(57)【要約】【課題】より改善された平坦化多孔性シート製造方法およびこれを提供する多孔性シート平坦化装置を提供する。【解決手段】ＰＥＭ１０が有孔性冶具２０に載せられる。真上から押圧冶具４０がＰＥＭ１０を押圧する。押圧後、バキューム６０が中央部から外縁部へと吸着しながら移動し、押圧冶具４０と固定冶具５０とを吸着して、ＰＥＭ１０を押圧する。中央部から外縁部へと吸着しながら徐々に押圧冶具４０を吸着していくのでＰＥＭ１０に皺が生じることを防止できる。このように吸着してＰＥＭ１０を平坦化すると、バキューム６０は吸引を停止する。押圧冶具４０は吸着を解除され、元の屈曲した形状へと戻る。固定冶具５０は金属板部４２から剥がれ、そのノッチ２７が有孔性冶具２０と強く結合する。固定冶具５０は有孔性冶具と結合した状態で、ＰＥＭ１０の端部を固定し、平坦化された状態を維持できる。【選択図】図１
2005150035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性シートを平坦化する多孔性シート平坦化装置であって、
多孔性シートをセットする複数の空孔を有する有空孔性冶具と、
この有空孔性冶具にセットされた多孔性シートを押圧して密閉状態とするソリッド状の押圧冶具と、
前記有空孔性冶具の背面に設けられ、前記多孔性シートと前記押圧冶具を吸引する吸引手段と、
を有する多孔性シート平坦化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多孔性シート平坦化装置であって、
さらに、
前記吸引手段を前記有空孔性冶具の背面中央部から外縁部方向へと駆動する駆動手段を備える多孔性シート平坦化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多孔性シート平坦化装置であって、
前記押圧冶具は、
前記多孔性シートを押圧する前は屈曲した形状であり、
前記吸引手段により前記多孔性シートと前記押圧冶具が吸引されると平坦化し、
この吸引が終了すると、前記多孔性シートを押圧する前の屈曲した形状に戻る多孔性シート平坦化装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の多孔性シート平坦化装置であって、
さらに、
前記押圧冶具が前記多孔性シートの押圧を解除した後、前記多孔性シートを押さえて固定する固定冶具を備える多孔性シート平坦化装置。
【請求項５】
平坦化した多孔性シートを製造する平坦化多孔性シート製造方法であって、
多孔性シートを複数の空孔を有する有空孔性冶具にセットし、
この有空孔性冶具にセットした前記多孔性シートをソリッド状の押圧冶具で押圧して密閉状態とし、
前記有空孔性冶具の背面から前記多孔性シートと前記押圧冶具を吸引する製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の平坦化多孔性シート製造方法であって、
さらに前記吸引は、
前記多孔性シートと前記押圧冶具を前記有空孔性冶具の背面中央部から外縁部方向へと吸引する製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の平坦化多孔性シート製造方法であって、
前記押圧冶具は、
前記多孔性シートを押圧する前は屈曲した形状であり、
前記吸引手段により前記多孔性シートと前記押圧冶具が吸引されると平坦化し、
この吸引が終了すると、前記多孔性シートを押圧する前の屈曲した形状に戻る製造方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１つに記載の平坦化多孔性シート製造方法であって、
さらに、
前記押圧冶具で前記多孔性シートの押圧を解除した後、前記多孔性シートを押さえて固定する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性シート平坦化装置および平坦化多孔性シート製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔性シート、例えば燃料電池に用いられる固体高分子電解質膜や拡散層に用いられるカーボンペーパ、カーボンクロスといった多孔性シートを平坦化する技術が知られている。
【０００３】
固体高分子電解質膜（ＰＥＭ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ、以下ＰＥＭとも言う）はアノード側電極及びカソード側電極１０３と接合された膜・電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を構成する。このＭＥＡ接合の前に、ＰＥＭに白金触媒や撥水ペーストを塗布する必要がある。この白金触媒等の塗布は、均一に行う必要があり、その塗布の際には、塗布されるＰＥＭは全体に亘って平坦化されている必要がある。ＰＥＭは全体に平坦化された状態でなく全体に凹凸状に波打っているのが通常である。この全体に凹凸状に波打っている形態を解消し、ＰＥＭ全体を平坦化して、白金触媒等の塗布に適した平坦化ＰＥＭを製造する必要がある。当業者の間ではＰＥＭに平坦状の粘着性のテープシートを貼り付けし、全体に凹凸状に波打っている形態をテープの粘着力によって解消させ、ＰＥＭ全体を平坦化することとしていた。
【０００４】
なお、背景技術として以下が報告されている。下記特許文献１（特開２００３−２２８１９号公報）には、高分子電解質膜の両面にこれより小面積のカーボン電極を貼り合わせてなる膜・電極接合体をトリム対象として、高分子電解質膜の縁をトリム刃で切断する燃料電池用膜・電極接合体トリム装置において、このトリム装置は、膜・電極接合体を載せるプレス下型と、トリム刃を備えたプレス上型と、このプレス上型に昇降可能に吊した押え部材とからなり、一方のカーボン電極を吸着保持させる吸着手段を押え部材に設けたことを特徴とする装置が開示されている。プレス上型に、トリム刃と、押え部材に設けた吸着手段とを一体的に設けたことで、押え部材で高分子電解質膜を押えるとともにカーボン電極を吸着手段で吸着した状態でトリム刃で切断することができるため、高分子電解質膜の押え付け、切断、カーボン電極の吸着を一連の動作でスムーズに且つ迅速に行うことができると報告されている。
【０００５】
さらに特許文献１には、押え部材に高分子電解質膜の縁を押える押え部と、一方のカーボン電極を収納する凹部とを設け、この凹部の底面にカーボン電極を吸引する電極吸引孔を開け、押え部に高分子電解質膜を吸引する膜吸引孔を開けたので、押え部と、電極吸引孔及び膜吸引孔とで膜・電極接合体をトリム中に横ずれしないように確実に保持することができる装置が開示されている。
【０００６】
下記特許文献２（特開２００３−２２８２０号公報）、特許文献３（特開２００３−２２８３２号公報）、特許文献４（特開２００３−２２８３３号公報）にも燃料電池用膜・電極接合体トリム装置または方法において、吸着手段を利用してＭＥＡをトリム刃で切断する装置または方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２２８１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２８２０号公報
【特許文献３】特開２００３−２２８３２号公報
【特許文献４】特開２００３−２２８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、粘着性シートで、全体に凹凸状に波打っている形態のＰＥＭを全体に平坦化したのでは以下のような不具合を生じる場合がある。（１）粘着性シートには剛性がほとんどないので、ＰＥＭを粘着性シートで平坦化した場合には部分的な皺や折れが発生しやすい。（２）ＰＥＭを粘着性シートと一時的にでも接合すると粘着性シートの粘着物がＰＥＭに付着する。この付着した粘着物により、ＰＥＭが汚される場合がある。（３）平坦化後、粘着性シートとＰＥＭを剥がさなければならず、製造工程の連続化が困難となりやすい。（４）一度、平坦化に使用した粘着性シートは再度利用することが困難であり、消耗品として廃棄され、多量の廃棄物を生んでしまう原因ともなる。
【０００９】
本発明は、上記課題等に鑑みてなされたものであり、より改善された平坦化多孔性シート製造方法およびこれを提供する多孔性シート平坦化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】
【００１０】
本発明の第１の発明は、多孔性シートを平坦化する多孔性シート平坦化装置であって、多孔性シートをセットする複数の空孔を有する有空孔性冶具と、この有空孔性冶具にセットされた多孔性シートを押圧して密閉状態とするソリッド状の押圧冶具と、前記有空孔性冶具の背面に設けられ、前記多孔性シートと前記押圧冶具を吸引する吸引手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
上記装置は、さらに、前記吸引手段を前記有空孔性冶具の背面中央部から外縁部方向へと駆動する駆動手段を備えると好適である。
【００１２】
上記装置の前記押圧冶具は、前記多孔性シートを押圧する前は屈曲した形状であり、前記吸引手段により前記多孔性シートと前記押圧冶具が吸引されると平坦化し、この吸引が終了すると、前記多孔性シートを押圧する前の屈曲した形状に戻ると好適である。
【００１３】
上記装置は、さらに、前記押圧冶具が前記多孔性シートの押圧を解除した後、前記多孔性シートを押さえて固定する固定冶具を備えると好適である。
【００１４】
本発明の第２の発明は、平坦化した多孔性シートを製造する平坦化多孔性シート製造方法であって、多孔性シートを複数の空孔を有する有空孔性冶具にセットし、この有空孔性冶具にセットした前記多孔性シートをソリッド状の押圧冶具で押圧して密閉状態とし、前記有空孔性冶具の背面から前記多孔性シートと前記押圧冶具を吸引することを特徴とする。
【００１５】
上記製造方法において、さらに前記吸引は、前記多孔性シートと前記押圧冶具を前記有空孔性冶具の背面中央部から外縁部方向へと吸引すると好適である。
【００１６】
上記製造方法において、前記押圧冶具は、前記多孔性シートを押圧する前は屈曲した形状であり、前記吸引手段により前記多孔性シートと前記押圧冶具が吸引されると平坦化し、この吸引が終了すると、前記多孔性シートを押圧する前の屈曲した形状に戻ると好適である。
【００１７】
上記製造方法において、さらに、前記押圧冶具で前記多孔性シートの押圧を解除した後、前記多孔性シートを押さえて固定すると好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、より改善された平坦化多孔性シート製造方法およびこれを提供する多孔性シート平坦化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、燃料電池用ＭＥＡの部材となるＰＥＭ（多孔性シート）を、本発明の多孔性シート平坦化装置を用いて平坦化する工程について説明する。
【００２０】
「装置の全体構成」
図１〜３には本発明に係る多孔性シート平坦化装置１００の全体構成図が示される。多孔性シートであるＰＥＭ１０は、平坦でなく、全体に起伏が凹凸状に分布している。ＰＥＭ１０は複数の空孔を有する有孔性冶具２０に乗せられてセットされている。この有孔性冶具２０はセッティング装置３０にセットされる。有孔性冶具２０は貫通した空孔２２、空孔２４を有している。セットされた有孔性冶具１００上には、押圧冶具４０が配置される。押圧冶具４０は、背後に屈曲した形状を形成する金属板部４２と実際にＰＥＭ１０を押圧する押圧部４４からなる。金属板部４２の両端には同様にＰＥＭ１０を押圧する固定冶具５０が粘着されている。セッティング装置３０にセットされた有孔性冶具２０の中央部背後であって、空孔がある部分にはバキューム６０が設けられている（図１）。この有孔性冶具２０、セッティング装置３０、押圧冶具４０、固定冶具５０により系の密閉空間が形成される。密閉空間が形成された後、バキューム６０により押圧冶具４０が吸着され、押圧冶具４０によりＰＥＭ１０が押圧される。このように押圧されてＰＥＭ１０は平坦化される（図２）。バキューム６０による吸着が終了するとＰＥＭ１０の平坦化が完了し、押圧冶具４０によるＰＥＭ１０の押圧状態が解除される（図３）。このようにして、平坦化され、表面に白金触媒等を塗工可能な多孔性シートのＰＥＭを提供できる。
【００２１】
「多孔性シート（ＰＥＭ）」
ＰＥＭ１０は多孔性の枚葉の膜である。本実施形態で平坦化される前は、全体面において凹凸状に波打っている形態をし、皺などもある。ＰＥＭ１０は本実施形態で平坦化された後、撥水ペーストや白金ペースト等の燃料電池用触媒などが全体に均一に塗布される。この触媒などが均一に塗布されたＰＥＭ１０はアノード電極およびカソード電極と接合され、燃料電池用ＭＥＡが形成される。多孔性シートとしては他に拡散層の形成に用いられるカーボンクロス、カーボンペーパ等がありこれらも同様にして平坦化可能である。
【００２２】
「有孔性冶具」
ＰＥＭ１０がその上にセットされる有孔性冶具２０には、金属製の複数の空孔を有した冶具を用いる。この冶具は樹脂製等であっても良い。また、複数の空孔を有していればよく、必ずしも多孔性であることは要件ではない。本実施形態では側面図が凹状である突起部２５を有した有孔性冶具２０を用いる。押圧冶具４０で押圧して密閉状態とする時に有孔性冶具２０の凹状の両端の突起部２５と押圧冶具４０が嵌合し、有孔性冶具２０と押圧冶具４０とセッティング装置３０との密閉空間を形成する。突起部２５には固定冶具５０に備えられたノッチと嵌合できる機構を有している。
【００２３】
「押圧冶具」
ＰＥＭ１０を押圧し、有孔性冶具２０、セッティング装置３０との間に密閉空間を作成する押圧冶具４０は、金属製・樹脂製を問わずソリッド状（空孔を有しなく、密閉空間を形成できるもの）適用できる。押圧冶具４０は直接ＰＥＭ１０を押圧する押圧部４４とその背後の押圧部４４を支える金属製板の金属板部４２からなる。ＰＥＭ１０を押圧する前においては、金属板部４４は押圧部４２のみならず固定冶具５０を粘着している。ＰＥＭ１０を押圧する前は中央部４６を先端として屈曲化した形状をしている。押圧冶具４０は有孔性冶具２０とセッティング装置３０との間に密閉空間を作成し、その密閉空間で吸着手段であるバキューム６０により吸着される。この吸着により、押圧冶具４０はフラットとなる。フラットとなった押圧冶具４０はＰＥＭ１０を平坦化する。吸着が終了すると、押圧冶具４０はフラットから元の中央部４６を先端とした屈曲化した形状とされ、同時に有孔性冶具２０との密閉状態が解除される。このように屈曲化した状態に戻るために押圧冶具４０は取り外しやすいという利点等がある。またこの際に、固定冶具５０は押圧冶具から離れ、単独でＰＥＭ１０を固定する。
【００２４】
「吸着手段（バキューム）」
バキューム６０は、有孔性冶具の背後に設けられ、セッティング装置３０に付随している。押圧冶具４０と有孔性冶具２０で密閉空間が形成されると、バキューム６０は背後中央部付近の空孔２２から吸引を開始し、有孔性冶具４０を吸引することでＰＥＭ１０を平坦化する。この吸引は有孔性冶具２０の背後中央部の空孔２２から外縁部方向の空孔２４へと向かって行われる。中央部から外縁部へと向かうと効率的に皺の発生を防止できる。
【００２５】
「セッティング装置」
セッティング装置３０はバキューム６０を付随している。ＰＥＭ１０がセットされた有孔性冶具２０はセッティング装置３０に乗せられる。セッティング装置３０のバキューム６０が備えられた部分が中央部の空孔２２部分になるように有孔性冶具２０は乗せられる。セッティング装置３０にはバキューム６０を中央部から外縁部へと駆動する駆動手段が設けられている（図示せず）。
【００２６】
「固定冶具」
固定冶具５０は押圧冶具４０と共にＰＥＭ１０を押圧し、押圧冶具４０が押圧前の屈曲形状に戻った場合に、引き続き、ＰＥＭ１０を押さえる役目をする。固定冶具５０による押さえはＰＥＭ１０の端部で行うと好適である。固定冶具５０は有孔性冶具２０の凹部の突起部と嵌合するノッチ２７を備えている。押圧前、固定冶具５０は押圧冶具４０の金属板部４４に粘着されている。固定冶具５０はバキューム６０により吸着されると有孔性冶具２０とノッチを介して強く嵌合する。強く有孔性冶具２０と嵌合した固定冶具５０は押圧冶具４０が屈曲状態に戻り、取り外されると、押圧冶具４０の金属部４４から剥がれる。このようにして、固定冶具５０はＰＥＭ１０を固定し続け、平坦化された状態を維持する。端部のみを固定しているので、この工程の後の白金触媒等の塗工工程において、邪魔になりにくい。
【００２７】
「平坦化ＰＥＭの製造方法」
図１はＰＥＭ１０平坦化前の装置の図である。ＰＥＭ１０が有孔性冶具２０に載せられる。図２はＰＥＭ１０平坦化中の装置の図である。真上から押圧冶具４０がＰＥＭ１０を押圧する。押圧後、バキューム６０が中央部から外縁部へと吸着しながら移動し、押圧冶具４０と固定冶具５０とを吸着して、ＰＥＭ１０を押圧する。中央部から外縁部へと吸着しながら徐々に押圧冶具４０を吸着していくのでＰＥＭ１０に皺が生じることを防止できる。このように吸着してＰＥＭ１０を平坦化すると、バキューム６０は吸引を停止する。図３はＰＥＭ１０平坦化終了後の装置の図である。押圧冶具４０は吸着を解除され、元の屈曲した形状へと戻る。固定冶具５０は金属板部４２から剥がれ、そのノッチ２７が有孔性冶具２０と強く結合する。固定冶具５０は有孔性冶具と結合した状態で、ＰＥＭ１０の端部を固定し、平坦化された状態を維持できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、多孔性シートの平坦化が必要となる産業分野全般に利用できる。例えば燃料電池の固体高分子膜、拡散層に用いられるカーボンペーパ、カーボンクロスなどが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係るＰＥＭ平坦化前の装置図である。
【図２】本実施形態に係るＰＥＭ平坦化中の装置図である。
【図３】本実施形態に係るＰＥＭ平坦化後の装置図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ＰＥＭ（固体高分子膜）、２０  有孔性冶具、３０  セッティング装置、４０  押圧冶具、５０  固定冶具、６０  バキューム、１００  多孔性シート平坦化冶具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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