(57)【要約】【課題】燃料電池構成部品における気密性の向上。【解決手段】多孔体２８および多孔体２９の外周縁部には、樹脂部５０が形成されている。多孔体とＭＥＧＡ２５は、樹脂部５０が接着剤として働き、接合されている。樹脂部５０で多孔体２８、２９の端面を封止することによりガスの漏洩を抑制できる。シールガスケット３０は、多孔体２８、２９とＭＥＧＡ２５が接合されて形成された電極部材２６の外周端面に射出成形されることにより形成される。ガス拡散層２３ａ、ガス拡散層２３ｂは多孔質であり、端面が封止されていないため、シールガスケット３０の射出成形時、ガス拡散層２３ａ、２３ｂの孔にシールガスケット３０を形成する樹脂材料が含浸する。樹脂材料の含浸により、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５との、密着性を確保でき、接合強度を向上できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられる燃料電池構成部品の製造方法であって、
導電性部材からなる多孔体の外周縁部に樹脂部を形成し、
電解質膜の両面に電極層が形成された膜電極接合体および前記多孔体を接合し、
前記接合された膜電極接合体および多孔体により形成される電極部材の端面に、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂からなるシール部材を射出成形し、前記電極部材と前記シール部材と一体的に形成する、製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法であって、
前記樹脂部の形成は、熱硬化性樹脂が含まれる電着液に前記多孔体の前記外周縁部を浸漬する電着塗装により行われる、製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の製造方法であって、
前記樹脂部の形成は、熱硬化性樹脂を前記多孔体の前記外周縁部に塗布することにより行われる、製造方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の製造方法であって、
前記接合は、前記多孔体と前記膜電極接合体を積層し、熱圧着することにより行われる、製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４いずれか記載の製造方法であって、更に、
前記接合の前に、前記膜電極接合体と前記多孔体との間に、多孔質のガス拡散層を配置する、製造方法。
【請求項６】
燃料電池に用いられる燃料電池構成部品の製造方法であって、
電解質膜の両面に電極層が形成された膜電極接合体、および、導電性部材からなる多孔体を接合し、
前記接合された前記膜電極接合体および前記多孔体により形成される電極部材の端面に樹脂部を形成し、
前記電極部材の端面に、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂からなるシール部材を射出成形し、前記電極部材と前記シール部材とを一体的に形成する、製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法であって、
前記接合は、前記多孔体の外周縁部の前記膜電極接合体との対向面に、熱硬化性の接着剤を塗布し、積層した前記多孔体および前記膜電極接合体を熱圧着することにより行われる、製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の製造方法であって、
前記樹脂部の形成は、熱硬化性樹脂が含まれる電着液に前記多孔体の外周縁部を浸漬する電着塗装により行われ、
前記接合は、前記多孔体と前記膜電極接合体を熱圧着することにより行われる、製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の製造方法であって、
前記樹脂部の形成は、前記多孔体の外周縁部への熱硬化性樹脂の塗布により行われる、製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜請求項９いずれか記載の製造方法であって、更に、
前記接合の前に、前記膜電極接合体と多孔体との間に、多孔質のガス拡散層を配置し、
前記接合は、前記膜電極接合体と前記ガス拡散層、および、前記ガス拡散層と前記多孔体とを接合する、製造方法。
【請求項１１】
燃料電池に用いられる燃料電池構成部品であって、
電解質膜の両面に電極層が形成された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両側に配置され、外周縁部に樹脂部を有する導電性の多孔体と、
前記膜電極接合体及び前記多孔体と一体的に形成され、膜電極接合体及び前記多孔体の端部に形成された、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなるシール部材と、を備える燃料電池構成部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池構成部品に関し、特に、気密性を向上するシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、例えば、固体高分子型燃料電池がある。固体高分子型燃料電池は、電解質膜、電解質膜の両側に配置された１対の電極層（アノード、カソード）、電極層の両側に配置された多孔質のガス拡散層、ガス拡散層へガスを流通する多孔体、および、電解質膜、電極層および多孔体を狭持するセパレータを有するセルを複数積層して構成されている。燃料ガスや酸化ガスなどの燃料電池の発電に用いられる反応ガスは、セパレータを積層することにより燃料電池内部に形成されるマニホールドを流れ、多孔体、ガス拡散層を介して膜電極接合体へ供給される。
【０００３】
燃料電池において、膜電極接合体の外周にシール部材を配置した構成において、ガス拡散層および電極層とシール部材との間に熱硬化性樹脂を流し込むことにより一体化する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８３２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電極部材とシール部材とを一体的に形成する場合、製造誤差が生じるため、シール部材と電極部材を、精度良く同じ高さに形成することは容易でなく、電極部材とシール部材との高さが不均一となることがある。そのため、多孔体の外周縁部とシール部材との間に空隙が生じ、空隙からの反応ガスの漏洩による燃料電池の発電効率の低下という問題が生じる。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池構成部品における気密性の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第１の態様は、
燃料電池に用いられる燃料電池構成部品の製造方法を提供する。第１の態様にかかる製造方法は、導電性部材からなる多孔体の外周縁部に樹脂部を形成し、電解質膜の両面に電極層が形成された膜電極接合体および多孔体を接合し、接合された膜電極接合体および多孔体により形成される電極部材の端面に、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂からなるシール部材を射出成形し、電極部材とシール部材と一体的に形成することを要旨とする。
【０００８】
本発明の第１の態様の製造方法によれば、予め、多孔体の外周縁部を樹脂により封止できるため、燃料電池構成部品において、電極部材とシール部材との接合部位における高さが不均一であっても、燃料電池の発電に用いられる反応ガスの漏洩を防止できる。
【０００９】
本発明の製造方法であって、樹脂部の形成は、樹脂が含まれる電着液に多孔体の外周縁部を浸漬する電着塗装により行われてもよい。
【００１０】
本発明の製造方法によれば、簡易に多孔体の外周縁部に樹脂部を形成でき、多孔体の外周縁部を封止できる。また、本発明の製造方法によれば、封止位置を容易に設定できる。また、電着塗装により形成される樹脂の厚みは、高い精度でほぼ均一であるため、セパレータなどの他の燃料電池構成部品との組み付け性を向上できる。
【００１１】
本発明の製造方法において、樹脂部の形成は、熱硬化性樹脂を多孔体の外周縁部に塗布することにより行われてもよい。
【００１２】
本発明の製造方法によれば、簡易に多孔体の外周縁部に樹脂部を形成できるとともに、多孔体の外周縁部を封止できる。
【００１３】
本発明の製造方法において、接合は、多孔体と膜電極接合体を積層し、熱圧着することにより行われてもよい。
【００１４】
本発明の製造方法によれば、熱圧着することにより、多孔体の膜電極接合体側に形成された熱硬化性の接着層または樹脂を硬化して多孔体と膜電極接合体とを簡易に、また、強固に接合できる。
【００１５】
本発明の製造方法において、接合の前に、膜電極接合体と多孔体との間に、多孔質のガス拡散層を配置してもよい。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、ガス拡散層を配置することにより、反応ガスの拡散効率を向上できる。また、ガス拡散層は多孔質であるため、シール部材がガス拡散層の孔に含侵し、電極部材とシール部材との接合強度を向上できる。
【００１７】
本発明の第２の態様は、燃料電池に用いられる燃料電池構成部品の製造方法を提供する。本発明の第２の態様の製造方法は、電解質膜の両面に電極層が形成された膜電極接合体、および、導電性部材からなる多孔体を接合し、接合された膜電極接合体および多孔体により形成される電極部材の端面に樹脂部を形成し、電極部材の端面に、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂からなるシール部材を射出成形し、電極部材とシール部材とを一体的に形成することを要旨とする。
【００１８】
第２の態様の製造方法によれば、予め、多孔体と膜電極接合体とが一体に形成された電極部材の外周縁部を樹脂により封止できるため、簡易に多孔体の端面を封止でき、反応ガスの漏洩を抑制できる。また、本発明の製造方法によれば、電極部材の端面の多孔体と膜電極接合体との接合部位は樹脂に覆われているため、多孔体と膜電極接合体との接合面へのシール部材の侵入を抑制できる。
【００１９】
本発明の製造方法において、接合は、多孔体の外周縁部の膜電極接合体との対向面に、熱硬化性の接着剤を塗布し、積層した多孔体および膜電極接合体を熱圧着することにより行われてもよい。
【００２０】
本発明の製造方法によれば、多孔体と膜電極接合体とを簡易に接合できる。
【００２１】
本発明の製造方法において、樹脂部の形成は、熱硬化性樹脂が含まれる電着液に多孔体の外周縁部を浸漬する電着塗装により行われ、接合は、多孔体と膜電極接合体を熱圧着することにより行われてもよい。
【００２２】
本発明の製造方法によれば、簡易に多孔体の外周縁部に樹脂部を形成でき、多孔体の端面を封止できる。また、本発明の製造方法によれば、封止位置を容易に設定できる。また、電着塗装により形成される樹脂の厚みは、高い精度でほぼ均一であるため、セパレータなどの他の燃料電池構成部品との組み付け性を向上できる。
【００２３】
本発明の製造方法であって、樹脂部の形成は、多孔体の外周縁部への熱硬化性樹脂の塗布により行われてもよい。
【００２４】
本発明の製造方法によれば、多孔体の端面に塗布した熱硬化性樹脂の硬化により、多孔体の端面を簡易に封止できる。
【００２５】
本発明の製造方法であって、更に、接合の前に、膜電極接合体と多孔体との間に、多孔質のガス拡散層を配置し、接合は、膜電極接合体とガス拡散層、および、ガス拡散層と多孔体とを接合してもよい。
【００２６】
本発明の製造方法によれば、ガス拡散層を配置することにより、反応ガスの拡散効率を向上できる。
【００２７】
本発明の第３の態様として、燃料電池に用いられる燃料電池構成部品を提供する。本発明の第３の態様に係る燃料電池構成部品は、電解質膜の両面に電極層が形成された膜電極接合体と、膜電極接合体の両側に配置され、外周縁部に樹脂部を有する導電性の多孔体と、多孔体および膜電極接合体と一体的に形成され、多孔体及び膜電極接合体の端部に形成された、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなるシール部材と、を備えることを要旨とする。
【００２８】
本発明の第３の態様に係る燃料電池構成部品によれば、多孔体の外周縁部を樹脂で封止できるため、多孔体および膜電極接合体が積層された部材と、シール部材との間の高さが不均一であっても、燃料電池の発電に用いられる反応ガスの漏洩を防止できる。
【００２９】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき、適宜図面を参照しながら説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池概略構成：
第１実施例の燃料電池１０００の構成を、図１、図２を用いて以下に説明する。図１は、実施例における燃料電池１０００の概略構成を示す説明図である。図２は、燃料電池セルを図１のＡ−Ａ断面で切断した断面図である。本実施例の燃料電池１０００は、水素ガスと空気との供給を受け、水素と酸素との電気化学反応により発電する固体高分子型の燃料電池である。
【００３１】
図１に示すように、燃料電池１０００は、電解質膜を有する中間部材２０、電気化学反応により生ずる電気を集電する隔壁としてのセパレータ４０を備える。セパレータ４０および中間部材２０は順に繰り返し積層され、その両端からエンドプレート８５，８６により狭持されている。
【００３２】
エンドプレート８５には、アノードガスを供給する供給孔８５ａ、カソードガスを供給する供給孔８５ｂ、アノードオフガスを排出する排出孔８５ｃ、カソードオフガスを排出する排出孔８５ｄ、冷却水を供給する供給孔８５ｅ、冷却水を排出する排出孔８５ｆが形成されている。アノードガスは、図示しない水素タンクから供給孔８５ａを介して燃料電池１０００内部に供給される。カソードガスは、図示しないコンプレッサで圧縮され供給孔８５ｂを介して燃料電池１０００内部に供給される。冷却水は、図示しないラジエータで冷却され供給孔８５ｅを介して燃料電池１０００に供給される。
【００３３】
図２に示すように、中間部材２０は、ＭＥＡ２４（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ガス拡散層２３ａ、２３ｂ、多孔体２８、２９、および、シールガスケット３０を備える。ガス拡散層２３ａ、２３ｂはＭＥＡ２４の両面に配置されている。第１実施例では、ＭＥＡ２４、ガス拡散層２３ａおよびガス拡散層２３ｂから構成される部材をＭＥＧＡ２５と呼ぶ。ＭＥＡ２４は、本発明の「電極部材」にあたる。多孔体２８、２９は、ＭＥＧＡ２５とセパレータとの間に配置されている。
【００３４】
ＭＥＡ２４は、電解質膜２１の一方の面上に、カソード電極触媒層２２ａを備え，電解質膜２１の他方の面上にアノード電極触媒層２２ｂを備える。電解質膜２１は、例えば、ナフィオンにより形成される。電解質膜２１の表面上に形成されたカソード電極触媒層２２ａ，アノード電極触媒層２２ｂは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金が担持されて形成されている。
【００３５】
ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、気孔率が約２０％程度のカーボン製の多孔体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成されている。ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、接合によりＭＥＡ２４と一体化されてＭＥＧＡ２５となる。ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、その厚み方向に反応ガスを拡散する。
【００３６】
多孔体２８，２９は、ステンレス鋼やチタン，チタン合金等の焼結発泡金属からなる。この多孔体２８，２９は、ＭＥＧＡ２５より小さいがほぼ同程度の大きさを有する略長方形外形である。多孔体２８、２９の気孔率は、約７０〜８０％程度であり、ＭＥＧＡ２５に反応ガスを供給する流路として機能する。多孔体２８、２９の外周縁部には、図３に示すように、樹脂部５０が形成されている。樹脂部５０は、厚みが１５μｍ〜３５μｍ程度の薄膜状に形成されている。
【００３７】
本実施例では、ＭＥＧＡ２５の両面に多孔体２８、２９が配置された部材を電極部材２６と呼ぶ。
【００３８】
中間部材２０は、電極部材２６の外周がシールガスケット３０で囲まれており、電極部材とシールガスケット３０と一体的に形成されている。図１に示すように、中間部材２０の４辺に沿って、マニホールド用の連通孔２０ａ〜２０ｆが形成されている。また、シールガスケット３０には、図２に示すように、厚み方向に、各連通孔を囲む凸状の部位が形成されている。この凸状の部位は、セパレータ４０間に挟まれ、積層方向の締結力を受け、積層方向に潰れて変形する。その結果、凸状の部位は、マニホールド内からの流体（水素，空気，冷却水）の漏れを抑制するシールラインＳＬを形成する。
【００３９】
シールガスケット３０は、シリコーンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、電極部材２６の外周に射出成形することで電極部材２６と一体的に形成されている。本実施例では、シールガスケット３０の材料として、シリコーンゴムが用いられている。中間部材２０の詳細な構成については後述する。
【００４０】
次に電気化学反応により生ずる電気を集電するセパレータ４０について説明する。セパレータ４０は、三つの金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータである。具体的には、空気の流路である多孔体２８と接触するカソードプレート４１と、水素ガスの流路である多孔体２９と接触するアノードプレート４３と、両プレートの中間に挟まれ、主に冷却水の流路となる中間プレート４２とから構成されている。三つのプレートは、その厚み方向に、流路用の凹凸形状のない平坦な表面を有し（つまり、多孔体２８，２９との接触面が平坦であり）、ステンレス鋼やチタン，チタン合金など、導電性の金属材料から構成されている。また、三つのプレートには、上述の各種マニホールドを構成する貫通孔が設けられている。こうした構造の三つのプレートを積層して接合することで、セパレータ４０の内部には、各種流体の流路が形成される。
【００４１】
Ａ２．中間部材の詳細構造：
中間部材の詳細構造について、図４を参照して説明する。図４は、第１実施例における中間部材２０の部分拡大図である。図４では、図２の円Ｘ内に表されている中間部材２０の一部分を拡大して示している。
【００４２】
多孔体の端面の封止構造について説明する。図４に示すように、多孔体２８および多孔体２９の外周縁部には、樹脂部５０が形成されている。本実施例では、樹脂部５０は電着塗装により形成された塗膜であり、その膜厚は非常に薄い。よって、樹脂部５０は、樹脂部５０とＭＥＧＡ２５および多孔体２８、２９との組み付けに影響を与えない。
【００４３】
次に、多孔体とＭＥＧＡ２５は、多孔体２８、２９のＭＥＧＡ２５との対向面の外周に形成された樹脂部５０が接着剤として働き、樹脂部５０を介して、多孔体２８、２９とＭＥＧＡ２５とが接合されている。図４に示すように、樹脂部５０で多孔体２８、２９の端面を封止することにより、図４に一点鎖線矢印で示すようなガスの漏洩を抑制できる。
【００４４】
シールガスケット３０は、多孔体２８、２９とＭＥＧＡ２５が接合されて形成された電極部材２６の外周端面に射出成形され、かかる射出成型時に、シールガスケット３０を形成する樹脂材料が樹脂部５０と結合する。
【００４５】
ＭＥＧＡ２５のガス拡散層２３ａ、ガス拡散層２３ｂは多孔質であり、端面が封止されていないため、シールガスケット３０の射出成形時、破線円Ｙ内に示すように、ガス拡散層２３ａ、２３ｂの孔にシールガスケット３０を形成する樹脂材料が含浸する。樹脂材料の含浸により、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５との、密着性を確保でき、接合強度を向上できる。
【００４６】
Ａ３．製造工程：
中間部材２０の製造工程について、図５〜図８を参照しつつ説明する。図５は、第１実施例における製造工程を説明するフローチャートである。図６は、第１実施例における多孔体とＭＥＧＡとの接合について例示する模式図である。図７及び図８は、第１実施例におけるシールガスケットの射出成形について説明する模式図である。
【００４７】
まず、ＭＥＧＡ２５を形成する（ステップＳ１０）。具体的には、電解質膜２１の両面に白金を担持することによりカソード電極触媒層２２ａ、アノード電極触媒層２２ｂを形成し、ＭＥＡ２４を形成する。次に、ＭＥＡ２４のカソード側にガス拡散層２３ａを、ＭＥＡ２４のアノード側にガス拡散層２３ｂを接合してＭＥＧＡ２５を形成する。
【００４８】
次に、多孔体２８、２９を形成する（ステップＳ１２）。具体的には、例えば、金属粉末に発泡剤を加え、これにバインダー樹脂水溶液を混合してスラリーを生成する。スラリーを所望の形状に成形し、発泡剤の発泡温度付近の温度で加熱することで発泡剤を発泡させるとともにスラリーを乾燥させ、金属粉末の材質に応じた温度で焼結することにより多孔体２８、２９を形成する。
【００４９】
ステップＳ１２において形成した多孔体２８、２９の外周縁部に、電着塗装により樹脂を電着する（ステップＳ１４）。電着塗装とは、水系塗料の中に電着される被処理物を浸漬し、浸漬された被処理物を陰極もしくは陽極とし、両極間に電圧をかけて直流電流を流すことにより、被処理物に塗膜を密着・形成する塗装方法である。電着塗装には、被処理物を陰極とするカチオン電着塗装と被処理物を陽極とするアニオン電着塗装の２種類の手法があるが、本実施例では、カチオン電着塗装を利用する。これは、カチオン電着塗装はアニオン電着塗装に対して、密着性形成される膜の強度、防食性が高いためである。
【００５０】
多孔体２８において樹脂の電着を所望する部位、すなわち、第１実施例では、多孔体２８の外周縁部を、多孔体に付着させるための樹脂（第１実施例ではポリイミド系樹脂）が含まれる電着液に浸し、陰極と陽極間に電圧をかけて電流を流す。電流が流れることにより、電着液に含まれる樹脂が、電着液に浸されている多孔体２８の外周縁部の表面に析出し樹脂膜を形成する。この樹脂膜を乾燥させて、樹脂部５０が形成される。
【００５１】
多孔体２９についても、多孔体２８と同様に形成される。
【００５２】
多孔体２８の外周縁部への電着塗装により樹脂部５０の形成後、ＭＥＧＡ２５と多孔体２８、２９とを熱圧着により接合する（ステップＳ１６）。熱圧着とは、接合物へ熱と荷重を加えることにより接合する方法である。第１実施例における熱圧着処理について図６を参照しつつ説明する。
【００５３】
第１実施例では、熱圧着装置を用いて熱圧着を行う。熱圧着装置は、対向する１対の加圧機構１５０と加圧機構１５０を制御する図示しない制御部を備えている。加圧機構１５０は、それぞれ対向面にヒーター１６０を備えている。熱圧着装置の制御部が加圧機構１５０に対して熱圧着指示を行うと、ヒーター１６０が瞬時に暖められるとともに、加圧機構１５０はその間に配置されている被接合物の両側から被接合物に荷重をかける。
【００５４】
本実施例では、図６に示すように、多孔体２８、２９の間にＭＥＧＡ２５を配置する。熱圧着処理の前の時点では、まだ樹脂部５０は硬化しておらず、多孔体２８、２９とＭＥＧＡ２５とは接合されていない。熱圧着処理が開始されると、積層された多孔体２８、２９、ＭＥＧＡ２５の両面から加圧機構１５０が熱と圧力を加える。第１実施例では、加圧機構１５０からの加圧により、硬化前の樹脂がガス拡散層と密着し、同時にヒーター１６０から加えられている熱により熱硬化性の樹脂が硬化して、多孔体２８、２９とＭＥＧＡ２５とが接合される。多孔体２８、２９およびＭＥＧＡ２５が接合され一体化された部材が既述の電極部材２６である。
【００５５】
このように形成された電極部材２６を成形型にセットし、電極部材２６の外周端面にゴムを射出成形してシールガスケット３０を形成し、中間部材２０を形成する（ステップＳ１８）。中間部材２０の形成について、図７および図８を参照しつつ説明する。
【００５６】
図７に示すように、成形型２００は、上型２１０、下型２２０、下型コア型２３０を備える。上型２１０には、ゲート２１１が形成されている。ゲート２１１は、型締めされた成形型２００内に樹脂材料を注入するための樹脂注入口である。上型２１０および下型コア型２３０には、シールガスケット３０のシールラインＳＬを形成する凹凸部２１２が形成されている。
【００５７】
射出装置２５０は樹脂材料３１を成形型２００に注入する装置である。射出装置２５０は、樹脂材料３１を射出するためのノズル２５１を備える。射出装置２５０には、一定温度に溶融された液状の樹脂材料３１が格納されている。本実施例では、樹脂材料３１はシリコーンゴムである。
【００５８】
下型２２０は静止固定されており、上型２１０が下型２２０に向かって移動して、上型２１０と下型２２０が型閉じされる。上型２１０と下型２２０の型締め圧Ｖ１は、任意の圧力である。
【００５９】
下型コア型２３０は、上型２１０および下型２２０の型締めとは別に上型２１０に向かって独立に加圧され、上型２１０と型閉じされる。上型２１０と下型２２０、および、上型２１０と下型コア型２３０とが型締めされると、図８に示すように、上型２１０と下型コア型２３０に形成されている凹凸部２１２を含むキャビティ２４０が、上型２１０と下型コア型２３０との間に形成される。
【００６０】
下型コア型２３０の型締め圧Ｖ２は、燃料電池スタックを締結する際の締結圧と同等の圧力とすることが好ましい。こうすることにより、射出成形する際に、ＭＥＧＡ２５から上型２１０までの高さを一定に保つことができ、電極部材２６にかかる荷重を一定とすることができる。
【００６１】
成形型２００の型締めがなされると、液状の樹脂材料３１が射出装置２５０から射出され、ゲート２１１を介してキャビティ２４０内に注入される。キャビティ２４０は、図８に示すように、注入された樹脂材料３１によって充填される。
【００６２】
樹脂材料３１は熱硬化性の材料であるため、加熱処理を施し液状の樹脂材料３１を硬化させる。硬化後の樹脂材料３１のＪＩＳＡ硬度は、３０〜７０度が好ましい。また、硬化後の樹脂材料３１の破断伸びは、３００％以上が好ましい。
【００６３】
キャビティ２４０内の樹脂材料３１が充分に硬化された後、成形型２００の型開きをして、電極部材２６の周囲に樹脂材料３１によって形成されたシールガスケット３０が一体成形された中間部材２０が形成される。
【００６４】
上述した第１実施例の燃料電池構成部品の製造方法によれば、多孔体の外周縁部を樹脂によって封止できるため、シールガスケットの厚みが多孔体の厚みと同一でない場合にも、多孔体からの反応ガスの漏洩を抑制できる。また、電着により樹脂部を形成するため、厚みを比較的薄くでき、多孔体表面と他の部材との組み付け時に多孔体に係る面圧をほぼ均一にできる。従って、組み付け後の燃料電池セル内の面圧を均一にでき、燃料電池セルの成形性を向上できる。
【００６５】
また、第１実施例の製造方法によれば、多孔体とシールガスケットとの接合部分に樹脂部が形成されているため、シールガスケットを形成する樹脂材料の射出時、多孔体への樹脂材料の含浸を抑制できる。従って、多孔体の面圧を均一にしつつ多孔体とシールガスケットとを一体的に形成できる。
【００６６】
また、第１実施例の製造方法によれば、電極部材のガス拡散層へのシールガスケットを形成する樹脂部材の含浸により、電極部材とシールガスケットとの密着強度を向上できる。更に、第１実施例の製造方法によれば、ガス拡散層の平面方向の幅を多孔体よりも若干大きく形成することにより、ガス拡散層の多孔体との接合部位への樹脂材料の含浸を抑制できる。従って、ガス拡散効率の低下を抑制でき、燃料電池の発電効率を向上できる。
【００６７】
また、第１実施例の製造方法によれば、予め、シールガスケットと多孔体との接合部位の、シールガスケットの高さを予め多孔体より低く形成することができ、ほぼ均一な面圧でセパレータと多孔体とを組み付けることができる。
【００６８】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例では、ＭＥＧＡと多孔体とが予め一体化されている電極部材の端面を封止する。第２実施例における燃料電池の概略構成は、中間部材を除き第１実施例と同様である。
【００６９】
Ｂ１．中間部材概略構成：
第２実施例の中間部材の構成について、図９を参照して説明する。図９は、第２実施例における中間部材の一部を拡大した模式図である。第２実施例では、多孔体２８、２９とＭＥＧＡ２５ａは、接合面の外周縁部に塗布された熱硬化性樹脂系接着剤を介して予め接合され、電極部材２６ａを形成している。電極部材２６ａの端面では、硬化した接着剤が樹脂部５０ａを形成している。
【００７０】
第２実施例のＭＥＧＡ２５ａ平面形状は、多孔体２８、２９と同一であり、ＭＥＧＡ２５ａと多孔体２８、２９とを積層して接合した電極部材２６ａの端面は突出部分のない平面状に形成される。
【００７１】
シールガスケット３０は、図９に示すように、電極部材２６ａの端面と樹脂部５０ａを介して接合されており、電極部材２６ａとシールガスケット３０とが一体的に形成されている。
【００７２】
Ｂ２．製造工程：
第２実施例の中間部材の製造工程について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、第２実施例における中間部材の製造工程を説明するフローチャートである。
【００７３】
まず、ＭＥＧＡ２５ａおよび多孔体２８，２９を形成する（ステップＳ３０、３２）。ＭＥＧＡ２５ａおよび多孔体２８，２９の形成については、第１実施例と同様である。ただし、ＭＥＧＡ２５ａの平面形状は、多孔体２８、２９の平面形状と同一となるように形成されている。
【００７４】
ＭＥＧＡ２５ａと多孔体２８、２９の外周縁部に、熱硬化性の接着剤を塗布する（ステップＳ３４）。第２実施例における接着剤には、例えば、シリコーン系接着剤、エポキシ変性シリコーン系接着剤、オレフィン系接着剤が用いられる。また、接着剤は、例えば、ローラにより塗布される。
【００７５】
接着剤を塗布したＭＥＧＡ２５ａと多孔体２８、２９とを積層して熱圧着処理を施し、ＭＥＧＡ２５ａと多孔体２８、２９とを接合するとともに、接着剤を硬化させる（ステップＳ３６）。こうして接合されたＭＥＧＡ２５ａと多孔体２８、２９が電極部材２６ａであり、硬化した接着剤は樹脂部５０ａを形成する。
【００７６】
電極部材２６を成形型にセットし、電極部材２６の外周端面にゴムを射出成形してシールガスケット３０を形成し、中間部材２０を形成する（ステップＳ３８）。射出成形の方法については、第１実施例で説明した方法と同様であるため説明を省略する。
【００７７】
以上説明した第２実施例の製造方法によれば、多孔体の外周縁部を樹脂によって封止できるため、シールガスケットの厚みが多孔体の厚みと同一でない場合にも、多孔体からの反応ガスの漏洩を抑制できる。また、多孔体とガス拡散層とを接合した電極部材の端面を接着剤で一体的に封止できるため、シールガスケットの多孔体、ガス拡散層および多孔体とガス拡散層との接合面への含浸を抑制できる。
【００７８】
Ｃ．変形例：
（１）
上述した第１実施例では、電着塗装により樹脂部を形成しているが、例えば、接着剤により樹脂部を形成してもよい。多孔体の外周縁部の表面のみ封止できればよいため、粘度の高い接着剤を用いることができる。よって、多孔体内部への接着剤の含浸度合い、例えば、深さや幅を管理する負荷を軽減できる。
【００７９】
（２）
上述した第２実施例では、多孔体およびＭＥＧＡの接合および電極部材の端面の封止ために接着剤を用いているが、例えば、第１実施例で説明した電着塗装を用いてもよい。電着塗装を用いる場合、例えば、多孔体およびＭＥＧＡのそれぞれの外周縁部を電着液に浸し、各部材を積層して熱圧着処理を行ってもよい。また、電着塗装前の多孔体とＭＥＧＡとを積層し、積層した状態で電着液に浸し、熱圧着処理を施しても良い。電着液は水分を多く含んでいるため、多孔体およびＭＥＧＡの外周縁部を電着液に浸すと、電着液に含まれる樹脂は浸された部位の内部へ含浸するとともに、多孔体とＭＥＧＡとの接合面に入り込む。従って、製造工数を軽減しつつ、多孔体とＭＥＧＡとを個別に電着塗装する場合とほぼ同程度に樹脂部を形成することができる。
【００８０】
（３）
上述の第１実施例では、電着塗装の工程において、樹脂は多孔体の外周縁部の表面に付着しているが、例えば、多孔体の内部にまで樹脂を浸透させてもよい。電着液は水分を多く含んでおり粘度が低いため、電着液への浸漬時間等を適宜調整することにより、封止の程度を調整できる。
【００８１】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１実施例における燃料電池の概略構成を示す説明図。
【図２】第１実施例における燃料電池セルを図１のＡ−Ａ断面で切断した断面図。
【図３】第１実施例における多孔体に形成された樹脂部を例示する斜視図である。
【図４】第１実施例における中間部材の一部分を模式的に表す拡大断面図。
【図５】第１実施例における製造工程を説明するフローチャート。
【図６】第１実施例における多孔体とＭＥＧＡとの接合について例示する模式図。
【図７】第１実施例におけるシールガスケットの射出成形について説明する模式図。
【図８】第１実施例におけるシールガスケットの射出成形について説明する模式図。
【図９】第２実施例における中間部材の一部を模式的に表す拡大断面図。
【図１０】第２実施例における中間部材の製造工程を説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００８３】
２０…中間部材
２０ａ〜２０ｆ…連通孔
２１…電解質膜
２２ａ…カソード電極触媒層
２２ｂ…アノード電極触媒層
２３ａ、２３ｂ…ガス拡散層
２６、２６ａ…電極部材
２８、２９…多孔体
３０…シールガスケット
３１…樹脂材料
４０…セパレータ
４１…カソードプレート
４２…中間プレート
４３…アノードプレート
５０、５０ａ…樹脂部
８５…エンドプレート
８５ａ、８５ｂ、８５ｅ…供給孔
８５ｃ、８５ｄ、８５ｆ…排出孔
１５０…加圧機構
１６０…ヒーター
２００…成形型
２１０…上型
２１１…ゲート
２１２…凹凸部
２２０…下型
２３０…下型コア型
２４０…キャビティ
２５０…射出装置
２５１…ノズル
１０００…燃料電池
【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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