(57)【要約】【課題】クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部及びセパレータ間の接着性が向上した燃料電池を製造する燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】膜電極接合体２０を支持する支持部５０の、セパレータ３０が積層される側の表面５７にレーザーＬを照射して表面５７を粗面化する照射工程Ｓ０４１と、照射工程において粗面化された支持部の表面に、接着剤Ｓを塗布する塗布工程Ｓ０４２と、塗布工程において塗布された接着剤を介して、セパレータ３０を支持部に接合する接合工程Ｓ０４３をさらに有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層を備える膜電極接合体と、セパレータと、を有する燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面にレーザーを照射して前記表面を粗面化する照射工程と、
前記照射工程において粗面化された前記表面に、接着剤を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程において塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合工程と、を有する燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記照射工程において、前記表面に断続的に溝部が形成され、
前記接合工程において、前記接着剤は前記溝部に侵入する請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記照射工程において、前記表面に連続的な凹凸形状が形成される請求項１または２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層を備える膜電極接合体と、セパレータと、を有する燃料電池を製造する燃料電池の製造装置であって、
前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面にレーザーを照射して前記表面を粗面化する照射手段と、
前記照射手段によって粗面化された前記表面に、接着剤を塗布する塗布手段と、
前記塗布手段によって塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合手段と、を有する燃料電池の製造装置。
【請求項５】
前記照射手段は、前記表面に断続的に溝部を形成させ、
前記接合手段が前記セパレータを前記支持部に接合する際に、前記接着剤は前記溝部に侵入する請求項４に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項６】
前記照射手段は、前記表面に連続的な凹凸形状を形成させる請求項４または５に記載の燃料電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。
【０００３】
このような燃料電池の製造方法は、例えば、セパレータをプレス成形する工程、セパレータを溶接（接合）する工程、及びセパレータを表面処理する工程を有する。燃料電池の製造方法はさらに、セパレータ及び膜電極接合体が組み込まれたモジュールを組み立てる工程、モジュールからスタックを組み立てる工程を有する。これに関連して、例えば下記の特許文献１には、セパレータの形成からモジュールの組立までを連続的に実施する燃料電池の製造方法が開示されている。
【０００４】
一方、モジュールを組み立てる工程は、膜電極接合体を支持する支持部に、接着剤を用いて、セパレータを接合する工程を有する。一般的に、支持部及び接着剤間の接着性は良好ではない。したがって、支持部及び接着剤間の接着性を向上させるために、例えば、スチレン系のプライマー処理を支持部に施す場合がある。このプライマー処理を施すことによって、プライマーが接着剤を凝集破壊することで支持部及び接着剤間の接着性が向上し、結果的に支持部及びセパレータ間の接着性が向上する。このとき、支持部及び接着剤は、プライマーを介して接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のプライマー処理を支持部に施す場合、プライマーを支持部に塗布する工程、塗布されたプライマーを乾燥する工程が必要となり、結果的にリードタイムが長くなり、生産性を向上させることが困難である。また、プライマーの塗布及び乾燥を行う際に、大量の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が伴うため、対策として排気設備が必要となり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部及びセパレータ間の接着性が向上した燃料電池を製造する燃料電池の製造方法及び製造装置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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池の製造方法は、電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層を備える膜電極接合体と、セパレータと、を有する燃料電池を製造する燃料電池の製造方法である。燃料電池の製造方法は、前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面にレーザーを照射して前記表面を粗面化する照射工程と、前記照射工程において粗面化された前記表面に、接着剤を塗布する塗布工程と、を有する。また、燃料電池の製造方法は、前記塗布工程において塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合工程をさらに有する。
【０００９】
また、上記目的を達成する本発明に係る燃料電池の製造装置は、電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層を備える膜電極接合体と、セパレータと、を有する燃料電池を製造する燃料電池の製造装置である。燃料電池の製造装置は、前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面にレーザーを照射して前記表面を粗面化する照射手段と、前記照射手段によって粗面化された前記表面に、接着剤を塗布する塗布手段と、を有する。また、燃料電池の製造装置は、前記塗布手段によって塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合手段をさらに有する。
【発明の効果】
【００１０】
上記の燃料電池の製造方法であれば、照射工程において粗面化された支持部の表面に、塗布工程において接着剤が塗布される。このため、支持部の表面及び接着剤間の接触面積が増大することによって、プライマー処理を施すことなく、支持部の表面及び接着剤間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部及びセパレータ間の接着性が向上した燃料電池を製造する燃料電池の製造方法を提供することができる。
【００１１】
また、上記の燃料電池の製造装置であれば、照射手段によって粗面化された支持部の表面に、塗布手段によって接着剤が塗布される。このため、支持部の表面及び接着剤間の接触面積が増大することによって、プライマー処理を施すことなく、支持部の表面及び接着剤間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部及びセパレータ間の接着性が向上した燃料電池を製造する燃料電池の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。
【図２】燃料電池の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。
【図３】支持部が膜電極接合体を支持する様子を示す図である。
【図４】照射手段を示す図である。
【図５】燃料電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】モジュール化工程を説明するためのフローチャートである。
【図７】支持部の表面にレーザーを照射して、断続的に溝部が形成された様子を示す図である。
【図８】塗布手段によって、溝部が形成された表面に接着剤を塗布する様子を示す図である。
【図９】接合手段によって、セパレータを支持部に接合する様子を示す図である。
【図１０】支持部の表面に溝部が断続的に形成される様子を示す部分断面図である。
【図１１】溝部に侵入した接着剤を介してセパレータ及び支持部が接合する様子を示す部分断面図である。
【図１２】改変例１に係る照射手段を示す図である。
【図１３】支持部の表面にレーザーが照射され、連続的な凹凸形状が形成された様子を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池１を示す斜視図である。図２は、燃料電池１の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。図３は、支持部５０が膜電極接合体２０を支持する様子を示す図である。
【００１５】
燃料電池１は、図１に示すように、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との反応により起電力を生じる単セル２を所定数だけ積層した積層体３を有している。積層体３の両端のそれぞれに、集電板４、絶縁板５及びエンドプレート６を配置し、これらをダイロッドボルト７により締結することによって、燃料電池１を構成する。燃料電池１内部において燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水のそれぞれを流通させるために、一方のエンドプレート６に、６つの貫通孔が形成される。６つの貫通孔は、燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷却水導入口１２、及び冷却水排出口１３を構成する。
【００１６】
単セル２は、図２，３に示すように、電解質膜２１の両面にアノード及びカソードの電極層（アノード側電極２３、カソード側電極２２）を備える膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０を支持する支持部５０と、を有する。単セル２は、膜電極接合体２０の両面のそれぞれに配置される燃料電池用金属セパレータ３０（以下、単にセパレータ３０と称する）をさらに有する。
【００１７】
膜電極接合体２０は、図２に示すように、電解質膜２１と、カソード側電極２２と、アノード側電極２３と、を有する。また、膜電極接合体２０は、図３に示すように、矩形形状に構成される。
【００１８】
カソード側電極２２は、カソード側触媒層２２１及びカソード側ガス拡散層２２２を有する。
【００１９】
カソード側触媒層２２１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、酸素の還元反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の一方の側に配置される。
【００２０】
カソード側ガス拡散層２２２は、カソード側触媒層２２１に酸化剤ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。カソード側ガス拡散層２２２は、カソード側触媒層２２１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。
【００２１】
アノード側電極２３は、アノード側触媒層２３１及びアノード側ガス拡散層２３２を有する。
【００２２】
アノード側触媒層２３１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、水素の酸化反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の他方の側に配置される。
【００２３】
アノード側ガス拡散層２３２は、アノード側触媒層２３１に燃料ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。アノード側ガス拡散層２３２は、アノード側触媒層２３１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。
【００２４】
電解質膜２１は、アノード側触媒層２３１で生成したプロトンをカソード側触媒層２２１へ選択的に透過させる機能及びアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。
【００２５】
セパレータ３０は、単セル２を電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。セパレータ３０は、例えば、ステンレス鋼板にプレス加工を施すことで成形され、図２に示すように、流路溝を成形するために凹凸形状を有している。ステンレス鋼板は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。セパレータ３０は、膜電極接合体２０の両面のそれぞれに配置されることによって、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路３１、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路３２、及び冷却水を流通させるための冷却水流路３３を形成している。
【００２６】
支持部５０は、図２，３に示すように、膜電極接合体２０の外周に設けられ膜電極接合体２０を支持する。支持部５０は、熱可塑性樹脂が射出成形されることによって成形される。支持部５０を射出成形によって成形する際、熱可塑性樹脂がガス拡散層２２２，２３２の外周部に含浸することによって、支持部５０及び膜電極接合体２０が一体化して、支持部５０が膜電極接合体２０を支持する。したがって、膜電極接合体２０のハンドリング性が向上する。支持部５０は、図３に示すように、エンドプレート６に対応して、燃料ガス導入口５１、燃料ガス排出口５２、酸化剤ガス導入口５３、酸化剤ガス排出口５４、冷却水導入口５５、及び冷却水排出口５６を有する。
【００２７】
セパレータ３０及び支持部５０は、図２に示すように、接着剤Ｓを介して接合される。支持部５０の、セパレータ３０が積層される側の表面５７は、後述するようにレーザーＬが照射されることによって粗面化される。このため、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接触面積が増大し、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接着性が向上する。
【００２８】
燃料ガスは、燃料ガス導入口８から導入され、セパレータ３０の燃料ガス流路３１を流れ、燃料ガス排出口９から排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１０から導入され、セパレータ３０の酸化剤ガス流路３２を流れ、酸化剤ガス排出口１１から排出される。冷却水は、冷却水導入口１２から導入され、セパレータ３０の冷却水流路３３を流れ、冷却水排出口１３から排出される。
【００２９】
次に、各構成部品の材質及びサイズなどについて記述する。
【００３０】
電解質膜２１は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン株式会社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から成形される。
【００３１】
電解質膜２１は、特に限定されないが、強度、耐久性及び出力特性の観点から５〜３０μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２００μｍである。
【００３２】
触媒層２２１，２３１のうちカソード側触媒層２２１に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。触媒層２２１，２３１のうちアノード側触媒層２３１に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。
【００３３】
触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード側触媒層２２１及びアノード側触媒層２３１に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜変更することが可能である。
【００３４】
触媒層２２１，２３１に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、及び集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。
【００３５】
触媒層２２１，２３１に用いられる電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されない。具体的には例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層２２１，２３１に用いられる電解質は、電解質膜２１に用いられる電解質と同一であっても異なっていてもよいが、電解質膜２１に対する触媒層２２１，２３１の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。
【００３６】
触媒層２２１，２３１の厚みは、水素の酸化反応（アノード側）及び酸素の還元反応（カソード側）の触媒作用が十分発揮できる厚みであれば、特に制限されず、従来と同様の厚みが使用できる。具体的には、各触媒層の厚みは、１〜１０μｍが好ましい。
【００３７】
ガス拡散層２２２，２３２は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、またはカーボンフェルトから成形される。ガス拡散層２２２，２３２は、撥水剤を含ませることで、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防ぐことが好ましい。撥水剤は、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンである。
【００３８】
ガス拡散層２２２，２３２の厚さは、機械的強度及びガスや水などの透過距離を考慮して、３０〜５００μｍ程度が好ましい。なお、撥水性は、独立した層を成形することによって、向上させることも可能である。
【００３９】
セパレータ３０は、上述したようにステンレス鋼板から構成される。しかしながら、ステンレス鋼板に限定されず、その他の金属材料（例えば、アルミニウム板やクラッド材）、緻密カーボングラファイトや炭素板などのカーボンを適用することも可能である。カーボンを適用する場合、燃料ガス流路３１及び酸化剤ガス流路３２は、切削加工やスクリーン印刷によって成形することが可能である。
【００４０】
セパレータ３０の板厚は、例えば、０．２ｍｍ以下である。このようにセパレータ３０を薄肉に成形することによって、電気抵抗をできるだけ小さくし、燃料電池の性能評価の１つ指標である出力密度（「起電力／単位容積」と定義される）を高めることができる。
【００４１】
支持部５０は、例えば熱可塑性樹脂によって構成される。熱可塑性樹脂としては例えば、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリオレフィン等のプラスチックまたはエラストマーが用いられる。また、これらの熱可塑性樹脂を２種以上併用（ブレンド）したり、フィラーを適宜混入したりすることも可能である。なお、支持部５０は、セパレータ３０と同様の金属材料から構成されてもよい。
【００４２】
接着剤Ｓは、例えばエポキシ樹脂系の熱硬化型の接着剤であり、加熱することで硬化する。
【００４３】
次に、本発明の実施形態に係る燃料電池１の製造装置１００を説明する。
【００４４】
本実施形態に係る燃料電池１の製造装置１００は、電解質膜２１の両面にアノード側電極２３及びカソード側電極２２を備える膜電極接合体２０と、セパレータ３０と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造装置１００である。燃料電池１の製造装置１００は、膜電極接合体２０を支持する支持部５０の、セパレータ３０が積層される側の表面５７にレーザーＬを照射して表面５７を粗面化する照射手段１１０を有する。燃料電池の製造装置１００は、照射手段１１０によって粗面化された表面５７に、接着剤Ｓを塗布する塗布手段１２０を有する。燃料電池の製造装置１００は、塗布手段１２０によって塗布された接着剤Ｓを介して、セパレータ３０を支持部５０に接合する接合手段１３０を有する。以下、図４を参照して、照射手段１１０について詳述し、塗布手段１２０及び接合手段１３０については、後述する製造方法と併せて説明する。
【００４５】
照射手段１１０は、支持部５０の表面５７にレーザーＬを照射して表面５７を粗面化する。より具体的には、照射手段１１０は、支持部５０の表面５７にレーザーＬを照射して、表面５７に断続的に溝部５８を形成させる。照射手段１１０は、図４に示すように、レーザー発振器１５０と、光ファイバ１５１と、レーザー調整部１６０と、を有する。
【００４６】
レーザー発振器１５０は、例えば、半導体レーザー発振器であり、光学系、電源、制御系、冷却ガス循環系等を内蔵する。レーザー発振器１５０から発振したレーザーＬは、光ファイバ１５１を介して、レーザー調整部１６０に供給される。制御系には、例えば、電力を変更することによって出力を調整する出力調整ユニットが配置される。レーザー発振器１５０から発振するレーザーＬは半導体レーザーに限定されず、ＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザー等であってもよく、特に限定されない。
【００４７】
レーザー調整部１６０は、光ファイバ１５１を介して供給されたレーザーＬの光路を調整して、載置部１７０に載置された支持部５０の表面５７上の所定の範囲（図３において２点鎖線で示す）にレーザーＬを照射する。レーザー調整部１６０は、コリメータ１６１と、レーザー径調整部１６２と、反射ミラー１６３と、ガルバノスキャナ１６４と、加工レンズ１６５と、保護ガラス１６６と、を有する。なお、必要に応じて、レーザーＬの出力を低減させるフィルター等がさらに設けられてもよい。
【００４８】
コリメータ１６１は、光ファイバ１５１を介して供給されるレーザーＬを平行光に変換する。
【００４９】
レーザー径調整部１６２は、コリメータ１６１によって平行光に変換されたレーザーＬのレーザー径を調整する。レーザー径調整部１６２は、凸レンズ１６２Ａ及び凹レンズ１６２Ｂを有する。
【００５０】
反射ミラー１６３は、レーザー径調整部１６２を通過したレーザーＬを反射し、ガルバノスキャナ１６４にレーザーＬを投射する。
【００５１】
ガルバノスキャナ１６４は、反射ミラー１６３から投射されたレーザーＬの反射方向を変化させることによって、レーザーＬを走査して、支持部５０の表面５７上の所定の範囲にレーザーＬを照射する。ガルバノスキャナ１６４は、例えば、２軸式であり、ミラー及び当該ミラーを駆動するモータを有する。
【００５２】
加工レンズ１６５は、例えば、ｆθレンズからなり、ガルバノスキャナ１６４を反射したレーザーＬを、集光するために使用される。加工レンズ１６５は、レーザーＬが支持部５０の表面５７において焦点を結ぶように、配置される。加工レンズ１６５は、保護ガラス１６６によって保護される。
【００５３】
上述のレーザー発振器１５０及びレーザー調整部１６０の制御は、不図示の制御装置によって行われる。
【００５４】
次に、図５〜図１１を参照して、本実施形態に係る燃料電池１の製造方法を説明する。
【００５５】
本実施形態に係る燃料電池１の製造方法は、概説すると、支持部５０の表面５７にレーザーＬを照射して表面５７を粗面化する照射工程Ｓ０４１と、照射工程Ｓ０４１において粗面化された表面５７に、接着剤Ｓを塗布する塗布工程Ｓ０４２と、を有する。燃料電池１の製造方法は、塗布工程Ｓ０４２において塗布された接着剤Ｓを介して、セパレータ３０を支持部５０に接合する接合工程Ｓ０４３をさらに有する。以下、本実施形態に係る燃料電池１の製造方法を詳述する。
【００５６】
図５は、本実施形態に係る燃料電池１の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００５７】
本発明の実施形態に係る燃料電池１の製造方法は、図５に示すように、プレス成形工程Ｓ０１、溶接工程Ｓ０２、防食処理工程Ｓ０３、モジュール化工程Ｓ０４、スタッキング工程Ｓ０５、組立工程Ｓ０６、及び性能検査工程Ｓ０７を有する。
【００５８】
プレス成形工程Ｓ０１においては、セパレータ素材が、セパレータ３０の外面形状に対応する凹凸部が形成された成形型によって押圧されて、セパレータ３０がプレス成形される。
【００５９】
溶接工程Ｓ０２においては、隣接する単セル２間において隣接するセパレータ３０同士が互いに溶接され、一体化される。
【００６０】
防食処理工程Ｓ０３は、洗浄工程、酸化被膜除去工程、及び硬質炭素被膜形成工程を有する。
【００６１】
洗浄工程においては、セパレータ３０の表面にレーザーが照射されることによって、セパレータ３０が脱脂及び洗浄される。セパレータ３０の脱脂及び洗浄は、乾式のレーザー洗浄に限定されず、湿式洗浄を適用することも可能である。また、例えば、適当な溶媒を用いて、セパレータ３０表面を脱脂及び洗浄することも可能である。溶媒は、例えば、エタノール、エーテル、アセトン、イソプロピルアルコール、トリクロロエチレンなどである。
【００６２】
酸化被膜除去工程においては、例えば、イオンボンバード処理によって、セパレータ３０表面に形成される酸化被膜が除去される。
【００６３】
硬質炭素被膜形成工程においては、例えば、スパッタリング処理によって、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）からなる硬質炭素被膜層が形成される。
【００６４】
モジュール化工程Ｓ０４においては、セパレータ３０は、接着剤Ｓを用いて、膜電極接合体２０と一体化され、その後、接着剤Ｓを加熱硬化することで、モジュールが形成される。モジュールは、複数の単セル２を有するように適宜構成される。
【００６５】
スタッキング工程Ｓ０５においては、例えば、モジュールを直列に数百枚積層して、積層体３が組立てられる。この際、搭載姿勢における厚みが測定され、荷重調整用のスペーサが選択される。
【００６６】
組立工程Ｓ０６においては、積層体３の両端のそれぞれに、集電板４、絶縁板５及びエンドプレート６を配置し、これらをタイロッドボルト７により締結することによって、燃料電池１が組立てられる。
【００６７】
性能検査工程Ｓ０７においては、燃料電池１のエージング運転（慣らし運転）を実施し、電池電圧の飽和値を測定することで、発電性能が検査される。
【００６８】
次に、モジュール化工程Ｓ０４を詳述する。
【００６９】
図６は、モジュール化工程Ｓ０４を説明するためのフローチャートである。図７は、支持部５０の表面５７上にレーザーＬを照射して、断続的に溝部５８が形成された様子を示す図である。図８は、塗布手段１２０によって、溝部５８が形成された表面５７に接着剤Ｓを塗布する様子を示す図である。図９は、接合手段１３０によって、セパレータ３０を支持部５０に接合する様子を示す図である。
【００７０】
モジュール化工程Ｓ０４は、図６に示すように、照射工程Ｓ０４１、塗布工程Ｓ０４２、及び接合工程Ｓ０４３を有する。
【００７１】
照射工程Ｓ０４１においては、図７に示すように、支持部５０の表面５７の所定の範囲にレーザーＬを照射することによって、支持部５０の表面５７が粗面化され、断続的に溝部５８が形成される。詳述すると、図４に示すように、まず膜電極接合体２０を支持した支持部５０を載置部１７０に載置する。次に、レーザー発振器１５０からレーザーＬを発振する。レーザー発振器１５０からのレーザーＬは光ファイバ１５１を通過してレーザー調整部１６０に導入される。レーザー調整部１６０に導入されたレーザーＬは、コリメータ１６１、レーザー径調整部１６２、反射ミラー１６３、ガルバノスキャナ１６４、加工レンズ１６５、及び保護ガラス１６６を通過する。加工レンズ１６５を通過したレーザーＬは、支持部５０の表面５７において焦点を結ぶ。そして、ガルバノスキャナ１６４のモータを駆動させ、支持部５０の表面５７上の所定の範囲にレーザーＬを照射する。
【００７２】
図７において、範囲ＡにレーザーＬを照射する場合を例に挙げて、レーザーＬの走査方法を説明する。範囲ＡにおいてレーザーＬをＸ方向に沿って走査させる際に、Ｙ方向に一定距離レーザーＬを走査させつつ、Ｘ方向に断続的にレーザーＬを照射する。この照射方法によって、表面５７に断続的に溝部５８が形成され、溝部５８はＹ方向に伸延する形状を有する。溝部５８がこのような形状を有することによって、多くの接着剤Ｓが溝部５８に侵入することができ、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接着性が向上する。例えば、レーザーＬの出力は５０Ｗである。このとき、溝部５８の深さは例えば１００μｍ、幅は例えば４０μｍである。
【００７３】
塗布工程Ｓ０４２においては、照射工程Ｓ０４１において粗面化された支持部５０の表面５７に接着剤Ｓを塗布する。具体的には、図８に示すように、塗布手段１２０によって、レーザーＬが照射された範囲に接着剤Ｓを塗布する。塗布手段１２０は例えばノズルであるが、これに限定されない。また、図示は省略するが、塗布手段１２０は、ＸＹ方向に移動可能に構成される。
【００７４】
接合工程Ｓ０４３においては、支持部５０の表面５７に塗布された接着剤Ｓを介して、セパレータ３０を支持部５０に接合する。具体的には、図９に示すように、接合手段１３０によって、セパレータ３０を支持部５０に接合する。図９において、明瞭化のため、接着剤Ｓ及び溝部５８は省略し、またセパレータ３０は簡略化して示す。接合手段１３０は、支持部５０を載置する台部１３１と、セパレータ３０を支持部５０に近接する際にガイドをするガイド手段１３２と、を有する。以上の工程によって、モジュールが形成される。
【００７５】
以下、図１０及び図１１を参照して、支持部５０の表面５７にレーザーＬを照射して表面５７を粗面化することによって、支持部５０及びセパレータ３０間の接着性が向上するメカニズムについて説明する。図１０は、支持部５０の表面５７に溝部５８が断続的に形成される様子を示す部分断面図である。換言すれば、図７の範囲Ａにおける正面断面図である。図１１は、溝部５８に侵入した接着剤Ｓを介してセパレータ３０及び支持部５０が接合する様子を示す部分断面図である。
【００７６】
上述したように、支持部５０の表面５７にレーザーＬを照射することによって、図１０に示すように、支持部５０の表面５７に断続的に溝部５８が形成される。そして、図１１に示すように、接合工程Ｓ０４３において、接着剤Ｓが溝部５８に侵入する。これによって支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の結合が強固になる（アンカー効果）。したがって、支持部５０及びセパレータ３０間の接着性が向上する。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池１の製造方法は、電解質膜２１の両面にアノード側電極２３及びカソード側電極２２を備える膜電極接合体２０と、セパレータ３０と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造方法である。燃料電池１の製造方法は、膜電極接合体２０を支持する支持部５０の、セパレータ３０が積層される側の表面５７にレーザーＬを照射して表面５７を粗面化する照射工程Ｓ０４１を有する。燃料電池１の製造方法は、照射工程Ｓ０４１において粗面化された支持部５０の表面５７に、接着剤Ｓを塗布する塗布工程Ｓ０４２を有する。燃料電池１の製造方法は、塗布工程Ｓ０４２において塗布された接着剤Ｓを介して、セパレータ３０を支持部５０に接合する接合工程Ｓ０４３を有する。この製造方法によれば、照射工程Ｓ０４１において粗面化された支持部５０の表面５７に、塗布工程Ｓ０４２において接着剤Ｓが塗布される。このため、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接触面積が増大することによって、プライマー処理を施すことなく、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部５０及びセパレータ３０間の接着性が向上した燃料電池１を製造する製造方法を提供することができる。
【００７８】
また、照射工程Ｓ０４１において、表面５７に断続的に溝部５８が形成され、接合工程Ｓ０４３において、接着剤Ｓは溝部５８に侵入する。このため、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の結合が強固になり（アンカー効果）、結果的に、支持部５０及びセパレータ３０間の接着性がより向上する。
【００７９】
また、本実施形態に係る燃料電池１の製造装置１００は、電解質膜２１の両面にアノード側電極２３及びカソード側電極２２を備える膜電極接合体２０と、セパレータ３０と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造装置１００である。燃料電池１の製造装置１００は、膜電極接合体２０を支持する支持部５０の、セパレータ３０が積層される側の表面５７にレーザーＬを照射して表面５７を粗面化する照射手段１１０を有する。燃料電池１の製造装置１００は、照射手段１１０によって粗面化された表面５７に、接着剤Ｓを塗布する塗布手段１２０を有する。燃料電池１の製造装置１００は、塗布手段１２０によって塗布された接着剤Ｓを介して、セパレータ３０を支持部５０に接合する接合手段１３０を有する。この製造装置１００によれば、照射手段１１０によって粗面化された支持部５０の表面５７に、塗布手段１２０によって接着剤Ｓが塗布される。このため、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接触面積が増大することによって、プライマー処理を施すことなく、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部５０及びセパレータ３０間の接着性が向上した燃料電池１を製造する製造装置１００を提供することができる。
【００８０】
また、照射手段１１０は、表面５７に断続的に溝部５８を形成させ、接合手段１３０が、セパレータ３０を支持部５０に接合する際に、接着剤Ｓは溝部５８に侵入する。このため、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の結合が強固になり（アンカー効果）、結果的に、支持部５０及びセパレータ３０間の接着性が向上する。
【００８１】
（改変例１）
図１２は、改変例１に係る照射手段２１０を示す図である。上述した実施形態では、図４に示すように、加工レンズ１６５は、レーザーＬが支持部５０の表面５７において焦点を結ぶように配置された。しかしながら、図１２に示すように、加工レンズ１６５は、レーザーＬが支持部５０の下方において焦点を結ぶように配置されてもよい。このとき、レーザーＬの径方向の強度分布に依存して、支持部５０の表面５７には、図１３に示すように、連続的な凹凸形状が形成される。このとき、支持部５０の表面５７における１０点平均表面粗さ（Ｒｚ）は例えば、２５μｍ〜１００μｍである。そして、レーザーＬを走査して、支持部５０の表面５７の所定の範囲にレーザーＬを照射する。このようにレーザーＬを走査することによって、支持部５０の表面５７の所定の範囲に、連続的な凹凸形状が形成される。このように表面５７に連続的な凹凸形状が形成されることによって、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接触面積が増大する。したがって、支持部５０の表面５７及び接着剤Ｓ間の接着性が向上し、結果的に、支持部５０及びセパレータ３０間の接着性が向上する。また、上述した実施形態と比較して、レーザー径が大きい状態で、レーザーＬ走査するため、より短時間で、表面５７の所定の範囲にレーザーを照射することができる。なお、上述した実施形態及び改変例１を組み合わせて、支持部５０の表面５７に、断続的な溝部５８及び連続的な凹凸形状が形成されてもよい。
【００８２】
（改変例２）
また、上述した実施形態では、支持部５０が膜電極接合体２０を支持した状態で、支持部５０の表面５７の粗面化を行った。しかしながら、支持部５０が膜電極接合体２０を支持していない状態で、支持部５０の表面５７の粗面化を行った後に、支持部５０が膜電極接合体２０を支持してもよい。
【００８３】
（改変例３）
また、上述した実施形態では、図７における範囲ＡにレーザーＬを照射する場合において、レーザーＬをＸ方向に沿って走査させる際に、Ｙ方向に一定距離レーザーＬを走査させつつ、Ｘ方向に断続的にレーザーＬを照射させた。しかしながら、図７における範囲ＡにレーザーＬを照射する場合において、Ｙ方向にレーザーＬを走査させることなく、Ｘ方向にのみレーザーＬを走査させてもよい。この方法によれば、より短時間で支持部５０の表面５７を粗面化させることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１    燃料電池、
２０    膜電極接合体、
２１    電解質膜、
２２    カソード側電極、
２３    アノード側電極、
３０    セパレータ、
５０    支持部、
５７    表面、
１００    燃料電池の製造装置、
１１０，２１０    照射手段、
１２０    塗布手段、
１３０    接合手段、
Ｌ    レーザー、
Ｓ０４１    照射工程、
Ｓ０４２    塗布工程、
Ｓ０４３    接合工程、
Ｓ    接着剤。
【図１】
2016004631.tif 000003
【図２】
2016004631.tif 000004
【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】
2016004631.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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