(57)【要約】【課題】接合面に残留空気を含まない接合強度および耐久性の高いガスケットを備える燃料電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】固体高分子からなる電解質膜３と、この電解質膜３の反応領域に接する両面に電極触媒層４を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体６の周辺領域に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケット７を配置し、セパレータ２を介して積層した燃料電池１において、前記ガスケット７は、接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に開口させて空気抜き通路（潤滑剤７Ｄ）を備え、接着剤７Ｃによる接着時に貼合わされる接着面間に存在する空気を前記空気抜き通路（潤滑剤７Ｄ）を経由させて外部に排出させて接着させる。【選択図】図２
2007207644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子からなる電解質膜と、この電解質膜の反応領域に接する両面に電極触媒層を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体の周辺領域に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットを配置し、セパレータを介して積層した燃料電池において、
前記ガスケットは、接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に開口させて空気抜き通路を備え、接着剤による接着時に貼合わされる接着面間に存在する空気を前記空気抜き通路を経由させて外部に排出させて接着されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記空気抜き通路は、貼合わされる接着面に塗布される接着剤の表面および／または前記接着剤表面に対面する接着面の表面に、塗布される液体潤滑剤若しくは固体潤滑剤により形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記空気抜き通路は、貼合わされる接着面に突起状接着剤を多数配列させ、前記突起状接着剤間の隙間により形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記突起状接着剤は、接着面の幅方向中央部でその高さ寸法が最も高く、幅方向外周側でその高さ寸法が低く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記突起状接着剤は、前記セパレータに配置されて燃料電池の組立時にガスケットに押付けられるリップシールの幅と重なる領域の高さ寸法がその他の領域の突起状接着剤の高さ寸法より高く形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガスケットは、周辺領域の電解質膜と対面する表面にも突起状接着剤を多数配列させ、電解質膜の周辺領域に対して、前記突起状接着剤間の隙間により形成される空気抜き通路により、両者間に存在する空気を外部に排出させて接着されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記空気抜き通路は、接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に開口され且つガスケットの厚み方向にガスケットを貫通させた多数の空気抜き孔により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記空気抜き孔は、燃料電池の組立時に外周側となるガスケットの縁から所定寸法の領域には形成しないことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
固体高分子からなる電解質膜と、この電解質膜の反応領域に接する両面に電極触媒層を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体の周辺領域に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットを配置し、セパレータを介して積層する燃料電池の製造方法において、
前記ガスケットの接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に接着剤を塗布し、
前記塗布された接着剤の表面および／または前記接着剤表面に対面する接着面の表面に液体潤滑剤若しくは固体潤滑剤を塗布し、
前記潤滑剤を介在させた状態で接着面同士を圧着させ且つ圧着させた接着面同士を加熱することにより、
貼合わされる接着面間に存在する空気を潤滑剤により形成する前記空気抜き通路を経由させて外部に排出させてガスケットの素材同士を接着することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
固体高分子からなる電解質膜と、この電解質膜の反応領域に接する両面に電極触媒層を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体の周辺領域に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットを配置し、セパレータを介して積層する燃料電池の製造方法において、
前記ガスケットの接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に突起状接着剤を多数配列させ、
前記接着面同士を圧着させ且つ圧着させた接着面同士を加熱し、
貼合わされる接着面間に存在する空気を前記突起状接着剤間の隙間を経由させて外部に排出させてガスケットの素材同士を接着することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
固体高分子からなる電解質膜と、この電解質膜の反応領域に接する両面に電極触媒層を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体の周辺領域に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットを配置し、セパレータを介して積層する燃料電池の製造方法において、
前記貼合せるガスケット素材を重ね合わせて素材厚さ方向に貫通する多数の空気抜き孔を均一分布させて形成し、
前記空気抜き孔を形成したガスケット素材の少なくともいずれか一方の接着面に接着剤を塗布し、
前記接着面同士を圧着させ且つ圧着させた接着面同士を加熱し、
貼合わされる接着面間に存在する空気を前記空気抜き孔を経由させて外部に排出させてガスケットの素材同士を接着することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータ間に配置されて枠状のガスケットで外部からシールした電解質膜を備え、電解質膜の一方の面に燃料としての純水素またはメタノールおよび化石燃料からの改質水素等を供給し、電解質膜の他方の面に空気や酸素等の酸化剤を供給して、両者の電気化学反応により電力を発生させる燃料電池およびその製造方法に関し、特に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットを備える燃料電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットを備える燃料電池が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、より軽く経済性の高い燃料電池とすることを目的として、金属基板の両面に独立気泡のスポンジシートを接着した一体構造のガスケットとし、独立気泡のスポンジシートがイオン交換膜の厚みを気泡の圧縮によって吸収し、また、部分的な凹凸に対しても個々の独立した気泡が圧縮するためにセパレータ板のウネリや粗さも吸収することができ、さらに、密閉された気泡を圧縮させるので応力緩和が小さくでき、低い締めつけ圧力で高いシール性を発揮させるようにしている。
【特許文献１】特開平６−９６７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、ガスケットの素材を接着剤により貼合わせる時に、ガスケットの素材が独立気泡であるがために、抜けることができずに貼合せる素材間に空気が残留した状態となる場合がある。この残留空気は接合強度および耐久性を低下させ且つ剥離する不具合を発生させる原因となる。また、前記残留空気はガスケットの厚さを不均一とし、燃料電池セルを構成して所定の数量を燃料電池スタックとして積層すると、燃料電池スタックに大きな傾きが発生し、燃料電池スタックとしてエンドプレートにより積層方向に圧縮した場合には、局部的な応力によるセパレータの割れ等の不良が発生し、製品歩留りの低下が懸念される。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、接合面に残留空気を含まない接合強度および耐久性の高いガスケットを備える燃料電池およ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】
【０００６】
本発明は、固体高分子からなる電解質膜と、この電解質膜の反応領域に接する両面に電極触媒層を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体の周辺領域に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットを配置し、セパレータを介して積層した燃料電池において、前記ガスケットは、接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に開口させて空気抜き通路を備え、接着剤による接着時に貼合わされる接着面間に存在する空気を前記空気抜き通路を経由させて外部に排出させて接着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケットは、接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に開口させて空気抜き通路を備え、接着剤による接着時に貼合わされる接着面間に存在する空気を前記空気抜き通路を経由させて外部に排出させて接着するため、メインガスケットとサブガスケットの間に空気が残らず、ガスケットの厚さばらつきがなくなり、燃料電池スタックとしての積層時にスタックの傾きを解消でき、燃料電池スタックとしてエンドプレートにより積層方向に圧縮した場合にも、局部的な応力によるセパレータの割れ等による歩留りの低下が抑制できる。また、残留空気が無いため、接着部分の接合強度および耐久性が低下することや剥離を発生させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の燃料電池およびその製造方法を各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１および図２は、本発明を適用した燃料電池およびその製造方法の第１実施形態を示し、図１は燃料電池セルの断面図、図２は燃料電池セルに使用するガスケットの製造過程を示す断面図である。
【００１０】
図１に示す本実施形態の燃料電池のセル１は、一対のセパレータ２と、セパレータ２間に配置されて固体高分子型の電解質膜３の一方の面の反応領域に燃料極触媒層４Ａおよび多孔質のガス拡散層５Ａを積層させると共に、他方の面の反応領域に酸化剤極触媒層４Ｂおよび多孔質のガス拡散層５Ｂを積層させた電解質膜積層体６と、固体電解質膜３の反応領域を囲む周辺領域の両面に夫々積層して配置した枠状のガスケット７と、を備える。前記両セパレータ２、ガスケット７、および電解質膜３には、代表的に一個のマニホールド８が図示されているように、これらを貫通させて燃料ガスの入口マニホールド、出口マニホールド、酸化剤ガスの入口マニホールド、出口マニホールド、更に、必要に応じて冷媒の入口マニホールド、出口マニホールドが夫々周辺領域に配置されている。図１は燃料電池スタックとして組立てる前の積層方向に組付荷重を付与していない状態の燃料電池セル１を示している。
【００１１】
そして、前記電解質膜積層体６に枠状のガスケット７を積層して前記一対のセパレータ２で挟むことで燃料電池セル１を構成し、これら燃料電池セル１を所定数積層し、積層端に集電板および絶縁板を配置し、両端からエンドプレートを介して積層方向に圧縮荷重を加えることで、各々の燃料電池セル１を各ガスケット７でシールしつつ各燃料電池セル１を電気的に接続させることにより燃料電池スタックを構成することができる。燃料電池スタックに構成された燃料電池セル１は、圧縮荷重によりガスケット７が弾性限度内で圧縮変形され、セパレータ２の反応領域では、ガス拡散層５Ａ、５Ｂに接触して、ガス拡散層５Ａ、５Ｂを圧縮状態とする。
【００１２】
前記燃料電池スタックは、各電解質膜３の一方のセパレータ２に設けたガス流路２Ａを介して燃料としての純水素またはメタノールおよび化石燃料からの改質水素等を各ガス拡散層５Ａを経由させて各燃料極触媒層４Ａに供給する一方、電解質膜３の他方のセパレータ２に設けたガス流路２Ｂを介して酸化剤としての空気または酸素等を各ガス拡散層５Ｂを経由させて各酸化剤極触媒層４Ｂに供給することで、両者の電気化学反応により電力を発生させ、両端の集電板より出力させることができる。
【００１３】
本実施形態のガスケット７は、図２に示すように、セパレータ２に当接若しくは接着される独立気泡のスポンジシートよりなるメインガスケット７Ａと、電解質膜３若しくは電解質膜３に接合した各触媒層に、圧着若しくは接着されて電解質膜３の支持枠を構成する金属板、樹脂版、若しくはゴム板よりなるサブガスケット７Ｂと、前記メインガスケット７Ａとサブガスケット７Ｂとを接合するようメインガスケット７Ａの周縁に塗布され半硬化された熱硬化性樹脂を主成分とするホットメルト接着剤層７Ｃと、ホットメルト接着剤層７Ｃの表面とサブガスケット７Ｂ表面との各接着面に塗布された液体潤滑剤７Ｄと、を備える。
【００１４】
前記液体潤滑剤７Ｄとしての、例えば、石鹸水（せっけん水、または、セッケン水）は、ホットメルト７Ｃ表面のベタツキを抑制し、ホットメルト７Ｃ表面が部分的に接着相手部材であるサブガスケット７Ｂ表面に粘着して、両者間に空気溜りが形成されることを抑制する。
【００１５】
即ち、前記メインガスケット７Ａのホットメルト７Ｃとサブガスケット７Ｂとは、塗布された液体潤滑剤７Ｄ、例えば、石鹸水を介して積層され、積層方向に加圧した状態で加熱されることにより、液体潤滑剤７Ｄを蒸発させてその潤滑性を無くし、露出されたホットメルト７Ｃとサブガスケット７Ｂが直接接触し、ホットメルト７Ｃを完全に硬化させて一体に接合するか、若しくは、ホットメルト７Ｃを半硬化させて一体とする。半硬化させた場合には、燃料電池セル１若しくは燃料電池スタックとして組立てた上で積層方向に圧縮しつつ加熱することによりホットメルト７Ｃを完全に硬化させるようにする。
【００１６】
前記ホットメルト７Ｃ表面およびサブガスケット７Ｂ表面は石鹸水（７Ｄ）により空気と遮断されており、メインガスケット７Ａのホットメルト７Ｃとサブガスケット７Ｂとの積層時には、図２に示すように、先ず石鹸水（７Ｄ）同士が接触することにより、両者間に存在する空気が外部に抜けた状態とすることができ、接合されたメインガスケット７Ａのホットメルト７Ｃとサブガスケット７Ｂとの間には空気が残留することがない。
【００１７】
また、前記液体潤滑剤７Ｄを塗布することに代えて、パウダー状の粉体の固体潤滑剤を塗布するようにしてもよく、この場合には、ホットメルト７Ｃ表面のベタツキが抑制されるため、接着面同士を積層して押圧した際に、ホットメルト７Ｃ表面が部分的に接着相手部材であるサブガスケット７Ｂ表面に粘着することがない。このため、両者間に空気溜りが発生することが抑制できる。そして、ホットメルト７Ｃ表面とサブガスケット７Ｂ表面とが密着されて両者間の空気が排出された段階で、加熱することにより、表面の粉体状の固体潤滑剤をホットメルト７Ｃ内に取込ませて、露出されたホットメルト７Ｃとサブガスケット７Ｂを直接接触させて、ホットメルト７Ｃを完全に硬化させて一体に接合するか、若しくは、ホットメルト７Ｃを半硬化させて一体とする。半硬化させた場合には、燃料電池セル１若しくは燃料電池スタックとして組立てた上で積層方向に圧縮しつつ加熱することによりホットメルト７Ｃを完全に硬化させるようにする。
【００１８】
以上のように、本実施形態では、ガスケット７の素材７Ａ、７Ｂ同士を接着剤７Ｃにより貼合わせる時に、液体潤滑剤７Ｄ若しくは固体潤滑剤により部分的に粘着して貼合せる素材間に空気が残留した状態となることを抑制できる。このため、残留空気による接合強度および耐久性の低下を抑制でき、且つ、接着部が剥離する不具合を発生させることがない。また、前記残留空気によりガスケット７の厚さが不均一となることを抑制でき、燃料電池セル１を構成して所定の数量を燃料電池スタックとして積層しても、燃料電池スタックに大きな傾きが発生したり、燃料電池スタックとしてエンドプレートにより積層方向に圧縮した場合においても、局部的な応力によるセパレータ２の割れ等を発生させることがない。即ち、本実施形態では、接合面に残留空気を含まない接合強度および耐久性の高いガスケットを備える燃料電池を提供することができる。
【００１９】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２０】
（ア）  固体高分子からなる電解質膜３と、この電解質膜３の反応領域に接する両面に電極触媒層４を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体６の周辺領域に、複数の素材を接着剤により貼合せて構成するガスケット７を配置し、セパレータ２を介して積層した燃料電池１において、前記ガスケット７は、接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に開口させて空気抜き通路（潤滑剤７Ｄ）を備え、接着剤７Ｃによる接着時に貼合わされる接着面間に存在する空気を前記空気抜き通路（潤滑剤７Ｄ）を経由させて外部に排出させて接着されていることを特徴とする。このため、メインガスケット７Ａとサブガスケット７Ｂの間に空気が残らず、ガスケット７の厚さばらつきがなくなり、燃料電池スタックとしての積層時にスタックの傾きを解消でき、燃料電池スタックとしてエンドプレートにより積層方向に圧縮した場合にも、局部的な応力によるセパレータ２の割れ等を発生させることが抑制できる。また、残留空気が無いため、接着部分の接合強度および耐久性が低下することや剥離を発生させることがない。
【００２１】
（イ）空気抜き通路として、貼合わされる接着面に塗布される接着剤７Ｃの表面および／または前記接着剤７Ｃ表面に対面する接着面の表面に、塗布される液体潤滑剤７Ｄ若しくは固体潤滑剤により形成する、即ち、ガスケット７の接着剤７Ｃにより貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に接着剤７Ｃを塗布し、前記塗布された接着剤７Ｃの表面および／または前記接着剤７Ｃ表面に対面する接着面の表面に液体潤滑剤７Ｄ若しくは固体潤滑剤を塗布し、前記潤滑剤７Ｄを介在させた状態で接着面同士を圧着させることにより、貼合わされる接着面間に存在する空気を潤滑剤７Ｄにより形成する前記空気抜き通路を経由させて外部に排出させてガスケット７の素材同士を、接着剤７Ｃ中に空気を残すことなく確実に接着させることができる。そして、液体潤滑剤７Ｄの場合には加熱段階において蒸発させることができ、固体潤滑剤の場合には加熱段階において固体潤滑剤をホットメルト７Ｃ内に取込ませることができる。
【００２２】
（第２実施形態）
図３および図４は、本発明を適用した燃料電池およびその製造方法の第２実施形態を示し、図３は燃料電池セルの分解状態を示す断面図、図４は図３に示す燃料電池セルの組立過程を示す工程図である。本実施形態においては、ガスケットにおける接着面間の空気の抜き通路を接着剤により形成した構成を第１実施形態に追加したものである。なお、図１、２と同一装置・部材には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２３】
図３において、本実施形態の燃料電池セル１のガスケット７は、電解質膜３の支持枠を構成するサブガスケット７Ｂと、サブガスケット７Ｂ上に接着されるメインガスケット７Ａとからなる構成は、第１実施形態と同様である。メインガスケット７Ａと対面するセパレータ２の周辺領域には、反応領域を取囲んで連続する環状溝１０Ａが形成され、環状溝１０Ａの底部には、底辺を底部に接着などにより固定した台形断面のリップシール１０が配置され、各リップシール１０の先端面はメインガスケット７Ａの幅方向中央部に接触されるよう位置設定されている。
【００２４】
前記サブガスケット７Ｂの電解質膜３に対面する表面およびメインガスケット７Ａのサブガスケット７Ｂに対面する表面には、その幅方向中央部に沿って、所定間隔毎に起立させて支持支柱を備えるか、若しくは、連続的に配置した支持突条１１が設けられている。前記支持支柱若しくは支持突条１１は、比較的反発係数の低いゴム等からなる弾性体、若しくは、所定以上の圧縮荷重により座屈する塑性体で形成しており、以下では、単に支持板１１という。この支持板１１はメインガスケット７Ａおよびサブガスケット７Ｂの幅方向中央部に位置することから、前記セパレータ２に配置したリップシール１０の先端と概略同一位置に位置する。
【００２５】
前記支持板１１を境として、サブガスケット７Ｂおよびメインガスケット７Ａの表面の内周側および外周側には、無数の突起状接着剤７Ｅを半硬化状態で均一に配置している。突起状接着剤７Ｅ同士の間には、空間が形成され、メインガスケット７Ａおよびサブガスケット７Ｂの接着すべき表面が前記空間に露出するよう構成している。前記突起状接着剤７Ｅの高さ寸法は、メインガスケット７Ａおよびサブガスケット７Ｂの幅方向中央側で最も高く、幅方向外周側に至るに連れて低くなるように設定している。即ち、前記突起状接着剤７Ｅの各先端を包括する包括面は、各ガスケット７Ａ、７Ｂの幅方向中央部で高く、幅方向外周側で低くなる傾斜構造としている。
【００２６】
そして、前記包括面の各ガスケット７Ａ、７Ｂの幅方向中央側の頂点を構成する最内周側の突起状接着剤７Ｅは、前記セパレータ２に設けたリップシール１０の幅内に存在するよう配列しており、望ましくは、リップシール１０の先端面の幅（０．５〜２ｍｍ）の投影領域に近接させるか、より望ましくは、前記投影領域に存在するよう配列する。このように幅方向中央側の突起状接着剤７Ｅを配列することにより、燃料電池セル１および燃料電池スタックとして組立てた際に、リップシール１０より作用する積層方向の圧縮力が確実に最内周側の接着剤７Ｅに作用して接着状態を維持してシール性を確保することができる。
【００２７】
なお、図３は各ガスケット７が電解質膜３と分離された分解状態を示しており、以下では、図４に基づいて、各ガスケット７の電解質膜３への接合手順について説明する。
【００２８】
まず、図４（Ａ）に示すように、接着面にリップシール１０下部の幅０．５〜３．０ｍｍ程度を頂点とし、幅方向外側に向かって先端の高さが低くなるよう傾斜状に突起状接着剤７Ｅを配列したサブガスケット７Ｂおよびメインガスケット７Ａと、電解質膜３の反応領域の両面に触媒層４およびガス拡散層５を接合した電解質膜積層体６と、を予め用意する。
【００２９】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、電解質膜３の周辺領域の両側に、接着面を対面させてサブガスケット７Ｂを支持板１１により各突起状接着剤７Ｅの先端が電解質膜３に接触させない状態で配置する。この場合に、支持板１１の先端にも接着剤を塗布しておくことにより、サブガスケット７Ｂと電解質膜３とを支持板１１先端の接着剤により電解質膜３を接着して、より簡単にサブアセンブリすることができる。
【００３０】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、仮止めしたサブガスケット７Ｂの両側に、接着面を対面させてメインガスケット７Ａを支持板１１により各突起状接着剤７Ｅの先端がサブガスケット７Ｂに接触させない状態で配置する。この場合にも、支持板１１の先端にも接着剤を塗布しておくことにより、メインガスケット７Ａとサブガスケット７Ｂとを支持板１１先端の接着剤によりサブガスケット７Ｂを接着して、より簡単にサブアセンブリすることができる。
【００３１】
次に、図４（Ｄ）に示すように、積層してサブアセンブリした電解質膜１とサブガスケット７Ｂおよびメインガスケット７Ａを、内蔵するヒータにより加熱した加圧盤１２にセットして、加圧盤１２により積層方向にプレスする。この場合の加圧盤１２の加熱温度は、例えば、１００〜１５０［℃］であり、また、その加圧力は、例えば、０．５〜３［ＭＰａ］とする。
【００３２】
加圧盤１２による加圧により、サブガスケット７Ｂおよびメインガスケット７Ａの各接着面に配列した突起状接着剤７Ｅは、最も高い寸法に形成された幅方向中央側の突起状接着剤７Ｅの先端が先ず相手側接着面に押付けられ、次いでその外側に位置する突起状接着剤７Ｅの先端が相手側接着面に押付けられ、順次外側に位置する突起状接着剤７Ｅの先端が同様にして相手側接着面に押付けられていく。そして、当該突起状接着剤７Ｅの周辺の空気は、順次幅方向外側の突起状接着剤７Ｅ間の空間を介して外方に押出される。
【００３３】
即ち、突起状接着剤７Ｅの押し潰し量は、幅方向内側の突起状接着剤７Ｅが最も大きく押し潰され、順次幅方向外側に移るに連れてその押し潰し量は少なくなる。このため、突起状接着剤７Ｅ同士の間に存在した空気は、押し潰し量がより少ない外側の突起状接着剤７Ｅ同士の隙間を経由して、順次外側に押出される。加圧盤１２の加圧ストロークがストロークエンドに到達した段階では、全ての突起状接着剤７Ｅがメインガスケット７Ａ・サブガスケット７Ｂ間、およびサブガスケット７Ｂ・電解質膜３間で押し潰される。突起状接着剤７Ｅ同士の間に存在していた空気は、突起状接着剤７Ｅの全てが押し潰された段階では、接着面同士の間から排出されており、接着面同士の間には押し潰された接着剤のみが存在することとなる。
【００３４】
この段階において、加圧盤１２をストロークエンドで所定時間停止させることにより、押し潰した接着剤を加圧盤１２の温度により昇温させ、接着剤を硬化させる。前記所定時間が経過した後に、加圧盤１２を後退させると、図４（Ｅ）に示すように、硬化した接着剤により接着されたサブガスケット７Ｂおよびメインガスケット７Ａを周辺領域に一体に備える電解質膜積層体６を得ることができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態のガスケット７では、接着面に配置する接着剤７Ｅを突起状として無数に配列することにより、突起状接着剤７Ｅ同士の間に空気が流通する通路が形成されているため、接着面同士を圧着する段階で、突起状接着剤７Ｅ同士の間に存在していた空気が前記通路を経由して外部に排出されることとなり、圧着後の接着剤中に残留空気が残ることを抑制することができる。
【００３６】
しかも、本実施形態においては、突起状接着剤７Ｅの高さ寸法を、幅方向中央側で高く、幅方向外側で低くなるよう傾斜配列としているため、幅方向中央部側の突起状接着剤７Ｅの潰れ代が幅方向外側の突起状接着剤７Ｅの潰れ代より常に大きくなり、潰れ代の少ない外側の突起状接着剤７Ｅ同士の間の空間を経由して空気が常に外側に流れることにより、圧着後の接着剤中には、残留空気の存在をなくするか、極めて小さくなくすることができる。
【００３７】
しかも、最も中央側の突起状接着剤７Ｅを、組立時にガスケット７を押圧するリップシール１０の幅内に位置させることで、確実に面圧が加わる領域の接着剤密度を高めて、ガスケット７のシール性を確保することができる。
【００３８】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００３９】
（ウ）固体高分子からなる電解質膜３と、この電解質膜３の反応領域に接する両面に電極触媒層４を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体６の周辺領域に、複数の素材を接着剤７Ｅにより貼合せて構成するガスケット７を配置し、セパレータ２を介して積層する燃料電池１の製造方法において、ガスケット７の接着剤により貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に突起状接着剤７Ｅを多数配列させ、前記接着面同士を圧着させ且つ圧着させた接着面同士を加熱し、貼合わされる接着面間に存在する空気を前記突起状接着剤７Ｅ間の隙間を経由させて外部に排出させてガスケット７の素材同士を接着することにより、即ち、前記突起状接着剤７Ｅ間の隙間により空気抜き通路を形成することができ、接着面同士を圧着する段階で、突起状接着剤７Ｅ同士の間に存在していた空気が前記通路を経由して外部に排出されることとなり、圧着後の接着剤中に残留空気が残ることを抑制することができる。
【００４０】
（エ）突起状接着剤Ｅ７として、接着面の幅方向中央部でその高さ寸法が最も高く、幅方向外周側でその高さ寸法が低く形成することにより、幅方向中央部側の突起状接着剤７Ｅの潰れ代が幅方向外側の突起状接着剤７Ｅの潰れ代より常に大きくなり、潰れ代の少ない外側の突起状接着剤７Ｅ同士の間の空間を経由して空気が常に外側に流れることを可能とし、圧着後の接着剤中には、残留空気の存在をなくするか、極めて小さくなくすることができる。
【００４１】
（オ）突起状接着剤７Ｅとして、セパレータ２に配置されて燃料電池１の組立時にガスケット７に押付けられるリップシール１０の幅と重なる領域の高さ寸法がその他の領域の突起状接着剤７Ｅの高さ寸法より高く形成することにより、確実に面圧が加わる領域の接着剤密度を高めて、ガスケット７のシール性を確保することができる。
【００４２】
（カ）ガスケット７は、周辺領域の電解質膜３と対面する表面にも突起状接着剤７Ｅを多数配列させ、電解質膜３の周辺領域に対して、前記突起状接着剤７Ｅ間の隙間により形成される空気抜き通路により、両者間に存在する空気を外部に排出させて接着されていることにより、電解質膜３とガスケット７との間においても、接着面同士を圧着する段階で、突起状接着剤７Ｅ同士の間に存在していた空気が前記通路を経由して外部に排出されることとなり、圧着後の接着剤中に残留空気が残ることを抑制することができる。
【００４３】
（第３実施形態）
図５は、本発明を適用した燃料電池およびその製造方法の第３実施形態を示す燃料電池セルの断面図である。本実施形態においては、接着面同士の間の空気を外部へ排出する空気抜き通路をガスケットに設けるようにしたものである。なお、図１〜４と同一装置・部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４４】
図５において、本実施形態の燃料電池セル１のガスケット７は、電解質膜３の支持枠を構成するサブガスケット７Ｂと、サブガスケット７Ｂ上に接着されるメインガスケット７Ａとからなる構成は、第１実施形態と同様である。図５は燃料電池スタックとして組立てる前の積層方向に組付荷重を付与していない状態の燃料電池セル１を示している。
【００４５】
サブガスケット７Ｂおよびメインガスケット７Ａには、接着面に開口し且つ接着面とは反対表面に到達する多数の空気抜き孔１５を備える。前記空気抜き孔１５は、その内径を、例えば、１［μｍ］〜１０［ｍｍ］の範囲のいずれかに設定し、メインガスケット７Ａとサブガスケット７Ｂとを複数組だけ積層した状態においてレーザピアス等によりこれらガスケット７を貫通させて開けることができる。
【００４６】
また、空気抜き孔１５のピッチは、孔１５の内径によっても異ならせる必要があるが、単位面積あたりの開口面積がいずれの範囲においても同じとなるように、例えば、１０［μｍ］〜１００［ｍｍ］の範囲のいずれかに設定する。しかしながら、ガスケット７のシール性能の低下を防止することから、ガスケット７の燃料電池セル１の外周側となる部分から、例えば、１〜１０［ｍｍ］の領域には、空気抜き孔１５の無い領域を設けるようにしている。
【００４７】
上記のように多数の貫通孔による空気抜き孔１５を形成したメインガスケット７Ａおよびサブガスケット７Ｂは、例えば、メインガスケット７Ａの接着面に、接着剤としてのホットメルト７Ｃを塗布した後、加圧盤により、サブガスケット７Ｂとメインガスケット７Ａとの接着面同士を圧着させ、加熱硬化させると、両者は一体に形成することができる。そして、前記圧着の際には、接着面同士の間に存在する空気は、接着面に開口している空気抜き孔１５から外部へ排出させることができ、接着面間の接着剤中には空気溜りが発生することを抑制する。
【００４８】
以上のように、本実施形態のガスケット７では、接着面に開口する多数の貫通穴より形成した空気抜き孔１５を備えているため、接着面同士を圧着する段階で、接着面同士の間に空気が存在していても、外部に連通する空気抜き孔１５より、接着面同士の間に存在していた空気が外部に排出されることとなり、圧着後の接着剤中に残留空気が残ることを抑制することができる。しかも、燃料電池セル１の外周側となる部分から所定長さの領域には、空気抜き孔１５の無い部分を形成することにより、燃料電池セル１の内外間のシール性能の低下を防止することができる。
【００４９】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００５０】
（キ）固体高分子からなる電解質膜３と、この電解質膜３の反応領域に接する両面に電極触媒層４を有する燃料極および酸化剤極を接合させた電解質膜積層体６の周辺領域に、複数の素材を接着剤７Ｃにより貼合せて構成するガスケット７を配置し、セパレータ２を介して積層する燃料電池の製造方法において、前記貼合せるガスケット素材７Ａ、７Ｂを重ね合わせて素材厚さ方向に貫通する多数の空気抜き孔１５を均一分布させて形成し、前記空気抜き孔１５を形成したガスケット素材７Ａ、７Ｂの少なくともいずれか一方の接着面に接着剤を塗布し、前記接着面同士を圧着させ且つ圧着させた接着面同士を加熱し、貼合わされる接着面間に存在する空気を前記空気抜き孔１５を経由させて外部に排出させてガスケット５の素材同士を接着することにより、即ち、接着剤７Ｃにより貼合わされる少なくともいずれか一方の接着面に開口され且つガスケットの厚み方向にガスケットを貫通させた多数の空気抜き孔１５により空気抜き通路が形成でき、接着面同士を圧着する段階で、接着面間に存在していた空気が前記空気抜き通路を経由して外部に排出されることとなり、圧着後の接着剤中に残留空気が残ることを抑制することができる。
【００５１】
（ク）空気抜き孔１５として、燃料電池の組立時に外周側となるガスケット７の縁から所定寸法の領域には形成しないことにより、燃料電池セル１の内外間のシール性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池のセルの断面図。
【図２】同じく燃料電池セルに使用するガスケットの製造過程を示す断面図。
【図３】本発明の第２実施形態を示す燃料電池のセルの分解状態を示す断面図。
【図４】図３に示す燃料電池セルの組立過程を示す工程図。
【図５】本発明の第３実施形態を示す燃料電池のセルの断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１  燃料電池セル、燃料電池
２  セパレータ
３  電解質膜
４、４Ａ、４Ｂ  電極触媒層
５、５Ａ、５Ｂ  ガス拡散層
６  電解質膜積層体
７、７Ａ、７Ｂ  ガスケット
７Ｃ  接着剤、ホットメルト
７Ｄ  液体潤滑剤、潤滑剤
７Ｅ  突起状接着剤
８  マニホールド
１０  リップシール
１１  支持板
１２  加圧盤
１５  空気抜き孔（空気抜き通路）
【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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