CN113497246A - 燃料电池用树脂框部件的制造方法和加工模具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池用树脂框部件的制造方法和加工模具。在燃料电池用树脂框部件(22)的制造方法中包括加工工序，在加工工序中，使用加工模具(200)，使上模(204)向下模(202)移动而在树脂膜(100)的各边部(104)形成倾斜面(66)。在加工工序中，在下侧加工部(210)和上侧加工部(224)之间保持规定的间隙(CL)，且使各边部(104)的至少一部分以各边部(104)朝内侧向下方倾斜的方式位于缺口部(212)的状态下进行剪切加工，其中，所述缺口部(212)形成为使载置面(208)上的下侧加工部(210)侧的角部形成缺口。据此，能高效地形成倾斜面。

Description

燃料电池用树脂框部件的制造方法和加工模具
技术领域
本发明涉及一种燃料电池用树脂框部件的制造方法和加工模具。
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以环绕MEA的外周部且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被接合于电解质膜。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，该倾斜面从树脂框部件的一个面向另一个面朝内侧倾斜。
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，提供一种能高效地形成倾斜面的燃料电池用树脂框部件的制造方法和加工模具。
本发明的第1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的各边部形成倾斜面，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，包括载置工序和加工工序，其中，在所述载置工序中，将所述树脂膜载置于下模的载置面；在所述加工工序中，在所述载置工序之后，使上模向所述下模移动并利用所述下模的下侧加工部和所述上模的上侧加工部进行所述各边部的剪切加工，据此在所述各边部形成所述倾斜面，在所述加工工序中，在所述下侧加工部和所述上侧加工部之间保持规定的间隙，且使所述各边部的至少一部分以所述各边部向内侧朝下方倾斜的方式位于缺口部的状态下进行所述剪切加工，其中，所述缺口部形成为使所述载置面上的所述下侧加工部侧的角部形成缺口。
本发明的第2技术方案为一种加工模具，其用于上述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，所述加工模具的特征在于，具有以能相互接近或分离的方式相向配置的所述下模和所述上模，在所述下模的上表面设置有四边形的插入口、载置面、四方环状的下侧加工部和缺口部，其中，所述载置面以包围所述插入口的方式进行配置且用于将所述树脂膜载置于其上；所述下侧加工部沿着所述插入口的外周延伸；所述缺口部形成为使所述载置面上的所述下侧加工部侧的角部形成缺口，所述上模具有形成有四边形的所述上侧加工部且形成为能插入所述插入口的冲头(punch)，所述下侧加工部和所述上侧加工部被设置为：在使所述上模向所述下模移动时在所述下侧加工部和所述上侧加工部之间保持所述间隙的状态下，能利用所述下侧加工部和所述上侧加工部对所述各边部进行剪切加工。
根据本发明，能在下侧加工部和上侧加工部之间保持规定的间隙，且使各边部的至少一部分以各边部向内侧朝下方倾斜的方式位于下模的缺口部的状态下进行各边部的剪切加工。据此，被上侧加工部和下侧加工部切割的各边部的切割面成为相对于树脂框部件的厚度方向倾斜的倾斜面。因此，能高效地形成倾斜面。
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容易地理解。
附图说明
图1是具有通过本发明的一实施方式所涉及的燃料电池用树脂框部件的制造方法而得到的树脂框部件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3A是图2的树脂框部件的立体图，图3B是沿着图3A的IIIB-IIIB的剖视图。
图4是表示图3A所示的树脂框部件的制造方法的流程图。
图5是用于制造树脂框部件的加工模具和树脂膜的立体图。
图6是载置工序的说明图。
图7A是加工工序的第1说明图，图7B是加工工序的第2说明图。
图8A是加工工序的第3说明图，图8B是冲头的变形例的说明图。
图9A是夹持工序的第1说明图，图9B是夹持工序的第2说明图。
图10是表示下模的支承面的变形例的剖视说明图。
图11是变形例所涉及的加工模具和树脂膜的立体图。
图12A是沿着图11的XIIA-XIIA的剖视图，图12B是表示图12A的下模的支承面的变形例的剖视图。
图13是表示图11所示的加工模具的制造方法的流程图。
图14是下模部件的立体图。
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燃料电池用树脂框部件的制造方法和加工模具进行说明。
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”)、以及第1隔离部件16和第2隔离部件18，该第1隔离部件16和第2隔离部件18被配设在带树脂框MEA14的两侧。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。
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的面向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流路36的背面形状形成。
如图1和图3A所示，树脂框部件22形成为四方环状。即，在图3A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3A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。
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3A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和图3A所示，各边部62形成为朝向树脂框部件22的内侧顶端变窄的形状。换言之，各边部62的厚度(箭头A方向的尺寸)向树脂框部件22的内侧减少。各边部62的横截面形成为三角形。即，在各边部62上形成有倾斜面66和一对侧面68(参照图3A)，其中，所述倾斜面66从树脂框部件22的一个面22a向另一个面22b朝内侧倾斜；所述一对侧面68与倾斜面66的两侧连接。倾斜面66平坦地形成。
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°以上且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。在4个边部62中，倾斜角度θ彼此相同。但是，在4个边部62中，倾斜角度θ也可以彼此不同。
倾斜面66在各边部62的全长范围内延伸(参照图3A)。但是，倾斜面66也可以仅设置在各边部62的延伸方向上的一部分上。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。各边部62朝向内侧较薄地形成。因此，与在各边部62未形成倾斜面66的情况(各边部62的横截面为四边形的情况)相比，形成于各边部62的内侧的间隙S较小。
在图3A中，各侧面68与倾斜面66的延伸方向上的端部连接。换言之，各侧面68位于各边部62的延伸方向上的端部。角部64由彼此相邻的侧面68形成。形成角部64的两个侧面68所成的角度为大约90°。各侧面68形成为三角形。各角部64相对于倾斜面66向树脂框部件22的一个面22a侧突出。在内周端部23的彼此相邻的边部62和角部64中，在树脂框部件22的一个面22a中位于角部64的部分(第1平面部65)与倾斜面66之间形成有台阶(侧面68)。角部64的第1平面部65与树脂框部件22的一个面22a中位于比内周端部23靠外侧的部分(第2平面部67)共面地相连。
如图3A和图3B所示，各角部64的朝向树脂框部件22的内侧直至树脂框部件22的内端22i的厚度大致恒定。各角部64的横截面形成为四边形(长方形)(参照图3B)。各角部64形成为比内周端部23中的形成有倾斜面66的部分(倾斜部)厚。在各角部64中，树脂框部件22的一个面22a与树脂框部件22的另一个面22b彼此平行地延伸。即，在各角部64上未形成倾斜面66。
如图2所示，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70a。在电解质膜24中，位于比第1倾斜区域70a靠外侧的位置的阳极电极26侧的面70b相较于位于比第1倾斜区域70a靠内侧的位置的阳极电极26侧的面70c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70a相向的部分设置有第2倾斜区域72a。第2倾斜区域72a相对于第1倾斜区域70a大致平行地延伸。在阳极电极26中，位于比第2倾斜区域72a靠外侧的位置的第1隔离部件16侧的面72b相较于位于比第2倾斜区域72a靠内侧的位置的第1隔离部件16侧的面72c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74a。第3倾斜区域74a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74a靠外侧的位置的第2隔离部件18侧的面74b相较于位于比第3倾斜区域74a靠内侧的位置的第2隔离部件18侧的面74c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带树脂框MEA14的制造方法进行说明。
首先，制造上述的树脂框部件22。具体而言，如图4所示，树脂框部件22的制造方法包括准备工序、载置工序、加工工序和夹持工序。如图5所示，树脂框部件22通过利用加工模具200对树脂膜100进行加工而形成。
如图5所示，加工模具200具有以能相互接近或分离的方式相向配置的下模202和上模204。下模202是在上表面形成有四边形的插入口206(开口部)的冲模(die)。从上表面进行观察时，下模202形成为四方环状。在下模202的上表面设置有四方环状的载置面208和下侧加工部210(下刃)，其中，所述载置面208用于载置树脂膜100；所述下侧加工部210位于下模202的上表面的内端(沿着插入口206的外周延伸)。在载置面208的内周角部(下侧加工部210侧的角部)设置有沿着下侧加工部210的各边延伸的4个缺口部212。缺口部212例如通过C倒角形成。在该情况下，优选将C倒角设定为C0.5以上且C2以下。
换言之，在下模202的上表面上，在设置有缺口部212的部分形成有4个支承面214，该支承面214从载置面208向下侧加工部210朝下方倾斜。各支承面214在下侧加工部210的各边的全长范围内延伸。各支承面214是平坦面216a。各支承面214的宽度尺寸和倾斜角度(与载置面208平行的线与倾斜面66所成的角度)根据树脂膜100的材质、厚度等被适宜地设定。此外，横截面为四边形的角部218位于彼此相邻的支承面214之间。
上模204具有上模主体220和冲头222，其中，所述上模主体220被设置为能沿上下方向移动；所述冲头222从上模主体220的下表面向下方突出。冲头222形成为长方体形状。当使上模204相对于下模202向下方移动时，冲头222被插入到下模202的插入口206中。
在冲头222的突出端面的外周端设置有四边形的上侧加工部224(上刃)。上侧加工部224形成为比下侧加工部210小一圈。即，如图7A所示，在将冲头222插入到插入口206时，在上侧加工部224和下侧加工部210之间形成有规定的间隙CL。间隙CL被设定在10μm以上且60μm以下的范围内。间隙CL的大小根据树脂膜100的材质和厚度而被适宜地设定。
在树脂框部件22的制造方法中，首先，进行准备工序(图4的步骤S1)。在准备工序中，制作图5所示的四方环状的树脂膜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。
在准备工序结束后，进行载置工序(图4的步骤S2)。在载置工序中，如图5～图7A所示，以使树脂膜100的一个面100a朝向上方的状态将另一个面100b载置于下模202的载置面208。此外，加工模具200具有用于将树脂膜100定位于下模202的定位机构(未图示)。定位机构例如是设置在下模202上的定位销(knock pin)，在该情况下，定位销被插入到形成于树脂膜100的定位孔(未图示)。此时，在图6中，将树脂膜100的中心定位在下模202的上表面的中心。
树脂膜100的开口部60比下模202的插入口206小一圈。因此，树脂膜100的内周端部102位于比下模202的下侧加工部210靠内侧的位置。换言之，树脂膜100的内周端部102的各边部104的至少一部分位于下模202的缺口部212(参照图7A)。即，各边部104的内端104i位于比下侧加工部210靠内侧的位置。
在载置工序结束后，进行加工工序(图4的步骤S3)。在加工工序中，如图7A～图8A所示，通过使上模204向下模202移动来利用下侧加工部210和上侧加工部224进行树脂膜100的内周端部102的各边部104的剪切加工，据此，在树脂膜100的各边部104形成倾斜面66。此外，此时，也可以通过未图示的冲压部件将树脂膜100的一个面100a按压到载置面208上。
如图7B所示，当上模204下降时，上侧加工部224与树脂膜100的一个面100a接触，从而树脂膜100被向下方按压。此时，树脂膜100的另一个面100b与支承面214接触且与下侧加工部210接触。即，树脂膜100的各边部104的至少一部分位于缺口部212。因此，各边部104向内侧朝下方倾斜。另外，树脂膜100的各边部104的内端104i朝向下方。并且，在下侧加工部210和上侧加工部224之间保持有规定的间隙CL。
然后，当上模204进一步下降时，如图8A所示，树脂膜100的各边部104被上侧加工部224剪切加工。此时，上侧加工部224将树脂膜100的各边部104沿与各边部104的厚度方向交叉的方向进行切割。
即，树脂膜100的由上侧加工部224切割而成的切割长度L比树脂膜100的厚度尺寸长。树脂膜100中的被上侧加工部224切割而成的切割面110成为上述的倾斜面66。据此，形成上述的树脂框部件22。支承面214的倾斜结构和间隙CL被设定为倾斜面66的倾斜角度θ(参照图2)为上述范围(优选45°以上，更优选15°以上且30°以下，更进一步优选大致20°)。
此外，如图8B所示，冲头222的下表面可以向远离上侧加工部224的方向朝上方倾斜。即，冲头222的下表面与水平面所成的角度α也可以形成为锐角。
在加工工序之后，如图9A所示，在树脂框部件22的内周端部23比外周部分31向树脂框部件22的另一个面22b侧弯曲的情况下，也可以根据需要进行夹持工序(图4的步骤S4)。如图9A和图9B所示，在夹持工序中，通过加工工序所获得的树脂框部件22被一对冲压部件250、252的各平面250a、252a夹持并按压。据此，能将树脂框部件22的内周端部23和外周部分31矫正为同一平面状。
在树脂框部件22的制造结束后，准备设置有电解质膜24的阳极电极26和阴极电极28。然后，在电解质膜24的外周部25与阴极电极28的外周部29之间配置树脂框部件22的内周端部23并彼此接合。具体而言，对在厚度方向上重叠的阳极电极26、电解质膜24、树脂框部件22和阴极电极28进行加热并施加载荷(热压：hot press)，由此进行接合。据此，得到带树脂框MEA14。此外，也可以在电解质膜24与树脂框部件22之间涂布粘接剂。
本实施方式所涉及的加工模具200和树脂框部件22的制造方法可实现以下效果。
树脂框部件22的制造方法(加工模具200的使用方法)包括载置工序和加工工序，其中，在所述载置工序中，将树脂膜100载置于下模202的载置面208；在所述加工工序中，在载置工序之后，通过使上模204向下模202移动来利用下模202的下侧加工部210和上模204的上侧加工部224进行各边部104的剪切加工，由此在各边部104形成倾斜面66。
在加工工序中，在下侧加工部210和上侧加工部224之间保持规定的间隙CL，且使各边部104的至少一部分以各边部104朝内侧向下方倾斜的方式位于缺口部212的状态下进行剪切加工，其中，所述缺口部212形成为使载置面208上的下侧加工部210侧的角部形成缺口。
根据这样的方法，在下侧加工部210和上侧加工部224之间保持规定的间隙CL，且使各边部104的至少一部分以各边部104向内侧朝下方倾斜的方式位于下模202的缺口部212且使各边部104的内表面朝向下方的状态下，进行各边部104的剪切加工。据此，通过上侧加工部224和下侧加工部210被切割而成的各边部104的切割面110成为相对于树脂框部件22的厚度方向倾斜的倾斜面66。因此，能够高效地形成倾斜面66。
在下模202中，在缺口部212所处的部分形成有支承面214，该支承面214从载置面208向下侧加工部210朝下方倾斜，支承面214是平坦面216a。在加工工序中，使各边部104与支承面214接触。
根据这样的方法，能通过上侧加工部224在树脂膜100的各边部104上高精度地形成倾斜面66。
间隙CL被设定在10μm以上且60μm以下的范围内。
在该情况下，能减少树脂膜100的切割面110的塌边和毛刺的同时，在树脂膜100的各边部104上高精度地形成倾斜面66。
另外，在加工模具200中，在下模202的上表面设置有四边形的插入口206、载置面208、四方环状的下侧加工部210和缺口部212，其中，所述载置面208以包围插入口206的方式进行配置且用于将树脂膜100载置于其上；所述下侧加工部210沿着插入口206的外周延伸；所述缺口部212形成为使载置面208上的下侧加工部210侧的角部形成缺口。上模204具有冲头222，该冲头222形成有四边形的上侧加工部224且形成为能插入到插入口206中。下侧加工部210和上侧加工部224被设置为：能在使上模204向下模202移动时在下侧加工部210和上侧加工部224之间保持规定的间隙的状态下，利用下侧加工部210和上侧加工部224对各边部104进行剪切加工。
根据这样的加工模具200，可实现与上述那样的树脂框部件22的制造方法相同的作用效果。
下模202的缺口部212例如也可以通过R倒角(圆倒角)形成。在该情况下，优选将R倒角设定为R0.3(圆角半径0.3)以上且R2(圆角半径2.0)以下。另外，如图10所示，下模202的支承面214形成为凸状圆角面216b(凸状弯曲面)。即使在该情况下，也起到与上述平坦面216a的效果相同的效果。
(变形例)
接着，对变形例所涉及的加工模具200a和加工模具200a的制造方法进行说明。此外，在本变形例中，对与上述加工模具200相同的结构标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
如图11所示，加工模具200a具有下模202a和上模204。下模202a具有在上表面形成有插入口206的下模部件203。在下模部件203的上表面形成有沿着插入口206的外周而形成的四方环状的凹部230(参照图12A)。在凹部230的内表面涂布有覆盖部件232(覆膜部件)。此外，在下模部件203的上表面设置有载置面208。
在图12A中，凹部230与插入口206连通。凹部230由第1内表面231a和第2内表面231b形成。第1内表面231a与载置面208大致平行地延伸。第2内表面231b从第1内表面231a向上方延伸。第1内表面231a与第2内表面231b以直角相交。但是，第1内表面231a与第2内表面231b所成的角度能适宜地设定。凹部230的4个角部在从上方观察时形成为圆角状(圆弧状)(参照图11)。
作为覆盖部件232的构成材料，使用金属材料、陶瓷材料等。作为金属材料，例如可列举出碳化钨(WC)等超硬合金、纯钨等。作为陶瓷材料，可列举出氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、二氧化锆(ZrO2)等。
覆盖部件232的厚度D(膜厚)与第2内表面231b的高度尺寸(凹部230的深度尺寸)相同。优选将覆盖部件232的厚度D设定为100μm以上且300μm以下。覆盖部件232呈四方环状延伸。覆盖部件232以填埋凹部230的一部分的方式设置。即，凹部230中未被覆盖部件232填埋的部分作为缺口部212而留下。
在覆盖部件232上设置有下侧加工部210和支承面214。换言之，支承面214和下侧加工部210分别通过在凹部230的内表面(第1内表面231a和第2内表面231b)涂布覆盖部件232而形成。即，覆盖部件232以形成支承面214和下侧加工部210的方式被涂布于凹部230的内表面(第1内表面231a和第2内表面231b)。各支承面214是平坦面216a。但是，各支承面214也可以是凸状圆角面216b(参照图12B)。
在图11中，下侧加工部210和支承面214沿着插入口206的外周呈直线状延伸。在彼此相邻的支承面214之间设置有横截面为四边形的角部234。覆盖部件232的各角部234具有圆角状(圆弧状)的外周面。
接着，对上述加工模具200a的制造方法进行说明。如图13所示，加工模具200a的制造方法包括下模部件准备工序和涂布工序。
如图14所示，在下模部件准备工序(图13的步骤S10)中，准备下模部件203。具体而言，下模部件203形成为长方体形状。在下模部件203的上表面形成有四边形的插入口206、载置面208和四方环状的凹部230，其中，所述载置面208以包围插入口206的方式进行配置并用于将树脂膜100(参照图11)载置于其上；所述凹部230与插入口206连通。
接着，在涂布工序(图13的步骤S11)中，通过在凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b涂布覆盖部件232，而在覆盖部件232上形成下侧加工部210和支承面214。此时，如图11所示，覆盖部件232在第1内表面231a和第2内表面231b各自的整体范围内被呈四方环状涂布。在图11和图12A中，覆盖部件232的上表面233a相对于载置面208无台阶地平滑相连。覆盖部件232的内侧表面233b(位于插入口206侧的面)相对于下模部件203中的形成插入口206的内表面206a无台阶地平滑相连(图12A)。
在本变形例中，在涂布工序中，通过热喷涂将覆盖部件232涂布于凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b。在该情况下，可以使用上述金属材料和陶瓷材料中的任一种作为覆盖部件232的构成材料。
在涂布工序中，不限于通过热喷涂进行的涂布。在涂布工序中，也可以通过堆焊将覆盖部件232涂布于凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b。在该情况下，使用上述金属材料作为覆盖部件232的构成材料。
本变形例所涉及的加工模具200a可实现与上述加工模具200相同的效果。
在本变形例所涉及的加工模具200a中，在下模202a的上表面，沿着插入口206的外周形成有四方环状的凹部230。在凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b涂布有覆盖部件232，支承面214和下侧加工部210分别被设置于覆盖部件232。
另外，本变形例所涉及的加工模具200a的制造方法包括下模部件准备工序和涂布工序。在下模部件准备工序中，准备在上表面形成有四边形的插入口206、载置面208和四方环状的凹部230的下模部件203，其中，所述载置面208以包围插入口206的方式进行配置并用于将树脂膜100载置于其上；所述凹部230以沿着插入口206的外周的方式延伸。在涂布工序中，在下模部件准备工序之后，通过在凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b涂布覆盖部件232，从而在覆盖部件232上形成以沿着插入口206的外周的方式进行配置的下侧加工部210。在涂布工序中，以在载置面208上的下侧加工部210侧的角部设置缺口部212的方式将覆盖部件232涂布于凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b。
然而，在通过对位于下模部件203的插入口206一侧的内端进行切削加工来形成缺口部212的情况下，需要大量的时间和成本。但是，根据这样的结构和方法，由于通过覆盖部件232的涂布而设置有缺口部212和下侧加工部210，因此，与通过对下模部件203进行切削加工来形成缺口部212和下侧加工部210的情况相比，能降低用于制造下模202a的时间和成本。
在涂布工序中，通过在凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b涂覆覆盖部件232，从而在覆盖部件232上形成支承面214，该支承面214从载置面208向下侧加工部210朝下方倾斜。
根据这样的方法，能在下模202a上简单且高精度地形成支承面214。
覆盖部件232由包含钨的金属材料或陶瓷材料构成。
根据这样的结构，能实现支承面214和下侧加工部210的耐久性的提高。
在加工模具200a的制造方法中，在涂布工序中，通过热喷涂将覆盖部件232涂布于凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b。
根据这样的方法，能简单且高精度地形成支承面214和下侧加工部210。
在涂布工序中，通过堆焊将覆盖部件232涂布于凹部230的第1内表面231a和第2内表面231b。
根据这样的方法，能简单且高精度地形成支承面214和下侧加工部210。
本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种改变。
上面的实施方式概括如下。
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)的各边部(104)形成倾斜面(66)，来制造被设置于膜电极组件(20)的外周部的树脂框部件(22)，该燃料电池用树脂框部件的制造方法的特征在于，包括载置工序和加工工序，其中，在所述载置工序中，将所述树脂膜载置于下模(202、202a)的载置面(208)；在所述加工工序中，在所述载置工序之后，使上模(204)向所述下模移动并利用所述下模的下侧加工部(210)和所述上模的上侧加工部(224)进行所述各边部的剪切加工，据此在所述各边部形成所述倾斜面，在所述加工工序中，在所述下侧加工部和所述上侧加工部之间保持规定的间隙(CL)，且使所述各边部的至少一部分以所述各边部向内侧朝下方倾斜的方式位于缺口部(212)的状态下进行所述剪切加工，其中，所述缺口部(212)形成为使所述载置面上的所述下侧加工部侧的角部形成缺口。
在上述的燃料电池用树脂框部件的制造方法中，可以为：在所述下模上，在所述缺口部所处的部分形成有支承面(214)，该支承面(214)从所述载置面向所述下侧加工部朝下方倾斜，所述支承面是平坦面(216a)或凸状圆角面(216b)，在所述加工工序中，使所述各边部与所述支承面接触。
在上述的燃料电池用树脂框部件的制造方法中，可以为：所述间隙被设定在10μm以上且60μm以下的范围内。
上述实施方式公开了一种加工模具(200、200a)，其用于上述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，该加工模具的特征在于，具有以能相互接近或分离的方式相向配置的所述下模和所述上模，在所述下模的上表面设置有四边形的插入口(206)、载置面、四方环状的下侧加工部和缺口部，其中，所述载置面以包围所述插入口的方式进行配置且用于将所述树脂膜载置于其上；所述下侧加工部沿着所述插入口的外周延伸；所述缺口部形成为使所述载置面上的所述下侧加工部侧的角部形成缺口，所述上模具有形成四边形的所述上侧加工部且形成为能插入所述插入口的冲头(punch)，所述下侧加工部和所述上侧加工部被设置为：在使所述上模向所述下模移动时在所述下侧加工部和所述上侧加工部之间保持所述间隙的状态下，能利用所述下侧加工部和所述上侧加工部对所述各边部进行剪切加工。
在上述的加工模具中，可以为：在所述下模上，在所述缺口部所处的部分形成有支承面，该支承面从所述载置面向所述下侧加工部朝下方倾斜，所述支承面是平坦面或凸状圆角面。
在上述的加工模具中，可以为：在所述下模的所述上表面，沿着所述插入口的外周形成有四方环状的凹部(230)，在所述凹部的内表面涂布有覆盖部件(232)，所述支承面和所述下侧加工部被设置于所述覆盖部件。
在上述的加工模具中，可以为：所述覆盖部件由包含钨的金属材料或陶瓷材料构成。
在上述的加工模具中，可以为：所述支承面在所述下侧加工部的各边的全长范围内延伸，在彼此相邻的所述支承面之间设置有横截面为四边形的角部(218)。
上述实施方式公开了一种加工模具的制造方法，其用于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的各边部形成倾斜面，来制造被设置于膜电极组件的外周部的树脂框部件，该加工模具的制造方法的特征在于，包括下模部件准备工序和涂布工序，其中，在所述下模部件准备工序中，准备在上表面形成有四边形的插入口、载置面和四方环状的凹部的下模部件(203)，其中，所述载置面以包围所述插入口的方式进行配置并用于将所述树脂膜载置于其上；所述凹部以沿着所述插入口的外周的方式延伸，在涂布工序中，在所述下模部件准备工序之后，通过在所述凹部的内表面涂布覆盖部件，从而在所述覆盖部件上形成以沿着所述插入口的外周的方式进行配置的下侧加工部，在所述涂布工序中，以在所述载置面上的所述下侧加工部侧的角部设置缺口部的方式将所述覆盖部件涂布于所述凹部的所述内表面。
在上述的加工模具的制造方法中，可以为：在所述涂布工序中，通过在所述凹部的所述内表面涂布所述覆盖部件，从而在所述覆盖部件上形成从所述载置面向所述下侧加工部朝下方倾斜的支承面。
在上述的加工模具的制造方法中，可以为：在所述涂布工序中，通过热喷涂将所述覆盖部件涂布于所述凹部的所述内表面。
在上述的加工模具的制造方法中，可以为：在所述涂布工序中，通过堆焊将所述覆盖部件涂布于所述凹部的所述内表面。

Claims (8)

1.一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)的各边部(104)形成倾斜面(66)，来制造被设置于膜电极组件(20)的外周部的树脂框部件(22)，
所述燃料电池用树脂框部件的制造方法的特征在于，
包括载置工序和加工工序，其中，
在所述载置工序中，将所述树脂膜载置于下模(202、202a)的载置面(208)；
在所述加工工序中，在所述载置工序之后，使上模(204)向所述下模移动并利用所述下模的下侧加工部(210)和所述上模的上侧加工部(224)进行所述各边部的剪切加工，据此在所述各边部形成所述倾斜面，
在所述加工工序中，在所述下侧加工部和所述上侧加工部之间保持规定的间隙(CL)，且使所述各边部的至少一部分以所述各边部向内侧朝下方倾斜的方式位于缺口部(212)的状态下进行所述剪切加工，其中，所述缺口部(212)形成为使所述载置面上的所述下侧加工部侧的角部形成缺口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，其特征在于，
在所述下模上，在所述缺口部所处的部分形成有支承面(214)，该支承面从所述载置面向所述下侧加工部朝下方倾斜，
所述支承面是平坦面(216a)或凸状圆角面(216b)，
在所述加工工序中，使所述各边部与所述支承面接触。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，其特征在于，
所述间隙被设定在10μm以上且60μm以下的范围内。
4.一种加工模具(200、200a)，其用于权利要求1～3中任一项所述的燃料电池用树脂框部件的制造方法，其特征在于，
具有以能相互接近或分离的方式相向配置的所述下模和所述上模，
在所述下模的上表面设置有四边形的插入口(206)、载置面、四方环状的下侧加工部和缺口部，其中，
所述载置面以包围所述插入口的方式配置且用于将所述树脂膜载置于其上；
所述下侧加工部沿着所述插入口的外周延伸；
所述缺口部形成为使所述载置面上的所述下侧加工部侧的角部形成缺口，
所述上模具有形成有四边形的所述上侧加工部且形成为能插入所述插入口的冲头(222)，
所述下侧加工部和所述上侧加工部被设置为：在使所述上模向所述下模移动时在所述下侧加工部和所述上侧加工部之间保持所述间隙的状态下，能利用所述下侧加工部和所述上侧加工部对所述各边部进行剪切加工。
5.根据权利要求4所述的加工模具，其特征在于，
在所述下模上，在所述缺口部所处的部分形成有支承面，该支承面从所述载置面向所述下侧加工部朝下方倾斜，
所述支承面是平坦面或凸状圆角面。
6.根据权利要求5所述的加工模具，其特征在于，
在所述下模的所述上表面，沿着所述插入口的外周形成有四方环状的凹部(230)，
在所述凹部的内表面涂布有覆盖部件(232)，
所述支承面和所述下侧加工部被设置于所述覆盖部件。
7.根据权利要求6所述的加工模具，其特征在于，
所述覆盖部件由包括钨的金属材料或陶瓷材料构成。
8.根据权利要求5所述的加工模具，其特征在于，
所述支承面在所述下侧加工部的各边的全长范围内延伸，
在彼此相邻的所述支承面之间设置有横截面为四边形的角部(218)。
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