JP2008204636A - シール一体型膜電極接合体を製造するための射出成形金型および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＭＥＡにシールガスケットを射出成形してシール一体型ＭＥＡを製造する際に、ＭＥＡの露出部へのシールガスケット材料の含浸を抑制することができる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】シール一体型ＭＥＡ３５０を製造するための射出成形金型は、ＭＥＡ３２０の周囲に外形キャビティ７３２を形成する外形キャビティ形成部７１２と、外形キャビティ７３２にシールガスケットの材料が射出される際にＭＥＡ３２０の中央面に当接する当接面７２２を有する当接部７２０とを備え、当接部７２０を弾性樹脂で形成したことを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、燃料電池に用いられ膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下、「ＭＥＡ」という）にシールガスケットを射出成形したシール一体型膜電極接合体（以下、「シール一体型ＭＥＡ」という）を製造するための技術に関する。

燃料電池の構造として、シール一体型ＭＥＡとセパレータとを交互に積層したものがある。この燃料電池では、シール一体型ＭＥＡにセパレータを介して燃料ガスおよび酸化ガス（本明細書では、これらのガスを「反応ガス」と総称する）が供給されることによって、反応ガスを用いた電気化学的に発電が行われる。シール一体型ＭＥＡのシールガスケットは、燃料電池の外部へ反応ガスが漏洩するのを防止する機能や、セパレータ同士を電気的に絶縁する機能を有する。

従来、燃料電池のシール一体型ＭＥＡは、金型内の金属面にＭＥＡを載置した後、金型内にシールガスケット材料を射出することによって製造されていた。次の特許文献１には、シール一体型ＭＥＡの製造技術が開示されている。

特開２００２−４２８３６号公報

従来の製造技術では、シールガスケットから露出させるＭＥＡの露出部に金型金属面を当接させていたが、ＭＥＡは多孔体から成る構造を有すると共に厚さにバラツキを有することから、多孔体の連続気孔や、ＭＥＡと金型金属面との間を介して、シールガスケット材料がＭＥＡの露出部に含浸してしまう場合があった。ＭＥＡの露出部のうちシールガスケット材料が含浸してしまった部分では、反応ガスの電気化学反応が阻害されてしまうため、燃料電池の発電性能が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記した課題を踏まえ、ＭＥＡにシールガスケットを射出成形してシール一体型ＭＥＡを製造する際に、ＭＥＡの露出部へのシールガスケット材料の含浸を抑制することができる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一形態である射出成形金型は、燃料電池に用いられ膜電極接合体にシールガスケットを射出成形したシール一体型膜電極接合体を製造する射出成形金型であって、前記膜電極接合体の周囲にキャビティを形成するキャビティ形成部と、前記キャビティ形成部によって形成されるキャビティに前記シールガスケットの材料が射出される際に前記膜電極接合体の中央面に当接する当接面を有する当接部とを備え、前記当接部を弾性部材で形成したことを特徴とする。この射出成形金型によれば、ＭＥＡに当接する当接部が弾性部材で形成されているため、ＭＥＡを金型金属に直接的に当接させるよりも、ＭＥＡと当接面との間の密封性を高めることができる。その結果、ＭＥＡの露出部にシールガスケット材料が含浸するのを抑制することができる。

上述の射出成形金型は、次の形態を採ることもできる。例えば、前記キャビティ形成部によって形成されるキャビティは、前記シールガスケットの外形を確定する外形キャビティと、前記当接部に隣接する隣接キャビティとを含み、前記隣接キャビティは、前記膜電極接合体の中央面に交差する方向で、前記外形キャビティよりも薄くても良い。これによって、外形キャビティから隣接キャビティに流れるシールガスケット材料の流動抵抗を高めることができるため、シールガスケット材料がＭＥＡの露出部に到達するのを抑制することができる。

また、前記隣接キャビティは、前記膜電極接合体の中央面に交差する方向で、前記外形キャビティよりも狭いと共に、前記当接部に近付くに連れて前記膜電極接合体の中央面に交差する方向に拡張しても良い。これによって、隣接キャビティに進入したシールガスケット材料の圧力は、当接部に近付くに連れて低下するため、シールガスケット材料がＭＥＡの露出部に到達するのを一層抑制することができる。

また、更に、前記膜電極接合体に当接することによって前記隣接キャビティを前記外形キャビティから分断するバッファ分断部を備えても良い。これによって、バッファ分断部によって隣接キャビティが外形キャビティから分断されるため、シールガスケット材料がＭＥＡの露出部に到達するのを一層抑制することができる。また、前記バッファ分断部を弾性部材で形成しても良い。これによって、ＭＥＡとバッファ分断部との間の密封性を高めることができる。その結果、ＭＥＡの露出部にシールガスケット材料が含浸するのを一層抑制することができる。なお、バッファ分断部の弾性部材は、外形キャビティから隣接キャビティへのシールガスケット材料の進入を抑制可能な弾力性を有する樹脂であれば良く、当接部と同じ材質の弾性部材で形成しても良いし、当接部と異なる材質の弾性部材で形成しても良い。

また、前記当接面の外縁部を前記膜電極接合体に向けて凸状に形成しても良い。これによって、当接面の外縁部に当接するＭＥＡの連続気孔が潰れるため、ＭＥＡの露出部にシールガスケット材料が含浸するのを一層抑制することができる。

また、前記膜電極接合体に向けて前記当接部よりも突出した突出部を、該当接部の外周に沿って形成しても良い。これによって、突出部に当接するＭＥＡの連続気孔が潰れるため、ＭＥＡの露出部にシールガスケット材料が含浸するのを一層抑制することができる。

また、前記キャビティ形成部によって形成されるキャビティは、前記シールガスケットの外形を確定する外形キャビティと、前記突出部に隣接する隣接キャビティとを含み、更に、前記隣接キャビティを前記外形キャビティよりも前記シールガスケットの厚さ方向に狭めるバッファ形成部を備えても良い。これによって、突出部による連続気孔の閉塞に加え、外形キャビティから隣接キャビティに流れるシールガスケット材料の流動抵抗を高めることができるため、シールガスケット材料がＭＥＡの露出部に到達するのを一層抑制することができる。

また、本発明の一形態である製造方法は、燃料電池に用いられ膜電極接合体にシールガスケットを射出成形したシール一体型膜電極接合体を製造する製造方法であって、弾性部材で形成した当接面を前記膜電極接合体の中央面に当接した状態で、該膜電極接合体の周囲にキャビティを形成する工程と、前記膜電極接合体の周囲に形成されたキャビティに、前記シールガスケットの材料を射出する工程とを備えることを特徴とする。この製造方法によれば、シールガスケット材料がキャビティ内に射出される際に、ＭＥＡは、弾性部材で形成された当接部と当接するため、ＭＥＡが金型金属と直接的に当接するよりも、ＭＥＡと当接部との間の密封性を高めることができる。その結果、ＭＥＡの露出部にシールガスケット材料が含浸するのを抑制することができる。

また、本発明の形態は、射出成形金型や製造方法に限るものではなく、例えば、射出成形装置、燃料電池、シール一体型ＭＥＡなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池について説明する。

Ａ．実施例：
Ａ−１．燃料電池の全体構成：
図１は、燃料電池１０の全体構成を示す説明図である。燃料電池１０は、燃料電池１０の外部から供給を受けた反応ガスの電気化学反応によって発電する。本実施例では、燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池を含む。本実施例では、燃料電池１０で用いられる反応ガスは、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを含む。燃料電池１０で用いられる燃料ガスは、水素タンクや水素吸蔵合金に貯蔵した水素ガスであっても良いし、炭化水素系燃料を改質して得られる水素ガスであっても良い。燃料電池１０で用いられる酸化ガスは、例えば、外気から取り込んだ空気を用いることができる。

本実施例では、燃料電池１０は、燃料ガスを循環して再利用する循環方式の燃料電池である。燃料電池１０に供給された燃料ガスは、電気化学反応の進行に伴って、水素濃度が低下し、アノードオフガスとして燃料電池１０の外部に排出される。本実施例では、アノードオフガスは、燃料ガスとして再利用される。燃料電池１０に供給された酸化ガスは、電気化学反応の進行に伴って、酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池１０の外部に排出される。

図１に示すように、燃料電池１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ）３２０を有するＭＥＡプレート３００と、ＭＥＡプレート３００に反応ガスを供給するセパレータ２００とを交互に複数積層することによって、ＭＥＡプレート３００を二つのセパレータ２００で挟み込んだスタック構造を有する。燃料電池１０は、交互に複数積層されたセパレータ２００およびＭＥＡプレート３００を両側から挟持するエンドプレート１００，４００を備える。本実施例では、エンドプレート１００，４００、セパレータ２００、ＭＥＡプレート３００は、略同一の長方形に成形された板状部材であり、燃料電池１０は、その長方形を断面とする直方体となる。

燃料電池１０を構成するエンドプレート１００、セパレータ２００、ＭＥＡプレート３００の各部材は、隣接する部材間で相互に連通する複数の貫通孔を有し、これら複数の貫通孔が連通し合うことによって複数の流路が燃料電池１０の内部に形成される。本実施例では、燃料電池１０の内部に形成される流路は、燃料電池１０に供給された燃料ガスを流す流路（図１では、その流れ方向を矢印Ｈ＿ＩＮで示す）と、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスを流す流路（図１では、その流れ方向を矢印Ｈ＿ＯＵＴで示す）と、燃料電池１０に供給された酸化ガスを流す流路（図１では、その流れ方向を矢印Ａ＿ＩＮで示す）と、燃料電池１０から排出されるカソードオフガスを流す流路（図１では、その流れ方向を矢印Ａ＿ＯＵＴで示す）と、燃料電池１０に供給された冷却水を流す流路（図１では、その流れ方向を矢印Ｗ＿ＩＮで示す）と、燃料電池１０から排出される冷却水を流す流路（図１では、その流れ方向を矢印Ｗ＿ＯＵＴで示す）とを含む。本実施例では、エンドプレート１００に設けられた複数の貫通孔を介して、燃料ガスの供給、アノードオフガスの排出、酸化ガスの供給、カソードオフガスの排出、冷却水の供給、冷却水の排出が、燃料電池１０の内部に対して行われる。

燃料電池１０のセパレータ２００は、反応ガスをＭＥＡプレート３００に供給する機能、ＭＥＡプレート３００で生じた電気を集電する機能、ＭＥＡプレート３００での反応熱を除去する冷却水を流す機能を備える。セパレータ２００は、発電された電気を集電するのに十分な導電性を有すると共に、反応ガスおよび冷却水を流す上で十分な耐久性，耐熱性，ガス不透過性を有する材料から成る。本実施例では、セパレータ２００の材料として、ステンレスが用いられるが、チタン，チタン合金などの金属の他、カーボン樹脂，導電性セラミックスであっても良い。本実施例では、セパレータ２００は、三枚の平坦な薄板を積層して構成される三層積層型のセパレータであり、セパレータ２００は、三枚の薄板として、カソードプレート２１０と、アノードプレート２３０と、中間プレート２２０とを備える。

セパレータ２００のカソードプレート２１０は、セパレータ２００の一部としてＭＥＡプレート３００のカソード側に接するカソード積層面を構成すると共に、そのカソード積層面にカソード供給口２１７およびカソード排出口２１８を形成する。カソードプレート２１０のカソード供給口２１７は、ＭＥＡプレート３００のカソード側に対して酸化ガスを供給する。カソードプレート２１０のカソード排出口２１８は、ＭＥＡプレート３００のカソード側からカソードオフガスを排出する。カソードプレート２１０は、カソード供給口２１７およびカソード排出口２１８に加え、燃料電池１０の内部流路の一部を構成する複数の流路を形成し、本実施例では、これら複数の流路は、カソードプレート２１０に複数の貫通孔を成形することによって構成される。

セパレータ２００のアノードプレート２３０は、セパレータ２００の一部としてＭＥＡプレート３００のアノード側に接するアノード積層面を構成すると共に、そのアノード積層面にアノード供給口２３７およびアノード排出口２３８を形成する。アノードプレート２３０のアノード供給口２３７は、ＭＥＡプレート３００のアノード側に対して燃料ガスを供給する。アノードプレート２３０のアノード排出口２３８は、ＭＥＡプレート３００のアノード側からアノードオフガスを排出する。アノードプレート２３０は、アノード供給口２３７およびアノード排出口２３８に加え、燃料電池１０の内部流路の一部を構成する複数の流路を形成し、本実施例では、これら複数の流路は、アノードプレート２３０に複数の貫通孔を成形することによって構成される。

セパレータ２００の中間プレート２２０は、カソードプレート２１０とアノードプレート２３０との間に挟持されセパレータ２００の内部に流路２２１，２２２，２２３，２２４，２２５を形成する。中間プレート２２０の流路２２１は、矢印Ｈ＿ＩＮで示す方向に流れる燃料ガスの一部を、アノードプレート２３０のアノード供給口２３７へと分流させる。中間プレート２２０の流路２２２は、アノードプレート２３０のアノード排出口２３８から排出されるアノードオフガスを、矢印Ｈ＿ＯＵＴで示す方向に流れるアノードオフガスへと合流させる。中間プレート２２０の流路２２３は、矢印Ａ＿ＩＮで示す方向に流れる酸化ガスの一部を、カソードプレート２１０のカソード供給口２１７へと分流させる。中間プレート２２０の流路２２４は、カソードプレート２１０のカソード排出口２１８から排出されるカソードオフガスを、矢印Ａ＿ＯＵＴで示す方向に流れるカソードオフガスへと合流させる。中間プレート２２０の流路２２５は、矢印Ｗ＿ＩＮで示す方向に流れる冷却水の一部を、セパレータ２００の内部へと分流させると共に、その分流した冷却水を、矢印Ｗ＿ＯＵＴで示す方向に流れる冷却水へと合流させる。本実施例では、流路２２１，２２２，２２３，２２４，２２５は、中間プレート２２０に複数の貫通孔を成形することによって構成される。

燃料電池１０のＭＥＡプレート３００は、ＭＥＡ３２０にシールガスケット３４０を射出成形したシール一体型膜電極接合体（以下、「シール一体型ＭＥＡ」という）３５０と、ＭＥＡ３２０のアノード側の面に燃料ガスを拡散させるアノードガス拡散プレート３１０と、ＭＥＡ３２０のカソード側の面に酸化ガスを拡散させるカソードガス拡散プレート３３０とを備える。本実施例では、ＭＥＡプレート３００は、アノードガス拡散プレート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０をシール一体型ＭＥＡ３５０に嵌め込むことによって構成される。

ＭＥＡプレート３００のアノードガス拡散プレート３１０は、本実施例では、ＭＥＡ３２０と略同一の長方形に成形された板状部材である。アノードガス拡散プレート３１０は、ＭＥＡ３２０とセパレータ２００との間を導電するのに十分な導電性を有すると共に、燃料ガスを透過するのに十分な連続した複数の気孔を形成する多孔体から成る。本実施例では、アノードガス拡散プレート３１０は、発泡金属から成るが、他の実施形態として、金属メッシュであっても良い。アノードガス拡散プレート３１０は、ＭＥＡ３２０のアノード側に接して積層されると共に、ＭＥＡプレート３００がセパレータ２００に挟持された状態で、セパレータ２００のアノードプレート２３０に当接して、アノードプレート２３０のアノード供給口２３７から供給された燃料ガスを、ＭＥＡ３２０のアノード側に拡散させる。アノードガス拡散プレート３１０によって拡散された燃料ガスは、アノードオフガスとして、アノードプレート２３０のアノード排出口２３８を介してアノードガス拡散プレート３１０から排出される。

ＭＥＡプレート３００のカソードガス拡散プレート３３０は、本実施例では、ＭＥＡ３２０と略同一の長方形に成形された板状部材である。カソードガス拡散プレート３３０は、ＭＥＡ３２０とセパレータ２００との間を導電するのに十分な導電性を有すると共に、酸化ガスを透過するのに十分な連続した複数の気孔を形成する多孔体から成る。本実施例では、カソードガス拡散プレート３３０は、発泡金属から成るが、他の実施形態として、金属メッシュであっても良い。カソードガス拡散プレート３３０は、ＭＥＡ３２０のカソード側に接して積層されると共に、ＭＥＡプレート３００がセパレータ２００に挟持された状態で、セパレータ２００のカソードプレート２１０に当接して、カソードプレート２１０のカソード供給口２１７から供給された酸化ガスを、ＭＥＡ３２０のカソード側に拡散させる。カソードガス拡散プレート３３０によって拡散された酸化ガスは、カソードオフガスとして、カソードプレート２１０のカソード排出口２１８を介してカソードガス拡散プレート３３０から排出される。

図２は、ＭＥＡプレート３００のシール一体型ＭＥＡ３５０を示す正面図である。図３は、図２に示すシール一体型ＭＥＡ３５０のＡ−Ａ断面を示す断面図である。シール一体型ＭＥＡ３５０のシールガスケット３４０は、ＭＥＡ３２０を中央部に取り囲む状態でセパレータ２００と略同一の長方形に成形される。本実施例では、シールガスケット３４０は、シリコンゴム，ブチルゴム，フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料から成る。シールガスケット３４０は、アノードガス拡散プレート３１０がＭＥＡ３２０に当接した状態で嵌め込まれる囲繞部３５４と、カソードガス拡散プレート３３０がＭＥＡ３２０に当接した状態で嵌め込まれる囲繞部３５５と、燃料電池１０の内部流路の一部を構成する貫通孔３５２ａ〜ｆと、囲繞部３５４および貫通孔３５２ａ〜ｆの周囲をアノード側で取り囲むシール凸部３５６と、囲繞部３５５および貫通孔３５２ａ〜ｆの周囲をカソード側で取り囲むシール凸部３５７とを備える。ＭＥＡプレート３００がセパレータ２００に挟持された状態で、シールガスケット３４０は、ＭＥＡプレート３００を挟む二つのセパレータ２００の間にＭＥＡ３２０，アノードガス拡散プレート３１０，カソードガス拡散プレート３３０を密封し、反応ガスや冷却水が燃料電池１０の外部に漏れるのを防止する。

シール一体型ＭＥＡ３５０のＭＥＡ３２０は、アノード電極層３２２とカソード電極層３２３との間に電解質膜３２１を挟持することによって構成される。本実施例では、電解質膜３２１は、シール一体型ＭＥＡ３５０と略同じ大きさの長方形に成形され、アノード電極層３２２は、電解質膜３２１の一方の面の中央部に接合されていると共に、カソード電極層３２３は、電解質膜３２１の他方の面の中央部に接合されている。シール一体型ＭＥＡ３５０の電解質膜３２１は、プロトン伝導性を有するプロトン伝導体から成り、例えば、パーフルオロスルホン酸イオン交換膜であっても良い。本実施例では、シール一体型ＭＥＡ３５０のアノード電極層３２２およびカソード電極層３２３は、電解質膜３２１に接して積層され反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒層と、その触媒層に接して積層され触媒層に反応ガスを拡散させるガス拡散層とを含む。アノード電極層３２２およびカソード電極層３２３の触媒層は、ガス透過性および導電性を有する材料から成り、例えば、白金や白金合金を担持したカーボンブラック担体であっても良い。アノード電極層３２２およびカソード電極層３２３のガス拡散層は、ガス透過性および導電性を有する材料から成り、例えば、カーボン製の多孔体であるカーボンクロスやカーボンペーパであっても良い。

本実施例では、電解質膜３２１の強度を補強するために、補強フィルム３２８が、アノード電極層３２２を取り囲むように電解質膜３２１に接合されていると共に、補強フィルム３２９が、カソード電極層３２３を取り囲むように電解質膜３２１に接合されている。シール一体型ＭＥＡ３５０の補強フィルム３２８，３２９は、十分な強度，耐蝕性，耐熱性を有する材料から成り、例えば、ポリイミド，ポリエチレンナフタレート，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），フッ素樹脂，シリコンゴム，フッ素ゴムなどであっても良い。

Ａ−２．シール一体型ＭＥＡの製造工程：
図４は、シール一体型ＭＥＡ３５０の製造工程を示すフローチャートである。シール一体型ＭＥＡ３５０を製造する際には、まず、電解質膜３２１，アノード電極層３２２，カソード電極層３２３，補強フィルム３２８，補強フィルム３２９などのＭＥＡ材料を用意する（ステップＳ１１０）。その後、電解質膜３２１を補強フィルム３２８と補強フィルム３２９との間に挟持した状態で接合することによって、中間品３５０ａを製造する（ステップＳ１１２）。

図５は、電解質膜３２１を補強フィルム３２８と補強フィルム３２９との間に接合した中間品３５０ａを製造する様子を示す説明図である。なお、図５に示す中間品３５０ａは、表裏で同じ形状を有し、図５に示す符号に付された括弧内の符号は、その裏面で対応する関係にある符号を示す。本実施例では、電解質膜３２１、補強フィルム３２８、補強フィルム３２９の各々は、シール一体型ＭＥＡ３５０の完成品よりも一回り大きな長方形に予め成形されている。本実施例では、補強フィルム３２８および補強フィルム３２９の中央部には、シール一体型ＭＥＡ３５０の囲繞部３５４，３５５よりも一回り大きな長方形状に開口した開口部６２８，６２９が形成されている。本実施例では、補強フィルム３２８と補強フィルム３２９との間に電解質膜３２１を接合した中間品３５０ａは、開口部６２８，６２９から電解質膜３２１が露出した板状部材となる。

図４の説明に戻り、中間品３５０ａを製造した後（ステップＳ１１２）、シール一体型ＭＥＡ３５０の貫通孔３５２ａ〜ｆよりも一回り大きな開口部６５２ａ〜ｆを中間品３５０ａに形成することによって、中間品３５０ｂを製造する（ステップＳ１１４）。図６は、中間品３５０ａに開口部６５２ａ〜ｆを形成した中間品３５０ｂを製造する様子を示す説明図である。なお、図６に示す中間品３５０ａ，３５０ｂは、表裏で同じ形状を有し、図６に示す符号に付された括弧内の符号は、その裏面で対応する関係にある符号を示す。本実施例では、中間品３５０ｂの開口部６５２ａ〜ｆは、電解質膜３２１が露出した開口部６２８，６２９の外側であって、貫通孔３５２ａ〜ｆに対応する位置にそれぞれ形成される。

図４の説明に戻り、中間品３５０ｂを製造した後（ステップＳ１１４）、開口部６２８，６２９から露出した電解質膜３２１の上に、アノード電極層３２２およびカソード電極層３２３を接合することによって、中間品３５０ｃを製造する（ステップＳ１１６）。図７は、中間品３５０ｂにアノード電極層３２２およびカソード電極層３２３を接合した中間品３５０ｃを製造する様子を示す説明図である。なお、図７に示す中間品３５０ｂ，３５０ｃは、表裏で同じ形状を有し、図７に示す符号に付された括弧内の符号は、その裏面で対応する関係にある符号を示す。本実施例では、アノード電極層３２２およびカソード電極層３２３は、開口部６２８，６２９よりも一回り小さな長方形状である。これによって、中間品３５０ｃの中央部には、ＭＥＡ３２０が構成される。

図４の説明に戻り、中間品３５０ｃを製造した後（ステップＳ１１６）、中間品３５０ｃにシールガスケット３４０を射出成形するための射出成形金型７００，８００を用意する（ステップＳ１３０）。その後、中間品３５０ｃを射出成形金型７００，８００の間に配置した後（ステップＳ１３１）、射出成形金型７００，８００を型締めする（ステップＳ１３２）。

図８は、射出成形金型７００，８００に中間品３５０ｃを配置する様子を示す説明図である。図９は、射出成形金型７００，８００を型締めした様子を示す説明図である。本実施例では、シールガスケット３４０を射出成形するための金型は、二つの射出成形金型７００，８００で構成される。図９に示すように、中間品３５０ｃを配置した状態で射出成形金型７００，８００を型締めすることによって、中間品３５０ｃの周囲にキャビティ７３０が形成される。

射出成形金型７００は、金属製の金型本体部７１０と、弾性樹脂で形成され中間品３５０ｃのＭＥＡ３２０に当接する当接面７２２を有する当接部７２０と、シールガスケット材料の漏れを防止するシール７９０とを備える。射出成形金型８００は、金属製の金型本体部８１０と、弾性樹脂で形成され中間品３５０ｃのＭＥＡ３２０に当接する当接面８２２を有する当接部８２０と、シールガスケット材料の漏れを防止するシール８９０とを備える。本実施例では、当接部７２０，８２０は、ＭＥＡ３２０よりも一回り小さな長方形状であり、金型本体部７１０，８１０にそれぞれ接着されている。当接部７２０，８２０は、十分な強度，耐蝕性，耐熱性を有する材料から成り、例えば、ポリイミド，ポリエチレンナフタレート，ポリエチレンテレフタレート，フッ素樹脂，シリコンゴム，フッ素ゴムなどであっても良い。

射出成形金型７００の金型本体部７１０は、シールガスケット材料を金型外部から金型内部に導入するスプル部７１６と、シールガスケット材料をスプル部７１６から外形キャビティ７３２に導くランナ部７３７の一部を構成するランナ構成部７１７と、シールガスケット材料をランナ部７３７からキャビティ７３０に導入するゲート部７３８の一部を構成するゲート構成部７１８とを備える。射出成形金型８００の金型本体部８１０は、ランナ部７３７の一部を構成するランナ構成部７１７と、ゲート部７３８の一部を構成するゲート構成部７１８とを備える。

図１０は、図９に示す型締めされた射出成形金型７００および中間品３５０ｃにおける当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。射出成形金型７００は、キャビティ７３０のうちシールガスケット３４０の外形を確定する外形キャビティ７３２を形成する外形キャビティ形成部７１２と、キャビティ７３０のうち当接部７２０に隣接する隣接キャビティ７３４を形成する隣接キャビティ形成部７１４とを備える。本実施例では、隣接キャビティ７３４は、外形キャビティ７３２に連通する隙間として形成され、隣接キャビティ７３４の高さは、ＭＥＡ３２０の面に交差する方向、すなわち、ＭＥＡ３２０の厚さ方向で、外形キャビティ７３２の高さよりも狭い略一定の高さを有する。本実施例では、射出成形金型８００についても、射出成形金型７００と同様であり、外形キャビティ７３２を形成する外形キャビティ形成部８１２と、隣接キャビティ７３４を形成する隣接キャビティ形成部８１４とを備える。

図４の説明に戻り、射出成形金型７００，８００を型締めした後（ステップＳ１３２）、射出成形金型７００，８００によって形成されたキャビティ７３０にシールガスケット材料を射出する（ステップＳ１３４）。図１１は、シールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。シールガスケット材料のキャビティ７３０への射出は、キャビティ７３０のうち外形キャビティ７３２の隅々にシールガスケット材料が充填される程度に行われ、図１１に示すように、外形キャビティ７３２からシールガスケット材料の一部が隣接キャビティ７３４に漏れても良い。

図４の説明に戻り、シールガスケット材料を射出した後（ステップＳ１３４）、キャビティ７３０に射出されたシールガスケット材料を保圧しながら冷却する（ステップＳ１３５）。その後、離型工程（ステップＳ１３８）を経て、シールガスケット３４０の外縁から食み出た中間品３５０ｃの一部や、ランナ部やバリを除去する（ステップＳ１４０）、シール一体型ＭＥＡ３５０が完成する。

Ａ−３．作用効果：
以上説明した射出成形金型７００，８００によれば、ＭＥＡ３２０に当接する当接部７２０，８２０が弾性樹脂で形成されているため、ＭＥＡ３２０を金型金属に直接的に当接させるよりも、ＭＥＡ３２０と当接部７２０，８２０との間の密封性を高めることができる。その結果、ＭＥＡ３２０の露出部にシールガスケット材料が含浸するのを抑制することができる。また、隣接キャビティ７３４は、外形キャビティ７３２よりも薄いことから、外形キャビティ７３２から隣接キャビティ７３４に流れるシールガスケット材料の流動抵抗を高めることができるため、図１１に示すように、シールガスケット材料がＭＥＡ３２０の露出部に到達するのを抑制することができる。

Ｂ．他の実施形態：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論であり、例えば、次のような変形も可能である。

Ｂ−１．第１変形例：
図１２は、第１変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。第１変形例では、上述の実施例と比較して、射出成形金型７００が、隣接キャビティ形成部７１４に代えて隣接キャビティ形成部７１４ａを備える点で相違し、その他の構成は同様である。隣接キャビティ形成部７１４が、略一定の高さを有する隣接キャビティ７３４を形成するのに対して、第１変形例の隣接キャビティ形成部７１４ａは、当接部７２０に近付くに連れてＭＥＡ３２０の面に交差する方向に拡張する隣接キャビティ７３４ａを形成する。なお、射出成形金型８００についても、第１変形例の射出成形金型７００と同様に変形を加えても良い。

図１２に示すように、隣接キャビティ７３４ａは、外形キャビティ７３２に連通する隙間として形成され、隣接キャビティ７３４ａの高さは、ＭＥＡ３２０の面に交差する方向、すなわち、ＭＥＡ３２０の厚さ方向で、外形キャビティ７３２の高さよりも狭いと共に、当接部７２０に近付くに連れて拡張する。シールガスケット材料のキャビティ７３０への射出は、キャビティ７３０のうち外形キャビティ７３２の隅々にシールガスケット材料が充填される程度に行われ、図１２に示すように、外形キャビティ７３２からシールガスケット材料の一部が隣接キャビティ７３４ａに漏れても良い。

以上説明した第１変形例の射出成形金型７００によれば、隣接キャビティ７３４ａの高さは、当接部７２０に近付くに連れて拡張するため、隣接キャビティ７３４ａに進入したシールガスケット材料の圧力は、当接部７２０に近付くに連れて低下するため、シールガスケット材料がＭＥＡ３２０の露出部に到達するのを一層抑制することができる。

Ｂ−２．第２変形例：
図１３は、第２変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。第２変形例では、前述の実施例と比較して、射出成形金型７００が、隣接キャビティ形成部７１４に代えて隣接キャビティ形成部７１４ｂおよびバッファ分断部７１６ｂを備える点で相違し、その他の構成は同様である。隣接キャビティ形成部７１４が、外形キャビティ７３２に連通する隣接キャビティ７３４を形成するのに対して、第２変形例の隣接キャビティ形成部７１４ｂは、ＭＥＡ３２０に当接するバッファ分断部７１６ｂによって外形キャビティ７３２から分離された隣接キャビティ７３４ｂを形成する。なお、射出成形金型８００についても、第２変形例の射出成形金型７００と同様に変形を加えても良い。

図１３に示すように、隣接キャビティ７３４ｂは、外形キャビティ７３２から分離された隙間として形成され、隣接キャビティ７３４ｂの高さは、ＭＥＡ３２０の面に交差する方向、すなわち、ＭＥＡ３２０の厚さ方向で、外形キャビティ７３２よりも狭い略一定の高さを有する。本実施例では、射出成形金型７００のバッファ分断部７１６ｂは、金属製の金型本体部７１０の一部として形成されている。

以上説明した第２変形例の射出成形金型７００によれば、バッファ分断部７１６ｂによって隣接キャビティ７３４ｂが外形キャビティ７３２から分断されるため、シールガスケット材料がＭＥＡ３２０の露出部に到達するのを一層抑制することができる。

Ｂ−３．第３変形例：
図１４は、第３変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。第３変形例では、前述の実施例と比較して、射出成形金型７００が、隣接キャビティ形成部７１４に代えて隣接キャビティ形成部７１４ｃおよびバッファ分断部７４６ｃを備える点で相違し、その他の構成は同様である。隣接キャビティ形成部７１４が、外形キャビティ７３２に連通する隣接キャビティ７３４を形成するのに対して、第３変形例の隣接キャビティ形成部７１４ｃは、ＭＥＡ３２０に当接するバッファ分断部７４６ｃによって外形キャビティ７３２から分離された隣接キャビティ７３４ｃを形成する。なお、射出成形金型８００についても、第３変形例の射出成形金型７００と同様に変形を加えても良い。

図１４に示すように、隣接キャビティ７３４ｃは、外形キャビティ７３２から分離された隙間として形成され、隣接キャビティ７３４ｃの高さは、ＭＥＡ３２０の面に交差する方向、すなわち、ＭＥＡ３２０の厚さ方向で、外形キャビティ７３２よりも狭い略一定の高さを有する。本実施例では、射出成形金型７００のバッファ分断部７４６ｃは、弾性樹脂から成る当接部７４０ｃによって形成され、当接部７４０ｃは、金属製の金型本体部７１０に接着されている。当接部７４０ｃは、十分な強度，耐蝕性，耐熱性を有する材料から成り、例えば、ポリイミド，ポリエチレンナフタレート，ポリエチレンテレフタレート，フッ素樹脂，シリコンゴム，フッ素ゴムなどであっても良い。

以上説明した第３変形例の射出成形金型７００によれば、バッファ分断部７４６ｃによって隣接キャビティ７３４ｃが外形キャビティ７３２から分断されるため、シールガスケット材料がＭＥＡ３２０の露出部に到達するのを一層抑制することができる。また、バッファ分断部７４６ｃが弾性樹脂から成る当接部７４０ｃによって形成されているため、ＭＥＡ３２０とバッファ分断部７４６ｃとの間の密封性を高めることができる。その結果、ＭＥＡ３２０の露出部にシールガスケット材料が含浸するのを一層抑制することができる。

Ｂ−４．第４変形例：
図１５は、第４変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。第４変形例では、前述の実施例と比較して、当接面７２２の外縁部７２４ｄをＭＥＡ３２０に向けて凸状に形成した点で相違し、その他の構成は同様である。なお、射出成形金型８００についても、第４変形例の射出成形金型７００と同様に変形を加えても良い。第４変形例の射出成形金型７００によれば、当接面７２２の外縁部７２４ｄに当接するＭＥＡ３２０の連続気孔が潰れるため、ＭＥＡ３２０の露出部にシールガスケット材料が含浸するのを一層抑制することができる。

Ｂ−５．第５変形例：
図１６は、第５変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。第５変形例では、前述の実施例と比較して、隣接キャビティ７３４ａの高さが当接部７２０に近付くに連れて拡張する第１変形例の変形点に加え、当接面７２２の外縁部７２４ｅをＭＥＡ３２０に向けて凸状に形成した点で相違し、その他の構成は同様である。なお、射出成形金型８００についても、第５変形例の射出成形金型７００と同様に変形を加えても良い。第５変形例の射出成形金型７００によれば、当接面７２２の外縁部７２４ｅに当接するＭＥＡ３２０の連続気孔が潰れるため、ＭＥＡ３２０の露出部にシールガスケット材料が含浸するのを一層抑制することができる。

Ｂ−６．第６変形例：
図１７は、第６変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。第６変形例では、前述の実施例と比較して、ＭＥＡ３２０に向けて当接部７２０よりも突出した突出部７１６ｆを、当接部７２０の外周に沿って形成した点で相違し、その他の構成は同様である。本実施例では、射出成形金型７００の突出部７１６ｆは、金属製の金型本体部７１０の一部として形成されている。なお、射出成形金型８００についても、第６変形例の射出成形金型７００と同様に変形を加えても良い。第６変形例の射出成形金型７００によれば、突出部７１６ｆに当接するＭＥＡ３２０の連続気孔が潰れるため、ＭＥＡ３２０の露出部にシールガスケット材料が含浸するのを一層抑制することができる。

Ｃ．その他の実施形態：
前述の実施例では、いわゆる循環方式の燃料電池について説明したが、他の実施形態として、燃料電池に一旦供給された燃料ガスを使い切るいわゆるデッドエンド方式の燃料電池に本発明を適用しても良い。また、本実施例では、アノードガス拡散プレオート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０は、シール一体型ＭＥＡ３５０とは別体としたが、他の実施形態として、アノードガス拡散プレオート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０を、アノード電極層３２２およびカソード電極層３２３の一部として、中間品３５０ｃと共に型締めして、シールガスケット材料を射出成形しても良い。この場合、当接部７２０，８２０は、アノードガス拡散プレオート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０に当接することになる。

燃料電池１０の全体構成を示す説明図である。 ＭＥＡプレート３００のシール一体型ＭＥＡ３５０を示す正面図である。 図２に示すシール一体型ＭＥＡ３５０のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 シール一体型ＭＥＡ３５０の製造工程を示すフローチャートである。 電解質膜３２１を補強フィルム３２８と補強フィルム３２９との間に接合した中間品３５０ａを製造する様子を示す説明図である。 中間品３５０ａに開口部６５２ａ〜ｆを形成した中間品３５０ｂを製造する様子を示す説明図である。 中間品３５０ｂにアノード電極層３２２およびカソード電極層３２３を接合した中間品３５０ｃを製造する様子を示す説明図である。 射出成形金型７００，８００に中間品３５０ｃを配置する様子を示す説明図である。 射出成形金型７００，８００を型締めした様子を示す説明図である。 図９に示す型締めされた射出成形金型７００および中間品３５０ｃにおける当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。 シールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。 第１変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。 第２変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。 第３変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。 第４変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。 第５変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。 第６変形例におけるシールガスケット材料が射出された当接部７２０の外縁周辺部Ｐ１を示す詳細断面図である。

符号の説明

１０...燃料電池
１００，４００...エンドプレート
２００...セパレータ
２１０...カソードプレート
２１７...カソード供給口
２１８...カソード排出口
２２０...中間プレート
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５...流路
２３０...アノードプレート
２３７...アノード供給口
２３８...アノード排出口
３００...ＭＥＡプレート
３１０...アノードガス拡散プレート
３２０...膜電極接合体（ＭＥＡ）
３２１...電解質膜
３２２...アノード電極層
３２３...カソード電極層
３２８，３２９...補強フィルム
３３０...カソードガス拡散プレート
３４０...シールガスケット
３５０...シール一体型膜電極接合体（シール一体型ＭＥＡ）
３５０ａ〜ｃ...中間品
３５２ａ〜ｆ...貫通孔
３５４，３５５...囲繞部
３５６，３５７...シール凸部
６２８，６２９...開口部
６５２ａ〜ｆ...開口部
７００，８００...射出成形金型
７１０，８１０...金型本体部
７１２，８１２...外形キャビティ形成部
７１４，８１４...隣接キャビティ形成部
７１４ａ〜ｃ...隣接キャビティ形成部
７１６...スプル部
７１６ｂ...バッファ分断部
７１６ｆ...突出部
７１７...ランナ構成部
７１８...ゲート構成部
７２０，８２０...当接部
７２２，８２２...当接面
７２４ｄ，ｅ...外縁部
７３０...キャビティ
７３２...外形キャビティ
７３４...隣接キャビティ
７３４ａ〜ｃ...隣接キャビティ
７３７...ランナ部
７３８...ゲート部
７４０ｃ...当接部
７４６ｃ...バッファ分断部
７９０，８９０...シール

Claims (9)

1. 燃料電池に用いられ膜電極接合体にシールガスケットを射出成形したシール一体型膜電極接合体を製造する射出成形金型であって、
   前記膜電極接合体の周囲にキャビティを形成するキャビティ形成部と、
   前記キャビティ形成部によって形成されたキャビティに前記シールガスケットの材料が射出される際に前記膜電極接合体に当接する当接面を有する当接部と
   を備え、
   前記当接部を弾性部材で形成した射出成形金型。
2. 燃料電池に用いられ膜電極接合体にシールガスケットを射出成形したシール一体型膜電極接合体を製造する射出成形金型であって、
   前記膜電極接合体の周囲にキャビティを形成するキャビティ形成部と、
   前記キャビティ形成部によって形成されたキャビティに前記シールガスケットの材料が射出される際に前記膜電極接合体に当接する当接面を有する当接部と
   を備え、
   前記当接部は、弾性部材で形成され、
   前記キャビティ形成部によって形成されるキャビティは、
   前記シールガスケットの外形を確定する外形キャビティと、
   前記当接部に隣接する隣接キャビティと
   を含み、
   前記隣接キャビティは、前記膜電極接合体の中央面に交差する方向で、前記外形キャビティよりも狭い射出成形金型。
3. 前記隣接キャビティは、前記膜電極接合体の中央面に交差する方向で、前記外形キャビティよりも狭いと共に、前記当接部に近付くに連れて前記膜電極接合体の中央面に交差する方向に拡張する請求項２記載の射出成形金型。
4. 更に、前記膜電極接合体に当接することによって前記隣接キャビティを前記外形キャビティから分断するバッファ分断部を備える請求項２または３記載の射出成形金型。
5. 前記バッファ分断部を弾性部材で形成した請求項４記載の射出成形金型。
6. 前記当接面の外縁部を前記膜電極接合体に向けて凸状に形成した請求項２ないし５のいずれか記載の射出成形金型。
7. 前記膜電極接合体に向けて前記当接部よりも突出した突出部を、該当接部の外周に沿って形成した請求項１記載の射出成形金型。
8. 請求項７記載の射出成形金であって、
   前記キャビティ形成部によって形成されるキャビティは、
   前記シールガスケットの外形を確定する外形キャビティと、
   前記突出部に隣接する隣接キャビティと
   を含み、
   前記隣接キャビティは、前記膜電極接合体の中央面に交差する方向で、前記外形キャビティよりも狭い射出成形金型。
9. 燃料電池に用いられ膜電極接合体にシールガスケットを射出成形したシール一体型膜電極接合体を製造する製造方法であって、
   弾性樹脂で形成した当接面を前記膜電極接合体に当接した状態で、該膜電極接合体の周囲にキャビティを形成する工程と、
   前記膜電極接合体の周囲に形成されたキャビティに、前記シールガスケットの材料を射出する工程と
   を備える製造方法。

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