(57)【要約】【課題】膜電極接合体とフレーム部材の接着時に気泡の残留を抑えることができる燃料電池単セルの製造装置を提供することである。【解決手段】外縁部（１８）に沿って接着剤（Ｇ１）が塗布された膜電極接合体（１４）と、膜電極接合体の外縁部に接着される内縁部（１９）を有する枠状のフレーム部材（１５）とを備えた燃料電池単セル（１０）を製造する燃料電池単セルの製造装置（３０）が、フレーム部材の内縁部を膜電極接合体の外縁部に押し付ける押圧機構（３２）を備え、押圧機構は、フレーム部材を押圧して、フレーム部材の枠内側から枠外側に向けて押圧領域を移動又は拡大する押圧板（３７）を有する構成にした。【選択図】図３
2020170648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外縁部に沿って接着剤が塗布された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外縁部に接着される内縁部を有する枠状のフレーム部材とを備えた燃料電池単セルを製造する燃料電池単セルの製造装置であって、
前記フレーム部材の内縁部を前記膜電極接合体の外縁部に押し付ける押圧機構を備え、
前記押圧機構は、前記フレーム部材を押圧して、前記フレーム部材の枠内側及び枠外側のいずれか一方から他方に向けて押圧領域を移動又は拡大する押圧部材を有することを特徴とする燃料電池単セルの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池単セルの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池単セルの製造時には、矩形シート状の膜電極接合体の外縁部に沿って接着剤が塗布され、膜電極接合体の外縁部に対して上側から矩形枠状のフレーム部材の内縁部が接着される。このとき、膜電極接合体上の接着剤とフレーム部材の界面に気泡が残留していると、膜電極接合体とフレーム部材の接着性が悪化すると共に、気泡を通じてガスが漏洩する恐れがある。このため、接着剤とフレーム部材の界面に残留した気泡を取り除きつつ、膜電極接合体の外縁部に対してフレーム部材の内縁部を接着する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の方法では、専用治具を用いてフレーム部材の内縁部が下向きに傾斜され、この傾斜した先端が膜電極接合体の外縁部上の接着剤に押し付けられている。フレーム部材の内縁部が先端側から接着剤に押し付けられることで、接着剤に含まれる気泡がフレーム部材の内縁部の斜面によって膜電極接合体の外方に向かって押し出される。そして、フレーム部材の内縁部が膜電極接合体の外縁部に平行になるまで押し付けられて、接着剤とフレーム部材の界面から気泡が取り除かれた状態でフレーム部材の内縁部が膜電極接合体の外縁部に良好に接着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１２０７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池単セルの製造では、低コスト化のために膜電極接合体とフレーム部材の接着工程のサイクルタイムの短縮が求められている。特許文献１に記載の方法では、接着剤から気泡を良好に取り除くことができるが、専用治具によってフレーム部材の内縁部を傾斜させなければならず、作業工数が増加して接着工程のサイクルタイムを短縮することができない。また、膜電極接合体上の接着剤は常に同じ断面形状になるとは限らず、接着剤とフレーム部材の界面から気泡を取り除くためには、接着剤の断面形状に合わせてフレーム部材の内縁部の傾斜角度を調整しなければならない。
【０００６】
本発明では、膜電極接合体とフレーム部材の接着時に気泡の残留を抑えることができる燃料電池単セルの製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池単セルの製造装置は、外縁部に沿って接着剤が塗布された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外縁部に接着される内縁部を有する枠状のフレーム部材とを備えた燃料電池単セルを製造する燃料電池単セルの製造装置であって、前記フレーム部材の内縁部を前記膜電極接合体の外縁部に押し付ける押圧機構を備え、前記押圧機構は、前記フレーム部材を押圧して、前記フレーム部材の枠内側及び枠外側のいずれか一方から他方に向けて押圧領域を移動又は拡大する押圧部材を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、膜電極接合体の外縁部に沿って塗布された接着剤に、フレーム部材の内縁部が押し付けられて、フレーム部材の枠内側及び枠外側のいずれか一方側から他方側に向けて押圧領域が移動又は拡大される。押圧領域の移動又は拡大によって接着剤とフレーム部材の界面に混入した気泡が押し出されて、接着剤とフレーム部材の界面における気泡の残留が抑えられる。また、気泡同士が合一して気泡サイズが成長するため、より気泡が押し出し易くなる。よって、膜電極接合体とフレーム部材の接着時に気泡の残留を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池単セルの分解斜視図である。
【図２】接着剤にフレーム部材が接着された状態を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る接着工程の説明図であり、（Ａ）は接着工程の開始時、（Ｂ）は接着工程の途中、（Ｃ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。
【図４】第２の実施形態に係る接着工程の説明図であり、（Ａ）は接着工程の開始時、（Ｂ）は接着工程の途中、（Ｃ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。
【図５】第３の実施形態に係る接着工程の説明図であり、（Ａ）は接着工程の開始時、（Ｂ）は接着工程の途中、（Ｃ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。
【図６】第４の実施形態に係る塗布工程及び接着工程の説明図であり、（Ａ）は塗布工程、（Ｂ）は接着工程の開始時、（Ｃ）は接着工程の途中、（Ｄ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。
【図７】第５の実施形態に係る塗布工程及び接着工程の説明図であり、（Ａ）は塗布工程、（Ｂ）は接着工程の開始時、（Ｃ）は接着工程の途中、（Ｄ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
以下、添付の図面を参照して、第１の実施形態に係る燃料電池単セルの製造装置について説明する。先ず、製造対象である燃料電池単セルについて説明する。図１は、第１の実施形態の燃料電池単セルの分解斜視図である。図２は、接着剤にフレーム部材が接着された状態を示す図である。
【００１１】
図１に示す燃料電池単セル１０は、燃料電池スタックの一単位を構成しており、電極アッセンブリ１１と、電極アッセンブリ１１の両主面に接合された第１、第２のセパレータ１２、１３とによって平面視矩形状に形成されている。電極アッセンブリ１１は、矩形枠状のフレーム部材１５と、矩形シート状の膜電極接合体１４とによって構成されている。膜電極接合体１４は、いわゆるＭＥＡ（Membrane  Electrode  Assembly）であり、高分子電解質膜の一方の面のアノード電極及び高分子電解質膜の他方の面のカソード電極を一対のガス拡散層で覆って形成されている。
【００１２】
膜電極接合体１４の高分子電解質膜は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜によって矩形シート状に形成されている。アノード電極及びカソード電極は、例えば、白金等の触媒を担持した多孔質のカーボン素材によって形成されている。一対のガス拡散層は、例えば、カーボン多孔質体、金属多孔質体のようにガス透過性を有する導電性部材によって形成されている。また、一対のガス拡散層には、カーボン多孔質体として、例えばカーボンペーパ、カーボンクロスが使用され、金属多孔質体として、例えば金属メッシュ、発泡金属が使用されている。
【００１３】
フレーム部材１５は、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂によって矩形枠のシート状に形成されている。フレーム部材１５には、燃料ガス（例えば水素ガス）用の開口２１ａ、２１ｂと、酸化剤ガス（例えば空気）用の開口２２ａ、２２ｂと、冷却媒体（例えば冷却水）用の開口２３ａ、２３ｂとが形成されている。燃料ガス用の開口２１ａ、２１ｂはフレーム部材１５の対角位置に形成され、酸化剤ガス用の開口２２ａ、２２ｂは燃料ガス用の開口２１ａ、２１ｂとは逆のフレーム部材１５の対角位置に形成されている。冷却媒体用の開口２３ａ、２３ｂは膜電極接合体１４を挟んでフレーム部材１５の対向位置に形成されている。
【００１４】
第１、第２のセパレータ１２、１３は、チタン、チタン合金又はステンレス鋼等の金属板材をプレス成形することによって形成されている。第１のセパレータ１２の外縁形状は、電極アッセンブリ１１と平面視にて略同一形状に形成されており、フレーム部材１５と同様に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体用の開口２４ａ−２６ａ、２４ｂ−２６ｂが形成されている。同様に、第２のセパレータ１３の外縁形状も、電極アッセンブリ１１と略同一形状に形成されており、フレーム部材１５と同様に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体用の開口２７ａ−２９ａ、２７ｂ−２９ｂが形成されている。
【００１５】
図１では簡略化して記載しているが、第１、第２のセパレータ１２、１３の中央領域は断面波型状に形成されている。第１のセパレータ１２と膜電極接合体１４の間の空間は燃料ガス用の流路になっており、第２のセパレータ１３と膜電極接合体１４の間の空間は酸化剤ガス用の流路になっている。複数の燃料電池単セル１０がスタックされた状態で、隣り合う燃料電池単セル１０の第１、第２のセパレータ１２、１３の間の空間は冷却媒体用の流路になっている。燃料電池単セル１０では、燃料ガス及び酸化剤ガスによって膜電極接合体１４で電気化学反応が起きて発電され、反応熱による温度上昇が冷却媒体によって抑えられて発電性能が向上される。
【００１６】
図２に示すように、このような燃料電池単セル１０（図１参照）の製造過程では、膜電極接合体１４にフレーム部材１５が接着される。この場合、矩形シート状の膜電極接合体１４の外縁部１８に沿って接着剤Ｇ１が塗布され、膜電極接合体１４の外縁部１８に対して矩形枠のシート状のフレーム部材１５の内縁部１９が上側から接着される。接着剤Ｇ１の塗布の際には接着剤Ｇ１の表面に細かな凹凸ができるため、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面に気泡Ｂが入り込む。そこで、本実施形態では、押圧板３７（図３参照）によって接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面から気泡Ｂを押し出している。
【００１７】
図３を参照して、第１の実施形態に係る燃料電池単セルの製造装置及び接着工程について説明する。図３は、第１の実施形態に係る接着工程の説明図であり、（Ａ）は接着工程の開始時、（Ｂ）は接着工程の途中、（Ｃ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。なお、図３では、説明の便宜上、製造装置、膜電極接合体、フレーム部材を模式的に記載している。
【００１８】
図３（Ａ）に示すように、燃料電池単セルの製造装置３０は、膜電極接合体１４が載置された載置テーブル３１と、膜電極接合体１４の外縁部１８にフレーム部材１５の内縁部１９を押し付ける押圧機構３２とを備えている。載置テーブル３１上には膜電極接合体１４が吸引保持されており、膜電極接合体１４上にはディスペンサ（不図示）によって外縁部１８に沿って接着剤Ｇ１が塗布されている。載置テーブル３１の上方には、押圧機構３２によって矩形枠状のフレーム部材１５が支持されており、フレーム部材１５の内縁部１９が膜電極接合体１４の外縁部１８に対して上下方向で対向している。
【００１９】
押圧機構３２には、搬送機構（不図示）等に接続されたベース板３３が設けられている。ベース板３３の下面の外縁付近には複数の支柱３４が設けられ、各支柱３４の下端部にはフレーム部材１５を下方から支持する爪部３５が設けられている。また、ベース板３３の下面の外縁付近よりも内側には一対の支持片３６を一組とした複数組の支持片３６が設けられ、各組の一対の支持片３６の下端部にはフレーム部材１５の内縁部１９の各辺に沿って延びる長尺の押圧板３７が支持されている。すなわち、押圧機構３２には、フレーム部材１５の内縁部１９の四辺に対応して４つの押圧板３７（図３では２つのみ図示）が設けられている。
【００２０】
支持片３６の下端部は支柱３４の下端部よりも高い位置にあり、各押圧板３７がフレーム部材１５の内縁部１９の真上に位置付けられている。押圧板３７の幅方向の中間位置が一対の支持片３６によって揺動可能に支持されており、押圧板３７の支持位置にはトーションバネ（不図示）が設けられ、トーションバネによって押圧板３７が押し込まれている。押圧板３７は、フレーム部材１５が接着剤Ｇ１に接触していない初期状態において、フレーム部材１５の枠外側から枠内側に向かって押圧板３７とフレーム部材１５の間隔が狭くなるような傾斜姿勢で保持されている。
【００２１】
接着工程が開始されると、押圧機構３２によって載置テーブル３１の膜電極接合体１４の上方にフレーム部材１５が位置付けられ、膜電極接合体１４の外縁部１８にフレーム部材１５の内縁部１９が対向される。これにより、膜電極接合体１４の外縁部１８の接着剤Ｇ１の真上にフレーム部材１５の内縁部１９が位置付けられる。押圧機構３２が載置テーブル３１に向かって下降し、複数の爪部３５に支持されたフレーム部材１５の内縁部１９が膜電極接合体１４の外縁部１８上の接着剤Ｇ１に近づけられる。
【００２２】
図３（Ｂ）に示すように、押圧機構３２が載置テーブル３１に向かって下降すると、接着剤Ｇ１上にフレーム部材１５が載置されて、複数の爪部３５からフレーム部材１５が離間する。接着剤Ｇ１の表面には凹凸ができているため、フレーム部材１５と接着剤Ｇ１の界面に気泡Ｂが発生する。フレーム部材１５の枠外側から枠内側に向かって低くなるように押圧板３７が傾いているため、押圧板３７の角部３８ａがフレーム部材１５の内縁部１９の最内位置を押圧する。これにより、押圧板３７の角部３８ａによってフレーム部材１５を介して接着剤Ｇ１の表面が押し潰される。
【００２３】
図３（Ｃ）に示すように、押圧機構３２が載置テーブル３１に向かって下降し続けると、フレーム部材１５に押圧板３７が押し返されて、トーションバネのバネ力に抗して押圧板３７が矢印Ｄ１方向に揺動する。押圧板３７が揺動することで、フレーム部材１５に対する押圧板３７の押圧領域がベース板３３の内側の角部３８ａから外側の角部３８ｂに向かって拡大する。押圧板３７の押圧領域の拡大によってフレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって接着剤Ｇ１が押し広げられて、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面に混入した気泡Ｂが外方に押し出される。これにより、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面における気泡Ｂの残留が抑えられる。
【００２４】
このとき、フレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって接着剤Ｇ１が一方向に流動するため、接着剤Ｇ１が押し広げられる間に接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面の気泡Ｂが合一して気泡サイズが成長する。気泡サイズを成長させながら気泡Ｂが押し出されるため、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面から気泡Ｂを押し出し易くなっている。これにより、膜電極接合体１４とフレーム部材１５の接着不良を防止することができる。なお、フレーム部材１５の枠内側から枠外側に接着剤Ｇ１を押し広げる構成が好ましいが、押圧板３７の傾斜姿勢を逆向きにしてフレーム部材１５の枠外側から枠内側に接着剤Ｇ１を押し広げる構成にしてもよい。
【００２５】
以上のように、第１の実施形態の燃料電池単セルの製造装置３０では、膜電極接合体１４の外縁部１８に沿って塗布された接着剤Ｇ１に、フレーム部材１５の内縁部１９が押し付けられて、フレーム部材１５の枠内側から枠外側に向けて押圧領域が拡大される。押圧領域の拡大によって接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面に混入した気泡Ｂが押し出されて、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面における気泡Ｂの残留が抑えられる。よって、膜電極接合体１４とフレーム部材１５の接着時に気泡Ｂの残留を抑えることができる。
【００２６】
［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態に係る燃料電池単セルの製造装置及び接着工程について説明する。図４は、第２の実施形態に係る接着工程の説明図であり、（Ａ）は接着工程の開始時、（Ｂ）は接着工程の途中、（Ｃ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。なお、第２の実施形態の燃料電池単セルの製造装置は、押圧部材として押圧板の代わりに押圧ローラを使用した点で第１の実施形態と相違している。したがって、第１の実施形態と同様な構成については説明を極力省略する。また、図４では、説明の便宜上、製造装置、膜電極接合体、フレーム部材を模式的に記載している。
【００２７】
図４（Ａ）に示すように、燃料電池単セルの製造装置４０は、載置テーブル４１の上方に押圧機構４２が位置付けられ、載置テーブル４１によって膜電極接合体１４が吸引保持され、押圧機構４２によってフレーム部材１５が支持されている。ベース板４３の下面の外縁付近には複数の支柱４４が設けられ、各支柱４４の下端部には爪部４５が設けられている。また、ベース板４３の下面の外縁付近よりも内側には一対の支持片４６を一組とした複数組の支持片４６が設けられ、各組の一対の支持片４６には揺動アーム４７を介して長尺の押圧ローラ４８が支持されている。
【００２８】
各押圧ローラ４８は、それぞれフレーム部材１５の内縁部１９の四辺に対応しており（図４では２つのみ図示）、内縁部１９の各辺に沿って延びている。揺動アーム４７の上端部にはトーションバネ（不図示）が設けられ、トーションバネによって揺動アーム４７がフレーム部材１５の枠内側に向かって押し込まれている。揺動アーム４７の下端部に押圧ローラ４８が回転可能に支持されており、揺動アーム４７によって押圧ローラ４８がフレーム部材１５の内縁部１９の最内位置に押し付けられている。このとき、揺動アーム４７は下方に移行するに従ってフレーム部材１５の枠外側に移行するように傾く。
【００２９】
接着工程が開始されると、押圧機構４２によって載置テーブル４１の膜電極接合体１４の上方にフレーム部材１５が位置付けられ、膜電極接合体１４の外縁部１８にフレーム部材１５の内縁部１９が対向される。これにより、膜電極接合体１４の外縁部１８の接着剤Ｇ１の真上にフレーム部材１５の内縁部１９が位置付けられる。押圧機構４２が載置テーブル４１に向かって下降し、複数の爪部４５によって支持されたフレーム部材１５の内縁部１９が膜電極接合体１４の外縁部１８上の接着剤Ｇ１に近づけられる。
【００３０】
図４（Ｂ）に示すように、押圧機構４２が載置テーブル４１に向かって下降すると、接着剤Ｇ１上にフレーム部材１５が載置される。接着剤Ｇ１の表面には凹凸ができているため、フレーム部材１５と接着剤Ｇ１の界面に気泡Ｂが発生する。押圧ローラ４８がフレーム部材１５の内縁部１９の最内位置を押圧しているため、押圧ローラ４８によってフレーム部材１５を介して接着剤Ｇ１の表面が押し潰される。
【００３１】
図４（Ｃ）に示すように、押圧機構４２が載置テーブル４１に向かって下降し続けると、押圧ローラ４８がフレーム部材１５に押し返されて、トーションバネのバネ力に抗して揺動アーム４７が矢印Ｄ２方向に揺動する。フレーム部材１５に対する押圧ローラ４８の押圧領域がフレーム部材１５の内側から外側に向かって移動して、押圧ローラ４８によってフレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって接着剤Ｇ１が押し広げられる。これにより、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面に混入した気泡Ｂが外方に押し出されて、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面における気泡Ｂの残留が抑えられる。
【００３２】
以上のように、第２の実施形態の燃料電池単セルの製造装置４０においても、第１の実施形態の燃料電池単セルの製造装置３０と同様に、膜電極接合体１４とフレーム部材１５の接着時に気泡Ｂの残留を抑えることができる。なお、押圧ローラ４８がフレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって移動する構成が好ましいが、押圧ローラ４８がフレーム部材１５の枠外側から枠内側に向かって移動する構成にしてもよい。
【００３３】
［第３の実施形態］
以下、第３の実施形態に係る燃料電池単セルの製造装置及び接着工程について説明する。図５は、第３の実施形態に係る接着工程の説明図であり、（Ａ）は接着工程の開始時、（Ｂ）は接着工程の途中、（Ｃ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。なお、第３の実施形態の燃料電池単セルの製造装置は、押圧部材として押圧板の代わりに押圧枠を使用した点で第１の実施形態と相違している。したがって、第１の実施形態と同様な構成については説明を極力省略する。また、図５では、説明の便宜上、製造装置、膜電極接合体、フレーム部材を模式的に記載している。
【００３４】
図５（Ａ）に示すように、燃料電池単セルの製造装置５０は、載置テーブル５１の上方に押圧機構５２が位置付けられ、載置テーブル５１によって膜電極接合体１４が吸引保持され、押圧機構５２によってフレーム部材１５が支持されている。ベース板５３の下面の外縁付近には複数の支柱５４が設けられ、各支柱５４の下端部には爪部５５が設けられている。また、ベース板５３の下面の外縁付近よりも内側には、フレーム部材１５の内縁部１９に沿って押圧枠５７が設けられている。押圧枠５７は、ゴム等の軟質弾性材料によって、断面視にてフレーム部材１５の枠外側から枠内側に向かって厚くなるように形成されている。
【００３５】
接着工程が開始されると、押圧機構５２によって載置テーブル５１の膜電極接合体１４の上方にフレーム部材１５が位置付けられ、膜電極接合体１４の外縁部１８にフレーム部材１５の内縁部１９が対向される。これにより、膜電極接合体１４の外縁部１８の接着剤Ｇ１の真上にフレーム部材１５の内縁部１９が位置付けられる。押圧機構５２が載置テーブル５１に向かって下降し、複数の爪部５５に支持されたフレーム部材１５の内縁部１９が膜電極接合体１４の外縁部１８上の接着剤Ｇ１に近づけられる。
【００３６】
図５（Ｂ）に示すように、押圧機構５２が載置テーブル５１に向かって下降すると、接着剤Ｇ１上にフレーム部材１５が載置されて、複数の爪部５５からフレーム部材１５が離間する。接着剤Ｇ１の表面には凹凸ができているため、フレーム部材１５と接着剤Ｇ１の界面に気泡Ｂが発生する。ベース板５３は内側に向かって押圧枠５７の厚みが大きく形成されているため、ベース板５３の下面から最も下方に突出した押圧枠５７の先端部５８がフレーム部材１５の内縁部１９の最内位置を押圧する。これにより、押圧枠５７の先端部５８によってフレーム部材１５を介して接着剤Ｇ１の表面が押し潰される。
【００３７】
図５（Ｃ）に示すように、押圧機構５２が載置テーブル５１に向かって下降し続けると、押圧枠５７が軟質弾性材料で形成されているため、押圧枠５７はフレーム部材１５に押し返されることで変形する。押圧枠５７の変形によってフレーム部材１５に対する押圧枠５７の押圧領域がフレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって拡大して、フレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって接着剤Ｇ１が押し広げられる。これにより、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面に混入した気泡Ｂが外方に押し出されて、接着剤Ｇ１とフレーム部材１５の界面における気泡Ｂの残留が抑えられる。
【００３８】
以上のように、第３の実施形態の燃料電池単セルの製造装置５０においても、第１の実施形態の燃料電池単セルの製造装置３０と同様に、膜電極接合体１４とフレーム部材１５の接着時に気泡Ｂの残留を抑えることができる。なお、押圧枠５７が断面視にてフレーム部材１５の枠外側から枠内側に向かって厚くなる形状が好ましいが、押圧枠５７は断面視にてフレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって厚くなるように形成されていてもよい。
【００３９】
なお、第１−第３の実施形態に係る燃料電池単セルの製造装置では、押圧機構に押圧部材を設けて、押圧部材がフレーム部材を押圧して押圧領域を移動又は拡大する押圧部材を設ける構成にしたが、この構成に限定されない。例えば、膜電極接合体の外縁部に接着剤を介して枠状のフレーム部材の内縁部を接着する燃料電池単セルの製造方法であって、膜電極接合体の外縁部に沿って接着剤を塗布する塗布工程と、フレーム部材の内縁部を膜電極接合体の外縁部に接着する接着工程とを有し、塗布工程を、断面視にて膜電極接合体の外側及び内側のいずれか一方から他方に向かって接着剤を厚く塗布する構成にしてもよい。
【００４０】
［第４の実施形態］
以下、第４の実施形態に係る燃料電池単セルの製造方法について説明する。図６は、第４の実施形態に係る塗布工程及び接着工程の説明図であり、（Ａ）は塗布工程、（Ｂ）は接着工程の開始時、（Ｃ）は接着工程の途中、（Ｄ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。なお、第４の実施形態の燃料電池単セルの製造方法は、断面視にて膜電極接合体の外側から内側に向かって接着剤を厚く塗布した点で第１の実施形態と相違している。したがって、第１の実施形態と同様な構成については説明を極力省略する。また、図６では、説明の便宜上、製造装置、膜電極接合体、フレーム部材を模式的に記載している。
【００４１】
図６（Ａ）に示すように、載置テーブル６１によって膜電極接合体１４が吸引保持され、膜電極接合体１４の外縁部１８の真上にディスペンサ６８のノズル口６９が位置付けられている。塗布工程が開始されると、ノズル口６９が載置テーブル６１に対して相対的に動かされて、膜電極接合体１４の外縁部１８に沿ってノズル口６９から接着剤Ｇ２が塗布される。このとき、ノズル口６９は膜電極接合体１４の外側よりも内側の塗布量が多くなるような口形状に形成されている。よって、膜電極接合体１４の外縁部１８には、ノズル口６９によって膜電極接合体１４の外側から内側に向かって接着剤Ｇ２が厚くなるように塗布される。
【００４２】
図６（Ｂ）に示すように、押圧機構６２のベース板６３の下面の外縁付近には支柱６４が設けられ、各支柱６４の下端部の爪部６５によってフレーム部材１５が支持されている。また、ベース板６３の下面の外縁付近の内側には水平な押圧面を有する押圧体６６が設けられている。接着工程が開始されると、押圧機構６２によって載置テーブル６１の膜電極接合体１４の上方にフレーム部材１５が位置付けられ、膜電極接合体１４の外縁部１８にフレーム部材１５の内縁部１９が対向される。これにより、膜電極接合体１４の外縁部１８の接着剤Ｇ２の真上にフレーム部材１５の内縁部１９が位置付けられる。押圧機構６２が載置テーブル６１に向かって下降し、複数の爪部６５に支持されたフレーム部材１５の内縁部１９が膜電極接合体１４の外縁部１８上の接着剤Ｇ２に近づけられる。
【００４３】
図６（Ｃ）に示すように、押圧機構６２が載置テーブル６１に向かって下降すると、接着剤Ｇ２上にフレーム部材１５が載置されて、複数の爪部６５からフレーム部材１５が離間する。このとき、膜電極接合体１４の外側から内側に向かって接着剤Ｇ２の表面が高くなっているため、膜電極接合体１４の内側寄りの接着剤Ｇ２の表面がフレーム部材１５によって押し潰される。また、押圧機構６２が下降することで、ベース板６３に設けられた押圧体６６の押圧面がフレーム部材１５の内縁部１９を押圧する。
【００４４】
図６（Ｄ）に示すように、押圧機構６２が載置テーブル６１に向かって下降し続けると、押圧体６６によってフレーム部材１５を介して接着剤Ｇ２が押し潰される。膜電極接合体１４の外側から内側に向かって接着剤Ｇ２の厚みが大きくなるため、フレーム部材１５が接着剤Ｇ２に押し付けられることで、フレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって接着剤Ｇ２が押し広げられる。これにより、接着剤Ｇ２とフレーム部材１５の界面に気泡が混入することなく、接着剤Ｇ２とフレーム部材１５の界面における気泡の残留が抑えられる。
【００４５】
以上のように、第４の実施形態の燃料電池単セルの製造方法では、膜電極接合体１４の外縁部１８に沿って塗布された接着剤Ｇ２に、フレーム部材１５の内縁部１９が押し付けられて、フレーム部材１５の枠内側から枠外側に向けて接着剤Ｇ２が押し広げられる。接着剤Ｇ２が断面視にて膜電極接合体１４の外側から内側に向かって厚くなるように塗布されているため、接着剤Ｇ２とフレーム部材１５の界面に気泡が混入することなく接着剤Ｇ２が押し広げられる。また、燃料電池単セルの製造装置６０の装置構成を簡略化することができる。なお、膜電極接合体１４の外側から内側に向かって接着剤Ｇ２を厚くなるように塗布することが好ましいが、膜電極接合体１４の内側から外側に向かって接着剤Ｇ２を厚くなるように塗布してもよい。
【００４６】
［第５の実施形態］
以下、第５の実施形態に係る燃料電池単セルの製造方法について説明する。図７は、第５の実施形態に係る塗布工程及び接着工程の説明図であり、（Ａ）は塗布工程、（Ｂ）は接着工程の開始時、（Ｃ）は接着工程の途中、（Ｄ）は接着工程の終了時をそれぞれ示している。なお、第５の実施形態の燃料電池単セルの製造方法は、２回に分けて接着剤を塗布した点で第４の実施形態と相違している。したがって、第４の実施形態と同様な構成については説明を極力省略する。また、図７では、説明の便宜上、製造装置、膜電極接合体、フレーム部材を模式的に記載している。
【００４７】
図７（Ａ）に示すように、載置テーブル７１によって膜電極接合体１４が吸引保持され、膜電極接合体１４の外縁部１８の真上にディスペンサ７８のノズル口７９が位置付けられている。塗布工程が開始されると、ノズル口７９が載置テーブル７１に対して相対的に動かされて、膜電極接合体１４の外縁部１８に沿ってノズル口７９から接着剤Ｇ３、Ｇ４が２回に分けて塗布される。１回目の塗布工程では膜電極接合体１４の外縁部１８に対して接着剤Ｇ３が塗布され、２回目の塗布工程では接着剤Ｇ３上の幅方向の内側半部に接着剤Ｇ４が塗布される。これにより、膜電極接合体１４の外側から内側に向かって接着剤が厚くなるように塗布される。
【００４８】
図７（Ｂ）に示すように、押圧機構７２のベース板７３の下面の外縁付近には支柱７４が設けられ、各支柱７４の下端部の爪部７５によってフレーム部材１５が支持されている。また、ベース板７３の下面の外縁付近の内側には水平な押圧面を有する押圧体７６が設けられている。接着工程が開始されると、押圧機構７２によって載置テーブル７１の膜電極接合体１４の上方にフレーム部材１５が位置付けられ、膜電極接合体１４の外縁部１８にフレーム部材１５の内縁部１９が対向される。これにより、膜電極接合体１４の外縁部１８の接着剤Ｇ３、Ｇ４の真上にフレーム部材１５の内縁部１９が位置付けられる。押圧機構７２が載置テーブル７１に向かって下降し、複数の爪部７５に支持されたフレーム部材１５の内縁部１９が膜電極接合体１４の外縁部１８上の接着剤Ｇ４に近づけられる。
【００４９】
図７（Ｃ）に示すように、押圧機構７２が載置テーブル７１に向かって下降すると、上段の接着剤Ｇ４上にフレーム部材１５が載置されて、複数の爪部７５からフレーム部材１５が離間する。このとき、接着剤Ｇ３、Ｇ４が２回に分けて塗布されているため、先に上段の接着剤Ｇ４が押し潰される。また、押圧機構７２の下降によって、ベース板７３に設けられた押圧体７６の押圧面がフレーム部材１５の内縁部１９を押圧する。
【００５０】
図７（Ｄ）に示すように、押圧機構７２が載置テーブル７１に向かって下降し続けると、フレーム部材１５を介して押圧体７６によって接着剤Ｇ３、Ｇ４が押し潰される。膜電極接合体１４の外側から内側に向かって高くなるように接着剤Ｇ３、Ｇ４が段状に形成されているため、フレーム部材１５が接着剤Ｇ３、Ｇ４に押し付けられることで、フレーム部材１５の枠内側から枠外側に向かって接着剤Ｇ３、Ｇ４が押し広げられる。これにより、接着剤Ｇ３、Ｇ４とフレーム部材１５の界面に気泡が混入することなく、接着剤Ｇ３、Ｇ４とフレーム部材１５の界面における気泡の残留が抑えられる。
【００５１】
以上のように、第５の実施形態の燃料電池単セルの製造方法においても、第４の実施形態の燃料電池単セルの製造方法と同様に、膜電極接合体１４とフレーム部材１５の接着時に気泡の残留を抑えることができる。また、燃料電池単セルの製造装置７０の装置構成を簡略化することができる。なお、下段の接着剤Ｇ３上の幅方向の内側半部に上段の接着剤Ｇ４が塗布されることが好ましいが、下段の接着剤Ｇ３上の幅方向の外側半部に上段の接着剤Ｇ４が塗布されてもよい。
【００５２】
また、第１−第３の実施形態では、押圧部材として押圧板、押圧ローラ、押圧枠を例示して説明したが、押圧部材はこれらの構成に限定されない。押圧部材は、フレーム部材を押圧して、膜電極接合体上に塗布された接着剤を、フレーム部材の枠内側及び枠外側のいずれか一方から他方に向けて押圧領域を移動又は拡大する構成であればよい。
【００５３】
また、第１−第３の実施形態では、液状接着剤を介してフレーム部材と膜電極接合体が接着される構成にしたが、接着シールを介してフレーム部材と膜電極接合体が接着されてもよい。
【００５４】
また、第４、第５の実施形態では、塗布工程においてノズル口の形状や接着剤の重ね塗布によって、膜電極接合体の外側から内側に向かって接着剤の厚みを変える構成について説明したが、この構成に限定されない。塗布工程は、断面視にて膜電極接合体の内側及び外側のいずれか一方から他方に向かって接着剤を厚く塗布する構成であればよい。
【００５５】
また、本実施形態について説明したが、他の実施形態として実施形態および変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。さらに、本開示の技術は本実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩または派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【符号の説明】
【００５６】
１０：燃料電池単セル、１４：膜電極接合体、１５：フレーム部材、１８：膜電極接合体の外縁部、１９：フレーム部材の内縁部、３０：燃料電池単セルの製造装置、３２：押圧機構、３７：押圧板（押圧部材）、４０：燃料電池単セルの製造装置、４２：押圧機構、４８：押圧ローラ（押圧部材）、５０：燃料電池単セルの製造装置、５２：押圧機構、５７：押圧枠（押圧部材）、Ｇ１−Ｇ４：接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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