(57)【要約】【課題】燃料電池の電極−膜−枠接合体において、高分子電解質膜の周縁部における供給ガスの漏れ、発電低下現象を防止し、高分子電解質型燃料電池の性能を向上させる。【解決手段】本発明は、高分子電解質膜の周縁部を挟み込んでいる第１の枠体において、高分子電解質膜の周縁部分に高分子電解質膜を固定する数か所のくぼみを設け、第１の枠体と第２の枠体の境界面上に第３の枠体を射出成形することを特徴とする。このような手段により、第１の枠体上の第２の枠体を軟化させ、第２の枠体を第１の枠体のくぼみに沿わせた突起形状に変形させ、高分子電解質膜を第１の枠体のくぼみと第２の枠体の突起によって挟み込み、高分子電解質膜を第１の枠体と第２の枠体に固定する電極−膜−枠接合体の部品を提供する。【選択図】図２
2014002922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が接合され、他方の面にカソード電極が接合される電極部と、
前記高分子電解質膜の周縁部に配置されかつ前記電極部を保持する枠体と、により形成される電極−膜−枠接合体であって、
前記枠体は、第１の枠体，第２の枠体、及び、第３の枠体で構成され、前記第１の枠体は、前記高分子電解質膜の周縁部の前記高分子電解質膜と接する表面に窪みを備え、
前記第２の枠体は、前記第１の枠体の窪みを対向して配置され、かつ、前記第１の枠体が接する前記高分子電解質膜の表面とは反対の面に設けられ、前記第１の枠体とで前記高分子電解質膜を挟み込み、
前記第３の枠体は、前記第１の枠体と前記第２の枠体の境界面を封止するように配置されること、
を特徴とする電極−膜−枠接合体。
【請求項２】
前記第２の枠体は、前記第１の枠体に形成される窪みに対向する位置に突起を備え、前記窪みと前記突起によって、前記高分子電解質膜を挟み込む、請求項１記載の電極−膜−枠接合体。
【請求項３】
前記窪みは、複数個形成されてなる、請求項１又は２に記載の電極−膜−枠接合体。
【請求項４】
前記第１の枠体は、前記高分子電解質膜の周縁部に高分子電解質膜を固定する溝形状を、前記高分子電解質膜の周縁部に沿って設け、前記溝形状によって前記高分子電解質膜を第１の枠体と第２の枠体に固定する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の電極−膜−枠接合体。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の電極−膜−枠接合体を、前記アノード電極側およびカソード電極側から挟む一対のセパレータと、を有する複数の単電池モジュールを積層して組み立てられる高分子電解質型燃料電池。
【請求項６】
高分子電解質膜の周縁部を第１の枠体の表面に配置し、
前記高分子電解質膜のうち、前記第１の枠体が配置される側とは反対の面から第２の枠体を配置して、前記高分子電解質膜を第１の枠体と第２の枠体にて挟み込み、
その状態において、前記第１の枠体及び前記第２の枠体の境界面に、第３の枠体を射出成形することにより、前記第１の枠体及び前記第２の枠体の境界面を前記第３の枠体にて封止して作製されること、
を特徴とする電極−膜−枠接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池に関し、特に燃料電池の電極−膜−枠接合体の構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池の最も代表的なものは、枠体で支持された高分子電解質膜と、この高分子電解質膜の一方の面にアノード側触媒層が接合され、他方の面にカソード側触媒層が接合され構成されるものである。このとき、アノード触媒層の上にアノード側電極、カソード触媒層の上にカソード側電極が重ねられる構成の電極―高分子電解質膜接合体（ＭＥＡ）と、このＭＥＡを挟み、ＭＥＡの周縁部にガスをシールするためのガスケットを配置したアノード側導電性セパレータおよび、同様にガスケットを配置したカソード側導電性セパレータから構成される。
【０００３】
また、アノードおよびカソードにそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するガス供給部が、セパレータの内のＭＥＡと当接する中央部の周縁に形成されている。
【０００４】
図１１及び図１２は、このような従来の固体高分子電解質型燃料電池の構造であり、高分子電解質膜１０１、アノード側触媒層１０２、カソード側触媒層１０３、アノード電極１０４、及び、カソード電極１０５の部分模式図を示すものである。具体的には、以下のような構造が知られている。
【０００５】
高分子電解質膜１０１の片側の面にアノード側触媒層１０２、その反対の面にカソード側触媒層１０３が貼り合わされる。また、アノード側触媒層１０２の面にアノード電極１０４、カソード側触媒層１０３の面にカソード電極１０５が貼り合わされた、電極−高分子電解質膜接合体（ＭＥＡ）が形成されている。
【０００６】
このＭＥＡをアノード電極１０４側およびカソード電極１０５側からセパレータ（図示せず）にて挟み込み、その状態を交互に数段積層してスタックを形成している。高分子電解質膜は、通常、０．１ｍｍ以下の薄いフィルム状の膜のため、ハンドリング性や組み立て性を考慮し、高分子電解質膜１０１の外周を保持できるような、額縁状の補強材としての枠体が必要となる。
【０００７】
このとき、高分子電解質膜１０１と枠体の位置合わせや接合が必要である。その方法として、まず、図１１に示すように、高分子電解質膜の外周部に一定の間隔で配置された穴１０８に、その膜を保持する第１の枠体１０６に設置された突起１０７をはめ合わせる。次に、図１２に示すように、第１の枠体１０６の突起部１０７と第２の枠体１０９の凹形状部が嵌り合うことで、高分子電解質膜１０１と第１の枠体１０６の位置決めができ、また、高分子電解質膜１０１に開いた穴１０８に枠体の突起１０７が挿入されることで、高分子電解質膜１０１が枠体より外れることを防止できる。
【０００８】
別の方法としては、例えば特許文献１に開示される形態が知られる。図１３は、特許文献１における高分子電解質膜、触媒層、電極部の部分模式図を示すものである。
【０００９】
特許文献１に開示される発明の主たる特徴は、位置合わせや接合のために、一定の間隔で外周に穴１０８が開いた高分子電解質膜１０１を射出成形の金型に挿入し、高分子電解質膜１０１の外周部に樹脂を流し込んで枠体１１０を形成する点にある。高分子電解質膜１０１に穴が開いているため、その穴の中を樹脂が流れて、枠体と高分子電解質膜１０１の位置決めと接合ができ、高分子電解質膜１０１と一体となった枠体を得ることができる。このとき、高分子電解質膜１０１に開いた穴に枠体が嵌り合っているので、高分子電解質膜１０１が枠体より外れることを防止できるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２１４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような従来の電極−高分子電解質膜接合体（ＭＥＡ）においては、高分子電解質膜１０１の外周に、多数の穴１０８を予め開けておく必要がある。このような構成とすることで、高分子電解質膜１０１に開いた穴が枠体に引っ掛かり、高分子電解質膜が枠体より外れることを防止できるので、穴の数が多ければ多いほど、高分子電解質膜が枠体より外れにくくなるメリットが生じる。
【００１２】
反面、高分子電解質膜１０１に開ける穴の数が多いと、隣り合う穴のピッチが狭くなり、高分子電解質膜自体の強度が弱くなってしまう。そのため、穴が開いている近辺部分の高分子電解質膜の強度と、高分子電解質膜が枠体から外れないための強度を、バランスよく保つ必要があるが、最適な高分子電解質膜の穴の個数を決定するのは非常に難しい。また、高分子電解質膜は非常に薄い膜であるため、穴の数が多いほど穴を開けることが難しく、手間となってしまう。
【００１３】
また、高分子電解質膜に開いた穴の径と、枠体の突起の径との差は、位置決め精度の向上や、高分子電解質膜が枠体から外れにくくなるという観点より、小さければ小さいほど良い。しかしながら、差が小さくなると高分子電解質膜の穴に枠体の突起を嵌め合わせることが難しくなり、穴の数が多いほど、その度合いは強くなる。高分子電解質膜に穴をあけた時点では、設定寸法通りになっているが、時間が経過すると高分子電解質膜が伸縮することにより穴のピッチずれが生じる。同様に、枠体の突起についても、成形時には設定通りであるが、時間の経過とともに、樹脂の収縮により、ピッチずれが生じることになる。
【００１４】
高分子電解質膜の外周に穴を開けると、その部分が発電に寄与しない部分となり、発電効率が低下する。穴の数が多くなると、それに従って発電効率が低下していく。更に、高分子電解質膜自体に穴が開いているので、アノード側からカソード側、カソード側からアノード側に供給ガスが、その穴を通して漏れてしまうことになる。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、高分子電解質膜とそれを保持する枠体とを位置決め固定する工法において、第１の枠体と第２の枠体にて高分子電解質膜を変形させて挟み込み、高分子電解質膜と枠体を固定することで、高分子電解質膜と枠体の接合体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】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明においては、高分子電解質膜の周縁部分における上面と下面を、高分子電解質膜の周縁部に位置する部分に高分子電解質膜を固定する複数のくぼみを設置した第１の枠体と、その高分子電解質膜の反対面に位置する第２の枠体にて挟み込み、第１の枠体と第２の枠体の境界面を第３の枠体にて封止した電極−膜−枠接合体を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本願の高分子電解質型燃料電池用の電極−膜−枠接合体およびその製造方法、並びに高分子電解質型燃料電池によると、高分子電解質膜に多数の微細穴を開ける必要が無いため、穴開け加工工程の削減、穴を開けることによる高分子電解質膜の強度低下を防止できる。さらに、穴を開けないので、穴を通してカソード側からアノード側、アノード側からカソード側へのガスの回り込みが無くなり、発電効率を向上させることができる。
【００１８】
また、第１の枠体と第２の枠体の境界線上に第３の枠体を設定することにより、供給ガスが外部に漏れることを防止できる。さらに、第１の枠体と第２の枠体にて、高分子電解質膜を変形させて固定させるので、高分子電解質膜に張力が発生し、高分子電解質膜のしわやたるみを低減させることができる。
【００１９】
高分子電解質膜に発生するたるみやしわは、供給ガスの流れを悪くし、発電効率を低下させるばかりでなく、しわの部分より高分子電解質膜の割れが発生しやすく、劣化の原因となる。そのため、たるみやしわを低減させることは、性能の向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料電池におけるスタック構造図
【図２】本発明における単セルの断面模式図
【図３】本発明における第１の枠体の上に高分子電解質膜を乗せた高分子電解質膜固定部断面模式図
【図４】本発明における第１の枠体の上に高分子電解質膜を乗せた上平面図
【図５】本発明における高分子電解質膜固定部分の第１の枠体の上に、第２の枠体を置いた状態の断面模式図
【図６】本発明における第１の枠体と第２の枠体の境界面に、第３の枠体を成形した状態の断面模式図
【図７】本発明における、溝状のくぼみ形状を設置した第１の枠体の上に高分子電解質膜を乗せた上平面図
【図８】本発明における高分子電解質膜の位置決め用の穴に、第１の枠体に設置された突起を挿入させた状態の断面模式図
【図９】本発明における第１の枠体の高分子電解質膜用位置決め突起部に、第２の枠体のくぼみ部をはめ合わせた状態の断面模式図
【図１０】本発明における、高分子電解質膜を固定する突起と、高分子電解質膜を位置決めする突起を備えた状態の第１、第２、第３の枠体を接合した平面図
【図１１】従来の第１の枠体に高分子電解質膜を設置した部分断面図
【図１２】従来の第１の枠体と第２の枠体で高分子電解質膜を固定した状態の部分断面図
【図１３】従来の高分子電解質膜の外周に射出成型により枠体を形成した状態の部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）であって、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気的に反応させることで、電力、熱、および水を同時に発生させるものである。燃料電池は、アノードおよびカソードの一対の電極を備える燃料電池セル（単セル）が複数個直列に接続された積層構造を有するスタックにて構成されている。
【００２３】
図１にスタックを示す。燃料電池が備えるスタックは、基本単位構成である単セル（単電池モジュール）２０５を複数個積層し、集電板２０３、絶縁板２０２、端板２０１で両側から所定の荷重で締結され構成されている。それぞれの集電板２０３には電流取り出し端子部２０３ａが設けられており、発電時にここから電流が取り出される。それぞれの絶縁板２０２は、集電板２０３と端板２０１の間を絶縁するとともに、図示しないガスや冷却水の導入口、排出口が設けられている場合もある。それぞれの端板２０１は複数枚積層された単セル２０５と集電板２０３、絶縁板２０２を図示しない加圧手段によって所定の荷重で締結し保持している。
【００２４】
図１に示すように、単セル２０５はＭＥＡ（膜電極複合体）２０７を一対のセパレータ２０６、２０８で挟むようにして構成されている。ＭＥＡ２０７は水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜のアノード面側に触媒層（アノード側触媒層）を形成し、カソード面側にも、触媒層（カソード側触媒層）を形成し、これらの触媒層の外面に、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの通気性と、電子伝導性を併せ持つガス拡散層を配置して構成されたものである。
【００２５】
セパレータ２０６、２０８は、ガス不透過性の導電性材料であればよく、例えば樹脂含浸カーボン材料を所定の形状に切削したもの、カーボン粉末と樹脂材料の混合物を成形したものが一般的に用いられる。セパレータ２０６、２０８におけるＭＥＡ２０７と接触する部分には凹状の溝部が形成されており、この溝部がガス拡散層と接することで、電極面に燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給し、余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成されている。
【００２６】
このような単セルの断面模式図を図２に示す。
【００２７】
単セルは、以下のような部材により構成される。
【００２８】
（１）高分子電解質膜２１３の一方の面にアノード電極２１１が接合され、かつ、高分子電解質膜２１３の他方の面にカソード電極２１０が接合された電極−高分子電解質膜接合体（ＭＥＡ）にて形成される電極部２１２。
【００２９】
（２）電極部２１２の周縁部に配置され、かつアノード電極２１１とカソード電極２１０に、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給部２１９を有する枠体部（第１の枠体２１６及び第２の枠体２１７）。
【００３０】
（３）ＭＥＡをアノード側及びカソード側から挟む一対のセパレータ（図示せず）。
【００３１】
この単セルを複数個積層して組み立てることで高分子電解質型燃料電池が形成される。
【００３２】
この枠体部（第１の枠体２１６、第２の枠体２１７）は、複数個積層して使用され、積層体全体の厚みを薄くするため、枠体自体の厚みを１ｍｍ以下に薄くする必要がある。さらに、燃料電池の稼働時は高温となるため高温強度、また、長期使用時の耐久性も必要になってくる。そのため、この枠体部（第１の枠体２１６、第２の枠体２１７）の基本材質としては、成形性、耐熱性、耐久性、コストの観点より、ＰＰ材、ＰＰＳ材、ＰＰＥ材などが選定されるが、これら全ての要素を満足するのは非常に難しい。そこで、これらの基本材料に他の樹脂材料を混ぜ合わせ、樹脂の流動性、成形性を向上させた特殊な材料や、また、ガラス繊維などの異種物質を配合した複合材を使用する必要性がある。
【００３３】
図２に示すように、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７にて、片側の面にカソード触媒層２１４とその反対の面にアノード触媒層２１５が塗布された高分子電解質膜２１３を挟み込む。このとき、第１の枠体２１６に設置さているくぼみ形状２２０に対向する第２の枠体の部分は、平面形状となっている。次にこの状態にて第１の枠体２１６と第２の枠体２１７の境界面上に第３の枠体２１８を射出成形することにより、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７とが一体的に接合された状態となる。
【００３４】
高分子電解質膜２１３の外周部には、枠体と固定するための穴が無く、第２の枠体２１７にもその穴にはまり合う突起形状は存在しない。
【００３５】
また、第１の枠体２１６の上に第２の枠体２１７を設置し、第１の枠体と第２の枠体の境界線上に、第３の枠体２１８を射出成形する。そうすることで、射出成形の圧力で第２の枠体に圧力が加わり、既に形成されている第１の枠体のくぼみ形状２２０に沿うような状態で、第２の枠体に突起形状２２１が形成され、第１の枠体のくぼみ２２０とその形状に対応する第２の枠体２１７に設置されている突起形状２２１の間に、高分子電解質膜２１３が挟まれ、高分子電解質膜２１３が第１の枠体２１６と第２の枠体２１７に固定される。
【００３６】
このような構成を有するＭＥＡを形成する方法について、図３〜図１０に示す説明図を用いて説明する。
【００３７】
図３は第１の枠体２１６の上に高分子電解質膜２１３を乗せた状態の断面図、図４はその上平面図を示す。
【００３８】
まず、高分子電解質膜２１３にアノード電極２１１とその反対の面にカソード電極２１０が接合されたＭＥＡを、第１の枠体２１６の上の適正な位置に置く。このとき、ロボットなどの自動機で高分子電解質膜２１３を吸着させ、第１の枠体２１６を認識させて、適正な位置に置くようにする。第１の枠体２１６に設置されている、高分子電解質膜２１３を固定するためのくぼみ２２０は、高分子電解質膜２１３を変形させて固定させるため、その形状は重要である。高分子電解質膜２１３の厚みは、０．１ｍｍ以下の薄いものなので、くぼみ２２０の深さが深かったり、くぼみ２２０の平面形状の面積が大きかったりすると、高分子電解質膜２１３の破れやしわの発生の原因となる。
【００３９】
くぼみ２２０の平面形状としては、φ０．５ｍｍ〜φ３．０ｍｍ、深さとしては高分子電解質膜２１３の厚みと同程度から高分子電解質膜２１３の厚みの１０倍程度が適切である。くぼみ２２０の平面形状は丸形状が適切であるが、丸形状に限定されるものではない。また、くぼみ２２０の平面的な位置としては、図４に示すように、高分子電解質膜２１３の外周部に一定の間隔にて配置させる。このくぼみ２２０の数は多いほど高分子電解質膜２１３の固着強度は増すが、多すぎると高分子電解質膜２１３のしわが発生するため、バランスを考慮しながら設定する。
【００４０】
図５は、第１の枠体２１６の上に、第２の枠体２１７を置いた状態の断面図を示す。次の工程で、図５に示すように、第１の枠体２１６の上に第２の枠体２１７を設置し、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７で高分子電解質膜２１３を挟み込む。このとき第１の枠体２１６のくぼみ部（くぼみ形状２２０）の上に高分子電解質膜２１３、その上に第２の枠体２１７が配置される。
【００４１】
図６は、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７の境界面２２５上に第３の枠体２１８を形成した状態の断面図を示す。次の工程では、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７を、高分子電解質膜２１３を挟んだ状態で、第３の枠体２１８を成形する金型に挿入し、第３の枠体２１８を射出成形する。第３の枠体２１８の成形としては、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７の境界面上と、第１の枠体２１６におけるくぼみ部（くぼみ形状２２０）の上面部を含む範囲となる。
【００４２】
このとき、第３の枠体２１８の射出成形樹脂温度が２００℃近くになっているので、第２の枠体２１７が軟化し、また、高圧で成形するので、枠体に圧力がかかり、第２の枠体２１７が第１の枠体２１６のくぼみ形状２２０に沿って変形する。その結果、第１の枠体２１６のくぼみ部（くぼみ形状２２０）と第２の枠体２１７の突起部（突起形状２２１）に、高分子電解質膜２１３が挟まれ変形した状態になり、高分子電解質膜２１３は枠体に強固に固定された状態になる。また、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７の境界面に、第３の枠体２１８を射出成形するので、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７が結合された状態になり、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７が開くことがない。
【００４３】
また、電極面に供給されるガスが第１の枠体２１６と第２の枠体２１７の隙間を通過した場合、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７の境界面２２５が、第３の枠体２１８により封止されているので、それらのガスが外部に漏れてしまうことはない。ガスが高分子電解質膜２１３の表層を通過する場合、高分子電解質膜２１３が第１の枠体２１６のくぼみ形状２２０に変形させられているため、その形状がガス流れの抵抗となり、ガス漏れを抑制させることができる。
【００４４】
高分子電解質膜２１３は、温度や湿度の影響を受けやすく、容易に膨張や収縮が発生してしまう。しかしこの発明においては、高分子電解質膜２１３がくぼみ形状２２０に変形させられるので、高分子電解質膜２１３に張力が発生し、高分子電解質膜２１３のたわみやしわを防止することができる。高分子電解質膜２１３に張力を作用させていないと、高分子電解質膜２１３の膨潤作用により、高分子電解質膜２１３にたわみやしわが発生しやすい。たわみに関しては、レーザ変位計などで測定する方法があるが、部分的なたわみ量を測定することは容易であるが、一番たわみが大きい部分を見つけ出して測定することは難しい。
【００４５】
そこで今回は、高分子電解質膜２１３の周縁部にブロックを置いて枠体全体を持ち上げ、高分子電解質膜２１３の中央部分が、下面に接触するときのブロックの高さでたわみ量を測定した。従来方法では、高分子電解質膜２１３の周縁部に対して、高分子電解質膜２１３の中央部分に約５ｍｍのたわみが発生していたが、径φ１ｍｍ、深さ０．５ｍｍのくぼみ形状を設置することにより、高分子電解質膜２１３に張力が発生し、たわみを２ｍｍ以下に抑制することが出来た。
【００４６】
また、高分子電解質膜２１３のしわに関しては、３次元の画像測定機を用いて、しわの凹凸を測定した。従来方法では０．５ｍｍから１ｍｍ深さ程度のしわが発生していたが、同様に、径φ１ｍｍ、深さ０．５ｍｍのくぼみ形状を設置することにより、０．３ｍｍ以下とすることが出来た。くぼみの形状を変え、さらにこの張力を強くすると、たわみ量やしわの量も減少させることができる。高分子電解質膜２１３に発生するたるみやしわは、供給ガスの流れを悪くし、発電効率を低下させ、また、しわの部分より高分子電解質膜２１３の割れが発生しやすく、劣化の原因となるため、たるみやしわを低減させることは、性能の向上に有効である。
【００４７】
また、本発明の高分子電解質膜を高分子電解質燃料電池に使用することにより、発電効率が良く、劣化が少なく耐久性の良い燃料電池を提供することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図７は、溝状のくぼみ形状を設置した第１の枠体２１６の上に高分子電解質膜２１３を乗せた上平面図を示す。
【００４９】
実施の形態１において、第１の枠体２１６に設置する、高分子電解質膜２１３固定用のくぼみは、図４に示すように、高分子電解質膜２１３の外周部に、丸形状にて一定の間隔にて配置させていたが、このくぼみは、図７に示すように、高分子電解質膜２１３の外周部に、外周の形状に沿って溝形状２２６にて設置してもよい。
【００５０】
この溝形状のくぼみ２２６は、丸形状のくぼみと同様、くぼみの深さが深いと高分子電解質膜２１３の破れやしわの原因となるので、深さとしては、高分子電解質膜２１３の厚みと同程度から厚みの１０倍程度が適切である。また溝形状の幅としては０．５〜３．０ｍｍが適切である。
【００５１】
このようにすることにより、高分子電解質膜２１３の全体にわたり、一定の力の張力が発生するので、高分子電解質膜２１３のしわやたるみを効果的に解消することができる。高分子電解質膜２１３の４コーナ部はしわが発生しやすいので、コーナ部の溝を直角に曲げるのではなく、大きな曲率半径を持つ円弧形状または曲線にすることにより、しわの発生を少なくすることができる。
【００５２】
（実施の形態３）
図８は、高分子電解質膜２１３の位置決め用の穴２２７に第１の枠体２１６に設置した第３の枠体２１８に突起２２８を挿入させた状態の断面模式図を示す。
【００５３】
高分子電解質膜２１３を第１の枠体２１６の上に置くとき、ロボットなどの自動機で高分子電解質膜２１３を吸着させ、第１の枠体２１６を認識させて適正な位置に置くようにするが、ロボットの位置精度の問題により、置く位置がばらつく場合がある。第１の枠体２１６に対して高精度に高分子電解質膜２１３の位置決めを行う場合、高分子電解質膜２１３の外周部に設置されている穴２２７を、第１の枠体２１６に設置されている突起２２８にはめ合わせることにより、第１の枠体２１６と高分子電解質膜２１３が正確に位置決めできる。
【００５４】
第１の枠体２１６の突起の径φＤと高分子電解質膜２１３の穴の径φｄの関係は、φｄ＝φＤ＋０．０１〜＋０．０５ｍｍが適切であるが、第１の枠体２１６の突起２２８の径やピッチ精度、高分子電解質膜２１３の穴の径やピッチ精度により、最適な関係を設定する。
【００５５】
このはめ合わせを行う個数としては、２か所以上あれば位置合わせは可能で、また、多すぎると高分子電解質膜２１３に穴を開けることや、第１の枠体２１６の突起２２８と高分子電解質膜２１３の穴２２７を合わせるのが煩雑になるので、高分子電解質膜２１３の大きさに合わせて最適な個数を設定する。通常は２か所から８か所が適切である。
【００５６】
図９は、第１の枠体２１６に第２の枠体２１７を重ね合わせた状態の断面模式図を示す。第２の枠体２１７には、第１の枠体２１６に設置してある高分子電解質膜２１３の位置決め用突起２２８に対向する部分に、その突起のにがし部２２９が設置されている。第１の枠体２１６の突起部２２８に第２の枠体２１７のにがし部２２９をはめ合わせるように、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７を重ね合わせる。その後、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７の境界面２２５上に第３の枠体を射出成型にて形成する。
【００５７】
図１０は、高分子電解質膜２１３を固定し、かつ位置決め機構を備えた、第１の枠体２１６と第２の枠体２１７と第３の枠体２１８を接合した状態の平面図を示す。第１の枠体２１６の突起２２８と高分子電解質膜の穴２２７による位置決め部２１９を、高分子電解質膜の水平方向と垂直方向の合計４か所に設置し、第１の枠体２１６に設置されている高分子電解質膜２１３を固定するくぼみ２２０を、高分子電解質膜２１３の外周に沿って、合計１６か所配置している。
【００５８】
高分子電解質膜２１３は非常に薄いため、ロボットなどの自動機では、高分子電解質膜２１３と枠体に位置ずれが発生することがある。しかしこの方法を用いることにより、高分子電解質膜２１３と枠体を高精度に位置決めでき、さらに、高分子電解質膜２１３と枠体の固定も可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、家庭用コジェネシステム燃料電池や自動車用燃料電池、携帯電話などの基地局用電源の燃料電池などに適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０２  アノード側触媒層
１０３  カソード側触媒層
１０４  アノード電極
１０５  カソード電極
２１０  カソード電極
２１１  アノード電極
２１２  電極部
１０１，２１３  高分子電解質膜
２１４  カソード触媒層
２１５  アノード触媒層
１０６，２１６  第１の枠体
１０９，２１７  第２の枠体
２１８  第３の枠体
２２０  くぼみ形状
２２１  突起形状
【図１】
2014002922.tif 000003
【図２】
2014002922.tif 000004
【図３】
2014002922.tif 000005
【図４】
2014002922.tif 000006
【図５】
2014002922.tif 000007
【図６】
2014002922.tif 000008
【図７】
2014002922.tif 000009
【図８】
2014002922.tif 000010
【図９】
2014002922.tif 000011
【図１０】
2014002922.tif 000012
【図１１】
2014002922.tif 000013
【図１２】
2014002922.tif 000014
【図１３】
2014002922.tif 000015