JP2006236698A - 膜電極接合体の製造方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易であり、高価な電解質膜の使用量も節減することができ、かつ、両電極間に短絡が生じるのを十分に回避できるようにした膜電極接合体の製造方法と、その製造に用いる製造装置を提供する。
【解決手段】 定寸よりもわずかに大きい拡散層−電解質膜−拡散層の３層構造体１０を作成する。それを支持台２０の上に載置し、カッター４０により定寸に裁断する。裁断工程に連続して、カッター４０に形成した凹溝４３内に絶縁剤５２を供給して、裁断面１２に絶縁剤５２を塗布する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池で使用される膜電極接合体の製造方法と製造装置に関する。

燃料電池、特に固体高分子型燃料電池での主要な構成として膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）がある。図２０は、膜電極接合体１を概念的に示す図であり、イオン交換膜からなる電解質膜３と、その両面に積層されたアノードおよびカソードとして機能する触媒層４と、各触媒層４に接着積層された拡散層５とで構成される。膜電極接合体１はガス流路６を両面に備えたセパレータ２を挟んで複数個が積層されて、燃料電池スタックとされる。

膜電極接合体１の製造には、電解質膜３に触媒インクを塗布し乾燥させて両面に触媒層４を形成し、そこに、カーボンクロスのような材料である拡散層５を平板プレスなどを用いてホットプレスする方法や、ウエブ状の電解質膜３の両面に一定間隔で触媒層４を連続的に形成した部材を作り、それを上下一対の接合ローラの間に通過させる一方、例えば特許文献１（特開２００３−４８１９０号公報）に記載されるようなロータリーカッターを備えた薄膜切断装置を用いて、ロール状のカーボンクロスなどから所定の大きさの拡散層５を切断し、それを前記した部材の触媒層４と接合ローラとの間に通過させて、触媒層４の両面に拡散層５をホットプレスすることにより、膜電極接合体を連続的に製造することも行われる。その後、下流側で、例えば特許文献２（特開２００３−２２８１９号公報）に記載のような上下方向に移動する切断刃を備えた切断装置により、ウエブ状の電解質膜から個々の膜電極接合体に切断・分離される。
特開２００３−４８１９０号公報 特開２００３−２２８１９号公報

燃料電池において所定の発電効率を維持するためには、膜電極接合の電極（アノードとカソード）間で短絡が生じるのを回避しなければならない。そのために、上記したようないずれの方法による場合であっても、電解質膜の外形寸法は、電極すなわち拡散層の外形寸法よりも大きくされており、必要に応じて、外側に延出している電解質膜部分に絶縁剤を塗布することも行われる。外形寸法の大きな電解質膜内の所定位置に、アノード側の拡散層とカソード側の拡散層を正確に位置決めして積層することが必要であり、この作業はきわめて困難である。また、結果的に発電に直接関与しない部分に高価な電解質膜が存在することとなり、コスト的にも無駄があるといえる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製造が容易であり、高価な電解質膜の使用量も節減することができ、かつ、両電極間に短絡が生じるのを十分に回避できるようにした膜電極接合体の製造方法と、その製造に用いる製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜上の両面に触媒層と拡散層とからなるアノードおよびカソード電極が積層された膜電極接合体の製造方法であって、基本的に、定寸よりもわずかに大きい拡散層−電解質膜−拡散層の多層構造体を作成し、それをカッターにより定寸に裁断するに際して、カッターによる裁断工程に連続する工程により裁断面への絶縁剤の塗布を行うことを特徴とする。

本発明の方法によれば、最初に、定寸よりもわずかに大きい拡散層−電解質膜−拡散層の多層構造体を作成する。定寸よりもわずかに大きいだけであり、高価な電解質膜の使用量を抑制することができるとともに、定寸よりも大きく作成するので、電解質膜に対する２枚の拡散層の位置あわせも厳密でなくてよく、容易である。

その多層構造体をカッターで定寸に裁断するのに連動して、実質的には裁断の直後に、当該裁断面に絶縁剤を塗布して硬化させるので、製造は迅速かつ簡素化されるとともに、本発明の方法により得られる膜電極接合体は、電解質膜の外形寸法が従来のように拡散層の外見寸法より大きくなくても、すなわち、電解質膜と拡散層の外形寸法が同じであっても、発電時にアノード電極とカソード電極との間に短絡が生じることはない。

本発明で用いる絶縁剤は、従来の膜電極接合体の製造時に用いられている絶縁剤（絶縁剤を兼ねた接着剤）をそのまま用いることができ、例として、シリコン系接着剤のようなものが挙げられる。電解質膜、触媒層、拡散層の材料も、従来の膜電極接合体で使用されている材料をそのまま用いることかできる。

本発明による製造方法の好ましい態様では、カッターにより定寸に裁断する工程と裁断面へ絶縁剤を塗布する工程との間に、裁断面に沿って多層構造体を互い対向する方向に押圧する工程を含む。この態様では、裁断面に沿って多層構造体を互いに対向する方向に押圧することにより、その押圧位置よりも裁断面側に位置する２枚の拡散層は、電解質膜を挟んで互いに反対の方向に拡開した姿勢となる。その姿勢にあるときに、絶縁剤を塗布することにより、絶縁剤は裁断面からさらに内部にまで入り込むことができるので、裁断面において両電極間に短絡が生じるのは一層確実に阻止される。

本発明は、また、上記の製造方法を好適に実施する装置として、定寸よりわずかに大きい拡散層−電解質膜−拡散層の多層構造体を支持する支持手段と、支持手段に支持されている多層構造体の少なくとも一辺を定寸に裁断する昇降式のカッターを備えた裁断手段と、カッターの裁断移動に連動して作動しカッターによる裁断面に絶縁剤を供給するための絶縁剤供給手段と、を少なくとも備えることを特徴とする膜電極接合体製造装置をも開示する。

上記装置において、支持手段の大きさは製造しようとする膜電極接合体の定寸と同じ大きさであってもよく、より小さな寸法のものであってもよい。前者の場合には、支持手段自体が昇降式カッターでの裁断時における多層構造体の保持治具を兼ねることができ、後者の場合には、カッターの裁断位置に沿うようにして（すなわち、製造しようとする膜電極接合体の定寸位置に）保持治具が別途配置される。カッターは、好ましくは膜電極接合体の裁断しようとする一辺の長さに亘る横幅を少なくとも持つようにする。それにより、一回の下降で一辺の定寸裁断を終えることができる。

上記の装置において、絶縁剤供給手段は、カッターの裁断移動に連動して作動しカッターによる裁断面に絶縁剤を供給できるものであればよい。好ましくは切断手段として、カッターの支持手段に面する部分に支持台の載置面に平行な方向に絶縁剤溜まりとなる凹溝が形成されているものを用い、該凹溝内に絶縁剤供給手段から絶縁剤が供給されるようにする。この場合には、適宜の制御機構を用いて、カッターを下降して切断エッジで多層積層体を裁断した後、カッターに形成した前記凹溝が裁断面に対向した位置でカッターの移動を停止させ、その姿勢で、絶縁剤供給手段該凹溝内に絶縁剤を供給する。所定時間経過後、カッターを元の位置に退避させることにより、カッターによる定寸裁断と、それに続く裁断面への絶縁剤の塗布を連続した作業として行うことができる。

さらに好ましくは、前記凹溝をその上縁側における多層構造体の裁断面に面する部位が上方に抜けた開放域とされた形状とする。それにより、裁断手段の降下時に、凹溝内に供給された絶縁剤の一部を定寸に裁断された辺に残存させた状態で、絶縁剤の残りの部分（余分な部分）を凹溝内に在留した状態で装置外に確実に排除することができる。そして、多層構造体の定寸に裁断された辺に付着した絶縁剤の端面はクリアーなものとなる。

本発明による膜電極接合体製造装置において、カッターの裁断移動に連動して作動し、カッターにより定寸に裁断された辺に沿って多層構造体を互いに対向する方向に押圧する押圧手段をさらに備えることもできる。この構成を備える場合には、支持手段の大きさは製造しようとする膜電極接合体の定寸の同じ大きさより小さな寸法のものとされ、前記押圧手段は、支持手段からはみ出ている多層構造体の領域内である作動位置と、そこから外側の退避位置とを選択的に取り得るようにして、配置される。押圧手段が作動位置にあるときに、前記カッターが下降して多層構造体の定寸裁断を行う。その際に、押圧手段はカッター切断時の保持治具も兼ねるようにしてもよく、別途、進退自在な保持治具を備えるようにしてもよい。

いずれの場合にも、カッターによる裁断後、押圧手段がさらに作動して、裁断面に沿って積層体を対向する方向に押圧する。それにより、前記したように、押圧位置よりも裁断面側に位置する２枚の拡散層は、電解質膜を挟んで互いに反対の方向に拡開した姿勢となる。その姿勢にあるときに、カッターをさらに下降させ、カッターに形成した前記凹溝が裁断面に対向した位置とする。その姿勢で、前記のように凹溝内に絶縁剤を供給することにより、より内側にまで絶縁剤を供給することが可能となる。所定時間経過後に、カッターと押圧手段とを元の位置に退避させ、次回の切断に備える。

上記装置を多層構造体の一辺に対向して１個のみを配置し、一辺の裁断と絶縁剤塗布作業の後、装置を退避させて支持手段を９０度回転し、他の辺と退避した切断装置とを対向させ、その辺の裁断と絶縁剤塗布の作業を行う、という作業を４つの辺に対して繰り返し行うようにしてもよい。しかし、作業効率を考慮すると、対向する２辺に沿うようにして２つの装置を配置して、２つの辺に対して同時に裁断と絶縁剤塗布作業を行い、その後、支持手段を９０度回転させて、残りの２辺に同様な作業を行うように構成することは好ましい。４つの辺に対して４つの装置を対向は位置することにより、多層構造体の定寸裁断と４辺全部への絶縁剤塗布を一回の工程で行うことも可能である。

本発明によれば、膜電極接合体を容易に、かつ高価な電解質膜の使用量も節減して製造することができる。また、得られる膜電極接合体において、両電極間に短絡が生じるのも確実に阻止することができる。

以下、本発明を添付の図面を参照しつつ実施の形態に基づき説明する。図１は、本発明による膜電極接合体の製造方法を実施するための製造装置の一例を説明する図であり、図２はそこで用いる裁断装置および絶縁剤供給手段の要部を説明するための斜視図である。図３〜図８は図１の装置を用いて膜電極接合体を製造する作業手順を順を追って説明している。図９は他の形態の製造装置を説明するための図であり、図１０は図９に示す装置での３層構造体と保持治具との関係を説明するための概略的な斜視図である。図１１〜図１９は図９の装置を用いて膜電極接合体を製造する作業手順を順を追って説明している。

図１において、１０は定寸よりもわずかに大きい拡散層４と電解質膜３と拡散層４の３層構造体を示しており、前記したような従来知られた適宜の方法により作成されたものであり、電解質膜３には図示しないが触媒層が積層されている。その３層構造体１０を、図１に示す膜電極接合体製造装置Ａ１を用いて、定寸に裁断するとともに、その周囲に前縁材を塗布して、矩形状をなす膜電極接合体とする。３層構造体１０は、定寸から数ｍｍ〜１０ｍｍ程度だけ大きくされたものであって、定寸内に３つの層が存在していればよく、図示の３層構造体１０のように各層間で相互に位置ズレが生じていても差し支えない。従って、本発明による製造方法および装置を用いる場合には、３層構造体１０を作るときの位置合わせに高い精度を必要としない、という付加的メリットとももたらされる。

予め製造された多数枚の３層構造体１０が図示しないテーブルにおかれる。真空チャックなどの適宜の搬送手段（不図示）により、その一枚が支持手段である支持台２０の上に置かれる。この例において、支持台２０は平面視矩形状であり、その大きさは、製造しようとする膜電極接合体１の大きさ、すなわち定寸である膜電極接合体１の大きさと同じとされる。それにより、支持台２０の４周の側縁は、後記するカッターでの裁断時に、カッターに対する被裁断部材（すなわち、３層構造体１０）の保持治具としての機能も果たすことができる。図示しないが、支持台２０を９０度、１８０度、２７０度の単位で回転させる回転機構も備えられ、さらに、必要な場合には、支持台２０の側方に、載置された３層構造体１０を抑えるための抑え装置を、支持台上方の作用位置と側方の退避位置とを選択できるようにして配置してもよい。

支持台２０の直上方には、鉛直方向に作動する第１のシリンダー装置３０が固定機枠に取り付けてあり、該第１のシリンダー装置３０には移動プレート３２が取り付けてある。該移動プレート３２には支持台表面と平行方向に作動する第２のシリンダー装置３３が装着され、該シリンダー装置３３の可動棒３４の先端には、後記するカッター４０が取り付けられる。第２のシリンダー装置３３が作動することにより、前記カッター４０は、載置した３層構造体１０上の位置（裁断位置）と、そこから外側に離れた位置（退避位置）との間を反復移動する。

移動プレート３２の前記カッター４０が位置する側の側辺近傍には、支持台２０の一辺２１に沿うようにして抑え部材３５がバネ３６を介して装着されている。抑え部材３５は、図１に示すように、移動プレート３２が上昇した位置にあるときは、支持台２０上に載置された３層構造体１０の上方に非接触姿勢で待機している。抑え部材３５は支持台２０の前記一辺２１のほぼ全長に亘る長さを有し、その下端面は平坦面とされる。第１のシリンダー装置３０を作動して移動プレート３２を下降させると、抑え部材３５は３層構造体１０の上面に接触し、さらに移動プレート３２を下降させることにより、３層構造体１０を支持台２０の表面に対して圧着する。

図２に示すように、カッター４０は所要の厚みｔを有し、その横幅Ｗは、少なくとも支持台２０の一辺２１を覆うことのできる横幅とされる。カッター４０の支持台２０（の前記一辺２１）に対向する面は平坦面４１であり、下端は切断エッジ４２とされている。平坦面４１の切断エッジ４２よりも上方位置には、支持台２０の載置面に平行な方向に、絶縁剤溜まりとなる凹溝４３が形成されている。凹溝４３の両側端４４、４４はカッター本体により閉鎖されるとともに、その上縁４５は、カッターの平坦面４１よりも距離ｔ１だけ内側位置（支持台２０から離れる方向、図で右側）に位置しており、カッター本体も、その上方では上縁４５の位置まで垂直方向に切除されて凹所４６となっている。また、凹溝４３には裏面に抜ける１個または複数個の貫通孔４７が形成されており、そこに、絶縁剤供給パイプ４８が接続している。

装置Ａ１は、絶縁剤タンク５０を有し、吐出ポンプ５１の作用により、タンク５０内に貯留されている絶縁剤５２は、絶縁剤供給パイプ４８を介して凹溝４３内に供給される。

上記装置Ａ１を用いての作業手順を説明する。図１に示すように、第１のシリンダー装置３０を作動して移動プレート３２を上昇位置とし、かつ第２のシリンダー装置３３を作動してカッター４０をその切断エッジ４２が支持台２０の一辺２１の直上位置となる位置にセットする。図示しない搬送手段を用い、一枚の３層構造体１０を、３層とされている領域が支持台２０の支持面内に位置するようにして、支持台２０の上に載置する。必要な場合には、適宜の抑え装置を用いて載置された３層構造体１０を上から抑えておく。

図示しない制御装置により、第１のシリンダー装置３０を作動して移動プレート３２を下降させ、抑え部材３５により３層構造体１０の裁断部近傍を支持台２０の表面に圧着した姿勢とし（図３参照）、さらに移動プレート３２を下降させる。それにより、支持台２０の一辺２１よりも外方に飛び出ている部分１１は、少なくとも支持台２０の一辺２１の幅に亘って、切断エッジ４２により裁断される（図４）。

裁断後、カッター４０に形成した凹溝４３が、裁断した３層構造体１０の裁断面１２に対向する位置となるまで、さらにカッター４０を下降させる。その位置でカッター４０を停止し、吐出ポンプ５１を作動して、絶縁剤タンク５０内の絶縁剤５２を凹溝４３内に供給する（図５）。それにより、裁断面１２の全面に亘り絶縁剤５２が塗布される。塗布された絶縁剤５２がある程度硬化した時点で、さらにカッター４０を下降させる（図６）。カッター４０の内面には前記のように凹所４６が形成されているので、カッター４０がさらに下降しても、裁断面１２側に塗布された絶縁剤５２ａは裁断面１２に付着したままの状態を維持することができる。一方、一部の絶縁剤５２ｂは凹溝４３内に残存した状態でカッター４０とともに下降する。それにより、余分な接着剤５２ｂは排除されるとともに、裁断面１２に付着した絶縁剤５２ａの端面をクリアーなものとなる。

次に、第２のシリンダー装置３３を作動してカッター４０を外側の待機位置まで移動させ（図７）、第１のシリンダー装置３０を作動して移動プレート３２を上昇した元の位置に戻し、さらに第２のシリンダー装置３３を作動してカッター４０を元の内側の位置に戻す（図８）。それにより、裁断装置全体が図１に示した元の位置に復帰する。

図示しない回転機構を作動して、支持台２０を９０度回転させ、支持台２０の他の一辺をカッターに対向させる。その姿勢で上記と同様な操作を反復することにより、３層構造体１０の他の辺に対しても裁断と絶縁剤の塗布を行うことができる。その操作を４つの辺に対して行うことにより、定寸に裁断されかつ４周の裁断面には絶縁剤が塗布された膜電極接合体が得られる。

図示しない搬送手段により、裁断と絶縁剤の塗布が終了した膜電極接合体を支持台２０から保管テーブル（不図示）の上に移し、次の３層構造体１０をそのスタックから支持台２０に載置することにより、１回の操作は終了する。以下、同じ動作手順を反復することにより、必要枚数の膜電極接合体を製造することができる。

図示しないが、支持台２０の対向する２辺に上記装置Ａ１を対向して配置することもできる。その場合には、１プロセス終了後の、３層構造体１０を９０度回転させ、再度同じプロセスを行うことにより、すなわち、２回のプロセスでもって、１枚の３層構造体１０に対する所要の裁断と絶縁剤の塗布作業を終えることができる。また、カッター４０の長さを適宜調整して、支持台２０の４つの辺に対向して４台に装置Ａ１を配置するようにしてもよく、その場合には、１回のプロセスで必要な作業を終えることが可能となる。

次に、他の形態の製造装置Ａ２を用いて、３層構造体１０を裁断し絶縁剤５２を塗布する方法を、図９〜図１９を参照して説明する。図９に示す装置Ａ２は、基本的な動作は上記した装置Ａ１と同じであるが、カッター４０により定寸に裁断する工程と裁断面１２へ絶縁剤５２を塗布する工程との間に、裁断面１２に沿って３層構造体１０を対向する方向に押圧するための押圧手段６０を備える点で、大きく相違している。また、支持手段である支持台２０もその大きさにおいて装置Ａ１のものとは相違している。以下の説明および図９〜図１９において、装置Ａ１におけると同じ機能を果たす部材には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

この装置Ａ２において、固定機枠に、水平方向に作動する第３のシリンダー装置７０がさらに取り付けられ、その可動棒７１の先端には、カッター４０と平行な方向に延びる第１の水平桿７２が取り付けてある。第１の水平桿７２の両端は支持台２０上に載置される３層構造体１０の左右の側縁よりも外側にまで延出しており、その両端部には左右の垂直支桿７３、７３（図９には手前側の１枚のみが示される）が垂下されている。垂直支桿７３、７３の下方端側であって、支持台２０に載置される３層構造体１０を上下から挟持できる位置には、上下一対の圧接体７４、７４が鏡面対向姿勢で支持棒７３ａ，７３ａを介して取り付けてある。

圧接体７４は、図１０に示すように、水平に延びる断面矩形状の棒部材７５と、棒部材７５を中心から偏心した位置に取り付けたピニオンギア７６とで構成されており、ピニオンギア７６の中心が支持棒７３ａ，７３ａの先端に回転自在に取り付けてある。従って、ピニオンギア７６が回転することにより、棒部材７５もピニオンギア７６とともに、ピニオンギア７６の回転軸を中心とする同心円上を回転する。一対の圧接体７４、７４の対向する２つの棒部材７５、７５の対向面は平坦面７７とされ、該平坦面７７の内側（支持台２０側）の偶部７８は丸みを持つようにされ、外側の偶部７９は鋭角状になっている（図１１等も参照）。また、図示しない伝達機構により、上位のピニオンギア７６の回転が下位のピニオンギア７６に対して回転方向を反対として伝達されるようにされている。

装置Ａ２において、カッター４０はその支持台２０側の上端に第２の水平桿３７を備えている。第２の水平桿３７も前記した第１の水平桿７２と同様に、支持台２０上に載置される３層構造体１０の左右の側縁よりも外側にまで延出している。そして、第２の水平桿３７の両端部における上位のピニオンギア７６に対向する位置には、ピニオンギア７６に噛み合うラック７９を端面に備えた垂直棒８０が固定垂下されている。従って、垂直棒８０のラック７９が、一対の圧接体７４、７４のうちの上位の圧接体のピニオンギア７６に係合した状態で、上下移動すると、例えば上位の圧接体７４は時計方向に回動し、下位の圧接体７４は反時計方向に回動する。

装置Ａ２において、支持台２０は、装置Ａ１での支持台２０よりも支持面が小さくなっており、前記した一対の圧接体７４、７４は、図１０に仮想線で示すように、支持台２０の上に載置された３層構造体１０（仮想線で示される）の側縁からさらに内側にまで入り込めるようになっている。

上記装置Ａ２を用いての作業手順を説明する。図９に示すように、第１のシリンダー装置３０を作動して移動プレート３２を上昇位置とし、第３のシリンダー装置７０を作動して一対の圧接体７４、７４を支持台２０に載置される３層積層体１０の側縁よりも外側（図では右方向外側）に位置させる。さらに、第２のシリンダー装置３３を作動してカッター４０を圧接体７４、７４を取り付けた垂直支桿７３よりも外側（図では右方向外側）に位置させる。その状態で、装置Ａ１の場合と同様にして、支持台２０への３層構造体１０を載置する。

次に、第３のシリンダー装置７０を作動して一対の圧接体７４、７４を図で左方向に移動し、また、第２のシリンダー装置３３を作動してカッター４０も図で左方向に移動する（図１１）。その際に、最初に、一対の圧接体７４、７４の上下の棒部材７５、７５の間を３層構造体１０の端縁側が通過するようにし、棒部材７５、７５の前記外側の偶部７９が３層構造体１０の当該側縁での裁断すべき定寸位置近傍まで一対の圧接体７４、７４を移動して、その位置で停止させる。次に、第２のシリンダー装置３３を作動して、カッター４０を、その切断エッジ４２が３層構造体１０の前記裁断すべき定寸位置の直上位置とまるまで図で左方向に移動する（図１２）。その位置で、カッター４０に取り付けた垂直棒８０の先端縁のラック７９と、上位の圧接体７４のピニオンギア７６とが噛み合うことができるように、垂直棒８０などの寸法合わせをしておく。なお、ラック７９は垂直棒８０の先端縁の全長に亘って形成されるのではなく、後記するように、カッター４０の下降移動と関連してピニオンギア７６が回転することを要する部位にのみ形成される。

制御装置により、第１のシリンダー装置３０を作動して移動プレート３２を下降し、カッター４０を下降させる。ピニオンギア７６とラック７９との予め設定した噛み合い態様により、カッター４０の切断エッジ４２が３層構造体１０に接触する直前において、上下の圧接体７４は同期して回転し、図１３に示すように、下位の圧接体７４の棒部材７５と上位の圧接体７４の棒部材７５の双方の水平面は対向した姿勢となり、その間に３層構造体１０が挟持される。

さらに移動プレート３２を下降させると、３層構造体１０の棒部材７５よりも外方に飛び出ている部分１１は切断エッジ４２により棒部材７５の外側縁に沿って裁断される。その際に、下位の圧接体７４の棒部材７５は裁断時の保持治具としても機能している（図１４）。

裁断後、さらにカッター４０を下降させ、カッター４０に形成した凹溝４３を裁断した３層構造体１０の裁断面１２に対向する位置とする。その下降過程で、ピニオンギア７６とラック７９との予め設定した噛み合い態様により、一対の圧接体７４、７４は、図１５に矢印で示すようにさらに回転する。その結果、棒部材７５の平坦面７７の外側縁である鋭角状とされた偶部７９が、３層構造体１０の上下の拡散層４，４内に食い込んだ姿勢となる。その作用により、拡散層４，４の端末領域が上下方向に反り気味となり、拡開する（図１５）。

その位置でカッター４０を停止し、装置Ａ１の場合と同様にして、絶縁剤５２をカッター４０の凹溝４３内に供給する。それにより、裁断面１２の拡散層４，４が拡開した部分内に絶縁剤５２が供給されて塗布される（図１６）。塗布された絶縁剤５２がある程度硬化した時点で、さらにカッター４０を下降させると、一対の圧接体７４、７４は図１７に矢印で示すようにさらに回転し、棒部材７５は拡散層４から隔離した姿勢となる。そして、装置Ａ１の場合と同様、供給塗布された絶縁剤の一部５２ａは裁断面１２（２枚の拡散層４，４の間）に付着したままの状態に維持され、一部の絶縁剤５２ｂはカッター４０の凹溝４３内に残存した状態となる（図１７）。

その後、装置Ａ１の場合と同様に、第２のシリンダー装置３３を作動してカッター４０を外側の待機位置まで移動しながら、さらに、第３のシリンダー装置７０を作動して一対の圧接体７４、７４を外側の待機位置まで移動する。その過程で、第１のシリンダー装置３０を作動して移動プレート３２（カッター４０）を上昇させる（図１８）。それにより、図１９に示すように、一対の圧接体７４、７４は元に姿勢に復帰し、カッター４０も元の位置に戻る。それにより、裁断装置全体が図９に示した元の位置に復帰する。

以下、支持台２０を回転させ、３層構造体１０の他の辺に対しても同様な操作を行うことにより、最終的に、定寸に裁断されかつ４周の裁断面には絶縁剤が塗布された膜電極接合体が得られることは、装置Ａ１の場合と同様である。

なお、装置Ａ２において、上記した各動作過程における、３層構造体１０と棒部材７５の位置関係は、ピニオンギア７６とラック７９との噛み合い態様、棒部材７５の断面形状、およびピニオンギア７６に対する棒部材７５取り付け位置などを適宜調整することにより、容易に得ることができることは、説明を要しない。また、支持台２０に載置される３層構造体１０の対向する２辺に沿うようにして、２つの装置Ａ２を対向配置してもよいことも当然である。

なお、上記した装置Ａ１および装置Ａ１は、本発明による膜電極接合体の製造方法を実施するために好適な装置の例示であって、本発明による膜電極接合体製造装置はこの実施形態のものに限られない。例えば、一対の圧接体７４、７４とその駆動機構は、図示のものに限ることはなく、カッター４０の裁断移動に連動して作動し、カッターにより定寸に裁断された辺に沿って３層構造体１０を互いに対向する方向に押圧することができるものであれば、どのような構成のものであってもよい。

本発明による膜電極接合体の製造方法を実施するための製造装置の一例を説明する図。 図１に示す装置で用いる裁断装置および絶縁剤供給手段の要部を説明するための斜視図。 図１の装置を用いて膜電極接合体を製造する作業手順を説明する図。 作業手順を説明する図３に続く図。 作業手順を説明する図４に続く図。 作業手順を説明する図５に続く図。 作業手順を説明する図６に続く図。 作業手順を説明する図７に続く図。 本発明による他の形態の製造装置を説明するための図。 図９に示す装置での３層構造体と保持治具との関係を説明するための概略的な斜視図。 図９の装置を用いて膜電極接合体を製造する作業手順を説明する図。 作業手順を説明する図１１に続く図。 作業手順を説明する図１２に続く図。 作業手順を説明する図１３に続く図。 作業手順を説明する図１４に続く図。 作業手順を説明する図１５に続く図。 作業手順を説明する図１６に続く図。 作業手順を説明する図１７に続く図。 作業手順を説明する図１８に続く図。 膜電極接合体１を概念的に示す図。

符号の説明

Ａ１、Ａ２…膜電極接合体製造装置、１…膜電極接合体、２…セパレータ、３…電解質膜、４…触媒層、５…拡散層、１０…定寸よりもわずかに大きい３層構造体、２０…支持台（支持手段）、２１…支持台の一辺、３０…第１のシリンダー装置、３２…移動プレート、３３…第２のシリンダー装置、３４…可動棒、４０…カッター、３５…抑え部材、３６…バネ、３７…第２の水平桿、４１…カッターの平坦面、４２…切断エッジ、４３…凹溝、４４…凹溝の両側端、４５…凹溝の上縁、４６…カッターの平坦面での凹所、４７…貫通孔、４８…絶縁剤供給パイプ、５０…絶縁剤タンク、５１…吐出ポンプ、５２…絶縁剤、６０…押圧手段、７０…第３のシリンダー装置、７１…可動棒、７２…第１の水平桿、７３…垂直支桿、７３ａ，７３ａ…支持棒、７４…圧接体、７５…棒部材、７６…ピニオンギア、７７…棒部材の平坦面、７８…平坦面の内側偶部、７９…平坦面の鋭角状の外側偶部、７９…ラック、８０…ラックを端面に備えた垂直棒

Claims (6)

1. 電解質膜上の両面に触媒層と拡散層とからなるアノードおよびカソード電極が積層された膜電極接合体の製造方法であって、定寸よりもわずかに大きい拡散層−電解質膜−拡散層の多層構造体を作成し、それをカッターにより定寸に裁断するに際して、カッターによる裁断工程に連続する工程により裁断面への絶縁剤の塗布を行うことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
2. カッターにより定寸に裁断する工程と裁断面へ絶縁剤を塗布する工程との間に、裁断面に沿って積層体を対向する方向に押圧する工程を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。
3. 定寸よりわずかに大きい拡散層−電解質膜−拡散層の多層構造体を支持する支持手段と、支持手段に支持されている多層構造体の少なくとも一辺を定寸に裁断する昇降式のカッターを備えた裁断手段と、カッターの裁断移動に連動して作動しカッターによる裁断面に絶縁剤を供給するための絶縁剤供給手段と、を少なくとも備えることを特徴とする膜電極接合体製造装置。
4. カッターの支持手段に面する部分には支持台の載置面に平行な方向に絶縁剤溜まりとなる凹溝が形成されており、該凹溝内に絶縁剤供給手段からの絶縁剤が供給されるようになっており、かつ、前記凹溝は上縁側における多層構造体の裁断面に面する部位が上方に抜けた開放域となっており、裁断手段の降下時に、凹溝内に供給された絶縁剤の一部は多層構造体の定寸に裁断された辺に付着した状態で多層構造体側に残存することができ、絶縁剤の残りの部分は凹溝内に在留した状態で装置外に排除されるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体製造装置。
5. カッターの裁断移動に連動して作動し、カッターにより定寸に裁断された辺に沿って多層構造体を互いに対向する方向に押圧する押圧手段をさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の膜電極接合体製造装置。
6. 押圧手段はカッターによる裁断時における多層構造体の保持治具も兼ねることを特徴とする請求項５に記載の膜電極接合体製造装置。

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