JP2001196070A - 接合体製造装置および接合体製造方法 - Google Patents

接合体製造装置および接合体製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体高分子膜と触媒との良好な接合体を製造
する。 【解決手段】 固体高分子膜10を加熱加圧ローラ30
の一方のローラに接触させて予備加熱した後に触媒担持
フィルム12と共に加熱加圧ローラ30でホットプレス
する。予備加熱により固体高分子膜10は軟化した状態
でホットプレスされるから、固体高分子膜10と触媒と
の結着強度は大きくなり、剥離ローラ36によってフィ
ルム16が剥離される際に触媒が固体高分子膜10から
剥離するのを防止することができる。また、ホットプレ
スの前に触媒担持フィルム12を保冷ローラ28により
保冷すると共に加熱加圧ローラ30の触媒担持フィルム
12側の温度を固体高分子膜10側より若干低くする。
これによりフィルム16と触媒との結着強度が増加する
のを抑制してフィルム16の剥離性を向上させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、接合体製造装置お
よび接合体製造方法に関し、詳しくは、触媒と固体高分
子膜との接合体を製造する接合体製造装置および接合体
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の接合体製造装置として
は、固体高分子膜と触媒担持フィルムをホットプレスに
より接合した後にフィルムを剥離するものが提案されて
いる(例えば、特開平10−64574号公報など)。
この装置では、固体高分子膜を触媒担持フィルムで挟持
した状態で直接ホットプレスして接合し、その後、略9
0度の角度をもって両面からフィルムを剥離している。
なお、こうして製造された固体高分子膜と触媒との接合
体は、固体高分子型燃料電池に用いられる電解質として
の固体高分子膜とその両側の触媒電極としての触媒層と
の接合体として用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た接合体製造装置では、固体高分子膜への触媒の転写が
良好に行なわれない場合がある。ホットプレスにより固
体高分子膜と触媒とは接合するが、その結着強度が小さ
いためにフィルムを剥離する際に部分的に触媒が固体高
分子膜から剥がれてしまうのである。
【0004】本発明の接合体製造装置および接合体製造
方法は、固体高分子膜に触媒を良好に転写して、良好な
状態の接合体を製造することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の接合体製造装置および接合体製造方法は、上述の
目的を達成するために以下の手段を採った。
【0006】本発明の接合体製造装置は、触媒と固体高
分子膜との接合体を製造する接合体製造装置であって、
前記固体高分子膜を予備加熱する予備加熱手段と、前記
触媒を転写基材の一面に担持させてなる触媒担持基材と
前記予備加熱手段により予備加熱された固体高分子膜と
を前記触媒と前記固体高分子膜とが接触する状態で加熱
および加圧して一体化した接合部材とする加熱加圧手段
と、該一体化した接合部材から前記転写基材を剥離する
剥離手段とを備えることを要旨とする。
【0007】この本発明の接合体製造装置では、加熱加
圧手段が、触媒を転写基材の一面に担持させてなる触媒
担持基材と予備加熱手段により予備加熱された固体高分
子膜とを触媒と固体高分子膜とが接触する状態で加熱お
よび加圧して一体化した接合部材とし、剥離手段が、こ
の一体化した接合部材から転写基材を剥離する。こうし
た本発明の接合体製造装置によれば、予備加熱手段によ
り固体高分子膜を予備加熱することにより、固体高分子
膜と触媒との結着強度を高めて転写基材を剥離する際に
固体高分子膜から触媒が剥離するのを防止することがで
きる。この結果、触媒の剥離のない良好な状態の接合体
を製造することができる。
【0008】こうした本発明の接合体製造装置におい
て、前記加熱加圧手段により一体化した接合部材とされ
る前に前記触媒担持基材を冷却する触媒担持基材冷却手
段を備えるものとすることもできる。こうすれば、転写
基材の剥離を良好に行なうことができる結果、固体高分
子膜への触媒の転写をより良好に行なうことができる。
【0009】また、本発明の接合体製造装置において、
前記剥離手段は、前記一体化した接合部材に対して略1
80度の角度をもって前記転写基材を剥離する手段であ
るものとすることもできる。こうすれば、転写基材の剥
離の際に触媒が固体高分子膜から剥離するのを抑制する
ことができる。
【0010】さらに、本発明の接合体製造装置におい
て、前記剥離手段は、前記一体化した接合部材を冷却す
る接合部材冷却手段を備えるものとすることもできる。
こうすれば、転写基材の剥離をさらに良好に行なうこと
ができる。
【0011】あるいは、本発明の接合体製造装置におい
て、前記加熱加圧手段は、前記予備加熱手段を兼ねる手
段であるものとすることもできる。こうすれば、装置を
部品数の少ないシンプルなものにすることができる。
【0012】また、本発明の接合体製造装置において、
前記加熱加圧手段は、前記固体高分子膜が前記触媒担持
基材で挟持された状態で加熱および加圧する手段であ
り、前記剥離手段は、前記一体化した接合部材の両面か
ら前記転写基材を剥離する手段であるものとすることも
できる。こうすれば、両面に触媒が接合された接合体を
製造することができる。
【0013】本発明の接合体製造方法は、触媒と固体高
分子膜との接合体を製造する接合体製造方法であって、
前記固体高分子膜を予備加熱する予備加熱工程と、前記
触媒を転写基材の一面に担持させてなる触媒担持基材と
前記予備加熱された固体高分子膜とを該触媒と該固体高
分子膜とが接触する状態で加熱および加圧して一体化し
た接合部材とする加熱加圧工程と、該一体化した接合部
材から前記転写基材を剥離する剥離工程とを備えること
を要旨とする。
【0014】この本発明の接合体製造方法では、固体高
分子膜を予備加熱することにより、固体高分子膜と触媒
との結着強度を高めて転写基材を剥離する際に固体高分
子膜から触媒が剥離するのを防止することができる。こ
の結果、良好な状態の接合体を製造することができる。
【0015】こうした本発明の接合体製造方法におい
て、前記加熱加圧工程の前に前記触媒担持基材を冷却す
る触媒担持基材冷却工程を備えるものとすることもでき
る。こうすれば、転写基材の剥離を良好に行なうことが
できる結果、良好な状態の接合体を製造することができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である
接合体製造装置20の構成の概略を示す構成図である。
実施例の接合体製造装置20は、固体高分子膜10を巻
き出す巻き出しローラ22と、巻き出された固体高分子
膜10の張力を除去する一対の張力除去ローラ24と、
触媒を一面に担持する触媒担持フィルム12を巻き出す
巻き出しローラ26と、巻き出された触媒担持フィルム
12を所定の温度に保冷する保冷ローラ28と、固体高
分子膜10を予備加熱すると共に固体高分子膜10と触
媒担持フィルム12とを加熱および加圧して接合部材1
4とする一対の加熱加圧ローラ30と、接合部材14を
冷却する冷却ローラ34と、この冷却ローラ34と整合
して回転すると共に接合部材14からフィルム16を剥
離する剥離ローラ36と、フィルム16の剥離角度を設
定する剥離角度設定ローラ38と、フィルム16を巻き
取る巻き取りローラ40と、フィルム16が剥離されて
なる接合体18を巻き取る巻き取りローラ42とを備え
る。
【0017】固体高分子膜10は、湿潤状態で良好なプ
ロトン導電性を示す高分子材料、例えばパーフルオロス
ルホネートイオノマー(デュポン製の商品名「ナフィオ
ン」)により厚さが10〜300μm程度に形成された
薄膜である。触媒担持フィルム12は、白金または白金
と他の金属との合金からなる触媒を担持する粉末カーボ
ンが樹脂により形成されたフィルム16の一面に塗布さ
れた薄膜である。
【0018】張力除去ローラ24は、加熱加圧ローラ3
0の回転による固体高分子膜10の搬送速度と同期する
よう回転し、加熱加圧ローラ30で加熱加圧される際に
固体高分子膜10に張力が作用しないようにする。こう
することにより、固体高分子膜10の加熱加圧の際の変
形を抑制することができる。
【0019】保冷ローラ28は、その内部に保冷ローラ
28の表面を冷却する冷却装置29を備えており、触媒
担持フィルム12が10〜40℃の範囲内で設定された
温度に保冷されるようになっている。
【0020】加熱加圧ローラ30は、その内部に加熱加
圧ローラ30の表面を加熱するヒータ31が設けられて
いると共に一対の加熱加圧ローラ30間に圧力を作用さ
せる加圧装置32が取り付けられている。ヒータ31に
よる加熱は、加圧される固体高分子膜10のガラス転移
温度近傍の80〜140℃の範囲内で設定された温度と
なるように調節されている。また、加圧装置32により
加熱加圧ローラ30間に作用させる圧力は、10〜10
0MPaの範囲内で設定された圧力となるよう調節され
ている。図1には、一対の加熱加圧ローラ30のうち下
方のローラにヒータ31を取り付けてあるが、上方のロ
ーラにもヒータが取り付けられており、加熱できるよう
になっている。ただし上方のローラに取り付けられたヒ
ータによる加熱は、上方のローラの表面温度が下方のロ
ーラの表面温度以下となるよう調節されている。このよ
うに、保冷ローラ28により触媒担持フィルム12を保
冷すると共に加熱加圧ローラ30により触媒担持フィル
ム12側の温度を低くして加熱および加圧することによ
り、フィルム16と触媒との結着強度が増加するのを抑
制し、接合部材14からのフィルム16の剥離性を向上
させることができる。
【0021】冷却ローラ34は、その内部に冷却ローラ
34の表面を冷却する冷却装置35を備えており、接合
部材14を10〜50℃の範囲内で設定された温度に冷
却するようになっている。
【0022】剥離ローラ36は、フィルム16の剥離性
が向上するようその直径が30mm以下となるよう形成
されている。また、剥離角度設定ローラ38は、剥離ロ
ーラ36により剥離されるフィルム16と接合体18と
の角度が略180度となるようその位置が調節されてい
る。
【0023】次に、こうして構成された実施例の接合体
製造装置20により接合体18が製造される様子につい
て説明する。図2は、接合体18の製造の様子を例示す
る製造工程図である。接合体18の製造は、まず、巻き
出しローラ22から巻き出され張力除去ローラ24によ
り張力除去された固体高分子膜10を加熱加圧ローラ3
0により予備加熱すると共に巻き出しローラ26から巻
き出された触媒担持フィルム12を保冷ローラ28によ
り保冷する工程から始まる(工程S10)。固体高分子
膜10の予備加熱は、加熱加圧ローラ30の一方のロー
ラ(図1中下方のローラ)に固体高分子膜10を所定の
角度をもって搬送することによって行なう。即ち、一対
の加熱加圧ローラ30で加圧される前に一方のローラに
固体高分子膜10を接触させることにより予備加熱する
のである。固体高分子膜10を予備加熱するのは、予備
加熱によって固体高分子膜10を軟化させた状態で加熱
および加圧のホットプレスすることにより、固体高分子
膜10と触媒との結着強度を高めるためである。保冷ロ
ーラ28により触媒担持フィルム12を保冷することに
よりフィルム16の剥離性を向上させることについては
前述した。
【0024】次に、予備加熱された固体高分子膜10と
保冷された触媒担持フィルム12とを加熱加圧ローラ3
0で加熱および加圧のホットプレスして接合部材14と
する(工程S12)。ホットプレスの条件は、80〜1
40℃の範囲内で設定された温度で10〜100MPa
の範囲内で設定された圧力である。
【0025】そして、冷却ローラ34により接合部材1
4を冷却すると共に(工程S14)、剥離ローラ36に
より接合部材14からフィルム16を剥離して(工程S
16)、接合体18を完成する。なお完成した接合体1
8は巻き取りローラ42に巻き取られ、剥離したフィル
ム16は巻き取りローラ40に巻き取られる。
【0026】以上説明した実施例の接合体製造装置20
によれば、固体高分子膜10をホットプレスする前に予
備加熱をすることにより、固体高分子膜10と触媒との
結着強度を高め、接合部材14からフィルム16を剥離
する際に固体高分子膜10から触媒が剥離するのを防止
することができる。しかも、触媒担持フィルム12を保
冷ローラ28により保冷したり、一対の加熱加圧ローラ
30のうち触媒担持フィルム12側のローラの温度を低
くすることにより、ホットプレスによるフィルム16と
触媒との結着強度が増加するのを抑制し、接合部材14
からのフィルム16の剥離性を向上させることができ
る。また、剥離ローラ36を30mm以下の直径とする
と共にフィルム16と接合体18とを略180度の角度
を持つようにしたので、フィルム16の剥離性をさらに
向上させることができる。これらの結果、良好な状態の
接合体18を製造することができる。
【0027】実施例の接合体製造装置20では、保冷ロ
ーラ28により触媒担持フィルム12を保冷するものと
したが、加熱加圧ローラ30によりホットプレスされる
直前まで触媒担持フィルム12を室温程度に保つことが
できる装置とすれば、保冷ローラ28により保冷しない
ものとしてもよい。また、ホットプレス直前まで接合部
材14を室温程度に保つことができないものであって
も、保冷ローラ28により保冷しないものとしても差し
支えない。
【0028】実施例の接合体製造装置20では、一対の
加熱加圧ローラ30の触媒担持フィルム12側のローラ
の温度を固体高分子膜10側の温度以下となるようにし
たが、このようにするのが望ましいだけで、同じ温度と
したり、僅かだが触媒担持フィルム12側のローラの温
度の方が高いものとしてもかまわない。
【0029】実施例の接合体製造装置20では、冷却ロ
ーラ34により接合部材14を冷却するものとしたが、
加熱加圧ローラ30と冷却ローラ34との間で接合部材
14を冷却するものとしてもよいし、その間隔が十分に
ある場合は特別な冷却装置を設ける必要もない。また、
冷却しないものとしても差し支えない。
【0030】実施例の接合体製造装置20では、剥離ロ
ーラ36を直径30mm以下としたが、触媒とフィルム
16との結着強度と触媒と固体高分子膜10との結着強
度との大小によっては、直径30mmより大きなものを
用いるものとしてもよい。
【0031】実施例の接合体製造装置20では、剥離ロ
ーラ36により剥離されるフィルム16と接合体18と
が略180度の角度を持つよう調節したが、180度以
外の角度となるようにしても差し支えない。
【0032】実施例の接合体製造装置20では、固体高
分子膜10を所定の角度をもって加熱加圧ローラ30に
搬送し、ホットプレス前に固体高分子膜10と加熱加圧
ローラ30とを接触させることにより固体高分子膜10
を予備加熱するものとしたが、固体高分子膜10を予備
加熱する装置を設けるものとしてもよい。
【0033】実施例の接合体製造装置20では、固体高
分子膜10の一方の面に触媒を接合してなる接合体18
を製造するものとしたが、固体高分子膜10の両面に触
媒を接合してなる接合体18Bを製造するものとしても
よい。この場合の変形例の接合体製造装置20Bを図3
に示す。変形例の接合体製造装置20Bは、図示するよ
うに、巻き出しローラ22から巻き出され張力除去ロー
ラ24により張力が除去され予備加熱ヒータ25により
予備加熱された固体高分子膜10が二つの巻き出しロー
ラ26A,26Bから巻き出され二つの保冷ローラ28
A,28Bにより保冷された2枚の触媒担持フィルム1
2A,12Bにより挟持された状態で加熱加圧ローラ3
0Bによりホットプレスされる。ホットプレスにより接
合された接合部材14Bは、二つの剥離ローラ36A,
36Bによりフィルム16A,16Bが剥離されて、固
体高分子膜10の両面に触媒が接合された接合体18B
とされる。なお、接合体18Bは巻き取りローラ42B
に巻き取られ、2枚のフィルム16A,16Bは、それ
ぞれ巻き取りローラ40A,40Bに巻き取られる。以
上説明した変形例の接合体製造装置20Bによれば、固
体高分子膜10の両面に触媒が良好な状態で接合された
接合体18Bを製造することができる。
【0034】実施例の接合体製造装置20や変形例の接
合体製造装置20Bでは、固体高分子膜10としてパー
フルオロスルホネートイオノマーにより厚さが10〜3
00μm程度に形成された薄膜を用い、触媒担持フィル
ム12として白金または白金と他の金属との合金からな
る触媒を担持する粉末カーボンがフィルム16に塗布さ
れた薄膜を用いたが、固体高分子膜10は湿潤状態で良
好なプロトン導電性を示す高分子材料であれば如何なる
ものでもよく、触媒担持フィルム12は他の触媒を塗布
したものであってもよい。また、加熱加圧ローラ30の
表面温度や圧力は固体高分子膜10や触媒担持フィルム
12の材質によって定まるものであるから、上述の80
〜140℃の範囲内で設定された温度や10〜100M
Paの範囲内で設定された圧力に限られず、固体高分子
膜10や触媒担持フィルム12の材質に適応する温度と
圧力とを用いればよい。
【0035】実施例の接合体製造装置20や変形例の接
合体製造装置20Bでは、触媒担持フィルム12に塗布
された触媒のすべてを固体高分子膜10に接合するもの
としたが、触媒を所定の形状として固体高分子膜10に
接合するものとしてもよい。この場合、図4に例示する
変形例の加熱加圧ローラ30Cに例示するように、ロー
ルの表面に凸形状の転写部30aを彫刻すればよい。こ
うすれば、固体高分子膜10と触媒担持フィルム12に
対する加熱および加圧は、転写部30aの部分だけに作
用するから、フィルム16を剥離する際に転写部30a
以外の部分は、フィルム16と共に剥離し、固体高分子
膜10には転写部30aの形状の触媒が接合されること
になる。
【0036】実施例の接合体製造装置20や変形例の接
合体製造装置20Bでは、一対の加熱加圧ローラ30に
よりホットプレスするものとしたが、通常のプレス装置
のように上下の二つ部材によりバッチ的にホットプレス
するものとしても差し支えない。
【0037】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である接合体製造装置20
の構成の概略を示す構成図である。
【図2】 接合体18の製造の様子を例示する製造工程
図である。
【図3】 変形例の接合体製造装置20Bの構成の概略
を示す構成図である。
【図4】 変形例の加熱加圧ローラ30Cの外観を例示
する外観図である。
【符号の説明】
10 固体高分子膜、12,12A,12B 触媒担持
フィルム、14,14B 接合部材、16,16A,1
6B フィルム、18,18B 接合体、20,20B
接合体製造装置、22 巻き出しローラ、24 張力
除去ローラ、25 予備加熱ヒータ、26,26A,2
6B 巻き出しローラ、28,28A,28B 保冷ロ
ーラ、29 冷却装置、30,30B,30C 加熱加
圧ローラ、30a 転写部、31 ヒータ、32 加圧
装置、34 冷却ローラ、35冷却装置、36,36
A,36B 剥離ローラ、38,38A,38B 剥離
角度設定ローラ、40,40A,40B 巻き取りロー
ラ、42,42B 巻き取りローラ。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒と固体高分子膜との接合体を製造す
    る接合体製造装置であって、 前記固体高分子膜を予備加熱する予備加熱手段と、 前記触媒を転写基材の一面に担持させてなる触媒担持基
    材と前記予備加熱手段により予備加熱された固体高分子
    膜とを前記触媒と前記固体高分子膜とが接触する状態で
    加熱および加圧して一体化した接合部材とする加熱加圧
    手段と、 該一体化した接合部材から前記転写基材を剥離する剥離
    手段とを備える接合体製造装置。
  2. 【請求項2】 前記加熱加圧手段により一体化した接合
    部材とされる前に前記触媒担持基材を冷却する触媒担持
    基材冷却手段を備える請求項1記載の接合体製造装置。
  3. 【請求項3】 前記剥離手段は、前記一体化した接合部
    材に対して略180度の角度をもって前記転写基材を剥
    離する手段である請求項1または2記載の接合体製造装
    置。
  4. 【請求項4】 前記剥離手段は、前記一体化した接合部
    材を冷却する接合部材冷却手段を備える請求項1ないし
    3いずれか記載の接合体製造装置。
  5. 【請求項5】 前記加熱加圧手段は、前記予備加熱手段
    を兼ねる手段である請求項1ないし4いずれか記載の接
    合体製造装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし4いずれか記載の接合体
    製造装置であって、 前記加熱加圧手段は、前記固体高分子膜が前記触媒担持
    基材で挟持された状態で加熱および加圧する手段であ
    り、 前記剥離手段は、前記一体化した接合部材の両面から前
    記転写基材を剥離する手段である接合体製造装置。
  7. 【請求項7】 触媒と固体高分子膜との接合体を製造す
    る接合体製造方法であって、 前記固体高分子膜を予備加熱する予備加熱工程と、 前記触媒を転写基材の一面に担持させてなる触媒担持基
    材と前記予備加熱された固体高分子膜とを該触媒と該固
    体高分子膜とが接触する状態で加熱および加圧して一体
    化した接合部材とする加熱加圧工程と、 該一体化した接合部材から前記転写基材を剥離する剥離
    工程とを備える接合体製造方法。
  8. 【請求項8】 前記加熱加圧工程の前に前記触媒担持基
    材を冷却する触媒担持基材冷却工程を備える請求項7記
    載の接合体製造方法。
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