JP5286828B2 - Fuel cell manufacturing apparatus, fuel cell manufacturing method, and metal separator - Google Patents

Fuel cell manufacturing apparatus, fuel cell manufacturing method, and metal separator Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池の製造装置、燃料電池の製造方法、および金属セパレータに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell manufacturing apparatus, a fuel cell manufacturing method, and a metal separator.

膜電極接合体(MEA:membrane electrode assembly)の両面に水素と酸素を供給して起電力を発生させる燃料電池では、膜電極接合体と金属セパレータとを積層して燃料電池スタックを構成している。金属セパレータには、予めプレス成形によって燃料ガスおよび冷却水を流通させるための流路溝が形成されている。   In a fuel cell in which hydrogen and oxygen are supplied to both surfaces of a membrane electrode assembly (MEA) to generate an electromotive force, the membrane electrode assembly and a metal separator are laminated to form a fuel cell stack. . The metal separator is previously formed with a channel groove for circulating fuel gas and cooling water by press molding.

膜電極接合体および金属セパレータが積層される積層治具に設けられた位置決め用の部材によって積層位置の位置決めを行う方法が知られている。   There is known a method of positioning a stacking position by a positioning member provided on a stacking jig on which a membrane electrode assembly and a metal separator are stacked.

位置決め用の部材には、積層治具から積層方向に伸びて設けられた端板が用いられている。端板をガイド部材として、金属セパレータの端面を揃えて積層を行っている(特許文献1参照)。
特開2003−86232号公報
As the positioning member, an end plate extending from the stacking jig in the stacking direction is used. The end plates are used as guide members, and the end surfaces of the metal separators are aligned to perform lamination (see Patent Document 1).
JP 2003-86232 A

しかしながら、プレス成形によって生じた反りを有する金属セパレータを積層する場合にあっては、各金属セパレータが有する反りによって金属セパレータの端面を基準に位置決めを精度良く行うことが困難である。   However, in the case of laminating metal separators having warpage caused by press molding, it is difficult to accurately perform positioning with reference to the end face of the metal separator due to warpage of each metal separator.

さらに、燃料電池スタックを形成するための加圧工程時には、各金属セパレータが有する反りが矯正されるが、この矯正動作によって位置がずれる虞もある。   Further, during the pressurizing step for forming the fuel cell stack, the warpage of each metal separator is corrected, but there is a possibility that the position may be shifted by this correcting operation.

膜電極接合体および金属セパレータの積層位置がずれることにより、シールの加圧力がばらついたり、或いは金属セパレータの接触抵抗にばらつきが生じる虞があるので、燃料電池の性能を安定化する上で、高精度に位置決めして積層する必要がある。   When the stacking position of the membrane electrode assembly and the metal separator is shifted, the pressure applied to the seal may vary, or the contact resistance of the metal separator may vary. It is necessary to position and stack with accuracy.

そこで、本発明の目的は、反りを有する金属セパレータの積層位置の位置決め精度を向上させ、また加圧工程によって金属セパレータがずれることを防止し、燃料電池の性能を安定化させるようにした燃料電池の製造装置、燃料電池の製造方法、および金属セパレータを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the positioning accuracy of the stacking position of the warped metal separator, prevent the metal separator from being displaced by the pressurizing step, and stabilize the performance of the fuel cell. It is providing the manufacturing apparatus of this, a manufacturing method of a fuel cell, and a metal separator.

本発明は、膜電極接合体およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータを積層する載置面と、前記膜電極接合体および前記金属セパレータを積層する積層方向に沿って前記載置面から伸びるとともに少なくとも前記金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部が係合自在な規制部材と、を備え、少なくとも前記金属セパレータの前記係合部が前記規制部材に係合した状態で積層する積層治具、および、
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、前記積層方向に加圧するプレス型を有する燃料電池の製造装置である。そして、前記プレス型は、前記載置面に対して直交する方向に移動自在に設けられた第1の可動型と、積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを押圧する押圧面が前記載置面に対して傾斜自在な第2の可動型と、前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられ、前記金属セパレータの前記反りによって前記押圧面が前記載置面に対して傾いた状態にある前記第2の可動型を、前記第1の可動型の前記載置面に向かう移動によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動する調節手段と、を有する。
The present invention extends from the mounting surface along the stacking direction in which the membrane electrode assembly and the metal separator having warpage caused by press molding are stacked, and the stacking direction in which the membrane electrode assembly and the metal separator are stacked. And at least one end side of the metal separator, and a restricting member with which the engaging part is engageable. At least the engaging part of the metal separator is stacked in a state of being engaged with the restricting member. Laminating jig, and
It is an apparatus for manufacturing a fuel cell having a press die that pressurizes the stacked membrane electrode assembly and the metal separator in the stacking direction while guiding the engaging portion along the regulating member. And as for the said press type | mold, the 1st movable type | mold provided movably in the direction orthogonal to the said mounting surface, and the pressing surface which presses the laminated | stacked said membrane electrode assembly and the said metal separator are mentioned above. A second movable mold that is tiltable with respect to the mounting surface; and the first movable mold and the second movable mold are provided between the first movable mold and the second movable mold. An adjusting means for adjusting and moving the second movable mold in a state inclined with respect to the first movable mold in a direction parallel to the placement surface by moving toward the placement surface of the first movable mold. And having.

また、本発明は、膜電極接合体およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータを、少なくとも前記金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部が積層治具に設けた規制部材に係合した状態で積層する工程と、
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、プレス型によって前記積層方向に加圧する工程と、を有する燃料電池の製造方法である。そして、前記プレス型によって前記膜電極接合体および前記金属セパレータを加圧する工程は、前記プレス型の第1の可動型を前記載置面に向かう方向へ移動させることにより、積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータに対して押圧面が傾斜した状態にある前記プレス型の第2の可動型を、前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられた調整手段によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動させる工程を有する。
The present invention also relates to a membrane electrode assembly and a regulating member in which a metal separator having warpage caused by press molding is provided at least on an engagement portion provided on at least one end of the metal separator. Laminating in a combined state;
Pressurizing the stacked membrane electrode assembly and the metal separator in the stacking direction with a press die while guiding the engaging portion along the regulating member. The step of pressurizing the membrane electrode assembly and the metal separator with the press die is performed by moving the first movable die of the press die in a direction toward the placement surface, thereby stacking the membrane electrode junctions stacked. A second movable mold of the press mold in which the pressing surface is inclined with respect to the body and the metal separator by an adjusting means provided between the first movable mold and the second movable mold A step of adjusting and moving the pressing surface in a direction parallel to the placement surface.

また、本発明は、上記の燃料電池の製造方法に用いられる、プレス成形により生じた反りを有する金属セパレータであって、少なくとも一の端辺に設けられ、積層するときの位置決めおよび積層方向に加圧するときのガイドとして用いる係合部を有してなる金属セパレータである。 Further, the present invention is Ru is used in the production method of the fuel cell described above, a metal separator having a warp caused by press molding, provided on at least one end side, the positioning and laminating direction at the time of laminating It is a metal separator having an engaging portion used as a guide when pressurizing.

本発明によれば、プレス成形により生じた反りを有する金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部を、積層治具に設けられた規制部材に係合した状態で金属セパレータを積層し、その規制部材に沿って金属セパレータをガイドしながら加圧工程を行うため、反りを有する金属セパレータの積層位置の位置決め精度を向上させることができる。   According to the present invention, the metal separator is laminated in a state where the engaging portion provided on at least one end of the metal separator having warpage caused by press molding is engaged with the regulating member provided on the lamination jig. Since the pressurizing step is performed while guiding the metal separator along the regulating member, the positioning accuracy of the stacking position of the metal separator having warpage can be improved.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、燃料電池700の全体構成を示す概略斜視図であり、図2は、単セル710を示す概略図である。図3は、本実施形態に係る燃料電池の製造装置500の概略図、図4(A)および(B)は、積層治具550(下型)の概略斜視図および平面図、図5(A)および(B)は、本実施形態に係るプレス成形により生じた反りを有する金属パレータ200の概略斜視図および平面図、図6は、係合部231を設ける位置を説明するための金属セパレータ200の側面図、図7(A)および(B)は、積層治具550(下型)に金属セパレータ200(電池要素)を積層する工程を説明するための概略斜視図および平面図、図8は、積層治具550(下型)に金属セパレータ200(電池要素)が積層された状態を示す平面図、図9〜図11は、燃料電池の製造装置500による加圧工程を模式的に説明するための図、図12は、金属セパレータ200(電池要素)に生じる位置ずれの範囲を説明するための図である。図13(A)および(B)は、本発明の対比例を示しており、対比例の燃料電池の製造装置900による加圧工程を模式的に説明するための図、図14は、対比例の製造装置900の加圧工程によって生じる金属セパレータ200(電池要素)の位置ずれを説明するための図である。なお、理解の容易のため、金属セパレータ200の反りは誇張して図示してある。   FIG. 1 is a schematic perspective view showing the overall configuration of the fuel cell 700, and FIG. 2 is a schematic view showing a single cell 710. 3 is a schematic view of a fuel cell manufacturing apparatus 500 according to the present embodiment, FIGS. 4A and 4B are a schematic perspective view and a plan view of a stacking jig 550 (lower mold), and FIG. ) And (B) are a schematic perspective view and a plan view of a metal palator 200 having warpage caused by press forming according to the present embodiment, and FIG. 6 is a metal separator 200 for explaining a position where the engaging portion 231 is provided. 7A and 7B are a schematic perspective view and a plan view for explaining the process of laminating the metal separator 200 (battery element) on the laminating jig 550 (lower mold), and FIG. FIG. 9 to FIG. 11 schematically illustrate a pressurizing step by the fuel cell manufacturing apparatus 500, wherein the metal separator 200 (battery element) is stacked on the stacking jig 550 (lower mold). Figure for, Figure 12 is a metal separator 00 is a diagram for explaining a range of the positional deviation that occurs (battery element). 13 (A) and 13 (B) show the proportionality of the present invention, and are diagrams for schematically explaining the pressurization process by the proportional fuel cell manufacturing apparatus 900, and FIG. It is a figure for demonstrating the position shift of the metal separator 200 (battery element) which arises by the pressurization process of the manufacturing apparatus 900 of. Note that the warp of the metal separator 200 is exaggerated for easy understanding.

本実施形態にあっては、本発明の燃料電池の製造装置500を、燃料電池700を構成する燃料電池スタック750の製造に適用している(図1を参照)。   In the present embodiment, the fuel cell manufacturing apparatus 500 of the present invention is applied to manufacture of the fuel cell stack 750 constituting the fuel cell 700 (see FIG. 1).

図3〜図5を参照して、燃料電池の製造装置500を概説すれば、膜電極接合体30およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータ200(以下、単に「金属セパレータ200」とも記す。)を積層する載置面554と、膜電極接合体30および金属セパレータ200を積層する積層方向(以下、単に「積層方向」と記す。)に沿って載置面554から伸びるとともに少なくとも金属セパレータ200の少なくとも一の端辺に設けた切り欠き形状を有する係合部231が係合自在な柱形状の規制部材551と、を備え、少なくとも金属セパレータの係合部231が規制部材551に係合した状態で積層する下型550(積層治具に相当)、および、積層した膜電極接合体30および金属セパレータ200を、係合部231を規制部材551に沿ってガイドしながら、積層方向に加圧する上型530(プレス型に相当)を有する。   Referring to FIGS. 3 to 5, the fuel cell manufacturing apparatus 500 will be briefly described. The metal separator 200 having the warpage caused by the membrane electrode assembly 30 and press molding (hereinafter also simply referred to as “metal separator 200”). ) And a stacking direction (hereinafter simply referred to as “stacking direction”) in which the membrane electrode assembly 30 and the metal separator 200 are stacked, and at least the metal separator 200. A column-shaped restricting member 551 that can be engaged with a notch-shaped engaging portion 231 provided on at least one end of the metal separator, and at least the engaging portion 231 of the metal separator is engaged with the restricting member 551. The lower mold 550 (corresponding to a stacking jig) to be stacked in a state, the stacked membrane electrode assembly 30 and the metal separator 200, and the engaging portion 231 are regulated. While guided along the timber 551, having an upper die 530 (corresponding to a press-type) for pressing in the lamination direction.

金属セパレータ200は、長方形の形状を有しており、長辺側の端辺の中心位置235に係合部231を設けている。さらに、短辺側の端辺の中心位置236にも他の係合部232を設けている。係合部231を規制部材551に係合させて、他の係合部232を他の規制部材552と係合させている。   The metal separator 200 has a rectangular shape, and an engagement portion 231 is provided at the center position 235 of the end side on the long side. Further, another engaging portion 232 is provided at the center position 236 of the end side on the short side. The engaging part 231 is engaged with the restricting member 551, and the other engaging part 232 is engaged with the other restricting member 552.

金属セパレータ200は、流路溝を形成するためのプレス成形によって生じた反りを有している(図5を参照)。係合部231、232は、少なくとも金属セパレータ200に設けられていればよいが、膜電極接合体30に設けることもできる。以下、金属セパレータ200および膜電極接合体30の両方に係合部231、232が設けられているものとして説明する。   The metal separator 200 has a warp caused by press molding for forming a flow channel (see FIG. 5). The engaging portions 231 and 232 may be provided at least on the metal separator 200, but can also be provided on the membrane electrode assembly 30. In the following description, it is assumed that the engaging portions 231 and 232 are provided on both the metal separator 200 and the membrane electrode assembly 30.

明細書中において、金属セパレータ200および膜電極接合体30の両方を総称して「電池要素270」とする。また、電池要素270を積層した状態を「積層体100」とし、積層体100を加圧した後の状態を「燃料電池スタック750(以下、単に「スタック750」と記す。)」として説明を行う。電池要素270を積層する積層工程では、金属セパレータ200に設けられた各係合部231、232をそれぞれ、規制部材551、552に係合させた状態で、金属セパレータ200を載置面554上に積層する。金属セパレータ200と膜電極接合体30を積層し、単位電池となる単セル710、およびスタック750を形成する。積層体100を加圧する加圧工程では、各係合部231、232を規制部材551、552に係合させた状態で上型530により加圧してスタック750を形成する。   In the specification, both the metal separator 200 and the membrane electrode assembly 30 are collectively referred to as a “battery element 270”. Further, the state in which the battery elements 270 are stacked will be referred to as “stacked body 100”, and the state after pressurizing the stacked body 100 will be described as “fuel cell stack 750 (hereinafter simply referred to as“ stack 750 ”)”. . In the stacking step of stacking the battery elements 270, the metal separator 200 is placed on the mounting surface 554 in a state where the engaging portions 231 and 232 provided on the metal separator 200 are engaged with the regulating members 551 and 552, respectively. Laminate. The metal separator 200 and the membrane electrode assembly 30 are laminated to form a single cell 710 that serves as a unit battery, and a stack 750. In the pressurizing step of pressurizing the laminate 100, the stack 750 is formed by pressurizing with the upper mold 530 in a state where the engaging portions 231 and 232 are engaged with the regulating members 551 and 552.

図示されるX、Y、およびZ軸はそれぞれ、電池要素270の短辺方向、長辺方向、および積層方向を示す。以下、詳述する。   The X, Y, and Z axes shown in the figure indicate the short side direction, the long side direction, and the stacking direction of the battery element 270, respectively. Details will be described below.

図1および図2を参照して、燃料電池700、スタック750、および単セル710について説明する。   The fuel cell 700, the stack 750, and the single cell 710 will be described with reference to FIGS.

図1を参照して、燃料電池700は、複数の単セル710(図2を参照)から構成されるスタック750を有している。スタック750の積層方向の両端には一対のエンドプレート720が備えられている。スタック750で発電された電力を取り出す端子部材である集電板740は、スタック750とエンドプレート720の間に配置される。エンドプレート720は、スタック750、集電板740およびエンドプレート720を貫通するタイロッド730などの締結部材により締結されている。スタック750は、締結による負荷荷重によって均一に面圧が加えられている。   Referring to FIG. 1, a fuel cell 700 has a stack 750 composed of a plurality of single cells 710 (see FIG. 2). A pair of end plates 720 are provided at both ends of the stack 750 in the stacking direction. A current collecting plate 740, which is a terminal member for taking out the electric power generated by the stack 750, is disposed between the stack 750 and the end plate 720. The end plate 720 is fastened by a fastening member such as a stack 750, a current collector plate 740, and a tie rod 730 that penetrates the end plate 720. A surface pressure is uniformly applied to the stack 750 by a load applied by fastening.

図2を参照して、単セル710は、膜電極接合体30を金属セパレータ200によって挟持して構成される。膜電極接合体30は、電解質膜40、燃料極50および空気極60を有する。電解質膜40は、燃料極50および空気極60によって挟持される。燃料極50および空気極60は、触媒層51、61とガス拡散層52、62とをそれぞれ有しており、触媒層51、61の片面を電解質膜40に接して配置される。   Referring to FIG. 2, unit cell 710 is configured by sandwiching membrane electrode assembly 30 with metal separator 200. The membrane electrode assembly 30 includes an electrolyte membrane 40, a fuel electrode 50, and an air electrode 60. The electrolyte membrane 40 is sandwiched between the fuel electrode 50 and the air electrode 60. The fuel electrode 50 and the air electrode 60 have catalyst layers 51 and 61 and gas diffusion layers 52 and 62, respectively, and one side of the catalyst layers 51 and 61 is disposed in contact with the electrolyte membrane 40.

金属セパレータ200は、燃料極50に当接する燃料極側金属セパレータ210と、空気極60に当接する空気極側金属セパレータ220とを有している。金属セパレータ210、220は、膜電極接合体30を挟持する。金属セパレータ210、220は、電解質膜40の全面にわたって燃料ガスと空気が一様に接触して流れるようにする機能を有している。金属セパレータ210、220には、燃料ガスや空気を全体に行きわたらせるための流体流路を構成する流路溝(溝部)が予めプレス成形により形成されている。金属セパレータ210、220には、例えば、薄板のアルミニウムやステンレスが用いられる。一般に、流路溝は薄板の数倍程度の深さで設けられる。そのため、プレス成形によって金属セパレータ200には反りが生じることがある(図5を参照)。金属セパレータ210と燃料極50との間には燃料ガスが流れる流路F、金属セパレータ220と空気極60との間には空気が流れる流路O、金属セパレータ210と金属セパレータ220との間には冷却水が流れる流路Wが形成される。   The metal separator 200 includes a fuel electrode side metal separator 210 that contacts the fuel electrode 50 and an air electrode side metal separator 220 that contacts the air electrode 60. The metal separators 210 and 220 sandwich the membrane electrode assembly 30. The metal separators 210 and 220 have a function of allowing fuel gas and air to uniformly contact and flow over the entire surface of the electrolyte membrane 40. In the metal separators 210 and 220, a channel groove (groove portion) that constitutes a fluid channel for allowing the fuel gas and air to spread throughout is formed in advance by press molding. For the metal separators 210 and 220, for example, thin aluminum or stainless steel is used. Generally, the flow channel is provided with a depth several times that of a thin plate. Therefore, the metal separator 200 may be warped by press molding (see FIG. 5). A flow path F through which fuel gas flows between the metal separator 210 and the fuel electrode 50, a flow path O through which air flows between the metal separator 220 and the air electrode 60, and a space between the metal separator 210 and the metal separator 220. Is formed with a flow path W through which cooling water flows.

図2を参照して、単セル710では、以下のような電気化学的反応が進行する。まず、燃料極50に供給された燃料ガスに含まれる水素は、触媒粒子により酸化され、プロトンおよび電子となる。生成されたプロトンは、燃料極50の触媒層51に含まれる電解質、さらに燃料極50の触媒層51が接触している電解質膜40を通って、空気極60の触媒層61に達する。また、燃料極50の触媒層51で生成した電子は、燃料極50の触媒層51、燃料極50のガス拡散層52、燃料極側金属セパレータ210および外部回路を通って、空気極60の触媒層61に達する。そして、空気極60の触媒層61にともに達したプロトンおよび電子は空気極60に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応して水を生成する。このような電気化学的反応を通して、燃料電池は、電気を外部に取り出すことが可能になっている。   Referring to FIG. 2, the following electrochemical reaction proceeds in single cell 710. First, hydrogen contained in the fuel gas supplied to the fuel electrode 50 is oxidized by the catalyst particles to become protons and electrons. The produced protons reach the catalyst layer 61 of the air electrode 60 through the electrolyte contained in the catalyst layer 51 of the fuel electrode 50 and the electrolyte membrane 40 in contact with the catalyst layer 51 of the fuel electrode 50. Further, the electrons generated in the catalyst layer 51 of the fuel electrode 50 pass through the catalyst layer 51 of the fuel electrode 50, the gas diffusion layer 52 of the fuel electrode 50, the fuel electrode side metal separator 210, and the external circuit, and then the catalyst of the air electrode 60. Layer 61 is reached. The protons and electrons that have reached the catalyst layer 61 of the air electrode 60 react with oxygen contained in the oxidant gas supplied to the air electrode 60 to generate water. Through such an electrochemical reaction, the fuel cell can extract electricity to the outside.

次に、図3および図4を参照して、本実施形態に係る燃料電池の製造装置500は、電池要素270が積層される下型550と、電池要素270を積層方向に加圧する上型530とを有する。   Next, referring to FIGS. 3 and 4, the fuel cell manufacturing apparatus 500 according to this embodiment includes a lower mold 550 on which the battery elements 270 are stacked, and an upper mold 530 that pressurizes the battery elements 270 in the stacking direction. And have.

下型550は、電池要素270が載置される載置面554と、電池要素270に設けられた各係合部231、232が係合自在な規制部材551、552と、積層方向に沿って載置面554から伸び上型530が有する第2の可動型520を傾斜自在かつ移動自在に支持するガイド部材553とを有する。規制部材551、552は、例えば、係合部231、232にそれぞれ係合可能な位置に設ける(図5をも参照)。規制部材551は、例えば、載置面554に平行な面における断面がX軸方向に2cm、Y軸方向に1cm程度の長方形の形状を有する。   The lower mold 550 includes a placement surface 554 on which the battery element 270 is placed, restriction members 551 and 552 that can be engaged with the engagement portions 231 and 232 provided on the battery element 270, and the stacking direction. And a guide member 553 that extends from the mounting surface 554 and supports the second movable die 520 of the upper die 530 in a tiltable and movable manner. For example, the restricting members 551 and 552 are provided at positions where they can engage with the engaging portions 231 and 232, respectively (see also FIG. 5). For example, the restriction member 551 has a rectangular shape with a cross section of a plane parallel to the placement surface 554 of about 2 cm in the X-axis direction and about 1 cm in the Y-axis direction.

上型530は、載置面554に対して直交する方向(図3中矢印p方向)に移動自在に設けられた第1の可動型510と、積層体100を押圧する押圧面523が載置面554に対して傾斜自在に設けられた第2の可動型520と、第1の可動型510と第2の可動型520との間に設けられ、金属セパレータ200の反りによって押圧面523が載置面554に対して傾いた状態にある第2の可動型520を、第1の可動型510の載置面554に向かう移動によって押圧面523が載置面554と平行をなす方向に調整移動する調節手段535とを有する。加圧工程では、第1の可動型510を積層体100へ接近移動することにより、第1の可動型510と第2の可動型520との当接面511、521を介して、第2の可動型520を押圧して積層体100を加圧する。調節手段535は、例えば、第1の可動型510の当接面511に設けられた断面傾斜平面をなすテーパ部512と、第2の可動型520の当接面521に設けられたテーパ部512に合致する形状の面取り部522から構成される。   The upper mold 530 is mounted with a first movable mold 510 provided so as to be movable in a direction orthogonal to the mounting surface 554 (the direction of the arrow p in FIG. 3) and a pressing surface 523 that presses the stacked body 100. The second movable mold 520 provided so as to be tiltable with respect to the surface 554, and provided between the first movable mold 510 and the second movable mold 520, and the pressing surface 523 is mounted by the warp of the metal separator 200. The second movable mold 520 tilted with respect to the mounting surface 554 is adjusted and moved in a direction in which the pressing surface 523 is parallel to the mounting surface 554 by moving toward the mounting surface 554 of the first movable mold 510. And adjusting means 535 for adjusting. In the pressurizing step, the first movable mold 510 is moved closer to the stacked body 100, so that the second movable mold 510 and the second movable mold 520 are contacted with each other via the contact surfaces 511 and 521. The movable mold 520 is pressed to pressurize the laminate 100. The adjusting means 535 includes, for example, a tapered portion 512 having an inclined cross section provided on the contact surface 511 of the first movable die 510 and a tapered portion 512 provided on the contact surface 521 of the second movable die 520. It is comprised from the chamfering part 522 of a shape corresponding to.

次に、図5を参照して、本実施形態に係る反りを有する金属セパレータ200は、予めプレス成形により形成された流路溝(図中省略)と、規制部材551、552に係合自在な係合部231、232とを有している。金属セパレータ200は、長辺および短辺を有する長方形の形状を有している。流路溝を形成するために金属セパレータ200をプレス成形すると、金属セパレータ200の弾性により全体に反りが生じることがある。この反りは、金属セパレータ200の各端辺の中央部から長さ方向に沿って生じ易くなっている。金属セパレータ200に反りが生じることにより、下型550に金属セパレータ200を積層した際、隙間が生じて正確に位置決めを行うことが困難になる。また、上型530によって加圧されると、反りによって金属セパレータ200の移動が生じることがある。   Next, referring to FIG. 5, the metal separator 200 having a warp according to the present embodiment is freely engageable with a flow channel groove (not shown in the drawing) formed in advance by press molding and the regulating members 551 and 552. Engaging portions 231 and 232. The metal separator 200 has a rectangular shape having a long side and a short side. When the metal separator 200 is press-molded to form the flow channel groove, the entire metal warp may be warped due to the elasticity of the metal separator 200. This warpage is likely to occur along the length direction from the center of each end of the metal separator 200. When the metal separator 200 is warped, a gap is generated when the metal separator 200 is stacked on the lower mold 550, and it is difficult to accurately perform positioning. Further, when pressurized by the upper mold 530, the metal separator 200 may move due to warping.

各係合部231、232は、切り欠き形状に形成されており、規制部材551、552に突き合わせて係合することができる。切り欠きの大きさは特に限定されないが、規制部材551、552との間にギャップgが形成される程度の大きさで設けるのが望ましい(図8を参照)。適度なギャップgを形成することにより、規制部材551、552に係合させつつ円滑に金属セパレータ200の積層を行うことができる。各係合部231、232は、金属セパレータ200の外周縁辺を形成する端辺のうち、長辺側の端辺の中心位置235および短辺側の端辺の中心位置236に設けている。   Each of the engaging portions 231 and 232 is formed in a notch shape, and can be brought into contact with the restricting members 551 and 552 and engaged therewith. The size of the cutout is not particularly limited, but it is desirable to provide the cutout with such a size that a gap g is formed between the regulating members 551 and 552 (see FIG. 8). By forming the appropriate gap g, the metal separators 200 can be smoothly stacked while being engaged with the regulating members 551 and 552. The engagement portions 231 and 232 are provided at the center position 235 of the long side and the center position 236 of the short side among the ends forming the outer peripheral edge of the metal separator 200.

図6を参照して、係合部231は、例えば、金属セパレータ200の外周縁を形成する端辺のうち、金属セパレータ200を平坦面150(例えば、載置面554)の上に載置したときに反りによって平坦面150から離間する寸法d1が、他の端辺のいずれかと比べて小さい端辺の中心位置(以下、「離間する寸法d1が小さい端辺の中心位置」と記す。)に設ける。上記の位置では、金属セパレータ200の反り量d2(平坦面150から離間する寸法d1によって表される)が他の部位と比較して小さくなっているため、積層位置の位置決めを容易に行うことができ、積層位置にずれが生じることを防止できる。   With reference to FIG. 6, the engaging portion 231 places the metal separator 200 on the flat surface 150 (for example, the placement surface 554), for example, among the edges forming the outer peripheral edge of the metal separator 200. The dimension d1 that is sometimes separated from the flat surface 150 by warping is smaller than any of the other edges (hereinafter, referred to as “the center position of the edge having a smaller distance d1”). Provide. In the above position, the warpage amount d2 (represented by the dimension d1 spaced from the flat surface 150) of the metal separator 200 is smaller than that of the other portions, so that the stacking position can be easily positioned. It is possible to prevent the stacking position from being displaced.

また、例えば、係合部231は、金属セパレータ200を平坦面150上に載置したときに金属セパレータ200と平坦面150とが接触する端辺の中心位置(以下、「接触する端辺の中心位置」と記す。)に設ける。各金属セパレータ200の反り量d2には、ばらつきが生じることがある。反り量d2のばらつきによって、各金属セパレータ200の積層位置にずれが生じ得る。金属セパレータ200が平坦面150と接触する端辺の中心位置は、反り量d2のばらつきが他の部位と比較して小さい部位となっている。そのため、図示されるように、反り量d2が異なる金属セパレータ240を積層する場合であっても、積層時における積層位置の位置決め精度を向上し、積層位置にずれが生じることを防止できる。また、後述するように、係合部231を規制部材551に係合させることにより、積層体100を加圧してスタック750を形成する際、少なくとも係合部231を設けた端辺に沿う方向に金属セパレータ200が移動することを防止できる。   Further, for example, the engaging portion 231 has a center position of an end side where the metal separator 200 and the flat surface 150 come into contact with each other when the metal separator 200 is placed on the flat surface 150 (hereinafter referred to as “the center of the contacting end side”). It is written as “Position”.) The warpage amount d2 of each metal separator 200 may vary. Due to the variation in the warpage amount d2, the stacking positions of the metal separators 200 may be shifted. The center position of the edge side where the metal separator 200 contacts the flat surface 150 is a portion where the variation in the warping amount d2 is small compared to other portions. Therefore, as shown in the figure, even when the metal separators 240 having different warpage amounts d2 are stacked, the positioning accuracy of the stacking position during stacking can be improved and the stacking position can be prevented from being displaced. Further, as will be described later, when the stack 750 is formed by pressurizing the stacked body 100 by engaging the engaging portion 231 with the restricting member 551, at least in the direction along the end side where the engaging portion 231 is provided. It is possible to prevent the metal separator 200 from moving.

金属セパレータ200にあっては、上記の説明の離間する寸法d1が小さい端辺の中心位置および接触する端辺の中心位置に該当する長辺側の端辺の中心位置235に係合部231を設け、規制部材551と係合している。さらに、短辺側の端辺の中心位置236にも他の係合部232を設け、他の規制部材552と係合させている。そのため、積層位置の位置決め精度や加圧工程によって生じる金属セパレータ200の移動を防止する機能をより向上することが可能になっている(図5を参照)。同様にして、膜電極接合体30にも係合部231、232を設けることができる。   In the metal separator 200, the engaging portion 231 is placed at the center position 235 of the long side corresponding to the center position of the end side with the small distance d1 described above and the center position of the contacting end side. And is engaged with the regulating member 551. Further, another engaging portion 232 is provided at the center position 236 of the end side on the short side, and is engaged with another regulating member 552. Therefore, it is possible to further improve the function of preventing the movement of the metal separator 200 caused by the positioning accuracy of the stacking position and the pressurization process (see FIG. 5). Similarly, the engagement portions 231 and 232 can be provided also in the membrane electrode assembly 30.

次に作用について説明する。   Next, the operation will be described.

図7(A)および(B)を参照して、積層工程では、電池要素270(膜電極接合体30、金属セパレータ200)の長辺側の端辺および短辺側の端辺に設けた係合部231、232を、規制部材551、552に突き当てて係合する。各係合部231、232を規制部材551、552に係合させた状態で積層方向(図中矢印a方向)に沿って載置面554上に積層する。電池要素270を規制部材551、552に沿って積層することができるため、積層位置の位置決めを容易に行うことができ、位置決め精度を向上することができる。同様の手順を繰り返して電池要素270を積層して各電池要素270の端辺が揃えられた積層体100を形成する。膜電極接合体30は、柔軟に形成されているため、金属セパレータ200が有する反りに沿った状態で積層される。   Referring to FIGS. 7A and 7B, in the stacking process, the battery element 270 (membrane electrode assembly 30, metal separator 200) is provided on the long side end side and the short side end side. The joint portions 231 and 232 are brought into contact with and engaged with the regulating members 551 and 552. The engaging portions 231 and 232 are stacked on the mounting surface 554 along the stacking direction (the direction of arrow a in the figure) in a state where the engaging portions 231 and 232 are engaged with the regulating members 551 and 552. Since the battery element 270 can be laminated along the regulating members 551 and 552, the lamination position can be easily positioned and the positioning accuracy can be improved. By repeating the same procedure, the battery elements 270 are stacked to form the stacked body 100 in which the ends of the battery elements 270 are aligned. Since the membrane electrode assembly 30 is formed flexibly, the membrane electrode assembly 30 is laminated in a state along the warp of the metal separator 200.

図8を参照して、載置面554上に積層された電池要素270は、各係合部231、232と規制部材551、552との間に所定のギャップgを生じて積層される。電池要素270に位置ずれが生じる場合であっても、各係合部231、232と規制部材551、552とが係合されている端辺に沿う方向においては、ギャップgの範囲内において、その位置ずれを制限することができる(図12を参照)。   Referring to FIG. 8, battery element 270 stacked on mounting surface 554 is stacked with a predetermined gap g between each engaging portion 231, 232 and restricting members 551, 552. Even in the case where the battery element 270 is displaced, in the direction along the edge where the engaging portions 231 and 232 and the regulating members 551 and 552 are engaged, the gap g Misalignment can be limited (see FIG. 12).

図9を参照して、加圧工程では、第1の可動型510および第2の可動型520によって、積層体100を加圧して、スタック750を形成する。   Referring to FIG. 9, in the pressurizing step, stack 100 is formed by pressurizing laminate 100 with first movable mold 510 and second movable mold 520.

第2の可動型520は、ガイド部材553に支持されながら、移動自在かつ傾斜自在に積層体100上に配置される。
図10を参照して、第1の可動型510を積層方向に接近移動させて、積層体100上に配置された第2の可動型520を押圧して積層体100を加圧する。第2の可動型520の押圧面523を介して積層体100に面圧を付与する。第1の可動型510が積層方向に接近移動することにより、面取り部522にテーパ部512が押し付けられる。第2の可動型520は、その押圧面523が載置面554と平行をなす方向に調整移動する。第2の可動型520は調整移動しつつ、積層体100を加圧するため、電池要素270の反りを矯正しながら面圧を付与することができる。各係合部231、232を規制部材551、552に係合してガイドさせた状態で積層体100を加圧するため、係合部231、232を設けた端辺に沿う方向に電池要素270が移動することを防止できる。
The second movable mold 520 is disposed on the stacked body 100 so as to be movable and tiltable while being supported by the guide member 553.
Referring to FIG. 10, first movable mold 510 is moved closer in the stacking direction, and second movable mold 520 disposed on stacked body 100 is pressed to pressurize stacked body 100. A surface pressure is applied to the laminate 100 via the pressing surface 523 of the second movable mold 520. As the first movable die 510 moves closer in the stacking direction, the tapered portion 512 is pressed against the chamfered portion 522. The second movable mold 520 adjusts and moves in the direction in which the pressing surface 523 is parallel to the placement surface 554. Since the second movable mold 520 pressurizes the stacked body 100 while adjusting and moving, the surface pressure can be applied while correcting the warp of the battery element 270. In order to pressurize the laminated body 100 in a state in which the engaging portions 231 and 232 are engaged with and guided by the regulating members 551 and 552, the battery element 270 is arranged in the direction along the edge where the engaging portions 231 and 232 are provided. It can be prevented from moving.

図11を参照して、第1の可動型510および第2の可動型520によって、各電池要素270の反りが矯正されるため、積層体100に均一な面圧を付与してスタック750を形成することができる。スタック750を形成した後、図1に示されるように燃料電池700を構成して電気を外部に取り出すことが可能となる。
図12を参照して、燃料電池の製造装置500にあっては、例えば、積層工程や加圧工程時に、積層体100の移動や積層位置のずれが生じる場合であっても、係合されている各端辺に沿う方向においては、各係合部231、232と規制部材551、552との間に形成されたギャップgの範囲内で位置ずれを制限することができる(図中点線で位置ずれ後の電池要素250の例を示す)。
Referring to FIG. 11, since the warp of each battery element 270 is corrected by the first movable mold 510 and the second movable mold 520, the stack 750 is formed by applying a uniform surface pressure to the stacked body 100. can do. After the stack 750 is formed, the fuel cell 700 can be configured as shown in FIG. 1 and electricity can be taken out to the outside.
Referring to FIG. 12, in the fuel cell manufacturing apparatus 500, for example, even when the stack 100 is moved or the stack position is shifted during the stacking process or the pressurizing process, the fuel cell manufacturing apparatus 500 is engaged. In the direction along each edge, the displacement can be limited within the range of the gap g formed between the engaging portions 231 and 232 and the restricting members 551 and 552 (the position indicated by the dotted line in the figure). An example of the battery element 250 after shifting is shown).

図13(A)を参照して、対比例の燃料電池の製造装置900によって加圧工程を行った場合、上型910に調節手段535が備えられていないため、加圧工程によって電池要素270の反りを矯正することが困難になっている。また、各電池要素270には係合部231、232が設けられておらず、規制部材551、552と係合させる構成となっていなため、加圧工程時には各電池要素270が有する反りによって、移動が生じ易くなっている。   Referring to FIG. 13A, when the pressurization process is performed by the fuel cell manufacturing apparatus 900 in proportion, the upper mold 910 is not provided with the adjusting means 535. It has become difficult to correct warpage. Further, each battery element 270 is not provided with the engaging portions 231 and 232 and is not configured to be engaged with the regulating members 551 and 552. Therefore, due to the warp of each battery element 270 during the pressurizing step, Movement is likely to occur.

図13(B)を参照して、上型910によって、電池要素270が移動すると上型910を支持する支持部材921に干渉して電池要素270に変形が生じる虞がある。また、積層位置がずれることによって、積層体100に均一に面圧が付与されず、電池要素270間において接触抵抗が生じる虞がある。   Referring to FIG. 13B, when battery element 270 is moved by upper mold 910, battery element 270 may be deformed by interference with support member 921 that supports upper mold 910. Further, when the stacking position is deviated, a surface pressure is not uniformly applied to the stacked body 100, and there is a possibility that contact resistance occurs between the battery elements 270.

図14を参照して、対比例の燃料電池の製造装置900では、前述のように、電池要素270の位置ずれを各係合部231、232および規制部材551、552によって制限することができない。そのため、図中に示されるように、各電池要素270には相互に位置ずれが生じる(図中点線で位置ずれ後の電池要素250の例を示す)。位置ずれが生じた状態で加圧が行われるため、積層した電池要素270間において接触抵抗が生じる虞がある。   Referring to FIG. 14, in the proportional fuel cell manufacturing apparatus 900, the displacement of the battery element 270 cannot be restricted by the engaging portions 231 and 232 and the regulating members 551 and 552 as described above. Therefore, as shown in the figure, the battery elements 270 are displaced from each other (an example of the battery element 250 after being displaced by a dotted line in the figure). Since pressurization is performed in a state where the positional deviation has occurred, there is a risk that contact resistance will occur between the stacked battery elements 270.

上述したように、本実施形態にあっては、プレス成形により生じた反りを有する金属セパレータ200(電池要素270)に設けた各係合部231、232を、下型550に設けられた規制部材551、552に係合させた状態で積層する。そのため、金属セパレータ200を規制部材551、552に沿って積層することができ、積層時における金属セパレータ200の位置決め精度を向上するとともに、積層位置の位置ずれを防止することができる。さらに、各係合部231、232を規制部材551、552に係合してガイドさせた状態で積層体100を加圧するため、加圧工程時には、少なくとも係合部231、232を設けた端辺に沿う方向に金属セパレータ200が移動することを防止できる。そのため、積層位置の位置ずれによって生じる燃料電池の性能の劣化を防止することができる。さらに、膜電極接合体30(電池要素270)にも係合部231、232を設け、規制部材231、232に係合させているため、膜電極接合体30の積層位置の位置決め精度を向上することができ、積層位置の位置ずれを防止することもできる。   As described above, in the present embodiment, the engaging members 231 and 232 provided on the metal separator 200 (battery element 270) having warpage caused by press forming are provided on the lower mold 550. Lamination is performed in a state of being engaged with 551 and 552. Therefore, the metal separator 200 can be laminated along the regulating members 551 and 552, so that the positioning accuracy of the metal separator 200 at the time of lamination can be improved and the displacement of the lamination position can be prevented. Furthermore, in order to pressurize the laminated body 100 in a state in which the engaging portions 231 and 232 are engaged and guided by the regulating members 551 and 552, at the end of the pressurizing step, at least the edges provided with the engaging portions 231 and 232 It is possible to prevent the metal separator 200 from moving in the direction along the line. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the performance of the fuel cell caused by the displacement of the stacking position. Furthermore, since the engaging portions 231 and 232 are also provided in the membrane electrode assembly 30 (battery element 270) and engaged with the regulating members 231 and 232, the positioning accuracy of the stack position of the membrane electrode assembly 30 is improved. It is also possible to prevent the misalignment of the stacking position.

載置面554から積層方向に沿って形成された柱形状の各規制部材551、552に切り欠き形状を有する係合部231、232を突き当てて係合させているため、金属セパレータ200を規制部材551、552に沿わせて積層することができる。そのため、積層時の位置決め精度を向上するとともに、積層位置の位置ずれを防止することができる。   Since the engaging portions 231 and 232 having notches are abutted and engaged with the column-shaped regulating members 551 and 552 formed along the stacking direction from the mounting surface 554, the metal separator 200 is regulated. It can be laminated along the members 551 and 552. Therefore, it is possible to improve the positioning accuracy at the time of stacking and to prevent the positional shift of the stacking position.

ガイド部材553によって傾斜自在かつ移動自在に支持された第2の可動型520を、調節手段535によって、その押圧面523が載置面554と平行をなす方向に調整移動することができる。加圧工程時に第1の可動型510の接近移動に伴って、第2の可動型520を調整移動しつつ、積層体100を加圧することができるため、電池要素270が有する反りを矯正して積層体100に均一な面圧を付与してスタック750を形成することができる。   The second movable mold 520 that is tiltably and movably supported by the guide member 553 can be adjusted and moved by the adjusting means 535 in a direction in which the pressing surface 523 is parallel to the placement surface 554. Since the laminated body 100 can be pressurized while adjusting and moving the second movable mold 520 as the first movable mold 510 approaches and moves during the pressurizing step, the warp of the battery element 270 is corrected. The stack 750 can be formed by applying a uniform surface pressure to the stacked body 100.

金属セパレータ200を平坦面150(例えば、載置面554)の上に載置したときに反りによって平坦面150から離間する寸法d1が、他の端辺のいずれかと比べて小さい端辺の中心位置に係合部231を設けている。そのため、金属セパレータ200の反り量d2が他の部位と比較して小さい部位で積層位置の位置決めを行うことができるため、位置決めを容易に行うことができ、積層位置にずれが生じることを防止できる。   When the metal separator 200 is placed on the flat surface 150 (for example, the mounting surface 554), the center position of the end side where the dimension d1 that separates from the flat surface 150 due to warping is smaller than any of the other end sides. An engaging portion 231 is provided on the front side. Therefore, since the stacking position can be positioned at a part where the warpage amount d2 of the metal separator 200 is smaller than other parts, the positioning can be easily performed, and the stacking position can be prevented from being displaced. .

金属セパレータ200が平坦面150に接触する端辺の中心位置に係合部231を設けているため、各金属セパレータ200が有する反り量d2のばらつきが他の部位と比較して小さい部位で係合部231を規制部材551に係合して積層を行うことができる。そのため、積層時における積層位置の位置決め精度を向上することができ、各金属セパレータ200に生じている反り量d2のばらつきによって積層位置にずれが生じることを防止できる。   Since the engagement portion 231 is provided at the center position of the end side where the metal separator 200 contacts the flat surface 150, the metal separator 200 is engaged at a portion where the variation in the warp amount d2 of each metal separator 200 is small compared to other portions. Lamination can be performed by engaging the portion 231 with the regulating member 551. Therefore, it is possible to improve the positioning accuracy of the stacking position at the time of stacking, and it is possible to prevent the stacking position from being shifted due to variations in the amount of warp d2 generated in each metal separator 200.

長方形の形状の金属セパレータ200のうち、各金属セパレータ200が有する反り量d2が他の部位と比較して小さくかつ反り量d2のばらつきが他の部位と比較して小さい長辺側の端辺の中心位置235に係合部231を設けている。係合部231を規制部材551に係合して積層を行うため、積層時における積層位置の位置決めを容易に行うことができ、位置決め精度を向上することができるとともに、積層位置にずれが生じることを防止できる。さらに、短辺側の端辺の中心位置236に他の係合部232を設けて、他の規制部材552と係合させているため、積層位置の位置決め精度や加圧工程によって生じる金属セパレータ200の移動を防止する機能をより向上することができる。   Among the rectangular metal separators 200, the warp amount d2 of each metal separator 200 is small compared to other parts, and the variation of the warp quantity d2 is small compared to other parts. An engaging portion 231 is provided at the center position 235. Since the engaging portion 231 is engaged with the restricting member 551 to perform lamination, the lamination position at the time of lamination can be easily determined, positioning accuracy can be improved, and a deviation occurs in the lamination position. Can be prevented. Furthermore, since the other engaging part 232 is provided at the center position 236 of the end side on the short side and is engaged with the other regulating member 552, the metal separator 200 generated by the positioning accuracy of the stacking position and the pressurizing process. It is possible to further improve the function of preventing the movement of.

燃料電池に用いられプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータ200であって、少なくとも一の端辺に設けられ、積層するときの位置決めおよび積層方向に加圧するときのガイドとして用いる係合部231を有してなる金属セパレータ200を用いてスタック750を形成することができる。   A metal separator 200 that is used in a fuel cell and has a warp caused by press molding, and is provided on at least one end, and is used as a guide when positioning in the stacking and pressing in the stacking direction. The stack 750 can be formed using the metal separator 200 provided.

係合部231、232は、切り欠き形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、規制部材551、552に係合させることが可能な形状であればよい。また、規制部材551、552の形状や材質も特に限定されるものではなく、載置面554から積層方向に伸びて形成され、係合部231、232が係合自在な形状および材質であればよい。但し、積層作業の簡略化のために、係合部231、232を突き当てることによって係合することが可能な形状で係合部231、232および規制部材551、552をそれぞれ設けるのが望ましい。   The engaging portions 231 and 232 are formed in a cutout shape, but are not limited to this, and may be any shape that can be engaged with the regulating members 551 and 552. Further, the shape and material of the regulating members 551 and 552 are not particularly limited as long as they are formed to extend from the mounting surface 554 in the stacking direction and the engaging portions 231 and 232 are engageable. Good. However, in order to simplify the stacking operation, it is desirable to provide the engaging portions 231 and 232 and the regulating members 551 and 552 in shapes that can be engaged by abutting the engaging portions 231 and 232, respectively.

係合部231、232は、長辺側の端辺および短辺側の端辺の2箇所に設けられており、それに対応させて2つの規制部材551、552が設けられているが、少なくとも係合部を1つ設け、その係合部を係合させる少なくとも1つの規制部材が設けられていればよい。さらに1つの端辺に複数の係合部を設けて、規制部材に係合させてもよい。   The engaging portions 231 and 232 are provided at two places, the long side end side and the short side end side, and two restricting members 551 and 552 are provided corresponding to the two, but at least the engaging portions are provided. It is only necessary to provide one joining portion and at least one restricting member to engage the engaging portion. Further, a plurality of engaging portions may be provided on one end side and engaged with the restricting member.

係合部231、232は、金属セパレータ200および膜電極接合体30の両方に設けられているが、少なくとも金属セパレータ200に設けられていればよい。金属セパレータ200に係合部231、232を設け、規制部材551、552と係合させることにより、反りによって生じる金属セパレータ200の移動や積層位置の位置ずれを防止することが可能となる。   The engaging portions 231 and 232 are provided in both the metal separator 200 and the membrane electrode assembly 30, but it is only necessary to be provided in at least the metal separator 200. By providing the metal separator 200 with the engaging portions 231 and 232 and engaging with the restricting members 551 and 552, it is possible to prevent the metal separator 200 from moving and the displacement of the stacking position due to warping.

調節手段535は、テーパ部512および面取り部522から構成されているが、これに限定されるものではなく、第1の可動型510が積層体100へ接近移動することにより、第2の可動型520を調整移動させることが可能な構成であればよい。   The adjusting means 535 includes the tapered portion 512 and the chamfered portion 522, but is not limited to this, and the second movable type is obtained when the first movable die 510 moves closer to the stacked body 100. Any configuration that can adjust and move 520 is acceptable.

燃料電池の全体構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the whole structure of a fuel cell. 単セルを示す概略図である。It is the schematic which shows a single cell. 本実施形態に係る燃料電池の製造装置の概略図である。It is the schematic of the manufacturing apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 図4(A)および(B)は、積層治具(下型)の概略斜視図および平面図である。4A and 4B are a schematic perspective view and a plan view of a stacking jig (lower mold). 図5(A)および(B)は、本実施形態に係るプレス成形により生じた反りを有する金属パレータの概略斜視図および平面図である。5A and 5B are a schematic perspective view and a plan view of a metal palator having warpage caused by press forming according to the present embodiment. 係合部を設ける位置を説明するための金属セパレータの側面図である。It is a side view of the metal separator for demonstrating the position which provides an engaging part. 図7(A)および(B)は、積層治具(下型)に金属セパレータ(電池要素)を積層する工程を説明するための概略斜視図および平面図である。FIGS. 7A and 7B are a schematic perspective view and a plan view for explaining a step of laminating a metal separator (battery element) on a laminating jig (lower mold). 積層治具(下型)に金属セパレータ(電池要素)が積層された状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state by which the metal separator (battery element) was laminated | stacked on the lamination jig | tool (lower mold). 燃料電池の製造装置による加圧工程を模式的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating typically the pressurization process by the manufacturing apparatus of a fuel cell. 燃料電池の製造装置による加圧工程を模式的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating typically the pressurization process by the manufacturing apparatus of a fuel cell. 燃料電池の製造装置による加圧工程を模式的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating typically the pressurization process by the manufacturing apparatus of a fuel cell. 金属セパレータ(電池要素)の位置ずれの範囲を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the range of the position shift of a metal separator (battery element). 図13(A)および(B)は、対比例を示しており、対比例の燃料電池の製造装置による加圧工程を模式的に説明するための図である。FIGS. 13A and 13B show the proportionality, and are diagrams for schematically explaining the pressurizing process by the fuel cell manufacturing apparatus. 対比例の燃料電池の製造装置の加圧工程によって生じる金属セパレータ(電池要素)の位置ずれを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position shift of the metal separator (battery element) which arises by the pressurization process of the manufacturing apparatus of a proportional fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

30 膜電極接合体、
40 電解質膜、
50 燃料極、
51、61 触媒層、
52、62 ガス拡散層、
60 空気極、
100 積層体、
150 平坦面、
200 金属セパレータ(反りを有する金属セパレータ)、
210 燃料極側金属セパレータ(反りを有する金属セパレータ)、
220 空気極側金属セパレータ(反りを有する金属セパレータ)、
231、232 係合部、
235 長辺側の端辺の中心位置、
236 短辺側の端辺の中心位置、
240 反り量が異なる金属セパレータ、
250 位置ずれ後の電池要素、
270 電池要素(金属セパレータ、膜電極接合体)、
500 燃料電池の製造装置、
510 第1の可動型、
511、521 当接面、
512 テーパ部(調節手段)、
520 第2の可動型、
522 面取り部(調節手段)、
523 押圧面、
530 上型(プレス型)、
535 調節手段、
550 下型(積層治具)、
551、552 規制部材、
553 ガイド部材、
554 載置面、
700 燃料電池、
710 単セル、
720 エンドプレート、
730 タイロッド、
740 集電板、
750 スタック、
900 対比例の燃料電池の製造装置、
910 上型、
911 押圧面、
920 下型、
921 支持部材、
922 載置面、
a 積層方向、
d1 平坦面から離間する寸法、
d2 反り量、
g ギャップ、
p 載置面に対して直交する方向、
F 燃料ガスが流れる流路、
O 空気が流れる流路、
W 冷却水が流れる流路。
30 Membrane electrode assembly,
40 electrolyte membrane,
50 anode,
51, 61 catalyst layer,
52, 62 Gas diffusion layer,
60 air electrode,
100 laminates,
150 flat surface,
200 metal separator (metal separator with warpage),
210 Fuel electrode side metal separator (metal separator having warpage),
220 air electrode side metal separator (metal separator having warpage),
231 and 232 engaging portions,
235 The center position of the edge on the long side,
236 center position of the edge on the short side,
240 Metal separators with different warping amounts,
250 battery element after misalignment,
270 battery element (metal separator, membrane electrode assembly),
500 Fuel cell manufacturing equipment,
510 the first movable type,
511, 521 contact surface,
512 taper part (adjustment means),
520 second movable type,
522 chamfered portion (adjustment means),
523 pressing surface,
530 Upper mold (press mold),
535 adjustment means,
550 Lower mold (lamination jig),
551, 552 regulating member,
553 guide member,
554 placement surface,
700 fuel cell,
710 single cell,
720 end plate,
730 tie rods,
740 current collector,
750 stacks,
900 Proportional fuel cell manufacturing equipment,
910 Upper mold,
911 pressing surface,
920 Lower mold,
921 support member,
922 mounting surface,
a stacking direction,
d1, the distance from the flat surface,
d2 Warpage amount,
g gap,
p direction perpendicular to the mounting surface,
F the flow path through which the fuel gas flows,
O air flow path,
W Flow path through which cooling water flows.

Claims (9)

膜電極接合体およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータを積層する載置面と、前記膜電極接合体および前記金属セパレータを積層する積層方向に沿って前記載置面から伸びるとともに少なくとも前記金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部が係合自在な規制部材と、を備え、少なくとも前記金属セパレータの前記係合部が前記規制部材に係合した状態で積層する積層治具、および、
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、前記積層方向に加圧するプレス型を有し、
前記プレス型は、
前記載置面に対して直交する方向に移動自在に設けられた第1の可動型と、
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを押圧する押圧面が前記載置面に対して傾斜自在な第2の可動型と、
前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられ、前記金属セパレータの前記反りによって前記押圧面が前記載置面に対して傾いた状態にある前記第2の可動型を、前記第1の可動型の前記載置面に向かう移動によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動する調節手段と、を有する燃料電池の製造装置。
A mounting surface on which a membrane electrode assembly and a metal separator having a warp caused by press molding are stacked; and at least the metal extending from the mounting surface along a stacking direction in which the membrane electrode assembly and the metal separator are stacked A stacking jig that stacks in a state where at least the engaging portion of the metal separator is engaged with the restricting member, and a restricting member that is engageable with an engaging portion provided on at least one end of the separator. and,
The laminate the membrane electrode assembly and the metal separators, the engaging portion along the restricting member while the guide, have a press die for pressing the stacking direction,
The press die is
A first movable mold provided movably in a direction perpendicular to the mounting surface;
A second movable mold in which a pressing surface for pressing the laminated membrane electrode assembly and the metal separator is tiltable with respect to the mounting surface;
The second movable mold provided between the first movable mold and the second movable mold, wherein the pressing surface is inclined with respect to the placement surface by the warp of the metal separator. A fuel cell manufacturing apparatus comprising: adjusting means for adjusting and moving the pressing surface in a direction parallel to the mounting surface by movement toward the mounting surface of the first movable type .
前記規制部材は、柱形状を有し、
前記係合部は、前記規制部材に係合する切り欠き形状を有する請求項1に記載の燃料電池の製造装置。
The regulating member has a column shape,
The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the engaging portion has a notch shape that engages with the regulating member.
前記積層治具は、前記積層方向に沿って前記載置面から伸び前記第2の可動型を傾斜自在かつ移動自在に支持するガイド部材を有する請求項2に記載の燃料電池の製造装置。 3. The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 2 , wherein the stacking jig includes a guide member that extends from the placement surface along the stacking direction and supports the second movable mold so as to be tiltable and movable . 前記係合部は、前記金属セパレータの外周縁を形成する端辺のうち、前記金属セパレータを平坦面の上に載置したときに前記反りによって前記平坦面から離間する寸法が、他の端辺のいずれかと比べて小さい端辺の中心位置に設けている請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池の製造装置。 The engagement portion has a dimension that is separated from the flat surface by the warp when the metal separator is placed on a flat surface, among other edges forming the outer peripheral edge of the metal separator. 4. The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the fuel cell manufacturing apparatus is provided at a center position of an end side smaller than any one of the above. 前記係合部は、前記平坦面と接触する端辺の中心位置に設けている請求項4に記載の燃料電池の製造装置。 The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 4 , wherein the engaging portion is provided at a center position of an end contacting the flat surface . 前記金属セパレータは、長方形の形状を有し、前記係合部は、長辺側の端辺の中心位置に設けている請求項4または請求項5に記載の燃料電池の製造装置。 6. The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the metal separator has a rectangular shape, and the engaging portion is provided at a center position of an end side on a long side . 前記金属セパレータは、短辺側の端辺の中心位置に設けた他の係合部をさらに有し、
前記積層治具は、前記他の係合部が係合自在な他の規制部材をさらに有する請求項6に記載の燃料電池の製造装置。
The metal separator further includes another engaging portion provided at the center position of the end on the short side,
The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 6 , wherein the stacking jig further includes another restricting member with which the other engaging portion is engageable .
膜電極接合体およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータを、少なくとも前記金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部が積層治具に設けた規制部材に係合した状態で積層する工程と、  The metal separator having a warp generated by the membrane electrode assembly and the press molding is laminated in a state where at least an engagement portion provided on at least one end of the metal separator is engaged with a regulating member provided on a lamination jig. Process,
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、プレス型によって前記積層方向に加圧する工程と、を有する燃料電池の製造方法であって、  Pressurizing the laminated membrane electrode assembly and the metal separator in the stacking direction with a press die while guiding the engaging portion along the regulating member. ,
前記プレス型によって前記膜電極接合体および前記金属セパレータを加圧する工程は、前記プレス型の第1の可動型を前記載置面に向かう方向へ移動させることにより、積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータに対して押圧面が傾斜した状態にある前記プレス型の第2の可動型を、前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられた調整手段によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動させる工程を有する燃料電池の製造方法。  The step of pressurizing the membrane electrode assembly and the metal separator with the press die is performed by moving the first movable die of the press die in a direction toward the placement surface, and stacking the membrane electrode assembly and The second movable mold of the press mold in which the pressing surface is inclined with respect to the metal separator is pressed by the adjusting means provided between the first movable mold and the second movable mold. A method of manufacturing a fuel cell, comprising a step of adjusting and moving a surface in a direction parallel to the mounting surface.
請求項8に記載された燃料電池の製造方法に用いられる、プレス成形により生じた反りを有する金属セパレータであって、  A metal separator having a warp caused by press molding, which is used in the method of manufacturing a fuel cell according to claim 8,
少なくとも一の端辺に設けられ、積層するときの位置決めおよび積層方向に加圧するときのガイドとして用いる係合部を有してなる金属セパレータ。  A metal separator provided on at least one end side and having an engaging portion used as a guide when positioning in the stacking and pressing in the stacking direction.
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