(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子からなる電解質膜（１４）をアノード側電極（１６）とカソード側電極（１２）で挟んで構成される電解質膜・電極接合体（１０）と、前記電解質膜・電極接合体（１０）を保持する樹脂製枠体（５２）とを有する燃料電池用組立体（５０）であって、
前記樹脂製枠体（５２）には、一端面から他端面に向かって凹部（３０）が陥没形成されるとともに、該凹部（３０）の底面又は天井面から前記他端面に向かって収容孔（３２）が貫通形成され、
前記凹部（３０）に、前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）のいずれか一方と、前記電解質膜（１４）とが収容され、
且つ前記収容孔（３２）に、前記カソード側電極（１２）又は前記アノード側電極（１６）の残余の一方が収容され、
前記樹脂製枠体（５２）と、前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）の少なくともいずれか一方とは、前記樹脂製枠体（５２）の一部が前記アノード側電極（１６）に含まれる多孔質部材（２８）、又は前記カソード側電極（１２）に含まれる多孔質部材（１８）に進入することで互いに接合し、
前記電解質膜（１４）の端部は、前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）の少なくともいずれか一方の端部から露呈するとともに、前記凹部（３０）の前記底面又は前記天井面に対向することを特徴とする燃料電池用組立体（５０）。
【請求項２】
請求項１記載の組立体（５０）において、前記凹部（３０）の前記底面又は前記天井面と前記電解質膜（１４）の端部との間に、前記凹部（３０）の前記底面又は前記天井面と、前記電解質膜（１４）の端部との双方に当接したエラストマー（７０）が介装されたことを特徴とする燃料電池用組立体（５０）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の組立体（５０）において、前記電解質膜（１４）の端部が、前記アノード側電極（１６）及び前記カソード側電極（１２）の端部の双方から露呈するとともに、前記凹部（３０）に別の樹脂製枠体（７２）が挿入され、
前記別の樹脂製枠体（７２）と、前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）の中の前記樹脂製枠体（５２）が接合していない残余の電極とは、前記別の樹脂製枠体（７２）の一部が前記残余の電極の多孔質部材（１８、２８）に進入することで互いに接合していることを特徴とする燃料電池用組立体（５０）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の組立体（５０）において、前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）の少なくともいずれか一方の端部から露呈して前記凹部（３０）の前記底面又は前記天井面に対向する前記電解質膜（１４）の端部は、前記底面又は前記天井面に対して直接又は間接的に当接していることを特徴とする燃料電池用組立体（５０）。
【請求項５】
固体高分子からなる電解質膜（１４）をアノード側電極（１６）とカソード側電極（１２）で挟んで構成される電解質膜・電極接合体（１０）と、前記電解質膜・電極接合体（１０）を保持する樹脂製枠体（５２）とを有する燃料電池用組立体（５０）の製造方法であって、
前記樹脂製枠体（５２）の一端面から他端面に向かって形成された凹部（３０）に、前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）のいずれか一方と、前記電解質膜（１４）とを収容するとともに、該凹部（３０）の底面又は天井面から前記他端面に向かって貫通形成された収容孔（３２）に、前記カソード側電極（１２）又は前記アノード側電極（１６）の残余の一方を収容する工程と、
前記凹部（３０）又は前記収容孔（３２）の外面を加熱して軟化物を得るとともに、加圧によって該軟化物を前記アノード側電極（１６）に含まれる多孔質部材（２８）、又は前記カソード側電極（１２）に含まれる多孔質部材（１８）に浸透させる工程と、
前記アノード側電極（１６）に含まれる多孔質部材（２８）、又は前記カソード側電極（１２）に含まれる多孔質部材（１８）に浸透した前記軟化物を硬化させることで、前記樹脂製枠体（５２）と前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）を接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記加熱を、レーザ照射、赤外線照射、加熱された治具の押圧のいずれかによって行うことを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の製造方法において、前記加圧は前記軟化物に対して加圧用治具（６９）を押圧することにより実施され、前記加圧用治具（６９）の加圧面の面積が前記樹脂製枠体（５２）の軟化部分の面積に比して大きいことを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記凹部（３０）の前記底面又は前記天井面と前記電解質膜（１４）の端部との間に、前記凹部（３０）の前記底面又は前記天井面と、前記電解質膜（１４）の端部の双方に当接したエラストマー（７０）を介装した状態で前記凹部（３０）又は前記収容孔（３２）の外面を加熱することを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の製造方法において、前記電解質膜（１４）の端部が、前記アノード側電極（１６）及び前記カソード側電極（１２）の端部の双方から露呈しているとき、前記凹部（３０）に別の樹脂製枠体（７２）を挿入する工程と、
前記別の樹脂製枠体（７２）の外面を加熱して軟化物を得るとともに、該軟化物を、前記アノード側電極（１６）又は前記カソード側電極（１２）の中、前記樹脂製枠体（５２）が接合していない残余の電極に含まれる多孔質部材（１８、２８）に浸透させる工程と、
前記残余の電極に含まれる多孔質部材（１８、２８）に浸透した前記軟化物を硬化させることで、前記別の樹脂製枠体（７２）と前記残余の電極とを接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか１項に記載の製造方法において、前記樹脂製枠体（５２）の加熱を行う部位に突部（６２）を設けるとともに、該樹脂製枠体（５２）の加熱を行う部位以外の部位を加圧しながら、前記突部（６２）を加熱することを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の製造方法において、前記突部（６２）の近傍に捕捉用凹部（１００）を予め形成することを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれか１項に記載の製造方法において、前記加圧の際、前記燃料電池用組立体（５０）を積層して得られるスタックの締付圧力と略同等の荷重を付与することを特徴とする燃料電池用組立体（５０）の製造方法。
【請求項１３】
電解質膜・電極接合体（１０）を構成するアノード側電極（１６）に含まれる多孔質部材（２８）、又はカソード側電極（１２）に含まれる多孔質部材（１８）と、樹脂製部材（８２）とを接合して、燃料電池用組立体を接合品（８０）として得る接合品（８０）の製造方法であって、
載置用治具（９６）上で、前記多孔質部材（２８）と前記樹脂製部材（８２）との縁部同士を対向させて突き合わせ部を形成する工程と、
前記突き合わせ部を加圧部材（１０６）で押圧する工程と、
前記突き合わせ部を押圧する前記加圧部材（１０６）に加熱部材（１０８）を当接させるとともに、前記加熱部材（１０８）を加熱することで前記加圧部材（１０６）及び前記突き合わせ部に熱を伝達させることにより前記加圧部材（１０６）及び前記突き合わせ部を加熱し、前記樹脂製部材（８２）の一部を流動させて前記多孔質部材（２８）に浸透させる工程と、
前記加熱部材（１０８）を前記加圧部材（１０６）から離間することで加熱を停止する一方で、前記加圧部材（１０６）による前記突き合わせ部への押圧を継続し、前記多孔質部材（２８）に浸透した前記樹脂製部材（８２）の一部を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする接合品（８０）の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の製造方法において、前記加熱を停止する一方で前記加圧部材（１０６）による前記突き合わせ部への押圧を継続するとき、前記加圧部材（１０６）又は前記載置用治具（９６）の少なくともいずれか一方を冷却することを特徴とする接合品（８０）の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の製造方法において、前記樹脂製部材（８２）の縁部近傍に突部（９８）を設け、前記突部（９８）を前記加圧部材（１０６）で押圧することを特徴とする接合品（８０）の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の製造方法において、前記樹脂製部材（８２）の前記突部（９８）の近傍に凹部（１００）を予め形成し、前記突部（９８）を流動させる際、その一部を前記凹部（１００）で受領することを特徴とする接合品（８０）の製造方法。
【請求項１７】
電解質膜・電極接合体（１０）を構成するアノード側電極（１６）に含まれる多孔質部材（２８）、又はカソード側電極（１２）に含まれる多孔質部材（１８）と、樹脂製部材（８２）とを接合して燃料電池用組立体を接合品（８０）として得るための接合装置（９０）であって、
前記多孔質部材（２８）と前記樹脂製部材（８２）とを載置するための載置用治具（９６）と、
前記載置用治具（９６）上で、前記多孔質部材（２８）と前記樹脂製部材（８２）の接合面同士を対向させて形成された突き合わせ部を押圧するための加圧部材（１０６）と、
前記加圧部材（１０６）に対して接近又は離間する方向に変位可能であり、且つ加熱可能な加熱部材（１０８）と、
前記加熱部材（１０８）を加熱するための加熱手段と、
前記加圧部材（１０６）を前記突き合わせ部に対して接近又は離間する方向に変位させる第１変位機構（１５０）と、
前記加熱部材（１０８）を前記加圧部材（１０６）に対して接近又は離間する方向に変位させる第２変位機構と、
を有することを特徴とする接合装置（９０）。
【請求項１８】
請求項１７記載の装置（９０）において、前記加圧部材（１０６）を冷却する冷却手段、又は前記載置用治具（９６）を冷却する冷却手段の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする接合装置（９０）。
【請求項１９】
請求項１７又は１８記載の装置（９０）において、前記樹脂製部材（８２）の縁部近傍に突部（９８）が突出形成されるとともに、前記加圧部材（１０６）は、前記突部（９８）を押圧することを特徴とする接合装置（９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子からなる電解質膜をアノード側電極とカソード側電極で挟んだ電解質膜・電極接合体を樹脂製枠体で保持して構成される燃料電池用組立体及びその製造方法と、多孔質体からなる多孔質部材と樹脂製部材とを接合して構成される接合品の製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、固体高分子からなる電解質膜をアノード側電極とカソード側電極で挟んだ電解質膜・電極接合体を有する。この種の燃料電池において、電解質膜・電極接合体と、該電解質膜・電極接合体を保持する樹脂製枠体とを接合一体化して燃料電池用組立体を構成し、この燃料電池用組立体を複数個積層してスタックを得る場合がある。【０００３】
このような構成の燃料電池用組立体を得る手法として、特開平５−２３４６０６号公報に記載の技術が知られている。この技術は、額縁状（矩形状）の樹脂製枠体に形成された開口近傍の部位を電解質膜の端部に重畳し、その後、この重畳部を加熱することで熱溶着部を形成するものである。【０００４】
ここで、電解質膜は、燃料電池の電極反応によって生成した水を吸収・排出することに伴って膨潤・収縮を起こす。特開平５−２３４６０６号公報に記載されるように樹脂製枠体と電解質膜を熱溶着した場合、電解質膜の溶着部が熱によって変質し、このために強度が低下して、前記の膨潤・収縮によって溶着部が損傷する懸念がある。【０００５】
特開２００８−１３５２９５号公報には、樹脂製枠体の一部を溶融し、これにより得られた溶融物を、アノード側電極又はカソード側電極のいずれかを構成するガス拡散層に浸透させた後、浸透した溶融物を冷却固化することが提案されている。この場合、樹脂製枠体に対して電解質膜を直接熱溶着する場合に比して、電解質膜への熱影響が抑制されると考えられる。【０００６】
ここで、特開２００８−１３５２９５号公報記載の技術を概略説明する。図１７において、参照符号１０は電解質膜・電極接合体を示し、参照符号１１は樹脂製枠体を示す。この場合、電解質膜・電極接合体１０は、カソード側電極１２、電解質膜１４、アノード側電極１６が下方からこの順序で積層されて構成される。【０００７】
カソード側電極１２は、カーボンペーパー等からなるガス拡散層１８、下地層２０、電極触媒層２２を下方からこの順序で有し、一方、アノード側電極１６は、電極触媒層２４、下地層２６、カーボンペーパー等からなるガス拡散層２８を下方からこの順序で有する。なお、カソード側電極１２は、アノード側電極１６に比して幅広であり、このため、電解質膜１４のアノード側電極１６に臨む上端面の縁部は、アノード側電極１６から露呈している。【０００８】
樹脂製枠体１１には、下端面側から上端面側に向かうようにして陥没した凹部３０が形成されるとともに、該凹部３０の天井面から上端面にわたって収容孔３２が貫通形成される。該樹脂製枠体１１を電解質膜・電極接合体１０に溶着する際には、この凹部３０の天井面にアノード側電極１６のガス拡散層２８を当接させ、その後、上端面における収容孔３２近傍を加熱しながら押圧する。加熱によって樹脂製枠体１１の一部が流動可能な程度に軟化（ないし溶融）して軟化物となり、該軟化物がガス拡散層２８に浸透する。【０００９】
この浸透した軟化物が固化することにより、ガス拡散層２８、すなわち、アノード側電極１６と樹脂製枠体１１とが接合される。
【発明の概要】
【００１０】
実際には、樹脂製枠体１１を十分に溶融させることは困難であり、このため、樹脂製枠体１１のガス拡散層２８への浸透が不十分となる。その結果、図１８に示すように、凹部３０の天井面と、電解質膜１４との間に間隙が形成される。アノード側電極１６及びカソード側電極１２には、燃料ガス（例えば、水素含有ガス）、酸素を含有する酸化剤ガス（例えば、空気）がそれぞれ供給されるので、このように間隙が形成された状態であると、供給されたガスが漏洩してしまう。
【００１１】
しかも、この場合、電解質膜・電極接合体１０の上端面から樹脂製枠体１１が若干突出した状態となる。このような燃料電池用組立体を積層してスタックを構築すると、この突出した分だけ、スタックの厚みが大きくなってしまう。また、突出した部分によって電解質膜やカーボンペーパーに剪断力が作用することに起因して、これらが破損する懸念がある。
【００１２】
本発明の一般的な目的は、ガスが漏洩することを防止し得る燃料電池用組立体を提供することにある。
【００１３】
本発明の主たる目的は、スタックの厚みが大きくなることを回避することが可能である燃料電池用組立体を提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、上記した燃料電池用組立体の製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明のまた別の目的は、上記した燃料電池用組立体のような多孔質部材と樹脂製枠体との接合品の製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、当該接合品を得ることが可能な製造装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、固体高分子からなる電解質膜をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される電解質膜・電極接合体と、前記電解質膜・電極接合体を保持する樹脂製枠体とを有する燃料電池用組立体であって、
前記樹脂製枠体には、一端面から他端面に向かって凹部が陥没形成されるとともに、該凹部の底面又は天井面から前記他端面に向かって収容孔が貫通形成され、
前記凹部に、前記アノード側電極又は前記カソード側電極のいずれか一方と、前記電解質膜とが収容され、
且つ前記収容孔に、前記カソード側電極又は前記アノード側電極の残余の一方が収容され、
前記樹脂製枠体と、前記アノード側電極又は前記カソード側電極の少なくともいずれか一方とは、前記樹脂製枠体の一部が前記アノード側電極に含まれる多孔質部材、又は前記カソード側電極に含まれる多孔質部材に進入することで互いに接合し、
前記電解質膜の端部は、前記アノード側電極又は前記カソード側電極の少なくともいずれか一方の端部から露呈するとともに、前記凹部の前記底面又は前記天井面に対向する燃料電池用組立体が提供される。
【００１８】
すなわち、この燃料電池用組立体では、電解質膜と樹脂製枠体とが熱溶着されていない。このため、電解質膜が変質することや強度低下を起こすことが回避されるので、該電解質膜が、膨潤・収縮することに伴って損傷する懸念が払拭される。
【００１９】
また、電解質膜と樹脂製枠体とが当接するか、接着剤等を介して接着されているので、両者の間に間隙が存在することが可及的に回避されている。従って、ガスが漏洩する懸念も払拭される。
【００２０】
さらに、電解質膜・接合体が樹脂製枠体の凹部及び収容孔に収容されて樹脂製枠体の一部が電極に浸透しているので、樹脂製枠体が電解質膜・電極接合体から突出することを回避することができる。従って、スタックとした際に該スタックの厚みが大きくなることが回避されるとともに、電解質膜やガス拡散層（主にカーボンペーパー）が破損することが回避される。
【００２１】
樹脂製枠体の凹部の底面又は天井面と電解質膜の端部との間に、前記凹部の底面又は天井面と、前記電解質膜の端部の双方に当接するエラストマーを介装するようにしてもよい。この場合、エラストマーによって樹脂製枠体と電解質膜との間が充填されるので、ガスが漏洩することを一層容易に回避することができる。
【００２２】
電解質膜の端部を、アノード側電極及びカソード側電極の端部の双方から露呈するようにしてもよい。この場合においては、樹脂製枠体の凹部に別の樹脂製枠体を挿入する。そして、前記別の樹脂製枠体と、前記アノード側電極又は前記カソード側電極中、前記樹脂製枠体が接合していない残余の電極とを接合一体化すればよい。なお、この接合一体化も、上記と同様に、別の樹脂製枠体の一部が前記残余の電極に含まれる多孔質部材に進入することでなされる。
【００２３】
本発明の別の一実施形態によれば、固体高分子からなる電解質膜をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される電解質膜・電極接合体と、前記電解質膜・電極接合体を保持する樹脂製枠体とを有する燃料電池用組立体の製造方法であって、
前記前記樹脂製枠体の一端面から他端面に向かって形成された凹部に、前記アノード側電極又は前記カソード側電極のいずれか一方と、前記電解質膜とを収容するとともに、該凹部の底面又は天井面から前記他端面に向かって貫通形成された収容孔に、前記カソード側電極又は前記アノード側電極の残余の一方を収容する工程と、
前記凹部又は前記収容孔の外面を加熱して軟化物を得るとともに、加圧によって該軟化物を前記アノード側電極に含まれる多孔質部材、又は前記カソード側電極に含まれる多孔質部材に浸透させる工程と、
前記アノード側電極に含まれる多孔質部材、又は前記カソード側電極に含まれる多孔質部材に浸透した前記軟化物を硬化させることで、前記樹脂製枠体と前記アノード側電極又は前記カソード側電極を接合する工程と、
を有する燃料電池用組立体の製造方法が提供される。なお、本発明における「軟化」には「溶融」が含まれるものとする。従って、「軟化物」には「溶融物」が含まれる。
【００２４】
このような過程を経ることにより、上記した構成の燃料電池用組立体を容易に得ることができる。
【００２５】
なお、前記の加熱は、例えば、レーザ照射、赤外線照射等の光線照射によって行えばよい。又は、加熱した治具で押圧するようにしてもよい。
【００２６】
また、前記の加圧は、前記軟化物に対して加圧用治具を押圧することにより実施することができる。この場合、加圧用治具の加圧面の面積は、樹脂製枠体の溶融部分の面積に比して大きいことが好ましい。このような加圧用治具を用いることにより、樹脂製枠体の軟化部分ないし軟化物にバリが発生することが抑制される。
【００２７】
前記凹部の底面又は天井面と前記電解質膜の端部との間にエラストマーを介装した燃料電池用組立体を得る場合には、前記凹部の底面又は天井面と、前記電解質膜の端部との双方に当接したエラストマーを介装した状態で前記凹部の外面を加熱すればよい。これにより、シール性能が一層優れる燃料電池用組立体を得ることができる。
【００２８】
また、両電極に樹脂製枠体を接合一体化した燃料電池用組立体を得る場合には、先ず、一方の樹脂製枠体を上記のようにしてアノード側電極又はカソード側電極のいずれかに接合一体化するとともに、該樹脂製枠体の凹部に挿入した別の樹脂製枠体を、残余の電極に接合一体化する。後者の接合一体化も、前者と同様にすればよい。
【００２９】
すなわち、前記別の樹脂製枠体の外面を加熱して軟化物を得るとともに、該軟化物を、前記アノード側電極又は前記カソード側電極の中、前記樹脂製枠体が接合していない残余の電極に含まれる多孔質部材に浸透させる。その後、前記残余の電極に含まれる多孔質部材に浸透した前記軟化物を固化させることで、前記別の樹脂製枠体と前記残余の電極とを接合一体化することができる。
【００３０】
いずれの場合においても、樹脂製枠体の加熱を行う部位に突部を設けることが好ましい。この場合、突部から肉が補填されるので、浸透した部位の肉厚が減少することを回避することができる。
【００３１】
また、加圧に際しては、燃料電池用組立体を積層して得られるスタックの締付圧力と略同等の荷重を付与することが好ましい。これにより、スタックを構成したときに十分なシール性能を得ることができるようになるからである。
【００３２】
本発明のまた別の一実施形態によれば、電解質膜・電極接合体を構成するアノード側電極に含まれる多孔質部材、又はカソード側電極に含まれる多孔質部材と、樹脂製部材とを接合して、燃料電池用組立体を接合品として得る接合品の製造方法であって、
載置用治具上で、前記多孔質部材と前記樹脂製部材との縁部同士を対向させて突き合わせ部を形成する工程と、
前記突き合わせ部を加圧部材で押圧する工程と、
前記突き合わせ部を押圧する前記加圧部材に加熱部材を当接させるとともに、前記加熱部材を加熱することで前記加圧部材及び前記突き合わせ部に熱を伝達させることにより前記加圧部材及び前記突き合わせ部を加熱し、前記樹脂製部材の一部を流動させて前記多孔質部材に浸透させる工程と、
前記加熱部材を前記加圧部材から離間することで加熱を停止する一方で、前記加圧部材による前記突き合わせ部への押圧を継続し、前記多孔質部材に浸透した前記樹脂製部材の一部を硬化させる工程と、
を有する接合品の製造方法が提供される。
【００３３】
多孔質部材に浸透した樹脂材を加熱部材によって加圧した場合、加熱部材を突き合わせ部から離間させると、該加熱部材に溶融した樹脂材が付着して糸状に引き延ばされる、いわゆる糸引きが起こる。これに対し、本発明においては、加熱部材からの熱を、加圧部材を介して前記突き合わせ部に伝達するようにしている。このため、軟化が終了して加熱部材を加圧部材から離間させても、糸引きが生じることがない。
【００３４】
また、加熱部材を加圧部材から離間させることにより、該加熱部材の余熱が突き合わせ部に伝達されることを回避することが容易となる。
【００３５】
上記の加熱を停止する一方で加圧部材による突き合わせ部への押圧を継続するときには、加圧部材又は載置用治具の少なくともいずれか一方を冷却することが好ましい。これにより、接合品に反りが発生することが回避される。また、多孔質部材に浸透した樹脂材が効率よく硬化する。すなわち、反りが発生することが回避された接合品を効率よく得ることができる。
【００３６】
いずれの場合においても、樹脂製部材の縁部近傍に突部を設け、該突部を加圧部材で押圧することが好ましい。上記と同様に突部から肉が補填されるので、浸透した部位の肉厚が減少することを回避することができる。
【００３７】
この場合、樹脂製部材の突部の近傍に凹部を予め形成することが好ましい。このような構成では、前記突部を流動させる際、その一部が前記凹部によって受領される。従って、樹脂製枠体に、突部の流動が堰止されることに起因して盛り上がり部が形成されることを回避することができる。
【００３８】
本発明のさらに別の一実施形態によれば、電解質膜・電極接合体を構成するアノード側電極に含まれる多孔質部材、又はカソード側電極に含まれる多孔質部材と、樹脂製部材とを接合して燃料電池用組立体を接合品として得るための接合装置であって、
前記多孔質部材と前記樹脂製部材とを載置するための載置用治具と、
前記載置用治具上で、前記多孔質部材と前記樹脂製部材の接合面同士を対向させて形成された突き合わせ部を押圧するための加圧部材と、
前記加圧部材に対して接近又は離間する方向に変位可能であり、且つ加熱可能な加熱部材と、
前記加熱部材を加熱するための加熱手段と、
前記加圧部材を前記突き合わせ部に対して接近又は離間する方向に変位させる第１変位機構と、
前記加熱部材を前記加圧部材に対して接近又は離間する方向に変位させる第２変位機構と、
を有する接合装置が提供される。
【００３９】
このように、加熱部材からの熱を、加圧部材を介して前記突き合わせ部に伝達することが可能な構成とすることにより、糸引きが起こることを防止することができる。従って、その後処理を行う必要がないので、接合品（例えば、燃料電池用組立体）を効率よく製造することができる。
【００４０】
接合装置には、加圧部材を冷却する冷却手段、又は載置用治具を冷却する冷却手段の少なくともいずれか一方を設けることが好ましい。この冷却手段での冷却により、接合品に反りが発生することを回避することができる。また、多孔質部材に浸透した樹脂材を一層効率よく硬化させることが可能となる。
【００４１】
樹脂製部材の縁部近傍に突部を突出形成する場合には、加圧部材によって該突部を押圧するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池用組立体の概略全体縦断面図である。
【図２】図２は、図１の燃料電池用組立体を得るために電解質膜の上端面に樹脂製枠体を載置した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図３】図３は、図２から、樹脂製枠体に対して加熱・加圧を行っている状態を示す要部概略縦断面図である。
【図４】図４は、樹脂製枠体を加圧用治具で押圧している状態を示す要部概略縦断面図である。
【図５】図５は、図４の後、樹脂製枠体から発生した溶融物がアノード側電極のガス拡散層に浸透した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図６】図６は、電解質膜と樹脂製枠体との間にエラストマーを介装した燃料電池用組立体の要部概略縦断面図である。
【図７】図７は、電解質膜の下端面及び上端面の双方に樹脂製枠体を接合する場合の要部概略縦断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係る接合装置によって得られた燃料電池用組立体の概略全体縦断面図である。
【図９】図９は、前記接合装置の要部正面一部縦断面図である。
【図１０】図１０は、図９の要部拡大図である。
【図１１】図１１は、多孔質部材と樹脂製部材との接合を行うべく、加圧部材と加熱部材を、互いを離間した状態で下降させた状態を示す概略正面図である。
【図１２】図１２は、図１１に続き、加圧部材が突部に到達した状態を示す概略正面図である。
【図１３】図１３は、図１２に続き、加熱部材の先端部が加圧部材に当接した状態を示す概略正面図である。
【図１４】図１４は、図１３に続き、加圧部材及び加熱部材がさらに下降して突部を圧潰した状態を示す概略正面図である。
【図１５】図１５は、図１４に続き、加熱部材のみが上昇して加圧部材から離間した状態を示す概略正面図である。
【図１６】図１６は、図１５に続き、加圧部材が上昇して接合品（燃料電池用組立体）から離間した状態を示す概略正面図である。
【図１７】図１７は、従来技術によって燃料電池用組立体を製造する際に、電解質膜の上端面に樹脂製枠体を載置しようとする状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１８】図１８は、従来技術に係る製造方法によって得られた燃料電池用組立体の要部概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明に係る燃料電池用組立体及びその製造方法と、接合品の製造方法及びその装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図１７及び図１８に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
先ず、第１実施形態として、燃料電池用組立体及びその製造方法につき説明する。図１は、第１実施形態に係る燃料電池用組立体５０の概略全体縦断面図である。この燃料電池用組立体５０は、電解質膜・電極接合体１０と、該電解質膜・電極接合体１０を保持する樹脂製枠体５２とを有する。
【００４５】
電解質膜・電極接合体１０は、図１７と同様に、幅広のカソード側電極１２と、該カソード側電極１２と略同一幅の電解質膜１４と、これらカソード側電極１２及び電解質膜１４に比して幅狭なアノード側電極１６とで構成される。従って、電解質膜１４の上端面の縁部は、アノード側電極１６から露呈する。
【００４６】
また、カソード側電極１２は、ガス拡散層１８、下地層２０、電極触媒層２２を下方からこの順序で有し、一方、アノード側電極１６は、電極触媒層２４、下地層２６、カーボンペーパー等からなるガス拡散層２８を下方からこの順序で有する。
【００４７】
このように構成される電解質膜・電極接合体１０を保持する樹脂製枠体５２には、図１における下端面から上端面に向かうようにして、凹部３０が陥没形成される。また、凹部３０の天井面から上端面には、収容孔３２が貫通形成される。
【００４８】
図１から諒解されるように、凹部３０にはカソード側電極１２及び電解質膜１４が収容され、一方、収容孔３２にはアノード側電極１６が収容される。
【００４９】
収容孔３２の近傍の肉は、アノード側電極１６を構成するガス拡散層２８に浸透している。この浸透により、樹脂製枠体５２がアノード側電極１６に接合されている。なお、図１においては、樹脂製枠体５２におけるガス拡散層２８に浸透した部位を、クロスハッチングで示している。
【００５０】
ここで、凹部３０の天井面は、電解質膜１４の上端面における該天井面に対向する部位に単に当接するのみであってもよい。又は、凹部３０の天井面と電解質膜１４を、接着剤等を介して接合するようにしてもよい。
【００５１】
いずれの場合においても、凹部３０の天井面と電解質膜１４とが熱溶着されていないので、電解質膜１４が熱によって変質することが回避される。このため、電解質膜１４が膨潤・収縮を起こしても強度が低下することはなく、従って、電解質膜１４等が損傷する懸念もない。
【００５２】
樹脂製枠体５２の上端面の高さ位置は、ガス拡散層２８の上端面の高さ位置に略等しい。すなわち、樹脂製枠体５２の上端面と、ガス拡散層２８の上端面とは略面一である。
【００５３】
なお、樹脂製枠体５２には、カソード側電極１２に酸化剤ガスを供給・排出するための供給孔及び排出孔、アノード側電極１６に燃料ガスを供給・排出するための供給孔及び排出孔、単位セルを冷却する冷却媒体を供給・排出するための供給孔及び排出孔が形成されている（いずれも図示せず）。
【００５４】
基本的にはこのように構成される燃料電池用組立体５０、又は該燃料電池用組立体５０を所定数積層して構成されるスタックを運転する際には、前記供給孔を介してカソード側電極１２、アノード側電極１６に酸化剤ガス、燃料ガスがそれぞれ供給され、余剰のガスや反応済のガスが前記排出孔を介して排出される。また、冷却媒体が供給・排出される。
【００５５】
ここで、上記したように、樹脂製枠体５２の凹部３０の天井面は、電解質膜１４の露呈した上端面に当接又は接合している。従って、燃料ガスがアノード側電極１６からカソード側電極１２に漏洩したり、逆に、酸化剤ガスがカソード側電極１２からアノード側電極１６に漏洩したりすることが防止される。すなわち、樹脂製枠体５２の凹部３０の天井面を電解質膜１４の上端面に当接又は接合させることにより、十分なシール性能が発現する。
【００５６】
また、樹脂製枠体５２の上端面とガス拡散層２８の上端面とが略面一であり、このため、樹脂製枠体５２が電解質膜・電極接合体１０から突出することが回避されている。従って、スタックを構成したときに、該スタックの厚みが大きくなることが回避される。
【００５７】
このような構成の燃料電池用組立体５０は、次のようにして製造することができる。
【００５８】
先ず、図２に示すように、電解質膜・電極接合体１０を放熱台座６０上に載置する。勿論、放熱台座６０には、カソード側電極１２のガス拡散層１８が臨む。
【００５９】
次に、電解質膜１４の露呈した上端面に、樹脂製枠体５２の凹部３０の天井面が当接するように、電解質膜１４上に樹脂製枠体５２を重畳する。この時点では、収容孔３２の側壁がアノード側電極１６に当接している必要は特にない。
【００６０】
ここで、樹脂製枠体５２の上端面において、凹部３０の近傍には、突部６２が予め設けられている。この突部６２は、樹脂製枠体５２を金型にて成形する際に一体的に成形することで得ることができる。又は、凹部３０の近傍に、いわゆる肉盛りを行うようにしてもよい。なお、突部６２の近傍には、捕捉用凹部を設けることが好ましいが、この点については第２実施形態で詳述する。
【００６１】
次に、アノード側電極１６のガス拡散層２８上と、樹脂製枠体５２の上端面上とに、第１放熱押型６４、第２放熱押型６６をそれぞれ載置する。なお、第１放熱押型６４、第２放熱押型６６の間にはクリアランス６８を形成して、このクリアランス６８に突部６２が位置するようにする。
【００６２】
次に、突部６２に対して加熱及び加圧を行う。加熱は、例えば、レーザ照射、赤外線照射等の光線照射によって行えばよい。又は、加熱板等の加熱した治具を突部６２に直接押し当てるようにしてもよい。
【００６３】
なお、加圧に際しては、燃料電池用組立体５０がスタックとして構成される際、スタックの締付圧力に対応する荷重を付与することが好ましい。この場合、樹脂製枠体５２及び電解質膜・電極接合体１０は、スタックの締付圧力と略等しい荷重で押圧される。従って、スタックが構成された際の厚み方向寸法に略等しい厚みの燃料電池用組立体５０を得ることができる。これにより、電解質膜１４の上端面と、樹脂製枠体５２の凹部３０の天井面との間に間隙が生じることが有効に回避されるので、ガスが漏洩することを防止することが容易となる。
【００６４】
一方、加熱により突部６２及びその直下の部位、すなわち、凹部３０近傍の部位が流動可能な程度に軟化した軟化物となり、該軟化物は、加圧により流動する。樹脂製枠体５２の上端面に第２放熱押型６６が載置されているので、軟化物は、第２放熱押型６６側に流動することが困難である。このため、軟化物は、アノード側電極１６に向かって流動する。
【００６５】
ガス拡散層２８が多孔質体であるため、該軟化物は、図３に示すように、ガス拡散層２８に浸透する。その後、加熱が停止されると、ガス拡散層２８に浸透した軟化物が冷却固化する。これにより、ガス拡散層２８（アノード側電極１６）と樹脂製枠体５２とが一体的に接合される。
【００６６】
以上の現象が進行する最中、樹脂製枠体５２に伝達された熱は、放熱台座６０、第１放熱押型６４及び第２放熱押型６６に速やかに伝達され、且つ放熱される。従って、樹脂製枠体５２に熱が滞留することが回避されるので、突部６２やその直下の部位以外が軟化することが回避される。しかも、電解質膜・電極接合体１０や樹脂製枠体５２に反りが発生することが抑制される。
【００６７】
以上のようにして、図１に示す燃料電池用組立体５０が得られるに至る。
【００６８】
ここで、突部６２に対して加熱及び加圧を行う際には、図４に示すように、加圧用治具６９を用いることができる。なお、加圧用治具６９は、突部６２に対する加熱を熱板や光線で行う場合、鉄や銅等金属製の伝熱部材で構成すればよい。また、突部６２に対する加熱をレーザ照射又は赤外線照射で行う場合、電磁波を透過する材料、例えば、ガラス等から構成することもできる。いずれの場合も、加圧用治具６９の加圧面の面積を、突部６２の上端部の面積に比して大きく設定することが好ましい。
【００６９】
この場合においても、上記と同様にして突部６２に対する加熱及び加圧が実施され、その結果、図５に示すように、軟化物が生じてガス拡散層２８に浸透する。この際、加圧用治具６９の加圧面の面積が、突部６２の上端部の面積に比して大きいと、軟化物が加圧用治具６９と第１放熱押型６４又は第２放熱押型６６との間隙に進入することを有効に回避することができる。
【００７０】
加圧用治具６９の加圧面（突部６２との当接面）の高さ位置が、第２放熱押型６６の下端面（樹脂製枠体５２との当接面）の高さ位置と略一致するまで加圧面が下降すると、樹脂製枠体５２に対する荷重（反力）が感知されることによってそれ以上の下降が停止されるとともに、加熱が停止される。これに伴い、ガス拡散層２８に浸透した軟化物が冷却固化する。その結果、ガス拡散層２８（アノード側電極１６）と樹脂製枠体５２とが一体的に接合される。上記したように、軟化物が加圧用治具６９と第１放熱押型６４又は第２放熱押型６６との間隙に進入することが回避されているため、バリが発生することが抑制される。加えて、加熱を停止した後、軟化物が冷却固化するまで加圧用治具６９を下降が停止した位置に維持しておくことで、いわゆる糸引きも防止される。
【００７１】
また、図６に示すように、電解質膜１４の上端面と、樹脂製枠体５２の凹部３０の天井面との間にエラストマー７０を介装するようにしてもよい。この場合、エラストマー７０は、電解質膜１４の上端面と、樹脂製枠体５２の凹部３０の天井面との双方に当接し、両者の間の間隙を充填する。従って、この場合、シール性能が一層向上する。
【００７２】
なお、エラストマー７０は、電解質膜１４上に樹脂製枠体５２を重畳する前に、電解質膜１４の露呈した上端面に載置すればよい。エラストマー７０は弾性に富むので、上記の加熱・加圧を行う際、容易に展延する。従って、突部６２ないし凹部３０近傍の部位の軟化物が流動することが妨げられることはない。
【００７３】
図７に示すように、電解質膜１４の下端面をカソード側電極１２から露呈させ、この露呈した下端面に別の樹脂製枠体７２を接合することも可能である。以下、この変形例につき説明する。
【００７４】
この変形例では、樹脂製枠体５２の凹部３０内に、略矩形状をなす樹脂製枠体７２を挿入する。この樹脂製枠体７２には、図７における下方に向かって延在する突部７４が設けられる。該突部７４の直上の部位を、カソード側電極１２から露呈した電解質膜１４の下端面に当接させる。
【００７５】
次に、例えば、インパルス加熱によって、２個の突部６２、７４の双方を同時に加熱・加圧する。これにより、上記と同様に突部６２及びその直下の部位が軟化してアノード側電極１６のガス拡散層２８に浸透し、その一方で、突部７４及びその直上の部位が軟化してカソード側電極１２のガス拡散層１８に浸透する。
【００７６】
その後、加熱を停止してガス拡散層１８に浸透した軟化物を冷却固化すれば、アノード側電極１６のガス拡散層２８に対して樹脂製枠体５２が接合一体化し、且つカソード側電極１２のガス拡散層１８に対して樹脂製枠体７２が接合一体化した燃料電池用組立体５０が得られるに至る。この際、樹脂製枠体７２の下端面は、ガス拡散層１８の下端面と略面一となる。
【００７７】
次に、接合品の製造方法及びその装置につき、第２実施形態として説明する。なお、第２実施形態では、燃料電池用組立体を接合品として例示するとともに、図１〜図７、図１７及び図１８に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７８】
図８は、接合品である燃料電池用組立体８０の概略全体縦断面図である。この燃料電池用組立体８０は、電解質膜・電極接合体１０と、該電解質膜・電極接合体１０を保持する樹脂製枠体８２とを有する。
【００７９】
この燃料電池用組立体８０では、幅狭のカソード側電極１２と、該カソード側電極１２に比して幅広な電解質膜１４と、電解質膜１４と略同一幅のアノード側電極１６とで構成される。従って、電解質膜１４の下端面の縁部は、カソード側電極１２から露呈する。
【００８０】
また、カソード側電極１２は、ガス拡散層１８、電極触媒層２２を下方からこの順序で有し、一方、アノード側電極１６は、電極触媒層２４、ガス拡散層２８を下方からこの順序で有する。
【００８１】
一方、樹脂製枠体８２には、図８における上端面から下端面に向かうようにして、凹部３０が陥没形成される。さらに、この凹部３０の底面から下端面にかけて収容孔３２が貫通形成される。すなわち、凹部３０は、樹脂製枠体８２の上端面から下端面に向かって陥没し、その底面において収容孔３２が開口した形状となっている。
【００８２】
図８に示すように、この燃料電池用組立体８０では、収容孔３２にカソード側電極１２が収容され、一方、凹部３０に電解質膜１４及びアノード側電極１６が収容される。
【００８３】
凹部３０の開口近傍の肉は、アノード側電極１６を構成するガス拡散層２８に浸透している。この浸透により、樹脂製枠体８２がアノード側電極１６に接合されている。なお、図８においては、樹脂製枠体８２におけるガス拡散層２８に浸透した部位を、クロスハッチングで示している。
【００８４】
凹部３０の底面は、電解質膜１４の下端面における該底面に対向する部位に単に当接するのみであってもよいし、接着剤を介して接合していてもよい。この点は、第１実施形態と同様である。
【００８５】
この燃料電池用組立体８０を製造するための接合装置につき、図９〜図１６を参照して説明する。なお、第１実施形態に係る燃料電池用組立体５０も、該接合装置によって得ることができる。
【００８６】
図９は、第２実施形態に係る接合装置９０の要部正面一部縦断面図である。なお、以下において、「下方」、「上方」、「左方」、「右方」は、それぞれ、図面における下方、上方、左方、右方を意味するものとする。
【００８７】
接合装置９０は、第１ダイベース９２、第２ダイベース９４及び載置用治具９６を有し、この中の載置用治具９６に、電解質膜・電極接合体１０と、樹脂製枠体８２とが載置される。この際、電解質膜・電極接合体１０の外方縁部は、樹脂製枠体８２の内方縁部で囲繞される。樹脂製枠体８２の上端面には、突部９８（図１０参照）が突出形成されるとともに、該突部９８の近傍に捕捉用凹部１００が陥没形成される。捕捉用凹部１００の容積は、突部９８の体積に比して若干小さい。
【００８８】
載置用治具９６には、図示しない第１冷媒通路が形成される。この第１冷媒通路に冷却媒体が流通されることにより、軟化ないし溶融した樹脂製枠体８２の冷却硬化が促進される。
【００８９】
また、接合装置９０（図９参照）は、樹脂製枠体８２を上端面から押圧する枠体押さえ部材１０２と、電解質膜・電極接合体１０を上端面から押圧する接合体押さえ部材１０４と、電解質膜・電極接合体１０及び樹脂製枠体８２を加圧・加熱するための加圧部材１０６及び加熱部材１０８とを有する。枠体押さえ部材１０２は、樹脂製枠体８２を囲むように枠状に形成されている。
【００９０】
枠体押さえ部材１０２は、第１シリンダ１１０の第１ロッド１１２に連結されている。従って、枠体押さえ部材１０２は、第１ロッド１１２の前進（下降）又は後退（上昇）に追従して下降又は上昇する。なお、第１シリンダ１１０は、図示しない支持フレームに支持されている。
【００９１】
一方、接合体押さえ部材１０４は略四角形状をなし、枠体押さえ部材１０２に囲繞されるようにして、その内方に配置される。接合体押さえ部材１０４と枠体押さえ部材１０２との間にはクリアランスが形成され、該クリアランスには、電解質膜・電極接合体１０の外縁端面と樹脂製枠体８２の内縁端面とが対向した突き合わせ部が露呈する。
【００９２】
接合体押さえ部材１０４は、加熱部材１０８とともに第１支持盤１１４に支持されている。この点については、後述する。
【００９３】
図９中の右方の加圧部材１０６及び加熱部材１０８の要部を拡大した図１０に示すように、加圧部材１０６は、樹脂製枠体８２の凹部３０の開口近傍に突出形成された突部９８を加圧するためのものであり、一方、加熱部材１０８は、前記突部９８に熱を伝達して軟化させるためのものである。加圧部材１０６及び加熱部材１０８は、樹脂製枠体８２の突部９８に沿って枠状に形成されている。
【００９４】
加圧部材１０６は、冷却ブロック１１６に連結された冷却伝導ブロック１１８と、該冷却伝導ブロック１１８に連結された押さえプレート１２０に挟持されている。加圧部材１０６には、加熱部材１０８の縮径した下端部が進入可能な進入凹部１２２が陥没形成され、加熱部材１０８の下端部が該進入凹部１２２に進入すると、その最先端の突起部１２４が進入凹部１２２の底面に当接する。この際、突起部１２４は、進入凹部１２２の底面を介して突部９８に対向する。
【００９５】
冷却伝導ブロック１１８には、前記進入凹部１２２に連なるテーパー状貫通孔１２６が形成される。加熱部材１０８の突起部１２４は、テーパー状貫通孔１２６を通過して進入凹部１２２に進入する。
【００９６】
冷却ブロック１１６には、図示しない第２冷媒通路が形成される。前記第１冷媒通路とともに第２冷媒通路にも冷却媒体が流通されることにより、冷却ブロック１１６、冷却伝導ブロック１１８及び加圧部材１０６の熱が奪取される。すなわち、加熱部材１０８が加圧部材１０６から離間すると、該加圧部材１０６の温度が速やかに下降するので、これにより、軟化ないし溶融した樹脂製枠体８２の冷却硬化が一層促進される。
【００９７】
図９から諒解されるように、冷却ブロック１１６は、第１柱状部材１２８を介して第１支持盤１１４に取り付けられている。これにより、冷却ブロック１１６が第１支持盤１１４に支持される。上記したように、加圧部材１０６は冷却伝導ブロック１１８及び押さえプレート１２０に挟持されて冷却ブロック１１６に支持されているので、結局、加圧部材１０６が第１支持盤１１４に支持される。従って、第１支持盤１１４が昇降動作すると、第１柱状部材１２８、冷却ブロック１１６、冷却伝導ブロック１１８、加圧部材１０６が第１支持盤１１４と一体的に昇降動作する。
【００９８】
一方、加熱部材１０８は、加熱ブロック１３０に連結される。該加熱ブロック１３０には図示しないカートリッジヒータが埋設され、このカートリッジヒータが付勢されることに伴って加熱ブロック１３０及び加熱部材１０８に熱が伝達される。
【００９９】
加熱部材１０８は、断熱板１３２を介して第２支持盤１３４に連結される。これにより、加熱部材１０８が第２支持盤１３４に支持される。第２支持盤１３４と加熱部材１０８の間には断熱板１３２が介在するので、第２支持盤１３４が過度な温度上昇を起こすことが回避される。
【０１００】
断熱板１３２及び第２支持盤１３４には、挿通孔１３５が形成されている。前記第１柱状部材１２８は、挿通孔１３５に通されて前記第１支持盤１１４まで延在する。
【０１０１】
第２支持盤１３４には、連結ボルト１３６を介してバネ受盤１３８が支持される。すなわち、バネ受盤１３８にはネジ穴が形成されており、前記連結ボルト１３６の先端のネジ部は、該ネジ穴に螺合されている。
【０１０２】
ここで、連結ボルト１３６の胴部は、第２支持盤１３４及び断熱板１３２に形成された大径孔１４０に対し、遊びが生じた状態で通されている。すなわち、連結ボルト１３６は、バネ受盤１３８にのみ拘束され、第２支持盤１３４及び断熱板１３２には拘束されていない。なお、連結ボルト１３６の頭部の径は大径孔１４０の径に比して大きく、これにより連結ボルト１３６の大径孔１４０からの抜け止めがなされている。
【０１０３】
前記連結ボルト１３６の胴部は、バネ受盤１３８と前記断熱板１３２の間に介装されたコイル状バネ１４２に通される。さらに、バネ受盤１３８には、前記接合体押さえ部材１０４が連結される。従って、接合体押さえ部材１０４には、コイル状バネ１４２からの弾発力が作用する。
【０１０４】
第２支持盤１３４の上端面には、第２柱状部材１４４が立設される。該第２柱状部材１４４は、第１支持盤１１４に形成された挿通孔１４６を通り、プレス機取付盤１４８に連結される。これにより、加熱部材１０８がプレス機取付盤１４８に支持される。従って、プレス機取付盤１４８が昇降動作すると、第２柱状部材１４４、第２支持盤１３４、断熱板１３２、加熱ブロック１３０及び加熱部材１０８が一体的に昇降動作する。
【０１０５】
プレス機取付盤１４８の下端面には、第２シリンダ１５０（第１変位機構）が設けられる。この第２シリンダ１５０を構成する第２ロッド１５２は、第１支持盤１１４の上端面に連結される。従って、第１支持盤１１４、冷却ブロック１１６及び加圧部材１０６は、第２ロッド１５２の前進（下降）又は後退（上昇）に追従して下降又は上昇する。後述するように、加圧部材１０６は、この下降又は上昇に伴い、突部９８に対して接近又は離間する方向に変位する。
【０１０６】
プレス機取付盤１４８の上端面には、図示しないプレス機（第２変位機構）が設けられる。プレス機取付盤１４８は、該プレス機の作用下に下降又は上昇する。これに追従し、加熱部材１０８が前記突き合わせ部に対して接近又は離間する方向に変位する。
【０１０７】
前記プレス機には荷重センサ（図示せず）が付設されており、該荷重センサは、接触荷重を検知した際、そのことを信号として図示しない制御回路に送る。この信号を受けた制御回路は、加圧部材１０６が樹脂製枠体８２に当接したと判断する。
【０１０８】
接合装置９０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係る接合品（燃料電池用組立体８０）の製造方法との関係で説明する。
【０１０９】
上記したように、はじめに、電解質膜・電極接合体１０と、樹脂製枠体８２とを載置用治具９６に載置する。この際、樹脂製枠体８２の凹部３０の底面に、電解質膜１４のカソード側電極１２から露呈した下端面縁部を載置する。凹部３０の底面と、電解質膜１４の下端面縁部とは接着剤を介して接合するようにしてもよい。また、電解質膜・電極接合体１０の外縁を樹脂製枠体８２で囲繞し、電解質膜・電極接合体１０の外縁端面と樹脂製枠体８２の内縁端面とが対向した突き合わせ部を形成する。
【０１１０】
この状態で第１シリンダ１１０を付勢し、その第１ロッド１１２を前進させることで枠体押さえ部材１０２を下降させる。その結果、樹脂製枠体８２が枠体押さえ部材１０２で押圧され、これにより樹脂製枠体８２が位置ズレを起こすことが防止される。
【０１１１】
次に、前記第１冷媒通路及び前記第２冷媒通路に冷却媒体を流通させる。冷却媒体としては、水やオイルを用いればよい。また、前記カートリッジヒータを付勢する。
【０１１２】
その一方で、前記プレス機を付勢し、プレス機取付盤１４８を下降させる。これに追従し、第１支持盤１１４及び第２支持盤１３４も下降する。従って、接合体押さえ部材１０４、加熱部材１０８、加熱ブロック１３０、冷却ブロック１１６、冷却伝導ブロック１１８及び加圧部材１０６が下降し、前記突き合わせ部に指向して接近するように変位する。なお、この時点では、第２シリンダ１５０の第２ロッド１５２は最大限に前進しており、図１１に示すように、加圧部材１０６と加熱部材１０８は互いに離間した状態で下降する。
【０１１３】
加圧部材１０６と加熱部材１０８が同一の下降速度で下降するため、図１２に示すように、加熱部材１０８が加圧部材１０６に当接することに先んじて、加圧部材１０６が突部９８に当接する。この当接の後、突部９８への加圧部材１０６の圧力を一定とするべく第２シリンダ１５０の第２ロッド１５２が後退を開始する。すなわち、第２ロッド１５２が収縮する。
【０１１４】
その一方で、プレス機の作用によるプレス機取付盤１４８の下降が継続される。プレス機取付盤１４８の下降速度と第２ロッド１５２の後退速度は略同等であり、このため、冷却ブロック１１６、冷却伝導ブロック１１８及び加圧部材１０６が見掛け上停止するとともに、接合体押さえ部材１０４、加熱ブロック１３０及び加熱部材１０８が引き続いて下降する。
【０１１５】
その結果、接合体押さえ部材１０４が電解質膜・電極接合体１０の上端面（ガス拡散層２８の上端面）に着座する。勿論、接合体押さえ部材１０４の外方縁部と枠体押さえ部材１０２の内方縁部との間にはクリアランスが形成され、このクリアランスに前記突き合わせ部が露呈する。
【０１１６】
上記の着座と略同時に、図１３に示すように、加熱部材１０８の下端部が冷却伝導ブロック１１８のテーパー状貫通孔１２６に進入し、さらに、加圧部材１０６の進入凹部１２２に進入する。これにより、加熱部材１０８の突起部１２４が進入凹部１２２の底面に当接する。この時点では、プレス機から付与された前進力に比して突部９８からの反力が大きく、このため、加熱部材１０８が若干の間停止する。
【０１１７】
加熱ブロック１３０に設けられたカートリッジヒータが付勢されているため、加熱ブロック１３０にカートリッジヒータからの熱が伝達される。この熱は、加熱部材１０８に伝達された後、加圧部材１０６にさらに伝達される。加熱部材１０８の突起部１２４が、加圧部材１０６に形成された進入凹部１２２の底面に当接しているからである。
【０１１８】
従って、加圧部材１０６を介して加熱部材１０８に対向した突部９８にも熱が伝達される。その結果、該突部９８が加熱されて流動可能な程度に軟化し、軟化物となる。なお、突部９８を溶融させるようにしてもよい。本明細書においては、溶融物も軟化物に含めるものとする。
【０１１９】
ここで、冷却ブロック１１６に形成された第２冷媒通路には冷却媒体が流通されているが、カートリッジヒータの発熱量は、該冷却媒体と熱交換が行われてもなお突部９８が軟化する程度に設定される。このため、突部９８の軟化が阻害されることが回避される。
【０１２０】
突部９８が軟化物となった状態に至ると、プレス機から付与された前進力が突部９８からの反力を上回るようになる。従って、図１４に示すように、加圧部材１０６及び加熱部材１０８がさらに下降し、これに伴って、軟化物が加圧部材１０６によって加圧される。すなわち、突部９８が圧潰される。このため、突き合わせ部では、電解質膜・電極接合体１０及び樹脂製枠体８２の上端面同士が面一となり、加圧部材１０６は、面一となった上端面に当接する。
【０１２１】
この際、第２支持盤１３４及び断熱板１３２が若干下降し、連結ボルト１３６の頭部の下端面から離間する。また、この下降に伴ってコイル状バネ１４２が圧縮される。
【０１２２】
加圧部材１０６が突き合わせ部の上端面に当接したときの接触荷重を荷重センサが感知して制御回路に信号を送ると、制御回路は、プレス機を滅勢することでプレス機取付盤１４８のそれ以上の下降動作を停止させる。このため、第２ロッド１５２の後退動作も停止する。
【０１２３】
軟化物は、前記加圧によって流動する。この場合、突部９８の近傍に捕捉用凹部１００が形成されているため、軟化物が枠体押さえ部材１０２側に流動したときには、該軟化物が捕捉用凹部１００に捕捉される。すなわち、軟化物の流動先が確保されるので、軟化物が堰止されることに起因して盛り上がり部が形成されることを回避することができる。その一方で、アノード側電極１６に向かって流動した軟化物は、ガス拡散層２８が多孔質体であるため、該ガス拡散層２８に浸透する。
【０１２４】
この間、電解質膜・電極接合体１０及び樹脂製枠体８２は、各々の下端面に対して面接触した載置用治具９６により冷却される。上記したように載置用治具９６に形成された第１冷媒通路に冷媒が流通しているからである。このため、突部９８及びその近傍以外の部位の温度が過度に上昇することが回避されるので、電解質膜・電極接合体１０や樹脂製枠体８２に反りが発生することを回避することができる。
【０１２５】
その後、プレス機を再付勢し、プレス機取付盤１４８を上昇させて第２支持盤１３４及び断熱板１３２を上昇させ、これにより加熱ブロック１３０、加熱部材１０８及び接合体押さえ部材１０４を上昇させる。第２支持盤１３４及び断熱板１３２が上昇することに伴い、コイル状バネ１４２が伸張してバネ受盤１３８及び接合体押さえ部材１０４を弾発付勢する。また、連結ボルト１３６の頭部の下端面が第２支持盤１３４の上端面に着座する。
【０１２６】
プレス機取付盤１４８が上昇する際には、その上昇速度に対応した速度で第２シリンダ１５０の第２ロッド１５２が伸張する。従って、冷却ブロック１１６、冷却伝導ブロック１１８及び加圧部材１０６は、電解質膜・電極接合体１０及び樹脂製枠体８２の上端面に当接した状態を保つ。以上の動作が営まれる結果、図１５に示すように、加熱部材１０８が加圧部材１０６から離間する方向に変位する。このようにして加熱部材１０８が加圧部材１０６から離間することで、樹脂製枠体８２に対する加熱が終了する。
【０１２７】
加熱部材１０８は、樹脂製枠体８２に対して直接接触していない。従って、加熱部材１０８に軟化した樹脂材が付着し、加熱部材１０８の上昇とともに糸状に引き延ばされることが回避される。すなわち、糸引きが生じることを防止することができる。
【０１２８】
冷却ブロック１１６に形成された第２冷媒通路には、冷却媒体が流通している。該冷却媒体中、加熱部材１０８と熱交換を行った分は既に冷却ブロック１１６から排出され、該冷却ブロック１１６には、十分に低温である新たな冷却媒体が導入されている。従って、ガス拡散層２８に浸透した軟化物が効率よく冷却され、比較的短時間で硬化する。これにより、ガス拡散層２８（アノード側電極１６）と樹脂製枠体８２とが一体的に接合され、接合品としての燃料電池用組立体８０が得られるに至る。
【０１２９】
このようにして冷却が行われた後、第２シリンダ１５０の第２ロッド１５２の伸張が停止する。そして、プレス機取付盤１４８の上昇に伴って、図１６に示すように、冷却ブロック１１６、冷却伝導ブロック１１８及び加圧部材１０６が燃料電池用組立体８０から離間する方向に変位する。すなわち、燃料電池用組立体８０が加圧部材１０６及び加熱部材１０８から解放される。さらに、第１シリンダ１１０の第１ロッド１１２が後退して収縮することにより、枠体押さえ部材１０２が樹脂製枠体８２から離間する方向に変位する。すなわち、燃料電池用組立体８０が枠体押さえ部材１０２から解放される。その後、燃料電池用組立体８０を載置用治具９６から取り出せばよい。
【０１３０】
なお、本発明は上記した２つの実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【０１３１】
例えば、図７に示す実施形態においても、樹脂製枠体７２と電解質膜１４の下端面との間にエラストマー７０（図６参照）を介装するようにしてもよい。
【０１３２】
また、突部６２、７４、９８を設けることは特に必須ではなく、凹部３０や収容孔３２近傍の部位のみを軟化してガス拡散層１８、２８に浸透させるようにしてもよい。
【０１３３】
さらに、第２実施形態においては、載置用治具９６に第１冷媒通路を設けるとともに冷却ブロック１１６に第２冷媒通路を設けるようにしているが、第１冷媒通路又は第２冷媒通路のいずれか、又は双方を割愛するようにしてもよい。
【０１３４】
そして、接合装置９０の用途は、燃料電池用組立体８０を作製する場合に限定されるものではない。すなわち、多孔質部材、樹脂製部材は、それぞれ、ガス拡散層２８、樹脂製枠体８２に限定されるものではなく、多孔質部材に樹脂材の軟化物を浸透させて接合品を得る場合全般に使用することが可能である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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