(57)【要約】【課題】膜電極接合体とガス拡散層基材とをプレス接合する接合装置において、プレス用冶具に多孔体を用いることによる膜電極接合体における押圧跡の発生を抑制する。【解決手段】接合装置１００は、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０とを重ね合わせた積層体２００を膜電極接合体２１０側から押圧するための上部プレス用冶具３０と、積層体２００をガス拡散層基材２２０側から押圧するための下部プレス用冶具４０と、備える。上部プレス用冶具３０は、積層体２００と当接する部位に、他の部位にガスを通過させることができる複数の連通気孔を有する多孔体３２を備える。多孔体３２における連通気孔の気孔径は、２０（μｍ）以下である。【選択図】図１
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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膜電極接合体とガス拡散層基材とをプレス接合する接合装置であって、
前記膜電極接合体の一方の表面に前記ガス拡散層基材を積層してなる積層体を前記膜電極接合体側から押圧するための第１のプレス用冶具と、
前記積層体を前記ガス拡散層基材側から押圧するための第２のプレス用冶具と、
備え、
前記第１のプレス用冶具は、前記積層体における前記膜電極接合体と当接する部位に、他の部位にガスを通過させることができる複数の連通気孔を有する多孔体を備えており、
前記多孔体における前記連通気孔の気孔径は、２０（μｍ）以下である、
接合装置。
【請求項２】
請求項１記載の接合装置であって、
前記多孔体の厚さは、５（ｍｍ）以上である、
接合装置。
【請求項３】
請求項２記載の接合装置であって、
前記多孔体の厚さは、１０（ｍｍ）以上である、
接合装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の接合装置であって、
前記積層体の押圧方向から見たときの前記多孔体の外周側面には、前記多孔体の外周側面を囲むように、前記多孔体よりも剛性が高い枠体が設けられている、
接合装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の接合装置であって、
さらに、高温ガスを発生させる高温ガス発生装置を備え、
前記高温ガス発生装置は、前記高温ガスを前記多孔体に供給可能に、前記多孔体に接続されている、
接合装置。
【請求項６】
請求項５記載の接合装置であって、
さらに、ガスを吸引する吸引装置を備え、
前記吸引装置は、前記多孔体からガスを吸引可能に、前記多孔体に接続されている、
接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる膜電極接合体とガス拡散層基材とをプレス接合する接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。そして、固体高分子型燃料電池では、一般に、発電体として、電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体が用いられる。膜電極接合体には、ガス拡散層を構成する基材であるガス拡散層基材が接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７０９１１号公報
【特許文献２】特開２００６−６６１６１号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、膜電極接合体とガス拡散層基材とを接合する際には、これらをプレス接合するプレス装置（接合装置）が用いられる。このプレス装置によって、膜電極接合体とガス拡散層基材とを接合する際に、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合面や、膜電極接合体とプレス型（プレス用冶具）と接触面に、空気が閉じ込められると、接合面に所望のプレス圧力が均一に付与されない。この場合、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合面や、膜電極接合体とプレス型と接触面に閉じ込められた空気が抜けるまでに比較的長い時間を要し、接合に要する時間（接合時間）が長くなっていた。
【０００５】
そこで、接合時間を短縮することが求められている。この接合時間を短縮するためには、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合面や、膜電極接合体とプレス用冶具と接触面から、短時間で空気が抜けるようにすることが考えられる。そのためには、プレス用冶具に空気が抜ける穴を有する多孔体を用いることが考えられる。例えば、下記特許文献１には、プレス用冶具に多孔部を形成することが記載されている。
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載されたプレス装置を用いて、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合を行う場合、多孔部（多孔体）における穴のエッジによって、膜電極接合体にせん断荷重が加わり、膜電極接合体に押圧跡（穴の跡）が発生する場合があった。膜電極接合体に押圧跡が発生することは、せん断荷重によって、膜電極接合体に局所的に比較的大きなダメージが加わったことを意味している。そして、この局所的なダメージは、膜電極接合体の寿命を短くする。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、膜電極接合体とガス拡散層基材とをプレス接合する接合装置において、プレス用冶具に多孔体を用いることによる膜電極接合体における押圧跡の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
燃料電池に用いられる膜電極接合体とガス拡散層基材とをプレス接合する接合装置であって、
前記膜電極接合体の一方の表面に前記ガス拡散層基材を積層してなる積層体を前記膜電極接合体側から押圧するための第１のプレス用冶具と、
前記積層体を前記ガス拡散層基材側から押圧するための第２のプレス用冶具と、
備え、
前記第１のプレス用冶具は、前記積層体における前記膜電極接合体と当接する部位に、他の部位にガスを通過させることができる複数の連通気孔を有する多孔体を備えており、
前記多孔体における前記連通気孔の気孔径は、２０（μｍ）以下である、
接合装置。
【００１０】
本願発明者は、上記積層体を膜電極接合体側から押圧する第１のプレス用冶具に用いられる多孔体における連通気孔の気孔径に着目して、膜電極接合体とガス拡散層基材とを接合する実験を行った。そして、上記連通気孔の気孔径を２０（μｍ）以下とすることによって、膜電極接合体に押圧跡が発生しなくなることを見出した。適用例１の接合装置によって、第１のプレス用冶具に多孔体を用いることによる膜電極接合体における押圧跡の発生、すなわち、局所的なダメージを抑制することができる。なお、上記多孔体における気孔率は、多孔体の剛性や通気抵抗を考慮して、任意に設定可能である。
【００１１】
適用例１の接合装置において、さらに、第２のプレス用冶具が、上記積層体におけるガス拡散層基材と当接する部位にも、第１のプレス用冶具と同様の多孔体を備えるようにしてもよい。こうすることによって、上記積層体の両面から、短時間で空気が抜けるようにすることができる。したがって、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合時間を短縮することができる。なお、この場合、第２のプレス用冶具は、上記積層体をガス拡散層基材側から押圧するため、膜電極接合体と第２のプレス用冶具とが当接することはない。このため、第２のプレス用冶具が備える多孔体によって、膜電極接合体に押圧跡が発生する可能性は、比較的低い。したがって、第２のプレス用冶具が備える多孔体における連通気孔の気孔径は、必ずしも、第１のプレス用冶具が備える多孔体のように、２０（μｍ）以下である必要はない。
【００１２】
［適用例２］
適用例１記載の接合装置であって、
前記多孔体の厚さは、５（ｍｍ）以上である、
接合装置。
【００１３】
［適用例３］
適用例２記載の接合装置であって、
前記多孔体の厚さは、１０（ｍｍ）以上である、
接合装置。
【００１４】
本願発明者は、さらに、第１のプレス用冶具に用いられる多孔体の厚さに着目して、膜電極接合体とガス拡散層基材とを接合する実験を行った。その結果、多孔体の厚さを５（ｍｍ）以上、好ましくは、１０（ｍｍ）以上とすることによって、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合時間を短縮することができることを見出した。適用例２，３の接合装置によって、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合時間を短縮することができる。換言すれば、適用例２，３の接合装置によって、同じプレス時間で、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合強度を向上させることができる。
【００１５】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかに記載の接合装置であって、
前記積層体の押圧方向から見たときの前記多孔体の外周側面には、前記多孔体の外周側面を囲むように、該多孔体よりも剛性が高い枠体が設けられている、
接合装置。
【００１６】
適用例４の接合装置によって、上記多孔体に比較的大きな加圧力が加わる場合であっても、上記多孔体の破損を抑制することができる。
【００１７】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載の接合装置であって、
さらに、高温ガスを発生させる高温ガス発生装置を備え、
前記高温ガス発生装置は、前記高温ガスを前記多孔体に供給可能に、前記多孔体に接続されている、
接合装置。
【００１８】
適用例５の接合装置では、高温ガス発生装置によって発生された高温ガス（例えば、水蒸気）を、多孔体を通過させて、上記積層体に吹き付けることによって、この積層体を直接的に加熱することができる。このため、上記積層体を加熱するために、第１のプレス用冶具や、第２のプレス用冶具を加熱する必要がない。したがって、加熱時間を短縮し、膜電極接合体とガス拡散層基材との接合時間を短縮することができる。
【００１９】
［適用例６］
適用例５記載の接合装置であって、
さらに、ガスを吸引する吸引装置を備え、
前記吸引装置は、前記多孔体からガスを吸引可能に、前記多孔体に接続されている、
接合装置。
【００２０】
適用例６の接合装置では、上記積層体を、高温ガスによって加熱した後に、吸引装置によって、上記積層体および多孔体を介して、高温ガスおよび空気を吸引することによって、上記積層体を空冷することができる。このため、上記積層体を冷却するために、第１のプレス用冶具や、第２のプレス用冶具を冷却する必要がない。したがって、上記積層体の冷却時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施例としての接合装置１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】膜電極ガス拡散層接合体の製造工程を示す説明図である。
【図３】多孔体３２における穴・気孔のサイズと押圧跡の発生との関係を示す説明図である。
【図４】比較例の接合装置１００Ｒの概略構成を示す説明図である。
【図５】第１実施例の接合装置１００、および、比較例の接合装置１００Ｒにおけるプレス時間と接合強度との関係を示す説明図である。
【図６】多孔体３２の厚さを変化させたときのプレス時間と接合強度との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施例としての接合装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての接合装置１００の概略構成を示す説明図である。この接合装置１００は、燃料電池に用いられる膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０とを重ね合わせた積層体２００を両面から押圧して、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０とをプレス接合する装置である。
【００２３】
ここで、本実施例の接合装置１００について説明する前に、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０（アノード側ガス拡散層基材２２０ａ、および、カソード側ガス拡散層基材２２０ｃ）とを接合して、膜電極ガス拡散層接合体を製造する工程について説明する。
【００２４】
図２は、膜電極ガス拡散層接合体の製造工程を示す説明図である。まず、膜電極接合体２１０と、アノード側ガス拡散層基材２２０ａと、カソード側ガス拡散層基材２２０ｃとを用意する。
【００２５】
膜電極接合体２１０は、電解質膜２１２の両面に、それぞれ、アノード２１４ａ、および、カソード２１４ｃを接合してなる。本実施例では、電解質膜２１２として、ナフィオン（登録商標）を用いるものとした。電解質膜２１２として、他の固体高分子膜を用いるものとしてもよい。また、膜電極接合体２１０において、アノード２１４ａ、および、カソード２１４ｃは、例えば、電解質膜２１２の表面に、いわゆる触媒インク（あるいは、触媒ペースト）を塗布することによって形成されている。
【００２６】
また、本実施例では、アノード側ガス拡散層基材２２０ａ、および、カソード側ガス拡散層基材２２０ｃとして、それぞれ、カーボンペーパーを用いるものとした。アノード側ガス拡散層基材２２０ａ、および、カソード側ガス拡散層基材２２０ｃとして、カーボンクロス等、導電性およびガス拡散性を有する他のガス拡散層基材を用いるものとしてもよい。アノード側ガス拡散層基材２２０ａにおける膜電極接合体２１０のアノード２１４ａと当接する側の表面には、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を含む、いわゆる撥水ペーストを塗布することによって、撥水層２２２が形成されている。また、カソード側ガス拡散層基材２２０ｃにおける膜電極接合体２１０のカソード２１４ｃと当接する側の表面にも、撥水ペーストを塗布することによって、撥水層２２２が形成されている。撥水層２２２は、接着剤としての機能も有している。
【００２７】
そして、図２（ａ）に示したように、膜電極接合体２１０とアノード側ガス拡散層基材２２０ａとをプレス接合する。このときのプレス接合は、接合装置１００を用いて行われる。次に、図２（ｂ）に示したように、膜電極接合体２１０とカソード側ガス拡散層基材２２０ｃとをプレス接合する。このときのプレス接合は、接合装置１００を用いて行うものとしてもよいし、他の接合装置を用いて行うものとしてもよい。以上の製造工程によって、図２（ｃ）に示したように、膜電極ガス拡散層接合体は完成する。
【００２８】
なお、図２では、膜電極接合体２１０とアノード側ガス拡散層基材２２０ａとをプレス接合した後に、膜電極接合体２１０とカソード側ガス拡散層基材２２０ｃとをプレス接合するものとしたが、この順序を逆にしてもよい。すなわち、膜電極接合体２１０とカソード側ガス拡散層基材２２０ｃとをプレス接合した後に、膜電極接合体２１０とアノード側ガス拡散層基材２２０ａとをプレス接合するようにしてもよい。
【００２９】
図１に戻り、接合装置１００について説明する。図示するように、接合装置１００は、上部コラム１０と、下部コラム２０と、を備えている。そして、上部コラム１０には、積層体２００を膜電極接合体２１０側から押圧するための上部プレス用冶具３０が設けられている。また、下部コラム２０には、積層体２００をガス拡散層基材２２０側から押圧するための下部プレス用冶具４０が設けられている。上部プレス用冶具３０は、［課題を解決するための手段］における第１のプレス用冶具に相当する。また、下部プレス用冶具４０は、［課題を解決するための手段］における第２のプレス用冶具に相当する。
【００３０】
上部プレス用冶具３０は、積層体２００における膜電極接合体２１０と当接する部位に、他の部位にガスを通過させることができる複数の連通気孔を有する多孔体３２を備えている。そして、積層体２００の押圧方向から見たときの多孔体３２の外周側面には、多孔体３２の外周側面を囲むように、多孔体３２よりも剛性が高い枠体３４が設けられている。また、多孔体３２および枠体３４と上部コラム１０との間には、プレート３６が備えられている。このプレート３６の多孔体３２と当接する側の表面には、ガス流路となる流路溝３６ｐが形成されている。そして、プレート３６の側面には、プレート３６の外部と流路溝３６ｐとを連通する連通孔３６ｏが形成されている。
【００３１】
下部プレス用冶具４０は、積層体２００におけるガス拡散層基材２２０と当接する部位に、他の部位にガスを通過させることができる複数の連通気孔を有する多孔体４２を備えている。そして、積層体２００の押圧方向から見たときの多孔体４２の外周側面には、多孔体４２の外周側面を囲むように、多孔体４２よりも剛性が高い枠体４４が設けられている。また、多孔体４２および枠体４４と下部コラム２０との間には、プレート４６が備えられている。このプレート４６の多孔体４２と当接する側の表面には、ガス流路となる流路溝４６ｐが形成されている。そして、プレート４６の側面には、プレート４６の外部と流路溝４６ｐとを連通する連通孔４６ｏが形成されている。
【００３２】
本実施例では、多孔体３２，４２として、それぞれ、発泡金属を用いるものとした。多孔体３２，４２として、発泡金属の代わりに、発泡セラミックス等、他の多孔体を用いるようにしてもよい。また、多孔体３２と、多孔体４２とは、同一の多孔体としてもよいし、異なる多孔体としてもよい。なお、本実施例では、多孔体３２，４２における連通気孔の気孔径は、それぞれ、２０（μｍ）以下であるものとした。多孔体３２，４２において、連通気孔の気孔径を２０（μｍ）以下とした理由については、後から説明する。多孔体３２，４２における連通気孔の気孔径は、例えば、水銀圧入法や、顕微鏡観察によって測定することができる。また、本実施例では、多孔体３２，４２の厚さは、それぞれ、１８（ｍｍ）であるものとした。多孔体３２，４２の厚さを１８（ｍｍ）とした理由についても、後から説明する。
【００３３】
また、本実施例では、枠体３４，４４として、それぞれ、ステンレス鋼からなる枠体を用いるものとした。枠体３４，４４として、多孔体３２，４２よりも剛性が高い他の材料からなる枠体を用いるものとしてもよい。また、枠体３４と、枠体４４とは、同一の材料からなるものとしてもよいし、異なる材料からなるものとしてもよい。
【００３４】
この接合装置１００の動作は、以下の通りである。まず、図１（ａ）に示したように、上部コラム１０を上昇させて、下部プレス用冶具４０における多孔体４２上に、積層体２００を、ガス拡散層基材２２０と多孔体４２とが当接するようにセッティングする。そして、図１（ｂ）に示したように、上部コラム１０を下降させて、積層体２００を両面から押圧する。このとき、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合面に存在する空気は、接合面に沿って抜ける。また、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合面に存在する空気は、膜電極接合体２１０、および、ガス拡散層基材２２０を透過し、図中に矢印で示したように、多孔体３２，４２をそれぞれ通過して、プレート３６，４６に形成された流路溝３６ｐ，４６ｐを通じて、連通孔３６ｏ，４６ｏから抜ける。このように、上部プレス用冶具３０、および、下部プレス用冶具４０にそれぞれ備えられた多孔体３２，４２を用いて、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合面に存在する空気を抜くことによって、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との密着を促進することができる。その結果、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合時間を短縮することができる。
【００３５】
なお、上部プレス用冶具３０に備えられる多孔体３２における連通気孔の気孔径（穴径）が大きい場合には、プレス接合時に、この穴のエッジによって、膜電極接合体２１０にせん断荷重が加わり、膜電極接合体２１０に、押圧跡（穴の跡）が発生する場合があった。膜電極接合体２１０に押圧跡が発生することは、せん断荷重によって、膜電極接合体２１０に局所的に比較的大きなダメージが加わったことを意味している。そして、このダメージは、膜電極接合体２１０の寿命を短くする。そこで、本実施例の接合装置１００では、膜電極接合体２１０に押圧跡が発生しないように、多孔体３２における連通気孔の気孔径を規定している。
【００３６】
本願発明者は、多孔体３２における連通気孔の気孔径を規定するために、多孔体３２における穴・気孔のサイズを変化させて、接合装置１００によって、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０とをプレス接合する実験を行った。なお、この実験では、上部プレス用冶具３０に備えられる多孔体３２における穴・気孔のサイズと、下部プレス用冶具４０に備えられる多孔体４２における穴・気孔のサイズとは同じであるものとした。
【００３７】
図３は、多孔体３２における穴・気孔のサイズと、押圧跡の発生との関係を示す説明図である。図中の「×」は、プレス接合時に、多孔体３２における穴のエッジによって、膜電極接合体２１０に押圧跡が発生したことを示している。また、図中の「△」は、プレス接合時に、多孔体３２における穴のエッジによって、膜電極接合体２１０に少量の押圧跡が発生したことを示している。また、図中の「○」は、プレス接合時に、多孔体３２における穴のエッジによって、膜電極接合体２１０に押圧跡が発生しなかったことを示している。なお、図中に模式的に示したように、穴のサイズ（穴径）がミリオーダーの多孔体３２は、金属板に機械加工によって複数の穴を形成することによって作製した。また、気孔のサイズ（気孔径）がミクロンオーダーの多孔体３２には、発泡金属を用いた。
【００３８】
図３に示したように、穴径が４．０（ｍｍ）、２．０（ｍｍ）、１．０（ｍｍ）、０．７（ｍｍ）の多孔体３２を用いた場合には、膜電極接合体２１０に押圧跡が発生した。また、穴径が０．２（ｍｍ）の多孔体３２を用いた場合には、膜電極接合体２１０に少量の押圧跡が発生した。また、気孔径が２０（μｍ）、７（μｍ）の多孔体３２を用いた場合には、膜電極接合体２１０に押圧跡は発生しなかった。以上の実験結果から、本実施例の接合装置１００では、多孔体３２における気孔の気孔径を２０（μｍ）以下と規定した。
【００３９】
さらに、本願発明者は、第１実施例の接合装置１００と比較例の接合装置１００Ｒとについて、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合強度を比較する実験を行った。
【００４０】
図４は、比較例の接合装置１００Ｒの概略構成を示す説明図である。図４と図１との比較から分かるように、比較例の接合装置１００Ｒは、接合装置１００における上部プレス用冶具３０、および、下部プレス用冶具４０の代わりに、上部プレス用冶具３０Ｒ、および、下部プレス用冶具４０Ｒを備えている。上部プレス用冶具３０Ｒ、および、４０Ｒは、ガス不透過の金属ブロックからなる。
【００４１】
図５は、第１実施例の接合装置１００、および、比較例の接合装置１００Ｒにおけるプレス時間と接合強度との関係を示す説明図である。なお、接合強度は、周知のテープテスト法によって測定した。この実験から、本実施例の接合装置１００によれば、比較例の接合装置１００Ｒによって、４分間のプレス時間で得られる接合強度を、１分間のプレス時間で得られることが分かった。また、本実施例の接合装置１００によれば、４分間のプレス時間で、比較例の接合装置１００Ｒの１．１〜１．２倍の接合強度が得られることが分かった。なお、図示は省略しているが、本実施例の接合装置１００によっても、比較例の接合装置１００Ｒによっても、プレス時間を十分に長くした場合には、同等の接合強度が得られた。
【００４２】
さらに、本願発明者は、上部プレス用冶具３０に備えられる多孔体３２の厚さを変化させて、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合強度を比較する実験を行った。
【００４３】
図６は、多孔体３２の厚さを変化させたときの、プレス時間と接合強度との関係を示す説明図である。図６中に、先に説明した比較例の接合装置１００Ｒにおけるプレス時間と接合強度との関係を併せて示した。なお、本実験において、上部プレス用冶具３０に備えられる多孔体３２の厚さと、下部プレス用冶具４０に備えられる多孔体４２の厚さとは、同じであるものとした。また、多孔体３２，４２における連通気孔の気孔径は、２０（μｍ）以下であるものとした。
【００４４】
図６に示したように、多孔体３２，４２の厚さが５（ｍｍ）である場合には、同じプレス時間で、比較例の接合装置１００Ｒよりも大きな接合強度が得られた。また、多孔体３２，４２の厚さが１０（ｍｍ）である場合には、同じプレス時間で、多孔体の厚さが５（ｍｍ）である場合よりも大きな接合強度が得られた。また、多孔体３２，４２の厚さが１８（ｍｍ）である場合には、同じプレス時間で、多孔体３２，４２の厚さが１０（ｍｍ）である場合とほぼ同じ接合強度が得られた。なお、図示は省略しているが、多孔体３２，４２の厚さを変化させても、プレス時間を十分に長くした場合には、同等の接合強度が得られた。以上に実験結果から、本実施例の接合装置１００では、多孔体３２，４２の厚さを、同じプレス時間で、比較的大きな接合強度が得られる１８（ｍｍ）とした。
【００４５】
本願発明者は、先に説明したように、上部プレス用冶具３０に用いられる多孔体３２における連通気孔の気孔径に着目して、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０とを接合する実験を行った。そして、連通気孔の気孔径を２０（μｍ）以下とすることによって、膜電極接合体２１０に押圧跡が発生しなくなることを見出した。本実施例の接合装置１００によって、上部プレス用冶具３０に多孔体を用いることによる膜電極接合体２１０における押圧跡の発生、すなわち、局所的なダメージを抑制することができる。
【００４６】
また、本願発明者は、先に説明したように、上部プレス用冶具３０に用いられる多孔体３２の厚さに着目して、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０とを接合する実験を行った。その結果、多孔体３２の厚さを５（ｍｍ）以上、好ましくは、１０（ｍｍ）以上とすることによって、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合時間を短縮することができることを見出した。本実施例の接合装置１００によって、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合時間を短縮することができる。換言すれば、本実施例の接合装置１００によって、同じプレス時間で、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合強度を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施例の接合装置１００では、多孔体３２，４２の外周側面には、多孔体３２，４２の外周側面を囲むように、多孔体３２，４２よりも剛性が高い枠体３４，４４が設けられている。したがって、多孔体３２，４２に比較的大きな加圧力が加わる場合であっても、多孔体３２，４２の破損を抑制することができる。
【００４８】
Ｂ．第２実施例：
図７は、本発明の第２実施例としての接合装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。第２実施例の接合装置１００Ａは、第１実施例の接合装置１００の構成に加えて、蒸気発生装置５０と、吸引装置６０とを備えている。そして、蒸気発生装置５０は、発生させた水蒸気を、上部プレス用冶具３０におけるプレート３６を介して多孔体３２に供給可能に、多孔体３２に接続されている（図７（ａ）参照）。また、吸引装置６０は、プレート３６，４６を介して多孔体３２，４２からガスを吸引可能に、多孔体３２，４２に接続されている（図７（ｂ）参照）。蒸気発生装置５０は、［課題を解決するための手段］における高温ガス発生装置に相当する。
【００４９】
第２実施例の接合装置１００Ａでは、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０とを、ホットプレス接合する。この接合装置１００Ａの動作は、以下の通りである。まず、第１実施例の接合装置１００と同様に、上部コラム１０を上昇させて、下部プレス用冶具４０における多孔体４２上に、積層体２００を、ガス拡散層基材２２０と多孔体４２とが当接するようにセッティングする（図１（ａ）参照）。そして、上部コラム１０を下降させて、積層体２００を両面から押圧する。
【００５０】
そして、図７（ａ）中に破線矢印で示したように、蒸気発生装置５０によって発生された水蒸気を、プレート３６における連通孔３６ｏから流路溝３６ｐに供給する。この水蒸気は、流路溝３６ｐ内を流れて、多孔体３２を通過し、積層体２００の表面に吹き付けられる。こうすることによって、積層体２００を直接的に加熱することができる。積層体２００を透過した水蒸気は、多孔体４２を通過して、流路溝４６ｐ内を流れ、連通孔４６ｏから排出される。その後、蒸気発生装置５０からの水蒸気の供給、すなわち、積層体２００の加熱は停止される。
【００５１】
次に、吸引装置６０によって、積層体２００および多孔体３２，４２を介して、水蒸気および空気を吸引する。図７（ｂ）中に矢印で示したように、水蒸気および空気は、積層体２００および多孔体３２，４２を通過して、流路溝３６ｐ，４６ｐ内を流れ、連通孔３６ｏ，４６ｏから、吸引装置６０によって吸引される。こうすることによって、積層体２００を速やかに冷却（空冷）することができる。
【００５２】
以上説明した第２実施例の接合装置１００Ａによっても、第１実施例の接合装置１００と同様に、上部プレス用冶具３０に多孔体を用いることによる膜電極接合体２１０における押圧跡の発生、すなわち、局所的なダメージを抑制することができる。
【００５３】
また、第２実施例の接合装置１００Ａによっても、第１実施例の接合装置１００と同様に、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合時間を短縮することができる。換言すれば、第２実施例の接合装置１００Ａによっても、第１実施例の接合装置１００と同様に、同じプレス時間で、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合強度を向上させることができる。
【００５４】
また、第２実施例の接合装置１００Ａでは、蒸気発生装置５０によって発生された水蒸気を、多孔体３２を通過させて、積層体２００に吹き付けることによって、この積層体２００を直接的に加熱することができる。このため、積層体２００を加熱するために、上部プレス用冶具３０や、下部プレス用冶具４０を加熱する必要がない。したがって、加熱時間を短縮し、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合時間を短縮することができる。
【００５５】
また、第２実施例の接合装置１００Ａでは、積層体２００を、水蒸気によって加熱した後に、吸引装置６０によって、積層体２００および多孔体３２，４２を介して、水蒸気および空気を吸引することによって、積層体２００を空冷することができる。このため、積層体２００を冷却するために、上部プレス用冶具３０や、下部プレス用冶具４０を冷却する必要がない。したがって、積層体２００の冷却時間を短縮することができる。
【００５６】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００５７】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例の接合装置１００，１００Ａでは、下部プレス用冶具４０が備える多孔体４２における連通気孔の気孔径も、上部プレス用冶具３０が備える多孔体３２における連通気孔の気孔径と同様に、２０（μｍ）以下であるものとしたが、本発明は、これに限られない。下部プレス用冶具４０は、積層体２００をガス拡散層基材２２０側から押圧するため、膜電極接合体２１０と下部プレス用冶具４０とが当接することはない。このため、下部プレス用冶具４０が備える多孔体４２によって、膜電極接合体２１０に押圧跡が発生する可能性は、比較的低い。したがって、下部プレス用冶具４０が備える多孔体４２における連通気孔の気孔径は、必ずしも、上部プレス用冶具３０が備える多孔体３２のように、２０（μｍ）以下である必要はない。
【００５８】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例の接合装置１００，１００Ａでは、下部プレス用冶具４０は、多孔体４２を備えるものとしたが、本発明はこれに限られない。下部プレス用冶具４０を、ガス不透過としてもよい。
【００５９】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、上部プレス用冶具３０を［課題を解決するための手段］における第１のプレス用冶具とし、下部プレス用冶具４０を［課題を解決するための手段］における第２のプレス用冶具としたが、本発明は、これに限られない。下部プレス用冶具４０を［課題を解決するための手段］における第１のプレス用冶具とし、上部プレス用冶具３０を［課題を解決するための手段］における第２のプレス用冶具とするようにしてもよい。
【００６０】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例の接合装置１００では、多孔体３２，４２の外周側面には、それぞれ、多孔体３２，４２の外周側面を囲むように、多孔体３２，４２よりも剛性が高い枠体３４，４４が設けられているものとしたが、本発明は、これに限られない。接合装置１００において、枠体３４，４４を省略するようにしてもよい。この場合、多孔体３２，４２の外周側面が露出し、多孔体３２，４２の外周側面から空気が抜けるので、上部プレス用冶具３０における流路溝３６ｐが形成されたプレート３６や、下部プレス用冶具４０における流路溝４６ｐが形成されたプレート４６を省略可能である。
【００６１】
Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、ガス拡散層基材２２０（アノード側ガス拡散層基材２２０ａ、および、カソード側ガス拡散層基材２２０ｃ）における膜電極接合体２１０と当接する側の表面に、撥水層２２２が形成されているものとしたが、本発明は、これに限られない。ただし、ガス拡散層基材２２０が撥水層２２２を備える場合の方が、ガス拡散層基材２２０が撥水層２２２を備えない場合よりも、膜電極接合体２１０とガス拡散層基材２２０との接合面に空気が閉じ込められやすい。したがって、上記実施例の接合装置１００，１００Ａは、ガス拡散層基材２２０が撥水層２２２を備える場合に、特に効果的である。
【符号の説明】
【００６２】
１００，１００Ａ，１００Ｒ…接合装置
１０…上部コラム
２０…下部コラム
３０，３０Ｒ…上部プレス用冶具
３２…多孔体
３４…枠体
３６…プレート
３６ｐ…流路溝
３６ｏ…連通孔
４０，４０Ｒ…下部プレス用冶具
４２…多孔体
４４…枠体
４６…プレート
４６ｐ…流路溝
４６ｏ…連通孔
５０…蒸気発生装置
６０…吸引装置
２００…積層体
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４ａ…アノード
２１４ｃ…カソード
２２０…ガス拡散層基材
２２０ａ…アノード側ガス拡散層基材
２２０ｃ…カソード側ガス拡散層基材
２２２…撥水層
【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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