(57)【要約】【課題】均一な膜厚の触媒層を形成することができる電解質膜改質技術および膜・触媒層接合体の製造技術を提供する。【解決手段】第１巻出ローラ７１および第１巻取ローラ７４によって電解質膜２がロールトゥロール方式にて連続して搬送される。電解質膜２は、パーフルオロカーボンスルホン酸と補強材としてのポリテトラフルオロエチレンとを含む。裏面がバックシートに貼り合わされた状態で搬送される電解質膜２の表面に紫外線照射部７２から紫外線を照射する。その後、電解質膜２に加熱された一対のプレスローラ７３，７３によってホットプレス処理が行われる。紫外線照射とホットプレス処理によって改質された電解質膜２に電極インクを塗工して乾燥処理を行うことにより、均一な膜厚の触媒層を形成して膜・触媒層接合体を製造することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の電解質膜を改質する電解質膜改質装置であって、
一方面が支持部材に貼り合わされた帯状の電解質膜を所定速度で搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送される前記電解質膜の他方面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下の照度にて積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように照射する照射手段と、
を備えることを特徴とする電解質膜改質装置。
【請求項２】
請求項１記載の電解質膜改質装置において、
前記搬送手段による前記電解質膜の搬送経路に沿って前記照射手段よりも下流側に設けられ、前記支持部材に貼り合わされた前記電解質膜を一方面側および他方面側から挟んで圧縮する一対のプレスローラと、
前記一対のプレスローラを５０℃以上１８０℃以下に加熱する加熱手段と、
をさらに備えることを特徴とする電解質膜改質装置。
【請求項３】
請求項２記載の電解質膜改質装置において、
前記一対のプレスローラによる圧縮率は、２０％以上６０％以下であることを特徴とする電解質膜改質装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の電解質膜改質装置において、
前記電解質膜は、ポリテトラフルオロエチレンとパーフルオロカーボンスルホン酸とを含む高分子電解質膜であることを特徴とする電解質膜改質装置。
【請求項５】
燃料電池の電解質膜に触媒層を形成する膜・触媒層接合体の製造システムであって、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電解質膜改質装置と、
前記電解質膜の一方面および／または他方面に塗工液を塗工する塗工手段と、
前記電解質膜に塗工された塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥手段と、
を備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造システム。
【請求項６】
燃料電池の電解質膜を改質する電解質膜改質方法であって、
一方面が支持部材に貼り合わされた帯状の電解質膜を所定速度で搬送しつつ、前記電解質膜の他方面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下の照度にて積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように照射する照射工程を備えることを特徴とする電解質膜改質方法。
【請求項７】
請求項６記載の電解質膜改質方法において、
前記照射工程の後に、５０℃以上１８０℃以下に加熱された一対のプレスローラによって前記支持部材に貼り合わされた前記電解質膜を一方面側および他方面側から挟んで圧縮するホットプレス工程をさらに備えることを特徴とする電解質膜改質方法。
【請求項８】
請求項７記載の電解質膜改質方法において、
前記ホットプレス工程における前記一対のプレスローラによる圧縮率は、２０％以上６０％以下であることを特徴とする電解質膜改質方法。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれかに記載の電解質膜改質方法において、
前記電解質膜は、ポリテトラフルオロエチレンとパーフルオロカーボンスルホン酸とを含む高分子電解質膜であることを特徴とする電解質膜改質方法。
【請求項１０】
燃料電池の電解質膜に触媒層を形成する膜・触媒層接合体の製造方法であって、
請求項６から請求項９のいずれかに記載の電解質膜改質方法によって表面改質された電解質膜の他方面に塗工液を塗工する第１塗工工程と、
前記電解質膜の他方面に塗工された塗工液を乾燥させて触媒層を形成する第１乾燥工程と、
を備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の膜・触媒層接合体の製造方法において、
前記電解質膜の一方面から前記支持部材を剥離し、当該一方面に紫外線照射を行うことなく塗工液を塗工する第２塗工工程と、
前記電解質膜の一方面に塗工された塗工液を乾燥させて触媒層を形成する第２乾燥工程と、
をさらに備えることを特徴とする膜・触媒層接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に使用する電解質膜の改質方法および改質装置、並びに、その改質された電解質膜の両面に電極触媒層を形成した膜・触媒層接合体の製造システムおよび製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、家庭用、携帯電話などの駆動電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料に含まれる水素（Ｈ２）と空気中の酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電力を作り出す発電システムであり、発電効率が高く環境への負荷も軽いという特長を有する。
【０００３】
燃料電池には、使用する電解質によって幾つかの種類が存在しているが、そのうちの一つに電解質としてイオン交換膜（電解質膜）を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer electrolyte fuel cell）がある。固体高分子形燃料電池は、常温での動作および小型軽量化が可能であるため、自動車や携帯機器への適用が期待されている。
【０００４】
固体高分子形燃料電池は、一般的には複数のセルを積層して構成されている。１つのセル（単セル）は、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）の両側を一対のセパレータで挟み込んで構成されている。膜・電極接合体は、電解質の薄膜（高分子電解質膜）の両面に触媒層を形成した膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）の両側にさらにガス拡散層を配置したものである。高分子電解質膜を挟んで両側に配置された触媒層とガス拡散層とで一対の電極層が構成され、そのうちの一方がアノード電極であり、他方がカソード電極である。アノード電極に水素を含む燃料ガスが接触するとともに、カソード電極に空気が接触することにより電気化学反応によって電力が作り出される。
【０００５】
固体高分子形燃料電池用途の電解質膜としては、例えば特許文献１に開示されるような延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を補強材料とし、その補強材に電解質樹脂としてパーフルオロスルホン酸樹脂を一体に形成したものが用いられる。そして、このような電解質膜の表面に、白金（Ｐｔ）を含む触媒をアルコールなどの溶媒中に分散させた電極インク（電極ペースト）を塗工することによって上記の膜・触媒層接合体が作製される（特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１６２１３２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７７３８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６５４６０号公報
【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、特許文献１に開示されるような延伸多孔質ＰＴＦＥはＰＴＦＥシートを延伸多孔化して製造されるものであるが故に、その延伸多孔質ＰＴＦＥを補強材として使用した電解質膜では補強材が局所的に凝集している海島構造を呈している場合がある。このような電解質膜の表面に電極インクを塗工すると、凝集したＰＴＦＥが表面に露出している部分では電極インクが弾かれて層が薄くなり、その結果触媒層の膜厚が不均一になるというおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、均一な膜厚の触媒層を形成することができる電解質膜改質技術および膜・触媒層接合体の製造技術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、請求項１の発明は、燃料電池の電解質膜を改質する電解質膜改質装置において、一方面が支持部材に貼り合わされた帯状の電解質膜を所定速度で搬送する搬送手段と、前記搬送手段によって搬送される前記電解質膜の他方面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下の照度にて積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように照射する照射手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る電解質膜改質装置において、前記搬送手段による前記電解質膜の搬送経路に沿って前記照射手段よりも下流側に設けられ、前記支持部材に貼り合わされた前記電解質膜を一方面側および他方面側から挟んで圧縮する一対のプレスローラと、前記一対のプレスローラを５０℃以上１８０℃以下に加熱する加熱手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る電解質膜改質装置において、前記一対のプレスローラによる圧縮率は、２０％以上６０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る電解質膜改質装置において、前記電解質膜は、ポリテトラフルオロエチレンとパーフルオロカーボンスルホン酸とを含む高分子電解質膜であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、燃料電池の電解質膜に触媒層を形成する膜・触媒層接合体の製造システムにおいて、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る電解質膜改質装置と、前記電解質膜の一方面および／または他方面に塗工液を塗工する塗工手段と、前記電解質膜に塗工された塗工液を乾燥させて触媒層を形成する乾燥手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、燃料電池の電解質膜を改質する電解質膜改質方法において、一方面が支持部材に貼り合わされた帯状の電解質膜を所定速度で搬送しつつ、前記電解質膜の他方面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下の照度にて積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように照射する照射工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る電解質膜改質方法において、前記照射工程の後に、５０℃以上１８０℃以下に加熱された一対のプレスローラによって前記支持部材に貼り合わされた前記電解質膜を一方面側および他方面側から挟んで圧縮するホットプレス工程をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る電解質膜改質方法において、前記ホットプレス工程における前記一対のプレスローラによる圧縮率は、２０％以上６０％以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項６から請求項８のいずれかの発明に係る電解質膜改質方法において、前記電解質膜は、ポリテトラフルオロエチレンとパーフルオロカーボンスルホン酸とを含む高分子電解質膜であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、燃料電池の電解質膜に触媒層を形成する膜・触媒層接合体の製造方法において、請求項６から請求項９のいずれかの発明に係る電解質膜改質方法によって表面改質された電解質膜の他方面に塗工液を塗工する第１塗工工程と、前記電解質膜の他方面に塗工された塗工液を乾燥させて触媒層を形成する第１乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る膜・触媒層接合体の製造方法において、前記電解質膜の一方面から前記支持部材を剥離し、当該一方面に紫外線照射を行うことなく塗工液を塗工する第２塗工工程と、前記電解質膜の一方面に塗工された塗工液を乾燥させて触媒層を形成する第２乾燥工程と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項５の発明によれば、電解質膜の他方面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下の照度にて積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように照射するため、電解質膜が改質され、均一な膜厚の触媒層を形成することができる。
【００２１】
特に、請求項２および請求項３の発明によれば、加熱された一対のプレスローラによって電解質膜を圧縮するため、電解質膜をより十分に改質することができる。
【００２２】
請求項６から請求項１１の発明によれば、電解質膜の他方面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下の照度にて積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように照射するため、電解質膜が改質され、均一な膜厚の触媒層を形成することができる。
【００２３】
特に、請求項７および請求項８の発明によれば、加熱された一対のプレスローラによって電解質膜を圧縮するため、電解質膜をより十分に改質することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る膜・触媒層接合体の製造システムの全体概略構成を模式的に示す図である。
【図２】改質ユニットの概略構成を示す図である。
【図３】表面処理ユニットの概略構成を示す図である。
【図４】裏面処理ユニットの概略構成を示す図である。
【図５】吸着ローラおよび第２乾燥炉の構成を示す図である。
【図６】吸着ローラおよび第２乾燥炉の正面図である。
【図７】膜・触媒層接合体が製造される手順を示すフローチャートである。
【図８】膜・触媒層接合体が製造される手順を示すフローチャートである。
【図９】フロントシートおよびバックシートが貼り合わされた電解質膜の断面図である。
【図１０】電解質膜に対する紫外線照射を示す図である。
【図１１】電解質膜に対するホットプレス処理を示す図である。
【図１２】電解質膜の表面に電極インクが間欠塗工された状態を示す平面図である。
【図１３】表面に触媒層が形成された電解質膜の断面図である。
【図１４】第１プレスローラによってバックシートを剥離して電解質膜を吸着ローラに吸着させる様子を示す図である。
【図１５】表裏両面に触媒層が形成された電解質膜の断面図である。
【図１６】電解質膜にてフッ素樹脂の補強材が凝集している場合における電極インクの塗工状態を示す図である。
【図１７】電解質膜にてフッ素樹脂の補強材が凝集している場合における触媒層の膜厚プロファイルを示す図である。
【図１８】電解質膜の改質を行った場合における触媒層の膜厚プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る膜・触媒層接合体の製造システム１の全体概略構成を模式的に示す図である。この膜・触媒層接合体の製造システム１では、帯状の電解質膜２の改質を行った後に、その電解質膜２の表面および裏面に電極インク（電極ペースト）を塗工し、その電極インクを乾燥させて電解質膜２の両面に触媒層（電極層）を形成して固体高分子形燃料電池の膜・触媒層接合体３を製造する。
【００２７】
膜・触媒層接合体の製造システム１は、電解質膜２の改質処理を行う改質ユニット７０、電解質膜２の表面に触媒層の成膜処理を行う表面処理ユニット１０、および、電解質膜２の裏面に触媒層の成膜処理を行う裏面処理ユニット２０を備える。また、製造システム１は、改質ユニット７０、表面処理ユニット１０および裏面処理ユニット２０の全体を管理する制御部９０を備える。なお、電解質膜２の表面とは、電解質膜２の２つの面のうちの一方面であり、アノード電極またはカソード電極のいずれか一方の触媒層が形成される。また、電解質膜２の裏面とは、表面の反対側の他方面であり、表面とは異なる極性の触媒層が形成される。すなわち、表面および裏面は、電解質膜２の両面を単に識別するための表記であり、いずれか特定の面が表面または裏面に限定されるものではない。
【００２８】
図２は、改質ユニット７０の概略構成を示す図である。改質ユニット７０は、少なくとも紫外線照射によって電解質膜２の改質処理を行う。なお、図２および以降の各図には、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、図２および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００２９】
改質ユニット７０は、主たる要素として第１巻出ローラ７１、紫外線照射部７２、一対のプレスローラ７３，７３、および、第１巻取ローラ７４を備える。第１巻出ローラ７１は、保護のためのフロントシート５およびバックシート６が貼り合わされた電解質膜２が巻回されており、その電解質膜２を連続的に送り出す。電解質膜２は、第１巻出ローラ７１から送り出されて第１巻取ローラ７４によって巻き取られることにより、紫外線照射部７２からプレスローラ７３，７３の順にロールトゥロール方式にて連続して一定速度で搬送される。改質ユニット７０では、電解質膜２がその表面を上側に向けて搬送される。
【００３０】
電解質膜２としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜（例えば、ゴア(Gore)社製のGoreselect（登録商標））が使用される。電解質膜２は、パーフルオロカーボンスルホン酸に加えて補強材として延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んでいる。電解質膜２は、非常に薄くて機械的強度が弱く、大気中の少量の湿気によっても容易に膨潤する一方で湿度が低くなると収縮する特性を有しており、極めて変形しやすい。このため、第１巻出ローラ７１には、電解質膜２の変形を防止するために初期状態としてフロントシート５およびバックシート６付きの電解質膜２が巻回されている。フロントシート５およびバックシート６としては、機械的な強度に富んで形状保持機能に優れた樹脂材料、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムを用いることができる。本実施形態では、電解質膜２の表面にフロントシート５が貼り合わされ、裏面にバックシート６が貼り合わされている。
【００３１】
第１巻出ローラ７１に巻回された初期状態の電解質膜２において、電解質膜２自体の膜厚は５μｍ〜３０μｍであり、幅は最大で３００ｍｍ程度である。また、フロントシート５およびバックシート６の膜厚は２５μｍ〜１００μｍであり、その幅は電解質膜２の幅より若干大きい。なお、フロントシート５およびバックシート６の幅は電解質膜２の幅と同じであっても良い。
【００３２】
第１巻出ローラ７１から第１巻取ローラ７４へと向かう電解質膜２の搬送経路の最上流には、一対の剥離ローラ７６，７６およびフロントシート巻取ローラ７５が設けられている。第１巻出ローラ７１から送り出された電解質膜２はその表面を上側に向けて搬送されるため、電解質膜２の上側および下側にそれぞれフロントシート５およびバックシート６が貼付された状態である。一対の剥離ローラ７６，７６では、これらのうちの上側のフロントシート５が電解質膜２から剥離される。剥離されたフロントシート５は、フロントシート巻取ローラ７５によって巻き取られる。
【００３３】
第１巻出ローラ７１から第１巻取ローラ７４へと向かう電解質膜２の搬送経路に沿って剥離ローラ７６，７６の下流側に紫外線照射部７２が設置されている。紫外線照射部７２は電解質膜２の搬送経路の上方に設けられる。紫外線照射部７２は、紫外線ランプ７２ａを内蔵しており（図１０参照）、搬送経路に沿って一定速度で搬送される電解質膜２の表面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を照射する。紫外線ランプ７２ａとしては、例えば低圧水銀灯を用いることができる。また、紫外線ランプ７２ａは、低圧水銀灯に限定されるものではなく、例えばエキシマランプやＬＥＤであっても良い。
【００３４】
紫外線照射部７２が照射する紫外線の波長は、紫外線ランプ７２ａの種類に依拠しており、例えば低圧水銀灯を用いた場合には、波長１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの紫外線を照射することができる。また、紫外線照射部７２は、紫外線ランプ７２ａにエキシマランプを採用した場合には波長１７２ｎｍの紫外線を照射することができ、ＬＥＤを採用した場合には波長３６５ｎｍ，３８５ｎｍ，３９５ｎｍの紫外線を照射することができる。紫外線照射部７２から電解質膜２の表面に照射される紫外線の照度および積算光量についてはさらに後述する。
【００３５】
第１巻出ローラ７１から第１巻取ローラ７４へと向かう電解質膜２の搬送経路に沿って紫外線照射部７２のさらに下流側に一対のプレスローラ７３，７３が設けられている。一対のプレスローラ７３，７３は、双方の間隔（ロールギャップ）が所定値となるように配置されている。一対のプレスローラ７３，７３のロールギャップは、電解質膜２とバックシート６との合計厚さよりも小さな値に調整されている。従って、搬送される電解質膜２が一対のプレスローラ７３，７３の間を通過することによって、バックシート６に貼り合わされた電解質膜２が表面側および裏面側から一対のプレスローラ７３，７３に挟まれて圧縮される。
【００３６】
また、一対のプレスローラ７３，７３は、加熱部７７によって加熱される。加熱部７７としては、例えばプレスローラ７３，７３に内蔵されたヒータに電力を供給する機構であっても良いし、プレスローラ７３，７３に設けられた配管に温水を供給する機構であっても良い。加熱部７７は、一対のプレスローラ７３，７３を５０℃以上１８０℃以下の所定温度に加熱する。これにより、電解質膜２は一対のプレスローラ７３，７３によって加熱されつつ圧縮される（ホットプレス）こととなる。
【００３７】
一対のプレスローラ７３，７３を通過した電解質膜２は第１巻取ローラ７４によって巻き取られる。第１巻取ローラ７４は、裏面にバックシート６が貼り合わされた電解質膜２を巻き取る。また、第１巻取ローラ７４は、第１巻出ローラ７１から送り出された電解質膜２に一定の張力を与える。
【００３８】
図３は、表面処理ユニット１０の概略構成を示す図である。表面処理ユニット１０は、第２巻出ローラ１１、表面塗工ノズル１２、第１乾燥炉１３および第２巻取ローラ１４を備え、電解質膜２の表面に電極インクを塗工して触媒層を形成する。第２巻出ローラ１１には、改質ユニット７０の第１巻取ローラ７４によって巻き取られた電解質膜２のロールが装着される。すなわち、第２巻出ローラ１１は、バックシート６付きの電解質膜２が巻回されており、そのバックシート６付きの電解質膜２を連続的に送り出す。バックシート６付きの電解質膜２は、第２巻出ローラ１１から送り出されて第２巻取ローラ１４によって巻き取られることにより、表面塗工ノズル１２および第１乾燥炉１３の順にロールトゥロール方式にて連続して搬送される。
【００３９】
第２巻出ローラ１１から第１巻取ローラ１４へと向かう電解質膜２の搬送経路の途中に表面塗工ノズル１２が設けられている。表面塗工ノズル１２は、電解質膜２の幅方向に沿ってスリット状の吐出口を備えたスリットノズルである。そのスリット状の吐出口の長手方向はＹ軸方向である。表面塗工ノズル１２は、その吐出口からの吐出方向が概ね水平方向（Ｘ軸方向）に沿うように設置されている。また、表面塗工ノズル１２には、バックアップローラ１５と吐出口との間隔を調整する機構および姿勢を規定する機構が付設されている（いずれも図示省略）。
【００４０】
バックアップローラ１５は、表面塗工ノズル１２と電解質膜２を挟んで対向して設けられている。バックアップローラ１５は、その回転軸が表面塗工ノズル１２の吐出口と平行な水平方向に沿うように回転自在に設けられている。バックアップローラ１５は、第２巻出ローラ１１から送り出されて搬送される電解質膜２の裏面を支持する。より厳密には、バックアップローラ１５は直接には電解質膜２の裏面に貼り合わされたバックシート６に接触して電解質膜２を支持する。よって、表面塗工ノズル１２は、その吐出口がバックアップローラ１５によって支持される電解質膜２の表面に対向するように設けられる。
【００４１】
バックアップローラ１５は、回転軸と垂直な方向に対しては固定されているため、表面塗工ノズル１２の吐出口とバックアップローラ１５の外周面との間隔は常に一定である。このため、バックアップローラ１５によって支持された電解質膜２と表面塗工ノズル１２の吐出口との間隔は安定して常に一定となる。
【００４２】
表面塗工ノズル１２には、図外の塗工液供給機構から塗工液として電極インクが供給される。本実施形態で使用される電極インクは、例えば、触媒粒子、イオン伝導性電解質および分散媒を含有する。触媒粒子としては、公知または市販のものを使用することができ、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおける燃料電池反応を起こさせるものであれば特に限定されず、例えば白金（Ｐｔ）、白金合金、白金化合物等を用いることができる。このうち白金合金としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）等からなる群から選択された少なくとも１種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の電極インクの触媒粒子には白金、アノード用の電極インクの触媒粒子には上述の白金合金が用いられる。
【００４３】
また、触媒粒子は、触媒微粒子が炭素粉に担持された、いわゆる触媒担持炭素粉であっても良い。触媒担持炭素の平均粒子径は、通常１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜８０ｎｍ程度、最も好ましくは４０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。触媒微粒子を担持する炭素粉は特に制限されるものではなく、例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらは、１種単独で使用しても良いし、２種以上併用しても良い。
【００４４】
上記のような触媒粒子に溶媒を加えてスリットノズルから塗布可能なペーストとする。溶媒としては、水、エタノール、ｎ−プロパノールおよびｎ−ブタノールなどのアルコール系、並びに、エーテル系、エステル系およびフッ素系などの有機溶剤を用いることができる。
【００４５】
さらに、溶媒中に触媒粒子を分散させた溶液にイオン交換基を有する高分子電解質溶液を加える。一例として、白金を５０ｗｔ％担持したカーボンブラック（田中貴金属工業（株）製の「TEC10E50E」）を水、エタノールおよび高分子電解質溶液（米国DuPont社製のNafion液「D2020」）に分散させて電極インクを得ることができる。このようにして混合されたペーストを電極インクとして表面塗工ノズル１２に供給する。
【００４６】
表面塗工ノズル１２は、供給された上述の如き電極インクを吐出口から吐出し、バックアップローラ１５によって支持された状態で走行する電解質膜２の表面に塗工する。表面塗工ノズル１２は、連続して電極インクを吐出するときには連続塗工を行うことができ、断続的に電極インクを吐出するときには間欠塗工を行うことができる。
【００４７】
第１乾燥炉１３は、電解質膜２の搬送経路の経路途中であって、表面塗工ノズル１２よりも下流側に設置されている。第１乾燥炉１３は、その内部を通過する電解質膜２に熱風を吹き付けて加熱することによって、電解質膜２の表面に塗工された電極インクの乾燥処理を行う。この乾燥処理によって電極インクから溶剤が蒸発して触媒層９が形成される（図１３参照）。第１乾燥炉１３としては、公知の熱風乾燥炉を用いることができる。
【００４８】
第１乾燥炉１３を通過した電解質膜２は第２巻取ローラ１４によって巻き取られる。第２巻取ローラ１４は、裏面にバックシート６が貼り合わされたまま表面のみに触媒層９が形成された電解質膜２を巻き取る。また、第２巻取ローラ１４は、第２巻出ローラ１１から送り出された電解質膜２に一定の張力を与える。
【００４９】
図４は、裏面処理ユニット２０の概略構成を示す図である。裏面処理ユニット２０は、電解質膜２の裏面側の成膜処理を行うための主たる要素として、電解質膜２からバックシート６を剥離する剥離部３０と、電解質膜２を吸着支持して搬送する吸着ローラ２１と、電解質膜２の裏面に電極インクを塗工する裏面塗工ノズル４０と、塗工された電極インクを加熱して乾燥させる第２乾燥炉５０と、を備える。裏面処理ユニット２０は、電解質膜２の裏面に電極インクを塗工して触媒層を形成する。
【００５０】
剥離部３０は第１プレスローラ３１を備える。また、裏面処理ユニット２０は、第３巻出ローラ３２、補助ローラ３３およびバックシート巻取ローラ３４を備える。第３巻出ローラ３２には、表面処理ユニット１０の第２巻取ローラ１４によって巻き取られた電解質膜２のロールが装着される。すなわち、第３巻出ローラ３２に巻回される電解質膜２の裏面にはバックシート６が貼り合わされるとともに、表面には触媒層９が形成されている。第３巻出ローラ３２は、そのような電解質膜２を連続的に送り出す。
【００５１】
第３巻出ローラ３２から送り出された電解質膜２は、補助ローラ３３に懸架され、第１プレスローラ３１によって吸着ローラ２１に押し付けられる。第１プレスローラ３１は、図示を省略するシリンダーによって吸着ローラ２１の外周面から所定の間隔を隔てた位置に近接支持されている。第１プレスローラ３１と吸着ローラ２１の外周面との間隔は、バックシート６付き電解質膜２の厚さよりも小さい。従って、バックシート６付き電解質膜２が第１プレスローラ３１と吸着ローラ２１との間を通過するときに、触媒層９を含む電解質膜２の表面が吸着ローラ２１に押し付けられる。第１プレスローラ３１がバックシート６付き電解質膜２を吸着ローラ２１に押し付ける力は、上記のシリンダーによって第１プレスローラ３１と吸着ローラ２１との間隔を調整することによって制御される。
【００５２】
第１プレスローラ３１が電解質膜２の表面を吸着ローラ２１に押し付けることによって、電解質膜２は吸着ローラ２１の外周面に吸着される。このとき、バックシート６は電解質膜２の裏面から剥離され、バックシート巻取ローラ３４に巻き取られる。すなわち、剥離部３０の第１プレスローラ３１は、バックシート６付きの電解質膜２からバックシート６を剥離するとともに、電解質膜２を吸着ローラ２１に押し付けて吸着させる役割を担っている。バックシート巻取ローラ３４は、図示省略のモータによって連続的に回転されることにより、バックシート６を連続的に巻き取るとともに、第３巻出ローラ３２から補助ローラ３３を経て第１プレスローラ３１に至るバックシート６付き電解質膜２に一定の張力を与える。
【００５３】
吸着ローラ２１は、中心軸がＹ軸方向に沿うように設置された円柱形状の部材である。吸着ローラ２１の大きさは、例えば、高さ（Ｙ軸方向の長さ）が４００ｍｍであり、直径が４００ｍｍ〜１６００ｍｍである。吸着ローラ２１は、図示省略のモータによってＹ軸方向に沿った中心軸を回転中心として図１中矢印ＡＲ１に示す向きに回転される。
【００５４】
吸着ローラ２１は、多孔質カーボンまたは多孔質セラミックスにて形成された多孔質ローラである。多孔質セラミックスとしては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体を用いることができる。多孔質の吸着ローラ２１における気孔径は５μｍ以下であり、気孔率は１５％〜５０％の範囲内である。また、吸着ローラ２１の外周面（円柱の周面）の表面粗さは、Ｒｚ（最大高さ）が５μｍ以下であり、この値は小さいほど好ましい。さらに、回転時の吸着ローラ２１の全振れ（回転軸から外周面までの距離の変動）は１０μｍ以下とされている。
【００５５】
図５は、吸着ローラ２１および第２乾燥炉５０の構成を示す図である。吸着ローラ２１の上面および／または底面には吸引口２３が設けられている。吸引口２３は、図外の吸引機構（例えば、排気ポンプ）によって吸引されて負圧が与えられる。吸着ローラ２１は、気孔率が１５％〜５０％の多孔質であるため、吸引口２３に負圧が付与されると、内部の気孔を介して吸着ローラ２１の外周面にも所定値の負圧（周辺雰囲気から外周面に吸引する圧力）が均一に作用することとなる。例えば、本実施形態では、吸引口２３に９０ｋＰａ以上の負圧が付与されることによって、吸着ローラ２１の外周面には１０ｋＰａ以上の負圧が均一に作用することとなる。これにより、吸着ローラ２１は、電解質膜２を幅方向（Ｙ軸方向）の全域にわたって均等に吸着することができる。
【００５６】
また、吸着ローラ２１には、複数の水冷管２２が設けられている。水冷管２２は、吸着ローラ２１の内部を巡るように均一な配設密度にて設けられている。水冷管２２には図外の給水機構から所定温度に温調された恒温水が供給される。水冷管２２の内部を流れた恒温水は図外の排液機構へと排出される。水冷管２２に恒温水を流すことによって、吸着ローラ２１は冷却されることとなる。
【００５７】
図４に戻り、吸着ローラ２１の外周面に対向して裏面塗工ノズル４０が設けられている。裏面塗工ノズル４０は、吸着ローラ２１による電解質膜２の搬送方向において、第１プレスローラ３１よりも下流側に設けられている。裏面塗工ノズル４０は、先端（（＋Ｘ）側の端部）にスリット状の吐出口を備えたスリットノズルである。そのスリット状の吐出口の長手方向はＹ軸方向である。裏面塗工ノズル４０は、スリット状の吐出口が吸着ローラ２１の外周面から所定間隔を隔てる位置に設けられている。また、裏面塗工ノズル４０は、図示しない駆動機構によって吸着ローラ２１に対する位置および姿勢が調整可能に設けられている。
【００５８】
裏面塗工ノズル４０には、図外の塗工液供給機構から塗工液として電極インクが供給される。裏面塗工ノズル４０に供給される電極インクは、上述したのと同様のものであるが、表面塗工ノズル１２に供給される電極インクとは逆極性である。例えば、表面塗工ノズル１２にアノード用の電極インクが供給される場合には、裏面塗工ノズル４０にはカソード用の電極インクが供給される。
【００５９】
裏面塗工ノズル４０は、供給された電極インクを吐出口から吐出して吸着ローラ２１によって吸着搬送される電解質膜２の裏面に塗工する。表面塗工ノズル１２と同様に、裏面塗工ノズル４０は、連続して電極インクを吐出するときには連続塗工を行うことができ、断続的に電極インクを吐出するときには間欠塗工を行うことができる。但し、表面処理ユニット１０にて表面塗工ノズル１２が連続塗工を行ったときには裏面塗工ノズル４０も連続塗工を行い、表面塗工ノズル１２が間欠塗工を行ったときには裏面塗工ノズル４０も間欠塗工を行う。
【００６０】
第２乾燥炉５０は、吸着ローラ２１の外周面の一部を覆うように設けられている。図５に示すように、第２乾燥炉５０は、３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３、および、２つの熱遮断ゾーン５４，５５の合計５つのゾーンに分割されている。３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３のそれぞれは、図外の熱風送風部からの熱風送風により、吸着ローラ２１の外周面に向けて熱風を吹き付ける。第２乾燥炉５０からの熱風の吹き付けによって、電解質膜２の裏面に塗工された電極インクが乾燥される。
【００６１】
３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３は、吹き付ける熱風の温度が異なる。３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３が吹き付ける熱風の温度は、吸着ローラ２１による電解質膜２の搬送方向の上流側から下流側に向けて（図５の紙面上にて時計回りに）順次高くなる。例えば、最も上流側の乾燥ゾーン５１の熱風温度は室温〜４０℃であり、中間の乾燥ゾーン５２の熱風温度は４０℃〜８０℃であり、最も下流側の乾燥ゾーン５３の熱風温度は５０℃〜１００℃である。
【００６２】
２つの熱遮断ゾーン５４，５５は、電解質膜２の搬送方向に沿って乾燥ゾーン５１，５２，５３の両端に設けられている。熱遮断ゾーン５４は乾燥ゾーン５１の上流側に設けられ、熱遮断ゾーン５５は乾燥ゾーン５３の下流側に設けられている。２つの熱遮断ゾーン５４，５５は、図外の排気部からの排気により、吸着ローラ２１の外周面近傍の雰囲気を吸引する。これによって、乾燥ゾーン５１，５２，５３から吹き出された熱風が第２乾燥炉５０を超えて吸着ローラ２１の上流側および下流側に流れ出るのを防止するとともに、乾燥時に電極インクから生じた溶媒蒸気などが第２乾燥炉５０の外部に漏出するのを防止することができる。なお、少なくとも上流側の熱遮断ゾーン５４が設けられていれば、乾燥ゾーン５１，５２，５３から吹き出された熱風が裏面塗工ノズル４０に流れ込んで吐出口近傍を乾燥させることに起因した塗工不良の発生を防止することができる。
【００６３】
図６は、吸着ローラ２１および第２乾燥炉５０の正面図である。第２乾燥炉５０には、吸着ローラ２１の幅方向（Ｙ軸方向）に沿った両端にも吸引部５６，５７が設けられている。吸引部５６，５７は、熱遮断ゾーン５４，５５と同様に、周辺の雰囲気を吸引する。これによって、乾燥炉４０の幅方向両端から漏出しようとする熱風および溶媒蒸気などをも吸引回収することができる。
【００６４】
図４に戻り、吸着ローラ２１による電解質膜２の搬送方向に沿って第２乾燥炉５０よりも下流側に第２プレスローラ３９が設けられている。第２プレスローラ３９は、図示を省略するシリンダーによって吸着ローラ２１の外周面から所定の間隔を隔てた位置に近接支持されている。第２プレスローラ３９と吸着ローラ２１の外周面との間隔は、乾燥処理後の電解質膜２の厚さ（電解質膜２と表裏両面の触媒層９との合計厚さ）よりも小さい。従って、乾燥処理後の電解質膜２が第２プレスローラ３９と吸着ローラ２１との間を通過するときに、触媒層９を含む電解質膜２の裏面が第２プレスローラ３９に押し付けられる。
【００６５】
電解質膜２の裏面が第２プレスローラ３９に押し付けられることによって、電解質膜２は吸着ローラ２１から剥離されて第２プレスローラ３９に巻き付けらてさらに下流側へと送り出される。なお、第１プレスローラ３１および第２プレスローラ３９は、吸着ローラ２１と同程度の幅を有する金属ローラであっても良いし、樹脂製のローラであっても良い。また、第１プレスローラ３１および第２プレスローラ３９の径は適宜のものとすることができる。
【００６６】
裏面処理ユニット２０は、さらに追加乾燥炉５９および第３巻取ローラ３８を備える。第２プレスローラ３９から送り出された電解質膜２が第３巻取ローラ３８によって巻き取られることにより、電解質膜２は第２プレスローラ３９から追加乾燥炉５９を経て第３巻取ローラ３８へと順に連続して搬送される。
【００６７】
追加乾燥炉５９は、第２プレスローラ３９と第３巻取ローラ３８との間に配置されている。追加乾燥炉５９としては、公知の熱風乾燥炉を用いることができる。第２プレスローラ３９によって送り出された電解質膜２が追加乾燥炉５９を通過することによって触媒層９の仕上げの乾燥が行われる。電解質膜２の両面の触媒層９が完全に乾燥されることによって膜・触媒層接合体３として完成する。
【００６８】
追加乾燥炉５９を通過した膜・触媒層接合体３は第３巻取ローラ３８によって巻き取られる。第３巻取ローラ３８は、表裏両面に触媒層９が形成された電解質膜２（つまり膜・触媒層接合体３）を巻き取る。このときに、アノード電極の触媒層９とカソード電極の触媒層９との接触を防止するために、ＰＥＮやＰＥＴなどのフィルムを合紙として膜・触媒層接合体３の層間に挟み込むようにしても良い。
【００６９】
さらに、膜・触媒層接合体の製造システム１は、改質ユニット７０、表面処理ユニット１０および裏面処理ユニット２０に設けられた各機構を制御する制御部９０を備える（図１）。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部９０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって、製造システム１に設けられた各動作機構が制御されて膜・触媒層接合体３の製造処理が進行する。
【００７０】
次に、上記の構成を有する膜・触媒層接合体の製造システム１における処理手順について説明する。図７および図８は、製造システム１において膜・触媒層接合体３が製造される手順を示すフローチャートである。図７に示すのは主に改質ユニット７０および表面処理ユニット１０における処理であり、図８に示すのは裏面処理ユニット２０における処理である。以下に説明する膜・触媒層接合体３の製造手順は、制御部９０が製造システム１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００７１】
まず、改質ユニット７０の第１巻出ローラ７１が電解質膜２を巻き出す（ステップＳ１）。第１巻出ローラ７１から巻き出された電解質膜２が第１巻取ローラ７４によって巻き取られることにより、電解質膜２はロールトゥロール方式にて連続して一定速度で搬送される。第１巻出ローラ７１から巻き出された電解質膜２の表面および裏面のそれぞれにはフロントシート５およびバックシート６が貼り合わされている。
【００７２】
図９は、フロントシート５およびバックシート６が貼り合わされた電解質膜２の断面図である。上述したように、固体高分子形燃料電池用途の電解質膜２は大気中に含まれる少量の湿気によっても極めて容易に変形するため、電解質膜２の製造時に巻き取られる段階で形状保持のための帯状の樹脂フィルムであるフロントシート５およびバックシート６が電解質膜２の表裏面に貼り付けられた状態となっている。改質ユニット７０の第１巻出ローラ７１には、そのような電解質膜２が巻回されており、未処理の電解質膜２として巻き出される。第１巻出ローラ７１から送り出される電解質膜２は、その表面を上側に向けて（つまり、フロントシート５およびバックシート６がそれぞれ上側および下側となるように）搬送される。
【００７３】
第１巻出ローラ７１から送り出された図９の如き電解質膜２から一対の剥離ローラ７６，７６によってフロントシート５が剥離される（ステップＳ２）。剥離ローラ７６，７６によって剥離されたフロントシート５はフロントシート巻取ローラ７５によって巻き取られる。第１巻出ローラ７１から第１巻取ローラ７４へと向かう電解質膜２の搬送経路に沿って一対の剥離ローラ７６，７６よりも下流側においては、裏面がバックシート６に貼り合わされた帯状の電解質膜２が一定速度で搬送されることとなる。
【００７４】
第１巻出ローラ７１および第１巻取ローラ７４によって一定速度で搬送される電解質膜２の表面に紫外線照射部７２から紫外線が照射される（ステップＳ３）。図１０は、電解質膜２に対する紫外線照射を示す図である。紫外線照射部７２が内蔵する紫外線ランプ７２ａは、波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を電解質膜２の表面に照射する。パーフルオロカーボンスルホン酸と補強材としてのポリテトラフルオロエチレンとを含む電解質膜２は、波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の光に対して透明であるため、紫外線照射部７２が照射する紫外線を透過する。このため、図１０に示すように、紫外線照射部７２から照射された紫外線は、電解質膜２の表面からバックシート６と貼り合わされた裏面にまで到達する。
【００７５】
紫外線照射部７２から照射される紫外線の電解質膜２表面における照度は、０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下である。電解質膜２の表面における紫外線の照度は、紫外線照射部７２を設置する高さ位置、すなわち紫外線照射部７２と電解質膜２との距離を調整することによって規定することができる。紫外線照射部７２と電解質膜２との距離が大きくなるほど、電解質膜２の表面における紫外線の照度は小さくなる。
【００７６】
また、紫外線照射を受ける電解質膜２は、図１０の矢印ＡＲ１０にて示すように、第１巻出ローラ７１および第１巻取ローラ７４によって一定速度で搬送されている。従って、紫外線照射部７２による照射時間は、電解質膜２表面における紫外線の照射幅（紫外線照射領域のＸ軸方向に沿った長さ）と電解質膜２の搬送速度とによって規定される。具体的には、紫外線の照射幅を電解質膜２の搬送速度によって除した値が照射時間であり、例えば紫外線の照射幅が９ｍｍで電解質膜２の搬送速度が１０ｍｍ／秒であれば紫外線照射時間は０．９秒となる。
【００７７】
電解質膜２の表面における紫外線の照度に照射時間を乗じた値が「積算光量」である。紫外線照射部７２から電解質膜２に照射される紫外線の積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように調整される。より具体的には、積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲内となるように、紫外線照射部７２による照度および照射幅並びに電解質膜２の搬送速度が調整される。
【００７８】
このようにして紫外線照射部７２は、電解質膜２の表面に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の紫外線を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下の照度にて積算光量が１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下となるように照射する。紫外線照射部７２からの紫外線照射を受けた電解質膜２においては改質が促進される。電解質膜２は紫外線を透過するため、電解質膜２の膜厚方向の全体にわたって改質が進行する。また、紫外線照射部７２から照射された紫外線は電解質膜２とバックシート６との貼り合わせ面にまで到達し、それらの間の密着性を高める。
【００７９】
次に、紫外線照射部７２の下方を通過した電解質膜２が一対のプレスローラ７３，７３に到達し、ホットプレス処理が実行される（ステップＳ４）。図１１は、電解質膜２に対するホットプレス処理を示す図である。電解質膜２は、第１巻出ローラ７１および第１巻取ローラ７４によって図中矢印ＡＲ１１にて示す向きに搬送されている。電解質膜２は、一対のプレスローラ７３，７３の間を通過する。なお、電解質膜２の搬送速度に整合するように一対のプレスローラ７３，７３が図示省略の回転駆動機構によって回転されても良い。
【００８０】
一対のプレスローラ７３，７３の間隔は、プレス前の電解質膜２およびバックシート６の合計厚さｄ１よりも小さな値に設定されている。従って、矢印ＡＲ１１の向きに搬送される電解質膜２が一対のプレスローラ７３，７３の間を通過するときに、バックシート６に貼り合わされた電解質膜２が表面側および裏面側から一対のプレスローラ７３，７３に挟まれて圧縮される。ここで、一対のプレスローラ７３，７３による圧縮率＝（（プレス前の電解質膜２およびバックシート６の合計厚さｄ１−プレス後の電解質膜２およびバックシート６の合計厚さｄ２）／厚さｄ１）が２０％以上６０％以下となるようにロールギャップが調整されている。
【００８１】
また、一対のプレスローラ７３，７３は加熱部７７（図２参照）によって５０℃以上１８０℃以下の所定温度に加熱されている。このような加熱されたプレスローラ７３，７３の間を電解質膜２が通過することによって、電解質膜２は加熱されつつ圧縮されるというホットプレス処理を受けることとなる。ホットプレス処理によって、電解質膜２の改質がさらに促進される。
【００８２】
プレスローラ７３，７３を通過した電解質膜２は第１巻取ローラ７４によって巻き取られる。以上のようにして、改質ユニット７０における、電解質膜２の改質処理が完了する。改質ユニット７０では、紫外線照射とホットプレス処理とによってパーフルオロカーボンスルホン酸と補強材としてのポリテトラフルオロエチレンとを含む電解質膜２の改質を促進する。
【００８３】
次に、改質ユニット７０の第１巻取ローラ７４によって巻き取った電解質膜２のロールを表面処理ユニット２０の第２巻出ローラ１１に再装着する（ステップＳ５）。この作業は、リフターなどによって自動で行うようにしても良いし、作業員が手動で行っても良い。
【００８４】
改質された電解質膜２が表面処理ユニット１０の第２巻出ローラ１１に装着された後、第２巻出ローラ１１がその電解質膜２を巻き出す（ステップＳ６）。第２巻出ローラ１１から送り出される電解質膜２の裏面にはバックシート６が貼り合わされている。第２巻出ローラ１１から連続的に引き出されたバックシート６付きの電解質膜２は、表面塗工ノズル１２から第１乾燥炉１３の順に搬送されて第２巻取ローラ１４によって巻き取られる。第２巻出ローラ１１は、表面が上側を向くように（つまり、バックシート６が下側となるように）電解質膜２を送り出す。
【００８５】
第２巻出ローラ１１から送り出されて第２巻取ローラ１４によって巻き取られることによりロールトゥロール方式で連続搬送される電解質膜２の表面には、表面塗工ノズル１２から電極インクが塗工される（ステップＳ７）。固体高分子形燃料電池の電解質膜２に塗工する電極インクは、上述した通りのものであり、例えば白金や白金合金などの触媒粒子、イオン伝導性電解質および分散媒を含有する。表面塗工ノズル１２が塗工する電極インクは、カソード用であってもアノード用であっても良い。
【００８６】
表面塗工ノズル１２は、バックアップローラ１５によって支持されつつ連続搬送される電解質膜２の表面に電極インクを塗工する。バックアップローラ１５によって安定して支持（厳密にはバックシート６の裏面から支持）された電解質膜２の表面と表面塗工ノズル１２の吐出口との間隔は常に一定である。このため、表面塗工ノズル１２は、電解質膜２の表面に電極インクを均一に塗工することができ、電解質膜２の表面に形成される塗膜の幅および膜厚は均一となる。
【００８７】
また、本実施形態では、表面塗工ノズル１２が断続的に電極インクを吐出することによって、連続搬送される電解質膜２の表面に間欠塗工を行っている。図１２は、電解質膜２の表面に電極インクが間欠塗工された状態を示す平面図である。第２巻出ローラ１１から第２巻取ローラ１４に向けて一定速度で搬送されるバックシート６付き電解質膜２の表面に表面塗工ノズル１２から電極インクを断続的に吐出することによって、図１２に示すように、電解質膜２の表面には一定サイズの矩形状の電極インク層８が一定間隔で不連続に形成される。
【００８８】
電解質膜２の表面に形成される各電極インク層８の幅は、表面塗工ノズル１２のスリット状吐出口の幅によって規定される。各電極インク層８の長さは、表面塗工ノズル１２の電極インク吐出時間と電解質膜２の搬送速度とによって規定される。また、電極インク層８の厚さ（高さ）は、表面塗工ノズル１２のスリット状吐出口と電解質膜２の表面との間隔および電極インクの吐出流量と電解質膜２の搬送速度とによって規定され、例えば１０μｍ〜３００μｍである。電極インクは表面塗工ノズル１２から塗工可能なペーストであり、電解質膜２上にて電極インク層８の形状を維持できる程度の粘性を有している。
【００８９】
次に、表面に電極インク層８が形成された電解質膜２が第１乾燥炉１３に搬送されて通過するときに、電極インク層８の乾燥処理が行われる（ステップＳ８）。表面側の電極インク層８の乾燥処理は、第１乾燥炉１３から電極インク層８に熱風を吹き付けることによって行われる。熱風が吹き付けられることによって電極インク層８が加熱されて溶媒成分が揮発し、電極インク層８が乾燥される。溶媒成分が揮発することによって電解質膜２の表面に形成された電極インク層８が乾燥されて触媒層９となる。なお、本実施形態においては、裏面処理ユニット２０に追加乾燥炉５９を設けて最終の仕上げ乾燥を行うため、第１乾燥炉１３では触媒層９に接触する物体にインクが付着しない程度にまで乾燥させておけば良い。
【００９０】
図１３は、表面に触媒層９が形成された電解質膜２の断面図である。電解質膜２の裏面にバックシート６が貼り合わされているとともに、表面には断続的に触媒層９が形成されている。触媒層９は、白金などの触媒粒子が担持された電極層である。触媒層９は、電極インク層８から溶媒成分が揮発して固化したものであるため、その厚さは電極インク層８よりも薄い。乾燥後の触媒層９の厚さは、例えば３μｍ〜５０μｍである。
【００９１】
第１乾燥炉１３を通過した図１３に示すような電解質膜２は第２巻取ローラ１４によって巻き取られる。このときには、電解質膜２の表面に形成された触媒層９と裏面に貼り合わされたバックシート６とが接触することとなるが、触媒層９は第１乾燥炉１３によってインクが付着しない程度にまで乾燥されているので問題は生じない。以上のようにして、表面処理ユニット１０における、電解質膜２の表面に電極インクを塗工して触媒層９を形成する成膜処理が完了する。
【００９２】
次に、表面処理ユニット１０の第２巻取ローラ１４によって巻き取った電解質膜２のロールを裏面処理ユニット２０の第３巻出ローラ３２に再装着する（ステップＳ９）。上述したのと同様に、この作業は、リフターなどによって自動で行うようにしても良いし、作業員が手動で行っても良い。
【００９３】
表面に触媒層９が形成された電解質膜２が裏面処理ユニット２０の第３巻出ローラ３２に装着された後、第３巻出ローラ３２がその電解質膜２を巻き出す（ステップＳ１０）。このときに第３巻出ローラ３２から送り出される電解質膜２は、裏面にバックシート６が貼り合わされるとともに、表面に触媒層９が形成されている（図１３）。第３巻出ローラ３２は、表面処理ユニット１０の第２巻取ローラ１４の巻取り方向とは逆方向に回転して電解質膜２を巻き出すことにより、触媒層９が形成された表面が下側を向くように（つまり、バックシート６が上側となるように）電解質膜２を送り出す。第３巻出ローラ３２から連続的に引き出された電解質膜２は、補助ローラ３３に懸架され、剥離部３０の第１プレスローラ３１へと送り出される。
【００９４】
剥離部３０では、第１プレスローラ３１によって電解質膜２の表面を吸着ローラ２１に押し付けることにより、バックシート６を剥離して電解質膜２を吸着ローラ２１に吸着支持させる（ステップＳ１１）。換言すれば、第１プレスローラ３１は、吸着ローラ２１に電解質膜２の表面が吸着された状態でバックシート６を剥離する。図１４は、第１プレスローラ３１によってバックシート６を剥離して電解質膜２を吸着ローラ２１に吸着させる様子を示す図である。第１プレスローラ３１と吸着ローラ２１との間にてバックシート６が電解質膜２の裏面から剥離され、電解質膜２の表面が吸着ローラ２１に吸着される。
【００９５】
電解質膜２の表面には既に表面処理ユニット１０にて触媒層９が形成されているため、第１プレスローラ３１は触媒層９を含めて電解質膜２の表面を吸着ローラ２１に押し付ける。第１プレスローラ３１は、強度の弱い電解質膜２および触媒層９を変形させることなく吸着ローラ２１の外周面に確実に電解質膜２を吸着させることができる範囲の力にて電解質膜２を吸着ローラ２１に押し付けている。但し、第１プレスローラ３１は、吸着ローラ２１の外周面から所定の間隔を隔てて近接するように設置されている。第１プレスローラ３１が電解質膜２を吸着ローラ２１に押し付ける力は、当該間隔によって調整される。
【００９６】
吸着ローラ２１は、電解質膜２の表面を吸着する。気孔率が１５％〜５０％の多孔質セラミックスにて形成された吸着ローラ２１の吸引口２３に９０ｋＰａ以上の負圧を付与することによって、電解質膜２を吸着しているか否かに関わらず、吸着ローラ２１の外周面には１０ｋＰａ以上の負圧が均一に作用する。従って、電解質膜２の幅の大小に関わらず、また電解質膜２の表面に触媒層９が形成されているか否かに関わらず、吸着ローラ２１は電解質膜２を一定の吸引圧にて安定して吸着支持することができる。また、吸着ローラ２１の吸着による電解質膜２の変形も抑制することができる。
【００９７】
さらに、吸着ローラ２１の外周面の表面粗さは、Ｒｚが５μｍ以下であるとともに、吸着ローラ２１の気孔径は５μｍ以下であるため、電解質膜２には吸着支持にともなう吸着痕は生じにくい。すなわち、本実施形態の吸着ローラ２１は、脆弱な機械的性質を有する触媒層９および電解質膜２を変形させたり吸着痕を生じさせることなく安定して吸着支持することができるのである。
【００９８】
バックシート６が剥離されることによって電解質膜２の裏面が露出する。ここで、電解質膜２は紫外線を透過するため、ステップＳ３では電解質膜２の膜厚方向の全体にわたって改質が進行している。このため、バックシート６の剥離後には電解質膜２の裏面に改めて紫外線照射を行うことなく後述のようにして電極インクを塗工し、その電極インクを乾燥させて触媒層９を形成することができる。
【００９９】
図１４に示すように、電解質膜２を吸着支持した吸着ローラ２１がＹ軸方向に沿った中心軸を回転中心として回転することにより、バックシート６が剥離された電解質膜２が吸着ローラ２１の外周面に支持されて搬送される。一方、電解質膜２から剥離されたバックシート６は、バックシート巻取ローラ３４によって巻き取られる。
【０１００】
次に、吸着ローラ２１に吸着支持されて搬送される電解質膜２の裏面には、裏面塗工ノズル４０から電極インクが塗工される（ステップＳ１２）。裏面塗工ノズル４０が塗工する電極インクは、表面塗工ノズル１２が塗工する電極インクとは逆極性である。例えば、表面塗工ノズル１２がアノード用の電極インクを電解質膜２の表面に塗工した場合には、裏面塗工ノズル４０はカソード用の電極インクを電解質膜２の裏面に塗工する。逆に、表面塗工ノズル１２がカソード用の電極インクを塗工した場合には、裏面塗工ノズル４０はアノード用の電極インクを電解質膜２の裏面に塗工する。
【０１０１】
また、裏面塗工ノズル４０は、電解質膜２の表面側における触媒層９の形成位置に対応する裏面（つまり、表面側の触媒層９とは電解質膜２を挟んで反対側面）に電極インクを間欠塗工する。具体的には、制御部９０が裏面塗工ノズル４０からの電極インクの吐出タイミングおよび吸着ローラ２１の回転速度を制御する。その結果、電解質膜２の裏面には、表面側の触媒層９に対応する位置にその触媒層９と同じサイズの電極インク層８が一定間隔で不連続に形成される（図１２参照）。なお、電解質膜２の表面側における触媒層９の形成位置を正確に特定するために、例えば第３巻出ローラ３２から第１プレスローラ３１に至る搬送経路のいずれかに電解質膜２の表面を撮像する撮像カメラとその撮像カメラが撮像した画像のデータを解析する画像解析部とを設けておくのが好ましい。
【０１０２】
回転時の吸着ローラ２１の全振れは１０μｍ以下であり、吸着ローラ２１の外周面の表面粗さは、Ｒｚが５μｍ以下であるため、回転する吸着ローラ２１の外周面と裏面塗工ノズル４０のスリット状吐出口との間隔はほぼ一定値に安定している。このため、裏面塗工ノズル４０からの間欠塗工によって高い精度にて均一な電極インク層８を形成することができる。
【０１０３】
電解質膜２の裏面に形成される各電極インク層８の幅および長さは、表面に形成されている触媒層９の幅および長さと同じである。また、電極インク層８の厚さも、表面塗工ノズル１２から塗工されて形成された電極インク層８の厚さと同じ（例えば１０μｍ〜３００μｍ）である。
【０１０４】
次いで、吸着ローラ２１の回転によって、電極インク層８が第２乾燥炉５０に対向する位置にまで搬送され、電極インク層８の乾燥処理が行われる（ステップＳ１３）。裏面側の電極インク層８の乾燥処理は、第２乾燥炉５０から電極インク層８に熱風を吹き付けることによって行われる。熱風が吹き付けられることによって電極インク層８が加熱されて溶媒成分が揮発し、裏面側の電極インク層８が乾燥される。溶媒成分が揮発することによって電解質膜２の裏面に形成された電極インク層８が乾燥されて触媒層９となる。なお、本実施形態においては、追加乾燥炉５９を設けて最終の仕上げ乾燥を行うため、第２乾燥炉５０では触媒層９からインクが第２プレスローラ３９に付着しない程度にまで乾燥させておけば良い。
【０１０５】
図１５は、表裏両面に触媒層９が形成された電解質膜２の断面図である。電解質膜２の表裏両面の同じ位置に触媒層９が形成されている。換言すれば、電解質膜２を挟んで相対向する位置に触媒層９が形成されている。乾燥後の触媒層９の厚さは、表裏ともに例えば３μｍ〜５０μｍである。
【０１０６】
また、第２乾燥炉５０は、３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３を備えており、それらからは異なる温度の熱風が吹き付けられる。具体的には、吸着ローラ２１による電解質膜２の搬送方向の最も上流側に位置する乾燥ゾーン５１から中間の乾燥ゾーン５２を経て最も下流側の乾燥ゾーン５３の順に熱風温度が高くなる。乾燥ゾーンを分割することなく、塗工直後の電極インク層８に直ちに高温の熱風を吹き付けると、電極インク層８が急激に乾燥されて表面にクラックが生じることがある。或いは、吸着ローラ２１にヒータを内蔵して塗工直後の電極インク層８を急激に乾燥した場合も同様である。
【０１０７】
本実施形態では、第２乾燥炉５０を３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３に分割し、電解質膜２の搬送方向の上流側から下流側に向けて乾燥温度を順次に高くしている。すなわち、最も上流側の乾燥ゾーン５１は、塗工直後の電極インク層８に比較的低温の熱風を吹き付けることによって、電極インク層８を僅かに昇温させる。次に、中間の乾燥ゾーン５２がやや高温の熱風を吹き付けることによって、電極インク層８を緩やかに乾燥させる。そして、最も下流側の乾燥ゾーン５３が高温の熱風を吹き付けることによって、電極インク層８を強く乾燥させる。このように、乾燥温度を徐々に高くして電極インク層８を段階的に乾燥させることにより、乾燥処理時のクラックの発生を防止することができる。
【０１０８】
クラックの発生を防止しつつ電極インク層８を適切に乾燥させるためには、乾燥処理時間も適切に管理する必要があり、例えば約６０秒とするのが好ましい。乾燥処理時間は、１つの電極インク層８が３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３を通過する合計時間である。例えば、吸着ローラ２１の直径が４００ｍｍで３つの乾燥ゾーン５１，５２，５３が吸着ローラ２１の外周面の約半周を覆っていたとすると、その長さは約６２８ｍｍとなる。この条件で乾燥処理時間として６０秒を確保するためには、電解質膜２の搬送速度を１０．４ｍｍ／秒とすれば良い。電解質膜２の搬送速度は吸着ローラ２１の回転速度によって規定される。
【０１０９】
また、第２乾燥炉５０は、電解質膜２の搬送方向に沿って最も上流側に熱遮断ゾーン５４を備え、最も下流側に熱遮断ゾーン５５を備えている。これにより、乾燥ゾーン５１，５２，５３から吹き出された熱風が第２乾燥炉５０を超えて吸着ローラ２１の上流側および下流側に流れ出るのを防止することができる。その結果、第２乾燥炉５０の上流側に位置する裏面塗工ノズル４０や下流側に位置する第２プレスローラ３９が不必要に加熱されるのを防止することができる。
【０１１０】
さらに、第２乾燥炉５０には、熱遮断ゾーン５４，５５に加えて吸引部５６，５７も設けられている。吸引部５６，５７によって第２乾燥炉５０の周囲に熱風が流れ出るのを防止するとともに、乾燥時に電極インク層８から揮発した溶媒の蒸気等が漏出するのを防止することができる。
【０１１１】
次に、吸着ローラ２１のさらなる回転によって、電解質膜２が第２プレスローラ３９に到達し、触媒層９を含む電解質膜２の裏面が第２プレスローラ３９に押し付けられる。これにより、電解質膜２は吸着ローラ２１から剥離されて第２プレスローラ３９に懸架される。このときには、電解質膜２の裏面に形成された触媒層９と第２プレスローラ３９とが接触することとなるが、触媒層９は第２乾燥炉５０によってインクが付着しない程度にまで乾燥されているので問題は生じない。吸着ローラ２１から剥離された電解質膜２は、第３巻取ローラ３８によって巻き取られることにより第２プレスローラ３９からさらに下流側へと送り出される。
【０１１２】
第２プレスローラ３９から送り出された図１５に示す如き電解質膜２は追加乾燥炉５９を通過する。電解質膜２が追加乾燥炉５９の内部を通過するときに、追加乾燥炉５９が触媒層９に熱風を吹き付けることにより、触媒層９の最終の仕上げ乾燥が行われる（ステップＳ１４）。第１乾燥炉１３および第２乾燥炉５０で触媒層９が十分には乾燥されていない場合であっても、追加乾燥炉５９によって触媒層９を確実に乾燥させることができる。これにより、両面に触媒層９が形成された電解質膜２が膜・触媒層接合体３として完成する。
【０１１３】
追加乾燥炉５９を通過した電解質膜２（このときには膜・触媒層接合体３）は第３巻取ローラ３８によって巻き取られる（ステップＳ１５）。このときには、極性の異なる触媒層９の接触を防止するために、合紙を膜・触媒層接合体３の層間に挟み込むようにしても良い。以上のようにして、裏面処理ユニット２０における、電解質膜２の裏面に電極インクを塗工して触媒層９を形成する成膜処理は完了する。
【０１１４】
本実施形態の膜・触媒層接合体の製造システム１においては、改質ユニット７０にて紫外線照射とホットプレス処理とによって電解質膜２の改質を行い、その改質された電解質膜２の表面および裏面に電極インクを塗工して触媒層９を形成している。本実施形態で使用される電解質膜２は、パーフルオロカーボンスルホン酸と補強材としての延伸多孔質ＰＴＦＥとを含んだものである。既述したように、補強材として延伸多孔質ＰＴＦＥを用いた電解質膜においては、補強材が局所的に凝集して海島構造を呈することがある。補強材のフッ素樹脂は接触角度が高く電極インクを弾く傾向を有するため、補強材が局所的に凝集した部分が存在していると、その部分で電極インクが弾かれて均一な塗工が阻害されるおそれがある。その結果、乾燥処理後の触媒層の膜厚が不均一になることもある。
【０１１５】
図１６は、電解質膜にてフッ素樹脂の補強材が凝集している場合における電極インクの塗工状態を示す図である。パーフルオロカーボンスルホン酸と補強材としてのポリテトラフルオロエチレンとを含む電解質膜２においては、フッ素樹脂の補強材が局所的に凝集して海島構造を呈している。このような電解質膜２の表面に均一に電極インクを塗工したとしても、図１６に示すように、補強材の凝集部分９９が電解質膜２の表面に露出している領域では、電極インクが弾かれて電極インク層８が他の領域より薄くなる。このような塗工状態にて乾燥処理を行うと、補強材の凝集部分９９が電解質膜２の表面に露出している領域では触媒層９の厚さが相対的に薄くなり、触媒層９の膜厚が不均一となる。
【０１１６】
図１７は、電解質膜にてフッ素樹脂の補強材が凝集している場合における触媒層の膜厚プロファイルを示す図である。同図の横軸には乾燥処理後の電解質膜２表面における一点から所定方向（例えば、幅方向）に沿った距離を示し、縦軸には触媒層９の膜厚を示している。図１７に示すように、触媒層９の膜厚が相対的に薄くなる領域が一部存在しており、その領域は補強材の凝集部分９９が電解質膜２の表面に露出している領域である。
【０１１７】
このため、本実施形態においては、電極インクを塗工する前に紫外線照射とホットプレス処理とによって電解質膜２の改質を行っている。図１８は、電解質膜２の改質を行った場合における触媒層９の膜厚プロファイルを示す図である。図１７と同様に、乾燥処理後の電解質膜２表面における一点から所定方向（例えば、幅方向）に沿った距離を横軸に示し、触媒層９の膜厚を縦軸に示している。図１７と比較すると明らかなように、触媒層９の膜厚に大きな変動は認められず、均一な膜厚の触媒層９が形成されている。これは、紫外線照射およびホットプレス処理によって電解質膜２における補強材の局所的な凝集が緩和されたためと考えられる。
【０１１８】
このような改質効果を得るためには、電解質膜２の表面における紫外線の照度を０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上とする必要がある。一方、電解質膜２の表面における紫外線の照度を１００ｍＷ／ｃｍ２よりも大きくするためには、紫外線ランプ７２ａを走行する電解質膜２に過度に近づけなければ実現困難なため、紫外線照射部７２の設計が極めて複雑となる。このような理由により、紫外線照射部７２から照射される紫外線の電解質膜２表面における照度は、０．０３ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下としている。好ましくは、紫外線照射部７２から照射される紫外線の電解質膜２表面における照度は、２ｍＷ／ｃｍ２以上３０ｍＷ／ｃｍ２以下である。
【０１１９】
また、上記ような改質効果を得るためには、電解質膜２に照射される紫外線の積算光量を１．８ｍＪ／ｃｍ２以上とする必要がある。一方、積算光量が１５０００ｍＪ／ｃｍ２を超えると、電解質膜２とバックシート６と密着性が過度に高くなって、裏面処理ユニット２０でのバックシート６の剥離が困難となる。このような理由により、紫外線照射部７２から電解質膜２に照射される紫外線の積算光量は１．８ｍＪ／ｃｍ２以上１５０００ｍＪ／ｃｍ２以下としている。好ましくは、紫外線照射部７２から電解質膜２に照射される紫外線の積算光量は１００ｍＪ／ｃｍ２以上１２００ｍＪ／ｃｍ２以下である。
【０１２０】
ところで、積算光量は、電解質膜２の表面における紫外線の照度に照射時間を乗じた値である。よって、所定の積算光量を得るためには、電解質膜２の表面における紫外線の照度および照射時間を調整すれば良い。紫外線の照度が低いと、照射時間を長く（つまり、電解質膜２の搬送速度を遅く）する必要があるが、紫外線ランプ７２ａと電解質膜２との距離を長く設定することができるため、紫外線照射部７２の設計は容易となる。逆に、紫外線の照度が高いと、照射時間は短く（つまり、電解質膜２の搬送速度を速く）することができるものの、紫外線ランプ７２ａと電解質膜２とを接近させなければならないため、紫外線照射部７２の設計が困難となる。これらのバランスを勘案して紫外線の照度および照射時間を設定するのが好ましい。一例として、紫外線照射部７２による電解質膜２表面における紫外線の照射幅が９ｍｍで電解質膜２の搬送速度が１０ｍｍ／秒であれば紫外線照射時間は０．９秒である。このときの、紫外線照射部７２による電解質膜２の表面における紫外線の照度が２ｍＷ／ｃｍ２であれば、電解質膜２に照射される紫外線の積算光量を１．８ｍＪ／ｃｍ２とすることができる。
【０１２１】
また、一対のプレスローラ７３，７３の加熱温度、すなわちホットプレス処理時の処理温度は５０℃以上１８０℃以下としている。ホットプレス処理時の処理温度が５０℃未満であると、電解質膜２の改質効果を得ることが困難となる。逆に、処理温度が１８０℃を超えると、電解質膜２およびバックシート６に熱ダメージを与えるおそれがある。このため、ホットプレス処理時の処理温度は５０℃以上１８０℃以下としている。
【０１２２】
さらに、一対のプレスローラ７３，７３による圧縮率は２０％以上６０％以下としている。このようにしている理由は、圧縮率が２０％未満であると十分な電解質膜２の改質効果が得られず、６０％を超えると電解質膜２およびバックシート６に機械的な損傷を与えるおそれがあるためである。好ましくは、一対のプレスローラ７３，７３による圧縮率は３０％以上５０％以下である。
【０１２３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、改質ユニット７０にて紫外線照射とホットプレス処理とによって電解質膜２の改質を行うようにしていたが、紫外線照射によって必要十分な改質効果が得られる場合には、ホットプレス処理は必須ではない。すなわち、電解質膜２に照射される紫外線の積算光量が十分に高い場合には、紫外線照射のみによって必要な改質効果を得ることができ、ホットプレス処理を省略しても電解質膜２に均一な膜厚の触媒層９を形成することができる。もっとも、ホットプレス処理を行う場合には、紫外線の照度が低く照射時間を十分に確保できない場合であっても必要な改質効果を得ることができる。
【０１２４】
また、改質ユニット７０でのホットプレス処理に代えて、電解質膜２にプラズマ処理を行って改質を促進するようにしても良い。プラズマ処理としては、例えば常圧下において均一なグロー放電プラズマを用いることができる。
【０１２５】
また、上記実施形態においては、改質ユニット７０、表面処理ユニット１０および裏面処理ユニット２０を互いに分離し、一旦巻取ローラで巻き取った電解質膜２のロールを次工程の巻出ローラに再装着するようにしていたが、これらをインラインで連結するようにしても良い。具体的には、改質ユニット７０の後段に表面処理ユニット１０を連結し、一対のプレスローラ７３，７３を通過した電解質膜２の表面に表面塗工ノズル１２から電極インクを塗工するようにしても良い。また、表面処理ユニット１０の後段に裏面処理ユニット２０を連結し、第１乾燥炉１３から送り出された電解質膜２を直接に剥離部３０に送給するようにしても良い。
【０１２６】
また、本発明に係る技術は、燃料電池の膜・触媒層接合体３の製造への適用に限定されるものではなく、他の種類の薄膜上に機能層を形成する複合膜の製造に適用することもできる。特に、上記の電解質膜２の如く、補強材としてフッ素樹脂を含む薄膜に塗工液を塗工して乾燥させることにより、薄膜上に機能層を形成した複合膜を製造するのに、本発明に係る製造技術は好適に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、補強材としてフッ素樹脂を含む高分子電解質膜に電極インクを塗工して乾燥させることにより当該電解質膜上に触媒層を形成する膜・触媒層接合体の製造技術に適用することができ、特に固体高分子形燃料電池の膜・触媒層接合体の製造に好適である。
【符号の説明】
【０１２８】
１  製造システム
２  電解質膜
３  膜・触媒層接合体
５  フロントシート
６  バックシート
８  電極インク層
９  触媒層
１０  表面処理ユニット
１１  第２巻出ローラ
１２  表面塗工ノズル
１３  第１乾燥炉
１４  第２巻取ローラ
１５  バックアップローラ
２０  裏面処理ユニット
２１  吸着ローラ
３０  剥離部
３２  第３巻出ローラ
３８  第３巻取ローラ
４０  裏面塗工ノズル
５０  第２乾燥炉
５９  追加乾燥炉
７０  改質ユニット
７１  第１巻出ローラ
７２  紫外線照射部
７２ａ  紫外線ランプ
７３  プレスローラ
７４  第１巻取ローラ
７６  剥離ローラ
７７  加熱部
９０  制御部
【図１】
2015153653.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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