(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置台に電極を載置する工程と、この電極の外周に沿って外側規制壁部材を配置することにより、この外側規制壁部材で電極を囲う工程と、この電極の上方に配置した噴霧手段から、樹脂溶液を噴霧するとともに、この噴霧手段を前記電極に沿わせて移動することにより、電極に樹脂溶液を塗布する工程と、からなる燃料電池用電解質膜の成形方法であって、
前記樹脂溶液に気体を含ませて噴霧することにより、樹脂溶液の噴霧圧を抑えることを特徴とする燃料電池用電解質膜の成形方法。
【請求項２】
前記噴霧完了後、前記外側規制壁部材を冷却した状態で前記載置台から取除くことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電解質膜の成形方法。
【請求項３】
前記外側規制壁部材の内壁にコーティング剤を塗布したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池用電解質膜の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の正・負極間に備える電解質膜の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の燃料電池を示す説明図である。この燃料電池１００は、負極（水素極）１０１と正極（酸素極）１０２との間に電解質膜１０３を配置し、負極１０１に含む触媒に水素分子（Ｈ2）を接触させるとともに、正極１０２に含む触媒に酸素分子（Ｏ2）を接触させることにより、電子ｅ-を矢印の如く流すことにより、電流を発生させるものである。電流を発生させる際に、水素分子（Ｈ2）と酸素分子（Ｏ2）とから生成水（Ｈ2Ｏ）を得る。
【０００３】
図８（ａ），（ｂ）は従来の燃料電池を構成する電解質膜の成形方法を示す説明図である。
（ａ）において、基板１０５に負極１０１を塗布した電極板１０６を準備し、この電極板１０６を載置台１０８に載置する。次に、塗布した負極１０１が乾燥する前に、スクリーン印刷機１１０を矢印の如く移動する。
このスクリーン印刷機１１０は、上部に吐出部１１０ａを備え、スクリーン印刷機１１０の吐出部１１０ａが電極板１０６（基板１０５や負極１０１）の上方に到達した際に吐出部１１０ａから電解質膜用の樹脂溶液を吐出するものである。
【０００４】
（ｂ）において、スクリーン印刷機１１０を位置Ｐ１〜位置Ｐ２間で移動する際に、スクリーン印刷機１１０の吐出部１１０ａから電極板１０６（基板１０５や負極１０１）に電解質膜用の樹脂溶液１１２を塗布することにより、電極板１０６（基板１０５や負極１０１）を樹脂溶液１１２で覆う。次に、この樹脂溶液を乾燥して電解質膜１０３（図７に示す）を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スクリーン印刷機１１０から電極板１０６に樹脂溶液１１２を塗布しながら位置Ｐ１から矢印の如く移動する際に、負極１０１の表面に矢印ａの如く剪断力が発生する。
さらに、スクリーン印刷機１１０から電極板１０６に樹脂溶液１１２を塗布する際に、負極１０１は未乾燥の状態にある。
【０００６】
このため、スクリーン印刷機１１０で電極板１０６に樹脂溶液１１２を塗布しながら、スクリーン印刷機１１０を位置Ｐ１から矢印の如く移動することで、負極１０１の表面に矢印ａの如く剪断力が発生すると、発生した剪断力で負極１０１の表層部１０１ａがずれてしまう虞れがある。
負極１０１の表層部１０１ａがずれた製品は、廃棄処分又は改修する必要があり、そのことが生産性を高める妨げになる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、負極などの電極に電解質膜を成形する際に、電極の表層部がずれることを防止できる燃料電池用電解質膜の成形方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１は、載置台に電極を載置する工程と、この電極の外周に沿って外側規制壁部材を配置することにより、この外側規制壁部材で電極を囲う工程と、この電極の上方に配置した噴霧手段から、樹脂溶液を噴霧するとともに、この噴霧手段を前記電極に沿わせて移動することにより、電極に樹脂溶液を塗布する工程とからなる燃料電池用電解質膜の成形方法であって、前記樹脂溶液に気体を含ませて噴霧することにより、樹脂溶液の噴霧圧を抑えることを特徴とする。
請求項２は、前記噴霧完了後、前記外側規制壁部材を冷却した状態で前記載置台から取除くことを特徴とする。
請求項３は、前記外側規制壁部材の内壁にコーティング剤を塗布したことを特徴とする。
【０００９】
請求項１によれば、電極の上方に噴霧手段を配置し、この噴霧手段から樹脂溶液を噴霧して電極に樹脂溶液を塗布することで、電極に剪断力が発生することを防止できる。加えて、気体を含ませた樹脂溶液を噴霧することで、噴霧圧を抑えることができる。
これにより、樹脂溶液を電極に塗布する際に、電極の表面がずれることを防止できる。
【００１０】
加えて、気体を含ませた樹脂溶液を噴霧することで、電極の周縁に樹脂溶液を噴霧する際に、電極の周縁に発生する噴霧圧、すなわち剪断力を小さく抑えることができる。これにより、電極に発生する剪断力を小さく抑えることができるので、電極の表層部がずれることを防止できる。
【００１１】
また、外側規制部材で電極を囲うことで、樹脂溶液を塗布した際に、樹脂溶液を外側規制部材に沿って成形することができる。このため、電解質膜の周縁を好適に形成することができる。
さらに、請求項２によれば、噴霧完了後、前記外側規制壁部材を冷却することで、樹脂溶液の外周部を冷却してある程度凝固させた状態で、外側規制壁部材を載置台から取除くことができる。
加えて、請求項３によれば、外側規制壁部材の内壁にコーティング剤を塗布することで、樹脂溶液との離型性を好適に保つことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法で成形した電解質膜を備えた燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池ユニット１０は複数（２個）の燃料電池１１，１１で構成したものである。燃料電池１１は、負基板１３に負極（電極）１４を設けて負電極板１２を形成し、この負電極板１２に燃料電池用の電解質膜１５を設け、正基板１７に正極（電極）１８を設けて正電極板１６を形成し、この正極１８を電解質膜１５に重ね、負基板１３の外側に負極側流路基板２１を配置し、正基板１７の外側に正極側流路基板２４を配置したものである。
この燃料電池１１をセパレータ２６を介して複数個（２個）備えることで、燃料電池ユニット１０を構成する。
【００１３】
負基板１３に負極側流路基板２１を積層することで、負極側流路基板２１の流路溝２１ａを負基板１３で覆うことにより、水素ガス流路２２を形成する。また、正基板１７に正極側流路基板２４を積層することで、正極側流路基板２４の流路溝２４ａを正基板１７で覆うことにより、酸素ガス流路２５を形成する。
【００１４】
水素ガス流路２２に水素ガスを供給することで、負極１４に含む触媒に水素分子（Ｈ2）を吸着させるとともに、酸素ガス流路２５に酸素ガスを供給することで、正極１８に含む触媒に酸素分子（Ｏ2）を吸着させる。これにより、電子（ｅ-）を矢印の如く流して電流を発生させることができる。
なお、電流を発生させる際に、水素分子（Ｈ2）と酸素分子（Ｏ2）とから生成水（Ｈ2Ｏ）を得る。
【００１５】
図２は本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法で成形した電解質膜を示す断面図であり、負基板１３に負極１４を設けて負電極板１２を形成し、負極１４及び負基板１３のうちの負極１４の周囲のから突出した表面部位１３ａを、電解質膜１５でそれぞれ覆った状態を示す。
負基板１３は、カーボンで形成したシート材（カーボンペーパ）であり、一方の面１３ｂに負極１４を備える。この負極１４に触媒を含み、この触媒に水素分子（Ｈ2）を吸着させる。
なお、図１に示す正基板１７は、負極板１３と同様にカーボンで形成したシート材（カーボンペーパ）であり、一方の面に正極１８を備える。この正極１８に触媒を含み、この触媒に酸素分子（Ｏ2）を吸着させる。
【００１６】
電解質膜１５は、負極１４及び負基板１３のうちの負極１４の周囲のから突出した表面部位１３ａに、樹脂溶液（一例としてＨＣ系ポリマー溶液）を塗布し、塗布後、樹脂溶液を乾燥することで得たイオン交換用の膜である。
【００１７】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第１工程説明図である。
（ａ）において、負基板（基板）１３に負極（電極）１４を塗布した負電極板（電極板）１２を準備し、この負電極板１２を載置台３０に載置する。
【００１８】
（ｂ）において、負電極板１２の外周１２ａに沿って外側規制壁部材３２を配置することにより、この外側規制壁部材３２で負電極板１２を囲う。この外側規制壁部材３２は、二分割した左右の外側規制壁部材３３，３４で構成したものである。
二分割の外側規制壁部材３３，３４で負電極板１２を囲った後、二分割の外側規制壁部材３３，３４の内壁３３ａ，３４ａにコーティング剤３５，３５を塗布する。
【００１９】
続いて、負電極板１２の上方（例えば、負基板１３の一端１３ｃの上方）に噴霧手段３８を配置する。その後、負電極板１２にプラスの電荷を付与するようにプラス電荷付与手段４１を調整するとともに、噴霧手段３８のノズル３９から噴霧する樹脂溶液にマイナスの電荷を付与するようにマイナス電荷付与手段４２を調整する。
【００２０】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第２工程説明図である。
（ａ）において、噴霧手段３８のノズル３９から、気体を含ませた樹脂溶液を噴霧する。この噴霧状の樹脂溶液（以下、「噴霧状樹脂溶液」という）４５は、マイナス電荷付与手段４２でマイナスの電荷が付与されている。この状態で、噴霧手段３８を負電極板１２に沿わせて矢印▲１▼の如く移動することにより、負基板１３の一端１３ｃから負極１４の一端１４ａまでの間の負基板１３の表面部位１３ａに樹脂溶液４６を塗布する。
【００２１】
樹脂溶液４６を塗布する際に、噴霧状樹脂溶液４５にマイナス電荷を付与するとともに、負電極板１２にプラス電荷を付与することで、噴霧状樹脂溶液４５を好適にムラなく負基板１３の表面部位１３ａに樹脂溶液４６を塗布することができる。
【００２２】
（ｂ）において、噴霧手段３８を矢印▲１▼の如く継続して移動する。このとき、噴霧状樹脂溶液４５の噴霧圧が負極１４の一端１４ａの周縁に発生するが、噴霧状樹脂溶液４５には気体を含ませているので、噴霧状樹脂溶液４５の噴霧圧を抑えることができる。
【００２３】
これにより、負極１４の一端１４ａの周縁に樹脂溶液４６を塗布する際に、負極１４の一端１４ａの周縁に発生する噴霧圧、すなわち剪断力を小さく抑えることができる。このため、負極１４の表面層１４ｂが従来技術のように水平にずれることを防止することができる。
【００２４】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第３工程説明図である。
（ａ）において、噴霧手段３８を矢印▲１▼の如く継続して移動する。このとき、噴霧状樹脂溶液４５の噴霧圧が負極１４の表面層１４ｂに発生するが、噴霧圧は負極１４の表面層１４ｂに対して鉛直に作用するので、負極１４の表面層１４ｂが従来技術のように水平にずれることを防止することができる。
【００２５】
さらに、噴霧手段３８が負極１４の他端１４ｃまで到達すると、噴霧状樹脂溶液４５の噴霧圧が負極１４の他端１４ｃの周縁に発生するが、噴霧状樹脂溶液４５には気体を含ませているので、噴霧状樹脂溶液４５の噴霧圧を抑えることができる。
【００２６】
これにより、負極１４の他端１４の周縁に樹脂溶液４６を塗布する際に、負極１４の他端１４ｃの周縁に発生する噴霧圧、すなわち剪断力を小さく抑えることができる。
このため、負極１４の表面層１４ｂが従来技術のように水平にずれることを防止することができる。
【００２７】
（ｂ）において、噴霧手段３８を負極１４の他端１４ｃから基板１３の他端１３ｄまで移動することにより、負極１４の他端１４ｃから基板１３の他端１３ｄまで間の基板の表面部位１３ａに樹脂溶液４６を塗布する。これにより塗布工程を完了する。
【００２８】
ここで、外側規制部材３２で負電極板１２を囲うことで、樹脂溶液４６を塗布した際に、樹脂溶液４６を外側規制部材４６に沿って成形することができる。このため、樹脂溶液４６の外周縁、すなわち電解質膜１５の外周縁１５ａ（図２参照）を好適に形成することができる。
【００２９】
また、負電極板１２にプラスの電荷を付与するとともに、噴霧手段３８から噴霧する噴霧状樹脂溶液４５にマイナスの電荷を付与することで、樹脂溶液４６の塗布ムラを防ぐことができる。これにより、樹脂溶液４６を均一の厚さに塗布することができる。
【００３０】
また、噴霧手段３８を矢印▲１▼の方向に移動するのみでは、樹脂溶液４６の厚みを均一に塗布することが難しい場合には、樹脂溶液４６の厚みが薄い部位を噴霧手段３８で再度塗布することで、樹脂溶液４６の厚みを均一に塗布することができる。
【００３１】
さらに、その他の方法として、噴霧手段３８からの噴霧状樹脂溶液４５の吐出量を調整することで、樹脂溶液４６の厚みを均一に塗布することができる。
一例として、噴霧状樹脂溶液４５を塗布の際に、樹脂溶液４６の厚みが薄くなる部位が存在する場合には、その部位において噴霧状樹脂溶液４５を多量に吐出することで、樹脂溶液４６の厚みを均一に塗布することができる。
【００３２】
図６は本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第４工程説明図である。
塗布工程の完了後、噴霧手段３８（図５に示す）を樹脂溶液４６の上方から退避させる。次に、外側規制壁部材３２（左右の外側規制壁部材３３，３４）を冷却することで、樹脂溶液４６の外周部４６ａを冷却してある程度凝固させる。この状態で、左右の外側規制壁部材３３，３４を矢印▲２▼の如く載置台３０から取除く。
【００３３】
左右の外側規制壁部材３３，３４の内壁３３ａ，３４ａには各々コーティング剤３５，３５を塗布してあるので、樹脂溶液４６との離型性を好適に保つことができる。
加えて、樹脂溶液４６の外周部４６ａを冷却してある程度凝固させることで、外側規制壁部材３２（左右の外側規制壁部材３３，３４）を外した際に、樹脂溶液４６の外周部４６ａの変形を防止することができる。
【００３４】
なお、前記実施形態では、噴霧手段３８を負電極板１２の一端から他端に向けて移動する例について説明したが、これに限らないで、噴霧手段３８を噴霧手段３８の中央（すなわち、負極１４の中央）から端部に向けて移動する等のその他の移動方法で塗布することも可能である。
【００３５】
また、前記実施形態では、負電極板１２に樹脂溶液４６を塗布する例について説明したが、これに限らないで、正電極板１６に樹脂溶液４６を塗布しても同様の効果を得ることができる。
さらに、前記実施形態では、左右の外側規制壁部材３３，３４の内壁３３ａ，３４ａにコーティング剤３５，３５を塗布した例について説明したが、コーティング剤３５，３５を塗布しなくてもよい。
【００３６】
また、外側規制壁部材３２を左右の外側規制壁部材３３，３４に二分割した例について説明したが、外側規制壁部材３２を二分割以上の複数個に分割することも可能であり、外側規制壁部材３２を分割しないで一体物とすることも可能である。
【００３７】
さらに、負電極板１２にプラスの電荷を付与するとともに、噴霧手段３８のノズル３９から噴霧する噴霧状樹脂溶液４５にマイナスの電荷を付与する例について説明したが、これに限らないで、負電極板１２や噴霧状樹脂溶液４５に電荷を付与しないようにすることも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、電極の上方に噴霧手段を配置し、この噴霧手段から樹脂溶液を噴霧して電極に樹脂溶液を塗布することで、電極に剪断力が発生することを防止できる。加えて、気体を含ませた樹脂溶液を噴霧することで、噴霧圧を抑えることができる。
これにより、樹脂溶液を電極に塗布する際に、電極の表面がずれることを防止できる。
【００３９】
加えて、気体を含ませた樹脂溶液を噴霧することで、電極の周縁に樹脂溶液を噴霧する際に、電極の周縁に発生する噴霧圧、すなわち剪断力を小さく抑えることができる。これにより、電極に発生する剪断力を小さく抑えることができるので、電極の表層部がずれることを防止できる。
このように、電極の表層部がずれることを防止することで、品質の安定を図ることができるので生産性を高めることができる。
【００４０】
また、外側規制部材で電極を囲うことで、樹脂溶液を塗布した際に、樹脂溶液を外側規制部材に沿って成形することができる。このため、電解質膜の周縁を好適に形成することができ、品質の安定を図ることができるので、生産性をより一層高めることができる。
さらに、請求項２は、噴霧完了後、前記外側規制壁部材を冷却することで、樹脂溶液の外周部を冷却してある程度凝固させた状態で、外側規制壁部材を載置台から取除くことができる。
加えて、請求項３は、外側規制壁部材の内壁にコーティング剤を塗布することで、樹脂溶液との離型性を好適に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法で成形した電解質膜を備えた燃料電池を示す分解斜視図
【図２】本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法で成形した電解質膜を示す断面図
【図３】本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第１工程説明図
【図４】本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第２工程説明図
【図５】本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第３工程説明図
【図６】本発明に係る燃料電池用電解質膜の成形方法を説明する第４工程説明図
【図７】従来の燃料電池を示す説明図
【図８】従来の燃料電池を構成する電解質膜の成形方法を示す説明図
【符号の説明】
１１…燃料電池、１２…負電極板、１２ａ…負電極板の外周（電極の外周）、１３…負基板、１４…負極（電極）、１５…電解質膜、１６…正電極板、１７…正基板、１８…正極（電極）、３０…載置台、３２…外側規制壁部材、３５…コーティング剤、３８…噴霧手段、４５…噴霧状樹脂溶液、４６…樹脂溶液。
【図１】
0003910425.tif 000002
【図２】
0003910425.tif 000003
【図３】
0003910425.tif 000004
【図４】
0003910425.tif 000005
【図５】
0003910425.tif 000006
【図６】
0003910425.tif 000007
【図７】
0003910425.tif 000008
【図８】
0003910425.tif 000009