(57)【要約】【課題】従来の膜電極接合体では、電解質膜の膨潤による変位の抑制や、その変位により生じる荷重の分散を充分に行うことが難しいという問題点があった。【解決手段】電解質膜４と、その外周部を保持するフレーム５と、ガス拡散層６Ａ，６Ｃとを備え、フレーム５が、電解質膜４の外周部の少なくとも片面側に接着層７を介して接合してあると共に、ガス拡散層６Ａ，６Ｃが、その外周部で電解質膜４及びフレーム５の積層部分の両面側を被覆しており、電解質膜４とフレーム５の端面５Ｔとガス拡散層６Ａ，６Ｃとの間で形成される部材隙間部８が接着剤９で満たされている膜電極接合体１としたことにより、電解質膜４の膨潤による変位を接着剤９で吸収して抑制し、その変位により生じる荷重の分散を充分に行うものとした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に触媒層を有する電解質膜と、
電解質膜の外周部を保持するフレームと、
電解質膜の両面に配置したガス拡散層とを備え、
フレームが、電解質膜の外周部の少なくとも片面側に接着層を介して接合してあると共に、ガス拡散層が、その外周部で電解質膜及びフレームの積層部分の両面側を被覆しており、
電解質膜とフレームの端面とガス拡散層との間で形成される部材隙間部が、接着剤で満たされていることを特徴とする膜電極接合体。
【請求項２】
部材隙間部の接着剤が、接着層に連続していることを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
部材隙間部の接着剤により、電解質膜とガス拡散層とが接合してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
請求項３に記載の膜電極接合体を製造するに際し、
電解質膜とフレームとの間に接着剤を配置する第１工程と、
電解質膜及びフレームの積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部をフレームの端面側に流出させる第２工程と、
流出した接着剤で部材隙間部を満たす第３工程とを備えたことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【請求項５】
前記第１工程において、
積層断面上で、少なくとも電解質膜の端面を含む接着層と部材隙間部との総断面積に相当する量の接着剤を配置することを特徴とする請求項４に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項６】
前記第１工程において、
電解質膜及びフレームの積層部分の積層方向に平行な断面中心線よりもフレームの端面側にオフセットした位置に接着剤を配置することを特徴とする請求項５に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項７】
前記第２及び第３の工程において、
電解質膜の両面側にガス拡散層を配置し、両ガス拡散層の外側から電解質膜及びフレームの積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部をフレームの端面側に流出させ、流出した接着剤で部材隙間部を満たすことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項８】
前記第２及び第３の工程において、
ガス拡散層を未積層の状態で電解質膜及びフレームの積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部をフレームの端面側に流出させ、その後、電解質膜及びフレームの積層部分の両面側にガス拡散層を配置して密着させることにより、流出した接着剤で部材隙間部を満たすことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項９】
ガス拡散層を未積層の状態で電解質膜及びフレームの積層部分を積層方向に加圧するための一対の接着剤加圧用治具を用い、
前記一対の接着剤加圧用治具の間隔調整により、フレームの端面側への接着剤の流出量を制御することを特徴とする請求項８に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項１０】
両ガス拡散層の外側から電解質膜及びフレームの積層部分を加圧するための一対の仕上げ用治具を用い、
前記一対の仕上げ用治具の間隔調整により、電解質膜、フレーム及びガス拡散層の積層部分を積層方向に拘束して部材隙間部の大きさ、及びフレーム端面側への接着剤の流出量を制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項１１】
フレームの内周部に当該フレームの表裏方向に屈曲した弾性変形部を形成し、接着剤加圧用治具で加圧する際に、弾性変形部を接着剤加圧用治具に当接させてフレームの位置を拘束することを特徴とする請求項９に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項１２】
弾性変形部が、電解質膜側を凸側とする形状であって、接着剤加圧用治具で加圧する際に、弾性変形部により接着剤の電解質膜の端面側への流れを抑制することを特徴とする請求項１１に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項１３】
フレームの内周部全周に沿って弾性変形部を形成したことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の膜電極接合体の製造方法。
【請求項１４】
フレームの内周部が角部を有する開口形状であって、角部に、弾性変形部の連続を中断させる切欠部を有することを特徴とする請求項１３に記載の膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電要素として用いられる膜電極接合体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の膜電極接合体としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の膜電極接合体は、電解質膜の両面に、電極、撥水層及びガス拡散層を夫々積層した構造を有している。また、膜電極接合体は、発電領域の外側となる周縁部において、一方の電極、撥水層及びガス拡散層に代えてシール部材が配置してある。さらに、膜電極接合体は、発電領域における一方の電極、撥水層及びガス拡散層の外周部と、シール部材の内周部との隙間に、その隙間の少なくとも一部を塞ぐ保護層を備えている。
【０００３】
上記の膜電極接合体は、一対のセパレータとともに燃料電池を構成する。そして、膜電極接合体は、発電中に電解質膜が膨潤する場合であっても、保護層により電解質膜が隙間で座屈することを抑制し、これにより、電解質膜の損傷やこれに伴う発電用ガスのクロスリークを抑制するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−８２１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したような従来の膜電極接合体にあっては、隙間の少なくとも一部を塞ぐ保護層により電解質膜の表面を保護し得るものの、隙間（空間）の残存を許容する構成である。このため、上記の膜電極接合体は、電解質膜の膨潤による変位の抑制や、その変位により生じる荷重の分散を充分に行うことが難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、電解質膜の膨潤による変位の抑制や、その変位により生じる荷重の分散を充分に行うことができる膜電極接合体及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる膜電極接合体は、両面に触媒層を有する電解質膜と、電解質膜の外周部を保持するフレームと、電解質膜の両面に配置したガス拡散層とを備えている。また、膜電極接合体は、フレームが、電解質膜の外周部の少なくとも片面側に接着層を介して接合してあると共に、ガス拡散層が、その外周部で電解質膜及びフレームの積層部分の両面側を被覆している。そして、膜電極接合体は、電解質膜とフレームの端面とガス拡散層との間で形成される部材隙間部が、接着剤で満たされていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係わる膜電極接合体の製造方法は、上記の膜電極接合体を製造するに際し、電解質膜とフレームとの間に接着剤を配置する第１工程と、電解質膜及びフレームの積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部をフレームの端面側に流出させる第２工程と、流出した接着剤で部材隙間部を満たす第３工程とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
この膜電極接合体の製造方法では、第２及び第３の工程において、ガス拡散層の外側から電解質膜及びフレームの積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部をフレームの端面側に流出させ、流出した接着剤で部材隙間部を満たすようにしても良い。また、ガス拡散層を未積層の状態で電解質膜及びフレームの積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部をフレームの端面側に流出させ、その後、ガス拡散層を配置して、流出した接着剤で部材隙間部を満たすようにしても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係わる膜電極接合体は、電解質膜とフレームの端面とガス拡散層との間で形成される部材隙間部が接着剤で満たされ、電解質膜、フレーム及びガス拡散層の間に隙間が存在しないので、電解質膜の膨潤による変位を接着剤で吸収して充分に抑制することができ、電解質膜の変位により生じる荷重の分散を充分に行うことができる。
【００１１】
また、本発明に係わる膜電極接合体の製造方法は、電解質膜の膨潤による変位の抑制機能や、その変位により生じる荷重の分散機能を充分に備えた膜電極接合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池スタックの斜視図（Ａ）、及び斜視分解図（Ｂ）である。
【図２】本発明に係わる膜電極接合体の第１実施形態を説明する分解状態の斜視図（Ａ）、及び組立状態の斜視図（Ｂ）である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線に基づく膜電極接合体の要部の断面図である。
【図４】膜電極接合体の製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】接着剤の量を説明する要部の断面図である。
【図６】接着剤の配置を説明する分解状態の要部の断面図である。
【図７】積層部分の加圧途中の状態を説明する要部の断面図である。
【図８】積層部分の加圧完了の状態を説明する要部の断面図である。
【図９】本発明に係わる膜電極接合体の第２実施形態を説明する平面図（Ａ）、フレームを配置した状態を説明する要部の断面図（Ｂ）、及び加圧した状態を説明する要部の断面図（Ｃ）である。
【図１０】本発明に係わる膜電極接合体の第３実施形態を説明する加圧時の要部の断面図（Ａ）、加圧後の要部の断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〈第１実施形態〉
図１は、本発明に係わる膜電極接合体を発電要素とする燃料電池スタックＦＳを示す図である。図１（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、矩形状の単セルＣを複数枚積層して積層体Ａを構成している。積層体Ａの積層方向の一端部（図中で右端部）には、集電板５４Ａ及びスペーサ５５を介してエンドプレート５６Ａが配置してあり、積層体Ａの積層方向の他端部には、集電板５４Ｂを介してエンドプレート５６Ｂが配置してある。
【００１４】
また、燃料電池スタックＦＳは、単セルＣの長辺側となる両面（図１中で上下面）に、締結板５７Ａ，５７Ｂが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板５８Ａ，５８Ｂが設けてある。各締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８Ｂは、ボルトＢにより両エンドプレート５６Ａ，５６Ｂに連結する。
【００１５】
このようにして、燃料電池スタックＦＳは、図１（Ｂ）に示すようなケース一体型構造となり、積層体Ａを積層方向に拘束・加圧して個々の単セルＣに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。
【００１６】
単セルＣは、図１（Ａ）に示すように、膜電極接合体１と、その両面側に配置した一対のセパレータ２，３とを備えたものであり、膜電極接合体１と一方のセパレータ２との間に、アノードガス（水素含有ガス）の流路を形成すると共に、膜電極接合体１と他方のセパレータとの間に、カソードガス（酸素含有ガス：例えば空気）の流路を形成している。
【００１７】
膜電極接合体１は、一般に、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであり、固体高分子から成る電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟持した構造を有している。膜電極接合体１は、より具体的に説明すると、図２（Ａ）に示すように、両面に触媒層（図３中の符号４Ａ，４Ｃを参照）を有する電解質膜４と、電解質膜４の外周部を保持するフレーム５と、電解質膜４の両面に配置したガス拡散層６Ａ，６Ｃとを備えている。
【００１８】
触媒層（４Ａ，４Ｃ）は、触媒成分を導電性の触媒担体に担持させたものである。フレーム５は、薄膜部材から成るものであって、例えば樹脂製である。このフレーム５は、中央に矩形状の開口部５Ｈを有し、この開口部５Ｈを塞ぐように配置した電解質膜４の外周部を保持している。ガス拡散層６Ａ，６Ｃは、アノードガス及びカソードガスの拡散を促進する機能と、電子伝導パスとしての機能とを有している。このガス拡散層６Ａ，６Ｃは、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの炭素材料から成るものである。
【００１９】
上記の電解質膜４，フレーム５及びガス拡散層６Ａ，６Ｃの詳細な接合構造については後述する。
【００２０】
各セパレータ２，３は、例えばステンレス製であって、例えばプレス加工により適宜の形状に成形され、膜電極接合体１の少なくとも電解質膜４に対応する部分が、長辺方向に連続する断面凹凸形状に形成してある。各セパレータ２，３は、その断面凹凸形状の部分において、膜電極接合体１に波形凸部を接触させると共に、波形凹部と膜電極接合体１との間に、長辺方向に連通するガス流路を形成する。
【００２１】
上記のフレーム１及びセパレータ３，４は、単セルＣを積層した状態で、互いに連通して流体用のマニホールドを形成するマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６を有している。図示例では、フレーム１及びセパレータ３，４の両側の短辺に沿って、夫々３個ずつのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３，Ｈ４〜Ｈ６を有している。
【００２２】
一例として、図２（Ｂ）中で下側のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３は、左から順に、カソードガス供給用（Ｈ１）、冷却液供給用（Ｈ２）、アノードガス排出用（Ｈ３）である。また、図２（Ｂ）中で上側のマニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６は、上から順に、アノードガス供給用（Ｈ４）、冷却液排出用（Ｈ５）、カソードガス排出用（Ｈ６）である。なお、各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の供給及び排出の位置関係は、一部又は全部が逆であっても良い。
【００２３】
上記のフレーム５及び各セパレータ２，３は、互いの外周縁部同士、及びマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲が、接着性を有するシール材により気密的に接合してある。この際、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲に配置したシール材は、各流路に夫々該当する流体が流通し得るように、その一部が出入口として開放してある。
【００２４】
ここで、上記の膜電極接合体１は、図３に示すように、フレーム５が、電解質膜４の外周部の少なくとも片面側に接着層７を介して接合してあると共に、ガス拡散層６Ａ，６Ｃが、その外周部で電解質膜４及びフレーム５の積層部分の両面側を被覆した構造になっている。この実施形態では、フレーム５が、電解質膜４の外周部の両面側に接着層７を介して接合してある。
【００２５】
すなわち、膜電極接合体１において、電解質膜４は、その外周部に、触媒層４Ａ，４Ｃの無い外周縁部４Ｅを有している。フレーム５は、２枚のフィルム５Ａ，５Ａから成るものであって、各フィルム５Ａの内周部に、電解質膜４の外周縁部４Ｅに重ね合わせる内周縁部５Ｅを有している。ガス拡散層６Ａ，６Ｃは、その外周部に、電解質膜４及びフレーム５の積層部分の両面側、つまり各フィルム５Ａの内周縁部５Ｅの外面側を被覆する外周縁部６Ｅ，６Ｅを有している。これにより、ガス拡散層６Ａ，６Ｃは、その外周縁部６Ｅが、電解質膜４及びフレーム５の積層部分に乗り上げるように段差状になっている。接着層７は、電解質膜４とフレーム５の各フィルム５Ａとの間、及びフィルム５Ａ同士の間に介在している。
【００２６】
そして、膜電極接合体１は、電解質膜４と、フレーム５の端面５Ｔと、ガス拡散層６Ａ，６Ｃとの間で形成される部材隙間部８，８が、夫々の接着剤９，９で満たされている。部材隙間部８を形成するフレーム５の端面５Ｔは、図３では、電解質膜４の両面側における各フィルム５の内周側端面である。
【００２７】
このようにして、膜電極接合体１は、接着層７により、電解質膜４とフレーム５とを接合すると共に、部材隙間部８の接着剤９により、電解質膜４と両ガス拡散層６Ａ，６Ｃとを接合している。このとき、接着剤９は、接着層７に連続したものであって、より具体的には、接着層７を形成する接着剤と同じものであり、以下に説明する膜電極接合体の製造方法により部材隙間部８を満たすものとなる。
【００２８】
上記膜電極接合体１の製造方法は、電解質膜４とフレーム５（各フィルム５Ａ）との間に接着剤を配置する第１工程と、電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部をフレーム５の端面側に流出させる第２工程と、流出した接着剤で部材隙間部８を満たす第３工程とを備えている。
【００２９】
より詳細には、膜電極接合体１の製造方法は、図４のフローチャートに示すように、組立を開始すると、ステップＳ１において、フレーム５の成形を行う。フレーム５の各フィルム５Ａは、フレーム素材から所定形状に切り出されたものである。次に、ステップＳ２において、電解質膜４又はフレーム５（フィルム５Ａ）のいずれかに接着剤を配置し、ステップＳ３において、電解質膜４とフレーム５とを貼り合わせる。
【００３０】
その後、ステップＳ４において、電解質膜４の両面側にガス拡散層６Ａ，６Ｃを積層し、ステップＳ５において、電解質膜４，フレーム５及びガス拡散層６Ａ，６Ｃを加圧し、この際、接着層７を形成しつつ接着剤の一部をフレーム５の端面５Ｔ側に流出させて、流出した接着剤９で部材隙間部８を満たす。そして、ステップＳ６において、膜電極接合体１を加熱して、接着層７及び接着剤９を硬化させる。接着層７及び接着剤９は、硬化後に所定の弾性を有し、シール材としても機能する。
【００３１】
また、ステップＳ７において、加熱時間が所定時間Ｔ以上であるか否かを判定し、所定時間Ｔ以上でないと判断した場合（ＮＯ）は、接着剤の硬化が充分では無いので、ステップＳ６の加熱を継続する。そして、ステップＳ７において、加熱時間が所定時間Ｔ以上であると判断した場合（ＹＥＳ）は、加熱を停止して接合作業を終了し、ステップＳ８において、外形をカットするなどの仕上げ加工を行った後に組立完了となる。
【００３２】
上記した図４のフローチャートにおいては、ステップＳ２が、接着剤を配置する第１工程に相当する。また、ステップＳ３〜Ｓ６が、電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧して接着剤の一部を流出させる第２工程、及び流出した接着剤で部材隙間部８を満たす第３工程に相当する。
【００３３】
次に、図５〜図８に基づいて、上記製造方法のより好ましい実施形態を説明する
上記第１工程では、積層断面上で、少なくとも電解質膜４の端面を含む接着層７と部材隙間部８との総断面積に相当する量の接着剤を配置する。すなわち、接着剤は、図５に示すように、電解質膜４とフレーム５の各フィルム５Ａとの間の層間領域Ｐ，Ｐと、電解質膜４の端面４Ｔを含む両フィルム５Ａ，５Ａ間の層間領域Ｑと、部材隙間部８，８との総断面積に相当する量を配置する。
【００３４】
また、上記第１工程では、より好ましい実施形態として、図６に示すように、電解質膜５及びフレーム５の各フィルム５Ａの積層部分ＳＳにおいて、その積層方向に平行な断面中心線ＣＬよりもフレーム５の端面５Ｔ側に、距離Ｒ分だけオフセットした位置ＳＬに接着剤７Ｐを配置する。この接着剤７Ｐの配置は、例えば、ディスペンサやスクリーン塗布印刷により行うことができる。
【００３５】
さらに、上記製造方法では、第２及び第３の工程において、電解質膜４及びフレーム５の積層部分に加圧を行って接着性７Ｐの一部をフレーム５の端面５Ｔ側に流出させる場合、ガス拡散層６Ａ，６Ｃを積層してから加圧を行っても良いし、ガス拡散層６Ａ，６Ｃを未積層の状態で加圧を行っても良い。
【００３６】
この実施形態の製造方法では、図７に示すように、第２及び第３の工程において、電解質膜４の両面側にガス拡散層６Ａ，６Ｃを配置し、両ガス拡散層６Ａ，６Ｃの外側から電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧する。これにより、接着剤７Ｐを押し潰してその一部をフレーム５の端面５Ｔ側に流出させ、図８に示すように、接着層７を形成しつつ、流出した接着剤９で部材隙間部８を満たすようにしている。この際、部材隙間部８中の空気は、図８中の矢印で示すように、ガス拡散層６Ａ，６Ｃを通して外部に排出される。
【００３７】
ここで、上記製造方法では、第２及び第３の工程において、図２、図７及び図８に示すように、両ガス拡散層６Ａ，６Ｃの外側から電解質膜４及びフレーム５の積層部分を加圧するための一対の仕上げ用治具５１Ａ，５１Ｂを用いる。一対の仕上げ用治具５１Ａ，５１Ｂは、ガス拡散層６Ａ，６Ｃの大きさに相当する板状体であって、相対向面の外周部に、ガス拡散層６Ａ，６Ｃの外周縁部６Ｅの段差に対応する薄肉状の段差部５１Ｄを有している。両仕上げ用治具５１Ａ，５１Ｂは、例えば、図７及び図８中で下側となる治具５１Ｂを固定側、上側となる治具５１Ａを可動側として、段差部５１Ｄにより、電解質膜４，フレーム５及びガス拡散層６Ａ，６Ｃの積層部分を加圧する。なお、ガス拡散層６Ａ，６Ｃは、各図では外周部を段差状に示しているが、平坦のものを使用し、これを仕上げ用治具５１Ａ，５１Ｂで加圧することにより段差状にすることも可能である。
【００３８】
そして、上記製造方法では、一対の仕上げ用治具５１Ａ，５１Ｂの間隔調整により、電解質膜４、フレーム５及びガス拡散層６Ａ，６Ｃの積層部分を積層方向に拘束して、部材隙間部８の大きさ、及びフレーム５の端面５Ｔ側への接着剤７Ｐ（９）の流出量を制御する。両治具５１Ａ，５１Ｂの間隔調整は、例えば、可動側の治具５１Ａの下降限を設定することにより行われる。
【００３９】
上記実施形態で説明した膜電極接合体１は、先述したように、一対のセパレータ２，３とともに単セルＣ、さらには燃料電池スタックＦＳを構成し、アノードガス及びカソードガスを供給することにより、電気化学反応により電気エネルギを発生する。
【００４０】
上記膜電極接合体１は、電解質膜４とフレーム５の端面５Ｔとガス拡散層６Ａ，６Ｃとの間で形成される部材隙間部８，８が、接着剤９，９で満たされ、電解質膜４、フレーム５及びガス拡散層６Ａ，６Ｃの間に隙間が存在しない。これにより、膜電極接合体１は、電解質膜４の膨潤による変位を接着剤９や接着層７で吸収して充分に抑制することができ、電解質膜４の変位により生じる荷重の分散を充分に行うことができる。この膜電極接合体１は、セパレータ２，３とともに単セルＣを構成した状態において、セパレータ２，３にも電解質膜４の変位により生じる荷重を伝えることができ、荷重の分散が良好に行われる。
【００４１】
また、膜電極接合体１は、部材隙間部８の接着剤９が、接着層７に連続したものとなっているので、電解質膜４とフレーム５とを接合する接着層７の接着剤（７Ｐ）を利用して部材隙間部８を埋めることができる。これにより、膜電極接合体１は、別の部品類を用いることなく、電解質膜４とフレーム５とガス拡散層６Ａ，６Ｃとの接合構造を得ることができるので、製造工程の簡略化及び製造コストの低減や、別部品によるコンタミの発生防止などを図ることができる。
【００４２】
さらに、膜電極接合体１は、部材隙間部８の接着剤９により、電解質膜４とガス拡散層６Ａ，６Ｃとが接合してあるので、電解質膜４の剛性を補強して同電解質膜４の膨潤に伴う変位を抑制することができる。
【００４３】
上記実施形態で説明した膜電極接合体１の製造方法は、電解質膜４とフレーム５との間に接着剤７Ｐを配置する第１工程と、電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧して接着剤７Ｐの一部をフレーム５の端面５Ｔ側に流出させる第２工程と、流出した接着剤９で部材隙間部８を満たす第３工程とを備えている。これにより、上記製造方法によれば、電解質膜４の膨潤による変位の抑制機能や、その変位により生じる荷重の分散機能を充分に備えた膜電極接合体１を得ることができる。
【００４４】
また、上記製造方法では、電解質膜４とフレーム５とを接合する接着層７の接着剤（７Ｐ）を利用して部材隙間部８を埋めるので、別の部品類を用いることなく、電解質膜４とフレーム５とガス拡散層６Ａ，６Ｃとの接合構造を得ることができ、製造工程の簡略化及び製造コストの低減や、別部品によるコンタミの発生防止などを図ることができる。
【００４５】
さらに、上記製造方法では、第１工程において、積層断面上で、少なくとも電解質膜４の端面を含む接着層７と部材隙間部８との総断面積に相当する量の接着剤７Ｐを配置している。これにより、上記製造方法では、必要最小限の量の接着剤７Ｐを用いて、電解質膜４とフレーム５とガス拡散層６Ａ，６Ｃとの接合構造を得ることができる。
【００４６】
さらに、上記製造方法では、第１工程において、電解質膜４及びフレーム５の積層部分の積層方向に平行な断面中心線ＣＬよりもフレーム５の端面５Ｔ側にオフセットした位置ＳＬに接着剤７Ｐを配置している。これにより、上記製造方法では、配置した接着剤７Ｐの一部を積極的にフレーム５の端面５Ｔ側に流出させ、部材隙間部８を充分な量の接着剤９で完全に満たすことができる。なお、上記実施形態では、接着剤７Ｐの位置をオフセットさせた場合を説明したが、例えば、フレーム５に、接着剤７Ｐの流出を促進するための部位を一体的に設けることも可能である。
【００４７】
さらに、上記製造方法では、第２及び第３の工程において、電解質膜４の両面側にガス拡散層６Ａ，６Ｃを配置し、両ガス拡散層６Ａ，６Ｃの外側から電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧して接着剤７Ｐの一部をフレーム５の端面５Ｔ側に流出させ、流出した接着剤９で部材隙間部８を満たしている。これにより、上記製造方法では、部材隙間部８の空気をガス拡散層６Ａ，６Ｃに通して排出することができ、部材隙間部８への接着剤９の充填性が高められ、より良好な接合構造を得ることができる。
【００４８】
さらに、上記製造方法では、両ガス拡散層６Ａ，６Ｃの外側から電解質膜４及びフレーム５の積層部分を加圧するための一対の仕上げ用治具５１Ａ，５１Ｂを用い、一対の仕上げ用治具５１Ａ，５１Ｂの間隔調整により、部材隙間部８の大きさや接着剤７Ｐの流出量を制御する。これにより、上記製造方法では、簡単な作業で各構成部品の位置決め精度が向上し、高品質の接合構造を得ることができる。
【００４９】
図９及び図１０は、本発明に係わる膜電極接合体及びその製造方法の第２及び第３の実施形態を説明する図である。なお、以下の各実施形態において、第１実施形態と同等の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５０】
〈第２実施形態〉  
図９に示す膜電極接合体の製造方法は、第１実施形態ではガス拡散層を積層してから加圧を行ったのに対して、ガス拡散層を未積層の状態で加圧を行うものとしている。また、第１実施形態では、一対のフィルムから成るフレームを例示したが、この実施形態では、電解質膜４の片面側にフレーム５を配置している。
【００５１】
この実施形態の膜電極接合体の製造方法は、第２及び第３の工程において、ガス拡散層を未積層の状態で電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧して接着剤７Ｐの一部をフレーム５の端面５Ｔ側に流出させる。
【００５２】
より具体的に説明すると、図９（Ａ）に示すフレーム５は、開口部５Ｈに沿う内周縁部５Ｅに、当該フレーム５の表裏方向に屈曲した弾性変形部５Ｋが形成してある。この弾性変形部５Ｋは、図９（Ａ）中に点線で示すように、フレーム５の内周縁部６Ｅの全周にわたって設けてあり、図９（Ｂ）に示す如く電解質膜４側を凸側とする湾曲形状である。
【００５３】
また、フレーム５は、その内周部が角部を有する開口形状であって、角部に、弾性変形部５Ｋの連続を中断させる切欠部１０を有している。この実施形態では、フレーム５が矩形状の開口部５Ｈを有しているので、角部すなわち四隅に切欠部１０が形成してある。図示の切欠部１０は、開口部５Ｈ側から切り込んだ線状を成しているが、開口部５Ｈ側に開放された孔状などでも良い。
【００５４】
さらに、上記製造方法は、図９（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ガス拡散層を未積層の状態で電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧するための一対の接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂを用いる。一対の接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂは、例えば、フレーム５の大きさに相当する板状体であって、例えば、図９（Ｃ）中で下側となる治具６１Ｂを固定側、上側となる治具６１Ａを可動側として、電解質膜４とフレーム５との積層部分を加圧する。
【００５５】
さらに、上記製造方法では、一対の接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂの間隔調整により、フレーム５の端面５Ｔ側への接着剤７Ｐ（９）の流出量を制御する。両治具６１Ａ，６１Ｂの間隔調整は、例えば可動側の治具６１Ａの下降限を設定することにより行われる。
【００５６】
さらに、上記製造方法では、接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂで加圧する際に、弾性変形部５Ｋを接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂに当接させてフレーム５の位置を拘束し、弾性変形部５Ｋにより接着剤７Ｐの電解質膜４の端面側への流れを抑制する。
【００５７】
より具体的に説明すると、上記製造方法では、図９（Ｂ）に示すように、下側（固定側）の治具６１Ｂ上に電解質膜４を配置した後、電解質膜４の外周縁部４Ｅに接着剤７Ｐを配置する。その後、上記製造方法では、図９（Ｃ）に示すように、弾性変形部５Ｋの凸面を下側（固定側）の治具６１Ｂに当接させ、これに対して上側（可動型）の治具６１Ａを下降させることで、フレーム５の位置を拘束する。
【００５８】
また、上記製造方法では、上側（可動側）の治具６１Ａを下降させると、接着剤７Ｐが押し潰され、電解質膜４とフレーム５との間に接着層７を形成しつつ、接着剤７Ｐの一部がフレーム５の端面５Ｔ側に流出する。この流出した接着剤７Ｐは、部材隙間部（８）を満たすための接着剤９となる。さらに、接着剤７Ｐは、電解質膜４の端面側にも流出し、電解質膜４の端面を被覆する。
【００５９】
さらに、フレーム５は、弾性変形部５Ｋが、湾曲形状から凸部形状に圧縮される。この際、フレーム５は、図９（Ｃ）中の下向き矢印Ｆ１で示すように、弾性変形部５Ｋの弾性反発力が下側の治具６１Ａに作用する。これと同時に、フレーム５は、弾性変形部５Ｋの両側が、図９（Ｃ）中の上向き矢印Ｆ２，Ｆ２で示すように、弾性変形部５Ｋの反力により上側の治具６１Ａに押し付けられる。これにより、フレーム５は、上下の治具６１Ａ，６１Ｂ間に拘束されると共に、弾性変形部５Ｋにより、電解質膜４の端面側に流出した接着剤７Ｐがそれ以上流出するのを阻止する。
【００６０】
そして、上記製造方法では、電解質膜４及びフレーム５を接合した後、第１実施形態（図７及び図８参照）で説明したように、電解質膜４及びフレーム５の積層部分の両面側にガス拡散層（６Ａ，６Ｂ）を配置し、仕上げ用治具（５１Ａ，５１Ｂ）を用いてガス拡散層（６Ａ，６Ｂ）密着させることにより、流出した接着剤９で部材隙間部８を満たす。この際、接着剤９は、後の加熱工程で硬化するので、電解質膜４及びフレーム５及びガス拡散層（６Ａ，６Ｂ）を確実に接合することができる。
【００６１】
上記実施形態の膜電極接合体及びその製造方法は、先の実施形態と同様に、電解質膜４の膨潤による変位の抑制機能や、その変位により生じる荷重の分散機能を充分に備えた膜電極接合体１を提供することができる。
【００６２】
また、上記製造方法は、ガス拡散層を未積層の状態で電解質膜４及びフレーム５の積層部分を積層方向に加圧するための一対の接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂを用い、接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂの間隔調整により、フレーム５の端面側への接着剤９の流出量を制御する。これにより、上記製造方法は、流出した接着剤９の量を正確に管理することができ、接合構造のさらなる高品質化を実現することができる。
【００６３】
さらに、上記製造方法は、フレームに弾性変形部５Ｋを形成し、加圧する際に、弾性変形部５Ｋを接着剤加圧用治具６１Ａ，６１Ｂに当接させてフレーム５の位置を拘束することから、各部材同士の位置が正確になり、接合構造のさらなる高品質化を実現することができる。
【００６４】
さらに、上記製造方法は、弾性変形部５Ｋを、電解質膜側を凸側とする形状にし、加圧する際に、弾性変形部５Ｋにより接着剤７Ｐの電解質膜４の端面側への流れを抑制するので、接着剤７Ｐを積極的にフレーム５の端面５Ｔ側に流出させることができ、部材隙間部８を満たすのに充分な量の接着剤９を得ることができる。
【００６５】
さらに、上記製造方法は、内周部全周に沿って弾性変形部５Ｋを形成したフレーム５を用いることで、全周にわたって良好な接合構造を得ることができる。しかも、上記製造方法は、弾性変形部５Ｋの連続を中断させる切欠部１０を有するフレーム５を用いることで、加圧の際に、フレーム５の内周縁部５Ｅの角部の歪みが生じるのを防ぐことができ、開口部５Ｈの各辺に沿って良好な接合構造を得ることができる。
【００６６】
〈第３実施形態〉
図１０に示す膜電極接合体及びその製造方法は、第２実施形態と同様に、フレーム５が、当該フレーム５の表裏方向に屈曲した弾性変形部５Ｋを有している。この弾性変形部５Ｋは、フレーム５の内周縁部５Ｅの一部が突出するように曲成され、電解質膜４側を凸側とする凸部形状になっている。
【００６７】
この実施形態の製造方法は、図１０（Ａ）に示すように、電解質膜４の外周縁部とフレーム５との間に接着剤７Ｐを配置した後、電解質膜４の両面側にガス拡散層６Ａ，６Ｃを配置し、その外周縁部６Ｅを電解質膜４及びフレーム５の積層部分に重ね合わせる。
【００６８】
その後、上記製造方法は、図１０（Ｂ）に示すように、電解質膜４及びフレーム５の積層部分をガス拡散層６Ａ，６Ｃの外側から加圧する。これにより、上記製造方法では、接着剤７Ｐを押し潰して接着層７を形成しつつ、接着剤７Ｐの一部をフレーム５の端面５Ｔ側に流出させ、電解質膜４，フレーム５の端面５Ｔ及びガス拡散層６Ａ，６Ｃの間で形成する部材隙間部８に接着剤９を満たす。この際、部材隙間部８の空気は、ガス拡散層６Ａ，６Ｃを通して外部に排出される。
【００６９】
上記実施形態の膜電極接合体及びその製造方法は、先の実施形態と同様に、電解質膜４の膨潤による変位の抑制機能や、その変位により生じる荷重の分散機能を充分に備えた膜電極接合体１を提供することができる。
【００７０】
また、上記製造方法によれば、加圧する際に、弾性変形部５Ｋにより接着剤７Ｐの電解質膜４の端面側への流れを抑制して、部材隙間部８を満たすのに充分な量の接着剤９を得ることができ、高品質の接合構造を得ることができる。
【００７１】
本発明に係わる膜電極接合体及びその製造方法は、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更したり、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせたりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  膜電極接合体
４  電解質膜
４Ａ，４Ｃ  触媒層
５  フレーム
５Ｋ  弾性変形部
５Ｔ  フレームの端面
６Ａ，６Ｃ  ガス拡散層
７  接着層
８  部材隙間部
９  接着剤
１０  切欠部
５１Ａ，５１Ｂ  仕上げ用治具
６１Ａ，６１Ｂ  接着剤加圧用治具
【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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【図９】
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【図１０】
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