プレス用治具、及びこれを用いた触媒層−電解質膜積層体の製造方法
【課題】電解質膜のしわを防止することのできるプレス用治具及びこれを用いた触媒層−電解質膜積層体や電極−電解質膜接合体の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】基材シート６１に触媒層６２が形成された触媒層形成用転写シート６を、電解質膜５に対して押圧するよう互いに近接及び離間可能な一対の熱盤Ａ間に設置されるプレス用治具１であって、触媒層形成用転写シート６を収容する開口部２１１が形成され、電解質膜５の外周縁部５１を押さえるよう枠状に形成された電解質膜押さえ部２１を備えている。
【解決手段】基材シート６１に触媒層６２が形成された触媒層形成用転写シート６を、電解質膜５に対して押圧するよう互いに近接及び離間可能な一対の熱盤Ａ間に設置されるプレス用治具１であって、触媒層形成用転写シート６を収容する開口部２１１が形成され、電解質膜５の外周縁部５１を押さえるよう枠状に形成された電解質膜押さえ部２１を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス用治具及びこれを用いた触媒層−電解質膜積層体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体（ＣＣＭ）や、電解質膜の両面に、触媒層及び導電性多孔質基材からなる電極が形成された電極−電解質膜接合体（ＭＥＡ）を主な構成としている。この触媒層−電解質膜積層体や電極−電解質膜接合体の製造方法は、主にプレスを使用して電解質膜の両面に触媒層や電極を接合させるものが採用されている（例えば特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５８０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記プレスによって製造した触媒層−電解質膜積層体や電極−電解質膜接合体は、電解質膜における触媒層や電極が形成されていない部分にしわが発生する。このしわが原因となり、触媒層や電極が形成されている部分と形成されていない部分との境界で電解質膜が破れたり、単セルを積層しスタッキングする際の厚みバラツキの原因になったりするという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、電解質膜のしわを防止することのできるプレス用治具及びこれを用いた触媒層−電解質膜積層体や電極−電解質膜接合体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記問題に鑑み、鋭意研究を行った結果、下記プレス用治具を使用してプレスをすると上記問題が解決されることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明に係るプレス用治具は、基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して押圧するよう互いに近接及び離間可能な一対の熱盤間に設置されるプレス用治具であって、触媒層形成用転写シート又は電極を収容する開口部が形成され、電解質膜の外周縁部を押さえるよう枠状に形成された電解質膜押さえ部を備えている。
【０００８】
このプレス用治具を使用してプレスを行えば、電解質膜押さえ部が、その開口部内に触媒層形成用転写シートや電極を収容することで、電解質膜の外周縁部を押さえながらプレスを行うことができる。このように電解質膜押さえ部によって電解質膜を押さえることで、プレスをおこなっても電解質膜が伸びることが防止でき、ひいては電解質膜における触媒層や電極が形成されていない部分にしわが発生することを防止することができる。
【０００９】
上記プレス用治具は種々の構成をとることができ、例えば、電解質膜押さえ部を一対備え、一方の電解質膜押さえ部と他方の電解質膜押さえ部との位置を、開口部同士が一致する位置で決定する位置決め手段をさらに備えた構成とすることができる。このような構成とすることで、触媒層形成用転写シートや電極を電解質膜押さえ部の開口部内に配置するだけで、電解質膜の両面に触媒層形成用転写シートや電極を対向した位置に配置することができる。すなわち、触媒層形成用転写シートや電極をわざわざ位置合わせして電解質膜の両面に配置する必要がなくなるため、作業性を向上させることができる。
【００１０】
また、少なくとも一方の電解質膜押さえ部と該電解質膜押さえ部に隣接する熱盤との間に介在し、前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を電解質膜に対して押圧する介在部をさらに備えているような構成とすることもできる。
【００１１】
また、電解質膜押さえ部と介在部とは一体的に形成されていてもよいし、別部材として形成されていてもよい。
【００１２】
また、介在部は、少なくとも前記電解質膜押さえ部の開口部と対向する領域に触媒層形成用転写シート又は電極との離型性を有する離型層が形成されていることが好ましい。これにより、プレス後にプレス用治具を容易に取り外すことができ、作業性を向上させることができる。
【００１３】
また、電解質膜押さえ部は、その開口部内壁面と、前記開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極の外周面と距離が１０mm以下であることが好ましい。
【００１４】
また、上記電解質膜押さえ部の電解質膜と接触する領域に電解質膜との離型性を有する離型層が形成されていることが好ましく、例えば、フッ素樹脂などでコーティング加工を施すことができる。
【００１５】
また、本発明に係るプレス治具は、触媒層形成用転写シート又は電極が開口部内に収容された状態を維持するよう、開口部内を吸引する吸引機構をさらに備えた構成とすることもできる。
【００１６】
また、本発明に係るプレス治具は、開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を加熱するための加熱機構をさらに備えた構成とすることもできる。
【００１７】
また、本発明に係るプレス装置は、基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して加圧させるプレス装置であって、互いに近接及び離間可能な一対の熱盤と、前記熱盤の間に配置される上記いずれかのプレス用治具と、を備えている。
【００１８】
このプレス装置によれば、上述したプレス用治具を備えているため、上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る触媒層−電解質膜積層体の製造方法は、電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体の製造方法であって、電解質膜を準備する工程と、基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シートを準備する工程と、上記いずれかのプレス用治具を準備する工程と、開口部が前記電解質膜と対向するよう前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう前記触媒層形成用転写シートを前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の触媒層形成用転写シートを前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、前記電解質膜の両面に接着した触媒層形成用転写シートから基材シートを剥離する工程と、を含んでいる。
【００２０】
この製造方法によれば、上述したプレス用治具を使用して触媒層−電解質膜積層体を製造するため、上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００２１】
なお、触媒層形成用転写シートの外周面と前記開口部の内壁面との距離は、１０ｍｍ以内であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る電極−電解質膜接合体の製造方法は、触媒層及び導電性多孔質基材を有する電極が電解質膜の両面に形成された電極−電解質膜接合体の製造方法であって、電解質膜を準備する工程と、導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を準備する工程と、上記いずれかのプレス用治具を準備する工程と、開口部が前記電解質膜と対向するよう、前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう、前記電極を前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の電極を前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、を含んでいる。
【００２３】
この製造方法によれば、上述したプレス用治具を使用して電極−電解質膜接合体を製造するため、上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００２４】
なお、電極の外周面と前記開口部の内壁面との距離は、1０ｍｍ以内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るプレス用治具を使用することで、プレスによる電解質膜のしわを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本実施形態に係るプレス装置を示す概略正面図である。
【図２】図２は本実施形態に係るプレス用治具を示す正面断面図である。
【図３】図３は本実施形態に係る電解質膜押さえ部を示す平面図である。
【図４】図４は本実施形態に係る開口部内に触媒層形成用転写シートが収容された電解質膜押さえ部を示す正面断面図である。
【図５】図５は別の実施形態に係る介在部の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図６】図６は別の実施形態に係るプレス用治具を示す正面断面図である。
【図７】図７は別の実施形態に係るプレス装置を示す概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るプレス装置、及びこれに用いるプレス用治具の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１に示すように、プレス装置１０は、上下に配置され互いに近接及び離間可能な一対の熱盤Ａと、この一対の熱盤Ａ間に設置されたプレス用治具１と、を備えている。熱盤Ａは、内部に熱媒が流れる等といった公知の方法で加熱されるように構成されている。また、一対の熱盤Ａはそれぞれが上下動することで互いに近接及び離間してもよいし、どちらか一方のみが上下動することで互いに近接及び離間するような構成としてもよい。この熱盤Ａは、種々の方法で駆動させることで上下動させることができ、例えばモータなどによって駆動させてもよいし、油圧シリンダや空気圧シリンダなどの流体圧シリンダによって駆動させてもよい。
【００２９】
図２に示すように、プレス用治具１は、２つの治具本体部２から構成されており、この各治具本体部２を熱盤Ａ間に設置するとともに治具本体部２間に電解質膜５を配置して使用する。各治具本体部２は、開口部２１１が形成された枠状の電解質膜押さえ部２１（図３参照）と、この電解質膜押さえ部２１と熱盤Ａとの間に設置される平板状の介在部２２と、から構成されている。電解質膜押さえ部２１に形成された開口部２１１は、触媒層形成用転写シート６や電極を収容するための空間であり、図４に示すように開口部２１１内に触媒層形成用転写シート６を収容した状態において、開口部２１１の内壁面から触媒層形成用転写シート６の外周面までの距離ｄが、０〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、この電解質膜押さえ部２１は、特に限定されるものではないが、ステンレス板、アルミ板などの金属基板、又はポリエチレンテレフタレートなどの樹脂性基材などによって構成することができ、電解質膜５と接触する領域にフッ素樹脂をコーティングして電解質膜５との剥離性を向上させることができる。なお、触媒層形成用転写シート６は、基材シート６１上に触媒層６２が形成されることで構成されている。具体的には、基材シート６１の材料としては、ポリエチレンテレフタレート等の高分子フィルムなどを挙げることができ、触媒層６２の材料としては、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する、公知の白金含有の触媒層（カソード触媒及びアノード触媒）等を挙げることができる。また、触媒層形成用転写シート６の製造方法の一例としては、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散してできた触媒ペーストを、基材シート６１上にスクリーン印刷などによって塗布し、これを乾燥して触媒層６２を形成する方法を挙げることができる。
【００３０】
図２に示すように、電解質膜５の下側に設置される電解質膜押さえ部２１の外周縁部には、その上方及び下方に延びる突起部２１２が右側及び左側にそれぞれ形成されている。そして、上側の電解質膜押さえ部２１には、下側の電解質膜押さえ部２１と開口部２１１を一致させた状態で下側の電解質膜押さえ部２１の突起部２１２が挿入するように貫通孔２１３が２カ所形成されている。この突起部２１２と貫通孔２１３とによって、上側の電解質膜押さえ部２１と下側の電解質膜押さえ部２１との互いの位置が決定される。なお、この突起部２１２と貫通孔２１３とが、本発明の位置決め手段に相当する。また、この突起部２１２は、電解質膜５上に電解質膜押さえ部２１を載置した際に、電解質膜５に当たらない位置に形成していることが好ましい。
【００３１】
また、平板状の介在部２２は、少なくとも電解質膜押さえ部２１の開口部２１１を覆うよう開口部２１１より大きく形成されており、好ましくは電解質膜押さえ部２１と同じ大きさを有している。この介在部２２は、熱盤Ａからの熱を開口部２１１に収容された触媒層形成用転写シート６に伝えるような熱伝導率を有する材質で形成されていることが好ましく、例えば、ステンレス、アルミなどの金属製のものや、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、メラミン樹脂、シリコンアクリル樹脂、エポキシ樹脂などのバインダーで有機または無機繊維を結合したもの、ゴム、不織布、織布、これらの積層体などで形成することができる。なお、介在部２２の熱伝導率は０．１W/(m・K)以上であることが好ましい。また、この介在部２２には、電解質膜押さえ部２１の突起部２１２を挿入させるための貫通孔２２１が形成されている。
【００３２】
以上のように構成されたプレス用治具１を用いたプレス装置１０の使用方法について図１を参照しつつ説明する。
【００３３】
まず、下側の治具本体部２を設置する。具体的には、下側の熱盤Ａ上に平板状の介在部２２を配置し、この介在部２２上に電解質膜押さえ部２１を積層する。このとき、電解質膜押さえ部２１の突起部２１２を介在部２２の貫通孔２２１内へ挿入する。なお、電解質膜押さえ部２１は、その開口部２１１が今回のプレス対象である触媒層形成用転写シートが収容できる大きさを有するものを選択する。
【００３４】
そして、電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内に触媒層形成用転写シート６を収容する。なお、このとき、触媒層６２が上側を向くように触媒層形成用転写シート６を配置する。また、触媒層形成用転写シート６の外周面と、開口部２１１の内壁面との距離ｄは、０〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。続いて、開口部２１１内に収容された触媒層形成用転写シート６を覆うように電解質膜５を配置する。このとき電解質膜５の外周縁部５１は、電解質膜押さえ部２１上に載置される状態となる。
【００３５】
次に、上側の治具本体部２を設置する。具体的には、まず、電解質膜５の外周縁部５１上に載置するよう、上側の電解質膜押さえ部２１を電解質膜５上に設置する。なお、下側の電解質膜押さえ部２１から延びる突起部２１２を上側の電解質膜押さえ部２１の貫通孔２１３内に挿入することで、自動的に上側の電解質膜押さえ部２１と下側の電解質膜押さえ部２１との開口部２１１の位置が互いに合致する。
【００３６】
そして、上側の電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内に、触媒層６２が電解質膜５側を向くよう触媒層形成用転写シート６を配置する。また、この触媒層形成用転写シート６も下側の触媒層形成用転写シート６と同様に、その外周面と開口部２１１の内壁面との距離ｄが０〜１０mm程度となるよう位置合わせする。そして、この触媒層形成用転写シート６が開口部２１１内に収容された上側の電解質膜押さえ部２１上に、上側の介在部２２を配置する。なお、この介在部２２を電解質膜押さえ部２１上に配置したとき、下側の電解質膜押さえ部２１の突起部２１２が上側の介在部２２の貫通孔２２１内に挿入した状態となっている。
【００３７】
以上のように熱盤Ａ間にプレス用治具１、電解質膜５、及び触媒層形成用転写シート６を配置した後、各熱盤Ａが互いに近接するように少なくとも一方の熱盤Ａを動かす。そして、この熱盤Ａが、プレス用治具１を介した状態で電解質膜５及び触媒層形成用転写シート６に対して加熱加圧する。このように加熱された状態で触媒層形成用転写シート６が電解質膜５に対して押圧されるため、各触媒層形成用転写シート６の触媒層６２が電解質膜５に接着する。このときのプレス条件は、特に限定されるものではなく、各構成部材の材質や寸法によっても変わってくるが、一般的には、各熱盤Ａの加熱温度を１００〜１５０℃程度、圧力を１０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２程度、加圧時間を１〜１５分程度とすることが好ましい。
【００３８】
続いて、各熱盤Ａが互いに離間するよう、少なくとも一方の熱盤Ａを移動させる。そして、プレス用治具１を熱盤Ａ間から取りだし、電解質膜５の両面に触媒層形成用転写シート６が接着されたものを取り出す。そして、この触媒層形成用転写シート６の基材シート６１を剥離して、触媒層−電解質膜積層体が完成する。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、プレス用治具１は、電解質膜押さえ部２１と介在部２２とを別部材として構成していたが、この電解質膜押さえ部２１と介在部２２とを一体的に形成することもできる。
【００４０】
また、作業時に触媒層転写シート６がずれないように、介在部２２に吸引機構を設けることができる。具体的には、図５に示すように、介在部２２の触媒層形成用転写シート６などと対応する部分に多孔部２２２を形成するとともに、介在部２２内に空間を形成し、この空間と繋がる吸引口２２３から吸引機などで吸引する。これにより、多孔部２２２から介在部２２内の空間に空気を吸い込み、この吸引力によって、多孔部２２２上に配置された触媒層転写シート６が作業中にずれることを防止することができる。
【００４１】
また、図６に示すように、加熱ヒータ８を介在部２２内に設置することもできる。さらには介在部２２内に熱電対８１を設置することもできる。これにより、加熱温度のムラを抑えることができるという効果を得ることができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、電解質膜押さえ部２１の開口部２１１に触媒層形成用転写シート６を配置していたが、触媒層形成用転写シート６の代わりに電極を配置することもできる。この電極は、導電性多孔質基材上に触媒層が形成されることで構成されているが、この触媒層が電解質膜５側を向くように電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内に設置する。なお、導電性多孔質基材の材料としては、カーボンペーパーやカーボンクロス等を挙げることができ、触媒層の材料としては、上記実施形態の触媒層と同じものとすることができる。
【００４３】
また、介在部２２は、触媒層形成用転写シート６や電極をプレスした後にこれらがすぐに剥がれるよう、例えばフッ素樹脂をコーティングすることで離型層を形成したりすることもできる。またこれと同様に、電解質膜押さえ部２１にも、電解質膜５から電解質膜押さえ部２１がすぐに剥がれるよう、例えばフッ素樹脂をコーティングすることで離型層を形成したりすることもできる。
【００４４】
また、平板状の介在部２２にステンレスやアルミなどの金属製のものを用いた場合には、図７に示すように、電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内にフッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、メラミン樹脂、シリコンアクリル樹脂、エポキシ樹脂などのバインダーで有機または無機繊維を結合したもの、ゴム、不織布、織布、これらの積層体などで作られ耐熱性に優れた弾性体７を入れることが好ましい。これにより触媒層形成用転写シートや電極をプレスする際のムラや方当たりを防ぐことができる。
【００４５】
また、上記電解質膜押さえ部２１の突起部２１２及び貫通孔２１３や、介在部２２の貫通孔２２１の数は特に限定されるものではない。また、上記実施形態では、突起部２１２は、下側の電解質膜押さえ部２１に形成されているが、上側の電解質膜押さえ部２１に形成してもよいし、上側又は下側の介在部２２に形成してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、電解質膜５の両面に触媒層６２を同時に転写形成していたが、片面ずつ異なる条件で転写形成してもよい。さらには、電解質膜５の一方の面のみに触媒層６２を転写形成することもできる。この場合は、１つの治具本体部２をその触媒層６２を形成する側にのみ設置し、その他は上述したプレス方法と同様の方法で熱プレスを行う。また、電解質膜５のもう一方の面には、スプレーなどによって触媒層６２を直接形成することが好ましい。また、この場合は、治具本体部２同士の位置ずれは発生しないため、突起部や貫通孔などを省略することができる。
【実施例】
【００４７】
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００４８】
まず、図２に示すようなプレス用治具１を準備した。電解質膜押さえ部２１は、アルミによって構成し、その大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、厚さを０．３ｍｍとした。このような寸法の電解質膜押さえ部２１を、６種類準備し、それぞれに大きさが異なる開口部２１１を形成した。なお、開口部の大きさは、５１ｍｍ×５１ｍｍ、５２ｍｍ×５２ｍｍ、５４ｍｍ×５４ｍｍ、５８ｍｍ×５８ｍｍ、７０ｍｍ×７０ｍｍとした。
【００４９】
また、介在部２２は、シリコンシート(クレハエラストマー社製 SR970P(R733))によって構成し、その大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、厚さを１．５ｍｍとした。
【００５０】
また、以下のような触媒層形成用転写シート及び電解質膜を準備した。
【００５１】
触媒層形成用転写シート６は、ポリエチレンフィルム（東レ社製 E5100）からなる基材シート６１を準備し、この基材シート６１上に、触媒粉（田中貴金属社製 TEC10E50E）及びバインダー(デュポン社製NafionDE520CS)からなる触媒ペーストを塗布し、これを乾燥させて触媒層６２を形成することで作製した。触媒層形成用転写シートの大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍとした。
【００５２】
また、電解質膜は６種類準備し、各電解質膜毎にプレスを行った。なお、電解質膜の大きさはどれも同じとし、その大きさは７５ｍｍ×７５ｍｍとした。また、電解質膜は、フッ素樹脂系のものと、炭化水素系のものを用意し、フッ素樹脂系の電解質膜の厚さは、２５μｍ（Ｎａｆｉｏｎ２１１）、５０μｍ（Ｎａｆｉｏｎ２１２）、１２５μｍ（Ｎａｆｉｏｎ１１５）、１７５μｍ（Ｎａｆｉｏｎ１１７）の４種類用意した。また、炭化水素系の電解質膜（ＰｏｌｙＦｕｅｌ）の厚さは２０μｍ、４５μｍの２種類を用意した。
【００５３】
以上の各電解質膜の両面に、上述した各プレス用治具１を使用して電極を形成した。なお、このときのプレス条件は、１５０℃、５０ｋｇｆ／ｃｍ２、２分３０秒とした。このプレス後の電極−電解質膜接合体を目視で観察し、シワの発生の有無を表１に示した。なお、「○」はシワが発生しなかったことを示し、「×」はシワが電解質膜における触媒層や電極が形成されていない部分に発生したことを示す。
【００５４】
【表１】
【符号の説明】
【００５５】
１ プレス用治具
２１ 電解質膜押さえ部
２１１ 開口部
２２ 介在部
５ 電解質膜
６ 触媒層形成用転写シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス用治具及びこれを用いた触媒層−電解質膜積層体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体（ＣＣＭ）や、電解質膜の両面に、触媒層及び導電性多孔質基材からなる電極が形成された電極−電解質膜接合体（ＭＥＡ）を主な構成としている。この触媒層−電解質膜積層体や電極−電解質膜接合体の製造方法は、主にプレスを使用して電解質膜の両面に触媒層や電極を接合させるものが採用されている（例えば特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５８０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記プレスによって製造した触媒層−電解質膜積層体や電極−電解質膜接合体は、電解質膜における触媒層や電極が形成されていない部分にしわが発生する。このしわが原因となり、触媒層や電極が形成されている部分と形成されていない部分との境界で電解質膜が破れたり、単セルを積層しスタッキングする際の厚みバラツキの原因になったりするという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、電解質膜のしわを防止することのできるプレス用治具及びこれを用いた触媒層−電解質膜積層体や電極−電解質膜接合体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記問題に鑑み、鋭意研究を行った結果、下記プレス用治具を使用してプレスをすると上記問題が解決されることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明に係るプレス用治具は、基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して押圧するよう互いに近接及び離間可能な一対の熱盤間に設置されるプレス用治具であって、触媒層形成用転写シート又は電極を収容する開口部が形成され、電解質膜の外周縁部を押さえるよう枠状に形成された電解質膜押さえ部を備えている。
【０００８】
このプレス用治具を使用してプレスを行えば、電解質膜押さえ部が、その開口部内に触媒層形成用転写シートや電極を収容することで、電解質膜の外周縁部を押さえながらプレスを行うことができる。このように電解質膜押さえ部によって電解質膜を押さえることで、プレスをおこなっても電解質膜が伸びることが防止でき、ひいては電解質膜における触媒層や電極が形成されていない部分にしわが発生することを防止することができる。
【０００９】
上記プレス用治具は種々の構成をとることができ、例えば、電解質膜押さえ部を一対備え、一方の電解質膜押さえ部と他方の電解質膜押さえ部との位置を、開口部同士が一致する位置で決定する位置決め手段をさらに備えた構成とすることができる。このような構成とすることで、触媒層形成用転写シートや電極を電解質膜押さえ部の開口部内に配置するだけで、電解質膜の両面に触媒層形成用転写シートや電極を対向した位置に配置することができる。すなわち、触媒層形成用転写シートや電極をわざわざ位置合わせして電解質膜の両面に配置する必要がなくなるため、作業性を向上させることができる。
【００１０】
また、少なくとも一方の電解質膜押さえ部と該電解質膜押さえ部に隣接する熱盤との間に介在し、前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を電解質膜に対して押圧する介在部をさらに備えているような構成とすることもできる。
【００１１】
また、電解質膜押さえ部と介在部とは一体的に形成されていてもよいし、別部材として形成されていてもよい。
【００１２】
また、介在部は、少なくとも前記電解質膜押さえ部の開口部と対向する領域に触媒層形成用転写シート又は電極との離型性を有する離型層が形成されていることが好ましい。これにより、プレス後にプレス用治具を容易に取り外すことができ、作業性を向上させることができる。
【００１３】
また、電解質膜押さえ部は、その開口部内壁面と、前記開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極の外周面と距離が１０mm以下であることが好ましい。
【００１４】
また、上記電解質膜押さえ部の電解質膜と接触する領域に電解質膜との離型性を有する離型層が形成されていることが好ましく、例えば、フッ素樹脂などでコーティング加工を施すことができる。
【００１５】
また、本発明に係るプレス治具は、触媒層形成用転写シート又は電極が開口部内に収容された状態を維持するよう、開口部内を吸引する吸引機構をさらに備えた構成とすることもできる。
【００１６】
また、本発明に係るプレス治具は、開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を加熱するための加熱機構をさらに備えた構成とすることもできる。
【００１７】
また、本発明に係るプレス装置は、基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して加圧させるプレス装置であって、互いに近接及び離間可能な一対の熱盤と、前記熱盤の間に配置される上記いずれかのプレス用治具と、を備えている。
【００１８】
このプレス装置によれば、上述したプレス用治具を備えているため、上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る触媒層−電解質膜積層体の製造方法は、電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体の製造方法であって、電解質膜を準備する工程と、基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シートを準備する工程と、上記いずれかのプレス用治具を準備する工程と、開口部が前記電解質膜と対向するよう前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう前記触媒層形成用転写シートを前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の触媒層形成用転写シートを前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、前記電解質膜の両面に接着した触媒層形成用転写シートから基材シートを剥離する工程と、を含んでいる。
【００２０】
この製造方法によれば、上述したプレス用治具を使用して触媒層−電解質膜積層体を製造するため、上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００２１】
なお、触媒層形成用転写シートの外周面と前記開口部の内壁面との距離は、１０ｍｍ以内であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る電極−電解質膜接合体の製造方法は、触媒層及び導電性多孔質基材を有する電極が電解質膜の両面に形成された電極−電解質膜接合体の製造方法であって、電解質膜を準備する工程と、導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を準備する工程と、上記いずれかのプレス用治具を準備する工程と、開口部が前記電解質膜と対向するよう、前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう、前記電極を前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の電極を前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、を含んでいる。
【００２３】
この製造方法によれば、上述したプレス用治具を使用して電極−電解質膜接合体を製造するため、上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００２４】
なお、電極の外周面と前記開口部の内壁面との距離は、1０ｍｍ以内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るプレス用治具を使用することで、プレスによる電解質膜のしわを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本実施形態に係るプレス装置を示す概略正面図である。
【図２】図２は本実施形態に係るプレス用治具を示す正面断面図である。
【図３】図３は本実施形態に係る電解質膜押さえ部を示す平面図である。
【図４】図４は本実施形態に係る開口部内に触媒層形成用転写シートが収容された電解質膜押さえ部を示す正面断面図である。
【図５】図５は別の実施形態に係る介在部の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図６】図６は別の実施形態に係るプレス用治具を示す正面断面図である。
【図７】図７は別の実施形態に係るプレス装置を示す概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るプレス装置、及びこれに用いるプレス用治具の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１に示すように、プレス装置１０は、上下に配置され互いに近接及び離間可能な一対の熱盤Ａと、この一対の熱盤Ａ間に設置されたプレス用治具１と、を備えている。熱盤Ａは、内部に熱媒が流れる等といった公知の方法で加熱されるように構成されている。また、一対の熱盤Ａはそれぞれが上下動することで互いに近接及び離間してもよいし、どちらか一方のみが上下動することで互いに近接及び離間するような構成としてもよい。この熱盤Ａは、種々の方法で駆動させることで上下動させることができ、例えばモータなどによって駆動させてもよいし、油圧シリンダや空気圧シリンダなどの流体圧シリンダによって駆動させてもよい。
【００２９】
図２に示すように、プレス用治具１は、２つの治具本体部２から構成されており、この各治具本体部２を熱盤Ａ間に設置するとともに治具本体部２間に電解質膜５を配置して使用する。各治具本体部２は、開口部２１１が形成された枠状の電解質膜押さえ部２１（図３参照）と、この電解質膜押さえ部２１と熱盤Ａとの間に設置される平板状の介在部２２と、から構成されている。電解質膜押さえ部２１に形成された開口部２１１は、触媒層形成用転写シート６や電極を収容するための空間であり、図４に示すように開口部２１１内に触媒層形成用転写シート６を収容した状態において、開口部２１１の内壁面から触媒層形成用転写シート６の外周面までの距離ｄが、０〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、この電解質膜押さえ部２１は、特に限定されるものではないが、ステンレス板、アルミ板などの金属基板、又はポリエチレンテレフタレートなどの樹脂性基材などによって構成することができ、電解質膜５と接触する領域にフッ素樹脂をコーティングして電解質膜５との剥離性を向上させることができる。なお、触媒層形成用転写シート６は、基材シート６１上に触媒層６２が形成されることで構成されている。具体的には、基材シート６１の材料としては、ポリエチレンテレフタレート等の高分子フィルムなどを挙げることができ、触媒層６２の材料としては、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する、公知の白金含有の触媒層（カソード触媒及びアノード触媒）等を挙げることができる。また、触媒層形成用転写シート６の製造方法の一例としては、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散してできた触媒ペーストを、基材シート６１上にスクリーン印刷などによって塗布し、これを乾燥して触媒層６２を形成する方法を挙げることができる。
【００３０】
図２に示すように、電解質膜５の下側に設置される電解質膜押さえ部２１の外周縁部には、その上方及び下方に延びる突起部２１２が右側及び左側にそれぞれ形成されている。そして、上側の電解質膜押さえ部２１には、下側の電解質膜押さえ部２１と開口部２１１を一致させた状態で下側の電解質膜押さえ部２１の突起部２１２が挿入するように貫通孔２１３が２カ所形成されている。この突起部２１２と貫通孔２１３とによって、上側の電解質膜押さえ部２１と下側の電解質膜押さえ部２１との互いの位置が決定される。なお、この突起部２１２と貫通孔２１３とが、本発明の位置決め手段に相当する。また、この突起部２１２は、電解質膜５上に電解質膜押さえ部２１を載置した際に、電解質膜５に当たらない位置に形成していることが好ましい。
【００３１】
また、平板状の介在部２２は、少なくとも電解質膜押さえ部２１の開口部２１１を覆うよう開口部２１１より大きく形成されており、好ましくは電解質膜押さえ部２１と同じ大きさを有している。この介在部２２は、熱盤Ａからの熱を開口部２１１に収容された触媒層形成用転写シート６に伝えるような熱伝導率を有する材質で形成されていることが好ましく、例えば、ステンレス、アルミなどの金属製のものや、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、メラミン樹脂、シリコンアクリル樹脂、エポキシ樹脂などのバインダーで有機または無機繊維を結合したもの、ゴム、不織布、織布、これらの積層体などで形成することができる。なお、介在部２２の熱伝導率は０．１W/(m・K)以上であることが好ましい。また、この介在部２２には、電解質膜押さえ部２１の突起部２１２を挿入させるための貫通孔２２１が形成されている。
【００３２】
以上のように構成されたプレス用治具１を用いたプレス装置１０の使用方法について図１を参照しつつ説明する。
【００３３】
まず、下側の治具本体部２を設置する。具体的には、下側の熱盤Ａ上に平板状の介在部２２を配置し、この介在部２２上に電解質膜押さえ部２１を積層する。このとき、電解質膜押さえ部２１の突起部２１２を介在部２２の貫通孔２２１内へ挿入する。なお、電解質膜押さえ部２１は、その開口部２１１が今回のプレス対象である触媒層形成用転写シートが収容できる大きさを有するものを選択する。
【００３４】
そして、電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内に触媒層形成用転写シート６を収容する。なお、このとき、触媒層６２が上側を向くように触媒層形成用転写シート６を配置する。また、触媒層形成用転写シート６の外周面と、開口部２１１の内壁面との距離ｄは、０〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。続いて、開口部２１１内に収容された触媒層形成用転写シート６を覆うように電解質膜５を配置する。このとき電解質膜５の外周縁部５１は、電解質膜押さえ部２１上に載置される状態となる。
【００３５】
次に、上側の治具本体部２を設置する。具体的には、まず、電解質膜５の外周縁部５１上に載置するよう、上側の電解質膜押さえ部２１を電解質膜５上に設置する。なお、下側の電解質膜押さえ部２１から延びる突起部２１２を上側の電解質膜押さえ部２１の貫通孔２１３内に挿入することで、自動的に上側の電解質膜押さえ部２１と下側の電解質膜押さえ部２１との開口部２１１の位置が互いに合致する。
【００３６】
そして、上側の電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内に、触媒層６２が電解質膜５側を向くよう触媒層形成用転写シート６を配置する。また、この触媒層形成用転写シート６も下側の触媒層形成用転写シート６と同様に、その外周面と開口部２１１の内壁面との距離ｄが０〜１０mm程度となるよう位置合わせする。そして、この触媒層形成用転写シート６が開口部２１１内に収容された上側の電解質膜押さえ部２１上に、上側の介在部２２を配置する。なお、この介在部２２を電解質膜押さえ部２１上に配置したとき、下側の電解質膜押さえ部２１の突起部２１２が上側の介在部２２の貫通孔２２１内に挿入した状態となっている。
【００３７】
以上のように熱盤Ａ間にプレス用治具１、電解質膜５、及び触媒層形成用転写シート６を配置した後、各熱盤Ａが互いに近接するように少なくとも一方の熱盤Ａを動かす。そして、この熱盤Ａが、プレス用治具１を介した状態で電解質膜５及び触媒層形成用転写シート６に対して加熱加圧する。このように加熱された状態で触媒層形成用転写シート６が電解質膜５に対して押圧されるため、各触媒層形成用転写シート６の触媒層６２が電解質膜５に接着する。このときのプレス条件は、特に限定されるものではなく、各構成部材の材質や寸法によっても変わってくるが、一般的には、各熱盤Ａの加熱温度を１００〜１５０℃程度、圧力を１０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２程度、加圧時間を１〜１５分程度とすることが好ましい。
【００３８】
続いて、各熱盤Ａが互いに離間するよう、少なくとも一方の熱盤Ａを移動させる。そして、プレス用治具１を熱盤Ａ間から取りだし、電解質膜５の両面に触媒層形成用転写シート６が接着されたものを取り出す。そして、この触媒層形成用転写シート６の基材シート６１を剥離して、触媒層−電解質膜積層体が完成する。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、プレス用治具１は、電解質膜押さえ部２１と介在部２２とを別部材として構成していたが、この電解質膜押さえ部２１と介在部２２とを一体的に形成することもできる。
【００４０】
また、作業時に触媒層転写シート６がずれないように、介在部２２に吸引機構を設けることができる。具体的には、図５に示すように、介在部２２の触媒層形成用転写シート６などと対応する部分に多孔部２２２を形成するとともに、介在部２２内に空間を形成し、この空間と繋がる吸引口２２３から吸引機などで吸引する。これにより、多孔部２２２から介在部２２内の空間に空気を吸い込み、この吸引力によって、多孔部２２２上に配置された触媒層転写シート６が作業中にずれることを防止することができる。
【００４１】
また、図６に示すように、加熱ヒータ８を介在部２２内に設置することもできる。さらには介在部２２内に熱電対８１を設置することもできる。これにより、加熱温度のムラを抑えることができるという効果を得ることができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、電解質膜押さえ部２１の開口部２１１に触媒層形成用転写シート６を配置していたが、触媒層形成用転写シート６の代わりに電極を配置することもできる。この電極は、導電性多孔質基材上に触媒層が形成されることで構成されているが、この触媒層が電解質膜５側を向くように電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内に設置する。なお、導電性多孔質基材の材料としては、カーボンペーパーやカーボンクロス等を挙げることができ、触媒層の材料としては、上記実施形態の触媒層と同じものとすることができる。
【００４３】
また、介在部２２は、触媒層形成用転写シート６や電極をプレスした後にこれらがすぐに剥がれるよう、例えばフッ素樹脂をコーティングすることで離型層を形成したりすることもできる。またこれと同様に、電解質膜押さえ部２１にも、電解質膜５から電解質膜押さえ部２１がすぐに剥がれるよう、例えばフッ素樹脂をコーティングすることで離型層を形成したりすることもできる。
【００４４】
また、平板状の介在部２２にステンレスやアルミなどの金属製のものを用いた場合には、図７に示すように、電解質膜押さえ部２１の開口部２１１内にフッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、メラミン樹脂、シリコンアクリル樹脂、エポキシ樹脂などのバインダーで有機または無機繊維を結合したもの、ゴム、不織布、織布、これらの積層体などで作られ耐熱性に優れた弾性体７を入れることが好ましい。これにより触媒層形成用転写シートや電極をプレスする際のムラや方当たりを防ぐことができる。
【００４５】
また、上記電解質膜押さえ部２１の突起部２１２及び貫通孔２１３や、介在部２２の貫通孔２２１の数は特に限定されるものではない。また、上記実施形態では、突起部２１２は、下側の電解質膜押さえ部２１に形成されているが、上側の電解質膜押さえ部２１に形成してもよいし、上側又は下側の介在部２２に形成してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、電解質膜５の両面に触媒層６２を同時に転写形成していたが、片面ずつ異なる条件で転写形成してもよい。さらには、電解質膜５の一方の面のみに触媒層６２を転写形成することもできる。この場合は、１つの治具本体部２をその触媒層６２を形成する側にのみ設置し、その他は上述したプレス方法と同様の方法で熱プレスを行う。また、電解質膜５のもう一方の面には、スプレーなどによって触媒層６２を直接形成することが好ましい。また、この場合は、治具本体部２同士の位置ずれは発生しないため、突起部や貫通孔などを省略することができる。
【実施例】
【００４７】
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００４８】
まず、図２に示すようなプレス用治具１を準備した。電解質膜押さえ部２１は、アルミによって構成し、その大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、厚さを０．３ｍｍとした。このような寸法の電解質膜押さえ部２１を、６種類準備し、それぞれに大きさが異なる開口部２１１を形成した。なお、開口部の大きさは、５１ｍｍ×５１ｍｍ、５２ｍｍ×５２ｍｍ、５４ｍｍ×５４ｍｍ、５８ｍｍ×５８ｍｍ、７０ｍｍ×７０ｍｍとした。
【００４９】
また、介在部２２は、シリコンシート(クレハエラストマー社製 SR970P(R733))によって構成し、その大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、厚さを１．５ｍｍとした。
【００５０】
また、以下のような触媒層形成用転写シート及び電解質膜を準備した。
【００５１】
触媒層形成用転写シート６は、ポリエチレンフィルム（東レ社製 E5100）からなる基材シート６１を準備し、この基材シート６１上に、触媒粉（田中貴金属社製 TEC10E50E）及びバインダー(デュポン社製NafionDE520CS)からなる触媒ペーストを塗布し、これを乾燥させて触媒層６２を形成することで作製した。触媒層形成用転写シートの大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍとした。
【００５２】
また、電解質膜は６種類準備し、各電解質膜毎にプレスを行った。なお、電解質膜の大きさはどれも同じとし、その大きさは７５ｍｍ×７５ｍｍとした。また、電解質膜は、フッ素樹脂系のものと、炭化水素系のものを用意し、フッ素樹脂系の電解質膜の厚さは、２５μｍ（Ｎａｆｉｏｎ２１１）、５０μｍ（Ｎａｆｉｏｎ２１２）、１２５μｍ（Ｎａｆｉｏｎ１１５）、１７５μｍ（Ｎａｆｉｏｎ１１７）の４種類用意した。また、炭化水素系の電解質膜（ＰｏｌｙＦｕｅｌ）の厚さは２０μｍ、４５μｍの２種類を用意した。
【００５３】
以上の各電解質膜の両面に、上述した各プレス用治具１を使用して電極を形成した。なお、このときのプレス条件は、１５０℃、５０ｋｇｆ／ｃｍ２、２分３０秒とした。このプレス後の電極−電解質膜接合体を目視で観察し、シワの発生の有無を表１に示した。なお、「○」はシワが発生しなかったことを示し、「×」はシワが電解質膜における触媒層や電極が形成されていない部分に発生したことを示す。
【００５４】
【表１】
【符号の説明】
【００５５】
１ プレス用治具
２１ 電解質膜押さえ部
２１１ 開口部
２２ 介在部
５ 電解質膜
６ 触媒層形成用転写シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して押圧するよう互いに近接及び離間可能な一対の熱盤間に設置されるプレス用治具であって、
触媒層形成用転写シート又は電極を収容する開口部が形成され、電解質膜の外周縁部を押さえるよう枠状に形成された電解質膜押さえ部を備えた、プレス用治具。
【請求項２】
前記電解質膜押さえ部を一対備え、一方の電解質膜押さえ部と他方の電解質膜押さえ部との位置を、前記開口部同士が一致する位置で決定する位置決め手段をさらに備えた、請求項１に記載のプレス用治具。
【請求項３】
前記少なくとも一方の電解質膜押さえ部と該電解質膜押さえ部に隣接する熱盤との間に介在し、前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を電解質膜に対して押圧する介在部をさらに備えた、請求項１又は２に記載のプレス用治具。
【請求項４】
前記電解質膜押さえ部と介在部とは一体的に形成されている、請求項３に記載のプレス用治具。
【請求項５】
前記介在部は、少なくとも前記電解質膜押さえ部の開口部と対向する領域に触媒層形成用転写シート又は電極との離型性を有する離型層が形成されている、請求項３又は４に記載のプレス用治具。
【請求項６】
前記電解質膜押さえ部は、少なくとも電解質膜と接触する領域に電解質膜との離型性を有する離型層が形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項７】
前記電解質膜押さえ部は、その開口部内壁面と、前記開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極の外周面と距離が１０mm以下である、請求項1〜６のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項８】
触媒層形成用転写シート又は電極が前記開口部内に収容された状態を維持するよう、前記開口部内を吸引する吸引機構をさらに備えた、３〜７のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項９】
前記開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を加熱するための加熱機構をさらに備えた、請求項３〜８のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項１０】
基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して加圧させるプレス装置であって、
互いに近接及び離間可能な一対の熱盤と、
前記熱盤の間に配置される請求項１〜９のいずれかに記載のプレス用治具と、を備えたプレス装置。
【請求項１１】
電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体の製造方法であって、
電解質膜を準備する工程と、
基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シートを準備する工程と、
請求項１〜９のいずれかに記載のプレス用治具を準備する工程と、
開口部が前記電解質膜と対向するよう前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、
前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう前記触媒層形成用転写シートを前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、
前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の触媒層形成用転写シートを前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、
前記電解質膜の両面に接着した触媒層形成用転写シートから基材シートを剥離する工程と、
を含む、触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項１２】
前記触媒層形成用転写シートの外周面と前記開口部の内壁面との距離は、１０ｍｍ以内である、請求項１１に記載の触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項１３】
触媒層及び導電性多孔質基材を有する電極が電解質膜の両面に形成された電極−電解質膜接合体の製造方法であって、
電解質膜を準備する工程と、
導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を準備する工程と、
請求項１〜８のいずれかに記載のプレス用治具を準備する工程と、
開口部が前記電解質膜と対向するよう前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、
前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう前記電極を前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、
前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の電極を前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、
を含む、電極−電解質膜接合体の製造方法。
【請求項１４】
前記電極の外周面と前記開口部の内壁面との距離は、1０ｍｍ以内である、請求項１３に記載の電極−電解質膜接合体の製造方法。
【請求項１】
基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して押圧するよう互いに近接及び離間可能な一対の熱盤間に設置されるプレス用治具であって、
触媒層形成用転写シート又は電極を収容する開口部が形成され、電解質膜の外周縁部を押さえるよう枠状に形成された電解質膜押さえ部を備えた、プレス用治具。
【請求項２】
前記電解質膜押さえ部を一対備え、一方の電解質膜押さえ部と他方の電解質膜押さえ部との位置を、前記開口部同士が一致する位置で決定する位置決め手段をさらに備えた、請求項１に記載のプレス用治具。
【請求項３】
前記少なくとも一方の電解質膜押さえ部と該電解質膜押さえ部に隣接する熱盤との間に介在し、前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を電解質膜に対して押圧する介在部をさらに備えた、請求項１又は２に記載のプレス用治具。
【請求項４】
前記電解質膜押さえ部と介在部とは一体的に形成されている、請求項３に記載のプレス用治具。
【請求項５】
前記介在部は、少なくとも前記電解質膜押さえ部の開口部と対向する領域に触媒層形成用転写シート又は電極との離型性を有する離型層が形成されている、請求項３又は４に記載のプレス用治具。
【請求項６】
前記電解質膜押さえ部は、少なくとも電解質膜と接触する領域に電解質膜との離型性を有する離型層が形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項７】
前記電解質膜押さえ部は、その開口部内壁面と、前記開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極の外周面と距離が１０mm以下である、請求項1〜６のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項８】
触媒層形成用転写シート又は電極が前記開口部内に収容された状態を維持するよう、前記開口部内を吸引する吸引機構をさらに備えた、３〜７のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項９】
前記開口部内に収容された触媒層形成用転写シート又は電極を加熱するための加熱機構をさらに備えた、請求項３〜８のいずれかに記載のプレス用治具。
【請求項１０】
基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シート、又は導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を、電解質膜に対して加圧させるプレス装置であって、
互いに近接及び離間可能な一対の熱盤と、
前記熱盤の間に配置される請求項１〜９のいずれかに記載のプレス用治具と、を備えたプレス装置。
【請求項１１】
電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体の製造方法であって、
電解質膜を準備する工程と、
基材シート上に触媒層が形成された触媒層形成用転写シートを準備する工程と、
請求項１〜９のいずれかに記載のプレス用治具を準備する工程と、
開口部が前記電解質膜と対向するよう前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、
前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう前記触媒層形成用転写シートを前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、
前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の触媒層形成用転写シートを前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、
前記電解質膜の両面に接着した触媒層形成用転写シートから基材シートを剥離する工程と、
を含む、触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項１２】
前記触媒層形成用転写シートの外周面と前記開口部の内壁面との距離は、１０ｍｍ以内である、請求項１１に記載の触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項１３】
触媒層及び導電性多孔質基材を有する電極が電解質膜の両面に形成された電極−電解質膜接合体の製造方法であって、
電解質膜を準備する工程と、
導電性多孔質基材上に触媒層が形成された電極を準備する工程と、
請求項１〜８のいずれかに記載のプレス用治具を準備する工程と、
開口部が前記電解質膜と対向するよう前記プレス用治具の電解質膜押さえ部を前記電解質膜の両面に配置する工程と、
前記触媒層が前記電解質膜と対向するよう前記電極を前記電解質膜押さえ部の開口部内に収容する工程と、
前記一対の熱盤を互いに近接するよう移動させて前記各プレス用治具を電解質膜に対して加圧することで、前記電解質膜押さえ部で前記電解質膜の外周縁部を押さえながら前記開口部内の電極を前記電解質膜に対して押圧して接着させる工程と、
を含む、電極−電解質膜接合体の製造方法。
【請求項１４】
前記電極の外周面と前記開口部の内壁面との距離は、1０ｍｍ以内である、請求項１３に記載の電極−電解質膜接合体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−７０９１１（Ｐ２０１１−７０９１１Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２０７５９（Ｐ２００９−２２０７５９）
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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