JP3888233B2 - 燃料電池電極の製造方法と製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池の電極の製造方法と製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置されたアノードおよび電解質膜の他面に配置されたカソードとからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体流路を形成するセパレータとを複数重ねてセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル（電極板）、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）にて固定したスタックからなる。アノード、カソードは触媒層を有する。触媒層とセパレータとの間には拡散層が設けられる。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層体の一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通してくる）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ＋（１／２）Ｏ₂ →Ｈ₂ Ｏ
電解質膜には、通常、厚さが１０〜１００μｍ程度のものが用いられる。
触媒層は、それぞれ１〜１０μｍ程度の厚さで、電解質膜の両面、あるいは拡散層（カーボンペーパ、カーボンクロスからなる）の片面に塗布されている。
電解質膜に電極（アノード、カソード）材料を塗布する方法としては、従来、
(i) 印刷、ローラーコート、スプレー等により直接塗布する湿式塗布方法と、
(ii)予めポリテトラフルオロエチレンシート等に塗布した触媒層を熱転写（ホットプレス）で電解質膜に付着させシートを除去する方法がある。
(iii) また、特殊な塗布方法として、特開平３−２９５１６８号公報は、燃料電池の電極材料を電解質膜全面に静電気により付着させる方法を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の直接塗布にはつぎの(i) 、 (ii)の問題があった。
(i) 直接塗布方法は、湿式塗布で、カーボン粉末に貴金属を付着させた電極材料をイソプロピルアルコール・エタノール・キシレン等の溶剤に溶解または懸濁させて塗布するので、溶剤が電解質膜を変質させたり、膨潤・収縮させて塗布された電極層にクラックを発生させやすい。
また、溶剤との混練条件によってはカーボン粉末の小塊が残ったりしてムラが発生し、塗布部位に均一塗布することが難しい。
また、任意の形状の電極や、所定形状中の各部位において濃度等構成を変えた電極を作ることもできない。
(ii)予めシートに塗布しておいて電解質膜に転写する湿式塗布方法では、転写の工程が必要で、工程が増加し、かつ、複雑になり、コストアップを招く。また、任意の形状の電極や、所定形状中の各部位において濃度等構成を変えた電極を作ることもできない。
(iii) また、特開平３−２９５１６８号公報の方法は、乾式塗布のため、従来の湿式塗布における溶剤の電解質膜の攻撃、膨潤・収縮による電極のクラック発生などの問題は除去できるが、任意の形状の電極や、所定形状中の各部位における濃度や、電極厚さ方向に組成を変えた電極を作ることはできないという問題がある。
本発明の目的は、乾式で電極を作ることができ、かつ、任意の形状の電極や、所定形状中の各部位において濃度等を変えた電極を作ることができる、燃料電池電極の製造方法と製造装置を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記の目的に加え、さらに電極厚さ方向にも組成を変えた電極を作ることができる燃料電池電極の製造方法と製造装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（方法１）粉末状の電極材料を所定パターンでドラム上に塗布し、
前記ドラム上の電極材料を転写を１回以上行って目標の膜に転写し、
転写された電極材料を前記膜に定着させる、
燃料電池電極の製造方法であって、
前記ドラムとは別の、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムと、該スクリーンドラム内に配置されたスキージとを設けておき、
前記電極材料をドラム上に塗布する際に、
前記スクリーンドラムに入れた前記電極材料を、スキージによって押さえつけることにより、前記スクリーンドラムのメッシュ部位を通過させて前記ドラム上に塗布する、燃料電池電極の製造方法。
ドラムへの電極材料の塗布には、静電方式と、スクリーン＋スキージ方式があるが、本発明の、ドラムへの電極材料の塗布は、スクリーン＋スキージ方式である。
（方法２） 表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムに入れた粉末状の電極材料を、前記スクリーンドラム内に静止・配置されたスキージによって押さえつけることにより、前記スクリーンドラムのメッシュ部位を通過させて目標とする膜上へ直接所定パターンで塗布し、
塗布された電極材料を前記膜に定着させる、
燃料電池電極の製造方法。
膜への電極材料の直接塗布は、スクリーン＋スキージ方式である。
（方法３） 前記電極材料の前記膜上への塗布を複数回実行し、電極の構成を厚さ方向に変化させる（方法１）または（方法２）の燃料電池電極の製造方法。
（装置１） 粉末状の電極材料を供給する電極材料供給装置と、
供給された電極材料が表面に所定パターンで塗布され該塗布された電極材料を目標の膜に転写するドラムと、
転写された電極材料を前記目標の膜に定着させる定着装置と、
を有する燃料電池電極の製造装置であって、
前記ドラムとは別の、かつ、前記ドラムに電極材料を塗布するための、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムと、
該スクリーンドラム内に配置された、前記スクリーンドラム内の電極材料を押さえつけるスキージと、
を有する燃料電池電極の製造装置。
ドラムへの電極材料の塗布には、静電複写方式と、スクリーン＋スキージ方式があるが、本発明の、ドラムへの電極材料の塗布は、スクリーン＋スキージ方式である。
（装置２） 粉末状の電極材料を供給し該電極材料を目標の膜に直接所定パターンで塗布する電極材料供給・塗布装置と、
塗布された電極材料を前記目標の膜に定着させる定着装置と、
を有する燃料電池電極の製造装置であって、
前記電極材料供給・塗布装置が、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムと、
該スクリーンドラム内に配置された、前記スクリーンドラム内の電極材料を押さえつけるスキージと、
を有する燃料電池電極の製造装置。
膜への電極材料の直接塗布は、スクリーン＋スキージ方式である。
【０００５】
上記本発明の（方法１）〜（方法３）の燃料電池電極の製造方法および（装置１）、（装置２）の燃料電池電極の製造装置では、ドラムまたは膜に所定パターンで電極材料を塗布するので（上記方法では、ドラムからいったん中間媒体膜に転写し中間媒体膜から膜に転写する場合を含む）、所定パターンをコントロールすることにより、任意形状の電極や、所定形状中の各部位において濃度等を変えた電極を作ることができる。また、粉末状の電極材料の、ドラムまたは膜への塗布であるため、乾式法であり、従来の湿式塗布における溶剤の電解質膜の攻撃、膨潤・収縮による電極のクラック発生などの問題が除去される。
上記本発明の（方法３）の燃料電池電極の製造方法では、電極材料粉末の膜上への塗布を複数回実行し、電極構成を厚さ方向に変えるので、三次元的に膜構造を変えることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃料電池電極の製造方法および燃料電池電極の製造装置を図１〜図２４を参照して、説明する。
図中、図１、図２は燃料電池を示し、本発明の何れの実施例にも適用される。
図３〜図１７は静電複写方式を示している。図３〜図９はそれぞれ参考例１〜７を示し、図１０、図１１は参考例８を示し、図１２〜図１７は参考例９〜１４を示す。
図１８〜図２１はスクリーン＋スキージ方式を示している。図１８〜図２１は本発明の実施例１〜実施例４を示している。
図２３、図２４は本発明に適用される粉末状電極材料を示す。
本発明の複数の実施例と参考例とに共通するまたは類似する構成要素には、本発明の複数の実施例と参考例とにわたって同じ符号を付してある。
【０００７】
まず、本発明の複数の実施例と参考例とに共通する構成要素の構成、作用を、図１、図２、図３（静電複写式）、図１８（スクリーン＋スキージ方式）、図２１（スクリーン＋スキージ方式で、かつ膜に直接塗布）、図２２、図２３を参照して、説明する。
本発明の燃料電池電極の製造方法および製造装置によって製造された電極を有する燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００８】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置されたアノード１４および電解質膜１１の他面に配置されたカソード１７とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８を形成するセパレータ１８とを複数重ねてセル１９の積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０（電極板）、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（テンションプレート２４）、ボルト２５にて固定したスタック２３からなる。アノード１４、カソード１７は触媒層１２、１５を有する。触媒層１２、１５とセパレータ１８との間には拡散層１３、１６が設けられる。セパレータ１８には、セルを冷却するための冷媒（通常、冷却水）が流れる冷媒流路２６も形成されている。
【０００９】
触媒層１２、１５からなる電極１４、１８は、電解質膜１１の両面に塗布形成されるか、あるいは拡散層１３、１６の片面に塗布形成される。電極材料は、カーボン粉末に触媒貴金属（たとえば、Ｐｔ）を担持させたものと、電解質とを含む。電極材料は、導電性を有するが、非磁性である。そして、非磁性である点において、コピー機のトナーと異なる。
【００１０】
本発明の燃料電池電極の製造装置１は、図３と図８に示すように、粉末状の電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を供給する電極材料供給装置３３、３４（４１、４２）と、供給された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）が表面に所定パターンで塗布され該塗布された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を目標の膜１１（１３、１６）に転写するドラム３０と、転写された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を目標の膜１１（１３、１６）に定着させる定着装置３５と、を有する。ドラム３０上への電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）の塗布は、静電塗布の場合と非静電塗布の場合を含む。
あるいは、本発明の燃料電池電極の製造装置１は、図２１に示すように、粉末状の電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を供給し電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を目標の膜１１（１３、１６）に直接所定パターンで塗布する電極材料供給・塗布装置４１、４２と、塗布された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を目標の膜１１（１３、１６）に定着させる定着装置３５と、を有するものから構成されてもよい。ここで、直接塗布とは、図３のようなドラム３０を介して塗布するものでないということである。
【００１１】
ドラム３０を介して塗布する場合の、燃料電池電極の製造装置１は、図３〜図１７に示すような静電複写方式の塗布装置を含むか、または図１８〜図２０に示すようなスクリーン＋スキージ方式の塗布装置を含む。
【００１２】
静電複写方式の場合は、燃料電池電極の製造装置１は、図３に示すように、電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐを収容している容器３３から電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）をドラム３０表面に供給する材料供給ローラー３４と、ドラム３０を構成する感光体ドラムと、ドラム３０位置より膜１１（１３、１６）の送り方向下流に設けられた、定着装置３５を構成する定着ローラーと、感光体ドラム３０表面を帯電させる帯電ローラー３１と、感光体ドラム３０に投光し（光はたとえばレーザ光）所定パターン（この所定パターン部位に電極層が形成される）以外の部分を除電する投光装置３２（レーザ光が投光された部位が除電される）と、感光体ドラム３０との間に目標の膜１１（１３、１６）を通し膜１１（１３、１６）を感光体ドラム３０に圧接するもう一つのドラム３０Ｂまたはローラーと、を有する。容器３３および材料供給ローラー３４は、電極材料供給装置を構成している。
【００１３】
スクリーン＋スキージ方式の場合は、燃料電池電極の製造装置１は、図１８に示すように、ドラム３０とは別の、表面の少なくとも一部（全部である場合と一部である場合を含む）がメッシュで形成されたスクリーンドラム４１と、スクリーンドラム４１内に静止・配置された、スクリーンドラム４１内の電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を押さえつけるスキージ４２と、を有する。スクリーンドラム４１のメッシュの目は、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の粒子の大きさに合わせてあり、粒子がスキージ４２で押された時にメッシュを通して粒子を通過させる。
【００１４】
静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、目標の膜は燃料電池の電解質膜１１または拡散層１３、１６のシートである。
また、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）は、触媒物質（たとえば、Ｐｔ）を担持したカーボン粉末４５と電解質粉末４６を混合したもの（図２３）、または触媒物質を担持したカーボン粉末４５の表面に電解質４６をコーティングしたもの（図２４）、を主成分とする、粉末状材料である。また、スクリーン＋スキージ方式の場合は、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）はゾル状（飴状）であってもよい。
また、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、転写された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を膜１１（１３、１６）に定着する装置は、互いに圧接された加熱された一対のドラム３５からなる。一対のドラム３５の間に膜１１（１３、１６）が通過されて、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）が膜１１（１３、１６）に定着される。
【００１５】
静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、定着装置３５および定着装置３５より膜の送り方向上流側に位置する装置は、不活性ガス雰囲気３６中に配設されている。静電複写方式の場合は、感光体ドラム３０、帯電ローラー３１、材料供給ローラー３４、感光体ドラム３０に圧接するもう一つのドラム３０Ａまたはローラー３０Ｂを備えた電極材料転写部と、定着ローラー３５を備えた定着部とは、不活性ガス雰囲気３６中に配設されている。スクリーン＋スキージ方式の場合は、スクリーンドラム４１およびスキージ４２を備えた電極材料塗布部と、ドラム３０からなる転写部と、定着ローラー３５を備えた定着部とは、不活性ガス雰囲気３６中に配設されている。
不活性ガスは、たとえば窒素である。不活性ガス雰囲気３６中に配設するのは、加熱雰囲気（たとえば、定着ローラー３５を加熱する場合は５０〜１５０℃に加熱する）で塗布が行われるので、カーボン粉末の発火のおそれを皆無にして、万全の安全性を期するためである。
【００１６】
静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、本発明の燃料電池電極の製造装置１は、電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐがバインダーをまぶせられたり、バインダー粒子を混合されていてもよい。あるいは、電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐがバインダーをまぶせられたり、バインダー粒子を混合されていない場合には、定着ローラー３５より膜１１の送り方向下流に設けられたバインダー供給装置３７およびその下流に設けられた乾燥部４０とをさらに有していてもよい。バインダー供給装置３７はバインダー塗布部を構成する。電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐがバインダーをまぶせられたりバインダー粒子を混合されている場合は、バインダー供給装置３７および乾燥部４０を設けなくてもよい。乾燥部４０は常温〜１５０℃までの温度を有し、バインダーを乾燥させる。
【００１７】
本発明の燃料電池電極の製造方法は、図３と図１８に示すように、粉末状の電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を所定パターンでドラム３０上に塗布し、ドラム３０上の電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を転写を１回以上行って（「１回以上行う」には、ドラム３０からいったん中間媒体膜に転写し該中間媒体膜から目標の膜に転写する場合を含む。）目標の膜１１（１３、１６）に転写し、転写された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を膜１１（１３、１６）に定着させる、工程を有する。ドラム３０上への電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）の塗布は、静電塗布の場合と非静電塗布の場合を含む。
あるいは、本発明の燃料電池電極の製造方法は、図２１に示すように、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラム４１に入れた粉末状の電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を、前記スクリーンドラム内に静止・配置されたスキージ４２によって押さえつけることにより、スクリーンドラム４１のメッシュ部位を通過させて目標の膜１１（１３、１６）上へ所定パターンで直接塗布し、塗布された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を膜１１（１３、１６）に定着させる、工程を有する。ここで、直接塗布とは、図３のようなドラム３０を介して塗布するものでないということである。
【００１８】
ドラム３０を介して塗布する場合の、燃料電池電極の製造方法は、図３〜図１７に示すような静電複写方式の塗布方法を含むか、または図１８〜図２１に示すようなスクリーン＋スキージ方式の塗布方法を含む。
【００１９】
静電複写方式の場合は、燃料電池電極の製造方法は、図３に示すように、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）をドラム３０上に塗布する際に、ドラム３０の表面を所定パターンで帯電させ、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）をドラム３０に供給してドラムの帯電部位に静電気にて吸着させる工程を含む。
さらに詳しくは、静電複写方式の場合、燃料電池電極の製造方法は、図３に示すように、ドラム３０を感光体ドラムから構成し、感光体ドラム３０に接触する帯電ローラ３１を設け、感光体ドラム３０の表面に投光する投光装置３２を設けておき、ドラム３０の表面を所定パターンで帯電させる際に、帯電ローラ３１を感光体ドラム３０に接触させて感光体ドラム表面全面を帯電させ、感光体ドラム表面に投光装置３２から所定パターン以外の部分に投光して所定パターン以外の部分を除電し、所定パターン部位を帯電させたままとする、工程を含む。
そして、所定パターン部位に電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐを静電気にて保持させる。コピー機の場合は磁力で粉末をドラム上に保持させるが、本発明では静電気で感光体ドラム３０上に電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐを保持させる。
【００２０】
スクリーン＋スキージ方式の場合は、燃料電池電極の製造方法は、図１８に示すように、ドラム３０とは別の、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムと４１と、スクリーンドラム４１内に静止・配置されたスキージ４２とを設けておき、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）をドラム３０上に塗布する際に、スクリーンドラム４１に入れた電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を、スキージ４２によって押さえつけることにより、スクリーンドラム４１のメッシュ部位を通過させてドラム３０上に塗布する工程を含む。スクリーンドラム４１のメッシュの目は、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の粒子の大きさに合わせてあり、粒子がスキージ４２で押された時にメッシュを通して粒子を通過させる。塗布は、静電塗布および非静電塗布を含む。
【００２１】
装置で説明したと同様、方法においても、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、目標の膜は燃料電池の電解質膜１１または拡散層１３、１６のシートである。
【００２２】
また、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）は、触媒物質（たとえば、Ｐｔ）を担持したカーボン粉末４５と電解質粉末４６を混合したもの（図２３）、または触媒物質を担持したカーボン粉末４５の表面に電解質４６をコーティングしたもの（図２４）、を主成分とする、粉末状材料である。
静電複写方式の場合、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）は分級されて粉末サイズを揃えられており、電極材料粉末を収納する容器３３内で、振動または流動されて固まらないようにされている。振動の場合は、超音波または高周波電流をかけられて振動され、流動の場合は下から気体を送りこんで流動される。
スクリーン＋スキージ方式の場合は、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）はゾル状（飴状）であってもよい。
【００２３】
また、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、互いに圧接された加熱された対をなすドラム３５の間に膜１１（１３、１６）を通過させて、転写された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）が膜１１（１３、１６）に定着される。圧力は４ＭＰａ以上で、コピー機の場合の圧力の約１０倍であり、温度は５０〜１５０℃が望ましい。１５０℃以上では膜１１が温度でダメージを受け、５０℃以下では加熱の効果が少ないからである。８０〜１２０℃程度が好ましい。
【００２４】
静電複写方式の場合は、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）のドラム３０への静電塗布、膜１１（１３、１６）への転写、定着は不活性ガス雰囲気３６中で行われる。スクリーン＋スキージ方式の場合は、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）のスクリーンドラム４１およびスキージ４２によるドラム３０または膜１１（１３、１６）へのへの塗布、および定着ローラー３５による定着は、不活性ガス雰囲気３６中で行われる。
不活性ガスは、たとえば窒素である。不活性ガス雰囲気３６中に配設するのは、加熱雰囲気（たとえば、定着ローラー３５を加熱する場合は５０〜１５０℃に加熱する）で塗布が行われるので、カーボン粉末の発火のおそれを皆無にして、万全の安全性を期するためである。
【００２５】
また、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、転写された所定パターンの電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）を膜１１（１３、１６）に定着ローラー３５にて定着させる工程の後に、定着された電極材料粉末上に液状バインダー３８を塗布する工程と、塗布した液状バインダーを乾燥させる工程を、設けてもよい。液状バインダー３８はローラー３９塗布してもよいし、スプレー塗布してもよい。これらの工程を設けるのは、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の膜１１（１３、１６）への定着をより完全にするためである。
ただし、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）を感光体ドラム３０上に所定パターンをもって塗布する工程において、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）に予めバインダーをまぶしておき、あるいは電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）に予め粉体バインダーを混合しておく場合は、定着工程で電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が膜１１（１３、１６）に十分に定着するので、上記の液状バインダー３８塗布工程とその乾燥工程は設けなくてもよい。
【００２６】
また、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の膜１１、（１３、１６）上への塗布を複数回実行し、電極構成を厚さ方向に変えてもよい。
【００２７】
つぎに、上記の本発明の複数の実施例と参考例に共通な構成の作用を説明する。
本発明の燃料電池電極の製造方法および製造装置では、ドラム３０または膜１１、（１３、１６）に所定パターンで電極材料を塗布するので、所定パターンをコントロールすることにより、任意形状の電極や、所定形状中の各部位において濃度等を変えた電極を作ることができる。
【００２８】
さらに詳しくは、静電複写方式の場合は、感光体ドラム３０表面全面を帯電させ、レーザ光投光の際、電極材料を塗布しない部分だけにパターン露光してその部分を除電し、静電気を帯電している部分のみに電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐを付着させ、それを電解質１１または拡散層１３、１６からなる膜に転写することにより、露光のパターンと該露光パターンの各部位での強弱のコントロールで任意の形状の電極１２、１５や、所定形状中の各部位において濃度等を変えた電極１２、１５を作ることができる。
すなわち、パターン露光のため、任意の形状の電極１４、１７が得られ、かつその形状の中においても、電極濃度（コピーで言えば濃淡）を変えることができる。たとえば、セパレータの溝（ガス流路）に対応する部分は電極材料粉末を高濃度で形成し、セパレータのリブ（ガス流路でない部分）で拡散層を介して圧接される部分は電極材料粉末を低濃度で形成することができ、高価な触媒貴金属の塗布量を低減できる。また、ガスは下流にいく程低濃度になるので、それに合わせて電極材料粉末の塗布濃度を変えることができ、流路に沿って均一な発電とすることにも寄与できる。従来はこのようなセル面内でパターンや濃度を変えることはできないが、本発明ではコピーと同じように変えることが容易にできる。
スクリーン＋スキージ方式の場合は、スクリーンドラム４１のメッシャ部のパターンを選択することにより、上記と同様の作用を得ることができる。
【００２９】
また、粉末状の電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）を用いた乾式塗布法であるため、従来の湿式塗布における溶剤の電解質膜の攻撃、膨潤・収縮による電極のクラック発生などの問題が除去される。
【００３０】
また、電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐを電極材料粉末収納容器３３内で、振動または流動（気体を下から供給して粉末を浮動・流動させる）させる場合は、カーボン粉末１２Ｐ、１５Ｐが固まって小塊を形成することがなく、良質のトナーを供給でき、膜１１（、１３、１６）上の塗布パターンが良質かつ鮮明なものとなる。
【００３１】
また、定着ローラー３５による電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の膜１１（、１３、１６）への定着が所定の圧力と所定の熱をもって行われる。圧力はコピー機の場合の圧力よりは大（数倍以上）であり、確実な定着が行われる。温度は、１５０℃以下（約５０℃〜１５０℃）で行われるので、膜１１（、１３、１６）にダメージを与えない。
【００３２】
また、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）のドラム３０への塗布、ドラム３０から膜１１（、１３、１６）への転写、転写電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の膜１１（、１３、１６）への定着、の各工程が不活性ガス雰囲気３６内で行われるので、カーボン粉体を含む電極材料が加熱雰囲気にあるにかかわらず、燃焼せず、安全である。
【００３３】
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）がバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていない場合、電極材料粉末の膜への定着工程の後に、定着された電極材料粉末上に液状バインダー３８を塗布し、塗布した液状バインダー３８を乾燥させる工程を設けることにより、こすっても電極形状がくずれたり、剥がれたりすることを防止できる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）に予めバインダーをまぶしておき、あるいは電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）に予め粉体バインダーを混合しておく場合は、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程を設ける必要がなく、工程が簡素化される。
【００３４】
また、静電複写方式の場合も、スクリーン＋スキージ方式の場合も、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の膜１１、（１３、１６）上への塗布を複数回実行することにより、電極構成を厚さ方向に変えることができ、三次元的に電極構造を変えることができる。
【００３５】
つぎに、本発明の各実施例と各参考例に特有な構成、作用を説明する。
参考例１（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例１では、図３に示すように、膜１１の両面に電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐが塗布され、触媒層１２、１５が形成される。
膜１１（または１３、１６）は、上から下へと送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐはバインダーをまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例１の作用については、バインダー３７は湿式塗布であり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００３６】
参考例２（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例２では、図４に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され、触媒層１２（１５）が形成される。
膜１１（または１３、１６）は、水平に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーをまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例２の作用については、バインダー３７はロール３９による湿式塗布であり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００３７】
参考例３（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例３では、図５に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され触媒層１２（１５）が形成される。
膜１１（または１３、１６）は、水平に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーをまぶされているか、あるいはバインダー粒子が混合されているので、定着工程の後にバインダー塗布工程は設けられていない。バインダー乾燥工程が設けられているが、この工程は除去してもよい。
参考例３の作用については、バインダー３７塗布工程がないので、工程の簡素化がはかられる。
【００３８】
参考例４（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例４では、図６に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され触媒層１２（１５）が形成される。
膜１１（または１３、１６）は、水平に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例４の作用については、バインダー３７塗布はスプレーノズル３９Ａからのスプレーであり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００３９】
参考例５（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例５では、図７に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され触媒層１２（１５）が形成される。
膜１１（または１３、１６）は、上から下に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーをまぶされているか、あるいはバインダー粒子が混合されているので、定着工程の後にバインダー塗布工程は設けられていない。バインダー乾燥工程が設けられているが、この工程は除去してもよい。
参考例５の作用については、バインダー３７塗布工程がないので、工程の簡素化がはかられる。
【００４０】
参考例６（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例６では、図８に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され触媒層１２（１５）が形成される。
膜１１（または１３、１６）は、上から下に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例６の作用については、バインダー３７はロール３９による湿式塗布であり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００４１】
参考例７（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例７では、図９に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され触媒層１２（１５）が形成される。
膜１１（または１３、１６）は、下から上に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例７の作用については、バインダー３７塗布はスプレーノズル３９Ａからのスプレーであり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００４２】
参考例８（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例８では、図１０に示すように、膜１１の両面に電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐが塗布され触媒層１２、１５が形成される。
膜１１は、上から下に送られる。
電極材料転写工程とその定着工程が膜送り方向に複数回実行される。図示例は２回実行される場合を示し、第１回目の電極材料転写部、その定着部、第２回目の電極材料転写部、その定着部、膜送り方向に順に設けられて、実行される。
各電極材料転写部における塗布パターンは、形状、濃度を、互いに変えてもよい。そうすることによって、塗布パターンの形状、濃度、厚さ、厚さ方向組成、等を三次元に変化させることができる。
また、電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ、１５Ｐはバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、最終の定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。バインダー塗布はたとえばロールコートによる。
参考例８の作用については、複数回塗布を実行し、各回塗布でパターン、濃度、組成、厚さの少なくとも一つを変化させたので、触媒層構成を厚さ方向を含み、三次元に変化させることがきる。
【００４３】
図１１は、触媒層１２、１５の種々の構成例を示す。
図１１の（イ）は、触媒層を厚み方向に複数層に形成し、各層で順に組成を変えた場合を示す。これによって、触媒層の組成が厚み方向に変わる。
図１１の（ロ）は、触媒層を厚み方向に複数層に形成し、各層で順に形状を変えた場合を示す。これによって、触媒層の全厚がパターン内で変わる。
図１１の（ハ）は、触媒層をセル面内を一方向に複数に区画し、各区画を各電極材料転写部で塗布し、かつ各区画で塗布濃度、塗布厚みを順に異ならせた場合である。これによって、セル面内方向に触媒層の構成が順に変わる。
図１１の（ニ）は、触媒層をセル面内をもう一つの方向（図１１のハと直交方向）に複数に区画し、各区画を各電極材料転写部で塗布し、かつ各区画で塗布濃度、塗布厚みを順に異ならせた場合である。これによって、セル面内方向（図１１のハと直交方向）に触媒層の構成が順に変わる。
図１１の（ホ）は、触媒層をセル面内を一方向に複数に区画し、各区画を各電極材料転写部で塗布し、かつ各区画で塗布濃度、塗布厚みを一端から中央にかけて順に異ならせる（濃くする）とともに中央から他端にかけて順に異ならせた（薄くした）場合である。これによって、セル面内方向に触媒層の構成が端部と中央部とで変わる。
図１１の（ヘ）は、触媒層をセル面内を斜め方向に複数に区画し、各区画を各電極材料転写部で塗布し、かつ各区画で塗布濃度、塗布厚みを順に異ならせるた場合である。これによって、セル面内方向に触媒層の構成が斜め方向に順に変わる。
【００４４】
参考例９（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例９では、図１２に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され、触媒層１２（１５）が形成される。触媒層１２（１５）は、膜送り方向に複数設けた電極材料転写部で、複数回、形成される。
膜１１（または１３、１６）は、水平に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例９の作用については、バインダー３７はロール３９による湿式塗布であり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００４５】
参考例１０（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例１０では、図１３に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され、触媒層１２（１５）が形成される。触媒層１２（１５）は、膜送り方向に複数設けた電極材料転写部で、複数回、形成される。
膜１１（または１３、１６）は、水平に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーをまぶされているか、あるいはバインダー粒子が混合されているので、定着工程の後にバインダー塗布工程は設けられていない。バインダー乾燥工程が設けられているが、この工程は除去してもよい。
参考例１０の作用については、バインダー３７塗布工程がないので、工程の簡素化がはかられる。
【００４６】
参考例１１（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例１１では、図１４に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され、触媒層１２（１５）が形成される。触媒層１２（１５）は、膜送り方向に複数設けた電極材料転写部で、複数回、形成される。
膜１１（または１３、１６）は、水平に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例１１の作用については、バインダー３７塗布はスプレーノズル３９Ａからのスプレーであり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００４７】
参考例１２（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例１２では、図１５に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され、触媒層１２（１５）が形成される。触媒層１２（１５）は、膜送り方向に複数設けた電極材料転写部で、複数回、形成される。
膜１１（または１３、１６）は、上から下に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーをまぶされているか、あるいはバインダー粒子が混合されているので、定着工程の後にバインダー塗布工程は設けられていない。バインダー乾燥工程が設けられているが、この工程は除去してもよい。
参考例１２の作用については、バインダー３７塗布工程がないので、工程の簡素化がはかられる。
【００４８】
参考例１３（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例１３では、図１６に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され、触媒層１２（１５）が形成される。触媒層１２（１５）は、膜送り方向に複数設けた電極材料転写部で、複数回、形成される。
膜１１（または１３、１６）は、上から下に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例１３の作用については、バインダー３７はロール３９による湿式塗布であり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００４９】
参考例１４（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布は複写方式）
参考例１４では、図１７に示すように、膜１１（または１３、１６）の片面に電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）が塗布され、触媒層１２（１５）が形成される。触媒層１２（１５）は、膜送り方向に複数設けた電極材料転写部で、複数回、形成される。
膜１１（または１３、１６）は、下から上に送られる。
電極材料粉末収納容器３３内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はバインダーが仮定着のために最低限しかまぶされておらず、あるいはバインダー粒子が仮定着のために最低限しか混合されていないので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程が設けられている。
参考例１４の作用については、バインダー３７塗布はスプレーノズル３９Ａからのスプレーであり、全面塗布でよく、触媒も含まないので、コスト上、問題ない。
【００５０】
実施例１（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布はスクリーン＋スキージ方式）
本発明の実施例１では、図１８に示すように、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の粒子に合わせたメッシュで形成された全面メッシュでできたスクリーンドラム４１と、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）を均し、押さえつけることによりドラム３０に塗布するためのスキージ４２が設けられている。電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はスクリーンドラム４１のメッシュを通過してドラム３０上に塗布される。静電はあってもなくてもよい。静電がある場合は、ドラム３０は感光体ドラムから構成され、帯電ローラ３１で全面が帯電され、ドラム３０にレーザー光等を投光し投光した部分を除電し、投光した部分以外の部分を帯電したままとする。そして、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はスクリーンドラム４１の帯電した部分に所定パターンで塗布される。ドラム３０上に塗布された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）はドラム３０から膜１１（または１３、１６）に転写され、触媒層１２（１５）が形成される。定着は膜１１（または１３、１６）を対をなす加熱ローラ３５間に通すことにより行われる。定着部とそれより上流の塗布部は不活性雰囲気内に保たれる。
膜１１（または１３、１６）は、図示例では下から上に送られているが、送り方向は上下方向でもよい。
本発明の実施例１の作用については、ドラムへの塗布はスクリーン＋スキージ方式であり、ドラム３０に塗布された電極材料はメッシュを通過した粒子であるため、サイズが揃っており、カーボン粉末の小塊が塗布されるような不具合は生じない。また、スクリーンドラム４１は回転しているので、スクリーンドラム４１内での電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）の流動性は良好である。
【００５１】
実施例２（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布はスクリーン＋スキージ方式）
本発明の実施例２では、図１９に示すように、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の粒子に合わせたメッシュで形成された、塗布する電極形状に合ったメッシュパターンが設定されているスクリーンドラム４１と、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）を均し、押さえつけることによりドラム３０に塗布するためのスキージ４２が設けられている。スクリーンドラム４１内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はスクリーンドラム４１の電極形状のパターンで形成されたメッシュを通してドラム３０上に塗布される。静電はあってもなくてもよい。静電がある場合は、ドラム３０は帯電ドラムから構成され、帯電ローラ３１で全面が帯電される。そして、電極材料はドラム３０の電極形状に合ったパターンをもつメッシュ部から該メッシュを通して帯電ドラム上３０の所定パターンで塗布される。ドラム３０上に塗布された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）はドラム３０から膜１１（または１３、１６）に転写され、触媒層１２（１５）が形成される。定着は膜１１（または１３、１６）を対をなす加熱ローラ３５間に通すことにより行われる。定着部とそれより上流の塗布部は不活性雰囲気内に保たれる。
本発明の実施例２の作用については、ドラムへの塗布はスクリーン＋スキージ方式であり、ドラム３０に塗布された電極材料はメッシュを通過した粒子であるため、サイズが揃っており、カーボン粉末の小塊が塗布されるような不具合は生じない。また、スクリーンドラム４１は回転しているので、スクリーンドラム４１内での電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）の流動性は良好である。
【００５２】
実施例３（ドラムに塗布後膜に転写、ドラムへの塗布はスクリーン＋スキージ方式）
本発明の実施例３では、図２０に示すように、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の粒子に合わせたメッシュで形成された、塗布する電極形状に合ったメッシュパターンが設定されているスクリーンドラム４１と、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）を均し押さえつけかつ電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）に静電を印加してドラム３０に塗布するためのスキージ４２が設けられている。スクリーンドラム４１内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はスクリーンドラム４１の電極形状のパターンで形成されたメッシュを通してかつスキージ４２によって静電を印加されてドラム３０上に所定パターンで塗布される。ドラム３０上に塗布された電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）はドラム３０から膜１１（または１３、１６）に転写され、触媒層１２（１５）が形成される。定着は膜１１（または１３、１６）を対をなす加熱ローラ３５間に通すことにより行われる。定着部とそれより上流の塗布部は不活性雰囲気内に保たれる。
本発明の実施例３の作用については、ドラムへの塗布は、静電を印加された電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の、スクリーン＋スキージ方式であり、ドラム３０に塗布された電極材料はメッシュを通過した粒子であるため、サイズが揃っており、カーボン粉末の小塊が塗布されるような不具合は生じない。また、スクリーンドラム４１は回転しているので、スクリーンドラム４１内での電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）の流動性は良好である。
【００５３】
実施例４（膜に直接塗布、膜への塗布はスクリーン＋スキージ方式）
本発明の実施例４では、図２１に示すように、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）の粒子に合わせたメッシュで形成された、塗布する電極形状に合ったメッシュパターンが設定されているスクリーンドラム４１と、電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）を均し押さえつけてドラム３０に塗布するためのスキージ４２が設けられている。膜１１（または１３、１６）は、スクリーンドラム４１より上流側で帯電ドラム３１により全面に静電が付与されている。スクリーンドラム４１内の電極材料粉末１２Ｐ（１５Ｐ）はスクリーンドラム４１の電極形状のパターンで形成されたメッシュを通して膜（または１３、１６）に直接、所定パターンで塗布される。定着は膜１１（または１３、１６）を対をなす加熱ローラ３５間に通すことにより行われる。定着部とそれより上流の塗布部は不活性雰囲気内に保たれる。
本発明の実施例４の作用については、ドラムへの塗布はスクリーン＋スキージ方式であり、膜１１（または１３、１６）に塗布された電極材料はメッシュを通過した粒子であるため、サイズが揃っており、カーボン粉末の小塊が塗布されるような不具合は生じない。また、スクリーンドラム４１は回転しているので、スクリーンドラム４１内での電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）の流動性は良好である。
【００５４】
実施例５（裏当てフィルムによる膜の補強）
本発明の実施例５では、図２２に示すように、膜１１（または１３、１６）を裏当てフィルム４３によって補強し、電極材料１２Ｐ（１５Ｐ）の塗布後裏当てフィルム４３を膜１１（または１３、１６）からはがす。その他は本発明の他の実施例と同じである。図２２は本発明の他の実施例として、たとえば図１８の実施例（ただし、図１８の実施例に限定されるものではない）を用いた場合を示している。
電極材料塗布部の上流で、膜１１（または１３、１６）の電極材料を塗布すべき面と反対面に裏当てフィルム４３を沿わせて膜１１（または１３、１６）を補強し、補強した状態で膜１１（または１３、１６）の片面（裏当てフィルムが当てられた面と反対側の面）に電極材料を塗布し、対をなす加熱ドラム３５間に通して定着させる。ついで、加熱ドラム３５より下流に位置する一対のドラム４４の一つのドラムに沿わせて裏当てフィルム４３をはがすとともに、反対側の面（電極材料が塗布された面）に、一対のドラム４４のもう一つのドラムに沿わせて新たにフィルム４３を供給し、膜１１（または１３、１６）に沿わせて膜１１（または１３、１６）を補強し、補強した状態でさらに下流の電極材料塗布部に送って、該下流の電極材料塗布部で膜１１（または１３、１６）の他面（電極材料が塗布されていない側の面）に電極材料を塗布する。ついで、対をなす加熱ドラム間に通して定着させ、それより下流のドラム位置で、フィルム４３をはがす。裏当てフィルム４３は、ＰＴＦＥやポリエチレン等、電気絶縁性をもったフィルムを使用することが、電荷を確実に保持する点から、望ましい。
裏当てフィルム４３を膜１１（または１３、１６）に沿わせる作用は、膜１１（または１３、１６）を補強できること、静電的な塗着効率をあげることである。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１〜１１の燃料電池電極の製造方法および請求項１２〜１９の燃料電池電極の製造装置によれば、ドラムまたは膜に所定パターンで電極材料を塗布するので（上記方法では、ドラムからいったん中間媒体膜に転写し中間媒体膜から膜に転写する場合を含む）、所定パターンを適宜に選定することにより、任意形状の電極や、所定形状中の各部位において濃度等を変えた電極を作ることができる。また、粉末状の電極材料の、ドラムまたは膜への塗布であるため、乾式法であり、従来の湿式塗布における溶剤の電解質膜の攻撃、膨潤・収縮による電極のクラック発生などの問題が除去される。
請求項１の燃料電池電極の製造方法および請求項１２、１４の燃料電池電極の製造装置によれば、電極材料を所定パターンでドラム上に塗布するので、任意形状の電極を作ることができる。また、乾式法の塗布のため、従来の湿式塗布における溶剤の電解質膜の攻撃、膨潤・収縮による電極のクラック発生などの問題を除去できる。
請求項２の燃料電池電極の製造方法および請求項１３、１４の燃料電池電極の製造装置によれば、電極材料を目標とする膜上へ所定パターンで直接、スクリーン＋スキージを用いて塗布するので、任意形状の電極を作ることができる。また、乾式法または最小限の溶剤分（ゲル（飴状））を塗布するため、従来の湿式塗布における溶剤の電解質膜の攻撃、膨潤・収縮による電極のクラック発生などの問題を除去できる。
請求項３の燃料電池電極の製造方法によれば、定着が所定の圧力と所定の熱をもって行われるが、圧力はコピー機の場合の圧力よりは大（数倍以上）のため定着が十分に行われ、温度は１５０℃以下で行われるので、膜にダメージを与えない。
請求項４の燃料電池電極の製造方法によれば、静電気による電極材料粉末の膜上への塗布を複数回実行し、電極構成を厚さ方向に変えるので、三次元的に膜構造を変えることができる。
請求項５の燃料電池電極の製造方法および請求項１５の燃料電池電極の製造装置によれば、電極材料のドラムへの塗布、ドラムから膜への転写、転写電極材料粉末の膜への定着、の各工程が不活性ガス雰囲気内で行われるので、カーボン粉体を含む電極材料が加熱雰囲気にあるにかかわらず、安全である。
請求項６の燃料電池電極の製造方法および請求項１６の燃料電池電極の製造装置によれば、電極材料粉末の膜への定着工程の後に、定着された電極材料粉末上に液状バインダーを塗布し、塗布した液状バインダーを乾燥させる工程を設けたので、こすっても電極形状がくずれたり、剥がれたりすることを防止できる。
請求項７の燃料電池電極の製造方法によれば、電極材料粉末に予めバインダーをまぶしておき、あるいは電極材料粉末に予め粉体バインダーを混合しておくので、定着工程の後にバインダー塗布工程とバインダー乾燥工程を設ける必要がなく、工程が簡素化される。
請求項８の燃料電池電極の製造方法によれば、電極材料粉末は電極材料粉末収納容器内で、振動または流動（気体を下から供給して粉末を浮動・流動させる）させるので、カーボン粉末が固まることがなく、良質のトナーを供給でき、膜上の塗布パターンが良質かつ鮮明なものとなる。
請求項１、９〜１１の燃料電池電極の製造方法（スクリーン＋スキージ方式）および請求項１２、１７〜１９の燃料電池電極の製造装置（スクリーン＋スキージ方式）によれば、スクリーンドラム内の電極材料をスクリーンドラムのメッシュを通過させてドラム表面に所定パターンで塗布するので、所定パターンを選定する（ドラムの帯電パターンを選定したり、あるいはスクリーンドラムのメッシュのパターンを選定したりする）ことにより、任意のパターンの電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の燃料電池電極の製造方法で製造された電極をもつ燃料電池の全体正面図である。
【図２】 図１の燃料電池のモジュールの拡大断面図である。
【図３】 参考例１の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図４】 参考例２の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図５】 参考例３の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図６】 参考例４の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図７】 参考例５の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図８】 参考例６の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図９】 参考例７の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１０】 参考例８の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１１】 （イ）〜（ヘ）は、複数回塗布による電極の種々の三次元構成を示す図である。
【図１２】 参考例９の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１３】 参考例１０の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１４】 参考例１１の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１５】 参考例１２の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１６】 参考例１３の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１７】 参考例１４の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１８】 本発明の実施例１の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図１９】 本発明の実施例２の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図２０】 本発明の実施例３の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図２１】 本発明の実施例４の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図２２】 本発明の実施例５の燃料電池電極の製造方法を実施する燃料電池電極の製造装置の側面図である。
【図２３】 本発明の何れの実施例にも適用可能な電極材料粉末の一例の拡大図である。
【図２４】 本発明の何れの実施例にも適用可能な電極材料粉末のもう一例の拡大図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池電極製造装置
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１２ 触媒層
１２Ｐ 電極材料粉末（アノード用）
１３ 拡散層
１４ 電極（アノード、燃料極）
１５ 触媒層
１５Ｐ 電極材料粉末（カソード用）
１６ 拡散層
１７ 電極（カソード、空気極）
１８ セパレータ
１９ セル
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ スタック
２４ テンションプレート
２５ ボルト
３０ 感光体ドラム
３０Ａ 対向ドラム
３０Ｂ 対向ローラー
３１ 帯電ローラー
３２ 投光装置（レーザ光投光手段）
３３ 電極材料収容装置
３４ 電極材料粉末供給ローラー
３５ 定着ローラー
３６ 不活性ガス雰囲気
３７ バインダー塗布ユニット
３８ バインダー
３９ バインダー塗布ローラー
３９ バインダースプレーノズル
４０ 乾燥部
４１ スクリーンドラム
４２ スキージ
４３ 裏当てフィルム
４４ 裏当てフィルムのはがしまたは添設用のローラー
４５ Ｐｔ担持のカーボン粉末
４６ 電解質粉末

Claims (19)

1. 粉末状の電極材料を所定パターンでドラム上に塗布し、
   前記ドラム上の電極材料を転写を１回以上行って目標の膜に転写し、
   転写された電極材料を前記膜に定着させる、
   燃料電池電極の製造方法であって、
   前記ドラムとは別の、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムと、該スクリーンドラム内に配置されたスキージとを設けておき、
   前記電極材料をドラム上に塗布する際に、
   前記スクリーンドラムに入れた前記電極材料を、スキージによって押さえつけることにより、前記スクリーンドラムのメッシュ部位を通過させて前記ドラム上に塗布する、燃料電池電極の製造方法。
2. 表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムに入れた粉末状の電極材料を、前記スクリーンドラムドラム内に配置されたスキージによって押さえつけることにより、前記スクリーンドラムのメッシュ部位を通過させて目標とする膜上へ所定パターンで直接塗布し、
   塗布された電極材料を前記膜に定着させる、
   燃料電池電極の製造方法。
3. 前記転写された電極材料の前記膜への前記定着が、所定の圧力と所定の熱をもって行われる請求項１または請求項２記載の燃料電池電極の製造方法。
4. 前記電極材料の前記膜上への塗布を複数回実行し、電極の構成を厚さ方向に変化させる請求項１または請求項２記載の燃料電池電極の製造方法。
5. 前記電極材料のドラムへの塗布、前記ドラムから目標の膜への電極材料の転写、前記転写電極材料の膜への定着、が不活性ガス雰囲気内で行われる請求項１または請求項２記載の燃料電池電極の製造方法。
6. 前記転写されたＰｔを担持させたカーボン粉末からなる粉末状の電極材料を前記膜に定着させた後に、
   定着された前記Ｐｔ担持カーボン粉末の電極材料上に電解質からなり乾燥後に電極材料の一部となる液状バインダーを塗布し、
   塗布した液状バインダーを乾燥させる、
   請求項１または請求項２記載の燃料電池電極の製造方法。
7. 前記Ｐｔを担持させたカーボン粉末からなる粉末状の電極材料をドラム上に塗布する工程において、前記Ｐｔ担持カーボン粉末の電極材料に予め電解質からなるバインダーをまぶしておき、あるいは前記Ｐｔ担持カーボン粉末の電極材料に予め電解質からなる粉体バインダーを混合しておく請求項１記載の燃料電池電極の製造方法。
8. 前記電極材料が該電極材料粉末を収納する容器内で、振動または流動されている請求項１記載の燃料電池電極の製造方法。
9. 前記スクリーンドラムに、ドラム全面にメッシュを形成しておき、
   前記電極材料をドラム上に塗布する際に、
   前記ドラムの表面を所定パターンで帯電させ、
   前記スクリーンドラムに入れた前記電極材料を、前記スキージによって押さえつけることにより、前記ドラムの所定パターンの帯電部位に塗布する、
   請求項１記載の燃料電池電極の製造方法。
10. 前記スクリーンドラムに、所定パターン部位にメッシュを形成しておき、
    前記電極材料をドラム上に塗布する際に、
    前記ドラムの表面全面を帯電させ、
    前記スクリーンドラムに入れた前記電極材料を、前記スキージによって押さえつけることにより、該スクリーンドラムの前記所定パターン部位に形成したメッシュを通して、前記ドラムに塗布する、
    請求項１記載の燃料電池電極の製造方法。
11. 前記スクリーンドラムに、所定パターン部位にメッシュを形成しておき、前記ドラムは非帯電としておき、
    前記電極材料をドラム上に塗布する際に、
    前記スクリーンドラムに入れた前記電極材料を、前記スキージによって押さえつけかつ静電を印加することにより、該スクリーンドラムの前記所定パターン部位に形成したメッシュを通して、前記ドラムに塗布する、
    請求項１記載の燃料電池電極の製造方法。
12. 粉末状の電極材料を供給する電極材料供給装置と、
    供給された電極材料が表面に所定パターンで塗布され該塗布された電極材料を目標の膜に転写するドラムと、
    転写された電極材料を前記目標の膜に定着させる定着装置と、
    を有する燃料電池電極の製造装置であって、
    前記ドラムとは別の、かつ、前記ドラムに電極材料を塗布するための、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムと、
    該スクリーンドラム内に配置された、前記スクリーンドラム内の電極材料を押さえつけるスキージと、
    を有する燃料電池電極の製造装置。
13. 粉末状の電極材料を供給し該電極材料を目標の膜に直接所定パターンで塗布する電極材料供給・塗布装置と、
    塗布された電極材料を前記目標の膜に定着させる定着装置と、
    を有する燃料電池電極の製造装置であって、
    前記電極材料供給・塗布装置が、表面の少なくとも一部がメッシュで形成されたスクリーンドラムと、
    該スクリーンドラム内に配置された、前記スクリーンドラム内の電極材料を押さえつけるスキージと、
    を有する燃料電池電極の製造装置。
14. 前記電極材料が、触媒物質を担持したカーボン粉末と電解質粉末を混合したもの、または触媒物質を担持したカーボン粉末の表面に電解質をコーティングしたもの、を主成分とする、粉末状材料である請求項１２または請求項１３記載の燃料電池電極の製造装置。
15. 前記定着装置より前記膜の送り方向上流側に位置する装置が不活性ガス雰囲気中に配設されている請求項１２または請求項１３記載の燃料電池電極の製造装置。
16. 前記定着装置より前記膜の送り方向下流に設けられたバインダー供給装置およびその下流に設けられた乾燥部とをさらに有する請求項１２または請求項１３記載の燃料電池電極の製造装置。
17. 前記スクリーンドラムのドラム全面にメッシュが形成されており、
    前記ドラムが感光体ドラムから構成されており、
    さらに、前記感光体ドラムを帯電する帯電ローラと、前記感光体ドラムを所定パターンで帯電させる投光装置とを、有している、請求項１２記載の燃料電池電極の製造装置。
18. 前記スクリーンドラムは所定パターン部位にメッシュが形成されており、
    さらに、前記ドラムを帯電する帯電ローラを有している、請求項１２記載の燃料電池電極の製造装置。
19. 前記スクリーンドラムは所定パターン部位にメッシュが形成されており、
    前記ドラムは非帯電ドラムからなり、前記スキージは前記スクリーンドラムに入れた前記電極材料に静電気を印加するスキージからなる、請求項１２記載の燃料電池電極の製造装置。

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