(57)【要約】【課題】膜電極接合体を支持する支持部材を紫外線照射によって表面改質する際に、膜電極接合体の劣化を抑える燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】  紫外線照射で発熱する材料が添加された樹脂を含む支持部材を用いて、表面改質工程（Ｓ２）において、膜電極接合体が接合された支持部材を装置にセットし（Ｓ２０１）、支持部材を、その樹脂部分の所定領域に紫外線が当たるように移動させて（Ｓ２０３）、２波長の紫外線を照射し（Ｓ２０４）、一定時間経過後紫外線を停止する（Ｓ２０５）ことをすべての所定領域に対して行う（Ｓ２０５）。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面にアノードおよびカソードの電極層を備える膜電極接合体が接合された支持部材を用意する段階と、
前記支持部材は紫外線照射によって発熱する材料が添加された樹脂を含み、前記樹脂部分の所定領域に紫外線を照射する段階と、
前記所定領域に接着剤を塗布する段階と、
前記接着剤を介してセパレーターを前記支持部材に接合する段階と、
を有する、燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂は、前記紫外線照射によって発熱する材料としてカーボンブラックを含む環状オレフィン系樹脂である、請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記カーボンブラックは前記樹脂中に５〜３０質量％含む、請求項２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記紫外線を照射する段階は、少なくとも３００ｎｍの波長を含む少なくとも２波長を同時に照射する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池の製造方法。
【請求項５】
電解質膜の両面にアノードおよびカソードの電極層を備える膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を支持する支持部材と、
前記支持部材の所定領域で接着剤を介して接合されたセパレーターと、を有し、
前記支持部材は、
環状オレフィン系樹脂と、
前記環状オレフィン系樹脂に含まれているカーボンブラックと、を有し、
前記支持部材の少なくとも前記所定領域の表面において、前記環状オレフィン系樹脂の分子結合が解離した分子と前記接着剤の成分の分子とが結合している、燃料電池。
【請求項６】
前記カーボンブラックは、前記環状オレフィン系樹脂中に５〜３０質量％含む、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
少なくとも３００ｎｍの波長を含む少なくとも２波長の紫外線を照射する少なくとも２波長分のＵＶ−ＬＥＤからなる光源と、
前記光源からの前記紫外線を集光するレンズと、
前記レンズによって集光された前記紫外線をワークに対して相対的に移動させる移動部と、
を有する燃料電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法、燃料電池、および燃料電池の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。
【０００３】
このような燃料電池の製造方法は、たとえば、セパレーターをプレス成形する工程、セパレーターを溶接（接合）する工程、およびセパレーターを表面処理する工程を有する。燃料電池の製造方法はさらに、セパレーターおよび膜電極接合体が組み込まれたモジュールを組み立てる工程、モジュールからスタックを組み立てる工程を有する（特許文献１）。
【０００４】
このモジュールを組み立てる工程においては、膜電極接合体を支持する支持部材に、接着剤を用いてセパレーターを接合する工程を有する。
【０００５】
ところで、樹脂を接着する工程においては、接着性を良くするために表面改質処理が行われる。たとえば環状オレフィン樹脂を含む材料からなる成形体の製造方法では、環状オレフィン樹脂を含む材料の表面に真空紫外光を照射して、成形体表面の表面荒れを生じさせることなく、成形体表面に自己組織化単分子膜を形成している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９０９４６号公報
【特許文献２】特許５７３３３９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、支持部材とセパレーターを接着する前の表面改質に特許文献２のように紫外線照射を利用すると、どうしても支持部材に支持されている膜電極接合体にも紫外線が当たってしまう。そうすると紫外線によって膜電極接合体が劣化してしまう虞がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、膜電極接合体を支持する支持部材を紫外線照射によって表面改質する際に、膜電極接合体の劣化を抑えることができる燃料電池の製造方法、燃料電池、および燃料電池の製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の燃料電池の製造方法は、電解質膜の両面にアノードおよびカソードの電極層を備える膜電極接合体が接合された支持部材を用意する。この膜電極接合体が接合された支持部材は紫外線照射によって発熱する材料が添加された樹脂を含む。用意した支持部材の樹脂部分の所定領域に紫外線を照射する。所定領域に接着剤を塗布する。接着剤を介してセパレーターを支持部材に接合する。
【００１０】
また、上記目的を達成する本発明の燃料電池は、電解質膜の両面にアノードおよびカソードの電極層を備える膜電極接合体と、この膜電極接合体を支持する支持部材と、支持部材の所定領域で接着剤を介して接合されたセパレーターと、を有する。そして支持部材は、環状オレフィン系樹脂と、環状オレフィン系樹脂に含まれているカーボンブラックとを有して、支持部材の少なくとも所定領域の表面において、環状オレフィン系樹脂の分子結合が解離した分子と接着剤の成分の分子とが結合している。
【００１１】
また、上記目的を達成する本発明の燃料電池の製造装置は、少なくとも３００ｎｍの波長を含む少なくとも２波長の紫外線を照射する少なくとも２波長分のＵＶ−ＬＥＤからなる光源と、この光源からの紫外線を集光するレンズと、レンズによって集光された紫外線をワークに対して相対的に移動させる移動部と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、紫外線を照射すると発熱する材料が添加された樹脂を含む支持部材を用いて、この樹脂部分の所定領域に紫外線を放射して表面改質することとした。これにより、紫外線照射によって樹脂が発熱し分子結合が解離しやすくなるので、紫外線照射時間を短くすることができ、支持部材により支持されている膜電極接合体に紫外線が当たったとしてもその時間は短くなるので劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池を示す斜視図である。
【図２】燃料電池の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。
【図３】支持部材が膜電極接合体を支持する様子を示す図である。
【図４】製造装置を説明するための概略図である。
【図５】支持部材上の接着領域を示す斜視図である。
【図６】支持部材とセパレーターを接合する作業手順を示す流れ図である。
【図７】支持部材への紫外線照射を説明する説明図である。
【図８】接着剤硬化のための紫外線照射を説明する説明図である。
【図９】表面改質の作用を説明するために分子構造のモデルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１５】
まず、本実施形態に燃料電池の製造方法によって製造される燃料電池の一例を説明する。
【００１６】
図１は、燃料電池を示す斜視図である。図２は、燃料電池の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。図３は、支持部材が膜電極接合体を支持する様子を示す図である。
【００１７】
燃料電池１は、図１に示すように、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との反応により起電力を生じる単セル２を所定数だけ積層した積層体３を有している。この積層体３はスタックと称されている。積層体３の両端のそれぞれに、集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、これらをダイロッドボルト７により締結することによって、燃料電池１を構成する。
【００１８】
燃料電池１内部において燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水のそれぞれを流通させるために、一方のエンドプレート６に、６つの貫通孔が形成される。６つの貫通孔は、燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷却水導入口１２、および冷却水排出口１３を構成する。
【００１９】
単セル２は、図２、３に示すように、電解質膜２１の両面にアノードおよびカソードの電極層（アノード側電極２３、カソード側電極２２）を備える膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０を支持する支持部材５０と、を有する。単セル２は、膜電極接合体２０の両面のそれぞれに配置される燃料電池用金属セパレーター３０（以下、単にセパレーター３０と称する）をさらに有する。
【００２０】
膜電極接合体２０は、図２に示すように、電解質膜２１と、カソード側電極２２と、アノード側電極２３と、を有する。また、膜電極接合体２０は、図３に示すように、矩形形状に構成される。
【００２１】
カソード側電極２２は、カソード側触媒層２２１およびカソード側ガス拡散層２２２を有する。
【００２２】
カソード側触媒層２２１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体および電解質を含んでおり、酸素の還元反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の一方の側に配置される。
【００２３】
カソード側ガス拡散層２２２は、カソード側触媒層２２１に酸化剤ガスを供給するため、十分なガス拡散性および導電性を有する。カソード側ガス拡散層２２２は、カソード側触媒層２２１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。
【００２４】
アノード側電極２３は、アノード側触媒層２３１およびアノード側ガス拡散層２３２を有する。
【００２５】
アノード側触媒層２３１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体および電解質を含んでおり、水素の酸化反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の他方の側に配置される。
【００２６】
アノード側ガス拡散層２３２は、アノード側触媒層２３１に燃料ガスを供給するため、十分なガス拡散性および導電性を有する。アノード側ガス拡散層２３２は、アノード側触媒層２３１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。
【００２７】
電解質膜２１は、アノード側触媒層２３１で生成したプロトンをカソード側触媒層２２１へ選択的に透過させる機能およびアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。
【００２８】
セパレーター３０は、単セル２を電気的に直列接続する機能および燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。セパレーター３０は、たとえば、ステンレス鋼板にプレス加工を施すことで成形され、図２に示すように、流路溝を成形するために凹凸形状を有している。ステンレス鋼板は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。セパレーター３０は、膜電極接合体２０の両面のそれぞれに配置されることによって、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路３１、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路３２、および冷却水を流通させるための冷却水流路３３を形成している。
【００２９】
支持部材５０は、図２、３に示すように、膜電極接合体２０の外周に設けられ膜電極接合体２０を支持する。支持部材５０は、高分子材料である環状オレフィン系樹脂が射出成形されることによって成形される。支持部材５０を射出成形によって成形する際、環状オレフィン系樹脂がガス拡散層２２２、２３２の外周部に含浸することによって、支持部材５０および膜電極接合体２０が一体化して、支持部材５０が膜電極接合体２０を支持する。したがって、膜電極接合体２０のハンドリング性が向上する。支持部材５０は、図３に示すように、エンドプレート６に対応して、燃料ガス導入口５１、燃料ガス排出口５２、酸化剤ガス導入口５３、酸化剤ガス排出口５４、冷却水導入口５５、および冷却水排出口５６を有する。
【００３０】
セパレーター３０および支持部材５０は、図２に示すように、接着剤Ｓを介して接合される。
【００３１】
燃料ガスは、燃料ガス導入口８から導入され、セパレーター３０の燃料ガス流路３１を流れ、燃料ガス排出口９から排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１０から導入され、セパレーター３０の酸化剤ガス流路３２を流れ、酸化剤ガス排出口１１から排出される。冷却水は、冷却水導入口１２から導入され、セパレーター３０の冷却水流路３３を流れ、冷却水排出口１３から排出される。
【００３２】
次に、各構成部品の材質およびサイズなどについて記述する。
【００３３】
電解質膜２１は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、たとえば、ナフィオン（登録商標、デュポン株式会社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）である。多孔質状の膜は、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から成形される。
【００３４】
電解質膜２１は、特に限定されないが、強度、耐久性および出力特性の観点から５〜３０μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２００μｍである。
【００３５】
触媒層２２１、２３１のうちカソード側触媒層２２１に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。触媒層２２１、２３１のうちアノード側触媒層２３１に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。
【００３６】
触媒成分は、たとえば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、およびそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード側触媒層２２１およびアノード側触媒層２３１に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜変更することが可能である。
【００３７】
触媒層２２１、２３１に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、および集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。カーボン粒子は、たとえば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。
【００３８】
触媒層２２１、２３１に用いられる電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されない。具体的にはたとえば、ポリマー骨格の全部または一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層２２１、２３１に用いられる電解質は、電解質膜２１に用いられる電解質と同一であっても異なっていてもよいが、電解質膜２１に対する触媒層２２１、２３１の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。
【００３９】
触媒層２２１、２３１の厚みは、水素の酸化反応（アノード側）および酸素の還元反応（カソード側）の触媒作用が十分発揮できる厚みであれば、特に制限されず、従来と同様の厚みが使用できる。具体的には、各触媒層の厚みは、１〜１０μｍが好ましい。
【００４０】
ガス拡散層２２２、２３２は、たとえば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、またはカーボンフェルトから成形される。ガス拡散層２２２、２３２は、撥水剤を含ませることで、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防ぐことが好ましい。撥水剤は、特に限定されないが、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、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）などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンである。
【００４１】
ガス拡散層２２２、２３２の厚さは、機械的強度およびガスや水などの透過距離を考慮して、３０〜５００μｍ程度が好ましい。なお、撥水性は、独立した層を成形することによって、向上させることも可能である。
【００４２】
セパレーター３０は、上述したようにステンレス鋼板から構成される。しかしながら、ステンレス鋼板に限定されず、その他の金属材料（たとえば、アルミニウム板やクラッド材）、緻密カーボングラファイトや炭素板などのカーボンを適用することも可能である。カーボンを適用する場合、燃料ガス流路３１および酸化剤ガス流路３２は、切削加工やスクリーン印刷によって成形することが可能である。
【００４３】
セパレーター３０の板厚は、たとえば、０．２ｍｍ以下である。このようにセパレーター３０を薄肉に成形することによって、電気抵抗をできるだけ小さくし、燃料電池１の性能評価の１つ指標である出力密度（「起電力／単位容積」と定義される）を高めることができる。
【００４４】
支持部材５０は、たとえば環状オレフィン系樹脂によって構成される。環状オレフィン系樹脂としてはたとえば、不飽和ポリエステルやポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、エポキシ等が用いられる。
【００４５】
また、支持部材５０は、樹脂中に、紫外線吸収剤が添加されている。紫外線吸収剤はカーボンブラックが好ましい。樹脂中のカーボンブラック含有量は好ましくは５〜３０質量％である。この含有量の範囲とすることで、後述する紫外線照射時に、紫外線照射部分が発熱し表面改質が速く行われるようになる。しかも、この範囲内であれば、カーボンブラックを入れたことで樹脂材全体がもろくなることもない。発熱量はカーボンブラックの添加量や紫外線量などに異なるものの、たとえばカーボンブラックを３０質量％添加することによって最大で、室温（２０℃）から３５℃程度まで上昇する。
【００４６】
カーボンブラックはたとえば、微粒子状のものを樹脂中にまんべんなく分散されることが好ましい。カーボンブラックを樹脂中に分散される方法は周知の方法でよく、たとえば、ミキサーなどに樹脂材料を投入して、加熱しつつカーボンブラックの微粒子（粉体）を混合することにより行われる。
【００４７】
なお、紫外線吸収剤は、カーボンブラックのほかにも、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、トリアジン系などの化合物を用いることもできる。これらの紫外線吸収剤も、周知のように、紫外線を吸収してそのエネルギーを熱エネルギーとして放出する。また、樹脂材に対しての相溶性もよく、支持部材５０となる樹脂に添加しても問題がない。したがってこれらを添加した樹脂に紫外線を照射すると内部から発熱する。この発熱によって樹脂を構成する分子結合の一部が解離しやすくなる（詳細後述）。
【００４８】
接着剤Ｓは、たとえばエポキシ樹脂系の熱硬化型の接着剤Ｓであり、加熱することで硬化する。
【００４９】
次に、本発明の実施形態に係る燃料電池１の製造装置１００を説明する。図４は製造装置を説明するための概略図である。
【００５０】
本実施形態に係る燃料電池１の製造装置１００は、ワークを載置して移動させるＸ−Ｙステージ１７０と、ワークである支持部材５０の、セパレーター３０が積層される側の表面に設定されている接着領域５７（所定領域）に紫外線ＵＶを照射する照射部１１０とを有する。
【００５１】
Ｘ−Ｙステージ１７０は移動部であり、支持部材５０を載置して、その接着領域５７に紫外線ＵＶが照射されるように移動する。
【００５２】
図５は、支持部材上の接着領域を示す斜視図である。図示するように、支持部材５０上の接着領域５７は、支持部材５０の周辺部、燃料ガス導入口５１、燃料ガス排出口５２、酸化剤ガス導入口５３、酸化剤ガス排出口５４、冷却水導入口５５、および冷却水排出口５６の周囲に点在させて設けられる。ここでは、接着領域５７を一定間隔でストライプ状に設けたが、このような形態に限定されない。この接着領域５７に対して紫外線ＵＶを照射するために、Ｘ−Ｙステージ１７０を移動させる。
【００５３】
なお、Ｘ−Ｙステージ１７０に代えて、照射部１１０を移動させたり、反射鏡を用いて、紫外線を走査するようにしてもよい。
【００５４】
照射部１１０は、紫外線ＵＶを接着領域５７に照射することで表面改質する。照射部１１０は、波長の異なる２つの紫外線ＵＶを放射する光源１５１と１５２を有する。
【００５５】
光源１５１と１５２の前には、光源１５１と１５２から出た光を平行光にするコリメータレンズ群１６１および１６２と、平行光をそれぞれワーク面へ集光する集光レンズ１６５および１６６が設けられている。これらレンズ群１６１および１６２と集光レンズ１６５および１６６によって光源１５１と１５２からの紫外線ＵＶがワーク面である接着領域５７に集光されて、接着領域５７の表面を表面改質する。
【００５６】
光源の一つである光源１５１の波長はたとえば３００ｎｍである。３００ｎｍの波長は、支持部材５０を構成している樹脂表面のＣ−Ｃ結合を解離させるとともに、環状オレフィン系樹脂中のカーボンブラック（炭素）に作用して樹脂を内部から発熱させる。
【００５７】
高分子材料の分子結合の解離に必要なエネルギーは、周知のとおり、その分子結合の結合エネルギーに基づく。Ｃ−Ｃ結合は高分子材料の種類によって異なるものの、光の波長に換算すると３００ｎｍであれば、解離させることができる。
【００５８】
また、カーボンブラックを含む樹脂への紫外線照射による発熱作用は周知であり、カーボンブラックが照射された紫外線ＵＶを吸収する際に熱エネルギーとして放出するために発熱する。周知文献としてはたとえば、「ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ  ＯＦ  ＰＯＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥ  −  ＣＡＲＢＯＮ  ＢＬＡＣＫ  −  ＧＲＡＰＨＩＴＥ  ＨＹＢＲＩＤ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」ＵＭＩ  Ｎｕｍｂｅｒ：  １４５９６７５の第１４ページ、「Ｇｅｔｔｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｍｏｓｔ  Ｏｆ  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，  Ｐｏｌｙｅｔｈｌｅｎｅ  ａｎｄ  ＴＰＯ」Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｓの第３４ページ、「ＨＡＮＤＢＯＯＫ  ＯＦ  ＶＩＮＹＬ  ＦＯＲＭＵＬＡＴＩＮＧ  ＳＥＣＯＮＤ  ＥＤＩＴＩＯＮ」ＲＩＣＨＡＲＤ  Ｆ．  ＧＲＯＳＳＭＡＮ  ＷＩＬＥＹの第１２４ページなどが挙げられる。
【００５９】
他の一つの光源である光源１５２の波長は、たとえば、従来から使用されているエキシマランプの中心波長１７２ｎｍと同じでよい。この波長であれば、多くの分子結合を解離させることができる。ちなみに、環状オレフィン系樹脂の主な構造式を下記（化１）式に示す。
【００６０】
【化１】
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【００６１】
（化１）に示したように、環状オレフィン系樹脂には、Ｃ−Ｃ結合はもとより、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ＝Ｏ結合、Ｃ−Ｈ結合が含まれている。これらの結合を解離させるためには、これら分子の結合エネルギー以上のエネルギーを持つ波長の光を照射する必要がある。ちなみに、Ｃ−Ｃの結合エネルギーの換算波長は３３９ｎｍ、Ｃ−Ｏの結合エネルギーの換算波長は３７４ｎｍ、Ｃ−Ｈの結合エネルギーの換算波長は２６２ｎｍである。Ｃ＝Ｏの結合エネルギーの換算波長は１５１ｎｍである。したがって、環状オレフィン系樹脂の多くの分子結合を中心波長１７２ｎｍにより解離させることができる。また、１５１ｎｍより短い波長を用いることで、Ｃ＝Ｏ結合も解離させることができる。ただし、本実施形態は、表面改質を行うことを目的とした紫外線照射である。したがって、Ｃ−Ｃ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ−Ｈ結合を解離させることだけでも十分であり、必ずしもＣ＝Ｏ結合を解離させるような高いエネルギーを持つ紫外線照射は行わなくてもよい。
【００６２】
光源１５２として用いる波長は、１７２ｎｍ以外にも、たとえば既存のＵＶランプ同様に１８５ｎｍや２５４ｎｍなどの波長としてもよい。また、これら複数の波長の紫外線ＵＶを一度に照射できるように、複数の光源を設けてもよい。そのほか使用する光源の波長については、支持部材５０を構成する樹脂材料に合わせて適宜変更することができる。ただし、複数の光源のうち、いずれか一つの光源はカーボンブラックの発熱を促すために３００ｎｍであることが好ましい。
【００６３】
これらの光源１５１および１５２としては、たとえば、小型軽量であることからＵＶ−ＬＥＤが好ましい。本実施形態では、集光レンズ１６５および１６６を用いることで、ＵＶ−ＬＥＤを用いても光のエネルギー密度を上げることができる。もちろん従来同様に、ＵＶランプを使用してもよい。
【００６４】
次に、本実施形態における作業手順を説明する。
【００６５】
図６は、支持部材とセパレーターを接合する作業手順を示す流れ図である。
【００６６】
本実施形態に係る燃料電池１の製造方法は、概説すると、支持部材５０の接着領域５７を含む表面に紫外線ＵＶを照射して表面洗浄する工程（Ｓ１）、支持部材５０の接着領域５７に紫外線ＵＶを照射して表面改質する工程（Ｓ２）、支持部材５０とセパレーター３０を接着する工程（Ｓ３）からなる。以下順に説明する。
【００６７】
表面洗浄工程（Ｓ１）を説明する。
【００６８】
まず、燃料電池の製造装置１００（以下単に装置１００という）のＸ−Ｙステージ１７０にワークである支持部材５０をセットする（Ｓ１０１）。このとき、ワークとしての支持部材５０は既に膜電極接合体２０が接合されている状態である。したがって、この工程に入る前にまでに、支持部材５０に膜電極接合体２０が接合されている状態のワークを用意しておくことになる。
【００６９】
続いて、２波長の紫外線照射を開始する（Ｓ１０２）。このとき照射する領域は、接着領域５７を含む支持部材５０の表面全域に紫外線ＵＶを２波長同時に照射する。
【００７０】
続いて、一定時間経経過後、紫外線照射を停止する（Ｓ１０３）。ここで一定時間は、通常の光洗浄同様でよく、たとえば５〜６０秒程度である。
【００７１】
続いて、不純物が除去されたか確認する（Ｓ１０４）、これはたとえば目視（顕微鏡を用いる場合を含む）による確認である。除去できていなければ、もう一度、Ｓ１０２〜Ｓ１０３による紫外線照射を行う。これで不純物除去が確認されれば、次に表面改質工程へ続くことになる。なお、この確認（Ｓ１０４）はなくてもよい。
【００７２】
表面改質工程（Ｓ２）を説明する。
【００７３】
まず、装置１００のＸ−Ｙステージ１７０にワークである支持部材５０をセットする（Ｓ２０１）。なお不純物除去の確認（Ｓ１０４）を行わない場合は、支持部材５０は、Ｘ−Ｙステージ１７０にセットされたままとなっているので、そのまま、次のＳ２０２を行う。
【００７４】
続いて、Ｘ−Ｙステージ１７０上の支持部材５０を補助加熱する（Ｓ２０２）。補助加熱はたとえば、赤外線、誘導加熱（ＩＨ）、高温ガス、マイクロ波、超音波、レーザーなどを使用することができる。この補助加熱によって、支持部材５０は、紫外線照射時にカーボンブラックによる樹脂内部からの発熱とともに、外部からも温められて、より分子結合が解離しやすくなる。補助加熱の温度は３０〜５０℃程度であり、支持部材５０を構成する樹脂が変性するようなことのない温度にする。この補助加熱は外部からの加熱であるため、樹脂内部までなかなか温まらない。本実施形態では、既に説明したように、樹脂にカーボンブラックを添加しているので紫外線照射によって樹脂内部からも発熱する。なお、補助加熱はなくてもよい。
【００７５】
続いて、Ｘ−Ｙステージ１７０により、支持部材５０上で点在している接着領域５７に２波長の紫外線照射を照射できるように支持部材５０を移動する（Ｓ２０３）。このとき照射する領域は、接着領域５７のみである。本実施形態では、ＵＶ−ＬＥＤからの紫外線ＵＶを集光レンズ１６５および１６６により集中させて照射しているので、支持部材５０全体へ紫外線ＵＶを照射するよりはタクトタイムを短くすることができる。
【００７６】
続いて、２波長の紫外線照射を開始する（Ｓ２０４）。
【００７７】
続いて、一定時間経経過後、紫外線照射を停止する（Ｓ２０５）。ここで一定時間は、表面改質に必要な時間であり、たとえば数秒〜数分程度である。この表面改質に必要な時間は限定されるものではないが、本実施形態は、カーボンブラックを樹脂に添加しているため、カーボンブラックを添加しなかった場合より短くてよい。
【００７８】
図７は、支持部材への紫外線照射を説明する説明図である。図示するように、支持部材５０の接着領域５７には、膜電極接合体２０が近傍まで来ている。このため、膜電極接合体２０にも紫外線ＵＶが当たる可能性がある。本実施形態では、支持部材５０の樹脂にカーボンブラックを添加したことで、紫外線照射により発熱し、支持部材５０の樹脂表面の分子結合が解離しやすくなる。このためカーボンブラックを添加しない場合と比較して紫外線照射時間を短くすることができる。したがって、仮に紫外線ＵＶが膜電極接合体２０に当たっても膜電極接合体２０が劣化するのを抑えることができる。
【００７９】
続いて、すべての接着領域５７に紫外線ＵＶを照射したか否かを確認して、すべての接着領域５７に紫外線ＵＶを照射していなければ（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０３へ戻り、次の接着領域５７に紫外線ＵＶを照射できるようにＸ−Ｙステージ１７０を移動させる。以降Ｓ２０４〜２０６を実行する。一方、すべての接着領域５７への紫外線照射が終了したなら、表面改質工程（Ｓ２）は終了して、次の接着工程（Ｓ３）を行う。
【００８０】
接着工程（Ｓ２）を説明する。
【００８１】
装置１００のＸ−Ｙステージ１７０にワークである支持部材５０をセットする（Ｓ３０１）。
【００８２】
続いて、接着領域５７に接着剤Ｓを塗布する（Ｓ３０２）。このとき接着剤Ｓの塗布は、たとえばロボットアームなどに設けられたノズルから接着剤Ｓを送り出し、ノズルと支持部材５０とを相対的に移動させて塗布する。
【００８３】
続いて、支持部材５０にセパレーター３０を載せる（Ｓ３０３）。
【００８４】
続いて、接着剤Ｓ部分を加熱または紫外線照射する（Ｓ３０４）。これにより接着剤Ｓを硬化させる。この段階において加熱するか紫外線照射するかは、使用する接着剤Ｓによって決まる。熱硬化型の接着剤Ｓを使用しているのであれば、この段階で加熱することになる。また、紫外線硬化型の接着剤Ｓを使用しているのであれば、この段階で接着剤Ｓを硬化させる波長の紫外線ＵＶを照射することになる。
【００８５】
ここで紫外線照射の場合の一例を説明する。図８は、接着剤硬化のための紫外線照射を説明する説明図である。図示するように、紫外線ＵＶは支持部材５０の方から行う。照射位置は接着領域５７である。そして、セパレーター３０の、支持部材５０と接着する面には、反射材３０１を設けておくことが好ましい。なお、セパレーター３０は金属であるので紫外線を反射する場合、反射材は設けなくてもよい。反射材３０１を設ける領域は、接着領域５７を含む部分である。これにより紫外線ＵＶは支持部材５０を透過してセパレーター３０の反射材３０１に反射して接着剤Ｓにより多く当たるようになる。このためより短時間で接着剤Ｓを硬化させることができる。したがって、紫外線照射時間を短縮することができる。
【００８６】
なお、紫外線ＵＶの照射方向はこのような例に限定されない。接着剤Ｓに紫外線ＵＶが照射できる位置であれば、どこから照射してもよい。
【００８７】
加熱または紫外線照射を一定時間行った後、加熱または紫外線照射を停止して（Ｓ３０５）、処理を終了する。これで支持部材５０にセパレーター３０が接合される。
【００８８】
本実施形態による表面改質の作用を説明する。図９は表面改質の作用を説明するために分子構造のモデルを示す模式図である。
【００８９】
図示する（ａ）紫外線照射前の状態では、支持部材５０の樹脂を構成する分子はすべて結合している。また、樹脂中にカーボンブラックＢＣが添加されている。これに紫外線ＵＶが照射されると、図示する（ｂ）紫外線照射の状態となり、一部の分子結合が解離する。このときカーボンブラックＢＣにも紫外線ＵＶが当たり発熱する。その後、図示する（ｃ）接着剤硬化後の状態では、接着剤Ｓ成分の分子が、結合が解離した支持部材５０内の分子と結合する。
【００９０】
このように、紫外線照射による表面改質後、接着剤Ｓを塗布、硬化させることで、接着剤Ｓを介して支持部材５０との強固な接合が可能となる。
【００９１】
以上説明した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
【００９２】
本実施形態は、支持部材５０を構成する樹脂中に、紫外線ＵＶを照射すると発熱する材料を添加しているので、紫外線照射により発熱が起こる。この発熱は、室温（２０℃）から約３５℃程度まで温度を上昇させることが可能となる。樹脂は熱が加わることで、その分子結合が解離しやすくなる。このため、この発熱により、紫外線ＵＶを照射すると発熱する材料を入れない場合と比較して、より短い時間で分子結合を解離させることが可能となる。これにより支持部材５０に支持されている膜電極接合体２０が紫外線ＵＶに当たる時間を短くして、紫外線ＵＶによる直接的な劣化を抑えることができる。
【００９３】
また、使用する紫外線ＵＶによってはオゾンが発生する。特に、波長が２００ｎｍ以下の場合にはオゾンが発生してしまう。本実施形態では、上記のように紫外線照射時間を短くできるため、このようなオゾン発生も抑えることが可能となって、膜電極接合体２０がオゾンに曝される時間を短くでき、オゾンよる劣化も抑えられる。
【００９４】
また、本実施形態では、支持部材５０を構成する樹脂として環状オレフィン系樹脂を用い、これにカーボンブラックを添加しているので、紫外線照射時に発熱する。
【００９５】
また、本実施形態では、少なくとも２波長の紫外線ＵＶを同時に使用することとしたので、発熱と同時に必要な分子結合の解離を同時に起こさせることができる。特に、３００ｎｍ波長の紫外線ＵＶを用いることで、カーボンブラックによる発熱を起こりやすくできる。さらにもう一つの波長を樹脂材料に合わせて選択して使用することで、接着に効果のある分子結合を解離させて、官能基を効率よく形成させて接着効果を高めることができる。しかも、接着剤Ｓを塗布、硬化させた後は、支持部材５０への紫外線照射によって解離した分子と強固に結びつく。
【００９６】
また、本実施形態の製造装置１００は集光レンズ１６５および１６６を使用することで、局所的に高エネルギーが照射できる。このため接着領域５７のみに、短時間で巨大なエネルギーを照射できるのでサイクルタイムを短縮できる。
【００９７】
また、照射する部位によって波長を使い分けることもでき、これまでは別々に処理していた工程を一つに集約でき、さらなるサイクルタイムの短縮を行うことができる。
【００９８】
また、本実施形態の製造装置１００は、紫外線ＵＶを照射する照射部１１０を複数用意して、照射する位置を変えてもよい。複数の照射部１１０を持ついことで、支持部材５０上の接着領域５７だけでなく、膜電極接合体２０を支持部材５０に接続する部分にも、同時に紫外線ＵＶを照射して表面改質することができる。このため、サイクルタイムを短縮できる。特に、ＵＶ−ＬＥＤを使用することで照射部１１０の構成を、エキシマランプを使用するよりも小型軽量にできるので、照射部１１０の複数化（特に光源の複数化）も容易である。
【００９９】
以上、本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はここで説明した実施形態以外の構成であってもよく、本発明は特許請求の範囲により規定した事項によって定められる様々な変形形態が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１  燃料電池、
２０  膜電極接合体、
２１  電解質膜、
２２  カソード側電極、
２３  アノード側電極、
３０  セパレーター、
５０  支持部材、
５７  接着領域、
１００  製造装置、
１１０  照射部、
１５１、１５２  光源（ＵＶ−ＬＥＤ）、
１６５、１６６  集光レンズ
１７０  Ｘ−Ｙステージ、
３０１  反射材、
ＢＣ  カーボンブラック、
Ｓ  接着剤、
ＵＶ  紫外線。
【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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【図８】
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【図９】
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