(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を付与する前の燃料電池用電解質膜であって、前記電解質膜の少なくとも片面に所望する電極形状にくりぬかれた穴を有するマスキング部材を自着又は微粘着剤を介して貼り付け、前記電解質膜及び／又はマスキング部材がウェブであって、前記電解質膜がロールストックになっていることを特徴とする燃料電池用電解質膜。
【請求項２】
前記電解質膜の両面にほぼ相似形の所望する電極形状にくりぬかれた穴を有するマスキング部材を貼り付けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電解質膜。
【請求項３】
少なくとも一つのマスキング部材上にガスバリヤ性のシート又はウェブが積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用電解質膜。
【請求項４】
マスキング部材の厚みは、後工程で形成する電極の厚みとほぼ同じかそれより厚いことを特徴とする請求項１乃至３の燃料電池用電解質膜。
【請求項５】
前記電解質膜は、気体遮断性包装材で包まれていることを特徴とする請求項１乃至４の燃料電池用電解質膜。
【請求項６】
電解質膜複合体であって、
電解質膜と、
複数の穴が設けられたマスキング部材とからなり、
前記マスキング部材は、前記電解質膜の一方の面に引き剥がし可能に貼り付けられ、前記電解質膜複合体は、巻かれてロールストックにされていることを特徴とする電解質膜複合体。
【請求項７】
前記穴は、燃料電池の燃料電極の形状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電解質膜複合体。
【請求項８】
さらに、前記電解質膜の他方の面に引き剥がし可能に貼り付けられたマスキング部材を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の電解質膜複合体。
【請求項９】
さらに、ガスバリヤ性シートを含むことを特徴とする請求項６乃至８に記載の電解質膜複合体。
【請求項１０】
前記ガスバリヤ性シートは、前記マスキング部材に引き剥がし可能に貼り付けられていることを特徴とする請求項９に記載の電解質膜複合体。
【請求項１１】
前記ガスバリヤ性シートは、前記電解質膜に引き剥がし可能に貼り付けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電解質膜複合体。
【請求項１２】
前記ガスバリヤ性シートは、自己粘着性材料でつくられていることを特徴とする請求項９乃至１１に記載の電解質膜複合体。
【請求項１３】
前記マスキング部材は、自己粘着性材料でつくられていることを特徴とする請求項６乃至１２に記載の電解質膜複合体。
【請求項１４】
前記電解質膜複合体は、気体遮断性包装材で包まれていることを特徴とする請求項６乃至１３に記載の電解質膜複合体。
【請求項１５】
電解質膜とマスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを製造する方法であって、
マスキング部材に所望の形状の穴を開ける工程と、
その後、マスキング部材と電解質膜を貼り合せて電解質膜複合体にする工程と、
電解質膜複合体をロール状に巻いてロールストックにする工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
電解質膜とマスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを製造する方法であって、
マスキング部材と電解質膜を貼り合せて電解質膜複合体にする工程と、
その後、マスキング部材に所望の形状の穴を開ける工程と、
電解質膜複合体をロール状に巻いてロールストックにする工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項１７】
さらに、電解質膜複合体の一面にガスバリヤ性シートを貼り付ける工程を有し、
前記電解質膜複合体をロール状に巻いてロールストックにする工程は、ガスバリヤ性シートが外側になるように、電解質膜複合体を巻く工程を含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、電解質膜複合体のロールストックを気体遮蔽性の包装材で包む工程を有することを特徴とする請求項１５乃至１７に記載の方法。
【請求項１９】
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法であって、
電解質膜と複数の穴が設けられたマスキング部材とからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、
ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、
電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して該電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
マスキング部材を電解質膜から剥がす工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項２０】
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法であって、
電解質膜と、複数の穴が設けられたマスキング部材と、ガスバリヤ性シートとからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなり、ガスバリヤ性シートをマスキング部材又は電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、
ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、
ガスバリヤ性シートを剥がす工程と、
電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して該電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
マスキング部材を電解質膜から剥がす工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項２１】
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法であって、
電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、
ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、
電解質膜複合体を搬送しつつ第一マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第一面に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
第一マスキング部材を電解質膜から剥がす工程と、
電解質膜及び第二マスキング部材を反転させる工程と、
電解質膜及び第二マスキング部材を搬送しつつ第二マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第二面に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
第二マスキング部材を電解質膜から剥がす工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項２２】
電極インク又は／及び粉末状の電極材料を該電解質膜に固着する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９乃至２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電極インク又は／及び粉末状の電極材料を該電解質膜に固着する工程は、電極インク又は／及び粉末状の電極材料を乾燥又は加熱又は／及び圧着により該電解質膜に固着する工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法であって、
電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックから電解質膜複合体を引き出して搬送しつつ該第一マスキング部材及び該第二マスキング部材の穴を通して粉末状の電極材料を充填又は／及び塗布する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
該第一マスキング部材及び該第二マスキング部材の穴に充填又は／及び塗布された粉末状の電極材料の密度を高める工程をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記充填又は／及び塗布する工程と、前記粉末状の電極材料の密度を高める工程を繰り返す工程を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
粉末状の電極材料を加熱又は／及び圧着する工程と、第一及び第二のマスキング部材を剥す工程をさらに含む請求項２４乃至２６に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも粉末状の電極材料を充填又は／及び塗布する工程が真空下でおこなわれることを特徴とする請求項２４乃至２７に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、電解質膜を裁断する工程を含むことを特徴とする請求項２４乃至２８に記載の方法。
【請求項３０】
燃料電池を製造する方法であって、
電解質膜と複数の穴が設けられたマスキング部材とからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、
ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、
電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して該電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項３１】
燃料電池を製造する方法であって、
電解質膜と、複数の穴が設けられたマスキング部材と、ガスバリヤ性シートとからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなり、ガスバリヤ性シートをマスキング部材又は電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、
ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、
ガスバリヤ性シートを剥がす工程と、
電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して該電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項３２】
燃料電池を製造する方法であって、
電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、
ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、
電解質膜複合体を搬送しつつ第一マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第一面に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
第一マスキング部材を電解質膜から剥がす工程と、
電解質膜及び第二マスキング部材を反転させる工程と、
電解質膜及び第二マスキング部材を搬送しつつ第二マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第二面に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、
第二マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなることを特徴とする方法。
【請求項３３】
燃料電池を製造する方法であって、
電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックから電解質膜複合体を引き出して搬送しつつ該第一マスキング部材及び該第二マスキング部材の穴を通して粉末状の電極材料を充填又は／及び塗布する工程と、
第一マスキング部材及び第二マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電解質膜、電解質膜複合体、電解質膜複合体のロールストックを製造する方法、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法、及び燃料電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子型燃料電池の電極形成は、電解質膜に直接液状電極インクを塗布し乾燥させて電極を形成する方法、フッ素系フィルムやポリエステル系フィルムに離型処理を行ったものに液状電極インクを塗布し乾燥させた後、前記電解質膜に加熱、加圧転写して電極を形成させる方法、一般的にカーボンペーパーと呼ばれるガス拡散層の片面に液状電極インクを乾燥させて前記電解質膜あるいは所望する厚みに予め電極を形成させた電解質膜に熱圧着させる方法等がある（例えば、特許文献１参照。）。一方、将来のトータル的VOC対応として液状電極インクのかわりに触媒の白金等を担持したカーボンと電解質溶液の混合体からなる粉末状電極材料を電解質膜などに塗布する方法が試みられている。
【０００３】
【特許文献１】特表平９−５０１５３５号公報
【特許文献２】特開平４−１３５６７０号公報
【特許文献３】特開平４−１７６３６３号公報
【特許文献４】特開平４−２１０２７３号公報
【特許文献５】特開平５−７６８１９号公報（特に、図３参照。）
【非特許文献１】DuPont社、Product  Information、「DuPont  Nafion  PFSA  Membranes  NR-111 and NR-112」、NAE201（Nov2002）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを作成する方法として、電解質膜に直接液状電極インクを塗布する方法がある。この方法は、塗膜にクラックやピンホールが発生しないように、電解質膜に直接液状電極インクを塗布した場合には、密着性、性能の面と工程を少なくできるためコストを低減できることから良いとされている。
しかしながら、電解質膜に直接液状電極インクを塗布する場合、大きくわけて次の２つの問題があった。
【０００５】
第一の問題は、電解質膜が、液状電極インクの溶媒である水やアルコール系溶剤、又は、空気中の湿気と接触することで瞬間的に湿潤あるいは膨潤し、そのままの状態で電解質膜を放置するとすぐ原型をとどめないぐらい変形することである。
【０００６】
第二の問題は、電解質膜に塗布すべき液状電極インクのウェット膜厚が大きいということである。液状電極インク中に含まれる固形分は、約５〜１５パーセントである。燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの乾燥重量は、白金などの触媒の含有量によっても異なるが、約０．５〜６ｍｇ／ｃｍ２の範囲が一般的であり、更に、多くは、約０．８〜３ｍｇ／ｃｍ２の範囲である。これらから液状電極インクのウェット膜厚を換算すると、電極インクは、おおよそ５０〜６００μｍのウェット膜厚を有している。一般的な塗装作業であっても、このように大きなウェット膜厚を有する塗料を基体上に塗布する場合には、垂れ、クラック、火脹れ現象のブリスター、マイクロバブルなどの泡の集合体であってピンホールを伴うワキ現象などを除去することは大変な作業となる。
【０００７】
上記問題を解決するための対策としては、電極インクが電解質膜に到達するまでの間に電極インクの濃度を上げること、すなわち、電極インクが電解質膜に到達するまでの間にできるだけ多くの溶媒を電極インクから揮発させることである。そのためには、従来の液膜塗布の代表格であるロールコート、スロットノズルによるダイコート、カーテンコート、スクリーン印刷などの工法を使用するのではなく、電極インクを液滴しかもできるだけ微細な粒子にして大気との接触を多くしつつ塗布するスプレイ工法を選択することが重要である。ところが、スプレイ工法は、液体を粒子化して塗布するので、粒子が飛散しやすく、所望するシャープな輪郭をもった電極パターンを形成することは不可能であった。そこで、マスキング部材の使用は絶対条件であった。
【０００８】
例えば、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に記載されている方法を用いれば、一般塗装分野では自動マスキング方法として簡便ではあるが、電極インクの塗布ではライン上でマスキング部材に付着し乾燥した電極インクを溶媒でもって除去する必要が生じ、触媒ゆえに熱をもつと発火や、溶媒と接触すると引火の危険があった。これらの作業で生じた電極インクを含んだ多量の廃液やウエスなどは、触媒メーカーなどに送られ白金の再利用がおこなわれる。不必要な洗浄溶媒が使用され溶媒コストがかかるほか、作業終了後、作業者がマスキング部材を清掃するコストも発生していた。溶媒は危険物扱いのため、また、触媒は、上記のような課題を抱えているため輸送手段にもコストがかかる。
また、電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料をスプレイ塗布する場合には、マスキング部材が浮いてマスキング部材と電解質膜との間の隙間に電極インク又は／及び粉末状の電極材料が染み込んでしまうという問題もある。このような場合には、所望のパターンの電極を正確に形成することができないという問題を生じる。
【０００９】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、所望するパターンの電極を高品質のもと、高効率の生産性をもって製造するための電解質膜、電解質膜複合体、電解質膜複合体の製造方法、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法、及び燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した課題を解決する為に本発明では次のような電解質膜とした。
すなわち、電極を付与する前の燃料電池用電解質膜の少なくとも片面に所望する電極形状にくりぬかれた穴を有するマスキング部材を積層した電解質膜とした。
このような構成とすることにより、電解質膜とマスキング部材との間に隙間ができず、所望の形状の電極を精度よく形成することができる。
また、マスキング部材を別に塗布装置に装填する必要がなくなり、本発明による電解質膜のロールストックを塗布装置に装填するだけで、所望する形状（パターン）の電極を精度よく製造することができる。
さらに、本発明によれば、マスキング部材に付着し乾燥した電極インクは、マスキング部材と一緒に巻き取られるので、巻き取ったマスキング部材を、触媒メーカーに輸送して白金の再利用が行われる。しがたって、マスキング部材を清掃するための洗浄溶媒や清掃工程を不要にすることができる。
【００１１】
電解質膜の両面に、ほぼ相似形の所望する電極形状にくりぬかれた穴を有するマスキング部材を積層してもよい。
少なくとも一つのマスキング部材上にガスバリヤ性のシート又はウェブが積層されていてもよい。
マスキング部材の厚みは、後工程で形成する電極の厚みとほぼ同じかそれより厚いとよい。
電解質膜は、気体遮断性包装材で包まれていてもよい。
【００１２】
また、本発明の燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーは、前記した燃料電池用電解質膜のマスキング部材の穴を通して電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填し、その後、マスキング部材を剥がすことにより製造した。
マスキング部材を貼り付けた燃料電池用電解質膜を使用したことにより、高い生産性で精度よく形成された燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーとすることができた。
電極インク又は／及び粉末状の電極材料は、電解質膜に固着されているとよい。
特に、電極インク又は／及び粉末状の電極材料は、乾燥又は加熱又は／及び圧着により電解質膜に固着されているとよい。
前記した燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造するとよい。
【００１３】
また、本発明の電解質膜複合体は、電解質膜と複数の穴が設けられたマスキング部材とからなり、マスキング部材は、電解質膜の一方の面に引き剥がし可能に貼り付けられ、前記電解質膜複合体は、巻かれてロールストックにされている。
穴は、燃料電池の燃料電極の形状に形成されているとよい。
電解質膜複合体は、さらに、ガスバリヤ性シートを含んでいるとよい。
電解質膜複合体は、さらに、電解質膜の他方の面に引き剥がし可能に貼り付けられたマスキング部材を含んでいるとよい。
ガスバリヤ性シートは、マスキング部材又は電解質膜に引き剥がし可能に貼り付けられているとよい。
マスキング部材及びガスバリヤ性シートは、自己粘着性材料でつくられていて、接着剤を使用せずに、電解質膜に引き剥がし可能に貼り付けられているとよい。
電解質膜複合体のロールストックは、気体遮断性包装材で包まれているとよい。
【００１４】
本発明による電解質膜とマスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを製造する方法は、マスキング部材に所望の形状の穴を開ける工程と、その後、マスキング部材と電解質膜を貼り合せて電解質膜複合体にする工程と、電解質膜複合体をロール状に巻いてロールストックにする工程とからなる。
また、本発明による電解質膜とマスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを製造するもう一つの方法は、マスキング部材と電解質膜を貼り合せて電解質膜複合体にする工程と、その後、マスキング部材に所望の形状の穴を開ける工程と、電解質膜複合体をロール状に巻いてロールストックにする工程とからなる。
【００１５】
本発明による燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法は、電解質膜と複数の穴が設けられたマスキング部材とからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して電解質膜に電極インクあるいは粉末状の電極材料を塗布する、あるいはそれらを積層する工程と、それらを電解質膜に固着させる工程と、マスキング部材を電解質膜から剥がす工程とからなる。特に粉末状の電極材料を用いる場合、電解質膜への固着は加熱圧着方法を採用すると良い。
また、本発明による燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造するもう一つの方法は、電解質膜と、複数の穴が設けられたマスキング部材と、ガスバリヤ性シートとからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなり、ガスバリヤ性シートをマスキング部材又は電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、ガスバリヤ性シートを剥がす工程と、電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して該電解質膜に電極インクあるいは粉末状の電極材料を塗布する、あるいはそれらを積層する工程と、それらを電解質膜に固着させる工程と、マスキング部材を電解質膜から剥がす工程とからなる。
さらにまた、本発明による燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造するもう一つ別の方法は、電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、電解質膜複合体を搬送しつつ第一マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第一面に電極インクあるいは粉末状の電極材料を塗布する、あるいはそれらを積層する工程と、それらを電解質膜に固着させる工程と、第一マスキング部材を電解質膜から剥がす工程と、電解質膜及び第二マスキング部材を反転させる工程と、電解質膜及び第二マスキング部材を搬送しつつ第二マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第二面に電極インクあるいは粉末状の電極材料を塗布する、あるいはそれらを積層する工程と、それらを電解質膜に固着させる工程と、第二マスキング部材を電解質膜から剥がす工程とからなる。
さらにまた、本発明による燃料電池電解質膜・電極アセンブリーを製造するもう一つの方法は、電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックから電解質膜複合体を引き出して搬送しつつ第一マスキング部材と第二マスキング部材の複数の穴を通して粉末状の電極材料を充填または塗布する工程と、必要に応じてロール等での圧着や、振動、真空下での脱気、あるいはそれらの組み合わせによりかさ密度を高める工程と、さらに必要に応じてそれらの工程を繰り返しおこなう工程と、所望する膜厚になったとき加熱又は／及び圧着して電解質膜に固着させる工程と、第一及び第二マスキング部材を電解質膜から剥す工程とからなる。
燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法は、電解質膜を裁断する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
本発明による燃料電池を製造する方法は、電解質膜と複数の穴が設けられたマスキング部材とからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して該電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなる。
さらにまた、本発明による別の燃料電池を製造する方法は、電解質膜と、複数の穴が設けられたマスキング部材と、ガスバリヤ性シートとからなり、マスキング部材を電解質膜に貼り付けてなり、ガスバリヤ性シートをマスキング部材又は電解質膜に貼り付けてなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、ガスバリヤ性シートを剥がす工程と、電解質膜複合体を搬送しつつマスキング部材の複数の穴を通して該電解質膜に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなる。
さらにまた、本発明による別の燃料電池を製造する方法は、電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックを回転可能に設置する工程と、ロールストックから電解質膜複合体を引き出す工程と、電解質膜複合体を搬送しつつ第一マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第一面に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、第一マスキング部材を電解質膜から剥がす工程と、電解質膜及び第二マスキング部材を反転させる工程と、電解質膜及び第二マスキング部材を搬送しつつ第二マスキング部材の複数の穴を通して電解質膜の第二面に電極インク又は／及び粉末状の電極材料を塗布又は充填する工程と、第二マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなる。
さらにまた、本発明による別の燃料電池を製造する方法は、電解質膜と、該電解質膜の第一面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第一マスキング部材と、該電解質膜の第二面に貼り付けられ、複数の穴が設けられた第二マスキング部材とからなる電解質膜複合体のロールストックから電解質膜複合体を引き出して搬送しつつ該第一マスキング部材及び該第二マスキング部材の穴を通して粉末状の電極材料を充填又は／及び塗布する工程と、第一マスキング部材及び第二マスキング部材を電解質膜から剥がして燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにする工程と、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを使用して燃料電池を製造する工程とからなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電解質膜に電極インクや粉末状の電極材料を所望するパターンで正確に塗布し、燃料電池の電極形成の生産性を上げることができ、特に有用になるものである。
本発明によれば、電解質膜とマスキング部材との間に隙間ができず、所望の形状の電極を精度よく形成することができる。
また、マスキング部材を別に塗布装置に装填する必要がなくなり、本発明による電解質膜を塗布装置に装填するだけで、所望する形状（パターン）の電極を精度よく製造することができる。
さらに、本発明によれば、マスキング部材に付着し乾燥した電極インクは、マスキング部材と一緒に巻き取られるので、巻き取ったマスキング部材を、触媒メーカーに輸送して白金の再利用が行われる。しがたって、マスキング部材を清掃するための洗浄溶媒や清掃工程を不要にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１９】
（電解質膜複合体）
図１は、本発明による電解質膜複合体１の斜視図である。図２は、電解質膜複合体１の分解図である。
【００２０】
電解質膜複合体１は、電解質膜１１と、電解質膜１１の第一面１１ａに貼り付けられたマスキング部材１２と、電解質膜１１の第二面１１ｂに貼り付けられたマスキング部材１３とからなる。電解質膜１１は、電子を通さずイオンのみを通す特性を有し、固体高分子型燃料電池に使用される。電解質膜１１は、固体高分子電解質膜、例えば、パーフルオロスルホン酸系ポリマを使用した電解質膜、米国DuPont社の「NAFION」（登録商標）、芳香族炭化水素系エンジニアリングプラスチックを使用した電解質膜、炭素系材料のフラーレン（C６０）を構成材料に使用した電解質膜、ポリエステルフィルムに設けられた無数の小孔に電解質を形成した電解質膜などがある。マスキング部材１２，１３は、紙、プラスチック、好ましくは脱塩ビ素材などからなるシート状部材、フィルム状部材、あるいはウェブである。電解質膜及びマスキング部材の材料を例示したが、本発明は、これらの材料に限定して解釈されるものではない。
【００２１】
マスキング部材１２，１３には、所定の形状の複数の穴１２ａ、１３ａが設けられている。複数の穴１２ａ、１３ａは、燃料電池の燃料電極を形成するために設けられている。すなわち、所定の形状は、燃料電極の形状に対応しているとよい。マスキング部材１２，１３の厚さは、燃料電極の厚さとほぼ同じかそれよりも大きい。マスキング部材１２，１３の厚さが、燃料電極の厚さよりも薄いと、塗布された電極インクが穴から漏れて燃料電極の形成が困難になるからである。
【００２２】
マスキング部材１２，１３は、電解質膜１１から引き剥がすことができるように電解質膜１１に貼り付けられている。引き剥がす際に、電解質膜１１に傷をつけることがないように、また、電解質膜１１が汚染されることがないように、マスキング部材１２，１３は、電解質膜サプライヤーが承認する微粘着剤で電解質膜１１に貼り付けられているとよい。または、マスキング部材１２，１３は、例えばセロハンテープのように感圧式粘着剤が塗布されたフィルムであってもよく、該フィルムを電解質膜１１に貼り付けてもよい。あるいは、マスキング部材１２，１３は、接着剤を使わずに付着する特性を有する自己粘着性フィルムであってもよく、該自己粘着性フィルムを電解質膜１１に貼り付けてもよい。通常、電解質膜サプライヤーから供給される形態、例えばDuPont社のNafion（商標登録）の両サイドに積層されているバッキングフィルムやカバーシートに所望するパターンの穴をくり貫き加工すればよい。Nafionのバッキングフィルムやカバーシートについては、非特許文献１に記載されている。
【００２３】
（保管方法）
電解質膜１１は、外気に晒されると湿気を吸収して膨潤してしまうため、外気から遮断して保管することが望ましい。
図３は、ロール状に巻かれた電解質膜複合体１が包装材２０で包まれている状態を示す図である。電解質膜複合体１のロールストックを包装材２０で密封することにより電解質膜１１を外気から遮断して保管することができる。包装材２０は、好ましくは水蒸気遮断材フィルムであるとよい。
【００２４】
図４は、電解質膜複合体１の一面にガスバリヤ性シート１４を貼り付けたものを示す図である。ガスバリヤ性シート１４は、マスキング部材１２の上に微粘着剤で引き剥がし可能に貼り付けられている。なお、ガスバリヤ性シート１４が自己粘着性を有する材料からなる場合には、接着剤を使用せずにガスバリヤ性シート１４をマスキング部材１２に貼り付けることができる。
図５に示すように、ガスバリヤ性シート１４が外側になるように、電解質膜複合体１を巻くことにより、ガスバリヤ性シート１４により電解質膜複合体１が取り囲まれる。これによって、気体遮蔽材で包装しなくても、気体遮蔽された電解質膜複合体１のロールストックとすることができる。なお、さらに、気体遮蔽性の包装材２０で包装すれば、気体遮蔽性能を向上することができる。
【００２５】
ガスバリヤ性シート１４を電解質膜複合体１の両面にそれぞれ貼り付けてもよい。すなわち、マスキング部材１２，１３のそれぞれにガスバリヤ性シート１４を貼り付けてもよい。
【００２６】
（燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法）
図６は、電解質膜複合体１に電極インクを塗布する塗布装置３０の概略構成図である。
電解質膜１１の一方の面に燃料電極（アノード）を形成し、他方の面に空気電極(カソード)を形成する。
塗布装置３０は、第一塗布装置３１と第二塗布装置３２とを有する。第一塗布装置３１は、第二塗布装置３２の上方に配置されている。第一塗布装置３１と第二塗布装置３２は、ほぼ同一の構成であるので、第一塗布装置３１について説明し、同一の構成要素については同一の参照符号を用いて第二塗布装置３２の説明は省略する。
【００２７】
第一塗布装置３１は、駆動ローラ３４と、従動ローラ３６と、駆動ローラ３４及び従動ローラ３６に張設されたスクリーンベルト（循環移動体）３８と、真空吸着及び加熱装置４０と、電極インクを塗布するノズル４２とを有する。駆動ローラ３４が矢印Ａで示す時計回り方向に回転することにより、スクリーンベルト３８が矢印Ｂで示す時計回り方向に回転する。
第二塗布装置３２においては、駆動ローラ３４が矢印Ｃで示す反時計回り方向に回転することにより、スクリーンベルト３８が矢印Ｄで示す反時計回り方向に回転する。
【００２８】
スクリーンベルト３８の上には、下敷きウェブ４４が配置されている。下敷きウェブ４４は、紙などの通気性のある材料からなる。下敷きウェブ４４は、巻取り心棒４６から矢印Ｅで示す方向に引き出されて、スクリーンベルト３８に吸着されて矢印Ｂで示す方向に搬送され、巻取り心棒４８に巻き取られる。同様に、第二塗布装置３２において、下敷きウェブ４４は、巻取り心棒４６から矢印Ｆで示す方向に引き出されて、スクリーンベルト３８に吸着されて矢印Ｄで示す方向に搬送され、巻取り心棒４８に巻き取られる。
【００２９】
電解質膜複合体１のロールストック５０は、塗布装置３０の巻取り心棒５２に回転可能に装着される。巻取り心棒５２から、電解質膜複合体１が矢印Ｇで示す方向に引き出される。電解質膜複合体１は、下敷きウェブ４４の上に吸着されて、スクリーンベルト３８により矢印Ｂで示す方向に搬送される。
【００３０】
電解質膜複合体１にガスバリヤ性シート１４が貼り付けられている場合には、案内ローラ５４を介してガスバリヤ性シート１４を巻取り心棒５６に巻き取る。これによって、ガスバリヤ性シート１４が電解質膜複合体１から剥離される。尚、電解質膜複合体１にガスバリヤ性シート１４が貼り付けられている場合に、第一塗布装置３１において、電解質膜複合体１のロールストック５０を反転させて、下敷きウェブ４４を使用せずに、ガスバリヤ性シート１４がスクリーンベルト３８に吸着されるようにすることもできる。すなわち、ガスバリヤ性シート14を下敷きウェブ４４の代わりに使用することができる。これによって、巻取り心棒４６、４８、５６の機構は省略して、装置と部材のコストを低減させることができる。
【００３１】
電解質膜複合体１及び下敷きウェブ４４は、真空吸着及び加熱装置４０によりスクリーンベルト３８に吸着され加熱される。ノズル４２は、電解質膜複合体１のマスキング部材１２の穴１２ａに向かって電極インクを塗布する。穴１２ａは所望の形状に形成されているので、所望の形状の燃料電極を電解質膜１１の第一面１１ａ上に容易に形成することができる。本発明においては、電解質膜複合体１にマスキング部材１２，１３がすでに貼り合わせてあるので、マスキング部材を別に用意する必要がなく、製造工程を簡略化することができる。
【００３２】
ノズル４２がスロットノズルの場合には、下敷きウェブ４４の幅は、電解質膜複合体１の幅とほぼ同じでもよい。本発明においては、ノズル４２又は塗布器のタイプは特に限定されないが、スプレイノズルの方が液膜で塗布するカーテンコートや、液体を介して接触式塗布方法であるロール、スクリーン、スロットノズルなどよりよい。電解質膜は、電極インクの溶媒により膨潤するという問題がある。したがって、電極インクが電解質膜に到達するまでの間にできるだけ多くの溶媒を電極インクから揮発させることが重要である。そのためには、スプレイノズルにより、電極インクを微細な粒子にして大気との接触を多くしつつ塗布するとよい。ところが、スプレイノズルは、液体を粒子化して塗布するので、粒子が飛散しやすい。そこで、ノズル４２がスプレイノズルである場合には、下敷きウェブ４４の幅を電解質膜複合体１の幅よりも広くしたほうがよい。ノズル４２から吐出された電極インクがわずかに飛散して下敷きウェブ４４上に広がることがある。このような飛散した電極インクは、下敷きウェブ４４に付着する。下敷きウェブ４４は、巻取り心棒４８に巻き取られる。
このように、下敷きウェブ４４を使用することにより、飛散した電極インクを回収することができる。したがって、環境衛生上良好な塗布装置を提供することができる。また、電極インクには白金が含まれているので、高価な白金を回収して再使用することができる。
【００３３】
電解質膜複合体１の上側のマスキング部材１２は、案内ローラ５８を介して上方の巻取り心棒６０に巻き取られる。これによって、マスキング部材１２が電解質膜複合体１から剥離される。尚、マスキング部材１２は、剥離することなく下流に進み最終工程で巻き取られても良い。
電解質膜１１に塗布された電極インクは、乾燥により電解質膜１１に固着される。また、真空室を通して乾燥させたり、熱風により加熱したり、加熱ローラを介して加熱したりして電極インクを電解質膜１１に固着してもよい。なお、固着工程は、最終工程で行ってもよい。
【００３４】
電解質膜１１とマスキング部材１３は、下方に配置された案内ローラ６２により第二塗布装置３２へ案内される。このとき、電解質膜１１とマスキング部材１３は案内ローラ６２により搬送方向が矢印Ｈで示す方向から矢印Ｉで示す方向に反転され、これによって、マスキング部材１３が上側になる。
電解質膜１１とマスキング部材１３は、案内ローラ６４により案内されて、第二塗布装置３２の下敷きウェブ４４の上に吸着されて、スクリーンベルト３８により矢印Ｄで示す方向に搬送される。第一塗布装置３１で燃料電極が形成された電解質膜１１の第一面１１ａを下向きにして第一面１１ａを下敷きウェブ４４に接触させ、マスキング部材１３が上向きになる。
【００３５】
電解質膜１１、マスキング部材１３、及び下敷きウェブ４４は、真空吸着及び加熱装置４０によりスクリーンベルト３８に吸着され加熱される。ノズル４２は、マスキング部材１３の穴１３ａに向かって電極インクを塗布する。穴１３ａは所望の形状に形成されているので、所望の形状の燃料電極を電解質膜１１の第二面１１ｂ上に容易に形成することができる。
【００３６】
マスキング部材１３は、案内ローラ６６を介して上方の巻取り心棒６８に巻き取られる。これによって、マスキング部材１３が電解質膜１１から剥離される。
電解質膜１１に塗布された電極インクは、乾燥により電解質膜１１に固着される。また、真空室を通して乾燥させたり、熱風により加熱したり、加熱ローラを介して加熱したりして電極インクを電解質膜１１に固着してもよい。
【００３７】
電解質膜１１は、巻取り心棒７０に巻き取られる。あるいは、電解質膜１１は、裁断装置（不図示）へ搬送されて所望の大きさに裁断されて、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにされる。このようにして、電解質膜１１に燃料電極（アノード）と空気電極(カソード)が形成された燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーとなる。
このようにして製造した燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を使用して燃料電池を製造する。
【実施例２】
【００３８】
実施例１においては、電解質膜の両面にマスキング部材を貼り付けた例を示したが、以下の実施例２においては、電解質膜の片面のみにマスキング部材を貼り付けた例を示す。
【００３９】
（電解質膜複合体）
図７は、本発明による電解質膜複合体１０１の斜視図である。図８は、電解質膜複合体１０１の分解図である。
電解質膜複合体１０１は、電解質膜１１１と、電解質膜１１１の第一面１１１ａに貼り付けられたマスキング部材１１２とからなる。マスキング部材１１２には、所定の形状の複数の穴１１２ａが設けられている。複数の穴１１２ａは、燃料電池の燃料電極を形成するために設けられている。マスキング部材１１２の厚さは、燃料電極の厚さとほぼ同じかそれよりも大きい。
【００４０】
マスキング部材１１２は、電解質膜１１１から引き剥がすことができるように電解質膜１１１に貼り付けられている。引き剥がす際に、電解質膜１１１を傷つけることがないようにマスキング部材１１２は、微粘着剤で電解質膜１１１に貼り付けられている。あるいは、マスキング部材１１２は、接着剤を使わずに付着する特性を有する自己粘着性フィルムであるとよく、該自己粘着性フィルムを電解質膜１１１に貼り付けてもよい。
【００４１】
（保管方法）
図３に示した実施例１と同様に、電解質膜複合体１０１をロール状に巻いてロールストックとし、該ロールストックを気体遮断性包装材で包んで、電解質膜複合体１０１を保管する。マスキング部材１１２が外側になるように、電解質膜複合体１０１を巻くとよい。
【００４２】
別な保管方法として、電解質膜複合体１０１の一面にガスバリヤ性シート１１４を貼り付けてもよい。図９は、電解質膜複合体１０１の電解質膜１１１の第二面１１１ｂにガスバリヤ性シート１１４を貼り付けたものを示す図である。ガスバリヤ性シート１１４は、電解質膜１１１に微粘着剤で引き剥がし可能に貼り付けられている。微粘着剤の代わりに、接着剤を使用したり、ベルクロ（登録商標）のような機能を表面にもたせたりして、貼り付けてもよい。なお、ガスバリヤ性シート１１４が自己粘着性を有する材料からなる場合には、接着剤等を使用せずにガスバリヤ性シート１１４を電解質膜１１１に貼り付けることができる。図１０は、電解質膜複合体１０１のマスキング部材１１２にガスバリヤ性シート１１４を貼り付けたものを示す図である。
【００４３】
ガスバリヤ性シート１１４を電解質膜複合体１０１の両面にそれぞれ貼り付けてもよい。すなわち、電解質膜１１１とマスキング部材１１２のそれぞれにガスバリヤ性シート１１４を貼り付けてもよい。
【００４４】
図５に示した実施例１と同様に、ガスバリヤ性シート１１４が外側になるように、電解質膜複合体１０１を巻くことにより、ガスバリヤ性シート１１４により電解質膜複合体１０１が取り囲まれる。これによって、気体遮蔽材で包装しなくても、気体遮蔽された電解質膜複合体１０１のロールストックとすることができる。なお、さらに、気体遮蔽材の包装材で包装すれば、気体遮蔽性能を向上することができる。
【００４５】
（燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法）
図１１及び図１２は、電解質膜複合体１０１に電極インクを塗布する塗布装置１３０の概略構成図である。
電解質膜１１の一方の面に電極を形成する。
塗布装置１３０は、駆動ローラ１３４と、従動ローラ１３６と、駆動ローラ１３４及び従動ローラ１３６に張設されたスクリーンベルト（循環移動体）１３８と、真空吸着及び加熱装置１４０と、電極インクを塗布するノズル１４２とを有する。駆動ローラ１３４が矢印Ａで示す時計回り方向に回転することにより、スクリーンベルト１３８が矢印Ｂで示す時計回り方向に回転する。
【００４６】
スクリーンベルト１３８の上には、下敷きウェブ１４４が配置されている。下敷きウェブ１４４は、紙などの通気性のある材料からなる。下敷きウェブ１４４は、巻取り心棒１４６から矢印Ｅで示す方向に引き出されて、スクリーンベルト１３８に吸着されて矢印Ｂで示す方向に搬送され、巻取り心棒１４８に巻き取られる。
【００４７】
電解質膜複合体１０１のロールストック１５０は、塗布装置１３０の巻取り心棒１５２に回転可能に装着される。電解質膜複合体１０１にガスバリヤ性シート１１４が貼り付けられていない場合には、図１１に示すように、電解質膜複合体１０１のロールストック１５０を矢印Ｊで示す時計回り方向に回転することにより電解質膜複合体１０１が引き出されるように、ロールストック１５０を巻取り心棒１５２に装着する。巻取り心棒１５２から、電解質膜複合体１０１が矢印Ｇで示す方向に引き出される。電解質膜複合体１０１は、下敷きウェブ１４４の上に吸着されて、スクリーンベルト１３８により矢印Ｂで示す方向に搬送される。
【００４８】
ここで、電解質膜複合体１０１のマスキング部材１１２にガスバリヤ性シート１１４が貼り付けられている場合には、図１１に示すように、電解質膜複合体１０１のロールストック１５０を矢印Ｊで示す時計回り方向に回転することにより電解質膜複合体１０１が引き出されるように、ロールストック１５０を巻取り心棒１５２に装着する。ガスバリヤ性シート１１４がロールストック１５０の外側になるように電解質膜複合体１０１が巻かれているからである。すなわち、上からガスバリヤ性シート１１４、マスキング部材１１２、電解質膜１１１の順に配置されるように、ロールストック１５０を塗布装置１３０に装着する。そして、案内ローラ１５４を介してガスバリヤ性シート１１４を上方の巻取り心棒１５６に巻き取る。これによって、ガスバリヤ性シート１１４が電解質膜複合体１０１から上方へ剥離される。
【００４９】
一方、電解質膜複合体１０１の電解質膜１１１にガスバリヤ性シート１１４が貼り付けられている場合には、図１２に示すように、電解質膜複合体１０１のロールストック１５０を矢印Ｋで示す反時計回り方向に回転することにより電解質膜複合体１０１が引き出されるように、ロールストック１５０を巻取り心棒１５２に装着する。ガスバリヤ性シート１１４がロールストック１５０の外側になるように電解質膜複合体１０１が巻かれているからである。すなわち、上からマスキング部材１１２、電解質膜１１１、ガスバリヤ性シート１１４の順に配置されるように、ロールストック１５０を塗布装置１３０に装着する。そして、案内ローラ１８０を介してガスバリヤ性シート１１４を下方の巻取り心棒１８２に巻き取る。これによって、ガスバリヤ性シート１１４が電解質膜複合体１０１から下方へ剥離される。
【００５０】
電解質膜複合体１０１及び下敷きウェブ１４４は、真空吸着及び加熱装置１４０によりスクリーンベルト１３８に吸着され加熱される。ノズル１４２は、電解質膜複合体１０１のマスキング部材１１２の穴１１２ａを通して電解質膜１１１に電極インクを塗布する。穴１１２ａは所望の形状に形成されているので、所望の形状の燃料電極を電解質膜１１１の第一面１１１ａ上に容易に形成することができる。本発明においては、電解質膜複合体１０１にマスキング部材１１２がすでに貼り合わせてあるので、マスキング部材を別に用意する必要がなく、製造工程を簡略化することができる。また、マスキング部材１１２が電解質膜１１１に自着又は微粘着剤で貼り付けられているので、マスキング部材１１２が浮き上がることがない。したがって、マスキング部材１１２と電解質膜１１１との間に電極インクが染み込んで電極形状が不良になることを防止できる。
【００５１】
マスキング部材１１２は、案内ローラ１５８を介して上方の巻取り心棒１６０に巻き取られる。これによって、マスキング部材１１２が電解質膜１１１から剥離される。なお、マスキング部材１１２は、最終工程で剥離されてもよい。
電解質膜１１１に塗布された電極インクは、乾燥により電解質膜１１１に固着される。また、真空室を通して乾燥させたり、熱風により加熱したり、加熱ローラを介して加熱したりして電極インクを電解質膜１１１に固着してもよい。なお、固着工程は、最終工程で行ってもよい。
電解質膜１１１は、巻取り心棒１７０に巻き取られる。あるいは、電解質膜１１１は、裁断装置（不図示）へ搬送されて所望の大きさに裁断されて、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーにされる。
このようにして製造した燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を使用して燃料電池を製造する。
【実施例３】
【００５２】
（電解質膜複合体の製造方法）
図１３は、電解質膜複合体の製造方法を説明する図である。
図１３において、マスキング部材のロール２１０からマスキング部材２１２を引き出しながら、打ち抜き用ポンチ２２０で所望の形状の穴２１２ａを打ち抜く。穴２１２ａが打ち抜かれたマスキング部材２１２にスロットノズル２３０で穴２１２ａを除いて微粘着剤２３５を塗布する。電解質膜のロール２４０から電解質膜２１１を引き出し、一対の押圧ロール２５０で電解質膜２１１とマスキング部材２１２とを貼り合せる。このようにして、電解質膜複合体２０１を製造する。
なお、マスキング部材２１２が自己粘着性の材料からなるときは、スロットノズル２３０による接着剤の塗布工程は不要になる。
【００５３】
図１４は、電解質膜複合体の別の製造方法を説明する図である。
図１４において、電解質膜のロール３４０から電解質膜３１１を引き出しながら、スロットノズル３３０で所望の形状に対応する部分３１５を除いて微粘着剤３３５を塗布する。マスキング部材のロール３１０からマスキング部材３１２を引き出し、一対の押圧ロール３５０で電解質膜３１１とマスキング部材３１２とを貼り合せる。微粘着剤が塗布されていない部分に対応して、打ち抜き用ポンチ３２０で所望の形状にマスキング部材３１２を打ち抜く。このとき、電解質膜３１１は打ち抜かないように打ち抜き用ポンチ３２０が調整されている。マスキング部材３１２が曲率の大きい小径ローラ３６０に巻きつくと、自己分離作用により打ち抜き片３１２ｂが分離され、これをスクレーパ３７０ですくい上げてはがす。このようにして、電解質膜複合体３０１を製造する。
【実施例４】
【００５４】
（燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法）
実施例１および実施例２においては、電極インクを電解質膜に塗布することにより、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造した。実施例４においては、粉末状の電極材料を使用して、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を製造する。
【００５５】
図１５は、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を製造するために、電解質膜複合体に粉末状の電極材料を塗布すなわち充填する充填装置の概略断面図である。
充填装置５００は、粉末状の電極材料を収容する容器５０２と、容器５０２内に設けられた一対のブラシローラ５０４、５０５とからなる。
電解質膜６０１と電解質膜６０１の両面に貼り付けられたマスキング部材６０２，６０３とからなる電解質膜複合体６１０は、容器５０２の開口５０２ａを通って矢印Ｘで示す鉛直上方に搬送される。マスキング部材６０２、６０３には、所望の形状の穴６０２ａ、６０３ａがくりぬかれている。
電解質膜６０１が容器５０２内を通過するときにブラシローラ５０４、５０５により、粉末状の電極材料がマスキング部材６０２，６０３の穴６０２ａ、６０３ａに塗布すなわち充填される。これによって、電解質膜６０１に所望形状の電極を形成することができる。
なお、本実施例においては、塗布(又は充填)手段としてブラシローラ５０４、５０５を使用しているが、本発明は、ブラシローラに代えて通常のローラで押し込むようにしてもよい。また、ゴムローラや樹脂製ローラを使用して、静電気力で粉末状の電極材料をマスキング部材６０２、６０３の穴６０２ａ、６０３ａを通して電解質膜６０１に吸着させてもよい。さらに充填のかわりに一般塗装用粉体スプレイガンでの塗布や、ロータリースクリーン法でのスキージーによる塗布、あるいはそれらに静電気を付与するなど塗布や充填の種類、方法を限定するものではない。
【００５６】
充填装置５００は、ブラシローラ５０４、５０５の矢印Ｘで示す搬送方向の下流側にスキージ５０６を設けていてもよい。スキージ５０６は、マスキング部材６０２、６０３の表面に付着した粉末状の電極材料を除いたり、穴６０２ａ、６０３ａに充填された粉末状の電極材料をならしたりする均し部材として作用する。スキージ５０６を設けることにより、余分な電極材料を掻き落とすことができる。なお、スキージ５０６は、図１５に示した板状部材に限らず、ロール状部材やブラシ状部材であってもよい。
【００５７】
充填装置５００は、ブラシローラ５０４、５０５の矢印Ｘで示す搬送方向の下流側に押圧ローラ５０８を設けていてもよい。押圧ローラ５０８は、穴６０２ａ、６０３ａに充填された粉末状の電極材料Ｐのかさ密度を高めるために、電解質膜複合体６１０を押圧する。粉末状の電極材料Ｐは空気を含んでいるため、ブラシローラ５０４、５０５で穴６０２ａ、６０３ａに充填された粉末状の電極材料のかさ密度は低い。そこで、押圧ローラ５０８により穴６０２ａ、６０３ａに充填された粉末状の電極材料Ｐを押圧することによりかさ密度を所定の密度まで高める。
【００５８】
ところで、スキージ５０６及び押圧ローラ５０８の代わりに、図１６に示すような押圧及び真空回収装置５５０を設けてもよい。押圧及び真空回収装置５５０は、押圧及び駆動ローラ５５２と、テンションローラ５５４と、従動ローラ５５６と、これらのローラ５５２，５５４，５５６に張り渡されたベルト５５８とからなる。ベルト５５８は、押圧及び駆動ローラ５５２により矢印Ｙで示す方向に駆動される。
図１７は、ベルト５５８の平面図である。図１８は、ベルト５５８の側面図である。ベルト５５８は、マスキング部材６０２，６０３の所望形状の穴６０２ａ、６０３ａと相補的な形状の穴５５８ａを有している。すなわち、ベルト５５８は、穴６０２ａ、６０３ａに対応する対応部分５５８ｂと、両端部分５５８ｃと、対応部分５５８ｂと両端部分５５８ｃとを接続する第一接続部５５８ｄと、隣接する対応部分５５８ｂを接続する第二接続部分５５８ｅとからなる。ベルト５５８は、対応部分５５８ｂがマスキング部材６０２、６０３の穴６０２ａ、６０３ａと一致するように、電解質膜複合体６１０と同期して矢印Ｙで示す方向に移動する。対応部分５５８ｂが穴６０２ａ、６０３ａに充填された粉末状の電極材料に接触しているときに、ベルト５５８の両端部分５５８ｃ、第一接続部５５８ｄ、及び第二接続部分５５８ｅは、マスキング部材６０２、６０３の表面から離れて隙間を形成している。マスキング部材６０２、６０３と対向しているベルト５５８の反対側に真空室５６０が設けられている。真空室５６０は、マスキング部材６０２、６０３の表面に付着している余分な粉末状の電極材料Ｐｓを真空力で吸引して回収容器（不図示）に回収する。このとき、マスキング部材６０２、６０３の穴６０２ａ、６０３ａに充填されている粉末状の電極材料Ｐは、ベルト５５８の対応部分５５８ｂにより覆われているので、真空力により吸い出されることはない。押圧及び駆動ローラ５５２は、ベルト５５８を電解質膜複合体６１０に対して押圧し、それによって穴６０２ａ、６０３ａに充填されている粉末状の電極材料Ｐが押圧されて、粉末状の電極材料Ｐのかさ密度を高めることができる。
【００５９】
充填装置５００は、粉末状の電極材料を収容する容器５０２に振動装置５７０を設けていてもよい。ブラシローラ５０４、５０５が粉末状の電極材料をマスキング部材６０２，６０３の穴６０２ａ、６０３ａに塗布すなわち充填する際に、振動装置５７０が容器５０２を振動させることにより、穴６０２ａ、６０３ａに充填される粉末状の電極材料のかさ密度を高くすることができる。
【００６０】
充填装置５００は、マスキング部材６０２，６０３の穴６０２ａ、６０３ａに粉末状の電極材料を真空下で塗布すなわち充填するために、真空室５８０を設けている。真空室５８０は、少なくともブラシロール５０４，５０５を含んでいる。真空室５８０は、容器５０２を含んでいてもよい。真空室５８０は、スキージ５０６を含んでいてもよい。真空室５８０は、さらに、押圧ローラ５０８を含んでいてもよい。真空室５８０は、回収室５８２及びフィルタ５８４を介して真空ポンプ５８６に接続されている。真空室５８０は、粉末状の電極材料の充填工程で周囲に飛散した粉末状の電極材料を回収することができる。
真空室の真空度を特に問うものではないが、例えば比較的安価な真空ポンプでつくりだせる１乃至４０ｋPaの真空度を持った真空室では粉末状の電極材料のかさ密度を高くして充填するばかりでなく、酸素濃度を極めて低く保持できるので、電極材料のような引火しやすかったり、発火しやすい材料に対して極めて有効である。
【００６１】
必要に応じて、充填装置５００は、ブラシロール５０４，５０５による充填工程を繰り返し行ってもよい。あるいは、スキージ５０６による均し工程と、充填工程とを繰り返し行ってもよい。あるいは、押圧ローラ５０８による押圧工程と、均し工程と、充填工程とを繰り返し行ってもよい。
【００６２】
充填装置５００から出てきた電解質膜複合体６１０は、固着部（不図示）へ送られる。固着部では、加熱圧力ローラにより粉末状の電極材料を加熱及び圧着して電解質膜６０１に固着する。この固着工程は、マスキング部材６０２，６０３を剥がした後に行われる。あるいは、マスキング部材６０２，６０３を剥がす前に固着工程を行ってもよい。このようにして、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）が製造される。
このようにして製造した燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を使用して燃料電池を製造する。
なお、実施例４においては、固着部（不図示）を真空室５８０の外に配置したが、固着部を真空室５８０の内部に配置していもよい。
【実施例５】
【００６３】
（燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法）
実施例４においては、マスキング部材が積層された電解質膜複合体に粉末状の電極材料を塗布すなわち充填して、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を製造した。実施例５においては、マスキング部材が積層されていない電解質膜に粉末状の電極材料を塗布すなわち充填して、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を製造する。
【００６４】
図１９は、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を製造するために電解質膜に粉末状の電極材料を塗布すなわち充填する充填装置の概略断面図である。
充填装置７００は、粉末状の電極材料を収容する容器７０２と、容器７０２内に設けられた一対のブラシローラ７０４、７０５と、マスキング装置７５０とからなる。
マスキング部材７５０は、押圧及び駆動ローラ７５２と、テンションローラ７５４と、従動ローラ７５６、７５７と、これらのローラ７５２，７５４，７５６、７５７に張り渡されたマスキングベルト７５８とからなる。マスキングベルト７５８は、押圧及び駆動ローラ７５２により矢印Ｎで示す方向に駆動される。マスキングベルト７５８は、燃料電極（アノード）と空気電極(カソード)を形成するために、穴７５８ａがくりぬかれている。
【００６５】
電解質膜８０１は、二つのマスキングベルト７５８の間に挟まれて、容器７０２の開口７０２ａを通って矢印Ｍで示す鉛直上方に搬送される。二つのマスキングベルト７５８の間に挟まれた電解質膜８０１が容器７０２内を通過するときにブラシローラ７０４、７０５により、粉末状の電極材料がマスキングベルト７５８の穴７５８ａに塗布すなわち充填される。これによって、電解質膜８０１に所望形状の電極を形成することができる。
なお、本実施例においては、塗布(又は充填)手段としてブラシローラ７０４、７０５を使用しているが、本発明は、ブラシローラに代えて通常のローラで押し込むようにしてもよい。また、ゴムローラや樹脂製ローラを使用して、静電気力で粉末状の電極材料をマスキングベルト７５８の穴７５８ａを通して電解質膜８０１に吸着させてもよい。
さらに充填のかわりに一般塗装用の粉体スプレイガンで塗布や、ロータリースクリーン法のスキージーによる塗布、あるいはそれらに静電気を付与させたものなど、塗布や充填の方法、種類を限定するものではない。
【００６６】
充填装置７００は、ブラシローラ７０４、７０５の矢印Ｍで示す搬送方向の下流側にスキージ７０６を設けていてもよい。スキージ７０６は、マスキングベルト７５８の表面に付着した粉末状の電極材料を除いたり、穴７５８ａに充填された粉末状の電極材料をならしたりする均し部材として作用する。スキージ７０６を設けることにより、余分な電極材料を掻き落とすことができる。なお、スキージ７０６は、図１９に示した板状部材に限らず、ロール状部材やブラシ状部材であってもよい。
【００６７】
押圧及び駆動ローラ７５２は、マスキングベルト７５８を電解質膜８０１に対して押圧し、それによって穴７５８ａに充填されている粉末状の電極材料Ｐが押圧されて、粉末状の電極材料Ｐのかさ密度を高めることができる。
【００６８】
充填装置７００は、粉末状の電極材料を収容する容器７０２に振動装置７７０を設けていてもよい。ブラシローラ７０４、７０５が粉末状の電極材料をマスキングベルト７５８の穴７５８ａに塗布すなわち充填する際に、振動装置７７０が容器７０２を振動させることにより、穴７５８ａに充填される粉末状の電極材料のかさ密度を高くすることができる。
【００６９】
押圧及び駆動ローラ７５２の下流側で、マスキングベルト７５８は電解質膜８０１から離れる。電解質膜８０１の上には、所望形状の粉末状の電極材料Ｐが付着している。粉末状の電極材料Ｐは、一対の加熱圧力ローラ７７５により加熱及び圧着されて電解質膜８０１に固着する。このようにして、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）が製造される。
このようにして製造した燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を使用して燃料電池を製造する。
【００７０】
充填装置７００は、マスキングベルト７５８の穴７５８ａに粉末状の電極材料を真空下で塗布すなわち充填するために、真空室７８０を設けている。真空室７８０内には、ブラシロール７０４，７０５、容器７０２、スキージ７０６、マスキング装置７５０、及び加熱圧力ローラ７７５が設けられている。加熱圧力ローラ７７５は、真空室７８０の外に設けてもよい。真空室７８０は、回収室７８２及びフィルタ７８４を介して真空ポンプ７８６に接続されている。真空室７８０は、粉末状の電極材料の充填工程で周囲に飛散した粉末状の電極材料を回収することができる。
【００７１】
必要に応じて、充填装置７００は、ブラシロール７０４，７０５による充填工程を繰り返し行ってもよい。あるいは、スキージ７０６による均し工程と、充填工程とを繰り返し行ってもよい。また、スキージ７０６の下流側に、押圧ローラ（不図示）を追加してもよい。押圧ローラによる押圧工程と、均し工程と、充填工程とを繰り返し行ってもよい。
【実施例６】
【００７２】
（燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法）
実施例６においては、マスキング部材が積層されていない電解質膜に粉末状の電極材料を塗布すなわち充填して、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を製造する。
【００７３】
図２０は、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を製造するために電解質膜に粉末状の電極材料を塗布する塗布装置の概略断面図である。
塗布装置９００は、特許文献５の図３に示されている塗布装置とすることが望ましい。
塗布装置９００は、粉末状の電極材料を収容するホッパー９０２と、ホッパー９０２内に配置された回転ブラシ９０４と、所望の電極形状の穴９０６ａがくりぬかれた中空ロール９０６と、中空ロール９０６の内側に設けられたスクリーン９０８と、スクリーン９０８の内側に配置された圧縮ガス用スリットノズル９１０とからなる。スクリーン９０８は、粉末状の電極材料の粒径よりも小さい目を有する。スクリーン９０８の外形は中空ロール９０６の内径とほぼ等しく、スクリーン９０８は中空ロール９０６に取り付けられて一緒に矢印Ｓで示す方向に回転する。
【００７４】
ホッパー９０２内の粉末状の電極材料Ｐは、回転ブラシ９０４により中空ロール９０６に設けられた穴９０６ａに充填される。粉末状の電極材料Ｐは、ホッパー９０２の吸引口９０２ａからの吸引Ｖにより安定した充填が行われる。吸引口９０２ａから吸引された粉末状の電極材料は、ホッパー９０２へ戻して循環させるとよい。
【００７５】
穴９０６ａに粉末状の電極材料Ｐを充填した中空ロール９０６は、矢印Ｓで示す方向に回転する。電解質膜９５１は、矢印Ｓ１で示す方向に搬送される。中空ロール９０６は、搬送される電解質膜９５１と対向して配置されている。電解質膜９５１と対向する中空ロール９０６の反対側に圧縮ガス用スリットノズル９１０が設けられている。穴９０６ａに充填された粉末状の電極材料Ｐが圧縮ガス用スリットノズル９１０に到達すると、圧縮ガス用スリットノズル９１０から噴出される圧縮ガスにより、粉末状の電極材料Ｐが電解質膜９５１に塗布される。穴９０６ａが所望の電極形状に形成されているので、電解質膜９５１上に塗布された粉末状の電極材料Ｐは所望の電極形状を有する。電解質膜９５１は、矢印Ｓ１で示す方向に搬送されて、下流側の一対の加熱圧力ローラ９１２の間に挟まれて、熱及び圧力を与えられ、粉末状の電極材料Ｐが電解質膜９５１に固着される。このようにして、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）が製造される。
このようにして製造した燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー（MEA）を使用して燃料電池を製造する。
【００７６】
なお、塗布装置９００は、低圧室９２０を設けていてもよい。低圧室９２０に回収装置を設ければ、低圧室９２０内で塗布作業を行うことにより、周囲に飛散した粉末状の電極材料を回収することができる。
【実施例７】
【００７７】
（燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法）
実施例７は、電極インクの塗布すなわち充填と、粉末状の電極材料の塗布すなわち充填とを組み合わせたものである。
図２１は、電極インクＥＩと粉末状の電極材料Ｐとを積層して塗布した例を示す図である。電解質膜複合体１００１は、電解質膜１００２と、電解質膜１００２に積層されたマスキング部材１００３とからなる。マスキング部材１００３には、所望の電極形状にくりぬかれた穴１００３ａが形成されている。
穴１００３ａに、前記した充填装置により、電極インクＥＩを充填し、次に粉末状の電極材料Ｐを充填し、その次に電極インクＥＩを充填することにより、電極インクＥＩと粉末状の電極材料Ｐとの積層体からなる電極を容易に製造することができる。
尚、電極インク、粉末状電極材料の種類、積層の順序、積層の手段を特に問うものでなく、それらを混合させながら塗布する方法まで含まれるものとする。
【００７８】
なお、本発明においては、電解質膜について説明したが、本発明をガス拡散層（ＧＤＬ）や間接転写フィルムとして用いられるPTFEや剥離しやすいように処理したPET、PPなどの片面に穴のあいたマスキング部材を積層し、電極インクなどを塗布する方法についても適用することができる。すなわち、本発明の電解質膜をガス拡散層や間接転写フィルムに代えたものも本発明の範囲に属する。
【００７９】
以上、本発明によれば、所望するパターンの電極を高品質のもと、高効率の生産性をもって製造するための電解質膜、電解質膜複合体、電解質膜複合体の製造方法、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリー、及び燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーの製造方法を提供することができる。
本発明によれば、電解質膜とマスキング部材との間に隙間ができず、所望の形状の電極を精度よく形成することができる。
また、マスキング部材を別に塗布装置に装填する必要がなくなり、本発明による電解質膜を塗布装置に装填するだけで、所望する形状（パターン）の電極を精度よく製造することができる。
さらに、本発明によれば、マスキング部材に付着し乾燥した電極インク又は／及び粉末状の電極材料は、マスキング部材と一緒に巻き取られるので、巻き取ったマスキング部材を、触媒メーカーに輸送して白金の再利用が行われる。しがたって、マスキング部材を清掃するための洗浄溶媒や清掃工程を不要にすることができる。
【００８０】
本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく、その特徴事項から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明による電解質膜複合体１の斜視図。
【図２】電解質膜複合体１の分解図。
【図３】ロール状に巻かれた電解質膜複合体１が包装材２０で包まれている状態を示す図。
【図４】電解質膜複合体１の一面にガスバリヤ性シート１４を貼り付けたものを示す図。
【図５】ガスバリヤ性シート１４が外側になるように、電解質膜複合体１を巻いた状態を示す図。
【図６】電解質膜複合体１に電極インクを塗布する塗布装置３０の概略構成図。
【図７】本発明による電解質膜複合体１０１の斜視図。
【図８】電解質膜複合体１０１の分解図。
【図９】電解質膜複合体１０１の電解質膜１１１の第二面１１１ｂにガスバリヤ性シート１１４を貼り付けたものを示す図。
【図１０】電解質膜複合体１０１のマスキング部材１１２にガスバリヤ性シート１１４を貼り付けたものを示す図。
【図１１】電解質膜複合体１０１に電極インクを塗布する塗布装置１３０の概略構成図。
【図１２】電解質膜複合体１０１に電極インクを塗布する塗布装置１３０の概略構成図。
【図１３】電解質膜複合体の製造方法を説明する図。
【図１４】電解質膜複合体の別の製造方法を説明する図。
【図１５】電解質膜複合体に粉末状の電極材料を塗布すなわち充填する装置の概略断面図。
【図１６】押圧及び真空回収装置５５０を示す図。
【図１７】ベルト５５８の平面図。
【図１８】ベルト５５８の側面図。
【図１９】電解質膜に粉末状の電極材料を塗布すなわち充填する充填装置の概略断面図。
【図２０】電解質膜に粉末状の電極材料を塗布する塗布装置の概略断面図。
【図２１】電極インクＥＩと粉末状の電極材料Ｐとを積層して塗布した例を示す図。
【符号の説明】
【００８２】
１、１０１        電解質膜複合体
１１、１１１            電解質膜
１２、１３、１１２    マスキング部材
１２ａ、１３ａ、１１２ａ穴
１４、１１４            ガスバリヤ性シート
３０、１３０            塗布装置
５０、１５０            ロールストック
５００、７００、９００  充填装置
Ｐ                  粉末状の電極材料
【図１】
0004737924.tif 000002
【図２】
0004737924.tif 000003
【図３】
0004737924.tif 000004
【図４】
0004737924.tif 000005
【図５】
0004737924.tif 000006
【図６】
0004737924.tif 000007
【図７】
0004737924.tif 000008
【図８】
0004737924.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004737924.tif 000011
【図１１】
0004737924.tif 000012
【図１２】
0004737924.tif 000013
【図１３】
0004737924.tif 000014
【図１４】
0004737924.tif 000015
【図１５】
0004737924.tif 000016
【図１６】
0004737924.tif 000017
【図１７】
0004737924.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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