JP2017130272A - 膜電極接合体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膜電極接合体における電極触媒層の形成のための触媒インクのインク充填量の多様化を図る。【解決手段】ロール周面に送られた帯状シートをロール周面上の凹部の底壁の側に吸引する吸引部を有する塗工ロールと、この塗工ロールに向き合って配設されたインク塗工機構とを備える。このインク塗工機構は、凹部の底壁の側に吸引されて凹状となった帯状シートの凹状部位に、電解質膜に接合される電極触媒層の形成のための触媒インクを塗工する。【選択図】図２

Description

本発明は、膜電極接合体の製造装置に関する。

膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：以下、ＭＥＡとも称する）は、電解質膜の両膜面にアノード、カソードの電極触媒層を接合して構成される。ＭＥＡの製造に際しては、帯状の電解質膜の膜面に、触媒インクを用いて形成した電極触媒層を転写する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第４８２１１３６号公報

燃料電池に求められる発電性能は、一律ではなく、燃料電池の配設先や使用環境に応じて都度規定され、電気化学反応に関与する電極触媒層の触媒量にも左右される。上記の特許文献で提案された電極触媒層の形成手法では、電極触媒層の触媒量、換言すれば、電極触媒層の層厚は、ロール周面に形成した凹部セルを満たすインク充填量で一律に規定される。このため、電極触媒層の層厚が異なるＭＥＡを得ようとするには、インク充填量を規定する凹部セルの深さが相違する塗工ロールに交換する必要があった。こうしたことから、触媒インクのインク充填量の多様化に対処可能なＭＥＡの製造手法が要請されるに到った。

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、膜電極接合体の製造装置が提供される。この膜電極接合体の製造装置は、電解質膜と電極触媒層の膜電極接合体の製造装置であって、ロール周面上に凹部を備え、ロール周面に送られた帯状シートを前記凹部の底壁の側に吸引する吸引部を有する塗工ロールと、該塗工ロールに向き合って配設され、前記凹部の底壁の側に吸引されて凹状となった前記帯状シートの凹状部位に、前記電解質膜に接合される前記電極触媒層の形成のための触媒インクを塗工するインク塗工機構とを備える。

この形態の膜電極接合体の製造装置では、凹部の底壁の側に帯状シートを吸引して、凹部において帯状シートを凹状とする。こうして凹状となった帯状シートの凹状部位は、帯状シートを凹部の底壁の側に吸引する力や帯状シートのシート厚さ、シート材質を変えることで、多様な深さとなる。よって、この形態の膜電極接合体の製造装置によれば、帯状シートの凹状部位の深さに合わせた触媒インクの塗工を行うことで触媒インクのインク充填量の多様化を図って、電極触媒層の層厚が異なる膜電極接合体を容易に製造できる。この際、塗工ロールの交換といった繁雑な作業は無用となる。

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

本発明の実施形態の膜電極接合体製造装置の全体構成を膜電極接合体の形成の過程と共に概略的に示す説明図である。 カソード装着セクションの概略構成を示す説明図である。 塗工ロールの構成を斜視にて概略的に示す説明図である。 アノード装着セクションの概略構成を示す説明図である。 塗工ロールを対比して示す説明図である。 凹部における空気を一定圧で吸引した場合のバックシートの挙動をシート膜厚に関連付けて示す説明図である。 凹部における空気吸引圧を変えた場合のバックシートの挙動を空気吸引圧に関連付けて示す説明図である。 第２実施形態の膜電極接合体製造装置の全体構成を膜電極接合体の形成の過程と共に概略的に示す説明図である。 カソード装着セクションの概略構成を示す説明図である。 アノード装着セクションの概略構成を示す説明図である。 塗工ロールにおける凹部の他の形態を例示する説明図である。

図１は本発明の実施形態の膜電極接合体製造装置１００の全体構成を膜電極接合体１０の形成の過程と共に概略的に示す説明図である。膜電極接合体製造装置１００は、制御部１１０に加え、カソード装着セクション２００と、アノード装着セクション３００と、切断セクション４００とを備え、これらセクションを経由することで、膜電極接合体１０を製造する。

膜電極接合体１０は、切断セクション４００における凹状切断刃４０２と凸状切断刃４０４による切断を経て、帯状シートの形態から矩形形状とされる。切断で得られた膜電極接合体１０は、図１の拡大図に示すように、電解質膜１４の両膜面に電極触媒層たるカソード触媒層１２とアノード触媒層１６とを接合して構成される。この膜電極接合体１０は、アノード触媒層１６にバックシートＢＳ３が接合したままであり、図示しない燃料電池製造時には、バックシートＢＳ３が取り除かれる。なお、カソード触媒層１２とアノード触媒層１６とが形成済みの帯状の電解質膜シートを、切断セクション４００による切断を行わないでロール状に巻き取り、燃料電池製造ラインに搬入することもできる。

図２はカソード装着セクション２００の概略構成を示す説明図である。カソード装着セクション２００は、搬送ローラー対２０２と、塗工ロール２１０と、塗工ダイ２２０と、搬送ローラー２３０と、乾燥用ヒータ２３５と、転写ローラー２４０と、転写補助ローラー２５０と、搬出搬送ローラー２６０とを備え、これらローラーで帯状のバックシートＢＳ１を搬送する間に、バックシートＢＳ１へのカソード触媒層１２の間欠形成と、電解質膜シート１４Ｓへのカソード触媒層１２の転写を連続的に行う。なお、図２における各機器の図示の様子は、実際の機器寸法を示しているものではない。図２以降においても同様である。

搬送ローラー対２０２は、駆動ローラー対として構成され、バックシートＢＳ１を、テンションを掛けつつ塗工ロール２１０に送り出し搬送する。バックシートＢＳ１は、カソード触媒層１２から剥離可能とされ、既存の適宜材料、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形成される。そして、バックシートＢＳ１は、後述の電解質膜シート１４Ｓとほぼ同じ幅とされ、２０〜１００μｍのシート厚とされている。

塗工ロール２１０は、塗工ダイ２２０と協働してバックシートＢＳ１にカソード触媒層１２を形成するカソード装着セクション２００における基幹ロールである。図３は塗工ロール２１０の構成を斜視にて概略的に示す説明図である。塗工ロール２１０は、駆動ロールとして構成され、図２および図３に示すように、ロール周面上に複数の凹部２１２を備える。凹部２１２は、バックシートＢＳ１にカソード触媒層１２を間欠形成するための凹部であり、塗工ロール２１０のロール周面上に当ピッチで同じ深さ（例えば、１００μｍ）で形成されている。塗工ロール２１０のロール軸方向の凹部２１２の開口幅と塗工ロール２１０のロール軸回りの凹部２１２の開口幅は、カソード触媒層１２の矩形形状を規定し、塗工ロール２１０のロール軸方向の凹部２１２の開口幅は、バックシートＢＳ１のシート幅より狭くされている。

塗工ロール２１０は、それぞれの凹部２１２の底壁２１３に、複数列の吸引孔２１４を備え、各列の吸引孔２１４を、ロール側面から形成された吸引経路２１５に接続させている。その上で、塗工ロール２１０は、吸引経路２１５を吸引機２１７に接続しているので、吸引機２１７（図２参照）の吸引駆動により、凹部２１２における空気を吸引する。よって、吸引孔２１４と吸引経路２１５と吸引機２１７は、塗工ロール２１０のロール周面に送られた帯状シートたるバックシートＢＳ１を凹部２１２の底壁２１３の側に吸引する吸引部を構成する。空気吸引の様子については、カソード触媒層１２の形成の様子と合わせて後述する。

塗工ダイ２２０は、塗工ロール２１０に向き合って配設され、白金等の触媒を担持した触媒担持カーボン粒子と、電解質膜樹脂と同質の固体高分子であるアイオノマーとを分散させた触媒インクを、制御部１１０の制御を受けて間欠的に塗工する。よって、この塗工ダイ２２０と当該塗工ダイに触媒インクを供給する機械機器がインク塗工機構を構成する。触媒インクは、所定のせん断粘度、例えば２０〜３００ｍＰａ・ｓに調整されて、塗工ダイ２２０に供給される。塗工ダイ２２０からの触媒インク塗工については、カソード触媒層１２の形成の様子と合わせて後述する。

搬送ローラー２３０は、乾燥用ヒータ２３５と向き合って配置され、塗工ロール２１０から転写ローラー２４０に到る間のシート、詳しくは、カソード触媒層１２が間欠形成済みのバックシートＢＳ１を搬送する。乾燥用ヒータ２３５は、制御部１１０の制御を受けて発熱し、バックシートＢＳ１に間欠形成済みのカソード触媒層１２をシート搬送の間に乾燥する。

転写ローラー２４０は、転写補助ローラー２５０と向き合って配設され、転写補助ローラー２５０は、帯状の電解質膜シート１４Ｓを帯状のバックシートＢＳ２に積層した状態で送り出し搬送する。バックシートＢＳ２は、既述したバックシートＢＳ１と同様、ＰＥＴ等の高分子シートである。電解質膜シート１４Ｓは、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子の薄膜（高分子膜）の帯状シートである。

転写ローラー２４０と転写補助ローラー２５０は、共に駆動ローラーとして構成され、バックシートＢＳ２に積層した電解質膜シート１４Ｓに、バックシートＢＳ１に間欠形成済みのカソード触媒層１２を押し付けて転写する。バックシートＢＳ１は、カソード触媒層１２の転写に伴い、転写ローラー２４０の下流においてカソード触媒層１２から剥離され、図示しない巻取ローラーにより巻き取られる。搬出搬送ローラー２６０は、電解質膜シート１４Ｓにカソード触媒層１２を転写した状態で、バックシートＢＳ２ごと、電解質膜シート１４Ｓをアノード装着セクション３００に送り出す。

図４はアノード装着セクション３００の概略構成を示す説明図である。アノード装着セクション３００は、カソード装着セクション２００と同様、搬送ローラー対３０２と、塗工ロール３１０と、塗工ダイ３２０と、搬送ローラー３３０と、乾燥用ヒータ３３５と、転写ローラー３４０と、転写補助ローラー３５０とを備え、これらローラーで帯状のバックシートＢＳ３を搬送する間に、バックシートＢＳ３へのアノード触媒層１６の間欠形成と、電解質膜シート１４Ｓへのアノード触媒層１６の転写を連続的に行う。なお、アノード装着セクション３００は、カソード触媒層１２に代えてアノード触媒層１６の形成と転写を行うことから、カソード装着セクション２００とほぼ同じ構成を有する。

搬送ローラー対３０２は、搬送ローラー対２０２と同様、バックシートＢＳ３をテンションを掛けて塗工ロール３１０に送り出し搬送する。バックシートＢＳ３は、既述したバックシートＢＳ１と同様、ＰＥＴ等の高分子シートである。塗工ロール３１０は、塗工ダイ３２０と協働してバックシートＢＳ３にアノード触媒層１６を形成するアノード装着セクション３００における基幹ロールであり、塗工ロール２１０と同様に、ロール周面上に複数の凹部３１２を備える。凹部３１２は、バックシートＢＳ３にアノード触媒層１６を間欠形成するための凹部であり、塗工ロール３１０のロール周面上に当ピッチで同じ深さで形成されている。また、塗工ロール３１０は、塗工ロール２１０と同様、凹部３１２の底壁３１３に形成した複数列の吸引孔３１４を吸引経路３１５に接続させ、吸引機３１７の吸引駆動により、凹部３１２における空気を吸引する。空気吸引の様子および塗工ロール２１０と塗工ロール３１０の相違点については、後述する。

塗工ダイ３２０は、塗工ロール３１０に向き合って配設され、塗工ダイ２２０と同様、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、制御部１１０の制御を受けて間欠的に塗工する。塗工ダイ３２０からの触媒インク塗工については、アノード触媒層１６の形成の様子と合わせて後述する。

搬送ローラー３３０は、乾燥用ヒータ３３５と向き合って配置され、塗工ロール３１０から転写ローラー３４０に到る間のシート、詳しくは、アノード触媒層１６が間欠形成済みのバックシートＢＳ３を搬送する。乾燥用ヒータ３３５は、制御部１１０の制御を受けて発熱し、バックシートＢＳ３に間欠形成済みのアノード触媒層１６をシート搬送の間に乾燥する。

転写ローラー３４０は、転写補助ローラー３５０と向き合って配設され、アノード触媒層１６が間欠形成済みのバックシートＢＳ３を送り出し搬送する。転写補助ローラー３５０は、シート剥離ローラー３４５でバックシートＢＳ２が剥離された状態の電解質膜シート１４Ｓ、即ち一方のシート面にカソード触媒層１２が間欠形成済みの電解質膜シート１４Ｓを送り出し搬送する。転写ローラー３４０と転写補助ローラー３５０は、共に駆動ローラーとして構成され、一方のシート面にカソード触媒層１２が間欠形成済みの電解質膜シート１４Ｓの他方のシート面に、バックシートＢＳ３に間欠形成済みのアノード触媒層１６を押し付けて転写する。これにより、両シート面にカソード触媒層１２とアノード触媒層１６とが間欠形成された電解質膜シート１４Ｓが得られ、この電解質膜シート１４Ｓは、バックシートＢＳ３がアノード触媒層１６に密着した状態で、切断セクション４００（図１参照）に送り出し搬送され、既述したように膜電極接合体１０に切断加工される。

ここで、塗工ロール２１０と塗工ロール３１０との相違について説明する。図５は塗工ロール２１０と塗工ロール３１０とを対比して示す説明図である。図示するように、塗工ロール２１０と塗工ロール３１０は同径であり、塗工ロール２１０の凹部２１２と塗工ロール３１０の凹部３１２とは、深さとピッチは同じであるものの、ロール軸回りの開口幅が相違する。つまり、凹部３１２のロール軸回りの開口幅を規定する開口角度θ２は、凹部２１２の開口角度θ１より大きくされているので、凹部３１２のロール軸回りの開口幅は、凹部２１２のロール軸回りの開口幅より大きい。また、図３に示した凹部２１２のロール軸方向の開口幅より、凹部３１２のロール軸方向の開口幅は大きくされている。その一方、バックシートＢＳ１とバックシートＢＳ３とは、シート幅が同じとされている。よって、凹部３１２を用いてバックシートＢＳ３に形成したアノード触媒層１６の矩形形状は、凹部２１２を用いてバックシートＢＳ１に形成したカソード触媒層１２より縦・横とも長くなる。この様子は、図４に示されており、転写ローラー３４０と転写補助ローラー３５０により電解質膜シート１４Ｓに転写されたアノード触媒層１６は、電解質膜シート１４Ｓに転写済みのカソード触媒層１２より、搬送方向に沿った長さ（形成長さ）が長くなっている。より詳しく説明すると、アノード触媒層１６は、電解質膜シート１４Ｓに転写済みのカソード触媒層１２と電解質膜シート１４Ｓを隔てて向かい合い、搬送前方および搬送後方の側と図４における紙面前後の側において、カソード触媒層１２より長く形成されている。

制御部１１０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、図示しない開始スイッチの操作を受けて、上記したカソード装着セクション２００やアノード装着セクション３００における各駆動機器を駆動制御する。具体的には、制御部１１０は、塗工ロール２１０と塗工ロール３１０を回転制御しつつ、吸引機２１７や吸引機３１７における空気の吸引制御を行うと共に、塗工ロール回転と空気吸引に同期した塗工ダイ２２０或いは塗工ダイ３２０からの触媒インクの塗工制御を行い、バックシートＢＳ１へのカソード触媒層１２の間欠形成、バックシートＢＳ３へのアノード触媒層１６の間欠形成を行う。これに加え、制御部１１０は、カソード装着セクション２００における転写ローラー２４０と転写補助ローラー２５０の駆動制御を経た、電解質膜シート１４Ｓへのカソード触媒層１２の転写を行いつつ、カソード装着セクション２００からのカソード触媒層１２の形成済みバックシートＢＳ１の搬送速度と、アノード装着セクション３００におけるアノード触媒層１６の形成済みバックシートＢＳ３の搬送速度との調整を経て、カソード触媒層１２の形成済みバックシートＢＳ１へのアノード触媒層１６の転写を行う。この他、制御部１１０は、乾燥用ヒータ２３５や乾燥用ヒータ３３５の温度制御を経たカソード触媒層１２やアノード触媒層１６の乾燥を行う。

次に、本実施形態の膜電極接合体製造装置１００における触媒層形成の様子について説明する。なお、アノード触媒層１６は、カソード触媒層１２と同様にして形成されるので、以下の説明に当たってカソード触媒層１２を形成する様子について説明する。図６は凹部２１２における空気を一定圧で吸引した場合のバックシートＢＳ１の挙動をシート膜厚に関連付けて示す説明図である。図６と後述の図７では、説明の便宜上、塗工ロール２１０のロール周面を平面に展開した状態で、凹部２１２やバックシートＢＳ１を示し、塗工ロール２１０を静止して塗工ダイ２２０を塗工ロール２１０に対して移動させることとし、これにより、回転する塗工ロール２１０に対して静止している塗工ダイ２２０が触媒インクを塗工することを擬製している。

図６の上段に示すように、塗工ロール２１０における凹部２１２の空気を吸引孔２１４および吸引経路２１５を経て吸引すると、バックシートＢＳ１は、吸引力を受けて凹部２１２に沈み込み、シート一部部位の凹状部位ＢＳｂは、凹部２１２の深さ方向位置に位置する。凹部２１２は、ロール表面の角部２１２ｃを弧状に面取りしているので、シート沈み込みに伴うシート損傷を抑制する。

凹状部位ＢＳｂの凹部２１２の深さ方向位置は、凹部２１２の空気吸引圧が一定であることから、シート厚やシート材質に依存して定まる。図６の下段は、シート厚に応じたバックシートＢＳ１の沈み込みの様子を示しており、バックシートＢＳ１は、シート厚が薄いほど凹状部位ＢＳｂを凹部２１２の底壁２１３に近づける。そうすると、シート厚が相違するバックシートＢＳ１ごとの空気吸引圧調整を、塗工ロール２１０からの触媒インクの塗工に伴って凹状部位ＢＳｂを底壁２１３の側に近づけるように作用する力（以下、インク圧と称する）とシート厚或いはシート材質を考慮して行うことと、シート厚やシート材質の異なるバックシートＢＳ１への交換とにより、バックシートＢＳ１の凹状部位ＢＳｂの深さに合わせた触媒インクのインク充填量の多様化を図って、カソード触媒層１２の層厚が異なる膜電極接合体１０を容易に製造できる。塗工ダイ２２０からのインク塗工により、触媒インクは、バックシートＢＳ１の凹状部位ＢＳｂに既に接しているので、触媒インク塗工済みの凹状部位ＢＳｂが塗工ロール２１０の回転により凹部２１２から脱すれば、乾燥用ヒータ２３５での乾燥を経て、バックシートＢＳ１にはカソード触媒層１２が形成済みの状態となり、このカソード触媒層１２の層厚は、図６の下段に示すように種々調整される。この際、例えばシート厚が薄いバックシートＢＳ１を凹部２１２に吸引した状態において、塗工ダイ２２０からの触媒インクの塗工量を変えることでも、カソード触媒層１２の層厚を調整できる。

図７は凹部２１２における空気吸引圧を変えた場合のバックシートＢＳ１の挙動を空気吸引圧に関連付けて示す説明図である。図７に示すように、バックシートＢＳ１の凹状部位ＢＳｂは、吸引を受けるバックシートＢＳ１が同じであることから、空気吸引圧が大きいほど凹部２１２の底壁２１３に近づく。そうすると、空気吸引圧調整をインク圧を考慮して行うことにより、バックシートＢＳ１の凹状部位ＢＳｂの深さに合わせた触媒インクのインク充填量の多様化を図って、カソード触媒層１２の層厚が異なるようにできる。この際、例えば大きな空気吸引圧でバックシートＢＳ１を凹部２１２に吸引した状態において、塗工ダイ２２０からの触媒インクの塗工量を変えることでも、カソード触媒層１２の層厚を調整できる。

図６〜図７で用いた手法は、アノード装着セクション３００の塗工ロール３１０におけるアノード触媒層１６の形成にも適用できることから、アノード触媒層１６についても、その層厚が異なるようにできる。

以上説明したように、膜電極接合体製造装置１００によれば、バックシートＢＳ１とバックシートＢＳ３のシート厚やシート材質の変更、或いは凹部２１２と凹部３１２における空気吸引圧の調整、塗工ダイ２２０と塗工ダイ３２０からの触媒インクの塗工量の調整により、厚さが異なるカソード触媒層１２とアノード触媒層１６を有する膜電極接合体１０を容易に製造できる。この際、塗工ロールの交換といった繁雑な作業は無用となるので、簡便である。

また、上記したカソード装着セクション２００とアノード装着セクション３００では、凹部２１２に倣って凹状となったバックシートＢＳ１或いは凹部３１２に倣って凹状となったバックシートＢＳ３に塗工ダイ２２０或いは塗工ダイ３２０から触媒インクを塗工する。よって、塗工された触媒インクは、凹状となったバックシートＢＳ１やバックシートＢＳ３により形が整えられてその後に乾燥に処されるので、低粘度の触媒インクを用いてカソード触媒層１２やアノード触媒層１６を間欠形成することができる。

次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、バックシートＢＳ１に積層済みの電解質膜シート１４Ｓに、直接、カソード触媒層１２を形成する点に特徴がある。図８は第２実施形態の膜電極接合体製造装置１００Ａの全体構成を膜電極接合体１０の形成の過程と共に概略的に示す説明図である。第２実施形態の膜電極接合体製造装置１００Ａは、カソード装着セクション２００Ａにおけるカソード触媒層１２の間欠形成対象が電解質膜シート１４Ｓである点で相違し、アノード装着セクション３００Ａと切断セクション４００とについては、既述した膜電極接合体製造装置１００における各セクションとほぼ同様の構成を有する。

膜電極接合体製造装置１００Ａにおける切断セクション４００は、凹状切断刃４０２と凸状切断刃４０４による切断を経て、矩形形状の膜電極接合体１０を得る点で膜電極接合体製造装置１００と同じである。ところが、アノード装着セクション３００Ａから送り出されるバックシートＢＳ３と電解質膜シート１４Ｓの積層が逆となることから、膜電極接合体製造装置１００Ａにおける切断セクション４００では、切り刃構成が反転構成とされている。

図９はカソード装着セクション２００Ａの概略構成を示す説明図である。カソード装着セクション２００Ａは、搬送ローラー対２０２を始めとする塗工ロール２１０等をカソード装着セクション２００と同じ構成で備える。そして、カソード装着セクション２００Ａは、図９における拡大図に示すように、搬送ローラー対２０２から塗工ロール２１０にバックシートＢＳ１に積層済みの電解質膜シート１４Ｓを搬送する。よって、塗工ロール２１０と塗工ダイ２２０とは、バックシートＢＳ１に積層済みの電解質膜シート１４Ｓに、凹部２１２においてカソード触媒層１２を形成する。このカソード触媒層形成は、既述したように凹部２１２における空気吸引下においてなされ、カソード触媒層１２は、電解質膜シート１４Ｓに間欠形成される。つまり、カソード装着セクション２００Ａは、バックシートＢＳ１に積層済みの電解質膜シート１４Ｓを搬送する間に、電解質膜シート１４Ｓにカソード触媒層１２を間欠形成する。カソード触媒層１２が形成済みの電解質膜シート１４Ｓは、バックシートＢＳ１に積層したまま搬送ローラー２３０と搬送ローラー２３２により搬送される間に、乾燥用ヒータ２３５の発する熱を受け、電解質膜シート１４Ｓに間欠形成済みのカソード触媒層１２がシート搬送の間に乾燥される。カソード触媒層１２が乾燥済みの電解質膜シート１４Ｓは、バックシートＢＳ１に積層したまま、搬送ローラー２３２と搬出搬送ローラー２６０により搬送向きを変えながらアノード装着セクション３００Ａに送り出し搬送される。

図１０はアノード装着セクション３００Ａの概略構成を示す説明図である。アノード装着セクション３００Ａは、搬送ローラー対３０２を始めとする塗工ロール３１０等をアノード装着セクション３００と同様に備えるが、カソード装着セクション２００Ａからの電解質膜シート１４Ｓの搬送方向が逆のため、搬送ローラー対３０２を始めとする塗工ロール３１０等をアノード装着セクション３００に対してミラー反転の並びで備える。そして、アノード装着セクション３００Ａは、アノード装着セクション３００と同様、塗工ロール３１０と塗工ダイ３２０とにより、バックシートＢＳ３に、凹部３１２においてアノード触媒層１６を形成する。このアノード触媒層形成は、既述したように凹部３１２における空気吸引下においてなされ、アノード触媒層１６は、バックシートＢＳ３に間欠形成されて、バックシートＢＳ３を介して転写ローラー３４０と転写補助ローラー３５０とに搬送される。

アノード装着セクション３００Ａは、カソード装着セクション２００Ａから転写補助ローラー３５０に、カソード触媒層１２が間欠形成済みで且つバックシートＢＳ１に積層した電解質膜シート１４Ｓの搬送を受ける。よって、アノード装着セクション３００Ａは、シート剥離ローラー３４５でバックシートＢＳ１が剥離された状態でカソード触媒層１２が間欠形成済みの電解質膜シート１４Ｓの他方のシート面に、バックシートＢＳ３に間欠形成済みのアノード触媒層１６を、転写ローラー３４０と転写補助ローラー３５０とにより押し付けて転写する。これにより、両シート面にカソード触媒層１２とアノード触媒層１６とが間欠形成された電解質膜シート１４Ｓが得られ、この電解質膜シート１４Ｓは、バックシートＢＳ３がアノード触媒層１６に密着した状態で、切断セクション４００（図８参照）に送り出し搬送され、既述したように膜電極接合体１０に切断加工される。

以上説明したようにバックシートＢＳ１に積層済みの電解質膜シート１４Ｓにカソード触媒層１２を直接形成する膜電極接合体製造装置１００Ａ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、上述の実施形態や実施例、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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。

既述した実施形態では、カソード触媒層１２が間欠形成済みの電解質膜シート１４Ｓにアノード触媒層１６を間欠形成したが、これに限らない。例えば、カソード触媒層１２が間欠形成済みの電解質膜シート１４Ｓに塗工ダイ３２０から直接、アノード触媒層をシート長手方向に沿って帯状に形成してもよい。この場合には、電解質膜シート１４Ｓが塗工ダイ３２０による触媒インク塗工位置に達する手前の時点で、間欠形成済みのカソード触媒層１２の側にバックシートを貼り付けておけばよい。

既述した実施形態では、電解質膜シート１４Ｓへのカソード触媒層１２の間欠形成を図るカソード装着セクション２００と、カソード触媒層１２が間欠形成済みの電解質膜シート１４Ｓにアノード触媒層１６を転写するアノード装着セクション３００および切断セクション４００を備える形態としたが、これに限らない。例えば、カソード装着セクション２００或いはカソード装着セクション２００Ａのみを備える構成として、カソード触媒層１２が間欠形成済みのバックシートＢＳ１や電解質膜シート１４Ｓを巻き取り、その巻き取ったバックシートＢＳ１や電解質膜シート１４Ｓを燃料電池製造ラインに搬入するようにしてもよい。アノード装着セクション３００或いはアノード装着セクション３００Ａについても、アノード触媒層１６が間欠形成済みのバックシートＢＳ２を巻き取り、その巻き取ったバックシートＢＳ２を燃料電池製造ラインにおけるアノード転写機構に搬入するようにしてもよい。

既述した実施形態では、凹部２１２を角部２１２ｃが弧状面取りされた凹部としたが、これに限らない。図１１は塗工ロール２１０における凹部２１２の他の形態を例示する説明図である。図示するように、凹部２１２を、凹部側壁をテーパー状とした凹部としたり（図１１（Ａ）参照）、凹部側壁の開口部位をテーパー状とした凹部としたりできる（図１１（Ｂ）参照）。こうすれば、凹部２１２に倣って凹状となったバックシートＢＳ１の凹状部位に塗工された触媒インクの凹状部位からのはみ出しを抑制できると共に、バックシートＢＳ１やバックシートＢＳ３の損傷抑制に有益となる。

既述した実施形態では、吸引孔２１４を介して凹部２１２を吸引したが、凹部２１２の底壁２１３の部位を多孔質材として吸引経路２１５から吸引してもよい。こうすれば、凹部２１２の各部位を均等に吸引できるので、バックシートＢＳ１における凹状部位ＢＳｂの形状安定化に有益となる。

１０…膜電極接合体
１２…カソード触媒層
１４…電解質膜
１４Ｓ…電解質膜シート
１６…アノード触媒層
１００、１００Ａ…膜電極接合体製造装置
１１０…制御部
２００、２００Ａ…カソード装着セクション
２０２…搬送ローラー対
２１０…塗工ロール
２１２…凹部
２１２ｃ…角部
２１３…底壁
２１４…吸引孔
２１５…吸引経路
２１７…吸引機
２２０…塗工ダイ
２３０…搬送ローラー
２３２…搬送ローラー
２３５…乾燥用ヒータ
２４０…転写ローラー
２５０…転写補助ローラー
２６０…搬出搬送ローラー
３００、３００Ａ…アノード装着セクション
３０２…搬送ローラー対
３１０…塗工ロール
３１２…凹部
３１３…底壁
３１４…吸引孔
３１５…吸引経路
３１７…吸引機
３２０…塗工ダイ
３３０…搬送ローラー
３３５…乾燥用ヒータ
３４０…転写ローラー
３４５…シート剥離ローラー
３５０…転写補助ローラー
４００…切断セクション
４０２…凹状切断刃
４０４…凸状切断刃
ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３…バックシート
ＢＳｂ…凹状部位

Claims (1)

1. 電解質膜と電極触媒層の膜電極接合体の製造装置であって、
   ロール周面上に凹部を備え、ロール周面に送られた帯状シートを前記凹部の底壁の側に吸引する吸引部を有する塗工ロールと、
   該塗工ロールに向き合って配設され、前記凹部の底壁の側に吸引されて凹状となった前記帯状シートの凹状部位に、前記電解質膜に接合される前記電極触媒層の形成のための触媒インクを塗工するインク塗工機構とを備える、膜電極接合体の製造装置。

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