(57)【要約】【課題】基材上の電極触媒層が互いにずれることなく高分子電解質膜と接合でき、生産性向上および発電性能向上に寄与しうる膜電極接合体の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】、触媒物質を担持した電子伝導物質、固体高分子電解質および溶媒を含む触媒インクを基材上に塗布し塗膜を形成する工程と、塗膜を乾燥し基材上に電極触媒層を形成する工程と、基材を高分子電解質膜の両面に電極触媒層と前記高分子電解質膜が対向するように配置し、基材の電極触媒層形成面と反対側の表面を他の部材と接触させて熱プレスをおこない、高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合する工程とを備え、且つ、基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜表面に対する摩擦係数（Ａ）が、基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）よりも大きいことを特徴とする膜電極接合体の製造方法とする。【選択図】図３
2010123372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜を一対の電極触媒層で挟持した膜電極接合体の製造方法であって、
触媒物質を担持した電子伝導物質、固体高分子電解質および溶媒を含む触媒インクを基材上に塗布し塗膜を形成する工程と、
該塗膜を乾燥し基材上に電極触媒層を形成する工程と、
前記基材を高分子電解質膜の両面に前記電極触媒層と前記高分子電解質膜が対向するように配置し、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面を他の部材と接触させて熱プレスをおこない、高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合する工程とを備え、且つ、
前記基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜表面に対する摩擦係数（Ａ）が、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の前記他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）よりも大きい
ことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【請求項２】
前記基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）と、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の前記他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）との差が、０．０２以上１．９０以下の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項３】
前記基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）が０．１２以上２．００以下の範囲内であり、且つ、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の前記他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）が０．１０以上１．９８以下の範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項４】
前記他の部材が保護フィルムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の製造方法によって作製されたことを特徴とする膜電極接合体。
【請求項６】
請求項５記載の膜電極接合体が一対のガス拡散層で挟持され、さらに、前記ガス拡散層で狭持された膜電極接合体が一対のセパレーターで挟持されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒物質を担持した電子伝導物質、高分子電解質および溶媒を含む触媒インクを用いて固体高分子形燃料電池用膜電極接合体を作製する上で、燃料極（アノード）および空気極（カソード）の電極触媒層のアライメント精度が良い膜電極接合体の製造方法および膜電極接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する発電装置であり、高効率かつ環境負荷が低いなどの利点を有する。中でも電解質に高分子を用いる固体高分子形燃料電池は、低温での動作が可能であるため家庭用あるいは車載用の電源としての利用が見込まれている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池は、高分子電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体を備える。この電極触媒層は、一般に、触媒物質を担持したカーボン粒子と高分子電解質と溶媒とを含む触媒インクを高分子電解質膜や基材上に塗布、乾燥することで形成される。
【０００４】
膜電極接合体の製造方法としては、基材として転写シートを用い、転写シート上に触媒インクを塗布、乾燥させ、電極触媒層を形成し、転写シート上の電極触媒層を熱プレスすることにより高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合する方法が挙げられる（例えば、特許文献１、特許文献２）。また、基材としてガス拡散層を用い、ガス拡散層上に触媒インクを塗布、乾燥させ、電極触媒層を形成したガス拡散層を熱プレスすることにより高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合する方法が挙げられる（例えば、特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６４５７４号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３５２９号公報
【特許文献３】特開２００７−２００７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
膜電極接合体の製造方法においては、高分子電解質膜と電極触媒層を接合するために熱プレス工程が用いられる。熱プレス工程は、高分子電解質膜の両面に、電極触媒層が形成された転写シートもしくはガス拡散層から選択される基材を配置し、熱プレス装置によって熱プレスすることによりおこなわれる。熱プレス工程にあっては、汚れの付着防止や熱プレスの際の圧力や温度を面内で均一とすることを目的として、高分子電解質膜の両面に配置した電極触媒層を備える基材と熱プレス装置との間に、保護フィルムと呼ばれるフィルム状、シート状の部材や、プレス板と呼ばれる板状の部材が挟み込まれる。
【０００７】
熱プレス工程にあっては、高分子電解質膜や電極触媒層が形成された基材を含む複数の部材が重ね合わせるように熱プレス装置内に載置され、熱プレス工程がおこなわれる。高分子電解質膜や電極触媒層が形成された基材を含む複数の部材が重ね合わせた状態で熱プレス装置内に配置する際には、手や機械を用いることができるが、このとき重ね合わされた複数の部材間ですべりが発生し、高分子電解質膜の両面に形成される電極触媒層が位置ズレを起こしてしまうという問題があった。このとき、得られる膜電極接合体は、高分子電解質膜の両面に形成される電極触媒層は高分子電解質膜を介して互いに正対しておらず、位置ズレのあるものとなってしまう。
【０００８】
膜電極接合体にあっては、高分子電解質膜の両面に形成される電極触媒層は高分子電解質膜を介して互いに正対していることが好ましい。高分子電解質膜の両面に形成される電極触媒層に位置ズレが発生している膜電極接合体にあっては、有効電極面積が減少することにより発電性能が低下するといった問題が発生する。また、熱プレス時に高分子電解質膜にかかる圧力が一定とならないために高分子電解質膜が破れて発電時にクロスリークが発生し発電性能が低下するといった問題が発生する。
【０００９】
また、基材としてガス拡散層を用いた場合には、熱プレス工程においてガス拡散層のつぶれ具合が一定にならず、発電時の燃料ガスの拡散性の悪化および発電によって生じる水の排出性の悪化により、発電性能が低下するといった問題が発生する。
【００１０】
熱プレス工程前にあらかじめ高分子電解質膜の両面に電極触媒層をそれぞれ正対するように高分子電解質膜と電極触媒層が形成された基材のアライメントをおこなったとしても、熱プレス装置内に載置され熱プレス工程がおこなわれるまでの間に電極触媒層に同士にズレが発生してしまうという問題が発生する。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、基材上の電極触媒層が互いにずれることなく高分子電解質膜と接合でき、生産性向上および発電性能向上に寄与しうる膜電極接合体の製造方法を提供すること、高分子電解質膜の両面に形成される電極触媒層のアライメントに優れ、良好な発電特性を示す膜電極接合体および固体高分子形燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために請求項１に係る発明としては、高分子電解質膜を一対の電極触媒層で挟持した膜電極接合体の製造方法であって、触媒物質を担持した電子伝導物質、固体高分子電解質および溶媒を含む触媒インクを基材上に塗布し塗膜を形成する工程と、該塗膜を乾燥し基材上に電極触媒層を形成する工程と、前記基材を高分子電解質膜の両面に前記電極触媒層と前記高分子電解質膜が対向するように配置し、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面を他の部材と接触させて熱プレスをおこない、高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合する工程とを備え、且つ、前記基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜表面に対する摩擦係数（Ａ）が、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の前記他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）よりも大きいことを特徴とする膜電極接合体の製造方法とした。
【００１３】
また、請求項２に係る発明としては、前記基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）と、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の前記他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）との差が、０．０２以上１．９０以下の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の膜電極接合体の製造方法とした。
【００１４】
また、請求項３に係る発明としては、前記基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）が０．１２以上２．００以下の範囲内であり、且つ、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の前記他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）が０．１０以上１．９８以下の範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の膜電極接合体の製造方法とした。
【００１５】
また、請求項４に係る発明としては、前記他の部材が保護フィルムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の膜電極接合体の製造方法とした。
【００１６】
また、請求項５に係る発明としては、請求項１乃至４記載の製造方法によって作製されたことを特徴とする膜電極接合体とした。
【００１７】
また、請求項６に係る発明としては、請求項５記載の膜電極接合体が一対のガス拡散層で挟持され、さらに、前記ガス拡散層で狭持された膜電極接合体が一対のセパレーターで挟持されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池とした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、基材上の電極触媒層が互いにずれることなく高分子電解質膜と接合でき、生産性向上および発電性能向上に寄与しうる膜電極接合体の製造方法とすることができた。本発明の膜電極接合体の製造方法により得られる膜電極接合体および固体高分子形燃料電池にあっては良好な発電特性を示すことができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の膜電極接合体（ＭＥＡ）、燃料電池について説明する。なお、本発明は、以下に記載する各実施の形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００２０】
まず、本発明の膜電極接合体について説明する。図１に本発明の膜電極接合体の斜視図および断面模式図を示した。図１（ａ）に本発明の膜電極接合体の斜視図であり、図１（ｂ）は本発明の膜電極接合体の断面模式図である。
【００２１】
本発明の膜電極接合体（ＭＥＡ）１２は固体高分子電解質膜１の両面に電極触媒層２、電極触媒層３が接合され、狭持された構造を備える。本発明の膜電極接合体にあっては、高分子電解質膜１の両面に形成される電極触媒層２、３は高分子電解質膜を介して互いに正対しており、ズレが極めて小さいことを特徴とする。
【００２２】
次に、本発明の固体高分子形燃料電池について説明する。図２に本発明の固体高分子形燃料電池の分解模式図を示した。
【００２３】
本発明の固体高分子形燃料電池にあっては、膜電極接合体１２の電極触媒層２および電極触媒層の３と対向して空気極側ガス拡散層４および燃料極側ガス拡散層５が配置される。これによりそれぞれ空気極（カソード）６及び燃料極（アノード）７が構成される。そしてガス流通用のガス流路８を備え、相対する主面に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でかつ不透過性の材料よりなる１組のセパレーター１０が配置される。空気極６側のセパレーター１０のガス流路８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７側のセパレーター１０のガス流路８からは燃料ガスとして、例えば水素ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と酸素ガスとを触媒の存在下で電極反応させることにより、燃料極と空気極の間に起電力を生じることができる。
【００２４】
図２に示した固体高分子形燃料電池は一組のセパレーターに固体高分子電解質膜１、電極触媒層２、３、ガス拡散層４、５が狭持された、いわゆる単セル構造の固体高分子形燃料電池であるが、本発明にあっては、セパレーター１０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。
【００２５】
次に本発明の膜電極接合体の製造方法について説明する。
【００２６】
本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、触媒物質を担持した電子伝導物質、固体高分子電解質および溶媒を含む触媒インクを基材上に塗布し塗膜を形成する工程と、該塗膜を乾燥し基材上に電極触媒層を形成する工程と、前記基材を高分子電解質膜の両面に、前記電極触媒層と前記高分子電解質膜が対向するように配置し、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面を他の部材と接触させて熱プレスをおこない、高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合する工程とを備え、且つ、前記基材上の電極触媒層表面の高分子電解質膜表面に対する摩擦係数（Ａ）が、前記基材の電極触媒層形成面と反対側の表面の前記他の部材の表面に対する摩擦係数（Ｂ）よりも大きいことを特徴とする。
【００２７】
なお、本発明において摩擦係数とは静摩擦係数をさし、ＪＩＳ  Ｋ７１２５（１９９９）に基づき測定される。
【００２８】
図３の本発明の膜電極接合体の製造方法の説明図を示した。
本発明にあっては、触媒物質を担持した電子伝導物質、固体高分子電解質および溶媒を含む触媒インク２´´、３´´が基材２２上に塗布され（図３（ａ））、基材２２上に塗膜２´、３´が形成される（図３（ｂ））。このとき、基材２２としては、転写シートもしくはガス拡散層を用いることができる。
【００２９】
次に、基材２２上に形成された塗膜２´、３´は乾燥装置Ｈにより乾燥され電極触媒層２、３を形成し（図３（ｃ））、電極触媒層２を備える基材２２及び電極触媒層３を備える基材２２が得られる（図３（ｄ））。
【００３０】
次に、熱プレス工程により高分子電解質膜１と電極触媒層２，３が接合される（図３（ｅ））。熱プレス工程にあっては、基材２２を高分子電解質膜１の両面に、電極触媒層２，３と高分子電解質膜１が対向するように配置し、基材２２の電極触媒層形成面と反対側の表面を他の部材２３と接触させて熱プレスがおこなわれる。このとき、他の部材２３としては、フィルム状、シート状の部材である保護フィルムや、板状の部材であるプレス板を用いることができる。また、保護フィルムや、プレス板を用いずに他の部材２３をプレス装置としても構わない。
【００３１】
本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、基材２２上の電極触媒層２、３表面の高分子電解質膜１表面に対する摩擦係数（Ａ）が、基材２２の電極触媒層２、３形成面と反対側の表面の他の部材２３の表面に対する摩擦係数（Ｂ）よりも大きいことを特徴とする。
【００３２】
図４に、本発明の膜電極接合体の製造方法の熱プレス工程の説明図を示した。図４にあっては説明のため、高分子電解質膜１、電極触媒層２、３を備える基材２２、他の部材２３、熱プレス装置Ｐをそれぞれ接触させないで記載した。
【００３３】
本発明の膜電極接合体の製造方法における熱プレス工程にあっては、高分子電解質膜１の両面に電極触媒層２、３を備える基材２２、他の部材２３を挟持した状態で、熱プレス装置Ｐ内に載置され熱プレスがおこなわれる。
【００３４】
本発明にあっては、基材２２上の電極触媒層２、３表面の高分子電解質膜１表面に対する摩擦係数（Ａ）が、基材２２の電極触媒層２、３形成面と反対側の表面の他の部材２３の表面に対する摩擦係数（Ｂ）よりも大きくすることにより、高分子電解質膜１の両面に電極触媒層２、３を備える基材２２、他の部材２３を挟持した際に、基材２２と他の部材２３との接触面Ｙが電極触媒層２、３と高分子電解質膜１との接触面Ｘよりもすべりが発生しやすくなっている。したがって、高分子電解質膜１と電極触媒層２、３との接触面Ｘではズレが発生しにくい。
【００３５】
従来の熱プレス工程にあっては、あらかじめ電極触媒層２、３が高分子電解質膜を介して正対するように高分子電解質膜１の両面に電極触媒層２、３を備える基材を挟持してから熱プレス装置Ｐに載置して熱プレスをおこなうまでの間で高分子電解質膜１と電極触媒層２、３との接触面ですべりが発生してしまい、電極触媒層２、３の相対位置がずれてしまうという問題があった。
【００３６】
本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、基材２２上の電極触媒層２、３表面の高分子電解質膜１表面に対する摩擦係数（Ａ）が、基材２２の電極触媒層２、３形成面と反対側の表面の他の部材２３の表面に対する摩擦係数（Ｂ）よりも大きくすることにより、基材２２と他の部材との接触面Ｙで優先的にすべりを発生させ、高分子電解質膜１と電極触媒層２、３との接触面Ｘでズレの発生を抑制している。
【００３７】
したがって、高分子電解質膜１の両面に電極触媒層２，３を正対するように高分子電解質膜１の両面に電極触媒層２、３を備える基材を挟持してから熱プレスをおこなうまでの間、そのアライメントがずれることがなく、アライメントのよい膜電極接合体を製造することができる。
【００３８】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、熱プレス工程において他の部材２４と熱プレス装置Ｐとの間に単数もしくは複数の部材をさらに挿入することもできる。
【００３９】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、基材２２上の電極触媒層２、３表面の高分子電解質膜１に対する摩擦係数（Ａ）と、基材２２の電極触媒層形成面２、３と反対側の表面の他の部材２２の表面に対する摩擦係数（Ｂ）との差が０．０２以上１．９０以下の範囲内であることが好ましい。
【００４０】
摩擦係数（Ａ）と摩擦係数（Ｂ）との差が０．０２に満たない場合、基材２２と他の部材との接触面Ｙでのズレの発生と同時に高分子電解質膜１と電極触媒層２、３との接触面Ｘでズレが発生することがあり、電極触媒層２、３との間のアライメントが低下することがある。一方、摩擦係数（Ａ）と摩擦係数（Ｂ）との差は大きいほどほど好ましいが、両者の差が１．９０を超える場合にあっては、高分子電解質膜１、電極触媒層２，３、基材２２、他の部材２３の材料の選定が困難となる。
【００４１】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、基材２２上の電極触媒層２、３表面の高分子電解質膜１に対する摩擦係数（Ａ）が０．１２以上２．００以下の範囲内であり、且つ、基材２２の電極触媒層形成面と反対側の表面の他の部材２３の表面に対する摩擦係数（Ｂ）が０．１０以上１．９８以下の範囲内であることが好ましい。
【００４２】
基材２２上の電極触媒層２、３表面の高分子電解質膜１に対する摩擦係数（Ａ）が０．１２を下回る場合にあっては、摩擦係数が低すぎるため、基材２２と他の部材２３との接触面Ｙと高分子電解質１と電極触媒層２、３の接触面Ｘの両方で滑りが発生してしまうことがある。また、基材２２と他の部材２３との接触面Ｙでの滑りが過度なものとなってしまい、高分子電解質膜１の両面に、電極触媒層２、３を備える基材２２、他の部材２３を挟持した状態でのハンドリング性が低下する。また、摩擦係数（Ａ）が２．００を超える場合にあっては、高分子電解質１表面と電極触媒層２、３表面の平滑性が低下させる必要があり、熱プレスする際に面内に圧力が一定にかからなくなり、電極触媒層と高分子電解質膜の接合が不十分となり、電池性能が低下してしまうことがある。
【００４３】
また、基材２２の電極触媒層形成面と反対側の表面の他の部材２３の表面に対する摩擦係数（Ｂ）を下回る場合にあっては、摩擦係数が低すぎるため、基材２２と他の部材２３との接触面Ｙでの滑りが過度なものとなってしまい、高分子電解質膜１の両面に、電極触媒層２、３を備える基材２２、他の部材２３を挟持した状態でのハンドリング性が低下する。また、摩擦係数（Ｂ）が１．９８を超える場合にあっては、摩擦係数（Ａ）も１．９８を超える必要がある。このとき、高分子電解質１表面と電極触媒層２、３表面の平滑性を低下させる必要があり、熱プレスする際に面内に圧力が一定にかからなくなり、電極触媒層と高分子電解質膜の接合が不十分となり、電池性能が低下してしまうことがある。また、他の部材２３は熱プレス後、基材２２と離されるが、摩擦係数（Ｂ）がが１．９８を超える場合にあっては、基材２２と他の部材２３を離すときのハンドリング性が低下することがある。
【００４４】
また、本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、他の部材が保護フィルムであることが好ましい。本発明の膜電極接合体の製造方法としては他の部材として、フィルム状、シート状の部材である保護フィルムや、板状の部材であるプレス板を用いることができる。また、本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、他の部材２３がプレス装置Ｐであっても構わない。また、これらの他の部材は複数用いることもできる。
【００４５】
他の部材として、プレス装置Ｐ以外に、保護フィルムやプレス板を用いて熱プレスをおこなうことにより、熱プレスの際に電極触媒層と高分子電解質膜に印加される圧力を面内で均一にすることができ、電極触媒層と高分子電解質膜の接合強度を面内で均一にすることができる。中でも、基材２２の電極触媒層形成面と反対側の表面と接触するように設けられる他の部材２３にあっては、保護フィルムを好適に用いることができる。保護フィルムは、プレス板と比較して弾力性があり柔らかいため熱プレス工程において電極触媒層を傷つくのを防ぐことができる。
【００４６】
さらに詳細に本発明の膜電極接合体の製造方法、膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池について説明する。
【００４７】
本発明の膜電極接合体に用いられる高分子電解質膜としては、プロトン伝導性を有するものであればよく、フッ素系高分子電解質、炭化水素系高分子電解質を用いることができる。フッ素系高分子電解質としては、例えば、デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、旭硝子（株）製Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）、旭化成（株）製Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標）、ゴア社製Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ（登録商標）などを用いることができる。炭化水素系高分子電解質膜としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜を用いることができる。中でも、高分子電解質膜としてデュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）系材料を好適に用いることができる。炭化水素系高分子電解質膜としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜を用いることができる。
【００４８】
本発明の膜電極接合体において高分子電解質膜の両面に形成される電極触媒層は、触媒インクを用いて形成される。触媒インクは、少なくとも、触媒を担持する電子伝導物質と高分子電解質と溶媒を含む。
【００４９】
本発明の触媒インクに含まれる高分子電解質としては、プロトン伝導性を有するものであれば良く、高分子電解質膜と同様の材料を用いることができる。フッ素系高分子電解質、炭化水素系高分子電解質を用いることができる。フッ素系高分子電解質としては、例えば、デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）系材料などを用いることができる。また、炭化水素系高分子電解質膜としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜を用いることができる。中でも、高分子電解質膜としてデュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）系材料を好適に用いることができる。なお、電極触媒層と高分子電解質膜の密着性を考慮すると、高分子電解質膜と同一の材料を用いることが好ましい。
【００５０】
本発明で用いる触媒物質（以下、触媒粒子あるいは触媒と称すことがある）としては、白金やパラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウムの白金族元素の他、鉄、鉛、銅、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、アルミニウムなどの金属又はこれらの合金、または酸化物、複酸化物等が使用できる。
また、これらの触媒の粒径は、大きすぎると触媒の活性が低下し、小さすぎると触媒の安定性が低下するため、０．５〜２０ｎｍが好ましい。更に好ましくは１〜５ｎｍが良い。
触媒粒子が、白金、金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、および、イリジウムから選ばれた１種または２種以上の金属であると、電極反応性に優れ、電極反応を効率よく安定して行うことができ、本発明の電極触媒層を備えて成る固体高分子形燃料電池が高い発電特性を示すので、本発明において好ましく使用できる。
【００５１】
これらの触媒を担持する電子伝導物質は、一般的にカーボン粒子が使用される。カーボン粒子の種類は、微粒子状で導電性を有し、触媒におかされないものであればどのようなものでも構わないが、カーボンブラックやグラファイト、黒鉛、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレンが使用できる。
カーボン粒子の粒径は、小さすぎると電子伝導パスが形成されにくくなり、また大きすぎると電極触媒層のガス拡散性が低下したり、触媒の利用率が低下したりするので、１０〜１０００ｎｍ程度が好ましい。更に好ましくは、１０〜１００ｎｍが良い。
【００５２】
触媒インクの分散媒として使用される溶媒は、触媒を担持した電子伝導物質や高分子電解質を浸食することがなく、高分子電解質を流動性の高い状態で溶解または微細ゲルとして分散できるものあれば特に制限はない。
【００５３】
なお、溶媒としては揮発性の有機溶媒が少なくとも含まれることが望ましく、特に限定されるものではないが、メタノール、エタノール、１−プロパノ―ル、２−プロパノ―ル、１−ブタノ−ル、２−ブタノ−ル、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ペンタノ−ル等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ペンタノン、メチルイソブチルケトン、へプタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトニルアセトン、ジイソブチルケトンなどのケトン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール、メトキシトルエン、ジブチルエーテル等のエーテル系溶剤、その他ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジアセトンアルコール、１−メトキシ−２−プロパノール等の極性溶剤等が使用される。また、これらの溶剤のうち二種以上を混合させたものも使用できる。
【００５４】
また、溶媒として低級アルコールを用いたものは発火の危険性が高く、このような溶媒を用いる際は水との混合溶媒にするのが好ましい。高分子電解質となじみがよい水が含まれていてもよい。水の添加量は、高分子電解質が分離して白濁を生じたり、ゲル化したりしない程度であれば特に制限はない。
【００５５】
なお、触媒インクを基材に塗布した後の乾燥工程での乾燥温度を考慮すると、触媒インクの溶媒は、沸点が６０から１２０℃の範囲であるものが好ましい。
【００５６】
触媒物質を担持したカーボン粒子を分散させるために、触媒インクは分散剤が含まれていても良い。分散剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤などを挙げることが出来る。
【００５７】
上記アニオン界面活性剤としては、具体的には、例えば、アルキルエーテルカルボン酸塩、エーテルカルボン酸塩、アルカノイルザルコシン、アルカノイルグルタミン酸塩、アシルグルタメート、オレイン酸・Ｎ−メチルタウリン、オレイン酸カリウム・ジエタノールアミン塩、アルキルエーテルサルフェート・トリエタノールアミン塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェート・トリエタノールアミン塩、特殊変成ポリエーテルエステル酸のアミン塩、高級脂肪酸誘導体のアミン塩、特殊変成ポリエステル酸のアミン塩、高分子量ポリエーテルエステル酸のアミン塩、特殊変成燐酸エステルのアミン塩、高分子量ポリエステル酸アミドアミン塩、特殊脂肪酸誘導体のアミドアミン塩、高級脂肪酸のアルキルアミン塩、高分子量ポリカルボン酸のアミドアミン塩、ラウリン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウムなどのカルボン酸型界面活性剤、ジアルキルスルホサクシネート、スルホこはく酸ジアルキル塩、１，２−ビス（アルコキシカルボニル）−１−エタンスルホン酸塩、アルキルスルホネート、アルキルスルホン酸塩、パラフィンスルホン酸塩、アルファオレフィンスルホネート、直鎖アルキルベンゼンスルホネート、アルキルベンゼンスルホネート、ポリナフチルメタンスルホネート、ポリナフチルメタンスルホン酸塩、ナフタレンスルホネート−ホルマリン縮合物、アルキルナフタレンスルホネート、アルカノイルメチルタウリド、ラウリル硫酸エステルナトリウム塩、セチル硫酸エステルナトリウム塩、ステアリル硫酸エステルナトリウム塩、オレイル硫酸エステルナトリウム塩、ラウリルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、油溶性アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩などのスルホン酸型界面活性剤、アルキル硫酸エステル塩、硫酸アルキル塩、アルキルサルフェート、アルキルエーテルサルフェート、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェート、アルキルポリエトキシ硫酸塩、ポリグリコールエーテルサルフェート、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、硫酸化油、高度硫酸化油などの硫酸エステル型界面活性剤、リン酸（モノまたはジ）アルキル塩、（モノまたはジ）アルキルホスフェート、（モノまたはジ）アルキルりん酸エステル塩、りん酸アルキルポリオキシエチレン塩、アルキルエーテルホスフェート、アルキルポリエトキシ・りん酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、りん酸アルキルフェニル・ポリオキシエチレン塩、アルキルフェニルエーテル・ホスフェート、アルキルフェニル・ポリエトキシ・りん酸塩、ポリオキシエチレン・アルキルフェニル・エーテルホスフェート、高級アルコールリン酸モノエステルジナトリウム塩、高級アルコールリン酸ジエステルジナトリウム塩、ジアルキルジチオリン酸亜鉛などのりん酸エステル型界面活性剤などが挙げられる。
【００５８】
上記カチオン界面活性剤としては、具体的には、例えば、ベンジルジメチル｛２−［２−（Ｐ−１，１，３，３−テトラメチルブチルフェノオキシ）エトオキシ］エチル｝アンモニウムクロライド、オクタデシルアミン酢酸塩、テトラデシルアミン酢酸塩、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、牛脂トリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヤシトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ベヘニルトリメチルアンモニウムクロライド、ヤシジメチルベンジルアンモニウムクロライド、テトラデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、オクタデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、ジオレイルジメチルアンモニウムクロライド、１−ヒドロキシエチル−２−牛脂イミダゾリン４級塩、２−ヘプタデセニルーヒドロキシエチルイミダゾリン、ステアラミドエチルジエチルアミン酢酸塩、ステアラミドエチルジエチルアミン塩酸塩、トリエタノールアミンモノステアレートギ酸塩、アルキルピリジウム塩、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、ポリアクリルアミドアミン塩、変成ポリアクリルアミドアミン塩、パーフルオロアルキル第４級アンモニウムヨウ化物などが挙げられる。
【００５９】
上記両性界面活性剤としては、具体的には、例えば、ジメチルヤシベタイン、ジメチルラウリルベタイン、ラウリルアミノエチルグリシンナトリウム、ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタイン、アミドベタイン、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、３−［ω−フルオロアルカノイル−Ｎ−エチルアミノ］−１−プロパンスルホン酸ナトリウム、Ｎ−［３−（パーフルオロオクタンスルホンアミド）プロピル］−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−カルボキシメチレンアンモニウムベタインなどが挙げられる。
【００６０】
上記非イオン界面活性剤としては、具体的には、例えば、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド（１：２型）、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド（１：１型）、牛脂肪酸ジエタノールアミド（１：２型）、牛脂肪酸ジエタノールアミド（１：１型）、オレイン酸ジエタノールアミド（１：１型）、ヒドロキシエチルラウリルアミン、ポリエチレングリコールラウリルアミン、ポリエチレングリコールヤシアミン、ポリエチレングリコールステアリルアミン、ポリエチレングリコール牛脂アミン、ポリエチレングリコール牛脂プロピレンジアミン、ポリエチレングリコールジオレイルアミン、ジメチルラウリルアミンオキサイド、ジメチルステアリルアミンオキサイド、ジヒドロキシエチルラウリルアミンオキサイド、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、ポリビニルピロリドン、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、グリセリンの脂肪酸エステル、ペンタエリスリットの脂肪酸エステル、ソルビットの脂肪酸エステル、ソルビタンの脂肪酸エステル、砂糖の脂肪酸エステルなどが挙げられる。
【００６１】
上記界面活性剤の中でもアルキルベンゼンスルホン酸、油溶性アルキルベンゼンスルホン酸、α−オレフィンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、油溶性アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩などのスルホン酸型の界面活性剤は、カーボンの分散効果、分散剤の残存による触媒性能の変化などを考慮すると、好適である。
【００６２】
触媒インクは必要に応じて分散処理がおこなわれる。触媒インクの粘度、粒子のサイズは、触媒インクの分散処理の条件によって制御することができる。分散処理は、様々な装置を用いておこなうことができる。例えば、分散処理としては、ボールミルやロールミルによる処理、せん断ミルによる処理、湿式ミルによる処理、超音波分散処理などが挙げられる。また、遠心力で攪拌を行うホモジナイザーなどを用いても良い。
【００６３】
触媒インク中の固形分含有量は、多すぎると触媒インクの粘度が高くなるため電極触媒層表面にクラックが入りやすくなり、また逆に少なすぎると成膜レートが非常に遅く、生産性が低下してしまうため、１質量％以上５０質量％以下の範囲内であることが好ましい。
【００６４】
固形分は触媒物質を担持したカーボン粒子（以下、触媒担持カーボンという）と高分子電解質からなるが、触媒担持カーボンの含有量を多くすると同じ固形分含有量でも粘度は高くなり、少なくすると粘度は低くなる。
そのため、触媒担持カーボンの固形分に占める割合は１０質量％以上８０質量％以下の範囲内であることが好ましい。また、このときの触媒インクの粘度は、０．１ｃＰ以上５００ｃＰ以下の範囲内であることが好ましく、さらには５ｃＰ以上１００ｃＰ以下の範囲内であることが好ましい。また触媒インクの分散時に分散剤を添加することで、粘度の制御をすることもできる。
【００６５】
また、触媒インクに造孔剤が含まれても良い。
造孔剤は、電極触媒層の形成後に除去することで、細孔を形成することが出来る。
酸やアルカリ、水に溶ける物質や、ショウノウなどの昇華する物質、熱分解する物質などを挙げることが出来る。温水で溶ける物質であれば、発電時に発生する水で取り除いても良い。
【００６６】
酸やアルカリ、水に溶ける造孔剤としては、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム等の酸可溶性無機塩類、アルミナ、シリカゲル、シリカゾル等のアルカリ水溶液に可溶性の無機塩類、アルミニウム、亜鉛、スズ、ニッケル、鉄等の酸またはアルカリに可溶性の金属類、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、リン酸一ナトリウム等の水溶性無機塩類、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等の水溶性有機化合物類などが挙げられ、二種以上併用することも有効である。
【００６７】
転写シートもしくはガス拡散層から選択される基材上に触媒インクを塗布し塗膜を形成する塗布工程と、該塗膜を乾燥し基材上に電極触媒層を形成する乾燥工程によって、基材上に電極触媒層は形成される。
【００６８】
本発明の膜電極接合体の製造方法における基材としては、ガス拡散層、転写シートを用いることができる。
【００６９】
基材として用いられる転写シートとしては、転写性がよい材質であればよく、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を用いることができる。また、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、高分子フィルムを転写シートとして用いることができる。基材として転写シートを用いた場合には、高分子電解質膜に電極触媒層を接合後に転写シートを剥離し、高分子電解質膜の両面に触媒層を備える膜電極接合体（ＭＥＡ）とすることができる。
【００７０】
ガス拡散層は、ガス拡散性と導電性とを有する材質から成り、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、不織布などのポーラスカーボン材を用いることができる。基材としてガス拡散層を用いる場合には、触媒インクを塗布する前に、予め、ガス拡散層上にマイクロポーラスレイヤー（ＭＰＬ）を形成させてもよい。ＭＰＬはカーボン粒子とフッ素系樹脂を混練してフッ素系樹脂の融点以上の温度で焼結させることにより形成することができる。フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が利用できる。ＭＰＬは、触媒インクがガス拡散層の中に染み込むことを防止でき、その塗布量が少ない場合でもＭＰＬ上に堆積して三相界面を形成できる。また、電解質膜中により多くの水分を保持する働きや膜電極接合体中の余分な水分を効率よく排出する働きをする。基材としてガス拡散層を用いる場合には、熱プレス工程後にガス拡散層である基材を剥離する必要は無い。
【００７１】
触媒インク塗布方法としては、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などを用いることができる。例えば、加圧スプレー法、超音波スプレー法、静電噴霧法などのスプレー法は、塗工された触媒インクを乾燥させる際に触媒を担持した電子伝導物質の凝集が起こりにくく、均質で空孔率の高い電極触媒層を形成することができる。
【００７２】
乾燥工程の温度は、特に制限されるものではないが（基材温度）℃以上１５０℃以下でおこなうことが好ましい。これよりも温度を高くすると、電極触媒層の乾燥ムラの発生や、高分子電解質膜に与える熱処理の影響も大きくなるため、適切でない。触媒インク中の溶媒の沸点以上では蒸発速度が著しく大きくなることから、溶媒の沸点未満であることが好ましい。
【００７３】
熱プレス工程で用いられる保護フィルムは、フィルム自身の平滑性が保たれており、熱プレス時、基材や電極触媒層、高分子電解質膜に余計な応力をかけないものであれば良い。例えば、転写シートに使用されるようなフッ素系樹脂のシートやシリコン系のシートも利用できる。また、保護フィルムは静電気を帯びにくいものが更に好ましい。
【００７４】
保護フィルムの代用とされるほか、保護フィルムの外側に挟み込まれるプレス基材は、圧力や温度を面内に均一にかけることや緩衝材の役割を果たす。このプレス基材は平滑性が保たれており、熱プレス時、触媒が塗布される基材や電極触媒層、高分子電解質膜に余計な応力をかけないものであれば良い。例えば、ＰＴＦＥやＰＥＴなどの合成樹脂の板材や鉄板、銅板、アルミニウム板、ＳＵＳ板などの金属製の板材も利用できる。
【００７５】
熱プレス工程で高分子電解質膜及び電極触媒層にかけるプレス圧力は、膜電極接合体の電池性能に影響する。電池性能の良い膜電極接合体を得るには高分子電解質膜及び電極触媒層にかけるプレス圧力は、０．５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の範囲内であることが好ましく、さらには１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の範囲内であることがこのましい。プレス圧力が上記範囲を超える場合には電極触媒層が圧縮されすぎ、電池性能が低下することがある。またプレス圧力が上記範囲を下回る場合には電極触媒層と高分子電解質膜の接合性が低下して電池性能が低下することがある。
【００７６】
また、熱プレスの温度は、高分子電解質膜および電極触媒層の高分子電解質のガラス転移点付近に設定するのが好ましい。具体的には、熱プレスの温度は（高分子電解質膜のガラス転移点−４０℃）以上（高分子電解質膜のガラス転移点＋６０℃）以下の範囲内であることが好ましい。熱プレスの温度が（高分子電解質膜のガラス転移点−４０℃）を下回る場合、電極触媒層と高分子電解質膜の間で十分な界面密着性が得られず電池性能が低下することがある。一方、熱プレスの温度が（高分子電解質膜のガラス転移点＋６０℃）を超える場合、高分子電解質が軟化して電極触媒層の空孔がつぶれてしまいガスや生成水の拡散性が低下し電池性能が低下することがある。
【００７７】
なお、図３、図４にあっては枚葉式での膜電極接合体の製造方法を示したが、本発明の膜電極接合体の製造方法にあっては、ロール・ツー・ロール方式により膜電極接合体を製造しても構わない。
【００７８】
また、本発明の燃料電池において、セパレーターとしては、カーボンタイプあるいは金属タイプのもの等を用いることができる。なお、ガス拡散層とセパレーターは一体構造となっていても構わない。また、セパレーターもしくは電極触媒層が、ガス拡散層の機能を果たす場合にはガス拡散層は省略されていても構わない。また、本発明の燃料電池としては、ガス供給装置、冷却装置などその他付随する装置をあわせて組み立てることにより製造される。
【実施例】
【００７９】
本発明における膜電極接合体の製造方法について、以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は下記例によって制限されるものではない。
【００８０】
（実施例１）
（触媒インクの調製）
白金担持量が６０重量％である白金担持カーボン触媒（商品名：ＨｉＳＰＥＣ  ９１００、ジョンソン・マッセイ・フュエルセルズ・ジャパン社製）と、２０質量％高分子電解質溶液（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標／デュポン社製）を、水、エタノールの混合溶媒を混合比１：２で混合し、遊星型ボールミルで分散処理をおこない、出発原料の組成比を白金担持カーボンと高分子電解質（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標、デュポン社製）の質量比で１：１とした触媒インクを調製した。
（基材）
基材としては転写シートを用いた。
（電極触媒層の作製方法）
プレート上に基材を固定し、ドクターブレードにより触媒インクを基材上に塗布した。
触媒インクからなる塗膜が形成された基材をオーブン（熱風循環恒温乾燥機４１−Ｓ５Ｈ／佐竹化学機械工業社製）に入れ、オーブンの温度を５０℃に設定し５分間乾燥させることで基材である転写シート上に電極触媒層を作製した。電極触媒層の厚さは、アノード・カソードともに白金担持量が約０．３ｍｇ／ｃｍ２になるように調節した。
（膜電極接合体の作製方法）
図４に示したように、電極触媒層が形成された転写シートを５ｃｍ２に２枚切り取り、高分子電解質膜の両面に電極触媒層が正対するように基材を配置し、さらに、その両側から保護フィルムで電極触媒層が形成された転写シートおよび高分子電解質膜を挟み込み、高分子電解質膜の両面に、電極触媒層を備える基材及び保護シートを挟持した形で熱プレス装置に載置し、プレス温度１３０℃、プレス時間３０分、プレス圧力７．８ＭＰａの条件で熱プレスした。熱プレス後、基材を剥離して膜電極接合体を得た。
（各部材の詳細）
用いた高分子電解質膜、基材である転写シート、保護フィルムは以下の通りである。高分子電解質膜、保護フィルムはそれぞれ２種類用意した。
・高分子電解質膜：Ｎａｆｉｏｎ膜（登録商標／デュポン社製）
ＳＰＥＥＫ（スルホン化ポリエーテルエーテルケトン）膜
・転写シート    ：ポリテトラフルオロエチレンシート（ＰＴＦＥシート）
・保護フィルム  ：ＰＴＦＥシート
シリコンラバーシート
（各部材間の摩擦係数）
熱プレス前の、高分子電解質膜、電極触媒層が形成されたガス拡散層、保護フィルムを用意し、転写シート上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）と、転写シート表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）をポータブル摩擦計（ＨＥＩＤＯＮトライボギア  ミューズ  新東科学社製）を用いてＪＩＳ  Ｋ７１２５（１９９９）に基づき測定した。各摩擦係数はｎ＝１０で測定し、平均を算出した。なお、測定した摩擦係数は静摩擦係数である。
転写シート上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）の測定では、高分子電解質膜を１ｃｍ×１ｃｍに切りとりポータブル摩擦計に貼りつけ、テーブルに固定された転写シート上の電極触媒層にポータブル摩擦計に固定された高分子電解質膜を当てて、摩擦係数を読み取った。
また、転写シート表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）の測定では、転写シートを１ｃｍ×１ｃｍに切りとりポータブル摩擦計に貼りつけ、テーブルに固定された保護フィルムにポータブル摩擦計に固定された転写シートを当てて、摩擦係数を読み取った。
【００８１】
＜結果＞
（表１）に、実施例１における、転写シート上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）と転写シート表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）を示す。
【００８２】
【表１】
2010123372.tif 000003
【００８３】
得られた膜電極接合体について、目視により高分子電解質膜両面に形成された電極触媒層のズレを評価した。電極触媒層同士が正対して形成されており位置ズレのないものを丸印、電極触媒層同士の位置ズレが確認されたものをバツ印として評価した。
このとき、四角状の１組の電極触媒層の各頂点で測定される位置ズレの距離の最大値が１ｍｍ以内のものを「電極触媒層同士が正対して形成されており位置ズレのない」（丸印）と判断した。一方、四角状の１組の電極触媒層の各頂点で測定される位置ズレの距離の最大値が１ｍｍを越えるものを「位置ズレがある」（バツ印）と判断した。
【００８４】
【表２】
2010123372.tif 000004
【００８５】
（実施例１）において、転写シート上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）と転写シート表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）が（式）Ａ＞Ｂを満たす場合に、電極触媒層同士のズレのない膜電極接合体が得られていることが確認された。
【００８６】
（実施例２）
（触媒インクの調製）
（実施例１）と同様に、白金担持量が６０重量％である白金担持カーボン触媒（商品名：ＨｉＳＰＥＣ  ９１００、ジョンソン・マッセイ・フュエルセルズ・ジャパン社製）と、２０質量％高分子電解質溶液（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標／デュポン社製）を、水、エタノールの混合溶媒を混合比１：２で混合し、遊星型ボールミルで分散処理をおこない、出発原料の組成比を白金担持カーボンと高分子電解質（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標、デュポン社製）の質量比で１：１とした触媒インクを調製した。
（基材）
基材としてはガス拡散層を用いた。
（電極触媒層の作製方法）
（実施例１）と同様に、プレート上に基材を固定し、ドクターブレードにより触媒インクを基材上に塗布した。触媒インクからなる塗膜が形成されたガス拡散層をオーブン（熱風循環恒温乾燥機４１−Ｓ５Ｈ／佐竹化学機械工業社製）に入れ、オーブンの温度を５０℃に設定し５分間乾燥させることで基材であるガス拡散層上に電極触媒層を作製した。電極触媒層の厚さは、アノード・カソードともに白金担持量が約０．３ｍｇ／ｃｍ２になるように調節した。
（膜電極接合体の作製方法）
（実施例１）と同様に、電極触媒層が形成されたガス拡散層を５ｃｍ２に２枚切り取り、高分子電解質膜の両面に電極触媒層が正対するように基材を配置し、さらに、その両側から保護フィルムで電極触媒層が形成されたガス拡散層および高分子電解質膜を挟み込み、高分子電解質膜の両面に、電極触媒層を備える基材及び保護シートを挟持した形で熱プレス装置に載置し、プレス温度１３０℃、プレス時間３０分、プレス圧力７．８ＭＰａの条件で熱プレスした。以上によりガス拡散層付き膜電極接合体を得た。
（各部材の詳細）
用いた高分子電解質膜、基材であるガス拡散層、保護フィルムは以下の通りである。高分子電解質膜、保護フィルムはそれぞれ２種類用意した。
・高分子電解質膜：Ｎａｆｉｏｎ膜（登録商標／デュポン社製）
ＳＰＥＥＫ（スルホン化ポリエーテルエーテルケトン）膜
・ガス拡散層    ：ＭＰＬ（マイクロポーラスレイヤー）付カーボンペーパー
（ＢＡＳＦ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ社製）
・保護フィルム  ：ＰＴＦＥシート
シリコンラバーシート
（各部材間の摩擦係数）
熱プレス前の、高分子電解質膜、電極触媒層が形成されたガス拡散層、保護フィルムを用意し、ガス拡散層上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）と、ガス拡散層表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）をポータブル摩擦計（ＨＥＩＤＯＮトライボギア  ミューズ  新東科学社製）を用いてＪＩＳ  Ｋ７１２５（１９９９）に基づき測定した。各摩擦係数はｎ＝１０で測定し、平均を算出した。なお、測定した摩擦係数は静摩擦係数である。
ガス拡散層上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）の測定では、高分子電解質膜を１ｃｍ×１ｃｍに切りとりポータブル摩擦計に貼りつけ、テーブルに固定されたガス拡散層上の電極触媒層にポータブル摩擦計に固定された高分子電解質膜を当てて、摩擦係数を読み取った。
また、ガス拡散層表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）の測定では、ガス拡散層を１ｃｍ×１ｃｍに切りとりポータブル摩擦計に貼りつけ、テーブルに固定された保護フィルムにポータブル摩擦計に固定されたガス拡散層を当てて、摩擦係数を読み取った。
【００８７】
＜結果＞
（表２）に、（実施例２）における、ガス拡散層上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）とガス拡散層表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）を示す。
【００８８】
【表３】
2010123372.tif 000005
【００８９】
（実施例１）と同様に、得られた膜電極接合体について、目視により高分子電解質膜両面に形成された電極触媒層のズレを評価した。電極触媒層同士が正対して形成されており位置ズレのないものを丸印、電極触媒層同士の位置ズレが確認されたものをバツ印として評価した。
このとき、四角状の１組の電極触媒層の各頂点で測定される位置ズレの距離の最大値が１ｍｍ以内のものを「電極触媒層同士が正対して形成されており位置ズレのない膜電極接合体」（丸印）と判断した。一方、四角状の１組の電極触媒層の各頂点で測定される位置ズレの距離の最大値が１ｍｍを越えるものを「電極触媒層同士の位置ズレがある膜電極接合体」（バツ印）と判断した。
評価結果を（表４）に示す。
【００９０】
【表４】
2010123372.tif 000006
【００９１】
（実施例２）において、ガス拡散層上の電極触媒層表面の高分子電解質膜に対する摩擦係数（Ａ）と転写シート表面の保護フィルムに対する摩擦係数（Ｂ）が（式）Ａ＞Ｂを満たす場合に、電極触媒層同士のズレのない膜電極接合体が得られていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の膜電極接合体の作製方法は、固体高分子形燃料電池に用いた場合に燃料極（アノード）と空気極（カソード）の電極触媒層のずれを防止し、生産性向上および性能向上に寄与する。また本発明は燃料極（アノード）と空気極（カソード）の触媒層のアライメントに優れた膜電極接合体を提供する。したがって、本発明は高分子電解質膜を用いた燃料電池、特に家庭用燃料電池システムや燃料電池自動車などにおける、膜電極接合体の製造工程に有益に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は本発明の膜電極接合体の斜視図（ａ）および断面模式図（ｂ）である。
【図２】図２は本発明の固体高分子形燃料電池の分解模式図である。
【図３】図３は本発明の膜電極接合体の製造方法の説明図である。
【図４】図４は本発明の膜電極接合体の製造方法の熱プレス工程の説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１・・・・・高分子電解質膜
１２・・・・膜電極接合体
２・・・・・電極触媒層（空気極（カソード）側）
３・・・・・電極触媒層（燃料極（アノード）側）
４・・・・・ガス拡散層（空気極（カソード）側）
５・・・・・ガス拡散層（燃料極（アノード）側）
６・・・・・空気極（カソード）
７・・・・・燃料極（アノード）
８・・・・・ガス流路
９・・・・・冷却水流路
１０・・・・セパレーター
１１・・・・膜電極接合体
２´´・・・触媒インク
３´´・・・触媒インク
２´・・・・塗膜
３´・・・・塗膜
２２・・・・基材
２３・・・・他の部材
Ｈ・・・・・乾燥装置
Ｐ・・・・・プレス装置
Ｘ・・・・・高分子電解質膜１と電極触媒層２、３との接触面
Ｙ・・・・・基材２２と他の部材との接触面Ｙ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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