JP2013062031A - Method for manufacturing fuel cell - Google Patents

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Takaaki Mitsuoka
隆昭 満岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a fuel cell capable or improving productivity and quality of a finished product.SOLUTION: A method for manufacturing a fuel cell 100 comprises: a winding-out step of winding-out a resin film 22 from a feeder 51 in which the resin film 22 is wound; a molding-injection step of forming a first cavity 60 and a second cavity 61 between a surface 22a of the wound-out resin film 22 and a second mold 56, and a third mold 57 and molding-injection a resin material X into the first cavity 60 and the second cavity 61 to mold a seal member 23; a holding step of holding the resin film 22 in which the seal member 23 is formed thereon to a metal plate P forming a separator 20; a cutting step of cutting a part formed of the seal member in the resin film 22 and hold to the metal plate P; and a taking-up step of taking-up an excess part z of the resin film 22 after cutting to a taking-up device 52.

Description

本発明は、燃料電池の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell.

例えば、固体高分子膜型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)は、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の両側に、アノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟持した発電セルを備えている。そして、固体高分子膜型燃料電池は、複数の発電セルが積層され、例えば、車載用の燃料電池スタックとして使用されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is composed of an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. A power generation cell sandwiched between separators is provided. A solid polymer membrane fuel cell has a plurality of power generation cells stacked, and is used, for example, as an in-vehicle fuel cell stack.

この種の燃料電池スタックでは、セパレータのアノード電極に対向する面には、燃料ガス(例えば、水素)を通流させるための流路が形成される一方、セパレータのカソード電極に対向する面には、酸化剤ガス(例えば、空気等の酸素を含有するガス)を通流させるための流路が形成されている。また、隣り合う発電セルのセパレータ間には、冷却媒体を通流させるための流路が形成されている。   In this type of fuel cell stack, a flow path for passing a fuel gas (for example, hydrogen) is formed on the surface of the separator facing the anode electrode, while the surface of the separator facing the cathode electrode is formed on the surface of the separator facing the cathode electrode. In addition, a flow path for allowing an oxidant gas (for example, a gas containing oxygen such as air) to flow therethrough is formed. In addition, a flow path for allowing a cooling medium to flow is formed between separators of adjacent power generation cells.

ところで、燃料電池スタックの発電時には、前記した各流路を通じて燃料電池スタック内部へ燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体が通流される。そこで、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体が燃料電池スタック外部へ漏出したり、混合したりするのを防止するため、セパレータの両面外縁部及び流路の周囲にシール部材を設けることが行われている。
そして、従来、セパレータにシール部材を形成する方法が多数開発され実用化に至っている。
By the way, at the time of power generation of the fuel cell stack, the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium are flowed into the fuel cell stack through the respective flow paths. Therefore, in order to prevent the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium from leaking out or mixing to the outside of the fuel cell stack, a seal member is provided around the outer periphery of the both surfaces of the separator and the flow path. ing.
In the past, many methods for forming a seal member on a separator have been developed and put to practical use.

例えば、特許文献1には、セパレータを構成する金属プレートにシール部材を射出成形する方法が開示されている。すなわち、特許文献1では、金属プレートが一方の金型に配置された状態で、他方の金型を一方の金型に接近させて型締めを行い、他方の金型と金属プレートとの間でキャビティを形成する。続いて、例えば、溶融状態のシリコーンゴム等の樹脂材料をキャビティ内に射出して、金属プレートの表面にシール部材を設けている。   For example, Patent Document 1 discloses a method of injection molding a seal member on a metal plate constituting a separator. That is, in Patent Document 1, in a state where the metal plate is disposed in one mold, the other mold is brought close to the one mold to perform clamping, and between the other mold and the metal plate A cavity is formed. Subsequently, for example, a molten resin material such as silicone rubber is injected into the cavity, and a seal member is provided on the surface of the metal plate.

特開2004−223858号公報JP 2004-223858 A

ところが、前記特許文献1の技術では、金属プレートに樹脂材料を射出する度に、金属プレートを金型内に一枚ずつ配置する必要があるため、生産性が低かった。   However, in the technique of Patent Document 1, it is necessary to arrange the metal plates one by one in the mold every time the resin material is injected into the metal plate, so that the productivity is low.

また、前記特許文献1の技術では、寸法誤差等に起因して、金型同士の合わせ面(型割面)に不可避的に隙間が生じてしまい、射出成形時に当該隙間に樹脂材料が流入すると、隙間で硬化した樹脂材料がバリとなるため、完成品の品質が低下する虞があった。   Moreover, in the technique of the said patent document 1, due to a dimensional error etc., a gap will inevitably occur on the mating surface (mold splitting surface) between the molds, and a resin material flows into the gap during injection molding. Since the resin material cured in the gap becomes burrs, the quality of the finished product may be deteriorated.

本発明は、このような観点から創案されたものであり、生産性が向上すると共に、完成品の品質が向上する燃料電池の製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been developed from such a viewpoint, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a fuel cell in which productivity is improved and quality of a finished product is improved.

前記課題を解決するため本発明は、アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を介設した電解質・電極構造体を一対のセパレータで挟持して構成される燃料電池の製造方法であって、樹脂フィルムが巻回された供給装置から前記樹脂フィルムを巻き出す巻出工程と、巻き出された前記樹脂フィルムの表面と金型との間でキャビティを形成して、前記キャビティ内に樹脂材料を射出してシール部材を成形する射出成形工程と、前記シール部材が成形された前記樹脂フィルムを、前記セパレータを構成する金属プレートに固定する固定工程と、前記樹脂フィルムのうち、前記シール部材が成形され、かつ前記金属プレートに固定された部分を切断する切断工程と、前記樹脂フィルムのうち、切断後の余剰部分を巻取装置に巻き取る巻取工程と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is a method of manufacturing a fuel cell comprising an electrolyte / electrode structure having an electrolyte membrane interposed between an anode electrode and a cathode electrode with a pair of separators, A unwinding step of unwinding the resin film from a supply device wound with the resin film, forming a cavity between the surface of the unrolled resin film and a mold, and placing a resin material in the cavity Of the resin film, the sealing member is formed by an injection molding step of injecting and molding a sealing member, a fixing step of fixing the resin film on which the sealing member is molded to a metal plate constituting the separator, and And a cutting step of cutting a portion fixed to the metal plate, and a winding step of winding the surplus portion after cutting of the resin film on a winding device; Characterized in that it comprises a.

本発明によれば、供給装置から巻取装置へ樹脂フィルムを送出する過程で、樹脂フィルムの表面へのシール部材の成形、樹脂フィルムの金属プレートへの固定、シール部材が成形されかつ金属プレートに固定された樹脂フィルムの切断を行うことにより、シール部材を有するセパレータを連続的に製造できるため、セパレータの生産性が向上する。   According to the present invention, in the process of sending the resin film from the supply device to the take-up device, the sealing member is formed on the surface of the resin film, the resin film is fixed to the metal plate, the sealing member is formed, and the metal plate is formed. By cutting the fixed resin film, a separator having a sealing member can be continuously manufactured, so that the productivity of the separator is improved.

また、本発明によれば、樹脂フィルムの表面と金型との間でキャビティを形成して、キャビティ内に樹脂材料を射出することにより、型締め時に樹脂フィルムが金型から押圧力を受けると、金型形状に追従して変形するため、金型同士の密着性に比較して、樹脂フィルムと金型との密着性が高まる。その結果、樹脂フィルムと金型との合わせ面に隙間が発生し難くなり、ひいてはバリが発生し難くなるため、完成品の品質が向上する。   Further, according to the present invention, when a cavity is formed between the surface of the resin film and the mold and the resin material is injected into the cavity, the resin film receives a pressing force from the mold at the time of clamping. Since it deforms following the mold shape, the adhesion between the resin film and the mold is enhanced as compared with the adhesion between the molds. As a result, it is difficult for gaps to occur on the mating surface between the resin film and the mold, and as a result, burrs are less likely to occur, so that the quality of the finished product is improved.

また、前記金属プレートを挟んで両側に一対の前記供給装置及び一対の前記巻取装置を夫々配置して、前記シール部材が成形された前記樹脂フィルムを、前記金属プレートの表裏両面に固定するように構成するのが好ましい。   Further, a pair of the supply device and a pair of the winding devices are arranged on both sides of the metal plate, and the resin film on which the seal member is formed is fixed to both the front and back surfaces of the metal plate. It is preferable to configure.

かかる構成によれば、一対の供給装置から一対の巻取装置へ樹脂フィルムを送出する過程で、シール部材が成形された樹脂フィルムを、金属プレートの表裏両面に同時に固定できるため、セパレータの生産性がより一層向上する。   According to this configuration, since the resin film on which the sealing member is formed can be simultaneously fixed to both the front and back surfaces of the metal plate in the process of sending the resin film from the pair of supply devices to the pair of winding devices, the productivity of the separator Is further improved.

本発明によれば、生産性が向上すると共に、完成品の品質が向上する燃料電池の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, productivity can improve and the manufacturing method of the fuel cell which can improve the quality of a finished product can be provided.

本発明の実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 燃料電池の部分拡大横断面図である。It is a partial expanded cross-sectional view of a fuel cell. 射出成形工程及び固定工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an injection molding process and a fixing process. セパレータの製造工程を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the manufacturing process of a separator.

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本発明の実施形態に係る燃料電池100の製造方法の説明に先立って、図1−図2を適宜参照して、燃料電池100の構造について説明する。
図1に示すように、燃料電池100は、電解質膜・電極構造体(MEA)10と、電解質膜・電極構造体10を両側から挟持する一対のセパレータ20,20と、を有する。
Prior to the description of the manufacturing method of the fuel cell 100 according to the embodiment of the present invention, the structure of the fuel cell 100 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the fuel cell 100 includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 10 and a pair of separators 20 and 20 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 10 from both sides.

<電解質膜・電極構造体>
電解質膜・電極構造体10は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された板状の固体高分子電解質膜(電解質膜)11と、固体高分子電解質膜11の両側(両面)に設けられたカソード電極12及びアノード電極13と、を有する。
<Electrolyte membrane / electrode structure>
The electrolyte membrane / electrode structure 10 includes, for example, a plate-like solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane) 11 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and both sides (both sides) of the solid polymer electrolyte membrane 11. The cathode electrode 12 and the anode electrode 13 are provided.

カソード電極12及びアノード電極13は、固体高分子電解質膜11よりも一回り小さな幅寸法及び長さ寸法を有する矩形状の電極部材である。カソード電極12及びアノード電極13は、固体高分子電解質膜11の中央部に配設されており、外周部が固体高分子電解質膜11の外周部よりも内方に位置している。カソード電極12及びアノード電極13は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層と、から構成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜11の両面に形成される。   The cathode electrode 12 and the anode electrode 13 are rectangular electrode members having a width dimension and a length dimension that are slightly smaller than the solid polymer electrolyte membrane 11. The cathode electrode 12 and the anode electrode 13 are disposed in the central portion of the solid polymer electrolyte membrane 11, and the outer peripheral portion is located inward of the outer peripheral portion of the solid polymer electrolyte membrane 11. The cathode electrode 12 and the anode electrode 13 are a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and an electrode catalyst layer formed by uniformly applying porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface of the gas diffusion layer. And. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 11.

<セパレータ>
セパレータ20は、セパレータ本体21と、樹脂フィルム22と、シール部材23と、を有する。
<Separator>
The separator 20 includes a separator body 21, a resin film 22, and a seal member 23.

<セパレータ本体>
セパレータ本体21は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、その金属表面に防食用の表面処理を施した金属板等により構成されている。セパレータ本体21は、図1及び図2に示すように、矩形状を呈する一枚の金属板を波形状にプレス加工することにより、横断面視凹凸形状に形成されている。
<Separator body>
The separator main body 21 is composed of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, a metal plate whose surface is subjected to anticorrosion treatment, and the like. As shown in FIGS. 1 and 2, the separator main body 21 is formed in a concavo-convex shape in cross-sectional view by pressing a rectangular metal plate into a wave shape.

<樹脂フィルム>
樹脂フィルム22は、図2に示すように、セパレータ本体21の両面21a,21bに固定(固着)され、セパレータ20の絶縁性能を高める樹脂製部材である。樹脂フィルム22は、図1に示すように、セパレータ本体21の外縁部、後記する酸化剤ガス供給口30a等の供給口、酸化剤ガス排出口30b等の排出口及び酸化剤ガス流路40等の流路の周囲に設けられている。樹脂フィルム22は、後記するようにセパレータ20の製造時に供給装置51及び巻取装置52に巻回され、その表面22aには樹脂材料Xが射出される(図3及び図4参照)。樹脂フィルム22は、弾性を有し、かつ金型温度で金型53に融着(溶着)しないものを使用することが好ましい。すなわち、樹脂フィルム22は、融点が金型温度よりも高いものを使用することが好ましい。本実施形態の樹脂フィルム22は、熱可塑性樹脂であるポリエチレンテレフタレートで構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリアミド、ポリカボネート、ポリブチレンテレフタレート等のエンジニアリングプラスチック、ポリアミドイミド、ポリフィニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等のスーパーエンジニアリングプラスチック、ポリエチレン、ポリプロピレン等で構成されてもよい。
<Resin film>
As shown in FIG. 2, the resin film 22 is a resin member that is fixed (fixed) to both surfaces 21 a and 21 b of the separator body 21 and improves the insulating performance of the separator 20. As shown in FIG. 1, the resin film 22 includes an outer edge portion of the separator body 21, a supply port such as an oxidant gas supply port 30 a described later, a discharge port such as an oxidant gas discharge port 30 b, and an oxidant gas flow path 40. It is provided around the flow path. As will be described later, the resin film 22 is wound around the supply device 51 and the winding device 52 when the separator 20 is manufactured, and the resin material X is injected onto the surface 22a (see FIGS. 3 and 4). It is preferable to use a resin film 22 that has elasticity and does not fuse (weld) to the mold 53 at the mold temperature. That is, it is preferable to use a resin film 22 having a melting point higher than the mold temperature. The resin film 22 of the present embodiment is made of polyethylene terephthalate, which is a thermoplastic resin. However, the present invention is not limited to this. For example, fluororesin such as polytetrafluoroethylene, polyamide, polycarbonate, poly Engineering plastics such as butylene terephthalate, polyamide imide, polyfinylene sulfide, polyether imide, polyethylene naphthalate, polyether ether ketone, super engineering plastics such as liquid crystal polymer, polyethylene, polypropylene and the like may be used.

<シール部材>
シール部材23は、図2に示すように、樹脂フィルム22の表面22aに固定(固着)される樹脂製部材である。シール部材23は、図1に示すように、セパレータ本体21の外縁部、後記する供給口、排出口及び流路の周囲に設けられている。本実施形態のシール部材23は、熱硬化性樹脂であるシリコーンゴムで構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、エチレン−プロピレンゴム、天然ゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、アクリルゴム等で構成されてもよい。
<Seal member>
As shown in FIG. 2, the seal member 23 is a resin member that is fixed (fixed) to the surface 22 a of the resin film 22. As shown in FIG. 1, the seal member 23 is provided around the outer edge of the separator body 21, a supply port, a discharge port, and a flow path described later. The seal member 23 of the present embodiment is composed of silicone rubber which is a thermosetting resin, but the present invention is not limited to this, and for example, ethylene-propylene rubber, natural rubber, fluororubber, fluorosilicone. It may be composed of rubber, butyl rubber, styrene rubber, chloroplane, acrylic rubber or the like.

<酸化剤ガス供給口、冷却媒体供給口、燃料ガス供給口>
固体高分子電解質膜11及びセパレータ本体21の上縁部(一端部)には、矢印A方向(積層方向)に貫通して形成された矩形状の酸化剤ガス供給口30a、冷却媒体供給口31a及び燃料ガス供給口32aが矢印B方向に沿って配列して設けられている。酸化剤ガス供給口30aは、酸化剤ガス(例えば、酸素を含有するエア)が供給される部分であり、冷却媒体供給口31aは、冷却媒体が供給される部分であり、ガス供給口たる燃料ガス供給口32aは、燃料ガス(例えば、水素を含有するガス)が供給される部分である。冷却媒体としては、例えば、純水、エチレングリコール、オイル等が使用される。
<Oxidant gas supply port, cooling medium supply port, fuel gas supply port>
A rectangular oxidant gas supply port 30a and a cooling medium supply port 31a formed through the solid polymer electrolyte membrane 11 and the upper edge portion (one end portion) of the separator body 21 in the direction of arrow A (stacking direction). The fuel gas supply ports 32a are arranged along the arrow B direction. The oxidant gas supply port 30a is a part to which an oxidant gas (for example, air containing oxygen) is supplied, and the cooling medium supply port 31a is a part to which a cooling medium is supplied, and serves as a fuel serving as a gas supply port. The gas supply port 32a is a portion to which a fuel gas (for example, a gas containing hydrogen) is supplied. For example, pure water, ethylene glycol, oil, or the like is used as the cooling medium.

<酸化剤ガス排出口、冷却媒体排出口、燃料ガス排出口>
固体高分子電解質膜11及びセパレータ本体21の下縁部(他端部)には、矢印A方向に貫通して形成された矩形状の酸化剤ガス排出口30b、冷却媒体排出口31b及び燃料ガス排出口32bが矢印B方向に沿って配列して設けられている。酸化剤ガス排出口30bは、酸化剤ガスが排出される部分であり、冷却媒体排出口31bは、冷却媒体が排出される部分であり、燃料ガス排出口32bは、燃料ガスが排出される部分である。
<Oxidant gas outlet, cooling medium outlet, fuel gas outlet>
A rectangular oxidant gas discharge port 30b, a coolant discharge port 31b, and a fuel gas formed in the lower edge portion (the other end portion) of the solid polymer electrolyte membrane 11 and the separator main body 21 so as to penetrate in the arrow A direction. The discharge ports 32b are arranged along the arrow B direction. The oxidant gas outlet 30b is a part from which the oxidant gas is discharged, the cooling medium outlet 31b is a part from which the cooling medium is discharged, and the fuel gas outlet 32b is a part from which the fuel gas is discharged. It is.

<酸化剤ガス流路>
図1及び図2に示すように、一方のセパレータ20のうち、電解質膜・電極構造体10に対向する面20aには、酸化剤ガス供給口30aと酸化剤ガス排出口30bを連通して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路40が設けられている。
<Oxidant gas flow path>
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface 20a of the one separator 20 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10 is oxidized through an oxidant gas supply port 30a and an oxidant gas discharge port 30b. An oxidant gas flow path 40 for flowing the oxidant gas is provided.

<燃料ガス流路>
図1及び図2に示すように、他方のセパレータ20のうち、電解質膜・電極構造体10に対向する面20aには、燃料ガス供給口32aと燃料ガス排出口32bを連通して燃料ガスを流すための燃料ガス流路42が設けられている。
<Fuel gas flow path>
As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel gas supply port 32a and a fuel gas discharge port 32b are communicated with a surface 20a of the other separator 20 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10 to supply fuel gas. A fuel gas passage 42 for flowing is provided.

<冷却媒体流路>
図1及び図2に示すように、他方のセパレータ20の面20bには、冷却媒体供給口31aと冷却媒体排出口31bとを連通して冷却媒体を流すための冷却媒体流路41が設けられている。
<Cooling medium flow path>
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface 20b of the other separator 20 is provided with a cooling medium flow path 41 for allowing the cooling medium to flow through the cooling medium supply port 31a and the cooling medium discharge port 31b. ing.

本発明の実施形態に係る燃料電池100は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、図3及び図4を適宜参照して、燃料電池100の製造時に使用する製造装置50について説明する。なお、図3は、射出成形工程及び固定工程を示す説明図であり、図4は、セパレータの製造工程を示す概略斜視図である。   The fuel cell 100 according to the embodiment of the present invention is basically configured as described above. Next, referring to FIGS. 3 and 4 as appropriate, the fuel cell 100 is manufactured when the fuel cell 100 is manufactured. The device 50 will be described. FIG. 3 is an explanatory view showing an injection molding process and a fixing process, and FIG. 4 is a schematic perspective view showing a separator manufacturing process.

<製造装置>
製造装置50は、図3に示すように、一対の供給装置51,51と、一対の巻取装置52,52と、金型53と、プレス装置54と、を主に備える。
<Manufacturing equipment>
As shown in FIG. 3, the manufacturing apparatus 50 mainly includes a pair of supply devices 51, 51, a pair of winding devices 52, 52, a mold 53, and a press device 54.

<供給装置>
供給装置51は、樹脂フィルム22が巻回され、巻取装置52へ樹脂フィルム22を供給する円柱状のロール装置である。供給装置51は、図示しない駆動手段(例えばモータ)により所定回転数で回転され、樹脂フィルム22を所定速度で巻取装置52に向けて送出するように構成されている。供給装置51,51は、上下に所定間隔離間して設けられており、水平軸周りに互いに逆向きに回転している。
<Supply device>
The supply device 51 is a cylindrical roll device in which the resin film 22 is wound and the resin film 22 is supplied to the winding device 52. The supply device 51 is configured to be rotated at a predetermined rotational speed by a driving unit (not shown) (for example, a motor), and to send the resin film 22 toward the winding device 52 at a predetermined speed. The supply devices 51 and 51 are vertically spaced apart from each other by a predetermined distance, and rotate in opposite directions around the horizontal axis.

<巻取装置>
巻取装置52は、供給装置51に対し水平方向に所定間隔離間して配置され、供給装置51から供給される樹脂フィルム22を巻き取る円柱状のロール装置である。巻取装置52は、図示しない駆動手段(例えばモータ)により所定回転数で回転され、樹脂フィルム22を所定速度で巻き取るように構成されている。巻取装置52,52は、上下に所定間隔離間して設けられており、水平軸周りに互いに逆向きに回転している。
<Winding device>
The winding device 52 is a cylindrical roll device that is disposed at a predetermined interval in the horizontal direction with respect to the supply device 51 and winds the resin film 22 supplied from the supply device 51. The winding device 52 is configured to be rotated at a predetermined rotational speed by a driving means (for example, a motor) (not shown) and to wind up the resin film 22 at a predetermined speed. The winding devices 52 and 52 are provided at a predetermined interval in the vertical direction and rotate in opposite directions around the horizontal axis.

<金型>
金型53は、供給装置51及び巻取装置52の間であって、供給装置51寄りに配置される金属製部材である。金型53は、供給装置51,51から送出される樹脂フィルム22,22の間に配置される第1金型55と、樹脂フィルム22を挟んで第1金型55の上側に配置される第2金型56と、樹脂フィルム22を挟んで第1金型55の下側に配置される第3金型57と、を有する。
<Mold>
The mold 53 is a metal member disposed between the supply device 51 and the winding device 52 and close to the supply device 51. The mold 53 is a first mold 55 disposed between the resin films 22 and 22 delivered from the supply devices 51 and 51, and a first mold 55 disposed above the first mold 55 with the resin film 22 interposed therebetween. 2 molds 56 and a third mold 57 disposed below the first mold 55 with the resin film 22 interposed therebetween.

第2金型56及び第3金型57は、図示しない射出成形機の駆動装置により、上下方向(軸方向)に沿って第1金型55に接近・離間するように移動させられる。第2金型56の底面には、シール部材23の形状に対応して凹設された第1キャビティ面56aが形成されている。第1キャビティ面56a及び樹脂フィルム22の間には、第1金型55及び第2金型56の型締め時に、第1キャビティ60が形成される。また、第2金型56には、図示しない射出成形機から第1キャビティ60へ樹脂材料(溶融樹脂)Xを供給する通路として第1ゲート56bが形成されている。第1ゲート56bの出口は、第1キャビティ面56aに開口しており、入口は第2金型56の頂面に開口している。   The second mold 56 and the third mold 57 are moved so as to approach and separate from the first mold 55 along the vertical direction (axial direction) by a driving device of an injection molding machine (not shown). On the bottom surface of the second mold 56, a first cavity surface 56 a that is recessed corresponding to the shape of the seal member 23 is formed. A first cavity 60 is formed between the first cavity surface 56 a and the resin film 22 when the first mold 55 and the second mold 56 are clamped. The second mold 56 is formed with a first gate 56b as a passage for supplying a resin material (molten resin) X from an injection molding machine (not shown) to the first cavity 60. The outlet of the first gate 56 b opens to the first cavity surface 56 a, and the inlet opens to the top surface of the second mold 56.

第3金型57の頂面には、シール部材23の形状に対応して凹設された第2キャビティ面57aが形成されている。第2キャビティ面57a及び樹脂フィルム22の間には、第1金型55及び第3金型57の型締め時に、第2キャビティ61が形成される。また、第3金型57には、図示しない射出成形機から第2キャビティ61へ樹脂材料Xを供給する通路として第2ゲート57bが形成されている。第2ゲート57bの出口は、第2キャビティ面57aに開口しており、入口は第3金型57の底面に開口している。   A second cavity surface 57 a is formed on the top surface of the third mold 57 so as to be recessed corresponding to the shape of the seal member 23. A second cavity 61 is formed between the second cavity surface 57 a and the resin film 22 when the first mold 55 and the third mold 57 are clamped. The third mold 57 is provided with a second gate 57b as a passage for supplying the resin material X from an injection molding machine (not shown) to the second cavity 61. The outlet of the second gate 57 b opens to the second cavity surface 57 a, and the inlet opens to the bottom surface of the third mold 57.

<プレス装置>
プレス装置54は、従来公知のプレス装置の中から適宜選択して用いられ、セパレータ本体21を構成する金属プレートPの表裏両面P1,P2に樹脂フィルム22,22を圧着する装置である。プレス装置54は、供給装置51及び巻取装置52の間であって、巻取装置52寄りに配置されている。プレス装置54は、樹脂フィルム22,22を挟んで上下に所定間隔離間して設けられた第1プレス部54a及び第2プレス部54bを有する。第1プレス部54a及び第2プレス部54bは、図示しない駆動装置により、上下方向に沿って樹脂フィルム22に接近・離間するように移動させられる。
<Pressing machine>
The press device 54 is a device that is appropriately selected from conventionally known press devices, and presses the resin films 22 and 22 onto the front and back surfaces P1 and P2 of the metal plate P constituting the separator body 21. The press device 54 is disposed between the supply device 51 and the winding device 52 and closer to the winding device 52. The press device 54 includes a first press portion 54 a and a second press portion 54 b that are provided at a predetermined interval in the vertical direction across the resin films 22 and 22. The 1st press part 54a and the 2nd press part 54b are moved so that the resin film 22 may be approached / separated along an up-down direction with the drive device which is not shown in figure.

次に、図3及び図4を参照して、燃料電池100の製造方法について説明する。
本実施形態の燃料電池100の製造方法は、巻出工程と、射出成形工程と、第1切断工程と、固定工程と、第2切断工程と、巻取工程と、を備える。
なお、図4では、説明の便宜上、下側の供給装置、巻取装置、樹脂フィルム等を省略して描いている。
Next, a manufacturing method of the fuel cell 100 will be described with reference to FIGS.
The manufacturing method of the fuel cell 100 of the present embodiment includes an unwinding step, an injection molding step, a first cutting step, a fixing step, a second cutting step, and a winding step.
In FIG. 4, for convenience of explanation, the lower supply device, winding device, resin film, and the like are omitted.

<巻出工程>
はじめに、図3及び図4に示すように、図示しない駆動手段又は手動により、供給装置51から樹脂フィルム22を巻き出し、樹脂フィルム22を巻取装置52の外周面に所定回数巻き付けておく。
<Unwinding process>
First, as shown in FIGS. 3 and 4, the resin film 22 is unwound from the supply device 51 by a driving means (not shown) or manually, and the resin film 22 is wound around the outer peripheral surface of the winding device 52 a predetermined number of times.

<射出成形工程>
続いて、図3に示すように、第1金型55に対し第2金型56及び第3金型57を接近させ、第1金型55及び第2金型56を型締めして上側の樹脂フィルム22を挟み、かつ第1金型55及び第3金型57を型締めして下側の樹脂フィルム22を挟む。
このとき、上側の樹脂フィルム22の表面22aと第2金型56の第1キャビティ面56aとの間に第1キャビティ60が形成される。また、下側の樹脂フィルム22の表面22aと第3金型57の第2キャビティ面57aとの間に第2キャビティ61が形成される。
<Injection molding process>
Subsequently, as shown in FIG. 3, the second mold 56 and the third mold 57 are brought closer to the first mold 55, the first mold 55 and the second mold 56 are clamped, and the upper mold The resin film 22 is sandwiched, and the first mold 55 and the third mold 57 are clamped to sandwich the lower resin film 22.
At this time, the first cavity 60 is formed between the surface 22 a of the upper resin film 22 and the first cavity surface 56 a of the second mold 56. Further, a second cavity 61 is formed between the surface 22 a of the lower resin film 22 and the second cavity surface 57 a of the third mold 57.

そして、第1ゲート56bを通じて第1キャビティ60内に樹脂材料Xを射出し、かつ第2ゲート57bを通じて第2キャビティ61内に樹脂材料Xを射出してシール部材23を成形する。
すなわち、本実施形態では、シール部材23として熱硬化性樹脂であるシリコーンゴムを使用しているため、金型53の熱が樹脂材料Xに伝熱され、樹脂材料Xが硬化される。これにより、樹脂フィルム22の表面22aにシール部材23が成形される。
一方、本実施形態では、樹脂フィルム22として熱可塑性樹脂であるポリエチレンテレフタレートを使用しており、樹脂フィルム22の融点は金型温度よりも高いため、樹脂フィルム22が金型53に融着するのを抑制できる。
Then, the resin material X is injected into the first cavity 60 through the first gate 56b, and the resin material X is injected into the second cavity 61 through the second gate 57b to mold the seal member 23.
That is, in this embodiment, since the silicone rubber that is a thermosetting resin is used as the seal member 23, the heat of the mold 53 is transferred to the resin material X, and the resin material X is cured. As a result, the seal member 23 is formed on the surface 22 a of the resin film 22.
On the other hand, in this embodiment, polyethylene terephthalate that is a thermoplastic resin is used as the resin film 22, and the melting point of the resin film 22 is higher than the mold temperature, so the resin film 22 is fused to the mold 53. Can be suppressed.

樹脂材料Xの硬化後(シール部材23の成形後)、第1金型55に対し第2金型56及び第3金型57を離間させ、第1金型55及び第2金型56を型開きし、かつ第1金型55及び第3金型57を型開きする。
その後、図示しない駆動手段により、供給装置51,51及び巻取装置52,52を回転させ、樹脂フィルム22,22を巻取装置52,52側へ所定距離だけ移動させる。
After the resin material X is cured (after the sealing member 23 is molded), the second mold 56 and the third mold 57 are separated from the first mold 55, and the first mold 55 and the second mold 56 are molded. The first mold 55 and the third mold 57 are opened.
Thereafter, the supply devices 51 and 51 and the winding devices 52 and 52 are rotated by a driving unit (not shown) to move the resin films 22 and 22 toward the winding devices 52 and 52 by a predetermined distance.

<第1切断工程>
続いて、図4に示すように、樹脂フィルム22のうち、酸化剤ガス供給口30a等の供給口、酸化剤ガス排出口30b等の排出口、及び酸化剤ガス流路40等の流路に対応する部分を、図示しない切断手段により切断(トリミング)して切り離す。
その後、図示しない駆動手段により、供給装置51,51及び巻取装置52,52を回転させ、樹脂フィルム22,22を巻取装置52,52側へ所定距離だけ移動させる。
<First cutting step>
Subsequently, as shown in FIG. 4, in the resin film 22, a supply port such as the oxidant gas supply port 30 a, a discharge port such as the oxidant gas discharge port 30 b, and a flow channel such as the oxidant gas flow channel 40. The corresponding part is cut (trimmed) by a cutting means (not shown) and cut off.
Thereafter, the supply devices 51 and 51 and the winding devices 52 and 52 are rotated by a driving unit (not shown) to move the resin films 22 and 22 toward the winding devices 52 and 52 by a predetermined distance.

<固定工程>
続いて、図3に示すように、プレス装置54により、セパレータ本体21を構成する金属プレートPの表裏両面P1,P2に対し、シール部材23が成形された樹脂フィルム22,22を固定する。
具体的には、樹脂フィルム22,22間に金属プレートPを配置し、かつ樹脂フィルム22,22に対し第1プレス部54a及び第2プレス部54bを接近させる。
このとき、図4に示すように、樹脂フィルム22の切断部分Yと金属プレートPの酸化剤ガス供給口30a等が上下で対応する位置に金属プレートPを配置する。
また、金属プレートPの配置前に、樹脂フィルム22の融点以上の温度に金属プレートPを予め加熱する。これにより、プレス時に金属プレートPの熱が樹脂フィルム22に伝熱され、樹脂フィルム22が溶融する。その結果、樹脂フィルム22が金属プレートPに融着するため、金属プレートPに樹脂フィルム22を好適に保持できる。
<Fixing process>
Subsequently, as illustrated in FIG. 3, the resin films 22 and 22 on which the seal member 23 is formed are fixed to the front and back surfaces P <b> 1 and P <b> 2 of the metal plate P constituting the separator body 21 by the press device 54.
Specifically, the metal plate P is disposed between the resin films 22 and 22, and the first press portion 54 a and the second press portion 54 b are brought close to the resin films 22 and 22.
At this time, as shown in FIG. 4, the metal plate P is disposed at a position where the cut portion Y of the resin film 22 and the oxidant gas supply port 30 a of the metal plate P correspond vertically.
In addition, the metal plate P is preheated to a temperature equal to or higher than the melting point of the resin film 22 before the metal plate P is arranged. Thereby, the heat of the metal plate P is transferred to the resin film 22 at the time of pressing, and the resin film 22 is melted. As a result, since the resin film 22 is fused to the metal plate P, the resin film 22 can be suitably held on the metal plate P.

そして、第1プレス部54a及び第2プレス部54bにより、金属プレートPに対し樹脂フィルム22,22を上下両側から押圧(プレス)する。これにより、樹脂フィルム22,22は、金属プレートPの表裏両面P1,P2に対し圧着(熱溶着)される。樹脂フィルム22,22の圧着後、樹脂フィルム22,22に対し第1プレス部54a及び第2プレス部54bを離間させる。
その後、図示しない駆動手段により、供給装置51,51及び巻取装置52,52を回転させ、金属プレートPに圧着された樹脂フィルム22,22を、金属プレートPごと巻取装置52,52側へ所定距離だけ移動させる。
Then, the resin films 22 and 22 are pressed (pressed) on the metal plate P from both the upper and lower sides by the first press portion 54a and the second press portion 54b. Thereby, the resin films 22 and 22 are pressure-bonded (thermally welded) to the front and back surfaces P1 and P2 of the metal plate P. After the pressure bonding of the resin films 22 and 22, the first press portion 54 a and the second press portion 54 b are separated from the resin films 22 and 22.
Thereafter, the supply devices 51 and 51 and the winding devices 52 and 52 are rotated by a driving unit (not shown), and the resin films 22 and 22 pressed against the metal plate P are moved to the winding devices 52 and 52 side together with the metal plate P. Move it a predetermined distance.

<第2切断工程>
続いて、図4に示すように、樹脂フィルム22のうち、シール部材23が成形され、かつ金属プレートPに固定された部分を、図示しない切断手段により切断して切り離す。以上の工程を経て、セパレータ20が完成する。
<Second cutting step>
Subsequently, as shown in FIG. 4, a portion of the resin film 22 where the sealing member 23 is molded and fixed to the metal plate P is cut and cut by a cutting means (not shown). The separator 20 is completed through the above steps.

<巻取工程>
続いて、供給装置51,51及び巻取装置52,52を回転させ、樹脂フィルム22,22を巻取装置52,52側へ送出し、樹脂フィルム22,22のうち、切断後の余剰部分Zを巻取装置52,52に巻き取る(図3、図4参照)。
<Winding process>
Subsequently, the supply devices 51 and 51 and the winding devices 52 and 52 are rotated, and the resin films 22 and 22 are sent to the winding devices 52 and 52 side. Is wound around the winding devices 52, 52 (see FIGS. 3 and 4).

以上説明した本実施形態によれば、供給装置51から巻取装置52へ樹脂フィルム22を送出する過程で、射出成形工程→第1切断工程→固定工程→第2切断工程の順に製造作業を行うことにより、シール部材23を有するセパレータ20を連続的に製造できるため、セパレータ20の生産性が向上する。
特に、樹脂フィルム22,22を挟んで両側に一対の供給装置51,51及び一対の巻取装置52,52を夫々配置して、シール部材23,23が成形された樹脂フィルム22,22を、金属プレートPの表裏両面P1,P2に同時に固定できるため、セパレータ20の生産性がより一層向上する。
According to this embodiment described above, in the process of sending the resin film 22 from the supply device 51 to the winding device 52, the manufacturing operation is performed in the order of injection molding process → first cutting process → fixing process → second cutting process. Thereby, since the separator 20 having the seal member 23 can be continuously manufactured, the productivity of the separator 20 is improved.
In particular, a pair of supply devices 51, 51 and a pair of winding devices 52, 52 are arranged on both sides of the resin films 22, 22, respectively, and the resin films 22, 22 in which the sealing members 23, 23 are formed, Since it can fix to the front and back both surfaces P1, P2 of the metal plate P at the same time, the productivity of the separator 20 is further improved.

また、第2金型56及び第3金型57と樹脂フィルム22の表面22aとの間で、第1キャビティ60及び第2キャビティ61を形成して、第1キャビティ60及び第2キャビティ61内に樹脂材料Xを射出することにより、型締め時に樹脂フィルム22が金型53から押圧力を受けると、金型形状に追従して変形するため、金型同士の密着性に比較して、第2金型56及び第3金型57と樹脂フィルム22との密着性が高まる。その結果、第2金型56及び第3金型57と樹脂フィルム22との合わせ面に隙間が発生し難くなり、ひいてはバリが発生し難くなるため、完成品の品質が向上する。   Further, a first cavity 60 and a second cavity 61 are formed between the second mold 56 and the third mold 57 and the surface 22 a of the resin film 22, and the first cavity 60 and the second cavity 61 are formed in the first cavity 60 and the second cavity 61. By injecting the resin material X, when the resin film 22 receives a pressing force from the mold 53 during mold clamping, the resin film 22 deforms following the mold shape. The adhesion between the mold 56 and the third mold 57 and the resin film 22 is enhanced. As a result, it is difficult for gaps to occur on the mating surfaces of the second mold 56 and the third mold 57 and the resin film 22, and as a result, burrs are less likely to occur, thereby improving the quality of the finished product.

また、型締め時に、金型53と樹脂フィルム22とが接触するため、金型同士が接触する構造に比較して、金型53の磨耗を軽減することが可能となり、金型53の耐用性(耐用年数)が向上する。   In addition, since the mold 53 and the resin film 22 come into contact with each other when the mold is clamped, it is possible to reduce the wear of the mold 53 as compared with a structure in which the molds are in contact with each other. (Service life) is improved.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail with reference to drawings, this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably.

本実施形態では、製造装置50は、一対の供給装置51,51及び巻取装置52,52を備え、一対の樹脂フィルム22,22に樹脂材料Xを同時に射出し、かつ金属プレートPの表裏両面P1,P2に樹脂フィルム22,22を同時に固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単一の樹脂フィルム22に樹脂材料Xを射出し、かつ金属プレートPの片面ずつ交互に樹脂フィルム22を固定してもよい。例えば、製造装置50は、単一の供給装置51及び巻取装置52を備え、単一の樹脂フィルム22に樹脂材料Xを射出し、かつ金属プレートPの表面P1(裏面P2)に樹脂フィルム22を固定した後、単一の樹脂フィルム22に樹脂材料Xを射出し、かつ金属プレートPの裏面P2(表面P1)に樹脂フィルム22を固定してもよい。   In the present embodiment, the manufacturing apparatus 50 includes a pair of supply devices 51, 51 and a winding device 52, 52, and simultaneously injects the resin material X onto the pair of resin films 22, 22, and both the front and back surfaces of the metal plate P The resin films 22 and 22 are simultaneously fixed to P1 and P2, but the present invention is not limited to this, and the resin material X is injected into the single resin film 22 and the metal plates P are alternately disposed on each side. The resin film 22 may be fixed. For example, the manufacturing apparatus 50 includes a single supply device 51 and a winding device 52, injects the resin material X onto the single resin film 22, and the resin film 22 on the front surface P <b> 1 (back surface P <b> 2) of the metal plate P. After fixing the resin material X, the resin material X may be injected onto the single resin film 22, and the resin film 22 may be fixed to the back surface P2 (front surface P1) of the metal plate P.

また、本実施形態では、熱溶着により樹脂フィルム22を金属プレートPに固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ホットメルト接着剤等の接着剤を樹脂フィルム22に塗布し、接着剤により樹脂フィルム22を金属プレートPに固定してもよい。この場合、金型温度よりも軟化点が高い接着剤を使用することにより、接着剤が金型53に接着するのを抑制できる。また、金属プレートPの配置前に、接着剤の軟化点以上の温度に金属プレートPを予め加熱することにより、接着剤を軟化させ、金属プレートPに樹脂フィルム22を好適に保持できる。   Moreover, in this embodiment, although the resin film 22 was fixed to the metal plate P by heat welding, this invention is not limited to this, For example, apply | coats adhesive agents, such as a hot-melt-adhesive, to the resin film 22. The resin film 22 may be fixed to the metal plate P with an adhesive. In this case, it is possible to suppress the adhesive from adhering to the mold 53 by using an adhesive having a softening point higher than the mold temperature. In addition, by preheating the metal plate P to a temperature equal to or higher than the softening point of the adhesive before the metal plate P is arranged, the adhesive can be softened and the resin film 22 can be suitably held on the metal plate P.

また、本実施形態では、樹脂フィルム22の供給方向を水平方向に一致させ、セパレータ20を製造したが、本発明はこれに限定されるものではなく、樹脂フィルム22の供給方向を鉛直方向に一致させ、セパレータ20を製造してもよい。   Moreover, in this embodiment, the supply direction of the resin film 22 was made to correspond to a horizontal direction, and the separator 20 was manufactured, but this invention is not limited to this, The supply direction of the resin film 22 is made to correspond to a perpendicular direction. The separator 20 may be manufactured.

100 燃料電池
10 電解質膜・電極構造体
11 固体高分子電解質膜(電解質膜)
12 カソード電極
13 アノード電極
20 セパレータ
21 セパレータ本体
22 樹脂フィルム
22a 表面
23 シール部材
50 製造装置
51 供給装置
52 巻取装置
53 金型
55 第1金型
56 第2金型
56a 第1キャビティ面
56b 第1ゲート
57 第3金型
57a 第2キャビティ面
57b 第2ゲート
60 第1キャビティ
61 第2キャビティ
54 プレス装置
P 金属プレート
P1 表面
P2 裏面
X 樹脂材料
100 Fuel Cell 10 Electrolyte Membrane / Electrode Structure 11 Solid Polymer Electrolyte Membrane (Electrolyte Membrane)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Cathode electrode 13 Anode electrode 20 Separator 21 Separator main body 22 Resin film 22a Surface 23 Seal member 50 Manufacturing apparatus 51 Supply apparatus 52 Winding apparatus 53 Mold 55 1st mold 56 2nd mold 56a 1st cavity surface 56b 1st Gate 57 Third mold 57a Second cavity surface 57b Second gate 60 First cavity 61 Second cavity 54 Press device P Metal plate P1 Front surface P2 Back surface X Resin material

Claims (2)

アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を介設した電解質・電極構造体を一対のセパレータで挟持して構成される燃料電池の製造方法であって、
樹脂フィルムが巻回された供給装置から前記樹脂フィルムを巻き出す巻出工程と、
巻き出された前記樹脂フィルムの表面と金型との間でキャビティを形成して、前記キャビティ内に樹脂材料を射出してシール部材を成形する射出成形工程と、
前記シール部材が成形された前記樹脂フィルムを、前記セパレータを構成する金属プレートに固定する固定工程と、
前記樹脂フィルムのうち、前記シール部材が成形され、かつ前記金属プレートに固定された部分を切断する切断工程と、
前記樹脂フィルムのうち、切断後の余剰部分を巻取装置に巻き取る巻取工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
A method for producing a fuel cell comprising an electrolyte / electrode structure having an electrolyte membrane interposed between an anode electrode and a cathode electrode, sandwiched between a pair of separators,
An unwinding step of unwinding the resin film from a supply device wound with the resin film;
An injection molding step of forming a cavity between the surface of the unrolled resin film and a mold, and injecting a resin material into the cavity to form a seal member;
A fixing step of fixing the resin film formed with the seal member to a metal plate constituting the separator;
Of the resin film, the cutting step in which the sealing member is molded and the portion fixed to the metal plate is cut;
Of the resin film, a winding step of winding a surplus portion after cutting onto a winding device;
A method of manufacturing a fuel cell comprising:
前記金属プレートを挟んで両側に一対の前記供給装置及び一対の前記巻取装置を夫々配置して、前記シール部材が成形された前記樹脂フィルムを、前記金属プレートの表裏両面に固定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の製造方法。   A pair of the supply device and a pair of the winding devices are respectively arranged on both sides of the metal plate, and the resin film on which the seal member is formed is fixed to both front and back surfaces of the metal plate. The method for producing a fuel cell according to claim 1.
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