特許 5900488 ガスケット付き電解質膜製造装置及びガスケット付き電解質膜の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5900488

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月6日

(54)【発明の名称】ガスケット付き電解質膜製造装置及びガスケット付き電解質膜の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20160101AFI20160324BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20160324BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20160324BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/02 E

   H01M8/02 S

   !H01M8/10

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-505901(P2013-505901)

(86)(22)【出願日】2012年3月12日

(86)【国際出願番号】JP2012056313

(87)【国際公開番号】WO2012128106

(87)【国際公開日】20120927

【審査請求日】2015年2月19日

(31)【優先権主張番号】特願2011-61197(P2011-61197)

(32)【優先日】2011年3月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(72)【発明者】

【氏名】木内 脩治

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５０３７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８６４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６４６３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１０

Ｂ３２Ｂ ３７／００

Ｂ６５Ｈ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定領域に触媒層が設けられた電解質膜と、当該触媒層の領域形状に応じた形状の開口部が設けられたガスケットとを貼合してガスケット付き電解質膜を製造するガスケット付き電解質膜製造装置であって、
前記ガスケットに当接して前記電解質膜と前記ガスケットとを貼合する貼合ローラーを備え、
前記貼合ローラーの表面には前記ガスケットの開口部と嵌合する凸部が設けられ、
前記凸部と前記開口部とを嵌合させた状態で前記電解質膜と前記ガスケットとを貼合するよう前記貼合ローラーを動作させるローラー制御部を備えることを特徴とするガスケット付き電解質膜製造装置。

【請求項2】

前記貼合ローラーの凸部の平面視形状は前記ガスケット開口部形状と相似する形状を成すことを特徴とする、請求項１に記載のガスケット付き電解質膜製造装置。

【請求項3】

前記貼合ローラーの凸部の高さが、前記ガスケットの厚みと略同じであることを特徴とする請求項２に記載のガスケット付き電解質膜製造装置。

【請求項4】

前記貼合ローラーの凸部の材質を弾性体とすることを特徴とする、請求項３に記載のガスケット付き電解質膜製造装置。

【請求項5】

前記開口部は複数辺により囲まれた多角形状を成し、
前記貼合ローラーの凸部の平面視形状は、各辺の長さが前記開口部の対応する辺の長さより５μｍ以上１００μｍ以下の範囲で短い多角形状を成すことを特徴とする、請求項２に記載のガスケット付き電解質膜製造装置。

【請求項6】

前記ガスケットは帯状を成し、
前記開口部は前記ガスケットに予め定められた第１の間隔毎に複数形成され、
前記貼合ローラーは円筒状を成し、
前記凸部は前記貼合ローラーの外周面上に前記第１の間隔に応じて予め定められた第２の間隔毎に複数形成され、
前記制御部は、前記貼合ローラーを回転させることにより、前記複数の凸部と前記複数の開口部とを各々連続的に嵌合させて前記電解質膜と前記ガスケットとを貼り合わせることを特徴とする、請求項１に記載のガスケット付き電解質膜製造装置。

【請求項7】

前記貼合ローラーを二つ対向するよう備え、
前記制御部は、前記電解質膜の表裏両面に前記ガスケットを同時に貼り合わせるよう前記二つの貼合ローラーを動作させることを特徴とする、請求項１に記載のガスケット付き電解質膜製造装置。

【請求項8】

所定領域に触媒層が設けられた電解質膜と、当該触媒層の領域形状に応じた形状の開口部が設けられたガスケットとを貼合してガスケット付き電解質膜を製造するガスケット付き電解質膜の製造方法であって、
前記ガスケットに当接して前記電解質膜と前記ガスケットとを貼合する貼合ローラーの表面に設けられた凸部と前記ガスケットの開口部と嵌合するステップと、
前記凸部と前記開口部とを嵌合させた状態で前記電解質膜と前記ガスケットとを貼合するよう前記貼合ローラーを動作させるステップとを備えることを特徴とするガスケット付き電解質膜の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスケット付き電解質膜の製造装置および製造方法に関し、より特定的には電解質膜にガスケット部材を貼り合わせるガスケット付き電解質膜製造装置及びガスケット付き電解質膜の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料電池等に用いられるガスケット付き触媒塗工電解質膜（以下、単にＣＣＭという）が開発されている。ガスケット付きＣＣＭは、電解質膜の両面に電極触媒層およびガスケットが形成されて成る。ガスケット付きＣＣＭを製造する技術としては、たとえば、下記の特許文献１に示す電解質ガスケット付きＣＣＭの製造方法が知られている。

【0003】

特許文献１に開示されている製造方法では、帯状の電解質膜に所定間隔で触媒層を形成して成る触媒層塗工電解質膜（ＣＣＭ）を原反ロールから巻き戻して搬送し、当該ＣＣＭに、開口部が設けられたガスケットを一対のロールによって圧着してガスケット付きＣＣＭを形成する。このような構成の製造方法によれば、帯状の触媒層塗工電解質膜から複数のガスケット付きＣＣＭを製造することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−１８００３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１の製造方法では、電解質膜に形成される触媒層の形成領域とガスケットの開口部との位置を合わせる必要がある。しかしながら、従来の技術では、このような触媒層の形成領域およびガスケットの開口部について位置ずれが発生するという問題があった。このような触媒層の位置ずれを見込んでガスケットの開口部を大きめに形成する方法が考案されているが、このような方法ではガスケットに覆われていない電解質膜があり、耐久性が低下する問題があった。更に、ガスケットの厚みは一般的に数十μｍ程度と非常に薄く、かつ形状が額縁状になっているため、形状保持が非常に難しく、精度良く貼合できないという問題があった。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、ガスケットを電解質膜の所定の位置に精度良く貼り合わせ可能とするガスケット付き電解質膜の製造装置およびガスケット付き電解質膜の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本願は以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、所定領域に触媒層が設けられた電解質膜と、当該触媒層の領域形状に応じた形状の開口部が設けられたガスケットとを貼合してガスケット付き電解質膜を製造するガスケット付き電解質膜製造装置であって、ガスケットに当接して電解質膜とガスケットとを貼合する貼合ローラーを備え、貼合ローラーの表面にはガスケットの開口部と嵌合する凸部が設けられ、凸部と開口部とを嵌合させた状態で電解質膜とガスケットとを貼合するよう貼合ローラーを動作させるローラー制御部を備えることを特徴とするガスケット付き電解質膜製造装置である。

【0008】

第２の発明は、第１の発明において、貼合ローラーの凸部の平面視形状はガスケット開口部形状と相似する形状を成すことを特徴とする。

【0009】

第３の発明は、第２の発明において、貼合ローラーの凸部の高さが、ガスケットの厚みと略同じであることを特徴とする。

【0010】

第４の発明は、第３の発明において、貼合ローラーの凸部の材質を弾性体とすることを特徴とする。

【0011】

第５の発明は、第２の発明において、開口部は複数辺により囲まれた多角形状を成し、貼合ローラーの凸部の平面視形状は、各辺の長さが開口部の対応する辺の長さより８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲で短い多角形状を成すことを特徴とする。

【0012】

第６の発明は、第１の発明において、ガスケットは帯状を成し、開口部はガスケットに予め定められた第１の間隔毎に複数形成され、貼合ローラーは円筒状を成し、凸部は貼合ローラーの外周面上に第１の間隔に応じて予め定められた第２の間隔毎に複数形成され、制御部は、貼合ローラーを回転させることにより、複数の凸部と複数の開口部とを各々連続的に嵌合させて電解質膜とガスケットとを貼り合わせることを特徴とする。

【0013】

第７の発明は、第１の発明において、貼合ローラーを二つ対向するよう備え、制御部は、電解質膜の表裏両面にガスケットを同時に貼り合わせるよう二つの貼合ローラーを動作させることを特徴とする。

【0014】

第８の発明は、所定領域に触媒層が設けられた電解質膜と、当該触媒層の領域形状に応じた形状の開口部が設けられたガスケットとを貼合してガスケット付き電解質膜を製造するガスケット付き電解質膜の製造方法であって、ガスケットに当接して電解質膜とガスケットとを貼合する貼合ローラーの表面に設けられた凸部とガスケットの開口部と嵌合するステップと、凸部と開口部とを嵌合させた状態で電解質膜とガスケットとを貼合するよう貼合ローラーを動作させるステップとを備えることを特徴とするガスケット付き電解質膜の製造方法である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、貼合ロールに設けられた凸部とガスケットの開口部とを嵌合させつつガスケットと電解質膜とを貼り合わせることによって、ガスケットを電解質膜の所定の位置に容易に精度良く貼り合わせることができる。すなわち、ガスケットの開口部と触媒層塗工電解質膜の触媒層部分との位置ズレを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る触媒層塗工電解質膜１０の平面図

【図2】本発明の第１の実施形態に係る触媒層塗工電解質膜１０の断面図

【図3】本発明の実施形態に係るガスケット１３の平面図

【図4】本発明の第１の実施形態に係るガスケット付き電解質膜１４の平面図

【図5】本発明の第１の実施形態に係るガスケット付き電解質膜１４の断面図

【図6】本発明の第１の実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置１の概略図

【図7】本発明の第１の実施形態に係る凸部付き圧着ローラー２１の概略図

【図8】本発明の第２の実施形態に係るガスケット付き電解質膜３４の断面図

【図9】本発明の第２の実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置２の概略図

【図10】本発明の第２の実施形態に係る触媒層塗工電解質膜３０の断面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置１およびガスケット付き電解質膜の製造方法について説明する。

【0018】

先ず、本発明に係るガスケット付き電解質膜製造装置１によって製造されるガスケット付き電解質膜１４について説明する。ガスケット付き電解質膜１４は、ガスケット付き電解質膜製造装置１によって、触媒層塗工電解質膜１０にガスケット１３が貼り合わせられることによって形成される。

【0019】

触媒層塗工電解質膜１０の構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、触媒層塗工電解質膜１０の平面図である。図２は、図１に示した触媒層塗工電解質膜１０のＡ−Ａ断面図である。図１、図２に示すように、触媒層塗工電解質膜１０は、固体高分子電解質膜（単に電解質膜ともいう）１２に触媒層１１を設けて成る部材である。より詳細には、触媒層塗工電解質膜１０は、湿潤状態で良好なプロトン導電性を示す固体高分子電解質膜１２上に、白金又は白金と他の金属との合金からなる触媒を担持した粉末カーボンと樹脂により触媒層１１を形成したものである。本実施形態においては、帯状の固体高分子電解質膜１２の表面において、所定間隔毎に触媒層１１が平面視矩形状に形成されている場合を例として説明する。

【0020】

ここで、固体高分子電解質膜１２及び触媒層１１を構成する材料の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。

【0021】

固体高分子電解質膜１２を構成する高分子材料としては、具体的には、フッ素系高分子電解質、炭化水素系高分子電解質を用いることができる。フッ素系高分子電解質としては、例えば、デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、旭硝子（株）製Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）、旭化成（株）製Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標）、ゴア社製Ｇｏｒｅ Ｓｅｌｅｃｔ（登録商標）などを用いることができる。炭化水素系高分子電解質膜としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレンなどの電解質膜を用いることができる。中でも、高分子電解質膜としてデュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）系材料を好適に用いることができる。炭化水素系高分子電解質膜としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレンなどの電解質膜を用いることができる。固体高分子電解質膜１２の厚みは、１０μｍ以上３００μｍ以下程度である。

【0022】

触媒層１１を構成する樹脂としては、上記高分子材料と同様のものを用いることができる。また、触媒層１１を構成する触媒としては、具体的には、白金、又は白金とパラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウムの白金族元素のほか、鉄、鉛、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属との合金のほか、これらの酸化物、複酸化物などを用いることもできる。また、触媒の粒径は、大きすぎると触媒の活性が低下し、小さすぎると触媒の安定性が低下するため、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。

【0023】

また、触媒層１１を構成する粉末カーボンとしては、微粒子状で導電性を有し、触媒に侵さないものであれば特に限定されない。具体的には、カーボンブラックやグラファイト、黒鉛、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレンなどを用いることができる。粉末カーボンの粒径は、触媒より小さい１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度が好適に用いられる。

【0024】

ガスケット１３の構成について図３を参照して説明する。図３はガスケット１３の平面図である。ガスケット１３は、例えば、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等の高分子部材を基材として形成されたシート部材である。図３に示すように、ガスケット１３には、所定間隔（第１の間隔）毎に開口部１３１が形成されている。開口部１３１が形成される間隔は、上述触媒層１１の間隔に応じて予め定められる。触媒層１１の間隔は、目的のＭＥＡサイズによって定められる。また、開口部１３１の形状は上述触媒層１１の平面視形状（例えば複数変により囲まれた多角形状）および大きさに応じたものとすることが好ましい。本実施形態においては、開口部１３１は平面視矩形状に形成されている。

【0025】

ガスケット付き電解質膜１４の構成について図４および図５を参照して説明する。図４は、ガスケット付き電解質膜１４の平面図である。図５は、図４に示したガスケット付き電解質膜１４のＢ−Ｂ断面図である。ガスケット付き電解質膜１４は、図４および５に示すように、固体高分子電解質膜１２の表面にガスケット１３が接着されて成る。この際、固体高分子電解質膜１２の触媒層１１がガスケット１３の開口部１３１内に位置するよう、すなわち、触媒層１１の周囲を囲むようにガスケット１３が配置される。なお、ガスケット１３は、例えばシリコーン系やエポキシ系などの接着剤１５を介して固体高分子電解質膜１２と接着される。

【0026】

次に、本発明の第１の実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置１について説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置１の概略図である。ガスケット付き電解質膜製造装置１は、巻き出しローラー１９ａ、巻き出しローラー１９ｂ、凸部付き圧着ローラー２１、圧着ローラー２２、加圧装置２３、および制御装置（図示せず）を備える。

【0027】

巻き出しローラー１９ａは、予めロール状に巻かれているガスケット１３を巻き出す装置である。ガスケット１３には予め触媒層塗工電解質膜１０と接触する面に接着剤１５が塗工されている。巻き出しローラー１９ｂは、予めロール状に巻かれている触媒層塗工電解質膜１０を巻き出す装置である。圧着ローラー２２は、凸部付き圧着ローラー２１と共に触媒層塗工電解質膜１０とガスケット１３を加圧する装置である。加圧装置２３は、圧着ローラー２２と接続され、凸部付き圧着ローラー２１および圧着ローラー２２の間に圧力を作用させる装置である。制御装置は、巻き出しローラー１９ａ、巻き出しローラー１９ｂ、凸部付き圧着ローラー２１ａ、圧着ローラー２２、および加圧装置２３の動作を制御する装置である。制御装置は、典型的にはＣＰＵ等の情報処理装置やメモリ等の記憶装置、およびインターフェース回路を備え、予め記憶されたプログラムに従い巻き出しローラー１９ａ、巻き出しローラー１９ｂ、凸部付き圧着ローラー２１ａ、圧着ローラー２２、および加圧装置２３を制御する。

【0028】

凸部付き圧着ローラー２１は、ガスケット１３に当接して前記電解質膜と前記ガスケットとを貼合するための装置である。凸部付き圧着ローラー２１は、図７に示すように円筒状の本体部２４の外周面上にガスケットの開口部の所定間隔（第１の間隔）に応じた所定間隔（第２の間隔）毎に複数の凸部２５が設けられて成る。図７は、第１の実施形態に係る凸部設置ローラー２１の概略図である。凸部２５は、ガスケット１３の開口部１３１と嵌合するよう、当該開口部１３１の形状に応じた平面視形状とすることが好ましい。具体的には、凸部２５の平面視形状が、開口部１３１の形状と相似する形状を成すことが好ましい。本実施形態においては、凸部２５は平面視矩形状の突起として形成されている。凸部２５の各辺の長さは、ガスケット１３の開口部１３１の各辺より８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲で短くなるよう形成されている。なお、凸部２５の各辺の長さは、ガスケット１３の開口部１３１の各辺より９０μｍ以上１１０μｍ以下の範囲で短くなるよう形成されていることがより好ましく、ガスケット１３の開口部１３１の各辺より１００μｍ短くなるよう形成されていることがさらに好ましい。また、本体部２４表面から凸部２５の頂部までの高さ（以下、凸部の高さと称する）は、ガスケット１３の厚みと略同じ大きさとすることが好ましい。具体的には、凸部２５の高さが、ガスケット１３の厚みよりおおよそ０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲で薄いことが好ましい。凸部２５は、例えば本体部２４の表面を切削することにより作製される。凸部付き圧着ローラー２１および圧着ローラー２２は互いに対向するよう配置される。

【0029】

以下、上述したガスケット付き電解質膜製造装置１の動作工程について説明する。先ず、制御装置は、凸部付き圧着ローラー２１の凸部がガスケットの開口部１３１に挿入できるように、また、凸部付き圧着ローラー２１の凸部と触媒層塗工電解質膜１０の触媒層部分が重なるように、凸部付き圧着ローラー２１、巻き出しローラー１９ａ、および巻き出しローラー１９ｂを同期して回転させる。このような処理により、巻き出されたガスケット１３の開口部１３１部分に凸部２５が挿入された状態で搬送される。この際、上述の通り凸部２５の各辺がガスケット１３の開口部１３１の各辺より５μｍ以上１００μｍ以下の範囲で小さく設計されているため、巻き出しローラー１９ａから巻き出されてきたガスケット１３の開口部１３１に凸部２５を好適に挿入できる。

【0030】

巻き出しローラー１９ａ、１９ｂから各々巻き出された触媒層塗工電解質膜１０およびガスケット１３は、凸部付き圧着ローラー２１と圧着ローラー２２との間に引き込まれ貼合される。この際、凸部２５の頂面の中心と触媒層１１の形成領域の面中心が貼合時に一致するよう、制御装置は凸部付き圧着ローラー２１、巻き出しローラー１９ａ、および巻き出しローラー１９ｂを同期して制御する。

【0031】

次いで、制御装置は、加圧装置２３によって凸部付き圧着ローラー２１と圧着ローラー２２間に圧力を作用させる。加圧装置２３によって作用させる圧力は、０．１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内で設定された圧力になるよう調節される。そして、制御装置は、触媒層塗工電解質膜１０とガスケット１３が貼合される際に、圧力が均等に作用するよう加圧装置２３を制御する。このような制御により、触媒層塗工電解質膜１０とガスケット１３が貼合する際の変形を抑制することができる。

【0032】

なお、圧力については、１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲より低い場合、接着力が足りずにガスケット付き電解質膜１４ａが作製できず、１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の圧力範囲より高い場合、高圧力によってガスケット付き電解質膜１４ａが劣化してしまう場合がある。このようにして作製されたガスケット付き電解質膜１４ａは巻き取りローラー２０によって巻き取られる。

【0033】

以上説明した本実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置１、及びガスケット付き電解質膜の製造方法によれば、ガスケット１３の開口部１３１及び触媒層塗工電解質膜１０の触媒層部を凸部付き圧着ローラー２１ａの凸部と位置を合わせるように回転を同期させることにより、ガスケット付き電解質膜１４ａの触媒層とガスケット開口部１３１の位置ズレを抑制することができる。

【0034】

また、ガスケット１３の開口部１３１に凸部付き圧着ローラー２１ａの凸部２５を挿入し、触媒層塗工電解質膜１０と貼合を行うことで、触媒層塗工電解質膜１０への圧力が均一になり、ガスケットの形状を保ちながら連続的に良好な形状のガスケット付き電解質膜１４を作製することができる。

【0035】

なお、上述した凸部付き圧着ローラー２１ａと圧着ローラー２２の間に作用する圧力の大きさは一例であり、上記に限らず触媒層塗工電解質膜１０やガスケット１３の材料に応じた圧力を適宜設定してよい。

【0036】

また、本実施形態であるガスケット付き電解質膜製造装置１では、凸部２５の各辺の長さをガスケット１３の開口部１３１の各辺より５μｍ以上１００μｍ以下の範囲で短くする例について説明したが、ガスケット１３の材料の強度を考慮して上記以外の寸法に調節してもよい。

【0037】

また、上記実施形態では、本体部２４表面を切削して凸部２５を作製する例を示しているが、凸部２５を本体部２４の表面に貼り付け、凸部付き圧着ローラー２１を構成してもよい。凸部２５の素材は、ゴムやスポンジなどの弾性体や、異種金属など任意に選択してよい。凸部２５を弾性体とすれば、凸部２５の高さを適当に調整することが可能となり、ガスケット１３と触媒層塗工電解質膜１０の貼合時の圧力を均一にすることができ、ガスケット付き電解質膜１４に皺が形成されるのを防ぐことができる。

【0038】

また、本実施形態であるガスケット付き電解質膜製造装置１では、加圧により触媒層塗工電解質膜１０とガスケット１３との貼合を行う例について説明したが、ガスケット１３や触媒層塗工電解質膜１０の材料構成によっては、凸部つき圧着ローラー２１と圧着ローラー２２の両方、またはどちらか一方の内部に加熱装置を備え、熱圧着による貼合を行ってもよい。

【0039】

また、本実施形態であるガスケット付き電解質膜製造装置１では、ガスケット１３に接着剤１５を予め塗工して貼合を行っているが、材料の構成によっては、触媒層塗工電解質膜１０に接着剤１５を塗工してもよい。

【0040】

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ガスケット付き電解質膜製造装置１が触媒層塗工電解質膜１０の一方の面にガスケット１３を接合してなるガスケット付き電解質膜１４ａを製造するものとしたが、本発明は、図８に示すような触媒層塗工電解質膜１０の両面に各々ガスケット１３ａ、１３ｂを接合してなるガスケット付き電解質膜３４を製造可能な態様としても実施可能である。なお、図８は、第２の実施形態に係るガスケット付き電解質膜３４の断面図である。

【0041】

図９は、第２の実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置２の概略図である。なお、第１の実施形態にて説明した構成と同様の構成については同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。ガスケット付き電解質膜製造装置２は、巻き出しローラー１９ｃをさらに備え、圧着ローラー２２に代えて凸部付き圧着ローラー２１ｂを備える。なお、凸部付き圧着ローラー２１ａは上述凸部付き圧着ローラー２１と同様の装置である。また、加圧装置２３は凸部付き圧着ローラー２１ｂと接続される。凸部付き圧着ローラー２１ａ、２１ｂは互いに対向するよう配置される。

【0042】

ガスケット付き電解質膜製造装置２においては、図１０に示すような固体高分子電解質膜１２の表裏両面に触媒層１１ａ、１１ｂを各々設けて成る触媒層塗工電解質膜３０を用いてガスケット付き電解質膜３４を製造する。図１０は、第２の実施形態に係る触媒層塗工電解質膜３０の断面図である。第２の実施形態に係る巻き出しローラー１９ｂは、このような触媒層塗工電解質膜３０を巻き出す。また、巻き出しローラー１９ａは、ガスケット１３ａを巻き出す。また、巻き出しローラー１９ｂは、ガスケット１３ｂを巻き出す。

【0043】

制御装置は、これらの巻き出しローラー１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、および凸部付き圧着ローラー２１ａ、２１ｂを同期するよう動作させる。具体的には、ガスケット１３は、ガスケット１３ａの開口部１３１内に凸部付き圧着ローラー２１ａの凸部２５が挿入されるよう、またガスケット１３ｂの開口部１３１内に凸部付き圧着ローラー２１ｂの凸部２５が挿入されるよう、各ローラーの動作を制御しつつガスケット１３ａ、１３ｂを巻き出す。さらに、制御装置は、触媒層塗工電解質膜３０の触媒層１１ａの形成領域の中心と凸部付き圧着ローラー２１ａの凸部２５の位置が一致するように、また触媒層塗工電解質膜３０の触媒層１１ｂの形成領域の中心と凸部付き圧着ローラー２１ｂの凸部２５の位置が一致するように各ローラーの動作を制御する。

【0044】

上記のように巻き出されたガスケット１３ａ、１３ｂは各々開口部１３１に凸部付き圧着ローラー２１ａ、２１ｂの凸部２５を挿入された状態で、凸部付き圧着ローラー２１ａ、および２１ｂの間に引き込まれる。次いで、制御装置は、加圧装置２３を制御することにより、凸部付き圧着ローラー２１ａ、および２１ｂの間に圧力を発生させ、触媒層塗工電解質膜１０とガスケット１３ａとを、また触媒層塗工電解質膜１０とガスケット１３ｂとを各々貼り合わせる。

【0045】

上記のような圧着により製造されたガスケット付き電解質膜３４は、巻き取りローラー２０によってロール状に巻き取られる。

【0046】

以上説明した第２の実施形態に係るガスケット付き電解質膜製造装置２によれば、触媒層塗工電解質膜１０の両面にガスケット１３、１３ｂが良好な形状で接合されたガスケット付き電解質膜３４を製造することができる。

【実施例】

【0047】

次に、本発明の実施例について説明する。

【0048】

まず、ガスケット付き電解質膜製造装置１に触媒層塗工電解質膜１０と、接着剤が塗工されたガスケット１３を設置した。ここで、触媒層塗工電解質膜１０の固体高分子電解質膜１２としては、ナフィオン２１２（ナフィオン：登録商標Ｄｕｐｏｎｔ社）を用いた。また、触媒層１１は白金担持カーボン触媒（商品名：ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属工業製）と、２０質量％高分子電解質溶液（ナフィオン：登録商標、Ｄｕｐｏｎｔ社製）とを、水、エタノールの混合溶媒で混合した後、遊星型ボールミルで分散処理を行い、調製したものをインクとして使用し、転写法により形成した。また、接着剤が塗工されたガスケット１３としては、パナック社製、ＳＴ３８を打ち抜き機によって裁断して開口部１３１を形成したものを用いた。また、触媒層１１の平面視形状は縦横５０ｍｍの正方形とし、ガスケット１３の開口部１３１は５２ｍｍ四方の正方形とした。

【0049】

続いて、上記ガスケット付き電解質膜製造装置１を、凸部付き圧着ローラー２１および圧着ローラー２２のロール温度２４℃、搬送速度０．０５ｍ／ｍｉｎ、貼合圧力２０ＭＰａの条件に設定して、ガスケット付き電解質膜１４を１０枚製造した。その後、作製したガスケット付き電解質膜１４のガスケット開口部１３１の中心座標と触媒層の中心座標のズレを算出し、従来用いていた円柱型のローラーを用いたガスケット付き電解質膜貼合装置で製造したガスケット付き電解質膜１０枚の上記ズレを比較したところ、位置ズレが改善されていることを確認した。また、不良品率が改善されていることも確認できた。

【0050】

なお、本発明の実施態様は、上述の各実施形態および実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の実施形態の範囲に含まれるものである。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、優れた品質のガスケット付き電解質膜を効率的に製造可能なガスケット付き電解質膜製造装置および方法などとして有用である。

【符号の説明】

【0052】

１、２ ガスケット付き電解質膜製造装置
１０、３０ 触媒層塗工電解質膜（ＣＣＭ）
１１、１１ａ、１１ｂ 触媒層
１２ 固体高分子電解質膜
１３、１３ａ、１３ｂ ガスケット
１４、３４ ガスケット付き電解質膜
１５ 接着剤
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 巻き出しローラー
２０ 巻き取りローラー
２１、２１ａ、２１ｂ 凸部付き圧着ローラー
２２ 圧着ローラー
２３ 加圧装置
２４ 本体部
２５ 凸部
１３１ 開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】