(57)【要約】【課題】膜電極接合体の外周にガスケットを射出成形してなる燃料電池の製造方法に関し、その製造効率を格段に向上させることのできる燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】ＭＥＧＡ１０Ａの周縁に射出成形にてガスケットＧと該ガスケットＧの一方側からその外側へ延びる連絡部Ｑを一体に成形し、別途のＭＥＧＡ１０Ａの周縁に射出成形にて前記連絡部Ｑにその他方側が繋がるようにしてガスケットＧを成形するとともに該ガスケットＧの一方側からその外側へ延びる連絡部Ｑを一体に成形し、これを繰り返して、ＭＥＧＡ１０Ａとその周縁のガスケットＧとからなるセルユニットＣＵが前記連絡部Ｑにて繋がれた中間体を形成する工程と、連絡部ＱにてセルユニットＣＵ同士を順次折り返しながら折り返されたセルユニットＣＵ間にセパレータＳＰを挿入し、セパレータが介在されたセルユニットの積層体をスタッキングする第２の工程と、からなる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体の周縁に射出成形にてガスケットと該ガスケットの一方側からその外側へ延びる連絡部を一体に成形し、別途の膜電極接合体の周縁に射出成形にて前記連絡部にその他方側が繋がるようにしてガスケットを成形するとともに該ガスケットの一方側からその外側へ延びる連絡部を一体に成形し、これを繰り返して、膜電極接合体とその周縁のガスケットとからなるセルユニットが前記連絡部にて繋がれた中間体を形成する第１の工程と、
連絡部にてセルユニット同士を順次折り返しながら折り返されたセルユニット間にセパレータを挿入していくことにより、セパレータが介在されたセルユニットの積層体を形成し、これに圧縮力を付与してスタックを形成する第２の工程と、からなる燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記連絡部の厚みは、ガスケットの厚みに比して薄くなっている、請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程においては、射出成形に先行してガスケット成形箇所に紐材を配設し、連続する各セルユニットのガスケットの長手方向に亘って該ガスケット内に連続する紐材が埋設される、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】
前記第１の工程における射出成形時に、マニホールドもしくはマニホールドおよびそれを囲繞するシール突起が形成される、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。
【請求項５】
膜電極接合体と、その周縁に形成されたガスケットと、からなる電極体と、
該電極体を挟持するセパレータと、からなる単セルがスタックされてなる燃料電池であって、
隣接する単セル双方のガスケットの一方の端部同士がガスケットと同素材の樹脂製の連絡部にて繋がっており、各単セルのガスケットが蛇行状に連続した姿勢でスタックが形成されている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単セルが積層してなる燃料電池とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池のセルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側の触媒層およびカソード側の触媒層と、から膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成し、この外側にセパレータが配されて単セルを形成している。なお、各触媒層の外側にガス流れの促進と集電効率を高めるためのガス拡散層（ＧＤＬ）が設けられて膜電極接合体（ＭＥＧＡ：ＭＥＡとＧＤＬの接合体）を成し、このガス拡散層の外側にセパレータが配される形成もある。実際には、これらの単セルが発電性能に応じた段積だけ積層され、燃料電池スタックが形成されることになる。
【０００３】
上記する燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガス等が提供され、カソード電極には酸化剤ガスとして酸素や空気が提供され、各電極では固有のガス流路層にて面内方向にガスが流れ、次いでガス拡散層にて拡散されたガスが電極触媒に導かれて電気化学反応がおこなわれるものである。この電気化学反応では、アノード電極にて生成されたプロトン（水素イオン）と水が水和状態で電解質膜を透過してカソード電極に至り、カソード電極にて生成水が生成されることとなる。
【０００４】
上記するＭＥＡ（もしくはＭＥＧＡ）の外周にはシールガスケットが形成されており、該ガスケットに形成されたマニホールドを介して、燃料ガスや酸化剤ガス、膜電極接合体の昇温を抑止するための冷却水等の流体がそれらのシール性を担保された姿勢で膜電極接合体やその周囲に提供されるようになっている。
【０００５】
このシールガスケットは、成形型内に膜電極接合体を載置し、樹脂を射出成形することによって成形されるのが一般的であり、その従来技術として特許文献１を挙げることができる。
【０００６】
たとえば上記特許文献１の製造方法のようにして単セルの膜電極接合体の外周にガスケットが成形され、この膜電極接合体の両側にセパレータが配設されて単セルを成し、複数の該単セルが積層され、圧縮力が付与されて燃料電池スタックが製造される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８８６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１をはじめとする従来のガスケット成形方法では、発電能力に応じた基数の単セルごとに射出成形が実施され、製造された所定数の単セルを積層する製造方法となっているが、単セルごとに射出成形やセパレータの組み付けを実施することの煩雑性、単セル同士を高精度に位置決めしながら積層する際の加工手間など、製造効率を向上させる余地は多分に存在している。さらには、自然環境影響への関心が益々高まっている昨今、電気自動車やハイブリッド車等の自動車車載用、定置型の家庭用をはじめとして、燃料電池の大量生産需要が確実視されている中で、上記する従来の製造方法を見直し、より一層効率的に膜電極接合体周縁にシールガスケットを成形する方法、ひいては燃料電池を製造する方法の開発は当該技術分野における急務の課題である。
【０００９】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、膜電極接合体の外周にガスケットを射出成形してなる燃料電池の製造方法に関し、従来の製造方法に比して製造効率を格段に向上させることのできる燃料電池の製造方法と、この製造方法によってできる燃料電池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】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池の製造方法は、膜電極接合体の周縁に射出成形にてガスケットと該ガスケットの一方側からその外側へ延びる連絡部を一体に成形し、別途の膜電極接合体の周縁に射出成形にて前記連絡部にその他方側が繋がるようにしてガスケットを成形するとともに該ガスケットの一方側からその外側へ延びる連絡部を一体に成形し、これを繰り返して、膜電極接合体とその周縁のガスケットとからなるセルユニットが前記連絡部にて繋がれた中間体を形成する第１の工程と、連絡部にてセルユニット同士を順次折り返しながら折り返されたセルユニット間にセパレータを挿入していくことにより、セパレータが介在されたセルユニットの積層体を形成し、これに圧縮力を付与してスタックを形成する第２の工程と、からなるものである。
【００１１】
本発明の製造方法は、単セルごとに膜電極接合体（ＭＥＡもしくはＭＥＧＡ）の外周にガスケットを射出成形し、次いで膜電極接合体の両側にセパレータを配して単セルを形成し、できた単セルを所定数積層してスタッキングする従来の製造方法を見直し、隣接する単セル同士で各膜電極接合体の外周に形成されるガスケットを連続した姿勢で形成し、相互に折り返しながら単セル間にセパレータを挿入していくことにより、燃料電池スタックの製造効率を格段に高めることのできる製造方法に関するものである。
【００１２】
ここで、各単セルの膜電極接合体の周縁に形成されるガスケットの端部には、このガスケットの射出成形によって隣接する単セルのガスケットと連続する連絡部を形成する。すなわち、この連絡部は、ガスケットと同素材の樹脂にてガスケットと一体に射出成形されるものである。
【００１３】
最終的にこの連絡部で折り曲げ加工がおこなわれることから、該連絡部の厚みは、ガスケットの厚みに比して薄くなっているのが好ましく、さらに、この連絡部内の折り曲げ部の厚みが連絡部の他の部位よりも薄厚に成形されて折り曲げラインを形成していてもよい。
【００１４】
ここで、シールガスケットおよび連絡部の成形素材は、絶縁性の樹脂材料であれば特に限定されるものではないが、その一例として、シリコーンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどを挙げることができる。
【００１５】
第１の工程では、単セルごとに射出成形にて膜電極接合体の周縁にガスケットが形成されてセルユニットが製造され、かつ、それぞれのセルユニットのガスケット同士は該ガスケットと同素材からなる連絡部で繋がれて燃料電池スタックの中間体が製造される。ここで、隣接する単セルごとに、膜電極接合体のアノード側触媒層、カソード側触媒層の上下が反転するようにして中間体を製造してもよい。
【００１６】
また、この第１の工程において、射出成形に先行してガスケット成形箇所に紐材を配設しておき、連続する各セルユニットのガスケットの長手方向に亘って該ガスケット内に連続する紐材が埋設される製造方法であるのがより好ましい。
【００１７】
この紐材は、可撓性を有し、たとえば射出成形される樹脂よりも溶融温度の高い熱硬化性、熱可塑性の樹脂からなるものであり、射出樹脂がゴムの場合には、その溶融温度である１３０℃程度以上の溶融温度を有する樹脂素材から形成されるのがよい。たとえば、この紐材はボビンに巻装されていて、一つのセルユニットのための射出成形に際し、ボビンから紐材を引き出して成形型内に配設した後に射出成形を実施し、射出樹脂の硬化を待ってガスケット内に紐材が埋設される。
【００１８】
次いで、後加工される隣接セルユニットの射出成形においては、既に形成されたセルユニットを移動させ、該セルユニット内から出ている紐材を成形型内に配設し、同様に射出成形を実施していく。
【００１９】
これを繰り返すことにより、ガスケット側方の連絡部にて相互に繋げられた所定数のセルユニット内には、その長手方向に亘って連続する紐材が埋設されることになる。すなわち、この紐材は、各セルユニットのガスケットと連絡部の内部に埋設された姿勢で複数のセルユニット間に亘って延びている。なお、たとえば、平面視が矩形のガスケットを有するセルユニットが連続する場合において、この紐材は、連続するセルユニットの長手方向に亘って、膜電極接合体を挟む対向位置にそれぞれ一条の紐材が、すなわち、二条の紐材が配された形態であってもよい。
【００２０】
この紐材が各セルユニットのガスケット内に連続的に埋設されることにより、以下の効果が期待できる。その一つは、ガスケットよりも薄厚な連絡部を紐材が補強することにより、連続して繋がるセルユニットを搬送等する際にこの連絡部が破断するといった問題を解消できることである。また、他の一つとして、射出成形後に成形型からセルユニットを脱型する際に、紐材箇所を摘むことでキャビティ面に付着したセルユニットを容易に剥がして脱型できることである。なお、ここでいうセパレータは、その一方側にガス流路が形成され、その他方側に冷却水流路が形成されたものや、冷却水流路を形成するディンプルを内部に備えた３層構造のセパレータとその一方側に当接されたエキスパンドメタルからなるガス流路のユニット（いわゆる、フラットタイプモジュールセル用のセパレータ）の双方を含んでいる。
【００２１】
上記する第１の工程により、連絡部にて連続するセルユニットが成形され、これを脱型した後に、セルユニット同士を順次折り返し、折り返されたセルユニット間にセパレータを挿入していく。これにより、セパレータが介在されたセルユニットの積層体が形成され、このセル積層体の両側にエンドプレートおよびテンションプレートを配し、所望の圧縮力を積層体に付与してスタッキングすることにより、燃料電池が製造される（第２の工程）。
【００２２】
なお、ガスケットに形成されるガス用、冷却水用のマニホールドは、マニホールド形成用突起が設けられたキャビティを具備する成形型を使用して射出成形の際に一気に形成する方法であってもよいし、セルユニットの連続体（中間体）を形成後に各マニホールドの適所に順次パンチ加工をおこなう方法であってもよいし、さらには、単セルの積層体を形成後に該積層体を貫通するマニホールドを一気にパンチ加工する方法であってもよい。
【００２３】
上記する本発明の製造方法によれば、単セルごとに膜電極接合体の周縁にガスケットを射出成形し、これらを精度よく位置決めしながら積層してスタックを形成する従来の製造方法に比して、単に連絡部を折り曲げ加工するだけで隣接する単セル同士の高精度な位置決めが可能となり、連絡部にてセルユニット同士を順次折り曲げながら折り曲げ箇所にセパレータを挿入していくことでスタックの製造効率は格段に向上する。
【００２４】
また、上記する製造方法は、可動型および固定型からなる１つ以上の成形型を使用して実施でき、２つの成形型（第１の成形型、第２の成形型）からなる成形装置を使用する場合は、たとえば２つの成形型を射出成形工程、型開きおよび脱型工程に応じて順次繋ぎ換えながら、上記するガスケットの連絡部にて繋げられた連続するセルユニットを成形することができる。
【００２５】
２つの成形型からなる成形装置を使用する場合、この双方の成形型には、ガスケット用のキャビティと成形型の２つの側面（外面）に連通する２つの連通孔が設けてあり、双方の成形型の連通孔同士が連通した姿勢で成形型同士の接続がおこなわれる。上記する樹脂素材の連絡部の成形に際しては、双方の成形型における連絡部を形成しない側の連通孔を適宜の閉塞手段にて閉塞しておくことにより、樹脂漏れが防止される。なお、この閉塞手段は、連通孔の途中位置（たとえば中央部）に設けられている。
【００２６】
この成形装置を使用した成形方法の一例を説明する。まず、第１の成形型の２つの連通孔をともに閉塞手段にて閉塞しておき、この姿勢で射出成形をおこなって膜電極接合体の外周にガスケットが成形された第１のセルユニットを成形する。この第１のセルユニットでは、双方の連通孔の途中位置（閉塞手段にて閉塞された位置）まで射出樹脂が流れ込むことから、成形されたガスケットの両側にはその外側へ延びる突出部も同時に成形されている。
【００２７】
次いで、第１の成形型の一方の連通孔と第２の成形型の一方の連通孔を連通させた姿勢で双方の成形型を繋ぎ、第１、第２の双方の成形型の連通する連通孔を閉塞させない姿勢とし、双方の成形型の他方側の連通孔を閉塞し、キャビティ内に膜電極接合体を載置した後に第２の成形型内で射出成形をおこなう。この段階では、第２の成形型内の射出樹脂が該第２の成形型の連通孔を介して第１の成形型の連通孔の途中位置まで流れ込み（その先端には、第１の成形型の連通孔の途中位置まで形成されている硬化樹脂が存在している）、結果として、双方の成形型間を連通する２つの連通孔の間で連続した硬化樹脂体が形成される。この連続した硬化樹脂体が、上記する連絡部となる。なお、この段階では、第１の成形型内では第１のセルユニットが、第２の成形型内では第２のセルユニットがそれぞれ成形されており、双方のセルユニットが連絡部にて繋がっている。
【００２８】
次いで、第１の成形型を型開きして第１のセルユニットを取り外し、該第１の成形型を第２の成形型の他端側に繋いで上記のごとく双方の連通孔を連通させ、第１の成形型の他方の連通孔をその途中位置で閉塞した姿勢で該第１の成形型内で射出成形をおこなう。この段階では、既に脱型されている第１のセルユニットと、第２の成形型内にある第２のセルユニットと、第１の成形型内にある第３のセルユニットがそれぞれ連絡部にて繋がった姿勢で成形されている。
【００２９】
以上の工程をスタック積層数だけ繰り返すことにより、連絡部にて繋げられた所定数のセルユニットからなる中間体を成形することができる。
【００３０】
また、１つの成形型を使用する場合は、２以上の膜電極接合体（ＭＥＧＡ）を収容してその側方にガスケットを成形するための２以上のガスケット用キャビティと、ガスケット用キャビティ同士を繋ぐ連絡部を射出成形にて成形するための連絡部用キャビティとが連通するキャビティを備えた成形型を用意する。たとえば、５つのガスケット用キャビティと隣接するガスケット用キャビティ同士を繋ぐ４つの連絡部用キャビティからなるキャビティを具備する成形型などが挙げられる。
【００３１】
射出成形に際し、隣接するＭＥＧＡのアノード側面とカソード側面を交互にしながらガスケット用キャビティ内にＭＥＧＡをそれぞれ収容し、この姿勢で型閉めし、射出成形することにより、複数のＭＥＧＡそれぞれの周縁にガスケットが成形される（複数のセルユニットが成形される）とともに、隣接するセルユニットのガスケット同士が連絡部にて繋がれた中間体を成形することができる。
【００３２】
また、本発明による燃料電池は、膜電極接合体と、その周縁に形成されたガスケットと、からなる電極体と、該電極体を挟持するセパレータと、からなる単セルがスタックされてなる燃料電池であって、隣接する単セル双方のガスケットの一方の端部同士がガスケットと同素材の樹脂製の連絡部にて繋がっており、各単セルのガスケットが蛇行状に連続した姿勢でスタックが形成されているものである。
【００３３】
この燃料電池は、上記する製造方法によって製造された燃料電池であり、この燃料電池スタックの両側では、樹脂素材の連絡部によって包囲されるセパレータの端部箇所と、連絡部によって包囲されずに外部に開放されたセパレータの端部箇所とが交互に形成されることになる。連絡部にて包囲される箇所は、該連絡部によってセパレータの絶縁性が担保され、外部に開放された箇所は、これに隣接する上下の連絡部の折り曲げ箇所にて空間が形成されてエアギャップを成し、このエアギャップにて絶縁性が確保されることになる。なお、従来の燃料電池スタックは、セパレータの端部の絶縁性を確保するべく最終的にシール材が貼着等されるものであるが、本発明の製造方法によってできた燃料電池では、上記のごとくセパレータの端部が樹脂素材の連絡部、もしくはこれによって形成されるエアギャップにて絶縁性が担保される結果、シール材の貼着等を不要とできる。
【発明の効果】
【００３４】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池の製造方法によれば、単セルを構成する膜電極接合体とガスケットとからなるセルユニット同士をガスケットと同素材の連絡部で繋いで連続させ、セルユニット同士をこの連絡部にて順次折り返しながら折り返されたセルユニット間にセパレータを挿入していく方法とすることで、折り返した際にセルユニットの積層時の位置決めが同時におこなわれ、所定数の単セル同士をスタッキングするまでの製造効率は格段に向上し、結果として、燃料電池の製造効率を従来の製造方法に比して格段に高めることができる。また、本発明の燃料電池によれば、膜電極接合体周縁のシールガスケットが連絡部を介して蛇行状に連続していることで、この連絡部やエアギャップにてセパレータ周縁の絶縁性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の製造方法は、必ずしも図示例における成形装置を使用する必要はなく、少なくとも隣接するセルユニット双方のガスケット同士が、射出成形の際に同時に成形される連絡部にて繋げられ、この連絡部を折り返し、折り返された部分にセパレータが挿入される製造方法であれば使用装置は特に限定されるものではない。
【００３６】
図１は、セルユニットを構成する膜電極接合体を示した縦断面図である。この膜電極接合体（ＭＥＧＡ１０Ａ）は、電解質膜１１とこれを挟持するカソード電極層１２およびアノード電極層１３とからなるＭＥＡ１０と、ＭＥＡ１０を挟持するガス拡散層１４，１５と、から形成されている。
【００３７】
電解質膜１１は、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。また、電極層１２，１３は、白金やその合金からなる触媒をカーボン等に担持させた多孔質素材からなり、ガス拡散層１４，１５は、カーボンペーパーやカーボンクロスなどのガス透過性の素材から形成される。
【００３８】
図２は、本発明の製造方法を実施する際に使用される成形装置の一実施例を説明した縦断面図である。
【００３９】
この成形装置１０００は、２つの成形型（第１の成形型１００、第２の成形型２００）と、それらのキャビティＣ内に紐材Ｔを提供するための紐材供給機構６０と、から大略構成されている。第１の成形型１００、第２の成形型２００は、双方のキャビティＣ，Ｃに連通して外部に臨む連通孔Ｃ３，Ｃ４が連通した姿勢で、双方の一側端同士が接続されて使用される。
【００４０】
第１の成形型１００、第２の成形型２００はともにその基本構成は同じである。たとえば、第２の成形型２００を取上げてその構成を説明すると、固定型３０と可動型２０が図示のごとき型閉め姿勢と型閉め姿勢を形成できるようになっており、可動型２０には、射出孔２３が開設されており、さらに、型閉め姿勢において、電極体収容キャビティＣ１とその側方のガスケット用キャビティＣ２が形成され（電極体収容キャビティＣ１とガスケット用キャビティＣ２からキャビティＣが構成される）、このガスケット用キャビティＣ２には、これに連通して成形型の外面に臨む２つの連通孔Ｃ３，Ｃ４が開設されている。
【００４１】
さらに、可動型２０には、連通孔Ｃ３，Ｃ４に連通する収容溝２１，２２が開設されており、それぞれの収容溝２１，２２には、連通孔Ｃ３，Ｃ４を閉塞したり閉塞を解除するためのシリンダ機構４１，４２とこれらを動力源として実際に連通孔Ｃ３，Ｃ４を閉塞する閉塞体５１，５２が収容されている。なお、図２では、第２の成形型２００における両閉塞体５１，５２は、ともに連通孔Ｃ３，Ｃ４を閉塞した状態を示している。
【００４２】
また、ガスケット用キャビティＣ２には、上下に突出するリブ用キャビティＣ２’が形成されており、成形品であるＭＥＧＡ１０ＡとガスケットＧとからなるセルユニットの両側にセパレータが配され、最終的にスタッキングされる際に、マニホールドを囲繞するリブがセパレータにて押し潰されてガスおよび冷却水のシール性が担保されるものである。
【００４３】
各成形型に射出樹脂が順次充填されてたとえば平面視が矩形（または正方形）のＭＥＧＡ１０Ａの周縁にガスケットが形成されるが、射出成形に際してたとえば２つの紐材供給機構６０，６０から紐材Ｔ，Ｔが上記矩形の両側位置に提供されるようになっている。なお、この紐材Ｔは、射出樹脂よりも溶融温度の高い熱硬化性、熱可塑性の樹脂から形成されており、射出成形時における耐熱性とセルユニット同士を折り曲げる際の可撓性を備えたものである。
【００４４】
図３は、シリンダ機構の動作を説明した図である。たとえば、連通孔Ｃ３を非閉塞状態（連通状態）とする場合には、図３ａで示すように、シリンダ機構４１におけるピストンを非張り出し状態とすることでその先端に装着された閉塞体５１を収容溝２１内に完全に収容し、連通孔Ｃ３を連通状態とする。
【００４５】
一方、連通孔Ｃ３を閉塞状態とする場合には、図３ｂで示すように、シリンダ機構４１の作動によってピストンを張り出し状態とし（図中のＸ１方向）、その先端に装着された閉塞体５１にて連通孔Ｃ３を完全に閉塞させる。
【００４６】
それぞれのセパレータ１００，２００における双方のシリンダ機構４１，４２は、セパレータ１００，２００の相対的な接続関係（セパレータ１００が図面における右側にあるか、左側にあるか）と、射出成形されるのがいずれの成形型か、によって、各シリンダ機構４１，４２が自動的に動作し、所望の連通孔Ｃ３，Ｃ４の閉塞状態、非閉塞状態を形成するようになっており、双方の成形型１００，２００が不図示のパーソナルコンピュータに有線もしくは無線で接続され、該パーソナルコンピュータ内に内蔵された制御手段とこれを稼動させるＣＰＵによって、双方の閉塞、非閉塞作動が自動制御されるようになっている。
【００４７】
次に、図４〜図７に基づき、この成形装置１０００を使用してなる燃料電池の製造方法を説明する。
【００４８】
まず、図４で示すように、第１の成形型１００の連通孔Ｃ４と第２の成形型２００の連通孔Ｃ３が連通した姿勢で双方の成形型１００，２００を接続する。
【００４９】
次いで、第１の成形型１００における連通孔Ｃ４を閉塞体５２にて閉塞し、第２の成形型２００における連通孔Ｃ４も閉塞体５２にて閉塞し、この姿勢で、第２の成形型２００のキャビティＣ１内にＭＥＧＡ１０Ａを移載し、該第２の成形型２００のキャビティＣ２内に射出樹脂Ｒを充填して（図中のＸ２方向）射出成形をおこなう。なお、図示する断面は、マニホールドが形成される箇所にて切断した断面を示しており、マニホールドの外周部分においては２つのガスケット用キャビティＣ２，Ｃ２が連通しており、また、ＭＥＧＡ１０Ａの周縁においてキャビティＣ２が連通しており、したがって、図示のごとく、キャビティＣ２の全域に亘って射出樹脂Ｒが充填される。ここで、射出樹脂としては、シリコーンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどを挙げることができる。
【００５０】
第２の成形型２００において、キャビティＣ２内に充填された射出樹脂が熱硬化することにより、ＭＥＧＡ１０Ａの周縁にガスケットが形成される。なお、図示例では、このガスケット形成と同時に、マニホールドも形成されるものである。
【００５１】
次いで、図５で示すように、第１の成形型１００においても射出成形をおこなう。この射出成形に際し、第１の成形型１００におけるシリンダ機構４２を作動させてキャビティＣ４を閉塞していた閉塞体５２を収容溝２２内に収容し、このキャビティＣ４と第２の成形型２００におけるキャビティＣ３とを連通させる。
【００５２】
一方、第１の成形型１００における他方のキャビティＣ３は閉塞体５１にて閉塞させておき、この姿勢で、第１の成形型１００のキャビティＣ１内にＭＥＧＡ１０Ａを移載し、該第１の成形型１００のキャビティＣ２内に射出樹脂Ｒを充填して（図中のＸ３方向）射出成形をおこなう。ここで、第１の成形型１００内に載置されるＭＥＧＡ１０Ａのアノード側（もしくはカソード側）と第２の成形型２００内に載置されたＭＥＧＡ１０Ａのアノード側（もしくはカソード側）は、その上下が反転するように載置方向を逆転させることで、後述するように、連絡部にて双方のセルユニットを折り返した際に、セパレータを介して一方のアノード側電極と他方のカソード側電極が隣接する姿勢を形成することができる。
【００５３】
次いで、図６で示すように、最初に射出成形をおこなった第２の成形型２００を型開きすることにより、ＭＥＧＡ１０Ａの周縁に、マニホールドＭとその周縁の無端状のリブＰとを備えたガスケットＧを有するセルユニットＣＵが脱型される。
【００５４】
なお、この脱型においては、ガスケットＧ内に埋設された紐材を摘み、キャビティ面に付着したガスケットＧを剥ぐことにより、脱型作業が容易となる。
【００５５】
このセルユニットＣＵと未だ第１の成形型１００内に収容された別途のセルユニットＣＵは、連通されたキャビティＣ３，Ｃ４内で成形された連絡部Ｑにて繋がっている。
【００５６】
型開きされた第２の成形型２００は第１の成形型１００の他方側にて同様に接続され、そのキャビティＣ４を第１の成形型１００のキャビティＣ３と連通させ、第２の成形型２００のキャビティＣ３を閉塞した姿勢で射出成形がおこなわれる（図中のＸ４方向）。
【００５７】
上記する工程を順次繰り返すことにより、図７で示すごとく、所定数のセルユニットＣＵ，…が、連絡部Ｑを介して連続的に繋がれた成形品（中間体）が成形される。なお、この連続成形においては、紐材供給機構６０から連続する紐材が順次送り出され、この中間体を形成する各セルユニットＣＵのガスケットＧと連絡部Ｑの内部には、該中間体の長手方向に亘って延びる紐材が埋設されることになる。
【００５８】
図示するように、各セルユニットＣＵ同士を繋ぐ連絡部Ｑを折り曲げ、この折り曲げ箇所にセパレータＳＰとガス流路層となるエキスパンドメタルＥＭを介層させ（図中のＹ方向）、これを繰り返すことにより、所定数のセルユニットＣＵとこれに応じた基数のセパレータおよびエキスパンドメタルとからなるセル積層体ＳＴが形成される。なお、ガスケットＧおよび連絡部Ｑ内には、紐材が長手方向に連続した姿勢で埋設されており、セルユニットＣＵ同士を折り曲げた際の連絡部Ｑにおける破断が効果的に防止される。また、連絡部Ｑの厚みがガスケットＧの厚みに対して極めて薄くなっており、折り曲げ加工も容易におこなわれる。なお、連絡部Ｑにおける折り曲げ箇所（折り曲げライン）をさらに薄層としておくことにより、折り曲げ精度（折り曲げ後のセルユニットの位置決め精度）を一層向上させることができる。
【００５９】
ここで、介層されるセパレータＳＰは、その一方側に冷却水用流路が形成され、その他方側にガス流路が形成された形態であってもよいし、フラットタイプモジュール用の３層構造の形態であっってもよい。
【００６０】
たとえば、３層構造セパレータの場合は、隣接する単セルとの間でセル間を画成する面材と、これに対向するＭＥＧＡ側の別途の面材と、これら２つの面材間に介層され、各面材の外周輪郭に沿う枠状（無端状）に形成された樹脂素材のスペーサと、から構成されるものである（図示略）。この面材は、ガス不透過性の緻密なカーボン材や緻密黒鉛材などから形成され、一方の面材における他方の面材に対向する側面には、不図示の多数の突起（ディンプル）が備えてあり、この突起がスペーサの厚み分の高さを有していることにより、３層構造となった際に、突起の先端が面材の側面と当接され、乱流状に突起間を流れる冷却水の流路が形成されるものである。
【００６１】
図８は、別途の成形型を説明した縦断面図である。図示する成形型３００は、これのみで４つのセルユニットと隣接するセルユニット同士を繋ぐ３つの連絡部を一気に成形するものである。成形型３００には、電極体収容キャビティＣ１とガスケット用キャビティＣ２からなるキャビティＣが連通孔Ｃ５で繋がれて全体キャビティが形成されている。隣接する電極体収容キャビティＣ１、Ｃ１にはＭＥＧＡのアノード側、カソード側を交互にした姿勢で４つのＭＥＧＡをそれぞれのキャビティＣ１に収容し、型閉めして射出成形をおこなうことにより、４つのＭＥＧＡのそれぞれの周縁にガスケットが成形されて４つのセルユニットが成形されるとともに、ガスケット同士が連絡部にて繋げられた中間体を一気に成形することができる。なお、図示例では４つのキャビティＣ１を備えた成形型３００となっているが、キャビティＣ１の基数は図示例に限定されるものではなく、２基、１０基、３０基など、任意の基数を備えた成形型を使用できる。
【００６２】
図９は、セル積層体ＳＴの一部を示した縦断面図であり、スタッキング（圧縮力付与）される前の状態を示したものである。
【００６３】
同図より、各セルユニットＣＵはセパレータＳＰにて隣接するセルユニットＣＵと画成されており、各セルユニットＣＵは、双方のガスケットＧが連絡部Ｑにて繋がれ、蛇行状に連続した構造を呈している。
【００６４】
また、この積層姿勢においては、セパレータＳＰおよびエキスパンドメタルＥＭの一端が連絡部Ｑにて収容された収容領域Ａ１と、連絡部Ｑにて収容されない開放領域Ａ２を積層方向に交互に備えた構造となっている。
【００６５】
収容領域Ａ１では、セパレータＳＰおよびエキスパンドメタルＥＭの一端が射出樹脂からなる連絡部Ｑにより、燃料電池スタックとなった際の絶縁性が担保される。
【００６６】
一方、開放領域Ａ２では、その上下に存在する連絡部Ｑ，Ｑが側方に突出することでエアギャップＡＧが形成され、これによって燃料電池スタックとなった際の絶縁性が担保される。
【００６７】
実際の燃料電池においては、所望する発電量に応じて図示するセルユニットとセパレータからなる単セルが所定段積層され、最外側にエンドプレート、テンションプレート等を備え、両端のテンションプレート間に圧縮力が加えられて燃料電池スタックが形成される。
【００６８】
電気自動車等に車載される燃料電池システムは、この燃料電池と、水素ガスや空気を収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。
【００６９】
上記する本発明の燃料電池の製造方法によれば、セルユニットが連続的に成形され、さらには、連絡部Ｑにてセルユニットを折り曲げた際に、セルユニット同士の積層姿勢が精度よく形成されることから、従来の製造方法に比してその製造効率は格段に向上する。
【００７０】
また、燃料電池スタックが形成されると同時に、図８で示すように、セパレータ周縁は連絡部およびエアギャップにて絶縁性が確保されるため、絶縁シートの貼着工程を省略することもできる。
【００７１】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】膜電極接合体を説明した縦断面図である。
【図２】成形装置を説明した縦断面図である。
【図３】閉塞シリンダ機構の動作を説明した図であって、（ａ）は連通孔が連通した状態を示した図であり、（ｂ）は連通孔が閉塞された状態を示した図である。
【図４】燃料電池の製造方法を説明したフロー図である。
【図５】図４に続き、燃料電池の製造方法を説明したフロー図である。
【図６】図５に続き、燃料電池の製造方法を説明したフロー図である。
【図７】図６に続き、燃料電池の製造方法を説明したフロー図である。
【図８】別途の成形型を説明した縦断面図である。
【図９】セルユニットが積層され、スタッキングされる前の燃料電池スタックの一部を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…ＭＥＡ（膜電極接合体）、１０Ａ…ＭＥＧＡ（膜電極接合体）、１１…電解質膜、１２，１３…触媒層、１４，１５…ＧＤＬ（ガス拡散層）、２０，２０Ａ…可動型、２１，２２…収容溝、２３…射出孔、３０，３０Ａ…固定型、４１，４２…閉塞シリンダ機構、５１，５２…閉塞体、６０…紐材供給機構、１００…第１の成形型、２００…第２の成形型、３００…成形型、１０００…成形装置、Ｃ…キャビティ、Ｃ１…電極体収容キャビティ、Ｃ２…ガスケット用キャビティ、Ｃ２’…リブ用キャビティ、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５…連通孔、Ｔ…紐材、Ｒ…シリコーンゴム（射出樹脂）、Ｇ…ガスケット、Ｐ…リブ、Ｍ…マニホールド、Ｑ…連絡部、ＣＵ…セルユニット、ＳＰ…セパレータ、ＳＴ…スタック、ＡＧ…エアギャップ、Ａ１…収容領域、Ａ２…開放領域
【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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