(57)【要約】【課題】帯状の電解質膜を用いてガス拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ）を製造する際に、ＭＥＧＡとして利用されずに廃棄される部分を削減する。【解決手段】ＭＥＧＡの製造方法は、帯状の電解質膜（２２）上に触媒電極層（２８）が形成された膜電極接合体（１０）を用意する工程と、膜電極接合体に形成した触媒電極層上において、長尺方向に複数のガス拡散層（２８）を接合して積層体を得る工程であって、ガス拡散層として、該ガス拡散層の外周において長尺方向に垂直な方向の辺の中央の位置を含むように切り欠き部（２７）が設けられたガス拡散層を用いる工程と、各々のガス拡散層の位置を切り欠き部の検出によって検知する工程と、切り欠き部の位置を検出した結果に基づいて積層体を裁断する工程と、を備える。【選択図】図７
2017054580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法であって、
帯状の電解質膜上に触媒電極層が形成された膜電極接合体を用意する工程と、
前記膜電極接合体に形成した前記触媒電極層上において、前記電解質膜の長尺方向に複数のガス拡散層を接合して積層体を得る工程であって、前記ガス拡散層として、該ガス拡散層の外周において、前記電解質膜上に配置したときに前記長尺方向に垂直な方向になる辺の中央の位置を含むように、切り欠き部が設けられたガス拡散層を用いる工程と、
前記膜電極接合体上に接合された各々の前記ガス拡散層の位置を、前記切り欠き部を検出することによって検知する工程と、
前記切り欠き部の位置を検出した結果に基づいて、各々の前記ガス拡散層の外周近傍の特定の位置で前記積層体を裁断する工程と、
を備えるガス拡散層付き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、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の両側に配置された一対の電極層と、電極層の外側に配置された一対のガス拡散層と、を備えるガス拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assemblyとも呼ぶ）を構成要素として有する。このようなＭＥＧＡを製造する方法としては、帯状の電解質膜上において、電解質膜の長手方向に一定の間隔を空けて、所定形状の電極層およびガス拡散層を積層して接合し、その後、積層したガス拡散層の外周に沿って裁断して、個々のＭＥＧＡを得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２５４６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６５５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記裁断の際には、裁断位置を特定するために、帯状の電解質膜上に接合した隣り合うガス拡散層間の隙間を検知する。このとき、隣り合うガス拡散層間の隙間を検知するためには、隣り合うガス拡散層間の隙間の大きさをある程度以上確保する必要がある。また、電解質膜上にガス拡散層を配置する際に生じるばらつきを考慮すると、隣り合うガス拡散層間の隙間の大きさには、さらにゆとりを持たせる必要がある。しかしながら、ガス拡散層間の隙間を大きくすると、帯状の電解質膜において、ＭＥＧＡとして利用されずに廃棄される部分の割合が大きくなり、歩留まりが低下してコストの上昇を引き起こす。そのため、ＭＥＧＡを製造する際に、帯状の電解質膜においてＭＥＧＡとして利用されずに廃棄される部分の削減が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法が提供される。このガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法は、帯状の電解質膜上に触媒電極層が形成された膜電極接合体を用意する工程と；前記膜電極接合体に形成した前記触媒電極層上において、前記電解質膜の長尺方向に複数のガス拡散層を接合して積層体を得る工程であって、前記ガス拡散層として、該ガス拡散層の外周において、前記電解質膜上に配置したときに前記長尺方向に垂直な方向になる辺の中央の位置を含むように、切り欠き部が設けられたガス拡散層を用いる工程と；前記膜電極接合体上に接合された各々の前記ガス拡散層の位置を、前記切り欠き部を検出することによって検知する工程と；前記切り欠き部の位置を検出した結果に基づいて、各々の前記ガス拡散層の外周近傍の特定の位置で前記積層体を裁断する工程と；を備える。
【０００７】
この形態のガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法によれば、切り欠き部が形成されたガス拡散層を用いており、ガス拡散層付き膜電極接合体を得るために、帯状の電解質膜を備える積層体を裁断する際に、膜電極接合体上におけるガス拡散層の位置を、切り欠き部において検出している。このように、電解質膜の長尺方向に垂直な方向になる辺の中央の位置を含むように設けた切り欠き部においてガス拡散層の位置を検出するため、検出時には、ガス拡散層間の距離として、切り欠き部の深さを含めた距離が確保される。そのため、ガス拡散層の位置を検出する精度を確保するために、隣り合うガス拡散層間に設定すべき距離をより短くすることが可能になる。その結果、ガス拡散層付き膜電極接合体を得るために積層体を裁断する際に、電解質膜を含む積層体において、ガス拡散層付き膜電極接合体として利用されずに残る部分の割合を低減することが可能になる。
【０００８】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法を備える燃料電池の製造方法や、ガス拡散層付き膜電極接合体の製造装置などの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガス拡散層付き膜電極接合体の製造方法を表わす工程図である。
【図２】ガス拡散層付き膜電極接合体を製造する様子を模式的に表わす説明図である。
【図３】ガス拡散層付き膜電極接合体の製造途中の様子を模式的に表わす側面図である。
【図４】アノード側ガス拡散層の位置を検出する様子を表わす説明図である。
【図５】積層体を裁断する様子を模式的に表わす説明図である。
【図６】アノード側ガス拡散層の形状を表わす平面図である。
【図７】積層体を表わす平面図である。
【図８】積層体を表わす平面図である。
【図９】帯状の積層体（電解質膜）における廃棄部分を示す説明図である。
【図１０】ＭＥＡ上に配置されたアノード側ガス拡散層が回転方向にずれた様子を表わす平面図である。
【図１１】変形例としてのアノード側ガス拡散層の形状を表わす平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．ＭＥＧＡの製造工程：
図１は、本発明の実施形態としてのガス拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ）の製造方法を表わす工程図である。図２は、製造装置１５を用いてＭＥＧＡを製造する様子を模式的に表わす説明図である。図３は、ＭＥＧＡの製造途中の様子を表わす断面模式図である。
【００１１】
ガス拡散層付き膜電極接合体を製造する際には、まず、帯状の膜電極接合体１０を用意する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００で用意した膜電極接合体１０の様子を、図３(Ａ）に示す。図３(Ａ）に示すように、膜電極接合体１０は、電解質膜２２と、アノード側触媒電極層２４と、カソード側触媒電極層２６と、を備えている。電解質膜２２は、帯状、すなわち、長尺状の矩形に形成されており、図３は、電解質膜２２の長尺方向に平行な断面の様子を表わす。電解質膜２２の一方側の面には、電解質膜２２と同一形状および同一サイズのアノード側触媒電極層２４が設けられている。電解質膜２２の他方側の面における周辺部を除く領域には、略矩形のカソード側触媒電極層２６が複数、設けられている。なお、複数のカソード側触媒電極層２６は、電解質膜２２の長尺方向に等間隔で配列されている。アノード側触媒電極層２４と電解質膜２２とカソード側触媒電極層２６とから構成される膜電極接合体１０を、ＭＥＡ（Membrane-Electrode Assembly ）１０とも呼ぶ。
【００１２】
電解質膜２２は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なイオン伝導性を示す。具体的には、例えば、側鎖末端にスルホ基（−ＳＯ３Ｈ基）を有するパーフルオロスルホン酸ポリマから成る膜を用いることができる。ただし、炭化水素系の高分子電解質膜など、他種のイオン交換膜を用いることも可能である。
【００１３】
アノード側触媒電極層２４およびカソード側触媒電極層２６は、電気化学反応を進行する触媒金属を担持するカーボン粒子と、プロトン伝導性を有する高分子電解質と、を備えている。触媒金属としては、例えば、白金や、白金とルテニウムなどの他の金属とから成る白金合金を用いることができる。本実施形態では、アノード側触媒電極層２４は、転写フィルム上に触媒電極層を形成した後に、この触媒電極層を電解質膜２２の一方の面上に圧着により転写することにより形成している。また、カソード側触媒電極層２６は、アノード側触媒電極層２４を形成した電解質膜２２の他方の面上に、触媒金属を担持したカーボン粒子や高分子電解質を分散させた触媒インクを塗布することにより形成している。これらの触媒電極層の形成方法は、双方を転写により形成したり、双方を触媒インクの塗布により形成する等、異なる方法を採用してもよい。
【００１４】
上記ステップＳ１００と共に、さらに、切り欠き部２７を有するアノード側ガス拡散層２８を用意する（ステップＳ１１０）。アノード側ガス拡散層２８は、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、発泡金属や金属メッシュなどの金属製部材や、カーボンクロスやカーボンペーパなどのカーボン製部材により形成することができる。アノード側ガス拡散層２８の形状は、後述する図６に示しており、アノード側ガス拡散層２８の詳しい構成については後述する。なお、アノード側ガス拡散層２８における一方の面（アノード側触媒電極層２４に接合する面）には、常温での加圧による接合を可能にする接着性ＭＰＬ（ＭＰＬ：Micro Porous Layer）が塗られている。
【００１５】
次に、膜電極接合体１０におけるアノード側触媒電極層２４上にアノード側ガス拡散層２８を接合して、膜電極接合体１０およびアノード側ガス拡散層２８から成る積層体１２を形成する（ステップＳ１２０）。膜電極接合体１０に対してアノード側ガス拡散層２８を投入して接合する様子を、図２に示している。また、アノード側ガス拡散層２８を接合して得た積層体１２の様子を、図３（Ｂ）に示す。アノード側ガス拡散層２８は、カソード側触媒電極層２６よりも大きな平面形状を有しており、積層体１２の積層方向に投影したときに、各々のアノード側ガス拡散層２８の外周が、対応するカソード側触媒電極層２６の外周全体よりも外側に位置するように配置される。図２（Ｂ）では、電解質膜２２の一方の面（図２において表われている面）に設けられたカソード側触媒電極層２６の記載は省略しており、電解質膜２２の他方の面側に接合されたアノード側ガス拡散層２８を、破線で示している。以下の説明では、積層体１２において、カソード側触媒電極層２６が形成された側の面を表面とも呼び、アノード側ガス拡散層２８が接合された側の面を裏面とも呼ぶ。
【００１６】
次に、積層体１２上に接合された各アノード側ガス拡散層２８の位置を検知する（ステップＳ１３０）。図２に示すように、製造装置１５において帯状の電解質膜２２は、一定の方向に搬送されつつ、特定の位置でアノード側ガス拡散層２８の接合が行なわれる。そして、アノード側ガス拡散層２８の接合位置よりも下流側の特定の位置で、センサ３０によって、アノード側ガス拡散層２８の位置が検知される。本実施形態のセンサ３０は、ＣＣＤカメラを備える。本実施形態では、上記カメラにより、アノード側ガス拡散層２８が接合された積層体１２の裏面を、面に対して垂直な方向から連続的に撮像し、撮像した画像のデータを、製造装置１５が備える制御部１８（図２参照）が解析することにより、アノード側ガス拡散層２８の位置を検知している。
【００１７】
図４は、センサ３０によってアノード側ガス拡散層２８の位置を検出する様子を表わす説明図である。図４では、積層体１２を、図３と同様に長尺方向に平行な断面の様子として表わしている。また、図４では、積層体１２が搬送される方向を、白抜き矢印によって示している。さらに、図４（Ａ）では、アノード側触媒電極層２４上に設けられた隣り合うガス拡散層２８間の隙間の長さを、距離Ｇ1として示しており、図４（Ｂ）では、後の工程で積層体１２を裁断して後述する積層体４０とする範囲を、裁断範囲Ｒmegaとして示している。
【００１８】
制御部１８は、センサ３０が撮像した画像データを解析することにより、一定の方向に搬送される積層体１２の裏面において、アノード側ガス拡散層２８が配置されている領域と、配置されていない領域との境界、すなわち、アノード側ガス拡散層２８の端部の位置を検出する。このようにアノード側ガス拡散層２８の端部を検出するためには、隣り合うアノード側ガス拡散層２８の間で、アノード側ガス拡散層２８が存在しないことを確実に検出（認識）する必要がある。このように、アノード側ガス拡散層２８が存在しないことを検出する（アノード側ガス拡散層２８の存在を検出する信号をオフにする）ためには、積層体１２の搬送速度やセンサ３０の感度等に応じて、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離として確保すべき距離を定める必要がある。また、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間で確保すべき距離は、ステップＳ１２０においてＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際の位置決め精度の影響も受ける。そのため、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間で確保すべき距離は、位置ずれによりアノード側ガス拡散層２８間の距離が最も短くなった場合であっても、上記のようにアノード側ガス拡散層２８の検出信号をオフにするために必要な距離が確保できるように設定する必要がある。
【００１９】
以上より、ステップＳ１２０においてＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際に目標値とする、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離Ｇ1は、以下のように設定すればよいといえる。すなわち、センサ３０による検出に必要な（アノード側ガス拡散層２８の検出信号をオフにするために必要な）アノード側ガス拡散層２８間の最小限の距離を、「センサ要求距離ａ」とする。そして、アノード側ガス拡散層２８をＭＥＡ１０上に接合する（配置する）際の位置ずれに起因して、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離が最小となるときの距離の設定値からのずれを、「最大ずれ長ｂ」とする。この「最大ずれ長ｂ」は、各々のアノード側ガス拡散層２８がＭＥＡ１０の長尺方向（ＭＥＡ１０の搬送方向）に位置ずれする最大値と考えられる値の２倍である。このとき、ステップＳ１２０の接合時における隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離Ｇ1の目標値は、以下の（１）式のように設定すればよい。
【００２０】
距離Ｇ1  ≧  （センサ要求距離ａ）＋（最大ずれ長ｂ）      …（１）
【００２１】
なお、上記した「最大ずれ長ｂ」とは、ＭＥＡ１０上に接合された隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離と、ＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際に隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離の目標とした距離と、の差が、これ以上大きくなり得ないことを意味するわけではない。「最大ずれ長ｂ」は、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離を大きく設定し過ぎることによるコストの上昇等を考慮しつつ、この「最大ずれ長ｂ」を超えて位置ずれするアノード側ガス拡散層２８の割合が許容できる程度に十分に少なくなるように、適宜設定すればよい。「最大ずれ長ｂ」は、例えば、ＭＥＡ１０上に接合された隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離を測定して、この測定値と目標値との差を算出して統計処理して得られる２σ（σは標準偏差）の値とすることができる。ただし、以下では、説明の簡素化のために、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離が「最大ずれ長ｂ」を超えないものとして説明する。後述する回転方向の位置ずれ量の最大値や、裁断時の位置ずれ量の最大値についても同様とする。
【００２２】
図５は、積層体１２を裁断して積層体４０を得る様子を模式的に表わす説明図である。ステップＳ１３０でアノード側ガス拡散層２８の位置を検知した後には、検知した位置に基づいて、特定の位置で積層体１２を裁断して、矩形の積層体４０を得る（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０における切断に位置は、図４に示すように個々のアノード側ガス拡散層２８の外周よりも内側の位置であり、裁断により得られる積層体４０は、電解質膜２２と、アノード側触媒電極層２４と、カソード側触媒電極層２６と、アノード側ガス拡散層２８と、を備える。この積層体４０は、燃料電池を構成する個々の単セルを製造するために用いられる。
【００２３】
積層体１２を裁断して積層体４０を得た後には、積層体４０におけるカソード側触媒電極層２６上に、アノード側ガス拡散層２８と同様に構成されたカソード側ガス拡散層を接合して、ガス拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ）を完成する（ステップＳ１５０）。ＭＥＧＡを得た後には、例えば、その両側からガスセパレータで挟持して単セルを作製し、複数の単セルを直列に積層することにより、燃料電池を製造することができる。
【００２４】
なお、ステップＳ１３０においてアノード側ガス拡散層２８の位置を検出するための画像解析を行なう制御部１８は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。この制御部１８は、センサ３０、および図示しない各種スイッチやセンサからの出力を受信すると共に、ＭＥＡ１０および積層体１２の搬送に係る搬送部が備える各種ローラ等や、積層体１２の裁断を行なう図示しない裁断部に対して駆動信号を出力する。
【００２５】
Ｂ．ガス拡散層の形状と位置検出：
図６は、アノード側ガス拡散層２８の形状を表わす平面図である。アノード側ガス拡散層２８は、全体として略矩形形状に形成されているが、対向する２辺である辺２９ａ，２９ｂの各々に、略矩形の切り欠き部２７が形成されている。具体的には、アノード側ガス拡散層２８をＭＥＡ１０上に配置したときにＭＥＡ１０の長尺方向に垂直な方向になる辺、すなわち、複数のアノード側ガス拡散層２８をＭＥＡ１０上に配置したときに隣り合うアノード側ガス拡散層２８間で対向する辺である辺２９ａ，２９ｂの中央の位置を含むように、切り欠き部２７が設けられている。図６では、上記ＭＥＡ１０の長尺方向（ＭＥＡ１０の搬送方向）を、白抜き矢印により示している。
【００２６】
図６では、略矩形に形成した切り欠き部２７の幅（辺２９ａ，２９ｂに平行な方向の長さ）を幅Ｗと表わし、切り欠き部２７の深さ（辺２９ａ，２９ｂに垂直な方向の長さ）を深さＤと表わしている。また、図６では、辺２９ａ，２９ｂの中央の位置を結んだ直線を、直線Ｌsとして一点鎖線で示している。本実施形態では、辺２９ａ，２９ｂの中央の位置を結んだ直線と、帯状のＭＥＡ１０において長尺方向に垂直な方向の中央の位置を結んだ直線と、が重なるように、ＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を配置している。そして、既述したステップＳ１３０では、上記直線Ｌsに沿って、センサ３０を用いてアノード側ガス拡散層２８の位置の検知を行なっている。そのため、以下の説明では、帯状のＭＥＡ１０において長尺方向に垂直な方向の中央の位置を結んだ直線を、検出線Ｌsとも呼ぶ。
【００２７】
図７は、アノード側ガス拡散層２８が配設された側から積層体１２を見た様子を表わす平面図である。図７(Ａ）では、検出線Ｌs上における、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の隙間の長さを、距離Ｇ1として示している。検出線Ｌs上における、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の隙間の長さとは、切り欠き部２７における、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の隙間の長さともいえる。また、図７では、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離が最も短くなる箇所での距離を、距離Ｇ2として示している。既述した（１）式に示したように、センサ３０によってアノード側ガス拡散層２８の位置を安定して検出するためには、距離Ｇ1の目標値としては、「センサ要求距離ａ」と「最大ずれ長ｂ」との合計であるａ＋ｂ以上の距離が設定されていることが望ましい。
【００２８】
図７（Ｂ）は、ステップＳ１２０においてＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際に生じた搬送方向の位置ずれにより、隣り合うアノード側ガス拡散層２８の辺２９ａと辺２９ｂとが接して、距離Ｇ2＝０となる様子を表わす。このような場合には、検出線Ｌs上における、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離である距離Ｇ1は、切り欠き部２７の深さＤ（図６参照）の２倍の長さ（以下、長さ２Ｄとも呼ぶ）となる。このとき、以下の（２）式を満たして、長さ２Ｄが既述した「センサ要求距離ａ」以上であれば、図７（Ｂ）の状態となっても、アノード側ガス拡散層２８の位置を検出することができる。
【００２９】
２Ｄ  ≧  センサ要求距離ａ  …（２）
【００３０】
上記のような位置ずれを考慮して、本実施形態では、ステップＳ１２０においてＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際に目標値として設定する隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離（距離Ｇ2の目標値）は、以下の（３）式に示すように、「最大ずれ長ｂ」以上の長さに設定している。
【００３１】
距離Ｇ2  ≧  最大ずれ長ｂ    …（３）
【００３２】
これにより、アノード側ガス拡散層２８の接合時の位置ずれに起因して、隣り合うアノード側ガス拡散層２８同士が重なることを抑えることができる。また、本実施形態では、アノード側ガス拡散層２８に形成した切り欠き部２７は、（２）式に示したように、深さＤの２倍の長さである長さ２Ｄが、「センサ要求距離ａ」以上の長さになるように形成されている。これにより、アノード側ガス拡散層２８の接合時の位置ずれが「最大ずれ長ｂ」になって、隣り合うアノード側ガス拡散層２８の外周同士が接する場合であっても（図７（Ｂ））、センサ３０によるアノード側ガス拡散層２８の検出を良好に行なうことが可能になる。このようにして、本実施形態では、検出線Ｌs上における、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離である距離Ｇ1として、ａ＋ｂ以上の距離を確保している（（１）式を満たしている）。
【００３３】
以上のように構成された本実施形態のガス拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ）の製造方法によれば、アノード側ガス拡散層２８として切り欠き部２７が形成されたガス拡散層を用いており、ＭＥＧＡを得るために帯状の積層体１２を裁断する際に、積層体１２上におけるアノード側ガス拡散層２８の位置を、切り欠き部２７において検出している。このように、アノード側ガス拡散層２８の位置を検出するための検出線Ｌs上において、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離Ｇ1を、切り欠き部２７の深さを含めて確保している。そのため、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離である距離Ｇ2を、より短くすることが可能になり、帯状の積層体１２（帯状の電解質膜２２）において、ＭＥＧＡを製造する際にＭＥＧＡとして利用されずに廃棄される部分を削減することが可能になる。
【００３４】
図８は、実施形態の積層体１２と同様にして用いる積層体１１２であって、アノード側ガス拡散層２８に代えて、切り欠き部２７を有しない矩形のアノード側ガス拡散層１２８を用いた積層体１１２の様子を、図７と同様にして表わす平面図である。ここでは、検出線Ｌs上における、隣り合うアノード側ガス拡散層１２８間の隙間の長さである距離Ｇ1と、隣り合うアノード側ガス拡散層１２８間の距離が最も短くなる箇所での距離Ｇ2と、が等しくなる。そのため、センサ３０によるアノード側ガス拡散層１２８の位置の検出を良好に行なうためには、ＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層１２８を接合する際に、以下の（４）式を満たすことが求められる。
【００３５】
距離Ｇ1＝距離Ｇ2  ≧  （センサ要求距離ａ）＋（最大ずれ長ｂ）  …（４）
【００３６】
これに対して、本実施形態の積層体１２では、（３）式に示したように、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離Ｇ2の目標値として、「最大ずれ長ｂ」以上の距離を設定すればよいため、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離をより小さくできる。
【００３７】
図９は、帯状の積層体１２（電解質膜２２）における、積層体４０として利用される部分および廃棄部分を示す説明図である。積層体１２において積層体４０として利用される部分の割合である歩留まりは、以下の（５）式で表わすことができる。
【００３８】
歩留まり（％）
＝（打ち抜いた積層体４０の面積の合計）／（積層体１２の全面積）…（５）
（ここで、「積層体１２の全面積」は、「打ち抜いた積層体４０の面積の合計」と「廃棄部分の合計」の和である。）
【００３９】
図９では、積層体１２においてステップＳ１４０の裁断工程で積層体４０を打ち抜く箇所を白抜きの矩形により表わしている。そして、１つの積層体４０当たりの廃棄部分を、廃棄部分Ｒaとしてハッチを付して示している。本実施形態によれば、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離Ｇ2をより小さく設定できるため、廃棄部分Ｒaをより小さくして、上記歩留まりを向上させることができる。
【００４０】
以下では、本実施形態によれば廃棄部分Ｒaをより小さくできることについて、アノード側ガス拡散層２８を接合する際に生じる回転方向の位置ずれをさらに考慮して説明する。図６および図７に示すように、本実施形態では、積層体４０を得るために積層体１２を裁断する際には、アノード側ガス拡散層２８の外周よりも内側において裁断する。すなわち、積層体１２の裁断位置（以下、積層体４０の外周位置とも呼ぶ）とアノード側ガス拡散層２８の外周との間は離間しており、積層体４０は、アノード側ガス拡散層２８において切り欠き部２７が形成される部位を含まない。図６に示すように、積層体４０の外周位置とアノード側ガス拡散層２８の外周との間の、搬送方向の距離（切り欠き部２７を考慮しない最長距離）を、距離Ｍ1と呼ぶ。また、積層体４０の外周位置とアノード側ガス拡散層２８の外周との間の、搬送方向に垂直な方向の距離を、距離Ｍ2と呼ぶ。距離Ｍ1およびＭ2は、ステップＳ１４０の裁断時における位置ずれ量と、ステップＳ１２０でＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際に生じるアノード側ガス拡散層２８における回転方向の位置ずれ量と、に基づいて設定されている。本実施形態における上記した廃棄部分Ｒaの削減には、特に、搬送方向の距離である上記距離Ｍ1が関係するため、以下ではＭ1について説明する。
【００４１】
図１０は、ＭＥＡ１０上に配置されたアノード側ガス拡散層２８が回転方向にずれた様子を表わす平面図である。本実施形態では、このようにアノード側ガス拡散層２８が回転方向にずれた場合であっても、アノード側ガス拡散層２８の外周よりも内側において裁断できるように、距離Ｍ1が設定されている。具体的には、距離Ｍ1は、ステップＳ１４０の裁断時における搬送方向の位置ずれ量と、ステップＳ１２０でＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際にアノード側ガス拡散層２８において生じる回転方向の位置ずれ量の搬送方向成分と、に基づいて設定されている。
【００４２】
ここで、ステップＳ１４０の裁断時における搬送方向の位置ずれ量（設定した目標位置に対する、実際に切断された位置のずれ量）として考えられる最大値を、「最大ずれ長ｃ」とする。また、ＭＥＡ１０上にアノード側ガス拡散層２８を接合する際に生じるアノード側ガス拡散層２８における回転方向の位置ずれ量のうちの、搬送方向の成分を、「ずれ長ｄ」とする。この場合には、距離Ｍ1は、以下の（６）式を満たせばよい。
【００４３】
距離Ｍ1  ≧  （最大ずれ長ｃ）＋（ずれ長ｄ）    …（６）
【００４４】
上記した位置ずれ量のうち、裁断時における搬送方向の位置ずれ量である「最大ずれ長ｃ」は、アノード側ガス拡散層２８全体で一様となるが、回転方向の位置ずれ量のうちの搬送方向の成分である「ずれ長ｄ」は、アノード側ガス拡散層２８の場所によって異なる。具体的には、アノード側ガス拡散層２８の中心付近ほど「ずれ長ｄ」は小さくなり、中心から離間するほど「ずれ長ｄ」は大きくなる。搬送方向に垂直な辺２９ａ、２９ｂにおいては、辺の中央近傍では「ずれ長ｄ」は小さくなり、辺の中央から離間するほど「ずれ長ｄ」は大きくなる。以下では、アノード側ガス拡散層２８全体における「ずれ長ｄ」の最大値（アノード側ガス拡散層２８の角部における搬送方向のずれ量）を、「最大ずれ長ｄmax」とも呼ぶ。また、辺２９ａ、２９ｂの中央における上記「ずれ長ｄ」の最大値を、「中央ずれ長ｄmin」とも呼ぶ。
【００４５】
積層体４０の外周位置とアノード側ガス拡散層２８の外周との間の搬送方向の距離Ｍ1は、アノード側ガス拡散層２８における回転方向の位置ずれ量のうちの、上記「最大ずれ長ｄmax」に基づいて設定すればよい。すなわち、距離Ｍ1は、以下の（７）式を満たせばよい。
【００４６】
距離Ｍ1  ≧  （最大ずれ長ｃ1）＋（最大ずれ長ｄmax）    …（７）
【００４７】
アノード側ガス拡散層２８の回転方向の位置ずれ量のうちの搬送方向の成分の大きさ（ずれ長ｄ）が、アノード側ガス拡散層２８内で不均一であっても、アノード側ガス拡散層２８の外周と積層体４０の外周位置との間の距離Ｍ1は、上記のように「最大ずれ長ｄmax」に基づいて設定されるために一定となる。しかしながらこの場合には、上記したように、辺２９ａ、２９ｂの中央近傍では、距離Ｍ1は当該箇所における「中央ずれ長ｄmin」に対して過剰な長さになる。本実施形態では、このような辺２９ａ，２９ｂの中央近傍に、切り欠き部２７を設けている。そして、本実施形態では、「最大ずれ長ｄmax」は、以下の（８）式を満たしている（（２）式を参照）。
【００４８】
最大ずれ長ｄmax
≧  深さＤ＋（中央ずれ長ｄmin）
＝１／２（センサ要求距離ａ）＋（中央ずれ長ｄmin）    …（８）
【００４９】
すなわち、本実施形態では、センサ要求距離ａの半分である深さＤと、辺２９ａ、２９ｂの中央における「中央ずれ長ｄmin」と、の和よりも、「最大ずれ長ｄmax」の方が大きくなっている。そのため、本実施形態では、アノード側ガス拡散層２８の外周部に切り欠き部２７を設けることによってアノード側ガス拡散層２８の外周の一部がより中央寄りに入り込んでいても、距離Ｍ1（図６参照）を、（７）式に示す値よりも長く確保する必要がない。
【００５０】
図７（Ａ）では、積層体１２において、隣り合って打ち抜かれるべき積層体４０間の距離を、距離Ｇ3として表わしている。この距離Ｇ3の長さが長いほど、積層体１２（電解質膜２２）における廃棄部分の量が多くなる。
【００５１】
上記した説明より、本実施形態では、廃棄率に関連する距離Ｇ3は、以下の（９）式および（１０）式を満たす（図７（Ａ）、（３）式および（７）式参照）。
【００５２】
距離Ｇ3  ＝  距離Ｇ2＋距離Ｍ1
≧（最大ずれ長ｂ）＋（最大ずれ長ｃ）＋（最大ずれ長ｄmax）  …（９）
【００５３】
距離Ｇ3  ≧  距離Ｇ2＋深さＤ＋距離Ｍ1＋（最大ずれ長ｃ）＋（中央ずれ長ｄmin）
＝（最大ずれ長ｂ）＋（センサ要求距離ａ）＋（最大ずれ長ｃ）＋（最大ずれ長ｄmax）  …（１０）
【００５４】
これに対して、図８に示したように切り欠き部２７を有しないアノード側ガス拡散層１２８を用いた積層体１１２では、隣り合って打ち抜かれるべき積層体４０間の距離Ｇ3は、以下の（１１）式を満たす（図８、（４）式および（７）式参照）。
【００５５】
距離Ｇ3  ＝  距離Ｇ2＋距離Ｍ1
≧（センサ要求距離ａ）＋（最大ずれ長ｂ）＋（最大ずれ長ｃ）＋（最大ずれ長ｄmax）        …（１１）
【００５６】
上記のように、本実施形態では、アノード側ガス拡散層２８における回転方向の位置ずれ量のうちの搬送方向の成分が極めて小さくなる位置、すなわち、辺２９ａ，２９ｂの中央の位置を含むように切り欠き部２７を設けている。そのため、（９）式および（１１）式から分かるように、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離Ｇ2が短くなるだけでなく、隣り合う積層体４０間の距離Ｇ3が短くなるため、廃棄部分Ｒaをより小さくして、既述した歩留まりを向上させることができる。
【００５７】
なお、上記説明では、（８）式が成立することにより、切り欠き部２７を設けても、距離Ｍ1（図６参照）を、（７）式に示す値よりも長く確保する必要がないこととしたが、異なる構成としてもよい。（８）式が成立せず、センサ要求距離ａや、辺２９ａ、２９ｂの中央における中央ずれ長ｄminがより大きい場合には、距離Ｍ1（図６参照）を、（７）式に示す値よりも長くする必要がある。しかしながら、この場合であっても、辺２９ａ、２９ｂの中央における「中央ずれ長ｄmin」は、「最大ずれ長ｄmax」よりも小さいため、（１０）式および（１１）式から分かるように、距離Ｇ3（図７参照）は、切り欠き部２７を設けない場合の距離Ｇ3（図８参照）よりも小さくすることができる。そのため、廃棄率を低減する同様の効果を得ることができる。
【００５８】
Ｃ．変形例：
・変形例１（切り欠き部の変形）：
上記実施形態では、各アノード側ガス拡散層２８において、辺２９ａと辺２９ｂの双方に同様の切り欠き部２７を設けたが、異なる構成としてもよい。
【００５９】
例えば、各アノード側ガス拡散層２８において、辺２９ａまたは辺２９ｂの一方のみに切り欠き部２７を設けてもよい。すなわち、搬送方向前方側の辺、あるいは搬送方向後方側の辺のいずれかのみに切り欠き部２７を設けてもよい。このような構成としても、切り欠き部の深さＤが「センサ要求距離ａ」以上であれば、実施形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
また、辺２９ａと辺２９ｂの各々に切り欠き部を設ける場合に、各々の切り欠き部の大きさが異なることとしてもよい。この場合であっても、双方の切り欠き部が、各々の辺の中央の位置を含むように設けられており、各々の切り欠き部の深さＤの合計が「センサ要求距離ａ」以上であれば、実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
また、切り欠き部２７の形状は、矩形以外の形状であってもよい。図１１は、変形例としてのアノード側ガス拡散層２２８の形状を、図６と同様にして表わす平面図である。アノード側ガス拡散層２２８は、矩形の切り欠き部２７に代えて、半円形の切り欠き部２２７が形成されている。このような場合であっても、搬送方向に垂直な方向になる辺の中央の位置を含むように、切り欠き部２２７が設けられており、検出線Ｌs上における各々の切り欠き２２７の深さＤの合計が「センサ要求距離ａ」以上であれば、実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
・変形例２（積層体１２の変形）：
実施形態では、積層体１２を裁断して得た個々の積層体４０に対してカソード側ガス拡散層を接合することとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、ＭＥＡ１０に対してアノード側ガス拡散層２８を接合する前、あるいは後であって、裁断の工程の前に、ＭＥＡ１０における各々のカソード側触媒電極層２６上に、複数のカソード側ガス拡散層を接合してもよい。あるいは、アノード側ガス拡散層２８を接合する対象となるＭＥＡ１０におけるカソード側触媒電極層２６が形成された面全体を覆うように、予め、帯状のカソード側ガス拡散層をＭＥＡ１０上に形成してもよい。これらの場合には、切断の工程において、カソード側ガス拡散層を含めて切断することにより、ＭＥＧＡを得ることができる。
【００６３】
また、実施形態では、積層体１２に設けるアノード側触媒電極層２４を、電解質膜２２の長尺方向に連続して設けたが、異なる構成としてもよい。例えば、アノード側触媒電極層２６と同様に、個々の積層体４０に対応して、互いに離間するように複数のアノード側触媒電極層２４を設けてもよい。
【００６４】
また、実施形態では、ＭＥＡ１０に対してアノード側ガス拡散層２８を接合して積層体１２を作製し、このアノード側ガス拡散層２８の位置を検出することによって積層体１２を裁断しているが、異なる構成としてもよい。例えば、ＭＥＡ１０に対して、各単セルに対応する個々のカソード側ガス拡散層を接合して積層体を作製し、カソード側触媒電極層の位置を検出することによって積層体を裁断してもよい。この場合には、カソード側触媒電極層において、実施形態のアノード側ガス拡散層２８と同様の切り欠き部２７を設ければよい。
【００６５】
・変形例３（製造工程の変形）：
実施形態ではアノード側ガス拡散層２８の位置を検出する位置に対応する検出線Ｌsは、辺２９ａ，２９ｂの中央を結んだ線としたが、完全に中央である必要はない。切り欠き部２７が、辺２９ａ，２９ｂの中央の位置を含むように設けられており、搬送方向に平行な検出線Ｌsが、切り欠き部２７が形成された中央近傍に位置すればよい。ただし、アノード側ガス拡散層の位置を検出する位置が上記中央に近いほど、アノード側ガス拡散層２８の回転方向の位置ずれにおける搬送方向成分の影響が小さいため、廃棄率低減の効果が得やすくなり好ましい。
【００６６】
また、実施形態では、ステップＳ１４０において積層体１２を裁断する際には、アノード側ガス拡散層２８に形成された切り欠き部２７を含まないように積層体４０を打ち抜いたが、異なる構成としてもよい。切り欠き部２７が含まれるように積層体４０を打ち抜く場合であっても、切り欠き部２７を設けることにより、隣り合うアノード側ガス拡散層２８間の距離が最も短くなる箇所での距離Ｇ2や、隣り合って打ち抜かれるべき積層体４０間の距離Ｇ3を、より短くして、廃棄率を高める効果を得ることができる。
【００６７】
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】
【００６８】
１０…膜電極接合体
１２，１１２…積層体
１５…製造装置
１８…制御部
２２…電解質膜
２４…アノード側触媒電極層
２６…カソード側触媒電極層
２７，２２７…切り欠き部
２８，１２８，２２８…アノード側ガス拡散層
２９ａ…辺
２９ｂ…辺
３０…センサ
４０…積層体
【図１】
2017054580.tif 000003
【図２】
2017054580.tif 000004
【図３】
2017054580.tif 000005
【図４】
2017054580.tif 000006
【図５】
2017054580.tif 000007
【図６】
2017054580.tif 000008
【図７】
2017054580.tif 000009
【図８】
2017054580.tif 000010
【図９】
2017054580.tif 000011
【図１０】
2017054580.tif 000012
【図１１】
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