JP2005327602A - Manufacturing method of component parts for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の構成要素をなす燃料電池用構成部品の製造方法に関するものである。本発明の燃料電池用構成部品は、セパレータとこのセパレータに一体成形されたガスケットとを有する。 The present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell component which is a constituent element of a fuel cell. The fuel cell component of the present invention includes a separator and a gasket integrally formed with the separator.
固体高分子形燃料電池は、水素と酸素(空気)を反応させて水を得る過程で電気を取り出す原理を用いて発電する電池であり、その構成は、水素イオンを透過する電解質膜を挟み込むかたちで2枚のセパレータが配置されている。これをセルとよび、1セルを何層にも重ね合わせることにより燃料電池スタックが構成される。 A polymer electrolyte fuel cell is a battery that generates electricity using the principle of extracting electricity in the process of obtaining water by reacting hydrogen and oxygen (air), and its configuration is sandwiched between electrolyte membranes that transmit hydrogen ions. Two separators are arranged. This is called a cell, and a fuel cell stack is formed by superposing one cell in multiple layers.
このうち、セパレータは、水素と酸素を遮断する流体遮断性と、電気を取り出すことのできる導電性をもつ必要があり、このセパレータとして従来、炭素粉体に樹脂を混合した材料が用いられているが、この炭素と樹脂よりなるセパレータには強度が低い欠点がある。 Among these, the separator needs to have a fluid barrier property that shuts off hydrogen and oxygen and a conductivity that can take out electricity. Conventionally, a material obtained by mixing a resin with carbon powder is used as this separator. However, this carbon and resin separator has a drawback of low strength.
また、燃料電池には、燃料ガスや冷却水をシールするためのガスケットを2枚のセパレータ間に挟み込むことが必要とされ、その組み付け性を向上させるべく従来、図2に示すように、セパレータ51にガスケット54を一体成形する方法が考案されている(特許文献1参照)。
In addition, in a fuel cell, a gasket for sealing fuel gas or cooling water is required to be sandwiched between two separators. Conventionally, as shown in FIG. A method has been devised in which the
すなわち、同図に示すように、上記炭素や樹脂を成形材料としてセパレータ51を成形し、このときセパレータ51の一面51aおよび他面51bにそれぞれ凹凸状の流路52a,52bとガスケット装着溝53a,53bを形成する。次いで、このセパレータ51をガスケット成形用の金型(図示せず)にインサートし、この金型によってセパレータ51の一面51aおよび他面51bにそれぞれガスケット54a,54bを一体成形する(尚、図における左側のガスケット54a,54bは、一面51a側のガスケット54aと他面51b側のガスケット54bの平面上の位置が重なっているので、一面51a側のガスケット装着溝53aと他面51b側のガスケット装着溝53bを連通する連通孔55が設けられており、一方の装着溝53aにガスケット成形材料を充填すると連通孔55を介して他方の装着溝53bにも成形材料が充填されるように構成されている)。
That is, as shown in the figure, the
しかしながら、最近、スタックの大きさを小さくするためにセパレータ51の厚さは薄くなる一方であり、よって上記金型による型締め時にセパレータ51が割れ易くなっている。特に、上記したようにセパレータ51の一面51aおよび他面51bの双方にそれぞれ凹凸状の流路52a,52bが設けられている場合には、セパレータ51が金型内で金型によって十分に支持されないことから、セパレータ51に割れが発生し易い。
However, recently, the thickness of the
また、セパレータ51の割れを防止すべく上記金型による型締め時に型締め力を小さくすることが考えられるが、この場合には、図2に示したようにセパレータ51上にバリ56が発生し易くなる。発生したバリ56は除去しなければならず、バリ取り作業はその工程数が多い。したがってバリ取り作業をしなくても良いようバリを発生させないことが求められる。
In order to prevent the
本発明は以上の点に鑑みて、セパレータを金型にインサートしてガスケットを一体成形するに際して、セパレータに割れが発生しにくく、バリが発生しにくい燃料電池用構成部品の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides a method for manufacturing a component for a fuel cell in which when a separator is inserted into a mold and a gasket is integrally formed, the separator is hardly cracked and burrs are hardly generated. With the goal.
上記目的を達成するため、本発明の製造方法は、セパレータの両面にそれぞれ凹凸状の流路を設けるとともに前記セパレータにガスケットを一体成形してなる燃料電池用構成部品の製造方法において、前記セパレータを厚さ方向に分割した形状を呈し、一方の面をフラットな面とするとともに他方の面に凹凸状の流路を設けた複数のセパレータ分割体を製作する工程と、前記セパレータ分割体にガスケットを一体成形する工程と、前記複数のセパレータ分割体をフラットな一方の面同士で貼り合わせて前記セパレータを製作する工程とを有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the manufacturing method of the present invention provides a fuel cell component manufacturing method in which concave and convex flow paths are provided on both surfaces of a separator and a gasket is integrally formed on the separator. Forming a plurality of separator divided bodies having a shape divided in the thickness direction, with one surface being a flat surface and providing an uneven channel on the other surface, and a gasket on the separator divided body; The method includes a step of integrally forming and a step of manufacturing the separator by bonding the plurality of separator divided bodies on one flat surface.
上記従来技術において、セパレータ51に割れが発生し易かったのは、上記したようにセパレータ51の一面51aおよび他面51bの双方にそれぞれ凹凸状の流路52a,52bが設けられていて、セパレータ51が金型内で金型によって十分に支持されなかったからであり、セパレータ51が金型内で金型によって十分に支持されなかったのは、セパレータ51が、凹凸状の流路52bやガスケット装着溝53bを設けた面51bにおいて金型によって支持されていたからである。
In the above-described prior art, the
これに対して、本発明の製造方法によれば、セパレータが厚さ方向に分割された形状のセパレータ分割体が製作され、このセパレータ分割体が金型にインサートされ、このときフラットな一面において金型によって支持されることから、セパレータ分割体は少々薄くても金型内で金型によって十分に支持される。したがって、セパレータ分割体が金型内で金型によって十分に支持された状態で型締めが行なわれることから、セパレータ分割体に無理な負担がかからず、よって割れが発生するのを抑えることが可能となる。また、割れの発生を抑えることができれば、型締め力は大きくても良いので、バリが発生するのを抑えることも可能となる。 On the other hand, according to the manufacturing method of the present invention, a separator divided body having a shape in which the separator is divided in the thickness direction is manufactured, and this separator divided body is inserted into a mold, and at this time, the mold is formed on a flat surface. Since it is supported by the mold, the separator divided body is sufficiently supported by the mold in the mold even if it is a little thin. Therefore, since the mold clamping is performed in a state where the separator divided body is sufficiently supported by the mold in the mold, it is possible to prevent the separator divided body from being subjected to an excessive load and thus to prevent cracking. It becomes possible. Further, if the generation of cracks can be suppressed, the mold clamping force may be large, so that generation of burrs can also be suppressed.
本発明は、以下の効果を奏する。 The present invention has the following effects.
すなわち、上記構成を備えた本発明の製造方法においては、上記したようにセパレータが厚さ方向に分割された形状のセパレータ分割体が製作され、このセパレータ分割体が金型にインサートされ、このときフラットな一面において金型によって支持されることから、セパレータ分割体は少々薄くても金型内で金型によって十分に支持され、この状態で型締めが行なわれる。したがって、セパレータ分割体に無理な負担がかからず、よって割れが発生するのを抑えることが可能となり、併せて、バリが発生するのを抑えることも可能となる。したがって所期の目的どおり、製造に際してセパレータに割れが発生しにくく、バリが発生しにくい燃料電池用構成部品の製造方法を提供することができる。 That is, in the manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a separator divided body having a shape in which the separator is divided in the thickness direction as described above is manufactured, and this separator divided body is inserted into a mold. Since the flat flat surface is supported by the mold, the separator divided body is sufficiently supported by the mold in the mold even if it is a little thin, and the mold is clamped in this state. Therefore, an unreasonable burden is not applied to the separator divided body, so that it is possible to suppress the occurrence of cracks, and it is also possible to suppress the occurrence of burrs. Therefore, according to the intended purpose, it is possible to provide a method for manufacturing a component for a fuel cell in which cracks are hardly generated in the separator and burrs are hardly generated.
尚、本件出願には、以下の実施形態が含まれる。 The present application includes the following embodiments.
(1)片面がフラットで、もう一方の面に流路が形成されているセパレータ上の流路がある面にガスケットを一体成形し、その後、フラットの面同士を貼り合わせることによって一体に製作された両面に流路とガスケットのある両面セパレータ一体ガスケット。
(2)片面に流路やガスケット用の溝、もう一方の面はフラットであるセパレータ上の流路のある面へガスケットを成形する。そのガスケットと一体化したセパレータのフラット面同士を接着剤によって一体化する。片面がフラットであることにより、セパレータの強度が大きくなり、セパレータの割れが発生しづらくなる。また、セパレータの型締め力を大きくすることが可能であるため、ガスケット成形時のバリ漏れが発生しづらくなる。セパレータとしては、樹脂をバインダーとする炭素系のものを用いる。
(3)片面がフラットな形状のセパレータを成形する。もう一方の面には流路と必要であればガスケット用の溝がある。その後、セパレータをガスケット成形用の金型へインサートして、ガスケットをインジェクション成形、トランスファー成形または圧縮成形等を用いて一体化する。ガスケットを成形する面は、セパレータの表面に流路が形成されている面である。ガスケットを成形した後に、2枚のセパレータのフラット面同士を貼り合わせることによって、一枚の両面に流路が設けられガスケットが一体化されたセパレータが完成する。貼り合わせに際して用いられる接着剤は特に限定されないが、好ましくは、カーボンナノチューブなど導電性微粉末を分散させた導電性接着剤が用いられる。
(4)上記(1)ないし(3)の構成によれば、セパレータ上へガスケットを成形する場合に発生していたセパレータの割れが減少する。また、ガスケット成形によるバリ漏れが減少する。
(1) One side is flat and the other side is formed with a flow path on the separator. The gasket is integrally formed on the surface with the flow path on the separator, and then the flat surfaces are bonded together. Double sided separator integrated gasket with flow path and gasket on both sides.
(2) A gasket is formed on a surface having a flow path on a separator having a flow path and a gasket groove on one side and a flat surface on the other side. The flat surfaces of the separator integrated with the gasket are integrated with an adhesive. When one side is flat, the strength of the separator is increased and it is difficult for the separator to crack. Moreover, since it is possible to increase the mold clamping force of the separator, it is difficult for burrs to leak during molding of the gasket. As the separator, a carbon-based material using a resin as a binder is used.
(3) A separator having a flat shape on one side is formed. On the other side there is a channel and, if necessary, a groove for the gasket. Thereafter, the separator is inserted into a mold for molding the gasket, and the gasket is integrated using injection molding, transfer molding, compression molding, or the like. The surface on which the gasket is molded is a surface on which a flow path is formed on the surface of the separator. After the gasket is molded, the flat surfaces of the two separators are bonded together, thereby completing a separator in which a flow path is provided on one surface and the gasket is integrated. The adhesive used for bonding is not particularly limited, but a conductive adhesive in which conductive fine powder such as carbon nanotubes is dispersed is preferably used.
(4) According to the configuration of (1) to (3), the cracking of the separator that occurs when the gasket is molded on the separator is reduced. Further, burr leakage due to gasket molding is reduced.
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例に係る燃料電池用構成部品1の製造方法の工程説明図を示している。同図(B)に示すように、当該実施例に係る製造方法は、セパレータ2の両面にそれぞれ凹凸状の流路3c,4cを設けるとともに同両面にそれぞれガスケット5,6を一体成形してなる燃料電池用構成部品1を製造するものであって、以下の製造工程を有している。
FIG. 1 is a process explanatory diagram of a method of manufacturing a fuel cell component 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4B, the manufacturing method according to this embodiment is provided with concave and
すなわち先ず、同図(A)に示すように、セパレータ2を厚さ方向に分割した形状になり、かつ一方の面3a,4aをフラットな面とするとともに他方の面3b,4bに凹凸状の流路3c,4cとガスケット装着溝3d,4dを設けた複数のセパレータ分割体3,4をそれぞれ製作する。図では、複数のセパレータ分割体3,4は上側のセパレータ分割体3と下側のセパレータ分割体4の組み合わせによって構成されており、上側のセパレータ分割体3は、一方の面3aをフラットな面とするとともに他方の面3bに凹凸状の流路3cとガスケット装着溝3dが設けられている。また、下側のセパレータ分割体4も同様に、一方の面4aをフラットな面とするとともに他方の面4bに凹凸状の流路4cとガスケット装着溝4dが設けられている。セパレータ2ないしその分割体3,4としてその成形材料には、樹脂をバインダーとする炭素系のものが好適である。
That is, first, as shown in FIG. 5A, the
次いで、同図(A)に示すように、上記工程で製作したセパレータ分割体3,4にそれぞれガスケット5,6を一体成形する。図では、上側のセパレータ分割体3のガスケット装着溝3dにガスケット5が一体成形され、下側のセパレータ分割体4のガスケット装着溝4dにもガスケット6が一体成形されている。これらの一体成形は、セパレータ分割体3,4を単位として個別に行なわれ、各セパレータ分割体3,4はそれぞれ、フラットな一方の面3a,4aをもって金型(図示せず)内で金型によって十分に支持された状態で一体成形が行なわれる。セパレータ分割体3,4毎にその形状や大きさが異なり、よって金型のキャビティ形状が異なる場合には、分割体3,4毎に金型を用意する。
Next, as shown in FIG. 5A,
次いで、同図(B)に示すように、上記工程でガスケット5,6を一体成形したセパレータ分割体3,4をフラットな一方の面3a,4a同士で貼り合わせてセパレータ2を製作する。貼り合わせには接着剤(図示せず)を用い、例えばカーボンナノチューブなど導電性微粉末を分散させた導電性接着剤を用いる。
Next, as shown in FIG. 4B, the
上記工程を有する当該実施例に係る製造方法によれば、上記したようにセパレータ2を厚さ方向に分割した形状になり、かつ一方の面3a,4aをフラットな面とするとともに他方の面3b,4bに凹凸状の流路3c,4cとガスケット装着溝3d,4dを設けた複数のセパレータ分割体3,4が製作され、このセパレータ分割体3,4がそれぞれ金型にインサートされ、このときフラットな一面3a,4aにおいて金型によって支持されることから、セパレータ分割体3,4はセパレータ2全体より少々薄くても金型内で金型によって十分に支持され、この状態で型締めが行なわれる。したがって、金型内で金型によって十分に支持されたセパレータ分割体3,4には無理な負担がかからないことから、割れが発生するのを抑えることができ、併せて、型締め力を弱める必要がないことから、バリが発生するのを抑えることができる。したがって所期の目的どおり、製造に際してセパレータ2に割れが発生しにくく、かつバリが発生しにくい燃料電池用構成部品1の製造方法を提供することができる。
According to the manufacturing method according to the embodiment having the above steps, the
尚、上記実施例においては、ガスケット5,6が、セパレータ分割体3,4に設けたガスケット装着溝3d,4d内に一体成形されており、これによれば一体成形位置の正確性を期すことができるが、ガスケット装着溝3d,4dは任意の構成であるので無くても良い。この場合には、セパレータ分割体3,4の他方の面3b,4b上にガスケット5,6が直接一体成形される。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施例においては、一方のセパレータ分割体3および他方のセパレータ分割体4のそれぞれにガスケット5,6を一体成形したが、何れか一方の分割体のみにガスケットを一体成形するものであっても良い。この場合、スタック状態においてガスケットを一体成形しない側のシールは、隣接配置されるセパレータが備えるガスケットが当該セパレータ2に密接することにより行なわれることになる。
Further, in the above embodiment, the
1 燃料電池用構成部品
2 セパレータ
3,4 セパレータ分割体
3a,4a 一方の面
3b,4b 他方の面
3c,4c 流路
3d,4d ガスケット装着溝
5,6 ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記セパレータ(2)を厚さ方向に分割した形状を呈し、一方の面(3a)(4a)をフラットな面とするとともに他方の面(3b)(4b)に凹凸状の流路(3c)(4c)を設けた複数のセパレータ分割体(3)(4)を製作する工程と、
前記セパレータ分割体(3)(4)にガスケット(5)(6)を一体成形する工程と、
前記複数のセパレータ分割体(3)(4)をフラットな一方の面(3a)(4a)同士で貼り合わせて前記セパレータ(2)を製作する工程とを有することを特徴とする燃料電池用構成部品の製造方法。 An uneven channel (3c) (4c) is provided on both sides of the separator (2), and a gasket (5) (6) is integrally formed with the separator (2). In the manufacturing method,
The separator (2) has a shape obtained by dividing the separator (2) in the thickness direction, the one surface (3a) (4a) is a flat surface, and the other surface (3b) (4b) has an uneven channel (3c). Producing a plurality of separator divided bodies (3) and (4) provided with (4c);
A step of integrally molding gaskets (5) and (6) on the separator divided bodies (3) and (4);
And a step of manufacturing the separator (2) by bonding the plurality of separator divided bodies (3) and (4) on one flat surface (3a) and (4a). A manufacturing method for parts.
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JPS63184264A (en) * | 1986-10-16 | 1988-07-29 | Fuji Electric Co Ltd | Manufacture of separator with rib |
JPH0684526A (en) * | 1992-09-03 | 1994-03-25 | Mitsubishi Electric Corp | Separator with rib for fuel cell and its manufacture |
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