(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池用高分子電解質膜に対して触媒スラリーを均一にむら無く塗布すると共に触媒層に含まれる気泡を無くし且つ高分子電解質膜側の触媒濃度を大となし得る触媒塗布装置を提供する。【解決手段】固体高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布装置であって、固体高分子電解質膜を内壁面に装着させるドラム３０と、ドラム３０を、軸芯を中心として円周方向に回転させると共に軸芯に沿って上下動させる駆動手段４６と、固体高分子電解質膜が前記ドラム３０の回転による遠心力で前記ドラム３０の内壁面に貼り付くまで吸引する吸引手段３２と、ドラム３０の中心に挿入され、回転する前記ドラム３０の内壁面に装着された固体高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布手段３３とを備える。【選択図】図３
2007250539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池単セルを構成する高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布方法において、
前記高分子電解質膜をドラムの内壁面に装着させ、該ドラムを、軸芯を中心として円周方向に回転させると共に軸芯に沿って移動させながら、該ドラムの内側に挿入させた触媒塗布手段により触媒スラリーを塗布する
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒塗布方法であって、
前記高分子電解質膜は、複数枚数分のサイズとして前記ドラムの内壁面に装着させる
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の触媒塗布方法であって、
前記高分子電解質膜が前記ドラムの回転による遠心力で前記内壁面に貼り付くまで吸引手段により該高分子電解質膜を吸引保持し、遠心力で貼り付いた後は、該吸引手段による吸引を解除する
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項４】
少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の触媒塗布方法であって、
前記高分子電解質膜を前記ドラムの内壁面に装着させる前に、該内壁面に純水を塗る
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項５】
少なくとも請求項１から請求項４の何れか一つに記載の触媒塗布方法であって、
前記ドラムの内壁面には、静電防止処理及び撥水処理が施されている
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項６】
少なくとも請求項１から請求項５の何れか一つに記載の触媒塗布方法であって、
前記高分子電解質膜を前記ドラムの内壁面の一部に装着させる
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項７】
少なくとも請求項１から請求項６の何れか一つに記載の触媒塗布方法であって、
前記触媒スラリーを塗布後、前記ドラムの外側に設置させた熱源でドラムの内壁面に装着させた高分子電解質膜上の触媒スラリーを乾燥させる
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項８】
少なくとも請求項１から請求項７の何れか一つに記載の触媒塗布方法であって、
前記触媒スラリーを塗布後、触媒層が乾燥したところで切削手段にて当該触媒層の表面を削り滑らかにする
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項９】
少なくとも請求項２から請求項８の何れか一つに記載の触媒塗布方法であって、
前記触媒スラリーを塗布した後、前記複数枚数分のサイズの高分子電解質膜を電解質膜毎の大きさに切断する
ことを特徴とする触媒塗布方法。
【請求項１０】
燃料電池単セルを構成する高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布装置において、
前記高分子電解質膜を内壁面に装着させるドラムと、
前記ドラムを、軸芯を中心として円周方向に回転させると共に軸芯に沿って移動させる駆動手段と、
前記高分子電解質膜が前記ドラムの回転による遠心力で該ドラムの内壁面に貼り付くまで吸引する吸引手段と、
前記ドラムの内側に挿入され、回転する前記ドラムの内壁面に装着された前記高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布手段とを備えた
ことを特徴とする触媒塗布装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の触媒塗布装置であって、
前記ドラムの外側に設けられ、前記ドラムの内壁面に装着された高分子電解質膜上の触媒スラリーを裏側から乾燥させる熱源を有した
ことを特徴とする触媒塗布装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の触媒塗布装置であって、
前記ドラムは、円筒体をほぼ半分に分割した分割構造とされ、一方のドラム分割体を他方のドラム分割体に対して開閉自在とした
ことを特徴とする触媒塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池単セルを構成する高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布方法及び触媒塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型の燃料電池は、高分子電解質膜の両面に電極をそれぞれ設けてなる膜電極接合体（MEA:membrane electrode assembly）を、燃料ガス流路又は酸化剤ガス流路が形成されたセパレータで挟み込むことで燃料電池単セルを構成し、その燃料電池単セルの複数個を積層することで起電力を発生する燃料電池スタックとしている。
【０００３】
電極は、例えば高分子電解質膜に接触して設けられる触媒層と、ガス拡散層とから構成される。触媒層は、例えば、Ｐｔ等の触媒粒子が表面に担持された触媒担持カーボン粒子と、バインダーと、溶媒とを混合し分散させることで製造される触媒スラリーを、高分子電解質膜の表面に塗布し乾燥させることで形成される。
【０００４】
特許文献１には、触媒スラリーをエアスプレーまたはブレード（ダイコータ）などで高分子電解質膜に塗布し、その塗布された触媒スラリーを乾燥させた後に、電極層（触媒層）が形成された高分子電解質膜をプレスすることにより電極層を形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１００３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、触媒スラリーをエアスプレーやブレードにて高分子電解質膜に塗布する場合、塗りむらを防止するために、低速でノズル及びダイヘッドを移動させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、ノズル及びダイヘッドを低速で動かした場合、塗布時間が掛かり過ぎて生産効率が悪い。一方、生産効率を高めようとした場合、ノズル及びダイヘッドを早く移動させると、どうしても触媒スラリーの塗りむらが発生する。特に、ノズル及びダイヘッドを高分子電解質膜に対し往復運度させて触媒スラリーを塗布した場合には、移動機構上の問題から移動速度が一定にならず振動などが生じてどうしても塗りむらが生じやすい。
【０００７】
また、触媒スラリー塗布後に乾燥した状態で電極層をプレスすると、触媒層中に混入した気泡を取り除くことができなくなる。
【０００８】
そこで、本発明は、高分子電解質膜に対して触媒スラリーを均一にむら無く塗布すると共に触媒層に含まれる気泡を無くし且つ高分子電解質膜側の触媒濃度を大となし得る触媒塗布方法及び触媒塗布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】
【０００９】
本発明は、燃料電池単セルを構成する高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布方法において、高分子電解質膜をドラムの内壁面に装着させ、該ドラムを、軸芯を中心として円周方向に回転させると共に軸芯に沿って移動させながら、該ドラムの内側に挿入させた触媒塗布手段により触媒スラリーを塗布するようにする。
【００１０】
また、本発明は、燃料電池単セルを構成する高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布装置であって、高分子電解質膜を内壁面に装着させるドラムと、ドラムを、軸芯を中心として円周方向に回転させると共に軸芯に沿って移動させる駆動手段と、高分子電解質膜が前記ドラムの回転による遠心力で前記ドラムの内壁面に貼り付くまで吸引する吸引手段と、ドラムの内側に挿入され、回転する前記ドラムの内壁面に装着された前記高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の触媒塗布方法によれば、高分子電解質膜をドラムの内壁面に装着させて該ドラムを円周方向に回転させながら触媒スラリーを塗布しているので、ドラムによる回転では回転速度にばらつきが生じないので、触媒スラリーの塗布むらを防止することができる。
【００１２】
また、本発明方法によれば、ドラムを高速で回転させることができるので、スプレーやダイコートなどに比べて早く乾燥し、塗布された触媒スラリーを乾燥させるための加熱処理を不要にできる。
【００１３】
また、本発明方法によれば、ドラムが円周方向に回転するため、そのドラム内壁面に装着された高分子電解質膜には遠心力が掛かり、その遠心力によって触媒スラリー中の重い物質（Ｐｔなどの触媒）がドラム内壁面側に移動し、触媒濃度を高分子電解質膜側に大とすることができる。その結果、乾燥後の触媒層には高分子電解質膜側により多くの触媒が存在することになる触媒濃度勾配が生じるので、反応ガスである水素と酸素との反応効率（プロトンの移動）を促進させることができる。
【００１４】
また、本発明方法によれば、ドラムを円周方向に回転させることにより、その遠心力で触媒スラリー中に含まれる気泡を触媒層から効率良く抜くことができる。
【００１５】
一方、本発明の触媒塗布装置によれば、高分子電解質膜を内壁面に装着させるドラムの方を円周方向に回転させると共に軸芯に沿って移動させながらそのドラム内側に挿入させた触媒塗布手段で触媒スラリーを塗布する構成としたので、エアスプレーやダイコートなどのように触媒スラリーを塗布する触媒塗布手段を移動させた場合に比べて、安定した回転が得られ、それにより触媒スラリーを均一に高分子電解質膜に塗布することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
「燃料電池スタックの全体構成」
先ず、燃料電池スタックの全体構成について簡単に説明する。図１は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図、図２は燃料電池単セルの拡大断面図である。
【００１８】
燃料電池スタック１は、図１に示すように、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（酸素）の反応により起電力を生じる単位電池としての燃料電池単セル２を所定数だけ積層した積層体３とされ、その積層体３の両端に集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、該積層体３をタイロッド７で締め付け、そのタイロッド７の端部にナット１４を螺合させることで構成されている。
【００１９】
この燃料電池スタック１では、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒（冷却水）をそれぞれ各燃料電池単セル２のセパレータ（図示は省略する）に形成された各流路に流通させるための燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷媒導入口１２および冷媒排出口１３を、一方のエンドプレート６に形成している。
【００２０】
かかる構成の燃料電池スタック１においては、燃料ガスは、燃料ガス導入口８より導入されてセパレータに形成された燃料ガス流路を流れ、燃料ガス排出口９より排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１０より導入されてセパレータに形成された酸化剤ガス流路を流れ、酸化剤ガス排出口１１より排出される。冷媒は、冷媒導入口１２より導入されてセパレータに形成された冷媒流路を流れ、冷媒排出口１３より排出される。
【００２１】
燃料電池単セル２は、図２に示すように、一面側から燃料ガスが供給され、他面側から酸化剤ガスが供給される膜電極接合体（MEA:membrane electrode assembly）１５と、この膜電極接合体１５の一面に配置されるアノードセパレータ１６と、膜電極接合体１５の他面に配置されるカソードセパレータ１７とから構成され、これらアノードセパレータ１６とカソードセパレータ１７で膜電極接合体１５を挟み込むように積層された構造とされている。
【００２２】
膜電極接合体１５は、例えば水素イオン（プロトン）を通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜１８と、この固体高分子電解質膜１８の一面に設けられるアノード電極１９と、固体高分子電解質膜１８の他面に設けられるカソード電極２０とからなる。アノード電極１９は、固体高分子電解質膜１８側に配置される触媒層２１と、アノードセパレータ１６側に配置されるガス拡散層２２とからなり、カソード電極２０も同様に、固体高分子電解質膜１８側に配置される触媒層２３と、カソードセパレータ１７側に配置されるガス拡散層２４とからなる。
【００２３】
アノードセパレータ１６には、発電に寄与するアクティブ領域（固体高分子電解質膜１８と接する中央部分の領域）に、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路２５が形成されている。一方、カソードセパレータ１７には、アクティブ領域に酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路２６が形成されている。
【００２４】
「触媒塗布装置の構成」
次に、本実施形態の触媒塗布装置について説明する。図３は本実施形態の触媒塗布装置の斜視図、図４は本実施形態の触媒塗布装置の分解斜視図、図５は本実施形態の触媒塗布装置の平面図、図６は本実施形態の触媒塗布装置におけるドラムの平面図であり、（Ａ）は高分子電解質膜をドラムに装着する前の状態、（Ｂ）は高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布後の状態、図７（Ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、図７（Ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、図８（Ａ）は高分子電解質膜をドラムの内壁面に装着させた状態を示す図３のＡ−Ａ線位置での断面図、図８（Ｂ）は触媒スラリー塗布後の状態を示す図３のＡ−Ａ線位置での断面図、図９は触媒スラリーを塗布している状態を示す触媒塗布装置の斜視図、図１０は乾燥した触媒層の表面を削り滑らかにする加工を施す状態を示す斜視図である。
【００２５】
本実施形態の触媒塗布装置は、図３から図５に示すように、固体高分子電解質膜１８を内壁面に装着させるドラム３０と、ドラム３０を、軸芯を中心として円周方向に回転させると共に軸芯に沿って上下動（移動）させる駆動手段である駆動機構部３１と、固体高分子電解質膜１８がドラム３０の回転による遠心力で該ドラム３０の内壁面に貼り付くまで吸引する吸引手段である吸引機構部３２と、ドラム３０の内側（中心）に挿入され、回転するドラム３０の内壁面に装着された固体高分子電解質膜１８に触媒スラリーを塗布する触媒塗布手段であるスプレー３３とを備える。
【００２６】
ドラム３０は、図６に示すように、固体高分子電解質膜１８をその内壁面に装着させたときに外にはみ出さない程度の高さを備えた円筒体をほぼ半分に分割した分割構造とされ、半円形状をなす一方のドラム分割体３４を他方の半円形状をなすドラム分割体３５に対して回動軸３６を介して開閉自在とされている。また、一方のドラム分割体３４の先端部３４ａは、他方のドラム分割体３５の先端に設けられた結合部３７に形成された溝部３８に挿入係合され、図示を省略するロック手段にて開かないようにロックされる。
【００２７】
他方のドラム分割体３５の内壁面３９には、図７に示すように、固体高分子電解質膜１８を吸引して密着装着させるための複数の吸引孔４０が形成されている。かかる吸引孔４０は、固体高分子電解質膜１８のアクティブ領域（発電に寄与する領域）を除くその外周囲を取り囲むようにして形成されている。また、このドラム分割体３５は、前記各吸引孔４０と連通する空隙部４１を、その板厚の中心部に形成した内部空間構造とされている。さらに、このドラム分割体３５の下端底面には、後述する吸引機構部３２の吸引ポンプ５０によりエアーを吸引するための吸引口となる孔部４２が形成されている。かかる孔部４２は、前記空隙部４１を通して前記吸引孔４０と連通している。
【００２８】
なお、一方のドラム分割体３４の内壁面４３には、固体高分子電解質膜１８が装着されないため、前記した吸引孔４０、空隙部４１及び孔部４２は形成されていない。
【００２９】
また、ドラム分割体３４、３５の内壁面３９、４３には、固体高分子電解質膜１８の片面への触媒スラリー塗布後にもう片面に触媒スラリーを塗布する際に、内壁面３９、４３に塗布済みの触媒粉末が付着しないように静電防止処理と撥水処理が施されている。
【００３０】
駆動機構部３１は、前記ドラム３０を装着固定させる装着部４４を有した回転体４５と、この回転体４５を、該ドラム３０の軸芯を中心として円周方向（図４中矢印Ｘ方向）に回転させると共に軸芯に沿って移動（図４中矢印Ｙ方向に上下動）させる駆動部４６とからなる。回転体４５は、ドラム３０のほぼ中心に配置され、その周面に複数設けられた装着部４４に前記ドラム３０を装着固定させて、当該ドラム３０を円周方向に回転させるようになっている。
【００３１】
装着部４４は、回転体４５の外周面から外方へ延びるように放射状に複数設けられている。この装着部４４の先端側には、前記ドラム３０の下端底面３０ａを嵌合させて該ドラム３０を装着固定する装着凹部４７と、ドラム３０の外壁面に接する上方へ折れ曲がった位置規制部４８とが形成されている。そして、装着凹部４７には、ドラム分割体３５の下端底面に形成された孔部４２と連通する開口孔４９が形成されている。この開口孔４９は、装着部４４の長手方向に沿ってその内部に形成されたエアー通路（図示は省略する）に連通しており、後述する吸引ポンプ５０と接続されている。
【００３２】
駆動部４６は、回転体４５を軸芯を中心として回転させる回転機構と、回転体４５を軸芯に沿って移動（上下動）させる上下動機構とを備えている。回転機構としては、駆動モータの駆動軸に回転体４５を直接取り付けた構成、ベルトやチェーンなどで駆動モータの駆動力を回転体４５に伝達する構成、或いは歯車で駆動モータの駆動力を回転体４５に伝達する構成などが使用できる。上下動機構としては、ボールねじとこのボールねじに螺合するナット部材を回転体４５に取り付けた構成、スライダレールとこのスライダレールにスライドするスライダを回転体４５に取り付けた構成などが使用できる。また、回転機構と上下動機構を一つの機構としたものを駆動部４６とすることもできる。なお、本実施形態では、駆動部４６の具体的な構成に関しては従来公知の機構が何れも採用できる。
【００３３】
吸引機構部３２は、吸引ポンプ５０と、この吸引ポンプ５０に接続されるホース５１に接続される前記した装着部４４に形成されたエアー通路、開口孔４９及びドラム分割体３５に形成された開口孔４９、空隙部４１及び孔部４２とからなる。吸引ポンプ５０でエアーが吸引（真空引き）されると、ドラム分割体３５の空隙部４１内が負圧となり、当該ドラム３０の内壁面３９に開口する吸引孔４０からエアーが引かれ、その内壁面３９に装着される固体高分子電解質膜１８が密着して保持される。
【００３４】
スプレー３３は、ノズル５２から触媒スラリーを噴出させるスプレーコータであり、触媒スラリーを塗布するときにドラム３０の中心に侵入し、塗布後は上昇するようになっている。触媒スラリーとしては、例えば、Ｐｔ等の触媒粒子が表面に担持された触媒担持カーボン粒子と、バインダーと、溶媒とを混合し分散させることで製造されたスラリーが使用される。
【００３５】
「触媒塗布方法」
次に、固体高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布する触媒塗布方法について説明する。
【００３６】
先ず、図６（Ａ）に示すように、一方のドラム分割体３４を他方のドラム分割体３５に対して前記回動軸３６を中心に開く。そして、一方のドラム分割体３５の内壁面３９に、吸引ポンプ５０による吸引前に固体高分子電解質膜１８を仮止めし易くするために純水を塗る。次いで、一方のドラム分割体３５の内壁面３９にのみ固体高分子電解質膜１８を装着させる。固体高分子電解質膜１８は、純水によって内壁面３９に貼り付く。この固体高分子電解質膜１８を内壁面３９に装着させるに際しては、図８（Ａ）に示すようにアクティブ領域５４が内壁面３９に形成された吸引孔４０に掛からないようにする。
【００３７】
次に、ドラム分割体３４、３５を閉じて円筒状とする。そして、ドラム３０を、前記した回転体４５に設けられた装着部４４に装着させる。このとき、ドラム分割体３５の下端底面３０ａに形成した孔部４２が前記装着部４４の開口孔４９に対向するようにドラム３０の前記装着部４４に対する装着位置を調整する。この作業を容易なものとするために、前記孔部４２と開口孔４９との位置を、ドラム分割体３５の外周面にマーキングしておくことが望ましい。
【００３８】
次に、駆動部４６を駆動して回転体４５を円周方向に回転させると共に吸引ポンプ５０を作動させる。回転体４５が回転すると、装着部４４に装着固定されたドラム３０が軸芯を中心として円周方向に回転する。この一方、吸引ポンプ５０が作動すると、吸引孔４０からエアーが引かれて固体高分子電解質膜１８が内壁面３９に吸着保持される。ドラム３０の遠心力で固体高分子電解質膜１８が内壁面３９に貼り付いたら吸引ポンプ５０の作動を停止して吸引を解除する。吸引を解除してもドラム３０の遠心力が固体高分子電解質膜１８に作用しているので、当該固体高分子電解質膜１８が内壁面３９から剥がれて落ちることはない。
【００３９】
そして、ドラム３０の回転が一定になったところで、スプレー３３をドラム３０の中心に侵入させ、ノズル５２から触媒スラリー５３を固体高分子電解質膜１８の一面に吹き付ける。また、スプレー３３による触媒スラリー５３の吹き付け位置に応じて回転体４５を上下動させる。これにより、固体高分子電解質膜１８のアクティブ領域全体に触媒スラリー５３が吹き付けられることになる。また、ドラム３０を回転させながら触媒スラリー５３を吹き付けると、遠心力によりＰｔなどの重い触媒はドラム内壁側へ移動し、固体高分子電解質膜１８側の触媒濃度が大きくなる。また、触媒スラリー５３に含まれた気泡が表面に浮き上がってくる。そして、触媒スラリー５３を塗布し終えたらドラム３０の回転動作及び上下動動作を停止させる。
【００４０】
次に、塗布された触媒スラリー５３が乾燥して触媒層２１が形成されたところで、スプレー３３を待避させ、その代わりに図１０に示す切削手段である筒状のヤスリ５５をドラム３０の中心に挿入させる。そして、駆動部４６を駆動してドラム３０を回転させながらヤスリ５５で触媒層２３の表面を削り、当該触媒層２３の表面を滑らかにする。
【００４１】
ヤスリ掛けが終了したらドラム３０を装着部４４から取り外し、図６（Ｂ）で示すように、ドラム３０を開いて触媒層２１が片面に形成された固体高分子電解質膜１８を内壁面３９から取り外す。次に、この触媒層２１を貼り付け面として内壁面３９に固体高分子電解質膜１８を貼り付ける。このとき、内壁面３９には静電防止処理と撥水処理が施されているので、塗布済みの触媒粉末が内壁面３９に付着してドラム３０と導通するのが防止される。
【００４２】
以下、同様の工程を行い固体高分子電解質膜１８の他方の面にも触媒スラリー５３を塗布して触媒層２３を形成する。
【００４３】
「本実施形態による効果」
本実施形態の方法によれば、固体高分子電解質膜１８をドラム３０の内壁面３９に装着させて該ドラム３０を円周方向に回転させながら触媒スラリー５３を塗布しているので、ドラム３０による回転では回転速度にばらつきが生じないので、触媒スラリー５３の塗布むらを防止することができる。これに対して、図１１の従来装置におけるように、固体高分子電解質膜１８を固定しスプレー３３を矢印で示すようにジグザグに動かしながら触媒スラリー５３を塗布した場合には、移動機構上の問題からスプレー３３の移動速度が一定にならず振動などが生じて塗布むらが生じてしまう。
【００４４】
また、本実施形態の方法によれば、ドラム３０を高速で回転させることができるので、スプレーやダイコートなどに比べて早く乾燥し、塗布された触媒スラリーを乾燥させるための加熱処理を不要にできる。
【００４５】
また、本実施形態の方法によれば、ドラム３０が円周方向に回転するため、そのドラム内壁面３９に装着された固体高分子電解質膜１８には遠心力が掛かり、その遠心力によって触媒スラリー中の重い物質（Ｐｔなどの触媒）がドラム内壁面側に移動し、触媒濃度を固体高分子電解質膜１８側に大とすることができる。その結果、触媒層２１、２３には固体高分子電解質膜１８側により多くの触媒が存在することになる触媒濃度勾配が生じるので、反応ガスである水素と酸素との反応効率を促進させることができる。
【００４６】
また、本実施形態の方法によれば、ドラム３０を円周方向に回転させることにより、その遠心力で触媒スラリー５３中に含まれる気泡を触媒層２１、２３から効率良く抜くことができる。これに対して、図１２の従来方法では、触媒層２１に気泡５６が入った場合にローラ５７で乾燥した触媒層２１を圧接しても気泡５６を取り除くことはできない。
【００４７】
また、本実施形態の方法によれば、固体高分子電解質膜１８をドラム３０の内壁面３９の一部に装着させているので、未使用部分は固体高分子電解質膜１８の着脱を行うためのスペースとすることができ、当該固体高分子電解質膜１８の着脱作業を容易なものとすることができる。
【００４８】
また、本実施形態の方法によれば、ドラム３０の内壁面３９に静電防止処理及び撥水処理を施しているので、塗布済みの触媒粉末が内壁面３９に付着してドラム３０と導通するのが防止される。
【００４９】
また、本実施形態の方法によれば、吸引ポンプ５０による吸引前にドラム３０の内壁面３９に純水を塗っているので、遠心力で内壁面１９に貼り付くまで固体高分子電解質膜１８を内壁面３９から脱落しないように仮止めすることができる。
【００５０】
一方、本実施形態の装置によれば、固体高分子電解質膜１８を内壁面３９に装着させるドラム３０の方を円周方向に回転させると共に上下動させながらそのドラム中心に挿入させたスプレー３３で触媒スラリー５３を塗布する構成としたので、エアスプレーやダイコートなどのように触媒スラリー５３を塗布する触媒塗布手段を移動させた場合に比べて、安定した回転が得られ、それにより触媒スラリー５３を均一に固体高分子電解質膜１８に塗布することができる。
【００５１】
「その他の実施形態」
以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、上述の実施形態では、塗布された触媒スラリー５３の乾燥手段に関しては特に言及しなかったが、ドラム３０を高速で回転させる自然乾燥が採用できる。ただ、ドラム３０の高速回転による自然乾燥では、乾燥に時間が掛かる他、霧化されたスラリー材料が高速で回転するドラム３０により発生する風の影響で押し流されてしまう。これを解決するために、触媒スラリー５３を塗布後、図１３に示すように、ドラム３０の外側に配置させた熱源７０でドラム３０の内壁面に装着させた固体高分子電解質膜１８上の触媒スラリー５３を乾燥させる。
【００５３】
熱源７０としては、コイルに電流を通電させて生じた熱で触媒スラリー５３を乾燥させる電気コイル方式、電熱線に電流を通電させて遠赤外線により触媒スラリー５３を乾燥させる遠赤外線方式、温風を対流させて触媒スラリー５３を乾燥させる温風対流方式、マイクロウェーブを印加して触媒スラリー５３を乾燥させる電磁誘導方式、等の各種手段が採用できる。また、熱源７０は、ドラム３０の外側の一部に設けても良いし、或いは、ドラム３０の外側全体に設けてもよい。図１３では、熱源７０を、ドラム３０の外側の一部にこのドラム３０の形状に合わせて円弧状とした。
【００５４】
また、ドラム３０の高速回転による噴霧粒子の固体高分子電解質膜１８以外への流出を防止するため、触媒スラリー５３の塗布時と塗布後のドラム３０の回転数を変える。触媒スラリー５３の塗布時には、ドラム３０の回転数を１００ｒｐｍ以下とし、乾燥時には、ドラム３０の回転数を１０００ｒｐｍ以下とする。触媒スラリー塗布時のドラム３０の回転数を１００ｒｐｍ以下とすることにより、ドラム３０の回転により発生する風によって噴霧粒子の飛散を低減でき、触媒スラリー５３の使用量を削減することができる。
【００５５】
このように、触媒スラリー５３を塗布した塗布面側から乾燥させるのと異なり、塗布面とは反対側の固体高分子電解質膜１８側から触媒スラリー５３を乾燥させて行くため、触媒スラリー５３が徐々に固まって行き、その固まった土台が次第に増えて最終的に触媒スラリー全体が乾燥して触媒層となる。このように、触媒スラリー５３が徐々に固まった土台が次第に増えながら乾燥されて行くため、触媒層の表面乾きにより発生するクラック（割れ）の発生を防止することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態では、電解質膜毎の大きさに切断した固体高分子電解質膜１８をドラム３０の内壁面３９に貼り付け一枚一枚に触媒スラリー５３を塗布し乾燥して触媒層を形成したが、生産性を考慮して複数枚数分のサイズとした大きな固体高分子電解質膜１８をドラム３０の内壁面に装着させて触媒スラリー５３を塗布し乾燥後に各電解質膜毎に切断するようにしてもよい（方法１）。或いは、複数枚数部のサイズとした大きな固体高分子電解質膜１８をドラム３０の内壁面に装着させてから各電解質膜毎に切断し、その状態で触媒スラリー５３を塗布し乾燥させるようにしてもよい（方法２）。
【００５７】
ここでは、方法１の例を示す。ドラム７１は、図１４及び図１５に示すように、複数枚数分のサイズとした大きな固体高分子電解質膜を内壁面に装着させるに足る大きさ（長さ）とした２つのドラム分割体７２、７３で構成する。これら２つのドラム分割体７２、７３は、互いに位置決めするための突起部７４を一方に形成し、他方に突起部７４が嵌合する嵌合凹部７５を形成して、これら突起部７４を嵌合凹部７５に嵌合させることで円筒状のドラム７１を構成する。そして、これら２つのドラム分割体７２、７３の結合状態を維持するために、締結バンド７６がその周面に巻き付けられる。
【００５８】
一方のドラム分割体７２の内壁面には、上述の実施形態と同様、吸引孔４０が形成されている。吸引孔４０は、切断後の電解質膜が落下しないように各電解質膜毎に対応してそのアクティブ領域に掛からない位置にそれぞれ設けられている。また、このドラム分割体７２の内壁面には、複数枚数分のサイズとした大きな固体高分子電解質膜をカッターで切断するときに、カッターの先端が入り込むスリット７７が形成されている。かかるスリット７７は、カッターの位置決めにもなる。ドラムのその他の構成に関しては、上述の実施形態と同様であるので説明は省略する。なお、他方のドラム分割体７３の内壁面にも吸引孔４０とスリット７７が形成された構成になっている。
【００５９】
このように構成されたドラム７１を使用して触媒スラリー５３を塗布するには、先ず、一方のドラム分割体７２の内壁面に仮止めのための純水を塗った後、図１６に示すように、複数枚数分のサイズの大きな固体高分子電解質膜１８を装着させる。
【００６０】
次に、前記突起部７４を嵌合部７５に嵌合させて２つのドラム分割体７２、７３を結合させる。そして、その結合体に締結バンド７６を取り付けてドラム７１を完成させ、該ドラム７１を回転体４５の装着部４４に装着させる。次に、回転体４５を回転させると共に吸引ポンプ５０を作動させ、ドラム７１を軸芯を中心として円周方向に回転させ且つ固体高分子電解質膜７６を吸着保持させる。
【００６１】
次に、ドラム７１の遠心力で固体高分子電解質膜７６が内壁面に貼り付いたら吸引ポンプ５０の作動を停止する。そして、ドラム７１を１００ｒｐｍ以下で回転させた状態でスプレー３３をドラム７１の中心に侵入させ、ノズル５２から触媒スラリー５３を各電解質膜のアクティブ領域と対応する位置に吹き付ける。そして、触媒スラリー５３を塗布し終えたらドラム７１を１０００ｒｐｍ以下で回転させて乾燥させる。乾燥時には、ドラム７１の外側に配置した熱源７０で乾燥させるようにすれば、より一層乾燥時間を短縮できる。
【００６２】
次に、乾燥した触媒層２３の表面をヤスリで削って滑らかにした後、ドラム７１から固体高分子電解質膜１８を取り外し、今度は、反対側の面に同様の工程を行い触媒層２３を形成する。その後、図１７に示すように、モータ７８の回転軸７９に固定された複数個のカッター８０をドラム７１の中心に挿入し、各カッター８０で複数枚数分のサイズとされた大きな固体高分子電解質膜１８を電解質膜毎に切断する。このとき、ドラム７１の内壁面にはスリット７７が形成されているため、このスリット７７がカッター８０のガイドとなり、正確に固体高分子電解質膜１８を切断することが可能となる。
【００６３】
カッター８０による切断は、ドラム７１を１０００ｒｐｍ程度の高速で回転させることにより行う。高速で切断することにより、切り口を綺麗に仕上げることができる。これにより、一度に複数枚の電解質膜を製造することができ、生産性を大幅に高めることができる。
【００６４】
また、上述の実施形態では、触媒塗布手段としてスプレー３３による塗布として例示したが、図１８に示すように、ダイヘッド５８をドラム３０の内側（中心）に挿入し、そのダイヘッド５８から触媒スラリー５３を固体高分子電解質膜１８に塗布するようにしてもよい。
【００６５】
また、上述の実施形態では、吸引手段によってドラム３０の内壁面３９に固体高分子電解質膜１８を吸着保持させたが、静電気により固体高分子電解質膜１８を内壁面３９に固定させてもよい。
【００６６】
また、上述の実施形態では、筒状のヤスリ５５を使用したが、図１９に示すように、棒５９の先端部のみにヤスリ６０が形成された切削手段を使用してもよい。
【００６７】
また、上述の実施形態では、乾燥後の触媒層２１、２３の表面をヤスリ５５、６０で削って滑らかにするようにしたが、図２０に示すように、回転軸６１の先端に設けた圧延ローラ６２を触媒層２１、２３に押し付けて当該触媒層２１、２３の表面を平坦にするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図２は燃料電池単セルの拡大断面図である。
【図３】図３は本実施形態の触媒塗布装置の斜視図である。
【図４】図４は本実施形態の触媒塗布装置の分解斜視図である。
【図５】図５は本実施形態の触媒塗布装置の平面図である。
【図６】図６は本実施形態の触媒塗布装置におけるドラムの平面図であり、（Ａ）は高分子電解質膜をドラムに装着する前の状態、（Ｂ）は高分子電解質膜に触媒スラリーを塗布後の状態である。
【図７】図７（Ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、図７（Ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図８（Ａ）は高分子電解質膜をドラムの内壁面に装着させた状態を示す図３のＡ−Ａ線位置での断面図、図８（Ｂ）は触媒スラリー塗布後の状態を示す図３のＡ−Ａ線位置での断面図である。
【図９】図９は触媒スラリーを塗布している状態を示す触媒塗布装置の斜視図である。
【図１０】図１０は乾燥後の触媒層をヤスリで削って表面を滑らかにする工程を示す斜視図である。
【図１１】図１１は固体高分子電解質膜を固定してスプレーを移動させながら触媒スラリーを塗布する従来装置での触媒塗布方法を示す図である。
【図１２】図１２は乾燥後の触媒層をローラで圧接して気泡を取り除く様子を示す従来方法の図である。
【図１３】図１３はドラムの外側に熱源を設けて触媒スラリーを乾燥させる他の例を示す触媒塗布装置の斜視図である。
【図１４】図１４は複数枚数分のサイズの固体高分子電解質膜を装着させるドラムの分解斜視図である。
【図１５】図１５は複数枚数分のサイズの固体高分子電解質膜を装着させるドラムを回転体の装着部に装着させる前の状態を示す触媒塗布装置の分解斜視図である。
【図１６】図１６はドラム分割体の内壁面に複数枚数分の固体高分子電解質膜を装着させた状態を示す斜視図である。
【図１７】図１７は複数枚数分のサイズの固体高分子電解質膜をカッターで電解質膜毎に切断するときの斜視図である。
【図１８】ダイヘッドを使用して触媒スラリーを固体高分子電解質膜に塗布する例を示す図である。
【図１９】先端部のみにヤスリが形成された切削手段を使用した例を示す図である。
【図２０】圧延ローラを触媒層に押し付けて表面を平坦にする例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１…燃料電池スタック
２…燃料電池単セル
１５…膜電極接合体
１８…固体高分子電解質膜（高分子電解質膜）
２１、２３…触媒層
３０、７１…ドラム
３１…駆動機構部
３２…吸引機構部
３３…スプレー
３４、７２…一方のドラム分割体
３５、７３…他方のドラム分割体
３９…内壁面
４０…吸引孔（吸引機構部）
４４…装着部
４５…回転体（駆動機構部）
４６…駆動部（駆動機構部）
５０…吸引ポンプ（吸引機構部）
５３…触媒スラリー
５５、６０…ヤスリ（切削手段）
５８…ダイヘッド
７０…熱源
７６…
７７…スリット
８０…カッター
【図１】
2007250539.tif 000003
【図２】
2007250539.tif 000004
【図３】
2007250539.tif 000005
【図４】
2007250539.tif 000006
【図５】
2007250539.tif 000007
【図６】
2007250539.tif 000008
【図７】
2007250539.tif 000009
【図８】
2007250539.tif 000010
【図９】
2007250539.tif 000011
【図１０】
2007250539.tif 000012
【図１２】
2007250539.tif 000013
【図１３】
2007250539.tif 000014
【図１４】
2007250539.tif 000015
【図１５】
2007250539.tif 000016
【図１６】
2007250539.tif 000017
【図１７】
2007250539.tif 000018
【図１８】
2007250539.tif 000019
【図１９】
2007250539.tif 000020
【図２０】
2007250539.tif 000021
【図１１】
2007250539.tif 000022