WO2014021016A1 - フィルム部材積層装置およびその方法 - Google Patents

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block
plate
opening
film
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PCT/JP2013/066957
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圭 小野
将也 山本
哲史 堀部
剣一 豊島
貴行 寺崎
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日産自動車株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a film member laminating apparatus and a method thereof.
  • a fuel cell is a clean power generation system in which the product of an electrode reaction is water in principle and has a low impact on the global environment.
  • a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is expected as a power source for electric vehicles because it operates at a relatively low temperature.
  • Such a fuel cell includes a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEB) having an electrolyte membrane, a catalyst layer formed on both sides of the membrane, a gas diffusion layer (GDL), and the like (Mebrane Electrode Assembly).
  • MEB membrane-electrode assembly
  • GDL gas diffusion layer
  • MEAs are laminated through a separator.
  • MEAs and separators are alternately stacked and further stacked together with a current collector plate for extracting generated power, an insulating plate for insulating the end plate and the current collector plate, and the like.
  • Each of these members is provided with holes for passing fuel gas containing hydrogen, air as oxidant gas, etc., and O-rings and gaskets are placed between each member to prevent leakage of these fluids. is doing.
  • Patent Document 1 when manufacturing such a fuel cell, in order to position each member at a predetermined position, the side surface of each member is brought into contact with a positioning guide (Patent Document 1).
  • O-rings and gaskets are thin and have low rigidity, so that the O-rings and gaskets may be deformed even when the side surface (outer end) is abutted against the guide.
  • an object of the present invention is to provide a film member laminating apparatus and method for correcting the deformation of the film member.
  • a film member laminating apparatus of the present invention has a block having an outer end in contact with an inner end of an opening of a first film member having an opening, and the block of the first film member is formed by the block.
  • the opening inner side end is positioned, and the first film member is laminated on the second film member.
  • stacking method of this invention is the said film member lamination method of the said 1st film member in the said outer end of the block provided with the outer side end which contact
  • the method includes the steps of positioning the first film member so that the inner end of the opening is in contact, and laminating the first film member positioned by the block on the second film member.
  • the block is passed through the opening of the first film member so that the inner end of the opening of the first film member is in contact with the outer end of the block.
  • FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the lamination
  • FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the lamination
  • FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the lamination
  • FIG. It is a schematic side view for demonstrating the film member lamination apparatus of this Embodiment 2.
  • FIG. It is drawing for demonstrating the effect
  • FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining the film member laminating apparatus of the present embodiment.
  • the film member laminating apparatus 1 is used for laminating and attaching a gasket on an MEA used for a fuel cell.
  • the gasket is a first film member, and is a thin film-like member having an opening therein.
  • the function of the gasket is to prevent gas passing through the catalyst layer from leaking to the surroundings.
  • MEA is a second film member.
  • the film member laminating apparatus 1 consists of two parts. One is a block 11 having a shape that matches the shape of the opening inside the first film member, and a first plate 12 that holds the block 11 and holds the first film member. The other one is the second plate 20 for holding the second film member. In addition, the broken line in a figure has shown the position which mounts the block 11 on the 1st plate 12.
  • the film member laminating apparatus 1 includes, as accessories, a film guide 31 for positioning the second film member on the second plate 20, and a plate guide for positioning the positions of the first plate 12 and the second plate 20. 32.
  • the film guide 31 and the plate guide 32 are detachable from the second plate 20.
  • the film guide 31 and the plate guide 32 serve as plate position adjusting means. The positioning method using the film guide 31 and the plate guide 32 will be described in the film member laminating method described later. Further, the plate guide 32 only needs to be on at least two adjacent sides of the four sides of the second plate.
  • the film guide 31 and the plate guide 32 may be provided so as to be in contact with all sides, but when provided on all sides, the film guide 31 and the plate guide 32 are provided on four sides when the second film member is set on the second plate 20.
  • the second film member has to be put in the film guide 31, which is troublesome.
  • positioning can be performed without any problem, and it is easy because it only has to be brought into contact with the two sides when setting on the second plate 20. is there.
  • the block 11 has a shape obtained by cutting off the apex of the quadrangular pyramid shape.
  • the upper surface portion 15 and the bottom surface portion 16 are quadrangular.
  • the area of the upper surface portion 15 is smaller than the area of the bottom surface portion 16. That is, in a plan view seen from the top surface or the bottom surface side, the shape is similar from the bottom surface portion 16 to the top surface portion 15, and the size is smaller in the direction from the bottom surface portion 16 to the top surface portion 15.
  • the bottom part 16 has a vertical part 17 having a certain height.
  • the vertical portion 17 is an outer end of the block. When the vertical portion 17 positions the first film member, the vertical portion 17 contacts the inner end of the opening of the first film member.
  • the height of the vertical portion 17 may be at least equal to or greater than the thickness of the first film member (for example, gasket), and is not particularly limited, but the block 11 is passed through the opening of the gasket and the inner end of the opening of the gasket is inserted into the vertical portion 17. It is preferable to make the height easy to contact. Since the thickness of the gasket is, for example, about 50 ⁇ m to 2 mm, if the vertical portion 17 is set to the same height according to the thickness, it is determined whether or not the inner end of the opening is in contact with the vertical portion 17 reliably. It becomes difficult.
  • the first film member for example, gasket
  • the height of the vertical portion 17 is such that when the block 11 is passed through the gasket, the vertical surface of the vertical portion 17 can be seen, and it can be seen that the inner end of the gasket opening is in contact with the vertical portion 17 reliably. It is preferable to ensure the height. For example, about 1 to 10 mm is sufficient.
  • the size of the bottom surface of the block is formed to be the same as or slightly larger than the opening of the first film member.
  • How much larger the size of the block bottom surface portion 16 is than the opening of the first film member is generally determined by the size of the entire first film member, the size of the opening, and the material of the first film member. I can't. For this reason, the magnitude
  • the shape formed by the outer end of the block bottom surface Is preferably increased by about 100.1 to 101%. If it is this size, even if it passes through the block 11 through an opening part seeing from the raw material (detailed later) of a gasket, the shape of a gasket can be corrected reliably, without receiving the deformation
  • the height of the block 11 (the height from the bottom surface to the front surface vertically) is not limited at all. When the film is laminated using the block 11, it is sufficient if the height is easy to handle.
  • the material of the block 11 may be any material as long as it does not easily deform.
  • various materials such as aluminum alloys, metals such as stainless steel and brass, hard plastics such as acrylic resin and polycarbonate, and ceramics can be used.
  • the block 11 may be hollow if the outer shape, particularly the shape of the vertical portion 17 is maintained.
  • the shape of the block 11 is made to match the shape of the opening of the first film member.
  • 2 to 4 are diagrams for explaining examples of the opening shape and the block shape of the first film member. 2 to 4, (a) is a side view of the block 11, (b) is a plan view of the block bottom surface portion 16, and (c) is a plan view of the first film member 100.
  • the block bottom 16 is also squared accordingly, as shown in FIGS. 2 (a) and (b). It becomes.
  • This example is the block 11 shown in FIG. Although a square is shown here, the same applies to a rectangle or the like.
  • the size of the block bottom surface portion 16 is the same as or slightly larger than the opening 101 of the first film member 100. In the figure, they are drawn to the same size (the same applies to other figures).
  • the block bottom surface portion 16 is also adjusted accordingly, as shown in FIGS. 3A and 3B. It becomes a circle. Also in this case, similarly to FIG. 1, the size is reduced in a similar shape from the bottom surface portion 16 to the top surface portion 15. Therefore, the upper surface portion 15 is also circular.
  • the shape of the opening 101 of the first film member 100 is a square corner as shown in FIG. 4 (c)
  • the block bottom surface portion 16 as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • the corners of the quadrilateral have an arc shape.
  • the size is reduced in a similar shape from the bottom surface portion 16 to the top surface portion 15. Therefore, the upper surface portion 15 also has an arc shape with square corners.
  • the shape of the block 11 may be determined according to various gasket shapes.
  • the first plate 12 holds the block 11 and holds the first film member positioned by the block 11.
  • FIG. 5 is a plan view of the first plate 12 as viewed from the side on which the block 11 is placed. A broken line in the figure is a position where the block 11 is placed.
  • the first plate 12 is a flat plate-like member.
  • the first plate 12 uses, for example, vacuum suction or electrostatic suction in order to grip the first film member.
  • FIG. 5 shows the case of vacuum suction.
  • a hole 18 connected to a vacuum suction device (not shown) and a groove 19 communicating with the hole 18 are provided.
  • channel 19 may be one, it is preferable to make it enclose continuously the circumference
  • a plurality of grooves 19 are provided for one hole 18 or a suction hole connected to a vacuum suction device is provided around the position where the block 11 is placed without providing a groove.
  • a plurality may be provided so as to surround.
  • an O-ring (not shown) may be provided on the outer periphery of the groove 19 (or a plurality of suction holes) in order to vacuum-attach the first film member more strongly.
  • an electrode for electrostatic attraction may be provided so as to surround the position where the block 11 is placed.
  • the first film member was corrected by the first plate 12 gripping the first film member positioned by the block 11.
  • the shape can be kept.
  • the block 11 is positioned by providing a step at a portion on the first plate 12 where the block 11 is placed.
  • Bolt holes are provided in the block 11 in the first plate 12, and the block 11 is fixed and positioned through bolts passing through the block 11.
  • a concave portion is provided on the first plate 12, and a convex portion is provided on the block 11, and positioning is performed by a combination of these concave and convex portions.
  • the first plate 12 and the block 11 can be positioned so as to be in a predetermined position.
  • the position of the block 11 relative to the first plate 12 is such that the block 11 is positioned on the first plate 12 such that the inner end of the opening of the first film member is a predetermined position of the second film member.
  • the surface on which the first film member on the first plate 12 is gripped is not provided with a protrusion or the like.
  • the first film member held by the first plate 12 overlaps the second film member on the second plate 20 together with the first plate 12. This is because protrusions on the gripping surface are in the way.
  • the material of the first plate 12 is preferably, for example, a hard plastic such as acrylic resin or polycarbonate, or a non-metallic material such as ceramics. This is to prevent the metal from entering the second film member because the first plate 12 contacts the second film member when the first film member is laminated on the second film member. Of course, when there is no problem even if the second film member contacts the metal, the metal may be used.
  • FIG. 6 is a plan view for explaining the second plate 20.
  • the second plate 20 has a flat plate shape.
  • the material of the second plate 20 is preferably, for example, a hard plastic such as acrylic resin or polycarbonate, or ceramics. Since the 2nd plate 20 is in contact with the 2nd film member, when the 2nd film member dislikes a metal (for example, MEA), it is preferred that it is made of a nonmetallic material. Of course, when there is no problem even if the second film member contacts the metal, the metal may be used.
  • the second plate 20 may hold the second film member using vacuum suction or electrostatic suction. This is because the second film member is also thin and light, so that the position of the positioned second film member is prevented from shifting during the laminating operation. In addition, if the position of the 2nd film member should just be left still, such a holding
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the positional relationship of the second film member on the second plate.
  • the MEA has catalyst layers 202 formed on both surfaces of the electrolyte membrane 201 (in the figure, the catalyst layer 202 is shown only on one surface of the electrolyte membrane 201 (the same applies to the other drawings)).
  • the first film member here, the gasket
  • the MEA that is the second film member 200 is a film member in which a catalyst layer (second member) 202 is formed on an electrolyte membrane (first member) 201.
  • a film guide 31 is installed.
  • the width (w in the drawing) of the film guide 31 is a distance from the outer end of two adjacent sides of the four sides of the second plate 20 to the outer end of the second film member 200 (MEA). Positioning in the X and Y directions can be performed on the plane coordinates. Accordingly, the film guide 31 may be installed at a predetermined distance from the outer ends of two adjacent sides of the four sides of the second plate 20. Normally, the X direction and the Y direction may be equidistant, so the width of the film guide 31 (the width Wx in the X direction and the width Wy in the Y direction in the figure) may be the same. Of course, if the positions are different in the X direction and the Y direction, the width of the film guide 31 may be changed accordingly.
  • the plate guide 32 is also the same, and it can be positioned in the X direction and the Y direction on the plane coordinates by installing it at the outer ends of two adjacent sides of the four sides of the second plate 20 (see FIG. 1). .
  • the film guide 31 may not be provided, and the second film member 200 (MEA) may be positioned by directly abutting the second film member 200 (MEA) against the frame guide 32.
  • FIG. 8 is a side view for explaining the positional relationship between the first plate, the block, the second plate, and the second film member. In addition, this figure is for showing these positional relationships to the last, and does not show a state when the first film member and the second film member are laminated. Further, the film guide 31 and the plate guide 32 are provided on the two adjacent sides of the second plate 20 as already described, but in FIG. 8, only one side of the second plate 20 is shown for the sake of clarity. It was.
  • the position of the block 11 relative to the first plate 12 is such that the first film 12 and the second plate 20 are aligned such that the side portions of the first plate 12 and the second plate 20 are flush with each other by the plate guide 32.
  • the inner end of the opening of the member 100 is made to coincide with the outer end of the catalyst layer 202 or slightly outside (shown to coincide in the drawing). That is, the outer end of the block 11 is made to coincide with the outer end of the catalyst layer 202 of the second film member 200 (MEA) on the second plate 20 or slightly outside.
  • the first film member 100 (gasket) is laminated around the catalyst layer 202 simply by aligning the first plate 12 and the second plate 20 with the plate guide 32. can do.
  • the gasket when the gasket is laminated on the MEA, it is preferable that there is no gap between the outer end of the catalyst layer and the inner end of the opening of the gasket, but there may be some gap.
  • the function of the gasket is to prevent leakage of gas that passes through the catalyst layer. For this reason, if the gasket covers the catalyst layer and is partially covered, the utilization efficiency of the catalyst layer is lowered, which is not preferable.
  • the effect of preventing gas leakage is not affected. Therefore, even if there are some gaps in this part, it does not matter.
  • 9 to 11 are explanatory views for explaining the stacking method of the first embodiment.
  • the block 11 is placed on the first plate 12. Then, the first film member 100 is pushed from the top of the block 11 to the surface of the first plate 12 so as to pass the block 11 through the opening of the first film member 100. At this time, the opening is surely inserted to the bottom surface 16 of the block 11, that is, until it reaches the surface of the first plate 12.
  • a squeegee 300 may be used as shown in FIG.
  • the squeegee 300 pushes the first film member 100 evenly from the upper part of the block 11 along the slope of the block 11 in the direction of the bottom surface part 16 of the block 11 so as to reach the surface of the first plate 12 (that is, in the drawing, The squeegee 300 is moved from the position of the alternate long and short dash line to the position of the solid line).
  • the squeegee 300 may be pushed in the direction of the bottom surface 16 while always giving tension in the direction in which the block 11 is tightened (arrow A in the figure).
  • the squeegee 300 may be fastened using foamed urethane having high elasticity.
  • a guide plate 350 may be provided separately, and the squeegee 300 may move along a groove 351 (or rail) provided in the guide plate 350.
  • the groove 351 (or rail) of the guide plate 350 is provided so that the arm 352 moves along the slope of the slope of the block 11.
  • a squeegee 300 is attached to the arm 352 so that the squeegee 300 can always move along the slope of the block 11.
  • the squeegee 300 is guided from the upper part of the block 11 to the groove 351 (or rail) and pushes the first film member 100 toward the bottom surface part 16 of the block 11 so as to reach the surface of the first plate 12 (that is, In the figure, the squeegee 300 is moved from the position of the alternate long and short dash line to the position of the solid line).
  • FIG. 9B1 is a view showing the guide plate viewed from the block side surface direction
  • FIG. 9B2 is a view including the guide plate viewed from the block upper surface direction (FIG. 9B2 is the first view). 1 shows that the film member 100 is attached to the surface of the first plate 12).
  • the squeegee 300 is shown in FIGS. 9A, 9B1 and 9B2 so as to come into contact with two opposing sides (slopes) of the block 11, but the four sides (slopes) of the block 11 are shown. ) It may be provided so as to contact all.
  • the gasket which is the first film member 100 used here, is previously coated with an adhesive on both sides or one side. A release paper is stretched on the adhesive surface so as not to adhere to other members during the operation.
  • a plate guide 32 is arranged on the outer periphery of the second plate 20, and a film guide 31 is installed on the second plate 20 along the plate guide 32. Then, the second film member 200 is positioned by the film guide 31 and the second film member 200 is placed on the second plate 20. Note that the film guide 31 and the plate guide 32 are provided on two adjacent sides of the second plate 20 as described above, but only one side is shown in FIG. 10 for easy understanding.
  • the film guide 31 is removed from the second plate 20. Then, after peeling off the release paper of the first film member 100 on the first plate 12, the surface is directed to the second plate 20, the first plate 12 is aligned with the plate guide 32, and the second plate 20. Put it on top. As a result, the first film member 100 sticks to the second film member 200. At this time, pressure for pressing the first plate 12 in the direction of the second plate 20 may be applied so that the first film member 100 and the second film member 200 are in close contact with each other.
  • the plate guide 32 is provided on two adjacent sides of the second plate 20 as already described, but in FIG. 11, only one side is shown for the sake of clarity.
  • the positioning of the first film member 100 on the first plate 12 and the positioning of the second film member 200 on the second plate 20 can be performed independently.
  • the position of the block 11 on the first plate 100 is determined in advance in relation to the second film member 200 on the second plate 20, but is not limited thereto.
  • the block 11 on the first plate 100 may carry the position of the second film member 200 on the second plate 20 regardless of the position. In this case, after the first film member 100 is gripped by the first plate 100, the position of the first film member may be positioned with respect to the second film member 200. In this case, the film guide 31 and the plate guide 32 are unnecessary.
  • FIG. 12 is a schematic side view for explaining the film member laminating apparatus 2 of the second embodiment.
  • This film member laminating apparatus 2 is used for laminating and attaching a gasket on an MEA used in a fuel cell.
  • the gasket is the first film member 100, which is a thin film-like member having an opening therein.
  • the function of the gasket is to prevent gas passing through the catalyst layer from leaking to the surroundings.
  • the MEA is the second film member 200.
  • the film member laminating apparatus 2 is placed on a plate 50 for holding a second film member 200 (not shown in FIG. 12) and a second film member held on the plate 50, and It has a block 11 that performs positioning and shape correction.
  • the plate 50 has a flat plate shape.
  • a material that transmits at least light necessary for positioning which will be described later, is used.
  • a hard and light transmissive member such as an acrylic resin or polycarbonate is preferable.
  • the plate 50 preferably holds the second film member 200 using vacuum suction or electrostatic suction. Since the second film member 200 is also thin and light, it is used to prevent the position of the positioned second film member 200 from shifting during the laminating operation. In addition, if the position of the 2nd film member 200 should just be left still, such a holding
  • Block 11 is the same as block 11 described in the first embodiment. That is, it is a shape obtained by cutting off the apex of the quadrangular pyramid shape.
  • the bottom surface portion 16 has a vertical portion 17 having a certain height.
  • the vertical portion 17 is an outer end of the block. When the vertical portion 17 positions the first film member 100, the vertical portion 17 contacts the inner end of the opening of the first film member 100.
  • the material of the block 11 is preferably, for example, a hard plastic such as acrylic resin or polycarbonate, or ceramics.
  • the block 11 is placed directly on the second film member 200.
  • the metal may be used when there is no problem even if the second film member 200 is in contact with the metal.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the stacking method of the second embodiment.
  • the first film member 100 is a gasket and the second film member 200 is MEA.
  • the adhesive agent is apply
  • the second film member 200 is placed on the plate 50. At this time, as long as the position of the second film member 200 on the plate 50 is within a recognition range of a catalyst layer end portion (particularly a corner portion) by a camera, which will be described later, no matter how the second film member 200 is placed on the second plate 50. Good.
  • the block 11 is placed on a predetermined position of the second film member 200, here on the catalyst layer.
  • a position detection system using light can be used.
  • MEA which is the second film member 200 is a film member in which a catalyst layer (second member) 202 is formed on an electrolyte membrane (first member) 201. Therefore, the electrolyte membrane 201 and the catalyst layer 202 have different light transmittances. Specifically, the light transmittance is smaller in the portion of the catalyst layer 202 than in the portion of the electrolyte membrane 201 only (that is, the peripheral portion where the catalyst layer is not formed). Therefore, when light is applied from below the plate 50 and the transmitted light is photographed from above by the camera, the image is dark in the part where the catalyst layer is present and the other part is bright. Thereby, the edge part of the catalyst layer 202 is detectable.
  • a position detection system may be an existing one.
  • a light source is disposed below the plate 50 and a camera is disposed above (the one on which the block 11 is placed). Then, the image of the camera is taken into a personal computer or the like, and the position of the catalyst layer, that is, the range of the dark portion in the video is detected and positioned by using image recognition software previously installed in the personal computer.
  • the block 11 is positioned so that the outer end of the block bottom surface portion is aligned with a position away from the detected catalyst layer end portion by a predetermined amount.
  • the position away from the end of the catalyst layer by a predetermined amount means that when the size of the block bottom is larger than that of the catalyst layer, the outside end of the block is separated from the detected end of the catalyst layer in proportion to the size. Is the amount.
  • the size of the block bottom is the same as or slightly larger than the size of the catalyst layer. This is because the gasket does not cover the catalyst layer as described in the first embodiment.
  • the block 11 may be positioned visually without using such a position detection system.
  • the first film member 100 is pressed against the second film member 200 and pasted so that the block 11 is passed through the opening of the first film member 100. At this time, the release paper is peeled off.
  • the operation of passing the block 11 through the opening of the first film member 100 may use a squeegee or the like as in the first embodiment (see FIG. 9).
  • the first film member 100 may be pressed against the block 11 so as not to peel off from the second file member 200.
  • the squeegee used when the first film member 100 is passed through the block 11 can be used as a jig for holding the first film member 100 as it is.
  • the guide plate 350 and the squeegee 300 are configured separately from the block 11, so that the block 11 is moved while holding the first film member 100 with the squeegee 300. Can be removed.
  • the first film member 100 may be pressed by another member (a jig) instead of the squeegee. Moreover, when the first film member 100 is pushed into the second film member 200 and sufficiently adhered to the second film member 200, the block 11 is removed, so that the first film member 100 sticks when the block 11 is removed. You may not take advantage of it.
  • pressure may be applied to bring the first film member 100 and the second film member 200 into close contact with each other.
  • the 2nd film member 200 when laminating
  • FIG. 14 is a drawing for explaining the operation of the embodiment.
  • a thin film member having an opening inside, such as a gasket, is curled as shown in FIG. 14 (a), for example, or partially wrinkled 150 as shown in FIG. 14 (b). It is easy to get stuck. For this reason, even if it positions simply by an outer side edge part, the shape of an opening part may not become settled.
  • the opening of the second film member 200 is extended as shown in FIG.
  • the shape can be corrected.
  • the size of the block 11 is slightly larger than the size of the opening of the first film member 100, so that the shape of the opening of the first film member 100 is more reliably corrected. can do.
  • the film member is curled or distorted, or wrinkled, it is difficult to push the opening by hand and paste it in place unless it requires skill and skill.
  • the shape of the opening can be automatically corrected and positioned.
  • a non-stretchable material such as a gasket
  • deformation like rubber does not occur. Therefore, if even the inside is restricted, curling, distortion, wrinkles, etc. Deformation can be eliminated.
  • gasket and MEA which are examples of the first and second film members will be described in detail.
  • Gasket is the first film member 100 in this embodiment.
  • Gaskets include, for example, rubber materials such as fluorine rubber, silicon rubber, ethylene propylene rubber (EPDM), polyisobutylene rubber, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene, tetrafluoroethylene- Examples thereof include fluorine-based polymer materials such as hexafluoropropylene copolymer (FEP), and thermoplastic resins such as polyolefin and polyester.
  • the thickness of the gasket is not particularly limited, and is preferably 50 ⁇ m to 2 mm, more preferably about 100 ⁇ m to 1 mm.
  • the catalyst layer is a layer where the reaction actually proceeds. Specifically, a hydrogen oxidation reaction proceeds in the anode side catalyst layer, and an oxygen reduction reaction proceeds in the cathode side catalyst layer.
  • the catalyst layer includes a catalyst component, a conductive carrier that supports the catalyst component, and a proton-conductive polymer electrolyte.
  • the catalyst component used in the anode side catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action in the oxidation reaction of hydrogen, and a known catalyst can be used in the same manner.
  • the catalyst component used in the cathode side catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction, and a known catalyst can be used in the same manner. Specifically, it is selected from platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and the like, and alloys thereof. Is done.
  • the composition of the alloy depends on the type of metal to be alloyed, but is preferably 30 to 90 atomic% for platinum and 10 to 70 atomic% for the metal to be alloyed.
  • the composition of the alloy when the alloy is used as the cathode-side catalyst varies depending on the type of metal to be alloyed, and can be appropriately selected by those skilled in the art. Platinum is 30 to 90 atomic%, and other metals to be alloyed are 10 to 10%. It is preferable to set it as 70 atomic%.
  • an alloy is a generic term for a metal element having one or more metal elements or non-metal elements added and having metallic properties.
  • the alloy structure consists of a eutectic alloy, which is a mixture of the component elements as separate crystals, a component element completely melted into a solid solution, and a component element composed of an intermetallic compound or a compound of a metal and a nonmetal. There is what is formed, and any may be used in the present application.
  • the catalyst component used for the anode catalyst layer and the catalyst component used for the cathode catalyst layer can be appropriately selected from the above.
  • catalyst components for the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer have the same definition for both, and are collectively referred to as “catalyst components”.
  • the catalyst components of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer do not have to be the same, and are appropriately selected so as to exhibit the desired action as described above.
  • the shape and size of the catalyst component are not particularly limited, and the same shape and size as known catalyst components can be used, but the catalyst component is preferably granular.
  • the average particle diameter of the catalyst particles is preferably 1 to 30 nm, more preferably 1.5 to 20 nm, still more preferably 2 to 10 nm, and particularly preferably 2 to 5 nm.
  • the average particle diameter of the catalyst particles is within such a range, the balance between the catalyst utilization rate related to the effective electrode area where the electrochemical reaction proceeds and the ease of loading can be appropriately controlled.
  • the “average particle diameter of catalyst particles” in the present invention is the average of the crystallite diameter determined from the half-value width of the diffraction peak of the catalyst component in X-ray diffraction or the average particle diameter of the catalyst component determined from a transmission electron microscope image. It can be measured as a value.
  • the conductive carrier functions as a carrier for supporting the above-described catalyst component and an electron conduction path involved in the exchange of electrons with the catalyst component.
  • the conductive carrier may be any carbon-based material having a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and sufficient electron conductivity.
  • the main component is carbon. Preferably there is. Specific examples include carbon particles composed of carbon black, graphitized carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, artificial graphite, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon fibril structure, and the like. “The main component is carbon” means that the main component contains carbon atoms, and is a concept that includes both carbon atoms and substantially carbon atoms. In some cases, elements other than carbon atoms may be included in order to improve the characteristics of the fuel cell. Incidentally, “substantially consisting of carbon atoms” means that contamination of about 2 to 3% by mass or less of impurities can be allowed.
  • a graphitized conductive material such as carbon black graphitized on the catalyst layer, particularly the anode side catalyst layer, more preferably a graphitized carbon material is used as a conductive support
  • the corrosion resistance of the conductive material is improved.
  • the graphitized conductive material has a small covering area of the ion conductive material and a small evaporation area of liquid water, there is a concern about freezing below zero or flooding at room temperature.
  • a hydrophilic porous layer adjacent to the catalyst layer using a graphitized conductive material drainage can be improved, and both sub-zero startability and high current density operation at room temperature can be achieved.
  • a membrane electrode assembly to be described later to which corrosion resistance of the conductive material is further provided.
  • the graphitized carbon black is preferably spherical, the [002] plane average lattice spacing d 002 calculated from X-ray diffraction is 0.343 to 0.358 nm, and the BET specific surface area is 100 to It is preferably 300 m 2 / g.
  • the BET nitrogen specific surface area of the conductive carrier may be a specific surface area sufficient to support the catalyst component in a highly dispersed state, but is preferably 20 to 1600 m 2 / g, more preferably 80 to 1200 m 2 / g.
  • the specific surface area of the conductive support is in such a range, the balance between the dispersibility of the catalyst component on the conductive support and the effective utilization rate of the catalyst component can be appropriately controlled.
  • the size of the conductive carrier is not particularly limited, but from the viewpoint of easy loading, catalyst utilization, and control of the electrode catalyst layer thickness within an appropriate range, the average particle size is 5 to 200 nm, preferably 10 It is preferable to set it to about 100 nm.
  • the supported amount of the catalyst component is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass, based on the total amount of the electrode catalyst.
  • the supported amount of the catalyst component can be measured by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).
  • the catalyst component can be supported on the carrier by a known method.
  • known methods such as impregnation method, liquid phase reduction support method, evaporation to dryness method, colloid adsorption method, spray pyrolysis method, reverse micelle (microemulsion method) can be used.
  • a commercially available electrode catalyst may be used.
  • electrode catalysts such as those manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., N.E. Chemcat Co., Ltd., E-TEK Co., and Johnson Matthey Co. can be used. These electrode catalysts are obtained by supporting platinum or a platinum alloy on a carbon carrier (supporting concentration of catalyst species, 20 to 70% by mass).
  • a carbon carrier supporting concentration of catalyst species, 20 to 70% by mass.
  • the carbon carrier ketjen black, vulcan, acetylene black, black pearl, graphitized carbon carrier (for example, graphitized ketjen black) previously heat-treated at high temperature, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon fiber, There is mesoporous carbon.
  • the BET nitrogen specific surface area of the electrode catalyst is preferably larger than the BET specific surface area of the conductive material contained in the hydrophilic porous layer. Further, as described above, the thickness of the catalyst layer is preferably thicker than the thickness of the adjacent hydrophilic porous layer.
  • the catalyst layer contains an ion conductive polymer electrolyte in addition to the electrode catalyst.
  • the polymer electrolyte is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to.
  • the above-described ion exchange resin constituting the polymer electrolyte membrane can be added to the catalyst layer as the polymer electrolyte.
  • the catalyst layer is a hydrophilic porous layer, the above polymer electrolyte is used as the ion conductive material.
  • the thickness of the catalyst layer is not particularly limited as long as it can sufficiently exhibit the catalytic action of the hydrogen oxidation reaction (anode side) and the oxygen reduction reaction (cathode side), and the same thickness as the conventional one can be used. Specifically, the thickness of each catalyst layer is preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • the method for applying the catalyst ink on the substrate is not particularly limited, and a known method such as a screen printing method, a deposition method, or a spray method can be similarly applied.
  • a known sheet such as a polyester sheet such as a PTFE (polytetrafluoroethylene) sheet or a PET (polyethylene terephthalate) sheet can be used.
  • a base material is suitably selected according to the kind of catalyst ink (especially electroconductive support
  • This MEA is the second film member 200 in this embodiment.
  • the electrolyte membrane is made of an ion exchange resin and has a function of selectively permeating protons generated in the anode side catalyst layer during PEFC operation along the film thickness direction to the cathode side catalyst layer.
  • the electrolyte membrane also has a function as a partition wall for preventing the fuel gas supplied to the anode side and the oxidant gas supplied to the cathode side from being mixed.
  • Electrolyte membranes are roughly classified into fluorine-based polymer electrolyte membranes and hydrocarbon-based polymer electrolyte membranes depending on the type of ion exchange resin that is a constituent material.
  • ion exchange resins constituting the fluorine-based polymer electrolyte membrane include Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), Flemion (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like.
  • Perfluorocarbon sulfonic acid polymer perfluorocarbon phosphonic acid polymer, trifluorostyrene sulfonic acid polymer, ethylene tetrafluoroethylene-g-styrene sulfonic acid polymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride- Examples include perfluorocarbon sulfonic acid polymers. From the viewpoint of power generation performance such as heat resistance and chemical stability, these fluorine-based polymer electrolyte membranes are preferably used, and particularly preferably fluorine-based polymer electrolyte membranes composed of perfluorocarbon sulfonic acid polymers are used. It is done.
  • hydrocarbon electrolyte examples include sulfonated polyethersulfone (S-PES), sulfonated polyaryletherketone, sulfonated polybenzimidazole alkyl, phosphonated polybenzimidazole alkyl, sulfonated polystyrene, and sulfonated.
  • S-PES polyetheretherketone
  • S-PPP polyphenylene
  • These hydrocarbon polymer electrolyte membranes are preferably used from the viewpoint of production such that the raw material is inexpensive, the production process is simple, and the material selectivity is high.
  • the ion exchange resin mentioned above only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together. Moreover, it is needless to say that other materials may be used without being limited to the above-described materials.
  • the thickness of the electrolyte membrane may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained MEA and PEFC, and is not particularly limited.
  • the thickness of the polymer electrolyte membrane is preferably 5 to 300 ⁇ m, more preferably 10 to 200 ⁇ m, and still more preferably 15 to 150 ⁇ m. When the thickness is within such a range, the balance between strength during film formation, durability during use, and output characteristics during use can be appropriately controlled.
  • the block 11 is passed through the opening 101 of the first film member 100 such that the inner end of the opening of the first film member 100 is in contact with the outer end of the block 11.
  • the deformation can be corrected and the opening 101 can be made into the original shape. Therefore, when laminating the first film member on the second film member, the opening 101 of the first film member 100 has the original shape, so that it can be positioned and laminated as designed.
  • the shape correction of the first film member 100 is performed.
  • the positioning with respect to the second film member 200 can be performed independently.
  • the 1st film member 100 and the 2nd film member 200 can be prepared separately.
  • the first plate 12 and the second plate 20 are aligned, so that the opening of the first film member 100 and the second film member 200 are aligned.
  • the opening part of the 1st film member 100 can be laminated
  • the second film member 200 is held by one plate 50, and the block 11 is placed on the second film member 200, and the opening of the first film member 100 is placed on the block 11. It was decided to position. Thereby, it can position with respect to a 2nd film member directly with the shape correction of the 1st film member 100.
  • the first member end by the light is utilized by utilizing the fact that the first member constituting the second film member 200 and the second member on the second member have different light transmittances.
  • the block 11 is placed at a position away from the detected end by a predetermined amount. Thereby, the block 11 can be positioned at a predetermined position of the second film member 200 using an optical system.
  • the opening of the first film member 100 is rectangular or square, and the block 11 corresponds to such an opening shape, and each of the rectangular or square It has four sides in contact with the sides. Thereby, the shape of the rectangular or square opening can be corrected.
  • the size of the shape constituted by the outer end of the block 11 is the same as the size of the shape constituted by the opening inner end of the first film member 100?
  • the size of the shape formed by the outer end of the block 11 is slightly larger than the size of the shape formed by the inner end of the opening of the first film member 100.
  • the first film member 100 is a gasket used in a fuel cell
  • the second film member 200 is used in a fuel cell and is a catalyst formed on a substrate.
  • the predetermined position on the second film member 200 is a position where the inner end of the opening of the gasket comes outside the outer end of the catalyst layer. Thereby, it can laminate
  • the gap between the outer end of the catalyst layer and the inner end of the opening of the gasket is assumed to be the same or slightly open.
  • the present invention is not limited to this, and the gasket may be applied to the catalyst layer.
  • the gasket has a portion that covers the catalyst layer and a portion that does not cover the catalyst layer, and the gasket is partially covered on all sides of the catalyst layer.
  • the gaskets when gaskets are affixed on both sides of the MEA, it is preferable that the gaskets always cover the four sides of the catalyst layer at the same position on both sides.
  • the first film member 100 is not limited to a gasket, and any film member having an opening can be used. Also, the present invention can be applied to an O-ring (for example, the shape shown in FIG. 3).

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Abstract

　フィルム部材の変形を矯正することのできるフィルム部材積層装置を提供する。　開口部を有する第１フィルム部材の開口部内側端に接する外側端を備えたブロック１１を有し、ブロック１１外側端に第１フィルム部材の開口部内側端が接するように第１フィルム部材開口部にブロック１１を通す。これにより第１フィルム部材の開口部の変形を矯正して位置決めできる。

Description

フィルム部材積層装置およびその方法
　本発明は、フィルム部材積層装置およびその方法に関する。
　近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、常温でも作動して高出力密度が得られる燃料電池が電気自動車用電源、定置型電源として注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への負荷が少ないクリーンな発電システムである。特に、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。
　このような燃料電池は、電解質膜、当該膜の両面に形成される触媒層、ガス拡散層（ＧＤＬ）などを有する膜－電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　以下、ＭＥＡと称する）を含む。そしてこのＭＥＡがセパレーターを介して複数積層されて構成されている。
　これらＭＥＡやセパレーターは、交互に積層されて、さらに発電された電力を取り出す集電板、端板と集電板とを絶縁する絶縁板などと共に積層されている。
　これらの各部材には、水素を有する燃料ガス、酸化剤ガスとしての空気などを通すための孔が設けられており、各部材間はＯリングやガスケットなどを配置してこれら流体の漏れを防止している。
　従来、このような燃料電池を製造する際に、各部材をそれぞれ所定の位置に位置決めするためには、各部材の側面を位置決めガイドに当接させることにより行っている（特許文献１）。
特開２００３－８６２３２号公報
　しかしながら、特許文献１記載の方法では、ＭＥＡ、セパレーター、集電板、端板、絶縁板などの位置決めはできても、それらの間のＯリングやガスケットなどの位置決めができない。
　これは、Ｏリングやガスケットなどは、薄くて剛性が低いため、その側面（外側端）をガイドに突き当てても、Ｏリングやガスケットが変形してしまうことがあるためである。
　そこで、本発明の目的は、フィルム部材の変形を矯正することのできるフィルム部材積層装置およびその方法を提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明のフィルム部材積層装置は、開口部を有する第１フィルム部材の開口部内側端に接する外側端を備えたブロックを有し、前記ブロックにより前記第１フィルム部材の開口部内側端を位置決めして、第１フィルム部材を第２フィルム部材上に積層することを特徴とする。
　また、上記目的を達成するため、本発明のフィルム部材積層方法は、開口部を有する第１フィルム部材の開口部内側端に接する外側端を備えたブロックの当該外側端に前記第１フィルム部材の開口部内側端が接するように前記第１フィルム部材を位置決めする段階と、前記ブロックにより位置決めした前記第１フィルム部材を第２フィルム部材上に積層する段階と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、第１フィルム部材の開口部内側端をブロックの外側端に接するように、第１フィルム部材の開口部にブロックを通すこととした。これにより第１フィルム部材に変形がある場合でも、その変形を矯正して開口部をもとどおりの形状にして第２フィルム部材に積層することができる。
本実施形態１のフィルム部材積層装置を説明するための概略斜視図である。 第１フィルム部材の開口部形状とブロック形状の例を説明する図面である。 他の第１フィルム部材の開口部形状とブロック形状の例を説明する図面である。 さらに他の第１フィルム部材の開口部形状とブロック形状の例を説明する図面である。 第１プレートの平面図である。 第２プレートの平面図である。 第２プレート上における第２フィルム部材の位置関係を説明する図である。 第１プレート、ブロック、第２プレート、および第２フィルム部材のそれぞれの位置関係を説明するための側面図である。 本実施形態１の積層方法を説明するための説明図である。 本実施形態１の積層方法を説明するための説明図である。 本実施形態１の積層方法を説明するための説明図である。 本実施形態２のフィルム部材積層装置を説明するための概略側面図である。 本実施形態２の積層方法を説明するための説明図である。 実施形態の作用を説明するための図面である。
　以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　［実施形態１］
　（装置構成）
　図１は、本実施形態のフィルム部材積層装置を説明するための概略斜視図である。
　このフィルム部材積層装置１は、燃料電池に用いられるＭＥＡの上にガスケットを積層して貼り付けるために使用する。ここでガスケットは第１フィルム部材であり、その中に開口部を有する薄膜状の部材である。ガスケットの機能は、触媒層を通過させるガスが周囲へ漏れるのを防止するものである。ＭＥＡは第２フィルム部材である。
　フィルム部材積層装置１は、２つの部分よりなる。一つは、第１フィルム部材内側の開口部の形状に合わせた形状のブロック１１と、このブロック１１を乗せるとともに、第１フィルム部材を把持する第１プレート１２である。他の一つは、第２フィルム部材を保持するための第２プレート２０である。なお、図中の破線は第１プレート１２上にブロック１１を乗せる位置を示している。
　また、フィルム部材積層装置１には、付属品として、第２プレート２０上に第２フィルム部材を位置決めするためのフィルムガイド３１と、第１プレート１２と第２プレート２０の位置を位置決めするプレートガイド３２を有する。フィルムガイド３１とプレートガイド３２は第２プレート２０に対して取り外し自在となっている。これらフィルムガイド３１とプレートガイド３２はプレート位置調整手段となる。これらフィルムガイド３１およびプレートガイド３２を利用した位置決め方法については後述のフィルム部材積層方法で説明する。また、プレートガイド３２は、第２プレートの４辺のうち少なくとも隣接する２辺にあればよい。フィルムガイド３１およびプレートガイド３２はすべての辺に接するように設けてもよいが、すべての辺に設けた場合、第２フィルム部材を第２プレート２０上にセットする際に、４辺に設けたフィルムガイド３１の中に第２フィルム部材を入れなければならず面倒である。一方、２辺に接するように設けておけば、位置決めは問題なく行うことができ、しかも第２プレート２０上にセットする際に、２辺に突き当てるようにすればよいだけであるので容易である。
　ブロック１１は、四角錐形状の頂点を切り落とした形状となっている。上面部１５および底面部１６は四角形である。上面部１５の面積は底面部１６の面積より小さい。つまり、上面または底面側から見た平面視において、底面部１６から上面部１５まで相似形で、大きさが底面部１６から上面部１５方向に小さくなっているのである。
　底面部１６には一定の高さの垂直部１７がある。この垂直部１７は、ブロック外側端となる。この垂直部１７が第１フィルム部材を位置決めする際に第１フィルム部材の開口部内側端に接する。
　垂直部１７の高さは、少なくとも第１フィルム部材（たとえばガスケット）の厚み以上あればよく、特に限定されないが、ガスケットの開口部にブロック１１を通して、この垂直部１７にガスケットの開口部内側端が接しやすい程度の高さにすることが好ましい。ガスケットの厚さは、たとえば５０μｍ～２ｍｍ程度であるため、垂直部１７をこれに合わせて同じ高さにしてしまうと、開口部内側端が確実に垂直部１７に当接しているか否か判断しづらくなる。そこで、垂直部１７の高さは、ガスケットにブロック１１を通したときに、垂直部１７の垂直面が見えて、ガスケット開口部内側端が確実に垂直部１７に当接していることがわかる程度の高さを確保しておくことが好ましい。たとえば、１～１０ｍｍ程度もあれば十分である。
　また、ブロック底面部の大きさは、第１フィルム部材の開口部と同じかわずかに大きく形成しておく。これにより第１フィルム部材の開口部にブロック１１を通して位置決めする際に、第１フィルム部材が引っ張られて、その形状特に、第１フィルム部材の開口部形状がしわやゆがみのない形状に矯正することができる。
　ブロック底面部１６の大きさを第１フィルム部材の開口部よりどの程度大きくするかは、第１フィルム部材全体の大きさ、開口部の大きさ、さらに第１フィルム部材の素材によって一概に決めることはできない。このためブロックの大きさは第１フィルム部材のしわやゆがみを矯正できる程度であればよい。ブロック１１を開口部に対して大きくしすぎると、ブロック１１を通して第１フィルム部材の形状を矯正しても、ブロック１１を外した段階で、第１フィルム部材開口部が元の大きさに戻ろうとして形状が変化してしまう。このため位置決め精度が悪くなるおそれもある。たとえばガスケットの場合、ブロック底面部の対向する辺同士の間隔として、第１フィルム部材の開口部内側端で構成される形状の大きさを１００％としたとき、ブロック底面部外側端で構成する形状が１００．１～１０１％程度大きくしておくとよい。この程度の大きさであれば、ガスケットの素材（詳細後述）から見て、開口部にブロック１１に通しても、それによる変形は受けることなくガスケットの形状を確実に矯正することができる。
　ブロック１１の高さ（底面部から垂直に正面部までの高さ）は、まったく限定されない。ブロック１１を用いてフィルムを積層する際に、ハンドリングが容易な高さであればよい。
　ブロック１１の素材は、簡単に変形しないものであればどのようなものであってもよい。たとえば、アルミニウム合金、ステンレス、真鍮などの金属、アクリル樹脂やポリカーボネートなど硬質のプラスチック、セラミックスなど様々な素材が使用可能である。
　また、ブロック１１は、外形状、特に垂直部１７の形状が保たれていれば、その内部は空洞であってもよい。
　ブロック１１の形状は、第１フィルム部材の開口部形状に合わせた形状にする。図２～４は第１フィルム部材の開口部形状とブロック形状の例を説明する図面である。図２～４において、（ａ）はブロック１１の側面図、（ｂ）はブロック底面部１６の平面図、（ｃ）は第１フィルム部材１００の平面図である。
　たとえば、図２（ｃ）の示すように第１フィルム部材１００の開口部１０１の形状が四角形の場合、図２（ａ）および（ｂ）の示すように、ブロック底面部１６もそれに合わせて四角形となる。この例は図１に示したブロック１１となる。なお、ここでは正方形を示したが長方形などであっても同様である。そして、ブロック底面部１６の大きさは、第１フィルム部材１００の開口部１０１と同じかわずかに大きく形成しておくのである。なお、図においては、同じ大きさに描いている（その他の図においても同様である）。
　またたとえば、図３（ｃ）の示すように第１フィルム部材１００の開口部１０１の形状が円形の場合、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ブロック底面部１６もそれに合わせて円形となる。この場合も図１と同様に、底面部１６から上面部１５まで相似形で小さくなる。したがって、上面部１５も円形となる。
　またたとえば、図４（ｃ）の示すように第１フィルム部材１００の開口部１０１の形状が四角形の角が円弧の場合、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、ブロック底面部１６もそれに合わせて四角形の角が円弧の形状となる。この場合も図１と同様に、底面部１６から上面部１５まで相似形で小さくなる。したがって、上面部１５も四角形の角が円弧の形状となる。
　そのほかにも、様々なガスケットの形状に対応してブロック１１の形状を決めるとよい。
　次に、第１プレート１２は、ブロック１１を乗せるとともに、ブロック１１によって位置決めされた第１フィルム部材を把持する。
　図５は、第１プレート１２の平面図であり、ブロック１１を乗せる側から見た図である。図中の破線はブロック１１を乗せる位置である。
　図示するように、第１プレート１２は、平坦な板状の部材である。そしてこの第１プレート１２は、第１フィルム部材を把持するために、たとえば、真空吸着や静電吸着を利用している。図５においては、真空吸着の場合を示しており、図示するように、真空吸引装置（不図示）に接続される孔１８と、この孔１８に連通した溝１９を有する。なお、孔１８や溝１９は一つでもよいが、溝１９については、第１フィルム部材を確実に把持するためにブロック１１を乗せる位置の周囲を連続的に囲むようにすることが好ましい。
　そのほかにも、図示しないが、一つの孔１８に対して複数の溝１９を設けたり、または、溝を設けずに、真空吸引装置に接続された吸引孔を、ブロック１１を乗せる位置の周囲を囲むように複数設けたりしてもよい。
　また、より強く第１フィルム部材を真空空着するために、溝１９（または複数の吸引孔）のさらに外周にＯリング（不図示）を設けてもよい。
　静電吸着を利用する場合は、図示しないが、静電吸着用の電極を、ブロック１１を乗せる位置の周囲を囲むように設ければよい。
　このようにブロック１１によって位置決めされた第１フィルム部材を第１プレート１２が把持することで、ブロック１１が外された後（後述のフィルム部材積層方法参照）でも、第１フィルム部材の矯正された形状を保ったままにすることができる。
　第１プレート１２とブロック１１の位置決めには様々な手法がある。たとえば、第１プレート１２上のブロック１１を乗せる部分に段差を設けておいてブロック１１を位置決めする。第１プレート１２にブロック１１にボルト孔を設けておき、ブロック１１を乗せた状態でこれらを貫通するボルトを通して固定、位置決めする。第１プレート１２に凹部、ブロック１１に凸部を設けて、これら凹凸の組み合わせで位置決めする。その他、第１プレート１２とブロック１１が所定位置となるように位置決めできればよい。もちろん、第１プレート１２に対するブロック１１の位置は、第１フィルム部材の開口部の内側端が第２フィルム部材の所定位置となるようにブロック１１を第１プレート１２上に位置決めするのである。
　ただし、第１プレート１２上の第１フィルム部材を把持する面には、突起などを設けないようにする。これは後述するように、第１プレート１２に把持された第１フィルム部材は、第１プレート１２ごと第２プレート２０上の第２フィルム部材に重ね合わせるので、第１プレート１２の第１フィルム部材把持面に突起があると邪魔になるからである。
　第１プレート１２の素材は、たとえば、アクリル樹脂やポリカーボネートなど硬質のプラスチック、セラミックスなどの非金属素材が好ましい。これは、第１フィルム部材を第２フィルム部材に積層する際に、第１プレート１２は第２フィルム部材に接触するので、第２フィルム部材に金属が入らないようにするためである。もちろん、第２フィルム部材が金属と接触しても問題がない場合は、金属であってもよい。
　次に、第２プレート２０は、第２フィルム部材を位置決めするためのものである。図６は、第２プレート２０を説明するための平面図である。
　図示するように、第２プレート２０は、平坦な板状である。第２プレート２０の素材は、たとえば、アクリル樹脂やポリカーボネートなど硬質のプラスチック、セラミックスなどが好ましい。第２プレート２０は第２フィルム部材に接しているので、第２フィルム部材が金属を嫌うものの場合（たとえば、ＭＥＡ）、非金属素材でできていることが好ましいのである。もちろん、第２フィルム部材が金属と接触しても問題がない場合は金属であってもよい。
　図示しないが、第２プレート２０は、真空吸着や静電吸着を利用して第２フィルム部材を把持するようにしてもよい。これは、第２フィルム部材も薄くて軽いものであるため、位置決めした第２フィルム部材の位置が、積層作業中にずれてしまうのを防止するためである。なお、第２フィルム部材の位置が、静置させておくだけでよければ、このような把持装置はなくてもよい。
　（フィルム部材積層方法）
　上述した本実施形態１のフィルム部材積層装置１を用いたフィルム部材積層方法について説明する。
　まず、各部材の位置関係について説明する。図７は、第２プレート上における第２フィルム部材の位置関係を説明する図である。
　第２フィルム部材２００として、ここではＭＥＡを例に説明する。ＭＥＡは、電解質膜２０１の両面に触媒層２０２が形成されている（図において触媒層２０２は電解質膜２０１の片面にのみ示した（他の図も同様））。このＭＥＡに対して、第１フィルム部材（ここではガスケット）を積層する際には、触媒層を覆うことなく、ガスケットを触媒層の周囲に積層することが望ましい。第２フィルム部材２００であるＭＥＡは、電解質膜（第１部材）２０１に触媒層（第２部材）２０２が形成されたフィルム部材である。
　図７を参照して、第２プレート２０上の所定位置に第２フィルム部材２００（ＭＥＡ）を位置決めして配置するために、フィルムガイド３１を設置する。
　このとき、フィルムガイド３１の幅（図中ｗ）は、第２プレート２０の４辺のうち隣接する２辺の外側端から第２フィルム部材２００（ＭＥＡ）の外側端までの距離とすることで、平面座標上Ｘ方向とＹ方向での位置決めができる。したがって、フィルムガイド３１は、第２プレート２０の４辺のうち隣接する２辺の外側端から所定距離となるよう設置すればよい。通常は、Ｘ方向もＹ方向も等距離でよいので、フィルムガイド３１の幅（図中Ｘ方向の幅Ｗｘ、Ｙ方向の幅Ｗｙ）は同じでよい。もちろん、Ｘ方向とＹ方向で、異なる位置にするのであれば、それに合わせてフィルムガイド３１の幅を変更すればよい。
　また、プレートガイド３２も同様であり、第２プレート２０の４辺のうち隣接する２辺の外側端に設置することで、平面座標上Ｘ方向とＹ方向での位置決めができる（図１参照）。
　なお、フィルムガイド３１はなくてもよく、フレームガイド３２に第２フィルム部材２００（ＭＥＡ）を直接突き当てることで、第２フィルム部材２００（ＭＥＡ）の位置決めを行うようにしてもよい。
　図８は、第１プレート、ブロック、第２プレート、および第２フィルム部材のそれぞれの位置関係を説明するための側面図である。なお、この図は、あくまでもこれらの位置関係を示すためのものであり、第１フィルム部材と第２フィルム部材を積層する際の状態を示したものではない。また、フィルムガイド３１およびプレートガイド３２は、すでに説明した通り第２プレート２０の隣接する２辺に設けているが、図８においては、わかりやすくするために第２プレート２０の１辺分のみ示した。
　図示するように、第１プレート１２に対するブロック１１の位置は、第１プレート１２と第２プレート２０のそれぞれの側部がプレートガイド３２によって面一になるように位置合わせされた状態で第１フィルム部材１００（ガスケット）の開口部内側端が触媒層２０２外側端に一致またはわずかに外側に位置するようにする（図では一致するように示している）。すなわち、ブロック１１の外側端が、第２プレート２０上の第２フィルム部材２００（ＭＥＡ）の触媒層２０２外側端に一致するかまたはわずかに外側に位置するようにするのである。
　このようにそれぞれの部材を位置決めすることで、あとはプレートガイド３２によって第１プレート１２と第２プレート２０を位置合わせするだけで、触媒層２０２の周囲に第１フィルム部材１００（ガスケット）を積層することができる。
　なお、ガスケットをＭＥＡ上に積層したときに、触媒層の外側端とガスケットの開口部内側端との間は隙間がないことが好ましいが、この隙間は多少あっても差し支えない。ガスケットの機能は、触媒層を通過させるガスの漏れを防止するものである。このためガスケットが触媒層にかかってその一部が覆われてしまうと、触媒層の利用効率が低下して好ましくない。一方、触媒層の外側端とガスケットの開口部内側端との間に隙間ができても、ガス漏れ防止効果には影響がない。したがって、この部分に多少の隙間があっても差し支えないのである。
　積層方法について説明する。図９～１１は、本実施形態１の積層方法を説明するための説明図である。
　まず、第１プレート１２上にブロック１１を乗せる。そして、ブロック１１の上から、第１フィルム部材１００の開口部にブロック１１を通すようにして、第１フィルム部材１００を第１プレート１２表面まで押し込む。このとき確実に開口部がブロック１１の底面部１６まで、すなわち第１プレート１２表面に着くまで入るようにする。
　これには図９（ａ）に示すように、たとえばスキージ３００などを用いるとよい。スキージ３００は、ブロック１１の上部からブロック１１の斜面に沿って均等に第１フィルム部材１００をブロック１１の底面部１６方向に押して、第１プレート１２表面に着くように押し込む（すなわち、図中、スキージ３００を一点鎖線の位置から実線の位置まで移動させるのである）。スキージ３００は、常にブロック１１を締め付ける方向（図示矢印Ａ）に張力を持たせつつ、底面部１６方向に押し込むようにするとよい。これには、たとえば、スキージ３００を弾力性に富む発泡ウレタンなどを用いて締め付けておけばよい。
　または、図９（ｂ１）および（ｂ２）に示すように、別途ガイド板３５０を設け、ガイド板３５０に設けられている溝３５１（またはレール）に沿ってスキージ３００が移動する構成としてもよい。ガイド板３５０の溝３５１（またはレール）は、ブロック１１の斜面の傾斜に沿って腕木３５２が移動するように設けられている。そして、この腕木３５２にスキージ３００が取り付けられていて、常にスキージ３００がブロック１１の斜面に沿って移動することができるようになっている。これによりスキージ３００は、ブロック１１の上部から溝３５１（またはレール）にガイドされて第１フィルム部材１００をブロック１１の底面部１６方向に押して、第１プレート１２表面に着くように押し込む（すなわち、図中、スキージ３００を一点鎖線の位置から実線の位置まで移動させるのである）。
　図９（ｂ１）は、ブロック側面方向から見たガイド板を示す図であり、図９（ｂ２）は、ブロック上面部方向から見たガイド板を含む図である（図９（ｂ２）は第１フィルム部材１００が第１プレート１２表面に着いた状態を示している）。
　なお、スキージ３００は図９（ａ）、（ｂ１）および（ｂ２）において、ブロック１１の対向する２辺（斜面）に当接するように設けた図を示したが、ブロック１１の４辺（斜面）すべてに当接するように設けてもよい。
　ここで用いる第１フィルム部材１００であるガスケットには、その両面または片面にあらかじめ接着剤が塗布されている。そして接着剤面には作業中他の部材に付着しないように剥離紙が張られている。
　次に、第１フィルム部材１００をブロック１１の底面部１６まで押し込んだら、第１プレート１２により第１フィルム部材１００を把持する。そして、ブロック１１を取り除く。
　一方、図１０に示すように、第２プレート２０には、その外周にプレートガイド３２を配置しておき、このプレートガイド３２に沿わせて第２プレート２０上にフィルムガイド３１を設置する。そして、フィルムガイド３１により第２フィルム部材２００を位置決めして、第２プレート２０上に第２フィルム部材２００を置く。なお、フィルムガイド３１およびプレートガイド３２は、すでに説明した通り第２プレート２０の隣接する２辺に設けているが、図１０においては、わかりやすくするために１辺分のみ示した。
　次に、図１１に示すように、第２プレート２０からフィルムガイド３１を取り外す。そして、第１プレート１２上の第１フィルム部材１００の剥離紙をはがした上で、その面を第２プレート２０に向けて、第１プレート１２をプレートガイド３２に沿わせて第２プレート２０上に乗せる。これにより第１フィルム部材１００が第２フィルム部材２００に貼り付く。このとき、第１フィルム部材１００と第２フィルム部材２００が密着するように、第１プレート１２を第２プレート２０方向に押し付ける圧力を加えてもよい。なお、プレートガイド３２は、すでに説明した通り第２プレート２０の隣接する２辺に設けているが、図１１においては、わかりやすくするために１辺分のみ示した。
　以上により、第１フィルム部材１００と第２ファイル部材の積層体ができあがる。なお、第２フィルム部材２００の両面に第１フィルム部材１００を積層する場合は、この後、第２フィルム部材２００を裏返して同じ操作を行えばよい。
　本実施形態１においては、第１プレート１２への第１フィルム部材１００の位置決めと、第２プレート２０への第２フィルム部材２００の位置決めは、それぞれ独立して行うことができる。
　また、上述した積層方法においては、第１プレート１００上でのブロック１１の位置を、第２プレート２０上での第２フィルム部材２００との関係であらかじめ位置決めすることとした、しかしこれに限らず、第１プレート１００上でのブロック１１は、第２プレート２０上での第２フィルム部材２００の位置を無関係に乗せてもよい。この場合、第１プレート１００で第１フィルム部材１００を把持させた後、その第１フィルム部材の位置を第２フィルム部材２００に対して位置決めするようにすればよい。このようにした場合、フィルムガイド３１、プレートガイド３２は、不要である。
　［実施形態２］
　（装置構成）
　図１２は、本実施形態２のフィルム部材積層装置２を説明するための概略側面図である。
　このフィルム部材積層装置２は、燃料電池に用いられるＭＥＡの上にガスケットを積層して貼り付けるために使用する。ここでガスケットは第１フィルム部材１００であり、その中に開口部を有する薄膜状の部材である。ガスケットの機能は、触媒層を通過させるガスが周囲へ漏れるのを防止するものである。ＭＥＡは第２フィルム部材２００である。
　フィルム部材積層装置２は、第２フィルム部材２００（図１２では不図示）を保持するためのプレート５０と、プレート５０に保持された第２フィルム部材上に置かれて、第１フィルム部材１００の位置決めと形状矯正を行うブロック１１を有する。
　プレート５０は、平坦な板状である。そしてここでは、少なくとも後述する位置決めに必要な光を透過する素材を使用する。たとえば、アクリル樹脂やポリカーボネートなど硬質でかつ光透過性の部材が好ましい。
　プレート５０は、好ましくは、真空吸着や静電吸着を利用して第２フィルム部材２００を把持するようにしておく。これは、第２フィルム部材２００も薄くて軽いものであるため、位置決めした第２フィルム部材２００の位置が、積層作業中にずれてしまうのを防止するために使用する。なお、第２フィルム部材２００の位置が、静置させておくだけでよければ、このような把持装置はなくてもよい。
　ブロック１１は、実施形態１で説明したブロック１１と同じである。つまり、四角錐形状の頂点を切り落とした形状である。底面部１６には一定の高さの垂直部１７がある。この垂直部１７は、ブロック外側端となる。この垂直部１７が第１フィルム部材１００を位置決めする際に第１フィルム部材１００の開口部内側端に接する。
　ただし、ブロック１１の素材は、たとえば、アクリル樹脂やポリカーボネートなど硬質のプラスチック、セラミックスなどが好ましい。本実施形態２では、ブロック１１は第２フィルム部材２００の上に直接置かれる。このため第２フィルム部材２００と金属が直接接すのが好ましくない場合に備えて、非金属素材を用いるのが好ましいのである。もちろん、第２フィルム部材２００が金属と接触しても問題がない場合は金属であってもよい。
　（フィルム部材積層方法）
　上述した本実施形態２のフィルム部材積層装置１を用いたフィルム部材積層方法について説明する。
　図１３は、本実施形態２の積層方法を説明するための説明図である。
　本実施形態２でも、実施形態１同様に、第１フィルム部材１００はガスケット、第２フィルム部材２００はＭＥＡである。また、第１フィルム部材１００であるガスケットの両面に、あらかじめ接着剤が塗布されており、その上に剥離紙が貼付けられている。
　まず、図１３（ａ）に示すように、プレート５０上に第２フィルム部材２００を置く。このとき、プレート５０上に対する第２フィルム部材２００の位置は、後述するカメラによる触媒層端部（特に角部）の認識範囲内であれば、第２プレート５０上にどのようにおかれてもよい。
　次に、図１３（ｂ）に示すように、第２フィルム部材２００の所定位置、ここでは触媒層の上にブロック１１を置く。このとき、触媒層の位置を見極めるためには、たとえば、光を用いた位置検出システムを用いることができる。
　第２フィルム部材２００であるＭＥＡは、電解質膜（第１部材）２０１に触媒層（第２部材）２０２が形成されたフィルム部材である。このための電解質膜２０１と触媒層２０２では光透過率が異なる。具体的には、触媒層２０２の部分が電解質膜２０１だけの部分（つまり触媒層が形成されていない周辺部）と比較して光の透過率が小さい。そこで、プレート５０の下から光を当てて、その透過光を上からカメラで撮影すると、その画像は触媒層のある部分が暗く、他の部分は明るい。これにより触媒層２０２の端部を検出することができる。なお、このような位置検出システムは既存のものでよく、たとえば、プレート５０の下に光源を配置し、上（ブロック１１を乗せる方）にカメラを配置する。そしてカメラの映像をパソコンなどに取り込んで、パソコンにあらかじめ導入されている画像認識ソフトを使用して触媒層の位置、すなわち映像において暗い部分の範囲を検出し、位置決めすればよい。
　位置決めにおいては、検出した触媒層端部から所定量だけ離れた位置にブロック底面部の外側端を合わせるように、ブロック１１の位置決めを行う。ここで触媒層端部から所定量だけ離れた位置とは、ブロック底面部の大きさが触媒層より大きい場合に、その大きさに見合っただけ検出した触媒層端部からブロック外側端を離すための量である。ブロック底面部の大きさは、触媒層の大きさと同じか、わずかに大きい。これは実施形態１でも説明したとおり、ガスケットが触媒層にかからないようにするためである。
　なお、このような位置検出システムを用いることなく、目視によりブロック１１の位置決めを行ってもよい。
　次に、図１３（ｃ）に示すように、第１フィルム部材１００の開口部にブロック１１を通すようにして、第１フィルム部材１００を第２フィルム部材２００に押し付けて、張り付ける。このとき、剥離紙ははがしておく。
　第１フィルム部材１００の開口部にブロック１１を通す操作は、実施形態１同様にスキージなどを用いるとよい（図９参照）。
　そして、ブロック１１を取り除くことで、第１フィルム部材１００と第２ファイル部材２００の積層体ができあがる。なお、ブロック１１を取り除く際には、第１フィルム部材１００がブロック１１にとともに第２ファイル部材２００からはがれたりしないように押さえつけておいてもよい。これには、たとえば、ブロック１１に第１フィルム部材１００を通した際に使用したスキージなどをそのまま第１フィルム部材１００を押さえるための冶具として使用することができる。特にガイド板３５０を用いてスキージ３００を移動させる場合、ガイド板３５０およびスキージ３００はブロック１１とは別に構成されているため、スキージ３００で第１フィルム部材１００を押さえたままとしながら、ブロック１１を取り去ることができる。
　もちろん、スキージに変えて別の部材（冶具）により、第１フィルム部材１００を押さえてもよい。また、第１フィルム部材１００が第２フィルム部材２００にまで押し込んで第２フィルム部材２００に十分に接着させたのちにブロック１１を取り外すことで、ブロック１１を取り外す時に、第１フィルム部材１００がくっついてこないようにしてもよい。
　また、ブロック１１を取り外したのち、第１フィルム部材１００と第２フィルム部材２００を密着するために圧力を加えてもよい。
　なお、第２フィルム部材２００の両面に第１フィルム部材１００を積層する場合は、この後、第２フィルム部材２００を裏返して同じ操作を行えばよい。
　［作用］
　以上説明した実施形態１および２に共通する作用を説明する。
　図１４は、実施形態の作用を説明するための図面である。
　ガスケットのように、薄く、内部に開口部を持つフィルム部材は、たとえば図１４（ａ）に示すように、全体がカールしたり、また図１４（ｂ）に示すように、一部にしわ１５０がついてしまったりしやすい。このため、単純に外側端部で位置決めしても、開口部の形が定まらないことがある。
　本実施形態１および２では、このような第１フィルム部材１００の開口部に、ブロック１１を通すことで、図１４（ｃ）に示すように、第２フィルム部材２００の開口部を引き延ばして、その形状を矯正することができるのである。
　しかも、既に説明した通り、ブロック１１の大きさを、第１フィルム部材１００の開口部の大きさよりわずかに大きなものとしておくことで、この第１フィルム部材１００の開口部の形状をいっそう確実に矯正することができる。
　フィルム部材にカールやゆがみがあったり、またしわが寄っていたりした場合、手作業により開口部を押し広げて、所定の位置に貼り付けるのは、コツを要し熟練しなければうまくゆかない。この点、本実施形態１および２のようにブロック１１を用いることで、このような開口部の形状を自動的に矯正して位置決めすることができるのである。特に、ガスケットのように非伸縮性材料の場合は、ブロック１１を開口部に通して引っ張ってもゴムのような変形は起こさないため、内側さえ規制しておけば、カールやゆがみ、しわなどの変形は解消できる。
　以下、第１および第２フィルム部材の例である、ガスケットおよびＭＥＡ（触媒層および電解質膜）について詳しく説明する。
　［ガスケット］
　ガスケットは、本実施形態では、第１フィルム部材１００である。ガスケットは、たとえば、フッ素ゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリイソブチレンゴム等のゴム材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素系の高分子材料、ポリオレフィンやポリエステル等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。また、ガスケットの厚さにも特に制限はなく、好ましくは５０μｍ～２ｍｍであり、より好ましくは１００μｍ～１ｍｍ程度とすればよい。
　［触媒層］
　触媒層は、実際に反応が進行する層である。具体的には、アノード側触媒層では水素の酸化反応が進行し、カソード側触媒層では酸素の還元反応が進行する。触媒層は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性担体、およびプロトン伝導性の高分子電解質を含む。
　アノード側触媒層に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。また、カソード側触媒層に用いられる触媒成分もまた、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。具体的には、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、およびそれらの合金等などから選択される。ただし、その他の材料が用いられてもよいことは勿論である。これらのうち、触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましく用いられる。前記合金の組成は、合金化する金属の種類にもよるが、白金が３０～９０原子％、合金化する金属が１０～７０原子％とするのがよい。カソード側触媒として合金を使用する場合の合金の組成は、合金化する金属の種類などによって異なり、当業者が適宜選択できるが、白金が３０～９０原子％、合金化する他の金属が１０～７０原子％とすることが好ましい。なお、合金とは、一般に金属元素に１種以上の金属元素または非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物または金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、本願ではいずれであってもよい。この際、アノード触媒層に用いられる触媒成分およびカソード触媒層に用いられる触媒成分は、上記の中から適宜選択できる。本明細書の説明では、特記しない限り、アノード触媒層およびカソード触媒層用の触媒成分についての説明は、両者について同様の定義であり、一括して、「触媒成分」と称する。しかしながら、アノード触媒層およびカソード触媒層の触媒成分は同一である必要はなく、上記したような所望の作用を奏するように、適宜選択される。
　触媒成分の形状や大きさは、特に制限されず公知の触媒成分と同様の形状および大きさが使用できるが、触媒成分は、粒状であることが好ましい。この際、触媒粒子の平均粒子径は、好ましくは１～３０ｎｍ、より好ましくは１．５～２０ｎｍ、さらに好ましくは２～１０ｎｍ、特に好ましくは２～５ｎｍである。触媒粒子の平均粒子径がかような範囲内の値であると、電気化学反応が進行する有効電極面積に関連する触媒利用率と担持の簡便さとのバランスが適切に制御されうる。なお、本発明における「触媒粒子の平均粒子径」は、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過型電子顕微鏡像より調べられる触媒成分の粒子径の平均値として測定されうる。
　導電性担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、および触媒成分との電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。
　導電性担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンである炭素系材料であることが好ましい。具体的には、カーボンブラック、黒鉛化処理したカーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンおよびカーボンフィブリル構造体などからなるカーボン粒子が挙げられる。なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。場合によっては、燃料電池の特性を向上させるために、炭素原子以外の元素が含まれていてもよい。なお、「実質的に炭素原子からなる」とは、２～３質量％程度以下の不純物の混入が許容されうることを意味する。
　触媒層、特にアノード側触媒層に黒鉛化処理したカーボンブラックなどの黒鉛化した導電性材料、より好ましくは黒鉛化した炭素材料を導電性担体として用いると、導電性材料の腐食耐性を向上することができるため、好ましい。しかしながら、黒鉛化した導電性材料は、イオン伝導性材料の被覆面積が小さく、液水の蒸発面積が小さい為、零下での凍結または常温でのフラッディングが懸念される。黒鉛化させた導電性材料を用いた触媒層に親水性多孔質層を隣接するように設置する事で、排水性を向上することができ、零下起動性と常温での高電流密度運転を両立し、さらに導電性材料の腐食耐性を付与した後述の膜電極接合体を提供する。黒鉛化処理したカーボンブラックは球状であることが好ましく、Ｘ線回折から算出される［００２］面の平均格子面間隔ｄ００２が０．３４３～０．３５８ｎｍであり、かつＢＥＴ比表面積が１００～３００ｍ２／ｇであることが好ましい。
　導電性担体のＢＥＴ窒素比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに充分な比表面積であればよいが、好ましくは２０～１６００ｍ２／ｇ、より好ましくは８０～１２００ｍ２／ｇである。導電性担体の比表面積がかような範囲内の値であると、導電性担体上での触媒成分の分散性と触媒成分の有効利用率とのバランスが適切に制御されうる。
　導電性担体のサイズについても特に限定されないが、担持の簡便さ、触媒利用率、電極触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均粒子径を５～２００ｎｍ、好ましくは１０～１００ｎｍ程度とするとよい。
　電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは１０～８０質量％、より好ましくは３０～７０質量％である。触媒成分の担持量がかような範囲内の値であると、導電性担体上での触媒成分の分散度と触媒性能とのバランスが適切に制御されうる。なお、触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によって測定されうる。
　また、担体への触媒成分の担持は公知の方法で行うことができる。たとえば、含浸法、液相還元担持法、蒸発乾固法、コロイド吸着法、噴霧熱分解法、逆ミセル（マイクロエマルジョン法）などの公知の方法が使用できる。
　電極触媒は市販品を使用してもよい。このような市販品としては、たとえば、田中貴金属工業株式会社製、エヌ・イー・ケムキャット株式会社製、Ｅ－ＴＥＫ社製、ジョンソンマッセイ社製などの電極触媒が使用できる。これらの電極触媒は、カーボン担体に、白金や白金合金を担持（触媒種の担持濃度、２０～７０質量％）したものである。上記において、カーボン担体としては、ケッチェンブラック、バルカン、アセチレンブラック、ブラックパール、あらかじめ高温で熱処理した黒鉛化処理カーボン担体（たとえば、黒鉛化処理ケッチェンブラック）、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、メソポーラスカーボンなどがある。
　上述したように、電極触媒のＢＥＴ窒素比表面積は、親水性多孔質層に含まれる導電性材料のＢＥＴ比表面積よりも大きいことが好ましい。また、上述したように、触媒層の厚さは、隣接する親水性多孔質層の厚さよりも厚いことが好ましい。
　触媒層には、電極触媒に加えて、イオン伝導性の高分子電解質が含まれる。当該高分子電解質は特に限定されず従来公知の知見が適宜参照されうるが、たとえば、上述した高分子電解質膜を構成するイオン交換樹脂が前記高分子電解質として触媒層に添加されうる。触媒層が親水性多孔質層である場合には、イオン伝導性材料として、上記高分子電解質が用いられる。
　触媒層の厚みは、水素の酸化反応（アノード側）および酸素の還元反応（カソード側）の触媒作用が十分発揮できる厚みであれば特に制限されず、従来と同様の厚みが使用できる。具体的には、各触媒層の厚みは、１～１０μｍが好ましい。また、基材上への触媒インクの塗布方法は、特に制限されず、スクリーン印刷法、沈積法、あるいはスプレー法などの公知の方法が同様にして適用できる。
　基材としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）シート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート等の、ポリエステルシートなどの公知のシートが使用できる。なお、基材は、使用する触媒インク（特にインク中のカーボン等の導電性担体）の種類に応じて適宜選択される。
　そして、この基材上に形成された触媒層が、電解質膜に転写されてＭＥＡとなる。このＭＥＡが本実施形態では第２フィルム部材２００である。
　［電解質膜］
　電解質膜は、イオン交換樹脂から構成され、ＰＥＦＣの運転時にアノード側触媒層で生成したプロトンを膜厚方向に沿ってカソード側触媒層へと選択的に透過させる機能を有する。また、電解質膜は、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能をも有する。
　電解質膜の具体的な構成は特に制限されず、燃料電池の分野において従来公知の電解質膜が適宜採用されうる。電解質膜は、構成材料であるイオン交換樹脂の種類によって、フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜とに大別される。フッ素系高分子電解質膜を構成するイオン交換樹脂としては、たとえば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン－ｇ－スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド－パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーなどが挙げられる。耐熱性、化学的安定性などの発電性能上の観点からはこれらのフッ素系高分子電解質膜が好ましく用いられ、特に好ましくはパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜が用いられる。
　前記炭化水素系電解質として、具体的には、スルホン化ポリエーテルスルホン（Ｓ－ＰＥＳ）、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（Ｓ－ＰＥＥＫ）、スルホン化ポリフェニレン（Ｓ－ＰＰＰ）などが挙げられる。原料が安価で製造工程が簡便であり、かつ材料の選択性が高いといった製造上の観点からは、これらの炭化水素系高分子電解質膜が好ましく用いられる。なお、上述したイオン交換樹脂は、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。また、上述した材料のみに制限されず、その他の材料が用いられてもよいことは勿論である。
　電解質膜の厚さは、得られるＭＥＡやＰＥＦＣの特性を考慮して適宜決定すればよく、特に制限されない。ただし、高分子電解質膜の厚さは、好ましくは５～３００μｍであり、より好ましくは１０～２００μｍであり、さらに好ましくは１５～１５０μｍである。厚さがかような範囲内の値であると、製膜時の強度や使用時の耐久性、および使用時の出力特性のバランスが適切に制御されうる。
　以上説明した実施形態によれば以下のような効果を奏する。
　（１）実施形態１および２は、ともに第１フィルム部材１００の開口部内側端をブロック１１の外側端に接するように、第１フィルム部材１００の開口部１０１にブロック１１を通すこととした。これにより第１フィルム部材１００に変形がある場合でも、その変形を矯正して開口部１０１をもとどおりの形状にすることができる。したがって、第２フィルム部材に第１フィルム部材を積層する際には、第１フィルム部材１００の開口部１０１は元通りの形状であるため、設計通りに位置決めしして、積層することができる。
　（２）特に実施形態１では、第１フィルム部材１００は第１プレート１２に把持させ、第２フィルム部材２００は第２プレート２０に保持することとしたので、第１フィルム部材１００の形状矯正と、第２フィルム部材２００に対する位置決めとを個別独立に行うことができる。また、第１フィルム部材１００と第２フィルム部材２００を別々に準備することができる。
　（３）また、実施形態１では、第１プレート１２と第２プレート２０を位置合わせすることで、第１フィルム部材１００の開口部と第２フィルム部材２００の位置合わせを行うことした。これにより、第１および２プレートの位置合わせだけで、第１フィルム部材１００の開口部を第２フィルム部材２００の所定位置に合わせて積層することができる。
　（４）また、実施形態２では、一つのプレート５０で第２フィルム部材２００を把持し、第２フィルム部材２００の上からブロック１１を乗せて、このブロック１１に第１フィルム部材１００の開口部を位置決めすることとした。これにより、第１フィルム部材１００の形状矯正とともに、直接第２フィルム部材に対して位置決めすることができる。また、第２フィルム部材２００上にブロック１１を乗せて第１フィルム部材１００を位置決めしているため、工程が簡単である。
　（５）また、実施形態２では、第２フィルム部材２００を構成する第１部材と、その上にある第２部材とで光の透過率が異なることを利用して、光により第１部材端部を検出し、検出した端部から所定量だけ離れた位置にブロック１１を乗せることとした。これにより、光学的なシステムを利用して、第２フィルム部材２００の所定位置にブロック１１を位置決めすることができる。
　（６）また、実施形態１および２に共通して、第１フィルム部材１００の開口部は、長方形または正方形であり、ブロック１１はこのような開口部形状に対応して、長方形または正方形の各辺に接する４辺を有することとした。これにより長方形または正方形の開口部の形状を矯正することができる。
　（７）また、実施形態１および２に共通して、ブロック１１の外側端により構成される形状の大きさは、第１フィルム部材１００の開口部内側端により構成される形状の大きさと同じかわずかに大きくした（すなわちブロック１１の外側端により構成される形状の大きさは、第１フィルム部材１００の開口部内側端により構成される形状の大きさ以上の大きさである）。これにより、第１フィルム部材１００の開口部１０１にブロック１１を通して位置決めした際に第１フィルム部材１００の変形した部分を伸ばして開口部１０１の形状をいっそ確実に元の形状に矯正することができる。
　（８）また、実施形態１および２に共通して、第１フィルム部材１００は燃料電池に用いられるガスケットであり、第２フィルム部材２００は燃料電池に用いられ、基材上に形成された触媒層を有する部材である。そして、第２フィルム部材２００上の所定位置とはこの触媒層の外側端より外側にガスケットの開口部内側端が来る位置であることとした。これにより触媒層にガスケットがかからないように積層することができる。
　以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。
　たとえば上述した実施形態ではガスケットをＭＥＡ上に積層したときに、触媒層の外側端とガスケットの開口部内側端との間は同じかわずかに隙間が開く状態として説明した。しかし、これに限らず、ガスケットが触媒層にかかってしまうようにしてもよい。このようにする場合、ガスケットが触媒層にかかる部分とかからない部分があるようなことは好ましくなく、触媒層のすべての辺でガスケットが部分的にかぶさるようにする。特にＭＥＡの両面にガスケットを貼り付ける場合には、必ず両面とも同じ位置でガスケットが触媒層の４辺にかぶさるようにすることが好ましい。
　また、第１フィルム部材１００はガスケットに限られるものではなく、開口部を有するフィルム状の部材であれば適用可能である。また、Ｏリング（たとえば図３に示した形状）などであっても、本発明は、適用可能である。
　そのほか、本発明は、特許請求の範囲により規定した事項によって定められる様々な変形形態が可能であることは云うまでもない。
　さらに、本出願は、２０１２年７月３０日に出願された日本特許出願番号２０１２－１６８９６８号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
１、２　フィルム部材積層装置、
１１　ブロック、
１２　第１プレート、
１５　上面部、
１６　底面部、
１７　垂直部、
１８　孔、
１９　溝、
２０　第２プレート、
３１　フィルムガイド、
３２　プレートガイド、
５０　プレート、
１００　第１フィルム部材、
１０１　開口部、
２００　第２フィルム部材。

Claims (13)

  1. 　開口部を有する第１フィルム部材の開口部内側端に接する外側端を備えたブロックを有し、
    　前記ブロックにより前記第１フィルム部材の開口部内側端を位置決めして、第１フィルム部材を第２フィルム部材上に積層することを特徴とするフィルム部材積層装置。
  2. 　前記ブロックが乗せられて、前記ブロックの前記外側端に前記第１フィルム部材の前記開口部内側端が接するように位置決めされた前記第１フィルム部材を把持する第１プレートと、
    　前記第２フィルム部材を所定位置に位置決めして把持する第２プレートと、
    　前記第１プレートから前記ブロックを外した状態で前記第１フィルム部材の前記開口部が前記第２フィルム部材上の所定位置となるように前記第１プレートと前記第２プレートを位置決めするプレート位置調整手段と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のフィルム部材積層装置。
  3. 　前記プレート位置調整手段は、前記第１プレート外側端の少なくとも隣接する２辺と前記第２プレート外側端の少なくとも隣接する２辺とを同じ位置に位置決めするための位置決め部材であることを特徴とする請求項２に記載のフィルム部材積層装置。
  4. 　前記第２フィルム部材を把持するプレートをさらに有し、
    　前記ブロックは前記第２フィルム部材上の所定位置に乗せて、前記第１フィルム部材は、前記開口部内側端が前記ブロックの外側端に接することで位置決めされて前記第２フィルム部材上に積層されることを特徴とする請求項１に記載のフィルム部材積層装置。
  5. 　前記第２フィルム部材は、フィルム状の第１部材と、当該第１部材上に形成され、当該第１部材の光透過率と異なる光透過率を有する第２部材とを有するものであり、
    　前記第１部材上の前記第２部材の端部を検出する検出手段をさらに有し、
    　前記ブロックは、前記検出手段が検出した前記端部から所定量だけ離れた位置を前記所定位置として前記第２フィルム部材上に乗せるものであることを特徴とする請求項４に記載のフィルム部材積層装置。
  6. 　前記第１フィルム部材の前記開口部は、長方形または正方形であり、
    　前記ブロックは、前記外側端となる前記長方形または正方形の各辺に接する４辺を有することを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のフィルム部材積層装置。
  7. 　前記ブロックの前記外側端により構成される形状の大きさは、前記第１フィルム部材の前記開口部の内側端により構成される形状の大きさ以上の大きさであることを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のフィルム部材積層装置。
  8. 　前記第１フィルム部材は燃料電池に用いられるガスケットであり、
    　前記第２フィルム部材は燃料電池に用いられ、基材上に形成された触媒層を有する部材であり、
    　前記第２フィルム部材上の前記所定位置は、前記触媒層の外側端より外側に前記ガスケットの開口部内側端が来る位置であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載のフィルム部材積層装置。
  9. 　開口部を有する第１フィルム部材の開口部内側端に接する外側端を備えたブロックの当該外側端に前記第１フィルム部材の開口部内側端が接するように前記第１フィルム部材を位置決めする段階と、
    　前記ブロックにより位置決めした前記第１フィルム部材を第２フィルム部材上に積層する段階と、
    　を有することを特徴とするフィルム部材積層方法。
  10. 　前記ブロックを第１プレート上に乗せる段階と、
    　前記ブロックの前記外側端に前記第１フィルム部材の開口部内側端が接するように前記第１フィルム部材を位置決めして前記第１プレート上に配置する段階と、
    　前記第１プレート上に配置された前記第１フィルム部材を前記第１プレートにより把持する段階と、
    　前記第１プレートから前記ブロックを外す段階と、
    　第２プレート上に第２フィルム部材を位置決めして把持する段階と、
    　前記第１フィルム部材と前記第２フィルム部材とを相対するように向き合わせて、前記第１プレートと前記第２プレートを位置決めして重ね合わせる段階と、
    　を有することを特徴とする請求項９に記載のフィルム部材積層方法。
  11. 　前記ブロックを前記第２フィルム部材上の所定位置に乗せる段階と、
    　前記ブロックの前記外側端に前記第１フィルム部材の開口部内側端が接するように前記第１フィルム部材を位置決めして前記第２フィルム部材上に乗せる段階と、
    　を有することを特徴とする請求項９に記載のフィルム部材積層方法。
  12. 　前記ブロックの前記外側端により構成される形状の大きさは、前記第１フィルム部材の前記開口部の内側端により構成される形状の大きさ以上の大きさであり、
    　前記第１フィルム部材の前記開口部を伸ばすようにして前記開口部内側端を前記ブロックの前記外側端に接するようにすることを特徴とする請求項９～１１のいずれか一つに記載のフィルム部材積層方法。
  13. 　前記第１フィルム部材は燃料電池に用いられるガスケットであり、
    　前記第２フィルム部材は燃料電池に用いられ、基材上に形成された触媒層を有する部材であり、
    　前記第２フィルム部材上の前記所定位置は、前記触媒層の外側端より外側に前記ガスケットの開口部内側端が来る位置であることを特徴とする請求項９～１２のいずれか一つに記載のフィルム部材積層方法。
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