JP5115683B2 - Fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池およびその製造方法に関し、特に、燃料電池の基本単位であるセルを構成する膜−電極アッセンブリの製造過程において当該膜−電極アッセンブリの変形を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique for suppressing deformation of the membrane-electrode assembly in the manufacturing process of the membrane-electrode assembly that constitutes a cell that is a basic unit of the fuel cell.
燃料電池が備える膜−電極アッセンブリ(以下MEA;Membrane Electrode Assemblyとも呼ぶ。)は、電解質膜を一対の電極、すなわちアノードおよびカソードで挟んだものである。膜−電極アッセンブリの周囲には、シール部材が配設されている。シール部材は、例えばシリコーンゴム等からなり、反応ガスのセル外部への漏洩を抑制するとともに、アノードとカソードとの間での反応ガスの混合を抑制する働きをする。シール部材は、膜−電極アッセンブリを挟んだ型の内側に、溶解させた液状のシリコーンゴムを射出して型成形する、いわゆる射出成形によって形成される。 A membrane-electrode assembly (hereinafter also referred to as MEA; Membrane Electrode Assembly) included in a fuel cell is obtained by sandwiching an electrolyte membrane between a pair of electrodes, that is, an anode and a cathode. A seal member is disposed around the membrane-electrode assembly. The seal member is made of, for example, silicone rubber or the like, and functions to suppress leakage of the reaction gas to the outside of the cell and to suppress mixing of the reaction gas between the anode and the cathode. The seal member is formed by so-called injection molding, in which a molten liquid silicone rubber is injected and molded into the inside of a mold sandwiching the membrane-electrode assembly.
従来、MEAとガスケット(シール部材)とを一体化した構造物においては、その構成物の剛性を付与するために例えばフィルム等からなる芯材(本明細書ではこれを形状保持部材と呼ぶ)を挿入してから成形を行う場合がある。挿入された形状保持部材は、例えばセルスタックの積層時であれば位置決めに用いられるなどの利点がある。一例として、下記の特許文献1には、膜−電極アッセンブリの製造過程において、電解質膜の周縁部に樹脂製の形状保持層および弾性層からなるガスケット(シール部材)を膜−電極アッセンブリの周囲に型成形して両者を一体化し、その後、ガスケットを加硫する技術が記載されている。
しかしながら、従来の膜−電極アッセンブリの製造過程においては、液状のシリコーンゴムが成形型の内側に射出されるときに、形状保持部材がシリコーンゴムの流れの勢いに押されて変形し、併せて電解質膜が変形し、形状保持部材および電解質膜が元の形状に戻らないままシリコーンゴムが固まってしまう可能性がある。このように形状保持部材および電解質膜が変形したままシリコーンゴムが固まってしまうと、シール部材の圧縮率が変わるためにシール性能が十分とならないなど、シール部材が所望の特性を発揮しなくなるおそれがある。 However, in the manufacturing process of the conventional membrane-electrode assembly, when the liquid silicone rubber is injected into the inside of the mold, the shape holding member is pushed and deformed by the momentum of the flow of the silicone rubber. The film may be deformed, and the silicone rubber may be hardened without the shape holding member and the electrolyte film returning to their original shapes. If the shape retention member and the electrolyte membrane are deformed in this manner and the silicone rubber is hardened, the sealing member may not exhibit the desired characteristics, such as insufficient sealing performance due to a change in the compression rate of the sealing member. is there.
本発明の目的は、燃料電池の膜−電極アッセンブリにシール部材が一体成形される製造過程において、シール部材が一体成形される膜−電極アッセンブリの領域(電解質膜の周縁部)の変形を抑制することができる燃料電池、およびその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to suppress deformation of a region of a membrane-electrode assembly in which a seal member is integrally formed (periphery of an electrolyte membrane) in a manufacturing process in which the seal member is integrally formed with a membrane-electrode assembly of a fuel cell. And a method for manufacturing the same.
上記の課題を解決するための手段として、次のような構造の燃料電池、およびその製造方法を採用する。すなわち、まず請求項1に記載の発明は、膜−電極アッセンブリの周縁部にシール部材が一体成形されている燃料電池において、前記膜−電極アッセンブリの電解質膜と前記シール部材との間に、当該膜−電極アッセンブリが変形するのを抑制する形状保持部材が配置されているとともに、該形状保持部材のうち当該膜−電極アッセンブリの外周に位置する部分の少なくとも一部が前記シール部材の端部よりも外周側へと突出した構造となっていることを特徴としている。
As means for solving the above-described problems, a fuel cell having the following structure and a manufacturing method thereof are employed. That is, first, the invention described in
形状保持部材において外周側へ突出している部分(以下、突出部ともいう)は、前述のように、シール部材の端部からはみ出るようにして外周側へと突出するように形成されている部分である。したがって、膜−電極アッセンブリ等を成形型で挟み込んでシール部材を射出成形する際、当該突出部は、上型と下型との間に挟み込まれた状態となる。つまり、射出成形時における形状保持部材は、従来ならば全く成形型に挟み込まれていなかったのに対し、本発明においては少なくともその一部が成形型に挟み込まれるようになっているため、射出成形時、周囲から引っ張られるようにして保持された状態となる。このため、射出成形時において、膜−電極アッセンブリ(電解質膜の周縁部)の変形が抑制されることになる。 As described above, the portion of the shape holding member that protrudes to the outer peripheral side (hereinafter also referred to as a protruding portion) is a portion that protrudes from the end of the seal member and protrudes to the outer peripheral side. is there. Therefore, when the sealing member is injection-molded with the membrane-electrode assembly or the like sandwiched between the molding dies, the projecting portion is sandwiched between the upper mold and the lower mold. In other words, the shape holding member at the time of injection molding is conventionally not sandwiched between molds at all, but in the present invention, at least a part thereof is sandwiched between molds. At this time, it is held as if pulled from the surroundings. For this reason, deformation of the membrane-electrode assembly (peripheral portion of the electrolyte membrane) is suppressed during injection molding.
また、請求項2に記載の発明は、膜−電極アッセンブリの周縁部にシール部材を成形型内にて射出成形して一体化する燃料電池の製造方法において、前記膜−電極アッセンブリの電解質と前記シール部材との間に、当該膜−電極アッセンブリが変形するのを抑制する形状保持部材を配置し、当該配置された形状保持部材のうち、前記膜−電極アッセンブリの外周に位置する部分の一部を前記シール部材の端部よりも外周側へと突出させ、該突出部の少なくとも一部を、前記成形型を構成する上型と下型の少なくとも一方に固定した状態で前記シール部材を射出成形することを特徴とするものである。
The invention described in
つまり、本発明においては、形状保持部材に、シール部材を射出成形するための成形型に保持される突出部を設けておくこととしている。そして、電解質膜および形状保持部材を成形型の内部(キャビティ)に配置し、この突出部を成形型に保持させたうえで型内部(キャビティ)にシール部材の材料を射出するようにしている。このように、本発明においては、形状保持部材に設けられた突出部が成形型に保持されているので、シール部材の材料が成形型内に射出されるとき、形状保持部材および電解質膜がシール部材の材料の流れの勢いに押されても変形せず、電解質膜が当初の形状を留めた状態でシール部材が固化する。 That is, in the present invention, the shape holding member is provided with a protruding portion that is held by a molding die for injection molding the seal member. Then, the electrolyte membrane and the shape holding member are arranged in the inside (cavity) of the molding die, and after the protruding portion is held in the molding die, the material of the seal member is injected into the inside of the die (cavity). As described above, in the present invention, since the protrusion provided on the shape holding member is held by the mold, when the material of the seal member is injected into the mold, the shape holding member and the electrolyte membrane are sealed. Even when pushed by the momentum of the material flow of the member, it does not deform and the seal member solidifies in a state where the electrolyte membrane retains its original shape.
上記のごとき燃料電池の製造方法においては、請求項3に記載のごとく、前記膜−電極アッセンブリをその表面と交差する方向から外部支持部材によって支持した状態で前記シール部材を射出成形することが好ましい。 In the fuel cell manufacturing method as described above, it is preferable that the sealing member is injection-molded in a state where the membrane-electrode assembly is supported by an external support member from a direction intersecting the surface thereof. .
あるいは、請求項4に記載のごとく、前記成形型に、当該成形型内に配置された前記電解質膜および前記形状保持部材に向けて突出する突起を設けておき、前記シール部材を射出成形する際、前記成形型の内部における前記電解質膜および前記形状保持部材の変位を、前記突起によって規制することも好ましい。本発明においては、突起によって電解質膜および形状保持部材の変位が規制されるので、シール部材の材料が成形型内のキャビティに射出されるとき、形状保持部材および電解質膜がシール部材の材料の流れの勢いに押されても変形せず、電解質膜が当初の形状を留めた状態でシール部材が固化する。
Alternatively, as described in
また、請求項5に記載の発明は、膜−電極アッセンブリの周縁部にシール部材を成形型内にて射出成形して一体化する燃料電池の製造方法において、前記膜−電極アッセンブリの電解質と前記シール部材との間に、当該膜−電極アッセンブリが変形するのを抑制する形状保持部材を配置し、前記シール部材を、前記成形型内にて、当該燃料電池のマニホールドに対応する部位から射出することを特徴とするものである。
Further, the invention according to
また、上記のような燃料電池の製造方法においては、請求項6に記載のごとく、前記シール部材を、前記膜−電極アッセンブリの表面に沿う方向に射出することが好ましい。本発明においては、シール部材の材料が、電解質膜に沿う方向に射出されるので、電解質膜がシール部材の材料の流れの抵抗になり難い。したがって、電解質膜が変形せずに当初の形状を留めた状態でシール部材が固化する。 In the fuel cell manufacturing method as described above, it is preferable to inject the seal member in a direction along the surface of the membrane-electrode assembly. In the present invention, since the material of the seal member is injected in a direction along the electrolyte membrane, the electrolyte membrane is unlikely to become a resistance of the material flow of the seal member. Therefore, the sealing member is solidified in a state where the electrolyte membrane is not deformed and the original shape is retained.
あるいは、請求項7に記載のごとく、前記成形型の内部における前記シール部材の材料の流れを調整しながら射出することも好ましい。本発明においては、シール部材の材料の流れ性を、電解質膜が抵抗にならないように調整するので、電解質膜が変形せずに当初の形状を留めた状態でシール部材が固化する。
Alternatively, as described in
本発明によれば、燃料電池の製造過程において膜−電極アッセンブリの電解質膜等が変形しないので、電解質膜に一体成形されるシール部材に所望の特性を発揮させることができる。 According to the present invention, since the electrolyte membrane or the like of the membrane-electrode assembly is not deformed in the manufacturing process of the fuel cell, the sealing member integrally formed with the electrolyte membrane can exhibit desired characteristics.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
本発明は燃料電池およびその製造方法にかかるものである。本発明にかかる燃料電池は、膜−電極アッセンブリ(MEA)の周縁部にシール部材4が一体成形された構造となっている。本実施形態では、この燃料電池に関し、MEAの電解質膜1とシール部材4との間に、当該MEAが変形するのを抑制する形状保持部材5を配置するとともに、該形状保持部材5のうち当該膜−電極アッセンブリの外周、例えば最外周に位置する部分の少なくとも一部がシール部材4の端部よりも外周側へと突出するようにしている。以下、本発明の好適な実施形態について順次説明する。
The present invention relates to a fuel cell and a method for manufacturing the same. The fuel cell according to the present invention has a structure in which a
本発明の第1の実施形態を、図1から図7に示して説明する。燃料電池は、基本単位となるセルが複数積層されて構成されているものである。セルは、例えば平面状の膜−電極アッセンブリすなわちMEA(Membrane Electrode Assembly)と、MEAを挟む一対のセパレータとからなる。セルを構成するMEAは、図1および図2に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜1と、電解質膜1を両側から挟む一対の電極(アノード、カソード)2,3とからなる。電解質膜1の周縁には、射出成形されてこの電解質膜1と一体化するシール部材4が設けられている。シール部材4は、各セパレータに接してセルの外部に反応ガスが漏洩するのを抑制するとともに、一対の電極2,3の間で反応ガスが混合するのを抑制するものであって、電解質膜1の周縁に射出成形によって形成される。シール部材4の内部には、MEAの電解質膜1等の形状を保持し、電解質膜1等が変形するのを抑制するための補強フィルム(形状保持部材)5がこの電解質膜1の表面に沿うようにして設けられている。例えば本実施形態の補強フィルム5は電解質膜1の両面に貼り付けられるように設けられ、後から射出成形されるシール部材4と一体化する。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A fuel cell is configured by stacking a plurality of cells serving as basic units. The cell includes, for example, a planar membrane-electrode assembly, that is, MEA (Membrane Electrode Assembly), and a pair of separators sandwiching the MEA. As shown in FIGS. 1 and 2, the MEA constituting the cell includes an
このような補強フィルム5の材料としては、耐薬品性や耐熱性に優れたポリイミドやポリエチレンナフタレート等を使用するのが好ましい。また、補強フィルム5の厚さは、25〜250μm程度であることが好ましい。さらに、補強フィルム5は180℃以上の耐熱性を備えることが好ましく、その熱膨張係数は40×10-6/K以下であることが好ましい。
As a material for such a reinforcing
また、シール部材4の材料としては、液状のシリコーンゴムやフッ素系ゴム、エチレンプロピレンゴム、熱可塑性エラストマー(TPV)等を使用するのが好ましい。そして、これらの粘度は室温で300Pa・s以下であることが好ましく、収縮率は4%以下であることが好ましい。また、シール部材4の引っ張り強さは、3MPa以上であることが好ましく、5MPa以上であることがより好ましい。さらに、シール部材4の破断伸びは250%以上であることが好ましい。シール部材4が射出成形される際の最適な条件は、成形温度が120〜150℃、成形サイクルが0.5〜2.0分である。
Further, as the material of the
電解質膜1の周縁には、全周にわたって突出部6が設けられている(図7等参照)。突出部6は、上述のようにして電解質膜1の表面に設けられる補強フィルム5のうちMEAの外周、例えば最外周に位置する部分であって、シール部材4の端部よりも意図的に外周側へと突出するように形成された部分である。このような突出部6は、シール部材4を射出成形する過程において、電解質膜1を成形型のキャビティ内部に配置する際、複数(例えば上型10と下型11)に分割された成形型の分割面間に挟まれる(図6等参照)。補強フィルム5が例えば接着、熱圧着、粘着等によって貼り付けられている電解質膜1は、突出部6を成形型に挟まれることにより、定位置に固定される。このような突出部6は、最終的に打ち抜き加工されて電解質膜1から切除される。なお、突出部6は、ここで説明したように電解質1の全周にわたって連続して形成されていることが好ましいが、このように連続していることが常に必要というわけではなく、不連続で部分的に形成されていても足りる。すなわち、この突出部6は、成形型に挟み込まれた状態となり、シール部材の射出成形時、補強フィルム(形状保持部材)5が変形するのを抑制するというものだから、変形を十分に抑制することのできる形態である限りは連続して形成されていなくても構わない。また、本明細書でいう外周には、上述のような最外周に位置する部分のみならず、例えば反応ガスや冷媒を流通させるための開口(マニホールド)部の内側周囲なども含まれる。
On the periphery of the
また、電解質膜1には、酸化ガスマニホールド、水素ガスマニホールドおよび冷媒マニホールドの一部を構成する貫通孔7が設けられている(図1等参照)。貫通孔7は、電解質膜1と、電解質膜1の両側に配設された補強フィルム5およびシール部材4を貫くようにして形成されている。
Further, the
続いて、MEAを製造する各工程について説明する。なお、以下ではシール部材4としてシリコーンゴムを使用しているが、シール部材4の材料はあらゆる要求に応じて上述した各材料その他に適宜変更されることを厭わない。
Then, each process which manufactures MEA is demonstrated. In the following, silicone rubber is used as the
[補強フィルムの貼り付け]
図3に示すように、平面視すると長方形の電解質膜1の両面に、周縁の形状および寸法が電解質膜1にほぼ一致する補強フィルム5をラミネート加工する。電解質膜1は、上記の突出部6として機能する部分を見込んで、長さ、幅とも燃料電池に実装される際の寸法よりも大きく形成されている。補強フィルム5の中央には、長方形の開口5aが形成されており、電解質膜1は、補強フィルム5が貼り付けられても、この開口5aからその一部が露出するようになっている
[Affixing the reinforcing film]
As shown in FIG. 3, a reinforcing
[電極の形成]
図4に示すように、補強フィルム5の開口5aから露出している電解質膜1の両面に、ガス拡散層および触媒層からなる電極2,3をそれぞれ形成する。電極2,3は、長方形の開口5aの内側に、長辺、短辺の方向をそれぞれ一致させるようにして、長方形状に形成される。また、電極2,3は、補強フィルム5に触れないように、開口5aの縁との間に隙間を空けて形成される。
[Electrode formation]
As shown in FIG. 4,
[貫通孔の打ち抜き]
図5に示すように、電極2,3が形成された電解質膜1に、各マニホールドを構成する貫通孔7を打ち抜き加工する。貫通孔7は、補強フィルム5の開口5aの周囲に、電解質膜1および補強フィルム5を貫通して形成される。
[Punching through holes]
As shown in FIG. 5, through-
[シール部材の形成]
貫通孔7が形成された電解質膜1にプライマーを塗布した後、この電解質膜1を、図6に示すように、シール部材4を型取るキャビティCを画成する上下2つの成形型の内側に配置する。このとき、上型10と下型11との間に突出部6を挟み、電解質膜1を、上型10と下型11とを組み合わせた成形型のキャビティCの内部で定位置に固定する。そして、シール部材4の材料である液状のシリコーンゴムを、キャビティCの内部に射出する。射出後しばらくしてシリコーンゴムが硬化し、電解質膜1および補強フィルム5にシール部材4が一体成形されたら、上型10と下型11とを分割して電解質膜1等をキャビティCから取り出す。電解質膜1には、両面にシール部材4が形成されている(図1等参照)。
[Formation of seal member]
After applying a primer to the
[突出部の切除]
図7に示すように、成形型から取り出した電解質膜1を打ち抜き加工し、電解質膜1の周囲に設けていた突出部6を切除する。例えば本実施形態の場合であれば、平面視略矩形に成形されたシール部材4よりも外側にはみ出している部分を切除することとしている(図7参照)。これで、燃料電池に実装可能なMEAが完成する。
[Excision of protrusion]
As shown in FIG. 7, the
以上説明した実施形態においては、シール部材4を成形型内で射出成形する際、突出部6を成形型で挟み込み、引っ張るようにして保持することができるので、成形後におけるシール部材4の変形が抑制されることになる。つまり、射出成形時における補強フィルム(形状保持部材)5は、従来ならば全く成形型に挟み込まれていなかったのに対し、本実施形態においては少なくともその一部が成形型に挟み込まれるようになっているため、射出成形時、周囲から引っ張られるようにして保持された状態となる。このため、射出成形時において、当該形状保持部材5や電解質膜1が変形するのを抑制することができる。すなわち、シリコーンゴム等のシール部材4がキャビティCの内部に射出したとき、電解質膜1は、当該シール部材(シリコーンゴム)4の流れの勢いに押されても変形せず、当初の形状を留めたままであり、この状態のままでシリコーンゴムが固化する。したがって、電解質膜1に一体成形されるシール部材4に所望の特性を発揮させることができる。
In the embodiment described above, when the
次に、本発明の第2の実施形態を、図8および図9に示して説明する。本実施形態においては、前述の成形型の内部に突起12を設けておき、シール部材4を射出成形する際、成形型の内部での電解質膜1および補強フィルム(形状保持部材)5の変位(成形型の内部にて電解質膜1や補強フィルム5が動いてしまったり変形してしまったりすること)を当該突起12によって規制するようにしている。なお、上記第1の実施形態において既に説明した構成要素には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the
まず、本実施形態においては、図8に示すように、上型10、下型11の両方に、キャビティCの内部に配置される電解質膜1に向けて突出するピン形状の突起12をそれぞれ形成している。各突起12は、いずれも、突起先端が補強フィルム5が貼り付けられた電解質膜1に近接するように形成されている(図8参照)。このような突起12は、例えば電極2,3を取り囲むように、複数ができる限り均等となるように配置されていることが好ましい。例えば本実施形態における突起12は、図9に示すように、マニホールドを構成する貫通孔7を取り囲むようにして複数設けられている。
First, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, pin-shaped
上述したように突起12が形成された本実施形態の成形型によると、以下のような利点がある。すなわち、液状のシリコーンゴムをキャビティCの内部に射出した際、電解質膜1がこのシリコーンゴムの流れの勢いに押されるが、そのときこれら突起12が電解質膜1を押さえ、あるいは接触することによって、電解質膜1等が変位するのを規制する。つまり、上記のごとき成形型を用いて燃料電池のMEAを製造する場合には、電解質膜1が、シリコーンゴムの流れの勢いに押されても変形せずに当初の形状を留めた状態を維持し、この状態のままでシリコーンゴムが固化する。したがって、電解質膜1に一体成形されるシール部材4に所望の特性を発揮させることができる。
According to the mold of this embodiment in which the
ところで、本実施形態においては、先端が電解質膜1および補強フィルム5から僅かに離れた程度まで突出した形状の突起12を説明したが(図8参照)、当該突起12の形状ないし大きさは特にこのようなものに限定されることはない。すなわち、突起12は電解質膜1を型締めするときから電解質膜1に接する程度に突出していてもよいし、本実施形態にて示したように電解質膜1から少し離間していてもよい。ただし、電解質膜1や補強フィルム5の寸法誤差(ばらつき)が大きいような場合には少し離間させている程度のほうが有効なことがある。
By the way, in the present embodiment, the
また、本実施形態において、突起12は上型10、下型11の両方にそれぞれ一体的に形成されているが、これに限られることはなく、例えば、成形型に形成された貫通孔にピン状の突起を突没可能に挿通し、その先端をキャビティCの内部の電解質膜1に向けて突出させるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
次に、本発明の第3の実施形態を、図10および図11に示して説明する。ここでは、シール部材4を、MEAの表面ないしは電解質膜1の表面に沿った方向に拡散するように射出するようにしている。なお、上記の各実施形態において既に説明した構成要素には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the
本実施形態においては、図10に示すように、上型10および下型11のうち、マニホールドを構成する貫通孔7を型取る部位は、上型10から下型11に向けて突き出した直方体形状の分割体13と、下型11から上型10に向けて突き出した直方体形状の分割体14とが、お互いの頭頂部13a,14aを向かい合わせて配置されることによって形成されている。分割体13は上型10の一部を形成し、分割体14は下型11の一部を形成している。分割体13の頭頂部13a、および分割体14の頭頂部14aは、いずれも平面状に形成され、かつ互いに当接してはおらず、ほぼ均等な隙間を空けて向かい合っている。さらに、上型10には、液状のシール部材(シリコーンゴム)4をキャビティCの内部に導入するためのゲート15が、頭頂部13a,14a間の隙間に連通するように設けられている。ゲート15は、図11に示すように、貫通孔7を型取る部位のすべてに、ひとつずつ設けられている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, of the
このような構造の成形型において、液状のシリコーンゴムは、ゲート15を通じて頭頂部13a,14a間の隙間に供給され、下型11側の分割体14の頭頂部14aに当たり、頭頂部14aの面に平行な全方位に偏りなく拡散してキャビティCに射出される。また、頭頂部13a,14aは、その面がキャビティCの内部に配置された電解質膜1の両面とほぼ平行となるように形成されているので、この結果、シリコーンゴムは電解質膜1の両面に沿う方向に射出されることになる。
In the mold having such a structure, the liquid silicone rubber is supplied to the gap between the
上述した構造の成形型を使って燃料電池(ないしはMEA)を製造することとした場合、シリコーンゴムが、電解質膜1の平滑な両面(表面および裏面)に沿う方向に射出されるので、電解質膜1がシリコーンゴムの流れの抵抗になるようなことがない。このため、電解質膜1が変形せずに当初の形状を留めた状態のままシリコーンゴムを固化させることができる。したがって、電解質膜1に一体成形されるシール部材4に所望の特性を発揮させることができる。
When a fuel cell (or MEA) is manufactured using the mold having the above-described structure, the silicone rubber is injected in a direction along both smooth surfaces (the front surface and the back surface) of the
ところで、本実施形態のように頭頂部13a,14a間に隙間を形成している場合には、当該隙間にもシリコーンゴムが充填される結果、貫通孔7が筒抜けに型取りされることはないが、この場合には、突出部6を打ち抜き加工する際等に、頭頂部13a,14a間の隙間に充填されて固化したシリコーンゴムを打ち抜き、除去することとすればよい。
By the way, when a gap is formed between the tops 13a and 14a as in the present embodiment, the gap is filled with silicone rubber, and as a result, the through-
なお、ここでは、マニホールドを構成する貫通孔7を型取る部位にゲート15を設けるようにした形態を例示して説明したが、このゲート15の配置は特にこれに限られることはない。要は、従来のように電解質膜1や補強フィルム(形状保持部材)5の真上(ないしは真下)からシート部材4を射出すると、この射出時の圧力でこれら電解質1や補強フィルム5に変形が生じることがあったのに対し、本実施形態のようにゲート15を適切な位置に配置すればこのように変形が生じるのを極力回避することが可能となるから、このような作用効果が得られれば配置は特に限定されないということである。しかも、本実施形態においては射出されたシート部材4の材料が電解質膜1の表面(ないしは裏面)の沿ってあらゆる方向に拡散するようにし、材料が適度に分配されることによって余計な圧力が作用するのをさらに回避できるようにしているから、このような構造と組み合わせれば更なる効果が得られることとなる。
Here, the embodiment in which the
次に、本発明の第4の実施形態を、図12に示して説明する。なお、上記の各実施形態において既に説明した構成要素には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component already demonstrated in said each embodiment, and those description is abbreviate | omitted.
本実施形態においては、図12に示すように、上型10の分割体13の頭頂部13aに、突条16が形成されるとともに、下型11の分割体14の頭頂部14aに、上型10側の突条16と先端を向き合わせるようにして同様の突条17が形成されている。2つの突条16,17は、液状のシリコーンゴムを上下方向に拡散させる絞りの役割を担う。なお、ここで具体的数値の一例を挙げておくとすれば、例えば上下に離間する頭頂部13a,14a間の間隔は0.5〜5mm程度が好ましく、2つの突条16,17の先端どうしの間隔は0.02〜0.2mm程度が好ましい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the
このような突状16,17を備えた成形型を使用した場合、ゲート15から射出された液状のシリコーンゴムは、頭頂部13a,14a間の隙間に供給され、下型11側の分割体14の頭頂部14aに当たり、頭頂部14aの面に平行な全方位に偏りなく拡散する。さらに、2つの突条16,17間を通過する際に上下方向にも拡散してキャビティCの内部に射出される。すなわち、頭頂部13a,14aの隙間を抜けてキャビティCへと流れ込む際のシリコーンゴムは、重力の影響を受けて片側(より具体的には下側)のキャビティCへと多く偏って流れ込んでしまい、ひいては電解質膜1等を上側へと移動させて変形させてしまうといったおそれがあるが、上述のような突状(絞り)16,17を備えた成形型によれば、上下の流動量のバランスを整え、重力の作用にかかわらず上下のキャビティCへほぼ均等に材料が流れ込むことのできる状況を形成することが可能となる。
When a mold having
つまり、上述した構造の成形型を使って燃料電池(ないしはMEA)を製造することとした場合、液状のシリコーンゴムを拡散させる絞りの役割を担う突条16,17の働きにより流量を均等化し、シリコーンゴムのいわば流れ性を改善することができる。また、電解質膜1がシリコーンゴムの抵抗にならないように調整するので、電解質膜1が変形せずに当初の形状を留めた状態でシリコーンゴムが固化する。したがって、電解質膜1に一体成形されるシール部材4に所望の特性を発揮させることができる。
In other words, when a fuel cell (or MEA) is manufactured using a mold having the above-described structure, the flow rate is equalized by the action of the
ところで、本実施形態では、電解質膜1をほぼ水平に配置した状態でキャビティCの内部にシリコーンゴムを射出しているが、電解質膜1をほぼ垂直に配置した状態でキャビティCの内部にシリコーンゴムを射出することも可能である。電解質膜1をほぼ水平に配置した状態では、重力の影響を受けて電解質膜1の上面側よりも下面側に多くのシリコーンゴムが流入する傾向が強いが、電解質膜1をほぼ垂直にした状態では、電解質膜1を挟んで左右両側のキャビティCにほぼ均等にシリコーンゴムが流入するのでこの観点からすれば好ましいといえる。
By the way, in this embodiment, silicone rubber is injected into the cavity C with the
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態においては、突出部6、すなわち電解質膜1の表面に設けられる補強フィルム5のうちシール部材4の端部よりも意図的に外周側へと突出するように形成された部分を、成形型を構成する上型10と下型11との間に挟み込んで固定した状態とする場合について説明したがこれは好適な一例に過ぎず、要は、何らかの形で成形型に固定された状態となっていれば足りる。したがって、例えば上型10と下型11の少なくとも一方の型に引っ掛ける等して固定するといった形でもよい。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the protruding
また、上記の実施形態では、形状保持部材5は膜−電極アッセンブリに別体で配置されたものを例示したが、電解質膜1、またはその表面に形成された電極や拡散層の外周(シール部材を配置予定の部位)において部分的に剛性を大きくするように材料を選定したり、化学的な処理を行ったりしてもよい。この場合には、形状保持部材5は別体ではなく、膜−電極アッセンブリと一体化した状態と解釈できる。
Further, in the above embodiment, the
1…電解質膜、2,3…電極、4…シール部材、5…補強フィルム(形状保持部材)、6…突出部、7…貫通孔、12…突起
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記膜−電極アッセンブリの電解質と前記シール部材との間に、当該膜−電極アッセンブリが変形するのを抑制する形状保持部材を配置し、
当該配置された形状保持部材のうち、前記膜−電極アッセンブリの外周に位置する部分の一部を前記シール部材の端部よりも外周側へと突出させて突出部とし、
前記成形型として、当該成形型内に配置された前記電解質膜および前記形状保持部材に向けて突出する突起が設けられたものを用い、
前記突出部の少なくとも一部を前記成形型を構成する上型と下型の少なくとも一方に固定した状態で前記シール部材を射出成形する際、前記成形型の内部における前記電解質膜および前記形状保持部材の変位を、前記突起によって規制した状態とし、
前記成形型を構成する上型と下型の少なくとも一方に、当該上型または下型の頭頂部間の隙間を連通するように設けられたゲートを利用し、当該ゲートを通じて前記シール部材を前記頭頂部間の隙間に供給する
ことを特徴とする燃料電池部品の製造方法。 In a method of manufacturing a fuel cell component in which a seal member is injection-molded and integrated in a peripheral portion of a membrane-electrode assembly in a mold,
A shape holding member that suppresses deformation of the membrane-electrode assembly is disposed between the electrolyte of the membrane-electrode assembly and the seal member,
Of the arranged shape-retaining member, a part of the portion located on the outer periphery of the membrane-electrode assembly is protruded to the outer peripheral side from the end of the seal member to form a protruding portion ,
As the mold, the one provided with a projection protruding toward the electrolyte membrane and the shape holding member disposed in the mold,
When the sealing member is injection-molded in a state where at least a part of the projecting portion is fixed to at least one of an upper mold and a lower mold constituting the molding die, the electrolyte membrane and the shape holding member inside the molding die The state of the displacement is regulated by the protrusion ,
Using at least one of the upper mold and the lower mold constituting the molding mold, a gate provided so as to communicate a gap between the tops of the upper mold and the lower mold, and the seal member is inserted into the head through the gate. A method for producing a fuel cell component , characterized in that the fuel cell component is supplied into a gap between top portions .
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