膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置
【課題】 電解質膜に触媒インクを均一に塗布できる共に電解質膜の損傷を防止できる膜電極接合体の製造方法、及び膜電極製造装置を提供する。
【解決手段】 電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に張力を付与された状態において電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。このため、電解質膜１０に対して触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を均一な厚みで塗布することができる。さらに、膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布した後に、電解質膜１０に付与した張力を開放する。このため、後の工程において電解質膜１０を乾燥させる際に、電解質膜１０の収縮が阻害されないので、電解質膜１０の損傷を防止することができる。
【解決手段】 電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に張力を付与された状態において電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。このため、電解質膜１０に対して触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を均一な厚みで塗布することができる。さらに、膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布した後に、電解質膜１０に付与した張力を開放する。このため、後の工程において電解質膜１０を乾燥させる際に、電解質膜１０の収縮が阻害されないので、電解質膜１０の損傷を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜電極接合体を製造する従来の方法として、例えば、特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１に記載の膜電極接合体の製造方法は、電解質膜を膨潤液で膨潤させる工程と、膨潤した電解質膜の外周部を矩形環状のワークで締結する工程と、ワークに締結された状態の電解質膜に触媒インクを塗布する工程と、電解質膜がワークに締結された状態において電解質膜を乾燥する工程とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１０２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の膜電極接合体の製造方法では、上述したように、膨潤した電解質膜をワークに締結した状態において触媒インクを塗布することによって、触媒インクを均一に塗布することを図っている。また、この方法では、電解質膜をワークに締結された状態において乾燥することによって、当該乾燥の際に電解質膜が収縮して皺が発生することを防止している。
【０００５】
しかしながら、電解質膜がワークに締結されていると、電解質膜を乾燥する際に、電解質膜の収縮が阻害されるため、電解質膜に張力が生じることとなる。例えば、膨張率の高い電解質膜を用いる場合には、その張力も大きくなる。その結果、上述した方法にあっては、電解質膜の乾燥の際に電解質膜が損傷してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、電解質膜に触媒インクを均一に塗布できる共に電解質膜の損傷を防止できる膜電極接合体の製造方法、及び膜電極製造装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の膜電極接合体の製造方法は、燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造方法であって、電解質膜を膨潤液により膨潤させる第１工程と、第１工程の後に、電解質膜の表面及び裏面から膨潤液を除去する第２工程と、第２工程の後に、電解質膜に張力を付与する第３工程と、第３工程の後に、電解質膜に張力が付与された状態において、電解質膜の表面及び裏面に触媒インクを塗布する第４工程と、第４工程の後に、電解質膜に付与された張力を開放する第５工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この膜電極接合体の製造方法においては、電解質膜を膨潤させた後に触媒インクを塗布する。このため、触媒インクに含まれる溶媒によって、電解質膜が膨潤して撓むことが防止される。また、この膜電極接合体の製造方法においては、電解質膜に張力を付与した状態において電解質膜に触媒インクを塗布する。このため、電解質膜に対して触媒インクを均一な厚みで塗布することができる。さらに、この膜電極接合体の製造方法においては、電解質膜に触媒インクを塗布した後に、電解質膜に付与した張力を開放する。このため、後の工程において電解質膜を乾燥させる際に、電解質膜の収縮が阻害されないので、電解質膜の損傷を防止することができる。
【０００９】
本発明の膜電極接合体の製造方法は、第５工程の後に、電解質膜の表面及び裏面の上に触媒インクを介してガス拡散層を積層すると第６工程と、第６工程の後に、電解質膜を乾燥させる第７工程と、をさらに備えることが好ましい。この方法によれば、上述したように、電解質膜の損傷を防止しつつ電解質膜の乾燥を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法においては、第６工程において、ガス拡散層と触媒インクとの間にマイクロポーラス層を配置して、触媒インクに含まれる溶媒をマイクロポーラス層及びガス拡散層で吸収することにより、触媒インクから触媒層を形成する、ことが好ましい。この方法によれば、触媒インクに含まれる溶媒の吸収時に、触媒層とマイクロポーラス層との密着性が高まり、電解質膜とガス拡散層との密着性を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法は、第７工程の後に、電解質膜、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層を互いに圧着する第８工程をさらに備える、ことが好ましい。この方法によれば、損傷が防止された電解質膜や均一な厚さの触媒層等を圧着することにより、高品質な膜電極接合体を製造することができる。
【００１２】
さらに、本発明の膜電極接合体の製造方法においては、第７工程において、ガス拡散層と電解質膜とを密着させるようにガス拡散層に力を加えながら電解質膜を乾燥させる、ことが好ましい。この方法によれば、電解質膜に皺が生じることを抑制し、電解質膜とガス拡散層との密着性を確保することができる。
【００１３】
ここで、上記課題を解決するために、本発明の膜電極接合体製造装置は、燃料電池に用いられる膜電極接合体を製造する膜電極接合体製造装置であって、電解質膜を膨潤液により膨潤させる膨潤部と、膨潤した電解質膜の表面及び裏面の膨潤液を除去する膨潤液除去部と、表面及び裏面から膨潤液を除去された電解質膜に張力を付与すると共に、電解質膜に付与した張力を開放する張力付与開放部と、電解質膜に張力が付与されてから張力が開放されるまでの間において、電解質膜の表面及び裏面に触媒インクを塗布する触媒インク塗布部と、触媒インクが塗布されて張力が開放された電解質膜の表面及び裏面の上に触媒インクを介してガス拡散層を積層する積層部と、ガス拡散層が積層された電解質膜を乾燥させる乾燥部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この膜電極接合体製造装置においては、電解質膜を膨潤させた後に触媒インクを塗布する。このため、触媒インクに含まれる溶媒によって、電解質膜が膨潤して撓むことが防止される。また、この膜電極接合体製造装置においては、電解質膜に張力を付与した状態において電解質膜に触媒インクを塗布する。このため、電解質膜に対して触媒インクを均一に塗布することができる。さらに、この膜電極接合体製造装置においては、電解質膜に付与した張力を開放した後に乾燥を行う。このため、その乾燥の際に電解質膜の収縮が阻害されないので、電解質膜の損傷を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解質膜に触媒インクを均一に塗布できる共に電解質膜の損傷を防止できる膜電極接合体の製造方法、及び膜電極製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の膜電極製造装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示された触媒インク塗布部の拡大図である。
【図３】本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の膜電極接合体製造装置の一実施形態の構成を示す図である。図１に示される膜電極接合体製造装置１は、燃料電池に用いられる膜電極接合体を製造するためのものである。膜電極接合体製造装置１は、電解質膜１０を所定の搬送経路に沿って搬送しつつ、電解質膜１０を含む膜電極接合体を製造する。電解質膜１０としては、例えば、固体高分子電解質膜を用いることができる。
【００１９】
膜電極接合体製造装置１は、膨潤液槽（膨潤部）２、触媒インク塗布部（膨潤液除去部、張力付与開放部、触媒インク塗布部）３、ガス拡散層積層部（積層部）４、及び乾燥チャンバー（乾燥部）５を備えている。膨潤液槽２、触媒インク塗布部３、ガス拡散層積層部４、及び乾燥チャンバー５は、電解質膜１０の搬送経路に沿って順に配置されている。したがって、電解質膜１０は、膨潤液槽２、触媒インク塗布部３、ガス拡散層積層部４、乾燥チャンバー５の順に流通する。
【００２０】
膨潤液槽２は、電解質膜１０を膨潤液Ｌにより膨潤させる。より具体的には、膨潤液槽２は、膨潤液Ｌを貯留しており、電解質膜１０をその膨潤液Ｌに浸漬させることにより、電解質膜１０を膨潤させる。膨潤液Ｌとしては、例えば、触媒インクに用いられる溶媒や水、及びこれらの混合物等を用いることができる。
【００２１】
触媒インク塗布部３は、電解質膜１０の表面及び裏面の両面に触媒インクを塗布する。図２を参照して触媒インク塗布部３の詳細について説明する。図２は、図１に示された触媒インク塗布部３の拡大図である。図２に示されるように、触媒インク塗布部３は、ダイヘッド３１を備えている。
【００２２】
ダイヘッド３１は、電解質膜１０の表面１０ａに向けて触媒インクＢ１を吐出すると共に、電解質膜１０の裏面１０ｂに向けて触媒インクＢ２を吐出する。このため、ダイヘッド３１から触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が吐出されている状態において、電解質膜１０を所定の速度でダイヘッド３１に通過させることより、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂの上に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を所定の厚さで塗布することができる。なお、触媒インクＢ１と触媒インクＢ２とは、互いに異なるものとすることができる。触媒インクＢ１は、例えば、アノード触媒を含むインクとすることができる。触媒インクＢ２は、例えば、カソード触媒を含むインクとすることができる。
【００２３】
ここで、電解質膜１０には、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する塗布領域Ｒ１とそれらを塗布しない未塗布領域Ｒ２とが、搬送方向に沿って交互に設定されている。ダイヘッド３１は、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を吐出する時間を調整することにより、塗布領域Ｒ１にのみ触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。
【００２４】
ダイヘッド３１には、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂから膨潤液Ｌを除去するための水かき部３２が設けられている。水かき部３２は、ダイヘッド３１のインク吐出口３１ａの前段において電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれに接触するように配置され、電解質膜１０の幅方向に延在する一対の突起である。このため、電解質膜１０が水かき部３２を通過することにより、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２の塗布前において、その表面１０ａ及び裏面１０ｂに付着した余剰の膨潤液Ｌが除去される。
【００２５】
ダイヘッド３１には、インク吐出口３１ａと水かき部３２との間において張力調整部３３が設けられている。張力調整部３３は、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれに接触するように配置され、電解質膜１０の幅方向に延在するバー状の一対の突起である。インク吐出口３１ａ、水かき部３２、及び張力調整部３３は、互いに近接して配置されている。張力調整部３３は、電解質膜１０と適当な摩擦を生じる材質から構成されることが望ましい。そのような材料の一例として、ニトリルゴムやフッ素ゴムを挙げることができる。
【００２６】
触媒インク塗布部３は、電解質膜１０の搬送方向に回転する一対のローラーベルト３４ａ，３４ｂを有している。ローラーベルト３４ａは、電解質膜１０の表面１０ａ側に配置されている。ローラーベルト３４ｂは、電解質膜１０の裏面１０ｂ側に配置されている。ローラーベルト３４ａには複数（ここでは２つ）の張力調整部３５ａが設けられており、ローラーベルト３４ｂには複数（ここでは２つ）の張力調整部３５ｂが設けられている。張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂは、電解質膜１０の幅方向に延在するバー状の突起である。張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂについても、張力調整部３３と同様に、電解質膜１０と適当な摩擦を生じる材質から構成されることが望ましい。
【００２７】
張力調整部３５ａは、電解質膜１０の表面１０ａに接触した状態において、ローラーベルト３４ａの回転に伴って（図中矢印の方向に沿って）移動する。張力調整部３５ｂは、電解質膜１０の裏面１０ｂに接触した状態において、ローラーベルト３４ｂの回転に伴って（図中矢印の方向に沿って）移動する。張力調整部３５ａと張力調整部３５ｂとは、電解質膜１０に接した状態において、互いに対向するように配置されている。したがって、電解質膜１０は、張力調整部３５ａと張力調整部３５ｂとによって把持されながら搬送される。張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂは、未塗布領域Ｒ２において、電解質膜１０を把持する。
【００２８】
このように、電解質膜１０は、張力調整部３５ａと張力調整部３５ｂとで把持されると共に張力調整部３３に接触しながら搬送される。このため、張力調整部３３と張力調整部３５ａ，３５ｂとの間において、電解質膜１０の搬送方向に沿って電解質膜１０に張力が付与される。このとき、電解質膜１０と張力調整部３３との接触位置が張力の起点となると共に、電解質膜１０と張力調整部３５ａ，３５ｂとの接触位置が張力の終点となる。なお、電解質膜１０への張力のかけかたの一例として、電解質膜１０に適切な引張荷重がかかるようにローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂの回転を制御することを挙げることができる。
【００２９】
電解質膜１０に接触した状態の張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂのそれぞれは、ローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂのそれぞれの端部まで移動した後に、ローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂの回転に伴って、電解質膜１０から離れる方向に移動する（図２（ｃ）参照）。これにより、張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂと電解質膜１０との接触が解除され、電解質膜１０に付与された張力が開放される。このとき、別の張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂが、ローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂの回転に伴って、電解質膜１０に近づく方向に移動し未塗布領域Ｒ２において電解質膜１０を把持する。このため、新たに電解質膜１０の別の部分に張力が付与される。ダイヘッド３１は、張力が付与されている状態の電解質膜１０に対して、触媒インクＢ１，Ｂ２を塗布する。換言すれば、ダイヘッド３１は、電解質膜３１に張力が付与されてから張力が開放されるまでの間において、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。
【００３０】
図１を参照して膜電極接合体製造装置１の各部の説明を続ける。ガス拡散層積層部４は、上述したように触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が塗布され張力が開放された電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれの上に、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを介してガス拡散層１１を積層する。ガス拡散層１１は、電解質膜１０の塗布領域Ｒ１の長さと略同一の長さに予めカットされている。ガス拡散層１１は、電解質膜１０の塗布領域Ｒ１の上に積層される。なお、ガス拡散層１１の電解質膜１０側の面には、マイクロポーラス層（不図示）が形成されている。換言すれば、マイクロポーラス層は、触媒インクＢ１とガス拡散層１１との間、及び触媒インクＢ２とガス拡散層１１との間にそれぞれ配置されることとなる。
【００３１】
ガス拡散層積層部４においては、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを介して、電解質膜１０の上にガス拡散層１１とマイクロポーラス層とをそれぞれ積層することにより、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれの溶媒を、ガス拡散層１１とマイクロポーラス層とに吸収させ、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれから、触媒層を形成する。つまり、ガス拡散層積層部４においては、電解質膜１０と、一対の触媒層と、一対のマイクロポーラス層と、一対のガス拡散層１１とを積層した積層体２０が形成される。なお、ここでの触媒層は、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２から少なくとも一部の溶媒が除かれて形成されるものであり、必ずしも触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２から全ての溶媒が除かれて形成されるものではない。
【００３２】
乾燥チャンバー５には、粗乾燥部５１が設けられている。粗乾燥部５１には、上述したように形成された積層体２０を挟んで対向するように、一対のキャタピラ５１ａが配置されている。キャタピラ５１ａのそれぞれは、電解質膜１０に皺が生じることを抑制するために積層体２０を両側から押さえながら搬送するよう積層体２０に接触している。乾燥チャンバー５に搬入された積層体２０は、粗乾燥部５１において、キャタピラ５１ａによって押さえられながら加熱されることにより粗乾燥される。粗乾燥部５１における加熱は、例えば、８０℃〜１００℃程度で行われる。
【００３３】
乾燥チャンバー５における粗乾燥部５１の後段には、熱処理・加圧圧着部５２が設けられている。熱処理・加圧圧着部５２は、積層体２０を高温で熱処理し、残存溶媒の除去を行う。熱処理・加圧圧着部５２は、残存溶媒の除去に続いて、複数のホットロール５２ａによって積層体２０に高温高圧（電解質膜の材料によって適宜設定する）をかけて、電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１を互いに圧着し一体化する。これにより、積層体２０から膜電極接合体３０が形成される。
【００３４】
乾燥チャンバー５における熱処理・加圧圧着部５２の後段には、裁断部５３が設けられている。裁断部５３は、膜電極接合体３０を所望の大きさにカットする。これにより、所望の大きさの膜電極接合体３０が製造される。
【００３５】
次に、図１〜３を参照して、本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態について説明する。図３は、本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。この製造方法は、上述した膜電極接合体製造装置１を用いる。
【００３６】
まず、電解質膜１０を用意する（工程Ｓ１０１）。ここでは、電解質膜１０は、保護シートＳと共にロール状に巻かれている。続いて、保護シートＳを剥離しながら電解質膜１０を膨潤液槽２に貯留された膨潤液Ｌの中に導入して、電解質膜１０を膨潤液Ｌにより膨潤させる（工程Ｓ１０２：第１工程）。この工程では、電解質膜１０を膨潤液Ｌに浸漬することにより、電解質膜１０を膨潤させる。
【００３７】
続いて、触媒インク塗布部３の水かき部３２によって、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂから余剰の膨潤液Ｌを除去する（工程Ｓ１０３：第２工程）。続いて、張力調整部３３と張力調整部３５ａ，３５ｂとによって電解質膜１０に張力を付与する（工程Ｓ１０４：第３工程）。このとき、張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂは、図２に示されるように、未塗布領域Ｒ２において電解質膜１０を把持する。
【００３８】
続いて、電解質膜１０に張力が付与された状態において、ダイヘッド３１により電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれに触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを塗布する（工程Ｓ１０５：第４工程）。このとき触媒インクＢ１，Ｂ２を塗布する領域は、図２に示されるように、張力調整部３５ａ，３５ｂが把持している未塗布領域Ｒ２に続く塗布領域Ｒ１である。
【００３９】
そして、張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂと電解質膜１０との接触を解除することにより、電解質膜１０に付与されていた張力を開放する（工程Ｓ１０６：第５工程）。このとき、図２（ｃ）に示されるように、別の張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂが電解質膜１０の次の未塗布領域Ｒ２を把持することにより、その未塗布領域Ｒ２に続く電解質膜１０の部分に張力が付与される。
【００４０】
続いて、ガス拡散層積層部４において、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が塗布されて張力が開放された状態の電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれの上に、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを介して、マイクロポーラス層とガス拡散層１１とを順に積層する（工程Ｓ１０７：第６工程）。このとき、電解質膜１０に皺が生じない程度に、マイクロポーラス層とガス拡散層１１とを電解質膜１０に対して微加圧する。これにより、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれの溶媒が、ガス拡散層１１とマイクロポーラス層とに吸収されて触媒層が形成される。そして、電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１からなる積層体２０が形成される。
【００４１】
続いて、粗乾燥部５１によって、一対のキャタピラ５１ａで積層体２０を押さえながら積層体２０の粗乾燥を行う（工程Ｓ１０８：第７工程）。続いて、熱処理・加圧圧着部５２によって積層体２０の熱処理、及び加圧圧着を行う（工程Ｓ１０９：第８工程）。これにより、電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１が互いに圧着され、膜電極接合体３０が形成される。そして、裁断部５３によって、膜電極接合体３０を所望の大きさに裁断する（工程Ｓ１１０）。これにより、所望の大きさの膜電極接合体３０が製造される。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０を膨潤させた後に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。このため、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２に含まれる溶媒によって、電解質膜が膨潤して撓むことが防止される。また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に張力を付与した状態において電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。このため、電解質膜１０に対して触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を均一に塗布することができる。さらに、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に付与した張力を開放した後に乾燥を行う。このため、その乾燥の際に電解質膜１０の収縮が阻害されないので、電解質膜１０の損傷を防止することができる。
【００４３】
また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、積層体２０は、粗乾燥部５１において、一対のキャタピラ５１ａによって押さえられながら乾燥される。より具体的には、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、一対のキャタピラ５１ａによって、ガス拡散層１１と電解質膜１０とを密着させるようにガス拡散層１１に力を加えながら積層体２０の粗乾燥を行う。このため、電解質膜１０に皺が生じることが抑制されると共に、積層体２０を構成する電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１が互いに位置ずれすることが防止される。
【００４４】
また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が塗布されない未塗布領域Ｒ２が電解質膜１０に設定されている。この未塗布領域Ｒ２は、膜電極接合体３０の完成後において、シール部として利用することができる。
【００４５】
また、触媒インク塗布部３において、水かき部３２とダイヘッド３１のインク吐出口３１ａとは互いに近接して配置されている。このため、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する直前に、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂに付着した余剰の膨潤液Ｌが除去されることとなる。その結果、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布するまでの間に、電解質膜１０が乾燥することを防止することができる。
【００４６】
以上の実施形態は、本発明の膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置の一実施形態を説明したものであり、本発明の膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置は、上記のものに限定されるものではない。本発明の膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上記のものを変形したものとすることができる。
【００４７】
例えば、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、膨潤液Ｌとして、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２の両方に共通して含まれる溶媒と同一の溶媒を用いることができる。
【００４８】
また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、一対の触媒層（アノード触媒層及びカソード触媒層）のそれぞれを異なる温度で乾燥させる必要がある場合に、工数は増加するものの、上述した方法を応用して、それぞれの触媒層のための触媒インクを別々のタイミングで電解質膜１０に塗布することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１…膜電極接合体製造装置、２…膨潤液槽（膨潤部）、４…ガス拡散層積層部（積層部）、１０…電解質膜、１０ａ…表面、１０ｂ…裏面、１１…ガス拡散層、３１…ダイヘッド（触媒インク塗布部）、３３…張力調整部（張力付与開放部）、３５ａ，３５ｂ…張力調整部３５ａ（張力付与開放部）、５１…粗乾燥部（乾燥部）、Ｂ１，Ｂ２…触媒インク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜電極接合体を製造する従来の方法として、例えば、特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１に記載の膜電極接合体の製造方法は、電解質膜を膨潤液で膨潤させる工程と、膨潤した電解質膜の外周部を矩形環状のワークで締結する工程と、ワークに締結された状態の電解質膜に触媒インクを塗布する工程と、電解質膜がワークに締結された状態において電解質膜を乾燥する工程とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１０２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の膜電極接合体の製造方法では、上述したように、膨潤した電解質膜をワークに締結した状態において触媒インクを塗布することによって、触媒インクを均一に塗布することを図っている。また、この方法では、電解質膜をワークに締結された状態において乾燥することによって、当該乾燥の際に電解質膜が収縮して皺が発生することを防止している。
【０００５】
しかしながら、電解質膜がワークに締結されていると、電解質膜を乾燥する際に、電解質膜の収縮が阻害されるため、電解質膜に張力が生じることとなる。例えば、膨張率の高い電解質膜を用いる場合には、その張力も大きくなる。その結果、上述した方法にあっては、電解質膜の乾燥の際に電解質膜が損傷してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、電解質膜に触媒インクを均一に塗布できる共に電解質膜の損傷を防止できる膜電極接合体の製造方法、及び膜電極製造装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の膜電極接合体の製造方法は、燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造方法であって、電解質膜を膨潤液により膨潤させる第１工程と、第１工程の後に、電解質膜の表面及び裏面から膨潤液を除去する第２工程と、第２工程の後に、電解質膜に張力を付与する第３工程と、第３工程の後に、電解質膜に張力が付与された状態において、電解質膜の表面及び裏面に触媒インクを塗布する第４工程と、第４工程の後に、電解質膜に付与された張力を開放する第５工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この膜電極接合体の製造方法においては、電解質膜を膨潤させた後に触媒インクを塗布する。このため、触媒インクに含まれる溶媒によって、電解質膜が膨潤して撓むことが防止される。また、この膜電極接合体の製造方法においては、電解質膜に張力を付与した状態において電解質膜に触媒インクを塗布する。このため、電解質膜に対して触媒インクを均一な厚みで塗布することができる。さらに、この膜電極接合体の製造方法においては、電解質膜に触媒インクを塗布した後に、電解質膜に付与した張力を開放する。このため、後の工程において電解質膜を乾燥させる際に、電解質膜の収縮が阻害されないので、電解質膜の損傷を防止することができる。
【０００９】
本発明の膜電極接合体の製造方法は、第５工程の後に、電解質膜の表面及び裏面の上に触媒インクを介してガス拡散層を積層すると第６工程と、第６工程の後に、電解質膜を乾燥させる第７工程と、をさらに備えることが好ましい。この方法によれば、上述したように、電解質膜の損傷を防止しつつ電解質膜の乾燥を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法においては、第６工程において、ガス拡散層と触媒インクとの間にマイクロポーラス層を配置して、触媒インクに含まれる溶媒をマイクロポーラス層及びガス拡散層で吸収することにより、触媒インクから触媒層を形成する、ことが好ましい。この方法によれば、触媒インクに含まれる溶媒の吸収時に、触媒層とマイクロポーラス層との密着性が高まり、電解質膜とガス拡散層との密着性を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法は、第７工程の後に、電解質膜、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層を互いに圧着する第８工程をさらに備える、ことが好ましい。この方法によれば、損傷が防止された電解質膜や均一な厚さの触媒層等を圧着することにより、高品質な膜電極接合体を製造することができる。
【００１２】
さらに、本発明の膜電極接合体の製造方法においては、第７工程において、ガス拡散層と電解質膜とを密着させるようにガス拡散層に力を加えながら電解質膜を乾燥させる、ことが好ましい。この方法によれば、電解質膜に皺が生じることを抑制し、電解質膜とガス拡散層との密着性を確保することができる。
【００１３】
ここで、上記課題を解決するために、本発明の膜電極接合体製造装置は、燃料電池に用いられる膜電極接合体を製造する膜電極接合体製造装置であって、電解質膜を膨潤液により膨潤させる膨潤部と、膨潤した電解質膜の表面及び裏面の膨潤液を除去する膨潤液除去部と、表面及び裏面から膨潤液を除去された電解質膜に張力を付与すると共に、電解質膜に付与した張力を開放する張力付与開放部と、電解質膜に張力が付与されてから張力が開放されるまでの間において、電解質膜の表面及び裏面に触媒インクを塗布する触媒インク塗布部と、触媒インクが塗布されて張力が開放された電解質膜の表面及び裏面の上に触媒インクを介してガス拡散層を積層する積層部と、ガス拡散層が積層された電解質膜を乾燥させる乾燥部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この膜電極接合体製造装置においては、電解質膜を膨潤させた後に触媒インクを塗布する。このため、触媒インクに含まれる溶媒によって、電解質膜が膨潤して撓むことが防止される。また、この膜電極接合体製造装置においては、電解質膜に張力を付与した状態において電解質膜に触媒インクを塗布する。このため、電解質膜に対して触媒インクを均一に塗布することができる。さらに、この膜電極接合体製造装置においては、電解質膜に付与した張力を開放した後に乾燥を行う。このため、その乾燥の際に電解質膜の収縮が阻害されないので、電解質膜の損傷を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解質膜に触媒インクを均一に塗布できる共に電解質膜の損傷を防止できる膜電極接合体の製造方法、及び膜電極製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の膜電極製造装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示された触媒インク塗布部の拡大図である。
【図３】本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の膜電極接合体製造装置の一実施形態の構成を示す図である。図１に示される膜電極接合体製造装置１は、燃料電池に用いられる膜電極接合体を製造するためのものである。膜電極接合体製造装置１は、電解質膜１０を所定の搬送経路に沿って搬送しつつ、電解質膜１０を含む膜電極接合体を製造する。電解質膜１０としては、例えば、固体高分子電解質膜を用いることができる。
【００１９】
膜電極接合体製造装置１は、膨潤液槽（膨潤部）２、触媒インク塗布部（膨潤液除去部、張力付与開放部、触媒インク塗布部）３、ガス拡散層積層部（積層部）４、及び乾燥チャンバー（乾燥部）５を備えている。膨潤液槽２、触媒インク塗布部３、ガス拡散層積層部４、及び乾燥チャンバー５は、電解質膜１０の搬送経路に沿って順に配置されている。したがって、電解質膜１０は、膨潤液槽２、触媒インク塗布部３、ガス拡散層積層部４、乾燥チャンバー５の順に流通する。
【００２０】
膨潤液槽２は、電解質膜１０を膨潤液Ｌにより膨潤させる。より具体的には、膨潤液槽２は、膨潤液Ｌを貯留しており、電解質膜１０をその膨潤液Ｌに浸漬させることにより、電解質膜１０を膨潤させる。膨潤液Ｌとしては、例えば、触媒インクに用いられる溶媒や水、及びこれらの混合物等を用いることができる。
【００２１】
触媒インク塗布部３は、電解質膜１０の表面及び裏面の両面に触媒インクを塗布する。図２を参照して触媒インク塗布部３の詳細について説明する。図２は、図１に示された触媒インク塗布部３の拡大図である。図２に示されるように、触媒インク塗布部３は、ダイヘッド３１を備えている。
【００２２】
ダイヘッド３１は、電解質膜１０の表面１０ａに向けて触媒インクＢ１を吐出すると共に、電解質膜１０の裏面１０ｂに向けて触媒インクＢ２を吐出する。このため、ダイヘッド３１から触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が吐出されている状態において、電解質膜１０を所定の速度でダイヘッド３１に通過させることより、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂの上に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を所定の厚さで塗布することができる。なお、触媒インクＢ１と触媒インクＢ２とは、互いに異なるものとすることができる。触媒インクＢ１は、例えば、アノード触媒を含むインクとすることができる。触媒インクＢ２は、例えば、カソード触媒を含むインクとすることができる。
【００２３】
ここで、電解質膜１０には、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する塗布領域Ｒ１とそれらを塗布しない未塗布領域Ｒ２とが、搬送方向に沿って交互に設定されている。ダイヘッド３１は、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を吐出する時間を調整することにより、塗布領域Ｒ１にのみ触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。
【００２４】
ダイヘッド３１には、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂから膨潤液Ｌを除去するための水かき部３２が設けられている。水かき部３２は、ダイヘッド３１のインク吐出口３１ａの前段において電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれに接触するように配置され、電解質膜１０の幅方向に延在する一対の突起である。このため、電解質膜１０が水かき部３２を通過することにより、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２の塗布前において、その表面１０ａ及び裏面１０ｂに付着した余剰の膨潤液Ｌが除去される。
【００２５】
ダイヘッド３１には、インク吐出口３１ａと水かき部３２との間において張力調整部３３が設けられている。張力調整部３３は、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれに接触するように配置され、電解質膜１０の幅方向に延在するバー状の一対の突起である。インク吐出口３１ａ、水かき部３２、及び張力調整部３３は、互いに近接して配置されている。張力調整部３３は、電解質膜１０と適当な摩擦を生じる材質から構成されることが望ましい。そのような材料の一例として、ニトリルゴムやフッ素ゴムを挙げることができる。
【００２６】
触媒インク塗布部３は、電解質膜１０の搬送方向に回転する一対のローラーベルト３４ａ，３４ｂを有している。ローラーベルト３４ａは、電解質膜１０の表面１０ａ側に配置されている。ローラーベルト３４ｂは、電解質膜１０の裏面１０ｂ側に配置されている。ローラーベルト３４ａには複数（ここでは２つ）の張力調整部３５ａが設けられており、ローラーベルト３４ｂには複数（ここでは２つ）の張力調整部３５ｂが設けられている。張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂは、電解質膜１０の幅方向に延在するバー状の突起である。張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂについても、張力調整部３３と同様に、電解質膜１０と適当な摩擦を生じる材質から構成されることが望ましい。
【００２７】
張力調整部３５ａは、電解質膜１０の表面１０ａに接触した状態において、ローラーベルト３４ａの回転に伴って（図中矢印の方向に沿って）移動する。張力調整部３５ｂは、電解質膜１０の裏面１０ｂに接触した状態において、ローラーベルト３４ｂの回転に伴って（図中矢印の方向に沿って）移動する。張力調整部３５ａと張力調整部３５ｂとは、電解質膜１０に接した状態において、互いに対向するように配置されている。したがって、電解質膜１０は、張力調整部３５ａと張力調整部３５ｂとによって把持されながら搬送される。張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂは、未塗布領域Ｒ２において、電解質膜１０を把持する。
【００２８】
このように、電解質膜１０は、張力調整部３５ａと張力調整部３５ｂとで把持されると共に張力調整部３３に接触しながら搬送される。このため、張力調整部３３と張力調整部３５ａ，３５ｂとの間において、電解質膜１０の搬送方向に沿って電解質膜１０に張力が付与される。このとき、電解質膜１０と張力調整部３３との接触位置が張力の起点となると共に、電解質膜１０と張力調整部３５ａ，３５ｂとの接触位置が張力の終点となる。なお、電解質膜１０への張力のかけかたの一例として、電解質膜１０に適切な引張荷重がかかるようにローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂの回転を制御することを挙げることができる。
【００２９】
電解質膜１０に接触した状態の張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂのそれぞれは、ローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂのそれぞれの端部まで移動した後に、ローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂの回転に伴って、電解質膜１０から離れる方向に移動する（図２（ｃ）参照）。これにより、張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂと電解質膜１０との接触が解除され、電解質膜１０に付与された張力が開放される。このとき、別の張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂが、ローラーベルト３４ａ及びローラーベルト３４ｂの回転に伴って、電解質膜１０に近づく方向に移動し未塗布領域Ｒ２において電解質膜１０を把持する。このため、新たに電解質膜１０の別の部分に張力が付与される。ダイヘッド３１は、張力が付与されている状態の電解質膜１０に対して、触媒インクＢ１，Ｂ２を塗布する。換言すれば、ダイヘッド３１は、電解質膜３１に張力が付与されてから張力が開放されるまでの間において、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。
【００３０】
図１を参照して膜電極接合体製造装置１の各部の説明を続ける。ガス拡散層積層部４は、上述したように触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が塗布され張力が開放された電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれの上に、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを介してガス拡散層１１を積層する。ガス拡散層１１は、電解質膜１０の塗布領域Ｒ１の長さと略同一の長さに予めカットされている。ガス拡散層１１は、電解質膜１０の塗布領域Ｒ１の上に積層される。なお、ガス拡散層１１の電解質膜１０側の面には、マイクロポーラス層（不図示）が形成されている。換言すれば、マイクロポーラス層は、触媒インクＢ１とガス拡散層１１との間、及び触媒インクＢ２とガス拡散層１１との間にそれぞれ配置されることとなる。
【００３１】
ガス拡散層積層部４においては、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを介して、電解質膜１０の上にガス拡散層１１とマイクロポーラス層とをそれぞれ積層することにより、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれの溶媒を、ガス拡散層１１とマイクロポーラス層とに吸収させ、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれから、触媒層を形成する。つまり、ガス拡散層積層部４においては、電解質膜１０と、一対の触媒層と、一対のマイクロポーラス層と、一対のガス拡散層１１とを積層した積層体２０が形成される。なお、ここでの触媒層は、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２から少なくとも一部の溶媒が除かれて形成されるものであり、必ずしも触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２から全ての溶媒が除かれて形成されるものではない。
【００３２】
乾燥チャンバー５には、粗乾燥部５１が設けられている。粗乾燥部５１には、上述したように形成された積層体２０を挟んで対向するように、一対のキャタピラ５１ａが配置されている。キャタピラ５１ａのそれぞれは、電解質膜１０に皺が生じることを抑制するために積層体２０を両側から押さえながら搬送するよう積層体２０に接触している。乾燥チャンバー５に搬入された積層体２０は、粗乾燥部５１において、キャタピラ５１ａによって押さえられながら加熱されることにより粗乾燥される。粗乾燥部５１における加熱は、例えば、８０℃〜１００℃程度で行われる。
【００３３】
乾燥チャンバー５における粗乾燥部５１の後段には、熱処理・加圧圧着部５２が設けられている。熱処理・加圧圧着部５２は、積層体２０を高温で熱処理し、残存溶媒の除去を行う。熱処理・加圧圧着部５２は、残存溶媒の除去に続いて、複数のホットロール５２ａによって積層体２０に高温高圧（電解質膜の材料によって適宜設定する）をかけて、電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１を互いに圧着し一体化する。これにより、積層体２０から膜電極接合体３０が形成される。
【００３４】
乾燥チャンバー５における熱処理・加圧圧着部５２の後段には、裁断部５３が設けられている。裁断部５３は、膜電極接合体３０を所望の大きさにカットする。これにより、所望の大きさの膜電極接合体３０が製造される。
【００３５】
次に、図１〜３を参照して、本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態について説明する。図３は、本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。この製造方法は、上述した膜電極接合体製造装置１を用いる。
【００３６】
まず、電解質膜１０を用意する（工程Ｓ１０１）。ここでは、電解質膜１０は、保護シートＳと共にロール状に巻かれている。続いて、保護シートＳを剥離しながら電解質膜１０を膨潤液槽２に貯留された膨潤液Ｌの中に導入して、電解質膜１０を膨潤液Ｌにより膨潤させる（工程Ｓ１０２：第１工程）。この工程では、電解質膜１０を膨潤液Ｌに浸漬することにより、電解質膜１０を膨潤させる。
【００３７】
続いて、触媒インク塗布部３の水かき部３２によって、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂから余剰の膨潤液Ｌを除去する（工程Ｓ１０３：第２工程）。続いて、張力調整部３３と張力調整部３５ａ，３５ｂとによって電解質膜１０に張力を付与する（工程Ｓ１０４：第３工程）。このとき、張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂは、図２に示されるように、未塗布領域Ｒ２において電解質膜１０を把持する。
【００３８】
続いて、電解質膜１０に張力が付与された状態において、ダイヘッド３１により電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれに触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを塗布する（工程Ｓ１０５：第４工程）。このとき触媒インクＢ１，Ｂ２を塗布する領域は、図２に示されるように、張力調整部３５ａ，３５ｂが把持している未塗布領域Ｒ２に続く塗布領域Ｒ１である。
【００３９】
そして、張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂと電解質膜１０との接触を解除することにより、電解質膜１０に付与されていた張力を開放する（工程Ｓ１０６：第５工程）。このとき、図２（ｃ）に示されるように、別の張力調整部３５ａ及び張力調整部３５ｂが電解質膜１０の次の未塗布領域Ｒ２を把持することにより、その未塗布領域Ｒ２に続く電解質膜１０の部分に張力が付与される。
【００４０】
続いて、ガス拡散層積層部４において、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が塗布されて張力が開放された状態の電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれの上に、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれを介して、マイクロポーラス層とガス拡散層１１とを順に積層する（工程Ｓ１０７：第６工程）。このとき、電解質膜１０に皺が生じない程度に、マイクロポーラス層とガス拡散層１１とを電解質膜１０に対して微加圧する。これにより、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２のそれぞれの溶媒が、ガス拡散層１１とマイクロポーラス層とに吸収されて触媒層が形成される。そして、電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１からなる積層体２０が形成される。
【００４１】
続いて、粗乾燥部５１によって、一対のキャタピラ５１ａで積層体２０を押さえながら積層体２０の粗乾燥を行う（工程Ｓ１０８：第７工程）。続いて、熱処理・加圧圧着部５２によって積層体２０の熱処理、及び加圧圧着を行う（工程Ｓ１０９：第８工程）。これにより、電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１が互いに圧着され、膜電極接合体３０が形成される。そして、裁断部５３によって、膜電極接合体３０を所望の大きさに裁断する（工程Ｓ１１０）。これにより、所望の大きさの膜電極接合体３０が製造される。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０を膨潤させた後に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。このため、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２に含まれる溶媒によって、電解質膜が膨潤して撓むことが防止される。また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に張力を付与した状態において電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する。このため、電解質膜１０に対して触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を均一に塗布することができる。さらに、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、電解質膜１０に付与した張力を開放した後に乾燥を行う。このため、その乾燥の際に電解質膜１０の収縮が阻害されないので、電解質膜１０の損傷を防止することができる。
【００４３】
また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、積層体２０は、粗乾燥部５１において、一対のキャタピラ５１ａによって押さえられながら乾燥される。より具体的には、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、一対のキャタピラ５１ａによって、ガス拡散層１１と電解質膜１０とを密着させるようにガス拡散層１１に力を加えながら積層体２０の粗乾燥を行う。このため、電解質膜１０に皺が生じることが抑制されると共に、積層体２０を構成する電解質膜１０、触媒層、マイクロポーラス層、及びガス拡散層１１が互いに位置ずれすることが防止される。
【００４４】
また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２が塗布されない未塗布領域Ｒ２が電解質膜１０に設定されている。この未塗布領域Ｒ２は、膜電極接合体３０の完成後において、シール部として利用することができる。
【００４５】
また、触媒インク塗布部３において、水かき部３２とダイヘッド３１のインク吐出口３１ａとは互いに近接して配置されている。このため、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布する直前に、電解質膜１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂに付着した余剰の膨潤液Ｌが除去されることとなる。その結果、電解質膜１０に触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２を塗布するまでの間に、電解質膜１０が乾燥することを防止することができる。
【００４６】
以上の実施形態は、本発明の膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置の一実施形態を説明したものであり、本発明の膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置は、上記のものに限定されるものではない。本発明の膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体製造装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上記のものを変形したものとすることができる。
【００４７】
例えば、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、膨潤液Ｌとして、触媒インクＢ１及び触媒インクＢ２の両方に共通して含まれる溶媒と同一の溶媒を用いることができる。
【００４８】
また、本実施形態の膜電極接合体製造装置１及び膜電極接合体３０の製造方法においては、一対の触媒層（アノード触媒層及びカソード触媒層）のそれぞれを異なる温度で乾燥させる必要がある場合に、工数は増加するものの、上述した方法を応用して、それぞれの触媒層のための触媒インクを別々のタイミングで電解質膜１０に塗布することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１…膜電極接合体製造装置、２…膨潤液槽（膨潤部）、４…ガス拡散層積層部（積層部）、１０…電解質膜、１０ａ…表面、１０ｂ…裏面、１１…ガス拡散層、３１…ダイヘッド（触媒インク塗布部）、３３…張力調整部（張力付与開放部）、３５ａ，３５ｂ…張力調整部３５ａ（張力付与開放部）、５１…粗乾燥部（乾燥部）、Ｂ１，Ｂ２…触媒インク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造方法であって、
電解質膜を膨潤液により膨潤させる第１工程と、
前記第１工程の後に、前記電解質膜の表面及び裏面から前記膨潤液を除去する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記電解質膜に張力を付与する第３工程と、
前記第３工程の後に、前記電解質膜に前記張力が付与された状態において、前記電解質膜の前記表面及び前記裏面に触媒インクを塗布する第４工程と、
前記第４工程の後に、前記電解質膜に付与された前記張力を開放する第５工程と、
を備えることを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【請求項２】
前記第５工程の後に、前記電解質膜の前記表面及び前記裏面の上に前記触媒インクを介してガス拡散層を積層する第６工程と、
前記第６工程の後に、前記電解質膜を乾燥させる第７工程とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項３】
前記第６工程において、前記ガス拡散層と前記触媒インクとの間にマイクロポーラス層を配置して、前記触媒インクに含まれる溶媒を前記マイクロポーラス層及び前記ガス拡散層で吸収することにより、前記触媒インクから触媒層を形成する、
ことを特徴とする請求項２記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項４】
前記第７工程の後に、前記電解質膜、前記触媒層、前記マイクロポーラス層、及び前記ガス拡散層を互いに圧着する第８工程をさらに備える、
ことを特徴とする請求項３記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項５】
前記第７工程において、前記ガス拡散層と前記電解質膜とを密着させるように前記ガス拡散層に力を加えながら前記電解質膜を乾燥させる、
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項６】
燃料電池に用いられる膜電極接合体を製造する膜電極接合体製造装置であって、
電解質膜を膨潤液により膨潤させる膨潤部と、
膨潤した前記電解質膜の表面及び裏面の前記膨潤液を除去する膨潤液除去部と、
前記表面及び前記裏面から前記膨潤液を除去された前記電解質膜に張力を付与すると共に、前記電解質膜に付与した前記張力を開放する張力付与開放部と、
前記電解質膜に前記張力が付与されてから前記張力が開放されるまでの間において、前記電解質膜の前記表面及び前記裏面に触媒インクを塗布する触媒インク塗布部と、
前記触媒インクが塗布されて前記張力が開放された前記電解質膜の前記表面及び前記裏面の上に前記触媒インクを介してガス拡散層を積層する積層部と、
前記ガス拡散層が積層された前記電解質膜を乾燥させる乾燥部と、
を備えることを特徴とする膜電極接合体製造装置。
【請求項１】
燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造方法であって、
電解質膜を膨潤液により膨潤させる第１工程と、
前記第１工程の後に、前記電解質膜の表面及び裏面から前記膨潤液を除去する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記電解質膜に張力を付与する第３工程と、
前記第３工程の後に、前記電解質膜に前記張力が付与された状態において、前記電解質膜の前記表面及び前記裏面に触媒インクを塗布する第４工程と、
前記第４工程の後に、前記電解質膜に付与された前記張力を開放する第５工程と、
を備えることを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【請求項２】
前記第５工程の後に、前記電解質膜の前記表面及び前記裏面の上に前記触媒インクを介してガス拡散層を積層する第６工程と、
前記第６工程の後に、前記電解質膜を乾燥させる第７工程とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項３】
前記第６工程において、前記ガス拡散層と前記触媒インクとの間にマイクロポーラス層を配置して、前記触媒インクに含まれる溶媒を前記マイクロポーラス層及び前記ガス拡散層で吸収することにより、前記触媒インクから触媒層を形成する、
ことを特徴とする請求項２記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項４】
前記第７工程の後に、前記電解質膜、前記触媒層、前記マイクロポーラス層、及び前記ガス拡散層を互いに圧着する第８工程をさらに備える、
ことを特徴とする請求項３記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項５】
前記第７工程において、前記ガス拡散層と前記電解質膜とを密着させるように前記ガス拡散層に力を加えながら前記電解質膜を乾燥させる、
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項６】
燃料電池に用いられる膜電極接合体を製造する膜電極接合体製造装置であって、
電解質膜を膨潤液により膨潤させる膨潤部と、
膨潤した前記電解質膜の表面及び裏面の前記膨潤液を除去する膨潤液除去部と、
前記表面及び前記裏面から前記膨潤液を除去された前記電解質膜に張力を付与すると共に、前記電解質膜に付与した前記張力を開放する張力付与開放部と、
前記電解質膜に前記張力が付与されてから前記張力が開放されるまでの間において、前記電解質膜の前記表面及び前記裏面に触媒インクを塗布する触媒インク塗布部と、
前記触媒インクが塗布されて前記張力が開放された前記電解質膜の前記表面及び前記裏面の上に前記触媒インクを介してガス拡散層を積層する積層部と、
前記ガス拡散層が積層された前記電解質膜を乾燥させる乾燥部と、
を備えることを特徴とする膜電極接合体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２１６３７９（Ｐ２０１２−２１６３７９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０１５６（Ｐ２０１１−８０１５６）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０８０１３２５２）株式会社ＥＮＥＯＳセルテック (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０８０１３２５２）株式会社ＥＮＥＯＳセルテック (67)
【Ｆターム（参考）】
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