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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-31
(54)【発明の名称】膜－電極アセンブリの製造のための方法及び装置
(51)【国際特許分類】
H01M 8/1004 20160101AFI20221024BHJP
H01M 8/0273 20160101ALI20221024BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20221024BHJP
【ＦＩ】
H01M8/1004
H01M8/0273
H01M8/10 101
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022514020
(86)(22)【出願日】2020-10-30
(85)【翻訳文提出日】2022-03-01
(86)【国際出願番号】 KR2020015030
(87)【国際公開番号】W WO2021091169
(87)【国際公開日】2021-05-14
(31)【優先権主張番号】10-2019-0141003
(32)【優先日】2019-11-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518215493
【氏名又は名称】コーロン インダストリーズ インク
(74)【代理人】
【識別番号】100083138
【弁理士】
【氏名又は名称】相田 伸二
(74)【代理人】
【識別番号】100189625
【弁理士】
【氏名又は名称】鄭 元基
(74)【代理人】
【識別番号】100196139
【弁理士】
【氏名又は名称】相田 京子
(72)【発明者】
【氏名】チョ ドンジュン
【テーマコード（参考）】
5H126
【Ｆターム（参考）】
5H126AA02
5H126AA13
5H126BB06
5H126EE11
(57)【要約】
本発明の膜－電極アセンブリの製造のための方法及び装置は、電解質膜、電極及びサブガスケットフィルムなどの多層積層体に位置決め孔を形成するが、最終製品に含まれない領域に前記位置決め孔を形成し、これらに基づいて、膜－電極アセンブリのマニホールド孔を迅速で正確に形成することによって、膜－電極アセンブリの不良率を低減させると共に生産性を増加させることができる。
【選択図】 図３
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面及び前記第１面の反対側の第２面を有する電解質膜（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、前記第１面上の第１電極、及び前記第２面上の第２電極を含む膜－電極積層体（ｍｅｍｂｒａｎｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｌａｍｉｎａｔｅ）を準備する第１段階；第１中央領域（ｃｅｎｔｒａｌ ｒｅｇｉｏｎ）及び前記第１中央領域を取り囲む第１周辺領域（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｒｅｇｉｏｎ）を有する第１サブガスケットフィルムを準備する第２段階；
前記第１中央領域内に第１電極ウィンドウ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｗｉｎｄｏｗ）を形成する第３段階；
前記第１周辺領域内に少なくとも２個の第１位置決め孔（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｈｏｌｅｓ）を形成する第４段階；
第２中央領域及び前記第２中央領域を取り囲む第２周辺領域を有する第２サブガスケットフィルムを準備する第５段階；
前記第２中央領域内に第２電極ウィンドウを形成する第６段階；
前記第２周辺領域内に少なくとも２個の第２位置決め孔を形成する第７段階；
前記第１電極ウィンドウを通して前記第１電極の少なくとも一部が露出されるように、前記電解質膜の前記第１面上に前記第１サブガスケットフィルムを付着させ、前記第２電極ウィンドウを通して前記第２電極の少なくとも一部が露出されるように前記電解質膜の前記第２面上に前記第２サブガスケットフィルムを付着させることによって、多層積層体（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｌａｍｉｎａｔｅ）を形成する第８段階；
前記第１及び第２中央領域に対応する前記多層積層体の中央部分内に少なくとも一つのマニホールド孔を形成する第９段階；及び
前記第１及び第２周辺領域に対応する前記多層積層体の周辺部分を除去する第１０段階を含む、膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項2】
前記少なくとも一つのマニホールド孔の形成のための第９段階及び前記多層積層体の周辺部分の除去のための第１０段階は、前記第１及び第２位置決め孔の位置に基づいて行われる、請求項１に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項3】
前記少なくとも一つのマニホールド孔形成のための第９段階及び前記多層積層体の周辺部分の除去のための第１０段階は、同時に行われる、請求項２に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項4】
前記少なくとも一つのマニホールド孔の形成のための第９段階及び前記多層積層体の周辺部分の除去のための第１０段階は、前記多層積層体をプレス打抜（ｐｒｅｓs－ｐｕｎｃｈｉｎｇ）することによって行われる、請求項２に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項5】
前記少なくとも一つのマニホールド孔の形成のための第９段階及び前記多層積層体の周辺部分の除去のための第１０段階の前に、前記多層積層体を固定させる（ｓｅｃｕｒｉｎｇ）段階をさらに含む、請求項２に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項6】
前記多層積層体の固定段階は、前記第１及び第２位置決め孔を位置決めピン（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｐｉｎｓ）に嵌めることによって行われる、請求項５に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項7】
複数の前記多層積層体を得るために前記第１～第８段階が繰り返され、前記多層積層体の前記第１及び第２位置決め孔を前記位置決めピンに嵌めることによって前記多層積層体が一緒に固定され、
前記第９段階及び前記第１０段階は、前記多層積層体を一緒にプレス打抜することによって行われる、請求項６に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項8】
前記多層積層体を一緒に固定させる段階は、前記多層積層体を支持台（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｐｌａｔｅｌａ）上に積む（ｓｔａｃｋｉｎｇ）段階；及び
前記多層積層体が積まれた前記支持台を、前記位置決めピンを備えたダイ（ｄｉｅ）に装着しながら前記多層積層体の前記第１及び第２位置決め孔を前記位置決めピンに嵌める段階を含む、請求項７に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項9】
前記多層積層体を一緒に固定させる段階は、前記支持台を前記ダイに装着する前に、前記ダイに形成されたガイドレールに沿って前記位置決めピンを移動させることによって、前記多層積層体のサイズに合わせて前記位置決めピンの位置を調整する段階をさらに含む、請求項８に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項10】
前記第１電極ウィンドウの形成のための第３段階及び前記第１位置決め孔の形成のための第４段階は同時に行われ、前記第２電極ウィンドウの形成のための第６段階及び前記第２位置決め孔の形成のための第７段階は同時に行われる、請求項１に記載の膜－電極アセンブリの製造方法。
【請求項11】
電解質膜、前記電解質膜の第１面上の第１電極、前記電解質膜の前記第１面上に配置され、前記第１電極の少なくとも一部を露出させる第１電極ウィンドウを有する第１サブガスケットフィルム、前記電解質膜の第２面上の第２電極、及び前記電解質膜の前記第２面上に配置され、前記第２電極の少なくとも一部を露出させる第２電極ウィンドウを有する第２サブガスケットフィルムを含む少なくとも一つの多層積層体が安置されるように構成された支持台；前記支持台が装着されている又は装着可能なように構成されたダイ；及び
パンチングプレートを含み、
前記多層積層体は、その周縁部（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｐｏｒｔｉｏｎ）に少なくとも２個の位置決め孔を有し、
前記ダイは、前記位置決め孔にそれぞれ差し込み可能な少なくとも２本の位置決めピンを含み、
前記パンチングプレートは、前記位置決め孔が形成された前記周縁部を前記多層積層体から除去し、その残存部（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｏｒｔｉｏｎ）に少なくとも一つのマニホールド孔を形成可能なように構成されたパンチを含む、膜－電極アセンブリの製造装置。
【請求項12】
前記ダイは、前記位置決めピンの移動を案内可能なように構成されたガイドレールを備えた、請求項１１に記載の膜－電極アセンブリの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、膜－電極アセンブリの製造のための方法及び装置に関し、より具体的には、ガス又は冷却水の伝達のためのマニホールド孔（ｍａｎｉｆｏｌｄ ｈｏｌｅ）を迅速で正確に形成することによって、不良率を低減させると共に生産性を増加させることができる膜－電極アセンブリの製造のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
膜－電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ)とセパレーター（ｓｅｐａｒａｔｏｒ)［‘バイポーラプレート（ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅ）’ともいう。］とからなる単位セル（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）の積層構造を用いて電気を発生させる高分子電解質膜燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）は、高いエネルギー効率性と環境に優しいという特徴から、化石エネルギーを代替できる次世代エネルギー源として注目されている。
【0003】
前記膜－電極アセンブリは、一般に、アノード（ａｎｏｄｅ）（‘燃料極’ともいう。）、カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）（‘空気極’ともいう。）、及びこれらの間の高分子電解質膜を含む。
【0004】
水素ガスのような燃料がアノードに供給されると、アノードでは水素の酸化反応によって水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ－）が生成される。生成された水素イオンは、高分子電解質膜を通してカソードに伝達され、生成された電子は、外部回路を通してカソードに伝達される。カソードに供給される酸素が前記水素イオン及び前記電子と結合して還元されることによって水が生成される。
【0005】
一般に、アノードを露出させる電極ウィンドウ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｗｉｎｄｏｗ）を有する第１サブガスケットフィルム、及びカソードを露出させる電極ウィンドウを有する第２サブガスケットフィルムが、前記高分子電解質膜の第１面及びその反対側の第２面にそれぞれ提供される。
【0006】
前記第１及び第２サブガスケットフィルムは、（i）燃料電池の運転中に前記高分子電解質膜が膨潤及び収縮を繰り返すことによって高分子電解質膜のエッジ部分に破損を招くことを防止し 、（ii）極薄い高分子電解質膜及び／又は膜－電極アセンブリの取扱性（ｈａｎｄｌｉｎｇ）を向上させ、（iii）水素ガス及び酸素ガスの漏れを防止するための構成要素である。
【0007】
水素／酸素ガス又は冷却水の伝達のためのマニホールド孔が膜－電極アセンブリに提供される必要がある。以下、図１を参照して、従来の技術によるマニホールド孔の形成方法を具体的に説明する。
【0008】
まず、電解質膜１１の第１及び第２面上に第１電極（例えば、アノード）１２及び第２電極（例えば、カソード）１３をそれぞれ形成することによって得られたＣＣＭ（Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｃｏａｔｅｄ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）の両面に、第１及び第２サブガスケットフィルム１４，１５がそれぞれ付着する。
【0009】
前記第１サブガスケットフィルム１４に形成されている第１電極ウィンドウ１４ａを通して前記第１電極１２の中央部が露出され、前記第２サブガスケットフィルム１５に形成されている第２電極ウィンドウ１５ａを通して前記第２電極１３の中央部が露出される。前記第１及び第２電極１２，１３の露出部はそれぞれ、電気の発生に直接貢献する活性領域ＡＡである。すなわち、前記第１及び第２電極ウィンドウ１４ａ，１５ａが前記活性領域ＡＡを定義する。
【0010】
このように得られた多層積層体（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｌａｍｉｎａｔｅ）を、最終膜－電極アセンブリの形態及びサイズに対応する第１カッティングラインＣＬ１に沿って切断する。また、前記多層積層体を、最終膜－電極アセンブリに提供されるべきマニホールド孔の形態及びサイズに対応する第２カッティングラインＣＬ２に沿って切断することによって、マニホールド孔を形成する。
【0011】
従来の技術によれば、ビジョンセンサ（ｖｉｓｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ）を用いて前記第１又は第２電極１２，１３の位置が把握され、これに基づいて前記第１及び第２カッティングラインＣＬ１，ＣＬ２の位置が決定される。前記第１又は第２電極１２，１３の位置把握のためのセンシング地点（ＳＰ）は、前記第１及び／又は第２電極１２，１３における少なくとも２つの角である。電極ウィンドウを通して電極全体が露出されるエッジ－フィット（Ｅｄｇｅ－ｆｉｔ）タイプと違い、電極のエッジ部がサブガスケットで覆われるオーバーラップ（ｏｖｅｒｌａｐ）タイプでは、前記第１及び第２電極１２，１３の角が前記第１及び第２サブガスケットフィルム１４，１５で覆われている。ところが、サブガスケットフィルムは一般に無色透明であるので、前記角がビジョンセンサにより依然として感知でき、よって、センシング地点（ＳＰ）として働くことができる。
【0012】
しかしながら、図１に示すように、ＣＣＭ上に第１及び第２サブガスケットフィルム１４，１５を付着させるとき、前記第１及び第２電極ウィンドウ１４ａ，１５ａが前記第１及び第２電極１２，１３と正確に整列しないことが意図せずに度々発生する。
【0013】
電極ウィンドウ１４ａ，１５ａと電極１２，１３との間のこのような不整合（ｍｉｓｍａｔｃｈ）にも関わらず、前記第１及び第２カッティングラインＣＬ１，ＣＬ２が電極１２，１３の角などの位置に基づいて決定されると、前記電極ウィンドウ１４ａ，１５ａにより定義される活性領域ＡＡが最終製品の中央に位置付けられなくなる他、前記活性領域ＡＡとマニホールド孔との間の距離ｄ１，ｄ２に差異が発生してしまい、結果的に製品の不良を招く。
【0014】
また、前記オーバーラップタイプの場合、ビジョンセンサを用いた前記第１及び第２カッティングラインＣＬ１，ＣＬ２の位置決定は、前記第１及び第２サブガスケットフィルム１４，１５が無色透明であることを前提としているため、前記第１及び第２サブガスケットフィルム１４，１５が有色又は不透明である場合には、前記第１又は第２電極１２，１３の位置を感知すること自体が不可能であり、又は、その正確度が大きく低下するという問題がある。
【0015】
また、ビジョンセンサを用いて第１又は第２電極１２，１３の位置を感知し、その結果に基づいて前記第１及び第２カッティングラインＣＬ１，ＣＬ２の位置を決定して、前記多層積層体を切断する一連の工程は、個別の多層積層体毎に行われなければならず、膜－電極アセンブリの生産性を向上させるには限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
したがって、本発明は、上記のような関連技術の制限及び短所に起因する問題点を防止できる膜－電極アセンブリの製造のための方法及び装置に関する。
【0017】
本発明の一観点は、ガス又は冷却水の伝達のためのマニホールド孔を迅速で正確に形成することによって、不良率を低減させると共に生産性を増加させることができる膜－電極アセンブリの製造方法を提供することである。
【0018】
本発明の他の観点は、ガス又は冷却水の伝達のためのマニホールド孔を迅速で正確に形成することによって、不良率を低減させると共に生産性を増加させることができる膜－電極アセンブリの製造方法を提供することである。
【0019】
上記で言及した本発明の観点の他にも、本発明の他の特徴及び利点が以下で説明されるか、又はそのような説明から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0020】
第１面及び前記第１面の反対側の第２面を有する電解質膜（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、前記第１面上の第１電極、及び前記第２面上の第２電極を含む膜－電極積層体（ｍｅｍｂｒａｎｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｌａｍｉｎａｔｅ）を準備する第１段階；第１中央領域（ｃｅｎｔｒａｌ ｒｅｇｉｏｎ）及び前記第１中央領域を取り囲む第１周辺領域（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｒｅｇｉｏｎ）を有する第１サブガスケットフィルムを準備する第２段階；前記第１中央領域内に第１電極ウィンドウ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｗｉｎｄｏｗ）を形成する第３段階；前記第１周辺領域内に少なくとも２個の第１位置決め孔（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｈｏｌｅｓ）を形成する第４段階；第２中央領域及び前記第２中央領域を取り囲む第２周辺領域を有する第２サブガスケットフィルムを準備する第５段階；前記第２中央領域内に第２電極ウィンドウを形成する第６段階；前記第２周辺領域内に少なくとも２個の第２位置決め孔を形成する第７段階；前記第１電極ウィンドウを通して前記第１電極の少なくとも一部が露出されるように、前記電解質膜の前記第１面上に前記第１サブガスケットフィルムを付着させ、前記第２電極ウィンドウを通して前記第２電極の少なくとも一部が露出されるように前記電解質膜の前記第２面上に前記第２サブガスケットフィルムを付着させることによって、多層積層体（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｌａｍｉｎａｔｅ）を形成する第８段階；前記第１及び第２中央領域に対応する前記多層積層体の中央部分内に少なくとも一つのマニホールド孔を形成する第９段階；及び、前記第１及び第２周辺領域に対応する前記多層積層体の周辺部分を除去する第１０段階を含む、膜－電極アセンブリの製造方法が提供される。
【0021】
前記少なくとも一つのマニホールド孔の形成のための第９段階及び前記多層積層体の周辺部分の除去のための第１０段階は、前記第１及び第２位置決め孔の位置に基づいて行われてよい。
【0022】
前記少なくとも一つのマニホールド孔の形成のための第９段階及び前記多層積層体の周辺部分の除去のための第１０段階は、前記多層積層体をプレス打抜（ｐｒｅｓs－ｐｕｎｃｈｉｎｇ）することによって行われてよい。
【0023】
前記方法は、前記少なくとも一つのマニホールド孔の形成のための第９段階及び前記多層積層体の周辺部分の除去のための第１０段階の前に、前記多層積層体を固定させる（ｓｅｃｕｒｉｎｇ）段階をさらに含んでよい。
【0024】
前記多層積層体の固定段階は、前記第１及び第２位置決め孔を位置決めピン（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｐｉｎｓ）に嵌めることによって行われてよい。
【0025】
複数の前記多層積層体を得るために前記第１～第８段階が繰り返されてよく、前記多層積層体の前記第１及び第２位置決め孔を前記位置決めピンに嵌めることによって前記多層積層体が一緒に固定されてよく、前記第９段階及び前記第１０段階は、前記多層積層体を一緒にプレス打抜することによって行われてよい。
【0026】
前記多層積層体を一緒に固定させる段階は、前記多層積層体を支持台（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｐｌａｔｅｌａ）上に積む（ｓｔａｃｋｉｎｇ）段階；及び、前記多層積層体が積まれた前記支持台を、前記位置決めピンを備えたダイ（ｄｉｅ）に装着しながら前記多層積層体の前記第１及び第２位置決め孔を前記位置決めピンに嵌める段階を含んでよい。
【0027】
前記多層積層体を一緒に固定させる段階は、前記支持台を前記ダイに装着する前に、前記ダイに形成されたガイドレールに沿って前記位置決めピンを移動させることによって、前記多層積層体のサイズに合わせて前記位置決めピンの位置を調整する段階をさらに含んでよい。
【0028】
前記第１電極ウィンドウの形成のための第３段階及び前記第１位置決め孔の形成のための第４段階は同時に行われ、前記第２電極ウィンドウの形成のための第６段階及び前記第２位置決め孔の形成のための第７段階も同時に行われてよい。
【0029】
本発明の他の観点によって、電解質膜、前記電解質膜の第１面上の第１電極、前記電解質膜の前記第１面上に配置され、前記第１電極の少なくとも一部を露出させる第１電極ウィンドウを有する第１サブガスケットフィルム、前記電解質膜の第２面上の第２電極、及び前記電解質膜の前記第２面上に配置され、前記第２電極の少なくとも一部を露出させる第２電極ウィンドウを有する第２サブガスケットフィルムを含む少なくとも一つの多層積層体が安置されるように構成された支持台；前記支持台が装着された或いは装着可能なように構成されたダイ；及び、パンチングプレートを含み、前記多層積層体は、その周縁部（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｐｏｒｔｉｏｎ）に少なくとも２個の位置決め孔を有し、前記ダイは、前記位置決め孔にそれぞれ差し込まれ得る少なくとも２本の位置決めピンを含み、前記パンチングプレートは、前記位置決め孔が形成された前記周縁部を前記多層積層体から除去し、その残存部（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｏｒｔｉｏｎ）に少なくとも一つのマニホールド孔を形成可能なように構成されたパンチを含む、膜－電極アセンブリの製造装置が提供される。
【0030】
前記ダイは、前記位置決めピンの移動を案内できるように構成されたガイドレールを備えてよい。
【0031】
上記のような本発明に対する一般的技術は、本発明を例示又は説明するためのものもので、本発明の権利範囲を制限するものではない。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、電解質膜、電極及びサブガスケットフィルムなどの多層積層体に位置決め孔を形成するが、最終製品に含まれない領域に前記位置決め孔を形成し、これらに基づいて膜－電極アセンブリのマニホールド孔を迅速で正確に形成することによって、膜－電極アセンブリの不良率を低減させると共に生産性を増加させることができる
【図面の簡単な説明】
【0033】
添付の図面は、本発明の理解を助け、本明細書の一部を構成するためのものであり、本発明の実施例を例示し、発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する。
【0034】
【図1】従来の技術による膜－電極アセンブリの製造方法を概略的に例示する図である。
【0035】
【図2】本発明の一実施例によって膜－電極アセンブリを製造する方法及び装置を概略的に例示する図である。
【図3】本発明の一実施例によって膜－電極アセンブリを製造する方法及び装置を概略的に例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
【0037】
図２に示すように、膜－電極積層体、第１サブガスケットフィルム１３１、及び第２サブガスケットフィルム１３２をそれぞれ準備する。
【0038】
前記膜－電極積層体は、電解質膜１１０、第１電極１２１、及び第２電極１２２を含む。前記電解質膜１１０は、第１面、及び前記第１面の反対側の第２面を有する。前記第１面上に前記第１電極１２１が配置されており、前記第２面上に前記第２電極１２２が配置されている。
【0039】
本明細書において、‘電解質膜’という用語は、単一膜（ｓｉｎｇｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）タイプの高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）、強化膜（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ）タイプの複合ＰＥＭ（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＰＥＭ）のいずれをも含む概念である。
【0040】
前記第１サブガスケットフィルム１３１は、第１中央領域１３１ｂ、及び前記第１中央領域１３１ｂを取り囲む第１周辺領域１３１ａを有する。同様に、前記第２サブガスケットフィルム１３２は、第２中央領域１３２ｂ、及び前記第２中央領域１３２ｂを取り囲む第２周辺領域１３２ａを有する。
【0041】
前記第１及び第２中央領域１３１ｂ，１３２ｂは、最終膜－電極アセンブリ製品の形態及びサイズに対応する単一閉曲線（ｓｉｍｐｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｃｕｒｖｅ）である第１カッティングラインＣＬ１の内側に位置し、前記最終製品に残る領域である。一方、前記第１及び第２周辺領域１３１ａ，１３２ａは、前記第１カッティングラインＣＬ１の外側に位置し、前記第１カッティングラインＣＬ１に沿うカッティング／打抜工程によって除去され、前記最終製品には存在しなくなる領域である。
【0042】
次に、図２に例示するように、前記第１サブガスケットフィルム１３１に第１電極ウィンドウＥＷ１及び少なくとも２個の第１位置決め孔ＰＨ１を形成する。前記第１電極ウィンドウＥＷ１は、前記第１サブガスケットフィルム１３１の前記第１中央領域１３１ｂ内に形成される。一方、前記第１位置決め孔ＰＨ１は、前記第１サブガスケットフィルム１３１の前記第１周辺領域１３１ａ内に形成される。
【0043】
同様に、前記第２サブガスケットフィルム１３２に、第２電極ウィンドウＥＷ２及び少なくとも２個の第２位置決め孔ＰＨ２を形成する。前記第２電極ウィンドウＥＷ２は、前記第２サブガスケットフィルム１３２の前記第２中央領域１３２ｂ内に形成される。一方、前記第２位置決め孔ＰＨ２は、前記第２サブガスケットフィルム１３２の前記第２周辺領域１３２ａ内に形成される。
【0044】
前記第１電極ウィンドウＥＷ１と前記第１位置決め孔ＰＨ１は、同時に形成されてよい。或いは、前記第１電極ウィンドウＥＷ１と前記第１位置決め孔ＰＨ１のいずれか一方が形成された後、いずれか他方が形成されてもよい。
【0045】
同様に、前記第２電極ウィンドウＥＷ２と前記第２位置決め孔ＰＨ２も同時に又は順次に形成されてよい。前記第２電極ウィンドウＥＷ２と前記第２位置決め孔ＰＨ２が順次に形成されるとき、その順序は特に制限されない。
【0046】
本発明の一実施例によれば、前記第１電極ウィンドウＥＷ１と前記第１位置決め孔ＰＨ１は、一つの打抜機（ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｔｏｏｌ）を用いて一度（ａｔ ｏｎｃｅ）に形成されてよく、前記第２電極ウィンドウＥＷ２と前記第２位置決め孔ＰＨ２も、一つの打抜機を用いて一度に形成されてよい。したがって、前記第１及び第２電極１２，１３の少なくとも一部を露出させることによって、電気の発生に直接貢献する活性領域ＡＡをそれぞれ定義する前記第１及び第２電極ウィンドウＥＷ１、ＥＷ２と前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２の相対的位置が一定に維持され得る。
【0047】
次に、図２に示すように、前記電解質膜１１０の前記第１及び第２面上に前記第１及び第２サブガスケットフィルム１３１，１３２をそれぞれ付着させることによって多層積層体１００を形成する。
【0048】
前記第１及び第２サブガスケットフィルム１３１，１３２は、前記電解質膜１１０に同時に又は順次に付着してよい。前記第１及び第２サブガスケットフィルム１３１，１３２が前記電解質膜１１０に順次に付着するとき、その順序は特に制限されない。
【0049】
前記第１サブガスケットフィルム１３１が前記電解質膜１１０の第１面上に付着する際に、前記第１電極ウィンドウＥＷ１を通して前記第１電極１２１の少なくとも一部が露出される。すなわち、エッジ－フィット（ｅｄｇｅ－ｆｉｔ）タイプでは、前記第１電極ウィンドウＥＷ１を通して前記第１電極１２１の全体が露出される。一方、オーバーラップ（ｏｖｅｒｌａｐ）タイプでは、前記第１電極１２１のエッジ部が前記第１サブガスケットフィルム１３１で覆われるため、前記第１電極１２１の中央部のみが前記第１電極ウィンドウＥＷ１を通して露出される。同様に、前記第２サブガスケットフィルム１３２が前記電解質膜１１０の第２面上に付着する際に、前記第２電極ウィンドウＥＷ２を通して前記第２電極１２２の少なくとも一部が露出される。
【0050】
前記電解質膜１１０は、前記多層積層体１００が形成されるとき、前記第１及び第２サブガスケットフィルム１３１，１３２の第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２をブロッキングしない限り、特定のサイズ又は形態に制限されない。例えば、図３に例示するように、前記多層積層体１００において、前記電解質膜１１０は前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２をブロッキングしないうえに、その周縁が第１カッティングラインＣＬ１の単一閉曲線の外側に配置されるようにするサイズ及び形態を有することができる。
【0051】
或いは、前記電解質膜１１０は、その周縁が前記第１カッティングラインＣＬ１の単一閉曲線の内側に配置されるようにするサイズ及び形態を有することによって、前記第１及び第２サブガスケットフィルム１３１，１３２の前記第１及び第２中央領域１３１ｂ，１３２ｂとのみ重畳し得る。特に、相対的に高価である電解質膜１１０の使用量を最小化するために、前記電解質膜１１０はマニホールド孔ＭＨの形成のための前記第２カッティングラインＣＬ２とも重畳しないサイズ及び形態を有することができる。
【0052】
次に、前記第２カッティングラインＣＬ２に沿うカッティング工程が行われることによって、前記第１及び第２中央領域１３１ｂ，１３２ｂに対応する前記多層積層体１００の中央部分内に少なくとも一つのマニホールド孔ＭＨが形成される。また、前記第１カッティングラインＣＬ１に沿うカッティング工程が行われることによって、前記第１及び第２周辺領域１３１ａ，１３２ａに対応する前記多層積層体１００の周辺部分が除去される。
【0053】
本発明の一実施例によれば、前記少なくとも一つのマニホールド孔ＭＨの形成のための工程と前記多層積層体１００の周辺部分の除去のための工程は、前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２の位置に基づいて行われてよい。すなわち、前記少なくとも一つのマニホールド孔ＭＨの形成のための前記第２カッティングラインＣＬ２と前記多層積層体１００の周辺部分の除去のための前記第１カッティングラインＣＬ１が、前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２の位置に基づいて決定されてよい。
【0054】
例えば、図３に示すように、前記多層積層体１００の第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２を位置決めピン３１１に嵌めることによって前記多層積層体１００を固定させた後、前記第１及び第２カッティングラインＣＬ１，ＣＬ２に沿うカッティング工程を行うことができる。すなわち、前記位置決めピン３１１を基準にして［よって、前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２の位置に基いて］、前記多層積層体１００に対する前記カッティング工程が行われてよい。
【0055】
或いは、ビジョンセンサ（ｖｉｓｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ）を用いて前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２の位置が把握され、これに基づいて前記第１及び第２カッティングラインＣＬ１，ＣＬ２の位置が決定されてよい。
【0056】
本発明によれば、活性領域ＡＡをそれぞれ定義する前記第１及び第２電極ウィンドウＥＷ１、ＥＷ２との相対的位置が一定に維持された前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２の位置に基づいて前記カッティング工程が行われるので、前記第１及び第２電極ウィンドウＥＷ１、ＥＷ２（すなわち、前記活性領域ＡＡ）を常に最終膜－電極アセンブリ製品の中央に配置させることができる他、前記活性領域ＡＡと前記マニホールド孔ＭＨとの間の距離を一定に維持させることもできるので、膜－電極アセンブリ及びそれを含む燃料電池の不良率を画期的に低減させることができる。
【0057】
前記少なくとも一つのマニホールド孔ＭＨの形成のために前記第２カッティングラインＣＬ２に沿って前記多層積層体１００をカッティングする工程と、前記多層積層体１００の周辺部分の除去のために前記第１カッティングラインＣＬ１に沿って前記多層積層体１００をカッティングする工程は、同時に又は順次に行われてよい。前記カッティング工程が順次に行われる際に、その順序は特に制限されない。
【0058】
本発明の一実施例によれば、前記第１及び第２カッティングラインＣＬ１，ＣＬ２に沿うカッティング工程は、プレス打抜（ｐｒｅｓｓ－ｐｕｎｃｈｉｎｇ）することによって行われてよい。
【0059】
また、本発明の一実施例よれば、第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２をそれぞれ有する複数の多層積層体１００を前述の方法によって形成し、本発明の膜－電極アセンブリの製造装置を用いてそれらの多層積層体１００を一緒にプレス打抜することによって、膜－電極アセンブリの不良率を低減させると共に生産性を増加させることができるが、以下、これについて具体的に説明する。
【0060】
前記本発明の装置は、図３に例示するように、支持台２００、ダイ（ｄｉｅ）３１０及びパンチングプレート３２０を含む。
【0061】
まず、上述した方法によって形成された複数の多層積層体１００を支持台２００上に積みあげる（ｓｔａｃｋｉｎｇ）。前記支持台２００は、前記多層積層体１００及び／又は最終膜－電極アセンブリ製品に対応する形態を有してよい。例えば、前記多層積層体１００の第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２が前記支持台２００と重畳しない程度に前記支持台２００が前記多層積層体１００よりも小さくてよい。
【0062】
前記支持台２００は、少なくとも２本の位置決めピン３１１を含む前記ダイ３１０に装着されていてよく、前記複数の多層積層体１００を前記支持台２００上に順次に積む際に、前記多層積層体１００の第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２を前記ダイ３１０の位置決めピン３１１に嵌めることによって、前記ダイ３１０に対する前記多層積層体１００の位置を固定させることができる。
【0063】
或いは、少なくとも２本の位置決めピン３１１を含む前記ダイ３１０は、前記多層積層体１００が安置された支持台２００が装着され得るように構成されてよい。すなわち、前記複数の多層積層体１００を前記支持台２００上に積みあげた後に前記支持台２００を前記ダイ３１０に装着することができる。前記支持台２００を前記ダイ３１０に装着する際に、前記支持台２００上に積まれている前記多層積層体１００の第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２を前記ダイ３１０の位置決めピン３１１に嵌めることによって、前記ダイ３１０に対する前記多層積層体１００の位置を固定させることができる。
【0064】
選択的に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）、前記ダイ３１０は、前記位置決めピン３１１の移動を案内できるように構成されたガイドレール３１２を備えることができる。前記位置決めピン３１１の位置調整は、電子的制御により又は手動で行われてよい。よって、本発明の一実施例によれば、前記ダイ３１０に固定されている前記支持台２００上に前記多層積層体１００を積みあげる前に、又は、前記多層積層体１００が積まれている前記支持台２００を前記ダイ３１０に装着する前に、前記多層積層体１００のサイズに合わせて（又は、前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２の位置に合わせて）前記位置決めピン３１１の位置を調整することができる。
【0065】
前記パンチングプレート３２０は、前記第１カッティングラインＣＬ１に沿うパンチングによって、前記第１及び第２位置決め孔ＰＨ１，ＰＨ２が形成されている前記多層積層体１００の周縁部を除去し、前記第２カッティングラインＣＬ２に沿うパンチングにより、前記多層積層体１００の残存部に少なくとも一つのマニホールド孔ＭＨを形成できるように構成されたパンチ３２１を含む。
【0066】
前記パンチ３２１を有するパンチングプレート３２０及び前記ダイ３１０のうち少なくとも一つを移動させることによって、前記プレス打抜を行うことができる。
【0067】
上述したように、本発明によれば、前記支持台２００上の複数の多層積層体１００が一緒にプレス打抜されることによって、膜－電極アセンブリの生産性が画期的に向上し得る。
【0068】
以上、複数の多層積層体１００を一緒にプレス打抜することを説明したが、本発明に係る装置は、一つの多層積層体１００のみにプレス打抜を行う場合にも使用可能であることは勿論である。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】