(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が設けられるとともに、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差ＭＥＡと、
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記樹脂枠部材には、一部が前記第１ガス拡散層の内部に含浸された樹脂含浸部を有する樹脂溶融部が設けられるとともに、
前記樹脂枠部材の最外周には、前記樹脂溶融部の最外周に、段差部を介して厚さ方向に該樹脂溶融部よりも薄い薄肉部が設けられ、
前記樹脂溶融部は、
前記樹脂枠部材の一方の面側に位置して前記樹脂含浸部に対して外周側に隣接する第１部位と、
前記第１部位に対して前記樹脂枠部材の他方の面側に隣接する第２部位と、を含み、
前記薄肉部は、前記第２部位に対して外周側に隣接し、
前記第１部位は、前記薄肉部に対して前記段差部の高さ分だけ前記厚さ方向に突出しており、
前記第１ガス拡散層は、傾斜面を介して前記樹脂含浸部に向かって傾斜するとともに薄肉状に形成された傾斜薄肉部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。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記樹脂枠部材は、前記固体高分子電解質膜の他方の面に接触するとともに前記樹脂溶融部から前記傾斜薄肉部に対応する位置まで延出した延出部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。
【請求項３】
固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が設けられるとともに、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差ＭＥＡと、
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材と、
を備え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であって、
前記第１ガス拡散層の外周よりも外方に位置し、厚さ方向に突出する突起部が設けられた前記樹脂枠部材を作製する工程と、
前記樹脂枠部材の内周側に前記段差ＭＥＡを配置する工程と、
可動金型の加熱面により前記突起部を溶融させることにより、一部が前記第１ガス拡散層の内部に含浸された樹脂含浸部と、前記樹脂枠部材の一方の面側に位置して前記樹脂含浸部に対して外周側に隣接する第１部位と、前記第１部位に対して前記樹脂枠部材の他方の面側に隣接する第２部位とを有する樹脂溶融部を設けるとともに、前記樹脂枠部材の最外周には、前記樹脂溶融部の最外周に、段差部を介して厚さ方向に該樹脂溶融部よりも薄い薄肉部を設ける溶融工程と、
を有し、
前記溶融工程では、前記第１部位が、前記薄肉部に対して前記段差部の高さ分だけ前記厚さ方向に突出するように設けられ、傾斜面を介して前記樹脂含浸部に向かって傾斜するとともに薄肉状に形成された傾斜薄肉部が前記第１ガス拡散層に形成され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４】
請求項３記載の製造方法であって、前記樹脂枠部材には、前記突起部よりも外方に位置し、該突起部よりも厚さ方向に薄く且つ前記樹脂溶融部に埋設される土手部が設けられ、
前記土手部は、前記樹脂枠部材の最外周よりも前記突起部の突出方向に突出してい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、固体高分子電解質膜を平面寸法の異なる第１電極及び第２電極で挟んだ段差ＭＥＡと、前記段差ＭＥＡの外周を周回する樹脂枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。
【０００３】
電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セル（単位燃料電池）が構成されている。発電セルは、所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな平面寸法に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の平面寸法に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成する場合がある。その際、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、外周に樹脂枠部材を組み込んだ樹脂枠付きＭＥＡが採用されている。
【０００５】
樹脂枠付きＭＥＡとして、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用電解質膜・電極構造体及びその製造方法が知られている。この電解質膜・電極構造体では、固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材が設けられるとともに、前記樹脂製枠部材と、少なくとも第１電極の外周縁部又は前記第２電極の外周縁部のいずれか一方とを一体に接合させる含浸部を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１３７６０９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、樹脂製枠部材を溶融して含浸部を設ける場合、前記樹脂製枠部材には、高温の熱が入力されている。このため、樹脂製枠部材には、熱による変形や溶融等が発生し易く、表面に凹凸が形成されるおそれがある。その際、樹脂製枠部材の外周縁部には、セパレータのシール部材が接触する場合がある。従って、樹脂製枠部材の表面に凹凸が存在すると、前記樹脂製枠部材とシール部材との接触面（シール面）に隙間が惹起され、反応ガスや冷却媒体の漏れが発生するという問題がある。
【０００８】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、樹脂溶融部を設ける際に、樹脂枠部材の外周表面が熱に影響されることがなく、前記樹脂枠部材上に良好なシール面を確保することが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体及びその製造方法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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体は、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを備えている。段差ＭＥＡでは、固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が設けられている。第１電極の平面寸法は、第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。樹脂枠部材は、固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられている。
【００１０】
そして、樹脂枠部材には、一部が第１ガス拡散層の内部に含浸された樹脂含浸部を有する樹脂溶融部が設けられるとともに、前記樹脂枠部材の最外周には、前記樹脂溶融部の最外周に、段差部を介して厚さ方向に該樹脂溶融部よりも薄い薄肉部が設けられ、前記樹脂溶融部は、前記樹脂枠部材の一方の面側に位置して前記樹脂含浸部に対して外周側に隣接する第１部位と、前記第１部位に対して前記樹脂枠部材の他方の面側に隣接する第２部位と、を含み、前記薄肉部は、前記第２部位に対して外周側に隣接し、前記第１部位は、前記薄肉部に対して前記段差部の高さ分だけ前記厚さ方向に突出しており、前記第１ガス拡散層は、傾斜面を介して前記樹脂含浸部に向かって傾斜するとともに薄肉状に形成された傾斜薄肉部を有している。
また、前記樹脂枠部材は、前記固体高分子電解質膜の他方の面に接触するとともに前記樹脂溶融部から前記傾斜薄肉部に対応する位置まで延出した延出部を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明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では、第１ガス拡散層の外周よりも外方に位置し、厚さ方向に突出する突起部が設けられた樹脂枠部材が作製される。さらに、樹脂枠部材の内周側に段差ＭＥＡが配置された後、可動金型の加熱面により突起部を溶融させる溶融工程を有する。これにより、一部が第１ガス拡散層の内部に含浸された樹脂含浸部と、前記樹脂枠部材の一方の面側に位置して前記樹脂含浸部に対して外周側に隣接する第１部位と、前記第１部位に対して前記樹脂枠部材の他方の面側に隣接する第２部位とを有する樹脂溶融部を設けるとともに、樹脂枠部材の最外周には、前記樹脂溶融部の最外周に、段差部を介して厚さ方向に該樹脂溶融部よりも薄い薄肉部が設けられる。前記溶融工程では、前記第１部位が、前記薄肉部に対して前記段差部の高さ分だけ前記厚さ方向に突出するように設けられ、傾斜面を介して前記樹脂含浸部に向かって傾斜するとともに薄肉状に形成された傾斜薄肉部が前記第１ガス拡散層に形成される。
【００１２】
さらにまた、この製造方法では、樹脂枠部材には、突起部よりも外方に位置し、該突起部よりも厚さ方向に薄く且つ樹脂溶融部に埋設される土手部が設けられ、前記土手部は、前記樹脂枠部材の最外周よりも前記突起部の突出方向に突出していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、樹脂枠部材の最外周には、樹脂溶融部の最外周に、段差部を介して厚さ方向に該樹脂溶融部よりも薄い薄肉部が設けられている。このため、樹脂溶融部が形成される際、入熱による熱が樹脂枠部材の最外周に伝わり難くなり、該熱による変形や溶融等が発生することを阻止することができる。従って、樹脂溶融部を設ける際に、樹脂枠部材の外周表面が熱に影響されることがなく、前記樹脂枠部材上に良好なシール面を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が組み込まれる固体高分子型発電セルの要部分解斜視説明図である。
【図２】前記発電セルの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。
【図４】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を構成する樹脂枠部材の一部断面斜視説明図である。
【図５】樹脂突起部を溶融して樹脂溶融部を形成する接合装置の説明図である。
【図６】前記接合装置による動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型発電セル１２に組み込まれる。複数の発電セル１２は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層されて燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。
【００１６】
発電セル１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、横長（又は縦長）の長方形状を有する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成される。
【００１７】
長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、図１〜図３に示すように、段差ＭＥＡ１０ａを備える。段差ＭＥＡ１０ａは、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）１８を有する。固体高分子電解質膜１８は、アノード電極（第１電極）２０及びカソード電極（第２電極）２２に挟持される。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）系電解質を使用することができる。
【００１８】
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）を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極２０は、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。その際、アノード電極２０は、第２電極となり、カソード電極２２は、第１電極となる。
【００１９】
図２及び図３に示すように、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とを設ける。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。
【００２０】
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とを設ける。第２電極触媒層２２ａは、第２ガス拡散層２２ｂの外周端面２２ｂｅから外方に突出しており、前記第２ガス拡散層２２ｂよりも大きな平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８よりも小さな平面寸法に設定される。
【００２１】
なお、第２電極触媒層２２ａと第２ガス拡散層２２ｂとは、同一の平面寸法に設定されてもよく、前記第２電極触媒層２２ａは、前記第２ガス拡散層２２ｂよりも小さな平面寸法を有してもよい。
【００２２】
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、イオン導電性高分子バインダとともに第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、イオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。
【００２３】
第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンペーパ又はカーボンクロス等から形成される。第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法は、第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法よりも小さく設定される。第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、固体高分子電解質膜１８の両面に形成される。
【００２４】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、固体高分子電解質膜１８の外周を周回するとともに、アノード電極２０及びカソード電極２２に接合される樹脂枠部材（樹脂フィルムも含む）２４を備える。
【００２５】
樹脂枠部材２４は、例えば、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）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、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）又は変性ポリオレフィン等で構成される。
【００２６】
樹脂枠部材２４は、枠形状を有するとともに、図３に示すように、外周端部から内方に所定の長さに亘って厚さｔ１を有する薄肉部２４ａを有する。樹脂枠部材２４には、内側段差２４ｓを介してカソード電極２２側に膨出する薄肉状に形成された内側膨出部２４ｂが設けられる。内側膨出部２４ｂは、内側角部にＲ（湾曲面）が設けられる内周端面２４ｂｅを有する。
【００２７】
図３に示すように、薄肉部２４ａの外周シール面２４ｆに連なる面には、後述するように、樹脂突起部２４ｔを溶融させることにより、額縁状の樹脂溶融部２６が形成される。樹脂溶融部２６は、一部がアノード電極２０を構成する第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部に含浸された額縁状の樹脂含浸部２６ａを有し、前記樹脂溶融部２６は、最外周から樹脂含浸部２６ａに亘って段差のない平坦面を構成する。樹脂枠部材２４には、樹脂突起部２４ｔよりも外方に位置し、前記樹脂突起部２４ｔよりも厚さ方向に薄く且つ該樹脂突起部２４ｔを溶融させることにより樹脂溶融部２６に埋設される枠状の土手部２４ｄが設けられる。樹脂枠部材２４の最外周には、樹脂溶融部２６の最外周に段差部２６ｓを介して厚さ方向に前記樹脂溶融部２６よりも薄い薄肉部２４ａが設けられる。
【００２８】
薄肉部２４ａは、厚さｔ１を有する一方、樹脂溶融部２６は、前記薄肉部２４ａの表面である外周シール面２４ｆから厚さｔ２だけ肉厚となり、全体として厚さｔ３に設定される。樹脂溶融部２６の表面は、第１ガス拡散層２０ｂの表面から厚さｔ４だけ薄肉に形成される。第１ガス拡散層２０ｂは、傾斜面２０ｂｒを介して樹脂含浸部２６ａに向かって内方に傾斜し、薄肉状に形成される。
【００２９】
樹脂突起部２４ｔの溶融起点Ｐから樹脂溶融部２６（樹脂含浸部２６ａ）の内周端部までの距離Ｓ１、前記溶融起点Ｐから第１ガス拡散層２０ｂの薄肉状起点までの距離Ｓ２及び前記溶融起点Ｐから内側段差２４ｓまでの距離Ｓ３が設定される。具体的には、距離Ｓ１＜距離Ｓ２＜距離Ｓ３の関係に設定される。
【００３０】
図２及び図３に示すように、内側膨出部２４ｂと段差ＭＥＡ１０ａとの間には、充填室２７が設けられるとともに、前記充填室２７には、接着剤層２８が形成される。接着剤層２８には、接着剤として、例えば、液状シールやホットメルト剤が設けられる。なお、接着剤としては、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等に制限されない。
【００３１】
図１に示すように、発電セル１２の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３０ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔３２ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔３４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂは、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００３２】
発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００３３】
第２セパレータ１６の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。酸化剤ガス流路３６は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。
【００３４】
第１セパレータ１４の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路３８が設けられる。燃料ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。
【００３５】
互いに隣接する第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４０が、矢印Ｂ方向に延在して形成される。
【００３６】
図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４２が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４４が一体化される。
【００３７】
図２に示すように、第１シール部材４２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を構成する樹脂枠部材２４の外周シール面２４ｆに当接する第１凸状シール４２ａを有する。第１シール部材４２は、第２セパレータ１６の第２シール部材４４に当接する第２凸状シール４２ｂを有する。第２シール部材４４は、第２凸状シール４２ｂに当接する面がセパレータ面に沿って均一な厚さを有して延在する平面シール部４４ｆを構成する。なお、第２凸状シール４２ｂに代えて、第２シール部材４４に凸状シール（図示せず）を設ける一方、第１シール部材４２に平面シール部を構成してもよい。
【００３８】
第１シール部材４２及び第２シール部材４４には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３９】
次いで、本実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０の製造方法について、以下に説明する。
【００４０】
先ず、段差ＭＥＡ１０ａが作製される一方、樹脂枠部材２４は、金型（図示せず）を用いて射出成形される。樹脂枠部材２４は、図４に示すように、外周端部に厚さｔ１を有する薄肉部２４ａを設けるとともに、前記薄肉部２４ａより内方の内側部２４ｇは、厚さｔ５に設定される。なお、厚さｔ１と厚さｔ５とは、同一の寸法であってもよく、又は、異なる寸法であってもよい。内側部２４ｇには、樹脂突起部２４ｔ及び土手部２４ｄが厚さ方向に突出して一体に設けられる。樹脂突起部２４ｔ及び土手部２４ｄは、枠形状を有する。内側部２４ｇの内周端部には、内側段差２４ｓを介して薄肉状の内側膨出部２４ｂが一体成形される。
【００４１】
そこで、固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅ上に、接着剤が、例えば、図示しないディスペンサーを介して塗布される。固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅと樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ｂとの接合部位は、接着剤が塗布された状態で、加熱及び加圧処理される。このため、接着剤が硬化して接着剤層２８が得られる。
【００４２】
次に、図５に示すように、接合装置５０により樹脂突起部２４ｔを溶融して樹脂溶融部２６が形成される。接合装置５０は、樹脂枠部材２４を載置する基台（金型）５２と前記基台５２に対して進退自在な可動金型５４とを備える。可動金型５４は、枠形状を有し、内側端部５４inと外側端部５４outとの幅寸法Ｈ１は、樹脂溶融部２６の幅寸法Ｈ２よりも僅かに大きな寸法を有する（図６参照）。
【００４３】
基台５２上には、接着剤層２８により固定された樹脂枠部材２４と段差ＭＥＡ１０ａとが載置される。樹脂枠部材２４は、樹脂突起部２４ｔが上方に、すなわち、可動金型５４側に向かって配置される。そして、可動金型５４は、所定の温度に加熱された状態で下降することにより、樹脂突起部２４ｔを加熱及び加圧する。
【００４４】
このため、樹脂枠部材２４の樹脂突起部２４ｔは、可動金型５４により加熱及び加圧されて溶融される。樹脂突起部２４ｔは、可動金型５４の加熱面に沿って幅方向（矢印Ｃ方向）に広がるように溶融される。溶融樹脂は、内側に流動した一部が第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部に含浸される一方、外側に流動して土手部２４ｄを乗り越えて薄肉部２４ａの端部に至る。
【００４５】
図６に示すように、可動金型５４は、樹脂枠部材２４の外周シール面２４ｆより厚さｔ２に相当する距離だけ離間した位置に停止される。従って、樹脂突起部２４ｔが溶融されて樹脂溶融部２６が形成される。その際、第１ガス拡散層２０ｂに含浸された樹脂含浸部２６ａが形成されるとともに、第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部は、前記樹脂含浸部２６ａの厚さまで圧縮される。これにより、段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材２４が接合され、これらが接合装置５０から一体に取り出されることによって、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が得られる（図３参照）。
【００４６】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、図２に示すように、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６により挟持される。第２セパレータ１６は、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ｂに当接し、第１セパレータ１４とともに樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に、積層方向に荷重を付与する。さらに、発電セル１２は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。
【００４７】
このように構成される発電セル１２の動作について、以下に説明する。
【００４８】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４９】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ｂ方向に移動して段差ＭＥＡ１０ａのカソード電極２２に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから第１セパレータ１４の燃料ガス流路３８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、段差ＭＥＡ１０ａのアノード電極２０に供給される。
【００５０】
従って、段差ＭＥＡ１０ａでは、カソード電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２０に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層２２ａ及び第１電極触媒層２０ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
【００５１】
次いで、カソード電極２２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２０に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５２】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、段差ＭＥＡ１０ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００５３】
この場合、本実施形態では、図２及び図３に示すように、樹脂枠部材２４の最外周には、樹脂溶融部２６の最外周に段差部２６ｓを介して厚さ方向に前記樹脂溶融部２６よりも薄い薄肉部２４ａが設けられている。このため、図５及び図６に示すように、接合装置５０により樹脂突起部２４ｔが溶融されて樹脂溶融部２６が形成される際、入熱による熱が樹脂枠部材２４の最外周に伝わり難くなる。
【００５４】
従って、樹脂枠部材２４の薄肉部２４ａには、入熱による変形や溶融等が発生することを阻止することができる。これにより、樹脂溶融部２６を設ける際に、樹脂枠部材２４の外周表面、特に薄肉部２４ａの外周シール面２４ｆが熱に影響されることがなく、前記樹脂枠部材２４上に良好なシール面を確保することが可能になるという効果が得られる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、図３及び図５に示すように、樹脂枠部材２４には、樹脂突起部２４ｔよりも外方に位置し、前記樹脂突起部２４ｔよりも厚さ方向に薄く且つ該樹脂突起部２４ｔを溶融させることにより樹脂溶融部２６に埋設される土手部２４ｄが設けられている。このため、可動金型５４により樹脂突起部２４ｔが溶融され、溶融樹脂が樹脂枠部材２４の外周側（外周シール面２４ｆ側）に流動する際、土手部２４ｄが前記溶融樹脂の障害（抵抗）として機能する。
【００５６】
従って、溶融樹脂は、樹脂枠部材２４の外周側に必要以上に流動することがなく、所望の幅寸法を有する平滑な外周シール面２４ｆを確実に維持することができる。これにより、外周シール面２４ｆは、一層確実に変形や凹凸の発生等を抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体    １０ａ…段差ＭＥＡ
１２…発電セル                          １４、１６…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜                １８ｂｅ…外周面部
２０…アノード電極                      ２０ａ、２２ａ…電極触媒層
２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層              ２２…カソード電極
２２ｂｅ…外周端面                      ２４…樹脂枠部材
２４ａ…薄肉部                          ２４ｂ…内側膨出部
２４ｂｅ…内周端面                      ２４ｄ…土手部
２４ｓ…内側段差                        ２４ｔ…樹脂突起部
２６…樹脂溶融部                        ２６ａ…樹脂含浸部
２８…接着剤層                          ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔            ３２ａ…冷却媒体入口連通孔
３２ｂ…冷却媒体出口連通孔              ３４ａ…燃料ガス入口連通孔
３４ｂ…燃料ガス出口連通孔              ３６…酸化剤ガス流路
３８…燃料ガス流路                      ４０…冷却媒体流路
４２、４４…シール部材                  ５０…接合装置
【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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