JP2010123380A - Method for manufacturing fuel cell and device for manufacturing fuel cell - Google Patents

Method for manufacturing fuel cell and device for manufacturing fuel cell Download PDF

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Tetsuo Noguchi
哲郎 野口
Shin Yoshida
慎 吉田
Nobuo Kanai
伸夫 金井
Kazutaka Iizuka
和孝 飯塚
Toshihiro Asano
敏浩 浅野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of easily and accurately setting a porous body in which a filler is impregnated in a peripheral part and an MEGA which are stacked in a gasket forming die, shortening the time for forming the gasket and enhancing a yield, and efficiently manufacturing a fuel cell; and to provide a device for the method. <P>SOLUTION: The device for manufacturing the fuel cell includes a sealing/temporary tacking treatment device 1 conducting sealing treatment forming a sealing part 4a by pouring the filler 6 into the vicinity of the end edge of the porous body 4 stacked with the MEGA 3 and penetrating to the stacked MEGA 3 and temporarily tacking the MEGA 3 and the porous body 4; and a gasket molding device 2 setting at least the MEGA 4 and the porous body 4 in a temporarily tacked state and having dies 20, 21 for integrally molding a gasket 7 on the outside of the sealing part 4a. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の製造方法および燃料電池の製造装置に関し、さらに詳しくは、複数のセルを積層することにより構成される燃料電池において、各セル間に反応ガス(水素、空気等)や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドをシールするガスケットを成形する燃料電池の製造方法および燃料電池の製造装置に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell manufacturing method and a fuel cell manufacturing apparatus, and more particularly, in a fuel cell configured by stacking a plurality of cells, a reaction gas (hydrogen, air, etc.) or cooling between the cells. The present invention relates to a fuel cell manufacturing method and a fuel cell manufacturing apparatus for forming a gasket for sealing a manifold for distributing and supplying a medium.

一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、エンドプレートの間で荷重が掛けられた状態で挟持される。各セルの燃料電池構成部品としては、たとえば図7に参照されるように、電解質膜30の両面に電極層31、32をそれぞれ設けてなるMEA(Membrane Electrode Assembly:膜−電極アセンブリ)33と、MEA33の両面にそれぞれ配置されたガス拡散層34と、ガス拡散層34へガスをそれぞれ流通させる多孔体4とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品はセパレータ5により挟持されている。MEA33とその両側に配置されたガス拡散層34とにより構成される部材は、一般にMEGA3と呼ばれる。   In general, a fuel cell is configured by stacking a plurality of cells. The stacked cells are held in a state where a load is applied between the end plates. As fuel cell components of each cell, as shown in FIG. 7, for example, MEA (Membrane Electrode Assembly) 33 in which electrode layers 31 and 32 are provided on both surfaces of the electrolyte membrane 30, A gas diffusion layer 34 disposed on each of both surfaces of the MEA 33 and a porous body 4 through which gas flows respectively to the gas diffusion layer 34 are included. These fuel cell components are sandwiched by separators 5. A member constituted by the MEA 33 and the gas diffusion layers 34 disposed on both sides thereof is generally called MEGA3.

燃料電池は、各セルに反応ガス(水素、空気等)や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドを有している。そして、MEGA3と多孔体4からなる燃料電池構成部品はセパレータ5と積重され、周囲にガスケット7が成形されている。   The fuel cell has a manifold for distributing and supplying a reaction gas (hydrogen, air, etc.) and a cooling medium to each cell. And the fuel cell component which consists of MEGA3 and the porous body 4 is stacked with the separator 5, and the gasket 7 is shape | molded by the circumference | surroundings.

燃料電池の各セルにおけるガスケットの成形に関する従来の技術としては、特許文献1が知られている。特許文献1には、「カーボン繊維等の多孔質体からなるGDL120,120の周縁部には、低粘度又は液状の成形用ゴム材料を用いてガスケット200を成形する際に、この成形用ゴム材料の一部を含浸させたゴム含浸部121,121が形成されており、このゴム含浸部121,121を介してガスケット200がGDL120,120にしっかり接合されると共に、GDL120,120からの透過漏れのない構造としている。」などと記載されている(0007)。すなわち、ガス拡散層を有するMEGAやこれに積重される多孔体などの燃料電池構成部品にガスケットを一体成形する前に、予め多孔体(GDL)の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成することにより、低粘度または液状のガスケットの材料がガス拡散層または多孔体の発電領域に透過漏れするのを堰き止めることができる構造とすることが開示されている。   Patent Document 1 is known as a conventional technique related to molding of a gasket in each cell of a fuel cell. Patent Document 1 states that “when the gasket 200 is molded using a low-viscosity or liquid molding rubber material on the periphery of the GDL 120 or 120 made of a porous material such as carbon fiber, this molding rubber material. Rubber impregnated portions 121 and 121 impregnated with a portion of the gasket 200 are firmly joined to the GDLs 120 and 120 through the rubber impregnated portions 121 and 121, and permeation leakage from the GDLs 120 and 120 is prevented. It has a structure that is not present "(0007). That is, before the gasket is integrally formed on a fuel cell component such as MEGA having a gas diffusion layer or a porous body stacked on the MEGA, a sealing material is previously applied to an area having a predetermined width from the end face of the porous body (GDL). It is disclosed that the impregnated portion is formed by impregnation so that the low-viscosity or liquid gasket material can be blocked from permeating and leaking into the gas diffusion layer or the power generation region of the porous body.

また、特許文献1には「 図2は、本発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法において、発電体1のGDL20に含浸部21を形成した状態を示すもので、(A)は断面図、(B)は平面図である。すなわち、発電体1の厚さ方向両側部分を構成するGDL20には、予め、発電体1の平面延長方向を向いた端面1aから所定幅Wの領域に、低粘度又は液状のゴム又は樹脂からなる目止め材を含浸して架橋硬化させることにより含浸部21を形成する。この工程には、例えば前記目止め材を貯留した液槽に、発電体1を所定深さまで浸漬することによって含浸させる方法や、スクリーン印刷又はディスペンサー押し出しにより前記目止め材を塗布・含浸させる方法などを採用することができ、このため、発電体1の端面1aから一定の幅Wの含浸部21を容易に形成することができる。」とも記載されている(0017)。すなわち、特許文献1には、多孔体(GDL)の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成する手法として、目止め材を貯留した液槽に発電体を所定深さまで浸漬することによって含浸させる方法や、スクリーン印刷又はディスペンサー押し出しにより目止め材を塗布・含浸させることが開示されている。   Further, in Patent Document 1, “FIG. 2 shows a state in which an impregnation portion 21 is formed on the GDL 20 of the power generator 1 in the method for manufacturing a fuel cell seal structure according to the present invention. 4B is a plan view, that is, the GDL 20 constituting both side portions in the thickness direction of the power generator 1 is preliminarily provided in a region having a predetermined width W from the end face 1a facing the plane extension direction of the power generator 1. Then, the impregnated portion 21 is formed by impregnating a sealant made of low-viscosity or liquid rubber or resin and curing it by cross-linking.In this step, for example, the power generator 1 is placed in a liquid tank storing the sealant. Can be employed, such as a method of impregnation by dipping to a predetermined depth, a method of applying and impregnating the sealing material by screen printing or dispenser extrusion, and the like. The W impregnation portion 21 can be easily formed. "Both have been described (0017). That is, in Patent Document 1, as a method for forming an impregnated portion by impregnating a sealing material into a region having a predetermined width from an end face of a porous body (GDL), a power generator is placed at a predetermined depth in a liquid tank storing the sealing material. It is disclosed that the impregnation is carried out by immersing the coating material, and that the sealing material is applied and impregnated by screen printing or dispenser extrusion.

そして、特許文献1には、「 図4は、本発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法において、ガスケットを成形する工程を示す説明図である。すなわち、上述のようにしてGDL20の周縁部に含浸部21を形成すると共に端面1aに多数の凹部1bを形成した発電体1は、金型4内にセットされる。すなわち、金型4は互いに接離される上型41と下型42からなるものであって、互いに対向されるその内面には、発電体1の周縁部、言い換えればGDL20の周縁の含浸部21を型締めによって挟持可能な挟持面41a,42aが形成され、その外周側へ延びる内面41b,42bと、発電体1の端面1aとの間でキャビティ43が画成されるようになっている。上型41には、キャビティ43へ向けてゲート44が開設されている。」と記載されている(0022)。すなわち、特許文献1では、発電体の多孔体の周縁部に含浸部を予め形成し、この発電体を金型内にセットしてガスケットを成形することが開示されている。   And in patent document 1, "FIG. 4 is explanatory drawing which shows the process of shape | molding a gasket in the manufacturing method of the sealing structure for fuel cells which concerns on this invention. That is, the periphery of GDL20 as mentioned above. The power generator 1 in which the impregnated portion 21 is formed in the portion and the numerous recesses 1b are formed in the end surface 1a is set in the mold 4. That is, the mold 4 is brought into contact with and separated from each other. Nipping surfaces 41a and 42a capable of clamping the impregnated portion 21 of the peripheral edge of the power generator 1, in other words, the peripheral edge of the GDL 20, by clamping are formed on the inner surfaces of the inner surfaces facing each other. A cavity 43 is defined between the inner surfaces 41b, 42b extending to the side and the end surface 1a of the power generator 1. A gate 44 is opened in the upper mold 41 toward the cavity 43. . Has been described as "(0022). That is, Patent Document 1 discloses that an impregnation portion is formed in advance on the peripheral portion of a porous body of a power generation body, and this power generation body is set in a mold to form a gasket.

特開2008−147103号公報JP 2008-147103 A

しかしながら、上記特許文献1にあっては、多孔体の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成するために、目止め材を貯留した液槽に発電体を所定深さまで浸漬する場合には、目止め材を大量に必要とするために無駄が生じるという問題や、また、目止め材とガスケットがしっかり結合するように、発電体の端面に係合面を持った凹部を所定間隔で形成する工程が必要であるなどの問題があった。また、目止め材をスクリーン印刷する場合には、かかるスクリーン印刷のための設備が必要となるなど問題があった。さらに、目止め材をディスペンサー押し出しによって塗布する場合には、一般にディスペンサーのノズルを多孔体の表面上を移動させるよう構成されており、適切な量の目止め材を塗布することが困難であるという問題や、目止め材を塗布するのに時間がかかり成形サイクルを短縮することができないなどの問題があった。   However, in Patent Document 1, in order to form an impregnated portion by impregnating a sealing material into a region having a predetermined width from the end surface of the porous body, the power generator is placed at a predetermined depth in a liquid tank storing the sealing material. In the case of soaking, the problem of waste due to the need for a large amount of sealing material, and the engagement surface on the end face of the power generator so that the sealing material and the gasket are firmly bonded There has been a problem that a step of forming the recesses at a predetermined interval is necessary. Further, when screen printing is performed on the sealing material, there is a problem that equipment for such screen printing is required. Furthermore, when applying the sealing material by dispenser extrusion, it is generally configured to move the nozzle of the dispenser on the surface of the porous body, and it is difficult to apply an appropriate amount of the sealing material. There were problems such as problems, and it took time to apply the sealing material, and the molding cycle could not be shortened.

また、ガスケットを成形する際には、多孔体とMEGAとを互いに正確に位置決めし積層した状態で金型内にセットしなければならない。しかしながら、上記特許文献1にあっては、いずれの手法により多孔体の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成しても、多孔体とMEGAとが位置合わせされた状態に保持されるようなことはなく、したがって、ガスケットを成形する際には、多孔体とMEGAとを互いに位置合わせして金型内にセットする必要があるが、多孔体とMEGAとを精度良く金型内に位置決めすることが困難であり、この位置合わせしてセットするための手間と時間がかかり成形サイクルを短縮化することができないという問題や、多孔体とMEGAとが相対的に位置ずれし不良品となって歩留まりが悪化するという問題などがあった。   Further, when molding the gasket, the porous body and the MEGA must be accurately positioned and stacked and set in the mold. However, in Patent Document 1, the porous body and the MEGA are aligned even if the impregnation portion is formed by impregnating the sealing material into the region having a predetermined width from the end face of the porous body by any method. Therefore, when molding a gasket, it is necessary to align the porous body and MEGA with each other and set them in the mold. It is difficult to position in the mold well, and it takes time and labor to align and set, and the molding cycle cannot be shortened, and the porous body and MEGA are relatively positioned. There was a problem that the yield was deteriorated due to a defective product.

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、予め目止め材を周縁部に含浸させた多孔体とMEGAとを積重してガスケット成形用金型内に容易に且つ精度良くセットすることができ、もって、ガスケットの成形に要する時間の短縮化と歩留まりを向上させることができ、燃料電池を効率よく製造することができる方法とそのための装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and a porous body impregnated with a sealing material in advance at a peripheral portion and MEGA are stacked and set easily and accurately in a gasket molding die. Therefore, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus therefor which can shorten the time required for molding a gasket and improve the yield, and can efficiently manufacture a fuel cell.

請求項1の燃料電池の製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、該多孔体とMEGAとを積重して金型内に配置しガスケットを成形する工程とを含む、燃料電池の製造方法であって、前記目止め処理を行う工程で目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたMEGAまで透過させて、積重された多孔体とMEGAとを仮止めすることを特徴とするものである。
また、請求項2の燃料電池の製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、MEGAと多孔体とセパレータとを有するセルが複数積層されてなる燃料電池を製造するための装置であって、MEGAと積重された多孔体の端縁近傍に目止め材を注入して、積重されたMEGAまで透過させ、目止め部を形成する目止め処理を行うと共にMEGAと多孔体とを仮止めする目止め・仮止め処理装置と、少なくともMEGAと多孔体とが仮止めされた状態でセットされ前記目止め部の外側にガスケットを一体に成形するための金型を有するガスケット成形装置とを備えたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the fuel cell manufacturing method according to claim 1 includes a step of performing a sealing treatment in the vicinity of the edge of the porous body, and stacking the porous body and MEGA in the mold. The method of manufacturing a fuel cell including a step of forming a gasket and placing a sealing material in the vicinity of an edge of a porous body in the step of performing the sealing process, And the stacked porous body and the MEGA are temporarily fixed.
An invention relating to a fuel cell manufacturing apparatus according to claim 2 is an apparatus for manufacturing a fuel cell in which a plurality of cells each having a MEGA, a porous body, and a separator are stacked in order to achieve the above object. Then, a sealing material is injected in the vicinity of the edge of the porous body stacked with the MEGA and transmitted to the stacked MEGA to perform a sealing process for forming a sealing portion, and the MEGA and the porous body are temporarily connected. A sealing / temporary fixing processing device for stopping, and a gasket forming device having a mold for integrally forming a gasket on the outside of the sealing portion, which is set in a state where at least MEGA and the porous body are temporarily fixed. It is characterized by having.

請求項1の燃料電池の製造方法に係る発明によれば、多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程で多孔体とMEGAとを正確に位置合わせし積重して、流動可能な目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたMEGAまで透過させる。MEGAまで透過した目止め材は、固化すると、多孔体の端縁近傍に目止め部を形成すると共に、積重されたMEGAと多孔体とを仮止めする。その後、少なくとも多孔体とMEGAとを金型内に配置してガスケットを成形するときに、多孔体とMEGAを精度よく位置合わせして積重した状態で仮止めしているため、容易に短時間で金型内に配置される。したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とMEGAの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。
また、請求項2の燃料電池の製造装置に係る発明によれば、少なくとも多孔体とMEGAとを正確に位置合わせし積重した状態で、目止め・仮止め処理装置によって、流動可能な目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたMEGAまで透過させる。MEGAまで透過した目止め材が固化することにより、多孔体の端縁近傍に目止め部が形成されると共に、精度よく位置合わせされ積重されたMEGAと多孔体とが仮止めされる。そのため、その後、ガスケットを成形するときに、少なくとも多孔体とMEGAとを容易に短時間で金型内に配置することができる。したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とMEGAの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。
According to the fuel cell manufacturing method of the first aspect of the present invention, the porous body and the MEGA are accurately aligned and stacked in the step of performing the sealing process in the vicinity of the edge of the porous body, and the flowable eyes. By injecting a stop material in the vicinity of the edge of the porous body, the stacked MEGA is transmitted. When the sealing material that has penetrated to the MEGA is solidified, it forms a sealing portion in the vicinity of the edge of the porous body and temporarily fixes the stacked MEGA and the porous body. After that, at least when the porous body and MEGA are placed in the mold and the gasket is molded, the porous body and MEGA are aligned with accuracy and temporarily fixed in a stacked state. Placed in the mold. Therefore, the molding cycle of the gasket can be shortened, and molding defects due to misalignment between the porous body and the MEGA can be prevented to improve the yield, so that the fuel cell can be manufactured efficiently.
According to the invention relating to the fuel cell manufacturing apparatus of claim 2, at least the porous body and the MEGA are accurately aligned and stacked, and can be flowed by the sealing / temporary fixing processing device. By injecting the material in the vicinity of the edge of the porous body, the stacked MEGA is transmitted. When the sealing material that has penetrated to the MEGA is solidified, a sealing portion is formed in the vicinity of the edge of the porous body, and the MEGA and the porous body that are aligned and stacked with high accuracy are temporarily fixed. Therefore, when molding a gasket thereafter, at least the porous body and MEGA can be easily placed in the mold in a short time. Therefore, the molding cycle of the gasket can be shortened, and molding defects due to misalignment between the porous body and the MEGA can be prevented to improve the yield, so that the fuel cell can be manufactured efficiently.

(発明の態様)
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、(1)項が請求項1に相当し、(3)項が請求項2に相当する。
(Aspect of the Invention)
In the following, the invention that is claimed to be claimable in the present application (hereinafter sometimes referred to as “claimable invention”. The claimable invention is at least the “present invention” to the invention described in the claims. Some aspects of the present invention, including subordinate concept inventions of the present invention, superordinate concepts of the present invention, and inventions of other concepts) will be exemplified and described. As with the claims, each aspect is divided into sections, each section is numbered, and is described in a form that cites the numbers of other sections as necessary. This is for the purpose of facilitating the understanding of the claimable invention, and is not intended to limit the combinations of the constituent elements constituting the claimable invention to those described in the following sections. In other words, the claimable invention should be construed in consideration of the description accompanying each section, the description of the embodiments, etc., and as long as the interpretation is followed, another aspect is added to the form of each section. In addition, an aspect in which constituent elements are deleted from the aspect of each item can be an aspect of the claimable invention. In each of the following items, item (1) corresponds to claim 1, and item (3) corresponds to claim 2.

(1) 多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、該多孔体とMEGAとを積重して金型内に配置しガスケットを成形する工程とを含む、燃料電池の製造方法であって、
前記目止め処理を行う工程で目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたMEGAまで透過させて、積重された多孔体とMEGAとを仮止めすることを特徴とする燃料電池の製造方法。
(1) A method for manufacturing a fuel cell, comprising a step of performing sealing treatment in the vicinity of an edge of a porous body, and a step of stacking the porous body and MEGA and placing the porous body in a mold and molding a gasket. There,
Injecting the sealing material in the vicinity of the edge of the porous body in the step of performing the sealing process, the stacked porous body and the MEGA are temporarily fixed by allowing the stacked MEGA to permeate. A method for manufacturing a fuel cell.

(1)項の発明では、目止め処理を行う工程でMEGAと多孔体との正確に位置合わせして、目止め材を多孔体の端縁近傍に注入し、積重されたMEGAまで透過させることにより、多孔体に対する目止め部の形成と、積重された多孔体とMEGAとを正確に位置合わせされた仮止めとを同時に行うことができる。そのため、後の工程で、少なくとも多孔体とMEGAとを金型内に配置してガスケットを成形するときに、MEGAと多孔体とを正確に位置合わせさせた状態で容易に短時間で金型内に配置することができ、したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とMEGAの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。   In the invention of (1), the MEGA and the porous body are accurately aligned in the step of performing the sealing treatment, and the sealing material is injected in the vicinity of the edge of the porous body and transmitted to the stacked MEGA. Thereby, formation of the sealing part with respect to a porous body, and the temporary fix | stop which aligned the porous body and MEGA which were piled up correctly can be performed simultaneously. Therefore, when molding a gasket by placing at least the porous body and the MEGA in the mold in a later step, the MEGA and the porous body are easily aligned in a short time in a state where the MEGA and the porous body are accurately aligned. Therefore, it is possible to shorten the molding cycle of the gasket and to prevent molding defects due to misalignment between the porous body and the MEGA and to improve the yield, thereby efficiently manufacturing the fuel cell. be able to.

(2) 前記目止め処理を行う工程で多孔体をMEGAと積重して仮止めし、目止め材が固化する前にさらに前記多孔体にセパレータを重合して仮止めすることを特徴とする(1)項に記載の燃料電池の製造方法。 (2) In the step of performing the sealing treatment, the porous body is stacked and temporarily fixed with MEGA, and the separator is further polymerized and temporarily fixed before the sealing material is solidified. (1) A method for producing a fuel cell according to item (1).

(2)項の発明では、(1)項に記載の発明において、目止め処理を行う工程で多孔体をMEGAと積重して仮止めし、目止め材が固化する前にさらに多孔体にセパレータを直ちに重合して仮止めすることにより、MEGAと多孔体とセパレータとを正確に位置合わせした状態で容易に短時間で金型内に配置してガスケットを歩留まりよく成形することができ、したがって、燃料電池を効率よく製造することができる。   In the invention of the item (2), in the invention described in the item (1), the porous body is stacked with MEGA and temporarily fixed in the step of performing the sealing treatment, and the porous material is further bonded before the sealing material is solidified. By immediately polymerizing and temporarily fixing the separator, the gasket can be molded with a high yield by placing the MEGA, the porous body, and the separator in the mold easily and in a short time in a state of accurate alignment. A fuel cell can be manufactured efficiently.

(3) MEGAと多孔体とセパレータとを有するセルが複数積層されてなる燃料電池を製造するための装置であって、
MEGAと積重された多孔体の端縁近傍に目止め材を注入して、積重されたMEGAまで透過させ、目止め部を形成する目止め処理を行うと共にMEGAと多孔体とを仮止めする目止め・仮止め処理装置と、
少なくともMEGAと多孔体とが仮止めされた状態でセットされ前記目止め部の外側にガスケットを一体に成形するための金型を有するガスケット成形装置とを備えたことを特徴とする燃料電池の製造装置。
(3) An apparatus for manufacturing a fuel cell in which a plurality of cells having MEGA, a porous body, and a separator are stacked,
A sealing material is injected in the vicinity of the edge of the porous body stacked with the MEGA, and the MEGA and the porous body are temporarily fixed while performing a sealing process to form a sealing portion through the stacked MEGA. A sealing / temporary fastening processing device,
A fuel cell manufacturing apparatus comprising: a gasket forming apparatus having a mold for integrally forming a gasket integrally with an outer side of the sealing portion, which is set in a state where at least MEGA and a porous body are temporarily fixed. apparatus.

(3)項に記載の発明では、目止め処理を行う工程で少なくともMEGAと多孔体との正確に位置合わせした状態で、目止め・仮止め処理装置により目止め材を多孔体の端縁近傍に注入し、積重されたMEGAまで透過させることにより、多孔体に対して目止め部を形成する目止め処理を行うと共に、積重された少なくとも多孔体とMEGAとを正確に位置合わせした状態で仮止めする。そのため、少なくともMEGAと多孔体とを正確に位置合わせさせた状態で容易に短時間でガスケット成形装置の金型内に配置することができ、したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とMEGAの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。   In the invention described in (3), in the state where at least the MEGA and the porous body are accurately aligned in the step of performing the sealing process, the sealing material is placed near the edge of the porous body by the sealing / temporary fixing processing device. Injecting into the MEGA and passing through the stacked MEGA, the sealing process for forming the sealing part is performed on the porous body, and at least the stacked porous body and the MEGA are accurately aligned. Temporarily fix with. For this reason, at least the MEGA and the porous body can be easily placed in the mold of the gasket molding apparatus in a short time in a state where the MEGA and the porous body are accurately aligned. Therefore, it is possible to improve the yield by preventing molding defects due to misalignment of MEGA and MEGA, and thus to efficiently manufacture the fuel cell.

(4) 前記目止め・仮止め処理装置は、MEGAの両面に積重された多孔体に当接される第1治具および第2治具と、両治具の表面から多孔体内にガスケットの材料をそれぞれ注入するガスケット材料供給手段と、を備えていることを特徴とする(3)項に記載の燃料電池の製造装置。   (4) The sealing / temporary fastening processing device includes a first jig and a second jig that are in contact with the porous body stacked on both sides of the MEGA, and a gasket that is inserted into the porous body from the surfaces of both jigs. The fuel cell manufacturing apparatus according to item (3), further comprising gasket material supply means for injecting each material.

(4)項の発明では、(3)項に記載の発明において、目止め・仮止め処理装置が、MEGAの両面に積重された多孔体に当接される第1治具および第2治具と、両治具の表面から多孔体内にガスケットの材料をそれぞれ注入するガスケット材料供給手段と、を備えていることにより、積層されたMEGAと多孔体とを両治具によって挟み固定した状態で、ガスケット材料供給手段により両治具の表面からガスケットの材料を多孔体内にそれぞれ注入し、多孔体に対する目止め処理と、積重された多孔体とMEGAとの仮止めとを安定して具現化することができる。   In the invention of item (4), in the invention described in item (3), the sealing / temporary fixing processing device is provided with a first jig and a second jig that are brought into contact with the porous bodies stacked on both sides of the MEGA. And a gasket material supply means for injecting gasket materials into the porous body from the surfaces of both jigs, so that the stacked MEGA and the porous body are sandwiched and fixed by both jigs. The gasket material supply means injects gasket material from the surface of both jigs into the porous body, and stably realizes the sealing treatment for the porous body and the temporary fixing of the stacked porous body and MEGA. can do.

(5) 前記目止め・仮止め処理装置は、さらに、セパレータを保持して目止め材が固化する前に前記多孔体にセパレータを重合させて前記第1治具と第2治具のいずれか一方との間で加圧するセパレータ仮止め治具と、
前記第1治具と第2治具とのいずれか他方を、いずれか一方とセパレータ仮止め治具との間から退避させるよう移動させる退避移動手段とを備えていることを特徴とする(4)項に記載の燃料電池の製造装置。
(5) The sealing / temporary fixing processing apparatus further holds the separator and superimposes the separator on the porous body before the sealing material is solidified, so that either the first jig or the second jig is used. A separator temporary fixing jig that pressurizes between one side,
And a retreating means for moving either one of the first jig and the second jig so as to retreat from either one and the separator temporary fixing jig (4). The fuel cell manufacturing apparatus according to the item).

(5)項の発明では、(4)項に記載の発明において、予めセパレータ仮止め治具によってセパレータを保持しておき、多孔体に対する目止め処理と、積重された多孔体とMEGAとの仮止めとを行ったら、目止め材が固化する前に、退避移動手段によって第1治具と第2治具とのいずれか他方を、いずれか一方とセパレータ仮止め治具との間から退避させるよう移動させ、セパレータ仮止め治具によってセパレータを多孔体に直ちに重合して第1治具と第2治具のいずれか一方との間で加圧して、多孔体とセパレータを仮止めする。そのため、後の工程でMEGAと多孔体とセパレータとを正確に位置合わせした状態で容易に短時間で金型内に配置してガスケットを歩留まりよく成形することができ、したがって、燃料電池を効率よく製造することができる。   In the invention of the item (5), in the invention described in the item (4), the separator is previously held by a separator temporary fixing jig, and the sealing treatment for the porous body, and the stacked porous body and MEGA After temporary fixing, before the sealing material solidifies, the other one of the first jig and the second jig is retracted from between either one and the separator temporary fixing jig by the retreating movement means. The separator is immediately superposed on the porous body by the separator temporary fixing jig and pressurized between one of the first jig and the second jig to temporarily fix the porous body and the separator. Therefore, it is possible to easily form the gasket with a high yield by arranging it in the mold in a short time in a state where the MEGA, the porous body, and the separator are accurately aligned in the subsequent process. Can be manufactured.

最初に、本発明の燃料電池の製造装置の実施の一形態を図1〜図3に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池の製造装置は、概略、MEGA3と多孔体4とセパレータ5(図7を参照)とを積層してセルを構成し、このセルを複数積層してなる燃料電池を製造するためのもので、MEGA3と積重された多孔体4の端縁近傍に目止め材6を注入して、積重されたMEGA3まで透過させ、目止め部4aを形成する目止め処理を行うと共にMEGA3と多孔体4とを仮止めする目止め・仮止め処理装置1と、少なくともMEGA3と多孔体4とが仮止めされた状態でセットされ目止め部4aの外側にガスケット7を一体に成形するための金型20,21を有するガスケット成形装置2とを備えている。
First, an embodiment of a fuel cell manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
The fuel cell manufacturing apparatus of the present invention is generally for manufacturing a fuel cell in which a MEGA 3, a porous body 4 and a separator 5 (see FIG. 7) are stacked to form a cell, and a plurality of these cells are stacked. The sealing material 6 is injected into the vicinity of the edge of the porous body 4 stacked with the MEGA 3 and transmitted to the stacked MEGA 3 to perform the sealing process for forming the sealing portion 4a and the MEGA 3 And the porous body 4 are temporarily set, and at least the MEGA 3 and the porous body 4 are set in a temporarily fixed state, and the gasket 7 is integrally formed outside the sealing portion 4a. And a gasket molding apparatus 2 having the dies 20 and 21.

図1に示すように、この実施の形態においては、MEGA3の両面に多孔体4,4がそれぞれ積層されており、その周囲にガスケット7を成形する場合を示す。MEGA3は、電解質膜30の両面に電極層31、32を積層してなるMEA33と、MEA33の両面に配置されたガス拡散層34とを含んでいる。MEGA3の両面には、例えばエキスパンドメタルなどからなる多孔体4がそれぞれ積層される。ガスケット7は、積層された状態のMEGA3と多孔体4の厚さ以下の厚さでMEGA3と多孔体4の周端面を覆うように形成される基部7aと、基部7aの両面にそれぞれ多孔体4よりも突出するように形成されセパレータに当接されるリップ部7bとを有する形状に成形される。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, porous bodies 4 and 4 are respectively laminated on both sides of MEGA 3, and gasket 7 is formed around the periphery. The MEGA 3 includes an MEA 33 formed by laminating electrode layers 31 and 32 on both surfaces of the electrolyte membrane 30 and a gas diffusion layer 34 disposed on both surfaces of the MEA 33. For example, porous bodies 4 made of, for example, expanded metal are laminated on both sides of the MEGA 3. The gasket 7 includes a base portion 7a formed so as to cover the peripheral end surfaces of the MEGA 3 and the porous body 4 with a thickness equal to or less than the thickness of the stacked MEGA 3 and the porous body 4, and the porous body 4 on both surfaces of the base portion 7a. It is formed in a shape having a lip portion 7b that is formed so as to protrude further and abuts against the separator.

目止め・仮止め処理装置1は、上治具(第1治具)10および下治具(第2治具)11と、上治具10と下治具11を相対的に昇降移動させて開閉させる治具開閉機構と、目止め材6を上治具10と下治具11の所定の位置に供給する目止め材供給手段12とを備えている。   The sealing / temporary fixing processing apparatus 1 moves the upper jig (first jig) 10 and the lower jig (second jig) 11, the upper jig 10 and the lower jig 11 relatively up and down. A jig opening / closing mechanism for opening and closing and a sealing material supply means 12 for supplying the sealing material 6 to predetermined positions of the upper jig 10 and the lower jig 11 are provided.

上治具10と下治具11は、その間に挟み込むように保持するMEGA3および多孔体4の大きさ(面積:図3の鎖線を参照)よりも大きく形成された板状のもので、少なくとも一方が油圧または圧縮エアにより駆動されるシリンダなどの治具開閉機構に支持されている。図2および図3に示すように、上治具10と下治具11の互い対向する表面には、MEGA3に積重された多孔体4の、目止め部4aを形成する位置およびその形状に応じて溝10a、11aが形成されている。目止め材6が温度により固化または硬化する材質のものである場合には、加熱ヒータや所定の温度に調整された温調流体(たとえば加熱油や冷却水などの冷媒)を流通させるための流路などの温調手段が上治具10と下治具11にそれぞれ設けられる。また、下治具の表面には、多孔体4とMEGA3を互いに位置合わせした状態で位置決めするために、たとえば多孔体4およびMEGA3の互いに隣接する2辺の端面をそれぞれ当接するための位置決めリブや壁部などからなる位置決め手段を設けることが望ましい。   The upper jig 10 and the lower jig 11 are plate-like ones formed larger than the size of the MEGA 3 and the porous body 4 held so as to be sandwiched therebetween (area: see the chain line in FIG. 3). Is supported by a jig opening / closing mechanism such as a cylinder driven by hydraulic pressure or compressed air. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the position and shape of the porous body 4 stacked on the MEGA 3 are formed on the mutually opposing surfaces of the upper jig 10 and the lower jig 11. Accordingly, grooves 10a and 11a are formed. When the sealing material 6 is made of a material that solidifies or hardens depending on the temperature, a flow for circulating a heater or a temperature-controlled fluid adjusted to a predetermined temperature (for example, a refrigerant such as heating oil or cooling water). Temperature control means such as a path is provided in the upper jig 10 and the lower jig 11, respectively. In addition, in order to position the porous body 4 and the MEGA 3 in a state of being aligned with each other on the surface of the lower jig, for example, positioning ribs for contacting the end surfaces of the two adjacent sides of the porous body 4 and the MEGA 3 respectively. It is desirable to provide positioning means comprising a wall or the like.

目止め材供給手段12は、流動可能な状態の任意の量の目止め材6を射出する射出ユニット13と、上治具10および下治具11の溝10a、11aに開口する流路10b、11bと、射出ユニット13と上治具10および下治具11の流路10b、11bを接続するフレキシブルパイプ14とを備えている。射出ユニット13は、目止め材6を収容するシリンダと、このシリンダ内に嵌挿されて所定のストロークで前進および後退駆動されるピストンとなどにより構成することができる。図3に破線で示したように、上治具10および下治具11の流路10b、11bは、フレキシブルパイプ14と接続された一方端から溝10a、11a内に複数の他方端(図3に示した例では12箇所)が開口するように分岐して形成されている。流路10b、11bの分岐する形状や溝10a、11a内に開口する配置(間隔)は、形成する目止め部4aの形状などに応じて設定することができる。   The sealing material supply means 12 includes an injection unit 13 for injecting an arbitrary amount of the sealing material 6 in a flowable state, and a flow path 10b opened in the grooves 10a and 11a of the upper jig 10 and the lower jig 11. 11b, and the flexible pipe 14 which connects the injection unit 13, the upper jig | tool 10, and the flow paths 10b and 11b of the lower jig | tool 11. The injection unit 13 can be configured by a cylinder that accommodates the sealing member 6 and a piston that is inserted into the cylinder and driven forward and backward by a predetermined stroke. As indicated by broken lines in FIG. 3, the flow paths 10b and 11b of the upper jig 10 and the lower jig 11 have a plurality of other ends (FIG. 3) in the grooves 10a and 11a from one end connected to the flexible pipe 14. In the example shown in (12), 12 branches are formed so as to open. The shape where the flow paths 10b and 11b branch and the arrangement (interval) opened in the grooves 10a and 11a can be set according to the shape of the sealing portion 4a to be formed.

ガスケット成形装置2は、後述するように目止めされると共に仮止めされたMEGA3と多孔体4を収容(インサート)して成形するガスケット7の形状に応じた形状のキャビティ22を形成する上型20および下型21と、上型20と下型21を相対的に昇降移動させて開閉させる型開閉機構と、流動可能な状態の任意の量のガスケット7の材料をキャビティ22内に射出充填する射出手段とを備えている。   As will be described later, the gasket molding apparatus 2 includes an upper mold 20 that forms a cavity 22 having a shape corresponding to the shape of the gasket 7 that is molded and accommodates (inserts) the MEGA 3 and the porous body 4 that are temporarily secured. And a lower mold 21, a mold opening / closing mechanism that moves the upper mold 20 and the lower mold 21 relatively up and down, and an injection that fills the cavity 22 with an arbitrary amount of the material of the gasket 7 in a flowable state. Means.

上型20と下型21は、型閉じされた状態でその内部に、目止めされると共に仮止めされたMEGA3と多孔体4を収容する収容部20a、21aが略中央に形成されており、収容部20a、21aの周囲にはガスケット7を成形するためのキャビティ面20b、21bが形成されている。収容部20a、21aの多孔体4に形成された目止め部4aと対応する位置にはシール材23が配設されており、また、上型20と下型21のキャビティ面20b、21bの外側には型閉じしたときに互いの衝合面をシールするシール材24が配設されている。上型20と下型21の少なくとも一方は、油圧などにより駆動されるシリンダやトグル機構などからなる型開閉機構に支持されている。射出手段は、流動可能な状態のガスケット7の材料を収容するシリンダと、このシリンダ内に嵌挿されて所定のストロークで前進および後退駆動されるピストンと、型閉じしたときに形成されるキャビティ22と連通しているスプールブッシュとを備えており、流動可能な状態のガスケット7の材料を収容したシリンダのノズルをスプールブッシュに当接させてピストンを所定のストロークで前進させることにより、キャビティ22内にガスケット7の材料を射出充填することができるように構成することができる。   The upper mold 20 and the lower mold 21 are formed in the center thereof with accommodating portions 20a and 21a for accommodating the MEGA 3 and the porous body 4 that are sealed and temporarily fixed in the closed state. Cavity surfaces 20b and 21b for molding the gasket 7 are formed around the accommodating portions 20a and 21a. A sealing material 23 is disposed at a position corresponding to the sealing portion 4a formed in the porous body 4 of the housing portions 20a and 21a, and outside the cavity surfaces 20b and 21b of the upper die 20 and the lower die 21. Is provided with a sealing material 24 for sealing the abutting surfaces when the mold is closed. At least one of the upper mold 20 and the lower mold 21 is supported by a mold opening / closing mechanism including a cylinder driven by hydraulic pressure, a toggle mechanism, and the like. The injection means includes a cylinder that accommodates the material of the gasket 7 in a flowable state, a piston that is inserted into the cylinder and driven forward and backward by a predetermined stroke, and a cavity 22 that is formed when the mold is closed. And a spool bush that communicates with the cylinder, and the cylinder nozzle containing the material of the gasket 7 in a flowable state is brought into contact with the spool bush to advance the piston in a predetermined stroke, thereby allowing the inside of the cavity 22 to move forward. The material of the gasket 7 can be configured to be injection-filled.

次に、本発明の燃料電池の製造方法の実施の一形態を、上述したように構成された燃料電池の製造装置を使用する場合により、その作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池の製造方法は、概略、多孔体4の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、この多孔体4とMEGA3とを積重して金型20,21内に配置しガスケット7を成形する工程とを含むもので、目止め処理を行う工程で目止め材6を多孔体4の端縁近傍に注入することにより、積重されたMEGA3まで透過させて、多孔体4の端縁近傍に目止め処理を行うと共に、積重された多孔体4とMEGA3とを仮止めするものである。
Next, an embodiment of the method for manufacturing a fuel cell according to the present invention will be described in detail along with the operation of the fuel cell manufacturing apparatus configured as described above. In this embodiment, parts that are the same as or correspond to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different parts are described.
The fuel cell manufacturing method of the present invention generally includes a step of performing sealing treatment in the vicinity of the edge of the porous body 4, and the porous body 4 and MEGA 3 are stacked and disposed in the molds 20 and 21. 7 is formed. By injecting the sealing material 6 into the vicinity of the edge of the porous body 4 in the process of performing the sealing process, the stacked MEGA 3 is permeated to the porous body 4. A sealing process is performed in the vicinity of the edge, and the stacked porous body 4 and MEGA 3 are temporarily fixed.

燃料電池のセルを製造すべくMEGA3の両面に多孔体4、4を積重してその周囲にガスケット7を成形するに際しては、最初に目止め・仮止め処理装置1の上治具10と下治具11を相対的に離間させて開いた状態とし、多孔体4、MEGA3、多孔体4の順に積重して、上述したように下治具11の表面に設けられた位置決め手段にそれぞれ互いに隣接する2辺の端面を当接させることにより互いに位置合わせした状態に位置決めする。そして、目止め・仮止め処理装置1の治具開閉機構を駆動して上治具10と下治具11を相対的に近接させて閉じ、積重されたMEGA3と多孔体4を所定の力で挟み保持する。続いて、目止め材供給手段12の射出ユニット13により、流動可能な状態の目止め材6を射出する。射出ユニット13から射出された目止め材6は、フレキシブルパイプ14から各治具10,20の流路10b、11bを通って溝10a、11a内に流出し、多孔体4の端縁近傍の目止め部4aを形成すべき位置に注入され、MEGA3のガス拡散層34に達するまで透過する。すなわち、射出ユニット13により射出する目止め材6の射出量は、多孔体4の表面から注入された目止め材6がMEGA30のガス拡散層34に達するまで透過し得る量に設定される。その後、多孔体4を透過してMEGA3のガス拡散層34に達した目止め材6が温度調整などによって固化または硬化すると、多孔体4の端縁近傍に目止め部4aが形成されて目止め処理が完了すると共に、精度よく位置合わせされて積重された多孔体4とMEGA3が互いにずれることがない程度に仮止めされることとなる。   When the porous bodies 4 and 4 are stacked on both sides of the MEGA 3 to form the fuel cell, and the gasket 7 is formed around the porous bodies 4 and 4, the upper jig 10 and the lower jig 10 of the sealing / temporarily fixing processing apparatus 1 are firstly formed. The jig 11 is opened in a relatively separated state, and the porous body 4, the MEGA 3, and the porous body 4 are stacked in this order, and the positioning means provided on the surface of the lower jig 11 as described above are mutually attached. The two adjacent sides are brought into contact with each other so as to be positioned in alignment with each other. Then, the jig opening / closing mechanism of the sealing / temporary fastening processing device 1 is driven to close the upper jig 10 and the lower jig 11 relatively close to each other, and the stacked MEGA 3 and the porous body 4 are subjected to a predetermined force. Hold between. Subsequently, the sealing material 6 in a flowable state is injected by the injection unit 13 of the sealing material supply means 12. The sealing material 6 injected from the injection unit 13 flows out of the flexible pipe 14 through the flow paths 10b and 11b of the jigs 10 and 20 into the grooves 10a and 11a. The stopper 4a is injected into a position where the stopper 4a is to be formed, and passes through until reaching the gas diffusion layer 34 of the MEGA 3. That is, the injection amount of the sealing material 6 injected by the injection unit 13 is set to an amount that allows the sealing material 6 injected from the surface of the porous body 4 to pass through until reaching the gas diffusion layer 34 of the MEGA 30. Thereafter, when the sealing material 6 that has permeated through the porous body 4 and reached the gas diffusion layer 34 of the MEGA 3 is solidified or cured by temperature adjustment or the like, a sealing portion 4 a is formed in the vicinity of the edge of the porous body 4 to prevent the sealing material 6. As the processing is completed, the porous body 4 and the MEGA 3 that are aligned and stacked with high precision are temporarily fixed to such an extent that they do not deviate from each other.

多孔体4の目止め処理と同時に、多孔体4とMEGA3の仮止めが完了すると、目止め・仮止め処理装置1の治具開閉機構を駆動して上治具10と下治具11を相対的に離間させて開く。また、このときまでには、ガスケット成形装置2の上型20と下型21は、型開閉機構によって互いに離間し開いた状態とされており、仮止めされた多孔体4とMEGA3は、目止め・仮止め処理装置1の上治具10と下治具11の間からガスケット成形装置2の上型20と下型21との間に移動され、下型21上の略中央の所定位置にセットされる。本発明では、多孔体4とMEGA3が予め精度よく位置合わせされ仮止めされているため、ガスケット成形装置2の下型21に容易に且つ精度よく短時間でセットすることができる。そして、ガスケット成形装置2の型開閉機構によって上型20と下型21を衝合させるように相対的に近接させて閉じた状態とし、所定の力で型締する。このとき、多孔体4に形成された目止め部4aはシール材23が当接され、また、上型20と下型21のキャビティ面20b、21bの外側の衝合面はシール材24によってシールされている。そのため、上型20と下型21のキャビティ面20b、21bとシール材23、24 によって、密閉されたキャビティ22が形成されることとなる。   When the temporary fixing of the porous body 4 and the MEGA 3 is completed simultaneously with the sealing process of the porous body 4, the jig opening / closing mechanism of the sealing / temporary fixing processing apparatus 1 is driven to make the upper jig 10 and the lower jig 11 relative to each other. Open at a distance. By this time, the upper mold 20 and the lower mold 21 of the gasket molding apparatus 2 are separated and opened by the mold opening / closing mechanism, and the temporarily bonded porous body 4 and MEGA 3 are sealed. -Moved between the upper jig 20 and the lower mold 21 of the gasket forming apparatus 2 from between the upper jig 10 and the lower jig 11 of the temporary fixing processing apparatus 1 and set at a predetermined position in the approximate center on the lower mold 21. Is done. In the present invention, since the porous body 4 and the MEGA 3 are accurately aligned and temporarily fixed in advance, the porous body 4 and the MEGA 3 can be easily and accurately set in the lower mold 21 in a short time. Then, the upper mold 20 and the lower mold 21 are closed relatively close to each other by the mold opening / closing mechanism of the gasket molding apparatus 2, and the mold is clamped with a predetermined force. At this time, the sealing member 23 is brought into contact with the sealing portion 4 a formed in the porous body 4, and the abutting surfaces outside the cavity surfaces 20 b and 21 b of the upper mold 20 and the lower mold 21 are sealed by the sealing material 24. Has been. Therefore, a sealed cavity 22 is formed by the cavity surfaces 20 b and 21 b of the upper mold 20 and the lower mold 21 and the sealing materials 23 and 24.

この状態で、ガスケット成形装置2の射出手段により、キャビティ22内に流動可能な状態のガスケット7の材料を適切な量だけ所定の圧力、所定の速度で射出充填し、ガスケット7の材料を固化または硬化させる。すると、位置合わせされて積重され仮止めされた多孔体4とMEGA3の周囲には、この実施の形態では基部7aの両面にそれぞれリップ部7bが突出してなるガスケット7が成形される。ガスケット7の成形が完了すると、ガスケット成形装置2の上型20と下型21が型開閉機構によって互いに離間し型開きされて、MEGA3と多孔体4とが積層されその周囲にガスケット7が一体に成形された製品が取り出される。   In this state, the material of the gasket 7 in a state where it can flow into the cavity 22 is injected and filled at a predetermined pressure and at a predetermined speed by the injection means of the gasket molding apparatus 2 to solidify the material of the gasket 7. Harden. In this embodiment, a gasket 7 is formed around the porous body 4 and the MEGA 3 that are aligned, stacked, and temporarily fixed, with the lip portions 7b projecting from both surfaces of the base portion 7a in this embodiment. When the molding of the gasket 7 is completed, the upper mold 20 and the lower mold 21 of the gasket molding apparatus 2 are separated from each other by the mold opening / closing mechanism, and the mold 7 is laminated, and the MEGA 3 and the porous body 4 are laminated. The molded product is removed.

次に、本発明の燃料電池の製造装置の第2の実施の形態を、図4〜図7に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第1の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
この実施の形態における燃料電池の製造装置は、概略、上述した実施の形態に加えてさらに、セパレータ5を保持して目止め材6が固化する前に多孔体4にセパレータ5を重合させて上治具10と下治具11のいずれか一方との間で加圧するセパレータ仮止め治具15と、上治具10と下治具11とのいずれか他方10を、いずれか一方11とセパレータ仮止め治具15との間から退避させるよう移動させる退避移動手段とを備えている。
Next, a second embodiment of the fuel cell manufacturing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Note that portions that are the same as or correspond to those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different portions are described.
In addition to the above-described embodiment, the fuel cell manufacturing apparatus according to this embodiment generally further includes a separator 5 that is polymerized on the porous body 4 before the separator 5 is held and the sealing material 6 is solidified. A separator temporary fixing jig 15 that pressurizes between one of the jig 10 and the lower jig 11, one of the upper jig 10 and the lower jig 11, and the other 11 and the separator temporary Retracting and moving means for moving to move from the stop jig 15 is provided.

図7に示すように、この実施の形態においては、MEGA3の両面に多孔体4、4が積層され、一方の多孔体4にさらにセパレータ5が積層されており、セパレータ5の表面とMEGA3および多孔体4の周端面の周囲を覆うようにガスケット7の基部7aが形成されると共に、基部7aの一方の表面から突出するように形成され隣接するセルのセパレータ5に当接されるリップ部7bが一体成形されてなるセルを製造する場合が示されている。セパレータ5は、カソードプレート51とアノードプレート52との間に中間プレート53を挟んでなる三層構造で構成されており、その内部には反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路が形成されている。なお、セパレータ5は、図6や図7などに示したようにアノードプレート52が多孔体4と接するように構成された実施の形態に限定されることはなく、カソードプレート51が多孔体4と接するように構成される場合も本発明に含まれる。   As shown in FIG. 7, in this embodiment, porous bodies 4 and 4 are laminated on both sides of MEGA 3, and separator 5 is further laminated on one porous body 4. The surface of separator 5, MEGA 3 and porous A base portion 7a of the gasket 7 is formed so as to cover the periphery of the peripheral end surface of the body 4, and a lip portion 7b which is formed so as to protrude from one surface of the base portion 7a and is brought into contact with the separator 5 of an adjacent cell. The case where a cell formed by integral molding is shown is shown. The separator 5 has a three-layer structure in which an intermediate plate 53 is sandwiched between a cathode plate 51 and an anode plate 52, and a flow path for circulating a reaction gas and a cooling medium is formed therein. ing. The separator 5 is not limited to the embodiment in which the anode plate 52 is in contact with the porous body 4 as shown in FIG. 6 and FIG. The present invention also includes a case where it is configured to contact.

図4〜図6に示すように、目止め・仮止め処理装置1は、下治具11を保持する台盤16と対向するようにセパレータ仮止め治具15が昇降可能に配置されており、セパレータ仮止め治具15にはセパレータ仮止め治具昇降機構が接続されている。また、上治具10は、その昇降移動機構と共に、下治具11とセパレータ仮止め治具15との間から退避させるように水平移動させる退避移動手段に支持されている。セパレータ仮止め治具15には、セパレータ5の端縁に係合可能な爪などからなるセパレータ保持機構15aを備えている。   As shown in FIGS. 4 to 6, in the sealing / temporary fastening processing device 1, the separator temporary fastening jig 15 is disposed so as to be movable up and down so as to face the base plate 16 holding the lower jig 11. A separator temporary fixing jig lifting mechanism is connected to the separator temporary fixing jig 15. In addition, the upper jig 10 is supported by a retreat movement means that moves horizontally so as to retreat from between the lower jig 11 and the separator temporary fixing jig 15 together with the elevation movement mechanism. The separator temporary fixing jig 15 is provided with a separator holding mechanism 15 a made of a claw or the like that can be engaged with the edge of the separator 5.

一方、ガスケット成形装置2は、仮止めされたMEGA3と多孔体4とセパレータ5が載置される平板状の下型21と、仮止めされたMEGA3と多孔体4とセパレータ5とを収容部20aに収容してMEGA3と多孔体4の周端面とその周囲におけるセパレータ5の表面とによりキャビティ22を形成するキャビティ面20bが形成された上型20とを備えている。上型20のキャビティ面20aの外側には、型閉じしたときにセパレータ5の表面の端縁に当接してシールするシール材24が配設されている。   On the other hand, the gasket forming apparatus 2 includes a flat plate-like lower mold 21 on which the temporarily fixed MEGA 3, the porous body 4, and the separator 5 are placed, and the temporarily fixed MEGA 3, the porous body 4, and the separator 5 in the accommodating portion 20a. And an upper die 20 having a cavity surface 20b that forms a cavity 22 by the peripheral end surface of the MEGA 3 and the porous body 4 and the surface of the separator 5 in the periphery thereof. A sealing material 24 is disposed outside the cavity surface 20a of the upper mold 20 so as to contact and seal the edge of the surface of the separator 5 when the mold is closed.

次に、本発明の燃料電池の製造方法の第2の実施の形態を、上述したように構成された第2の実施の形態における燃料電池の製造装置を使用する場合により、その作動と共に詳細に説明する。なお、この第2の実施の形態においては、上述した第1の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池の製造方法は、概略、第1の実施の形態のように目止め処理を行う工程で多孔体4をMEGA3と積重して仮止めし、目止め材6が固化する前にさらに多孔体4にセパレータ5を重合して多孔体4に仮止めするものである。
Next, the second embodiment of the method for manufacturing a fuel cell according to the present invention will be described in detail together with the operation of the fuel cell manufacturing apparatus according to the second embodiment configured as described above. explain. In the second embodiment, parts that are the same as or correspond to those in the first embodiment described above are given the same reference numerals and explanation thereof is omitted, and only different parts are explained.
In the fuel cell manufacturing method of the present invention, the porous body 4 is stacked and temporarily fixed to the MEGA 3 in the process of performing the sealing process as in the first embodiment, and before the sealing material 6 is solidified. Further, the separator 5 is superposed on the porous body 4 and temporarily fixed to the porous body 4.

燃料電池のセルを製造すべくMEGA3の両面に多孔体4、4を積重してその周囲にガスケット7を成形するに際しては、図4に水平方向の矢印Hで示すように、最初に目止め・仮止め処理装置1の退避移動手段によって下治具11とセパレータ仮止め治具15との間に上治具10が位置するように、すなわち、下治具11と上治具10を対向させるように移動されている。また、これと前後して、積重されたMEGA3と多孔体4は、下治具11の表面に設けられた位置決め手段にそれぞれ互いに隣接する2辺の端面を当接させることにより互いに位置合わせした状態に位置決めされている。また、セパレータ仮止め治具15には、下治具11上の所定の位置に位置決めされたMEGA3と多孔体4に対してセパレータ5が位置合わせされるように爪などのセパレータ保持機構15aによって保持されている。   When the porous bodies 4 and 4 are stacked on both sides of the MEGA 3 to form the fuel cell, and the gasket 7 is formed around the porous bodies 4 and 4, as shown by the horizontal arrow H in FIG. -The upper jig 10 is positioned between the lower jig 11 and the separator temporary fixing jig 15 by the retracting movement means of the temporary fixing processing apparatus 1, that is, the lower jig 11 and the upper jig 10 are opposed to each other. Has been moved. Before and after this, the stacked MEGA 3 and the porous body 4 were aligned with each other by bringing the end surfaces of the two sides adjacent to each other into contact with the positioning means provided on the surface of the lower jig 11. Is positioned in a state. The separator temporary fixing jig 15 is held by a separator holding mechanism 15 a such as a claw so that the separator 5 is aligned with the MEGA 3 and the porous body 4 positioned at predetermined positions on the lower jig 11. Has been.

そして、図4に垂直方向の矢印Vで示すように、目止め・仮止め処理装置1の治具開閉機構を駆動して上治具10と下治具11を相対的に近接させて閉じ、積重されたMEGA3と多孔体4を所定の力で挟み込み保持する。続いて、目止め材供給手段12の射出ユニット13により、流動可能な状態の目止め材6を射出して、フレキシブルパイプ14から各治具10,11の流路10b、11bを介して溝10a、11a内に流出させ、多孔体4の端縁近傍の目止め部6を形成すべき位置に所定量注入する。目止め材6は、MEGA3のガス拡散層34に達するまで透過する(図5に示した状態を参照)。なお、後の工程でセパレータ5と仮止めされる側の多孔体4には、他方の多孔体4よりも目止め材6を多く注入することが望ましい。   Then, as shown by a vertical arrow V in FIG. 4, the jig opening / closing mechanism of the sealing / temporary fastening processing device 1 is driven to close the upper jig 10 and the lower jig 11 relatively close to each other, The stacked MEGA 3 and the porous body 4 are sandwiched and held with a predetermined force. Subsequently, the flowable sealing material 6 is injected by the injection unit 13 of the sealing material supply means 12, and the groove 10a is passed from the flexible pipe 14 through the flow paths 10b and 11b of the jigs 10 and 11. , 11a, and a predetermined amount is injected into a position where the sealing portion 6 near the edge of the porous body 4 is to be formed. The sealing material 6 permeates until reaching the gas diffusion layer 34 of the MEGA 3 (see the state shown in FIG. 5). In addition, it is desirable to inject a larger amount of the sealing material 6 into the porous body 4 on the side to be temporarily fixed to the separator 5 in a later step than the other porous body 4.

目止め材6の注入が完了すると、この実施の形態では、直ちに、図5に垂直方向の矢印Vで示したように、目止め・仮止め処理装置1の治具開閉機構を駆動して上治具10と下治具11を相対的に離間させて開き、続いて、図5に水平方向の矢印Hで示すように、退避移動手段によって上治具10を下治具11とセパレータ仮止め治具15との間から退避するように水平移動させて、下治具11上のMEGA3と積重された多孔体4とセパレータ仮止め治具15との間から上治具10を退避させ(図6の上治具10の位置を参照)、下治具11上のMEGA3と積重された多孔体4とセパレータ仮止め治具15とを対向させる。続いて、目止め材6が固化または硬化する前に、図6に矢印Vで示すように、セパレータ仮止め治具昇降機構によってセパレータ仮止め治具15を下降させて、セパレータ仮止め治具15に保持されているセパレータ5を多孔体4に重合して下治具11との間で加圧し、温度調整などによって目止め材6を固化または硬化させる。これにより、多孔体4の端縁近傍に目止め部4aが形成されて目止め処理が完了すると共に、位置合わせされて積重されたMEGA3と多孔体4とセパレータ5とが互いにずれることがない程度に仮止めされることとなる。   When the injection of the sealing material 6 is completed, in this embodiment, as shown by the vertical arrow V in FIG. The jig 10 and the lower jig 11 are opened relatively apart from each other, and then, as indicated by a horizontal arrow H in FIG. The upper jig 10 is retreated from between the porous body 4 stacked with the MEGA 3 on the lower jig 11 and the separator temporary fixing jig 15 by moving horizontally so as to be retreated from between the jig 15 ( 6 (see the position of the upper jig 10 in FIG. 6), the porous body 4 stacked on the MEGA 3 on the lower jig 11 and the separator temporary fixing jig 15 are made to face each other. Subsequently, before the sealing material 6 is solidified or hardened, as shown by an arrow V in FIG. 6, the separator temporary fixing jig 15 is lowered by the separator temporary fixing jig raising / lowering mechanism. The separator 5 held on the surface is polymerized into the porous body 4 and pressurized between the lower jig 11 and the sealing material 6 is solidified or cured by adjusting the temperature. Thereby, the sealing part 4a is formed in the vicinity of the edge of the porous body 4 to complete the sealing process, and the MEGA 3, the porous body 4 and the separator 5 which are aligned and stacked are not displaced from each other. It will be temporarily fixed to the extent.

多孔体4の目止め処理と同時にMEGA3と多孔体4とセパレータ5との仮止めが完了すると、セパレータ仮止め治具15のセパレータ保持機構15aを解放して、セパレータ仮止め治具昇降機構によってセパレータ仮止め治具15をセパレータ5から離間させるように上昇させて開く。また、このときまでには、ガスケット成形装置2の上型20と下型21は、型開閉機構によって互いに離間し開いた状態とされており、仮止めされ一体となったMEGA3と多孔体4とセパレータ5は、目止め・仮止め処理装置1から取り出され、この実施の形態ではセパレータ5が下側に位置するよう反転されて、ガスケット成形装置2の上型20と下型21との間に移動され、セパレータ5が下型21に接するようにして下型21上の略中央にセットされる。本発明では、MEGA3と多孔体4とセパレータ5が予め精度よく位置合わせされ仮止めされているため、ガスケット成形装置2の下型21に容易に且つ精度よく短時間でセットすることができる。そして、ガスケット成形装置2の型開閉機構によって上型20と下型21を衝合させるように相対的に近接させて閉じた状態とし、所定の力で型締する。このとき、多孔体4に形成された目止め部4aはシール材23が当接され、また、セパレータ5の側縁における上面と上型20のキャビティ面20bの外側の衝合面との間はシール材24によってシールされている。そのため、図7に参照されるように、上型20のキャビティ面20bとシール材23、24によって、密閉されたキャビティ22が形成されることとなる。   When the temporary fixing of the MEGA 3, the porous body 4, and the separator 5 is completed simultaneously with the sealing process of the porous body 4, the separator holding mechanism 15a of the separator temporary fixing jig 15 is released, and the separator temporary fixing jig lifting mechanism lifts the separator. The temporary fixing jig 15 is raised and opened so as to be separated from the separator 5. By this time, the upper mold 20 and the lower mold 21 of the gasket molding apparatus 2 are separated and opened by the mold opening / closing mechanism, and the MEGA 3 and the porous body 4 that are temporarily fixed and integrated with each other The separator 5 is taken out from the sealing / temporary tacking processing device 1, and in this embodiment, the separator 5 is inverted so as to be positioned on the lower side, and between the upper mold 20 and the lower mold 21 of the gasket molding device 2. The separator 5 is moved and is set at a substantially central position on the lower die 21 so that the separator 5 is in contact with the lower die 21. In the present invention, since the MEGA 3, the porous body 4, and the separator 5 are aligned and temporarily fixed in advance with accuracy, they can be easily and accurately set in the lower mold 21 in a short time. Then, the upper mold 20 and the lower mold 21 are closed relatively close to each other by the mold opening / closing mechanism of the gasket molding apparatus 2, and the mold is clamped with a predetermined force. At this time, the sealing member 23 is brought into contact with the sealing portion 4a formed in the porous body 4, and the gap between the upper surface at the side edge of the separator 5 and the abutting surface outside the cavity surface 20b of the upper mold 20 is between. Sealed by a sealing material 24. Therefore, as shown in FIG. 7, a sealed cavity 22 is formed by the cavity surface 20 b of the upper mold 20 and the sealing materials 23 and 24.

この状態で、ガスケット成形装置2の射出手段により、キャビティ22内に流動可能な状態のガスケット7の材料を適切な量だけ所定の圧力、所定の速度で射出充填し、ガスケット7の材料を固化または硬化させる。すると、位置合わせされて積重され仮止めされたMEGA3と多孔体4の周囲およびセパレータ5の側縁の表面には、この実施の形態では基部7aから一方にリップ部7bが突出してなるガスケット7が成形される。   In this state, the material of the gasket 7 in a state where it can flow into the cavity 22 is injected and filled at a predetermined pressure and at a predetermined speed by the injection means of the gasket molding apparatus 2 to solidify the material of the gasket 7. Harden. Then, in this embodiment, the gasket 7 formed by projecting the lip portion 7b from the base portion 7a to the periphery of the MEGA 3 and the porous body 4 which are aligned, stacked and temporarily fixed, and the surface of the side edge of the separator 5 are provided. Is formed.

ガスケット7の成形が完了すると、ガスケット成形装置2の上型20と下型21が型開閉機構によって互いに離間し型開きされて、MEGA3と多孔体4とセパレータ5が積層されると共にその周囲にガスケット7が一体に成形された製品が取り出される。   When the molding of the gasket 7 is completed, the upper mold 20 and the lower mold 21 of the gasket molding apparatus 2 are separated from each other by the mold opening / closing mechanism, and the mold is opened, and the MEGA 3, the porous body 4 and the separator 5 are stacked, and the gasket is formed around them. The product in which 7 is integrally molded is taken out.

本発明では、燃料電池のセルの構成部品であるMEGA3と多孔体4とが(第1の実施の形態の場合)、そしてさらにはセパレータ5が(第2の実施の形態の場合)予め精度よく位置合せした状態で積重され仮止めされていることにより、ガスケット成形装置2の下型21に容易に且つ精度よく短時間でセットすることができるため、ガスケット7の成形に要する時間を短縮化することができると共に、セルの構成部品3,4、および5がそれぞれ相対的に位置ずれすることがないために歩留まりを向上させることができ、燃料電池を効率よく製造することができる。   In the present invention, the MEGA 3 and the porous body 4 which are the components of the fuel cell unit (in the case of the first embodiment), and further the separator 5 (in the case of the second embodiment) are accurately obtained in advance. By stacking and temporarily fixing in the aligned state, it is possible to easily and accurately set in the lower mold 21 of the gasket molding apparatus 2 in a short time, thereby shortening the time required for molding the gasket 7. In addition, since the cell components 3, 4 and 5 are not relatively displaced from each other, the yield can be improved and the fuel cell can be manufactured efficiently.

本発明の燃料電池製造装置の第1の実施の形態を説明するために概略で示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically illustrating a first embodiment of a fuel cell manufacturing apparatus according to the present invention. 図1の本発明の燃料電池製造装置によって、目止め材が多孔体に注入された状態を説明するための部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view for demonstrating the state by which the sealing material was inject | poured into the porous body with the fuel cell manufacturing apparatus of this invention of FIG. 図1に示した目止め・仮止め処理装置の上治具の底面図または下治具の平面図である。FIG. 2 is a bottom view of an upper jig or a plan view of a lower jig of the sealing / temporary fastening processing apparatus shown in FIG. 1. 本発明の燃料電池製造装置における目止め・仮止め処理装置の第2の実施の形態を説明するために、下型にMEGAと多孔体を位置合わせして積重した状態を概略で示した断面図である。In order to explain the second embodiment of the sealing / temporary tacking processing apparatus in the fuel cell manufacturing apparatus of the present invention, a cross section schematically showing a state where MEGA and a porous body are aligned and stacked on the lower mold FIG. 図4の状態から上治具を移動させて下治具との間でMEGAと多孔体を挟み込み目止め材を注入した状態を概略で示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the upper jig is moved from the state of FIG. 4, the MEGA and the porous body are sandwiched between the lower jig, and the sealing material is injected. 図5の状態から上治具を退避移動させて、セパレータ仮止め治具と下治具との間で多孔体にセパレータを加圧して仮止めした状態を概略で示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the upper jig is retracted from the state of FIG. 5, and the separator is pressurized and temporarily fixed to the porous body between the separator temporary fixing jig and the lower jig. 本発明の燃料電池製造装置におけるガスケット成形装置の第2の実施の形態を説明するために概略で示した断面図である。It is sectional drawing shown roughly in order to demonstrate 2nd Embodiment of the gasket shaping | molding apparatus in the fuel cell manufacturing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:目止め・仮止め処理装置、 2:ガスケット成形装置、 3:MEGA、 4:多孔体、 4a:目止め部、 5:セパレータ、 6:目止め材、 7:ガスケット、 10:上治具(第1治具)、 11:下治具(第2治具)、 15:セパレータ仮止め治具、 20:上型、 21:下型、 22:キャビティ   1: Sealing / temporary fastening processing device, 2: Gasket molding device, 3: MEGA, 4: Porous body, 4a: Sealing portion, 5: Separator, 6: Sealing material, 7: Gasket, 10: Upper jig (First jig), 11: lower jig (second jig), 15: separator temporary fixing jig, 20: upper mold, 21: lower mold, 22: cavity

Claims (2)

多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、該多孔体とMEGAとを積重して金型内に配置しガスケットを成形する工程とを含む、燃料電池の製造方法であって、
前記目止め処理を行う工程で目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたMEGAまで透過させて、積重された多孔体とMEGAとを仮止めすることを特徴とする燃料電池の製造方法。
A method for manufacturing a fuel cell, comprising: performing a sealing process in the vicinity of an edge of a porous body; and stacking the porous body and MEGA in a mold and molding a gasket.
Injecting the sealing material in the vicinity of the edge of the porous body in the step of performing the sealing process, the stacked porous body and the MEGA are temporarily fixed by allowing the stacked MEGA to permeate. A method for manufacturing a fuel cell.
MEGAと多孔体とセパレータとを有するセルが複数積層されてなる燃料電池を製造するための装置であって、
MEGAと積重された多孔体の端縁近傍に目止め材を注入して、積重されたMEGAまで透過させ、目止め部を形成する目止め処理を行うと共にMEGAと多孔体とを仮止めする目止め・仮止め処理装置と、
少なくともMEGAと多孔体とが仮止めされた状態でセットされ前記目止め部の外側にガスケットを一体に成形するための金型を有するガスケット成形装置とを備えたことを特徴とする燃料電池の製造装置。
An apparatus for manufacturing a fuel cell in which a plurality of cells having MEGA, a porous body, and a separator are stacked,
A sealing material is injected in the vicinity of the edge of the porous body stacked with the MEGA, and the MEGA and the porous body are temporarily fixed while performing a sealing process to form a sealing portion through the stacked MEGA. A sealing / temporary fastening processing device,
A fuel cell manufacturing apparatus comprising: a gasket forming apparatus having a mold for integrally forming a gasket integrally with an outer side of the sealing portion, which is set in a state where at least MEGA and a porous body are temporarily fixed. apparatus.
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