(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の大量生産に適し、かつ、触媒使用量当たりの発電効率を下げることのない膜・触媒層接合体及びこれを用いた固体高分子形燃料電池の製造方法と、前記膜・触媒層接合体の製造装置を提供する。【解決手段】膜・触媒層接合体の製造方法は、電解質膜１の両面にそれぞれ触媒層３を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造方法において、長尺の電解質膜１を準備する第１の工程と、長尺の基材フィルム５上に触媒層３が形成された転写フィルム２を準備する第２の工程と、転写フィルム２の触媒層３が電解質膜１に面するように電解質膜１の少なくとも一方面に転写フィルム２を配置する第３の工程と、転写フィルム２の触媒層３を電解質膜１の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写する第４の工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造方法において、
長尺の前記電解質膜を準備する第１の工程と、
長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを準備する第２の工程と、
前記転写フィルムの触媒層が前記電解質膜に面するように、前記電解質膜の少なくとも一方面に前記転写フィルムを配置する第３の工程と、
前記転写フィルムの触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写する第４の工程とを有することを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
【請求項２】
前記第４の工程において、長尺の前記電解質膜を連続的に長さ方向に送り、長尺の前記転写フィルムを間欠的に前記電解質膜と同方向に送り、熱ロールが前記転写フィルムの送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写することを特徴とする請求項１に記載の膜・触媒層接合体の製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程において、長尺の前記電解質膜を連続的に長さ方向に送り、長尺の前記転写フィルムを間欠的に前記電解質膜と同方向に送り、シールバーが前記転写フィルムの送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写することを特徴とする請求項１に記載の膜・触媒層接合体の製造方法。
【請求項４】
前記第４の工程において、長尺の前記電解質膜及び転写フィルムを間欠的に長さ方向に送り、熱スタンパーが前記電解質膜及び転写フィルムの間欠停止に連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写することを特徴とする請求項１に記載の膜・触媒層接合体の製造方法。
【請求項５】
前記第４の工程において、サーマルヘッドが前記電解質膜及び転写フィルムを一定の圧力で挟み付けた状態で、長尺の前記電解質膜を連続的に長さ方向に送るとともに、長尺の前記転写フィルムを間欠的に前記電解質膜と同方向に送り、前記サーマルヘッドの温度を前記転写フィルムの送りに連動して上昇させることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写することを特徴とする請求項１に記載の膜・触媒層接合体の製造方法。
【請求項６】
電解質膜の両面にそれぞれ触媒層及び電極基材からなる膜・電極接合体と、該膜・電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えた固体高分子形燃料電池の製造方法において、
長尺の前記電解質膜を準備する第１の工程と、
長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを準備する第２の工程と、
前記転写フィルムの触媒層が前記電解質膜に面するように、前記電解質膜の少なくとも一方面に前記転写フィルムを配置する第３の工程と、
前記転写フィルムの触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写する第４の工程と、
前記触媒層上に前記電極基材を積層形成する第５の工程と、
前記セパレータにより前記膜・電極接合体を挟持させる第６の工程とを有することを特徴とする固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項７】
電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、
長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、
前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、
前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付け可能に設置された一対の熱ロールとを備え、
前記電解質膜送り部が連続送り駆動であって、前記転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対の熱ロールが前記転写フィルム送り部の送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付ける構成とされていることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
【請求項８】
電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、
長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、
前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、
前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付け可能に設置された一対のシールバーとを備え、
前記電解質膜送り部が連続送り駆動であって、前記転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対のシールバーが前記転写フィルム送り部の送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付ける構成とされていることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
【請求項９】
電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、
長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、
前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、
前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付け可能に設置された一対の熱スタンパーとを備え、
前記電解質膜送り部及び転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対の熱スタンパーが前記電解質膜及び転写フィルムの間欠停止に連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写するように構成されていることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
【請求項１０】
電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、
長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、
前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、
前記電解質膜及び転写フィルムを一定の圧力で挟み付けている一対のサーマルヘッドとを備え、
前記電解質膜送り部が連続送り駆動であって、前記転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対のサーマルヘッドの温度が転写フィルム送り部の送りに連動して上昇する構成としていることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造装置。
【請求項１１】
前記一対のサーマルヘッドは、電解質膜又は転写フィルムに接触している先端部に複数の発熱体を有しており、該複数の発熱体から選択された発熱体の温度を上昇させることを特徴とする請求項５に記載の膜・触媒層接合体の製造装置。
【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用膜・触媒層接合体の製造方法、固体高分子形燃料電池の製造方法、及び固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池は、電解質膜として水素イオン（プロトン）伝導性高分子膜を用い、その両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置し、更にこれをセパレータで挟んだ構造をしている。電解質膜の両面に触媒層を配置したもの（即ち、触媒層／電解質膜／触媒層の層構成のもの）は、膜・触媒層接合体と称され、さらに、その両面に電極基材を配置したもの（即ち、電極基材／触媒層／電解質膜／触媒層／電極基材の層構成のもの）は、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称されている。
【０００４】
従来、膜・電極接合体の製造方法としては、例えば片面に印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を形成した２個の電極基材を用い、該電極基材の触媒層面が電解質膜の両面に接するように配置し、熱プレスする方法（特許文献１，２等）や、電解質膜の両面に印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を形成し、各々の触媒層面に電極基材が接するように配置し、熱プレスする方法（特許文献３等）等が知られている。
【０００５】
しかしながら、これらの方法には、種々の欠点がある。例えば前者の方法は、印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を電極基材上に形成する際に、触媒層が多孔質の電極基材の中に入り込むので、触媒層の膜厚調整が困難になったり、触媒層を電極基材上に均一に形成させることが困難になる。更に、この方法は、電極基材表面又は内部の孔を塞ぎ、ガスの流通性能を阻害するおそれがある。その結果、得られる膜・電極接合体を使用した燃料電池は、その性能が低下するおそれがある。
【０００６】
また、後者の方法は、触媒層構成成分を有機溶剤に溶解又は分散した液を電解質膜の両面に印刷又はスプレーして触媒層を形成させるが、電解質膜が有機溶剤により膨潤し、変形して電解質膜の形状を維持することが困難になるおそれがある。そのために、触媒層の膜厚調整が困難になったり、触媒層を電解質膜上に均一に形成させることが困難になるおそれがある。その結果、得られる膜・電極接合体では均一な性能を備えた燃料電池を製造できなくなるおそれがある。
【０００７】
また、これら両者の製造方法では、少量生産には適しているが、固体高分子形燃料電池の今後予想され得る需要拡大に伴う大量生産には適していない。
【０００８】
上記欠点のない方法として、基材上に触媒層を形成した転写シートから触媒層を電解質膜に転写する方法が知られている（特許文献４）。膜・電極接合体はこの転写法で得られる膜・触媒層接合体の触媒層に電極基材を接合することにより製造される。
【特許文献１】特公昭６２−６１１１８号公報
【特許文献２】特公昭６２−６１１１９号公報
【特許文献３】特公平２−４８６３２号公報
【特許文献４】特開平１０−６４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記転写法では触媒層が電解質膜全面に連続して転写されているために、セル組みの際にガスケットに勘合する部位等のように、電池反応に寄与しない部位に触媒層が存在し、その結果高価な白金等の触媒使用量当たりの発電効率が小さくなる欠点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、燃料電池の大量生産に適し、かつ、触媒使用量当たりの発電効率を下げることのない膜・触媒層接合体及びこれを用いた固体高分子形燃料電池の製造方法と、前記膜・触媒層接合体の製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、本発明に係る膜・触媒層接合体の製造方法は、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造方法において、長尺の前記電解質膜を準備する第１の工程と、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを準備する第２の工程と、前記転写フィルムの触媒層が前記電解質膜に面するように、前記電解質膜の少なくとも一方面に前記転写フィルムを配置する第３の工程と、前記転写フィルムの触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記第４の工程において、長尺の前記電解質膜を連続的に長さ方向に送り、長尺の前記転写フィルムを間欠的に前記電解質膜と同方向に送り、熱ロールが前記転写フィルムの送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写するようにすることができる。
【００１３】
または、長尺の前記電解質膜を連続的に長さ方向に送り、長尺の前記転写フィルムを間欠的に前記電解質膜と同方向に送り、シールバーが前記転写フィルムの送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写するようにすることができる。
【００１４】
または、長尺の前記電解質膜及び転写フィルムを間欠的に長さ方向に送り、熱スタンパーが前記電解質膜及び転写フィルムの間欠停止に連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写するようにしてもよい。
【００１５】
さらには、サーマルヘッドが前記電解質膜及び転写フィルムを一定の圧力で挟み付けた状態で、長尺の前記電解質膜を連続的に長さ方向に送るとともに、長尺の前記転写フィルムを間欠的に前記電解質膜と同方向に送り、前記サーマルヘッドの温度を前記転写フィルムの送りに連動して上昇させることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写するようにすることもできる。
【００１６】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係る固体高分子形燃料電池の製造方法は、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層及び電極基材からなる膜・電極接合体と、該膜・電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えた固体高分子形燃料電池の製造方法において、長尺の前記電解質膜を準備する第１の工程と、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを準備する第２の工程と、前記転写フィルムの触媒層が前記電解質膜に面するように、前記電解質膜の少なくとも一方面に前記転写フィルムを配置する第３の工程と、前記転写フィルムの触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写する第４の工程と、前記触媒層上に前記電極基材を積層形成する第５の工程と、前記セパレータにより前記膜・電極接合体を挟持させる第６の工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係る第１の膜・触媒層接合体の製造装置は、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付け可能に設置された一対の熱ロールとを備え、前記電解質膜送り部が連続送り駆動であって、前記転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対の熱ロールが前記転写フィルム送り部の送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付ける構成とされていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係る第２の膜・触媒層接合体の製造装置は、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付け可能に設置された一対のシールバーとを備え、前記電解質膜送り部が連続送り駆動であって、前記転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対のシールバーが前記転写フィルム送り部の送りに連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付ける構成とされていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係る第３の膜・触媒層接合体の製造装置は、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付け可能に設置された一対の熱スタンパーとを備え、前記電解質膜送り部及び転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対の熱スタンパーが前記電解質膜及び転写フィルムの間欠停止に連動して前記電解質膜及び転写フィルムを挟み付けることで、前記触媒層を前記電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に転写するように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係る第４の膜・触媒層接合体の製造装置は、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置において、長尺の前記電解質膜を長さ方向に送る電解質膜送り部と、前記電解質膜の少なくとも一方面側に、長尺の基材フィルム上に前記触媒層が形成された転写フィルムを前記電解質膜と同方向に送る転写フィルム送り部と、前記電解質膜及び転写フィルムを一定の圧力で挟み付けている一対のサーマルヘッドとを備え、前記電解質膜送り部が連続送り駆動であって、前記転写フィルム送り部が間欠送り駆動であり、前記一対のサーマルヘッドの温度が転写フィルム送り部の送りに連動して上昇する構成としていることを特徴とする。このとき、前記一対のサーマルヘッドは、電解質膜又は転写フィルムに接触している先端部に複数の発熱体を有しており、該複数の発熱体から選択された発熱体の温度を上昇させることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に触媒層を転写して形成するので、各触媒層間の触媒層が転写されていない部分を、ガスケット等に嵌合する部位等の電池反応に寄与しない部位とすることができ、比較的高価な材料が使用される触媒層の使用量を減らすことができる。
【００２２】
また、熱スタンパーにより、触媒層を電解質膜の少なくとも一方面に転写することで、熱スタンパーの転写面の形状を所望の形状とすることで、電解質膜に転写される触媒層の形状を所望の形状とすることができる。
【００２３】
さらに、触媒層を電解質膜の少なくとも一方面に転写するのに、温度の昇降が可能な発熱体を先端に有するサーマルヘッドを用いることにより、電解質膜及び転写フィルムへのサーマルヘッドの加圧を常に一定にしたまま、触媒層を電解質膜の少なくとも一方面に所望間隔をおいて断続的に形成することができる。また、発熱体を複数有し、該複数の発熱体の内、所望の発熱体のみの温度を昇降させることで、温度を上昇させた発熱体に対応する触媒層のみを、電解質膜に転写させることができる等、熱プレス機や転写フィルムの交換を行うことなく、同一の製造工程において形状の異なる触媒層を電解質膜に転写することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造方法、固体高分子形燃料電池の製造方法、及び膜・触媒層接合体の製造装置の実施形態を添付図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係る膜・触媒層接合体の製造装置を模式的に示す斜視図であり、図２は、この製造装置の転写状態（ａ）及び非転写状態（ｂ）における正面図である。図１及び図２に示すように、この製造装置は、熱ロール７（熱プレス機）と、電解質膜供給ロール３１及び膜・触媒層接合体巻き取りロール３２を有する電解質膜送り部３５と、転写フィルム供給ロール３３及び基材フィルム巻き取りロール３４を有する一対の転写フィルム送り部３６とを備える。まず、電解質膜供給ロール３１には長尺の電解質膜１が、転写フィルム供給ロール３３には基材フィルム５に触媒層３が塗工形成された長尺の転写フィルム２が、それぞれロール状でセットされており、電解質膜１及び転写フィルム２が膜・触媒層接合体巻き取りロール３２及び基材フィルム巻き取りロール３４にそれぞれ巻き取られるようになっている。このとき、転写フィルム２は、触媒層３が電解質膜１に面するように、電解質膜１の両面にそれぞれ配置されている。そして、このように配置された電解質膜１及び転写フィルム２を各転写フィルム２の背面（基材フィルム５側）から挟み付け可能に、つまり、一対の熱ロール７が電解質膜１及び転写フィルム２を中心に接近・離間が可能となるように配置されている。
【００２５】
次に、電解質膜１及び転写フィルム２の材質について説明する。電解質膜１は、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常５〜６０重量％程度、好ましくは２０〜４０重量％程度である。なお、電解質膜１の膜厚は通常２０〜２５０μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度である。
【００２６】
また、転写フィルム２の作製方法は、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散して触媒ペーストを作製し、形成される触媒層が所望の膜厚になるように触媒ペーストを公知の方法に従い、必要に応じて離型層を介して基材フィルム５上に塗工するのが良い。触媒ペーストの塗工方法としては、特に限定されるものではなく、例えばスクリーン印刷や、グラビア印刷、ナイフコータ、バーコータ、スプレー、ディップコータ、スピンコータ、ロールコータ、ダイコータ、カーテンコータ等の一般的な方法を適用できる。上記の触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。また、水素イオン伝導性高分子電解質としては、上述した電解質膜１に使用されるものと同じ材料を使用することができる。また、上記の溶剤としては、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水またはこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でもアルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、等の炭素数１〜４の一価アルコール、各種の多価アルコール等が挙げられる。
【００２７】
また、基材フィルム５としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。
【００２８】
また、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）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。
【００２９】
さらに基材フィルム５は、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙などの非塗工紙であっても良い。
【００３０】
基材フィルム５の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常６〜１００μｍ程度、好ましくは６〜５０μｍ程度、より好ましくは１０〜３０μｍ程度とするのがよい。
【００３１】
従って、基材フィルム５としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
【００３２】
そして、基材フィルム５に触媒ペーストを塗工した後、所定の温度及び時間で乾燥することにより転写フィルム２が形成される。乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは１０分〜１時間程度である。
【００３３】
次に、上記製造装置による、膜・触媒層接合体の製造方法及び固体高分子形燃料電池の製造方法を図１〜３に従って説明する。まず、図１及び２に示すように、電解質膜供給ロール３１及び転写フィルム供給ロール３３にセットされた長尺の電解質膜１及び転写フィルム２が同一の長さ方向に送られ、膜・触媒層接合体巻き取りロール３２及び基材フィルム巻き取りロール３４に巻き取られる。そして、一対の熱ロール７が両転写フィルム２の背面（基材フィルム５側）から所定の圧力で断続的に加圧することにより電解質膜１の両面に転写フィルム２の触媒層３が断続的に転写される。このとき、電解質膜送り部３５は、連続送り駆動であって、電解質膜１を常に一定の速度で連続的に送り、その一方で、転写フィルム送り部３６は、間欠送り駆動であって、転写フィルム２を断続的に送り、一対の熱ロール７は、転写フィルム送り部３６の転写フィルム２の送りに連動して電解質膜１及び転写フィルム２を挟み付け、所定の圧力で加圧する。この熱ロール７の加圧状態、電解質膜送り部３５、及び転写フィルム送り部３６の送り状態の対応関係を図３（ａ）に示す。横軸は時間、縦軸は加圧状態又は送り状態のＯＮ、ＯＦＦを表す。また、この対応関係によって形成される電解質膜１上での触媒層３の位置関係及び転写後の転写フィルム２の状態を表したものを図３（ｂ）及び（ｃ）に示す。これらの図から明らかなように、熱ロール７の加圧状態がＯＮのときには転写フィルム送り部３６の送り状態もＯＮであり、また、電解質膜送り部３５の送り状態は常にＯＮであるので、このときは、転写フィルム２の触媒層３が電解質膜１上に転写され、膜・触媒層接合体９が製造される（図２（ａ）参照）。また、熱ロール７の加圧状態がＯＦＦのときには転写フィルム送り部３６の送り状態もＯＦＦであり、電解質膜送り部３５の送り状態のみがＯＮであるので、各触媒層３間の間隔Ｓが形成される（図２（ｂ）参照）。
【００３４】
このように電解質膜１の両面に触媒層３が断続的に転写されて各触媒層３間の間隔Ｓが形成されることにより、膜・触媒層接合体９が複数製造される。このように製造された膜・触媒層接合体９は、膜・触媒層接合体巻き取りロール３２に巻き取られる。また、基材フィルム５は、転写後に触媒層３より剥離されて基材フィルム巻き取りロール３４にて巻き取られ、回収される。なお、熱ロール７の温度は８０〜２００℃が好ましく、１００〜１５０℃がさらに好ましく、圧力は０．５〜２０ＭＰａが好ましく、１〜１０ＭＰａがさらには好ましい。また、電解質膜１及び転写フィルム２の送り速度は０．００１〜１０ｍ／ｍｉｎが好ましく、０．０１〜１ｍ／ｍｉｎがさらには好ましい。
【００３５】
そして、このようにして製造された複数の膜・触媒層接合体９を、図７に示すように、各膜・触媒層接合体９毎に切り出し、各膜・触媒層接合体９の触媒層３上に電極基材１５を積層形成し、膜・電極接合体１７を形成する。そして、ガスケット１９が間隔Ｓに嵌合するようにガスケット１９を介してセパレータ２１で膜・電極接合体１９を挟持し、燃料電池２３を製造する。なお、上記例では、各膜・触媒層接合体９毎に切り出して膜・電極接合体１７を形成し、ガスケット１９を介してセパレータ２１で膜・電極接合体１７を挟持させて燃料電池２３を製造しているが、膜・触媒層接合体９を所望の単位毎に切り出して燃料電池２３を形成した後に、各燃料電池２３を切り出して一つの燃料電池２３としても良い。
【００３６】
以上のように、長尺の電解質膜１を一定の速度で連続的に送り、熱ロール７の加圧を転写フィルム２の背面から断続的に行うので、触媒層３は電解質膜１上に間隔Ｓを空けて断続的に転写され、複数の膜・触媒層接合体９が製造される。この間隔Ｓを、ガスケットなどに嵌合する部位等の電池反応に寄与しない部位とすることができる。また、転写フィルム２を熱ロール７の加圧状態がＯＮのときのみに送り、熱ロール７の加圧状態がＯＦＦのときは転写フィルム２の送り状態はＯＦＦとするために、図３（ｃ）に示すように、転写フィルム２上の触媒層３をすべて電解質膜１に転写させ、非転写部位１１を各転写部位間１３に形成することがないので、比較的高価な材料が使用される触媒層３の使用量を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、熱プレスを一対の熱ロール７ではなく、ヒートシールなどのシール加工に用いられる一対のシールバーで行うこともできる。また、上記実施形態では、転写フィルム２を電解質膜１の上下に各１つずつ配置しているが、これを図４に示すように、電解質膜１の上下に各２つずつ使用する等転写フィルム２の数を変更することも可能である。こうすることにより、より効率的に膜・触媒層接合体９を製造することができる。また、転写フィルム２が二列の例について説明したが、三列以上の転写フィルム２を並列使用して転写することももちろん可能である。さらには、一列の転写フィルム２を用い、熱ロール７を幅方向に複数設置する等して、一定間隔を設けて複数列の触媒層３を転写し、複数列の膜・触媒層接合体９を形成することも可能である。また、上記実施形態では、電解質膜１の両面に触媒層３を転写させているが、電解質膜１の片方の面にのみ触媒層３を転写してもよい。
【００３８】
また、図５に示すように、熱プレスを一対の熱ロール７ではなく、一対の熱スタンパー７１で行うこともできる。この方法では、電解質膜１上に触媒層３を転写させるときは、電解質膜送り部３５及び転写フィルム送り部３６の送り状態はＯＦＦ、つまり停止状態とし、熱スタンパー７１の加圧状態をＯＮとする（図５（ａ））。そして、間隔Ｓを形成するときは、熱スタンパー７１の加圧状態がＯＦＦとなり、電解質膜送り部３５は電解質膜１を所望の間隔Ｓ分だけ長さ方向に送る。このとき、転写フィルム送り部３６の送り状態はＯＦＦ即ち停止状態となっている（図５（ｂ））。電解質膜１が間隔Ｓ分だけ送られた後に、電解質膜送り部３５及び転写フィルム送り部３６は電解質膜１及び転写フィルム２を触媒層３の分だけ送った後に送り状態はＯＦＦとなり、その状態で、熱スタンパー７の加圧状態がＯＮとなり、再び電解質膜１に触媒層３が転写される。また、別の方法としては、電解質膜送り部３５及び転写フィルム送り部３６の送り状態をＯＦＦとし、熱スタンパー７１の加圧状態をＯＮとすることにより、電解質膜１上に触媒層３を転写させ、その後、間隔Ｓを形成するために、熱スタンパー７１の加圧状態をＯＦＦとし、電解質膜送り部３５の送り速度を転写フィルム送り部３６の送り速度より速くし、電解質膜送り部３５は、電解質膜１を間隔Ｓ及び触媒層３の分だけ長さ方向に送り、転写フィルム送り部３６は転写フィルム２を触媒層３の分だけ送る。その後、再び電解質膜送り部３５及び転写フィルム送り部３６の送り状態をＯＦＦにして静止させた状態で、熱スタンパー７１の加圧状態をＯＮにし、電解質膜１上に転写フィルム２の触媒層３を転写させることで、触媒層３を電解質膜１に間隔Ｓをおいて断続的に転写することができる。
【００３９】
このように熱ロール７の代わりに熱スタンパー７１により転写を行うと、熱スタンパー７１の形状を所望の形状とするだけで、触媒層３の形状も所望の形状とすることができる。
【００４０】
さらには、図６に示すように、熱プレスを熱ロール７の代わりにサーマルヘッド７２により行うこともできる。サーマルヘッド７２の電解質膜１又は転写フィルム２に接触する先端側に、急速な温度の昇降が可能な複数の発熱体が１次元配列した構造を有している。このサーマルヘッド７２を用いた転写方法は、まず、両転写フィルム２の背面から一対のサーマルヘッド７２で挟み付け上記所定の圧力で加圧する。そして、サーマルヘッド７２の各発熱体の温度を上記所定の温度に上昇させ、電解質膜送り部３５及び転写フィルム送り部３６が電解質膜１及び転写フィルム２を長さ方向に送り、電解質膜１に転写フィルム２の触媒層３を転写させる。そして、サーマルヘッド７２の各発熱体の温度を降下させ、転写フィルム送り部３６の送り状態をＯＦＦにし、電解質膜送り部３５の送り状態をＯＮにして所望の間隔Ｓだけ送らせる。この工程を繰り返し、複数の膜・触媒層接合体９を製造する。この転写する際に、複数の発熱体のうち選択された発熱体の温度のみを上昇させることで、温度が上昇している発熱体に対応する部分のみ触媒層３を転写させることが可能となる。こうすることで、熱プレス機や転写フィルムの交換を行うことなく、同一の製造工程において形状の異なる膜・触媒層接合体を容易に製造することができる。当然、複数の発熱体全ての温度を上昇させてもよい。
【００４１】
さらに、サーマルヘッド７２を用いる別の転写方法として、電解質膜１に転写フィルム２の触媒層３を転写させる際に、上記では電解質膜送り部３５及び転写フィルム送り部３６が電解質膜１及び転写フィルム２を長さ方向に送りサーマルヘッド７２を固定して転写を行っていたが、電解質膜送り部３５及び転写フィルム送り部３６の送り状態をＯＦＦにし、サーマルヘッド７２の発熱体を加圧加熱しつつサーマルヘッド７２を移動させることで転写を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の転写状態での正面図（ａ）及び非転写状態での正面図（ｂ）である。
【図３】本実施形態での熱ロールの加圧状態、電解質膜、及び転写フィルムの送り状態の対応関係を表した図（ａ）、該対応関係によって形成される電解質膜上での触媒層の位置関係を表した平面図（ｂ）、及び転写後の転写フィルムの状態を表した平面図（ｃ）である。
【図４】他の実施形態での転写後の転写フィルムの状態を表した平面図（ａ）及び電解質膜上での触媒層の位置関係を表した平面図（ｂ）である。
【図５】本発明に係る固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置の他の実施形態を示す転写状態での正面図（ａ）及び非転写状態での正面図（ｂ）である。
【図６】本発明に係る固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図７】本発明に係る固体高分子形燃料電池用膜・触媒層接合体の製造方法の実施形態によって製造される固体高分子形燃料電池を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  電解質膜
２  転写フィルム
３  触媒層
５  基材フィルム
７  熱ロール
９  膜・触媒層接合体
１５  電極基材
１７  膜・電極接合体
２１  セパレータ
２３  固体高分子形燃料電池
３５  電解質膜送り部
３６  転写フィルム送り部
７１  熱スタンパ
７２  サーマルヘッド
Ｓ  間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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