(57)【要約】【課題】簡単な工程で、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、固体高分子電解質膜の膜厚さが減少することを可及的に抑制することを可能にする。【解決手段】樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０の製造方法では、固体高分子電解質膜１８と樹脂枠部材２４との接合部位に、ホットメルトシート２６ａが配設される。ホットメルトシート２６ａは、固体高分子電解質膜１８との接触面の角部に、外側テーパ面２６Ｔｏ及び内側テーパ面２６Ｔｉが設けられている。そして、ホットメルトシート２６ａが配設された接合部位に対して、加熱処理が行われるとともに、前記接合部位に荷重が付与されている。【選択図】図４
2017010704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極が設けられるとともに、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差ＭＥＡと、
前記固体高分子電解質膜の、前記第２電極の外方に露呈する外周面に、ホットメルトにより接合される樹脂枠部材と、
を有する燃料電池用の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
前記ホットメルトは、前記固体高分子電解質膜との接触面の角部にテーパ部位又は湾曲部位が設けられており、前記固体高分子電解質膜と前記樹脂枠部材との接合部位に、前記ホットメルトを配設する工程と、
前記ホットメルトが配設された前記接合部位に対して加熱を行うとともに、荷重を付与する工程と、
を有することを特徴とする樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項２】
固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極が設けられるとともに、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差ＭＥＡと、
前記固体高分子電解質膜の、前記第２電極の外方に露呈する外周面に、ホットメルトにより接合される樹脂枠部材と、
を有する燃料電池用の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
前記固体高分子電解質膜と前記樹脂枠部材との接合部位に、前記ホットメルトを配設するとともに、前記接合部位に対して加熱を行う工程と、
前記ホットメルトが所定の軟化状態に至るまで加熱を行った後、該接合部位に対して荷重を付与する工程と、
を有することを特徴とする樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜を第１電極及び第２電極で挟んだ段差ＭＥＡと、前記段差ＭＥＡの外周を周回する樹脂枠部材とを備える燃料電池用の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。
【０００３】
電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セル（単位燃料電池）が構成されている。この発電セルは、所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな平面寸法に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と略同一の平面寸法に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成する場合がある。その際、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂枠部材を組み込んだ樹脂枠付きＭＥＡが採用されている。
【０００５】
樹脂枠付きＭＥＡとして、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法が知られている。この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法では、樹脂枠部材は、固体高分子電解質膜の外周を周回し、一方のガス拡散層側に突出する薄肉状の内周突部を設けている。
【０００６】
そして、一方のガス拡散層の外周を周回して固体高分子電解質膜と樹脂枠部材の内周突部とは、接着層、例えば、エステル系又はウレタン系のホットメルトシート接着剤により接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１３１４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、固体高分子電解質膜は、非常に柔らかく、しかも薄肉状であるため、樹脂枠部材と圧着接合する際に、ホットメルトシートの形状に沿って前記固体高分子電解質膜の膜厚さが減少する場合がある。特に、ホットメルトシートの角部は、固体高分子電解質膜に押し付けられるため、前記固体高分子電解質膜の膜厚さの減少が著しくなるおそれがある。
【０００９】
固体高分子電解質膜の膜厚さが必要以上に減少すると、ガス遮断性が低下してしまい、燃料電池の発電性能が低下するという問題がある。しかも、固体高分子電解質膜は、湿度変化に応じて膨潤・収縮するため、膜厚さの小さな部位に応力が集中し易くなり、耐久性が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、固体高分子電解質膜の膜厚さが減少することを可及的に抑制することが可能な樹脂枠付き電解質膜・電極構造体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】
【００１１】
本発明は、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを有する燃料電池用の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法に関するものである。段差ＭＥＡでは、固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極が設けられ、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。樹脂枠部材は、固体高分子電解質膜の、第２電極の外方に露呈する外周面に、ホットメルトにより接合されている。
【００１２】
この製造方法では、ホットメルトは、固体高分子電解質膜との接触面の角部にテーパ部位又は湾曲部位が設けられており、前記固体高分子電解質膜と樹脂枠部材との接合部位に、前記ホットメルトを配設する工程を有している。この製造方法は、さらにホットメルトが配設された接合部位に対して加熱を行うとともに、荷重を付与する工程を有している。
【００１３】
また、本発明の製造方法は、固体高分子電解質膜と樹脂枠部材との接合部位に、ホットメルトを配設するとともに、前記接合部位に対して加熱を行う工程を有している。この製造方法は、さらにホットメルトが所定の軟化状態に至るまで加熱を行った後、接合部位に対して荷重を付与する工程を有している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ホットメルトの角部には、テーパ部位又は湾曲部位が設けられている。このため、ホットメルトの角部により固体高分子電解質膜に荷重が集中することがない。従って、簡単な工程で、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、固体高分子電解質膜の膜厚さが減少することを可及的に抑制することが可能になる。
【００１５】
また、本発明によれば、ホットメルトが所定の軟化状態に至った後、前記ホットメルトの荷重が付与されている。これにより、ホットメルトの角部が良好に軟化しているため、固体高分子電解質膜に荷重が集中することがない。このため、簡単な工程で、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、固体高分子電解質膜の膜厚さが減少することを可及的に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る製造方法が適用される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が組み込まれる固体高分子型発電セルの要部分解斜視説明図である。
【図２】前記発電セルの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記製造方法において、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を構成するＣＣＭを形成する際の説明図である。
【図４】前記製造方法において、段差ＭＥＡに樹脂枠部材を接合する際の説明図である。
【図５】前記製造方法において、前記段差ＭＥＡと前記樹脂枠部材との接合作業の説明図である。
【図６】インターバルとホットメルトシートの温度及び固体高分子電解質膜の膜厚減少量との関係説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る製造方法において、段差ＭＥＡに樹脂枠部材を接合する際の説明図である。
【図８】ホットメルトシートの温度と固体高分子電解質膜の膜厚減少量との関係説明図である。
【図９】変形例に係るホットメルトシートの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る製造方法が適用される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型発電セル１２に組み込まれる。複数の発電セル１２は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層されて燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。
【００１８】
発電セル１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、横長（又は縦長）の長方形状を有する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成される。
【００１９】
長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、段差ＭＥＡ１０ａを備える。段差ＭＥＡ１０ａは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するアノード電極（第１電極）２０及びカソード電極（第２電極）２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。
【００２０】
カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０よりも小さな平面寸法（外形寸法）を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２２よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。その際、アノード電極２０は、第２電極となり、カソード電極２２は、第１電極となる。
【００２１】
図２に示すように、アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに接合される第１電極触媒層２０ａと、前記第１電極触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを設ける。第１電極触媒層２０ａ及び第１ガス拡散層２０ｂは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一（又は同一未満）の外形寸法に設定される。
【００２２】
カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される第２電極触媒層２２ａと、前記第２電極触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを設ける。第２電極触媒層２２ａ及び第２ガス拡散層２２ｂは、同一の平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８の平面寸法よりも小さな平面寸法に設定される。固体高分子電解質膜１８の面１８ｂ側の外周縁部には、カソード電極２２の外方に露呈する露出面１８ｂｅが設けられる。
【００２３】
なお、第２電極触媒層２２ａと第２ガス拡散層２２ｂとは、同一の平面寸法に設定されているが、前記第２電極触媒層２２ａの平面寸法は、前記第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法よりも大きな寸法（又は小さな寸法）を有してもよい。
【００２４】
第１電極触媒層２０ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第１ガス拡散層２０ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層２２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。
【００２５】
第１ガス拡散層２０ｂは、多孔性と導電性を有するマイクロポーラス層２０ｂ（ｍ）と、カーボンペーパ又はカーボンクロス等のカーボン層２０ｂ（ｃ）とから形成される。第２ガス拡散層２２ｂは、多孔性と導電性を有するマイクロポーラス層２２ｂ（ｍ）と、カーボンペーパ又はカーボンクロス等のカーボン層２２ｂ（ｃ）とから形成される。第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法は、第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法よりも小さく設定される。第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、固体高分子電解質膜１８の両面に形成される。
【００２６】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、固体高分子電解質膜１８の外周を周回するとともに、前記固体高分子電解質膜１８の外周面に接合されるフィルム状の樹脂枠部材（樹脂成形体又は樹脂フィルム）２４を備える。
【００２７】
樹脂枠部材２４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。樹脂枠部材２４は、さらにＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等で構成される。
【００２８】
樹脂枠部材２４は、平板状を有し、固体高分子電解質膜１８の露出面１８ｂｅに接合される接着面２４ａを設ける。固体高分子電解質膜１８の露出面１８ｂｅと樹脂枠部材２４の接着面２４ａとの間には、ホットメルトシート２６ａによる接着剤層２６が設けられる。ホットメルトシート２６ａは、例えば、シート状の固体接着剤であってエポキシ基を含有する接着剤である。
【００２９】
図１に示すように、発電セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３０ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔３２ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔３４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂは、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００３０】
発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００３１】
第２セパレータ１６の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通して矢印Ｂ方向に延在する複数本の酸化剤ガス流路３６が設けられる。
【００３２】
第１セパレータ１４の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通して矢印Ｂ方向に延在する複数本の燃料ガス流路３８が形成される。互いに隣接する第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通して矢印Ｂ方向に延在する複数本の冷却媒体流路４０が形成される。
【００３３】
図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４２が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４４が一体化される。
【００３４】
図２に示すように、第１シール部材４２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を構成する樹脂枠部材２４に当接する第１凸状シール４２ａと、第２セパレータ１６の第２シール部材４４に当接する第２凸状シール４２ｂとを有する。第２シール部材４４は、第２凸状シール４２ｂに当接する面がセパレータ面に沿って平面状に延在する平面シールを構成する。なお、第２凸状シール４２ｂに代えて、第２シール部材４４に凸状シール（図示せず）を設けてもよい。
【００３５】
第１シール部材４２及び第２シール部材４４には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３６】
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を製造するための本発明の第１の実施形態に係る製造方法について、以下に説明する。
【００３７】
先ず、段差ＭＥＡ１０ａが作製される一方、樹脂枠部材２４は、金型（図示せず）を用いて射出成形され、又は、フィルムをトムソン刃で枠状に切断した部材が用意される。段差ＭＥＡ１０ａを作製するには、先ず、カーボンペーパからなるカーボン層２０ｂ（ｃ）の平坦面に、カーボンブラックとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子との混合物からなるスラリーを塗布し、乾燥させて下地層であるマイクロポーラス層２０ｂ（ｍ）が形成される。
【００３８】
マイクロポーラス層２０ｂ（ｍ）にカーボン層２０ｂ（ｃ）が接合されることにより、第１ガス拡散層２０ｂが形成される。同様に、マイクロポーラス層２２ｂ（ｍ）が形成され、前記マイクロポーラス層２２ｂ（ｍ）にカーボン層２２ｂ（ｃ）が接合されることにより、第２ガス拡散層２２ｂが形成される。
【００３９】
一方、電極触媒に溶媒を加えた後、イオン導電性高分子バインダ溶液として、例えば、パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物の溶液が投入される。そして、所定のインク粘土になるまで、溶媒を添加することにより、アノード電極インク及びカソード電極インクが作成される。
【００４０】
そこで、図３に示すように、アノード電極インクは、ＰＥＴフィルム５０ａにスクリーン印刷により塗工され、加熱乾燥されることにより、第１電極触媒層２０ａを設けたアノード電極シート５２が形成される。第１電極触媒層２０ａは、固体高分子電解質膜１８と同一の平面寸法に設定される。
【００４１】
同様に、カソード電極インクは、ＰＥＴフィルム５０ｂにスクリーン印刷により塗工され、加熱乾燥されることにより、第２電極触媒層２２ａを設けたカソード電極シート５４が形成される。第２電極触媒層２２ａは、固体高分子電解質膜１８よりも小さな平面寸法に設定される。
【００４２】
次いで、固体高分子電解質膜１８が、アノード電極シート５２及びカソード電極シート５４に挟持された状態で、ホットプレスが行われる。そして、ＰＥＴフィルム５０ａ、５０ｂが剥離されることにより、接合体（ＣＣＭ）（catalyst coated membrane）が形成される。さらに、第１ガス拡散層２０ｂと第２ガス拡散層２２ｂとは、マイクロポーラス層２０ｂ（ｍ）、２２ｂ（ｍ）間にＣＣＭを挟持し、ホットプレスにより一体化されて段差ＭＥＡ１０ａが作製される（図４参照）。
【００４３】
そして、長尺状のホットメルトシート２６ａが用意され、トムソン刃により斜めカットすることにより、枠形状の前記ホットメルトシート２６ａが加工される。図４に示すように、ホットメルトシート２６ａの角部、すなわち、外周角部には、外側テーパ面（テーパ部位）２６Ｔｏが設けられ、前記ホットメルトシート２６ａの内周角部には、内側テーパ面（テーパ部位）２６Ｔｉが設けられる。外側テーパ面２６Ｔｏと内側テーパ面２６Ｔｉは、固体高分子電解質膜１８との間に鋭角（９０°以下）をなすように形成される。ホットメルトシート２６ａは、固体高分子電解質膜１８の露出面１８ｂｅ上に配置される。
【００４４】
なお、ホットメルトシート２６ａの角部には、外側テーパ面２６Ｔｏ及び内側テーパ面２６Ｔｉに代えて、例えば、外側湾曲面（湾曲部位）２６Ｒｏ及び内側湾曲面（湾曲部位）２６Ｒｉを形成してもよい。
【００４５】
次に、図５に示すように、固体高分子電解質膜１８の露出面１８ｂｅと樹脂枠部材２４の接着面２４ａとの接合部位は、テーパ部位が設けられたホットメルトシート２６ａが介装された状態で、サーボプレス機６０により加熱及び加圧処理される。サーボプレス機６０は、固定基台６２と可動基台６４とを備え、前記可動基台６４は、ピストン６６により前記固定基台６２に対して進退可能である。
【００４６】
そこで、固定基台６２及び可動基台６４が、所定温度、例えば、１６０℃に昇温した際、前記固定基台６２及び前記可動基台６４により接合部位を、例えば、０．０１ＭＰａの初期荷重（圧力）で挟持する。図６に示すように、ホットメルトシート２６ａの温度が低いと、固体高分子電解質膜１８の膜厚減少量が大きくなっている。そして、前記ホットメルトシート２６ａの温度が１６０℃になると、前記膜厚減少量が僅かな値に収束している。
【００４７】
このため、ホットメルトシート２６ａの温度が１６０℃に至るまで、所定のインターバルだけ、接合部位に初期荷重を付与している。初期荷重は、互いに配設されている段差ＭＥＡ１０ａ、ホットメルトシート２６ａ及び樹脂枠部材２４が位置ずれを惹起しない程度に、これらを押さえるための荷重である。
【００４８】
上記の初期荷重が付与されてから所定のインターバル、例えば、１０秒間が経過した後、接合部位に印加される接合荷重（圧力）が、例えば、０．５ＭＰａに増加され、所定の時間だけ前記接合荷重の付与が行われる。なお、接合荷重は、０．１ＭＰａ〜２ＭＰａの範囲に設定される。
【００４９】
この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、ホットメルトシート２６ａの角部、すなわち、外周角部には、外側テーパ面２６Ｔｏが設けられ、前記ホットメルトシート２６ａの内周角部には、内側テーパ面２６Ｔｉが設けられている。このため、サーボプレス機６０により加熱及び加圧処理される際、ホットメルトシート２６ａの角部により固体高分子電解質膜１８に荷重が集中することがない。
【００５０】
従って、簡単な工程で、段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材２４とを強固且つ良好に接合するとともに、固体高分子電解質膜１８の膜厚さが減少することを可及的に抑制することが可能になる。
【００５１】
このように構成される発電セル１２の動作について、以下に説明する。
【００５２】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５３】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ｂ方向に移動して段差ＭＥＡ１０ａのカソード電極２２に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから第１セパレータ１４の燃料ガス流路３８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、段差ＭＥＡ１０ａのアノード電極２０に供給される。
【００５４】
従って、各段差ＭＥＡ１０ａでは、カソード電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２０に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層２２ａ及び第１電極触媒層２０ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
【００５５】
次いで、カソード電極２２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２０に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５６】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、段差ＭＥＡ１０ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００５７】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る製造方法において、段差ＭＥＡ１０ａに樹脂枠部材２４を接合する際の説明図である。
【００５８】
この第２の実施形態では、ホットメルトシート２６ａａが使用される。ホットメルトシート２６ａａは、長尺状の前記ホットメルトシート２６ａａが用意され、トムソン刃により垂直にカットされることにより、枠形状に加工される。固体高分子電解質膜１８の露出面１８ｂｅと樹脂枠部材２４の接着面２４ａとの接合部位は、ホットメルトシート２６ａａが介装された状態で、第１の実施形態と同様な方法で加熱及び加圧処理される。
【００５９】
具体的には、ホットメルトシート２６ａａは、所定の軟化状態に至るまで加熱された後、接合部位に対して接合荷重が付与されている。図８に示すように、ホットメルトシート２６ａａは、熱変形温度が１２０℃であり、温度が８０℃未満では、硬度が高く、固体高分子電解質膜１８の膜厚減少量が著しく増加する。従って、固体高分子電解質膜１８の膜厚減少量が僅かとなる温度、すなわち、８０℃を設定温度とし、ホットメルトシート２６ａａが８０℃に至った際、所定の軟化状態であるとして、次なる接合荷重の付与工程に移行する。
【００６０】
この場合、第２の実施形態では、加熱処理によりホットメルトシート２６ａａが所定の軟化状態に至った後（設定温度８０℃に至った後）、前記ホットメルトシート２６ａａの接合荷重が付与されている。このため、特にホットメルトシート２６ａａに角部が良好に軟化しているため、固体高分子電解質膜１８に荷重が集中することがない。
【００６１】
これにより、簡単な工程で、段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材２４とを強固且つ良好に接合するとともに、固体高分子電解質膜１８の膜厚さが減少することを可及的に抑制することが可能になる。その際、ホットメルトシート２６ａａは、第１の実施形態に示すようなテーパ部位又は湾曲部位を有するものでもよい。
【００６２】
また、第１及び第２の実施形態に係る製造方法において、加工されるホットメルトシートのテーパ部位又は湾曲部位は種々の形状を採用し得る。例えば、図９に示す変形例に係るホットメルトシート２６ａｂのように、テーパ部位又は湾曲部位は、樹脂枠部材２４側から固体高分子電解質膜１８側に向かって直交方向に延び、その途中位置で互いに近接する形状でもよい。すなわち、外側テーパ面２６Ｔｏ、内側テーパ面２６Ｔｉ（あるいは外側湾曲面２６Ｒｏ、内側湾曲面２６Ｒｉ）は、固体高分子電解質膜１８に接着する側に設けられることが好ましく、その形状や位置は特に限定されない。
【符号の説明】
【００６３】
１０…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体    １０ａ…段差ＭＥＡ
１２…発電セル                          １４、１６…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜                １８ｂｅ…露出面
２０…アノード電極                      ２０ａ、２２ａ…電極触媒層
２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層              ２２…カソード電極
２４…樹脂枠部材                        ２４ａ…接着面
２６ａ、２６ａａ、２６ａｂ…ホットメルトシート
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔            ３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔              ３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４ａ…燃料ガス入口連通孔              ３４ｂ…燃料ガス出口連通孔
３６…酸化剤ガス流路                    ３８…燃料ガス流路
４０…冷却媒体流路                      ４２、４４…シール部材
５２…アノード電極シート                ５４…カソード電極シート
６０…サーボプレス機
【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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