JP2003031235A

JP2003031235A - 燃料電池用セパレータのシール材塗布方法

Info

Publication number: JP2003031235A
Application number: JP2001211356A
Authority: JP
Inventors: Akihito Machida; 明仁町田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2003-01-31
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP4934250B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】シール材６１の塗り始め部分では、後の
塗布部分よりもシール塗布ガンに設けたノズル部３３を
セパレータ５７に接近させるとともにノズル部３３の水
平移動速度を下げた。【効果】ノズル部をセパレータに接近させることで、
吐出するシール材をセパレータに押付ける押付け力を大
きくすることができ、シール材をセパレータにより密着
させることができる。従って、例えば、塗布したシール
材端部のめくれを防止することができる。また、ノズル
部の水平移動速度を下げたことで、シール材をより均一
な厚さに塗布することができ、また、時間を掛けてセパ
レータにシール材を密着させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シール材の塗り始
め部分でのシール材塗布品質を高め、シール性を向上さ
せるのに好適な燃料電池用セパレータのシール材塗布方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を
利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気
を得ることができる電池である。一般に、水素に燃料ガ
スを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換えるの
で、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用すること
が多い。

【０００３】このような燃料電池としては、例えば、特
開２０００−１２３８４８公報「燃料電池」が知られて
いる。同公報の図１によれば、電解質膜１８（符号は公
報に記載されているものを使用した。以下同様。）にア
ノード側電極２０及びカソード側電極２２を添わせ、こ
れらをガスケット２４，２６を介して第１セパレータ１
４及び第２セパレータ１６で挟むことでセルモジュール
を構成する。

【０００４】詳細には、第１セパレータ１４の面１４ａ
に燃料ガスの流路となる第１流路３８が形成され、第２
セパレータ１６の面１６ａに酸化剤ガスの流路となる第
２流路４６が形成され、各々中央の電解質膜１８に燃料
ガスと酸化剤ガスとを臨ませる構造である。

【０００５】図１に記載の１個のセルモジュールで得る
電気出力はごく小さいので、このようなセルモジュール
を多数個積層することで、所望の電気出力を得る。従っ
て、第１・第２セパレータ１４，１６は隣のセルに燃料
ガスや酸化剤ガスが洩れないようにする分離部材である
ことから「セパレータ」と呼ばれる。

【０００６】第１セパレータ１４は面１４ａに燃料ガス
のための流路３８を備え、第２セパレータ１６は面１６
ａに酸化剤ガスのための流路４６を備えるが、ガスを効
果的にアノード側電極２０及びカソード側電極２２に接
触させる必要があり、そのために、流路３８，４６はご
く浅い溝を多数本条設する必要がある。

【０００７】そして、第１・第２セパレータ１４，１６
は、流路３８，４６に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給す
るために一端部にそれぞれ燃料ガス供給孔部３２ａ、酸
化剤ガス供給孔部３４ａを備え、他端部にそれぞれ燃料
ガス排出孔部３２ｂ、酸化剤ガス排出孔部３４ｂを備
え、また、冷却水を通すための冷却水供給孔部３６ａを
一端部に備え、冷却水排出孔部３６ｂを他端部に備え
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、ガスケ
ット２４，２６の代わりに液状シール材をセパレータに
塗布し、２枚のセパレータで電解質膜及び電極からなる
膜・電極接合体を挟んでセルモジュールの製造を種々試
みたが、次に示す課題が発生した。

【０００９】図１０（ａ），（ｂ）は従来のシール材塗
布要領を説明する説明図である。（ａ）において、ノズ
ル１０１からシール材１０２を吐出し、ノズル１０１を
白抜き矢印のように移動させながらセパレータ１０３に
シール材１０２を塗り始めるときに、セパレータ１０３
とシール材１０２の塗り始め部分１０４との密着が十分
でないために塗り始め部分１０４の先端がめくれること
がある。

【００１０】（ｂ）において、シール材１０２の塗り始
めの白抜き矢印で示すノズル移動速度が適当でないため
に、シール材１０２の塗り始め部分１０４が切れて欠肉
部１０５が生じることがある。以上の（ａ），（ｂ）の
ように、シール材１０２の塗り始め部分１０４のシール
材塗布品質を損ねると、シール性を低下させるととも
に、シール材１０２の塗り始め部分１０４から後の塗布
部分のシール材塗布品質にも影響を与える。

【００１１】そこで、本発明の目的は、燃料電池用セパ
レータのシール材塗布方法を改良することで、シール材
の塗り始め部分でのシール材塗布品質を高め、シール性
を向上させることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、セパレータのガス通路及び水通路の周囲
に液状のシール材をシール材塗布手段を用いて塗布する
燃料電池用セパレータのシール材塗布方法において、シ
ール材の塗り始め部分では、後の塗布部分よりもシール
塗布手段に設けたノズル部をセパレータに接近させると
ともにノズル部の水平移動速度を下げたことを特徴とす
る。

【００１３】ノズル部をセパレータに接近させること
で、吐出するシール材をセパレータに押付ける押付け力
を大きくすることができ、シール材をセパレータに密着
させることができる。従って、例えば、塗り始め部分の
端部のめくれを防止することができる。

【００１４】また、ノズル部の水平移動速度を下げたこ
とで、シール材をより均一な厚さに塗布することがで
き、例えば、シール材の欠肉を防止することができる。

【００１５】以上より、ノズル部をセパレータに接近さ
せたこと、及びノズル部の水平移動速度を下げたこと
で、シール材の塗り始め部分のシール材塗布品質を高め
るとともにシール性をより高めることができる。

【００１６】請求項２は、ノズル部をセパレータに接近
させたときには、シール材の吐出開始から所定時間ノズ
ル部を停止させ、この後に水平移動を行うことを特徴と
する。シール材の吐出開始から所定時間ノズル部を停止
させることで、吐出するシール材をセパレータに時間を
掛けて押し付けて密着させることができ、シール材の塗
布品質をより高めることができ、シール性をより向上さ
せることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係る燃料電池用セパレータ
のシール塗布積層装置の正面図であり、シール塗布積層
装置１０は、セパレータにシール材を塗布するシール材
塗布ステーション１１と、シール材を塗布したセパレー
タに膜・電極接合体を積層する積層ステーション１２と
を備える。なお、１３はシール材塗布ステーション１１
へセパレータを投入する投入ステーション、１４は膜・
電極接合体をトリミングするトリミングステーションで
ある。

【００１８】膜・電極接合体は、高分子化合物からなる
高分子電解質膜の両面に、カーボンペーパーからなるア
ノード側電極及びカソード側電極をそれぞれ貼り合わせ
たものである。

【００１９】図２は本発明に係るシール材塗布ステーシ
ョンの要部拡大正面図であり、シール材塗布ステーショ
ン１１は、ベース部２１に取付けたセパレータ載置台２
２と、ベース部２１に取付けたアーム部２３と、このア
ーム部２３に取付けたシール材塗布手段としてのシール
材塗布ガン２４と、このシール材塗布ガン２４の先端に
接近させて配置した非接触式センサ２５とからなる。

【００２０】シール材塗布ガン２４は、シール材を蓄え
るとともに交換可能としたシール材カートリッジ２７
と、このシール材カートリッジ２７に取付けたシール材
供給ホース２８と、このシール材供給ホース２８の先端
を連結したシール材押出し部３１と、このシール材押出
し部３１を駆動する電動モータ３２と、シール材を吐出
するためにシール材押出し部３１の先端に取付けたノズ
ル部３３とからなる。なお、３４はシール材塗布ガン２
４を左右方向（ｘ−ｘ方向）に移動させる左右移動装
置、３５はシール材塗布ガン２４を鉛直方向（ｚ−ｚ方
向）に移動させる鉛直移動装置である。

【００２１】非接触式センサ２５は、ノズル部３３のほ
ぼ下方のセパレータ面に、例えばレーザを照射すること
で、シール材をセパレータに塗布中に、既に塗布したシ
ール材を非接触の状態で検知するものであり、後述する
制御装置は、この非接触式センサ２５からの信号に基づ
いて、上記した左右移動装置３４、鉛直移動装置３５及
び後述する前後移動装置を駆動して、シール材塗布ガン
２４の水平移動や昇降を制御する。

【００２２】シール材塗布ガン２４のシール材押出し部
３１は、後述するように、螺旋状の溝を設けたスクリュ
ーをシリンダ内に挿入したものであり、電動モータ３２
でスクリューを回転させることで、シール材カートリッ
ジ２７内のシール材をシール材供給ホース２８を介して
吸引するとともに、シリンダ内壁とスクリューの溝との
間でシール材を押出し、ノズル部３３から吐出させる。
また、シール材押出し部３１は、後述するように、スク
リューを上記とは逆に回転させることで、シリンダ内壁
とスクリューとの間でシール材を押し上げ、ノズル部３
３から吸引する。

【００２３】図３は図２の３矢視図であり、シール材塗
布ガン２４の後部に背板３６を取付け、この背板３６の
下端からステー３７，３７（奥側のステー３７は不図
示）を斜め下方に延ばし、これらのステー３７，３７の
先端に非接触式センサ２５を取付けたことを示す。な
お、３８はシール塗布ガン２４を前後方向（ｙ−ｙ方
向）に移動させるためにアーム部２３の下部に設けた前
後移動装置、３９は電動モータ３２、左右移動装置３４
及び鉛直移動装置３５の駆動を制御する制御装置であ
る。非接触式センサ２５は、先端をノズル部３３の下方
に向けたものである。

【００２４】図４は図３の４−４線断面図であり、シー
ル材塗布ガン２４のシール材押出し部３１に第１シリン
ダ部４１及び第２シリンダ部４２を設け、これらの第１
シリンダ部４１及び第２シリンダ部４２にそれぞれ第１
スクリュー４３及び第２スクリュー４４を挿入したシー
ル材押出し軸４５を電動モータ３２（図３参照）の出力
軸に連結することを示す。

【００２５】ここで、４７は第２シリンダ部４２と一体
に形成したケース部、４８はシール材押出し軸４５を支
持するためにケース部４７に設けた軸受部、５１はシー
ル材供給ホース２８に連通させるためにケース部４７に
形成したシール材導入室、５２はジョイント、５３，５
３はホースバンドである。

【００２６】図５は本発明に係るセパレータの平面図で
あり、セパレータ５７に図示せぬガス通路及び水通路を
形成し、これらのガス通路及び水通路の周囲にシール材
塗布溝５８を設け、このシール材塗布溝５８にシール材
６１を塗布した状態を示す。シール材塗布溝５８は、幅
が他の部分より大きな拡張部６２を備えた平面視環状の
溝であり、拡張部６２の溝幅をｗ１とし、拡張部６２以
外の溝幅をｗ２とすると、ｗ１＞ｗ２である。

【００２７】シール材６１は、シール溝５８の拡張部６
２に直線状の塗り始め部分６３を塗布し、この塗り始め
部分６３から順に、第１曲線部６４、第１直線部６５、
第２曲線部６６、第２直線部６７、第３曲線部６８を塗
布し、この第３曲線部６８に続く直線状の塗り終わり部
分７１を拡張部６２に塗布したものである。

【００２８】ここで、７２はシール材６１を塗布せずに
シール材塗布ガン２４を水平移動する移動経路、８０〜
８８はシール材６１の各部を塗布する際にシール材塗布
ガン２４の移動の始点又は終点とするために、図５にお
いて、シール材塗布溝５８上に設けた架空の点、９１は
第１曲線部６４上の点、９２は第１直線部６５上の点、
９３は第２曲線部６６上の点、９４は第２直線部６７上
の点、９５は第３曲線部６８上の点である。

【００２９】次にシール材塗布方法について説明する。
図６は本発明に係るシール材塗布方法を説明する第１作
用図であり、シール材塗布ガン２４内のシール材の流れ
を説明する。シール材６１の塗布を開始するには、電動
モータを作動させることで、シール材押出し軸４５を白
抜き矢印の方向へ回転させる。ここでの電動モータ及び
シール材押出し軸４５の回転方向を正方向とする（正回
転とする。）。

【００３０】これにより、シール材カートリッジからシ
ール材供給ホース２８を通じてシール材導入室５１内に
吸引したシール材６１を、矢印に示すように、第１シリ
ンダ部４１と第１スクリュー４３の溝との間及び第２シ
リンダ部４２と第２スクリュー４４の溝との間から下方
へ押出し、ノズル部３３から外部に吐出させ、セパレー
タ５７に塗布する。

【００３１】図７（ａ）〜（ｇ）は本発明に係るシール
材塗布方法を説明する第２作用図であり、シール材塗布
ガンのノズル部の移動及びシール材の塗布動作を順に説
明する。（ａ）において、ノズル部３３の先端をセパレ
ータ５７から所定距離ｄ１だけ離して配置する。（ｂ）
において、ノズル部３３を（ａ）の位置から所定距離ｄ
２だけ下降させ、シール材の塗布を開始する。

【００３２】（ｃ）において、シール材６１の塗布を開
始してから所定時間ｔ１経過するまで一旦ノズル部３３
を停止させてシール材６１をセパレータ５７に十分に密
着させる。そして、上記所定時間ｔ１経過後、ノズル部
３３を水平移動速度ｖ１で移動させながら（ａ）の高さ
まで上昇させる。

【００３３】（ｄ）において、ノズル部３３が（ａ）に
示した高さまで上昇したらノズル部３３を水平移動速度
ｖ２（ｖ２＞ｖ１である。）に増速して移動させながら
セパレータ５７にシール材６１を塗布する。このときに
は非接触式センサからレーザ７４をセパレータ５７に照
射している。

【００３４】（ｅ）において、レーザ７４がシール材６
１の塗り始め部分６３に当たって非接触式センサが塗り
始め部分６３を検知すると、（ｆ）において、シール材
塗布ガンはシール材吸引動作を行いながら（詳細は後述
する。）水平移動速度ｖ３（ｖ３＜ｖ２である。）で水
平移動するため、ノズル部３３からのシール材６１の吐
出量が減少し、（ｇ）に示すように、やがてノズル部３
３からのシール材６１の吐出は止まる。ノズル部３３が
図５に示した点８７まで移動したら、電動モータを停止
させ、シール材塗布ガンのシール材吸引動作を終了して
シール材の塗布を終了し、この点８７からノズル部３３
を点８８まで水平移動速度ｖ３で移動して、セパレータ
５７へのシール材６１の塗布工程を完了する。

【００３５】図８は本発明に係るシール材塗布方法を説
明する第３作用図であり、シール材塗布ガン２４の上記
したシール材吸引動作について説明する。図７（ｅ）に
おいて、非接触式センサがシール材６１の塗り始め部分
６３を検知すると、この検知信号に基づいて制御装置
は、電動モータを、図６で示した回転方向に対して逆回
転させ、図８に示すようにシール材押出し軸４５を白抜
き矢印の方向に回転させる。即ち、電動モータ及びシー
ル材押出し軸４５の回転方向を逆方向とする（逆回転と
する）。

【００３６】これにより、第１シリンダ部４１と第１ス
クリュー４３の溝との間のシール材６１及び第２シリン
ダ部４２と第２スクリュー４４の溝との間のシール材６
１を矢印のように上方に移動させ、ノズル部３３内のシ
ール材６１を吸引する。従って、ノズル部３３からのシ
ール材６１の吐出量は減少し、やがてノズル部３３から
のシール材６１の吐出は止まる。

【００３７】図９は本発明に係るシール材塗布方法のフ
ロー図であり、図７で説明したシール材塗布方法を再度
説明する。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。ＳＴ０１…シール材塗布ガンのノズル部をセパレータか
ら所定距離ｄ１だけ離して配置する。ＳＴ０２…ノズル部を所定距離ｄ２だけ下降させる。ＳＴ０３…ノズル部を停止させた状態でノズル部からシ
ール材の吐出を開始し、セパレータへのシール材の塗布
を開始する。

【００３８】ＳＴ０４…シール材の吐出開始後、所定時
間ｔ１が経過したかどうか判断する。所定時間ｔ１が経
過していない（ＮＯ）場合は、ＳＴ０４を再度実行す
る。所定時間ｔ１が経過した（ＹＥＳ）場合は、ＳＴ０
５に進む。

【００３９】ＳＴ０５…ノズル部を水平移動速度ｖ１で
移動させながら元の高さまで上昇させる。ＳＴ０６…ノズル部を水平移動速度ｖ２に増速して移動
させながらシール材を塗布する。ＳＴ０７…シール材の塗り始め部分と塗り終わり部分と
の交差位置で電動モータを逆回転させ、シール材の吸引
を開始する。これと同時に、ノズル部の水平移動速度ｖ
２を水平移動速度ｖ３に減速する。

【００４０】ＳＴ０８…シール材の吸引を終了して、シ
ール材の塗布を終了する。ＳＴ０９…ノズル部を退避位置まで移動させる。これで、セパレータへのシール材の塗布は完了する。

【００４１】以上の図２、図５及び図７（ｂ），（ｃ）
で説明したように、本発明は第１に、セパレータ５７の
ガス通路及び水通路の周囲に液状のシール材６１をシー
ル材塗布ガン２４を用いて塗布する燃料電池用セパレー
タ５７のシール材塗布方法において、シール材６１の塗
り始め部分６３では、後の塗布部分よりもシール塗布ガ
ン２４に設けたノズル部３３をセパレータ５７に接近さ
せるとともにノズル部３３の水平移動速度を下げたこと
を特徴とする。

【００４２】ノズル部３３をセパレータ５７に接近させ
ることで、吐出するシール材６１をセパレータ５７に押
付ける押付け力を大きくすることができ、シール材６１
をセパレータ５７に密着させることができる。従って、
例えば、塗り始め部分６３の端部のめくれを防止するこ
とができる。また、ノズル部３３の水平移動速度ｖ１を
小さくしたことで、シール材６１をより均一な厚さに塗
布することができ、例えば、シール材の欠肉を防止する
ことができる。

【００４３】以上より、ノズル部３３をセパレータ５７
に接近させたこと、及びノズル部３３の水平移動速度ｖ
を小さくしたことで、シール材の塗り始め部分のシール
材塗布品質を高めるとともにシール性を向上させること
ができる。

【００４４】本発明は第２に、ノズル部３３をセパレー
タ５７に接近させたときには、シール材６１の吐出開始
から所定時間ｔ１だけノズル部３３を停止させ、この後
に水平移動を行うことを特徴とする。シール材６１の吐
出開始から所定時間ｔ１だけノズル部３３を停止させる
ことで、吐出するシール材６１をセパレータ５７に時間
を掛けて押し付けて密着させることができる。従って、
塗り始め部分６３のシール材塗布品質をより高め、シー
ル性をより向上させることができる。

【００４５】尚、本発明の実施の形態では、図７
（ｂ），（ｃ）に示したように、所定距離ｄ２だけセパ
レータに接近させた状態から、ノズル部３３を水平移動
速度ｖ１で移動させながら元も高さｄ１まで上昇させた
が、これに限らず、まず、ノズル部３３を水平移動速度
ｖ１で水平に移動させ、次に元も位置まで上昇させた
り、あるいは、ノズル部３３を元の位置まで上昇させ、
次にノズル部３３を水平移動速度ｖ１で水平に移動させ
てもよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１の燃料電池用セパレータのシール材塗布
方法は、シール材の塗り始め部分では、後の塗布部分よ
りもシール塗布手段に設けたノズル部をセパレータに接
近させるとともにノズル部の水平移動速度を下げたの
で、ノズル部をセパレータに接近させることによって、
吐出するシール材をセパレータに押付ける押付け力を大
きくすることができ、シール材をセパレータに密着させ
ることができる。従って、例えば、塗り始め部分の端部
のめくれを防止することができる。

【００４７】また、ノズル部の水平移動速度を下げたこ
とで、シール材をより均一な厚さに塗布することがで
き、例えば、シール材の欠肉を防止することができる。

【００４８】以上より、ノズル部をセパレータに接近さ
せたこと、及びノズル部の水平移動速度を下げたこと
で、シール材の塗り始め部分のシール材塗布品質を高め
るとともにシール性をより高めることができる。

【００４９】請求項２の燃料電池用セパレータのシール
材塗布方法は、ノズル部をセパレータに接近させたとき
には、シール材の吐出開始から所定時間ノズル部を停止
させ、この後に水平移動を行うので、吐出するシール材
をセパレータに時間を掛けて押し付けて密着させること
ができ、シール材の塗布品質をより高めることができ、
シール性をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータのシール塗
布積層装置の正面図

【図２】本発明に係るシール材塗布ステーションの要部
拡大正面図

【図３】図２の３矢視図

【図４】図３の４−４線断面図

【図５】本発明に係るセパレータの平面図

【図６】本発明に係るシール材塗布方法を説明する第１
作用図

【図７】本発明に係るシール材塗布方法を説明する第２
作用図

【図８】本発明に係るシール材塗布方法を説明する第３
作用図

【図９】本発明に係るシール材塗布方法のフロー図

【図１０】従来のシール材塗布要領を説明する説明図

【符号の説明】

２４…シール材塗布手段（シール材塗布ガン）、３３…
ノズル部、５７…セパレータ、６１…シール材、６３…
塗り始め部分、ｔ１…所定時間、ｖ１水平移動速度。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セパレータのガス通路及び水通路の周囲
に液状のシール材をシール材塗布手段を用いて塗布する
燃料電池用セパレータのシール材塗布方法において、前記シール材の塗り始め部分では、後の塗布部分よりも
前記シール塗布手段に設けたノズル部をセパレータに接
近させるとともに前記ノズル部の水平移動速度を下げた
ことを特徴とする燃料電池用セパレータのシール材塗布
方法。
【請求項２】前記ノズル部をセパレータに接近させた
ときには、シール材の吐出開始から所定時間ノズル部を
停止させ、この後に前記水平移動を行うことを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池用セパレータのシール材塗布
方法。