JP5365450B2 - 膜電極接合体の製造方法及び膜電極接合体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に用いられる、電解質膜の表面に電極触媒層が接合された膜電極接合体の製造方法及び当該膜電極接合体の製造装置に関する。

固体高分子型燃料電池には、固体高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合した膜電極接合体と呼ばれる部品が用いられている。電極触媒層を電解質膜に接合する方法としては、ＧＤＬ塗布方式、電解質膜塗布方式、転写方式がある。本発明はこのうち、転写シートを用いる転写方式に関するものである。転写方式において膜電極接合体を作製する方法としては、熱プレス方式及び熱ラミネート方式がある。

熱プレス方式は、固体高分子電解質膜の表裏に触媒を含んだ電極層を重ね合わせ、熱プレス機により加熱・加圧する方式である。熱プレス方式の主なプロセスパラメータは、加熱時の温度、加圧時の圧力、加圧時間であり、比較的パラメータは少ない。
この熱プレス方式は、枚葉搬送方式に用いられる場合が多いが、ウェブ搬送方式でも用いることは可能である。

一方、熱ラミネート方式の場合、ロールによって固体高分子電解質膜とその表裏に積層された電極触媒層とに熱及び圧力を加える。この方式は、一般的にウェブ搬送方式で採用される場合が多い。熱ラミネート方式のプロセスパラメータとしては、加熱時の温度、加圧時の圧力、加圧時間、ウェブの搬送速度、ウェブのテンション等がある。
一般的にウェブ搬送方式は、枚葉搬送方式よりも生産性が良いが、連続体で成形されるため、高い安定性が求められるという特徴がある。

図５は、膜電極接合体の構造を示す図である。ここで、図５（ａ）は膜電極接合体の上面図、図５（ｂ）は膜電極接合体の側面図である。
図中、符号１は膜電極接合体である。この膜電極接合体１は、固体高分子電解質膜２の両面に電極触媒層３を接合した構造となっている。
一般に、電極触媒層３は、固体高分子電解質膜２の表裏面全体を覆った状態で接合するのではなく、固体高分子電解質膜２の外縁部を残した状態で接合する。つまり、固体高分子電解質膜２の面積よりも電極触媒層３の面積の方が小さい。

このように、固体高分子電解質膜２より電極触媒層３を小さくすることにより、電極触媒層３に覆われていない部分にはガスケットが配置でき、燃料ガスや酸素ガスが漏れないようにすることができる。その結果、膜電極接合体１を両側から挟むように設置されるセパレータ間で電気的な短絡が生じないようにすることができる。
固体高分子電解質膜に電極触媒層を転写する方式としては、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の技術がある。

特許文献１に記載の技術では、固体高分子電解質膜を挟んで、連続的に電極触媒層が塗布されたフィルムを配置し、熱ロールまたは熱ヘッドで、電極触媒層を転写したい部分だけ加熱・加圧することで、固体高分子電解質膜の外縁部を残した状態で電解触媒層を任意の大きさに転写している。
また、特許文献２に記載の技術では、転写部を有する加熱加圧ロールを用いて、触媒層を上記転写部の形状で固体高分子電解質膜に転写するロールプレス装置において、固体高分子電解質膜へのダメージを軽減するために、加熱加圧ロールの内部に弾性体を配置している。

特開２００６−１８５７６２号公報 特開２００３−２６７４３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、熱ロールまたは熱ヘッドにより圧力がかかる部分（固体高分子電解質膜上で電極触媒層が転写される中央部分）と圧力がかからない部分（固体高分子電解質膜上で電極触媒層が転写されない外縁部分）とで、加圧・加熱の差が大きくなる。そのため、この部分で固体高分子電解質膜がよれてダメージが入り、しわが発生する。

すなわち、図６に示すように、固体高分子電解質膜２と電極触媒層３が形成された触媒層形成膜４とを、ヘッド１０１と該ヘッド１０１に対峙する支持体１０２との間に配置し、ヘッド１０１及び支持体１０３の温度を温度調節機構１０４で所定の転写温度に加熱しながら、加圧機構１０３でヘッド１０１を支持体１０３側に押し当てることで、固体高分子電解質膜２上に電極触媒層３を熱転写した場合、ヘッド１０１により圧力がかかる部分と圧力がかからない部分との境界部分でダメージ２００が発生してしまう。

また、特許文献２に記載の技術では、固体高分子電解質膜上の電極触媒層が転写される中央部分と固体高分子電解質膜の外縁部とで、圧力の差を縮小することができる可能性はあるものの、転写圧はプロセス条件で固定されているため、弾性体の硬度を変えることで圧力の差の調整を行う必要があり、当該圧力の差を最適化することは難しい。また、加熱温度に関しては調整ができない。したがって、固体高分子電解質膜へのダメージを完全に無くすことは難しい。
そこで、本発明は、品質の良い膜電極接合体を製造することができる膜電極接合体の製造方法及び膜電極接合体の製造装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る膜電極接合体の製造方法は、電解質膜の表面に電極触媒層を接合した膜電極接合体の製造方法であって、前記電極触媒層を転写基材上に形成した触媒層形成基材を準備する準備工程と、前記電極触媒層が前記電解質膜の表面と対向するように、前記触媒層形成基材を配置する配置工程と、前記触媒層形成基材と前記電解質膜とを、前記電解質膜上の任意の転写領域で加熱圧着して、前記電解質膜上の前記転写領域に前記電極触媒層を熱転写する熱転写工程と、少なくとも前記熱転写工程の実行中に、前記触媒層形成基材と前記電解質膜とを、前記転写領域に隣接する、前記電解質膜上の前記電極触媒層を転写しない非転写領域において、前記転写領域に与える圧力より低い圧力で狭圧する狭圧工程と、を備えることを特徴としている。
また、請求項２に係る膜電極接合体の製造方法は、請求項１に係る発明において、前記狭圧工程において、前記非転写領域を、前記転写領域の加熱温度より低い温度で狭圧することを特徴としている。

さらに、請求項３に係る膜電極接合体の製造装置は、電解質膜の表面に電極触媒層を接合した膜電極接合体の製造装置であって、任意形状の加圧面を有するメインヘッドと、加圧面を有し、当該加圧面を前記メインヘッドの加圧面と同一方向に向けて前記メインヘッドに隣接して配置するサブヘッドと、前記電極触媒層を転写基材上に形成した触媒層形成基材と前記電解質膜とを、前記電極触媒層が前記電解質膜の表面と対向するように積層した積層部材を介して、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの各加圧面に対峙する受圧面を有する支持体と、前記メインヘッドを所定の転写温度に加熱するメイン温度調節手段と、前記積層部材に、前記メインヘッドの加圧面を、前記電極触媒層を前記電解質膜上に転写可能な加圧力で圧接することで、前記積層部材を前記メインヘッドと前記支持体とで狭圧するメイン加圧手段と、前記積層部材に、前記サブヘッドの加圧面を、前記メインヘッドの前記積層部材に対する加圧力より低い加圧力で圧接することで、前記積層部材を前記サブヘッドと前記支持体とで狭圧するサブ加圧手段と、を備えることを特徴としている。

また、請求項４に係る膜電極接合体の製造装置は、請求項３に係る発明において、前記サブヘッドの温度を、前記転写温度より低い温度に調節するサブ温度調節手段を備えることを特徴としている。
さらにまた、請求項５に係る膜電極整合体の製造装置は、請求項４に係る発明において、前記支持体は、前記積層部材を介して前記メインヘッド及び前記サブヘッドにそれぞれ対峙し、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの各加圧面とそれぞれ同一形状の受圧面を有するメイン支持体及びサブ支持体から構成され、前記メイン温度調節手段は、前記メインヘッド及び前記メイン支持体を前記転写温度に加熱し、前記サブ温度調節手段は、前記サブヘッド及び前記サブ支持体の温度を、前記転写温度より低い温度に調節することを特徴としている。

また、請求項６に係る膜電極接合体の製造装置は、請求項３又は４に係る発明において、前記支持体は、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの加圧面と同等以上の大きさの受圧面を有することを特徴としている。
さらに、請求項７に係る膜電極接合体の製造装置は、請求項３〜６の何れかに係る発明において、前記支持体の受圧面が、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの各加圧面に対して平行又は略平行となるように調整可能な平行度調整手段を備えることを特徴としている。

請求項１に係る発明よれば、電解質膜と触媒層形成基材とをプレス転写する際に、転写領域に隣接する非転写領域を狭圧しながら、転写領域を加熱・加圧するので、転写領域と非転写領域とで付与される加圧力の差を縮小することができる。その結果、転写領域と非転写領域との境界部における電解質膜のダメージを軽減することができ、しわの無い転写が可能となる。
また、請求項２に係る発明によれば、非転写領域を、転写領域の加熱温度より低い温度で狭圧するので、熱による電解質膜へのダメージを最低限に抑えることができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、メインヘッドに隣接配置したサブヘッドで、電解質膜と触媒層形成基材とを積層した積層部材を非転写領域で狭圧しながら、メインヘッドで転写領域を加熱圧着することができる。また、メインヘッドの加圧力とサブヘッドの加圧力を個別に調整可能な構成とするので、転写領域と非転写領域との加圧力差を最適化することができる。このように、比較的簡易な構成で、転写領域と非転写領域との境界部における電解質膜のダメージを軽減することができ、しわの無い転写が可能となる。

また、請求項４に係る発明によれば、転写領域の温度と非転写領域の温度とを個別に調整可能な構成とするので、転写領域と非転写領域との温度差を最適化することができ、熱による電解質膜へのダメージを最低限に抑えることができる。
さらにまた、請求項５に係る発明によれば、ヘッドに対峙する支持体を、メインヘッド用とサブヘッド用とでそれぞれ別の支持体で構成するので、転写領域と非転写領域とで、温度や加圧力を個別に調整可能となる。そのため、効果的に電解質膜へのダメージを抑えることができる。

また、請求項６に係る発明によれば、ヘッドに対峙する支持体を、メインヘッド用とサブヘッド用とで共通の支持体で構成し、支持体の受圧面をヘッドの加圧面と同等かそれ以上の大きさとするので、ヘッドの加圧面と支持体の受圧面との位置合わせを厳密に行う必要がなく、支持体の位置に関係なく転写を行うことができる。
さらに、請求項７に係る発明によれば、支持体の受圧面がヘッドの加圧面に対して平行又は略平行となるように調整可能な構成とするので、ヘッドと支持体との当たりを容易に調整することができる。そのため、段取り時間を短縮することが可能となる。

本発明における触媒転写装置の一例を示す図である。 膜電極接合体の作製手順を示すフローチャートである。 触媒転写装置のプレス時における状態を示す図である。 固体高分子型燃料電池の一例を示す分解斜視図である。 膜電極接合体の構造を示す図である。 従来方式における固体高分子電解質膜へのダメージを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本発明における膜電極接合体の製造装置としての触媒転写装置の一例を示す図である。
図中、符号１０は触媒転写装置である。この触媒転写装置１０は、固体高分子型燃料電池に用いられる膜電極接合体（Membrane and Electrolyte Assembly：ＭＥＡ）を作製する装置である。

固体高分子型燃料電池は、電解質である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に酸素を含むガスを供給し、以下の電気化学反応により発電する装置である。
燃料極：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- ………（１）
空気極：（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ ………（２）
燃料極および空気極は、電極触媒層とガス拡散層とが積層した構造からなり、各電極触媒層が固体高分子電解質膜を挟んで対向配置されることで燃料電池を構成する。この固体高分子電解質膜の両面に一対の電極触媒層を配置させた接合体を膜電極接合体（ＭＥＡ）という。

電極触媒層は、触媒を担持した炭素粒子がイオン交換樹脂（電解質）により結着されてなる層である。また、ガス拡散層は、酸化剤ガスや燃料ガスの通過経路となる。
燃料極においては、供給された燃料中に含まれる水素が上記（１）式に示されるように水素イオンと電子になる。このうち、水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を空気極に向かって移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。

一方、空気極においては、空気極に供給された酸化剤ガスに含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオン及び電子と反応し、上記（２）式に示されるように水が生成する。
このように、外部回路では燃料極から空気極に向かって電子が移動するため、電力が取り出される。
膜電極接合体の作製には、フィルム等の転写基材上に電極触媒層を形成した触媒層形成膜（所謂、転写シート）から、電解触媒層を固体高分子電解質膜に熱転写する方法を用いる。

触媒転写装置１０は、図１に示すように、メインヘッド１１と、メインヘッド１１に隣接配置したサブヘッド１２，１３と、メインヘッド１１に対峙するメイン支持体１４と、サブヘッド１２，１３にそれぞれ対峙するサブ支持体１５，１６とを備える。
メインヘッド１１及びサブヘッド１２，１３はそれぞれ加圧面１１ａ及び１２ａ，１３ａを有し、各加圧面１１ａ〜１３ａが同一方向を向くように各ヘッド１１〜１３を配置する。また、メイン支持体１４及びサブ支持体１５，１６はそれぞれ上記加圧面１１ａ〜１３ａに対向する受圧面１４ａ〜１６ａを有する。各受圧面１４ａ〜１６ａは、対向する加圧面１１ａ〜１３ａとそれぞれ同一形状とする。

メインヘッド１１及びサブヘッド１２，１３には、それぞれ加圧機構２１〜２３が接続されており、これら加圧機構２１〜２３によって、各ヘッド１１〜１３の各支持体１４〜１６側への押圧力を設定可能となっている。本実施形態では、サブヘッド１２，１３からサブ支持体１５，１６側への押圧力を、メインヘッド１１からメイン支持体１４側への押圧力より低く設定する。なお、加圧機構２１〜２３としては、エアーシリンダや油圧シリンダ、バネ、弾性体等を用いることができる。

また、触媒転写装置１０は、メインヘッド１１及びメイン支持体１４の温度を設定する温度調節機構３１と、サブヘッド１２及びサブ支持体１５の温度を設定する温度調節機構３２と、サブヘッド１３及びサブ支持体１６の温度を設定する温度調節機構３３と、を備える。
温度調節機構３２及び３３は、サブヘッド１２，１３及びサブ支持体１５，１６を加熱又は冷却する機構であり、本実施形態では、サブヘッド１２，１３及びサブ支持体１５，１６の温度を、メインヘッド１１及びメイン支持体１４の温度より低く設定する。

さらに、メイン支持体１４及びサブ支持体１５，１６には、それぞれエアージャイロ４１〜４３が接続されており、これらエアージャイロ４１〜４３によって、各ヘッド１１〜１３と各支持体１４〜１６との当たりを調整可能となっている。 固体高分子電解質膜２の両面に電極触媒層３を接合した膜電極接合体を作製する際には、先ず、電極触媒層３が形成された触媒層形成膜４と固体高分子電解質膜２とを、電極触媒層３が固体高分子電解質膜２の表面と対向するように積層し、その積層部材をメインヘッド１１とメイン支持体１４との間に配置する。

次に、加圧機構２１によって、メインヘッド１１の加圧面を上記積層部材に圧接することにより、ホットプレス（加熱・加圧）を行う。このとき、メインヘッド１１の加熱温度及び加圧力は、触媒層形成膜４に形成された電極触媒層３が固体高分子電解質膜２に転写される程度に設定する。これにより、メインヘッド１１の加圧面１１ａの形状で電極触媒層３が固体高分子電解質膜２に転写され、これが固体高分子電解質膜２における電極触媒層３の転写領域となる。
したがって、メインヘッド１１の加圧面は、電極触媒部３を固体高分子電解質膜２に転写したい大きさ及び形状に設定する。

また、メインヘッド１１とメイン支持体１４とで、固体高分子電解質膜２と触媒層形成膜４とにおける上記転写領域を加熱・加圧する際、サブヘッド１２，１３とサブ支持体１５，１６とで、固体高分子電解質膜２と触媒層形成膜４とにおける転写領域に隣接する非転写領域（転写領域の外周部）を狭圧する。
ここで、非転写領域で固体高分子電解質膜２と触媒層形成膜４とを狭圧する際の温度及び加圧力は、加圧機構２２，２３及び温度調節機構３２，３３によって設定されている。

すなわち、本実施形態では、非転写領域の温度がサブヘッド１２，１３とサブ支持体１５，１６とで転写領域より低い温度となるように加熱又は冷却すると共に、非転写領域を転写領域より低い圧力で狭圧しながら、転写領域をメインヘッド１１とメイン支持体１４とで加熱・加圧することで、固体高分子電解質膜２上の転写領域に電極触媒層３を転写する。
なお、図１において、加圧機構２１がメイン加圧手段に対応し、加圧機構２２及び２３がサブ加圧手段に対応し、温度調節機構３１がメイン温度調節手段に対応し、温度調節機構３２及び３３がサブ温度調節手段に対応し、エアージャイロ４１〜４３が平行度調整手段に対応している。

（動作）
次に、本実施形態における動作について図２を参照しながら説明する。
図２は、膜電極接合体の作製手順を示すフローチャートである。
先ず、触媒層形成膜４を準備する（ステップＳ１）。ここでは、例えば、電極触媒層３を構成する触媒インクをフィルム等の転写基材上に塗布し、次いで乾燥させることで、触媒層形成膜４を作製する。

次に、触媒転写装置１０の各種設定を行う（ステップＳ２）。はじめに、加圧機構２１〜２３でメインヘッド１１及びサブヘッド１２，１３の押圧力を設定する。ここでは、加圧機構２１で、メインヘッド１１の押圧力を触媒層形成膜４から固体高分子電解質膜２へ電極触媒層３を転写可能な圧力に設定すると共に、加圧機構２２及び２３で、サブヘッド１２，１３の押圧力をメインヘッド１１の押圧力より低く設定する。

次に、温度調節機構３１〜３３で、各ヘッド１１〜１３及び各支持体１４〜１６の温度をそれぞれ設定する。このとき、サブヘッド１２，１３及びサブ支持体１５，１６の温度をメインヘッド１１及びメイン支持体１４の温度より低く設定する。
さらに、各支持体１４〜１６の受圧面１４ａ〜１６ａが、各ヘッド１１〜１３の加圧面１１ａ〜１３ａに対して平行となるように、各支持体１４〜１６の傾きを調整する。はじめに、エアージャイロ４１〜４３を緩めておき、一度各ヘッド１１〜１３を加圧機構２１〜２３によって各支持体１４〜１６側に押し当てる。このとき、エアージャイロ４１〜４３により各支持体１４〜１６はそれぞれのヘッド１１〜１３の傾きに合わせて微調整される。この状態でエアージャイロ４１〜４３を固定する。これにより、各ヘッド１１〜１３と各支持体１４〜１６との当たりを簡易的に合わせることができる。なお、各支持体１４〜１６の傾きを調整する動作は、初期設定時のみ行うものとする。

次に、触媒層形成膜４の電極触媒層３が固体高分子電解質膜２に面するように、固体高分子電解質膜２の両面に触媒層形成膜４を配置し、固体高分子電解質膜２と一対の触媒形成膜４とを、触媒転写装置１０の各ヘッドと各支持体との間に配置（搬送）する（ステップＳ３）。このとき、固定高分子電解質膜２と触媒層形成膜４との搬送方式は、枚葉搬送方式でもウェブ搬送方式でもよい。

次に、加圧機構２１〜２３を駆動し、図３に示すように、固定高分子電解質膜２と触媒層形成膜４とを、各ヘッド１１〜１３と各支持体１４〜１６とで挟み付ける（ステップＳ４）。これにより、固定高分子電解質膜２と触媒層形成膜４とは、加圧機構２１〜２３で設定された加圧力、温度調節機構３１〜３３で設定された温度で、加圧・加熱される。
このように、メインヘッド１１の外周部、つまり固体高分子電解質膜２の外縁部（非転写領域）をメインヘッド１１より低い圧力・低い温度で押さえながら、メインヘッド１１とメイン支持体１４とによって、電極触媒層３が固体高分子電解質膜２の転写領域に転写する。
すなわち、転写領域と非転写領域とで圧力差および温度差を少なくした状態で、転写領域の熱転写を行うことができる。したがって、プレス時に固体高分子電解質膜２にダメージや撚れを防止することができる。

次に、固定高分子電解質膜２と触媒層形成膜４とをそれぞれ搬送し（ステップＳ５）、触媒層形成膜４を剥がす（ステップＳ６）。これにより、図５に示すように、固体高分子電解質膜２の中央部分に電極触媒層３が転写された膜電極接合体１を形成することができる。
次に転写終了判断を行い（ステップＳ７）、連続して転写を行うと判断した場合には、固定高分子電解質膜２と触媒層形成膜４とを積層した積層部材を搬送又は入れ替え、上記の加熱・加圧処理以降の動作を繰り返す。
このようにして、膜電極接合体１を作製する。
こうして作製した膜電極接合体１は、固体高分子型燃料電池に用いられる。

図４は、固体高分子型燃料電池の分解斜視図である。
本実施形態における固体高分子型燃料電池にあっては、上述した方法により作製した膜電極接合体１の一対の電極触媒層３にそれぞれ対向して、空気極側ガス拡散層５および燃料極側ガス拡散層６を配置する。空気極側ガス拡散層５側に配置した電極触媒層３と空気極側ガス拡散層５とにより、空気極７が構成され、燃料極側ガス拡散層６側に配置した電極触媒層３と燃料極側ガス拡散層６とにより、電気極８が構成される。

そして、１組のセパレータ９を、固体高分子電解質膜２、電極触媒層３およびガス拡散層５，６を挟むように配置する。ここで、セパレータ９は、ガス流通用のガス通路９ａと、相対する主面に冷却水流通用の冷却水通路９ｂとを備え、導電性で且つ不透過性の材料により構成される。
空気極７側のセパレータ９のガス流路９ａからは、酸化剤ガスとして、例えば酸素を含むガスが供給される。一方、燃料極８側のセパレータ９のガス流路９ａからは、燃料ガスとして、例えば水素ガスが供給される。
この図４に示す固体高分子型燃料電池は、１組のセパレータ９によって固体高分子電解質膜２、電極触媒層３、ガス拡散層５，６が狭持された、いわゆる単セル構造の固体高分子型燃料電池であるが、セパレータ９を介して複数のセルを積層して燃料電池とすることもできる。

（効果）
このように、本実施形態では、電極触媒層の熱転写工程において、転写領域（固体高分子電解質膜の中央部分）に隣接する非転写領域（固体高分子電解質膜の外縁部分）を狭圧しながら、転写領域を熱転写に必要な温度・加圧力で加熱・加圧する。このとき、非転写領域に、転写領域に付与する加圧力より低い加圧力を付与することで、転写領域と非転写領域とで付与される加圧力の差を縮小することができる。その結果、転写領域と非転写領域との境界部における電解質膜のダメージを軽減することができ、しわの無い転写が可能となる。

また、転写領域を加圧するメインヘッドに隣接して、非転写領域を加圧するサブヘッドを配置し、各ヘッドの加圧力を個別に調整可能な加圧機構を設ける構成とするので、比較的簡易な構成で、転写領域と非転写領域との加圧力の差を最適化することができる。
さらに、温度調節機構でメインヘッドの温度とサブヘッドとの温度を個別に調整可能な構成とするので、転写領域と非転写領域との温度差を調節することができる。

また、メインヘッド及びサブヘッドにそれぞれ対峙する支持体をメイン支持体及びサブ支持体で構成し、温度調節機構で、各支持体の温度を対応するヘッドの温度と同一温度に調節するので、転写領域と非転写領域との温度差を最適化することができる。
さらに、各支持体の傾きを調節する平行度調節機構としてエアージャイロを設けるので、各ヘッドと各支持体との当たりを容易に調節することができ、機構の簡易化と段取り時間の短縮とを実現可能となる。
このように、比較的簡易な構成で、効果的に品質のよい膜電極接合体を連続して得ることができる。

（変形例）
なお、上記実施形態においては、加圧機構２１〜２３によって、メインヘッド１１とサブヘッド１２，１３とを同時に駆動する場合について説明したが、少なくともメインヘッド１１による熱転写工程の実行中に、サブヘッド１２，１３による狭圧工程を行えばよい。したがって、メインヘッド１１による熱転写工程の開始前に、サブヘッド１２，１３による狭圧工程を行っていてもよい。

また、上記実施形態においては、ヘッドに対峙する支持体を、メインヘッド用とサブヘッド用とでそれぞれ別の支持体で構成する場合について説明したが、メインヘッド用とサブヘッド用とで共通の支持体で構成することもできる。このとき、支持体の受圧面の大きさは、各ヘッドの加圧面と同等かそれ以上の大きさとする。この場合、ヘッドの加圧面と支持体の受圧面との位置合わせを厳密に行う必要がないので、支持体の位置に関係なく転写を行うことができる。

１…膜電極接合体（ＭＥＡ）、２…固体高分子電解質膜、３…電極触媒層、４…触媒層形成膜、５…空気極側ガス拡散層、６…燃料極側ガス拡散層、７…空気極、８…燃料極、９…セパレータ、９ａ…ガス流路、９ｂ…冷却水流路、１０…触媒転写装置、１１…ヘッド、１２，１３…隣接ヘッド、１４…支持体、１５，１６…隣接支持体、２１〜２３…加圧機構、３１〜３３…温度調節機構、４１〜４３…エアージャイロ、１０１…ヘッド、１０２…支持体、１０３…加圧機構、１０４…温度調節機構、２００…ダメージ

Claims (7)

1. 電解質膜の表面に電極触媒層を接合した膜電極接合体の製造方法であって、
   前記電極触媒層を転写基材上に形成した触媒層形成基材を準備する準備工程と、
   前記電極触媒層が前記電解質膜の表面と対向するように、前記触媒層形成基材を配置する配置工程と、
   前記触媒層形成基材と前記電解質膜とを、前記電解質膜上の任意の転写領域で加熱圧着して、前記電解質膜上の前記転写領域に前記電極触媒層を熱転写する熱転写工程と、
   少なくとも前記熱転写工程の実行中に、前記触媒層形成基材と前記電解質膜とを、前記転写領域に隣接する、前記電解質膜上の前記電極触媒層を転写しない非転写領域において、前記転写領域に与える圧力より低い圧力で狭圧する狭圧工程と、を備えることを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
2. 前記狭圧工程において、前記非転写領域を、前記転写領域の加熱温度より低い温度で狭圧することを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体の製造方法。
3. 電解質膜の表面に電極触媒層を接合した膜電極接合体の製造装置であって、
   任意形状の加圧面を有するメインヘッドと、
   加圧面を有し、当該加圧面を前記メインヘッドの加圧面と同一方向に向けて前記メインヘッドに隣接して配置するサブヘッドと、
   前記電極触媒層を転写基材上に形成した触媒層形成基材と前記電解質膜とを、前記電極触媒層が前記電解質膜の表面と対向するように積層した積層部材を介して、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの各加圧面に対峙する受圧面を有する支持体と、
   前記メインヘッドを所定の転写温度に加熱するメイン温度調節手段と、
   前記積層部材に、前記メインヘッドの加圧面を、前記電極触媒層を前記電解質膜上に転写可能な加圧力で圧接することで、前記積層部材を前記メインヘッドと前記支持体とで狭圧するメイン加圧手段と、
   前記積層部材に、前記サブヘッドの加圧面を、前記メインヘッドの前記積層部材に対する加圧力より低い加圧力で圧接することで、前記積層部材を前記サブヘッドと前記支持体とで狭圧するサブ加圧手段と、を備えることを特徴とする膜電極接合体の製造装置。
4. 前記サブヘッドの温度を、前記転写温度より低い温度に調節するサブ温度調節手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体の製造装置。
5. 前記支持体は、前記積層部材を介して前記メインヘッド及び前記サブヘッドにそれぞれ対峙し、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの各加圧面とそれぞれ同一形状の受圧面を有するメイン支持体及びサブ支持体から構成され、
   前記メイン温度調節手段は、前記メインヘッド及び前記メイン支持体を前記転写温度に加熱し、
   前記サブ温度調節手段は、前記サブヘッド及び前記サブ支持体の温度を、前記転写温度より低い温度に調節することを特徴とする請求項４に記載の膜電極接合体の製造装置。
6. 前記支持体は、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの加圧面と同等以上の大きさの受圧面を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の膜電極接合体の製造装置。
7. 前記支持体の受圧面が、前記メインヘッド及び前記サブヘッドの各加圧面に対して平行又は略平行となるように調整可能な平行度調整手段を備えることを特徴とする請求項３〜６の何れか１項に記載の膜電極接合体の製造装置。

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