(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の触媒層を被塗布物に形成する装置であって、
シート状の前記被塗布物を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記被塗布物の少なくとも一方の面に、前記触媒層を形成するための触媒インクを塗布する塗布部と、
前記保持部を含んだ空間を形成可能なチャンバ部と、
前記チャンバ部により形成された前記空間内を減圧して前記触媒インクを乾燥させる吸引部と、を備え、
前記被塗布物は、ロール状に巻かれたロール体として配置され、かつ前記ロール体から引き出されてその一部が前記保持部に保持され、
前記チャンバ部は、前記被塗布物のうち前記触媒インクの塗布領域の両側を挟んだ状態で前記空間を形成可能である、触媒層形成装置。
【請求項２】
前記塗布部は、前記保持部に保持された前記被塗布物に対して相対的に移動することにより前記触媒インクを塗布する、請求項１記載の触媒層形成装置。
【請求項３】
前記塗布部は、前記被塗布物に前記触媒インクを塗布可能な対向位置と、前記チャンバ部の外側に退避した退避位置との間を移動可能に形成される、請求項１または請求項２記載の触媒層形成装置。
【請求項４】
前記保持部は、複数配置され、
前記チャンバ部は、複数の前記保持部を含むように前記空間を形成可能である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項５】
前記保持部は、前記被塗布物を広げた状態で吸引することにより前記被塗布物を保持する吸着部を有する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項６】
前記吸着部は、前記被塗布物を吸引するための吸着用吸引部を備える、請求項５記載の触媒層形成装置。
【請求項７】
前記吸着部は、前記吸引部を用いて前記被塗布物を吸引する、請求項５記載の触媒層形成装置。
【請求項８】
前記吸引部は、前記空間及び前記吸着部に対するそれぞれの吸引力を調整する調整部を備える、請求項７記載の触媒層形成装置。
【請求項９】
前記吸着部による前記被塗布物の吸引力は、前記空間内に対する吸引力より大きい、請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１０】
前記吸着部は、前記被塗布物を吸引するための複数の孔部を持つ吸着面を備える、請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１１】
前記吸着部と前記被塗布物との間に、表裏間で通気可能でありかつ前記吸着面の前記孔部より小さな通気孔を備えるシート部材が配置される、請求項１０記載の触媒層形成装置。
【請求項１２】
前記保持部上の前記被塗布物を広げるように、前記被塗布物に張力を付与する張力付与部を備える、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１３】
前記被塗布物を、前記触媒インクが塗布された部分ごとに切断する切断部を備える、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１４】
前記被塗布物は、前記被塗布物から剥離可能な基材シート上に積層される、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１５】
前記保持部は、前記被塗布物を加熱する加熱部を備える、請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１６】
前記被塗布物は、燃料電池用の電解質膜である、請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１７】
前記被塗布物は、形成された前記触媒層から剥離可能な剥離用シートである、請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１８】
前記触媒インクは、導電性担体に触媒成分が担持された電極触媒、高分子電解質および溶剤を含み、前記溶剤が水を７０重量％以上含有するアルコール含有水溶液である、請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項１９】
前記吸引部は、吸引力を段階的に大きくして、前記空間を減圧する、請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項２０】
前記吸引部は、前記空間の圧力を大気圧から所定の圧力に減圧する第１吸引を行った後、前記第１吸引より吸引力を大きくして、前記空間の圧力を１０００Ｐａ以下に減圧する第２吸引を行う、請求項１９に記載の触媒層形成装置。
【請求項２１】
前記被塗布物は、前記触媒層を形成した後に、剥離可能な基材シートが積層される、請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載の触媒層形成装置。
【請求項２２】
燃料電池を製造するシステムであって、
請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載の触媒層形成装置を含む、燃料電池製造システム。
【請求項２３】
燃料電池用の触媒層を被塗布物に形成する方法であって、
シート状の前記被塗布物を保持部により保持することと、
前記被塗布物は、ロール状に巻かれたロール体から引き出されてその一部が前記保持部に保持されることと、
保持された前記被塗布物の少なくとも一方の面に、前記触媒層を形成するための触媒インクを塗布部により塗布することと、
前記触媒インクが塗布された前記被塗布物を含んだ空間をチャンバ部により形成することと、
前記被塗布物のうち前記保持部から延びる両側を前記チャンバ部で挟むことにより前記空間を形成することと、
前記空間内を吸引部により減圧して前記触媒インクを乾燥させることと、
を含む触媒層の形成方法。
【請求項２４】
前記塗布部と、前記保持部に保持された前記被塗布物とを相対的に移動させて、前記塗布部により前記被塗布物に前記触媒インクを塗布する、請求項２３記載の触媒層の形成方法。
【請求項２５】
前記チャンバ部により前記空間を形成するのに先立って、前記塗布部を前記チャンバ部の外側に退避させることを含む、請求項２３または請求項２４記載の触媒層の形成方法。
【請求項２６】
前記保持部において、前記被塗布物を広げた状態で吸引することを含む、請求項２３〜請求項２５のいずれか１項に記載の触媒層の形成方法。
【請求項２７】
前記被塗布物の吸引力は、前記空間内に対する吸引力より大きい、請求項２６記載の触媒層の形成方法。
【請求項２８】
前記保持部上の前記被塗布物を広げるように、前記被塗布物に張力を付与することを含む、請求項２４から請求項２７のいずれか一項に記載の触媒層の形成方法。
【請求項２９】
前記被塗布物を、前記触媒インクが塗布された部分ごとに切断することを含む、請求項２４から請求項２８のいずれか一項に記載の触媒層の形成方法。
【請求項３０】
前記被塗布物に前記触媒インクを塗布した後、前記空間を減圧する際及び減圧した後の少なくとも一方において前記被塗布物を加熱することを含む、請求項２４〜請求項２９のいずれか１項に記載の触媒層の形成方法。
【請求項３１】
前記触媒インクは、導電性担体に触媒成分が担持された電極触媒、高分子電解質および溶剤を含み、前記溶剤が水を７０重量％以上含有するアルコール水溶液である、請求項２４〜請求項３０のいずれか１項に記載の触媒層の形成方法。
【請求項３２】
前記吸引部は、吸引力を段階的に大きくして、前記空間を減圧する、請求項２４〜請求項３１のいずれか１項に記載の触媒層の形成方法。
【請求項３３】
前記吸引部は、前記空間の圧力を大気圧から所定の圧力に減圧する第１吸引を行った後、前記第１吸引より吸引力を大きくして、前記空間の圧力を１０００Ｐａ以下に減圧する第２吸引を行う、請求項３２に記載の触媒層の形成方法。
【請求項３４】
燃料電池を製造する方法であって、
請求項２４〜請求項３３のいずれか１項に記載の触媒層の形成方法を含む、燃料電池の製造方法。
【請求項３５】
前記被塗布物は、形成された前記触媒層から剥離可能な剥離用シートであり、
燃料電池用の電解質膜に、前記剥離用シートの前記触媒層を転写することを含む、請求項３４記載の燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒層形成装置、触媒層の形成方法、触媒層、燃料電池、燃料電池製造システム、及び燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素やメタノール等の燃料と酸素とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを生成する発電装置である。この燃料電池の中で、例えば、固体高分子型燃料電池は、触媒層と電解質膜とを備えている。触媒層は触媒により電気化学的反応を行うために用いられる。燃料電池の発電性能の向上には電気化学的反応の効率を向上させることが要求され、触媒層は、触媒活性が高いものが要求される。触媒層は、例えばカーボン担体の表面に担持された状態で電解質膜に積層されて形成される。この積層膜は、例えば基材シート上に形成した触媒層を電解質膜に転写する転写法（デカール法）により製造される（例えば下記特許文献１参照）。また、積層膜は、例えば電解質膜に触媒層を形成するための触媒インクを塗布し、乾燥させる直接塗布法により製造される（例えば下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５１０１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３３７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１に示す転写法を用いる場合において、触媒活性が高い触媒層を容易かつ効率よく形成することが求められる。また、上記した特許文献２に示す直接塗布法を用いる場合、触媒インクを電解質膜に塗布した際に、電解質膜が触媒インクを吸収して膨潤し、積層膜の全体または一部に皺やひび割れなどの変形を生じさせるといった問題がある。例えば、電解質膜がアルコール成分との親和性が高いものである場合、触媒インクの溶剤がアルコールを含む水溶液であると、電解質膜がアルコール成分を吸収するとともに水を吸収してしまい、積層膜の変形が生じることがある。また、例えば、積層膜の変形は、電解質膜が大気中の水分を吸収することにより生じることがある。皺や変形が生じた積層膜を使用すると、触媒活性の低下を招くだけでなく、燃料電池セルの破損の要因となる。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、触媒活性が高い触媒層を容易かつ効率よく形成することができ、さらには発電効率が高い燃料電池を容易に製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、燃料電池用の触媒層を被塗布物に形成する装置であって、  シート状の被塗布物を保持する保持部と、保持部に保持された被塗布物の少なくとも一方の面に、触媒層を形成するための触媒インクを塗布する塗布部と、保持部を含んだ空間を形成可能なチャンバ部と、チャンバ部により形成された空間内を減圧して触媒インクを乾燥させる吸引部と、を備える、被塗布物は、ロール状に巻かれたロール体として配置され、かつロール体から引き出されてその一部が保持部に保持され、チャンバ部は、被塗布物のうち触媒インクの塗布領域の両側を挟んだ状態で空間を形成可能である、触媒層形成装置が提供される。
また、本発明の態様によれば、燃料電池用の触媒層を被塗布物に形成する方法であって、シート状の被塗布物を保持部により保持することと、被塗布物は、ロール状に巻かれたロール体から引き出されてその一部が保持部に保持されることと、保持された被塗布物の少なくとも一方の面に、触媒層を形成するための触媒インクを塗布部により塗布することと、触媒インクが塗布された被塗布物を含んだ空間をチャンバ部により形成することと、被塗布物のうち保持部から延びる両側をチャンバ部で挟むことにより空間を形成することと、空間内を吸引部により減圧して触媒インクを乾燥させることと、を含む触媒層の形成方法が提供される。
また、本発明の態様によれば、燃料電池を製造する方法であって、上記態様の触媒層の形成方法を含む、燃料電池の製造方法が提供される。
本発明の第１の態様は、燃料電池用の触媒層を被塗布物に形成する装置であって、シート状の被塗布物を保持する保持部と、保持部に保持された被塗布物の少なくとも一方の面に、触媒層を形成するための触媒インクを塗布する塗布部と、保持部を含んだ空間を形成可能なチャンバ部と、チャンバ部により形成された空間内を減圧して触媒インクを乾燥させる吸引部と、を備える。
【０００７】
本発明の第２の態様は、燃料電池を製造するシステムであって、上記した触媒層形成装置を含む。
【０００８】
本発明の第３の態様は、燃料電池用の触媒層を被塗布物に形成する方法であって、シート状の被塗布物を保持部により保持することと、保持された被塗布物の少なくとも一方の面に、触媒層を形成するための触媒インクを塗布部により塗布することと、触媒インクが塗布された被塗布物を含んだ空間をチャンバ部により形成することと、空間内を吸引部により減圧して触媒インクを乾燥させること、とを含む。
【０００９】
本発明の第４の態様は、上記した触媒層の形成方法より形成された、触媒層である。
【００１０】
本発明の第５の態様は、上記した触媒層を含む、燃料電池である。
【００１１】
本発明の第６の態様は、燃料電池を製造する方法であって、上記した触媒層の形成方法を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の態様によれば、触媒活性が高い触媒層を容易かつ効率よく製造することができる。さらに、発電効率が高い燃料電池を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示す図である。
【図２】図１に示す触媒層形成装置の平面図である。
【図３】（Ａ）は保持部の一例を示す図、（Ｂ）は塗布部の一例を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）はチャンバ部の一例を示す斜視図、（Ｂ）は蓋部の一例を示す斜視図斜視図である。
【図５】触媒層の形成方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示す触媒層形成装置の動作を説明する図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、図５に続いて触媒層形成装置の動作を説明する図である。
【図８】第２実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示す図である。
【図９】第３実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示す図である。
【図１０】第４実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示す図である。
【図１１】第５実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示す図である。
【図１２】第６実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１３】触媒層の形成方法の他の例を示すフローチャートである。
【図１４】（Ａ）は塗布部及び保持部の一例を示す図、（Ｂ）は塗布部及び保持部の他の例を示す図である。
【図１５】チャンバ部の一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｅ）は、切断部の動作を示す図である。
【図１７】第７実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示し、（Ａ）は保持部の一例を示す斜視図、（Ｂ）は保持部の一例を示す側面図である。
【図１８】第８実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示し、（Ａ）は枠部形成部の一例を示す図、（Ｂ）は動作の一例を示すフローチャートである。
【図１９】第９実施形態に係る触媒層形成装置の一例を示し、（Ａ）は燃料電池用積層膜の拡大図、（Ｂ）は側面図である。
【図２０】（Ａ）は第１０実施形態に係る積層膜の一例を示す図であり、（Ｂ）は他の例に係る積層膜を示す図である。
【図２１】（Ａ）〜（Ｃ）は、他の例に係る積層膜の一例を示す図である。
【図２２】第１１実施形態に係る触媒層の一例を示し（Ａ）は剥離用シートの一例を示す図、（Ｂ）は剥離用シートに触媒インクを塗布した状態を示す図、（Ｃ）は触媒インクを減圧乾燥した状態を示す図である。
【図２３】剥離用シートの触媒層を電解質膜に転写する一例を示し、（Ａ）は電解質膜に触媒層を押し付けた状態を示す図、（Ｂ）は触媒層が電解質膜に接合された状態を示す図、（Ｃ）は剥離用シートを触媒層から剥離した状態を示す図である。
【図２４】第１２実施形態に係る触媒層の一例を示し、（Ａ）は長尺の剥離用シートに触媒層を形成した状態を示す図、（Ｂ）は長尺の電解質膜に触媒層を接合した状態を示す図である。
【図２５】（Ａ）及び（Ｂ）は長尺の電解質膜に触媒層を接合した状態の他の例を示す図である。
【図２６】（Ａ）は実施形態に係る燃料電池製造システムの一例を示すブロック図、（Ｂ）は燃料電池のセルの一例を示す図である。
【図２７】実施形態に係る燃料電池の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、水平面に平行な平面をＸＹ平面とする。このＸＹ平面に平行な任意の方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と表記する。また、ＸＹ平面に垂直な方向（上下方向）はＺ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、触媒層形成装置１を−Ｙ方向から見た図である。なお、以下の各実施形態において「触媒層形成装置」を「装置」と称す。図２は、装置１を＋Ｚ方向から見た平面図である。装置１は、電解質膜（被塗布物）２に触媒層３を形成して燃料電池用積層膜４を製造する装置である（図１参照）。なお、以下の各実施形態において「燃料電池用積層膜」を「積層膜」と称す。装置１は、触媒層３を形成するための触媒インク５を電解質膜２に塗布して乾燥させることにより、電解質膜２に触媒層３を形成し、積層膜４を製造する（図１参照）。
【００１６】
装置１は、図１及び図２に示すように、保持部６と、塗布部７と、チャンバ部８と、吸引部９と、を備える。また、装置１は、上記各部を統括的に制御する不図示の制御部を備えてもよい。保持部６、塗布部７及びチャンバ部８は、メインフレーム１０により支持される。メインフレーム１０は、Ｚ方向の複数の支持フレーム１１と、支持フレーム１１間に配置された複数の水平フレーム１２、１３、及びテーブル１４と、で構成される。ただし、メインフレーム１０は、図示のものに限定されず、保持部６等を支持可能な任意の形状を適用できる。また、メインフレーム１０に吸引部９を支持するか否かは任意である。また、メインフレーム１０の下面にキャスタ等が設けられ、装置１を移動可能としてもよい。
【００１７】
保持部６は、シート状の電解質膜２を保持する。保持部６は、吸着部１５と、基部１６と、吸着用吸引部１７と、を備える。吸着部１５は、例えば、外形が矩形平板状であり、基部１６の上側（＋Ｚ側）に支持される。吸着部１５としては、例えば、セラミック製、樹脂製、カーボン製等の多孔質部材が用いられる。吸着部１５の外形や大きさは、シート状の電解質膜２を広げた状態で保持可能であれば、図示のものに限定されず、種々の形状や大きさのものを適用することができる。基部１６は、後述するチャンバ部８のベース部５６の上に配置される。吸着用吸引部１７は、例えば、所定の吸引力を発生させる吸引ポンプ等が用いられる。吸着用吸引部１７は、基部１６を介して吸着部１５の上面側に吸引力を作用させる。
【００１８】
図３（Ａ）は保持部６の一例を示す図であり、図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３（Ａ）は、説明のため、特徴部分を大きくして記載している。また、図３（Ａ）には、後述する塗布部７による触媒インク５の塗布も併せて記載している。図３（Ａ）に示すように、吸着部１５は、上面側を吸着面として用い、吸着面と下面（−Ｚ側の面）とを貫通する複数の孔部１８を備える。吸着部１５の吸着面は、例えば、ほぼ水平に配置されるが、これに限定されず、いずれかの方向に傾いた状態で配置されてもよい。孔部１８は、例えばその孔径が０．１μｍ〜数ｍｍ程度に形成されるが、この孔径を特に限定するものではない。孔部１８の開口形状は、円形状、楕円形状、長円形状、多角形状のいずれであってもよい。
【００１９】
また、孔部１８は、単位面積あたりの個数が吸着部１５の全面にわたって一定に形成されるが、これに限定されない。例えば、吸着対象となる電解質膜２の縁部分に対応する箇所において孔部１８の単位面積あたりの個数を増加させ、電解質膜２の中央部分に対応する箇所において孔部１８の個数を減少させてもよく、逆に、電解質膜２の中央部分に対応する箇所において孔部１８の個数を増加させ、電解質膜２の縁部分に対応する箇所において孔部１８の個数を減少させてもよい。また、吸着部１５の吸着面に複数の溝部が形成され、この溝部に孔部１８が接続されるものでもよい。
【００２０】
基部１６は、図３（Ａ）に示すように、吸着部１５を上面側で支持するとともに、吸着部１５の下面側に空間部２０を形成する。基部１６は、空間部２０と吸着用吸引部１７とを接続する接続孔２２が設けられる。吸着用吸引部１７から接続孔２２までは、例えば不図示の管状部材等により接続される。従って、吸着用吸引部１７を駆動することにより空間部２０内が吸引されて減圧し、空間部２０と連通する孔部１８を介して吸着部１５の吸着面に吸着力を作用させる。吸着部１５の吸着力は、吸着用吸引部１７の駆動により設定される。吸着用吸引部１７による吸着力の大きさや駆動タイミングは、不図示の制御部により制御されてもよく、また作業者によりマニュアル操作されてもよい。孔部１８は、吸着部１５のほぼ全体に形成されているので、シート状の電解質膜２を容易かつ確実に吸着することができる。
【００２１】
吸着部１５の上面には、シート部材２４が配置される。従って、電解質膜２は、シート部材２４を挟んで吸着部１５に吸着される。シート部材２４は、その表裏間で通気可能な部材が用いられ、例えば、樹脂製多孔質シート、和紙等の紙部材、不織布、メンブレンフィルタ等が用いられる。なお、シート部材２４の孔径は、吸着部１５の孔部１８の孔径より小さいものが用いられる。なお、シート部材２４の孔径は平均孔径を意味する。シート部材２４が配置されることにより、電解質膜２の吸着する際の吸引力により電解質膜２に与えるダメージを抑制することができる。また、シート部材２４が弾性を有する場合、電解質膜２を強く吸引したときでも弾性により電解質膜２を受け止めることができ、吸着部１５により吸引したダメージをさらに抑制することができる。なお、吸着部１５の上面にシート部材２４を配置するか否かは任意であり、シート部材２４を配置しなくてもよい。
【００２２】
保持部６は、吸着部１５に吸着した電解質膜２を加熱するための加熱部２６を備える。加熱部２６は、例えば、電気ヒータ等の熱源が用いられる。この加熱部２６を駆動することにより、基部１６及び吸着部１５を介して電解質膜２を所定温度で加熱することができる。これにより、後述する塗布部７により電解質膜２に塗布された触媒インク５の乾燥時間を短縮することができる。加熱部２６による加熱温度や加熱タイミングは、不図示の制御部により制御されてもよく、また作業者によりマニュアル操作されてもよい。加熱部２６による加熱タイミングの一例として、後述する塗布部７により電解質膜２に触媒インク５を塗布したタイミングや、後述するチャンバ部８により触媒インク５を減圧乾燥する際又は減圧乾燥の後のタイミングなどがある。
【００２３】
なお、加熱部２６は、図示のように基部１６等を介して電解質膜２を加熱するものに限定されず、遠赤外線等を用いた輻射熱により電解質膜２を加熱するものでもよい。輻射熱を用いた加熱部２６の場合、吸着部１５の上方に加熱部２６が配置され、電解質膜２の全面にわたって赤外領域の波長の光を照射するものが用いられる。なお、加熱部２６を備えるか否かは任意であり、加熱部２６がなくてもよい。また、保持部６は、加熱部２６に代えて、または加熱部２６に加えて冷却装置を備えてもよい。
【００２４】
このように、保持部６は、吸着部１５からの吸引によって電解質膜２を広げた状態で保持することができる。これにより、電解質膜２が薄膜であっても、後述する塗布部７によって触媒インク５を塗布する際や、チャンバ部８によって触媒インク５を減圧乾燥する際においても電解質膜２を広げた状態で保持することができ、触媒インク５の塗布ムラが生じることや、電解質膜２及び触媒インク５に皺やひび割れ等の変形が生じるのを防止することができる。
【００２５】
なお、保持部６は、吸着部１５からの吸引により電解質膜２を保持するものに限定されず、電解質膜２を保持可能であれば任意の構成が適用可能である。例えば、保持部６は、静電チャックを利用して電解質膜２を保持するものでもよい。また、保持部６は、剥離可能な接着剤または接着テープが配置され、この接着作用により電解質膜２を保持するものでもよい。また、保持部６は、吸引や静電チャック、接着剤等の２つ以上を組み合わせて電解質膜２を保持するものでもよい。
【００２６】
図１及び図２に戻り、塗布部７は、保持部６に保持された電解質膜２の少なくとも一方の面に、触媒層３を形成するための触媒インク５を塗布する。塗布部７は、図１に示すように、キャリッジ２８と、タンク２９と、ポンプ３０と、ノズル３１と、を有するスリットコーターである。キャリッジ２８は、水平方向に配置される矩形板状の下部プレート３３と、下部プレート３３の±Ｙ側から起立する２枚の鉛直プレート３４と、２枚の鉛直プレート３４の上端間に配置される上部プレート３５と、上部プレートから３５から下方に延びるノズル支持プレート３６と、を有する。
【００２７】
下部プレート３３は、メインフレーム１０のテーブル１４の下方に配置される。２枚の鉛直プレート３４のそれぞれは、テーブル１４にＸ方向に形成された２つの開口部３８（図２参照）を貫通した状態で、上部がテーブル１４の上方に位置するように配置される。上部プレート３５は、タンク２９及びポンプ３０を支持する。ノズル支持プレート３６は、ノズル３１を支持する。タンク２９は、ポンプ３０の上方に設けられており、触媒インク５を格納する。タンク２９は、ノズル３１に触媒インク５を供給する際、一時的に保管するものとして用いられる。なお、タンク２９への触媒インク５の供給は、メインフレーム１０の外側等に配置されたインク保管容器等から、不図示のチューブ等を介してタンク２９に触媒インク５が供給される。また、タンク２９は、格納した触媒インク５の温度を調節する温度調節機構を備えてもよい。
【００２８】
タンク２９とノズル３１との間は、不図示のチューブ等によって接続されている。ポンプ３０は、タンク２９に格納された触媒インク５を、チューブ等を介してノズル３１に供給する。ポンプ３０は、ロータリーポンプなど、触媒インク５を送ることが可能な任意のポンプが使用可能である。ノズル３１に供給する触媒インク５の量は、例えば、不図示の制御部によって制御される。なお、タンク２９及びポンプ３０の配置は一例であり、図示の形態に限定するものではない。また、タンク２９及びポンプ３０をキャリッジ２８に配置することに限定されない。例えば、キャリッジ２８以外にタンク２９及びポンプ３０が配置され、このタンク２９からチューブ等を介してノズル３１に触媒インク５が供給されてもよい。
【００２９】
ノズル３１は、触媒インク５を吐出する。ノズル３１は、ノズル支持プレート３６に設けられた不図示のガイドによって上下方向（Ｚ方向）に移動可能に取り付けられており、不図示の駆動装置によりＺ方向に移動可能である。これにより、触媒インク５を塗布する際に、ノズル３１と電解質膜２との間隔を調整することができる。なお、塗布部７は、電解質膜２とノズル３１との間隔を測定可能なセンサを備えてもよい。このセンサとしては光学式等の非接触式センサや、プローブ等を用いた接触式センサのいずれでもよい。ノズル３１のＺ方向の移動は、例えば、不図示の制御部によって制御される。ノズル３１は、タンク２９から送られた触媒インク５を収容する不図示の収容部と、この収容部の触媒インク５を吐出する吐出口３２と、を備える。
【００３０】
吐出口３２は、ノズル３１の下端（−Ｚ側の端部）に電解質膜２と対向するように形成される。吐出口３２は、Ｙ方向に延びるスリット状に形成される。吐出口３２の幅（Ｘ方向の長さ）は、触媒インク５の粘性や吐出量に応じて設定される。吐出口３２のＹ方向の長さは、電解質膜２に塗布する触媒インク５の幅に応じて設定される。なお、ノズル３１は、触媒インク５の温度を調節する温度調節機構を備えてもよい。また、ノズル３１は、ノズル支持プレート３６に取り外し可能に形成され、交換可能としてもよい。また、ノズル３１のうち、吐出口３２の部分が取り外し可能に形成され、交換可能とするものでもよい。
【００３１】
塗布部７は、塗布部駆動部４０によりＸ方向に移動可能に形成される。塗布部駆動部４０は、Ｘ方向に離間して配置される駆動ローラ４２及び従動ローラ４４と、駆動ローラ４２及び従動ローラ４４に架け渡されるベルト４５と、を備える。駆動ローラ４２は、水平フレーム１３上において＋Ｘ側に配置され、不図示の駆動装置により駆動する。従動ローラ４４は、水平フレーム１３上において−Ｘ側に配置される。ベルト４５は、ステンレス製、樹脂製、布製のものが用いられ、＋Ｚ側の面にキャリッジ２８の下部プレート３３が固定されている。
【００３２】
駆動ローラ４２を駆動してベルト４５を移動させることにより、キャリッジ２８はＸ方向に移動する。また、駆動ローラ４２の駆動を停止することにより、キャリッジ２８をＸ方向の任意の位置に配置することができる。なお、塗布部駆動部４０は、上記したベルト４５等を用いた構成に限定されず、例えば、ボールねじ機構やラックアンドピニオン機構が用いられてもよい。また、塗布部７は、キャリッジ２８ごとＸ方向に移動するものに限定されない。例えば、ノズル３１がロボットアームやマニュピレータ等に保持され、このロボットアーム等を駆動することによりノズル３１をＸ方向やＺ方向等に移動可能としてもよい。
【００３３】
塗布部７の移動や停止位置は、不図示の制御部により制御されてもよく、また作業者によりマニュアル操作されてもよい。塗布部７は、Ｘ方向に移動することにより、図１に示すように、電解質膜２に触媒インク５を塗布可能な対向位置Ｐ１と、後述するチャンバ部８の外側に退避した退避位置Ｐ２と、の間を移動可能である。退避位置Ｐ２は、チャンバ部８と干渉しないようにチャンバ部８のサイズに応じて設定される。なお、退避位置Ｐ２は、図示の位置に限定されず、チャンバ部８の外側の任意の位置に設定することができる。
【００３４】
図３（Ｂ）は、塗布部７が触媒インク５を塗布する一例を示している。図３（Ｂ）に示すように、塗布部７は、対向位置Ｐ１において、保持部６に保持された電解質膜２に対して相対的にＸ方向に移動し、その際、ノズル３１の吐出口３２から電解質膜２上に触媒インク５を吐出する。このとき、電解質膜２は、上記のように保持部６の吸着部１５によって広がった状態で保持されているので、触媒インク５をムラなく電解質膜２上に塗布することができる（図３（Ａ）も参照）。吐出口３２から電解質膜２上に触媒インク５を吐出する際、ノズル３１の高さ（Ｚ方向位置）は、塗布に適した位置に調整されている。
【００３５】
なお、触媒インク５を塗布する際、ノズル３１（塗布部７）をＸ方向に移動させることに限定されない。例えば、ノズル３１を固定し、保持部６をＸ方向に移動させて触媒インク５を塗布してもよく、ノズル３１及び保持部６をそれぞれＸ方向の反対向きに移動させて触媒インク５を塗布してもよい。また、触媒インク５を塗布する際の湿度は、任意であるが、通常２０％以上に設定される。これにより、触媒インク５をムラなく電解質膜２上に塗布することができ、また、ノズル３１の吐出口３２の乾燥を抑制することができる。
【００３６】
図１及び図２に戻り、塗布部７は、ノズル３１をメンテナンスするための、ノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３を備えている。ノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３は、保持部６の−Ｘ側に、Ｘ方向に並んで配置され、チャンバ部８と干渉しないように設置される。また、ノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３は、退避位置Ｐ２の塗布部７のノズル３１がそれぞれ接続可能に配置される。
【００３７】
ノズル浸漬部５２は、＋Ｚ方向が開口する容器を備え、ノズル３１の先端部分が＋Ｚ方向から挿入可能に形成される。容器内には、例えば、触媒インク５や、触媒インク５を形成する溶液等が溜められている。電解質膜２に触媒インク５を塗布しない間、ノズル３１の先端部分をノズル浸漬部５２の溶液等に浸すことにより、ノズル３１の吐出口３２の乾燥防止や、ノズル３１の洗浄を行うことができる。
【００３８】
予備吐出部５３は、ノズル３１により触媒インク５の予備吐出を行うために設けられる。予備吐出部５３は、例えば＋Ｚ方向が開口する容器で、ノズル３１の先端部分が＋Ｚ方向から挿入可能に形成される。容器内に、触媒インク５を予備吐出させるための被吐出面が形成されてもよい。ノズル３１による触媒インク５の最初の吐出は、吐出量にばらつきが生じる場合がある。電解質膜２への塗布に先だって、予備吐出部５３によりノズル３１の予備吐出を行うことにより、触媒インク５の吐出量を安定させることができる。
【００３９】
なお、ノズル３１をメンテナンスするため、ノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３以外の処理部が設けられてもよい。また、ノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３は、保持部６の−Ｘ側に配置されることに限定されず、保持部６の＋Ｘ側や、塗布部７の＋Ｙ側または−Ｙ側に配置されてもよい。また、ノズル洗浄時にノズル３１がノズル浸漬部５２等に移動することに代えて、ノズル洗浄時にノズル浸漬部５２等がノズル３１まで移動するものでもよい。この場合、ノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３は移動可能に形成され、例えば通常時はノズル３１に対してＹ方向またはＺ方向に退避し、ノズル３１のメンテナンスの際に、ノズル３１まで移動させるような任意の構成が採用される。また、ノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３を備えるか否かは任意であり、ノズル浸漬部５２等を備えないものでもよい。
【００４０】
なお、塗布部７は、上記した構成に限定されず、触媒インク５を吐出可能な任意の構成を適用することができる。例えば、ノズル３１に代えて、インクジェット法やスプレー法により触媒インク５を電解質膜２に塗布するものでもよい。また、ディスペンサ等により触媒インク５を電解質膜２に吐出し、この触媒インク５をスキージ等により電解質膜２上に拡げるものでもよい。
【００４１】
チャンバ部８は、図１及び図２に示すように、保持部６を含んで密閉した空間５５を形成する。この空間５５は、吸引部９の吸引により減圧可能な空間である。チャンバ部８は、メインフレーム１０のテーブル１４上に配置される。チャンバ部８は、ベース部５６と、蓋部５７と、を備える。ベース部５６は、下面側がテーブル１４に固定され、かつ上面側に保持部６の基部１６を固定している。ベース部５６は、矩形板状の部材が用いられる。なお、図示しないが、ベース部５６は、基部１６に備える接続孔２２（図３（Ａ）参照）と連通する接続孔が設けられており、吸着用吸引部１７の吸引力が吸着部１５に至るまでの経路を確保している。蓋部５７は、ベース部５６の上面の外縁に当接して、空間５５を形成可能な凹状に形成される。
【００４２】
図４（Ａ）は、チャンバ部８の一例を示す斜視図、（Ｂ）は、蓋部５７の一例を示す斜視図である。図４（Ａ）に示すように、ベース部５６の上面の略中央の領域に保持部６が固定される。蓋部５７は、ベース部５６上面の＋Ｘ側において２か所のヒンジ部５８によりベース部５６に接続されている。蓋部５７は、保持部６を覆うような小さな空間５５を形成するので、後述する吸引部９により空間５５の減圧に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
蓋部５７は、図４（Ａ）に示すように、ヒンジ部５８によりＹ軸回りに回転可能に形成され、保持部６を含んだ空間５５を形成する空間形成位置と、保持部６を開放した保持部開放位置との間を回転移動する。なお、保持部開放位置は、上記した塗布部７が蓋部５７に干渉しない位置に設定される。蓋部５７は、上記した塗布部７により保持部６の電解質膜２に触媒インク５を塗布する際は保持部開放位置に配置（図４（Ａ）の二点鎖線で示す蓋部５７を参照）され、後述する吸引部９により空間５５を吸引して減圧する際は空間形成位置に配置（図４（Ａ）の実線で示す蓋部５７を参照）される。なお、ヒンジ部５８は、ベース部５６の＋Ｘ側に配置されることに代えて、ベース部５６の＋Ｙ側または−Ｙ側に配置されてもよい。
【００４４】
ベース部５６は、貫通孔５９が設けられている。貫通孔５９は、ベース部５６の＋Ｚ側から−Ｚ側に貫通するように設けられている。貫通孔５９は、蓋部５７が空間形成位置にある場合、空間５５と接続するように形成される。貫通孔５９は、例えば、チューブ等の管状部材（不図示）により吸引部９と接続されている。従って、吸引部９を駆動することにより、空間５５内を吸引して減圧することができる。なお、貫通孔５９は、空間５５に接続するものであれば、その個数や配置は任意である。例えば、２以上の貫通孔５９が形成され、それぞれ吸引部９に接続されるものでもよい。また、ベース部５６の貫通孔５９を介して吸引部９が接続されることに限定されず、例えば、蓋部５７の一部に開口部が設けられ、この開口部と吸引部９とがチューブ等を介して接続され、蓋部５７側から空間５５内を吸引するものでもよい。
【００４５】
蓋部５７は、図４（Ｂ）に示すように、中央部分に内部を目視可能な窓部５７ａが形成されてもよい。窓部５７ａとしては、透明または半透明な板状ガラス、アクリル板などの板状の樹脂が用いられる。窓部５７ａにより、作業者等が触媒インク５の乾燥状態を目視で確認することが可能となる。ただし、窓部５７ａを形成するか否かは任意である。また、蓋部５７は、空間形成位置において、ベース部５６との密着性を向上させるために、ゴム等の弾性部材が縁部に取り付けられてもよい。
【００４６】
チャンバ部８は、蓋部５７を回転駆動するための蓋部駆動部６０を備えている。蓋部駆動部６０の駆動は、不図示の制御部により制御されてもよく、また作業者によりマニュアル操作されてもよい。また、蓋部駆動部６０を備えるか否かは任意である。蓋部駆動部６０がない場合は、作業者が蓋部５７の開閉操作を行ってもよい。また、蓋部５７は、ヒンジ部５８により開閉可能に形成されることに限定されない。例えば、蓋部５７は、上下方向（Ｚ方向）に移動可能に形成されてもよい。また、蓋部５７は、ロボットアームやマニュピレータに保持され、このロボットアームを駆動することにより開閉可能としてもよい。
【００４７】
吸引部９は、塗布部７により電解質膜２に触媒インク５が塗布された後、チャンバ部８が空間５５を形成した後に、空間５５を吸引して減圧し、触媒インク５を減圧した状態で乾燥させる。吸引部９は、例えば、所定の吸引力を発生する真空ポンプ等、任意のポンプが適用可能である。吸引部９による吸引力の大きさや駆動タイミングの制御は、不図示の制御部により制御されてもよく、また作業者によりマニュアル操作されてもよい。このとき、制御部は、吸引部９による吸引力が、保持部６の吸着用吸引部１７の吸引力より小さくなるように制御してもよい。吸着用吸引部１７の吸引力が吸引部９の吸引力より大きくすることにより、空間５５を吸引したときでも電解質膜２が吸着部１５から外れることを抑制できる。また、吸引部９は、吸引力を段階的に大きくして、空間５５を減圧してもよい。これにより、電解質膜２に塗布された触媒インク５が吸引力により変形することを抑制できる。例えば、吸引部９は、空間５５の圧力を大気圧から所定の圧力に減圧する第１吸引を行った後、第１吸引より吸引力を大きくして、空間５５の圧力を１０００Ｐａ以下、好ましくは１００Ｐａ以下に減圧する第２吸引を行う場合、上記した触媒インク５の吸引力による破損を抑制し、且つ触媒インク５の乾燥が十分に行われて、多孔質形状の触媒層３を精度よく形成することができる。この場合、第１吸引における所定の圧力は、２００００〜６００００Ｐａであるのが好ましい。第１吸引における所定の圧力まで減圧する時間は、５〜２０秒であるのが好ましい。第１吸引における減圧速度は、４０００〜６０００Ｐａ／ｓｅｃの速度であるのが好ましい。また、第２吸引は、使用する溶媒によって適宜調節すればよいが、空間５５の圧力を１０００Ｐａ以下、好ましくは１００Ｐａ以下に減圧する。第２吸引は、第１吸引より長い時間行うことが好ましい。吸引部９による吸引後、空間５５の圧力は、大気圧まで戻される。空間５５の圧力を大気圧まで戻す機構は、任意である。例えば、空間５５の圧力を大気圧まで戻す機構は、空間内に空気やガスを流入させる機構等を用いることができる。また、空間５５の圧力を大気圧にする条件は、任意である。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、電解質膜２を保持部６で保持した状態から電解質膜２の移動や搬送をすることなしに、チャンバ部８によって触媒インク５の減圧乾燥を行うことができる。これにより、電解質膜２が触媒インク５や大気中に含まれる水分を吸収して皺やゆがみ等の変形が生じるのを抑制し、変形等が少ない積層膜４を形成することができる。また、触媒インク５の塗布後から短時間で減圧乾燥を行うので、多孔質形状の触媒層３を形成することができる。これにより、触媒層３の比表面積を大きくすることができ、触媒層３の活性を高くすることができる。
【００４９】
ここで、積層膜４を構成する電解質膜２及び触媒層３、並びに触媒層３を形成する触媒インク５について説明する。なお、以下に説明する内容は、他の実施形態についても同様である。電解質膜２は、例えば、プロトンを膜厚方向に選択的に透過させる機能を有する。電解質膜２は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。電解質膜２としては、例えば、構成材料であるイオン交換樹脂の種類によって大別され、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜等を用いることができる。
【００５０】
フッ素系高分子電解質膜を構成するイオン交換樹脂としては、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、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）等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−ｇ−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーなどが挙げられる。なお、耐熱性、化学的安定性などの発電性能を向上させるという観点からは、これらのフッ素系高分子電解質膜が用いられ、特に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高分子電解質膜が用いられる。
【００５１】
また、炭化水素系電解質膜を構成するイオン交換樹脂としては、例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン（Ｓ−ＰＥＳ）、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（Ｓ−ＰＥＥＫ）、スルホン化ポリフェニレン（Ｓ−ＰＰＰ）などが挙げられる。これらのイオン交換樹脂により形成される炭化水素系高分子電解質膜は、原料が安価で製造工程が簡便であり、かつ材料の選択性が高いといった製造上の利点がある。なお、上述したイオン交換樹脂は、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。また、上述した材料のみに制限されず、その他の材料が用いられてもよい。
【００５２】
電解質膜２の厚さは、燃料電池の特性を考慮して適宜決定すればよく、特に制限されない。電解質膜２の厚さは、通常は５〜１００μｍ程度である。電解質膜２の厚さがこのような範囲内の値であると、製膜時の強度や使用時の耐久性および使用時の出力特性のバランスが適切となる。なお、電解質膜２は、剥離可能な基材シートに積層されたものを用いてもよい。これにより、電解質膜２のハンドリングが容易になる。このような基材シートとしては、例えば、触媒インク５における導電性担体等の種類に応じて適宜選択され、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート、ポリエステルシート等の樹脂製のシートを用いることができる。
【００５３】
触媒層３は、燃料電池においてアノード側に用いられるアノード触媒層及び燃料電池においてカソード側に用いられるカソード触媒層のうち、少なくとも１つを有する。アノード触媒層は、例えば水素の酸化反応に触媒作用を有するものである。カソード触媒層は、例えば酸素の還元反応に触媒作用を有するものである。なお、触媒層３は、アノード触媒層及びカソード触媒層の両方を備える場合、アノード側触媒層及びカソード側触媒層は、それぞれ、電解質膜２の異なる面に形成される。
【００５４】
アノード側触媒層及びカソード側触媒層は、例えば、触媒インク５により形成することができる。アノード側触媒層を形成する触媒インク５及びカソード側触媒層を形成する触媒インク５は、それぞれ、上記した触媒作用を有するものであれば特に制限なく、公知のものを用いることができる。このような触媒インク５としては、例えば、特開２０１３−０６９６１４に開示される、触媒成分を２層のアイオノマ層で被覆した触媒を含むものを用いることができる。また、触媒インク５としては、例えば、導電性担体に触媒成分が担持された電極触媒、高分子電解質および溶剤を含むものを用いることができる。なお、溶剤は、高分子電解質を完全に溶解させるものでなくてもよく、高分子電解質を分散可能であればよい。
【００５５】
アノード触媒層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制限はなく公知の触媒を使用できる。また、カソード触媒層に用いられる触媒成分もまた、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒を使用できる。具体的には、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これらの合金などから選択可能である。
【００５６】
これらのうち、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、例えば、白金を含むものが用いられる。上記した合金の組成は、合金化する金属の種類にもよるが、例えば、白金の含有量を３０〜９０原子％とし、白金と合金化する金属の含有量を１０〜７０原子％としてもよい。なお、合金とは、一般に金属元素に１種以上の金属元素または非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物または金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、本実施形態においては、いずれであってもよい。この際、アノード触媒層に用いられる触媒成分およびカソード触媒層に用いられる触媒成分は、上記の中から適宜選択可能である。
【００５７】
触媒成分の形状や大きさは、特に制限されず公知の触媒成分と同様の形状および大きさが採用可能である。触媒成分の形状は、例えば、粒状、鱗片状、層状などのものが使用できる。この際、触媒粒子の平均粒子径は、例えば、１〜３０ｎｍ、１〜１０ｎｍ、１〜５ｎｍ、２〜４ｎｍなどである。触媒粒子の平均粒子径がこのような範囲内の値であると、電気化学反応が進行する有効電極面積に関連する触媒利用率と担持の簡便さとのバランスが適切となる。なお、触媒粒子の平均粒子径は、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）より調べられる触媒成分の粒子径の平均値として測定可能である。
【００５８】
導電性担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、および触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。導電性担体としては、触媒粒子を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、集電体として十分な電子導電性を有しているものであればよく、例えば、主成分がカーボン（炭素原子）のものが用いられる。例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。なお、カーボンを主成分とするものは、炭素原子のみからなるもの、または実質的に炭素原子からなるもの、の双方を含む。また、燃料電池の特性を向上させるために、炭素原子以外の元素が含まれていてもよい。なお、実質的に炭素原子からなる場合、２〜３重量％程度以下の不純物の混入が許容される。
【００５９】
導電性担体のＢＥＴ比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに十分な比表面積であればよく、例えば、２０〜１６００ｍ２／ｇ、８０〜１２００ｍ２／ｇである。比表面積が上記したような範囲であれば、導電性担体への触媒成分および高分子電解質が十分分散して十分な発電性能が得られ、また、触媒成分および高分子電解質を十分有効に利用することができる。また、導電性担体の大きさは、特に限定されないが、担持の容易さ、触媒利用率、電極触媒層の厚みを適切な範囲とするなどの観点から、平均粒子径が、例えば、５〜２００ｎｍ、１０〜１００ｎｍ程度に設定される。
【００６０】
導電性担体に触媒成分が担持された電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、例えば、１０〜８０重量％、３０〜７０重量％に設定される。触媒成分の担持量がこのような範囲内の値であると、触媒担体上での触媒成分の分散度と触媒性能とのバランスを適切となる。なお、触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によって調べることができる。
【００６１】
高分子電解質としては、例えば、上記したフッ素系高分子電解質膜や炭化水素系高分子電解質膜等を用いることができる。中でも、耐熱性、化学的安定性などに優れることから、フッ素原子を含むものが用いられる。例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、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）などのフッ素系電解質が用いられる。触媒層３中の高分子電解質量の含有量は特に限定されるものではないが、電極触媒中のカーボンの量に対する高分子電解質量の比が例えば０．３〜１．２に設定される。
【００６２】
溶剤としては、特に制限されず、触媒層３を形成するのに使用される通常の溶剤が同様に使用可能である。例えば、水；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、シクロヘキサノール等のアルコールを使用することができる。中でも、アルコールが、メタノール、エタノール、１-プロパノール、２−プロパノール等の炭素数１〜３の低級アルコールである場合、扱いやすさやコストの点で好ましい。これらの溶剤は、単独で使用してもよいし、２種以上を混合したものを使用してもよい。中でも、溶剤が、水を７０重量％以上含有するアルコールを含む水溶液である場合、電解質膜２がアルコールを吸収する際に生じる水の吸収を抑制でき、その結果、積層膜４の変形を抑制することができる。また、溶剤の使用量は、特に制限されず公知と同様の量が使用できる。触媒インク５において、電極触媒は、所望の作用、即ち、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）を触媒する作用を十分発揮できる量であればいずれの量で使用されてもよい。電極触媒が、触媒インク５中に、例えば、５〜３０重量％、９〜２０重量％となるように設定される。
【００６３】
次に、積層膜４の製造方法（触媒層３の形成方法）について、装置１の動作とともに図面を参照して説明する。ただし、以下の説明は一例であって、製造方法を限定するものではない。図５は、積層膜４の製造方法を示すフローチャートである。図６及び図７は、装置１の動作を示す図である。なお、図５のフローチャートに沿って説明しつつ、図６及び図７を適宜参照する。
【００６４】
先ず、シート状の電解質膜２を準備する。シート状の電解質膜２の作成は任意の方法が適用可能である。次に、図５に示すように、シート状の電解質膜２を保持部６により保持する（ステップＳ１）。電解質膜２の保持は、図６（Ａ）に示すように、チャンバ部８の蓋部５７を開いて保持部開放位置に配置させ、電解質膜２を広げた状態で吸着部１５の上のシート部材２４の上に載置し、吸着用吸引部１７を駆動して電解質膜２を吸引することにより行う。これにより、電解質膜２は広がった状態で保持部６に保持される。このとき、塗布部７は、退避位置Ｐ２に位置している。
【００６５】
なお、電解質膜２を保持部６に載置する作業は、作業者が手作業で搬送してもよく、また各種搬送装置によって行ってもよい。また、吸着用吸引部１７の駆動タイミングは、電解質膜２をシート部材２４に載置した後、または載置する前のいずれであってもよい。電解質膜２をシート部材２４に載置する前に吸着用吸引部１７を駆動する場合、載置中は吸引力を弱く設定し、載置が完了した後に強く吸引するなど、多段階で吸引力を変化させてもよい。載置中に弱く吸引することにより、電解質膜２の載置を容易にすることが可能となる。このような吸着用吸引部１７の吸引力の変化は、不図示の制御部により制御してもよく、また作業者によりマニュアル操作してもよい。
【００６６】
次に、図５に示すように、塗布部７によって電解質膜２に触媒インク５を塗布する（ステップＳ２）。なお、塗布に先だって、ノズル３１をノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３によってメンテナンスを行ってもよい。塗布部７は、塗布部駆動部４０（図１参照）を駆動することにより＋Ｘ方向移動に移動し、退避位置Ｐ２から対向位置Ｐ１の−Ｘ側に配置される。対向位置Ｐ１の−Ｘ側の位置は、例えば、電解質膜２の外縁に対向する位置、または電解質膜２の外縁の外側に対向する位置である。続いて、不図示の駆動部を駆動してノズル３１のＺ位置が調整される。ノズル３１のＺ位置は、吐出口３２と電解質膜２との間隔が所定の間隔となるように設定される。なお、塗布部７が退避位置Ｐ２から対向位置Ｐ１に移動する間に、ノズル３１のＺ位置が調整されてもよい。
【００６７】
続いて、図６（Ｂ）に示すように、塗布部駆動部４０を駆動して、塗布部７を＋Ｘ方向に移動させる。このとき、ノズル３１の吐出口３２から触媒インク５を吐出し、ノズル３１が電解質膜２の＋Ｘ側に達した段階（塗布部７が対向位置Ｐ１の＋Ｘ側に達した段階）でノズル３１から触媒インク５の吐出を停止する。これにより、電解質膜２上の所定領域に触媒インク５が塗布される。電解質膜２は、保持部６によって広がった状態で保持されているため、触媒インク５の塗布時に電解質膜２がずれるのを防止しており、触媒インク５を電解質膜２上に適切に塗布することができる。
【００６８】
ノズル３１から触媒インク５を吐出するタイミングは、例えば、塗布部７が一定速度でＸ方向に移動している段階で触媒インク５の吐出を行ってもよい。すなわち、塗布部７が＋Ｘ方向に移動を開始した際、加速中は触媒インク５を吐出せず、ほぼ一定速度となってから触媒インク５の吐出を開始してもよい。例えば単位時間あたりの触媒インク５の吐出量を一定に制御した場合、電解質膜２に対するノズル３１の相対速度が変化すると電解質膜２の単位面積当たりの塗布量が変化してムラが生じてしまう。従って、塗布部７がほぼ一定速度になってから触媒インク５の吐出を開始することにより、電解質膜２上において触媒インク５のムラ、例えば塗布ムラ、乾燥ムラ等が生じるのを抑制でき、膜厚均一性の良好な膜を形成することができる。
【００６９】
次に、図５に示すように、塗布部７は、塗布部駆動部４０を駆動することにより−Ｘ方向移動に移動し、チャンバ部８の外側に退避する（ステップＳ３）。塗布部７は、図７（Ａ）に示すように、対向位置Ｐ１から退避位置Ｐ２に移動することにより、保持部６から離れ、チャンバ部８の外側に退避する。なお、このステップＳ３においても、吸着用吸引部１７により電解質膜２の吸引は継続している。また、塗布部７を退避している間に、ノズル３１から触媒インク５が漏れ落ちないように、ノズル３１の吐出口３２付近の触媒インク５をノズル３１内に吸引させてもよい。
【００７０】
次に、図５に示すように、触媒インク５が塗布された電解質膜２を含んだ空間５５をチャンバ部８により形成する（ステップＳ４）。蓋部５７は、図７（Ｂ）に示すように、蓋部駆動部６０を駆動して、保持部開放位置から空間形成位置に回転することによりベース部５６と密着し、密閉した空間５５を形成する。この空間５５には、保持部６に保持された状態で触媒インク５が塗布された電解質膜２が含まれる。なお、蓋部駆動部６０により蓋部５７を保持部開放位置から回転させるタイミングは、塗布部７が退避位置Ｐ２に移動した後でもよいし、塗布部７が対向位置Ｐ１から退避位置Ｐ２に移動中でもよい。
【００７１】
次に、図５に示すように、吸引部９を駆動することにより空間５５内を吸引して減圧する（ステップＳ５）。空間５５の減圧は、図７（Ｂ）に示すように、空間５５が形成された後、吸引部９を駆動することにより行われる。空間５５の減圧により、触媒インク５が乾燥し、電解質膜２上において触媒層３が形成される。触媒インク５を減圧乾燥するので、多孔質形状の触媒層３を形成でき、触媒層３の比表面積を大きくすることができる。また、チャンバ部８の空間５５は、保持部６を覆った小さな空間であるため、空間５５を減圧する時間を短縮できる。なお、吸引部９による減圧の際、吸着用吸引部１７による電解質膜２の吸引力が、空間５５内に対する吸引力より大きく設定されてもよい。これにより、空間５５を減圧したときでも電解質膜２を確実に保持部６保持することができる。なお、電解質膜２の吸引力を空間５５内に対する吸引力より大きくするか否かは任意である。また、吸引部９は、吸引力を段階的に大きくして、空間５５を減圧してもよい。これにより、電解質膜２に塗布された触媒インク５が吸引力により変形することを抑制できる。例えば、吸引部９は、空間５５の圧力を大気圧から所定の圧力に減圧する第１吸引を行った後、第１吸引より吸引力を大きくして、空間５５の圧力を１０００Ｐａ以下、好ましくは１００Ｐａ以下に減圧する第２吸引を行う場合、上記した触媒インク５の吸引力による破損を抑制し、且つ触媒インク５の乾燥が十分に行われて、多孔質形状の触媒層３を精度よく形成することができる。なお、吸引部９が、吸引力を段階的に大きくして、空間５５を減圧するか否かは任意である。
【００７２】
また、ステップＳ５において、触媒インク５の減圧乾燥を行う際又は減圧乾燥を行った後に、加熱部２６により電解質膜２を所定の温度で加熱してもよい。これにより、触媒インク５の乾燥時間を短縮することができる。また、加熱部２６による電解質膜２の加熱は、上記したステップＳ２において触媒インク５の塗布中または塗布後が開始してもよい。また、加熱部２６による電解質膜２の加熱温度は、例えば触媒インク５の乾燥の進行に合わせて変化させてもよい。なお、加熱部２６により電解質膜２を加熱するか否かは任意である。
【００７３】
触媒インク５が減圧乾燥されて触媒層３が形成された後、吸引部９の駆動が停止され、空間５５の圧力が大気圧まで戻される。空間５５の圧力を大気圧にする条件は、任意である。空間５５の圧力が大気圧まで戻された後、蓋部駆動部６０により蓋部５７が保持部開放位置まで回転して保持部６を開放する。なお、触媒層３が形成されたか否かは、蓋部５７の窓部５７ａから作業者が目視にて確認してもよく、また予め設定された時間経過をもって判断してもよい。また、吸引部９の駆動を停止した後、空間５５内に、電解質膜２や触媒層３に対して不活性なガス（例えば窒素ガスやアルゴンガスなど）を供給して空間５５をパージしてもよい。また、空間５５を減圧した状態から開放する際、例えば、電解質膜２の一部をフック等により吸着部１５に弾性的に押し付けるようにしてもよい。これにより、電解質膜２（積層膜４）は、例えば空間５５を大気開放したときでも吸着部１５の吸引とフック等により確実に保持され、吸着部１５から剥がれることを防止できる。続いて、吸着用吸引部１７の駆動が停止されることにより、積層膜４を取り出すことが可能となる。なお、積層膜４の取り出しは、作業者による手作業の他に各種搬送装置が使用されてもよい。以上のステップにより、電解質膜２上に触媒層３を積層した積層膜４が完成する。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、触媒インク５の塗布から減圧による乾燥までの時間が短いので、電解質膜２が触媒インク５中の水分を吸収する時間が短く、電解質膜２の変形を抑制できる。また、電解質膜２は、保持部６に保持されて触媒インク５の塗布や減圧乾燥が行われるので、電解質膜２の移動や搬送が不要であり、積層膜４の製造時間を短縮できる。また、触媒インク５の塗布から乾燥開始までの時間が短いので、触媒インク５として塗布から乾燥までに短い時間が要求される材料を使用することができる。また、電解質膜２は、保持部６に広がった状態で保持されるので、触媒インク５の塗布や減圧乾燥において電解質膜２の変形を抑制し、変形が少ない適切な積層膜４を製造できる。また、触媒インク５を減圧乾燥して触媒層３を形成するため、多孔質形状の触媒層３が形成される。これにより、触媒層３の比表面積が大きくなり、触媒層３の触媒活性が高い積層膜４を効率よく製造することができる。
【００７５】
なお、電解質膜２の両面に触媒層３を形成させる場合、先ず、電解質膜２の一方の面に触媒層３を形成した後、この電解質膜２を他方の面を上面として再度保持部６に吸着させ、上記と同様の手順により他方の面に触媒層３を形成することより電解質膜２の両面に触媒層３を持った積層膜４を形成することができる。なお、電解質膜２の両面に触媒インク５を塗布する場合、片面ごとに触媒インク５の成分を変え、異なる触媒層３を形成してもよい。
【００７６】
また、上記したステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返すことにより、触媒層３を多層にしてもよい。この場合、同一の触媒インク５を用いて触媒層３を多層にしてもよく、異なる触媒インク５を用いて触媒層３を多層にしてもよい。同一の触媒インク５を用いる場合は、同一材料による触媒層３の厚さを容易に厚くすることができる。また、異なる触媒インク５を用いる場合は、複数材料が積層された状態の触媒層３を容易に形成することができる。
【００７７】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、第１実施形態において説明した事項のうち、第２実施形態に適用可能なものは全て第２実施形態で適用してもよい。
【００７８】
図８は、第２実施形態に係る装置１００における吸引部１０９を示す図である。本実施形態では、吸引部１０９が第１実施形態と異なっている。なお、保持部６、塗布部７、及びチャンバ部８は、第１実施形態と同様である。吸引部１０９は、第１実施形態と同様、例えば、所定の吸引力を発生する真空ポンプ等、任意のポンプが適用可能である。また、吸引部１０９による吸着力の大きさや駆動タイミングは、不図示の制御部により制御されてもよく、また作業者によりマニュアル操作されてもよい。吸引部１０９は、調整部１１０を介してチューブ等の管状部材により吸着部１５及び空間５５の双方に接続される。調整部１１０は、吸引部１０９による吸引を、吸着部１５の吸引と、空間５５の吸引とに振り分けて、それぞれ調整を行う。
【００７９】
調整部１１０は、例えば、ガス流量を制御可能な真空バルブが用いられる。調整部１１０は、例えば、吸着部１５に対する吸引力が、空間５５に対する吸引力より大きくなるように調整する。なお、調整部１１０は、吸引部１０９と別に形成されることに限定されず、吸引部１０９の一部として形成されてもよい。また、調整部１１０による調整は、不図示の制御部により制御してもよく、また作業者によりマニュアル操作してもよい。
【００８０】
以上のように、本実施形態によれば、１台の吸引部１０９によって吸着部１５の吸引及び空間５５の吸引の双方を行うため、第１実施形態のように吸着用吸引部１７が不要となり、吸引部（例えば真空ポンプ）の数を減らすことができ、装置コストを低減することができる。また、調整部１１０を操作することにより、吸着部１５の吸引力と、空間５５の吸引力とを容易に調整することができる。
【００８１】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第３実施形態に適用可能なものは全て第３実施形態で適用してもよい。
【００８２】
図９は、第３実施形態に係る装置２００の一例を示す図である。装置２００は、図９に示すように、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂと、塗布部２０７と、チャンバ部２０８と、を備える。複数の保持部２０６Ａ、２０６Ｂ、塗布部２０７、及びチャンバ部２０８は、メインフレーム２１０により支持される。メインフレーム２１０は、図１に示すメインフレーム１０に対して、Ｘ方向に長く形成される点を除いて、メインフレーム１０と同様である。
【００８３】
第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂは、それぞれ図１に示す保持部６と同様の構成である。第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂは、チャンバ部２０８のベース部２５６上にＸ方向に並んで配置される。第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂは、それぞれ第１吸着用吸引部２１７Ａ、第２吸着用吸引部２１７Ｂと接続される。第１吸着用吸引部２１７Ａ及び第２吸着用吸引部２１７Ｂは、それぞれ図１に示す吸着用吸引部１７と同様の構成である。第１吸着用吸引部２１７Ａ及び第２吸着用吸引部２１７Ｂは、別に配置することに限定されず、例えば１台の吸着用吸引部２１７Ａ（または吸着用吸引部２１７Ｂ）を用いて複数の吸着部１５の吸引を行ってもよい。
【００８４】
塗布部２０７は、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂのそれぞれに保持された電解質膜２に対して触媒インク５を塗布するようにＸ方向に移動可能である。これに伴い、対向位置Ｐ１の範囲も第１実施形態よりＸ方向に長くなっている。塗布部駆動部２４０は、塗布部２０７のＸ方向の移動を確保するため、第１実施形態のベルト４５よりＸ方向に長いベルト２４５が使用される。なお、塗布部２０７の他の構成は、図１に示す塗布部７と同様である。ノズル３１をメンテナンスするノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３は、第１保持部２０６Ａの−Ｘ側に配置される。
【００８５】
チャンバ部２０８は、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂを支持するベース部２５６と、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂを含む空間２５５を形成可能な蓋部２５７と、を備える。蓋部２５７は、不図示の駆動装置により、第１保持部２０６Ａ等を開放した保持部開放位置と、空間２５５を形成した空間形成位置と、を移動可能に形成される。蓋部２５７は、第１実施形態の蓋部５７と同様に、ヒンジ部５８によって回転可能に形成されてもよい。空間２５５は、吸引部９に接続され、吸引部９による吸引により減圧可能である。なお、チャンバ部２０８は、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂの双方を含んだ空間２５５を形成することに代えて、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂに対して個別に空間を形成してもよい。
【００８６】
以上のように、本実施形態によれば、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂに保持された複数の電解質膜２に対して、１つの塗布部２０７で触媒インク５を塗布することができる。さらに、触媒インク５を塗布した複数の電解質膜２に対して１つの空間２５５を減圧することでまとめて乾燥させるので、積層膜４（触媒層３）を効率よく製造（形成）することができる。なお、図９では２つの第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂを使用するが、３つ以上の保持部が配置されてもよい。
【００８７】
また、本実施形態において、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂの双方で電解質膜２の一方の面に触媒インク５を塗布する使用形態の他に、第１保持部２０６Ａにより電解質膜２の一方の面に触媒インク５を塗布し、次いで、第２保持部２０６Ｂにより電解質膜２の他方の面に触媒インク５を塗布する使用形態であってもよい。このとき、第１保持部２０６Ａから第２保持部２０６Ｂへの電解質膜２の搬送は、作業者が手作業で行ってもよく、また各種搬送装置によって行ってもよい。
【００８８】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第４実施形態に適用可能なものは全て第４実施形態で適用してもよい。
【００８９】
図１０は、第４実施形態に係る装置３００の一例を示す図である。装置３００は、図１０に示すように、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂと、第１塗布部３０７Ａ及び第２塗布部３０７Ｂと、チャンバ部２０８と、を備える。複数の保持部２０６Ａ、２０６Ｂ、第１塗布部３０７Ａ及び第２塗布部３０７Ｂ、及びチャンバ部２０８は、メインフレーム３１０により支持される。メインフレーム３１０は、図１や図２に示すメインフレーム１０、２１０に対して、Ｘ方向に長く形成される点を除いて、メインフレーム１０、２１０と同様である。第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂは、第２実施形態と同様である。
【００９０】
第１塗布部３０７Ａは、第１保持部２０６Ａに保持された電解質膜２を塗布するのに使用される。第１塗布部３０７Ａは、第１実施形態の塗布部７と同様の構成である。第１塗布部３０７Ａの退避位置Ｐ２Ａは、第１保持部２０６Ａの−Ｘ側に設定される。第１塗布部３０７Ａのノズル３１をメンテナンスするノズル浸漬部５２Ａ及び予備吐出部５３Ａは、第１保持部２０６Ａの−Ｘ側に配置される。第１塗布部３０７Ａは、退避位置Ｐ２Ａから＋Ｘ方向に移動して対向位置Ｐ１Ａに配置可能である。第１塗布部３０７Ａの移動は、第１塗布部駆動部３４０Ａにより行う。第１塗布部駆動部３４０Ａは、駆動ローラ４２Ａと、従動ローラ４４Ａと、ベルト４５Ａと、を備える。第１塗布部駆動部３４０Ａは、第１実施形態の塗布部駆動部４０の構成とほぼ同様である。
【００９１】
第２塗布部３０７Ｂは、第２保持部２０６Ｂに保持された電解質膜２を塗布するのに使用される。第２塗布部３０７Ｂは、第１実施形態の塗布部７と同様の構成である。第２塗布部３０７Ｂの退避位置Ｐ２Ｂは、第２保持部２０６Ｂの＋Ｘ側に設定される。第２塗布部３０７Ｂのノズル３１をメンテナンスするノズル浸漬部５２Ｂ及び予備吐出部５３Ｂは、第２保持部２０６Ｂの＋Ｘ側に配置される。第２塗布部３０７Ｂは、退避位置Ｐ２Ｂから−Ｘ方向に移動して対向位置Ｐ１Ｂに配置可能である。第２塗布部３０７Ｂの移動は、第２塗布部駆動部３４０Ｂにより行う。第２塗布部駆動部３４０Ｂは、駆動ローラ４２Ｂと、従動ローラ４４Ｂと、ベルト４５Ｂと、を備える。第２塗布部駆動部３４０Ｂは、第１実施形態の塗布部駆動部４０の構成とほぼ同様である。
【００９２】
以上のように、本実施形態によれば、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂに保持された複数の電解質膜２に対して、それぞれ第１塗布部３０７Ａ及び第２塗布部３０７Ｂで触媒インク５を塗布するので、塗布時間を短縮できる。さらに、複数の電解質膜２に対して１つの空間２５５により減圧乾燥するので、積層膜４（触媒層３）を効率よく製造（形成）することができる。なお、図１０では２つの第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂを使用するが、３つ以上の保持部が配置され、保持部ごとに塗布部が配置されてもよい。
【００９３】
また、本実施形態において、第２実施形態と同様、第１保持部２０６Ａ及び第２保持部２０６Ｂの双方で電解質膜２の一方の面に触媒インク５を塗布する使用形態の他に、第１保持部２０６Ａにより電解質膜２の一方の面に触媒インク５を塗布し、次いで、第２保持部２０６Ｂにより電解質膜２の他方の面に触媒インク５を塗布する使用形態であってもよい。このとき、第１保持部２０６Ａから第２保持部２０６Ｂへの電解質膜２の搬送は、作業者が手作業で行ってもよく、また各種搬送装置によって行ってもよい。
【００９４】
また、本実施形態において、第１塗布部３０７Ａ及び第２塗布部３０７Ｂは、同一の触媒インク５を塗布してもよく、また異なる触媒インク５を塗布してもよい。この場合、第１塗布部３０７Ａにより電解質膜２の一方の面に所定の触媒インク５を塗布し、さらに、第２塗布部３０７Ｂにより電解質膜２の他方の面に異なる触媒インク５を塗布してもよい。これにより、電解質膜２の一方の面と他方の面とで異なる触媒層３を形成することができる。
【００９５】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第５実施形態に適用可能なものは全て第５実施形態で適用してもよい。
【００９６】
図１１は、第５実施形態に係る装置４００の一例を示す図である。装置４００は、積層膜４に枠部４７１を形成する。装置４００は、図１１に示すように、枠部形成部４７０と、積層膜保管部４７２と、を備える。なお、枠部形成部４７０より前段の工程は、上記した実施形態と同様であり、電解質膜２に触媒層３を形成した積層膜４を製造する。製造された積層膜４は、枠部形成部４７０に搬送される。積層膜４の搬送は、作業者による手作業の他に、各種搬送装置により行ってもよい。
【００９７】
枠部形成部４７０は、積層膜４に枠部４７１を形成する。枠部４７１は、例えば、積層膜４おける触媒層３を囲むように形成される。枠部４７１は、例えば、外縁が積層膜４の外縁とほぼ同一に形成され、内側の開口部分を有する。枠部４７１の開口部分の大きさは、例えば、触媒層３の大きさに対応して設定される。枠部４７１は、積層膜４の剛性を向上させるために用いられる。枠部４７１の材料は任意であり、例えば、電気絶縁性を有する樹脂材料等の他に、金属材料、ガラス等が用いられる。枠部４７１の厚さは、例えば数十μｍ〜数１００μｍに設定されるが、特に厚さを限定するものではない。
【００９８】
枠部４７１は、触媒層３と重ならないように形成されるが、一部の触媒層３と重ねて形成されてもよい。また、枠部４７１の開口部分により多くの触媒層３を露出させるため、触媒層３を有効に機能させることができる。なお、枠部４７１の形状は、図示のように触媒層３を囲むものに限定されず、積層膜４の一部に形成されてもよい。例えば、積層膜４の外縁の４辺のうち１辺〜３辺に沿って枠部４７１が形成されてもよい。また、枠部４７１は、燃料電池等に使用されるガスの流入出孔や、組み立てる際に用いられるねじ穴や位置決め用の穴などの貫通孔を備えてもよい。
【００９９】
枠部形成部４７０は、予め作成された枠部４７１を積層膜４に接着することにより枠部４７１を形成する。枠部形成部４７０は、不図示の接着剤塗布部により枠部４７１の接着対象面、または積層膜４のうち枠部接着面に接着剤を塗布し、続いて積層膜４に枠部４７１を押し付けることにより枠部４７１を積層膜４に固定させる。なお、接着剤としては、任意の接着剤が用いられる。また、接着剤を用いずに、枠部４７１の一部を溶融させて積層膜４に接着させてもよい。また、積層膜４と枠部４７１との位置合わせのため、積層膜４の一部（例えば触媒層３のない電解質膜２上の一部）にアライメント用のマークが形成され、このマークを光学式のセンサ等で認識して枠部４７１の位置合わせを行ってもよい。
【０１００】
積層膜保管部４７２は、枠部形成部４７０から搬送された積層膜４を保管する。積層膜保管部４７２は、積層膜４を重ねた状態で保管してもよく、また、積層膜４を１枚ごとまたは複数枚ごとに収容可能な棚（スロット）を備えてもよい。なお、積層膜保管部４７２を配置するか否かは任意であり、積層膜保管部４７２がなくてもよい。
【０１０１】
また、本実施形態では、枠部４７１を積層膜４の一方の面に形成しているが、積層膜４の両面に枠部４７１が形成されてもよい。また、本実施形態では、枠部４７１を積層膜４に接着しているが、これに限定されない。例えば、積層膜４の上面（例えば電解質膜２の上面）において触媒層３を囲むように、熱硬化性または光硬化性などの樹脂材料を塗布し、この樹脂材料を適宜硬化させることにより枠部４７１が形成されてもよい。
【０１０２】
以上のように、本実施形態によれば、枠部形成部４７０によって積層膜４に枠部４７１を容易に形成することができる。また、積層膜４は、枠部４７１により剛性が向上するので、例えば積層膜４が１０数μｍ程度と極めて薄い場合でも、その後の搬送や組み立てなどのハンドリング性を向上させることができる。
【０１０３】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第６実施形態に適用可能なものは全て第６実施形態で適用してもよい。
【０１０４】
図１２は、第６実施形態に係る装置５００の一例を示す図である。図１２（Ａ）は＋Ｚ方向から見た平面図、図１２（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図である。装置５００は、図１２に示すように、長尺の電解質膜（被塗布物）２Ａがロール状に巻かれたロール体Ｒ１として供給され、製造する積層膜４Ａも長尺としてロール状に巻かれたロール体Ｒ２として形成する。電解質膜２Ａは、長尺である以外は、図１に示す電解質膜２と同様である。装置５００は、保持部６と、塗布部５０７と、チャンバ部５０８と、を備える。
【０１０５】
ロール体Ｒ２は、不図示の駆動装置により回転駆動する駆動軸に支持されており、この駆動軸の回転により電解質膜２Ａを＋Ｘ方向に移送する。ロール体Ｒ１は、例えば従動軸に支持されており、電解質膜２Ａが引き出されること伴って回転する。なお、ロール体Ｒ１は、ロール体Ｒ２の回転と同期して電解質膜２Ａを送り出すように回転してもよい。ロール体Ｒ２を回転させるタイミング及び回転量（電解質膜２Ａの移送タイミング及び移送量）は、不図示の制御部によって制御してもよく、作業者のマニュアル操作によって行ってもよい。なお、電解質膜２Ａをロール体Ｒ２の回転により行うことに限定されない。例えば、保持部６の＋Ｘ側で電解質膜２Ａを挟んだ一対の駆動ローラにより、電解質膜２Ａを移送してもよい。
【０１０６】
保持部６は、ロール体Ｒ１から引き出された電解質膜２Ａの一部を保持する。保持部６は、例えば、図１に示す保持部６と同様であり、電解質膜２Ａの一部を吸着部１５で吸引することにより保持する。保持部６と電解質膜２Ａとの間に、図３に示すようなシート部材２４が配置されてもよい。保持部６の−Ｘ側及び＋Ｘ側のそれぞれには、ローラ５６２、５６３が設けられ、長尺の電解質膜２Ａを案内する。ローラ５６２、５６３の高さは任意に設定可能であるが、例えば、電解質膜２Ａをほぼ水平に移送する高さに設定される。また、ローラ５６２、５６３に加えて他のローラを配置してもよい。また、ローラ５６２、５６３を配置するか否かは任意である。
【０１０７】
塗布部５０７は、保持部６に保持された電解質膜２に触媒インク５を塗布する。塗布部５０７は、図１に示す塗布部７と同様に、吐出口３２を有するノズル３１等を備える。塗布部５０７は、電解質膜２Ａの移送方向と直交するＹ方向に移動可能に形成される。なお、塗布部５０７の移動は、例えば、第１実施形態の塗布部駆動部４０がＹ方向に配置されて使用されてもよい。塗布部５０７は、保持部６に保持された電解質膜２Ａに対して触媒インク５を塗布可能な対向位置Ｐ５０１と、保持部６の＋Ｙ側に設定された退避位置Ｐ５０２との間を移動可能である。なお、退避位置Ｐ５０２は、保持部６の−Ｙ側に設定されてもよい。また、ノズル３１をメンテナンスするノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３（図１参照）は、保持部６の＋Ｘ側に配置されてもよい。
【０１０８】
チャンバ部５０８は、保持部６を含んだ空間５５５を形成する。チャンバ部５０８は、蓋部５５７を備える。蓋部５５７は、空間５５５を形成する空間形成位置と、電解質膜２Ａに対して塗布部５０７により触媒インク５を塗布可能な保持部開放位置との間をＺ方向に移動可能に形成される。蓋部５５７の移動は、不図示の駆動装置により行ってもよく、作業者が行ってもよい。蓋部５５７の移動を駆動装置で行う場合、移動のタイミング等は、不図示の制御部により制御してもよく、または作業者がマニュアル操作により行ってもよい。
【０１０９】
蓋部５５７が空間形成位置にある場合、蓋部５５７の下端は、保持部６の基部１６の上面と密着する。このとき、電解質膜２Ａにおいて触媒インク５の塗布領域を挟んだ両側は、蓋部５５７と基部１６とで挟まれた状態となる。なお、蓋部５５７の下端に弾性部材が取り付けられてもよい。これにより、電解質膜２Ａを挟んだ場合でも、密閉した空間５５５を形成することができる。なお、空間５５５内が吸引部９により減圧される点は、第１実施形態と同様である。また、蓋部５５７は、Ｚ方向に移動することに限定されず、例えば、第１実施形態のようにヒンジ部５８を用いて、例えばＸ方向を軸として回転可能に形成されてもよい。
【０１１０】
また、本実施形態において、保持部６により電解質膜２Ａを保持するか否かは任意である。電解質膜２Ａは、ロール体Ｒ１、Ｒ２の間にわたって配置されており、ロール体Ｒ１の回転を停止した状態でロール体Ｒ２を回転させることにより、電解質膜２Ａに張力を付与することができる。この状態で電解質膜２Ａに対して塗布部５０７により触媒インク５の塗布が可能である。このように、ロール体Ｒ１、Ｒ２の一方または双方を回転させる機構は、電解質膜２Ａに対する張力付与部として作用する。また、空間５５５を形成する場合、電解質膜２Ａは蓋部５５７によって挟まれているため、減圧乾燥時に電解質膜２Ａの保持を行っている。
【０１１１】
次に、装置５００を用いた積層膜４の製造方法（触媒層３の形成方法）について説明する。図１３は、積層膜４の製造方法の他の例を示すフローチャートである。図１４（Ａ）は、保持部６及び塗布部５０７の一例を示す斜視図、（Ｂ）は保持部６及び塗布部５０７の他の例を示す斜視図である。図１５は、チャンバ部５０８の一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図である。図１６は、切断部５８０の一例を及び動作を示す図である。なお、図１３のフローチャートに沿って説明しつつ、図１４〜図１６を適宜参照する。
【０１１２】
先ず、長尺の電解質膜２Ａが、ロール体Ｒ１、Ｒ２にわたって配置される。例えば、ロール体Ｒ１の電解質膜２Ａの始端が引き出されて、ロール体Ｒ２を形成するための駆動軸に取り付けられる。次に、図１３に示すように、電解質膜２Ａは、ロール体Ｒ２の回転によりロール体Ｒ１から引き出されてその一部が保持部６に保持される（ステップＳ５０１）。このステップＳ５０１は、例えば、図１４（Ａ）に示すように、保持部６が電解質膜２Ａを吸引することにより保持を行う。保持部６は、ロール体Ｒ１から引き出されて広がった状態の電解質膜２Ａを保持する。電解質膜２Ａの吸着は、後述する空間５５５の減圧の終了後まで行ってもよく、また、塗布部５０７による触媒インク５の塗布後まで行ってもよい。
【０１１３】
次に、図１３に示すように、保持された電解質膜２Ａの少なくとも一方の面に、触媒層３を形成するための触媒インク５を塗布部５０７により塗布する（ステップＳ５０２）。このステップＳ５０２は、塗布部５０７が退避位置Ｐ５０２から対向位置Ｐ５０１に移動し、図１４（Ａ）に示すように、ノズル３１がＹ方向に移動することにより、電解質膜２Ａの所定領域に触媒インク５を塗布する。なお、塗布部５０７は、ノズル３１をＹ方向に移動させて電解質膜２Ａの所定領域に触媒インク５を塗布してもよい。
【０１１４】
また、図１４（Ｂ）に示す塗布部５０７Ａのように、ノズル３１がＸ方向及びＹ方向に移動せず、電解質膜２ＡがＸ方向に移動することを利用して電解質膜２Ａ上に触媒インク５を塗布するものでもよい。この塗布部５０７Ａは、図１４（Ｂ）に示すように、電解質膜２Ａを案内するローラ５６４の上方にノズル３１を配置する。ノズル３１は、吐出口３２がローラ５６４に沿ったＹ方向に配置される。ノズル３１は、保持部６（チャンバ部５０８）の−Ｘ側に配置され、電解質膜２Ａの移送方向において保持部６の上流側に配置される。ノズル３１は、Ｚ方向に移動可能に形成され、電解質膜２Ａとの間隔を調整可能としてもよい。また、ノズル３１をメンテナンスするノズル浸漬部５２及び予備吐出部５３（図１参照）は、図示のノズル３１の位置から＋Ｙ側または−Ｙ側に配置されてもよい。図１４（Ｂ）に示すものでは、電解質膜２Ａを＋Ｘ方向に移送するとともに、ノズル３１から触媒インク５を吐出することにより電解質膜２Ａの所定領域に触媒インク５を塗布する。
【０１１５】
次に、図１３に示すように、チャンバ部５０８により空間５５５を形成するのに先立って、塗布部５０７をチャンバ部５０８の外側に退避させる（ステップＳ５０３）。このステップＳ５０３は、例えば、図１４（Ａ）に示すように、塗布部５０７が＋Ｙ方向の退避位置Ｐ５０２向けて移動し、チャンバ部５０８の外側に退避することにより行う。なお、図１４（Ｂ）に示すものでは、塗布部５０７Ａは、保持部６から離れて配置されているので、既に退避が完了した状態である。
【０１１６】
次に、図１３に示すように、触媒インク５が塗布された電解質膜２Ａを含んだ空間５５５をチャンバ部５０８により形成する（ステップＳ５０４）。このステップＳ５０４は、例えば、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、蓋部５５７が、−Ｚ方向に移動して基部１６の上面と接触することにより空間５５５を形成する。このとき、触媒インク５の塗布領域から＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に延びる電解質膜２Ａは、蓋部５５７と基部１６との間に挟まれた状態となる。なお、チャンバ部５０８は、保持部６を囲んだ小さな空間５５５を形成するので、空間５５５の減圧に要する時間を短くすることができる。
【０１１７】
次に、図１３に示すように、空間５５５を減圧する（ステップＳ５０５）。このステップＳ５０５は、例えば、図１５（Ｂ）に示すように、空間５５５が形成された後、吸引部９を駆動することにより空間５５５を吸引することにより行う。空間５５５を減圧することにより触媒インク５が乾燥して触媒層３を形成し、積層膜４Ａが製造される。なお、空間５５５を吸引する際、電解質膜２Ａの吸引力が空間５５５内に対する吸引力より大きくなるように設定してもよい。これにより、電解質膜２Ａを確実に保持部６保持することができる。ただし、空間５５５を減圧する際、電解質膜２Ａを保持部６に保持するか否かは任意である。また、吸引部９は、吸引力を段階的に大きくして、空間５５５を減圧してもよい。これにより、電解質膜２Ａに塗布された触媒インク５が吸引力により変形することを抑制できる。例えば、吸引部９は、空間５５５の圧力を大気圧から所定の圧力に減圧する第１吸引を行った後、第１吸引より吸引力を大きくして、空間５５５の圧力を１０００Ｐａ以下、好ましくは１００Ｐａ以下に減圧する第２吸引を行う場合、上記した触媒インク５の吸引力による破損を抑制し、且つ触媒インク５の乾燥が十分に行われて、多孔質形状の触媒層３を精度よく形成することができる。なお、吸引部９が、吸引力を段階的に大きくして、空間５５５を減圧するか否かは任意である。
【０１１８】
なお、図１４（Ｂ）に示すものでは、電解質膜２Ａの移送とともに触媒インク５の塗布を行い（ステップＳ５０２）、塗布された触媒インク５が位置Ｐ５０３に達した段階で電解質膜２Ａの移送を停止する。続いて、保持部６により電解質膜２Ａを吸引して保持する。なお、保持部６により電解質膜２Ａを保持するか否かは任意である。続いて、位置Ｐ５０３を囲むように蓋部５５７が移動して空間５５５を形成させ（ステップＳ５０４）、この空間５５５内を吸引部９により吸引して減圧することにより触媒インク５を減圧乾燥させる（ステップＳ５０５）。なお、図１４（Ｂ）に示すものでは、保持部６上に塗布部５０７Ａが達しないので、蓋部５５７全体を移動させる必要がない。例えば、蓋部５５７は保持部６の基部１６上に固定され、電解質膜２Ａの出入り口部分だけを開口させて、この開口をシャッタ等により開閉することで空間５５５を形成させるものでもよい。
【０１１９】
また、触媒インク５を塗布する際や、塗布した後、空間５５５内で減圧乾燥を行う際又は減圧乾燥の後に、電解質膜２Ａを加熱部２６（図１２（Ｂ）参照）により所定の温度で加熱してもよい。これにより、触媒インク５の乾燥時間を短縮することができる。なお、電解質膜２Ａを加熱するか否かは任意である。
【０１２０】
以上のステップＳ５０１〜Ｓ５０５により、長尺の電解質膜２Ａ上に所定の間隔で触媒層３が形成された長尺の積層膜４Ａが形成される、この長尺の積層膜４Ａを巻き取ることでロール体Ｒ２となる。このロール体Ｒ２を他の装置等（例えば燃料電池の組み立て装置など）に搬送して、適宜触媒層３ごとに切断して各積層膜４として使用される。また、触媒層３を多層にする場合、上記ステップを繰り返して行い、積層膜４Ａにおける触媒層３に重ねて、触媒インク５の塗布を塗布することにより行う。なお、多層の触媒層３を形成する場合、層ごとに異なる触媒インク５を用いてもよい。
【０１２１】
また、長尺の積層膜４Ａが巻かれたロール体Ｒ２とすることに代えて、図１３に示すように、触媒層３が形成された部分ごとに積層膜４Ａを切断してもよい（ステップＳ５０６）。ただし、ステップＳ５０６により積層膜４Ａを切断するか否かは任意である。装置５００は、図１６に示すように、切断部５８０を備え、触媒層３が形成された部分ごとに切断部５８０により積層膜４Ａを切断してもよい。
【０１２２】
切断部５８０は、図１６（Ａ）に示すように、第１保持部５８１と、第２保持部５８２と、可動ホルダ５８３と、一対の刃部５８４と、を備える。第１保持部５８１は、Ｙ方向に伸びる棒状に形成され、積層膜４Ａの＋Ｘ側の端部を裏面側から保持する。第１保持部５８１は、例えば、吸引により積層膜４Ａの裏面の一部を吸着して保持する。第２保持部５８２は、第１保持部５８１の＋Ｘ側に隣接して配置される。第２保持部５８２は、矩形板状に形成され、触媒層３が形成された積層膜４Ａを保持する。第２保持部５８２は、例えば、吸引により積層膜４Ａの裏面を吸着して保持する。
【０１２３】
可動ホルダ５８３は、ロッド５８５と、ホルダ５８６と、を備える。ロッド５８５は、不図示のガイドによりＸ方向に移動可能に形成され、不図示の駆動装置によってＸ方向に移動する。ホルダ５８６は、ロッド５８５の−Ｘ側端部に形成される。ホルダ５８６は、積層膜４の＋Ｘ側の端部の一部を挟んでまたは吸着して保持可能に形成される。可動ホルダ５８３は、ホルダ５８６が第１保持部５８１に保持された積層膜４Ａの端部を保持可能な位置と、積層膜４Ａを＋Ｘ方向に引き出して第２保持部５８２により積層膜４Ａを保持可能な位置との間を移動する。
【０１２４】
一対の刃部５８４は、第２保持部５８２に保持された積層膜４Ａを切断する。一対の刃部５８４は、第２保持部５８２の−Ｘ側及び＋Ｘ側のそれぞれに配置され、不図示のガイドに沿ってＹ方向に移動可能に形成される。一対の刃部５８４は、第２保持部５８２の＋Ｙ側に退避しており、不図示の駆動装置によりガイドに沿って−Ｙ方向に移動することで積層膜４Ａの所定部分を切断する。なお、一対の刃部５８４に代えて、第２保持部５８２の−Ｘ側の１箇所に刃部５８４が形成されてもよい。また、一対の刃部５８４に代えて、積層膜４ＡをＺ方向に挟み込んで切断するものでもよい。
【０１２５】
次に、切断部５８０を用いて、上記したステップＳ５０６について説明する。図１６（Ａ）に示すように、積層膜４Ａの＋Ｘ側の端部が第１保持部５８１に保持された状態から開始する。次に、図１６（Ｂ）に示すように、可動ホルダ５８３は、ロッド５８５を−Ｘ方向に移動させ、ホルダ５８６により積層膜４の＋Ｘ側の端部を保持する。次に、第１保持部５８１による積層膜４Ａの保持を停止した後、図１６（Ｃ）に示すように、可動ホルダ５８３は、ホルダ５８６で積層膜４Ａを保持したまま＋Ｘ方向に移動する。これにより、積層膜４Ａは、第２保持部５８２上に移動する。続いて、第２保持部５８２は、吸引等により積層膜４を保持する。
【０１２６】
次に、図１６（Ｄ）に示すように、可動ホルダ５８３は、積層膜４Ａの保持を解除して＋Ｘ方向に移動し、第２保持部５８２から退避する。続いて、一対の刃部５８４は、−Ｙ方向に移動することにより、積層膜４のうち触媒層３の＋Ｘ側及び−Ｘ側をＹ方向に切断する。すなわち、長尺の積層膜４Ａは、触媒インク５が塗布された部分ごとの積層膜４となる。次に、図１６（Ｅ）に示すように、一対の刃部５８４が＋Ｙ方向に移動して元の位置に移動した後、可動ホルダ５８３は、−Ｘ方向に移動して、切断後の積層膜４を保持する。続いて、第２保持部５８２による積層膜４の保持が解除された後、可動ホルダ５８３が＋Ｘ方向に移動することにより、積層膜４が＋Ｘ方向に移送され、所定位置に載置される。この所定位置は、例えば、積層膜４を保管位置としてもよい。なお、可動ホルダ５８３は、例えば、積層膜４を所定位置に移動させるために、Ｘ方向以外に、Ｙ方向やＺ方向に移動してもよい。
【０１２７】
以上のように、本実施形態によれば、電解質膜２Ａが巻かれたロール体Ｒ１を用いて、長尺の積層膜４Ａのロール体Ｒ２、または長尺の積層膜４Ａを切断した積層膜４を形成するので、積層膜４、４Ａ（触媒層３）を効率よく製造（形成）することができる。なお、第１実施形態と同様、触媒インク５の塗布から減圧乾燥までを短時間で行うので、触媒活性が高い多孔質形状の触媒層３を形成することができる。
【０１２８】
［第７実施形態］
次に、第７実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第７実施形態に適用可能なものは全て第７実施形態で適用してもよい。
【０１２９】
図１７は、第７実施形態に係る装置６００の一例を示し、（Ａ）は保持部６０６の一例を示す斜視図、（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図である。装置６００は、図１７に示すように、保持部６０６として、テーブル６１６と、張力付与部６８８と、を備える。その他の構成は上記した各実施形態と同様であり、図示を省略する。テーブル６１６は、長尺の電解質膜２Ａの一部を上面に載置する。テーブル６１６は、例えば矩形板状の部材が用いられ、不図示の空間を吸引するための吸引部９に接続されている。なお、テーブル６１６は、図１に示す吸着部１５や吸着用吸引部１７を備えてもよい。
【０１３０】
張力付与部６８８は、ローラ６６２と、ローラ６６３と、を備える。ローラ６６２、６６３は、それぞれテーブル６１６の−Ｘ側、＋Ｘ側に配置される。また、ローラ６６２、６６３は、いずれもテーブル６１６の上面より−Ｚ側に配置されている。これにより、張力付与部６８８は、ローラ６６２、ローラ６６３により、テーブル６１６上において電解質膜２Ａに張力を付与し、テーブル６１６上（保持部６０６上）に電解質膜２Ａの一部を保持するように作用する。
【０１３１】
なお、ローラ６６２、６６３は、それぞれ電解質膜２Ａを挟んだ一対のローラであってもよい。この場合、各ローラ６６２、６６３は、不図示の駆動装置によって回転駆動するものでもよい。各ローラ６６２、６６３が回転駆動する場合、ローラ６６３に対して電解質膜２Ａを＋Ｘ方向に送る方向に駆動をかけ、かつ、ローラ６６２に対して電解質膜２Ａを−Ｘ方向に戻す方向に駆動をかけることで、テーブル６１６上の電解質膜２Ａにさらに張力を付与することができる。なお、テーブル６１６の−Ｘ側及び＋Ｘ側の端部には、電解質膜２Ａとの摩擦を軽減するため、傾斜面や曲面、ローラなどが形成されてもよい。また、張力付与部６８８による電解質膜２Ａへの張力の付与は、触媒インク５の塗布から減圧による乾燥が終了するまで行われる。
【０１３２】
以上のように、本実施形態によれば、電解質膜２Ａは、張力付与部６８８によって張力が付与された状態で触媒インク５の塗布及び減圧乾燥が行われるため、電解質膜２Ａの変形を抑制することができる。また、張力付与部６８８によって保持部６０６に電解質膜２Ａを保持できるので、電解質膜２Ａを保持するための吸着部１５や吸着用吸引部１７が不要となり、装置コストを低減できる。
【０１３３】
［第８実施形態］
次に、第８実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第８実施形態に適用可能なものは全て第８実施形態で適用してもよい。
【０１３４】
図１８は、第８実施形態に係る装置７００の一例を示す図であり、（Ａ）は枠部形成部の一例を示す斜視図、（Ｂ）は動作の一例を示すフローチャート図である。装置７００は、図１８（Ａ）に示すように、枠部形成部７７０と、切断部７８０と、を備える。枠部形成部７７０は、長尺の積層膜４Ａにおいて、それぞれの触媒層３を囲むように枠部４７１（図１１参照）を形成する。なお、枠部形成部７７０より前段の工程は、上記した実施形態と同様であり、長尺の電解質膜２Ａに触媒層３を形成した長尺の積層膜４Ａを製造する。製造された積層膜４Ａは、枠部形成部７７０に搬送される。積層膜４の搬送は、各種搬送装置により行ってもよい。また、枠部形成部７７０の構成は、図１１に示す枠部形成部４７０と同様の構成が適用され、例えば、積層膜４Ａに対して枠部４７１を接着する構成等が適用される。
【０１３５】
切断部７８０は、枠部４７１が形成された積層膜４Ａを、枠部４７１が形成された部分ごとに切断する。切断部７８０は、枠部形成部７７０の＋Ｘ側に配置され、不図示のガイドに沿ってＹ方向に移動可能に形成される。切断部７８０は、枠部形成部７７０の＋Ｙ側に退避しており、不図示の駆動装置によりガイドに沿って−Ｙ方向に移動することで積層膜４Ａの所定部分を切断する。なお、切断部７８０は、Ｙ方向に移動して積層膜４Ａを切断するものに代えて、積層膜４ＡをＺ方向に挟み込んで切断するものでもよい。
【０１３６】
この装置７００を用いることにより、図１８（Ｂ）のフローチャートの実施が可能となる。なお、先の図１３のフローチャートでは、ステップＳ５０５により触媒インク５を減圧乾燥して触媒層３としているが、本実施形態では、このステップＳ５０５に続いて、以下の工程が追加される。
【０１３７】
図１８（Ｂ）に示すように、ステップＳ５０５に続いて、積層膜４Ａに枠部４７１が形成される（ステップＳ７０８）。長尺の積層膜４Ａは、＋Ｘ方向に移送され、枠部形成部７７０に順次移送され、各触媒層３を囲むように枠部４７１が形成される。次に、図１８（Ｂ）に示すように、枠部形成部７７０から＋Ｘ側に移送された積層膜４Ａに対して、切断部７８０を−Ｙ方向に移動させることにより、枠部４７１ごとに積層膜４Ａが切断される（ステップＳ７０９）。なお、切断部７８０による切断の際、枠部形成部７７０から＋Ｘ側に移送された積層膜４Ａを保持してもよい。
【０１３８】
なお、切断された積層膜４は、各種搬送装置等によって所定の保管位置や他の装置に搬送される。積層膜４を保管する際、図１１に示す積層膜保管部４７２と同様に、積層膜４を重ねた状態で保管してもよく、また、積層膜４を１枚ごとまたは複数枚ごとに収容可能な棚（スロット）に保管してもよい。また、枠部４７１が形成された積層膜４Ａを切断するか否かは任意である。従って、装置７００は、切断部７８０がなくてもよい。積層膜４Ａを切断しない場合、枠部４７１が形成された積層膜４Ａは、折り重ねた状態で保管されてもよい。
【０１３９】
以上のように、本実施形態によれば、長尺の積層膜４Ａに対して枠部４７１を形成するので、枠部４７１の形成を短時間で効率よく行うことができる。また、第５実施形態と同様、枠部４７１により積層膜４の剛性が向上するので、その後の搬送や組み立てなどのハンドリング性を向上させることができる。
【０１４０】
［第９実施形態］
次に、第９実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第９実施形態に適用可能なものは全て第９実施形態で適用してもよい。
【０１４１】
図１９は、第９実施形態に係る燃料電池用積層膜装置の一例を示し、（Ａ）は＋Ｚ方向から見た積層膜４Ａの拡大図、（Ｂ）は装置８００を−Ｙ方向から見た側面図である。第９実施形態に係る装置８００は、図１２に示す装置５００とほぼ同様の構成である。本実施形態では、長尺の積層膜４Ａの一方の面だけでなく、他方の面について触媒層３を形成する手法を示している。
【０１４２】
図１９（Ａ）に示すように、長尺の積層膜４Ａには、触媒層３ごとにマークＭが形成される。このマークＭは、各触媒層３との位置関係が予め設定されている。マークＭは、光学式等の非接触センサ、または接触式プローブによる接触式センサなどの検出装置により検出可能であれば、任意の形状、色等を適用できる。また、マークＭは、積層膜４Ａの一部に形成された貫通穴であってもよい。また、マークＭは、触媒層３の一部に形成されてもよい。マークＭの形成は、専用のマーク形成装置が使用されてもよく、また、塗布部５０７から触媒インク５を塗布してマークＭを形成してもよい。また、マークＭは、触媒層３が形成された面に形成されることに代えて、触媒層３が形成されていない面に形成されてもよい。
【０１４３】
図１９（Ａ）に示すように、長尺の電解質膜２Ａの一方の面に触媒層３が形成された長尺の積層膜４Ａは、ロール体Ｒ２として装置８００の供給側に配置される。この積層膜４Ａは、触媒層３が形成されていない他方の面を＋Ｚ方向（上方）に向けた状態でＸ方向に引き出される。また、装置８００は、マークＭを検出する不図示の検出装置を備えている。この検出装置は、マークＭを認識した場合、例えば、認識結果を不図示の制御部に送信する。制御部は、この認識結果から−Ｚ面の触媒層３の位置を判断し、この触媒層３の位置に保持部６を合わせるように積層膜４Ａの移送を制御する。
【０１４４】
続いて、保持部６により積層膜４Ａを保持した後、塗布部５０７により積層膜４Ａの＋Ｚ側の面に触媒インク５が塗布され、チャンバ部５０８により触媒インク５が減圧乾燥されることにより触媒層３が形成される。その結果、電解質膜２Ａを挟んだ＋Ｚ面側及び−Ｚ面側の双方に触媒層３を持つ長尺の積層膜４Ｂが形成される。長尺の積層膜４Ｂは、＋Ｘ方向に移送され、ロール体Ｒ３として巻き取られてもよく、また、図１６に示すように、触媒層３が形成された部分ごとに適宜切断されてもよい。
【０１４５】
積層膜４Ｂは、＋Ｚ面側及び−Ｚ面側で同一の触媒インク５により同一の触媒層３が形成されてもよく、また、異なる触媒インク５により異なる触媒層３が形成されてもよい。なお、上記ではマークＭを検出して触媒インク５の塗布位置を制御しているが、これに限定されない。例えば、先に形成された触媒層３を＋Ｚ面側から認識可能な場合は、この触媒層３のエッジを検出装置等により検出して触媒インク５の塗布位置を制御してもよい。また、触媒インク５の塗布位置を不図示の検出装置を用いて制御部により制御することに代えて、作業者が目視等により触媒インク５の塗布位置を設定してもよい。
【０１４６】
以上のように、本実施形態によれば、長尺の電解質膜２Ａの両面に対して触媒層３を効率よく形成できる。なお、電解質膜２Ａの両面に形成される触媒層３は、同一の大きさ（面積）であることに限定されず、異なる大きさであってもよい。各触媒層３の大きさは、塗布部５０７による塗布領域をそれぞれ設定することで、互いに同一または異なる大きさに設定される。
【０１４７】
［第１０実施形態］
次に、第１０実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第１０実施形態に適用可能なものは全て第１０実施形態で適用してもよい。
【０１４８】
図２０（Ａ）は、第１０実施形態に係る積層膜４Ｃの一例を示す図、（Ｂ）は、他の例に係る積層膜４Ｄの一例を示す図である。図２１（Ａ）は、他の例に係る積層膜４Ｄの一例を示す図、（Ｂ）は、他の例に係る積層膜４Ｅの一例を示す図、（Ｃ）は、他の例に係る積層膜４Ｆを示す図である。図２０（Ａ）に示すように、電解質膜２は、−Ｚ面側に剥離可能な基材シートＳを備えている。この電解質膜２は、予め作成した電解質膜２と基材シートＳとを接着剤または静電力等により接合して形成されてもよく、また、基材シートＳ上に電解質膜２を形成するための液体を塗布し、この液体を乾燥等させることにより基材シートＳ上に電解質膜２を形成されたもののいずれでもよい。この電解質膜２の＋Ｚ面側に触媒層３を形成する手段は、上記した各実施形態が適用可能である。
【０１４９】
電解質膜２上に触媒層３を形成した積層膜４Ｃは、−Ｚ側から順に基材シートＳ、電解質膜２、触媒層３の３層構造となる。なお、電解質膜２の＋Ｚ面側に、図１１に示すような枠部４７１が形成されてもよい。この積層膜４Ｃは、図２０（Ａ）に示すように、裏面の基材シートＳを剥がすことにより、燃料電池に使用可能な積層膜４となる。なお、基材シートＳは、電解質膜２から剥離可能であれば任意の材料のシートを用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート、ポリエステルシート等の樹脂製のシートを用いることができる。
【０１５０】
なお、本実施形態において、基材シートＳの剥離は、専用の剥離装置が使用されてもよく、また、作業者が手作業により行ってもよい。また、本実施形態において、基材シートＳを有する積層膜４Ｃの状態で保管されてもよく、また、各積層膜４Ｃから基材シートＳを剥離した状態で保管されてもよい。
【０１５１】
また、図２０（Ｂ）に示すように、長尺の電解質膜２Ａは、−Ｚ面側に剥離可能な長尺な基材シートＳＡを備えており、ロール体Ｒ４として供給されてもよい。この電解質膜２Ａは、上記と同様に、予め作成した長尺の電解質膜２Ａと基材シートＳＡとを接合して形成してもよく、また、長尺の基材シートＳＡ上に所定の液体を塗布して電解質膜２Ａを形成したもののいずれであってもよい。ロール体Ｒ４から引き出された電解質膜２Ａの＋Ｚ面側に適宜触媒層３を形成する手段は、上記した各実施形態が適用可能である。基材シートＳＡの材料は、上記した基材シートＳと同様である。
【０１５２】
電解質膜２Ａ上に触媒層３を形成した長尺の積層膜４Ｄは、触媒層３を形成した部分において−Ｚ側から順に基材シートＳＡ、電解質膜２Ａ、触媒層３の３層構造となる。なお、電解質膜２Ａの＋Ｚ面側において、図１８（Ａ）に示すように、触媒層３ごとに枠部４７１が形成されてもよい。この積層膜４Ｄは、図２０（Ｂ）に示すように、移送経路の一部において基材シートＳＡが連続して電解質膜２Ａから剥離される。基材シートＳＡを剥離する位置に楔状の部材が配置され、この楔状の部材により基材シートＳＡの剥離を行ってもよい。なお、剥離した基材シートＳＡは、巻き取られてロール体Ｒ５を形成する。このロール体Ｒ５は、基材シートＳＡが巻かれたものであり、再度電解質膜２Ａを形成するなど、再利用が可能である。
【０１５３】
基材シートＳＡが剥がされた積層膜４Ｄは、積層膜４Ａとなって巻き取られることによりロール体Ｒ２を形成する。なお、積層膜４Ｄは、基材シートＳＡを剥離する前に触媒層３ごとに切断されてもよい。積層膜４Ｄが触媒層３ごとに切断されることにより、図２０（Ａ）に示す積層膜４Ｃとなる。また、積層膜４Ｄは、基材シートＳＡを剥離せずに巻き取られてロール体を形成してもよい。
【０１５４】
また、図２１（Ａ）に示すように、長尺な基材シートＳＡを一方の面に備えた長尺の電解質膜２Ａは、触媒層３を形成する前に基材シートＳＡを剥離してもよい。また、長尺の電解質膜２Ａは、触媒層３を形成した後に、剥離可能な長尺な基材シートＳＡを積層してもよい。
【０１５５】
例えば、図２１（Ａ）に示すように、−Ｚ面側に剥離可能な長尺な基材シートＳＡを備えた長尺の電解質膜２Ａは、ロール体Ｒ４として供給され、＋Ｘ方向に移送される。この基材シートＳＡを備えた電解質膜２Ａは、触媒層３が形成される前の移送経路の一部において基材シートＳＡが連続して電解質膜２Ａから剥離され、巻き取られてロール体Ｒ５を形成する。基材シートＳＡの剥離は、基材シートＳＡを剥離する位置に楔状の部材が配置され、この楔状の部材により行ってもよい。
【０１５６】
基材シートＳＡが剥離された電解質膜２Ａは、保持部６により保持された後、塗布部５０７により＋Ｚ側の面に触媒インク５が塗布され、チャンバ部５０８により触媒インク５が減圧乾燥されることにより触媒層３が形成され、長尺の積層膜４Ａが形成される。
【０１５７】
電解質膜２Ａ上に触媒層３を形成した長尺の積層膜４Ａは、触媒層３を形成した後の移送経路の一部において基材シートＳＡが連続して積層膜４Ａの−Ｚ側の面に形成される。基材シートＳＡは、例えば、保持部６等の＋Ｘ側に配置されるロール体Ｒ５として供給され、＋Ｘ方向に移送される。この基材シートＳＡは、積層膜４Ａの−Ｚ面側に対向する面（基材シートＳＡの＋Ｚ面側）に不図示の塗布装置により離型剤が塗布された後、一対のプレスローラＰＲ１、ＰＲ２に移送される。離型剤は、例えば、剥離性の観点から、ケイ素酸化物、フッ素やシリコーン系の離型剤が用いられる。積層膜４Ａは、基材シートＳＡの＋Ｚ面側に位置するように、一対のプレスローラＰＲ１、ＰＲ２に移送される。一対のプレスローラＰＲ１、ＰＲ２は、移送された積層膜４Ａと基材シートＳＡとを＋Ｚ側及び−Ｚ側から挟むことにより、積層膜４Ａの−Ｚ面側に基材シートＳＡを積層し、長尺の積層膜４Ｄを形成する。この積層膜４Ｄは、触媒層３を形成した部分において、−Ｚ側から順に基材シートＳＡ、電解質膜２Ａ、触媒層３の３層構造となる。この長尺の積層膜４Ｄは、基材シートＳＡを剥離せずに、巻き取られることによりロール体Ｒ６を形成する。
【０１５８】
なお、積層膜４Ａへの基材シートＳＡの積層は、電解質膜４Ａと基材シートＳＡが離型剤を用いないでも積層でき且つ剥離可能な材料であれば、離型剤を用いずに積層してもよい。また、積層膜４Ｄは、触媒層３ごとに切断されてもよい。この場合、積層膜４Ｄが触媒層３ごとに切断されることにより、図２０（Ａ）に示す積層膜４Ｃとなる。また、電解質膜２Ａ上に触媒層３を形成した長尺の積層膜４Ａは、基材シートＳＡを形成せずに巻き取ることによりロール体Ｒ２を形成してもよいし、基材シートＳＡを積層せずに触媒層３ごとに切断され、枚葉の積層膜４を形成してもよい。また、積層膜４Ａへの基材シートＳＡの積層は、触媒層３を形成した面（積層膜４Ａの＋Ｚ側の面）に行ってもよい。
【０１５９】
また、図２１（Ｂ）に示すように、長尺の電解質膜２Ａは、剥離可能な長尺な基材シートＳＡを＋Ｚ面側及び−Ｚ面側に備えたものを用いてもよい。また、長尺の電解質膜２Ａは、触媒層３を形成した後の積層膜４Ａの＋Ｚ面側及び−Ｚ面側に、基材シートＳＡを積層してもよい。
【０１６０】
例えば、図２１（Ｂ）に示すように、＋Ｚ面側及び−Ｚ面側に剥離可能な長尺な基材シートＳＡを備えた長尺の電解質膜２Ａは、ロール体Ｒ７として供給され、＋Ｘ方向に移送される。この＋Ｚ面側及び−Ｚ面側に基材シートＳＡを備えた電解質膜２Ａは、触媒層３が形成される前の移送経路の一部において、電解質膜２Ａの＋Ｚ面側及び−Ｚ面側に備えられた基材シートＳＡが連続して電解質膜２Ａから剥離され、それぞれ、巻き取られてロール体Ｒ５を形成する。基材シートＳＡの剥離は、基材シートＳＡを剥離する位置に楔状の部材が配置され、この楔状の部材により行ってもよい。
【０１６１】
＋Ｚ面側及び−Ｚ面側に備えた基材シートＳＡが剥離された電解質膜２Ａは、保持部６により保持された後、塗布部５０７により＋Ｚ側の面に触媒インク５が塗布され、チャンバ部５０８により触媒インク５が減圧乾燥されることにより触媒層３が形成され、長尺の積層膜４Ａが形成される。
【０１６２】
電解質膜２Ａ上に触媒層３を形成した長尺の積層膜４Ａは、触媒層３を形成した後の移送経路の一部において、積層膜４Ａの＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面に基材シートＳＡが連続して積層される。電解質膜４Ａの＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面に積層する基材シートＳＡは、例えば、保持部６等の＋Ｘ側に配置される２つのロール体Ｒ５として供給され、＋Ｘ方向に移送される。２つのロール体Ｒ５から移送された基材シートＳＡは、それぞれ、積層膜４Ａの＋Ｚ側又は−Ｚ側の面に対向する面に、不図示の塗布装置により離型剤が塗布された後、一対のプレスローラＰＲ１、ＰＲ２に移送される。積層膜４Ａは、２つの基材シートＳＡの間に位置するように、一対のプレスローラＰＲ１、ＰＲ２に移送される。一対のプレスローラＰＲ１、ＰＲ２は、移送された積層膜４Ａと２つの基材シートＳＡとを＋Ｚ側及び−Ｚ側から挟むことにより、積層膜４Ａの＋Ｚ面側及び−Ｚ面側に基材シートＳＡを積層し、積層膜４Ｅを形成する。積層膜４Ｅは、触媒層３を形成した部分において、−Ｚ側から順に基材シートＳＡ、電解質膜２Ａ、触媒層３、基材シートＳＡの４層構造となる。長尺の積層膜４Ｅは、基材シートＳＡを剥離せずに、巻き取られることによりロール体Ｒ８を形成する。なお、積層膜４Ｅは、触媒層３ごとに切断されてもよい。この場合、積層膜４Ｅが触媒層３ごとに切断されることにより、基材シートＳＡを＋Ｚ側及び−Ｚ側に備えた、図２１（Ｃ）に示す積層膜４Ｆとなる。
【０１６３】
以上のように、本実施形態によれば、電解質膜２、２Ａに剥離可能な基材シートＳ、ＳＡが積層されるので、電解質膜２、２Ａは基材シートＳ、ＳＡによって剛性が付与され、搬送等のハンドリング性を向上させることができる。また、基材シートＳ、ＳＡは、電解質膜２、２Ａを被覆するので、電解質膜２、２Ａに傷がつくことや、ほこりが付着することを抑制できる。なお、本実施形態では、電解質膜２、２Ａに１枚の基材シートＳ、ＳＡを積層しているが、２枚以上の基材シートＳ、ＳＡを積層してもよい。また、基材シートＳ、ＳＡは、電解質膜２、２Ａからの剥離を容易にするため、一部が電解質膜２、２Ａから突出して形成されてもよい。また、触媒層３を形成した面（積層膜４Ａの＋Ｚ側の面）に基材シートＳＡを積層する場合、剥離可能な基材シートＳＡに代えて、シート状のセパレータやガス拡散層を用いて、触媒層３に密着するようにセパレータやガス拡散層を積層してもよい。これにより、燃料電池のセルを簡便に製造することができる。
【０１６４】
［第１１実施形態］
次に、第１１実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第１１実施形態に適用可能なものは全て第１１実施形態で適用してもよい。
【０１６５】
図２２は、第１１実施形態に係る触媒層の一例を示している。図２２（Ａ）に示すように、触媒層３を形成するための被塗布物として剥離用シートＦが用意される。剥離用シートＦは、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や、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート、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などの高分子シートまたは高分子フィルムや、不織布などを用いることができる。
【０１６６】
剥離用シートＦの＋Ｚ側の面には、離型層Ｑが形成されてもよい。離型層Ｑは、例えば、剥離性の観点から、ケイ素酸化物、フッ素やシリコーン系の離型剤等が化学気相成長法、物理気相成長法等の公知の方法により形成される。ただし、剥離用シートＦが剥離性を有している場合は、離型層Ｑを形成しなくてもよい。
【０１６７】
次に、図２２（Ｂ）に示すように、剥離用シートＦ（離型層Ｑ）上にノズル３１から触媒インク５が塗布される。触媒インク５の塗布は、上記した各実施形態の塗布部７等が適用可能である。次に、図２２（Ｃ）に示すように、触媒インク５が塗布された剥離用シートＦは、チャンバ部８内に収容され、上記と同様に減圧されることにより、触媒インク５を減圧乾燥する。これにより、剥離用シートＦ上に触媒層３を備えた転写シートＴが形成される。
【０１６８】
次に、上記のように形成された転写シートＴを用いて積層膜４を形成する方法について説明する。図２３は、剥離用シートＦの触媒層３を電解質膜２に転写する一例を示している。図２３（Ａ）に示すように、ホットプレスＨＰの下型ＨＰ１上に、触媒層３を＋Ｚ側に向けた状態で転写シートＴが載置される。この転写シートＴ上に電解質膜２が載置される。電解質膜２上に、触媒層３を−Ｚ側に向けた状態で転写シートＴが載置される。従って、２枚の転写シートＴ及び電解質膜２の積層体は、電解質膜２の＋Ｚ側及び−Ｚ側のそれぞれに触媒層３が接触した状態となっている。続いて、加熱装置Ｈを駆動して下型ＨＰ１及び上型ＨＰ２を加熱し、この積層体を加熱しながら下型ＨＰ１及び上型ＨＰ２により挟み込んで加圧する。
【０１６９】
ホットプレスＨＰにより積層体に与える圧力は、電解質膜２や触媒層３中の成分などによって適宜選択されるが、例えば、１〜１０ＭＰａの範囲、１〜６ＭＰａの範囲、２〜５ＭＰａの範囲に設定される。また、加圧時間は、加圧時の温度および圧力によって適宜選択されるが、例えば、１〜２０分の範囲、３〜２０分の範囲、５〜２０分の範囲に設定される。
【０１７０】
ホットプレスＨＰによる積層体の加熱及び加圧により、図２３（Ｂ）に示すように、それぞれの触媒層３は電解質膜２に接合される。次に、図２３（Ｃ）に示すように、転写シートＴから剥離用シートＦを剥離することにより、電解質膜２の＋Ｚ側及び−Ｚ側のそれぞれに触媒層３が形成された積層膜４が形成される。
【０１７１】
なお、上記では、電解質膜２の＋Ｚ側及び−Ｚ側のそれぞれに触媒層３を待つ積層膜４を形成しているが、電解質膜２の＋Ｚ側及び−Ｚ側のいずれか一方の面に触媒層３が形成されたものでもよい。この場合、ホットプレスＨＰにより電解質膜２と１枚の転写シートＴを挟み込んで形成される。また、電解質膜２の＋Ｚ側及び−Ｚ側に同時に触媒層３を形成することに限定されず、例えば、先ず電解質膜２の＋Ｚ側にホットプレスＨＰを用いて触媒層３を形成し、その後、電解質膜２の−Ｚ側に触媒層３を形成してもよい。
【０１７２】
また、電解質膜２に触媒層３を接合する方法としてホットプレスＨＰを使用することに限定されず、例えば、熱ロールプレスや、超音波融着などが使用されてもよい。ただし、ホットプレスＨＰを用いる場合、電解質膜２と触媒層３との接合において面内の均一性を確保することが可能となる。また、電解質膜２に触媒層３を接合する方法として、接合材を用いるなど他の手法が適用されてもよい。
【０１７３】
以上のように、本実施形態によれば、剥離用シートＦに対して触媒活性が高い触媒層３を容易かつ確実に形成することができる。この触媒層３を持つ転写シートＴを用いることにより、電解質膜２に触媒層３を容易に転写することができ、高機能な積層膜４を容易に形成することができる。
【０１７４】
［第１２実施形態］
次に、第１２実施形態について説明する。本実施形態において、上記した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。また、上記した実施形態において説明した事項のうち、第１２実施形態に適用可能なものは全て第１２実施形態で適用してもよい。
【０１７５】
図２４は、第１２実施形態に係る触媒層の一例を示している。図２４（Ａ）に示すように、触媒層３を形成するための被塗布物として長尺の剥離用シートＦＡが用意される。剥離用シートＦＡは、巻かれた状態のロール体Ｒ９として提供され、適宜＋Ｘ方向に引き出される。剥離用シートＦＡの上面（触媒層３を形成する面）に、上記した剥離用シートＦと同様な離型層Ｑを形成してもよい。
【０１７６】
剥離用シートＦＡ上の一部には、例えば、図１２〜図１５で示す第６実施形態の装置５００と同様に、ノズル３１から触媒インク５が塗布され、さらにチャンバ部５０８によって触媒インク５を減圧乾燥させることにより触媒層３が形成される。触媒層３の形成後、剥離用シートＦＡが＋Ｘ方向に移送され、次の触媒層３が形成され、このような動作が繰り返される。これにより、長尺の剥離用シートＦＡ上に複数の触媒層３が一定間隔または間隔が異なる状態で形成された長尺の転写シートＴＡが形成される。
【０１７７】
長尺の転写シートＴＡは、図２４（Ａ）に示すように、チャンバ部５０８の＋Ｘ側において巻き取られ、ロール体Ｒ１０を形成する。なお、転写シートＴＡは、触媒層３ごとに切断されて枚葉の転写シートＴ（図２２（Ｃ）参照）としてもよい。枚葉の転写シートＴを用いて積層膜４を形成する方法は、上記した図２３に示す方法と同様である。なお、枚葉ごとに切断する機構は、例えば、図１８に示す切断部７８０と同様の構成が適用されてもよい。
【０１７８】
次に、上記のように形成された転写シートＴＡを用いて積層膜４Ｅを形成する方法について説明する。図２４（Ｂ）は、剥離用シートＦＡの触媒層３を長尺の電解質膜２Ａに転写する一例を示している。図２４（Ｂ）に示すように、長尺の電解質膜２Ａは＋Ｘ側に向けて移送される。この電解質膜２Ａの＋Ｚ側及び−Ｚ側のそれぞれにロール体Ｒ１０が配置され、各ロール体Ｒ１０から転写シートＴＡが引き出されて、電解質膜２Ａの＋Ｚ側及び−Ｚ側に積層した状態で配置される。
【０１７９】
続いで、電解質膜２Ａ及び２つの転写シートＴＡは、＋Ｘ方向に移動することにより、熱ロールプレスのローラＲＰ１とローラＲＰ２との間を通過し、これにより各転写シートＴＡの触媒層３は電解質膜２Ａに接合して長尺の積層膜４Ｇを形成する。この積層膜４Ｇには、剥離用シートＦＡが残ったままとなっている。なお、ローラＲＰ１、ＲＰ２は、不図示の加熱装置等によって所定温度に加熱されてもよい。また、熱ロールプレスを用いることに代えて、例えば、図２３（Ａ）に示すようなホットプレスＨＰが使用されてもよい。この場合、ホットプレスＨＰに各触媒層３を順次配置させ、ホットプレスＨＰによる加熱及び加圧を行う。
【０１８０】
上記のように形成された長尺の積層膜４Ｇは、ローラＲＰ１、ＲＰ２の＋Ｘ側において巻き取られてロール体Ｒ１１を形成する。この場合、転写シートＴＡに剥離用シートＦＡが残っているので、触媒層３同士が接触することを防ぎ、このロール体Ｒ１１の状態で保管することが可能である。なお、上記のように形成された積層膜４Ｇをロール体Ｒ１１とすることに限定されない。
【０１８１】
図２５は長尺の電解質膜２Ａに触媒層３を接合した状態の他の例を示す図である。図２５（Ａ）に示すように、長尺の積層膜４Ｇは、ローラＲＰ１、ＲＰ２の＋Ｘ側において、触媒層３ごとに切断部ＣＵによって切断され、枚葉の積層膜４Ｈとなる。この積層膜４Ｈは、剥離用シートＦＡの一部が残った状態となっている。従って、この積層膜４Ｈを重ねて保管した場合でも触媒層３同士が接触するのを防止できる。なお、切断部ＣＵの構成は、例えば、図１６に示す切断部５８０と同様の構成が適用されてもよい。
【０１８２】
また、図２５（Ｂ）に示すように、長尺の積層膜４Ｇは、ローラＲＰ１、ＲＰ２の＋Ｘ側において、２つの転写シートＴＡの剥離用シートＦＡが剥離されて、長尺の積層膜４Ｉが形成されてもよい。長尺の積層膜４Ｉは、不図示の切断部（例えば、図１６に示す切断部５８０と同様の構成を持つもの）によって触媒層３ごとに切断され、枚葉の積層膜４を形成してもよい。また、剥離した長尺の剥離用シートＦＡは、巻き取られてロール体Ｒ１２となる。ロール体Ｒ１２の剥離用シートＦＡは、再度触媒層３を形成するために使用されてもよい。
【０１８３】
なお、上記では、電解質膜２Ａの＋Ｚ側及び−Ｚ側のそれぞれに触媒層３を待つ積層膜４を形成しているが、電解質膜２Ａの＋Ｚ側及び−Ｚ側のいずれか一方の面に触媒層３が形成されたものでもよい。この場合、電解質膜２Ａと１つの転写シートＴＡをローラＲＰ１、ＲＰ２で挟み込んで形成される。また、電解質膜２Ａの＋Ｚ側及び−Ｚ側に同時に触媒層３を形成することに限定されず、例えば、先ず電解質膜２Ａの＋Ｚ側に転写シートＴＡにより触媒層３を形成し、その後、電解質膜２の−Ｚ側に触媒層３を形成してもよい。また、長尺の電解質膜２Ａに触媒層３を転写することに代えて、枚葉の電解質膜２に転写シートＴＡから触媒層３を転写してもよい。転写に関する技術は、例えば、特開２０１０−１８２５６３号公報に開示される内容が適用されてもよい。
【０１８４】
以上のように、本実施形態によれば、長尺の剥離用シートＦＡに対して触媒活性が高い触媒層３を容易かつ確実に形成することができる。この触媒層３を持つ長尺の転写シートＴＡを用いることにより、電解質膜２または長尺の電解質膜２Ａに対して触媒層３を容易に転写することができ、高機能な積層膜４を容易に形成することができる。
【０１８５】
［燃料電池製造システム及び燃料電池の製造方法］
次に、燃料電池製造システムの実施形態について、図面を参照して説明する。図２６（Ａ）は、燃料電池製造システムの一例を示すブロック図であり、（Ｂ）は燃料電池のセルの一例を示す分解斜視図である。燃料電池製造システムＳＹＳ１は、図２６（Ａ）に示すように、触媒層形成装置１と、ガス拡散層製造装置９１０と、セパレータ製造装置９２０と、組立装置９３０と、を含み、図２６（Ｂ）に示すセル９０１を製造する。なお、図２６（Ａ）に示す燃料電池製造システムＳＹＳ１は、一例であって他の装置を含んで構成されてもよく、また、ガス拡散層製造装置９１０、セパレータ製造装置９２０、及び組立装置９３０のうち１つ以上を含まない構成であってもよい。
【０１８６】
装置（触媒層形成装置）１は、上記した第１実施形態に示すものであり、これに代えて他の実施形態に示す装置１００〜８００のうちいずれかが使用されてもよい。また、装置１、ガス拡散層製造装置９１０、セパレータ製造装置９２０、及び組立装置９３０は、それぞれ１台で構成されることに限定されず、各装置の処理時間に応じて適宜複数台が配置されてもよい。また、各装置の配置は任意である。例えば、組立装置９３０を中心として、その周囲に装置１、ガス拡散層製造装置９１０、及びセパレータ製造装置９２０が配置されてもよい。
【０１８７】
なお、本明細書において「燃料電池」とは、燃料の酸化還元反応を用いることにより電気を取り出すことのできる電池を意味し、例えば、電解質膜２の少なくとも一方の面に触媒層３を有する積層膜４を備える電池は「燃料電池」に含まれる。図２６（Ｂ）に示すように、燃料電池のセル９０１は、積層膜４の＋Ｚ面側及び−Ｚ面側にそれぞれガス拡散層９１１が配置され、ガス拡散層９１１の外側にそれぞれセパレータ９２１が配置されている。このセルが複数積層されて燃料電池スタックが形成される。なお、図示したセル９０１は一例であって他の構成であってもよい。
【０１８８】
図２６（Ａ）に示すガス拡散層製造装置９１０は、セル９０１に使用するガス拡散層９１１を製造する。ガス拡散層９１１は、例えば、セル９０１において、水素や酸素（空気）などのガスを触媒層３に拡散させる機能や、電極での化学反応により生じた電子の集電等の機能を有する。ガス拡散層製造装置９１０の構成は任意である。例えば、図２２や図２４（Ａ）に示すように、剥離用シートＦ、ＦＡ上にガス拡散層９１１が形成された転写シートを作成し、この転写シートを用いてガス拡散層９１１を触媒層３に転写可能としてもよい。セパレータ製造装置９２０は、セル９０１に使用するセパレータ９２１を製造する。セパレータ９２１は、例えば、セル９０１において、水素などの燃料や空気の流路としての機能や、積層するセル９０１間の仕切りとしての機能、集電や電流の外部への伝達部としての機能等を有する。セパレータ製造装置９２０の構成は任意である。組立装置９３０は、セル９０１を構成する部品を受け取り、これらを組み立てることにより複数のセル９０１が積層した燃料電池を製造する。組立装置９３０の構成は任意である。
【０１８９】
次に、燃料電池の製造方法について、図面を参照して説明する。図２７は、燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。図２７に示すように、装置１による電解質膜２への触媒層３の形成（ステップＳ９０１）と、ガス拡散層製造装置９１０によるガス拡散層９１１の製造（ステップＳ９０２）と、セパレータ製造装置９２０によるセパレータ９２１の製造（ステップＳ９０３）と、が行われる。なお、ステップＳ９０１は、燃料電池用の積層膜４の製造である。また、ステップＳ９０１は、触媒層３が剥離用シートＦ、ＦＡに形成される場合（転写シートＴ、ＴＡが形成される場合）、電解質膜２、２Ａに対して剥離用シートＦ、ＦＡ（転写シートＴ、ＴＡ）から触媒層３を転写すること（ステップＳ９１１）を含んでもよい。これらステップＳ９０１〜Ｓ９０３は、並行して行ってもよく、また順番に行ってもよい。
【０１９０】
次に、ステップＳ９０１〜Ｓ９０３でそれぞれ形成された積層膜４、ガス拡散層９１１、セパレータ９２１を用いて、組立装置９３０によりセル９０１の組み立て、及びセル９０１を積層した燃料電気スタックの組み立てを行う（ステップＳ９０４）。このステップＳ９０４は、例えば、セパレータ９２１上にガス拡散層９１１を載置し、このガス拡散層９１１上に積層膜４を載置し、この積層膜４上にガス拡散層９１１を載置する。このガス拡散層９１１上にセパレータ９２１を載置して、上記を繰り返すことにより複数のセルが積層する燃料電池スタックが完成する。なお、燃料電池スタックの電極形成やセル９０１同士の電気的な接続等の処理は省略している。
【０１９１】
なお、上記した燃料電池の製造方法は一例であって他の方法でもよい。例えば、上記した方法は、積層膜４、ガス拡散層９１１、及びセパレータ９２１がそれぞれ製造された後にこれらを組み立ててセル９０１及び燃料電池スタックを製造しているがこの方法に限定されない。例えば、先に積層膜４を製造し、この積層膜４の両面にガス拡散層製造装置９１０によりガス拡散層９１１を形成して複合膜とし、この複合膜とセパレータ９２１とを交互に積層して複数のセル９０１を持つ燃料電池スタックが形成されてもよい。
【０１９２】
以上のように、本実施形態によれば、装置１によって触媒効果が高い積層膜４を短時間で供給するため、発電効率が向上したセル９０１（燃料電池）を短時間で効率よく製造することができる。
【０１９３】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記した実施形態では、被塗布物として電解質膜２、２Ａや、剥離用シートＦ、ＦＡを用いているが、これに限定されず、他のものを被塗布物として用いてもよい。
【符号の説明】
【０１９４】
１、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００…装置（触媒層形成装置）、２、２Ａ…電解質膜（被塗布物）、３…触媒層、４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ、４Ｉ…積層膜（燃料電池用積層膜）、５…触媒インク、６、２０６Ａ、２０６Ｂ、６０６…保持部、７、２０７、３０７Ａ、３０７Ｂ、５０７、５０７Ａ…塗布部、８、２０８、５０８…チャンバ部、９…吸引部、１５…吸着部、１７…吸着用吸引部、１８…孔部、２４…シート部材、２６…加熱部、５５、５５５…空間、１１０…調整部、５８０、７８０…切断部、６８８…張力付与部、Ｓ、ＳＡ…基材シート、Ｆ、ＦＡ…剥離用シート（被塗布物）、ＳＹＳ１…燃料電池製造システム
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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