CN103201112B - 用于制造接合的层叠体的设备及制造接合的层叠体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种制造接合的层叠体的设备及用于制造接合的层叠体的方法。由膜材料制造并且通过加压而接合的接合的层叠体不存在膜材料的位移、变形或膜材料的界面的任何接合缺陷，并且该接合的层叠体能够以良好的产率被高效地制造。该设备能够制造接合的层叠体，其中层叠体被放置在由一对环形带(15a，15b)和密封构件(24)形成的容纳空间(S)中。然后，该层叠体以这样的状态被输送：由于空气被通过排放孔(17)从容纳空间(S)排出而由紧密地附接至该层叠体的一对环形带(15a，15b)固定，并且该层叠体通过在热压部(11)和冷压部(13)中加压而接合。

Description

用于制造接合的层叠体的设备及制造接合的层叠体的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造接合的层叠体(joined laminated media)的设备及制造该接合的层叠体的方法，其中，该接合的层叠体(如用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组件)通过膜材料在堆叠成层后加压而接合来制造。

背景技术

通常，为了通过对膜材料的层叠体(laminated media)加压而接合来制造接合的层叠体，会使用辊式压力机，层叠体被输送到此处并然后被插入到彼此相对的辊之间加压。最近，已使用该技术来制造用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组件(Membrane Electrode Assembly，下文中称为MEA)，该膜电极组件通过将聚合物电解质、燃料电极膜以及空气电极膜堆叠成层，并将其接合而生产(例如，参见专利文献第1、2和3号)。

对于上述的制造接合的层叠体的方法，当聚合物电解质、燃料电极膜以及空气电极膜的层叠体通过加压而接合时，易于发生膜材料的位移和变形并因而降低了产品的产率。这是因为当层叠体经过辊时，会发生层叠体上的力的突变或引起层叠体与辊之间的摩擦。此外，当在叠层膜材料之间的空间中留有空气的情况下，则难以将所述空气从该空间充分地排出。因而，会生产出在接合界面中有缺陷的层叠体。

为了解决该问题，提出了一种对层叠体进行固定并且将其保持处于该状态的方法，其中，层叠体设置在柔性片材的上表面上，该柔性片材附接至用于固定片材的金属框架。在用于固定片材的金属框架的顶部上，具有柔性片材和环状填料的片材与金属框架叠置。然后，通过使该封闭空间降压来将空气从由这些构件形成的气密空间中排出(例如，专利文献第4号和第5号)。

现有技术的描述

专利文献

1.日本专利申请公报，2008-159377号公报

2.日本专利申请公报，2010-514102号公报

3.日本专利申请公报，2010-198948号公报

4.日本专利申请公报，2005-19275号公报

5.日本专利申请公报，2008-146833号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在参引的专利文献4和专利文献5的发明的每个发明中，必须为每组层叠体准备用于固定片材的固定的金属框架，并且对层叠体进行接合在容纳层叠体的空间被单独地减压之后执行。所以，节拍时间不可避免地被延长。此外，用于固定片材的固定的金属框架的厚度比层叠体的厚度大，使得不能使用适合于层叠体的大规模生产的连续式压力机，如辊式压力机或双带式压力机。因而，不能实现层叠体的高效生产。

为了解决这些问题，本发明将提供一种制造接合的层叠体的设备及制造接合的层叠体的方法，在该方法中，用膜材料制造并且通过加压而接合的接合的层叠体以膜材料无位移或变形或层压材料的界面的接合中无缺陷的状态被有效地并以良好的产率制造。

解决问题的手段

为了达成解决上述问题的目的，公开了一种用于通过对膜材料的层加压来将其接合来制造接合的层叠体的设备(第一项发明)，该设备包括如下：

一对环形带，所述一对环形带输送被夹在所述带之间的层叠体；

加压装置，所述加压装置设置在相对的位置处并且将所述一对环形带夹在中间，加压装置通过对由环形带输送的层叠体上的环形带加压而施加加压力；

容纳部，所述容纳部为形成在彼此相对的环形带之间以使得层叠体能够放置在其中的隔开的空间；

排放部，所述排放部沿环形带的宽度的方向凸出，并且该排放部与容纳部连通并将空气从该空间中排出，每个空间由所述容纳部和所述一对环形带隔开；

密封构件，所述密封构件包括在沿环形带的运动方向延伸的线上的多个容纳部和排放部，密封构件形成在一对环形带中的至少一个环形带上，以及

排放构件，所述排放构件将空气从容纳空间通过排放孔排出，排放孔在对应于排放部的位置处通过环形带而形成，

其中，排放孔在沿环形带的运动方向延伸的线上并且沿环形带的宽度方向在所述加压装置的外侧，并且

其中，排放构件通过接触环形带的与密封构件的一侧相对的一侧而覆盖排放孔，排放构件设置在下述位置处，即：该位置使得容纳空间中的空气被保持为至少对于层叠体加压装置加压的区域能够被排出，并且

其中，通过使容纳空间中的空气由排放构件穿过排放孔排出，一对环形带与设置在容纳空间中的层叠体紧密地附着，并且层叠体以固定的状态被输送并且能够通过加压装置加压(第一项发明)。

根据第一项发明的用于制造接合的层叠体的设备能够制造接合的层叠体，其中，由膜材料的层制成的接合的层叠体放置在由密封构件和一对环形带形成的容纳空间中。然后，层叠体在这样的状态下输送：其中，由于空气从容纳空间通过排放孔被排出，因此层叠体通过紧密地附接至层叠体的一对环形带而固定并且层叠体通过由加压装置加压而接合。以这种方式，层叠体通过在下述状态下加压而接合：容纳空间中的空气被排出并且包括膜材料的层的层叠体紧密附接并且固定。因此，能够以良好的产率制造无膜材料的位移或变形并且在层叠体的接合界面中无缺陷的接合的层叠体。

第一项发明的用于制造接合的层叠体的设备，当采用对保持固定的层叠体加压和接合的方法时，因为容纳空间中的空气被排出，所以无需如在用于制造接合的层叠体的常规设备中需要的为将容纳空间保持于真空状态而单独准备或使用的固定的框架。所以，可以采用非间歇式的、适合大批量生产的连续压力机，从而能够有效地制造接合的层叠体。

在第一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，沿排放构件设置有第一加压构件并且第一加压构件在环形带上施加加压力(第二项发明)。

在第二项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，加压环形带的第一加压构件沿排放构件设置。所以，即使空气从容纳空间排出，由于当空气被排出时对环形带的抽吸，所以环形带也不会被引起变形，从而防止了在环形带的变形情况下以及在容纳空间未保持气密性的情况下而发生的空气的泄漏。通过使用第一加压构件，空气从容纳空间被确实地排出并且层叠体被固定。

在第二项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，排放构件和第一加压构件形成为一体(第三项发明)。

在排放构件和第一加压构件形成为一体的情况下，如在第三项发明中，设备的结构可以被简化，使得该设备可以被做得更小。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，在与排放构件相对的位置处设置有第二加压构件并且第二加压构件在未设排放构件的环形带上以及朝向排放构件施加加压力(第四项发明)。

在第四项发明的设备中，第二加压构件将未设置排放构件的环形带朝向排放构件压紧。因此，使环形带牢固地接触密封构件，并且紧密地附接至排放构件，以便空气从容纳空间确实地排出，从而能够固定层叠体。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，密封构件由耐热的橡胶材料制成(第五项发明)。

如在第五项发明的设备中，如果密封构件由耐热的橡胶材料如硅橡胶制成，则即使密封构件较薄，由于橡胶材料的高粘合性，容纳空间仍然能够以气密性方式形成。另外，即使使用薄的接合体，由于密封构件的厚度能够被降低，因此薄的层叠体仍能够被牢固地固定。此外，由于来自加压装置的压力将由密封构件承担，因此在层叠体上不会施加过度的力。此外，由于耐热的橡胶材料如硅橡胶为高度耐热的，因此在当耐热的橡胶材料在高温下被加热的同时被接合的情况下，可以使用耐热的橡胶材料。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，密封构件具有使得加压装置的加压力基本不被施加在密封构件上的厚度(第六项发明)。

术语“基本上未施加在密封构件上”指这样的情形：其中，层叠体的厚度比密封构件的厚度大，使得加压装置的加压力全部由层叠体承担。

如在第六项发明的设备中，如果密封构件具有使得加压装置的加压力基本未施加在密封构件上的厚度，则加压装置的加压力全部施加在层叠体上。因此，加压力被有效地施加在层叠体上。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，密封构件由比层叠体的材料硬的材料制成，并且其厚度为使得如果加压装置对层叠体施加加压力，则施加在密封构件上的力基本未使密封构件变形(第七项发明)。

如在第七项发明的设备中，如果密封构件由比层叠体的材料硬的材料制成，并且其厚度以这样的方式形成，即：如果加压装置对层叠体施加加压力，则施加在密封构件上的力基本未使密封构件变形，则层叠体的厚度可以与密封构件的厚度一样。因此，能够制造均匀厚度的接合的层叠体。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，在排放部中设置有让空气通过的间隔物，该间隔物防止排放孔和排放部在空气从容纳空间通过排放构件被排出时被阻塞(第八项发明)。

在第八项发明的设备中，当来自容纳空间的空气通过排放构件被排出时，允许让空气通过并且设置在排放部中的间隔物能够防止排放孔和排放部由正被抽吸到排放部中的环形带所阻塞。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，一对环形带中的至少一个环形带由金属制成(第九项发明)。

在第九项发明的设备中，如果一对环形带中的至少一个环形带由金属制成，则环形带具有适当的强度，使得环形带几乎没有扭曲或折痕。此外，环形带具有良好的热传导性，使得如果层叠体在被加压时执行加热或冷却，则环形带能够有效地将热量通过环形带传递至层叠体。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，一对环形带中的至少一个环形带由树脂材料制成(第十项发明)。

在第十项发明的设备中，如果一对环形带中的至少一个环形带由树脂材料制成，则当空气从容纳空间被排出时，即使层叠体是厚的，环形带也很有可能弯曲并且也很可能沿层叠体的轮廓紧紧地附着至层叠体。因此，层叠体被更牢固地固定。

在第一项发明、第二项发明以及第三项发明中的任何一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，加压装置包括能够加热层叠体的加热装置(第十一项发明)。

在第十一项发明的设备中，加压装置包括能够加热层叠体的加热装置，使得层叠体能够通过在被加热时加压而接合。因而，所制造的接合的层叠体能够具有较强的结合力，因而使用接合的层叠体的产品能够具有改进的性能。

在第十一项发明的用于制造接合的层叠体的设备中，具有加热装置的加压装置具有冷却装置，该冷却装置用于对当从所述环形带的所述运动方向观察时位于包括所述加热装置的所述加压装置下游的层叠体进行冷却(第十二项发明)。

在第十二项发明的设备中，具有包括加热装置的加压装置的设备具有冷却装置，该冷却装置用于具有在加热装置的当从所述环形带的所述运动方向观察的下游的所述层叠体进行冷却。所以，当层叠体在冷压部中加压时(具有冷却装置的加压装置)，在热压部处接合的层叠体(具有加热装置的加压装置)可以被冷却。因而，被制造的接合的层叠体能够在较短时间内冷却并且及时被输送至下一步骤，从而提高了制造效率。

使用用于制造接合的层叠体的设备来制造接合的层叠体的方法，所述制造接合的层叠体的设备具备膜材料层叠而成的层叠体、输送层叠体的一对环形带、以及密封部件，上述密封部件在环形带的移动方向排列设置有多个容纳部和多个排放部，其中，上述容纳部设置在至少一个环形带的表面上且将对置的上述一对环形带之间的空间以能够容纳层叠体的方式隔开；上述排放部与上述容纳部连通并向环形带的宽度方向凸出而形成，用于将空气从由上述一对环形带和上述容纳部所形成的容纳空间中排出该方法具备：将层叠体配置于上述容纳空间的配置步骤；排放步骤，在该排放步骤中，一边输送所述层叠体，一边经由在与上述排放部对应的位置贯穿所述环形带而形成的排放孔将所述容纳空间中的空气排出，由此使所述一对环形带紧密地附着所述层叠体而固定所述层叠体；以及对在所述排放步骤中固定的所述层叠体加压和接合的加压步骤(第十三项发明)。

以这种方式，由膜材料的层制成的层叠体能够通过使容纳空间中的空气排出并通过使层叠体牢固地固定而被接合，使得能够以高的产率制造在膜材料的层之间无位移、无变形或接合界面中无缺陷的接合的层叠体。

此外，该方法具有另一优点，原因在于当该方法采用一种方式：即，通过使容纳空间减压以及通过使层叠体固定来对层叠体加压和接合成接合的层叠体时，该方法不需要单独准备或不需要使用在常规的技术中所要求的固定的框架以便将容纳空间保持在真空状态中。所以，该方法能够使用非间歇式的、适合于制造大量接合的层叠体的连续压力机。因而，能够有效地制造接合的层叠体。

附图说明

图1为用于制造接合的层叠体的设备的结构的图示。

图1(A)为用于制造接合的层叠体的设备的全侧视图的图示。图1(B)为用于制造接合的层叠体的设备的从图1(A)的A观察到的平面图。图1(C)为用于制造接合的层叠体的设备的从图1(A)的B观察到的平面图。图1(D)为用于制造接合的层叠体的设备的从图1(A)的C观察到的平面图。

图2为图1(A)的在线G-G处的截面图。

图3为接合的层叠体的结构的图示。图3(A)为接合的层叠体的截面图示。图3(B)为接合的层叠体的说明性平面图。

图4为用于制造接合的层叠体的过程的图示。图4(A)为图1(A)的在线D-D处的截面图示(将层叠体放置在容纳空间中的步骤)。图4(B)为图1(A)的在线E-E处的截面图示(将空气从容纳空间排出的步骤)。图4(C)为图1(A)的在线F-F处的截面图示(对层叠体加压并将其接合成接合的层叠体的步骤)。

图5为密封构件的另一实施方案的平面图。

图6为设置在密封构件的排放部处的间隔物的结构的说明性截面图。

具体实施方式

基于制造MEA的方法以及通过参照附图，对用于制造接合的层叠体的设备和制造接合的层叠体的方法进行说明。

如图1所示，用于制造接合的层叠体的设备10——该设备为双带式压力机——包括以下：

热压部11，该热压部11为对层叠体1进行加热和加压(热压)的加压装置；

冷压部13，该冷压部13为当其对层叠体1进行冷却时对层叠体1加压(冷压)的加压装置，并且如从环形带15a、15b运动方向所观察到的，该冷压部13设置在热压部11的下游；

一对环形带15a、15b，所述一对环形带15a、15b彼此相对并且输送被夹在所述环形带15a、15b之间的层叠体；

密封构件24，该密封构件24设置在环形带15a的表面上并且该密封构件24通过对由彼此相对的环形带15a、15b形成并介于彼此相对的环形带15a、15b之间的空间进行隔开而形成容纳空间S，使得所述容纳空间能够容纳层叠体；以及

排放构件18，所述排放构件18从环形带15a的内侧接触环形带15a，并且通过设置在环形带15a上的排放孔17而将空气从容纳空间S中排出。

环形带15a、15b由导辊16支承和驱动，并且环形带15a、15b在其被设置成彼此相对的区域中沿相同的方向运动。环形带15a、15b在输送层叠体1的同时，将热压辊12和冷压辊14的加压力传输至层叠体1。另外，环形带15a、15b在(1)热压辊12和冷压辊14与(2)层叠体1之间传递热量。

环形带15a、15b各自形成为具有环形形状，并且由具有柔性特性的带状材料制成。在本实施方案中，环形带15a由金属制成，所述金属为不锈钢，环形带15b由树脂材料制成，所述树脂材料为Teflon(注册商标)。

热压部11的上部和下部在使环形带15a、15b放置在其之间的同时，各自设置成彼此相对。热压部11和冷压部13通过对环形带15a、15b加压而在由环形带15a、15b输送的层叠体1上施挤加压力。对于冷压部13的上部和下部也是同样如此。

热压部11包括具有内置的加热装置如电加热器的热压辊12，使得热压部11能够在对层叠体1加热的同时对层叠体1加压。由于层叠体1在被加热的同时加压，因而能够提高层叠体1的连接强度。热压辊12的宽度比密封构件24的容纳部24a(随后将进行说明)的宽度略大，使得层叠体1的整个宽度能够被适当地加压。

冷压部13包括具有内置的冷却装置如冷媒配管的冷压辊14，使得层叠体1能够在加压的过程中在被冷却的同时加压。以这种方式，通过在热压部11处加压而接合的接合的层叠体能够迅速被冷却，使得被制造的接合的层叠体能够在其被发送至下一步骤之前以较短时间冷却。所以，提高了制造效率。为了适当地对层叠体1的整个宽度加压，冷压辊14具有比密封构件24的容纳部24a的宽度略大的宽度。

如图1(B)所示，密封构件24沿层叠体1的输送方向设置有多个容纳部24a和多个排放部24b，其中，容纳部24a为由环形带15b等形成的并且其中容纳有层叠体1的经隔开的空间，其中，与容纳部24a连通的排放部24b将空气从由容纳部24a和环形带15a、15b形成的气密的容纳空间S中排出。被夹在环形带15a、15b之间的密封构件24用作容纳空间S的侧壁。在本实施方案中，密封构件24由耐热的橡胶材料即硅橡胶制成。其厚度被设计成使得当层叠体1加压以被接合时，基本上没有加压力重压于密封构件24上。图1(B)示出了矩形的容纳部24a。但容纳部24a可以取决于层叠体1的形状而具有任何形状。

与容纳部24a连通的排放部24b形成在从容纳部24a沿环形带15a的宽度方向凸出的部分中。排放部24b具有比容纳部24a在层叠体1的运动方向上的宽度小的宽度，使得容纳在容纳部24a中的层叠体1不会沿环形带15a的宽度方向移动。穿过环形带15a的排放孔17形成在环形带15a上的对应于排放部24b的位置处。排放孔17在环形带15a和环形带15b彼此相对的区域中并且在沿环形带15a、15b的宽度方向位于热压部11和冷压部13的外侧的位置处平行于环形带15a、15b的移动方向。

如图1(C)和图2所示，排放构件18为通过从环形带15a的内侧接触环形带15a而覆盖排放孔17的细长的构件，并且该排放构件18在其与环形带15a接触的位置处具有开口，以便将空气通过该开口排出。排放构件18设置于下述位置处：该位置使得空气从容纳空间S排出，并且使得容纳空间S保持处于使得至少在该区域中层叠体通过热压部11和冷压部13被加压的状态下。排放构件18通过真空阀19和真空配管20连接至真空泵21。容纳空间S中的空气能够通过排放部24b经由排放孔17而被排出。

在环形带15a的内侧中并且沿排放构件18设置有将环形带15a的压紧向下导引的第一导轨22(对应于第二项发明的“第一加压构件”)。在本实施方案中，第一导轨22形成为围绕排放构件18的框。

通过向下压紧环形带15a，第一导轨22能够防止环形带15a变形，并从而防止容纳空间S不再是气密性的而使得当空气从容纳空间S排出时发生空气泄漏的情况。以这种方式，容纳空间S中的空气被排出并且层叠体1被牢固地固定。

第一导轨22能够与排放构件18一体地形成，其中，用于制造接合的层叠体的设备10的结构能够被简化并且该设备的尺寸能够被制得较小。

布置在环形带15b的内侧上的第二导轨23(对应于第四项发明的第二加压构件)将环形带15b压靠排放构件18。以这种方式，第一导轨22和第二导轨23分别对环形带15a和15b在宽度方向上的端部沿彼此相对的方向加压，使得环形带15b被导引成与密封构件24牢固地接触。此外，环形带15a紧密地附接至排放构件18，使得容纳空间S中的空气被确实地排出。

接下来对制造接合的层叠体的方法进行说明。该方法能够适当地用于制造聚合物电解质燃料电池的MEA。

首先，准备层状膜材料的层叠体1。如图3所示，在本实施方案中，层叠体1包括膜材料的堆叠体。所述膜材料从顶部开始按照以下顺序被堆叠：燃料电极膜3、聚合物电解质2以及空气电极膜4。所述膜材料均构成MEA并且均为矩形。聚合物电解质2比燃料电极膜3和空气电极膜4均大。

对于组成聚合物电解质2的材料可以使用例如DuPond(杜邦)的Nafion(注册商标)、Asahi Glass Co.,Ltd.(旭硝子有限公司)的Flemion(注册商标)或Asahi-kasei Corporation(旭化成公司)的Aciplex(注册商标)等之类的材料。对于组成燃料电极膜3的材料可以使用由炭黑载体如碳纸或无纺碳纤维织物负载铂催化剂或钌-铂催化剂的材料。对于组成空气电极膜4的材料可以使用由炭黑载体如碳纸或无纺碳纤维织物负载铂催化剂或钌-铂催化剂的材料。

在准备层叠体的步骤中，层叠体1各自均放置在容纳空间S中。层叠体通过输送装置(未图示)放置在环形带15b上的预定位置处。然后，当被输送的层叠体1到达图1(A)中的线D-D示出的区域时，如图4所示，将环形带15a、15b夹在中间的第一导轨22和第二导轨23将环形带15a、15b朝向各自相对的环形带压紧。然后，在环形带15a、15b的宽度方向上的端部紧密地附接至密封构件24。以这种方式，形成容纳层叠体1的容纳空间S。

层叠体1被放置的预定位置对应于由环形带15a、15b和密封构件24形成的容纳空间S的那些位置，使得多个层叠体1中的每个层叠体连续地设置在容纳空间S中。

在排出空气的以下步骤中，容纳空间S中的空气在层叠体1正被输送时被排出，因此通过紧密地附接至层叠体1的环形带15a、15b而牢固地固定层叠体1。当层叠体1通过由环形带15a、15b输送而到达图1(A)的线E-E时，排放孔17面对图4(B)中所示的排放构件18。所以，容纳空间S中的空气能够通过排放构件18经由排放孔17而被排出，使得环形带15a、15b紧密附接至层叠体1，于是，该层叠体1被牢固地固定，以便不受任何位移、变形或层叠体的接合界面中的缺陷的影响。

在本实施方案中，环形带15b由树脂材料制成。因此，在即使层叠体1具有更大的厚度的情况下，当空气从容纳空间S排出时，环形带15b也能够沿层叠体1的轮廓柔性地附接至层叠体。这样，更牢固地固定层叠体1。

在接下来的加压的步骤中，通过被夹在环形带15a、15b之间而固定的层叠体1被加压并接合在一起。如图4(C)所示，当通过环形带15a、15b输送的层叠体1到达图1(A)的线F-F时，层叠体1通过热压部11的热压辊12经由环形带15a、15b被加热和加压。以这种方式，将燃料电极膜3、聚合物电解质2以及空气电极膜4接合，并制造接合的层叠体。

由于环形带15a由金属制成，因此其具有适当的强度。因此，环形带15a几乎没有变形如扭曲或折痕。此外，环形带15a具有良好的热传导性，使得其能够有效地将热量从热压辊传递至层叠体1，并且有效地对层叠体1进行加热。

在本实施方案中，密封构件24具有使热压部11的加压力基本未施加在密封构件24上的厚度。即，加压力完全施加在层叠体1上，并且因而加压力被有效地施加在层叠体1上。

然后，输送至冷压部13的层叠体1通过冷压辊14加压并制造出接合的层叠体，然后，所述接合的层叠体从用于制造接合的层叠体的设备10被输送至下一步骤。层叠体1的热量能够通过环形带15a被有效地传递。所以，能够有效地冷却层叠体1。在制造作为接合的层叠体的MEA情况下，在热压部11中加压和接合的层叠体在层叠体加压时被冷却，与层叠体在不加压时被冷却的情况相比，MEA的连接强度被提高。因而，能够提高由MEA制成的燃料电池的性能。

通过如以上所讨论的制造方法，由于在对层叠体加压接合来制造叠层结构体时，能够防止膜材料的位移、膜材料的变形以及层叠体的接合界面中的缺陷，因此能够以高产率制造接合的层叠体。

此外，虽然采用了通过对容纳层叠体的空间进行减压而固定的层叠体加压而接合的方法，但通过本实施方案的方法，不需要使用如常规方法所要求的那样在空间中保持真空而单独准备的固定的框架。因此能够使用非间歇式的、适合于批量生产的连续式压力机。由此，能够有效地制造接合的层叠体。

耐热的橡胶材料，尤其是硅橡胶，可以用作密封构件24。硅橡胶为高粘着性的，使得即使密封构件24形成为较薄也能够牢固地密封容纳空间S。在即使层叠体1较薄的情况下，密封构件24也能够形成为薄的，使得层叠体1能够被牢固地固定。同时，由于密封构件24承担了加压力，因而防止了在热压部11或冷压部13中发生过度的加压力。此外，由于硅橡胶是高耐热的，因而能够在层叠体1在高温下被加热的同时加压而接合的情况中使用硅橡胶。

在制造做为接合的层叠体的MEA的情况下，则就垂直分力而言，在热压部11或冷压部13中加在层叠体1上负载的压力优选为相当于0.7至2.0Mpa的平面压强的压力。如果压力太低，则MEA的连接强度不足，并且如果压力太高，则MEA将会被损坏。

用于加热热压部11的温度优选地为120至180摄氏度，该温度处于当层叠体使加压时在层叠体1内部的温度的范围内。如果加热温度过高，则MEA将会由于加热而被损坏。如果加热温度太低，则不能获得使层叠体接合的足够强度。这有可能导致当MEA被组装在燃料电池中时低的燃料电池性能。

冷压部13的冷却温度优选地为冷却至使加压时的层叠体1内部的温度处于10至40摄氏度的范围内。如果未进行充分地冷却，则不会获得足够的层叠体接合强度。这有可能导致当MEA组装在燃料电池中时低的燃料电池性能。如果层叠体将被过度冷却，则将需要花太长时间对层叠体进行冷却，从而导致生产效率低下。

替代实例：

在本实施方案中，密封构件24设置在环形带15a上。但是密封构件24的位置能够成不限于设置在环形带15a上。密封构件24能够设置在环形带15b或甚至在环形带15a、15b两者上。

在密封构件24通过比层叠体1硬的诸如柔性的金属或硬质树脂之类的材料、并且具有使得密封构件24在当层叠体1加压时不会因其接收到的加压力而变形的厚度的情况下，层叠体1能够制作成具有与密封构件24的厚度相匹配的厚度。因而，能够制造具有一致性厚度的接合的层叠体。

密封构件24的容纳部24a和排放部24b的位置并不限于上面实施方案中所描述的那些位置。可以根据加压装置的位置适当地选择这些位置。例如，如图5所示，容纳部24a可以沿层叠体1的输送的方向并排放置，并且排放部24b能够形成在容纳空间S的、沿环形带15a的宽度方向在外侧的部分处。

在排放部24b中能够放置间隔物。当容纳空间S中的空气通过排放构件18被排出时，间隔物能够防止排放孔17被阻塞。例如，如图6(A)所示，可以使用由具有良好透气性的多孔质的材料制成的间隔物30，由羊毛制成的间隔物30，或者，可以使用如图6(B)所示的围绕排放孔的作为凸起的间隔物31。以这种方式，能够防止环形带15b在空气从容纳空间S中排出时被抽吸到排放孔17中。因此，能够防止排放孔17被原本将被吸入排放部24b的环形带15b阻塞，使得容纳空间S中的空气能够被平稳地排出。

在上面实施方案中，使用一个热压部11和一个冷压部13。但是热压部11和冷压部13的数目并不限于实施方案中所给定的一个，加压装置中的热压部11和冷压部13的用途或数目能够取决于需被制造的接合的层叠体而适当地修改。

在本实施方案中，对于环形带15a，使用由金属制成的输送带，并且对于环形带15b，使用由树脂材料制成的输送带。但是环形带15a、15b的材料及其组合不限于本实施方案的那些材料和组合。

本发明的一个实施方案的效果

本发明的一个实施方案中的用于制造接合的层叠体的设备10及制造接合的层叠体的方法能够由层叠体1通过热压部11和冷压部13加压而接合来制造接合的层叠体，其中，包括膜材料的叠层的层叠体1放置在由一对环形带15a、15b以及密封构件24形成的容纳空间S中，并且层叠体1以通过将空气经由排放孔17从容纳空间S中排出而被所述一对环形带15a、15b牢固地固定的状态被输送。

以这种方式，通过容纳空间S中的空气被排出包括膜材料的层的层叠体1能够在以固定状态放置在容纳空间S中的同时加压而接合在一起。并因此，能够以高的产率制造无膜材料的位移、变形或层叠体的接合界面的缺陷的接合的层叠体。

此外，虽然采用了通过对容纳层叠体的空间进行减压而固定的层叠体加压的方法，但本实施方案的方法仍无需使用如在常规方法中所要求的为保持空间中的真空状态而单独准备的固定的框架。因而，该方法能够使用非间歇式的、适合于大批量生产的连续压力机。并因此，能够被有效地制造接合的层叠体。

实施例

在本实施方案中，制造了用于聚合物电解质燃料电池的MEA。本发明不限于该实施例的实施方案。

构成MEA的聚合物电解质是被切割为100mm L×200mm W×50μm T的矩形片材。所使用的燃料电极膜和空气电极膜从400微米厚的片材切割，每个膜为192mm L×192mm W的矩形。在本实施例中，来自杜邦公司的Nafion(注册商标)片材用于聚合物电解质。使用由碳纸支持的铂催化剂用于燃料电极膜和空气电极膜。

100微米厚的不锈钢用于第一环形带，并且由200微米厚的Teflon(注册商标)(聚四氟乙烯)制成的输送带用于第二环形带。此外，100微米厚的硅橡胶的片材用于密封构件，该密封构件通过粘附至由不锈钢制成的环形带而被附接。

密封构件被分割成使得由密封构件和环形带形成的空间被布置成使容纳部为110mm L×210mm W的矩形，并且使排放部为30mm L×10mm W矩形。

首先，通过将燃料电极膜、聚合物电解质以及空气电极膜以此顺序从顶部到底部堆叠来准备层叠体。然后，将层叠体放置在预定的位置处，使得当由环形带输送时，层叠体将被放置在相应的容纳空间S内。

接着，通过空气从容纳空间S被排出而将层叠体由环形带固定之后，层叠体在其被加热的同时加压而接合。容纳空间S由旋转泵通过排放构件而减压至0.113×105Pa的绝对压力。加压力的垂直分量被设定为2.0MPa。辊的温度被调节成使得当层叠体加压时层叠体的温度将会是160摄氏度。

然后，在热压部中通过加压而接合的层叠体在层叠体被冷却时在冷压部中加压。容纳空间S与热压部一样通过作用通过排放构件的旋转泵被减压至压力被保持的0.113×105Pa的绝对压力。加压力的垂直分量设定为换算成平面压强的2.0Mpa，并且辊的温度被调节成使得层叠体的温度在层叠体加压后立即被降低至约20摄氏度。

通过上述步骤，接合层叠体并且能够制造聚合物电解质燃料电池的MEA。

在本实施方案中，使用多个用于加压的辊的双带式压力机作为加压装置。但是加压装置不限于这种类型的压力机。也可以使用通过加压流体而对环形带加压的双带式压力机。

于2010年12月6日提交的、申请号为JP2010-271494的基本日本专利申请通过参引全部合并到本申请中。

从本说明书的详细的描述，本发明将被更充分地理解。然而，详细的描述和具体实施方案示出了本发明的期望的实施方案并且仅出于说明的目的被描述。基于详细的描述，对本领域的普通技术人员来说，各种可能的变化和改型将会变得明显。该申请并非意在呈现给公众任何已公开的实施方案。因此，在所公开的变型和改型中，字面上没有落入本权利要求的范围内的那些实施方案从等同原则的意义上说构成本发明的一部分。

冠词修饰的名词以及本说明书和权利要求中类似的指称对象将被直译为既包括单数又包括复数，除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾。本文中所提供的所有示例或示例性语言(例如，“如、诸如、例如”)的任何用途仅意在更好地说明本发明并不构成对本发明的范围的限制，除非另有要求。

符号说明

1   层叠体

2   聚合物电解质

3   燃料电极膜

4   空气电极膜

10  用于制造接合的层叠体的设备

11  热压部(加压装置)

12  热压辊

13  冷压部(加压装置)

14  冷压辊

15a、15b  环形带

16  导辊

17  排放孔

18  排放构件

19  真空阀

20  真空配管

21  真空泵

22  第一导轨(第一加压构件)

23  第二导轨(第二加压构件)

24  密封构件

24a  容纳部

24b  排放部

30，31  间隔物

S  容纳空间

Claims (13)

1.一种用于通过对膜材料的层加压而将所述膜材料的层接合来制造接合的层叠体的设备，包括：

一对环形带，所述环形带输送被夹在所述带之间的所述层叠体；

加压装置，所述加压装置设置在相对的位置处并且将所述一对环形带夹在中间，所述加压装置通过对由所述环形带输送的所述层叠体上的所述环形带加压而施加加压力；

容纳部，所述容纳部是形成在彼此相对的所述环形带之间以使得所述层叠体能够放置在其中的隔开的空间；

排放部，所述排放部沿所述环形带的宽度方向凸出，所述排放部与所述容纳部连通并将空气从空间中排出，每个所述空间由所述容纳部和所述一对环形带隔开；

密封构件，所述密封构件包括在沿所述环形带的运动方向延伸的线上的多个所述容纳部和多个所述排放部，所述密封构件形成在所述一对环形带中的至少一个环形带上；以及

排放构件，所述排放构件将空气从所述容纳空间通过排放孔排出，所述排放孔在对应于所述排放部的位置处穿过所述环形带而形成，

其中，所述排放孔在沿所述环形带的所述运动方向延伸的线上并且沿所述环形带的宽度方向在所述加压装置的外侧，并且

其中，所述排放构件通过接触所述环形带的与所述密封构件的一侧相对的一侧而覆盖所述排放孔，所述排放构件设置在下述位置处：所述位置使得所述容纳空间中的空气被保持为至少对于所述层叠体被所述加压装置加压的区域能够被排出，并且

其中，通过使所述容纳空间中的空气由所述排放构件穿过排放孔排出，所述一对环形带与设置在所述容纳空间中的所述层叠体紧密地附着，并且其中所述层叠体以固定的状态被输送并且能够通过所述加压装置而加压。

2.根据权利要求1所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，沿所述排放构件设置有第一加压构件，所述第一加压构件在具有所述密封构件的所述环形带上朝向另一环形带施加加压力。

3.根据权利要求2所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，所述排放构件和所述第一加压构件形成为一体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，在与所述排放构件相对的位置处设置有第二加压构件，并且所述第二加压构件在不具有所述排放构件的环形带上朝向所述排放构件施加加压力。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，所述密封构件由耐热的橡胶材料制成。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，所述密封构件具有使得所述加压装置的加压力基本不被施加在所述密封构件上的厚度。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，所述密封构件由比所述层叠体的材料硬的材料制成，并且具有使得施加在所述密封构件上的所述加压装置的加压力基本不会使所述密封构件变形的厚度。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，在所述排放部中设置有允许空气通过的间隔物，当所述空气从所述容纳空间通过所述排放构件被排出时所述间隔物防止所述排放孔和所述排放部被阻塞。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，所述一对环形带中的至少一个环形带由金属制成。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，所述一对环形带中的至少一个环形带由树脂材料制成。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，所述加压装置包括能够加热所述层叠体的加热装置。

12.根据权利要求11所述的用于制造接合的层叠体的设备，其中，具有包括加热装置的加压装置的所述设备具有冷却装置，所述冷却装置用于对从所述环形带的运动方向观察时位于包括加热装置的所述加压装置下游的层叠体进行冷却。

13.一种使用用于制造接合的层叠体的设备制造接合的层叠体的方法，

所述制造接合的层叠体的设备具备膜材料层叠而成的层叠体、输送层叠体的一对环形带、以及密封部件，

上述密封部件在环形带的移动方向排列设置有多个容纳部和多个排放部，其中，上述容纳部设置在至少一个环形带的表面上且将对置的上述一对环形带之间的空间以能够容纳层叠体的方式隔开；上述排放部与上述容纳部连通并向环形带的宽度方向凸出而形成，用于将空气从由上述一对环形带和上述容纳部所形成的容纳空间中排出，

上述制造接合的层叠体的方法具备：

将层叠体配置于上述容纳空间的配置步骤；

排放步骤，在该排放步骤中，一边输送所述层叠体，一边经由在与上述排放部对应的位置贯穿所述环形带而形成的排放孔将所述容纳空间中的空气排出，由此使所述一对环形带紧密地附着所述层叠体而固定所述层叠体；以及

对在所述排放步骤中固定的所述层叠体加压和接合的加压步骤。