JP5214591B2 - 膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、膜−電極接合体、高分子電解質形燃料電池、及び膜−電極接合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、膜−電極接合体、及び高分子電解質形燃料電池に関し、特に高分子電解質膜を補強する膜補強部材の形状に関する。また、本発明は、膜−電極接合体の製造方法に関し、特に、高分子電解質膜を補強する膜補強部材が設けられた膜−電極接合体の製造方法に関する。

高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、都市ガスなどの原料ガスを改質し水素を含む燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガスを電気化学的に反応させることで、電気と熱を同時に発生させるものである。このとき、アノードでは、化（１）に示す反応が起こり、カソードでは、化（２）に示す反応が起こる。
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻（化１）
１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ（化２）
なお、ＰＥＦＣが発電中には、カソードで生成した水の一部が逆拡散して、アノードに移動する。

このようなＰＥＦＣにおける従来の単電池（セル）の一般的な構造を図２５に示す。
図２５に示すように、ＰＥＦＣのセル８０は、高分子電解質膜７１の主面に触媒層７２と拡散層７３からなる電極７４が配置された膜−電極接合体７５と、ガスケット７６と、導電性のセパレータ７７と、を有している。そして、セル８０では、高分子電解質膜７１の厚み方向において、高分子電解質膜７１と拡散層７３との間の領域のうち触媒層７２が設けられていない端部には隙間が形成され、この隙間部分では、高分子電解質膜７１を支持するものがないため、高分子電解質膜７１の膜厚が薄いような場合、以下の不具合が生じ得る。

例えば、電極７４と高分子電解質膜７１をホットプレス等で接合する際に、電極７４を構成する拡散層７３の端部が高分子電解質膜７１の主面と当接して、高分子電解質膜７１が損傷するような場合や、セル８０を締結する際に高分子電解質膜７１に機械的ストレスがかかり、高分子電解質膜７１が破損するような場合が考えられる。また、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差によって高分子電解質膜７１が破れるような場合が考えられる。そして、高分子電解質膜７１が破損すると、燃料ガスと酸化剤ガスがクロスリークすることにより、これらのガスが燃焼するおそれがある等、安全性に重大な問題が生じる。

このような問題に対して、高分子電解質膜に額縁状の保護膜を取り付けた固体高分子電解質型燃料電池のシール構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図２６は、特許文献１に開示されている固体高分子電解質型燃料電池のシール構造の概要を示した模式図である。

図２６に示すように、フッ素樹脂系シートで形成された額縁状の保護膜２２０は、固体高分子電解質膜２１０の主面に、その内周縁部が電極２１３によって覆われるように配設されている。また、ガスシール材２１２と電極２１３の間に隙間２１４を有するようにして、ガスシール材２１２が、電極２１３を囲むように配設されている。これにより、ガスシール材及２１２及び電極２１３と固体高分子電解質膜２１０との間で保護膜２２０が挟持され、保護膜２２０が隙間２１４において固体高分子電解質膜２１０を補強するため、固体高分子電解質膜２１０の厚みを厚くすることなく、固体高分子電解質膜２１０の破損を防止することができる。

特開平５−２１０７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池では、セルを締結すると、固体高分子電解質膜２１０における、保護膜２２０の固体高分子電解質膜２１０と接触する主面と内周面とで形成される角部と接触する部分が、固体高分子電解質膜２１０における他の部分に比べて機械的ストレスが大きくかかるため、当該部分において固体高分子電解質膜２１０が破損するおそれがあり、未だ改善の余地があった。

また、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池では、更なる生産性の向上を意図（効率的な大量生産を意図）した場合に、未だ改善の余地があった。

本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、ガス拡散層の端部が接触することによる高分子電解質膜の破損を防止し、かつ、膜補強部材の端部による高分子電解質膜の破損をより確実に抑制し、耐久性を向上させた膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、膜−電極接合体、及び高分子電解質形燃料電池を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、高分子電解質形燃料電池の大量生産を効率的に行うことができる、膜−電極接合体の製造方法を提供することを第２の目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る膜−膜補強部材接合体は、高分子電解質膜と、全体として前記高分子電解質膜の周縁に沿って延在するように前記高分子電解質膜の主面の上に配置された１以上の膜片状の第１膜補強部材と、全体として前記高分子電解質膜の周縁に沿って延在し、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、かつ、その内縁と前記第１膜補強部材の内縁とが互いに一致しないように、前記第１膜補強部材の上に配置された１以上の膜片状の第２膜補強部材と、を備える。

ここで、本発明において、第１膜補強部材又は第２膜補強部材の「内縁」とは、第１および第２膜補強部材の全周縁のうち、その法線が高分子電解質膜の内方に向いた膜補強部材の縁をいう。

これにより、第１膜補強部材の内縁部にかかる圧力を緩和することができ、当該内縁部と接触する高分子電解質膜の破損をより確実に抑制することができる。

また、本発明に係る膜−膜補強部材接合体では、前記第１膜補強部材及び第２膜補強部材は、前記高分子電解質膜の一方の主面のみに配置されていてもよい。

また、本発明に係る膜−膜補強部材接合体では、前記第１膜補強部材及び第２膜補強部材は、前記高分子電解質膜の両主面にそれぞれ配置されていてもよい。

また、本発明に係る膜−膜補強部材接合体では、前記第１膜補強部材及び第２膜補強部材は、ドーナツ状に形成されていてもよい。

また、本発明に係る膜−膜補強部材接合体では、前記高分子電解質膜が略４角形の形状を有し、第１の対の前記第１膜補強部材が、それぞれ、前記高分子電解質膜の一方の主面の上に、前記高分子電解質膜の４辺のうち互いに対向する一方の１組の辺に沿って延びるように配置され、第２の対の前記第１膜補強部材が、それぞれ、前記高分子電解質膜の他方の主面の上に、前記高分子電解質膜の４辺のうち互いに対向する他方の１組の辺に沿って延びるように配置され、第１の対の前記第２膜補強部材が、それぞれ、前記第１の対の第１膜補強部材の上に沿って延びるように配置され、第２の対の前記第２膜補強部材が、それぞれ、前記第２の対の第１膜補強部材の上に沿って延びるように配置されていてもよい。

また、本発明に係る膜−膜補強部材接合体では、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第１の対の第２膜補強部材は、前記第２の対の第１膜補強部材の間に位置するように配置され、前記第２の対の第２膜補強部材は、前記第１の対の第１膜補強部材の間に位置するように配置されていてもよい。

また、本発明に係る膜−膜補強部材接合体では、前記第１膜補強部材の内縁が前記第２膜補強部材の内縁より前記高分子電解質膜における内方に位置するように形成されていてもよい。

さらに、本発明に係る膜−膜補強部材接合体では、前記第２膜補強部材の内縁が前記第１膜補強部材の内縁より前記高分子電解質膜における内方に位置するように形成されていてもよい。

また、本発明に係る膜−触媒層接合体は、前記膜−膜補強部材接合体と、前記高分子電解質膜の一方の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第１触媒層と、前記高分子電解質膜の他方の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第２触媒層と、を備える。

また、本発明に係る膜−電極接合体は、膜−触媒層接合体と、前記第１触媒層の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第１ガス拡散層と、前記第２触媒層の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第２ガス拡散層と、を備える。

また、本発明に係る膜−電極接合体では、前記第１ガス拡散層は前記第１触媒層と前記第１膜補強部材又は第２膜補強部材のいずれかの主面の一部とを覆うように配置され、前記第２ガス拡散層は前記第２触媒層と前記第１膜補強部材又は第２膜補強部材のいずれかの主面の一部とを覆うように配置されていてもよい。

さらに、本発明に係る膜−電極接合体では、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層は各々の周縁が全周に亘って互いに実質的に一致するように配置されていてもよい。

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、前記膜−電極接合体を備える。

これにより、高分子電解質形燃料電池の運転の安全性及び信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法は、（Ａ）高分子電解質膜の主面の上に膜片状でドーナツ状の第１膜補強部材を配置する工程と、（Ｂ）前記高分子電解質膜の前記主面の前記ドーナツ状の第１膜補強部材の開口が位置する部分に触媒層を配置する工程と、（Ｃ）膜片状でドーナツ状の第２膜補強部材とガス拡散層とを前記ドーナツ状の第２膜補強部材の開口に前記ガス拡散層が嵌挿されるように接合して、膜補強部材−ガス拡散層接合体を形成する工程と、（Ｄ）前記工程（Ｂ）が遂行された前記高分子電解質膜に前記工程（Ｃ）で形成された前記膜補強部材−ガス拡散層接合体を前記触媒層と前記ガス拡散層とが接触し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第１膜補強部材の内縁と前記第２膜補強部材の内縁とが互いに一致しないようにして配置する工程と、を含む。

高分子電解質形燃料電池を大量生産する際に、ロボットの手で高分子電解質膜を挟む作業を行うような場合に、高分子電解質膜は可撓性が高いため、ハンドリング性が悪く、作業の効率化を図ることができない場合もありうる。しかしながら、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法のように、高分子電解質膜に第１膜補強部材を接合することにより、該第１膜補強部材が高分子電解質膜の強度を補うことができる。これにより、ハンドリング性を向上することができ、作業の効率化を図ることができる。

また、例えば、バインダー樹脂と導電性粒子を含む混合物を混練して圧延し、固化することにより形成されたガス拡散層は、可撓性が高く、ロボットの手で高分子電解質膜を挟む作業を行うような場合に、ハンドリング性が悪い場合がある。しかしながら、本発明に係る膜−電極接合体では、ガス拡散層と第２膜補強部材を接合することにより、ガス拡散層の強度を第２膜補強部材で補うことにより、ハンドリング性を向上し、製造プロセスの簡素化や効率化を図ることができる。

また、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法では、前記高分子電解質膜の両主面にそれぞれ前記第１膜補強部材、前記触媒層、前記第２膜補強部材、及び前記ガス拡散層を配置してもよい。

また、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法では、前記工程（Ｃ）において、前記第２膜補強部材の前記開口を埋めるように、前記ガス拡散層を形成して、前記第２膜補強部材と前記ガス拡散層を接合してもよい。

また、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法では、前記工程（Ｃ）において、前記ガス拡散層を板状に形成し、かつ、該ガス拡散層の周面を囲むように前記第２膜補強部材をドーナツ状に形成して、前記ガス拡散層と前記第２膜補強部材を接合してもよい。

また、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法は、（Ｅ）高分子電解質膜の主面の上に膜片状でドーナツ状の第１膜補強部材を配置する工程と、（Ｆ）膜片状でドーナツ状の第２膜補強部材とガス拡散層とを前記ドーナツ状の第２膜補強部材の開口に前記ガス拡散層が嵌挿されるように接合して、膜補強部材−ガス拡散層接合体を形成する工程と、（Ｇ）前記膜補強部材−ガス拡散層接合体の前記前記ガス拡散層の一方の主面に触媒層を配置する工程と、（Ｈ）前記工程（Ｅ）が遂行された前記高分子電解質膜に前記工程（Ｇ）で形成された前記膜補強部材−ガス拡散層接合体の前記触媒層が接触し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第１膜補強部材の内縁と前記第２膜補強部材の内縁とが互いに一致しないようにして配置する工程と、を含む。

また、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法では、 前記工程（Ｆ）において、前記第２膜補強部材の開口を埋めるように、前記ガス拡散層を形成して、前記第２膜補強部材と前記ガス拡散層を接合してもよい。

さらに、本発明に係る膜−電極接合体の製造方法では、 前記工程（Ｆ）において、前記ガス拡散層を板状に形成し、かつ、該ガス拡散層の周面を囲むように前記第２膜補強部材を形成して、前記ガス拡散層と前記第２膜補強部材を接合してもよい。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、膜−電極接合体、及び高分子電解質形燃料電池によれば、充分な耐久性を確保でき、安全性及び信頼性を向上させることができる、膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、膜−電極接合体、及び高分子電解質形燃料電池を提供することができる。また、本発明の膜−電極接合体の製造方法によれば、高分子電解質形燃料電池の大量生産を効率的に行うことができる

図１は、本発明の実施の形態１に係る膜−膜補強部材接合体の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。 図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３は、図１に示す膜−膜補強部材接合体に触媒層が配置された膜−触媒層接合体の概略構成を模式的に示す断面図である。 図４は、図３に示す膜−触媒層接合体にガス拡散層が配置された膜−電極接合体を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。 図５は、図４に示すＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 図６は、図５に示すＭＥＡを具備するセルの概略構成を模式的に示す断面図である。 図７は、高分子電解質膜の主面上に配置されている膜補強部材が２層構造になっていない構成例（比較例１）を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係るセルにおけるＭＥＡの概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。 図９は、図８に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１０は、図８及び図９に示すＭＥＡにおける膜−触媒層接合体を製造するための一連の工程（処理エリア）及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。 図１１は、図１０に示す膜−触媒層接合体の製造工程における第１工程を説明するための模式図である。 図１２は、図１０に示す膜−触媒層接合体の製造工程における第２工程を説明するための模式図である。 図１３は、図１０に示す膜−触媒層接合体の製造工程における第３工程を説明するための模式図である。 図１４は、図１０に示す膜−触媒層接合体の製造工程における第４工程を説明するための模式図である。 図１５は、図１０に示す膜−触媒層接合体の製造工程における第５工程を説明するための模式図である。 図１６は、本発明の実施の形態３に係る高分子電解質形燃料電池におけるセルの膜−膜補強部材接合体の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。 図１７は、図１６に示す矢印Ｃの方向から見た膜−膜補強部材接合体を示す模式図である。 図１８は、本発明の実施の形態３に係るセルスタックに組み込まれたＭＥＡの概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。 図１９は、図１８に示すＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 図２０は、基材−膜補強部材ロールを製造するための処理エリア及び製造ラインの概略を示す模式図である。 図２１は、実施の形態３に係る膜−触媒層接合体の製造工程における第２工程を説明するための模式図である。 図２２は、実施の形態３に係る膜−触媒層接合体の製造工程における第４工程を説明するための模式図である。 図２３は、本発明の実施の形態４に係る膜−膜補強部材接合体の概略構成を模式的に示す断面図である。 図２４は、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の概略構成を模式的に示す斜視図である。 図２５は、高分子電解質形燃料電池のセルの一般的な構造を示す断面図である。 図２６は、特許文献２に開示されている固体高分子型燃料電池の概容を示す模式図である。 図２７は、図４及び図５に示すＭＥＡを製造するための一連の工程（処理エリア）及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。 図２８は、図２７に示すＭＥＡの製造工程における第１工程を説明するための模式図である。 図２９は、図２７に示すＭＥＡの製造工程における第３工程を説明するための模式図である。 図３０は、図２７に示すＭＥＡの製造工程における第６工程を説明するための模式図である。 図３１は、図２７に示す膜補強部材−ガス拡散層接合体を製造する工程を説明するための模式図である。 図３２は、本実施の形態１に係るＭＥＡにおける変形例１のＭＥＡの概略構成を示す模式図である。 図３３は、本実施の形態１に係るＭＥＡにおける変形例２のＭＥＡの概略構成を示す模式図である。 図３４は、本実施の形態１に係るＭＥＡの製造方法における変形例３を説明するための模式図である。 図３５は、図１０に示す膜−膜補強部材シート接合体を製造するための一連の工程（処理エリア）及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。 図３６は、図３５に示す膜補強部材ロールを製造する工程を説明するための模式図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての実施の形態において、セルを構成し、かつ、高分子電解質膜の両側に配置される、触媒層、ガス拡散層、膜補強部材、セパレータ、及びガスケットの一対の主面のうち、高分子電解質膜に近い方の主面を内面と呼び、高分子電解質膜に遠い方の主面を外面と呼ぶ場合がある。
（実施の形態１）
［膜−膜補強部材接合体］
図１は、本発明の実施の形態１に係る膜−膜補強部材接合体の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図１において、一部を切り欠いて内部構造を表し、後述する燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔を省略している。

図１及び図２に示すように、本実施の形態１に係る膜−膜補強部材接合体２０は、高分子電解質膜１、第１膜補強部材１０、及び第２膜補強部材１１を有しており、高分子電解質膜１は、略４角形（ここでは、矩形）に形成されている。高分子電解質膜１の主面Ｆ１０には、第１膜補強部材１０が配置されており、第１膜補強部材１０の主面には、第２膜補強部材１１が配置されている。また、高分子電解質膜１の主面Ｆ２０にも、第１膜補強部材１０が配置されており、この第１膜補強部材１０の主面にも、第２膜補強部材１１が配置されている。このように、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０及びＦ２０に配置される膜補強部材は２層構造を形成するように配置されている。

第１膜補強部材１０は、高分子電解質膜１と相似の矩形に形成されており、その外周面は高分子電解質膜１の外周面と面一になるように形成されている。また、第１膜補強部材１０の主面には、開口１２が設けられている。開口１２は、後述するアノード触媒層２ａの主面より若干大きく形成されている。同様に、第２膜補強部材１１は、高分子電解質膜１と相似の矩形に形成されており、その外周面は高分子電解質膜１の外周面と面一になるように形成されている。また、第２膜補強部材１１の主面には、開口１３が設けられており、開口１３は、第１膜補強部材１０に形成された開口１２より開口面積が大きくなるように形成されている。すなわち、第２膜補強部材１１の開口１３を画する内周面は、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第１膜補強部材１０の外周面と第１膜補強部材１０の内周面の間に位置するように（第１膜補強部材１０の内周面が第２膜補強部材の内周面より高分子電解質膜１における内方に位置するように）形成されている。

なお、第１及び第２膜補強部材１０、１１の厚みは、本発明の作用効果を奏する範囲にあれば、特に限定されないが、可撓性を有する観点から、第１及び第２膜補強部材１０、１１の厚みは、薄く形成することが好ましく、製造を容易にする観点から、第１膜補強部材１０と第２膜補強部材１０厚みは同じであることが好ましい。

次に、膜−膜補強部材接合体２０の各構成要素について説明する。

高分子電解質膜１は、プロトン伝導性を有している。高分子電解質膜１としては、陽イオン交換基として、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、及びスルホンイミド基を有するものが好ましく、プロトン伝導性の観点から、高分子電解質膜１は、スルホン酸基を有するものが特に好ましい。

高分子電解質膜１を構成するスルホン酸基を有する樹脂としては、イオン交換容量が０．５〜１．５ｍｅｑ／ｇの乾燥樹脂であることが好ましい。高分子電解質膜１を構成する乾燥樹脂のイオン交換容量が０．５ｍｅｑ／ｇ以上であると、発電時における高分子電解質膜１の抵抗値の上昇を充分に低減することができるので好ましく、また、乾燥樹脂のイオン交換容量が１．５ｍｅｑ／ｇ以下であると、高分子電解質膜の含水率が増大せず、膨潤しにくくなり、後述する触媒層２中の細孔が閉塞するおそれがないため好ましい。また、以上と同様の観点から、乾燥樹脂のイオン交換容量は、０．８〜１．２ｍｅｑ／ｇであることがより好ましい。

高分子電解質としては、ＣＦ_２＝ＣＦ−(ＯＣＦ_２ＣＦＸ)_ｍ−Ｏ_ｐ−(ＣＦ₂)_ｎ−ＳＯ_３Ｈで表されるパーフルオロビニル化合物（ｍは０〜３の整数を示し、ｎは１〜１２の整数を示し、ｐは０又は１を示し、Ｘはフッ素原子又はトリフルオロメチル基を示す。）に基づく重合単位と、テトラフルオロエチレンに基づく重合単位とを含む共重合体であることが好ましい。

上記フルオロビニル化合物の好ましい例としては、下記式（３）〜（５）で表される化合物が挙げられる。ただし、下記式中、ｑは１〜８の整数、ｒは１〜８の整数、ｔは１〜３の整数を示す。

ＣＦ_２＝ＣＦＯ（ＣＦ_２）_ｑ−ＳＯ_３Ｈ ・・・（３）
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）Ｏ（ＣＦ_２）_r−ＳＯ_３Ｈ ・・・（４）
ＣＦ_２＝ＣＦ（ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３））_ｔＯ（ＣＦ_２）_２−ＳＯ_３Ｈ ・・・（５）
また、高分子電解質は、側鎖として陽イオン交換基を有しており、主鎖として芳香族系の化合物を有する芳香族系高分子であることが好ましい。芳香族系高分子としては、例えば、芳香族ポリエーテルにスルホン酸基を導入した高分子が好ましく、耐熱性及び強度の観点から、スルホン化ポリエーテルケトン系及びスルホン化ポリエーテルスルホン系の高分子が特に好ましい。

また、第１及び第２膜補強部材１０、１１を構成する材料としては、高分子電解質膜１を自ら傷つけることなく補強する（保護する）観点から柔軟性と可撓性とを有する合成樹脂であることが好ましい。

また、上記の合成樹脂としては、耐久性の観点から、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロエチレン−プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリスルフィド、ポリイミド、及び、ポリイミドアミドからなる群より選択される少なくとも１以上の樹脂から構成される合成樹脂であることがより好ましい。

さらに、第１及び第２膜補強部材１０、１１は、同じ材料を用いて形成してもよく、異なる材料を用いて形成してもよい。

［膜−触媒層接合体］
次に、本発明の実施の形態１に係る膜−触媒層接合体について説明する。

図３は、図１に示す膜−膜補強部材接合体２０に触媒層が配置された膜−触媒層接合体の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図３においては、燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔は省略しており、セルスタックに組み込まれた状態における膜−触媒層接合体を示す。

図３に示すように、膜−触媒層接合体３０は、膜-膜補強部材接合体２０、アノード触媒層（第１触媒層）２ａ、及びカソード触媒層（第２触媒層）２ｂを有している。アノード触媒層２ａは、第１膜補強部材１０に形成された開口１２を埋めるようにして、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０を覆うように形成されており、同様に、カソード触媒層２ｂは、高分子電解質膜１の主面Ｆ２０を覆うように形成されている。

アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、高分子電解質膜１と相似の矩形に形成され、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、それぞれ重なるように配置されている。また、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの厚みは、第１膜補強部材１０の厚みより若干小さくなるように構成されている。なお、ここでは、アノード触媒層２ａを第１触媒層とし、カソード触媒層２ｂを第２触媒層としたが、これに限定されず、アノード触媒層２ａが第２触媒層で、カソード触媒層２ｂが第１触媒層であってもよい。

次に、膜−触媒層接合体３０の各構成要素について説明する。
アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの構成としては、本発明の効果を得られるものであれば特に限定されず、公知の燃料電池におけるガス拡散電極の触媒層と同様の構成を有していてもよく、例えば、電極触媒が担持された導電性炭素粒子（粉末）と、陽イオン（水素イオン）伝導性を有する高分子電解質と、を含むような構成であってもよく、また、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水材料を更に含むような構成であってもよい。また、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの構成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。

アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、公知の燃料電池におけるガス拡散電極の触媒層の製造方法を用いて形成してもよく、例えば、アノード触媒層２ａ又はカソード触媒層２ｂの構成材料（例えば、上述した電極触媒が担持された導電性炭素粒子と高分子電解質）と、分散媒と、を少なくとも含む液（触媒層形成用インク）を調整し、これを用いて作成してもよい。

なお、高分子電解質としては、上述した高分子電解質膜１を構成する材料と同種のものを使用してもよく、また、異なる種類のものを使用してもよい。また、電極触媒としては、金属粒子を用いることができる。当該金属粒子としては、特に限定されず種々の金属を使用することができるが、電極反応活性の観点から、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、クロム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、亜鉛及びスズからなる金属群より選択される少なくとも１以上の金属であることが好ましい。なかでも、白金、又は白金と上記金属群より選択される少なくとも一以上の金属との合金が好ましく、白金とルテニウムの合金が、アノード触媒層２ａにおいて触媒の活性が安定することから特に好ましい。

また、電極触媒に用いる上記金属粒子は、平均粒径１〜５ｎｍであることが好ましい。平均粒径１ｎｍ以上の電極触媒は工業的に調製が容易であるため好ましく、また、５ｎｍ以下であると、電極触媒質量あたりの活性をより充分に確保しやすくなるため、燃料電池のコストダウンにつながり好ましい。

上記導電性炭素粒子は、比表面積が５０〜１５００ｍ^２／ｇであることが、好ましい。比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上であると、電極触媒の担持率を上げることが容易であり、得られた触媒層２の出力特性をより充分に確保できることから好ましく、比表面積が１５００ｍ^２／ｇ以下であると、充分な大きさの細孔をより容易に確保できるようになり、かつ、高分子電解質による被覆がより容易となり、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの出力特性をより充分に確保できることから好ましい。上記と同様の観点から、比表面積は２００〜９００ｍ^２／ｇであることが、より好ましい。

また、導電性炭素粒子は、その平均粒径が０．１〜１．０μｍであることが好ましい。導電性炭素粒子の平均粒径が０．１μｍ以上であると、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂ中のガス拡散性をより充分に確保し易くなり、フラッディングをより確実に防止できるようになるため好ましい。また、導電性炭素粒子の平均粒径が１．０μｍ以下であると、高分子電解質による電極触媒の被覆状態をより容易に良好な状態とし易くなり、高分子電解質による電極触媒の被覆面積をより充分に確保し易くなるため、充分な電極性能をより確保し易くなり好ましい。

[膜−電極接合体]
次に、本発明の実施の形態１に係る膜−電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）について説明する。
図４は、図３に示す膜−触媒層接合体３０にガス拡散層が配置された膜−電極接合体を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。図５は、図４に示すＥ−Ｅ線に沿った断面図である。なお、図４及び図５においては、燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔は省略している。

図４及び図５に示すように、膜−電極接合体（以下、ＭＥＡという）５は、膜−触媒層接合体３０と、アノードガス拡散層（第１ガス拡散層）３ａと、カソードガス拡散層（第２ガス拡散層）３ｂと、を有している。アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂは、高分子電解質膜１と相似の略矩形に形成されており、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、それぞれ重なるように配置されている。また、アノードガス拡散層３ａの厚みとカソードガス拡散層３ｂの厚みは、略同一になるように構成されている。

アノードガス拡散層３ａは、アノード触媒層２ａと、第１膜補強部材１０と、第２膜補強部材１１と、を覆うように形成されている。また、カソードガス触媒層３ｂは、カソード触媒層２ｂと、第１膜補強部材１０と、第２膜補強部材１１と、を覆うように形成されている。具体的には、アノードガス拡散層３ａの周縁部の内面が階段状に形成されている。そして、アノードガス拡散層３ａの周縁部を除いた残りの部分の内面がアノード触媒層２ａの主面（外面）と接触し、アノードガス拡散層３ａの周縁部の階段状の内面が、第１膜補強部材１０の内周面、第１膜補強部材１０の主面（外面）のうち第２膜補強部材１１の開口１３に露出する部分、第２膜補強部材１１の内周面、第２膜補強部材１１の主面（外面）と接触している。同様に、カソードガス拡散層３ｂの周縁部の内面が階段状に形成されている。そして、カソードガス拡散層３ｂの周縁部を除いた残りの部分の内面がカソード触媒層２ｂの主面（外面）と接触し、カソードガス拡散層３ｂの周縁部の階段状の内面が、第１膜補強部材１０の内周面、第１膜補強部材１０の主面（外面）のうち第２膜補強部材１１の開口１３に露出する部分、第２膜補強部材１１の内周面、第２膜補強部材１１の主面（外面）と接触している。これにより、セルを締結したときにかかる圧力を分散することができる。

なお、ここでは、アノードガス拡散層３ａを第１ガス拡散層とし、カソードガス拡散層３ｂを第２ガス拡散層としたが、これに限定されず、アノードガス拡散層３ａが第２ガス拡散層で、カソードガス拡散層３ｂが第１ガス拡散層であってもよい。また、アノード触媒層２ａとアノードガス拡散層３ａからアノード４ａが構成され、また、カソード触媒層２ｂとカソードガス拡散層３ｂからカソード４ｂが構成される。

これにより、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂにおける主面の４辺は、第２膜補強部材１１の主面（外面）と当接して高分子電解質膜１における一方の主面に直接当接しないため、当該部分で高分子電解質膜１は破損するおそれがない。

次に、ＭＥＡ５の各構成要素について説明する。
アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂの構成は、本発明の効果を得られるものであれば特に限定されず、公知の燃料電池におけるガス拡散電極のガス拡散層と同様の構成を有していてもよく、また、アノードガス拡散層３ａとカソードガス拡散層３ｂの構成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。

アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂとしては、例えば、ガス透過性を持たせるために、高表面積のカーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパー又はカーボンクロスなどを用いて作製された、多孔質構造を有する導電性基材を用いてもよい。また、充分な排水性を得る観点から、フッ素樹脂を代表とする撥水性高分子などをアノードガス拡散層３ａ又はカソードガス拡散層３ｂの中に分散させてもよい。さらに、充分な電子伝導性を得る観点から、カーボン繊維、金属繊維又はカーボン微粉末などの電子伝導性材料でアノードガス拡散層３ａ又はカソードガス拡散層３ｂを構成してもよい。

また、アノードガス拡散層３ａとアノード触媒層２ａとの間、及び、カソードガス拡散層３ｂとカソード触媒層２ｂとの間には、撥水性高分子とカーボン粉末とで構成される撥水カーボン層を設けてもよい。これにより、ＭＥＡ５における水管理（ＭＥＡ５の良好な特性維持に必要な水の保持、及び、不必要な水の迅速な排水）をより容易に、かつ、より確実に行うことができる。

［燃料電池］
次に、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）のセル（単電池）について説明する。

図６は、図５に示すＭＥＡ５を具備するセルの概略構成を模式的に示す断面図である。
図６に示すように、セル４０は、ＭＥＡ５、ガスケット１７、アノードセパレータ６ａ、及びカソードセパレータ６ｂを有している。ＭＥＡ５のアノード４ａ及びカソード４ｂ（正確には、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂ）の周囲には、高分子電解質膜１を挟んで一対のフッ素ゴム製でドーナツ状のガスケット１７が配設されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークされることが防止され、また、セル４０内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。なお、高分子電解質膜１、第１及び第２膜補強部材１０、１１及びガスケット１７の周縁部には、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給マニホールド孔等のマニホールド孔が設けられている（図示せず）。

また、ＭＥＡ５とガスケット１７を挟むように、導電性のアノードセパレータ６ａとカソードセパレータ６ｂが配設されている。これらのセパレータ６ａ、６ｂは、黒鉛板に、フェノール樹脂が含浸され硬化された樹脂含浸黒鉛板が用いられている。また、ＳＵＳ等の金属材料からなるものを用いてもよい。アノードセパレータ６ａとカソードセパレータ６ｂにより、ＭＥＡ５が機械的に固定されるとともに、隣接するＭＥＡ５同士が互いに電気的に直列に接続される。

アノードセパレータ６ａの内面（ＭＥＡ５に当接する面）には、燃料ガスを流すための溝状の燃料ガス流路７がサーペンタイン状に形成されている。一方、アノードセパレータ６ａの外面には、熱媒体を流すための溝状の熱媒体流路９がサーペンタイン状に形成されている。また、アノードセパレータ６ａの周縁部には、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給マニホールド孔等のマニホールド孔（図示せず）が設けられている。

一方、カソードセパレータ６ｂの内面には、酸化剤ガスを流すための溝状の酸化剤ガス流路８がサーペンタイン状に形成されており、その外面には、熱媒体を流すための溝状の熱媒体流路９がサーペンタイン状に形成されている。また、カソードセパレータ６ｂの周縁部には、アノードセパレータ６ａと同様に、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給マニホールド孔等のマニホールド孔が設けられている（図示せず）。

なお、燃料ガス流路７、酸化剤ガス流路８、及び熱媒体流路９は、ここでは、サーペンタイン状に形成されているが、これに限定されず、セパレータ６ａ、６ｂの主面のほぼ全域を反応ガス又は熱媒体が通流するようにすれば、どのような形状であってもよい。

このようにして形成されたセル４０をその厚み方向に積層することにより、セル積層体が形成される。このとき、高分子電解質膜１、第１膜補強部材１０、第２膜補強部材１１ガスケット１７、アノードセパレータ６ａ、及びカソードセパレータ６ｂに設けられた燃料ガス供給マニホールド孔等のマニホールド孔は、厚み方向にそれぞれつながって、燃料ガス供給マニホールド等のマニホールドがそれぞれ形成される。そして、セル積層体の両端に集電板及び絶縁板がそれぞれ配設されている端板を配置し、締結具で締結することにより、セルスタック（ＰＥＦＣ）が形成される。

次に、本実施の形態１に係るＰＥＦＣにおける第１膜補強部材１０の端部が高分子電解質膜１を破損するおそれがない理由について、比較例１と対比しながら説明する。なお、高分子電解質膜１の破損のメカニズムは、セル４０のアノード側領域とカソード側領域とで同じであるので、以下では、アノード側領域を例にして説明する。

図７は、高分子電解質膜１の主面上に配置されている膜補強部材が２層構造になっていない構成例（比較例１）を示す模式図である。
図７に示すように、比較例１は、膜補強部材が単一の第１膜補強部材で構成されていること以外は、本実施の形態のセル４０と同じである。比較例１のセル４０において、アノードガス拡散層３ａは平板状であり、セルスタックに組み込まれる前には一様な厚みを有している。そして、アノードガス拡散層３ａは、セルスタックに組み込まれると、アノードセパレータ６ａと第１膜補強部材１０及びアノード触媒層２ａとに挟圧されて厚み方向に圧縮される。この場合、膜補強部材が、本実施の形態１のように２層構造ではなく、単一の第１膜補強部材１０で構成されているため、アノードガス拡散層３ａのアノードセパレータ６ａと第１膜補強部材１０とで挟圧された部分（以下、セパレータ−膜補強部材挟圧部分という）は、一様に圧縮される（一様な厚みになる）。そして、このセパレータ−膜補強部材挟圧部分の弾性反発力が第１膜補強部材１０にかかる。その結果、第１膜補強部材１０の内面Ｆ４０と内周面によって形成される角部１４には過度の圧力がかかり、該角部１４は、高分子電解質膜１と線接触するため、高分子電解質膜１の当該部分が破損するおそれがある。

しかしながら、図６に示すように、本実施の形態１に係るセル４０では、膜補強部材が、第１膜補強部材１０の外面Ｆ３０上に第２膜補強部材１１が配置されて２層構造になるように形成されている。そして、第１膜補強部材１０の内周面は、第２膜補強部材１１の内周面より高分子電解質膜１における内方に位置するように形成されており、第１膜補強部材１０の内周部１５には、第２膜補強部材１１が配置されていない。これにより、アノードガス拡散層３ａのうち、第１膜補強部材１０の内周部１５とアノードセパレータ６ａとで挟まれた部分は、第２膜補強部材１１とアノードセパレータ６ａとで挟まれた部分に比べて圧縮されないため、第１膜補強部材１０の内周部１５にかかる圧力は、第１膜補強部材１０の内周部１５以外の部分（第２膜補強部材１１が配置されている部分）１６にかかる圧力に比べて小さいものとなる。このため、第１膜補強部材１０の角部１４にかかる圧力が小さくなるため、該角部１４は、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０と線接触するものの、高分子電解質膜１に過度の圧力がかかることがなくなり、高分子電解質膜１の破損を抑制することができる。

[膜−電極接合体の製造方法]
次に、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の製造方法について説明する。なお、以下に説明するようにして製造したＭＥＡ５を用いて、セル４０及びセルスタック（ＰＥＦＣ）を製造する方法は、特に限定されず、公知のＰＥＦＣの製造技術を採用することができるため、詳細な説明を省略する。
図２７は、図４及び図５に示すＭＥＡ５を製造するための一連の工程（処理エリア）及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。

図２７に示すように、ＭＥＡ５は、高分子電解質膜シート５１と第１膜補強部材１０を接合して膜−膜補強部材シート接合体を形成する第１工程Ｐ１及び第２工程Ｐ２、膜−膜補強部材シート接合体に触媒層を塗工する第３工程Ｐ３及び第４工程Ｐ４、膜−触媒層接合体シートを切断する第５工程Ｐ５及び膜−触媒層接合体２６と膜補強部材−ガス拡散層接合体２５を接合する第６工程Ｐ６を経て、製造される。これにより、ＭＥＡ５は、低コストで、かつ、容易に大量生産することができる。

まず、第１工程Ｐ１について説明する。
図２８は、図２７に示すＭＥＡ５の製造工程における第１工程Ｐ１を説明するための模式図である。
図２７及び図２８に示すように、第１工程Ｐ１が行われるエリアには、一対のローラ８１及びローラ８２を有する熱圧着機（図示せず）、長尺の高分子電解質膜シート５１（切断後、図４及び図５に示す高分子電解質膜１となる部材）、第１膜補強部材１０が配置されている。
次に、第１工程Ｐ１の処理について説明する。
まず、公知の薄膜製造技術を用いて、長尺の高分子電解質膜シート５１を巻回した高分子電解質膜ロール５０を製造する。また、同様に、薄膜製造技術を用いて、長尺の膜補強部材シートを製造する。製造した膜補強部材シートから矩形の開口部を打ち抜き、ドーナツ状になるように膜補強部材シートを切断して、第１膜補強部材１０を作製する。

そして、図２７に示す製造ラインにおいて、ローラ８３及びローラ８６を駆動させると、高分子電解質膜ロール５０から高分子電解質膜シート５１が引き出される。次に、図２８に示すように、高分子電解質膜シート５１の一方の主面（以下、表面という）に第１膜補強部材１０が適宜な供給機構や人手により配置させる。ついで、高分子電解質膜シート５１及び第１膜補強部材１０が一対のローラ８１及びローラ８２を有する熱圧着機（図示せず）内に誘導される。熱圧着機内では、高分子電解質膜シート５１及び第１膜補強部材１０が、予熱されたローラ８１とローラ８２との間を進行方向Ｄ１側に進む過程において接合され、テープ状の膜−膜補強部材接合体シート６１が形成される。そして、形成された膜−膜補強部材接合体シート６１は、ローラ８３で折り返され、膜−膜補強部材接合体シート６１の裏面（第１膜補強部材１０が配置されていない側の主面）が上方を向くように反転され、第２工程Ｐ２エリアまで進む。

なお、ここでは、第１膜補強部材１０を、膜補強部材シートを切断して作製したが、これに限定されず、鋳型を用いて作製してもよい。また、高分子電解質膜シート５１に接触させる前の第１膜補強部材１０の裏面（接触面となる部分）に、接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。この場合、上記のようにローラ８１、８２を予熱して加圧処理を行ってもよく、予熱を行わずに、加圧処理のみ行ってもよい。また、接着剤としては、電池特性を低下させないものであることが好ましく、例えば、高分子電解質膜シート５１と同種又は異種（但し、高分子電解質膜シート５１と充分に一体化可能な親和性を有するもの）の高分子電解質材料（例えば、先に高分子電解質膜１の構成材料として例示したもの）を分散媒又は溶媒に含有させた液を用いてもよい。

次に、第２工程Ｐ２について説明する。
第２工程Ｐ２エリアの構成は、第１工程Ｐ１エリアと同様の構成をしているため、その詳細な説明については省略する。
第１工程Ｐ１で形成された膜−膜補強部材接合体シート６１が第２工程Ｐ２エリアにまで進むと、第１工程Ｐ１と同様に、第１膜補強部材１０が膜−膜補強部材接合体シート６１における高分子電解質膜シート５１の裏面に配置される。このとき、高分子電解質膜シート５１の厚み方向から見て、膜−膜補強部材接合体シート６１（高分子電解質膜シート５１）の表面に配置された第１膜補強部材１０と重なるように、膜−膜補強部材接合体シート６１における高分子電解質膜シート５１の裏面に第１膜補強部材１０が配置される。

次に、図２７に示すように、膜−膜補強部材接合体シート６１及び第１膜補強部材１０が一対のローラ８４及びローラ８５を有する熱圧着機（図示せず）内に誘導される。熱圧着機内では、膜−膜補強部材接合体シート６１及び第１膜補強部材１０が、予熱されたローラ８４とローラ８５との間を進行方向Ｄ１側に進む過程において接合され、テープ状の膜−膜補強部材接合体シート６２が形成される。そして、形成された膜−膜補強部材接合体シート６２は、第３工程Ｐ３エリアまで進む。なお、膜−膜補強部材接合体シート６１に接触させる前の第１膜補強部材１０の裏面（接触面となる部分）に、第１工程Ｐ１と同様に接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。

次に、第３工程Ｐ３について説明する。
図２９は、図２７に示すＭＥＡ５の製造工程における第３工程Ｐ３を説明するための模式図である。

まず、第３工程Ｐ３エリアの構成について説明する。
図２９に示すように、第３工程Ｐ３が行われるエリアには、開口部４８を有するマスク４７と、膜−膜補強部材接合体シート６２の裏面から該膜−膜補強部材接合体シート６２を支える図示されない支持手段（例えば、支持台）と、触媒層形成装置４９（図２７参照）と、が配置されている。開口部４８の形状は、図４及び図５に示したアノード触媒層２ａの主面の形状に対応するように設計されている。また、触媒層形成装置は、触媒層形成用インクを塗工又はスプレーする等して膜−膜補強部材接合体シート６２の主面にアノード触媒層２ａを形成するための機構が備えられている。この機構は、公知の燃料電池のガス拡散層の触媒層を形成するために採用されている機構、例えば、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、スクリーン印刷法に基づいて設計された機構を採用することができる。

次に、第３工程Ｐ３の処理について説明する。
まず、第２工程Ｐ２で形成された膜−膜補強部材接合体シート６２が、第３工程Ｐ３エリアにまで進むと、一旦停止する。そして、膜−膜補強部材接合体シート６２が、マスク４７と図示されない支持台との間に挟持されるようにして固定される。次に、触媒層形成装置４９が作動し、マスク４７の開口部４８の上方から触媒層形成用インクを塗工する等により、膜−膜補強部材接合体シート６２における高分子電解質膜シート５１の裏面を覆うように（第１膜補強部材１０の開口を埋めるように）アノード触媒層２ａが形成される。アノード触媒層２ａが形成されると、膜−膜補強部材接合体シート６２からマスク４７及び支持台が離間する。すると、このようにして形成された膜−触媒層シート５６は、再び進行方向Ｄ１に移動する。これにより、膜−触媒層シート５６には、アノード触媒層２ａが、その長手方向に所定のピッチで形成される。そして、膜−触媒層シート５６は、さらに進行方向Ｄ１に移動し、ローラ８６で折り返され、膜−触媒層シート５６の表面（アノード触媒層２ａが形成されていない主面）が上方を向くように反転される。

次に、第４工程Ｐ４について説明する。
第４工程Ｐ４エリアの構成は、第３工程Ｐ３エリアと同様の構成をしているため、その詳細な説明については省略する。

第３工程Ｐ３で形成された膜−触媒層シート５６が第４工程Ｐ４エリアにまで進むと、一旦停止する。そして、膜−触媒層シート５６が、マスク４７と図示されない支持台との間に挟持されるようにして固定される。次に、図２７に示すように、触媒層形成装置４９が作動し、マスク４７の開口部４８の上方から触媒層形成用インクを塗工する等により、膜−触媒層シート５６の高分子電解質膜シート５１の表面を覆うように（第１膜補強部材１０の開口を埋めるように）カソード触媒層２ｂが形成される。このとき、カソード触媒層２ｂは、膜−触媒層シート５６の厚み方向から見て、アノード触媒層２ａと重なるように形成される。そして、カソード触媒層２ｂが形成されると、膜−触媒層シート５６からマスク４７及び支持台が離間する。すると、このようにして形成された膜−触媒層接合体シート５７は、再び進行方向Ｄ１に移動する。これにより、膜−触媒層接合体シート５７には、カソード触媒層２ｂが、その長手方向に所定のピッチで形成される（アノード触媒層２ａと重なるようにして形成される）。そして、膜−触媒層接合体シート５７は、さらに進行方向Ｄ１に移動する。

なお、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、適度な柔軟性を有するようにその成分組成、乾燥の度合い等が調節されており、また、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、膜−触媒層シート５６、又は膜−触媒層接合体シート５７の裏表が反対になった場合にも、高分子電解質膜シート５１から剥がれ落ちないための処置（例えば、支持台を加熱しておき、触媒層形成用のインクの分散剤を乾燥処理する）が施されている。また、アノード触媒層２ａ又はカソード触媒層２ｂを形成するごとに、乾燥処理（例えば加熱処理、送風処理及び脱気処理のうちの少なくとも１つの処理）を適宜行ってもよい。

次に、第５工程Ｐ５について説明する。
第５工程Ｐ５エリアには、裁断機５８が設けられていて、第４工程Ｐ４で形成された膜−触媒層接合体シート５７が、第５工程エリアＰ５の裁断機５８内に誘導されると、一旦停止する。そして、裁断機５８の裁断機構により、膜−触媒層接合体シート５７が、予め設定された大きさに裁断されて、膜−触媒層接合体２６が作製される。

次に、第６工程Ｐ６について説明する。
図３０は、図２７に示すＭＥＡ５の製造工程における第６工程Ｐ６を説明するための模式図である。

まず、第６工程Ｐ６エリアの構成について説明する。
図３０に示すように、第６工程Ｐ６が行われるエリアには、第５工程Ｐ５で作製された膜−触媒層接合体２６、１対の膜補強部材−ガス拡散層接合体２５、及び熱圧着機（図示せず）が配置されている。ここで、膜補強部材−ガス拡散層接合体２５の製造方法について、図３１を参照しながら説明する。

図３１は、図２７に示す膜補強部材−ガス拡散層接合体２５を製造する工程を説明するための模式図である。
まず、図３１（ａ）に示すように、略直方体状で、その周面が、内方に凹むように段状に形成されたアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）の鋳型を作製する。

そして、図３１（ａ）に示すアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）の鋳型に、バインダー樹脂と導電性粒子（例えば、カーボン粒子）と溶媒を含む混合物を混練し、混練した混合物を流し込んで固化する（図３１（ｂ）参照）。これにより、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）が作製される（図３１（Ｃ）参照）。

次に、図３１（ｄ）に示すように、略直方体状で、その周面の略中央部が外方に突出し、突出した部分の下方が内方に凹むように、段状に形成（すなわち、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）の段部に、略矩形で開口を有するドーナツ状の第２膜補強部材１１が接合したものの外形）された膜補強部材−ガス拡散層接合体２５の割り鋳型を作成する。そして、この膜補強部材−ガス拡散層接合体２５の割り鋳型に、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）を配置する（図３１（ｅ）参照）。ついで、第２膜補強部材１１を構成する材料を当該材料の融点以上の温度に加熱して液状にする。そして、この液状の材料を膜補強部材−ガス拡散層接合体２５の割り鋳型に流し込んで（図３１（ｆ）参照）、第２膜補強部材１１を作製し、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）と第２膜補強部材１１を接合する。これにより、膜補強部材−ガス拡散層接合体２５が作製される（図３１（ｇ）参照）。

次に、第６工程Ｐ６の処理について説明する。
図３０に示すように、第５工程Ｐ５で作製された膜−触媒層接合体２６と、上述した方法により作製された１対の膜補強部材−ガス拡散層接合体２５と、が、ロボット（図示せず）により、膜−触媒層接合体２６を１対の膜補強部材−ガス拡散層接合体２５で挟むように、熱圧着機に配置される。
このとき、ロボットの手は、膜−触媒層接合体２６の第１膜補強部材１０及び膜補強部材−ガス拡散層接合体２５の第２膜補強部材１１をハンドリングするため、可撓性の高い高分子電解質膜１やアノードガス拡散層３ａ又はカソードガス拡散層３ｂを直接ハンドリングするよりも、容易にハンドリングすることができる。また、高分子電解質膜１やアノードガス拡散層３ａ又はカソードガス拡散層３ｂを直接ハンドリングすると、高分子電解質膜１等が破損するおそれがあるが、本実施の形態においては、第１及び第２膜補強部材１０、１１をハンドリングするため、そのようなおそれがない。
そして、熱圧着機が、これらを熱圧着することにより、ＭＥＡ５が作製される。

このように、本実施の形態１に係るＰＥＦＣでは、高分子電解質膜１の破損をより確実に抑制し、耐久性を向上させることが可能であり、より信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となる。また、本実施の形態１に係るＰＥＦＣでは、高分子電解質膜１に第１膜補強部材１０を接合し、また、バインダー樹脂と導電性粒子を含む混合物を混練して、圧延し、固化することにより形成されたアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）に第２膜補強部材１１を接合することにより、ハンドリング性を向上することができ、作業の効率化を図ることができる。

なお、図２７に示すＭＥＡ５の製造ラインでは、素材である高分子電解質膜シート５１が膜−触媒層接合体シート５７となるまで連続するシートの形態で移動されるが、この間当該シートを進行方向Ｄ１に適切に移動させるために、当該シートを牽引するキャプスタンやローラ対等の牽引機構、当該シートに適度な張力を付与するテンショナー等の張力付与機構、及び当該シートを所定エリア（例えば、第４工程Ｐ４エリア）に一時停止させ、かつ、その後早送りするためのダンサーローラ等のシート一時蓄積機構及びシート送り機構がこの製造ラインの適所に設けられている。しかし、これらは周知であるので、その記載を省略する。

また、ここでは、高分子電解質膜シート５１に第１膜補強部材１０を接合してから、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂを形成したが、これに限定されず、先に高分子電解質膜シート５１にアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂを形成してから、第１膜補強部材１０を接合してもよい。

さらに、ここでは、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）を作製し、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）に第２膜補強部材１１を作製して、膜補強部材−ガス拡散層接合体２５を作製したが、これに限定されず、以下のように作製してもよい。
まず、上述した方法で、第２膜補強部材１１を作製する。そして、図３１（ｄ）に示す膜補強部材−ガス拡散層接合体２５の割り鋳型に、第２膜補強部材１１を配置する。ついで、バインダー樹脂と導電性粒子（例えば、カーボン粒子）と溶媒を含む混合物を混練し、混練した混合物を膜補強部材−ガス拡散層接合体２５の鋳型に流し込んで固化する。これにより、第２膜補強部材１１とアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）が接合され、膜補強部材−ガス拡散層接合体２５が作製することができる。

次に、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の構成における変形例１について説明する。

[変形例１]
図３２は、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の構成における変形例１のＭＥＡ５の概略構成を示す模式図である。

図３２に示すように、本変形例１のＭＥＡ５では、高分子電解質膜１の主面Ｆ２０に第１膜補強部材１０ａが配置されている。該第１膜補強部材１０ａは、第１膜補強部材１０と同様に、略矩形に形成されていて、中央に開口が設けられている。第１膜補強部材１０ａの開口を形成する内周面は、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第１膜補強部材１０の開口を形成する内周面と一致するように形成されている。また、第１膜補強部材１０ａの厚みは、第１膜補強部材１０ａと第２膜補強部材１１を合わせた厚みと同じになるように形成されている。

このように構成された変形例１のＭＥＡ５を備えるＰＥＦＣでは、実施の形態１に係るＰＥＦＣと同様に、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０に第１膜補強部材１０が配置され、該第１膜補強部材１０の外面に第２膜補強部材１１が配置されて２層構造になるように形成されている。このため、実施の形態１と同様に、第１膜補強部材１０の高分子電解質膜１の主面Ｆ１０と接触する角部にかかる圧力が小さくなるため、該角部は、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０と線接触するものの、高分子電解質膜１に過度の圧力がかかることがなくなり、高分子電解質膜１の破損を抑制することができる。

次に、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の構成における変形例２について説明する。

[変形例２]
図３３は、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の構成における変形例２のＭＥＡ５の概略構成を示す模式図である。

図３３に示すように、本変形例２のＭＥＡ５は、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０全体にアノード触媒層２ａが配置されていて、また、高分子電解質膜１の主面Ｆ２０全体にカソード触媒層２ｂが配置されている。そして、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの外面に、第１膜補強部材１０、１０がそれぞれ配置されている。

なお、本変形例２のＭＥＡ５は、上記実施の形態１に係るＭＥＡ５の製造方法における第３工程Ｐ３及び第４工程Ｐ４を行ってから、第１工程Ｐ１及び第２工程Ｐ２を行うことで、連続的に製造することができる。

このように構成された変形例２のＭＥＡ５を備えるＰＥＦＣでは、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの外面に、第１膜補強部材１０、１０がそれぞれ配置され、該第１膜補強部材１０の外面に第２膜補強部材１１が配置されて２層構造になるように形成されている。そして、第１膜補強部材１０の内周面は、第２膜補強部材１１の内周面より高分子電解質膜１における内方に位置するように形成されており、第１膜補強部材１０の内周部には、第２膜補強部材１１が配置されていない。

これにより、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）のうち、第１膜補強部材１０の内周部とアノードセパレータ（又はカソードセパレータ）とで挟まれた部分は、第２膜補強部材１１とアノードセパレータ（又はカソードセパレータ）とで挟まれた部分に比べて圧縮されないため、第１膜補強部材１０の内周部にかかる圧力は、第１膜補強部材１０の内周部以外の部分（第２膜補強部材１１が配置されている部分）にかかる圧力に比べて小さいものとなる。このため、第１膜補強部材１０におけるアノード触媒層２ａ（又はカソード触媒層２ｂ）の外面と接触する角部にかかる圧力が小さくなるため、該角部は、アノード触媒層２ａ（又はカソード触媒層２ｂ）の外面と線接触するものの、アノード触媒層２ａ（又はカソード触媒層２ｂ）に過度の圧力がかかることがなくなり、アノード触媒層２ａ（又はカソード触媒層２ｂ）の破損を抑制することができ、ひいては、高分子電解質膜１の破損を抑制することができる。

次に、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の製造方法における変形例について説明する。
[変形例３]
図３４は、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の製造方法における変形例３を説明するための模式図である。
図３４に示すように、本実施の形態１に係るＭＥＡ５の製造方法の変形例３では、第１工程Ｐ１〜第９工程Ｐ９を経てＭＥＡ５が製造される。第１工程Ｐ１では、上述した方法でアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）と第２膜補強部材１１を接合して膜補強部材−ガス拡散層接合体２５を作製する。なお、ここでは、膜補強部材−ガス拡散層接合体２５を、第２膜補強部材１１の主面にアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）が配置されていない構成としたが、図３１及び図３２に示すように、第２膜補強部材１１の主面にアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）が配置されている構成としてもよい。

第２工程Ｐ２では、第１工程Ｐ１で作製した膜補強部材−ガス拡散層接合体２５における一方の第２膜補強部材１１の主面の上に、第２膜補強部材１１の開口とほぼ同じ大きさの開口を有する第２マスク部材２１を配置する。ついで、第３工程Ｐ３では、触媒層形成装置４９が、第２工程Ｐ２で配置した第２マスク部材２１の上方から、膜補強部材−ガス拡散層接合体２５のアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）の表面を覆うように（第２膜補強部材１１の開口を埋めるように）触媒層形成用インクを塗工して、アノード触媒層２ａ（又はカソード触媒層２ｂ）を形成する。次に、第４工程Ｐ４では、第２工程Ｐ２で配置した第２マスク部材２１を除去して、膜補強部材−電極接合体２７を作製する。なお、第２マスク部材２１の材料は、上記第２膜補強部材の材料と同様の合成樹脂を用いることができる。

また、第５工程Ｐ５では、予め所定の大きさに切断された高分子電解質膜１に第１膜補強部材１０を熱圧着機により接合（熱圧着）して、膜−膜補強部材接合体２８を作製する。第６工程Ｐ６では、第５工程Ｐ５で作製した膜−膜補強部材接合体２８における一方の第１膜補強部材１０の主面の上に、第１膜補強部材１０の開口とほぼ同じ大きさの開口を有する第１マスク部材２２を配置する。ついで、第７工程Ｐ７では、触媒層形成装置４９が、第６工程Ｐ６で配置した第１マスク部材２２の上方から、膜−膜補強部材接合体２８の高分子電解質膜１の表面を覆うように（第１膜補強部材１０の開口を埋めるように）触媒層形成用インクを塗工して、カソード触媒層２ｂ（又はアノード触媒層２ａ）を形成する。次に、第８工程Ｐ８では、第６工程Ｐ６で配置した第１マスク部材２２を除去して、膜−触媒層接合体２９を作製する。なお、第１マスク部材２２の材料は、上記第１膜補強部材の材料と同様の合成樹脂を用いることができる。

そして、第９工程Ｐ９では、熱圧着機に、第１工程Ｐ１で作製した膜補強部材−ガス拡散層接合体２５と第４工程Ｐ４で作製した膜補強部材−電極接合体２７で、第８工程Ｐ８で作製した膜−触媒層接合体２９を挟むようにロボットにより配置され、これらを熱圧着機で熱圧着する。これにより、ＭＥＡ５が作製される。

本変形例３においては、膜補強部材−ガス拡散層接合体２５等を熱圧着機に配置する際に、ロボットの手は、第１膜補強部材１０又は第２膜補強部材１１をハンドリングするため、可撓性の高い高分子電解質膜１やアノードガス拡散層３ａ又はカソードガス拡散層３ｂを直接ハンドリングするよりも、容易にハンドリングすることができる。また、第１又は第２膜補強部材１０、１１をハンドリングするため、高分子電解質膜１やアノードガス拡散層３ａ又はカソードガス拡散層３ｂが破損するおそれがない。

なお、本変形例３では、予め所定の大きさに切断した高分子電解質膜１を用いて、バッチ方式でＭＥＡ５を作製したが、これに限定されず、上記実施の形態１と同様に、高分子電解質膜シート５１を用いて、製造ライン上で作製してもよい。
（実施の形態２）
[膜−電極接合体の構成]
図８は、本発明の実施の形態２に係るＰＥＦＣのセル４０におけるＭＥＡ５の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。図９は、図８に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図８及び図９に示すように、本実施の形態２に係るＭＥＡ５では、第１膜補強部材１０は、一方の対１００ａと他方の対１００ｂとを構成し、第２膜補強部材１１は、一方の対１０１ａと他方の対１０１ｂとを構成している。

一方の対１００ａの第１膜補強部材１０、１０は、それぞれ、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０の一方の１組の互いに対向する辺に、該辺に沿って延びるように配置されている。一方の対１００ａの第１膜補強部材１０、１０の主面には、一方の対１０１ａの第２膜補強部材１１、１１が、それぞれ、一方の対１００ａの第１膜補強部材１０、１０の長手方向に沿って延びるように（高分子電解質膜１の主面Ｆ１０の一方の１組の互いに対向する辺に沿って延びるように）配置されている。

また、他方の対１００ｂの第１膜補強部材１０、１０は、それぞれ、高分子電解質膜１の主面Ｆ２０の他方の１組の互いに対向する辺に、該辺に沿って延びるように配置されている。他方の対１００ｂの第１膜補強部材１０、１０の主面には、他方の対１０１ｂの第２膜補強部材１１、１１が、それぞれ、他方の対１００ｂの第１膜補強部材１０、１０の長手方向に沿って延びるように（高分子電解質膜１の主面Ｆ２０の他方の１組の互いに対向する辺に沿って延びるように）配置されている。

このように、一方の対１００ａの第１膜補強部材１０、１０と他方の対１００ｂの第１膜補強部材１０、１０は、全体として高分子電解質膜１の周縁部を一周するように（４辺に沿って延在するように）配置されている。また、第１膜補強部材１０、１０、及び第２膜補強部材１１、１１は、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、高分子電解質膜１の４隅の部分で重なり合うように形成されている。

そして、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、一方の対１００ａの第１膜補強部材１０、１０及び他方の対１００ｂの第１膜補強部材１０、１０の間に位置するように形成されており、互いに重なり合うように形成されている。また、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂは、アノード触媒層２ａ又はカソード触媒層２ｂ、第１膜補強部材１０、及び第２膜補強部材１１のそれぞれの主面を覆うように形成され、高分子電解質膜１の厚み方向から見て互いに重なり合うように形成されている。

このように形成された本実施の形態２に係るＭＥＡ５では、膜補強部材が実施の形態１と同様の２層構造に形成されているので、実施の形態１と同様に高分子電解質膜１の破損を抑制することができる。さらに、本実施の形態のＭＥＡ５では、図９に示すように、カソードガス拡散層３ｂの端部が、高分子電解質膜１の主面Ｆ２０に直接接触して、高分子電解質膜１が当該部分で破損するおそれがある。しかしながら、このような場合であっても、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０側には、第１及び第２膜補強部材１０、１１が配置されているので、反応ガスがクロスリークすることがない。また、同様に、アノードガス拡散層３ａの端部が、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０に直接接触する部分があるが、当該部分の高分子電解質膜１の主面Ｆ２０側には、第１及び第２膜補強部材１０、１１が配置されているので、反応ガスがクロスリークすることがない。

なお、本実施の形態２に係るセル４０は、ガスケット１７が第１及び第２膜補強部材１０、１１と高分子電解質膜１の４辺との間に形成される隙間を埋めるように形成されている点を除いて、上記実施の形態１に係るセル４０と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

[膜−電極接合体の製造方法]
次に、本実施の形態２に係るＭＥＡ５の製造方法について説明する。なお、以下に説明するようにして製造したＭＥＡ５を用いて、セル４０及びセルスタック（ＰＥＦＣ）を製造する方法は、特に限定されず、公知のＰＥＦＣの製造技術を採用することができるため、詳細な説明を省略する。

まず、膜−触媒層積層体３０の製造方法について説明する。
図１０は、図８及び図９に示すＭＥＡ５における膜−触媒層接合体３０を製造するための一連の工程（処理エリア）及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。

図１０に示すように、膜−触媒層積層体３０は、高分子電解質膜シートと膜補強部材テープを接合して膜−膜補強部材シート接合体を形成する第１工程Ｐ１乃至第４工程Ｐ４、膜−膜補強部材シート接合体に触媒層を塗工する第５工程Ｐ５及び第６工程Ｐ６、及び膜−触媒層接合体シートを切断する第７工程Ｐ７を経て、製造される。これにより、ＭＥＡ５は、低コストで、かつ、容易に大量生産することができる。

まず、第１工程Ｐ１について説明する。

図１１は、図１０に示す膜−触媒層接合体３０の製造工程における第１工程Ｐ１を説明するための模式図である。
まず、公知の薄膜製造技術を用いて、長尺の高分子電解質膜シート５１（切断後、図８及び図９に示す高分子電解質膜１となる部材）を巻回した高分子電解質膜ロール５０と、第１膜補強部材テープ１２２（切断後、図８及び図９に示す第１膜補強部材１０となる部材）を巻回した第１膜補強部材ロール１２１を製造する。そして、第１膜補強部材テープ１２２、１２２が、高分子電解質膜シート５１の側端部に配置されるように高分子電解質膜ロール５０及び一対の第１膜補強部材ロール１２１、１２１の位置決めを行う。

次に、図１０に示すように、ローラ８５及びローラ８６を駆動することにより、高分子電解質膜ロール５０から高分子電解質膜シート５１が引き出され、また、第１膜補強部材ロール１２１、１２１から第１膜補強部材テープ１２２、１２２が引き出され、これらのテープが一対のローラ８１及びローラ８２を有する熱圧着機（図示せず）内に誘導される。熱圧着機内では、高分子電解質膜シート５１及び第１膜補強部材テープ１２２、１２２が、予熱されたローラ８１とローラ８２との間を進行方向Ｄ１側に進む過程において接合され、テープ状の膜−膜補強部材シート接合体５２が形成される。そして、形成された膜−膜補強部材シート接合体５２は、第２工程Ｐ２エリアまで進む。

なお、高分子電解質膜シート５１に接触させる前の第１膜補強部材テープ１２２、１２２の表面（接触面となる部分）に、接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。この場合、上記のようにローラ８１、８２を予熱して加圧処理を行ってもよく、予熱を行わずに、加圧処理のみ行ってもよい。また、接着剤としては、電池特性を低下させないものであることが好ましく、例えば、高分子電解質膜シート５１と同種又は異種（但し、高分子電解質膜シート５１と充分に一体化可能な親和性を有するもの）の高分子電解質材料（例えば、先に高分子電解質膜１の構成材料として例示したもの）を分散媒又は溶媒に含有させた液を用いてもよい。

次に、第２工程Ｐ２について説明する。
図１２は、図１０に示す膜−触媒層接合体３０の製造工程における第２工程Ｐ２を説明するための模式図である。

まず、第１膜補強部材ロール１２１と同様にして、第２膜補強部材テープ１２４（切断後、図８及び図９に示す第２膜補強部材１１となる部材）を巻回した第２膜補強部材ロール１２３を製造する。そして、第２膜補強部材テープ１２４、１２４が、膜−膜補強部材接合体５２の側端部に配置されるように一対の第２膜補強部材ロール１２３、１２３の位置決めを行う。

次に、図１２に示すように、第２膜補強部材ロール１２３、１２３から第２膜補強部材テープ１２４、１２４が引き出され、これらのテープが一対のローラ８２及びローラ８３を有する熱圧着機（図示せず）内に誘導される。熱圧着機内では、膜−膜補強部材シート接合体５２及び第２膜補強部材テープ１２４、１２４が、予熱されたローラ８３とローラ８４との間を進行方向Ｄ１側に進む過程において接合され、テープ状の膜−膜補強部材シート接合体５３が形成される。そして、形成された膜−膜補強部材シート接合体５３は、ローラ８５、８６の駆動により、さらに進行方向Ｄ１に移動し、ローラ８５で折り返され、膜−膜補強部材シート接合体５３の裏面（第１及び第２膜補強部材テープ１２２、１２４が配置されていない側の主面）が上方を向くように反転され、第３工程Ｐ３エリアまで進む。なお、膜−膜補強部材シート接合体５２に接触させる前の第２膜補強部材テープ１２４、１２４の表面（接触面となる部分）に、上述した第１膜補強部材テープ１２２接合する場合と同様に接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。

次に、第３工程Ｐ３について説明する。
図１３は、図１０に示す膜−触媒層接合体３０の製造工程における第３工程Ｐ３を説明するための模式図である。

まず、第３工程Ｐ３エリアの構成について説明する。
図１３に示すように、第３工程Ｐ３エリアには、基材テープ１２７に第１膜補強部材テープ１２６が積層された基材−膜補強部材テープ積層体１２８が巻回された基材−膜補強部材ロール１２５、１２５が対となるようにして配置されており、また、図示されない２つのカッターが配置されている。基材−膜補強部材ロール１２５は、基材−膜補強部材ロール１２５から引き出される基材−膜補強部材テープ積層体１２８の進行方向Ｄ２と膜−膜補強部材シート接合体５３の進行方向Ｄ１とが略直行するように配置されており、一対の基材−膜補強部材ロール１２５、１２５のＤ１方向の間隔は、切断後の高分子電解質膜１の大きさと一致するように、所定の間隔で配置されている。

次に、第３工程Ｐ３の処理について説明する。
まず、第２工程Ｐ２で形成された膜−膜補強部材シート接合体５３が第３工程Ｐ３エリアまで進むと、一旦停止する。そして、一対の基材−膜補強部材ロール１２５、１２５から、基材−膜補強部材テープ積層体１２８、１２８がそれぞれ進行方向Ｄ２側に引き出され、一旦停止する。ついで、図示されない２つのカッターにより、基材−膜補強部材テープ積層体１２８、１２８における第１膜補強部材テープ１２６、１２６の端部から所定の長さ（第１膜補強部材１０に相当する長さ）にあわせて、基材−膜補強部材テープ積層体１２８、１２８のうちの第１膜補強部材テープ１２６、１２６のみが切断される。このとき、２つのカッターの切り込みの深さは、第１膜補強部材テープ１２６の厚み寸法と同じになるように調整されており、基材−膜補強部材テープ積層体１２８における基材テープ１２７が切断されないように構成されている。なお、基材テープ１２７は、２つのカッターにより切断されない充分な機械的強度（硬さ、柔軟性）を有している。また、ここでは、２つのカッターにより第１膜補強部材テープ１２６、１２６をそれぞれ切断したが、１つのカッターで切断する構成としてもよい。

次に、基材−膜補強部材テープ積層体１２８、１２８が、さらに引き出されて、第１膜補強部材テープ１２６、１２６の主面と膜−膜補強部材シート接合体５３の裏面とが当接するようにして停止する。このとき、膜−膜補強部材シート接合体５３の厚み方向から見て、第１膜補強部材テープ１２６の端部が、膜−膜補強部材シート接合体５３の側端部と一致するように停止する。

そして、基材−膜補強部材テープ積層体１２８、１２８は、図示されない押圧手段によって加熱処理され、膜−膜補強部材シート接合体５３に位置ずれを起こさないようにして加圧処理される。これにより、膜−膜補強部材シート接合体５３の高分子電解質膜シート５１と、基材−膜補強部材テープ積層体１２８、１２８の第１膜補強部材テープ１２６、１２６と、が融着し、これらの積層体が固定される。

ついで、適宜な手段により、基材−膜補強部材テープ積層体１２８から基材テープ１２７がはがされて、第１膜補強部材テープ１２６（第１膜補強部材１０となる部分）のみが膜−膜補強部材シート接合体５３に固定され、テープ状の膜−膜補強部材シート接合体５４が形成される。このようにして形成された膜−膜補強部材シート接合体５４は、ローラ８５、８６が駆動することにより、進行方向Ｄ１に移動する。これにより、膜−膜補強部材シート接合体５４には、第１膜補強部材１０、１０が、その長手方向に所定のピッチで形成される。

なお、図示されない押圧手段による加熱処理を行う前の第１膜補強部材テープ１２６、１２６の裏面（接触面となる部分）に、上述の第１膜補強部材テープ１２２を接合する場合と同様に接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。

次に、第４工程Ｐ４について説明する。
図１４は、図１０に示す膜−触媒層接合体３０の製造工程における第４工程Ｐ４を説明するための模式図である。

まず、第４工程Ｐ４エリアの構成について説明する。
図１４に示すように、第４工程Ｐ４エリアは、第３工程エリアＰ３と同様に構成されており、基材テープ１３１に第２膜補強部材テープ１３０が積層された基材−膜補強部材テープ積層体１３２が巻回された基材−膜補強部材ロール１２９、１２９が対となるようにして配置されており、また、図示されない２つのカッターが配置されている。基材−膜補強部材ロール１２９は、基材−膜補強部材ロール１２９から引き出される基材−膜補強部材テープ積層体１３２の進行方向Ｄ２と膜−膜補強部材シート接合体５４の進行方向Ｄ１とが略直行するように配置されており、一対の基材−膜補強部材ロール１２９、１２９のＤ１方向の間隔は、切断後の高分子電解質膜１の大きさと一致するように、所定の間隔で配置されている。

次に、第４工程Ｐ４の処理について説明する。
まず、第３工程Ｐ３で形成された膜−膜補強部材シート接合体５４が第４工程Ｐ４エリアまで進むと、一旦停止する。そして、一対の基材−膜補強部材ロール１２９、１２９から、基材−膜補強部材テープ積層体１３２、１３２がそれぞれ進行方向Ｄ２側に引き出され、一旦停止する。

ついで、図示されない２つのカッターにより、基材−膜補強部材テープ積層体１３２、１３２における第２膜補強部材テープ１３０、１３０の端部から所定の長さ（第２膜補強部材１１に相当する長さ）にあわせて、基材−膜補強部材テープ積層体１３２、１３２のうちの第２膜補強部材テープ１３０、１３０のみが切断される。このとき、２つのカッターの切り込みの深さは、第３工程Ｐ３と同様に、第２膜補強部材テープ１３０の厚み寸法と同じになるように調整されており、基材−膜補強部材テープ積層体１３２における基材テープ１３１が切断されないように構成されている。なお、基材テープ１３１は、２つのカッターにより切断されない充分な機械的強度（硬さ、柔軟性）を有している。また、ここでは、２つのカッターにより第２膜補強部材テープ１３０、１３０をそれぞれ切断したが、１つのカッターで切断する構成としてもよい。

次に、基材−膜補強部材テープ積層体１３２、１３２が、さらに引き出されて、第２膜補強部材テープ１３０、１３０の主面と膜−膜補強部材シート接合体５４の第１膜補強部材１０、１０の主面とが、それぞれ、当接するようにして停止する。このとき、膜−膜補強部材シート接合体５４の厚み方向から見て、第２膜補強部材テープ１３０の端部が、膜−膜補強部材シート接合体５４の側端部と一致するように停止する。

そして、基材−膜補強部材テープ積層体１３２、１３２は、図示されない押圧手段によって加熱処理され、膜−膜補強部材シート接合体５４の第１膜補強部材１０、１０に位置ずれを起こさないようにして加圧処理される。これにより、膜−膜補強部材シート接合体５４の第１膜補強部材１０、１０と基材−膜補強部材テープ積層体１３２、１３２の第２膜補強部材テープ１３０、１３０とが、それぞれ、融着し、これらの積層体が固定される。

ついで、適宜な手段により、基材−膜補強部材テープ積層体１３２から基材テープ１３１がはがされて、第２膜補強部材テープ１３０（第２膜補強部材１１となる部分）のみが膜−膜補強部材シート接合体５４に固定され、テープ状の膜−膜補強部材シート接合体５５が形成される。このようにして形成された膜−膜補強部材シート接合体５５は、進行方向Ｄ１に移動する。これにより、膜−膜補強部材シート接合体５５には、第２膜補強部材１１、１１が、第１膜補強部材１０、１０の主面の上に形成される。

なお、図示されない押圧手段による加熱処理を行う前の第２膜補強部材テープ１３０、１３０の裏面（接触面となる部分）に、上述の第１膜補強部材テープ１２２を接合する場合と同様に接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。また、膜−膜補強部材シート接合体５５は、予め基材−膜補強部材テープ積層体１２８に第２膜補強部材テープ１３０を接合した基材−膜補強部材接合テープを巻回した基材−膜補強部材接合ロールを用いて、形成してもよい。

次に、第５工程Ｐ５について説明する。
図１５は、図１０に示す膜−触媒層接合体３０の製造工程における第５工程Ｐ５を説明するための模式図である。

まず、第５工程Ｐ５が行われるエリアの構成について説明する。
図１５に示すように、第５工程Ｐ５が行われるエリアには、開口部４８を有するマスク４７と、膜−膜補強部材シート接合体５５の裏面から該膜−膜補強部材シート接合体５５を支える図示されない支持手段（例えば、支持台）と、触媒層形成装置４９（図１０参照）と、が配置されている。開口部４８の形状は、図８及び図９に示したアノード触媒層２ａの主面の形状に対応するように設計されている。また、触媒層形成装置は、触媒層形成用インクを塗工又はスプレーするなどして膜−膜補強部材シート接合体５５の主面にアノード触媒層２ａを形成するための機構が備えられている。この機構は、公知の燃料電池のガス拡散層の触媒層を形成するために採用されている機構、例えば、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、スクリーン印刷法に基づいて設計された機構を採用することができる。

次に、第５工程Ｐ５の処理について説明する。
まず、第４工程Ｐ４で形成された膜−膜補強部材シート接合体５５が、第５工程Ｐ５エリアにまで進むと、一旦停止する。そして、膜−膜補強部材シート接合体５５が、マスク４７と図示されない支持台との間に挟持されるようにして固定される。次に、触媒層形成装置４９が作動し、マスク４７の開口部４８の上方から触媒層形成用インクを塗工する等により、膜−膜補強部材シート接合体５５の高分子電解質膜シート５１の表面を覆うようにアノード触媒層２ａが形成される。アノード触媒層２ａが形成されると、膜−膜補強部材シート接合体５５からマスク４７及び支持台が離間する。このようにして形成された膜−触媒層シート５６は、ローラ８５、８６の駆動により進行方向Ｄ１に移動する。これにより、膜−触媒層シート５６には、アノード触媒層２ａが、その長手方向に所定のピッチで形成される。そして、ローラ８５、８６の駆動により、膜−触媒層シート５６は、さらに進行方向Ｄ１に移動し、ローラ８６で折り返され、膜−触媒層シート５６の裏面（アノード触媒層２ａが形成されていない主面）が上方を向くように反転される。

次に、第６工程Ｐ６について説明する。
第６工程Ｐ６エリアの構成は、第５工程Ｐ５エリアと同様の構成をしているため、その詳細な説明については省略する。

図１０に示すように、第５工程Ｐ５で形成された膜−触媒層シート５６が第６工程Ｐ６エリアにまで進むと、一旦停止する。そして、膜−触媒層シート５６が、マスク４７と図示されない支持台との間に挟持されるようにして固定される。次に、触媒層形成装置４９が作動し、マスク４７の開口部４８の上方から触媒層形成用インクを塗工する等により、膜−触媒層シート５６の高分子電解質膜シート５１の裏面を覆うようにカソード触媒層２ｂが形成される。このとき、カソード触媒層２ｂは、膜−触媒層シート５６の厚み方向から見て、アノード触媒層２ａと重なるように形成される。そして、カソード触媒層２ｂが形成されると、膜−触媒層シート５６からマスク４７及び支持台が離間する。このようにして形成された膜−触媒層接合体シート５７は、ローラ８５、８６の駆動により進行方向Ｄ１に移動する。これにより、膜−触媒層接合体シート５７には、カソード触媒層２ｂが、その長手方向に所定のピッチで形成される（アノード触媒層２ａと重なるようにして形成される）。そして、ローラ８５、８６の駆動により、膜−触媒層接合体シート５７は、さらに進行方向Ｄ１に移動する。

なお、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、適度な柔軟性を有するようにその成分組成、乾燥の度合い等が調節されており、また、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、膜−触媒層シート５６、又は膜−触媒層接合体シート５７の裏表が反対になった場合にも、高分子電解質膜シート５１から剥がれ落ちないための処置（例えば、支持台を加熱しておき、触媒層形成用のインクの分散剤を乾燥処理する）が施されている。また、アノード触媒層２ａ又はカソード触媒層２ｂを形成するごとに、乾燥処理（例えば加熱処理、送風処理及び脱気処理のうちの少なくとも１つの処理）を適宜行ってもよい。

次に、第７工程Ｐ７について説明する。

第７工程Ｐ７エリアには、裁断機５８が設けられていて、第６工程Ｐ６で形成された膜−触媒層接合体シート５７が、第７工程エリアＰ７の裁断機５８内に誘導されると、一旦停止する。そして、裁断機５８の裁断機構により、膜−触媒層接合体シート５７が、予め設定された大きさに裁断されて、図８及び図９に示すような膜−触媒層接合体３０が得られる。

なお、図１０に示す膜−触媒層接合体３０の製造ラインでは、素材である高分子電解質膜シート５１が膜−触媒層接合体シート５７となるまで連続するシートの形態で移動されるが、この間当該シートを進行方向Ｄ１に適切に移動させるために、当該シートを牽引するキャプスタンやローラ対等の牽引機構、当該シートに適度な張力を付与するテンショナー等の張力付与機構、及び当該シートを所定エリア（例えば、第４工程Ｐ４エリア）に一時停止させ、かつ、その後早送りするためのダンサーローラ等のシート一時蓄積機構及びシート送り機構がこの製造ラインの適所に設けられている。しかし、これらは周知であるので、その記載を省略する。

また、第１工程Ｐ１及び第２工程Ｐ２に代えて、以下のようにして、膜−膜補強部材シート接合体５３を作製してもよい。

図３５は、図１０に示す膜−膜補強部材シート接合体５３を製造するための一連の工程（処理エリア）及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。

図３５に示すように、膜−膜補強部材シート接合体５３を製造する第１０工程Ｐ１０エリアには、高分子電解質膜シート５１を巻回した高分子電解質膜ロール５０、膜補強部材接合体テープ１３３が巻回された膜補強部材ロール１３４、１３４が対となるようにして配置されており、また、ローラ８３、８４を有する熱圧着機（図示せず）が配置されている。具体的には、膜補強部材テープ１３３、１３３が、高分子電解質膜シート５１の側端部に配置されるように、高分子電解質膜ロール５０及び一対の膜補強部材ロール１３４、１３４が配置されている。ここで、膜補強部材ロール１３４の製造方法について、図３６を参照しながら説明する。

図３６は、図３５に示す膜補強部材ロール１３４を製造する工程を説明するための模式図である。

まず、図１２及び図１３に示す第１膜補強部材テープ１２２を巻回した第１膜補強部材ロール１２１及び第２膜補強部材テープ１２４を巻回した第２膜補強部材ロール１２３を製造する。そして、第２膜補強部材テープ１２３が、第１膜補強部材テープ１２１の側端部に配置されるように、第１膜補強部材ロール１２１及び第２膜補強部材ロール１２３の位置決めを行う。

次に、図３６に示すように、第１膜補強部材ロール１２１から第１膜補強部材テープ１２２と第２膜補強部材ロール１２３から第２膜補強部材テープ１２４を引き出し、これらのテープが一対のローラ８３及びローラ８４を有する熱圧着機（図示せず）内に誘導される。熱圧着機内では、第１膜補強部材テープ１２２及び第２膜補強部材テープ１２４が、予熱されたローラ８３とローラ８４との間を進行方向Ｄ２側に進む過程において接合され、膜補強部材接合体テープ１３３が形成される。そして、形成された膜補強部材接合体テープ１３３が巻回されて膜補強部材ロール１３４が製造される。なお、第１膜補強部材テープ１２２に接触させる前の第２膜補強部材テープ１２４の表面（接触面となる部分）に、接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。

次に、第１０工程Ｐ１０の処理について説明する。

適宜な手段により、高分子電解質膜ロール５０から高分子電解質膜シート５１が引き出され、また、膜補強部材ロール１３４、１３４から膜補強部材テープ１３３、１３３が引き出され、これらが一対のローラ８１及びローラ８２を有する熱圧着機（図示せず）内に誘導される。熱圧着機内では、高分子電解質膜シート５１及び膜補強部材テープ１３３、１３３が、予熱されたローラ８１とローラ８２との間を進行方向Ｄ２側に進む過程において接合され、テープ状の膜−膜補強部材シート接合体５３が形成される。なお、高分子電解質膜シート５１に接触させる前の膜補強部材テープ１３３、１３３の表面（接触面となる部分）に、接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。

次に、ＭＥＡ５の製造方法について説明する。
上述のようにして得られた膜−触媒層接合体３０のアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの主面に、予め適宜な大きさに裁断したアノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂ（例えば、カーボンクロス等）を、それぞれ接合することにより、ＭＥＡ５が得られる。なお、撥水カーボン層形成インクを予めアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの主面、又はアノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂの主面に塗工等することにより、撥水カーボン層を形成してから、ＭＥＡ５を形成してもよい。

また、上記第６工程Ｐ６の前に、膜−触媒層接合体シート５７のアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの主面にアノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂをそれぞれ接合して、ＭＥＡ５を形成してもよい。この場合、予め裁断されたアノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂをアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの主面にそれぞれ接合して膜−電極シートを形成してもよく、また、テープ状のアノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂをアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの主面にそれぞれ接合し、裁断して膜−電極シートを形成してもよい。そして、得られた１組の膜−電極シートを上記第６工程Ｐ６と同様の方法で裁断し、ＭＥＡ５が形成される。なお、撥水カーボン層形成インクを予めアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの主面、又はアノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂの主面に塗工等することにより、撥水カーボン層を形成してから、ＭＥＡ５を形成してもよい。

このように、本実施の形態２に係るＰＥＦＣは、高分子電解質膜１の破損をより確実に抑制し、耐久性を向上させることが可能であり、より信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となるだけでなく、安価で大量生産することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態３に係るＰＥＦＣは、基本的構成は、実施の形態２に係るＰＥＦＣと同じであるが、以下の点で異なる。

図１６は、本発明の実施の形態３に係るＰＥＦＣにおけるセル４０の膜−膜補強部材接合体２０の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図であり、図１７は、図１６に示す矢印Ｃの方向から見た膜−膜補強部材接合体２０を示す模式図である。また、図１８は、セルスタックに組み込まれたＭＥＡ５の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図であり、図１９は、図１８に示すＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

図１６及び図１７に示すように、本実施の形態３に係る膜−膜補強部材接合体２０では、第２膜補強部材１１を構成する一方の対１０１ａの第２膜補強部材１１、１１が、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、他方の対１００ｂの第１膜補強部材１０、１０の間に位置するように、かつ、一方の対１０１ａの第２膜補強部材１１の幅方向の端面と他方の対１００ｂの第１膜補強部材１０の長手方向の端面との間に所定の間隔を有するように配置されている。また、他方の対１０１ｂの第２膜補強部材１１、１１が、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、一方の対１００ａの第１膜補強部材１０、１０の間に位置するように、かつ、他方の対１０１ｂの第２膜補強部材１１の幅方向の端面と一方の対１００ａの第１膜補強部材１０の長手方向の端面との間に所定の間隔を有するように配置されている。なお、所定の間隔の寸法は、第２膜補強部材１１の厚み寸法より若干大きくなるように構成されている。

そして、図１８及び図１９に示すように、セルスタックに組み込まれた状態では、高分子電解質膜１、第１膜補強部材１０は、それぞれ、屈曲部１９で屈曲して、第２膜補強部材１１の外面と、第１膜補強部材１０の外面Ｆ３０のうち第２膜補強部材１１が配置されていない部分と、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０の周縁部のうち第１膜補強部材１０、１０が配置されていない部分と（第２膜補強部材１１の外面と、第１膜補強部材１０の外面Ｆ３０のうち第２膜補強部材１１が配置されていない部分と、高分子電解質膜１の主面Ｆ２０の周縁部のうち第１膜補強部材１０、１０が配置されていない部分と）、が面一に形成される。なお、高分子電解質膜１及び第１膜補強部材１０は、上述のように屈曲させることができる程度の伸張性を有していることが好ましい。

このように、第１膜補強部材１０は、セルスタックに組み込まれると、アノードセパレータ６ａ（ガスケット１７又はアノードガス拡散層３ａを介して）と高分子電解質膜１とに挟圧されて、厚み方向に圧縮される。この場合、第１膜補強部材１０における外面Ｆ３０の第２膜補強部材１１が配置されている部分１６の方が、外面Ｆ３０の内周部１５に比べて圧縮されており、アノードガス拡散層３ａが直接当接する内周部１５より部分１６の方が、圧力が大きくかかる。このため、第１膜補強部材１０の内面Ｆ４０と内周面とで形成される角部１４にかかる圧力は小さいので、該角部１４は、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０と線接触するものの、高分子電解質膜１に過度に圧力がかかることがなくなり、高分子電解質膜１の破損を抑制することができる。

次に、本実施の形態３に係る膜−触媒層接合体３０の製造方法について説明する。なお、本実施の形態３に係る膜−触媒層接合体３０の製造方法は、上述した実施の形態２に係る膜−触媒層接合体３０と同様に形成されるが、第２工程Ｐ２及び第４工程Ｐ４が異なる。

まず、基材テープ１１１に第２膜補強部材１１を所定の間隔で積層し、この基材−膜補強部材積層体１１２を巻回した基材−膜補強部材ロール１１３を用意する。

図２０は、基材−膜補強部材ロール１１３を製造するための処理エリア及び製造ラインの概略を示す模式図である。
まず、処理エリアの構成について説明する。
図２０に示すように、処理エリアには、基材テープ１１１を巻回した基材ロール１１４と、基材テープ１１７に膜補強部材テープ１１６が積層された基材−膜補強部材積層体１１８を巻回した基材−膜補強部材ロール１１５と、が配置されており、また、図示されないカッター及び押圧手段が配置されている。具体的には、基材ロール１１４及び基材−膜補強部材ロール１１５は、基材ロール１１４から引き出される基材テープ１１１の進行方向Ｄ４と、基材−膜補強部材ロール１１５から引き出される基材−膜補強部材積層体１１８の進行方向Ｄ５と、が略直交するように配置されている。なお、基材−膜補強部材ロール１１５の幅方向の長さは、第２膜補強部材１１の長手方向の長さと同じになるように構成されている。

次に、基材−膜補強部材ロール１１３の製造方法について説明する。

基材テープ１１１が、基材ロール１１４から進行方向Ｄ４側に引き出され、基材−膜補強部材積層体１１８が、基材−膜補強部材ロール１１５から進行方向Ｄ５側に引き出され、それぞれ一旦停止する。そして、図示されないカッターにより、基材−膜補強部材積層体１１８における膜補強部材テープ１１６の端部から所定の長さ（第２膜補強部材１１の幅に相当する長さ）にあわせて、基材−膜補強部材積層体１１８のうちの膜補強部材テープ１１６のみが切断される。

次に、基材−膜補強部材積層体１１８が、進行方向Ｄ５側に更に引き出されて、一旦停止する。そして、図示されない押圧手段により、基材−膜補強部材積層体１１８の膜補強部材テープ１１６と、基材テープ１１１と、が固定される。

ついで、適宜な手段により、基材−膜補強部材積層体１１８から基材テープ１１７がはがされて、膜補強部材テープ１１６のみが基材テープ１１１の主面に固定され、基材−膜補強部材積層体１１２が形成される。このようにして形成された基材−膜補強部材積層体１１２が進行方向Ｄ４に移動する。これにより、基材−膜補強部材積層体１１２には、第２膜補強部材１１が、その長手方向に所定のピッチで固定される。そして、この基材−膜補強部材積層体１１２が巻回されて、基材−膜補強部材ロール１１３が形成される。なお、図示されない押圧手段による加圧処理を行う前の膜補強部材テープ１１６の表面（接触面となる部分）に、接着剤を塗工する前処理を行ってもよい。

次に、第２工程Ｐ２について説明する。
図２１は、実施の形態３に係る膜−触媒層接合体３０の製造工程における第２工程Ｐ２を説明するための模式図である。

図２１に示すように、第２工程Ｐ２エリアでは、一対の基材−膜補強部材積層体１１２、１１２が、膜−膜補強部材シート接合体５２の側端部に配置されるように膜−膜補強部材シート接合体５２及び一対の基材−膜補強部材ロール１１３、１１３の位置決めがされている。

第１工程Ｐ１で形成された膜−膜補強部材シート接合体５２が第２工程Ｐ２エリアまで進むと、一旦停止する。そして、基材−膜補強部材積層体１１２、１１２が基材−膜補強部材ロール１１３、１１３から引き出され、膜−膜補強部材シート接合体５２と共に一対のローラ８３及びローラ８４を有する熱圧着機（図示せず）内に誘導される。熱圧着機内では、膜−膜補強部材シート接合体５２及び基材−膜補強部材積層体１１２、１１２が、予熱されたローラ８３とローラ８４との間を進行方向Ｄ１側に進む過程において接合される。次に、適宜な手段により、基材−膜補強部材積層体１１２から基材テープ１１１がはがされて、第２膜補強部材１１のみが膜−膜補強部材シート接合体５２に固定され、膜−膜補強部材シート接合体５３が形成される。

次に、第４工程Ｐ４について説明する。
図２２は、実施の形態３に係る膜−触媒層接合体３０の製造工程における第４工程Ｐ４を説明するための模式図である。

まず、第４工程Ｐ４エリアの構成について説明する。
図２２に示すように、第４工程Ｐ４エリアでは、基材−膜補強部材ロール１１３は、基材−膜補強部材ロール１１３から引き出される基材−膜補強部材積層体１１２の進行方向Ｄ３と膜−膜補強部材シート接合体５４の進行方向Ｄ１とが略直行するように配置されており、一対の基材−膜補強部材ロール１１３、１１３のＤ１方向の間隔は、切断後の高分子電解質膜１の大きさと一致するように、所定の間隔で配置されている。

次に、第４工程Ｐ４の処理について説明する。
まず、第３工程Ｐ３で形成された膜−膜補強部材シート接合体５４が第４工程Ｐ４エリアまで進むと、一旦停止する。そして、一対の基材−膜補強部材ロール１１３、１１３から、基材−膜補強部材積層体１１２、１１２がそれぞれ進行方向Ｄ２側に引き出されて、第２膜補強部材１１、１１の主面と膜−膜補強部材シート接合体５４の第１膜補強部材１０、１０の主面とが、それぞれ、当接するようにして停止する。このとき、膜−膜補強部材シート接合体５４の厚み方向から見て、第２膜補強部材１１、１１が、第１膜補強部材テープ１２２、１２２の間に位置するように、かつ、第２膜補強部材１１の幅方向の端面と第１膜補強部材テープ１２２の長手方向の端面との間に所定の間隔を有するように停止する。

そして、基材−膜補強部材積層体１１２、１１２は、図示されない押圧手段によって加熱処理され、膜−膜補強部材シート接合体５４の第１膜補強部材１０、１０に位置ずれを起こさないようにして加圧処理される。これにより、膜−膜補強部材シート接合体５４の第１膜補強部材１０、１０と基材−膜補強部材積層体１１２、１１２の第２膜補強部材１１、１１とが、それぞれ、融着し、これらの積層体が固定される。

ついで、適宜な手段により、基材−膜補強部材積層体１１２から基材テープ１１１がはがされて、第２膜補強部材１１のみが膜−膜補強部材シート接合体５４に固定され、テープ状の膜−膜補強部材シート接合体５５が形成される。

このように、本実施の形態３に係るＰＥＦＣでは、高分子電解質膜１の破損をより確実に抑制し、耐久性を向上させることが可能であり、より信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となるだけでなく、安価で大量生産することが可能である。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る膜−膜補強部材接合体は、上記実施の形態１乃至３の膜−膜補強部材接合体では、第１膜補強部材１０の内縁が、第２膜補強部材１１の内縁より高分子電解質膜１における内方に位置するように形成されているとしたが、第２膜補強部材１１の内縁が、第１膜補強部材１０の内縁よりも内方に位置するように形成されている。

図２３は、本発明の実施の形態４に係る膜−膜補強部材接合体の概略構成を模式的に示す断面図である。

図２３に示すように、本実施の形態４に係る膜−膜補強部材接合体２０では、第２膜補強部材１１に形成された開口１３は、第１膜補強部材１０に形成された開口１２より開口面積が小さくなるように形成されている。すなわち、第１膜補強部材１０の開口１２を構成する内周面は、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第２膜補強部材１１の外周面と第２膜補強部材１１の内周面の間に位置するように形成されている。

そして、本実施の形態４に係る膜−膜補強部材接合体２０を用いたセル４０をスタックに組み立てて締結すると、締結圧によって第２膜補強部材１１の第１膜補強部材１０より内方側の部分が高分子電解質膜１の主面側に垂れ下がる。このため、第１膜補強部材１０の主面Ｆ３０の内縁部にかかる圧力が小さくなり、第１膜補強部材１０の主面Ｆ４０と内周面とで形成される角部１４にかかる圧力が小さくなるため、該角部１４は、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０と線接触するものの過度に圧力をかけることがなくなり、高分子電解質膜１の破損を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述した本発明の実施の形態については、第１膜補強部材１０又は第２膜補強部材１１の外側の周縁（エッジ）が、高分子電解質膜１の周縁（エッジ）と一致している態様（高分子電解質膜１の主面の略法線方向から見た場合に第１膜補強部材１０又は第２膜補強部材１１の外側のエッジと高分子電解質膜１のエッジが一致し、高分子電解質膜１のエッジがはみ出さない態様）について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の効果を得られる範囲において、第１膜補強部材１０又は第２膜補強部材１１のエッジが、高分子電解質膜１のエッジよりも全体的に又は部分的にはみ出ている構成を有していてもよく、高分子電解質膜１のエッジが、第１膜補強部材１０又は第２膜補強部材１１のエッジよりも全体的に又は部分的にはみ出ている構成を有していてもよい。

また、上述した本発明の実施の形態においては、第１膜補強部材１０は、全体として高分子電解質膜１の４辺に沿って延在して形成されているとして説明したが、これに限定されず、本発明の作用効果が得られる範囲で、その一部が省略されるように形成されていてもよく、また、第２膜補強部材１１についても、本発明の作用効果が得られる範囲で、その一部が省略されるように形成されていてもよい。

また、上述した本発明の実施の形態においては、第１膜補強部材１０は、高分子電解質膜１の両主面に配置されているとして説明したが、これに限定されず、一方の主面にのみ配置されていてもよい。なお、この場合、第１の対の第１膜補強部材１０、１０と第２の対の第２膜補強部材１０、１０が、高分子電解質膜１の４辺に沿って延在するように配置されていてもよい。

また、高分子電解質膜１は、ここでは、略４角形としたが、これに限定されず、例えば、４角形の４つの内角が９０度でなくてもよく、また、４つの辺が多少湾曲していてもよく、あるいは、４つの角が面取りされていてもよい。さらに、高分子電解質膜１は、円形であってもよく、多角形であってもよい。

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳しく説明する。
［実施例１］
本実施例においては、上述した本発明の実施の形態１に係るＰＥＦＣにおけるセル４０を作製した。

まず、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０の上に感圧紙（富士フィルム社製 商品名プレスケール 極超低圧用ＬＬＬＷ）を配置し、該感圧紙の上に第１及び第２膜補強部材１０、１１を配置した。このとき、図２に示すように、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第１膜補強部材１０の内周面が第２膜補強部材１１の内周面より内方に位置するように配置した。具体的には、第１膜補強部材１０の内周面から外方方向に１．０ｍｍ離れた位置に第２膜補強部材１１の内周面が位置するように配置した（図２４参照）。なお、第１及び第２膜補強部材１０、１１の大きさは、それぞれ、２０５．６×２０５．６ｍｍであり、その厚みは、それぞれ、３０μｍである。また、第１膜補強部材１０の開口１２の大きさは、１５４．５×１５４．５ｍｍであり、第２膜補強部材１１の開口１３の大きさは、１５６．５×１５６．５ｍｍである。

次に、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂを配置し、ガスケット１７をアノードガス拡散層３ａ又はカソードガス拡散層３ｂの周辺部に配置して、ＭＥＡ５を作製した。このとき、第２膜補強部材１１の内周面から外方方向に、０．５５ｍｍ離れた位置にアノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）の外周面が位置するように、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）を配置した。そして、ＭＥＡ５をセパレータ６ａ、６ｂで挟み、セル４０を形成し、締結圧が７ｋｇ／ｃｍ^２となるように該セル４０を締結した。なお、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂの大きさは、１５７．６×１５７．６ｍｍであり、その厚みは、それぞれ、１５０μｍである。また、本実施例では、第１膜補強部材１０の高分子電解質膜１の主面への圧力分布を試験する目的であるため、触媒層を形成していない。

そして、締結した状態のセル４０を１分間放置し、その後、セル４０を解体して、感圧紙を取り出した。この結果を模式的に示したのが、図２４である。

図２４は、実施例１における第１膜補強部材１０の高分子電解質膜１にかける圧力分布を示した模式図である。図２４において、斜線で示した領域１８は、感圧紙に圧力が強くかかったことを示し、破線１９で示す部分は、感圧紙に圧力が弱くかかったことを示す。そして、図２４に示すように、領域１８は、アノードガス拡散層３ａ（又はカソードガス拡散層３ｂ）の内面のうち、第２膜補強部材１１の外面Ｆ５０と接触している部分であり、上述した第１膜補強部材１０の外面Ｆ３０における部分１６に該当する領域である。一方、破線１９は、第１膜補強部材１０の内面Ｆ４０と内周面とで形成される角部１４に該当する部分である。

このように、本実施例１のセル４０は、第１膜補強部材１０の外面Ｆ３０における部分１６にかかる圧力に比べて、第１膜補強部材１０の角部１４にかかる圧力が小さいことが確認され、該角部１４は、高分子電解質膜１の主面Ｆ１０（又は主面Ｆ２０）と線接触するものの過度に圧力をかけることがなく、高分子電解質膜１の破損を防止することができることが確認された。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、及び膜−電極接合体は、大量生産が可能な高分子電解質形燃料電池の部品として有用である。

本発明の高分子電解質形燃料電池は、自動車などの移動体、分散型（オンサイト型）発電システム（家庭用コジェネレーションシステム）などの主電源又は補助電源として好適に利用されることが期待される。

１ 高分子電解質膜
２ａ アノード触媒層（第１触媒層）
２ｂ カソード触媒層（第２触媒層）
３ａ アノードガス拡散層（第１ガス拡散層）
３ｂ カソードガス拡散層（第２ガス拡散層）
４ａ アノード
４ｂ カソード
５ ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）
６ａ アノードセパレータ
６ｂ カソードセパレータ
７ 燃料ガス流路
８ 酸化剤ガス流路
９ 熱媒体流路
１０ 第１膜補強部材
１０ａ 第１膜補強部材
１１ 第２膜補強部材
１２ 開口
１３ 開口
１４ 角部
１５ 内周部
１６ 部分
１７ ガスケット
１８ 領域
１９ 破線
２０ 膜−膜補強部材接合体
２１ 第２マスク部材
２２ 第１マスク部材
２５ 膜補強部材−ガス拡散層接合体
２６ 膜−触媒層接合体
３０ 膜−触媒層接合体
４０ セル
４７ マスク
４８ 開口部
５０ 高分子電解質膜ロール
５１ 高分子電解質膜シート
５２ 膜−膜補強部材シート接合体
５３ 膜−膜補強部材シート接合体
５４ 膜−膜補強部材シート接合体
５５ 膜−膜補強部材シート接合体
５６ 膜−触媒層シート
５７ 膜−触媒層接合体シート
５８ 裁断機
６１ 膜−膜補強部材接合体シート
６２ 膜−膜補強部材接合体シート
８１ ローラ
８２ ローラ
８３ ローラ
８４ ローラ
８５ ローラ
８６ ローラ
１１１ 基材テープ
１１２ 基材−膜補強部材積層体
１１３ 基材−膜補強部材ロール
１１４ 基材ロール
１１５ 基材−膜補強部材ロール
１１６ 膜補強部材テープ
１１７ 基材テープ
１１８ 基材−膜補強部材積層体
１２１ 第１膜補強部材ロール
１２２ 第１膜補強部材テープ
１２３ 第２膜補強部材ロール
１２４ 第２膜補強部材テープ
１２５ 基材−膜補強部材ロール
１２６ 第１膜補強部材テープ
１２７ 基材テープ
１２８ 基材−膜補強部材テープ積層体
１２９ 基材−膜補強部材ロール
１３０ 第２膜補強部材テープ
１３１ 基材テープ
１３２ 基材−膜補強部材テープ積層体
１７１ 高分子電解質膜
１７２ 触媒層
１７３ 拡散層
１７４ 電極
１７５ 膜−電極接合体
１７６ ガスケット
１７７ セパレータ
１８０ セル
２１０ 固体高分子電解質膜
２１２ ガスケット材
２１３ 電極
２１４ 隙間
２２０ 保護膜
Ｄ１ 進行方向
Ｄ２ 進行方向
Ｄ３ 進行方向
Ｄ４ 進行方向
Ｄ５ 進行方向
Ｆ１０ 主面
Ｆ２０ 主面
Ｆ３０ 外面
Ｆ４０ 内面
Ｆ５０ 外面
Ｐ１ 第１工程
Ｐ２ 第２工程
Ｐ３ 第３工程
Ｐ４ 第４工程
Ｐ５ 第５工程
Ｐ６ 第６工程
Ｐ７ 第７工程
Ｐ８ 第８工程
Ｐ９ 第９工程
Ｐ１０ 第１０工程

Claims (20)

1. 高分子電解質膜と、
   全体として前記高分子電解質膜の周縁に沿って延在するように前記高分子電解質膜の主面の上に配置された１以上の膜片状の第１膜補強部材と、
   全体として前記高分子電解質膜の周縁に沿って延在し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、その内縁と前記第１膜補強部材の内縁とが互いに一致しないように、前記第１膜補強部材の上に配置された１以上の膜片状の第２膜補強部材と、を備える、膜−膜補強部材接合体。
2. 前記第１膜補強部材及び第２膜補強部材は、前記高分子電解質膜の一方の主面のみに配置されている、請求項１に記載の膜−膜補強部材接合体。
3. 前記第１膜補強部材及び第２膜補強部材は、前記高分子電解質膜の両主面にそれぞれ配置されている、請求項１に記載の膜−膜補強部材接合体。
4. 前記第１膜補強部材及び第２膜補強部材は、ドーナツ状に形成されている、請求項２又は３に記載の膜−膜補強部材接合体。
5. 前記高分子電解質膜は、略４角形の形状を有し、
   第１の対の前記第１膜補強部材が、それぞれ、前記高分子電解質膜の一方の主面の上に、前記高分子電解質膜の４辺のうち互いに対向する一方の１組の辺に沿って延びるように配置され、第２の対の前記第１膜補強部材が、それぞれ、前記高分子電解質膜の他方の主面の上に、前記高分子電解質膜の４辺のうち互いに対向する他方の１組の辺に沿って延びるように配置され、
   第１の対の前記第２膜補強部材が、それぞれ、前記第１の対の第１膜補強部材の上に沿って延びるように配置され、
   第２の対の前記第２膜補強部材が、それぞれ、前記第２の対の第１膜補強部材の上に沿って延びるように配置されている、請求項１に記載の膜−膜補強部材接合体。
6. 前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第１の対の第２膜補強部材は、前記第２の対の第１膜補強部材の間に位置するように配置され、前記第２の対の第２膜補強部材は、前記第１の対の第１膜補強部材の間に位置するように配置されている、請求項５に記載の膜−膜補強部材接合体。
7. 前記第１膜補強部材の内縁が前記第２膜補強部材の内縁より前記高分子電解質膜における内方に位置するように形成されている、請求項１に記載の膜−膜補強部材接合体。
8. 前記第２膜補強部材の内縁が前記第１膜補強部材の内縁より前記高分子電解質膜における内方に位置するように形成されている、請求項１に記載の膜−膜補強部材接合体。
9. 請求項３に記載の膜−膜補強部材接合体と、
   前記高分子電解質膜の一方の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第１触媒層と、
   前記高分子電解質膜の他方の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第２触媒層と、を備える、膜−触媒層接合体。
10. 請求項９に記載の膜−触媒層接合体と、
    前記第１触媒層の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第１ガス拡散層と、
    前記第２触媒層の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第２ガス拡散層と、を備える、膜−電極接合体。
11. 前記第１ガス拡散層は前記第１触媒層と前記第１膜補強部材又は第２膜補強部材のいずれかの主面の一部とを覆うように配置され、
    前記第２ガス拡散層は前記第２触媒層と前記第１膜補強部材又は第２膜補強部材のいずれかの主面の一部とを覆うように配置されている、請求項１０に記載の膜−電極接合体。
12. 前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層は各々の周縁が全周に亘って互いに実質的に一致するように配置されている、請求項１１に記載の膜−電極接合体。
13. 請求項１０〜１２のいずれかに記載の膜−電極接合体を備える、高分子電解質形燃料電池。
14. （Ａ）高分子電解質膜の主面の上に膜片状でドーナツ状の第１膜補強部材を配置する工程と、
    （Ｂ）前記高分子電解質膜の前記主面の前記ドーナツ状の第１膜補強部材の開口が位置する部分に触媒層を配置する工程と、
    （Ｃ）膜片状でドーナツ状の第２膜補強部材とガス拡散層とを前記ドーナツ状の第２膜補強部材の開口に前記ガス拡散層が嵌挿されるように接合して、膜補強部材−ガス拡散層接合体を形成する工程と、
    （Ｄ）前記工程（Ｂ）が遂行された前記高分子電解質膜に前記工程（Ｃ）で形成された前記膜補強部材−ガス拡散層接合体を前記触媒層と前記ガス拡散層とが接触し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第１膜補強部材の内縁と前記第２膜補強部材の内縁とが互いに一致しないようにして配置する工程と、を含む、膜−電極接合体の製造方法。
15. 前記高分子電解質膜の両主面にそれぞれ前記第１膜補強部材、前記触媒層、前記第２膜補強部材、及び前記ガス拡散層を配置する、請求項１４に記載の膜−電極接合体の製造方法。
16. 前記工程（Ｃ）において、前記第２膜補強部材の開口を埋めるように、前記ガス拡散層を形成して、前記第２膜補強部材と前記ガス拡散層を接合する、請求項１４に記載の膜−電極接合体の製造方法。
17. 前記工程（Ｃ）において、前記ガス拡散層を板状に形成し、かつ、該ガス拡散層の周面を囲むように前記第２膜補強部材を形成して、前記ガス拡散層と前記第２膜補強部材を接合する、請求項１４に記載の膜−電極接合体の製造方法。
18. （Ｅ）高分子電解質膜の主面の上に膜片状でドーナツ状の第１膜補強部材を配置する工程と、
    （Ｆ）膜片状でドーナツ状の第２膜補強部材とガス拡散層とを前記ドーナツ状の第２膜補強部材の開口に前記ガス拡散層が嵌挿されるように接合して、膜補強部材−ガス拡散層接合体を形成する工程と、
    （Ｇ）前記膜補強部材−ガス拡散層接合体の前記前記ガス拡散層の一方の主面に触媒層を配置する工程と、
    （Ｈ）前記工程（Ｅ）が遂行された前記高分子電解質膜に前記工程（Ｇ）で形成された前記膜補強部材−ガス拡散層接合体の前記触媒層が接触し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第１膜補強部材の内縁と前記第２膜補強部材の内縁とが互いに一致しないようにして配置する工程と、を含む、膜−電極接合体の製造方法。
19. 前記工程（Ｆ）において、前記第２膜補強部材の開口を埋めるように、前記ガス拡散層を形成して、前記第２膜補強部材と前記ガス拡散層を接合する、請求項１８に記載の膜−電極接合体の製造方法。
20. 前記工程（Ｆ）において、前記ガス拡散層を板状に形成し、かつ、該ガス拡散層の周面を囲むように前記第２膜補強部材を形成して、前記ガス拡散層と前記第２膜補強部材を接合する、請求項１８に記載の膜−電極接合体の製造方法。

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