JP2005216802A - 燃料電池と該燃料電池の製造方法および製造用治具 - Google Patents

燃料電池と該燃料電池の製造方法および製造用治具 Download PDF

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Abstract

【課題】 接着剤ばり取り工数が不要または接着剤ばり取り工数を軽減でき、かつ、セパレータを傷つけるおそれが無いか傷つけを抑制できる燃料電池の製造方法と、製造用治具の提供。
【解決手段】 (1)セルアッシーの製造工程中に、セパレータ18の縁部18aからの接着剤33のはみ出し量とはみ出し方向を、セパレータ縁部に対向する対向面41を有する治具40によってコントロールする燃料電池の製造方法。(2)治具40に、セパレータの縁部に沿って延びる方向に部分的に、導出部を設けておく。(3)セパレータ縁部に対向する対向面41を有し、該対向面とセパレータ縁部との間隔が接着剤の許容はみ出し寸法以下に設定されている燃料電池の製造用治具40。(4)セパレータ18の縁部18aに沿って延びる方向に部分的に、導出部が設けられている製造用治具。
【選択図】図3

Description

本発明は、燃料電池(セルアッシー)と該燃料電池の製造方法および製造用治具(製造装置)に関する。
燃料電池、たとえば固体高分子電解質型燃料電池は、電解質膜と膜の一面に形成されたアノードおよび膜の他面に形成されたカソードからなる膜−電極アッセンブリ(Membrane-Electrode Assembly 、MEA)を、セパレータで挟んだものから構成される。少なくとも1つの単位燃料電池からモジュール(セルアッシー)を構成し、モジュールを複数積層して(積層方向は任意)燃料電池スタックが構成される。
MEAを挟む2つのセパレータのうちアノード側のセパレータには、燃料ガス(水素)流路が形成されるとともにその背面に冷媒(冷却水)流路が形成され、カソード側のセパレータには、酸化ガス(空気)流路が形成されるとともにその背面に冷媒(冷却水)流路が形成される。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン(プロトン)と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2
セパレータは反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)と冷却水とを分離する。電解質膜を挟んで対向するセルモジュールのセパレータ同士は、特開平7−249417号公報に示すように、セパレータの縁部(外周縁部、反応ガスの供給・排出マニホールド縁部、冷却水マニホールド縁具)で、接着剤にて接着されシールされる。隣り合うセル間は、セパレータの外周縁部で、通常、ゴムガスケットにてシールされるが、接着剤にて接着されシールされて複数セルのモジュールとされてもよい。
しかし、従来の燃料電池およびその製造方法に、以下の問題がある。
セパレータ同士を接着剤にてシール接着する場合、従来は、図14〜図16(比較例)に示すように、セパレータの縁部に接着剤を塗布し、下治具1の上にセル2を置きその上に上治具3を重ね(効率を上げるためにセル2、上治具3を数段重ねてもよい)、プレスにて、上治具3に下向きの荷重をかけて加圧接着する。接着剤の乾燥速度を上げるために治具1、3の温度を上げておいてもよい。圧着された時、セパレータ4間の接着剤5は、セパレータ縁部から空間側にはみ出し、セパレータ外周部7およびマニホールド部8に、接着剤はみ出し部6ができる。
従来、接着剤はみ出し部6のはみ出し寸法、はみ出し方向はコントロールされていないし、管理されていないので、接着剤のはみ出し寸法、はみ出し方向は、接着剤塗布量に応じてばらつく。通常、はみ出し寸法は許容はみ出し寸法(規格値Va)を越える。セルを積層してスタックを構成する際に、積層するセルを、セパレータの外周縁部基準で、あるいはマニホールドの内周縁部基準で位置を揃えるが、はみ出し寸法が不均一な接着剤はみ出し部6をそのままにしておくと、スタッキングの際にセル積層方向と直交する方向のセル位置がばらついてしまう。また、マニホールドの流路断面積が各セパレータでばらついて、ガスや冷却液が、所定の流量、得られなくなる。
接着剤はみ出しが不均一であるという問題を軽減するために、従来は、セパレータの縁部に接着剤の溜溝や段差状後退部を形成しておいてはみ出そうとする接着剤をそこに吸収する手段をとることがあるが、セパレータ自身薄いため溝や後退部の断面積が大きくとれず接着剤吸収力には限界があり、接着剤はみ出しの問題は完全には解決できていない。
接着剤が許容寸法以上にはみ出した場合は、セルモジュールの製造時に、一つ一つのセルモジュールに対して、目視による、接着剤ばり取り作業が必要となり、工数の増大や、ばり取り作業中にセパレータを傷つけるという二次的不良のおそれがある。とくに、縁部に後退部を形成したセパレータは、セパレータの縁部の割れや変形を生じやすい。
特開平7−249417号公報
本発明が解決しようとする問題点は、従来の燃料電池の製造方法では、製造の際に、接着剤ばり取りに工数がかかり、かつセパレータを傷つけてしまうという問題である。
本発明の目的は、接着剤ばり取り工数が不要または接着剤ばり取り工数を軽減でき、かつ、セパレータを傷つけるおそれが無いか傷つけを抑制できる、燃料電池、該燃料電池の製造方法、該燃料電池を製造する製造用治具(燃料電池の製造装置)を提供することにある。
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
(1) セパレータ同士を対向面に接着剤を塗布し対向面と反対側の面から加圧力をかけて接着して製造されたセルアッシーであって、セパレータの縁部から接着剤がはみ出しており、接着剤のはみ出し量ははみ出し許容寸法以内であり、接着剤のはみ出し方向がセパレータ縁部と製造で用いられた治具の前記縁部に対向する対向面との間の隙間内方向に規制されている燃料電池。(本発明の全実施例に共通)
(2) セパレータ同士を対向面に接着剤を塗布し対向面と反対側の面から加圧力をかけて接着するセルアッシーの製造工程を有する燃料電池の製造方法であって、セルアッシーの製造工程中に、セパレータの縁部からの接着剤のはみ出し量とはみ出し方向を、セパレータ縁部に対向する対向面を有する治具によってコントロールする燃料電池の製造方法。(本発明の全実施例に共通)
(3) 前記セパレータの縁部と該縁部に対向する前記治具の対向面との間隔を接着剤の許容はみ出し寸法以下に設定しておく(2)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の全実施例に共通)
(4) 前記治具にセパレータの縁部からはみ出した接着剤との剥がれをよくするコートを施しておく(2)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の全実施例に共通)
(5) 前記セパレータの縁部がセパレータの外周面を含む(2)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の実施例1に対応)
(6) 前記治具に、セパレータの縁部に沿って延びる方向に部分的に、接着剤のはみ出しを治具のセパレータ縁部対向面よりもセパレータから離れる方向に導出する導出部を設けておく(2)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の実施例2に対応)
(7) セパレータの縁部からはみ出しさらに前記治具の導出部に流れて硬化した接着剤を除去する(6)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の実施例2に対応)
(8) 前記セパレータの縁部がセパレータのマニホールド内面を含む(2)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の実施例3に対応)
(9) 前記治具は、マニホールド縁部の形状に対応した対向面を有し、マニホールド縁部からはみ出す接着剤のはみ出し量とはみ出し方向をコントロールする(8)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の実施例3に対応)
(10) 前記治具に複数の流体供給孔を設けておき、セパレータ同士を接着後、前記流体供給孔から流体を供給してセルアッシーを治具から浮き上がらせセルアッシーを治具から外す(2)記載の燃料電池の製造方法。(本発明の実施例4に対応)
(11) セパレータ同士を対向面に接着剤を塗布し対向面と反対側の面から加圧力をかけて接着するセルアッシーの製造で用いられる燃料電池の製造用治具であって、セパレータ縁部に対向する対向面を有し、該対向面とセパレータ縁部との間隔が接着剤の許容はみ出し寸法以下に設定されている燃料電池の製造用治具。(本発明の全実施例に共通)
(12) 前記治具が、セパレータの縁部に沿って延びる方向に部分的に、接着剤のはみ出しを治具のセパレータ縁部対向面よりもセパレータから離れる方向に導出する導出部を有する(11)記載の燃料電池の製造用治具。(本発明の全実施例に共通)
(13) 前記治具はマニホールド縁部の形状に対応した対向面を有する(11)記載の燃料電池の製造用治具。(本発明の実施例3に対応)
(14) 前記治具が、流体供給によりセルアッシーを治具から浮き上がらせる流体供給孔を有する(11)記載の燃料電池の製造用治具。(本発明の実施例4に対応)
従来の「接着剤をセパレータからはみ出さないようにする」から、本発明では「接着剤を意図的にはみ出させて、そのはみ出し量(はみ出し寸法)とはみ出し方向(必要に応じてはみ出し位置も)をコントロールする」に変えた。
上記(1)の燃料電池によれば、接着剤のはみ出し量とはみ出し方向がコントロールされているので、はみ出した接着剤ばりを除去する必要が無くなり、接着剤ばり取り工数を不要とすることができるかまたは接着剤ばり取り工数を軽減でき、かつ、セパレータを傷つけるおそれを無くするかまたは傷つけを抑制できる。
上記(2)の燃料電池の製造方法によれば、治具によって接着剤のはみ出し量とはみ出し方向をコントロールするので、はみ出した接着剤ばりを除去する必要が無くなり、接着剤ばり取り工数を不要とすることができるかまたは接着剤ばり取り工数を軽減でき、かつ、セパレータを傷つけるおそれを無くするかまたは傷つけを抑制できる。
上記(3)の燃料電池の製造方法によれば、縁部と該縁部に対向する治具の対向面との間隔を接着剤の許容はみ出し寸法以下に設定しておくので、はみ出した接着剤ばりを除去する必要が無い。
上記(4)の燃料電池の製造方法によれば、治具にセパレータの縁部からはみ出した接着剤との剥がれをよくするコートを施しておくので、接着終了後、治具からセルアッシーを容易に外すことができる。
上記(5)の燃料電池の製造方法によれば、セパレータの縁部がセパレータの外周面を含むので、セパレータの外周面の接着剤ばりがコントロールされる。
上記(6)の燃料電池の製造方法によれば、セパレータの縁部に沿って延びる方向に部分的に、導出部を設けておくので、治具の対向面とセパレータの縁部との間の間隔を埋めた後の余分の接着剤は治具の導出部へと流れ、そのはみ出し方向がコントロールされる。この治具の導出部を、セルスタッキング時に基準と当たらない位置(セルを角部近傍で基準に当てるので、導出部はセルの辺の中央部近傍に対応する治具部分に設けるのがよい)に設定しておくことにより、接着剤ばり取りが不要となる。
上記(7)の燃料電池の製造方法によれば、接着剤が治具の導出部に流れるようにしたので、治具導出部に流れたばり位置が特定され、ばり除去作業が容易になる。また、ばり除去後は、ばりがあった部位がスタッキング時に基準と当たってもよくなるので、導出部位置を治具の任意の位置に設定することができる。
上記(8)の燃料電池の製造方法によれば、セパレータの縁部がセパレータのマニホールド内面を含むので、セパレータのマニホールド内面の接着剤ばりがコントロールされる。
上記(9)の燃料電池の製造方法によれば、治具が、マニホールド縁部の形状に対応した対向面を有するので、セパレータのマニホールド内面の接着剤ばりがコントロールされる。
上記(10)の燃料電池の製造方法によれば、治具に複数の流体供給孔を設けておくので、流体供給孔を通して流体を治具とセルアッシーとの間に供給することにより、治具からセルアッシーを容易に浮き上がらせて外すことができる。
上記(11)の燃料電池の製造用治具によれば、治具のセパレータ縁部対向面とセパレータ縁部との間隔が接着剤の許容はみ出し寸法以下に設定されているので、接着剤ばりのはみ出し寸法とはみ出し方向をコントロールすることができる。
上記(12)の燃料電池の製造用治具によれば、セパレータの縁部に沿って延びる方向に部分的に、導出部が設けられているので、治具の対向面とセパレータの縁部との間の間隔を埋めた後の余分の接着剤は治具の導出部へと流れ、そのはみ出し方向がコントロールされる。この治具の導出部を、セルスタッキング時に基準と当たらない位置に設定しておくことにより、接着剤ばり取りが不要となる。
上記(13)の燃料電池の製造用治具によれば、治具がマニホールド縁部の形状に対応した対向面を有するので、セパレータのマニホールド内面の接着剤ばりがコントロールされる。
上記(14)の燃料電池の製造用治具によれば、治具が、流体供給によりセルアッシーを治具から浮き上がらせる流体供給孔を有するので、流体供給孔を通して流体を治具とセルアッシーとの間に供給することにより、治具からセルアッシーを容易に浮き上がらせて外すことができる。
以下に、本発明の燃料電池、該燃料電池の製造方法、および該燃料電池の製造用治具(燃料電池の製造方法の実施に直接使用する治具でもある)を、図1〜図16を参照して説明する。
図中、図1〜図3は本発明の実施例1を示し、図4〜図7は本発明の実施例2を示し、図10は本発明の実施例3を示し、図11は本発明の実施例4を示す。図12、図13は、本発明の何れの実施例にも適用可能な、燃料電池の一般構成を示す。また、図14〜図16は比較例(比較例は本発明に含まず)を示す。
本発明の全実施例に共通な部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の全実施例に共通な部分を、図1〜図3、図12、図13を参照して説明する。
本発明の燃料料電池は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池10である。該燃料電池10は、燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
固体高分子電解質型燃料電池10は、図12、図13に示すように、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータ18との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜11とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)14および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)17とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ18との間には、アノード側、カソード側に、それぞれ、ガスを拡散する拡散層13、16が設けられる。
セパレータ18には、アノード14、カソード17に燃料ガス(水素)および酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための反応ガス流路27、28(燃料ガス流路27、酸化ガス流路28)と、その裏面に冷媒(通常、冷却水)を流すための冷媒流路26が形成される。また、セパレータ18には、燃料ガス流路27に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド30、酸化ガス流路28に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド31、冷媒流路26に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド29が形成されている。セパレータ18は、たとえば、カーボンを主体とした材料や金属(たとえば、ステンレス)を主体とした材料からなるものである。
膜−電極アッセンブリとセパレータ18を重ねて単位燃料電池(「単セル」ともいう)19を構成し、少なくとも1つのセルからモジュール(図12、図13では1モジュールが1セルから構成される場合を示しており、セル19とモジュールが等しいので、モジュールにも符号19を付す)を構成し、モジュール19を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル20、インシュレータ21、エンドプレート22を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート24)、ボルト・ナット25により固定して、燃料電池スタック23を構成する。
流体流路26、27、28、29、30、31をシールするために、ガス側のシール材33および冷媒側のシール材32が設けられる。図示例では、ガス側シール材33が接着剤(シール材と同じであるため、接着剤の符号も33とする)からなり、冷媒側シール材32がゴムガスケットからなる場合を示してあるが、ガス側シール材33も冷媒側シール材32も、接着剤とゴムガスケットの何れから構成されてもよい。
接着剤33は、膜11を挟んで対向するセパレータ18同士を分離不能に接着し、ゴムガスケット32は、隣り合うセル同士を分離可能にシールする。
本発明の燃料電池は、セパレータ18同士を対向面に接着剤33を塗布し対向面と反対側の面から加圧力をかけて接着して製造されたセルアッシー19を含む。接着剤33は、膜11を挟んで対向するセパレータ同士の対向面のうち、セパレータ外周部とマニホールド周囲部に塗布される。
本発明のセルアッシー19では、セパレータ18の縁部18aから接着剤33がはみ出している。
接着剤33のはみ出し量は、はみ出し許容寸法Va(Vaは、たとえば、0.5mm)以下に設定される。
接着剤33のはみ出し方向は、セパレータ縁部18aと製造で用いられた治具40の縁部18aに対向する対向面41との間の隙間60内方向に規制されている。
本発明の燃料電池の製造方法は、電解質膜11を挟んで対向するセパレータ18同士を接着剤33により接着してセルアッシー19(セルモジュールと同じ)を製造する工程を含む。
セルアッシー19の製造工程では、セパレータ18同士の対向面(膜11に接する側の面)のセパレータ外周部およびマニホールド周囲部に接着剤33を塗布し、膜11を挟んで重ねあわせ、対向面と反対側の面(冷却水流路が形成される側の面)から加圧力をかけてセパレータ18同士を接着する。
膜11を挟んで対向する2枚のセパレータ18のうちの一方のセパレータ18の膜11に接する側の面の所定領域に接着剤33を塗布し、接着剤塗布面を上に向けて下治具42の上に置き、その上に膜11を含むMEAを置き、その上から、2枚のセパレータ18のうちの他方のセパレータ18であって膜11に接する側の面の所定領域に接着剤33を塗布したセパレータを重ね、さらにその上から上治具43を置き、上治具43をプレスにて押さえつけ、膜11と2枚のセパレータ18とに加圧力をかけ、セパレータ18を接着剤33で接着してセルアッシー19を製造する。接着剤33は流動体の状態でセパレータに塗布され、固化する前に加圧力をかけられるので、接着剤33の一部は2枚のセパレータ18の縁部18aからはみ出して接着剤ばり50を形成する。この場合、接着剤33がはみ出してできたはみ出し部が接着剤ばり50である。セパレータ18の縁部18aは、セパレータの外周面であってもよいし、あるいはマニホールドの内面であってもよいし、あるいはセパレータの外周面とマニホールドの内面の両方であってもよい。
本発明の燃料電池の製造方法では、セルアッシー19の製造工程中に、セパレータ18の縁部18a(セパレータの外周縁部18a1 、マニホールド縁部18a2 を含む)からの接着剤33のはみ出し量(はみ出し寸法)とはみ出し方向を、セパレータ縁部18aに対向する対向面41を有する治具40によってコントロールする。対向面41は、下治具42または上治具43に形成されてセパレータ厚み方向に延び、セパレータ18の縁部18aの側方に位置する側部の、セパレータ縁部18a側の面からなる。
接着剤33の「はみ出し方向」は、はみ出した接着剤が流れる方向であり、このはみ出し方向は、
(イ)接着剤のはみ出し量が、セパレータ縁部18aと治具対向面41との間の隙間60内で吸収される場合は、セパレータ縁部18aと治具対向面41との間の隙間60内で、セパレータ縁部18aに沿う方向(セパレータ厚み方向でもとセパレータ縁部と平行方向でもよい)にコントロールされ、
(ロ)セパレータ縁部18aと治具対向面41との間の隙間60を埋めた後、治具40に設けられた、接着剤のはみ出しを治具40のセパレータ縁部対向面よりもセパレータから離れる方向に導出する導出部44に流れる出る場合は、治具40の導出部44の方向にコントロールされる。導出部44は、たとえば、治具40に設けた切れ目や穴などからなる。
ここで、はみ出しを導出するとは、治具40のセパレータ縁部対向面41で接着剤のはみ出し量(はみ出し寸法)やはみ出し方向(はみ出し位置)を予め定めたはみ出し許容寸法内に規定するとともに、セパレータ縁部18aと対向面41間の隙間60を埋めた後の余分な接着剤を隙間60より外部である治具の外方向(セパレータ18から離れる方向)のうちの、特定の方向に、かつ特定の位置で導出することを意味する。望ましくは、導出部44は、図示例では治具40に設けた切れ目からなるが、切れ目に限定されるものではなく、セルアッシーの形状(薄さ)に応じて治具40の外方向に延びる1つ以上の通路(孔)であったり、隙間であってもよい。なお、導出部44の出口側は治具の外方向に(大気側に)開放されている。
セパレータ18の縁部18aと該縁部18aに対向する治具40の対向面41との隙間60の間隔Dは、接着剤の許容はみ出し寸法Va(Vaは、たとえば、0.5mm)以下に設定される。これによって、セパレータ縁部18aの伸長方向と直交する方向のはみ出し寸法である接着剤33の「はみ出し寸法」は、許容はみ出し寸法Va(Vaは、たとえば、0.5mm)以下に設定される。
また、治具40には、セパレータ18と対向する対向面41に、セパレータ18の縁部18aからはみ出した接着剤33との剥がれをよくするコートを施しておく。このコートは、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂層からなる。
本発明のセルアッシー19の製造用治具40は、セパレータ縁部18aに対向する対向面41を有する。対向面41は下治具42か上治具42に一体に形成された治具の側部のセパレータ縁部18aに対向する側の面からなる。対向面41とセパレータ縁部18aとの間隔Dは、接着剤33の許容はみ出し寸法Va(Vaは、たとえば、0.5mm)以下に設定されている。
治具40は、セパレータ18の縁部18aに沿って延びる方向に部分的に、導出部44が設けられていてもよい。
本発明の燃料電池、燃料電池の製造方法、燃料電池の製造用治具の、全実施例に共通な部分の作用・効果を説明する。
従来は「接着剤をセパレータからはみ出さないようにする」という方法をとっており、そのためにセパレータの縁部にはみ出そうとする接着剤を溜める溝や段差状後退部を設けていた。しかし、溝や段差状後退部の接着剤吸収能力に限りがあり、それを越えると、接着剤はみ出し部の形状、はみ出し寸法、はみ出し方向が不安定となり、はみ出し部が燃料電池のスタッキング時に基準(位置決め基準)に当たり、燃料電池の位置の不揃いが生じるという問題があった。
本発明では、「接着剤を意図的にはみ出させて、そのはみ出し量(はみ出し寸法)とはみ出し方向をコントロールする」という発想に変えた。すなわち、接着剤33を多目に塗布し、セパレータ縁部18aからはみ出させ、セパレータ縁部18aに対向する対向面41をもつ治具40によって接着剤33のはみ出し量とはみ出し方向をコントロールするようにした。
その結果、接着剤ばり50の寸法が許容はみ出し寸法Va以下であり、その方向もコントロールされた方向であるため、接着剤33がはみ出しても、スタッキング時に基準にあてても問題がない。そのため、はみ出した接着剤ばり50を除去する必要が無くなり、接着剤ばり取り工数が不要となるか、または、治具40の導出部44にはみ出すような場合は、ばり位置がきまっているので、ばり取りしてもばり取り工数を軽減でき、かつ、ばり取り時にセパレータ18を傷つけるおそれが無くなるか、または、傷つけを抑制することができる。
また、治具40にセパレータ18の縁部18aからはみ出した接着剤33との剥がれをよくするコートを施した場合は、接着終了後(接着剤固化後)、治具40からセルアッシー19を容易に外すことができ、セルアッシー19の製造効率を上げることができる。
上記では、セパレータ18の縁部18aの全周囲で接着剤33がはみ出すことを前提としたが、セパレータ縁部18aの一部に接着剤はみ出しを防止する土手部(この土手部はセパレータの土手部以外の部分の表面より段差状に高く形成されている、また、土手部はセパレータの外周縁部に形成されていてもよいし、マニホールド縁部に形成されていてもよい)を有するセパレータに本発明を適用することができる。その場合は、余分な接着剤33をセパレータ外部に排出する目的で土手部が形成されないセパレータ縁部部分において、接着剤のはみ出しを治具40により所定のはみ出し許容寸法内に規制する。また、土手部が形成されていないセパレータ縁部部分に対応する位置に治具40の接着剤排出用導出部44を設けることにより、接着剤33のはみ出し量やはみ出し方向をコントロールすることができる。
つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例1〕
本発明の実施例1では、図1〜図3に示すように、セパレータ18の縁部18aがセパレータの外周面18a1 を含む。治具40の対向面41を、セパレータ18の縁部18aに対向させて配置し、セルアッシー19を製造する。
本発明の実施例1の作用・効果については、2枚のセパレータ18からはみ出した接着剤33は、対向面41とセパレータ縁部18aとの間の隙間60にはみ出し、接着剤ばり50を形成する。対向面41とセパレータ縁部18aとの間の間隔Dが、接着剤33の許容はみ出し寸法Va(Vaは、たとえば、0.5mm)以下に設定されているので、接着剤ばり50のはみ出し寸法もVa以下である。その結果、接着剤ばり取り工数が不要となる。また、ばり取りによるセパレータ18の傷つけも無くなる。
〔実施例2〕
本発明の実施例2では、図4〜図7に示すように、セパレータ18の縁部18aがセパレータの外周面18a1 を含む。治具40には、セパレータ18の縁部18aに沿って延びる方向に部分的に、導出部44を設けておく。治具40の対向面41を、セパレータ18の縁部18aに対向させて配置し、セルアッシー19を製造する。
治具40に導出部44を設けておくので、治具40の対向面41とセパレータ縁部18aとの間の隙間60を埋めた後の余分の接着剤33は、治具40の導出部44へと流れる。
接着剤33が治具40の導出部44へと流れてできた接着剤ばり50を、接着剤硬化後、刃具やレーザ等にて除去してもよい。
本発明の実施例2の作用・効果については、治具40に導出部44を設けておくので、接着剤のはみ出し方向が、治具40の対向面41とセパレータ縁部18aとの間の隙間60か、該隙間60を埋めた後は導出部44へと流れ、コントロールされる。この治具40の導出部44を、セルスタッキング時に基準と当たらない位置に設定しておくことにより、接着剤ばり取りが不要となる。
また、接着剤33が治具40の導出部44へと流れてできた接着剤ばり50を除去する場合であっても、ばり位置が治具の導出部44位置に特定されているため、その部位のみのばり取りで済み、ばり除去作業が容易になる。また、ばり除去後は、ばりがあった部位がスタッキング時に基準と当たってもよくなるので、導出部44の位置は治具40の任意の位置に設定することができる。
〔実施例3〕
本発明の実施例3では、図8〜図10に示すように、セパレータ18の縁部18aがマニホールドの内周面18a2 を含む。治具40の対向面41を、マニホールドの内周面18a2 に対向させて配置し、セルアッシー19を製造する。組み付け製造の効率を上げるために、図8に示すように、下治具42の上にセルアッシー19と上治具43を複数段重ねて、一度の加圧で複数のセルアッシー19を製造するようにしてもよい。治具40は温度を上昇させた熱治具であってもよいし、常温下で加圧して組み付けする治具であってもよい。
本発明の実施例3の作用・効果については、2枚のセパレータ18からはみ出した接着剤33は、対向面41とマニホールドの内周面18a2 との間の隙間60にはみ出し、接着剤ばり50を形成する。対向面41とマニホールドの内周面18a2 との間の間隔Dが、接着剤33の許容はみ出し寸法Va(Vaは、たとえば、0.5mm)以下に設定されているので、接着剤ばり50のはみ出し寸法もVa以下である。その結果、接着剤ばり取り工数が不要となる。また、ばり取りによるセパレータ18の傷つけも無くなる。
〔実施例4〕
本発明の実施例4では、図11に示すように、治具40のセパレータ面と対向する位置(図11ではセパレータに上下方向に対向する位置)に複数の流体供給孔45を設けておき、セパレータ18同士を接着後、流体供給孔45から流体(たとえば、エア)をセルアッシー19と治具40との間に供給してセルアッシー19を治具40から浮き上がらせセルアッシー19を治具40から外す。なお、エアの代わりに水、油などを利用してもよい。要は、流体(気体、液体)によりセルアッシー19を容易に浮き上がらせて外す。
本発明の実施例4の作用・効果については、治具40に複数の流体供給孔45を設けておくので、流体供給孔45を通して流体(たとえば、エア)を治具40とセルアッシー19との間に供給することにより、治具40からセルアッシー19を容易に浮き上がらせて外すことができる。
本発明の実施例1の燃料電池の平面図である。 本発明の実施例1の燃料電池の製造方法におけるセルアッシーと治具との平面図である。 図2のセルアッシーと治具のA−A線に沿う断面図である。 本発明の実施例2の燃料電池の製造方法におけるセルアッシーと治具との平面図である。 本発明の実施例2の燃料電池の製造方法における、治具の隙間近傍の拡大平面図である。 本発明の実施例2の燃料電池の製造方法における、治具から外したセルアッシーと接着剤ばりの平面図である。 図6の治具隙間によって生じた接着剤ばりを除去した後のセルアッシーの一部の平面図である。 本発明の実施例3の燃料電池の製造方法における、治具から外したセルアッシーの一部の平面図である。 本発明の実施例3の燃料電池の製造方法におけるセルアッシーと治具との積層手順を示す、図8のB−B線部位での、断面図である。 本発明の実施例3の燃料電池の製造方法におけるセルアッシーと治具の、図8のB−B線部位での、拡大断面図である。 本発明の実施例4の燃料電池の製造方法におけるセルアッシーと治具との断面図である。 本発明の何れの実施例の製造方法にも適用可能な燃料電池の全体側面図である。 図12の一部の拡大断面図である。 比較例の燃料電池の製造方法におけるセルアッシーの平面図である。 図14のセルアッシーの一部の拡大平面図である。 比較例の燃料電池の製造方法におけるセルアッシーと治具との積層手順を示す、図14のC−C線部位での、断面図である。
符号の説明
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 電解質膜
13 拡散層
14 電極(アノード)
16 拡散層
17 電極(カソード)
18 セパレータ
18a セパレータ縁部
18a1 外周縁部
18a2 マニホールド内周縁部
19 セルアッシー(単セル、セルモジュールともいう)
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 スタック
24 外側部材または締結部材(テンションプレート)
25 ボルト
26 冷媒流路
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 ゴムガスケット
33 接着剤
40 治具
41 対向面
42 下治具
43 上治具
44 導出部
45 流体供給孔
50 接着剤ばり
60 隙間(セパレータ縁部と治具の対向面との間隔隙間)

Claims (14)

  1. セパレータ同士を対向面に接着剤を塗布し対向面と反対側の面から加圧力をかけて接着して製造されたセルアッシーであって、セパレータの縁部から接着剤がはみ出しており、接着剤のはみ出し量ははみ出し許容寸法以内であり、接着剤のはみ出し方向がセパレータ縁部と製造で用いられた治具の前記縁部に対向する対向面との間の隙間内方向に規制されている燃料電池。
  2. セパレータ同士を対向面に接着剤を塗布し対向面と反対側の面から加圧力をかけて接着するセルアッシーの製造工程を有する燃料電池の製造方法であって、セルアッシーの製造工程中に、セパレータの縁部からの接着剤のはみ出し量とはみ出し方向を、セパレータ縁部に対向する対向面を有する治具によってコントロールする燃料電池の製造方法。
  3. 前記セパレータの縁部と該縁部に対向する前記治具の対向面との間隔を接着剤の許容はみ出し寸法以下に設定しておく請求項2記載の燃料電池の製造方法。
  4. 前記治具にセパレータの縁部からはみ出した接着剤との剥がれをよくするコートを施しておく請求項2記載の燃料電池の製造方法。
  5. 前記セパレータの縁部がセパレータの外周面を含む請求項2記載の燃料電池の製造方法。
  6. 前記治具に、セパレータの縁部に沿って延びる方向に部分的に、接着剤のはみ出しを治具のセパレータ対向面よりもセパレータから離れる方向に導出する導出部を設けておく請求項2記載の燃料電池の製造方法。
  7. セパレータの縁部からはみ出しさらに前記治具の導出部に流れて硬化した接着剤を除去する請求項6記載の燃料電池の製造方法。
  8. 前記セパレータの縁部がセパレータのマニホールド内面を含む請求項2記載の燃料電池の製造方法。
  9. 前記治具は、マニホールド縁部の形状に対応した対向面を有し、マニホールド縁部からはみ出す接着剤のはみ出し量とはみ出し方向をコントロールする請求項8記載の燃料電池の製造方法。
  10. 前記治具に複数の流体供給孔を設けておき、セパレータ同士を接着後、前記流体供給孔から流体を供給してセルアッシーを治具から浮き上がらせセルアッシーを治具から外す請求項2記載の燃料電池の製造方法。
  11. セパレータ同士を対向面に接着剤を塗布し対向面と反対側の面から加圧力をかけて接着するセルアッシーの製造で用いられる燃料電池の製造用治具であって、セパレータ縁部に対向する対向面を有し、該対向面とセパレータ縁部との間隔が接着剤の許容はみ出し寸法以下に設定されている燃料電池の製造用治具。
  12. 前記治具が、セパレータの縁部に沿って延びる方向に部分的に、接着剤のはみ出しを治具のセパレータ対向面よりもセパレータから離れる方向に導出する導出部を有する請求項11記載の燃料電池の製造用治具。
  13. 前記治具はマニホールド縁部の形状に対応した対向面を有する請求項11記載の燃料電池の製造用治具。
  14. 前記治具が、流体供給によりセルアッシーを治具から浮き上がらせる流体供給孔を有する請求項11記載の燃料電池の製造用治具。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008084707A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Toyota Motor Corp 燃料電池及びその製造方法
JP2010190237A (ja) * 2009-02-16 2010-09-02 Uchiyama Manufacturing Corp ガスケット構造体及びその製造方法

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