JP2006086041A - Manufacturing method and manufacturing facility of fuel battery cell - Google Patents
Manufacturing method and manufacturing facility of fuel battery cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006086041A JP2006086041A JP2004270199A JP2004270199A JP2006086041A JP 2006086041 A JP2006086041 A JP 2006086041A JP 2004270199 A JP2004270199 A JP 2004270199A JP 2004270199 A JP2004270199 A JP 2004270199A JP 2006086041 A JP2006086041 A JP 2006086041A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- caulking
- metal plate
- fuel cell
- thin film
- metal plates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
本発明は、薄型の燃料電池セルを製造するための製造方法及び製造設備に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method and manufacturing equipment for manufacturing a thin fuel cell.
ポリマー電解質のような固体高分子電解質を使用した高分子型燃料電池は、高いエネルギー変換効率を持ち、薄型小型・軽量であることから、家庭用コージェネレーションシステムや自動車向けに開発が活発化している。かかる燃料電池の従来技術の構造として、図14に示すものが知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Polymer fuel cells that use solid polymer electrolytes such as polymer electrolytes have high energy conversion efficiency, are thin, small, and lightweight, and are therefore being actively developed for household cogeneration systems and automobiles . As a conventional structure of such a fuel cell, one shown in FIG. 14 is known (for example, see Non-Patent Document 1).
即ち、図14に示すように、固体高分子電解質膜100を挟んでアノード101とカソード102とを配設する。さらに、ガスケット103を介して一対のセパレータ104により挟持して単位セル105を構成する。各々のセパレータ104にはガス流路溝が形成されており、アノード101との接触により、還元ガス(例えば、水素ガス)の流路が形成され、カソード102との接触により、酸化ガス(例えば、酸素ガス)の流路が形成される。各々のガスは、単位セル105内の各流路を流通しながら、アノード101又はカソード102の内部に担持された触媒の作用により電極反応(電極における化学反応)に供され、電流の発生とイオン伝導が生じる。
That is, as shown in FIG. 14, the
この単位セル105を多数個積層し、単位セル105どうしを電気的に直列に接続して燃料電池Nを構成し、電極106は、積層した両端の単位セル105から取り出すことができる。このような燃料電池Nは、クリーンかつ高効率という特徴から、種々の用途、特に、電気自動車用電源や家庭用分散型電源として注目されている。
A large number of the
一方、近年のIT技術の活発化に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジカメなどモバイル機器が頻繁に使用される傾向があるが、これらの電源は、ほとんどリチウムイオン二次電池が用いられている。ところが、モバイル機器の高機能化に伴って消費電力がどんどん増大し、その電源用としてクリーンで高効率な燃料電池が注目されてきている。 On the other hand, with the recent activation of IT technology, mobile devices such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras tend to be frequently used, but most of these power sources use lithium ion secondary batteries. However, as mobile devices become more sophisticated, power consumption has increased and clean and highly efficient fuel cells have been attracting attention as power sources.
しかしながら、図14に示すような従来の構造では、構造に自由度が無いため、モバイル機器の電源として求められる薄型小型軽量化や形状の高自由度化に難があり、メンテナス性が悪いという問題もあった。また、燃料電池セル内で酸化還元ガスを相互に混合させないように供給し、かつ、密閉化することが難しく、これらの条件を満たしながら、燃料電池セルの大きさや重量を低減化することは困難であった。つまり、従来、セル部品をボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えていたため、シール性を確保する上で、各部材の剛性を高める必要性があり、どうしても薄型化、小型化、軽量化、自由な形状設計が困難であった。 However, in the conventional structure as shown in FIG. 14, there is no degree of freedom in the structure. Therefore, there is a problem in that it is difficult to reduce the thickness and size and increase the degree of freedom of shape required as a power source for mobile devices, and the maintainability is poor. There was also. In addition, it is difficult to supply the redox gas so as not to mix with each other in the fuel cell and to seal it, and it is difficult to reduce the size and weight of the fuel cell while satisfying these conditions. Met. In other words, conventionally, cell parts are mutually coupled with fastening parts of bolts and nuts, and a certain pressure is applied to the cell parts. Therefore, it is necessary to increase the rigidity of each member in order to ensure sealing performance. Thinning, miniaturization, weight reduction, and free shape design were difficult.
かかる問題点に鑑みて、本願発明者らは、薄型化、小型化等に対応することができる燃料電池セルを発明し、出願を行ってきた(例えば、特願2004−82882)。その燃料電池セルの基本的な構成は、板状の薄膜電極組成体と、この薄膜電極組成体の両側に配置された一対の金属板(カソード側金属板及びアノード側金属板)とを備え、これら金属板の周縁が絶縁層を間に介在させた状態でカシメにより封止されていることを特徴とするものである。また、薄膜電極組成体は、固体高分子電解質とその両側に配置される一対の電極板(アノード側及びカソード側)により構成される。金属板の周縁を電気的に絶縁した状態でカシメにより封止しているため、両者の短絡を防止しながら、厚みをさほど増加させずに確実に燃料電池セルの封止を行うことができる。これによってメンテナンスも容易になり、しかも図14に示す従来構造と比較してセル部材に剛性が要求されないため、各燃料電池セルを大幅に薄型化することができる。更に、固体高分子電解質や金属板を使用するため、自由な平面形状や屈曲が可能となり、小型軽量かつ自由な形状設計が可能となる。
そこで、本発明の課題は、かかる構成を有する燃料電池セルの製造方法及び製造設備を提供することである。特に薄型化を図るにあたり、燃料電池セルを構成する個々の部材は平板状に形成されるため、変形をしやすい形状をしている。従って、製造工程において部材の変形を抑制しながら確実に燃料電池セルを製造できる製造方法及び製造設備が要求される。 Then, the subject of this invention is providing the manufacturing method and manufacturing equipment of a fuel cell which have this structure. In particular, when the thickness is reduced, the individual members constituting the fuel battery cell are formed in a flat plate shape, and thus are easily deformed. Therefore, there is a demand for a manufacturing method and manufacturing equipment that can reliably manufacture fuel cells while suppressing deformation of members in the manufacturing process.
上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池セルの製造方法は、
板状の薄膜電極組成体と、この薄膜電極組成体の両側に配置された一対の金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態でカシメにより封止される燃料電池セルの製造方法において、
一対の金属板の間に薄膜電極組成体がセットされた状態で一方の金属板の周縁領域を内側方向へ倒してカシメ封止するに際し、
金属板の中央領域に位置し、中央領域の変形を規制する規制手段と、前記周縁領域に位置し、カシメ封止のための加工を行うカシメ加工手段とを用い、カシメ加工手段で周縁領域のカシメ封止を行う時に、規制手段で中央領域の変形を規制することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a method for producing a fuel cell according to the present invention includes:
It comprises a plate-like thin film electrode composition and a pair of metal plates disposed on both sides of the thin film electrode composition, and the peripheral area of these metal plates is sealed with caulking with an insulating layer interposed therebetween In the method of manufacturing a fuel cell,
In the state where the thin film electrode composition is set between a pair of metal plates, the peripheral region of one metal plate is tilted inward to seal by caulking,
A restricting means for restricting deformation of the central area located in the central area of the metal plate and a caulking process means for performing a process for caulking sealing that are located in the peripheral area. When caulking sealing is performed, the deformation of the central region is regulated by the regulating means.
かかる構成による燃料電池セルの製造方法の作用・効果を説明する。製造すべき燃料電池セルは、板状の薄膜電極組成体と、その両側に配置される一対の金属板を備えており、これら一対の金属板の周縁領域を絶縁層を介在させてカシメを行うことで周縁領域を封止することができる。また、この燃料電池セルは、板状の薄膜電極組成体をベースとして構成されるので、全体としても薄型に形成することができる。 The operation and effect of the method of manufacturing a fuel cell with such a configuration will be described. The fuel cell to be manufactured includes a plate-shaped thin film electrode composition and a pair of metal plates disposed on both sides thereof, and caulking is performed on the peripheral regions of the pair of metal plates with an insulating layer interposed therebetween. Thus, the peripheral region can be sealed. Moreover, since this fuel battery cell is comprised based on a plate-shaped thin film electrode composition, it can be formed thin as a whole.
この燃料電池セルは、例えばプレス加工により製造することができ、そのために規制手段とカシメ加工手段を使用する。具体的には、金属板の中央領域に位置する規制手段と、周縁領域に位置するカシメ加工手段とを有する。カシメ加工手段により、周縁領域のカシメ封止を行うことができる。カシメ加工手段により加工を行う時に、規制手段により中央領域の変形を規制する。この規制がない状態だと、平板状の部材が変形するおそれがあるが、規制手段により規制することでかかる問題をなくすことができる。これにより、製造工程において部材の変形を抑制しながら確実に燃料電池セルを製造することができる。 This fuel battery cell can be manufactured, for example, by press working, and for that purpose, restricting means and caulking work means are used. Specifically, it has a restricting means located in the central region of the metal plate and a crimping means located in the peripheral region. By the caulking processing means, the caulking sealing of the peripheral region can be performed. When processing is performed by the caulking processing means, deformation of the central region is restricted by the restriction means. If this restriction is not present, the flat plate member may be deformed, but such a problem can be eliminated by restricting it by the restricting means. Thereby, a fuel cell can be manufactured reliably, suppressing a deformation | transformation of a member in a manufacturing process.
なお、カシメ封止加工であるが、1工程とは限らず、複数工程で行うこともできる。その場合、プレス加工の内容は、その各段階に応じて設定されるものであり、特定の内容のものに限定されるものではない。また、複数工程で行われる場合、規制手段やカシメ加工手段も複数種類用意されていてもよい。 In addition, although it is caulking sealing processing, it is not restricted to 1 process, It can also carry out in multiple processes. In that case, the content of the press work is set according to each stage, and is not limited to a specific content. Moreover, when performing in multiple steps, a plurality of types of regulating means and caulking processing means may be prepared.
本発明において、カシメ込み工程の後に、カシメ封止された周縁領域の内側領域をプレス押圧する工程を更に有することが好ましい。これにより、確実に封止を行い、ガスのリークを確実に防止することができる。 In this invention, it is preferable to further have the process of press-pressing the inner area | region of the peripheral area | region sealed by crimping after the crimping process. Thereby, it can seal reliably and can prevent the leak of gas reliably.
本発明において、カシメを行う周縁領域の金属板の厚みを他の部分よりも薄く形成するための工程を有することが好ましい。カシメを行う領域を薄くすることで、カシメ封止を少ない負荷で行うことができ、セルを構成する部材に対する変形を抑制することができる。厚みを薄くする方法としては、例えば、エッチング、プレス加工があげられる。 In this invention, it is preferable to have the process for forming the thickness of the metal plate of the peripheral area which crimps thinner than another part. By thinning the area to be caulked, caulking can be performed with a small load, and deformation of the members constituting the cell can be suppressed. Examples of the method for reducing the thickness include etching and press working.
本発明に係る規制手段としての第1金型は、少なくとも金属板の上側に位置する第1上型を備えると共に、カシメ加工手段としての第2金型は、金属板の上側に位置する第2上型と、金属板の下側に位置する第2下型とを備えており、
この第2上型を上方から移動させて、第2下型と第2上型とにより周縁領域のカシメ封止を行うための工程と、
この加工と同時もしくは後に、上方から移動してきた第1上型が中央領域の変形を規制する位置に到達する工程とを有することが好ましい。
The first mold as the regulating means according to the present invention includes at least a first upper mold positioned above the metal plate, and the second mold as the caulking processing means is a second mold positioned above the metal plate. An upper mold and a second lower mold located below the metal plate,
A step for moving the second upper mold from above and performing caulking sealing of the peripheral region with the second lower mold and the second upper mold;
At the same time or after this processing, it is preferable that the first upper mold that has moved from above reaches a position that restricts deformation of the central region.
第1金型として、少なくとも金属板の上側に位置する第1上型を備え、この第1上型の下面により、金属板の変形を規制することができる。また、第2金型は、第2上型と第2下型とを備えており、これらの間に金属板の周縁領域を位置させることで、第2金型によるカシメ封止を行うことができる。第2上型が下方に降りてきて金属板の周縁領域に当接すると、加工が開始される。なお、カシメ封止が複数工程で行われる場合は、第1・第2上型や第1・第2下型なども工程数に対応した数が用意される。そして、第2金型による加工開始と同時もしくは加工開始後に、上方から移動してきた第1上型により、金属板の周縁領域が変形しようとするのを規制する。これにより、部材の変形を抑制しつつ、確実にカシメ封止を行うことができる。 A first upper mold located at least above the metal plate is provided as the first mold, and deformation of the metal plate can be restricted by the lower surface of the first upper mold. Further, the second mold includes a second upper mold and a second lower mold, and the peripheral area of the metal plate is positioned between them to perform caulking sealing with the second mold. it can. When the second upper mold descends downward and comes into contact with the peripheral area of the metal plate, processing is started. When caulking sealing is performed in a plurality of processes, the number corresponding to the number of processes is prepared for the first and second upper molds and the first and second lower molds. Then, the peripheral region of the metal plate is restricted from being deformed by the first upper die moved from above simultaneously with the start of processing by the second mold or after the start of processing. Thereby, caulking sealing can be reliably performed while suppressing deformation of the member.
本発明において、前記カシメ封止のための加工を行う時に、第1上型の下面は第2下型の上面よりも上方に位置していることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the lower surface of the first upper mold is positioned above the upper surface of the second lower mold when the process for caulking sealing is performed.
金属板の周縁領域の変形を規制するために、第1上型の下面は第2下型の上面よりも上方に位置するように設定する。これにより、第1上型により必要最小限の当接力を金属板上面に作用させることができ、無理な力を作用させることなく、変形を規制することができる。 In order to restrict the deformation of the peripheral area of the metal plate, the lower surface of the first upper mold is set to be positioned above the upper surface of the second lower mold. Thereby, the minimum necessary contact force can be applied to the upper surface of the metal plate by the first upper mold, and deformation can be restricted without applying an excessive force.
本発明に係るカシメ封止に先立ち、
一対の金属板を夫々絞り加工することで薄膜電極組成体を収容する空間を形成する工程と、
一対の金属板を夫々所定の形状に打ち抜く工程とを行うことが好ましい。
Prior to caulking and sealing according to the present invention,
Forming a space for accommodating the thin film electrode composition by drawing each of the pair of metal plates; and
It is preferable to perform a step of punching a pair of metal plates into a predetermined shape.
燃料電池セルの製造工程において、まず、一対の金属板を夫々絞り加工し、薄膜電極組成体を収容する空間を形成する。次に、一対の金属板を夫々所定の形状に打ち抜き加工する。なお、本発明としては、この打ち抜き加工と絞り加工の順番を入れ替えてもよい。そして、打ち抜きされた一対の金属板の間に薄膜電極組成体を収容し、周縁領域をカシメ封止する。なお、本発明における製造工程におけるプレス加工は、これらの工程を少なくとも含むものであり、更に別の工程が付加されていてもよいのは言うまでもない。 In the manufacturing process of the fuel cell, first, a pair of metal plates are drawn to form a space for accommodating the thin film electrode composition. Next, each of the pair of metal plates is punched into a predetermined shape. In the present invention, the order of punching and drawing may be changed. Then, the thin film electrode composition is accommodated between a pair of punched metal plates, and the peripheral area is caulked and sealed. Needless to say, the press working in the production process of the present invention includes at least these steps, and further steps may be added.
上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池セルの製造設備は、
板状の薄膜電極組成体と、この薄膜電極組成体の両側に配置された一対の金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態でカシメにより封止される燃料電池セルの製造設備において、
一対の金属板の間に薄膜電極組成体がセットされた状態で一方の金属板の周縁領域を内側方向へ倒してカシメ封止するに際し用いられる機構として、
前記金属板の中央領域に位置する第1上型(規制手段に相当し、以下同じ)と、
金属板の周縁領域に対してカシメ封止を施すための第2下型及び第2上型(下側・上側カシメ加工手段に相当し、以下同じ)と、
カシメ封止を行う際の第1上型と第2上型が搭載されるユニットの全ストロークを規定するストッパーと、
第2上型に対して設けられた付勢機構とを備え、
前記全ストロークは、第2上型が金属板に当接して加工を開始するまでのストロークよりも長くなるように設定され、加工開始後は付勢機構による付勢力が金属板の周縁領域に対して作用すると共に、第1上型により中央領域の変形を規制することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the fuel cell manufacturing equipment according to the present invention comprises:
It comprises a plate-like thin film electrode composition and a pair of metal plates disposed on both sides of the thin film electrode composition, and the peripheral area of these metal plates is sealed with caulking with an insulating layer interposed therebetween Fuel cell manufacturing equipment
As a mechanism used when crimping by crimping the peripheral area of one metal plate inward with the thin film electrode composition set between a pair of metal plates,
A first upper mold (corresponding to the restricting means, the same shall apply hereinafter) located in the central region of the metal plate;
A second lower mold and a second upper mold (corresponding to the lower and upper caulking processing means, the same shall apply hereinafter) for performing caulking sealing on the peripheral area of the metal plate;
A stopper that defines the entire stroke of the unit on which the first upper mold and the second upper mold are mounted when performing caulking sealing;
An urging mechanism provided for the second upper mold,
The total stroke is set to be longer than the stroke until the second upper die contacts the metal plate and starts machining, and after the machining starts, the urging force by the urging mechanism is applied to the peripheral area of the metal plate. And the deformation of the central region is restricted by the first upper mold.
かかる燃料電池セルの製造設備の作用・効果を説明する。製造すべき燃料電池セルは、板状の薄膜電極組成体と、その両側に配置される一対の金属板を備えており、これら一対の金属板の周縁を絶縁層を介在させてカシメを行うことで周縁領域を封止することができる。また、この燃料電池セルは、板状の薄膜電極組成体をベースとして構成されるので、全体としても薄型に形成することができる。 The operation and effect of the fuel cell manufacturing facility will be described. The fuel cell to be manufactured includes a plate-shaped thin film electrode composition and a pair of metal plates disposed on both sides thereof, and caulking is performed with the insulating layer interposed between the peripheral edges of the pair of metal plates. Can seal the peripheral region. Moreover, since this fuel battery cell is comprised based on a plate-shaped thin film electrode composition, it can be formed thin as a whole.
この燃料電池セルはプレス加工により製造することができ、そのために金型機構を使用する。この金型機構として、金属板の中央領域に位置する第1上型と、金属板の周縁領域に位置してカシメ封止を行うための第2下型及び第2上型を備えている。また、第2上型に対しては付勢機構が設けられている。カシメ封止のための加工を行う時に、第1上型と第2上型とを上方から下方に下ろしてくる。まず、第2上型が金属板の周縁領域に当接し、これにより、加工が開始する。第2上型がこれ以上下方に下がらない状態となっても、ストッパーには当接しておらず、上型のユニットは更に下に下がろうとする。第2上型には付勢機構が設けられているので、加工が開始した後は、付勢機構が圧縮される状態になる。一方、中央領域の第1上型は、ストッパーに当接するまで下がり続ける。そして全ストローク下がった状態で停止し、金属板の変形を規制する。これにより、部材の変形を抑制しながら確実に内部を封止した燃料電池セルを製造することができる。 This fuel cell can be manufactured by press working, and for this purpose, a mold mechanism is used. As this mold mechanism, a first upper mold located in the central region of the metal plate, and a second lower die and a second upper die for performing caulking sealing located in the peripheral region of the metal plate are provided. An urging mechanism is provided for the second upper mold. When processing for caulking sealing, the first upper mold and the second upper mold are lowered from above. First, the second upper mold comes into contact with the peripheral area of the metal plate, thereby starting processing. Even if the second upper mold is not lowered any further, it is not in contact with the stopper, and the upper mold unit attempts to lower further. Since the urging mechanism is provided in the second upper mold, the urging mechanism is compressed after the processing is started. On the other hand, the first upper mold in the central region continues to fall until it comes into contact with the stopper. And it stops in the state which fell for all strokes, and controls a deformation | transformation of a metal plate. Thereby, it is possible to manufacture a fuel cell in which the inside is reliably sealed while suppressing deformation of the member.
本発明において、前記カシメ封止を行う時に、第1上型の下面は第2下型の上面よりも上方に位置していることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the lower surface of the first upper mold is positioned above the upper surface of the second lower mold when performing the caulking sealing.
金属板の周縁領域の変形を規制するために、第1上型の下面は第2下型の上面よりも上方に位置するように設定する。これにより、第1上型により必要最小限の当接力を金属板上面に作用させることができ、無理な力を作用させることなく、変形を規制することができる。 In order to restrict the deformation of the peripheral area of the metal plate, the lower surface of the first upper mold is set to be positioned above the upper surface of the second lower mold. Thereby, the minimum necessary contact force can be applied to the upper surface of the metal plate by the first upper mold, and deformation can be restricted without applying an excessive force.
本発明において、前記カシメ封止を行う時に、第1上型の下面と第2下型の上面の垂直距離は、燃料電池セルの厚みとほぼ同一となるように設定されていることが好ましい。これにより、無理な力を作用させることなく、部材の変形を規制し、確実にセルの封止を行うことができる。 In the present invention, it is preferable that the vertical distance between the lower surface of the first upper mold and the upper surface of the second lower mold is set to be substantially the same as the thickness of the fuel cell when performing the caulking sealing. Thereby, the deformation | transformation of a member can be controlled and cell sealing can be performed reliably, without applying an excessive force.
本発明において、第1上型の高さを調整する調整機構を設けることが好ましい。これにより、金属板の変形を規制させるに際して、適切な当接力を作用させるように予め調整しておくことができる。 In the present invention, it is preferable to provide an adjustment mechanism for adjusting the height of the first upper mold. Thereby, when restrict | deforming deformation | transformation of a metal plate, it can adjust beforehand so that suitable contact force may act.
本発明に係る金型機構として、少なくとも、一対の金属板を夫々絞り加工することで薄膜電極組成体を収容する空間を形成する工程に用いられる金型と、
一対の金属板を夫々所定の形状に打ち抜く工程に用いられる金型とを有することが好ましい。
As a mold mechanism according to the present invention, at least a mold used for forming a space for accommodating a thin film electrode composition by drawing a pair of metal plates, respectively,
It is preferable to have a metal mold used in a process of punching a pair of metal plates into a predetermined shape.
燃料電池セルの製造工程において、まず、一対の金属板を夫々絞り加工し、薄膜電極組成体を収容する空間を形成する。次に、一対の金属板を夫々所定の形状に打ち抜き加工する。なお、本発明としては、この打ち抜き加工と絞り加工の順番を入れ替えてもよい。そして、打ち抜きされた一対の金属板の間に薄膜電極組成体を収容し、周縁領域をカシメ封止することができる。 In the manufacturing process of the fuel cell, first, a pair of metal plates are drawn to form a space for accommodating the thin film electrode composition. Next, each of the pair of metal plates is punched into a predetermined shape. In the present invention, the order of punching and drawing may be changed. And a thin film electrode composition can be accommodated between a pair of punched metal plates, and the peripheral area can be caulked and sealed.
本発明において、カシメ封止工程の後に、カシメ封止された周縁領域の内側領域を押圧する工程に用いられる金型を更に備えていることが好ましい。これにより、確実に封止を行い、ガスのリークを確実に防止することができる。 In this invention, it is preferable to provide further the metal mold | die used for the process of pressing the inner area | region of the peripheral area sealed by crimping after the crimping sealing process. Thereby, it can seal reliably and can prevent the leak of gas reliably.
本発明に係る燃料電池セルの製造方法及び製造設備の好適な実施形態を図面を用いて説明する。まず、製造対象となる燃料電池セルの構成を説明する。図1は、本発明の燃料電池セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図2は、本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments of a fuel cell manufacturing method and manufacturing equipment according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the fuel cell to be manufactured will be described. FIG. 1 is an assembled perspective view showing an example of the fuel battery cell of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of the fuel battery cell of the present invention.
本発明の燃料電池セルは、図1、図2に示すように、板状の固体高分子電解質1と、その固体高分子電解質1の一方側に配置されたカソード側電極板2と、他方側に配置されたアノード側電極板3とを備えるものである。本実施形態では、アノード側金属板5に、エッチングにより燃料の流路溝9が形成され、アノード側金属板5の周縁領域5aとカソード側金属板4の周縁領域4aがエッチング等により他の部分より厚みを薄くしてある例を示す。周縁領域4a,5aの厚みを薄くすることで、カシメを行い易くなる。すなわち、周縁領域4a,5aはカシメが行われる領域に相当する。また、説明の便宜上、金属板4,5の周縁領域4a,5a以外の領域を中央領域4b,5bと称することにする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell of the present invention includes a plate-shaped
固体高分子電解質1としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン(登録商標)が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
The
固体高分子電解質1の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、10〜300μmが使用可能であるが、25〜50μmが好ましい。
The thinner the
電極板2,3は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板2,3としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質1と接する内面2b,3bに少なくとも担持させるのが好ましい。
The
電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板2,3は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。
As the electrode base material, for example, conductive carbon materials such as carbon paper, fibrous carbon such as carbon fiber nonwoven fabric, and aggregates of conductive polymer fibers can be used. In general, the
一般に、電極板2,3や固体高分子電解質1は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。
In general, the
例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側電極板2では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞(フラッディング)現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。
For example, when hydrogen gas and air are used, the cathode-
触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。 As the catalyst, at least one metal selected from platinum, palladium, ruthenium, rhodium, silver, nickel, iron, copper, cobalt and molybdenum, or an oxide thereof can be used. A supported one can also be used.
電極板2,3の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、50〜500μmが好ましい。電極板2,3と固体高分子電解質1とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体10(Membrane Electrode Assembly:MEA)として入手することもでき、これを使用してもよい。
The thickness of the
カソード側電極板2の表面にはカソード側金属板4が配置され、アノード側電極板3の表面にはアノード側金属板5が配置される。アノード側金属板5には燃料の注入口5c及び排出口5dが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板5に流路溝9が設けられている。
A cathode
カソード側金属板4には、空気中の酸素を供給するための多数の開口部4cが設けられている。開口部4cは、カソード側電極板2が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板2からの集電効果などを考慮すると、開口部4cの面積はカソード側電極板2の面積の10〜50%であるのが好ましく、特に20〜40%であるのが好ましい。カソード側金属板4の開口部4cは、例えば規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口部を設けてもよい。
The cathode-
金属板4,5としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。
As the
アノード側金属板5に設けられる流路溝9は、電極板3との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。本実施形態では、注入口5cと排出口5dとを連続する一本の流路溝9により接続しており、その流路溝9は、金属板5の幅方向に沿って周期的に折り返すジグザグ状に形成されている。流路密度、燃料電池セル積層時の積層密度、屈曲性などを考慮して、種々の形態の流路溝9を採用することができる。
The
なお、このような金属板5の流路溝9の一部を電極板3の外面に形成してもよい。電極板3の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板2,3の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。
A part of the
金属板5の流路溝9に連通する注入口5c及び排出口5dは、それぞれ1個又は複数を形成することができる。なお、金属板4,5の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、0.1〜1mmが好ましい。金属板5に流路溝9を形成する方法としては、加工の精度や容易性から、エッチングが好ましい。エッチングによる流路溝9では、幅0.1〜10mm、深さ0.05〜1mmが好ましい。また、流路溝9の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、V字形などが好ましい。
One or a plurality of
金属板4への開口部4cの形成、金属板4,5の周縁領域4a,5aの薄肉化、金属板5への注入口5c及び排出口5dの形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板4,5の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、2種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝9の断面形状をより高精度に制御することができる。
Etching is also preferably used for forming the
図2に示す実施形態は、金属板4,5のカシメ部(周縁領域4a,5a)をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、0.05〜0.3mmが好ましい。
The embodiment shown in FIG. 2 is an example in which the caulking portions (
本発明では、金属板4,5の周縁領域4a,5aは、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止されている。電気的な絶縁は、絶縁材料を用いて行うこともできるが、本実施形態では、固体高分子電解質1の周縁部1aを介在させることで行うことができる。
In the present invention, the
本発明では、カシメを行う際、図2に示すように、金属板4,5の周縁領域4a,5aによって固体高分子電解質1を挟持する構造が好ましい。つまり、電極板2,3よりも外側の領域にある固体高分子電解質1を周縁領域4a,5aにより挟持した状態とする。このような構造によると、電極板2,3の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。
In the present invention, a structure in which the
カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図2に示すものが好ましい。つまり、一方のカソード側金属板4の周縁領域4aを他方のアノード側金属板5の周縁領域5aより大きくしておき、固体高分子電解質1を介在させつつ、カソード側金属板4の周縁領域4aをアノード側金属板5の周縁領域5aを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板4の周縁領域4aに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造を行うための製造設備については、後で詳細に説明する。
As the caulking structure, the structure shown in FIG. 2 is preferable from the viewpoint of sealing performance, ease of manufacture, thickness, and the like. That is, the
燃料電池を構成する場合、図1,2に示すような燃料電池セルを1個又は複数個使用することができるが、固体高分子電解質1、一対の電極板2,3、及び一対の金属板4,5で単位セルを構成し、この単位セルを複数積層したり、同一面に配列して使用することも可能である。このようにすると、ボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えなくても、高出力の燃料電池を提供することができる。
When configuring a fuel cell, one or a plurality of fuel cells as shown in FIGS. 1 and 2 can be used, but the
燃料電池として使用の際、金属板5の燃料の注入口5c及び排出口5dには、直接、燃料供給用のパイプを接合することも可能であるが、燃料電池の薄型化を行う上で、厚みが小さく、金属板5の表面に平行なパイプを有するジョイント機構を設けるのが好ましい。例えば、注入口5cにジョイント用の金属製ピンを金属板5に対して取り付けることができる。この取り付けは、カシメや圧入により行うことができる。このピンに対して、パイプを圧入して取り付けることができる。
When used as a fuel cell, it is possible to join a fuel supply pipe directly to the
燃料電池セルを構成する部材である金属板4,5及び固体高分子電解質1は、矩形状に形成されているが、その四隅はR形状に形成されている。四隅にRをつけることで後述するカシメ封止加工を行い易い形状にしている。
The
<製造方法及び製造設備について>
次に、図1,2に示す燃料電池セルの製造方法及び製造設備について説明する。図3は、製造設備の主要部である金型を示す外観斜視図である。図4は、金型の断面構成を示す概念図である。
<About manufacturing method and manufacturing equipment>
Next, the manufacturing method and manufacturing equipment of the fuel cell shown in FIGS. FIG. 3 is an external perspective view showing a mold that is a main part of the manufacturing facility. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of the mold.
製造設備は、固定側ユニット20と、可動側ユニット30を備えている。固定側ユニット20は、金型として第1下型21と第2下型22を備えている。第1下型21には、付勢機構としてコイルスプリング23が設けられており、第1下型21を上方に向けて付勢する作用を行う。第1下型21は、燃料電池セルのカソード側金属板4の中央領域4bを押圧作用する。第2下型22は、第1下型21を取り囲むように配置され、金属板4の周縁領域4aに対するプレス加工を行う。第2下型22は、平面視で略矩形の環状に形成されている。第2下型22は、上下方向に調整可能な機構(第1調整機構24に相当)を備えている。調整機構24としては、例えば、ボルト・ナットを用いた機構により構成することができる。第1調整機構24により第1下型21の上面と第2下型22の上面の相対的な高さ関係を調整することができる。具体的には、中央領域に位置する第1下型21は周縁領域に位置する第2下型22よりも凹んだ位置にあり、第2下型22の第1下型21に対する突出量h1を調整することができる。
The manufacturing facility includes a fixed
第2下型22には、第2上型を上下方向にガイドするためのガイド軸を挿入するための孔22aが形成されている。また、図3に示すように、2本の位置決めピン25を植設するための孔も形成される。この位置決めピン25により、加工される部材の位置決めを行うことができる。加工される部材には、位置決め用の孔が形成されており、これを位置決めピン25に嵌入させることで、加工時のワークWの位置決めを行うことができる。
The second
可動側ユニット30は、金型として第1上型31と第2上型32を備えている。第2上型32には、付勢機構としてコイルスプリング33が設けられており、第2上型32を下方に向けて付勢する作用を行う。第1上型31は、燃料電池セルのアノード側金属板5の中央領域5bを押圧作用する。第2上型32は、第1上型31を取り囲むように配置され、金属板5の周縁領域5aに対するプレス加工を行う。第2上型32は、平面視で略矩形の環状に形成されている。第2上型32は、上下方向に調整可能な機構(第2調整機構34に相当)を備えている。調整機構34としては、例えば、ボルト・ナットを用いた機構により構成することができる。第2調整機構34により第1上型31の下面と第2上型32の下面の相対的な高さ関係を調整することができる。具体的には、第2上型32の第1上型31に対する突出量h2を調整することができる。以上のような調整機構24,34を設けることで、プレス加工において、適切な押圧力を作用させることができる。
The
なお、第1下型21と第1上型(規制手段に相当)は第1金型に相当し、第2下型22と第2上型32は第2金型(下側カシメ加工手段及び上側カシメ加工手段)に相当する。
The first
第2上型32には、第2上型32を上下方向にガイドするためのガイド軸を挿入するための孔32aが形成される。また、位置決めピン25が挿入される孔32bも形成される。
The second
図4に示すように、操作部40を操作することで、プレス加工を行うことができる。すなわち、操作部40を操作することで可動側ユニット30を下方に移動させる。固定側ユニット20の側に設けられた当接部26と、可動側ユニット30の側に設けられた当接部36とが当接するように構成され、両者の距離Yが可動側ユニット30の移動ストロークに相当する。
As shown in FIG. 4, pressing can be performed by operating the
製造設備を用いたプレス加工の工程数は、後述するように大きく分けて8工程(加工の内容では6工程)有している。下型21,22と上型31,32は、各工程に適した金型が夫々使用されるが、共通で使用できるものがあれば、共通で使用する。各工程において、金型の大きさや形状などは異なっているが、基本的な構成は図4に示す通りである。
As will be described later, the number of steps of press working using the manufacturing facility is roughly divided into eight steps (six steps in terms of machining). For the
なお、プレス加工の種類であるが、打ち抜き加工、絞り加工などが含まれており、本発明として特定の種類の加工に限定されるものではない。 In addition, although it is a kind of press work, a punching process, a drawing process, etc. are included, and it is not limited to a specific kind of process as this invention.
また、図4にはプレス加工の対象としてのワークWを模式的に図示しているが、ワークWの形態はプレス加工の工程により異なるものである。例えば、単一の部材の時もあるし、複数の部材がセットされることもある。 FIG. 4 schematically shows the workpiece W as a subject of press working, but the form of the workpiece W differs depending on the press working process. For example, there may be a single member or a plurality of members may be set.
<製造工程>
次に、具体的な製造工程を説明する。図5は製造工程の順番を示す工程図である。図3,4に示す製造設備を使用して加工を行う前の工程として、金属板4,5に対するエッチングを行う(S1)。アノード側金属板5は図6(a)に示すように、厚さ一定の金属プレートをエッチングし、周縁領域5aの厚さを薄くすると共に、流路溝9と注入口5c及び排出口5dも同じくエッチングで形成する。例えば、0.3mmの厚さの金属プレートをエッチングし、周縁領域5aの厚さを0.1mm、流路溝9の深さを0.2mm程度に形成する。
<Manufacturing process>
Next, a specific manufacturing process will be described. FIG. 5 is a process diagram showing the order of the manufacturing process. As a process before processing using the manufacturing equipment shown in FIGS. 3 and 4, the
カソード側金属板4についても、同様に図6(b)に示すように、厚さ一定の金属プレートをエッチングし、周縁領域4aの厚さを薄くすると共に、多数の開口部4cも同じくエッチングで形成する。例えば、0.3mmの厚さの金属プレートをエッチングし、周縁領域4aの厚さを0.1mm程度にする。
Similarly, as shown in FIG. 6 (b), the cathode-
以上のような前工程を行った後、製造設備を用いた加工を行う。まず、カソード側金属板4の絞り加工とアノード側金属板5の絞り加工を行う(S2,S3)。この絞り加工は、金属板4,5に150μmの段差を形成するための加工である。図7(a)(b)に夫々の金属板が絞り加工される様子を示す。この絞り加工により、金属板4,5の周縁領域4a,5aと中央領域4b,5bの境界に近い場所に段差4f,5fが形成される。また、これに伴い、金属板4,5の内側には、空間部4g,5gが形成される。この空間部4g,5gは、薄膜電極組成体10の電極板2,3を収容するための空間部として機能する。金属板4と金属板5の絞り加工は、夫々別個に行われる。
After performing the pre-process as described above, processing using a manufacturing facility is performed. First, drawing of the cathode
絞り加工を行うための金型構成は、図4に示している形状のものを使用することができる。また、カソード側金属板4を絞り加工するための金型(第1・第2下型21,22と第1・第2上型31,32)と、アノード側金属板5を絞り加工するための金型は、同じ金型を使用することができる。なお、図7では、組み立てられる時の姿勢に合わせて図示しているが、実際に製造設備にセットされるときの姿勢(上下方向)は、図7(b)に示される金属板5の姿勢でセットされることになる。
As the mold configuration for performing the drawing process, the shape shown in FIG. 4 can be used. Also, dies for drawing the cathode side metal plate 4 (first and second lower dies 21 and 22 and first and second upper dies 31 and 32) and drawing the anode
絞り加工を行うとき、第2下型22が上から下りてくると、金属板4,5の周縁領域4a,5aにまず当接する。その時点では、まだストッパー(当接部26,36)は当接していないので、第2上型32はさらに下がろうとするが、第2下型22は固定された状態であるので、物理的にこれ以上下がることはできず、スプリング33が圧縮されていくことになる。
When performing the drawing process, when the second
一方、中央領域4b,5bに位置する第1上型31は引き続いて下方に下がり、第1上型31の下面が第2上型32の下面よりも更に下がった状態でストッパーが当接して停止する。なお、ストッパーに停止するまでのストロークは、各工程ごとに設定されるものである。これにより、金属板4,5に対する絞り加工が行われ、段差(空間部4g,5g)が形成される。このときの段差寸法としては、例えば0.15mm程度であり、収容される電極板2,3の厚みに対応した空間部4g,5gが形成される。
On the other hand, the first
次に、金属板4,5の打ち抜き加工を行う(S4,S5)。この打ち抜き加工の様子を図8に示す。アノード側金属板5の打ち抜き寸法とL1と、カソード側金属板4の打ち抜き寸法L2とでは、L2の方が大きくなっているため、打ち抜き工程で使用する金型はアノード側金属板5とカソード側金属板4とで異なる。後述するように、カシメ工程でカソード側金属板4の周縁領域4aをカシメ封止するために、カシメ代が必要となるため、寸法が大きくなっている。この打ち抜き加工における金型の動きは、ストロークYの量は異なって設定されるものの、基本的には、S2,S3における絞り加工と同じ動きをする。
Next, the
次に、カソード側金属板4の外形90゜絞り加工を行う(S6)。この絞り加工の様子を図9(a)に示し、絞り加工された金属板4の形状を図9(b)に示す。この絞り加工では、金属板4の周縁領域4aの全周を90゜立ち曲げる。この絞り加工における金型の動きも、S2,S3で説明したのと基本的に同じである。
Next, the outer side 90 ° drawing process of the cathode
次に、金属板4,5と薄膜電極組成体10をセットする(S7)。この状態を図10に示す。90゜絞り加工された金属板4の中に、薄膜電極組成体10(固体高分子電解質1の両面に電極板2,3が組み立てられたもの)がセットされる。薄膜電極組成体10の電極板2が金属板4の空間部4gに収容され、電極板3が金属板5の空間部5gに収容される状態になる。一番上には、金属板5がセットされる。固体高分子電解質1の周縁部1aは、90゜立ち曲げられた周縁領域5aに沿う形となり、同じように90゜曲げられた状態にセットされる。固体高分子電解質1の周縁部1aの方が、周縁領域5aよりも少しだけ突出した状態となっている。
Next, the
この状態にセットしてからカソード側金属板4の外形45゜絞り加工を行う(S8)。この時に使用される第2上型32は、図10に示すように水平面に対して45゜の傾斜面32cを備えている。この傾斜面32cを作用させることで、90゜に立ち曲げられた周縁領域5aを一旦45゜に絞り加工する。この時の状態を図11に示す。
After setting in this state, the cathode
操作部40を操作することで、第1・第2上型31,32が下方に降りてくる。第2下型22と第2上型32が当接することで、周縁領域5aが45゜内側に曲げられる。第2上型32が第2下型22に当接した時点では、まだストッパー(当接部26,36)は当接していない状態である(図4参照)。ストッパーの当接が行われるまでは、コイルスプリング33の圧縮工程が進む。一方、第1上型31のほうは、第2上型32と第2下型22が当接した時点では、燃料電池セルの金属板5よりも上方にあり、金属板5には接触していない。そして、ストッパーが当接した状態になると、これ以上第1上型31は下には下がらず、図11に示す状態で停止する。このとき、第1上型31の下面31aが金属板5の上面を押圧(当接)している。これにより、燃料電池セルの中央領域4b,5bが変形するのを抑制することができる。
By operating the
なお、金属板4の下面と第1下型21の上面とは、当接した状態にはなく、隙間が形成されている状態である。なお、プレスした状態での、第2下型22の上面と第1上型31の垂直方向の隙間寸法Δhは、0.5mm程度に設定される。また、この場合の金属板4,5の厚みは0.3mmである。固体高分子電解質1の厚みは、0.025mmである。従って、隙間寸法Δhは、カシメ封止される燃料電池セルの厚みとほぼ同じ厚みとなっている。これにより、無理な力を燃料電池セルに作用させることなく、効果的に部材の変形を規制することができる。
Note that the lower surface of the
45゜の角度の設定は、45゜±5゜が好ましく、45゜±1゜がより好ましい。50゜を超えると0゜絞り加工を行う時に、うまく内側に立ち曲げ部が倒れない可能性がある。例えば、座屈のような現象が生じてうまくつぶれない可能性があり、カシメ封止の品質が低下し、ガスリークなどの問題が生じる。また、40゜よりも小さいと、一度に40゜よりも小さくする際にうまく内側に立ち曲げ部が倒れにくくなるので好ましくない。 The setting of the angle of 45 ° is preferably 45 ° ± 5 °, more preferably 45 ° ± 1 °. If it exceeds 50 °, there is a possibility that the bent part will not fall down well when performing 0 ° drawing. For example, a phenomenon such as buckling may occur, and it may not be crushed well, the quality of caulking sealing will deteriorate, and problems such as gas leakage will occur. On the other hand, if the angle is smaller than 40 °, it is not preferable because the bent portion does not easily fall down when it is smaller than 40 ° at a time.
以上のように45゜の絞り加工が行われた後、カソード側金属板4の外形0゜絞り加工を行う(S9)。これにより、カシメ加工が終了する。外形0゜絞り加工で使用する金型は、45゜絞り加工とは異なる金型を使用し、図12に示すように、プレス面32dは水平面に形成される。前工程で45゜に曲げられた周縁領域5aを更に押さえ込んで内側に倒す形になる。このとき、固体高分子電解質1の周縁部1aもいっしょに内側に倒される。これにより、周縁領域5aは水平な状態に180゜折り曲げられた状態になる。これにより、周縁領域4a,5aがカシメにより封止されたことになる。また、周縁領域4aと周縁領域5aの間には、絶縁層として固体高分子電解質1が介在しており、金属板4,5同士の短絡を防止した状態で封止される。
After the 45 ° drawing process is performed as described above, the outer 0 ° drawing process of the cathode
図11に示したのと同様に、第2下型22と第2上型32とが当接した後、ストッパー(当接部26,36)が当接するまでは、コイルスプリング33の圧縮工程が持続される。また、ストッパーが当接した状態で、第1上型31の下面の位置は、図11と同様である。また、第1下型21と金属板4の下面には隙間が開いた状態である。
In the same manner as shown in FIG. 11, after the second
工程S9においてカシメ封止が終了するが、更に安全を期すためリング押さえ加工を行う(S10)。この加工は、カシメ封止された周縁領域4a,5aの少し内側の領域をプレスで押圧する工程であり、これにより、封止状態をより確実にすることができる。この時の状態を図13(a)に示す。また図13(b)は、使用される第1下型21の形状を示す。第1上型31も同様の金型形状を有する。夫々の金型には、リング状に形成された突起部21t,31tを備えている。これら突起部21t,31tを用いて図13(a)に示すように、周縁領域4a,5aのすぐ内側をリング状に押える。これにより、よりカシメ封止を確実にすることができる。以上により図2に示すような燃料電池セルが完成する。
In step S9, the caulking sealing is completed, but a ring pressing process is performed for further safety (S10). This processing is a step of pressing the crimping-sealed
以上の工程において、カシメ封止を行うための工程は図5におけるS7〜S10である。特に、S6工程で形成した90゜の立ち曲げ部を内側に倒してつぶす場合に、一度に倒すのではなく、一旦45゜に絞り加工した後に、0゜の絞り加工するようにしており、2段階でカシメ封止を行うようにしている。これを1段階で行おうとすると、立ち曲げ部がうまく倒れるかどうかの保証がなく、封止状態も悪くなるが、前述のように2段階で絞り加工を行うことで、確実に封止することができる。 In the above steps, the steps for performing caulking sealing are S7 to S10 in FIG. In particular, when the 90 ° standing bent part formed in the step S6 is laid down and crushed, it is drawn at 45 ° and then drawn at 0 ° instead of tilting at once. Caulking sealing is performed in stages. If this is done in one stage, there is no guarantee that the bent part will fall down well, and the sealing state will deteriorate. However, as described above, the drawing process is performed in two stages to ensure sealing. Can do.
また、S8,S9工程では金属板5の中央領域5bを第1上型31に当接させることで、プレス加工を行う時に中央領域5bの変形を規制している。また、金属板4の中央領域4aと第1下型21の間は隙間が形成されるので、押圧力あるいは規制力は作用しない。これにより、中央領域4a,5aに対して無理な力が作用するのを防止しつつ、中央領域4b,5bの変形を効果的に防止することができる。
Further, in steps S8 and S9, the
なお、本発明においてカシメ封止工程とは、図5におけるS7からS10を指すものである。 In the present invention, the caulking sealing step refers to S7 to S10 in FIG.
<別実施形態>
燃料電池セルの構成は図1,2に示す構造のものに限定されるものではない。例えば、カソード側金属板4は空気を取り込むための開口部4cを多数有する形状をしているが、カソード側金属板4をアノード側金属板5と同様の形状に形成してもよい。
<Another embodiment>
The configuration of the fuel cell is not limited to the structure shown in FIGS. For example, the cathode
本実施形態では、流路溝の形成と周縁領域の厚みを薄くする工程、注入口・排出口・開口部を形成する工程をエッチングにより行っているが、これらもプレス加工により行ってもよい。 In this embodiment, the step of forming the flow channel groove and the step of reducing the thickness of the peripheral region and the step of forming the inlet / discharge port / opening are performed by etching, but these may also be performed by pressing.
本実施形態では、固体高分子電解質1を絶縁層として介在させる構成を説明しているが、絶縁部材を別に用いて、これを介在させてカシメ封止を行っても良い。絶縁材料の厚みとしては、薄型化の観点から、0.1mm以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である(例えば絶縁材料の厚み1μmも可能)。絶縁材料としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料は、金属板4,5の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板4,5に一体化しておくことも可能である。
In the present embodiment, the configuration in which the
S8,S9の工程では、第1下型21と金属板5の下面の間には隙間が設けられている状態であるので、第1下型21は必ずしも設けておく必要はない。
In the processes of S8 and S9, since a gap is provided between the first
本実施形態では、次工程のプレス加工に移行する場合は、金型を取り替えながら順番に行う例を説明したが、順送金型を用いて連続的にプレス加工できる構成を採用してもよい。 In this embodiment, when shifting to the next press process, an example in which the molds are replaced in order has been described. However, a configuration that allows continuous press processes using a progressive mold may be employed.
1 固体高分子電解質
1a 周縁部
2 カソード側電極板
3 アノード側電極板
4 カソード側金属板
4a 周縁領域
4b 中央領域
5 アノード側金属板
5a 周縁領域
5b 中央領域
10 薄膜電極組成体
20 固定側ユニット
21 第1下型
22 第2下型
23 コイルスプリング
26 当接部(ストッパー)
30 可動側ユニット
31 第1上型
32 第2上型
33 コイルスプリング
36 当接部(ストッパー)
DESCRIPTION OF
30
Claims (6)
一対の金属板の間に薄膜電極組成体がセットされた状態で一方の金属板の周縁領域を内側方向へ倒してカシメ封止するに際し、
金属板の中央領域に位置し、中央領域の変形を規制する規制手段と、前記周縁領域に位置し、カシメ封止のための加工を行うカシメ加工手段とを用い、カシメ加工手段で周縁領域のカシメ封止を行う時に、規制手段で中央領域の変形を規制することを特徴とする燃料電池セルの製造方法。 It comprises a plate-like thin film electrode composition and a pair of metal plates disposed on both sides of the thin film electrode composition, and the peripheral area of these metal plates is sealed with caulking with an insulating layer interposed therebetween In the method of manufacturing a fuel cell,
In the state where the thin film electrode composition is set between a pair of metal plates, the peripheral region of one metal plate is tilted inward to seal by caulking,
A restricting means for restricting deformation of the central area located in the central area of the metal plate and a caulking process means for performing a process for caulking sealing that are located in the peripheral area. A fuel cell manufacturing method characterized by restricting deformation of a central region by a restricting means when performing caulking sealing.
一対の金属板の間に薄膜電極組成体がセットされた状態で一方の金属板の周縁領域を内側方向へ倒してカシメ封止するに際し用いられる機構として、
前記金属板の中央領域に位置する規制手段と、
金属板の周縁領域に対してカシメ封止を施すための下側カシメ加工手段及び上側カシメ加工手段と、
カシメ封止を行う際の規制手段と上側カシメ加工手段が搭載されるユニットの全ストロークを規定するストッパーと、
上側カシメ加工手段に対して設けられた付勢機構とを備え、
前記全ストロークは、上側カシメ加工手段が金属板に当接して加工を開始するまでのストロークよりも長くなるように設定され、加工開始後は付勢機構による付勢力が金属板の周縁領域に対して作用すると共に、規制手段により中央領域の変形を規制することを特徴とする燃料電池セルの製造設備。 It comprises a plate-like thin film electrode composition and a pair of metal plates disposed on both sides of the thin film electrode composition, and the peripheral area of these metal plates is sealed with caulking with an insulating layer interposed therebetween Fuel cell manufacturing equipment
As a mechanism used when crimping by crimping the peripheral area of one metal plate inward with the thin film electrode composition set between a pair of metal plates,
Restricting means located in the central region of the metal plate;
Lower caulking processing means and upper caulking processing means for applying caulking sealing to the peripheral area of the metal plate,
A stopper that defines the entire stroke of the unit on which the restricting means and the upper caulking processing means when performing caulking sealing are mounted;
An urging mechanism provided for the upper caulking processing means,
The total stroke is set to be longer than the stroke until the upper caulking processing means comes into contact with the metal plate and starts machining, and after the machining starts, the urging force by the urging mechanism is applied to the peripheral area of the metal plate. And a fuel cell manufacturing facility characterized in that the deformation of the central region is regulated by the regulating means.
6. The fuel cell manufacturing equipment according to claim 4 or 5, further comprising means used for a step of pressing and pressing the inner region of the crimped peripheral region after the caulking sealing step. .
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004270199A JP3847311B2 (en) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Fuel cell manufacturing method and manufacturing equipment |
PCT/JP2005/016949 WO2006030830A1 (en) | 2004-09-16 | 2005-09-14 | Method and facility for manufacturing fuel cell |
CNB2005800310632A CN100511795C (en) | 2004-09-16 | 2005-09-14 | Method and facility for manufacturing fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004270199A JP3847311B2 (en) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Fuel cell manufacturing method and manufacturing equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006086041A true JP2006086041A (en) | 2006-03-30 |
JP3847311B2 JP3847311B2 (en) | 2006-11-22 |
Family
ID=36164348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004270199A Expired - Fee Related JP3847311B2 (en) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Fuel cell manufacturing method and manufacturing equipment |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3847311B2 (en) |
CN (1) | CN100511795C (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008282586A (en) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Sony Corp | Fuel cell, manufacturing method of fuel cell, and electronic equipment |
WO2009122910A1 (en) | 2008-03-31 | 2009-10-08 | アクアフェアリー株式会社 | Fuel cell, and method for manufacturing the same |
KR20190057878A (en) * | 2017-11-21 | 2019-05-29 | 에스케이이노베이션 주식회사 | Electrode tab bending apparatus |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4420960B2 (en) * | 2008-05-13 | 2010-02-24 | シャープ株式会社 | Fuel cell and fuel cell layer |
CN102255094A (en) * | 2009-12-07 | 2011-11-23 | 财团法人工业技术研究院 | Fuel cell device and fuel cell module thereof |
JP2013008550A (en) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Sharp Corp | Secondary battery and manufacturing method thereof |
CN104148492B (en) * | 2013-05-14 | 2016-04-20 | 固笙企业有限公司 | The bending and molding devices and methods therefor of insulating trip |
CN104409743B (en) * | 2014-11-10 | 2017-01-11 | 温州晋航新能源科技有限公司 | Carbon-supported catalyst and manufacturing method thereof |
CN109808042B (en) * | 2019-01-30 | 2020-10-16 | 吉林大学 | Solid oxide fuel cell electrolyte preparation mould control device |
-
2004
- 2004-09-16 JP JP2004270199A patent/JP3847311B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-09-14 CN CNB2005800310632A patent/CN100511795C/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008282586A (en) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Sony Corp | Fuel cell, manufacturing method of fuel cell, and electronic equipment |
WO2009122910A1 (en) | 2008-03-31 | 2009-10-08 | アクアフェアリー株式会社 | Fuel cell, and method for manufacturing the same |
KR20190057878A (en) * | 2017-11-21 | 2019-05-29 | 에스케이이노베이션 주식회사 | Electrode tab bending apparatus |
KR102492206B1 (en) * | 2017-11-21 | 2023-01-25 | 에스케이온 주식회사 | Electrode tab bending apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101019261A (en) | 2007-08-15 |
CN100511795C (en) | 2009-07-08 |
JP3847311B2 (en) | 2006-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1685615B1 (en) | Registration arrangement for fuel cell assemblies | |
US7476459B2 (en) | Membrane electrode assembly and fuel cell | |
KR100406694B1 (en) | Gas separator for solid macromolecule type fuel cell | |
US20140017590A1 (en) | Electrolyte membrane-electrode assembly for fuel cells, and method for producing same | |
KR20060109476A (en) | Fuel cell end plate assembly | |
JP4627406B2 (en) | Separator and fuel cell | |
EP2544283B1 (en) | Fuel cell | |
JP3847311B2 (en) | Fuel cell manufacturing method and manufacturing equipment | |
JP2006196328A (en) | Method and apparatus for manufacturing battery cell | |
WO2024037530A1 (en) | Fuel cell | |
JP2007157438A (en) | Manufacturing method of cell of fuel cell and manufacturing equipment of the same | |
JP2007087728A (en) | Laminate, method of manufacturing it, as well as fuel cell | |
JP4630029B2 (en) | Fuel cell manufacturing method and manufacturing equipment | |
JP2006331861A (en) | Method and facility for manufacturing fuel cell | |
JP4639744B2 (en) | Fuel cell | |
CN110571449B (en) | Fuel cell stack assembly | |
US10847826B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cells and production method thereof | |
JP4477910B2 (en) | Fuel cell | |
KR100546016B1 (en) | Current collector for fuel cell, manufacturing method thereof and fuel cell having same | |
WO2006030830A1 (en) | Method and facility for manufacturing fuel cell | |
KR20120131350A (en) | Separator for proton exchange membrane fuel cell and proton exchange membrane fuel cell using the same | |
JP4440088B2 (en) | Fuel cell | |
JP2006310220A (en) | Fuel cell | |
JP2006004754A (en) | Fuel cell | |
JP2008153019A (en) | Manufacturing method for unit cell of fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060417 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20060417 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20060517 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060607 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060721 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060811 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060822 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090901 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090901 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090901 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100901 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110901 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120901 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130901 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140901 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |