(57)【要約】【課題】  触媒特性を変えることなく輪郭が鮮明な塗布パターンを得ると共に、塗工時において触媒粉体が発火しない膜電極接合体の製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】  基材２に触媒粉体１０を静電付着させて、燃料電池用の膜電極接合体を製造する方法であって、基材２をメインボックス３０内に搬送する工程と、メインボックス３０内の酸素濃度が所定の濃度以下の条件となるようにメインボックス３０内に不燃性ガスを供給して酸素濃度を調整しながら、メインボックス３０内において基材２に触媒粉体１０の静電付着を行う工程と、を少なくとも含んでなる。【選択図】図１
2009238511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に触媒粉体を静電付着させて、燃料電池用の膜電極接合体を製造する方法であって、
前記基材を筐体内に搬入する工程と、該筐体内の酸素濃度が所定の濃度以下の条件となるように前記筐体内に不燃性ガスを供給して酸素濃度を調整しながら、前記筐体内において前記基材に前記触媒粉体の静電付着を行う工程と、を少なくとも含むことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【請求項２】
前記筐体内から前記基材を搬出する際に、前記筐体内の酸素濃度と筐体外の酸素濃度との間の酸素濃度のガスに、前記基材を晒す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項３】
前記筐体内へ前記基材を搬入する際に、前記筐体外から該筐体内へのガスの流入を抑制するように、不燃性ガスを前記筐体の搬入側に供給する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項４】
前記筐体内の酸素濃度を測定し、該測定した酸素濃度が前記所定の酸素濃度以下となるように、前記酸素濃度の調整を行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項５】
基材に触媒粉体を静電付着させて、燃料電池用の膜電極接合体を製造する装置であって、
該装置は、前記基材を搬入し搬出することが可能な筐体と、該筐体内の酸素濃度が所定の酸素濃度以下の条件となるように不燃性ガスを供給して、前記酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、前記筐体内の前記基材に触媒粉体を静電付着させる静電付着手段と、を少なくとも備えることを特徴とする膜電極接合体の製造装置。
【請求項６】
前記膜電極接合体の製造装置は、前記筐体内に前記基材を搬入し、前記筐体外へ前記基材を搬出する基材搬送手段を備えており、前記筐体の搬出側には、前記筐体内の酸素濃度と前記筐体外の酸素濃度との間の酸素濃度のガスに基材を晒すように、該ガスを供給する出側ガス供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の膜電極接合体の製造装置。
【請求項７】
前記膜電極接合体の製造装置は、前記筐体内に前記基材を搬入し、前記筐体外へ前記基材を搬出する基材搬送手段を備えており、前記筐体の搬入側には、前記筐体外から該筐体内へのガスの流入を抑制するように、不燃性ガスを前記筐体の搬入側に供給する入側ガス供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の膜電極接合体の製造装置。
【請求項８】
前記筐体内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の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、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法及びその製造装置に係り、基材に触媒粉体を好適に静電付着させることができる膜電極接合体の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜と、該電解質膜の両面に配置された触媒層及びガス拡散層と、を含む膜電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。触媒層は白金担持カーボンのような触媒粉体（触媒担持導電体）を含み、基材である電解質膜あるいはガス拡散層に触媒層を形成する方法としては、電極インクを、印刷、ローラコート、スプレーなどにより基材に塗布（塗工）する、いわゆる湿式塗布方法が従来から行われてきた。さらに、近年になり、静電気力や気体（キャリヤーガス）の流れを利用して、触媒粉体を基材である電解質膜またはガス拡散層に向けて飛翔させて直接付着させる乾式方法も採用されている。
【０００３】
例えば、下記に示す特許文献１に記載の乾式方法では、基材に対して非接触のスクリーンを配置し、基材とスクリーンの間に電圧を印加しておき、弾性体であるフィードローラによりスクリーン上に触媒粉体を供給すると共に、フィードローラの持つ弾性力により触媒粉体に押出し力を与え、静電気力と弾性体からの押出し力の双方により、触媒粉体を基材側に飛翔させて静電付着させるようにしている。
【０００４】
この方法によれば、静電気力と押出し力の双方によって、スクリーンから基材へ触媒粉体が飛翔するので、低い印加電圧でもって所望の塗布パターンを基材上に形成することができると共に、輪郭が鮮明な塗布パターンを得ることができる。
【特許文献１】特開平２００５−２３０６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、乾式方法の場合には、触媒粉体にエネルギを付与して、触媒粉体を基材に付着させているため、触媒粉体そのものが発火し易いものであった。例えば、特許文献１に記載の方法によれば、触媒粉末に静電気力を作用させるために触媒粉体が帯電しているので、静電付着する粉体が発火する場合があった。
【０００６】
よって、このような発火を抑制するためには、例えば、基材とスクリーンの間に印加する着火源となる電圧を抑えて、触媒粉体を帯電させるためのエネルギを低減することも考えられる。しかし、電圧を抑えた場合には、塗工された触媒粉体の輪郭の塗布パターンが鮮明とならず、いわゆるエッジボケが発生するおそれがある。また、別の方法として、触媒粉体そのものの仕様を変更する方法も考えられるが、この場合には、所望の触媒特性が得られない場合もある。
【０００７】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、触媒特性を変えることなく輪郭が鮮明な塗布パターンを得ると共に、塗工時において触媒粉体が発火等しない膜電極接合体の製造方法及びその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】
前記課題を解決すべく、発明者は鋭意検討を重ねた結果、触媒粉体の発火を抑制するには、（１）発火する触媒粉体そのもの、（２）着源となる触媒粉体の帯電、（３）静電付着時の酸素の３つの要素のいずれかを管理すべきと考えた。しかし、（１）（２）の管理は、上述したように、所望の膜電極接合体を得ることができないため、発明者は、静電付着時の酸素濃度を管理することが、最適であるとの新たな知見を得た。
【０００９】
本発明は発明者の前記新たな知見に基づくものであり、本発明に係る膜電極接合体の製造方法は、基材に触媒粉体を静電付着させて、燃料電池用の膜電極接合体を製造する方法であって、前記基材を筐体内に搬入する工程と、該筐体内の酸素濃度が所定の濃度以下の条件となるように前記筐体内に不燃性ガスを供給して酸素濃度を調整しながら、前記筐体内において前記基材に前記触媒粉体の静電付着を行う工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る膜電極接合体の製造方法によれば、発火要因となる３要素の１つである、筐体内の酸素濃度を調整することにより、触媒特性を変えることなく輪郭が鮮明な触媒粉体の塗布パターンを得ると共に、塗工時において触媒粉体の発火を防止することができる。
【００１１】
ここで、本発明にいう「基材」とは、電解質膜又はガス拡散層をいい、「膜電極接合体」とは、電解質膜の両面に、アノード電極及びカソード電極として触媒層、ガス拡散層が順次積層されたものをいい、本発明に係る膜電極接合体の製造方法は、膜電極接合体を製造するにあたって、基材に触媒粉体を静電付着させる工程を少なくとも含むものであり、他の工程として一般的な工程をさらに含んでもよい。また、不燃性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る膜電極接合体の製造方法において、前記筐体内から前記基材を搬出する際に、前記筐体内の酸素濃度と筐体外の酸素濃度との間の酸素濃度のガスに、前記基材を晒す工程をさらに含むことがより好ましい。
【００１３】
本発明に係る膜電極接合体の製造方法によれば、触媒粉体を塗布（塗工）後、時間経過と共に段階的に酸素濃度を筐体外（大気）の酸素濃度に近づけるので、基材が筐体から搬出され、触媒層が大気に暴露されたとしても、急激な酸素濃度上昇と、触媒への大気（酸素）の吸着に起因する触媒の吸着熱の発生を抑制でき、基材に付着した触媒の発火・発煙を防止することができる。
【００１４】
また、本発明に係る膜電極接合体の製造方法において、前記筐体内へ前記基材を搬入する際に、前記筐体外から該筐体内への流入を抑制するように、不燃性ガスを前記筐体の搬入側に供給する工程をさらに含むことがより好ましい。
【００１５】
本発明に係る膜電極接合体の製造方法によれば、前記筐体内への大気の流入が抑制され、その結果として前記筐体内の酸素濃度の調整を容易に行うことができる。特に、この工程では、筐体内への大気の流入を抑制することを目的とするので、前記筐体の基材が搬入される搬入口に、不燃性ガスのガスカーテンが形成されるように、不燃性ガスを供給することがより好ましい。
【００１６】
さらに、本発明に係る膜電極接合体の製造方法において、前記筐体内の酸素濃度を測定し、該測定した酸素濃度が前記所定の酸素濃度以下となるように、前記酸素濃度の調整を行なうことがより好ましい。本発明に係る膜電極接合体の製造方法によれば、筐体内の酸素濃度を測定しながら酸素濃度の調整を行うので、より精度良く酸素濃度の調整が可能となる。
【００１７】
本発明として、前記膜電極接合体の製造方法を好適に行なうための製造装置をも開示する。本発明に係る膜電極接合体の製造装置は、基材に触媒粉体を静電付着させて、燃料電池用の膜電極接合体を製造する装置であって、該装置は、前記基材を搬入し搬出することが可能な筐体と、該筐体内の酸素濃度が所定の酸素濃度以下の条件となるように不燃性ガスを供給して、前記酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、前記筐体内の前記基材に触媒粉体を静電付着させる静電付着手段と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る膜電極接合体の製造装置によれば、酸素濃度調整手段により、筐体内の酸素濃度が所定の濃度以下の条件となるように前記筐体内に不燃性ガスを供給して酸素濃度を調整しながら、静電付着手段により、前記筐体内において前記基材に前記触媒粉体の静電付着を行うことができる。これにより、触媒特性を変えることなく輪郭が鮮明な触媒粉体の塗布パターンを得ると共に、塗工時において触媒粉体の発火を防止することができる。
【００１９】
本発明に係る膜電極接合体の製造装置は、前記筐体内に前記基材を搬入し、前記筐体外へ前記基材を搬出する基材搬送手段を備えており、前記筐体の搬出側には、前記筐体内の酸素濃度と前記筐体外の酸素濃度との間の酸素濃度のガスに基材を晒すように、該ガスを供給する出側ガス供給手段をさらに備えることがより好ましい。
【００２０】
本発明に係る膜電極接合体の製造装置によれば、筐体内から前記基材を搬出する際に、前記出側ガス供給手段により、前記筐体内の酸素濃度と筐体外の酸素濃度との間の酸素濃度のガスに、所定時間、前記基材を晒すことができる。これにより、触媒粉体を塗布後、基材が前記筐体から搬出され、触媒層が大気に暴露されたとしても、急激な酸素濃度上昇と、触媒への酸素の吸着に起因する触媒の吸着熱の発生を抑制でき、触媒層の発火・発煙を防止することができる。
【００２１】
本発明に係る膜電極接合体の製造装置は、前記筐体内に前記基材を搬入し、前記筐体外へ前記基材を搬出する基材搬送手段を備えており、前記筐体の搬入側には、前記筐体外から該筐体内へのガスの流入を抑制するように、不燃性ガスを前記筐体の搬入側に供給する入側ガス供給手段をさらに備えることがより好ましい。
【００２２】
本発明に係る膜電極接合体の製造装置によれば、前記筐体内から前記基材を搬入する際に、前記筐体外から該筐体内に、入側ガス供給手段により、該筐体外のガスの流入を抑制するように、不燃性ガスを前記筐体の搬入側に供給することができる。これにより、前記筐体内への大気の流入が抑制され、前記筐体内の酸素濃度の調整を容易に行うことができる。特に、入側ガス供給手段は、筐体内への大気の流入を抑制することを目的とするので、前記筐体の基材が搬入される搬入口に、不燃性ガスのガスカーテンが形成されるように、入側ガス供給手段を配置することがより好ましい。
【００２３】
本発明に係る膜電極接合体の製造装置は、前記筐体内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段をさらに備えることがより好ましい。本発明に係る膜電極接合体の製造装置によれば、酸素濃度測定手段により測定された筐体内の酸素濃度が、所定の酸素濃度（発火しない酸素濃度）以下となるように不燃性ガスを供給して、筐体内の酸素濃度をより精度よく調整することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、触媒特性を変えることなく輪郭が鮮明な塗布パターンを得ると共に、塗工時において触媒粉体の発火を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を、図面を参照しながら、本発明を実施形態に基づき説明する。図１は、本発明の製造方法を好適に実施することのできる装置の第一実施形態を示す概略図であり、図２は図１の変形態様を示す概略図である。なお、基材としての電解質膜に触媒層を形成する場合の実施の形態について説明するが、ガス拡散層に触媒層を形成する場合は、基材として電解質膜に代えてガス拡散層を用いる。
【００２６】
膜電極接合体の製造装置１００は、ロール状に巻かれた基材（電解質膜）２を保持する巻き出しロール１と、触媒粉体１０が付着されかつ定着された後の基材２を巻き取る巻き取りロール３を備える。図示しない駆動手段により巻き出しロール１と巻き取りロール３は同期した回転をし、基材２は一定の速度で巻き取りロール３に巻き取られる。なお、本発明でいう「基材搬送手段」とは、本実施形態に係る、巻き出しロール１、巻き取りロール３、及びこれらのロールを駆動手段に相当するが、基材２を搬送することができるのであれば、これらの構成に限定されるものではない。
【００２７】
巻き出しロール１と巻き取りロール３との間には、基材２の一部を搬入し搬出することが可能なメインボックス（筐体）３０が備えられている。メインボックス３０の内部には、移動する基材２を背面から支持するバックアップ材（電極の片極）４が配置されており、バックアップ材４から所定距離（例えば、１０ｍｍ程度）離れた位置には、バックアップ材４と平行する姿勢で、メッシュ状のスクリーン５が適宜の保持手段により保持されている。
【００２８】
そして、図示しない駆動手段によりスクリーン５はその下を移動する基材２と同期した速度で所定距離だけ基材２と同方向に移動し、その後、原位置に復帰するようになっている。スクリーン５には、基材２の上に触媒粉体１０を塗布し付着しようとするパターン（すなわち、膜電極接合体での触媒層のパターン）と同じパターンの模様が例えば２００メッシュのような編み目体で形成されている。
【００２９】
スクリーン５にはＳＵＳなどの導電性材料またはナイロンなど樹脂の絶縁材料のいずれかが用いられる。基材２の移動路であって、スクリーン５よりも下流側には、加熱ロールのような加熱圧着手段８が備えてあり、基材２に塗布された触媒粉体１０の定着を行う。
【００３０】
スクリーン５の上にはホッパー６が位置しており、該ホッパー６には触媒担持導電体（たとえば白金担持カーボン）などの触媒粉体１０が充填される。また、ホッパー６の出口部分には弾性体で作られたフィードローラ７が、その回転軸心を基材２の移動方向に直交する姿勢で配置されている。この例において、フィードローラ７の素材はポリエウレタンであるが、その他、樹脂やゴムに発泡剤を添加したもので作ることもできる。また、フィードローラ７は図示しない駆動手段により回動するようになっている。
【００３１】
スクリーン５とフィードローラ７とは、スクリーン５の表面にフィードローラ７が圧接する状態、すなわち、フィードローラ７がスクリーン５の表面に押し付けられることにより、スクリーン５の接する面は潰されるように変形して、メッシュ内に部分的に入り込んだ状態と取り得るようにされている。
【００３２】
装置１００は電圧印加手段２０を備え、スクリーン５に０〜１０ｋＶ程度の電圧をかけて、基材２とスクリーン５間に電界が印加されるようになっている。また、図示しないが、ホッパー６に収容した触媒粉体１０に帯電させる手段として、コロナ放電手段や攪拌による摩擦帯電手段などが、必要に応じて配置される。本発明でいう「静電付着手段」とは、本実施形態におけるホッパー６、フィードローラ７、スクリーン５、バックアップ材（電極の片極）４及び電圧印加手段２０を含むものであり、触媒粉体１０にエネルギを付与し、基材２に触媒粉体１０を静電付着させることができるのであれば、特にその装置構成は限定されるものではない。
【００３３】
さらに、膜電極接合体の製造装置１００は、メインボックス３０内の酸素濃度が所定の酸素濃度以下の条件となるように不燃性ガスを供給して、メインボックス３０内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段４０を備えており、メインボックス３０内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段５０をさらに備えることがより好ましい。
【００３４】
酸素濃度調整手段４０は、例えば窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスを不燃ガスとして含む不燃性ガス供給源４０ａと、不燃性ガス供給源４０ａからメインボックス３０に供給される不燃性ガスの量を調整する流量調整弁などの調整手段４０ｂと、を備えている。
【００３５】
以下に上述した装置１００を用いて、基材に触媒粉体を静電付着させて、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法を以下に示す。
【００３６】
まず、基材２である電解質膜に触媒層を形成するに際し、スクリーン５に電圧印加手段２０により所要に電圧をかけておく。これと同時に、酸素濃度測定手段５０により測定されたメインボックス３０内の酸素濃度が、所定の酸素濃度（発火しない酸素濃度）以下の条件となるように不燃性ガス供給源４０ａから不燃性ガスを供給して、調整手段４０ｂによりメインボックス３０内の酸素濃度を調整する。また、目標となる酸素濃度の基準値は、予備実験等を行なうことにより、求めることができる。さらに、この際、メインボックス３０内の圧力は、大気圧に対して数十Ｐａの陽圧となるように調整することが好ましい。
【００３７】
次に、ホッパー６に触媒粉体１０を充填し、必要に応じて帯電させる。巻き取りロール３を駆動して基材２を一定速度、例えば５ｍ／分でメインボックス３０内に搬入する。それに同期して所望にパターンニングされたスクリーン５も同じ方向に移動させ、かつ、フィードローラ７にも回転を与える。
【００３８】
ホッパー６内の触媒粉体１０はフィードローラ７の表面に付着した状態でホッパー６から繰り出され、フィードローラ７がスクリーン５の表面に圧着すると同時に、触媒粉体１０はスクリーン５上に供給されかつ帯電した状態となる。さらにフィードローラ７が回転することにより、フィードローラ７の表面の一部はメッシュ状とされたスクリーン５内に入り込むようになるので、触媒粉体１０は弾性体であるフィードローラ７の表面で押し付けられるようになり、印加された電圧による静電気力に加えて、基材２側への押し出し力を受ける。
【００３９】
フィードローラ７の回転中にホッパー６からスクリーン５上に触媒粉体１０が落下することもあるが、その場合にも、落下した触媒粉体１０はスクリーン５の移動によりフィードローラ７の下に来たときにフィードローラ７により押し付けられ、やはり、印加された電圧による静電気力に加えて、基材２側への押し出し力を受ける。
【００４０】
この静電気力と弾性体の押し出し力の双方により、触媒粉体１０は基材２側に飛翔し付着する。付着した触媒粉体１０は、加熱圧着手段８を通過するときに基材２に定着されて安定し、触媒層１０ａを形成する。その状態で基材２は、メインボックス３０からに搬出され、巻き取りロール３に巻き取られる。膜電極接合体の一枚分に対して触媒粉体１０の塗布が終了した時点で、スクリーン５は原位置に復帰し、次の塗布に備える。なお、図示の例では、一枚のスクリーン５を往復動させるようにしているが、複数枚のスクリーンを用いてスクリーンをローテーションさせるようにしてもよい。この態様は連続生産に好適である。
【００４１】
上記のように、本発明によれば、触媒粉体１０の基材（電解質膜）２への飛翔と付着は、静電気力と押し出し力の双方で行われるので、十分に安全な低い電圧であっても、安定した飛翔と定着を実現することかできる。そのために、形成される膜厚は一定なものとなり、輪郭もはっきりしたものとなって、膜電極接合体の製品精度は向上する。さらに、強い力で基材に向けて飛翔するので、無駄に飛散する触媒粉体量を少なくすることができ、それらのことから、触媒粉体１０の歩留まりも向上する。
【００４２】
そして、メインボックス３０内の酸素濃度を、酸素濃度調整手段４０を用いて酸素濃度を調整したので、メインボックス３０内において、触媒粉体１０の発火を回避することができる。さらに、メインボックス３０内を大気圧に対して数十Ｐａの陽圧としたので、メインボックス３０内に、大気が流入し難くなり、好適にメインボックス３０内の酸素濃度を調整することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、酸素濃度調整手段４０は、不燃性ガスを供給するように構成されているが、メインボックス３０に大気（エア）をさらに別系統から供給できるようにしてもよい。これにより、装置１００の使用終了時に、メインボックス３０内の不燃性ガスを大気に入れ替えることができ、装置使用の安全の確保を図ることができる。
【００４４】
上記の装置１００では基材２の一面にのみ触媒粉体１０を塗布して触媒層を形成するようにしたが、図２に示す装置は、基材２である電解質膜の両面に連続して触媒粉体１０を塗布することを可能としている。ここでは、図１に示す装置１００での巻き取りロール３に代えて送りロール３ａを使用し、そこを通過する一面に触媒粉体１０を触媒層１０ａとして定着した基材２を、さらに送りロール３ｂを通過させることにより反転させ、該反転した基材２の触媒層１０ａが形成されていない反対側の面に対して、図１に示した装置Ａと同じ装置１００Ａを用いて、触媒粉体１０を塗布し定着して触媒層１０ｂとするようにしている。両面に所定のパターンで触媒粉体１０が触媒層１０ａ，１０ｂとして定着した基材２は、装置１００Ａの巻き取りロール３により巻き取られる。このようにして、基材２の両面に触媒層１０ａ，１０ｂを精度良く形成すると共に、塗工時において発火しない触媒粉体の静電付着が可能な膜電極接合体の製造することができる。
【００４５】
図３は、本発明の製造方法を好適に実施することのできる装置の第二実施形態を示す概略図であり、図４は図２の変形態様を示す概略図である。なお、第一実施形態と同じ装置構成は、同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００４６】
第二実施形態に係る膜電極接合体の製造装置１００Ｂは、第一実施形態の製造装置１００と比べて、メインボックス３０の基材２を搬入する側に入側ガス供給手段４１と、メインボックス３０の基材２を搬出する側に出側ガス供給手段４２と、を配置した点が相違する。
【００４７】
入側ガス供給手段４１は、メインボックス３０外（大気）からメインボックス３０内へ、メインボックス外のガス（大気）の流入を抑制するように構成されており、メインボックス３０内の基材２が搬入される搬入口に隣接して配置された入側サブボックス３１を備えている。さらに入側ガス供給手段４１は、例えば窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスを不燃ガスとして含む不燃性ガス供給源４１ａと、不燃性ガス供給源４１ａから入側サブボックス３１に供給される不燃性ガスの量を調整する調整手段４０ｂと、を備えている。
【００４８】
このように、入側ガス供給手段４１を備えることにより、メインボックス３０内への大気の流入が抑制され、メインボックス内の酸素濃度の調整を容易に行うことができる。特に、メインボックス３０と入側サブボックス３１との境界、すなわちメインボックス３０の搬入口に、不燃性ガスのガスカーテンが形成されるように、入側ガス供給手段４１を配置することが好ましく、メインボックス３０内への大気の流入をより確実に抑えることができる。
【００４９】
また、出側ガス供給手段４２は、メインボックス３０内の酸素濃度とメインボックス３０外の大気の酸素濃度との間の酸素濃度のガスを基材２に晒すように構成されており、メインボックス３０内の基材２が搬出される搬出口に隣接して配置された出側サブボックス３２を備えている。さらに出側ガス供給手段４２は、例えば窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスを不燃ガスとして含む不燃性ガス供給源４２ａと、不燃性ガス供給源４２ａから出側サブボックス３２に供給される不燃性ガスの量を調整する調整手段４０ｂと、を備えている。
【００５０】
そして、調整手段４０ｂにより、出側サブボックス３２内の酸素濃度を、メインボックス３０内の酸素濃度とメインボックス３０外の大気の酸素濃度との間の酸素濃度のガスとなるように、不燃性ガス供給源４２ａの不燃性ガスを調整する。
【００５１】
このようにして、触媒粉体１０を塗布後、基材２がメインボックス３０から搬出され、触媒層１０ａが大気に暴露されたとしても、急激な酸素濃度上昇と、触媒への酸素の吸着に起因する触媒の吸着熱の発生を抑制でき、触媒層１０ａの発火・発煙を防止することができる。
【００５２】
上記の装置１００Ｂでは基材２の一面にのみ触媒粉体１０を塗布して触媒層を形成するようにしたが、図４に示す装置は、基材２である電解質膜の両面に連続して触媒粉体１０を塗布することを可能としている。ここでは、図３に示す装置１００Ｂでの巻き取りロール３に代えて送りロール３ａを使用し、そこを通過する一面に触媒粉体１０を触媒層１０ａとして定着した基材２を、さらに送りロール３ｂを通過させることにより反転させ、該反転した基材２の触媒層１０ａが形成されていない反対側の面に対して、図３に示した装置１００Ｂと同じ装置１００Ｃを用いて、触媒粉体１０を塗布し定着して触媒層１０ｂとするようにしている。両面に所定のパターンで触媒粉体１０が触媒層１０ａ，１０ｂとして定着した基材２は、装置１００Ｃの巻き取りロール３により巻き取られる。このようにして、基材２の両面に触媒層１０ａ，１０ｂを精度良く形成すると共に、塗工時において発火しない触媒粉体の静電付着が可能な膜電極接合体の製造することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例と比較例により本発明を説明する。
［実施例１］
図２に示した装置を用いて電解質膜への触媒粉体の静電付着を行った。触媒粉体は、白金担持カーボン（Ｐｔ／Ｃ）と、電解質の混合造粒粉体（電解質比率０．８）を用いて、スクリーン−基材間距離３ｍｍ、電圧１．５ｋＶ（電界０．５ｋＶ／ｍｍ）の装置条件で、電解質膜上に目付けが０．４ｍｇＰｔ／ｃｍ２となるように塗工、定着を実施した。この時、メインボックスの酸素濃度を５体積％（爆発（発火）下限酸素濃度７体積％）とした。また、電解質膜の搬送速度は、３ｍ／分とした。
【００５４】
［結果１］
触媒粉体を摩擦により帯電させた際に、触媒粉体が発火することはなかく、好適であった。なお、触媒粉体の定着後、搬出時には酸素濃度が５体積％から大気の酸素濃度に急激に変化するため、触媒層は大気中に暴露され、酸素の触媒表面への吸着熱によって触媒層の発煙が生じる場合があった。
【００５５】
［実施例２］
図４に示した装置を用いて電解質膜への触媒粉体の静電付着を行なった。製造条件は、実施例１と同じ条件であり、相違する点は、入側サブボックス及び出側サブボックスの酸素濃度を１０体積％とした点である。
【００５６】
［結果２］
触媒粉体を摩擦により帯電させた際に、触媒粉体が発火することはなかった。また、触媒粉体の定着後、搬出時には酸素濃度が５体積％から、１０体積％となり、大気の酸素濃度に、段階を追って変化するため、酸素の触媒表面への吸着熱は抑制され、触媒層の発煙が生じることはなかった。
【００５７】
以上、本発明に係る膜電極接合体の製造装置及び製造方法の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００５８】
例えば、第二実施形態の出側サブボックスの酸素濃度をより正確に管理すべく、出側サブボックスに、さらに酸素濃度測定手段を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の膜電極接合体の製造方法を好適に実施することのできる装置の第一実施形態を示す概略図。
【図２】図１に示す製造装置の変形態様を示す概略図。
【図３】本発明の膜電極接合体の製造方法を好適に実施することのできる装置の第二実施形態を示す概略図。
【図４】図３に示す製造装置の変形態様を示す概略図。
【符号の説明】
【００６０】
１：巻き出しロール、２：基材（電解質膜またはガス拡散層）、３：巻き取りロール、３ａ，３ｂ：送りロール、４：バックアップ材、５：スクリーン、６：ホッパー、７：フィードローラ、８：加熱圧着手段、１０：触媒粉体、１０ａ，１０ｂ：触媒層、２０：電圧印加手段、３０：メインボックス、３１：入側サブボックス、３２：出側サブボックス、４０：酸素濃度調整手段、４０ａ：不燃性ガス供給源、４０ｂ：調整手段、４１：入側ガス供給手段、４１ａ：不燃性ガス供給源、４１ｂ：調整手段、４２：出側ガス供給手段、４２ａ：不燃性ガス供給源、４２ｂ：調整手段、５０：酸素濃度測定手段、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ：膜電極接合体の製造装置
【図１】
2009238511.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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