CN101203974A

CN101203974A - 隔板、隔板的制造方法、以及隔板制造装置

Info

Publication number: CN101203974A
Application number: CNA2006800220950A
Authority: CN
Inventors: 林友和; 井下宽史; 渡边祐介
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-06-18
Also published as: JPWO2006137572A1; US20090126182A1; WO2006137572A1

Abstract

本发明是隔板(15a、15b)的制造方法，该隔板在至少一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管(41)，该制造方法具有减少由冲裁加工形成的歧管(41)的飞边的工序。在进行了该减少飞边的工序后具有在飞边减少部上施涂覆层形成材料(50a)的工序的情况下，优选：作为上述覆层形成材料(50a)例如使用热固性覆层形成材料，并可追加从隔板基体材料(12a、12b)侧对该覆层形成材料(50a)进行加热的工序。

Description

隔板、隔板的制造方法、以及隔板制造装置

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的隔板、及其制造方法和制造装置，特别涉及抑制通过冲裁加工形成有歧管的隔板的耐腐蚀性降低的技术。

背景技术

例如固体高分子型的燃料电池构成为具有：由电解质膜及配置在该膜两面上的一对电极构成的膜电极组件(下面称作MEA，MembraneElectrode Assembly)、和夹持MEA的一对隔板。在各隔板上形成有沿面方向延伸的流体流路、和与该流体流路连通且贯穿该隔板的歧管。

歧管的内周面和开口端面与冷却水、生成水接触，所以在作为隔板使用隔板基体材料(基材)为金属制的金属隔板的情况下，为了防止腐蚀，需要实施耐腐蚀性覆层。例如在日本特开平11-297337号公报中，公开了在金属隔板的冲压成形后在隔板表面实施树脂覆层的技术。

发明内容

但是，在冲压成形时，当冲裁加工歧管时，在冲裁加工部的冲裁方向前方侧端面上形成有刀刃状的飞边。因此，即便在整个隔板上施涂耐腐蚀性的覆层(涂层)形成材料，由于较之其他部分，该飞边难以被覆层形成材料附着，故飞边会露出。在这种情况下，会以该飞边为起点开始隔板的腐蚀，引起燃料电池的耐久性降低、性能降低的问题。

另外，即便在冲裁加工部的端面上没有形成飞边，施涂在隔板基体材料的表面上的覆层形成材料在固化(硬化)时也不可避免地要收缩。因此，在冲裁加工部的内周面和端面相交的边部，覆层形成材料被拉伸从而沿着各面从边部离开，结果边部露出。在这种情况下，会以该边部为起点开始隔板的腐蚀，引起与上述相同的问题。

另外，在隔板上没有实施耐腐蚀性覆层而利用该隔板的情况下，也会以飞边为起点开始隔板的腐蚀，引起与上述相同的问题。

本发明是鉴于上述问题而发明的，其目的在于，抑制通过冲裁加工贯通(贯穿)形成有歧管、在表面上具有覆层的隔板的耐腐蚀性降低。

为了达成上述目的，本发明是一种隔板的制造方法，该隔板在至少一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，其中，该制造方法具有减少由上述冲裁加工形成的歧管的飞边的工序

根据该构造，即便因冲裁加工在歧管上形成有飞边，也能够通过预先减少该飞边，而抑制以该飞边为起点的腐蚀电流的集中。

在上述减少飞边的工序中，例如可以通过借助浸蚀等至少溶解飞边的突起，或者通过借助冲压加工、喷丸加工、切削加工中的至少一种对飞边的突起施加外力而使之变形，减少该飞边。

可以有下述工序，即，在至少减少了上述飞边的飞边减少部上施涂覆层形成材料。

作为上述覆层形成材料可以使用热固性树脂，并且可以在施涂了上述覆层形成材料之后追加从隔板基体材料侧对该覆层形成材料进行加热的工序。

本发明是一种隔板的制造方法，该隔板在至少一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，该制造方法具有：至少在上述歧管的冲裁加工部施涂热固性覆层形成材料的工序，和从隔板基体材料侧对上述覆层形成材料进行加热的工序。

本发明的隔板，至少在一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，其中，具有减少由上述冲裁加工而形成的歧管的飞边而形成的飞边减少部。

根据该构造，能够抑制以歧管的飞边为起点的腐蚀电流的集中。

本发明的隔板的制造装置，该隔板至少在一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，其中，该制造装置具有减少由上述冲裁加工形成的歧管的飞边的飞边减少处理部。

根据该构造，即便因冲裁加工在歧管上形成有飞边，也能够在飞边减少处理部预先减少该飞边，由此能够抑制以该飞边为起点的腐蚀电流的集中。

上述飞边减少处理部，例如可以通过借助浸蚀至少溶解飞边的突起，或者通过借助冲压加工、喷丸加工、切削加工中的至少一种施加外力而使飞边的突起变形，减少该飞边。

另外，本发明是一种隔板的制造方法，该隔板是在至少一面侧具有流体流路、并贯穿形成有与该流体流路连通的歧管而成的隔板，在隔板基体材料的表面上具有覆层，该制造方法具有：在上述隔板基体材料上冲裁上述歧管的工序、对冲裁加工部的端面去飞边的工序、和至少在去飞边部上施涂覆层形成材料的工序。

根据这种构造，即便因冲裁加工在隔板基体材料上形成有飞边，也能够抑制该飞边从覆层形成材料露出。另外，由于在覆层形成材料的施涂之前冲裁加工歧管，所以不会像在覆层形成材料的施涂后冲裁加工歧管的情况那样，露出冲裁加工部的内周面。

作为上述覆层形成材料可以使用热固性树脂，并可以在施涂上述覆层形成材料后追加从隔板基体材料侧对该覆层形成材料进行加热的工序。

根据这种构造，施涂在冲裁加工部的覆层形成材料不是从其外面侧开始固化，而是从内面侧(隔板基体材料的表面侧)开始向外面侧进行固化，因此，施涂在隔板基体材料上的覆层形成材料的固定更加可靠，能够抑制冲裁加工部的边部因覆层形成材料的固化时的收缩而露出。

本发明是一种隔板的制造方法，该隔板是在至少一面侧具有流体流路、并贯穿形成有与该流体流路连通的歧管而成的隔板，在隔板基体材料的表面上具有覆层，该制造方法具有：在上述隔板基体材料上冲裁加工上述歧管的工序、至少在冲裁加工部上施涂热固性覆层形成材料的工序、和从隔板基体材料侧对上述覆层形成材料进行加热的工序。

根据该构造，施涂在冲裁加工部上的热固性覆层形成材料不是从其外面侧开始固化，而是从内面侧(隔板基体材料的表面侧)开始向外面侧固化，因此，施涂在隔板基体材料上的覆层形成材料的固定更加可靠，能够抑制冲裁加工部的边部因覆层形成材料的固化时的收缩而露出。

附图说明

图1是表示应用了作为本发明的一个实施方式而示出的隔板的制造方法的燃料电池的立体图；

图2是该燃料电池的剖视图，示出了相邻的两个单电池的构造；

图3是放大表示冲裁加工部及其周边的剖视图；

图4是表示在去除了形成于冲裁加工部的飞边后、在该飞边去除部施涂有耐腐蚀性的覆层形成材料的状态的主要部分放大剖视图；

图5是表示将冲裁加工部的边部平坦地倒角加工后的状态的主要部分放大剖视图；

图6是表示将冲裁加工部的边部圆滑地倒角加工后的状态的主要部分放大剖视图；

图7是表示在冲裁加工部上施涂了耐腐蚀性的覆层形成材料、使覆层形成材料热固化之前的状态的剖视图；

图8是表示使施涂在冲裁加工部上的耐腐蚀性覆层形成材料热固化后的状态的剖视图；

图9是示意地示出作为第二实施方式的隔板的制造方法的剖视图；

图10是概略地示出本发明的隔板的制造装置的一个实施方式的构造图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的优选实施方式涉及的隔板、及其制造方法和制造装置。下面，以应用了这些实施方式的适于车载的固体高分子电解质型燃料电池为例，进行说明。

第一实施方式

如图1所示，燃料电池1构成为：具有层叠多个单电池2而成的电池组主体3，在位于电池组主体3的两端的单电池2、2的外侧顺次分别配置带输出端子5的集电板6、绝缘板7和端板8。燃料电池1，例如由贯穿单电池2的层叠方向的拉紧螺栓将两端板8、8之间连结，由此成为在单电池2的层叠方向上施加有规定的压缩力的状态。

另外，可以取代上述的拉紧螺栓，使用架设在两端板8、8之间的压板，将该压板用螺栓固定在各端板8、8上，由此也可以在单电池2的层叠方向上施加规定的压缩力。

如图2所示，单电池2，由MEA11、和夹持着MEA11的一对隔板15a、15b构成，整体呈层叠形态。MEA11和各隔板15a、15b，是具有俯视(平面地看)呈矩形的外形形状的大致平面状的部件，其中，MEA11的外形形成得比各隔板15a、15b的外形稍小。

MEA11和各隔板15a、15b之间的周边部被第一密封部件13a、13b密封。另外，在相邻的单电池2、2的隔板12a和隔板12b之间设置有框状的第二密封部件13c。

MEA11，包括：由高分子材料的离子交换膜构成的电解质膜21、和从两面夹着电解质膜21的一对电极22a、22b(阴极和阳极)，整体呈层叠形态。

电极22a、22b由粘结有白金等催化剂的例如多孔的碳原料(扩散层)构成。向一方的电极22a(阴极)供给空气或氧化剂等氧化气体(反应气体)，向另一方的电极22b(阳极)供给作为燃料气体(反应气体)的氢气。借助这两种气体，在MEA11中发生电化学反应，从而单电池2获得电动势。

各隔板15a、15b构成为具有：由不透气的导电性材料构成的隔板基体材料12a、12b、和覆盖该基体材料的表面的覆层50。本实施方式的隔板基体材料12a、12b是板状的金属件，覆层50是将耐腐蚀性优良的覆层形成材料50a施涂在隔板基体材料12a、12b上后固化而得的。作为该覆层形成材料50a，例如可以使用聚酰亚胺、环氧树脂(epoxy)等热固性树脂。

在隔板15a、15b上，对隔板基体材料12a、12b的面向电极22a、22b的部分进行冲压成形，由此在正反面上形成多个凹凸。该多个凸部和凹部，分别沿隔板12a、12b的面方向延伸，划分出氧化气体的气体流路(流体流路)31a或氢气的气体流路(流体流路)31b、冷却水流路(流体流路)32。

另外，在隔板15a、15b的一方的端部上，贯穿形成有氧化气体、氢气和冷却水的入口侧歧管41。在另一方的端部同样地，设置出口侧歧管(图示从略)。在对隔板基体材料12a、12b进行冲压成形、凹凸地形成上述流路31a、31b、32时，同时冲裁加工出这些歧管41。

另外，这些歧管41，分别对于氧化气体、氢气和冷却水单独设置，但是在此都标注同一标号并省略说明。

接下来，对于在隔板基体材料12a、12b上冲裁加工歧管41时形成的冲裁加工部的边部A(参照图2)，参照图3进行详细说明。如该图3所示，在隔板基体材料12a、12b上，在冲压成形后施涂例如由热固性树脂形成的覆层形成材料50a，然后通过实施热固化处理形成覆层50(参照图4)。

对于歧管41，在隔板基体材料12a、、12b的冲压成形时进行冲裁加工，但是这时如图3所示，在冲裁方向前方侧(在图3中为下侧)的边部A上，会形成具有锐利的突起51a的刀刃状的飞边51。当像这样出现突出的飞边51时，在该部位上覆层形成材料50a的施涂容易变得不充分，以露出的飞边51为起点，隔板基体材料12a、12b会被腐蚀。

一般认为隔板被腐蚀的原因是腐蚀电流，但是本发明的发明者对于其原因进行了认真的研究，结果发现当在隔板上存在飞边等突起时，腐蚀电流会在该突起上集中，从而以该飞边为起点导致隔板的腐蚀。根据该认识，就想到这样的技术思想，即，减少因冲裁加工形成的歧管的飞边就能够有效提高耐腐蚀性。

反过来说，隔板中需要进行飞边减少处理的部分，只要是由冲裁加工等而形成有飞边的部分中的与流体(反应气体、冷媒)接触的部分、即歧管即可，而不需要对在例如隔板外周等那样的不与流体接触的部分的飞边进行飞边减少处理，可以原封不动地放置不管。

在本实施方式中，在图10所示的隔板制造装置100的冲裁加工部110中，同时进行下述工序：将平板状的隔板基体材料12a、12b冲裁成规定外形的工序，冲压成形用来确定流体流路31a、31b、32的凹凸的工序，冲裁歧管41的工序。然后，在覆层形成部130中施涂用于形成施涂层50的覆层形成材料50a之前，在飞边减少处理部120中，实施下面例示出的(1)～(4)中的任一种方法(去飞边)，从而减少在先前工序的冲裁加工部110中形成的歧管41的飞边51，优选完全去除飞边51。

(1)对边部A进行电解浸蚀。

(2)仅对边部A再次进行冲压加工。

(3)仅对边部A进行喷丸加工。另外对边部A之外的部分进行遮蔽。

(4)仅对边部进行切削加工。

在这些当中，上述(1)是在作为飞边减少处理部120的一个构成例的电解浸蚀部中至少溶解飞边51的突起51a、由此来减少该飞边51的处理的一个工序例。另外，上述(2)和(3)是在作为飞边减少处理部120的构成例的冲压加工部、喷丸加工部或切削加工部中，施加外力使飞边51的突起51a变形、由此减少该飞边的51的处理的工序例。

图4是在利用上述(1)～(4)中的任一种方法去除了飞边51后，在包含该飞边去除部(飞边减少部)的隔板基体材料12a、12b的整个表面上施涂覆层形成材料50a，并使其热固化，从而形成覆层50的状态。如该图所示，根据本实施方式，能够用覆层50充分覆盖去飞边后的边部A，所以耐腐蚀性提高，能够通过防止离子洗脱(洗提，溶出，elution)而提高单电池耐久性、并防止单电池性能降低。

另外，也可以取代这些去(降低)飞边的方法(1)～(4)、或在它们的基础上进行添加，实施如图5、6所示的加工。即，图5是表示通过对边部A进行平坦地倒角加工(切面)从而去除飞边51的状态的图。图6是表示通过将边部A平滑地倒角加工(倒圆)成凸面状来去除飞边51的状态的图。

通过这些在图5、6中示出的变形例，也能够去除边部A的飞边51，所以即便在覆层形成材料50a的热固化时该覆层形成材料50a产生收缩，也能够用覆层50充分覆盖边部A。因此，耐腐蚀性提高，能够通过防止离子洗脱而提高单电池的耐久性、并防止单电池性能降低。

第二实施方式

然而，由于对形成在边部A上的飞边51进行了去飞边，施涂在隔板基体材料12a、12b上的覆层形成材料50a虽然在热固化之前能够如图7所示覆盖隔板基体材料12a、12b的整体，但是在热固化时沿着隔板基体材料15a、15a的正反面和冲裁加工部的内周面分别收缩，结果如图8所示可能会露出边部52。

于是，在使覆层形成材料50a热固化时，如图9所示，可以使用涡电流、微波、超声波等，仅对施涂有覆层形成材料50a的隔板基体材料12a、12b有选择地进行内部加热。这时，隔板基体材料12a、12b的材料，采用作为具有导热性的材料的铁、不锈钢等金属，用于形成覆层50的覆层形成材料50a，采用热固性树脂例如聚酰亚胺、环氧树脂等。

这样，当从内部(隔板基体材料12a、12b)加热隔板15a、15b时，在隔板基体材料12a、12b处的电阻发热从覆层形成材料50a的内面向外面传递，同时该覆层形成材料50a进行热固化。也就是说，覆层形成材料50a从与隔板基体材料12a、12b接触的内侧开始进行固化，所以施涂在隔板基体材料12a、12b上的覆层形成材料50a的固定更加可靠，能够抑制覆层形成材料50a从边部52脱离这样的收缩。

因此，能够抑制隔板基体材料12a、12b的边部52露出、防止隔板15a、15b腐蚀。由此，能够通过防止离子洗脱而提高单电池耐久性、并防止单电池性能降低。

其他实施方式

以上参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但是具体的构造并不局限于这些实施方式，即便进行了不脱离本发明的主旨的范围的设计变更也包括在本发明的范围内。例如，在上述第二实施方式中使用的耐腐蚀性覆层形成材料采用热固性树脂，但是在第一实施方式中使用的耐腐蚀性覆层形成材料不一定要使用热固性树脂。

另外，在上述各个实施方式中，说明了将耐腐蚀性覆层50形成在隔板基体材料12a、12b的整个表面上的例子。但是，本发明是通过减少由冲裁加工形成的歧管的飞边来谋求耐腐蚀性的提高，所以并不一定要应用于具有覆层的隔板、及其制造方法和制造装置中，当然也可以用于所谓的无覆层隔板。

工业应用前景

根据本发明，通过预先减少由冲裁加工形成的歧管的飞边，能够抑制以该飞边为起点而产生的腐蚀电流集中。另外，能够抑制冲裁加工部的边部处的隔板基体材料露出，所以能够抑制以该露出处为起点而进行的隔板的腐蚀。

因此，本发明能够广泛应用于有这种要求的隔板、及其制造方法和制造装置。

Claims

1.一种隔板的制造方法，该隔板在至少一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，

其中，该制造方法具有减少由上述冲裁加工形成的歧管的飞边的工序。

2.如权利要求1所述的隔板的制造方法，其中，上述减少飞边的工序，通过至少溶解飞边的突起来减少该飞边。

3.如权利要求1所述的隔板的制造方法，其中，上述减少飞边的工序，通过施加外力使飞边的突起变形来减少该飞边。

4.如权利要求2所述的隔板的制造方法，其中，通过浸蚀将上述突起溶解。

5.如权利要求3所述的隔板的制造方法，其中，通过冲裁加工、喷丸加工、切削加工中的至少一种使上述突起变形。

6.如权利要求1所述的隔板的制造方法，其中，具有至少在减少了上述飞边而形成的飞边减少部上施涂覆层形成材料的工序。

7.如权利要求6所述的隔板的制造方法，其中，

上述覆层形成材料使用热固性树脂，

该制造方法具有在施涂了上述覆层形成材料后从隔板基体材料侧对该覆层形成材料进行加热的工序。

8.一种隔板的制造方法，该隔板在至少一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，该制造方法具有：

至少在上述歧管的冲裁加工部施涂热固性覆层形成材料的工序，和

从隔板基体材料侧对上述覆层形成材料进行加热的工序。

9.一种隔板，至少在一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，其中，

具有减少由上述冲裁加工而形成的歧管的飞边而形成的飞边减少部。

10.一种隔板的制造装置，该隔板至少在一面侧具有流体流路，并通过冲裁加工贯穿形成有与该流体流路连通的歧管，

其中，该制造装置具有减少由上述冲裁加工形成的歧管的飞边的飞边减少处理部。

11.如权利要求10所述的隔板的制造装置，其中，上述飞边减少处理部通过至少溶解飞边的突起来减少该飞边。

12.如权利要求10所述的隔板的制造装置，其中，上述飞边减少处理部通过施加外力使飞边的突起变形来减少该飞边。

13.如权利要求11所述的隔板的制造装置，其中，上述飞边减少处理部通过浸蚀来溶解上述突起。

14.如权利要求12所述的隔板的制造装置，其中，上述飞边减少处理部通过冲裁加工、喷丸加工、切削加工中的至少一种来使上述突起变形。