(57)【要約】  本発明は、枠体の形状矯正装置、及び燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法に関する。矩形状の開口（３０）が設けられた枠体（１４）の形状を矯正する形状矯正装置（１０）は、枠体（１４）の各辺に対して、開口（３０）の内側から外側に向かう押圧力を加える押圧機構（４２）を備える。押圧機構（４２）は、枠体（１４）の各辺の内壁面（１４ａ、１４ｂ）に接触して押圧力を加える第１バー（５２）及び第２バー（５４）を有してもよい。
2018235825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の開口が設けられた枠体の形状矯正装置であって、
前記枠体の各辺に対して、前記開口の内側から外側に向かう押圧力を加える押圧機構を備えることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項２】
請求項１記載の枠体の形状矯正装置において、
前記押圧機構は、前記枠体の各辺の内壁面に接触して前記押圧力を加えるバーを有することを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項３】
請求項２記載の枠体の形状矯正装置において、
前記バーは、両端から中央に向かうに連れて、前記内壁面から離間する曲がり形状であり、前記押圧力が所定の大きさとなったとき、前記内壁面に沿った直線形状となるように変形可能であることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の枠体の形状矯正装置において、
前記押圧機構は、前記枠体の短辺と長辺とで互いに異なるタイミングで前記押圧力を加えることが可能であることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項５】
請求項４記載の枠体の形状矯正装置において、
前記押圧機構は、前記枠体の短辺、長辺の順に前記押圧力を加えることが可能であることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の枠体の形状矯正装置において、
前記押圧機構によって前記押圧力が加えられた状態の前記枠体の外周側を厚さ方向に挟持する枠体ホルダをさらに備えることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項７】
請求項６記載の枠体の形状矯正装置において、
前記枠体には、枠体側係合部が設けられ、
前記枠体ホルダには、前記枠体側係合部と係合可能なホルダ側係合部が設けられ、
前記枠体ホルダにより前記枠体を挟持した際に、前記ホルダ側係合部と前記枠体側係合部とが係合することで、少なくとも前記枠体ホルダの内周側に向かう前記枠体の相対的な移動を規制することを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項８】
請求項７記載の枠体の形状矯正装置において、
前記枠体側係合部は、前記枠体から厚さ方向に突出する凸部であり、
前記ホルダ側係合部は、前記枠体側係合部を収容可能な凹部であることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の枠体の形状矯正装置において、
前記ホルダ側係合部は、前記枠体ホルダにより前記枠体を挟持した際に、前記枠体の長辺又は短辺の少なくとも何れか一方に沿って延在する溝状であることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れか１項に記載の枠体の形状矯正装置において、
前記枠体ホルダは、前記枠体を挟持した際に、該枠体の長辺に臨む箇所に、前記ホルダ側係合部が設けられることを特徴とする枠体の形状矯正装置。
【請求項１１】
固体高分子電解質膜の両側に電極が配設された電解質膜・電極構造体の外周縁部と、樹脂製の枠体の矩形状の開口の周縁部とが接合された燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
前記枠体の各辺に対して、押圧機構により、前記開口の内側から外側に向かう押圧力を加えて前記枠体の形状を矯正する矯正工程と、
前記枠体の外周側を厚さ方向に挟持する枠体ホルダによって、該枠体の形状を矯正した状態で維持する維持工程と、
前記枠体を前記枠体ホルダで挟持した状態で、前記開口の周縁部と、前記電解質膜・電極構造体の外周縁部とを接合する接合工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、
前記矯正工程では、先ず、前記枠体の短辺及び長辺の何れか一方に前記押圧力を加え、次に、前記枠体の他方にも前記押圧力を加えることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、
前記矯正工程では、先ず、前記枠体の短辺のみに前記押圧力を加え、次に、前記枠体の長辺にも前記押圧力を加えることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１〜１３の何れか１項に記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、
前記枠体に設けられた枠体側係合部に、前記枠体ホルダに設けられたホルダ側係合部が係合するように、前記枠体ホルダにより前記枠体を挟持して前記維持工程を行うことで、前記枠体が少なくとも前記枠体ホルダの内周側に向かって相対的に移動することを規制した状態で前記接合工程を行うことを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、
前記維持工程では、凹部である前記ホルダ側係合部に、凸部である前記枠体側係合部を係合させることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、
前記維持工程では、前記枠体の少なくとも長辺に沿って延在する突条の前記枠体側係合部と、前記枠体側係合部を収容可能な溝状の前記ホルダ側係合部とを係合させることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、
前記接合工程の後に、前記枠体を前記枠体ホルダによる挟持から解放し、前記枠体の前記枠体側係合部よりも前記開口側に設けられた含浸用突出部を溶融させて溶融樹脂とし、該溶融樹脂の前記枠体の外周側への流動を、前記枠体側係合部により規制するとともに、前記電解質膜・電極構造体の外周縁部に前記溶融樹脂を含浸させて含浸接合部を形成する含浸接合工程をさらに有することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形状の開口部が設けられた枠体の形状矯正装置、及び矩形状の開口部が設けられた樹脂製の枠体と電解質膜・電極構造体とが接合された燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０１６−８１５６６号公報に記載されるように、固体高分子電解質膜の両側に電極が配設された電解質膜・電極構造体と、該電解質膜・電極構造体の外周を周回して設けられた樹脂製の枠体とを有する燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が知られている。この枠体には、矩形状の開口が設けられ、該開口の周縁部が、電解質膜・電極構造体の外周縁部に接合されている。
【発明の概要】
【０００３】
上記のような枠体は、製造ばらつき等により歪みが生じることがある。枠体に歪みが生じた状態では、電解質膜・電極構造体等の被接合体に接合することが困難となる。また、接合できたとしても、得られた接合体が所望の寸法精度を満たさない懸念がある。
【０００４】
本発明の主たる目的は、枠体の形状を良好に矯正することが可能な枠体の形状矯正装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、寸法精度に優れた燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を得ることが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、矩形状の開口が設けられた枠体の形状矯正装置であって、前記枠体の各辺に対して、前記開口の内側から外側に向かう押圧力を加える押圧機構を備える枠体の形状矯正装置が提供される。
【０００７】
この枠体の形状矯正装置では、押圧機構により、枠体の各辺に対して、開口の内側から外側に向かう押圧力を加えることで、たとえ、枠体に製造ばらつき等による歪みが生じていた場合であっても、該枠体の形状を良好に矯正することができる。
【０００８】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記押圧機構は、前記枠体の各辺の内壁面に当接して前記押圧力を加えるバーを有することが好ましい。この場合、枠体に対して、簡単な構成で効果的に押圧力を加えることが可能になる。
【０００９】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記バーは、両端から中央に向かうに連れて、前記内壁面から離間する曲がり形状であり、前記押圧力が所定の大きさとなったとき、前記内壁面に沿った直線形状となるように変形可能であることが好ましい。
【００１０】
枠体に加えられた押圧力の測定値は、例えば、枠体に当接させるバーの変形量（歪み量）から求めることができる。従って、十分な精度で押圧力を測定するためには、バーの剛性を小さくしてバーを変形し易くする必要がある。しかしながら、バーの剛性を小さくすると、バーから枠体に該枠体の形状を矯正可能な大きさの押圧力を加えることが困難となり、枠体を目標とする形状に矯正し難くなる。
【００１１】
そこで、予め、バーを上記の曲がり形状としておく。これによって、枠体との当接により変形した後のバーの形状を、目標とする枠体の形状とすることができる。すなわち、バーを変形させながら押圧力を加えて、該押圧力の大きさを高精度に測定しつつ、変形後のバーと当接する枠体を良好に矯正することができる。
【００１２】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記押圧機構は、前記枠体の短辺と長辺とで互いに異なるタイミングで前記押圧力を加えることが可能であることが好ましい。上記の通り、バーを用いて押圧力を加える場合、枠体の４辺に対して同時に押圧力を加えるためには、例えば、長辺に当接させるバーと短辺に当接させるバーとをそれぞれ異なる方向に沿って移動させて同じタイミングで枠体に接触させる等の複雑な制御が必要となる。その結果、押圧機構の動作誤差が生じ易くなり、枠体の矯正精度が低下する懸念がある。
【００１３】
このような押圧機構の動作誤差を抑制するべく、短辺又は長辺の何れか一方の２辺に同時に押圧力を加えた後、他方の２辺に同時に押圧力を加えることが好ましい。これによって、４辺に対して同時に押圧力を加える場合よりも容易に枠体の矯正精度を向上させることができる。
【００１４】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記押圧機構は、前記枠体の短辺、長辺の順に前記押圧力を加えることが可能であることが好ましい。長辺は短辺に比して長尺である分、矯正によって変形する変形量も大きくなり易い。このような長辺をバーにより押圧して矯正した際に、バーと長辺との間に生じる摩擦力は、短辺をバーにより押圧して矯正した際に、バーと短辺との間に生じる摩擦力よりも大きくなり易い。
【００１５】
従って、特に、バーと枠体との間に比較的大きな摩擦力が生じるような場合には、上記の通り変形量が少ない短辺から先に押圧力を加えることが好ましい。短辺とバーとの間の摩擦力が小さい分、長辺を容易に変形させることができるためである。その結果、短辺及び長辺の両方を目標の形状となるように良好に変形させて、一層高精度に枠体を矯正することが可能になる。
【００１６】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記押圧機構によって前記押圧力が加えられた状態の前記枠体の外周側を厚さ方向に挟持する枠体ホルダをさらに備えることが好ましい。この場合、押圧機構によって矯正した枠体の形状を、枠体ホルダによって良好に維持することができる。
【００１７】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記枠体には、枠体側係合部が設けられ、前記枠体ホルダには、前記枠体側係合部と係合可能なホルダ側係合部が設けられ、前記枠体ホルダにより前記枠体を挟持した際に、前記ホルダ側係合部と前記枠体側係合部とが係合することで、少なくとも前記枠体ホルダの内周側に向かう前記枠体の相対的な移動を規制することが好ましい。
【００１８】
枠体ホルダで挟持された枠体は、枠体ホルダから露出する枠体の開口周縁部を介して、枠体ホルダの内周側に引っ張られたり、弾性変形したりする場合がある。すなわち、枠体ホルダが枠体を挟持する力に反して、枠体を枠体ホルダの内周側に向かって移動させる方向に力が生じる場合がある。この場合であっても、枠体側係合部とホルダ側係合部との係合によって、枠体の相対的な移動を規制することができる。このため、押圧機構により矯正した枠体の形状を、枠体ホルダによって一層良好に維持することが可能になる。
【００１９】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記枠体側係合部は、前記枠体から厚さ方向に突出する凸部であり、前記ホルダ側係合部は、前記枠体側係合部を収容可能な凹部であることが好ましい。この場合、ホルダ側係合部及び枠体側係合部を簡単な構成とすることができる。また、枠体ホルダによって枠体を挟持する際に、枠体側係合部とホルダ側係合部とを容易に係合させることができる。
【００２０】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記ホルダ側係合部は、前記枠体ホルダにより前記枠体を挟持した際に、前記枠体の長辺又は短辺の少なくとも何れか一方に沿って延在する溝状であることが好ましい。この場合、ホルダ側係合部と枠体側係合部とを容易且つ良好に係合させることができるため、枠体ホルダによって枠体の形状を効果的に維持することが可能になる。
【００２１】
上記の枠体の形状矯正装置において、前記枠体ホルダは、前記枠体を挟持した際に、該枠体の長辺に臨む箇所に、前記ホルダ側係合部が設けられることが好ましい。この場合、枠体の短辺に比して長尺である分、変形し易い長辺について、枠体ホルダに対する相対移動を抑制できるため、枠体ホルダにより枠体の形状を効果的に維持することが可能になる。
【００２２】
本発明の別の一実施形態によれば、固体高分子電解質膜の両側に電極が配設された電解質膜・電極構造体の外周縁部と、樹脂製の枠体の矩形状の開口の周縁部とが接合された燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法であって、前記枠体の各辺に対して、押圧機構により、前記開口の内側から外側に向かう押圧力を加えて前記枠体の形状を矯正する矯正工程と、前記枠体の外周側を厚さ方向に挟持する枠体ホルダによって、該枠体の形状を矯正した状態で維持する維持工程と、前記枠体を前記枠体ホルダで挟持した状態で、前記開口の周縁部と、前記電解質膜・電極構造体の外周縁部とを接合する接合工程と、を有する燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法が提供される。
【００２３】
この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法では、矯正工程において、枠体の各辺に対して、開口の内側から外側に向かう押圧力を加えることで、たとえ、枠体に製造ばらつき等による歪みが生じていた場合であっても、該枠体の形状を良好に矯正することができる。このようにして形状を矯正した枠体を、枠体ホルダによって、その厚さ方向に挟持することで、形状を矯正した状態を容易に維持できる。従って、枠体ホルダで挟持した枠体と、電解質膜・電極構造体とを位置合わせして、枠体の開口の周縁部と、電解質膜・電極構造体の外周縁部とを接合することで、寸法精度に優れた燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を得ることができる。
【００２４】
上記の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、前記矯正工程では、先ず、前記枠体の短辺及び長辺の何れか一方に前記押圧力を加え、次に、前記枠体の他方にも前記押圧力を加えることが好ましい。この場合、押圧機構の動作誤差等を抑制することができ、４辺に対して同時に押圧力を加える場合よりも容易に枠体の矯正精度を向上させることができる。
【００２５】
上記の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、前記矯正工程では、先ず、前記枠体の短辺のみに前記押圧力を加え、次に、前記枠体の長辺にも前記押圧力を加えることが好ましい。この場合、短辺及び長辺の両方を目標の形状となるように良好に変形させて、一層高精度に枠体を矯正することが可能になる。
【００２６】
上記の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、前記枠体に設けられた枠体側係合部に、前記枠体ホルダに設けられたホルダ側係合部が係合するように、前記枠体ホルダにより前記枠体を挟持して前記維持工程を行うことで、前記枠体が少なくとも前記枠体ホルダの内周側に向かって相対的に移動することを規制した状態で前記接合工程を行うことが好ましい。
【００２７】
この場合、例えば、接合工程において、枠体ホルダが枠体を挟持する力に反して枠体を内周側に引っ張る力が作用しても、枠体側係合部とホルダ側係合部との係合によって、枠体ホルダに対する枠体の相対的な移動が規制される。このため、矯正工程で矯正された枠体の形状を枠体ホルダによってより良好に維持しつつ、枠体の開口の周縁部と、電解質膜・電極構造体の外周縁部とを接合することができる。その結果、寸法精度を一層向上させた燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を得ることが可能になる。
【００２８】
上記の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造の製造方法において、前記維持工程では、凹部である前記ホルダ側係合部に、凸部である前記枠体側係合部を係合させることが好ましい。この場合、維持工程において、簡単な構成からなるホルダ側係合部及び枠体側係合部を容易に係合させて、枠体及び枠体ホルダの相対的な移動を規制することができる。
【００２９】
上記の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造の製造方法において、前記維持工程では、前記枠体の少なくとも長辺に沿って延在する突条の前記枠体側係合部と、前記枠体側係合部を収容可能な溝状の前記ホルダ側係合部とを係合させることが好ましい。この場合、ホルダ側係合部と枠体側係合部とを容易且つ良好に係合させることができる。また、枠体側係合部を上記の突条とすることで、枠体のうち変形し易い長辺について、枠体ホルダに対する相対的な移動を効果的に抑制することができる。これらによって、枠体の形状を良好に維持することが可能になる。
【００３０】
上記の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法において、前記接合工程の後に、前記枠体を前記枠体ホルダによる挟持から解放し、前記枠体の前記枠体側係合部よりも前記開口側に設けられた含浸用突出部を溶融させて溶融樹脂とし、該溶融樹脂の前記枠体の外周側への流動を、前記枠体側係合部により規制するとともに、前記電解質膜・電極構造体の外周縁部に前記溶融樹脂を含浸させて含浸接合部を形成する含浸接合工程をさらに有することが好ましい。
【００３１】
例えば、枠体には、溶融樹脂の流動を規制するべく枠体側係合部が予め設けられ、枠体ホルダには、枠体側係合部と該枠体ホルダとの干渉を回避するべくホルダ側係合部が予め設けられる。このように既存の枠体側係合部とホルダ側係合部とをそのまま利用すること、又はこれらの寸法を適切に設定して利用することで、枠体が枠体ホルダの内周側に向かって相対的に移動することを容易に且つ低コストで規制できる。また、このような枠体側係合部は、ホルダ側係合部との係合中に付加される荷重により、たとえ、変形等が生じたとしても、燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の寸法精度や品質に影響を及ぼす懸念がない。このため、燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の寸法精度を簡素な工程で効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法を適用して得られる燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の概略平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の枠体の斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る枠体の形状矯正装置の第１ホルダに図３の枠体を載置した斜視図である。
【図５】図４の枠体の開口に押圧機構をセットした平面図である。
【図６】図５の押圧機構により枠体の短辺に押圧力を加えた状態を説明する平面図である。
【図７】図６の押圧機構により枠体の長辺にも押圧力を加えた状態を説明する平面図である。
【図８】図８Ａは、図７の第１ホルダに、第２ホルダを積層して枠体を挟持した状態を説明する平面図であり、図８Ｂは、図８Ａの側面図である。
【図９】図８Ａの枠体から押圧機構を取り外した状態を説明する斜視図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図１１】接着剤を設けた図１０の枠体と、電解質膜・電極構造体とを位置合わせした状態を説明する断面図である。
【図１２】図１１の枠体と電解質膜・電極構造体とを接合した状態を説明する断面図である。
【図１３】図４の枠体の開口に変形例に係るバーを有する押圧機構をセットした平面図である。
【図１４】図１３の押圧機構により枠体の短辺に押圧力を加えた状態を説明する平面図である。
【図１５】図１３の押圧機構により枠体の長辺にも押圧力を加えた状態を説明する平面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法を適用して得られる燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の部分断面図である。
【図１７】図１６の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の、電解質膜・電極構造体と接合する前の枠体の一部断面斜視説明図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る枠体の形状矯正装置の第１ホルダと、該第１ホルダに載置する前の図１７の枠体との斜視図である。
【図１９】図１８の第１ホルダに枠体を載置した状態を説明する断面図である。
【図２０】図１９の第１ホルダに、第２ホルダを積層して枠体を挟持した後に枠体から押圧機構を取り外した状態を説明する断面図である。
【図２１】加圧装置を用いて、図２０の枠体と電解質膜・電極構造体とを接合する工程を説明する説明図である。
【図２２】含浸用突出部に接合装置の可動金型を当接させた状態を説明する説明図である。
【図２３】含浸接合部及び溶融凝固部を形成するべく、図２２の含浸用突出部を溶融変形させた状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明に係る枠体の形状矯正装置、及び燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００３４】
第１実施形態では、枠体の形状矯正装置（以下、単に形状矯正装置ともいう）１０（図８Ａ参照）を用いた、燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体（以下、樹脂枠付きＭＥＡともいう）１２（図１参照）の製造方法について説明する。すなわち、形状矯正装置１０は、樹脂枠付きＭＥＡ１２を構成する樹脂製の枠体１４の形状を矯正する場合に適用される。しかしながら、形状矯正装置１０は、上記の枠体１４に限らず、矩形状の開口が設けられた枠体であれば、種々の用途や種類のものの形状を矯正する場合に適用することが可能である。
【００３５】
先ず、図１〜図３を参照しつつ、樹脂枠付きＭＥＡ１２について説明する。樹脂枠付きＭＥＡ１２は、電解質膜・電極構造体（以下、ＭＥＡともいう）１６と、該ＭＥＡ１６の外周に接着剤１７を介して接合された枠体１４とを備える。接着剤１７としては、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等、特に制限されるものではないが、例えば、液状シールやホットメルト剤等を用いることができる。
【００３６】
図２に示すように、ＭＥＡ１６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するアノード電極２０及びカソード電極２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。
【００３７】
アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに接合される第１電極触媒層２０ａと、前記第１電極触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを有する。第１電極触媒層２０ａ及び第１ガス拡散層２０ｂは、同一の平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一又は同一未満の平面寸法に設定される。
【００３８】
カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される第２電極触媒層２２ａと、前記第２電極触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを有する。第２電極触媒層２２ａ及び第２ガス拡散層２２ｂは、同一の外形寸法を有する。なお、第２電極触媒層２２ａの平面寸法は、第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法よりも大きな寸法（又は小さな寸法）を有してもよい。
【００３９】
また、カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０よりも小さな平面寸法（外形寸法）からなる。すなわち、本実施形態では、ＭＥＡ１６は、所謂、段差ＭＥＡを構成する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極２０が、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２２よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。
【００４０】
第１電極触媒層２０ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる第１ガス拡散層２０ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層２２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。
【００４１】
図１〜図３に示すように、枠体１４は、樹脂製であり、略中央に矩形状の開口３０が設けられている。樹脂製の枠体１４は、金型（不図示）を用いた成形等によって得ることができる。このような枠体１４は、金型から離型する際や、高温で成形した後に常温へと温度変化させる際等に歪みが生じる懸念がある。
【００４２】
なお、枠体１４を構成可能な樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、変性ポリオレフィン等が挙げられる。
【００４３】
図２及び図３に示すように、枠体１４の外周縁部側には、厚肉部３２が設けられ、該枠体１４の内周縁部（開口３０の周縁部）側には、厚肉部３２よりも厚さが小さい薄肉部３４が設けられる。これによって、厚肉部３２と薄肉部３４との間には、段差３６が形成される。
【００４４】
図２に示すように、厚肉部３２の段差３６の外周縁部には、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに積層される積層部分３２ａが設けられている。固体高分子電解質膜１８と積層部分３２ａとを積層すると、段差３６によって、薄肉部３４と面１８ｂとの間には空間が形成される。この空間に接着剤１７が満たされることで、枠体１４とＭＥＡ１６とが接合される。なお、枠体１４とＭＥＡ１６との接合力を高める等の観点から、枠体１４の薄肉部３４の端面３４ｅ（開口３０の内壁面）と、該端面３４ｅと間隔を置いて対向するカソード電極２２の端面２２ｅ（第２電極触媒層２２ａ及び第２ガス拡散層２２ｂの端面）との間にも接着剤１７が介在することが好ましい。
【００４５】
本実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１２は、基本的には、以上のように構成される。次いで、樹脂枠付きＭＥＡ１２を製造する際に用いられる形状矯正装置１０について説明する。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、形状矯正装置１０は、枠体ホルダ４０と、押圧機構４２とを備える。
【００４６】
枠体ホルダ４０は、互いの間に枠体１４の外周縁部側を、その厚さ方向に挟持することが可能な枠状の第１ホルダ４４と第２ホルダ４６とを有する。図９に示すように、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６の各々の略中央には、枠体１４の積層部分３２ａよりも内周縁部側を、該第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６から露出させる開口４４ａ、４６ａがそれぞれ設けられている。
【００４７】
第１ホルダ４４には、該第１ホルダ４４の厚さ方向に沿って突出する複数のピン４８が設けられている。このピン４８は、図４に示すように、第１ホルダ４４に枠体１４がセットされた際、枠体１４の外周縁部側の端面に当接して、枠体１４の外周形状を矯正することが可能となるように配設されている。
【００４８】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第２ホルダ４６は、第１ホルダ４４との間に枠体１４を挟むように、該第１ホルダ４４に積層される。この際、第２ホルダ４６に形成された複数のピン孔５０に、第１ホルダ４４から突出するピン４８がそれぞれ挿入される。
【００４９】
図５等に示すように、押圧機構４２は、枠体１４の開口３０の内部に取り外し可能に配置され、枠体１４の各辺に対して、開口３０の内側から外側に向かう押圧力（以下、単に押圧力ともいう）を加える。具体的には、押圧機構４２は、第１バー５２及び第２バー５４（これらを総称して、バーともいう）と、駆動手段５６と、荷重測定手段５８とを有する。
【００５０】
第１バー５２は、枠体１４の短辺に応じた長さとなるように直線形状にそれぞれ延在する一組からなる。一組の第１バー５２は、枠体１４の短辺の内壁面１４ａに当接可能な当接面５２ａをそれぞれ有する。また、第２バー５４は、枠体１４の長辺に応じた長さとなるように直線形状にそれぞれ延在する一組からなる。一組の第２バー５４は、枠体１４の長辺の内壁面１４ｂに当接可能な当接面５４ａをそれぞれ有する。
【００５１】
駆動手段５６は、例えば、シリンダ等からなり、その一端側が、第１バー５２及び第２バー５４の当接面５２ａ、５４ａと反対側の取り付け面５２ｂ、５４ｂに対してそれぞれ取り付けられている。これによって、駆動手段５６は、第１バー５２を枠体１４の短辺の内壁面１４ａに対して接近又は離間する方向に駆動し、且つ第２バー５４を枠体１４の長辺の内壁面１４ｂに対して接近又は離間する方向に駆動する。また、駆動手段５６は、第１バー５２と、第２バー５４とをそれぞれ独立に駆動可能であり、枠体１４の短辺と長辺に互いに異なるタイミングで押圧力を加えることができる。
【００５２】
荷重測定手段５８は、例えば、第１バー５２及び第２バー５４のそれぞれの取り付け面５２ｂ、５４ｂに接着された歪みゲージ等からなる。この荷重測定手段５８によって、第１バー５２及び第２バー５４が枠体１４の内壁面１４ａ、１４ｂに当接した際の変形量（歪み）を検出することができ、この変形量から枠体１４に加えられた押圧力（荷重）の測定値を得ることができる。
【００５３】
第１実施形態に係る形状矯正装置１０は、基本的には、以上のように構成される。次いで、形状矯正装置１０を用いた、樹脂枠付きＭＥＡ１２の製造方法について説明する。
【００５４】
先ず、図４に示すように、第１ホルダ４４に枠体１４を載置する。これによって、枠体１４の積層部分３２ａよりも外周側が第１ホルダ４４に積層されるとともに、枠体１４の外周縁部側の端面がピン４８に当接する。
【００５５】
次に、図５に示すように、枠体１４の開口３０の内部に押圧機構４２を配置する。この際、押圧機構４２は、駆動手段５６によって第１バー５２及び第２バー５４のそれぞれを枠体１４の内壁面１４ａ、１４ｂから離間させた状態となっている。
【００５６】
次に、枠体１４の各辺に対して、押圧機構４２により、開口３０の内側から外側に向かう押圧力を加えて枠体１４の形状を矯正する矯正工程を行う。具体的には、先ず、図６に示すように、駆動手段５６によって、一組の第１バー５２を枠体１４の短辺の内壁面１４ａにそれぞれ当接させて、押圧力が増大する方向へと駆動する。
【００５７】
そして、荷重測定手段５８による押圧力の測定値が、枠体１４が目標とする形状に矯正されたと判断することが可能な大きさ（以下、目標値ともいう）に達した状態で、駆動手段５６による第１バー５２のそれ以上の駆動を停止する。これによって、枠体１４の短辺に対して目標値の押圧力を加えた状態を維持することができる。
【００５８】
次に、図７に示すように、駆動手段５６によって、一組の第２バー５４も枠体１４の長辺の内壁面１４ｂにそれぞれ当接させて、押圧力が増大する方向へと駆動する。そして、荷重測定手段５８による押圧力の測定値が目標値に達した状態で、駆動手段５６による第２バー５４のそれ以上の駆動を停止する。これによって、枠体１４の長辺に対しても目標値の押圧力を加えた状態を維持することができる。
【００５９】
その結果、枠体１４の各辺に対して、枠体１４の形状を矯正可能な押圧力がそれぞれ加えられる。これによって、枠体１４に歪みが生じていた場合であっても該枠体１４の形状を良好に矯正することができる。この際、上記の通り、枠体１４に加えられる押圧力の大きさは目標値に維持されているため、枠体１４に必要以上に大きな押圧力が加えられることを回避できる。従って、形状矯正装置１０を用いた矯正時に枠体１４が破損する懸念を払拭することができる。
【００６０】
また、上記の通り、枠体１４の短辺、長辺の順に押圧力を加えることで、枠体１４の４辺に対して同時に押圧力を加える場合よりも押圧機構４２の動作誤差を抑制することができ、容易に枠体１４の矯正精度を向上させることができる。
【００６１】
ところで、枠体１４の長辺は短辺に比して長尺である分、矯正によって変形する変形量も大きくなり易い。このような長辺を第２バー５４により押圧して矯正した際に、第２バー５４と長辺との間に生じる摩擦力は、短辺を第１バー５２により押圧して矯正した際に、第１バー５２と短辺との間に生じる摩擦力よりも大きくなり易い。
【００６２】
従って、上記の通り変形量が少ない短辺から先に押圧力を加えることによって、短辺と第１バー５２との間の摩擦力が小さい分、長辺を容易に変形させることができる。その結果、短辺及び長辺の両方を目標の形状となるように良好に変形させて、一層高精度に枠体１４を矯正することが可能になる。
【００６３】
次に、上記のように矯正した枠体１４の形状を維持する維持工程を行う。具体的には、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、押圧機構４２によって上記の押圧力を加えた状態の枠体１４を、その厚さ方向に第１ホルダ４４と第２ホルダ４６とで挟持する。この際、第２ホルダ４６に形成された複数のピン孔５０に、第１ホルダ４４から突出するピン４８がそれぞれ挿入されるように、第１ホルダ４４に第２ホルダ４６を積層する。これによって、第１ホルダ４４と第２ホルダ４６とを容易に位置決め固定することが可能になる。
【００６４】
次に、駆動手段５６によって、第１バー５２及び第２バー５４を枠体１４の内壁面１４ａ、１４ｂからそれぞれ離間させる。そして、図９及び図１０に示すように枠体１４の開口３０から押圧機構４２を取り外す。枠体１４は、押圧機構４２からの押圧力が付加されなくなっても、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６に挟持されているため、形状が矯正された状態を良好に維持することができる。
【００６５】
次に、積層された第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６の開口４４ａ、４６ａから露出する枠体１４の開口３０の周縁部と、ＭＥＡ１６の外周縁部とを接合する接合工程を行う。具体的には、先ず、図１１に示すように、開口３０の周縁部の段差３６内に、例えば、図示しないディスペンサを介して接着剤１７を塗布する。そして、枠体１４を第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６で挟持したまま、ＭＥＡ１６と位置合わせする。
【００６６】
次に、図１２に示すように、枠体１４とＭＥＡ１６とを当接させて、厚さ方向に加圧力を加える。これによって、接着剤１７は、段差３６内で伸ばされて、薄肉部３４と面１８ｂとの間の空間に満たされるとともに、薄肉部３４の端面３４ｅとカソード電極２２の端面２２ｅとの間にも進出する。この接着剤１７を介して、枠体１４とＭＥＡ１６とが接合された後、枠体１４から第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６を取り外すことで、図２に示す樹脂枠付きＭＥＡ１２が得られる。すなわち、上記の通り良好に形状が矯正された枠体１４をＭＥＡ１６に接合することができるため、寸法精度に優れた樹脂枠付きＭＥＡ１２を得ることができる。
【００６７】
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００６８】
例えば、押圧機構４２は、上記の第１バー５２及び第２バー５４に代えて、図１３〜図１５に示す変形例に係る第１バー１５２及び第２バー１５４を備えてもよい。
【００６９】
図１３に示すように、第１バー１５２及び第２バー１５４は、枠体１４に当接していない状態では曲がり形状である点で、直線形状である第１バー５２及び第２バー５４と主に相違する。具体的には、枠体１４に当接していない状態の第１バー１５２及び第２バー１５４のそれぞれは、その両端から中央に向かうに連れて、枠体１４の内壁面１４ａ、１４ｂから離間する曲がり形状からなる。すなわち、第１バー１５２及び第２バー１５４のそれぞれは、枠体１４の内壁面１４ａ、１４ｂと当接する当接面１５２ａ、１５４ａ側が略Ｖ字形状となっている。
【００７０】
また、第１バー１５２及び第２バー１５４のそれぞれは、可撓性の材料からなり、枠体１４に当接することで変形可能となっている。図１５に示すように、第１バー１５２及び第２バー１５４のそれぞれは、押圧力の測定値が目標値となったとき、枠体１４の内壁面１４ａ、１４ｂに沿った直線形状となる。
【００７１】
なお、このように第１バー１５２及び第２バー１５４を変形可能とするためには、例えば、押圧力の測定値が目標値となったときに、第１バー１５２及び第２バー１５４が変形する変形量を、下記の片持ち梁の計算式（１）から算出し、該変形量を予め考慮して前記曲がり形状を設定すればよい。
【００７２】
δ＝ＰＬ3／３ＩＥ…（１）
ここで、δ、Ｐ、Ｌ、Ｉ、Ｅのそれぞれは、第１バー１５２又は第２バー１５４の変形量、押圧力の目標値、長さ、断面二次モーメント、ヤング率である。
【００７３】
押圧機構４２が第１バー１５２及び第２バー１５４を有する形状矯正装置１０であっても、基本的には、押圧機構４２が第１バー１５２及び第２バー１５４を有する形状矯正装置１０と同様にして、樹脂枠付きＭＥＡ１２を製造することができる。つまり、図１３に示すように、第１ホルダ４４に載置した枠体１４の開口３０の内部に押圧機構４２を配置する。この際、押圧機構４２は、駆動手段５６によって第１バー１５２及び第２バー１５４のそれぞれを枠体１４の内壁面１４ａ、１４ｂから離間させた状態であるため、第１バー１５２及び第２バー１５４は何れも曲がり形状のままである。
【００７４】
次に、図１４に示すように、矯正工程を行うべく、駆動手段５６によって、一組の第１バー１５２を枠体１４の短辺の内壁面１４ａにそれぞれ当接させて、押圧力が増大する方向へと駆動する。この際、上記の通り、曲がり形状の第１バー１５２が内壁面１４ａとの当接によって変形するため、荷重測定手段５８によって第１バー１５２の変形量を高精度に測定することができる。
【００７５】
そして、この変形量から求められる荷重測定手段５８による押圧力の測定値が目標値に達し、第１バー１５２が内壁面１４ａに沿った直線形状に変形した状態で、駆動手段５６による第１バー１５２のそれ以上の駆動を停止する。これによって、枠体１４の短辺に対して目標値の押圧力を加えた状態を維持することができる。
【００７６】
次に、図１５に示すように、駆動手段５６によって、一組の第２バー１５４も枠体１４の長辺の内壁面１４ｂにそれぞれ当接させて、押圧力が増大する方向へと駆動する。この際、第１バー１５２と同様に、曲がり形状の第２バー１５４が内壁面１４ｂとの当接によって変形するため、荷重測定手段５８によって第２バー１５４の変形量を高精度に測定することができる。
【００７７】
そして、この変形量から求められる荷重測定手段５８による押圧力の測定値が目標値に達し、第２バー１５４が内壁面１４ｂに沿った直線形状に変形した状態で、駆動手段５６による第２バー１５４のそれ以上の駆動を停止する。これによって、枠体１４の長辺に対しても目標値の押圧力を加えた状態を維持することができる。
【００７８】
以上から、第１バー１５２及び第２バー１５４を曲がり形状とすることで、枠体１４との当接により変形した後の第１バー１５２及び第２バー１５４の形状を、目標とする枠体１４の形状（直線形状）とすることができる。このため、押圧力の大きさを高精度に測定するべく、第１バー１５２及び第２バー１５４を変形させながら枠体１４に押圧力を加えても、変形後の第１バー１５２及び第２バー１５４と当接する枠体１４を高精度に矯正することができる。ひいては、寸法精度に優れた樹脂枠付きＭＥＡ１２を得ることができる。
【００７９】
次に、図１６〜図２３を参照し、第２実施形態に係る形状矯正装置１６０（図１８〜図２１参照）と、該形状矯正装置１６０を用いた第２実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１６２（図１６参照）の製造方法について説明する。図１６に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ１６２は、枠体１４に代えて枠体１６４を備えること、及び枠体１６４が接着剤１７及び含浸接合部１６６を介してＭＥＡ１６の外周に接合されることを除いて、第１実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１２と同様に構成される。
【００８０】
枠体１６４は、上記の枠体１４と同様の材料から構成することができる。また、枠体１６４は、ＭＥＡ１６と接合する前と接合した後とで部分的に形状が変化する。図１６では、枠体１６４の形状変化後の部分を実線で示し、形状変化前の部分を二点鎖線で示している。
【００８１】
ＭＥＡ１６と接合されることで形状変化した後の枠体１６４は、外周部１６８と、溶融凝固部１７０と、積層部１７２と、内周部１７４とを有する。外周部１６８と、溶融凝固部１７０と、積層部１７２と、内周部１７４とは、枠体１６４の外周端部から内方に向かってこの順に配置されている。溶融凝固部１７０は、枠体１６４の一方の面１６４ａ側において、該枠体１６４の厚さ方向に突出することで、枠体１６４の他部位よりも厚さが大きくなっている。溶融凝固部１７０と外周部１６８との間には、段差１７６が形成される。また、内周部１７４は、枠体１６４の積層部１７２よりも厚さが小さく、該内周部１７４と積層部１７２との間には、段差１７８が形成される。
【００８２】
枠体１６４の面１６４ａ側の積層部１７２には、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂ側が積層される。固体高分子電解質膜１８と積層部１７２とを積層した際に、段差１７８によって、内周部１７４と面１８ｂとの間に形成される空間に接着剤１７が設けられる。これによって、ＭＥＡ１６の外周のカソード電極２２側と枠体１６４とが接合される。
【００８３】
ＭＥＡ１６の外周のアノード電極２０側は、含浸接合部１６６を介して枠体１６４と接合される。含浸接合部１６６及び溶融凝固部１７０は、後述するように含浸用突出部１８０を溶融変形させることで形成される。
【００８４】
ここで、図１７を併せて参照しつつ、ＭＥＡ１６と接合する前、すなわち、形状変化前の枠体１６４について説明する。形状変化前の枠体１６４は、溶融凝固部１７０に代えて含浸用突出部１８０と、枠体側係合部１８２とを備える。含浸用突出部１８０及び枠体側係合部１８２のそれぞれは、枠体１６４の面１６４ａ側において、該枠体１６４の厚さ方向に突出する突条であり、外周部１６８と積層部１７２との間に配設される。含浸用突出部１８０及び枠体側係合部１８２の突出長さは、外周部１６８及び積層部１７２の厚さよりも大きい。
【００８５】
含浸用突出部１８０は、枠体側係合部１８２よりも積層部１７２側に配設され、枠体側係合部１８２よりも突出長さが大きい。なお、図１６に示すように、溶融凝固部１７０の厚さは、含浸用突出部１８０の突出長さよりも小さく、枠体側係合部１８２の突出長さよりも大きい。
【００８６】
図１６に示すように、枠体１６４の面１６４ａ側には、積層部１７２と含浸用突出部１８０との間に第１被覆部１８４が設けられ、含浸用突出部１８０と枠体側係合部１８２との間に第２被覆部１８６が設けられ、枠体側係合部１８２と外周部１６８との間に第３被覆部１８８が設けられる。第１被覆部１８４、第２被覆部１８６、第３被覆部１８８と、枠体側係合部１８２とは、含浸用突出部１８０を溶融変形させて溶融凝固部１７０を形成した後は、該溶融凝固部１７０によって覆われる。
【００８７】
含浸接合部１６６は、含浸用突出部１８０の溶融樹脂をアノード電極２０の第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部に含浸させた状態で凝固させることで、溶融凝固部１７０と一体に形成される。
【００８８】
なお、第２実施形態では、図１７に示すように、含浸用突出部１８０及び枠体側係合部１８２は、枠体１６４の開口３０の周縁部を周回する突条、換言すると、枠体１６４の長辺及び短辺の両方に沿って延在する突条である。この含浸用突出部１８０を溶融変形させることで形成される溶融凝固部１７０は、枠体１６４の開口３０の周縁部を周回し、含浸接合部１６６は、アノード電極２０の外周を周回する。
【００８９】
次いで、図１８〜図２１を参照しつつ、第２実施形態に係る形状矯正装置１６０について説明する。形状矯正装置１６０は、第１ホルダ４４の枠体１６４が載置される面４４ｂにホルダ側係合部１９０が設けられていること、及び第１ホルダ４４の内周端面４５に傾斜部４４ｃが設けられていることを除いて、第１実施形態に係る形状矯正装置１０と同様に構成されている。なお、傾斜部４４ｃは必須の構成要素ではなく、第１ホルダ４４に設けられていなくてもよい。
【００９０】
ホルダ側係合部１９０は、図１９等に示すように、第１ホルダ４４に、枠体１６４の面１６４ａ側を積層した際に、枠体側係合部１８２を収容可能な溝状である。ホルダ側係合部１９０に枠体側係合部１８２が挿入されることで、ホルダ側係合部１９０及び枠体側係合部１８２は係合する。第２実施形態では、枠体側係合部１８２は、第１ホルダ４４の開口４４ａの周縁部を周回する（図１８参照）。換言すると、枠体側係合部１８２は、第１ホルダ４４に積層された枠体１６４の長辺及び短辺の両方に沿って延在する。
【００９１】
図２０に示すように、枠体１６４の面１６４ａの裏面１６４ｂ側に第２ホルダ４６を積層することで、ホルダ側係合部１９０と枠体側係合部１８２とを係合させた状態で、枠体ホルダ４０によって枠体１６４を挟持することができる。このようにして枠体ホルダ４０に挟持された枠体１６４は、少なくとも枠体ホルダ４０の内周側に向かって相対的に移動することが規制される。
【００９２】
なお、本実施形態では、図２１に示すように、ホルダ側係合部１９０の内周側の内壁面１９０ａと、枠体側係合部１８２の内周側の側面１８２ａとが当接することによって、枠体ホルダ４０の内周側に向かう枠体１６４の相対的な移動が阻止される。
【００９３】
傾斜部４４ｃは、第１ホルダ４４の面４４ｄ側から面４４ｂ側に向かうに連れて、該第１ホルダ４４の内周側から外周側に接近するように傾斜する。このため、ホルダ側係合部１９０の内壁面１９０ａと、第１ホルダ４４の傾斜部４４ｃとの間の内周縁部１９２は、面４４ｂ側において面４４ｄ側よりも、幅狭となっている。
【００９４】
第２実施形態に係る形状矯正装置１６０は、基本的には、以上のように構成される。次いで、形状矯正装置１６０を用いた、樹脂枠付きＭＥＡ１６２の製造方法について説明する。
【００９５】
先ず、図１８及び図１９に示すように、第１ホルダ４４の面４４ｂ側に、枠体１６４の面１６４ａ側を積層する。これによって、図１９に示すように、枠体１６４の含浸用突出部１８０よりも外周側が第１ホルダ４４に積層されるとともに、枠体１６４の外周側の端面がピン４８に当接する。
【００９６】
この際、第１ホルダ４４のホルダ側係合部１９０に、枠体１６４の枠体側係合部１８２を挿入して、ホルダ側係合部１９０と枠体側係合部１８２とを係合させる。このように、ホルダ側係合部１９０と枠体側係合部１８２とを係合させることで、第１ホルダ４４と枠体１６４との位置決めが容易となる。また、第１ホルダ４４の内周端面４５に傾斜部４４ｃが設けられていることにより、含浸用突出部１８０と内周縁部１９２とが干渉することを容易に回避できる。
【００９７】
次に、枠体１６４の開口３０の内部に押圧機構４２（図５等参照）を配置し、枠体１６４の各辺に対して、押圧機構４２により、開口３０の内側から外側に向かう押圧力を加えて枠体１６４の形状を矯正する矯正工程を行う。次に、枠体１６４を第１ホルダ４４と第２ホルダ４６とで挟持して、押圧機構４２により矯正した枠体１６４の形状を維持する維持工程を行う。これらの矯正工程及び維持工程のそれぞれは、第１実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１２の製造方法における矯正工程及び維持工程と同様に行うことができるため、具体的な説明は省略する。
【００９８】
次に、枠体１６４の開口３０から押圧機構４２を取り外す（図２０参照）。押圧機構４２を取り外しても、枠体１６４は、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６に挟持されていることで、形状が矯正された状態で維持される。このようにして枠体ホルダ４０で挟持された枠体１６４では、ホルダ側係合部１９０と枠体側係合部１８２とが係合している。また、枠体ホルダ４０と枠体１６４との接触部に摩擦力が生じる。さらに、含浸用突出部１８０が第１ホルダ４４の内周端面４５に略沿って配置されている。これらによって、枠体ホルダ４０に対する枠体１６４の相対的な移動が規制されている。
【００９９】
次に、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６の開口４４ａ、４６ａから露出する枠体１６４の開口３０の周縁部と、ＭＥＡ１６の外周縁部とを接合する接合工程を行う。この接合工程は、第１実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１２の製造方法における接合工程と基本的には同様にして行うことができるが、例えば、図２１に示すように、加圧装置２００を用いて、枠体１６４及びＭＥＡ１６に加圧力を加えることとしてもよい。加圧装置２００は、下型２０２と、上型２０４とを備える。
【０１００】
接着剤１７を介して積層された枠体１６４の開口３０の周縁部及びＭＥＡ１６の外周縁部を、下型２０２と上型２０４との間で挟持して厚さ方向（積層方向）に加圧力を加える。これによって、枠体１６４の内周部１７４と固体高分子電解質膜１８の面１８ｂとの間で接着剤１７が伸ばされ、枠体１６４とＭＥＡ１６のカソード電極２２側とが接合される。なお、例えば、接着剤１７を加熱する必要がある場合等には、下型２０２及び上型２０４の少なくとも一方を、例えば、不図示のヒータ等により昇温させてもよい。
【０１０１】
上記のように加圧装置２００を用いて加圧力を加える際、枠体１６４は、下型２０２及び上型２０４を介して、枠体ホルダ４０の内周側に引っ張られたり、弾性変形したりする場合がある。すなわち、枠体ホルダ４０が枠体１６４を挟持する力に反して、枠体１６４を枠体ホルダ４０の内周側に向かって移動させる方向に力が生じる場合がある。この場合であっても、上記の通り、ホルダ側係合部１９０と枠体側係合部１８２との係合等によって、枠体ホルダ４０と枠体１６４との相対的な移動を規制することができる。
【０１０２】
従って、第２実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１６２の製造方法では、押圧機構４２により矯正した枠体１６４の形状を、枠体ホルダ４０によって一層良好に維持した状態で接合工程を行うことが可能になる。
【０１０３】
次に、枠体１６４を枠体ホルダ４０による挟持から解放する。そして、図２２及び図２３に示すように、接合装置２１０を用いて含浸接合工程を行う。接合装置２１０は、枠体１６４及びＭＥＡ１６が載置される基台２１２と、基台２１２に対して進退自在な可動金型２１４とを備える。可動金型２１４は、例えば、枠形状を有し、不図示のヒータ等により加熱されることで昇温可能となっている。
【０１０４】
上記の接合装置２１０を用いた含浸接合工程では、先ず、図２２に示すように、基台２１２上に、接着剤１７により互いに接合された枠体１６４及びＭＥＡ１６を載置する。この際、枠体１６４の面１６４ａ側を可動金型２１４側に臨ませる。そして、可動金型２１４を、所定の温度に加熱した状態で下降させることにより、含浸用突出部１８０を加熱及び加圧する。
【０１０５】
これによって、図２３に示すように、溶融した含浸用突出部１８０の溶融樹脂は、可動金型２１４の加熱面２１４ａに沿って広がるように流動する。このうち、可動金型２１４の内周側に向かって、換言すると、ＭＥＡ１６側に向かって流動した溶融樹脂は、第１被覆部１８４（図２２参照）を覆うとともに、一部が第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部の細孔に進入する。一方、可動金型２１４の外周側に向かって、換言すると、枠体１６４の外周部１６８側に向かって流動した溶融樹脂は、第２被覆部１８６を覆うとともに、枠体側係合部１８２を乗り越えて第３被覆部１８８を覆う（図２２参照）。
【０１０６】
このように、溶融樹脂は、枠体側係合部１８２を乗り越えることで、枠体１６４の外周側へ必要以上に流動することが規制される。すなわち、第２実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１６２の製造方法において、枠体側係合部１８２は、溶融樹脂の流動を規制するべく枠体１６４に予め設けられている土手部である。また、ホルダ側係合部１９０は、枠体側係合部１８２と第１ホルダ４４との干渉を回避するべく、第１ホルダ４４に予め設けられた回避溝を利用して設けられたものである。具体的には、ホルダ側係合部１９０は、枠体側係合部１８２と係合して、枠体ホルダ４０に対する枠体１６４の相対的な移動を規制することが可能となるように、回避溝の形状を調整して設けられたものである。
【０１０７】
上記の第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部の細孔に進入した溶融樹脂が凝固することで含浸接合部１６６が形成され、残余の溶融樹脂が凝固することで溶融凝固部１７０が形成される。これにより、枠体１６４とＭＥＡ１６のアノード電極２０側とが接合される。その結果、上記の通り形状が良好に矯正された枠体１６４と、ＭＥＡ１６の両面側とをそれぞれ接合して、寸法精度に優れた樹脂枠付きＭＥＡ１６２（図１６参照）を得ることができる。
【０１０８】
上記の通り、第２実施形態に係る樹脂枠付きＭＥＡ１６２の製造方法では、枠体１６４に予め設けられた土手部をそのまま枠体側係合部１８２として利用し、第１ホルダ４４に設けられた回避溝をその形状を調整してホルダ側係合部１９０として利用した。このように、既存の構成である土手部及び回避溝を利用することで、枠体１６４が枠体ホルダ４０の内周側に向かって相対的に移動することを容易に且つ低コストで規制することができる。
【０１０９】
特に、枠体側係合部１８２をそのまま利用することで、製品となる樹脂枠付きＭＥＡ１６２の構成要素の形状を変更することなく、上記の作用効果が得られる。なお、土手部の形状を調整して枠体側係合部１８２としてもよいし、回避溝をそのまま利用してホルダ側係合部１９０としてもよい。
【０１１０】
また、上記の通り、土手部である枠体側係合部１８２は、最終的に溶融凝固部１７０に埋設される。このため、ホルダ側係合部１９０との係合中に付加される荷重により、たとえ、枠体側係合部１８２に変形等が生じたとしても、樹脂枠付きＭＥＡ１６２の寸法精度や品質に影響を及ぼす懸念がない。このため、樹脂枠付きＭＥＡ１６２の寸法精度を簡素な工程で効果的に向上させることができる。
【０１１１】
なお、第２実施形態では、土手部を枠体側係合部１８２とし、回避溝をホルダ側係合部１９０としたが、特にこれらに限定されるものではない。枠体１６４に土手部とは別に設けられた枠体側係合部（不図示）と係合可能となるように、第１ホルダ４４に回避溝とは別にホルダ側係合部（不図示）を設けてもよい。また、例えば、土手部が設けられていない枠体１４に枠体側係合部１８２を設け、回避溝が設けられていない第１ホルダ４４にホルダ側係合部１９０を設けてもよい。
【０１１２】
第２実施形態に係る形状矯正装置１６０では、枠体側係合部１８２が、枠体１６４の厚さ方向に突出する凸部であり、ホルダ側係合部１９０が、枠体側係合部１８２を収容可能な凹部であることした。しかしながら、上記のように、枠体側係合部１８２及びホルダ側係合部１９０として、土手部及び回避溝を利用しない場合には、枠体側係合部１８２を凹部とし、ホルダ側係合部１９０を凸部としてもよい。
【０１１３】
上記のように枠体側係合部１８２及びホルダ側係合部１９０を互いに係合可能な凹部及び凸部から構成することによって、枠体側係合部１８２及びホルダ側係合部１９０を簡単な構成とすることができる。また、枠体ホルダ４０によって枠体１６４を挟持する際に、枠体側係合部１８２とホルダ側係合部１９０とを容易に係合させることができる。
【０１１４】
第２実施形態に係る形状矯正装置１６０では、ホルダ側係合部１９０は、枠体ホルダ４０により枠体１６４を挟持した際に、枠体１６４の長辺及び短辺の両方に沿って延在する溝状であることとした。この場合、ホルダ側係合部１９０と枠体側係合部１８２とを強固に係合させることが可能になるため、枠体ホルダ４０によって枠体１６４の形状を良好に維持することが可能になる。
【０１１５】
しかしながら、ホルダ側係合部１９０は、枠体１６４の長辺又は短辺の少なくとも何れか一方に沿って延在する溝状であってもよい。また、ホルダ側係合部１９０は上記の溝状であることに限定されず、例えば、枠体１６４の長辺又は短辺の少なくとも何れか一方に沿って断続的に設けられる複数個、又は１個から構成されてもよい。さらに、ホルダ側係合部１９０は、枠体ホルダ４０に対して、例えば、枠体１６４の開口３０周縁の四隅に臨む箇所や、枠体１６４の各辺の長さ方向の略中央に臨む箇所等に部分的に設けてもよい。
【０１１６】
枠体ホルダ４０のうち、枠体１６４の長辺に臨む箇所にホルダ側係合部１９０を設けた場合、枠体１６４の短辺に比して長尺である分、変形し易い長辺について、枠体ホルダ４０に対する相対移動を抑制することができる。このため、例えば、枠体１６４の短辺に臨む箇所にのみホルダ側係合部１９０を設けた場合に比して、枠体１６４の形状を効果的に維持することが可能になる。
【０１１７】
上記の第１実施形態及び第２実施形態に係る形状矯正装置１０、１６０では、押圧機構４２が、枠体１４、１６４の各辺の内壁面１４ａ、１４ｂ、１６４ａ、１６４ｂにそれぞれ当接して押圧力を加える第１バー５２、１５２及び第２バー５４、１５４を有することとした。この場合、枠体１４、１６４に対して、簡単な構成で効果的に押圧力を加えることが可能になる。しかしながら、押圧機構４２は、枠体１４、１６４の各辺に沿って延在する第１バー５２、１５２及び第２バー５４、１５４に代えて、枠体１４、１６４の各辺に部分的に接触して押圧力を加えることが可能な１個又は複数個の当接部を有することとしてもよい。
【０１１８】
上記の形状矯正装置１０、１６０は、枠体１４、１６４に対して、短辺、長辺の順に押圧力を加えることとしたが、これ限定されるものではなく、枠体１４、１６４の４辺に同時に押圧力を加えてもよい。また、枠体１４、１６４と、第１バー５２、１５２及び第２バー５４、１５４との間に生じる摩擦力が比較的小さい場合は、長辺、短辺の順に押圧力を加えてもよい。
【０１１９】
上記の形状矯正装置１０、１６０は、荷重測定手段５８を備え、該荷重測定手段５８による押圧力の測定値が目標値に達した状態で、駆動手段５６によるバー５２、５４、１５２、１５４の駆動を停止することとした。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、形状矯正装置１０は、荷重測定手段５８を備えていなくてもよい。この場合、例えば、枠体１４の長辺及び短辺に目標の大きさの押圧力が付与されるように予め設定された距離だけ駆動手段５６によりバー５２、５４、１５２、１５４を移動させるようにしてもよい。
【０１２０】
上記の形状矯正装置１０、１６０では、第１ホルダ４４に複数のピン４８が設けられ、第２ホルダ４６に複数のピン孔５０が設けられることとしたが、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６のそれぞれには、ピン４８及びピン孔５０が設けられていなくてもよい。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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