JP4802447B2

JP4802447B2 - 固体高分子膜型燃料電池セルの製造方法

Info

Publication number: JP4802447B2
Application number: JP2003422613A
Authority: JP
Inventors: 竹晴倉持; 雅彦勝; 薫江口; 宜樹武藤; 正博小又; 雅則岩本; 英人金房
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP2005183182A

Description

本発明は、固体高分子膜型燃料電池セルの製造方法にするものである。

従来から触媒層・電解質接合体の製造、さらには、および触媒層・電解質接合体の製造から単セル化までの製造を連続的に行う固体高分子膜型燃料電池セルの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。

これは、触媒層塗布工程において、電解質膜上へ触媒層を形成し、ホットロールにより触媒層・電解質接合体を一体化し、次に、拡散層一体化工程において、電解質溶液が塗布され乾燥された拡散層を、前記触媒層・電解質接合体の両面に配置してホットロールにより拡散層を接合し、次に、単セル一体化工程において、セパレータ・セル枠接合体を、前記触媒層・電解質接合体・拡散層一体化物の両面に載置し、ホットロールにて一体化することにより、単セルを連続的に得るようにしている。
特開２００１−２３６９７１号公報

ところで、このような燃料電池セルの製造方法において、発電効率の良い燃料電池セルを得るためには、触媒やガス拡散層およびセパレータの電解質膜上の各位置を高い位置精度で接合する必要がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、連続的に燃料電池セルを生産するにあたり、触媒やガス拡散層およびセパレータの電解質膜上の各位置を高い位置精度で接合させるに好適な固体高分子膜型燃料電池セルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、あらかじめ一定の間隔で形成された触媒層を備えると共に少なくとも一方の縁部分に搬送穴を一定間隔で列状に形成したリールに巻かれた電解質膜を、シート状に展開して搬送穴に順次係合する送り突起を外周に備えた第１の搬送ローラの回転により送出す工程と、あらかじめ前記触媒層と同じ間隔でセパレータ若しくはガス拡散層を貼付け、少なくとも一方の縁部分に前記電解質膜の搬送穴と同一間隔の搬送穴を備える一対の搬送フィルムを、搬送穴に順次係合する送り突起を外周に備えた第２の搬送ローラの回転により前記送出された電解質膜の両側に送出す工程と、前記一対の搬送フィルムで前記電解質膜を挟んだ状態で、第３の搬送ローラの外周に形成した係合突起を電解質膜の搬送穴と搬送フィルムの搬送穴に同時に係合させて両搬送穴を基準として、セパレータ若しくはガス拡散層と電解質膜とを位置決めして、接合させる工程と、を備えることを特徴とする。

したがって、本発明では、シート状に展開して燃料電池セルの製造装置に供給する電解質膜の少なくとも一方の縁部分に搬送ローラの送り突起に順次係合する搬送穴と、セパレータ若しくは、ガス拡散層を搬送する搬送フィルムにも搬送ローラの送り突起に順次係合する搬送穴との両搬送穴に同時に第３の搬送ローラの係合突起を係合させることにより、セパレータ若しくは、ガス拡散層と電解質膜とを位置決めして組付け、接合させるため、触媒やガス拡散層およびセパレータを電解質膜上に高い位置精度で接合することができる。

以下、本発明の電解質膜および固体高分子膜型燃料電池セルの製造方法を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図１５は、本発明を適用した電解質膜および固体高分子膜型燃料電池セルの製造方法の第１実施形態を示し、図１は燃料電池セルの製造装置の全体構成の斜視図、図２は燃料電池セルの製造装置の制御ブロック図、図３は供給する電解質膜（ＭＥＡフィルム）の第１実施例の斜視図、図４は電解質膜（ＭＥＡフィルム）の第２実施例の斜視図、図５〜図１５は製造装置の各装置の詳細を示す図である。

図１において、燃料電池セルの製造装置は、巻取り状態の電解質膜１（以下では、ＭＥＡフィルムともいう）を巻戻して展開状態で搬送する電解質膜搬送装置２（以下では、ＭＥＡ搬送装置ともいう）と、ＭＥＡ搬送装置２に並行してガス拡散層６（以下では、ＧＤＬともいう）を搬送しＭＥＡフィルム１に接合するガス拡散層搬送装置３（以下では、ＧＤＬ搬送装置ともいう）と、同じくＭＥＡ搬送装置２に並行してセパレータ７を搬送しＭＥＡフィルム１に接合するセパレータ搬送装置４と、これら搬送装置２〜４を同期制御させるコントローラ５とから構成している。

前記ＭＥＡ搬送装置２で用いられるＭＥＡフィルム１（電解質膜）は、その第１実施例を図３に示すように、所定の処理が施されて保護シート８と共にリール９にロール状に巻かれて投入されるものであり、ロール状態から巻戻して巻端からＭＥＡフィルム１を保護シート８と共に送出すようにしている。ＭＥＡフィルム１には、その両側に搬送穴１０が配列されており、この搬送穴１０に搬送ローラ外周に設けた送り突起を順次係合させ、搬送ローラ同士を同期して回転させることで、ＭＥＡフィルム１の膜面をたるむことなく搬送することができる。

また、ＭＥＡフィルム１の少なくとも一方の縁には、所定のピッチ毎に位置決めマーク１１が付けられている。位置決めマーク１１の所定のピッチは、燃料電池セルとして組立てられる際に、隣接する燃料電池セルと適切な間隔が保持できるスパーンに設定され、ＭＥＡフィルム１の両面に所定間隔でコーティングして形成した白金等の触媒層１２（図中の破線で示す）の位置と対応させている。

図示したＭＥＡフィルム１は、電解質膜の両面に予め所定のピッチで触媒をコーティングして触媒層１２としたＭＥＡ（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）フィルムであり、その両面を保護シート８で覆った状態でリール９にロール状に巻かれて投入される場合を示している。このため、コーティングした触媒層１２と位置決めマーク１１とは対応した位置関係にある。以下の説明では、電解質膜の両面に触媒層１２を形成したＭＥＡフィルム１を製造装置に投入するものとして説明する。

なお、供給される電解質膜に触媒１２がコーティングされていないＭＥＡフィルムの場合には、ガス拡散層６を電解質膜に接合する前段階において、前記位置決めマーク１１に対応して触媒をコーティングして電解質膜上に触媒層１２を形成する。若しくは、ガス拡散層６の表面に触媒層を形成し、ガス拡散層６の電解質膜１への接合時に、前記位置決めマーク１１に対応して触媒層を電解質膜１に接触させて接合するようにする。

図４は電解質膜１（ＭＥＡフィルム）の第２実施例を示すものであり、第１実施例の電解質膜１（ＭＥＡフィルム）とは、保護シート８の構成が相違する。即ち、本実施例の電解質膜１は、燃料電池セルとして組立完了時に分離される中央部分８Ａと搬送ローラに係合する搬送穴１０を備える縁部分８Ｂとに分割して貼付けるようにしたものである。

前記ＭＥＡフィルム１は、燃料電池セルとして組立完了時に分離される中央部分に貼付いた保護シート８Ａのみが剥がされ回収され、搬送穴１０を備える縁部分に貼付いた保護シート８Ｂは剥がされることなく、ＭＥＡ搬送装置２により燃料電池セルの製造装置に供給するようにした。このように、搬送穴１０を備える縁部分に貼付いた保護シート８ＢをＭＥＡフィルム１上に残すことにより、搬送時にＭＥＡフィルム１に加えられる負荷により搬送穴１０が破損するのを防止することができる。また、搬送されるＭＥＡフィルム１の伸びを防止することができ、ＭＥＡフィルム１の位置決め精度を向上できる。

前記ＭＥＡ搬送装置２は、ＭＥＡフィルム供給ステージ１３と、ＧＤＬ搬送装置２と並行してＭＥＡフィルム１を搬送しつつガス拡散層６を接合するＧＤＬ組付ステージ１８およびＧＤＬプレスステージ１９と、ＭＥＡフィルム緊張部１４と、セパレータ搬送装置４と並行してＧＤＬ６が接合されたＭＥＡフィルム１を搬送しつつセパレータ７を接合するセパレータ組付ステージ２３および乾燥ステージ２４と、ＭＥＡ引出しローラ１５とを備える。ＭＥＡフィルム１は、前記ＭＥＡフィルム供給ステージ１３とＭＥＡフィルム緊張部１４とにより、ＧＤＬ組付ステージ１８およびＧＤＬプレスステージ１９に緊張状態で張設され、ＭＥＡフィルム緊張部１４とＭＥＡ引出しローラ１５とにより、セパレータ組付ステージ２３および乾燥ステージ２４に緊張状態で張設される。

前記ＧＤＬ搬送装置３は、前記ＭＥＡ搬送装置２のＧＤＬ組付ステージ１８およびＧＤＬプレスステージ１９の両側に対照にサークル状に配置されたＧＤＬコンベア１６と、各ＧＤＬコンベア１６にガス拡散層６を供給するＧＤＬ供給ステージ１７と、ＭＥＡ搬送装置２と並行して構成するＧＤＬ組付ステージ１８およびＧＤＬプレスステージ１９と、を備える。

前記セパレータ搬送装置４は、前記ＭＥＡ搬送装置２のセパレータ組付ステージ２３および乾燥ステージ２４の両側に対照にサークル状に配置されたセパレータコンベア２０と、各セパレータコンベア２０にセパレータ７を供給するセパレータ供給ステージ２１と、搬送するセパレータ７にシール剤を塗布するシール剤塗布ステージ２２と、ＭＥＡ搬送装置２と並行して構成するセパレータ組付ステージ２３および乾燥ステージ２４と、を備える。

前記コントローラ５は、図２に示すように、ＭＥＡ搬送装置２の供給ステージ１３に配置した視覚センサ２６により、供給するＭＥＡフィルム１に設けた搬送穴１０および位置決めマーク１１を検出し、基準信号を出力する基準信号出力手段２７と、ＭＥＡ搬送装置２の搬送速度や搬送タクトを決定するＭＥＡ搬送コントローラ２Ａと、ＧＤＬ供給装置１７Ａ、ＧＤＬコンベア１６、ＧＤＬ組付装置１８Ａ、および、ＧＤＬホットプレス１９Ａの動作タイミングを制御するＧＤＬ搬送コントローラ３Ａと、セパレータ供給装置２１Ａ、セパレータコンベア２０、シール塗布装置２２Ａ、および、セパレータ組付装置２３Ａの動作タイミングを制御するセパレータ搬送コントローラ４Ａと、前記基準信号出力手段２７よりの基準信号に基づいてＭＥＡ搬送コントローラ２Ａ、ＧＤＬ搬送コントローラ３Ａおよびセパレータ搬送コントローラ４Ａに動作タイミング信号を演算し出力する作動タイミング演算手段２８とを備え、これら搬送装置２〜４を同期制御させる。即ち、ＭＥＡ搬送装置２とＧＤＬ搬送装置３およびセパレータ搬送装置４とは、同期した搬送速度となるよう夫々のコントローラ２Ａ〜４Ａにより速度制御される。

ＧＤＬ搬送コントローラ３Ａは、ＧＤＬ供給装置１７Ａ、ＧＤＬ組付装置１８Ａ、および、ＧＤＬホットプレス１９ＡのＧＤＬコンベア１６上の位置を記憶しており、ＭＥＡ搬送装置２の搬送速度と前記基準信号出力手段２７よりの基準信号に基づいて作動タイミング演算手段２８により出力される動作タイミング信号とに基づいて、ＭＥＡ搬送装置２で搬送しているＭＥＡフィルム１の位置決めマーク１１がＧＤＬ組付ステージ１８、および、ＧＤＬプレスステージ１９に到達するタイミングを演算し、同一タイミングで搬送ＧＤＬ６が同一ステージに到達するようＧＤＬコンベア１６の搬送位相を制御し、ＧＤＬ組付装置１８Ａ、および、ＧＤＬホットプレス１９Ａを動作させる。また、これらにタイミングを合わせて、ＧＤＬ供給装置１７Ａを動作させる。

セパレータ搬送コントローラ４Ａは、セパレータ供給装置２１Ａ、シール塗布装置２２Ａ、および、セパレータ組付装置２３Ａのセパレータコンベア２０上の位置を記憶しており、ＭＥＡ搬送装置２の搬送速度と前記基準信号出力手段２７よりの基準信号に基づいて作動タイミング演算手段２８により出力される動作タイミング信号とに基づいて、ＭＥＡ搬送装置２で搬送しているＭＥＡフィルム１の位置決めマーク１１がセパレータ組付ステージ２３に到達するタイミングを演算し、同一タイミングで搬送セパレータ７が同一ステージに到達するようセパレータコンベア２０の搬送位相を制御し、セパレータ組付装置２３Ａを動作させる。また、これらにタイミングを合わせて、セパレータ供給装置２１Ａおよびシール塗布装置２２Ａを動作させる。

以上の各ステージの詳細を以下に説明する。

前記ＭＥＡフィルム供給ステージ１３は、図５および図６に示すように、供給リール３０から保護シート８付きのＭＥＡフィルム１を膜面が縦向きとなるように横方向に繰出し、複数の保持ローラ３１で膜面を両側から挟み、搬送ローラ３２で横方向に搬送駆動し、途中で保護シート８を回収しつつＧＤＬ組付ステージ１８へ供給するようにしている。供給リール３０は、その巻芯を上下方向にしてリール保持装置３３の支持軸３４に回転可能に保持される。

リール保持装置３３は、２個の供給リール３０を保持可能な２個の支持軸３４が配置され、一方の支持軸３４でＭＥＡフィルム１を繰出している間に他方の支持軸３４から空のリール３０を回収し、新しいリール３０を装着可能としている。そして、ＭＥＡフィルム１を繰出しているリール３０が空になる前に新しいリール３０からＭＥＡフィルム１を繰出し、その先端を現在供給しているＭＥＡフィルム１にクリップや熱溶着により接続するとともに、空となりそうなリール３０から繰出すＭＥＡフィルム１をカットし、新たなリール３０の支持軸３４をステージ代えシリンダ３５により繰出し位置に移動させて、供給するＭＥＡフィルム１を代替させるようにしている。即ち、常に新しいリール３０を繰出し中のリール３０に隣接させて保持可能としている。

前記複数の保持ローラ３１は、ＭＥＡフィルム１を左右両面から挟んで一対となる回転軸が上下方向に配置され、一対のローラ３１によりＭＥＡフィルム１のシート面の振れを抑制しつつ保持する。前記搬送ローラ３２は、サーボモータ３６により駆動される上下方向の駆動軸３７と一体に回転し、外周に設けた送り突起をＭＥＡフィルム１の上下縁に配列されている搬送穴１０に順次係合させることで、ＭＥＡフィルム１を搬送方向（横方向）に駆動搬送するようにしている。

前記保護シート８は、ＭＥＡフィルム１の両側に設けた駆動軸３８上の保護シート回収リール３９に巻取られる。回収リール３９の駆動軸３８は、ＭＥＡフィルム１の両面に夫々２個が配置され、一方の駆動軸３８に取付けた回収リール３９に巻取り回収した保護シート８が満杯となる場合に、他方の駆動軸３８に取付けた回収リール３９に新たに保護シート８を巻取り回収させる。満杯となった回収リール３９は一方の駆動軸３８から取外され、代わりに空の回収リール３９が装着され、一方と他方の駆動軸３８上の回収リール３９に交互に保護シート８を巻取り回収するようにしている。

保護シート８が剥離されたＭＥＡフィルム１は、前記ＭＥＡフィルム緊張部１４との間で所定の張力を持って、ＧＤＬ組付ステージ１８およびにＧＤＬプレスステージ１９に張設された状態で、順次ＧＤＬ組付ステージ１８を経由してＧＤＬプレスステージ１９に供給される。ＧＤＬ組付ステージ１８への途中の供給区間には、ＭＥＡフィルム１に設けた搬送穴１０および位置決めマーク１１を検出するよう視覚センサ２６を配置している。

前記ＭＥＡフィルム緊張部１４は、前記ＭＥＡフィルム供給ステージ１３と引出しローラ１５との間で、ＭＥＡフィルム１のたるみを抑制するよう、一対の固定ローラ４１と、固定ローラ４１間に配置した２個の可動ローラ４２とを備える。２個の可動ローラ４２は、ＭＥＡフィルム１の搬送方向と直交する方向に互いに離反する付勢力が付与され、ＭＥＡフィルム１にローラ面を接触させてＭＥＡフィルム１をその方向に回り込ませて迂回させることで、ＭＥＡフィルム１に所定の張力を付与するよう構成している。

前記ＧＤＬ供給コンベア１６は、ＭＥＡ搬送装置３の両側に対照に配置されており、図７に（片側のみを図示している）示すように、一対のチェーンホイール４３に巻掛けしたコンベアチェーン４４により構成され、チェーンホイール４３がサーボモータからなるコンベア駆動モータ４５により回転駆動されることで、コンベアチェーン４４を一対のチェーンホイール４３回りに循環させるようにしている。コンベアチェーン４４には、所定のピッチで複数のＧＤＬ搬送パレット４６が配置され、ＧＤＬ搬送パレット４６もコンベアチェーン４４と共に循環する。

前記ＧＤＬ搬送パレット４６は、図８に示すように、チェーン４４から立設したポスト４７に軸心をチェーン進行方向に配置したピン４８により回動可能に固定された保持アーム４９を備える。保持アーム４９はコンベアチェーン４４の進行方向と直交して配置され、ＧＤＬ６を保持するパレット４６を保持アーム４９の内周端に伸縮シリンダ５０を介して支持している。また、前記保持アーム４９は、コンベアチェーン４４と平行な状態でコンベアチェーン４４の内外周に配置したパレット保持ガイド５１に接触しており、パレット保持ガイド５１により、前記ピン４８回りの回動位置、即ち、ＧＤＬ搬送パレット４６の保持姿勢が調整される。前記パレット保持ガイド５１は、コンベアチェーン４４の内外周で移動しないように固定されているが、ＧＤＬ組付ステージ１８の部分で後述するように一部が可動状態となっている。

ＧＤＬ搬送パレット４６には、スポンジタイプの吸着パッド５２が配置され、ＧＤＬ６を吸着保持可能となっている。前記伸縮シリンダ５０は、収縮されており、ＧＤＬ組付ステージ１８で伸長される。図示された位置では、保持パレット４６はパレット保持ガイド５１により、水平姿勢となっている。また、ＧＤＬ搬送パレット４６は、ＭＥＡ搬送装置２と並行する側にコンベアチェーン４４で搬送された際には、図８（Ｂ）に示すように、コンベアチェーン４４のＭＥＡ搬送装置２とは離れた側に位置する。

前記ＧＤＬ供給ステージ１７は、ＭＥＡ搬送装置２の両側の前記ＧＤＬコンベア１６において、ＭＥＡ搬送装置２とは離れた部分のラインサイドに夫々設置され、図８（Ａ）に示すように、供給パレット５３によりラインサイドにまとめて供給されたＧＤＬ６を一枚毎に、ＧＤＬ搬送パレット４６に移載する搬送レール５５を備えた移載装置５４により構成している。ＧＤＬ６は、その上面に電解質溶液が塗布された後に乾燥された状態でラインサイドに搬入される。

図示した移載装置５４は、ラインサイドからコンベアチェーン４４に跨る搬送レール５５にＧＤＬ搬送コントローラ３Ａにより制御されてＧＤＬ供給パレット５３の位置とＧＤＬ搬送パレット４６位置との間を自走するローダ５６と、ローダ５６に配置した昇降装置５７と、昇降装置５７に配置したスポンジタイプの吸着パッド５２とで構成している。そして、コンベアチェーン４４によりＧＤＬ搬送パレット４６がステージ１７に入場する毎に、ＧＤＬ供給パレット５３からＧＤＬ搬送パレット４６にＧＤＬ６を移載する。ＧＤＬ搬送パレット４６は、供給されたＧＤＬ６をスポンジタイプの吸着パッド５２により吸着保持する。なお、移載装置５４としては、図示したものに限られず、例えば、移載ロボットであってもよい。

前記ＧＤＬ組付ステージ１８は、図９に示すように、ＭＥＡ搬送装置２の両側に配置した前記ＧＤＬコンベア１６のＭＥＡ搬送装置２と並行する部分に夫々設置され、可動状態としているパレット保持ガイド５１Ａを待機位置（２点鎖線位置）と動作位置（実線位置）との間で移動させるＧＤＬ搬送パレット４６の起立シリンダ５９を備える。

前記起立シリンダ５９が収縮された待機位置においては、ＧＤＬ搬送パレット４６は２点鎖線で図示する水平位置に待機している。ＧＤＬ搬送コントローラ３Ａから動作信号が入力されると、起立シリンダ５９が動作位置に伸長され、ＧＤＬ搬送パレット４６は実線図示のように、ピン４８回りに回動されて左右で夫々垂直状態となり、保持するＧＤＬ６をＭＥＡ搬送装置２のＭＥＡフィルム１と対面させる。即ち、ＧＤＬ６でＭＥＡフィルム１を挟むように位置する。ＧＤＬ６のＭＥＡフィルム１と対面する表面には、前記したように、電解質溶液が塗布された後に乾燥された状態となっている。

その後、保持アーム４９の先端側の伸縮シリンダ５０を左右で夫々伸長し、保持するＧＤＬ６によりＭＥＡフィルム１を挟みつけ、同時に吸着パッド５２の吸着作動を停止させることで、ＭＥＡフィルム１の両側にＧＤＬ６を組付けることができる。ＧＤＬ６組付け後は、ＧＤＬ搬送パレット４６は、左右で夫々伸縮シリンダ５９が収縮されることでＭＥＡフィルム１から離脱して空状態となり、左右で夫々起立シリンダ５９が収縮されることで夫々水平状態に復帰する。

前記ＧＤＬプレスステージ１９は、図１０に示すように、ＭＥＡ搬送装置２の両側に配置した前記ＧＤＬコンベア１６のＭＥＡ搬送装置２と並行する部分に夫々設置され、ＭＥＡ搬送装置２のＧＤＬ６が組付けられたＭＥＡフィルム１を挟んで両側にプレス用プレート６０を伸縮シリンダ６１に保持させて配置している。プレス用プレート６０は、図示しない加熱手段により、例えば、８０℃〜１５０℃の温度に保たれている。動作信号が入力されると、伸縮シリンダ６１が伸長して、両側のプレス用プレート６０を前進させ、プレス用プレート６０同士でＧＤＬ６が組付けられたＭＥＡフィルム１を挟んで、ＧＤＬ６をＭＥＡフィルム１に熱圧縮して接合させる。

前記セパレータコンベア２０は、ＭＥＡ搬送装置２の両側に対照に配置されており、図１１に（片側のみを図示している）示すように、一対のチェーンホイール６３に巻掛けしたチェーン６４により構成され、チェーンホイール６３がサーボモータからなるコンベア駆動モータ６５により回転駆動されることで、コンベアチェーン６４を一対のチェーンホイール６３回りに循環させるようにしている。コンベアチェーン６４には、所定のピッチで複数のセパレータ搬送パレット６６が配置され、セパレータ搬送パレット６６もコンベアチェーン６４と共に循環する。

前記セパレータ搬送パレット６６は、図１２に示すように、チェーン６４から立設したポスト６７に軸心をチェーン進行方向に配置したピン６８により回動可能に固定された保持アーム６９を備える。保持アーム６９はコンベアチェーン６４の進行方向と直交して配置され、セパレータ７を保持するパレット６６を保持アーム６９の内周端に伸縮シリンダ７０を介して支持している。また、前記保持アーム６９は、コンベアチェーン６４と平行な状態でコンベアチェーン６４の内外周に配置したパレット保持ガイド７１に接触しており、パレット保持ガイド７１により、前記ピン６８回りの回動位置、即ち、セパレータ搬送パレット６６の保持姿勢が調整される。前記パレット保持ガイド７１は、コンベアチェーン６４の内外周で移動しないように固定されている。

前記パレット保持ガイド７１は、セパレータ組付ステージ２３の部分で後述するように一部が可動状態となっており、可動状態のパレット保持ガイド７１Ａに続いて、セパレータ搬送パレット６６を起立状態に保持するように位置した固定状態のパレット保持ガイド７１Ｂが配置されている。

セパレータ搬送パレット６６には、スポンジタイプの吸着パッド７２が配置され、セパレータ７を吸着保持可能となっている。前記伸縮シリンダ７０は、収縮されており、セパレータ組付ステージ２３で伸長される。図示された位置では、保持パレット６６はパレット保持ガイド７１により、水平姿勢となっている。また、セパレータ搬送パレット６６は、ＭＥＡ搬送装置２と並行する側にコンベアチェーン６４で搬送された際には、図１２（Ｂ）に示すように、コンベアチェーン６４のＭＥＡ搬送装置２とは離れた側に位置する。

前記セパレータ供給ステージ２１は、ＭＥＡ搬送装置２の両側の前記セパレータコンベア２０において、ＭＥＡ搬送装置２とは離れた部分のラインサイドに夫々設置され、図１２（Ａ）に示すように、供給パレット７３によりラインサイドにまとめて供給されたセパレータ７を一枚毎に、セパレータ搬送パレット６６に移載するよう搬送レール７５に設けた移載装置７４により構成している。

図示した移載装置７４は、ラインサイドからコンベアチェーン６４に跨る搬送レール７５にセパレータ搬送コントローラ４Ａにより制御されてセパレータ供給パレット７３位置とセパレータ搬送パレット６６位置との間を自走するローダ７６と、ローダ７６に配置した昇降装置７７と、昇降装置７７に配置したスポンジタイプの吸着パッド７２とで構成している。そして、コンベアチェーン６４によりセパレータ搬送パレット６６がステージ２２に入場する毎に、セパレータ供給パレット７３からセパレータ搬送パレット６６にセパレータ７を移載する。セパレータ搬送パレット６６は、移載されたセパレータ７を、スポンジタイプの吸着パッド７２により吸着保持する。なお、移載装置７４としては、図示したものに限られず、例えば、移載ロボットであってもよい。

前記シール剤塗布ステージ２２は、ＭＥＡ搬送装置２の両側の前記セパレータコンベア２０において、ＭＥＡ搬送装置２とは離れた部分のラインサイドに夫々設置され、図１３に示すように、コンベアチェーン６４のセパレータ搬送パレット６６で搬送されるセパレータ７の周縁部分およびマニホールドの周囲にシール剤を塗布する塗布ノズル７８を備える。

前記塗布ノズル７８は、Ｘ−Ｙロボット７９上に設置した昇降シリンダ８０により昇降可能に配置され、Ｘ−Ｙロボット７９の動作と合わせてＸＹＺ方向に移動可能であり、塗布ノズル待機キャップ８１と係合した待機位置と、セパレータ７上に移動してシール剤を塗布する動作位置とを備える。塗布ノズル７８には、カートリッジ８２入りのシール剤を図外の圧送ポンプにより一次配管８４を経由して定流量装置８５に供給し、定流量装置８５により計量したシール剤が２次配管８６を経由して供給されるよう構成している。

そして、コンベアチェーン６４によりセパレータ搬送パレット６６がステージ２２に入場する毎に、塗布ノズル７８を動作位置に移動させ、Ｘ−Ｙロボット７９および昇降シリンダ８０を作動させ、定流量装置８５を作動させてシール剤を導入して、セパレータ７の該当部分にシール剤を塗布し、塗布終了後に塗布ノズル７８を待機位置に復帰移動する。シール剤が塗布されたセパレータ搬送パレット６６上のセパレータ７は、コンベアチェーン６４によりセパレータ組付ステージ２３へ搬送される。

前記セパレータ組付ステージ２３は、図１４に示すように、ＭＥＡ搬送装置２の両側に配置した前記セパレータコンベア２０のＭＥＡ搬送装置２と並行する部分に夫々設置され、可動状態となっているパレット保持ガイド７１Ａを待機位置（２点鎖線位置）と動作位置（実線位置）との間で移動させるセパレータ搬送パレット６６の起立シリンダ８７を備える。

前記起立シリンダ８７が収縮された待機位置においては、セパレータ搬送パレット６６は２点鎖線で図示する水平位置に待機している。動作信号が入力されると、起立シリンダ８７が動作位置に伸長され、セパレータ搬送パレット６６は実線図示のように、ピン６８回りに回動されて左右で夫々垂直状態となり、保持するセパレータ７をＭＥＡ搬送装置２のＭＥＡフィルム１上のＧＤＬ６と対面させる。即ち、セパレータ７でＧＤＬ６付きのＭＥＡフィルム１を挟むように位置する。セパレータ７のＭＥＡフィルム１と対面する周縁部分には、前記したように、塗布されたシール剤が半乾燥の状態となっている。

その後、保持アーム６９の先端側の伸縮シリンダ７０を左右で夫々伸長し、保持するセパレータ７によりＭＥＡフィルム１およびＧＤＬ６を加圧状態で挟みつけ、その状態が維持される。セパレータ７のガス流路が形成された部分はＧＤＬ６と接合し、セパレータ７周縁部分に塗布されたシール剤はＧＤＬ６周囲のＭＥＡフィルム１と接触してセパレータ７・ＭＥＡフィルム１同士をシール剤で接着させる。

ＭＥＡ搬送装置２およびセパレータ搬送装置４の同期した搬送により進み、セパレータ搬送パレット６６の保持アーム６９が、セパレータ搬送パレット６６を起立位置に保持する固定状態のパレット保持ガイド７１Ｂに係合した段階で、左右で夫々起立シリンダ８７が収縮されて、今までセパレータ搬送パレット６６を起立状態に保持していたパレット保持ガイド７１Ａは２点鎖線で示す待機位置に復帰し、代わりに、新たに係合したパレット保持ガイド７１Ｂがセパレータ搬送パレット６６を起立状態に維持し、加圧状態の燃料電池セルを乾燥ステージ２４に搬送させる。

前記乾燥ステージ２４は、図１５に示すように、ＭＥＡ搬送装置２の両側に配置した前記セパレータコンベア２０のＭＥＡ搬送装置２と並行する部分を取囲む乾燥炉ブース８８内に設置され、セパレータ搬送パレット６６同士で保持したセパレータ７、ガス拡散層６およびＭＥＡフィルム１からなる燃料電池セルを、両側から加熱する遠赤外線ヒータ８９Ａおよび上方から加熱する遠赤外線ヒータ８９Ｂを備える。

セパレータ搬送パレット６６同士で加圧保持された燃料電池セルは、これらのヒータ８９で加熱されることによりシール剤が固化すると共に、ＭＥＡフィルム１とＧＤＬ６およびセパレータ７が一体化して接合され、燃料電池セルとして完成する。乾燥炉ブース８８内の温度は、約８０℃〜２００℃の範囲のいずれかの温度に維持されている。

乾燥炉ブース８８を通過後においては、パレット保持ガイド７１ＢがＭＥＡ搬送装置２から徐々に遠ざかるよう配置されており、セパレータ搬送パレット６６が徐々にＭＥＡ搬送装置２に保持された燃料電池セルから離れ、燃料電池セルはＭＥＡ搬送装置２に保持された状態で下流に搬送され、引出しローラ１５を通過後に図示しないカッタによりＭＥＡフィルム１から離脱される。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）保護シート８と共にシート状に展開して燃料電池セルの製造装置に供給する電解質膜１であり、電解質膜１の少なくとも一方の縁部分に搬送ローラ３２の送り突起に順次係合する搬送穴１０と、所定の間隔をもって設けられ、触媒層１２、ガス拡散層６、セパレータ７の少なくとも一つを電解質膜１に接合させる際の位置決め用の位置決めマーク１１と、を備えるため、位置決めマーク１１を基準として、触媒１２やガス拡散層６およびセパレータ７を電解質膜１上に高い位置精度で組付けることができる。

（イ）図４に示す電解質膜１は、電解質膜１の保護シート８は、燃料電池セルとして組立完了時に分離される中央部分８Ａと搬送ローラ３２に係合する搬送穴１０を備える縁部分８Ｂとに分割して貼付けられ、前記中央部分に貼付けた保護シート８Ａを剥離して燃料電池セルの製造装置に供給することにより、搬送穴１０を備える縁部分に貼付いた保護シート８Ｂが電解質膜１上に残り、搬送時に電解質膜１（ＭＥＡフィルム）に加えられる負荷により搬送穴１０が破損するのを防止でき、搬送される電解質膜１（ＭＥＡフィルム）の伸びを防止することができ、電解質膜１（ＭＥＡフィルム）の位置決め精度を向上できる。

（ウ）電解質膜１は、位置決めマーク１１に対応して触媒をコーティングした触媒層１２を中央部分に備えることにより、ガス拡散層６の構成を簡単化でき、ガス拡散層６のハンドリングも簡単化される。

（エ）ガス拡散層６の電解質膜１への接合手段は、保護シート８剥離後の電解質膜１を搬送する電解質膜搬送手段２と同期してガス拡散層６を並行させて搬送するガス拡散層搬送手段３と、搬送中のガス拡散層６を電解質膜１に組付けるガス拡散層組付手段１８と、電解質膜１へ組付けたガス拡散層６を電解質膜１へ押圧接合させるプレス手段１９と、を備えていることにより、電解質膜１とガス拡散層６とが並行して搬送されるため、両者の組付けおよびプレスを各搬送手段２、３を停止させることなく作動させることができる。

（オ）セパレータ７の電解質膜１への接合手段は、保護シート８剥離後の電解質膜１を搬送する電解質膜搬送手段２と同期してセパレータ７を搬送するセパレータ搬送手段４と、搬送中のセパレータ７を電解質膜１に組付けるセパレータ組付手段２３と、電解質膜１へセパレータ７を組付けた状態で加熱する乾燥手段２４と、を備えていることにより、電解質膜１とセパレータ７とが並行して搬送されるため、両者の組付けおよび乾燥を各搬送手段２、４を停止させることなく作動させることができる。

（第２実施形態）
図１６は、本発明を適用した燃料電池セルの製造方法の第２実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、セパレータを搬送する搬送フィルムにも搬送ローラと係合する搬送穴を備えるようにして、ＭＥＡフィルムと搬送フィルムとの搬送穴同士により両者を同期して搬送しつつ接合させるようにしたものである。なお、図１〜図１５と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図１６において、燃料電池セルの製造装置は、ＭＥＡ搬送装置２と、ＭＥＡ搬送装置２の両側に配置した一対のセパレータ搬送装置４とを備える。ＭＥＡ搬送装置２は、リール３０にロール状に巻付けたＭＥＡフィルム１をシート状に延ばして、セパレータ位置決めステージ９０およびセパレータ圧着ステージ９１へ搬送するようにしている。

左右のセパレータ搬送装置４は、搬送ローラ３２と係合する搬送穴１０Ａを備える搬送フィルム１Ａ上にセパレータ７を所定ピッチで固定して備え、搬送ローラ３２外周に設けた突起に搬送穴１０Ａを係合させることにより、シール剤塗布ステージ９３を経由させた後、セパレータ位置決めステージ９０およびセパレータ圧着ステージ９１へ夫々セパレータ７を搬送するようにしている。

前記セパレータ位置決めステージ９０では、ＭＥＡフィルム１の搬送穴１０と両側のセパレータ７搬送フィルム１Ａの搬送穴１０Ａとに同時に搬送ローラ３２Ａの係合突起を係合させることにより、ＭＥＡフィルム１の両面にコーティングした触媒層１２と両側のセパレータ７との位置決めを行うようにしている。

前記セパレータ圧着ステージ９１では、両側のセパレータ７でＭＥＡフィルム１を挟んだ状態で、熱圧着ローラ９４により両側から加熱状態でセパレータ７とＭＥＡフィルム１とを一体的に接合させ、燃料電池セルを完成させる。その後、図示しないカッタにより完成した燃料電池セルをＭＥＡフィルム１から分離させる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（カ）保護シート８と共にシート状に展開して燃料電池セルの製造装置に供給する電解質膜１の少なくとも一方の縁部分に搬送ローラ３２の送り突起に順次係合する搬送穴１０を設ける一方、セパレータ７（若しくは、ガス拡散層）を搬送する搬送フィルム１Ａにも搬送ローラ３２の送り突起に順次係合する搬送穴１０Ａを設け、両搬送穴１０、１０Ａを基準として、セパレータ７（若しくは、ガス拡散層６）とＭＥＡフィルム１とを位置決めして組付け、接合させるため、触媒やガス拡散層およびセパレータ７を電解質膜１上に高い位置精度で接合することができる。

本発明の一実施形態を示す燃料電池セルの製造装置の全体構成の斜視図。同じく燃料電池セルの製造装置の制御ブロック図。供給する電解質膜（ＭＥＡフィルム）の第１実施例の斜視図。供給する電解質膜（ＭＥＡフィルム）の第２実施例の斜視図。ＭＥＡフィルム供給ステージの平面図。ＭＥＡフィルム供給ステージの側面図。ＧＤＬ供給コンベアの部分平面図。ＧＤＬ供給ステージの側面図（Ａ）および図７のＡ矢視図（Ｂ）。ＧＤＬ組付ステージの断面図。ＧＤＬプレスステージの断面図。セパレータ供給コンベアの部分平面図。セパレータ供給ステージの側面図（Ａ）および図１１のＢ矢視図（Ｂ）。シール剤塗布ステージの側面図。セパレータ組付ステージの断面図。乾燥ステージの断面図。本発明の第２実施形態を示す燃料電池セルの製造装置の全体構成の概略図。

符号の説明

１電解質膜、ＭＥＡフィルム
２電解質膜搬送装置、ＭＥＡ搬送装置
３ガス拡散層搬送装置、ＧＤＬ搬送装置
４セパレータ搬送装置
５コントローラ
６ガス拡散層、ＧＤＬ
７セパレータ
８保護シート
９リール
１０搬送穴
１１位置決めマーク
１２触媒層

Claims

あらかじめ一定の間隔で形成された触媒層を備えると共に少なくとも一方の縁部分に搬送穴を一定間隔で列状に形成したリールに巻かれた電解質膜を、シート状に展開して搬送穴に順次係合する送り突起を外周に備えた第１の搬送ローラの回転により送出す工程と、
あらかじめ前記触媒層と同じ間隔でセパレータ若しくはガス拡散層を貼付け、少なくとも一方の縁部分に前記電解質膜の搬送穴と同一間隔の搬送穴を備える一対の搬送フィルムを、搬送穴に順次係合する送り突起を外周に備えた第２の搬送ローラの回転により前記送出された電解質膜の両側に送出す工程と、
前記一対の搬送フィルムで前記電解質膜を挟んだ状態で、第３の搬送ローラの外周に形成した係合突起を電解質膜の搬送穴と搬送フィルムの搬送穴に同時に係合させて両搬送穴を基準として、セパレータ若しくはガス拡散層と電解質膜とを位置決めして、接合させる工程と、を備えることを特徴とする燃料電池セルの製造方法。