(57)【要約】      （修正有）【課題】膜電極接合体の製造装置で、裁断部で積層体シートにシワや割れが生じることを防止する方法の提供。【解決手段】積層体シート２００を切り抜く膜電極接合体の製造装置１００で、積層体シートを把持して搬送する第１の把持部１１０と、積層体シートの搬送方向で第１の把持部より下流側に配され、第１の把持部が前記積層体シートを搬送する搬送量以上に搬送する第２の把持部１２０と、第１の把持部と第２の把持部との間に配され、積層体シートを切り抜く切抜部１３０と、第１の把持部と、第２の把持部と、切抜部と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、第１の把持部と第２の把持部とが積層体シートを搬送することと、切抜部が積層体シートを切り抜くことと、を繰り返す様、第１の把持部と、第２の把持部と、切抜部と、を制御する、膜電極接合体の製造装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に触媒層が設けられた膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートを切り抜く膜電極接合体の製造装置であって、
前記積層体シートの幅方向における両端部を把持してロールから前記積層体シートを搬送する第１の把持部と、
前記積層体シートが搬送される搬送方向において前記第１の把持部より下流側に配され、前記両端部を把持して、前記第１の把持部が前記積層体シートを搬送する搬送量以上に前記積層体シートを搬送する第２の把持部と、
前記第１の把持部と前記第２の把持部との間に配され、前記積層体シートのうち前記両端部を除いた一部を前記積層体シートから切り抜く切抜部と、
前記第１の把持部と、前記第２の把持部と、前記切抜部と、を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１の把持部と前記第２の把持部とが前記積層体シートを搬送することと、前記切抜部が前記積層体シートを切り抜くことと、を繰り返すよう、前記第１の把持部と、前記第２の把持部と、前記切抜部と、を制御する、膜電極接合体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜電極接合体の製造装置には、電解質膜の両面に触媒層が設けられた膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートから一部を裁断するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７８９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の膜電極接合体の製造装置は、積層体シートが搬送される搬送方向において、積層体シートを裁断する裁断部の上流側と下流側とに設けられる搬送ロールにより、積層体シートが搬送される。このような膜電極接合体の製造装置では、搬送ロールによる搬送速度を上げることによって、搬送ロールと積層体シートとの接触面において滑りが発生する場合がある。そのような場合に、裁断部の上流側と下流側とに設けられたそれぞれの搬送ロールにおける搬送速度に差が生じることによって、積層体シートにシワや割れが生じる虞があるという課題があった。このため、積層体シートにシワや割れが生じることを防止できる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、膜電極接合体の製造装置が提供される。この膜電極接合体の製造装置は、電解質膜の両面に触媒層が設けられた膜電極接合体の一方の面にガス拡散層が積層された積層体シートを切り抜く膜電極接合体の製造装置であって、前記積層体シートの幅方向における両端部を把持してロールから前記積層体シートを搬送する第１の把持部と、前記積層体シートが搬送される搬送方向において前記第１の把持部より下流側に配され、前記両端部を把持して、前記第１の把持部が前記積層体シートを搬送する搬送量以上に前記積層体シートを搬送する第２の把持部と、前記第１の把持部と前記第２の把持部との間に配され、前記積層体シートのうち前記両端部を除いた一部を前記積層体シートから切り抜く切抜部と、前記第１の把持部と、前記第２の把持部と、前記切抜部と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１の把持部と前記第２の把持部とが前記積層体シートを搬送することと、前記切抜部が前記積層体シートを切り抜くことと、を繰り返すよう、前記第１の把持部と、前記第２の把持部と、前記切抜部と、を制御する。この形態によれば、第１の把持部が積層体シートを搬送する搬送量以上に第２の把持部が積層体シートを搬送することによって積層体シートが搬送方向側に伸ばされた状態で搬送されるため、積層体シートにシワや割れが生じることを防止できる。また、シワや割れが生じることを防止できることによって、切抜部により切り抜かれる積層体シートの一部である中間製品がシワや割れが生じた状態で切り抜かれることを防止できる。
【０００７】
本発明の形態は、膜電極接合体の製造装置に限るものではなく、例えば、燃料電池用膜電極体、その燃料電池用膜電極体を備えた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における膜電極接合体の製造装置を示した説明図である。
【図２】本実施形態における膜電極接合体の製造装置に切り抜かれる積層体シートを搬送方向側から見た断面図である。
【図３】本実施形態における第２の把持部における搬送張力の変動を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の実施形態における膜電極接合体の製造装置１００を示した説明図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図１のＸＹＺ軸は、図２のＸＹＺ軸に対応する。膜電極接合体の製造装置１００は、電解質膜２１０の両面にカソード触媒層２２０ａおよびアノード触媒層２２０ｂが設けられた膜電極接合体２３０の一方の面にガス拡散層２６０が積層された積層体シート２００を切り抜くための装置である。膜電極接合体の製造装置１００は、第１の把持部１１０と、第２の把持部１２０と、切抜部１３０と、制御部１４０と、ロール３００とを備える。
【００１０】
第１の把持部１１０は、積層体シート２００のＸ軸方向における両端部を把持して、積層体シート２００が巻かれたロール３００から積層体シート２００を搬送する。第１の把持部１１０は、ロール３００から巻き出した積層体シート２００をＹ軸方向の＋側へ搬送する。本実施形態では、第１の把持部１１０は、積層体シート２００から見てＺ軸方向の＋側および−側から積層体シート２００を把持する。本実施形態では、第１の把持部１１０は、積層体シート２００を搬送した後、把持を解除してからＹ軸方向の−側にある所定の位置に戻る。
【００１１】
第２の把持部１２０は、第１の把持部１１０よりＹ軸方向の＋側に配される。第２の把持部１２０は、積層体シート２００のＸ軸方向における両端部を把持して第１の把持部１１０から搬送されてきた積層体シート２００を搬送する。第２の把持部１２０は、第１の把持部１１０が積層体シート２００を搬送する搬送量以上に積層体シート２００を搬送できる。
【００１２】
第２の把持部１２０は、積層体シート２００をＹ軸方向の＋側へ搬送する。本実施形態では、第２の把持部１２０は、積層体シート２００から見てＺ軸方向の＋側および−側から積層体シート２００を把持する。本実施形態では、第２の把持部１２０は、積層体シート２００を搬送した後、把持を解除してからＹ軸方向の−側にある所定の位置に戻る。
【００１３】
切抜部１３０は、第１の把持部１１０と第２の把持部１２０との間に配される。切抜部１３０は、積層体シート２００のうちＸ軸方向における両端部を除いた一部を積層体シート２００から切り抜く。本実施形態では、切抜部１３０は、搬送されている積層体シート２００のＺ軸方向の＋側に配される。本実施形態では、切抜部１３０は、Ｚ軸方向の−側に下降することによって、積層体シート２００を介して切抜部１３０と向き合う位置に配された下型部（図示しない）上に配された積層体シート２００を切り抜く。本実施形態では、切抜部１３０は、制御部１４０からの指示に基づいて、積層体シート２００を切り抜く。
【００１４】
制御部１４０は、第１の把持部１１０と、第２の把持部１２０と、切抜部１３０とを制御する。制御部１４０は、第１の把持部１１０と第２の把持部１２０とが積層体シート２００を搬送することと、切抜部１３０が積層体シート２００を切り抜くことと、を繰り返すよう、第１の把持部１１０と、第２の把持部１２０と、切抜部１３０と、を制御する。
【００１５】
本実施形態では、制御部１４０は、第１の把持部１１０および第２の把持部１２０における積層体シート２００の搬送量を制御している。本実施形態では、制御部１４０は、第１の把持部１１０が積層体シート２００を搬送する搬送量以上に第２の把持部１２０が積層体シート２００を搬送するよう制御している。
【００１６】
本実施形態では、第１の把持部１１０は、切抜部１３０が積層体シート２００を切り抜くとき、積層体シート２００の把持を解除している。このとき、積層体シート２００は、ロール３００と第２の把持部１２０との間に生じる張力によって伸ばされている。他の実施形態では、第１の把持部１１０は、切抜部１３０が積層体シート２００を切り抜くとき、積層体シート２００を把持していてもよい。この場合は、積層体シート２００は、第１の把持部１１０と第２の把持部１２０との間に生じる張力によって伸ばされている。
【００１７】
他の実施形態では、切抜部１３０が積層体シート２００を切り抜くとき、積層体シート２００は、第１の把持部１１０および第２の把持部１２０からは把持されておらず、真空吸着台に真空吸着されることによって固定されていてもよい。このとき、積層体シート２００は、ロール３００と真空吸着台との間に生じる張力によって伸ばされている。真空吸着台は、下型部内に備えられていてもよいし、下型部内とは異なる位置に備えられていてもよい。
【００１８】
図２は、本実施形態における膜電極接合体の製造装置１００に切り抜かれる積層体シート２００を搬送方向側（Ｙ軸方向の＋側）から見た断面図である。図２において搬送方向側から見た第１の把持部１１０と第２の把持部１２０とは重なって見える位置にある。積層体シート２００は、電解質膜２１０の両面にカソード触媒層２２０ａおよびアノード触媒層２２０ｂが設けられた膜電極接合体２３０の一方の面にガス拡散層２６０が積層されたものである。
【００１９】
膜電極接合体２３０は、電解質膜２１０と、カソード触媒層２２０ａと、アノード触媒層２２０ｂとを備える。
【００２０】
電解質膜２１０は、カソード触媒層２２０ａとアノード触媒層２２０ｂとの間に挟持され、プロトン伝導性を有する高分子の薄膜である。本実施形態では、電解質膜２１０は、アイオノマ樹脂であるパーフルオロスルホン酸イオン交換膜である。
【００２１】
カソード触媒層２２０ａとアノード触媒層２２０ｂとは、電解質膜２１０を介して行われる電気化学反応を促進させる。本実施形態では、カソード触媒層２２０ａは、酸素の還元反応を促進し、アノード触媒層２２０ｂは、水素の酸化反応を促進する。
【００２２】
ガス拡散層２６０は、膜電極接合体２３０におけるアノード側（Ｚ軸方向の−側）に設けられ、反応ガスである水素を膜電極接合体２３０へ拡散させる多孔質の層である。
ガス拡散層２６０は、マイクロポーラス層２４０と、カーボンペーパー２５０と、を備える。
【００２３】
マイクロポーラス層２４０は、カーボンペーパー２５０に塗布された微細孔状の層である。カーボンペーパー２５０は、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔性の部材である。
【００２４】
本実施形態に用いる積層体シート２００において、膜電極接合体２３０のＸ軸方向（幅方向）における長さは、ガス拡散層２６０のＸ軸方向における長さより長い。また、ガス拡散層２６０は、Ｘ軸方向において膜電極接合体２３０の内側に配される。膜電極接合体２３０のＸ軸方向における長さが、ガス拡散層２６０のＸ軸方向における長さより短いと、ガス拡散層２６０のみが第１の把持部１１０および第２の把持部１２０によって把持される部分が発生しやすくなる。また、そのような部分が発生すると、ガス拡散層２６０に割れが生じることがある。
【００２５】
その他にも、第１の把持部１１０および第２の把持部１２０がガス拡散層２６０を把持する際におけるＺ軸方向の＋側から把持する部分が、マイクロポーラス層２４０に接触しやすくなる。マイクロポーラス層２４０に接触した第１の把持部１１０および第２の把持部１２０における部分に汚れが生じることによって、積層体シート２００における他の部分に異物を転写することがある。
【００２６】
このため、本実施形態に用いる積層体シート２００においては、膜電極接合体２３０のＸ軸方向（幅方向）における長さを、ガス拡散層２６０のＸ軸方向における長さより長くすること、および、ガス拡散層２６０をＸ軸方向において膜電極接合体２３０の内側に配することによって、ガス拡散層２６０の割れおよび積層体シート２００における異物の転写を防止することができる。
【００２７】
図３は、本実施形態における第２の把持部１２０における搬送張力の変動を示した説明図である。第１の把持部１１０から搬送されてきた積層体シート２００を搬送する際に、第２の把持部１２０における搬送張力が一時的に上昇することが分かる。
【００２８】
以上説明した実施形態によれば、第１の把持部１１０が積層体シート２００を搬送する搬送量以上に第２の把持部１２０が積層体シート２００を搬送することによって、積層体シート２００が搬送方向側に伸ばされた状態で搬送されるため、積層体シート２００にシワや割れが生じることを防止できる。また、シワや割れが生じることを防止できることによって、切抜部１３０により切り抜かれる積層体シート２００の一部である中間製品がシワや割れが生じた状態で切り抜かれることを防止できる。
【００２９】
Ｂ．変形例：
第１実施形態では、第１の把持部１１０が積層体シート２００を搬送する搬送量以上に第２の把持部１２０が積層体シート２００を搬送することによって、積層体シート２００が搬送方向側に伸ばされた状態で搬送されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１の把持部１１０が積層体シート２００を搬送する搬送速度以上に速い搬送速度で第２の把持部１２０が積層体シート２００を搬送することによって、積層体シート２００が搬送方向側に伸ばされた状態で搬送されてもよい。
【００３０】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００…膜電極接合体の製造装置
１１０…第１の把持部
１２０…第２の把持部
１３０…切抜部
１４０…制御部
２００…積層体シート
２１０…電解質膜
２２０ａ…カソード触媒層
２２０ｂ…アノード触媒層
２３０…膜電極接合体
２４０…マイクロポーラス層
２５０…カーボンペーパー
２６０…ガス拡散層
３００…ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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