JP6352727B2 - Membrane / catalyst layer assembly manufacturing apparatus and manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、電解質膜上に触媒層を形成した燃料電池の膜・触媒層接合体の製造装置および製造方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly of a fuel cell in which a catalyst layer is formed on an electrolyte membrane.

近年、自動車、家庭用、携帯電話などの駆動電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料に含まれる水素(H)と空気中の酸素(O)との電気化学反応によって電力を作り出す発電システムであり、発電効率が高く環境への負荷も軽いという特長を有する。 In recent years, fuel cells have attracted attention as drive power sources for automobiles, homes, mobile phones and the like. A fuel cell is a power generation system that generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen (H 2 ) contained in fuel and oxygen (O 2 ) in the air, and has a feature of high power generation efficiency and light environmental load. .

燃料電池には、使用する電解質によって幾つかの種類が存在しているが、そのうちの一つに電解質としてイオン交換膜(電解質膜)を用いた固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer electrolyte fuel cell)がある。固体高分子形燃料電池は、常温での動作および小型軽量化が可能であるため、自動車や携帯機器への適用が期待されている。   There are several types of fuel cells depending on the electrolyte used, one of which is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) using an ion exchange membrane (electrolyte membrane) as the electrolyte. ) Since the polymer electrolyte fuel cell can operate at room temperature and can be reduced in size and weight, it is expected to be applied to automobiles and portable devices.

固体高分子形燃料電池は、一般的には複数のセルを積層して構成されている。1つのセル(単セル)は、膜・電極接合体(MEA:Membrane-Electrode-Assembly)の両側を一対のセパレータで挟み込んで構成されている。膜・電極接合体は、電解質の薄膜(高分子電解質膜)の両面に触媒層を形成した膜・触媒層接合体(CCM:Catalyst-coated membrane)の両側にさらにガス拡散層を配置したものである。高分子電解質膜を挟んで両側に配置された触媒層とガス拡散層とで一対の電極層が構成され、そのうちの一方がアノード電極であり、他方がカソード電極である。アノード電極に水素を含む燃料ガスが接触するとともに、カソード電極に空気が接触することにより電気化学反応によって電力が作り出される。   A polymer electrolyte fuel cell is generally configured by stacking a plurality of cells. One cell (single cell) is configured by sandwiching both sides of a membrane-electrode assembly (MEA) with a pair of separators. A membrane / electrode assembly is a membrane-catalyst-coated membrane (CCM) with a catalyst layer formed on both sides of an electrolyte thin film (polymer electrolyte membrane) and gas diffusion layers on both sides. is there. A catalyst layer and a gas diffusion layer disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane constitute a pair of electrode layers, one of which is an anode electrode and the other is a cathode electrode. When the fuel gas containing hydrogen contacts the anode electrode and air contacts the cathode electrode, electric power is generated by an electrochemical reaction.

このような膜・触媒層接合体は、典型的には電解質膜の表面に白金(Pt)を含む触媒粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた触媒インク(電極ペースト)を塗工し、その触媒インクを乾燥させることによって作成される。ところが、電解質膜は触媒インクに含まれる溶媒や雰囲気中の水分を容易に吸収して膨潤・収縮を生じ易いという性質を有している。このため、触媒インクを塗工して乾燥するときに電解質膜に皺やピンホールが発生するという問題があった。電解質膜に皺やピンホールが発生すると燃料電池の発電性能が低下することとなる。   Such a membrane / catalyst layer assembly is typically coated with a catalyst ink (electrode paste) in which catalyst particles containing platinum (Pt) are dispersed in a solvent such as alcohol on the surface of an electrolyte membrane. It is created by drying the catalyst ink. However, the electrolyte membrane has the property that it easily absorbs the solvent contained in the catalyst ink and the moisture in the atmosphere, and easily swells and shrinks. For this reason, there has been a problem that wrinkles and pinholes are generated in the electrolyte membrane when the catalyst ink is applied and dried. If soot or pinholes occur in the electrolyte membrane, the power generation performance of the fuel cell will be reduced.

このような問題を解決するために、特許文献1には、吸引加熱ローラによって電解質膜を吸引しつつ搬送し、その電解質膜に塗布された触媒インクを直ちに加熱して乾燥することにより、電解質膜の変形を抑制する技術が開示されている。また、特許文献2にも、ローラに吸着した電解質膜に触媒インクをスプレー塗布し、その触媒インクをローラによる加熱によって乾燥する技術が開示されている。さらに、特許文献3には、一方面に形状保持フィルムが貼り付けられた電解質膜をバックアップローラに懸架して当該電解質膜の他方面に触媒インクを塗布し、触媒インクの乾燥後に触媒層が形成された電解質の他方面にも形状保持フィルムを貼り付けることによって電解質膜に皺が発生するのを防止することが開示されている。   In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses that an electrolyte membrane is conveyed while being sucked by a suction heating roller, and the catalyst ink applied to the electrolyte membrane is immediately heated and dried. A technique for suppressing the deformation of is disclosed. Patent Document 2 also discloses a technique of spraying a catalyst ink on an electrolyte membrane adsorbed on a roller and drying the catalyst ink by heating with a roller. Further, in Patent Document 3, an electrolyte membrane having a shape-retaining film attached to one surface is suspended on a backup roller, and a catalyst ink is applied to the other surface of the electrolyte membrane, and a catalyst layer is formed after the catalyst ink is dried. It has been disclosed that wrinkles are prevented from occurring in the electrolyte membrane by sticking a shape-retaining film to the other surface of the electrolyte.

特開2001−70863号公報JP 2001-70863 A 特開2004−351413号公報JP 2004-351413 A 特開2011−165460号公報JP 2011-165460 A

しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示される技術では、ローラによって電解質膜を吸着した状態で触媒インクを塗工しているため、塗工時の電解質膜の膨潤による変形は防ぐことができるものの、塗工後にローラから電解質膜が離れたときには触媒インクの溶媒の吸収およびインクの乾燥によって膨潤・収縮が生じるおそれがある。また、特許文献3に開示される技術では、電解質膜を単にバックアップローラに懸架しているだけであるため、膨潤の程度が大きい溶剤を使用した触媒インクを塗工した場合には塗工時に電解質膜が形状保持フィルムからずれて変形するおそれがある。すなわち、いずれにおいても、膜・触媒層接合体の製造時に電解質膜の変形が生じる可能性があった。   However, in the techniques disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, since the catalyst ink is applied in a state where the electrolyte membrane is adsorbed by the roller, deformation due to swelling of the electrolyte membrane during coating can be prevented. However, when the electrolyte membrane is separated from the roller after coating, swelling and shrinkage may occur due to absorption of the solvent of the catalyst ink and drying of the ink. Further, in the technique disclosed in Patent Document 3, since the electrolyte membrane is merely suspended on the backup roller, when a catalyst ink using a solvent having a large degree of swelling is applied, the electrolyte is applied at the time of application. There is a possibility that the film may be displaced from the shape-retaining film and deformed. That is, in any case, the electrolyte membrane may be deformed during the production of the membrane / catalyst layer assembly.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、塗工時以降の搬送全体にわたって電解質膜の変形を抑制することができる膜・触媒層接合体の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made in view of the said subject, and provides the manufacturing apparatus and manufacturing method of a membrane-catalyst layer assembly which can suppress a deformation | transformation of an electrolyte membrane over the whole conveyance after the time of coating. Objective.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、燃料電池の膜・触媒層接合体の製造装置において、帯状の電解質膜を外周面に吸着して支持する吸着ローラと、前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工手段と、前記吸着ローラの外周面の一部を覆うように設けられ、前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥手段と、前記吸着ローラに向けて帯状の第1支持部材を供給する供給手段と、前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材を重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとの間で挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせるラミネートローラと、前記ラミネートローラを温調する温調手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is directed to an apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly of a fuel cell, an adsorption roller that adsorbs and supports a belt-shaped electrolyte membrane on an outer peripheral surface, and adsorbs to the adsorption roller. A coating means for coating a coating liquid on one side of the electrolyte membrane supported and conveyed, and a coating means provided on one side of the electrolyte membrane, so as to cover a part of the outer peripheral surface of the adsorption roller A drying means for drying the applied coating solution to form a catalyst layer; a supply means for supplying a belt-like first support member toward the adsorption roller; and an electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed. A laminated roller in which the first support member is superposed on the surface and sandwiched between the adsorption roller and the first support member is bonded to one surface of the electrolyte membrane; and a temperature for adjusting the temperature of the laminate roller. that includes a control means, the And features.

また、請求項の発明は、請求項の発明に係る膜・触媒層接合体の製造装置において、前記温調手段は、前記ラミネートローラを常温以上、前記触媒層に含有されるアイオノマーのガラス転移点以下に温調することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly according to the invention of claim 1 , wherein the temperature control means is a glass of ionomer contained in the catalyst layer at the normal temperature or more at the laminating roller. The temperature is controlled below the transition point.

また、請求項の発明は、燃料電池の膜・触媒層接合体の製造装置において、帯状の電解質膜を外周面に吸着して支持する吸着ローラと、前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工手段と、前記吸着ローラの外周面の一部を覆うように設けられ、前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥手段と、前記吸着ローラに向けて帯状の第1支持部材を供給する供給手段と、前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材を重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとの間で挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせるラミネートローラと、前記電解質膜の一方面に貼り合わされた帯状の第2支持部材を剥離して前記電解質膜を前記吸着ローラに供給する剥離手段と、を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly of a fuel cell, wherein an adsorption roller that adsorbs and supports a belt-shaped electrolyte membrane on an outer peripheral surface, and is adsorbed and supported by the adsorption roller. Coating means for coating a coating solution on one surface of the electrolyte membrane, and the coating applied to one surface of the electrolyte membrane, provided to cover a part of the outer peripheral surface of the adsorption roller Drying means for drying the liquid to form a catalyst layer; supply means for supplying a belt-like first support member toward the adsorption roller; and the first membrane on one surface of the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed. A laminating roller in which a laminated body in which a supporting member is superposed is sandwiched between the adsorption roller and the first supporting member is bonded to one surface of the electrolyte membrane, and a strip-shaped first bonded to one surface of the electrolyte membrane. 2 Peel off the support member Characterized in that it comprises a peeling unit supplying film to the suction roller, the.

また、請求項の発明は、請求項3の発明に係る膜・触媒層接合体の製造装置において、前記供給手段は、前記剥離手段が剥離した前記第2支持部材を前記第1支持部材として供給することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly according to the third aspect of the invention, the supply means uses the second support member peeled off by the peeling means as the first support member. It is characterized by supplying .

また、請求項の発明は、請求項1から請求項4のいずれかの発明に係る膜・触媒層接合体の製造装置において、前記ラミネートローラと前記吸着ローラとによって前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材が貼り合わされた膜・触媒層接合体を巻き取る巻取ローラをさらに備えることを特徴とする。 Further, the invention of claim 5 is the membrane / catalyst layer assembly manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the laminating roller and the adsorption roller are provided on one surface of the electrolyte membrane. A winding roller for winding the membrane / catalyst layer assembly to which the first support member is bonded is further provided .

また、請求項の発明は、燃料電池の膜・触媒層接合体の製造方法において、吸着ローラの外周面に帯状の電解質膜を吸着して支持する吸着支持工程と、前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工工程と、前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥工程と、前記吸着ローラに向けて供給された帯状の第1支持部材を前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとラミネートローラとの間に挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせる貼付工程と、前記ラミネートローラを温調する温調工程と、を備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a membrane / catalyst layer assembly of a fuel cell, wherein an adsorption supporting step of adsorbing and supporting a belt-like electrolyte membrane on the outer peripheral surface of the adsorption roller; And a coating step of applying a coating liquid on one side of the electrolyte membrane to be conveyed, and a drying step of drying the coating solution applied on one side of the electrolyte membrane to form a catalyst layer And a laminated body in which the belt-shaped first support member supplied toward the adsorption roller is superposed on one surface of the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed is sandwiched between the adsorption roller and the lamination roller. A sticking step of sticking the first support member to one surface of the electrolyte membrane and a temperature adjusting step of adjusting the temperature of the laminating roller are provided.

また、請求項の発明は、請求項の発明に係る膜・触媒層接合体の製造方法において、前記温調工程では、前記ラミネートローラを常温以上、前記触媒層に含有されるアイオノマーのガラス転移点以下に温調することを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the method for producing a membrane / catalyst layer assembly according to claim 6 , wherein, in the temperature adjustment step, the glass of ionomer contained in the catalyst layer at the normal temperature or higher at the laminating roller. The temperature is controlled below the transition point.

また、請求項の発明は、燃料電池の膜・触媒層接合体の製造方法において、吸着ローラの外周面に帯状の電解質膜を吸着して支持する吸着支持工程と、前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工工程と、前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥工程と、前記吸着ローラに向けて供給された帯状の第1支持部材を前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとラミネートローラとの間に挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせる貼付工程と、前記電解質膜の一方面に貼り合わされた帯状の第2支持部材を剥離して前記電解質膜を前記吸着ローラに供給する剥離工程と、を備えることを特徴とする。 According to a eighth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel cell membrane / catalyst layer assembly, an adsorption support step of adsorbing and supporting a belt-like electrolyte membrane on the outer peripheral surface of the adsorption roller, and an adsorption support on the adsorption roller. And a coating step of applying a coating liquid on one side of the electrolyte membrane to be conveyed, and a drying step of drying the coating solution applied on one side of the electrolyte membrane to form a catalyst layer And a laminated body in which the belt-shaped first support member supplied toward the adsorption roller is superposed on one surface of the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed is sandwiched between the adsorption roller and the lamination roller. An affixing step of adhering the first support member to one surface of the electrolyte membrane, and an exfoliation for peeling the strip-shaped second support member affixed to the one surface of the electrolyte membrane and supplying the electrolyte membrane to the adsorption roller further comprising the step, And features.

また、請求項の発明は、請求項8の発明に係る膜・触媒層接合体の製造方法において、前記剥離工程にて剥離された前記第2支持部材を前記貼付手段にて前記第1支持部材として使用することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the method of manufacturing a membrane / catalyst layer assembly according to the invention of claim 8, wherein the second support member peeled off in the peeling step is supported by the sticking means. It is used as a member .

また、請求項10の発明は、請求項6から請求項9のいずれかの発明に係る膜・触媒層接合体の製造方法において、前記貼付工程にて前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材が貼り合わされた膜・触媒層接合体を巻取ローラに巻き取る巻取工程をさらに備えることを特徴とする。 The invention according to claim 10 is the method for producing a membrane / catalyst layer assembly according to any one of claims 6 to 9, wherein the first support is provided on one surface of the electrolyte membrane in the attaching step. The film-catalyst layer assembly to which the member is bonded is further provided with a winding step of winding the wound body around a winding roller .

請求項1から請求項の発明によれば、吸着ローラに吸着支持されて搬送される電解質膜の一方面に塗工液を塗工し、その塗工液を乾燥させて触媒層を形成し、さらにその一方面に第1支持部材を貼り合わせるため、塗工液の塗工時以降は電解質膜が吸着ローラおよび第1支持部材によって連続的に支持されることとなり、塗工時以降の搬送全体にわたって電解質膜の変形を抑制することができる。 According to the first to fifth aspects of the present invention, the coating liquid is applied to one surface of the electrolyte membrane that is supported by the suction roller and conveyed, and the coating liquid is dried to form the catalyst layer. Furthermore, in order to bond the first support member to the one surface, the electrolyte membrane is continuously supported by the suction roller and the first support member after the application of the coating liquid, and the conveyance after the application is performed. Deformation of the electrolyte membrane can be suppressed throughout.

特に、請求項の発明によれば、ラミネートローラを温調しているため、第1支持部材を電解質膜に確実に貼り合わせることができる。 In particular, according to the first aspect of the invention, since the temperature of the laminating roller is controlled, the first support member can be reliably bonded to the electrolyte membrane.

特に、請求項の発明によれば、ラミネートローラを常温以上、触媒層に含有されるアイオノマーのガラス転移点以下に温調するため、触媒層と第1支持部材との付着を防止することができる。 In particular, according to the invention of claim 2, since the temperature of the laminating roller is controlled to a temperature above normal temperature and below the glass transition point of the ionomer contained in the catalyst layer, adhesion between the catalyst layer and the first support member can be prevented. it can.

特に、請求項の発明によれば、電解質膜の一方面に第1支持部材が貼り合わされた膜・触媒層接合体を巻き取る巻取ローラをさらに備えるため、電解質膜を密閉状態で保管することができ、電解質膜の変形を防止することができる。 In particular, according to the invention of claim 5 , the electrolyte membrane is stored in a hermetically sealed state, further comprising a winding roller for winding the membrane / catalyst layer assembly in which the first support member is bonded to one surface of the electrolyte membrane. And deformation of the electrolyte membrane can be prevented.

請求項から請求項10の発明によれば、吸着ローラに吸着支持されて搬送される電解質膜の一方面に塗工液を塗工し、その塗工液を乾燥させて触媒層を形成し、さらにその一方面に第1支持部材を貼り合わせるため、塗工液の塗工時以降は電解質膜が吸着ローラおよび第1支持部材によって連続的に支持されることとなり、塗工時以降の搬送全体にわたって電解質膜の変形を抑制することができる。 According to the inventions of claims 6 to 10 , the coating liquid is applied to one surface of the electrolyte membrane which is supported by the adsorption roller and conveyed, and the coating liquid is dried to form a catalyst layer. Furthermore, in order to bond the first support member to the one surface, the electrolyte membrane is continuously supported by the suction roller and the first support member after the application of the coating liquid, and the conveyance after the application is performed. Deformation of the electrolyte membrane can be suppressed throughout.

特に、請求項の発明によれば、ラミネートローラを温調しているため、第1支持部材を電解質膜に確実に貼り合わせることができる。 In particular, according to the invention of claim 6, since the temperature of the laminating roller is controlled, the first support member can be reliably bonded to the electrolyte membrane.

特に、請求項の発明によれば、ラミネートローラを常温以上、触媒層に含有されるアイオノマーのガラス転移点以下に温調するため、触媒層と第1支持部材との付着を防止することができる。
In particular, according to the invention of claim 7, since the temperature of the laminating roller is controlled at a room temperature or higher and below the glass transition point of the ionomer contained in the catalyst layer, adhesion between the catalyst layer and the first support member can be prevented. it can.

特に、請求項10の発明によれば、電解質膜の一方面に第1支持部材が貼り合わされた膜・触媒層接合体を巻取ローラに巻き取るため、電解質膜を密閉状態で保管することができ、電解質膜の変形を防止することができる。   In particular, according to the invention of claim 10, in order to wind up the membrane / catalyst layer assembly in which the first support member is bonded to one surface of the electrolyte membrane on the winding roller, the electrolyte membrane can be stored in a sealed state. And deformation of the electrolyte membrane can be prevented.

本発明に係る膜・触媒層接合体の製造装置の全体構成を示す側面図である。It is a side view which shows the whole structure of the manufacturing apparatus of the membrane-catalyst layer assembly based on this invention. 吸着ローラ近傍の斜視図である。It is a perspective view of a suction roller vicinity. 吸着ローラおよび乾燥炉の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an adsorption | suction roller and a drying furnace. 吸着ローラおよび乾燥炉の正面図である。It is a front view of a suction roller and a drying furnace. 製造装置において膜・触媒層接合体が製造される手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure in which a membrane / catalyst layer assembly is manufactured in a manufacturing apparatus. 電解質膜巻出ローラから巻き出される時点での電解質膜の断面図である。It is sectional drawing of an electrolyte membrane at the time of unwinding from an electrolyte membrane unwinding roller. 電解質膜の表面に形成された触媒層を示す図である。It is a figure which shows the catalyst layer formed in the surface of an electrolyte membrane. 剥離ローラによってバックシートを剥離して電解質膜を吸着ローラに吸着させる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a back sheet is peeled with a peeling roller, and an electrolyte membrane is made to adsorb | suck to an adsorption | suction roller. 電解質膜に触媒インクが間欠塗工された状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the catalyst ink was intermittently applied to the electrolyte membrane. 触媒インクが間欠塗工された電解質膜の断面図である。It is sectional drawing of the electrolyte membrane in which the catalyst ink was intermittently applied. 表裏両面に触媒層が形成された電解質膜の断面図である。It is sectional drawing of the electrolyte membrane in which the catalyst layer was formed in both front and back. 電解質膜の塗工面に支持フィルムを貼り合わせるラミネート処理の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the lamination process which bonds a support film on the coating surface of an electrolyte membrane. 支持フィルムが貼り合わされた電解質膜の断面図である。It is sectional drawing of the electrolyte membrane in which the support film was bonded together.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る膜・触媒層接合体の製造装置1の全体構成を示す側面図である。この膜・触媒層接合体の製造装置1は、帯状の薄膜である電解質膜2に触媒インク(電極ペースト)を塗工し、その触媒インクを乾燥させて電解質膜2上に触媒層を形成して固体高分子形燃料電池用の膜・触媒層接合体を製造する装置である。なお、図1および以降の各図には、それらの方向関係を明確にするためZ軸方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を適宜付している。また、図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。   FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of a membrane / catalyst layer assembly manufacturing apparatus 1 according to the present invention. In this membrane / catalyst layer assembly manufacturing apparatus 1, a catalyst ink (electrode paste) is applied to an electrolyte membrane 2, which is a strip-shaped thin film, and the catalyst ink is dried to form a catalyst layer on the electrolyte membrane 2. This is an apparatus for producing a membrane / catalyst layer assembly for a polymer electrolyte fuel cell. In addition, in FIG. 1 and each figure after that, in order to clarify those directional relationships, an XYZ orthogonal coordinate system in which the Z-axis direction is a vertical direction and the XY plane is a horizontal plane is appropriately attached. Further, in FIG. 1 and the subsequent drawings, the dimensions and numbers of the respective parts are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.

製造装置1は、主たる要素として、電解質膜2からバックシート6を剥離する剥離部10と、電解質膜2を吸着支持して搬送する吸着ローラ20と、電解質膜2の表面に触媒インクを塗工する塗工ノズル30と、塗工された触媒インクを加熱して乾燥させる乾燥炉40と、乾燥工程を経た電解質膜2に支持フィルムを貼り合わせる貼付部50と、を備える。また、製造装置1は、装置全体を管理する制御部90を備える。   The production apparatus 1 mainly includes a peeling unit 10 that peels the back sheet 6 from the electrolyte membrane 2, an adsorption roller 20 that adsorbs and supports the electrolyte membrane 2, and a catalyst ink applied to the surface of the electrolyte membrane 2. A coating nozzle 30 for heating, a drying furnace 40 for heating and drying the coated catalyst ink, and a pasting unit 50 for pasting the support film to the electrolyte membrane 2 that has undergone the drying process. In addition, the manufacturing apparatus 1 includes a control unit 90 that manages the entire apparatus.

剥離部10は剥離ローラ11を備える。また、製造装置1は、電解質膜巻出ローラ12、バックシート巻取ローラ14およびテンション検知ローラ13,15を備える。電解質膜巻出ローラ12は図示省略のモータによって連続的に回転される。電解質膜巻出ローラ12にはバックシート6付きの電解質膜2が巻回されており、電解質膜巻出ローラ12はそのバックシート6付きの電解質膜2を連続的に送り出す。   The peeling unit 10 includes a peeling roller 11. The manufacturing apparatus 1 also includes an electrolyte membrane unwinding roller 12, a back sheet winding roller 14, and tension detection rollers 13 and 15. The electrolyte membrane unwinding roller 12 is continuously rotated by a motor (not shown). An electrolyte membrane 2 with a back sheet 6 is wound around the electrolyte membrane unwinding roller 12, and the electrolyte membrane unwinding roller 12 continuously sends out the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6.

電解質膜巻出ローラ12から送り出されたバックシート6付きの電解質膜2は、テンション検知ローラ13に懸架され、剥離ローラ11によって吸着ローラ20に押し付けられる。剥離ローラ11は、弾性体のローラであり、図示を省略するシリンダーによって吸着ローラ20の外周面から所定の間隔を隔てた位置に近接支持されている。剥離ローラ11と吸着ローラ20の外周面との間隔は、バックシート6付き電解質膜2の厚さよりも小さい。従って、バックシート6付き電解質膜2が剥離ローラ11と吸着ローラ20との間を通過するときに、電解質膜2が吸着ローラ20に押し付けられる。剥離ローラ11がバックシート6付き電解質膜2を吸着ローラ20に押し付ける力は、上記のシリンダーによって剥離ローラ11と吸着ローラ20との間隔を調整することによって制御される。   The electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 sent out from the electrolyte membrane unwinding roller 12 is suspended on the tension detection roller 13 and pressed against the suction roller 20 by the peeling roller 11. The peeling roller 11 is an elastic roller, and is closely supported at a position spaced apart from the outer peripheral surface of the suction roller 20 by a cylinder (not shown). The distance between the peeling roller 11 and the outer peripheral surface of the suction roller 20 is smaller than the thickness of the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6. Therefore, the electrolyte membrane 2 is pressed against the adsorption roller 20 when the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 passes between the peeling roller 11 and the adsorption roller 20. The force with which the peeling roller 11 presses the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 against the suction roller 20 is controlled by adjusting the distance between the peeling roller 11 and the suction roller 20 with the cylinder.

剥離ローラ11が電解質膜2を吸着ローラ20に押し付けることによって、電解質膜2は吸着ローラ20の外周面に吸着される。このとき、バックシート6は電解質膜2から剥離され、テンション検知ローラ15に懸架されてバックシート巻取ローラ14に巻き取られる。すなわち、剥離部10の剥離ローラ11は、バックシート6付きの電解質膜2からバックシート6を剥離するとともに、電解質膜2を吸着ローラ20に押し付けて吸着させる役割を担っている。   When the peeling roller 11 presses the electrolyte membrane 2 against the adsorption roller 20, the electrolyte membrane 2 is adsorbed on the outer peripheral surface of the adsorption roller 20. At this time, the back sheet 6 is peeled from the electrolyte membrane 2, suspended on the tension detection roller 15, and taken up by the back sheet take-up roller 14. That is, the peeling roller 11 of the peeling portion 10 has a role of peeling the back sheet 6 from the electrolyte film 2 with the back sheet 6 and pressing the electrolyte film 2 against the suction roller 20 for adsorption.

電解質膜巻出ローラ12から送り出されて剥離ローラ11に至るまでのバックシート付き電解質膜2の張力はテンション検知ローラ13によって検知される。テンション検知ローラ13は、軸に作用する荷重をロードセルによって測定することにより作用する張力を検知する。制御部90は、テンション検知ローラ13によって検知されるバックシート付き電解質膜2の張力が予め設定された値となるように電解質膜巻出ローラ12の回転を制御する。   The tension detection roller 13 detects the tension of the electrolyte membrane 2 with the back sheet from the electrolyte membrane unwinding roller 12 to the peeling roller 11. The tension detection roller 13 detects the applied tension by measuring the load acting on the shaft with the load cell. The control unit 90 controls the rotation of the electrolyte membrane unwinding roller 12 so that the tension of the electrolyte membrane 2 with a back sheet detected by the tension detection roller 13 becomes a preset value.

バックシート巻取ローラ14は、図示省略のモータによって連続的に回転されることにより、バックシート6を連続的に巻き取るとともに、剥離ローラ11にて電解質膜2から剥離されたバックシート6に一定の張力を付与する。バックシート巻取ローラ14がバックシート6に与える張力はテンション検知ローラ15によって検知される。テンション検知ローラ15は、テンション検知ローラ13と同じく、軸に作用する荷重をロードセルによって測定することにより作用する張力を検知する。制御部90は、テンション検知ローラ15によって検知されるバックシート6の張力が予め設定された値となるようにバックシート巻取ローラ14の回転を制御する。   The backsheet take-up roller 14 is continuously rotated by a motor (not shown) to continuously take up the backsheet 6 and is fixed to the backsheet 6 peeled from the electrolyte membrane 2 by the peeling roller 11. Apply tension. The tension applied to the back sheet 6 by the back sheet winding roller 14 is detected by the tension detection roller 15. Similar to the tension detection roller 13, the tension detection roller 15 detects the applied tension by measuring the load acting on the shaft with a load cell. The controller 90 controls the rotation of the backsheet take-up roller 14 so that the tension of the backsheet 6 detected by the tension detection roller 15 becomes a preset value.

図2は、吸着ローラ20近傍の斜視図である。吸着ローラ20は、中心軸がY軸方向に沿うように設置された円柱形状の部材である。吸着ローラ20の大きさは、例えば、高さ(Y軸方向の長さ)が400mmであり、直径が400mm〜1600mmである。吸着ローラ20は、図示省略のモータによってY軸方向に沿った中心軸を回転中心として図2中矢印AR2に示す向きに回転される。   FIG. 2 is a perspective view of the vicinity of the suction roller 20. The suction roller 20 is a cylindrical member that is installed so that the central axis is along the Y-axis direction. The size of the suction roller 20 is, for example, a height (length in the Y-axis direction) of 400 mm and a diameter of 400 mm to 1600 mm. The suction roller 20 is rotated in a direction indicated by an arrow AR2 in FIG. 2 about a central axis along the Y-axis direction as a rotation center by a motor (not shown).

吸着ローラ20は、多孔質カーボンまたは多孔質セラミックスにて形成された多孔質ローラである。多孔質セラミックスとしては、例えばアルミナ(Al)または炭化ケイ素(SiC)の焼結体を用いることができる。多孔質の吸着ローラ20における気孔径は5μm以下であり、気孔率は15%〜50%の範囲内である。また、吸着ローラ20の外周面(円柱の周面)の表面粗さは、Rz(最大高さ)が5μm以下であり、この値は小さいほど好ましい。さらに、回転時の吸着ローラ20の全振れ(回転軸から外周面までの距離の変動)は10μm以下とされている。 The adsorption roller 20 is a porous roller formed of porous carbon or porous ceramics. As the porous ceramic, for example, a sintered body of alumina (Al 2 O 3 ) or silicon carbide (SiC) can be used. The porous adsorption roller 20 has a pore diameter of 5 μm or less and a porosity in the range of 15% to 50%. The surface roughness of the outer peripheral surface (circumferential surface of the cylinder) of the suction roller 20 has an Rz (maximum height) of 5 μm or less, and the smaller this value is, the more preferable. Further, the total runout of the suction roller 20 during rotation (variation in the distance from the rotation shaft to the outer peripheral surface) is set to 10 μm or less.

図3は、吸着ローラ20および乾燥炉40の構成を示す図である。吸着ローラ20の上面および/または底面には吸引口21が設けられている。吸引口21は、図外の吸引機構(例えば、排気ポンプ)によって吸引されて負圧が与えられる。吸着ローラ20は、気孔率が15%〜50%の多孔質であるため、吸引口21に負圧が付与されると、内部の気孔を介して吸着ローラ20の外周面にも所定値の負圧(周辺雰囲気から外周面に吸引する圧力)が均一に作用することとなる。例えば、本実施形態では、吸引口21に90kPa以上の負圧が付与されることによって、吸着ローラ20の外周面には10kPa以上の負圧が均一に作用することとなる。これにより、吸着ローラ20は、電解質膜2を幅方向(Y軸方向)の全域にわたって均等に吸着することができる。   FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the suction roller 20 and the drying furnace 40. A suction port 21 is provided on the upper surface and / or the bottom surface of the suction roller 20. The suction port 21 is sucked by a suction mechanism (for example, an exhaust pump) (not shown) and given a negative pressure. Since the suction roller 20 is porous with a porosity of 15% to 50%, when a negative pressure is applied to the suction port 21, a negative value of a predetermined value is also applied to the outer peripheral surface of the suction roller 20 through the internal pores. The pressure (pressure sucked from the surrounding atmosphere to the outer peripheral surface) acts uniformly. For example, in the present embodiment, by applying a negative pressure of 90 kPa or more to the suction port 21, a negative pressure of 10 kPa or more acts uniformly on the outer peripheral surface of the suction roller 20. Thereby, the adsorption roller 20 can uniformly adsorb the electrolyte membrane 2 over the entire region in the width direction (Y-axis direction).

また、吸着ローラ20には、複数の水冷管22が設けられている。水冷管22は、吸着ローラ20の内部を巡るように均一な配設密度にて設けられている。水冷管22には図外の給水機構から所定温度に温調された恒温水が供給される。水冷管22の内部を流れた恒温水は図外の排液機構へと排出される。水冷管22に恒温水を流すことによって、吸着ローラ20は冷却されることとなる。   The suction roller 20 is provided with a plurality of water cooling tubes 22. The water cooling tubes 22 are provided with a uniform arrangement density so as to go around the inside of the suction roller 20. The water cooling pipe 22 is supplied with constant temperature water whose temperature is adjusted to a predetermined temperature from a water supply mechanism (not shown). The constant temperature water that has flowed through the water cooling pipe 22 is discharged to a drainage mechanism (not shown). The suction roller 20 is cooled by flowing constant temperature water through the water cooling tube 22.

図1,2に戻り、吸着ローラ20の外周面に対向して塗工ノズル30が設けられている。塗工ノズル30は、吸着ローラ20による電解質膜2の搬送方向において、剥離ローラ11よりも下流側に設けられている。塗工ノズル30は、先端((+X)側の端部)にスリット状の吐出口を備えたスリットノズルである。そのスリット状の吐出口の長手方向はY軸方向である。塗工ノズル30は、スリット状の吐出口が吸着ローラ20の外周面から所定間隔を隔てる位置に設けられている。また、塗工ノズル30は、図示しない駆動機構によって吸着ローラ20に対する位置および姿勢が調整可能に設けられている。   Returning to FIGS. 1 and 2, a coating nozzle 30 is provided facing the outer peripheral surface of the suction roller 20. The coating nozzle 30 is provided on the downstream side of the peeling roller 11 in the conveying direction of the electrolyte membrane 2 by the adsorption roller 20. The coating nozzle 30 is a slit nozzle having a slit-like discharge port at the tip (end on the (+ X) side). The longitudinal direction of the slit-like discharge port is the Y-axis direction. The coating nozzle 30 is provided at a position where a slit-like discharge port is spaced a predetermined distance from the outer peripheral surface of the suction roller 20. The coating nozzle 30 is provided such that the position and posture with respect to the suction roller 20 can be adjusted by a driving mechanism (not shown).

塗工ノズル30には、塗工液供給機構35から塗工液として触媒インクが供給される。塗工液供給機構35は、触媒インクを貯留するタンク、当該タンクと塗工ノズル30とを連通接続する供給配管、および、当該供給配管に設けられた開閉バルブなどを有する。塗工液供給機構35は、開閉バルブを開放し続けることによって塗工ノズル30に連続して触媒インクを供給することも可能であるし、開閉バルブを繰り返し開閉することによって塗工ノズル30に断続的に触媒インクを供給することも可能である。   Catalyst ink is supplied to the coating nozzle 30 as a coating liquid from a coating liquid supply mechanism 35. The coating liquid supply mechanism 35 includes a tank that stores catalyst ink, a supply pipe that connects the tank and the coating nozzle 30 in communication, and an open / close valve that is provided in the supply pipe. The coating liquid supply mechanism 35 can continuously supply the catalyst ink to the coating nozzle 30 by continuously opening the opening / closing valve, or can be intermittently connected to the coating nozzle 30 by repeatedly opening / closing the opening / closing valve. In addition, it is possible to supply catalyst ink.

塗工液供給機構35から供給された触媒インクは、吸着ローラ20に吸着支持されて搬送される電解質膜2に塗工ノズル30から塗工される。塗工液供給機構35が連続して触媒インクを供給する場合には電解質膜2に触媒インクが連続的に塗工され、断続的に触媒インクを供給する場合には電解質膜2に触媒インクが間欠塗工される。   The catalyst ink supplied from the coating liquid supply mechanism 35 is applied from the coating nozzle 30 to the electrolyte membrane 2 that is conveyed while being adsorbed and supported by the adsorption roller 20. When the coating liquid supply mechanism 35 continuously supplies the catalyst ink, the catalyst ink is continuously applied to the electrolyte membrane 2, and when the catalyst ink is intermittently supplied, the catalyst ink is applied to the electrolyte membrane 2. Intermittent coating.

乾燥炉40は、吸着ローラ20の外周面の一部を覆うように設けられている。図3に示すように、乾燥炉40は、3つの乾燥ゾーン41,42,43、および、2つの熱遮断ゾーン44,45の合計5つのゾーンに分割されている。3つの乾燥ゾーン41,42,43のそれぞれは、図外の熱風送風部からの熱風送風により、吸着ローラ20の外周面に向けて熱風を吹き付ける。乾燥炉40からの熱風の吹き付けによって、電解質膜2に塗工された触媒インクが乾燥される。   The drying furnace 40 is provided so as to cover a part of the outer peripheral surface of the suction roller 20. As shown in FIG. 3, the drying furnace 40 is divided into a total of five zones including three drying zones 41, 42, and 43 and two heat blocking zones 44 and 45. Each of the three drying zones 41, 42, and 43 blows hot air toward the outer peripheral surface of the adsorption roller 20 by hot air blowing from a hot air blowing unit (not shown). The catalyst ink applied to the electrolyte membrane 2 is dried by blowing hot air from the drying furnace 40.

3つの乾燥ゾーン41,42,43は、吹き付ける熱風の温度が異なる。3つの乾燥ゾーン41,42,43が吹き付ける熱風の温度は、吸着ローラ20による電解質膜2の搬送方向の上流側から下流側に向けて(図3の紙面上にて時計回りに)順次高くなる。例えば、最も上流側の乾燥ゾーン41の熱風温度は室温〜40℃であり、中間の乾燥ゾーン42の熱風温度は40℃〜80℃であり、最も下流側の乾燥ゾーン43の熱風温度は50℃〜100℃である。   The three drying zones 41, 42, and 43 differ in the temperature of the hot air that is blown. The temperature of the hot air blown by the three drying zones 41, 42, and 43 increases sequentially from the upstream side to the downstream side in the conveying direction of the electrolyte membrane 2 by the adsorption roller 20 (clockwise on the paper surface of FIG. 3). . For example, the hot air temperature of the most upstream drying zone 41 is room temperature to 40 ° C., the hot air temperature of the intermediate drying zone 42 is 40 ° C. to 80 ° C., and the hot air temperature of the most downstream drying zone 43 is 50 ° C. ~ 100 ° C.

2つの熱遮断ゾーン44,45は、電解質膜2の搬送方向に沿って乾燥ゾーン41,42,43の両端に設けられている。熱遮断ゾーン44は乾燥ゾーン41の上流側に設けられ、熱遮断ゾーン45は乾燥ゾーン43の下流側に設けられている。2つの熱遮断ゾーン44,45は、図外の排気部からの排気により、吸着ローラ20の外周面近傍の雰囲気を吸引する。これによって、乾燥ゾーン41,42,43から吹き出された熱風が乾燥炉40を超えて吸着ローラ20の上流側および下流側に流れ出るのを防止するとともに、乾燥時に触媒インクから生じた溶媒蒸気などが乾燥炉40の外部に漏出するのを防止することができる。なお、少なくとも上流側の熱遮断ゾーン44が設けられていれば、乾燥ゾーン41,42,43から吹き出された熱風が塗工ノズル30に流れ込んで吐出口近傍を乾燥させることに起因した塗工不良の発生を防止することができる。   The two heat shielding zones 44 and 45 are provided at both ends of the drying zones 41, 42 and 43 along the transport direction of the electrolyte membrane 2. The heat blocking zone 44 is provided on the upstream side of the drying zone 41, and the heat blocking zone 45 is provided on the downstream side of the drying zone 43. The two heat shut-off zones 44 and 45 suck the atmosphere in the vicinity of the outer peripheral surface of the suction roller 20 by exhausting air from an exhaust unit (not shown). This prevents hot air blown from the drying zones 41, 42, 43 from flowing over the drying furnace 40 to the upstream side and downstream side of the adsorption roller 20, and solvent vapor generated from the catalyst ink during drying. Leakage to the outside of the drying furnace 40 can be prevented. If at least the upstream heat-blocking zone 44 is provided, coating failure caused by hot air blown from the drying zones 41, 42, 43 flows into the coating nozzle 30 to dry the vicinity of the discharge port. Can be prevented.

図4は、吸着ローラ20および乾燥炉40の正面図である。乾燥炉40には、吸着ローラ20の幅方向(Y軸方向)に沿った両端にも吸引部46,47が設けられている。吸引部46,47は、熱遮断ゾーン44,45と同様に、周辺の雰囲気を吸引する。これによって、乾燥炉40の幅方向両端から漏出しようとする熱風および溶媒蒸気などをも吸引回収することができる。   FIG. 4 is a front view of the suction roller 20 and the drying furnace 40. The drying furnace 40 is also provided with suction portions 46 and 47 at both ends along the width direction (Y-axis direction) of the suction roller 20. The suction units 46 and 47 suck the ambient atmosphere as in the heat blocking zones 44 and 45. As a result, hot air, solvent vapor, and the like that are about to leak from both ends in the width direction of the drying furnace 40 can also be sucked and collected.

図1,2に戻り、吸着ローラ20による電解質膜2の搬送方向に沿って乾燥炉40よりも下流側に貼付部50が設けられている。貼付部50はラミネートローラ51を備える。ラミネートローラ51は、図示を省略するシリンダーによって吸着ローラ20の外周面から所定の間隔を隔てた位置に近接支持されている。ラミネートローラ51と吸着ローラ20の外周面との間隔は、乾燥処理後の電解質膜2の厚さ(電解質膜2と触媒層との合計厚さ)よりも小さい。従って、乾燥処理後の電解質膜2がラミネートローラ51と吸着ローラ20との間を通過するときに、ラミネートローラ51によって電解質膜2が吸着ローラ20の外周面に押し付けられる。ラミネートローラ51が押圧する力は、上記のシリンダーによってラミネートローラ51と吸着ローラ20との間隔を調整することによって制御される。   Returning to FIGS. 1 and 2, a pasting portion 50 is provided on the downstream side of the drying furnace 40 along the conveying direction of the electrolyte membrane 2 by the adsorption roller 20. The affixing unit 50 includes a laminating roller 51. The laminating roller 51 is closely supported at a position spaced apart from the outer peripheral surface of the suction roller 20 by a cylinder (not shown). The distance between the laminating roller 51 and the outer peripheral surface of the adsorption roller 20 is smaller than the thickness of the electrolyte membrane 2 after the drying process (the total thickness of the electrolyte membrane 2 and the catalyst layer). Therefore, when the electrolyte membrane 2 after the drying process passes between the laminating roller 51 and the adsorption roller 20, the electrolyte membrane 2 is pressed against the outer peripheral surface of the adsorption roller 20 by the laminating roller 51. The force that the laminating roller 51 presses is controlled by adjusting the distance between the laminating roller 51 and the suction roller 20 by the cylinder.

ラミネートローラ51は、例えば吸着ローラ20と同程度の幅を有する金属ローラとすることができる。ラミネートローラ51の内部にはヒータ95が設けられている(図12参照)。ヒータ95としては、例えばシーズヒータが用いられる。ヒータ95は、ラミネートローラ51を所定の温度に温調する。ラミネートローラ51のローラ表面の温度は図示省略の放射温度計によって計測されており、その放射温度計の計測結果に基づいてローラ表面が所定温度となるように制御部90がヒータ95を制御する。なお、ラミネートローラ51の径は適宜のものとすることができる。   The laminating roller 51 can be a metal roller having a width comparable to that of the suction roller 20, for example. A heater 95 is provided inside the laminating roller 51 (see FIG. 12). For example, a sheathed heater is used as the heater 95. The heater 95 adjusts the temperature of the laminating roller 51 to a predetermined temperature. The temperature of the roller surface of the laminating roller 51 is measured by a radiation thermometer (not shown), and the controller 90 controls the heater 95 so that the roller surface becomes a predetermined temperature based on the measurement result of the radiation thermometer. The diameter of the laminating roller 51 can be set appropriately.

製造装置1には、さらに支持フィルム巻出ローラ55、接合体巻取ローラ56およびテンション検知ローラ52,53が設けられている。支持フィルム巻出ローラ55は図示省略のモータによって連続的に回転される。支持フィルム巻出ローラ55には帯状の支持フィルム7が巻回されており、支持フィルム巻出ローラ55はその支持フィルム7を吸着ローラ20に向けて連続的に供給する。支持フィルム巻出ローラ55から送り出された支持フィルム7は、テンション検知ローラ52に懸架され、ラミネートローラ51および吸着ローラ20によるラミネート処理によって電解質膜2に貼り合わされるが、このラミネート処理については後に詳述する。   The manufacturing apparatus 1 further includes a support film unwinding roller 55, a joined body winding roller 56, and tension detection rollers 52 and 53. The support film unwinding roller 55 is continuously rotated by a motor (not shown). A belt-like support film 7 is wound around the support film unwinding roller 55, and the support film unwinding roller 55 continuously supplies the support film 7 toward the suction roller 20. The support film 7 sent out from the support film unwinding roller 55 is suspended on the tension detection roller 52 and bonded to the electrolyte membrane 2 by the laminating process by the laminating roller 51 and the suction roller 20. The laminating process will be described in detail later. Describe.

支持フィルム巻出ローラ55から送り出されて吸着ローラ20に供給される支持フィルム7の張力はテンション検知ローラ52によって検知される。テンション検知ローラ52は、テンション検知ローラ13と同じく、軸に作用する荷重をロードセルによって測定することにより作用する張力を検知する。制御部90は、テンション検知ローラ52によって検知される支持フィルム7の張力が予め設定された値となるように支持フィルム巻出ローラ55の回転を制御する。   The tension of the support film 7 fed from the support film unwinding roller 55 and supplied to the suction roller 20 is detected by the tension detection roller 52. Similar to the tension detection roller 13, the tension detection roller 52 detects the applied tension by measuring the load acting on the shaft with a load cell. The controller 90 controls the rotation of the support film unwinding roller 55 so that the tension of the support film 7 detected by the tension detection roller 52 becomes a preset value.

ラミネートローラ51および吸着ローラ20によるラミネート処理によって支持フィルム7が貼り合わされた膜・触媒層接合体5は、吸着ローラ20の外周面から離れてテンション検知ローラ53に懸架され、接合体巻取ローラ56によって巻き取られる。接合体巻取ローラ56は、図示省略のモータによって連続的に回転されることにより、膜・触媒層接合体5を巻き取るとともに、吸着ローラ20から離れた膜・触媒層接合体5に一定の張力を付与する。接合体巻取ローラ56が膜・触媒層接合体5に与える張力はテンション検知ローラ53によって検知される。テンション検知ローラ53は、テンション検知ローラ13と同じく、軸に作用する荷重をロードセルによって測定することにより作用する張力を検知する。制御部90は、テンション検知ローラ53によって検知される膜・触媒層接合体5の張力が予め設定された値となるように接合体巻取ローラ56の回転を制御する。   The membrane / catalyst layer assembly 5 on which the support film 7 is bonded by the laminating process using the laminating roller 51 and the suction roller 20 is suspended from the outer peripheral surface of the suction roller 20 and suspended on the tension detection roller 53, and the assembly winding roller 56. Is wound up by. The joined body winding roller 56 is continuously rotated by a motor (not shown) so as to wind up the membrane / catalyst layer assembly 5 and to be fixed to the membrane / catalyst layer assembly 5 away from the adsorption roller 20. Apply tension. The tension applied to the membrane / catalyst layer assembly 5 by the assembly winding roller 56 is detected by the tension detection roller 53. Similar to the tension detection roller 13, the tension detection roller 53 detects the applied tension by measuring the load acting on the shaft with a load cell. The controller 90 controls the rotation of the bonded body winding roller 56 so that the tension of the membrane / catalyst layer bonded body 5 detected by the tension detecting roller 53 becomes a preset value.

また、製造装置1は、表面冷却部60を備える。表面冷却部60は、吸着ローラ20の外周面に対向する位置であって、貼付部50と剥離部10との間に設けられている。表面冷却部60は、エアーノズルを備えており、吸着ローラ20の外周面に向けて冷却エアー(例えば5℃程度に冷却されている)を吹き付ける。表面冷却部60が冷却エアーを吹き付けることによって吸着ローラ20の外周面が冷却される。なお、表面冷却部60は、貼付部50と剥離部10との間に設けられているため、電解質膜2が吸着されていない吸着ローラ20の外周面にエアーを吹き付けることとなる。   In addition, the manufacturing apparatus 1 includes a surface cooling unit 60. The surface cooling unit 60 is a position facing the outer peripheral surface of the suction roller 20, and is provided between the pasting unit 50 and the peeling unit 10. The surface cooling unit 60 includes an air nozzle and blows cooling air (for example, cooled to about 5 ° C.) toward the outer peripheral surface of the suction roller 20. When the surface cooling unit 60 blows cooling air, the outer peripheral surface of the suction roller 20 is cooled. In addition, since the surface cooling unit 60 is provided between the sticking unit 50 and the peeling unit 10, air is blown to the outer peripheral surface of the suction roller 20 on which the electrolyte membrane 2 is not adsorbed.

また、製造装置1は、塗工状態を検査するためのセンサーとして、検査カメラ71,75、ファイバーセンサー72,74、レーザ変位計73を備える。検査カメラ71,75は、例えばCCDカメラにて構成される。検査カメラ71は、テンション検知ローラ13のローラ表面に対向する位置に設けられており、テンション検知ローラ13に懸架されている電解質膜2に形成されている触媒層の幅方向位置(Y軸方向の位置)を検出する。検査カメラ75は、吸着ローラ20の外周面に対向する位置であって、電解質膜2の搬送方向に沿って塗工ノズル30よりも下流側に設けられている。検査カメラ75は、塗工ノズル30によって塗工された直後の塗膜の幅方向位置(Y軸方向の位置)を検出する。   In addition, the manufacturing apparatus 1 includes inspection cameras 71 and 75, fiber sensors 72 and 74, and a laser displacement meter 73 as sensors for inspecting the coating state. The inspection cameras 71 and 75 are constituted by CCD cameras, for example. The inspection camera 71 is provided at a position facing the roller surface of the tension detection roller 13, and the position in the width direction (Y-axis direction) of the catalyst layer formed on the electrolyte membrane 2 suspended from the tension detection roller 13. Position). The inspection camera 75 is provided at a position facing the outer peripheral surface of the suction roller 20 and downstream of the coating nozzle 30 along the transport direction of the electrolyte membrane 2. The inspection camera 75 detects the position in the width direction (position in the Y-axis direction) of the coating film immediately after coating by the coating nozzle 30.

ファイバーセンサー72,74は、光ファイバー内を伝送された光を照射し、その反射光によって対象物の存在を検出するセンサーである。ファイバーセンサー72は、吸着ローラ20の外周面に対向する位置であって、電解質膜2の搬送方向に沿って塗工ノズル30よりも上流側に設けられている。ファイバーセンサー72は、塗工処理前の電解質膜2に形成されている触媒層の搬送方向に沿った位置(吸着ローラ20の周方向に沿った位置)を検出する。一方のファイバーセンサー74は、吸着ローラ20の外周面に対向する位置であって、電解質膜2の搬送方向に沿って塗工ノズル30よりも下流側に設けられている。ファイバーセンサー74は、塗工ノズル30によって塗工された直後の塗膜の搬送方向に沿った位置(吸着ローラ20の周方向に沿った位置)を検出する。   The fiber sensors 72 and 74 are sensors that irradiate the light transmitted through the optical fiber and detect the presence of the object by the reflected light. The fiber sensor 72 is provided at a position facing the outer peripheral surface of the suction roller 20 and upstream of the coating nozzle 30 along the transport direction of the electrolyte membrane 2. The fiber sensor 72 detects a position (position along the circumferential direction of the suction roller 20) along the transport direction of the catalyst layer formed on the electrolyte membrane 2 before the coating treatment. One fiber sensor 74 is provided at a position facing the outer peripheral surface of the suction roller 20 and downstream of the coating nozzle 30 along the conveying direction of the electrolyte membrane 2. The fiber sensor 74 detects a position (position along the circumferential direction of the suction roller 20) along the transport direction of the coating film immediately after coating by the coating nozzle 30.

レーザ変位計73は、照射したレーザ光の反射光から対象物までの変位量を検出する。レーザ変位計73は、吸着ローラ20の外周面に対向する位置であって、電解質膜2の搬送方向に沿って塗工ノズル30よりも下流側に設けられている。レーザ変位計73は、塗工ノズル30によって塗工された直後の塗膜の厚さを検出する。なお、図1では、電解質膜2の搬送方向に沿って上流側からレーザ変位計73、ファイバーセンサー74、検査カメラ75の順に配置されているが、これら3つのセンサーの配置順序はこれに限定されるものではなく任意である。   The laser displacement meter 73 detects the amount of displacement from the reflected light of the irradiated laser light to the object. The laser displacement meter 73 is provided at a position facing the outer peripheral surface of the suction roller 20 and downstream of the coating nozzle 30 along the conveying direction of the electrolyte membrane 2. The laser displacement meter 73 detects the thickness of the coating film immediately after coating by the coating nozzle 30. In FIG. 1, the laser displacement meter 73, the fiber sensor 74, and the inspection camera 75 are arranged in this order from the upstream side along the conveying direction of the electrolyte membrane 2, but the arrangement order of these three sensors is limited to this. It is not a thing but arbitrary.

さらに、製造装置1は、装置に設けられた各機構を制御する制御部90を備える。制御部90のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部90は、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部90のCPUが所定の処理プログラムを実行することによって、製造装置1に設けられた各動作機構が制御されて膜・触媒層接合体5の製造処理が進行する。   Furthermore, the manufacturing apparatus 1 includes a control unit 90 that controls each mechanism provided in the apparatus. The configuration of the control unit 90 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 90 stores a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It is configured with a magnetic disk. When the CPU of the control unit 90 executes a predetermined processing program, each operation mechanism provided in the manufacturing apparatus 1 is controlled, and the manufacturing process of the membrane / catalyst layer assembly 5 proceeds.

次に、上記の構成を有する膜・触媒層接合体の製造装置1における処理手順について説明する。図5は、製造装置1において膜・触媒層接合体5が製造される手順を示すフローチャートである。以下に説明する膜・触媒層接合体5の製造手順は、制御部90が製造装置1の各動作機構を制御することにより進行する。   Next, a processing procedure in the membrane / catalyst layer assembly manufacturing apparatus 1 having the above-described configuration will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for manufacturing the membrane / catalyst layer assembly 5 in the manufacturing apparatus 1. The manufacturing procedure of the membrane / catalyst layer assembly 5 described below proceeds by the control unit 90 controlling each operation mechanism of the manufacturing apparatus 1.

まず、電解質膜巻出ローラ12がバックシート6付きの電解質膜2を巻き出す(ステップS1)。電解質膜2としては、従来より固体高分子形燃料電池の膜・触媒層接合体用途に用いられているフッ素系や炭化水素系などの高分子電解質膜を使用することができる。例えば、電解質膜2として、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜(例えば、米国DuPont社製のNafion(登録商標)、旭硝子(株)製のFlemion(登録商標)、旭化成(株)製のAciplex(登録商標)、ゴア(Gore)社製のGoreselect(登録商標)など)を使用することができる。   First, the electrolyte membrane unwinding roller 12 unwinds the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 (step S1). As the electrolyte membrane 2, it is possible to use a polymer electrolyte membrane such as a fluorine-based or hydrocarbon-based polymer conventionally used for membrane / catalyst layer assembly applications of solid polymer fuel cells. For example, as the electrolyte membrane 2, a polymer electrolyte membrane containing perfluorocarbon sulfonic acid (for example, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, USA, Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., and Aciplex manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. (Registered trademark), Goreselect (registered trademark) manufactured by Gore, etc.) can be used.

上記の電解質膜2は、非常に薄くて機械的強度が弱く、大気中の少量の湿気によっても容易に膨潤する一方で湿度が低くなると収縮する特性を有しており、極めて変形しやすい。このため、電解質膜巻出ローラ12には、電解質膜2の変形を防止するために初期状態としてバックシート6付きの電解質膜2が巻回されている。電解質膜2は大気中に含まれる少量の湿気によっても極めて容易に変形するため、電解質膜2の製造時に巻き取られる段階で形状保持のための帯状の樹脂フィルムであるバックシート6が貼り付けられた状態となっている。   The electrolyte membrane 2 is very thin and weak in mechanical strength, and easily swells even with a small amount of moisture in the atmosphere, while shrinking when the humidity is low, and is very easily deformed. For this reason, the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 is wound around the electrolyte membrane unwinding roller 12 as an initial state in order to prevent deformation of the electrolyte membrane 2. Since the electrolyte membrane 2 is very easily deformed even by a small amount of moisture contained in the atmosphere, a back sheet 6 that is a belt-like resin film for maintaining the shape is attached at the stage of being wound up when the electrolyte membrane 2 is manufactured. It is in the state.

バックシート6としては、機械的な強度に富んで形状保持機能に優れた樹脂材料、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)やPET(ポリエチレンテレフタレート)のフィルムを用いることができる。本実施形態では、電解質膜2の裏面にバックシート6が貼り合わされている。なお、電解質膜2の表面と裏面とでは電解質膜としての性質に相違があるものではなく、単に区別のための便宜上、バックシート6が貼り合わされている側の面を裏面としているに過ぎない。   As the back sheet 6, a resin material having a high mechanical strength and an excellent shape holding function, for example, a film of PEN (polyethylene naphthalate) or PET (polyethylene terephthalate) can be used. In the present embodiment, the back sheet 6 is bonded to the back surface of the electrolyte membrane 2. Note that there is no difference in properties as an electrolyte membrane between the front surface and the back surface of the electrolyte membrane 2, and the surface on the side where the back sheet 6 is bonded is merely the back surface for the sake of convenience for distinction.

電解質膜巻出ローラ12に巻回された初期状態のバックシート6付き電解質膜2において、電解質膜2の膜厚は5μm〜30μmであり、幅は最大で300mm程度である。また、バックシート6の膜厚は25μm〜100μmであり、その幅は電解質膜2の幅と同等かそれより若干大きい。   In the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 in an initial state wound around the electrolyte membrane unwinding roller 12, the thickness of the electrolyte membrane 2 is 5 μm to 30 μm, and the width is about 300 mm at the maximum. Moreover, the film thickness of the back sheet 6 is 25 μm to 100 μm, and its width is equal to or slightly larger than the width of the electrolyte membrane 2.

また、本実施形態においては、電解質膜2の表面側には既に触媒層が形成されている。表面側の触媒層は、本発明に係る製造装置1とは別途の塗工装置にて、バックシート6が貼り合わされた状態の電解質膜2をそのままロール・ツー・ロール方式で搬送しつつ、電解質膜2の表面に触媒インクを間欠塗工し、その塗膜を乾燥させることによって形成される。表面側の触媒層形成は、電解質膜2の裏面にバックシート6が貼り合わされたまま行われるため、電解質膜2の変形は生じない。   In the present embodiment, a catalyst layer is already formed on the surface side of the electrolyte membrane 2. The catalyst layer on the surface side is an electrolyte while the electrolyte membrane 2 in a state where the back sheet 6 is bonded is conveyed by a roll-to-roll method in a coating apparatus separate from the manufacturing apparatus 1 according to the present invention. It is formed by intermittently applying a catalyst ink on the surface of the film 2 and drying the coating film. The formation of the catalyst layer on the front side is performed while the back sheet 6 is adhered to the back surface of the electrolyte membrane 2, so that the deformation of the electrolyte membrane 2 does not occur.

図6は、電解質膜巻出ローラ12から巻き出される時点での電解質膜2の断面図である。図7は、電解質膜2の表面に形成された触媒層9を示す図である。図6,7に示すように、電解質膜2の表面には一定サイズの触媒層9が一定間隔で断続的に形成されている。また、電解質膜2の裏面にはバックシート6が貼り合わされている。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the electrolyte membrane 2 when it is unwound from the electrolyte membrane unwinding roller 12. FIG. 7 is a view showing the catalyst layer 9 formed on the surface of the electrolyte membrane 2. As shown in FIGS. 6 and 7, a catalyst layer 9 having a certain size is intermittently formed on the surface of the electrolyte membrane 2 at regular intervals. A back sheet 6 is bonded to the back surface of the electrolyte membrane 2.

図6に示すようなバックシート6付きの電解質膜2が電解質膜巻出ローラ12から巻き出され、テンション検知ローラ13に懸架されて剥離部10へと送り出される。電解質膜巻出ローラ12から送り出されて剥離ローラ11に至るまでのバックシート付き電解質膜2の張力はテンション検知ローラ13によって検知され、その測定値が予め設定された値となるように電解質膜巻出ローラ12の回転が制御される。なお、テンション検知ローラ13は、バックシート6と接触するため、つまり電解質膜2とは直接には接触しないため、テンション検知ローラ13との接触によって電解質膜2が変形することは防止される。   The electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 as shown in FIG. 6 is unwound from the electrolyte membrane unwinding roller 12, suspended on the tension detection roller 13, and sent to the peeling unit 10. The tension of the electrolyte membrane 2 with the back sheet from the electrolyte membrane unwinding roller 12 to the peeling roller 11 is detected by the tension detection roller 13, and the electrolyte membrane winding is performed so that the measured value becomes a preset value. The rotation of the exit roller 12 is controlled. Since the tension detection roller 13 is in contact with the back sheet 6, that is, not in direct contact with the electrolyte membrane 2, the electrolyte membrane 2 is prevented from being deformed by contact with the tension detection roller 13.

また、バックシート6付きの電解質膜2がテンション検知ローラ13を通過するときに、電解質膜2の表面に形成されている触媒層9の幅方向位置(Y軸方向の位置)が検査カメラ71によって検出される。バックシート6付きの電解質膜2がテンション検知ローラ13を通過するときには、バックシート6が貼り合わされている電解質膜2の裏面側がテンション検知ローラ13に接している(正確には、バックシート6がテンション検知ローラ13に接している)。よって、検査カメラ71は、触媒層9が形成されている表面側から電解質膜2を撮像して触媒層9の幅方向位置を検出することができる。検査カメラ71によって検出された触媒層9の幅方向位置は制御部90に伝達される。   Further, when the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 passes through the tension detection roller 13, the position in the width direction (position in the Y-axis direction) of the catalyst layer 9 formed on the surface of the electrolyte membrane 2 is determined by the inspection camera 71. Detected. When the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 passes through the tension detection roller 13, the back surface side of the electrolyte membrane 2 to which the back sheet 6 is bonded is in contact with the tension detection roller 13 (more precisely, the back sheet 6 is in tension). It is in contact with the detection roller 13). Therefore, the inspection camera 71 can detect the position in the width direction of the catalyst layer 9 by imaging the electrolyte membrane 2 from the surface side where the catalyst layer 9 is formed. The position in the width direction of the catalyst layer 9 detected by the inspection camera 71 is transmitted to the control unit 90.

剥離部10では、剥離ローラ11によってバックシート6付きの電解質膜2の表面を吸着ローラ20に押し付けることにより、バックシート6を剥離して電解質膜2を吸着ローラ20に吸着支持させる(ステップS2)。換言すれば、剥離ローラ11は、吸着ローラ20に電解質膜2の表面が吸着された状態で裏面からバックシート6を剥離する。   In the peeling unit 10, the surface of the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 is pressed against the suction roller 20 by the peeling roller 11, so that the back sheet 6 is peeled and the electrolyte membrane 2 is sucked and supported by the suction roller 20 (step S <b> 2). . In other words, the peeling roller 11 peels the back sheet 6 from the back surface in a state where the surface of the electrolyte membrane 2 is adsorbed to the adsorption roller 20.

図8は、剥離ローラ11によってバックシート6を剥離して電解質膜2を吸着ローラ20に吸着させる様子を示す図である。電解質膜巻出ローラ12から送り出されたバックシート6付きの電解質膜2は剥離ローラ11と吸着ローラ20との間に挟み込まれる。このとき、バックシート6が電解質膜2の裏面から剥離されるとともに、電解質膜2の表面が吸着ローラ20に吸着される。電解質膜2の表面には触媒層9が形成されているが、図8に示すように、その触媒層9とともに電解質膜2の表面が吸着ローラ20の外周面に吸着される。   FIG. 8 is a diagram illustrating a state where the back sheet 6 is peeled off by the peeling roller 11 and the electrolyte membrane 2 is adsorbed to the adsorption roller 20. The electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 sent out from the electrolyte membrane unwinding roller 12 is sandwiched between the peeling roller 11 and the suction roller 20. At this time, the back sheet 6 is peeled off from the back surface of the electrolyte membrane 2 and the surface of the electrolyte membrane 2 is adsorbed by the adsorption roller 20. Although the catalyst layer 9 is formed on the surface of the electrolyte membrane 2, the surface of the electrolyte membrane 2 together with the catalyst layer 9 is adsorbed on the outer peripheral surface of the adsorption roller 20 as shown in FIG. 8.

剥離ローラ11は、強度の弱い電解質膜2を変形させることなく吸着ローラ20の外周面に確実に吸着させることができる範囲の力にて電解質膜2を吸着ローラ20に押し付けている。但し、剥離ローラ11は、吸着ローラ20の外周面から所定の間隔を隔てて近接するように設置されている。剥離ローラ11がバックシート6付き電解質膜2を吸着ローラ20に押し付ける力は、当該間隔によって調整される。   The peeling roller 11 presses the electrolyte membrane 2 against the adsorption roller 20 with a force within a range that can reliably adsorb the weak electrolyte membrane 2 to the outer peripheral surface of the adsorption roller 20 without deforming it. However, the peeling roller 11 is installed so as to be close to the outer peripheral surface of the suction roller 20 with a predetermined interval. The force with which the peeling roller 11 presses the electrolyte membrane 2 with the back sheet 6 against the adsorption roller 20 is adjusted by the interval.

吸着ローラ20は、電解質膜2の表面を吸着する。気孔率が15%〜50%の多孔質セラミックスにて形成された吸着ローラ20の吸引口21に90kPa以上の負圧を付与することによって、電解質膜2を吸着しているか否かに関わらず、吸着ローラ20の外周面には10kPa以上の負圧が均一に作用する。従って、電解質膜2の幅の大小に関わらず、吸着ローラ20は電解質膜2を一定の吸引圧にて安定して吸着支持することができる。また、吸着ローラ20の吸着による電解質膜2の変形も抑制することができる。   The adsorption roller 20 adsorbs the surface of the electrolyte membrane 2. Regardless of whether or not the electrolyte membrane 2 is adsorbed by applying a negative pressure of 90 kPa or more to the suction port 21 of the adsorption roller 20 made of porous ceramics having a porosity of 15% to 50%, A negative pressure of 10 kPa or more acts uniformly on the outer peripheral surface of the suction roller 20. Therefore, regardless of the width of the electrolyte membrane 2, the adsorption roller 20 can stably adsorb and support the electrolyte membrane 2 with a constant suction pressure. Further, deformation of the electrolyte membrane 2 due to the adsorption of the adsorption roller 20 can be suppressed.

また、吸着ローラ20の外周面の表面粗さは、Rzが5μm以下であるとともに、吸着ローラ20の気孔径は5μm以下であるため、電解質膜2には吸着支持にともなう吸着痕は生じにくい。すなわち、本実施形態の吸着ローラ20は、脆弱な機械的性質を有する電解質膜2を変形させたり吸着痕を生じさせることなく安定して吸着支持することができるのである。   Further, the surface roughness of the outer peripheral surface of the suction roller 20 is Rz of 5 μm or less and the pore diameter of the suction roller 20 is 5 μm or less. That is, the suction roller 20 of the present embodiment can stably support the adsorption without causing the electrolyte membrane 2 having fragile mechanical properties to be deformed or causing a suction mark.

図8に示すように、電解質膜2を吸着支持した吸着ローラ20がY軸方向に沿った中心軸を回転中心として回転することにより、バックシート6が剥離された電解質膜2が吸着ローラ20の外周面に支持されて搬送される。一方、電解質膜2から剥離されたバックシート6は、テンション検知ローラ15に懸架されてバックシート巻取ローラ14によって巻き取られる。剥離ローラ11にて電解質膜2から剥離されてバックシート巻取ローラ14に至るまでのバックシート6の張力はテンション検知ローラ15によって検知され、その測定値が予め設定された値となるようにバックシート巻取ローラ14の回転が制御される。   As shown in FIG. 8, when the adsorption roller 20 that adsorbs and supports the electrolyte membrane 2 rotates about the central axis along the Y-axis direction, the electrolyte membrane 2 from which the back sheet 6 has been peeled is attached to the adsorption roller 20. It is supported by the outer peripheral surface and conveyed. On the other hand, the back sheet 6 peeled off from the electrolyte membrane 2 is suspended by the tension detection roller 15 and wound up by the back sheet winding roller 14. The tension of the backsheet 6 until it is peeled off from the electrolyte membrane 2 by the peeling roller 11 and reaches the backsheet take-up roller 14 is detected by the tension detection roller 15, and the measured value is set to a preset value. The rotation of the sheet take-up roller 14 is controlled.

吸着ローラ20に吸着支持されて搬送される電解質膜2が塗工ノズル30に到達する前に、電解質膜2の表面に形成されている触媒層9の搬送方向に沿った位置(吸着ローラ20の周方向に沿った位置)がファイバーセンサー72によって検出される。このとき、触媒層9が形成されている電解質膜2の表面側は吸着ローラ20によって吸着されているため、ファイバーセンサー72は電解質膜2の裏面側から検出することになるのであるが、電解質膜2は半透明であるため、ファイバーセンサー72は電解質膜2の裏面側からであっても表面の電解質膜2を検出することができる。ファイバーセンサー72によって検出された触媒層9の搬送方向に沿った位置は制御部90に伝達される。   Before the electrolyte membrane 2 conveyed by being adsorbed and supported by the adsorption roller 20 reaches the coating nozzle 30, a position along the conveyance direction of the catalyst layer 9 formed on the surface of the electrolyte membrane 2 (of the adsorption roller 20). The position along the circumferential direction) is detected by the fiber sensor 72. At this time, since the surface side of the electrolyte membrane 2 on which the catalyst layer 9 is formed is adsorbed by the adsorption roller 20, the fiber sensor 72 detects from the back side of the electrolyte membrane 2. Since 2 is translucent, the fiber sensor 72 can detect the electrolyte membrane 2 on the surface even from the back side of the electrolyte membrane 2. The position along the transport direction of the catalyst layer 9 detected by the fiber sensor 72 is transmitted to the control unit 90.

次に、吸着ローラ20に吸着支持されて搬送される電解質膜2の裏面には、塗工ノズル30から触媒インクが塗工される(ステップS3)。本実施形態で使用される触媒インクは、例えば、触媒粒子、イオン伝導性電解質および分散媒を含有する。触媒粒子としては、公知または市販のものを使用することができ、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおける燃料電池反応を起こさせるものであれば特に限定されず、例えば白金(Pt)、白金合金、白金化合物等を用いることができる。このうち白金合金としては、例えば、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、イリジウム(Ir)、鉄(Fe)等からなる群から選択された少なくとも1種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の触媒インクの触媒粒子には白金、アノード用の触媒インクの触媒粒子には上述の白金合金が用いられる。   Next, the catalyst ink is applied from the coating nozzle 30 to the back surface of the electrolyte membrane 2 conveyed by being supported by the adsorption roller 20 (step S3). The catalyst ink used in this embodiment contains, for example, catalyst particles, an ion conductive electrolyte, and a dispersion medium. As the catalyst particles, known or commercially available particles can be used, and are not particularly limited as long as they cause a fuel cell reaction at the anode or cathode of the polymer fuel cell. For example, platinum (Pt), platinum alloy Platinum compounds can be used. Among these, as the platinum alloy, for example, at least one selected from the group consisting of ruthenium (Ru), palladium (Pd), nickel (Ni), molybdenum (Mo), iridium (Ir), iron (Fe), and the like. An alloy of metal and platinum can be mentioned. Generally, platinum is used for the catalyst particles of the catalyst ink for the cathode, and the above-described platinum alloy is used for the catalyst particles of the catalyst ink for the anode.

また、触媒粒子は、触媒微粒子が炭素粉に担持された、いわゆる触媒担持炭素粉であっても良い。触媒担持炭素の平均粒子径は、通常10nm〜100nm程度、好ましくは20nm〜80nm程度、最も好ましくは40nm〜50nm程度である。触媒微粒子を担持する炭素粉は特に制限されるものではなく、例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらは、1種単独で使用しても良いし、2種以上併用しても良い。   The catalyst particles may be so-called catalyst-supported carbon powder in which catalyst fine particles are supported on carbon powder. The average particle size of the catalyst-supporting carbon is usually about 10 nm to 100 nm, preferably about 20 nm to 80 nm, and most preferably about 40 nm to 50 nm. The carbon powder supporting the catalyst fine particles is not particularly limited, and examples thereof include carbon black such as channel black, furnace black, ketjen black, acetylene black, and lamp black, graphite, activated carbon, carbon fiber, and carbon nanotube. It is done. These may be used alone or in combination of two or more.

上記のような触媒粒子に溶媒を加えてスリットノズルから塗布可能なペーストとする。溶媒としては、水、エタノール、n−プロパノールおよびn−ブタノールなどのアルコール系、並びに、エーテル系、エステル系およびフッ素系などの有機溶剤を用いることができる。   A solvent is added to the catalyst particles as described above to obtain a paste that can be applied from a slit nozzle. As the solvent, water, ethanol, alcohols such as n-propanol and n-butanol, and organic solvents such as ethers, esters and fluorines can be used.

さらに、触媒粒子に溶媒を加えた溶液にイオン交換基を有するアイオノマーを上記溶媒中に分散させた高分子電解質溶液を加える。一例として、白金を50wt%担持したカーボンブラック(田中貴金属工業(株)製の「TEC10E50E」)を水、エタノールおよび高分子電解質溶液(米国DuPont社製のNafion液「D2020」)に分散させて触媒インクを得ることができる。   Further, a polymer electrolyte solution in which an ionomer having an ion exchange group is dispersed in the solvent is added to a solution obtained by adding a solvent to the catalyst particles. As an example, carbon black supporting 50 wt% platinum (“TEC10E50E” manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) is dispersed in water, ethanol and a polymer electrolyte solution (Nafion liquid “D2020” manufactured by DuPont USA) as a catalyst. Ink can be obtained.

このようにして混合されたペーストを触媒インクとして塗工液供給機構35から塗工ノズル30に供給する。塗工液供給機構35から供給された触媒インクは、塗工ノズル30から電解質膜2の裏面に塗工される。なお、電解質膜2に塗工する触媒インクは、カソード用であってもアノード用であっても良いが、表面に形成されている触媒層9とは逆極性の触媒インクが裏面に塗工される。   The paste thus mixed is supplied as a catalyst ink from the coating liquid supply mechanism 35 to the coating nozzle 30. The catalyst ink supplied from the coating liquid supply mechanism 35 is applied from the coating nozzle 30 to the back surface of the electrolyte membrane 2. The catalyst ink applied to the electrolyte membrane 2 may be for the cathode or the anode, but a catalyst ink having a polarity opposite to that of the catalyst layer 9 formed on the surface is applied on the back surface. The

また、本実施形態では、塗工液供給機構35が触媒インクを断続的に塗工ノズル30に供給することによって、吸着ローラ20に吸着支持されて搬送される電解質膜2の裏面に塗工ノズル30から間欠塗工を行っている。図9は、電解質膜2に触媒インクが間欠塗工された状態を示す図である。また、図10は、触媒インクが間欠塗工された電解質膜2の断面図である。吸着ローラ20に吸着支持されて一定速度で搬送される電解質膜2に塗工ノズル30から触媒インクを断続的に吐出することによって、図9,10に示すように、電解質膜2の裏面には一定サイズの触媒インク層8が一定間隔で不連続に形成される。   In the present embodiment, the coating liquid supply mechanism 35 intermittently supplies the catalyst ink to the coating nozzle 30, whereby the coating nozzle is formed on the back surface of the electrolyte membrane 2 that is adsorbed and supported by the adsorption roller 20. Intermittent coating is performed from 30. FIG. 9 is a view showing a state in which the catalyst ink is intermittently applied to the electrolyte membrane 2. FIG. 10 is a cross-sectional view of the electrolyte membrane 2 on which the catalyst ink is intermittently applied. By intermittently ejecting the catalyst ink from the coating nozzle 30 onto the electrolyte membrane 2 that is adsorbed and supported by the adsorption roller 20 and conveyed at a constant speed, as shown in FIGS. The catalyst ink layer 8 having a certain size is formed discontinuously at regular intervals.

回転時の吸着ローラ20の全振れは10μm以下であり、吸着ローラ20の外周面の表面粗さは、Rzが5μm以下であるため、回転する吸着ローラ20の外周面と塗工ノズル30のスリット状吐出口との間隔はほぼ一定値に安定している。このため、塗工ノズル30からの間欠塗工によって高い精度にて均一な触媒インク層8を形成することができる。   The total runout of the suction roller 20 during rotation is 10 μm or less, and the surface roughness of the outer peripheral surface of the suction roller 20 is Rz of 5 μm or less. Therefore, the outer peripheral surface of the rotating suction roller 20 and the slit of the coating nozzle 30 The distance from the discharge port is stable at a substantially constant value. For this reason, the uniform catalyst ink layer 8 can be formed with high accuracy by intermittent coating from the coating nozzle 30.

電解質膜2の裏面に形成される各触媒インク層8の幅は、塗工ノズル30のスリット状吐出口の幅によって規定される。各触媒インク層8の長さは、塗工ノズル30の触媒インク吐出時間と電解質膜2の搬送速度(つまり、吸着ローラ20の回転速度)とによって規定される。また、触媒インク層8の厚さ(高さ)は、塗工ノズル30の吐出口と電解質膜2の裏面との距離および触媒インクの吐出流量と電解質膜2の搬送速度とによって規定され、例えば10μm〜300μmである。触媒インクは塗工ノズル30から塗工可能なペーストであり、電解質膜2上にて触媒インク層8の形状を維持できる程度の粘性を有している。   The width of each catalyst ink layer 8 formed on the back surface of the electrolyte membrane 2 is defined by the width of the slit-like discharge port of the coating nozzle 30. The length of each catalyst ink layer 8 is defined by the catalyst ink discharge time of the coating nozzle 30 and the transport speed of the electrolyte membrane 2 (that is, the rotation speed of the suction roller 20). The thickness (height) of the catalyst ink layer 8 is defined by the distance between the discharge port of the coating nozzle 30 and the back surface of the electrolyte membrane 2, the discharge flow rate of the catalyst ink, and the transport speed of the electrolyte membrane 2. 10 μm to 300 μm. The catalyst ink is a paste that can be applied from the application nozzle 30, and has a viscosity that can maintain the shape of the catalyst ink layer 8 on the electrolyte membrane 2.

塗工ノズル30は、電解質膜2の裏面において、既に形成されている表面側の触媒層9と同じ領域に触媒インクを塗工する。すなわち、塗工ノズル30は、表面側の触媒層9と同じ領域の反対面(裏面)に触媒インクを塗工する。具体的には、検査カメラ71によって検出された表面側の触媒層9の幅方向位置情報に基づいて、裏面側の同じ幅方向位置に触媒インクを塗工するように制御部90が塗工ノズル30のY軸方向の位置を微調整する。また、ファイバーセンサー72によって検出された触媒層9の搬送方向に沿った位置情報に基づいて、裏面側の同じ位置に触媒インクを塗工するように制御部90が塗工ノズル30の吐出タイミングを制御する。このようにして、図10に示すように、電解質膜2の表面側の触媒層9と同じ領域の裏面側に触媒インク層8が形成される。   The coating nozzle 30 applies the catalyst ink to the same area as the catalyst layer 9 on the front surface side already formed on the back surface of the electrolyte membrane 2. That is, the coating nozzle 30 applies the catalyst ink to the opposite surface (back surface) of the same region as the catalyst layer 9 on the front surface side. Specifically, based on the width direction position information of the catalyst layer 9 on the front surface side detected by the inspection camera 71, the control unit 90 applies the coating nozzle so as to apply the catalyst ink to the same width direction position on the back surface side. Finely adjust the position of 30 in the Y-axis direction. Further, based on the positional information along the transport direction of the catalyst layer 9 detected by the fiber sensor 72, the control unit 90 sets the discharge timing of the coating nozzle 30 so as to apply the catalyst ink to the same position on the back surface side. Control. In this way, as shown in FIG. 10, the catalyst ink layer 8 is formed on the back surface side of the same region as the catalyst layer 9 on the surface side of the electrolyte membrane 2.

続いて、塗工ノズル30からの塗工によって形成された塗膜である触媒インク層8の検査が行われる(ステップS4)。この検査は触媒インク層8の塗工状態について行われるものであり、具体的には触媒インク層8の幅方向位置、搬送方向に沿った位置および膜厚の検査が行われる。これらの検査は、電解質膜2の搬送方向に沿って塗工ノズル30よりも下流側に設けられているレーザ変位計73、ファイバーセンサー74および検査カメラ75によって実施される。   Subsequently, an inspection of the catalyst ink layer 8 which is a coating film formed by coating from the coating nozzle 30 is performed (step S4). This inspection is performed with respect to the application state of the catalyst ink layer 8, and specifically, the position of the catalyst ink layer 8 in the width direction, the position along the transport direction, and the film thickness are inspected. These inspections are performed by a laser displacement meter 73, a fiber sensor 74, and an inspection camera 75 provided on the downstream side of the coating nozzle 30 along the conveying direction of the electrolyte membrane 2.

レーザ変位計73は、塗工ノズル30からの塗工によって形成された直後の触媒インク層8の厚さを検出する。ファイバーセンサー74は、その触媒インク層8の搬送方向に沿った位置を検出する。検査カメラ75は、その触媒インク層8の幅方向位置を検出する。これらの検出結果は制御部90に伝達される。制御部90は、レーザ変位計73、ファイバーセンサー74および検査カメラ75の検出結果に基づいて、触媒インク層8が表面側の触媒層9と同じ領域に予め設定されている膜厚にて形成されているか否かを判定する。   The laser displacement meter 73 detects the thickness of the catalyst ink layer 8 immediately after being formed by coating from the coating nozzle 30. The fiber sensor 74 detects the position along the transport direction of the catalyst ink layer 8. The inspection camera 75 detects the position in the width direction of the catalyst ink layer 8. These detection results are transmitted to the control unit 90. Based on the detection results of the laser displacement meter 73, the fiber sensor 74, and the inspection camera 75, the control unit 90 forms the catalyst ink layer 8 with a film thickness set in advance in the same region as the catalyst layer 9 on the surface side. It is determined whether or not.

図9の最も下側には、仮に触媒インク層8の塗工領域が表面側の触媒層9の形成領域からずれていた場合を例示している。この例では、触媒インク層8の幅方向位置および搬送方向に沿った位置がともに表面側の触媒層9の形成領域からずれている。このような触媒インク層8の位置ずれはファイバーセンサー74および検査カメラ75の検出結果に基づいて制御部90が判定することとなる。   The lowermost part of FIG. 9 illustrates a case where the coating region of the catalyst ink layer 8 is deviated from the formation region of the catalyst layer 9 on the surface side. In this example, both the position in the width direction of the catalyst ink layer 8 and the position along the transport direction are deviated from the formation region of the catalyst layer 9 on the surface side. Such a positional deviation of the catalyst ink layer 8 is determined by the control unit 90 based on the detection results of the fiber sensor 74 and the inspection camera 75.

次いで、吸着ローラ20の回転によって、電解質膜2の裏面側の触媒インク層8が乾燥炉40に対向する位置にまで搬送され、触媒インク層8の乾燥処理が行われる(ステップS5)。触媒インク層8の乾燥処理は、乾燥炉40から触媒インク層8に熱風を吹き付けることによって行われる。熱風が吹き付けられることによって触媒インク層8が加熱されて溶媒成分が揮発し、触媒インク層8が乾燥される。溶媒成分が揮発することによって触媒インク層8が乾燥されて触媒層9となる。   Next, by rotation of the adsorption roller 20, the catalyst ink layer 8 on the back side of the electrolyte membrane 2 is transported to a position facing the drying furnace 40, and the catalyst ink layer 8 is dried (step S5). The drying process of the catalyst ink layer 8 is performed by blowing hot air from the drying furnace 40 to the catalyst ink layer 8. When the hot air is blown, the catalyst ink layer 8 is heated, the solvent component is volatilized, and the catalyst ink layer 8 is dried. As the solvent component volatilizes, the catalyst ink layer 8 is dried to become the catalyst layer 9.

図11は、表裏両面に触媒層9が形成された電解質膜2の断面図である。触媒層9は、白金などの触媒粒子が担持された電極層である。触媒層9は、触媒インク層8から溶媒成分が揮発して固化したものであるため、その厚さは触媒インク層8よりも薄い。乾燥後の触媒層9の厚さは、例えば3μm〜50μmである。図11に示すような、電解質膜2の表裏両面に触媒層9が形成されたものが膜・触媒層接合体5である。   FIG. 11 is a cross-sectional view of the electrolyte membrane 2 in which the catalyst layers 9 are formed on both the front and back surfaces. The catalyst layer 9 is an electrode layer on which catalyst particles such as platinum are supported. Since the catalyst layer 9 is formed by volatilization and solidification of the solvent component from the catalyst ink layer 8, the thickness of the catalyst layer 9 is thinner than that of the catalyst ink layer 8. The thickness of the catalyst layer 9 after drying is, for example, 3 μm to 50 μm. As shown in FIG. 11, the membrane / catalyst layer assembly 5 has the catalyst layers 9 formed on both the front and back surfaces of the electrolyte membrane 2.

また、乾燥炉40は、3つの乾燥ゾーン41,42,43を備えており、それらからは異なる温度の熱風が吹き付けられる。具体的には、吸着ローラ20による電解質膜2の搬送方向の最も上流側に位置する乾燥ゾーン41から中間の乾燥ゾーン42を経て最も下流側の乾燥ゾーン43の順に熱風温度が高くなる。乾燥ゾーンを分割することなく、塗工直後の触媒インク層8に直ちに高温の熱風を吹き付けると、触媒インク層8が急激に乾燥されて表面にクラックが生じることがある。或いは、吸着ローラ20にヒータを内蔵して塗工直後の触媒インク層8を急激に乾燥した場合も同様である。   The drying furnace 40 includes three drying zones 41, 42, and 43, from which hot air having different temperatures is blown. Specifically, the hot air temperature increases in the order of the drying zone 41 located on the most upstream side in the conveying direction of the electrolyte membrane 2 by the adsorption roller 20, the intermediate drying zone 42, and the most downstream drying zone 43. If high-temperature hot air is immediately blown onto the catalyst ink layer 8 immediately after coating without dividing the drying zone, the catalyst ink layer 8 may be rapidly dried to cause cracks on the surface. Alternatively, the same applies to the case where the heater is built in the suction roller 20 and the catalyst ink layer 8 immediately after coating is dried rapidly.

本実施形態では、乾燥炉40を3つの乾燥ゾーン41,42,43に分割し、電解質膜2の搬送方向の上流側から下流側に向けて乾燥温度を順次に高くしている。すなわち、最も上流側の乾燥ゾーン41は、塗工直後の触媒インク層8に比較的低温の熱風を吹き付けることによって、触媒インク層8を僅かに昇温させる。次に、中間の乾燥ゾーン42がやや高温の熱風を吹き付けることによって、触媒インク層8を緩やかに乾燥させる。そして、最も下流側の乾燥ゾーン43が高温の熱風を吹き付けることによって、触媒インク層8を強く乾燥させる。このように、乾燥温度を徐々に高くして触媒インク層8を段階的に乾燥させることにより、乾燥処理時のクラックの発生を防止することができる。   In the present embodiment, the drying furnace 40 is divided into three drying zones 41, 42, and 43, and the drying temperature is sequentially increased from the upstream side to the downstream side in the transport direction of the electrolyte membrane 2. That is, the most upstream drying zone 41 slightly raises the temperature of the catalyst ink layer 8 by blowing hot air of relatively low temperature onto the catalyst ink layer 8 immediately after coating. Next, the intermediate drying zone 42 blows slightly hot hot air to gently dry the catalyst ink layer 8. Then, the catalyst ink layer 8 is strongly dried by blowing hot hot air from the most downstream drying zone 43. As described above, by gradually increasing the drying temperature and drying the catalyst ink layer 8 stepwise, the generation of cracks during the drying process can be prevented.

クラックの発生を防止しつつ触媒インク層8を適切に乾燥させるためには、乾燥処理時間も適切に管理する必要があり、例えば約60秒とするのが好ましい。乾燥処理時間は、1つの触媒インク層8が3つの乾燥ゾーン41,42,43を通過する合計時間である。例えば、吸着ローラ20の直径が400mmで3つの乾燥ゾーン41,42,43が吸着ローラ20の外周面の半周を覆っていたとすると、その長さは約628mmとなる。この条件で乾燥処理時間として60秒を確保するためには、電解質膜2の搬送速度を10.4mm/秒とすれば良い。電解質膜2の搬送速度は吸着ローラ20の回転速度によって規定される。   In order to appropriately dry the catalyst ink layer 8 while preventing the occurrence of cracks, it is necessary to appropriately manage the drying process time, and for example, about 60 seconds is preferable. The drying processing time is the total time for one catalyst ink layer 8 to pass through the three drying zones 41, 42, and 43. For example, if the suction roller 20 has a diameter of 400 mm and the three drying zones 41, 42, and 43 cover the half circumference of the outer peripheral surface of the suction roller 20, the length is about 628 mm. In order to ensure 60 seconds as the drying process time under these conditions, the conveying speed of the electrolyte membrane 2 may be 10.4 mm / second. The conveyance speed of the electrolyte membrane 2 is defined by the rotation speed of the suction roller 20.

また、乾燥炉40は、電解質膜2の搬送方向に沿って最も上流側に熱遮断ゾーン44を備え、最も下流側に熱遮断ゾーン45を備えている。これにより、乾燥ゾーン41,42,43から吹き出された熱風が乾燥炉40を超えて吸着ローラ20の上流側および下流側に流れ出るのを防止することができる。その結果、乾燥炉40の上流側に位置する塗工ノズル30や下流側に位置する貼付部50が不必要に加熱されるのを防止することができる。   Further, the drying furnace 40 includes a heat blocking zone 44 on the most upstream side along the conveying direction of the electrolyte membrane 2 and includes a heat blocking zone 45 on the most downstream side. Thereby, it is possible to prevent the hot air blown from the drying zones 41, 42, 43 from flowing over the drying furnace 40 to the upstream side and the downstream side of the suction roller 20. As a result, it is possible to prevent the coating nozzle 30 located on the upstream side of the drying furnace 40 and the sticking portion 50 located on the downstream side from being unnecessarily heated.

さらに、乾燥炉40には、熱遮断ゾーン44,45に加えて吸引部46,47も設けられており、これらによって乾燥炉40の周囲に熱風が流れ出るのを防止するとともに、乾燥時に触媒インク層8から揮発した溶媒の蒸気等が漏出するのを防止することができる。   Further, the drying furnace 40 is provided with suction portions 46 and 47 in addition to the heat shut-off zones 44 and 45, thereby preventing hot air from flowing around the drying furnace 40 and a catalyst ink layer during drying. It is possible to prevent the vapor of the solvent volatilized from 8 from leaking out.

次に、吸着ローラ20のさらなる回転によって、乾燥後の裏面側の触媒層9が貼付部50に到達する。貼付部50は、電解質膜2の裏面に支持フィルム7を貼り合わせるラミネート処理を行う(ステップS6)。すなわち、貼付部50は、製造装置1にて塗工処理を行った電解質膜2の塗工面に対して支持フィルム7を貼り合わせる。   Next, the catalyst layer 9 on the back side after drying reaches the pasting part 50 by further rotation of the suction roller 20. The affixing unit 50 performs a laminating process for affixing the support film 7 to the back surface of the electrolyte membrane 2 (step S6). That is, the sticking unit 50 sticks the support film 7 to the coating surface of the electrolyte membrane 2 that has been subjected to the coating process in the manufacturing apparatus 1.

図12は、電解質膜2の塗工面に支持フィルム7を貼り合わせるラミネート処理の様子を示す図である。貼付部50が設けられている位置近傍の吸着ローラ20の外周面に向けて、支持フィルム巻出ローラ55から帯状の支持フィルム7が連続的に供給される。支持フィルム7としては、機械的な強度に富んで形状保持機能に優れた樹脂フィルム、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)やPET(ポリエチレンテレフタレート)のフィルムを用いることができる。すなわち、支持フィルム7はバックシート6と同じものであっても良く、剥離部10が剥離してバックシート巻取ローラ14によって巻き取ったバックシート6を支持フィルム7として支持フィルム巻出ローラ55から送り出すようにしても良い。   FIG. 12 is a diagram illustrating a state of a laminating process in which the support film 7 is bonded to the coating surface of the electrolyte membrane 2. The belt-like support film 7 is continuously supplied from the support film unwinding roller 55 toward the outer peripheral surface of the suction roller 20 in the vicinity of the position where the sticking portion 50 is provided. As the support film 7, a resin film having a high mechanical strength and an excellent shape holding function, for example, a film of PEN (polyethylene naphthalate) or PET (polyethylene terephthalate) can be used. That is, the support film 7 may be the same as the back sheet 6, and the back sheet 6 peeled off by the peeling portion 10 and taken up by the back sheet take-up roller 14 is used as the support film 7 from the support film unwinding roller 55. You may make it send out.

支持フィルム巻出ローラ55から送り出された支持フィルム7は、テンション検知ローラ52に懸架されて吸着ローラ20へと供給される。支持フィルム巻出ローラ55から送り出されてラミネート処理に供されるまでの支持フィルム7の張力はテンション検知ローラ52によって検知され、その測定値が予め設定された値となるように支持フィルム巻出ローラ55の回転が制御される。   The support film 7 sent out from the support film unwinding roller 55 is suspended from the tension detection roller 52 and supplied to the suction roller 20. The tension of the support film 7 from the support film unwinding roller 55 until it is used for the laminating process is detected by the tension detection roller 52, and the measured value becomes a preset value so that the measured value becomes a preset value. The rotation of 55 is controlled.

支持フィルム7は、電解質膜2の搬送方向において、貼付部50のラミネートローラ51よりも少し上流側に供給される。すなわち、支持フィルム7は、ラミネートローラ51と乾燥炉40との間に供給される。そして、供給された支持フィルム7は、図12に示すように、ラミネートローラ51の回転に巻き込まれるようにして電解質膜2の裏面に重ね合わされる。電解質膜2の裏面には塗工ノズル30から塗工されて乾燥炉40にて乾燥された触媒層9が形成されている。電解質膜2の裏面に支持フィルム7が重ね合わされると、裏面側の触媒層9は電解質膜2と支持フィルム7との間に挟み込まれることとなる。   The support film 7 is supplied slightly upstream of the laminating roller 51 of the sticking unit 50 in the conveying direction of the electrolyte membrane 2. That is, the support film 7 is supplied between the laminating roller 51 and the drying furnace 40. Then, as shown in FIG. 12, the supplied support film 7 is superimposed on the back surface of the electrolyte membrane 2 so as to be wound around the rotation of the laminating roller 51. On the back surface of the electrolyte membrane 2, a catalyst layer 9 that is applied from the application nozzle 30 and dried in a drying furnace 40 is formed. When the support film 7 is overlaid on the back surface of the electrolyte membrane 2, the catalyst layer 9 on the back surface side is sandwiched between the electrolyte membrane 2 and the support film 7.

触媒層9が形成された電解質膜2の裏面に支持フィルム7を重ね合わせた積層体が吸着ローラ20およびラミネートローラ51の回転にともなってそれら両ローラの間に挟み込まれる。これにより、電解質膜2の裏面に支持フィルム7を重ね合わせた積層体が吸着ローラ20およびラミネートローラ51から押圧されることとなる。吸着ローラ20およびラミネートローラ51が当該積層体を押圧する力は、吸着ローラ20の外周面とラミネートローラ51との間隔によって規定される。吸着ローラ20とラミネートローラ51との間隔はラミネートローラ51を支持するシリンダーによって調整される。   A laminated body in which the support film 7 is superimposed on the back surface of the electrolyte membrane 2 on which the catalyst layer 9 is formed is sandwiched between the two rollers as the suction roller 20 and the laminating roller 51 rotate. As a result, the laminate in which the support film 7 is superimposed on the back surface of the electrolyte membrane 2 is pressed from the suction roller 20 and the laminating roller 51. The force with which the suction roller 20 and the laminating roller 51 press the laminate is defined by the distance between the outer peripheral surface of the suction roller 20 and the laminating roller 51. The distance between the suction roller 20 and the laminating roller 51 is adjusted by a cylinder that supports the laminating roller 51.

電解質膜2の裏面に支持フィルム7を重ね合わせた積層体が吸着ローラ20およびラミネートローラ51から押圧されることによって、支持フィルム7が電解質膜2の裏面に貼り合わされるラミネート処理が進行する。図13は、支持フィルム7が貼り合わされた電解質膜2の断面図である。支持フィルム7は、電解質膜2の裏面のうち触媒層9が形成されていない領域(非塗工領域)にて電解質膜2に貼り付く。その一方、支持フィルム7は触媒層9には貼り付かない。   When the laminated body in which the support film 7 is superimposed on the back surface of the electrolyte membrane 2 is pressed from the adsorption roller 20 and the laminate roller 51, the lamination process in which the support film 7 is bonded to the back surface of the electrolyte membrane 2 proceeds. FIG. 13 is a cross-sectional view of the electrolyte membrane 2 to which the support film 7 is bonded. The support film 7 is attached to the electrolyte membrane 2 in a region (non-coated region) where the catalyst layer 9 is not formed on the back surface of the electrolyte membrane 2. On the other hand, the support film 7 does not stick to the catalyst layer 9.

また、ラミネートローラ51はヒータ95によって所定の温度に温調されている。ヒータ95によって温調されたラミネートローラ51が電解質膜2を加熱することによって、電解質膜2の粘着力を高めて支持フィルム7が電解質膜2に確実に貼り付くこととなる。ヒータ95による温調温度は電解質膜2の粘着力に依存している。具体的には、電解質膜2自体の粘着力が弱いほどヒータ95はラミネートローラ51を高温に温調する。電解質膜2自体の粘着力が十分に強く、特段に加熱しなくても支持フィルム7が電解質膜2に貼り付く場合には、ヒータ95がラミネートローラ51を常温に温調すれば足りる。逆に、電解質膜2自体の粘着力が弱く、加熱しなければ支持フィルム7が電解質膜2に貼り付かないような場合には、ヒータ95がラミネートローラ51を高温に温調する。   Further, the temperature of the laminating roller 51 is adjusted to a predetermined temperature by a heater 95. The laminating roller 51 whose temperature is controlled by the heater 95 heats the electrolyte membrane 2, thereby increasing the adhesive force of the electrolyte membrane 2 and ensuring that the support film 7 is adhered to the electrolyte membrane 2. The temperature control temperature by the heater 95 depends on the adhesive strength of the electrolyte membrane 2. Specifically, the heater 95 adjusts the temperature of the laminating roller 51 to a higher temperature as the adhesive strength of the electrolyte membrane 2 itself is weaker. If the adhesive strength of the electrolyte membrane 2 itself is sufficiently strong and the support film 7 sticks to the electrolyte membrane 2 without special heating, it is sufficient that the heater 95 adjusts the temperature of the laminating roller 51 to room temperature. Conversely, when the adhesive strength of the electrolyte membrane 2 itself is weak and the support film 7 does not stick to the electrolyte membrane 2 unless heated, the heater 95 adjusts the temperature of the laminating roller 51 to a high temperature.

但し、ヒータ95がラミネートローラ51を温調する温度の上限は、触媒層9に含有されている上記アイオノマーのガラス転移点Tgである。これは、ラミネートローラ51の温調温度が触媒層9に含有されているアイオノマーのガラス転移点Tgを超えると、ラミネートローラ51によって加熱された触媒層9が溶融して支持フィルム7に貼り付くおそれがあるためである。すなわち、ヒータ95は、ラミネートローラ51を常温以上、触媒層9に含有されているアイオノマーのガラス転移点Tg以下に温調するのである。   However, the upper limit of the temperature at which the heater 95 controls the temperature of the laminating roller 51 is the glass transition point Tg of the ionomer contained in the catalyst layer 9. This is because if the temperature of the laminating roller 51 exceeds the glass transition point Tg of the ionomer contained in the catalyst layer 9, the catalyst layer 9 heated by the laminating roller 51 may melt and stick to the support film 7. Because there is. That is, the heater 95 adjusts the temperature of the laminating roller 51 to a temperature not lower than normal temperature and not higher than the glass transition point Tg of the ionomer contained in the catalyst layer 9.

ラミネートローラ51は、支持フィルム7を電解質膜2の裏面に貼り合わせるとともに、支持フィルム7を貼り合わせた当該電解質膜2の表面を吸着ローラ20の外周面から剥離する。そして、吸着ローラ20およびラミネートローラ51によるラミネート処理により支持フィルム7が貼り合わされた膜・触媒層接合体5は、テンション検知ローラ53に懸架されて接合体巻取ローラ56によって巻き取られる(ステップS7)。支持フィルム7が貼り合わされて吸着ローラ20から剥離されてから接合体巻取ローラ56に至るまでの支持フィルム7付き膜・触媒層接合体5の張力はテンション検知ローラ53によって検知され、その測定値が予め設定された値となるように接合体巻取ローラ56の回転が制御される。支持フィルム7付きの膜・触媒層接合体5が接合体巻取ローラ56によって巻き取られることにより、一連の膜・触媒層接合体5の製造プロセスが完了する。なお、テンション検知ローラ53は、支持フィルム7と接触するため、つまり電解質膜2とは直接には接触しないため、テンション検知ローラ53との接触によって電解質膜2が変形することは防止される。   The laminating roller 51 bonds the support film 7 to the back surface of the electrolyte membrane 2 and peels the surface of the electrolyte membrane 2 to which the support film 7 is bonded from the outer peripheral surface of the suction roller 20. Then, the membrane / catalyst layer assembly 5 on which the support film 7 is bonded by the laminating process by the suction roller 20 and the laminating roller 51 is suspended by the tension detection roller 53 and taken up by the joined body take-up roller 56 (step S7). ). The tension of the membrane / catalyst layer assembly 5 with the support film 7 from the time when the support film 7 is pasted and peeled off from the adsorption roller 20 to the joined body take-up roller 56 is detected by the tension detection roller 53 and the measured value thereof. The rotation of the joined body winding roller 56 is controlled so that becomes a preset value. By winding the membrane / catalyst layer assembly 5 with the support film 7 by the assembly winding roller 56, a series of manufacturing processes of the membrane / catalyst layer assembly 5 is completed. Since the tension detection roller 53 is in contact with the support film 7, that is, not directly in contact with the electrolyte membrane 2, the electrolyte membrane 2 is prevented from being deformed by contact with the tension detection roller 53.

ところで、上記の製造装置1においては、吸着ローラ20の外周面の一部を覆うように乾燥炉40を設け、触媒インク層8の乾燥のために吸着ローラ20の外周面に熱風を吹き付けている。このため、多孔質セラミックスにて形成された吸着ローラ20が徐々に蓄熱して昇温する。吸着ローラ20が所定値を超えて高温になると、塗工ノズル30から電解質膜2に塗工された触媒インクが直ちに加熱されて急激に乾燥し、触媒インク層8の表面にクラックが生じるおそれがある。   By the way, in the manufacturing apparatus 1 described above, the drying furnace 40 is provided so as to cover a part of the outer peripheral surface of the adsorption roller 20, and hot air is blown to the outer peripheral surface of the adsorption roller 20 for drying the catalyst ink layer 8. . For this reason, the suction roller 20 formed of porous ceramics gradually accumulates heat and rises in temperature. If the suction roller 20 exceeds the predetermined value and becomes high temperature, the catalyst ink applied to the electrolyte membrane 2 from the coating nozzle 30 is immediately heated and dried rapidly, and there is a possibility that cracks may occur on the surface of the catalyst ink layer 8. is there.

このため、吸着ローラ20に複数の水冷管22を設け(図3)、その水冷管22に恒温水を流すことによって吸着ローラ20を冷却して所定値以上に昇温するのを防いでいる。但し、多孔質セラミックスにて形成された吸着ローラ20は熱伝導度が低い場合もあり、しかも乾燥炉40は吸着ローラ20の外周面に熱風を吹き付けるため、当該外周面の温度上昇を十分に抑制できない場合もあり得る。   For this reason, a plurality of water cooling tubes 22 are provided on the suction roller 20 (FIG. 3), and constant temperature water is allowed to flow through the water cooling tubes 22 to prevent the suction roller 20 from being cooled and heated to a predetermined value or more. However, the adsorption roller 20 made of porous ceramics may have a low thermal conductivity, and the drying furnace 40 blows hot air on the outer circumferential surface of the adsorption roller 20, so that the temperature rise on the outer circumferential surface is sufficiently suppressed. It may not be possible.

このような場合であっても、表面冷却部60(図1)から吸着ローラ20の外周面に向けて冷却エアーを吹き付けることにより、乾燥炉40からの熱風により蓄熱された吸着ローラ20の外周面を冷却して除熱することができる。これにより、塗工ノズル30から電解質膜2に塗工された触媒インクが直ちに加熱されるのを防ぐことができる。   Even in such a case, the outer peripheral surface of the suction roller 20 stored by hot air from the drying furnace 40 by blowing cooling air from the surface cooling unit 60 (FIG. 1) toward the outer peripheral surface of the suction roller 20. The heat can be removed by cooling. Thereby, it is possible to prevent the catalyst ink applied from the coating nozzle 30 to the electrolyte membrane 2 from being heated immediately.

本実施形態においては、電解質膜巻出ローラ12からバックシート6付きにて電解質膜2が送り出され、剥離ローラ11によって電解質膜2の表面を吸着ローラ20に吸着させた状態でバックシート6を剥離している。そして、電解質膜2を吸着ローラ20に吸着支持した状態で搬送しつつ、電解質膜2の裏面に触媒インクを塗工して触媒インク層8を形成し、それに熱風を吹き付けて乾燥させて触媒層9としている。その後、触媒層9の形成された電解質膜2の裏面に支持フィルム7を重ね合わせた積層体を吸着ローラ20とラミネートローラ51との間に挟み込んで支持フィルム7を電解質膜2の裏面に貼り合わせている。   In the present embodiment, the electrolyte membrane 2 is fed out from the electrolyte membrane unwinding roller 12 with the back sheet 6, and the back sheet 6 is peeled off in a state where the surface of the electrolyte membrane 2 is adsorbed to the suction roller 20 by the peeling roller 11. doing. Then, while the electrolyte membrane 2 is conveyed while being adsorbed and supported by the adsorption roller 20, the catalyst ink is applied to the back surface of the electrolyte membrane 2 to form the catalyst ink layer 8, and hot air is blown to the catalyst ink layer 8 to dry the catalyst layer. Nine. Thereafter, a laminate in which the support film 7 is superimposed on the back surface of the electrolyte membrane 2 on which the catalyst layer 9 is formed is sandwiched between the adsorption roller 20 and the laminate roller 51, and the support film 7 is bonded to the back surface of the electrolyte membrane 2. ing.

従って、電解質膜巻出ローラ12から吸着ローラ20を経て接合体巻取ローラ56に至るまでロール・ツー・ロール(roll-to-roll)で搬送される電解質膜2は、常に何らかの部材によって連続的に支持されている。具体的には、初期段階では電解質膜2の裏面がバックシート6によって支持され、バックシート6が剥離されるときには電解質膜2の表面が吸着ローラ20の外周面によって支持される。そして、触媒層9の乾燥後に電解質膜2が吸着ローラ20から離れるときには電解質膜2の裏面に支持フィルム7が貼り合わされて支持され、その支持フィルム7が貼り合わされた状態で接合体巻取ローラ56に巻き取られる。   Therefore, the electrolyte membrane 2 conveyed by roll-to-roll from the electrolyte membrane unwinding roller 12 through the suction roller 20 to the joined body winding roller 56 is always continuously formed by some member. It is supported by. Specifically, at the initial stage, the back surface of the electrolyte membrane 2 is supported by the back sheet 6, and when the back sheet 6 is peeled off, the surface of the electrolyte membrane 2 is supported by the outer peripheral surface of the suction roller 20. Then, when the electrolyte membrane 2 is separated from the adsorption roller 20 after the catalyst layer 9 is dried, the support film 7 is bonded and supported on the back surface of the electrolyte membrane 2, and the joined body winding roller 56 in a state where the support film 7 is bonded. Rolled up.

既述したように、製造装置1にて使用される電解質膜2は、非常に薄くて機械的強度が弱く、大気中の少量の湿気によっても容易に膨潤する一方で湿度が低くなると収縮するという特性を有しており、極めて変形しやすい。何らの支持もしていない電解質膜2に触媒インクを塗布すると、触媒インクに含まれる溶媒によって電解質膜2が膨潤し、触媒インクが乾燥されるときには電解質膜2も収縮する。また、乾燥炉40で触媒層9が十分には乾燥されていない場合には、乾燥炉40での乾燥処理後にも電解質膜2が膨潤・収縮することがある。電解質膜2が膨潤・収縮すると、電解質膜2に皺やピンホールが発生するおそれがある。すなわち、特に、溶媒を含む触媒インクが塗工された以降において、電解質膜2の膨潤・収縮が生じやすく、皺やピンホールの発生が問題となる。電解質膜2にこのような皺やピンホールが発生すると、燃料電池の発電性能を低下させる要因となる。   As described above, the electrolyte membrane 2 used in the manufacturing apparatus 1 is very thin and weak in mechanical strength, and easily swells even with a small amount of moisture in the atmosphere, while shrinking when the humidity is low. It has characteristics and is very easy to deform. When the catalyst ink is applied to the electrolyte membrane 2 that is not supported at all, the electrolyte membrane 2 is swollen by the solvent contained in the catalyst ink, and the electrolyte membrane 2 is also contracted when the catalyst ink is dried. In addition, when the catalyst layer 9 is not sufficiently dried in the drying furnace 40, the electrolyte membrane 2 may swell / shrink even after the drying process in the drying furnace 40. When the electrolyte membrane 2 swells and contracts, wrinkles and pinholes may occur in the electrolyte membrane 2. That is, in particular, after the catalyst ink containing the solvent is applied, the electrolyte membrane 2 is likely to swell and shrink, and the generation of wrinkles and pinholes becomes a problem. When such wrinkles and pinholes are generated in the electrolyte membrane 2, it becomes a factor of deteriorating the power generation performance of the fuel cell.

本実施形態においては、触媒インクを塗工するときには電解質膜2を吸着ローラ20によって吸着支持するとともに、その後に電解質膜2が吸着ローラ20から離れた後も支持フィルム7によって電解質膜2を連続的に支持している。従って、触媒インクの塗工時以降の搬送全体にわたって電解質膜2の膨潤・収縮に起因した変形を抑制することができ、皺やピンホールの発生を防止することができる。その結果、本発明に係る製造装置1によって製造された膜・触媒層接合体5を使用した燃料電池の発電性能の低下を防止することができる。   In this embodiment, when applying the catalyst ink, the electrolyte membrane 2 is adsorbed and supported by the adsorption roller 20, and the electrolyte membrane 2 is continuously formed by the support film 7 after the electrolyte membrane 2 is separated from the adsorption roller 20 thereafter. I support it. Therefore, deformation due to swelling / shrinkage of the electrolyte membrane 2 can be suppressed over the entire conveyance after the application of the catalyst ink, and generation of wrinkles and pinholes can be prevented. As a result, it is possible to prevent a decrease in the power generation performance of the fuel cell using the membrane / catalyst layer assembly 5 manufactured by the manufacturing apparatus 1 according to the present invention.

また、製造装置1では、触媒インクの塗工時以降のみならず、電解質膜2が電解質膜巻出ローラ12から送り出されてから接合体巻取ローラ56に巻き取られるまで常に何らかの部材によって連続的に支持されている。このため、膜・触媒層接合体5の一連の製造工程の全体にわたって電解質膜2の膨潤・収縮に起因した変形を抑制することができ、皺やピンホールの発生を防止することができる。   Further, in the manufacturing apparatus 1, not only after the catalyst ink is applied, but also continuously from any member until the electrolyte membrane 2 is fed from the electrolyte membrane unwinding roller 12 and wound on the joined body winding roller 56. It is supported by. For this reason, the deformation | transformation resulting from the swelling and shrinkage | contraction of the electrolyte membrane 2 can be suppressed over the whole series of manufacturing process of the membrane-catalyst layer assembly 5, and generation | occurrence | production of a flaw and a pinhole can be prevented.

また、製造装置1では、接合体巻取ローラ56によって支持フィルム7付き膜・触媒層接合体5がロール状に巻き取られることにより、電解質膜2は密閉状態にて保管されることとなる。電解質膜2は支持フィルム7が貼り合わされていたとしても、大気中に暴露した状態でそれを放置していると、大気中の水分を吸収して電解質膜2が変形することがある。本実施形態のように、支持フィルム7付き膜・触媒層接合体5をロール状に巻き取って電解質膜2を密閉状態として保管することにより、大気中の水分を吸収して電解質膜2が変形するのを防止することができる。   In the manufacturing apparatus 1, the membrane / catalyst layer assembly 5 with the support film 7 is wound up in a roll shape by the assembly winding roller 56, so that the electrolyte membrane 2 is stored in a sealed state. Even if the support film 7 is bonded to the electrolyte membrane 2, if it is left in the state exposed to the atmosphere, the electrolyte membrane 2 may be deformed by absorbing moisture in the atmosphere. As in this embodiment, the membrane / catalyst layer assembly 5 with the support film 7 is wound up in a roll shape and the electrolyte membrane 2 is stored in a hermetically sealed state, so that moisture in the atmosphere is absorbed and the electrolyte membrane 2 is deformed. Can be prevented.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、電解質膜2の裏面からバックシート6を剥離してその裏面に触媒層9を形成して支持フィルム7を貼り合わせるようにしていたが、電解質膜2の表面に触媒層9を形成して支持フィルム7を貼り合わせるようにしても良い。既述したように、電解質膜2の表面と裏面とは単なる便宜上の区別にすぎず、電解質膜2の一方面に触媒層9を形成して支持フィルム7を貼り合わせる形態であれば良い。   While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the back sheet 6 is peeled from the back surface of the electrolyte membrane 2 and the catalyst layer 9 is formed on the back surface, and the support film 7 is bonded, but the catalyst film is attached to the surface of the electrolyte membrane 2. The support film 7 may be bonded by forming the layer 9. As described above, the front surface and the back surface of the electrolyte membrane 2 are merely distinguished for convenience, and any form may be employed as long as the catalyst layer 9 is formed on one surface of the electrolyte membrane 2 and the support film 7 is bonded.

また、上記実施形態においては、吸着ローラ20の外周面とラミネートローラ51との間隔によって電解質膜2の裏面に支持フィルム7を重ね合わせた積層体を押圧する力を規定していたが、これに代えて、ラミネートローラ51を支持するシリンダーの圧力によって押圧力を調整するようにしても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the force which presses the laminated body which piled up the support film 7 on the back surface of the electrolyte membrane 2 with the space | interval of the outer peripheral surface of the adsorption | suction roller 20 and the lamination roller 51 was prescribed | regulated, to this, Instead, the pressing force may be adjusted by the pressure of the cylinder that supports the laminating roller 51.

また、支持フィルム7としては剥離部10が剥離してバックシート巻取ローラ14によって巻き取ったバックシート6を再利用するのが好ましいが、バックシート6とは別に支持フィルム7を準備するようにしても良い。特に、バックシート6の幅が電解質膜2の幅と等しい場合には、そのバックシート6を支持フィルム7として再利用すると、支持フィルム7の幅方向端部における貼り付けが不安定となるため、このような場合には、電解質膜2よりも幅の広い支持フィルム7を用いるのが好ましい。   Further, as the support film 7, it is preferable to reuse the back sheet 6 peeled off by the peeling portion 10 and wound up by the back sheet take-up roller 14, but the support film 7 is prepared separately from the back sheet 6. May be. In particular, when the width of the back sheet 6 is equal to the width of the electrolyte membrane 2, if the back sheet 6 is reused as the support film 7, the pasting at the end in the width direction of the support film 7 becomes unstable. In such a case, it is preferable to use a support film 7 wider than the electrolyte membrane 2.

また、上記各実施形態においては、乾燥炉40に3つの乾燥ゾーン41,42,43を設けていたが、乾燥ゾーンの分割数は3つに限定されるものではなく、2つであっても良いし、4つ以上であっても良い。いずれであっても、乾燥炉40が吹き付ける熱風の温度は、吸着ローラ20による電解質膜2の搬送方向の上流側から下流側に向けて順次に高くなる。   Moreover, in each said embodiment, although the three drying zones 41, 42, and 43 were provided in the drying furnace 40, the division | segmentation number of a drying zone is not limited to three, Even if it is two It may be four or more. In any case, the temperature of the hot air blown by the drying furnace 40 sequentially increases from the upstream side to the downstream side in the conveying direction of the electrolyte membrane 2 by the adsorption roller 20.

また、隣り合う乾燥ゾーンの間に上記実施形態と同様の熱遮断ゾーンを設けるようにしても良い。このようにすれば、隣り合う乾燥ゾーンから吹き出された熱風の相互干渉を防止することができる。   Moreover, you may make it provide the heat interruption | blocking zone similar to the said embodiment between the adjacent drying zones. If it does in this way, the mutual interference of the hot air blown from the adjacent drying zone can be prevented.

また、乾燥炉40は、熱風を吹き付けて触媒インク層8の乾燥を行うようにしていたが、これに代えて、遠赤外線ヒータなどによって触媒インク層8の乾燥を行うようにしても良い。   Further, although the drying furnace 40 blows hot air to dry the catalyst ink layer 8, instead of this, the catalyst ink layer 8 may be dried by a far infrared heater or the like.

本発明は、膨潤・収縮によって容易に変形する高分子電解質膜に触媒インクを塗工して乾燥させることにより当該電解質膜上に触媒層を形成する固体高分子形燃料電池の膜・触媒層接合体の製造に好適である。   The present invention relates to a membrane / catalyst layer joining of a polymer electrolyte fuel cell in which a catalyst layer is formed on the electrolyte membrane by applying a catalyst ink to a polymer electrolyte membrane that is easily deformed by swelling / shrinking and drying the membrane. Suitable for body production.

1 製造装置
2 電解質膜
5 膜・触媒層接合体
6 バックシート
7 支持フィルム
9 触媒層
10 剥離部
11 剥離ローラ
12 電解質膜巻出ローラ
13,15,52,53 テンション検知ローラ
14 バックシート巻取ローラ
20 吸着ローラ
21 吸引口
22 水冷管
30 塗工ノズル
35 塗工液供給機構
40 乾燥炉
41,42,43 乾燥ゾーン
44,45 熱遮断ゾーン
50 貼付部
51 ラミネートローラ
55 支持フィルム巻出ローラ
56 接合体巻取ローラ
60 表面冷却部
90 制御部
95 ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus 2 Electrolyte membrane 5 Membrane / catalyst layer assembly 6 Back sheet 7 Support film 9 Catalyst layer 10 Peeling part 11 Peeling roller 12 Electrolyte membrane unwinding roller 13, 15, 52, 53 Tension detection roller 14 Back sheet winding roller DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Adsorption roller 21 Suction port 22 Water cooling pipe 30 Coating nozzle 35 Coating liquid supply mechanism 40 Drying furnace 41,42,43 Drying zone 44,45 Heat interruption zone 50 Sticking part 51 Laminating roller 55 Support film unwinding roller 56 Assembly Winding roller 60 Surface cooling unit 90 Control unit 95 Heater

Claims (10)

燃料電池の膜・触媒層接合体の製造装置であって、
帯状の電解質膜を外周面に吸着して支持する吸着ローラと、
前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工手段と、
前記吸着ローラの外周面の一部を覆うように設けられ、前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥手段と、
前記吸着ローラに向けて帯状の第1支持部材を供給する供給手段と、
前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材を重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとの間で挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせるラミネートローラと、
前記ラミネートローラを温調する温調手段と、
を備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
An apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly of a fuel cell,
An adsorption roller that adsorbs and supports a belt-shaped electrolyte membrane on the outer peripheral surface;
A coating means for coating a coating liquid on one surface of the electrolyte membrane conveyed by being supported by suction by the suction roller;
A drying means provided so as to cover a part of the outer peripheral surface of the adsorption roller, and drying the coating liquid applied to one surface of the electrolyte membrane to form a catalyst layer;
Supply means for supplying a belt-shaped first support member toward the suction roller;
A laminated body in which the first support member is superimposed on one surface of the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed is sandwiched between the adsorption rollers and the first support member is bonded to one surface of the electrolyte membrane. Laminating rollers;
Temperature adjusting means for adjusting the temperature of the laminating roller;
An apparatus for producing a membrane / catalyst layer assembly comprising:
請求項記載の膜・触媒層接合体の製造装置において、
前記温調手段は、前記ラミネートローラを常温以上、前記触媒層に含有されるアイオノマーのガラス転移点以下に温調することを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
In the manufacturing apparatus of the membrane-catalyst layer assembly according to claim 1 ,
The apparatus for producing a membrane / catalyst layer assembly is characterized in that the temperature control means controls the temperature of the laminating roller to a temperature above normal temperature and below a glass transition point of an ionomer contained in the catalyst layer.
燃料電池の膜・触媒層接合体の製造装置であって、
帯状の電解質膜を外周面に吸着して支持する吸着ローラと、
前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工手段と、
前記吸着ローラの外周面の一部を覆うように設けられ、前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥手段と、
前記吸着ローラに向けて帯状の第1支持部材を供給する供給手段と、
前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材を重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとの間で挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせるラミネートローラと、
前記電解質膜の一方面に貼り合わされた帯状の第2支持部材を剥離して前記電解質膜を前記吸着ローラに供給する剥離手段と、
を備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
An apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly of a fuel cell,
An adsorption roller that adsorbs and supports a belt-shaped electrolyte membrane on the outer peripheral surface;
A coating means for coating a coating liquid on one surface of the electrolyte membrane conveyed by being supported by suction by the suction roller;
A drying means provided so as to cover a part of the outer peripheral surface of the adsorption roller, and drying the coating liquid applied to one surface of the electrolyte membrane to form a catalyst layer;
Supply means for supplying a belt-shaped first support member toward the suction roller;
A laminated body in which the first support member is superimposed on one surface of the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed is sandwiched between the adsorption rollers and the first support member is bonded to one surface of the electrolyte membrane. Laminating rollers;
Peeling means for peeling the belt-like second support member bonded to one surface of the electrolyte membrane and supplying the electrolyte membrane to the adsorption roller;
An apparatus for producing a membrane / catalyst layer assembly comprising:
請求項記載の膜・触媒層接合体の製造装置において、
前記供給手段は、前記剥離手段が剥離した前記第2支持部材を前記第1支持部材として供給することを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
In the apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly according to claim 3 ,
The said supply means supplies the said 2nd support member which the said peeling means peeled as said 1st support member, The manufacturing apparatus of the membrane-catalyst layer assembly characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の膜・触媒層接合体の製造装置において、
前記ラミネートローラと前記吸着ローラとによって前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材が貼り合わされた膜・触媒層接合体を巻き取る巻取ローラをさらに備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
In the apparatus for manufacturing a membrane / catalyst layer assembly according to any one of claims 1 to 4 ,
The membrane / catalyst layer bonding further comprising a winding roller for winding the membrane / catalyst layer assembly in which the first support member is bonded to one surface of the electrolyte membrane by the laminating roller and the adsorption roller. Body manufacturing equipment.
燃料電池の膜・触媒層接合体の製造方法であって、
吸着ローラの外周面に帯状の電解質膜を吸着して支持する吸着支持工程と、
前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工工程と、
前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥工程と、
前記吸着ローラに向けて供給された帯状の第1支持部材を前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとラミネートローラとの間に挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせる貼付工程と、
前記ラミネートローラを温調する温調工程と、
を備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
A method for producing a fuel cell membrane / catalyst layer assembly comprising:
An adsorption support step for adsorbing and supporting a belt-like electrolyte membrane on the outer peripheral surface of the adsorption roller;
A coating step of coating a coating liquid on one surface of the electrolyte membrane that is supported by the suction roller and conveyed;
A drying step of drying the coating solution applied to one surface of the electrolyte membrane to form a catalyst layer;
A laminated body in which a belt-like first support member supplied toward the adsorption roller is superimposed on one surface of the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed is sandwiched between the adsorption roller and the lamination roller, and the first 1 affixing step of attaching a support member to one surface of the electrolyte membrane;
A temperature adjusting step for adjusting the temperature of the laminating roller;
A method for producing a membrane / catalyst layer assembly, comprising:
請求項記載の膜・触媒層接合体の製造方法において、
前記温調工程では、前記ラミネートローラを常温以上、前記触媒層に含有されるアイオノマーのガラス転移点以下に温調することを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
In the manufacturing method of the membrane-catalyst layer assembly according to claim 6 ,
In the temperature adjusting step, the temperature of the laminating roller is adjusted to a temperature not lower than room temperature and not higher than a glass transition point of an ionomer contained in the catalyst layer.
燃料電池の膜・触媒層接合体の製造方法であって、
吸着ローラの外周面に帯状の電解質膜を吸着して支持する吸着支持工程と、
前記吸着ローラに吸着支持されて搬送される前記電解質膜の一方面に塗工液を塗工する塗工工程と、
前記電解質膜の一方面に塗工された前記塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥工程と、
前記吸着ローラに向けて供給された帯状の第1支持部材を前記触媒層が形成された前記電解質膜の一方面に重ね合わせた積層体を前記吸着ローラとラミネートローラとの間に挟み込んで前記第1支持部材を前記電解質膜の一方面に貼り合わせる貼付工程と、
前記電解質膜の一方面に貼り合わされた帯状の第2支持部材を剥離して前記電解質膜を前記吸着ローラに供給する剥離工程と、
を備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
A method for producing a fuel cell membrane / catalyst layer assembly comprising:
An adsorption support step for adsorbing and supporting a belt-like electrolyte membrane on the outer peripheral surface of the adsorption roller;
A coating step of coating a coating liquid on one surface of the electrolyte membrane that is supported by the suction roller and conveyed;
A drying step of drying the coating solution applied to one surface of the electrolyte membrane to form a catalyst layer;
A laminated body in which a belt-like first support member supplied toward the adsorption roller is superimposed on one surface of the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed is sandwiched between the adsorption roller and the lamination roller, and the first 1 affixing step of attaching a support member to one surface of the electrolyte membrane;
A peeling step of peeling the belt-like second support member bonded to one surface of the electrolyte membrane and supplying the electrolyte membrane to the adsorption roller;
A method for producing a membrane / catalyst layer assembly, comprising:
請求項記載の膜・触媒層接合体の製造方法において、
前記剥離工程にて剥離された前記第2支持部材を前記貼付手段にて前記第1支持部材として使用することを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
In the manufacturing method of the membrane-catalyst layer assembly according to claim 8 ,
The method for producing a membrane / catalyst layer assembly, wherein the second support member peeled in the peeling step is used as the first support member in the sticking means.
請求項6から請求項9のいずれかに記載の膜・触媒層接合体の製造方法において、
前記貼付工程にて前記電解質膜の一方面に前記第1支持部材が貼り合わされた膜・触媒層接合体を巻取ローラに巻き取る巻取工程をさらに備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
In the manufacturing method of the membrane-catalyst layer assembly according to any one of claims 6 to 9 ,
The membrane / catalyst layer bonding further comprising a winding step of winding the membrane / catalyst layer assembly in which the first support member is bonded to one surface of the electrolyte membrane in the pasting step onto a winding roller. Body manufacturing method.
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