JP6484294B2 - 電解質膜・電極構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、多孔性の第１電極及び第２電極が固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ接合された電解質膜・電極構造体の製造方法及び製造装置に関する。

固体高分子型の燃料電池の単位セルは、電解質膜・電極構造体を一組のセパレータによって挟持することで構成される。電解質膜・電極構造体は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ接合される第１電極及び第２電極とを有する。

第１電極及び第２電極の各々は、多孔性であり且つ電極触媒層とガス拡散層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜に臨み、電極反応の反応場となる。ガス拡散層は、電極触媒層に反応ガスを拡散して供給する。

この種の電解質膜・電極構造体を製造するために、例えば、特許文献１記載の製造方法が知られている。この製造方法では、第１電極及び第２電極の間に固体高分子電解質膜を配置して積層体を形成し、該積層体に、その積層方向両側から加熱した金型を押し付けてホットプレスを行う。これによって、第１電極及び第２電極を介して固体高分子電解質膜まで金型の熱を伝導させ、第１電極及び第２電極のそれぞれと固体高分子電解質膜とを一体化して、電解質膜・電極構造体を得る。

特開２００９−２８３２４１号公報

しかしながら、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極を所望の位置関係となるように積層して、該位置関係を維持したままホットプレスを行うことは困難である。従って、上記の製造方法では、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極とが位置ずれした状態で接合される懸念がある。

この位置ずれを抑制するべく、例えば、固体高分子電解質膜の一方の面側に第１電極を接合して互いを位置決め固定した後に、他方の面側に第２電極を接合することも考えられる。ところが、上記の製造方法において、固体高分子電解質膜の一方の面側に第１電極を接合しようとすると、他方の面を金型に直接接触させてホットプレスすることになる。このため、軟化した固体高分子電解質膜が金型に付着する等して、電解質膜・電極構造体を得ること自体が困難になる。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極との位置ずれや、固体高分子電解質膜の変形が抑制された電解質膜・電極構造体を容易に得ることが可能な電解質膜・電極構造体の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ガス拡散層及び電極触媒層をそれぞれ有する多孔性の第１電極及び第２電極が固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ接合された電解質膜・電極構造体の製造方法であって、吸引手段及び加熱手段が設けられた吸引加熱板の吸引加熱面に配置した前記第１電極を介して、該第１電極に積層された前記固体高分子電解質膜を吸引及び加熱することで、前記第１電極と前記固体高分子電解質膜の一方の面とを接合して接合体とする第１接合工程と、前記接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第２電極とを積層した積層体を、前記吸引加熱面と加熱板との間で積層方向に加圧しつつ加熱することで、前記第２電極と前記固体高分子電解質膜の他方の面とを接合する第２接合工程と、を有することを特徴とする。

この電解質膜・電極構造体の製造方法では、第１接合工程により、固体高分子電解質膜の一方の面に第１電極を接合して互いを位置決め固定した後に、第２接合工程により、固体高分子電解質膜の他方の面に第２電極を接合する。これによって、例えば、第１電極と、固体高分子電解質膜と、第２電極を単に積層してホットプレスするような場合に比して、これらの位置ずれを容易に抑制することができる。

また、第１接合工程では、吸引加熱面から多孔性の第１電極を介して固体高分子電解質膜を吸引及び加熱する。これによって、固体高分子電解質膜に第１電極以外の構成を接触させることなく、該固体高分子電解質膜の一方の面を第１電極に向かって押圧しつつ加熱して、互いを接合することができる。従って、上記のように、固体高分子電解質膜の一方の面に第１電極を接合しても、例えば、金型を用いたホットプレス等を行う場合とは異なり、加熱により軟化した固体高分子電解質膜が該金型に付着すること等がない。

さらに、第１接合工程では、第１電極と所望の位置関係で積層された固体高分子電解質膜が、吸引加熱面からの吸引力を受けることで、位置ずれや、熱による変形が抑制された状態で該第１電極と接合される。これによって、固体高分子電解質膜の熱による変形を容易に抑制することができる。

以上から、この電解質膜・電極構造体の製造方法によれば、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極との位置ずれや、固体高分子電解質膜の変形を容易に抑制して、品質に優れた電解質膜・電極構造体を得ることができる。

上記の電解質膜・電極構造体の製造方法において、前記第１接合工程と前記第２接合工程との間に、前記接合体を前記吸引加熱面から搬送手段に受け渡す工程と、前記接合体を受け渡した後の前記吸引加熱面に前記第２電極を配置して吸引する工程と、前記吸引加熱面に吸引された前記第２電極に前記接合体を積層して前記積層体とする工程と、をさらに有し、前記第２接合工程では、前記第２電極を介して前記固体高分子電解質膜を吸引した状態で前記積層体を加圧しつつ加熱することとしてもよい。

この場合、第２接合工程においても、第２電極と所望の位置関係で積層された接合体の固体高分子電解質膜が、吸引加熱面から吸引力を受けることで、位置ずれや、熱による変形が抑制された状態で該第２電極と接合される。これによって、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極との位置ずれや、固体高分子電解質膜の変形を一層効果的に抑制することができる。

また、接合体を搬送手段に受け渡すことにより、第１電極の吸引、第１電極を介した固体高分子電解質膜の吸引、第２電極の吸引、第２電極を介した固体高分子電解質膜（接合体）の吸引を吸引加熱板によって行うことができる。これによって、電解質膜・電極構造体を製造するための設備を簡素化することができる。

上記の電解質膜・電極構造体の製造方法において、前記加熱板は、前記第２電極を吸引可能であり、前記第１接合工程と前記第２接合工程との間に、前記吸引加熱面に吸引された状態の前記接合体に、前記第２電極を吸引した状態の前記加熱板を接近させることで、前記接合体と前記第２電極とを積層して前記積層体とする工程をさらに有し、前記第２接合工程では、前記吸引加熱面及び前記加熱板のそれぞれにより前記第１電極及び前記第２電極を介して前記固体高分子電解質膜を吸引した状態で前記積層体を加圧しつつ加熱することとしてもよい。

この場合、第２接合工程において、固体高分子電解質膜が、吸引加熱面及び加熱板の両方から吸引力を受けることで、位置ずれや、熱による変形が抑制された状態で第２電極と接合される。これによって、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極との位置ずれや、固体高分子電解質膜の変形を一層効果的に抑制することができる。

また、吸引加熱面上で形成した接合体に対して、加熱板を用いて第２電極を積層して積層体とし、該加熱板をそのまま吸引加熱面に接近させることで、該積層体を加圧しつつ加熱して上記の接合を行うことができる。これによって、電解質膜・電極構造体の製造効率を向上させることができる。

また、上記した電解質膜・電極構造体の製造方法が適用された電解質膜・電極構造体の製造装置もこの発明に含まれる。すなわち、本発明は、ガス拡散層及び電極触媒層をそれぞれ有する多孔性の第１電極及び第２電極が固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ接合された電解質膜・電極構造体の製造装置であって、吸引手段及び加熱手段が設けられ、吸引加熱面に配置された前記第１電極を介して、該第１電極に積層された前記固体高分子電解質膜を吸引及び加熱することで、前記第１電極と前記固体高分子電解質膜の一方の面とを接合して接合体とすることが可能な吸引加熱板と、前記接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第２電極とを積層した積層体を、前記吸引加熱面との間で積層方向に加圧しつつ加熱して前記第２電極と前記固体高分子電解質膜の他方の面とを接合することが可能な加熱板と、を有することを特徴とする。

この電解質膜・電極構造体の製造装置によれば、上記の通り、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極との位置ずれや、固体高分子電解質膜の変形を容易に抑制して、品質に優れた電解質膜・電極構造体を得ることができる。

上記の電解質膜・電極構造体の製造装置において、前記第１電極を搬送して前記吸引加熱面に配置すること、前記吸引加熱面に吸引された前記第１電極上に前記固体高分子電解質膜を搬送して配置すること、前記吸引加熱面上から前記接合体が受け渡されること、前記第２電極を搬送して前記吸引加熱面に配置すること、前記接合体を搬送して前記吸引加熱面に吸引された前記第２電極上に配置すること、が可能な搬送手段をさらに有することとしてもよい。

この場合、第２電極と接合体（固体高分子電解質膜）との位置ずれを効果的に抑制した状態で互いを接合すること、及び電解質膜・電極構造体の製造装置の構成を簡素化することができる。

上記の電解質膜・電極構造体の製造装置において、前記第１電極を搬送して前記吸引加熱面に配置すること、及び前記固体高分子電解質膜を搬送して前記吸引加熱面に吸引された前記第１電極上に配置することが可能な搬送手段をさらに有し、前記加熱板は、前記第２電極を吸引した状態で、前記吸引加熱面に吸引された前記接合体に接近することが可能であることとしてもよい。

この場合、第２電極と接合体（固体高分子電解質膜）との位置ずれを効果的に抑制した状態で互いを接合すること、及び電解質膜・電極構造体の製造効率を向上させることができる。

本発明によれば、第１電極と固体高分子電解質膜と第２電極との位置ずれや、固体高分子電解質膜の変形を容易に抑制して、品質に優れた電解質膜・電極構造体を得ることができる。

本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る電解質膜・電極構造体の製造方法によって得られる電解質膜・電極構造体の概略断面図である。 搬送手段によりアノード電極を搬送して、吸引加熱板の吸引加熱面に配置する工程の説明図である。 図２のアノード電極の第１電極触媒層側の表面をクリーナにより清浄化する工程の説明図である。 図３のアノード電極と、搬送手段に吸引された状態の固体高分子電解質膜とのそれぞれをカメラで撮像する工程の説明図である。 図４のアノード電極に固体高分子電解質膜を接合して接合体とする第１接合工程の説明図である。 図５の接合体を搬送手段に受け渡す工程と、搬送手段によりカソード電極を搬送する工程との説明図である。 図６の接合体を受け渡した後の吸引加熱面にカソード電極を配置して吸引する工程を行った後、カソード電極の第２電極触媒層側の表面及び接合体の固体高分子電解質膜側の表面をそれぞれクリーナにより清浄化する工程の説明図である。 図７の接合体とカソード電極とのそれぞれをカメラで撮像する工程の説明図である。 図８の接合体にカソード電極を積層した積層体を吸引加熱面と加熱板との間で加圧及び加熱してカソード電極と固体高分子電解質膜とを接合する第１実施形態に係る第２接合工程の説明図である。 図５の接合体の固体高分子電解質膜側の表面と、搬送手段に吸引された状態のカソード電極の第２電極触媒層側の表面とをそれぞれクリーナにより清浄化する工程の説明図である。 図１０の接合体とカソード電極とのそれぞれをカメラで撮像する工程の説明図である。 図１１のカソード電極を搬送手段から加熱板に受け渡して接合体に接近させる工程の説明図である。 図１２の接合体にカソード電極を積層した積層体を吸引加熱面と加熱板との間で加圧及び加熱してカソード電極と固体高分子電解質膜とを接合する第２実施形態に係る第２接合工程の説明図である。

以下、本発明に係る電解質膜・電極構造体の製造方法及び製造装置につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１実施形態及び第２実施形態に係る電解質膜・電極構造体の製造方法（以下、単に製造方法ともいう）によって得られる電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１０の概略断面図である。ＭＥＡ１０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）１２と、前記固体高分子電解質膜１２を挟持する多孔性のアノード電極１４（第１電極）及びカソード電極１６（第２電極）とを有する。固体高分子電解質膜１２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。

アノード電極１４は、固体高分子電解質膜１２の一方の面１２ａに接合される第１電極触媒層１４ａと、前記第１電極触媒層１４ａに積層される第１ガス拡散層１４ｂとを有する。第１電極触媒層１４ａ及び第１ガス拡散層１４ｂは、同一の平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１２と同一又は同一未満の平面寸法に設定される。

カソード電極１６は、固体高分子電解質膜１２の面１２ｂに接合される第２電極触媒層１６ａと、前記第２電極触媒層１６ａに積層される第２ガス拡散層１６ｂとを有する。第２電極触媒層１６ａ及び第２ガス拡散層１６ｂは、同一の外形寸法を有する。

また、カソード電極１６は、固体高分子電解質膜１２及びアノード電極１４より小さな平面寸法（外形寸法）からなる。すなわち、ＭＥＡ１０は、所謂、段差ＭＥＡを構成する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極１４が、固体高分子電解質膜１２及びカソード電極１６よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよいし、アノード電極１４とカソード電極１６が略同じ平面寸法を有するように構成してもよい。

第１電極触媒層１４ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる第１ガス拡散層１４ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層１６ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる第２ガス拡散層１６ｂの表面に一様に塗布されて形成される。

次いで、図２〜図９を参照しつつ、第１実施形態に係る電解質膜・電極構造体の製造装置（以下、単に製造装置ともいう）２０について説明する。製造装置２０は、ＭＥＡ１０を得るべく、固体高分子電解質膜１２の両側にアノード電極１４及びカソード電極１６を接合することが可能な構成を備えている。具体的には、製造装置２０は、第１吸引手段２２及び第１加熱手段２４が設けられた吸引加熱板２６と、第２加熱手段２８が設けられた加熱板３０（図９参照）と、搬送手段３２と、クリーナ３４（図７参照）と、カメラ３６（図８参照）とを主に備える。

吸引加熱板２６は、例えば、金属等から板状に形成され、一方の主面が吸引加熱面２６ａとなっている。第１吸引手段２２は、吸引加熱板２６を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔４０と、吸引加熱面２６ａの裏面２６ｂ側に取り付けられるハウジング４２によって形成されたチャンバ４４と、チャンバ４４を減圧する真空ポンプ４６と、チャンバ４４と真空ポンプ４６とを連通する連通路４８とから構成される。

複数の貫通孔４０のそれぞれは、一端側が吸引加熱面２６ａに開口するとともに、他端側を介してチャンバ４４と連通している。このため、第１吸引手段２２では、真空ポンプ４６を駆動してチャンバ４４を減圧することによって、貫通孔４０を介して吸引加熱面２６ａにアノード電極１４等の被吸引物を吸引することが可能になっている。被吸引物の詳細については後述する。なお、第１吸引手段２２は、吸引加熱面２６ａに吸引機能をもたせることが可能であればよく、上記の構成に限定されるものではない。

第１加熱手段２４は、吸引加熱板２６の内部に設けられるヒータ等からなり、例えば、固体高分子電解質膜１２とアノード電極１４及びカソード電極１６の各々とを接合することが可能な温度（以下、接合温度ともいう）まで吸引加熱面２６ａを昇温させることができる。なお、第１加熱手段２４は、吸引加熱面２６ａに加熱機能をもたせることが可能な構成であればよく、ヒータに限定されるものではない。

図９に示すように、加熱板３０は、例えば、金属等から板状に形成され、サーボプレス等の加圧機構（不図示）によって吸引加熱板２６の吸引加熱面２６ａに対して接近する方向又は離間する方向に相対的に移動可能となっている。第２加熱手段２８は、例えば、第１加熱手段２４と同様に構成することができる。

従って、吸引加熱板２６及び加熱板３０は、後述するように、加熱板３０と吸引加熱面２６ａとの間に介在させた積層体１０ａを前記接合温度に加熱しつつ、その積層方向に加圧することが可能になっている。

搬送手段３２は、第２吸引手段（不図示）が設けられた搬送板５０ａ、５０ｂと、該搬送板５０ａ、５０ｂを移動させる駆動機構（不図示）とを有する。なお、以下では、搬送板５０ａ、５０ｂを区別しないときは、これらを総称して搬送板５０ともいう。第２吸引手段は、例えば、第１吸引手段２２と同様に構成され、搬送板５０の主面５２にアノード電極１４等の被搬送物を吸引することが可能になっている。被搬送物の詳細については後述する。

つまり、搬送手段３２では、第２吸引手段により主面５２に被搬送物を吸引した状態で、駆動機構により搬送板５０を移動させた後、該第２吸引手段により吸引を解除することで、所望の位置に被搬送物を搬送することができる。

クリーナ３４は、例えば、エアブローで異物を飛ばしながら、エア吸引を同時に行うことで、固体高分子電解質膜１２の表面や、アノード電極１４の第１電極触媒層１４ａ側の表面、及びカソード電極１６の第２電極触媒層１６ａ側の表面等の異物を除去して清浄化する。

カメラ３６は、吸引加熱板２６の吸引加熱面２６ａに吸引された被吸引物や、搬送板５０の主面５２に吸引された被搬送物を撮像する。これによって得られた撮像データに基づいて、被吸引物と被搬送物との積層位置を検出することができる。従って、検出した積層位置に合わせて搬送手段３２を駆動することによって、被吸引物と被搬送物とを所望の位置関係で積層することができる。

次いで、製造装置２０を用いた、第１実施形態に係る製造方法について説明する。先ず、図２に示すように、搬送手段３２により、搬送板５０の主面５２にアノード電極１４（被搬送物）を吸引した状態で搬送して、吸引加熱板２６の吸引加熱面２６ａに配置する。この際、アノード電極１４の第１ガス拡散層１４ｂ側を吸引加熱面２６ａに臨ませる。吸引加熱面２６ａに配置されたアノード電極１４（被吸引物）は、第１吸引手段２２によって吸引加熱面２６ａに吸引される。

次に、図３に示すように、アノード電極１４の第１電極触媒層１４ａ側の表面に対して、矢印方向に沿ってクリーナ３４を相対的に移動させて、該表面を清浄化する。

次に、図４に示すように、吸引加熱面２６ａ上のアノード電極１４と、搬送手段３２により搬送板５０の主面５２に吸引した固体高分子電解質膜１２とのそれぞれをカメラ３６で撮像する。そして、得られた撮像データに基づいて検出された積層位置に合わせて搬送手段３２を駆動する。これによって、図５に示すように、吸引加熱面２６ａ上のアノード電極１４に所望の位置関係となるように固体高分子電解質膜１２を積層することができる。この際、上記の通り、アノード電極１４の第１電極触媒層１４ａ側の表面を清浄化しているため、該表面と固体高分子電解質膜１２との間に異物等が介在することを回避できる。

アノード電極１４に積層された固体高分子電解質膜１２は、上記の通り、アノード電極１４が多孔性であることから、該アノード電極１４を介して吸引加熱面２６ａに吸引される。この吸引力によって、固体高分子電解質膜１２がアノード電極１４に押圧され、アノード電極１４と固体高分子電解質膜１２とが所望の位置関係で積層された状態に維持（位置決め固定）される。

また、固体高分子電解質膜１２に対して、第１加熱手段２４によって加熱された吸引加熱面２６ａの熱がアノード電極１４を介して伝達される。この際、固体高分子電解質膜１２は、前記吸引力によって形状が維持されているため、熱による変形が抑制される。

なお、第１加熱手段２４により吸引加熱面２６ａを昇温させるタイミングは特に限定されるものではなく、吸引加熱面２６ａにアノード電極１４や固体高分子電解質膜１２を配置する前から昇温させてもよいし、これらを配置した後から昇温させてもよい。

上記のようにして、アノード電極１４及び固体高分子電解質膜１２を吸引した状態で、接合温度に達するまで加熱することで、アノード電極１４の第１電極触媒層１４ａ側と、固体高分子電解質膜１２の一方の面１２ａとを接合して接合体６０とすることができる（第１接合工程）。

次に、図６に示すように、吸引加熱面２６ａから搬送手段３２の搬送板５０ａに接合体６０（被搬送物）を受け渡す。この際、接合体６０のアノード電極１４側を搬送板５０ａの主面５２に臨ませる。

また、搬送手段３２により、搬送板５０ｂの主面５２にカソード電極１６（被搬送物）を吸引した状態で搬送して、接合体６０を受け渡した後の吸引加熱面２６ａに配置する（図７参照）。この際、カソード電極１６の第２ガス拡散層１６ｂ側を吸引加熱面２６ａに臨ませる。そして、吸引加熱面２６ａに配置されたカソード電極１６（被吸引物）を、第１吸引手段２２によって吸引加熱面２６ａに吸引する。

次に、図７に示すように、搬送板５０ａの主面５２に吸引された接合体６０の固体高分子電解質膜１２側の表面に対して、矢印方向に沿ってクリーナ３４を相対的に移動させて、該表面を清浄化する。同様に、吸引加熱面２６ａに吸引されたカソード電極１６の第２電極触媒層１６ａ側の表面をクリーナ３４によって清浄化する。

次に、図８に示すように、吸引加熱面２６ａに吸引したカソード電極１６と、搬送手段３２により搬送板５０ａの主面５２に吸引した接合体６０とのそれぞれをカメラ３６で撮像する。そして、得られた撮像データに基づいて検出された積層位置に合わせて搬送手段３２を駆動する。これによって、カソード電極１６に所望の位置関係となるように接合体６０を積層して、吸引加熱面２６ａ上に積層体１０ａを形成することができる（図９参照）。この際、上記の通り、接合体６０の固体高分子電解質膜１２側の表面と、カソード電極１６の第２電極触媒層１６ａ側の表面をそれぞれ清浄化しているため、互いの間に異物等が介在することを回避できる。

上記のようにして形成した積層体１０ａでは、多孔性のカソード電極１６を介して接合体６０が吸引加熱面２６ａに吸引される。この吸引力によって、カソード電極１６と接合体６０とが所望の位置関係で積層された状態に維持（位置決め固定）される。

次に、図９に示すように、第２加熱手段２８により加熱した加熱板３０を吸引加熱面２６ａに接近させて、互いの間に介在する積層体１０ａを、その積層方向に加圧しつつ加熱する。この際も、固体高分子電解質膜１２は、前記吸引力によって形状が維持されているため、熱による変形が抑制される。

上記のようにして加圧及び加熱された積層体１０ａの固体高分子電解質膜１２が接合温度に達することで、カソード電極１６の第２電極触媒層１６ａ側と、固体高分子電解質膜１２の他方の面１２ｂとを接合することができる（第２接合工程）。その結果、固体高分子電解質膜１２の両側にアノード電極１４及びカソード電極１６がそれぞれ接合されたＭＥＡ１０を得ることができる。

つまり、この製造方法によれば、第１接合工程により、固体高分子電解質膜１２の一方の面１２ａにアノード電極１４を接合して互いを位置決め固定した後に、第２接合工程により、固体高分子電解質膜１２の他方の面１２ｂにカソード電極１６を接合する。これによって、例えば、アノード電極１４と、固体高分子電解質膜１２と、カソード電極１６とを単に積層してホットプレスするような場合に比して、これらの位置ずれを容易に抑制することができる。

また、上記の通り、第１接合工程では、固体高分子電解質膜１２にアノード電極１４以外の構成を接触させることなく、その一方の面１２ａをアノード電極１４に向かって押圧しつつ加熱して、互いを接合することができる。従って、上記のように、固体高分子電解質膜１２の一方の面１２ａにアノード電極１４を接合しても、例えば、金型（不図示）を用いたホットプレス等を行う場合とは異なり、加熱により軟化した固体高分子電解質膜１２が該金型に付着すること等がない。

さらに、固体高分子電解質膜１２は、吸引加熱面２６ａからの吸引力を受けることで、位置ずれや、加熱による変形が抑制された状態で、アノード電極１４及びカソード電極１６に接合される。このため、アノード電極１４と固体高分子電解質膜１２とカソード電極１６とを所望の位置関係で容易に接合できるとともに、固体高分子電解質膜１２の変形を抑制できる。

以上から、この製造方法によれば、アノード電極１４と固体高分子電解質膜１２とカソード電極１６との位置ずれや、固体高分子電解質膜１２の変形を容易に抑制して、品質に優れたＭＥＡ１０を得ることができる。

また、第１実施形態に係る製造方法では、接合体６０を吸引加熱面２６ａから搬送手段３２の搬送板５０ａに受け渡し、該接合体６０を受け渡した後の吸引加熱面２６ａに、搬送板５０ｂによりカソード電極１６を搬送する。つまり、第１実施形態に係る製造装置２０は、吸引加熱面２６ａから接合体６０が受け渡される搬送板５０ａと、接合体６０を受け渡した後の吸引加熱面２６ａにカソード電極１６を搬送する搬送板５０ｂとを備える。

これにより、アノード電極１４の吸引、アノード電極１４を介した固体高分子電解質膜１２の吸引、カソード電極１６の吸引、カソード電極１６を介した固体高分子電解質膜１２（接合体６０）の吸引を吸引加熱板２６によって行うことができる。その結果、製造装置２０の構成を簡素化することが可能になる。

次いで、図２〜図５及び図１０〜図１３を参照しつつ、第２実施形態に係る製造装置７０について説明する。なお、図１０〜図１３に示す構成要素のうち、図２〜図９に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては、同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

製造装置７０は、図１２及び図１３に示すように、上記の加熱板３０に第３吸引手段７２が設けられ、該加熱板３０の主面３０ａにカソード電極１６を吸引可能である点が上記の製造装置２０と主に相違する。

第３吸引手段７２は、例えば、第１吸引手段２２と同様に構成することができる。つまり、第３吸引手段７２では、加熱板３０に設けられた複数の貫通孔７４を介して主面３０ａにカソード電極１６を吸引することが可能になっている。

次いで、製造装置７０を用いた第２実施形態に係る製造方法について説明する。第２実施形態に係る製造方法では、図１〜図５に示すように、第１実施形態に係る製造方法と同様にして第１接合工程までの工程を行うことができる。

これによって、吸引加熱面２６ａ上で接合体６０を形成した後、図１０に示すように、該吸引加熱面２６ａに吸引された接合体６０の固体高分子電解質膜１２側の表面に対して、矢印方向に沿ってクリーナ３４を相対的に移動させて、該表面を清浄化する。同様に、搬送手段３２により搬送板５０の主面５２に吸引したカソード電極１６（被搬送物）の第２電極触媒層１６ａ側の表面をクリーナ３４によって清浄化する。

次に、図１１に示すように、吸引加熱面２６ａに吸引した接合体６０と、搬送手段３２により搬送板５０の主面５２に吸引したカソード電極１６とのそれぞれをカメラ３６で撮像する。このようにして得られた撮像データに基づいて検出された積層位置に合わせて、後述するように搬送手段３２等を駆動する。これによって、接合体６０に所望の位置関係となるようにカソード電極１６を積層して、吸引加熱面２６ａ上に積層体１０ａを形成することができる（図１２及び図１３参照）。この際、上記の通り、接合体６０の固体高分子電解質膜１２側の表面と、カソード電極１６の第２電極触媒層１６ａ側の表面をそれぞれ清浄化しているため、互いの間に異物等が介在することを回避できる。

次に、図１２に示すように、搬送手段３２により搬送板５０から加熱板３０の主面３０ａにカソード電極１６を受け渡し、該主面３０ａにカソード電極１６を吸引する。この際、カソード電極１６の第２ガス拡散層１６ｂ側を主面３０ａに臨ませる。

次に、吸引加熱面２６ａに吸引された状態の接合体６０に、カソード電極１６を吸引した状態の加熱板３０を接近させる。これによって、図１３に示すように、接合体６０とカソード電極１６とを積層して積層体１０ａとする。このようにして形成された積層体１０ａでは、固体高分子電解質膜１２が、吸引加熱面２６ａ及び加熱板３０の主面３０ａの両方から吸引力を受けることで、位置ずれや、熱による変形が抑制される。

この加熱板３０を第２加熱手段２８により昇温させた状態で、吸引加熱面２６ａにさらに接近させることで、積層体１０ａを加圧しつつ加熱して固体高分子電解質膜１２の他方の面１２ｂにカソード電極１６を接合することができる（第２接合工程）。その結果、固体高分子電解質膜１２の両側にアノード電極１４及びカソード電極１６がそれぞれ接合されたＭＥＡ１０を得ることができる。

つまり、第２実施形態に係る製造方法によれば、上記した第１実施形態に係る製造方法と同様に、アノード電極１４と固体高分子電解質膜１２とカソード電極１６との位置ずれや、固体高分子電解質膜１２の変形を容易に抑制して、品質に優れたＭＥＡ１０を得ることができる。

また、第２実施形態に係る製造方法では、上記の通り、加熱板３０に第３吸引手段７２が設けられることで、吸引加熱面２６ａ上で形成した接合体６０に対して、加熱板３０を用いてカソード電極１６を積層して積層体１０ａとすることができる。そして、この加熱板３０をそのまま吸引加熱面２６ａに接近させることで、固体高分子電解質膜１２とカソード電極１６とを接合できるため、ＭＥＡ１０の製造効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、上記の第１実施形態及び第２実施形態に係る製造方法では、第１接合工程において、アノード電極１４を第１電極として、固体高分子電解質膜１２の一方の面１２ａに接合した。また、第２接合工程において、カソード電極１６を第２電極として、固体高分子電解質膜１２の他方の面１２ａに接合した。

しかしながら、第１接合工程において、アノード電極１４に代えてカソード電極１６を第１電極として、固体高分子電解質膜１２の一方の面１２ａに接合してもよい。また、第２接合工程において、カソード電極１６に代えてアノード電極１４を第２電極として、固体高分子電解質膜１２の他方の面１２ｂに接合してもよい。

１０…電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ） １０ａ…積層体
１２…固体高分子電解質膜 １２ａ、１２ｂ…面
１４…アノード電極 １４ａ…第１電極触媒層
１４ｂ…第１ガス拡散層 １６…カソード電極
１６ａ…第２電極触媒層 １６ｂ…第２ガス拡散層
２０、７０…製造装置 ２２…第１吸引手段
２４…第１加熱手段 ２６…吸引加熱板
２６ａ…吸引加熱面 ２６ｂ…裏面
２８…第２加熱手段 ３０…加熱板
３０ａ、５２…主面 ３２…搬送手段
３４…クリーナ ３６…カメラ
４０、７４…貫通孔 ４２…ハウジング
４４…チャンバ ４６…真空ポンプ
４８…連通路 ５０、５０ａ、５０ｂ…搬送板
６０…接合体 ７２…第３吸引手段

Claims (6)

1. ガス拡散層及び電極触媒層をそれぞれ有する多孔性の第１電極及び第２電極が固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ接合された電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
   吸引手段及び加熱手段が設けられた吸引加熱板の吸引加熱面に配置した前記第１電極を介して、該第１電極に積層された前記固体高分子電解質膜を吸引及び加熱することで、前記第１電極と前記固体高分子電解質膜の一方の面とを接合して接合体とする第１接合工程と、
   前記接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第２電極とを積層した積層体を、前記吸引加熱面と加熱板との間で積層方向に加圧しつつ加熱することで、前記第２電極と前記固体高分子電解質膜の他方の面とを接合する第２接合工程と、
   を有することを特徴とする電解質膜・電極構造体の製造方法。
2. 請求項１記載の電解質膜・電極構造体の製造方法において、
   前記第１接合工程と前記第２接合工程との間に、
   前記接合体を前記吸引加熱面から搬送手段に受け渡す工程と、前記接合体を受け渡した後の前記吸引加熱面に前記第２電極を配置して吸引する工程と、
   前記吸引加熱面に吸引された前記第２電極に前記接合体を積層して前記積層体とする工程と、
   をさらに有し、
   前記第２接合工程では、前記第２電極を介して前記固体高分子電解質膜を吸引した状態で前記積層体を加圧しつつ加熱することを特徴とする電解質膜・電極構造体の製造方法。
3. 請求項１記載の電解質膜・電極構造体の製造方法において、
   前記加熱板は、前記第２電極を吸引可能であり、
   前記第１接合工程と前記第２接合工程との間に、前記吸引加熱面に吸引された状態の前記接合体に、前記第２電極を吸引した状態の前記加熱板を接近させることで、前記接合体と前記第２電極とを積層して前記積層体とする工程をさらに有し、
   前記第２接合工程では、前記吸引加熱面及び前記加熱板のそれぞれにより前記第１電極及び前記第２電極を介して前記固体高分子電解質膜を吸引した状態で前記積層体を加圧しつつ加熱することを特徴とする電解質膜・電極構造体の製造方法。
4. ガス拡散層及び電極触媒層をそれぞれ有する多孔性の第１電極及び第２電極が固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ接合された電解質膜・電極構造体の製造装置であって、
   吸引手段及び加熱手段が設けられ、吸引加熱面に配置された前記第１電極を介して、該第１電極に積層された前記固体高分子電解質膜を吸引及び加熱することで、前記第１電極と前記固体高分子電解質膜の一方の面とを接合して接合体とすることが可能な吸引加熱板と、
   前記接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第２電極とを積層した積層体を、前記吸引加熱面との間で積層方向に加圧しつつ加熱して前記第２電極と前記固体高分子電解質膜の他方の面とを接合することが可能な加熱板と、
   を有することを特徴とする電解質膜・電極構造体の製造装置。
5. 請求項４記載の電解質膜・電極構造体の製造装置において、
   前記第１電極を搬送して前記吸引加熱面に配置すること、前記吸引加熱面に吸引された前記第１電極上に前記固体高分子電解質膜を搬送して配置すること、前記吸引加熱面上から前記接合体が受け渡されること、前記第２電極を搬送して前記吸引加熱面に配置すること、前記接合体を搬送して前記吸引加熱面に吸引された前記第２電極上に配置すること、が可能な搬送手段をさらに有することを特徴とする電解質膜・電極構造体の製造装置。
6. 請求項４記載の電解質膜・電極構造体の製造装置において、
   前記第１電極を搬送して前記吸引加熱面に配置すること、及び前記固体高分子電解質膜を搬送して前記吸引加熱面に吸引された前記第１電極上に配置することが可能な搬送手段をさらに有し、
   前記加熱板は、前記第２電極を吸引した状態で、前記吸引加熱面に吸引された前記接合体に接近することが可能であることを特徴とする電解質膜・電極構造体の製造装置。

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