(57)【要約】【課題】強度を確保しつつ膜電極ガス拡散層接合体との接着性をも確保した枠部材を備えた燃料電池を提供することを課題とする。【解決手段】膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の外周部に接合した絶縁性の枠部材と、前記膜電極ガス拡散層接合体及び枠部材を挟持する第１及び第２セパレータと、を備え、前記枠部材は、基材、前記第１セパレータに対向する前記基材の第１面に設けられており前記基材よりも弾性率が小さい第１弾性層、及び前記基材の前記第１面とは反対側の第２面に設けられており前記基材よりも弾性率が小さい第２弾性層、を含み、前記第１面は、前記第１弾性層に被覆された第１被覆領域、及び前記第１被覆領域の面積よりも小さく前記第１弾性層から露出した第１露出領域、を含み、前記第１露出領域は、前記外周部に接着剤層により接合されている、燃料電池。【選択図】図３
2020198199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極ガス拡散層接合体と、
前記膜電極ガス拡散層接合体の外周部に接合した絶縁性の枠部材と、
前記膜電極ガス拡散層接合体及び枠部材を挟持する第１及び第２セパレータと、を備え、
前記枠部材は、基材、前記第１セパレータに対向する前記基材の第１面に設けられており前記基材よりも弾性率が小さい第１弾性層、及び前記基材の前記第１面とは反対側の第２面に設けられており前記基材よりも弾性率が小さい第２弾性層、を含み、
前記第１面は、前記第１弾性層に被覆された第１被覆領域、及び前記第１被覆領域の面積よりも小さく前記第１弾性層から露出した第１露出領域、を含み、
前記第１露出領域は、前記外周部に接着剤層により接合されている、燃料電池。
【請求項２】
前記第２面は、前記第２弾性層に被覆された第２被覆領域、及び前記第２被覆領域よりも面積が小さく前記第２弾性層から露出した第２露出領域、を含み、
前記第２露出領域は、前記第１露出領域の反対側に位置している、請求項１の燃料電池。
【請求項３】
前記第２面は、前記第２弾性層に被覆された第２被覆領域を含み、
前記第２被覆領域は、前記第１被覆領域よりも面積が大きい、請求項１の燃料電池。
【請求項４】
前記第２面は、前記第２弾性層により全面に亘って被覆されている、請求項３の燃料電池。
【請求項５】
前記第１セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第１押えリブ部を含み、
前記第２セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第２押えリブ部を含み、
前記第１及び第２押えリブ部は、前記第１露出領域、前記接着剤層、及び前記外周部を挟持する、請求項１乃至４の何れかの燃料電池。
【請求項６】
前記第１セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第１押えリブ部を含み、
前記第２セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第２押えリブ部を含み、
前記第１及び第２押えリブ部は、前記第２露出領域、前記第１露出領域、前記接着剤層、及び前記外周部を挟持し、
前記第２押えリブ部は、前記第２露出領域に当接する、請求項２の燃料電池。
【請求項７】
前記第１セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第１押えリブ部を含み、
前記第２セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第２押えリブ部を含み、
前記第１及び第２押えリブ部は、前記第２弾性層、前記第１露出領域、前記接着剤層、及び前記外周部を挟持し、
前記第２押えリブ部は、前記第２弾性層に当接する、請求項３又は４の燃料電池。
【請求項８】
前記第１セパレータは、前記枠部材側に突出した第１ビード部を含み、
前記第２セパレータは、前記枠部材側に突出した第２ビード部を含み、
前記第１及び第２ビード部は、前記基材、前記第１弾性層、及び前記第２弾性層を挟持する、請求項１乃至７の何れかの燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜電極ガス拡散層接合体に接着された絶縁性の枠部材を備えた燃料電池が知られている（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２０１８−０１８５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
枠部材の強度を確保するために、枠部材の基材の両面を弾性層で被覆することが考えられる。この場合、接着剤により枠部材の弾性層を膜電極ガス拡散層接合体に接着することが考えられる。しかしながら、弾性層は弾性変形が容易であるため、膜電極ガス拡散層接合体との接着性が低下する可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、強度を確保しつつ膜電極ガス拡散層接合体との接着性をも確保した枠部材を備えた燃料電池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】
【０００６】
上記目的は、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の外周部に接合した絶縁性の枠部材と、前記膜電極ガス拡散層接合体及び枠部材を挟持する第１及び第２セパレータと、を備え、前記枠部材は、基材、前記第１セパレータに対向する前記基材の第１面に設けられており前記基材よりも弾性率が小さい第１弾性層、及び前記基材の前記第１面とは反対側の第２面に設けられており前記基材よりも弾性率が小さい第２弾性層、を含み、前記第１面は、前記第１弾性層に被覆された第１被覆領域、及び前記第１被覆領域の面積よりも小さく前記第１弾性層から露出した第１露出領域、を含み、前記第１露出領域は、前記外周部に接着剤層により接合されている、燃料電池によって達成できる。
【０００７】
前記第２面は、前記第２弾性層に被覆された第２被覆領域、及び前記第２被覆領域よりも面積が小さく前記第２弾性層から露出した第２露出領域、を含み、前記第２露出領域は、前記第１露出領域の反対側に位置していてもよい。
【０００８】
前記第２面は、前記第２弾性層に被覆された第２被覆領域を含み、前記第２被覆領域は、前記第１被覆領域よりも面積が大きくてもよい。
【０００９】
前記第２面は、前記第２弾性層により全面に亘って被覆されていてもよい。
【００１０】
前記第１セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第１押えリブ部を含み、前記第２セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第２押えリブ部を含み、前記第１及び第２押えリブ部は、前記第１露出領域、前記接着剤層、及び前記外周部を挟持してもよい。
【００１１】
前記第１セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第１押えリブ部を含み、前記第２セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第２押えリブ部を含み、前記第１及び第２押えリブ部は、前記第２露出領域、前記第１露出領域、前記接着剤層、及び前記外周部を挟持し、前記第２押えリブ部は、前記第２露出領域に当接してもよい。
【００１２】
前記第１セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第１押えリブ部を含み、前記第２セパレータは、前記膜電極ガス拡散層接合体側に突出した第２押えリブ部を含み、前記第１及び第２押えリブ部は、前記第２弾性層、前記第１露出領域、前記接着剤層、及び前記外周部を挟持し、前記第２押えリブ部は、前記第２弾性層に当接してもよい。
【００１３】
前記第１セパレータは、前記枠部材側に突出した第１ビード部を含み、前記第２セパレータは、前記枠部材側に突出した第２ビード部を含み、前記第１及び第２ビード部は、前記基材、前記第１弾性層、及び前記第２弾性層を挟持してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
強度を確保しつつ膜電極ガス拡散層接合体との接着性をも確保した枠部材を備えた燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、燃料電池スタックの単セルの分解斜視図である。
【図２】図２は、＋Ｚ方向側から見た場合の枠部材、ＭＥＧＡ、及びセパレータを示した透視図である。
【図３】図３は、図２に示したＡ−Ａ線に対応する単セルの部分断面図である。
【図４】図４Ａは、枠部材を＋Ｚ方向側から見た場合の図であり、図４Ｂは、枠部材を−Ｚ方向側から見た場合の図である。
【図５】図５は、接着剤層周辺を示した図３の部分拡大図である。
【図６】図６は、第１変形例の単セルの部分断面図である。
【図７】図７Ａは、第１変形例での枠部材を＋Ｚ方向側から見た場合の図であり、図７Ｂは、第１変形例での枠部材を−Ｚ方向側から見た場合の図である。
【図８】図８は、第２変形例の単セルの部分断面図である。
【図９】図９は、第３変形例の単セルの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［燃料電池スタックの概略構成］
図１は、燃料電池スタック１の単セル２の分解斜視図である。燃料電池スタック１は、単セル２が複数積層されることで構成される。図１では、一つの単セル２のみを示し、その他の単セルについては省略してある。尚、図１には、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示している。Ｘ方向及びＹ方向は、略矩形状に形成された単セル２の短手方向及び長手方向に相当する。Ｚ方向は、複数の単セル２が積層される方向に相当する。
【００１７】
燃料電池スタック１は、反応ガスとしてアノードガス（例えば水素）とカソードガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル２は、膜電極ガス拡散層接合体１０（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）と、絶縁性を有した枠部材５０と、アノードセパレータ２０及びカソードセパレータ４０（以下、セパレータと称する）とを含む。枠部材５０は、ＭＥＧＡ１０の外周部に接着されている。セパレータ２０は、ＭＥＧＡ１０及び枠部材５０よりも−Ｚ方向側に配置されてこれらと対向している。セパレータ４０は、ＭＥＧＡ１０及び枠部材５０よりも＋Ｚ方向側に配置されてこれらと対向している。ＭＥＧＡ１０は、アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃ（以下、拡散層と称する）を含む。枠部材５０は、絶縁性を有しており、内周部がＭＥＧＡ１０の外周部に接着された絶縁性の枠部材の一例である。セパレータ２０及び４０は、第１及び第２セパレータの一例である。
【００１８】
セパレータ２０及び４０、及び枠部材５０には、孔ａ１〜ａ６が貫通するように形成されている。セパレータ２０及び４０、及び枠部材５０の２つの短辺の一方側には孔ａ１〜ａ３が形成され、他方側には孔ａ４〜ａ６が形成されている。孔ａ１は、カソード入口マニホールドを画定する。孔ａ２は、冷却水入口マニホールドを画定する。孔ａ３は、アノード出口マニホールドを画定する。孔ａ４は、アノード入口マニホールドを画定する。孔ａ５は、冷却水出口マニホールドを画定する。孔ａ６は、カソード出口マニホールドを画定する。
【００１９】
ＭＥＧＡ１０に対向するセパレータ２０の面には、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通してアノードガスが流れるアノード流路部２０Ａ（以下、流路部と称する）が形成されている。ＭＥＧＡ１０に対向するセパレータ２０の面とは反対側の面には、冷却水入口マニホールドと冷却水出口マニホールドとを連通して冷却水が流れる冷却水流路部２０Ｂ（以下、流路部と称する）が形成されている。ＭＥＧＡ１０に対向するセパレータ４０の面には、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通してカソードガスが流れるカソード流路部４０Ａ（以下、流路部と称する）が形成されている。ＭＥＧＡ１０に対向するセパレータ４０の面とは反対側の面には、冷却水入口マニホールドと冷却水出口マニホールドとを連通して冷却水が流れる冷却水流路部４０Ｂ（以下、流路部と称する）が形成されている。流路部２０Ａ及び２０Ｂは、セパレータ２０の長手方向であるＹ方向に延びＸ方向に並設された複数の溝部により構成されている。流路部４０Ａ及び４０Ｂも同様である。
【００２０】
流路部２０Ａの複数の溝部は、ＭＥＧＡ１０から退避するように凹んでいる。流路部４０Ａの複数の溝部も同様に、ＭＥＧＡ１０から退避するように凹んでいる。流路部２０Ｂ及び４０Ｂは、それぞれ、流路部２０Ａ及び４０Ａと表裏一体に形成されている。セパレータ２０及び４０は、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材である。
【００２１】
セパレータ２０及び４０の外周には、それぞれ、ビード部２４及び４４が周回するように形成されている。ビード部２４は、流路部２０Ａ及び２０Ｂや孔ａ１〜ａ６を包囲するように形成されている。同様に、ビード部４４は、流路部４０Ａ及び４０Ｂや孔ａ１〜ａ６を包囲するように形成されている。ビード部２４及び４４は、詳しくは後述するが枠部材５０を挟持することにより、アノードガスやカソードガスの漏れを防止する。ビード部２４及び４４は、第１及び第２ビード部の一例である。
【００２２】
図２は、＋Ｚ方向側から見た場合の枠部材５０、ＭＥＧＡ１０、及びセパレータ２０を示した透視図である。アノードガスは、孔ａ４から流路部２０Ａを−Ｙ方向に流れて孔ａ３に排出される。上方から見ると、拡散層１６ａ及び１６ｃは何れも略矩形状であるが、拡散層１６ａは拡散層１６ｃよりもＸＹ平面方向に大きい。
【００２３】
図３は、図２に示したＡ−Ａ線に対応する単セル２の部分断面図である。図３には、単セル２よりも＋Ｚ方向側で単セル２に積層された他の単セルのアノード側のセパレータ２０―ａと、単セル２よりも−Ｚ方向側で単セル２に積層された他の単セルのカソード側のセパレータ４０−ｂとを示している。セパレータ２０とセパレータ４０−ｂとは溶接により接合されており、セパレータ４０とセパレータ２０−ａとも溶接により接合されているが、接合方法はこれに限定されず、例えば接着剤層により接合されていてもよい。尚、セパレータ２０−ａは、セパレータ２０と同一の部材であり、セパレータ４０―ｂは、セパレータ４０と同一の部材であるが、説明の便宜上、異なる符号を付している。
【００２４】
ＭＥＧＡ１０は、上述した拡散層１６ａ及び１６ｃに加えて、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称する）１１を含む。拡散層１６ａ及び１６ｃは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。ＭＥＡ１１の詳細については後述する。
【００２５】
［セパレータ２０及び４０の構成］
セパレータ２０は、平坦な基部２１と、基部２１から＋Ｚ方向に突出してＹ方向に延びＸ方向に並んだ複数のリブ部２２と、上述したビード部２４とを備える。図１及び図２に示したセパレータ２０の流路部２０Ａは、この複数のリブ部２２により画定される。複数のリブ部２２は、拡散層１６ａ側に突出して拡散層１６ａに当接している。隣接するリブ部２２の間では、拡散層１６ａから退避するように−Ｚ方向に凹んでおりＹ方向に延びた溝部が画定される。アノードガスは、拡散層１６ａとセパレータ２０との間でこれらの溝部やリブ部２２とビード部２４との間に沿って流れ、拡散層１６ａを介してＭＥＡ１１にまで到達することにより発電反応が生じる。ビード部２４も、リブ部２２と同様に基部２１から＋Ｚ方向に突出しており、図３に示したビード部２４は、リブ部２２と同様にＹ方向に延びている。ビード部２４は、後述する枠部材５０の弾性層５２に当接する。
【００２６】
セパレータ４０は、平坦な基部４１と、基部４１から−Ｚ方向に突出してＹ方向に延びＸ方向に並んだ複数のリブ部４２と、上述したビード部４４とを備える。図１に示したセパレータ４０の流路部４０Ａは、この複数のリブ部４２により画定される。リブ部４２は、拡散層１６ｃ側に突出して拡散層１６ｃに当接している。隣接するリブ部４２の間では、拡散層１６ｃから退避するように＋Ｚ方向に凹んでおりＹ方向に延びた溝部が画定される。カソードガスは、拡散層１６ｃとセパレータ４０との間でこれらの溝部やリブ部４２とビード部４４との間に沿って流れ、拡散層１６ｃを介してＭＥＡ１１にまで到達することにより発電反応が生じる。ビード部４４も、リブ部４２と同様に基部４１から−Ｚ方向に突出している。図３に示したビード部４４は、リブ部４２と同様にＹ方向に延びており、後述する枠部材５０の弾性層５３に当接する。
【００２７】
セパレータ２０のビード部２４とセパレータ４０のビード部４４とは、複数の単セル２が積層された状態で、後述する枠部材５０の基材５１、弾性層５２、及び弾性層５３をＺ方向から挟持する。ここで、弾性層５２は弾性を有しており、ビード部２４により弾性層５２が圧縮され、ビード部２４と弾性層５２との間に作用する弾性層５２の弾性復元力により、ビード部２４と弾性層５２とが密着する。これにより、ビード部２４と弾性層５２と間からかアノードガスが外部へ漏れることが抑制されている。同様に、弾性層５３は弾性を有しており、ビード部４４により弾性層５３が圧縮され、ビード部４４と弾性層５３との間に作用する弾性層５３の弾性復元力により、ビード部４４と弾性層５３とが密着する。これにより、ビード部４４と弾性層５３と間からかカソードガスが外部へ漏れることが抑制されている。
【００２８】
尚、セパレータ２０の基部２１及びセパレータ４０の基部４１は互いに当接している。セパレータ２０のリブ部２２及びセパレータ４０のリブ部４２によりＭＥＧＡ１０が挟持されている。また、セパレータ２０のビード部２４及びセパレータ４０のビード部４４により枠部材５０が挟持されている。また、セパレータ４０−ｂのリブ部４２とセパレータ２０のリブ部２２とはＺ方向に対向し、リブ部４２とリブ部２２との間には冷却水が流れる。同様に、セパレータ２０−ａのリブ部２２とセパレータ４０のリブ部４２との間にも冷却水が流れる。
【００２９】
［枠部材５０の構成］
枠部材５０は、基材５１、弾性層５２及び５３を含む。基材５１は、厚みが略均一な薄いシート状であり、合成樹脂製であり、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＳ（ポリエチレンサクシネート）、ＰＰＳＵ（ポリフェニレンスルホン）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＵＨＰＥ（超高分子量ポリエチレン）、ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）の少なくとも何れかである。
【００３０】
弾性層５２及び５３は、厚みが均一な薄いシート状であり、弾性を有している。具体的には、弾性層５２及び５３の各材料は、ゴム及び熱可塑性エラストマー樹脂の少なくとも一方を含み、例えば発泡ゴムや未発泡ゴムであってもよいし、ゴムと熱可塑性エラストマー樹脂との混合したものであってもよい。本実施例においては、弾性層５２及び５３は、形状、大きさ、及び材料が同一である。弾性層５２は、基材５１のセパレータ２０側の面５１ａに予め設けられている。弾性層５３は、基材５１の面５１ａとは反対側の面５１ｃに予め設けられている。弾性層５２及び５３のそれぞれは、弾性率が基材５１よりも小さく、基材５１よりも弾性変形が容易である。尚、弾性層５２及び５３は、接着成分を含有していないが、粘着成分は含有していてもよい。
【００３１】
基材５１の面５１ａは、弾性層５２により被覆された被覆領域５１１ａ、弾性層５２から露出した露出領域５１２ａを含む。同様に、基材５１の面５１ｃは、弾性層５３により被覆された被覆領域５１１ｃ、弾性層５３から露出した露出領域５１２ｃを含む。弾性層５２及び５３は、それぞれ第１及び第２弾性層の一例である。基材５１の面５１ａ及び５１ｃは、それぞれ第１及び第２面の一例である。
【００３２】
基材５１の面５１ａの露出領域５１２ａは、接着剤層６０によりＭＥＡ１１の外周部に接着されている。接着剤層６０は、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、フェノール系、シアノアクリレート系、アミン系の何れかである。また、接着剤層６０は、例えば紫外線硬化性樹脂、又は熱硬化性樹脂である。
【００３３】
図４Ａは、枠部材５０を＋Ｚ方向側から見た場合の図であり、図４Ｂは、枠部材５０を−Ｚ方向側から見た場合の図である。露出領域５１２ｃ及び５１２ａは、枠部材５０の内周部に位置しており、略矩形枠状である。図３、図４Ａ、及び図４Ｂに示すように、基材５１は大部分が弾性層５２及び５３により被覆されており、換言すれば、被覆領域５１１ａは露出領域５１２ａよりも面積が大きく、被覆領域５１１ｃは露出領域５１２ｃよりも面積が大きい。このため、枠部材５０全体の強度が確保されている。
【００３４】
［ＭＥＡ１１の構成］
図５は、接着剤層６０周辺を示した図３の部分拡大図である。図３では、ＭＥＡ１１を一層として簡易的に図示したが、実際には、図５に示すように、電解質膜１２、アノード触媒層１４ａ、及びカソード触媒層１４ｃを含む。アノード触媒層１４ａは、電解質膜１２のセパレータ２０側の面に形成されている。カソード触媒層１４ｃは、電解質膜１２のセパレータ４０側の面に形成されている。電解質膜１２は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。アノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃは、例えば白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを含む触媒インクを、電解質膜１２に塗布することにより形成される。拡散層１６ａ及び１６ｃは、それぞれアノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃに接合されている。
【００３５】
アノード触媒層１４ａは、電解質膜１２のセパレータ２０側の面に略全面にわたって形成されている。カソード触媒層１４ｃは、電解質膜１２のセパレータ４０側の面の中央部に形成され、電解質膜１２の外周部には形成されていない。拡散層１６ａは、その端部がアノード触媒層１４ａの端部に略揃う位置に設けられる。拡散層１６ｃは、その端部がカソード触媒層１４ｃの端部に略揃う位置またはやや内側の位置に設けられている。これにより、電解質膜１２の外周部が露出している。露出した電解質膜１２の外周部に、枠部材５０の内周部が接着剤層６０により接着されている。
【００３６】
［枠部材５０とＭＥＡ１１との接着］
上述したように、基材５１の面５１ａの露出領域５１２ａは、接着剤層６０によりＭＥＡ１１に接着されており、実際には図５に示したように、カソード触媒層１４ｃが形成されていない電解質膜１２の外周部に接着されている。ここで、例えば弾性層５２と電解質膜１２とを接着したとしても、弾性層５２は弾性変形が容易であるため、接着性が低下する可能性がある。これに対して、基材５１は弾性層５２よりも弾性変形し難いため、接着性が向上している。従って、枠部材５０とＭＥＧＡ１０との間のシール性が向上し、アノードガス及びカソードガスの一方が基材５１と電解質膜１２との間を介して他方に混入することを防止できる。
【００３７】
尚、接着剤層６０が紫外線硬化性樹脂である場合には、硬化前の接着剤層６０に紫外線を照射することにより基材５１とＭＥＡ１１とを接着できる。ここで、基材５１は光透過性を有していることが望ましい。基材５１が光透過性を有していると、基材５１の露出領域５１２ｃ側から、基材５１の露出領域５１２ａとＭＥＡ１１の外周部との間に塗布された接着剤層６０に向けて紫外線を照射することができ、接着剤層６０を硬化させる作業が容易となるからである。また、本実施例では、弾性層５３が露出領域５１２ｃを被覆していないため、弾性層５３により遮断されることなく紫外線を露出領域５１２ｃ側から接着剤層６０に照射できる。
【００３８】
また、接着剤層６０が熱硬化性樹脂である場合には、硬化前の接着剤層６０を熱圧着により加熱して、基材５１とＭＥＡ１１とを接着できる。この際、熱圧着ヘッドは、弾性層５３に接触しないようにして、基材５１の露出領域５１２ｃに当接して基材５１を介して接着剤層６０を加熱することが好ましい。一般的に弾性率が小さい弾性層５３の方が基材５１よりも融点が低く、熱圧着ヘッドの温度によっては、弾性層５３に接触することにより溶損する可能性があるからである。特に、接着剤層６０の硬化温度が弾性層５３の融点よりも高い場合には、熱圧着ヘッドの温度も弾性層５３の融点よりも高い温度に設定する必要があるからである。
【００３９】
［第１変形例］
次に、複数の変形例について説明する。変形例については、上述した本実施例と同一の構成については同一の符号を用いて説明する。図６は、第１変形例の単セル２ａの部分断面図である。図６は、図３に対応している。図７Ａは、第１変形例での枠部材５０ａを＋Ｚ方向側から見た場合の図であり、図７Ｂは、第１変形例での枠部材５０ａを−Ｚ方向側から見た場合の図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ図４Ａ及び図４Ｂに対応している。
【００４０】
単セル２ａに使用されている枠部材５０ａの弾性層５３ａは、上述した弾性層５３とは異なり、基材５１の面５１ｃの全面を被覆している。従って、第１変形例では、面５１ｃ全体が被覆領域５１１ｃａに相当する。これにより、枠部材５０ａの強度が向上しており、枠部材５０ａの撓みが抑制される。また、拡散層１６ｃから突出した拡散層１６ａの外周部に、基材５１と弾性層５３ａとの双方が重なるようにしてＭＥＧＡ１０と枠部材５０ａとが接合されるため、拡散層１６ａの外周部での撓みの発生も抑制される。従って、このため枠部材５０ａや拡散層１６ａが撓むことによってＭＥＡ１１の電解質膜１２に応力が加わることを抑制でき、電解質膜１２の信頼性が確保されている。
【００４１】
接着剤層６０が紫外線硬化性樹脂の場合、基材５１と共に弾性層５３ａも光透過性を有している必要がある。弾性層５３ａ側から基材５１を介して接着剤層６０に紫外線を照射するためである。接着剤層６０が熱硬化性樹脂の場合には、基材５１及び弾性層５３ａの各融点が接着剤層６０の硬化温度よりも高いことが好ましい。弾性層５３ａ側から加熱することにより接着剤層６０を硬化させるためである。
【００４２】
［第２変形例］
図８は、第２変形例の単セル２ｂの部分断面図である。図８は、図３に対応している。単セル２ｂでは、本実施例及び第１変形例で使用されたセパレータ２０、２０−ａ、４０、及び４０−ｂの代わりに、セパレータ２０ａ、２０ａ―ａ、４０ａ、及び４０ａ―ｂが使用されている。本実施例及び第１変形例と同様に、第２変形例においても、セパレータ２０ａ及び２０ａ−ａは、同一の部材であり、セパレータ４０ａ及び４０ａ―ｂも同一の部材である。
【００４３】
セパレータ２０ａ及び４０ａは、それぞれ押えリブ部２３及び４３を有している。押えリブ部２３は、それぞれリブ部２２及びビード部２４の間に形成されておりＹ方向に延びている。同様に押えリブ部４３は、それぞれリブ部４２及びビード部４４の間に形成されておりＹ方向に延びている。押えリブ部２３及び４３は互いにＺ方向に対向している。押えリブ部４３は、枠部材５０の基材５１の露出領域５１２ｃに当接している。押えリブ部２３及び４３は、基材５１の露出領域５１２ｃ、接着剤層６０、ＭＥＡ１１の外周部、拡散層１６ａを挟持している。これにより、基材５１とＭＥＡ１１との接着性が更に向上している。また、基材５１とＭＥＡ１１とが接着された周辺で枠部材５０とＭＥＧＡ１０とが撓むことを抑制できる。
【００４４】
また、押えリブ部２３及び４３は、弾性変形しやすい弾性層５３を挟持しないため、弾性層５３のへたりによる弾性復元力の低下の影響を受けずに、基材５１とＭＥＡ１１との挟持力を長期的に維持することができる。
【００４５】
尚、押えリブ部２３及び４３は、略矩形状のＭＥＡ１１の外周部の４辺のうち、Ｙ方向に平行な２つの辺の一方を挟持し、他方については、図示しないが押えリブ部２３及び４３と同様のリブ部により挟持していることが好ましい。これにより、より基材５１とＭＥＡ１１との接着性を向上させることができるからである。尚、ＭＥＡ１１の外周部のうちＸ方向に平行な辺についても同様に挟持するためのリブ部を設けると、Ｙ方向に沿って流れる反応ガスの流通の妨げになる恐れがあるため、このようなリブ部は設ける必要はない。
【００４６】
また、セパレータ２０ａ及び４０ａは、それぞれ、上述したセパレータ２０及び４０に比べて、押えリブ部２３及び４３の分、リブ部の合計数が多い。このためセパレータ２０ａ及び４０ａの全体の剛性が確保され、撓みが抑制される。
【００４７】
［第３変形例］
図９は、第３変形例の単セル２ｃの部分断面図である。図９は、図３に対応している。単セル２ｃでは、第１変形例に示した枠部材５０ａと第２変形例で示したセパレータ２０ａ及び２０ａ−ａとが使用され、更に第２変形例で示したセパレータ４０ａ及び４０ａ―ｂの代わりにセパレータ４０ｂ及び４０ｂ−ｂが使用されている。セパレータ４０ｂ及び４０ｂ−ｂは同一の部材である。
【００４８】
セパレータ４０ｂは、枠部材５０ａの弾性層５３ａに当接した押えリブ部４３ａを有している。押えリブ部４３ａは、弾性層５３の厚みを考慮して、第２変形例のセパレータ４０ａの押えリブ部４３よりも−Ｚ方向の突出量が小さく形成されている。押えリブ部２３及び４３ａは、弾性層５３ａ、基材５１、接着剤層６０、ＭＥＡ１１の外周部、及び拡散層１６ａを挟持している。このように、枠部材５０よりも強度が確保された枠部材５０ａを採用した場合であっても、基材５１とＭＥＡ１１との接着性を更に向上させることができる。また、セパレータ４０ｂも、それぞれ、上述したセパレータ４０に比べて、押えリブ部４３ａの分、リブ部の合計数が多い。このためセパレータ４０ｂの全体の剛性が確保され、撓みが抑制される。
【００４９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定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要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ  単セル
１０  膜電極ガス拡散層接合体
１１  膜電極接合体
１６ａ  アノードガス拡散層
１６ｃ  カソードガス拡散層
２０、２０ａ  アノードセパレータ
４０，４０ａ、４０ｂ  カソードセパレータ
２３、４３、４３ａ  押えリブ部
２４、４４  ビード部
５０、５０ａ  枠部材
５１  基材
５１ａ  面（第１面）
５１ｃ  面（第２面）
５１１ａ、５１１ｃ、５１１ｃａ  被覆領域
５１２ａ、５１２ｃ  露出領域
５２、５３、５３ａ  弾性層
６０  接着剤層
【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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【図８】
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【図９】
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