(57)【要約】【課題】  ガス拡散層にかかる面圧を均一化しつつ、固体高分子電解質膜の損傷を防止する。【解決手段】  固体高分子電解質膜７の両側にアノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１を配置するとともに、この各電極９，１１の外側に反応ガス流路を有するセパレータを配置し、各電極９，１１およびセパレータに対して外周側が突出している固体高分子電解質膜７とセパレータとの間にガスシール材１９，２１を配置してガスシールする。アノードガス拡散層電極９の外周縁部とシール材１９の内周縁部との隙間６３に、熱硬化性樹脂材６９を流し込み加熱硬化することによって、熱硬化性樹脂材６９をアノードガス拡散層電極９およびシール材１９と一体化する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側にアノードガス拡散層電極およびカソードガス拡散層電極をそれぞれ配置するとともに、この各ガス拡散層電極の外側に反応ガス流路を有するセパレータを配置し、前記各ガス拡散層電極に対して外周側が突出している前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの間であって前記各ガス拡散層電極の外側にシール材を配置する燃料電池のシール構造において、前記各ガス拡散層電極の少なくともいずれか一方の外周縁部と前記シール材の内周縁部との隙間に熱硬化性樹脂材を流し込み、この熱硬化性樹脂材を、加熱硬化することによって前記ガス拡散層電極および前記シール材と一体化することを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項２】
固体高分子電解質膜の両側にアノードガス拡散層電極およびカソードガス拡散層電極をそれぞれ配置するとともに、この各ガス拡散層電極の外側に反応ガス流路を有するセパレータを配置し、前記各ガス拡散層電極に対して外周側が突出している前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの間であって前記各ガス拡散層電極の外側にシール材を配置する燃料電池のシール構造において、前記各ガス拡散層電極の少なくともいずれか一方の外周縁部と前記シール材の内周縁部との隙間に糸状の熱可塑性樹脂材を配置し、前記固体高分子電解質膜，前記各ガス拡散層電極，前記セパレータからなる積層体を加圧した状態で、前記熱可塑性樹脂材を、加熱溶融させて冷却硬化することによって前記ガス拡散層電極および前記シール材と一体化することを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項３】
固体高分子電解質膜の両側にアノードガス拡散層電極およびカソードガス拡散層電極をそれぞれ配置するとともに、この各ガス拡散層電極の外側に反応ガス流路を有するセパレータを配置し、前記各ガス拡散層電極に対して外周側が突出している前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの間であって前記各ガス拡散層電極の外側にシール材を配置する燃料電池のシール構造において、前記各ガス拡散層電極の少なくともいずれか一方の外周縁部に熱可塑性樹脂材を含浸させ、前記固体高分子電解質膜，前記各ガス拡散層電極，前記セパレータからなる積層体を加圧した状態で、前記熱可塑性樹脂材を、加熱溶融させて前記ガス拡散層電極と前記シール材との隙間に位置させ冷却硬化することによって前記ガス拡散層電極および前記シール材と一体化することを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池のシール構造において、前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面は、前記ガス拡散層電極の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面より前記固体高分子電解質膜側に位置していることを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池のシール構造において、前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面は、前記シール材の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面より前記固体高分子電解質膜側に位置していることを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池のシール構造において、前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面は、前記固体高分子電解質膜，前記各ガス拡散層電極，前記セパレータからなる積層体を加圧した状態で、前記ガス拡散層電極の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面より前記固体高分子電解質膜側に位置していることを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池のシール構造において、前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材は、前記ガス拡散層電極の所定深さまで浸透した状態で、硬化させることを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池のシール構造において、前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材は、前記アノードガス拡散層電極とカソードガス拡散層電極の少なくともいずれか一方と前記シール材との隙間全周に配置することを特徴とする燃料電池のシール構造。
【請求項９】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池のシール構造において、前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材は、前記アノードガス拡散層電極とカソードガス拡散層電極の少なくともいずれか一方と前記シール材との隙間に配置しかつ、前記アノードガス拡散層電極側とカソードガス拡散層電極側との双方で合わせて全周に渡って配置することを特徴とする燃料電池のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜と略記）の両側にそれぞれアノードガス拡散層電極とカソードガス拡散層電極を配置し、その外側から反応ガス流路を有するセパレータで挟持することにより構成している。アノードガス拡散層電極およびカソードガス拡散層電極は、電解質膜と反対側の表面にガス拡散層（以下、ＧＤＬと略記）を備えている。また、電解質膜とセパレータとの隙間からの反応ガス漏れを防止するために、ＧＤＬの周囲に額縁状のガスシール材を配置している。
【０００３】
ところが、電解質膜を挟み込むＧＤＬとガスシール材は、通常個別の部品から成るため、ＧＤＬの外周縁部とガスシール材の内周縁部との間に若干の隙間を生じる。この隙間の部分は電解質膜がセパレータ側に露出する形となり、電解質膜の膨潤あるいは振動などによってこの露出部分に機械的な応力が働いた場合、電解質膜が破れるなど損傷を受けることがある。
【０００４】
そこで、例えば下記特許文献１には、上記した電解質膜の露出部分を覆うように、電解質膜と、ＧＤＬ・ガスシール材との間に額縁状の薄い樹脂シートを挟み、なおかつ樹脂シートの一部がＧＤＬと重なりを有する構成とした燃料電池のシール構造が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２１０７７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、上記した従来の燃料電池のシール構造においては、樹脂シートとＧＤＬとが重なりを有する構成としている点に問題がある。
【０００６】
通常ＧＤＬは、カーボン繊維を圧縮成形したカーボンペーパと呼ばれるものと、カーボン繊維を布地状に編んだカーボンクロスがあるが、いずれも数百ミクロンの厚みのものを数十ミクロン圧縮すべく、一対のセパレータ間に所望の面圧が発生した状態で使用する。
【０００７】
つまり、ＧＤＬは、数十ミクロンの潰れ代でも面圧が大きく変化するため、ＧＤＬと厚さ数十ミクロンの樹脂シートとが重なる部分の面圧が局所的に高くなり、特に燃料電池の小型化に伴ってセパレータの厚さを薄くした場合にはセパレータの割れを誘発する、あるいはＧＤＬ部分の面圧に分布（不均一）を生じ、燃料電池の発電性能が低下する可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、ガス拡散層にかかる面圧を均一化しつつ、固体高分子電解質膜の損傷を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側にアノードガス拡散層電極およびカソードガス拡散層電極をそれぞれ配置するとともに、この各ガス拡散層電極の外側に反応ガス流路を有するセパレータを配置し、前記各ガス拡散層電極に対して外周側が突出している前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの間であって前記各ガス拡散層電極の外側にシール材を配置する燃料電池のシール構造において、前記各ガス拡散層電極の少なくともいずれか一方の外周縁部と前記シール材の内周縁部との隙間に熱硬化性樹脂材を流し込み、この熱硬化性樹脂材を、加熱硬化することによって前記ガス拡散層電極および前記シール材と一体化することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガス拡散層電極の外周縁部とシール材の内周縁部との隙間に熱硬化性樹脂材を配置し、この熱硬化性樹脂材を、ガス拡散層電極およびシール材と一体化することにより、ガス拡散層電極にかかる面圧の均一化を確保しつつ、固体高分子電解質膜の露出を防止してその損傷を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
まず、本明の全実施形態にわたって共通するか、または類似する部分の基本となる構成および作用を、図１および図２を用いて説明する。本発明に係わる燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池（以下、燃料電池と略記）であり、例えば燃料電池自動車に搭載する。ただし、自動車以外に用いてもよい。
【００１３】
図1は燃料電池スタックの全体を示す斜視図である。この燃料電池スタックは、１Ｖ程度の起電圧を生じる単位電池１を、複数積層して積層体３を形成する。積層体３を構成する複数の単位電池１は、それぞれが燃料電池として機能する。そして、この燃料電池スタックは、四隅に配置して内部を貫通するテンションロッドなどを用いて締結する。なお、ここでテンションロッドの本数は４本（四隅）とは限らず、所望の締結力が確保できる仕様であるならばその限りではない。
【００１４】
図２は単位電池１の構造を示す分解斜視図である。高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜（以下、電解質膜と略記）７の両面には触媒を塗布してあり、この触媒の両側には、それぞれ電極としての機能および触媒面へのガス拡散機能を備えたガス拡散層を有するアノードガス拡散層電極９（燃料極）およびカソードガス拡散層電極１１（空気極）を配置し、これらにより、膜−電極アッセンブリ（MEA）１３を構成している。
【００１５】
ＭＥＡ１３の両側には、アノードガス拡散層電極９に燃料ガス（水素）を、カソードガス拡散層電極１１に酸化ガス（酸素、通常は空気）をそれぞれ供給するための流体通路を形成するセパレータ１５および１７を、ガスシール材１９および２１を介してそれぞれ配置する。このガスシール材１９および２１により、電解質膜７とセパレータ１５，１７との間をガスシールする。
【００１６】
電解質膜７は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成したプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。電解質膜７の表面には、触媒としての白金または、白金と他の金属からなる合金を担持させてある。
【００１７】
アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１は、ガス拡散電極であり、これら各電極９，１１は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトなど、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって構成する。
【００１８】
セパレータ１５，１７は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する材料によって形成する。例えば、カーボン材料をプレス成形したり、また、充分な耐食性が実現可能であれば、金属など他の材料によって形成してもよい。
【００１９】
上記したセパレータ１５のアノードガス拡散層電極９側には図示しない燃料ガス流路を、セパレータ１７のカソードガス拡散層電極１１側には酸化剤ガス流路２５を、それぞれ形成してあり、また、必要に応じて冷却媒体流路２７を形成する。
【００２０】
ガスシール１９，２１は、シリコンゴム、ＥＰＤＭまたはフッ素ゴムなどのゴム状弾性材料によって形成する。
【００２１】
上記した燃料電池スタックは、複数の単位電池１からなる積層体３の積層方向両端に、図１に示すように集電板２９，３１、絶縁板３３，３５、固定部材としてのエンドプレート３７，３９をそれぞれ配置する。そして、この燃料電池スタックの、例えば四隅に、前述したテンションロッドを貫通させ、テンションロッドの端部に形成した雄ねじ部に、ナット４１を螺合締結することで、スタック構成部品を所望の面圧を付与するように締め付ける。
【００２２】
テンションロッドは、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料によって形成し、また単位電池１同士の電気的短絡を防止するため、表面には絶縁処理を施す。
【００２３】
集電板２９，３１は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成し、絶縁板３３，３５は、ゴムや樹脂などの絶縁性部材によって形成する。
【００２４】
エンドプレート３７，３９は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料によって形成する。また、２枚の集電板２９，３１には、それぞれ出力端子４３，４５を設けてあり、燃料電池スタックで生じた起電力を、この出力端子４３，４５を介して出力する。
【００２５】
上記したテンションロッドによる燃料電池スタックの締付方法は、すべてのテンションロッドを積層体３の内部に貫通させる必要はなく、スタック外部でエンドプレート３７，３９同士を締め付けるテンションロッドを設けてもよい。
【００２６】
また、燃料電池スタックの一方の端部のエンドプレート３７には、図１に示すように、燃料ガス入口５１および同出口５３、酸化剤ガス入口５５および同出口５７、冷却水入口５９および同出口６１を、それぞれ備えている。これら各入口に連通する燃料ガス，酸化剤ガスおよび冷却水の各分配流路および、各出口に連通する燃料ガス，酸化剤ガスおよび冷却水の各集合流路を、集電板２９，絶縁板３３および積層体３を貫通して形成する。
【００２７】
上記した各分配流路および集合流路は、前記したセパレータ１５のアノード拡散層電極９側に形成した燃料ガス流路、セパレータ１７のカソード拡散層電極１１側に形成した酸化剤ガス流路２５、冷却媒体流路２７の各対応する流路にそれぞれ連通している。
【００２８】
上記した積層体３に分配流路を形成するために、図２に示すように、セパレータ１５，ガスシール材１９，電解質膜７，ガスシール材２１，セパレータ１７には、燃料ガス入口５１に対応する位置に、燃料ガス入口用連通孔１５ａ，１９ａ，７ａ，２１ａ，１７ａをそれぞれ形成してある。
【００２９】
同様に、燃料ガス出口５３，酸化剤ガス入口５５および同出口５７，冷却水入口５９および同出口６１についても、それぞれ対応する連通孔を設けてある。
【００３０】
次に、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池のシール構造について説明する。なお、以下のシール構造の説明では、前記したガスシール材１９，２１の形状を簡略化のため単純な枠状として示している。
【００３１】
図３は、シール構造を示す断面図であり、ここでの電解質膜７は、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１に対して外周側が突出しており、また図３では図示していないがセパレータ１５，１７についても、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１に対して外周側が突出している。そして、電解質膜７と、セパレータ１５および１７との間にガスシール材１９および２１を配置してガスシールを行う。
【００３２】
このとき、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１とガスシール材１９，２１とは、個別の部品から成るため、これら相互間に若干の隙間６３，６５を生じる。この各隙間６３，６５のうちアノードガス拡散層電極９側の隙間６３に、例えば先端の細いディスペンサなどの樹脂材充填機６７を用い、隙間６３からはみ出さないように熱硬化性樹脂材６９を流し込んで充填する。その際、図示しないが隙間形状に合せて作成したテンプレートなどを用いてもよい。
【００３３】
その後、前記積層体３とした各部品を加圧・加熱することによって熱硬化性樹脂材６９を硬化させ、この硬化した熱硬化性樹脂材６９を、アノードガス拡散層電極９およびガスシール材１９と一体化する。なお、このとき熱硬化性樹脂材６９は、アノードガス拡散層電極９に対して所定深さに浸透した状態で、硬化させる。これにより、アノードガス拡散層電極９と熱硬化性樹脂材６９との結合力が高まる。
【００３４】
次に、図４を用いて第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９の充填高さについて説明する。樹脂材充填機６７によって隙間６３に充填する熱硬化性樹脂材６９の高さ（厚さ）は、図４（ａ）に示すように、アノードガス拡散層電極９およびガスシール材１９の前記積層体３とする際に圧縮する前の高さ（二点鎖線図示）よりも低くなるようにする。すなわち、熱硬化性樹脂材６９の電解質膜７と反対側の外表面は、前記アノードガス拡散層電極９およびガスシール材１９の電解質膜７と反対側の外表面より電解質膜７側に位置していることになる。
【００３５】
図４（ｂ）は、アノードガス拡散層電極９、カソードガス拡散層電極１１およびガスシール材１９，２１の前記積層体３とする際に圧縮した後の状態を示しており、この圧縮後の熱硬化性樹脂材６９の高さ（厚さ）についても、アノードガス拡散層電極９およびガスシール材１９の各高さより低くなるようにする。
【００３６】
これは、積層に伴う圧縮を行っても、充填した熱硬化性樹脂材６９が隙間６３からはみ出さないようにするためである。これにより、熱硬化性樹脂材６９が、アノードガス拡散層電極９、カソードガス拡散層電極１１やガスシール材１９，２１と、電解質膜７との間に入り込むことを防止し、ガスシール性の低下や、発電性能低下を防止することができる。
【００３７】
また、アノードガス拡散層電極９、カソードガス拡散層電極１１およびガスシール材１９，２１を前記積層体３とする際に圧縮するとき、熱硬化性樹脂材６９がガス拡散電極およびシール材の圧縮を妨げ、ガスシール性の低下や、発電性能低下を防止することもできる。
【００３８】
図５（ａ）は、アノードガス拡散層電極９側から見たガスシール材１９を含むＭＥＡ１３の平面図、図５（ｂ）は、カソードガス拡散層電極１１側から見たガスシール材２１を含むＭＥＡ１３の平面図であり、これにより熱硬化性樹脂材６９の隙間６３への充填位置を説明する。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、アノードガス拡散層電極９側の隙間６３に充填する熱硬化性樹脂材６９は、隙間６３の全周に渡るものとする。一方図５（ｂ）に示すように、カソードガス拡散層電極１１側の隙間６５には充填する必要がないが、この隙間６５についても熱硬化性樹脂材６９を全周に渡って充填してもよい。
【００４０】
上記した第１の実施形態によれば、アノードガス拡散層電極９の外周縁部とガスシール材１９の内周縁部との隙間６３および、カソードガス拡散層電極１１の外周縁部とガスシール材２１の内周縁部との隙間６５の少なくともいずれか一方に、熱硬化性樹脂６９を充填することにより、電解質膜７の少なくとも一方側の面の露出を防止でき、しかも、この熱硬化性樹脂６９は、アノードガス拡散層電極９やカソードガス拡散層電極１１に重なることもないので、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１にかかる面圧の均一化を確保しつつ、電解質膜７の損傷を防止することができる。面圧確保によって燃料電池としての発電性能低下を防止することができる。
【００４１】
また、熱硬化性樹脂材６９を、隙間６３と隙間６５のいずれか一方にのみ限定することで、製造工程の簡略化が達成でき、コスト低減が期待できる。
【００４２】
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池のシール構造の工法を示す断面図である。この実施形態は、前記した第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９に代えて、糸状の熱可塑性樹脂材７１を、図６（ａ）のようにアノードガス拡散層電極９側の隙間６３の一部および、カソードガス拡散層電極１１側の隙間６５の一部に配置する。
【００４３】
その後、前記積層体３とした各部品を加圧・加熱することによって、図６（ｂ）に示すように、糸状の熱可塑性樹脂材７１を溶融させて熱可塑性樹脂材７１ａとし、この熱可塑性樹脂材７１ａをアノードガス拡散層電極９，カソードガス拡散層電極１１およびガスシール材１９，２１と一体化する。なお、このとき熱可塑性樹脂材７１ａは、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１に対して所定深さに浸透した状態で、硬化させる。これにより、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１と熱可塑性樹脂材７１との結合力が高まる。
【００４４】
図７（ａ）は、上記第２の実施形態におけるアノードガス拡散層電極９側から見たガスシール材１９を含むＭＥＡ１３の平面図、図７（ｂ）は、同カソードガス拡散層電極１１側から見たガスシール材２１を含むＭＥＡ１３の平面図であり、これにより隙間６３，６５への熱可塑性樹脂材７１の配置位置を説明する。なお、図７では溶融後の熱可塑性樹脂材７１を熱可塑性樹脂材７１ａとして示している。
【００４５】
熱可塑性樹脂材７１は、アノードガス拡散層電極９側の隙間６３とカソードガス拡散層電極１１の隙間６５の少なくともいずれか一方に配置すればよいが、隙間６３側および隙間６５側の双方で合わせて全周に渡って配置する。
【００４６】
図７の例では、熱可塑性樹脂材７１は、アノードガス拡散層電極９側の隙間６３については、図７（ａ）中で上部および左部に配置し、カソードガス拡散層電極１１の隙間６５については、図７（ｂ）中で上部および右部に配置している。これにより、熱可塑性樹脂材７１を、隙間６３側および隙間６５側の双方で合わせて全周に渡って配置することになる。
【００４７】
なお、図示しないが、熱可塑性樹脂材７１を配置する隙間６３，６５がアノードガス拡散層電極９側とカソードガス拡散層電極１１側とで変化する位置においては、この各隙間６３，６５の熱可塑性樹脂材７１が互いに重なってもよい。
【００４８】
上記した第２の実施形態によれば、アノードガス拡散層電極９の外周縁部とガスシール材１９の内周縁部との隙間６３および、カソードガス拡散層電極１１の外周縁部とガスシール材１９の内周縁部との隙間６５の少なくともいずれか一方に、熱可塑性樹脂材７１ａを配置することにより、電解質膜７の少なくとも一方側の面の露出を防止でき、しかも、この熱可塑性樹脂材７１ａは、アノードガス拡散層電極９やカソードガス拡散層電極１１に重なることもないので、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１にかかる面圧の均一化を確保しつつ、電解質膜７の損傷を防止することができる。面圧確保によって燃料電池としての発電性能低下を防止することができる。
【００４９】
また、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９を使用する場合に比べてより簡便な製造設備とすることができる。
【００５０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池のシール構造の工法を示す断面図である。この実施形態は、前記した第２の実施形態における糸状の熱可塑性樹脂材７１に代えて、図８（ａ）のようにアノードガス拡散層電極９の外周縁部および、カソードガス拡散層電極１１の外周縁部に、あらかじめ所定量の熱可塑性樹脂材７３を含浸させておく。
【００５１】
その後、前記積層体３とした各部品を加圧・加熱することによって、含浸熱可塑性樹脂材７３を、図８（ｂ）に示すように溶融させて熱可塑性樹脂材７３ａとし、この熱可塑性樹脂材７３ａを、隙間６３，６５および、アノードガス拡散層電極９，カソードガス拡散層電極１１の外周縁部の電解質７側に充填し、アノードガス拡散層電極９，カソードガス拡散層電極１１およびガスシール材１９，２１と一体化する。なお、このとき熱可塑性樹脂材７３ａは、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１に対して所定深さに浸透した状態で、硬化させる。これにより、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１と熱可塑性樹脂材７３ａとの結合力が高まる。
【００５２】
上記した第３の実施形態によれば、アノードガス拡散層電極９の外周縁部とガスシール材１９の内周縁部との隙間６３および、カソードガス拡散層電極１１の外周縁部とガスシール材１９の内周縁部との隙間６５の少なくともいずれか一方に、熱可塑性樹脂材７３ａを配置することにより、電解質膜７の少なくとも一方側の面の露出を防止でき、電解質膜７の損傷を防止することができる。また、この熱可塑性樹脂材７３ａは、アノードガス拡散層電極９やカソードガス拡散層電極１１にあらかじめ含浸させたものを溶融させたものであることから、図８（ｂ）のようにこれら各電極９，１１に重なる部分があっても、アノードガス拡散層電極９およびカソードガス拡散層電極１１にかかる面圧の均一化を確保することができ、燃料電池としての発電性能低下を防止することができる。
【００５３】
また、第３の実施形態によれば、第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９を使用する場合に比べてより簡便な製造設備とすることができ、かつ部品点数あるいは工程数を削減することができる。
【００５４】
なお、第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９の配置位置を、第２，第３の実施形態の熱可塑性樹脂材７１，７３の配置位置としてもよく、逆に、第２，第３の実施形態の熱可塑性樹脂材７１，７３の配置位置を、第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９の配置位置としてもよい。
【００５５】
また、第２の実施形態の熱可塑性樹脂材７１および７１ａの配置高さは、第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９の充填高さと同様に、ガスシール材１９，２１、アノードガス拡散層電極９、カソードガス拡散層電極１１の前記積層体３とする際に圧縮する前の高さおよび圧縮後の高さより低くする。
【００５６】
一方、第３の実施形態の熱可塑性樹脂材７３ａの高さは、第１の実施形態における熱硬化性樹脂材６９の充填高さと同様に、ガスシール材１９，２１、アノードガス拡散層電極９、カソードガス拡散層電極１１の前記積層体３とする際に圧縮した後の高さより低くする。
【００５７】
本発明によれば、ガス拡散層電極の外周縁部とシール材の内周縁部との隙間に糸状の熱可塑性樹脂材を配置し、固体高分子電解質膜，ガス拡散層電極，セパレータからなる積層体に対して加圧した状態で、熱可塑性樹脂材を、溶融させて冷却硬化することによってガス拡散層電極およびシール材と一体化することで、熱硬化性樹脂材を使用する場合に比べてより簡便な製造設備にて、ガス拡散層電極にかかる面圧の均一化を確保しつつ、固体高分子電解質膜の露出を防止してその損傷を防止することができる。
【００５８】
また、前記ガス拡散層電極の外周縁部にあらかじめ熱可塑性樹脂材を含浸させておき、固体高分子電解質膜，ガス拡散層電極，セパレータからなる積層体に対して加圧した状態で、熱塑性樹脂材を、溶融させてガス拡散層電極とシール材との隙間に充填し、冷却硬化することによってガス拡散層電極およびシール材と一体化することで、熱硬化性樹脂材を使用する場合に比べてより簡便な製造設備にて、かつ部品点数あるいは工程数を削減して、ガス拡散層電極にかかる面圧の均一化を確保しつつ、固体電解質膜の露出を防止してその損傷を防止することができる。
【００５９】
前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面は、前記ガス拡散層電極や前記シール材の前記固体高分子電解質膜と反対側の外表面より前記固体高分子電解質膜側に位置しているので、樹脂材部分に局所的な面圧が生じることを防止し、燃料電池として発電性能の低下を防止できる。
【００６０】
前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材は、前記ガス拡散層電極の所定深さまで浸透した状態で硬化させることで、ガス拡散層電極と樹脂材との結合力が高まり、より一層固体高分子電解質膜の損傷を防止する効果が期待できる。
【００６１】
前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材は、前記アノードガス拡散層電極とカソードガス拡散層電極の少なくともいずれか一方と前記シール材との隙間全周に配置するようにしたので、例えば樹脂材を一方のみに限定して配置することで、製造工程の簡略化が達成でき、コスト低減が期待できる。
【００６２】
前記熱硬化性樹脂材または前記熱可塑性樹脂材は、前記アノードガス拡散層電極とカソードガス拡散層電極の少なくともいずれか一方と前記シール材との隙間に配置しかつ、前記アノードガス拡散層電極側とカソードガス拡散層電極側との双方で合わせて全周に渡って配置することで、双方の隙間の全周に樹脂材を配置する場合に比べて製造工程の簡略化が達成でき、コスト低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の燃料電池スタックの基本構造を示す斜視図である。
【図２】図１の燃料電池スタックにおける単位電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池のシール構造を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態における熱硬化性樹脂材の充填高さについての説明図で、（ａ）は積層体に面圧を付与する前の状態、（ｂ）は積層体に面圧を付与した後の状態ある。
【図５】（ａ）は、アノードガス拡散層電極側から見たガスシール材を含むＭＥＡの平面図、（ｂ）は、カソードガス拡散層電極側から見たガスシール材を含むＭＥＡの平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池のシール構造の工法を示す断面図で、（ａ）は糸状の熱可塑性樹脂材を隙間に配置した状態、（ｂ）は熱可塑性樹脂材を加熱後溶融させた状態である。
【図７】（ａ）は、アノードガス拡散層電極側から見たガスシール材を含むＭＥＡの平面図、（ｂ）は、カソードガス拡散層電極側から見たガスシール材を含むＭＥＡの平面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池のシール構造の工法を示す断面図で、（ａ）はアノードガス拡散層電極に熱可塑性樹脂材を含浸させた状態、（ｂ）は熱可塑性樹脂材を加熱後溶融させた状態である。
【符号の説明】
【００６４】
７  固体高分子電解質膜
９  アノードガス拡散層電極
１１  カソードガス拡散層電極
１５，１７  セパレータ
１９，２１  ガスシール材
６９  熱硬化性樹脂材
７１  糸状の熱可塑性樹脂材
７１ａ  加熱溶融後の熱可塑性樹脂材
７３  アノード（カソード）ガス拡散層電極に含浸させた熱可塑性樹脂材
７３ａ  加熱溶融後の熱可塑性樹脂材
【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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