JP2015041473A - 膜電極接合体の製造方法と電解質膜巻取ローラー - Google Patents

Abstract

【課題】新旧のローラー交換に伴うシート継ぎ作業において、電解質膜シートのしわや折れが起き得る領域の狭小化を図る。【解決手段】ＭＥＡ製造装置１００は、長尺状の電解質膜シート２０ＳをバックシートＢｓと共にアノード転写機構部１１０とカソード転写機構部１２０に搬送し、アノード２１形成用のアノードシート２１Ｓとカソード２２とを転写する。電解質膜シート２０Ｓは、バックシートＢｓに形成された状態でバックシートＢｓと共に電解質膜シートロール２０Ｒに巻き取られて、この電解質膜シートロール２０ＲからバックシートＢｓと共に第１転写ローラー１１２、第２転写ローラー１２２に送り出される。電解質膜シートロール２０Ｒは、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓと連続するダミーシートＤＳを巻取コア２０Ｒｃに巻き取り済みであり、ダミーシートＤＳをバックシートＢｓに続いて送り出す。【選択図】図７

Description

本発明は、膜電極接合体の製造方法と電解質膜巻取ローラーに関する。

燃料電池に用いられる膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）は、電解質膜の両膜面に、燃料電池反応を促進させるための触媒を担持させたアノードおよびカソードの電極触媒層を接合させている。この膜電極接合体の製造方法としては、長尺状の電解質膜シートと電極触媒層を形成済みの支持シートとを重ね合わせて、電極触媒層を電解質膜面に接合させ、転写ローラーにて転写する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−７３６３９号公報

電解質膜シートは、通常、膜支持シートの一方のシート面に形成された状態で膜支持シートと共に電解質膜巻取ローラーに巻き取られて、転写ローラーに送り出される。電極触媒層の送り出しと転写が繰り返されて膜電極接合体の製造が進むと、電解質膜シートは、電解質膜巻取ローラーごと交換される。そして、このローラー交換の都度、電解質膜シートの送り出しが終わった電解質膜巻取ローラー（以下、旧ローラーと称する）の電解質膜シート末端と、交換される電解質膜巻取ローラー（以下、新ローラーと称する）の電解質膜シート先端とを継ぐ必要がある。こうしたシート継ぎ作業では、旧ローラーの電解質膜シート末端と新ローラーの電解質膜シート先端の電解質膜シートに作業員の指先が触れたり継ぎ治具が触れたりするため、電解質膜シートにしわや折れを招きかねない。電解質膜シートのしわや折れは、完成品としての燃料電池の発電運転中に繰り返される電解質膜の膨潤と収縮を受けることで、膜損傷の起点となりかねない。こうしたことから、旧ローラーと新ローラーの交換時のシート継ぎ作業では、電解質膜シートのしわや折れが起き得る領域を狭くすることが望ましい。ところが、電解質膜シート末端と電解質膜シート先端とは、共に電解質膜シートが膜支持シートに形成済みであることから、電解質膜シート末端の側だけ、或いは電解質膜シート先端の側だけしか指先等が触れないようにすることは難しく、電解質膜シートのしわや折れが起き得る領域を狭くできないのが実情である。特に、上記した継ぎ作業を、膜支持シートから電解質膜シートを剥がして、膜支持シートごとにおよび電解質膜シートごとに行う場合、膜支持シートから剥がされた電解質膜シートは吸湿によりシート自体がしわになりやすいので、電解質膜シートのしわや折れが顕著となることも懸念される。この他、シートの継ぎ作業の簡略化や、膜電極接合体の製造コストの低減を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造方法が提供される。この膜電極接合体の製造方法は、長尺状の電解質膜シートを膜支持シートの一方のシート面に形成した状態で前記膜支持シートと共に巻き取った電解質膜巻取ローラーを準備する工程（１）と、前記膜電極接合体を構成する電極触媒層と前記電解質膜巻取ローラーに巻き取られた前記電解質膜シートとを、対向して回転する一対の転写ローラーに送り出す工程（２）と、該送り出された前記電解質膜シートに、前記転写ローラーにより前記電極触媒層を転写して前記膜電極接合体を形成する工程（３）とを備える。そして、前記工程（１）で準備した前記電解質膜巻取ローラーは、前記電解質膜シートが形成済みの前記膜支持シートと連続するダミーシートを巻取コアに巻き取り済みであり、前記工程（２）では、前記電解質膜巻取ローラーから、前記電解質膜シートを前記膜支持シートと共に前記転写ローラーに送り出し、前記ダミーシートを前記膜支持シートに続いて送り出す。

上記の形態の膜電極接合体の製造方法は、旧ローラーと新ローラーの電解質膜巻取ローラーの交換時のシート継ぎ作業の際に、旧ローラー側ではダミーシートをシート末端とするので、新ローラーの側の電解質膜シート先端の側だけでしか、電解質膜シートに指先等が触れないようにする。この結果、上記の形態の膜電極接合体の製造方法によれば、新旧のローラー交換に伴うシート継ぎ作業において、電解質膜シートのしわや折れが起き得る領域を狭くできる。

（２）上記形態の膜電極接合体の製造方法において、前記ダミーシートのシート長さは、前記電解質膜シートに前記電極触媒層が転写済みのシート状の前記膜電極接合体を巻き取る膜電極接合体巻取ローラーに前記電解質膜巻取ローラーから到るシート搬送経路長以上とされているようにしてもよい。こうすれば、次の利点がある。

新旧のローラー交換に伴うシート継ぎ作業は、電解質膜巻取ローラーと膜電極接合体巻取ローラーを備える膜電極接合体の製造ラインにおいて、最上流の電解質膜巻取ローラーの近傍でなされる。そうすると、電解質膜巻取ローラーから膜電極接合体巻取ローラーに到るシート搬送経路では、膜支持シートに接合してはいるものの、電極触媒層が未転写の電解質膜シートと電極触媒層が転写済みの電解質膜シートとが残存する。よって、シート継ぎ作業に時間が要すると、電極触媒層が未転写の電解質膜シートのシート表面の乾きにより、シート継ぎ作業完了後に行われる電極触媒層の転写において転写不良が起きることも危惧される。また、シート継ぎ作業の開始時点でシート搬送経路にある電解質膜シートの領域は、シート継ぎ作業完了後に電極転写を受けて膜電極接合体巻取ローラーに巻き取られるものの、シート継ぎ作業の開始時点で既に膜電極接合体巻取ローラーに巻き取り済みの電解質膜シートの領域と異なる環境に置かれるので、膜電極接合体としての均質化が損なわれる可能性がある。しかしながら、上記形態の膜電極接合体の製造方法によれば、シート継ぎ作業において、シート搬送経路にはダミーシートしか残さず、電極触媒層が転写済みの電解質膜シートの領域を全て膜電極接合体巻取ローラーに巻き取り済みとするので、膜電極接合体としての均質化を図ることができる。

（３）上記のいずれかの形態の膜電極接合体の製造方法において、前記ダミーシートを、前記膜支持シートに継ぐダミー支持シートに前記電解質膜シートに継ぐダミー膜シートを積層した層状シートとしたり、前記膜支持シートの端部側であって、前記電解質膜シートの形成されていない前記膜支持シートの前記シート面に、前記電解質膜シートに継ぐダミー膜シートを積層した層状シートとしてもよい。こうすれば、ダミーシートがシート搬送経路に沿って搬送される間におけるシート送り状態を、膜支持シートに接合した電解質膜シートの送り状態からさほど変える必要がない。よって、上記形態の膜電極接合体の製造方法によれば、シート送り状態を調整するいわゆる段取り作業の不要化もしくは簡便化が可能となり、低コスト化に寄与できる。

（４）本発明の他の形態によれば、電解質膜巻取ローラーが提供される。この電解質膜巻取ローラーは、燃料電池用の膜電極接合体を製造するための長尺状の電解質膜シートを巻き取った電解質膜巻取ローラーであって、前記電解質膜シートが一方のシート面に形成された膜支持シートと連続するダミーシートを、巻取コアに巻き取って備え、該ダミーシートに続いて、前記電解質膜シートを前記膜支持シートと共に巻き取って備える。この形態の電解質膜巻取ローラーは、巻き取り済みの電解質膜シートを膜支持シートと共に、先に送り出し、ダミーシートを膜支持シートに続いて送り出す。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、膜電極接合体の製造装置、或いは、膜電極接合体を有する燃料電池の製造装置や製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての燃料電池１０を構成する単セル１５を断面視して概略的に示す説明図である。 ＭＥＡの構成部材の接合の様子をその寸法状態と合わせて模式的に示す説明図である。 燃料電池１０の製造手順を示す説明図である。 電解質膜シート２０Ｓとこれを巻き取り済みの電解質膜シートロール２０Ｒの準備の形態を模式的に示す説明図である。 アノード支持シートＡｓとこれを巻き取り済みのアノード支持シートロールＡＲの準備の形態を模式的に示す説明図である。 カソード支持シートＣｓとこれを巻き取り済みのカソード支持シートロールＣＲの準備の形態を模式的に示す説明図である。 ＭＥＡ製造装置１００の概略構成をローラー交換前後でのシート継ぎの様子と合わせて模式的に示す説明図である。 電解質膜シートロール２０ＲからＭＥＡ巻取ローラー１２３に到るシート搬送経路に沿って延在するダミーシートＤＳの状況を模式的に示す説明図である。 ＭＥＧＡ製造装置３００の概略構成をダミー膜シートＤ２０Ｓの搬送の様子と合わせて模式的に示す説明図である。 他の実施形態において準備する電解質膜シート２０Ｓとこれを巻き取り済みの電解質膜シートロール２０Ｒの準備の形態を模式的に示すである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池１０を構成する単セル１５を断面視して概略的に示す説明図、図２はＭＥＡの構成部材の接合の様子をその寸法状態と合わせて模式的に示す説明図である。本実施形態の燃料電池１０は、図１に示す構成の単セル１５を対向するセパレーター２５、２６で挟持して、この単セル１５を複数積層したスタック構造の固体高分子型燃料電池である。

単セル１５は、電解質膜２０の両側にアノード２１とカソード２２の両電極を備える。電解質膜２０は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード２１およびカソード２２は、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した導電性の担体、例えばカーボン粒子（以下、触媒担持カーボン粒子と称する）を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して形成された電極触媒層であり、電解質膜２０の両膜面に接合され電解質膜２０と共に膜電極接合体（ＭＥＡ）を形成する。通常、アイオノマーは、電解質膜２０と同質の固体高分子材料である高分子電解質樹脂（例えばフッ素系樹脂）であり、その有するイオン交換基によりプロトン伝導性を有する。

この他、単セル１５は、電極形成済みの電解質膜２０を両側から挟持するアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４とセパレーター２５，２６を備え、両ガス拡散層は、対応する電極（アノード２１またはカソード２２）に接合されている。アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体によって形成される。本実施形態では、電解質膜２０とアノード２１およびカソード２２で形成されるＭＥＡを、アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４で挟持した状態で単セル１５の基幹部位を製造する。よって、ＭＥＡに上記の両ガス拡散層を含めた物をＭＥＧＡ（Membrane-Electrode＆Gas. Diffusion Layer Assembly）と、適宜、称する。

図２に示すように、アノード２１は、電解質膜２０とほぼ同寸法の矩形形状とされ、カソード２２は、アノード２１より縦横とも短くされている。アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４は、ほぼ同寸法の矩形形状とされ、アノード側ガス拡散層２３は、アノード２１より縦横とも同寸もしくはやや短くされている。カソード側ガス拡散層２４は、アノード側ガス拡散層２３とほぼ同寸法とされている。アノード２１、アノード側ガス拡散層２３等は上記のようにその寸法が相違するが、単セル１５としての組み付け状態では、これらはその周囲において図示しないシール部材にて気密にシールされる。なお、アノード２１の図２において上下に延びる短辺を電解質膜２０の幅より広くしてもよく、こうするには、後述のアノードシート２１Ｓの幅を電解質膜シート２０Ｓより広くして、矩形形状に裁断すればよい。

セパレーター２５は、アノード側ガス拡散層２３の側に、水素を含有する燃料ガスを流すセル内燃料ガス流路４７を備える。セパレーター２６は、カソード側ガス拡散層２４の側に、酸素を含有する酸化ガス（本実施形態では、空気）を流すセル内酸化ガス流路４８を備える。なお、図には記載していないが、隣り合う単セル１５間には、例えば、冷媒が流れるセル間冷媒流路を形成することができる。これらセパレーター２５，２６は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成されている。

図１では図示していないが、セパレーター２５，２６の外周近傍の所定の位置には、複数の孔部が形成されている。これらの複数の孔部は、セパレーター２５，２６が他の部材と共に積層されて燃料電池１０が組み立てられたときに互いに重なって、燃料電池１０内を積層方向に貫通する流路を形成する。すなわち、上記したセル内燃料ガス流路４７やセル内酸化ガス流路４８、あるいはセル間冷媒流路に対して、燃料ガスや酸化ガス、あるいは冷媒を給排するためのマニホールドを形成する。

本実施形態の燃料電池１０は、セパレーター２５のセル内燃料ガス流路４７からの水素ガスを、アノード側ガス拡散層２３で拡散ししつつ、アノード２１に供給する。空気については、セパレーター２６のセル内酸化ガス流路４８からの空気を、カソード側ガス拡散層２４で拡散ししつつカソード２２に供給する。こうしたガス供給を受けて、燃料電池１０は、発電し、その発電電力を外部の負荷に与える。

次に、燃料電池１０の製造方法について説明する。図３は燃料電池１０の製造手順を示す説明図である。図示するように、燃料電池１０を製造するに当たっては、まず、その構成単位である単セル１５を作製する。

単セル１５の作製に当たり、その構成部材を巻き取り済みの電解質膜シートロール２０Ｒとアノード支持シートロールＡＲとカソード支持シートロールＣＲを準備する（ステップＳ１００）。図４は電解質膜シート２０Ｓとこれを巻き取り済みの電解質膜シートロール２０Ｒの準備の形態を模式的に示す説明図、図５はアノード支持シートＡｓとこれを巻き取り済みのアノード支持シートロールＡＲの準備の形態を模式的に示す説明図、図６はカソード支持シートＣｓとこれを巻き取り済みのカソード支持シートロールＣＲの準備の形態を模式的に示す説明図である。

図４に示すように、電解質膜シート２０Ｓは、電解質膜２０の上記の高分子電解質樹脂を用いて、電解質膜形成装置２０Ｍにて、バックシートＢｓのシート面に長尺状に形成される。バックシートＢｓは、電解質膜シート２０Ｓから剥離可能とされ、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＥＴＦＥ（4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等のポリエステル系、ポリスチレン等の高分子シートによって、電解質膜シート２０Ｓとほぼ同じ幅で形成される。その後、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓにダミーシートＤＳを継ぎ、その継ぎ箇所表裏面をテープＴにて接着する。この継ぎ作業は、電解質膜形成装置２０Ｍから得られた電解質膜シート２０Ｓの先端を、バックシートＢｓに接合した状態で図示しない作業台で支持し、ダミーシートＤＳの端部に継ぐことで済む。よって、テープＴによる継ぎ箇所の接着に当たり、電解質膜シート２０Ｓを不用意に指や治具にて触れないようにできる。また、電解質膜シート２０Ｓの先端をバックシートＢｓから剥がすことも無用なため、テープＴによる継ぎ箇所の接着に当たり、電解質膜シート２０Ｓの先端周辺でのしわや折れが起き難い。

ダミーシートＤＳは、ダミー支持シートＤＢｓとダミー膜シートＤ２０Ｓを積層した層状シートとされ、ダミー支持シートＤＢｓはバックシートＢｓに継がれ、ダミー膜シートＤ２０Ｓは電解質膜シート２０Ｓに継がれる。ダミー支持シートＤＢｓは、バックシートＢｓと同じ厚みもしくは当該シートより若干薄いＰＥＮ製の高分子シートであり、バックシートＢｓと同じ幅とされている。ダミー膜シートＤ２０Ｓは、電解質膜シート２０Ｓと同じ厚みもしくは当該シートより若干薄いＰＥＴ製の高分子シートであり、電解質膜シート２０Ｓと同じ幅とされている。ダミー支持シートＤＢｓとダミー膜シートＤ２０Ｓは、その界面に、接着剤層Ｄｂとセパレーター層Ｄｓとを介在させて積層される。接着剤層Ｄｂは、アクリル系の接着剤からなり、日本工業規格JIS Z0237に準じた剥離強度試験にて規定される２Ｎ程度の粘着力を備える。セパレーター層Ｄｓは、アクリル系、フッ素系の樹脂粉からなり、接着剤層Ｄｂと協働して、ダミー支持シートＤＢｓとダミー膜シートＤ２０Ｓとの接着維持および剥離性確保を図る。これにより、ダミーシートＤＳは、電解質膜シート２０ＳおよびバックシートＢｓに続いて後述のＭＥＡ製造装置１００に送り出される際、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓの挙動を再現する。具体的には、ダミーシートＤＳは、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓとほぼ同じ軌跡でＭＥＡ製造装置１００において搬送され、ダミー膜シートＤ２０Ｓからのダミー支持シートＤＢｓの剥離についても、これを、電解質膜シート２０ＳからのバックシートＢｓの剥離とほぼ同じように起こす。なお、接着剤層Ｄｂをダミー支持シートＤＢｓの側に、セパレーター層Ｄｓをダミー膜シートＤ２０Ｓの側としてもよい。

上記のダミーシートＤＳは、ＭＥＡ製造装置１００における電解質膜シートロール２０Ｒから後述のＭＥＡ巻取ローラー１２３に到るまでの電解質膜シート２０Ｓのシート搬送経路長２０ＦＬより長いシート長ＳＬで準備され、既述したように電解質膜シート２０ＳおよびバックシートＢｓに継がれる。そして、電解質膜シートロール２０Ｒの巻取コア２０Ｒｃを回転させて、既述したように継がれたダミーシートＤＳを最初に巻き取る。次いで、巻取コア２０Ｒｃの回転を継続することで、ダミーシートＤＳに継がれた電解質膜シート２０ＳをバックシートＢｓと共に巻き取ることで、電解質膜シートロール２０Ｒが準備される。この電解質膜シートロール２０Ｒは、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓに続いて、ダミーシートＤＳを送り出す。

図５に示すように、アノード支持シートＡｓは、触媒担持カーボン粒子とアイオノマーとを分散させた触媒インクを適宜な塗工機器にてシート表面に連続的に塗工される。その後の乾燥を経て、長尺状のアノードシート２１Ｓがアノード支持シートＡｓに形成される。アノードシート２１Ｓは、図中の側面断面視に示すように、アノード支持シートＡｓのシート幅より狭くされ、上記した寸法関係で形成される。アノード支持シートＡｓは、シート状に連続形成済みのアノードシート２１Ｓに対して剥離可能であり、アノードシート２１Ｓが未形成の領域をダミーアノード支持シートＤＡｓとする。アノード支持シートＡｓおよびダミーアノード支持シートＤＡｓは、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＥＴＦＥ等のポリエステル系、ポリスチレン等の高分子シートによって、電解質膜シートロール２０ＲにおけるダミーシートＤＳとほぼ同寸に形成され、ダミーアノード支持シートＤＡｓは、シート搬送経路長２０ＦＬを超えるシート長ＳＬを有する。そして、アノード支持シートロールＡＲの巻取コアＡＲｃを回転させて、ダミーアノード支持シートＤＡｓを最初に巻き取る。次いで、巻取コアＡＲｃの回転を継続することで、ダミーアノード支持シートＤＡｓに継がれたアノード支持シートＡｓをアノードシート２１Ｓと共に巻き取ることで、アノード支持シートロールＡＲが準備される。このアノード支持シートロールＡＲは、アノードシート２１Ｓが形成済みのアノード支持シートＡｓに続いて、ダミーアノード支持シートＤＡｓを送り出す。

図６に示すように、カソード支持シートＣｓは、一方のシート面に、カソード２２を点在させて備え、カソード２２の点在形成済みの状態でロール状に巻き取られ、カソード支持シートロールＣＲとして準備される。カソード２２は、上記の触媒インクを適宜な塗工機器にてカソード支持シートＣｓに間欠的に塗工し、その後の乾燥を経て形成される。カソード２２の点在形成に当たっては、図示するようにマスクＭを用いて、カソード２２の矩形形状を確定する。カソード支持シートＣｓは、点在形成済みのカソード２２に対して剥離可能であり、カソード２２が未形成の領域をダミーカソード支持シートＤＣｓとする。カソード支持シートＣｓおよびダミーカソード支持シートＤＣｓは、ＰＴＦＥ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＥＴＦＥ等のポリエステル系、ポリスチレン等の高分子シートによって、電解質膜シートロール２０ＲにおけるダミーシートＤＳとほぼ同寸に形成され、ダミーカソード支持シートＤＣｓは、シート搬送経路長２０ＦＬを超えるシート長ＳＬを有する。そして、カソード支持シートロールＣＲの巻取コアＣＲｃを回転させて、ダミーカソード支持シートＤＣｓを最初に巻き取る。次いで、巻取コアＣＲｃの回転を継続することで、ダミーカソード支持シートＤＣｓに継がれたカソード支持シートＣｓをカソード２２と共に巻き取ることで、カソード支持シートロールＣＲが準備される。このカソード支持シートロールＣＲは、カソード２２が点在形成済みのカソード支持シートＣｓに続いて、ダミーカソード支持シートＤＣｓを送り出す。なお、カソード２２の形成対象は、後に剥離除去されるカソード支持シートＣｓであることから、マスクＭの使用に伴う表面損傷はＭＥＡに影響を与えない。カソード２２にあっても、図中の側面断面視に示すように、カソード支持シートＣｓのシート幅より狭くされ、上記した寸法関係で形成される。また、カソード支持シートＣｓおよびアノード支持シートＡｓにあっては、ダミーカソード支持シートＤＣｓやダミーアノード支持シートＤＡｓを有しない形態とすることもできる。

このように電解質膜シート２０Ｓやアノードシート２１Ｓ或いはカソード２２を形成しながら上記の各シートロールを準備するほか、電解質膜シート２０Ｓが形成済みでロール状に巻き取られた電解質膜シートロール２０Ｒや、アノード支持シートロールＡＲおよびカソード支持シートロールＣＲを購入準備し、各ローラーに対応したダミーシートを継いだ上で、ダミーシートから巻き直すようにしてもよい。なお、アノード側およびカソード側の拡散層については、導電性で多孔質の基材、例えばカーボンクロスを上記の矩形サイズで一枚ずつ準備される（図示略）。セパレーター２５、２６については、それぞれセル内燃料ガス流路４７、４８を有する形態で準備される（図示略）。

上記のステップＳ１００に続いて、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓと、アノードシート２１Ｓが形成済みのアノード支持シートＡｓおよびカソード２２が間欠形成済みの積層済みカソード支持シートＣｓとを転写対象シートとして、ＭＥＡを作製する（ステップＳ１１０）。本実施形態では、シート状のＭＥＡを作製すべく、ＭＥＡ製造装置１００を用いた。図７はＭＥＡ製造装置１００の概略構成をローラー交換前後でのシート継ぎの様子と合わせて模式的に示す説明図である。このＭＥＡ製造装置１００は、アノード転写機構部１１０と、カソード転写機構部１２０と、制御装置２００とを備える。なお、電解質膜シート２０Ｓは、バックシートＢｓに形成済みであるが、図７では、電解質膜シート２０ＳとバックシートＢｓとを、図示の都合から、離間させている。他のシートについても同様である。

アノード転写機構部１１０は、その上流側から、電解質膜シートロール２０Ｒと、アノード支持シートロールＡＲと、第１転写ローラー１１２と、第１剥離ローラー１１３と、第２剥離ローラー１１４とを備える。電解質膜シートロール２０Ｒは、制御装置２００の制御を受けて回転し、図示しないローラー下流の案内ローラーおよび駆動ローラーと協働して、電解質膜シートロール２０ＲをバックシートＢｓと共に第１転写ローラー１１２に送り出す。アノード支持シートロールＡＲは、制御装置２００の制御を受けて回転し、図示しないローラー下流の案内ローラーおよび駆動ローラーと協働して、アノードシート２１Ｓをアノード支持シートＡｓと共に第１転写ローラー１１２に送り出す。こうしたシート送り出しの際、電解質膜シートロール２０Ｒとアノード支持シートロールＡＲは、既述した案内ローラーによるシート案内により、電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓとが接合するよう、バックシートＢｓとアノード支持シートＡｓとを第１転写ローラー１１２に送り出す。

第１転写ローラー１１２は、対向して回転する一対の転写ローラーとして構成されて両ローラーの接合箇所を転写圧着箇所とし、一方の転写ローラーにて押圧力を付与する。第１転写ローラー１１２を構成する両ローラーは、制御装置２００の制御を受けて逆向きに回転し、バックシートＢｓとアノード支持シートＡｓとを、電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓとが接合した状態のまま転写圧着箇所に引き込んで、電解質膜シート２０Ｓにアノードシート２１Ｓを転写し、下流に搬送する。押圧力を付与する側のローラーは、良伝熱性の金属製のローラー、例えばニッケル系の金属ローラーとして構成され、図示しない熱源からの熱を受けて発熱する。そして、この押圧力付与ローラーは、バックシートＢｓから電解質膜シート２０Ｓおよびこれに接合したアノードシート２１Ｓを加熱しつつ、他方の転写ローラー（押圧案内ローラー）の側に向けて転写押圧力を付与する。押圧力付与ローラーの発熱状況や付与する転写押圧力は、制御装置２００により制御される。押圧案内ローラーは、軽量な金属製のコアローラーの表面を耐熱性のゴム表皮層で被覆して構成され、押圧力付与ローラーの及ぼす転写押圧力を受け止める。

第１剥離ローラー１１３は、制御装置２００の制御を受けて回転し、アノードシート２１Ｓを電解質膜シート２０Ｓに転写済みの積層状シートからアノード支持シートＡｓを剥離して、当該支持シートを図示しない回収ローラーに送り出す。第２剥離ローラー１１４は、制御装置２００の制御を受けて回転し、積層状シートからバックシートＢｓを剥離して、このバックシートを図示しない回収ローラーに送り出す。このため、アノード転写機構部１１０は、電解質膜シート２０Ｓとアノードシート２１Ｓとが積層しただけの積層状シート（以下、アノード転写済みシートＡｓと称する）を、カソード転写機構部１２０に送り出す。なお、上記した各剥離ローラーの前後には、テンションを掛けつつ積層シートを下流側に搬送する図示しない搬送ローラーが適宜、配設されている。

カソード転写機構部１２０は、アノード転写機構部１１０の下流側に配設され、カソード支持シートロールＣＲと、第２転写ローラー１２２と、ＭＥＡ巻取ローラー１２３とを備え、当該巻取ローラーに到るシート搬送経路の適宜箇所に、テンションを掛けつつ積層シートを下流側に搬送する図示しない搬送ローラーを有する。カソード支持シートロールＣＲは、制御装置２００の制御を受けて回転し、カソード２２をカソード支持シートＣｓと共に第２転写ローラー１２２に送り出す。こうしたシート送り出しの際、カソード支持シートロールＣＲは、カソード支持シートＣｓが第２転写ローラー１２２の図における上方側の押圧案内ローラーの表面に接合し、カソード２２が露出するよう、カソード支持シートＣｓを第２転写ローラー１２２に送り出す。そして、カソード２２は、第２転写ローラー１２２における転写圧着箇所の手前で、積層状シートの電解質膜シート２０Ｓと接合し、その状態のまま、第２転写ローラー１２２に引き込まれる。

第２転写ローラー１２２は、既述した第１転写ローラー１１２と同様、一方を押圧力付与ローラーとし、他方を押圧案内ローラーとして両ローラーを対向して備え、この両ローラーの接合箇所を転写圧着箇所とする。押圧力付与ローラーと押圧案内ローラーの両ローラーは、制御装置２００の制御を受けて逆向きに回転し、カソード支持シートロールＣＲからのカソード支持シートＣｓとアノード転写済みシートＡｓとを、カソード２２が電解質膜シート２０Ｓに接合した状態のまま転写圧着箇所に引き込んで、電解質膜シート２０Ｓにカソード２２を転写する。このカソード転写により、電解質膜２０の表裏面にアノード２１（詳しくは、アノードシート２１Ｓ）とカソード２２とを接合したシート状のＭＥＡが得られる。第２転写ローラー１２２によるこうしたシート引き込みと転写は、第１転写ローラー１１２と同様になされ、アノードシート２１Ｓが押圧力付与ローラーのローラー表面の側に位置し、カソード支持シートＣｓが押圧案内ローラーのローラー表面の側に位置するようにして行われる。この場合、図における下方側の押圧力付与ローラーは、第１転写ローラー１１２における押圧力付与ローラーと同様、アノードシート２１Ｓから電解質膜シート２０Ｓおよびこれに接合したカソード２２を加熱しつつ、押圧案内ローラーの側に向けて転写押圧力を付与する。押圧力付与ローラーの発熱状況や付与する転写押圧力は、制御装置２００により制御される。本実施形態では、アノード転写機構部１１０とカソード転写機構部１２０とにおける電極転写に当たり、転写温度を１００〜１８０℃とし、押圧力付与に基づく転写圧力を面圧換算で０．１〜１０ＭＰａとした。ダミーシートＤＳのダミー膜シートＤ２０Ｓおよびダミー支持シートＤＢｓは、こうした熱転写に対して耐性を有する。

第２転写ローラー１２２は、カソード２２を転写済みのシート状のＭＥＡを、ＭＥＡ巻取ローラー１２３に搬送し、ＭＥＡ巻取ローラー１２３は、シート状のＭＥＡを巻き取る。こうして巻き取られたシート状のＭＥＡは、図２に示す矩形形状に裁断したＭＥＡとしてＭＥＧＡの作製に用いられるほか、シート形態のままＭＥＧＡの作製に用いることもできる。また、ＭＥＡ巻取ローラー１２３に巻き取った半製品のシート状のＭＥＡとして、燃料電池製造ラインに出荷することもできる。

制御装置２００は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各ローラーの回転速度を調整制御するほか、第１転写ローラー１１２と第２転写ローラー１２２における押圧力付与ローラーの発熱状態についても、これを制御する。

上記機器構成のＭＥＡ製造装置１００にて、一つの電解質膜シートロール２０Ｒに巻き取り済みの電解質膜シート２０Ｓに対してのアノードシート２１Ｓおよびカソード２２の転写が終了する転写終盤では、電解質膜シートロール２０Ｒは、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓに続いてダミーシートＤＳを送り出す。このダミーシートＤＳの送り出し開始時では、図７のＪ１に示すように、テープＴにて電解質膜シート２０ＳとバックシートＢｓに継がれたダミーシートＤＳが、電解質膜シート２０Ｓの搬送経路に沿って下流に送り出される。アノード支持シートロールＡＲは、ダミーシートＤＳの送り出しとほぼ同じタイミングで、アノードシート２１Ｓが形成済みのアノード転写済みシートＡｓに続いてダミーアノード支持シートＤＡｓ（図５参照）を送り出す。

電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓとダミーシートＤＳの送り出しが継続すると、電解質膜シート２０Ｓが形成済みのバックシートＢｓについては、カソード２２の転写を経てシート状のＭＥＡとしてＭＥＡ巻取ローラー１２３に巻き取られる。ダミーシートＤＳは、カソード転写機構部１２０を通過した後に、図７のＪ２に示すように、シート状のＭＥＡに続いてＭＥＡ巻取ローラー１２３に巻き取られ、電解質膜シートロール２０ＲからＭＥＡ巻取ローラー１２３に到るシート搬送経路に沿って延在する。カソード支持シートロールＣＲは、ダミーシートＤＳがカソード転写機構部１２０の第２転写ローラー１２２に到達するタイミングで、カソード２２が間欠形成済みのカソード支持シートＣｓに続いてダミーカソード支持シートＤＣｓ（図６参照）を第２転写ローラー１２２に送り出す。

図８は電解質膜シートロール２０ＲからＭＥＡ巻取ローラー１２３に到るシート搬送経路に沿って延在するダミーシートＤＳの状況を模式的に示す説明図である。この図８は、シート搬送とシート接合、並びにシート形態の様子を模式的に示しており、実際のダミーシートＤＳやダミーカソード支持シートＤＣｓ等の厚みや縦横サイズを反映したものではない。図示するように、電解質膜シートロール２０Ｒの下流では、ダミーシートＤＳは単独で搬送されつつあり、第１転写ローラー１１２の下流では、ダミーシートＤＳは、そのダミー支持シートＤＢｓにダミーアノード支持シートＤＡｓが重なった状態で搬送される。アノード支持シートロールＡＲは、既述したように電解質膜シートロール２０ＲからのダミーシートＤＳの送り出しとほぼ同じタイミングで、アノードシート２１Ｓ未形成のダミーアノード支持シートＤＡｓ（図５参照）を送り出すので、ダミーシートＤＳには、第１転写ローラー１１２でアノードシート２１Ｓが転写されない。なお、アノード支持シートＡｓがダミーアノード支持シートＤＡｓを有しない形態であれば、ダミーシートＤＳにアノードシート２１Ｓが転写されるが、ダミーシートＤＳの送り出しに支障は無い。

ダミーシートＤＳは、第１剥離ローラー１１３にてダミーアノード支持シートＤＡｓが剥離されて、第２剥離ローラー１１４に搬送され、第２剥離ローラー１１４にてダミー支持シートＤＢｓが剥離される。よって、第２剥離ローラー１１４の下流では、ダミー膜シートＤ２０Ｓ単独となり、シート面の接着剤層Ｄｂをダミーカソード支持シートＤＣｓの側に向けて、第２転写ローラー１２２に搬送される。そして、第２転写ローラー１２２の下流では、ダミーシートＤＳにおけるダミー膜シートＤ２０Ｓにダミーカソード支持シートＤＣｓが接着剤層Ｄｂにて接着して重なった状態で搬送される。カソード支持シートロールＣＲは、既述したように第２転写ローラー１２２へのダミーシートＤＳの到達タイミングで、カソード２２未形成のダミーカソード支持シートＤＣｓ（図６参照）を送り出すので、ダミーシートＤＳのダミー膜シートＤ２０Ｓには、第２転写ローラー１２２でカソード２２が転写されない。なお、カソード支持シートＣｓがダミーカソード支持シートＤＣｓを有しない形態であれば、ダミー膜シートＤ２０Ｓにカソード２２が間欠転写されるが、ダミー膜シートＤ２０Ｓの送り出しに支障は無い。

上記の様にしてシート搬送経路に沿って延在するダミーシートＤＳは、やがてダミーシート末端が巻取コア２０Ｒｃの外周に位置するようになるまで送り出され、この時点で、図７のＪ３に示すように、新旧の電解質膜シートロール２０Ｒの交換タイミングとなる。この交換タイミングでは、新たな電解質膜シートロール２０ＲがＭＥＡ製造装置１００にセットされ、この新たな電解質膜シートロール２０Ｒの最外周の電解質膜シート２０ＳおよびバックシートＢｓが、作業者により、ダミーシートＤＳの末端とテープＴにて継がれる。これにより、新たな電解質膜シートロール２０Ｒは、ダミーシートＤＳに続いて、これと継がれた電解質膜シート２０ＳをバックシートＢｓと共にアノード転写機構部１１０に向けて送り出す。こうして送り出された電解質膜シート２０Ｓは、アノード転写機構部１１０とカソード転写機構部１２０とでの電極触媒層の転写を経てシート状のＭＥＡとされ、図７のＪ４に示すように、ダミーシートＤＳ、詳しくは、ダミー膜シートＤ２０Ｓとダミーカソード支持シートＤＣｓに続いてＭＥＡ巻取ローラー１２３に巻き取られる。

既述したように、アノード転写機構部１１０とカソード転写機構部１２０とでの電極触媒層の転写を経てシート状のＭＥＡが得られると、図３のステップＳ１２０にて、シート状のＭＥＧＡを作製する。本実施形態では、シート状のＭＥＧＡを作製すべく、ＭＥＧＡ製造装置３００を用いた。図９はＭＥＧＡ製造装置３００の概略構成をダミー膜シートＤ２０Ｓの搬送の様子と合わせて模式的に示す説明図である。このＭＥＧＡ製造装置３００は、シート剥離機構部３１０と、拡散層接合機構部３２０と、制御装置４００とを備える。

シート剥離機構部３１０は、その上流側から、ＭＥＡ巻取ローラー１２３と、シート巻取回収ローラー３１１と、搬送ローラー３１２と、剥離案内ローラー３１３と、回収案内ローラー３１４と、剥離ローラー３１５とを備える。ＭＥＡ巻取ローラー１２３は、既述したＭＥＡ製造装置１００から搬入される。このため、ＭＥＡ巻取ローラー１２３は、カソード支持シートＣｓに接合済みのシート状のＭＥＡおよびこれに継がれたダミーカソード支持シートＤＣｓに接合済みのダミー膜シートＤ２０Ｓを交互に巻き取り済みである。そして、このＭＥＡ巻取ローラー１２３は、搬送ローラー３１２および剥離案内ローラー３１３と共に制御装置４００の制御を受けて回転して、剥離案内ローラー３１３に、カソード支持シートＣｓに接合済みのシート状のＭＥＡおよびこれに継がれたダミーカソード支持シートＤＣｓに接合済みのダミー膜シートＤ２０Ｓを送り出す。剥離ローラー３１５は、制御装置４００の制御を受けて回転し、剥離案内ローラー３１３と協働して、シート状のＭＥＡからカソード支持シートＣｓを、ダミー膜シートＤ２０Ｓからダミーカソード支持シートＤＣｓを剥離する。シート巻取回収ローラー３１１は、制御装置４００の制御を受けて回転し、剥離ローラー３１５が剥離したカソード支持シートＣｓおよびこれに続くダミーカソード支持シートＤＣｓを、回収案内ローラー３１４と協働して、巻き取る。これにより、シート剥離機構部３１０は、シート状のＭＥＡおよびこのＭＥＡの電解質膜シート２０Ｓに継がれたダミー膜シートＤ２０Ｓを単独で拡散層接合機構部３２０に送り出す。

拡散層接合機構部３２０は、シート剥離機構部３１０の側から、第１案内ローラー３２１と、第２案内ローラー３２２と、拡散層接合ローラー３２３と、ＭＥＧＡ巻取回収ローラー３２４と備える。第１案内ローラー３２１と第２案内ローラー３２２は、カソード支持シートＣｓが剥離済みのシート状のＭＥＡおよびこのＭＥＡの電解質膜シート２０Ｓに継がれたダミー膜シートＤ２０Ｓを、テンションを掛けつつ拡散層接合ローラー３２３に搬送する。拡散層接合ローラー３２３は、例えば、対向して回転する一対の接合ローラー対として構成され、ローラー上流において、アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４の供給を受ける。そして、この拡散層接合ローラー３２３は、供給を受けたアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４とを、シート状のＭＥＡの表裏面に接合してシート状のＭＥＧＡを作成し、当該ＭＥＧＡをＭＥＧＡ巻取回収ローラー３２４に送り出す。拡散層接合ローラー３２３でのガス拡散層の接合は、両ローラーを加熱した上で押圧するホットプレス等の手法でなされる。ＭＥＧＡ巻取回収ローラー３２４は、送り出されたシート状のＭＥＧＡを巻き取る。こうして巻き取られたシート状のＭＥＧＡは、図２に示す矩形形状に裁断したＭＥＧＡの作製に用いられるほか、ＭＥＧＡ巻取回収ローラー３２４に巻き取った半製品のシート状のＭＥＧＡとして、燃料電池製造ラインに出荷することもできる。

制御装置４００は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各ローラーの回転速度を調整制御するほか、拡散層接合ローラー３２３における発熱状態や押圧状態についても、これを制御する。この場合、制御装置４００は、図示しない光学センサー等にて、拡散層接合ローラー３２３へのカソード２２の到達状況を把握し、カソード２２が拡散層接合ローラー３２３を通過する際に限って、拡散層接合ローラー３２３へのガス拡散層の供給を行う。これにより、ダミー膜シートＤ２０Ｓが拡散層接合ローラー３２３を通過する際には、拡散層接合ローラー３２３へのガス拡散層の供給は行われない。

上記したＭＥＧＡ製造装置３００により得られたシート状のＭＥＧＡは、ガス拡散層の矩形形状に倣って切断され、ＭＥＡをその両側でアノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４で挟持した矩形状のＭＥＧＡとされる。なお、シート状のＭＥＧＡを切断しないまま、或いは切断した状態のＭＥＧＡを、燃料電池製造ラインに出荷することもできる。

次いで、このＭＥＧＡをセパレーター２５とセパレーター２６とで挟持して単セル１５を作製し（ステップＳ１３０）、所定数の単セル１５を積層してスタック状に組み立て、これを積層方向に締結する（ステップＳ１４０）。これにより、図１に示した燃料電池１０が得られる。

以上説明した構成を備える本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、電解質膜シート２０ＳをバックシートＢｓと共に巻き取り済みの新旧の電解質膜シートロール２０Ｒの交換時において、ＭＥＡ作製のためにアノード転写機構部１１０以降に電解質膜シート２０Ｓを搬送済みの旧の電解質膜シートロール２０Ｒの側では、電解質膜シート２０ＳとバックシートＢｓに継がれたダミーシートＤＳをシート末端とする。これにより、新たな電解質膜シートロール２０Ｒのシート先端である電解質膜シート２０ＳとバックシートＢｓの継ぎ対象は、旧の電解質膜シートロール２０Ｒのシート末端のダミーシートＤＳとなる。よって、新たな電解質膜シートロール２０Ｒの側の電解質膜シート２０Ｓの先端の側だけでしか、電解質膜シート２０Ｓに指先や治具が触れないようにできる。この結果、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、新旧の電解質膜シートロール２０Ｒの交換に伴うシート継ぎ作業において、電解質膜シート２０Ｓのしわや折れが起き得る領域を狭くできる。このことは、電解質膜シート２０Ｓを無駄なくＭＥＡ作製に用いることができることを意味するので、歩留まりを向上できる。

本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、電解質膜シート２０ＳおよびバックシートＢｓに継がれるダミーシートＤＳのシート長ＳＬ（図４参照）を、シート搬送経路長２０ＦＬ（図８参照）を超える長さとした。このシート搬送経路長２０ＦＬは、電解質膜シート２０Ｓの表裏面にアノードシート２１Ｓとカソード２２とが転写済みのシート状のＭＥＡを巻き取るＭＥＡ巻取ローラー１２３に電解質膜シート２０Ｓが電解質膜シートロール２０Ｒから到る経路長である。よって、次の利点がある。

新旧の電解質膜シートロール２０Ｒの交換に伴うシート継ぎ作業は、電解質膜シートロール２０ＲとＭＥＡ巻取ローラー１２３を備えるＭＥＡ製造装置１００の製造ラインにおいて、最上流の電解質膜シートロール２０Ｒの近傍でなされる。そうすると、電解質膜シートロール２０ＲからＭＥＡ巻取ローラー１２３に到るシート搬送経路では、バックシートＢｓに接合してはいるものの、アノードシート２１Ｓとカソード２２の両電極触媒層または一方の電極触媒層が未転写の電解質膜シート２０Ｓと、電極触媒層が転写済みの電解質膜シート２０Ｓとが残存する。具体的には、第１転写ローラー１１２より上流側のシート搬送経路では、両電極触媒層とも未転写の電解質膜シート２０Ｓが残存し、第１転写ローラー１１２と第２転写ローラー１２２との間のシート搬送経路では、カソード２２の未転写の電解質膜シート２０Ｓが残存し、第２転写ローラー１２２より下流のシート搬送経路では、両電極触媒層とも転写済みの電解質膜シート２０Ｓが残存する。よって、シート継ぎ作業に時間が要すると、電極触媒層が未転写の電解質膜シート２０Ｓのシート表面の乾きにより、シート継ぎ作業完了後に行われる電極触媒層の転写において転写不良が起きることが危惧される。また、シート継ぎ作業の開始時点でシート搬送経路にある電解質膜シート２０Ｓの領域は、シート継ぎ作業完了後に電極転写を受けてＭＥＡ巻取ローラー１２３に巻き取られるものの、シート継ぎ作業の開始時点で既にＭＥＡ巻取ローラー１２３に巻き取り済みの電解質膜シート２０Ｓの領域と異なる環境に置かれるので、ＭＥＡとしての均質化が損なわれる可能性がある。しかしながら、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、シート継ぎ作業において、シート搬送経路にはダミーシートＤＳしか残さず、電極触媒層が転写済みの電解質膜シート２０Ｓの領域を全てＭＥＡ巻取ローラー１２３に巻き取り済みとするので、ＭＥＡとしての均質化を図ることができる。

本実施形態のＭＥＡ製造装置１００は、ダミーシートＤＳを、バックシートＢｓに継ぐダミー支持シートＤＢｓに電解質膜シート２０Ｓに継ぐダミー膜シートＤ２０Ｓを積層した層状シートとした。よって、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００では、ダミーシートＤＳが電解質膜シート２０Ｓのシート搬送経路に沿って搬送される間におけるシート送り状態を、バックシートＢｓに接合した電解質膜シート２０Ｓの送り状態、具体的には電解質膜シートロール２０Ｒ等の各ローラーの回転速度をさほど変える必要がない。よって、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、シート送り状態を調整するいわゆる段取り作業の不要化もしくは簡便化が可能となり、コスト低減を図ることができる。

本実施形態のＭＥＡ製造装置１００では、ダミーシートＤＳを上記の様に層状シートとするに当たり、ダミー支持シートＤＢｓを、バックシートＢｓと同じ厚みもしくは当該シートより若干薄いＰＥＮ製の高分子シートとし、ダミー膜シートＤ２０Ｓを、電解質膜シート２０Ｓと同じ厚みもしくは当該シートより若干薄いＰＥＴ製の高分子シートとした。その上で、ダミー支持シートＤＢｓとダミー膜シートＤ２０Ｓの界面に、接着剤層Ｄｂとセパレーター層Ｄｓとを介在させて、ダミー膜シートＤ２０Ｓからのダミー支持シートＤＢｓの剥離についても、これを、電解質膜シート２０ＳからのバックシートＢｓの剥離とほぼ同じように起こすようにした。よって、ダミーシートＤＳが電解質膜シート２０Ｓのシート搬送経路に沿って搬送される間におけるシート送り状態は、バックシートＢｓに接合した電解質膜シート２０Ｓの送り状態により近似する。このことは、段取り作業の不要化もしくは簡便化に寄与する。

本実施形態のＭＥＡ製造装置１００では、ダミーシートＤＳのダミー支持シートＤＢｓをＰＥＮ製の高分子シートとしたので、このダミー支持シートＤＢｓの硬さをバックシートＢｓと同程度とし、ダミー支持シートＤＢｓを不用意に硬くしない。また、ダミー膜シートＤ２０ＳをＰＥＴ製の高分子シートとしたので、このダミー膜シートＤ２０Ｓについても、これを電解質膜シート２０Ｓに比して柔らかくしない。よって、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、上記したシート搬送経路におけるダミーシートＤＳの搬送や、電解質膜シートロール２０Ｒの巻取コア２０ＲｃへのダミーシートＤＳの巻取に、特段の支障はない。

本実施形態のＭＥＡ製造装置１００では、アノードシート２１Ｓが形成されるアノード支持シートＡｓと、カソード２２が間欠形成されるカソード支持シートＣｓについても、これらにダミーアノード支持シートＤＡｓ、ダミーカソード支持シートＤＣｓを継ぎ、そのシート長ＳＬを電解質膜シート２０Ｓのシート搬送経路長２０ＦＬを超える長さとした（図５、図６参照）。よって、ダミーシートＤＳが搬送される間において、このダミーシートＤＳにアノードシート２１Ｓやカソード２２を転写しないので、本実施形態のＭＥＡ製造装置１００によれば、アノードシート２１Ｓやカソード２２を電解質膜シート２０Ｓに無駄なく転写できる。

本実施形態のＭＥＧＡ製造装置３００では、アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４をＭＥＡの表裏面に接合する拡散層接合機構部３２０において、ダミー膜シートＤ２０Ｓが拡散層接合ローラー３２３を通過する際には、拡散層接合ローラー３２３へのガス拡散層を供給しない。よって、本実施形態のＭＥＧＡ製造装置３００によれば、アノード側ガス拡散層２３とカソード側ガス拡散層２４をＭＥＡに無駄なく接合できる。

次に、他の実施形態について説明する。図１０は他の実施形態において準備する電解質膜シート２０Ｓとこれを巻き取り済みの電解質膜シートロール２０Ｒの準備の形態を模式的に示すである。

図示するように、この実施形態では、ダミーシートＤＳを、電解質膜シート２０Ｓの形成されていないバックシートＢｓのシート面に、ダミー膜シートＤ２０Ｓを電解質膜シート２０Ｓに継いでダミー膜シートＤ２０Ｓを積層した層状シートとした。つまり、電解質膜形成装置２０Ｍは、ダミーシートＤＳのシート長ＳＬに相当する範囲に亘って、電解質膜シート２０Ｓを形成しないままバックシートＢｓを送り出す。そして、この送り出されたバックシートＢｓに、接着剤層Ｄｂを有するダミー膜シートＤ２０Ｓを積層し、ダミー膜シートＤ２０Ｓを電解質膜シート２０Ｓに継いで、その継ぎ箇所をテープＴにて接着する。この実施形態によっても、既述した効果を奏することができる。

本発明は、上述の実施形態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、或いは、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。

上記した実施形態では、電解質膜シート２０ＳをバックシートＢｓと共にダミーシートＤＳに継いだ上で電解質膜シートロール２０Ｒに巻き取ったが、これに限らない。つまり、電解質膜形成装置２０ＭにてバックシートＢｓに形成済みの電解質膜シート２０Ｓの一方のシート面に、既述した触媒インクを適宜な塗工機器にて電解質膜シート２０Ｓにカソード２２を間欠的に塗工し、その後の乾燥を経てカソード２２を形成する。こうして、アノード２１が間欠形成済みの電解質膜シート２０Ｓを、ダミーシートＤＳに継いだ上で、バックシートＢｓと共に電解質膜シートロール２０Ｒに巻き取るようにしてもよい。或いは、電解質膜シート２０Ｓに長尺状のアノードシート２１Ｓを連続形成し、アノードシート２１Ｓが形成済みの電解質膜シート２０Ｓを、ダミーシートＤＳに継いだ上で、バックシートＢｓと共に電解質膜シートロール２０Ｒに巻き取るようにしてもよい。こうすれば、ＭＥＡ製造装置１００では、アノード転写機構部１１０或いはカソード転写機構部１２０のいずれかを省略できる。

この他、ダミーシートＤＳを巻取コアＣＲｃの側に巻き取った上で、これに続いて巻き取られた電解質膜シート２０Ｓの巻き取り側末端、即ちシート送り出し側先端に、更に、ダミーシートＤＳを継ぐようにしてもよい。こうすれば、ローラー交換に際しては、ダミーシートＤＳとダミーシートＤＳとの継ぎ作業を行えばよいので、継ぎ作業に際しては電解質膜シート２０Ｓに指等を触れないようにできる。

１０…燃料電池
１５…単セル
２０…電解質膜
２０Ｍ…電解質膜形成装置
２０Ｒ…電解質膜シートロール
２０Ｓ…電解質膜シート
２０ＦＬ…シート搬送経路長
２０Ｒｃ…巻取コア
２１…アノード
２１Ｓ…アノードシート
２２…カソード
２３…アノード側ガス拡散層
２４…カソード側ガス拡散層
２５…セパレーター
２６…セパレーター
４７…セル内燃料ガス流路
４８…セル内酸化ガス流路
１００…ＭＥＡ製造装置
１１０…アノード転写機構部
１１２…第１転写ローラー
１１３…第１剥離ローラー
１１４…第２剥離ローラー
１２０…カソード転写機構部
１２２…第２転写ローラー
１２３…ＭＥＡ巻取ローラー
２００…制御装置
３００…ＭＥＧＡ製造装置
３１０…シート剥離機構部
３１１…シート巻取回収ローラー
３１２…搬送ローラー
３１３…剥離案内ローラー
３１４…回収案内ローラー
３１５…剥離ローラー
３２０…拡散層接合機構部
３２１…第１案内ローラー
３２２…第２案内ローラー
３２３…拡散層接合ローラー
３２４…ＭＥＧＡ巻取回収ローラー
４００…制御装置
Ｄ２０Ｓ…ダミー膜シート
ＡＲｃ…巻取コア
Ｍ…マスク
ＳＬ…シート長
ＣＲ…カソード支持シートロール
ＤＳ…ダミーシート
Ｄｂ…接着剤層
Ａｓ…アノード支持シート
Ｃｓ…カソード支持シート
Ｂｓ…バックシート
Ｄｓ…セパレーター層
ＤＡｓ…ダミーアノード支持シート
ＤＢｓ…ダミー支持シート
ＣＲｃ…巻取コア
ＤＣｓ…ダミーカソード支持シート

Claims (5)

1. 燃料電池用の膜電極接合体を製造する製造方法であって、
   長尺状の電解質膜シートを膜支持シートの一方のシート面に形成した状態で前記膜支持シートと共に巻き取った電解質膜巻取ローラーを準備する工程（１）と、
   前記膜電極接合体を構成する電極触媒層と前記電解質膜巻取ローラーに巻き取られた前記電解質膜シートとを、対向して回転する一対の転写ローラーに送り出す工程（２）と、
   該送り出された前記電解質膜シートに、前記転写ローラーにより前記電極触媒層を転写して前記膜電極接合体を形成する工程（３）とを備え、
   前記工程（１）で準備した前記電解質膜巻取ローラーは、前記電解質膜シートが形成済みの前記膜支持シートと連続するダミーシートを巻取コアに巻き取り済みであり、
   前記工程（２）では、前記電解質膜巻取ローラーから、前記電解質膜シートを前記膜支持シートと共に前記転写ローラーに送り出し、前記ダミーシートを前記膜支持シートに続いて送り出す
   膜電極接合体の製造方法。
2. 前記ダミーシートのシート長さは、前記電解質膜シートに前記電極触媒層が転写済みのシート状の前記膜電極接合体を巻き取る膜電極接合体巻取ローラーに前記電解質膜巻取ローラーから到るシート搬送経路長以上とされている請求項１に記載の膜電極接合体の製造方法。
3. 前記ダミーシートは、前記膜支持シートに継ぐダミー支持シートに前記電解質膜シートに継ぐダミー膜シートを積層した層状シートとされている請求項１または請求項２に記載の膜電極接合体の製造方法。
4. 前記ダミーシートは、前記膜支持シートの端部側であって、前記電解質膜シートの形成されていない前記膜支持シートの前記シート面に、前記電解質膜シートに継ぐダミー膜シートを積層した層状シートとされている請求項１または請求項２に記載の膜電極接合体の製造方法。
5. 燃料電池用の膜電極接合体を製造するための長尺状の電解質膜シートを巻き取った電解質膜巻取ローラーであって、
   前記電解質膜シートが一方のシート面に形成された膜支持シートと連続するダミーシートを、巻取コアに巻き取って備え、
   該ダミーシートに続いて、前記電解質膜シートを前記膜支持シートと共に巻き取って備える
   電解質膜巻取ローラー。

Images