(57)【要約】【課題】燃料電池の電解質膜の両面に電極の触媒層を接合させるにあたり、触媒層の位置ずれが少なく、電解質膜よりも面積の小さい触媒層を有する接合体を容易に製造する。【解決手段】触媒層３ｂ、７ｂがフィルム状の基材３ａ、７ａの片面に形成された２枚の触媒層付きフィルム３、７を用意し、電解質膜５の両面に、触媒層付きフィルムの触媒層３ｂ、７ｂよりも小さな寸法の開口部４ａ、６ａを有するマスキングシート４、６を配置し、マスキングシート４、６をはさみ込むように、触媒層付きフィルム３、７を、その触媒層３ｂ、７ｂがマスキングシート４、６を向くように配置し、さらに、触媒層付きフィルム３、７の外側を、弾性部材２、８を介して互いに押し付けるとともに加熱して、マスキングシートの開口部４ａ、６ａのみで触媒層３ｂ、７ｂと電解質膜５とを接合して電解質膜・触媒層接合体を形成する工程を含む。【選択図】図１
2007172844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に電極の触媒層を接合させた電解質膜・触媒層接合体を有する燃料電池の製造方法において、
前記触媒層がフィルム状の基材の片面に形成された触媒層付きフィルムを2枚用意し、
前記電解質膜の両面それぞれに、前記触媒層付きフィルムの触媒層よりも小さな寸法の開口部を有するマスキングシートを配置し、これらのマスキングシートをはさみ込むように、前記触媒層付きフィルムを、その触媒層がマスキングシートを向くように配置し、
さらに、前記触媒層付きフィルムの外側を、弾性部材を介して互いに押し付けるとともに加熱して、
前記マスキングシートの開口部のみで前記触媒層と前記電解質膜とを接合して前記電解質膜・触媒層接合体を形成する工程を含む、
ことを特徴とする燃料電池製造方法。
【請求項２】
前記弾性部材は、弾性部材が少なくとも前記マスキングシートの開口部の境界に接する位置で段差を有しない部材からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池製造方法。
【請求項３】
前記電解質膜の両面に配置された前記マスキングシートの開口部の形状が互いに異なることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池製造方法。
【請求項４】
前記マスキングシートの少なくとも前記電解質膜に接する部分がフッ素樹脂を有する材料からな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燃料電池製造方法。
【請求項５】
前記電解質膜・触媒層接合体の複数個分が面方向に連続して並んで形成されるように、前記電解質膜および前記触媒層付きフィルムのそれぞれの複数個分が面方向に連続して並んだものを順次処理すること、を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池製造方法。
【請求項６】
電解質膜の両面に電極の触媒層を接合させた電解質膜・触媒層接合体を有する燃料電池の製造装置において、
開口部を有する２枚のマスキングシートで電解質膜を挟み込み、さらに、前記開口部よりも大きな触媒層がフィルム状の基材の表面に形成された触媒層付きフィルム2枚をその触媒層が内側を向くように配置して前記マスキングシートを前記触媒層付きフィルムで挟み込む重ね合わせ手段と、
前記重ね合わせ手段で重ね合わされた２枚の触媒層付きフィルムの外側から弾性部材を介して加圧するとともに加熱する加圧加熱手段と、
を有すること、を特徴とする燃料電池製造装置。
【請求項７】
前記電解質膜の複数個分が面方向に連続して並んだものを順次供給する電解質膜供給手段と、
前記触媒層付きフィルムの複数個分が面方向に連続して並んだものを順次供給する第１のフィルム供給手段と、
前記触媒層付きフィルムの複数個分が面方向に連続して並んだものを順次供給する第２のフィルム供給手段と、
をさらに有し、前記重ね合わせ手段および加圧加熱手段は、前記電解質膜・触媒層接合体の複数個分が面方向に連続して並んで形成されるように構成されていること、を特徴とする請求項６に記載の燃料電池製造装置。
【請求項８】
前記電解質膜供給手段は、前記電解質膜の複数個分が面方向に連続して並んだものを１個分ずつ断続的に順次供給するものであり、
前記第１および第２のフィルム供給手段は、前記触媒層付きフィルムの複数個分が面方向に連続して並んだものをそれぞれ１個分ずつ断続的に順次供給するものであること、を特徴とする請求項７に記載の燃料電池製造装置。
【請求項９】
前記第１および第２のフィルム供給手段が供給する触媒層付きフィルムの供給長さが、前記電解質膜供給手段が供給する電解質膜の供給長さよりも短いことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池製造装置。
【請求項１０】
前記マスキングシートは、前記電解質膜・触媒層接合体の複数個分が面方向に連続して並んだものが形成されており、このマスキングシートを順次供給するマスキングシート供給手段をさらに有すること、を特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の燃料電池製造装置。
【請求項１１】
前記加圧加熱手段はホットローラーを含み、前記加圧加熱手段は、前記マスキングシートの開口部の範囲のみで前記触媒層と前記電解質膜とを接合すること、を特徴とする請求項７に記載の燃料電池製造装置。
【請求項１２】
前記弾性部材は、弾性部材が少なくとも前記マスキングシートの開口部の境界に接する位置で段差を有しない部材からなる、ことを特徴とする請求項６ないし１１のいずれかに記載の燃料電池製造装置。
【請求項１３】
前記電解質膜の両面に配置された前記マスキングシートの開口部の形状が互いに異なることを特徴とする請求項６ないし１２のいずれかに記載の燃料電池製造装置。
【請求項１４】
前記マスキングシートの少なくとも前記電解質膜に接する部分がフッ素樹脂を有する材料からなることを特徴とする請求項６ないし１３のいずれかに記載の燃料電池製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池の製造方法およびその製造装置に関し、特に、電解質膜の両面に電極の触媒層を接合させた電解質膜・触媒層接合体を製造するための方法およびそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池では、電解質層の両面に触媒層を配置し、そこに燃料と酸化剤を供給して電気化学反応により発電する。たとえば、一般的な固体高分子型燃料電池では、イオン交換膜で形成された電解質膜の両面に白金あるいは白金化合物等からなる触媒層と多孔質カーボンペーパー等よりなる電極基材を接合あるいは密着して配置し、さらにその両側にガス供給用の通路を備えた構造をしている。
【０００３】
また、典型的な燃料電池の電解質膜と触媒層の接合体では電解質膜の両面に接合された触媒層の間を電気的に絶縁状態に保つために電解質膜に触媒層を接合した範囲の周辺に触媒層が転写されていない電解質膜の範囲が設けられている。
【０００４】
ここで、電解質膜と触媒層の接合体を製造する方法として、基材上に触媒層を形成した転写シートから触媒層を電解質膜に転写する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、電解質膜に接合される触媒層の面積を電解質膜の面積より小さくする方法としては、予め基材上に電解質膜より面積の小さい触媒層を形成した後に電解質膜に接合する方法、もしくは予め触媒層を電解質膜より小さく切断した後に電解質膜に接合する方法が知られている（たとえば、特許文献２、３、４参照）。
【特許文献１】特開平１０−６４５７４号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５０７３号公報
【特許文献３】特公平３−２９５１７１号公報
【特許文献４】特開２００４−２１４００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２による方法では、基材上に触媒層を形成する前に予め触媒の一部を基材上から除去する工程が必要であるという課題があった。また、特許文献２、３、４のいずれの方法でも、触媒層を電解質膜に転写するときに、電解質膜の両面に転写される触媒層の位置ずれを小さくすることが困難であるという課題があった。すなわち、特許文献２による方法では、基材上の触媒層の位置が精度良く形成されていないと接合後の触媒層の位置がずれてしまう。
【０００６】
また、特許文献４による方法は、触媒層の外周に沿う形の弾性材の枠を使用して触媒層転写範囲以外の部分を押えつつ、枠内に設置した触媒層を加圧する方法であるが、弾性材の枠と触媒層の外周には僅かな隙間を設ける必要があり、この隙間寸法の範囲内において電解質膜の両面に転写された触媒層の位置がずれる可能性があるとともに、触媒層を含む部材はその厚みが薄いため、容易に弾性材の枠と電解質膜の間に入り込み、位置がずれた状態で接合される場合が生じる。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであって、その目的は、触媒層の位置ずれが少なく、電解質膜よりも面積の小さい触媒層を有する電解質膜・触媒層接合体を容易に製造するための燃料電池製造方法および燃料電池製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る燃料電池製造方法は、電解質膜の両面に電極の触媒層を接合させた電解質膜・触媒層接合体を有する燃料電池の製造方法において、前記触媒層がフィルム状の基材の片面に形成された触媒層付きフィルムを２枚用意し、前記電解質膜の両面それぞれに、前記触媒層付きフィルムの触媒層よりも小さな寸法の開口部を有するマスキングシートを配置し、これらのマスキングシートをはさみ込むように、前記触媒層付きフィルムを、その触媒層がマスキングシートを向くように配置し、さらに、前記触媒層付きフィルムの外側を、弾性部材を介して互いに押し付けるとともに加熱して、前記マスキングシートの開口部のみで前記触媒層と前記電解質膜とを接合して前記電解質膜・触媒層接合体を形成する工程を含む、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池製造装置は、電解質膜の両面に電極の触媒層を接合させた電解質膜・触媒層接合体を有する燃料電池の製造装置において、開口部を有する２枚のマスキングシートで電解質膜を挟み込み、さらに、前記開口部よりも大きな触媒層がフィルム状の基材の表面に形成された触媒層付きフィルム２枚をその触媒層が内側を向くように配置して前記マスキングシートを前記触媒層付きフィルムで挟み込む重ね合わせ手段と、前記重ね合わせ手段で重ね合わされた２枚の触媒層付きフィルムの外側から弾性部材を介して加圧するとともに加熱する加圧加熱手段と、を有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、予め触媒の一部を基材上から除去した形状の触媒層付きフィルムを形成したり、接合の際に予め所定の形状に切断された触媒層を電解質膜の中央付近に位置合わせして設置するような手間をかけることなしに、電解質膜の両面に設置したマスキングシートの位置合わせを行なうことによって、触媒層の位置ずれの問題がなく、電解質膜よりも面積の小さい触媒層を有する電解質膜・触媒層接合体を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。ここで、相互に同一または類似の構成部分には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明に係る燃料電池の製造方法および製造装置の第１の実施形態を、図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明に係る燃料電池の製造方法の第１の実施形態における電解質膜・触媒層接合体の製造過程を示す模式的展開斜視図である。また図２は、図１の電解質膜・触媒層接合体の完成状態を示す横断面図である。
【００１３】
図１に示すように、第１の治具１は、水平に配置された長方形の板状部材１ａを有し、この板状部材１ａの上面に位置決め治具１０が突設されている。位置決め治具１０は、たとえば、板状部材１ａに固定された円柱状の部材であって、板状部材１ａの互いに隣接する２辺の外周近くにそれぞれ２個が配置されている。
【００１４】
板状部材１ａの上には順に、第１の弾性部材２、第１の触媒付きフィルム３、第１のマスキングシート４、電解質膜５、第２のマスキングシート６、第２の触媒付きフィルム７、第２の弾性部材８、第２の治具９が積層される。この積層に当っては、積層されるそれぞれのものの辺を位置決め治具１０に当接させることによって位置合わせをすることができる。
【００１５】
第１、第２の触媒付きフィルム３、７は、それぞれ、たとえばポリエチレンテレフタレートからなる基材３ａ、７ａの片面に触媒層３ｂ、７ｂをあらかじめ形成したものであり、触媒層３ｂ、７ｂがそれぞれ電解質膜５に面する向きに積層されている。また、第１、第２のマスキングシート４、６には、それぞれ、作成する電解質膜・触媒層接合体における触媒層の形状に相当する形状の開口部４ａ、６ａが設けられている。
【００１６】
次に、電解質膜・触媒層接合体の製造方法について説明する。触媒層は、図１の積層体を図示されない熱間プレスによって、温度８０℃〜２００℃、圧力０．５〜２０ＭＰａにて加熱および加圧することにより、触媒層３ｂ、７ｂが電解質膜５に転写される。その後、図１の積層体から、第１、第２の触媒付きフィルム３、７、第１、第２のマスキングシート４、６、および電解質膜５からなる積層部分を取り出し、電解質膜・触媒層接合体から第１、第２の触媒付きフィルム３、７の基材３ａ、７ａを剥離し、さらに第１、第２のマスキングシート４、６を電解質膜５から取り外すことで電解質膜・触媒層接合体が得られる。
【００１７】
図２は、本実施形態によって得られた電解質膜・触媒層接合体の立断面図である。ここで、第１、第２のマスキングシート４、６を介して電解質膜５に面していた触媒層の範囲では、触媒層が電解質膜５に転写されていないため、接合された触媒層３ｃ、７ｃは電解質膜５よりも面積が小さく、周辺に触媒層を有しない電解質膜の範囲５ａが得られる。また、第１、２のマスキングシート４、６をフッ素樹脂もしくは表面にフッ素樹脂層を有する材料とすることにより、電解質膜５とマスキングシート４、６の剥離が容易に行なえるとともに、マスキングシート４、６の表面に電解質層が転写されることがなくなり、マスキングシート４、６を繰り返して製造に使用することが可能となる。フッ素樹脂としては、たとえばテフロン（商標）が適している。
【００１８】
第１、第２の弾性部材２、８は、図１に示すように部材を積層したときに第１、２のマスキングシート４、６の開口部４ａ、６ａに相対する部分の厚さを、第１、２のマスキングシート４、６の開口部以外の部分４ｂ、６ｂに相対する部分の厚さより厚くすることによって、第１、２のマスキングシート４、６の有無による積層方向の厚さの段差が吸収され、全面に均一な面圧を負荷することができる。しかし、厚さ方向に段差のない形状とすれば、マスキングシート４、6に対して精細な位置合わせが不要となるので、下記のとおり、マスキングシート４、6の厚さに対して弾性部材が十分な厚さを持ち、厚さ方向に段差を有しない形状とすること望ましい。
【００１９】
すなわち、片側のマスキングシート４（６）の厚さをｔ１、そのマスキングシート４（６）に近い片側の弾性部材２（８）の厚さと縦弾性係数をそれぞれｔ２、Ｅ、触媒層３ｂ、７ｂを電解質膜５に転写させるための面圧をＰ１とすると、加熱プレス中にマスキングシート４、６に面する電解質膜５の範囲に負荷される面圧Ｐ２は、マスキングシート４、６と電解質膜５および触媒層付きフィルム３、７の面圧による厚さ方向の圧縮変形を無視すると、
Ｐ２＝Ｐ１＋Ｅ＊ｔ１／ｔ２            …（１）
と表される。
【００２０】
ここで、加熱プレス中にマスキングシート４、６に面する電解質膜５の範囲に負荷される面圧Ｐ２の最大許容値をＰｍａｘとすると、Ｐ２＜Ｐｍａｘであればよいので、（１）式より、
Ｐｍａｘ＞Ｐ２＝Ｐ１＋Ｅ＊ｔ１／ｔ２        …（２）
となり、（２）式より、次の（３）式が得られる。
【００２１】
ｔ２  ＞  ｔ１＊Ｅ／（Ｐｍａｘ−Ｐ１）        …（３）
したがって、（３）式の範囲内で弾性部材２、８の厚さを決定することによって、弾性部材２、８は厚さ方向に段差を有しない形状とすることが可能になる。
【００２２】
たとえば、弾性部材２、８として厚さが一定で、比較的熱伝達率が高く縦弾性係数Eが１００ＭＰａの膨張黒鉛シートを使用し、マスキングシート４、６としてポリイミドフィルムの両面にフッ素樹脂をコーティングした厚さｔ１が０．０２５ｍｍのシートを使用し、触媒層３ｂ、７ｂを電解質膜５に転写させるための面圧Ｐ１を３ＭＰａ、加熱プレス中にマスキングシート４、６に面する電解質膜５の範囲に負荷される面圧Ｐ２の最大許容値を４ＭＰａとする。このとき、（３）式より、
ｔ２＞ｔ１＊Ｅ／（Ｐｍａｘ−Ｐ１）＝０．０２５＊１００／（４−３）＝２．５
となり、上記の条件においては、弾性部材２、８の厚さｔ２が２．５ｍｍ以上であれば、加熱プレス中にマスキングシート４、６に面する電解質膜５の範囲に負荷される面圧Ｐ２がその最大許容値Ｐｍａｘを超えない範囲となるため、予め弾性部材２、８に段差等を設ける必要がないといえる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態では、予め触媒の一部を基材上から除去した形状の触媒層付きフィルムを形成したり、接合の際に予め所定の形状に切断された触媒層を電解質膜の中央付近に位置合わせして設置するような面倒な作業が不要で、触媒層の位置ずれがなく、電解質膜よりも面積の小さい触媒層を有する電解質膜・触媒層接合体を容易に製造することができる。また、電解質膜・触媒層接合体の接合工程において電解質の全面が加圧されているため、加熱による電解質膜の熱変形が制限され、しわの発生や寸法変化がなく安定した形状の電解質膜・触媒層接合体が得られる。
【００２４】
［第２の実施形態］
図３、図４を用いて、本発明の第２の実施形態の構成を説明する。この第２の実施形態の燃料電池の製造方法および製造装置は、第１の実施形態の変形であり、第１、第２のマスキングシート４、６の開口部４ａ、６ａを互いに異なる形状にする。その他の構成および、電解質膜・触媒層接合体の製造方法については第１の実施形態と同様である。図４は、本実施形態によって得られた電解質膜・触媒層接合体の断面図である。
【００２５】
以上のような、本実施形態では第１の実施形態と同等の効果が得られるとともに、電解質膜の両側に形状が異なる触媒層を有する電解質膜・触媒層接合体を容易に製造することができる。一般に、カソードに比べてアノードが小さいと電極の腐食が促進される傾向があるので、この実施形態によってカソードに比べてアノードを大きくしておくことにより、腐食を抑制することができる。
【００２６】
［第３の実施形態］
図５〜図７を用いて、本発明の第３の実施形態の構成を説明する。図５は、本実施形態における電解質膜と触媒層を接合するための装置と各部材の位置関係を説明するための図である。図示のように、一対の熱板１１ａ、１１ｂからなる加熱プレス機１１には、第１、第２の弾性部材２、８がそれぞれ固定されており、これらの弾性部材と相対する位置に第１、第２のマスキングシート４、６がそれぞれ間隔をおいて加熱プレス１１の開閉方向に対して平行に移動可能に支持されている。第１、第２のマスキングシート４、６には第１の実施形態のマスキングシートと同様に、それぞれ、作成する電解質膜・触媒層接合体における触媒層の形状に相当する形状の図示されない開口部が設けられている。
【００２７】
本実施形態では、電解質膜５および第１、第２のマスキングシート４、６はそれぞれ、電解質膜５および第１、第２のマスキングシート４、６が順次１個分ずつ断続的に供給されるように、面方向に連なる複数個分がテープ状になっている。また、これによって作成された電解質膜・触媒層接合体は、複数個分が面方向に並んで連なって出て行くようにテープ状に形成される。
【００２８】
電解質膜５は、電解質膜供給装置１２から第１、第２のマスキングシート４、６の間に連続的に供給されるとともに、接合後の電解質膜・触媒層接合体は接合体収納装置１３に収納される。第１、第２の触媒付きフィルム３、７は、それぞれ第１、第２の触媒層付きフィルム供給装置１４、１５から第１の弾性部材２と第１のマスキングシート４の間、および第２の弾性部材８と第２のマスキングシート６の間に連続的に供給される。また、触媒層３ｂ、７ｂが電解質膜５に転写された後の基材および電解質膜５に転写されずに基材上に残留した触媒層５は、第１、第２の触媒層付きフィルム回収装置１６、１７に回収される。
【００２９】
接合体収納装置１３に収納された電解質膜・触媒層接合体は、複数個が面方向に連続して並んだ状態であるので、その後、個々の電解質膜・触媒層接合体に切断され、その結果、図２または図４に示すような電解質膜・触媒層接合体ができる。
【００３０】
次に、電解質膜・触媒層接合体の製造方法について説明する。図５に示すように、各部材が加熱プレス機１１に供給された状態で加熱プレスの熱板１１ａ、１１ｂの両方もしくは一方が互いに近接する方向に移動する。これとともに、図６に示すように、それぞれ間隔を持って支持されている第１、第２のマスキングシート４、６が互いに位置合わせされた状態で近接させられ、さらに、第１、第２の触媒付きフィルム３、７も電解質膜５に対して互いに近接する方向に移動し、その状態で加熱および加圧される。これにより、第１の実施形態と同様の原理にて、マスキングシートの開口部４ａ、６ａの範囲に相対する部分の触媒層３ｃ、７ｃが電解質膜５に転写される。
【００３１】
その後、加熱プレス１１の熱板１１ａ、１１ｂが図５に示す状態まで戻るとともに、第１、第２のマキングシート４、６と電解質膜５と第１、第２の触媒付きフィルム３、７が互いに剥離される。また、以上の触媒層の転写工程が終了後、触媒層３ｃ、７ｃを転写された電解質膜５は電解質膜・触媒層接合体として接合体収納装置１３に収納されるとともに、新たな電解質膜の部分が電解質膜供給装置１２から加熱プレス１１に供給され、同様に、触媒層３ｃ、７ｃが電解質膜５に転写された後の基材３ａ、７ａおよび電解質膜５に転写されずに基材上に残留した触媒層３ｃ、７ｃは、第１、第２の触媒層付きフィルム回収装置１６、１７に回収されるとともに、新たな触媒層付きフィルム３、７の部分が第１、第２の触媒層付きフィルム供給装置１４、１５から加熱プレス１１に供給される。さらに、上記の接合工程および部材供給工程を連続して行なうことで、複数の電解質膜・触媒層接合体が面方向に、テープ状に連続して得られる。
【００３２】
図７は、本実施形態によって得られた電解質膜・触媒層接合体の斜視図である。ここで、第１、第２のマスキングシート４、６を介して電解質膜５に面していた触媒層の範囲では、触媒層が電解質膜５に転写されていないため、接合された触媒層３ｃ、７ｃは電解質膜５よりも面積が小さく触媒層の周辺には触媒層を有しない電解質膜の範囲５ａが得られる。さらに、触媒層の転写工程において、第１、第２のマキングシート４、６は互いに位置合わせされた状態で近接させられているので、触媒層付きフィルム３、７を加熱プレス１１に供給する際に精細な位置合わせを行なうことなしに電解質膜５の両面に転写される触媒層３ｃ、７ｃの位置ずれがない電解質膜・触媒層接合体が得られる。
【００３３】
また、第１、第２のマスキングシート４、６をフッ素樹脂もしくは表面にフッ素樹脂層を有する材料とすることにより、電解質膜５とマスキングシート４、６の剥離が容易に行なえるとともに、マスキングシート４、６の表面に電解質層が転写されることがなくなり、マスキングシート４、６を繰り返して製造に使用することが可能となる。
【００３４】
また、第１、第２の弾性部材２、８は、第１の実施形態と同様にマスキングシート４、６の厚さに対して十分な厚さを持ち、厚さ方向に段差を有しない形状とすることが望ましい。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、予め触媒の一部を基材上から除去した形状の触媒層付きフィルムを形成したり、接合の際に予め所定の形状に切断された触媒層を電解質膜の中央付近に位置合わせして設置するような面倒な作業が不要で、触媒層の位置ずれがなく、電解質膜よりも面積の小さい触媒層を有する電解質膜・触媒層接合体を容易に連続的に製造することができる。
【００３６】
［第４の実施形態］
図８、図９を用いて、本発明の第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態は、第３の実施形態の変形であって、触媒層付きフィルムの使用量を低減させるための燃料電池の製造方法である。
【００３７】
上記第３の実施形態の燃料電池の製造方法において、図５の装置にて電解質膜膜・触媒層接合体を製造する場合に、触媒層が電解質膜に転写された後の基材および電解質膜に転写されずに基材上に残留した触媒層は、第１、第２の触媒層付きフィルム回収装置１６、１７に回収されるとともに、新たな触媒層付きフィルム３、７が第１、第２の触媒層付きフィルム供給装置１４、１５から加熱プレス１１に供給される。このとき、１回の接合工程で第１、第２の弾性部材２、８に挟持され、加熱および加圧された触媒層付きフィルム３、７の範囲を次の接合には使用しないことを目的として、１回の接合工程終了後に第１の触媒層付きフィルム供給装置１４から加熱プレス１１に供給される触媒層付きフィルム３、７の全長を、第１の弾性部材２の触媒層付きフィルム送り方向の全長とほぼ同じ長さとする。
【００３８】
第３の実施形態の場合、第１の触媒層付きフィルム回収装置１６に回収される第１の触媒層付きフィルム３には、図８に示すように、触媒層が転写されない範囲３ｄが含まれている。しかし、一般に、触媒層には高価な貴金属が含まれているため、燃料電池の製造コスト低減のためには、触媒層付きフィルムの使用量を削減することが好ましい。
【００３９】
そこで、この第４の実施形態では、１回の接合工程終了後に第１の触媒層付きフィルム供給装置１４から加熱プレス１１に供給される触媒層付きフィルム３の全長を、転写される触媒層の触媒層付きフィルム送り方向の全長より僅かに長い寸法とする。この場合の第１の触媒層付きフィルム回収装置１６に回収される第１の触媒層付きフィルム３の斜視図を図９に示す。図９に示すように、触媒層付きフィルム３には触媒層が転写されない範囲３ｅが含まれているが、その面積は、図８における触媒層が転写されない範囲３ｄよりも小さくなる。したがって、同じ回数の電解質膜・触媒層接合工程に使用される触媒層転写フィルムの全長は図８の場合に比べて短くなる。なお、第２の触媒層付きフィルム７についても同様の方法で使用される触媒層転写フィルムの全長を短くできる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態では第３の実施形態と同等の効果が得られるとともに、触媒層付きフィルムの使用量を低減することができる。
【００４１】
［第５の実施形態］
図１０、図１１を用いて、本発明の第５の実施形態の構成を説明する。この第５の実施形態の燃料電池の製造方法および製造装置は、第３の実施形態の変形であるが、マスキングシート４，６を連続的に供給する点が第４の実施形態と異なる。すなわち、図５で第１、第２のマスキングシート４、６が加熱プレス１１の開閉方向に対して垂直に移動可能に支持されていたのに対し、図１０に示すこの第５の実施形態では第１、第２のマスキングシート４、６は、それぞれ、第１、第２のマスキングシート供給装置１８、１９から加熱プレス１１に連続的に供給されるとともに、第１、第２のマスキングシート回収装置２０、２１にて回収される。
【００４２】
次に、電解質膜・触媒層接合体の製造方法について説明する。図１０に示すように、電解質膜５を第１、第２のマスキングシート４、６で挟み込み、これを第１、第２の触媒層付きフィルム３、７で挟み込むようにして、加熱プレス機１１の熱板１１ａ、１１ｂの間に挟まれる位置に搬送する。このとき熱板１１ａ、１１ｂには、第１、第２の弾性部材２、８があらかじめ取り付けられている。この状態から、熱板１１ａ、１１ｂの両方もしくは一方が互いに近接する方向に移動する。これにより、第１、第２の触媒付きフィルム３、７が電解質膜５に対して近接させられ、その状態で加熱および加圧されることによって、第１の実施形態と同様の原理にて、マスキングシートの開口部４ａ、６ａの範囲に相対する部分の触媒層３ｃ、７ｃが電解質膜５に転写される。
【００４３】
その後、加熱プレス１１の熱板１１ａ、１１ｂが図１０に示す状態まで戻される。そして、第１、第２のマキングシート４、６と電解質膜５と第１、第２の触媒付きフィルム３、７が剥離され、第１、第２のマキングシート４、６は第１、第２のマスキングシート回収装置２０、２１に回収され、第１、第２の触媒層付きフィルム３、７は第１、第２の触媒層付きフィルム回収装置１６、１７に回収され、電解質膜・触媒層接合体は接合体収納装置１３に収納される。さらに、上記の接合工程および部材供給工程を連続して行なうことで電解質膜・触媒層接合体が連続して得られる。
【００４４】
第１、第２のマスキングシート４、６が加熱プレス１１に供給される際には、位置合わせ装置２２にてそれぞれの開口部４ａ、６ａを所定の位置に位置合わせされているので触媒層３ｃ、７ｃの位置ずれがなく電解質膜・触媒層接合体を製造できる。図１１はマスキングシート４、６の位置合わせ方法を説明する模擬図である。位置合わせ装置としては、たとえば、図１１に示すように、電解質膜５より外側に位置する第１、第２のマスキングシート４、６の両辺に、予め位置決め用貫通孔４ｃ、６ｃを設置しておき、各位置決め用貫通孔４ｃ、６ｃを貫通するピン２２ａを有する位置合わせ装置２２を使用することが考えられる。すなわち、ピン２２ａが位置決め用貫通孔４ｃ、６ｃを貫通した状態でピン２２ａを回転駆動することにより、第１、第２のマスキングシート４、６を搬送することができ、また、第１、第２のマスキングシート４、６によって挟まれた電解質膜５を摩擦によって、第１、第２のマスキングシート４、６とともに搬送することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、予め触媒の一部を基材上から除去した形状の触媒層付きフィルムを形成したり、接合の際に予め所定の形状に切断された触媒層を電解質膜の中央付近に位置合わせして設置するような面倒な作業が不要で、触媒層の位置ずれがなく、電解質膜よりも面積の小さい触媒層を有する電解質膜・触媒層接合体を容易に連続的に製造することができる。
【００４６】
［第６の実施形態］
図１２を用いて、本発明の第６の実施形態の構成を説明する。この第６の実施形態の燃料電池の製造方法および製造装置は、第５の実施形態の変形であって、加熱プレスの代りにホットローラー２３を使用する。図１２に示すように、ホットローラー２３の一対の加熱回転体２３ａ、２３ｂは、その外周部に弾性部材２、８が設置されており、互いに近接する方向に一定の加圧力を有するように保持されている。
【００４７】
加熱回転体２３ａ、２３ｂの間をマスキングシート４、６、触媒層付きフィルム３、７、電解質膜５が一定の速度で通過することによって、第１、第２の触媒付きフィルム３、７が電解質膜５に対して近接させられた状態で加熱および加圧され、マスキングシートの開口部４ａ、６ａの範囲に相対する部分の触媒層３ｃ、７ｃが電解質膜５に転写される。ここで、第１、第２のマスキングシート４、６がホットローラー２３に供給される際には、第５の実施形態と同様の位置合わせ装置２２にてそれぞれの開口部４ａ、６ａは所定の位置に位置合わせされているので触媒層５の位置ずれがなく電解質膜・触媒層接合体を製造できる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では第５の実施形態と同等の効果が得られる。
【００４９】
［他の実施形態］
以上種々の実施形態について説明したが、これらは単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５０】
たとえば、図１０では各部材の供給装置はロール成型された部材の送り出し装置を示しており、各部材の回収装置もロール状の巻き取り装置を示しているが、部材が連続的に供給および回収されるのであれば、その方法は本図に限定されず、たとえば、切断済みの部材を１枚ずつ搬送する搬送装置と回収装置の組合せとしてもよい。また、電解質膜・触媒層接合体の収納装置も、図示の形状の巻き取り装置ではなく、切断装置と切断後の電解質膜・触媒層接合体を収納する装置としても良い。
【００５１】
また、上記の実施形態の説明におけるマスキングシート、弾性部材、電解質膜、触媒層付きフィルムについても本発明の目的を果たすことが可能であれば上述の形状および部材に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る燃料電池の製造方法の第１の実施形態における電解質膜・触媒層接合体の製造過程を示す模式的展開斜視図である。
【図２】図１の電解質膜・触媒層接合体の完成状態を示す立断面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池の製造方法の第２の実施形態における電解質膜・触媒層接合体の製造過程を示す模式的展開斜視図である。
【図４】図３の電解質膜・触媒層接合体の完成状態を示す立断面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池の製造方法の第３の実施形態における電解質膜・触媒層接合体の製造過程を示す模式的立断面図であって、押し付け加熱を行なう前の状態を示す図である。
【図６】本発明に係る燃料電池の製造方法の第３の実施形態における電解質膜・触媒層接合体の製造過程を示す模式的立断面図であって、押し付け加熱を行なっている状態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における電解質膜・触媒層接合体を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態において回収された触媒層付きフィルムを示す斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施形態において回収された触媒層付きフィルムを示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る燃料電池の製造方法の第５の実施形態における電解質膜・触媒層接合体の製造過程を示す模式的立断面図であって、押し付け加熱を行なう前の状態を示す図である。
【図１１】本発明に係る燃料電池の製造方法の第５の実施形態において、電解質膜を２枚のマスキングシートで挟んで搬送する状況を示す模式的斜視図である。
【図１２】本発明に係る燃料電池の製造方法の第６の実施形態における電解質膜・触媒層接合体の製造過程を示す模式的立断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…第１の治具、１ａ…板状部材、２…第１の弾性部材、３…第１の触媒層付きフィルム、３ａ…第１の触媒層付きフィルムの基材、３ｂ…第１の触媒層付きフィルムの触媒層、３ｃ…第１の触媒層付きフィルムの転写された触媒層、３ｄ…第１の触媒層付きフィルムの転写されなかった触媒層、３ｅ…第１の触媒層付きフィルムの転写されなかった触媒層、４…第１のマスキングシート、４ａ…第１のマスキングシートの開口部、４ｂ…第１のマスキングシートの開口部以外の部分、４ｃ…第１のマスキングシートの位置合わせ用貫通孔、５…電解質膜、５ａ…電解質膜の触媒層が転写されていない範囲、６…第２のマスキングシート、６ａ…第２のマスキングシートの開口部、６ｂ…第２のマスキングシートの開口部以外の部分、６ｃ…第２のマスキングシートの位置合わせ用貫通孔、７…第２の触媒層付きフィルム、７ａ…第２の触媒層付きフィルムの基材、７ｂ…第２の触媒層付きフィルムの触媒層、７ｃ…第２の触媒層付きフィルムの転写された触媒層、８…第２の弾性部材、９…第２の治具、１０…位置決め治具、１１…加熱プレス機、１１ａ…加熱プレス機の熱板、１１ｂ…加熱プレス機の熱板、１２…電解質膜供給装置、１３…接合体収納装置、１４…第１の触媒層付きフィルム供給装置、１５…第２の触媒層付きフィルム供給装置、１６…第１の触媒層付きフィルム回収装置、１７…第２の触媒層付きフィルム回収装置、１８…第１のマスキングシート供給装置、１９…第２のマスキングシート供給装置、２０…第１のマスキングシート回収装置、２１…第２のマスキングシート回収装置、２２…位置合わせ装置、２２ａ…ピン、２３…ホットローラー、２３ａ…ホットローラーの加熱回転体、２３ｂ…ホットローラーの加熱回転体
【図１】
2007172844.tif 000003
【図２】
2007172844.tif 000004
【図３】
2007172844.tif 000005
【図４】
2007172844.tif 000006
【図５】
2007172844.tif 000007
【図６】
2007172844.tif 000008
【図７】
2007172844.tif 000009
【図８】
2007172844.tif 000010
【図９】
2007172844.tif 000011
【図１０】
2007172844.tif 000012
【図１１】
2007172844.tif 000013
【図１２】
2007172844.tif 000014