燃料電池用電極材料接合体の製造装置および製造方法、燃料電池用電極材料接合体、燃料電池
【課題】組み付け精度の高い燃料電池用電極材料接合体を効率よく作製する。
【解決手段】連続して搬送される電解質膜１０の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置１００は、電解質膜１０を所定の方向６６に搬送させる駆動機構と、電解質膜１０の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和機構と、を備える。駆動機構は、複数の駆動系ローラを含み、張力緩和機構は、各駆動系ローラ間にそれぞれ設けられた張力緩和装置６２，７２，８２，９２を含む。
【解決手段】連続して搬送される電解質膜１０の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置１００は、電解質膜１０を所定の方向６６に搬送させる駆動機構と、電解質膜１０の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和機構と、を備える。駆動機構は、複数の駆動系ローラを含み、張力緩和機構は、各駆動系ローラ間にそれぞれ設けられた張力緩和装置６２，７２，８２，９２を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電極材料接合体の製造装置および製造方法に関し、詳細には、連続して搬送される電解質膜の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置および製造方法、該燃料電池用電極材料接合体、該燃料電池用電極材料接合体を含む燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の最小単位に相当する、一般的な単セル（燃料電池単セルとも称する）の構成について、特に電極部分を含む要部の構成の概略について説明する。図７に例示するように、カソード触媒層１２（酸化極またはカソード極とも称する）とアノード触媒層１４（燃料極またはアノード極とも称する）を、電解質膜１０を挟んで互いに対向するように設け、いわゆる膜電極接合体（ＭＥＡ）３０が構成されている。また、カソード触媒層１２の外側にカソード拡散層１６を、またアノード触媒層１４の外側にアノード拡散層１８を、それぞれ設けることにより、いわゆる膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）４０が構成されている。さらに、カソード拡散層１６の外側に、酸化ガス流路２０およびセル冷媒流路２２が形成されたカソード側セパレータ２６が、アノード拡散層１８の外側に、燃料ガス流路２４およびセル冷媒流路２２が形成されたアノード側セパレータ２８が、例えば、接着や熱圧着などにより一体化されて、単セル５０が形成される。
【０００３】
このようにして得られた単セル５０を、所望の起電力が得られるように複数枚積層させた燃料電池スタック（単に燃料電池とも称する）がさまざまな分野において適用されている。燃料電池スタックは一般に、カソード触媒層１２に酸素や空気等の酸化ガスを、アノード触媒層１４に水素等の燃料ガスを、それぞれ供給して発電する。このような燃料電池は通常、発電時には例えば６０℃から１００℃程度の所定の温度範囲となるように制御されているが、発電時には化学反応に伴う熱を発生するため、燃料電池の過熱を防止するために水やエチレングリコールなどの冷媒を図７に示すセル冷媒流路２２に流通させる。
【０００４】
製造コスト低減のため、燃料電池の量産化に向けた検討がなされている。例えば、連続して搬送される帯状の電解質膜の両面の所定の位置に触媒層材料や拡散層材料などの電極材料を順に接合させることにより、膜電極接合体（ＭＥＡ）および／または膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）を作製し、さらに場合によってはガスケットやセパレータを含む単セルを、一連の工程にて連続的に製造する方法をはじめ、ライン処理にて一連の積層処理を行なうさまざまな方法が検討されている。
【０００５】
特許文献１には、帯状シート素材を成形し、セパレータを形成したセパレータ帯にＭＥＡを組み付けた後で切断し、個々の単セルを形成する技術について記載されている。
【０００６】
特許文献２には、接合時の位置決め精度を向上させるために、電解質膜の搬送時の撓みを改善するフィルム緊張部を設け、また電解質膜の縁部に規則的に設けられた位置決めマークや搬送穴を基準として接合する技術について記載されている。
【０００７】
特許文献３、４には、電解質膜等に対するしわの発生を防止するために所定の張力を維持した状態で搬送させる技術について記載されている。
【０００８】
特許文献５には、連続的に送られるウエブ状の電解質膜に触媒層を積層した接合体が連続して形成される部材において、拡散層の積層や接合体の切断を精度よく行なうために位置決め用のセンサを適用する旨が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１９０９４６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３１８２号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６０７５号公報
【特許文献４】特開２００６−１１６８１６号公報
【特許文献５】特開２００５−１２９２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一方、電解質膜は、特に加熱状態においては、わずかな張力でも容易に伸長する性質を有している。電解質膜のこのような特性は、連続生産、高速生産のための大きな妨げの要因ともなっており、また高い変形性を有する電解質膜の安定した搬送制御は、燃料電池の機能特性や組み付け精度に基づく耐久性にも影響する重要な課題の一つとなっている。
【００１１】
燃料電池を一連の工程にて連続的に作製する場合には、各加工工程において電解質膜の水分量や加工温度が異なることにより、種々の不具合に繋がるおそれがある。加熱加工時に、電解質膜表面に対して張力がかかりすぎてしまうと、例えば電解質膜の搬送方向における伸長、およびこれに伴う部分的な膜厚の低下による反応ガスのクロスリークなどに繋がる場合が懸念される。また、電解質膜に対しさらに張力がかかりすぎてしまうと、場合によっては電解質膜の破断や損傷の要因ともなり得る。
【００１２】
一方、電解質膜表面の所定箇所に触媒層や拡散層などの電極材料を順に接合させるには、搬送される電解質膜の搬送速度に応じて、所定のタイミングで精度よく積層させる必要がある。しかし、電解質膜の収縮／伸長により各接合体の間隔が不均一となり得る条件下においては、次に積層させる電極材料等を供給させるタイミングについても調整が必要となるため、一般に複雑なシステム構成とせざるを得ない。また、場合によっては製造スピードを低下させ、また環境中の温度や湿度を調整しながら搬送することにより、このような不具合の発生を抑制させることも想定されるが、かかる場合には、連続生産システムによる製造コスト低減効果があまり期待できない。
【００１３】
本発明は、組み付け精度の高い燃料電池を連続して作製することが可能な燃料電池用材料接合体の製造装置および製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の構成は以下のとおりである。
【００１５】
（１）連続して搬送される電解質膜の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置であって、前記電解質膜を所定の方向に搬送させる駆動機構と、前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和機構と、搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工箇所と、を備え、前記張力緩和機構が、前記加工箇所のそれぞれに対し独立して設けられている張力緩和手段を含む、製造装置。
【００１６】
（２）上記（１）に記載の製造装置において、前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを有し、各加工箇所における加工時間の相違に基づいて各加工ローラの周径を設定する、製造装置。
【００１７】
（３）上記（１）に記載の製造装置において、前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを複数有し、各加工箇所における加工時間の相違に基づいて前記各加工箇所における加工ローラの数を設定する、製造装置。
【００１８】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の製造装置において、前記張力緩和手段が、それぞれ複数の張力緩和装置を含む、製造装置。
【００１９】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の製造装置により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【００２０】
（６）電解質膜の両面に電極材料を接合させてなる燃料電池用電極材料接合体の製造方法であって、前記電解質膜を連続して搬送させる工程と、搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工工程と、前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和工程と、を含み、前記張力緩和工程が、少なくとも前記加工工程のそれぞれに対応して行われる、製造方法。
【００２１】
（７）上記（６）に記載の製造方法により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【００２２】
（８）上記（５）または（７）に記載の燃料電池用電極材料接合体を含む、燃料電池。
【発明の効果】
【００２３】
組み付け精度の高い燃料電池用電極材料接合体を効率よく作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について、以下、図面に基づいて説明する。なお、各図面において同じ構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。また、図面全体としての寸法の比率は実際のものとは相違している。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池用電極材料接合体の製造装置について説明する概略図である。図１に示す燃料電池用電極材料接合体の製造装置１００は、第１の加工装置１１０、第２の加工装置１２０、第３の加工装置１３０および張力緩和機構（第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２および第４の張力緩和装置９２）をそれぞれ備え、巻出しローラ８４から矢印６６の方向に連続して搬送される電解質膜１０の両面に各電極材料を順に接合させることにより、燃料電池用電極材料接合体を製造する装置である。
【００２６】
図２〜４は、図１の燃料電池用電極材料接合体の製造装置１００についてさらに詳細に説明するために、第１の加工装置１１０、第２の加工装置１２０および第３の加工装置１３０の前後についてそれぞれ拡大した概略図である。
【００２７】
まず、図１に示す第１の加工装置１１０の近傍について拡大した図２を参照する。図２において、第１の加工装置１１０は、巻出しローラ８４から連続して搬送される電解質膜１０両面の所定の位置に電極触媒層材料１２，１４をそれぞれ接合させ、ＭＥＡ３０を作製する電極触媒層接合装置である。
【００２８】
図２に示す電極触媒層接合装置（第１の加工装置）１１０は、カソード触媒層材料供給部５４ａと、アノード触媒層材料供給部５４ｂと、第１の接合部５８とを備える。カソード触媒層材料供給部５４ａは、カソード触媒層材料１２を第１の接合部５８に対し、例えばコンベア等の供給ベルトなどで供給可能に構成されている。一方、アノード触媒層材料供給部５４ｂは、アノード触媒層材料１４を第１の接合部５８に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで供給可能に構成されている。
【００２９】
第１の接合部５８に供給されたカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４は、第１の接合部５８内の加工ローラ６０，６１にそれぞれ転写された後、電解質膜１０の両面に所定のタイミングで供給され、接合される。このとき、加工ローラ６０，６１間の空隙は、電解質膜１０の両面に積層されるカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４に対し所定の圧力を印加可能となるように予め調整されている。加工ローラ６０，６１の矢印方向への回転により、電解質膜１０と各触媒層材料１２，１４とが押圧挟持により接合され、ＭＥＡ３０が形成される。なお、他の実施の形態として、電解質膜１０と各触媒層材料１２，１４との押圧挟持に際し、必要に応じて加工ローラ６０，６１を所定の温度に加熱して、ＭＥＡ３０の作製を熱圧着により促進させる構成とすることも好適である。
【００３０】
図２において、各触媒層材料供給部５４ａ，５４ｂによりそれぞれ供給されるカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４としては、白金などを含む金属または合金などを含有する触媒を、カーボンブラック等の炭素材料などの触媒担持体に担持させた各触媒層原料を、例えば、水やエタノールなどの分散媒に分散させて液状またはペースト状としたいわゆる触媒インクを適用することができる。具体的には、例えば、予め準備したシート状基材の表面に、上述の触媒インクを、例えば噴霧または塗布などにより所望する触媒層の形状に形成し、乾燥させたものを適用し、電解質膜１０上に接合させる構成を採用することができるが、これに限定されるものではなく、例えば、他の実施の形態として、上述した触媒インクに相当する材料を、連続して搬送されている電解質膜１０の表面に直接塗布または噴霧する構成とすることも可能である。また、カソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４は、その組成が同じであっても、異なるものであっても良い。
【００３１】
一方、図２において、第１の加工装置１１０の上流側（巻出しローラ８４側）には、移動する電解質膜１０の情報を検知して取得する第１の情報取得部９４が設けられている。触媒層材料供給制御部５５は、第１の情報取得部９４で得られた情報に基づき、各触媒層材料供給部５４ａ，５４ｂによる各触媒層材料１２，１４の供給のタイミングを制御することができる。
【００３２】
第１の情報取得部９４は、電解質膜１０の特定部分に記録（印刷）された情報、例えば光電管マークや、それに相当する可視または不可視のインクなどにより記録（印刷）された情報を非接触にて検知し、電解質膜１０に関する情報を取得する。他の実施の形態として、第１の情報取得部９４は、電解質膜１０の特定部分に備えられた識別子（例えば、光学的特性（例えば、色）を有するマークや、電解質膜１０に記載された記号および／または数字（例えば、製造ナンバーなど）など）を識別して電解質膜１０の移動情報を取得する構成とすることも可能である。
【００３３】
一方、触媒層材料供給制御部５５は、第１の情報取得部９４で得られた情報に基づいて各触媒層材料供給部５４ａ，５４ｂによる各触媒層材料１２，１４の供給を制御し、電解質膜１０の両面に、カソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４をそれぞれ所定のタイミングで供給させる。
【００３４】
なお、第１の情報取得部９４により取得される、搬送される電解質膜１０に関する情報としては、例えば、電解質膜１０の位置に関する情報であっても良く、また、電解質膜１０の速度に関する情報であっても良い。触媒層材料供給制御部５５は、第１の情報取得部９４により取得された電解質膜１０の位置および／または速度に関する情報のほか、後述する張力緩和機構に関する情報を組み合わせて、各触媒層材料の供給を制御する構成とすることもできる。
【００３５】
ここで、第１の情報取得部９４により取得される、電解質膜１０の位置に関する情報とは、例えば、前もって電解質膜１０に塗布された塗布端面の情報であって良く、この電解質膜１０の特定部分の位置情報に基づいて、電解質膜１０上に各触媒層材料１２，１４を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されるものではない。具体的には、電解質膜１０の搬送速度と電解質膜１０に予め形成された加工位置の画像等位置センサによる検知に基づく構成とすることが可能であるが、これに限らない。
【００３６】
一方、第１の情報取得部９４により取得される、電解質膜１０の速度に関する情報とは、例えば、ドップラー効果を利用した膜の速度情報、または電解質膜１０の特定部分（記録部分）が、所定の間隔で備えられた少なくとも２つの情報取得部を通過する時刻の差（つまり、通過時間）をその間隔で割る事により得られる電解質膜１０の搬送速度の情報であって良く、この速度情報に基づいて、電解質膜１０上に各触媒層材料１２，１４を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されない。
【００３７】
なお、図２に示す加工ローラ６０，６１は、ＭＥＡ３０が形成された電解質膜１０の、矢印６６方向への搬送を補助する駆動ローラとしても機能し得る。すなわち、各触媒層材料１２，１４および／または電解質膜１０を押圧挟持させた状態における、加工ローラ６０，６１の図２に示した方向への回転が、電解質膜１０の搬送駆動力の少なくとも一部となり得るとともに、電解質膜１０に対する張力の発生要因ともなり得る。そこで、本実施の形態では、電解質膜１０に対する張力緩和のために、電解質膜１０の搬送速度に応じて、加工ローラ６０，６１の周速を制御可能となる構成とするとともに、電解質膜１０に対し、第１の接合部５８に搬送される電解質膜１０の搬送速度と、各触媒層材料１２，１４を電解質膜１０上に供給する加工ローラ６０，６１の周速度との差を膜へのダメージを与えないレベル、より具体的には、電解質膜１０の有する弾性域の範囲内に収まる程度に極力小さくし、各触媒層材料１２，１４の押圧挟持の際にはこの各触媒層材料１２，１４（ＭＥＡ３０）と、加工ローラ６０，６１との間に摩擦や滑りを生じさせないことが好適である。この場合、駆動ローラをスリップさせなければ、図１に示す搬送ローラ８６は必要なくなる。
【００３８】
次に、図１に示す第２の加工装置１２０の近傍について拡大した図３を参照する。図３において、第２の加工装置１２０は、連続して搬送される電解質膜１０両面の所定の位置に電極触媒層材料１２，１４をそれぞれ接合させて形成されたＭＥＡ３０の両面に電極拡散層材料１６，１８をそれぞれ接合させ、ＭＥＧＡ４０を作製する電極拡散層接合装置である。
【００３９】
図３に示す電極拡散層接合装置（第２の加工装置）１２０は、カソード拡散層材料供給部６４ａと、アノード拡散層材料供給部６４ｂと、第２の接合部６８とを備える。カソード拡散層材料供給部６４ａは、カソード拡散層材料１６を、アノード拡散層材料供給部６４ｂは、アノード拡散層材料１８を、それぞれ、ＭＥＡ３０の両面に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで所定のタイミングで供給可能に構成されている。
【００４０】
一方、第２の接合部６８は、所定の空隙を有し、矢印方向に回転可能な加工ローラ７０，７１を備える。加工ローラ７０，７１間の空隙は、ＭＥＡ３０の両面に積層されるカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８に対し所定の圧力を印加可能となるように予め調整されている。加工ローラ７０，７１の矢印方向への回転により、ＭＥＡ３０と各拡散層材料１６，１８とが押圧挟持により接合され、ＭＥＧＡ４０が形成される。なお、ＭＥＡ３０と各拡散層材料１６，１８との押圧挟持に際し、必要に応じて加工ローラ７０，７１を所定の温度に加熱して、ＭＥＧＡ４０を熱圧着により促進させることも好適である。
【００４１】
図３において、各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂによりそれぞれ供給されるカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８としては、一般にカーボンペーパーやカーボンクロス等、所定の幅および長さを有するシート状に形成されたカーボン繊維を基材とし、所望の通気性や電子伝導性を確保するとともに、触媒層や拡散層内での水分の滞留によるフラッディングを防止するために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のバインダまたはその他の水和処理材料を用いて処理し、所望の疎水性または親水性を付与したものを使用しても良い。また、必要に応じてカーボン粒子等の導電性粒子を併用し、導電性を向上させることも好適である。
【００４２】
また、図３において示したカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８として、予めＭＥＧＡ４０の形状に応じた所定の形状（つまり、厚みを除き、カソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４とほぼ同様の形状。図７参照のこと）に加工したものを使用した実施の形態を示しているが、他の実施の形態において、各拡散層供給部６４ａ，６４ｂの一部にロータリーカッタなどの図示しない切断部材を設け、搬送される一連のカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８を、所定の形状に切断しながら供給し、接合させることも好適である。
【００４３】
一方、図３において、第２の加工装置１２０の上流側には、移動する電解質膜１０および／またはＭＥＡ３０の情報を検知して取得する第２の情報取得部９６が設けられている。拡散層材料供給制御部６５は、第２の情報取得部９６で得られた情報に基づき、各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂによる各拡散層材料１６，１８の供給のタイミングを制御することができる。具体的には、電解質膜１０の搬送速度と電解質膜１０に予め形成された加工位置（例えば、前工程の転写・加工端面等）の画像等位置センサによる検知に基づく構成とすることが可能であるが、これに限らない。
【００４４】
第２の情報取得部９６は、電解質膜１０の特定部分に記録（印刷）された情報、例えば光電管マークや、それに相当する可視または不可視のインクなどにより記録（印刷）された情報を非接触にて検知し、電解質膜１０に関する情報を取得する。他の実施の形態として、第２の情報取得部９６は、電解質膜１０の特定部分に備えられた識別子（例えば、光学的特性（例えば、色）を有するマークや、電解質膜１０に記載された記号および／または数字（例えば、製造ナンバーなど）など）を識別して電解質膜１０の移動情報を取得する構成とすることも可能である。
【００４５】
一方、拡散層材料供給制御部６５は、第２の情報取得部９６で得られた情報に基づいて各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂによる各拡散層材料１６，１８の供給を制御し、ＭＥＡ３０の両面に、カソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８をそれぞれ所定のタイミングで供給させる。
【００４６】
なお、第２の情報取得部９６により取得される、搬送される電解質膜１０に関する情報としては、例えば、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報であっても良く、また、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報であっても良い。拡散層材料供給制御部６５は、第２の情報取得部９６により取得された電解質膜１０の位置および／または速度に関する情報のほか、図２に示す第１の情報取得部９４により検知される電解質膜１０の特定部分の位置および／または速度に関する情報や、後述する張力緩和機構に関する情報を組み合わせて、各拡散層材料の供給を制御する構成とすることもできる。
【００４７】
ここで、第２の情報取得部９６により取得される、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報とは、例えば、前もって電解質膜１０に塗布された触媒等の端面の情報であって良く、この位置情報に基づいて、ＭＥＡ３０上に各拡散層材料１６，１８を供給するタイミングを制御するする方式が含まれて良いが、これに限定されるものではない。
【００４８】
一方、第２の情報取得部９６により取得される、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報とは、例えば、電解質膜１０が熱外力等による伸縮の影響を考慮する必要がなければ、その特定部分（記録部分）が、所定の間隔で備えられた少なくとも２つの情報取得部を通過する時刻の差（つまり、通過時間）をその間隔で割る事により得られる電解質膜１０の搬送速度の情報であって良く、この速度情報に基づいて、ＭＥＡ３０上に各拡散層材料１６，１８を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されない。
【００４９】
また、第２の情報取得部９６の他の実施の形態として、膜厚測定器を用いる構成とすることも好適である。例えば、電解質膜１０上の所定の箇所に触媒層材料１２，１４が供給され、形成されたＭＥＡ３０と電解質膜１０が露出している部分との外寸（膜厚）の差を利用してＭＥＡ３０が形成されている位置を把握する。膜厚測定器を含む第２の情報取得部９６と各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂとの配置、さらには電解質膜１０の搬送速度に基づいてＭＥＡ３０上にカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８がそれぞれ供給されるように同期をとる。本実施の形態によれば、何らかの不具合により電解質膜１０の表面に所定の触媒層材料が供給されず、所望のＭＥＡ３０が形成されていない箇所に各拡散層材料１６，１８を供給するという無駄を省くことができ、カソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８の歩留まり向上に寄与することが可能となる。
【００５０】
なお、図３に示す加工ローラ７０，７１は、図２に示す加工ローラ６０，６１と同様に、電解質膜１０の、矢印６６方向への搬送を補助する駆動ローラとしても機能し得る。すなわち、各拡散層材料１６，１８および／または電解質膜１０を押圧挟持させた状態における、加工ローラ７０，７１の図３に示した方向への回転が、電解質膜１０の搬送駆動力の少なくとも一部となり得るとともに、電解質膜１０に対する張力の発生要因ともなり得る。そこで、本実施の形態では、電解質膜１０に対する張力緩和のために、電解質膜１０の搬送速度に応じて、加工ローラ７０，７１の周速を制御可能となる構成とするとともに、電解質膜１０に対し、第２の接合部６８に搬送される電解質膜１０の搬送速度と、ＭＥＡ３０上に供給した各拡散層材料１６，１８を押圧挟持により接合する加工ローラ７０，７１の周速度の差を、電解質膜１０への引張ダメージを与えない程度の応力にするために極力小さくし、各拡散層材料１６，１８の押圧挟持の際にはこの各拡散層材料１６，１８（ＭＥＧＡ４０）と加工ローラ７０，７１との間に摩擦や滑りを生じさせないことが好適である。
【００５１】
別の実施の形態として、例えば加工ローラ７０，７１による加工時間が非常に短く、電解質膜１０に対する駆動力が期待できないような場合（このとき、加工ローラと電解質膜との間には一般に、電解質膜の品質が容易に低下しないレベルのスリップが生じている）には、搬送（補助）ローラ８６により積極的に電解質膜１０の搬送を行なうことも好適である。
【００５２】
次に、図１に示す第３の加工装置１３０の前後について拡大した図４を参照する。図４において、第３の加工装置１３０は、連続して搬送される電解質膜１０両面の所定の位置に電極触媒層材料および電極拡散層材料をそれぞれ接合させたＭＥＧＡ４０両面に、シール部材材料５２，５６をそれぞれ接合させ、ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０を作製するシール部材接合装置である。
【００５３】
図４に示すシール部材接合装置（第３の加工装置）１３０は、カソード側シール部材材料供給部７４ａと、アノード側シール部材材料供給部７４ｂと、第３の接合部７８とを備える。カソード側シール部材材料供給部７４ａは、カソード側シール部材材料５２を第３の接合部７８に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで所定のタイミングで供給可能に構成されている。一方、アノード側シール部材供給部７４ｂは、アノード側シール部材材料５６を第３の接合部７８に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで所定のタイミングで供給可能に構成されている。
【００５４】
第３の接合部７８に供給されたカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６は、第３の接合部７８内の加工ローラ８０，８１にそれぞれ転写された後、ＭＥＧＡ４０の両面に所定のタイミングで供給され、接合される。加工ローラ８０，８１間の空隙は、ＭＥＧＡ４０の両面に積層されるカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６に対し所定の圧力を印加可能となるように予め調整されている。加工ロール８０，８１の、矢印方向への回転により、順に搬送されるＭＥＧＡ４０と各シール部材材料５２，５６とが押圧挟持により接合され、ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０が形成される。なお、他の実施の形態として、ＭＥＧＡ４０と各シール部材材料５２，５６との押圧挟持に際し、必要に応じて加工ローラ８０，８１を所定の温度に加熱して、ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０の作製を熱圧着により促進させる構成とすることも好適である。
【００５５】
図４において、カソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６は、例えば燃料電池スタックにおいて、反応ガスや冷媒などの流体を流通させるマニホールドの外周部分に配設され、このマニホールドを流通する各流体の外部漏出および／または異種流体を含む異物のマニホールド内への混入を防止するガスケットやラインシールなどが含まれて良い。このような、カソード側シール部材材料５２および／またはアノード側シール部材材料５６として、例えば、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどの弾性部材を単独で、または適宜組み合わせて用いることができる。なお、図４に示したカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６の断面形状は、例示であって、図１および４に示した形状でなくて良く、作製する燃料電池の構成に応じて適宜設計することができる。
【００５６】
一方、図４において、第３の加工装置１３０の上流側には、移動する電解質膜１０および／またはＭＥＧＡ４０の情報を検知して取得する第３の情報取得部９８が設けられている。シール部材材料供給制御部７５は、第３の情報取得部９８で得られた情報に基づき、各シール部材材料供給部７４ａ，７４ｂによる各シール部材材料５２，５６の供給のタイミングを制御することができる。具体的には、電解質膜１０の搬送速度と電解質膜１０に予め形成された加工位置（例えば、前工程の転写・加工端面等）の画像等位置センサによる検知に基づく構成とすることが可能であるが、これに限らない。
【００５７】
第３の情報取得部９８は、電解質膜１０の特定部分に記録（印刷）された情報、例えば光電管マークや、それに相当する可視または不可視のインクなどにより記録（印刷）された情報を非接触にて検知し、電解質膜１０に関する情報を取得する。他の実施の形態として、第３の情報取得部９８は、電解質膜１０の特定部分に備えられた識別子（例えば、光学的特性（例えば、色）を有するマークや、電解質膜１０に記載された記号および／または数字（例えば、製造ナンバーなど）など）を識別して電解質膜１０の移動情報を取得する構成とすることも可能である。
【００５８】
一方、シール部材材料供給制御部７５は、第３の情報取得部９８で得られた情報に基づいて各シール部材材料供給部７４ａ，７４ｂによる各シール部材材料５２，５６の供給を制御し、ＭＥＧＡ４０の両面に、カソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６をそれぞれ所定のタイミングで供給させる。
【００５９】
なお、第３の情報取得部９８により取得される、搬送される電解質膜１０に関する情報としては、例えば、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報であっても良く、また、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報であっても良い。シール部材材料供給制御部７５は、第３の情報取得部９８により取得された電解質膜１０の位置および／または速度に関する情報のほか、図２に示す第１の情報取得部９４により検知される電解質膜１０の特定部分の位置および／または速度に関する情報や、図３に示す第２の情報取得部９６により検知される電解質膜１０の特定部分の位置および／または速度に関する情報、さらに後述する張力緩和機構に関する情報を組み合わせて、各シール部材材料５２，５６の供給を制御する構成とすることもできる。
【００６０】
ここで、第３の情報取得部９８により取得される、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報とは、例えば、前工程でのＭＥＧＡ４０が形成された積層端面または、同時加工されたマーク等に関する情報であって良く、この位置情報に基づいて、ＭＥＧＡ４０上に各シール部材材料５２，５６を供給するタイミングを制御するする方式が含まれて良いが、これに限定されるものではない。
【００６１】
一方、第３の情報取得部９８により取得される、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報とは、例えば、電解質膜１０の特定部分（記録部分）が、所定の間隔で備えられた少なくとも２つの情報取得部を通過する時刻の差（つまり、通過時間）をその間隔で割る事により得られる電解質膜１０の搬送速度の情報であって良く、この速度情報に基づいて、ＭＥＧＡ４０上に各シール部材材料５２，５６を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されない。
【００６２】
また、第３の情報取得部９８の他の実施の形態として、膜厚測定器を用いる構成とすることも好適である。例えば、ＭＥＡ３０上の所定の箇所に拡散層材料１６，１８が供給され、形成されたＭＥＧＡ４０と電解質膜１０が露出している部分との外寸（膜厚）の差を利用してＭＥＧＡ４０が形成されている位置を把握し、膜厚測定器を含む第３の情報取得部９８と各シール部材材料供給部７４ａ，７４ｂとの距離と電解質膜１０の搬送速度とに基づいてＭＥＧＡ４０上にカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６がそれぞれ供給されるように同期をとる。本実施の形態によれば、何らかの不具合により所望のＭＥＡ３０および／またはＭＥＧＡ４０が形成されていない箇所に各シール部材材料５２，５６を供給するという無駄を省くことができ、歩留まり向上に寄与することが可能となる。
【００６３】
第３の接合部７８内で接合されたＭＥＧＡ−シール部材接合体９０はその後、さらに矢印６６方向に搬送され、巻取りローラ８８により巻き取られる。そして、図示しない別の装置においてＭＥＧＡ−シール部材接合体９０が単位ごとに切断され、さらに図４では図示しないセパレータ（図７参照のこと）などの部材を用いて単セル５０が作製される。所定の数の単セル５０を用いて積層化が行なわれ、燃料電池スタックが形成される。
【００６４】
なお、図４に示す加工ローラ８０，８１は、図２に示す加工ローラ６０，６１と同様に、電解質膜１０の、矢印６６方向への搬送を補助する駆動ローラとしても機能し得る。すなわち、各シール部材材料５２，５６および／または電解質膜１０を押圧挟持させた状態における、加工ローラ８０，８１の図４に示した方向への回転が、電解質膜１０の搬送駆動力の少なくとも一部となり得るとともに、電解質膜１０に対する張力の発生要因ともなり得る。そこで、本実施の形態では、電解質膜１０に対する張力緩和のために、電解質膜１０の搬送速度に応じて、加工ローラ８０，８１の周速を制御可能となる構成とするとともに、電解質膜１０に対し、第３の接合部７８に搬送される電解質膜１０の搬送速度と、ＭＥＧＡ４０上に供給した各シール部材材料５２，５６を押圧挟持により接合する加工ローラ８０，８１の回転速度の差を極力小さくし、各シール部材材料５２，５６の押圧挟持の際にはこの各シール部材材料５２，５６（膜電極拡散層−シール部材接合体９０）と加工ローラ８０，８１との間に摩擦や滑りを生じさせないことが好適である。
【００６５】
上述した実施の形態において、図２〜４に示す各接合部５８，６８，７８は、一対の加工ローラ（６０，６１）、（７０，７１）、（８０，８１）をそれぞれ含み、構成されている。これらの各加工ローラにおける加工可能な時間はそれぞれ、電解質膜１０の搬送速度と、ローラの周径および周速度と、に基づく、加工ローラによる加圧接触時間に依存するため、これらを調節することにより、所望の加工時間を確保することが可能となる。つまり、一定速度で搬送される電解質膜１０に対し、各加工部位において所定の加工を行なうためには、各加工ローラにおける加工時間の相違に基づいて予め各加工ローラの周径（比）を設定することが好適である。本実施の形態によれば、電解質膜１０の搬送速度を一定とした状態のままで各加工ローラ（接合部）における所定の加工を行なうことが可能となる。
【００６６】
これに対し、例えば図５に示すような、複数のロールを含む、キャタピラ方式を適用した一連の加工部材など、複数の加工ローラによる加工処理を行なうことも好適である。図５に示す加工部材１０２は、複数のロール１０６がそれぞれ矢印の方向（反時計回り）に回転することにより、加工ベルト１０４が矢印１０９の方向に回転する。各加工部分においてこのような加工部材１０２を適用する場合には、予め各加工部分における加工時間の相違に基づいて加工ローラの数を適宜設定することにより、矢印６６方向に搬送される基材１０８（電解質膜１０、ＭＥＡ３０またはＭＥＧＡ４０）の搬送速度を一定にした状態においても、各加工部分において所望の加工条件を維持することが可能となるため、好適である。なお、図５に示す加工部材１０２においては、基材１０８の上方のみの構成の概略を示し、基材１０８の下方の構成については省略したが、例えば所定の周径を有する加工ローラを用いる構成としてもよいし、例えば基材１０８の上方に設けられた加工部材１０２と同様の構成を有する、複数のロールを含み構成された加工部材（加工ベルト）を採用することも好適である。
【００６７】
本実施の形態において、例えば、矢印６６方向に搬送される基材１０８の搬送速度の変化等に応じて、これと接触するロール１０６の数を変動させることにより加工ベルト１０４と基材１０８との接触長Ｌを変化させたり、ロール１０６および加工ベルト１０４による、基材１０８に対する押圧力（ロール１０６が加熱ロールの場合は、加熱時間を含む）を変動させたりすることにより、加工条件を適宜調整し、最適化させることが可能となる構成とすることも好適である。
【００６８】
以上説明したように、例えば塗布・乾燥工程など、加工時間が長く、また途中で装置を停止させた場合には不良品発生の要因ともなりやすい工程は極力排除し、比較的短時間でかつ安定した加工を行なうことが可能となる加工ローラまたは加工ベルトを適用した接合体の形成を行なうことにより、製造装置の能力に応じた連続加工が可能となり、電極材料接合体の製造効率は高まる。
【００６９】
さらに、電解質膜１０の搬送速度に応じて、各接合部５８，６８，７８に設けられた各加工ロールとの相対速度（周速）がほぼ０となるように制御することにより、製造時における電解質膜１０に対する張力の発生はある程度抑えられるが、なお不十分な場合がある。
【００７０】
図１に示す、本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置１００は、複数の駆動ローラ（搬送ローラ）、加工ローラなどの各駆動機構を、それぞれ所定の速度（周速）で（回転）駆動させることにより、連続して搬送される電解質膜１０に対し、一連の接合加工を行なう装置である。しかし、各回転駆動部分（加工ローラおよび／または駆動ローラ）において、モータ特性の相違や減速機等のバックラッシュなどが生じ、実際には、各所定の回転速度に対しわずかな遅れや進みが発生する場合がある。このような、不可避的に生じ得るわずかな回転周期（速度）のずれに起因して、電解質膜１０を含む基材の搬送速度や加工時間が微妙に変化する場合がある。このため、電解質膜１０に対し、局所的に過度な張力が加わり、電解質膜１０の伸長や破断の要因となるばかりでなく、加工（接合）不良の要因ともなり得る。このような、機械的特性に由来する不可避的な不具合に対し、図１に示すような張力緩和機構（第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２および第４の張力緩和装置９２）が有効である。
【００７１】
図１および２に示す第１の張力緩和装置６２は、巻出しローラ８４と電極触媒層接合装置１１０との間において、電解質膜１０に対する巻出しローラ８４の駆動制御、加工ロール６０，６１の回転などに伴って生じる張力を緩和させ、連続して搬送される電解質膜１０の伸長を抑制する装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対して張力の上昇を感知すると、第１の張力緩和制御部６３が張力緩和の指令を行ない、第１の張力緩和装置６２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００７２】
このような第１の張力緩和装置６２として、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。例えば、局所的な電解質膜長さの変動を吸収・調整するために、例えば、電解質膜１０の搬送駆動を制御し、一時的に搬送速度を変動させることにより、張力を緩和させる機構（例えば、ダンサーローラなど）や、電解質膜１０を所定の長さだけ滞留させておいて、その下流部における搬送の遅れに対し、速やかに供給を行なう一方、上流からの過剰な搬送に対しては一時的に滞留させる動作を繰り返し行なう搬送緩衝装置（アキュームレータなど）など、必要に応じて一つ以上設けることが好適である。
【００７３】
また、第１の張力緩和装置６２内の図示しない張力感知部として、巻出しローラ８４からの搬送速度を感知して、パウダーブレーキによる巻出しローラの制御に反映させるロータリーエンコーダや、ローラ内に内蔵されたロードセルにより感知したテンションをダンサーローラ制御などに反映させるテンションピックアップなどを用いることが可能であるが、これに限定されない。また、他の実施の形態として、テンションピックアップにより得られた張力に関する情報に基づいて、このテンションピックアップ自身で張力を緩和させる構成とすることも可能である。
【００７４】
また、他の実施の形態として、一般に巻出しローラ８４に予め組み込まれ、巻出しローラ８４の駆動制御に用いられるパウダーブレーキ制御やトルク制御などの制御方式を、第１の張力緩和装置６２とともに、第１の張力緩和制御部６３により制御する構成とすることも好適である。
【００７５】
図１および３に示す第２の張力緩和装置７２は、電極触媒層接合装置１１０と搬送ローラ８６またはこれに近接する電極拡散層接合装置１２０との間において、加工ローラ６０，６１の回転による触媒層材料の接合、搬送ローラ８６の搬送制御、加工および／または搬送ローラ７０，７１の回転による拡散層材料の接合、などに伴って電解質膜１０に対して生じる張力を緩和させる装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対する張力の上昇を感知すると、第２の張力緩和制御部７３が張力緩和の指令を行ない、第２の張力緩和装置７２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００７６】
このような第２の張力緩和装置７２として、第１の張力緩和装置６２と同様、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。第２の張力緩和装置７２は、前述の第１の張力緩和装置６２と同様のもの、または同様の組み合わせで用いてもよいし、また異なる組み合わせによるものであっても良い。電極触媒層接合装置１１０、搬送ローラ８６および電極拡散層接合装置１２０の特性に応じて、適宜選択することが可能である。
【００７７】
図１および４に示す第３の張力緩和装置８２は、電極拡散層接合装置１２０とシール部材接合装置１３０との間において、加工ローラ７０，７１の回転による拡散層部材材料の接合、加工ローラ８０，８１の回転によるシール部材材料の接合、などに伴って電解質膜１０に対して生じる張力を緩和させる装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対する張力の上昇を感知すると、第３の張力緩和制御部８３が張力緩和の指令を行ない、第３の張力緩和装置８２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００７８】
このような第３の張力緩和装置８２として、第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２と同様、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。第３の張力緩和装置８２は、前述の第１の張力緩和装置６２および／または第２の張力緩和装置７２と同様のものまたは同様の組み合わせで用いてもよいし、また異なる組み合わせによるものであっても良い。電極拡散層接合装置１２０およびシール部材接合装置１３０の特性に応じて、適宜選択することが可能である。
【００７９】
図１および４に示す第４の張力緩和装置９２は、シール部材接合装置１３０と巻取りローラ８８との間において、加工ロール８０，８１の回転によるシール部材材料の接合、巻取りローラ８８の回転による膜電極拡散層−シール部材接合体９０の巻き取り、などに伴って電解質膜１０に対して生じる張力を緩和させる装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対する張力の上昇を感知すると、第４の張力緩和制御部９３が張力緩和の指令を行ない、第４の張力緩和装置９２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００８０】
このような第４の張力緩和装置９２として、第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２と同様、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。第４の張力緩和装置９２は、前述の第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２および／または第３の張力緩和装置８２と同様のもの、または同様の組み合わせで用いてもよいし、また異なる組み合わせによるものであっても良い。シール部材接合装置１３０および巻取りローラ８８の特性に応じて、適宜選択することが可能である。
【００８１】
また、他の実施の形態として、第４の張力緩和装置９２において、一般に巻取りローラ８８と対をなすものとして予め組み込まれ、巻取りローラ８８の駆動制御に用いられる図示しないテーパーテンション制御機構などを、第４の張力緩和装置９２とともに、第４の張力緩和制御部９３により制御する構成とすることも好適である。
【００８２】
図１に示すように、第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２および第４の張力緩和装置９２からなる張力緩和機構は、それぞれ独立して設けられることが好ましい。各加工箇所間にそれぞれ独立して設けられることにより、電解質膜１０の局所的な張力の発生に対しても、速やかな張力緩和制御が実現可能となる。
【００８３】
なお、図１に示す電極材料接合体製造装置１００においては、上述したような、特に電解質膜１０が所望の搬送速度において安定した速度で運転している場合に限らず、従来の電極材料接合体製造装置では一般に制御が困難であった、搬送開始（運転開始）直後や搬送終了（運転停止）直前など、搬送速度変化が大きな状態においても、所望の加工品質を確保することが可能である。
【００８４】
上述のように、電極材料接合体製造装置１００において、各加工箇所における加工時間は、電解質膜１０の搬送速度に依存する。前述のように、電解質膜１０に対する張力の発生を回避するためには、電解質膜１０の搬送速度と、加工ローラの周速との間の差を極力無くすことが好適である。このため、例えば、搬送開始直後など、電解質膜１０の搬送速度が次第に加速されている状態では、後工程に進むにつれて加工時間が定速搬送の場合と比較して短くなる。一方、搬送終了直前など、電解質膜１０の搬送速度が次第に減速されている状態では、後工程に進むにつれて加工時間が定速搬送の場合と比較して長くなる。
【００８５】
このような、電解質膜１０の搬送速度の変化にかかわらず良好な加工性能を維持するためには、各加工箇所において、ある所定の加工時間における好適な加工（接合）条件を予め規定しておくことが好適である。そして、電解質膜１０の搬送速度の変化に応じて好適な加工条件（例えば、加工圧力および／または加工温度など）に制御することにより、搬送速度が不安定な条件下においても高品質の接合体を作製することが可能となる。
【００８６】
これに対し、電解質膜１０の搬送速度が一定の場合には、前述のように、駆動ローラ、加工ローラの周速をすべてほぼ一定とすることにより、各加工箇所において良好な加工を行なうことが可能である。なお、搬送される電解質膜１０と、各ローラ間に滑りが生じた場合には、電解質膜１０の搬送速度を低下させる（例えば、ダンサーローラを利用することができる）か、所定箇所における電解質膜−ローラ間の面圧を、電解質膜１０に対する張力が上昇しない程度に上昇させることにより、解消することが可能である。
【００８７】
なお、本発明の他の実施の形態として、加工ローラなどの駆動系ローラを増減させることも可能である。図１において、例えば、電解質膜１０の両面に予め触媒材料が塗布されたものを電極材料として用いる場合には、第１の加工装置１１０は不要であり、これに伴って張力緩和装置７２（または張力緩和装置６２）を省くことも可能となる。同様に、加工ローラなどの駆動系ローラを増加させる場合には、これに対応する張力緩和装置を設けることにより、良好な加工制御が可能となる。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例を挙げ、より具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８９】
図６は、本発明の実施の形態における燃料電池用電極材料接合体の製造装置の構成の概略を示す斜視図である。なお、電解質膜１０の所定の位置に触媒層や拡散層などの各被接合材料の位置決めを好適に行なうことが可能になる材料供給制御部や情報取得部（図２〜４参照）の構成については、省略した。
【００９０】
図６において、ロール状に巻き取られている電解質膜１０が、巻出しローラ８４から所定の搬送速度で巻き出される。第１の加工装置１１０の直前に設けられた搬送ローラ８６ａにより、電解質膜１０の搬送速度が調整された後、第１の加工装置１１０において、電極触媒層材料が供給され、接合される。
【００９１】
第１の加工装置１１０には、カソード触媒層材料供給部５４ａ、アノード触媒層材料供給部５４ｂおよび加熱加圧ローラ（加工ローラ）６０，６１がそれぞれ設けられている。本実施の形態において、カソード触媒層材料供給部５４ａには、ロール状に巻き取られたカソード触媒層材料ロールが、アノード触媒層材料供給部５４ｂには、アノード触媒層材料ロールが、それぞれセットされる。カソード触媒層材料供給部５４ａ、アノード触媒層材料供給部５４ｂは、巻出しローラ８４からの電解質膜１０の搬送に応じて、カソード触媒層材料１２，アノード触媒層材料１４を、電解質膜１０の両面に対し所定の間隔でそれぞれ供給する。搬送される電解質膜１０の両面に供給されたカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４は、所定の温度、所定の挟持圧力に設定された加熱加圧ローラ６０，６１の回転により、所定の時間にわたり熱圧着され接合され、ＭＥＡ３０が所定の間隔で形成される。
【００９２】
一方、巻出しローラ８４と第１の加工装置１１０（搬送ローラ８６ａ）との間には、第１のアキュームレータ６２ａと、第１のテンションピックアップ６２ｂと、第１のダンサーロール６２ｃとを含む張力緩和装置６２が設けられている。張力緩和装置６２は、電解質膜１０に対し、巻出しローラ８４−搬送ローラ８６ａ間において生じる張力を緩和するとともに、場合によっては巻出しローラ８４と搬送ローラ８６ａとの間に生じ得る、搬送速度のわずかな差をも緩和することができる。
【００９３】
第１の加工装置１１０においてＭＥＡ３０が形成された電解質膜１０（ＭＥＡ３０）は、第２の加工装置１２０の直前に設けられた搬送ローラ８６ｂにより、搬送速度が調整された後、第２の加工装置１２０において、電極拡散層材料が供給され、接合される。第２の加工装置１２０には、カソード拡散層材料供給部６４ａ、アノード拡散層材料供給部６４ｂ、加熱加圧ローラ（加工ローラ）７０，７１がそれぞれ設けられている。電極触媒層材料１２，１４が、ＭＥＡ３０の両側に、所定の搬送間隔でそれぞれ供給され、加熱加圧ローラ７０，７１により接合される。
【００９４】
一方、第１の加工装置１１０（加工ローラ６０，６１）と第２の加工装置１２０（搬送ローラ８６ｂ）との間には、第１のテンションピックアップ７２ｂと、第２のダンサーロール７２ｃとを含む張力緩和装置７２が設けられている。張力緩和装置７２は、電解質膜１０に対し、加工ローラ６０，６１−搬送ローラ８６ｂ間において生じる張力を緩和するとともに、場合によっては搬送ローラ８６ａと搬送ローラ８６ｂとの間に生じ得る、搬送速度のわずかな差をも緩和することができる。
【００９５】
第２の加工装置１２０においてＭＥＧＡ４０が形成された後、第３の加工装置１３０において、シール部材材料が供給され、接合される。第３の加工装置１３０には、カソード側シール部材材料供給部７４ａ、アノード側シール部材材料供給部７４ｂ、加熱加圧ローラ（加工ローラ）８０，８１がそれぞれ設けられている。ＭＥＧＡ４０の両側に、電極触媒層材料１２，１４が所定の搬送間隔でそれぞれ供給され、加熱加圧ローラ８０，８１により接合される。
【００９６】
一方、第２の加工装置１２０（加工ローラ７０，７１）と第３の加工装置１３０（加工ローラ８０，８１）との間には、第２のアキュームレータ８２ａと、第３のテンションピックアップ８２ｂと、第３のダンサーロール８２ｃとを含む張力緩和装置８２が設けられている。張力緩和装置８２は、電解質膜１０に対し、加工ローラ７０，７１−加工ローラ８０，８１間において生じる張力を緩和するとともに、場合によっては搬送ローラ８６ｂと加工ローラ８０，８１との間に生じ得る、搬送速度のわずかな差をも緩和することができる。
【００９７】
第３の加工装置１３０においてＭＥＧＡ−シール部材接合体９０が形成された電解質膜１０はその後、巻取りローラ８８により、巻き取られる。巻取りローラ８８による電解質膜１０（ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０）の巻き取りに応じて、巻取りローラ８８によるトルクを制御し、電解質膜１０にかかる張力を緩和する構成とすることが好ましい。このとき、巻取りローラ８８によるトルク制御とともに、第３の加工装置１３０（加工ローラ８０，８１）と巻取りローラ８８との間に設けられた、第３のアキュームレータ９２ａと、第４のテンションピックアップ９２ｂと、第４のダンサーロール９２ｃとを含む張力緩和装置９２により、電解質膜１０に対し、加工ローラ８０，８１−巻取りローラ８８間において生じる張力を緩和することができる。
【００９８】
本発明の実施の形態として、電解質膜１０としては、従来燃料電池用として用いられているものであればいかなるものを用いても良い。例えば、パーフルオロ硫酸系電解質膜であるナフィオン（登録商標）１１２、１１５（デュポン社製）などが好適であるが、これに限定されない。また、電解質膜１０の厚みは、水素イオンの移動を速やかに行なうことが可能であって、かつ一連の搬送および接合により損傷が発生しない程度の強度を有するものであれば特に制限はないが、例えば、１０〜１００μｍ程度のものが好適である。
【００９９】
なお、図６に示す電極材料接合体製造装置において、電解質膜１０の搬送は複数の駆動系ローラ（巻出しローラ８４、搬送ローラ８６ａ，８６ｂ、加工ローラ６０，６１、７０，７１、８０，８１、巻取りローラ８８）により行なわれている。このため、何らかの理由により搬送する電解質膜１０に不具合が生じた場合であっても、それよりも下流の、良品が成形されている箇所においては、最終製品まで好適に製造を行なうことが可能となり、接合体材料、特に電解質膜１０の歩留まり向上に寄与するため、好適である。
【０１００】
一方、図６に示す電極材料接合体製造装置に好適に用いられる張力緩和装置のうち、特にアキュームレータなどの搬送緩衝装置においては、特に電極材料接合体製造装置のスタート開始（電解質膜１０の搬送開始）直後など、電解質膜１０の搬送速度の変化が大きいことにより、電解質膜１０に対し比較的大きな張力を受けやすく、また数十秒から場合によっては数分程度の、比較的長期間の張力緩和を連続して行なう場合において好適に用いられる。つまり、微細な張力緩和には不向きであるが比較的大幅な張力の緩和を行なう必要がある場合に特に有利である。このため、例えばアキュームレータ６２ａのように、巻出しローラ８４の下流側、また、例えばアキュームレータ９２ａのように、巻取りローラ８８の上流側に好適に用いられる。さらに、張力緩和装置としてアキュームレータを用いることにより、例えばロール交換の際に装置の停止をする必要がなく、またロール交換をする場合であってもある程度加工を続けておくことが可能であるため、生産効率の向上や歩留まり向上にも寄与し得る。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、燃料電池用電極接合体およびこれを使用する燃料電池の作製に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す拡大図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における加工部材の構成の概略を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す斜視図である。
【図７】単セルの構成の概略を例示する図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ 電解質膜、１２ カソード触媒層（材料）、１４ アノード触媒層（材料）、１６ カソード拡散層（材料）、１８ アノード拡散層（材料）、２０ 酸化ガス流路、２２ セル冷媒流路、２４ 燃料ガス流路、２６ カソード側セパレータ、２８ アノード側セパレータ、３０ 膜電極接合体（ＭＥＡ）、４０ 膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）、５０ 単セル、５２ カソード側シール部材材料、５４ａ，５４ｂ 触媒層材料供給部、５６ アノード側シール部材材料、５５ 触媒層材料供給制御部、５８，６８，７８ 接合部、６０，６１，７０，７１，８０，８１ 加工ローラ、６２，７２，８２，９２ 張力緩和装置（機構）、６３，７３，８３，９３ 張力緩和制御部、６４ａ，６４ｂ 拡散層材料供給部、６５ 拡散層材料供給制御部、６６ 搬送方向、７４ａ，７４ｂ シール部材材料供給部、７５ シール部材材料供給制御部、８４ 巻出しローラ、８６，８６ａ，８６ｂ 搬送ローラ、８８ 巻取りローラ、９０ 膜電極拡散層−シール部材接合体、９４，９６，９８ 情報取得部、１００ 電極材料接合体製造装置、１０２ 加工部材、１０４ 加工ベルト、１０６ ロール、１０８ 基材、１１０ 電極触媒層接合装置（第１の加工装置）、１２０ 電極拡散層接合装置（第２の加工装置）、１３０ シール部材接合装置（第３の加工装置）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電極材料接合体の製造装置および製造方法に関し、詳細には、連続して搬送される電解質膜の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置および製造方法、該燃料電池用電極材料接合体、該燃料電池用電極材料接合体を含む燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の最小単位に相当する、一般的な単セル（燃料電池単セルとも称する）の構成について、特に電極部分を含む要部の構成の概略について説明する。図７に例示するように、カソード触媒層１２（酸化極またはカソード極とも称する）とアノード触媒層１４（燃料極またはアノード極とも称する）を、電解質膜１０を挟んで互いに対向するように設け、いわゆる膜電極接合体（ＭＥＡ）３０が構成されている。また、カソード触媒層１２の外側にカソード拡散層１６を、またアノード触媒層１４の外側にアノード拡散層１８を、それぞれ設けることにより、いわゆる膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）４０が構成されている。さらに、カソード拡散層１６の外側に、酸化ガス流路２０およびセル冷媒流路２２が形成されたカソード側セパレータ２６が、アノード拡散層１８の外側に、燃料ガス流路２４およびセル冷媒流路２２が形成されたアノード側セパレータ２８が、例えば、接着や熱圧着などにより一体化されて、単セル５０が形成される。
【０００３】
このようにして得られた単セル５０を、所望の起電力が得られるように複数枚積層させた燃料電池スタック（単に燃料電池とも称する）がさまざまな分野において適用されている。燃料電池スタックは一般に、カソード触媒層１２に酸素や空気等の酸化ガスを、アノード触媒層１４に水素等の燃料ガスを、それぞれ供給して発電する。このような燃料電池は通常、発電時には例えば６０℃から１００℃程度の所定の温度範囲となるように制御されているが、発電時には化学反応に伴う熱を発生するため、燃料電池の過熱を防止するために水やエチレングリコールなどの冷媒を図７に示すセル冷媒流路２２に流通させる。
【０００４】
製造コスト低減のため、燃料電池の量産化に向けた検討がなされている。例えば、連続して搬送される帯状の電解質膜の両面の所定の位置に触媒層材料や拡散層材料などの電極材料を順に接合させることにより、膜電極接合体（ＭＥＡ）および／または膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）を作製し、さらに場合によってはガスケットやセパレータを含む単セルを、一連の工程にて連続的に製造する方法をはじめ、ライン処理にて一連の積層処理を行なうさまざまな方法が検討されている。
【０００５】
特許文献１には、帯状シート素材を成形し、セパレータを形成したセパレータ帯にＭＥＡを組み付けた後で切断し、個々の単セルを形成する技術について記載されている。
【０００６】
特許文献２には、接合時の位置決め精度を向上させるために、電解質膜の搬送時の撓みを改善するフィルム緊張部を設け、また電解質膜の縁部に規則的に設けられた位置決めマークや搬送穴を基準として接合する技術について記載されている。
【０００７】
特許文献３、４には、電解質膜等に対するしわの発生を防止するために所定の張力を維持した状態で搬送させる技術について記載されている。
【０００８】
特許文献５には、連続的に送られるウエブ状の電解質膜に触媒層を積層した接合体が連続して形成される部材において、拡散層の積層や接合体の切断を精度よく行なうために位置決め用のセンサを適用する旨が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１９０９４６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３１８２号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６０７５号公報
【特許文献４】特開２００６−１１６８１６号公報
【特許文献５】特開２００５−１２９２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一方、電解質膜は、特に加熱状態においては、わずかな張力でも容易に伸長する性質を有している。電解質膜のこのような特性は、連続生産、高速生産のための大きな妨げの要因ともなっており、また高い変形性を有する電解質膜の安定した搬送制御は、燃料電池の機能特性や組み付け精度に基づく耐久性にも影響する重要な課題の一つとなっている。
【００１１】
燃料電池を一連の工程にて連続的に作製する場合には、各加工工程において電解質膜の水分量や加工温度が異なることにより、種々の不具合に繋がるおそれがある。加熱加工時に、電解質膜表面に対して張力がかかりすぎてしまうと、例えば電解質膜の搬送方向における伸長、およびこれに伴う部分的な膜厚の低下による反応ガスのクロスリークなどに繋がる場合が懸念される。また、電解質膜に対しさらに張力がかかりすぎてしまうと、場合によっては電解質膜の破断や損傷の要因ともなり得る。
【００１２】
一方、電解質膜表面の所定箇所に触媒層や拡散層などの電極材料を順に接合させるには、搬送される電解質膜の搬送速度に応じて、所定のタイミングで精度よく積層させる必要がある。しかし、電解質膜の収縮／伸長により各接合体の間隔が不均一となり得る条件下においては、次に積層させる電極材料等を供給させるタイミングについても調整が必要となるため、一般に複雑なシステム構成とせざるを得ない。また、場合によっては製造スピードを低下させ、また環境中の温度や湿度を調整しながら搬送することにより、このような不具合の発生を抑制させることも想定されるが、かかる場合には、連続生産システムによる製造コスト低減効果があまり期待できない。
【００１３】
本発明は、組み付け精度の高い燃料電池を連続して作製することが可能な燃料電池用材料接合体の製造装置および製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の構成は以下のとおりである。
【００１５】
（１）連続して搬送される電解質膜の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置であって、前記電解質膜を所定の方向に搬送させる駆動機構と、前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和機構と、搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工箇所と、を備え、前記張力緩和機構が、前記加工箇所のそれぞれに対し独立して設けられている張力緩和手段を含む、製造装置。
【００１６】
（２）上記（１）に記載の製造装置において、前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを有し、各加工箇所における加工時間の相違に基づいて各加工ローラの周径を設定する、製造装置。
【００１７】
（３）上記（１）に記載の製造装置において、前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを複数有し、各加工箇所における加工時間の相違に基づいて前記各加工箇所における加工ローラの数を設定する、製造装置。
【００１８】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の製造装置において、前記張力緩和手段が、それぞれ複数の張力緩和装置を含む、製造装置。
【００１９】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の製造装置により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【００２０】
（６）電解質膜の両面に電極材料を接合させてなる燃料電池用電極材料接合体の製造方法であって、前記電解質膜を連続して搬送させる工程と、搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工工程と、前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和工程と、を含み、前記張力緩和工程が、少なくとも前記加工工程のそれぞれに対応して行われる、製造方法。
【００２１】
（７）上記（６）に記載の製造方法により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【００２２】
（８）上記（５）または（７）に記載の燃料電池用電極材料接合体を含む、燃料電池。
【発明の効果】
【００２３】
組み付け精度の高い燃料電池用電極材料接合体を効率よく作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について、以下、図面に基づいて説明する。なお、各図面において同じ構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。また、図面全体としての寸法の比率は実際のものとは相違している。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池用電極材料接合体の製造装置について説明する概略図である。図１に示す燃料電池用電極材料接合体の製造装置１００は、第１の加工装置１１０、第２の加工装置１２０、第３の加工装置１３０および張力緩和機構（第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２および第４の張力緩和装置９２）をそれぞれ備え、巻出しローラ８４から矢印６６の方向に連続して搬送される電解質膜１０の両面に各電極材料を順に接合させることにより、燃料電池用電極材料接合体を製造する装置である。
【００２６】
図２〜４は、図１の燃料電池用電極材料接合体の製造装置１００についてさらに詳細に説明するために、第１の加工装置１１０、第２の加工装置１２０および第３の加工装置１３０の前後についてそれぞれ拡大した概略図である。
【００２７】
まず、図１に示す第１の加工装置１１０の近傍について拡大した図２を参照する。図２において、第１の加工装置１１０は、巻出しローラ８４から連続して搬送される電解質膜１０両面の所定の位置に電極触媒層材料１２，１４をそれぞれ接合させ、ＭＥＡ３０を作製する電極触媒層接合装置である。
【００２８】
図２に示す電極触媒層接合装置（第１の加工装置）１１０は、カソード触媒層材料供給部５４ａと、アノード触媒層材料供給部５４ｂと、第１の接合部５８とを備える。カソード触媒層材料供給部５４ａは、カソード触媒層材料１２を第１の接合部５８に対し、例えばコンベア等の供給ベルトなどで供給可能に構成されている。一方、アノード触媒層材料供給部５４ｂは、アノード触媒層材料１４を第１の接合部５８に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで供給可能に構成されている。
【００２９】
第１の接合部５８に供給されたカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４は、第１の接合部５８内の加工ローラ６０，６１にそれぞれ転写された後、電解質膜１０の両面に所定のタイミングで供給され、接合される。このとき、加工ローラ６０，６１間の空隙は、電解質膜１０の両面に積層されるカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４に対し所定の圧力を印加可能となるように予め調整されている。加工ローラ６０，６１の矢印方向への回転により、電解質膜１０と各触媒層材料１２，１４とが押圧挟持により接合され、ＭＥＡ３０が形成される。なお、他の実施の形態として、電解質膜１０と各触媒層材料１２，１４との押圧挟持に際し、必要に応じて加工ローラ６０，６１を所定の温度に加熱して、ＭＥＡ３０の作製を熱圧着により促進させる構成とすることも好適である。
【００３０】
図２において、各触媒層材料供給部５４ａ，５４ｂによりそれぞれ供給されるカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４としては、白金などを含む金属または合金などを含有する触媒を、カーボンブラック等の炭素材料などの触媒担持体に担持させた各触媒層原料を、例えば、水やエタノールなどの分散媒に分散させて液状またはペースト状としたいわゆる触媒インクを適用することができる。具体的には、例えば、予め準備したシート状基材の表面に、上述の触媒インクを、例えば噴霧または塗布などにより所望する触媒層の形状に形成し、乾燥させたものを適用し、電解質膜１０上に接合させる構成を採用することができるが、これに限定されるものではなく、例えば、他の実施の形態として、上述した触媒インクに相当する材料を、連続して搬送されている電解質膜１０の表面に直接塗布または噴霧する構成とすることも可能である。また、カソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４は、その組成が同じであっても、異なるものであっても良い。
【００３１】
一方、図２において、第１の加工装置１１０の上流側（巻出しローラ８４側）には、移動する電解質膜１０の情報を検知して取得する第１の情報取得部９４が設けられている。触媒層材料供給制御部５５は、第１の情報取得部９４で得られた情報に基づき、各触媒層材料供給部５４ａ，５４ｂによる各触媒層材料１２，１４の供給のタイミングを制御することができる。
【００３２】
第１の情報取得部９４は、電解質膜１０の特定部分に記録（印刷）された情報、例えば光電管マークや、それに相当する可視または不可視のインクなどにより記録（印刷）された情報を非接触にて検知し、電解質膜１０に関する情報を取得する。他の実施の形態として、第１の情報取得部９４は、電解質膜１０の特定部分に備えられた識別子（例えば、光学的特性（例えば、色）を有するマークや、電解質膜１０に記載された記号および／または数字（例えば、製造ナンバーなど）など）を識別して電解質膜１０の移動情報を取得する構成とすることも可能である。
【００３３】
一方、触媒層材料供給制御部５５は、第１の情報取得部９４で得られた情報に基づいて各触媒層材料供給部５４ａ，５４ｂによる各触媒層材料１２，１４の供給を制御し、電解質膜１０の両面に、カソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４をそれぞれ所定のタイミングで供給させる。
【００３４】
なお、第１の情報取得部９４により取得される、搬送される電解質膜１０に関する情報としては、例えば、電解質膜１０の位置に関する情報であっても良く、また、電解質膜１０の速度に関する情報であっても良い。触媒層材料供給制御部５５は、第１の情報取得部９４により取得された電解質膜１０の位置および／または速度に関する情報のほか、後述する張力緩和機構に関する情報を組み合わせて、各触媒層材料の供給を制御する構成とすることもできる。
【００３５】
ここで、第１の情報取得部９４により取得される、電解質膜１０の位置に関する情報とは、例えば、前もって電解質膜１０に塗布された塗布端面の情報であって良く、この電解質膜１０の特定部分の位置情報に基づいて、電解質膜１０上に各触媒層材料１２，１４を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されるものではない。具体的には、電解質膜１０の搬送速度と電解質膜１０に予め形成された加工位置の画像等位置センサによる検知に基づく構成とすることが可能であるが、これに限らない。
【００３６】
一方、第１の情報取得部９４により取得される、電解質膜１０の速度に関する情報とは、例えば、ドップラー効果を利用した膜の速度情報、または電解質膜１０の特定部分（記録部分）が、所定の間隔で備えられた少なくとも２つの情報取得部を通過する時刻の差（つまり、通過時間）をその間隔で割る事により得られる電解質膜１０の搬送速度の情報であって良く、この速度情報に基づいて、電解質膜１０上に各触媒層材料１２，１４を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されない。
【００３７】
なお、図２に示す加工ローラ６０，６１は、ＭＥＡ３０が形成された電解質膜１０の、矢印６６方向への搬送を補助する駆動ローラとしても機能し得る。すなわち、各触媒層材料１２，１４および／または電解質膜１０を押圧挟持させた状態における、加工ローラ６０，６１の図２に示した方向への回転が、電解質膜１０の搬送駆動力の少なくとも一部となり得るとともに、電解質膜１０に対する張力の発生要因ともなり得る。そこで、本実施の形態では、電解質膜１０に対する張力緩和のために、電解質膜１０の搬送速度に応じて、加工ローラ６０，６１の周速を制御可能となる構成とするとともに、電解質膜１０に対し、第１の接合部５８に搬送される電解質膜１０の搬送速度と、各触媒層材料１２，１４を電解質膜１０上に供給する加工ローラ６０，６１の周速度との差を膜へのダメージを与えないレベル、より具体的には、電解質膜１０の有する弾性域の範囲内に収まる程度に極力小さくし、各触媒層材料１２，１４の押圧挟持の際にはこの各触媒層材料１２，１４（ＭＥＡ３０）と、加工ローラ６０，６１との間に摩擦や滑りを生じさせないことが好適である。この場合、駆動ローラをスリップさせなければ、図１に示す搬送ローラ８６は必要なくなる。
【００３８】
次に、図１に示す第２の加工装置１２０の近傍について拡大した図３を参照する。図３において、第２の加工装置１２０は、連続して搬送される電解質膜１０両面の所定の位置に電極触媒層材料１２，１４をそれぞれ接合させて形成されたＭＥＡ３０の両面に電極拡散層材料１６，１８をそれぞれ接合させ、ＭＥＧＡ４０を作製する電極拡散層接合装置である。
【００３９】
図３に示す電極拡散層接合装置（第２の加工装置）１２０は、カソード拡散層材料供給部６４ａと、アノード拡散層材料供給部６４ｂと、第２の接合部６８とを備える。カソード拡散層材料供給部６４ａは、カソード拡散層材料１６を、アノード拡散層材料供給部６４ｂは、アノード拡散層材料１８を、それぞれ、ＭＥＡ３０の両面に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで所定のタイミングで供給可能に構成されている。
【００４０】
一方、第２の接合部６８は、所定の空隙を有し、矢印方向に回転可能な加工ローラ７０，７１を備える。加工ローラ７０，７１間の空隙は、ＭＥＡ３０の両面に積層されるカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８に対し所定の圧力を印加可能となるように予め調整されている。加工ローラ７０，７１の矢印方向への回転により、ＭＥＡ３０と各拡散層材料１６，１８とが押圧挟持により接合され、ＭＥＧＡ４０が形成される。なお、ＭＥＡ３０と各拡散層材料１６，１８との押圧挟持に際し、必要に応じて加工ローラ７０，７１を所定の温度に加熱して、ＭＥＧＡ４０を熱圧着により促進させることも好適である。
【００４１】
図３において、各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂによりそれぞれ供給されるカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８としては、一般にカーボンペーパーやカーボンクロス等、所定の幅および長さを有するシート状に形成されたカーボン繊維を基材とし、所望の通気性や電子伝導性を確保するとともに、触媒層や拡散層内での水分の滞留によるフラッディングを防止するために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のバインダまたはその他の水和処理材料を用いて処理し、所望の疎水性または親水性を付与したものを使用しても良い。また、必要に応じてカーボン粒子等の導電性粒子を併用し、導電性を向上させることも好適である。
【００４２】
また、図３において示したカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８として、予めＭＥＧＡ４０の形状に応じた所定の形状（つまり、厚みを除き、カソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４とほぼ同様の形状。図７参照のこと）に加工したものを使用した実施の形態を示しているが、他の実施の形態において、各拡散層供給部６４ａ，６４ｂの一部にロータリーカッタなどの図示しない切断部材を設け、搬送される一連のカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８を、所定の形状に切断しながら供給し、接合させることも好適である。
【００４３】
一方、図３において、第２の加工装置１２０の上流側には、移動する電解質膜１０および／またはＭＥＡ３０の情報を検知して取得する第２の情報取得部９６が設けられている。拡散層材料供給制御部６５は、第２の情報取得部９６で得られた情報に基づき、各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂによる各拡散層材料１６，１８の供給のタイミングを制御することができる。具体的には、電解質膜１０の搬送速度と電解質膜１０に予め形成された加工位置（例えば、前工程の転写・加工端面等）の画像等位置センサによる検知に基づく構成とすることが可能であるが、これに限らない。
【００４４】
第２の情報取得部９６は、電解質膜１０の特定部分に記録（印刷）された情報、例えば光電管マークや、それに相当する可視または不可視のインクなどにより記録（印刷）された情報を非接触にて検知し、電解質膜１０に関する情報を取得する。他の実施の形態として、第２の情報取得部９６は、電解質膜１０の特定部分に備えられた識別子（例えば、光学的特性（例えば、色）を有するマークや、電解質膜１０に記載された記号および／または数字（例えば、製造ナンバーなど）など）を識別して電解質膜１０の移動情報を取得する構成とすることも可能である。
【００４５】
一方、拡散層材料供給制御部６５は、第２の情報取得部９６で得られた情報に基づいて各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂによる各拡散層材料１６，１８の供給を制御し、ＭＥＡ３０の両面に、カソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８をそれぞれ所定のタイミングで供給させる。
【００４６】
なお、第２の情報取得部９６により取得される、搬送される電解質膜１０に関する情報としては、例えば、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報であっても良く、また、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報であっても良い。拡散層材料供給制御部６５は、第２の情報取得部９６により取得された電解質膜１０の位置および／または速度に関する情報のほか、図２に示す第１の情報取得部９４により検知される電解質膜１０の特定部分の位置および／または速度に関する情報や、後述する張力緩和機構に関する情報を組み合わせて、各拡散層材料の供給を制御する構成とすることもできる。
【００４７】
ここで、第２の情報取得部９６により取得される、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報とは、例えば、前もって電解質膜１０に塗布された触媒等の端面の情報であって良く、この位置情報に基づいて、ＭＥＡ３０上に各拡散層材料１６，１８を供給するタイミングを制御するする方式が含まれて良いが、これに限定されるものではない。
【００４８】
一方、第２の情報取得部９６により取得される、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報とは、例えば、電解質膜１０が熱外力等による伸縮の影響を考慮する必要がなければ、その特定部分（記録部分）が、所定の間隔で備えられた少なくとも２つの情報取得部を通過する時刻の差（つまり、通過時間）をその間隔で割る事により得られる電解質膜１０の搬送速度の情報であって良く、この速度情報に基づいて、ＭＥＡ３０上に各拡散層材料１６，１８を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されない。
【００４９】
また、第２の情報取得部９６の他の実施の形態として、膜厚測定器を用いる構成とすることも好適である。例えば、電解質膜１０上の所定の箇所に触媒層材料１２，１４が供給され、形成されたＭＥＡ３０と電解質膜１０が露出している部分との外寸（膜厚）の差を利用してＭＥＡ３０が形成されている位置を把握する。膜厚測定器を含む第２の情報取得部９６と各拡散層材料供給部６４ａ，６４ｂとの配置、さらには電解質膜１０の搬送速度に基づいてＭＥＡ３０上にカソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８がそれぞれ供給されるように同期をとる。本実施の形態によれば、何らかの不具合により電解質膜１０の表面に所定の触媒層材料が供給されず、所望のＭＥＡ３０が形成されていない箇所に各拡散層材料１６，１８を供給するという無駄を省くことができ、カソード拡散層材料１６およびアノード拡散層材料１８の歩留まり向上に寄与することが可能となる。
【００５０】
なお、図３に示す加工ローラ７０，７１は、図２に示す加工ローラ６０，６１と同様に、電解質膜１０の、矢印６６方向への搬送を補助する駆動ローラとしても機能し得る。すなわち、各拡散層材料１６，１８および／または電解質膜１０を押圧挟持させた状態における、加工ローラ７０，７１の図３に示した方向への回転が、電解質膜１０の搬送駆動力の少なくとも一部となり得るとともに、電解質膜１０に対する張力の発生要因ともなり得る。そこで、本実施の形態では、電解質膜１０に対する張力緩和のために、電解質膜１０の搬送速度に応じて、加工ローラ７０，７１の周速を制御可能となる構成とするとともに、電解質膜１０に対し、第２の接合部６８に搬送される電解質膜１０の搬送速度と、ＭＥＡ３０上に供給した各拡散層材料１６，１８を押圧挟持により接合する加工ローラ７０，７１の周速度の差を、電解質膜１０への引張ダメージを与えない程度の応力にするために極力小さくし、各拡散層材料１６，１８の押圧挟持の際にはこの各拡散層材料１６，１８（ＭＥＧＡ４０）と加工ローラ７０，７１との間に摩擦や滑りを生じさせないことが好適である。
【００５１】
別の実施の形態として、例えば加工ローラ７０，７１による加工時間が非常に短く、電解質膜１０に対する駆動力が期待できないような場合（このとき、加工ローラと電解質膜との間には一般に、電解質膜の品質が容易に低下しないレベルのスリップが生じている）には、搬送（補助）ローラ８６により積極的に電解質膜１０の搬送を行なうことも好適である。
【００５２】
次に、図１に示す第３の加工装置１３０の前後について拡大した図４を参照する。図４において、第３の加工装置１３０は、連続して搬送される電解質膜１０両面の所定の位置に電極触媒層材料および電極拡散層材料をそれぞれ接合させたＭＥＧＡ４０両面に、シール部材材料５２，５６をそれぞれ接合させ、ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０を作製するシール部材接合装置である。
【００５３】
図４に示すシール部材接合装置（第３の加工装置）１３０は、カソード側シール部材材料供給部７４ａと、アノード側シール部材材料供給部７４ｂと、第３の接合部７８とを備える。カソード側シール部材材料供給部７４ａは、カソード側シール部材材料５２を第３の接合部７８に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで所定のタイミングで供給可能に構成されている。一方、アノード側シール部材供給部７４ｂは、アノード側シール部材材料５６を第３の接合部７８に対し、例えばコンベア状の搬送ベルトなどで所定のタイミングで供給可能に構成されている。
【００５４】
第３の接合部７８に供給されたカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６は、第３の接合部７８内の加工ローラ８０，８１にそれぞれ転写された後、ＭＥＧＡ４０の両面に所定のタイミングで供給され、接合される。加工ローラ８０，８１間の空隙は、ＭＥＧＡ４０の両面に積層されるカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６に対し所定の圧力を印加可能となるように予め調整されている。加工ロール８０，８１の、矢印方向への回転により、順に搬送されるＭＥＧＡ４０と各シール部材材料５２，５６とが押圧挟持により接合され、ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０が形成される。なお、他の実施の形態として、ＭＥＧＡ４０と各シール部材材料５２，５６との押圧挟持に際し、必要に応じて加工ローラ８０，８１を所定の温度に加熱して、ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０の作製を熱圧着により促進させる構成とすることも好適である。
【００５５】
図４において、カソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６は、例えば燃料電池スタックにおいて、反応ガスや冷媒などの流体を流通させるマニホールドの外周部分に配設され、このマニホールドを流通する各流体の外部漏出および／または異種流体を含む異物のマニホールド内への混入を防止するガスケットやラインシールなどが含まれて良い。このような、カソード側シール部材材料５２および／またはアノード側シール部材材料５６として、例えば、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどの弾性部材を単独で、または適宜組み合わせて用いることができる。なお、図４に示したカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６の断面形状は、例示であって、図１および４に示した形状でなくて良く、作製する燃料電池の構成に応じて適宜設計することができる。
【００５６】
一方、図４において、第３の加工装置１３０の上流側には、移動する電解質膜１０および／またはＭＥＧＡ４０の情報を検知して取得する第３の情報取得部９８が設けられている。シール部材材料供給制御部７５は、第３の情報取得部９８で得られた情報に基づき、各シール部材材料供給部７４ａ，７４ｂによる各シール部材材料５２，５６の供給のタイミングを制御することができる。具体的には、電解質膜１０の搬送速度と電解質膜１０に予め形成された加工位置（例えば、前工程の転写・加工端面等）の画像等位置センサによる検知に基づく構成とすることが可能であるが、これに限らない。
【００５７】
第３の情報取得部９８は、電解質膜１０の特定部分に記録（印刷）された情報、例えば光電管マークや、それに相当する可視または不可視のインクなどにより記録（印刷）された情報を非接触にて検知し、電解質膜１０に関する情報を取得する。他の実施の形態として、第３の情報取得部９８は、電解質膜１０の特定部分に備えられた識別子（例えば、光学的特性（例えば、色）を有するマークや、電解質膜１０に記載された記号および／または数字（例えば、製造ナンバーなど）など）を識別して電解質膜１０の移動情報を取得する構成とすることも可能である。
【００５８】
一方、シール部材材料供給制御部７５は、第３の情報取得部９８で得られた情報に基づいて各シール部材材料供給部７４ａ，７４ｂによる各シール部材材料５２，５６の供給を制御し、ＭＥＧＡ４０の両面に、カソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６をそれぞれ所定のタイミングで供給させる。
【００５９】
なお、第３の情報取得部９８により取得される、搬送される電解質膜１０に関する情報としては、例えば、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報であっても良く、また、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報であっても良い。シール部材材料供給制御部７５は、第３の情報取得部９８により取得された電解質膜１０の位置および／または速度に関する情報のほか、図２に示す第１の情報取得部９４により検知される電解質膜１０の特定部分の位置および／または速度に関する情報や、図３に示す第２の情報取得部９６により検知される電解質膜１０の特定部分の位置および／または速度に関する情報、さらに後述する張力緩和機構に関する情報を組み合わせて、各シール部材材料５２，５６の供給を制御する構成とすることもできる。
【００６０】
ここで、第３の情報取得部９８により取得される、電解質膜１０の特定部分の位置に関する情報とは、例えば、前工程でのＭＥＧＡ４０が形成された積層端面または、同時加工されたマーク等に関する情報であって良く、この位置情報に基づいて、ＭＥＧＡ４０上に各シール部材材料５２，５６を供給するタイミングを制御するする方式が含まれて良いが、これに限定されるものではない。
【００６１】
一方、第３の情報取得部９８により取得される、電解質膜１０の特定部分の速度に関する情報とは、例えば、電解質膜１０の特定部分（記録部分）が、所定の間隔で備えられた少なくとも２つの情報取得部を通過する時刻の差（つまり、通過時間）をその間隔で割る事により得られる電解質膜１０の搬送速度の情報であって良く、この速度情報に基づいて、ＭＥＧＡ４０上に各シール部材材料５２，５６を供給するタイミングを制御する方式が含まれて良いが、これに限定されない。
【００６２】
また、第３の情報取得部９８の他の実施の形態として、膜厚測定器を用いる構成とすることも好適である。例えば、ＭＥＡ３０上の所定の箇所に拡散層材料１６，１８が供給され、形成されたＭＥＧＡ４０と電解質膜１０が露出している部分との外寸（膜厚）の差を利用してＭＥＧＡ４０が形成されている位置を把握し、膜厚測定器を含む第３の情報取得部９８と各シール部材材料供給部７４ａ，７４ｂとの距離と電解質膜１０の搬送速度とに基づいてＭＥＧＡ４０上にカソード側シール部材材料５２およびアノード側シール部材材料５６がそれぞれ供給されるように同期をとる。本実施の形態によれば、何らかの不具合により所望のＭＥＡ３０および／またはＭＥＧＡ４０が形成されていない箇所に各シール部材材料５２，５６を供給するという無駄を省くことができ、歩留まり向上に寄与することが可能となる。
【００６３】
第３の接合部７８内で接合されたＭＥＧＡ−シール部材接合体９０はその後、さらに矢印６６方向に搬送され、巻取りローラ８８により巻き取られる。そして、図示しない別の装置においてＭＥＧＡ−シール部材接合体９０が単位ごとに切断され、さらに図４では図示しないセパレータ（図７参照のこと）などの部材を用いて単セル５０が作製される。所定の数の単セル５０を用いて積層化が行なわれ、燃料電池スタックが形成される。
【００６４】
なお、図４に示す加工ローラ８０，８１は、図２に示す加工ローラ６０，６１と同様に、電解質膜１０の、矢印６６方向への搬送を補助する駆動ローラとしても機能し得る。すなわち、各シール部材材料５２，５６および／または電解質膜１０を押圧挟持させた状態における、加工ローラ８０，８１の図４に示した方向への回転が、電解質膜１０の搬送駆動力の少なくとも一部となり得るとともに、電解質膜１０に対する張力の発生要因ともなり得る。そこで、本実施の形態では、電解質膜１０に対する張力緩和のために、電解質膜１０の搬送速度に応じて、加工ローラ８０，８１の周速を制御可能となる構成とするとともに、電解質膜１０に対し、第３の接合部７８に搬送される電解質膜１０の搬送速度と、ＭＥＧＡ４０上に供給した各シール部材材料５２，５６を押圧挟持により接合する加工ローラ８０，８１の回転速度の差を極力小さくし、各シール部材材料５２，５６の押圧挟持の際にはこの各シール部材材料５２，５６（膜電極拡散層−シール部材接合体９０）と加工ローラ８０，８１との間に摩擦や滑りを生じさせないことが好適である。
【００６５】
上述した実施の形態において、図２〜４に示す各接合部５８，６８，７８は、一対の加工ローラ（６０，６１）、（７０，７１）、（８０，８１）をそれぞれ含み、構成されている。これらの各加工ローラにおける加工可能な時間はそれぞれ、電解質膜１０の搬送速度と、ローラの周径および周速度と、に基づく、加工ローラによる加圧接触時間に依存するため、これらを調節することにより、所望の加工時間を確保することが可能となる。つまり、一定速度で搬送される電解質膜１０に対し、各加工部位において所定の加工を行なうためには、各加工ローラにおける加工時間の相違に基づいて予め各加工ローラの周径（比）を設定することが好適である。本実施の形態によれば、電解質膜１０の搬送速度を一定とした状態のままで各加工ローラ（接合部）における所定の加工を行なうことが可能となる。
【００６６】
これに対し、例えば図５に示すような、複数のロールを含む、キャタピラ方式を適用した一連の加工部材など、複数の加工ローラによる加工処理を行なうことも好適である。図５に示す加工部材１０２は、複数のロール１０６がそれぞれ矢印の方向（反時計回り）に回転することにより、加工ベルト１０４が矢印１０９の方向に回転する。各加工部分においてこのような加工部材１０２を適用する場合には、予め各加工部分における加工時間の相違に基づいて加工ローラの数を適宜設定することにより、矢印６６方向に搬送される基材１０８（電解質膜１０、ＭＥＡ３０またはＭＥＧＡ４０）の搬送速度を一定にした状態においても、各加工部分において所望の加工条件を維持することが可能となるため、好適である。なお、図５に示す加工部材１０２においては、基材１０８の上方のみの構成の概略を示し、基材１０８の下方の構成については省略したが、例えば所定の周径を有する加工ローラを用いる構成としてもよいし、例えば基材１０８の上方に設けられた加工部材１０２と同様の構成を有する、複数のロールを含み構成された加工部材（加工ベルト）を採用することも好適である。
【００６７】
本実施の形態において、例えば、矢印６６方向に搬送される基材１０８の搬送速度の変化等に応じて、これと接触するロール１０６の数を変動させることにより加工ベルト１０４と基材１０８との接触長Ｌを変化させたり、ロール１０６および加工ベルト１０４による、基材１０８に対する押圧力（ロール１０６が加熱ロールの場合は、加熱時間を含む）を変動させたりすることにより、加工条件を適宜調整し、最適化させることが可能となる構成とすることも好適である。
【００６８】
以上説明したように、例えば塗布・乾燥工程など、加工時間が長く、また途中で装置を停止させた場合には不良品発生の要因ともなりやすい工程は極力排除し、比較的短時間でかつ安定した加工を行なうことが可能となる加工ローラまたは加工ベルトを適用した接合体の形成を行なうことにより、製造装置の能力に応じた連続加工が可能となり、電極材料接合体の製造効率は高まる。
【００６９】
さらに、電解質膜１０の搬送速度に応じて、各接合部５８，６８，７８に設けられた各加工ロールとの相対速度（周速）がほぼ０となるように制御することにより、製造時における電解質膜１０に対する張力の発生はある程度抑えられるが、なお不十分な場合がある。
【００７０】
図１に示す、本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置１００は、複数の駆動ローラ（搬送ローラ）、加工ローラなどの各駆動機構を、それぞれ所定の速度（周速）で（回転）駆動させることにより、連続して搬送される電解質膜１０に対し、一連の接合加工を行なう装置である。しかし、各回転駆動部分（加工ローラおよび／または駆動ローラ）において、モータ特性の相違や減速機等のバックラッシュなどが生じ、実際には、各所定の回転速度に対しわずかな遅れや進みが発生する場合がある。このような、不可避的に生じ得るわずかな回転周期（速度）のずれに起因して、電解質膜１０を含む基材の搬送速度や加工時間が微妙に変化する場合がある。このため、電解質膜１０に対し、局所的に過度な張力が加わり、電解質膜１０の伸長や破断の要因となるばかりでなく、加工（接合）不良の要因ともなり得る。このような、機械的特性に由来する不可避的な不具合に対し、図１に示すような張力緩和機構（第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２および第４の張力緩和装置９２）が有効である。
【００７１】
図１および２に示す第１の張力緩和装置６２は、巻出しローラ８４と電極触媒層接合装置１１０との間において、電解質膜１０に対する巻出しローラ８４の駆動制御、加工ロール６０，６１の回転などに伴って生じる張力を緩和させ、連続して搬送される電解質膜１０の伸長を抑制する装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対して張力の上昇を感知すると、第１の張力緩和制御部６３が張力緩和の指令を行ない、第１の張力緩和装置６２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００７２】
このような第１の張力緩和装置６２として、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。例えば、局所的な電解質膜長さの変動を吸収・調整するために、例えば、電解質膜１０の搬送駆動を制御し、一時的に搬送速度を変動させることにより、張力を緩和させる機構（例えば、ダンサーローラなど）や、電解質膜１０を所定の長さだけ滞留させておいて、その下流部における搬送の遅れに対し、速やかに供給を行なう一方、上流からの過剰な搬送に対しては一時的に滞留させる動作を繰り返し行なう搬送緩衝装置（アキュームレータなど）など、必要に応じて一つ以上設けることが好適である。
【００７３】
また、第１の張力緩和装置６２内の図示しない張力感知部として、巻出しローラ８４からの搬送速度を感知して、パウダーブレーキによる巻出しローラの制御に反映させるロータリーエンコーダや、ローラ内に内蔵されたロードセルにより感知したテンションをダンサーローラ制御などに反映させるテンションピックアップなどを用いることが可能であるが、これに限定されない。また、他の実施の形態として、テンションピックアップにより得られた張力に関する情報に基づいて、このテンションピックアップ自身で張力を緩和させる構成とすることも可能である。
【００７４】
また、他の実施の形態として、一般に巻出しローラ８４に予め組み込まれ、巻出しローラ８４の駆動制御に用いられるパウダーブレーキ制御やトルク制御などの制御方式を、第１の張力緩和装置６２とともに、第１の張力緩和制御部６３により制御する構成とすることも好適である。
【００７５】
図１および３に示す第２の張力緩和装置７２は、電極触媒層接合装置１１０と搬送ローラ８６またはこれに近接する電極拡散層接合装置１２０との間において、加工ローラ６０，６１の回転による触媒層材料の接合、搬送ローラ８６の搬送制御、加工および／または搬送ローラ７０，７１の回転による拡散層材料の接合、などに伴って電解質膜１０に対して生じる張力を緩和させる装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対する張力の上昇を感知すると、第２の張力緩和制御部７３が張力緩和の指令を行ない、第２の張力緩和装置７２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００７６】
このような第２の張力緩和装置７２として、第１の張力緩和装置６２と同様、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。第２の張力緩和装置７２は、前述の第１の張力緩和装置６２と同様のもの、または同様の組み合わせで用いてもよいし、また異なる組み合わせによるものであっても良い。電極触媒層接合装置１１０、搬送ローラ８６および電極拡散層接合装置１２０の特性に応じて、適宜選択することが可能である。
【００７７】
図１および４に示す第３の張力緩和装置８２は、電極拡散層接合装置１２０とシール部材接合装置１３０との間において、加工ローラ７０，７１の回転による拡散層部材材料の接合、加工ローラ８０，８１の回転によるシール部材材料の接合、などに伴って電解質膜１０に対して生じる張力を緩和させる装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対する張力の上昇を感知すると、第３の張力緩和制御部８３が張力緩和の指令を行ない、第３の張力緩和装置８２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００７８】
このような第３の張力緩和装置８２として、第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２と同様、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。第３の張力緩和装置８２は、前述の第１の張力緩和装置６２および／または第２の張力緩和装置７２と同様のものまたは同様の組み合わせで用いてもよいし、また異なる組み合わせによるものであっても良い。電極拡散層接合装置１２０およびシール部材接合装置１３０の特性に応じて、適宜選択することが可能である。
【００７９】
図１および４に示す第４の張力緩和装置９２は、シール部材接合装置１３０と巻取りローラ８８との間において、加工ロール８０，８１の回転によるシール部材材料の接合、巻取りローラ８８の回転による膜電極拡散層−シール部材接合体９０の巻き取り、などに伴って電解質膜１０に対して生じる張力を緩和させる装置である。図示しない張力感知部が電解質膜１０に対する張力の上昇を感知すると、第４の張力緩和制御部９３が張力緩和の指令を行ない、第４の張力緩和装置９２において所定の張力緩和処理を行なう。
【００８０】
このような第４の張力緩和装置９２として、第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２と同様、種々の公知の張力緩和手段を適用することができる。第４の張力緩和装置９２は、前述の第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２および／または第３の張力緩和装置８２と同様のもの、または同様の組み合わせで用いてもよいし、また異なる組み合わせによるものであっても良い。シール部材接合装置１３０および巻取りローラ８８の特性に応じて、適宜選択することが可能である。
【００８１】
また、他の実施の形態として、第４の張力緩和装置９２において、一般に巻取りローラ８８と対をなすものとして予め組み込まれ、巻取りローラ８８の駆動制御に用いられる図示しないテーパーテンション制御機構などを、第４の張力緩和装置９２とともに、第４の張力緩和制御部９３により制御する構成とすることも好適である。
【００８２】
図１に示すように、第１の張力緩和装置６２、第２の張力緩和装置７２、第３の張力緩和装置８２および第４の張力緩和装置９２からなる張力緩和機構は、それぞれ独立して設けられることが好ましい。各加工箇所間にそれぞれ独立して設けられることにより、電解質膜１０の局所的な張力の発生に対しても、速やかな張力緩和制御が実現可能となる。
【００８３】
なお、図１に示す電極材料接合体製造装置１００においては、上述したような、特に電解質膜１０が所望の搬送速度において安定した速度で運転している場合に限らず、従来の電極材料接合体製造装置では一般に制御が困難であった、搬送開始（運転開始）直後や搬送終了（運転停止）直前など、搬送速度変化が大きな状態においても、所望の加工品質を確保することが可能である。
【００８４】
上述のように、電極材料接合体製造装置１００において、各加工箇所における加工時間は、電解質膜１０の搬送速度に依存する。前述のように、電解質膜１０に対する張力の発生を回避するためには、電解質膜１０の搬送速度と、加工ローラの周速との間の差を極力無くすことが好適である。このため、例えば、搬送開始直後など、電解質膜１０の搬送速度が次第に加速されている状態では、後工程に進むにつれて加工時間が定速搬送の場合と比較して短くなる。一方、搬送終了直前など、電解質膜１０の搬送速度が次第に減速されている状態では、後工程に進むにつれて加工時間が定速搬送の場合と比較して長くなる。
【００８５】
このような、電解質膜１０の搬送速度の変化にかかわらず良好な加工性能を維持するためには、各加工箇所において、ある所定の加工時間における好適な加工（接合）条件を予め規定しておくことが好適である。そして、電解質膜１０の搬送速度の変化に応じて好適な加工条件（例えば、加工圧力および／または加工温度など）に制御することにより、搬送速度が不安定な条件下においても高品質の接合体を作製することが可能となる。
【００８６】
これに対し、電解質膜１０の搬送速度が一定の場合には、前述のように、駆動ローラ、加工ローラの周速をすべてほぼ一定とすることにより、各加工箇所において良好な加工を行なうことが可能である。なお、搬送される電解質膜１０と、各ローラ間に滑りが生じた場合には、電解質膜１０の搬送速度を低下させる（例えば、ダンサーローラを利用することができる）か、所定箇所における電解質膜−ローラ間の面圧を、電解質膜１０に対する張力が上昇しない程度に上昇させることにより、解消することが可能である。
【００８７】
なお、本発明の他の実施の形態として、加工ローラなどの駆動系ローラを増減させることも可能である。図１において、例えば、電解質膜１０の両面に予め触媒材料が塗布されたものを電極材料として用いる場合には、第１の加工装置１１０は不要であり、これに伴って張力緩和装置７２（または張力緩和装置６２）を省くことも可能となる。同様に、加工ローラなどの駆動系ローラを増加させる場合には、これに対応する張力緩和装置を設けることにより、良好な加工制御が可能となる。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例を挙げ、より具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８９】
図６は、本発明の実施の形態における燃料電池用電極材料接合体の製造装置の構成の概略を示す斜視図である。なお、電解質膜１０の所定の位置に触媒層や拡散層などの各被接合材料の位置決めを好適に行なうことが可能になる材料供給制御部や情報取得部（図２〜４参照）の構成については、省略した。
【００９０】
図６において、ロール状に巻き取られている電解質膜１０が、巻出しローラ８４から所定の搬送速度で巻き出される。第１の加工装置１１０の直前に設けられた搬送ローラ８６ａにより、電解質膜１０の搬送速度が調整された後、第１の加工装置１１０において、電極触媒層材料が供給され、接合される。
【００９１】
第１の加工装置１１０には、カソード触媒層材料供給部５４ａ、アノード触媒層材料供給部５４ｂおよび加熱加圧ローラ（加工ローラ）６０，６１がそれぞれ設けられている。本実施の形態において、カソード触媒層材料供給部５４ａには、ロール状に巻き取られたカソード触媒層材料ロールが、アノード触媒層材料供給部５４ｂには、アノード触媒層材料ロールが、それぞれセットされる。カソード触媒層材料供給部５４ａ、アノード触媒層材料供給部５４ｂは、巻出しローラ８４からの電解質膜１０の搬送に応じて、カソード触媒層材料１２，アノード触媒層材料１４を、電解質膜１０の両面に対し所定の間隔でそれぞれ供給する。搬送される電解質膜１０の両面に供給されたカソード触媒層材料１２およびアノード触媒層材料１４は、所定の温度、所定の挟持圧力に設定された加熱加圧ローラ６０，６１の回転により、所定の時間にわたり熱圧着され接合され、ＭＥＡ３０が所定の間隔で形成される。
【００９２】
一方、巻出しローラ８４と第１の加工装置１１０（搬送ローラ８６ａ）との間には、第１のアキュームレータ６２ａと、第１のテンションピックアップ６２ｂと、第１のダンサーロール６２ｃとを含む張力緩和装置６２が設けられている。張力緩和装置６２は、電解質膜１０に対し、巻出しローラ８４−搬送ローラ８６ａ間において生じる張力を緩和するとともに、場合によっては巻出しローラ８４と搬送ローラ８６ａとの間に生じ得る、搬送速度のわずかな差をも緩和することができる。
【００９３】
第１の加工装置１１０においてＭＥＡ３０が形成された電解質膜１０（ＭＥＡ３０）は、第２の加工装置１２０の直前に設けられた搬送ローラ８６ｂにより、搬送速度が調整された後、第２の加工装置１２０において、電極拡散層材料が供給され、接合される。第２の加工装置１２０には、カソード拡散層材料供給部６４ａ、アノード拡散層材料供給部６４ｂ、加熱加圧ローラ（加工ローラ）７０，７１がそれぞれ設けられている。電極触媒層材料１２，１４が、ＭＥＡ３０の両側に、所定の搬送間隔でそれぞれ供給され、加熱加圧ローラ７０，７１により接合される。
【００９４】
一方、第１の加工装置１１０（加工ローラ６０，６１）と第２の加工装置１２０（搬送ローラ８６ｂ）との間には、第１のテンションピックアップ７２ｂと、第２のダンサーロール７２ｃとを含む張力緩和装置７２が設けられている。張力緩和装置７２は、電解質膜１０に対し、加工ローラ６０，６１−搬送ローラ８６ｂ間において生じる張力を緩和するとともに、場合によっては搬送ローラ８６ａと搬送ローラ８６ｂとの間に生じ得る、搬送速度のわずかな差をも緩和することができる。
【００９５】
第２の加工装置１２０においてＭＥＧＡ４０が形成された後、第３の加工装置１３０において、シール部材材料が供給され、接合される。第３の加工装置１３０には、カソード側シール部材材料供給部７４ａ、アノード側シール部材材料供給部７４ｂ、加熱加圧ローラ（加工ローラ）８０，８１がそれぞれ設けられている。ＭＥＧＡ４０の両側に、電極触媒層材料１２，１４が所定の搬送間隔でそれぞれ供給され、加熱加圧ローラ８０，８１により接合される。
【００９６】
一方、第２の加工装置１２０（加工ローラ７０，７１）と第３の加工装置１３０（加工ローラ８０，８１）との間には、第２のアキュームレータ８２ａと、第３のテンションピックアップ８２ｂと、第３のダンサーロール８２ｃとを含む張力緩和装置８２が設けられている。張力緩和装置８２は、電解質膜１０に対し、加工ローラ７０，７１−加工ローラ８０，８１間において生じる張力を緩和するとともに、場合によっては搬送ローラ８６ｂと加工ローラ８０，８１との間に生じ得る、搬送速度のわずかな差をも緩和することができる。
【００９７】
第３の加工装置１３０においてＭＥＧＡ−シール部材接合体９０が形成された電解質膜１０はその後、巻取りローラ８８により、巻き取られる。巻取りローラ８８による電解質膜１０（ＭＥＧＡ−シール部材接合体９０）の巻き取りに応じて、巻取りローラ８８によるトルクを制御し、電解質膜１０にかかる張力を緩和する構成とすることが好ましい。このとき、巻取りローラ８８によるトルク制御とともに、第３の加工装置１３０（加工ローラ８０，８１）と巻取りローラ８８との間に設けられた、第３のアキュームレータ９２ａと、第４のテンションピックアップ９２ｂと、第４のダンサーロール９２ｃとを含む張力緩和装置９２により、電解質膜１０に対し、加工ローラ８０，８１−巻取りローラ８８間において生じる張力を緩和することができる。
【００９８】
本発明の実施の形態として、電解質膜１０としては、従来燃料電池用として用いられているものであればいかなるものを用いても良い。例えば、パーフルオロ硫酸系電解質膜であるナフィオン（登録商標）１１２、１１５（デュポン社製）などが好適であるが、これに限定されない。また、電解質膜１０の厚みは、水素イオンの移動を速やかに行なうことが可能であって、かつ一連の搬送および接合により損傷が発生しない程度の強度を有するものであれば特に制限はないが、例えば、１０〜１００μｍ程度のものが好適である。
【００９９】
なお、図６に示す電極材料接合体製造装置において、電解質膜１０の搬送は複数の駆動系ローラ（巻出しローラ８４、搬送ローラ８６ａ，８６ｂ、加工ローラ６０，６１、７０，７１、８０，８１、巻取りローラ８８）により行なわれている。このため、何らかの理由により搬送する電解質膜１０に不具合が生じた場合であっても、それよりも下流の、良品が成形されている箇所においては、最終製品まで好適に製造を行なうことが可能となり、接合体材料、特に電解質膜１０の歩留まり向上に寄与するため、好適である。
【０１００】
一方、図６に示す電極材料接合体製造装置に好適に用いられる張力緩和装置のうち、特にアキュームレータなどの搬送緩衝装置においては、特に電極材料接合体製造装置のスタート開始（電解質膜１０の搬送開始）直後など、電解質膜１０の搬送速度の変化が大きいことにより、電解質膜１０に対し比較的大きな張力を受けやすく、また数十秒から場合によっては数分程度の、比較的長期間の張力緩和を連続して行なう場合において好適に用いられる。つまり、微細な張力緩和には不向きであるが比較的大幅な張力の緩和を行なう必要がある場合に特に有利である。このため、例えばアキュームレータ６２ａのように、巻出しローラ８４の下流側、また、例えばアキュームレータ９２ａのように、巻取りローラ８８の上流側に好適に用いられる。さらに、張力緩和装置としてアキュームレータを用いることにより、例えばロール交換の際に装置の停止をする必要がなく、またロール交換をする場合であってもある程度加工を続けておくことが可能であるため、生産効率の向上や歩留まり向上にも寄与し得る。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、燃料電池用電極接合体およびこれを使用する燃料電池の作製に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す拡大図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における加工部材の構成の概略を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態における電極材料接合体製造装置の構成の概略を示す斜視図である。
【図７】単セルの構成の概略を例示する図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ 電解質膜、１２ カソード触媒層（材料）、１４ アノード触媒層（材料）、１６ カソード拡散層（材料）、１８ アノード拡散層（材料）、２０ 酸化ガス流路、２２ セル冷媒流路、２４ 燃料ガス流路、２６ カソード側セパレータ、２８ アノード側セパレータ、３０ 膜電極接合体（ＭＥＡ）、４０ 膜電極拡散層接合体（ＭＥＧＡ）、５０ 単セル、５２ カソード側シール部材材料、５４ａ，５４ｂ 触媒層材料供給部、５６ アノード側シール部材材料、５５ 触媒層材料供給制御部、５８，６８，７８ 接合部、６０，６１，７０，７１，８０，８１ 加工ローラ、６２，７２，８２，９２ 張力緩和装置（機構）、６３，７３，８３，９３ 張力緩和制御部、６４ａ，６４ｂ 拡散層材料供給部、６５ 拡散層材料供給制御部、６６ 搬送方向、７４ａ，７４ｂ シール部材材料供給部、７５ シール部材材料供給制御部、８４ 巻出しローラ、８６，８６ａ，８６ｂ 搬送ローラ、８８ 巻取りローラ、９０ 膜電極拡散層−シール部材接合体、９４，９６，９８ 情報取得部、１００ 電極材料接合体製造装置、１０２ 加工部材、１０４ 加工ベルト、１０６ ロール、１０８ 基材、１１０ 電極触媒層接合装置（第１の加工装置）、１２０ 電極拡散層接合装置（第２の加工装置）、１３０ シール部材接合装置（第３の加工装置）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続して搬送される電解質膜の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置であって、
前記電解質膜を所定の方向に搬送させる駆動機構と、
前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和機構と、
搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工箇所と、
を備え、
前記張力緩和機構が、前記加工箇所のそれぞれに対し独立して設けられている張力緩和手段を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の製造装置において、
前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを有し、
各加工箇所における加工時間の相違に基づいて各加工ローラの周径を設定することを特徴とする製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の製造装置において、
前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを複数有し、
各加工箇所における加工時間の相違に基づいて前記各加工箇所における加工ローラの数を設定することを特徴とする製造装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置において、
前記張力緩和手段が、それぞれ複数の張力緩和装置を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の製造装置により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【請求項６】
電解質膜の両面に電極材料を接合させてなる燃料電池用電極材料接合体の製造方法であって、
前記電解質膜を連続して搬送させる工程と、
搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工工程と、
前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和工程と、
を含み、
前記張力緩和工程が、少なくとも前記加工工程のそれぞれに対応して行われることを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【請求項８】
請求項５または７に記載の燃料電池用電極材料接合体を含む、燃料電池。
【請求項１】
連続して搬送される電解質膜の両面に電極材料を接合させる燃料電池用電極材料接合体の製造装置であって、
前記電解質膜を所定の方向に搬送させる駆動機構と、
前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和機構と、
搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工箇所と、
を備え、
前記張力緩和機構が、前記加工箇所のそれぞれに対し独立して設けられている張力緩和手段を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の製造装置において、
前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを有し、
各加工箇所における加工時間の相違に基づいて各加工ローラの周径を設定することを特徴とする製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の製造装置において、
前記複数の加工箇所はそれぞれ、前記電解質膜を挿通させる加工ローラを複数有し、
各加工箇所における加工時間の相違に基づいて前記各加工箇所における加工ローラの数を設定することを特徴とする製造装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置において、
前記張力緩和手段が、それぞれ複数の張力緩和装置を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の製造装置により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【請求項６】
電解質膜の両面に電極材料を接合させてなる燃料電池用電極材料接合体の製造方法であって、
前記電解質膜を連続して搬送させる工程と、
搬送される前記電解質膜に対し異なる加工を施す、複数の加工工程と、
前記電解質膜の搬送方向に対する張力を緩和する張力緩和工程と、
を含み、
前記張力緩和工程が、少なくとも前記加工工程のそれぞれに対応して行われることを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法により作製された燃料電池用電極材料接合体。
【請求項８】
請求項５または７に記載の燃料電池用電極材料接合体を含む、燃料電池。
【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２００９−２６７７２（Ｐ２００９−２６７７２Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９５１４（Ｐ２００８−２６９５１４）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【分割の表示】特願２００７−１５６０５３（Ｐ２００７−１５６０５３）の分割
【原出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【分割の表示】特願２００７−１５６０５３（Ｐ２００７−１５６０５３）の分割
【原出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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