(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極材料粉末を所定の電極像として形成する現像部および電極材料粉末を現像部から電解質膜上に静電力により転写する転写部とを少なくとも有する転写ユニットと、電解質膜上の電極材料粉末を定着する定着部とを少なくとも備えており、転写ユニットにおいて、転写部および電解質膜は現像部とは隔てて配置され、かつ、転写部には電解質膜に静電付着した電極材料粉末が逆極性に帯電するのを防止するための手段が施されている燃料電池の電極製造装置であって、
現像部は電極材料粉末を帯電し転写する電極を持つ現像ドラムを有し、転写部は電解質膜を挟んで前記現像ドラムと反対側に位置しかつ前記電極に対向する対向電極を持つ転写ローラを有し、前記２つの電極間には転写用電源から高電圧が印加され電界が生成されるようになっており、前記電解質膜に静電付着した電極材料粉末が逆極性に帯電するのを防止するための手段は転写ローラの電解質膜に面することとなる領域を１０ＭΩ〜１００ＧΩの範囲の高抵抗値を持つ材料で作製することにより形成されており、かつ、現像ドラムは電解質膜上に形成する電極形状に対応する凹部を有し、その底部に電極が設けてあることを特徴とする燃料電池の電極製造装置。
【請求項２】
現像ドラムに形成される凹部の深さは所要の一定深さであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項３】
現像ドラムに形成される凹部の深さは部位によって異なっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項４】
転写用電源は電圧を変化させる手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項５】
転写用電源は電流を変化させる手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項６】
現像ドラムと転写ローラの相対速度を変化させるための手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項７】
転写ローラは所定パターンの誘電率分布を持つことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項８】
転写用電源は電極材料粉末を電解質膜に転写中に少なくとも１回以上逆電極電圧を出力できるようにされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項９】
現像ドラムの電極周辺には同電位のガード電極が備えられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１０】
現像ドラムの凹部は複数個の単位凹部の集合体として構成されており、各単位凹部の底部に電極が設けてあり、転写用電源は各単位凹部の底部に配置した電極ごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１１】
現像ドラムの凹部は複数個の単位凹部の集合体として構成されており、複数個の単位凹部の集合体は２つ以上のグループを形成するようにされており、転写用電源は各グループごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１２】
現像ドラムがベルト式のものであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１３】
転写ローラが平板状のものであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１４】
転写部を構成する部材以外の部材であって、電極の製造過程で電解質膜に接することとなる部材は、電解質膜に接することとなる領域を高抵抗値を持つ材料で作製されおり、これら部材から電解質膜に静電付着した電極材料粉末が帯電するのをなくして、電極材料粉末が逆極性に帯電するのを防止するようにされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１５】
２個以上の転写ユニットが電解質膜の搬送方向にタンデムに並べられていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１６】
２個以上の転写ユニットが電解質膜の一面側と他面側とにその搬送方向にタンデムに並べられていることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池の電極製造装置。
【請求項１７】
現像ドラムに形成した電極を備える凹部内に電極材料粉末を所定の電極像として形成する工程、転写用電源より現像ドラムと転写ローラとの間に高電圧を付与して、凹部の形状に応じた電極像を、電解質膜に面することとなる領域を１０ＭΩ〜１００ＧΩの範囲の高抵抗値を持つ材料で作製した転写ローラ上を現像ドラムから離れた状態で移動する電解質膜上に静電力により転写する工程、および、電解質膜上の電極材料粉末を定着する工程とを少なくとも備えた少なくとも備えることを特徴とする燃料電池の電極製造方法。
【請求項１８】
転写用電源は電圧を変化させる手段を備えており、印加電圧を変化させて電界強度を変え、電解質膜上に形成される電極厚みを制御することを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池の電極製造方法。
【請求項１９】
転写用電源は電流を変化させる手段を備えており、印加電流を変化させて、電極材料粉末の帯電荷量を変え、電解質膜上に形成される電極厚みを制御することを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池の電極製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体高分子型燃料電池に用いられる電極の製造装置と方法、特に静電力を利用して電極材料粉末を電解質膜に飛翔させるようにした、いわゆる乾式法による電極の製造装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の１つとして固体高分子型燃料電池が知られており、図２２に示す形態の膜電極接合体（ＭＥＡ）５０を主要な構成要素としている。膜電極接合体５０は、イオン交換膜である電解質膜５１の一方側に燃料極側の電極５２ａと拡散層５３ａを積層し、他方の側に空気極側の電極５２ｂと拡散層５３ｂを積層した構造であり、拡散層５３ａ、５３ｂ側をガス流路を備えたセパレータで挟持して、単セルと呼ばれる１つの燃料電池が形成される。
【０００３】
通常、電解質膜５１にはナフィオン（登録商標）膜と呼ばれているものが用いられる。また、電極５２ａ、５２ｂの形成には、白金などの触媒成分を担持するカーボン担体と電気伝導性物質である電解質溶液との混合溶液（触媒インキ）を調整し、それを電解質膜５１にスクリーン印刷法などにより塗布し乾燥して形成する方法（湿式法）と、電極材料を全く乾式で調合し、あるいは、前記した触媒インクから溶媒などを乾燥除去して粉末状の電極材料を帯電させた後、それを静電力を利用して搬送ローラなどに付着させ、付着した電極材料粉末を電解質膜５１に転写し、定着ローラで定着する方法（乾式法）とが行われる。
【０００４】
乾式法として、特許文献１（特開２００２−３６７６１６号公報）には、図２３に示すように、帯電した電極材料粉末５４を搬送ローラ５７上に静電付着させ、このローラ５７と転写用背面電極５８間に電圧を印加して、ローラ５７と背面電極５８間に配置された電解質膜５９に電極材料粉末５４を静電付着させる方法と装置が記載されている。１つの実施の形態として、図示のように、背面電極５８および電解質膜５９を搬送ローラ５７から隔てて配置しておき、搬送ローラ５７上に付着した電極材料粉末５４を、搬送ローラ５７と背面電極５８間に生成される電界により電解質膜５９に向けて飛翔させて静電付着させると共に、搬送ローラ５７に沿って電極材料粉末の転写パターンをコントロールする制御プレート６０を設けるようにしたものも示される。なお、６１は定着ローラである。
【０００５】
特許文献２（特開２００３−１６３０１０号公報）あるいは特許文献３（特開２００３−１６３０１１号公報）には、静電複写機でのように、帯電させた感光体ドラムに光を照射して除電し、所望の電極像のパターンに電極材料粉末を静電力で付着させ、それを感光体ドラムと圧接ローラにて電解質膜に圧接転写して所望の電極とする方法と装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６７６１６号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３０１０号公報
【特許文献３】特開２００３−１６３０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した静電力を利用して搬送ローラ上の電極材料粉末を電解質膜に飛翔させる、あるいは感光体ドラムに所要パターンで静電付着した電極材料粉末を電解質膜に圧接転写する、燃料電池の電極製造方法は、触媒インクを塗布する湿式法と比較して、溶剤による電解質膜の膨潤や収縮による電極のクラック発生などの問題を解決できる利点がある。本発明者らは乾式法による電極の製造に多く関与しているが、その過程で、精緻な電極像パターンを得ようとすると、搬送ローラ上に正確な電極材料粉末の電極像パターンが形成されなかったり、電解質膜に転写した電極像に乱れが生じることを経験した。その原因を知るべく、静電複写機の乾式転写と燃料電池電極を作製する場合での上記乾式法との異同について考えた。
【０００８】
静電複写機やレーザプリンタなどにおいても静電力を利用した乾式複写（転写）が行われる。そこでは、先ず、複写像あるいは印刷像を感光体ドラム上に帯電分布として作り、現像ドラム上に薄層付着させた帯電トナーを、現像ドラムと感光体ドラム間に高電圧を印加してクーロン力により感光体ドラム上の帯電分布にあわせて静電付着させる。次に、該感光体ドラムと転写ローラとの間に高電圧を印可し、その間に用紙を搬送させることによって、該用紙上に感光体ドラム上のトナーを静電転写する。その後、定着ローラでトナーを用紙に熱圧着して定着する、という転写方法が採られており、感光体ドラム上の帯電分布にあわせた正確な複写像が用紙上に得られている。
【０００９】
上記の静電複写機での像形成方法と、前記した静電力を利用した燃料電池での電極製造方法は、原理的には同じであるのにかかわらず、電極製造においては、上記のように正確な転写像が得られない場合がある。その理由を実験をとおして次のように理解した。
【００１０】
１．静電複写機のトナーは１０１４Ω程度の絶縁体であるのに対し、電極材料粉末は電極材料であり数Ω以下の導体である。また、静電複写機に使われる用紙は、表面抵抗率が１０９〜１３Ω（吸湿性により環境によって変化する）の高抵抗であるが、電解質膜はそれと比較して低い抵抗値を示す（注１）し、電解質膜に電圧を加える、すなわち、高電界下で膜の表裏に電位差が生じると、導体としての挙動を示す。
【００１１】
注１：厚さ５ミルの電解質膜（ナフィオン膜）の表面抵抗率をＴＲＥＫ社製の表面抵抗計Ｍｏｄｅｌ  １５２にＭｏｄｅｌ  １５２Ｐ−ＣＲテストプローブを接続して測定すると、１０Ｖ印加時にて２×１０５Ωと、低い抵抗値を示した。プローブをＭｏｄｅｌ  １５２Ｐ−２Ｐに変え、２点法で抵抗を測っても、２×１０５Ωであった。同じ電解質膜をアルミ板の上に載せ、Ｍｏｄｅｌ  １５２Ｐ−２Ｐの一方の端子を膜上に、もう一方の端子をアルミ板上に置いて測定しても、２×１０５Ωを示し、厚み方向にも低い抵抗材料であることが示された。
【００１２】
２．このような使用する材料物性の違いにより、静電力を利用して電極を製造する場合には、転写部で次のように問題が生じ、それが、精緻な転写像の形成を妨害している。
【００１３】
ａ．静電複写機では、感光体ドラムと用紙、転写ローラは、一般に、細部再現性をよくするために転写ローラが用紙を感光体ドラムに押し付けながら転写していく。これは、用紙の表面抵抗が１０９〜１３Ω程度と高く、用紙紙面のみを帯電させてクーロン力によりトナーを感光体ドラムから用紙に転写できる。これに対し、燃料電池の電極製造では、用紙に相当する電解質膜の抵抗は２×１０５Ωと低く、導体としての挙動を示すことから、特許文献２あるいは３に記載のように、圧接転写する形態を用いると、転写ローラから電解質膜、電極材料粉末を通り感光体ドラム表面まで電流が流れる。このため、感光体ドラム上の電極材料粉末に電流が流れ込んで帯電荷量が変化し、感光体ドラムの帯電分布とは異なるものとなる。これにより、電極材料粉末が移動し、現像された電極像の形が変化してしまい、正確な電極像の転写を妨げる場合がある。
【００１４】
ｂ．特許文献１に記載される装置では、転写用電源により背面電極（上記転写ローラに相当する）５８と搬送ローラ５７間、すなわち、転写部間に高電界を作り、電極材料粉末を電解質膜に静電付着させると、電極材料粉末は、高圧電源、背面電極、電解質膜と流れる電流により電荷を喪失して逆極性に帯電し、転写時と逆方向に静電力を受け、感光体ドラムに逆飛翔する転写異常を起こすことがある（高電界電極間に置かれた導体球の電極内反射現象）。また、所要量の付着量を得るのが容易でない場合が起こる。特許文献１の装置では、転写パターンをコントロールする制御プレート６０を設けることにより、逆飛翔付着による電解質膜上の電極パターンの形状対策を行っているということもできるが、装置が複雑であり、高価な触媒を含んだ電極材料粉末が制御プレートに付着して利用効率が低下し、コスト高となる。さらに、装置を構成する他の部材から電解質膜５９に電流がながれて、帯電した電極材料粉末の電荷が失われることに対する対策もなされていない。
【００１５】
さらに、いずれのものにおいても、電解質膜上に転写される電極パターンは、現像ドラム上の電極像そのものであり、同じ装置を利用して部分的に厚みの異なる、すなわち三次元的な厚み分布を持つ電極を電解質膜上に形成することが求められるような場合に、それに速やかに対処することは容易でない。
【００１６】
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、静電力を利用して電解質膜に電極材料粉末を転写して燃料電池の電極を製造する装置と方法において、電極パターンが精緻なものであっても、現像部に正確に電極像を形成することができ、電極材料粉末が一端受け取った電荷を逃がさないようにして、形成された電極像を転写異常を起こすことなくそのままの状態で電解質膜上に静電力により転写することができ、かつ、必要な場合には、容易な手段で、電解質膜上に転写される電極の厚みを二次方向（Ｘ方向とＹ方向の双方向）に異ならせることができるようにした燃料電池の電極製造装置と製造方法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】
【００１７】
本発明による燃料電池の電極製造装置は、基本的に、電極材料粉末を所定の電極像として形成する現像部および電極材料粉末を現像部から電解質膜上に静電力により転写する転写部とを少なくとも有する転写ユニットと、電解質膜上の電極材料粉末を定着する定着部とを少なくとも備えており、転写ユニットにおいて、転写部および電解質膜は現像部とは隔てて配置され、かつ、転写部には電解質膜に静電付着した電極材料粉末が逆極性に帯電するのを防止するための手段が施されている燃料電池の電極製造装置であって、現像部は電極材料粉末を帯電し転写する電極を持つ現像ドラムを有し、転写部は電極に対向する対向電極を持つ転写ローラを有し、前記２つの電極間には転写用電源から高電圧が印加され電界が生成されるようになっており、かつ、現像ドラムは電解質膜上に形成する電極形状に対応する凹部を有し、その底部に電極が設けてあるいることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明による燃料電池の電極製造方法は、基本的に、現像ドラムに形成した電極を備える凹部内に電極材料粉末を所定の電極像として形成する工程、転写用電源より現像ドラムと転写ローラとの間に高電圧を付与して、凹部の形状に応じた電極像を転写ローラ上を移動する電解質膜上に静電力により転写する工程、および、電解質膜上の電極材料粉末を定着する工程とを少なくとも備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明では、転写部および電解質膜は現像部とは隔てて配置されることにより、転写部あるいは電解質膜から現像部へ電流が流れることは実質的になく、現像部の電極像が変化するのを防止できる。また、転写部には電解質膜に静電付着した電極材料粉末が逆極性に帯電するのを防止するための手段が施されているので、転写区間において、静電付着した電極材料粉末が現像部へ逆飛翔して転写異常を起こすのを確実に阻止することができる。それにより、電極パターンが精緻なものであっても、現像部に正確に電極像を形成することができ、かつ、電解質膜上にそのまま静電付着させることが可能となる。電解質膜上の電極材料粉末は精緻な電極パターンを保ったままで定着部に送られて定着されるので、精度の高い燃料電池電極を得ることができる。
【００２０】
さらに、本発明では、現像ドラムは電解質膜上に形成する電極形状に対応する凹部を有していて、その底部に電極が設けてある構成を備えるので、２つの電極間に転写用電源から高電圧が印加され電界が生成されることにより、凹部と同じ形状の電極を確実に電解質膜上に転写することができる。現像ドラムに形成される凹部の深さを所要の一定深さとすることにより、一定厚みの電極像が転写され、凹部の深さを部位によって異ならせておくことにより、それに応じて厚みの異なった電極像が転写される。
【００２１】
ところで、電極材料粉末を転写する際に必要な静電力、すなわちクーロン力Ｆｃは、電極材料粉末の帯電荷ｑと、現像ドラムの電極と転写ローラの対向電極間の電界Ｅで決まり、Ｆｃ＝ｑ・Ｅである。現像ドラム上の凹部を一定の深さにし、転写ローラの回転に同期して転写用電源電圧Ｖを変えれば、現像ドラムと転写ローラの間隔をｄとすると、電極間電圧Ｅ＝Ｖ／ｄが変化し、電極材料粉末を転写するクーロン力Ｆｃが変わる。電界が高いほど電極材料粉末が多量に飛翔、付着するので、電解質膜上に形成される電極は厚くなる。転写ローラの回転、すなわち電解質膜の移動に合わせて電圧を変化させれば、転写される電極材料粉末の長手方向の厚みはそれに応じて変化する。
【００２２】
従って、本発明による燃料電池の電極製造装置および方法の他の形態では、転写用電源は電圧を変化させる手段を有しており、電解質膜の移動に合わせて電圧値を所要に制御して、電極長手方向各部の電極厚みを所要の値に制御するようにする。
【００２３】
また、現像ドラム上の凹部を一定の深さにし、転写ローラの回転に同期して転写用電源の出力電量ｉを変えれば、電極材料粉末の帯電荷量ｑ＝∫ｉｄｔが変化し、電極材料粉末に働くクーロン力Ｆｃが変わる。電荷が多いほど電極材料粉末が多量に飛翔、付着するので、電解質膜上に形成される電極は厚くなる。転写ローラの回転、すなわち電解質膜の移動に合わせて電流を変化させれば、転写される電極材料粉末の長手方向の厚みはそれに応じて変化する。
【００２４】
従って、本発明による燃料電池の電極製造装置および方法の他の形態では、転写用電源は電流を変化させる手段を有しており、電解質膜の移動に合わせて電流値を所要に制御して、電極長手方向各部の電極厚みを所要の値に制御するようにする。
【００２５】
さらに、本発明による燃料電池の電極製造装置において、現像ドラムが転写ローラより早く回転すれば、単位時間当たりの電極材料粉末の飛翔量が増え、電解質膜への付着量が増加して電極が厚くなる。同時に、現像ドラムに形成した凹部部分の移動速度は電解質膜の搬送速度よりも相対的に早くなるので、相対速度が同じ場合と比較して、形成される電極の長さは短くなる。反対に、現像ドラムが転写ローラより遅く回転すれば、単位時間当たりの電極材料粉末の飛翔量が減り、電解質膜への付着量が減少して電極が薄くなる。同時に、現像ドラムに形成した凹部部分の移動速度は電解質膜の搬送速度よりも相対的に遅くなるので、形成される電極の長さは長くなる。
【００２６】
従って、本発明による燃料電池の電極製造装置および方法の他の形態では、現像ドラムと転写ローラの回転速度比、すなわち相対速度を所定のパターンで変化させるための手段を有している。そのような相対速度制御手段を備えることにより、電極長手方向各部の電極厚みおよび電極長さを所定の値に制御することが可能となる。
【００２７】
本発明による燃料電池の電極製造装置においては、構造上、転写ローラの誘電率が現像ドラムと転写ローラとの間の電界に影響を与える。転写ローラの誘電率が高い部分は空間電界が強くなり、低い部分は空間電界が弱くなる。従って、電極材料粉末に働くクーロン力Ｆｃ＝ｑ・Ｅにしたがい、転写ローラの誘電率が高い部分は電界が強いため電極材料粉末の飛翔量が増え、電解質膜への付着量が増加して電極が厚くなり、逆に、誘電率が低い部分は電界が弱いために電解質膜への付着量が減少して電極が薄くなる。
【００２８】
従って、本発明による燃料電池の電極製造装置および方法の他の形態において、転写ローラは所定パターンの誘電率分布を持つようにされており、このパターンに対応した電界強度が現像ドラムと転写ローラ間に形成されるようにする。それにより、転写ローラの誘電率パターンに応じた厚みの電極を電解質膜上に転写することが可能となる。
【００２９】
一般に、電極材料粉末は分散性が低く、玉状になりやすい傾向がある。このように玉状になった電極材料粉末がそのままで電解質膜上に転写されると、電極の均一性が失われる。それを解消するために、本発明による燃料電池の電極製造装置および方法の他の形態では、転写用電源として、電極材料粉末を電解質膜に転写中に少なくとも１回以上逆電極電圧を出力できるようにされているものを用いる。
【００３０】
このようにすることにより、電極材料粉末の一部は、現像ドラムから電解質膜に付着するまでに、その途中で、現像ドラムと転写ローラの間で、減速、停止、あるいは逆行運動するようになる。それにより、電極材料粉末同士を衝突させることが可能となり、玉状に凝集した粉末がある場合、衝突によりそれを分散させる確率が高くなる。結果として、電解質膜上には、均一な電極材料粉末が付着することとなり、均質な電極が形成される。逆電極電圧を出力させるには、例えば、転写用電源に通常の転写用電圧よりも大きい逆極性パルスあるいは交流電圧を１回以上発生させるようにすればよい。
【００３１】
本発明による燃料電池の電極製造装置および方法において、現像ドラムの電極周辺に同電位のガード電極を備えるようすることも好ましい態様である。例えば、電極の現像ドラム内部周辺に金属電極を設け、これを電極と接続して同電位となるようにする。このようなガード電極を設けることにより、電極端部の電界の広がりがほぼなくすことができ、平行電界となるために、さらに端部にぼけのない、凹部の形状と同じ形状の電極を作成することが一層確実なる。
【００３２】
本発明による燃料電池の電極製造装置および方法において、現像ドラムの凹部を複数個の単位凹部の集合体として構成し、各単位凹部の底部に電極を配置すると共に、各単位凹部の底部に配置した電極ごとに転写用電源をそれぞれ接続させ、各転写用電源を転写用電源制御部からの制御に従って、電圧設定するようにしてもよい。
【００３３】
この場合には、所定の電極パターンを形成するために必要な電極に接続された転写用電源の電圧を同一あるいは所定の高電圧とすることにより、高電圧が印可された単位凹部内の電極材料粉末のみが電解質膜に転写されるようになり、容易に所定パターンの電極を電解質膜上に形成することができる。そのために、現像ドラムを作り替えることなく、任意形状の電極を作ることが可能となる。
【００３４】
上記の形態において、複数個の単位凹部の集合体を２つ以上のグループを形成するように区分けし、各グループごとにそれぞれ転写用電源を設けるようにしてもよい。このようにグループ化することにより、高電圧が印可されたグループ内の電極材料粉末のみが電解質膜に転写されるようになるが、転写用電源の数を減らすことができるのでコストダウンが可能となる。
【００３５】
本発明による燃料電池の電極製造装置において、現像ドラムは円筒（ロール）形状であってもよいが、ベルト式のものであってもよい。ベルト式とすることにより、現像側電極が平板となり、円筒（ロール）形状の場合よりも電極間電界が平行に近くなる。それにより、電極作成時（転写時）の形状精度を増すことができる。また、転写ローラも円筒（ロール）形状でなく平板状のものとすることができる。この場合も、電極間電界が平行に近くなるので、電極作成時（転写時）の形状精度を増すことができる。現像ドラムを現像ベルトとし、転写ローラを平板状とする場合には、電極間電界は平行となり、一層形状精度は向上する。
【００３６】
なお、本発明において、転写部に形成する、電解質膜に静電付着した電極材料粉末が逆極性に帯電するのを防止するための手段は、基本的に、導体である電極材料粉末に転写部から電流を流れにくくする手段で有れば任意の手段であってよい。例えば、転写部の電解質膜に面することとなる領域を高抵抗値を持つ材料で作製する手段、あるいは、転写部の電極と転写用電源とを高抵抗値を持つ抵抗を介して接続する手段などが挙げられる。この場合、高抵抗値が１０ＭΩ〜１００ＧΩの範囲であれば、所期の目的を効果的に達成することができる。あまり抵抗が高いと大気中のホコリ等がし易くなり、また除電し難くなるので、半導体レベルが好ましい。
【００３７】
好ましくは、転写部を構成する部材以外の部材であって、電極の製造過程で電解質膜に接することとなる部材は、少なくとも電解質膜に接することとなる領域を高抵抗値（好ましくは半導体レベル）を持つ材料で作製し、またはアースに接続して、これら部材から電解質膜に静電付着した電極材料粉末が帯電するのをなくすあるいは極力少なくし、それにより電極材料粉末が逆極性に帯電するのを防止できるように構成する。このようにすることによって、現像部に逆飛翔する転写異常を一層確実に阻止することが可能となる。なお、電極の製造過程で電解質膜に接することとなる部材としては、定着部、電解質膜のロール巻き出し、巻き取り部、搬送部、収納部などが挙げられる。
【００３８】
本発明は、予め所定の大きさの切断された電解質膜に対して電極材料粉末を定着するいわゆるバッチ式の電極製造に適用することもでき、また、ウェブ状の電解質膜を搬送しながらその上に連続的に電極材料粉末を定着していく連続式電極製造にも適用することができる。後者の場合に、前記した転写ユニットは装置全体で１個であってもよいが、２個以上の同じまたは異なる形態の転写ユニットを電解質膜の搬送方向にタンデムに並べるようにしてもよい。その際に、すべてに同じ電極材料粉末を用いてもよく、異なる電極材料粉末を用いてもよい。それにより、任意の３次元構造、成分分布を持つ電極を作製することができる。さらに、２個以上の転写ユニットを電解質膜の一面側と他面側とに並べるようにしてもよい。このように転写ユニットを配置することにより、膜電極接合体での空気極と燃料極とを最適な構造で一度に作ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、静電力を利用して電解質膜に電極材料粉末を転写して燃料電池の電極を製造する際に、電極パターンが精緻なものであっても、現像部に正確に電極像を形成することができる。また、電極材料粉末が一端受け取った電荷を逃がさないようにして、形成された電極像を転写異常を起こすことなく、そのままの状態で電解質膜上に静電力により転写することができる。それにより、設計値どおりの燃料電池電極を確実に製造することが可能となる。さらに、転写電圧およびまたは電流を変化させて２つのローラ間の電界強度およびまたは電極材料粉末の帯電荷量を変化させるようにしたので、簡単な構成でもって、電解質膜上に転写される電極の厚みを二次方向（Ｘ方向とＹ方向のいずれか一方または双方）に異ならせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照しながら実施の形態および実施例に基づき本発明を説明する。図１は本発明による燃料電池の電極製造装置の一例を示す模式図である。この装置Ａでは、後記する転写ローラ１１に対向するようにして、下端に開口を備えた電極材料粉末充填ホッパー１が配置され、その中に電極材料粉末２が充填される。電極材料粉末充填ホッパー１の下部には現像ドラム３が収容され、アースされている。現像ドラム３は高抵抗樹脂でコーティング３ａされており、そこに電極パターン凹部４が形成され、その底部に電極５が取り付けてある。電極５には転写用電源１２の一方の極が接続しており、転写時以外は転写用電源１２の出力が０Ｖに設定されていて、電極５は０Ｖとなっている。電極材料粉末充填ホッパー１内には薄層形成ブレード６が取り付けてあり、現像ドラム３の電極パターン凹部４内に電極材料粉末２が充填されるのを助ける。
【００４１】
電解質膜にはウェブ状の電解質膜７が用いられ、電解質膜巻き出しローラ８から送り出された電解質膜７は、搬送ローラ９、転写ローラ１１、搬送ローラ１０、定着ローラ１３、１３を通過して、電解質膜巻き取りローラ１４に巻き取られ収納される。転写ローラ１１の対向電極には転写用電源１２の他の極が接続しており、この例では、転写時に、転写用電源１２は−４ｋＶを出力するようにされている。
【００４２】
転写ローラ１１は、すべりを良くするため、アルミパイプに体積抵抗率１×１０１２Ωｃｍ、厚さ１ｍｍの樹脂１１ａをコーティングしている。さらに、電解質膜巻き出しローラ８、電解質膜巻き取りローラ１４、搬送ローラ９、１０、定着ローラ１３、１３は、すべて体積抵抗率１×１０１１Ωｃｍ、厚さ２ｍｍ以上の樹脂８ａ，１４ａ，９ａ，１０ａ，３４ａ，１３ａでそれぞれコーティングされ、アースされている。
【００４３】
電極パターン凹部４の深さは一定であってもよく、部位によって異なっていてもよい。左右方向に徐々に変化していてもよく、現像ドラム３の回転方向に向けて徐々に深くする、あるいは浅くするなど、回転方向に変化を付けることや、対角線方向に変化を持たせることもできる。さらに、深さｚを、幅方向ｘ，回転方向ｙとし、ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ）で表される深さ関数によるものとしてもよい。さらに、図１、図２での電極パターン凹部４の形状は４角形であるが、実際には、得ようとする燃料電池ごとに最適な外形とされる。また、水素などの燃料ガス、酸素を含む空気などの流路に合わせて、凹部４の深さを変化させることが望ましい。
【００４４】
電極を製造するに際し、最初に電極材料粉末２を電極材料粉末充填ホッパー１内に入れる。現像ドラム３が回転すると、電極材料粉末充填ホッパー１内の電極材料粉末２は、薄層形成ブレード６により現像ドラム３上の電極パターン凹部４に充填される。前記のように、このとき、電極パターン凹部４の底部に設けられた電極５の電圧は、０Ｖである。
【００４５】
現像ドラム３が回転し、電極パターン凹部４が電解質膜７上にくると、転写用電源１２は例えば−４ｋＶを出力する。それにより、現像ドラム３上の電極５と転写ローラ１１（の対向電極）の間には高電圧Ｖが印加され、２つのローラ間には、強電界Ｅが形成される。同時に、転写用電源１２は電極材料粉末２を帯電するので、電極パターン凹部４に充填された電極材料粉末２は、電界強度に依存したクーロン力Ｆｃを受けて飛翔し、電解質膜７に静電付着する。
【００４６】
電解質膜７は電解質膜巻き出しローラ８から搬送ローラ９、１０により所要の早さで搬送されており、電解質膜７の上には、現像ドラム３に形成した電極パターン凹部４の形状に対応した電極材料粉末２ａが転写される。
【００４７】
現像ドラム３がさらに回転し、電極パターン凹部４が電解質膜７上を過ぎると、転写用電源１２は０Ｖとなり、電界は消滅する。また、電解質膜７上に付着した電極材料粉末２ａは、定着ローラ１３、１３により熱圧着され、電解質膜７に定着されて電極となる。作成された燃料電池電極は、巻き取りローラ１４に巻き取られる。
【００４８】
前記したように、転写用電源１２の出力電圧Ｖを調整することで電極の厚さを変えることができる。その際に、電極パターン凹部４の回転方向の例えば前半と後半とで電圧Ｖを変えるような態様でもよく、出力電圧Ｖを時間関数的に変化させる、すなわち、Ｖ＝ｆ（ｔ）で変化させる態様でもよい。後者の場合には、回転方向に任意の厚みを持った電極を作成することができる。
【００４９】
上記の装置において、電解質膜巻き出しローラ８、電解質膜巻き取りローラ１４、搬送ローラ９、１０、定着ローラ１３、１３は、高抵抗値である樹脂でコーティングされかつアースされている。そのために、これらのローラから電解質膜７上に転写された電極材料粉末２ａに流れ込む電流はほとんどなく、また、転写ローラ１１も高抵抗であり電流がほとんど流れないので、現像ドラム３と転写ローラ１１の間の強電界間を通過する間に電解質膜７に付着した電極材料粉末２ａが逆帯電して、現像ドラム３に逆飛翔することはなく、像の乱れのない設計値どおりの燃料電池電極を確実に製造することができる。
【００５０】
［実施例１］
図１、図２に基づき説明した上記の装置を用いて燃料電池電極を作製した。電極材料粉末２として、粒径１〜１０μｍのＰｔ担体カーボン粉末と電解質樹脂とからなるものを用いた。転写ローラ１１はアルミパイプに体積抵抗率１×１０１２Ωｃｍ、厚さ１ｍｍの樹脂１１ａをコーティングしたものを用いた。電解質膜巻き出しローラ８、電解質膜巻き取りローラ１４、搬送ローラ９、１０、定着ローラ１３、１３は、すべて体積抵抗率１×１０１１Ωｃｍ、厚さ２ｍｍ以上の樹脂でそれぞれコーティングし、アースした。
【００５１】
非転写時は、転写用電源１２の出力を０Ｖに設定して電極５の電圧は０Ｖとし、転写時には転写ローラ１１の対向電極に−４ｋＶを出力させた。搬送ローラ９、１０により電解質膜７を３０ｍｍ／ｓｅｃの速度で搬送させた。電解質膜７上に形成された電極の単位面積当たりの電極材料粉末量を下記のようにした測定した。結果は、０．０４ｍｇ／ｃｍ２であった。また、電解質膜上に転写した電極像は、現像ドラム３の電極パターン凹部４に静電付着した電極像と同じものであり、電極材料粉末が逆飛翔して付着した形跡は観察されなかった。
【００５２】
電極材料粉末測定法：予め、電解質膜の質量を電子天秤で測定し、単位面積当たりの質量を求めておく。電極材料粉末を電解質膜に転写後、直ちに装置を止め、電解質膜状の電極部分を切り出し、質量を測定する。これを電極面積で割ることにより、電極部分の単位面積当たりの質量を算出する。この値から、先に求めた単位面積当たりの電解質膜の質量を引くことにより、単位面積当たりの電極材料粉末量を算出した。
【００５３】
［実施例２］
図１に示す装置において電極パターン凹部４を左右で深さを５０μｍ変えた現像ドラム３を用いた以外は実施例１と同様にして電極を作成した。
【００５４】
電解質膜上に形成された電極の単位面積当たりの電極材料粉末量を実施例１と同様の方法により測定した。ただし、電極部分の右側、左側を切り出し、それぞれについて、単位面積当たりの電極材料粉末量を算出した。結果は、右側で０．０４２ｍｇ／ｃｍ２、左側で０．０４１ｍｇ／ｃｍ２であった。また、電解質膜７上に転写した電極像は、幅方向での厚みの変化を除いて、現像ドラム３の電極パターン凹部４に静電付着した電極像と同じものであり、電極材料粉末が逆飛翔して付着した形跡は観察されなかった。
【００５５】
［実施例３］
図１に示す装置において、転写用電源１２の出力電圧を、前半−３ｋＶ，後半−４ｋＶと変化させて、電解質膜７上に電極を作成した。電解質膜上に形成された電極の単位面積当たりの電極材料粉末量を実施例２と同様にして測定した。ただし、電極は左右ではなく前後で切り出し、同様にして電解質膜に付着した電極材料粉末量を求めた。結果は、−３ｋＶ印加部分が０．０３３ｍｇ／ｃｍ２、−４ｋＶ印加部分で０．０４ｍｇ／ｃｍ２であった。このように印加電圧を調整することによっても、電極厚みを変化させることができることがわかる。また、この場合にも、電解質膜７上に転写した電極像は、幅方向での厚みの変化を除いて、現像ドラム３の電極パターン凹部４に静電付着した電極像と同じものであり、電極材料粉末が逆飛翔して付着した形跡は観察されなかった。
【００５６】
［実施例４］
図１に示す装置において、転写用電源１２を電流ｉを変化させる手段を持つものに変えて電極を作成した、電極材料粉末２の大きさは直径数〜十μｍの導体であり、容量が小さく瞬時に帯電した。電極５と転写ローラ１１間の容量Ｃも小さいため、両者の電位差は直ちに数ｋＶとなり、電極材料粉末２にクーロン力が働き、電流に比例した厚みの電極材料粉末２が電解質膜７に転写された。ｉ＝ｆ（ｔ）として、電流を時間変化させることにより、徐々に厚さの変化する電極を得ることもできた。
【００５７】
図３は本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の例を示す模式図である。この装置Ａ１は、現像ドラム−転写ローラ速度比制御装置１６をさらに備える点で、図１に示す装置Ａと相違している。他の部材は図１に示す装置Ａのものと同じであり、同じ符号を付して説明は省略する。
【００５８】
現像ドラム−転写ローラ速度比制御装置１６により、現像ドラム３と転写ローラ１１の相対速度比を変えることにより、電極長さと電極厚みを変化させることができる。なお、現像ドラム−転写ローラ速度比制御装置１６は、転写ローラ１１に同期して、電解質膜搬送ローラ９、１０、定着ローラ１３、１３、電解質膜巻き出しローラ８、電解質膜巻き取りローラ１４を回転させ、電解質膜７を搬送し、収納するようになっている。なお、相対速度ｖを時間ｔで変化させることにより電極の厚みを変化できるので、ｖ＝ｆ（ｔ）として相対速度比制御を行う場合には、長手方向、すなわち回転方向に適宜の厚みを持つ電極を作ることができる。
【００５９】
［実施例５］
現像ドラム−転写ローラ速度比制御装置１６を使用して、現像ドラム３と転写ローラ１１の速度比を制御した以外は、実施例１と同様にして電極を作成した。速度比制御は、深さが一定である電極パターン凹部４の回転方向中央部が真下にくるまで（前半）は、現像ドラム３と転写ローラ１１とを共に３０ｍｍ／ｓｅｃの同速度で移動し、後半は現像ドラム３の回転移動速度を半分の１５ｍｍ／ｓｅｃ，転写ローラ１１の回転速度を３０ｍｍ／ｓｅｃとした。転写用電源１２からの出力電圧は−４ｋＶとした。
【００６０】
電解質膜上に形成された電極の単位面積当たりの電極材料粉末量を実施例１と同様にして測定したところ、前半部分が０．０４０ｍｇ／ｃｍ２、後半部分は０．０２８ｍｇ／ｃｍ２であった。また、薄い後半部分の長さは前半部分の２倍であった。また、電解質膜７上に転写した電極像は、厚みおよび長さの変化を除いて、現像ドラム３の電極パターン凹部４に静電付着した電極像と同じものであり、電極材料粉末が逆飛翔して付着した形跡は観察されなかった。
【００６１】
電極パターン凹部４の深さが一定なので、電極後半部分は厚さが前半部分の１／２で、長さが２倍になると思われがちであるが、電極材料粉末２の電解質膜７への付着量は、電極材料粉末２の粉体間凝集力と電界によるクーロン力の関係で定まり、１／２という完全な比例関係にはならない。作成される電極長さは、電極パターン凹部４の電解質膜７上を通過する時間で決まるために、相対速度を半分としたことにより２倍となっている。
【００６２】
本発明の装置において、図４に示すように、転写ローラ１１を、左右で誘電率の違う材料１１ａ１，１１ａ２でコーティングしたものとしてもよい。誘電体を含む電極間の空間電界は、誘電体の比誘電率εＲ、厚さｔ、空間の誘電率ε０、空間間隔ｄから、Ｅ＝Ｖ／（ｄ＋ｔ／εＲで求められ、電極材料粉末２に働くクーロン力Ｆｃ＝ｑ・Ｅにしたがい、厚さの異なる電極を得ることができる。図示のように左右で誘電率を変えるだけでなく、回転方向にも誘電率を変化させれば、二次元的に適宜の厚み分布を持つ分極を作ることも可能となる。
【００６３】
［実施例６］
図１に示す装置Ａにおいて、転写ローラ１１として、図４に示すように、右側をε＝３、ｔ＝１ｍｍの材料１１ａ１で、左側をε＝２．３、ｔ＝１ｍｍの材料１１ａ２でコーティングしたものを用いた。また、現像ドラム３と転写ローラ１１の間隔ｄを２ｍｍ、印加電圧は−４ｋＶとした。したがって、右側の電界ＥＲ＝１．６４ｋＶ／ｍｍ，左側の電界ＥＬ＝１．７１ｋＶ／ｍｍとなり、右側の空間電界が４．５％大きい。実施例１と同じ条件で動作させたところ、電解質膜上に形成された電極の単位面積当たりの電極材料粉末量は、右側が０．０４１ｍｇ／ｃｍ２、左側が０．０３８ｍｍ／ｃｍ２であった。また、電解質膜７上に転写した電極像に、電極材料粉末が逆飛翔して付着した形跡は観察されなかった。
【００６４】
［実施例７］
図１に示す装置Ａで、転写用電源１２の出力電圧を、図５に示すように、−４ｋＶの定常電圧に、＋４ｋＶのパルス電圧を一定間隔で出力するようにした。それ以外は、実施例１と同じ条件で動作させて電極を作成した。得られた電極の写真を図６に示す。図６の写真に示されるように、電解質膜上には、玉状に凝集した粉末のない、均一な電極材料粉末からなる電極が形成されている。また、電解質膜７上に転写した電極像に、電極材料粉末が逆飛翔して付着した形跡は観察されなかった。
【００６５】
これは、負に帯電しクーロン力で電極５から飛翔した電極材料粉末２は、途中で電界方向が逆転するので、逆方向に働くクーロン力により、減速、停止、電極５の方向に向けた移動が始まる。しかし、逆方向電界は直ちに消滅するので、結局、電解質膜７に転写される。電極材料粉末２は、個々の移動速度の大きさ、帯電荷量が異なるため、個々に加速度が異なり全く同じ動きをすることはない。そのために、転写の過程で電極材料粉末同士の衝突が起こり、凝集して玉状になった電極材料粉末が分裂した結果、均一な電極材料粉末からなる電極が形成されたものと推量される。
【００６６】
図７と図８は、図１に示す装置Ａで用いる現像ドラム３の他の例を示しており、図７は軸に垂直方向の断面図、図８は図７のａ−ａ線での断面の一部を示している。この現像ドラム３は電極パターン凹部４の周辺にガード電極１７を有している。すなわち、電極パターン凹部４に配置した電極５における現像ドラム３の高抵抗樹脂３ａの中に金属電極（ガード電極）１７を設け、これを電極５とドラム端部で接続して同電位となるようにしている。このようなガード電極１７を設けることにより、電極端部の電界の広がりをほぼなくすことができ、平行電界となるために、端部にぼけのない、凹部４の形状と同じ形状の電極を作成することが確実なる。なお、図示の例では、ガード電極１７の端部は円筒方向に電極５よりも高くしてあるが、ガード電極のとしての効果が少し弱まるものの曲板にして製作コストを下げるようにしてもよい。
【００６７】
［実施例８］
図１に示す装置を用い、ガード電極１７のある現像ドラムとガード電極のないドラムを用い、他は実施例１と同様にして電極を作成した。得られた電極の写真を図９（ガード電極がある場合）、図１０（ガード電極がない場合）に示す。２つの写真を比較すれば、ガード電極を持つ現像ドラムを用いて転写した電極は、端部にぼけのないはっきりした輪郭を持つ電極となっていることがわかる。
【００６８】
図１１、図１２は、本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の形態を示す。ここでは、図１に示す装置Ａでの現像ドラム３上の電極パターン凹部４を、ｎ個の円柱形状の単位凹部４ｉで構成し、各単位凹部４ｉの底部のそれぞれ電極５ｉを設けると共に、各電極５ｉには個別に電圧を変えられる転写用電源１２ｉを接続している。また、転写用電源１２ｉを制御する転写用電源制御部２５を備えている。
【００６９】
この装置Ａ２では、転写用電源制御部２５からの制御信号により、電極パターンおよびパターン内の電極厚さをコントロールするようにしている。すなわち、任意の転写用電源１２ｉの出力電圧が０Ｖであれば、その単位凹部４ｉ内に充填された電極材料粉末２は帯電しないし、電界も発生しないので、電極材料粉末２にクーロン力が働かず、電解質膜７に転写されない。任意の転写用電源１２ｉの出力電圧を所定の電圧に設定すれば、実施例３で示したのと同様に、その電圧に応じた量の電極材料粉末２ａが電解質膜７上に転写される。したがって、電圧をかける転写用電源１２ｉを適宜選定することにより、所定パターンの電極を電解質膜７上に形成することができ、さらに、電圧を各転写用電源１２ｉごとに変えれば、所定厚み分布を持つ電極を形成することもできる。
【００７０】
さらに、図１２に示す例では、単位凹部４ｉは同一の円形形状としたが、半球、三角形、四角形、長方形などの多角形角柱、円柱、楕円柱などの形状を用い、また、大きさの異なるものを用いるようにしてもよい。作成したい電極形状に合わせて適宜使い分けることが望ましい。単位凹部の端部および底部は、丸みを持つ形状であることが望ましく、それにより、電界集中が小さい、電極材料粉末２が飛翔しやすく転写されやすいなどの利点がもたらされる。
【００７１】
図１３、図１４は、本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の形態を示す。この装置Ａ３では、図１１、図１２に示す装置の現像ドラム３の電極パターン凹部４を形成するｎ個の円柱形状の単位凹部４ｉが、ｍ個のグループに分けられており、各単位凹部４ｉの底部にある電極５ｊは、個別に電圧が変えられるｍ個の転写用電源１２ｊに接続している。さらに、転写用電源１２を制御する転写用電源制御部２５を備えている。この装置Ａ３の動作および効果は図１１、図１２に示す装置Ａ２とほぼ同様であるが、電極内で同じ厚さで作る領域がｍ個ある場合、ｍ個の印加電圧は同じでよいから、それらをまとめて１個の転写用電源で制御することが可能となり、高価な転写用電源の個数をｍ／ｎに削減できることから、大幅なコストの削減となる。
【００７２】
図１５、図１６は、本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の形態を示す。この装置Ａ４では、図１に示す装置での円筒状の現像ドラム３を平ベルト状の高抵抗現像ベルト１８に換えている。すなわち、電極材料粉末充填ホッパー１内には２つの搬送ローラ１９，１９が備えられ、そこに電極パターン凹部４と電極５を表面側に持つ高抵抗現像ベルト１８が卷装されている。電極５は、転写用電源１２に接続された高電圧供給ローラ２０と、転写位置、すなわち転写ローラ１１の上方裏面５ａで接触し、電極材料粉末２への電荷の供給と、転写用電界の生成を行う。
【００７３】
図１５、図１６に示す状態で、電極材料粉末充填ホッパー１内に電極材料粉末２を入れる。ベルト搬送ローラ１９が回転すると、電極材料粉末充填ホッパー１内の電極材料粉末２は薄層形成ブレード６により現像ベルト１８上の電極パターン凹部４に充填される。このとき、転写用電源１２の出力は０Ｖに設定されている。
【００７４】
現像ベルト１８が回転し、電極パターン凹部４が電解質膜７上にくると、転写用電源１２は、高電圧供給ローラ２０を通して電極５に例えば−４ｋＶを出力する。図１の装置と同様に、転写用電源１２は転写ローラ１１に接続されており、現像ベルト１８上の電極５と転写ローラ間に高電圧−４ｋＶが印可され、電界Ｅが形成される。同時に、転写用電源１２は電極材料粉末２を帯電する。帯電した電極材料粉末２は、クーロン力を受けて飛翔し、図１の装置と同様に、電解質膜７に静電付着する。
【００７５】
この装置Ａ４では、電極材料粉末２を電解質膜７に付着させるときにできる電界は、平板（現像ベルト１８上の電極５）と円筒（転写ローラ１１）の作る電界となる。そのために、図１に示す装置Ａと比較して、電界がより平行となり、広がりが小さくなる利点がある。現像ベルト１８は、なるべく剛性の高いものを強く張ることが望ましい。その場合、搬送ローラ１９にかかる回転負荷が大きくなるが、ベルトのたるみをなくすことができ、より平行な電界を作れるようになる。
【００７６】
図１７は、本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の形態を示す。この装置Ａ５では、図１に示す装置Ａでの転写ローラ１１を高抵抗転写平板２１とした点で、装置Ａと相違している。この装置Ａ５のように、円筒状の転写ローラ１１を転写平板２１に換えると、電極材料粉末２を電解質膜７に付着させるときにできる電界は、円筒（現像ドラム３）と平板（転写平板２１）の作る電界となる。そのために、図１に示す装置Ａと比較して、電界がより平行となり、広がりが小さくなる利点がある。なお、転写平板２１の表面はできる限り滑らかにすると共に、エッジをなくすことが望ましい。
【００７７】
図示しないが、現像ドラム３を図１５、図１６に示したベルト形式のものとし、転写ローラ１１を図１７に示した転写平板２１とすることもできる。この場合には、平板−平板間の電界となるので、一層確実に平行電界を生成しやすくなる。さらに、平ベルト状の高抵抗現像ベルト１８を用いる場合、図示のものでは、電極パターン凹部４として長方形１個でかつ同一深さのものを示したが、円筒形の現像ドラム３の場合と同様、凹部の形状、個数は任意である。また、印加電圧も、一定、パルス、ｓｉｎ波形、矩形波形、のこぎり波形、さらには任意波形を含めて適宜選択することができ、最適な３次元形状を持つ電極を作成することが望ましい。
【００７８】
本発明の装置において、転写ローラ１１、転写用電源１２、現像ドラム３を含む電極材料粉末充填ホッパー１などからなる部分を１つの転写ユニットとしたものを、電解質膜７の搬送方向に、複数個、タンデムに並べて、１つの燃料電池の電極製造装置とすることもできる。図１８はその一例であり、この例では、図１３、図１４に基づき説明した形態の現像ドラム３を備えた転写ユニット２２ａ，２２ｂを２つ、タンデムに配列している。２つの転写ユニット２２ａ，２２ｂが同じものである場合には、２回の転写でもって１つの電極を形成できることから、上記した本発明による固有の効果を維持しながら、急激な厚み変化を持つ電極を確実に作成することが可能となる。
【００７９】
また、２つの転写ユニット２２ａ，２２ｂを、図１９、図２０に示すように、電極パターン凹部４を構成する単位凹部のｍ個のグループの方向が異なるもの、すなわち、図１９では幅方向にグルーピングがされており（２２ａ）、図２０では円周回転方向にグルーピングがされている（２２ｂ）ものを用いることにより、１つのパターンでは作れなかった幅方向と円周方向との双方に厚みの変化する電極を形成することができるようになる。
【００８０】
図示しないが、図１１に基づき説明した形態の現像ドラム３を備えた転写ユニットを複数個タンデムに配列しても、同様な効果が得られる。当然に、上記に説明した種々の形態の現像ドラムを備えた転写ユニットを２個以上、適宜組み合わせて電解質膜７の搬送方向にタンデムに配置するようにしてもよい。
【００８１】
図２１は本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の例を示す模式図である。この装置では、前記した転写ユニット２２Ａが、電解質膜７の一面側（例えば燃料極側）に電解質膜７の搬送方向に配置され、電解質膜の他面側（例えば空気極側）にも、向きを逆転した状態で、同じまたは異なった形態の転写ユニット２２Ｂが電解質膜７の搬送方向に配置されている。
【００８２】
この装置では、上記した本発明による固有の効果を維持しながら、電解質膜７の両面に一連の工程で厚み変化のある電極像を形成することができる。なお、図示の例では、燃料極側の転写後に定着ローラ１３ａを配置し、空気極側の転写後にも定着ローラ１３ｂを配置しているが、電極材料粉末や電解質膜７への熱圧着によるダメージを低減するために、先行する側の定着ローラ、すなわち燃料極側の転写後に定着ローラ１３ａを省略することもできる。
【００８３】
また、電解質膜の燃料極側に配置する転写ユニット２２Ａと空気極側に配置する転写ユニット２２Ｂにおいて、充填する電極材料粉末２の種類を異なるものとすることにより、燃料極側電極と空気極側電極に、それぞれ最適な電極を作成することも可能となる。また、電極５（５ｉ，５ｊ）に印可する転写用電源１２ｉ，１２ｊの電圧をそれぞれ異なるものとすることによっても、それぞれ最適な電極を作成することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明による燃料電池の電極製造装置の一例を示す模式図。
【図２】図１の装置における現像ドラムと転写ローラの部分を拡大して示す図。
【図３】本発明による燃料電池の電極製造装置の一例を示す模式図。
【図４】図３の装置における現像ドラムと転写ローラの部分を拡大して示す図。
【図５】印加電圧の一例を示すグラフ。
【図６】転写された電極の一例を示す写真。
【図７】ガード電極を備える現像ドラムを示す断面図。
【図８】図７のａ−ａ線での断面を示す部分図。
【図９】転写された電極の一例を示す写真。
【図１０】転写された電極の一例を示す写真。
【図１１】本発明による燃料電池の電極製造装置の他の例を示す模式図。
【図１２】図１１の装置における現像ドラムと転写ローラの部分を拡大して示す図。
【図１３】本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の例を示す模式図。
【図１４】図１３の装置における現像ドラムと転写ローラの部分を拡大して示す図。
【図１５】本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の例を示す模式図であり、現像ベルトを有している。
【図１６】図１５の装置における現像ベルトと転写ローラの部分を拡大して示す図。
【図１７】本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の例を示す模式図であり、転写平板を有している。
【図１８】本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の例を示す模式図。
【図１９】図１８の装置における一方の転写ユニットにおける現像ベルトと転写ローラの部分を拡大して示す図。
【図２０】図１８の装置における他方の転写ユニットにおける現像ベルトと転写ローラの部分を拡大して示す図。
【図２１】本発明による燃料電池の電極製造装置のさらに他の例を示す模式図。
【図２２】固体高分子型燃料電池で用いられる膜電極接合体を説明するための模式図。
【図２３】従来の燃料電池の電極製造装置の一例を示す模式図。
【符号の説明】
【００８５】
Ａ…燃料電池の電極製造装置、１…電極材料粉末充填ホッパー、２…電極材料粉末、３…現像ドラム、４…電極パターン凹部、５…電極、６…薄層形成ブレード、７…ウェブ状の電解質膜、８…電解質膜巻き出しローラ、９、１０…搬送ローラ、１１…転写ローラ、１２…転写用電源、１３…定着ローラ、１４…電解質膜巻き取りローラ、１６…現像ドラム−転写ローラ速度比制御装置、３ａ、８ａ、９ａ，１０ａ，１１ａ，１３ａ，１４ａ…樹脂コーティング、２２ａ，２２ｂ，２２Ａ，２２Ｂ…転写ユニット
【図１】
0004619041.tif 000002
【図２】
0004619041.tif 000003
【図３】
0004619041.tif 000004
【図４】
0004619041.tif 000005
【図５】
0004619041.tif 000006
【図６】
0004619041.tif 000007
【図７】
0004619041.tif 000008
【図８】
0004619041.tif 000009
【図９】
0004619041.tif 000010
【図１０】
0004619041.tif 000011
【図１１】
0004619041.tif 000012
【図１２】
0004619041.tif 000013
【図１３】
0004619041.tif 000014
【図１４】
0004619041.tif 000015
【図１５】
0004619041.tif 000016
【図１６】
0004619041.tif 000017
【図１７】
0004619041.tif 000018
【図１８】
0004619041.tif 000019
【図１９】
0004619041.tif 000020
【図２０】
0004619041.tif 000021
【図２１】
0004619041.tif 000022
【図２２】
0004619041.tif 000023
【図２３】
0004619041.tif 000024