(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法であって、
（ａ）フレームのシートと拡散層のシートとを重ね合わせて配置する工程と、
（ｂ）前記拡散層のシートと前記フレームのシートとを重ねた状態で打ち抜くことによって、打ち抜かれた前記拡散層と整合する形状を有する開口部を有するフレームを形成する工程と、
を備える、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、さらに、
前記工程（ｂ）における打ち抜き時または打ち抜き後に、打ち抜かれた前記拡散層と前記フレームの幅方向及び長さ方向の位置をそれぞれ維持したまま、前記フレームの前記開口部に、打ち抜かれた前記拡散層を嵌め込む工程を備える、
燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、
前記打ち抜きの形状は略長方形であり、さらに、前記略長方形の辺または隅のうちの少なくとも一箇所に嵌合形状を有する、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、
前記嵌合形状は、
打ち抜かれた前記拡散層において前記略長方形の外縁側が凸となる形状であり、かつ、
前記略長方形の辺のうちの前記フレームの搬送方向と平行な辺、又は、前記略長方形の隅に形成されている、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、
打ち抜かれた前記拡散層における前記嵌合形状は、前記搬送方向に対して後退角を有する後退角部分を有している、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、
前記工程（ｂ）において前記拡散層のシートと前記フレームのシートとを重ねた状態で打ち抜くときに、打ち抜かれた前記拡散層の法線方向の前記フレーム側の大きさが、打ち抜かれた拡散層の法線方向の前記フレームと反対側の大きさよりも小さくなるように、前記拡散層側から前記拡散層の法線方向に対して斜めに打ち抜く、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、
前記拡散層は、カーボンペーパーで形成されている、
燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、
前記フレームは、透明な樹脂で形成されている、
燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法。
【請求項９】
燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置であって、
拡散層のシートが巻かれた第１のローラと、
フレームのシートが巻かれた第２のローラと、
前記拡散層のシートと前記フレームのシートとを搬送する搬送装置と、
前記拡散層のシートと前記フレームのシートとを重ねた状態で同時に打ち抜くことによって、打ち抜かれた前記拡散層と整合する形状を有する開口部を前記フレームに形成する打ち抜き装置と、
を備える、燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、
前記打ち抜き装置は、
前記打ち抜きを行うための刃と、
前記打ち抜きの後に前記刃を後退させるときに打ち抜かれた前記拡散層を押さえて前記フレームの前記開口部に嵌めこむための押さえ部材を備える、燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、
前記打ち抜きの形状は略長方形であり、さらに、前記略長方形の辺または隅のうちの少なくとも一箇所に嵌合形状を有する、燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、
前記嵌合形状は、
打ち抜かれた前記拡散層において前記略長方形の外縁側が凸となる形状であり、かつ、
前記略長方形の辺のうちの前記フレームの搬送方向と平行な辺、又は、前記略長方形の隅に形成されている、燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、
打ち抜かれた前記拡散層における前記嵌合形状は、前記搬送方向に対して後退角を有する後退角部分を有している、燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載のフレームアッシーの製造装置において、
前記打ち抜きの形状は長方形であり、
前記長方形の対向する２つの辺を打ち抜く刃は、前記拡散層のシートと前記フレームのシートを打ち抜くときに、打ち抜かれた前記拡散層の法線方向の前記フレーム側の大きさが、打ち抜かれた前記拡散層の法線方向の前記フレームと反対側の大きさよりも小さくなるように、前記拡散層側から前記拡散層の法線方向に対して斜めに打ち抜く、燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、
前記拡散層は、カーボンペーパーで形成されている、
燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、
前記フレームは、透明な樹脂で形成されている、
燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、膜電極接合体とそれを用いた燃料電池及びそれらの製造方法が記載されている。特許文献１の方法では、帯状の電解質膜の上に所定の間隔を開けて電極触媒層を形成し、電極触媒層の上に電極触媒層よりも小さな拡散層（ＧＤＬ）を配置し、フレームの開口部に拡散層が嵌めこまれるように、開口部を有するフレームを重ねて膜電極接合体を製造していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２９３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電解質膜にフレームを重ねる際に、フレームが拡散層に重ならずに、フレームの開口部の中に拡散層が確実に配置されるようにすることが好ましい。しかし、拡散層の打ち抜き寸法公差や、拡散層の置き公差、及び、フレームの成形もしくは打ち抜き公差、フレームの置き公差を考慮する必要があり、その結果特許文献１の方法では、フレームの開口部の中に拡散層が確実に配置されるようにするために、フレームの開口部のサイズ（面積）を拡散層のサイズ（面積）よりもかなり大きく形成していた。そのため、フレームの開口部の縁と拡散層との間に大きな隙間が生じる場合があった。具体的には、拡散層とフレームとの嵌め合いに関連する公差を考慮すると、フレームと拡散層の隙間は２ｍｍ程度まで広がってしまう可能性がある。このような大きな隙間が生じると、フレームと拡散層の隙間において電解質膜が膨潤・収縮により移動してしまい、電解質膜が損傷する不具合が発生する原因となる場合があった。
【０００５】
この結果、従来は、以下のような課題が生じていた。第１に、フレームと拡散層との間の隙間を大きく取るので、フレームを含む燃料電池セル全体のサイズ（面積）が発電領域（電極触媒層）のサイズ（面積）に比べてかなり大きくなっていまっていた。このため、セルサイズが大きくなり、高コストの原因となっていた。第２に、フレームと拡散層の隙間が接着剤で埋めきれずに残ってしまった場合に、電解質膜（及び触媒電極層）が隙間から露出してしまうので、セル性能が早期に劣化してしまう可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法が提供される。この燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法は、（ａ）フレームのシートと拡散層のシートとを重ね合わせて配置する工程と、（ｂ）前記拡散層のシートと前記フレームのシートとを重ねた状態で打ち抜くことによって、打ち抜かれた前記拡散層と整合する形状を有する開口部を有する前記フレームに形成する工程と、を備える。この形態によれば、打ち抜いた拡散層と、フレームの開口部の形状とが整合するため、拡散層の置き公差やフレームの置き公差をほぼゼロにすることが可能であり、この結果、燃料電池セルのコンパクト化を実現できる。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法が提供される。この燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法は、（ａ）フレームと拡散層とを重ね合わせて配置する工程と、（ｂ）前記拡散層と前記フレームとを重ねた状態で打ち抜くことによって、打ち抜かれた前記拡散層と整合する形状を有する開口部を前記フレームに形成する工程と、を備える。この形態によれば、打ち抜いた拡散層と、フレームの開口部の形状とが整合するため、拡散層の置き公差やフレームの置き公差をほぼゼロにすることが可能であり、この結果、燃料電池セルのコンパクト化を実現できる。
【０００８】
（２）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、さらに、
前記工程（ｂ）における打ち抜き時または打ち抜き後に、前記打ち抜かれた拡散層と前記フレームの幅方向及び長さ方向の位置をそれぞれ維持したまま、前記フレームの前記開口部に、前記打ち抜かれた拡散層を嵌め込む工程を備えても良い。この形態によれば、打ち抜かれた拡散層とフレームの幅方向及び長さ方向の位置を維持したまま拡散層とフレームとを組み合わせるので、拡散層の置き公差やフレームの置き公差を考慮すること無く拡散層とフレームとを組み合わせることが可能となる。この結果、燃料電池セルのコンパクト化を実現できるとともに、製造工程の簡略化を実現できる。
【０００９】
（３）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、前記打ち抜きの形状は略長方形であり、さらに、前記略長方形の辺または隅のうちの少なくとも一箇所に嵌合形状を有しても良い。この形態によれば、搬送時にフレームと拡散層の両者を互いに離脱し難く出来る。この結果、製造工程を簡略化することが可能である。
【００１０】
（４）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、前記嵌合形状は、前記打ち抜かれ拡散層において前記略長方形の外縁側が凸となる形状であり、かつ、前記略長方形の辺のうちの前記フレームの搬送方向と平行な辺、又は、前記略長方形の隅に形成されていても良い。この形態によれば、搬送時にフレームと拡散層の両者を更に離脱し難くすることができる。
【００１１】
（５）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、前記打ち抜かれ拡散層における前記嵌合形状は、前記搬送方向に対して後退角を有する後退角部分を有していても良い。この形態によれば、搬送時にフレームと拡散層の両者を更に離脱し難くすることができる。
【００１２】
（６）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、前記工程（ｂ）において前記拡散層と前記フレームとを重ねた状態で打ち抜くときに、前記打ち抜かれた拡散層の法線方向の前記フレーム側の大きさが、前記打ち抜かれた拡散層の法線方向の前記フレームと反対側の大きさよりも小さくなるように、前記拡散層側から前記法線方向に対して斜めに打ち抜いてもよい。この形態によれば、打ち抜かれた拡散層は、フレーム側が小さく、フレームと反対側が大きくなる。一方、打ち抜かれたフレーム（枠）は、拡散層側が大きく、フレーム側が小さくなるので、打ち抜かれた拡散層を打ち抜かれたフレームで支持し易くできる。
【００１３】
（７）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、前記拡散層は、カーボンペーパーで形成されていてもよい。この形態によれば、拡散層がカーボンペーパーで形成されているので、張りがあり、フレームから離脱し難くできる。
【００１４】
（８）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法において、フレームは、透明な樹脂で形成されていても良い。この形態によれば、フレームが透明な樹脂で形成されているので、フレーム側から視認することにより、燃料電池用電極フレームアッシーと、他の部材、例えば触媒層接合電解質膜との位置合わせが容易となる。
【００１５】
（９）本発明の一形態によれば、燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置が提供される。この燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置は、拡散層のシートが巻かれた第１のローラと、フレームのシートが巻かれた第２のローラと、前記拡散層のシートと前記フレームのシートとを搬送する搬送装置と、前記拡散層のシートと前記フレームのシートとを重ねた状態で同時に打ち抜くことによって、打ち抜かれた前記拡散層と整合する形状を有する開口部を前記フレームに形成する打ち抜き装置と、を備える。この形態によれば、打ち抜いた拡散層と、フレームの開口部の形状とが整合するため、拡散層の置き公差やフレームの置き公差をほぼゼロにすることが可能であり、この結果、燃料電池セルのコンパクト化を実現できる。
【００１６】
（１０）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、前記打ち抜き装置は、前記打ち抜きを行うための刃と、前記打ち抜きの後に前記刃を後退させるときに前記打ち抜かれた拡散層を押さえて前記フレームの前記開口部に嵌めこむための押さえ部材を備えてもよい。この形態によれば、打ち抜いた拡散層と、打ち抜かれたフレームの、幅方向及び長さ方向の位置を固定したまま拡散層とフレームとを組み合わせることが可能となり、拡散層とフレームとの位置ズレを抑制できる。
【００１７】
（１１）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、前記打ち抜きの形状は略長方形であり、さらに、前記略長方形の辺または隅のうちの少なくとも一箇所に嵌合形状を有していてもよい。この形態によれば、搬送時にフレームと拡散層の両者を互いに離脱し難く出来る。この結果、製造工程を簡略化することが可能である。
【００１８】
（１２）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、前記嵌合形状は、前記打ち抜かれ拡散層において前記略長方形の外縁側が凸となる形状であり、かつ、前記略長方形の辺のうちの前記フレームの搬送方向と平行な辺、又は、前記略長方形の隅に形成されていてもよい。この形態によれば、搬送時にフレームと拡散層の両者を更に離脱し難くすることができる。
【００１９】
（１３）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、前記打ち抜かれ拡散層における前記嵌合形状は、前記搬送方向に対して後退角を有する後退角部分を有していてもよい。この形態によれば、搬送時にフレームから拡散層を離脱し難く出来る。
【００２０】
（１４）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、前記打ち抜きの形状は長方形であり、前記長方形の対向する２つの辺を打ち抜く刃は、前記拡散層のシートと前記フレームのシートを打ち抜くときに、前記打ち抜かれた拡散層の法線方向の前記フレーム側の大きさが、前記打ち抜かれた拡散層の法線方向の前記フレームと反対側の大きさよりも小さくなるように、前記拡散層側から前記拡散層の法線方向に対して斜めに打ち抜いてもよい。この形態によれば、打ち抜かれた拡散層は、フレーム側が小さく、フレームと反対側が大きくなる。一方、打ち抜かれたフレーム（枠）は、拡散層側が大きく、フレーム側が小さくなるので、打ち抜かれた拡散層を打ち抜かれたフレームで支持し易くできる。
【００２１】
（１５）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、前記拡散層は、カーボンペーパーで形成されていてもよい。この形態によれば、拡散層がカーボンペーパーで形成されているので、張りがあり、フレームから離脱し難くできる。
【００２２】
（１６）上記形態の燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置において、前記フレームは、透明な樹脂で形成されていてもよい。この形態によれば、フレームが透明な樹脂で形成されているので、フレーム側から視認することにより、燃料電池用電極フレームアッシーと、他の部材、例えば触媒層接合電解質膜との位置合わせが容易となる。
【００２３】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法、製造装置の他、燃料電池の製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】燃料電池スタックの概略構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態における燃料電池用電極フレームアッシーの製造工程を説明する説明図である。
【図３】従来の燃料電池用電極フレームアッシーの製造工程を示す説明図である。
【図４】燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置の一部を示す説明図である。
【図５】打ち抜き装置の内部構成と動作を示す説明図である。
【図６】カソード側拡散層が嵌め込まれたフレームシートとアノード側部材との貼り付け装置及び工程を示す説明図である。
【図７】フレームとＭＥＡの形状のバリエーションを示す説明図である。
【図８】第２の実施形態のフレームシートとカソード側拡散層とを示す説明図である。
【図９】嵌合形状を有する場合の効果を示す説明図である。
【図１０】嵌合形状の変形例を示す説明図である。
【図１１】第３の実施形態を示す説明図である。
【図１２】第３の実施形態におけるカソード側拡散層の打ち抜き工程を示す説明図である。
【図１３】第４の実施形態を示す説明図である。
【図１４】第５の実施形態を示す説明図である。
【図１５】第５の実施形態の打ち抜き装置内部構成と動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１の実施形態：
図１は、燃料電池スタック１０の概略構成を示す断面図である。燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット１００が直列に配置される構成を有している。発電ユニット１００は、触媒層接合電解質膜１１０（Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ、以下「ＣＣＭ１１０」と呼ぶ。）と、カソード側拡散層１２０と、アノード側拡散層１３０と、補強用のフレーム１４０と、セパレータプレート１５０、１６０と、を備える。ＣＣＭ１１０は、プロトン伝導性の電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ塗工されたカソード側触媒層とアノード側触媒層とを備えている。一実施形態では、アノード側触媒層は電解質膜の第１面の全領域にわたって塗工され、一方、カソード側触媒層は電解質膜の第２面のうちの一部の矩形領域（発電領域）のみに塗工されている。この理由は、アノード側触媒層は、カソード側触媒層に比べて単位面積当たりの触媒量が少なくて良い（典型的には１／２以下であり、例えば約１／３）ので、電解質膜の第１面の全領域に触媒を塗工しても過度の無駄とはならない反面、塗工工程が簡単になるからである。反対に、カソード側触媒層は、アノード側触媒層に比べて単位面積当たりの触媒量が多いので、一部の小さな領域のみに塗工することによって無駄な触媒を低減できるからである。
【００２６】
カソード側拡散層１２０と、アノード側拡散層１３０とは、例えば、カーボンペーパーやカーボン不織布で形成されている。なお、カソード側拡散層１２０は、後述するように製造工程においてフレーム１４０の開口部に嵌め込まれてフレーム１４０とともに搬送されるので、搬送中に開口部から落ちにくいように、張りのある材料で形成することが好ましい。この観点からは、カソード側拡散層１２０は、カ―ボン不織布よりもカーボンペーパーで形成することが好ましい。ＣＣＭ１１０と、カソード側拡散層１２０と、アノード側拡散層１３０とを合わせて、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）又は膜電極拡散層接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｇａｓ−ｄｉｆｕｓｉｏｎ―ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ぶ。以下膜電極接合体あるいは膜電極拡散層接合体を「ＭＥＡ」と呼ぶ。フレーム１４０は、ポリプロピレン等の紫外線を透過できる材料で形成されていることが好ましく、特に、透明な材料で形成されていることが好ましい。ＭＥＡとフレーム１４０とを合わせて「燃料電池用電極フレームアッシー」と呼ぶ。
【００２７】
ＣＣＭ１１０の一方の面にカソード側拡散層１２０が配置され、ＣＣＭ１１０の他方の面にアノード側拡散層１３０が配置される。本実施形態では、アノード側拡散層１３０の大きさは、ＣＣＭ１１０の電解質膜の大きさとほぼ同じ大きさに形成されている。一方、カソード側拡散層１２０の大きさは、ＣＣＭ１１０の電解質膜及びアノード側拡散層１３０の大きさよりも小さく形成されている。また、カソード側拡散層１２０は、カソード側触媒層よりも小さい形状に形成されており、カソード側触媒層の領域内にカソード側拡散層１２０が収まるように配置されている。この理由は、カソード側拡散層１２０がカーボンペーパーで形成されている場合に、カソード側拡散層１２０の端部が、触媒層が存在しない電解質膜の位置に来ると、カーボンペーパーの繊維が電解質膜に突き刺さり、電解質膜の損傷やクロスリークの原因となる可能性があるからである。
【００２８】
フレーム１４０は、補強用の板状部材であり、ＣＣＭ１１０と、カソード側拡散層１２０と、アノード側拡散層１３０との外縁の全周を取り巻くように配置されている。本実施形態では、フレーム１４０は、ＣＣＭ１１０の一方の面のうちでカソード側拡散層１２０からはみ出ている部分に接着されている。なお、ＣＣＭ１１０の全領域のうちでフレーム１４０と接着されている領域は、反応ガスが拡散せず発電に寄与しないため、カソード側触媒層が形成されていなくても良い。すなわち、フレーム１４０と、ＣＣＭ１１０の電解質膜と、が接着されていてもよい。これにより、接着部分において、貴金属である触媒金属の使用量を低減できる。但し、前述したように、カソード側拡散層１２０がカーボンペーパーで形成されている場合には、カーボンペーパーの繊維が電解質膜に突き刺さることを防止するために、カソード側触媒層の領域をカソード側拡散層１２０よりもやや大きく形成してもよい。
【００２９】
セパレータプレート１５０、１６０は、凹凸を有する金属製の板状部材である。セパレータプレート１５０と、カソード側拡散層１２０との間には、酸素流路１５５が形成され、セパレータプレート１６０と、アノード側拡散層１３０との間には、水素流路１６５が形成され、セパレータプレート１５０と、セパレータプレート１６０との間には、冷媒流路１７０が形成されている。
【００３０】
図２は、本実施形態における燃料電池用電極フレームアッシー１８０の製造工程を説明する説明図である。先ず、後述する従来の製造工程との違いを先に簡単に説明する。従来の製造工程では、先に拡散層付きのＭＥＡを形成し、その後、フレーム１４０の開口部内にＭＥＡのカソード側拡散層が嵌まるようにフレーム１４０をＭＥＡ上に配置して燃料電池用電極フレームアッシー１８０を製造していた。これに対し、本実施形態では、まず、フレーム１４０のシート材（「フレームシート１４０ｓ」と呼ぶ。）とカソード側拡散層１２０のシート材（「カソード側拡散層シート１２０ｓ」と呼ぶ。）と、を重ねた状態で同時に打ち抜くことによって、フレーム１４０にカソード側拡散層１２０が嵌め込まれたフレーム／拡散層集合体を形成し、その後、このフレーム／拡散層集合体と、ＣＣＭ１１０が貼り付けられたアノード側拡散層１３０とを貼り付けて燃料電池用電極フレームアッシー１８０を製造する。
【００３１】
図２（Ａ）では、フレームシート１４０sにカソード側拡散層シート１２０ｓを重ねる。フレームシート１４０ｓと、カソード側拡散層シート１２０ｓは、いずれも開口部が形成されていないシート状である。なお、この例では、フレームシート１４０ｓは、アノード側拡散層シート１３０ｓと重なる領域において薄く形成されている。
【００３２】
図２（Ｂ）では、部材を略長方形に打ち抜くトムソン刃（もしくは、彫刻刃、ピナクル刃）２００（以下「刃２００」とも呼ぶ。）を、カソード側拡散層シート１２０ｓの側から差し込んでカソード側拡散層シート１２０ｓとフレームシート１４０ｓとを打ち抜く。刃２００の移動方向は、カソード側拡散層シート１２０ｓの法線ＮＬと平行である。このとき、打ち抜いた略長方形の部材をカソード側拡散層１２０及びフレーム残部１４０ａと呼び、略長方形の部材が打ち抜かれた枠側の部材をカソード側拡散層残部１２０ｂ及びフレーム１４０と呼ぶ。刃２００が差し込まれると、カソード側拡散層１２０とフレーム１４０とは、刃２００から圧縮応力を受ける。
【００３３】
図２（Ｃ）に示す状態では、上面においてカソード側拡散層１２０がフレーム１４０とほぼ面一になるまで刃２００を押し込んだ後、この面一の状態を維持しながら刃２００を抜く。刃２００を抜くことにより、刃２００の間に挟まっていたフレーム残部１４０ａは落下し、カソード側拡散層１２０は、幅方向及び長さ方向の位置をそれぞれ維持したまま、フレーム１４０に嵌め込まれる。なお、カソード側拡散層１２０はフレーム１４０の開口部と整合している。
【００３４】
図２（Ｄ）は、フレーム１４０にカソード側拡散層１２０が嵌め込まれた状態を示している。この状態では、カソード側拡散層１２０とフレーム１４０の間には、互いに圧縮する方向の応力が働き、カソード側拡散層１２０は、フレーム１４０に保持された状態となる。特に、カソード側拡散層１２０が、カーボンペーパーのようにある程度の剛性を有する部材で形成されていれば、この保持状態（嵌め込み状態）がより強固になる点で好ましい。図２（Ｄ）のように、フレーム１４０にカソード側拡散層１２０が保持された物体を、「フレーム／拡散層集合体４００」とも呼ぶ。
【００３５】
図２（Ｅ）では、フレーム／拡散層集合体４００を、接着剤１９０でＣＣＭ１００に接着する。このＣＣＭ１００は、その一方の面（下面）にアノード側拡散層１３０が接合されているとともに、ＣＣＭ１００の他方の面（上面）の外縁部に接着剤１９０が塗布されたものである。接着剤１９０として紫外線により硬化する接着剤を用いても良い。フレーム１４０を紫外線透過性の部材で形成しておけば、フレーム１４０のカソード側から紫外線を照射することによって、接着剤１９０を硬化させることが可能となる。なお、接着剤１９０は、カソード側拡散層１２０まで広がっても良い。図２（Ｆ）は、製造された燃料電池用電極フレームアッシー１８０を示す。
【００３６】
図３は従来の燃料電池用電極フレームアッシーの製造工程を示す説明図である。図３（Ａ）では、先ず、アノード側拡散層１３０と、ＣＣＭ１１０とを接合する。図３（Ｂ）では、ＣＣＭ１１０の上に、ＣＣＭ１１０の大きさよりも小さいカソード側拡散層１２０が配置されて、ＭＥＡが形成される。図３（Ｃ）では、カソード側拡散層１２０の外側のＣＣＭ１１０上に接着剤１９０が塗布される。図３（Ｄ）では、開口部を有するフレーム１４０がＭＥＡに被せられる。図３（Ｅ）は、形成された燃料電池用電極フレームアッシー１８１を示す。
【００３７】
従来の製造方法では、フレーム１４０の開口部への、カソード側拡散層１２０の嵌め込みと、フレーム１４０とＣＣＭ１１０との接着が同時に行われる。ここで、一般にフレーム１４０の開口部やカソード側拡散層１２０の形成、及び、それらの配置工程においては、公差や誤差が生じ得る。すなわち、公差としては、拡散層の打ち抜き寸法公差や、拡散層の置き公差、及び、フレームの置き公差が含まれる。したがって、このような公差や誤差が生じても、フレーム１４０と、カソード側拡散層１２０の外縁とが重ならないようにするため、従来の製造工程では、フレーム１４０の開口部の大きさは、カソード側拡散層１２０の大きさよりも大きくなるように形成されていた。そのため、燃料電池用電極フレームアッシー１８０において、カソード側拡散層１２０と、フレーム１４０の開口部との間に０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の隙間が生じ、（ａ）燃料電池用電極フレームアッシーの大きさが大きくなってしまう、（ｂ）隙間が接着剤１９０で埋められない場合には、ＣＣＭ１１０の耐久性が低下する、という問題があった。
【００３８】
なお、従来の製造工程においては、以下の理由から、カソード側拡散層１２０の配置に関してもかなりの注意を払う必要があった。前述したように、通常、カソード側拡散層１２０は、カソード側触媒層よりも小さい形状に形成されており、カソード側触媒層の領域内にカソード側拡散層１２０が収まるように配置されている。この理由は、カソード側拡散層１２０がカーボンペーパーで形成されている場合に、カソード側拡散層１２０の端部が、触媒層が存在しない電解質膜の位置に来ると、カーボンペーパーの繊維が電解質膜に突き刺さり、電解質膜の損傷やクロスリークの原因となる可能性があるからである。そこで、このような損傷やクロスリークを防止するために、カソード側触媒層の領域内にカソード側拡散層１２０が確実に収まるように配置することが好ましい。このため、カソード側拡散層１２０は、１枚ずつ細心の注意を払ってＣＣＭ１１０上に配置されていた。
【００３９】
図２で説明した本実施形態では、フレーム１４０の開口部と、カソード側拡散層１２０とを同一の刃２００で形成するため、カソード側拡散層１２０と、フレーム１４０の開口部との間に隙間が生じない。また、本実施形態では、刃２００を抜くときにカソード側拡散層１２０がフレーム１４０の開口部に嵌め込まれるため、フレーム１４０と、ＣＣＭ１１０との接着時には、カソード側拡散層１２０がフレーム１４０の開口部に嵌め込まれており、フレーム１４０とカソード側拡散層１２０の外縁とが重なることが無い。また、カソード側拡散層１２０の置き公差やフレーム１４０の置き公差をほぼゼロにすることができるので、フレーム１４０のサイズが小さくなり、ひいては、燃料電池セルのコンパクト化を実現できる。
【００４０】
更に、本実施形態において、フレーム１４０を透明な樹脂で形成すれば、紫外線等の光線を用いて接着剤１９０を硬化させることができる。また、フレーム／拡散層集合体４００とＣＣＭ１１０との位置合わせ状態（図２（Ｅ））を、フレーム１４０の側から視認できるので、フレーム／拡散層集合体４００とＣＣＭ１１０との位置合わせ（すなわち、カソード側拡散層１２０とＣＣＭ１１０のカソード側触媒層との位置合わせ）を精度良く行うことが可能である。
【００４１】
図４は、燃料電池用電極フレームアッシー１８０の製造装置２０の一部を示す説明図である。製造装置２０は、打ち抜き装置５００と、搬送装置６００とを備える。搬送装置６００は、拡散層シート繰出ローラ２２０と、フレームシート繰出ローラ２４０と、搬送ローラ２５０、２６０とを備える。拡散層シート繰出ローラ２２０は、カソード側拡散層シート１２０ｓが巻かれており、カソード側拡散層シート１２０ｓを繰り出す。フレームシート繰出ローラ２４０は、フレームシート１４０ｓが巻かれており、フレームシート１４０ｓを繰り出す。
【００４２】
搬送ローラ２５０は、カソード側拡散層シート１２０ｓとフレームシート１４０ｓとを重ねて打ち抜き装置５００に送る。打ち抜き装置５００は、図２で説明した刃２００を有しており、カソード側拡散層シート１２０ｓからカソード側拡散層１２０を打ち抜き、フレームシート１４０ｓに開口部を形成すると共に、刃２００を抜くときにフレームシート１４０ｓの開口部にカソード側拡散層１２０を嵌め込む。搬送ローラ２６０のうちカソード側拡散層シート１２０ｓ側の搬送ローラ２６０ａは、カソード側拡散層シート１２０ｓの幅とほぼ同じ幅であるが、フレームシート１４０ｓ側の搬送ローラ２６０ｂは、２分割されている。２つの搬送ローラ２６０ｂの間隔は、カソード側拡散層１２１ａの幅よりも少し大きい。
【００４３】
図５は、打ち抜き装置５００の内部構成と動作を示す説明図である。打ち抜き装置５００は、刃２００と、上部ケース２１２と、下部台２１４と、上部押さえ部材２１６と、下部押さえ部材２１８と、を備える。これらの押さえ部材２１６，２１８は、弾性のある部材（例えば発泡部材などのクッション性部材）で形成されていることが好ましい。また、フレームシート１４０ｓに嵌めこまれたカソード側拡散層１２０は、フレームシート１４０ｓの下面よりも下側に飛び出ているので、下部台２１４の搬送方向下流側２１４ｂは、カソード側拡散層１２０と干渉しないように搬送方向上流側２１４ａよりも低い。
【００４４】
図５（Ａ）は、カソード側拡散層シート１２０ｓとフレームシート１４０ｓとが打ち抜き位置に搬送された状態を示す。下部台２１４の搬送方向上流側２１４ａの上面と、下部押さえ部材２１８の上面は、面一である。
【００４５】
図５（Ｂ）は、刃２００が降ろされた状態を示す。刃２００は、テーパー形状を有しており、テーパーでカソード側拡散層シート１２０ｓの切断面を押し広げながらカソード側拡散層シート１２０ｓからカソード側拡散層１２０を打ち抜き、さらに、フレームシート１４０ｓに食い込んでいる。このとき、上部押さえ部材２１６は、刃２００と同時に動いても良い。
【００４６】
図５（Ｃ）は、刃２００がカソード側拡散層シート１２０ｓとフレームシート１４０ｓを打ち抜いた状態を示す。上部押さえ部材２１６は、カソード側拡散層１２０の上面がフレームシート１４０ｓの上面と面一になる状態まで下げられる。刃２００は、テーパー形状を有しているため、フレームシート１４０ｓの開口部は押し広げられ、カソード側拡散層１２０は面積が狭くなるように圧縮される。その結果、フレームシート１４０ｓの開口部の内側にカソード側拡散層１２０を位置させることができる。そして、この状態を維持したまま、刃２００が抜かれる。これにより、フレームシート１４０ｓの開口部にカソード側拡散層１２０が嵌め込まれる。カソード側拡散層１２０が嵌め込まれたフレームシート１４０ｓは、次の工程に搬送される。下部台２１４の搬送方向下流側２１４ｂは搬送方向上流側２１４ａよりも低いので、カソード側拡散層１２０を下部台２１４の搬送方向下流側２１４ｂと干渉させずに、フレームシート１４０ｓを搬送することが可能である。なお、フレーム残部１４０ａは、刃２００を抜くと、下部押さえ部材２１８上に残るので、たとえば、フレーム残部１４０ａを、フレームシート１４０ｓの搬送方向と交わる方向に排出しても良い。
【００４７】
図６は、カソード側拡散層１２０が嵌め込まれたフレームシート１４０ｓと、アノード側部材との貼り付け装置及び工程を示す説明図である。アノード側部材貼付装置３０は、上部プレス板３１０と下部プレス板３２０とを備える。アノード側部材１３５は、ＣＣＰ１１０とアノード側拡散層１３０とを備える部材である。ＣＣＰ１１０は、電解質膜と１１１と、カソード側触媒層１１２と、アノード側触媒層１１３とを備えている。アノード側部材１３５は、アノード側拡散層１３０の上に、アノード側触媒層１１３が形成された電解質膜１１１を貼り付け、電解質膜１１１の上にカソード触媒層を塗工することより、予め作成されている。カソード側触媒層１１２の大きさは、カソード側拡散層１２０の大きさとほぼ同じ大きさである。なお、カソード側触媒層１１２の大きさは、カソード側拡散層１２０よりも少し大きいことが好ましい。電解質膜１１１とアノード側触媒層１１３の大きさはほぼ同じであり、カソード側触媒層１１２の大きさよりも大きく、電解質膜１１１の外縁は、カソード側触媒層１１２よりも外側に広がっている。アノード側触媒層１１３の外面側（図面では下側）には、マイクロポーラス層１１６（以下「ＭＰＬ１１６」とも呼ぶ。）を挟んでアノード側拡散層１３０が配置されている。アノード側拡散層１３０の大きさは、アノード側触媒層１１３の大きさとほぼ同じである。なお、ＭＰＬ１１６は無くても良い。
【００４８】
図６（Ａ）では、電解質膜１１１のカソード側触媒層１１２よりも外側にはみ出た部分に接着剤が塗布される。そして、カソード側拡散層１２０と、カソード側触媒層１１２とが重なるように位置合わせが行われる。フレームシート１４０ｓを透明な部材で形成すれば、位置合わせ状態を視認できるので、位置合わせ精度を高めることが可能である。
【００４９】
図６（Ｂ）では、上部プレス板３１０がカソード側拡散層１２０及びフレームシート１４０ｓに接するまで下方に移動され、アノード側部材１３５を載置した下部プレス板３２０が上方に移動される。
【００５０】
図６（Ｃ）では、カソード側拡散層１２０が上下方向に圧縮され、接着剤がフレームシート１４０ｓと接触し、フレームシート１４０ｓと、ＣＣＰ１１１とが接着剤１９０により接着される。なお、上部プレス板３１０と、下部プレス板３２０の移動により、アノード側拡散層１３０も上下方向に圧縮されても良い。また、上述したように、接着剤１９０は紫外線により硬化するものであってもよい。この場合、上部プレス板３１０は、紫外線を通す材料、例えば石英により作られていても良い。
【００５１】
図６（Ｄ）は、形成された燃料電池用電極フレームアッシー１８０を示す。図６（Ｃ）に比べると、カソード側拡散層１２０は、圧縮状態が緩和され、フレームシート１４０ｓより上方に飛び出ている。但し、図１のように、燃料電池用電極フレームアッシー１８０が、燃料電池スタック１０に組まれたときには、カソード側拡散層１２０は、燃料電池スタック１０の締結力により、図６（Ｃ）に示すような状態に圧縮される。なお、図３に示した従来の燃料電池用電極フレームアッシーの製造工程では、フレーム１４０とカソード側拡散層１２０との間に隙間があるため、接着剤１９０の塗布されない部分をなくすべく多量に接着剤１９０を塗布した場合、フレーム１４０とカソード側拡散層１２０との隙間をぬって接着剤１９０が上にはみ出して不具合を生じるおそれがあった。従って多くの接着剤１９０を塗ることが困難であり、接着剤１９０の量の不足による「未塗布場所」が存在する場合があった。一方、本実施形態の場合はフレームシート１４０ｓとカソード側拡散層１２０との間にはほとんど隙間がなく接着剤１９０が隙間から上にはみ出る可能性が低いため接着剤１９０を必要量だけ塗布することが可能となった。
【００５２】
図７は、フレームとＭＥＡの形状のバリエーションを示す説明図である。図７（Ａ）は、今まで説明してきたフレーム１４０（あるいはフレームシート１４０ｓ）に段差のある形状である。図７（Ｂ）に示すように、フレーム１４０の段差形状は無くても良い。またフレーム１４０を形成するときに、表面に接着性を有するポリマーを同時押し出し形成して、シール部を備えるようにしてもよい。この場合、ＣＣＰとフレーム１４０とを接着するときに接着剤を削減することが可能となる。図７（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ、シール部を有するフレームの、段差構造を有さない場合と有する場合の形状を示す。
【００５３】
第２の実施形態：
図８は、第２の実施形態のフレームシート１４０ｓとカソード側拡散層１２０とを示す説明図である。第２の実施形態は、第１の実施形態と、刃２００の打ち抜く形状が異なっている。刃２００の打ち抜く形状は、第１の実施形態では長方形であるが、第２の実施形態では図８に示すような長方形に嵌合形状１２２を加えた形状である。本実施形態では、嵌合形状１２２は、カソード側拡散層１２０側から見ると、長方形の外縁側に飛び出た凸形状を有しており、長方形の四隅と長辺のほぼ中央に設けられている。嵌合形状１２２は、根元が括れた形状を有しており、搬送方向と平行な辺またはその両端部に設けられている。嵌合形状１２２の搬送方向後ろ側の辺１２２ａは、搬送方向に対して後退角を有する後退角部分を形成している。このような嵌合形状１２２を有することにより、辺１２２ａにフレームシート１４０ｓが咬み合うので、搬送途中でカソード側拡散層１２０がフレームシート１４０ｓの開口部から外れ難く出来る。
【００５４】
図９は、嵌合形状１２２を有する場合の効果を示す説明図である。打ち抜き形状が嵌合形状１２２を有さない場合には、図９の右下（Ｄ）に示すように、搬送途中でカソード側拡散層１２０がフレームシート１４０ｓの開口部から外れることが起こり得るが、嵌合形状１２２を有する場合には、図９の右上（Ｃ）に示すように、搬送途中でカソード側拡散層１２０がフレームシート１４０ｓの開口部から外れ難い。
【００５５】
図１０は、嵌合形状の変形例を示す説明図である。この変形例では、嵌合形状１２３は、搬送方向と平行な辺に設けられている。また、嵌合形状１２３は、根元が括れた形状を有しており、嵌合形状１２３の搬送方向後ろ側の辺１２３ａは、搬送方向に対して後退角を有している。なお、図８に示す例では四隅に、図１０に示す例では、搬送方向と平行な２つの辺の両方に嵌合形状２０２を有していたが、嵌合形状１２２、１２３は、四隅のいずれか、あるいは搬送方向と平行な２つの辺のいずれかの少なくとも一箇所にあればよい。
【００５６】
第３の実施形態：
図１１は、第３の実施形態を示す説明図である。第３の実施形態は、フレームシート１４２ｓが段差１４２ｃを有している場合の実施形態である。第３の実施形態では、フレームシート１４２ｓと、カソード側拡散層シート１２０ｓとを重ねるときに、フレームシート１４２ｓとカソード側拡散層シート１２０ｓとの間にクッションシート３００ｓを挟む。すなわち、第３の実施形態は、フレームシート１４２ｓの段差１４２ｃをクッションシート３００ｓで緩和する。クッションシート３００ｓは、例えば厚さ２００μｍ〜３００μｍの発砲シートで形成されている。なお、クッションシート３００ｓは、発砲シート以外の材料、例えば紙や不織布で形成されてもよい。なお、他の構成については、図５で説明したのと同様である。
【００５７】
図１２は、第３の実施形態におけるカソード側拡散層１２０の打ち抜き工程を示す説明図である。図１２（Ａ）は、カソード側拡散層シート１２０ｓとクッションシート３００ｓと、フレームシート１４２ｓとが打ち抜き位置に搬送された状態を示す。図１２（Ｂ）は、刃２００が降ろされた状態を示す。刃２００は、テーパーでカソード側拡散層シート１２０ｓの切断面を押し広げながらカソード側拡散層シート１２０ｓを打ち抜き、さらに、さらに、クッションシート３００ｓに食い込んでいる。このとき、クッションシート３００ｓは、上部押さえ部材２１６及び打ち抜かれたカソード側拡散層１２０により下方に押され、フレームシート１４２ｓと密着する。
【００５８】
図１２（Ｃ）では、刃２００は、フレームシート１４２ｓに食い込み、フレームシート１４２ｓの切断面を押し広げながらフレームシート１４２ｓを打ち抜く。なお、刃２００は、テーパー形状を有しているため、カソード側拡散層の切断面はさらに押し広げられる。上部押さえ部材２１６は、図１２（Ｃ）に示すように、カソード側拡散層１２０がフレームシート１４２ｓと面一になる状態まで下げられる。刃２００は、テーパー形状を有しているため、フレームシート１４２ｓの開口部は押し広げられ、カソード側拡散層１２０は面積が狭くなるように圧縮される。その結果、フレームシート１４２ｓの開口部の内側にカソード側拡散層１２０を位置させることができる。そして、この状態を維持したまま、刃２００が抜かれる。これにより、フレームシート１４２ｓの開口部にカソード側拡散層１２０が嵌め込まれる。カソード側拡散層１２０が嵌め込まれたフレームシート１４２ｓは、図６で説明した、アノード側部材の貼り付け工程に搬送される。クッションシート残部３００ａ及びフレーム残部１４２ａは、刃２００を抜くと、下部押さえ部材２１８上に残るので、たとえば、フレームシート１４２ｓの搬送方向と交わる方向に排出しても良い。
【００５９】
以上のように、フレームシート１４２ｓに段差１４２ｃが存在する場合であっても、カソード側拡散層シート１２０ｓと、フレームシート１４２ｓとの間にクッションシート３００ｓを挟むことで、フレームシート１４２ｓの開口部にカソード側拡散層１２０を嵌め込むことができる。
【００６０】
第４の実施形態：
図１３は、第４の実施形態を示す説明図である。第１〜第３の実施形態では、刃２００を抜くときに同時に、カソード側拡散層１２０をフレームシート１４０ｓ（あるいはフレームシート１４２ｓ）に嵌め込んだ。第４の実施形態では、カソード側拡散層１２０を打ち抜く工程と、フレームシート１４０ｓにカソード側拡散層１２０を嵌め込む工程とを独立させている。
【００６１】
燃料電池用電極フレームアッシーの製造装置４０は、打ち抜き装置５００と、フレームシート繰出ローラ２４０と、アノード側部材貼付装置３０と、巻取ローラ２４５と、を備える。本実施形態の打ち抜き装置５００の構成は、図５で説明した打ち抜き装置５００と同様の構成であり、アノード側部材貼付装置３０の構成は、図６で説明したアノード側部材貼付装置３０の構成と同様である。本実施形態では、打ち抜き装置５００の刃２００は、フレームシート１４０ｓのみを打ち抜く。また、打ち抜かれたフレーム残部１４０ａは、フレームシート１４０ｓに嵌め込まれずに搬送方向と交わる方向に排出される。本実施形態では、カソード側拡散層１２０は、予めカソード側拡散層シート１２０ｓから打ち抜かれて形成されている。
【００６２】
本実施形態においても、フレームシート１４０ｓにカソード側拡散層１２０を嵌め込んでからアノード側部材１３５を貼り付けるので、フレームシート１４０ｓの開口部の形成、カソード側拡散層１２０の形成、配置において、公差や誤差を考慮しなくても良い。また、フレームシート１４０ｓと、カソード側拡散層１２０の外縁とが重なりにくく、反応ガスのリークも起こりにくい。また、カソード側拡散層１２０をフレームシート１４０ｓとセットで搬送できる。また、第１〜第３の実施形態では、先にカソード側拡散層シート１２０ｓと、フレームシート１４０ｓとを重ねるため、１つの発電ユニット１００に使用されるカソード側拡散層シート１２０ｓと、フレームシート１４０ｓの搬送方向の長さは同じである。これに対し、この実施形態では、１つの発電ユニット１００に使用されるカソード側拡散層シート１２０ｓの搬送方向の長さを、フレームシート１４０ｓの搬送方向の長さよりも短く出来るため、カソード側拡散層シート１２０ｓの消費を節約することができる。
【００６３】
第５の実施形態：
図１４は、第５の実施形態を示す説明図である。図２に示す第１の実施形態との違いは、刃２００ａ、２００ｂの移動方向である。図２に示す第１の実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、刃２００は、カソード側拡散層シート１２０ｓの法線ＮＬと平行な方向に移動する。これに対し、第５の実施形態では、図１４（Ｂ）に示すように刃２００ａ、２００ｂの先端側の間隔が、刃２００ａ、２００ｂのの根元側の間隔よりも狭くなっている。
【００６４】
図１４（Ｃ）に示すように、刃２００ａ、２００ｂは、打ち抜かれたカソード側拡散層１２０の法線ＮＬ方向のフレーム１４０側の表面の大きさが、フレーム１４０と反対側の表面の大きさよりも小さくなるように、カソード側拡散層シート１２０ｓ側から法線ＮＬ方向に対して斜めに打ち抜く。図１４（Ｄ）に示すように、カソード側拡散層１２０がフレーム１４０とほぼ面一になるまで刃２００ａ、２００ｂを押し込む。そして、図１４（Ｅ）に示すように、この面一の状態を維持しながら刃２００ａ、２００ｂを抜く。刃２００ａ、２００ｂを抜くことにより、刃２００ａ、２００ｂの間に挟まっていたフレーム残部１４０ａは落下し、カソード側拡散層１２０はフレーム１４０に嵌め込まれる。
【００６５】
図１４（Ｆ）は、フレーム１４０にカソード側拡散層１２０が嵌め込まれた状態を示している。カソード側拡散層１２０は、上側が大きく、下側が小さい形状となる。一方、フレーム１４０の開口部は、上側が大きく、下側が小さい形状となる。そして、カソード側拡散層１２０の上側の大きさは、フレーム１４０の開口部の下側の大きさよりも大きい。その結果、カソード側拡散層１２０は、フレーム１４０によって、物理的に支持される。第１の実施形態では、カソード側拡散層１２０は、フレーム１４０との間の摩擦力により保持される。これに対し、第５の実施形態では、カソード側拡散層１２０の外縁部がフレーム１４０により下から支持されるので、摩擦力で保持するよりも、カソード側拡散層１２０が落下し難い。図１４（Ｆ）移行の工程は、図２（Ｅ）（Ｆ）と同様のため、説明を省略する。
【００６６】
図１５は、第５の実施形態の打ち抜き装置５００の内部構成と動作を示す説明図である。図５に示す第１の実施形態の打ち抜き装置５００との違いは、刃２００ａ、２００ｂの先端側の間隔が、刃２００ａ、２００ｂのの根元側の間隔よりも広くなるように、刃２００ａ、２００ｂが取り付けられている点と、刃２００ａ、２００ｂを法線ＮＬと斜めの方向に移動させる移動装置２０５ａ、２０５ｂを備えている点である。
【００６７】
図１５（Ａ）は、カソード側拡散層シート１２０ｓとフレームシート１４０ｓとが打ち抜き位置に搬送された状態を示す。下部台２１４の搬送方向上流側２１４ａの上面と、下部押さえ部材２１８の上面は、面一である。
【００６８】
図１５（Ｂ）は、刃２００ａ、２００ｂ法線ＮＬに対して斜めの方向に移動し、カソード側拡散層シート１２０ｓに向かって降ろされた状態を示す。刃２００ａ、２００ｂは、テーパー形状を有しており、テーパーでカソード側拡散層シート１２０ｓの切断面を押し広げながらカソード側拡散層シート１２０ｓからカソード側拡散層１２０を打ち抜き、さらに、フレームシート１４０ｓに食い込んでいる。このとき、上部押さえ部材２１６は、刃２００ａ、２００ｂと同時に動いても良い。
【００６９】
図１５（Ｃ）は、刃２００ａ、２００ｂがカソード側拡散層シート１２０ｓとフレームシート１４０ｓを打ち抜いた状態を示す。上部押さえ部材２１６は、カソード側拡散層１２０の上面がフレームシート１４０ｓの上面と面一になる状態まで下げられる。刃２００２００ａ、２００ｂは、テーパー形状を有しているため、フレームシート１４０ｓの開口部は押し広げられ、カソード側拡散層１２０は面積が狭くなるように圧縮される。その結果、フレームシート１４０ｓの開口部の内側にカソード側拡散層１２０を位置させることができる。そして、この状態を維持したまま、刃２００２００ａ、２００ｂが抜かれる。このとき、カソード側拡散層１２０の上側の大きさは、フレームシート１４０ｓの開口部の下側の大きさよりも大きいので、フレームシート１４０ｓにより、カソード側各山荘１２０を支持できる。以後の工程は、第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００７０】
第１の実施形態では、カソード側拡散層１２０とフレーム１４０の間には、互いに圧縮する方向の応力によりカソード側拡散層１２０は、フレーム１４０に保持された状態となるが、この応力が弱いと、カソード側拡散層１２０が、フレーム１４０に保持されないおそれがある。しかし、第５の実施形態によれば、カソード側拡散層１２０の上側の大きさは、フレーム１４０の開口部の下側の大きさよりも大きいので、応力が弱くても、カソード側拡散層１２０は、フレーム１４０に保持された状態となる。
【００７１】
なお、刃２００ａ、２００ｂによる打ち抜き形状が長方形の場合には、刃２００ａ、２００ｂは、打ち抜き形状の対向する２つの辺を切る刃であってもよい。フレーム１４０は、２つの辺でカソード側拡散層１２０を保持できる。
【００７２】
第５の実施形態では、カソード側拡散層１２０の法線ＮＬの方向に対して刃２００ａ、２００ｂを斜めに移動させたが、カソード側拡散層シート１２０ｓを鉛直方向と垂直な水平方向に移動させ、刃２００ａ、２００ｂを鉛直方向（重力方向）に対して斜めに移動させて、カソード側拡散層シート１２０ｓとフレームシート１４０ｓを打ち抜いても良い。
【００７３】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００７４】
１０…燃料電池スタック
２０…製造装置
３０…アノード側部材貼付装置
４０…製造装置
１００…発電ユニット
１１０…触媒層接合電解質膜
１１１…電解質膜
１１２…カソード側触媒層
１１３…アノード側触媒層
１１６…マイクロポーラス層
１２０…カソード側拡散層
１２０ｂ…カソード側拡散層残部
１２０ｓ…カソード側拡散層シート
１２３…嵌合形状
１２２ａ、１２３ａ…辺
１３０…アノード側拡散層
１３５…アノード側部材
１４０…フレーム
１４０ｓ、１４２ｓ…フレームシート
１４２ｃ…段差
１５０…セパレータプレート
１５５…酸素流路
１６０…セパレータプレート
１６５…水素流路
１７０…冷媒流路
１８０、１８１…燃料電池用電極フレームアッシー
１９０…接着剤
２００、２００ａ、２００ｂ…トムソン刃（刃）
２０５ａ、２０５ｂ…（刃の）移動装置
２１０…刃部ケース
２１２…上部ケース
２１４…下部台
２１４ａ…搬送方向上流側
２１４ｂ…搬送方向下流側
２１６…上部押さえ部材
２１８…下部押さえ部材
２２０…拡散層シート繰出ローラ
２４０…フレームシート繰出ローラ
２４５…巻取ローラ
２５０、２６０、２６０ａ、２６０ｂ…搬送ローラ
３００ａ…クッションシート残部
３００ｓ…クッションシート
３１０…上部プレス板
３２０…下部プレス板
４００…フレーム／拡散層集合体
５００…打ち抜き装置
６００…搬送装置
【図１】
0006020535.tif 000002
【図２】
0006020535.tif 000003
【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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