(57)【要約】【課題】種々の触媒層形状の加工が可能になるとともに、触媒層形成時の乾燥工程においてフィルムに皺の発生を防止するようにしたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート、それによる触媒層シート及び固体高分子形燃料電池、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの製造方法を提供する。【解決手段】マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、固体高分子形燃料電池５０の膜電極接合体における電解質膜５１上で、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆを形成するための転写シートＤ２に、フィルムＤ１，Ｄ３を接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０である。そして、転写シートＤ２にフィルムＤ１，Ｄ３を接合する形態は、一方の面にマスクフィルムＤ１を接合し、他方の面にベースフィルムＤ３を接合する形態であり、マスクフィルムＤ１に所望の開口部１を設けている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子形燃料電池の膜電極接合体における電解質膜上で、触媒層を形成するための転写シートに、フィルムを接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートであって、
前記転写シートの一方の面にはマスクフィルムが接合され、他方の面にはベースフィルムが接合され、
前記マスクフィルムに所望の開口部を設けたことを特徴とするマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート。
【請求項２】
前記マスクフィルムと前記ベースフィルムとは、それぞれの寸法変化率が同一であることを特徴とする請求項１に記載のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート。
【請求項３】
前記マスクフィルムと前記ベースフィルムとは、同一材料であ構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート。
【請求項４】
前記マスクフィルム及び前記ベースフィルムは、それぞれの片面に粘着層を有しており、該粘着層を介する積層状態で前記転写シートに接合されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート。
【請求項５】
前記転写シートは、フッ素系フィルムにより構成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート。
【請求項６】
前記フッ素系フィルムとして、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の何れかより選ばれることを特徴とする請求項５に記載のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの前記開口部に触媒層が形成されたことを特徴とする触媒層シート。
【請求項８】
請求項７に記載された触媒層シートを用いて製造される膜電極接合体を備えたことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
【請求項９】
固体高分子形燃料電池の膜電極接合体における電解質膜上で、触媒層を形成するための転写シートに、フィルムを接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを製造する方法であって、
前記転写シートの一方の面にはマスクフィルムが接合され、他方の面にはベースフィルムが接合され、
前記マスクフィルムを前記転写シートに接合させた後、所望の開口部を形成することを特徴とするマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの製造方法。
【請求項１０】
固体高分子形燃料電池の膜電極接合体における電解質膜上で、触媒層を形成するための転写シートに、フィルムを接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを製造する方法であって、
前記転写シートの一方の面にはマスクフィルムが接合され、他方の面にはベースフィルムが接合され、
前記マスクフィルムに所望の開口部を形成した後に、前記マスクフィルムを転写シートに接合することを特徴とするマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池（以下、単に燃料電池ともいう）おける膜電極接合体の製造に用いられるマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート及びその製造方法、並びにマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを用いた触媒層シート、さらにそれを用いた固体高分子形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料ガスの反応エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換する燃料電池の一つとして、固体高分子形燃料電池が知られている。この固体高分子形燃料電池は、イオン伝導体として高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）を用いる構造であり、他の燃料電池と比べて起動時間が短く、また常温で作動することが可能でもある。そのため、固体高分子形燃料電池は、自動車、鉄道、コージェネレーション・システム等のエネルギー源として期待されている。
【０００３】
このような固体高分子形燃料電池の膜電極接合体を製造する方法において、電解質膜上に電極触媒層（以下、単に触媒層ともいう）を形成する段階がある。この段階において、電解質膜上に触媒層を形成する方法の一つとして、触媒層シートを用いる方法がある。この触媒層シートを用いて電解質膜に触媒層を形成する方法には、以下の段階を有する。まず転写シートに触媒層が形成された触媒層シートを２枚準備し、これら触媒層シートを触媒層が電解質膜側を向くように電解質膜の両面に配置する。そして、熱プレスなどを施すことによって、触媒層を電解質膜上に転写し、その後、触媒層シートの転写シートのみを剥離することで電解質膜上に触媒層を形成する。
【０００４】
上述したように、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体を製造するため、触媒層シートを用いて電解質膜上に触媒層を形成する方法がある。その方法で用いられる転写シートは、ポリエチレンテレフタラート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）などの安価な樹脂フィルムが用いられる。しかし転写性に乏しく、転写シートに触媒層を形成した触媒層シート用いて、触媒層を電解質膜に転写する際、転写シート上に、触媒層残りが発生することが原因となり、触媒層にピンホールを発生させるという問題があった。
【０００５】
この問題を改良するため、転写シート上に離型層を設けたフィルムが提案されている。
離型層として、オレフィン樹脂やメラミン樹脂が用いられる。例えば、特許文献１は、主としてポリオレフィンから構成される離型フィルムについて開示している。しかしながら、ポリオレフィンは、融点が低いため、７０〜２００℃程度の高温で転写する際には、ポリオレフィンの収縮による熱ジワが発生するという課題があった。
転写性の高い材料として、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂が、好適に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１５０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
転写性の高いフッ素樹脂は、単独ではフッ素樹脂フィルム自体が柔らかいため、寸法変化しやすく、フィルムに皺が入るなど、製造工程において、フィルム搬送時におけるハンドリング性（ｈａｎｄｌｉｎｇ  ａｂｉｌｉｔｙ）に問題があった。つまり、１）種々の触媒層形状の加工が困難であるとともに、２）触媒層形成時の乾燥工程においてフィルムに皺が発生するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、１）種々の触媒層形状の加工が可能になるとともに、２）触媒層形成時の乾燥工程においてフィルムに皺が発生することを防止できる、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート、それを用いた触媒層シート及び固体高分子形燃料電池、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）は、固体高分子形燃料電池（５０）の膜電極接合体における電解質膜（５１）上で、触媒層（５２，５２Ａ，５２Ｆ）を形成するための転写シート（Ｄ２）に、フィルム（Ｄ１，Ｄ３）を接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）であって、前記転写シート（Ｄ２）の一方の面にはマスクフィルム（Ｄ１）が接合され、他方の面にはベースフィルム（Ｄ３）が接合され、前記マスクフィルム（Ｄ１）に所望の開口部（１）を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）は、前記マスクフィルム（Ｄ１）と前記ベースフィルム（Ｄ３）とは、それぞれの寸法変化率が同一であることが好ましい。
また、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）は、前記マスクフィルム（Ｄ１）と前記ベースフィルム（Ｄ３）とは、同一材料で構成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）は、前記マスクフィルム（Ｄ１）及び前記ベースフィルム（Ｄ３）が、それぞれの片面に粘着層を有しており、該粘着層を介する積層状態で前記転写シート（Ｄ１０）に接合されていることが好ましい。
また、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）は、前記転写シート（Ｄ２）が、フッ素系フィルムにより構成されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）は、前記フッ素系フィルムとして、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の何れかより選ばれることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る触媒層シート（Ｄ２０）は、前記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）の前記開口部（１）に触媒層（５２，５２Ａ，５２Ｆ）が形成されることが好ましい。
また、本発明の一態様に係る固体高分子形燃料電池（５０）は、触媒層シート（Ｄ２０）を用いて製造される膜電極接合体を備えていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）を製造する方法は、固体高分子形燃料電池（５０）の膜電極接合体における電解質膜（５１）上で、触媒層（５２，５２Ａ，５２Ｆ）を形成するための転写シート（Ｄ２）に、フィルム（Ｄ１，Ｄ３）を接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）を製造する方法であって、
前記転写シート（Ｄ２）の一方の面にはマスクフィルム（Ｄ１）が接合され、他方の面にはベースフィルム（Ｄ３）が接合され、前記マスクフィルム（Ｄ１）を前記転写シート（Ｄ２）に接合させた後、所望の開口部（１）を形成することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の一態様に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）を製造する方法は、固体高分子形燃料電池（５０）の膜電極接合体における電解質膜（５１）上で、触媒層（５２，５２Ａ，５２Ｆ）を形成するための転写シート（Ｄ２）に、フィルム（Ｄ１，Ｄ３）を接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（Ｄ１０）を製造する方法であって、
前記転写シート（Ｄ２）の一方の面にはマスクフィルム（Ｄ１）が接合され、他方の面にはベースフィルム（Ｄ３）が接合され、前記マスクフィルム（Ｄ１）に所望の開口部（１）を形成した後に、前記マスクフィルム（Ｄ１）を転写シート（Ｄ２）に接合することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１）種々の触媒層形状の加工が可能になるとともに、２）触媒層形成時の乾燥工程における転写シートの寸法変化を抑制できる。より詳しくは、下記のとおりである。
【００１７】
１）転写シートの片面に所望の開口部を有するマスクフィルムを有することで、種々の触媒層形状の加工が可能となる。
２）表側の面に接合されたマスクフィルムと、裏側の面に接合されたベースフィルムが同一材料からなるマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを用いることで、触媒層形成時の乾燥工程における転写シートの寸法変化を抑制できる。
３）前記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを用いて製造した触媒層シートにより、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体として好適な膜電極接合体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の前提技術となる固体高分子形燃料電池５０の内部構造を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０及び触媒層シートの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、以下に記載する実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づく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範囲に含まれるものである。
【００２０】
図１は本発明の前提技術となる固体高分子形燃料電池の内部構造を示す分解斜視図である。図１に示すように、固体高分子形燃料電池５０を構成する高分子電解質膜５１の両面（図中の上面と下面）には、一対の電極触媒層５２Ａ，５２Ｆが高分子電解質膜５１を挟持するように互いに向き合って形成されている。これら一対の電極触媒層５２Ａ，５２Ｆが高分子電解質膜５１を挟持するなどした一体のものを膜電極接合体という。そして、電極触媒層５２Ａ，５２Ｆの上にはガス拡散層５３Ａ，５３Ｆが形成され、電極触媒層５２Ａ，５２Ｆの上にはガス拡散層５３Ｆが形成されている。
【００２１】
これらの高分子電解質膜５１、電極触媒層５２Ａ，５２Ｆ及びガス拡散層５３Ａ，５３Ｆは、固体高分子形燃料電池５０の膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を構成している。このガス拡散層５３Ａ，５３Ｆの上には、セパレータ５４Ａ，５４Ｆが、膜電極接合体を挟持するように配置されている。
【００２２】
このセパレータ５４Ａ，５４Ｆの表面は、空気極及び燃料極のガス拡散層５３Ａ，５３Ｆにそれぞれ沿うように対面して、それぞれの反応ガス（以下、原料ガスともいう）が流通するためのガス流路５５Ａ，５５Ｆとなる櫛型構造を有している。この櫛型構造とは、ガス拡散層５３Ａ，５３Ｆにそれぞれ沿って対向する面に、凸条が等間隔に設けられて複数の平行な溝が形成されている構造である。これらのガス流路５５Ａ，５５Ｆはセパレータ５４Ａ，５４Ｆの両面（図１の上面と下面）のうちガス拡散層５３Ａ，５３Ｆと向かい合う側の表面に配設されている。
【００２３】
また、セパレータ５４Ａ，５４Ｆは、ガス流路５５Ａ，５５Ｆと反対側の面に、上述した櫛型構造による複数の平行な溝が冷却水通路５６Ａ，５６Ｆとして有して形成されている。
なお、このセパレータ５４Ａ，５４Ｆは、導電性を有し、かつガスを透過しない材料より成る。そのセパレータ５４Ａ，５４Ｆの材料として、例えば、耐食処理が施された金属板または焼成カーボン等のカーボン系材料等が用いられる。
【００２４】
上述した固体高分子形燃料電池５０では、一対の冷却水通路５６Ａ，５６Ｆの各々に冷却水が流され、且つ、一方のガス流路５５Ａに例えば、酸素ガスが流され、他方のガス流路５５Ｆに例えば、水素ガスが流される。そして、触媒の存在下で酸素ガスと水素ガスとが電極反応を進めることによって、一対のガス拡散層５３Ａ，５３Ｆの間に起電力が生成される。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート及び触媒層シートの概略図である。本実施形態に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、固体高分子形燃料電池５０の膜電極接合体製造用に好適である。そして、固体高分子形燃料電池５０は、触媒層シートＤ２０を用いて製造される膜電極接合体を備えていることが好ましい。このマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、転写シートＤ２の片面に所望の開口部１を有するマスクフィルムＤ１を有し、裏面にベースフィルムＤ３を有する。上述したように、転写シートＤ２の片面に所望の開口部１を有するマスクフィルムＤ１を有することで、種々の触媒層形状の加工が可能となる。
【００２６】
このように、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、固体高分子形燃料電池５０の膜電極接合体における電解質膜５１上で、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆを形成するための転写シートＤ２Ｄ１０に、フィルムＤ１，Ｄ３を接合させたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０である。そして、転写シートＤ２の一方の面にはマスクフィルムＤ１が接合され、他方の面にはベースフィルムＤ３が接合され、マスクフィルムＤ１に所望の開口部１を設けている。
【００２７】
また、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を製造する工程において、マスクフィルムＤ１を転写シートＤ２に接合させた後、所望の開口部１を形成する順番であることが好ましい。
また、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を製造する工程において、マスクフィルムＤ１に所望の開口部１を形成した後に、マスクフィルムＤ１を転写シートＤ２に接合する順番であることも好ましい。
【００２８】
また、触媒層シートＤ２０は、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０の開口部１に触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆが形成されることが好ましい。
なお、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３が、それぞれの片面に粘着層を有しており、その粘着層を介する積層状態で転写シートＤ２に接合されていることが好ましい。
【００２９】
転写シートＤ２は、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆを剥離可能な材料からなるシートであり、例えば、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂を転写シートＤ２の材料として用いることができる。
転写シートＤ２の厚さは、強度及び耐熱性が適正になるように、材料に応じて適宜選択する事が出来るが、通常は１〜１００μｍ程度のものが好ましく用いられる。
【００３０】
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３は、寸法変化率の小さな材料からなるシートであり、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの安価で、機械強度に優れたポリエステル系樹脂をマスクフィルム及びベースフィルムの材料として用いることができる。そして、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、マスクフィルムＤ１とベースフィルムＤ３とは、それぞれの寸法変化率が同一であることが好ましい。そのため、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、マスクフィルムＤ１とベースフィルムＤ３とは、同一材料で構成されていることが好ましい。このように、表側の面に接合されたマスクフィルムと、裏側の面に接合されたベースフィルムが同一材料からなるマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを用いることで、触媒層形成時の乾燥工程における転写シートの寸法変化を抑制できる。
【００３１】
マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、転写シートＤ２が、フッ素系フィルムにより構成されることが好ましい。
また、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は、フッ素系フィルムとして、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の何れかより選ばれることが好ましい。
【００３２】
マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０上に触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆを形成するには、まず、触媒物質担持炭素体と高分子電解質と溶媒を混合し触媒インクを製造し、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０上に触媒インクを塗工・乾燥する方法がある。
【００３３】
触媒インクの高分子電解質には、プロトン伝導性を有する高分子材料、例えば、フッ素系高分子電解質や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）などが挙げられる。これらの中でも、固体高分子形燃料電池５０の出力電圧を高めるうえでは、デュポン社製ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を触媒インクの高分子電解質として用いることが望ましい。
また、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が挙げられる。
【００３４】
インク溶媒としては、触媒物質担持炭素体及び高分子電解質を浸食しない溶媒であって、流動性を有した状態で高分子電解質を溶解する、又は微細ゲルとして高分子電解質を分散する溶媒を用いることが望ましい。このようなインク溶媒は、揮発性の有機溶媒を含むことが好ましい。また、インク溶媒に含まれる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノ―ル、２−プロパノ―ル、１−ブタノ−ル、２−ブタノ−ル、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ペンタノ−ルなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ペンタノン、メチルイソブチルケトン、へプタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトニルアセトン、ジイソブチルケトンなどのケトン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール、メトキシトルエン、ジブチルエーテルなどのエーテル系溶剤、その他ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジアセトンアルコール、１−メトキシ−２−プロパノールなどの極性溶剤を用いることができる。あるいは、これらの溶剤のうち二種以上が混合された有機溶媒を用いることができる。
【００３５】
有機溶媒として低級アルコールを用いる場合には、インク溶媒の発火温度を高めるうえで、インク溶媒を水との混合溶媒とすることが好ましい。また、高分子電解質との親和性を高める上でも、高分子電解質がインク溶媒から分離して白濁が生じたり、高分子電解質がゲル化したりしない程度に、インク溶媒が水を含むものであることが好ましい。触媒インクに含まれる触媒物質担持炭素体や高分子電解質などの固形分の含有量が過大になると、触媒インクの粘度が高くなり、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆの表面にクラックが生じやすくなる。反対に、固形分の含有量が過小になると、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆの成膜速度が遅くなり、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆの生産性が低下してしまう。そのため、触媒インクの固形分含有量は、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。
【００３６】
ちなみに、触媒物質担持炭素体と高分子電解質の含有量が互いに等しい触媒インクであっても、炭素粒子の割合が大きくなるほど触媒インクの粘度は高くなる。逆に、炭素粒子の割合が小さくなるほど触媒インクの粘度は低くなる。そのため、触媒インクに含まれる炭素粒子の濃度は、１０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。なお、触媒インクの固形分含有量の調整、固形分における炭素粒子の濃度の調整、これらの他、上記分散処理の際に触媒インクに分散剤が添加されることにより、触媒インクの粘度を所定の値に調整することも可能である。また、触媒物質担持炭素体に対する高分子電解質の質量比率は、０．０４質量％以上３．００質量％以下であることが好ましい。
【００３７】
触媒インク塗工工程では、上記のようにして製造された触媒インクがマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１００に塗工される。触媒インクのインク温度が１０℃より低くなると触媒インクの粘度が高くなり、均一な電極触媒を得ることが難しくなる。また、インク温度が５０℃を超えると触媒インクの溶媒が塗工中に揮発してしまう。
触媒インクを基材上に塗布する場合には、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などを用いて触媒インクを基材上に塗布することができる。これらのうち、加圧スプレー法、超音波スプレー法、静電噴霧法などのスプレー法が好ましく、このような方法によれば、塗工された触媒インクが乾燥する際に触媒インクの凝集が起こり難いため、空孔率の高い均質な触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆを得ることが可能となる。
【００３８】
高分子電解質膜５１は、プロトン伝導性を有する高分子膜であり、この高分子電解質膜５１の材料としては、例えば、フッ素系高分子電解質や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）を用いることができる。なかでも、固体高分子形燃料電池５０の出力電圧を高めるうえでは、デュポン社製ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を好適に用いることができる。
【００３９】
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。なお、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆと高分子電解質膜５１との密着性を確保するうえでは、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆと高分子電解質膜５１とが同一の材料から形成されていることが好ましい。
【００４０】
ガス拡散層５３Ａ，５３Ｆは、ガス拡散性と導電性とを有する材料からなるシートであり、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパー、不織布などのポーラスカーボン材をガス拡散層５３Ａ，５３Ｆのシート材料として用いることができる。ガス拡散層５３Ａ，５３Ｆが基材として用いられる場合には、触媒インクが塗布される塗布面に、予め目処め層を形成しておくことが好ましい。
【００４１】
目処め層とは、触媒インクがガス拡散層５３Ａ，５３Ｆの中に染み込むことを抑える層のことである。そして、触媒インクの塗布量が少ない場合には、目処め層上に触媒インクが堆積するため、その目処め層が三相界面を形成するので、なお好ましい。このような目処め層には、例えば、炭素粒子の分散したフッ素系樹脂溶液がフッ素系樹脂の融点以上の温度で焼結された層を用いることができる。なお、フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが用いられる。
【００４２】
［固体高分子形燃料電池の製造方法］
固体高分子形燃料電池５０の製造方法において、まず、上記の方法により形成された２つの触媒層５２Ａ，５２Ｆを、高分子電解質膜５１の両面と向き合うように配置する。ここで、触媒層５２Ａ，５２Ｆが形成される基材として高分子電解質膜５１を用いた場合には、高分子電解質膜５１の両面に触媒層５２Ａ，５２Ｆが形成されることにより、上記の配置が実現される。また、基材としてガス拡散層５３Ａ，５３Ｆあるいは転写シートＤ２を用いた場合には、高分子電解質膜５１の両面側にガス拡散層５３Ａ，５３Ｆあるいは転写シートＤ２を配置することにより、上記の配置が実現される。
【００４３】
２つの触媒層５２Ａ，５２Ｆを高分子電解質膜５１の両面と向き合うように配置したならば、次に、２つの触媒層５２Ａ，５２Ｆと高分子電解質膜５１とを加熱すると共に加圧する。これにより、触媒層５２Ａ，５２Ｆと高分子電解質膜５１が接合され、一つの膜電極接合体が形成される。なお、触媒層５２Ａ，５２Ｆが形成される基材として高分子電解質膜５１を用いた場合には、高分子電解質膜５１の両面側にガス拡散層５３Ａ，５３Ｆを配置した後、これらを加熱及び加圧することにより膜電極接合体が形成される。そして、基材としてガス拡散層５３Ａ，５３Ｆを用いた場合には、ガス拡散層５３Ａ，５３Ｆの間に高分子電解質膜５１を配置した後、これらを加熱及び加圧することにより膜電極接合体が形成される。
【００４４】
また、基材として転写シートＤ２を用いた場合には、触媒層５２Ａ，５２Ｆが形成された２枚の転写シートＤ２を高分子電解質膜５１の両面側に配置した後、これらを加熱すると共に加圧して触媒層５２Ａ，５２Ｆを高分子電解質膜５１の両面に圧着させる。そして、高分子電解質膜５１の両面に圧着した触媒層５２Ａ，５２Ｆから転写シートＤ２を引き剥がした後、高分子電解質膜５１の両面側にガス拡散層５３Ａ，５３Ｆを配置し、これらを加熱すると共に加圧することにより一つの膜電極接合体が得られる。その後、得られた膜電極接合体の両面を一対のセパレータ５４Ａ，５４Ｆで挟持することにより固体高分子形燃料電池５０が製造される。
【００４５】
なお、セパレータ５４Ａ，５４Ｆには、例えば、カーボンタイプあるいは金属タイプが用いられる。ちなみに、セパレータ５４Ａ，５４Ｆは、上記ガス拡散層５３Ａ，５３Ｆと一体的に構成されてもよい。また、セパレータ５４Ａ，５４Ｆ、又は触媒層５２Ａ，５２Ｆが、ガス拡散層と同じくガスの拡散機能を有する場合には、上記ガス拡散層５３Ａ，５３Ｆが省略されてもよい。
【実施例】
【００４６】
上述した燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池５０の製造方法について、以下に挙げる具体的な実施例及び比較例を用いて説明する。
（実施例）
触媒物質担持炭素体として、白金担持カーボン（商品名：ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属社製）と溶媒を、遊星ボールミル（商品名：Ｐ−７、フリッチュ・ジャパン社製）を用いて混練した。この際、ボールミルのポット及びボールにはジルコニア製のものを用いた。次に、高分子電解質として２０質量％の高分子電解質溶液であるナフィオン（登録商標、デュポン社製）を添加し、再び混錬し触媒インクを製造した。
【００４７】
次いで、マスクフィルム・ベースフィルムに粘着材付ポリエチレンテレフタラートを、転写シートＤ２にテトラフルオロエチレンを用いたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０に実施例１の触媒インクを塗布する。そして、転写シートＤ２上に塗布された触媒インクを温度が８０℃の大気雰囲気中で５分間乾燥させることにより実施例１の触媒層シートＤ２０を得た。この際、触媒物質の担持量が０．４ｍｇ／ｃｍ2になるように、電極触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆの厚さを調節した。
【００４８】
続いて、高分子電解質膜５１としてナフィオン（登録商標）２１２（デュポン社製）を用い、実施例１の触媒層シートと高分子電解質膜５１の両面とが互いに向い合うように、２つの転写シートＤ２と高分子電解質膜５１とを配置した。その後、これら２つの転写シートＤ２で挟まれた高分子電解質膜５１を１３０℃に加熱すると共に加圧下で１０分間保持するホットプレスを行うことにより、実施例１の膜電極接合体を得た。さらに、ガス拡散層として目処め層が形成された２つのカーボンクロスを用い、実施例１の膜電極接合体の両面に該カーボンクロスを配置し、これらを一対のセパレータ５４Ａ，５４Ｆで挟持することにより、実施例１における単セルの固体高分子形燃料電池５０を得た。
【００４９】
（比較例）
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３に粘着材付ポリエチレンテレフタラートを、転写シートＤ２に粘着材無しのポリエチレンテレフタラートを用いたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を用いて触媒層シートＤ２０を得た。それ以外の工程を実施例と同じくして、比較例の電極触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆ及び固体高分子形燃料電池５０を得た。比較例にて製造した触媒層シートＤ２０を用いて製造した膜電極接合体は、触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆの転写性が悪く、この膜電極接合体の触媒層５２，５２Ａ，５２Ｆにはピンホールが生じていた。
【００５０】
本発明によれば、１）種々の触媒層形状の加工が可能になるとともに、２）触媒層形成時の乾燥工程における転写シートの寸法変化を抑制できる。より詳しくは、下記のとおりである。
【００５１】
１）転写シートの片面に所望の開口部を有するマスクフィルムを有することで、種々の触媒層形状の加工が可能となる。
２）表側の面に接合されたマスクフィルムと、裏側の面に接合されたベースフィルムが同一材料からなるマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを用いることで、触媒層形成時の乾燥工程における転写シートの寸法変化を抑制できる。
３）前記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを用いて製造した触媒層シートにより、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体として好適な膜電極接合体を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係るマスクフィルム・ベースフィルム付転写シートは、転写シートの一方の面にはマスクフィルムが接合され、他方の面にはベースフィルムが接合され、マスクフィルムに所望の開口部を設けた構成である。これを用いることにより、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体として好適な膜電極接合体を製造できる。したがって、本発明に係るマスクフィルム・ベースフィルム付転写シートは、高分子電解質膜を用いた燃料電池、定置型コージェネレーション・システムや燃料電池自動車（ＦＣＶ；Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに利用可能であり、産業上の利用価値が大きい。
【符号の説明】
【００５３】
１…開口部
５０…固体高分子形燃料電池（燃料電池）
５１…高分子電解質膜
５２，５２Ａ，５２Ｆ…電極触媒層５２Ａ，５２Ｆ（触媒層）
５３Ａ，５３Ｆ…ガス拡散層
５４Ａ，５４Ｆ…セパレータ
５５Ａ，５５Ｆ…ガス流路
５６Ａ，５６Ｆ…冷却水通路
Ｄ１…マスクフィルム
Ｄ２…転写シート
Ｄ３…ベースフィルム
Ｄ１０…マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート
Ｄ２０…触媒層シート
【図１】
2014192017.tif 000003
【図２】
2014192017.tif 000004