(57)【要約】【課題】固体高分子形燃料電池の膜電極接合体製造用として好適な膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池を製造することのできるマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを提供する。【解決手段】本願発明は、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体製造用のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を、転写シートＤ２と、転写シートＤ２の一方の面に設けられたマスクフィルムＤ１と、転写シートＤ２のマスクフィルムＤ１とは反対側の面に設けられたベースフィルムＤ３と、を備えたものとし、マスクフィルムＤ１とベースフィルムＤ３とを、粘着層Ｄ４、Ｄ５を介して転写シートＤ２に接合し、粘着層Ｄ４、Ｄ５を、引張試験器を用いて剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎで測定した１８０°剥離強度が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上２．０Ｎ／２５ｍｍ以下の範囲内としたものである。【選択図】なし【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製造用のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを、転写シートと、前記転写シートの一方の面に設けられた、所望の開口部を有するマスクフィルムと、前記転写シートの前記マスクフィルムとは反対側の面に設けられたベースフィルムと、を備えたものとし、
前記マスクフィルムと前記ベースフィルムとを、それぞれ粘着層を介して前記転写シートに接合し、
前記粘着層を、引張試験器を用いて剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎで測定した１８０°剥離強度（ＪＩＳ−Ｋ−６８５４−２：１９９９）が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上２．０Ｎ／２５ｍｍ以下の範囲内のものとし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】
前記粘着層の厚みを、１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とした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を、寸法変化率が同一であるフィルムで形成したことを特徴とする請求項１または請求項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と前記ベースフィルムとを、同一材で形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか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】
前記転写シートを、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）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から選ばれる樹脂で形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか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】
請求項１から請求項５のいずれか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を製造する方法であって、
前記マスクフィルムを前記転写シートに接合した後に、前記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７】
請求項１から請求項５のいずれか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を製造する方法であって、
前記マスクフィルムに前記開口部を形成した後に、前記マスクフィルムを前記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。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれか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に備わる前記開口部内の前記転写シート上に触媒層を形成し、前記触媒層を前記転写シート上に残しつつ、前記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートから前記マスクフィルムと前記ベースフィルムと前記粘着層とを剥離することを特徴とする触媒層シートの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の触媒層シートの製造方法により製造されて、前記転写シート上に形成された前記触媒層を備えたことを特徴とする触媒層シート。
【請求項１０】
請求項９に記載の触媒層シートを用いて製造された膜電極接合体を備えることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート、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、触媒層シートの製造方法、触媒層シート及び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には、イオン伝導体として高分子電解質膜を用いる固体高分子形燃料電池が知られている。固体高分子形燃料電池は、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ため、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】
図１は、固体高分子形燃料電池の内部構造の一例を示す分解斜視図である。図１に示されるように、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。そして、電極触媒層５２Ａの上にはガス拡散層５３Ａが形成され、電極触媒層５２Ｆの上にはガス拡散層５３Ｆが形成されている。
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。そして、ガス拡散層５３Ａ、５３Ｆの上には、セパレーター５４Ａ、５４Ｆが膜電極接合体を挟持するように配置されている。
【０００４】
なお、セパレーター５４Ａ、５４Ｆはガス流路５５Ａ、５５Ｆを有し、これらのガス流路５５Ａ、５５Ｆはセパレーター５４Ａ、５４Ｆの両面（図中の上面と下面）のうちガス拡散層５３Ａ、５３Ｆと向かい合う側の表面に凹設されている。また、セパレーター５４Ａ、５４Ｆは冷却水通路５６Ａ、５６Ｆを有し、これらの冷却水通路５６Ａ、５６Ｆはセパレーター５４Ａ、５４Ｆの両面のうちガス流路５５Ａ、５５Ｆと反対側の表面に凹設されている。
【０００５】
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。
【０００６】
このような固体高分子形燃料電池５０の膜電極接合体を製造する方法として、高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」ともいう。）５１上に電極触媒層（以下、単に「触媒層」ともいう。）５２Ａ、５２Ｆ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５１に触媒層５２Ａ、５２Ｆを形成する方法は、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枚準備する。つまり、転写シートに触媒層５２Ａが形成された触媒層シートと、転写シートに触媒層５２Ｆが形成された触媒層シートとをそれぞれ準備する。そして、これら触媒層シートを触媒層５２Ａ、５２Ｆが電解質膜５１側を向くようにして電解質膜５１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５２Ａ、５２Ｆを電解質膜５１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５１上に触媒層５２Ａ、５２Ｆをそれぞれ形成する。
【０００７】
この転写シートには、従来、ポリエチレンテレフタラートなどの安価な樹脂フィルムが用いられてきた。しかし、この樹脂フィルムで形成された転写シートは転写性に乏しいため、その転写シートに触媒層５２Ａ、５２Ｆを形成した触媒層シート用いて、触媒層５２Ａ、５２Ｆを電解質膜５１に転写すると、転写シート上に触媒層残りが発生し、電解質膜ピンホールの原因となっていた。
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。
離型層には、オレフィン樹脂やメラミン樹脂で形成されたものが用いられている。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。
【０００８】
しかしながら、ポリオレフィンは、その融点が低いため、ポリオレフィンから構成される離型フィルムに７０〜２００℃程度の高温で触媒層５２Ａ、５２Ｆを転写すると、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。
なお、転写性の高い材料としては、上記樹脂以外に、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ある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
ところが、転写性の高いフッ素系樹脂で形成されたフィルムは、単独ではフィルム自体が柔らかく、寸法変化しやすい。このため、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に問題があった。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体製造用として好適な膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池を製造することのできるマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを提供することを目的とする。
また、その転写シートの製造方法、その転写シートを用いて形成した触媒層シート及びその製造方法、並びにその触媒層シートを用いて製造した固体高分子形燃料電池を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体製造用のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートを、転写シートと、前記転写シートの一方の面に設けられた、所望の開口部を有するマスクフィルムと、前記転写シートの前記マスクフィルムとは反対側の面に設けられたベースフィルムと、を備えたものとし、
前記マスクフィルムと前記ベースフィルムとを、それぞれ粘着層を介して前記転写シートに接合し、前記粘着層を、引張試験器を用いて剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎで測定した１８０°剥離強度（ＪＩＳ−Ｋ−６８５４−２：１９９９）が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上２．０Ｎ／２５ｍｍ以下の範囲内のものとし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である。
【００１２】
上記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの一態様において、前記粘着層の厚みを、１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内としたこととしてもよい。
また、上記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの一態様において、前記マスクフィルムと前記ベースフィルムとを、寸法変化率が同一であるフィルムで形成したこととしてもよい。
【００１３】
また、上記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの一態様において、前記マスクフィルムと前記ベースフィルムとを、同一材で形成したこととしてもよい。
また、上記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの一態様において、前記転写シートを、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）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から選ばれる樹脂で形成したこととしてもよい。
【００１４】
また、本発明の他の態様は、上記記載のマスクフィルム・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、前記マスクフィルムを前記転写シートに接合した後に、前記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である。
また、本発明の他の態様は、上記記載のマスクフィルム・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、前記マスクフィルムに前記開口部を形成した後に、前記マスクフィルムを前記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である。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、上記記載のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートに備わる前記開口部内の前記転写シート上に触媒層を形成し、前記触媒層を前記転写シート上に残しつつ、前記マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートから前記マスクフィルムと前記ベースフィルムと前記粘着層とを剥離することを特徴とする触媒層シートの製造方法である。
【００１６】
また、本発明の他の態様は、上記記載の触媒層シートの製造方法により製造されて、前記転写シート上に形成された前記触媒層を備えたことを特徴とする触媒層シートである。
また、本発明の他の態様は、上記記載の触媒層シートを用いて製造された膜電極接合体を備えることを特徴とする固体高分子形燃料電池である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様によれば、転写シートの一方の面に所望の開口部を有するマスクフィルムを設けることで、種々の形状に触媒層を加工することが可能となる。また、転写シートのマスクフィルムとは反対側の面にマスクフィルムと同一材からなるベースフィルムを設けることで、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。
【００１８】
また、マスクフィルムと転写シートとの間、及びベースフィルムと転写シートとの間にそれぞれ形成された粘着層を、引張試験器を用いて剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎで測定した１８０°剥離強度（ＪＩＳ−Ｋ−６８５４−２：１９９９）が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上２．０Ｎ／２５ｍｍ以下の範囲内のものとすることで、触媒層形成後にマスクフィルムとベースフィルムとを容易に転写シートから剥離することが可能となる。このため、良質な触媒層シートを提供できる。また、この良質な触媒層シートを用いることで、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】
【００１９】
【図１】本願発明の実施形態に係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２】本願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（触媒層形成前・後）及び触媒層シートの構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る固体高分子形燃料電池用の膜電極接合体の製造方法と固体高分子形燃料電池との一実施形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る固体高分子形燃料電池の一実施形態を示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、便宜上、先に説明された部材には同じ符号を付し、その重複した説明を省略する。また、本発明は、以下に記載する実施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。
【００２１】
本発明に係るマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートの一実施形態については、図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）は、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池の膜電極接合体製造用のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０の構造を示す平面図である。また、図２（ｂ）は、触媒層５２Ａ（５２Ｆ）が形成されていない状態のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０の構造を示す断面図である。また、図２（ｃ）は、触媒層５２Ａ（５２Ｆ）が形成された状態のマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ２０の構造を示す断面図である。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０、Ｄ２０は、転写シートＤ２の一方の面に設けられた、所望の開口部を有するマスクフィルムＤ１と、転写シートＤ２のマスクフィルムＤ１とは反対側の面に設けられたベースフィルムＤ３とを、粘着層Ｄ４、Ｄ５を介して備えることを特徴とするものである。
【００２２】
図２（ｄ）は、図２（ｃ）で示したマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ２０から、マスクフィルムＤ２、ベースフィルムＤ３及び粘着層Ｄ４、Ｄ５を除去してなる触媒層シートＤ３０の構造を示す断面図である。
転写シートＤ２は、触媒層５２Ａ、５２Ｆを剥離可能な材料からなるシートである。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。
【００２３】
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ことができるが、通常は１〜１００μｍ程度のものが好ましく用いられる。
本実施形態に係るマスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３の転写シートＤ２側の面にはそれぞれ粘着層Ｄ４、Ｄ５が形成されている。換言すると、転写シートＤ２は、粘着層Ｄ４、Ｄ５を介してマスクフィルムＤ１とベースフィルムＤ３とで挟持されている。このようにして、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０は構成されている。
【００２４】
本実施形態に係る粘着層Ｄ４、Ｄ５は、引張試験器を用いて剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎで測定した１８０°剥離強度（ＪＩＳ−Ｋ−６８５４−２：１９９９）が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上２．０Ｎ／２５ｍｍ以下の範囲内であることが望ましい。０．１Ｎ／２５ｍｍ未満であると、転写シートＤ２との密着性が弱く、マスクフィルムＤ１と転写シートＤ２とに隙間が生じてしまう。この場合には、触媒層形成時に触媒インクがその隙間に入り込み、触媒層外周部の直線性が低下してしまう。また、２．０Ｎ／２５ｍｍを超えると、マスクフィルムＤ１・ベースフィルムＤ３と転写シートＤ２との密着性が強すぎるため、触媒層形成後にマスクフィルムＤ１またはベースフィルムＤ３を転写シートＤ２から剥離する際に、転写シートＤ２が伸長してしまい、良質な触媒層シートＤ３０を製造することができない。
【００２５】
本実施形態に係る粘着層Ｄ４、Ｄ５の厚みは、０．１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。０．１μｍ未満であると粘着層Ｄ４、Ｄ５の塗工ムラが生じてしまう。また、触媒層Ｄ４、Ｄ５の厚みは、通常１μｍ〜３０μｍ程度で形成されるため３０μｍを超える厚みは必要ない。
本実施形態に係る粘着層Ｄ４、Ｄ５は、所望の剥離強度を備えるものであれば、その材料については特に限定されない。例えば、エポキシ樹脂や、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ゴム等の材料を粘着層Ｄ４、Ｄ５として用いることができる。
【００２６】
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る。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Ｄ１及びベースフィルムＤ３の材料として用いることができる。
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とを混合して触媒インクを作製し、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０上にその触媒インクを塗工・乾燥する方法がある。
【００２７】
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。
炭化水素系高分子電解質としては、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が挙げられる。
【００２８】
インク溶媒としては、触媒物質担持炭素体およ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、また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。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−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ペンタノー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、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。
【００２９】
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５２Ａ、５２Ｆの成膜速度が遅くなり、触媒層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％以下の範囲内であることが好ましい。
【００３０】
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り、反対に、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％以下の範囲内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％以下の範囲内であることが好ましい。
【００３１】
触媒インク塗工工程では、上記のようにして作製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Ｄ１０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、均一な触媒層５２Ａ、５２Ｆ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。
【００３２】
触媒インクを基材（つまり、転写シートＤ２）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い。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５２Ａ、５２Ｆを得ることが可能となる。
【００３３】
電解質膜５１は、プロトン伝導性を有する高分子膜である。この電解質膜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。
【００３４】
炭化水素系高分子電解質としては、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を用いることができる。なお、触媒層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。
【００３５】
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る。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（図示せず）を形成しておくことが好ましい。
【００３６】
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。触媒インクの塗布量が少ない場合には、この目処め層上に触媒インクが堆積して該目処め層が三相界面を形成するため、特に好ましい。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その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。
【００３７】
［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の製造方法では、まず、上記の方法により形成された２つの触媒層５２Ａ、５２Ｆを電解質膜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電解質膜５１を用いた場合には、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、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。
【００３８】
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とが接合され、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。
【００３９】
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枚の触媒層シートＤ３０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ー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。
【００４０】
なお、セパレーター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、セパレーター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。なお、セパレーター５４Ａ、５４Ｆ、または触媒層５２Ａ、５２Ｆが、ガス拡散層５３Ａ、５３Ｆと同じくガスの拡散機能を有する場合には、ガス拡散層５３Ａ、５３Ｆが省略されてもよい。
【実施例】
【００４１】
上述したマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０及び触媒層シートＤ３０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。また、製造されたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０に対する、マスクフィルムＤ１・ベースフィルムＤ３と転写シートＤ２との剥離強度測定の結果について説明する。
【００４２】
（マスクフィルムＤ１・ベースフィルムＤ３と転写シートＤ２との剥離強度測定）
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３にそれぞれ形成した粘着層Ｄ４、Ｄ５を、転写シートＤ２の表面及び裏面にそれぞれ配置して積層することにより、マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を作製した。このマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０の転写シートＤ２を固定し、マスクフィルムＤ１の端部を引っ張り試験機のチャックに挟み、剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎ、２３℃、５０％ＲＨにて、１８０°剥離強度を測定した結果を表１に示す。なお、表１では、触媒層外周部の形状が良好な場合を「○」で示し、触媒層外周部の形状が不良な場合（具体的には、直線性が悪い場合）を「×」で示している。また、触媒層外周部の形状が測定不能な場合については、「−」で示している。
【００４３】
【表１】
2014216053.tif 000002
【００４４】
（実施例１）
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３にそれぞれ形成した粘着層Ｄ４、Ｄ５の厚みを２．５μｍとし、マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３のフィルムの厚みをそれぞれ５０μｍとしたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を作製した。そして、そのマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０について、剥離強度測定を実施したところ、１８０°剥離強度は０．３Ｎ／２５ｍｍであった。
【００４５】
（触媒インク作製方法）
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）と溶媒とを、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作製した。
【００４６】
（触媒層シート作製方法）
次いで、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にテトラフルオロエチレンをそれぞれ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に上記触媒インクを塗布した。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を用いて形成した触媒層シートＤ３０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５２Ａ、５２Ｆの厚さを調節した。作製した触媒層５２Ａ、５２Ｆの外周部形状について観察したところ、良好であった。
【００４７】
（実施例２）
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３のフィルムの厚みをそれぞれ２５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を作製したところ、剥離強度は０．３Ｎ／２５ｍｍ、触媒層外周部形状は良好であった。
【００４８】
（実施例３）
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３のフィルムの厚みをそれぞれ１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を作製したところ、剥離強度は１．２Ｎ／２５ｍｍ、触媒層外周部形状は良好であった。
【００４９】
（比較例１）
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３の粘着層Ｄ４、Ｄ５の厚みをそれぞれ０．１μｍとし、マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３のフィルムの厚みをそれぞれ１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を作製したところ、剥離強度は０．０５Ｎ／２５ｍｍと弱く、マスクフィルムＤ１と転写シートＤ２との隙間に触媒インクが入り込み、触媒層外周部形状は、直線性が悪かった。
【００５０】
（比較例２）
実施例１に使用した粘着材よりも低粘着力の粘着材で形成した粘着層Ｄ４、Ｄ５の厚みをそれぞれ７μｍとし、マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３のフィルムの厚みをそれぞれ５０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を作製したところ、剥離強度は０．０７Ｎ／２５ｍｍと弱く、マスクフィルムＤ１と転写シートＤ２との隙間に触媒インクが入り込み、触媒層外周部形状は、直線性が悪かった。
【００５１】
（比較例３）
マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３にそれぞれ形成した粘着層Ｄ４、Ｄ５の厚みをそれぞれ１０μｍとし、マスクフィルムＤ１及びベースフィルムＤ３のフィルムの厚みをそれぞれ５０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０を作製したところ、剥離強度は３．０Ｎ／２５ｍｍと強く、マスクフィルムＤ１を転写シートＤ２から剥離することが難しく、転写シートＤ２にシワが生じてしまった。
【００５２】
上述の結果が示すように、本実施形態に係るマスクフィルム・ベースフィルム付転写シートＤ１０を用いることで、固体高分子形燃料電池５０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、本実施形態は高分子電解質膜５１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）などに好適に用いることのでき、産業上の利用価値が大きい。
【００５３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、粘着層Ｄ４、Ｄ５をマスクフィルムＤ１、ベースフィルムＤ３の一方の面にそれぞれ形成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、転写シートＤ２の両面に粘着層Ｄ４、Ｄ５を形成した後に、粘着層Ｄ４、Ｄ５上にマスクフィルムＤ１、ベースフィルムＤ３をそれぞれ形成してもよい。このようにして形成されたマスクフィルム・ベースフィルム付き転写シートＤ１０であっても、上述の作用効果と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００５４】
５０…固体高分子形燃料電池
５１…高分子電解質膜
５２Ａ、５２Ｆ…電極触媒層
５３Ａ、５３Ｆ…ガス拡散層
５４Ａ、５４Ｆ…セパレーター
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
Ｄ４、Ｄ５…粘着層
Ｄ１０…マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（触媒層形成前）
Ｄ２０…マスクフィルム・ベースフィルム付き転写シート（触媒層形成後）
Ｄ３０…触媒層シート
【図１】
2014216053.tif 000003
【図２】
2014216053.tif 000004