(57)【要約】【課題】セパレータとして金属を用い、支持フレームとしてポリマーを用いるとき、大きな引張り荷重が膜電極接合体にかかり難くする。【解決手段】燃料電池単セル１は、膜電極接合体５と、膜電極接合体の一側面上には外周縁部５２ｅが残るにようにしつつ膜電極接合体の両側面上にそれぞれ配置されたガス拡散層３ｃ、３ａと、外周縁部を覆うように形成された接着剤層１０と、接着剤層上に固定された支持フレーム２と、周縁部分において支持フレームに固定され、中心部分においてガス拡散層に当接するように支持フレーム及びガス拡散層の両側面上にそれぞれ配置されたセパレータ４ｃ、４ａと、を備える。支持フレームは、支持フレーム本体２０と、支持フレーム本体の両側面の少なくとも一方上に、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着剤被覆層２１、２２と、を含む。セパレータは金属で形成され、支持フレーム本体は延伸された結晶性ポリマーで形成される。【選択図】図２
2016162651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側面上に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の一側面上には外周縁部が残るにようにしつつ前記膜電極接合体の両側面上にそれぞれ配置されたガス拡散層と、
前記外周縁部を覆うように形成された接着剤層と、
前記接着剤層上に固定された支持フレームと、
周縁部分において前記支持フレームに固定され、中央部分において前記ガス拡散層に当接するように前記支持フレーム及び前記ガス拡散層の両側面上にそれぞれ配置されたセパレータと、
を備え、
前記支持フレームは、
支持フレーム本体と、
前記支持フレーム本体の両側面の少なくとも一方上に、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着剤被覆層と、
を含み、
前記セパレータは金属で形成され、
前記支持フレーム本体は延伸された結晶性ポリマーで形成される、
燃料電池単セル。
【請求項２】
前記支持フレーム本体は、多軸延伸された結晶性ポリマーで形成される、
請求項１に記載の燃料電池単セル。
【請求項３】
前記結晶性ポリマーの延伸方向の一つは、前記支持フレーム本体の長手方向に平行である、
請求項１又は２に記載の燃料電池単セル。
【請求項４】
前記接着剤層は、紫外線硬化性を有する接着剤で形成され、
前記支持フレーム本体は、前記接着剤を硬化させる所定波長の紫外線が透過する結晶性ポリマーで形成される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池単セル。
【請求項５】
前記結晶性ポリマーは、ポリエチレンテレフテラート系樹脂、シンジオタクチックポリスチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂の少なくとも一つを含む、
請求項４に記載の燃料電池単セル。
【請求項６】
前記接着剤層は、紫外線硬化性及び熱硬化性を有する接着剤で形成され、
前記支持フレーム本体は、前記接着剤を硬化させる所定波長の紫外線が透過し難い結晶性ポリマーで形成される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池単セル。
【請求項７】
前記結晶性ポリマーは、ポリエチレンナフタレート系樹脂及びポリフェニレンサルファイド系樹脂の少なくとも一つを含む、
請求項６に記載の燃料電池単セル。
【請求項８】
前記セパレータは、ステンレス又はチタンで形成される、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池単セル。
【請求項９】
前記膜電極接合体の前記一側面はカソード極側面である、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池単セル。
【請求項１０】
電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ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たガス拡散層と、前記膜電極接合体の外周において前記膜電極接合体を支持する支持フレームと、周縁部分において前記支持フレームに固定され、中央部分において前記ガス拡散層に当接するように前記支持フレーム及び前記ガス拡散層の両側面上にそれぞれ配置されたセパレータと、を備えた燃料電池単セルの製造方法であって、
前記支持フレームは、
支持フレーム本体と、
前記支持フレーム本体の両側面の少なくとも一方上に、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着剤被覆層と、
を含み、
前記セパレータは金属で形成され、
前記支持フレーム本体は延伸された結晶性ポリマーで形成され、
前記燃料電池セルの製造方法は、
前記膜電極接合体の一側面上に前記外周縁部が残るようにしつつ前記膜電極接合体の両側面上にそれぞれ前記ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体を準備する工程と、
前記外周縁部を覆うように接着剤層を形成する工程と、
前記接着剤層に前記支持フレームの内側部分を配置して、前記支持フレームと前記膜電極接合体とを接着する工程と、
前記膜電極接合体に接着された前記支持フレームの外側部分の両側面上に前記セパレータの前記周縁部分を配置し、前記支持フレームと前記セパレータとを加熱して接着する工程と、
を備える、
燃料電池単セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池単セル及び燃料電池単セルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜の両側面上に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、膜電極接合体の一側面上には外周縁部が残るにようにしつつ膜電極接合体の両側面上にそれぞれ配置されたガス拡散層と、外周縁部を覆うように形成された接着剤層と、接着剤層上に固定された支持フレームと、周縁部分において支持フレームに固定され、中央部分においてガス拡散層に当接するように支持フレーム及びガス拡散層の両側面上にそれぞれ配置されたセパレータと、を備え、支持フレームは、支持フレーム本体と、支持フレーム本体の両側面それぞれの上に、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着剤被覆層と、を含み、セパレータは金属で形成され、支持フレーム本体はポリプロピレンやポリエチレンのような絶縁性フィルムで形成される、燃料電池単セルが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記燃料電池単セルは、セパレータが支持フレームに熱可塑性の接着剤で固定された構造を有している。このような構造では、セパレータと支持フレームとを接着するとき、接着剤を加熱しようとすると、接着剤だけでなく接着剤の周囲のセパレータや支持フレームを含む広い領域を加熱することになる。この場合、セパレータの線膨張係数よりも支持フレームの線膨張係数が大きく、両者の相違が大きいと、加熱後の冷却過程において、セパレータの収縮量よりも支持フレームの収縮量が大きくなる。そのため、膜電極接合体は接着剤層を介して周囲から支持フレームに引っ張られ、大きな引張り荷重を受けて、破断するおそれがある。その結果、クロスリークが発生するおそれがある。特に、セパレータの材料として金属を用い、支持フレームの材料として高分子化合物であるポリマーを用いる場合、線膨張係数の相違が大きいため、膜電極接合体に大きな引張り荷重がかかり易い。
【０００５】
セパレータの材料として金属を用い、支持フレームの材料としてポリマーを用いる場合でも、膜電極接合体に大きな引張り荷重がかかり難くなるようにする技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の観点によれば、電解質膜の両側面上に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一側面上には外周縁部が残るにようにしつつ前記膜電極接合体の両側面上にそれぞれ配置されたガス拡散層と、前記外周縁部を覆うように形成された接着剤層と、前記接着剤層上に固定された支持フレームと、周縁部分において前記支持フレームに固定され、中央部分において前記ガス拡散層に当接するように前記支持フレーム及び前記ガス拡散層の両側面上にそれぞれ配置されたセパレータと、を備え、前記支持フレームは、支持フレーム本体と、前記支持フレーム本体の両側面の少なくとも一方上に、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着剤被覆層と、を含み、前記セパレータは金属で形成され、前記支持フレーム本体は延伸された結晶性ポリマーで形成される、燃料電池単セルが提供される。
【０００７】
本発明の別の観点によれば、電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ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たガス拡散層と、前記膜電極接合体の外周において前記膜電極接合体を支持する支持フレームと、周縁部分において前記支持フレームに固定され、中央部分において前記ガス拡散層に当接するように前記支持フレーム及び前記ガス拡散層の両側面上にそれぞれ配置されたセパレータと、を備えた燃料電池単セルの製造方法であって、前記支持フレームは、支持フレーム本体と、前記支持フレーム本体の両側面の少なくとも一方上に、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着剤被覆層と、を含み、前記セパレータは金属で形成され、前記支持フレーム本体は延伸された結晶性ポリマーで形成され、前記燃料電池セルの製造方法は、前記膜電極接合体の一側面上に前記外周縁部が残るようにしつつ前記膜電極接合体の両側面上にそれぞれ前記ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体を準備する工程と、前記外周縁部を覆うように接着剤層を形成する工程と、前記接着剤層に前記支持フレームの内側部分を配置して、前記支持フレームと前記膜電極接合体とを接着する工程と、前記膜電極接合体に接着された前記支持フレームの外側部分の両側面上に前記セパレータの前記周縁部分を配置し、前記支持フレームと前記セパレータとを加熱して接着する工程と、を備える、燃料電池単セルの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
セパレータの材料として金属を用い、支持フレームの材料としてポリマーを用いる場合でも、膜電極接合体に大きな引張り荷重がかかり難くなるようにできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池単セルの構成例を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】燃料電池単セルを含む燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】燃料電池単セルを含む燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。
【図５】流路部材の構成例を示す部分断面図である。
【図６】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図７】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図８】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図９】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図１０】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図１１】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図１２】別の実施例の燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図１３】別の実施例の燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図１４】別の実施例の燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
燃料電池単セルの構成について説明する。図１は、燃料電池単セルの構成例を模式的に示す分解斜視図である。燃料電池単セル１は膜電極接合体５を備えている。膜電極接合体５の両側面上にはそれぞれカソードガス拡散層３ｃ及びアノードガス拡散層３ａが配置され、膜電極接合体５の外周には支持フレーム２が接着剤層１０を介して配置される。膜電極接合体５及び支持フレーム２の両側面上にはそれぞれカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａが配置される。したがって、カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａがガス拡散層３ｃ、３ａを有する膜電極接合体５及び支持フレーム２の両側面上にそれぞれ組み付けられることにより燃料電池単セル１が形成される。ここで、燃料電池単セル１の厚み方向Ｓから見ると、燃料電池単セル１は長手方向Ｌ１及び長手方向Ｌ１に垂直な短手方向Ｌ２を有する略長方形の外形を有している。同様に、燃料電池単セル１を構成する膜電極接合体５、支持フレーム２、各ガス拡散層３ｃ、３ａ及び各セパレータ４ｃ、４ａの各部材も略長方形の外形を有している。ゆえに各部材の長手方向及び短手方向は燃料電池単セル１の長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２に一致している。以下では、各部材の長手方向及び短手方向についても長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２と呼ぶことにする。
【００１１】
カソードセパレータ４ｃの中央部分４ｃｍは、膜電極接合体５側（図に示さない側）に酸化剤ガス供給路用の複数の溝を有する。中央部分４ｃｍの複数の溝は、カソードセパレータ４ｃの一体成型で形成される。図１に示す実施例では中央部分４ｃｍの複数の溝は一方向の流路である。図示しない別の実施例では複数の溝はサーペンタイン型の流路である。カソードセパレータ４ｃにおける中央部分４ｃｍの外側の周縁部分４ｃｅのうち、カソードセパレータ４ｃの長手方向Ｌ１の両端付近には、カソードセパレータ４ｃを貫通するように、酸化剤ガスマニホールド用貫通口６ｃ１、６ｃ２、冷却水マニホールド用貫通口６ｗ１、６ｗ２及び燃料ガスマニホールド用貫通口６ａ１、６ａ２が形成される。酸化剤ガスマニホールド用貫通口６ｃ１、６ｃ２と中央部分４ｃｍの複数の溝との間には酸化剤ガスを導く流路部材４ｃｓ１、４ｃｓ２が配置される。図示しない別の実施例では流路部材４ｃｓ１、４ｃｓ２はカソードセパレータ４ｃの一部として一体成型で形成される。周縁部分４ｃｅにおける膜電極接合体５と逆側（図に示す側）では、各貫通口の周囲及び中央部分４ｃｍの周囲にガスケットのようなシール部材１４が配置可能な平坦面が形成される。
【００１２】
アノードセパレータ４ａの中央部分４ａｍは、膜電極接合体５側（図に示す側）に燃料ガス供給路用の複数の溝を有する。中央部分４ａｍの複数の溝は、アノードセパレータ４ａの一体成型で形成される。図１に示す実施例では中央部分４ａｍの複数の溝は一方向の流路である。図示しない別の実施例では複数の溝はサーペンタイン型の流路である。アノードセパレータ４ａにおける中央部分４ａｍの外側の周縁部分４ａｅのうち、アノードセパレータ４ａの長手方向Ｌ１の両端付近には、アノードセパレータ４ａを貫通するように、酸化剤ガスマニホールド用貫通口６ｃ３、６ｃ４、冷却水マニホールド用貫通口６ｗ３、６ｗ４及び燃料ガスマニホールド用貫通口６ａ３、６ａ４が形成される。燃料ガスマニホールド用貫通口６ａ３、６ａ４と中央部分４ａｍの複数の溝との間には燃料ガスを導く流路部材４ａｓ１、４ａｓ２が配置される。図示しない別の実施例では流路部材４ａｓ１、４ａｓ２はアノードセパレータ４ａの一部として一体成型で形成される。周縁部分４ａｅにおける膜電極接合体５と逆側（図に示さない側）では、各貫通口の周囲及び中央部分４ａｍの周囲にシール部材１４を受容するための窪み部が形成され、対応する膜電極接合体５側の位置には突出部１６が形成される。
【００１３】
支持フレーム２の長手方向Ｌ１の両端部付近には、支持フレーム２を貫通するように、酸化剤ガスマニホールド用貫通口６ｃ５、６ｃ６、冷却水マニホールド用貫通口６ｗ５、６ｗ６、及び、燃料ガスマニホールド用貫通口６ａ５、６ａ６が形成される。
【００１４】
燃料電池単セル１が形成されるとき、支持フレーム２に支持された膜電極接合体５の両側にカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａが組み付けられると、カソードセパレータ４ｃ、支持フレーム２及びアノードセパレータ４ａの酸化剤ガスマニホールド用貫通口６ｃ１、６ｃ５、６ｃ３及び６ｃ２、６ｃ６、６ｃ４、冷却水マニホールド用貫通口６ｗ１、６ｗ５、６ｗ３及び６ｗ２、６ｗ６、６ｗ４、並びに、燃料ガスマニホールド用貫通口６ａ１、６ａ５、６ａ３及び６ａ２、６ａ６、６ａ４が厚み方向Ｓに互いに整列される。それにより厚み方向Ｓに延びる通路、すなわち流体貫流路としての酸化剤ガスマニホールド、冷却水マニホールド及び燃料ガスマニホールドが画定される。
【００１５】
図２は、燃料電池単セル１を含む燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図である。この図は、図１のＥ２−Ｅ２断面に相当する部分を示している。図３は図２の部分拡大図である。複数の燃料電池単セル１が燃料電池単セル１の厚み方向Ｓに積層された積層体により燃料電池スタックが形成される。燃料電池単セル１は、燃料ガス（例示：水素ガス）と酸化剤ガス（例示：空気）との電気化学反応により電力を発生する。燃料電池単セル１で発生された電力は、積層体の両端に配置されたターミナルプレートから燃料電池スタックの外部に到る複数の配線を介して燃料電池スタックの外部に取り出される。燃料電池スタックから取り出された電力は例えば電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。
【００１６】
燃料電池単セル１の膜電極接合体５は、電解質膜５ｅと、電解質膜５ｅの両側に形成されたカソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａとを備えている。電解質膜５ｅ、カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａはほぼ同じ大きさを有する。電解質膜５ｅの両側にカソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａが配置されて膜電極接合体５が形成されたとき、電解質膜５ｅ、カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａはほぼ重なる。図示しない別の実施例では、カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａの少なくとも一方が電解質膜５ｅよりも小さい。
【００１７】
電解質膜５ｅの材料としては、例えばフッ素系のイオン伝導性を有する高分子膜が挙げられる。図２に示す実施例では、パーフルオロスルホン酸を備えるプロトン導電性を有するイオン交換膜を用いる。カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａの材料としては、例えば白金又は白金合金のような触媒を担持した触媒担持カーボンが挙げられる。図２に示す実施例では、白金合金を担持した触媒担持カーボンを用いる。図示しない別の実施例では、電解質膜５ｅと同様の材料のアイオノマーが触媒担持カーボンに更に加えられる。
【００１８】
膜電極接合体５の一側面５２上、すなわちカソード電極触媒層５ｃ上にはカソードガス拡散層３ｃが配置され、それによりカソードガス拡散層３ｃが膜電極接合体５に電気的に接続される。また、膜電極接合体５の他側面５１上、すなわちアノード電極触媒層５ａ上にはアノードガス拡散層３ａが配置され、それによりアノードガス拡散層３ａが膜電極接合体５に電気的に接続される。カソードガス拡散層３ｃは膜電極接合体５よりも一回り小さい大きさを有する。膜電極接合体５の一側面５２上にカソードガス拡散層３ｃが配置されたとき、カソードガス拡散層３ｃの周囲における膜電極接合体５の一側面５２に外周縁部５２ｅが枠状に形成される。一方、アノードガス拡散層３ａは膜電極接合体５とほぼ同じ大きさを有する。膜電極接合体５の他側面５１上にアノードガス拡散層３ａが配置されたとき、膜電極接合体５とアノードガス拡散層３ａとはほぼ重なる。
【００１９】
カソードガス拡散層３ｃ及びアノードガス拡散層３ａの材料としては、導電性を有する多孔体、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボンのようなカーボン多孔体や、金属メッシュ、発泡金属のような金属多孔体が挙げられる。図２に示す実施例ではカーボンクロスを用いる。図示しない別の実施例では、ポリテトラフルオロエチレンのような撥水性の強い材料が上記多孔体に多孔性が失われない程度に含浸される。図示しない更に別の実施例では、撥水性の強い材料とカーボン粒子との混合層が上記多孔体の一側面に形成される。
【００２０】
外周縁部５２ｅ上には接着剤層１０が形成される。接着剤層１０は外周縁部５２ｅと同様の枠状に形成される。図２に示す実施例では、接着剤層１０は外周縁部５２ｅを覆うように外周縁部５２ｅの全面に形成される。接着剤層１０は、外周縁部５２ｅのうち平面方向の外側に位置する外側部分３２と、外周縁部５２ｅのうち平面方向の内側に位置する内側部分３１とを有する。内側部分３１の内側の端部３１ｅはカソードガス拡散層３ｃの外側部分３ｃｅと接する。
【００２１】
接着剤層１０は、熱硬化性を有さないが紫外線（ＵＶ）硬化性を有する接着剤で形成される。このような接着剤層１０の材料としては、例えばＵＶ硬化ポリイソブチレン系樹脂、ＵＶ硬化エポキシ系樹脂及びＵＶ硬化アクリル系樹脂のようなラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤や、カチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤が挙げられる。図２に示す実施例では、ラジカル重合性樹脂であるＵＶ硬化ポリイソブチレン系樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いる。接着剤層１０用の接着剤の塗布方法としては、例えばスクリーン印刷法やディスペンサで塗布する方法が挙げられる。図２に示す実施例ではスクリーン印刷法を用いる。
【００２２】
接着剤層１０上には支持フレーム２が配置される。支持フレーム２は、枠形状を有し、カソードガス拡散層３ｃ及びアノードガス拡散層３ａを備える膜電極接合体５を膜電極接合体５の外周において支持する。図３に示す実施例では、支持フレーム２の一側の内側部分２ｅが接着剤層１０の外側部分３２上に接着されることにより、支持フレーム２の内側部分２ｅが膜電極接合体５の外周縁部５２ｅに接着される。内側部分２ｅが外周縁部５２ｅに接着されたとき、支持フレーム２の内側部分２ｅとカソードガス拡散層３ｃの外側部分３ｃｅとの間に隙間Ｇが形成される。すなわち、支持フレーム２は、カソードガス拡散層３ｃと離間して配置される。
【００２３】
支持フレーム２は、支持フレーム本体２０と、支持フレーム本体２０の両側面上にそれぞれ形成された接着剤被覆層２１、２２とを含んでいる。
【００２４】
支持フレーム本体２０は電気絶縁性及び気密性を有する材料で形成される。支持フレーム本体２０の材料としては、結晶性のポリマーが用いられる。結晶性のポリマーとしては、例えばエンジニアリングプラスチックや汎用プラスチックが挙げられる。エンジニアリングプラスチックとしては、例えばポリエチレンナフタレート系樹脂（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフテラート系樹脂（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド系樹脂（ＰＰＳ）及びシンジオタクチックポリスチレン系樹脂（ＳＰＳ）が挙げられる。汎用プラスチックとしてはポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）が挙げられる。図３に示す実施例では、支持フレーム本体２０の材料として、接着剤層１０の硬化に使用される所定の波長（例示：３６５ｎｍ）の紫外線が透過可能なポリエチレンテレフテラート系樹脂を用いる。所定波長の紫外線が透過可能な材料として、他にシンジオタクチックポリスチレン系樹脂（ＳＰＳ）やポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）がある。
【００２５】
接着剤被覆層２１、２２は、支持フレーム本体２０、両セパレータ４ｃ、４ａ及び接着剤層１０に接着可能であり熱可塑性を有する接着剤により、公知方法で支持フレーム本体２０両側面上に形成される。接着剤被覆層２１、２２の材料としては、例えば酢酸ビニル系樹脂の接着剤、ポリビニルアルコール系樹脂の接着剤、エチレン酢酸ビニル系樹脂の接着剤、塩化ビニル系樹脂の接着剤、アクリル系樹脂の接着剤、ポリアミド系樹脂の接着剤、セルロース系樹脂の接着剤、ポリビニルピロリドン系樹脂の接着剤、ポリスチレン系樹脂の接着剤、シアノアクリレート系樹脂の接着剤、ポリビニルアセタール系樹脂の接着剤、ポリエステル系樹脂の接着剤、変性オレフィン系樹脂の接着剤などの中から支持フレーム本体２０、両セパレータ４ｃ、４ａ及び接着剤層１０の材料に応じて適宜選択される。
【００２６】
図３に示す実施例では、支持フレーム本体２０の材料として、ポリエチレンテレフテラート系樹脂が用いられる。ところが、ポリエチレンテレフテラート系樹脂やポリエチレンナフタレート系樹脂は、燃料電池単セル１の強い酸性雰囲気に弱く、劣化するおそれがある。したがって、そのような強い酸性雰囲気に弱い材料を用いる場合、支持フレーム本体２０の端部２０ｅには、端部２０ｅを強い酸性雰囲気から保護する接着剤保護層３３が形成される。接着剤保護層３３の材料としては、端部２０ｅを強い酸性雰囲気から保護可能な材料であれば特に制限はないが、例えば接着剤層１０と同じ材料や、接着剤被覆層２１、２２と同じ材料が挙げられる。なお、支持フレーム本体２０の両側面はそれぞれ接着剤被覆層２１、２２で保護されているので、燃料電池単セル１の強い酸性雰囲気で劣化することはない。
【００２７】
カソードセパレータ４ｃの一側の周縁部分４ｃｅは支持フレーム２の他側に接着剤被覆層２１で接着されて固定される。カソードセパレータ４ｃの一側の周縁部分４ｃｅよりも内側の中央部分４ｃｍはカソードガス拡散層３ｃに当接し、それによりカソードセパレータ４ｃはカソードガス拡散層３ｃに電気的に接続される。接着剤被覆層２１は、燃料電池単セル１のカソード極側を外部からシールする。カソードセパレータ４ｃの中央部分４ｃｍに設けられた酸化剤ガス供給路用の複数の溝とカソードガス拡散層３ｃとにより図２に示すように複数の酸化剤ガス供給路８が形成される。複数の酸化剤ガス供給路８から供給される酸化剤ガスがカソードガス拡散層３ｃを介して膜電極接合体５へ供給される。
【００２８】
一方、アノードセパレータ４ａの一側の周縁部分４ａｅは支持フレーム２の一側に接着剤被覆層２２で接着されて固定される。アノードセパレータ４ａの一側の周縁部分４ａｅよりも内側の中央部分４ａｍはアノードガス拡散層３ａに当接し、それによりアノードセパレータ４ａはアノードガス拡散層３ａに電気的に接続される。接着剤被覆層２２は、燃料電池単セル１のアノード極側を外部からシールする。アノードセパレータ４ａの中央部分４ａｍに設けられた燃料ガス供給路用の複数の溝とアノードガス拡散層３ａとにより図２に示すように複数の燃料ガス供給路９が形成される。複数の燃料ガス供給路９から供給される燃料ガスがアノードガス拡散層３ａを介して膜電極接合体５へ供給される。
【００２９】
隣り合う二つの燃料電池単セル１では、一方の燃料電池単セル１のカソードセパレータ４ｃと他方の燃料電池単セル１のアノードセパレータ４ａとが当接する。その結果、図２に示すように、二つの酸化剤ガス供給路８と二つの燃料ガス供給路９とに囲まれた冷却水供給路７が形成される。
【００３０】
カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａは、酸化剤ガス、燃料ガス、冷却水を透過させず、導電性を有する材料で形成される。カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａの材料としては、例えばステンレスやチタンのような金属が挙げられる。これらの材料の線膨張係数は約１０×１０−６／℃程度であり、具体的には例えばＳＵＳ３０４では約１７×１０−６／℃、チタンでは約８．４×１０−６／℃である。
【００３１】
隣接する燃料電池単セル１では、図２に示すように、一方の燃料電池単セル１のアノードセパレータ４ａの他側の周縁部分４ａｅと、他方の燃料電池単セル１のカソードセパレータ４ｃの他側の周縁部分４ｃｅとがシール部材１４を介して接している。図２に示す実施例では、周縁部分４ｃｅの平坦面に配置されたシール部材１４が周縁部分４ａｅの窪み部１５に嵌り込んでいる。シール部材１４の材料としては例えばゴムのような弾性部材が挙げられる。
【００３２】
図２に示す実施例では、支持フレーム本体２０は、更に、カソードセパレータ４ｃやアノードセパレータ４ａの線膨張係数に近い線膨張係数を有する材料で形成される。支持フレーム本体２０の線膨張係数と両セパレータ４ｃ、４ａの線膨張係数との相違が大きいと、支持フレーム２を加熱し、接着剤被覆層２１、２２を溶融させて、支持フレーム２と両セパレータ４ｃ、４ａとを接着したとき、その後の冷却過程において、あるいは、冷間運転時において、支持フレーム２の収縮と両セパレータ４ｃ、４ａの収縮とが大きく異なることになる。そうなると、支持フレーム２により膜電極接合体５に大きな引張り荷重がかかり、例えば電解質膜５ｅの外周縁部５２ｅ付近などに亀裂が発生し、クロスリークの原因となるおそれがある。支持フレーム本体２０の線膨張係数と両セパレータ４ｃ、４ａの線膨張係数との相違を小さくすることで、その事態を回避できる。
【００３３】
両セパレータ４ｃ、４ａの線膨張係数に近い線膨張係数を有する支持フレーム本体２０の材料としては、二軸延伸された上述の結晶性のポリマーが挙げられる。図２に示す実施例では、支持フレーム本体２０の材料として、二軸延伸されたポリエチレンテレフテラート系樹脂を用いる。これらの材料の延伸前の線膨張係数は例えば約１００×１０−６／℃程度であるが、延伸後の延伸方向の線膨張係数は延伸により小さくすることができ、例えば約２０〜４０×１０−６／℃程度まで小さくなる。一方、カソードセパレータ４ｃやアノードセパレータ４ａの典型的な材料での線膨張係数は約１０×１０−６／℃程度である。このように支持フレーム２を延伸することにより、支持フレーム２の延伸方向の線膨張係数を両セパレータ４ａ、４ｃの線膨張係数に近づけることができ、延伸の程度により概ね同程度に調節することができる。図示しない別の実施例では、一軸又は三軸以上で延伸された上述の結晶性のポリマー、例えばポリエチレンテレフテラート系樹脂を用いる。支持フレーム本体２０の製造方法としては、特に制限はないが、例えば、Ｔダイキャスト法により形成されたフィルムをテンター法により延伸して形成する方法が挙げられる。また、延伸方法としては例えば二軸延伸の場合、同時二軸延伸しても良いし、逐次二軸延伸してもよい。
【００３４】
図２に示す実施例では、特に、支持フレーム本体２０の材料として、互いに垂直な方向に二軸延伸されたポリエチレンテレフテラート系樹脂を用い、二軸の延伸方向をそれぞれ支持フレーム２の長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２に整列させる。
【００３５】
図４は、燃料電池単セル１を含む燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図である。この図は、図１のＥ４−Ｅ４断面に相当する部分の断面を示している。図４を参照すると、支持フレーム２とカソードセパレータ４ｃとの間に、酸化剤ガスを流通させる流路部材４ｃｓ１が配置される。流路部材４ｃｓ１は、酸化剤ガスマニホールド用貫通口６ｃ１、６ｃ５、６ｃ３が厚み方向Ｓに整列されて形成された酸化剤ガスマニホールド６ｃｍとカソードセパレータ４ｃの中央部分４ｃｍの複数の酸化剤ガス供給路８との間の酸化剤ガスの流路を形成する。同様に、支持フレーム２とカソードセパレータ４ｃとの間に、酸化剤ガスを流通させる流路部材４ｃｓ２（図１参照）が配置される。流路部材４ｃｓ２は、酸化剤ガスマニホールド用貫通口６ｃ２、６ｃ６、６ｃ４が厚み方向Ｓに整列されて形成された別の酸化剤ガスマニホールドと複数の酸化剤ガス供給路８との間の酸化剤ガスの流路を形成する。図５に図４のＥ５−Ｅ５断面を示す。図５に示す実施例では、流路部材４ｃｓ１の流路方向の断面は、酸化剤ガス供給路８と同様に、流路方向に平行な複数の溝を有する形状である。図１に示す実施例では、流路部材４ｃｓ２、４ａｓ１、４ａｓ２の形状は、この流路部材４ｃｓ１の形状と概ね同じである。
【００３６】
次に、燃料電池単セルの製造方法について説明する。図６〜図１１は、燃料電池単セル１の製造方法の各工程を示す部分断面図である。
【００３７】
まず、図６に示すように、他側面５１上にアノードガス拡散層３ａが配置され、一側面５２が露出された膜電極接合体５を準備する。アノードガス拡散層３ａと膜電極接合体５とは、例えばホットプレス工程により加熱・圧縮されて予め接合されている。
【００３８】
次に、図７に示すように、膜電極接合体５の一側面５２上に外周縁部５２ｅが残るようにカソードガス拡散層３ｃを配置する。その後、カソードガス拡散層３ｃと膜電極接合体５とを、例えばホットプレス工程により加熱・圧縮して接合する。
【００３９】
次に、図８に示すように、外周縁部５２ｅ上に、紫外線硬化性有する接着剤層１０を形成する。図８に示す実施例では、接着剤層１０の材料として、ラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いる。また、接着剤層１０は外周縁部５２ｅの全面に形成される。接着剤層１０の形成方法としてはスクリーン印刷でＵＶ硬化型接着剤を外周縁部５２ｅ上に塗布する方法を用いる。図示しない別の実施例では、膜電極接合体５の一側面５２上に接着剤層１０を先に形成し、その後にカソードガス拡散層３ｃを形成する。
【００４０】
続いて、図９に示すように、支持フレーム２を用意する。図９に示す実施例では、支持フレーム本体２０の材料としては、ポリエチレンテレフテラート系樹脂を用いる。支持フレーム本体２０はあらかじめ互いに垂直な方向に二軸延伸されたものであり、その二軸の延伸方向がそれぞれ支持フレーム２の長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２に整列されている。続いて、接着剤層１０上に支持フレーム２を配置する。図９に示す実施例では、接着剤層１０の外側部分３２上に支持フレーム２の内側部分２ｅが接し、接着剤層１０が部分的に露出するように、支持フレーム２を接着剤層１０上の適正な位置に配置する。このとき、接着剤層１０には粘着力があるので、支持フレーム２は接着剤層１０に粘着される。また、支持フレーム本体２０の二軸の延伸方向がそれぞれ支持フレーム２の長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２に合っているので、支持フレーム２における長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２の線膨張係数を、カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａの線膨張係数と同程度にすることができる。図示しない別の実施例では、二軸延伸のポリエチレンナフタレート系樹脂を配置するとき、二軸の延伸方向をそれぞれ支持フレーム２の長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２から交差させる。
【００４１】
その後、図９に示す実施例では、支持フレーム２と膜電極接合体５とが相対的に押し合うように加圧する。加圧方法としては、錘６０を用いて圧力Ｐで支持フレーム２を接着剤層１０に押しつける。それにより、支持フレーム２下側の接着剤層１０が変形し、その一部が隙間Ｇ側へ移動して、支持フレーム本体２０の端部２０ｅを覆う接着剤保護層３３が形成される。接着剤保護層３３は、例えば接着剤層１０の厚みや圧力Ｐを調整することなどにより形成可能である。図示しない別の実施例では、接着剤層１０以外の他の接着剤を使用して、支持フレーム本体２０の端部２０ｅに予め接着剤保護層３３を形成しておく。その場合には加圧を行わなくてもよい。
【００４２】
続いて、図１０に示すように、圧力Ｐでの加圧を継続しながら、支持フレーム２へ所定波長（例示：３６５ｎｍ）の紫外線ＵＶを照射する。このとき、錘６０は石英製であり所定波長の紫外線ＵＶが透過可能であり、支持フレーム本体２０のポリエチレンテレフテラート系樹脂も所定波長の紫外線ＵＶが透過可能であるため、接着剤層１０は紫外線を受けて硬化する。照射条件（例示：紫外線の光量、照射時間など）は、接着剤層１０の材料により適宜選択される。それにより、接着剤層１０の外側部分３２と支持フレーム２の内側部分２ｅとが接着され、接着剤層１０の外側部分３２と膜電極接合体５の外周縁部５２ｅとが接着される。その結果、支持フレーム２と膜電極接合体５とが接着剤層１０を介して接着される。
【００４３】
また、圧力Ｐでの加圧により、支持フレーム２が接着剤層１０とより密着することができ、接着強度が向上される。なお、錘６０と支持フレーム２とが接する面６０ｓは、テフロン（登録商標）などの材料でコーティングされることにより、接着剤被覆層２１が溶けても錘６０の面６０ｓに接着しない。図示しない別の実施例では、支持フレーム２と膜電極接合体５とを加圧せずに支持フレーム２を加熱する。
【００４４】
次に、図１１に示すように、支持フレーム２の一側の接着剤被覆層２２における接着剤層１０と接する内側部分２２ｅとは逆の外側部分２２ｆがアノードセパレータ４ａの周縁部分４ａｅに接するように、アノードセパレータ４ａを配置する。それと共に、支持フレーム２の他側の接着剤被覆層２１における外側部分２１ｆがカソードセパレータ４ｃの周縁部分４ｃｅに接するように、カソードセパレータ４ｃを配置する。そして、支持フレーム２の外側部分２ｆを主に加熱する。それにより、支持フレーム２の両側面上の接着剤被覆層２２及び接着剤被覆層２１における外側部分２２ｆ及び外側部分２１ｆが主に溶けて、アノードセパレータ４ａの周縁部分４ａｅ及びカソードセパレータ４ｃの周縁部分４ｃｅと支持フレーム２とが接着する。これにより、一対のアノードセパレータ４ａ及びカソードセパレータ４ｃで膜電極接合体５と支持フレーム２とが挟持される。そして、接着剤被覆層２２、２１が冷えて硬化することにより、膜電極接合体５、カソードガス拡散層３ｃ、支持フレーム２、アノードセパレータ４ａ及びカソードセパレータ４ｃが一体化される。また、図示しない別の実施例では、支持フレーム２に接着剤被覆層２１のみが形成され、接着剤被覆層２２が形成されず、その代わりにアノードセパレータ４ａの周縁部分４ａｅに熱可塑性を有する別の接着剤層が形成され、その別の接着剤層によりアノードセパレータ４ａと支持フレーム２とが接着される。また、図示しない更に別の実施例では、支持フレーム２に接着剤被覆層２２のみが形成され、接着剤被覆層２１が形成されず、その代わりにカソードセパレータ４ｃの周縁部分４ｃｅに熱可塑性を有する別の接着剤層が形成され、その別の接着剤層によりカソードセパレータ４ｃと支持フレーム２とが接着される。また、図示しない更に別の実施例では、接着剤被覆層２２や上記の別の接着剤層のような熱可塑性を有する接着剤層はアノードセパレータ４ａの周縁部分４ａｅと支持フレーム２との接合部分のみに形成され、及び／又は、接着剤被覆層２１や上記の別の接着剤層のような熱可塑性を有する接着剤層はカソードセパレータ４ｃの周縁部分４ｃｅと支持フレーム２との接合部分のみに形成される。
【００４５】
以上の工程により、燃料電池単セル１が形成される。
【００４６】
本実施例の製造方法では、支持フレーム本体２０の材料として、二軸延伸の結晶性ポリマーを用いている。そのため、支持フレーム２の線膨張係数をアノードセパレータ４ａ及びカソードセパレータ４ｃの線膨張係数と概ね同程度にすることができる。それにより、支持フレーム２を加熱して、支持フレーム２と両セパレータ４ａ、４ｃとを熱可塑性の接着剤被覆層２１、２２で接着したとき、その後の冷却過程において、あるいは、冷間運転時において、支持フレーム２の収縮と両セパレータ４ａ、４ｃの収縮とを概ね同程度にすることができる。その結果、支持フレーム２による膜電極接合体５の引張り荷重を小さくすることができ、電解質膜５ｅでの亀裂の発生を抑制できる。特に、二軸延伸のポリエチレンナフタレート系樹脂の二軸の延伸方向をそれぞれ支持フレーム２の長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２に整列させると、支持フレーム２の長手方向Ｌ１及び短手方向Ｌ２の線膨張係数をカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａの線膨張係数と同程度にすることができ、それにより、支持フレーム２により電極接合体５の四辺に作用し得る引張り荷重をより小さくすることができる。
【００４７】
本実施例の製造方法では、二軸延伸の結晶性ポリマーを用いているが、支持フレーム本体２０の材料として、三軸以上の多軸延伸の結晶性ポリマー（例示：ポリエチレンテレフテラート系樹脂）を用いることも可能である。その場合、支持フレーム本体２０の概ね全方向の線膨張係数が両セパレータ４ｃ、４ａの線膨張係数と同程度となるので、膜電極接合体５の亀裂の発生を更に抑制できる。また、延伸方向の一つを支持フレーム２の長手方向に整列させることで、支持フレーム２における温度変化による収縮の大きい長手方向の線膨張係数を、カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａの線膨張係数と同程度にすることができ、膜電極接合体５の亀裂の発生を更に抑制できる。また、結晶性ポリマーの延伸方向が多数あるので、支持フレーム本体２０をフィルムから切り出して形成するときの切り出しの自由度が高まり、生産性を向上できる。
【００４８】
あるいは、支持フレーム本体２０の材料として、一軸延伸の結晶性ポリマー（例示：ポリエチレンテレフテラート系樹脂）を用いることも可能である。その場合には、延伸方向を支持フレーム２の長手方向に整列させる。それにより、支持フレーム２における温度変化による収縮の大きい長手方向の線膨張係数を、カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａの線膨張係数と同程度にすることができ、膜電極接合体５の亀裂の発生を抑制できる。
【００４９】
本実施例の製造方法では、接着剤層１０として熱硬化性を有さず紫外線硬化性を有する接着剤を用いている。このように、加熱ではほとんど硬化しないが紫外線では硬化する接着剤を用いると、加熱せずに紫外線の照射で接着剤を硬化させるため、加熱時間が不要であり、かつ、硬化時間が非常に短いので、接着剤層１０の形成工程の時間を短縮でき、生産性を向上できる。また、接着剤の加熱が必要であると、接着剤だけでなく接着剤の周囲の膜電極接合体５や支持フレーム２を含む広い領域を加熱することになり、加熱後の冷却過程で接着剤層１０と膜電極接合体５との線膨張係数の相違による膜電極接合体５の破損が起こり得るが、加熱が不要であるため、その破損を抑制できる。更に、接着剤の加熱が必要だと、上記のように広い領域を加熱することになり、加熱後の冷却過程で支持フレーム２と膜電極接合体５との線膨張係数の相違による支持フレーム２や膜電極接合体５の反りが起こり得るが、加熱が不要であるため、その反りを抑制できる。
【００５０】
また、本実施例の製造方法では、支持フレーム本体２０の端部２０ｅが接着剤保護層３３により保護されている。図４に示すように、支持フレーム本体２０の端部２０ｅは燃料電池単セル１のカソード電極触媒層５ｃ側の強い酸化雰囲気に曝される。特に、支持フレーム２とカソードガス拡散層３ｃとの間に隙間Ｇがある場合には、その隙間Ｇに強い酸性の水溶液が溜まり、端部２０ｅに大きなダメージを与えるおそれがある。しかし、端部２０ｅを接着剤保護層３３で保護することで、支持フレーム本体２０の材料がカソード電極触媒層５ｃ側の酸化雰囲気に弱い材料であっても、支持フレーム本体２０が酸化雰囲気に曝されなくなり、支持フレーム本体２０の劣化を防止できる。
【００５１】
また、本実施例の製造方法では、支持フレーム２とカソードガス拡散層３ｃとの間の隙間Ｇの外周縁部５２ｅが接着剤層１０の内側部分３１で保護され、外部へ露出されなくなるため、外周縁部５２ｅの膜電極接合体５が劣化等で裂ける事態を防止できる。なお、図示しない別の実施例では、支持フレーム２とカソードガス拡散層３ｃとを近接させ、隙間Ｇを実質的に設けない。
【００５２】
次に図１２〜図１４を参照して別の実施例を説明する。この別の実施例の製造方法は、接着剤層１０の硬化に使用される所定波長（例示：３６５ｎｍ）の紫外線がほとんど透過しない材料で支持フレーム本体２０が形成され、熱硬化性を付与された紫外線硬化性を有する接着剤で接着剤層１０が形成される点で、上記図６〜図１１に示す製造方法と相違する。以下相違点について主に説明する。
【００５３】
支持フレーム本体２０の材料としては、例えば延伸された結晶性ポリマーのポリエチレンナフタレート系樹脂又はポリフェニレンサルファイド系樹脂が挙げられる。ポリエチレンナフタレート系樹脂やポリフェニレンサルファイド系樹脂は、接着剤層１０の硬化に使用される所定波長（例示：３６５ｎｍ）の紫外線がほとんど透過しない。したがって、このような材料を用いる支持フレーム２は、接着剤層１０の硬化に使用される所定波長の紫外線がほとんど透過できない材料という意味で、所定波長の紫外線が透過し難い材料ということができる。この場合に用いられる接着剤層１０の材料としては、例えば熱硬化性を付与されたラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤又は熱硬化性を付与されたカチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤が挙げられる。ＵＶ硬化型接着剤は熱ではほとんど硬化しないが、熱硬化性を付与されたＵＶ硬化型接着剤は熱硬化もする。本実施例では、支持フレーム本体２０の材料として二軸延伸のポリエチレンナフタレート系樹脂を用い、接着剤層１０の材料として熱硬化性を付与されたラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いる。また、この別の実施例では、接着剤層１０は、紫外線を照射され、少なくとも形状を保持できる程度に硬化したとき、粘着性を有する接着剤で形成される。接着剤層１０に粘着性を付与する方法としては、紫外線の照射時間及び光量を調整して接着剤層１０を完全に硬化させない方法を用いる。図示しない別の実施例では、接着剤層１０の材料に粘着付与剤（タッキファイヤー）のような副成分を添加する方法を用いる。
【００５４】
この別の実施例の製造方法において、まず図６に示すように膜電極接合体５を準備し、続いて図７に示すように膜電極接合体５の一側面５２上にカソードガス拡散層３ｃを配置する。
【００５５】
次に、図１２に示すように、外周縁部５２ｅ上に、熱硬化性を付与されたラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いて接着剤層１０を形成する。
【００５６】
その後、図１２に示すように、接着剤層１０が膜電極接合体５の外周縁部５２ｅに接着するように接着剤層１０に所定波長（例示：３６５ｎｍ）の紫外線ＵＶを照射する。すなわち、接着剤層１０は、主に紫外線により引き起こされる紫外線硬化により、膜電極接合体５と接着し、外周縁部５２ｅを保護する。ただし、図１２に示す実施例では、接着剤層１０を完全には硬化させないようにする。それにより、接着剤層１０は、形状を保持できる程度に硬化して流動しなくなるが、粘着力（ＴＡＣ力）を有し、比較的強い力を印加されるとある程度変形可能になる。このような紫外線ＵＶの照射条件（例示：紫外線の光量、照射時間など）は、接着剤層１０の材料により適宜選択される。図示しない別の実施例では、接着剤層１０の接着剤には副成分として粘着付与剤が添加され、それにより粘着力が発揮される。
【００５７】
続いて、図１３に示すように、支持フレーム２を用意する。図１３に示す実施例では、支持フレーム本体２０の材料としては、二軸延伸のポリエチレンナフタレート系樹脂を用いる。続いて、接着剤層１０上に支持フレーム２を配置する。図１３に示す実施例では、支持フレーム２と膜電極接合体５とが相対的に押し合うように加圧する。このとき、接着剤層１０には粘着力が残っているので、支持フレーム２は接着剤層１０に粘着され、接着剤層１０に保持されて、それにより膜電極接合体５の外周縁部５２ｅに仮固定される。
【００５８】
続いて、図１４に示すように、圧力Ｐでの加圧を継続しながら支持フレーム２を加熱する。加熱方法としては、支持フレーム２へ所定波長の紫外線ＵＶを照射して、支持フレーム２に紫外線ＵＶを吸収させることにより、支持フレーム２が自ら発熱して加熱される方法を用いる。そのとき、支持フレーム２が発熱したときの支持フレーム２の温度が、接着剤層１０の硬化温度以上となるように、支持フレーム２に紫外線ＵＶを照射する。図１４に示す実施例では、支持フレーム２のうちの接着剤層１０と接している内側部分２ｅの温度が、接着剤層１０の硬化温度以上となるように支持フレーム２の内側部分２ｅへ所定波長の紫外線ＵＶを照射する。そのような照射条件（例示：紫外線の光量、照射時間など）は、支持フレーム２及び接着剤層１０の材料により適宜選択される。それにより、支持フレーム２の内側部分２ｅ下の接着剤層１０が熱硬化を開始して、それによって接着剤層１０と支持フレーム２とが接着される。すなわち、接着剤層１０は、主に加熱により引き起こされる熱硬化により、支持フレーム２と接着する。その結果、支持フレーム２と膜電極接合体５とが接着剤層１０を介して接着される。なお、支持フレームの内側部分２ｅに向けて照射された紫外線ＵＶの一部が支持フレーム２に覆われていない接着剤層１０に照射される場合もあり、その場合には、支持フレーム２に覆われていない接着剤層１０は、紫外線ＵＶによって更に硬化が進む。そのとき、紫外線ＵＶの吸収による加熱のために必要な紫外線の光量は図１２の工程の紫外線の光量よりも大きいため、支持フレーム２に覆われていない接着剤層１０の硬化がより進む。このとき接着剤保護層３３のうち支持フレーム２と接する部分は熱硬化し、接していていない部分は紫外線硬化する。これらにより、支持フレーム２と膜電極接合体５とが接着剤層１０を介して接着される。
【００５９】
続いて、図１１に示すように、支持フレーム２及び膜電極接合体５の両側面上にそれぞれカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａを配置する。
【００６０】
以上の工程により、燃料電池単セル１が形成される。
【００６１】
本実施例の製造方法では、接着剤層１０の紫外線硬化性の接着剤に熱硬化性を付与し、熱硬化用の熱源として、支持フレーム２に紫外線を吸収させて発熱させる方法を採用している。それにより、接着剤層１０と膜電極接合体５との接着については、図１２の工程に示すように、主に紫外線の照射による接着剤層１０の硬化により実現することができる。一方、接着剤層１０と支持フレーム２との接着については、図１４の工程に示すように、主に局所的な加熱による熱硬化により実現することができる。すなわち、支持フレーム２の材料として紫外線が透過しない材料を使用することを逆に利用して、支持フレーム２のうちの接着剤層１０に接する内側部分２ｅに紫外線を照射することで、内側部分２ｅを局所的に加熱して、接着剤層１０を硬化させることができる。すなわち、接着剤層１０周囲の膜電極接合体５や支持フレーム２を含む広い領域を加熱せず、加熱が必要な接着剤層１０を局所的に加熱することができる。それにより、上記の紫外線硬化性の接着剤を用いる利点を生かしつつ、紫外線の到達しない箇所の接着を可能とすることができる。
【００６２】
なお、接着剤層１０の材料としては、紫外線硬化型の接着剤以外に室温よりやや高い数十度程度の低温で接着する熱可塑性を有する接着剤（例示：接着性ポリエチレン系樹脂）や、低温で硬化する熱硬化性を有する接着剤（例示：アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイソブチレン系樹脂）も考え得る。しかし、いずれも上述された接着強度の問題や製造上の問題から車両用の燃料電池単セルに使用することは困難である。これらの点からも、車両用の燃料電池単セルでは、接着剤層１０の材料として、熱硬化性を付与された紫外線硬化型の接着剤を用いている。
【００６３】
この場合にも、上記図６〜図１１に示す実施例の製造方法で得られた燃料電池単セル１と同様の効果を奏することができる。
【００６４】
なお、上記実施例では、膜電極接合体５の一側面５２（カソードガス拡散層３ｃの側）はカソード極側面であり、他側面５１（アノードガス拡散層３ａの側）はアノード極側面である。図示しない更に別の実施例では、膜電極接合体５の一側面はアノード極側面であり、他側面はカソード極側面である。
【符号の説明】
【００６５】
１    燃料電池単セル
２    支持フレーム
３ａ    アノードガス拡散層
３ｃ    カソードガス拡散層
５    膜電極接合体
１０    接着剤層
２０    支持フレーム本体
２１、２２    接着剤被覆層
５２ｅ    外周縁部
【図１】
2016162651.tif 000003
【図２】
2016162651.tif 000004
【図３】
2016162651.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016162651.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016162651.tif 000009
【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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【図１３】
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【図１４】
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