(57)【要約】【課題】生産性が高く、且つ、電解質膜の熱乾燥収縮及びそれに伴う位置ずれの無い、気密性の高いシール部を有する燃料電池単セルを提供する。【解決手段】高分子電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体の更に外側を一対のセパレータで挟持した層構成を有し、且つ、シール部となる空隙を有する仮組み立て体を準備し、当該仮組み立て体の異なる領域を異なる温度に設定できる下側加熱加圧面、及び、当該下側加熱加圧面と対をなす上側加圧面を備える熱圧着手段を準備し、当該熱圧着手段の下側加熱加圧面の温度を予め適切に設定し、前記仮組み立て体を、前記温度設定した後の下側加熱加圧面の上に載置し、当該下側加熱加圧面と前記上側加圧面とで挟み込んで熱圧着することで前記熱硬化性シール材を硬化させることを特徴とする、燃料電池単セルのシール方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池単セルの外周をシールする方法であって、
高分子電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体の更に外側を一対のセパレータで挟持した層構成を有し、当該層構成中の前記膜・電極接合体の両面において、前記電極の外周からはみ出した高分子電解質膜の外周縁部と前記セパレータの外周縁部とが対峙し、対峙しあう当該高分子電解質膜の外周縁部と当該セパレータの外周縁部との間に前記電極の外周を取り囲むシール部となる空隙を有する仮組み立て体を準備し、
当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域と当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域を異なる温度に設定できる下側加熱加圧面、及び、当該下側加熱加圧面と対をなす上側加圧面を備える熱圧着手段を準備し、
当該熱圧着手段の下側加熱加圧面を、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域が熱硬化性シール材の熱硬化温度以上となり、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定し、
前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に、前記熱圧着手段による熱圧着の開始前又は途中のいずれかの段階で前記熱硬化性シール材を充填し、
前記仮組み立て体を、上記温度設定した後の下側加熱加圧面の上に載置し、当該下側加熱加圧面と前記上側加圧面とで挟み込んで熱圧着することで前記熱硬化性シール材を硬化させることを特徴とする、燃料電池単セルのシール方法。
【請求項２】
前記下側加熱加圧面における前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の温度を、前記高分子電解質膜について下記の加熱乾燥試験を行ったときに測定される高分子電解質膜の収縮率が３％以下となる温度に設定する、請求項１に記載の燃料電池単セルのシール方法：加熱乾燥試験としては、縦５ｃｍ×横５ｃｍにカットした電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ、ＤｕＰｏｎｔ社製）を、各温度に加熱したホットプレート上に５分放置し、元の寸法より収縮した分を、収縮率として算出する。
【請求項３】
前記下側加熱加圧面における前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の温度を、５０℃以下に設定する、請求項１に記載の燃料電池単セルのシール方法。
【請求項４】
前記下側加熱加圧面は、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域に、断熱材及び冷却手段から選ばれる昇温防止手段が設けられている、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のシール方法。
【請求項５】
前記断熱材の熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である、請求項４に記載の燃料電池単セルのシール方法。
【請求項６】
前記冷却手段が、冷媒を用いる冷却手段である、請求項４に記載の燃料電池単セルのシール方法。
【請求項７】
前記下側加熱加圧面は、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が存在しない枠形状を有している、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のシール方法。
【請求項８】
前記熱圧着手段の上側加圧面は加熱機能を有し、当該上側加圧面を前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に予め加熱して熱圧着する、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のシール方法。
【請求項９】
前記熱圧着手段の上側加圧面も、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域と前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域を異なる温度に設定でき、
当該上側加圧面を、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上となり、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定して熱圧着する、請求項８に記載の燃料電池単セルのシール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池単セルのシール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、燃料電池はカルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。燃料電池は、通常、電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体を基本構造とする単セルを複数積層して構成されている。中でも、電解質膜として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
【０００３】
固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノード（燃料極）では（１）式の反応が進行する。
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−    …（１）
（１）式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソード（酸化剤極）に到達する。そして、（１）式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、固体高分子電解質膜内をアノード側からカソード側に、電気浸透により移動する。
【０００４】
また、酸素を酸化剤とした場合、カソードでは（２）式の反応が進行する。
２Ｈ＋  ＋  （１／２）Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ    …（２）
カソードで生成した水は、主としてガス拡散層を通り、外部へと排出される。このように、燃料電池では、水以外の排出物がなく、クリーンな発電装置である。
【０００５】
図１は、一般的な固体高分子電解質型燃料電池の単セル１００を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。単セル１００は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ということがある）１と、前記電解質膜１を挟んだ一対のカソード電極６及びアノード電極７とでなる膜・電極接合体８を含み、さらに前記膜・電極接合体８を電極の外側から挟んだ一対のセパレータ９及び１０とでなる。セパレータと電極の境界にはガス流路１１及び１２が確保され、アノード側では水素ガスが、カソード側では酸素を含むガス（通常は空気）がそれぞれ連続的に供給される。通常は電極として、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成されたものが用いられる。すなわち、カソード電極６はカソード触媒層２とガス拡散層４とを積層したものからなり、アノード電極７はアノード触媒層３とガス拡散層５とを積層したものからなる。
【０００６】
上述のように、燃料及び酸化剤は、通常気体状態（燃料ガス、酸化剤ガス）で燃料電池へ連続的に供給される。したがって、前記２種のガスが単セル外に漏れ出さないためのシール部が必須である。
図１中のシール部１３及び１４は、カソード電極６及びアノード電極７の外周部に設置され、燃料ガス、酸化剤ガスのいずれかが単セル外に漏れ出すのを防ぐと同時に、燃料ガス及び酸化剤ガスが直接接触して水生成反応を起こすのを防ぐ働きがある。
【０００７】
シール部には、加工のし易さの観点から、熱硬化性樹脂が用いられている。すなわち、加熱前の液状の熱硬化性樹脂を電極の外周部に流し込み、流し込み終了後に加熱し、加熱後に硬化して完成したシール部によって、膜・電極接合体の気密性が確保されるというものである。しかし、この一連の工程においては、流し込んだ液状の熱硬化性樹脂の厚さのばらつきが生じやすく、したがって、単セルの気密性が損なわれるという問題があった。
これまでにも、シール部の設置の工程又はシール部の材質を変えることで、上記問題を克服しようとする試みがなされてきた。特許文献１では、液状の熱硬化性樹脂を所定位置に塗布した後に単セルの仮組み立てを行い、その後に熱硬化させ、熱硬化性樹脂を固化させるという工程を採用することにより、液状の熱硬化性樹脂が仮組み立て時に潰れることで、熱硬化性樹脂の厚さのばらつきが平均化されるという提案がされていた。
【０００８】
また特許文献２では、セパレータの間隔を保持するための鉄芯と、鉄芯の外側を覆う熱硬化性樹脂とで構成したシール部を用いることで、鉄芯によってシール部の厚さのばらつきを抑えるとともに、鉄芯の外側を覆う熱硬化性樹脂によってシール機能が果たされるという提案がされていた。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２４６０４４号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３２２０号公報
【００１０】
前記特許文献１及び２では、いずれも熱硬化性樹脂をシール部の構成要素として用いている。セルのシール部に配置した熱硬化性樹脂を硬化させるためには単セルを高温にさらす必要があるが、単セルの生産性を上げるためには従来、予め熱硬化温度以上の温度に設定された装置によって熱圧着を行っていた。しかし、このような装置を用いることで、当該装置に載置された前記単セル中の電解質膜の全面が高温にさらされてしまい、その結果前記電解質膜が熱乾燥状態となり収縮し、シール部が熱硬化する前に電解質膜の位置ずれが起きてしまっていた。さらに、このような電解質膜の位置ずれが起こることで、シール部によって確保されるはずの気密性が低減するおそれがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、熱硬化性樹脂をシール部に用いる際には、熱硬化させるための熱処理時に電解質膜に対する温度の影響を考慮する必要があった。本発明は、単セルの生産性を高く維持したまま、電解質膜の熱乾燥収縮及びそれに伴う位置ずれを抑え、気密性の高いシール部の設置を達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、燃料電池単セルの外周をシールする方法であって、高分子電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体の更に外側を一対のセパレータで挟持した層構成を有し、当該層構成中の前記膜・電極接合体の両面において、前記電極の外周からはみ出した高分子電解質膜の外周縁部と前記セパレータの外周縁部とが対峙し、対峙しあう当該高分子電解質膜の外周縁部と当該セパレータの外周縁部との間に前記電極の外周を取り囲むシール部となる空隙を有する仮組み立て体を準備し、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域と当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域を異なる温度に設定できる下側加熱加圧面、及び、当該下側加熱加圧面と対をなす上側加圧面を備える熱圧着手段を準備し、当該熱圧着手段の下側加熱加圧面を、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域が熱硬化性シール材の熱硬化温度以上となり、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定し、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に、前記熱圧着手段による熱圧着の開始前又は途中のいずれかの段階で前記熱硬化性シール材を充填し、前記仮組み立て体を、上記温度設定した後の下側加熱加圧面の上に載置し、当該下側加熱加圧面と前記上側加圧面とで挟み込んで熱圧着することで前記熱硬化性シール材を硬化させることを特徴とする。
【００１３】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、下側加熱加圧面の部位によって温度設定に差をつけることで、前記仮組み立て体を前記下側加熱加圧面に載置してから当該下側加熱加圧面と前記上側加圧面とで挟み込んで熱圧着するまでの間の、電解質膜の加熱乾燥収縮を防止し、それによって電解質膜の位置ずれを抑制し、且つ、気密性の高いシールを達成することができる。また、予め下側加熱加圧面の温度を設定しておくことができることで、前記熱圧着手段の温度設定を変更することなく複数の単セルを次々にシールすることができることから、効率の良い燃料電池単セルの作製を達成することができる。
【００１４】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、前記下側加熱加圧面における前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の温度を、前記高分子電解質膜について下記の加熱乾燥試験を行ったときに測定される高分子電解質膜の収縮率が３％以下となる温度に設定することが好ましい。加熱乾燥試験としては、縦５ｃｍ×横５ｃｍにカットした電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ、ＤｕＰｏｎｔ社製）を、各温度に加熱したホットプレート上に５分放置し、元の寸法より収縮した分を、収縮率として算出する。
【００１５】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、電解質膜の加熱乾燥収縮による位置ずれを極めて小さくすることができるので、十分な気密性を持つシールを達成することができる。
【００１６】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、前記下側加熱加圧面における前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の温度を、５０℃以下に設定することが好ましい。
【００１７】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、適切な温度設定により、熱処理後のシールによる単セルの気密性を確保し、且つ、電解質膜の位置ずれを最小限にとどめることができる。
【００１８】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、前記下側加熱加圧面は、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域に、断熱材及び冷却手段から選ばれる昇温防止手段が設けられていることが好ましい。
【００１９】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、前記断熱材又は前記冷媒のいずれかの適切な昇温防止手段の選択により、適切な前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度を容易に設定することができる。
【００２０】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、前記断熱材の熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
【００２１】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、電解質膜の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の熱乾燥収縮を最小限におさえ、それに伴って電解質膜の位置ずれを最小限にとどめることができる。
【００２２】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、前記冷却手段が、冷媒を用いる冷却手段であることが好ましい。
【００２３】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、適切な冷媒を選択することによって、電解質膜の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の熱乾燥収縮を最小限におさえ、それに伴って電解質膜の位置ずれを最小限にとどめることができる。
【００２４】
本発明の燃料電池単セルのシール方法の一形態は、前記下側加熱加圧面は、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が存在しない枠形状を有しているという構成を取ることができる。
【００２５】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、前記下側加熱加圧面に前記仮組み立て体を載置した際に、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域のみが加熱されることから、電解質膜の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の熱乾燥収縮を最小限におさえ、それに伴って電解質膜の位置ずれを最小限にとどめることができる。
【００２６】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、前記熱圧着手段の上側加圧面は加熱機能を有し、当該上側加圧面を前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に予め加熱して熱圧着することが好ましい。
【００２７】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、前記仮組み立て体の両面を加熱することができるため、片面のみを加熱した時よりも、より均一なシールを作製することができ、且つ、短時間で燃料電池単セルの作製を達成することができる。
【００２８】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、前記熱圧着手段の上側加圧面も、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域と前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域を異なる温度に設定でき、当該上側加圧面を、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上となり、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定して熱圧着することが好ましい。
【００２９】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、前記仮組み立て体の両面の前記シール部となる空隙に対応する領域を選択的に加熱することができるため、片面のみの前記領域を選択的に加熱した時よりも、より均一なシールを作製することができ、且つ、短時間で燃料電池単セルの作製を達成することができる。また、前記仮組み立て体の両面とも、前記シール部となる空隙に対応する領域より内側に対応する領域を熱硬化温度未満となる温度に設定することができるため、片面のみを熱硬化温度未満となる温度に設定した時よりも、電解質膜の位置ずれを最小限にとどめることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、下側加熱加圧面の部位によって温度設定に差をつけることで、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域においてはシールの確実な作製を、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域においては電解質膜の熱乾燥収縮の抑制及び当該電解質膜の位置ずれの防止を、それぞれ達成することができる。また、予め下側加熱加圧面の温度を設定できることで、前記熱圧着手段の温度設定を変更することなく複数の単セルを次々にシールすることができることから、効率の良い燃料電池単セルの作製を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の燃料電池単セルのシール方法は、燃料電池単セルの外周をシールする方法であって、高分子電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体の更に外側を一対のセパレータで挟持した層構成を有し、当該層構成中の前記膜・電極接合体の両面において、前記電極の外周からはみ出した高分子電解質膜の外周縁部と前記セパレータの外周縁部とが対峙し、対峙しあう当該高分子電解質膜の外周縁部と当該セパレータの外周縁部との間に前記電極の外周を取り囲むシール部となる空隙を有する仮組み立て体を準備し、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域と当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域を異なる温度に設定できる下側加熱加圧面、及び、当該下側加熱加圧面と対をなす上側加圧面を備える熱圧着手段を準備し、当該熱圧着手段の下側加熱加圧面を、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域が熱硬化性シール材の熱硬化温度以上となり、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定し、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に、前記熱圧着手段による熱圧着の開始前又は途中のいずれかの段階で前記熱硬化性シール材を充填し、前記仮組み立て体を、上記温度設定した後の下側加熱加圧面の上に載置し、当該下側加熱加圧面と前記上側加圧面とで挟み込んで熱圧着することで前記熱硬化性シール材を硬化させることを特徴とする。
【００３２】
ここでいう加圧面とは、加圧板のように剛直なものの面に限らず、例えば、加圧ベルトなどの連続体や、空気を充填・排出することのできる可撓性気密膜なども含む。
また、上側加圧面は、均一な硬化を行う観点から加熱可能なもの（加熱加圧板など）を用いることが好ましいが、加熱機能が無くてもよい。
また、上記「当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定し」とは、温度設定を人為的に操作することのみならず、自然とその温度が設定されるということも含まれる。
【００３３】
ここでいう熱硬化温度とは、通常液体である樹脂が、単独または添加物を加えて加熱されることにより反応し、３次元構造または網状構造となり硬化する温度である。
【００３４】
ここで、前記仮組み立て体について、図を用いて詳しく説明する。図２は、仮組み立て体２００を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。前記仮組み立て体２００は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ということがある）２１と、前記電解質膜２１を挟んだ一対のカソード電極２６及びアノード電極２７とでなる膜・電極接合体２８を含み、さらに前記膜・電極接合体２８を電極の外側から挟んだ一対のセパレータ２９及び３０とでなる。セパレータと電極の境界にはガス流路３１及び３２が確保されている。通常は電極として、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成されたものが用いられる。すなわち、カソード電極２６はカソード触媒層２２とガス拡散層２４とを積層したものからなり、アノード電極２７はアノード触媒層２３とガス拡散層２５とを積層したものからなる。
さらに、対峙しあう前記電解質膜２１の外周縁部と前記セパレータ２９及び３０の各外周縁部との間には、前記カソード電極２６及び前記アノード電極２７の各外周を取り囲むシール部となる空隙３３及び３４が設けられている。
【００３５】
ここで、高分子電解質膜とは、燃料電池において使用される高分子電解質膜であり、ナフィオン（商品名）に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂のようなフッ素系高分子電解質を含むフッ素系高分子電解質膜の他、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラフェニレン等のエンジニアリングプラスチックや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の汎用プラスチック等の炭化水素系高分子にスルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、ボロン酸基等のプロトン酸基（プロトン伝導性基）を導入した炭化水素系高分子電解質を含む炭化水素系高分子電解質膜等が挙げられる。
【００３６】
触媒層は、触媒、導電性材料及び高分子電解質を含有する触媒インクを用いて形成することができる。
触媒としては、通常、触媒成分を導電性粒子に担持させたものが用いられる。触媒成分としては、燃料極の燃料の酸化反応又は酸化剤極の酸化剤の還元反応に対して触媒活性を有しているものであれば、特に限定されず、固体高分子型燃料電池に一般的に用いられているものを使用することができる。例えば、白金、又はルテニウム、鉄、ニッケル、マンガン、コバルト、銅等の金属と白金との合金等を用いることができる。
触媒担体である導電性粒子としては、カーボンブラック等の炭素粒子や炭素繊維のような導電性炭素材料、金属粒子や金属繊維等の金属材料も用いることができる。導電性材料は、触媒層に導電性を付与するための導電性材料としての役割も担っている。
【００３７】
触媒層の形成方法は特に限定されず、例えば、触媒インクをガス拡散層シートの表面に塗布、乾燥することによって、ガス拡散層シート表面に触媒層を形成してもよいし、或いは、電解質膜表面に触媒インクを塗布、乾燥することによって、電解質膜表面に触媒層を形成してもよい。或いは、転写用基材表面に触媒インクを塗布、乾燥することによって、転写シートを作製し、該転写シートを、電解質膜又はガス拡散シートと熱圧着等により接合した後、転写シートの基材フィルムを剥離する方法で、電解質膜表面上に触媒層を形成するか、ガス拡散層シート表面に触媒層を形成してもよい。
【００３８】
触媒インクは上記のような触媒と電極用電解質とを、溶媒に溶解又は分散させて得られる。触媒インクの溶媒は、適宜選択すればよく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の有機溶媒、又はこれら有機溶媒の混合物やこれら有機溶媒と水との混合物を用いることができる。触媒インクには、触媒及び電解質以外にも、必要に応じて結着剤や撥水性樹脂等のその他の成分を含有させてもよい。
【００３９】
触媒インクの塗布方法、乾燥方法等は適宜選択することができる。例えば、塗布方法としては、スプレー法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法などが挙げられる。また、乾燥方法としては、例えば、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが挙げられる。減圧乾燥、加熱乾燥における具体的な条件に制限はなく、適宜設定すればよい。
触媒インクの塗布量は、触媒インクの組成や、電極触媒に用いられる触媒金属の触媒性能等によって異なるが、単位面積当りの触媒成分量が、０．０１〜２．０ｍｇ／ｃｍ２程度となるようにすればよい。また、触媒層の膜厚は、特に限定されないが、１〜５０μｍ程度とすればよい。
【００４０】
ガス拡散層を形成するガス拡散層シートとしては、触媒層に効率良くガスを供給することができるガス拡散性、導電性、及びガス拡散層を構成する材料として要求される強度を有するもの、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素質多孔質体や、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル−クロム合金、銅及びその合金、銀、アルミ合金、亜鉛合金、鉛合金、チタン、ニオブ、タンタル、鉄、ステンレス、金、白金等の金属から構成される金属メッシュ又は金属多孔質体等の導電性多孔質体からなるものが挙げられる。導電性多孔質体の厚さは、５０〜５００μｍ程度であることが好ましい。
【００４１】
ガス拡散層シートは、上記したような導電性多孔質体の単層からなるものであってもよいが、触媒層に面する側に撥水層を設けることもできる。撥水層は、通常、炭素粒子や炭素繊維等の導電性粉粒体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の撥水性樹脂等を含む多孔質構造を有するものである。撥水層は、必ずしも必要なものではないが、触媒層及び電解質膜内の水分量を適度に保持しつつ、ガス拡散層の排水性を高めることができる上に、触媒層とガス拡散層間の電気的接触を改善することができるという利点がある。
撥水層を導電性多孔質体上に形成する方法は特に限定されない。例えば、炭素粒子等の導電性粉粒体と撥水性樹脂、及び必要に応じてその他の成分を、エタノール、プロパノール、プロピレングリコール等の有機溶剤、水又はこれらの混合物等の溶剤と混合した撥水層インクを、導電性多孔質体の少なくとも触媒層に面する側に塗布し、その後、乾燥及び／又は焼成すればよい。撥水層の厚さは、通常、１〜５０μｍ程度でよい。撥水層インクを導電性多孔質体に塗布する方法としては、例えば、スクリーン印刷法、スプレー法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法等が挙げられる。
また、導電性多孔質体は、触媒層と面する側に、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水性樹脂をバーコーター等によって含浸塗布することによって、触媒層内の水分がガス拡散層の外へ効率良く排出されるように加工されていてもよい。
上記したような方法によって触媒層を形成した電解質膜及びガス拡散層シートは、適宜、重ね併せて熱圧着等し、互いに接合することで、膜・電極接合体が得られる。
【００４２】
作製された膜・電極接合体は、さらに、セパレータで狭持され、仮組み立て体を形成する。セパレータとしては、導電性及びガスシール性を有し、集電体及びガスシール体として機能しうるもの、例えば、炭素繊維を高濃度に含有し、樹脂との複合材からなるカーボンセパレータや、金属材料を用いた金属セパレータ等を用いることができる。金属セパレータとしては、耐腐食性に優れた金属材料からなるものや、表面をカーボンや耐腐食性に優れた金属材料等で被覆し、耐腐食性を高めるコーティングが施されたもの等が挙げられる。
【００４３】
熱硬化性シール材は、セパレータで膜・電極接合体を挟持する前に、前記シール部となる空隙３３及び３４に塗布又は注入し、その後セパレータで挟持してもよいし、又は、セパレータで挟持した後の前記シール部となる空隙３３及び３４に塗布又は注入してもよい。あるいは、前記熱圧着手段による熱圧着途中において前記シール部となる空隙３３及び３４に注入して充填してもよい。
熱硬化性シール材は、加熱前は液状等の流動性の高い状態、加熱後は固体又はゴム状等の流動性の全く無い状態である性質を持つことが必要であり、そのような観点から、熱硬化性シール材は熱硬化性樹脂であるのが好ましい。熱硬化性樹脂としては、加硫ゴム、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、ジアリルフタレートが挙げられる。
【００４４】
以下、図面を参照しながら本発明の熱圧着工程について詳しく説明する。図３は本発明の熱圧着工程の典型例の層構成を模式的に示した斜視図である。図２に示したような仮組み立て体４１は、上側加圧板４２と下側加熱加圧板４３によって挟持され、加熱される。
下側加熱加圧板４３のうち、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域４４は予め熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定され、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域４５は予め熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となるように設定されている。
【００４５】
図４は、本発明の熱圧着工程の典型例を模式的に示した図であり、仮組み立て体が前記上側加圧板４２と前記下側加熱加圧板４３によって挟持される一連の工程を表す断面模式図の主要部である。
図４（ａ）は、前記下側加熱加圧板４３の上に仮組み立て体を載置した図の主要部である。この時、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域４４は予め前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されているのに対し、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域４５は予め前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となるように設定されており、前記領域４４に対して仮組み立て体の前記シール部となる空隙３３及び３４が位置合わせされているため、電解質膜の加熱乾燥収縮を最小限に抑えることができる。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態にさらに上側加圧板４２を乗せて、前記仮組み立て体を、前記下側加熱加圧板４３と前記上側加圧板４２とで挟み込んで熱圧着している図の主要部である。前記上側加圧板４２は、加熱機能が無くてもよいが、前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されているのが好ましい。仮に前記上側加圧板４２が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されている時、仮組み立て体の上面では、前記シール部となる空隙及び前記シール部となる空隙より内側のいずれも前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に加熱されてしまうが、前記下側加熱加圧板４３と前記上側加圧板４２による挟持と同時に前記上側加圧板４２による加熱が始まるため、当該上側加圧板４２の全面加熱を行うとしても、加圧板の拘束力によって電解質膜の乾燥収縮による位置ずれへの悪影響は及ぼさない。
図４（ａ）において、仮に全面が前記熱硬化温度以上に設定されている下側加熱加圧板を用いたとすると、下側加熱加圧板と上側加圧板とによる仮組み立て体の挟持よりも先に、仮組み立て体の下面の加熱が始まってしまうため、電解質膜の乾燥収縮が起こり、電解質膜の位置ずれを抑えることができなくなってしまう。
【００４６】
また上記手法は、予め常時前記下側加熱加圧板４３の前記領域４４を前記熱硬化温度以上の温度に加熱していることにより、例えば、下側加熱加圧板と上側加圧板とによる仮組み立て体の挟持を行うごとに、下側加熱加圧板の加熱及び冷却を繰り返して熱圧着する方法よりも生産性が高く、短い時間でより多くの仮組み立て体の熱圧着を行うことができる。
【００４７】
なお、図４（ａ）中の前記シール部となる空隙３３及び３４には、熱圧着の開始前又は途中のいずれかの段階で、図４（ｂ）中に示すように、前記熱硬化性シール材４６及び４７が充填される。
加熱後、前記下側加熱加圧板４３と前記上側加圧板４２の間から取り外すことで、上述したシール部１３及び１４を有する前記単セル１００が完成する。なお、前記仮組み立て体を前記下側加熱加圧面の上に載置してから（図４（ａ）の状態）、当該下側加熱加圧面と前記上側加圧面とで挟み込んで熱圧着する（図４（ｂ）の状態）までの時間は、たとえば前記下側加熱加圧面の前記領域４４が８０〜１４０℃に設定されている時は、１０〜３０分であるのが好ましい。
【００４８】
上述のように電解質膜の加熱乾燥収縮防止の観点から、前記下側加熱加圧面における前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の温度を、５０℃以下に設定するのが好ましい。なお、前記温度は５０℃以下である限り、作業雰囲気温度以上でも差し支えない。これは、５０℃以下であれば、作業雰囲気未満に冷却する必要なく電解質膜の加熱乾燥収縮防止という目的が達成できるからである。
また、前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度を達成するために、前記領域４５において、断熱材及び冷却手段から選ばれる昇温防止手段が設けられているのが好ましい。
前記冷却手段を用いる場合には、冷媒を用いるのが好ましい。冷媒としては、安価で取り扱い容易な水を用いることができる。この場合、水は液体であるため、前記領域４５に水を密閉した容器を設置してもよいし、又は、前記領域４５に管を通し、水を連続的に流してもよい。
前記断熱材を用いる場合は、前記断熱材の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、具体的には、アルミナなどのセラミクス、シリカ、セメント、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ロックウール、グラスウール、発泡ガラス、フェノールフォーム、又は高発泡ポリエチレンを用いるのが好ましい。また、前記断熱材は断熱の効果を常に一定の水準に保つため、熱圧着のたびに毎回交換することが好ましい。
【００４９】
図５は、本発明の熱圧着工程の第２の典型例を模式的に示した図であり、仮組み立て体が上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とによって挟持される一連の工程を表す断面模式図の主要部である。図５（ａ）は、下側加熱加圧板の上に仮組み立て体を載置した図の主要部であり、図４（ａ）と全く同じ図である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態にさらに上側加熱加圧板を乗せて、前記仮組み立て体を、前記下側加熱加圧板と前記上側加熱加圧板とで挟み込んで熱圧着している図の主要部である。この時前記上側加熱加圧板には、前記下側加熱加圧板と同じく、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域４４は予め前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されているのに対し、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域４５は予め前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となるように設定されている。したがって、典型例とは異なり、前記仮組み立て体の下面のみでなく上面においても、前記シール部となる空隙より内側の電解質膜の熱乾燥収縮の抑制が達成できる。
【００５０】
上述したように、前記加圧面とは、典型例及び第２の典型例に示した加圧板のように剛直なものの有する面に限らない。図６は、本発明の熱圧着工程の第３の典型例を模式的に示した図であり、仮組み立て体が連続体である加熱加圧ベルトによって運搬されながら、連続的に熱圧着される工程を示した模式図である。
加熱加圧ベルト５１は、矢印５２の示す方向に一定速度で流れる連続体である。この図において、当該ベルト５１の両末端は省略している。前記ベルト５１上には、等間隔に断熱材シート５３が予め載置されている。前記加熱加圧ベルト５１は、上述した前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に予め設定されており、且つ、前記断熱材シート５３の上面は、上述した前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定されている。
前記断熱材シート５３上の適切な位置に熱圧着直前の仮組み立て体５４を載置し、上側加圧板５５を矢印５６の示す方向に押し付けることによって、前記ベルト５１と当該上側加圧板５５とによる前記仮組み立て体５４の挟持が完成し、熱圧着が行われる。熱圧着直後の仮組み立て体５７は、前記ベルト５１によって速やかに熱圧着場所から除去され、次の燃料電池単セル製造工程に移される。
ここで、前記上側加圧板５５は、加熱機能を有しているのが好ましいが、当該加熱機能を有していなくても構わない。また、上側加圧面を形成するものも、前記上側加圧板５５のように板状であるものに限られず、たとえば前記ベルト５１のような加圧ベルトであってもよい。この場合、上側及び下側の加圧ベルトは同じ一定速度で同じ方向に流れ、また、上側及び下側の加圧ベルトが最も密着する部位において仮組み立て体及び断熱材シートを挟持し、熱圧着を行うようにする。
【００５１】
上述した加熱加圧ベルトのような連続体を用いた場合、例えば単セル作製ライン上に加熱加圧ベルトを組み入れるなど、単セル作製の一工程として組み込むことが容易で、そのため、単セル作製の他の工程を滞らせることなく、熱圧着を短時間で行うことが可能である。また、上述したような前記断熱材の熱圧着ごとの交換が自動的になされるため、断熱の効果を常に一定の水準に保つことが容易に可能である。
さらに、仮組み立て体を適切に加熱加圧ベルト上に載置し、当該仮組み立て体に上側加圧板を押し付け、離すのみで、熱圧着が完成し、且つ、熱圧着後の仮組み立て体は自動的に除去されることから、その工程を繰り返し行うことで、一定時間に多数の仮組み立て体の連続熱圧着が可能となる。
【００５２】
図７は、本発明の熱圧着工程の第４の典型例を模式的に示した図であり、仮組み立て体が可撓性気密膜によって熱圧着される工程を示した一連の模式図である。
図７（ａ）は、可撓性気密膜に空気を充填する前の図である。空気を充填する前の可撓性気密膜６１は、厚みが薄く、仮組み立て体との間に空間が空いている。図４（ａ）に示すような、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域４４が予め熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定され、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域４５が予め熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となるように設定されている下側加熱加圧板４３を用い、当該下側加熱加圧板の上に図２に示したような仮組み立て体を載置し、さらにその上に前記膜６１を設置する。
図７（ｂ）は、可撓性気密膜に空気を充填した後の図である。図に示すように、空気を充填した後の可撓性気密膜６２は、内部に充填された空気によって膨張しており、一定の圧力で前記仮組み立て体を前記下側加熱加圧板４３に押し付け、熱圧着を行う。この状態から前記膜６２中の空気を排出することにより、前記膜６１の状態に戻り、上述したシール部１３及び１４を有する前記単セル１００を取り出すことができる。
前記可撓性気密膜は、充填される空気の有する温度によって熱硬化温度以上に設定され、熱圧着時に仮組み立て体の上面も加熱できるのが好ましい。またこの際、前記可撓性気密膜の熱伝導性が高く、瞬時に熱硬化温度以上に設定されるのが好ましい。
なお、図７（ａ）中の前記シール部となる空隙３３及び３４には、熱圧着の開始前又は途中のいずれかの段階で、図７（ｂ）中に示すように、前記熱硬化性シール材４６及び４７が充填される。
【００５３】
上述した可撓性気密膜を用いた場合、空気の充填及び排出を行うことで熱圧着を瞬時且つ容易に行うことができる。したがって、空気の充填・排出の繰り返しを行うことで、一定時間に多数の仮組み立て体の連続熱圧着が可能となる。
【００５４】
図８は本発明のシール部を作製する工程の変形例の層構成を模式的に示した斜視図である。図２に示したような仮組み立て体７１は、上側加圧板７２と、仮組み立て体のシール部となる空隙より内側に対応する領域が存在しない枠形状領域７３を有する下側加熱加圧板７４によって挟持され、加熱される。前記下側加熱加圧板７４のうち、前記枠形状領域７３は予め熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されている。
なお、前記枠形状領域７３が取り囲む領域は、前記下側加熱加圧板７４を貫通していてもよいし、貫通せずに窪みとして存在していてもよい。
【００５５】
図９は仮組み立て体が前記上側加圧板７２と前記下側加熱加圧板７４によって挟持される一連の工程を表す断面模式図の主要部である。
図９（ａ）は、前記下側加熱加圧板７４の上に仮組み立て体を載置した図の主要部である。この時、前記枠形状領域７３は予め前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されているものの、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が存在しないため、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側の電解質膜には熱硬化温度以上の温度は伝わらず、自然と熱硬化性シール材の熱硬化温度未満の温度が設定され、したがって前記電解質膜の加熱乾燥収縮は抑えられている。
図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態にさらに前記上側加圧板７２を乗せて、前記仮組み立て体を、前記上側加圧板７２と前記下側加熱加圧板７４とで挟み込んで熱圧着している図の主要部である。前記上側加圧板７２は、加熱機能が無くてもよいが、前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されているのが好ましい。仮に前記上側加圧板７２が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に設定されている時、仮組み立て体の上面では、前記シール部となる空隙及び前記シール部となる空隙より内側のいずれも前記熱硬化性シール材の熱硬化温度以上に加熱されてしまうが、前記上側加圧板７２と前記下側加熱加圧板７４による挟持と同時に前記上側加圧板７２による加熱が始まるため、加圧板の拘束力によって電解質膜の乾燥収縮による位置ずれへの悪影響は及ぼさない。
また、前記上側加圧板７２は、前記下側加熱加圧板７４と同様に枠形状領域７３を有していてもよい。この場合の対向する２つの前記枠形状領域７３は、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域をきちんと挟みこめる寸法及び形状であればよい。
なお、図９（ａ）中の前記シール部となる空隙３３及び３４には、熱圧着の開始前又は途中のいずれかの段階で、図９（ｂ）中に示すように、前記熱硬化性シール材４６及び４７が充填される。
加熱後、前記上側加圧板７２と前記下側加熱加圧板７４の間から取り外すことで、上述したシール部１３及び１４を有する前記単セル１００が完成する。
【００５６】
典型例、第２の典型例、第３の典型例、第４の典型例及び変形例のいずれにおいても、前記下側加熱加圧面における前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域の温度を、前記高分子電解質膜について後述する加熱乾燥試験を行ったときに測定される高分子電解質膜の収縮率が３％以下となる温度に設定することが好ましい。
【００５７】
このような構成の燃料電池単セルのシール方法は、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域が熱硬化性シール材の熱硬化温度以上となり、当該仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が前記熱硬化性シール材の熱硬化温度未満となる温度に予め設定するという、仮組み立て体の部位による温度設定の使い分けを行うことによって、電解質膜の加熱乾燥収縮を防ぎつつ仮組み立て体の必要な部分のみを加熱することができ、電解質膜の位置ずれを起こすことなく、気密性の高いシール部の確実な作製ができる。仮に、挟持する前に加熱を仮組み立て体の全面によって行うとすると、電解質膜が熱乾燥状態となり収縮が起こり、電解質膜の位置ずれを防ぐことができない。
また、予め温度設定がされている装置を用いて熱圧着を行うことによって、例えば熱圧着のたびごとに昇温／冷却を繰り返さなければならない熱圧着工程とは異なり、単セルのシール時間短縮につながり、時間効率の良い燃料電池単セルの作製を達成することができる。
さらに、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域において、断熱材及び冷却手段から選ばれる昇温防止手段を設けるという、簡便な工程により、前記領域が容易に前記熱硬化温度未満の温度となり、且つ、前記冷却手段として冷媒を用いるか、又は、上述した熱伝導率を有する断熱材の素材を適宜選択するかすることによって、適切な熱硬化温度未満の温度を容易に達成することができる。
また、熱硬化温度及び熱硬化温度未満の温度を適切な温度に設定することにより、熱圧着後のシール部による単セルの気密性を確保し、且つ、電解質膜の位置ずれを最小限にとどめることができる。
そして、前記下側加熱加圧面が、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙より内側に対応する領域が存在しない枠形状を有していることで、前記下側加熱加圧面に前記仮組み立て体を載置した際に、前記仮組み立て体の前記シール部となる空隙に対応する領域のみが加熱されることから、電解質膜の保護を容易に達成することができる。
また、前記熱圧着手段の上側加圧面が加熱機能を有していることにより、前記仮組み立て体の両面を加熱することができるため、片面のみを加熱した時よりも、より均一なシールを作製することができ、また、更に短時間で燃料電池単セルの作製を達成することができる。
さらに、前記上側加圧面においても仮組み立て体の部位による温度設定の使い分けを行うことによって、前記仮組み立て体の両面の前記シール部となる空隙に対応する領域を選択的に加熱することができるため、片面のみを選択的に加熱した時よりも、より均一なシールを作製することができ、また、更に短時間で燃料電池単セルの作製を達成することができる。また、前記仮組み立て体の両面の前記シール部となる空隙に対応する領域より内側に対応する領域を熱硬化温度未満となる温度に設定することができるため、前記仮組み立て体の両面ともに電解質膜の加熱乾燥収縮の防止を達成することができる。
また、後述する加熱乾燥試験を行ったときに測定される高分子電解質膜の収縮率が３％以下となる温度に設定することにより、熱圧着後の電解質膜の加熱乾燥収縮による位置ずれを極めて小さくすることができる。
【実施例】
【００５８】
（加熱乾燥試験）
図１０は、電解質膜の延伸方向及び当該延伸方向に垂直な方向の、仮組み立て体のシール部となる空隙より内側に対応する領域の温度と収縮率の相関を示した図である。なお、電解質膜としてはナフィオン（商品名。デュポン社製）を用いた。
本発明においては、前記領域の温度は、電解質膜が全く収縮しない常温が最も望ましい。ただし、実際の生産ラインでは、微小な収縮であれば歩留りが大きく低下することはないため、前記領域の温度に許容範囲を設けることができる。加熱乾燥試験としては、縦５ｃｍ×横５ｃｍにカットした電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ、ＤｕＰｏｎｔ社製）を、各温度に加熱したホットプレート上に５分放置し、元の寸法より収縮した分を、収縮率として算出した。図１０に示される通り、収縮率３％以内を許容範囲と設定すると、前記領域の温度は、電解質膜の延伸方向及び当該延伸方向に垂直な方向のいずれにおいても、５０℃まで許容することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】一般的な固体高分子電解質型燃料電池の単セル１００を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図２】仮組み立て体２００を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図３】本発明の熱圧着工程の典型例の層構成を模式的に示した斜視図である。
【図４】仮組み立て体が上側加圧板４２と下側加熱加圧板４３によって挟持される一連の工程を表す断面模式図の主要部である。
【図５】本発明の熱圧着工程の第２の典型例を模式的に示した図であり、仮組み立て体が上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とによって挟持される一連の工程を表す断面模式図の主要部である。
【図６】本発明の熱圧着工程の第３の典型例を模式的に示した図であり、仮組み立て体が連続体である加熱加圧ベルトによって運搬されながら、連続的に熱圧着される工程を示した模式図である。
【図７】本発明の熱圧着工程の第４の典型例を模式的に示した図であり、仮組み立て体が可撓性気密膜によって熱圧着される工程を示した一連の模式図である。
【図８】本発明のシール部を作製する工程の変形例の層構成を模式的に示した斜視図である。
【図９】仮組み立て体が上側加圧板７２と下側加熱加圧板７４によって挟持される一連の工程を表す断面模式図の主要部である。
【図１０】電解質膜の延伸方向及び当該延伸方向に垂直な方向の、仮組み立て体のシール部となる空隙より内側に対応する領域の温度と収縮率の相関を示した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…固体高分子電解質膜
２…カソード触媒層
３…アノード触媒層
４，５…ガス拡散層
６…カソード電極
７…アノード電極
８…膜・電極接合体
９，１０…セパレータ
１１，１２…ガス流路
１３，１４…シール部
２１…固体高分子電解質膜
２２…カソード触媒層
２３…アノード触媒層
２４，２５…ガス拡散層
２６…カソード電極
２７…アノード電極
２８…膜・電極接合体
２９，３０…セパレータ
３１，３２…ガス流路
３３，３４…シール部となる空隙
４１…仮組み立て体
４２…上側加圧板
４３…下側加熱加圧板
４４…シール部となる空隙に対応する領域
４５…シール部となる空隙より内側に対応する領域
４６，４７…熱硬化性シール材
５１…加熱加圧ベルト
５２…矢印
５３…断熱材シート
５４…熱圧着直前の仮組み立て体
５５…上側加圧板
５６…矢印
５７…熱圧着直後の仮組み立て体
６１…空気を充填する前の可撓性気密膜
６２…空気を充填した後の可撓性気密膜
７１…仮組み立て体
７２…上側加圧板
７３…仮組み立て体のシール部となる空隙より内側に対応する領域が存在しない枠形状領域
７４…下側加熱加圧板
１００…単セル
２００…仮組み立て体
【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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