(57)【要約】【課題】膜電極接合体と樹脂フレームとの接着部の浮き上がりを抑制でき、接着部の溶融を防止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は、第１金型４１と第２金型４５とを備えている。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、第２金型４５は、セパレータ３０の中央領域３１を加圧する内型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、を備えている。内型４５Ｂは、中央領域３１から膜電極接合体１１の外周側の領域まで、セパレータ３０を介して樹脂フレーム１５を加圧するように、外周側の領域まで延在する延在部４５ｅを備え、延在部４５ｅには、開口縁１５ｂに対向する部位に、凹部４５ｇが形成されている。【選択図】図６Ｂ
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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、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加圧する内型と、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、を備えており、
前記内型は、前記中央領域から、前記樹脂フレームに形成された開口縁よりも前記電極アッセンブリの外周側の領域まで、前記他方のセパレータを介して前記樹脂フレームを加圧するように、前記外周側の領域まで延在する延在部を備えるとともに、前記延在部には、前記開口縁に対向する部位に、前記他方のセパレータとの接触を防止する凹部が形成されていることを特徴とする接合用金型。
【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、膜電極接合体の周りに接着剤を介して樹脂フレームを設けた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熱圧により接合し、燃料電池単セルを製造することがある（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２０１７−１２６４５７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、膜電極接合体に対して樹脂フレームにモーメントが作用し、樹脂フレームに形成された開口縁が、膜電極接合体から浮き上がることがあった。この浮き上がりにより、膜電極接合体と樹脂フレームとの間に隙間が形成されてしまい、これらの隙間から、膜電極接合体に流れる燃料ガスまたは酸化剤ガスがリークするおそれがある。これに加えて、樹脂フレームに形成された開口縁から、セパレータに溶着される樹脂フレームの樹脂が過度に流出するおそれがあった。
【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、膜電極接合体に樹脂フレームを接着固定した電極アッセンブリの両面に、一対のセパレータを接合する際に、膜電極接合体から樹脂フレームが浮き上がることを抑制できるとともに、樹脂フレームの樹脂が、樹脂フレームの開口縁から過度に流出することを防止す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、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加圧する内型と、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、を備えており、前記内型は、前記中央領域から、前記樹脂フレームに形成された開口縁よりも前記電極アッセンブリの外周側の領域まで、前記他方のセパレータを介して前記樹脂フレームを加圧するように、前記外周側の領域まで延在する延在部を備えるとともに、前記延在部には、前記開口縁に対向する部位に、前記他方のセパレータとの接触を防止する凹部が形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料電池単セルを製造する接合用金型によれば、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、他方のセパレータを順に積層することができる。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ことができる。
【０００９】
次に、第２金型の内型で、他方のセパレータの中央領域を加圧し（必要に応じて加熱し）、次いで、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２金型の外型で、他方のセパレータの溶着領域が加圧されても、第２金型の内型で、開口縁よりも外側の樹脂フレームの部分と、電極アッセンブリとを押圧している。このため、第２金型の内型の押圧により、膜電極接合体に対して樹脂フレームにモーメントが作用することが低減される。この結果、樹脂フレームと膜電極接合体との接着部分が、樹脂フレームの開口縁から剥離することを回避することができる。
【００１０】
また、延在部のうち、樹脂フレームの開口縁に対向する部位には、凹部が形成され、この部位は、他方のセパレータに接触しない。このため、開口縁近傍の樹脂フレームの加熱が抑制され、開口縁近傍の樹脂フレームが、開口縁からセパレータの流路へ過度に流出することを防ぐことができる。
【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とを接合した単セルの要部断面図である。
【図６Ａ】図５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６Ｂ】図６Ａ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。
【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、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、樹脂フレームは、セパレータ２０、３０に融着される。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、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、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】
上方のセパレータ３０は、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との間に段差領域３３が形成されている。図５に示すように、段差領域３３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３３では、電極アッセンブリ１０（具体的には、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂおよびその近傍）が非接触の状態である。段差領域３３よりもセパレータ３０の外周側かつ溶着領域３２の内周側において、具体的には後述するガスケット３４が配置された領域において、上方のセパレータ３０は、電極アッセンブリ１０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には、平坦部３４ａと、この平坦部３４ａの外周側に、平坦部３４ａから突出した突起部３４ｂが形成されている。ガスケット３４は、燃料電池単セル１を多数個積層して固定して燃料電池スタック（図示せず）としたとき、突起部３４ｂが押圧されて変形し、隣接するセパレータ２０とのシールを確保することができる。これにより、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、段差領域３３は樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂから離間している。
【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６Ａ、図６Ｂ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の２部品構成となっている。
【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。
【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を加圧する内型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、を備えている。外型４５Ａは、セパレータ３０の溶着領域３２と対接する外周加圧部４５ｄを備えており、この外周加圧部４５ｄでセパレータ３０の溶着領域３２を熱圧する。
【００３２】
内型４５Ｂは、セパレータ３０の中央領域３１と対接して加圧する中央加圧部４５ｃを備えている。中央加圧部４５ｃには、セパレータ３０の中央領域３１から樹脂フレーム１５に形成された開口縁１５ｂよりも、電極アッセンブリ１０の外周側の領域まで、セパレータ３０を介して樹脂フレーム１５を加圧するように、外周側の領域まで延在した延在部４５ｅが形成されている。内型４５Ｂの延在部４５ｅには、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂに対向する部位に、他方のセパレータ３０との接触を防止する凹部４５ｇが形成されている。
【００３３】
第２金型４５の中央に位置する内型４５Ｂと、内型４５Ｂの外周に位置する外型４５Ａとは、独立して移動が可能なように、内型４５Ｂの外周にクリアランスＣＬが形成されている。内型４５Ｂと外型４５Ａは、それぞれ図示していないアクチュエータにより上下方向に移動可能であり、燃料電池単セル１を接合する際に、それぞれの押圧力を調整できるように構成されている。本実施形態の接合用金型４０では、反り矯正をする内型４５Ｂの押圧力は、セパレータ３０を熱圧する外型４５Ａの押圧力よりも、大きくなるように設定されている。
【００３４】
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、外周加圧部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。本実施形態では、外側５４Ａに加熱部４７を内蔵したが、たとえば、内型４５Ｂにも加熱部を内蔵してもよい。
【００３５】
第１金型４１は、台座等に載置される底面はフラットに形成されている。セパレータ２０が接触する第１金型４１の接触面は、セパレータ２０の溶着領域２２と対接するように突出した外周受け部４１ｂの表面と、中央領域２１と対接する中央受け部４１ａの表面である。中央受け部４１ａと外周受け部４１ｂとの間に形成された陥没部４１ｃの表面は、セパレータ２０の段差領域２３から離間して、段差領域２３に対して非接触となる。
【００３６】
第２金型４５では、セパレータ３０に加圧または熱圧される表面は、外型４５Ａの外周加圧部４５ｄの表面と、内型４５Ｂの中央加圧部４５ｃの表面であり、外周加圧部４５ｄの幅は、数ｍｍ程度（１〜３ｍｍ）になっている。外周加圧部４５ｄと、中央加圧部４５ｃとの間には、上方に凹んだ陥没部４５ｆが形成されている。陥没部４５ｆにより形成された空間により、接合時に、ガスケット３４が、外型４５Ａに接触することを回避するとともに、外周加圧部４５ｄからセパレータ３０に介して伝達される熱を、陥没部４５ｆにより形成された空間で放熱することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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と対接する。
【００４０】
次いで、第２金型４５をアクチュエータで下降させ、内型４５Ｂの中央加圧部４５ｃがセパレータ３０の中央領域３１を押圧する。次に、セパレータ３０の中央領域３１を押圧した状態で、アクチュエータで外型４５Ａを下降させ、外型４５Ａをセパレータ３０の溶着領域３２に当接させた状態で押圧力を強く付与する。
【００４１】
第１金型４１では、外周受け部４１ｂが加熱され、第２金型４５では、外型４５Ａが加熱されている。このため、セパレータ２０、３０の中央領域２１、３１の反りなどが矯正された状態で、外周の溶着領域２２、３２では、樹脂フレーム１５の樹脂が溶融し、セパレータ２０の溶着領域２２、３２は、電極アッセンブリ１０の樹脂フレーム１５に接合される。
【００４２】
接合用金型４０による接合の際には、まず、中央受け部４１ａと、内型４５Ｂの中央加圧部４５ｃとで、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。このあと、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。
【００４３】
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の外周加圧部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。この熱圧の際には、樹脂フレーム１５には、図６Ｂに示す反時計方向のモーメントＭが作用する。具体的には、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、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。
【００４４】
しかしながら、第２金型４５の内型４５Ｂは、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂよりも外周側に延在した延在部４５ｅを設けているので、延在部４５ｅは、開口縁１５ｂよりも外側の樹脂フレーム１５の部分と、膜電極接合体１１とを押圧することができる。これにより、膜電極接合体１１に対して樹脂フレーム１５にモーメントが作用することが低減され、膜電極接合体１１に対して樹脂フレーム１５が浮き上がることを防止することができる。このような結果、樹脂フレーム１５と膜電極接合体１１とを接着する接着部１５ａが、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂから剥離することを回避することができる。
【００４５】
内型４５Ｂの延在部４５ｅに凹部４５ｇを設けることにより、内型４５Ｂとセパレータ３０との接触面積を低減することができ、第２金型４５の加熱部４７からの熱が、セパレータ３０を介して、電極アッセンブリ１０の膜電極接合体１１に伝達されることを抑えることができる。これにより、燃料電池単セル１の発電性能の低下を抑えることができる。また、延在部４５ｅのうち、樹脂フレーム１５の開口縁１５ｂに対向する部位には、凹部４５ｇが形成されているため、この部位は、他方のセパレータ３０に接触しない。このため、開口縁１５ｂ近傍の樹脂フレーム１５の加熱が抑制され、開口縁１５ｂ近傍の樹脂フレームが溶融し、開口縁１５ｂから他方のセパレータ３０の流路へ過度に流出し、他方のセパレータ３０の流路に流れ込むことを防止することができる。
【００４６】
また、外型４５Ａと内型４５Ｂとの間にクリアランスＣＬを設けることで、外型４５Ａの熱が内型４５Ｂに伝達さ難いため、膜電極接合体１１が高温に加熱されることを回避することができる。
【００４７】
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】
【００４８】
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、１５ｂ：開口縁、２０，３０：セパレータ、２１，３１：中央領域、２２，３２：溶着領域、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：中央加圧部、４５ｄ：外周加圧部、４５ｅ：延在部、４５ｇ：凹部
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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