JP2014143116A - 膜電極接合体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒層接合電解質膜にガス拡散層を接合した膜電極接合体を作製する際に、触媒層接合電解質膜に発生したシワを抑制する。
【解決手段】一対の加圧ローラー３２ａ、ｂのニップ部３２ｃに、帯状の触媒層接合電解質膜１２（以下電解質膜１２）を順次供給するとともに、電解質膜１２のニップ部３２ｃへの供給速度に同期させて、枚葉状のガス拡散層１８ａ（以下ガス拡散層１８ａ）を間欠的にニップ部３２ｃへ挿入するように供給する。ガス拡散層１８ａがニップ３２ｃへ挿入される電解質膜１２の領域では、ガス拡散層１８ａおよび電解質膜１２に対して一対の加圧ローラー３２ａ、ｂによる加圧を行い、ガス拡散層１８ａがニップ部３２ｃへ挿入されない電解質膜１２の領域では、電解質膜１２に対して一対の加圧ローラー３２ａ、ｂによる加圧を行わないようにして、電解質膜１２の一方の面にのみガス拡散層１８ａを間欠的に貼り合わせて接合させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、膜電極接合体の製造方法および製造装置に関する。

燃料電池は、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下、ＭＥＡ）を主な構成要素とし、ＭＥＡをセパレータで挟持して構成されている。ＭＥＡは、電解質膜の両面に、燃料電池反応を促進するための触媒を担持させた電極（触媒電極）の層（「触媒電極層」あるいは「触媒層」とも呼ぶ）が接合された触媒層接合電解質膜（Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｃｏａｔｅｄ Ｍｅｍｂｒａｎｅ、以下、ＣＣＭ）と、ＣＣＭの両面に接合されたガス拡散層（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下、ＧＤＬ）と、から構成される発電体である。

ＭＥＡの製造方法としては、種々の方法が提案されている。例えば、連続して搬送される帯状のＣＣＭに対して、連続して搬送される帯状のＧＤＬを、ＣＣＭの片面ごとに順に、あるいは、ＣＣＭの両面に同時に貼り合わせて接合させる方法がある。また、一定のサイズに切断された枚葉状のＧＤＬを、連続して搬送される帯状のＣＣＭの両側に同時に貼り合わせて接合させる方法もある。なお、特許文献１には、帯状のＣＣＭを一対のＧＤＬで挟持して貼り合わせる直前に、帯状のＧＤＬを枚葉状のＧＤＬとする工程を有する例が開示されている。また、特許文献２には、帯状のＣＣＭを一対の帯状のＧＤＬで挟持させて搬送させる際に、搬送方向への張力によって、あらかじめ帯状のＧＤＬに付与されている切断補助加工部分が切断されることによって、帯状のＣＣＭを一対の枚葉状のＧＤＬで挟持することにより貼り合わせて接合させる例が開示されている。

特開２００６−０８００４０号公報 特開２００９−０３７９６９号公報

ＣＣＭの厚さは非常に薄く１０μｍ程度であるため、バックシートのない単身の状態では、温度および湿度の変化により膨潤・収縮を起こして容易にシワが発生し、一旦シワが発生するとシワ抑制が困難である、という問題がある。帯状のＣＣＭは、通常、バックシートに貼り合わされたロール状のＣＣＭとして扱われており、ＭＥＡ作製時にロール状のＣＣＭから巻き出されて搬送され、ＧＤＬとの接合前にバックシートから剥離されて利用される。このため、ＣＣＭのロールが形成される際、あるいは、バックシートが剥離されてＣＣＭが単身の状態となった際にシワが発生する可能性がある。

帯状のＧＤＬおよび帯状のＧＤＬを挟持して接合させる従来のＭＥＡの製造方法では、ＣＣＭおよびＧＤＬを挟持するためのローラによってＣＣＭの拘束状態が維持されるので、ＣＣＭのシワも拘束されて維持されたままＭＥＡが作製される。この結果、作製されたＭＥＡはＣＣＭのシワによって所望の特性を得ることができず、作製されたＭＥＡの歩留まりの低下を招く。

また、帯状のＣＣＭを両側から枚葉状のＧＤＬで挟持して接合させる従来のＭＥＡの製造方法では、ＣＣＭがＧＤＬによって両側から拘束されることによってＣＣＭのシワが抑制されずにＭＥＡが作製される。この結果、作製されたＭＥＡはＣＣＭのシワによって所望の特性を得ることができず、作製されたＭＥＡの歩留まりの低下を招く。

ＣＣＭおよびＧＤＬは高価な部材であるので、ＣＣＭのシワが発生した箇所にガス拡散層を接合させることにより所望の特性が得られないＭＥＡが発生することは、材料費の無駄も大きくなる。

なお、特許文献１，２には、ＣＣＭのシワの発生およびシワの抑制について何らの記載も示唆もない。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、触媒層接合電解質膜にガス拡散層を接合した膜電極接合体の製造方法が提供される。この膜電極接合体の製造方法は、一対の加圧ローラーのニップ部に、帯状の触媒層接合電解質膜を順次供給するとともに、前記帯状の触媒層接合電解質膜の前記ニップ部への供給速度に同期させて、枚葉状の前記ガス拡散層を間欠的に前記ニップ部へ挿入するように供給し；前記枚葉状のガス拡散層が前記ニップへ挿入される前記帯状の触媒層接合電解質膜の領域では、前記枚葉状のガス拡散層および前記帯状の触媒層接合電解質膜に対して前記一対の加圧ローラーによる加圧を行い、前記枚葉状のガス拡散層が前記ニップ部へ挿入されない前記帯状の触媒層接合電解質膜の領域では、前記枚葉状の触媒層接合電解質膜に対して前記一対の加圧ローラーによる加圧を行わないようにして、前記帯状の触媒層接合電解質膜の一方の面にのみ前記枚葉状のガス拡散層を間欠的に貼り合わせて接合させることを特徴とする。この形態の膜電極接合体の製造方法によれば、ガス拡散層がニップ部へ挿入されない触媒層接合電解質膜の領域、すなわち、ガス拡散層とガス拡散層との間の部分では、触媒層接合電解質膜がニップ部による拘束から解放された状態となるとともに、ガス拡散層が触媒層接合電解質膜に接触する際に発生するガス拡散層の触媒層接合電解質膜への面圧によって触媒層接合電解質膜のシワを抑制することが可能となる。

（２）上記膜電極接合体の製造方法において、前記帯状の触媒層接合電解質膜が前記ニップ部に供給される前に、前記触媒層接合電解質膜の状態の良否を判定し、不良と判定された領域が前記ニップ部へ供給される場合において、前記枚葉状のガス拡散層の前記ニップ部への供給を禁止するようにしてもよい。この形態の膜電極接合体の製造方法によれば、膜電極接合体の製造歩留まりを向上させることができる。

なお、本発明は、膜電極接合体の製造方法だけでなく、膜電極接合体の製造装置の形態で実現することも可能である。

本発明の一実施形態としての膜電極接合体の製造方法を実施する製造装置について示す模式図である。 本実施形態において触媒層接合電解質膜に発生したシワが抑制される理由について示す説明図である。 比較例の製造方法において触媒層接合電解質膜に発生したシワが抑制されない理由について示す説明図である。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての膜電極接合体の製造方法を実施する製造装置について示す模式図である。この膜電極接合体の製造装置１００は、搬送路に沿って順に設けられたＣＣＭ検査部２０、接合機構部３０、アキューム部４０、および、裁断機構部５０と、各部の動作を制御する制御ユニット６０と、を備えている。

ＣＣＭ検査部２０は、ＣＣＭ搬送ローラー２２と、剥離ローラー２４と、ＣＣＭ不良マーカー検出センサー２６と、ＣＣＭ表面不良判別カメラ２８と、を備えている。ＣＣＭ搬送ローラー２２および剥離ローラー２４は、図示しないローラーにセットされたロールから巻き出されたバックシート付ＣＣＭ１２ＢＳを挟み込む。挟み込まれたバックシート付ＣＣＭ１２ＢＳのうち、バックシートＢＳは、剥離ローラー２４に沿って搬送され、バックシート付ＣＣＭ１２ＢＳから剥離される。バックシートＢＳが剥離された帯状のＣＣＭ１２は、ＣＣＭ搬送ローラー２２に沿って搬送され、接合機構部３０へ送り出される。

ここで、バックシート付ＣＣＭ１２ＢＳは、帯状のバックシートＢＳ上に帯状のＣＣＭ（触媒層接合電解質膜）が形成された帯状の膜であり、ＣＣＭの種々の一般的な製造方法に従って作製される。ＣＣＭ１２は、電解質膜１４のバックシートＢＳ側の面にあらかじめ定めたサイズを有する枚葉状のカソード触媒層１６ｃが間欠的に形成されており、反対側の面に帯状のアノード触媒層１６ａが形成されている。ただし、アノード触媒層１６ａもカソード触媒層１６ｃと同様に、カソード触媒層１６ｃに対向して間欠的に形成されていてもよい。なお、ＣＣＭ１２の厚さは１０μｍ程度である。

ＣＣＭ不良マーカー検出センサー２６は、ＣＣＭ搬送ローラー２２よりも搬送路の上流側に配置されており、バックシート付ＣＣＭ１２ＢＳのバックシートＢＳ上に記されている不良マーカーの有無を検出する。不良マーカーは、ＣＣＭの作製時において検出済みの触媒層の不良または電解質膜の不良の領域を示しており、不良マーカーが記されていない領域がＣＣＭとして利用可能な領域（「良品領域」とも呼ぶ）となる。不良マーカーの検出情報は、制御ユニット６０に送られて、後述する接合機構部３０における拡散層挿入装置３８の動作制御に利用される。なお、ＣＣＭ不良マーカー検出センサー２６としては、例えば、透過型の光電センサーを利用して、不良マーカーの無い領域における光の透過と、不良マーカーの有る領域における光の遮断により、不良マーカーの有無を検出することができる。ただし、ＣＣＭ不良マーカー検出センサー２６としては、不良マーカーの有無を検出することができればよく、その検出手段および方法に特に限定はない。

ＣＣＭ表面不良判別カメラ２８は、ＣＣＭ搬送ローラー２２に沿って搬送されるＣＣＭ１２のバックシートＢＳが剥離された側の表面を、幅方向（搬送方向に垂直な方向）の単位で搬送方向に沿って順に撮像する。搬送方向の単位はカメラの解像度によって決められる。撮像された画像情報は、ＣＣＭ不良判別部に送られる。本例では、制御ユニット６０がＣＣＭ不良判別部として機能する。ただし、制御ユニット６０とは別にＣＣＭ不良判別部を有していてもよい。ＣＣＭ不良判別部は、画像情報に基づいて、バックシートＢＳの剥離によってＣＣＭ１２のカソード触媒層１６ｃに発生する欠損不良（「欠点」とも呼ばれる）の有無を検出し、ＣＣＭとして利用可能な不良が無い良品領域を検出する。例えば、正常領域と欠損領域との撮像画像の輝度の差に基づいて正常領域と欠損領域とを判別することができる。ただし、必ずしも、撮像画像の解析による必要はなく、触媒層の欠損領域を検出することができれば、その検出手段および方法に特に限定はない。

接合機構部３０は、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂと、一対の搬送ニップローラー３４ａ，３４ｂと、ＣＣＭガイドローラー３６と、拡散層挿入装置３８と、触媒層位置センサー３９と、を備えている。ＣＣＭガイドローラー３６は、ＣＣＭ検査部２０から送られてくるＣＣＭ１２を一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２ｃへ挿入するように送り出す。なお、ＣＣＭガイドローラー３６は、図示しない移動機構によりその位置が調整可能であり、ニップ部３２ｃへのＣＣＭ１２の挿入角を調整することができる。

触媒層位置センサー３９は、ＣＣＭガイドローラー３６よりも搬送路の上流側に配置されており、ＣＣＭ１２の電解質膜１４上に形成されているカソード触媒層１６ｃの位置情報として、搬送方向のエッジ（先端または後端）を検出する。検出した触媒層位置情報は、制御ユニット６０に送られて、拡散層挿入装置３８によるガス拡散層の挿入動作の制御に利用される。触媒層位置センサー３９としては、例えば、反射型の光電センサーを利用して、カソード触媒層１６ｃの搬送方向のエッジを検出することができる。なお、触媒層位置センサー３９としては、カソード触媒層１６ｃの搬送方向のエッジを検出することができればよく、その検出手段および方法に特に限定はない。

拡散層挿入装置３８は、アノード触媒層１６ａに接合すべきガス拡散層１８ａを載置するテーブル３８ａと、テーブル３８ａを搬送路に沿って移動させるガイド３８ｂと、を備える。ガス拡散層１８ａは、あらかじめ定められたサイズにカットされた枚葉状のガス拡散層用部材であり、あらかじめ品質が検査済みの部材が用いられる。ガス拡散層用部材としては、例えば、カーボン繊維で構成された厚さ１００μｍ程度のカーボンペーパーが用いられる。ガス拡散層１８ａは、テーブル３８ａの移動方向側の先端部分がテーブル３８ａの載置面から前方にはみ出すように載置される。なお、載置面には、図示しない固定手段、例えば、吸着固定手段が設けられており、ガス拡散層１８ａは、載置面上に固定可能である。

拡散層挿入装置３８は、制御ユニット６０の制御によって、ＣＣＭ１２の移動速度に同期して、テーブル３８ａをガイド３８ｂに沿って移動させる。このとき、拡散層挿入装置３８は、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂの手前で、テーブル３８ａに載置されたガス拡散層１８ａの先端部分を、ＣＣＭ１２のカソード触媒層１６ｃに対向する位置であって、アノード触媒層１６ａ上のあらかじめ定められた位置において、アノード触媒層１６ａに接触させるとともに、ガス拡散層１８ａによってＣＣＭ１２を下側から押圧させつつ、ＣＣＭ１２の移動に伴って、ＣＣＭ１２とともにガス拡散層１８ａを一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２ｃへ挿入する。なお、ガス拡散層１８ａのＣＣＭ１２への押圧力は、挿入角調整機構（不図示）によるガス拡散層１８の挿入角θｔの調整により変更することができる。そして、拡散層挿入装置３８は、制御ユニット６０の制御によって、ガス拡散層１８ａのニップ部３２への挿入と同時にテーブル３８ａにおけるガス拡散層１８ａの固定を解放する。これにより、ガス拡散層１８ａは、ＣＣＭ１２とともにニップ部３２ｃで間欠的に挟持され、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂの回転に従って搬送される。

なお、拡散層挿入装置３８によるガス拡散層１８ａの挿入動作は、触媒層位置センサー３９から供給される触媒層位置情報およびＣＣＭ１２の搬送速度に基づいて、制御ユニット６０によってテーブル３８ａの移動が制御されることにより実行される。ただし、ガス拡散層１８ａが挿入されるべき位置であっても、上記した不良マーカー検出情報およびＣＣＭ不良判別情報によりＣＣＭ１２の不良が検出されている領域内にある場合には、拡散層挿入装置３８によるガス拡散層１８ａの挿入動作は停止される。

拡散層挿入装置３８としては、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂの手前で、ガス拡散層１８ａの先端部分を、ＣＣＭ１２のアノード触媒層１６ａに対してあらかじめ定められた位置で接触させるとともに、ガス拡散層１８ａによってＣＣＭ１２を下側から押圧させつつ、ＣＣＭ１２の移動に伴って、ＣＣＭ１２とともにガス拡散層１８ａを一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２ｃへ挿入することができればよく、その手段および方法に特に限定はない。

一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのうち、ＣＣＭ１２側の加圧ローラー３２ａはその位置が固定された加圧ローラー（以下、「固定側加圧ローラー」とも呼ぶ）であり、ガス拡散層１８ａ側の加圧ローラー３２ｂは、固定側加圧ローラー３２ａに対する位置が可動する加圧ローラー（以下、「可動側加圧ローラー」とも呼ぶ）である。可動側加圧ローラー３２ｂが固定側加圧ローラー３２ａ方向に移動することにより、ニップ部３２ｃで挟持するＣＣＭ１２とガス拡散層１８ａとに圧力が付与され、ＣＣＭ１２のアノード触媒層１６ａ上にガス拡散層１８ａが貼り合わされて接合され、ＭＥＡ１０となる部分が形成される。可動側加圧ローラー３２ｂによる圧力の付与は、制御ユニット６０によって制御される。なお、可動側加圧ローラー３２ｂには、上昇を制限するストッパー機構が設けられており、ガス拡散層１８ａが挿入されていない領域のＣＣＭ１２の部分は、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂによって圧力が付与されない状態（以下、「ＣＣＭ解放状態」とも呼ぶ）とされる。なお、ストッパー機構は可動側加圧ローラー３２ｂの上昇を制限する一般的な機構であるため、図示および説明を省略する。また、ＣＣＭ解放状態についてはさらに後述する。

一対の搬送ニップローラー３４ａ，３４ｂは、駆動部（不図示）による回転動作が制御ユニット６０によって制御されることにより、ＭＥＡ１０となる部分が間欠的に形成された帯状のＭＥＡ１０Ｓを引き込んで搬送する。なお、ＣＣＭ１２側の搬送ニップローラー３４ａはその位置が固定されたニップローラー（以下、「固定側搬送ニップローラー」とも呼ぶ）であり、ガス拡散層１８ａ側の搬送ニップローラー３４ｂは、固定側搬送ニップローラー３４ａに対する位置が可動する搬送ニップローラー（以下、「可動側搬送ニップローラー」とも呼ぶ）である。固定側搬送ニップローラー３４ａに対する可動側搬送ニップローラー３４ｂの位置が移動することによってニップ部３４ｃで挟持されたＭＥＡ１０Ｓに圧力が加えられ、一対の搬送ニップローラー３４ａ，３４ｂの回転に応じてＭＥＡ１０Ｓが順次搬送され、これに連動してＣＣＭ検査部２０および接合機構部３０におけるＣＣＭ１２の搬送が実行される。なお、一対の搬送ニップローラー３４ａ，３４ｂの回転および可動側搬送ニップローラー３４ｂによる加圧力が、制御ユニット６０によって制御されることによって、ＣＣＭ検査部２０および接合機構部３０の搬送路を搬送されるＣＣＭ１２の速度およびＭＥＡ１０Ｓの速度が一定となるように制御される。

アキューム部４０は、接合機構部３０の一対の搬送ニップローラー３４ａ，３４ｂから搬出された帯状のＭＥＡ１０Ｓを蓄積する。

裁断機構部５０は、拡散層位置センサー５２と、裁断装置５４と、一対の搬送ニップローラー５６ａ，５６ｂと、を備えている。拡散層位置センサー５２は、アキューム部４０から送られてくる帯状のＭＥＡ１０Ｓに間欠的に形成されているガス拡散層１８ａの搬送方向の先頭端を検出する。検出した先頭端情報は制御ユニット６０に送られ、一対のニップローラー５６ａ，５６ｂおよび裁断装置５４の動作が制御に利用される。なお、拡散層位置センサー５２としては、触媒層位置センサー３９と同様に、例えば、反射型の光電センサーを利用して、ガス拡散層１８ａの搬送方向の先頭端を検出することができる。なお、拡散層位置センサー５２としては、ガス拡散層１８ａの搬送方向の先頭端を検出することができればよく、その検出手段および方法に特に限定はない。

裁断装置５４は、制御ユニット６０によって制御されて、アキューム部４０から送られてくる帯状のＭＥＡ１０Ｓのうち、下側裁断型５４ａ上に載置されたＭＥＡ１０の部分を、上側裁断型５４ｂにより型抜き切断する。切断された枚葉状のＭＥＡ１０は、搬出装置（不図示）により吸着搬出される。

一対の搬送ニップローラー５６ａ，５６ｂは、駆動部（不図示）による回転動作および停止動作が制御ユニット６０によって制御されることにより、アキューム部４０に蓄積されている帯状のＭＥＡ１０Ｓを裁断装置５４まで引き込みを実行するとともに、裁断装置５４で裁断された後のＭＥＡ１０Ｓの端材の送り出しを実行する。具体的には、制御ユニット６０によって、拡散層位置センサー５２からの先頭端情報に基づいて、切断すべきＭＥＡ１０の部分を下側裁断型５４ａの裁断位置に設定するために要する搬送量（送り込みの量）が決定される。そして、決定された搬送量に応じた制御量に基づいて駆動部の動作が制御され、一対の搬送ニップローラー５６ａ，５６ｂによるＭＥＡ１０Ｓの引き込みが制御される。なお、ＣＣＭ１２側の搬送ニップローラー５６ａは固定側搬送ニップローラーであり、ガス拡散層１８ａ側の搬送ニップローラー５６ｂは、可動側搬送ニップローラーである。固定側搬送ニップローラー５６ａに対する可動側搬送ニップローラー５６ｂの位置が移動することによってニップ部５６ｃで挟持されたＭＥＡ１０Ｓの端材に圧力が加えられ、一対の搬送ニップローラー５６ａ，５６ｂの回転に応じてアキューム部４０からの帯状のＭＥＡ１０Ｓの引き込み及び停止が制御され、また、ＭＥＡ１０の端材の送り出しが制御される。

なお、以上のようにして作製されたＭＥＡ１０のカソード触媒層１６ｃ上にカソード側用のガス拡散層を、ホットプレス機（不図示）を用いて加熱圧着することにより、ＣＣＭの両側にガス拡散層が形成されたＭＥＡが作製される。

以上説明した製造装置１００で実施される膜電極接合体（ＭＥＡ）の製造方法では、以下で説明するように、ＣＣＭ１２に発生していた搬送方向に沿ったシワ（「たてジワ」とも呼ぶ）を抑制した上でガス拡散層を貼り合わせて接合させたＭＥＡを作製することが可能である。

図２は、本実施形態において触媒層接合電解質膜（ＣＣＭ）に発生したシワが抑制される理由について示す説明図である。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、帯状のＣＣＭ１２に先に接合されたガス拡散層１８ａ１の後端から後のＣＣＭ１２は、次のガス拡散層１８ａ２が一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂ（図１参照）のニップ部３２ｃで、ＣＣＭ１２とともに拘束されるまでの過程において、拘束が開放された状態（ＣＣＭ拘束開放状態）となる。

ＣＣＭ１２の拘束が開放された状態において、図２（Ａ）に示すように、次のガス拡散層１８ａ２の先端がＣＣＭ１２を押圧しつつ接触すると、テーブルからはみ出しているガス拡散層１８ａ２の先端部分が弾性変形範囲内で押圧方向で変形することにより、ガス拡散層１８ａ２による面圧がＣＣＭ１２に加わる。ガス拡散層１８ａ２とＣＣＭ１２との接触界面は滑りやすい状態にあるため、ＣＣＭ１２に加わる面圧がシワを押し広げる力（以下、「シワ矯正力」とも呼ぶ）となって作用する。これにより、図２（Ｂ）に示すように、ガス拡散層１８ａの接触による面圧によってシワが解消され、図２（Ｃ）に示すように、ＣＣＭ１２の搬送方向への移動に伴ってガス拡散層１８ａの接触領域が増加するのに応じて、ＣＣＭ１２のシワが順次解消されていくことになる。この結果、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２ｃによって、シワが解消されたＣＣＭ１２の部分にガス拡散層１８ａが貼り合わされて接合されることになり、ＣＣＭ１２に発生していた搬送方向に沿ったシワを抑制した上でガス拡散層を貼り合わせて接合させたＭＥＡを作製することが可能となる。なお、ガス拡散層による面圧は、上記した拡散層挿入装置３８（図１参照）におけるガス拡散層の挿入角θｔの調整により調整することができる。なお、ＣＣＭ１２に発生したシワを解消するためには、ガス拡散層１８ａが連続せずに間欠的に挿入されるようにして、ＣＣＭ拘束解放状態が得られるようにすればよく、好ましくは、ガス拡散層の間隔が１ｍｍ〜５ｍｍ程度あればよい。

図３は、比較例の製造方法において触媒層接合電解質膜（ＣＣＭ）に発生したシワが抑制されない理由について示す説明図である。図３（Ａ）は、比較例の製造方法として、帯状のＣＣＭ１２の片面に帯状のガス拡散層１８ａＳが、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２ｃで挟持されて貼り合わされることによって接合される場合、すなわち、従来例で説明した製造方法の例による場合を示している。また、図３（Ｂ）は、比較例の別の製造方法として、帯状のＣＣＭ１２の両面にアノード側のガス拡散層１８ａおよびカソード側のガス拡散層１８ｃが、一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２ｃで挟持されて貼り合わされることによって接合される場合、すなわち、従来例で説明した製造方法の他の例による場合を示している。

図３（Ａ）の場合、実施形態と同様に、ガス拡散層１８ａＳからの面圧がシワ矯正力としてＣＣＭ１２に加わる。しかしながら、実施形態とは異なり、ＣＣＭ１２には一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２ｃによる拘束力が常時加わり、ＣＣＭ１２が開放状態とされることはない。この拘束力は、ＣＣＭ１２とガス拡散層１８ａＳとを貼り合わせて接合するための加圧力による力であり、シワ矯正力に比べて大きい。このため、ＣＣＭ１２にはシワ矯正力が働かず、シワの解消は困難である。

また、図３（Ｂ）の場合、実施形態と同様に、ＣＣＭ１２の両側に枚葉状のガス拡散層１８ａ１，１８ｃ１が接合された後、次の枚葉状のガス拡散層１８ａ２，１８ｃ２がＣＣＭ１２とともに一対の加圧ローラー３２ａ，３２ｂのニップ部３２における挟持が開始されるまでの間、ＣＣＭ１２の拘束が解放される。しかしながら、実施形態とは異なり、アノード側のガス拡散層１８ａ２の面圧とカソード側のガス拡散層１８ｃ２による面圧とが相殺され、また、両側のガス拡散層１８ａ２，１８ｃ２がＣＣＭ１２を挟持して拘束するため、ＣＣＭ１２にシワ矯正力が抑制されてシワの解消効果が抑制される。

以上のように、実施形態の製造方法では、比較例として説明した従来の製造方法では困難であったＣＣＭのシワの抑制を容易に実現することが可能である。

また、実施形態においては、ＣＣＭ不良マーカー検出センサー２６およびＣＣＭ表面不良判別カメラ２８により不良が検出されていないＣＣＭ１２の良品領域にのみ、ガス拡散層１８ａを挿入してＭＥＡ１０を作製することが可能である。これにより、作製されたＭＥＡの歩留まりの向上を図ることができ、また、用いられるガス拡散層材料の無駄を抑制することが可能である。

Ｂ．変形例：

上記実施形態では、ＣＣＭの帯状のアノード触媒層側に枚葉状のガス拡散層を貼り合わせて接合し、所定のサイズに切断後にカソー触媒層側に枚葉状のガス拡散層を貼り合わせて接合する場合を例に説明した。これは、通常、アノード触媒層の方がカソード触媒層に比べて常温（例えば、２０℃〜３０℃）での加圧による接着性が高く、製造しやすいためである。ただし、これに限定されるものではなく、カソード触媒層側に枚葉状のガス拡散層を貼り合わせて接合し、所定のサイズに切断後にアノード触媒層側に枚葉状のガス拡散層を貼り合わせて接合するようにしてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ＭＥＡ
１０Ｓ…ＭＥＡ
１２…ＣＣＭ
ＢＳ…バックシート
１２ＢＳ…バックシート付ＣＣＭ
１４…電解質膜
１６ａ…アノード触媒層
１６ｃ…カソード触媒層
１８ａ…ガス拡散層
１８ｃ…ガス拡散層
１８ａ１…ガス拡散層
１８ａ２…ガス拡散層
１８ｃ２…ガス拡散層
１８ａＳ…ガス拡散層
２０…ＣＣＭ検査部
２２…ＣＣＭ搬送ローラー
２４…剥離ローラー
２６…ＣＣＭ不良マーカー検出センサー
２８…ＣＣＭ表面不良判別カメラ
３０…接合機構部
３２ａ…加圧ローラー（固定側加圧ローラー）
３２ｂ…加圧ローラー（可動側加圧ローラー）
３２ｃ…ニップ部
３４ａ…搬送ニップローラー（固定側搬送ニップローラー）
３４ｂ…搬送ニップローラー（可動側搬送ニップローラー）
３４ｃ…ニップ部
３６…ＣＣＭガイドローラー
３８…拡散層挿入装置
３８ａ…テーブル
３８ｂ…ガイド
３９…触媒層位置センサー
４０…アキューム部
５０…裁断機構部
５２…拡散層位置センサー
５４…裁断装置
５４ａ…下側裁断型
５４ｂ…上側裁断型
５６ａ…搬送ニップローラー（固定側搬送ニップローラー）
５６ｂ…搬送ニップローラー（可動側搬送ニップローラー）
５６ｃ…ニップ部
６０…制御ユニット
１００…製造装置

Claims (4)

1. 触媒層接合電解質膜にガス拡散層を接合した膜電極接合体の製造方法であって、
   一対の加圧ローラーのニップ部に、帯状の触媒層接合電解質膜を順次供給するとともに、前記帯状の触媒層接合電解質膜の前記ニップ部への供給速度に同期させて、枚葉状の前記ガス拡散層を間欠的に前記ニップ部へ挿入するように供給し、
   前記枚葉状のガス拡散層が前記ニップへ挿入される前記帯状の触媒層接合電解質膜の領域では、前記枚葉状のガス拡散層および前記帯状の触媒層接合電解質膜に対して前記一対の加圧ローラーによる加圧を行い、前記枚葉状のガス拡散層が前記ニップ部へ挿入されない前記帯状の触媒層接合電解質膜の領域では、前記枚葉状の触媒層接合電解質膜に対して前記一対の加圧ローラーによる加圧を行わないようにして、前記帯状の触媒層接合電解質膜の一方の面にのみ前記枚葉状のガス拡散層を間欠的に貼り合わせて接合させる
   ことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
2. 請求項１に記載の膜電極接合体の製造方法であって、
   前記帯状の触媒層接合電解質膜が前記ニップ部に供給される前に、前記触媒層接合電解質膜の状態の良否を判定し、不良と判定された領域が前記ニップ部へ供給される場合において、前記枚葉状のガス拡散層の前記ニップ部への供給を禁止する
   ことを特徴と膜電極接合体の製造方法。
3. 触媒層接合電解質膜にガス拡散層を接合した膜電極接合体の製造装置であって、
   一対の加圧ローラーであって、そのニップ部に供給される帯状の触媒層接合電解質膜および枚葉状のガス拡散層を貼り合わせて接合させる一対の加圧ローラーと、
   前記帯状の触媒層接合電解質膜の前記ニップ部への供給速度に同期させて、前記枚葉状のガス拡散層を間欠的に前記ニップ部へ挿入するように供給するガス拡散層挿入装置と、を備え、
   前記一対の加圧ローラーは、前記枚葉状のガス拡散層が前記ニップへ挿入される前記帯状の触媒層接合電解質膜の領域では、前記枚葉状のガス拡散層および前記帯状の触媒層接合電解質膜に対して加圧を可能とするとともに、前記枚葉状のガス拡散層が前記ニップ部へ挿入されない前記帯状の触媒層接合電解質膜の領域では、前記枚葉状の触媒層接合電解質膜に対して加圧を行わないように制限するストッパー機構を有する
   ことを特徴とする膜電極接合体の製造装置。
4. 請求項３に記載のめく電極接合体の製造装置であって、
   前記帯状の触媒層接合電解質膜が前記ニップ部に供給される前に、前記触媒層接合電解質膜の状態の良否を判定する膜不良判定部を有し、
   不良と判定された領域が前記ニップ部へ供給される場合において、前記ガス拡散層挿入装置による前記枚葉状のガス拡散層の前記ニップ部への供給を禁止する
   ことを特徴とする膜電極接合体の製造装置。

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