(57)【要約】【課題】セパレータに溶着される樹脂フレームの溶融樹脂が、セパレータの流路に流れ込むことを抑えることができる燃料電池単セルを製造する接合用金型を提供する。【解決手段】接合用金型４０の第１金型４１は、セパレータ２０の中央領域２１を受ける中央受け部４１ａと、セパレータ２０の溶着領域２２を受ける外周受け部４１ｂとを備える。第２金型４５は、セパレータ３０の中央領域３１を第１バネ５１で押圧する内型４５Ｂと、内型４５Ｂを囲繞するように形成され、樹脂フレーム１５に溶着されるセパレータ３０の溶着領域３２を熱圧する外型４５Ａと、内型４５Ｂを囲繞するように外型４５Ａと内型４５Ｂとの間に間隔をあけて配置され、樹脂フレーム１５の内周側に接触するセパレータ３０の接触領域３３を第２バネ５２で押圧する中型４５Ｃを備える。内型４５Ｂの押圧する圧力Ｐ２より中型４５Ｃの押圧する圧力Ｐ３が小さくなるように設定されている。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散層が両面に積層された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周を周回するように前記膜電極接合体に接着剤を介して固定された樹脂フレームと、を備えた電極アッセンブリの両面に、前記膜電極接合体に供給されるガスの流路が形成された一対のセパレータを配置した状態で、前記一対のセパレータを熱圧することにより、前記樹脂フレームに前記一対のセパレータを接合した燃料電池単セルを製造する接合用金型であり、
前記接合用金型は、一方のセパレータに対接する第１金型と、他方のセパレータに対接する第２金型と、を備えており、
前記第１金型は、前記電極アッセンブリに対接する前記一方のセパレータの中央領域を受ける中央受け部と、前記中央受け部を囲繞するように形成され、前記樹脂フレームに溶着される前記一方のセパレータの溶着領域を受ける外周受け部と、を備えており、
前記第２金型は、前記電極アッセンブリに対接する前記他方のセパレータの中央領域を押圧する内型と、前記内型を囲繞するように形成され、前記樹脂フレームに溶着される前記他方のセパレータの溶着領域を熱圧する外型と、前記内型を囲繞するように前記外型と前記内型との間に、前記内型と前記外型とに間隔をあけて配置され、前記樹脂フレームの内周側に接触する前記他方のセパレータの接触領域を押圧する中型と、を備えており、
前記内型は、圧縮弾性変形が自在となる第１付勢部材を介して、前記第１付勢部材を圧縮変形させた状態で、前記他方のセパレータを押圧し、前記中型は、圧縮弾性変形が自在となる第２付勢部材を介して、前記第２付勢部材を圧縮変形させた状態で、前記他方のセパレータを押圧するものであり、
前記第１付勢部材と前記第２付勢部材は、前記内型が押圧する前記他方のセパレータへの圧力に比べて、前記中型が押圧する前記他方のセパレータへの圧力が小さくなるように設定されている、ことを特徴とする燃料電池単セルの接合用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池単セルを製造する接合用金型に係り、特に、燃料電池単セルを構成する膜電極接合体の両面に、一対のセパレータを接合するための接合用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池単セルは、発電部となる膜電極接合体を備えており、膜電極接合体の周縁に、接着剤を介して樹脂フレームを接着することで、電極アッセンブリとされる。単セルは、この電極アッセンブリの両面に、一対のセパレータを配置し、樹脂フレームと各セパレータとを接合することで製造される（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このような接合には、たとえば、第１および第２金型で構成される接合用金型を用いることが一般的である。接合の際には、セパレータが両面に配置された電極アッセンブリを、第１および第２金型の間に配置し、これを第１および第２金型で熱圧することにより、樹脂フレームが各セパレータに溶着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１６８２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１および第２金型で、電極アッセンブリにセパレータを接合する際に、セパレータに溶着される樹脂フレームの樹脂が、セパレータに流出し、セパレータの流路に流れ込むことがあった。これにより、燃料電池単セルの発電性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、電極アッセンブリの両面に、一対のセパレータを熱圧により接合する際に、セパレータに溶着される樹脂フレームの溶融樹脂が、セパレータの流路に流れ込むことを抑えることができる燃料電池単セルを製造する接合用金型を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明に係る燃料電池単セルを製造する接合用金型は、ガス拡散層が両面に積層された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周を周回するように前記膜電極接合体に接着剤を介して固定された樹脂フレームと、を備えた電極アッセンブリの両面に、前記膜電極接合体に供給されるガスの流路が形成された一対のセパレータを配置した状態で、前記一対のセパレータを熱圧することにより、前記樹脂フレームに前記一対のセパレータを接合した燃料電池単セルを製造する接合用金型であり、前記接合用金型は、一方のセパレータに対接する第１金型と、他方のセパレータに対接する第２金型と、を備えており、前記第１金型は、前記電極アッセンブリに対接する前記一方のセパレータの中央領域を受ける中央受け部と、前記中央受け部を囲繞するように形成され、前記樹脂フレームに溶着される前記一方のセパレータの溶着領域を受ける外周受け部と、を備えており、前記第２金型は、前記電極アッセンブリに対接する前記他方のセパレータの中央領域を押圧する内型と、前記内型を囲繞するように形成され、前記樹脂フレームに溶着される前記他方のセパレータの溶着領域を熱圧する外型と、前記内型を囲繞するように前記外型と前記内型との間に、前記内型と前記外型とに間隔をあけて配置され、前記樹脂フレームの内周側に接触する前記他方のセパレータの接触領域を押圧する中型と、を備えている。
【０００８】
そして、前記内型は、圧縮弾性変形が自在となる第１付勢部材を介して、前記第１付勢部材を圧縮変形させた状態で、前記他方のセパレータを押圧し、前記中型は、圧縮弾性変形が自在となる第２付勢部材を介して、前記第２付勢部材を圧縮変形させた状態で、前記他方のセパレータを押圧するものであり、前記第１付勢部材と前記第２付勢部材は、前記内型が押圧する前記他方のセパレータへの圧力に比べて、前記中型が押圧する前記他方のセパレータへの圧力が小さくなるように、設定されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、まず、第１金型に、一方のセパレータ、ガス拡散層が両面に積層された膜電極接合体、および他方のセパレータを順に積層する。このとき、一方のセパレータの中央領域を、第１金型の中央受け部で受け、前記樹脂フレームに溶着される溶着領域を、第１金型の外周受け部で受けるように、一方のセパレータを配置する。
【００１０】
次に、第２金型の内型で、他方のセパレータの中央領域を押圧し（必要に応じて加熱し）、第２金型の外型で、他方のセパレータの溶着領域を熱圧し、樹脂フレームの溶融した樹脂で、一対のセパレータを溶着する。このとき、第１と第２付勢部材は、内型が押圧する他方のセパレータへの圧力に比べて、中型が押圧する他方のセパレータへの圧力が小さくなるように設定されているので、他方のセパレータを介して、中型により、樹脂フレームの溶融した樹脂が、膜電極接合体側のセパレータの流路に流れ込むことを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る燃料電池単セルを製造する接合用金型の一実施形態の機能を示す要部斜視図である。
【図２Ａ】図１に示す燃料電池単セルを構成する電極アッセンブリの模式的斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すＡ−Ａ線に沿う要部断面図である。
【図３Ａ】図１に示す燃料電池単セルを構成する一方のセパレータの模式的斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すＢ−Ｂ線に沿う要部断面図である。
【図４Ａ】図１に示す燃料電池単セルを構成する他方のセパレータの模式的斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すＣ−Ｃ線に沿う要部断面図である。
【図５】図２Ｂに示す電極アッセンブリと、図３Ｂに示す一方のセパレータと、図４Ｂに示す他方のセパレータを接合した単セルの要部断面図である。
【図６】図５に示す単セルを製造する接合用金型を模式的に示す平面図である。
【図７】図６に示す接合用金型のＤ−Ｄ線に沿う要部断面図である。
【図８】図７に示す単セルを製造する接合用金型の要部断面図である。
【図９】図８に示す接合用金型の要部の詳細を示す断面図である。
【図１０】図８に示す接合用金型で図５に示す単セルを接合する状態の要部断面図である。
【図１１】単セルを製造する接合用金型の他の実施形態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る燃料電池単セルを製造する接合用金型の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
１．燃料電池単セル１について
まず、図１〜図５を参照しながら、燃料電池単セル１について説明する。図１に示すように、燃料電池単セル１は、電極アッセンブリ１０と、電極アッセンブリ１０を挟持するようにその両面に接合された一対のセパレータ２０、３０とを備えている。これらを接合する接合用金型４０は、一方のセパレータ２０に対接する第１金型４１と、他方のセパレータ３０に対接する第２金型４５と、を備えている。
【００１４】
まず、燃料電池単セル１を構成する電極アッセンブリ１０について、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。電極アッセンブリ１０は、ガス拡散層１３ａ、１３ｂが両面に積層された膜電極接合体１１と、膜電極接合体１１の外周を周回するように膜電極接合体１１に接着部１５ａを介して固定された樹脂フレーム１５と、を備えている。
【００１５】
図２Ａに示すように、膜電極接合体１１は、平面視で長方形状であり、固体高分子電解質膜の一面にアノード電極と、他面にカソード電極とが接合されている。さらに、膜電極接合体１１には、両面にガス拡散層１３ａ、１３ｂが積層されている。膜電極接合体１１の中央部は矩形状であり、この部位の両面にガス拡散層１３ａ、１３ｂが形成されて発電領域１４となっている。
【００１６】
樹脂フレーム１５は、熱可塑性樹脂または熱硬化性機樹脂からなるフレーム本体となる主層と、その両面に熱可塑性樹脂からなる接着層が形成された３層シート構造であり、接着層が、溶融する（軟化する）ことにより、樹脂フレーム１５に、セパレータ２０、３０が融着される。樹脂フレーム１５には、膜電極接合体１１の外周を周回するように、中央に開口部が形成されている。樹脂フレーム１５は、膜電極接合体１１の一方の面に融着されている。図５では、膜電極接合体１１と樹脂フレーム１５とは、接着剤を介して接着されており、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂから、接着剤の一部が接着部１５ａとして、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂに沿って内周側にはみ出している。
【００１７】
樹脂フレーム１５は、中央開口の外周側に、燃料ガス流路を構成する開口部１６ａ、１６ｂと、酸化剤ガス流路を構成する開口部１７ａ、１７ｂと、冷媒流路を構成する開口部１８ａ、１８ｂが形成されている。本実施形態では、一方側の開口部１６ａは、燃料ガスの入口であり、他方側の開口部１６ｂは燃料ガスの出口である。また、一方側の開口部１７ａは酸化剤ガスの入口であり、他方側の開口部１７ｂは酸化剤ガスの出口となっている。さらに、一方側の中央の開口部１８ａは冷却水などの冷媒の入口であり、他方側の中央の開口部１８ｂは冷媒の出口となっている。燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒の流路は、電極アッセンブリ１０、一対のセパレータ２０、３０との間に形成されたシール材等（図示せず）により区画されている。
【００１８】
電極アッセンブリ１０の両面に接合される一対のセパレータ２０、３０について図３Ａ〜図４Ｂを参照して説明する。セパレータ２０、３０は、基本的には同一構成であり、アノードセパレータとカソードセパレータで構成される。
【００１９】
セパレータ２０、３０は、平面視で長方形状に形成された金属製の薄板から成形された部材であり、スタックされた状態の燃料電池単セル１同士の膜電極接合体１１を区画するとともに、膜電極接合体１１で発電された電力を集電する役割を果たす。セパレータ２０、３０は、チタン、チタン合金、またはステンレス鋼などの金属からなる。
【００２０】
セパレータ２０、３０は、電極アッセンブリ１０の膜電極接合体１１の中央に位置する発電領域１４に対応する中央領域の両面には、長手方向に沿って、複数の溝が形成されている。膜電極接合体１１に対向する側の溝には、水素ガスなどの燃料ガスまたは大気などの酸化剤ガスが流れ、スタックされた状態で、セパレータ同士が対向する側の溝には、冷媒が流れる。これにより、膜電極接合体１１の一方側から燃料ガスが供給され、他方側から酸化剤ガスが供給され、膜電極接合体１１で発電される。
【００２１】
図３Ａに示すように、一方のセパレータ２０には、長手方向の両側部に、それぞれ３つの開口部が形成されている。これらの開口部は、電極アッセンブリ１０の長手方向の両側に形成された開口部に対応した位置に、同じ形状で形成されている。具体的には、一方側の開口部２５ａは燃料ガスの入口であり、他方側の開口部２５ｂは燃料ガスの出口である。また、一方側の開口部２６ａは酸化剤ガスの入口であり、他方側の開口部２６ｂは酸化剤ガスの出口となっている。さらに、一方側の開口部２７ａは冷媒の入口であり、他方側の開口部２７ｂは冷媒の出口となっている。
【００２２】
一方のセパレータ２０は、膜電極接合体１１に接触し、燃料ガスが流れる断面波状の中央領域２１と、中央領域２１を囲繞するように外周側に形成された溶着領域２２を備えており、この溶着領域２２で、樹脂フレーム１５の樹脂が溶着される。本実施形態では、図３Ｂに示すように、中央領域２１と溶着領域２２との間に段差領域２３が形成されている。図５に示すように、段差領域２３は、電極アッセンブリ１０に対向する側において凹んでおり、この段差領域２３では、電極アッセンブリ１０（具体的には、樹脂フレーム１５に接着されたガス拡散層１３ａの部分）が非接触の状態である。
【００２３】
図４Ａに示すように、他方のセパレータ３０には、長手方向の両側部に、それぞれ３つの開口部が形成されている。これらの開口部は、電極アッセンブリ１０および一方のセパレータ２０の長手方向の両側部に形成された開口部に対応した位置に、同じ形状で形成されている。具体的には、一方側の開口部３５ａは燃料ガスの入口であり、他方側の開口部３５ｂは燃料ガスの出口である。また、一方側の開口部３６ａは酸化剤ガスの入口であり、他方側の開口部３６ｂは酸化剤ガスの出口となっている。さらに、一方側の開口部３７ａは冷媒の入口であり、他方側の開口部３７ｂは冷媒の出口となっている。
【００２４】
他方のセパレータ３０は、膜電極接合体１１に接触し、酸化剤ガスが流れる断面波状の中央領域３１と、中央領域３１を囲繞するように外周側に形成された溶着領域３２を備えており、この溶着領域３２で、樹脂フレーム１５の樹脂が溶着される。本実施形態では、図４Ｂに示すように、中央領域３１と溶着領域３２との間には、樹脂フレームの内周側に接触する接触領域３３が形成されている。図５に示すように、接触領域３３にも、酸化剤ガスが流れる流路が形成されており、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂおよびその近傍に接触する。
【００２５】
他方のセパレータ３０は、電極アッセンブリ１０と対向する面と反対面、すなわち燃料電池単セル１の外側の表面に、ガスケット３４を備えている。ガスケット３４は、溶着領域３２よりも内側において中央領域３１と、開口部３７ａ、３７ｂとを囲うように配置されている。ガスケット３４によりシールされたセパレータ２０とセパレータ３０との間に冷媒を流すことができる。
【００２６】
前記した図２Ｂに示される膜電極接合体１１に樹脂フレーム１５を固定した電極アッセンブリ１０と、電極アッセンブリ１０の両面に一対のセパレータ２０、３０を接合した単セル１は、図５に示されるように構成される。すなわち、セパレータ２０の中央領域２１にガス拡散層１３ａが対接し、溶着領域２２に樹脂フレーム１５が対接し、段差領域２３は、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂに位置するガス拡散層１３ａの部分と離間している。また、セパレータ３０の中央領域３１にガス拡散層１３ｂが対接し、溶着領域３２に樹脂フレーム１５の上面が対接し、接触領域３３は樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂに対接している。
【００２７】
２．接合用金型４０について
次に、前記のように構成された燃料電池単セル１を製造する接合用金型４０について、図６〜図１０を参照して説明する。本実施形態の接合用金型４０は、電極アッセンブリ１０の両面にセパレータ２０、３０を接合して単セル１を製造する金型であり、単セル１のセパレータ２０の下方に対接する第１金型４１と、単セル１のセパレータ３０の上方に対接する第２金型４５と、を備えている。下方に位置する第１金型４１は、一つの型として形成され、図示していない台座等の上に設置される。上方の第２金型４５は、外型４５Ａと、内型４５Ｂと、中型４５Ｃとを備えており、これらは、１つのベース材４５Ｄに連結されている。内型４５Ｂおよび中型４５Ｃは、電極アッセンブリ１０を押圧すべくベース材４５Ｄに対して、第１金型４１の方向に所定のストロークで移動可能に支持されている。
【００２８】
第１金型４１は、電極アッセンブリ１０に対接する一方のセパレータ２０の中央領域２１を受ける中央受け部４１ａと、中央受け部４１ａを囲繞するように形成され、かつ、樹脂フレーム１５に溶着される下方のセパレータ２０の溶着領域２２を受ける外周受け部４１ｂとを備えている（たとえば図７および図１０参照）。
【００２９】
具体的には、中央受け部４１ａは、燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通させる流路を構成する溝部が形成されたセパレータ２０の中央領域２１を支持するように形成され、外周受け部４１ｂは、外周の溶着領域２２を受けるように形成されている。中央受け部４１ａと外周受け部４１ｂとの間には、中央受け部４１ａの外周に沿って陥没部４１ｃがさらに形成されている。
【００３０】
第１金型４１には、電極アッセンブリ１０およびセパレータ２０を接合するための加熱部４３が内蔵されている。加熱部４３は、第１金型４１を加熱するものであれば、蒸気式、通電式等のいずれの形態であってもよい。セパレータ２０を介して電極アッセンブリ１０の樹脂フレーム１５の樹脂を溶融する温度まで、セパレータ２０を加熱するように、加熱温度を設定している。
【００３１】
第２金型４５は、電極アッセンブリ１０に対接するセパレータ３０の中央領域３１を押圧する内型４５Ｂと、内型４５Ｂを囲繞するように形成され、電極アッセンブリ１０の樹脂フレーム１５に溶着されるセパレータ３０の溶着領域３２を熱圧する外型４５Ａと、内型４５Ｂを囲繞するように外型４５Ａと内型４５Ｂとの間に、内型４５Ｂと外型４５Ａとに間隔Ｓ１、Ｓ２をあけて配置される中型４５Ｃと、を備えている。
【００３２】
外型４５Ａは、セパレータ３０の溶着領域３２と対接する外周押圧部４５ｄを備えており、この外周押圧部４５ｄでセパレータ３０の溶着領域３２を熱圧する。外型４５Ａ、内型４５Ｂ、および中型４５Ｃは、ベース材４５Ｄを介して、図示していないアクチュエータで下方に移動され、他方のセパレータ３０を押圧する。外型４５Ａが他方のセパレータを押圧する圧力Ｐ１は、アクチュエータの荷重に依存するものである。
【００３３】
なお、本明細書でいう「圧力」とは、外型４５Ａ、内型４５Ｂ、および中型４５Ｃで他方のセパレータ３０を押圧する際に、他方のセパレータ３０に作用する圧力である。この圧力は、これらの各型が、それぞれ他方セパレータ３０を押圧する荷重を、各型が他方のセパレータ３０を押圧する方向と直交する仮想平面に各型(他方のセパレータ３０に対向する面）を投影した投影面積で、除算した値である。
【００３４】
図７および図１０に示すように、内型４５Ｂは、セパレータ３０の中央領域３１と対接して押圧する中央押圧部４５ｅを備えている。また、内型４５Ｂは、ベース材４５Ｄから第１金型４１方向に突出して固定された支持軸４８に支持されている。より詳しくは、図９に示すように、ベース材４５Ｄから吊下げた状態で固定された支持軸４８は、軸部４８ａに対して、先端部（下端部）が大径の拡径部４８ｂとなっており、内型４５Ｂには、支持軸４８の軸部４８ａが挿通可能に嵌合する貫通孔４５ｆと、貫通孔４５ｆより下方に開口し、拡径部４８ｂより大径のガイド穴４５ｇが形成されている。
【００３５】
内型４５Ｂとベース材４５Ｄとの間には、第１付勢部材として第１バネ５１が支持軸４８の外周に装着されている。第１バネ５１は圧縮弾性変形が自在なコイルバネであり、内型４５Ｂとベース材４５Ｄとの間に圧縮変形させた状態で装着されている。このため、支持軸４８の下端の拡径部４８ｂには、第１バネ５１の復元力と内型４５Ｂの自重に相当する重力が作用する。内型４５Ｂは、ベース材４５Ｄの下面と内型４５Ｂの上面との間隔に相当する所定のストロークＬで上下動可能に支持されている。すなわち、押圧前である、支持軸４８の拡径部４８ｂがガイド穴４５ｇの上端と接触しているときには、内型４５Ｂの下面はベース材４５Ｄの下面より下方に位置している。
【００３６】
したがって、内型４５Ｂが他方のセパレータ３０を押圧するときは、支持軸４８の拡径部４８ｂはガイド穴４５ｇ内を移動するように設定されているため、内型４５Ｂがセパレータ３０を押圧する圧力Ｐ２は、さらに圧縮された第１バネ５１の復元力と内型４５Ｂの自重との合力を、内型４５Ｂの上述した投影面積で除算した値となる。
【００３７】
外型４５Ａと内型４５Ｂとの間に、間隔Ｓ１、Ｓ２をあけて配置される中型４５Ｃは、樹脂フレーム１５の内周側に接触する他方のセパレータ３０の接触領域３３を押圧するものである。中型４５Ｃは、内型４５Ｂと同様に、ベース材４５Ｄから第１金型４１の方向に突出して固定された支持軸４８に支持されている。支持軸４８は内型４５Ｂを支持する支持軸４８と同じ構成であり、説明を省略する。また、中型４５Ｃは、内型４５Ｂと同様に貫通孔およびガイド穴が形成され、支持軸４８にストロークＬで上下動可能に支持されている。外型４５Ａと中型４５Ｃとの間に、第２付勢部材として第２バネ５２が支持軸４８の外周に装着されている。中型４５Ｃが支持軸４８の下端位置、すなわち、押圧前である支持軸４８の拡径部４８ｂがガイド穴４５ｇの上端と接触しているときには、中型４５Ｃの下面は外型４５Ａの下面より下方に位置している。
【００３８】
中型４５Ｃを第１金型４１方向に押圧する第２付勢部材として第２バネ５２は、内型４５Ｂが押圧する他方のセパレータ３０への圧力Ｐ２に比べて、中型４５Ｃが押圧する他方のセパレータ３０への圧力Ｐ３が小さくなるように設定されている。具体的には、中型４５Ｃがセパレータ３０を押圧する圧力Ｐ３は、第２バネ５２の押圧力と中型４５Ｃの自重に相当する合力を、中型４５Ｃの上述した投影面製で除算した値であり、内型４５Ｂがセパレータ３０を押圧する圧力Ｐ２より小さくなるように、第１バネ５１と第２バネ５２のバネ定数が設定されており、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２＞圧力Ｐ３の関係を満たす。なお、第１および第２付勢部材として、第１および第２バネ５１、５２の代わりに、上述した圧力の関係を満たすことができるのであれば、ゴム材等の弾性体であってもよい。
【００３９】
なお、外型４５Ａに対して、内型４５Ｂおよび中型４５Ｃを支持する構造として、支持軸４８の例を示したが、下方に位置する第１金型４１の方向に移動可能に支持できれば、支持軸に限られるものでなく、ガイドレール等を用いて構成してもよい。また、支持軸４８を図示の例では、六角穴付きのボルトで外型４５Ａにねじ込む例を示したが、圧入等で固着するように構成してもよく、支持軸を外型４５Ａの上部に貫通させボルトで固定するようにしてもよい。
【００４０】
第２金型４５の外型４５Ａには、電極アッセンブリ１０およびセパレータ３０を加熱する加熱部４７が内蔵されている。加熱部４７は、第２金型４５（の外型４５Ａ）を加熱するものであれば、蒸気式、通電式等のいずれの形態であってもよい。加熱部４７は、外周押圧部４５ｄを加熱し、電極アッセンブリ１０の樹脂フレーム１５の樹脂を溶融する温度まで、セパレータ３０を加熱するように、加熱温度を設定している。
【００４１】
３．接合用金型４０による接合方法について
以下に、接合用金型４０を用いた接合方法について説明する。台座等の上に設置された第１金型４１の上に一方のセパレータ２０を載置する。セパレータ２０の中央領域２１が中央受け部４１ａで支持され、中央受け部４１ａを囲繞するように形成される溶着領域２２が外周受け部４１ｂで支持される。なお、中央受け部４１ａと外周受け部４１ｂとの間に段差で形成された陥没部４１ｃの表面は、セパレータ２０から離間している。
【００４２】
次に、第１金型４１に載置されたセパレータ２０の上に、電極アッセンブリ１０を載置する。電極アッセンブリ１０に接着剤を介して固定された樹脂フレーム１５は、セパレータ２０の溶着領域２２と対接し、第１金型４１の外周受け部４１ｂで支持される。膜電極接合体１１のガス拡散層１３ａは、セパレータ２０の中央領域２１と対接し、中央領域２１は、中央受け部４１ａで支持される。陥没部４１ｃの表面は、ガス拡散層１３ａと、これに対向するセパレータ２０の部分とから離間している。
【００４３】
このあと、電極アッセンブリ１０の上に、セパレータ３０を載置する。セパレータ３０の中央領域３１が電極アッセンブリ１０の膜電極接合体１１に形成されたガス拡散層１３ｂと対接し、セパレータ３０の溶着領域３２が樹脂フレーム１５と対接し、接触領域３３は樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂに対接している。
【００４４】
次いで、第２金型４５をアクチュエータ（不図示）で下降させる。第２金型４５は、内型４５Ｂと中型４５Ｃの下面が外型４５Ａの下面より下方に位置しているため、まず内型４５Ｂがセパレータ３０の中央領域３１を押圧し、中型４５Ｃが、接触領域３３を押圧する。さらにアクチュエータを下降させると、外型４５Ａが、セパレータ３０の溶着領域３２を圧力Ｐ１で押圧する。この状態で、内型４５Ｂが圧力Ｐ２で中央領域３１を押圧し、中型４５Ｃが圧力Ｐ３で接触領域３３を押圧する。
【００４５】
このようして、第１金型４１の中央受け部４１ａと、内型４５Ｂの内型４５Ｂが、セパレータ２０と電極アッセンブリ１０とセパレータ３０とを挟み込むので、これらの部材が固定される。また、中型４５Ｃで、接触領域３３を押圧することにより、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂに沿って形成された接着部１５ａでの浮き上がりが防止され、樹脂フレーム１５の上方への浮き上がりを防止できる（図１０のモーメントＭ参照）。この状態で、外型４５Ａを下降させて溶着領域２２、３２を加熱して接合するため、セパレータ２０と電極アッセンブリ１０とセパレータ３０は位置ずれが防止され、精度よく接合することができる。
【００４６】
さらに、第１及び第２バネ５１、５２は、内型４５Ｂが押圧する他方のセパレータ３０への圧力に比べて、中型４５Ｃが押圧する他方のセパレータ３０への圧力が小さくなるように、設定されている。したがって、１つの内型で、他方のセパレータ３０の中央領域３１と接触領域３３とを押圧するのに比べて、中型４５Ｃにより、接触領域３３を軽く押圧することができる。これにより、樹脂フレーム１５の溶融した樹脂が、他方のセパレータ３０の流路に流れ込むことを抑えることができる。
【００４７】
このように、第１金型４１の外周受け部４１ｂと、第２金型４５の外型４５Ａの外周押圧部４５ｄで、電極アッセンブリ１０の樹脂フレーム１５に、セパレータ２０の溶着領域２２とセパレータ３０の溶着領域３２とを挟み込んで、これらを熱圧して溶着する。
【００４８】
この熱圧の際には、樹脂フレーム１５には、図１０に示すモーメントＭは、樹脂フレーム１５と膜電極接合体１１との接着部１５ａを、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂから剥離する方向に作用する。特に、他方のセパレータ３０の中央領域３１の外周にガスケット３４を設けると、ガスケット３４の外周を周回する溶着領域３２の溶着幅が確保し難いため、溶着幅は狭くなり、このようなモーメントＭが、発生し易い。
【００４９】
しかしながら、中型４５Ｃにより、他方のセパレータ３０を介して、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂの近傍を押えているため、このようなモーメントＭの発生を抑え、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂの近傍の浮き上がりを防止することができる。
【００５０】
なお、図１１に示すように、中型４５Ｃに断熱板材５６を設けてもよい。断熱板材５６は、中型４５Ｃの材料よりも熱伝導性が低い材料からなり、中型４５Ｃが金属材料である場合には、断熱板材５６の材料は、樹脂やセラミックス等を挙げることができる。断熱板材５６は中型４５Ｃを構成する上下の金属部材の間に接着剤等で固着されている。なお、断熱板材５６は接着で固着されることに限られるものでなく、上下の金属部材に挟まれてビス等で連結固定されるものでもよく、中型４５Ｃの表面のうち、他方のセパレータ３０に対向する表面に、断熱板材を配置してもよい。
【００５１】
この実施形態においては、第２金型４５の加熱部４７の熱は、外型４５Ａからベース材４５Ｄに伝導されるが、中型４５Ｃに断熱板材５６を設けたため、この熱は、中型４５Ｃから他方のセパレータ３０に伝達され難い。これにより、樹脂フレーム１５の溶融した樹脂が、他方のセパレータ３０の流路に流れ込むことを一層抑えることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１：燃料電池単セル、１０：電極アッセンブリ、１１：膜電極接合体、１３ａ、１３ｂ：ガス拡散層、１５：樹脂フレーム、１５ａ：接着部、１５ｂ：開口縁、２０、３０：セパレータ、２１、３１：中央領域、２２、３２：溶着領域、３３：接触領域、３４：ガスケット、４０：接合用金型、４１：第１金型、４１ａ：中央受け部、４１ｂ：外周受け部、４３、４７：加熱部、４５：第２金型、４５Ａ：外型、４５Ｂ：内型、４５Ｃ：中型、４５ｄ：外周押圧部、４５ｅ：中央押圧部、５１：第１付勢部材（第１バネ）、５２：第２付勢部材（第２バネ）、Ｐ２：内型の圧力、Ｐ３：中型の圧力、Ｓ１：内型と中型との間隔、Ｓ２：外型と中型との間隔
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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