JP2009064633A - 膜電極接合体の製造装置および膜電極接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状の電解質膜に電極触媒層を所定の形成間隔で正確に形成することができる膜電極接合体の製造装置を提供する。
【解決手段】本発明の膜電極接合体の製造装置は、帯状の電解質膜１００の長手方向に沿って電極触媒層１２０を形成する膜電極接合体の製造装置であって、孔形成手段３１０および距離検出手段３２０を有する。孔形成手段３１０は、長手方向に搬送されている電解質膜の余剰領域１０１に、所定の間隔で複数の位置検出用孔１１０を形成する。距離検出手段３２０は、所定の間隔で形成された複数の位置検出用孔１１０を利用して電解質膜１００の搬送距離を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、膜電極接合体の製造装置および膜電極接合体の製造方法に関する。

近年、環境負荷の少ない電源として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、酸素などの酸化剤および水素などの燃料剤の供給を受けて電力を生成するものである。

固体高分子形の燃料電池は、電解質膜の両面に電極触媒層およびガスケットなどが形成されてなる膜電極接合体（以下、ＭＥＡと称する）が、セパレータを介して複数積層されてなる。ＭＥＡを製造する技術としては、たとえば、下記の特許文献１に示す電解質膜−電極接合体の製造方法が知られている。

特許文献１に開示されている製造方法は、原反ロールから巻き戻して搬送される帯状の電解質膜に、開口部が設けられたマスクフィルム兼用ガスケットを形成する工程と、前記開口部に電極触媒層を形成する工程と、を有する。このような構成の製造方法によれば、帯状の電解質膜から複数の電解質膜−電極接合体を製造することができる。

なお、関連する公知技術文献としては、下記の特許文献２〜４が挙げられる。
特開２００６−２８６４３０号公報 特開２００５−１８３１８２号公報 特開２００６−１２０４３３号公報 特開２００６−２４４９３０号公報

しかしながら、上記特許文献１の製造方法では、電解質膜に形成される電極触媒層とガスケットとの位置ずれ、または、電解質膜の両面に形成される電極触媒層同士の位置ずれが発生するという問題がある。したがって、このような電極触媒層の位置ずれを見込んで電解質膜に電極触媒を余剰に設ける必要があり、材料の無駄が発生している。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、帯状の電解質膜に電極触媒層を所定の形成間隔で正確に形成することができる膜電極接合体の製造装置および製造方法を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

本発明の膜電極接合体の製造装置は、帯状の電解質膜の長手方向に沿って電極触媒層を形成する膜電極接合体の製造装置であって、孔形成手段および距離検出手段を有する。前記孔形成手段は、長手方向に搬送されている電解質膜の余剰領域に、所定の間隔で複数の位置検出用孔を形成する。前記距離検出手段は、前記所定の間隔で形成された複数の位置検出用孔を利用して、前記電解質膜の搬送距離を検出する。

本発明の膜電極接合体の製造方法は、帯状の電解質膜の長手方向に沿って電極触媒層を形成する膜電極接合体の製造方法であって、孔形成段階および距離検出段階を有する。前記孔形成段階は、長手方向に搬送されている電解質膜の余剰領域に、所定の間隔で複数の位置検出用孔を形成する。前記距離検出段階は、前記所定の間隔で形成された複数の位置検出用孔を利用して、前記電解質膜の搬送距離を検出する。

本発明の膜電極接合体の製造装置および製造方法によれば、位置検出用孔を利用して検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、帯状の電解質膜に電極触媒層を所定の形成間隔で正確に形成することができる。その結果、電解質膜に電極触媒を余剰に設けるなどの必要がなく、材料の無駄が省略される。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における膜電極接合体の製造装置（以下、ＭＥＡ製造装置と称する）の概略構成を示す図である。

図１に示すとおり、本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、電解質膜供給部１０、供給側蓄膜部２０、ガスケット形成部３０、触媒層形成部４０、回収側蓄膜部５０、電解質膜回収部６０、および制御部７０を備える。電解質膜供給部１０、触媒層形成部４０、および電解質膜回収部６０は、隔壁８０によって第１〜第３領域に区画されており、空調機９０によって互いに独立に温度および湿度が調整される。供給側蓄膜部２０、ガスケット形成部３０、および回収側蓄膜部５０は、触媒層形成部４０と同じ第２領域に設けられている。

電解質膜供給部１０は、電解質膜供給手段として、帯状の電解質膜を供給ロール１１から取り出して搬送するものである。電解質膜供給部１０は、第１および第２供給ロール１１ａ，１１ｂの中空軸をそれぞれ支持する第１および第２支持軸を有し、第１および第２供給ロール１１ａ，１１ｂの一方から電解質膜を供給する。本実施の形態の供給ロール１１に巻回されている電解質膜は、フッ素系イオン交換膜（たとえば、ナフィオン（登録商標））であって、その両面は保護フィルムによって覆われている。供給ロール１１ａから取り出された帯状の電解質膜は、送出機１３によって水平方向に送出され、第１ガイドローラ１５を通じて供給側蓄膜部２０に搬送される。

供給側蓄膜部２０は、蓄膜手段として、電解質膜供給部１０から搬送される電解質膜を余剰に取り込み、製造ラインにおける電解質膜の搬送速度に同期して余剰に取り込んだ電解質膜を製造ラインに送出するものである。供給側蓄膜部２０は、固定ガイドローラ２１と、固定ガイドローラ２１に対して近接離間可能に設けられた移動ガイドローラ２２と、移動ガイドローラ２２を移動させる駆動部２３と、を有する。電解質膜供給部１０から搬送される電解質膜は、固定ガイドローラ２１、移動ガイドローラ２２、および第２ガイドローラ２４を順次に通過してガスケット形成部３０に搬送される。

ガスケット形成部３０は、ガスケット形成手段として、電解質膜供給部１０から搬送される電解質膜に、電極触媒層を取り囲むシール材として機能するガスケットを形成するものである。ガスケット形成部３０は、搬送される電解質膜の上面にガスケットを形成する第１ガスケット形成部３０ａと、第１ガスケット形成部３０ａの後流側で電解質膜の下面にガスケットを形成する第２ガスケット形成部３０ｂと、を有する。第１および第２ガスケット形成部３０ａ，３０ｂは、第１および第２保護フィルム巻取機３４ａ，３４ｂおよび引取機３５ａ，３５ｂによって保護フィルムが剥離された電解質膜の表面にガスケットを形成する。本実施の形態の第１および第２ガスケット形成部３０ａ，３０ｂは、ガスケットフィルムが巻回されてなるガスケット供給ロール３１ａ，３１ｂと、ガスケット供給ロール３１ａ，３１ｂから送出されるガスケットフィルムに開口部を打抜き形成する打抜き部３２ａ，３２ｂと、を有する。ガスケット供給ロール３１ａ，３１ｂから取り出されて搬送されるガスケットフィルムは、打抜き部３２ａ，３２ｂによって所定の形成間隔で開口部が形成されたのち、補助ガイドローラ３９ｂ，３９ｄによって水平方向に向きを変えつつ電解質膜に接合される。なお、ガスケットが形成される前の電解質膜は、寸法測定器３３ａ，３３ｂによって幅および厚さが測定される。また、本実施の形態のガスケット表面には、ガスケットへの電極触媒などの付着を防止するためのマスキングフィルムが設けられている。

触媒層形成部４０は、触媒層形成手段として、ガスケットが形成された電解質膜に電極触媒層を形成するものである。触媒層形成部４０は、ガスケットフィルムに所定の形成間隔で設けられた開口部から露出される電解質膜に電極触媒層を形成する。触媒層形成部４０は、電解質膜の上面に電極触媒層（たとえば、アノード触媒層）を形成する第１触媒層形成部４０ａと、第１触媒層形成部４０ａの後流側で電解質膜の下面に電極触媒層（カソード触媒層）を形成する第２触媒層形成部４０ｂと、を有する。本実施の形態の第１および第２触媒層形成部４０ａ，４０ｂは、樹脂シート（たとえば、ＰＴＦＥシート）上に予め形成された電極触媒層を電解質膜に転写することによって電解質膜に電極触媒層を形成する。電極触媒層が形成された電解質膜は、加熱プレス機４１ａ，４１ｂによって熱プレスされ、電極触媒層の下面は、保護シート供給ロール３６より供給される帯状の保護シートによって保護される。なお、製造ラインを搬送される電解質膜の側部には、第１突起付ローラ３１０によって所定の間隔で位置検出用孔が設けられ、位置検出用孔を介して電解質膜に従動回転する第２突起付ローラ３２０によって電解質膜の搬送距離が正確に検出される。位置検出用孔が設けられた電解質膜は、回転刃付ローラ３３０によって側部を切断除去されたのち、第４ガイドローラ５５を通じて回収側蓄膜部５０に搬送される。第１および第２突起付ローラ３１０，３２０ならびに回転刃付ローラ３３０についての詳細な説明は後述する。

回収側蓄膜部５０は、回収側膜蓄積手段として、触媒層形成部４０から搬送される電解質膜を、製造ラインにおける電解質膜の搬送速度に同期して余剰に取り込むものである。回収側蓄膜部５０は、固定ガイドローラ５１と、固定ガイドローラ５１に対して近接離間可能に設けられた移動ガイドローラ５２と、移動ガイドローラ５２を移動させる駆動部５３と、を有する。触媒層形成部４０から搬送された電解質膜は、第５ガイドローラ５４、移動ガイドローラ５２、および固定ガイドローラ５１を順次に通過して電解質膜回収部６０に搬送される。

電解質膜回収部６０は、電解質膜回収手段として、電極触媒層が形成された電解質膜を巻取り回収するものである。回収側蓄膜部５０から搬送される電解質膜は、第６ガイドローラ５６を通じて水平方向に搬送され、電解質膜回収部６０は、所定の間隔で電極触媒層が形成された帯状の電解質膜を巻き取ってロール状に回収する。電解質膜回収部６０は、第１および第２回収ロール６１ａ，６１ｂを支持する回転軸である第１および第２巻取機を備える。ガスケットおよび電極触媒層が形成された帯状の電解質膜は、引取機６３によって引き取られ、第１および第２回収ロール６１ａ，６１ｂの一方に巻き取られる。

制御部７０は、電解質膜供給部１０、供給側蓄膜部２０、ガスケット形成部３０、触媒層形成部４０、回収側蓄膜部５０、電解質膜回収部６０、および空調機９０を制御するものである。制御部７０は、製造ライン上に設けられる張力検出器３７および速度検出器３８などから信号を受け付けて、送出機１３、巻取機６２、引取機６３、駆動部２３，５３、および空調機９０などを制御する。また、本実施の形態の制御部７０は、触媒層制御手段かつガスケット制御手段として、第２突起付ローラ３２０から信号を受けて、ガスケット形成部３０ａ，３０ｂおよび触媒層形成部４０ａ，４０ｂを制御する。制御部７０の具体的な処理内容については、後述する。

次に、図２を参照しつつ、本実施の形態における第１および第２突起付ローラ３１０，３２０について詳細に説明する。

図２は、図１に示すＭＥＡ製造装置における第１および第２突起付ローラを説明するための図である。上述したとおり、本実施の形態の第１および第２突起付ローラ３１０，３２０は、製造ラインを搬送される電解質膜の搬送距離を協働して検出する。

第１突起付ローラ３１０は、孔形成手段として、製造ラインを搬送される電解質膜１００の余剰領域である側部１０１に位置検出用孔１１０を形成するものである。第１突起付ローラ３１０は、第１ローラ本体部３１１および複数の第１突起部３１２を有する。第１ローラ本体部３１１は、電解質膜１００の搬送速度に対応して回転する駆動ローラであり、第１突起部３１２は、第１ローラ本体部３１１の両端部に所定の角度間隔で複数設けられている。各第１突起部３１２は矩形状を有しており、電解質膜１００を打抜いて位置検出用孔１１０を形成することができるように打抜き刃が設けられている。また、第１突起付ローラ３１０の下部には、第１突起付ローラ３１０とともに電解質膜を挟み込む補助ローラ３１５が備えられている。本実施の形態の第１突起付ローラ３１０は、第１ガスケット形成部３０ａと第１触媒層形成部４０ａとの間に設けられており、上面および下面がガスケットフィルム２００および保護フィルム２５０によってそれぞれ覆われている電解質膜１００に位置検出用孔１１０を打抜き形成する。なお、本実施の形態のガスケットフィルム２００および保護フィルム２５０は、位置検出用孔１１０が形成される電解質膜１００を補強する補強フィルムとしての役割を果たす。

第２突起付ローラ３２０は、距離検出手段として、位置検出用孔１１０を利用して電解質膜１００の搬送距離を検出するものである。第２突起付ローラ３２０は、第２ローラ本体部３２１および複数の第２突起部３２２を有する。第２ローラ本体部３２１は、複数の突起部３２２が位置検出用孔に嵌合することによって、搬送される電解質膜に従動回転するアイドルローラである。第２ローラ本体部３２１には、エンコーダなどの角度検出手段が設けられており、第２ローラ本体部３２１の回転量から電解質膜の搬送距離を検出する。第２突起部３２２は、第２ローラ本体部３２１の両端部に所定の角度間隔で複数設けられている。第２ローラ本端部の端部円周面に沿って設けられる第２突起部３２２の角度間隔は、第１突起付ローラ３１０の第１突起部３１２の角度間隔と等しい。各第２突起部３２２の上部は矩形状を有しており、第１突起部３１２と同様に打抜き刃が設けられている。また、第２突起付ローラ３２０の下部には、第２突起付ローラ３２０とともに電解質膜を挟み込む補助ローラ３２５が備えられている。本実施の形態の第２突起付ローラ３２０は、第２ガスケット形成部３０ｂと第２触媒層形成部４０ｂとの間に設けられており、位置検出用孔が設けられている電解質膜の下面に新たに接合されたガスケットフィルム２００の側部に位置検出用孔１１０を打抜き形成することができる。

そして、このように構成される第１および第２突起付ローラ３１０，３２０によれば、まず、第１突起付ローラ３１０によって、製造ラインを搬送される電解質膜１００の側部１０１に所定の間隔で位置検出用孔１１０が形成される。次に、第２突起付ローラ３２０の第２突起部３２２が電解質膜の位置検出用孔に嵌合しつつ、第２突起付ローラ３２０が製造ラインを搬送される電解質膜１００に従動回転することによって、搬送される電解質膜１００の搬送距離が正確に検出される。

次に、図３を参照しつつ、本実施の形態における回転刃付ローラ３３０について詳細に説明する。

図３は、図１に示すＭＥＡ製造装置における回転刃付ローラを説明するための図である。本実施の形態の回転刃付ローラ３３０は、第２触媒層形成部４０ｂの後流側に設けられ、位置検出用孔１１０が設けられている電解質膜の側部を切断分離するものである。

図３に示すとおり、本実施の形態の回転刃付ローラ３３０は、第３ローラ本体部３３１および回転刃部３３２を有する。第３ローラ本体部３３１は、電解質膜１００の搬送速度に対応して回転する駆動ローラである。回転刃部３３２は、円盤形状を有し、第３ローラ本体部３３１の両端部に設けられる。また、回転刃付ローラ３３０の下部には、回転刃付ローラ３３０とともに電解質膜を挟み込む補助ローラ３３５が備えられている。このように構成される回転刃付ローラ３３０によれば、位置検出用孔１１０が形成されている電解質膜の側部１０１が、電極触媒層が形成されている電解質膜の本体部から切断分離される。なお、切断分離された電解質膜の側部１０１は、再利用を目的として、回収手段である回収ロール６１に電解質膜の本体部とともに巻取り回収される。

以上のとおり構成される本実施の形態のＭＥＡ製造装置では、第２突起付ローラ３２０によって検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、電極触媒層およびガスケットが所定の形成間隔で帯状の電解質膜に形成される。以下、図４および図５を参照しつつ、本実施の形態のＭＥＡ製造方法について説明する。

図４は、図１に示すＭＥＡ製造装置におけるＭＥＡ製造処理を示すフローチャートである。上述したとおり、本実施の形態のＭＥＡ製造処理では、電解質膜の側部に設けられる位置検出用孔を利用して検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層およびガスケットが連続的に形成される。本実施の形態では、電極触媒層およびガスケットが所定の形成間隔で帯状の電解質膜に連続的に形成されるように、第２突起付ローラ３２０によって検出される搬送距離に基づいて、制御部７０がガスケット形成部３０および触媒層形成部４０を制御する。

図４に示すとおり、本実施の形態のＭＥＡ製造処理では、まず、電解質膜の搬送距離が検出される（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、まず、第１突起付ローラ３１０によって形成された位置検出用孔を介して電解質膜に従動回転する第２突起付ローラ３２０のエンコーダの位相信号が、電解質膜の搬送距離を検出する検出信号として制御部７０に送信される。そして、制御部７０が、予め設定されている第２突起付ローラ３２０の回転量と電解質膜の搬送距離との関係を示す関係式に基づいて、第２突起付ローラ３２０の位相信号から電解質膜の搬送距離を算出する。

次に、検出された搬送距離が設定値以上か否かが判断される（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、帯状の電解質膜に形成される電極触媒層の形成間隔の設計値が設定値として予め設定されており、制御部７０が、ステップＳ１０１に示す処理で算出された搬送距離を設定値と比較する。検出された搬送距離が設定値未満の場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、算出される搬送距離が設定値になるまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０２に示す処理が繰り返される。

一方、検出された搬送距離が設定値以上の場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、電解質膜に接合されるガスケットフィルム２００に開口部２１０が形成される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、まず、制御部７０が、ガスケット形成部３０の打抜き部３２に第１の指令信号を送信する。そして、第１の指令信号を受けた打抜き部３２が、ガスケット供給ロール３１から供給されるガスケットフィルム２００に開口部２１０を打抜き形成する（図５参照）。

次に、電解質膜に電極触媒層が形成される（ステップＳ１０４）。本実施の形態では、まず、制御部７０が、触媒層形成部４０に第２の指令信号を送信する。そして、第２の指令信号を受けた触媒層形成部４０のプレス機構が、電解質膜に電極触媒層を押し付ける（図５参照）。

以上のとおり、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４に示す処理によれば、電解質膜の搬送距離が形成間隔の設定値に到達した時点で、ガスケットフィルムに開口部が打抜き形成されるとともに、電解質膜に電極触媒層が形成される。

そして、次のＭＥＡを製造するか否かが判断される（ステップＳ１０５）。次のＭＥＡを製造する場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、予め設定された数量のＭＥＡを製造するまで、ステップＳ１０１以下の処理が繰り返される。一方、次のＭＥＡを製造しない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、処理が終了される。

以上のとおり、図４のフローチャートに示す処理によれば、第２突起付ローラ３２０によって検出される電解質膜の搬送距離が形成間隔の設定値に達するたびに、ガスケットフィルムに開口部が打抜き形成されるとともに、電解質膜に電極触媒層が接合される。その結果、所定の形成間隔で複数の電極触媒層が帯状の電解質膜に形成されるとともに、所定の形成間隔で複数のガスケットが帯状の電解質膜に形成される。

なお、所定の形成間隔でそれぞれ形成される電極触媒層とガスケットとは、ガスケットに設けられる開口部の形成位置と電極触媒層の形成位置とが一致するように、製造ラインにおける打抜き部とプレス機構との位置関係および指令信号を送信するタイミングが予め適切に調整されている。また、上記ステップＳ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０４に示す処理は、それぞれ距離検出手段、ガスケット制御手段、および触媒層制御手段の処理に対応する。

次に、図６を参照しつつ、本実施の形態のＭＥＡ製造装置において電解質膜の両面にそれぞれ形成される電極触媒層の位置関係について説明する。図６は、製造ラインを搬送される電解質膜の両面に形成される電極触媒層を模式的に示したものである。なお、図６では、参考のために距離検出用ローラのローラ面が電解質膜に接触することによって電解質膜の搬送距離を検出する場合を比較例として示している。

図６（Ａ）に示すとおり、距離検出用ローラ５００のローラ面が電解質膜１００に接触する場合、ローラ面と電解質膜表面との間の滑りなどに起因して、電解質膜１００の搬送距離が正確に検出されない。したがって、電解質膜１００の上面に形成される電極触媒層１２０ａと下面に形成される電極触媒層１２０ｂとの間には位置ずれｅが発生する。

一方、図６（Ｂ）に示すとおり、本実施の形態のＭＥＡ製造装置では、第１突起付ローラ３１０が形成した位置検出用孔に、第２突起付ローラ３２０の第２突起部が嵌合することによって、第２突起付ローラ３２０は電解質膜１００に従動回転する。したがって、第２突起付ローラ３２０と電解質膜との間の滑りが防止され、電解質膜の搬送距離を正確に検出することができる。その結果、所定の形成間隔で電解質膜１００の両面に電極触媒層１２０が正確に形成されるため、電解質膜１００の上面に形成される電極触媒層１２０ａと下面に形成される電極触媒層１２０ｂとの間の位置ずれは防止される。

以上のとおり、説明された本実施の形態は、以下の効果を奏する。

（ａ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、帯状の電解質膜の長手方向に沿って電極触媒層を形成するＭＥＡ製造装置であって、第１突起付ローラと第２突起付ローラとを有する。第１突起付ローラは、長手方向に搬送されている電解質膜の側部に、所定の間隔で複数の位置検出用孔を形成する。第２突起付ローラは、所定の間隔で形成された複数の位置検出用孔を利用して、電解質膜の搬送距離を検出する。したがって、位置検出用孔を利用して検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、帯状の電解質膜に電極触媒層を所定の形成間隔で正確に形成することができる。その結果、電解質膜に電極触媒を余剰に設けるなどの必要がなく、材料の無駄が省略される。

（ｂ）電解質膜の少なくとも一方の面はガスケットまたは保護フィルムによって覆われており、第１突起付ローラは、ガスケットまたは保護フィルムによって覆われている電解質膜に位置検出用孔を形成する。したがって、第１突起付ローラの第１突起部が電解質膜を打抜いて位置検出用孔を形成する際の電解質膜の変形が防止される。また、精度よく位置検出用孔が形成されるため、より正確に電解質膜の搬送距離を検出することができる。

（ｃ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、触媒層形成部と制御部とをさらに有する。触媒層形成部は、電解質膜に電極触媒層を形成する。制御部は、複数の電極触媒層が電解質膜に所定の形成間隔で形成されるように、第２突起付ローラによって検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、触媒層形成部を制御する。したがって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層を形成することができる。

（ｄ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、電解質膜に、電極触媒層を取り囲むガスケットを形成するガスケット形成部をさらに有する。本実施の形態の制御部は、複数のガスケットが電解質膜に所定の形成間隔で形成されるように、第２突起付ローラによって検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、ガスケット形成部を制御する。したがって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔でガスケットを形成することができる。

（ｅ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、位置検出用孔が形成された電解質膜の側部を、電極触媒層が形成された電解質膜から切断分離する回転刃付ローラをさらに有する。したがって、不要な電解質膜の側部を分離して、電解質膜を任意のサイズに形成することができる。また、別工程を設けることなく、電解質膜に電極触媒層を形成する製造ラインにおいて連続的に電解質膜の側部を分離して電解質膜の形状を整えることができる。

（ｆ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、分離された電解質膜の側部を回収する回収ロールをさらに有する。したがって、電極触媒が付着していない電解質膜を廃棄することなく、再利用することができる。

（ｇ）本実施の形態のＭＥＡ製造方法は、帯状の電解質膜の長手方向に沿って電極触媒層を形成するＭＥＡ製造方法であって、孔形成段階および距離検出段階を有する。孔形成段階は、長手方向に搬送されている電解質膜の側部に、所定の間隔で複数の位置検出用孔を形成する。距離検出段階は、所定の間隔で形成された複数の位置検出用孔を利用して、電解質膜の搬送距離を検出する。したがって、位置検出用孔を利用して検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、帯状の電解質膜に電極触媒層を所定の形成間隔で正確に形成することができる。その結果、電解質膜に電極触媒を余剰に設けるなどの必要がなく、材料の無駄が省略される。

なお、上述した実施の形態では、樹脂シートに予め形成された電極触媒層をプレス機構が電解質膜に押付けるタイミングを制御することによって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層を形成した。しかしながら、たとえば、補助ガイドローラを介して電解質膜に重ねられる樹脂シートの搬送速度を制御することによって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層を形成してもよい。あるいは、補助ガイドローラを介して電解質膜に重ねられる樹脂シートに電極触媒層を形成するダイコータの吐出タイミングを制御することによって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層を形成してもよい。

また、上述した実施の形態とは異なり、電解質膜に電極触媒を直接的に噴射して形成する手法を用いる場合には、電極触媒を噴射するノズルの噴射タイミングを制御することによって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層を形成することができる。同様に、電解質膜に電極触媒を直接的に塗布するダイコータの吐出タイミングを制御することによって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層を形成することができる。

また、上述した実施の形態とは異なり、電解質膜に樹脂を直接的に噴射してガスケットを形成する手法を用いる場合、樹脂を噴射するノズルの噴射タイミングを制御することによって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔でガスケットを形成することができる。

（第２の実施の形態）
次に、図７を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態について説明する。

本実施の形態は、製造ラインにおいてガスケットおよび電極触媒層が形成される電解質膜が鉛直方向上向きに搬送される実施の形態である。

図７に示すとおり、本実施の形態におけるＭＥＡ製造装置は、電解質膜供給部１０、供給側蓄膜部２０、ガスケット形成部３０、触媒層形成部４０、回収側蓄膜部５０、電解質膜回収部６０、および制御部７０を備える。なお、電解質膜が鉛直方向上向きに搬送される点を除いては、本実施の形態の構成は、第１の実施の形態における構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第２突起付ローラ３２０は、第１突起付ローラ３１０の上方に設けられている。第１突起付ローラ３１０は、第１突起部によって電解質膜の側部に位置検出用孔を打抜き形成する。第２突起付ローラ３２０は、第２突起部が位置検出用孔に嵌合することによって、製造ラインを鉛直方向上向きに搬送される電解質膜に従動回転し、電解質膜の搬送距離を検出する。このような構成にすると、電解質膜が重力によって下方に引っ張られるため、ガスケット形成部３０および触媒層形成部４０が設けられた製造ラインを搬送される電解質膜のたるみが防止される。その結果、電解質膜の搬送距離をより正確に検出することができる。

以上のとおり、説明された本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。

（ｈ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、鉛直方向上向きに搬送される電解質膜の搬送経路を有する。したがって、電解質膜のたるみが防止され、電解質膜の搬送距離がより正確に検出されるため、帯状の電解質膜に所定の形成間隔で電極触媒層およびガスケットをより正確に形成することができる。

（第３の実施の形態）
次に、図８を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態について説明する。

本実施の形態は、帯状の電解質膜の幅方向に沿って電極触媒層を２列に形成する実施の形態である。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態におけるＭＥＡ製造装置の触媒層形成部および回転刃付ローラを説明するための図である。なお、電極触媒を直接的に噴射することによって帯状の電解質膜に２列に電極触媒層を形成する点を除いては、本実施の形態の構成は、第１の実施の形態における構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図８（Ａ）に示すとおり、本実施の形態の触媒層形成部４０は、電解質膜１００の幅方向に沿って隣接する第１電極触媒噴射ノズル４１０および第２電極触媒噴射ノズル４２０を有する。第１電極触媒噴射ノズル４１０は、制御部７０により電極触媒の噴射タイミングが制御され、帯状の電解質膜１００に第１の形成間隔で第１形状の電極触媒層１２０ｃを形成する。第２電極触媒噴射ノズル４２０は、制御部７０により電極触媒の噴射タイミングが制御され、帯状の電解質膜に第２の形成間隔で第２形状の電極触媒層１２０ｄを形成する。また、制御部７０は、第２突起付ローラ３２０によって検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、第１および第２電極触媒噴射ノズル４１０，４２０を制御する。このような構成の触媒層形成部４０によれば、所望の形状の複数種類の電極触媒層を所望の形成間隔で電解質膜に形成することができる。

また、図８（Ｂ）に示すとおり、本実施の形態の回転刃付ローラ３４０は、第４ローラ本体部３４１および第１〜第３回転刃部３４２を有する。第１および第２回転刃部３４２ａ，３４２ｂは、円盤形状を有し、第４ローラ本体部３４１の両端部に設けられている。第３回転刃部３４３ｃは、円盤形状を有し、第４ローラ本体部３４１の中央部に設けられている。このように構成される回転刃付ローラ３４０によれば、第１形状の電極触媒層１２０ｃが形成されている電解質膜の第１領域と、第２形状の電極触媒層１２０ｄが形成されている電解質膜の第２領域とが切断分離される。また、位置検出用孔１１０が設けられている側部１０１が、電極触媒層１２０ｃ，１２０ｄが設けられている電解質膜本体部から切断分離される。

なお、本実施の形態では、電解質膜の幅方向に沿って電極触媒層を２列に形成した。しかしながら、電極触媒層は電解質膜の幅方向に沿って３列以上に形成してもよい。

また、本実施の形態では、第２突起付ローラによって検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、第１および第２電極触媒噴射ノズルの噴射タイミングを制御した。しかしながら、第１および第２電極触媒噴射ノズルの制御は省略され、連続的に電極触媒を噴射してもよい。この場合、マスキングフィルムによって覆われているガスケットがマスクの役割を果たし、ガスケットに付着する余剰な電極触媒をマスキングフィルムとともに除去することによって、帯状の電解質膜に所定の形成間隔でガスケットおよび電極触媒層を形成することができる。

また、本実施の形態では、電解質膜に電極触媒を直接的に噴射することによって、電解質膜の幅方向に沿って電極触媒層を２列に形成した。しかしながら、第１の実施の形態と同様に、予め形成された電極触媒層を電解質膜に転写することによって、電解質膜の幅方向に沿って電極触媒層を２列に形成してもよい。

以上のとおり説明した本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。

（ｉ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置では、帯状の電解質膜の幅方向に沿って電極触媒層が２列に形成される。したがって、一の製造ラインで２種類の電解質膜を同時に形成することができるため、任意の大きさのＭＥＡを無駄なく製造することができる。

（ｊ）本実施の形態のＭＥＡ製造装置は、２列の電極触媒層のうち一の電極触媒層が形成された電解質膜の領域と、他の電極触媒層が形成された電解質膜の領域とを切断分離する回転刃付ローラをさらに有する。さらに、本実施の形態の回転刃付ローラは、位置検出用孔が形成された電解質膜の側部を電極触媒層が形成された領域から切断分離する。したがって、別工程を設けることなく、電解質膜に電極触媒層を形成する製造ラインにおいて２種類の電解質膜の形状を整えることができる。

以上のとおり、第１〜第３の実施の形態において、本発明のＭＥＡ製造装置およびＭＥＡ製造方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。

たとえば、第１〜第３の実施の形態では、第２突起付ローラの第２突起部が位置検出用孔に嵌合することによって電解質膜の搬送距離を検出した。しかしながら、たとえば、ＣＣＤカメラなどの撮像手段が位置検出用孔を撮像することによって電解質膜の搬送距離を検出してもよい。

また、第１〜第３の実施の形態では、第２突起付ローラの回転量から電解質膜の搬送距離を検出した。しかしながら、位置検出用孔の数をカウントし、カウントされる位置検出用孔の数に基づいて、電極触媒層およびガスケットが形成されてもよい。

また、第１〜第３の実施の形態では、第１突起付ローラとして、搬送される電解質膜の搬送速度に対応して回転する駆動ローラが用いられた。しかしながら、第１突起付ローラとして、アイドルローラが用いられてもよい。また、第１突起付ローラに、エンコーダなどの角度検出手段が設けられてもよい。

また、第１〜第３の実施の形態では、第１突起付ローラが所定の間隔で電解質膜の側部に位置検出用孔を形成した。しかしながら、たとえば、ポンチなどを所定周期で動作させることによって位置検出用孔を形成してもよい。

また、第１〜第３の実施の形態では、電解質膜の側部に位置検出用孔が形成された。しかしながら、位置検出用孔の形成個所は、電解質膜の側部に限定されず、余剰領域に形成されればよい。

また、第１〜第３の実施の形態では、搬送される電解質膜にガスケットおよび電極触媒層が順次に形成された。しかしながら、搬送される電解質膜に対して、ガス拡散層がさらに形成されてもよい。さらに、第１の実施の形態において、電極触媒層とともにガス拡散層が電解質膜に転写されてもよい。

また、第１〜第３の実施の形態では、電極触媒層が形成された電解質膜は、回収ロールに巻取り回収された。しかしながら、電極触媒層が形成された電解質膜は、所定の間隔で切断され、複数の独立したＭＥＡとして回収されてもよい。

本発明の第１の実施の形態におけるＭＥＡ製造装置の概略構成を示す図である。 図１に示すＭＥＡ製造装置における第１および第２突起付ローラを説明するための図である。 図１に示すＭＥＡ製造装置における回転刃付ローラを説明するための図である。 図１に示すＭＥＡ製造装置におけるＭＥＡ製造処理を示すフローチャートである。 図４に示すＭＥＡ製造処理を説明するための図である。 図１に示すＭＥＡ製造装置において搬送される電解質膜の両面に形成される電極触媒層を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＭＥＡ製造装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるＭＥＡ製造装置の触媒層形成部および回転刃付ローラを説明するための図である。

符号の説明

３０ ガスケット形成部（ガスケット形成手段）、
４０ 触媒層形成部（触媒層形成手段）、
６１ 回収ロール（回収手段）、
７０ 制御部（触媒層制御手段、ガスケット制御手段）、
１００ 電解質膜、
１０１ 電解質膜の側部（余剰領域）、
１１０ 位置検出用孔、
１２０ 電極触媒層、
２００ ガスケット（補強フィルム）、
２５０ 保護フィルム（補強フィルム）、
３１０ 第１突起付ローラ（孔形成手段）、
３２０ 第２突起付ローラ（距離検出手段）、
３３０，３４０ 回転刃付ローラ（切断手段）。

Claims (10)

1. 帯状の電解質膜の長手方向に沿って電極触媒層を形成する膜電極接合体の製造装置であって、
   長手方向に搬送されている電解質膜の余剰領域に、所定の間隔で複数の位置検出用孔を形成する孔形成手段と、
   前記所定の間隔で形成された複数の位置検出用孔を利用して、前記電解質膜の搬送距離を検出する距離検出手段と、を有することを特徴とする膜電極接合体の製造装置。
2. 前記電解質膜の少なくとも一方の面は補強フィルムによって覆われており、
   前記孔形成手段は、前記補強フィルムによって覆われている電解質膜に位置検出用孔を形成する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装置。
3. 前記電解質膜に電極触媒層を形成する触媒層形成手段と、
   複数の前記電極触媒層が前記電解質膜に所定の形成間隔で形成されるように、前記距離検出手段によって検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、前記触媒層形成手段を制御する触媒層制御手段と、をさらに有する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装置。
4. 前記電解質膜に、電極触媒層を取り囲むガスケットを形成するガスケット形成手段と、
   複数の前記ガスケットが前記電解質膜に所定の形成間隔で形成されるように、前記距離検出手段によって検出される電解質膜の搬送距離に基づいて、前記ガスケット形成手段を制御するガスケット制御手段と、をさらに有する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装置。
5. 前記位置検出用孔が形成された電解質膜の余剰領域を、電極触媒層が形成された電解質膜から切断分離する切断手段をさらに有する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装置。
6. 前記分離された電解質膜の余剰領域を回収する回収手段をさらに有す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。
7. 前記帯状の電解質膜の幅方向に沿って電極触媒層が少なくとも２列に形成される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装置。
8. 前記少なくとも２列の電極触媒層のうち一の電極触媒層が形成された電解質膜の領域と、他の電極触媒層が形成された電解質膜の領域とを切断分離するとともに、前記位置検出用孔が形成された電解質膜の余剰領域を電極触媒層が形成された領域から切断分離する切断手段をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の膜電極接合体の製造装置。
9. 前記分離された電解質膜の余剰領域を回収する回収手段をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の膜電極接合体の製造装置。
10. 帯状の電解質膜の長手方向に沿って電極触媒層を形成する膜電極接合体の製造方法であって、
    長手方向に搬送されている電解質膜の余剰領域に、所定の間隔で複数の位置検出用孔を形成する段階と、
    前記所定の間隔で形成された複数の位置検出用孔を利用して、前記電解質膜の搬送距離を検出する段階と、を有することを特徴とする膜電極接合体の製造方法。

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