膜部件层叠装置及其方法

膜部件层叠装置及其方法
【专利摘要】本发明提供一种能够矫正膜部件的变形的膜部件层叠装置。本发明的膜部件层叠装置其具有块(11)，其具备与具有开口部的第一膜部件的开口部内侧端相接的外侧端，以第一膜部件的开口部内侧端与块(11)外侧端相接的方式使块(11)在第一膜部件开口部通过。由此，能够矫正第一膜部件的开口部的变形并定位。
【专利说明】膜部件层叠装置及其方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及膜部件层叠装置及其方法。

【背景技术】
[0002] 近年来，与以能量、环境问题为背景的社会性要求及动向相呼应，在常温下也能够 动作且可得到高输出密度的燃料电池作为电动汽车用电源、定置型电源而受到关注。燃料 电池是电极反应产生的生成物理论上为水，给地球环境带来的负担少的清洁型发电系统。 特别是固体高分子型燃料电池（PEFC)因在较低温下动作，故而被期待作为电动汽车用电 源。
[0003] 这种燃料电池含有具有电解质膜、形成于该膜的两面的催化剂层、气体扩散层 (⑶L)等的膜一电极接合体（MembraneElectrodeAssembly，以下称为MEA)。而且，该MEA 隔着隔板层叠多个而构成。
[0004] 这些MEA及隔板交替层叠，再与取出发电的电力的集电板、将端板和集电板绝缘 的绝缘板等一起层叠。
[0005] 在这些各部件上设有用于使具有氢的燃料气体、作为氧化剂气体的空气等通过的 孔，各部件间配置有0型环及垫片等，防止这些流体的泄漏。
[0006] 目前，在制造这样的燃料电池时，为了将各部件分别定位在规定的位置，通过使各 部件的侧面与定位导向件抵接来进行（专利文献1)。
[0007] 专利文献1 :(日本）特开2003 - 86232号公报
[0008] 但是，在专利文献1记载的方法中，MEA、隔板、集电板、端板、绝缘板等的定位即使 可以进行，它们之间的〇型环及垫片等的定位也不能进行。
[0009] 这是因为，0型环及垫片等薄，刚性低，因此即使其侧面（外侧端）与导向件碰撞， 0型环及垫片也往往会发生变形。


【发明内容】

[0010] 因此，本发明的目的在于提供能够矫正膜部件的变形的膜部件层叠装置及其方 法。
[0011] 为了实现上述目的，本发明的膜部件层叠装置具有块，该块具备与具有开口部的 第一膜部件的开口部内侧端相接的外侧端，通过所述块将所述第一膜部件的开口部内侧端 定位，将第一膜部件层叠于第二膜部件上。
[0012] 另外，为了实现上述目的，本发明的膜部件层叠方法具有下述步骤：以具有开口部 的第一膜部件的开口部内侧端与块的外侧端相接的方式将所述第一膜部件定位，所述块的 外侧端与具有所述第一膜部件的开口部内侧端相接；将通过所述块定位的所述第一膜部件 层叠于第二膜部件上。
[0013] 根据本发明，以将第一膜部件的开口部内侧端与块的外侧端相接的方式使块在第 一膜部件的开口部通过。由此，即使第一膜部件发生变形的情况下，也能够矫正该变形，以 同原来一样的形状形成开口部并层叠于第二膜部件。

【专利附图】

【附图说明】
[0014] 图1是用于说明本实施方式1的膜部件层叠装置的概略立体图；
[0015] 图2是说明第一膜部件的开口部形状和块形状的例子的图；
[0016] 图3是说明另一第一膜部件的开口部形状和块形状的例子的图；
[0017] 图4是说明又一第一膜部件的开口部形状和块形状的例子的图；
[0018] 图5是第一板的平面图；
[0019] 图6是第二板的平面图；
[0020]图7是说明第二板上的第二膜部件的位置关系的图；
[0021] 图8是用于说明第一板、块、第二板及第二膜部件的各自的位置关系的侧面图；
[0022] 图9是用于说明本实施方式1的层叠方法的说明图；
[0023] 图10是用于说明本实施方式1的层叠方法的说明图；
[0024] 图11是用于说明本实施方式1的层叠方法的说明图；
[0025] 图12是用于说明本实施方式2的膜部件层叠装置的概略侧面图；
[0026] 图13是用于说明本实施方式2的层叠方法的说明图；
[0027] 图14是用于说明实施方式的作用的图。
[0028] 标记说明
[0029] 1、2:膜部件层叠装置
[0030] 11 :块
[0031] 12 :第一板
[0032] 15 :上面部
[0033] 16 :底面部
[0034] 17 :垂直部
[0035] 18 :孔
[0036] 19 :槽
[0037] 20 :第二板
[0038] 31 :膜导向件
[0039] 32:板导向件
[0040] 50 :板
[0041] 100:第一膜部件
[0042] 101:开口部
[0043] 200 :第二膜部件

【具体实施方式】
[0044] 以下，参照【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式。另外，在附图的说明中对相同的要素标注 相同的标记并省略重复的说明。另外，为了便于说明，附图中的尺寸比率被放大，有时与实 际的比率不同。
[0045](实施方式1)
[0046](装置构成）
[0047] 图1是用于说明本实施方式的膜部件层叠装置的概略立体图。
[0048] 该膜部件层叠装置1是为了将垫片层叠贴附在用于燃料电池的MEA之上而使用 的。在此，垫片是第一膜部件，是其中具有开口部的薄膜状的部件。垫片的功能是防止通过 催化剂层的气体向周围泄漏的部件。MEA是第二膜部件。
[0049] 膜部件层叠装置1由两个部分构成。其一是与第一膜部件内侧的开口部的形状一 致的形状的块11、放置该块11并且把持第一膜部件的第一板12。另一个是用于保持第二 膜部件的第二板20。另外，图中的虚线表示在第一板12上放置块11的位置。
[0050] 另外，在膜部件层叠装置1中作为附属件而具有用于在第二板20上对第二膜部件 进行定位的膜导向件31、和对第一板12和第二板20的位置进行定位的板导向件32。膜导 向件31和板导向件32相对于第二板20拆卸自如。这些膜导向件31和板导向件32为板 位置调节单元。对于利用这些膜导向件31及板导向件32的定位方法，通过后述的膜部件 层叠方法进行说明。另外，板导向件32只要处于第二板的四边中至少邻接的两边即可。膜 导向件31及板导向件32也可以以与所有的边相接的方式设置，但在设于所有边的情况下， 在将第二膜部件放置在第二板20上时，必须将第二膜部件放入设于四边的膜导向件31之 中，是繁锁的。另一方面，只要以与两边相接的方式设置，则可以没问题地进行定位，而且， 在放置于第二板20上时，只要仅与两边碰抵即可，较容易。
[0051] 块11为切去四棱锥形状的顶点的形状。上面部15及底面部16是四边形。上面 部15的面积比底面部16的面积小。即，从上面或底面侧观察的平面看时，从底面部16至 上面部15为相似形，大小从底面部16向上面部15方向缩小。
[0052] 在底面部16上具有一定高度的垂直部17。该垂直部17为块外侧端。该垂直部 17在对第一膜部件定位时与第一膜部件的开口部内侧端相接。
[0053] 垂直部17的高度只要至少是第一膜部件（例如垫片）的厚度以上即可，无特别限 定，但优选形成为使块11通过垫片的开口部且垫片的开口部内侧端易与该垂直部17相接 的程度的高度。垫片的厚度例如为50ym?2mm左右，因此，如果使垂直部17形成与其一 致的相同高度，则难以判断开口部内侧端是否可靠地与垂直部17抵接。因此，优选垂直部 17的高度在块11通过垫片时，垂直部17的垂直面可见，确保垫片开口部内侧端可靠地与垂 直部17抵接的程度的高度。例如，只要是1?10mm左右就足够。
[0054] 另外，块底面部的大小或与第一膜部件的开口部相同，或稍大地形成。由此，使块 11在第一膜部件的开口部通过并对其进行定位时，第一膜部件被拉伸，其形状、特别是第一 膜部件的开口部形状能够矫正为没有皱褶及变形的形状。
[0055] 使块底面部16的大小比第一膜部件的开口部大多少程度，不能一概由第一膜部 件整体的大小、开口部的大小、进而第一膜部件的原材料决定。因此，块的大小只要是能够 矫正第一膜部件的皱褶及变形的程度即可。如果将块11相对于开口部过大地形成，即使通 过块11来矫正第一膜部件的形状，在拆下块11的阶段，第一膜部件开口部也会恢复到原有 的大小而使形状发生变化。因此，定位精度会降低。例如，在垫片的情况，作为块底面部的 相对的边彼此的间隔，在将由第一膜部件的开口部内侧端构成的形状的大小设为100%时， 由块底面部外侧端构成的形状形成可以增大100. 1?101 %左右。如果是该程度的大小，则 从垫片的材料（详细后述）来看，即使在开口部通过块11，也没有由此产生的变形，能够可 靠地矫正垫片的形状。
[0056] 块11的高度（从底面部垂直地至正面部的高度）完全没有限定。在使用块11层 叠薄膜时，只要是容易进行处理的高度即可。
[0057] 块11的材料只要是简单无变形，则哪种材料都可以。例如，可使用铝合金、不锈 钢、黄铜等金属、丙烯树脂及聚碳酸酯等硬质的塑料、陶瓷等各种材料。
[0058] 另外，块11只要确保外形、特别是垂直部17的形状，则其内部也可以是空洞。
[0059] 块11的形状以与第一膜部件的开口部形状一致的形状形成。图2?4是说明第 一膜部件的开口部形状和块形状的例子的图。在图2?4中，（a)是块11的侧面图，（b)是 块底面部16的平面图，（c)是第一膜部件100的平面图。
[0060] 例如，如图2(c)所示，在第一膜部件100的开口部101的形状为四边形的情况下， 如图2(a)及（b)所示，块底面部16同样与其一致为四边形。该例为图1所示的块11。此 夕卜，在此表示为正方形，但长方形等也同样。而且，块底面部16的大小或与第一膜部件100 的开口部101相同，或稍大地形成。此外，在图中以相同的大小绘制（其它图中也同样）。
[0061] 另外，例如，如图3(c)所示，在第一膜部件100的开口部101的形状为圆形的情况 下，如图3(a)及（b)所示，块底面部16也与其一致为圆形。该情况下，也与图1同样，从底 面部16至上面部15以相似形变小。因此，上面部15也为圆形。
[0062] 另外，例如，如图4(c)所示，第一膜部件100的开口部101的形状为四边形的角为 圆弧的情况下，如图4(a)及（b)所示，块底面部16也与其一致为四边形的角为圆弧的形 状。该情况下，也与图1同样，从底面部16至上面部15以相似形变小。因此，上面部15也 为四边形的角为圆弧的形状。
[0063] 除此之外，可以与各种垫片的形状对应而决定块11的形状。
[0064] 接着，第一板12放置块11，并且把持由块11定位的第一膜部件。
[0065] 图5是第一板12的平面图，是从放置块11的一侧观察到的图。图中的虚线是放 置块11的位置。
[0066] 如图所示，第一板12是平坦的板状部件。而且，该第一板12为了把持第一膜部件， 例如利用真空吸附及静电吸附。图5表示真空吸附的情况，如图所示，具有与真空吸引装置 (未图示）连接的孔18和与该孔18连通的槽19。此外，孔18及槽19也可以是一个，但对 于槽19,为了可靠地把持第一膜部件，优选连续地围绕放置块11的位置的周围。
[0067] 除此之外，图中未图示，但相对于一个孔18设置多个槽19,或不设置槽，而将与真 空吸引装置连接的吸引孔以围绕放置块11的位置的周围的方式设置多个。
[0068] 另外，为了更牢固地真空吸附第一膜部件，也可以在槽19(或多个吸引孔）的更外 周设置0型环（未图示）。
[0069] 利用静电吸附的情况未作图示，但只要将静电吸附用的电极以围绕放置块11的 位置的周围的方式设置即可。
[0070] 这样，通过利用第一板12把持由块11定位的第一膜部件，即使拆下块11后（参 照后述膜部件层叠方法），也能够一直保持第一膜部件被矫正的形状。
[0071] 第一板12和块11的定位有各种方法。例如，在第一板12上的放置块11的部分 设置台阶来定位块11。在第一板12上，在块11上设置螺栓孔，在放置块11的状态下穿过 贯通这些孔的螺栓进行定位固定。在第一板12上设置凹部，在块11上设置凸部，通过这些 凹凸的组合进行定位。另外，只要第一板12和块11以成为规定位置的方式定位即可。显 然，块11相对于第一板12的位置是以第一膜部件的开口部的内侧端成为第二膜部件的规 定位置的方式将块11定位在第一板12上的位置。
[0072] 但是，在第一板12上的把持第一膜部件的面不设置突起等。这是因为，如后述，把 持于第一板12的第一膜部件由于同第一板12 -起与第二板20上的第二膜部件重叠，因 此，如果第一板12的第一膜部件把持面有突起，则会成为阻碍。
[0073] 第一板12的材料例如优选丙烯树脂及聚碳酸酯等硬质的塑料、陶瓷等非金属材 料。这是因为在将第一膜部件层叠于第二膜部件时，第一板12与第二膜部件接触，故而在 第二膜部件未加入金属。显然，在即使第二膜部件与金属接触也没问题的情况下，也可以是 金属。
[0074] 接着，第二板20是用于将第二膜部件定位的部件。图6是用于说明第二板20的 平面图。
[0075] 如图所示，第二板20是平坦的板状。第二板20的材料优选例如丙烯树脂及聚碳 酸酯等硬质的塑料、陶瓷等。由于第二板20与第二膜部件相接，故而在第二膜部件为厌金 属的部件的情况（例如MEA)下，优选由非金属材料构成。显然，在第二膜部件与金属接触 也没问题的情况下，也可以是金属。
[0076] 图中未作图示，但第二板20也可以利用真空吸附及静电吸附把持第二膜部件。这 是因为，由于第二膜部件也是薄且轻的部件，故而防止定位后的第二膜部件的位置在层叠 作业中偏移。此外，第二膜部件的位置只要静置即可，这种把持装置也可以没有。
[0077](膜部件层叠方法）
[0078] 对使用了上述的本实施方式1的膜部件层叠装置1的膜部件层叠方法进行说明。
[0079] 首先，对各部件的位置关系进行说明。图7是说明第二板上的第二膜部件的位置 关系的图。
[0080] 作为第二膜部件200,在此以MEA为例进行说明。MEA在电解质膜201的两面形成 有催化剂层202(图中催化剂层202只在电解质膜201的单面表示（其它图也同样））。在 将第一膜部件（在此为垫片）与该MEA层叠时，希望不覆盖催化剂层，而将垫片层叠于催化 剂层的周围。第二膜部件200即MEA是在电解质膜（第一部件）201上形成有催化剂层（第 二部件）202的膜部件。
[0081] 参照图7,为了在第二板20上的规定位置定位配置第二膜部件200 (MEA)而设置膜 导向件31。
[0082] 此时，膜导向件31的宽度（图中w)设为第二板20的四边中邻接的两边的外侧端 至第二膜部件200 (MEA)的外侧端的距离，由此，能够进行在平面坐标上X方向和Y方向的 定位。因此，膜导向件31只要以距第二板20的四边中邻接的两边的外侧端为规定距离的 方式设置即可。通常，X方向还是Y方向都可以等距离，故而膜导向件31的宽度（图中X方 向的宽度Wx、Y方向的宽度Wy)可以相同。显然，在X方向和Y方向，如果设置在不同的位 置，则与其一致地变更膜导向件31的宽度即可。
[0083] 另外，板导向件32也同样，通过设置于第二板20的四边中邻接的两边的外侧端， 能够进行在平面坐标上X方向和Y方向的定位（参照图1)。
[0084] 另外，也可以不设置膜导向件31，还可以通过将第二膜部件200(MEA)直接碰抵在 框架导向件32上来进行第二膜部件200 (MEA)的定位。
[0085]图8是用于说明第一板、块、第二板及第二膜部件的各自的位置关系的侧面图。此 夕卜，该图始终表示这些部件的位置关系，不是表示层叠第一膜部件和第二膜部件时的状态。 另外，膜导向件31及板导向件32如已说明地，设于第二板20的邻接的两边，但在图8中为 了容易理解，只表示了第二板20的一边。
[0086] 如图所示，块11相对于第一板12的位置在以第一板12和第二板20各自的侧部 通过板导向件32共面的方式对位的状态下使第一膜部件100 (垫片）的开口部内侧端与催 化剂层202外侧端一致或稍微位于外侧（图中以一致的方式表示）。即，块11的外侧端与 第二板20上的第二膜部件200 (MEA)的催化剂层202外侧端一致或稍微位于外侧。
[0087] 这样，通过将各自的部件定位，之后只要通过板导向件32将第一板12和第二板20 对位就可以在催化剂层202的周围层叠第一膜部件100 (垫片）。
[0088] 此外，将垫片层叠于MEA上时，优选催化剂层的外侧端和垫片的开口部内侧端之 间没有间隙，但该间隙有一些也没关系。垫片的功能是防止使通过催化剂层的气体泄漏。因 此，当垫片作用于催化剂层而且覆盖其一部分时，催化剂层的利用效率降低，不予优选。另 一方面，即使在催化剂层的外侧端和垫片的开口部内侧端之间形成间隙，在防止气体泄漏 效果上也没有影响。因此，在该部分即使有一些间隙也没关系。
[0089] 对于层叠方法进行说明。图9?11是用于说明本实施方式1的层叠方法的说明 图。
[0090] 首先，在第一板12上放置块11。然后，使块11在第一膜部件100的开口部通过， 从块11之上将第一膜部件100压至第一板12表面。此时，开口部进入至块11的底面部 16、即至达到第一板12表面。
[0091] 这样，如图9(a)所示，例如可以使用刮板300等。刮板300从块11的上部开始沿 着块11的斜面均等地向块11的底面部16方向推压第一膜部件100,并以达到第一板12表 面的方式压入（即，图中使刮板300从点划线位置移动到实线位置）。刮板300可以一边持 续在紧固块11的方向（图示箭头标记A)保持张力，一边向底面部16方向压入。因此，例 如使用富于弹性的发泡氨聚氨酯等紧固刮板300即可。
[0092] 或者，如图9 (bl)及（b2)所示，也可以采用另外设置导向板350,沿着设于导向板 350的槽351 (或轨道）使刮板300移动的构成。导向板350的槽351 (或导轨）以桁架352 沿着块11的斜面的倾斜移动的方式设置。而且，将刮板300安装于该桁架352,刮板300 能够持续沿着块11的斜面移动。由此，刮板300从块11的上部开始由槽351 (或导轨）引 导而将第一膜部件100向块11的底面部16方向推压，并以达到第一板12表面的方式压入 (即，图中使刮板300从点划线的位置移动到实线的位置）。
[0093] 图9 (bl)是表示从块侧面方向观察到的导向板的图，图9 (b2)是含有从块上面部 方向观察到的导向板的图（图9 (b2)表不第一膜部件100附着在第一板12表面的状态）。
[0094] 此外，刮板300在图9(a)、（bl)及（b2)中表示以与块11的相对的两边（斜面） 抵接的方式设置的图，也可以设置为与块11的四边（斜面）全部抵接。
[0095] 在此使用的第一膜部件100即垫片上，在其两面或一面预先涂敷有粘接剂。然后， 在粘接剂面上以作业中不附着于其它的部件的方式覆盖剥离纸。
[0096] 接着，将第一膜部件100压入到块11的底面部16,并利用第一板12把持第一膜部 件100。然后，去掉块11。
[0097] 另一方面，如图10所示，在第二板20上，在其外周配置有板导向件32,沿着该板导 向件32在第二板20上设置膜导向件31。而且，通过膜导向件31定位第二膜部件200,在 第二板20上放置第二膜部件200。此外，膜导向件31及板导向件32如已说明地设于第二 板20的邻接的两边，但在图10中为了容易理解，只表示了一边。
[0098] 接着，如图11所示，从第二板20拆下膜导向件31。而且，揭下第一板12上的第 一膜部件100的剥离纸后，将该面朝向第二板20,使第一板12沿着板导向件32放置在第 二板20上。由此，第一膜部件100贴附在第二膜部件200上。此时，也可以以第一膜部件 100和第二膜部件200紧密贴合的方式施加将第一板12向第二板20方向推压的压力。另 夕卜，板导向件32如已说明地设置在第二板20的邻接的两边，但在图11中为了容易理解，只 表不了 一边。
[0099] 根据以上，第一膜部件100和第二膜部件的层叠体完成。此外，在第二膜部件200 的两面层叠第一膜部件100的情况下，之后，将第二膜部件200翻过来进行相同的操作即 可。
[0100] 在本实施方式1中，第一膜部件100向第一板12的定位和第二膜部件200向第二 板20的定位可以分别独立地进行。
[0101] 另外，在上述的层叠方法中，根据与第二膜部件200在第二板20上的关系事先定 位块11在第一板100上的位置，但不限于此，第一板100上的块11也可以与第二板20上 的第二膜部件200的位置无关地放置。该情况下，通过第一板100把持第一膜部件100后， 只要相对于第二膜部件200定位该第一膜部件的位置即可。这样的情况下，不需要膜导向 件31、板导向件32。
[0102] (实施方式2)
[0103] (装置构成）
[0104] 图12是用于说明本实施方式2的膜部件层叠装置2的概略侧面图。
[0105] 该膜部件层叠装置2为了在用于燃料电池的MEA之上层叠粘贴垫片而使用。在 此，垫片是第一膜部件100,是其中具有开口部的薄膜状的部件。垫片的功能防止通过催化 剂层的气体向周围泄漏。MEA是第二膜部件200。
[0106] 膜部件层叠装置2具有用于保持第二膜部件200 (图12中未图示）的板50、和放 置于被板50保持的第二膜部件上且进行第一膜部件100的定位和形状矫正的块11。
[0107] 板50是平坦的板状。而且，在此使用至少使后述的定位所需的光透射的材料。例 如，优选丙烯树脂及聚碳酸酯等硬质且透光性的部件。
[0108] 板50优选利用真空吸附及静电吸附把持第二膜部件200。这是为了防止因第二 膜部件200也是薄且轻的部件，定位的第二膜部件200的位置在层叠作业中偏移而使用的。 此外，第二膜部件200的位置只要静置，则也可以没有这种把持装置。
[0109] 块11与在实施方式1中说明的块11相同。即，是切去四棱锥形状的顶点的形状。 在底面部16具有一定高度的垂直部17。该垂直部17为块外侧端。该垂直部17在定位第 一膜部件100时，与第一膜部件100的开口部内侧端相接。
[0110] 但是，块11的材料优选例如丙烯树脂及聚碳酸酯等硬质的塑料、陶瓷等。在本实 施方式2中，块11直接放置在第二膜部件200之上。因此，备于第二膜部件200和金属直 接相接不优选的情况，优选使用非金属材料。显然，即使第二膜部件200与金属接触也没问 题的情况也可以是金属。
[0111] (膜部件层叠方法）
[0112] 对使用了上述的本实施方式2的膜部件层叠装置1的膜部件层叠方法进行说明。
[0113] 图13是用于说明本实施方式2的层叠方法的说明图。
[0114] 本实施方式2中也与实施方式1同样，第一膜部件100是垫片，第二膜部件200是 MEA。另外，在第一膜部件100即垫片的两面事先涂敷有粘接剂，其上贴附有剥离纸。
[0115] 首先，如图13(a)所示，在板50上放置第二膜部件200。此时，第二膜部件200相 对于板50上的位置只要是后述的照相机照射的催化剂层端部（特别是角部）的识别范围 内，则在第二板50上如何放置都可以。
[0116] 接着，如图13(b)所示，在第二膜部件200的规定位置，在此在催化剂层之上放置 块11。此时，为了看清催化剂层的位置，例如可以使用用光的位置检测系统。
[0117] 第二膜部件200即MEA是在电解质膜（第一部件）201上形成有催化剂层（第二 部件）202的膜部件。用于此的电解质膜201和催化剂层202的透光率不同。具体而言，催 化剂层202的部分与只有电解质膜201的部分（即未形成有催化剂层的周边部）比较，光 的透射率小。因此，如果从板50之下照射光，从上方用照相机对该透射光进行拍摄，则其图 像的催化剂层的部分暗，其它部分亮。由此，能够检测催化剂层202的端部。此外，这种位 置检测系统可以是现有的系统，例如在板50之下配置光源并在上方（放置块11方）配置 照相机。而且，将照相机映像放入个人电脑等，使用在个人电脑事先导入的图像识别软件检 测催化剂层的位置即映像中较暗的部分的范围并进行定位即可。
[0118] 在定位中，以使块底面部的外侧端与自检测到的催化剂层端部离开规定量的位置 一致的方式进行块11的定位。在此，自催化剂层端部离开规定量的位置是指，在块底面部 的大小比催化剂层大的情况下，使块外侧端自仅与其大小相称的检测到的催化剂层端部离 开的量。块底面部的大小与催化剂层的大小相同或稍大。这如实施方式1中已说明地，是 因为垫片没有覆盖在催化剂层上。
[0119] 此外，不使用这种位置检测系统，而通过目视也可以进行块11的定位。
[0120] 接着，如图13(c)所示，使块11在第一膜部件100的开口部通过，将第一膜部件 100按压在第二膜部件200上并张贴。此时，预先揭下剥离纸。
[0121] 块11在第一膜部件100的开口部通过的操作可以与实施方式1同样地使用刮板 等（参照图9)。
[0122] 而且，通过拆下块11，完成第一膜部件100和第二膜部件200的层叠体。此外，拆 下块11时，第一膜部件100以不与块11 一起从第二膜部件200揭下的方式压靠。这时，例 如能够将在块11上在通过第一膜部件100时使用的刮板等保持原样地作为用于按压第一 膜部件100的夹具而使用。特别是在使用导向板350使刮板300移动的情况下，导向板350 及刮板300与块11不同地构成，因此，能够在用刮板300按压第一膜部件100的状态下拆 下块11。
[0123] 显然，也可以变更为刮板并用另外的部件（夹具）按压第一膜部件100。另外，第 一膜部件100压入到第二膜部件200而与第二膜部件200充分粘接后，将块11拆下，由此， 在拆下块11时，第一膜部件100不粘在一起。
[0124] 另外，拆下块11后，为了将第一膜部件100和第二膜部件200紧密贴合，也可以施 加压力。
[0125] 此外，在第二膜部件200的两面层叠第一膜部件100的情况下，之后将第二膜部件 200翻过来进行相同的操作即可。
[0126] (作用）
[0127] 对与以上说明的实施方式1及2共同的作用进行说明。
[0128] 图14是用于说明实施方式的作用的图面。
[0129] 如垫片那样地薄且内部具有开口部的膜部件例如如图14(a)所示，整体卷曲，或 如图14(b)所示，在一部分易附带皱褶150。因此，即使单纯地在外侧端部定位，开口部的形 状也会不稳定。
[0130] 在本实施方式1及2中，通过使块11在这样的第一膜部件100的开口部通过，如 图14(c)所示，能够拉长第二膜部件200的开口部，矫正其形状。
[0131] 而且，如已说明地，通过将块11的大小设为比第一膜部件100的开口部的大小稍 大的大小，能够更可靠地矫正该第一膜部件100的开口部的形状。
[0132] 在膜部件具有卷曲及变形或皱褶增多的情况下，利用手动作业压扩开口部而贴附 在规定的位置需要窍门，不熟练则不能顺利进行。在这点上，如本实施方式1及2,通过使用 块11，能够自动地矫正这样的开口部的形状并进行定位。特别是如垫片那样地非伸缩性材 料的情况下，即使使块11在开口部通过而拉长，也不会引起橡胶那样的变形，因此只要连 内侧都限制，则能够消除卷曲及变形、皱褶等变形。
[0133] 以下，对第一及第二膜部件的例子即垫片及MEA(催化剂层及电解质膜）进行详细 地说明。
[0134] (垫片）
[0135] 垫片在本实施方式中是第一膜部件100。垫片列举有例如氟橡胶、硅橡胶、三元乙 丙橡胶（EPDM)、聚异丁烯橡胶等橡胶材料、聚四氟乙烯（PTFE)、聚偏氟乙烯（PVDF)、聚六氟 丙烯、氟化乙烯丙烯共聚体（FEP)等氟类的高分子材料、聚烯烃及聚酯等热塑性树脂等。另 夕卜，在垫片的厚度上也没有特别地限制，优选为50ym?2mm，更优选形成100ym?1mm左 右即可。
[0136](催化剂层）
[0137] 催化剂层实际上是反应进行的层。具体而言，在阳极侧催化剂层进行氢的氧化反 应，在阴极侧催化剂层进行氧的还原反应。催化剂层含有催化剂成分、承载催化剂成分的导 电性载体及质子传导性的高分子电解质。
[0138] 用于阳极侧催化剂层的催化剂成分只要是在氢的氧化反应中具有催化剂作用的 成分，就没有特别限制，公知的催化剂同样可以使用。另外，用于阴极侧催化剂层的催化剂 成分同样，只要是在氧的还原反应中具有催化剂作用的成分，就没有特别地限制，公知的催 化剂同样可以使用。具体而言，选自钼、钌、铱、铭、钮、锇、鹤、铅、铁、络、钴、镍、猛、轨、钼、 镓、铝等金属及它们的合金等。但是，显然也可以使用其它的材料。其中，为了提高催化剂 活性、对一氧化碳等的耐毒性、耐热性等，优选使用至少含有铂的材料。上述合金的组成也 取决于合金化的金属的种类，但优选铂为30?90原子％、合金化的金属为10?70原子％ 的组成。作为阴极侧催化剂使用合金的情况下合金的组成根据合金化的金属的种类等而不 同，操作者可以适当选择，但优选采用铂为30?90原子％、合金化的其它金属为10?70 原子％的组成。此外，合金即为一般在金属元素中添加一种以上的金属元素或非金属元素 的组成，是具有金属的性质的材料的总称。合金的组织中具有成分元素为个别的结晶的可 以说是混合物的共晶合金、成分元素完全溶合的固溶体的合金、成分元素形成金属间化合 物或金属和非金属的化合物的合金等，本申请中也可以是任意的。此时，用于阳极催化剂层 的催化剂成分及用于阴极催化剂层的催化剂成分可以从上述之中适当选择。在本说明书的 说明中，只要没有特别限定，对于阳极催化剂层及阴极催化剂层用的催化剂成分的说明对 两者是同样的定义，一并称为"催化剂成分"。然而，阳极催化剂层及阴极催化剂层的催化剂 成分没必要相同，适当选择以便起到上述希望的作用。
[0139] 催化剂成分的形状及大小没有特别地限制，可以使用与公知的催化剂成分同样的 形状及大小，但催化剂成分优选是粒状。此时，催化剂粒子的平均粒径优选为1?30nm，更 优选为1. 5?20nm，进而优选为2?10nm，特别优选为2?5nm。如果催化剂粒子的平均粒 径是这样的范围内的值，则可适当控制与电化学反应进行的有效电极面积关联的催化剂利 用率和承载的容易度的平衡。另外，本发明中的"催化剂粒子的平均粒径"作为X射线衍射 下的催化剂成分的衍射的峰值的半值宽度求出的结晶径及由透射型电子显微镜像得到的 催化剂成分的粒径的平均值来测定。
[0140] 导电性载体作为用于承载上述的催化剂成分的载体、及参与同催化剂成分的电子 的授受的电子传导总线发挥功能。
[0141] 作为导电性载体，只要是具有在希望的分散状态下用于承载催化剂成分的比表面 积，且具有充分的电子传导性的性能即可，优选主成分为碳的碳类材料。具体而言，列举有 碳黑、石墨化处理的碳黑、活性碳、焦碳、天然石墨、人造石墨、碳纳米管、碳纳米喇叭及纤维 状碳构造体等构成的碳粒子。此外，"主成分是碳"是指作为主成分含有碳原子，含有仅由碳 原子构成、实质上由碳原子构成双方的概念。根据情况的不同，为了提高燃料电池的特性， 也可以含有碳原子以外的元素。此外，"实质上由碳原子构成"是指允许有2?3质量％左 右以下的杂质的混入。
[0142] 如果将对催化剂层，特别是阳极侧催化剂层进行了石墨化处理的碳黑等石墨化的 导电性材料，更优选使用石墨化的碳材料作为导电性载体，则能够提高导电性材料的耐腐 蚀性，故而优选。但是，石墨化的导电性材料由于离子传导性材料的覆盖面积小，液水的蒸 发面积小，故而担心在零下的冻结或在常温下的溢流。通过在使用了被石墨化的导电性材 料的催化剂层以邻接的方式设置亲水性多孔质层，能够提高排水性，兼具零下起动性和常 温下的高电流密度运转，还提供赋予了导电性材料的耐腐蚀性的后述的膜电极接合体。优 选石墨化处理的碳黑是球状，根据X射线衍射算出的[002]面的平均晶格面间隔cU为 0? 343?0? 358nm，且优选BET比表面积为100?300m2/g。
[0143] 导电性载体的BET氮比表面积只要是对高分散地承载催化剂成分足够的比表面 积即可，优选为20?1600m2/g，更优选为80?1200m2/g。如果导电性载体的比表面积为这 种范围内的值，则可适当控制在导电性载体上的催化剂成分的分散性和催化剂成分的有效 利用率的平衡。
[0144] 对于导电性载体的尺寸也没有特别地限定，但从在适当范围内控制承载容易度、 催化剂利用率、电极催化剂层的厚度等观点来看，优选平均粒径为5?200nm，更优选为 10?lOOnm左右。
[0145] 在电极催化剂中，催化剂成分的承载量相对于电极催化剂的总量，优选为10?80 质量％，更优选为30?70质量％。如果催化剂成分的承载量是这种范围内的值，则可适当 控制在导电性载体上的催化剂成分的分散度和催化剂性能的平衡。此外，催化剂成分的承 载量可通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP)来测定。
[0146] 另外，催化剂成分向载体的承载可通过公知的方法进行。例如含浸法、液相还原承 载法、蒸发干燥法、胶质吸附法、喷雾热分解法、逆胶束（微乳剂法）等公知的方法。
[0147] 电极催化剂也可以使用市场销售品。作为这种市场销售品可使用田中贵金属工业 株式会社制造、工^ 一 ?亇厶年卜株式会社制造、E-tek社制造、^ 3 >y>y 7七<社制造的电极催化剂。这些电极催化剂在碳载体上承载铂及铂合金（催化剂种类的 承载浓度为20?70质量％ )。在上述中，作为碳载体，具有科琴黑、卡博特碳黑、乙炔黑、黑 珍珠碳、事先在高温下进行了热处理的石墨化处理碳载体（例如，石墨化处理科琴黑）、碳 纳米管、碳纳米喇叭、纤维状碳、介孔碳等。
[0148] 如上所述，电极催化剂的BET氮比表面积优选比含于亲水性多孔质层的导电性材 料的BET比表面积大。另外，如上所述，催化剂层的厚度优选比邻接的亲水性多孔质层的厚 度厚。
[0149] 在催化剂层中不仅含有电极催化剂，而且含有离子传导性的高分子电解质。该高 分子电解质没有特别限定，可适当参照现有公知的知识，例如构成上述的高分子电解质膜 的离子交换树脂可以作为上述高分子电解质而添加在催化剂层中。在催化剂层为亲水性多 孔质层的情况下，作为离子传导性材料，使用上述高分子电解质。
[0150] 催化剂层的厚度只要是能够充分发挥氢的氧化反应（阳极侧）及氧的还原反应 (阴极侧）的催化剂作用的厚度，则没有特别限制，能够使用与现有一样的厚度。具体而言， 各催化剂层的厚度优选为1?10ym。另外，催化剂油墨在基材上的涂敷方法没有特别限 制，丝网印刷法、沉积法或喷雾法等公知的方法同样可以适用。
[0151] 作为基材，可以使用PTFE(聚四氟乙烯）板、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯）板等 的聚酯板等公知的板。此外，基材根据使用的催化剂油墨（特别是油墨中的碳等导电性载 体）的种类适当选择。
[0152] 而且，形成于该基材上的催化剂层转印到电解质膜上而成为MEA。该MEA在本实施 方式为第二膜部件200。
[0153] (电解质膜）
[0154] 电解质膜由离子交换树脂构成，具有使PEFC运转时在阳极侧催化剂层生成的质 子沿着膜厚方向向阴极侧催化剂层有选择地透过的功能。另外，电解质膜还具有用于不使 供给向阳极侧的燃料气体和供给向阴极侧的氧化剂气体混合的作为分隔壁的功能。
[0155] 电解质膜的具体构成没有特别限定，在燃料电池领域可以适当采用现有公知的电 解质膜。电解质膜根据构成材料即离子交换树脂的种类，大致区分为氟类高分子电解质膜 和碳化氢类高分子电解质膜。作为构成氟类高分子电解质膜的离子交换树脂，例如可举出 Nafion? (注册商标，杜邦公司制造）、7シ7°u7夕只（注册商标，旭化成株式会社制 造）、7u彡才y(注册商标，旭硝子株式会社制造）等全氟化碳磺酸类聚合物、全氟化碳膦 酸类聚合物、三氟苯乙烯磺酸类聚合物、乙烯四氟乙烯一g-苯乙烯磺酸类聚合物、乙烯一 四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯一全氟化碳磺酸类聚合物等。从耐热性、化学稳定性等发电 性能上的观点来看，优选使用这些氟类高分子电解质膜，特别优选使用由全氟化碳磺酸类 聚合物构成的氟类高分子电解质膜。
[0156] 作为上述烃类电解质，具体而言，可举出磺化聚醚砜（S-PES)、磺化聚芳基醚酮、 磺化聚苯并咪唑烷基、膦化聚苯并咪唑烷基、磺化聚苯乙烯、磺化聚醚醚酮（S-TOEK)、磺 化聚对苯（S-PPP)等。从材料廉价，制造工序简便，且材料的选择性高这种制造上的观点 来看，优选使用这些烃类高分子电解质膜。此外，上述的离子交换树脂即可单独使用一种， 也可以并用两种以上。另外，不仅限于上述的材料，也可以使用其它材料。
[0157] 电解质膜的厚度只要考虑得到的MEA及PEFC的特性适当决定即可，没有特别限 定。但是，高分子电解质膜的厚度优选5?300ym，更优选10?200ym，进而优选15? 150ym。如果厚度是该范围内的值，则可适当控制制膜时的强度及使用时的耐久性、及使用 时的输出特性的平衡。
[0158] 根据以上说明的实施方式，起到以下的效果。
[0159] (1)实施方式1及2都是以将第一膜部件100的开口部内侧端与块11的外侧端相 接的方式使块11在第一膜部件100的开口部101通过。由此，在第一膜部件100发生变形 的情况下，矫正该变形，能够使开口部101形成为同原来一样的形状。因此，在第二膜部件 上层叠第一膜部件时，第一膜部件100的开口部101是同原来一样的形状，故而能够按照设 计进行定位、层叠。
[0160] (2)特别是在实施方式1中，第一膜部件100被第一板12把持，第二膜部件200保 持在第二板20,因此，能够分别独立地进行第一膜部件100的形状矫正和相对于第二膜部 件200的定位。另外，能够分别准备第一膜部件100和第二膜部件200。
[0161] (3)另外，在实施方式1中，通过使第一板12和第二板20对位，进行第一膜部件 100的开口部和第二膜部件200的对位。由此，仅第一及第二板的对位就能够使第一膜部件 100的开口部与第二膜部件200的规定位置一致而进行层叠。
[0162] (4)另外，在实施方式2中，用一个板50把持第二膜部件200,从第二膜部件200 之上放置块11，在该块11上定位第一膜部件100的开口部。由此，能够在进行第一膜部件 100的形状矫正的同时直接相对于第二膜部件定位。另外，在第二膜部件200上放置块11 而对第一膜部件100进行定位，因此工序简单。
[0163] (5)另外，在实施方式2中，利用透光率因构成第二膜部件200的第一部件和处于 其上的第二部件的不同，利用光来检测第一部件端部，在自检测到的端部离开规定量的位 置放置块11。由此，利用光学系统能够在第二膜部件200的规定位置定位块11。
[0164] (6)另外，在实施方式1及2中，第一膜部件100的开口部为长方形或正方形，块 11与这种开口部形状对应，具有与长方形或正方形的各边相接的四边。由此，能够矫正长方 形或正方形的开口部的形状。
[0165] (7)另外，在实施方式1及2中，由块11的外侧端构成的形状的大小与由第一膜部 件100的开口部内侧端构成的形状的大小相同或稍大（即由块11的外侧端构成的形状的 大小为由第一膜部件100的开口部内侧端构成的形状的大小以上的大小）。由此，块11在 第一膜部件100的开口部101通过而进行定位时，拉伸第一膜部件100变形的部分，能够更 可靠地将开口部101的形状矫正为原来的形状。
[0166] (8)另外，在实施方式1及2中，第一膜部件100是用于燃料电池的垫片，第二膜部 件200是用于燃料电池且具有形成于基材上的催化剂层的部件。而且，第二膜部件200上 的规定位置是指从该催化剂层的外侧端向外侧到达垫片的开口部内侧端的位置。由此，能 够在催化剂层上以不覆盖垫片的方式层叠。
[0167] 以上说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述的实施方式，可进行各种变 形。
[0168] 例如，在上述的实施方式中，对在将垫片层叠于MEA上时，催化剂层的外侧端和垫 片的开口部内侧端之间相同或稍微打开间隙的状态进行了说明。但不限于此，垫片也可以 覆盖在催化剂层上。在该情况下，不优选具有垫片覆盖于催化剂层的部分和未覆盖的部分， 垫片部分地盖在催化剂层的所有边。特别是在MEA的两面贴附垫片的情况下，优选垫片一 定在同两面相同的位置盖在催化剂层的四边。
[0169] 另外，第一膜部件100不限于垫片，只要是具有开口部的薄膜状的部件都可适用。 另外，即使是〇型环（例如图3所示的形状）等，本发明也可适用。
[0170] 除此之外，本发明可有通过权利要求保护的范围规定的事项确定的各种变形方 式。
[0171] 另外，本申请基于2012年7月30日申请的日本专利申请号2012 - 168968号，这 些内容被参照并作为整体被编入。
【权利要求】
1. 一种膜部件层叠装置，其特征在于， 具有块，该块具备与具有开口部的第一膜部件的开口部内侧端相接的外侧端， 通过所述块对所述第一膜部件的开口部内侧端进行定位，将第一膜部件层叠在第二膜 部件上。
2. 如权利要求1所述的膜部件层叠装置，其特征在于，还具有： 第一板，其放置所述块，把持以所述第一膜部件的所述开口部内侧端与所述块的所述 外侧端相接的方式进行了定位的所述第一膜部件； 第二板，其将所述第二膜部件把持定位在规定位置； 板位置调整单元，其在从所述第一板拆下所述块的状态下以所述第一膜部件的所述开 口部为所述第二膜部件上的规定位置的方式将所述第一板和所述第二板定位。
3. 如权利要求2所述的膜部件层叠装置，其特征在于， 所述板位置调整单元是用于将所述第一板外侧端的至少邻接的两边和所述第二板外 侧端的至少邻接的两边定位在相同位置的定位部件。
4. 如权利要求1所述的膜部件层叠装置，其特征在于， 还具有把持所述第二膜部件的板， 所述块放置于所述第二膜部件上的规定位置，所述第一膜部件通过使所述开口部内侧 端与所述块的外侧端相接来进行定位，层叠于所述第二膜部件上。
5. 如权利要求4所述的膜部件层叠装置，其特征在于， 所述第二膜部件具有薄膜状第一部件、和形成于该第一部件上且具有与该第一部件的 透光率不同的透光率的第二部件， 还具有检测单元，其检测所述第一部件上的所述第二部件的端部， 所述块将自所述检测单元检测到的所述端部离开规定量的位置作为所述规定位置并 放置于所述第二膜部件上。
6. 如权利要求1?5中任一项所述的膜部件层叠装置，其特征在于， 所述第一膜部件的所述开口部是长方形或正方形， 所述块具有成为所述外侧端的与所述长方形或正方形的各边相接的四边。
7. 如权利要求1?6中任一项所述的膜部件层叠装置，其特征在于， 由所述块的所述外侧端构成的形状的大小为由所述第一膜部件的所述开口部的内侧 端构成的形状的大小以上。
8. 如权利要求1?7中任一项所述的膜部件层叠装置，其特征在于， 所述第一膜部件是用于燃料电池的垫片， 所述第二膜部件是用于燃料电池且具有形成于基材上的催化剂层的部件， 所述第二膜部件上的所述规定位置是所述垫片的开口部内侧端到达所述催化剂层的 外侧端的更外侧的位置。
9. 一种膜部件层叠方法，其特征在于，具有下述步骤： 以具有开口部的第一膜部件的开口部内侧端与块的外侧端相接的方式对所述第一膜 部件进行定位，所述块的外侧端与所述第一膜部件的开口部内侧端相接； 将由所述块定位的所述第一膜部件层叠于第二膜部件上。
10. 如权利要求9所述的膜部件层叠方法，其特征在于，具有下述步骤： 将所述块放置于第一板上； 以所述第一膜部件的开口部内侧端与所述块的所述外侧端相接的方式将所述第一膜 部件定位并配置于所述第一板上； 通过所述第一板把持配置于所述第一板上的所述第一膜部件； 从所述第一板拆下所述块； 在第二板上把持定位第二膜部件； 以相对的方式使所述第一膜部件和所述第二膜部件相向，将所述第一板和所述第二板 定位并重叠。
11. 如权利要求9所述的膜部件层叠方法，其特征在于，具有下述步骤： 将所述块放置于所述第二膜部件上的规定位置； 以所述第一膜部件的开口部内侧端与所述块的所述外侧端相接的方式对所述第一膜 部件进行定位并将其放置于所述第二膜部件上。
12. 如权利要求9?11中任一项所述的膜部件层叠方法，其特征在于， 由所述块的所述外侧端构成的形状的大小为由所述第一膜部件的所述开口部的内侧 端构成的形状的大小以上， 扩大所述第一膜部件的所述开口部而使所述开口部内侧端与所述块的所述外侧端相 接。
13. 如权利要求9?12中任一项所述的膜部件层叠方法，其特征在于， 所述第一膜部件是用于燃料电池的垫片， 所述第二膜部件是用于燃料电池且具有形成于基材上的催化剂层的部件， 所述第二膜部件上的所述规定位置是所述垫片的开口部内侧端达到比所述催化剂层 的外侧端更靠外侧的位置。
【文档编号】B32B37/16GK104508884SQ201380040364
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】小野圭, 山本将也, 堀部哲史, 豊岛剑一, 寺崎贵行 申请人:日产自动车株式会社