JP2008153019A - Manufacturing method for unit cell of fuel cell - Google Patents

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正和 杉本
Masaya Yano
雅也 矢野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacturing method for unit cell of fuel cell, capable of satisfactorily keeping electrical contact between a metal plate and a membrane-electrode assembly. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the unit cell of the fuel cell, having a plate-like membrane-electrode assembly and first and second metal plates 5, arranged on each side of the membrane-electrode assembly and mechanically sealing the peripheral regions of these metal plates 5 via an insulating layer has at least a process in which the first metal plate, having an erected part in the peripheral region 5a; the membrane-electrode assembly, and the second metal plate 5 are set vertically, in this order; and the erected part of the peripheral region of the first metal plate is bent inward to be caulked for sealing, and thereafter, a process working the overall shape of the unit cell, from a plane shape to an arch shape. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、板状の膜・電極接合体と、この膜・電極接合体の両側に配置された第1及び第2の金属板とを備え、これらの金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で機械的に封止される燃料電池セルの製造方法に関するものである。   The present invention includes a plate-like membrane / electrode assembly and first and second metal plates arranged on both sides of the membrane / electrode assembly, and the peripheral region of these metal plates has an insulating layer interposed therebetween. The present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell that is mechanically sealed in a state where it is interposed in a fuel cell.

かかる燃料電池セルとして、例えば、下記特許文献1に開示される構成のものが知られている。この燃料電池セルは、板状の膜・電極接合体の両側にカソード板、アノード板として夫々機能する第1の金属板、第2の金属板が備えられており、金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で機械的に封止されている。かかる構成によれば、セル全体として、薄板状に形成できるので薄型化・小型化に寄与することができる。燃料ガスの流路は、金属板の内側に形成される。   As such a fuel battery cell, for example, one having a configuration disclosed in Patent Document 1 below is known. This fuel cell has a first metal plate and a second metal plate that function as a cathode plate and an anode plate on both sides of a plate-like membrane / electrode assembly, respectively, and the peripheral region of the metal plate is insulated. It is mechanically sealed with the layers in between. According to such a configuration, the entire cell can be formed in a thin plate shape, which can contribute to reduction in thickness and size. The fuel gas flow path is formed inside the metal plate.

一方、上記のような薄型の燃料電池セルを製造する技術として、下記特許文献2に開示される製造方法及び製造設備が知られている。この製造工程によれば、周縁領域に立ち上げ部が形成された第1の金属板、膜・電極接合体、第2の金属板の順に上下方向にセットされた状態で第1の金属板の周縁領域の立ち曲げ部を内側方向へ倒して機械的に封止(カシメ封止)する工程を有しており、部材の変形を抑制しながらも確実に薄型の燃料電池セルを製造可能にしている。   On the other hand, as a technique for manufacturing the thin fuel cell as described above, a manufacturing method and manufacturing equipment disclosed in Patent Document 2 below are known. According to this manufacturing process, the first metal plate is set in the vertical direction in the order of the first metal plate, the membrane / electrode assembly, and the second metal plate, each having a rising portion formed in the peripheral region. It has a step of mechanically sealing (caulking sealing) by tilting the bent part of the peripheral area inward, and it can surely manufacture a thin fuel cell while suppressing deformation of the member. Yes.

特開2005−332744号公報JP 2005-332744 A 特開2006−86041号公報JP 2006-86041 A

上記構成を有する燃料電池セルにおいて、電気出力をできるだけ多くとれるようにすることが好ましい。出力を多くとるためには、第1・第2の金属板と膜・電極接合体の接触状態を良好にする必要がある。これにより、接触抵抗を減らし出力効率を高めることができるからである。従って、薄型の燃料電池セルも、上記接触状態を良好にできる構造にすることが好ましい。   In the fuel cell having the above configuration, it is preferable to obtain as much electrical output as possible. In order to obtain a large output, it is necessary to improve the contact state between the first and second metal plates and the membrane / electrode assembly. This is because the contact resistance can be reduced and the output efficiency can be increased. Therefore, it is preferable that a thin fuel cell also has a structure that can satisfactorily make the contact state.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、金属板と膜・電極接合体の電機接触状態を良好に保持可能な燃料電池セルの製造方法を提供することである。   This invention is made | formed in view of the said situation, The subject is providing the manufacturing method of the fuel cell which can hold | maintain the electrical-machine contact state of a metal plate and a membrane electrode assembly favorably.

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、
板状の膜・電極接合体と、この膜・電極接合体の両側に配置された第1及び第2の金属板とを備え、これらの金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で機械的に封止される燃料電池セルの製造方法において、
周縁領域に立ち上げ部が形成された第1の金属板、膜・電極接合体、第2の金属板の順に上下方向にセットされた状態で第1の金属板の周縁領域の立ち曲げ部を内側方向へ倒して機械的に封止する工程と、
この工程後、燃料電池セルの全体形状を平面状からアーチ状に加工する工程と、を少なくとも有することを特徴にするものである。
In order to solve the above problems, a method for producing a fuel cell according to the present invention includes:
A plate-like membrane / electrode assembly and first and second metal plates disposed on both sides of the membrane / electrode assembly, and the peripheral region of these metal plates interpose an insulating layer. In a method for manufacturing a fuel cell that is mechanically sealed in a state,
In the state where the first metal plate having the rising portion formed in the peripheral region, the membrane / electrode assembly, and the second metal plate are set in the vertical direction, the rising portion of the peripheral region of the first metal plate is Tilting inward and mechanically sealing,
After this process, it has at least a process of processing the entire shape of the fuel cell from a planar shape to an arch shape.

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、板状の膜・電極接合体と、その両側に配置される一対の金属板を備えている。その加工工程において、周縁領域に立ち上げ部が形成された第1の金属板(箱型形状を有する)、膜・電極接合体、第2の金属板の順番に上下方向にセットする。そして、第1の金属板の周縁領域を内側方向へ倒すことで、周縁領域が機械的に封止される。また、周縁領域には絶縁層が介在しており、第1の金属板と第2の金属板は絶縁された状態で封止される。この状態で平面状の燃料電池セルが製造される。さらに、この封止工程の後、燃料電池セルの全体形状を平面状からアーチ状に加工する工程を有している。これにより、第1・第2の金属板及び膜・電極接合体がアーチ状に変形され、これにより、金属板と膜・電極接合体の電機接触状態が改善される。その結果、金属板と膜・電極接合体の電機接触状態を良好に保持可能な燃料電池セルの製造方法を提供することができる。   The operation and effect of the method for producing a fuel battery cell having such a configuration will be described. The fuel cell to be manufactured includes a plate-shaped membrane / electrode assembly and a pair of metal plates disposed on both sides thereof. In the processing step, the first metal plate (having a box shape) having a rising portion formed in the peripheral region, the membrane / electrode assembly, and the second metal plate are set in the vertical direction in this order. Then, the peripheral area is mechanically sealed by tilting the peripheral area of the first metal plate inward. In addition, an insulating layer is interposed in the peripheral region, and the first metal plate and the second metal plate are sealed in an insulated state. In this state, a planar fuel cell is manufactured. Furthermore, it has the process of processing the whole shape of a fuel cell from flat form to arch shape after this sealing process. As a result, the first and second metal plates and the membrane / electrode assembly are deformed in an arch shape, thereby improving the electrical contact state between the metal plate and the membrane / electrode assembly. As a result, it is possible to provide a method for manufacturing a fuel cell that can satisfactorily maintain the electrical contact state between the metal plate and the membrane / electrode assembly.

本発明において、第1の金属板は、空気を取り込むための孔が多数形成されたカソード側金属板として機能し、第1の金属板の表面が凸になるようなアーチ状に加工することが好ましい。   In the present invention, the first metal plate functions as a cathode side metal plate in which many holes for taking in air are formed, and can be processed into an arch shape such that the surface of the first metal plate is convex. preferable.

この構成によると、空気を取り込むための孔が形成された第1の金属板の表面が凸になるようにアーチ状に加工されているので、空気を取り込みやすい形状にすることができる。   According to this structure, since the surface of the 1st metal plate in which the hole for taking in air was formed is processed in the arch shape so that it may become convex, it can be made the shape which is easy to take in air.

本発明において、第1の金属板の表面には、アーチ形成方向と交差する方向に切り込みが形成されていることが好ましい。かかる切り込みを形成することで、アーチ状に加工しやすくなる。   In this invention, it is preferable that the notch is formed in the direction which cross | intersects the arch formation direction on the surface of the 1st metal plate. By forming such a cut, it becomes easy to process into an arch shape.

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アノード側から見た外観斜視図であり、図2は同じくカソード側から見た外観斜視図である。図3は、図1,2に示す燃料電池セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図4は、図1,2に示す燃料電池セルの縦断面図である。図5は、流路溝の形状を示す図である。なお、図3はアーチ状に加工する前の状態で図示している。   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 external perspective view of the fuel cell according to the present invention as viewed from the anode side, and FIG. 2 is an external perspective view of the fuel cell as viewed from the cathode side. FIG. 3 is an assembled perspective view showing an example of the fuel battery cell shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the fuel battery cell shown in FIGS. FIG. 5 is a diagram showing the shape of the flow channel. FIG. 3 shows a state before processing into an arch shape.

本発明の燃料電池セルは、各図に示すように、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。更に、カソード側電極板2の外側にカソード側金属板4(第1金属板に相当)が配置され、アノード側電極板3の外側にアノード側金属板5(第2金属板に相当)が配置される。   As shown in the drawings, the fuel battery cell of the present invention is disposed on a plate-shaped solid polymer electrolyte 1, a cathode-side electrode plate 2 disposed on one side of the solid polymer electrolyte 1, and on the other side. The anode side electrode plate 3 is provided. Further, the cathode side metal plate 4 (corresponding to the first metal plate) is arranged outside the cathode side electrode plate 2, and the anode side metal plate 5 (corresponding to the second metal plate) is arranged outside the anode side electrode plate 3. Is done.

各金属板4,5の周縁領域4a,5aは、固体高分子電解質1及び電極板2,3を収容した後に、カシメ(プレス曲げ加工に相当)により封止される。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。   The peripheral regions 4a and 5a of the metal plates 4 and 5 are sealed by caulking (corresponding to press bending) after the solid polymer electrolyte 1 and the electrode plates 2 and 3 are accommodated. For convenience of explanation, regions other than the peripheral regions 4a and 5a of the metal plates 4 and 5 are referred to as central regions 4b and 5b.

また、燃料電池セルは組み立てられた状態で薄型板状に形成されているおり、略矩形形状になっている。更に、燃料電池セルの全体形状は平面状ではなく、アーチ状に形成される。アーチが形成される方向は短辺方向であり、カソード側金属板4の表面が凸になるようなアーチ状となっている。従って、アノード側金属板5の表面は凹となっている。カソード側金属板4の側が凸になるようにすることで、空気を取り込みやすくしている。   Moreover, the fuel cell is formed in a thin plate shape in an assembled state, and has a substantially rectangular shape. Furthermore, the overall shape of the fuel cell is not a flat shape but an arch shape. The direction in which the arch is formed is the short side direction, and the arch shape is such that the surface of the cathode side metal plate 4 is convex. Therefore, the surface of the anode side metal plate 5 is concave. By making the cathode side metal plate 4 side convex, air can be easily taken in.

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 solid polymer electrolyte 1 may be any solid polymer membrane battery as long as it is used in conventional solid polymer membrane batteries. From the viewpoint of chemical stability and conductivity, a perfluorocarbon having a sulfonic acid group which is a super strong acid. A cation exchange membrane made of a polymer is preferably used. Nafion (registered trademark) is preferably used as such a cation exchange membrane. In addition, for example, a porous film made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene impregnated with the above Nafion or other ion conductive material, a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a non-woven fabric. A material carrying Nafion or another ion conductive material may be used.

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 solid polymer electrolyte 1 is, the more effective it is to make the whole thinner. However, in consideration of ion conduction function, strength, handling property, etc., 10 to 300 μm can be used, but 25 to 50 μm is preferable. .

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 electrode plates 2 and 3 can function as a gas diffusion layer, and can supply and discharge fuel gas, oxidizing gas, and water vapor, and at the same time can exhibit a current collecting function. As the electrode plates 2 and 3, the same or different ones can be used, and it is preferable to support a catalyst having an electrode catalytic action on the base material. The catalyst is preferably supported at least on the inner surfaces 2 b and 3 b in contact with the solid polymer electrolyte 1.

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 electrode plates 2 and 3 are prepared by adding a water-repellent substance such as a fluororesin to such a conductive porous material. When the catalyst is supported, a catalyst such as platinum fine particles and fluorine It is formed by mixing a water-repellent substance such as a resin, mixing it with a solvent to form a paste or ink, and then applying this to one side of an electrode substrate that should face the solid polymer electrolyte membrane. 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 electrode plates 2 and 3 and the solid polymer electrolyte 1 are designed according to the reducing gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell. In the present invention, it is preferable to use air as the oxidizing gas and hydrogen gas as the reducing gas. In addition, methanol, dimethyl ether, or the like can be used instead of the reducing gas.

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-side electrode plate 2 on the side where air is naturally supplied causes a reaction between oxygen and hydrogen ions, so that water is generated. Is preferred. In particular, under the operating conditions of low operating temperature, high current density, and high gas utilization rate, the electrode porous body is likely to be clogged (flooded) due to the condensation of water vapor, particularly at the air electrode where water is generated. Therefore, in order to obtain stable characteristics of the fuel cell over a long period of time, it is effective to ensure the water repellency of the electrode so that the flooding phenomenon does not occur.

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膜・電極接合体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 electrode plates 2 and 3 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced, but is preferably 50 to 500 μm in view of electrode reaction, strength, handling properties, and the like. The electrode plates 2 and 3 and the solid polymer electrolyte 1 may be laminated and integrated in advance by adhesion, fusion, or the like, or may simply be arranged in a stacked manner. Such a laminated body can also be obtained as a membrane electrode assembly 10 (Mebrane Electrode Assembly: MEA), and this may be used.

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(図5参照)が設けられている。   A cathode side metal plate 4 is disposed on the surface of the cathode side electrode plate 2, and an anode side metal plate 5 is disposed on the surface of the anode side electrode plate 3. The anode side metal plate 5 is provided with a fuel inlet 5c and a discharge port 5d, and in the present embodiment, the anode side metal plate 5 is provided with a flow channel 9 (see FIG. 5).

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孔4cが設けられている。開口孔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、開口孔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の開口孔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 side metal plate 4 is provided with a large number of opening holes 4c for supplying oxygen in the air. As long as the cathode side electrode plate 2 can be exposed, the number, shape, size, formation position, and the like of the opening holes 4c may be any. However, in consideration of the supply efficiency of oxygen in the air and the current collection effect from the cathode side electrode plate 2, the area of the opening 4c is preferably 10 to 50% of the area of the cathode side electrode plate 2, In particular, 20 to 40% is preferable. As for the opening hole 4c of the cathode side metal plate 4, you may provide a some circular hole, a slit, etc. regularly or randomly, or may provide an opening part with a metal mesh, for example.

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 metal plates 4 and 5, any metal can be used as long as it does not adversely affect the electrode reaction, and examples thereof include stainless steel plates, nickel, copper, and copper alloys. However, from the viewpoint of elongation, weight, elastic modulus, strength, corrosion resistance, press workability, etching workability and the like, a stainless steel plate, nickel and the like are preferable.

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。流路溝9は、幅が太い横方向の溝9aと幅が細い縦方向の溝9bとで構成され、幅方向両側にある横溝9aと横溝9aとを3本の縦溝9bで接続しており、縦溝9bの1本が何らかの原因で封鎖されたとしても、残りの縦溝9bにより流路溝9が完全に封鎖されることを防止している。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、図5の形態に限定されるものではない。   The channel groove 9 provided in the anode side metal plate 5 may have any planar shape or cross-sectional shape as long as a channel for hydrogen gas or the like can be formed by contact with the electrode plate 3. In the present embodiment, the inlet 5c and the outlet 5d are connected by a channel groove 9, and the channel groove 9 is formed in a zigzag shape that is periodically folded along the width direction of the metal plate 5. Yes. The flow channel groove 9 is composed of a wide horizontal groove 9a and a narrow vertical groove 9b, and the horizontal groove 9a and the horizontal groove 9a on both sides in the width direction are connected by three vertical grooves 9b. Even if one of the longitudinal grooves 9b is blocked for some reason, the remaining groove 9b prevents the channel groove 9 from being completely blocked. In consideration of the channel density, the stacking density at the time of stacking the fuel cells, the flexibility, etc., various forms of the channel grooves 9 can be adopted, and the present invention is not limited to the configuration shown in FIG.

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 channel groove 9 of the metal plate 5 may be formed on the outer surface of the electrode plate 3. As a method of forming the flow channel groove on the outer surface of the electrode plate 3, a mechanical method such as a hot press or cutting may be used. However, it is preferable to perform groove processing by laser irradiation in order to suitably perform fine processing. From the viewpoint of performing laser irradiation, the base material for the electrode plates 2 and 3 is preferably an aggregate of fibrous carbon.

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。   One or a plurality of inlets 5c and outlets 5d communicating with the channel groove 9 of the metal plate 5 can be formed. In addition, although the thickness of the metal plates 4 and 5 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced, 0.1 to 1 mm is preferable in consideration of strength, elongation, weight, elastic modulus, handling property, and the like.

金属板5に流路溝9を形成する方法としては、金属板に対してプレス加工(打ち出し加工)を行うことで形成することができる。すなわち、図3に示す金属板5において裏面側から打ち出し加工を行うことで、図4,5に示すように金属板5の裏面側に流路溝9を形成することができる。また、打ち出し加工により流路溝9を形成するので、図1に示すように金属板5の表面側には、流路溝9と同じ形状が表れる。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。   As a method of forming the flow path groove 9 in the metal plate 5, it can be formed by performing press working (stamping) on the metal plate. That is, by performing the punching process on the metal plate 5 shown in FIG. 3 from the back side, the flow channel 9 can be formed on the back side of the metal plate 5 as shown in FIGS. Since the flow channel 9 is formed by stamping, the same shape as the flow channel 9 appears on the surface side of the metal plate 5 as shown in FIG. The cross-sectional shape of the channel groove 9 is preferably substantially square, substantially trapezoidal, substantially semicircular, V-shaped or the like.

金属板4への開口孔4cの形成、金属板5への注入口5c及び排出口5dの形成についても、プレス加工を利用して行われる。さらに、金属板4,5には、同じくプレス加工(打ち出し加工)を利用して、中央領域4b,5bに凹部が形成される。この凹部は、図4に示すように、膜・電極接合体10を構成する電極板2,3を収容するための凹部である。従って、凹部の面積は、収容される電極板2,3の大きさに応じて加工される。   The formation of the opening hole 4c in the metal plate 4 and the formation of the injection port 5c and the discharge port 5d in the metal plate 5 are also performed using press working. Further, the metal plates 4 and 5 are similarly formed with recesses in the central regions 4b and 5b by using press working (stamping). As shown in FIG. 4, the concave portion is a concave portion for accommodating the electrode plates 2 and 3 constituting the membrane / electrode assembly 10. Therefore, the area of the recess is processed according to the size of the electrode plates 2 and 3 to be accommodated.

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(機械的封止の一例)されている。電気的な絶縁は、絶縁シート(絶縁層に相当)を用いて行うが、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もできる。   In the present invention, the peripheral regions 4a and 5a of the metal plates 4 and 5 are sealed by caulking in an electrically insulated state (an example of mechanical sealing). Electrical insulation is performed using an insulating sheet (corresponding to an insulating layer), but can also be performed by interposing the peripheral edge 1a of the solid polymer electrolyte 1.

カソード側金属板4には、図3に示すようにリング状(額縁状)の絶縁シート11が周縁領域4aに配置される。絶縁シート11の外側の縁は金属板4の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、多数の開口孔4cが形成される領域(あるいは、電極板2の大きさより少し大きなサイズ)よりも少し大きなサイズに設定される。   On the cathode side metal plate 4, a ring-shaped (frame-shaped) insulating sheet 11 is disposed in the peripheral region 4a as shown in FIG. The outer edge of the insulating sheet 11 is set to be approximately the same size as the edge of the metal plate 4, and the inner edge is a region where many opening holes 4 c are formed (or a size slightly larger than the size of the electrode plate 2). Is set to a slightly larger size.

アノード側金属板5にも、図1に示すようにリング状(額縁状)の絶縁シート12が周縁領域5aの表裏両面に配置される。この表裏両面の絶縁シート12のサイズは同じである。絶縁シート12の外側の縁は金属板5の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、電極板3よりも少し大きなサイズに設定される。   As shown in FIG. 1, ring-shaped (frame-shaped) insulating sheets 12 are also disposed on the front and back surfaces of the peripheral region 5 a on the anode side metal plate 5. The sizes of the insulating sheets 12 on both the front and back surfaces are the same. The outer edge of the insulating sheet 12 is set to approximately the same size as the edge of the metal plate 5, and the inner edge is set to a size slightly larger than the electrode plate 3.

固体高分子電解質1は、電極板2,3の大きさよりも少し大きくなっており、図4に示すように、電極板2,3から露出した状態にある周縁領域1aが、絶縁シート11,12により挟持されるように組み立てられる。   The solid polymer electrolyte 1 is slightly larger than the size of the electrode plates 2 and 3, and as shown in FIG. 4, the peripheral region 1 a exposed from the electrode plates 2 and 3 has insulating sheets 11 and 12. It is assembled so that it may be pinched by.

すなわち、本発明では、カシメを行う際、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の周縁領域1aを絶縁シート11,12を介して、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。また、金属板5の表面側にも絶縁シート12が設けられており、カシメ封止した際に、絶縁性能を確実に確保した状態で封止することができる。   That is, in the present invention, when caulking, the peripheral region 1a of the solid polymer electrolyte 1 in the region outside the electrode plates 2 and 3 is sandwiched between the peripheral regions 4a and 5a via the insulating sheets 11 and 12. State. According to such a structure, inflow of gas or the like from one of the electrode plates 2 and 3 to the other can be effectively prevented. Moreover, the insulating sheet 12 is provided also on the surface side of the metal plate 5, and can be sealed in a state in which the insulating performance is ensured when the crimping is performed.

絶縁シート11,12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い。絶縁シート11,12は、金属板4,5を所定の形状に加工する前に、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ができる。この点については、後述する。   As the insulating sheets 11 and 12, a sheet-like resin, rubber, thermoplastic elastomer, ceramics, or the like can be used, but a resin, rubber, thermoplastic elastomer, or the like is preferable in order to improve sealing performance. Before processing the metal plates 4 and 5 into a predetermined shape, the insulating sheets 11 and 12 are attached to the metal plates 4 and 5 in advance, or directly or via an adhesive. I can leave. This point will be described later.

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4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、絶縁シート11,12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。このようなカシメ封止を行うための製造方法及び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. 4 is preferable from the viewpoint of sealing performance, ease of manufacture, thickness, and the like. That is, the peripheral region 4a of one cathode side metal plate 4 is made larger than the peripheral region 5a of the other anode side metal plate 5, and the peripheral regions 4a of the cathode side metal plate 4 are interposed with the insulating sheets 11 and 12 interposed therebetween. A caulking structure is preferable in which the metal plate is folded so as to sandwich the peripheral region 5 a of the anode side metal plate 5. A manufacturing method and manufacturing equipment for performing such caulking sealing will be described in detail later.

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 solid polymer electrolyte 1, a pair of electrode plates 2, 3, and a pair of metal plates It is also possible to form unit cells with 4 and 5 and to stack a plurality of unit cells or to arrange them on the same surface. By doing so, it is possible to provide a high-power fuel cell without the need to apply a certain pressure to the cell parts by mutually coupling with the fastening parts of the bolts and nuts.

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。   When used as a fuel cell, it is possible to join a fuel supply pipe directly to the fuel inlet 5c and outlet 5d of the metal plate 5, but in making the fuel cell thinner, It is preferable to provide a joint mechanism having a small thickness and a pipe parallel to the surface of the metal plate 5.

図1には、注入口5cにジョイント用のブース(金属製ピン)5eが金属板5に対して取り付けられている。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5eに対して、金属パイプ13を圧入して取り付けることができる。この金属パイプ13に対して更に樹脂性パイプ14挿入することで、ガス供給流路を形成することができる(図4参照)。排出口5dについても、同じ構成を採用している。   In FIG. 1, a joint booth (metal pin) 5 e is attached to the injection plate 5 c with respect to the metal plate 5. This attachment can be performed by caulking or press fitting. The metal pipe 13 can be press-fitted and attached to the pin 5e. A gas supply flow path can be formed by further inserting the resin pipe 14 into the metal pipe 13 (see FIG. 4). The same configuration is adopted for the outlet 5d.

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 metal plates 4 and 5 and the solid polymer electrolyte 1 which are members constituting the fuel battery cell are formed in a rectangular shape, but four corners thereof are formed in an R shape. By attaching R to the four corners, it is easy to perform the caulking sealing process described later.

前述のように燃料電池セルの全体がアーチ状に形成されているので、金属板4,5と膜・電極接合体10の電気接触を良好に保持することができる。金属板4,5と膜・電極接合体10は、平面状態で接触させようとすると、部分的に接触していない領域ができてしまう可能性があるが、これらをアーチ状に曲げることで、接触する領域を増やすと共に接触圧力を増大させることができる。これにより、接触抵抗を減らし、電気出力を効率よく取り出すことができる。   As described above, since the entire fuel cell is formed in an arch shape, the electrical contact between the metal plates 4 and 5 and the membrane / electrode assembly 10 can be favorably maintained. If the metal plates 4 and 5 and the membrane / electrode assembly 10 are brought into contact in a planar state, there is a possibility that a region that is not in partial contact may be formed, but by bending them into an arch shape, The contact pressure can be increased while increasing the contact area. Thereby, contact resistance can be reduced and an electrical output can be taken out efficiently.

<燃料電池セルの製造工程>
次に、図1〜図5で説明した燃料電池セルの製造工程及び製造設備について説明する。図6は、燃料電池セルの製造工程の概略を示す図である。図6に示すように、カソード側金属板4を製造する工程、アノード側金属板5を製造する工程、膜・電極接合体10を製造する工程に分かれており、金属板4,5と膜・電極接合体1が製造された後、これらを用いて燃料電池セルを組み立てる工程が行われる。
<Manufacturing process of fuel cell>
Next, the manufacturing process and manufacturing equipment of the fuel battery cell described in FIGS. 1 to 5 will be described. FIG. 6 is a diagram showing an outline of the manufacturing process of the fuel cell. As shown in FIG. 6, the process is divided into a process for manufacturing the cathode-side metal plate 4, a process for manufacturing the anode-side metal plate 5, and a process for manufacturing the membrane / electrode assembly 10. After the electrode assembly 1 is manufactured, a process of assembling a fuel cell using these is performed.

まず、カソード側金属板4とアノード側金属板5を製造するための順送金型設備の構成に付いて説明する。図7は、順送金型設備の構成を示す概念図である。この順送金型設備は、カソード側金属板4とアノード側金属板5の両方を加工することができ、そのため7つの金型が搬送経路に沿って配置されている。   First, the structure of the progressive die equipment for manufacturing the cathode side metal plate 4 and the anode side metal plate 5 will be described. FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of the progressive die equipment. This progressive metal mold equipment can process both the cathode side metal plate 4 and the anode side metal plate 5, and therefore, seven molds are arranged along the conveyance path.

各金属板4,5を加工するための原材料として、所定幅を有する長尺状金属板をロールに巻きつけた金属ロールを使用する。この金属ロールから長尺状金属板を引き出して順送金型設備に送り込み、必要な加工が施される。金属板4,5は、同じ幅の長尺状金属板が使用されるが、金属板4については、予め片面に絶縁シート11が付着されているものを使用し、金属板5については、予め両面に絶縁シート12が付着されているものを使用する。   As a raw material for processing the metal plates 4 and 5, a metal roll obtained by winding a long metal plate having a predetermined width around a roll is used. A long metal plate is pulled out from the metal roll and sent to a progressive mold facility, and necessary processing is performed. As the metal plates 4 and 5, long metal plates having the same width are used, but the metal plate 4 having an insulating sheet 11 attached to one side in advance is used, and the metal plate 5 is previously provided. A sheet having an insulating sheet 12 attached on both sides is used.

図7に示す7つの金型は、所定間隔で配置されており、アノード側金属板5を製造する場合にのみ使用する金型(第1,2,3,6金型)と、カソード側金属板4を製造する場合にのみ使用する金型(第4,7金型)と、両金属板4,5に対して共通に使用できる金型(第5金型)とを有している。従って、カソード側金属板4の製造を行う場合、第1,2,3,6金型は不作動となるように制御し、アノード側金属板5の製造を行う場合、第4,7金型が不作動になるように制御する金型制御部が設けられる。   The seven molds shown in FIG. 7 are arranged at predetermined intervals, and are used only when the anode side metal plate 5 is manufactured (first, second, third and sixth molds), and the cathode side metal. It has a mold (fourth and seventh molds) used only when the plate 4 is manufactured and a mold (fifth mold) that can be used in common for both the metal plates 4 and 5. Therefore, when the cathode side metal plate 4 is manufactured, the first, second, third, and sixth molds are controlled to be inoperative, and when the anode side metal plate 5 is manufactured, the fourth and seventh molds are used. A mold control unit is provided for controlling so as to be inactive.

以上のように構成すれば、カソード側金属板4とアノード側金属板5とで別々の順送金型設備を設ける必要はないので、設備費を安価にすることができる。   If comprised as mentioned above, since it is not necessary to provide a separate progressive metal mold | die equipment in the cathode side metal plate 4 and the anode side metal plate 5, an installation cost can be made cheap.

次に、具体的な加工内容について説明する。図8は、カソード側金属板4を順送金型設備により加工していく様子を示す平面図、図9は、アノード側金属板5を順送金型設備により加工していく様子を示す平面図である。図10は、カソード側金属板4を順送金型設備により加工していく様子を示す断面図、図11は、アノード側金属板5を順送金型設備により加工していく様子を示す断面図である。   Next, specific processing contents will be described. FIG. 8 is a plan view showing a state in which the cathode side metal plate 4 is processed by the progressive die equipment, and FIG. 9 is a plan view showing a state in which the anode side metal plate 5 is processed by the progressive die equipment. is there. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the cathode side metal plate 4 is processed by the progressive die equipment, and FIG. 11 is a cross sectional view showing a state in which the anode side metal plate 5 is processed by the progressive die equipment. is there.

最初にカソード側金属板4を製造する工程を具体的に説明する。図8において、金属ロールから引き出された長尺状金属板50は、所定幅を有すると共に、所定間隔ごとに位置決め用孔50aが幅方向両側に予め形成されている。また、絶縁シート11も予め所定間隔ごとに貼り付けられている。絶縁シート11を貼り付ける場合は、位置決め用孔50aを基準として貼り付けることができる。長尺状金属板50は、図8の左側から右側へと搬送される。   First, a process of manufacturing the cathode side metal plate 4 will be specifically described. In FIG. 8, the long metal plate 50 drawn out from the metal roll has a predetermined width, and positioning holes 50a are formed in advance in both sides in the width direction at predetermined intervals. The insulating sheet 11 is also attached in advance at predetermined intervals. When affixing the insulating sheet 11, it can be affixed with the positioning hole 50a as a reference. The long metal plate 50 is conveyed from the left side to the right side in FIG.

図8に示すように、まず最初に多数の孔4cをプレス穴あけにより形成する(S1)。この段階での断面形状は図10(b)に示される。これは第4金型により行われる。次に、電極板2を収容するための凹部4g打ち出し加工が行われる(S2)。この段階での断面形状は図10(c)に示される。これは第5金型により行われる。次に、金属板4の外形を打ち抜くための加工が行われる(S3)。この段階での断面形状は図10(d)に示される。これは第7金型により行われる。打ち抜き後の長さがL2で示される。   As shown in FIG. 8, first, a large number of holes 4c are formed by press drilling (S1). The cross-sectional shape at this stage is shown in FIG. This is done with a fourth mold. Next, a recess 4g punching process for accommodating the electrode plate 2 is performed (S2). The cross-sectional shape at this stage is shown in FIG. This is done with a fifth mold. Next, processing for punching out the outer shape of the metal plate 4 is performed (S3). The cross-sectional shape at this stage is shown in FIG. This is done with a seventh mold. The length after punching is indicated by L2.

長尺状金属板50の動きとしては、搬送方向に対して間歇的に移動し、金型による所定の加工が行われると、金型が配列されている所定間隔の分だけ搬送される。金型の動作としては、図8に示すS1,S2,S3の加工は同時に行われる。すなわち、搬送方向の下流側に行くほど加工が進んでいることになる。この点は、アノード側金属板5を加工する場合も同じである。   As the movement of the long metal plate 50, when the metal plate 50 moves intermittently with respect to the conveyance direction and a predetermined processing is performed by the mold, the long metal plate 50 is conveyed by a predetermined interval where the molds are arranged. As the operation of the mold, the processing of S1, S2, and S3 shown in FIG. 8 is performed simultaneously. That is, the processing progresses toward the downstream side in the transport direction. This is the same when the anode side metal plate 5 is processed.

次にアノード側金属板5を製造する工程を具体的に説明する。図9において、金属ロールから引き出された長尺状金属板51は、所定幅を有すると共に、所定間隔ごとに位置決め用孔51aが幅方向両側に予め形成されている。また、絶縁シート12も予め所定間隔ごとに表裏両面に貼り付けられている。絶縁シート12を貼り付ける場合は、位置決め用孔51aを基準として貼り付けることができる。   Next, the process of manufacturing the anode side metal plate 5 will be specifically described. In FIG. 9, a long metal plate 51 drawn out from a metal roll has a predetermined width, and positioning holes 51a are formed in advance in both sides in the width direction at predetermined intervals. The insulating sheet 12 is also attached to both the front and back surfaces at predetermined intervals. When the insulating sheet 12 is pasted, it can be pasted using the positioning hole 51a as a reference.

図9に示すように、まず最初に流路溝9の打ち出し加工(第1段階)を行う(S11)。これは第1金型により行われる。この第1段階では、流路溝9は完全には形成されておらず、溝深さは浅い状態である。次に、流路溝9の第2段階の打ち出し加工を行う(S12)。これにより、流路溝9の加工が完了する。この段階での断面形状は図11(b)に示される。次に、ブースを取り付ける孔(注入口5c及び排出口5d)を形成するためのプレス穴あけ加工を行う(S13)。これは第3金型により行われる。   As shown in FIG. 9, first, the punching process (first stage) of the flow channel groove 9 is performed (S11). This is done by the first mold. In this first stage, the channel groove 9 is not completely formed, and the groove depth is shallow. Next, the second stage punching process of the flow channel groove 9 is performed (S12). Thereby, the process of the flow-path groove | channel 9 is completed. The cross-sectional shape at this stage is shown in FIG. Next, press punching for forming holes (injection port 5c and discharge port 5d) for attaching the booth is performed (S13). This is done with a third mold.

次に、電極板3を収容するための凹部5g打ち出し加工が行われる(S14)。この段階での断面形状は図11(c)に示される。これは第5金型により行われる。次に、金属板5の外形を打ち抜くための加工が行われる(S15)。この段階での断面形状は図11(d)に示される。これは第6金型により行われる。打ち抜き後の長さがL1で示される。   Next, a recess 5g is formed to accommodate the electrode plate 3 (S14). The cross-sectional shape at this stage is shown in FIG. This is done with a fifth mold. Next, processing for punching out the outer shape of the metal plate 5 is performed (S15). The cross-sectional shape at this stage is shown in FIG. This is done with a sixth mold. The length after punching is indicated by L1.

図7に示すように、アノード側金属板5の外形を打ち抜きした後に、図4(b)で示すようなブースを取り付ける加工を行う。ブース5eは、注入口5cと排出口5dにカシメにより結合することができる。   As shown in FIG. 7, after punching out the outer shape of the anode side metal plate 5, a process for attaching a booth as shown in FIG. 4B is performed. The booth 5e can be connected to the inlet 5c and the outlet 5d by caulking.

また、カソード側金属板4の外形を打ち抜き加工した後に、図12に示すような周縁領域4aを90゜内側に立ち曲げるための絞り加工が行われる。図12(b)に絞り加工を行った後の斜視図を示すが、周縁領域4aの全周に立ち曲げ部が形成される。このような立ち曲げ部を形成することで、カシメ封止加工を行いやすくすることができる。なお、立ち上げ部の角度は正確に90゜でなくてもよく、90゜±5゜であれば問題ない。   Further, after the outer shape of the cathode side metal plate 4 is punched, a drawing process for bending the peripheral region 4a 90 ° inward as shown in FIG. 12 is performed. FIG. 12B shows a perspective view after the drawing process, and a standing bent portion is formed on the entire periphery of the peripheral region 4a. By forming such a standing bent portion, it is possible to facilitate the caulking sealing process. The angle of the rising portion does not have to be exactly 90 °, and there is no problem if it is 90 ° ± 5 °.

<金型構成>
図13は、燃料電池セルの組み立て工程に使用する金型設備を示す外観斜視図である。図14は、金型の断面構成を示す概念図である。この金型の基本的構成は、以下説明する燃料電池セルの組み立て工程で使用する金型のいずれの場合にも適用可能である。加工内容の違いに応じて金型形状が異なることもあるが、基本的な金型構成は図13,14に示す構造とすることができる。
<Mold configuration>
FIG. 13 is an external perspective view showing the mold equipment used in the assembly process of the fuel cell. FIG. 14 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a mold. This basic structure of the mold can be applied to any mold used in the assembly process of the fuel cell described below. Although the mold shape may vary depending on the processing content, the basic mold configuration can be the structure shown in FIGS.

金型設備は、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 mold equipment includes a fixed unit 20 and a movable unit 30. The fixed side unit 20 includes a first lower mold 21 and a second lower mold 22 as molds. The first lower mold 21 is provided with a coil spring 23 as an urging mechanism, and acts to urge the first lower mold 21 upward. The first lower mold 21 presses the central region 4b of the cathode side metal plate 4 of the fuel cell. The second lower mold 22 is disposed so as to surround the first lower mold 21, and performs press working on the peripheral region 4 a of the metal plate 4. The second lower mold 22 is formed in a substantially rectangular annular shape in plan view. The second lower mold 22 includes a mechanism (corresponding to the first adjustment mechanism 24) that can be adjusted in the vertical direction. For example, the adjustment mechanism 24 can be configured by a mechanism using bolts and nuts. The first adjustment mechanism 24 can adjust the relative height relationship between the upper surface of the first lower mold 21 and the upper surface of the second lower mold 22. Specifically, the first lower mold 21 located in the central area is in a position recessed from the second lower mold 22 located in the peripheral area, and the protrusion amount h1 of the second lower mold 22 relative to the first lower mold 21 is set. Can be adjusted.

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。   The second lower mold 22 is formed with a hole 22a for inserting a guide shaft for guiding the second upper mold in the vertical direction.

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 movable unit 30 includes a first upper mold 31 and a second upper mold 32 as molds. The second upper mold 32 is provided with a coil spring 33 as an urging mechanism, and acts to urge the second upper mold 32 downward. The first upper mold 31 presses the central region 5b of the anode side metal plate 5 of the fuel cell. The second upper mold 32 is disposed so as to surround the first upper mold 31, and presses the peripheral area 5 a of the metal plate 5. The second upper mold 32 is formed in a substantially rectangular annular shape in plan view. The second upper mold 32 includes a mechanism (corresponding to the second adjustment mechanism 34) that can be adjusted in the vertical direction. As the adjustment mechanism 34, it can be comprised by the mechanism using a volt | bolt nut, for example. The relative height relationship between the lower surface of the first upper mold 31 and the lower surface of the second upper mold 32 can be adjusted by the second adjustment mechanism 34. Specifically, the protrusion amount h2 of the second upper mold 32 relative to the first upper mold 31 can be adjusted. By providing the adjusting mechanisms 24 and 34 as described above, an appropriate pressing force can be applied in press working.

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。   The second upper mold 32 is formed with a hole 32a for inserting a guide shaft for guiding the second upper mold 32 in the vertical direction.

図14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。操作部40は、手動で動かしても良いし、駆動機構により電動で動かしてもよい。   As shown in FIG. 14, pressing can be performed by operating the operation unit 40. In other words, the movable unit 30 is moved downward by operating the operation unit 40. The contact portion 26 provided on the fixed side unit 20 side and the contact portion 36 provided on the movable side unit 30 side are in contact with each other, and the distance Y between them is the movement of the movable side unit 30. Corresponds to the stroke. The operation unit 40 may be moved manually or electrically by a drive mechanism.

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4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14に示す通りである。   As will be described later, the number of press working steps using manufacturing equipment is roughly divided into four steps. For the lower molds 21 and 22 and the upper molds 31 and 32, molds suitable for each process are used, but if there are those that can be used in common, they are used in common. Although the size and shape of the mold are different in each process, the basic configuration is as shown in FIG.

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14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。   Further, FIG. 14 schematically shows a workpiece W as a target of press working, but the form of the work W differs depending on the press working process.

この金型により燃料電池セルを組み立てていくものであるが、順送金型設備においても使用できる金型構成であるため、その点について説明する。ここでは、金属板4,5に膜・電極接合体10の電極板2,3を収容するための凹部4g,5gを形成する打ち出し加工(絞り加工)、外形の打ち抜き加工に使用した場合について説明する。   The fuel cell is assembled by this mold, but since this is a mold configuration that can also be used in progressive mold equipment, this point will be described. Here, description will be made on a case where the metal plates 4 and 5 are used for punching (drawing) for forming the recesses 4g and 5g for accommodating the electrode plates 2 and 3 of the membrane-electrode assembly 10 and punching of the outer shape. To do.

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10(c)、図11(c)に夫々の金属板4,5に凹部4g,5gが形成された状態が示されている。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、凹部4g,5gが形成される。   This drawing process is a process for forming a 150 μm step on the metal plates 4 and 5. FIG. 10C and FIG. 11C show a state in which the concave portions 4g and 5g are formed in the respective metal plates 4 and 5. FIG. By this drawing process, steps 4f and 5f are formed at locations near the boundaries between the peripheral areas 4a and 5a of the metal plates 4 and 5 and the central areas 4b and 5b. Accordingly, concave portions 4g and 5g are formed inside the metal plates 4 and 5, respectively.

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10,11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、実際に金型にセットされるときの姿勢(上下方向)は、図11に示される金属板5の姿勢でセットされることになる。   Metal molds for drawing the cathode side metal plate 4 (first and second lower molds 21 and 22 and first and second upper molds 31 and 32), and molds for drawing the anode side metal plate 5 The same mold can be used as the mold. In FIGS. 10 and 11, it is shown in accordance with the posture when assembled, but the posture (vertical direction) when actually set in the mold is the posture of the metal plate 5 shown in FIG. 11. Will be set.

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 lower mold 22 descends from above, it first comes into contact with the peripheral regions 4a and 5a of the metal plates 4 and 5. At that time, since the stoppers (contact portions 26 and 36) are not yet in contact with each other, the second upper mold 32 tries to further lower, but the second lower mold 22 is in a fixed state. Therefore, the spring 33 is compressed.

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(凹部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の厚みに対応した凹部4g,5gが形成される。   On the other hand, the first upper mold 31 located in the central regions 4b and 5b is continuously lowered and stopped with the stopper coming into contact with the lower surface of the first upper mold 31 further lower than the lower surface of the second upper mold 32. To do. The stroke until the stopper stops is set for each process. Thereby, drawing processing is performed on the metal plates 4 and 5, and steps (recesses 4g and 5g) are formed. The step size at this time is, for example, about 0.15 mm, and the recesses 4g and 5g corresponding to the thickness of the electrode plates 2 and 3 to be accommodated are formed.

金属板4,5の打ち抜き加工を行った結果は、図10(d)、図11(d)に示した通りである。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、前述の絞り加工と同じ動きをする。   The results of punching the metal plates 4 and 5 are as shown in FIGS. 10 (d) and 11 (d). In the punching dimension L1 of the anode side metal plate 5 and the punching dimension L2 of the cathode side metal plate 4, L2 is larger, so that the mold used in the punching process is the anode side metal plate 5 and the cathode side. It differs from the metal plate 4. As will be described later, since the caulking cost is required for caulking and sealing the peripheral area 4a of the cathode side metal plate 4 in the caulking process, the dimensions are increased. The movement of the die in this punching is basically the same as the above-described drawing, although the amount of stroke Y is set differently.

また、図13,14に示す金型は、図12で説明した立ち曲げ部の絞り加工を行うときにも使用することができる。この絞り加工における金型の動きも、前述の絞り加工や打ち抜き加工で説明したのと基本的に同じである。   Moreover, the metal mold | die shown in FIG.13, 14 can be used also when performing the drawing process of the standing bending part demonstrated in FIG. The movement of the mold in the drawing process is basically the same as described in the drawing process and the punching process.

<製造(燃料電池セルの組み立て)工程>
次に、燃料電池セルを組み立てていくときの具体的な製造工程を説明する。製造工程の概略を図15のフローチャートに示す。まず、順送金型設備により製造された金属板4,5と膜・電極接合体10をセットする。この状態を図16に示す。90゜絞り加工された金属板4の中に、膜・電極接合体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。膜・電極接合体10の電極板2が金属板4の凹部4gに収容され、電極板3が金属板5の凹部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。なお、第1上型31には、金属板5にカシメ結合されているブース5eを逃げるための凹部31aと、流路溝9の形成に伴う金属板5の表面の突出部を逃げるための凹部31bが設けられている。
<Manufacturing (assembly of fuel cell) process>
Next, a specific manufacturing process when assembling fuel cells will be described. An outline of the manufacturing process is shown in the flowchart of FIG. First, the metal plates 4 and 5 and the membrane / electrode assembly 10 manufactured by the progressive die equipment are set. This state is shown in FIG. A membrane / electrode assembly 10 (with the electrode plates 2 and 3 assembled on both surfaces of the solid polymer electrolyte 1) is set in the metal plate 4 drawn by 90 °. The electrode plate 2 of the membrane / electrode assembly 10 is accommodated in the recess 4 g of the metal plate 4, and the electrode plate 3 is accommodated in the recess 5 g of the metal plate 5. A metal plate 5 is set on the top. The first upper mold 31 includes a recess 31a for escaping the booth 5e that is caulked to the metal plate 5, and a recess for escaping the protrusion on the surface of the metal plate 5 due to the formation of the flow channel groove 9. 31b is provided.

図16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。この時に使用される第2上型32は、図16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4aを一旦45゜に絞り加工する。この時の状態を図17に示す。   After setting the state of FIG. 16, the cathode side metal plate 4 is subjected to a drawing process of 45.degree. The second upper mold 32 used at this time is provided with an inclined surface 32c of 45 ° with respect to the horizontal plane as shown in FIG. By operating the inclined surface 32c, the peripheral region 4a bent at 90 ° is once drawn to 45 °. The state at this time is shown in FIG.

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4a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14参照)。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17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 operation unit 40, the first and second upper molds 31 and 32 descend. When the second lower mold 22 and the second upper mold 32 come into contact with each other, the peripheral region 4a is bent 45 ° inward. When the second upper mold 32 comes into contact with the second lower mold 22, the stoppers (contact parts 26, 36) are not yet in contact (see FIG. 14). The compression process of the coil spring 33 proceeds until the stopper comes into contact. On the other hand, the first upper die 31 is above the metal plate 5 of the fuel cell and is in contact with the metal plate 5 when the second upper die 32 and the second lower die 22 come into contact with each other. Absent. When the stopper comes into contact, the first upper mold 31 is not lowered further and stops in the state shown in FIG. At this time, the lower surface 31 a of the first upper mold 31 presses (contacts) the upper surface of the metal plate 5. Thereby, it can suppress that the center area | regions 4b and 5b of a fuel battery cell deform | transform.

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 metal plate 4 and the upper surface of the first lower mold 21 are not in contact with each other, but are in a state where a gap is formed. In the pressed state, the vertical gap dimension Δh between the upper surface of the second lower mold 22 and the first upper mold 31 is set to about 0.5 mm. Moreover, the thickness of the metal plates 4 and 5 in this case is 0.3 mm. The thickness of the solid polymer electrolyte 1 is 0.025 mm. Therefore, the gap dimension Δh is substantially the same as the thickness of the fuel cell to be caulked and sealed. Thereby, the deformation of the member can be effectively regulated without applying an excessive force to the fuel cell.

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。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18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。これにより、周縁領域4a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、絶縁層として絶縁シート11,12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 side metal plate 4 is performed. Thereby, the crimping process is completed. The die used for the 0 ° external drawing is a different die from the 45 ° drawing, and the press surface 32d is formed in a horizontal plane as shown in FIG. The peripheral region 5a bent at 45 ° in the previous process is further pressed down and tilted inward. As a result, the peripheral area 4a is bent 180 ° in a horizontal state. As a result, the peripheral regions 4a and 5a are sealed with caulking. Further, insulating sheets 11 and 12 are interposed as insulating layers between the peripheral region 4a and the peripheral region 5a, and are sealed in a state in which a short circuit between the metal plates 4 and 5 is prevented.

図17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17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. 17, the compression process of the coil spring 33 is performed after the second lower mold 22 and the second upper mold 32 are in contact until the stoppers (contact portions 26 and 36) are in contact. Persisted. Further, the position of the lower surface of the first upper mold 31 is the same as that in FIG. In addition, there is a gap between the first lower mold 21 and the lower surface of the metal plate 4.

以上説明したように、カシメ封止を行うための工程が行われる。特に、図12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。   As described above, a process for performing caulking sealing is performed. In particular, when the 90 ° standing bent portion formed in FIG. 12 is tilted inward, it is not tilted at once, but is drawn once to 45 ° and then drawn to 0 °. 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、カシメ封止工程では金属板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 the caulking sealing step, the central region 5b of the metal plate 5 is brought into contact with the first upper mold 31 to restrict deformation of the central region 5b when performing press working. Further, since a gap is formed between the central region 4a of the metal plate 4 and the first lower mold 21, no pressing force or regulation force acts. Accordingly, it is possible to effectively prevent deformation of the central regions 4b and 5b while preventing an excessive force from acting on the central regions 4a and 5a.

以上のような工程で製造された燃料電池セルは、平面状の形状を有しており、これを更にアーチ状に加工する。図20は、下型21と上型31の概略構成を示し、図19は、アーチ状に加工した直後の状態を示している。下型21には、周辺押圧部21mと、周辺押圧部21mよりも若干凹部である中央押圧部21nが設けられており、夫々、カソード側金属板4の周縁領域4aと中央領域4bを押圧する。上型31にも周辺押圧部31mと、周辺押圧部31mよりも若干凹部である中央押圧部31nが設けられており、夫々、アノード側金属板5の流路溝9の突出した部分と、カシメ封止により折り曲げられたアノード側金属板4の周縁領域4aを押圧する。   The fuel battery cell manufactured by the process as described above has a planar shape, which is further processed into an arch shape. 20 shows a schematic configuration of the lower mold 21 and the upper mold 31, and FIG. 19 shows a state immediately after being processed into an arch shape. The lower die 21 is provided with a peripheral pressing portion 21m and a central pressing portion 21n that is a slightly recessed portion than the peripheral pressing portion 21m, and presses the peripheral region 4a and the central region 4b of the cathode side metal plate 4, respectively. . The upper die 31 is also provided with a peripheral pressing portion 31m and a central pressing portion 31n, which is slightly recessed from the peripheral pressing portion 31m, respectively, and a protruding portion of the channel groove 9 of the anode side metal plate 5 and a caulking The peripheral region 4a of the anode side metal plate 4 bent by the sealing is pressed.

下型21と上型31の各押圧部は、アーチ状に加工するための湾曲形状を有している。これにより、平面状の燃料電池セルをアーチ状にプレス加工することができる。製造されたアーチ状の燃料電池セルは、図1、図2に示した通りである。   Each pressing part of the lower mold | type 21 and the upper mold | type 31 has the curved shape for processing in an arch shape. Thereby, a planar fuel cell can be pressed into an arch shape. The manufactured arch-shaped fuel cell is as shown in FIGS.

アーチ状に加工された燃料電池セルのカシメ封止された部分は、樹脂により封止することが好ましい。カシメ封止される領域は矩形の枠形状であるため、樹脂封止する領域も同じ枠形状となる。樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリオレフィン樹脂などが例としてあげられる。   The caulking-sealed portion of the fuel cell processed into an arch shape is preferably sealed with resin. Since the area to be caulked and sealed has a rectangular frame shape, the area to be resin-sealed also has the same frame shape. Examples of the resin include an epoxy resin, a phenol resin, and a polyolefin resin.

<使用例>
次に、アーチ状に形成された燃料電池セルの使用例を図22に示す。図22は、燃料電池の外観を示す斜視図であり、燃料電池は本体部60と、本体部60の先端に着脱自在に被せられるキャップ61を備えている。この燃料電池は、電子機器(ノートパソコン、PDA、携帯電話等)に設けられた二次電池の充電用に使用されるものであるが、充電用ではなく主電源として用いられてもよい。
<Usage example>
Next, the usage example of the fuel cell formed in the arch shape is shown in FIG. FIG. 22 is a perspective view showing the external appearance of the fuel cell. The fuel cell includes a main body 60 and a cap 61 that is detachably placed on the tip of the main body 60. This fuel cell is used for charging a secondary battery provided in an electronic device (notebook personal computer, PDA, mobile phone, etc.), but may be used as a main power supply instead of charging.

本体部60は、円筒形を有しており、その先端には電源供給端子62が設けられている。この電源供給端子62は、例えば、USB端子が使用される。本体部60の周囲にアーチ状に形成された燃料電池セルSが円周方向に沿って3つ配置されている。本体部60の表面に露出しているのは、カソード側金属板4の方であり、空気を取り込むための開口孔4cも露出している。本体部60の内部には、不図示の水素ガスを発生するための機構が設けられており、発生した水素ガスは、各燃料電池セルS内に供給される。   The main body 60 has a cylindrical shape, and a power supply terminal 62 is provided at the tip thereof. For example, a USB terminal is used as the power supply terminal 62. Three fuel cells S formed in an arch shape around the main body 60 are arranged along the circumferential direction. The cathode side metal plate 4 is exposed on the surface of the main body 60, and the opening hole 4c for taking in air is also exposed. A mechanism for generating hydrogen gas (not shown) is provided inside the main body 60, and the generated hydrogen gas is supplied into each fuel cell S.

次に、実際にアーチ状に形成した場合の効果について確認したので以下説明する。まず、燃料電池セルのサイズであるが、長辺方向の長さは36mm、短辺方向の長さは展開した状態(アーチ状に曲げる前の状態)で15mm、角Rは5mm、開口孔1aの大きさはφ2mmである。中央領域4b,5bの周縁領域4a,5aに対する突出量は0.1mm〜0.2mm程度である。燃料電池セルの最大厚みは1.5mmである。アーチ状に形成する場合のアーチの半径は8.5mmである。実験に使用したセルは1個である。   Next, since the effect in the case of actually forming in arch shape was confirmed, it demonstrates below. First, regarding the size of the fuel cell, the length in the long side direction is 36 mm, the length in the short side direction is 15 mm in the expanded state (before bending into an arch shape), the angle R is 5 mm, and the opening hole 1a. The size of is 2 mm. The protrusion amount of the central regions 4b and 5b with respect to the peripheral regions 4a and 5a is about 0.1 mm to 0.2 mm. The maximum thickness of the fuel cell is 1.5 mm. The radius of the arch when it is formed in an arch shape is 8.5 mm. One cell was used for the experiment.

発電に使用した燃料ガスは、水素ガスであり、燃料電池セルへの供給量は、1時間当たり2〜3ccである。   The fuel gas used for power generation is hydrogen gas, and the supply amount to the fuel cell is 2 to 3 cc per hour.

図21は、アーチ状に加工した場合と加工していない場合の電圧出力を比較したグラフである。グラフの横軸は電流密度を示し、縦軸は電圧を示す。このグラフからも分かるように、アーチ状に加工した方が出力が高くなっている。これは、アーチ状に加工することで、膜・電極接合体10と金属板4,5との電気接触状態が良好に保持されているからと考えられる。   FIG. 21 is a graph comparing the voltage output when processed into an arch shape and when not processed. The horizontal axis of the graph indicates the current density, and the vertical axis indicates the voltage. As can be seen from this graph, the output is higher when processed into an arch shape. This is considered to be because the electrical contact state between the membrane / electrode assembly 10 and the metal plates 4 and 5 is satisfactorily maintained by processing into an arch shape.

<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孔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。また、カソード側金属板4に形成する開口孔4cの大きさ、個数、形状等は適宜決めることができる。
<Another embodiment>
The configuration of the fuel cell is not limited to the structure shown in FIGS. For example, the cathode side metal plate 4 has a shape having a large number of opening holes 4 c for taking in air, but the cathode side metal plate 4 may be formed in the same shape as the anode side metal plate 5. Further, the size, number, shape and the like of the opening hole 4c formed in the cathode side metal plate 4 can be appropriately determined.

本実施形態では、アノード側金属板5に形成する流路溝9を2回に分けてプレス加工にしているが、1回もしくは3回以上の段階的加工により形成してもよい。   In the present embodiment, the flow path groove 9 formed in the anode side metal plate 5 is divided into two press processes, but may be formed by one or three or more step processes.

本実施形態ではカシメ封止工程における金属板の絞り加工は、所定傾斜角度を45゜に設定し、次に0゜絞り加工を行っている。すなわち、2段階でカシメ封止を行うが、これを3段階以上としてもよい。例えば、60゜→30゜→0゜に設定することができる。もちろん、この角度以外でも良い。また、4段階以上の多段階に設定してもよい。   In the present embodiment, the metal plate is drawn in the caulking sealing process by setting a predetermined inclination angle to 45 ° and then performing 0 ° drawing. That is, although caulking sealing is performed in two stages, this may be three or more stages. For example, 60 ° → 30 ° → 0 ° can be set. Of course, other angles may be used. Also, it may be set in multiple stages of four or more stages.

本実施形態の組立工程では、膜・電極接合体10の形に組み立てた後に、金型にセットするようにしているが、金型にセットする際に、カソード側電極板2、固体高分子電解質1、アノード側電極板3の順番に積層する形でセットしてもよい。   In the assembly process of the present embodiment, the membrane / electrode assembly 10 is assembled into the mold and then set in the mold. When the mold is set in the mold, the cathode side electrode plate 2 and the solid polymer electrolyte are set. 1. Alternatively, the anode side electrode plate 3 may be set in a stacked manner.

本実施形態では、カソード側金属板4の周縁領域4aを折り曲げてカシメ封止しているが、アノード側金属板5の周縁領域5aを折り曲げてカシメ封止してもよい。   In this embodiment, the peripheral region 4a of the cathode side metal plate 4 is bent and caulked and sealed, but the peripheral region 5a of the anode side metal plate 5 may be bent and caulked and sealed.

本実施形態では、カシメ封止の加工を行なった後、ただちに、アーチ状に加工しているが、アーチ状に加工する前に、更に安全を期すためリング押さえ加工を行ってもよい。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。リング押さえ加工を行なうための金型としては、リング状に形成された突起部を備えさせ、これら突起部を用いて、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。   In this embodiment, the arch shape is processed immediately after the caulking sealing process is performed. However, before the arch process is performed, a ring pressing process may be performed for further safety. This processing is a step of pressing the crimping-sealed peripheral regions 4a and 5a slightly inside the region with a press, whereby the sealed state can be made more reliable. As a mold for carrying out the ring pressing process, protrusions formed in a ring shape are provided, and these protrusions are used to press the inner side of the peripheral regions 4a and 5a in a ring shape. Thereby, crimping sealing can be ensured more.

アーチ状に加工する場合のアーチの形状(半径の大きさ、突出高さなど)は、適宜変更することができる。また、アーチの形状は円弧状に限定されるものではなく、楕円形などの二次曲線、そのほかの曲面形状であってもよい。   The shape of the arch (the size of the radius, the protruding height, etc.) when processing into an arch shape can be changed as appropriate. The shape of the arch is not limited to the arc shape, and may be a quadratic curve such as an ellipse or other curved surface shape.

本実施形態において、金属板4,5の表面に切り込みを入れてもよい。切り込みを入れることでアーチ状に加工しやすくなる。切り込みの方向は、アーチ形状に交差する方向(直交する方向が特に好ましい)、図1の例では長手方向に沿って切り込みを入れることが好ましい。切り込みの深さ、長さ、個数などは適宜決めることができる。切り込みは、金属板4,5の少なくとも一方に入れることが好ましく、両方に入れてもよい。切り込みは、金属板4,5の凸に変形させられる側の表面に形成することが好ましい。切り込み自体は、プレス加工により形成することができるが、他の加工方法で形成してもよい。   In the present embodiment, cuts may be made on the surfaces of the metal plates 4 and 5. It becomes easy to process into an arch shape by making a cut. The direction of the cut is preferably a direction that intersects the arch shape (a direction that is orthogonal is particularly preferred), and in the example of FIG. 1, the cut is preferably made along the longitudinal direction. The depth, length, number, etc. of the cuts can be determined as appropriate. The cut is preferably made in at least one of the metal plates 4 and 5, and may be made in both. The cut is preferably formed on the surface of the metal plates 4 and 5 on the side that is deformed into a convex shape. The notches themselves can be formed by pressing, but may be formed by other processing methods.

本発明に係る燃料電池セルの構成を示す外観斜視図(アノード側)1 is an external perspective view (anode side) showing the configuration of a fuel cell according to the present invention. 本発明に係る燃料電池セルの構成を示す外観斜視図(カソード側)FIG. 3 is an external perspective view (cathode side) showing the configuration of the fuel cell according to the present invention. 本発明の燃料電池セルの一例を示す組み立て斜視図Assembly perspective view showing an example of the fuel battery cell of the present invention 本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows an example of the fuel battery cell of this invention 図3の燃料電池セルの流路溝を示す図The figure which shows the flow-path groove | channel of the fuel battery cell of FIG. 燃料電池セルの製造工程の概略を示す図The figure which shows the outline of the manufacturing process of a fuel cell 順送金型設備の構成を示す概念図Conceptual diagram showing the configuration of progressive mold equipment カソード側金属板の製造工程を示す平面図Plan view showing the cathode metal sheet manufacturing process アノード側金属板の製造工程を示す平面図Plan view showing manufacturing process of anode side metal plate カソード側金属板の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of a cathode side metal plate アノード側金属板の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of an anode side metal plate カソード側金属板の周縁領域に立ち曲げ部の絞り加工を示す図The figure which shows the drawing process of the bending part in the peripheral area of the cathode side metal plate 金型の構成を示す外観斜視図External perspective view showing the configuration of the mold 金型の断面構成を示す概念図Conceptual diagram showing the cross-sectional structure of the mold 燃料電池セルの組立工程を示すフローチャートFlow chart showing assembly process of fuel cell 金属板と薄膜電極組成体を金型にセットした状態を示す断面図Sectional drawing which shows the state which set the metal plate and the thin film electrode composition to the metal mold | die カソード側金属板の外形45゜絞り加工を示す概念図Conceptual drawing showing 45 ° drawing of the metal plate on the cathode side カソード側金属板の外形0゜絞り加工を示す概念図Conceptual diagram showing the 0 ° drawing of the cathode side metal plate リング押え加工を示す概念図Conceptual diagram showing ring presser processing リング押え加工を行う金型を示す図Diagram showing the mold for ring press working アーチ状に加工した場合の効果を示す実験データExperimental data showing the effect of machining into an arch shape 燃料電池セルの具体的な使用例を示す図The figure which shows the concrete usage example of the fuel cell

符号の説明Explanation of symbols

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(第2金属板)
4a 周縁領域
4b 中央領域
5 アノード側金属板(第1金属板)
5a 周縁領域
5b 中央領域
5c 注入口
5d 排出口
5e ブース
9 流路溝
10 膜・電極接合体
11,12 絶縁シート
50,51 長尺状金属板
50a,51a 位置決め用孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte 1a Peripheral part 2 Cathode side electrode plate 3 Anode side electrode plate 4 Cathode side metal plate (2nd metal plate)
4a peripheral area 4b central area 5 anode side metal plate (first metal plate)
5a Peripheral area 5b Central area 5c Inlet 5d Outlet 5e Booth 9 Channel groove 10 Membrane / electrode assembly 11, 12 Insulating sheets 50, 51 Long metal plates 50a, 51a Positioning holes

Claims (3)

板状の膜・電極接合体と、この膜・電極接合体の両側に配置された第1及び第2の金属板とを備え、これらの金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で機械的に封止される燃料電池セルの製造方法において、
周縁領域に立ち上げ部が形成された第1の金属板、膜・電極接合体、第2の金属板の順に上下方向にセットされた状態で第1の金属板の周縁領域の立ち曲げ部を内側方向へ倒して機械的に封止する工程と、
この工程後、燃料電池セルの全体形状を平面状からアーチ状に加工する工程と、を少なくとも有する燃料電池セルの製造方法。
A plate-like membrane / electrode assembly and first and second metal plates disposed on both sides of the membrane / electrode assembly, and the peripheral region of these metal plates interpose an insulating layer. In a method for manufacturing a fuel cell that is mechanically sealed in a state,
In the state where the first metal plate having the rising portion formed in the peripheral region, the membrane / electrode assembly, and the second metal plate are set in the vertical direction, the rising portion of the peripheral region of the first metal plate is Tilting inward and mechanically sealing,
And a step of processing the overall shape of the fuel cell from a planar shape to an arch after the step.
第1の金属板は、空気を取り込むための孔が多数形成されたカソード側金属板として機能し、第1の金属板の表面が凸になるようなアーチ状に加工することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セルの製造方法。   The first metal plate functions as a cathode-side metal plate in which a large number of holes for taking in air are formed, and is processed into an arch shape such that the surface of the first metal plate is convex. Item 2. A method for producing a fuel cell according to Item 1. 第1の金属板の表面には、アーチ形成方向と交差する方向に切り込みが形成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池セルの製造方法。   The method for manufacturing a fuel cell according to claim 2, wherein a cut is formed in the surface of the first metal plate in a direction intersecting with the arch formation direction.
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