特許 6044497 膜電極接合体製造装置

(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】6044497

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】膜電極接合体製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20160101AFI20161206BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/02 E

   H01M8/02 Z

   H01M8/10

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-188092(P2013-188092)

(22)【出願日】2013年9月11日

(65)【公開番号】特開2015-56255(P2015-56255A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2015年12月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100096817

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 孝雄

(72)【発明者】

【氏名】若松 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 健幸

(72)【発明者】

【氏名】石津 誠二

【審査官】 山内 達人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１７８９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９８０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５１５０４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

膜電極接合体の製造装置であって、
帯状の電解質膜シートの表面に電極が接合された帯状の膜電極接合体シートから前記膜電極接合体を裁断する裁断部と、
前記膜電極接合体の部分が切り抜かれた破材を挟持して搬送する上下一対の上側ローラーおよび下側ローラーを有する破材搬送ニップローラーと、
を備え、
前記上側ローラーは、
前記上側ローラーの表面が、前記上側ローラーの周方向に沿った少なくとも１つの溝によって複数のローラー表面部に区分されており、前記複数のローラー表面部のうち、一方の端部のローラー表面部が、前記下側ローラーとの間で前記破材の前記上側ローラーの中心軸方向の一方の端部の余白部を挟持し、他方の端部のローラー表面部が、前記下側ローラーとの間で前記破材の前記上側ローラーの中心軸方向の他方の端部の余白部を挟持するとともに、前記複数のローラー表面部が、前記下側ローラーの回転に従動して一体的に回転するように構成されている
ことを特徴とする膜電極接合体の製造装置。

【請求項2】

請求項１に記載の膜電極接合体の製造装置であって、
前記溝には、前記破材の前記上側ローラーへの巻き込みを規制するための巻き込み規制機構が設けられていることを特徴とする膜電極接合体の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、燃料電池で用いられる膜電極接合体の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、通常、複数の単位セルを、それぞれセパレータで挟持しつつ順に積層した積層体として構成される。単位セルとしては、発電体として機能する薄膜積層体である膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＭＥＡ）が用いられる。

【0003】

ＭＥＡは、触媒層積層電解質膜（Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｃｏａｔｅｄ Ｍｅｍｂｒａｎｅ；ＣＣＭ）と、ＣＣＭの両面に積層形成（接合）されたガス拡散層（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＧＤＬ）と、から構成される。ＣＣＭは、固体高分子型電解質膜（単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、燃料電池反応促進のための触媒を担持させた電極（「触媒電極」とも呼ばれる）の層（「触媒電極層」あるいは「触媒層」とも呼ばれる）が積層形成（接合）された薄膜積層体である。なお、上記ガス拡散層を含むＭＥＡは膜電極ガス拡散層接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ＆Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＭＥＧＡ）とも呼ばれ、ＣＣＭがＭＥＡと呼ばれる場合もある。

【0004】

ＭＥＡの製造方法としては、種々の方法が提案されている。例えば、連続して搬送される帯状のＣＣＭに対して、連続して搬送される帯状のＧＤＬを、ＣＣＭの片面ごとに順に、あるいは、ＣＣＭの両面に同時に貼り合わせて接合させた後、所定の大きさに切断（裁断）する方法がある。また、一定のサイズに切断されたＧＤＬを、連続して搬送される帯状のＣＣＭの片面ごとに順に、あるいは、ＣＣＭの両面に同時に貼り合わせて接合させた後、所定の大きさに切断（裁断）する方法もある。また、連続して搬送される帯状のＣＣＭの片面に一定のサイズに切断されたＧＤＬを貼り合わせて接合させ、所定の大きさに切断した後、他面にＧＤＬを貼り合わせて接合させる方法もある。なお、特許文献１には、帯状のＣＣＭを一対のＧＤＬで挟持して貼り合わせる直前に、帯状のＧＤＬを所定形状（矩形形状）のＧＤＬにカットし、カットした一対のＧＤＬをＣＣＭの両面の触媒電極層上に同時に貼り合わせて接合した後、所定の大きさに切断（裁断）することにより、所定の大きさのＭＥＡを作製する例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−５０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ＭＥＡを含む帯状の積層薄膜シートから裁断によってＭＥＡが切り抜かれた後に残った積層薄膜シートの帯状の破材（以下、単に「破材」と呼ぶ）をコンパクトに効率良く回収することは、ＭＥＡを量産する上での製造コストの低減に寄与する。破材の回収方法としては、例えば、裁断装置で発生した破材を搬送ローラーによって送り出し、回収箱へ落とし込んで回収する方法や、回収ロールで巻き取って回収する方法が考えられる。また、ＭＥＡが切り抜かれた後の破材の余白量が少なければ少ないほど、ＭＥＡを量産する上での歩留まりを向上させることが可能であり、製品コストの低減に寄与する。

【0007】

しかしながら、例えば、破材をローラーによって送り出す場合に、破材の余白幅がある程度以上細くなると、ローラーによる破材の搬送がうまく行えない場合があり、従って、破材の破断が発生して回収ロールでの巻き取りや回収箱での回収が上手く行えない場合がある、という課題があった。また、仮に、破材の余白幅を広く設定したとしても、裁断時の位置ズレによって余白幅に差やバラツキが発生して一方の余白幅がある程度以上細くなり、ローラーによる破材の搬送がうまく行えない場合があり、同様の課題があった。また、裁断時の位置ズレによる余白幅に差やバラツキが発生したとしてもローラーによる破材の搬送が上手く行われるために、これらを考慮して設定した太さの余白としなければならず、ＭＥＡを量産する上での歩留まりの向上、製品コストの低減等に課題があった。

【0008】

以上のように、破材の余白が細い場合や破材の余白幅に差あるはバラツキが発生する場合においても、ＭＥＡの製造において、発生した破材の搬送および回収を効率よく行うことや、製造コストの低減や製品の歩留まりの向上等を可能とすること、等が望まれていた。なお、このような課題は、ガス拡散層を含むＭＥＡを製造する場合だけでなく、枚葉状のＣＣＭ、すなわち、ガス拡散層を含まないＭＥＡを製造する場合においても同様である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0010】

（１）本発明の一形態によれば、膜電極接合体の製造装置が提供される。この膜電極接合体の製造装置は、帯状の電解質膜シートの表面に電極が接合された帯状の膜電極接合体シートから前記膜電極接合体を裁断する裁断部と；前記膜電極接合体の部分が切り抜かれた破材を挟持して搬送する上下一対の上側ローラーおよび下側ローラーを有する破材搬送ニップローラーと；を備える。前記上側ローラーは、前記上側ローラーの表面が、前記上側ローラーの周方向に沿った少なくとも１つの溝によって複数のローラー表面部に区分されており、前記複数のローラー表面部のうち、一方の端部のローラー表面部が、前記下側ローラーとの間で前記破材の前記中心軸方向の一方の端部の余白部を挟持し、他方の端部のローラー表面部が、前記下側ローラーとの間で前記破材の前記中心軸方向の他方の端部の余白部を挟持するとともに、前記複数のローラー表面部が、前記下側ローラーの回転に従動して一体的に回転するように構成されている。この形態の膜電極接合体の製造装置によれば、下側ローラーの回転に従動して一体的に回転する上側ローラーの一方の端部のローラー表面部および他方の端部のローラー表面部によって、破材の両側の端部の余白部を同じ送り量で一体的に搬送することができる。これにより、裁断によって発生した破材の搬送を効率よく行うことが可能である。また、破材の余白部を細くしても破材の搬送を効率よく行うことが可能であり、製造コストの低減や製品の歩留まりの向上等が可能である。

【0011】

（２）上記膜電極接合体の製造装置において、前記溝には、前記破材の前記上側ローラーへの巻き込みを規制するための巻き込み規制機構が設けられているようにしてもよい。この形態の膜電極接合体の製造装置によれば、破材の上側ローラーへの巻き込みを規制することができる。これにより、破材の搬送をより効率良く行うことが可能である。

【0012】

なお、本発明は、膜電極接合体の製造装置だけでなく、膜電極接合体の製造方法の形態で実現することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態としての膜電極接合体の製造装置について示す模式図である。

【図2】図１の製造装置で作製される膜電極接合体および膜電極接合体の作製後の破材について示す説明図である。

【図3】破材処理部に含まれる破材搬送ニップローラーの概略構成を示す説明図である。

【図4】比較形態としての破材搬送ニップローラーの概略構成を示す説明図である。

【図5】比較形態の破材搬送ニップローラーにおける破材搬送と実施形態の破材搬送ニップローラーにおける破材搬送とを比較して示す説明図である。

【図6】巻き込み防止フォークの効果を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての膜電極接合体の製造装置について示す模式図である。図２は、図１の製造装置で作製される膜電極接合体および膜電極接合体の作製後の破材について示す説明図である。なお、図２（Ａ）は平面図を示し、図２（Ｂ）は側面図を示している。

【0015】

膜電極接合体（ＭＥＡ）の製造装置１０００は、搬送路に沿って順に設けられた接合部１００と、第１のアキューム部２００と、搬送ニップローラー３００と、裁断機４００と、第２のアキューム部５００と、破材処理部６００と、を備えている。なお、各部の動作は不図示の制御ユニットによって制御される。

【0016】

接合部１００は、複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）が帯状に形成されたＭＥＡシート（以下、「帯状ＭＥＡシート」とも呼ぶ）１０Ｓを作製し、接合部搬送ニップローラー１１０によって第１のアキューム部２００へ送り出す。帯状ＭＥＡシート１０Ｓは、図２に示すように、複数の触媒層積層電解質膜（ＣＣＭ）が帯状に形成されたＣＣＭシート（以下、「帯状ＣＣＭシート」とも呼ぶ）１２Ｓの各ＣＣＭのアノード側の面（図２（Ｂ）の下面）に、枚葉状（矩形状）のガス拡散層（ＧＤＬ）１８ａが形成された積層体シートである。また、帯状ＣＣＭシート１２Ｓは、図２に示すように、電解質膜が連続的な帯状に形成された電解質膜シート（以下、「帯状電解質膜シート」とも呼ぶ）１４Ｓのアノード側の面（図２（Ｂ）の下面）に連続的な帯状のアノード触媒電極層１６ａＳが形成されるとともに、カソード側の面（図２（Ｂ）の上面）に枚葉状（矩形状）のカソード触媒電極層１６ｃが形成された薄膜積層体シートである。

【0017】

帯状ＣＣＭシート１２Ｓは、例えば、帯状電解質膜シート１４Ｓのアノード側の面に帯状のアノード触媒電極層１６ａＳを転写し、カソード側の面に枚葉状のカソード触媒電極層１６ｃを転写することにより作製することができる。また、帯状ＣＣＭシート１２Ｓは、帯状電解質膜シート１４Ｓのアノード側およびカソード側の面に触媒電極層形成用の触媒インクを塗工することにより作製することもできる。また、帯状ＭＥＡシート１０Ｓは、例えば、帯状ＣＣＭシート１２Ｓの各ＣＣＭのアノード側の面に、枚葉状（矩形状）のＧＤＬ１８ａを加圧接合することにより作製することができる。

【0018】

なお、接合部１００の具体的な構成は、帯状ＣＣＭシートの作製、および、帯状ＣＣＭシートとＧＤＬとの接合による帯状ＭＥＡシートの作製を実行する種々の一般的な製造装置を適用することができるので、図示および説明を省略する。

【0019】

第１のアキューム部２００（図１）は、接合部１００から連続して搬送されてくる帯状ＭＥＡシート１０Ｓを蓄積するバッファである。第１のアキューム部２００は、第１，第２の支持ローラー２０２，２０４と、第１の支持ローラー２０２と第２の支持ローラー２０４との間で帯状ＭＥＡシート１０Ｓに荷重を掛ける錘２０６と、錘２０６からの荷重が掛かった状態の帯状ＭＥＡシート１０Ｓの下端位置を検出する下限位置センサー２０８ｄ及び上限位置センサー２０８ｕと、を備えている。下限位置センサー２０８ｄは、円柱状の錘２０６に接触する帯状ＭＥＡシート１０Ｓの下端位置が、あらかじめ設定した下限位置にあることを検出する。また、上限位置センサー２０８ｕは、帯状ＭＥＡシート１０Ｓの下端位置が、あらかじめ設定した上限位置にあることを検出する。下限位置センサー２０８ｄ及び上限位置センサー２０８ｕは、例えば、種々の光電センサーを用いることによって構成することができる。

【0020】

接合部１００から連続して搬送されてくる帯状ＭＥＡシート１０Ｓは、錘２０６による荷重が掛かかっているため、第１の支持ローラー２０２と第２の支持ローラー２０４との間で、円柱状の錘２０６に接触する位置を下端位置として、搬送に応じて徐々に下側に垂れ下がる。帯状ＭＥＡシート１０Ｓの下端位置が下限位置にまで下降すると下限位置センサー２０８ｄによって検出される。また、帯状ＭＥＡシート１０Ｓが後述する搬送ニップローラー３００によって裁断機４００へ送り出されて、帯状ＭＥＡシート１０Ｓの下端位置が上限位置まで上昇すると上限位置センサー２０８ｕによって検出される。これにより、第１のアキューム部２００は、上限位置から下限位置までの範囲で、帯状ＭＥＡシート１０Ｓを第１の支持ローラー２０２と第２の支持ローラー２０４の間で垂れ下がるようにして蓄積することができる。

【0021】

搬送ニップローラー３００は、これを駆動するための駆動部（不図示）による回転動作および停止動作（以下、「間欠動作」とも呼ぶ）が制御ユニット（不図示）によって制御される。これにより、搬送ニップローラー３００は、第１のアキューム部２００に蓄積されている帯状ＭＥＡシート１０Ｓを、間欠的に、裁断機４００の裁断位置まで送り込むとともに、裁断後の帯状の破材１０Ｓｍｅ（図２）を第２のアキューム部５００へ送り出す。なお、以下では、この間欠動作による搬送を「間欠搬送」とも呼ぶ。

【0022】

裁断機４００は、帯状ＭＥＡシート１０から下側裁断型４０２上に載置されたＭＥＡ１０の部分を、上側裁断型４０４により型抜き裁断する。裁断された枚葉状のＭＥＡ１０は、搬出装置（不図示）により吸着搬出される。裁断後の破材１０Ｓｍｅは、図２に示すように。搬送方向に沿った余白Ｘ部および余白Ｙ部と搬送方向と交差する余白Ｚ部による梯子状となる。なお、実際には、接合部１００には、欠陥等の品質を検査する検査部を有する場合があり、例えば、帯状ＣＣＭシート１２Ｓのうち不良があったＣＣＭ１２に対しては、ＧＤＬ１８ａを接合しない場合がある。この場合、裁断機４００では、ＧＤＬ１８ａが形成されていない箇所についての裁断を行わないため、破材１０Ｓｍｅ中には、図２に示すように、梯子状の余白部となっておらず、ＣＣＭ１２が残っている箇所もあり得る。また、帯状ＣＣＭシート１２Ｓの形成前の帯状電解質膜シート１４Ｓに対して検査が行われて不良が検出された場合には、不良検出箇所に対して、触媒電極層およびＧＤＬが形成されない場合もある。この場合も、裁断機４００では、触媒電極層およびＧＤＬが形成されていない箇所についての裁断は行われず、破材１０Ｓｍｅ中には、梯子状の余白部となっておらず、電解質膜１４が残っている箇所もあり得る。なお、本明細書において、余白部は、帯状ＭＥＡシートからＭＥＡが切り抜かれた後に残された部材の部分であり、電解質膜、触媒電極層、ＧＤＬのうち少なくとも一つの部材が含まれている。

【0023】

ＭＥＡ１０が裁断された後の破材１０Ｓｍｅは、上述したように、搬送ニップローラー３００による帯状ＭＥＡシート１０Ｓの裁断機４００への送り込みに合わせて、第２のアキューム部５００へ送り出される。

【0024】

第２のアキューム部５００は、第１のアキューム部２００と同様に、第１，第２の支持ローラー５０２，５０４と、円柱状の錘５０６と、下限位置センサー５０８ｄ及び上限位置センサー５０８ｕと、を備えている。裁断後の破材１０Ｓｍｅには、第１の支持ローラー５０２と第２の支持ローラー５０４の間で錘５０６によって荷重が掛けられている。このため、破材１０Ｓｍｅには搬送ニップローラー３００又は裁断機４００と第２のアキューム部５００との間で引張力が加わる。これにより、裁断後の破材１０Ｓｍｅは、搬送ニップローラー３００が帯状ＭＥＡシート１０Ｓの裁断機４００への送り込みを行った際において、破材１０Ｓｍｅに加わった引張力に応じて第２のアキューム部５００に引き込まれる。この結果、第２のアキューム部５００は、上限位置センサー５０８ｕで検出される上限位置から下限位置センサー５０８ｄで検出される下限位置までの範囲で、破材１０Ｓｍｅを第１の支持ローラー５０２と第２の支持ローラー５０４の間で垂れ下がるようにして蓄積することができる。

【0025】

なお、裁断機４００と第２のアキューム部５００との間に、搬送ニップローラー３００と協働して、帯状ＭＥＡシート１０Ｓの裁断機４００への引き込みと、帯状の破材１０Ｓｍｅの第２のアキューム部５００への送り込みと、を行う搬送ニップローラーを備えるようにしてもよい。

【0026】

破材処理部６００は、破材搬送ニップローラー６０２と、破材回収ロール６０４と、を備えている。破材搬送ニップローラー６０２は、これを駆動する駆動部（不図示）による間欠動作が制御ユニット（不図示）によって制御されることにより、第２のアキューム部５００に蓄積されている破材１０Ｓｍｅを破材回収ロール６０４へ送りだす。破材回収ロール６０４は、これを駆動する駆動部（不図示）による間欠動作が制御ユニット（不図示）によって制御されて破材搬送ニップローラー６０２と協働することによって、破材１０Ｓｍｅを巻き取り回収する。なお、破材回収ロール６０４に代えて破材回収箱を備えて、破材１０Ｓｍｅを九十九折にして回収するようにしてもよい。

【0027】

以上説明した本実施形態のＭＥＡの製造装置１０００は、以下で説明するように、破材搬送ニップローラー６０２の構造に特徴を有している。

【0028】

図３は、破材処理部に含まれる破材搬送ニップローラーの概略構成を示す説明図である。図３（Ａ）は、破材搬送ニップローラー６０２を搬送路下流側から見た概略正面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す概略断面図である。破材搬送ニップローラー６０２は、上下一対の下側ローラー６１０および上側ローラー６２０と、巻き込み防止フォーク６３０と、を備えている。なお、図３（Ａ）は、上側ローラー６２０の内部構成を概略的に示すために、破線ＢＬの上側部分について概略断面で示している。

【0029】

下側ローラー６１０は、駆動部からの回転力が伝えられる回転軸６１２と、回転軸６１２と一体に回転する金属製の下側ローラー部６１４と、を備える駆動ローラーである。上側ローラー６２０は、中心軸６２２と、中心軸６２２を中心に回転する金属製やプラスチック製等の上側ローラー部６２４と、上側ローラー部６２４の表面に設けられた複数（本例では３つ）のローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃと、を備える従動ローラーである。ローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃは、例えばゴムで形成されている。なお、上側ローラー部６２４の両側端部には中心軸６２２との間にベアリング６２８が設けられている。複数のローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃは、隣り合うローラー表面部の間に溝Ｇａが形成されるように、それぞれ離間して配置されている。複数のローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ、６２６ｃは、下側ローラー６１０の回転に応じて一体的に回転する。

【0030】

溝Ｇａには、搬送路下流側において、それぞれ、巻き込み防止フォーク６３０の先部６３２が、上側ローラー部６２４の表面に対して小さなギャップを介して固定されるように、下側ローラー６１０側から中心軸６２２へ向かって挿入配置されている。

【0031】

図３（Ａ）の左端のローラー表面部６２６ａは、下側ローラー６１０の下側ローラー部６１４とともに、破材１０Ｓｍｅの余白Ｘ部をニップして送り出す。右端のローラー表面部６２６ｃは、下側ローラー６１０の下側ローラー部６１４とともに、破材１０Ｓｍｅの余白Ｙ部をニップ（挟持）して送り出す。中央のローラー表面部６２６ｂは、余白Ｚ部（図２）および裁断されずに残されたＣＣＭ等の部分をニップして送り出す。なお、以下では、各ローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃを区別しない場合には、単に「ローラー表面部６２６」とも呼ぶ。

【0032】

図４は、比較形態としての破材搬送ニップローラーの概略構成を示す説明図である。図４は、比較形態の破材搬送ニップローラー６０２Ｒを、図３（Ａ）と同様に、搬送路下流側から見た概略正面図である。比較形態の破材搬送ニップローラー６０２Ｒは、中心軸６２２に対して、それぞれ独立した３つの上側ローラー６２０ａ，６２０ｂ，６２０ｃを備えるとともに、巻き込み防止フォーク６３０を備えていない点が、実施形態の破材搬送ニップローラー６０２（図３）と異なっている。各上側ローラー６２０ａ，６２０ｂ，６２０ｃは、それぞれの上側ローラー部６２４ａ，６２４ｂ，６２４ｃの表面にそれぞれのローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃが設けられた従動ローラーである。なお、図４も、図３（Ａ）と同様に、３つの上側ローラー６２０Ｒａ，６２０Ｒｂ，６２０Ｒｃの内部構成を概略的に示すために、破線ＢＬの上側について概略断面で示している。

【0033】

図５は、比較形態の破材搬送ニップローラーにおける破材搬送と実施形態の破材搬送ニップローラーにおける破材搬送とを比較して示す説明図である。破材１０Ｓｍｅの余白Ｙ部の幅ａｙが基準幅ａ０よりも太くなり、余白Ｘ部の幅ａｘが基準幅ａ０よりも細くなった場合を前提として説明する。なお、余白の幅の変化は、帯状ＭＥＡシート１０Ｓが蛇行して裁断機４００へ搬送されることや、シートの幅の変動、装置の寸法精度等の種々の要因によって変化する。

【0034】

図５（Ａ）に示すように、比較形態の破材搬送ニップローラー６０２Ｒ（図４）では、余白Ｙ部のように、その幅ａｙが基準幅ａ０より太い部分では、下側ローラー６１０の周速Ｖｙ１と上側ローラー６２０ａの周速Ｖｙ２とが等しく、これに応じた基準の送り量Ｆ０に等しい送り量Ｆｙで破材１０Ｓｍｅの余白Ｙ部が送り出される。これに対して、余白Ｘ部のように、その幅ａｘが基準幅ａ０より細い部分では、その細さに応じて破材１０Ｓｍｅが下側ローラー６１０の回転に追従できずに滑りが生じる。これにより、余白Ｘ部の送り量Ｆｘは基準の送り量Ｆ０すなわち余白Ｙ部の送り量Ｆｙよりも小さくなり、余白Ｘ部の送り量Ｆｘと余白Ｙ部の送り量Ｆｙとに差が発生する。この場合、上側ローラー６２０ｃの周速Ｖｘ２は、余白Ｘ部の送り量の低下に応じて下側ローラー６１０Ｒの周速Ｖｘ１よりも小さくなる。

【0035】

ここで、上述したように破材回収ロール６０４は、破材搬送ニップローラー６０２Ｒと協働して破材１０Ｓｍｅを巻き取り回収するため、余白Ｙ部における送り量に応じた引張力で破材１０Ｓｍｅを巻き取る。このため、余白Ｘ部では、送り量ＦＸに対応する引張力よりも強い力で破材回収ロール６０４によって引っ張られることになり、過大な引張力が加わって破断に至り、破材搬送ニップローラー６０２Ｒからの破材１０Ｓｍｅの送り出しができなくなる可能性がある。

【0036】

これに対して、本実施形態の破材搬送ニップローラー６０２（図３）では、上述したように、余白Ｘ部に対応するローラー表面部６２６ａと余白Ｙ部に対応するローラー表面部６２６ｃとが一体的に回転する。このため、図５（Ｂ）に示すように、余白Ｘ部においても、対応するローラー表面部６２６ａの周速Ｖｘ２が余白Ｙ部に対応するローラー表面部６２６ｃの周速Ｖｙ２（＝Ｖｙ２）と等しく、下側ローラー６１０の周速Ｖｘ１（＝Ｖｙ１）と等しくなる。これにより、余白Ｘ部の送り量Ｆｘが余白Ｙ部の送り量Ｆｘすなわち基準の送り量Ｆ０と等しくなり、破断の発生を抑制することが可能となる。

【0037】

図６は、巻き込み防止フォークの効果を示す説明図である。図６（Ａ）は巻き込みフォーク６３０が設けられていない場合を示し、図６（Ｂ）は巻き込み防止フォーク６３０が設けられている場合を示している。上述したように、破材１０Ｓｍｅには、ＭＥＡが裁断されては余白部分が梯子状になった部分と、ＧＤＬが接合されないＣＣＭの部分や触媒電極層が形成されない電解質膜の部分、ＭＥＡが裁断されなかった部分等と、が混在している（図２）。ＧＤＬが接合されていないＣＣＭや電解質膜の部分は、剛性が低く、伸びやすく、上側ローラー６２０のローラー表面部６２６に貼り付きやすい、という特徴がある。従って、図６（Ａ）に示すように巻き込み防止フォーク６３０が設けられていない場合には、破材１０Ｓｍｅに残っているＣＣＭや電解質膜の部分が、上側ローラー６２０のローラー表面部６２６に貼り付き、上側ローラー６２０に巻き込まれて搬送ができなくなる、という可能性がある。ただし、複数のローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃの隣り合うローラー表面部の間には溝Ｇａが設けられているので、この溝Ｇａに存在する空気の層によってローラー表面部への破材１０Ｓｍｅの貼り付きをある程度抑制することは可能である。しかしながら、破材１０Ｓｍｅの貼り付き度合いによっては上側ローラー６２０への巻き込みを防止できない可能性がある。

【0038】

これに対して、巻き込み防止フォーク６３０（図３）が設けられている場合には、仮に、破材１０Ｓｍｅが巻き込まれ始めたとしても、図６（Ｂ）に示すように、溝Ｇａに挿入固定された巻き込み防止フォーク６３０の先部６３２によって、ローラー表面部６２６に貼り付こうとする破材１０Ｓｍｅを剥がすことができるので、巻き込みを防止することができる。なお、巻き込み防止フォーク６３０が本発明の巻き込み規制機構に相当する。

【0039】

以上のように、実施形態のＭＥＡの製造装置では、ＭＥＡが裁断された後に残された破材の余白の幅が細くても、破材搬送ニップローラー６０２によって破材の破断を抑制しつつ搬送して、破材を効率良く回収することができる。これにより、帯状ＭＥＡシートからＭＥＡが切り抜かれた後の破材の余白量を少なくすることが可能であり、ＭＥＡを量産する上での歩留まりを向上させ、製品コストの低減に寄与することができる。

【0040】

上記実施形態の破材搬送ニップローラー６０２では、上側ローラー６２０の上側ローラー部６２４のローラー表面に３つのローラー表面部６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃが設けられている場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。破材の一方の端部の余白部を下側ローラー６１０とともにニップするローラー表面部と、破材の他方の端部の余白部を下側ローラー６１０とともにニップするローラー表面部の、少なくとも２つのローラー表面部が設けられていればよい。

【0041】

また、上記実施形態では、帯状ＣＣＭシートのアノード触媒電極層側に枚葉状のＧＤＬを貼り合わせて接合した後に、所定のサイズの枚葉状のＭＥＡを裁断する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、カソード触媒電極側にも枚葉状のＧＤＬを貼り合わせて接合した後に、所定のサイズのＭＥＡを裁断するようにしても良い。また、帯状ＣＣＭシートを作製した後に、ＣＣＭをＭＥＡとして所定のサイズの枚葉状のＭＥＡを裁断するようにしてもよい。

【0042】

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０…ＭＥＡ（膜電極接合体）
１０Ｓ…帯状ＭＥＡシート
１０Ｓｍｅ…破材
１２…ＣＣＭ（触媒電極層積層電解質膜）
１２Ｓ…帯状ＣＣＭシート
１４…電解質膜
１４Ｓ…帯状電解質膜シート
１６ａ…アノード触媒電極層
１６ａＳ…アノード触媒電極層
１６ｃ…カソード触媒電極層
１８ａ…ガス拡散層（ＧＤＬ）
１００…接合部
１１０…接合部搬送ニップローラー
２００…第１のアキューム部
２０２，２０４…支持ローラー
２０６…錘
２０８ｄ…下限位置センサー
２０８ｕ…上限位置センサー
３００…搬送ニップローラー
４００…裁断機
４０２…下側裁断型
４０４…上側裁断型
５００…第２のアキューム部
５０２，５０４…支持ローラー
５０６…錘
５０８ｄ…下限位置センサー
５０８ｕ…上限位置センサー
６００…破材処理部
６０２…破材搬送ニップローラー
６０２Ｒ…破材搬送ニップローラー
６０４…破材回収ロール
６１０…下側ローラー
６１０Ｒ…下側ローラー
６１２…回転軸
６１４…下側ローラー部
６２０…上側ローラー
６２０Ｒａ，６２０Ｒｂ，６２０Ｒｃ…上側ローラー
６２２…中心軸
６２４…上側ローラー部
６２６…ローラー表面部
６２６ａ，６２６ｂ，６２６ｃ…ローラー表面部
６２８…ベアリング
６３０…巻き込み防止フォーク
６３２…先部
１０００…製造装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】