JP2001307755A - 燃料電池の製造装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極基材に充填または塗布されるシール材の
量と面内分布を均一化させる燃料電池の製造装置および
その製造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係る燃料電池の製造装置は、燃
料電池の電極基材１を載置する載置面を有する載置台２
と、載置面と水平な方向に移動することで電極基材１に
シール材を充填または塗布するローラ９１を保持するロ
ーラユニット９と、シール材をローラ９１で押圧して電
極基材１にシール材を充填する充填モード、及び、シー
ル材をローラ９１で押圧せずに電極基材１上にシール材
を塗布する塗布モードの両モードを有する充填・塗布手
段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池、特にはリ
ン酸型燃料電池の製造装置およびその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、燃料を改質して得られる水
素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直流電圧
を得るもので、特にリン酸型燃料電池では、リン酸等の
電解質からなるマトリクスを挟持する空気極の電極基
材、燃料極の電極基材に水素、酸素を供給し、この供給
された水素と酸素とをマトリクスを介して反応させるよ
うにしている。

【０００３】そして、この反応時に、各電極基材の端部
や電極基材と接合される接合部材（ガス供給用のカーボ
ン板やマトリクス）の接合部から反応ガスが漏れないよ
うに、リーク防止策として、各電極基材の端部に充填シ
ール層、さらに、各電極の触媒層の周辺部に周辺シール
層が形成されている。

【０００４】このような周辺シールを形成する方法とし
ては、特開平６−３８３４２号公報に記載されている、
樹脂製の多孔質シートを母体としたシムを用いたもの
や、特願平１１−１７８９５１号に記載されている、触
媒層周辺にペーストを塗布し、ウエットシールを形成す
るものがある。

【０００５】なお、端部に充填シール層を形成する方法
としては、特開昭６２−１６０６６２号公報に記載され
ている、シール材を電極基材に充填するもや、シール材
を電極基材に塗布後、ハンドローラで押圧して充填する
方法がある。

【０００６】図１５、図１６は上記従来の充填シール
層、及び周辺シールの作成方法を示す工程図である。ま
ず、図１５（ａ）に示すように、シール材を電極基材１
０１に塗布後、ハンドローラで押圧して充填シール層１
０２を形成する。次に、図１５（ｂ）に示すように、充
填シール層１０２が形成された電極基材１０１の将来周
辺シールになる部分をマスク１０３で覆いマスキングを
行う。マスキング後、図１５（ｃ）に示すように、シー
ル供給用ローラ１１１、搬送用ローラ１１２を有する従
来のリバースロールコータ（ＲＲＣ）（図１７参照）を
用いて、触媒層１０４と周辺シール１０５ａを一斉に塗
布する。その後、図１５（ｄ）に示すように、マスク１
０３をはずして、触媒層１０４の一部を除去する。

【０００７】そして、図１６（ａ）に示すように、除去
した部分にプリンタマスク１０６をあてがい、スキージ
で周辺シール１０５ｂを手作業で塗布するか（特願平１
１−１７８９５１号の手法）、図１６（ｂ）に示すよう
に、除去した部分にシム１０７を貼付し、手作業でロー
ル圧着し整形するようにする（特開平６−３８３４２号
公報の手法）。このようにして、図１６（ｃ）に示すよ
うな四方に周辺シール１０５ａ、１０５ｂが形成された
電極基材１０１が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池の製造
方法は上記のようになされていたので、プリンタ塗布及
びシム貼付けによる方法では、作業が煩雑で時間がかか
り、部品点数も多くなるため量産には向いておらず、ハ
ンドロールによる方法では、供給するシール材の全体量
や面内位置によるばらつきが生じたり、ローラで刷り込
む力の強弱によって充填量や充填量分布にばらつきが生
じるため、品質が安定せず、量産に向かないという問題
点があった。

【０００９】また、上記のような手作業ではなく、従来
のロールコータを用いた方法では、電極基材の端辺から
端辺までの塗布または充填はできるが、端辺から所定距
離隔てた位置（中途位置）からの塗布または充填、ある
いは、端辺から所定距離へだてた位置（中途位置）まで
の塗布または充填をすることができない。そのため、中
途位置から中途位置への塗布が必要である四方を取り囲
むような周辺シールを、このロールコータのみで形成で
きないという問題点があった。

【００１０】また、従来のロールコータでは、電極基材
に対してシール供給用ローラが一方向にのみ移動可能な
ように設計されていたので、１つのロールコータで充填
シール層と周辺シールの両方を形成することができなか
った。

【００１１】また、従来のロールコータでは、シール供
給用ローラと搬送用ローラの間隔（図１７参照）を一定
に設定することにより塗布・充填を行うため、電極基材
やパレットに凹凸がある場合には、ペーストを充填する
圧力を均一にしにくいという問題点があった。

【００１２】さらにまた、従来のロールコータでは、ペ
ースト類を電極基材全面に塗布する必要があるため、シ
ール材供給用ローラの軸方向の幅を電極基材の幅よりも
大きく設計していた。そのため、ローラの接地面積が大
きくなることより、ローラに均等に圧力がかかりにく
く、またサイズが大きいためクリーニング等のメンテナ
ンスも煩雑で、さらに、長軸のローラを精密に加工する
ためには、多くの費用や時間がかかるという問題点があ
った。

【００１３】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、電極基材に充填または塗布され
るシール材の量と面内分布を均一化させる燃料電池の製
造装置およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】また、本発明は、１つの装置で電極基材に
充填シール層と周辺シールの両方を形成することが可能
な燃料電池の製造装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】また、本発明は、電極基材の中途位置から
のシール材の塗布または充填、あるいは、中途位置まで
のシール材の塗布または充填が可能な燃料電池の製造装
置およびその製造装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる燃料電池
の製造装置は、燃料電池の電極基材を載置する載置面を
有する載置台と、上記載置面と水平な方向に移動するこ
とで上記電極基材にシール材を充填または塗布するロー
ラを保持するローラユニットと、上記シール材を上記ロ
ーラで押圧して上記電極基材に上記シール材を充填する
充填モード、及び、上記シール材を上記ローラで押圧せ
ずに上記電極基材上に上記シール材を塗布する塗布モー
ドの両モードを有する充填・塗布手段とを備えている。

【００１７】また、充填・塗布手段が、ローラの軸方向
と垂直な一方の方向とその反対の方向に、ローラまたは
載置台が移動するように、ローラユニットまたは上記載
置台を移動させる前後移動手段を有するようにしてもよ
い。

【００１８】さらにまた、載置面と垂直な方向にローラ
または載置台が移動するように、ローラユニットまたは
上記載置台を移動させる上下移動手段とを備えるように
してもよい。

【００１９】また、ローラユニットまたは載置台に、電
極基材の凹凸、または、傾きに追従するコンプライアン
ス機構を設けてもよい。

【００２０】また、ローラを軸方向に移動させる軸方向
移動手段を備えてもよい。

【００２１】さらに、ローラの軸方向の幅を、シール材
を形成すべき領域の幅とほぼ同じでにしてもよい。

【００２２】また、本発明にかかる燃料電池の製造方法
は、上記燃料電池の製造装置の載置台に燃料電池の電極
基材を載置する載置工程と、上記製造装置の充填・塗布
手段を充填モードにし、この充填モード時の製造装置に
より載置された上記電極基材にシール材を充填する充填
工程と、上記充填工程後に、上記充填・塗布手段を塗布
モードに切り替え、この塗布モード時の製造装置により
上記電極基材上にシール材を塗布する塗布工程とを含ん
でいる。

【００２３】また、上記燃料電池の製造装置の載置台に
燃料電池の電極基材を載置する載置工程と、ローラを上
記電極基材から離した状態で、上記ローラを上記電極基
材の端辺から所定距離へだてた開始位置に設定する設定
工程と、上記移動手段により上記開始位置に設定された
ローラを上記電極基材に接触させる接触工程と、上記電
極基材に接触したローラを上記電極基材の端辺から所定
距離へだてた終了位置まで移動させ、上記電極基材にシ
ール材を塗布または充填するシール形成工程と、上記終
了位置まで移動したローラを上記移動手段により上記電
極基材から離す工程とを含んでいる。

【００２４】さらに、ローラの軸方向の幅を、シール材
を形成すべき領域の幅とほぼ同じにしてもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの実施の
形態１の燃料電池の製造装置を示す構成図である。図に
おいて、１は充填シール層あるいは周辺シールを形成す
べき燃料電池の電極基材（燃料極の電極基材、あるいは
空気極の電極基材）、２は電極基材１を載置する載置面
を有する載置台、３は載置台２に立設された支持部材で
ある。

【００２６】４は支持部材３に取り付けられ、載置面と
水平な方向に延在するリニアガイド、５はリニアガイド
４に沿って移動する前後移動部材で、この前後移動部材
はボールネジ６に取り付けられ、ボールネジ６の一端に
取り付けられたモータ（図示は省略する）の回動により
リニアガイド４の延在方向に移動可能になっている。こ
れらリニアガイド４、前後移動部材５、ボールネジ６、
モータにより前後移動手段が構成されている。

【００２７】７は前後移動部材５に取り付けられている
軸方向移動部材、８は軸方向移動部材７に取り付けられ
ている上下移動部材で、駆動手段及び制御装置（図示は
省略する）により移動できるようになっている。これら
上下移動部材８、駆動手段及び制御装置により上下移動
手段が構成されている。９は上下移動部材８に保持され
ているローラユニットで、載置面と水平な方向に移動す
ることで電極基材１にシール材を充填または塗布するシ
ール材供給用ローラ（以下単にローラという）９１を保
持している。

【００２８】このように、ローラユニット９は前後移動
手段によって、前後方向（載置面に平行な方向で、かつ
ローラ９１の軸方向と垂直な方向）に移動可能であると
ともに、上下移動手段によって、上下方向（載置面と垂
直な方向で、かつローラ９１の軸方向と垂直な方向）に
移動可能なようになっている。なお、ローラユニット９
には、ローラ９１の着地を検知するセンサ装置（図示せ
ず）が設けられている。

【００２９】さらに、前後移動手段、ローラユニット９
で構成される充填・塗布手段によって、電極基材１にシ
ール材を塗布するとともに、この塗布されたシール材を
ローラ９１で押圧して電極基材１にシール材を充填する
充填モード、及び、ローラ９１で押圧せずに電極基材１
上にシール材を塗布する塗布モードの両モードの動作が
可能になっている。

【００３０】次に、ローラユニット９の構成を説明す
る。図２は図１に示したローラユニット９を示す側面図
である。図において、９１は回動可能なシール材供給用
ローラ、９２はローラ９１に所定距離へだてて付設され
た調整用部材で、この調整用部材は切り込みが設けられ
た丸棒で構成されている。９３はローラ９１と調整用部
材９２上に配設されたペースト溜で、ローラ９１と調整
用部材９２間の隙間（ギャップ）にペースト（シール材
９４）を流すようになっている。９５はローラ９１を回
転させるローラ回転用モータである。

【００３１】ここで、ローラ９１の軸方向の幅は、形成
すべき充填シール層、あるいは周辺シール層の幅とほぼ
同じ、すなわち、電極基材１の幅よりも小さく、充填シ
ール層、あるいは周辺シールの幅よりも少し大きくなる
ように設定する。

【００３２】従来のロールコータでは、ペースト類を電
極基材の全面に塗布する必要があるため、ローラの軸方
向の幅は電極基材の幅よりも大きく設定していたが、こ
のような構造のロールコータでは充填シールを形成する
場合、ローラ全体に均一な力がかかりにくく、均一な充
填が行われないという問題点があった。そこで、上記の
ようにローラ９１の軸方向の幅を小さくすることで、こ
のような問題を解決することができるようになった。実
際には、ローラ９１の軸方向の幅は、シール幅に加えて
しきり板を２枚配置できる幅を持っていればよく、シー
ル幅３６ｍｍに対して幅６０ｍｍのものを用いた。

【００３３】なお、図１、図２では、周辺シールと充填
シール層のみを形成するためのローラユニットを示して
いるが、周辺シールと触媒層とを同時に形成することが
できるように、上記のローラユニットに代えて、ローラ
の軸方向の幅が広いローラユニットを取り付けるように
してもよい。図３はローラ幅の広いローラユニットの要
部斜視図ある。図において、９１ａは電極基材の幅とほ
ぼ同じ軸幅を有するシール材供給用ローラ、９２ａは調
整用部材、９３ａはペースト溜で、このペースト溜は、
２枚のしきり板により３つの領域に分割されており、中
央の領域に触媒材を、残りの端の領域にシール材を供給
することで、ローラ９１ａに触媒材とシール材とを同時
に供給できるようになっている。なお、しきり板は厚さ
５ｍｍのテフロン（登録商標）板を切削加工して形成す
ることができる。

【００３４】この実施の形態では、ローラ９１として、
直径５０ｍｍ、軸幅６０ｍｍのステンレス製丸棒を用
い、シール材厚さ調整用部材９２として、直径４０ｍ
ｍ、軸幅６０ｍｍのステンレス丸棒に切り込みを切削加
工にて施したものを用いた。なお、この切り込みの角度
はローラ９１の中心から見て水平より１５°とした。

【００３５】次に、図１に示した燃料電池の製造装置の
動作について説明する。この実施の形態の燃料電池の製
造装置では、充填シール層を形成するための充填モード
と、周辺シールを形成するための塗布モードの２つの動
作を実現することが可能になっている。以下、これらの
２つのモードについて説明する。

【００３６】まず、充填モードについて説明する。図４
は図１に示した燃料電池の製造装置の充填モード時の動
作を示す図である。なお、４１はローラユニットの進行
方向を示す矢印である。図４に示すように、充填モード
時には、ローラユニット９をローラ９１のペーストが供
給される側方向、すなわち、前方向（図４では左側方
向）に移動させるとともに、ローラ９１がペーストを電
極基材１側へ送り出す方向、すなわち、順方向（図４で
は時計と反対周り）に回転させる。

【００３７】このとき、シール材９４はローラ９１に付
着しながら直ちに電極基材１まで達し、ローラ９１と電
極基材１の接点で、シール材９４がローラ９１から電極
基材１へ転写されながらローラ９１で加圧される。その
結果、シール材９４を電極基材１に均一に充填すること
ができる。このような工程を乾燥させながら、電極基材
１の表裏について行うことによって、電極基材１の端部
に充填シール層を形成することができる。

【００３８】次に塗布モードについて説明する。図５は
図１に示した燃料電池の製造装置の塗布モード時の動作
を示す図である。なお、５１はローラユニットの進行方
向を示す矢印である。図５に示すように、塗布モード時
には、ローラユニット９をローラ９１のペーストが供給
される側方向と反対方向、すなわち、後方向（図５では
右側方向）に移動させるとともに、ローラ９１を順方向
（図５では時計と反対周り）に回転させる。

【００３９】このとき、シール材９４はローラ９１に付
着しながら直ちに電極基材１まで達し、ローラ９１と電
極基材１の接点で、シール材９４がローラ９１から電極
基材１へ擦りつけられながら転写される。その結果、シ
ール材９４を電極基材１に均一に塗布することができ
る。このようにして、電極基材１の周辺に周辺シールを
形成することができる。

【００４０】なお、両モード時において、ローラ９１が
回転していない時は、ペースト溜９３の内部に蓄積され
たシール材９４は、粘性が高いためギャップから漏れ出
すことはなく、また、周辺シールと触媒層とを同時に形
成する場合には、一対のしきり板の間隔、すなわち、シ
ール材が供給される領域の幅を調整することにより、充
填・塗布するシール幅を調整することができる。

【００４１】次に、図１に示した燃料電池の製造装置を
用いて燃料電池の電極を製造する方法を説明する。図
６、図７はこの実施の形態１の燃料電池の製造方法を示
す工程図である。まず、図１に示した燃料電池の製造装
置の載置台２上にパレット（図示は省略する）を介して
電極基材１を固定する（載置工程）。なお、電極基材１
のパレットへの固定は粘着テープによって行った。ま
た、パレットの載置台２への位置決めは角部の突き当て
によって行い、固定はパレット自身の摩擦力により行っ
た。

【００４２】この載置工程後に、充填・塗布手段を充填
モードにし、図６（ａ）に示すように、この充填モード
時の製造装置により、電極基材１の両端部に充填シール
層１０を形成する（充填工程）。すなわち、充填モード
にすることで、シール材が電極基材１表面に塗布される
とともにローラ９１により押圧されて電極基材１にシー
ル材が充填される。

【００４３】そして、この充填工程後に、充填・塗布手
段を塗布モードに切り替え、この塗布モード時の製造装
置により電極基材１上にシール材を塗布することで電極
基材１に触媒層１２と周辺シール１３ａを形成する。

【００４４】以下、上記周辺シールの形成方法をより詳
細に説明する。まず、図６（ｂ）に示すように、充填シ
ール層１０が形成された電極基材１の将来周辺シールと
なる部分をマスク１１で覆いマスキングする。そして、
図６（ｃ）に示すように、従来のＲＲＣを用いて触媒層
１２と周辺シール１３ａを一斉に塗布する。その後、図
７（ａ）に示すように、マスク１１をはずして、マスク
１１上の触媒層１２を除去する。

【００４５】なお、ここでは従来のＲＲＣを用いている
が、図１に示した製造装置のローラを図３に示すような
電極基材の幅に対応したローラに代え、供給部にしきり
を設けたものを用いれば図１に示した製造装置でも行う
ことができる。

【００４６】このようにして電極基材１上に触媒層１２
と周辺シール１３ａとを形成した後、製造装置の上下移
動手段によりローラを電極材１より離し、電極基材１を
９０゜回転させて再配置するとともに、製造装置の軸方
向移動部材の位置を調整して、ローラ９１の位置が形成
すべき周辺シールの位置に対応するように位置合わせを
する。そして、ローラ９１を電極基材１から離した状態
で、電極基材１の端辺から所定距離へだてた開始位置
（マスキングされていた領域の一方の端辺）にローラ９
１が設定されるようにする（設定工程）。

【００４７】この設定工程後に、上下移動手段によりロ
ーラ９１を電極基材１に接触させ、この接触した状態
で、ローラ９１を電極基材１の端辺から所定距離へだて
た終了位置（マスキングされていた他方の端辺）まで電
極基材１表面に沿って移動させ、電極基材１のマスクが
されていた領域にシール材を塗布して周辺シール１３ｂ
を形成する（シール形成工程）。

【００４８】最後に、移動手段によりローラを電極基材
１より離し、図７（ｂ）に示すように、触媒層１２の四
方に周辺シール１３ａ、１３ｂが形成された電極基材１
を載置台から取り出す。

【００４９】この実施の形態では、充填シール層１０の
製作実施に際しては、ローラユニット９の並進速度を
１．５０ｍ／ｍｉｎ、ローラ９１の回転速度を１．５７
ｍ／ｍｉｎ、ローラ９１の加圧推力を７．６ｋｇｆ、ギ
ャップの間隔を０．２ｍｍとした。また、空気極及び燃
料極の電極基材１として、縦横のサイズが１０７２ｍｍ
×５４２ｍｍ、厚さが０．２ｍｍのものを用い、空気
極、燃料極共に、幅３１ｍｍの充填シール層を形成し
た。

【００５０】シール材９４として、固形分としてカーボ
ンブラック粉体とテフロンのディスパージョンに水溶性
溶媒及び助材を加えて混合したものを用い、固形分率１
２〜２０％、粘度は４０００ｃｐ〜１００００ｃｐとな
るように調整した。また、ローラ回転用モータ９５に
は、最大トルク１３ｋｇｆ・ｍ、可変速度範囲１０００
〜８０００ｍｍ／ｍｉｎを満たす、例えばオリエンタル
社製ＤＣ２４Ｖモーター（型式ＨＢＬ２１０Ｋ−ＧＮ）
を用いた。

【００５１】なお、周辺シール１３ｂの製作の実施に際
しては、ローラユニット９の並進速度を２．１０ｍ／ｍ
ｉｎ、ローラ９１の回転速度を４．７１ｍ／ｍｉｎとし
た。また、周辺シール１３ｂ（１３ａ）の幅は空気極、
燃料極共に３６ｍｍとした。

【００５２】実際に、手作業で行っていた従来方式とこ
の実施の形態による方法用いた場合とで、１バッチ３０
セル（空気極３０枚、燃料極３０枚）の生産に要する時
間を計測した。その結果、この実施の形態の方式で行っ
たものは、従来方式の約２分の１の時間で生産すること
ができた。

【００５３】また、図１では、各上下移動部材８が共通
の前後移動部材５に取り付けられ、この前後移動部材５
が前後に移動するようにしているが、図８に示すよう
に、各上下移動部材８がそれぞれ異なる前後移動部材５
ａ、５ｂに取り付けられるようにし、この前後移動部材
５ａ，５ｂをそれぞれ前後に移動させるようにしてもよ
い。

【００５４】この実施の形態では、シール材をローラで
押圧して電極基材にシール材を充填する充填モードと、
シール材をローラで押圧せずに電極基材上にシール材を
塗布する塗布モードの両モードを有する充填・塗布手段
とを備えているので、１つの製造装置で電極基材に充填
シール層と周辺シールとの両方を形成することができ
る。

【００５５】また、軸方向と垂直な一方の方向とその反
対の方向に、ローラが移動するように、ローラユニット
を移動させる前後移動手段を設けているので、作業スペ
ースを小さくすることができる。

【００５６】また、載置面と垂直な方向にローラが移動
するように、ローラユニットを移動させる上下移動手段
とを備えているので、電極基材の端辺から所定距離へだ
てた開始位置から充填または塗布を開始することがで
き、さらに、電極基材の端辺から所定距離へだてた終了
位置で充填または塗布を終了することができる。

【００５７】また、ローラを軸方向に移動させる軸方向
移動手段を備えているので、ローラの軸方向の任意の位
置に周辺シール（充填シール層）を形成することができ
る。そのため、縦横で採寸の違う電極基材に対しても、
形成すべき位置にローラの位置を合わせることで、周辺
シール（充填シール層）を形成することができる。

【００５８】また、ローラの軸方向の幅が、シール材を
形成すべき領域の幅とほぼ同じであるので、周辺シール
層の形成時に、他の領域（触媒層が形成されている領
域）がローラにより押圧されることがなく、精度の良い
触媒層を形成することができる。

【００５９】実施の形態２．実施の形態１の燃料電池の
製造装置では、前後移動手段によって、ローラユニット
を前後に移動させるようにしているが、この実施の形態
２では、ローラユニットを前後に移動させる代わりに、
電極基材を載置する載置台を前後に移動させるようにし
たものである。

【００６０】図９はこの実施の形態２の燃料電池の製造
装置を示す斜視図である。図において、２ａは前後移動
手段、及び載置台としてのコンベヤで、このコンベヤの
ベルト部分の平面部分（載置面）に電極基材１が載置さ
れる。また、このコンベヤ２ａの回転により、コンベヤ
２ａ上に載置される電極基材１を前後方向に移動できる
ようになっている。ここでは、前後移動手段としてコン
ベヤを用いているが、これは特に限定するものではな
く、例えば、電極基材１を載置する載置面を前後方向に
移動できるものであればよい。なお、３ａは支持部材
で、この支持部材に各上下移動部材８が取り付けられて
いる。

【００６１】その他は実施の形態１と同様であるので説
明は省略する。なお、動作については、実施の形態１で
前後移動手段によりローラユニットを上下に移動させる
代わりに、前後移動手段により載置台（電極基材１）を
前後に移動させる以外実施の形態１と同様であるので説
明は省略する。

【００６２】この実施の形態では、軸方向と垂直な一方
の方向とその反対の方向に、載置台が移動するように、
載置台を移動させる前後移動手段を設けているので、実
施の形態１と同様の効果を奏する。

【００６３】なお、図１に示した前後移動手段と、図９
に示した前後移動手段とを合わせたものにして良いこと
は言うまでもない。

【００６４】実施の形態３．実施の形態１の燃料電池の
製造装置では、上下移動手段によって、ローラユニット
を上下に移動させるようにしているが、この実施の形態
３では、ローラユニットを上下させる代わりに、電極基
材を載置する載置台を上下に移動させるようにしたもの
である。

【００６５】図１０はこの実施の形態３の燃料電池の製
造装置を示す斜視図である。図において、８ａは基盤、
８ｂは基盤８ａ上に設けられた上下移動部材で、この上
下移動部材が上下方向に移動することで、この上に取り
付けられている載置台２が上下方向に移動するようにな
っている。この上下移動部材８ｂとしてはジャッキ等、
載置台２を上下移動方向に移動できるものであればよ
い。なお、動作については、実施の形態１で上下移動手
段によりローラユニットを上下に移動させる代わりに、
上下移動手段により載置台（電極基材１）を上下に移動
させる以外実施の形態１と同様であるので説明は省略す
る。

【００６６】この実施の形態では、載置面と垂直な方向
に載置台が移動するように、載置台を移動させる上下移
動手段とを備えているので、実施の形態１と同様の効果
を奏する。

【００６７】実施の形態４．この実施の形態４では、ロ
ーラと調整部材とのギャップの間隔を調整することによ
り、ローラに供給するシール材の供給量を調整するよう
にしたものである。

【００６８】ギャップの間隔を調整するには、調整部材
の位置をスライドさせ、所望のギャップの間隔になる位
置で固定することで調整することができる。なお、間隔
の調整は既知の厚さを有する隙間ゲージを用いて行っ
た。実験の結果、このギャップの間隔は０．１ｍｍ〜
０．３ｍｍにするのが好適であることがわかった。

【００６９】この実施の形態では、ローラと調整部材と
のギャップの間隔を調整するようにしているので、間隔
を大きくすることでローラへのシール材の供給量を増加
させることができ、逆に小さくすることでシール材の供
給量を減少させることができる。

【００７０】実施の形態５．この実施の形態５では、ロ
ーラの回転速度を調整することにより、ローラに供給す
るシール材の供給量を調整するようにしたものである。

【００７１】回転速度を調整するには、ローラ９１の軸
に回転伝達用ベルトを介して取り付けられているローラ
回転用モータ９５の回転速度を調整することにより調整
できる。なお、ローラ回転用モータ９５に供給する電圧
を増加（減少）させることにより回転速度を速く（遅
く）することができる。

【００７２】なお、ローラ９１の軸への回転伝達手段と
して、回転伝達用ベルトを用いる代わりに、ギア機構を
用いた伝達方法や、ローラ９１の軸とローラ回転用モー
タ９５を同軸にする方法でも同様の効果が得られる。

【００７３】実験の結果、ローラ回転用モータ９５の回
転速度とローラユニット９の移動速度との速度比が、充
填モードで１．０５〜１．５７、塗布モードで１．１２
〜２．２４にするのが好適であった

【００７４】この実施の形態では、ローラの回転速度を
調整するようにしているので、回転数を上げることでロ
ーラへのシール材の供給量を増加させることができ、逆
に下げることでシール材の供給量を減少させることがで
きる。

【００７５】実施の形態６．従来のロールコータによう
に、ローラと調整部材の間隔を一定に設定するだけで塗
布する量を制御する方法では、電極基材やパレットに凹
凸や傾きがある場合に、これらに起因して、ローラが電
極基材を押圧する圧力が不均一になり、均一な充填シー
ル層を形成しにくかった。そこで、この実施の形態６で
は、ローラユニットまたは載置台に、電極基材の凹凸、
または、傾きに追従するコンプライアンス機構を設け、
ローラが電極基材を押圧する圧力が均一になるようにし
たものである。

【００７６】図１１はこの実施の形態６のローラユニッ
トを示す側面図である。図において、９６は支持用ロー
ラの脚部、及び、ローラユニット９の上部に取り付けら
れたダンパ機構（ばね）からなるコンプライアンス機構
である。

【００７７】この実施の形態では、コンプライアンス機
構９６を設け、ローラ９１が電極基材の凹凸、傾きに追
従できるようしているので、従来のロールコータでは行
えなかった面内圧力ばらつきの少ないシール材の充填、
あるいは塗布を行うことができ、シール材の面内量ばら
つきを抑えることが可能となった。

【００７８】実際に、空気極の電極基材の端部に形成さ
れる充填シールのシール材充填重量を、手作業による従
来方法とこの実施の形態による方法とで、１バッチ３０
枚ずつ比較した。その結果、従来方法では±１５％のば
らつきがあったのに対し、この実施の形態の方法では±
７％のばらつきに抑制することができた。

【００７９】実施の形態７．実施の形態１では、触媒層
と周辺シールとを同時に形成するようにしているが、こ
の実施の形態７では、触媒層と周辺シールとを別々に形
成するようにしたものである。

【００８０】図１２はこの実施の形態７の燃料電池の製
造方法を示す工程図である。まず、図６（ａ）、図６
（ｂ）に示すのと同様にして、電極基材１に充填シール
層１０を形成後、周辺シール形成領域をマスキングす
る。そして、従来のＲＲＣを用いて、図１２（ａ）に示
すように、電極基材１の端部を残して触媒層１２のみを
塗布する。その後、図１２（ｂ）に示すように、実施の
形態１の製造装置を塗布モードにし、この製造装置によ
り残された端部に周辺シール１３ａを形成する。なお、
その後の工程は、図１２（ｃ）、図１２（ｄ）に示すよ
うに、図７（ａ）、図７（ｂ）の工程と同様であるので
説明は省略する。

【００８１】図１３はこの実施の形態７の他の燃料電池
の製造方法を示す工程図である。まず、図６（ａ）、図
６（ｂ）、及び図１２（ａ）と同様にして電極基材１の
端部を残して触媒層１２のみを塗布する。その後、図１
３（ｂ）に示すように、マスク１１をはずして、マスク
１１上の触媒層１２を除去する。そして、実施の形態１
の製造装置を塗布モードにし、図１３（ｃ）に示すよう
に、この製造装置により触媒層形成時に残された端部に
周辺シール１３ａを形成する。なお、その後の工程は、
図１２（ｃ）、図１２（ｄ）と同様であるので説明は省
略する。

【００８２】図１４はこの実施の形態７の他の燃料電池
の製造方法を示す工程図である。まず、図６（ａ）、図
６（ｂ）、図１３（ａ）、及び図１３（ｂ）と同様にし
て周辺部が残された触媒層１２を電極基材１上に形成す
る。その後、実施の形態１の製造装置を塗布モードに
し、図１４に示すように、この製造装置により触媒層形
成時に残された端部に周辺シール１３ｃを形成する。こ
のとき、マスク１１がされていた側の両端部には周辺シ
ール１３ｃが形成されないようにする。このように周辺
シール１３ｃを形成後、電極基材１を９０゜回転させて
配置し、電極基材１、充填シール層１０が露出している
端部に周辺シールを形成する。

【００８３】この実施の形態では、電極基材の端辺から
所定距離へだてた開始位置から塗布を開始し、電極基材
の端辺から所定距離へだてた終了位置で塗布を終了する
ようにしているので、ローラを用いた製造装置１つで触
媒層の四方を取り囲む周辺シール層を形成することがで
きる。

【００８４】

【発明の効果】本発明にかかる燃料電池の製造装置は、
燃料電池の電極基材を載置する載置面を有する載置台
と、上記載置面と水平な方向に移動することで上記電極
基材にシール材を充填または塗布するローラを保持する
ローラユニットと、上記シール材を上記ローラで押圧し
て上記電極基材に上記シール材を充填する充填モード、
及び、上記シール材を上記ローラで押圧せずに上記電極
基材上に上記シール材を塗布する塗布モードの両モード
を有する充填・塗布手段とを備えているので、１つの製
造装置で電極基材に充填シール層と周辺シールとの両方
を形成することができる。

【００８５】また、充填・塗布手段が、ローラの軸方向
と垂直な一方の方向とその反対の方向に、ローラまたは
載置台が移動するように、ローラユニットまたは上記載
置台を移動させる前後移動手段を有している場合には、
作業スペースを小さくすることができる。

【００８６】さらにまた、載置面と垂直な方向にローラ
または載置台が移動するように、ローラユニットまたは
上記載置台を移動させる上下移動手段を備えた場合に
は、電極基材の端辺から所定距離へだてた開始位置から
充填または塗布を開始することができ、さらに、電極基
材の端辺から所定距離へだてた終了位置で充填または塗
布を終了することができる。

【００８７】また、ローラユニットまたは載置台に、電
極基材の凹凸、または、傾きに追従するコンプライアン
ス機構を設けた場合には、面内圧力ばらつきを少なくす
ることができる。

【００８８】また、ローラを軸方向に移動させる軸方向
移動手段を備えた場合には、ローラの軸方向の任意の位
置に周辺シール（充填シール）層を形成することができ
る。

【００８９】さらに、ローラの軸方向の幅を、シール材
を形成すべき領域の幅とほぼ同じにした場合には、周辺
シール層の形成時に、他の領域（触媒層が形成されてい
る領域）がローラにより押圧されることがなく、精度の
良い触媒層を形成することができる。

【００９０】また、本発明にかかる燃料電池の製造方法
は、上記燃料電池の製造装置の載置台に燃料電池の電極
基材を載置する載置工程と、上記製造装置の充填・塗布
手段を充填モードにし、この充填モード時の製造装置に
より載置された上記電極基材にシール材を充填する充填
工程と、上記充填工程後に、上記充填・塗布手段を塗布
モードに切り替え、この塗布モード時の製造装置により
上記電極基材上にシール材を塗布する塗布工程とを含ん
でいるので、１つの製造装置で電極基材に充填シール層
と周辺シールとの両方を形成することができる。

【００９１】また、上記燃料電池の製造装置の載置台に
燃料電池の電極基材を載置する載置工程と、ローラを上
記電極基材から離した状態で、上記ローラを上記電極基
材の端辺から所定距離へだてた開始位置に設定する設定
工程と、上記移動手段により上記開始位置に設定された
ローラを上記電極基材に接触させる接触工程と、上記電
極基材に接触したローラを上記電極基材の端辺から所定
距離へだてた終了位置まで移動させ、上記電極基材にシ
ール材を塗布または充填するシール形成工程と、上記終
了位置まで移動したローラを上記移動手段により上記電
極基材から離す工程とを含んでいるので、電極基材の端
辺から所定距離へだてた開始位置から充填または塗布を
開始することができ、さらに、電極基材の端辺から所定
距離へだてた終了位置で充填または塗布を終了すること
ができる。そのため、触媒層の四方を取り囲んだ周辺シ
ールを形成することができる。

【００９２】さらに、ローラの軸方向の幅を、シール材
を形成すべき領域の幅とほぼ同じにした場合には、周辺
シール層の形成時に、他の領域（触媒層が形成されてい
る領域）がローラにより押圧されることがなく、精度の
良い触媒層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の燃料電池の製造装置
を示す構成図である。

【図２】 図１に示したローラユニットを示す側面図で
ある。

【図３】 ローラ幅の広いローラユニットの要部斜視図
ある。

【図４】 図１に示した燃料電池の製造装置の充填モー
ド時の動作を示す図である。

【図５】 図１に示した燃料電池の製造装置の塗布モー
ド時の動作を示す図である。

【図６】 本発明の実施の形態１の燃料電池の製造方法
を示す工程図である。

【図７】 本発明の実施の形態１の燃料電池の製造方法
を示す工程図である。

【図８】 本発明の実施の形態１の他の燃料電池の製造
装置を示す構成図である。

【図９】 本発明の実施の形態２の燃料電池の製造装置
を示す斜視図である。

【図１０】 本発明の実施の形態３の燃料電池の製造装
置を示す斜視図である。

【図１１】 本発明の実施の形態６のローラユニットを
示す側面図である。

【図１２】 本発明の実施の形態７の燃料電池の製造方
法を示す工程図である。

【図１３】 本発明の実施の形態７の燃料電池の製造方
法を示す工程図である。

【図１４】 本発明の実施の形態７の燃料電池の製造方
法を示す工程図である。

【図１５】 従来の充填シール層、及び周辺シールの作
成方法を示す工程図である。

【図１６】 従来の充填シール層、及び周辺シールの作
成方法を示す工程図である。

【図１７】 従来のリバースロールコータ（ＲＲＣ）の
要部を示す斜視図である。

【符号の説明】 １ 燃料電池の電極基材 ２ 載置台 ２ａ コンベヤ ３、３ａ 支持部材 ４ リニアガイド ５、５ａ、５ｂ 前
後移動部材 ６ ボールネジ ７ 軸方向移動部材 ８ 上下移動部材 ８ａ 基盤 ８ｂ 上下移動部材 ９ ローラユニット １０ 充填シール層 １１ マスク １２ 触媒層 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ 周辺シール ４１、５１ 進行方向 ９１、９１ａ シール
材供給用ローラ ９２、９２ａ 調整用部材 ９３、９３ａ ペース
ト溜 ９４ シール材 ９５ ローラ回転用
モータ ９６ コンプライアンス機構 １０１ 電極基材 １０２ 充填シール層 １０３ マスク １０４ 触媒層 １０５ａ、１０５ｂ 周辺シール １０６ プリンタマスク １０７ シム １１１ シール供給用ローラ １１２ 搬送用ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 博一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 平手 耕一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 河嵜 貴文 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA04 BB00 BB02 BB04

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池の電極基材を載置する載置面を
   有する載置台と、上記載置面と水平な方向に移動するこ
   とで上記電極基材にシール材を充填または塗布するロー
   ラを保持するローラユニットと、上記シール材を上記ロ
   ーラで押圧して上記電極基材に上記シール材を充填する
   充填モード、及び、上記シール材を上記ローラで押圧せ
   ずに上記電極基材上に上記シール材を塗布する塗布モー
   ドの両モードを有する充填・塗布手段とを備えたことを
   特徴とする燃料電池の製造装置。
2. 【請求項２】 充填・塗布手段は、ローラの軸方向と垂
   直な一方の方向とその反対の方向に、ローラまたは載置
   台が移動するように、ローラユニットまたは上記載置台
   を移動させる前後移動手段を有していることを特徴とす
   る請求項１記載の燃料電池の製造装置。
3. 【請求項３】 載置面と垂直な方向にローラまたは載置
   台が移動するように、ローラユニットまたは上記載置台
   を移動させる上下移動手段を備えたことを特徴とする請
   求項１記載の燃料電池の製造装置。
4. 【請求項４】 ローラユニットまたは載置台に、電極基
   材の凹凸、または、傾きに追従するコンプライアンス機
   構を設けたことを特徴とする請求項３記載の燃料電池の
   製造装置。
5. 【請求項５】 ローラを軸方向に移動させる軸方向移動
   手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項３
   に記載の燃料電池の製造装置。
6. 【請求項６】 ローラの軸方向の幅が、シール材を形成
   すべき領域の幅とほぼ同じであることを特徴とする請求
   項１または請求項３に記載の燃料電池の製造装置。
7. 【請求項７】 請求項１または請求項２に記載の燃料電
   池の製造装置の載置台に燃料電池の電極基材を載置する
   載置工程と、上記製造装置の充填・塗布手段を充填モー
   ドにし、この充填モード時の製造装置により載置された
   上記電極基材にシール材を充填する充填工程と、上記充
   填工程後に、上記充填・塗布手段を塗布モードに切り替
   え、この塗布モード時の製造装置により上記電極基材上
   にシール材を塗布する塗布工程とを含んでいることを特
   徴とする燃料電池の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項３または請求項４に記載の燃料電
   池の製造装置の載置台に燃料電池の電極基材を載置する
   載置工程と、ローラを上記電極基材から離した状態で、
   上記ローラを上記電極基材の端辺から所定距離へだてた
   開始位置に設定する設定工程と、上記移動手段により上
   記開始位置に設定されたローラを上記電極基材に接触さ
   せる接触工程と、上記電極基材に接触したローラを上記
   電極基材の端辺から所定距離へだてた終了位置まで移動
   させ、上記電極基材にシール材を塗布または充填するシ
   ール形成工程と、上記終了位置まで移動したローラを上
   記移動手段により上記電極基材から離す工程とを含んで
   いることを特徴とする燃料電池の製造方法。
9. 【請求項９】 ローラの軸方向の幅が、シール材を形成
   すべき領域の幅とほぼ同じであることを特徴とする請求
   項８記載の燃料電池の製造方法。