(57)【要約】【課題】従来技術に比べて製造工程の簡略化を可能とするとともに、電解質膜に転写される塗工層で形成される電極触媒層の形成精度を向上させ、膜電極接合体の構成部材である電解質膜の歩留まりを向上させる。【解決手段】帯状の転写用シートとして、一方の面に転写用シートの長手方向に沿って間欠状に設けられ電極触媒層に対応する形状を有する電極触媒層領域と、電極触媒層領域を額縁状に縁取りする形状を有する額縁領域と、に区分され、額縁領域に離型性を低下させるコロナ処理が施された転写用シートを用意する。転写用シートの電極触媒層領域に対応させて触媒インクを間欠状に塗工して、触媒インクの塗工層を形成する。転写用シートのうち塗工層が形成された側の面を電解質膜に接触させて重ね、電極触媒層領域の塗工層を電極触媒層として電解質膜に間欠状に転写する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の電解質膜に電極触媒層を間欠状に転写する膜電極接合体の製造方法であって、
帯状の転写用シートとして、一方の面に前記転写用シートの長手方向に沿って間欠状に設けられ前記電極触媒層に対応する形状を有する電極触媒層領域と、前記電極触媒層領域を額縁状に縁取りする形状を有する額縁領域と、に区分され、前記額縁領域に離型性を低下させるコロナ処理が施された転写用シートを用意する工程と、
前記転写用シートの前記電極触媒層領域に対応させて触媒インクを間欠状に塗工して、前記触媒インクの塗工層を形成する工程と、
前記転写用シートのうち前記塗工層が形成された側の面を前記電解質膜に接触させて重ね、前記電極触媒層領域の前記塗工層を前記電極触媒層として前記電解質膜に間欠状に転写する工程と、
を備えることを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体を製造する方法に関し、特に、電解質膜への電極触媒層の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極触媒層と電解質膜とを有する膜電極接合体が燃料電池に利用されている。膜電極接合体の製造方法としては、一般に、基材シート上に電極触媒層を塗工した電極触媒層シートを作製した後、電極触媒層シートから電解質膜に電極触媒層を転写する製造方法が知られている。
【０００３】
膜電極接合体の製造に用いられる電解質膜や、電極触媒層の触媒（例えば、白金触媒）等の材料は、高価な材料が多く、製造の過程で生じる材料ロスを低減することが製造コストの低減の上で重要である。その一例として、従来から、膜電極接合体の少なくとも一方の電極触媒層の電解質膜への転写のための電極触媒層シートとして、基材シート上に間欠状に電極触媒層を塗工した電極触媒層シートを作製し、作製した電極触媒層シートから電解質膜に電極触媒層を間欠状に転写することが行われている。
【０００４】
電極触媒層を間欠状に塗工する電極触媒層シートは、例えば、特許文献１に記載されている方法を用いて作製することができる。特許文献１に記載の方法は、基材シート上に塗膜（電極触媒層を形成するための触媒インクの塗工層に対応））を塗工する前に、塗膜を塗工させない領域にマスクを密着させ、基材シート上に塗膜を塗工した後に、マスクを離間することにより、基材シート上に塗膜を間欠状に塗工する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２８６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法による電極触媒層シートの作製では、塗膜の塗工後マスクを離間する作業が必要であり、製造工程が増加するという課題があった。また、マスクの密着及び離間のための設備として大掛かりなマスク脱着機構が必要であるという課題もあった。そのため、製造の過程で生じる材料ロスを低減し、製造コストの低減を図る上で、さらなる改善が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、帯状の電解質膜に電極触媒層を間欠状に転写する膜電極接合体の製造方法が提供される。この膜電極接合体の製造方法は、帯状の転写用シートとして、一方の面に前記転写用シートの長手方向に沿って間欠状に設けられ前記電極触媒層に対応する形状を有する電極触媒層領域と、前記電極触媒層領域を額縁状に縁取りする形状を有する額縁領域と、に区分され、前記額縁領域に離型性を低下させるコロナ処理が施された転写用シートを用意する工程と；前記転写用シートの前記電極触媒層領域に対応させて前記触媒インクを間欠状に塗工して、前記触媒インクの塗工層を形成する工程と；前記転写用シートのうち前記塗工層が形成された側の面を前記電解質膜に接触させて重ね、前記電極触媒層領域の前記塗工層を前記電極触媒層として前記電解質膜に間欠状に転写する工程と；を備える。
この形態の膜電極接合体の製造方法によれば、電解質膜への電極触媒層の転写工程において、転写用シートの電極触媒層領域の外側の額縁領域に塗工された余剰（規格はずれ）の塗工層の部分が電解質膜に転写されないようにすることができる。このため、転写工程の前に、従来技術で説明したマスクを離間する工程のように、電極触媒層に対応する塗工層が間欠状に転写用シート上に形成されるようにするための他の工程を備える必要がなく、従来技術に比べて工程の簡略化が可能である。また、電解質膜に転写される塗工層で形成される電極触媒層の形成精度を向上させることができるので、間欠状に転写する電極触媒層としての塗工層同士の間隔を短く設定することが可能であり、膜電極接合体の構成部材である電解質膜の歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
本発明は、上記膜電極接合体の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、電極触媒層シートの製造方法や、膜電極接合体の製造装置、電極触媒層シートの製造装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における膜電極接合体を示す説明図である。
【図２】第１実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちカソード電極触媒層シートを作製する工程に対応するカソード形成部を示す説明図である。
【図３】第１実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちアノード電極触媒層シートを作製する工程に対応するアノード形成部を示す説明図である。
【図４】第１実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうち電極触媒層を電解質膜に転写する工程に対応する転写部を示す説明図である。
【図５】第２実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちカソード電極触媒層シートを作製する工程に対応するカソード形成部を示す説明図である。
【図６】第２実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうち電極触媒層を電解質膜に転写する工程に対応する転写部を示す説明図である。
【図７】第３実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちカソード電極触媒層シートを作製する工程に対応するカソード形成部を示す説明図である。
【図８】第３実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうち電極触媒層を電解質膜に転写する工程に対応する転写部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における膜電極接合体を示す説明図である。以下、本明細書では、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly）を「ＭＥＡ」とも呼ぶ。図１（ａ）は、ＭＥＡ１００のカソード側平面図である。図１（ｂ）は、ＭＥＡ１００のアノード側平面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）及び図１（ｂ）のＡ−Ａ断面におけるＭＥＡ１００の断面図である。第１実施形態では、図１に示すように、複数のＭＥＡ１００が連続した帯状のＭＥＡ２００として製造され、破線に示すように分離されることにより、一つのＭＥＡ１００が形成される。
【００１２】
ＭＥＡ１００は、電解質膜１０の各々の面上に形成されたアノード電極触媒層１２、および、カソード電極触媒層１４を備え、固体高分子型の燃料電池に利用される。電解質膜１０は、湿潤状態でプロトン伝導性を示す固体高分子型の電解質膜である。アノード電極触媒層１２およびカソード電極触媒層１４は、触媒として、例えば白金、あるいは白金合金を備えている。より具体的には、アノード電極触媒層１２およびカソード電極触媒層１４は、上記触媒を担持したカーボン材と、電解質膜１０を構成する高分子電解質と同様の電解質とを備えている。カーボン材として、カーボンブラック粒子やカーボンナノチューブ等を用いることができる。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、アノード電極触媒層１２は、電解質膜１０の第１の面１６上に連続した帯状に形成されている。また、図１（ａ）に示すように、カソード電極触媒層１４は、電解質膜１０の第２の面１７上に、帯方向に沿って間欠状に形成されている。カソード電極触媒層１４は、通常、アノード電極触媒層１２よりも触媒含有量が多い。換言すれば、カソード電極触媒層１４はアノード電極触媒層１２よりも、単位面積あたりの触媒の含有密度が高い。このため、カソード電極触媒層１４の製造過程における材料ロスを少なくすることが望ましく、カソード電極触媒層１４は、電気化学反応の領域としての電極サイズに合わせた寸法形状で間欠状に形成した状態としている。アノード電極触媒層１２は、上記したように、カソード電極触媒層１４に比べて触媒の含有密度が低いので、カソード電極触媒層１４との位置合わせを容易にすべく連続した帯状に形成した状態としている。
【００１４】
ＭＥＡ１００のカソード電極触媒層１４及びアノード電極触媒層１２の上にガス拡散層（Gas Diffusion Layer）を配置し、一対のセパレータによって挟持することにより、燃料電池に搭載されるセルを構成することができる。また、ＭＥＡ１００のカソード電極触媒層１４及びアノード電極触媒層１２の上にガス拡散層が接合された膜電極ガス拡散層接合体（Membrane Electrode Gas Diffusion Layer Assembly）を、一対のセパレータによって挟持することによりセルを構成することもできる。なお、以下、本明細書では、ガス拡散層を「ＧＤＬ」とも呼び、膜電極ガス拡散層接合体を「ＭＥＧＡ」とも呼ぶ。
【００１５】
以下で説明するように、ＭＥＡ１００は、カソード電極触媒層シート及びアノード電極触媒層シートを作製し、カソード電極触媒層シートのカソード電極触媒層１４及びアノード電極触媒層シーのアノード電極触媒層１２を電解質膜１０に転写することにより作製される。
【００１６】
図２は、第１実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちカソード電極触媒層シートを作製する工程に対応するカソード形成部を示す説明図である。カソード形成部３００ｃは、コロナ処理部３１０ｃとカソード塗工処理部３２０ｃとカソード乾燥処理部３３０ｃとを備える。コロナ処理部３１０ｃは、転写用シート供給ロール３１１ｃと、電極３１３ｃ及び処理ロール３１４ｃを有するコロナ処理装置３１２ｃとを備える。また、カソード塗工処理部３２０ｃは、ダイ３２３ｃ及びバックアップロール３２４ｃを有するダイコーター３２２ｃを備える。カソード乾燥処理部３３０ｃは、不図示の加熱機構や温風機構を有する乾燥装置３３２ｃを備える。
【００１７】
コロナ処理部３１０ｃでは、不図示の転写用シート巻き取りロールの回転に連動して、転写用シート供給ロール３１１ｃから帯状の転写用シート３７０が送り出され、コロナ処理装置３１２ｃの電極３１３ｃと処理ロール３１４ｃとの間に供給される。コロナ処理装置３１２ｃでは、電極３１３ｃと処理ロール３１４ｃとの隙間でコロナ放電を起こし、電極３１３ｃの処理ロール３１４ｃとの間を通過する転写用シート３７０の電極３１３ｃ側の表面に改質処理（以下、「コロナ処理」とも呼ぶ）が施される。
【００１８】
転写用シート３７０としては、後述する触媒インクで形成される塗工層に対して離型性に優れ、耐熱性に優れたシートが用いられる。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン系樹脂で構成されるシートが用いられる。また、その他、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、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）、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）、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等で構成されたシートを用いることも可能である。
【００１９】
コロナ処理装置３１２ｃでは、転写用シート３７０の電極３１３ｃ側の表面が、転写用シート３７０の長手方向に沿って間欠状に形成された電極触媒層領域３８２と、電極触媒層領域３８２を額縁状に縁取りした額縁領域３８４と、に区分されるように、額縁領域３８４のみにコロナ処理が施される。例えば、処理ロール３１４ｃのロール表面を、展開した状態において、図１（ａ）の電極触媒層１４に対応する絶縁部と、電極触媒層１４を覆う他の領域に対応する導電部と、に区分した処理ロール３１４ｃとする。そして、処理ロール３１４ｃの回転に応じて、電極３１３ｃと導電部との間を通過する転写用シート３７０の部分にのみコロナ処理を施すことによって実施することができる。電極触媒層領域３８２は、カソード電極触媒層１４の形状に対応する領域であり、額縁領域３８４によって同一間隔で間欠的に区分される。なお、同一間隔には、公差が含まれる。
【００２０】
コロナ処理が施された額縁領域３８４は、コロナ処理されない電極触媒層領域３８２に比べて離型性が低い。このため、後述する塗工処理において額縁領域３８４上に形成されるカソード触媒インクの余剰な塗工層部分（以下、「余剰塗工層部分」とも呼ぶ）１４ｒが、後述する転写処理において転写されないように抑制される。すなわち、コロナ処理部３１０ｃでは、電極触媒層領域３８２を額縁状に縁取りした額縁領域３８４にコロナ処理が施された転写用シート３８０を用意する工程が実行される。
【００２１】
カソード塗工処理部３２０ｃでは、ダイコーター３２２ｃのダイ３２３ｃとバックアップロール３２４ｃと間に、コロナ処理部３１０ｃでコロナ処理された転写用シート３８０が供給される。ダイコーター３２２ｃでは、転写用シート３８０の電極触媒層領域３８２に対応させて、カソード電極触媒層１４を形成するために用いられるカソード触媒インクを、ダイ３２３ｃのスリットから吐出して、各電極触媒層領域３８２を覆うようにカソード触媒インクをダイ塗工する。すなわち、カソード塗工処理部３２０ｃでは、転写用シート３８０の電極触媒層領域３８２に対応させてカソード触媒インクを間欠状に塗工する工程が実行される。
【００２２】
なお、カソード触媒インクは、触媒担持カーボンと、プロトン伝導性を有するアイオノマーと、これらの分散媒（純水、および、エタノール）とを、ホモジナイザーによって混合・攪拌することによって作製される。アノード電極触媒層１２を形成するために用いられるアノード触媒インクも、カソード触媒インクと同様である。本実施形態では、触媒担持カーボンとして、白金粒子を担持したカーボンブラックを用いる。また、アイオノマーとして、フッ素系アイオノマーであるパーフルオロスルホン酸樹脂を用いる。また、本実施形態において、カソード触媒インクは、アノード触媒インクに比して、触媒の含有密度が高くなるように作製される。なお、以下では、カソード触媒インク及びアノード触媒インクを、単に、「触媒インク」とも呼ぶ。
【００２３】
カソード乾燥処理部３３０ｃでは、カソード触媒インクが塗工された転写用シート３８０が乾燥装置３３２ｃを通過する間に、塗工されたカソード触媒インクの加熱乾燥が実行される。これにより、間欠状に形成されたカソード触媒インクの塗工層１４ａｒを有するカソード電極触媒層シート３８０ｃが作製される。この塗工層１４ａｒは、電極触媒層領域３８２に対応する有効塗工層部分１４ａと、額縁領域３８４に形成された余剰塗工層部分１４ｒとに区分される。電極触媒層領域３８２に対応する有効塗工層部分１４ａはカソード電極触媒層１４に相当する部分である。なお、カソード乾燥処理部３３０ｃにより実行される乾燥処理工程は、カソード塗工処理部３２０ｃにおける塗工処理工程に含まれるものとしてもよい。作製されたカソード電極触媒層シート３８０ｃは、後述する転写部４００へ送り出される。
【００２４】
図３は、第１実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちアノード電極触媒層シートを作製する工程に対応するアノード形成部を示す説明図である。アノード形成部３００ａは、アノード塗工処理部３２０ａとアノード乾燥処理部３３０ａと、を備える。アノード塗工処理部３２０ａは、転写用シート供給ロール３２１ａと、ダイ３２３ａ及びバックアップロール３２４ａを有するダイコーター３２２ａを備える。アノード乾燥処理部３３０ａは、不図示の加熱機構や温風機構を有する乾燥装置３３２ａを備える。
【００２５】
アノード塗工処理部３２０ａでは、不図示の転写用シート巻き取りロールの回転に連動して、転写用シート供給ロール３２１ａから帯状の転写用シート３７２が送り出され、ダイコーター３２２ａのダイ３２３ａとバックアップロール３２４ａと間に供給される。ダイコーター３２２ａでは、ダイ３２３ａのスリットからアノード触媒インクを吐出して、転写用シート３７２のダイ３２３ａ側の面にアノード触媒インクをダイ塗工する。アノード触媒インクは、転写用シート３７２のダイ３２３ａ側の面上に、連続的に延伸する帯状に塗工される。すなわち、アノード塗工処理部３２０ａでは、転写用シート３７２にアノード触媒インクを塗工する工程が実行される。なお、転写用シート３７２には、転写用シート３７０と同様に離型性に優れた帯状のシートが用いられる。
【００２６】
アノード乾燥処理部３３０ａでは、転写用シート３７２が乾燥装置３３２ａを通過する間に、塗工されたアノード触媒インクが加熱乾燥される。これにより、連続する帯状に形成されたアノード触媒インクの塗工層１２ａを有するアノード電極触媒層シート３８０ａが作製される。この塗工層１２ａは、アノード電極触媒層１２に相当する部分である。なお、アノード乾燥処理部３３０ａにより実行される乾燥処理工程は、アノード塗工処理部３２０ａにおける塗工処理工程に含まれるものとしてもよい。作製されたアノード電極触媒層シート３８０ａは、後述する転写部４００へ送り出される。
【００２７】
図４は、第１実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうち電極触媒層を電解質膜に転写する工程に対応する転写部を示す説明図である。転写部４００は、電解質膜供給ロール４１１と、一対のニップロール４２２，４２３と、一対のヒートプレスロール４３２，４３３と、支持シート巻き取りロール４４２と、転写用シート巻き取りロール４４４，４４５と、を備える。
【００２８】
転写部４００では、支持シート巻き取りロール４４２の回転に連動して、電解質膜供給ロール４１１から電解質膜１０が形成されている支持シート３７４が供給される。電解質膜１０は、一対のニップロール４２２，４２３の上流側において支持シート３７４から剥離され、一対のニップロール４２２，４２３の間（以下、「ニップ部」とも呼ぶ）に搬送される。電解質膜１０が剥離された支持シート３７４は、支持シート巻き取りロール４４２で巻き取られる。また、カソード形成部３００ｃ（図２）からカソード電極触媒層シート３８０ｃが供給され、一対のニップロール４２２，４２３のニップ部に搬送される。また、アノード形成部３００ａ（図３）からアノード電極触媒層シート３８０ａが供給され、一対のニップロール４２２，４２３のニップ部に搬送される。このとき、電解質膜１０とカソード電極触媒層シート３８０ｃとは、電解質膜１０の第２の面１７とカソード触媒インクの塗工層１４ａｒとが対向するように搬送される。また、電解質膜１０とアノード電極触媒層シート３８０ａとは、電解質膜１０の第１の面１６とアノード触媒インクの塗工層１２ａとが対向するように搬送される。
【００２９】
一対のニップロール４２２，４２３は、そのニップ部において、電解質膜１０とカソード電極触媒層シート３８０ｃとアノード電極触媒層シート３８０ａとを合流させ、互いに密着させて、各シートのしわや気泡を除去する。このとき、カソード触媒インクの塗工層１４ａｒが電解質膜１０の第２の面１７上に密着され、アノード触媒インクの塗工層１２ａが電解質膜１０の第１の面１６上に密着される。なお、カソード触媒インクの塗工層１４ａｒは、上記したように、カソード電極触媒層１４に対応する有効塗工層部分１４ａと余剰塗工層部分１４ｒとで構成される（図２参照）。また、アノード触媒インクの塗工層１２ａはアノード電極触媒層１２に対応する塗工層である。カソード電極触媒層シート３８０ｃ及びアノード電極触媒層シート３８０ａが密着された電解質膜１０は、一対のヒートプレスロール４３２，４３３のニップ部に搬送される。
【００３０】
一対のヒートプレスロール４３２，４３３は、そのニップ部において、カソード触媒インクの塗工層１４ａｒのうちカソード電極触媒層１４に対応する有効塗工層部分１４ａのみを電解質膜１０の第２の面１７上に熱圧着させる。また、一対のヒートプレスロール４３２，４３３は、そのニップ部において、アノード電極触媒層１２に対応するアノード触媒インクの塗工層１２ａを電解質膜１０の第１の面１６上に熱圧着させる。
【００３１】
前述したように、カソード形成部３００ｃのコロナ処理部３１０ｃ（図２参照）では、転写用シート３８０の額縁領域３８４の離型性が低下するようにコロナ処理がなされている。このため、ヒートプレスロール４３２，４３３の出口において、転写用シート３８０上のカソード触媒インクの塗工層１４ａｒのうち電極触媒層領域３８２上の有効塗工層部分１４ａのみがカソード電極触媒層シート３８０ｃから剥離され、額縁領域３８４上の余剰塗工層部分１４ｒは剥離されずに残ったままとなる。これにより、電解質膜１０の第２の面１７上には、有効塗工層部分１４ａのみがカソード電極触媒層１４として転写される。剥離されずに余剰塗工層部分１４ｒが残った転写用シート３８０は、転写用シート巻き取りロール４４４に巻き取られる。
【００３２】
また、ヒートプレスロール４３２，４３３の出口では、さらに、アノード触媒インクの塗工層１２ａがアノード電極触媒層シート３８０ａから剥離され、アノード電極触媒層１２として電解質膜１０の第１の面１６上に転写される。アノード触媒インクの塗工層１２ａが剥離された転写用シート３７２は、転写用シート巻き取りロール４４５に巻き取られる。
【００３３】
以上のように、電解質膜１０の第２の面１７に間欠状にカソード電極触媒層１４が転写されるとともに、電解質膜１０の第１の面１６に連続する帯状にアノード電極触媒層１２が転写されて、複数のＭＥＡ１００が連続した帯状のＭＥＡ２００が作製される。作製された帯状のＭＥＡ２００は、不図示のＭＥＡ巻き取りロールに巻き取られる。
【００３４】
なお、ＭＥＡ１００にさらにＧＤＬを接合させる場合には、帯状のＭＥＡ２００は、不図示のＧＤＬ接合部に搬送されて、各ＭＥＡ１００にＧＤＬを接合させて複数のＭＥＧＡが連続した帯状のＭＥＧＡを作製した後、ＭＥＧＡ巻き取りロールに巻き取られる。また、作製された各ＭＥＡ１００や各ＭＥＧＡを分離する場合には、さらに、不図示の裁断部に搬送されて、各ＭＥＡ１００や各ＭＥＧＡに分離される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、コロナ処理された額縁領域３８４を除く電極触媒層領域３８２上のカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａのみをカソード電極触媒層１４として転写することができる。これにより、カソード触媒電極層シートの作製において、カソード触媒インクを転写用シート上の全面に塗工した後、転写用シート上に所望形状のカソード電極触媒層に対応する塗工層が同一間隔で間欠状に形成されるようにするための整形工程(例えばマスクの離間)が不要となる。従って、マスクを離間する工程のような整形工程を必要とする従来技術に比べて工程の簡略化が可能である。また、額縁領域３８４上の余剰塗工層部分１４ｒが転写されないので、カソード電極触媒層１４となるカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａの形成精度を向上させることが可能である。また、間欠状に転写される有効塗工層部分１４ａ同士の間隔を短くすることが可能であり、利用される電解質膜の歩留まりを改善することが可能である。また、ＭＥＧＡの場合には、さらに、ＧＤＬの歩留まりを改善することも可能である。
【００３６】
Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態では、カソード電極触媒層シートを作製する工程において、第１実施形態のようなコロナ処理が施された転写用シートを用いるのではなく、以下で説明するように、カソード触媒インクの塗工層をカソード電極触媒層の形状に対応する塗工層の形状に整形する整形工程を備える。
【００３７】
図５は、第２実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちカソード電極触媒層シートを作製する工程に対応するカソード形成部を示す説明図である。カソード形成部３００Ｂｃは、カソード塗工処理部３２０Ｂｃとカソード乾燥処理部３３０Ｂｃとカソード整形処理部３４０Ｂｃとを備える。
【００３８】
カソード塗工処理部３２０Ｂｃ及びカソード乾燥処理部３３０Ｂｃは、第１実施形態におけるカソード塗工処理部３２０ｃ及びカソード乾燥処理部３３０ｃ（図２参照）と同様である。カソード整形処理部３４０Ｂｃは、粘着ロール３４２ｃ及び粘着ロール３４２ｃに対向配置されたバックアップロール３４３ｃと、粘着ロール３４２ｃのロール表面に当接して設けられたスクレイパー３４４ｃとを備える。粘着ロール３４２ｃのロール表面は、カソード電極触媒層１４の形状にくり抜かれた非粘着領域３４５ｃと非粘着領域３４５ｃを縁取りした粘着領域３４６ｃとに区分されている。
【００３９】
カソード形成部３００Ｂｃでは、以下で説明するように、帯状の電解質膜１０にカソード電極触媒層１４を間欠状に転写するために用いられるカソード電極触媒層シート３８０Ｂｃを作製する。
【００４０】
カソード塗工処理部３２０Ｂｃでは、ダイコーター３２２ｃによって、転写用シート供給ロール３２１ｃから供給される転写用シート３７０上に、カソード触媒インクが略同一間隔で間欠状に塗工される。すなわち、カソード塗工処理部３２０Ｂｃでは、転写用シート３７０にカソード触媒インクを間欠状に塗工する工程が実行される。
【００４１】
カソード乾燥処理部３３０Ｂｃでは、カソード触媒インクの加熱乾燥が実行され、カソード触媒インクの塗工層１４ａｒが転写用シート３７０上に略同一間隔で間欠状に形成される。なお、このカソード触媒インクの塗工層１４ａｒは、カソード電極触媒層１４の形状に対応する有効塗工層部分１４ａと、その外側（規格はずれ）の余剰塗工層部分１４ｒとを含んでいる。
【００４２】
カソード整形処理部３４０Ｂｃでは、粘着ロール３４２ｃの非粘着領域３４５ｃが、カソード乾燥処理部３３０Ｂｃから搬送されてくる転写用シート３７０のカソード触媒インクの塗工層１４ａｒ上となるように、粘着ロール３４２ｃを回転させる。これにより、カソード触媒インクの塗工層１４ａｒの余剰塗工層部分１４ｒが、非粘着領域３４５ｃを縁取りした粘着領域３４６ｃに粘着されて、転写用シート３７０から剥離され、非粘着領域３４５ｃに対応する有効塗工層部分１４ａのみが転写用シート３７０上に残される。なお、粘着ロール３４２ｃに粘着した余剰塗工層部分１４ｒはスクレイパー３４４ｃでロール表面から削り取られて、不図示の回収ボックスへ送られる。これにより、カソード電極触媒層１４の形状に対応するカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａが形成されたカソード電極触媒層シート３８０Ｂｃが作製される。
【００４３】
なお、アノード電極触媒層シートの作製については、第１実施形態の場合（図３参照）と同じであるので、説明を省略する。
【００４４】
図６は、第２実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうち電極触媒層を電解質膜に転写する工程に対応する転写部を示す説明図である。転写部４００Ｂは、第１実施形態の転写部４００（図４）と同様であり、電解質膜供給ロール４１１と、一対のニップロール４２２，４２３と、一対のヒートプレスロール４３２，４３３と、支持シート巻き取りロール４４２と、転写用シート巻き取りロール４４４，４４５と、を備える。但し、ニップロール４２２，４２３に供給されるカソード電極触媒層シートは、カソード形成部３００Ｂｃ（図５）から供給されるカソード電極触媒層シート３８０Ｂｃである。また、転写用シート巻き取りロール４４４で巻き取られるのは、ヒートプレスロール４３２，４３３の出口で、カソード電極触媒層１４としての有効塗工層部分１４ａが剥離された後の転写用シート３７０である。
【００４５】
第２実施形態においても、電解質膜１０の第２の面１７に間欠状にカソード電極触媒層１４が転写されるとともに、電解質膜１０の第１の面１６に連続する帯状にアノード電極触媒層１２が転写されて、複数のＭＥＡ１００が連続した帯状のＭＥＡ２００が作製される。
【００４６】
第２実施形態では、転写用シート３７０上に間欠状に形成されたカソード触媒インクの塗工層１４ａｒから、粘着ロール３４２ｃを用いて、カソード電極触媒層１４に対応する有効塗工層部分１４ａの外側（規格はずれ）の余剰塗工層部分１４ｒを除去して、カソード電極触媒層シート３８０Ｂｃを作製している。そして、作製したカソード電極触媒層シート３８０Ｂｃのカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａをカソード電極触媒層１４として電解質膜１０に転写している。これにより、カソード電極触媒層１４となるカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａの形成精度を向上させることが可能である。また、間欠状に転写されるカソード電極触媒層１４としての有効塗工層部分１４ａ同士の間隔を短くすることが可能であり、利用される電解質膜の歩留まりを改善することが可能である。また、ＭＥＧＡの場合には、さらに、ＧＤＬの歩留まりを改善することも可能である。
【００４７】
Ｃ．第３実施形態：
第３実施形態においても、カソード電極触媒層シートを作製する工程において、第１実施形態のようなコロナ処理が施された転写用シートを用いるのではなく、以下で説明するように、カソード触媒インクの塗工層をカソード電極触媒層の形状に対応する塗工層部分に裁断する工程と、裁断した塗工層部分を転写用シート上に間欠状に圧着する工程と、を備える。
【００４８】
図７は、第３実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうちカソード電極触媒層シートを作製する工程に対応するカソード形成部を示す説明図である。カソード形成部３００Ｃｃは、カソード塗工処理部３２０Ｃｃとカソード乾燥処理部３３０Ｃｃとカソード裁断処理部３４０Ｃｃとカソード圧着処理部３５０Ｃｃとを備える。
【００４９】
カソード塗工処理部３２０Ｃｃ及びカソード乾燥処理部３３０ｃｃは、第２実施形態におけるカソード塗工処理部３２０ｃ及びカソード乾燥処理部３３０ｃ（図５参照）と同様である。カソード裁断処理部３４０Ｃｃは、裁断装置３４７ｃ及びワークシフター３４８ｃを備える。カソード圧着処理部３５０Ｃｃは、キャリアシート供給ロール３５１ｃ及び一対のプレスロール３５２ｃ，３５３ｃを備える。
【００５０】
カソード形成部３００Ｃｃでは、以下で説明するように、帯状の電解質膜１０にカソード電極触媒層１４を間欠状に転写するために用いられるカソード電極触媒層シート３８０Ｃｃを作製する。
【００５１】
カソード塗工処理部３２０Ｃｃ及びカソード乾燥処理部３３０Ｃｃでは、第２実施形態のカソード塗工処理部３２０Ｂｃ及びカソード乾燥処理部３３０Ｂｃ（図５参照）と同様に、転写用シート３７０上に、カソード触媒インクの塗工層１４ａｒが略同一間隔で間欠状に形成される。
【００５２】
カソード裁断処理部３４０Ｃｃでは、カソード触媒インクの塗工層１４ａｒから、カソード電極触媒層１４に対応する形状の有効塗工層部分１４ａ及びこれに対応する転写用シート３７０の部分（以下、「転写用シート部分」とも呼ぶ）３７０ａが裁断装置３４７ｃによって切り抜かれる。裁断装置３４７ｃとしては、例えば、ダンベルカッター及び裁断型で構成される。切り抜かれた有効塗工層部分１４ａ及び転写用シート部分３７０ａは、ワークシフター３４８ｃによって、カソード圧着処理部３５０Ｃｃに供給される。なお、以下では、切り抜かれた有効塗工層部分１４ａ及び転写用シート部分３７０ａを、「塗工層カットシート１４ｃｔ」とも呼ぶ。
【００５３】
カソード圧着処理部３５０Ｃｃでは、キャリアシート供給ロール３５１ｃから一対のプレスロール３５２ｃ，３５３ｃのニップ部にキャリアシート３７６が供給される。キャリアシート３７６の上面には、ワークシフター３４８ｃによって搬送される塗工層カットシート１４ｃｔが、プレスロール３５２ｃ，３５３ｃの手前で、転写用シート３７０の部分を下向きとして載置され、一対のプレスロール３５２ｃ，３５３ｃのニップ部に搬送される。
【００５４】
一対のプレスロール３５２ｃ，３５３ｃでは、載置された塗工層カットシート１４ｃｔ（カソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａ及び転写用シート部分３７０ａ）が、Ａ−Ａ断面に示すように、加圧によってキャリアシート３７６に圧着（圧入・接着）される。これにより、カソード電極触媒層１４の形状に対応するカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａがキャリアシート３７６上に形成されたカソード電極触媒層シート３８０Ｃｃが作製される。
【００５５】
なお、キャリアシートとしては、塗工層カットシート１４ｃｔを容易に圧着可能とする伸縮性を有する各種樹脂やエラストマー等の材料からなる種々のシートを用いることができる。例えば、ポリエステル系エラストマーのシートを用いることができる。
【００５６】
アノード電極触媒層シートの作製については、第１実施形態の場合（図３参照）と同じであるので、説明を省略する。
【００５７】
図８は、第３実施形態におけるＭＥＡの製造装置のうち電極触媒層を電解質膜に転写する工程に対応する転写部を示す説明図である。転写部４００Ｃは、第１実施形態の転写部４００（図４）と同様であり、電解質膜供給ロール４１１と、一対のニップロール４２２，４２３と、一対のヒートプレスロール４３２，４３３と、支持シート巻き取りロール４４２と、転写用シート巻き取りロール４４４，４４５と、を備える。但し、ニップロール４２２，４２３に供給されるカソード電極触媒層シートは、カソード形成部３００Ｃｃ（図７）から供給されるカソード電極触媒層シート３８０Ｃｃである。また、転写用シート巻き取りロール４４４で巻き取られるのは、ヒートプレスロール４３２，４３３の出口で、カソード電極触媒層１４としての有効塗工層部分１４ａが剥離された後のキャリアシート３７６である。このキャリアシート３７６は、圧着された転写用シート部分３７０ａが圧着された状態で残ったものである。
【００５８】
第３実施形態においても、電解質膜１０の第２の面１７に間欠状にカソード電極触媒層１４が転写されるとともに、電解質膜１０の第１の面１６に連続する帯状にアノード電極触媒層１２が転写されて、複数のＭＥＡ１００が連続した帯状のＭＥＡ２００が作製される。
【００５９】
第３実施形態では、転写用シート３７０上に間欠状に形成されたカソード触媒インクの塗工層１４ａｒから、カソード電極触媒層１４に対応する有効塗工層部分１４ａを切り抜いて、キャリアシート３７６に間欠状に圧着して、カソード電極触媒層シート３８０Ｃｃを作製している。そして、作製したカソード電極触媒層シート３８０Ｃｃのカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａをカソード電極触媒層１４として電解質膜１０に転写している。これにより、カソード電極触媒層１４となるカソード触媒インクの有効塗工層部分１４ａの形成精度を向上させることが可能である。また、間欠状に転写されるカソード電極触媒層１４としての有効塗工層部分１４ａ同士の間隔を短くすることが可能であり、利用される電解質膜の歩留まりを改善することが可能である。また、ＭＥＧＡの場合には、さらに、ＧＤＬの歩留まりを改善することも可能である。
【００６０】
Ｄ．変形例：
（１）上記した各実施形態では、カソード電極触媒層シートを作製する工程と、アノード電極触媒層シートを作製する工程と、カソード電極触媒層シートのカソード電極触媒層１４及びアノード電極触媒層シートのアノード電極触媒層１２を電解質膜１０に転写してＭＥＡ１００を作製する工程とが、連動して行われる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、各工程を、それぞれ個別に分割して行うこととしてもよい。
【００６１】
（２）上記した各実施形態では、アノード電極触媒層１２及びカソード電極触媒層１４を電解質膜１０へ転写してＭＥＡ１００を製造している。しかしながら、これに限定されるものではなく、電解質膜１０の第１の面１６にアノード触媒インクを塗工し、アノード電極触媒層１２が形成された電解質膜１０の第２の面１７上にカソード電極触媒層１４を転写することによりＭＥＡ１００を作製してもよい。
【００６２】
（３）上記した各実施形態では、帯状のアノード電極触媒層１２を電解質膜１０に転写しているが、カソード電極触媒層１４と同様に、間欠状のアノード電極触媒層１２を電解質膜１０に転写することによりＭＥＡを作製してもよい。この場合のアノード電極触媒層シートはカソード電極触媒層シートと同様に作製することができる。
【００６３】
（４）上記した各実施形態では、アノード電極触媒層１２に対応する塗工層１２ａ、及び、カソード電極触媒層１４に対応する有効塗工層部分１４ａを含む塗工層１４ａｒをダイ塗工により形成している。しかしながら、これに限定されるものではなく、触媒インクの転写用シートへの塗工は、グラビア印刷、スプレー法、スクリーン印刷、ドクターブレード法あるいはインクジェット法等の種々の方法により行なうことができる。
【００６４】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…電解質膜
１２…アノード電極触媒層
１２ａ…塗工層
１４…カソード電極触媒層
１４ａｒ…塗工層
１４ａ…有効塗工層部分
１４ｒ…余剰塗工層部分
１４ｃｔ…塗工層カットシート
１６…第１の面
１７…第２の面
３００ｃ，３００Ｂｃ，３００Ｃｃ…カソード形成部
３００ａ…アノード形成部
３１０ｃ…コロナ処理部
３１１ｃ…転写用シート供給ロール
３１２ｃ…コロナ処理装置
３１３ｃ…電極
３１４ｃ…処理ロール
３２０ａ…アノード塗工処理部
３２０ｃ，３２０Ｂｃ，３２０Ｃｃ…カソード塗工処理部
３２１ａ…転写用シート供給ロール
３２１ｃ…転写用シート供給ロール
３２２ａ，３２２ｃ…ダイコーター
３２３ａ，３２３ｃ…ダイ
３２４ａ，３２４ｃ…バックアップロール
３３０ａ…アノード乾燥処理部
３３０ｃ，３３０Ｂｃ，３３０Ｃｃ…カソード乾燥処理部
３３２ａ，３３２ｃ…乾燥装置
３４０Ｂｃ…カソード整形処理部
３４０Ｃｃ…カソード裁断処理部
３４２ｃ…粘着ロール
３４３ｃ…バックアップロール
３４４ｃ…スクレイパー
３４５ｃ…非粘着領域
３４６ｃ…粘着領域
３４７ｃ…裁断装置
３４８ｃ…ワークシフター
３５０Ｃｃ…カソード圧着処理部
３５１ｃ…キャリアシート供給ロール
３５２ｃ，３５３ｃ…プレスロール
３７０，３７２…転写用シート
３７０ａ…転写用シート部分
３７４…支持シート
３７６…キャリアシート
３８０…転写用シート
３８０ｃ，３８０Ｂｃ，３８０Ｃｃ…カソード電極触媒層シート
３８０ａ…アノード電極触媒層シート
３８２…電極触媒層領域
３８４…額縁領域
４００，４００Ｂ，４００Ｃ…転写部
４１１…電解質膜供給ロール
４２２，４２３…ニップロール
４３２，４３３…ヒートプレスロール
４４２…支持シート巻き取りロール
４４４…転写用シート巻き取りロール（キャリアシート巻き取りロール）
４４５…転写用シート巻き取りロール
【図１】
2016195053.tif 000003
【図２】
2016195053.tif 000004
【図３】
2016195053.tif 000005
【図４】
2016195053.tif 000006
【図５】
2016195053.tif 000007
【図６】
2016195053.tif 000008
【図７】
2016195053.tif 000009
【図８】
2016195053.tif 000010