(57)【要約】      （修正有）【課題】補強部材における皺の発生を抑制し、量産性に優れた燃料電池用膜−電極構造体の製造方法を提供する。【解決手段】膜−電極構造体１０は、電解質膜１２を補強するための帯状の補強部材２２と、補強部材２２を被覆する帯状の被覆部材と、被覆部材を支持する帯状のバックアップ部材とからなる積層体を作製し（積層体作製工程）、補強部材２２とバックアップ部材に共通の開口２４を形成し（開口形成工程）、電解質膜１２を補強部材２２と接着されるように積層体と貼り合わせ（貼り合わせ工程）、作製された貼合体からバックアップ部材を剥離し（バックアップ部材剥離工程）、露出した開口２４の内側の電解質膜１２表面に触媒層２６を形成し（触媒層形成工程）、被覆部材を剥離して（被覆部材剥離工程）、製造される。【選択図】図１
2010062009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子型燃料電池に用いられる燃料電池用膜−電極構造体の製造方法であって、
固体高分子電解質膜を補強するための帯状の第１の部材と、前記第１の部材を被覆するための帯状の第２の部材と、前記第２の部材を支持するための帯状の第３の部材とをこの順序で、後に剥離可能となるように積層接着して積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体作製工程によって得られた積層体の前記第１の部材と前記第２の部材に共通の開口を設ける開口形成工程と、
帯状の固体高分子電解質膜を、前記第１部材と接着されるように前記積層体に貼り合わせて貼合体を作製する貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせ工程によって得られた貼合体から前記第３の部材を剥離除去する第１の剥離工程と、
前記第１の剥離工程後の貼合体の表面に現れた前記開口の内側に触媒層を形成する触媒層形成工程と、
前記触媒層形成工程後の貼合体から前記第２の部材を剥離する第２の剥離工程と、を有することを特徴とする燃料電池用膜−電極構造体の製造方法。
【請求項２】
前記積層体作製工程において、
前記第１の部材と前記第２の部材との間の接着強度を、前記第２の部材と前記第３の部材との間の接着強度より大きくすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜−電極構造体の製造方法。
【請求項３】
前記貼り合わせ工程において、
前記固体高分子電解質膜と前記第１の部材との接着を、熱硬化性接着剤を用いて熱プレスにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用膜−電極構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第２の部材と前記第３の部材の熱膨張係数が同じであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用膜−電極構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の部材の幅が前記固体高分子電解質膜と第2の部材の両方の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池用膜−電極構造体の製造方法。
【請求項６】
前記固体高分子電解質膜は帯状の基材の一面に形成されており、前記貼り合わせ工程以降の工程は、前記固体高分子電解質膜が前記基材表面に形成された状態で行われ、
前記第２の部材の幅が、前記第１の部材の幅と前記固体高分子電解質膜の幅のいずれの幅よりも広いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池用膜−電極構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池の構成要素の１つである膜−電極構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、プロトン導電性を有する固体高分子電解質膜（以下「電解質膜」という）の両面に触媒層が設けられ、この触媒層上にガス拡散層が設けられた構造を有する膜−電極構造体（ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）を備えている。固体高分子型燃料電池の内部抵抗を低減する観点から、電解質膜の厚さは薄いことが好ましい。しかし、電解質膜を薄くすると機械的強度が低下し、固体高分子型燃料電池の製造工程における膜−電極構造体のハンドリング性が低下する。
【０００３】
そこで、膜−電極構造体として、開口を囲むように枠部が形成された部材（以下「補強部材」という）が、電解質膜の一方の面の周縁部を被覆するように接着された構造を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された膜−電極構造体は、補強部材と同形状の部材（以下「被覆部材」という）と補強部材とを予め積層した状態で、補強部材を電解質膜に接着し、開口の内部に触媒層を塗工した後、被覆部材を除去することで、補強部材の内部に触媒層が形成された構造を実現している。
【特許文献１】特開２００７−３５６１２号公報（段落［００２１］、［００２２］、図３Ａ〜３Ｅ、図４等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された構造の膜−電極構造体を作製する際には、電解質膜と補強部材とをそれぞれ、一定の力で引っ張った状態で貼り合わせする必要がある。しかし、補強部材は枠状であって、厚さも数十ミクロン程度であるために、補強部材を引っ張ると開口の四隅付近に歪みが生じやすく、その結果、電解質膜に貼り合わせされたときに開口の四隅付近に皺が発生しやすくなる。この皺は、補強部材の平滑性を低下させるため、補強部材に貼り合わせされるカーボンペーパー（ガス拡散層）に応力が掛かるようになり、カーボンペーパーが劣化しやすくなる。また、補強部材に皺が発生した状態で電解質膜に触媒ペーストを塗布して触媒層を形成すると、皺の溝となっている触媒ペーストが溜まり、この部分で、補強部材とカーボンペーパーとの接着不良が生じやすくなる。さらに電解質膜と補強部材の密着性が悪くなり補強効果が得られなくなる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、補強部材における皺の発生を抑制し、しかも、膜−電極構造体の量産性に優れた燃料電池用膜−電極構造体の製造方法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】
【０００６】
本発明に係る燃料電池用膜−電極構造体の製造方法は、固体高分子型燃料電池に用いられる膜−電極構造体の製造方法であって、固体高分子電解質膜を補強するための帯状の第１の部材と、前記第１の部材を被覆するための帯状の第２の部材と、前記第２の部材を支持するための帯状の第３の部材とをこの順序で、後に剥離可能となるように積層接着して積層体を作製する積層体作製工程と、前記積層体作製工程によって得られた積層体の前記第１の部材と前記第２の部材に共通の開口を設ける開口形成工程と、帯状の固体高分子電解質膜を、前記第１部材と接着されるように前記積層体に貼り合わせて、貼合体を作製する貼り合わせ工程と、前記貼り合わせ工程によって得られた貼合体から前記第３の部材を剥離除去する第１の剥離工程と、前記第１の剥離工程後の貼合体の表面に現れた前記開口の内側に触媒層を形成する触媒層形成工程と、前記触媒層形成工程後の貼合体から前記第２の部材を剥離する第２の剥離工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、第１の部材と第２の部材に開口を形成したときにはこれらは第３の部材に支持されているため、積層体において第１の部材における皺の発生が抑制される。そして、このような積層体を用いることで、固体高分子電解質膜に接着された第１の部材における皺の発生を抑制することができる。また、膜−電極構造体の全製造工程を通じて、取り扱われる各種の部材（積層体、貼合体を含む）の自立性が高く、ハンドリングが容易であるため、生産性に優れている。さらに、帯状の部材等を用いることで、各工程を連続的に行うことができるため、量産性にも優れている。
【０００８】
本発明に係る燃料電池用膜−電極構造体の製造方法では、前記積層体作製工程において、前記第１の部材と前記第２の部材との間の接着強度を、前記第２の部材と前記第３の部材との間の接着強度より大きくすることが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、第１の剥離工程において、第３の部材を剥離する際に、第２の部材が同時に剥離することを抑制することができる。
【００１０】
本発明に係る燃料電池用膜−電極構造体の製造方法では、前記貼り合わせ工程において、前記固体高分子電解質膜と前記第１の部材との貼り合わせを、熱硬化性接着剤を用いて熱プレスにより行うことが好ましい。また、このように熱プレスを用いる場合には、前記第２の部材と前記第３の部材の熱膨張係数は、同じであることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、熱硬化性接着剤を用いて固体高分子電解質膜と第１の部材とをより強固かつ緊密に接着することができる。なお、熱プレスとして熱ロールプレスを用いることで、固体高分子電解質膜と積層体とを長さ方向で連続して接着を行うことができるため、生産性が高められる。そして、第２の部材と第３の部材の熱膨張係数が同じであると、熱プレスを行ったときに、第２の部材に皺が入りにくくなる。
【００１２】
本発明に係る燃料電池用膜−電極構造体の製造方法においては、前記第１の部材の幅が、前記固体高分子電解質膜と第２の部材の両方の幅よりも狭いことが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、第２の部材が固体高分子電解質膜の表面に直接固定されるため、第１の部材の位置ずれを抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る燃料電池用膜−電極構造体の製造方法においては、前記固体高分子電解質膜は帯状の基材の一面に形成されており、前記貼り合わせ工程以降の工程は、前記固体高分子電解質膜が前記基材表面に形成された状態で行われ、前記第２の部材の幅が、前記第１の部材の幅と前記固体高分子電解質膜の幅のいずれの幅よりも広いことが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、第２の部材を基材に直接接着することができ、これによって、第１の部材の位置ずれを抑制することができる。なお、第２の部材と基材との間の接着は、第２の部材と基材とが剥離可能な接着力を有する粘着剤を用いて行われる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る燃料電池用膜−電極構造体の製造方法によれば、固体高分子電解質膜にこれを補強するための第１の部材を接着する際に、皺の発生が抑えられた第１の部材を備えた積層体を用いることで、固体高分子電解質膜に第１の部材が接着されたときの第１の部材における皺の発生が抑制される。こうして第１の部材の表面の平滑性が高められるため、第１の部材に貼り付けられるカーボンペーパー等のガス拡散層用部材に不均一な応力が掛かり難くなって、カーボンペーパー等を長寿命化することができる。また、第１の部材の表面に触媒ペーストが溜まり難くなるために、カーボンペーパー等と良好な接着性を確保することができる。
【００１７】
本発明に係る燃料電池用膜−電極構造体の製造方法は、全製造工程を通じて、取り扱われる各種の部材（積層体、貼合体を含む）の自立性が高く、ハンドリングが容易であるため、生産性に優れている。さらに、帯状の部材等を用いることで、連続的な処理を容易に行うことができるために、量産性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜膜−電極構造体の構造＞
図１に固体高分子型燃料電池の構成要素である膜−電極構造体の概略断面図を示す。図１（ａ），（ｂ）にそれぞれ示される２つの膜−電極構造体１０は共に、プロトン導電性を有する固体高分子電解質膜（以下「電解質膜」という）１２を挟んで、一方の主面にアノード側ガス拡散電極１４が設けられ、他方の主面にカソード側ガス拡散電極１６が設けられた構造を有している。なお、図１（ａ），（ｂ）に示されるように三次元直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ）を定め、電解質膜１２の長さ方向をＸ方向とし、電解質膜１２の幅方向をＹ方向とし、電解質膜１２の厚さ方向をＸ方向とする。
【００１９】
アノード側ガス拡散電極１４は、矩形の開口２４を囲む枠状の形状（図１（ａ），（ｂ）ではＹ方向側の部分しか明示されていない）を有し、電解質膜１２の主面に接着された補強部材２２と、補強部材２２の開口２４内において電解質膜１２表面に形成された触媒層２６と、補強部材２２と触媒層２６とを覆うガス拡散層２８とを備えている。カソード側ガス拡散電極１６は、アノード側ガス拡散電極１４と実質的に同じ構造を有している。１つの膜−電極構造体１０は、１つの開口２４を有する矩形形状を有している。
【００２０】
なお、図１（ａ）に示される膜−電極構造体１０では、電解質膜１２の幅が補強部材２２の幅よりも広くなっており、図１（ｂ）に示される膜−電極構造体１０では、電解質膜１２の幅と補強部材２２の幅とが同じになっている。後記するように、図１（ａ）に示される膜−電極構造体１０の電解質膜１２の幅方向端を切断することにより、図１（ｂ）に示される膜−電極構造体１０を得ることができる。また、図１（ｂ）に示される膜−電極構造体１０は、これを製造するために用いる電解質膜１２の幅と補強部材２２の幅とを同じとすることによって、電解質膜１２の幅方向端を切断することなく、製造することもできる。
【００２１】
例えば、触媒層２６は白金を主成分とする材料で構成され、ガス拡散層２８には多孔質カーボンクロスや多孔質カーボンペーパーが用いられ、電解質膜１２にはフッ素系樹脂の一種であるパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマー等が用いられる。補強部材２２としては、ポリイミド樹脂（ＰＩ），ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が好適に用いられ、その厚さは、５〜５０μｍとすることができる。電解質膜１２と補強部材２２とは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂接着剤（接着層を図示せず）によって接着されており、ガス拡散層２８も接着剤を用いて補強部材２２に接着されている。
【００２２】
＜膜−電極構造体の製造方法＞
図２に膜−電極構造体の製造工程を表したフローチャートを示す。膜−電極構造体１０の製造工程は、概略、電解質膜準備工程Ｓ１、積層体作製工程Ｓ２、開口形成工程Ｓ３、仮固定工程Ｓ４、貼り合わせ工程Ｓ５、バックアップ部材剥離工程（第１の剥離工程）Ｓ６、触媒層形成工程Ｓ７、被覆部材剥離工程（第２の剥離工程）Ｓ８、基材剥離工程Ｓ９、裏面処理工程Ｓ１０（電解質膜１２の裏面に対して仮固定工程Ｓ４から触媒層形成工程Ｓ７までを繰り返し行う工程）、被覆部材剥離工程（Ｓ８を飛ばした場合には電解質膜１２の両面の被覆部材を剥離）Ｓ１１、ガス拡散層形成工程Ｓ１２、の各工程からなる。
【００２３】
図３（ａ）に電解質膜準備工程で準備する電解質膜の形態を表した平面図と断面図（平面図に示すＡ−Ａ位置での断面図）を示し、図３（ｂ）に積層体作製工程と開口形成工程における処理の態様を模式的に表した平面図と断面図（平面図に示すＡ−Ａ位置での断面図）を示す。また、図４に仮固定工程と貼り合わせ工程における処理の態様を模式的に表した平面図と断面図（平面図に示すＢ−Ｂ位置での断面図）を示し、図５にバックアップ部材剥離工程から被覆部材剥離工程までの処理の態様を模式的に表した平面図と断面図（平面図に示すＢ−Ｂ位置での断面図）を示す。これらの図３〜５に示す三次元直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ）は、図１（ａ），（ｂ）に示した三次元直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ）と対応している。以下、これらの図面を参照しながら各工程について説明する。
【００２４】
［電解質膜準備工程Ｓ１］
膜−電極構造体１０を製造するために電解質膜１２を準備する。本製造方法では、図３（ａ）に示されるように、電解質膜１２として、帯状の電解質膜支持基材（以下「基材」という）５０の一面に支持された状態にあるものが好適に用いられる。電解質膜１２を基材５０で支持しておくことにより、膜−電極構造体１０の製造工程における電解質膜１２のハンドリング性が向上する。基材５０としては、例えば、電解質膜１２との密着性と剥離性のバランスがよく、熱的にも安定なＰＥＴフィルム等が好適に用いられ、その厚さは、ハンドリング性等を考慮して、約数十ミクロン程度とすることが好ましい。
【００２５】
電解質膜１２の幅は基材５０の幅よりも狭いことが好ましく、例えば、基材５０の幅方向端から一定距離の位置に電解質膜１２の幅方向端が位置するようにする。これにより、後に行われる仮固定工程Ｓ４において、電解質膜１２と補強部材２２との位置合わせを簡単に行うことができる。このような基材５０に支持された電解質膜１２は、ロール状に巻回された状態で準備することができ、仮固定工程Ｓ４以降に用いられる。
【００２６】
［積層体作製工程Ｓ２］
図３（ｂ）に示すように、積層体作製工程Ｓ２は、電解質膜１２を補強するための帯状の補強部材（第１の部材）２２と、補強部材２２を被覆するための帯状の被覆部材（第２の部材）６２と、被覆部材６２を支持するための帯状のバックアップ部材（第３の部材）６４とをこの順序で長さ方向を合わせ、後に剥離可能となるように積層接着して、積層体６０を作製する工程である。ここで、被覆部材６２は、積層体６０においては中間層であるが、後に行われるバックアップ部材剥離工程Ｓ６後に補強部材２２を被覆した状態になる部材であることから、これを「被覆部材」ということとする。
【００２７】
補強部材２２には、前記した所定厚さのポリイミド樹脂等が用いられる。被覆部材６２とバックアップ部材６４にはＰＥＴ樹脂等が好適に用いられ、その厚さは１０〜８０μｍとすることができる。
【００２８】
補強部材２２と被覆部材６２との接着と、被覆部材６２とバックアップ部材６４との接着にはそれぞれ、市販の粘着剤が用いられる。この粘着剤としては、後に行われる貼り合わせ工程Ｓ５における加熱処理によって変質しない性質を有しているものが、工程管理上、好適である。積層体６０において、補強部材２２と被覆部材６２との間の接着強度は、被覆部材６２とバックアップ部材６４との間の接着強度よりも大きいことが好ましい。これは、後に行われるバックアップ部材剥離工程（第１の剥離工程）Ｓ６において、バックアップ部材６４を剥離する際に、被覆部材６２がバックアップ部材６４と一緒に剥離してしまうのを防止するためである。使用する粘着剤の種類（粘着成分の化学種や濃度等）や粘着層の厚さを制御することによって、これらの接着強度に差を設けることができる。
【００２９】
補強部材２２、被覆部材６２及びバックアップ部材６４を積層接着する際には、通常、各接着面に空気が入らないように、各部材に一定の張力を加えることが好ましい。図３（ｂ）に示されるように、積層体作製工程Ｓ２の段階では、補強部材２２には開口２４は形成されていない。また、被覆部材６２にも後工程の開口形成工程Ｓ３で開口６８が形成されるが、積層体作製工程Ｓ２の段階では、被覆部材６２にも開口６８は形成されていない。このように、開口２４が形成されていない補強部材２２と、開口６８が形成されていない被覆部材６２を用いて積層体６０を作製することにより、補強部材２２と被覆部材６２に局所的に皺等が発生することが抑制され、その平坦性を高めることができる。
【００３０】
こうして、補強部材２２の平坦性が確保されると、後に行われる触媒層形成工程Ｓ７において、補強部材２２と被覆部材６２との間に触媒材料が侵入することを抑制することができるため、後に、補強部材２２にガス拡散層２８としてのカーボンペーパー等を貼り付けたときに接着不良が発生することを回避することができる。また、作製した膜−電極構造体１０を用いてセルを組む際に、補強部材２２に貼り付けられたガス拡散層２８としてのカーボンペーパー等に応力が掛かり難くなり、カーボンペーパー等の破壊を抑制することができる。
【００３１】
積層体６０は、後に行われる仮固定工程Ｓ４と貼り合わせ工程Ｓ５によって、基材５０に支持された電解質膜１２と接着され、貼合体８０（図４，５参照）が作製される。この貼合体８０の作製を容易かつ正確に行うことができるように、電解質膜１２と基材５０の幅を踏まえて、補強部材２２、被覆部材６２及びバックアップ部材６４の各幅を設定することが好ましい。その設定条件は、後記する仮固定工程Ｓ４についての説明において述べる。
【００３２】
［開口形成工程Ｓ３］
図３（ｂ）に示されるように、開口形成工程Ｓ３は、積層体作製工程Ｓ２によって得られた積層体６０の補強部材２２と被覆部材６２に共通の開口２４，６８をそれぞれ設ける工程である。例えば、開口２４，６８の外周形状を有する刃を、補強部材２２側から被覆部材６２とバックアップ部材６４との接着面までの深さで挿入し、補強部材２２と被覆部材６２に切れ目を設けた後、開口２４，６８の領域部分を剥離することにより、開口２４，６８を形成することができる。開口２４，６８が形成された積層体６０は、ロール状に巻回された状態で保管してもよい。また、開口２４，６８が形成された後に、速やかに、次の仮固定工程Ｓ４に供給されるようにしてもよい。ここでは、積層体作製工程Ｓ２と開口形成工程Ｓ３によって、電解質膜１２の表面と裏面のそれぞれに貼り合わせることができるだけの長さの積層体６０が作製されたものとする。
【００３３】
［仮固定工程Ｓ４］
仮固定工程Ｓ４は、図４に示されるように、電解質膜１２と補強部材２２とを接着するために、基材５０に支持された電解質膜１２と積層体６０とを位置合わせして、これらを密着させる工程である。仮固定工程Ｓ４の前に、補強部材２２の表面に熱硬化性樹脂接着剤を所定の厚さ（例えば、数ミクロン）で塗布しておく。但し、仮固定工程Ｓ４では、この熱硬化性樹脂接着剤を硬化させない。なお、図４の平面図には、帯状の積層体６０の長さ方向（Ｘ方向）の一部のみが描かれている（図５についても同様）。
【００３４】
本実施形態では、図４に示されるように、電解質膜１２の幅を基材５０の幅よりも狭くしていることを踏まえて、積層体作製工程Ｓ２において、基材５０の幅とバックアップ部材６４の幅とを同じとし、被覆部材６２の幅をバックアップ部材６４の幅と同じとし、補強部材２２の幅を電解質膜１２の幅よりも狭くしている。その結果、被覆部材６２の幅は補強部材２２幅と電解質膜１２の幅のいずれの幅よりも広くなっている。このとき、被覆部材６２の露出面には、積層体作製工程Ｓ２で用いた粘着剤が塗布された状態で残っていることが好ましい。
【００３５】
基材５０の幅とバックアップ部材６４の幅とを同じとすることにより、基材５０と積層体６０との位置合わせが容易となる。被覆部材６２の幅をバックアップ部材６４の幅と同じとすることにより、積層体６０における幅方向の厚さの変化が小さくなるため、後工程の貼り合わせ工程Ｓ５において積層体６０と基材５０に支持された電解質膜１２とを貼り合わせた際に、貼合体８０（図４，５参照）において生じる幅方向での歪みを小さく抑えることができる。補強部材２２の幅を電解質膜１２の幅よりも狭くすることにより、補強部材２２を直接かつ確実に電解質膜１２と密着させることができる。
【００３６】
被覆部材６２の幅が補強部材２２の幅と電解質膜１２の幅のいずれの幅よりも広くなっていることにより、補強部材２２の全面を被覆部材６２によって支持することができ、被覆部材６２の露出面に粘着剤が塗布されていることにより、被覆部材６２が基材５０と接着されて被覆部材６２の位置が安定する。これらの効果によって、補強部材２２の位置を安定して保持することができ、補強部材２２の位置ずれを抑制することができる。
【００３７】
［貼り合わせ工程Ｓ５］
貼り合わせ工程Ｓ５は、電解質膜１２と補強部材２２とを強固に接着する工程である。貼り合わせ工程Ｓ５は、図４に示されるように、例えば、仮固定工程Ｓ４で基材５０に支持された電解質膜１２と積層体６０とを仮固定したものを熱ロール７０の間に通して、一定の圧力をかけながら加熱することによって行われる。これによって、電解質膜１２と補強部材２２との間の熱硬化性樹脂接着剤が一定の厚さで硬化し、電解質膜１２と補強部材２２とが強固に接着されると共に、基材５０に支持された電解質膜１２と積層体６０とが貼り合わせされた貼合体８０が作製される。
【００３８】
貼り合わせ工程Ｓ５において、被覆部材６２に皺等の変形が生じないように、被覆部材６２とバックアップ部材６４には、同じ熱膨張率の材料を用いることが好ましい。熱ロール７０の設定温度や回転速度（電解質膜１２を支持した基材５０と積層体６０とを通過させる速さ）は、電解質膜１２と補強部材２２との間に介在している不図示の熱硬化性樹脂接着剤の熱硬化特性等を考慮して、適宜、定められる。
【００３９】
なお、基材５０（電解質膜１２）と積層体６０とが帯状であるため、熱ロール７０を用いる方法は、電解質膜１２と補強部材２２との接着を連続的に行うことができる点で、生産性に優れている。
【００４０】
［バックアップ部材剥離工程（第１の剥離工程）Ｓ６］
図５に示されるように、バックアップ部材剥離工程（第１の剥離工程）Ｓ６は、貼り合わせ工程Ｓ５で作製した貼合体８０からバックアップ部材６４を剥離して、開口２４，６８内の電解質膜１２の表面を露出させる工程である。このバックアップ部材６４の剥離は、室温で行うことができる。前記したように、補強部材２２と被覆部材６２との間の接着強度を、被覆部材６２とバックアップ部材６４との間の接着強度よりも大きくしておくと、補強部材２２を剥離させることなく、バックアップ部材６４のみを剥離することが容易となる。
【００４１】
［触媒層形成工程Ｓ７］
触媒層形成工程Ｓ７は、バックアップ部材剥離工程Ｓ６によって開口２４，６８内に露出した電解質膜１２に対して、触媒層２６となるペースト等の材料（以下「触媒材料」という）を塗布し、触媒層２６を形成する工程である。このとき、補強部材２２の全面が被覆部材６２によって覆われているために、被服材料６２の開口６８の近傍の表面に余分な触媒塗布部２６ａが形成されることはあっても、補強部材２２の表面に触媒材料が付着することがない。これにより、後に行われるガス拡散層形成工程Ｓ１２において、補強部材２２にガス拡散層２８としてのカーボンペーパー等を貼り付けたときに接着不良が発生すること回避することができる。
【００４２】
本製造方法によれば、触媒層形成工程Ｓ７によって形成される触媒層２６の外縁は開口２４の内縁と一致するため、従来の電解質膜に触媒層を先に設け、その触媒層を囲むように補強部材を設ける方法において必要とされる補強部材の精密な位置決めを必要としない。これにより、歩留まりが高くなり、生産性が向上する。
【００４３】
［被覆部材剥離工程（第２の剥離工程）Ｓ８］
被覆部材剥離工程Ｓ８は、図５に示されるように、触媒層２６が形成された後に、被覆部材６２を基材５０等から剥離する工程である。被覆部材剥離工程Ｓ８の終了によって、電解質膜の表面の触媒層２６の形成までの工程が終了する。なお、貼合体８０から剥離した被覆部材６２に付着した余分な触媒塗布部２６ａの触媒材料は、化学的手段（例えば、溶解等）や物理的手段（例えば、剥離等）によって、簡単に高い効率で回収することができるため、触媒材料の再生利用効率を高めることができる。
【００４４】
ところで、図１（ａ），（ｂ）を参照して説明したように、膜−電極構造体１０では、電解質膜１２の両面に補強部材２２が設けられ、その開口２４内に触媒層２６が形成されている。そのためには、被覆部材剥離工程Ｓ８を行った後に、基材５０を電解質膜１２から剥離する基材剥離工程Ｓ９を経て、裏面処理工程Ｓ１０（電解質膜１２の裏面に対して仮固定工程Ｓ４から触媒層形成工程Ｓ７までを繰り返し行う工程）を実行してもよいし、被覆部材剥離工程Ｓ８を飛ばして、基材剥離工程Ｓ９と裏面処理工程Ｓ１０とを逐次行ってもよい。なお、裏面処理工程を仮固定工程Ｓ４から触媒層形成工程Ｓ７までとしたのは、裏面処理工程Ｓ１０に用いる積層体６０が既に準備されていることを前提としている。
【００４５】
被覆部材剥離工程Ｓ８を行った後に基材剥離工程Ｓ９を経てこの裏面処理工程Ｓ１０に進んだ場合でも、電解質膜１２の裏面に触媒層２６を形成した際の電解質膜１２の膨潤による寸法変化は、電解質膜１２の表面に先に設けられた補強部材２２によって抑制され、補助的には触媒層２６によっても抑制されうる。また、被覆部材剥離工程Ｓ８を飛ばして基材剥離工程Ｓ９を経てこの裏面処理工程Ｓ１０に進んだ場合には、電解質膜１２の裏面に触媒層２６を形成した際の電解質膜１２の膨潤による寸法変化が、電解質膜１２の表面に先に設けられた触媒層２６のみならず、被覆部材６２によっても抑制され、また、被覆部材６２が貼り付けられたままの状態にあることで、電解質膜１２のハンドリング性が向上する。
【００４６】
［基材剥離工程Ｓ９］
基材剥離工程Ｓ９は、基材５０を電解質膜１２から剥離する工程であり、これにより基材５０と接触していた電解質膜１２の裏面が露出し、積層体６０との貼り合わせが可能になる。
【００４７】
［裏面処理工程Ｓ１０］
裏面処理工程Ｓ１０は、基材剥離工程Ｓ９によって露出した電解質膜１２の裏面に、積層体６０を位置合わせして仮固定し（仮固定工程Ｓ４）、積層体６０を貼り合わせ（貼り合わせ工程Ｓ５）、作製された貼合体８０からバックアップ部材６４を剥離し（バックアップ部材剥離工程Ｓ６）、触媒層２６を形成する（触媒層形成工程Ｓ７）一連の工程である。
【００４８】
［被覆部材剥離工程Ｓ１１］
電解質膜１２の裏面側に触媒層２６が形成された後には、先に被覆部材剥離工程Ｓ８が実行されている場合には、電解質膜１２の裏面側に取り付けられている被覆部材６２を剥離し、一方、先に被覆部材剥離工程Ｓ８を飛ばしている場合には、電解質膜１２の両面（表面側と裏面側）にそれぞれ取り付けられている被覆部材６２を剥離する。
【００４９】
［ガス拡散層形成工程Ｓ１２］
被覆部材剥離工程Ｓ１１が終了した後には、補強部材２２の表面が露出している。そこで、補強部材２２の表面に接着剤等によりガス拡散層２８となるカーボンペーパー等を貼り付けることにより、ガス拡散層２８を形成し、その後、隣接する開口２４（適宜、図２（ｂ）参照）の中間位置でＹ方向と平行に切断することにより、図１（ａ）に示される膜−電極構造体１０が得られる。なお、この切断処理は、被覆部材剥離工程Ｓ１１の終了後、ガス拡散層形成工程Ｓ１２の前に行ってもよい。その後、個々の膜−電極構造体１０（図１（ａ）に示されるもの）における電解質膜１２の幅方向端部を補強部材２２の幅方向端とそろうように切断することで、図１（ｂ）に示される膜−電極構造体１０が製造される。この電解質膜１２の端部の切断は、被覆部材剥離工程Ｓ１１の終了直後に前記した切断処理を行った場合には、その切断処理の直後、かつ、ガス拡散層２８の形成前に行なってもよい。
【００５０】
このような膜−電極構造体１０の製造方法によれば、全製造工程を通じて、取り扱われる各種の部材（積層体６０、貼合体８０を含む）の自立性が高く、ハンドリングが容易であるため、生産性に優れている。さらに、帯状の部材等を用いることで、各工程を一連の流れ作業として連続して行うことができるために、量産性にも優れている。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記した形態に限定されるものではない。例えば、図1（ａ），（ｂ）に示される膜−電極構造体はガス拡散層２８を有していなくてもよい。図２に示される膜−電極構造体１０の製造工程では、貼合体８０を作製した後にバックアップ部材６４を剥離し、触媒層２６を形成するとしたが、これに限られず、貼合体８０を作製した後に基材５０を剥離し、これにより露出した電解質膜１２の裏面に積層体６０を貼り付けることによって、２つの積層体６０で電解質膜１２が挟持された構造を有する貼合体を作製し、その後、各積層体６０のバックアップ部材６４を剥離して触媒層２６を形成するようにしてもよい。
【００５２】
また、膜−電極構造体１０の製造工程として、基材５０に支持された電解質膜１２を用いた形態について説明したが、電解質膜１２を自立膜として取り扱える場合には、積層体６０に電解質膜１２を貼り合わせてもよい。この場合、電解質膜１２の両面に積層体６０を位置決めして貼り合わせることにより、熱ロール７０が直接に電解質膜１２に接触することを防止することができる。こうして、例えば、熱ロール７０の表面に凹凸等の欠陥があったときにも、その欠陥が電解質膜１２に転写されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ固体高分子型燃料電池の構成要素である膜−電極構造体を示す概略断面図である。
【図２】膜−電極構造体の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は電解質膜準備工程で準備する電解質膜の形態を示す平面図と断面図であり、（ｂ）は積層体作製工程と開口形成工程における処理の態様を模式的に示す平面図と断面図である。
【図４】仮固定工程と貼り合わせ工程における処理の態様を模式的に示す平面図と断面図である。
【図５】バックアップ部材剥離工程から被覆部材剥離工程までの処理の態様を模式的に示す平面図と断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０      膜−電極構造体
１２      電解質膜（固体高分子電解質膜）
１４      アノード側ガス拡散電極
１６      カソード側ガス拡散電極
２２      補強部材（第１の部材）
２４      開口
２６      触媒層
２６ａ    （余分な）触媒塗布部
２８      ガス拡散層
５０      基材（電解質膜支持基材）
６０      積層体
６２      被覆部材（第２の部材）
６４      バックアップ部材（第３の部材）
６８      開口
７０      熱ロール
８０      貼合体
【図１】
2010062009.tif 000003
【図２】
2010062009.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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