CN113497245B - 带树脂框的膜电极组件和燃料电池用树脂框部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带树脂框的膜电极组件和燃料电池用树脂框部件的制造方法。在通过燃料电池用树脂框部件的制造方法而制造的树脂框部件(22)的内周端部(23)的整周范围内形成有倾斜面(66)，该倾斜面(66)从树脂框部件(22)的一个面(22a)向树脂框部件(22)的另一个面(22b)朝内侧倾斜。倾斜面(66)形成为从内周端部(23)的各边部(62)的延伸方向上的中央向两端宽度变窄。据此，能在提高树脂框部件的制造效率的同时提高发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种带树脂框的膜电极组件和燃料电池用树脂框部件的制造方法。
背景技术
发电电池例如通过由一对隔离部件夹持带树脂框的膜电极组件(带树脂框MEA)而形成。带树脂框MEA具有膜电极组件(MEA)和四方环状的树脂框部件，其中，所述膜电极组件构成为在电解质膜的一个面上设置有阳极电极，并且在电解质膜的另一个面上设置有阴极电极；所述树脂框部件被设置于膜电极组件的外周部。
树脂框部件的内周端部在被配置于阳极电极的外周部与阴极电极的外周部之间的状态下接合于电解质膜。在这种树脂框部件中，若沿着内周端部的厚度方向的截面为四边形，则在树脂框部件的内周端部的内侧形成有间隙(电解质膜和电极彼此分离的部分)。在带树脂框MEA中，形成于树脂框部件的内周端部的内侧的间隙成为未发电部。由此导致发电电池的发电效率下降。
例如,日本发明专利公开公报特开2018-97917号公开了一种缩小了树脂框部件的内周端部的内侧的间隙的带树脂框MEA。在该带树脂框MEA的树脂框部件的内周端部形成有倾斜面，该倾斜面从电解质膜侧的面向电解质膜的相反侧的面朝内侧倾斜。
发明内容
本发明是与上述现有技术相关联而作出的，其目的在于，提供一种带树脂框的膜电极组件和燃料电池用树脂框部件的制造方法，其能在提高树脂框部件的制造效率的同时提高发电效率。
本发明的一技术方案为一种带树脂框的膜电极组件，其具有膜电极组件和树脂框部件，其中，所述膜电极组件构成为在电解质膜的一个面上设置有第1电极，并且在所述电解质膜的另一个面上设置有第2电极；所述树脂框部件被设置于所述膜电极组件的外周部，所述带树脂框的膜电极组件的特征在于，所述树脂框部件的内周端部以环绕所述膜电极组件的所述外周部的方式形成为四方环状，并且被配置于所述第1电极的外周部与所述第2电极的外周部之间，在所述内周端部的整周范围内形成有倾斜面，该倾斜面从所述树脂框部件的一个面向所述树脂框部件的另一个面朝内侧倾斜，所述倾斜面形成为从所述内周端部的各边部的延伸方向上的中央向两端宽度变窄。
本发明的另一技术方案为一种燃料电池用树脂框部件的制造方法，其通过在包围形成于树脂膜的中央部的四边形的开口部的内周端部形成倾斜面，来制造被设置于膜电极组件的外周部的树脂框部件，所述燃料电池用树脂框部件的制造方法的特征在于，包括配置工序和激光加工工序，其中，在所述配置工序中，在所述树脂膜的所述开口部的中央部配置激光射出口；在所述激光加工工序中，通过将从配置于所述开口部的中央部的激光射出口射出的激光照射到所述内周端部，而在所述内周端部形成所述倾斜面，在所述激光加工工序中，在使所述激光的光轴沿着与所述树脂膜的平面方向及所述树脂膜的厚度方向交叉的倾斜方向的状态下，使所述激光照射到所述内周端部的整周范围内。
根据本发明，在树脂框部件的内周端部形成倾斜面。即，树脂框部件的内周端部朝内侧形成得较薄。因此，能缩小比树脂框部件的内周端部靠内侧的间隙。因此，发电区域的面积增加，从而能提高发电效率。
另外，通过将从配置于树脂膜的开口部的中央部的激光射出口射出的激光照射到树脂膜的内周端部的整周范围内，而形成有倾斜面。此时，倾斜面形成为从树脂框部件的内周端部的各边部的延伸方向上的中央向两端宽度变窄。在该情况下，由于将激光射出口配置在开口部的中央部，因此不需要使激光射出口沿着树脂膜的内周端部呈四边形移动。据此，能实现激光加工工序的周期时间(cycle time)的缩短化。因此，能提高树脂框部件的制造效率。
上述的目的、特征和优点根据参照附图说明的以下的实施方式的说明应易于被理解。
附图说明
图1是具有本发明的一实施方式所涉及的发电电池的燃料电池堆的局部省略立体分解图。
图2是沿着图1的II-II的剖视图。
图3是图2的树脂框部件的俯视图。
图4A是沿着图3的IVA-IVA的横剖视图，图4B是沿着图3的IVB-IVB的横剖视图。
图5是用于说明图3所示的树脂框部件的制造方法的流程图。
图6是配置工序和激光加工工序的说明图。
图7是沿着图6的VII-VII的局部剖视说明图。
图8是沿着图6的VIII-VIII的局部剖视说明图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式，一边参照附图一边对本发明所涉及的带树脂框的膜电极组件和燃料电池用树脂框部件的制造方法进行说明。
如图1和图2所示，发电电池10沿其厚度方向(箭头A方向)层叠多个而形成燃料电池堆12。燃料电池堆12例如作为车载用燃料电池堆而被搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。此外，多个发电电池10的层叠方向可以为水平方向和重力方向中的任一个方向。
在图1中，发电电池10形成为横长的长方形。但是，发电电池10也可以形成为纵长的长方形。如图1和图2所示，发电电池10具有带树脂框的膜电极组件(下面称为“带树脂框MEA14”)、以及被配设在带树脂框MEA14的两侧的第1隔离部件16和第2隔离部件18。带树脂框MEA14具有膜电极组件(下面称为“MEA20”)和被设置于MEA20的外周部的树脂框部件22(树脂框部)。
在图2中，MEA20具有电解质膜24、被设置于电解质膜24的一个面24a的阳极电极26(第1电极)和被设置于电解质膜24的另一个面24b的阴极电极28(第2电极)。电解质膜24例如为固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如为含有水分的全氟磺酸薄膜。电解质膜24除了氟系电解质以外，还可以使用HC(烃)系电解质。电解质膜24被阳极电极26和阴极电极28夹持。
细节并未图示，但是阳极电极26具有被接合于电解质膜24的一个面24a的第1电极催化层和被层叠于该第1电极催化层的第1气体扩散层。通过将表面担载有铂合金的多孔碳粒子均匀地涂布在第1气体扩散层的整个表面上，从而形成第1电极催化层。
阴极电极28具有被接合于电解质膜24的另一个面24b的第2电极催化层和被层叠于该第2电极催化层的第2气体扩散层。通过将表面担载有铂合金的多孔碳粒子均匀地涂布在第2气体扩散层的整个表面上，从而形成第2电极催化层。第1气体扩散层和第2气体扩散层分别由碳纸、碳布等构成。
阳极电极26的平面尺寸(外形尺寸)大于阴极电极28的平面尺寸。电解质膜24的平面尺寸与阳极电极26的平面尺寸相同。阳极电极26的外周端26o位于比阴极电极28的外周端28o靠外侧的位置。在电解质膜24的面方向(图2的箭头C方向)上，电解质膜24的外周端24o位于与阳极电极26的外周端26o相同的位置。
阳极电极26的平面尺寸也可以小于阴极电极28的平面尺寸。在该情况下，阳极电极26的外周端26o位于比阴极电极28的外周端28o靠内侧的位置。电解质膜24的平面尺寸可以与阳极电极26的平面尺寸相同，也可以与阴极电极28的平面尺寸相同。阳极电极26的平面尺寸也可以与阴极电极28的平面尺寸相同。在该情况下，在电解质膜24的面方向上，电解质膜24的外周端24o、阳极电极26的外周端26o和阴极电极28的外周端28o彼此位于相同的位置。
在图1和图2中，树脂框部件22为环绕MEA20的外周部的1张框状片材。树脂框部件22具有电绝缘性。作为树脂框部件22的构成材料，例如列举有PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或改性聚烯烃等。关于树脂框部件22的详细的说明，在后面进行叙述。
在图1中，第1隔离部件16和第2隔离部件18分别形成为长方形(四边形)。第1隔离部件16和第2隔离部件18分别通过将金属薄板的截面冲压成型为波形而构成，其中，所述金属薄板例如为钢板、不锈钢板、铝板、电镀处理钢板或对其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理后的板材。但是，第1隔离部件16和第2隔离部件18可以分别由碳等构成。将第1隔离部件16和第2隔离部件18在彼此重叠的状态下对外周进行焊接、钎焊、铆接等，从而将两者接合为一体。
在发电电池10的长边方向、即箭头B方向上的一端缘部(箭头B1方向上的端缘部)，沿发电电池10的短边方向(箭头C方向)排列设置有氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a和燃料气体出口连通孔34b。氧化剂气体入口连通孔30a沿箭头A方向供给氧化剂气体(例如，含氧气体)。冷却介质入口连通孔32a沿箭头A方向供给冷却介质(例如，纯水、乙二醇、油等)。燃料气体出口连通孔34b沿箭头A方向排出燃料气体(例如，含氢气体)。
在发电电池10的箭头B方向上的另一端缘部(箭头B2方向上的端缘部)，沿箭头C方向排列设置有燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b和氧化剂气体出口连通孔30b。燃料气体入口连通孔34a沿箭头A方向供给燃料气体。冷却介质出口连通孔32b沿箭头A方向排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔30b沿箭头A方向排出氧化剂气体。
氧化剂气体入口连通孔30a和氧化剂气体出口连通孔30b、燃料气体入口连通孔34a和燃料气体出口连通孔34b、以及冷却介质入口连通孔32a和冷却介质出口连通孔32b各自的大小、位置、形状和数量并不限定于本实施方式，根据所需规格，适宜地设定即可。
如图1和图2所示，在第1隔离部件16的朝向MEA20的面16a上设置有燃料气体流路36，该燃料气体流路36与燃料气体入口连通孔34a及燃料气体出口连通孔34b连通。燃料气体流路36具有沿箭头B方向延伸的多个燃料气体流路槽38。各燃料气体流路槽38可以沿箭头B方向呈波状延伸。
在图1中，在第1隔离部件16上设置有第1密封部40，该第1密封部40用于防止流体(燃料气体、氧化剂气体和冷却介质)从带树脂框MEA14和第1隔离部件16之间向外部漏出。第1密封部40环绕第1隔离部件16的外周部，且环绕各连通孔(氧化剂气体入口连通孔30a等)。第1密封部40在从隔离部件厚度方向(箭头A方向)观察时呈直线状延伸。但是，第1密封部40在从隔离部件厚度方向观察时也可以呈波状延伸。
在图2中，第1密封部40具有与第1隔离部件16一体成型的第1金属压制肋部42和被设置于第1金属压制肋部42的第1树脂件44。第1金属压制肋部42从第1隔离部件16向树脂框部件22突出。第1金属压制肋部42的横截面形状为向第1金属压制肋部42的突出方向呈顶端变窄形状的梯形形状。第1树脂件44是通过印刷或涂布等被粘合在第1金属压制肋部42的突出端面上的弹性部件。第1树脂件44例如由聚酯纤维构成。
如图1和图2所示，在第2隔离部件18的朝向MEA20的面18a上设置有氧化剂气体流路46，该氧化剂气体流路46与氧化剂气体入口连通孔30a及氧化剂气体出口连通孔30b连通。氧化剂气体流路46具有沿箭头B方向呈直线状延伸的多个氧化剂气体流路槽48。各氧化剂气体流路槽48也可以沿箭头B方向呈波状延伸。
在图1中，在第2隔离部件18上设置有第2密封部50，该第2密封部50用于防止流体(氧化剂气体、燃料气体和冷却介质)从带树脂框MEA14和第2隔离部件18之间向外部漏出。第2密封部50环绕第2隔离部件18的外周部，且环绕各连通孔(氧化剂气体入口连通孔30a等)。第2密封部50在从隔离部件厚度方向(箭头A方向)观察时呈直线状延伸。但是，第2密封部50在从隔离部件厚度方向观察时也可以呈波状延伸。
在图2中，第2密封部50具有与第2隔离部件18一体成型的第2金属压制肋部52和被设置于第2金属压制肋部52的第2树脂件54。第2金属压制肋部52从第2隔离部件18向树脂框部件22突出。第2金属压制肋部52的横截面形状为向第2金属压制肋部52的突出方向呈顶端变窄形状的梯形形状。第2树脂件54是通过印刷或涂布等被粘合在第2金属压制肋部52的突出端面上的弹性部件。第2树脂件54例如由聚酯纤维构成。
第1密封部40和第2密封部50在从隔离部件厚度方向观察时以彼此重叠的方式配置。因此，在燃料电池堆12被施加了紧固载荷(压缩载荷)的状态下，第1金属压制肋部42和第2金属压制肋部52分别弹性变形(压缩变形)。另外，在该状态下，第1密封部40的突出端面(第1树脂件44)与树脂框部件22的一个面22a气密且液密地接触，并且第2密封部50的突出端面(第2树脂件54)与树脂框部件22的另一个面22b气密且液密地接触。
第1树脂件44可以不设置于第1金属压制肋部42，而是设置于树脂框部件22的一个面22a。第2树脂件54可以不设置于第2金属压制肋部52，而是设置于树脂框部件22的另一个面22b。另外，第1树脂件44和第2树脂件54中的至少一个可以省略。第1密封部40和第2密封部50可以不是由上述这样的金属压制肋密封件形成，而是由具有弹性的橡胶密封部件形成。
在图1和图2中，在第1隔离部件16的面16b与第2隔离部件18的面18b之间设置有冷却介质流路56，该冷却介质流路56与冷却介质入口连通孔32a及冷却介质出口连通孔32b连通。冷却介质流路56由氧化剂气体流路46的背面形状和燃料气流路36的背面形状形成。
如图1和图3所示，树脂框部件22形成为四方环状。即，在图3中，在树脂框部件22的中央部形成有四边形的开口部60。因此，如图1～图3所示，树脂框部件22的内周端部23以环绕MEA20的外周部的方式形成为四方环状。此外，树脂框部件22的内周端部23是构成树脂框部件22的内端22i及其附近区域的部分(参照图2)。
如图2所示，树脂框部件22的内周端部23被配置在阳极电极26的外周部27与阴极电极28的外周部29之间。具体而言，树脂框部件22的内周端部23被电解质膜24的外周部25和阴极电极28的外周部29夹持。此外，树脂框部件22的内周端部23也可以被电解质膜24的外周部25和阳极电极26的外周部27夹持。
在图3中，树脂框部件22的内周端部23包括4个直线状的边部62和4个角部64。如图2、图4A和图4B所示，树脂框部件22的内周端部23形成为朝向树脂框部件22的内侧顶端变窄的形状。换言之，内周端部23的厚度(箭头A方向的尺寸)向树脂框部件22的内侧减少。在内周端部23上形成有倾斜面66，该倾斜面66从树脂框部件22的一个面22a向另一个面22b朝内侧倾斜。倾斜面66以环绕开口部60的方式在内周端部23的整周范围内延伸。即，倾斜面66在各边部62和各角部64的范围内呈四方环状延伸。倾斜面66平坦地形成。
在图3中，倾斜面66形为从各边部62的延伸方向上的中央向两端宽度变窄。即，倾斜面66的宽度W从各边部62的延伸方向上的中央向两端连续地减少。倾斜面66的宽度W在各边部62的中央的位置处最宽，在各角部64的位置处最窄。倾斜面66的外周端66o包括直线部70a和圆角形状的连接部70b，其中，所述直线部70a从各边部62的延伸方向上的中央向两端朝内侧倾斜；所述连接部70b位于各角部64，并与相邻的直线部70a连接。
直线部70a在各边部62分别设置有两个。彼此相邻的两个直线部70a在各边部62的延伸方向上的中央连接。即，倾斜面66在各边部62形成为以两个直线部70a的连接部为顶点的山形(三角形)。在从树脂框部件22的厚度方向观察时，连接部70b形成为圆弧状。
如图4A所示，倾斜面66的内端66i位于树脂框部件22的内端22i。在各边部62的延伸方向上的中央，倾斜面66的内端66i位于树脂框部件22的另一个面22b。如图4B所示，倾斜面66的内端66i从各边部62的延伸方向上的中央向两端朝树脂框部件22的一个面22a侧倾斜。换言之，树脂框部件22的内端22i的厚度(箭头A方向的尺寸)从各边部62的延伸方向上的中央向两端增加。
如图2、图4A和图4B所示，树脂框部件22的内周端部23形成为朝向树脂框部件22的内侧顶端变窄的形状。换言之，内周端部23的厚度(箭头A方向的尺寸)朝向树脂框部件22的内侧减少。
如图2所示，倾斜面66的倾斜角度θ(树脂框部件22的另一个面22b与倾斜面66所成的角度)例如优选为45°以下，更优选为15°以上、30°以下，更进一步优选为大约20°。倾斜角度θ可以适宜地设定。倾斜角度θ在内周端部23的整周范围内大致恒定。但是，倾斜角度θ也可以在内周端部23的周向上的适宜的位置发生变化。
倾斜面66与电解质膜24的另一个面24b相向。换言之，倾斜面66与电解质膜24的另一个面24b接近或接触。内周端部23朝内侧较薄地形成。因此，与在内周端部23上不形成倾斜面66的情况(内周端部23的横截面为四边形的情况)相比，形成于内周端部23的内侧的间隙S变小。
在图2中，在电解质膜24的外周部25上，在与树脂框部件22的倾斜面66相向的部分设置有第1倾斜区域80a。在电解质膜24中，位于比第1倾斜区域80a靠外侧的位置的阳极电极26侧的面80b相较于位于比第1倾斜区域80a靠内侧的位置的阳极电极26侧的面80c更远离阴极电极28。
在阳极电极26的外周部27上，在与电解质膜24的第1倾斜区域80a相向的部分设置有第2倾斜区域82a。第2倾斜区域82a相对于第1倾斜区域80a大致平行地延伸。在阳极电极26中，位于比第2倾斜区域82a靠外侧的位置的第1隔离部件16侧的面82b相较于位于比第2倾斜区域82a靠内侧的位置的第1隔离部件16侧的面82c更远离阴极电极28。
在阴极电极28的外周部29上，在树脂框部件22的厚度方向(箭头A方向)上与树脂框部件22的倾斜面66重叠的部位设置有第3倾斜区域84a。第3倾斜区域84a向阴极电极28的外周端28o朝树脂框部件22所处的一侧的相反侧倾斜。在阴极电极28中，位于比第3倾斜区域84a靠外侧的位置的第2隔离部件18侧的面84b相较于位于比第3倾斜区域84a靠内侧的位置的第2隔离部件18侧的面84c更远离阳极电极26。
接着，下面对包括本实施方式所涉及的发电电池10的燃料电池堆12的动作进行说明。
如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给含氧气体等氧化剂气体，并且，向燃料气体入口连通孔34a供给含氢气体等燃料气体。并且，向冷却介质入口连通孔32a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
因此，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔30a被导入到第2隔离部件18的氧化剂气体流路46，并向箭头B方向移动而被供给到MEA20的阴极电极28。另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔34a被导入到第1隔离部件16的燃料气体流路36，燃料气体沿着燃料气体流路36向箭头B方向移动而被供给到MEA20的阳极电极26。
因此，MEA20中，被供给到阴极电极28的氧化剂气体和被供给到阳极电极26的燃料气体通过电化学反应被消耗，来进行发电。
接着，在图1中，被供给到阴极电极28并被消耗过的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔30b向箭头A方向被排出。同样，被供给到阳极电极26并被消耗过的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔34b向箭头A方向被排出。
另外，被供给到冷却介质入口连通孔32a的冷却介质在被导入到第1隔离部件16和第2隔离部件18之间的冷却介质流路56后，向箭头B方向流通。该冷却介质在冷却了MEA20后，从冷却介质出口连通孔32b被排出。
接着，下面对本实施方式所涉及的树脂框部件22的制造方法进行说明。
如图5所示，树脂框部件22的制造方法包括准备工序、配置工序、激光加工工序。
在准备工序(步骤S1)中，制作如图6所示的树脂膜100。树脂膜100形成为横长的长方形。在树脂膜100的中央部形成有四边形的开口部60。即，树脂膜100形成为四方环状。树脂膜100的内周端部102具有4个边部104和4个角部106。
在树脂膜100的长边方向上的一端缘部形成有氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a和燃料气体出口连通孔34b。在树脂膜100的长边方向上的另一端缘部形成有燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b和氧化剂气体出口连通孔30b。此外，氧化剂气体入口连通孔30a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质入口连通孔32a、冷却介质出口连通孔32b、燃料气体入口连通孔34a和燃料气体出口连通孔34b也可以在激光加工工序结束后形成于树脂膜100。
如图6～图8所示，在配置工序(步骤S2)中，在树脂膜100的开口部60的中央部配置激光照射装置200的激光加工头202。在图7和图8中，在激光加工头202上设置有用于射出激光L的激光射出口204。激光加工头202绕穿过开口部60的中央(开口部60的长边和短边的中心)且沿着树脂膜100的厚度方向(箭头A方向)并位于开口部60的中央的旋转轴线Ax旋转。
激光射出口204位于旋转轴线Ax上。激光射出口204朝向与树脂膜100的平面方向和树脂膜100的厚度方向交叉的倾斜方向。即，从激光射出口204射出的激光L的光轴沿着所述倾斜方向。激光L的照射角度θ1(旋转轴线Ax与激光L所成的角度)根据树脂膜100的开口部60的大小和树脂膜100的厚度等而被适宜地设定。
激光射出口204相对于树脂膜100在树脂膜100的厚度方向上偏移设置。树脂膜100的一个面100a朝向激光加工头202的相反侧。树脂膜100的另一个面100b朝向激光加工头202所处的一侧。
在激光加工工序(步骤S3)中，通过从激光射出口204向树脂膜100的内周端部102照射激光L，在内周端部102上形成倾斜面66。换言之，在激光加工工序中，在使激光L的光轴沿着与树脂膜100的平面方向及树脂膜100的厚度方向交叉的倾斜方向的状态下，使激光L照射到内周端部102的整周范围内。
具体而言，在激光加工工序中，在使激光射出口204朝向所述倾斜方向的状态下，使激光加工头202(激光射出口204)绕旋转轴线Ax至少旋转一周。此时，树脂膜100和激光射出口204在树脂膜100的厚度方向上的相对位置是固定的。换言之，激光射出口204不用相对于树脂膜100在树脂膜100的厚度方向上移动而绕旋转轴线Ax至少旋转一周。另外，激光射出口204在将激光L的照射角度θ1保持为恒定的状态下绕旋转轴线Ax至少旋转一周。
如图7所示，从激光射出口204射出的激光L从树脂膜100的内周端部102的射入点Pi射入到树脂膜100内，并从射出点Po射出到树脂膜100的外侧。树脂膜100中激光L通过的部分成为剖切面(树脂框部件22的倾斜面66)。激光L呈大致直线状在树脂膜100内通过。
在图6中，激光射出口204与树脂膜100的内周端部102的距离(激光照射距离)随着从内周端部102的各边部104的延伸方向上的中央向两端(各角部106)而逐渐变长。即，形成内周端部102的长边的边部104的中央处的激光照射距离(第1激光照射距离D1)比内周端部102的角部106处的激光照射距离(第2激光照射距离D2)短(参照图7和图8)。
如图7所示，在形成内周端部102的长边的边部104的中央，激光L从第1射入点P1射入到树脂膜100内，并从第1射出点P2射出到树脂膜100的外侧。第1射入点P1例如位于树脂膜100的内端面108中的树脂膜100的另一个面100b侧的端部。但是，第1射入点P1可以位于树脂膜100的另一个面100b上的比内端面108靠外侧的位置，也可以位于树脂膜100的内端面108(形成开口部60的面)。第1射出点P2位于树脂膜100的一个面100a上的比内端面108靠外侧的位置。第1射出点P2位于比第1射入点P1靠外侧的位置。
如图8所示，在内周端部102的各角部106，激光L从第2射入点P3射入到树脂膜100内，并从第2射出点P4射出到树脂膜100的外侧。第2射入点P3位于树脂膜100的内端面108。第2射出点P4位于树脂膜100的一个面100a上的比内端面108靠外侧的位置。第2射出点P4位于比第2射入点P3靠外侧的位置。
在图7和图8中，第2射入点P3位于比第1射入点P1靠树脂膜100的一个面100a侧的位置。连接第1射入点P1和第1射出点P2的第1直线距离W1(倾斜面66的宽度尺寸)比连接第2射入点P3和第2射出点P4的第2直线距离W2(倾斜面66的宽度尺寸)长。连接射入点Pi和射出点Po的直线距离(倾斜面66的宽度尺寸)从内周端部102的中央向两端(角部106)变短(参照图6)。第1激光照射距离D1和第2激光照射距离D2的差越大，第1直线距离W1和第2直线距离W2的差越大。
本实施方式所涉及的带树脂框MEA14和树脂框部件22(燃料电池用树脂框部件)的制造方法可得到以下效果。
树脂框部件22的内周端部23以环绕MEA20的外周部的方式形成为四方环状，并且被配置在阳极电极26的外周部27与阴极电极28的外周部29之间。在树脂框部件22的内周端部23的整周范围内形成有倾斜面66，该倾斜面66从树脂框部件22的一个面22a向树脂框部件22的另一个面22b朝内侧倾斜。倾斜面66形成为从内周端部23的各边部62的中央向两端宽度变窄。
树脂框部件22的制造方法包括配置工序和激光加工工序，其中，在所述配置工序中，在树脂膜100的开口部60的中央部配置激光射出口204；在所述激光加工工序中，通过将从配置于开口部60的中央部的激光射出口204射出的激光L照射到树脂膜100的内周端部102，在内周端部102形成倾斜面66。在激光加工工序中，在使激光L的光轴沿着与树脂膜100的平面方向及树脂膜100的厚度方向交叉的倾斜方向的状态下，使激光L照射到内周端部102的整周范围内。此时，优选激光射出口204距离树脂膜100的另一个面100b的高度是恒定的。
根据这样的结构和方法，在树脂框部件22的内周端部23形成倾斜面66。即，树脂框部件22的内周端部23朝内侧较薄地形成。因此，能缩小比树脂框部件22的内周端部23靠内侧的间隙S。因此，发电区域的面积增加，从而能提高发电效率。
另外，通过将从配置于树脂膜100的开口部60的中央部的激光射出口204射出的激光L照射到树脂膜100的内周端部102的整周范围内，而形成倾斜面66。此时，倾斜面66形成为从树脂框部件22的内周端部102的各边部104的延伸方向上的中央向两端宽度变窄。在该情况下，仅需要将激光射出口204固定在开口部60的中央部并使其旋转，而不需要使激光射出口204沿着树脂膜100的内周端部102呈四边形地移动。据此，能实现激光加工工序的周期时间(cycle time)的缩短化。因此，能提高树脂框部件22的制造效率。
倾斜面66与电解质膜24相向。
根据这样的结构，能抑制树脂框部件22的内周端部23插入到电解质膜24。据此，能抑制电解质膜24的损伤。
倾斜面66被设置在内周端部23的各角部64。倾斜面66的外周端66o中位于各角部64的部分(连接部70b)形成为圆角形状。
根据这样的结构，由于在树脂框部件22的内周端部23的各角部64形成倾斜面66，因此，发电区域的面积进一步增加，从而能进一步提高发电效率。
在激光加工工序中，在使激光射出口204朝向与树脂膜100的平面方向及树脂膜100的厚度方向交叉的倾斜方向的状态下，使激光射出口204绕穿过开口部60的中央部且沿着树脂膜100的厚度方向的旋转轴线Ax至少旋转一周。
根据这种方法，能实现激光加工工序的周期时间的进一步的缩短化。
在激光加工工序中，在将树脂膜100和激光射出口204在树脂膜100的厚度方向上的相对位置固定的状态下，使激光射出口204绕旋转轴线Ax至少旋转一周。
根据这种方法，在激光加工工序中，能简单地进行激光射出口204的位置控制。
本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种改变。在激光加工工序中，可以在使树脂膜100和激光射出口204在树脂膜100的厚度方向上的相对位置变化的同时，使激光L照射到树脂膜100的内周端部102的整周范围内。据此，能在树脂框部件22的内周端部23的适宜的位置改变倾斜面66的宽度尺寸。另外，在激光加工工序中，还可以使激光L的照射角度θ1变化的同时，使激光L照射到树脂膜100的内周端部102的整周范围内。
在激光加工工序中，例如，还可以通过在使激光射出口204朝向开口部60的状态下控制反光镜等光学系统，来使激光L照射到树脂膜100的内周端部102的整周范围内。
上面的实施方式概括如下。
上述实施方式公开了一种带树脂框的膜电极组件(14)，其具有膜电极组件(20)和树脂框部件(22)，其中，所述膜电极组件构成为在电解质膜(24)的一个面(24a)上设置有第1电极(26)，并且在所述电解质膜的另一个面(24b)上设置有第2电极(28)；所述树脂框部件被设置于所述膜电极组件的外周部，所述带树脂框的膜电极组件的特征在于，所述树脂框部件的内周端部(23)以环绕所述膜电极组件的所述外周部的方式形成为四方环状，并且被配置在所述第1电极的外周部(27)与所述第2电极的外周部(29)之间，在所述内周端部的整周范围内形成有倾斜面(66)，该倾斜面从所述树脂框部件的一个面向所述树脂框部件的另一个面朝内侧倾斜，所述倾斜面形成为从所述内周端部的各边部(62)的延伸方向上的中央向两端宽度变窄。
在上述带树脂框的膜电极组件中，可以为：所述倾斜面与所述电解质膜相向。
在上述带树脂框的膜电极组件中，可以为：所述倾斜面的外周端(66o)从所述各边部的延伸方向上的中央向两端朝内侧呈直线状倾斜。
在上述带树脂框的膜电极组件中，可以为：所述倾斜面被设置于所述内周端部的各角部(64)，所述倾斜面的外周端中位于所述各角部的部分(70b)形成为圆角形状。
在上述带树脂框的膜电极组件中，可以为：在所述各边部的延伸方向上的中央，所述倾斜面的内端(66i)位于所述树脂框部件的另一个面。
在上述带树脂框的膜电极组件中，可以为：所述倾斜面的所述内端从所述各边部的中央向两端朝所述树脂框部件的一个面侧倾斜。
上述实施方式公开了一种燃料电池用树脂框部件的制造方法，其通过在包围形成于树脂膜(100)的中央部的四边形的开口部(60)的内周端部(102)形成倾斜面，来制造被设置于膜电极组件的外周部的树脂框部件，所述燃料电池用树脂框部件的制造方法的特征在于，包括配置工序和激光加工工序，其中，在所述配置工序中，在所述树脂膜的所述开口部的中央部配置激光射出口(204)；在所述激光加工工序中，通过将从配置于所述开口部的中央部的所述激光射出口射出的激光(L)照射到所述内周端部，而在所述内周端部形成所述倾斜面，在所述激光加工工序中，在使所述激光的光轴沿着与所述树脂膜的平面方向及所述树脂膜的厚度方向交叉的倾斜方向的状态下，使所述激光照射到所述内周端部的整周范围内。
在上述燃料电池用树脂框部件的制造方法中，可以为：在所述激光加工工序中，在使所述激光射出口朝向所述倾斜方向的状态下，使所述激光射出口绕穿过所述开口部的中央部且沿着所述树脂膜的厚度方向的旋转轴线(Ax)至少旋转一周。
在上述燃料电池用树脂框部件的制造方法中，可以为：在所述激光加工工序中，在将所述树脂膜和所述激光射出口在所述树脂膜的厚度方向上的相对位置固定的状态下，使所述激光射出口绕所述旋转轴线至少旋转一周。
在上述燃料电池用树脂框部件的制造方法中，可以为：在所述激光加工工序中，在使所述树脂膜和所述激光射出口在所述树脂膜的厚度方向上的相对位置变化的同时，使所述激光射出口绕所述旋转轴线至少旋转一周。
Claims (10)
1.一种带树脂框的膜电极组件(14)，其具有膜电极组件(20)和树脂框部件(22)，其中，
所述膜电极组件构成为在电解质膜(24)的一个面(24a)上设置有第1电极(26)，并且在所述电解质膜的另一个面(24b)上设置有第2电极(28)；
所述树脂框部件被设置于所述膜电极组件的外周部，
所述带树脂框的膜电极组件的特征在于，
所述树脂框部件的内周端部(23)以环绕所述膜电极组件的所述外周部的方式形成为四方环状，并且被配置于所述第1电极的外周部(27)与所述第2电极的外周部(29)之间，
在所述内周端部的整周范围内形成有倾斜面(66)，该倾斜面从所述树脂框部件的一个面向所述树脂框部件的另一个面朝内侧倾斜，
所述倾斜面形成为从所述内周端部的各边部(62)的延伸方向上的中央向两端宽度变窄。
2.根据权利要求1所述的带树脂框的膜电极组件，其特征在于，
所述倾斜面与所述电解质膜相向。
3.根据权利要求1所述的带树脂框的膜电极组件，其特征在于，
所述倾斜面的外周端(66o)从所述各边部的延伸方向上的中央向两端朝内侧呈直线状倾斜。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的带树脂框的膜电极组件，其特征在于，
所述倾斜面被设置于所述内周端部的各角部(64)，
所述倾斜面的外周端中位于所述各角部的部分(70b)形成为圆角形状。
5.根据权利要求1所述的带树脂框的膜电极组件，其特征在于，
在所述各边部的延伸方向上的中央，所述倾斜面的内端(66i)位于所述树脂框部件的另一个面。
6.根据权利要求5所述的带树脂框的膜电极组件，其特征在于，
所述倾斜面的所述内端从所述各边部的中央向两端朝所述树脂框部件的一个面侧倾斜。
7.一种燃料电池用树脂框部件的制造方法，其通过在包围形成于树脂膜(100)的中央部的四边形的开口部(60)的内周端部(102)形成倾斜面，来制造被设置于膜电极组件的外周部的树脂框部件，
所述燃料电池用树脂框部件的制造方法的特征在于，
包括配置工序和激光加工工序，其中，
在所述配置工序中，在所述树脂膜的所述开口部的中央部配置激光射出口(204)；
在所述激光加工工序中，通过将从配置于所述开口部的中央部的所述激光射出口射出的激光(L)照射到所述内周端部，而在所述内周端部形成所述倾斜面，
在所述激光加工工序中，在使所述激光的光轴沿着与所述树脂膜的平面方向及所述树脂膜的厚度方向交叉的倾斜方向的状态下，使所述激光照射到所述内周端部的整周范围内。
8.根据权利要求7所述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，其特征在于，
在所述激光加工工序中，在使所述激光射出口朝向所述倾斜方向的状态下，使所述激光射出口绕穿过所述开口部的中央部且沿着所述树脂膜的厚度方向的旋转轴线(Ax)至少旋转一周。
9.根据权利要求8所述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，其特征在于，
在所述激光加工工序中，在将所述树脂膜和所述激光射出口在所述树脂膜的厚度方向上的相对位置固定的状态下，使所述激光射出口绕所述旋转轴线至少旋转一周。
10.根据权利要求8所述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，其特征在于，
在所述激光加工工序中，在使所述树脂膜和所述激光射出口在所述树脂膜的厚度方向上的相对位置变化的同时，使所述激光射出口绕所述旋转轴线至少旋转一周。
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