の位置の２位置を選択的に取ることができるようにされた第２の保持手段と、第２の保持手段を内側の第１の位置と外側の第２の位置との間を移動させる移動手段とを備えており、
基材載置手段上に載置された基材の上に薄膜吸引保持手段で保持された薄膜を積層した状態で、第２の保持手段は第１の位置から第２の位置に向けて移動手段により移動可能となっていることを特徴とする薄膜積層装置。
【請求項２】
薄膜が矩形状であり、第２の保持手段は薄膜の各隅部の輪郭に沿うように折れ曲がった複数個の部材で構成されており、各部材は移動手段により第１の位置から各隅部の頂部に向けて第２の位置まで移動するようにされていることを特徴とする請求項１記載の薄膜積層装置。
【請求項３】
第２の保持手段は、薄膜の吸引面が外側縁より内側縁が下位となる傾斜面となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜積層装置。
【請求項４】
第１の保持手段と第２の保持手段は、空気の吸引と吹き出しとを選択できるようにされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜積層装置。
【請求項５】
第２の保持手段は隔膜の周縁に沿うようにして多数の空気流入口を備えており、すべての空気流入口は吸引ノズルを備えた共通の負圧発生源に接続しており、吸引ノズルには機外に備えた送風機から作動流体としての空気が送り込まれるようにされていることを特徴とする請求項４に記載の薄膜積層装置。
【請求項６】
薄膜を保持する薄膜保持台をさらに備え、薄膜吸引保持手段は、退避位置と、薄膜保持台に保持された薄膜を吸引する位置と、基材載置手段上に載置された基材に対して薄膜を積層する位置との間を選択的に移動できるようにされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の薄膜積層装置。
【請求項７】
薄膜保持台は、保持した薄膜の中央領域を吸引する第１の保持部と、薄膜の周縁領域を吸引する第２の保持部とを備えており、少なくとも第２の保持部は空気の吸引と吹き出しとを選択できるようにされていることを特徴とする請求項６に記載の薄膜積層装置。
【請求項８】
薄膜保持台は、保持した薄膜を基準となる基材載置手段上に載置される基材に対して位置決めを行う位置決め手段を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の薄膜積層装置。
【請求項９】
位置決め手段は位置決めテーブルを有し、第１の保持部と第２の保持部とは該位置決めテーブルに備えられていることを特徴とする請求項８に記載の薄膜積層装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の薄膜積層装置を用いる薄膜の積層方法であって、燃料電池で用いられる電極が薄膜であり、燃料電池で用いられるセパレータが基材であり、該セパレータの周辺領域には接着剤が予め塗布されており、第２の保持手段が第１の位置から第２の位置に向けて移動することにより、薄膜の周縁をしごきながらかつ接着剤を薄膜により押しつぶしながら、セパレータに対して電極を接着積層することを特徴とする薄膜の積層方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜積層装置および積層方法に関し、特に、積層しようとする薄膜の周縁部分に折れ曲がりやしわを生じさせることなく基材に対して積層することを可能とする薄膜積層装置および積層方法に関する。より具体的には、燃料電池での薄膜状の電極をセパレータに接着積層するのに好適に用いられる薄膜積層装置および積層方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と問題点】
厚さが５００μｍ程度の薄膜は、一般に膜自体が軟弱であり、それを他の基材上に積層しようとすると、周縁領域に折れ曲がりやしわが生じやすい。そのために、薄膜の積層は手作業で行われることが多く、仮積層した状態で、中央部から周縁に向けて放射状に薄膜をしごくような手作業が行われる。仮積層時に、折れ曲がった状態が生じると、それを元の状態に戻すのは容易でない。また、基材に線状に接着剤を予め塗布しておき、その上に薄膜を接着積層するような場合、接着剤に起因する凹凸が積層表面に現れるのを完全に回避することは困難である。
【０００３】
薄膜を基材に接着積層する実際の例として、電解質膜の両面に触媒層と拡散層を積層した薄膜状の電極をセパレータに接着積層することが、燃料電池の製造過程で行われる。図１２はその一例を説明するものであり、図１２ａに示すように、電極１は厚さが３０μｍ程度の電解質膜２の両面に、その周縁領域２ａを残すようにして、アノードおよびカソードとして機能する触媒層と拡散層３が塗布などにより積層されて形成される。形成された電極１は、図１２ｂに示すセパレータ４に気密を保持した状態で積層されるが、その際に、セパレータ４側には、電解質膜２の電極１の周縁にはみ出ている領域２ａの部分の輪郭に沿うようにして接着剤５が閉ループ状に塗布され、電解質膜２の周縁領域２ａがそのループに一致するようにして電極１が手作業により積層され、上から押し付けられる。
【０００４】
電解質膜２はきわめて薄く軟弱でかつしわを有していることが多いことから、周縁部に折れ曲がりやしわのない状態で積層することは容易でない。図１２ｃはそのような不都合が生じた場合の一例を模式的に示している。図１２ｃに符号６で示す領域のように、電解質膜２のはみ出ている領域２ａが折れ曲がった状態で接合されると接着不良となりやすく、気密性が破壊されて、エアリークが生じてしまう。また、しわのある部分に気泡が混入しがちであり、この気泡を抜くことはきわめて困難である。
【０００５】
上記のようなことから、電極をセパレータに接着積層する作業は、手作業でしかもきわめて慎重な作業として行うことが必要となっており、燃料電池の生産性向上を阻害する要因となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、薄膜の基材への積層を周縁部に折れ曲がりやしわを生じさせることなく円滑に行うことのできる新規な薄膜積層装置と積層方法を提供することを目的とする。また、本発明は、薄膜を基材に対して位置決めを行う位置決め手段を備えることにより、一層正確な積層を行うことを可能とする薄膜積層装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、燃料電池の電極をセパレータに対して周縁での折れ曲がりやしわのない状態で接着積層することのできる新規な薄膜積層装置と積層方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による薄膜を基材に積層する薄膜積層装置は、薄膜の吸引保持手段と基材の載置手段とを備え、薄膜吸引保持手段は、薄膜の中央領域を吸引する第１の保持手段と、薄膜の周縁領域を吸引するとともに吸引した状態で内側の第１の位置と外側の第２の位置との２位置を選択的に取ることができるようにされた第２の保持手段と、第２の保持手段を内側の第１の位置と外側の第２の位置との間を移動させる移動手段とを備えており、基材載置手段上に載置された基材の上に薄膜吸引保持手段で保持された薄膜を積層した状態で、第２の保持手段は第１の位置から第２の位置に向けて移動手段により移動可能となっていることを特徴とする。
【０００８】
本装置では、積層しようとする薄膜は、最初に、第１の保持手段と第２の保持手段との双方で薄膜吸引保持手段に吸引保持される。その状態で、薄膜は基材載置手段上に載置された基材の上に積層されるので、積層時に薄膜の周縁部に折れ曲がりが生じるのを高い確率で回避することができる。積層後、第２の保持手段は薄膜の周縁領域の吸引を停止した状態で、あるいは空気を吹き出しながら、内側の第１の位置から外側の第２の位置に向けて移動する。第２の保持手段のこの動きにより、薄膜の特に周縁領域は外側に向けてしごかれるようになり、しわなどの歪み部分は引き延ばされて平坦面となる。その後、第１保持手段の吸引を解除することにより、薄膜は折れ曲がりやしわのない状態で基材側に移転、積層される。
【０００９】
薄膜の周縁領域の輪郭に沿うように基材側に線状の接着剤を塗布しておき、該基材の上に薄膜を積層し同時に両者を接着することがある。その場合に、塗布した接着剤は、第２の保持手段の前記した第１の位置から第２の位置に向けての移動により、薄膜を介して上から押しつぶされながらしごき出されるような作用を受けるので、接着剤は平坦となりかつ気泡を混入しない状態で薄膜と基材との接着積層を行うことが可能となる。
【００１０】
薄膜の形状は任意であるが、薄膜が矩形状の場合に、第２の保持手段を薄膜の各隅部の輪郭に沿うように折れ曲がった複数個の部材で構成すると共に、各部材を移動手段により第１の位置から各隅部の頂部に向けて（例えば対角線方向に）第２の位置まで移動するよう構成することは好ましい態様である。さらに好ましくは、前記複数個の部材は適宜のカム機構を用いて同期して移動するようにされる。このようにすることで、矩形状である薄膜の隅部を含むすべての周縁領域を全体として良好にしごき出すことができ、基材に接着剤を塗布した場合も、接着剤は全体が良好に押しつぶされて平坦となり、かつ気泡が混入することもない。また、第２の保持手段が移動中に薄膜が位置ズレを起こすようなこともない。
【００１１】
好ましい態様において、薄膜吸引保持手段の第２の保持手段は、その薄膜吸引面（底面）が外側縁より内側縁が下位となる傾斜面とされる。吸引面にこのような傾斜を持たせることにより、第２の保持手段が内側の第１の位置から外側の第２の位置に向けて移動するときに、その内側の下端稜線部分で、薄膜の周縁領域を一層確実にしごき出すことが可能となる。また、基材に対して薄膜を接着積層する場合にも、平坦で気泡混入のない状態での接着積層が一層確実となる。
【００１２】
薄膜吸引保持手段の第１の保持手段と第２の保持手段は、空気の吸引作用のみを行うものでもよく、吸引作用と吹き出し作用の双方を選択的に行うものでもよい。後者の場合には、必要に応じて空気の吹き出しを行うことにより、吸引保持されている薄膜の基材載置手段上への移転を一層確実に行うことができる。第２の保持手段の吸引面（底面）が傾斜面とされている場合に、吹き出し機能を持つように構成することは、薄膜の移転上、特に効果的である。
【００１３】
好ましくは、薄膜吸引保持手段に備えられる第２の保持手段には、隔膜の周縁に沿うようにして多数の空気口を備えるようにし、そのすべての空気口を吸引インジェクタを備えた共通の負圧発生源に接続させる。そして、該吸引インジェクタに機外に備えた送風機から作動流体としての空気を送り込み、ノズル先端から空気を流出させることにより、ノズル近傍に負圧を生じさせる。このようにすることにより、機外に備えた送風機の送風量（これ自体は容易に大容量とすることができる）にほぼ比例した量の空気量で、第２の保持手段は薄膜を吸引（吸着）することが可能となり、ある部位で空気の漏れが発生しても、全体として空気漏れによる極端な吸着圧低下を防ぐことができる。それにより、薄膜の吸引を一層確実にすることができる。なお、このような吸引インジェクタを備えた構成は第１の保持手段にも採用することができる。
【００１４】
上記の薄膜積層装置に、さらに薄膜を保持する薄膜保持台を備えるようにしてもよい。その場合に、上記した薄膜吸引保持手段は、該薄膜保持台に保持された薄膜を吸引する位置と、基材載置手段上に載置された基材に対して薄膜を積層する位置との間を選択的に移動できるようにされる。さらに、薄膜供給部を備えるようにし、適宜の吸着手段を用いて、該薄膜供給部に積み重ねてある薄膜を一枚ずつ上記薄膜保持台に搬送するようにしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、薄膜吸引保持手段が基材載置手段側にあるときに、好ましくは前記した吸着手段を用いて薄膜供給部から一枚の薄膜が薄膜保持台に載置される。載置後、薄膜吸引保持手段を薄膜保持台側に移動して薄膜の吸引を行い、吸引した状態で薄膜吸引保持手段を再度基材載置手段側に移動する。そこで、薄膜吸引保持手段は下降し、基材載置手段上に載置された基材に対して薄膜を積層する。以下、同じ動作を繰り返す。これにより、基材に薄膜を積層あるいは接着積層する行程を反復して行うことが可能となる。
【００１６】
薄膜保持台を用いる場合、薄膜保持台に対して薄膜が安定して保持されていることは望ましい。そのために、薄膜保持台は、好ましくは、保持した薄膜の中央領域を吸引する第１の保持部と、薄膜の周縁領域を吸引する第２の保持部とを備えるようにし、少なくとも第２の保持部は空気の吸引と吹き出しとを選択できる構成とされる。この構成では、薄膜は第１の第２の保持部によって吸引されることにより、安定して薄膜保持台上に保持されており、該薄膜保持台から薄膜吸引保持手段に薄膜を移転する際には、第１の第２の保持部での吸引を停止し、かつ、少なくとも第２の保持部から空気を吹き出すことにより、周縁部にしわなどを生じさせることなく移し替えることができる。
【００１７】
上記の薄膜積層装置において、通常、基材載置手段上には所定の基材が所定に位置決めされて載置される。その基材に対して所期どおりの位置と姿勢で薄膜を積層あるいは接着積層するには、所要に位置決めされた姿勢で薄膜吸引保持手段に薄膜が吸引されることが必要となる。そのために、好ましくは、薄膜保持台には、保持している薄膜を、基材載置手段上に載置される基準となる基材に対して、あるいは薄膜吸引保持手段に対して、適正に位置決めするための位置決め手段が備えられる。
【００１８】
位置決め手段は従来知られた手法を適宜用いることができるが、例えば、２軸方向に移動できる位置決めテーブルと、該位置決めテーブル上の基材を映像としてとらえる手段と、撮像手段からの位置情報と基準となる位置情報と比較して、双方が一致するように位置決めテーブルを移動させる移動手段とからなるような位置決め手段を用いることができる。その際に、位置決めテーブルの少なくとも要部を透光性材料で作り、光照射手段からの透過光を撮像手段がキャッチして映像信号を得るようにすることが望ましく、それにより、反射光をキャッチして映像信号とする場合と比較して、乱反射による影響を排除するができ、精度の高い位置決めが可能となる。この態様は、薄膜が図１２ａに示した形態の電極である場合、拡散層３は黒、電解質膜２（２ａ）は透明の膜であることから乱反射の影響を受けやすく、これを排除できることから、特に好ましい態様となる。なお、薄膜保持台が上記の位置決めテーブルを有するものである場合、前記した第１の保持部と第２の保持部は、ともに該位置決めテーブルに備えられる。
【００１９】
本発明は、また、上記した薄膜積層装置を用いる薄膜の積層方法のより具体的な態様として、燃料電池で用いられる電極が上記薄膜であり、燃料電池で用いられるセパレータが上記基材であり、該セパレータの周辺領域には接着剤が予め塗布されており、上記薄膜吸引保持手段の第２の保持手段が第１の位置から第２の位置に向けて移動することにより、電極を構成する電解質膜の周縁をしごきながらかつ接着剤を当該電解質膜により押しつぶしながら、セパレータに対して電極を接着積層することを特徴とする薄膜の積層方法をも開示する。この方法により、セパレータに対して電極をしわなく接着積層した高精度の積層体を製造することが可能となる。もちろん、上記の態様は本発明の装置および方法が有効に機能する１つの態様であって、本発明の装置と方法は、多くの種類の薄膜と基材の組み合わせにおいて効果的に用いることができることは当然である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による薄膜積層装置および積層方法を、薄膜が図１２ａに示す燃料電池用の電極１であり、基材が図１２ｂに示す燃料電池用のセパレータ４である場合を例として説明する。本発明において、薄膜や基材がこれに限られないことはもちろんである。
【００２１】
図１は、本発明による薄膜積層装置の一形態について、その作動を説明するための概念図である。この例において、装置Ａは、薄膜供給部Ｂ、薄膜保持台Ｃ、および基材載置手段Ｄとを併設しており、その側方上方部にはガイドレールＲが配される。ガイドレールＲには、真空吸着手段Ｅと薄膜吸引保持手段Ｆとが、モータＭにより正逆回転するシャフトＲ１により、それぞれ移動できるように取り付けてある。図示のように、薄膜供給部Ｂの上に真空吸着手段Ｅが位置するときには、薄膜保持台Ｃの上には薄膜吸引保持手段Ｆが位置するようになっており、モータＭの回転により、真空吸着手段Ｅが薄膜保持台Ｃの上に移動したときには、薄膜吸引保持手段Ｆは基材載置手段Ｄの上に移動するように制御される。
【００２２】
薄膜供給部Ｂには、基材載置手段Ｄに載置されたセパレータ４に接着積層しようとする電極１が多層に積み重ねられる。最初に真空吸着手段Ｅが図示の位置から下降して一枚の電極１を吸着する。吸着後に上昇し、薄膜保持台Ｃの上に移動する。薄膜保持台Ｃは位置決めテーブルＣ１を備えており、真空吸着手段Ｅはそこで下降して吸着した電極１を位置決めテーブルＣ１に引き渡す。位置決めテーブルＣ１は適宜の位置決め手段により所要に位置決めがされる。その間に、真空吸着手段Ｅは薄膜供給部Ｂの上に戻り、同時に、基材載置手段Ｄの上に移動していた薄膜吸引保持手段Ｆは、図示される薄膜保持台Ｃの上に移動する。
【００２３】
その位置で薄膜吸引保持手段Ｆは下降して、位置決めされた電極１を吸引する。吸引後に上昇し、基材載置手段Ｄ上に再度移動する。この行程の間に、真空吸着手段Ｅは次の電極１を薄膜供給部Ｂから吸着し、薄膜吸引保持手段Ｆが基材載置手段Ｄの上に移動するのと並行して、吸着した２枚目の電極１を薄膜保持台Ｃの上に搬送する。
【００２４】
基材載置手段Ｄには基材としてのセパレータ４が所要に位置決めされて載置されており、薄膜吸引保持手段Ｆはそこに下降して、吸引した電極１をセパレータ４側に引き渡す。セパレータ４には図１２ｂに示すように、閉ループ状に接着剤５が塗布されており、引き渡し時に、薄膜吸引保持手段Ｆの第２の保持手段が内側の第１の位置から外側の第２の位置に移動することにより、電極１は平坦かつしわや気泡のない状態でセパレータ４に接着積層される。以下、このサイクルが繰り返される。
【００２５】
以下に、各部材とその作動を詳述する。図２は薄膜保持台Ｃをより詳細に示しており、図２ａは平面図、図２ｂは側面図である。薄膜保持台Ｃはベース１１の側縁近傍に、Ｘ１軸モータ１２とＸ２軸モータ１３を、またそれに直交するＹ軸モータ１４とを備えており、さらに、３つのモータによりベース１１に対してＸＹ軸方向に移動するようにされた位置決めテーブルＣ１を備える。位置決めテーブルＣ１は吸着プレート１５を有し、吸着プレート１５の表面には中央凹部１６とその周囲の環状凹部１７が形成されている。中央凹部１６と環状凹部１７は共に配管１８を介して図示しない吸引／送気源に接続しており、適宜の制御機構により、中央凹部１６およびまたは環状凹部１７から空気が吸引される状態と空気が吹き出される状態とを選択的に取り得るようにされている。
【００２６】
なお、環状凹部１７の外輪郭は、電極１の外輪郭とほぼ一致しており、その幅は当該電極１における周囲に露出した電解質膜２ａの幅とほぼ同じとされる。従って、中央凹部１６の形状の大きさは当該電極１での拡散層３の形状と大きさにほぼ一致するかやや小さい面積となる。吸着プレート１５の３個のコーナー部における裏面には環状凹部１７に達する切り欠き部１９とされており、その中に適宜の照明２０が配置される。
【００２７】
吸着プレート１５の表面にはほぼ同じ大きさの透明な材料（例えば透明なアクリル板）からなる支持板２１が取り付けられ、該支持板２１における前記中央凹部１６と環状凹部１７に対向する場所には多数の小孔１６ａ，１７ａが形成される。図２ｂに示すように、前記した照明２０の上方には撮像装置（カメラ）２２がそれぞれ配置されており、支持板２１の上に載置した電極板１の３つの隅部の映像を少なくともとらえるようになっている。
【００２８】
本装置Ａは、カメラ２２からの位置情報を基準となる位置情報と比較して双方が一致するように位置決めテーブルＣ１を移動させる制御信号を発する制御手段を備えており、該制御手段からの信号によりＸ１軸モータ１２、Ｘ２軸モータ１３、Ｙ軸モータ１４が適宜駆動される。なお、基準となる位置情報は、基材載置手段Ｄに載置されるセパレータ４の位置情報であるか、薄膜吸引保持手段Ｆにおける第２の保持手段の位置情報である。
【００２９】
上記の構成であり、薄膜供給部Ｂから真空吸着手段Ｅにより薄膜保持台Ｃの上に搬送された電極１は、真空吸着手段Ｅの下降により薄膜保持台Ｃの位置決めテーブルＣ１の上に置かれる。位置決めテーブルＣ１の吸着プレート１５に形成した中央凹部１６と環状凹部１７は、配管１８を介して真空引きが行われており、真空吸着手段Ｅの吸引を停止することにより、電極１は真空吸着手段Ｅから薄膜供給部Ｂの支持板２１上に安定的に引き取られる。
【００３０】
本装置Ａは、電極１を真空吸着手段Ｅから薄膜供給部Ｂの支持板２１の上に引き渡すときに、所定位置にある位置決めテーブルＣ１の吸着プレート１５に形成した環状凹部１７の輪郭に一致する位置に、電極１を載置するように設定されている。しかし、薄膜供給部Ｂにおける電極１の積層状態や真空吸着手段Ｅへの吸引状態などにより、予め設定した位置に電極１が載置されない場合が起こり得る。そのままで電極１を薄膜吸引保持手段Ｆ側に引き渡すと、基材載置手段Ｄに載置されたセパレータ４に当該電極１を接着積層するときに、位置ズレを起こし好ましくない。それを回避するために、電極１を位置決めテーブルＣ１上に吸着した状態で、その位置情報をカメラ２２で収集し、前記したようにして位置決めテーブルＣ１を移動させる位置決め制御を行う。
【００３１】
なお、位置決めのための手法はこれに限らず、従来知られた任意の手法を採用することができる。しかし、上記の構成による手法では、照明２０からの透過光をカメラ２２がキャッチして映像信号を得るようにしており、図示の電極１のように、拡散層３は黒、電解質膜２（２ａ）は透明の膜であることから乱反射の影響を受けやすい被撮像体であっても、乱反射の影響を排除した精度の高い位置情報を得ることができる利点がある。
【００３２】
上記のようにして薄膜保持台Ｃ上の位置決めテーブルＣ１上に位置決めして載置された電極１が、次に、薄膜吸引保持手段Ｆ側に引き渡される。図３〜図５は薄膜吸引保持手段Ｆを示す図であり、図３はその側面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線での断面図、図５は図３のＶ−Ｖ線での断面図（ただしより拡大して示している）である。薄膜吸引保持手段Ｆは、電極１の中央領域である拡散層３の領域を吸引する第１の保持手段と、電極１の薄膜の周縁領域、すなわち拡散層３の外側にはみ出ている電解質膜２ａの領域を吸引する第２の保持手段とを備える。
【００３３】
第１の保持手段は、電極１の拡散層３の領域と同じ輪郭形状であるが幾分小さい面積とされた拡散層吸引室３０を有し、該拡散層吸引室３０の下面には多数の吸引孔３１が形成されている。拡散層吸引室３０の上面には１個あるいは複数個（図示のものでは両側部に２個）の吸引インジェクタ３２が備えられる。図５の矢視Ａの方向から見た図である図６に示すように、吸引インジェクタ３２は円筒管３２１内にノズル３２２を有し、該ノズル３２２には図示しない機外に備えたブロアーから多量の空気が送り込まれる。円筒管３２１のノズル３２２よりも下流側にはデフューザやサイレンサ３２３が備えられる。円筒管３２１のノズル３２２の空気吹き出し位置の近傍には、空気吸い込み管３２４の一端が位置しており、その他端は拡散層吸引室３０に連通している。
【００３４】
ノズル３２２から空気を噴出させることにより、空気吸い込み管３２４の先端には負圧が発生し、それにより、拡散層吸引室３０内の空気は空気吸い込み管３２４を通して排気され、下面の吸引孔３１には吸引力が生じる。吸引力はノズル３２２から噴出する空気量にほぼ比例するで、ブロアーから大容量の空気を送り込むことにより、安定した吸引力が得られる。適宜の制御機構によりブロアーからの送りを停止すると、吸引力は解消する。また、サイレンサ３２３からの出口部分を閉鎖するなどにより吸引孔３１から空気を吹き出させることもできる。
【００３５】
第２の保持手段は、拡散層吸引室３０の外周に沿うようにして配置される４個のしごきブロック４０ａ〜４０ｄを備える。各しごきブロック４０ａ〜４０ｄの形状は、前記した電解質膜２ａの隅部およびそれに続く左右の端辺の形状に一致した形状であり、図示されるように、拡散層吸引室３０の外周壁に近接した内側の第１の位置では、各ブロックの左右の端面同士はほぼ衝接するようにされている。この例において、対向する２つのしごきブロック４０ａ、４０ｃは１つのコーナー部と左右の２つの辺部材を備え、残りの２つのしごきブロック４０ｂ、４０ｄは２つのコーナー部と左右および中間の３つの辺部材を備える。これは、処理しようとする電極１の輪郭形状によるものであり、輪郭形状の違う電極を処理する場合には、それに応じた形状のしごきブロックが用意される。なお、このブロックが本発明の請求項２でいう「薄膜の各隅部の輪郭に沿うように折れ曲がった部材」に相当する。
【００３６】
各しごきブロック４０ａ〜４０ｄは内部に長手方向に走る長穴４１を有し、該長穴４１の両端は閉鎖されている。図７に示すように、底面は、内周寄りの平坦面４２と該平坦面４２の端部から上に向けて傾斜する傾斜面４３とで構成され、平坦面４２の内側には触媒層および拡散層の厚みの切り欠き４２ａが形成される。また、平坦面４２と傾斜面４３の繋ぎ目近傍には、長穴４１に連通するスリット４４が形成される。さらに、各しごきブロック４０ａ〜４０ｄに形成した長穴４１には空気孔４５が形成され、該空気孔４５には空気管４６が接続している。
【００３７】
拡散層吸引室３０の上面の中央には、図３に示すように、第２の吸引インジェクタ５００の一部を構成するノズル５０１が立設されており、該ノズル５０１を囲むようにして円筒管５０２が配置され、該円筒管５０２のノズル５０１の先端より上方にはデフューザ５０３、サイレンサ５０４が取り付けてある。ノズル５０１の下端側は、拡散層吸引室３０の上面一側に取り付けた配管ブロック５０６と連通しており、該配管ブロック５０６には機外に備えたブロアーから多量の空気が送り込まれる。円筒管５０２のノズル５０１の空気吹き出し位置の近傍には、複数本の空気吸い込み管５０７の一端が位置しており、その他端は前記各しごきブロック４０ａ〜４０ｄに設けた空気管４６にそれぞれ接続している。
【００３８】
この構成であり、ブロアーから送り込んだ空気をノズル５０１から噴出させることにより、空気吸い込み管５０７の先端には負圧が発生し、それにより、しごきブロック４０ａ〜４０ｄに形成した長穴４１の空気は空気吸い込み管５０７を通して排気され、結果として、スリット４４には吸引力が生じる。吸引力はノズル５０１から噴出する空気量にほぼ比例するで、前記した吸引インジェクタ３２と同様に、ブロアーから大容量の空気を送り込むことにより、安定した吸引力が得られる。適宜の制御機構によりブロアーからの送りを停止すると、吸引力は解消する。また、デフューザ５０３を閉鎖するなどにより、スリット４４から空気を吹き出させることもできる。
【００３９】
拡散層吸引室３０の上面側には、円筒管５０２の軸心線を中心線とするカム板５０がベアリング５１を介して回動可能に取り付けてある。カム板５０にはアーム５２が固定されており、該アーム５２の他端側は、一端を拡散層吸引室３０に回動自在に取り付けたエアシリンダ５３のロッド５４が回動自在に取り付けられる。従って、エアシリンダ５３のロッド５４が前進あるいは後退すると、その移動量に応じてカム板５０は回転する。なお、図で５５はロッド５４の伸張位置を規制するストッパーである。
【００４０】
カム板５０の裏面における対角線方向には４つの円周方向に延びるカム溝５６が切られており、該カム溝５６のカム板５０の中心からの距離は、カム板５０が矢印Ｒ方向に回転するに従い、次第に長くなるようにされている。一方、前記した４つのしごきブロック４０ａ〜４０ｄは、左右の辺を結ぶ板材５７をそれぞれ有しており、板材５７の裏面には、対角線方向に平行な２本の凹溝ブロック５８、５８が固着されている。拡散層吸引室３０の上面における該凹溝ブロック５８、５８に対向する位置には、凸条５９、５９が形成されており、該凹溝と凸条とが係合することによって、各しごきブロック４０ａ〜４０ｄは対角線方向に、すなわち、図９で矢印Ｔの方向に進退できるようになっている。さらに、板材５７の表面にはカム板５０に形成したカム溝５６に入り込むカム６０が取り付けてある。
【００４１】
従って、図９に示すように、エアシリンダ５３を操作してロッド５４を前進させると、カム板５０は図９ａで矢印Ｒ方向に回転し、その回転によりカム６０は対角線方向外側に向けて移動する。それにより、４つのしごきブロック４０ａ〜４０ｄは同期して拡散層吸引室３０の外周壁に近接した内側の第１の位置（図９ａの位置）から外側の第２の位置（図９ｂの位置）に移動する。その移動量はストッパー５５の規制位置により、あるいはシリンダのロッドを制御手段により適宜制御することにより、変えることができる。エアシリンダ５３を操作してロッド５４を後退させると、４つのしごきブロック４０ａ〜４０ｄはすべて元の位置に戻る。
【００４２】
作動に当たり、薄膜保持台Ｃ上に位置決めして載置された電極１を薄膜吸引保持手段Ｆが引き取るに当たっては、４つのしごき４０ａ〜４０ｄは内側の第１の位置に置かれる（図９ａの位置）。その状態で薄膜吸引保持手段Ｆは薄膜保持台Ｃまで下降し、電極１と接触する。接触した後、あるいはその直前に、吸引インジェクタ３２、５００を作動させて拡散層吸引室３０の裏面に形成した吸引孔３１、およびしごきブロック４０ａ〜４０ｄに形成したスリット４４に吸引力を生じさせる。一方、薄膜保持台Ｃ側の吸引力は停止するか、図８に示すように、少なくとも環状凹部１７に対向する場所に形成した小孔１７ａからは空気を吹き出させる。それにより、電極１の中央領域である拡散層３の領域は、拡散層吸引室３０の下面に形成した多数の吸引孔３１により確実に吸引され、電極１の拡散層３の外側にはみ出ている電解質膜２ａの拡散層３に近接した領域は、しごきブロック４０ａ〜４０ｄに形成したスリット４４によりしわのない状態で吸引される。
【００４３】
電極１を吸着後、薄膜吸引保持手段Ｆは上昇し、ガイドレール９に沿い基材載置手段Ｄの上に移動する。基材載置手段Ｄには図１２ｂに示した形態の周囲に閉ループ状に接着剤５を塗布したセパレータ４が位置決めして載置されている。薄膜吸引保持手段Ｆを下降し、吸着した電極１をセパレータ４の上に積層した状態とする。その状態では、図９ａに示すように、薄膜吸引保持手段Ｆのしごきブロック４０ａ〜４０ｄは内側の第１の位置にある。積層姿勢となった後も、拡散層吸引室３０の吸引孔３１からの吸引は継続させるが、しごきブロック４０ａ〜４０ｄのスリット４４からの吸引は停止するか、吹き出しを行う。エアシリンダ５３を操作してカム板５０を図９ａで矢印Ｒ方向に回転させると、４つのしごきブロック４０ａ〜４０ｄは同期して内側の第１の位置から外側の第２の位置（図９ｂの位置）に、対角線方向に移動する。なお、この移動時には、しごきブロック４０ａ〜４０ｄのスリット４４から空気を吹き出すようにする。
【００４４】
図１０は、しごきブロック４０ａ〜４０ｄが第１の位置（図９ａ）から第２の位置（図９ｂ）に移動するときの状態を模式的に説明している。図１０ａに示すように、最初は、セパレータ４の周辺領域には接着剤５が凸条をなして塗布されており、その上に、電極１の周囲にはみ出ている電解質膜２ａが乗っかる姿勢となる。しごきブロック４０が対角線方向に外側に向けて移動する過程で、ブロック４０の底面は電解質膜２ａに対してしごくような作用を与え、同時に接着剤５も均平に押しつぶされる。そのために、電解質膜２ａはしわのない平らな状態で、かつ接着剤５との間に気泡が存在することなく、セパレータ４に対して効果的に接着積層される。なお、図９ｂでＰで示す領域はしごきブロック４０ａ〜４０ｄによるしごき作用を直接は受けない。しかし、両脇に位置するしごきブロック４０ａ〜４０ｄは電解質膜２ａを横方向に引っ張るようにも作用するので、その作用により接着剤５は押しつぶされる。
【００４５】
しごきブロック４０ａ〜４０ｄによるしごき作用を電解質膜２ａの端部にまで作用させると、接着剤５が膜外にはみ出てしまうことが起こり得る。接着剤が膜外にはみ出ると装置側に残ってしまう恐れがある。そのような場合には、しごきブロック４０ａ〜４０ｄの移動を、図１０ｂに示すように、膜端より手前側で停止させることが望ましい。その後、しごきブロック４０ａ〜４０ｄのスリット４４から空気を吹き出し、空気の力で膜端までしごくようにする。
【００４６】
しごきブロック４０ａ〜４０ｄによるしごき作用中、拡散層吸引室３０の吸引孔３１からの吸引は継続させておくことが望ましい。それは、しごきブロック４０ａ〜４０ｄの挙動により電極１が位置ズレを起こすことを防ぐためである。位置ズレが生じないあるいは生じたとしても微少であり実害がないような場合には、拡散層吸引室３０側の吸引を停止することもできる。上記のような位置ズレを防止するために、しごきブロック４０ａ〜４０ｄの下面をテフロン（商標名）のような低摩擦材でコーティングしておくのも好ましい。さらに、上記の実施形態において、各しごきブロック４０ａ〜４０ｄはカム板５０を用いて同期てし移動するようにしているが、これもしごき作用時に電極１が位置ズレするのを阻止するためであり、位置ズレを許容範囲に押さえられる場合には、このような同期手段を用いなくてもよい。
【００４７】
また、各しごきブロック４０ａ〜４０ｄを図示のように隅部を持つように構成したのは、電解質膜の隅部での平坦化をより確実にするためであるが、場合によっては、図１１に示すように、辺に沿った形状のしごきブロック４０ｐを組み合わせ、それを辺に直交する方向に移動させてもよい。この場合には、隅部での平坦化はやや低下するものの、装置の構成を簡素化することができる。上記の例で、しごきブロック４０ａ〜４０ｄの底面に傾斜面４３を持たせたのはしごき作用をより円滑に進行させるためであり、場合によっては、底面全部が平坦面であってもよい。しかし、その場合には、接着剤５と電解質膜２ａとの間に気泡が残存する恐れがあるので、しごきブロック４０ａ〜４０ｄの移動を慎重に行うことが必要となる。
【００４８】
電解質膜２ａの領域の接着積層が終了した後、薄膜吸引保持手段Ｆは上昇し薄膜保持台Ｃの上に移動する。その過程でしごきブロックブロック４０ａ〜４０ｄは元の内側の位置に戻され、次の作動に備えて待機する。
【００４９】
【発明の効果】
上記のように、本発明による薄膜積層装置および積層方法によれば、薄膜を基材へ積層あるいは接着積層する際に、薄膜の周縁部に折れ曲がりやしわを生じさせることなく、積層することが可能となる。また、薄膜を基材に対して位置決めを行う位置決め手段を備えることにより、一層正確な積層を行うことが可能となる。特に本発明は、燃料電池の電極をセパレータに対して周縁での折れ曲がりやしわのない状態で接着積層するのに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による薄膜積層装置の一形態について、その作動を説明するための概念図。
【図２】薄膜保持台をより詳細に示しており、図２ａは平面図、図２ｂは側面図。
【図３】薄膜吸引保持手段を示す側面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線での断面図。
【図５】図３のＶ−Ｖ線での断面図（ただしより拡大して示している）。
【図６】図５の矢視Ａの方向から見た図。
【図７】しごきブロック（第２の保持手段）部分を拡大して示す図。
【図８】薄膜保持台から薄膜吸引保持手段へ電極が引き渡される状態を説明する図。
【図９】しごきブロックが内側の第１の位置（図９ａ）から外側の第２の位置（図９ｂ）に移動する状態を説明する図。
【図１０】電極の電解質膜部分がセパレータ側に接着積層される状態を説明する図。
【図１１】しごきブロックの他の形態を説明する概略図。
【図１２】薄膜状の電極（図１２ａ）をセパレータ（図１２ｂ）に接着積層する場合に起こりがちな電解質膜の折れ曲がり状態を説明している（図１２ｃ）。
【符号の説明】
１…電極、２…電解質膜、２ａ…電解質膜の周縁領域、３…拡散層、４…セパレータ、５…接着剤、Ａ…薄膜積層装置、Ｂ…薄膜供給部、Ｃ…薄膜保持台、Ｃ１…位置決めテーブル、Ｄ…基材載置手段、Ｅ…真空吸着手段、Ｆ…薄膜吸引保持手段、１２、１３、１４…位置決め用モータ、１５…吸着プレート、１６…中央凹部、１６ａ…小孔、１７…環状凹部、１７ａ…小孔、１９…切り欠き部、２０…照明、２１…支持板、２２…撮像装置（カメラ）、３０…拡散層吸引室（第１の保持手段に相当する）、３１…吸引孔、３２…吸引インジェクタ、３２４…空気吸い込み管、４０ａ〜４０ｄ…しごきブロック（第２の保持手段に相当する）、４１…長穴、４３…傾斜面、４４…スリット、４５…空気孔、４６…空気管、５００…吸引インジェクタ、５０７…空気吸い込み管、５０…カム板、５２…アーム、５３…エアシリンダ、５４…ロッド、５５…ストッパー、５６…カム溝、５７…しごきブロックの左右の辺を結ぶ板材、５８…凹溝ブロック、５９…凸条、６０…カム
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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