JP7096717B2 - 電極シートの製造方法および電極シートの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート体を切断することにより形成される電極シートの製造方法および電極シートの製造装置に関する。

燃料電池は、電解質膜の両側に電極シートが設けられてなる電解質膜・電極接合体（ＭＥＡ）を備える。電極シートは、ガス拡散層に触媒層を積層して構成される。このような電解質膜・電極接合体の製造において、ガス拡散層を切断することによりガス拡散層を単体で形成し、このガス拡散層を電解質膜に設けられた触媒層に積層する方法が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

特開２００８－２５８０９７号公報 特開２０１０－２７２２７号公報 特許第６０２０５３５号公報

ところで、支持層（ガス拡散層）に触媒を含む機能層（触媒層）が積層されたシート体に対して切刃を押圧することによりシート体を打ち抜き加工して電極シートを製造する場合、例えば、機能層側から切刃を押圧すると、機能層に切刃が押し入る際に機能層に切刃厚さ方向（シート体の面方向）の圧縮応力が生じる。そのため、電極シートを構成する機能層の外縁部が変形したり欠け落ちたりすることもある。また、シート体の切断時に支持層にバリが発生した場合には、そのバリが電極シートの外方に突出するおそれがある。さらに打ち抜き加工後の搬送工程で機能層の表面が汚染する可能性がある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、機能層の切断を容易かつ高品質に行うことができ、支持層にバリが生じても電極シートの外方に突出することを防止することができ、さらに機能層の表面の汚染を防止することができる電極シートの製造方法および電極シートの製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、電極シートの製造方法であって、触媒を含む機能層が支持層に積層されたシート体が巻回されたロールから前記シート体を送り出す送出工程と、前記送出工程で送り出された前記シート体を、前記機能層のうち前記支持層とは反対側の機能面に保護フィルムを接触させるとともに前記保護フィルムを搬送ローラで支持しながら搬送する搬送工程と、前記搬送工程で搬送された前記シート体に対して前記支持層側から切刃を押圧することにより前記シート体を打ち抜き加工して前記電極シートを形成する切断工程と、を行う、電極シートの製造方法である。

本発明の他の態様は、電極シートの製造装置であって、触媒を含む機能層が支持層に積層されたシート体が巻回されたロールから前記シート体を送り出すシート体送出部と、前記シート体送出部により前記ロールから送り出された前記シート体を打ち抜き加工することにより前記電極シートを形成する切刃を有する切断装置と、を備え、前記切刃は、前記シート体の切断前の状態で前記支持層のうち前記機能層とは反対側の外面に対向するように配設され、前記ロールは、前記機能層のうち前記支持層とは反対側の機能面に保護フィルムを配設した状態で前記保護フィルムと前記シート体とが巻回されることによって形成され、前記ロールから送り出された前記シート体を、前記保護フィルムを支持した状態で搬送する搬送ローラを備える、電極シートの製造装置である。

本発明によれば、支持層側から切刃を押し入れるため、支持層を介して機能層に切刃が押し入る。そのため、機能層が支持層で押さえ付けられた状態となる。そして、当該切刃が支持層を貫通する際に切刃の厚さ方向（支持層の平面方向）に支持層が押し広げられながら機能層にも切れ込みが入る。そして、当該切刃がさらに押し込まれることで支持層が切刃から離間するが、この支持層の切刃からの離間に伴って機能層のうち切刃に押圧されている部分には切刃の押圧方向と交差する方向の引張応力が生じる。これにより、機能層の変形や欠けが抑えられるため、機能層の切断を容易かつ高品質に行うことができる。また、支持層側から切刃を押圧するため、切断時に支持層にバリが生じてもそのバリを機能層内に位置させることができる。よって、バリが生じても電極シートの外方にそのバリが突出することを防ぐことができる。さらに機能層の表面の汚染を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る電極シートの製造装置の概略構成図である。 燃料電池を構成する電解質膜・電極接合体の一部省略断面図である。 図１の製造装置を用いた電極シートの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第１駆動モードの説明図である。 図５Ａは、ロールの一部省略縦断面図であり、図５Ｂは、第１駆動モードでシート体を切断している状態を示す一部省略断面図である。 図６Ａは、第２駆動モードの説明図であり、図６Ｂは、第２駆動モードでシート体を切断している状態を示す一部省略断面図である。 図７Ａは、第３駆動モードの説明図であり、図７Ｂは、第３駆動モードでシート体を切断している状態を示す一部省略断面図である。 図８Ａは、切断工程の第１説明図であり、図８Ｂは、切断工程の第２説明図であり、図８Ｃは、切断工程の第３説明図であり、図８Ｄは、切断工程の第４説明図である。 図９Ａは、本発明の第２実施形態に係る電極シートの製造装置の説明図であり、図９Ｂは、本発明の第３実施形態に係る電極シートの製造装置の説明図である。 本発明の第４実施形態に係る電極シートの製造装置の説明図である。

以下、本発明に係る電極シートの製造方法および電極シートの製造装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る電極シート３０２の製造装置１０Ａは、シート体３００を切断することにより燃料電池３０４（図２参照）用の電極シート３０２を形成する。ただし、製造装置１０Ａは、燃料電池３０４用の電極シート３０２を製造する例に限定されず、燃料電池３０４用以外の電極シートを形成してもよいことは勿論である。

まず、燃料電池３０４用の電極シート３０２について説明する。図２において、例えば固体高分子型燃料電池３０４は、電解質膜・電極接合体３０６を備える。電解質膜・電極接合体３０６は、電解質膜３０８と、電解質膜３０８の一方の面３０８ａに配設されたアノード側の電極シート３０２ａと、電解質膜３０８の他方の面３０８ｂに配設されたカソード側の電極シート３０２ｂとを有する。

アノード側の電極シート３０２ａは、支持層３１２ａと、支持層３１２ａに積層された機能層３１４ａとを備える。支持層３１２ａは、アノード側の活物質である水素ガスを供給するためのガス拡散層であって、例えば、カーボンペーパまたはカーボンクロスなどから構成されている。機能層３１４ａは、例えば、白金または白金合金などの触媒が表面に担持された多孔質カーボン粒子とイオン導電成分を含む触媒ペーストを支持層３１２ａの表面に一様に塗布することにより形成される。

カソード側の電極シート３０２ｂは、支持層３１２ｂと、支持層３１２ｂに積層された機能層３１４ｂとを備える。支持層３１２ｂは、カソード側の活物質である酸素を供給するためのガス拡散層であって、例えば、カーボンペーパまたはカーボンクロスなどから構成されている。機能層３１４ｂは、例えば、白金または白金合金などの触媒が表面に担持された多孔質カーボン粒子を支持層３１２ｂの表面に一様に塗布することにより形成される。

アノード側の機能層３１４ａで用いられる触媒は、カソード側の機能層３１４ｂで用いられる触媒と同じであってもよいし異なっていてもよい。以下の説明では、アノード側の電極シート３０２ａとカソード側の電極シート３０２ｂとを特に区別しない場合には、単に「電極シート３０２」、「支持層３１２」、「機能層３１４」という。

図１に示すように、製造装置１０Ａは、シート体送出部１２、搬送ローラ１４、上流側巻取部１６、バックシート送出部１８、切断装置２０、搬出装置２２、下流側巻取部２４および制御部２６を備える。

図１および図５Ａにおいて、シート体送出部１２は、触媒を含む機能層３１４が支持層３１２に積層されたシート体３００が巻回されたロール３１６からシート体３００を送り出す。シート体送出部１２は、シート体３００が巻回される送出ローラ２８（図１参照）を有する。ロール３１６は、機能層３１４のうち支持層３１２とは反対側の機能面３１５に保護フィルム３１８を配設した状態で保護フィルム３１８とシート体３００とが巻回されることによって形成されている。

保護フィルム３１８は、シート体３００の厚さよりも薄い層間フィルムである。保護フィルム３１８の構成材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエステルなどの樹脂材料や紙などが挙げられる。

搬送ローラ１４は、ロール３１６から送り出されたシート体３００を、保護フィルム３１８が機能面３１５に接触するように保護フィルム３１８を支持した状態で搬送する。

図１において、上流側巻取部１６は、シート体３００の搬送路１７における切断装置２０よりも上流側で保護フィルム３１８を巻き取り可能に構成されている。上流側巻取部１６は、保護フィルム３１８をシート体３００から剥離するための剥離ローラ３０と、剥離ローラ３０で剥離された保護フィルム３１８が巻回される巻取ローラ３２とを含む。

バックシート送出部１８は、シート体３００の搬送路１７における上流側巻取部１６（剥離ローラ３０）と切断装置２０との間で機能面３１５にバックシート３２０を送出する。バックシート送出部１８は、バックシート３２０が巻回された巻出しローラ３４と、巻出しローラ３４に巻回されているバックシート３２０をシート体３００の搬送路１７に導く導出ローラ３６とを含む。

バックシート３２０の構成材料としては、上述した保護フィルム３１８の構成材料と同じものが挙げられる。バックシート３２０の厚さ寸法は、保護フィルム３１８の厚さ寸法よりも大きく、シート体３００の厚さ寸法よりも小さい。ただし、バックシート３２０の厚さ寸法は、任意に設定してよい。

図１および図５Ｂに示すように、切断装置２０は、シート体送出部１２によりロール３１６から送り出されたシート体３００を打ち抜き加工するための装置である。切断装置２０は、下型３８と、下型３８に対して近接離間可能に対向配置された上型４０とを有する。下型３８は、下型本体４１と、下型本体４１に設けられてシート体３００を支持するための支持台４２を含む。

上型４０は、上型本体４３と、上型本体４３に設けられてシート体３００を支持台４２に対して保持するためのパッド４４と、シート体３００を切断するための切刃４６とを有する。切刃４６は、支持台４２の上方に位置している。換言すれば、切刃４６は、シート体３００の切断前の状態で支持層３１２のうち機能層３１４とは反対側の外面３１７に対向するように配設されている（図１参照）。

切刃４６は、電極シート３０２の形状に対応した形状に形成されている。すなわち、切刃４６は、環状（実施形態では四角形状の枠状）に構成されている。切刃４６は、いわゆるトムソン刃（ビク刃）であって、切刃４６の先端部が刃先４６ａに向かってテーパ状に薄くなっている。切刃４６は、トムソン刃に限定されない。

図１において、搬出装置２２は、支持層３１２のうち機能層３１４とは反対側の外面３１７を保持して電極シート３０２を次の工程に搬出する。搬出装置２２は、支持層３１２の外面３１７に吸着可能な複数（図示例では９個）の吸着部４８を有する吸着装置５０と、電極シート３０２を搬出するためのコンベア装置５２とを備える。

コンベア装置５２は、基台５４と、基台５４に設けられた一対のベルト部５６とを有する。一対のベルト部５６は、互いに離間した状態で平行に配置されている。各ベルト部５６は、互いに隣り合う吸着部４８の間の隙間に挿入可能な大きさに設定されている。

図１、図６Ａおよび図７Ａに示すように、下流側巻取部２４は、シート体３００の搬送路１７における切断装置２０よりも下流側でバックシート３２０および保護フィルム３１８の少なくともいずれかを巻き取り可能に構成されている。下流側巻取部２４は、バックシート３２０および保護フィルム３１８の少なくともいずれかを、電極シート３０２が切り取られた後のシート残材３００ａから剥離するための剥離ローラ５８と、剥離ローラ５８で剥離されたバックシート３２０および保護フィルム３１８の少なくともいずれかが巻回される巻取ローラ６０とを含む。

図１において、制御部２６は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ、ＲＡＭなどを有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）として機能する。なお、各種機能実現部は、ハードウエアとしての機能実現器により構成することもできる。

制御部２６は、品種登録部６２、品種特定部６３、モード設定部６４、送出巻取制御部６６、切断制御部６８および搬出制御部７０を備える。品種登録部６２は、シート体３００の品種情報（種類に関する情報）を登録する。品種特定部６３は、シート体３００の品種を特定する。シート体３００の品種情報としては、例えば、支持層３１２の構成材料、支持層３１２の厚さ寸法、機能層３１４の構成材料、機能層３１４の厚さ寸法などが挙げられる。

モード設定部６４は、品種登録部６２に登録された情報に基づいて第１駆動モード、第２駆動モード、および第３駆動モードのいずれかを設定する。送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２、上流側巻取部１６、バックシート送出部１８、および下流側巻取部２４のそれぞれの駆動を制御する。切断制御部６８は、切断装置２０の駆動を制御する。搬出制御部７０は、搬出装置２２（吸着装置５０およびコンベア装置５２）の駆動を制御する。

次に、電極シート３０２の製造方法について説明する。

まず、電極シート３０２の製造を開始する前の準備において、品種登録部６２は、シート体３００の品種情報と第１～第３駆動モードとを対応付けた対応情報を制御部２６に登録する。あるいは、品種登録部６２が所定の品種情報（材料、寸法など）を制御部２６に登録し、制御部２６が、登録された品種情報に基づき最適なモードを特定（判断）し、品種とモードとを自動的に対応付ける。

そして、図３のステップＳ１（品種特定工程）において、品種特定部６３は、シート体３００の品種を特定する。具体的には、例えば、制御部２６に設けられた図示しないスキャナによってシート体３００に付された固有の識別子（バーコードなど）を読み取る。そして、品種特定部６３は、読み取られた情報に基づいてシート体３００の品種を特定する。あるいは、ユーザが、インターフェースを用いて登録済みの品種リストから特定の品種を選択する。

続いて、ステップＳ２（モード設定工程）において、モード設定部６４は、品種特定工程で特定された品種と品種登録部６２で登録された対応情報とに基づいて第１駆動モード、第２駆動モードおよび第３駆動モードのいずれかを設定する。

ステップＳ２で第１駆動モードに設定された場合、図１および図４に示すように、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２、上流側巻取部１６、バックシート送出部１８、および下流側巻取部２４を駆動させる。

すなわち、図１、図３および図４に示すように、ステップＳ３（送出工程）において、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２の送出ローラ２８を回転させることにより、ロール３１６からシート体３００と保護フィルム３１８とを一体的に送り出す（図５Ａ参照）。

そして、ステップＳ４（搬送工程）において、送出工程で送り出されたシート体３００を、機能層３１４のうち支持層３１２とは反対側の機能面３１５に保護フィルム３１８を接触させるとともに保護フィルム３１８を搬送ローラ１４で支持しながら搬送する（図５Ａ参照）。

その後、ステップＳ５（保護フィルム巻取工程）において、シート体３００の搬送路１７における切刃４６よりも上流側で保護フィルム３１８を上流側巻取部１６で巻き取る。具体的には、送出巻取制御部６６は、上流側巻取部１６の巻取ローラ３２を回転させる。そうすると、剥離ローラ３０によってシート体３００から剥離された保護フィルム３１８が巻取ローラ３２に巻き取られる。

そして、ステップＳ６（配設工程）において、シート体３００の搬送路１７における切刃４６よりも上流側（剥離ローラ３０と切刃４６との間）で機能面３１５にバックシート３２０を配設する。詳細には、送出巻取制御部６６は、バックシート送出部１８の巻出しローラ３４を回転させる。そうすると、巻出しローラ３４から送り出されたバックシート３２０は、導出ローラ３６を介してシート体３００の機能面３１５に配設される。

次いで、ステップＳ７（切断工程）において、図５Ｂに示すように、機能面３１５にバックシート３２０を配設するとともにバックシート３２０のうち機能面３１５とは反対側の外面３２１を支持台４２で支持した状態でシート体３００を切断する。なお、切断工程では、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２、上流側巻取部１６、バックシート送出部１８、および下流側巻取部２４のそれぞれの駆動を一時的に停止させる。

具体的には、切断工程において、切断制御部６８は、上型４０を下降させる。そうすると、パッド４４が支持層３１２の外面３１７を下方に押圧することによりシート体３００およびバックシート３２０が支持台４２に対して保持される。そして、切刃４６がシート体３００に対して支持層３１２側から押圧されることによりシート体３００が打抜き加工されて電極シート３０２が形成される。

なお、切刃４６の刃先４６ａは、上型４０が最下端に位置する時に、バックシート３２０の内部（厚さ方向の内部。以下同様）に位置し、支持台４２まで到達していない。すなわち、バックシート３２０は、切刃４６によってハーフカットされる。この際、炭素繊維を含む支持層３１２にバリ３１３が発生した場合には、そのバリ３１３は機能層３１４の内部に位置する。つまり、バリ３１３は、電極シート３０２の外方に突出することはない。

その後、上型４０を所定位置（初期位置）まで上昇させる。これにより、切刃４６がシート体３００に対して上方に離間する。

切断工程の終了後、図１および図４において、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２、上流側巻取部１６、バックシート送出部１８、および下流側巻取部２４のそれぞれを再び駆動させる。そのため、切断工程によって形成された電極シート３０２は、シート残材３００ａとともにバックシート３２０に載せられた状態で切刃４６よりも下流側の搬出装置２２（吸着装置５０）の位置まで搬送される。

その後、図１、図３および図４に示すように、ステップＳ８（搬出工程）において、搬出装置２２が支持層３１２のうち機能層３１４とは反対側の外面３１７を保持した状態で搬出する。具体的には、図１に示すように、搬出制御部７０は、吸着装置５０を駆動することにより、支持層３１２の外面３１７に複数の吸着部４８を吸着させた状態で持ち上げてコンベア装置５２まで運搬する。この際、吸着装置５０は、機能面３１５が上方を向くとともに複数の吸着部４８が電極シート３０２の下方に位置するように電極シート３０２を上下反転させる。

そして、支持層３１２の外面３１７を一対のベルト部５６に載せる。この時、一対のベルト部５６は、互いに隣り合う吸着部４８の間の空間（隙間）に位置するため、吸着装置５０とコンベア装置５２とが互いに干渉することはない。また、搬出制御部７０は、コンベア装置５２を駆動することにより、ベルト部５６に載置された電極シート３０２を次の工程に搬出する。

続いて、ステップＳ９（バックシート巻取工程）において、シート体３００の搬送路１７における搬出装置２２（吸着装置５０）よりも下流側でバックシート３２０を下流側巻取部２４で巻き取る。具体的には、送出巻取制御部６６は、下流側巻取部２４の巻取ローラ６０を回転させる。

そうすると、剥離ローラ５８によってシート残材３００ａから剥離されたバックシート３２０が巻取ローラ６０に巻き取られる。なお、下流側巻取部２４で巻き取られたバックシート３２０は、機能面３１５に直接接触していたため触媒などのバックシート３２０へのコンタミネーションの防止の観点より一度の使用で廃棄される。シート残材３００ａは、下流側巻取部２４よりも下流側に搬送されて廃棄される。なお、第１駆動モードでは、下流側巻取部２４でバックシート３２０の巻き取りを行わず、バックシート３２０をシート残材３００ａとともに廃棄してもよい。これにより、一連の動作フロー（第１駆動モード）が終了する。

図３および図６Ａに示すように、ステップＳ２で第２駆動モードに設定された場合、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２および下流側巻取部２４を駆動させるとともに上流側巻取部１６およびバックシート送出部１８の駆動を停止させる。

すなわち、ステップＳ１０（送出工程）とステップＳ１１（搬送工程）とを行う。ステップＳ１０はステップＳ３と同様であり、ステップＳ１１はステップＳ４と同様である。そのため、ステップＳ１０およびステップＳ１１の説明は省略する。

ステップＳ１１の後、ステップＳ１２（切断工程）において、図６Ｂに示すように、機能面３１５に保護フィルム３１８を配設するとともに保護フィルム３１８のうち機能面３１５と反対側の外面３１９を支持台４２で支持した状態でシート体３００を切断する。なお、切断工程では、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２および下流側巻取部２４のそれぞれの駆動を一時的に停止させる。

切断工程において、切断制御部６８は、上型４０を下降させる。そうすると、パッド４４が支持層３１２の外面３１７を下方に押圧することによりシート体３００および保護フィルム３１８が支持台４２に対して保持される。そして、切刃４６がシート体３００に対して支持層３１２側から押圧されることによりシート体３００が打抜き加工されて電極シート３０２が形成される。

なお、切刃４６の刃先４６ａは、上型４０が最下端に位置する時に、保護フィルム３１８の内部に位置し、支持台４２まで到達していない。すなわち、保護フィルム３１８は、切刃４６によってハーフカットされる。この際、炭素繊維を含む支持層３１２にバリ３１３が発生した場合には、そのバリ３１３は機能層３１４の内部に位置する。つまり、バリ３１３は、電極シート３０２の外方に突出することはない。

その後、上型４０を所定位置（初期位置）まで上昇させる。これにより、切刃４６がシート体３００に対して上方に離間する。

切断工程の終了後、図６Ａにおいて、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２および下流側巻取部２４のそれぞれを再び駆動させる。そのため、切断工程によって形成された電極シート３０２は、シート残材３００ａとともに保護フィルム３１８に載せられた状態で切刃４６よりも下流側の搬出装置２２（吸着装置５０）の位置まで搬送される。

その後、図３および図６Ａに示すように、ステップＳ１３（搬出工程）が行われる。ステップＳ１３は、上述したステップＳ８と同様であるため、その説明は省略する。

そして、ステップＳ１４（保護フィルム巻取工程）において、シート体３００の搬送路１７における搬出装置２２（吸着装置５０）よりも下流側で保護フィルム３１８を下流側巻取部２４で巻き取る。具体的には、送出巻取制御部６６は、下流側巻取部２４の巻取ローラ６０を回転させる。

そうすると、剥離ローラ５８によってシート残材３００ａから剥離された保護フィルム３１８が巻取ローラ６０に巻き取られる。シート残材３００ａは、下流側巻取部２４よりも下流側に搬送されて廃棄される。これにより、一連の動作フロー（第２駆動モード）が終了する。ただし、第２駆動モードでは、下流側巻取部２４で保護フィルム３１８の巻き取りを行わず、保護フィルム３１８をシート残材３００ａとともに廃棄してもよい。

図３および図７Ａに示すように、ステップＳ２で第３駆動モードに設定された場合、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２、バックシート送出部１８および下流側巻取部２４を駆動させるとともに上流側巻取部１６の駆動を停止させる。

すなわち、ステップＳ２０（送出工程）およびステップＳ２１（搬送工程）が行われる。ステップＳ２０はステップＳ３と同様であり、ステップＳ２１はステップＳ４と同様である。そのため、ステップＳ２０およびステップＳ２１の説明は省略する。

ステップＳ２１の後、ステップＳ２２（配設工程）において、シート体３００の搬送路１７における切刃４６よりも上流側で保護フィルム３１８の外面３１９にバックシート３２０を配設する。詳細には、送出巻取制御部６６は、バックシート送出部１８の巻出しローラ３４を回転させる。そうすると、巻出しローラ３４から送り出されたバックシート３２０は、導出ローラ３６を介して保護フィルム３１８の外面３１９に配設される。

次いで、ステップＳ２３（切断工程）において、図７Ｂに示すように、バックシート３２０とシート体３００との間に保護フィルム３１８を配設するとともにバックシート３２０のうち保護フィルム３１８とは反対側の外面３２１を支持台４２で支持した状態でシート体３００を切断する。なお、切断工程では、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２、バックシート送出部１８、および下流側巻取部２４のそれぞれの駆動を一時的に停止させる。

切断工程において、切断制御部６８は、上型４０を下降させる。そうすると、パッド４４が支持層３１２の外面３１７を下方に押圧することによりシート体３００、保護フィルム３１８およびバックシート３２０が支持台４２に対して保持される。そして、切刃４６がシート体３００に対して支持層３１２側から押圧されることによりシート体３００が打抜き加工されて電極シート３０２が形成される。なお、切刃４６の刃先４６ａは、上型４０が最下端に位置する時に、保護フィルム３１８の内部またはバックシート３２０の内部に位置し、支持台４２まで到達していない。

つまり、切刃４６の一部が保護フィルム３１８を貫通した場合には、切刃４６のうち保護フィルム３１８を貫通した部分の刃先４６ａがバックシート３２０の内部に位置することとなる。この際、保護フィルム３１８は、切刃４６によって一周切断されない。換言すれば、保護フィルム３１８は、切刃４６によって打抜かれない。

また、切断工程において、図７Ａに示すように、炭素繊維を含む支持層３１２にバリ３１３が発生した場合には、そのバリ３１３は機能層３１４の内部に位置する。つまり、バリ３１３は、電極シート３０２の外方に突出することはない。

その後、上型４０を所定位置（初期位置）まで上昇させる。これにより、切刃４６がシート体３００に対して上方に離間する。

切断工程の終了後、送出巻取制御部６６は、シート体送出部１２、バックシート送出部１８および下流側巻取部２４のそれぞれを再び駆動させる。そのため、切断工程によって形成された電極シート３０２は、シート残材３００ａとともに保護フィルム３１８に載せられた状態で切刃４６よりも下流側の搬出装置２２（吸着装置５０）の位置まで搬送される。

その後、図３および図７Ａに示すように、ステップＳ２４（搬出工程）が行われる。ステップＳ２４は、上述したステップＳ８と同様であるため、その説明は省略する。

そして、ステップＳ２５（バックシート巻取工程）において、シート体３００の搬送路１７における搬出装置２２（吸着装置５０）よりも下流側でバックシート３２０を下流側巻取部２４で巻き取る。具体的には、送出巻取制御部６６は、下流側巻取部２４の巻取ローラ６０を回転させる。

そうすると、剥離ローラ５８によって保護フィルム３１８から剥離されたバックシート３２０が巻取ローラ６０に巻き取られる。なお、第３駆動モードにおいて、バックシート３２０は、機能面３１５に直接接触していないため触媒などのバックシート３２０へのコンタミネーションのおそれがない。また、切断工程の際に保護フィルム３１８があることで切刃４６によるバックシート３２０の損傷が比較的少ない。そのため、下流側巻取部２４で巻き取られたバックシート３２０は１回または複数回再利用された後で廃棄される。シート残材３００ａと保護フィルム３１８とは、下流側巻取部２４よりも下流側に搬送されて廃棄される。これにより、一連の動作フロー（第３駆動モード）が終了する。

この電極シート３０２の製造装置１０Ａおよび電極シート３０２の製造方法は、以下の効果を奏する。

本実施形態では、シート体３００に対して支持層３１２側から切刃４６を押圧することによりシート体３００を打ち抜き加工して電極シート３０２を形成している。つまり、図８Ａに示すように、切刃４６の刃先４６ａが支持層３１２の外面３１７に押し入る。そうすると、機能層３１４が支持層３１２で押さえ付けられた状態となる。

そして、図８Ｂに示すように、切刃４６がさらに支持層３１２に押し込まれると、切刃４６が支持層３１２を貫通するとともに切刃４６の厚さ方向（支持層３１２の平面方向）に支持層３１２が押し広げられながら機能層３１４にも切れ込みが入る。

次いで、図８Ｃに示すように、切刃４６が機能層３１４に押し込まれると、支持層３１２の一部が切刃４６から離間する。この支持層３１２の一部の切刃４６からの離間に伴って機能層３１４のうち切刃４６に押圧されている部分には、切刃４６の押圧方向と交差する方向の引張応力が生じる。

その後、図８Ｄに示すように、切刃４６の刃先４６ａがバックシート３２０または保護フィルム３１８の内部に到達することにより、機能層３１４が完全に切断されるに至る。このように、シート体３００の切断時に機能層３１４に引張応力が生じることにより機能層３１４の欠けが抑えられるため、機能層３１４の切断を容易かつ高品質に行うことができる。

また、支持層３１２側から切刃４６を押圧するため、切断時に支持層３１２にバリ３１３が生じてもそのバリ３１３を機能層３１４内に位置させることができる。よって、バリ３１３が生じても電極シート３０２の外方にそのバリ３１３が突出することを防ぐことができる。

電極シート３０２の製造方法では、送出工程で送り出されたシート体３００を、機能層３１４のうち支持層３１２とは反対側の機能面３１５に保護フィルム３１８を接触させるとともに保護フィルム３１８を搬送ローラ１４で支持しながら搬送する搬送工程を行っている。

このような方法によれば、機能面３１５が搬送ローラ１４に直接接触することを保護フィルム３１８によって防止することができるため、機能層３１４の一部が脱落して搬送ローラ１４に付着することを抑えることができる。これにより、搬送ローラ１４の清掃工数を抑えつつ、互いに異なる成分の機能層３１４を有する複数種類の電極シート３０２（例えば、アノード側の電極シート３０２ａとカソード側の電極シート３０２ｂ）を共通の製造装置１０Ａで製造することができる。よって、電極シート３０２の生産性を向上させることができる。

また、複数種類の電極シート３０２（電極シート３０２ａ、３０２ｂ）を共通の製造装置１０Ａで製造する際に、機能層３１４に異なる成分が混入する、いわゆる、コンタミネーションを抑えることができる。したがって、電極シート３０２の性能や歩留まりを向上させることができる。

ロール３１６は、機能面３１５に保護フィルム３１８を配設した状態で保護フィルム３１８とシート体３００とが巻回されることによって形成されている。送出工程では、機能面３１５に保護フィルム３１８を配設した状態でシート体３００を送り出している。また、製造装置１０Ａは、ロール３１６から送り出されたシート体３００を、保護フィルム３１８を支持した状態で搬送する搬送ローラ１４を備える。

これにより、シート体３００は搬送ローラ１４と直接接触しないため、機能層３１４の一部が脱落して搬送ローラ１４に付着することを防いだり、搬送ローラ１４との接触により機能層３１４に割れや欠けが生じることを防ぐことができる。

電極シート３０２の製造方法では、シート体３００の搬送路１７における切刃４６よりも上流側で保護フィルム３１８を巻き取る保護フィルム巻取工程と、保護フィルム巻取工程の後、搬送路１７における切刃４６よりも上流側で機能面３１５にバックシート３２０を配設する配設工程とを行う（図４参照）。切断工程（第１駆動モードのステップＳ７）では、機能面３１５にバックシート３２０を配設するとともにバックシート３２０のうち機能面３１５とは反対側の外面３２１を支持台４２で支持した状態でシート体３００を切断する（図３および図５Ｂ参照）。

また、製造装置１０Ａは、シート体３００の搬送路１７における切断装置２０よりも上流側で保護フィルム３１８を巻き取り可能な上流側巻取部１６と、搬送路１７における上流側巻取部１６と切断装置２０との間で機能面３１５にバックシート３２０を送出するバックシート送出部１８とを備える。切断装置２０は、シート体３００の切断時にバックシート３２０のうち機能面３１５とは反対側の外面３２１を支持する支持台４２を有する。

これにより、切刃４６をバックシート３２０に到達させることによりシート体３００を確実に切断することができる。また、切刃４６が支持台４２に直接接触することをバックシート３２０によって防止することができるため、切刃４６が損傷することを抑えることができる。

切断工程（第２駆動モードのステップＳ１２）では、機能面３１５に保護フィルム３１８を配設するとともに保護フィルム３１８のうち機能面３１５とは反対側の外面３１９を支持台４２で支持した状態でシート体３００を切断する（図３および図６Ｂ参照）。

また、切断装置２０は、シート体３００の切断時に保護フィルム３１８のうち機能面３１５とは反対側の外面３１９を支持する支持台４２を有する。

これにより、切刃４６を保護フィルム３１８に到達させることによりシート体３００を確実に切断することができる。また、切刃４６が支持台４２に直接接触することを保護フィルム３１８によって防止することができるため、切刃４６が損傷することを抑えることができる。さらに、保護フィルム３１８と支持台４２との間にバックシート３２０などを配設する必要がないため、電極シート３０２の製造コストの低減を図ることができる。またさらに、シート体３００の切断後に保護フィルム３１８を下流側巻取部２４によって効率的に回収することができる。

電極シート３０２の製造方法では、シート体３００の搬送路１７における切刃４６よりも上流側で保護フィルム３１８のうちシート体３００とは反対側の外面３１９にバックシート３２０を配設する配設工程を行う（図７Ａ参照）。切断工程（第３駆動モードのステップＳ２３）では、バックシート３２０とシート体３００との間に保護フィルム３１８を配設するとともにバックシート３２０のうち保護フィルム３１８と反対側の外面３２１を支持台４２で支持した状態でシート体３００を切断する（図３および図７Ｂ参照）。

また、製造装置１０Ａは、シート体３００の搬送路１７における切断装置２０よりも上流側で保護フィルム３１８のうちシート体３００とは反対側の外面３１９にバックシート３２０を送出するバックシート送出部１８を備える。切断装置２０は、シート体３００の切断時にバックシート３２０とシート体３００との間に保護フィルム３１８が配設されるようにバックシート３２０のうちシート体３００と反対側の外面３２１を支持する支持台４２を有する。

これにより、切刃４６を保護フィルム３１８に到達させることによりシート体３００を確実に切断することができる。そして、切刃４６が保護フィルム３１８をハーフカットするような深さに留まれば、バックシート３２０には切刃４６が到達しない。または、切刃４６がバックシート３２０に到達したとしてもごく表層で留まる。

そのため、バックシート３２０を繰り返し使用することができる。さらに、切刃４６によってバックシート３２０の表層が切れた場合であっても、切刃４６が支持台４２に到達しないため、切刃４６の損傷を一層確実に抑えることができる。

電極シート３０２の製造方法では、切断工程の後で、搬出装置２２が支持層３１２のうち機能層３１４とは反対側の外面３１７を保持した状態で搬出する搬出工程を行う。また、製造装置１０Ａは、支持層３１２のうち機能層３１４とは反対側の外面３１７を保持して電極シート３０２を搬出する搬出装置２２を備える。これにより、機能面３１５に接触することなく電極シート３０２を搬出することができる。

電極シート３０２は、燃料電池３０４用の電極シート３０２であって、支持層３１２は、炭素繊維を含んでいる。これにより、上述した効果と相まって、機能層３１４の割れや欠けを防ぎ、良好な品質の燃料電池３０４用の電極シート３０２を得ることができる。

製造装置１０Ａは、搬送路１７における切断装置２０よりも下流側でバックシート３２０を巻き取り可能な下流側巻取部２４を備える。これにより、シート体３００の切断後にバックシート３２０を下流側巻取部２４で効率的に回収して再利用することができる。

製造装置１０Ａは、シート体３００の搬送路１７における切断装置２０よりも上流側で保護フィルム３１８を巻き取り可能な上流側巻取部１６と、搬送路１７における上流側巻取部１６と切断装置２０との間で機能面３１５側にバックシート３２０を送出可能なバックシート送出部１８と、搬送路１７における切断装置２０よりも下流側でバックシート３２０および保護フィルム３１８の少なくともいずれかを巻き取り可能な下流側巻取部２４とを備える。

製造装置１０Ａは、シート体３００の品種情報を登録する品種登録部６２と、品種登録部６２で登録された品種情報に基づいて第１駆動モード、第２駆動モードおよび第３駆動モードのいずれかを設定するモード設定部６４と、モード設定部６４で設定されたモードに基づいてシート体送出部１２、上流側巻取部１６、バックシート送出部１８および下流側巻取部２４の駆動を制御する送出巻取制御部６６とを備える。

第１駆動モードでは、シート体送出部１２、上流側巻取部１６、バックシート送出部１８および下流側巻取部２４を駆動させる。第２駆動モードでは、シート体送出部１２および下流側巻取部２４を駆動させるとともに上流側巻取部１６およびバックシート送出部１８の駆動を停止させる。第３駆動モードでは、シート体送出部１２、バックシート送出部１８および下流側巻取部２４を駆動させるとともに上流側巻取部１６の駆動を停止させる。

これにより、３つの駆動モード（第１駆動モード、第２駆動モードおよび第３駆動モード）を１つの製造装置１０Ａによって実施することができる。したがって、３つの駆動モードを別々に実施する専用の製造装置を準備する必要がないため、製造装置１０Ａにかかるコストを低減することができる。

製造装置１０Ａは、シート体３００の品種を特定する品種特定部６３を備える。品種登録部６２は、第１駆動モード、第２駆動モードおよび第３駆動モードと品種情報とを対応付けた対応情報を登録する。モード設定部６４は、品種特定部６３によって特定された品種と品種登録部６２で登録された対応情報とに基づいて第１駆動モード、第２駆動モードおよび第３駆動モードのいずれかを設定する。

これにより、シート体３００の品種に応じて第１～第３駆動モードのいずれかを容易に設定することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る電極シート３０２の製造装置１０Ｂおよび電極シート３０２の製造方法について説明する。なお、第２実施形態に係る電極シート３０２の製造装置１０Ｂにおいて、上述した第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

また、第２実施形態に係る電極シート３０２の製造方法において、上述した第１実施形態で説明した工程と同一の工程についての説明は省略する。さらに、本実施形態において、第１実施形態で説明した構成要素および工程と同一の構成要素および工程については、同一の作用効果を奏する。後述する第３実施形態および第４実施形態についても同様である。

図９Ａに示すように、製造装置１０Ｂは、上述した下流側巻取部２４に代えて下流側巻取部２４ａを備えている。下流側巻取部２４ａは、第１剥離ローラ７２、第１巻取ローラ７４、第２剥離ローラ７６および第２巻取ローラ７８を有する。

第１剥離ローラ７２は、バックシート３２０を保護フィルム３１８から剥離する。第１巻取ローラ７４は、第１剥離ローラ７２で剥離されたバックシート３２０を巻き取る。第２剥離ローラ７６は、シート体３００の搬送路１７における第１剥離ローラ７２よりも下流側に位置してシート残材３００ａから保護フィルム３１８を剥離する。第２巻取ローラ７８は、第２剥離ローラ７６で剥離された保護フィルム３１８を巻き取る。

このような製造装置１０Ｂを用いた製造方法では、第３駆動モードの図３のステップＳ２５（バックシート巻取工程）において、送出巻取制御部６６は、下流側巻取部２４ａの第１巻取ローラ７４を回転させることにより、第１剥離ローラ７２によって保護フィルム３１８から剥離されたバックシート３２０を第１巻取ローラ７４に巻き取る。また、送出巻取制御部６６は、下流側巻取部２４ａの第２巻取ローラ７８を回転させることにより、第２剥離ローラ７６によってシート残材３００ａから剥離された保護フィルム３１８を第２巻取ローラ７８に巻き取る（保護フィルム巻取工程）。この場合、保護フィルム３１８を第２巻取ローラ７８によって効率的に回収することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る電極シート３０２の製造装置１０Ｃおよび電極シート３０２の製造方法について説明する。

図９Ｂに示すように、製造装置１０Ｃは、上述した上流側巻取部１６およびバックシート送出部１８が省略されている。つまり、製造装置１０Ｃを用いた製造方法では、上述した第２駆動モードのみが行われる。この場合、上流側巻取部１６およびバックシート送出部１８を設けなくてよいため、第１実施形態に係る製造装置１０Ａに比べて、製造装置１０Ｃの構成を簡素化することができる。

製造装置１０Ｃでは、下流側巻取部２４をさらに省略してもよい。この場合、製造装置１０Ｃの構成をさらに簡素化することができる。なお、保護フィルム３１８は、シート体３００の搬送路１７における切刃４６よりも下流側でシート残材３００ａとともに廃棄される。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る電極シート３０２の製造装置１０Ｄおよび電極シート３０２の製造方法について説明する。

図１０に示すように、製造装置１０Ｄは、上述した上流側巻取部１６が省略されている。つまり、製造装置１０Ｄを用いた製造方法では、上述した第３駆動モードのみが行われる。この場合、上流側巻取部１６を設けなくてよいため、第１実施形態に係る製造装置１０Ａに比べて、製造装置１０Ｄの構成を簡素化することができる。

製造装置１０Ｄは、下流側巻取部２４に代えて図９Ａに示す下流側巻取部２４ａを備えていてもよい。

（その他実施形態）
上述では、本発明に係る電極シートの製造装置および製造方法として、第１～第３駆動モードを設定し、選択実施する形態を例示した。しかし、本発明を具現化する上では、第１～第３駆動モードのうち少なくとも１つを実施する形態であってもよい。

本発明に係る電極シートの製造方法および電極シートの製造装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０Ａ～１０Ｄ…製造装置 １２…シート体送出部
１４…搬送ローラ １６…上流側巻取部
１８…バックシート送出部 ２０…切断装置
２２…搬出装置 ２４…下流側巻取部
４２…支持台 ４６…切刃
６２…品種登録部 ６４…モード設定部
６６…送出巻取制御部 ６８…切断制御部
７０…搬出制御部 ３００…シート体
３０２…電極シート ３１２…支持層
３１４…機能層 ３１５…機能面
３１６…ロール ３１８…保護フィルム
３２０…バックシート

Claims (15)

1. 電極シートの製造方法であって、
   触媒を含む機能層が支持層に積層されたシート体が巻回されたロールから前記シート体を送り出す送出工程と、
   前記送出工程で送り出された前記シート体を、前記機能層のうち前記支持層とは反対側の機能面に保護フィルムを接触させるとともに前記保護フィルムを搬送ローラで支持しながら搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程で搬送された前記シート体に対して前記支持層側から切刃を押圧することにより前記シート体を打ち抜き加工して前記電極シートを形成する切断工程と、を行う、電極シートの製造方法。
2. 請求項１記載の電極シートの製造方法であって、
   前記ロールは、前記機能面に前記保護フィルムを配設した状態で前記保護フィルムと前記シート体とが巻回されることによって形成され、
   前記送出工程では、前記機能面に前記保護フィルムを配設した状態で前記シート体を送り出す、電極シートの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の電極シートの製造方法であって、
   前記シート体の搬送路における前記切刃よりも上流側で前記保護フィルムを巻き取る保護フィルム巻取工程と、
   前記保護フィルム巻取工程の後、前記搬送路における前記切刃よりも上流側で前記機能面にバックシートを配設する配設工程と、を行い、
   前記切断工程では、前記機能面に前記バックシートを配設するとともに前記バックシートのうち前記機能面とは反対側の外面を支持台で支持した状態で前記シート体を切断する、電極シートの製造方法。
4. 請求項１または２に記載の電極シートの製造方法であって、
   前記切断工程では、前記機能面に前記保護フィルムを配設するとともに前記保護フィルムのうち前記機能面とは反対側の外面を支持台で支持した状態で前記シート体を切断する、電極シートの製造方法。
5. 請求項１または２に記載の電極シートの製造方法であって、
   前記シート体の搬送路における前記切刃よりも上流側で前記保護フィルムのうち前記シート体とは反対側の外面にバックシートを配設する配設工程を行い、
   前記切断工程では、前記バックシートと前記シート体との間に前記保護フィルムを配設するとともに前記バックシートのうち前記保護フィルムと反対側の外面を支持台で支持した状態で前記シート体を切断する、電極シートの製造方法。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の電極シートの製造方法であって、
   前記切断工程の後で、搬出装置が前記支持層のうち前記機能層とは反対側の外面を保持した状態で搬出する搬出工程を行う、電極シートの製造方法。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の電極シートの製造方法であって、
   前記電極シートは、燃料電池用の電極シートであって、
   前記支持層は、炭素繊維を含んでいる、電極シートの製造方法。
8. 電極シートの製造装置であって、
   触媒を含む機能層が支持層に積層されたシート体が巻回されたロールから前記シート体を送り出すシート体送出部と、
   前記シート体送出部により前記ロールから送り出された前記シート体を打ち抜き加工することにより前記電極シートを形成する切刃を有する切断装置と、を備え、
   前記切刃は、前記シート体の切断前の状態で前記支持層のうち前記機能層とは反対側の外面に対向するように配設され、
   前記ロールは、前記機能層のうち前記支持層とは反対側の機能面に保護フィルムを配設した状態で前記保護フィルムと前記シート体とが巻回されることによって形成され、
   前記ロールから送り出された前記シート体を、前記保護フィルムを支持した状態で搬送する搬送ローラを備える、電極シートの製造装置。
9. 請求項８記載の電極シートの製造装置であって、
   前記シート体の搬送路における前記切断装置よりも上流側で前記保護フィルムを巻き取り可能な上流側巻取部と、
   前記搬送路における前記上流側巻取部と前記切断装置との間で前記機能面にバックシートを送出するバックシート送出部と、を備え、
   前記切断装置は、前記シート体の切断時に前記バックシートのうち前記機能面とは反対側の外面を支持する支持台を有する、電極シートの製造装置。
10. 請求項８記載の電極シートの製造装置であって、
    前記切断装置は、前記シート体の切断時に前記保護フィルムのうち前記機能面とは反対側の外面を支持する支持台を有する、電極シートの製造装置。
11. 請求項８記載の電極シートの製造装置であって、
    前記シート体の搬送路における前記切断装置よりも上流側で前記保護フィルムのうち前記シート体とは反対側の外面にバックシートを送出するバックシート送出部を備え、
    前記切断装置は、前記シート体の切断時に前記バックシートと前記シート体との間に前記保護フィルムが配設されるように前記バックシートのうち前記シート体と反対側の外面を支持する支持台を有する、電極シートの製造装置。
12. 請求項１１記載の電極シートの製造装置であって、
    前記搬送路における前記切断装置よりも下流側で前記バックシートを巻き取り可能な下流側巻取部を備える、電極シートの製造装置。
13. 請求項８記載の電極シートの製造装置であって、
    前記シート体の搬送路における前記切断装置よりも上流側で前記保護フィルムを巻き取り可能な上流側巻取部と、
    前記搬送路における前記上流側巻取部と前記切断装置との間で前記機能面側にバックシートを送出可能なバックシート送出部と、
    前記搬送路における前記切断装置よりも下流側で前記バックシートおよび前記保護フィルムの少なくともいずれかを巻き取り可能な下流側巻取部と、
    前記シート体の品種情報を登録する品種登録部と、
    前記品種登録部で登録された品種情報に基づいて第１駆動モード、第２駆動モードおよび第３駆動モードのいずれかを設定するモード設定部と、
    前記モード設定部で設定されたモードに基づいて前記シート体送出部、前記上流側巻取部、前記バックシート送出部、および前記下流側巻取部の駆動を制御する送出巻取制御部と、を備え、
    前記第１駆動モードでは、前記シート体送出部、前記上流側巻取部、前記バックシート送出部および前記下流側巻取部を駆動させ、
    前記第２駆動モードでは、前記シート体送出部および前記下流側巻取部を駆動させるとともに前記上流側巻取部および前記バックシート送出部の駆動を停止させ、
    前記第３駆動モードでは、前記シート体送出部、前記バックシート送出部および前記下流側巻取部を駆動させるとともに前記上流側巻取部の駆動を停止させる、電極シートの製造装置。
14. 請求項１３記載の電極シートの製造装置であって、
    前記シート体の品種を特定する品種特定部を備え、
    前記品種登録部は、前記第１駆動モード、前記第２駆動モードおよび前記第３駆動モードと前記品種情報とを対応付けた対応情報を登録し、
    前記モード設定部は、前記品種特定部によって特定された品種と前記品種登録部で登録された対応情報とに基づいて前記第１駆動モード、前記第２駆動モードおよび前記第３駆動モードのいずれかを設定する、電極シートの製造装置。
15. 請求項１３または１４に記載の電極シートの製造装置であって、
    前記支持層のうち前記機能層とは反対側の外面を保持して前記電極シートを搬出する搬出装置を備える、電極シートの製造装置。

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