(57)【要約】【課題】  高分子電解質膜の周縁部に枠体が配設され、前記枠体の内側に隙間なく触媒層が形成され、スタック組み立て時の押圧により触媒層にゆがみや破損の生じにくい膜−電極接合体を効率よく製造する方法を提供する。【解決手段】  開口を囲むように枠部が形成された補強部材を、前記枠部で高分子電解質膜の少なくとも一方の面の周縁部を被覆するように前記高分子電解質膜上に設ける補強部材配設工程と、少なくとも前記補強部材の開口に露出する前記高分子電解質膜の全面に触媒層を塗工する触媒層塗工工程と、前記触媒層を被覆するようにガス拡散層を配設するガス拡散層配設工程と、を有する。【選択図】      図２
2007035612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を囲むように枠部が形成された補強部材を、前記枠部で高分子電解質膜の少なくとも一方の面の周縁部を被覆するように前記高分子電解質膜上に設ける補強部材配設工程と、
少なくとも前記補強部材の開口に露出する前記高分子電解質膜の全面に触媒層を塗工する触媒層塗工工程と、
前記触媒層を被覆するようにガス拡散層を配設するガス拡散層配設工程と、
を有する、膜−電極接合体製造方法。
【請求項２】
前記触媒層塗工工程において、スプレーにより前記触媒層を塗工する、請求項１に記載の膜−電極接合体製造方法。  
【請求項３】
さらに、前記補強部材と前記補強部材と実質的に同じ平面形状を有し前記補強部材の片面を被覆する被覆部材とを有する複合部材を形成する複合部材形成工程と、
前記触媒層を塗工した後に前記被覆部材を前記補強部材から除去する被覆部材除去工程と、を有し、
前記補強部材配設工程において、前記補強部材が前記被覆部材よりも前記高分子電解質膜側に位置するように前記複合部材が設けられ、
前記触媒層塗工工程において、前記複合部材の開口から前記開口の周辺部にはみ出すように前記触媒層が塗工される、請求項１に記載の膜−電極接合体製造方法。
【請求項４】
前記複合部材形成工程は、２枚の樹脂シートを貼り合わせて打ち抜くことで前記複合部材を形成する、請求項３に記載の膜−電極接合体製造方法。
【請求項５】
前記補強部材配設工程は、開口を囲むように枠部が形成された第１の補強部材を、前記枠部で第１の高分子電解質膜の少なくとも一方の面の周縁部を被覆するように前記第１の高分子電解質膜上に設ける第１の補強部材配設工程と、開口を囲むように枠部が形成された第２の補強部材を、前記枠部で第２の高分子電解質膜の少なくとも一方の面の周縁部を被覆するように前記第２の高分子電解質膜上に設ける第２の補強部材配設工程と、を有し、
前記触媒層塗工工程は、少なくとも前記第１の補強部材の開口に露出する前記第１の高分子電解質膜の全面に第１の触媒層を塗工する第１の触媒層塗工工程と、少なくとも前記第２の補強部材の開口に露出する前記第２の高分子電解質膜の全面に第２の触媒層を塗工する第２の触媒層塗工工程と、を有し、
さらに、前記第１の触媒層を塗工した前記第１の高分子電解質膜において前記第１の触媒層を塗工されていない面と、前記第２の触媒層を塗工した前記第２の高分子電解質膜において前記第２の触媒層を塗工されていない面と、を当接させる高分子電解質膜当接工程を有する、請求項１に記載の膜−電極接合体製造方法。
【請求項６】
さらに、前記第１の補強部材と前記第１の補強部材と実質的に同じ平面形状を有し前記第１の補強部材の片面を被覆する第１の被覆部材とを有する第１の複合部材を形成する第１の複合部材形成工程と、
前記第２の補強部材と前記第２の補強部材と実質的に同じ平面形状を有し前記第２の補強部材の片面を被覆する第２の被覆部材とを有する第２の複合部材を形成する第２の複合部材形成工程と、
前記第１の触媒層を塗工した後に前記第１の被覆部材を前記第１の補強部材から除去する第１の被覆部材除去工程と、
前記第２の触媒層を塗工した後に前記第２の被覆部材を前記第２の補強部材から除去する第２の被覆部材除去工程と、を有し、
前記第１の補強部材配設工程において、前記第１の補強部材が前記第１の被覆部材よりも前記第１の高分子電解質膜側に位置するように前記第１の複合部材が設けられ、
前記第２の補強部材配設工程において、前記第２の補強部材が前記第２の被覆部材よりも前記第２の高分子電解質膜側に位置するように前記第２の複合部材が設けられ、
前記第１の触媒層塗工工程において、前記第１の複合部材の開口から前記開口の周辺部にはみ出すように前記第１の触媒層が塗工され、
前記第２の触媒層塗工工程において、前記第２の複合部材の開口から前記開口の周辺部にはみ出すように前記第２の触媒層が塗工される、請求項５に記載の膜−電極接合体製造方法
【請求項７】
さらに、第１の裏打ち部材の一方の面に前記第１の高分子電解質膜を保持する第１の高分子電解質膜保持工程と、
第２の裏打ち部材の一方の面に前記第２の高分子電解質膜を保持する第２の高分子電解質膜保持工程と、を有し、
前記第１の補強部材配設工程は、前記第１の補強部材が前記第１の高分子電解質膜における前記第１の裏打ち部材に保持されない面を被覆するように前記第１の複合部材を前記第１の高分子電解質膜に設ける工程であり、
前記第２の補強部材配設工程は、前記第２の補強部材が前記第２の高分子電解質膜における前記第２の裏打ち部材に保持されない面を被覆するように前記第２の複合部材を前記第２の高分子電解質膜に設ける工程であり、
さらに、前記高分子電解質膜当接工程の前に前記第１の触媒層が塗工された前記第１の高分子電解質膜から前記第１の裏打ち部材を除去する第１の裏打ち部材除去工程と、
前記高分子電解質膜当接工程の前に前記第２の触媒層が塗工された前記第２の高分子電解質膜から前記第２の裏打ち部材を除去する第２の裏打ち部材除去工程と、を有する、請求項５に記載の膜−電極接合体製造方法。
【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膜−電極接合体の製造方法に関する。より詳しくは、高分子電解質膜の周縁部に補強部材を有する膜−電極接合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、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜の両面に、触媒層（電極層）が積層された構造を有する。この構造を、膜−電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ぶ。膜−電極接合体の両面には、ガス拡散層が設けられ、膜−電極−ガス拡散層接合体を形成する。膜−電極−ガス拡散層接合体は、ガスの流路を刻まれた一対のセパレータにより気密に挟まれてセルを構成し、このセルが積層されてスタックと呼ばれる構造が形成される。
【０００３】
高分子電解質膜の一方の面（カソード側）には、一方のセパレータの流路を介して酸素等の酸化剤ガスが供給される。高分子電解質膜の他方の面（アノード側）には、他方のセパレータの流路を介して水素等の燃料が供給される。アノード側では、燃料がガス拡散層中を拡散して触媒層に達し、触媒層において電極反応によって燃料からプロトンと電子が発生する。このプロトンは、前記高分子電解質膜を通過してカソード側へと移動する。カソード側では、酸化剤がガス拡散層中を拡散して触媒層に達し、電極反応によって前記プロトンと酸化剤から水等が発生する。カソード側およびアノード側での電極反応は、触媒層に含まれる白金等の触媒により促進される。前記電子もカソード側へと誘引されるが、この電子の流れを外部に取り出すことで、化学反応（酸化還元反応）のエネルギーを電力として利用することができる。
【０００４】
スタックを製造する際、高分子電解質膜は電極やセパレータに挟持され、端板とボルトにより締め付けられる。締め付けの圧力に耐えられるように、また、長期間の使用において磨耗等による物理的な破損が生じないように、前記高分子電解質膜には十分な強度を持たせる必要がある。一方、プロトン伝導性を向上させる等の理由からは、前記高分子電解質膜をできるだけ薄くする必要がある。これらの理由から、厚さを増すことなく高分子電解質膜の強度を上げることが望ましい。
【０００５】
かかる課題を解決する技術として、特許文献１の実験例２に開示された固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池では、高分子電解質膜の周縁部に枠体を取り付けることで、高分子電解質膜の強度を向上させている。触媒層はカーボン不織布（ガス拡散層）の上に塗布され、枠体を取り付けた高分子電解質膜に接合される。触媒層が枠体の内側を完全に覆うように、カーボン不織布（ガス拡散層）および触媒層は、枠体の穴よりも両側に若干（１ｍｍ程度）大きく形成され接合される。
【特許文献１】特開平１０−３０８２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の構成において、触媒層とガス拡散層は枠体の穴よりも大きいため、触媒層は、ガス拡散層と共に枠体に乗り上げる。枠体に乗り上げた触媒層は、枠体の内縁の角に当接する。かかる状態でセパレータにより膜−電極接合体を挟持すると、触媒層と枠体の接触部分に押圧が集中し、触媒層がゆがんだり破損したりする可能性があった。触媒層を枠体の穴よりも小さくすればゆがみや破損は防止できる。しかし、かかる構成ではガス拡散層および触媒層と枠体の間に隙間が生じ、この隙間を通じて反応ガスの短絡が生じる可能性があった。このように、従来の方法では、位置合わせや部品寸法の精度の限界により、枠体と触媒層の間に重なりや隙間のない膜−電極接合体を製造することは困難であった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高分子電解質膜の周縁部に枠体（補強部材）が配設され、補強部材の内側に隙間なく触媒層が形成され、スタック組み立て時の押圧により触媒層にゆがみや破損の生じにくい膜−電極接合体を効率よく製造する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、高分子電解質膜の周縁部が硬質樹脂で補強された膜−電極接合体を有する燃料電池において、発電効率、装置寿命、製造効率等を向上させるべく鋭意検討を重ねた。その結果、高分子電解質膜の周縁部では、反応ガス（酸化剤ガス、燃料ガス）が直接に膜を介して反応する問題（クロスリーク、クロスオーバー）が生じやすいことが判明した。問題の原因は、膜−電極接合体において、反応ガスが触媒層を経由せずに、ガス拡散層から直接膜へと到達する経路が存在するためと推察された。クロスリークが起こる部分は高分子電解質膜の周縁部分に集中していた。周縁部分では膜の劣化が特異的に速く進行し、燃料電池の寿命を低下させる可能性があることも判明した。クロスリークを防ぐためには、反応ガスが必ず触媒層を通って高分子電解質膜に到達するように膜−電極接合体を構成する必要がある。
【０００９】
従来の方法では、上述の通り、触媒層と枠体との間に重なりや隙間が生じやすい。隙間が生じれば当然にクロスリークは発生する。一方、触媒層が枠体と重なるように構成すれは、ガスは触媒層を通過して膜に到達するため、クロスリークは発生しないとも考えられる。しかし、枠体と触媒層の重なり部分には押圧が集中する。押圧によって触媒層にゆがみや破損が生じればクロスリークが発生することになる。以上の検討から、本発明者らは、重なりや隙間は、枠体と触媒層を別個に形成して接合させる場合に必然的に生じる問題であることに気づいた。さらに本発明者らは、枠体を高分子電解質膜に取り付けた後に、枠体の内側に触媒層を塗工すれば、枠体と触媒層の間に重なりも隙間も生じないことに思い至った。
【００１０】
なお、高分子電解質膜は湿度等により伸縮するものがあり、膜に直接触媒層を塗工するとしわが生じて問題となる場合がある。こうした理由も一因となって、膜の上に触媒層を直接形成する方法は、これまで一般的ではなかった。しかしながら、本発明者らの検討によれば、吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）により膜を吸引して固定しながら、あるいは、膜を裏打ち部材の上に載せたまま（保持したまま、固定したまま）、触媒層を塗工することで、しわの発生を防止できることも判明した。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の膜−電極接合体の製造方法は、開口を囲むように枠部が形成された補強部材を、前記枠部で高分子電解質膜の少なくとも一方の面の周縁部を被覆するように前記高分子電解質膜上に設ける補強部材配設工程と、少なくとも前記補強部材の開口に露出する前記高分子電解質膜の全面に触媒層を塗工する触媒層塗工工程と、前記触媒層を被覆するようにガス拡散層を配設するガス拡散層配設工程と、を有する。
【００１２】
かかる方法では、触媒層は、補強部材の開口の内側全面を覆い、かつ補強部材にはみ出すように塗工されるため、補強部材と触媒層の間には隙間が生じない。触媒層は不織布等に印刷されて取り付けられるのではなく、高分子電解質膜に塗工されるため、触媒層が補強部材に重なっていたとしても触媒層にゆがみや破損は生じにくい。よって、高分子電解質膜の周縁部に補強部材が配設され、補強部材の内側に隙間なく触媒層が形成され、スタック組み立て時の押圧により触媒層にゆがみや破損の生じにくい膜−電極接合体を効率よく製造することができる。
【００１３】
また、本発明の膜−電極接合体の製造方法は、前記触媒層塗工工程において、スプレーにより前記触媒層を塗工してもよい。
【００１４】
スプレーを利用すれば、容易に、補強部材の開口の内側全面を覆い、かつ補強部材にはみ出すように触媒層を塗工できる。
【００１５】
また、本発明の膜−電極接合体の製造方法は、さらに、前記補強部材と前記補強部材と実質的に同じ平面形状を有し前記補強部材の片面を被覆する被覆部材とを有する複合部材を形成する複合部材形成工程と、前記触媒層を塗工した後に前記被覆部材を前記補強部材から除去する被覆部材除去工程と、を有し、前記補強部材配設工程において、前記補強部材が前記被覆部材よりも前記高分子電解質膜側に位置するように前記複合部材が設けられ、前記触媒層塗工工程において、前記複合部材の開口から前記開口の周辺部にはみ出すように前記触媒層が塗工されてもよい。
【００１６】
かかる方法により、触媒層を塗工した後に被覆部材を除去することで、補強部材の主面が触媒粒子により汚染されることがなくなる。被覆部材上の触媒粒子を回収することで、触媒の利用効率を向上させることができる。なお、実質的に同じ平面形状とは、例えば補強部材と被覆部材のいずれか一方が微小な切り欠きや穴を有する場合や、製造上の誤差により補強部材と被覆部材の大きさが若干異なる場合に、補強部材と被覆部材に重ならない部分を有するものを含む。
【００１７】
また、本発明の膜−電極接合体の製造方法において、前記複合部材形成工程は、２枚の樹脂シートを貼り合わせて打ち抜くことで前記複合部材を形成してもよい。
【００１８】
かかる方法により、複合部材を容易に作成できる。被覆部材と補強部材は同じ形状を有するため、除去した被覆部材を補強部材に使用したり、被覆部材として繰り返し使用することもできる。
【００１９】
また、本発明の膜−電極接合体の製造方法において、前記補強部材配設工程は、開口を囲むように枠部が形成された第１の補強部材を、前記枠部で第１の高分子電解質膜の少なくとも一方の面の周縁部を被覆するように前記第１の高分子電解質膜上に設ける第１の補強部材配設工程と、開口を囲むように枠部が形成された第２の補強部材を、前記枠部で第２の高分子電解質膜の少なくとも一方の面の周縁部を被覆するように前記第２の高分子電解質膜上に設ける第２の補強部材配設工程と、を有し、前記触媒層塗工工程は、少なくとも前記第１の補強部材の開口に露出する前記第１の高分子電解質膜の全面に第１の触媒層を塗工する第１の触媒層塗工工程と、少なくとも前記第２の補強部材の開口に露出する前記第２の高分子電解質膜の全面に第２の触媒層を塗工する第２の触媒層塗工工程と、を有し、さらに、前記第１の触媒層を塗工した前記第１の高分子電解質膜において前記第１の触媒層を塗工されていない面と、前記第２の触媒層を塗工した前記第２の高分子電解質膜において前記第２の触媒層を塗工されていない面と、を当接させる高分子電解質膜当接工程を有してもよい。
【００２０】
かかる方法により、２枚の高分子電解質膜について別々に触媒層の塗工を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の膜−電極接合体の製造方法は、さらに、前記第１の補強部材と前記第１の補強部材と実質的に同じ平面形状を有し前記第１の補強部材の片面を被覆する第１の被覆部材とを有する第１の複合部材を形成する第１の複合部材形成工程と、前記第２の補強部材と前記第２の補強部材と実質的に同じ平面形状を有し前記第２の補強部材の片面を被覆する第２の被覆部材とを有する第２の複合部材を形成する第２の複合部材形成工程と、前記第１の触媒層を塗工した後に前記第１の被覆部材を前記第１の補強部材から除去する第１の被覆部材除去工程と、前記第２の触媒層を塗工した後に前記第２の被覆部材を前記第２の補強部材から除去する第２の被覆部材除去工程と、を有し、前記第１の補強部材配設工程において、前記第１の補強部材が前記第１の被覆部材よりも前記第１の高分子電解質膜側に位置するように前記第１の複合部材が設けられ、前記第２の補強部材配設工程において、前記第２の補強部材が前記第２の被覆部材よりも前記第２の高分子電解質膜側に位置するように前記第２の複合部材が設けられ、前記第１の触媒層塗工工程において、前記第１の複合部材の開口から前記開口の周辺部にはみ出すように前記第１の触媒層が塗工され、前記第２の触媒層塗工工程において、前記第２の複合部材の開口から前記開口の周辺部にはみ出すように前記第２の触媒層が塗工されてもよい。
【００２２】
かかる方法により、触媒層を塗工した後に被覆部材を除去することで、補強部材の主面が触媒粒子により汚染されることがなくなる。被覆部材上の触媒粒子を回収することで、触媒の利用効率を向上させることができる。同時に、２枚の高分子電解質膜について別々に触媒層の塗工を行うこともできる。
【００２３】
また、本発明の膜−電極接合体の製造方法は、さらに、第１の裏打ち部材の一方の面に前記第１の高分子電解質膜を保持する第１の高分子電解質膜保持工程と、第２の裏打ち部材の一方の面に前記第２の高分子電解質膜を保持する第２の高分子電解質膜保持工程と、を有し、前記第１の補強部材配設工程は、前記第１の補強部材が前記第１の高分子電解質膜における前記第１の裏打ち部材に保持されない面を被覆するように前記第１の複合部材を前記第１の高分子電解質膜に設ける工程であり、前記第２の補強部材配設工程は、前記第２の補強部材が前記第２の高分子電解質膜における前記第２の裏打ち部材に保持されない面を被覆するように前記第２の複合部材を前記第２の高分子電解質膜に設ける工程であり、さらに、前記高分子電解質膜当接工程の前に前記第１の触媒層が塗工された前記第１の高分子電解質膜から前記第１の裏打ち部材を除去する第１の裏打ち部材除去工程と、前記高分子電解質膜当接工程の前に前記第２の触媒層が塗工された前記第２の高分子電解質膜から前記第２の裏打ち部材を除去する第２の裏打ち部材除去工程と、を有してもよい。
【００２４】
かかる方法によれば、触媒層を塗工した後に被覆部材を除去することで、補強部材の主面が触媒粒子により汚染されることがなくなる。被覆部材上の触媒粒子を回収することで、触媒の利用効率を向上させることができる。また、高分子電解質膜を裏打ち部材に固定したまま触媒層の塗工を行うため、高分子電解質膜におけるしわの発生を確実に防止できる。
【００２５】
なお、「当接」とは、必ずしも２つの部材が直接接触するように貼り合わされる場合のみを指すのではなく、何らかの部材（補強材や別の高分子電解質層等）を介して２つの部材が貼り合わされる場合も含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の膜−電極接合体製造方法は、上述のような構成を有しており、以下のような効果を奏する。すなわち、高分子電解質膜の周縁部に補強部材が配設され、補強部材の内側に隙間なく触媒層が形成され、スタック組み立て時の押圧により触媒層にゆがみや破損の生じにくい膜−電極接合体を効率よく製造する方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
［工程］
図１−Ａ乃至図１−Ｄは、本発明の第１実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図である。図１−Ａは、高分子電解質膜のみの状態を示す図である。図１−Ｂは、高分子電解質膜に補強部材が取り付けられる工程を示す図である。図１−Ｃは、補強部材の上から触媒層が塗工されて膜−電極接合体となった状態を示す図である。図１−Ｄは、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。以下、図１−Ａ乃至図１−Ｄを参照しながら、本実施形態の膜−電極接合体製造方法について説明する。なお、図はあくまで各工程における各部材の位置関係を例示すための模式図であって、相対的な大きさや形状、厚さなどを限定するものではない。
【００２８】
図１−Ａに示す工程において、高分子電解質膜１０２が用意される。高分子電解質膜１０２は、プロトン電導性を有する膜が好ましく、例えば、パーフルオロスルホン酸膜が好適に用いられる。
【００２９】
図１−Ｂに示す工程において、高分子電解質膜１０２の周縁部の両面に、補強部材１０４Ａ、１０４Ｂが取り付けられる（補強部材配設工程）。補強部材１０４Ａ、１０４Ｂは、開口１２３Ａ、１２３Ｂを囲むように枠部が形成され、枠部の外周は高分子電解質膜１０２の外周とほぼ同一の形状を有する。補強部材１０４Ａ、１０４Ｂの枠部により、高分子電解質膜１０２の両面の周縁部が被覆される。補強部材１０４Ａ、１０４Ｂの材料は、耐食性（耐酸性）と耐熱性を有するものが好ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）が好適に用いられる。補強部材１０４Ａ、１０４Ｂは、例えば、ＰＴＦＥのシートを例えばトムソン型で打ち抜いて作製される。高分子電解質膜１０２へ補強部材１０４Ａ、１０４Ｂを取り付ける方法は、適度な強度で取り付けができるものが好ましく、例えば、熱圧着、接着剤による接着などが用いられる。
【００３０】
図１−Ｃに示す工程において、触媒層１０９Ａ、１０９Ｂ（電極）が塗工される（触媒層塗工工程）。触媒層１０９Ａ、１０９Ｂは、例えば、白金等の触媒をカーボン粒子に担持させた触媒担持粒子と高分子電解質とを混合したものが好適に用いられる。触媒層１０９Ａ、１０９Ｂの塗工は、例えば、アルコールやアルコールと水の混合物等の溶媒に高分子電解質の樹脂を混合して分散液とし、さらに触媒担持粒子を混ぜて触媒分散液を調整する。この触媒分散液を、スプレー法、スピンコート法、ドクターブレード法、ダイコート法、スクリーン印刷等の公知の薄膜製造技術を用いて高分子電解質膜１０２および補強部材１０４の上に塗工し、乾燥させて溶媒を揮散させることで、触媒層１０９Ａ、１０９Ｂが形成される。触媒層の塗工方法としては、スプレー法が最も好適である。
【００３１】
触媒分散液を塗工すると高分子電解質膜にしわが生じる場合がある。しわの発生を防ぐためには、触媒層の塗工時に高分子電解質膜を固定しておくのが好ましい。固定方法としては、例えば、吸引により高分子電解質膜を加工ステージに固定可能な吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）による固定や裏打ち部材の使用が挙げられる。
【００３２】
吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）を使用する場合には、高分子電解質膜を吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）の加工ステージ上に載せて一方の面（面Ａ）を吸引することで膜を固定し、反対面（面Ｂ）へ補強部材を取り付けた後に触媒層を塗工する。面Ｂへの触媒層の塗工後、高分子電解質膜を吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）の加工ステージから取り外し、反転させて面Ｂ側を吸引させて再び高分子電解質膜を固定し、面Ａについて補強部材の取り付けと触媒層の塗工を行う。
【００３３】
裏打ち部材を使用する場合には、まず、高分子電解質膜を裏打ち部材の上に保持し、裏打ち部材に接する面（面Ａ）の反対側の面（面Ｂ）へ補強部材を取り付けた後に触媒層を塗工する。面Ｂへの触媒層の塗工後、裏打ち部材を高分子電解質膜から取り外し、面Ａについて、補強部材の取り付けと触媒層の塗工を行う。
【００３４】
触媒層１０９Ａは、補強部材１０４Ａの開口１２３Ａに露出する高分子電解質膜１０２の全面において高分子電解質膜１０２を覆い、かつ開口１２３Ａの周辺部にはみ出すように塗工される。触媒層１０９Ｂは、補強部材１０４Ｂの開口１２３Ｂに露出する高分子電解質膜１０２の全面において高分子電解質膜１０２を覆い、かつ開口１２３Ｂの周辺部にはみ出すように塗工される。触媒層１０９Ａ、１０９Ｂの塗工により、膜−電極接合体１１３が得られる。
【００３５】
図１−Ｄに示す工程において、触媒層１０９Ａ、１０９Ｂを被覆するようにガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂが形成される（ガス拡散層配設工程）。ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂは、十分なガス透過性と導電性を有するものが好ましく、例えばカーボンクロス等が好適に用いられる。ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂの取り付け方法は、適度な強度で接合できるものが好ましく、例えば、接着剤による接着などが用いられる。ただし、セパレータ等で挟持する場合には、単に、膜−電極接合体１１３とガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂを接着せずに積層するだけでもよい。ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂは、触媒層１０９Ａ、１０９Ｂと等しいか、より小さい構成が好ましい。なお、ガス拡散層と触媒層は必ずしも直接に接している必要はなく、両者の間に他の層を有していてもよい。ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂを形成することで、膜−電極−ガス拡散層接合体１１５が得られる。
［構造］
図２は、本発明の第１実施形態の膜−電極接合体製造方法により作製された膜−電極−ガス拡散層接合体の使用状態における断面を示す模式図である。図２に示すように、使用時において、膜−電極−ガス拡散層接合体１１５は、ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂの外周が枠状のガスケット１１９Ａ、１１９Ｂにより囲まれる。さらに、膜−電極−ガス拡散層接合体１１５およびガスケット１１９Ａ、１１９Ｂは、内面に流路１２２の刻まれたセパレータ１２０Ａ、１２０Ｂにより、流路１２２がガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂに接するように挟持される。第１実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、高分子電解質膜１０２の周縁部に取り付けられた補強部材１０４Ａ、１０４Ｂの上にまではみだしてそれぞれ触媒層１０９Ａ、１０９Ｂが形成されている。ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂは、それぞれ触媒層１０９Ａ、１０９Ｂの上に設けられる。ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂとガスケット１１９Ａ、１１９Ｂの間には、隙間１２１が生じるが、隙間１２１は高分子電解質膜１０２に接していない。かかる構造により、ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂから供給されるガスは、全量が、触媒層１０９Ａ、１０９Ｂを通過して高分子電解質膜１０２に達することになる。
［特徴および効果］
本実施形態の特徴は、高分子電解質膜１０２の上に補強部材１０４Ａ、１０４Ｂを取り付け、その上から触媒層１０９が補強部材１０４Ａ、１０４Ｂの上にはみ出すように塗工される点にある。かかる方法によれば、触媒層１０９Ａ、１０９Ｂはそれぞれ開口１２３Ａ、１２３Ｂに露出する高分子電解質膜１０２の全面を覆うことになり、触媒層１０９Ａ、１０９Ｂと補強部材１０４Ａ、１０４Ｂの間に隙間が生じることがなくなる。かかる構造により、ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂからガスが直接に（触媒層１０９Ａ、１０９Ｂを通過せずに隙間を通過して）高分子電解質膜１０２に到達することがなくなる。また、触媒層１０９は高分子電解質膜１０２の上に直接塗工されるため、ガス拡散層１１４Ａ、１１４Ｂが補強部材１０４Ａ、１０４Ｂに乗り上げて、ガス拡散層にゆがみや破損が生じても、触媒層が破損することはない。
【００３６】
以上の記述からも明らかなように、第１実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、高分子電解質膜の周縁部に補強部材が配設され、前記補強部材の内側に隙間なく触媒層が形成され、スタック組み立て時の押圧により触媒層にゆがみや破損の生じにくい膜−電極接合体を効率よく製造することができる。
【００３７】
また、第１実施形態の膜−電極接合体製造方法では、後述する第２実施形態乃至第３実施形態の膜−電極接合体製造方法と異なり、補強部材に乗り上げるように高分子電解質膜が直接塗工される。かかる構成により、被覆部材が不要となり、部材数を削減できる。
（第２実施形態）
［工程］
図３−Ａ乃至図３−Ｅは、本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図である。図３−Ａは、高分子電解質膜のみの状態を示す図である。図３−Ｂは、高分子電解質膜に補強部材と被覆部材が取り付けられる工程を示す図である。図３−Ｃは、被覆部材の上から触媒層が塗工された状態を示す図である。図３−Ｄは、被覆部材が除去された状態を示す図である。図３−Ｅは、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。以下、図３−Ａ乃至図３−Ｅを参照しながら、本実施形態の膜−電極接合体製造方法について説明する。なお、図はあくまで各工程における各部材の位置関係を例示すための模式図であって、相対的な大きさや形状、厚さなどを限定するものではない。また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な変形が可能であることは言うまでもない。
【００３８】
第２実施形態の膜−電極接合体製造方法は、１）単体の補強部材の代わりに補強部材と被覆部材を接合した複合部材を用いる点、２）触媒層を塗工後に被覆部材を補強部材から除去する点、以外は、第１実施形態の膜−電極接合体製造方法と同様である。よって、共通する部材や方法については同一の名称を付すこととし、詳細な説明は省略する。
【００３９】
図３−Ａに示す工程において、高分子電解質膜２０２が用意される。
【００４０】
図３−Ｂに示す工程において、高分子電解質膜２０２の周縁部の片面に、補強部材２０４Ａと被覆部材２０５Ａとからなる複合部材２０６Ａが、補強部材２０４Ａが高分子電解質膜２０２に当接するように（補強部材２０４Ａが被覆部材２０５Ａよりも高分子電解質膜２０２側に位置するように）取り付けられ、高分子電解質膜２０２の周縁部のもう一方の面に、補強部材２０４Ｂと被覆部材２０５Ｂとからなる複合部材２０６Ｂが、補強部材２０６Ｂが高分子電解質膜２０２に当接するように（補強部材２０６Ｂが被覆部材２０５Ｂよりも高分子電解質膜２０２側に位置するように）取り付けられる（補強部材配設工程）。被覆部材２０５Ａは、補強部材２０４Ａと同一の材料からなり、また、補強部材２０４Ａと実質的に同じ平面形状を有し、補強部材２０４Ａの片面を被覆する。被覆部材２０５Ｂは、補強部材２０４Ｂと同一の材料からなり、また、補強部材２０４Ｂと実質的に同じ平面形状を有し、補強部材２０４Ｂの片面を被覆する。補強部材２０４Ａと被覆部材２０５Ａは、開口２２３Ａを有する。補強部材２０４Ｂと被覆部材２０５Ｂは、開口２２３Ｂを有する。補強部材２０４Ａ、２０４Ｂと被覆部材２０５Ａ、２０５Ｂは、触媒層の塗工後に被覆部材２０５Ａ、２０５Ｂのみを除去できるように接合される。例えば、接着力の弱い接着剤により２枚のＰＴＦＥシートが接着される。その後、例えばトムソン型を用いた打ち抜き加工により、開口２２３Ａを有する複合部材２０６Ａが形成される（複合部材形成工程）。複合部材２０６Ｂも同様の方法で形成される。なお、被覆部材２０５Ａ、２０５Ｂは、必ずしも補強部材２０４Ａ、２０４Ｂと同一の材料からなる必要はなく、別の材料（マスキングテープ等）であってもよい。例えば、被覆部材２０５Ａ、２０５Ｂが枠状の金属板で構成されていてもよい。かかる構成では、製造工程において被覆部材を何回も再利用でき効率的である。補強部材２０４Ａ、２０４Ｂと、被覆部材２０５Ａ、２０５Ｂとは必ずしも接着されている必要はなく、補強部材の上に被覆部材を単に載置してスプレーすることとしてもよい。かかる構成では接着工程が不要となり、被覆部材の取り外しも容易になるため、作業効率が向上する。被覆部材と補強部材の形状は、開口部が一致すればよく、外縁部は必ずしも一致しなくてもよい。
【００４１】
図３−Ｃに示す工程において、触媒分散液層２０８Ａ、２０８Ｂ（電極）が塗工される。触媒分散液層２０８Ａは、開口２２３Ａに露出する高分子電解質膜２０２の全面を隙間なく覆い、さらに開口２２３Ａの周辺部にはみ出すように塗工され、触媒分散液層２０８Ｂは、開口２２３Ｂに露出する高分子電解質膜２０２の全面を隙間なく覆い、開口２２３Ｂの周辺部にはみ出すように塗工される（触媒層塗工工程）。第１実施形態と同様、触媒分散液を塗工すると高分子電解質膜にしわが生じる場合には、吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）や裏打ち部材により高分子電解質膜を固定しながら塗工を行うことが好ましい。
【００４２】
図３−Ｄに示す工程において、触媒分散液層２０８Ａ、２０８Ｂが開口２２３Ａ、２２３Ｂの周辺部にはみ出した部分は、被覆部材２０５Ａ、２０５Ｂと共に除去される。被覆部材２０５Ａは、補強部材２０４Ａと取り外し可能に接着されており、容易に本体部分から除去され、被覆部材２０５Ｂも、補強部材２０４Ｂと取り外し可能に接着されており、容易に本体部分から除去される（被覆部材除去工程）この工程により、補強部材２０４Ａの開口２２３Ａに露出する高分子電解質膜２０２の全面に隙間なく触媒層２０９Ａ（第１の触媒層）が形成され、補強部材２０４Ｂの開口２２３Ｂに露出する高分子電解質膜２０２の全面に隙間なく触媒層２０９Ｂ（第２の触媒層）が形成され、膜−電極接合体２１３が得られる。触媒分散液の塗工時に、補強部材２０４Ａ、２０４Ｂの主面を被覆部材２０５Ａ、２０５Ｂで保護することにより、補強部材２０４Ａ、２０４Ｂの主面が触媒粒子により汚れるのを防ぐことができる。
【００４３】
図３−Ｅに示す工程において、触媒層２０９Ａ、２０９Ｂの上にガス拡散層２１４Ａ、２１４Ｂが形成される（ガス拡散層配設工程）。ガス拡散層２１４Ａ、２１４Ｂを形成することで、膜−電極−ガス拡散層接合体２１５が得られる。なお、図３−Ｅの工程を図３−Ｄの工程の前に行ってもよい。
［構造］
図４は、本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法により作製された膜−電極−ガス拡散層接合体２１５の使用状態における断面を示す模式図である。図４に示すように、使用時において、膜−電極−ガス拡散層接合体２１５は、ガス拡散層２１４Ａ、２１４Ｂの外周がそれぞれ枠状のガスケット２１９Ａ、２１９Ｂにより囲まれる。さらに、膜−電極−ガス拡散層接合体２１５およびガスケット２１９Ａ、２１９Ｂは、内面に流路２２２の刻まれたセパレータ２２０Ａ、２２０Ｂにより、流路２２２がガス拡散層２１４Ａ、２１４Ｂ側に接するように挟持される。第２実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、触媒層２０９Ａ、２０９Ｂは、それぞれ補強部材２０４Ａ、２０４Ｂの上にはみだすことなく、かつ、それぞれ補強部材２０４Ａ、２０４Ｂとの間に隙間を作ることなく形成されている。ガス拡散層２１４Ａ、２１４Ｂは、それぞれ触媒層２０９Ａ、２０９Ｂの上に設けられる。ガス拡散層２１４Ａ、２１４Ｂとガスケット２１９Ａ、２１９Ｂの間には、隙間２２１が生じるが、隙間２２１は高分子電解質膜２０２に接していない。かかる構造により、ガス拡散層２１４Ａ、２１４Ｂから供給されるガスは、全量が、それぞれ触媒層２０９Ａ、２０９Ｂを通過して高分子電解質膜２０２に達することになる。触媒層２０９Ａ、２０９Ｂは、それぞれ補強部材２０４Ａ、２０４Ｂの上にはみ出すことがないため、ガス拡散層２０９Ａ、２０９Ｂと補強部材２０４Ａ、２０４Ｂがそれぞれ直接当接する。
［特徴および効果］
第２実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、第１実施形態と同様に、高分子電解質膜の周縁部に補強部材が配設され、前記補強部材の内側に隙間なく触媒層が形成され、スタック組み立て時の押圧により触媒層にゆがみや破損の生じにくい膜−電極接合体を効率よく製造することができる。
【００４４】
さらに、第２実施形態では以下のような特徴および効果を有する。第１実施形態では、補強部材の表面に触媒層がはみ出すことになる。触媒層が粒子状の物質から構成される場合には、ガス拡散層と補強部材の間にはみ出した触媒層が入り込み、触媒層の粒子によってガス拡散層と補強部材の接着性が悪くなることがある。また、触媒層の触媒として白金等の貴金属が利用される場合には、経済性の観点から、製造時に使用する触媒粒子の量をできるだけ少なくする必要が生じる。はみ出した触媒層の上からガス拡散層を形成すれば、はみ出した部分の触媒は電極の反応に寄与しなくなり、過剰使用となる。本実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、被覆部材の上から触媒層を塗工した後に、被覆部材を補強部材から除去する。かかる方法によれば、補強部材の主面上に触媒層がはみ出すことがなく（触媒粒子により汚染されておらず）、補強部材とガス拡散層の接着性が向上する。また、スタック組み立て時には膜−電極接合体の周縁部がガスケット等で挟みこみまれ圧着されるが、周縁部のシール性が低いとガス漏れなどの問題が生じる。本実施形態では補強部材の表面に触媒粒子が残ることはないため、補強部材とガスケット等の間に隙間が生じにくく、膜−電極接合体周縁部のシール性が向上する。はみ出した触媒層は、被覆部材と共に回収して再利用することができ、触媒の過剰使用も防止できる。
（第３実施形態）
［工程」
図５−Ａ乃至図５−Ｆは、本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図である。図５−Ａは、高分子電解質膜のみの状態を示す図である。図５−Ｂは、高分子電解質膜に補強部材と被覆部材が取り付けられる工程を示す図である。図５−Ｃは、被覆部材の上から触媒層が塗工された状態を示す図である。図５−Ｄは、被覆部材が除去された状態を示す図である。図５−Ｅは、高分子電解質膜同士が接合され、膜−電極接合体となった状態を示す図である。図５−Ｆは、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。以下、図５−Ａ乃至図５−Ｆを参照しながら、本実施形態の膜−電極接合体製造方法について説明する。なお、図はあくまで各工程における各部材の位置関係を例示すための模式図であって、相対的な大きさや形状、厚さなどを限定するものではない。また、第３実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態と同様な変形が可能であることは言うまでもない。
【００４５】
第３実施形態の膜−電極接合体製造方法は、１枚の高分子電解質膜の両側に補強部材や触媒層を形成するのではなく、２枚の高分子電解質膜の上にそれぞれアノード側およびカソード側の補強部材や触媒層を形成し、その後に高分子電解質膜を貼り合わせる点以外は、第２実施形態の膜−電極接合体製造方法と同様である。よって、共通する部材や方法については同一の名称を付すこととし、詳細な説明は省略する。
【００４６】
図５−Ａに示す工程において、高分子電解質膜３０２Ａ（第１の高分子電解質膜）および高分子電解質膜３０２Ｂ（第２の高分子電解質膜）が用意される。
【００４７】
図５−Ｂに示す工程において、高分子電解質膜３０２Ａの片面の周縁部に、補強部材３０４Ａ（第１の補強部材）と被覆部材３０５Ａ（第１の被覆部材）からなる複合部材３０６Ａ（第１の複合部材）が、補強部材３０４Ａが高分子電解質膜３０２Ａに当接するように（補強部材３０４Ａが被覆部材３０５Ａよりも高分子電解質膜３０２Ａ側に位置するように）取り付けられる（第１の補強部材配設工程）。高分子電解質膜３０２Ｂの片面の周縁部に、補強部材３０４Ｂ（第２の補強部材）と被覆部材３０５Ｂ（第２の被覆部材）からなる複合部材３０６Ｂ（第２の複合部材）が、補強部材３０４Ｂが高分子電解質膜３０２Ｂに当接するように（補強部材３０４Ｂが被覆部材３０５Ｂよりも高分子電解質膜３０２Ｂ側に位置するように）取り付けられる（第２の補強部材配設工程）。補強部材３０４Ａと被覆部材３０５Ａは、開口３２３Ａを有する。補強部材３０４Ｂと被覆部材３０５Ｂは、開口３２３Ｂを有する。複合部材３０６Ａ、３０６Ｂは、第２実施形態と同様の方法で作成される（第１の複合部材形成工程、第２の複合部材形成工程）。
【００４８】
図５−Ｃに示す工程において、触媒分散液層３０８Ａ（電極）が、開口３２３Ａから開口３２３Ａの周辺部にはみ出すように塗工され（第１の触媒層塗工工程）、触媒分散液層３０８Ｂ（電極）が、開口３２３Ｂから開口３２３Ｂの周辺部にはみ出すように塗工される（第２の触媒層塗工工程）。第１実施形態および第２実施形態と同様、触媒分散液を塗工すると高分子電解質膜にしわが生じる場合には、吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）や裏打ち部材により高分子電解質膜を固定しながら塗工を行うことが好ましい。本実施形態では、両面につき各１枚ずつ、高分子電解質膜３０２Ａ、３０２Ｂが用意されるため、高分子電解質膜３０２Ａ、３０２Ｂを固定したまま複合部材３０６Ａ、３０６Ｂを取り付け、触媒層３０９Ａ（第１の触媒層）、３０９Ｂ（第２の触媒層）を形成させるのが好適である。あるいは、高分子電解質膜３０２Ａ、３０２Ｂを裏打ち部材の上に保持し、裏打ち部材の上に高分子電解質膜３０２Ａ、３０２Ｂを固定したままで、複合部材３０６Ａ、３０６Ｂを取り付け、触媒層３０９Ａ、３０９Ｂを形成させてもよい。
【００４９】
図５−Ｄに示す工程において、触媒分散液層３０８Ａが被覆部材３０５Ａの開口部３２３Ａの周辺部にはみ出した部分は、被覆部材３０５Ａと共に除去される（第１の被覆部材除去工程）。触媒分散液層３０８Ｂが被覆部材３０５Ｂの開口部３２３Ｂの周辺部にはみ出した部分は、被覆部材３０５Ｂと共に除去される（第２の被覆部材除去工程）。この工程により、補強部材３０４Ａの開口３２３Ａに露出する高分子電解質膜３０２Ａの全面に隙間なく触媒層３０９Ｂが形成され、補強部材３０４Ｂの開口３０４Ｂに露出する高分子電解質膜３０２Ｂの全面に隙間なく触媒層３０９Ｂが形成された構造体が得られる。
【００５０】
図５−Ｅに示す工程において、第４の工程で得られた構造体が、触媒層の存在しない側で貼り合わせられる。高分子電解質膜３０２Ａが吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）あるいは裏打ち部材から取り外され、高分子電解質膜３０２Ｂが吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）あるいは裏打ち部材から取り外され、高分子電解質膜３０２Ａ、３０２Ｂにおいて吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）あるいは裏打ち部材と接していた面同士が当接され、貼り合わされる（高分子電解質膜当接工程）。貼り合わせには、熱プレスが好適に用いられる。熱プレスにより、高分子電解質膜３０２Ａ、３０２Ｂの間にはさまれた空気等のガスが抜けやすくなり、高分子電解質膜３０２Ａ、３０２Ｂが接合して、１枚の高分子電解質膜３１２を形成する。この工程により、補強部材３０４Ａの開口３２３Ａに露出する高分子電解質膜３１２の全面に隙間なく触媒層３０９Ａ（第１の触媒層）が形成され、補強部材３０４Ｂの開口３２３Ｂに露出する高分子電解質膜３１２の全面に隙間なく触媒層３０９Ｂ（第１の触媒層）が形成された膜−電極接合体３１３が得られる。
【００５１】
図５−Ｆに示す工程において、触媒層３０９Ａ、３０９Ｂの上にそれぞれガス拡散層３１４Ａ、３１４Ｂが配設される（ガス拡散層配設工程）。ガス拡散層３１４Ａ、３１４Ｂを配設することで、膜−電極−ガス拡散層接合体３１５が得られる。
【００５２】
なお、図５−Ｄの工程、図５−Ｅの工程、図５−Ｆの工程は、どのような順番で行ってもよい。
［構造］
図６は、本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法により作製された膜−電極−ガス拡散層接合体３１５の使用状態における断面を示す模式図である。図６に示すように、第３実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、高分子電解質膜３０２Ａおよび高分子電解質膜３０２Ｂは一体化して、１枚の高分子電解質膜３１２となっている。使用時において、膜−電極−ガス拡散層接合体３１５は、ガス拡散層３１４Ａの外周が枠状のガスケット３１９Ａにより囲まれ、ガス拡散層３１４Ｂの外周が枠状のガスケット３１９Ｂにより囲まれる。さらに、膜−電極−ガス拡散層接合体３１５およびガスケット３１９Ａ、３１９Ｂは、内面に流路３２２の刻まれたセパレータ３２０Ａ、３２０Ｂにより、それぞれの流路３２２がそれぞれガス拡散層３１４Ａ、３１４Ｂ側に接するように挟持される。第３実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、触媒層３０９Ａは、補強部材３０４Ａにはみだすことなく、かつ、補強部材３０４Ａとの間に隙間を作ることなく形成され、触媒層３０９Ｂは、補強部材３０４Ｂにはみだすことなく、かつ、補強部材３０４Ｂとの間に隙間を作ることなく形成される。ガス拡散層３１４Ａは触媒層３０９Ａを、ガス拡散層３１４Ｂは触媒層３０９Ｂを被覆するように設けられる。ガス拡散層３１４Ａとガスケット３１９Ａ、ガス拡散層３１４Ｂとガスケット３１９Ｂとの間には、隙間２２１が生じるが、隙間３２１は高分子電解質膜３１２に接していない。かかる構造により、ガス拡散層３１４Ａ、３１４Ｂから供給されるガスが高分子電解質膜３１２に達する場合、必ず触媒層３０９Ａまたは３０９Ｂを通過することになる。触媒層３０９Ａ、３０９Ｂは、補強部材３０４Ａ、３０４Ｂの上にはみ出すことがないため、ガス拡散層３０９Ａと補強部材３０４Ａ、ガス拡散層３０９Ｂと補強部材３０４Ｂがそれぞれ直接当接する。
［特徴および効果］
第３実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、第２実施形態と同様に、高分子電解質膜の周縁部に補強部材が配設され、前記補強部材の内側に隙間なく触媒層が形成された膜−電極接合体を効率よく製造できる。また、補強部材とガス拡散層の接着性が向上するとともに、スタック組み立て時のシール性も向上する。はみ出した触媒層を被覆部材と共に回収し再利用することで触媒の無駄も防止できる。
【００５３】
さらに、第３実施形態では、以下のような特徴および効果を有する。第１実施形態および第２実施形態では、単一の高分子電解質膜の両面に触媒層を塗工するため、片面の塗工後に、いったん高分子電解質膜を吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）や裏打ち部材から取り外し、反転させて再び固定する必要がある。高分子電解質膜が繊細でしわの生じやすい材料で構成されている場合には、吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）や裏打ち部材から取り外すだけで膜に深刻なしわが生じる場合がある。第３実施形態の膜−電極接合体製造方法によれば、両面につき１枚ずつ、合計２枚の高分子電解質膜が用意され、それぞれの高分子電解質膜を固定したまま、補強部材の取り付けや触媒層の塗工を行うことができる。かかる方法によれば、高分子電解質膜のしわを効果的に防止できる。
（変形例）
以下、第１乃至第３実施形態において可能な変形例について例示する。高分子電解質、補強部材、開口等の形態（平面形状、厚さ等）は特に限定されない。補強部材は高分子電解質膜の周縁部を枠状に被覆するものが好ましいが、補強部材と高分子電解質膜の外周が一致していなくてもよい。被覆部材は補強部材と同一の形状でなくてもよいが、少なくとも補強部材の開口の周辺部（触媒層を塗工する際にはみ出す部分）を被覆するものであることが好ましい。高分子電解質膜は、その内部に補強膜を有していてもよい。補強部材、触媒層およびガス形成層の配設は、高分子電解質膜の片面のみについて行ってもよい。各工程の順序は上述のものに限られず、入れ替えてもよい。複合部材は、必ずしも高分子電解質膜と独立して形成して取り付ける必要はなく、高分子電解質膜と補強部材と被覆部材が積層する構造がどのような順番で形成されてもよい。例えば、高分子電解質膜の上に補強部材と被覆部材を順次積層することで形成されてもよい。第３実施形態において、被覆部材を設けずに、補強部材のみで高分子電解質膜を被覆してもよい。吸引固定装置（減圧方式による吸引固定装置）を使用して触媒層を塗工する際、ヒータ等で温めながら塗工を行ってもよい。
（実施例１）
実施例１は、本発明の実施形態３の実施例であって、高分子電解質膜を裏打ち部材の上に固定し、その上で補強部材の取り付けと触媒層の塗工を行うものである。図７−Ａ乃至図７−Ｅは、本発明の実施例１による膜−触媒層−ガス拡散層接合体の製造方法を模式的に示す工程図である。図７−Ａは、裏打ち部材の上に高分子電解質膜が保持された状態を示す図である。図７−Ｂは、高分子電解質膜に補強部材と被覆部材が取り付けられた状態を示す図である。図７−Ｃは、被覆部材の上から触媒層が塗工された状態を示す図である。図７−Ｄは、被覆部材が除去された状態を示す図である。図７−Ｅは、高分子電解質膜同士が接合され、膜−電極接合体となった状態を示す図である。図７−Ｆは、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。図７−Ｇは、膜−電極−ガス拡散層接合体にガスケットとセパレータが接合されてセルとなった状態を示す図である。以下、図７−Ａ乃至図７−Ｇを参照しつつ、実施例１による膜−触媒層−ガス拡散層接合体の製造方法を詳細に説明する。なお、図はあくまで各工程における各部材の位置関係を例示すための模式図であって、相対的な大きさや形状、厚さなどを実際の比率に合わせたものではない。
［膜の調製］
厚さが約１００μｍ、主面の一辺が２００ｍｍの正方形の形状を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるＰＥＴ基材４０１Ａ（第１の裏打ち部材）、４０１Ｂ（第２の裏打ち部材）を用意し、その表面をシリコン系離型剤で処理した。
【００５４】
ＣＦ２＝ＣＦ２に基づく繰り返し単位とＣＦ２＝ＣＦ−ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）−ＯＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３Ｈに基づく繰り返し単位とからなるイオン交換樹脂の分散液（イオン交換容量：１．１ミリ当量／グラム乾燥樹脂、商品名：フレミオン、旭硝子社製、以下、分散液Ａという）を用意し、ダイコート法により、ＰＥＴ基材４０１Ａ、４０１Ｂの一方の面に、厚みが１５μｍ、一辺が１６０ｍｍの正方形になるように塗工した。ＰＥＴ基材４０１Ａ、４０１Ｂの上で分散液Ａを９０℃で３０分乾燥させた。かかる工程により、ＰＥＴ基材４０１Ａの上に高分子電解質膜４０２Ａ（第１の高分子電解質膜）が載った、基材−膜接合体４０３Ａを作成し（第１の高分子電解質膜保持工程）、ＰＥＴ基材４０１Ｂの上に高分子電解質膜４０２Ｂ（第２の高分子電解質膜）が載った、基材−膜接合体４０３Ｂを作成した（第２の高分子電解質膜保持工程）（図７−Ａ）。これにより、高分子電解質膜４０２Ａ、４０２Ｂは、それぞれＰＥＴ基材４０１Ａ、４０１Ｂの上に保持され、固定された。高分子電解質膜４０２Ａ、４０２ＢとＰＥＴ基材４０１Ａ、４０１Ｂの接着力は、触媒層を塗工してもしわが発生せず、かつ、塗工後にＰＥＴ基材４０１Ａ、４０１Ｂから高分子電解質膜４０２Ａ、４０２Ｂを容易に取り外すことができるという点で好適なものであった。
［枠の作製と取り付け］
厚さが約１００μｍ、主面の一辺が１５０ｍｍの正方形であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製基材（以下、ＰＴＦＥ基材）を２枚用意し、これら２枚を接合した。接着された２枚のＰＴＦＥ基材を、一辺が１００ｍｍの正方形の開口４２３Ａ（穴）が中央に開くように、トムソン型で打ち抜いた。これにより、ＰＴＦＥ基材からなる枠体４０４Ａ（第１の補強部材）とＰＴＦＥ基材からなるマスク体４０５Ａ（第１の被覆部材）の二重構造を有する多層枠体４０６Ａ（第１の複合部材）が得られた（第１の複合部材形成工程）。同様にして、ＰＴＦＥ基材からなる枠体４０４Ｂ（第２の補強部材）とＰＴＦＥ基材からなるマスク体４０５Ｂ（第２の被覆部材）の二重構造を有し、開口４２３Ｂを有する多層枠体４０６Ｂ（第２の複合部材）が得られた（第２の複合部材形成工程）。多層枠体４０６Ａ、４０６Ｂの外周には、ガイド用の切り欠きを形成した（［高分子電解質膜の貼り合わせ］の項を参照）。
【００５５】
基材−膜接合体４０３Ａの上面中央に多層枠体４０６Ａを、枠体４０４Ａが高分子電解質膜４０２Ａに当接するように（補強部材４０４Ａが高分子電解質膜４０２Ａにおける裏打ち部材４０１Ａに保持されない面を被覆するように）接着剤で接着した。かかる工程により、ＰＥＴ基材４０１Ａの上に高分子電解質膜４０２Ａ、枠体４０４Ａ、マスク体４０５Ａが順次積層された、基材−膜−枠体接合体４０７Ａが作成された（第１の補強部材配設工程）。また、基材−膜接合体４０３Ｂの上面中央に多層枠体４０６Ｂを、枠体４０４Ｂが高分子電解質膜４０２Ｂに当接するように（補強部材４０４Ｂが高分子電解質膜４０２Ｂにおける裏打ち部材４０１Ｂに保持されない面を被覆するように）接着剤で接着した。かかる工程により、ＰＥＴ基材４０１Ｂの上に高分子電解質膜４０２Ｂ、枠体４０４Ｂ、マスク体４０５Ｂが順次積層された、基材−膜−枠体接合体４０７Ｂが作成された（第２の補強部材配設工程）（図７−Ｂ）。
［触媒層の塗工］
分散液Ａと、アセチレンブラック系カ−ボン粉末に平均粒径約３ｎｍの白金触媒を５０質量％担持させた触媒担持カ−ボン粉末とを、エタノールと水の混合分散媒（質量比で１：１）に分散させ、固形分濃度１４質量％の分散液（以下、電極用触媒分散液）を調製した。次に、電極用触媒分散液を、基材−膜−枠体接合体４０７Ａに対し、多層枠体４０６Ａの開口４２３Ａに露出する高分子電解質膜４０２Ａの全面を隙間なく覆うように、かつ、マスク体４０５Ａの上まではみ出るように（開口４２３Ａの周辺部にはみだすように）スプレーした（第１の触媒層塗工工程）。また、電極用触媒分散液を、基材−膜−枠体接合体４０７Ｂに対し、多層枠体４０６Ｂの開口４２３Ｂに露出する高分子電解質膜４０２Ｂの全面を隙間なく覆うように、かつ、マスク体４０５Ｂの上まではみ出るように（開口４２３Ｂの周辺部にはみだすように）スプレーした（第２の触媒層塗工工程）。かかる工程により、開口部４２３Ａ、４２３Ｂに露出する高分子電解質膜４０２の全面およびマスク体４０５Ａ、４０５Ｂの一部が電極用触媒分散液層４０８で覆われることとなった（図７−Ｃ）。
【００５６】
基材−膜−枠体接合体４０７Ａ、４０７Ｂの上で電極用触媒分散液層４０８Ａ、４０８Ｂを９０℃で３０分乾燥させ、マスク体４０５Ａ、４０５Ｂをはがした（第１の被覆部材除去工程、第２の被覆部材除去工程）。かかる工程により、枠体４０４Ａ、４０４Ｂの開口４２３Ａ、４２３Ｂに露出する高分子電解質膜４０２Ａ、４０２Ｂの全面がそれぞれ触媒層４０９Ａ（第１の触媒層）、４０９Ｂ（第２の触媒層）で覆われることとなった。かかる工程により、高分子電解質膜４０２Ａの上に枠体４０４Ａが積層され、枠体４０４Ａの開口４２３Ａに露出する高分子電解質膜４０２Ａの全面が触媒層４０９Ａにより隙間なく覆われた、膜−枠体−触媒層接合体４１０Ａが形成された。また、高分子電解質膜４０２Ｂの上に枠体４０４Ｂが積層され、枠体４０４Ｂの開口４２３Ｂに露出する高分子電解質膜４０２Ｂの全面が触媒層４０９Ｂにより隙間なく覆われた、膜−枠体−触媒層接合体４１０Ｂが形成された。以上の方法により、膜−枠体−触媒層接合体４１０Ａ、ＢがそれぞれＰＥＴ基材４０１Ａ、４０１Ｂの上に保持された、基材−膜−枠体−触媒層接合体４１１Ａ、４１１Ｂ（図７−Ｄ）を作製した。
［高分子電解質膜の貼り合わせ］
金属棒を、枠体４０４Ａ、４０４Ｂの切り欠き部分に嵌合する間隔で、板に垂直にはめ込み、ガイド枠を作製した。基材−膜−枠体−触媒層接合体４１１ＢをＰＥＴ基材４０１Ｂからはがし（第２の裏打ち部材除去工程）、得られた膜−枠体−触媒層接合体４１０Ｂを、枠体の切り欠きが金属棒と嵌合し、かつ高分子電解質膜４０２Ｂが上を向くように、ガイド枠に嵌め込んだ。さらに、基材−膜−枠体−触媒層接合体４１１ＡからＰＥＴ基材４０１Ａをはがし（第１の裏打ち部材除去工程）、得られた膜−枠体−触媒層接合体４１０Ａを、枠体の切り欠きが金属棒と嵌合し、かつ高分子電解質膜４０２Ａが下を向くように、ガイド枠に嵌め込んだ。膜−枠体−触媒層接合体４１０Ａ、４１０Ｂをガイド枠に沿って当接させ、ガイド枠から取り外して、約１５０℃、５０ｋｇ／ｃｍ２、２０分間のホットプレスにより接合した（高分子電解質膜当接工程）。接合により、高分子電解質膜４０２Ａ、４０２Ｂは一体化して一枚の高分子電解質膜４１２となった。接合後、枠体４０４Ａ、４０４Ｂからはみ出ている高分子電解質膜４１２を切り取った。切り欠きをガイド枠に嵌め合わせることにより、膜−枠体−触媒層接合体４１０Ａ、４１０Ｂを、外周にずれが生じないように重ねることができた。以上の方法により、高分子電解質膜４１２の両面の周縁部が枠体４０４Ａ、４０４Ｂにより補強され、枠体４０４Ａ、４０４Ｂの開口４２３Ａ、４２３Ｂに露出する高分子電解質膜４１２の全面が触媒層４０９により隙間なく覆われた、膜−触媒層接合体４１３（膜−電極接合体）を１枚作製した（図７−Ｅ）。
［ガス拡散層の形成］
厚さ約３００μｍのカーボンクロス基材の一方の面に、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン粒子とからなる厚さ約１０μｍの導電層を形成し、１０４ｍｍ角の正方形にトムソン型で打ち抜いて、導電層つきカーボンクロス４１４Ａ（第１のガス拡散層）、４１４Ｂ（第２のガス拡散層）を作製した。導電層つきカーボンクロス４１４Ａの導電層が触媒層４０９Ａに接し、かつ触媒層４０９Ａの全面を覆うように、導電層つきカーボンクロス４１４Ａを配設した（第１のガス拡散層形成工程）。また、導電層つきカーボンクロス４１４Ｂの導電層が触媒層４０９Ｂに接し、かつ触媒層４０９Ｂの全面を覆うように、導電層つきカーボンクロス４１４Ｂを配設した（第２のガス拡散層形成工程）。かかる工程により、一枚の高分子電解質膜４１２の両面の周縁部がそれぞれ枠体４０４Ａ、４０４Ｂにより補強され、枠体の開口４２３Ａ、４２３Ｂに露出する高分子電解質膜４１２の全面が触媒層４０９Ａ、４０９Ｂにより隙間なく覆われ、触媒層４０９Ａ、４０９Ｂの全面がそれぞれ導電層つきカーボンクロス４１４Ａ、４１４Ｂにより覆われた、膜−触媒層−ガス拡散層接合体４１５（膜−電極−ガス拡散層接合体）を１枚作製した（図７−Ｆ）。
［ガスケットとセパレータによる組み立て］
厚さが約１００μｍ、主面の一辺が１５０ｍｍの正方形であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製基材（以下、ＰＴＦＥ基材）を２枚用意し、一辺が１２０ｍｍの正方形の穴が中央に開くように、トムソン型で打ち抜いた。得られたＰＴＦＥ製の枠を、ガスケット４１９Ａ、４１９Ｂとして用いた。
【００５７】
また、厚さ２ｍｍ、主面の一辺が１５０ｍｍの正方形のカーボン製プレートを２枚用意し、それぞれについて一方の面に、幅５ｍｍ、間隔７ｍｍで蛇行した流路を刻み、流路４２２とした。得られた流路つきのカーボン製プレートを、セパレータ４２０Ａ、４２０Ｂとして用いた。
【００５８】
ガスケット４１９Ａ、４１９Ｂを、膜−触媒層−ガス拡散層接合体４１５の両面に、それぞれガス拡散層４１４Ａ、４１４Ｂを取り囲むように取り付けた。膜−電極−ガス拡散層接合体４１５およびガスケット４１９Ａ、４１９Ｂを、セパレータ４２０Ａ、４２０Ｂにより、それぞれの流路４２２がそれぞれガス拡散層４１４Ａ、４１４Ｂ側に接するように挟持させて接合した（図７−Ｇ）。以上の方法により、セル４２４が得られた。
［断面の確認］
以上のようにして得られたセル４２４を、開口４２３Ａ、４２３Ｂを通る直線に沿って切断し、断面を顕微鏡で観察した（図７−Ｇの拡大図部分）。図７−Ｇに示すように、触媒層４０９Ａと枠体４０４Ａの間には有意な隙間は認められなかった。ガス拡散層（導電層つきカーボンクロス４１４Ａ）とガスケット４１９Ａの間には、隙間４２１が認められたものの、隙間４２１は高分子電解質膜４１２に接していなかった。かかる構成により、ガス拡散層（導電層つきカーボンクロス４１４Ａ、４１４Ｂ）から高分子電解質膜４１２へ直接に（触媒層４０９Ａ、４０９Ｂを通過せずに）燃料ガスや酸化剤ガスが通流することを防止できることが確認された。
［変形例］
なお、外周にずれが生じないように重ねるためには、必ずしもガイド枠と切り欠きを用いる必要はなく、例えば位置合わせ用のマーク（トンボ等）を四隅に形成し、このマークをＣＣＤ等で確認しながら位置合わせを行っても好適な結果が得られた。
（比較例１）
比較例１は、高分子電解質膜の上に触媒層を形成し、その後で枠を取り付けるものである。図８−Ａ乃至図８−Ｅは、本発明の比較例１による膜−触媒層−ガス拡散層接合体の製造方法を模式的に示す工程図である。図８−Ａは、裏打ち部材の上に高分子電解質膜が保持された状態を示す図である。図８−Ｂは、高分子電解質膜に触媒層が塗工された状態を示す図である。図８−Ｃは、触媒層の外周に枠体が取り付けられた状態を示す図である。図８−Ｄは、高分子電解質膜同士が接合され、膜−電極接合体となった状態を示す図である。図８−Ｅは、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。図８−Ｆは、膜−電極−ガス拡散層接合体にガスケットとセパレータが接合されてセルとなった状態を示す図である。以下、図８−Ａ乃至図８−Ｆを参照しつつ、比較例１による膜−触媒層−ガス拡散層接合体の製造方法を詳細に説明する。
［膜の調製］
実施例と同様の方法により、ＰＥＴ基材と高分子電解質膜とからなる基材−膜接合体５０３Ａ、５０３Ｂ（図８−Ａ）を作製した。
［触媒層の塗工］
実施例と同様の方法により、電極用触媒分散液を調製した。次に、電極用触媒分散液を、基材−膜接合体５０３Ａ、５０３Ｂの一方の主面中央に、スクリーン印刷法により、印刷面が一辺が９８ｍｍの正方形となるように塗工した。基材−膜接合体５０３Ａ、５０３Ｂの上で電極用触媒分散液を９０℃で３０分乾燥させた。かかる工程より、高分子電解質膜の上に触媒層が積層されて、膜−触媒層接合体５１６Ａ、５１６Ｂが形成された。以上の方法により、膜−触媒層接合体がＰＥＴ基材の上に保持された、基材−膜−触媒層接合体５１７Ａ、５１７Ｂ（図８−Ｂ）を１枚作製した。
［枠の作製と取り付け］
厚さが約１００μｍ、主面の一辺が１５０ｍｍの正方形であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製基材（以下、ＰＴＦＥ基材）を用意し、一辺が１００ｍｍの正方形の穴（開口）が中央に開くように、ＰＴＦＥ基材をトムソン型で打ち抜いた。これにより、ＰＴＦＥ基材の枠体５０４Ａ、５０４Ｂが得られた。実施例１と同様に、枠体５０４Ａ、５０４Ｂの外周にガイド用の切り欠きを形成した。
【００５９】
基材−膜−触媒層接合体５１７Ａ、５１７Ｂの高分子電解質膜および触媒層が配設されている側の主面中央に、枠体５０４Ａ、５０４Ｂを、内周が触媒層５０９Ａ、５０９Ｂと重ならないように載せ、約１５０℃で２０分間熱プレスした。以上の方法により、ＰＥＴ基材の上に高分子電解質膜と枠体が順次積層され、枠体の開口の内側に触媒層が嵌め込まれた、基材−膜−枠体−触媒層接合体５１１Ａ、５１１Ｂを作成した（図８−Ｃ）。
［高分子電解質膜の貼り合わせ］
実施例と同様の方法で、基材−膜−枠体−触媒層接合体５１１Ａ、５１１ＢのそれぞれからＰＥＴ基材５０１をはがして高分子電解質膜５０２の側を貼り合わせた。貼り合わせにより、高分子電解質膜５１２の両面に枠体５０４Ａ、５０４Ｂが取り付けられ、その内側に触媒層５０９Ａ、５０９Ｂが嵌め込まれた、膜−触媒層接合体５１３（膜−電極接合体）を１枚作製した（図８−Ｄ）。
［ガス拡散層の形成］
実施例と同様の方法で、導電層つきカーボンクロス５１４Ａ、５１４Ｂを作製した。触媒層５０９Ａの上に、導電層が触媒層５０９Ａに接するように、導電層つきカーボンクロス５１４Ａを取り付け、触媒層５０９Ｂの上に、導電層が触媒層５０９Ｂに接するように、導電層つきカーボンクロス５１４Ｂを取り付け、膜−触媒層−ガス拡散層接合体５１５（膜−電極−ガス拡散層接合体）を１枚作製した（図８−Ｅ）。
［ガスケットとセパレータによる組み立て］
実施例と同様の方法で、ガスケット５１９Ａ、５１９Ｂおよびセパレータ５２０Ａ、５２０Ｂを作製し、膜−触媒層−ガス拡散層接合体５１５と接合させることで、セル５２４が得られた（図８−Ｆ）。
［断面の確認］
以上のようにして得られたセル５２４を、枠体５０４Ａ、５０４Ｂの開口の内側を通る直線に沿って切断し、断面を顕微鏡で観察した（図８−Ｆの拡大図部分）。図８−Ｆに示すように、断面には、ガス拡散層（導電層つきカーボンクロス５１４Ａ）とガスケット５１９Ａの間に生じた隙間５２１に加え、触媒層５０９Ａと枠体５０４Ａの内周との間にも１ｍｍ程度の隙間５１８が認められた。かかる構成では、ガス拡散層（導電層つきカーボンクロス５１４Ａ、５１４Ｂ）から高分子電解質膜５１２へ、隙間５１８を通って直接に（触媒層５０９Ａ、５０９Ｂを通過せずに）燃料ガスや酸化剤ガスが通流することが予想された。
（実施例１と比較例１の比較）
実施例１と比較例１に使用した高分子電解質膜では、その上に電極用触媒分散液を塗工すると、高分子電解質膜が大きく伸縮（２００ｍｍにつき１０〜２０ｍｍ程度）するものであった。また、伸縮の程度は湿度や膜の厚さ等によって大きく変化し、どの程度伸縮するかを予測することは困難であった。
【００６０】
比較例１では、高分子電解質膜に枠を取り付ける前に触媒層を塗工した。伸縮の程度を踏まえると、触媒層と枠が重ならないようにするには、触媒層を最低でも両側１ｍｍずつ枠より小さく形成する必要があり、必然的に隙間が生じることになった。
【００６１】
一方、実施例１では、高分子電解質膜の上に触媒層を塗工する前に枠を取り付け、枠に一部重なるように触媒層を塗工した。かかる方法により、触媒層と枠体の間に隙間も重なりもなく（枠体の内周と触媒層の外周が隙間なく接しており）、触媒層と枠体とが密に接する構造を容易に作製できた。また、補強部材には触媒層がはみ出さないため、補強部材とガス拡散層の接着性が向上した。はみ出した触媒層を被覆部材と共に回収して再利用すれば、触媒の無駄も防止できることが示唆された。単体の高分子電解質膜に触媒層を塗工すると、伸縮によりしわが生じ、その後の加工が困難となる場合がある。実施例１では、ＰＥＴ基材上に高分子電解質膜を固定したまま、触媒層を塗工することで、しわの発生を効果的に防止できた。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の膜−電極接合体の製造方法は、高分子電解質膜の周縁部に補強部材が配設され、補強部材の内側に隙間なく触媒層が形成され、スタック組み立て時の押圧により触媒層にゆがみや破損の生じにくい膜−電極接合体を効率よく製造する方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１−Ａ】本発明の第１実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜のみの状態を示す図である。
【図１−Ｂ】本発明の第１実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜に補強部材が取り付けられる工程を示す図である。
【図１−Ｃ】本発明の第１実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、補強部材の上から触媒層が塗工されて膜−電極接合体となった状態を示す図である。
【図１−Ｄ】本発明の第１実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の膜−電極接合体製造方法により作製された膜−電極−ガス拡散層接合体の使用状態における断面を示す模式図である。
【図３−Ａ】本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜のみの状態を示す図である。
【図３−Ｂ】本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜に補強部材と被覆部材が取り付けられる工程を示す図である。
【図３−Ｃ】本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、被覆部材の上から触媒層が塗工された状態を示す図である。
【図３−Ｄ】本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、被覆部材が除去された状態を示す図である。
【図３−Ｅ】本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態の膜−電極接合体製造方法により作製された膜−電極−ガス拡散層接合体の使用状態における断面を示す模式図である。
【図５−Ａ】本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜のみの状態を示す図である。
【図５−Ｂ】本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜に補強部材と被覆部材が取り付けられる工程を示す図である。
【図５−Ｃ】本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、被覆部材の上から触媒層が塗工された状態を示す図である。
【図５−Ｄ】本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、被覆部材が除去された状態を示す図である。
【図５−Ｅ】本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜同士が接合され、膜−電極接合体となった状態を示す図である。
【図５−Ｆ】本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態の膜−電極接合体製造方法により作製された膜−電極−ガス拡散層接合体の使用状態における断面を示す模式図である。
【図７−Ａ】本発明の実施例１による膜−触媒層−ガス拡散層接合体の製造方法を模式的に示す工程図であって、裏打ち部材の上に高分子電解質膜が保持された状態を示す図である。
【図７−Ｂ】本発明の実施例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜に補強部材と被覆部材が取り付けられた状態を示す図である。
【図７−Ｃ】本発明の実施例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、被覆部材の上から触媒層が塗工された状態を示す図である。
【図７−Ｄ】本発明の実施例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、被覆部材が除去された状態を示す図である。
【図７−Ｅ】本発明の実施例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜同士が接合され、膜−電極接合体となった状態を示す図である。
【図７−Ｆ】本発明の実施例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。
【図７−Ｇ】本発明の実施例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、膜−電極−ガス拡散層接合体にガスケットとセパレータが接合されてセルとなった状態を示す図である。
【図８−Ａ】本発明の比較例１による膜−触媒層−ガス拡散層接合体の製造方法を模式的に示す工程図であって、裏打ち部材の上に高分子電解質膜が保持された状態を示す図である。
【図８−Ｂ】本発明の比較例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜に触媒層が塗工された状態を示す図である。
【図８−Ｃ】本発明の比較例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、触媒層の外周に枠体が取り付けられた状態を示す図である。
【図８−Ｄ】本発明の比較例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、高分子電解質膜同士が接合され、膜−電極接合体となった状態を示す図である。
【図８−Ｅ】本発明の比較例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、触媒層の上にガス拡散層が形成されて膜−電極−ガス拡散層接合体となった状態を示す図である。
【図８−Ｆ】本発明の比較例１による膜−電極接合体製造方法の一例を模式的に示す工程図であって、膜−電極−ガス拡散層接合体にガスケットとセパレータが接合されてセルとなった状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０２  高分子電解質膜
１０４Ａ、１０４Ｂ  補強部材
１０９Ａ、１０９Ｂ  触媒層
１１３  膜−電極接合体
１１４Ａ、１１４Ｂ  ガス拡散層
１１５  膜−電極−ガス拡散層接合体
１１９Ａ、１１９Ｂ  ガスケット
１２０Ａ、１２０Ｂ  セパレータ
１２１  隙間
１２２  流路
１２３Ａ、１２３Ｂ  開口
２０２  高分子電解質膜
２０４Ａ、２０４Ｂ  補強部材
２０５Ａ、２０５Ｂ  被覆部材
２０６Ａ、２０６Ｂ  複合部材
２０８Ａ、２０８Ｂ  触媒分散液層
２０９Ａ、２０９Ｂ  触媒層
２１３  膜−電極接合体
２１４Ａ、２１４Ｂ  ガス拡散層
２１５  膜−電極−ガス拡散層接合体
２１９Ａ、２１９Ｂ  ガスケット
２２０Ａ、２２０Ｂ  セパレータ
２２１  隙間
２２２  流路
２２３Ａ、２２３Ｂ  開口
３０２Ａ、３０２Ｂ  高分子電解質膜
３０４Ａ、３０４Ｂ  補強部材
３０５Ａ、３０５Ｂ  被覆部材
３０６Ａ、３０６Ｂ  複合部材
３０８Ａ、３０８Ｂ  触媒分散液層
３０９Ａ、３０９Ｂ  触媒層
３１２  高分子電解質膜
３１３  膜−電極接合体
３１４Ａ、３１４Ｂ  ガス拡散層
３１５  膜−電極−ガス拡散層接合体
３１９Ａ、３１９Ｂ  ガスケット
３２０Ａ、３２０Ｂ  セパレータ
３２１  隙間
３２２  流路
３２３  開口
４０１Ａ、４０１Ｂ  ＰＥＴ基材
４０２Ａ、４０２Ｂ  高分子電解質膜
４０３Ａ、４０３Ｂ  基材−膜接合体
４０４Ａ、４０４Ｂ  枠体
４０５Ａ、４０５Ｂ  マスク体
４０６Ａ、４０６Ｂ  多層枠体
４０７Ａ、４０７Ｂ  基材−膜−枠体接合体
４０８Ａ、４０８Ｂ  電極用触媒分散液層
４０９Ａ、４０９Ｂ  触媒層
４１０Ａ、４１０Ｂ  膜−枠体−触媒層接合体
４１１Ａ、４１１Ｂ  基材−膜−枠体−触媒層接合体
４１２  高分子電解質膜
４１３  膜−触媒層接合体
４１４Ａ、４１４Ｂ  導電層つきカーボンクロス
４１５  膜−触媒層−ガス拡散層接合体
４１９Ａ、４１９Ｂ  ガスケット
４２０Ａ、４２０Ｂ  セパレータ
４２１  隙間
４２２  流路
４２３Ａ、４２３Ｂ  開口
４２４  セル
５０１Ａ、５０１Ｂ  ＰＥＴ基材
５０２Ａ、５０２Ｂ  高分子電解質膜
５０３Ａ、５０３Ｂ  基材−膜接合体
５０４Ａ、５０４Ｂ  枠体
５０９Ａ、５０９Ｂ  触媒層
５１１Ａ、５１１Ｂ  基材−膜−枠体−触媒層接合体
５１２  高分子電解質膜
５１３  膜−触媒層接合体
５１４Ａ、５１４Ｂ  導電層つきカーボンクロス
５１５  膜−触媒層−ガス拡散層接合体
５１６Ａ、５１６Ｂ  膜−触媒層接合体
５１７Ａ、５１７Ｂ  基材−膜−触媒層接合体
５１８  隙間
５１９Ａ、５１９Ｂ  ガスケット
５２０Ａ、５２０Ｂ  セパレータ
５２１  隙間
５２２  流路
５２４  セル
【図１−Ａ】
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【図１−Ｂ】
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【図１−Ｃ】
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【図１−Ｄ】
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【図２】
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【図３−Ａ】
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【図３−Ｂ】
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【図３−Ｃ】
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【図３−Ｄ】
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【図３−Ｅ】
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【図４】
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【図５−Ａ】
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【図５−Ｂ】
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【図５−Ｃ】
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【図５−Ｄ】
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【図５−Ｅ】
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【図５−Ｆ】
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【図６】
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【図７−Ａ】
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【図７−Ｂ】
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【図７−Ｃ】
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【図７−Ｄ】
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【図７−Ｅ】
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【図７−Ｆ】
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【図７−Ｇ】
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【図８−Ａ】
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【図８−Ｂ】
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【図８−Ｃ】
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【図８−Ｄ】
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【図８−Ｅ】
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【図８−Ｆ】
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