(57)【要約】【課題】電解質膜の変形を抑制したガスケット一体型膜電極接合体を提供する。【解決手段】ガスケット一体型膜電極接合体１００は、電解質膜３０と、電解質膜３０を両側から挟持する第１の電極３２と第２の電極３４と、第１の電極３２と第２の電極３４のそれぞれに供給される反応ガスを気密的にシールし電解質膜３０と一体化されるガスケット２０と、を有し、第１の電極３２の端部の位置と第２の電極３４の端部の位置が異なり、電解質膜３０がガスケット２０のリップ２２の下まで伸びている。さらに、第１の電極３２と第２の電極３４との端部をずらすことにより形成された電解質膜３０の露出部であって、ガスケット２０のリップ２２の下に位置する電解質膜３０の両面が補強フィルム４０によって挟持されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極のそれぞれに供給される反応ガスを気密的にシールし前記電解質膜と一体化されるガスケットと、を有するガスケット一体型膜電極接合体において、
前記第１の電極の端部の位置と前記第２の電極の端部の位置が異なり、
前記電解質膜が前記ガスケットのリップ下まで伸びていることを特徴とするガスケット一体型膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１に記載のガスケット一体型膜電極接合体において、
第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に補強材を設け、
前記ガスケットのリップ下に位置する前記電解質膜の少なくとも片面は、第１の電極または第２の電極の一方もしくは前記補強材により保持されていることを特徴とするガスケット一体型膜電極接合体。
【請求項３】
請求項２に記載のガスケット一体型膜電極接合体において、
前記補強材は、前記ガスケットのリップ下まで伸び、前記ガスケットのリップ下に位置する電解質膜を保持することを特徴とするガスケット一体型膜電極接合体。
【請求項４】
請求項２に記載のガスケット一体型膜電極接合体において、
前記ガスケットのリップ下における電解質膜の両側を保持する膜保持部材が、同一材料の補強材であることを特徴とするガスケット一体型膜電極接合体。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスケット一体型膜電極接合体と、前記ガスケット一体型膜電極接合体に反応ガスを供給するとともに前記ガスケット一体型膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、を有する燃料電池。
【請求項６】
電解質膜と、
前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、
第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に配置される補強材と、を有することを特徴とする膜保護構造体。
【請求項７】
請求項６に記載の膜保護構造体において、
前記補強材は、前記電解質膜の端部を両側から挟持していることを特徴とする膜保護構造体。
【請求項８】
電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に配置される補強材とを有する膜保護構造体を、金型内に配置する工程と、
金型内に液状樹脂を射出する工程と、
金型内の液状樹脂を加熱硬化させる工程と、を有し、前記電解質膜と一体化されたガスケットが周縁部に形成されているガスケット一体型膜電極接合体の製造方法。
【請求項９】
電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に配置される補強材とを有する膜保護構造体を、金型内に配置し、金型内を減圧する工程と、
金型内に液状樹脂を射出する工程と、
金型内の液状樹脂を加熱硬化させる工程と、を有し、前記電解質膜と一体化されたガスケットが周縁部に形成されているガスケット一体型膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスケット一体型膜電極接合体、これを含む燃料電池、膜保護構造体およびガスケット一体型膜電極接合体の製造方法、特に、ガスケット成形時の膜電極複合体の偏りまたは変形を防止し、併せてアノードおよびカソードにおける第１及び第２の拡散層が膜電極複合体の膜端まで伸びた構造におけるクロスリークや短絡を防止するガスケット一体型膜電極接合体、これを含む燃料電池、膜保護構造体およびガスケット一体型膜電極接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、図１２に示すように、固体高分子膜からなる電解質膜１４を燃料極１６と空気極１８との２枚の電極で挟んだ接合である膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、さらに２枚のセパレータ１０に挟持してなるセルを最小単位とし、通常、このセルを複数積み重ねて燃料電池スタック（ＦＣスタック）とし、高圧電圧を得るようにしている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池の発電の仕組みは、一般に、燃料極（アノード側電極）１６に燃料ガス、例えば水素含有ガスが、一方、空気極（カソード側電極）１８には酸化剤ガス、例えば主に酸素（Ｏ2）を含有するガスあるいは空気が供給される。水素含有ガスは、セパレータ１０の表面に加工された細かい溝を通って燃料極１６に供給され、電極の触媒の作用により電子と水素イオン（Ｈ+）に分解される。電子は外部回路を通って、燃料極１６から空気極１８に移動し、電流を作り出す。一方、水素イオン（Ｈ+）は電解質膜１４を通過して空気極１８に達し、酸素および外部回路を通ってきた電子と結合し、反応水（Ｈ2Ｏ）になる。水素（Ｈ2）と酸素（Ｏ2）および電子の結合反応と同時に発生する熱は、冷却水によって回収される。また、空気極１８のあるカソード側に生成した水（以下「反応水」という）は、カソード側から排出される。
【０００４】
さらに、上述したＭＥＡを挟持する２枚のセパレータは、水素ガスと酸素ガスとを隔てる役割をする仕切り板であるとともに、積み重ねられたセルを電気的に直列に接続する機能も有する。また、２枚のセパレータの表面には細かい凹凸の溝が形成され、この溝は水素含有ガスと酸素含有ガスまたは空気を流通させるガス流通路となっている。
【０００５】
上記のような燃料電池において、燃料ガス（例えば、水素ガス）、酸化剤ガス（例えば、酸素ガス）や冷媒等をそれぞれ独立したガス流路に流通させる必要があることから、ガス流路をシールによって隔絶している。シールする個所しては、例えば、燃料電池スタックを貫通するガス流路の連通孔の周囲、膜電極接合体の周縁部分、セパレータの表面に設けられる冷媒通路の周囲、セパレータの表面の周縁部等が挙げられる。
【０００６】
上述したシールを膜電極接合体の電解質膜とセパレータとの間に装着するためには、例えば、金型に膜電極接合体を組み込み、金型内に設置したキャビティにシール材料である加硫ゴムを充填し、このシール材料を硬化させて電解質膜にガスケットと一体成形させる方法が取られている。
【０００７】
しかし、図１０に示すガスケット一体型膜電極接合体７００では、電解質膜３０の両側に第１の電極３２と第２の電極３４とが接合されている膜電極接合体において、膜電極接合体から露出して伸びた電解質膜３０の端部が機械的に固定されず、膜電極接合体の周縁部に金型を用いた射出成形してガスケット２０を形成した場合、電解質膜３０の剛性がガスケット２０の成形時に樹脂の射出圧に抗しきれず、電解質膜３０が断面方向の上下のいずれかに偏ってしまう場合がある。また、電解質膜３０は熱による収縮が大きいため、上記金型成形時の例えば１００℃から１８０℃の熱により変形し、さらに電解質膜３０の偏りが促進されて、電解質膜３０がガスケット２０から露出するおそれがあった。
【０００８】
そこで、図１１に示すガスケット一体型膜電極接合体８００では、膜電極接合体の周縁部にガスケット２０を形成する際に、金型にガイドピン３６を設け、このガイドピン３６により電解質膜３０の端部を両側から支持し金型を用いて射出成形を行っているが、電解質膜３０自体に剛性がないため、上述同様、射出成形時の熱により電解質膜が収縮し、ガイドピン３６において支持されていない電解質膜３０の露出部分に変形が生じるおそれがあった。また、金型から外すと、ガイドピン３６があったところに形成される空間部分で電解質膜３０が露出し、シール性が十分でないおそれがあった。また、電解質膜から分解されて溶出するフッ化物やスルホン酸がメタルセパレータを腐食させるおそれもある。
【０００９】
一方、特許文献１には、上記金型を用いた射出成形ではなく、ホットプレス型に予めシールを所定の形状に成形しており、このシールに膜電極接合体をセットしてホットプレスして一体成形する燃料電池のシーツの装着方法が提案されている。
【００１０】
なお、特許文献２には、アノード側電極がカソード側電極より大きな表面積を有するように形成されているため、カソード側電極側の電解質膜と一方のセパレータとの間に高さの低い第１シール材を配置し、両セパレータの間には高さの高い第２シール材を配置してなる燃料電池の構成が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１２４２７６号公報
【特許文献２】特開２００４−７９２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、金型を用いた射出成形により膜電極接合体の周辺部にガスケットを形成する場合、ガスケット内で電解質膜の偏りが発生するおそれがあった。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、金型を用いた射出成形によりガスケット一体型膜電極接合体を製造する際のガスケット内における電解質膜の偏りを抑制したガスケット一体型膜電極接合体、これを含む燃料電池、膜保護構造体およびガスケット一体型膜電極接合体の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のガスケット一体型膜電極接合体、これを含む燃料電池、膜保護構造体およびガスケット一体型膜電極接合体の製造方法は、以下の特徴を有する。
【００１５】
（１）電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極のそれぞれに供給される反応ガスを気密的にシールし前記電解質膜と一体化されるガスケットと、を有するガスケット一体型膜電極接合体において、前記第１の電極の端部の位置と前記第２の電極の端部の位置が異なり、前記電解質膜が前記ガスケットのリップ下まで伸びているガスケット一体型膜電極接合体である。
【００１６】
電解質膜がガスケットのリップ下まで伸びているため、金型を用いた射出成形時の樹脂射出圧により、電解質膜がやや偏ってガスケットから露出することを抑制することができる。
【００１７】
（２）上記（１）に記載のガスケット一体型膜電極接合体において、第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に補強材を設け、前記ガスケットのリップ下に位置する前記電解質膜の少なくとも片面は、第１の電極または第２の電極の一方もしくは前記補強材により保持されているガスケット一体型膜電極接合体である。
【００１８】
電解質膜の露出部の少なくとも一部に補強材が設けられていることにより剛性が上がり、金型を用いた射出成形の際の射出圧および熱膨張による電解質膜の変形を抑制することができる。また、ガスケットのリップ下に位置する電解質膜の少なくとも片面が、第１の電極または第２の電極の一方もしくは補強材により保持されているので、燃料電池として組み付けた際にガスケットのリップ部分が押圧されても、その荷重は第１の電極または第２の電極の一方もしくは補強材のいずれかにより吸収され、電解質膜の変形を防止することができる。
【００１９】
（３）上記（２）に記載のガスケット一体型膜電極接合体において、前記補強材は、前記ガスケットのリップ下まで伸び、前記ガスケットのリップ下に位置する電解質膜を保持する。
【００２０】
上記構成によれば、電極からリップ下にわたって電解質膜の少なくとも一方側は電極もしくは補強材で保持されている。したがって、荷重が分散されやすい。
【００２１】
（４）上記（２）に記載のガスケット一体型膜電極接合体において、前記ガスケットのリップ下における電解質膜の両側を保持する膜保持部材が、同一材料の補強材であるガスケット一体型膜電極接合体である。
【００２２】
電解質膜の両側が同一材料の補強材により保持されていることにより、燃料電池として組み付けた際にガスケットのリップ部分が押圧されても、電解質膜の両面に等しい反力が働き、電解質膜の偏りを抑制することができ、その結果クロスリークも防止できる。
【００２３】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載のガスケット一体型膜電極接合体と、前記ガスケット一体型膜電極接合体に反応ガスを供給するとともに前記ガスケット一体型膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、を有する燃料電池である。
【００２４】
上記構成の燃料電池であれば、クロスリークのおそれもなく、また、電解質膜の露出によるセパレータの腐食のおそれもないので、従来に比べより信頼性の高い燃料電池を提供することができる。
【００２５】
（６）電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に配置される補強材と、を有する膜保護構造体である。
【００２６】
（７）上記（６）に記載の膜保護構造体において、前記補強材は、前記電解質膜の端部を両側から挟持している膜保護構造体である。
【００２７】
（８）電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に配置される補強材とを有する膜保護構造体を、金型内に配置する工程と、金型内に液状樹脂を射出する工程と、金型内の液状樹脂を加熱硬化させる工程と、を有し、前記電解質膜と一体化されるガスケットが周縁部に形成されいるガスケット一体型膜電極接合体の製造方法である。
【００２８】
電解質膜の露出部に予め補強材を配置した膜保護構造体に対し、樹脂を射出して金型を用いた射出成形を行うので、ガスケット一体型の膜電極接合体を金型を用いた射出成形しても、ガスケット内の電解質膜の偏りが抑制される。
【００２９】
（９）電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟持する第１の電極と第２の電極と、第１の電極と第２の電極との端部をずらすことにより形成された電解質膜の露出部の少なくとも一部に配置される補強材とを有する膜保護構造体を、金型内に配置し、金型内を減圧する工程と、金型内に液状樹脂を射出する工程と、金型内の液状樹脂を加熱硬化させる工程と、を有し、前記電解質膜と一体化されたガスケットが周縁部に形成されているガスケット一体型膜電極接合体の製造方法である。
【００３０】
金型内を減圧したのち液状樹脂を射出するため、金型内により均一に液状樹脂が行き亘り膜電極接合体の偏りをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、樹脂を射出してなる金型を用いた射出成形を用い、ガスケット一体型の膜電極接合体を製造する場合に、ガスケット内での電解質膜の偏りを抑制することができ、さらにガスケットからの電解質膜の露出を抑制してクロスリークを抑制し、さらにセパレータが腐食されるおそれもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、膜保護構造体を有するガスケット一体型膜電極接合体、およびガスケット一体型膜電極接合体を有する燃料電池の一例、ガスケット一体型膜電極接合体の製造方法の一例について、図面に基づいて説明する。
【００３３】
［ガスケット一体型膜電極接合体］
図１は、本発明のガスケット一体型膜電極接合体の一例の平面図であり、図１に示すようにガスケット一体型膜電極接合体１００の中央部には電極部があり、その連通孔１２が設けられている周縁部にはガスケットが一体成形されている。
【００３４】
第１の実施の形態．
また、図２には、図１のＡ−Ａ線に沿ったガスケット一体型膜電極接合体１００の断面が示されている。図２に示すように、ガスケット一体型膜電極接合体１００には、電解質膜３０を両側から挟持する第１の電極３２と第２の電極３４とが設けられ、さらにガスケット一体型膜電極接合体１００の周縁部には、第１の電極３２と第２の電極３４のそれぞれに供給される反応ガスを気密的にシールし電解質膜３０と一体化されるガスケット２０が設けられ、さらに、ガスケット２０内の第１の電極３２の端部の位置と第２の電極３４の端部の位置が異なり、電解質膜３０がガスケット２０のリップ２２の下まで伸びている。ここで、第１の電極３２は、電解質膜３０との接触面に例えば白金等の触媒を含む第１の触媒層が形成され、第１の触媒層に第１のガス拡散層が積層され、また、第２の電極３４は、電解質膜３０との接触面に例えば白金等の触媒を含む第２の触媒層が形成され、第２の触媒層に第２のガス拡散層が積層されている。
【００３５】
上記構成にすることにより、電解質膜３０の端部まで第１の電極３２および第２の電極３４を形成することによるクロスリークおよび短絡を抑制することができる。
【００３６】
さらに、図２に示すように、ガスケット一体型膜電極接合体１００は、第１の電極３２と第２の電極３４との端部をずらすことにより形成された電解質膜３０の露出部であって、ガスケット２０のリップ２２下の電解質膜３０の露出部の両側に補強材である補強フィルム４０がそれぞれ設けられている。したがって、電解質膜３０の両側が、同一材料の２枚の補強フィルム４０により挟持されているため、例えば、燃料電池として組み付けた際にガスケット２０のリップ２２部分が押圧されても、電解質膜３０の両面に等しい反力が働き、電解質膜３０の偏りを抑制することができ、その結果クロスリークも抑制できる。
【００３７】
ここで、本実施の形態において、膜保護構造体は、電解質膜３０を両側から挟持する第１の電極３２と第２の電極３４とが設けられ、第１の電極３２と第２の電極３４との端部をずらすことにより形成された電解質膜３０の露出部の両側には、補強材である補強フィルム４０がそれぞれ設けられ、場合によっては熱プレスより電解質膜３０と補強フィルム４０とが接着されている。
【００３８】
上記補強フィルム４０に使用可能な樹脂としては、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ガラス基材含有エポキシ樹脂などが挙げられ、具体的にはエンジニアリングプラスチックス（エンプラ）系フィルム、ポリエステルフィルムなどが好ましく、補強フィルム４０の厚みは５０〜２５０μｍである。
【００３９】
補強フィルム４０は、上述した電解質膜３０の露出部に配置し熱プレスを行うことにより、電解質膜３０と補強フィルム４０とが仮止めされれば、金型内に装着可能であり、金型を用いた射出成形によりガスケットを形成する際の熱によって電解質膜３０、場合によっては補強フィルム４０が溶着し、電解質膜３０に対する補強フィルム４０のシール性は確保され、クロスリークは抑制される。
【００４０】
ここで、本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００において、ガスケット２０の材料としては、例えば熱硬化型シリコン系樹脂、熱可塑性樹脂が用いられ、ガスケット２０は、後述する金型を用いた射出成形、例えば、リキッドインジェクションモールディング（ＬＩＭ）成形により、膜電極接合体の周縁部に形成される。
【００４１】
また、電解質膜３０としては、例えばナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ；登録商標、デュポン社製）などのフッ素系膜、炭化水素系膜（ＨＣ膜）を用いる。また第１の電極３２および第２の電極３４に用いる第１および第２のガス拡散層としては、例えばペーパー、クロス、高クッションペーパー、多孔質の金属を用いることができる。
【００４２】
第２の実施の形態．
図３には、本発明の第２の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体２００の構成が示されており、図１のＡ−Ａ線に沿ったガスケット一体型膜電極接合体の他の形態を示すものである。なお、第１の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４３】
図３に示すように、本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体２００は、ガスケット２０のリップ２２下の電解質膜３０の露出部の端部に、補強材である１枚の補強フィルム４０が巻き付けられている構成以外は、第１の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００と同じである。本実施の形態では、電解質膜３０の露出端部に補強フィルム４０が巻き付かれているので、第１の実施の形態のように熱プレスによる仮止めを行うことなく、金型内に固定して射出成形を行うことができる。また、第１の実施の形態と同様に、電解質膜３０の両側が、同一材料の１枚の補強フィルム４０により挟持されているため、例えば、燃料電池として組み付けた際にガスケット２０のリップ２２部分が押圧されても、電解質膜３０の両面に等しい反力が働き、電解質膜３０の偏りを防止することができ、その結果クロスリークも防止できる。
【００４４】
本実施の形態の膜保護構造体は、電解質膜３０を両側から挟持する第１の電極３２と第２の電極３４とが設けられ、第１の電極３２と第２の電極３４との端部をずらすことにより形成された電解質膜３０の露出端部には補強材である１枚の補強フィルム４０が折り曲げられ巻き付かれている。
【００４５】
第３の実施の形態．
図４には、本発明の第３の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体３００の構成が示されており、図１のＡ−Ａ線に沿ったガスケット一体型膜電極接合体の他の形態を示すものである。なお、第１の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４６】
図４に示すように、ガスケット一体型膜電極接合体３００には、電解質膜３０を両側から挟持する第１の電極３２と第２の電極３４とが設けられ、さらに膜電極接合体３００の周縁部には、第１の電極３２と第２の電極３４のそれぞれに供給される反応ガスを気密的にシールし電解質膜３０と一体化されるガスケット２０が設けられ、さらに、ガスケット２０内の第１の電極３２の端部の位置と第２の電極３４の端部の位置が異なり、電解質膜３０がガスケット２０のリップ２２の下まで伸びている。
【００４７】
本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体３００では、ガスケット２０のリップ２２の下に位置する電解質膜３０の一方面に第２の電極３４が配置され、電解質膜３０の他方面に補強フィルム４０が設けられているため、リップ２２下における電解質膜３０の露出が抑制される。さらに、電解質膜３０の片面は、剛性のある補強フィルム４０ではなく弾性のある第２のガス拡散層を有する第２の電極により保持されているため、燃料電池として組み付けた際にガスケット２０のリップ２２部分が押圧された際に、電解質膜３０へのシール性（ガスケットの反力）が第１，２の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００，２００よりも向上し、クロスリークを防止することができる。
【００４８】
本実施の形態の膜保護構造体は、電解質膜３０を両側から挟持する第１の電極３２と第２の電極３４とが設けられ、電解質膜３０の端部まで第２の電極３４が伸び、一方第１の電極３２の端部は電解質膜３０の端部より短く、この電解質膜３０の露出した部分に補強材である１枚の補強フィルム４０が配置され、場合によっては熱プレスにより電解質膜３０に接着されている。
【００４９】
第４の実施の形態．
図５には、本発明の第４の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体４００の構成が示されており、図１のＡ−Ａ線に沿ったガスケット一体型膜電極接合体の他の形態を示すものである。なお、第１の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００５０】
本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体４００は、第１の実施の形態とは異なり、図５に示すように、第１の電極３２と第２の電極３４との端部をずらすことにより形成された電解質膜３０の露出部の、特にガスケット２０のリップ２２下の電解質膜３０の露出部の両側にのみ補強材である補強フィルム４０がそれぞれ設けられている。したがって、ガスケット２０のリップ２２の下に位置する電解質膜３０の両側が、同一材料の２枚の補強フィルム４０により挟持されているため、例えば、燃料電池として組み付けた際にガスケット２０のリップ２２部分が押圧されても、電解質膜３０の両面に等しい反力が働き、電解質膜３０の偏りを防止することができ、その結果クロスリークも防止できる。
【００５１】
本実施の形態の膜保護構造体は、電解質膜３０を両側から挟持する第１の電極３２と第２の電極３４とが設けられ、第１の電極３２と第２の電極３４との端部をずらすことにより形成された電解質膜３０の露出部の後にガスケット２０のリップ２２の下にあたる個所に、電解質膜３０の両側にそれぞれ補強材である補強フィルム４０が設けられ、場合によっては熱プレスより電解質膜３０と補強フィルム４０とが接着されている。
【００５２】
第５の実施の形態．
図６には、本発明の第５の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体５００の構成が示されており、図１のＡ−Ａ線に沿ったガスケット一体型膜電極接合体の他の形態を示すものである。なお、第１の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００５３】
本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体５００は、上述した第３の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体３００に比べ、電解質膜３０がガスケット２０のリップ２２下まで伸びていない点を除き、他の構成は同一である。すなわち、本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体５００では、ガスケット２０のリップ２２の下より手前にその端部が位置する電解質膜３０の一方面に第２の電極３４が配置され、電解質膜３０の他方面に補強フィルム４０が設けられている。本実施の形態によれば、電解質膜３０および第１の電極３２、第２の電極３４の使用量を他の実施の形態のものより削減することができ、低コストのガスケット一体型膜電極接合体を得ることができる。また、上述の実施の形態と同様、電解質膜３０の端部まで第１の電極３２および第２の電極３４が形成されていないので、クロスリークおよび短絡を抑制することができる。
【００５４】
本実施の形態の膜保護構造体は、上記第３の実施の形態の膜保護構造体より電解質膜３０、第１の電極３２、第２の電極３４の使用量が少ない以外は第３の実施形態の膜保護構造体と同じ構造である。
【００５５】
第６の実施の形態．
図７には、本発明の第６の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体６００の構成が示されており、図１のＡ−Ａ線に沿ったガスケット一体型膜電極接合体の他の形態を示すものである。なお、第１の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体６００は、電解質膜３０の端部の両側が２枚の補強フィルム４０の一端部により挟持されるとともに、２枚の補強フィルム４０の他端部は重ね合わされガスケット２０のリップ２２下まで伸びている。これにより、高価な電解質膜３０の使用量を他の実施の形態に比べ削減することができ、さらに電解質膜３０とガスケット２０とが密着する界面がないため膜とガスケットのシールがいらず、クロスリークがない。さらに、電解質膜３０の露出部分がないため、金型を用いた射出成形の際の射出圧による電解質膜３０の偏り、さらにガスケット２０からの電解質膜３０の端部の飛び出しを防止することができる。
【００５７】
本実施の形態の膜保護構造体は、電解質膜３０の端部の両側が２枚の補強フィルム４０の一端部により挟持されるとともに、２枚の補強フィルム４０の他端部は重ね合わされて伸びており、また第１の電極３２と第２の電極３４は電解質膜３０を挟持するように配置され、第１の電極３２の端部と第２の電極３４の端部のみ電解質膜３０に接触することなく補強フィルム４０上に配置されている。
【００５８】
［燃料電池］
本実施の形態の燃料電池は、上述した第１の実施の形態から第６の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体１００，２００，３００，４００，５００，６００のいずれか１つのガスケット一体型膜電極接合体と、上記いずれかのガスケット一体型膜電極接合体に反応ガスを供給するとともにガスケット一体型膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、を有するセルを積層して構成されている。
【００５９】
したがって、本実施の形態の燃料電池は、クロスリークのおそれも少なく、また、電解質膜の露出によるセパレータの腐食のおそれも少ないので、従来に比べより信頼性の高い燃料電池を提供することができる。
【００６０】
上記燃料電池に用いるセパレータとしては、例えばメタルセパレータ、カーボンセパレータが挙げられる。
【００６１】
［ガスケット一体型膜電極接合体の製造方法］
上述したガスケット一体型膜電極接合体は、例えば、図８に示すようなＬＩＭ成形（リキッドインジェクションモールディング）機を用い、上述した膜保護構造体の周縁部に、金型を用いて射出成形することによってガスケットを一体成形している。図８に示すＬＩＭ成形機５０は、一点鎖線で囲まれたＡ部分に金型ユニット５３が設けられ、この金型ユニット５３の金型に樹脂を射出する射出ユニット５４が設けられ、さらに金型ユニット５３の金型型締めのための型締めユニット５２が設けられている。また、金型ユニット５３は、金型と金型内の樹脂を硬化させるための金型高温部と、金型に射出される樹脂硬化を防止する金型冷却部とを有する。
【００６２】
次に、本実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体の製造方法の一例を図９を用いて以下に説明する。まず、射出ユニット５４に、例えばガスケット形成用の上述した材料からなるＬＩＭ材６０を計量するとともに、膜保護構造体７０の周縁部を固定具６２により固定して膜保護構造体７０を金型内に設置し、そののち減圧用配管５８を介して金型内を減圧させ、金型内のエアーを抜く（Ｓ１１０）。次に、金型内が所望の減圧状態になった時点で減圧動作を停止し、射出ユニット５４のピストン５５を動作させて、射出用配管５６，５６ａ，５６ｂを介してガスケット形成用金型部分８０ａ，８０ｂにそれぞれＬＩＭ材６０を射出充填する（Ｓ１２０）。次いで、ガスケット形成用金型部分８０ａ，８０ｂにそれぞれＬＩＭ材６０を射出充填が完了した後、ＬＩＭ材６０を加熱硬化させる（Ｓ１３０）。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のガスケット一体型膜電極接合体およびこれを有する燃料電池は、燃料電池を用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に車両用の燃料電池に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のガスケット一体型膜電極接合体の一例の平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体における図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体における図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体における図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体における図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体における図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態のガスケット一体型膜電極接合体における図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。
【図８】ＬＩＭ成形機の一例の概略構成図である。
【図９】本発明におけるガスケット一体型膜電極接合体の製造方法の工程の一例を説明する図である。
【図１０】従来のガスケット一体型膜電極接合体の周縁部の一部断面図である。
【図１１】従来の他のガスケット一体型膜電極接合体の周縁部の一部断面図である。
【図１２】燃料電池のセルの構成および発電時のメカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
３０  電解質膜、３２  第１の電極、３４  第２の電極、４０  補強フィルム、１００  ガスケット一体型膜電極接合体。
【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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