JP5488787B2

JP5488787B2 - 燃料電池のセルの製造装置、およびその製造方法

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Publication number: JP5488787B2
Application number: JP2009097905A
Authority: JP
Inventors: 哲郎野口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: JP2010251048A

Description

本発明は、燃料電池のセルの製造装置、およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、一対のセパレータの間に燃料電池構成部品が配置されその周囲が接着されてなる燃料電池のセルの製造装置、および、一対のセパレータの間に燃料電池構成部品を配置し、セパレータの間の燃料電池構成部品の周囲を接着剤によって接着する、燃料電池のセルの製造方法に関するものである。

一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。燃料電池として組み立てたときには、積層されたセルの積層方向端部にそれぞれエンドプレートが配設され、所定の荷重を付与した状態で両エンドプレートがテンション部材によって締結されており、セパレータの間に燃料電池構成部品が挟持されている。各セルの燃料電池構成部品としては、電解質膜の両面に電極層をそれぞれ設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）と、ＭＥＡの両面にそれぞれ配置されたガス拡散層と、ガス拡散層へガスをそれぞれ流通させる多孔質体を含んでいる。ＭＥＡとその両側に配置されたガス拡散層とにより構成される部品は、一般にＭＥＧＡと呼ばれる。

燃料電池は、各セルに反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドを有している。図９に参照されるように、セパレータ１の燃料電池構成部品３が積重される略中央の領域の周囲には、マニホールド孔Ｈが形成されている。

ところで、このような燃料電池の各セルにおいては、例えば特許文献１などに開示されているように、一対のセパレータの間に燃料電池構成部品を配置し、両セパレータの間であって燃料電池構成部品の周囲を接着剤によって接着しシールしたものがある。

特許文献１には、「燃料電池１００は、単一の燃料電池セル４０が複数個積層された（セルモジュール化された）積層構造を有している。ここで、単一燃料電池セル４０は、第１セパレータ１０と第１セパレータ１０の隣接部材である第２セパレータ２０との間にＭＥＡ３０が挟持された構造を有している。」（００３８）、「単一の燃料電池セル４０は、熱硬化性接着剤２２によって２対のセパレータ部材１０、２０の間にＭＥＡ３０を接合して構成される。燃料電池積層構造１００は、このようにして形成された燃料電池セル４０同士をさらに接着剤２２で接合し、燃料電池セル４０同士を物理的に強固に接着してセルモジュール化されてなる。」（００３９）などと記載されている。

さらにまた、特許文献１には、セパレータに対して液状の接着剤を塗布するためにディスペンサを用いること（００５７）、ディスペンサノズルが接着剤塗布溝上を移動する際に、ディスペンサノズルの先端から接着剤を射出して、接着剤塗布溝に接着剤が塗布されること（００５８）などが開示されている。

また、別の従来の技術としては、図１０に示すように、樹脂などからなるシート材４’を打ち抜き型５０により打ち抜くなどして、燃料電池構成部品３を配置するための窓部４ａ’やマニホールド孔Ｈを含む所定形状に成形し、図１１に示すようにシート材４’の中央の窓部４ａ’内に燃料電池構成部品３を配置して両セパレータ１、２の間に挟み、熱板６０間で加熱するとともに加圧することにより両セパレータ１、２を接着するとともに燃料電池構成部品３の周囲をシールして、セルを製造することが知られている。

特開２００５−３１７４０７号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、ディスペンサノズルを移動させて接着剤塗布溝に接着剤を塗布する場合にあっては、塗布する面積が広く、さらには図９に示したように、セパレータ１の接着剤４を塗布する領域（斜線で示した部分を参照）にはマニホールド孔Ｈが形成されているとともに、燃料電池構成部品３を配置する略中央の領域には接着剤４を塗布しないことから、接着剤４を塗布する形状が複雑であるために、このマニホールド孔Ｈの周囲にディスペンサノズルを移動させることにより接着剤４を塗布するには時間がかかるという問題があった。

そして、接着剤４として、熱硬化性接着剤を使用する場合には、この熱硬化性接着剤を塗布した一方のセパレータ１に燃料電池構成部品３と他方のセパレータ２とを積層して接着すべく、図１１に示したように、熱板６０間で熱硬化性接着剤４を加熱し硬化させるのに時間が比較的長くかかるため、セルを量産するには接着時間を短縮することが課題であった。

また、ディスペンサノズルを移動させることにより塗布する接着剤４として、熱可塑性接着剤を使用する場合には、一方のセパレータ１に接着剤４を塗布し終えるまでに時間がかかることから、接着剤４の最初に塗布した部分の温度が低下して固化してしまい、さらに、他方のセパレータ２と燃料電池構成部品３を積層し接着するための熱板６０とディスペンサノズルとが離れている場合などには特に、熱可塑性接着剤４の温度が低下して完全に固化することとなり、したがって、両セパレータ１、２の間に燃料電池構成部品３を挟んだ状態でその周囲を接着するためには、完全に固化した熱可塑性接着剤４を図１１に示した熱板６０の間などで加熱して再溶融させる必要があることから、コストや時間がかかるという問題があった。

さらに、上記従来の技術のうち、図１０に示したようにシート材４’を打ち抜くなどして燃料電池構成部品３を配置するための窓部４ａ’やマニホールド孔Ｈを含む所定形状に成形する場合にあっては、シート材４’が熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂のいずれの場合であっても、打ち抜いたシート材４’が無駄となり、セルを量産するにあたりコストを低減することが困難であるという問題がある。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、セパレータの表面に所定のパターンで接着剤を確実に精度よく短時間で無駄なく塗布してセルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することが可能な製造装置およびその方法を提供することを目的とする。

請求項１の燃料電池のセルの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、一対のセパレータの間に燃料電池構成部品が配置され燃料電池構成部品の周囲が接着剤によって接着されてなる燃料電池のセルの製造装置であって、前記接着剤を一方のセパレータに塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、該型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段とを備えていることを特徴とするものである。
また、請求項２の燃料電池のセルの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、一対のセパレータの間に燃料電池構成部品を配置し、セパレータの間の燃料電池構成部品の周囲を接着剤によって接着する、燃料電池のセルの製造方法であって、接着剤を塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、該型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段とを用意し、一方のセパレータを前記型と衝合させて、前記射出手段によって型に形成されたパターンに接着剤を射出して、前記パターンに応じた形状に接着剤を塗布し、該一方のセパレータと燃料電池構成部品および他方のセパレータを積層して前記塗布された接着剤により接着することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、一方のセパレータと型を衝合させて射出手段によって接着剤を射出することにより、一方のセパレータの表面に所定の形状のパターンで接着剤を確実に精度よく短時間で無駄なく塗布されることとなる。そしてその後、接着剤を塗布した一方のセパレータには燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層し、接着剤によって両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることにより、短時間で効率よくセルを製造することができ、セルの生産性を向上させて量産することが可能な製造装置を提供することができる。
また、請求項２の発明によれば、接着剤を塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、この型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段とを用意し、一方のセパレータを前記型にインサートして、前記射出手段によって型に形成されたパターンに接着剤を射出すると、一方のセパレータに対して接着材を所定の形状のパターンで確実に精度よく短時間で無駄なく塗布することができる。そしてその後、接着剤を塗布した一方のセパレータには燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層し、接着剤によって両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることにより、短時間で効率よくセルを製造することができ、セルの生産性を向上させて量産することが可能な製造方法を提供することができる。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（６）項が請求項２に相当し、（７）項が請求項３に相当する。

（１）一対のセパレータの間に燃料電池構成部品を配置してその周囲を接着してなる燃料電池のセルの製造装置であって、
接着剤を塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、
該型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池のセルの製造装置。

（１）項の発明では、一方のセパレータを型にインサートして射出手段によって接着剤を射出することにより、一方のセパレータの表面に所定の形状のパターンで接着剤を確実に精度よく短時間で無駄なく塗布することができる。そしてその後、接着剤を塗布した一方のセパレータには燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層し、接着剤によって両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることにより、短時間で効率よくセルを製造することができ、セルの生産性を向上させて量産することができる。

（２）前記射出手段が接着剤として熱可塑性接着剤を射出するものであり、
一方のセパレータの表面に塗布された熱可塑性接着剤を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする（１）項に記載の燃料電池のセルの製造装置。

（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、射出手段によって熱可塑性接着剤を射出することにより、一方のセパレータの表面に所定のパターンで熱可塑性接着剤を確実に精度よく短時間で無駄なく塗布することができ、しかも、加熱手段によって熱可塑性接着剤を加熱することにより燃料電池構成部品と他方のセパレータが積層された状態で再溶融させることができるため、かかる熱可塑性接着剤が固化した場合であってもその後に両セパレータを確実に接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることができるため、セルの製造の自由度を増加させてセルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。なお、加熱手段は、一方のセパレータに燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層した状態で熱可塑性接着剤を加熱するとともに、加圧することが可能なものとすることもできる。

（３）一対のセパレータの間に配置された燃料電池構成部品の周囲の、前記加熱手段によって加熱された熱可塑性接着剤を冷却し固化させるコールドプレスをさらに備えていることを特徴とする（２）項に記載の燃料電池のセルの製造装置。

（３）項の発明では、（２）項に記載の発明において、加熱手段によって再溶融させた熱可塑性接着剤をコールドプレスによって加圧しつつ短時間で確実に冷却し固化させることができるため、セルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。

（４）前記型は、一方のセパレータがインサートされる複数のインサート型と、該インサート型にインサートされた一方のセパレータの表面とそれぞれ協働してパターンを形成する単一のパターン型とを備えていることを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の燃料電池のセルの製造装置。

（４）項の発明では、（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の発明において、複数のうちの一のインサート型に一方のセパレータをインサートし、パターン型と型閉じすると、パターン型が一方のセパレータの表面と協働して所定のパターンを形成し、射出手段によって接着剤を射出することにより、確実に精度よく短時間で無駄なく塗布することができる。このとき、他のインサート型に一方のセパレータをインサートしておく。そして、一のインサート型とパターン型を型開きして、一のインサート型をパターン型と対向する位置から相対的に移動させると共に、他のインサート型をパターン型と対向する位置に相対的に移動させて、接着剤の塗布を一のインサート型と同様に行う。すなわち、共通のパターン型により複数のインサート型にそれぞれインサートされた一方のセパレータに対して接着剤を順次塗布して、接着剤が塗布された一方のセパレータに燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層し、両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールする。各インサート型からの接着剤が塗布された一方のセパレータの取出および各インサート型への一方のセパレータのインサートと、インサートされた一方のセパレータへの接着剤の塗布とを並行して行うことができるため、セルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。

（５）前記型は、一方のセパレータがインサートされるインサート型と、該インサート型にインサートされた一方のセパレータの表面と協働してパターンを形成するパターン型と、他方のセパレータと燃料電池構成部品を保持する治具とを備えていることを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の燃料電池のセルの製造装置。

（５）項の発明では、（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の発明において、インサート型に一方のセパレータをインサートし、パターン型と型閉じすると、パターン型が一方のセパレータの表面と協働して所定のパターンで熱可塑性接着剤を確実に精度よく短時間で無駄なく塗布することができる。このとき、治具に他方のセパレータと燃料電池構成部品を保持させておく。そして、インサート型とパターン型を型開きして、パターン型をインサート型と対向する位置から相対的に移動させると共に、治具をインサート型と対向する位置に相対的に移動させ、インサート型と治具を衝合させて、塗布された熱可塑性接着剤により両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールする。インサート型にインサートされた一方のセパレータに対して接着剤を塗布し、続いて治具に保持された燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層し、両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることができるため、工程が短縮されることから、セルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。

（６）一対のセパレータの間に燃料電池構成部品を配置し、セパレータの間の燃料電池構成部品の周囲を接着剤によって接着する、燃料電池のセルの製造方法であって、
接着剤を塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、該型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段とを用意し、
一方のセパレータを前記型内にインサートし、前記射出手段によって型に形成されたパターンに接着剤を射出して、前記パターンに応じた形状に接着剤を塗布し、
該一方のセパレータと燃料電池構成部品および他方のセパレータを積層して前記塗布された接着剤により接着することを特徴とする燃料電池のセルの製造方法。

（６）項の発明では、接着剤を塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、該型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段とを用意し、一方のセパレータを前記型にインサートして、前記射出手段によって型に形成されたパターンに接着剤を射出すると、セパレータに対して接着材を所定のパターンで確実に精度よく短時間で塗布することができ、そしてその後、接着剤を塗布した一方のセパレータには燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層し、接着剤によって両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることにより、短時間で効率よくセルを製造することができ、セルの生産性を向上させて量産することができる。

（７）前記一方のセパレータに塗布される接着剤として熱可塑性接着剤を使用し、
該一方のセパレータに塗布された熱可塑性接着剤を加熱して、燃料電池構成部品が積層された他方のセパレータと接着することを特徴とする（６）項に記載の燃料電池のセルの製造方法。

（７）項の発明では、（６）項に記載の発明において、一方のセパレータに熱可塑性接着剤を塗布し、この一方のセパレータに塗布された熱可塑性接着剤を加熱することにより再溶融させることができるため、熱可塑性接着剤が固化した場合であってもその後に熱可塑性接着剤を再溶融させることができ、したがって、両セパレータを確実に接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることができるため、セルの製造の自由度を増加させてセルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。なお、一方のセパレータに燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層した状態で熱可塑性接着剤を加熱する際に、所定の厚さとなるまで加圧することもできる。

（８）前記熱可塑性接着剤を加熱した後に、一対のセパレータの間に配置された燃料電池構成部品の周囲の熱可塑性接着剤を冷却し固化させることを特徴とする（７）項に記載の燃料電池のセルの製造方法。

（８）項の発明では、（７）項に記載の発明において、加熱されて再溶融させた熱可塑性接着剤を加圧しつつ冷却し固化させることにより、短時間で確実に両セパレータを確実に接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることができるため、セルの製造の自由度を増加させてセルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。

（９）前記型として、一方のセパレータがインサートされる複数のインサート型と、該インサート型にインサートされた一方のセパレータの表面と協働してパターンを形成する単一のパターン型とを用意し、
各インサート型に一方のセパレータをインサートして順次前記パターン型と衝合して、前記射出手段によってパターンに接着剤を射出して、前記一方のセパレータに接着剤をそれぞれ塗布することを特徴とする（６）〜（８）項のいずれか１項に記載の燃料電池のセルの製造方法。

（９）項の発明では、（６）〜（８）項のいずれか１項に記載の発明において、前記型として、一方のセパレータがインサートされる複数のインサート型と、該インサート型にインサートされた一方のセパレータの表面と協働してパターンを形成する単一のパターン型とを用意して、各インサート型に一方のセパレータをインサートして順次前記パターン型と衝合し、前記射出手段によってパターンに接着剤を射出して、前記一方のセパレータに接着剤を塗布することにより、共通のパターン型で複数のインサート型にそれぞれインサートされた一方のセパレータに接着剤を順次効率よく塗布することができ、そして、接着剤が塗布された一方のセパレータに燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層し、両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールすることができる。その結果、各インサート型への一方のセパレータのインサートまたは各インサート型からの接着剤が塗布された一方のセパレータの取出と、インサートされた一方のセパレータへの接着剤の塗布とを並行して行うことができるため、セルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。

（１０）前記型として、一方のセパレータがインサートされるインサート型と、該インサート型にインサートされた一方のセパレータの表面と協働してパターンを形成するパターン型と、他方のセパレータと燃料電池構成部品を保持する治具とを用意し、
前記インサート型に一方のセパレータをインサートして前記パターン型と衝合させて形成されたパターンに接着剤を射出して、前記パターンに応じた形状に接着剤を塗布し、
その後、前記インサート型と治具とを衝合して、インサート型にインサートされ接着剤が塗布された一方のセパレータと治具に保持された燃料電池構成部品および他方のセパレータを積層して接着剤により接着することを特徴とする（６）〜（８）項のいずれか１項に記載の燃料電池のセルの製造方法。

（１０）項の発明では、（６）〜（８）項のいずれか１項に記載の発明において、インサート型に一方のセパレータをインサートし、パターン型と型閉じすると、パターン型が一方のセパレータの表面と協働して所定のパターンで熱可塑性接着剤を確実に精度よく短時間で無駄なく塗布することができる。また、このとき、治具に他方のセパレータと燃料電池構成部品を保持させておくことができる。そして、インサート型とパターン型を型開きして、パターン型をインサート型と対向する位置から相対的に移動させると共に、治具をインサート型と対向する位置に相対的に移動させ、インサート型と治具を衝合させると、塗布された熱可塑性接着剤により両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲シールすることができる。そのため、工程が短縮されることから、セルの生産性を向上させることができ、もって、セルを量産することができる。

本発明の燃料電池のセルの製造装置の第１の実施の形態を説明するために示した平面図である。図１の正面図である。図２の状態から、ターンテーブルを回転させることにより、接着剤が既に塗布されたセパレータを搬出するとともに、これから接着剤を塗布するセパレータをパターン型と対向するように搬入した状態を説明するために示した正面図である。接着剤が塗布された一方のセパレータと、燃料電池構成部品および他方のセパレータとを積層して、両セパレータを接着するとともにその間に挟持された燃料電池構成部品の周囲をシールする工程の第１の実施の形態を説明するために示した概念図である。本発明の燃料電池のセルの製造装置の第２の実施の形態を説明するために示した正面図である。図５の状態から、インサート型とパターン型とを型閉じして一方のセパレータに接着剤を塗布するとともに、治具に燃料電池構成部品と他方のセパレータを保持させた状態を説明するために示した正面図である。図６の状態から、パターン型をインサート型から退避させるとともに、治具をインサート型と対向させるように移動させ、また、治具とインサート型との間にヒータを配置して接着剤を加熱する状態を説明するために示した正面図である。図７の状態から、ヒータを治具とインサート型との間から退避させて、インサート型と治具を型閉じして、接着剤が塗布された一方のセパレータと、燃料電池構成部品および他方のセパレータとを積層して、両セパレータを接着するとともにその間に挟持された燃料電池構成部品の周囲をシールする状態を説明するために示した正面図である。セパレータの、接着剤が塗布される部分を説明するために示した平面図である。接着剤として、樹脂などからなるシート材を打ち抜き型により打ち抜くことにより、セパレータに応じた形状に成形する従来の技術を説明するために概念的に示した斜視図である。シート材の中央の窓部に燃料電池構成部品を配置して両セパレータの間に挟み、熱板間で加熱し再溶融させることにより両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールする従来の技術における工程を説明するために示した概念図である。

最初に、本発明の燃料電池のセルの製造装置の実施の一形態を、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の装置は、概略、一対のセパレータ１、２の間に燃料電池構成部品３が配置されその周囲が接着剤４により接着されてなる燃料電池のセルを製造するためのもので、一方のセパレータ１の表面に対して接着剤４を塗布する形状に応じたパターン８を形成する型１０と、この型１０に形成されるパターンに接着剤４を射出する射出手段１３とを有する接着剤塗布装置５を備えている。
そして、本発明の装置は、この実施の形態の場合、さらに、接着剤として熱可塑性接着剤４を使用するものであり、一方のセパレータ１の表面に塗布された熱可塑性接着剤４を加熱する加熱手段６と、さらに、この加熱手段６によって熱可塑性接着剤４が加熱されて一対のセパレータ１、２の間に配置された燃料電池構成部品３の周囲の熱可塑性接着剤４を冷却し固化させるコールドプレス７とを備えており、型１０は、一方のセパレータ１がインサートされる複数のインサート型１１と、このインサート型１１にインサートされた一方のセパレータ１の表面とそれぞれ協働してパターン８を形成する単一のパターン型１２とを備えている。

各セルを構成するセパレータ１、２は、図１および図９に示したように、それぞれ周縁近傍に複数のマニホールド孔Ｈが形成されている。そして、ＭＥＧＡなどの燃料電池構成部品３は、マニホールド孔Ｈの配列に囲まれるようにして配置される。したがって、一方のセパレータ１の接着剤４を塗布する領域は、図９に斜線で示したように、燃料電池構成部品３が配置される略中央の領域を除いたその周囲、すなわち、マニホールド孔Ｈが形成された側縁近傍である。

この実施の形態においては、ターンテーブル１６が垂直軸回りに回転可能に設けられており、ターンテーブル１６の上方にはガイドロッド１７によって支持されたエンドプラテン１８が配置されており、ガイドロッド１７には昇降プラテン１９が昇降移動可能に挿通されている。ターンテーブル１６の回転軸は、その回転位置を制御することが可能な駆動手段に接続されている。エンドプラテン１８と昇降プラテン１９との間には、昇降プラテン１９を開閉させるとともに型締させるよう昇降移動させるための駆動手段が配設されている。そして、ターンテーブル１６上には複数のインサート型１１、１１・・・が取付けられており、また、昇降プラテン１９には、単一のパターン型１２が取付けられている。

各インサート型１１のパターン型１２と衝合される面には、接着剤を塗布するセパレータ１の大きさや厚さなど形状に応じて収容凹部１１ａが形成されている。収容凹部１１ａの深さは、インサートされたセパレータ１の表面がインサート型１１の上面と略同一面を形成するように設定することができる。また、パターン型１２の各インサート型１１と衝合される面には、セパレータ１に接着剤を塗布する領域の形状に、すなわち、セパレータ１の大きさと対応し且つマニホールド孔Ｈと燃料電池構成部品３が配置される領域を避けた形状のパターン８が凹設されている。パターン８の深さは、セパレータ１に塗布する接着剤４やセパレータ１、２間に挟まれる燃料電池構成部品３の厚さ（たとえば０．２〜０．６ｍｍ程度）に応じて設定することができる。パターン型１２の内部には、射出手段１３のノズル１３ａが接合される部位からパターン８に至るまで接着剤４の供給路９が形成されている。

射出手段１３は、たとえばポリエステルやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂材料からなる接着剤４を流動可能な状態で所定の量だけ所定の圧力でノズル１３ａから射出することができるよう構成されている。射出手段１３のノズル１３ａは、パターン型１２に形成された供給路９の一端側開口部位に接合されている。

図４に示すように、この実施の形態における加熱手段６は、燃料電池構成部品３と他方のセパレータ２が積層された状態の、一方のセパレータ１の表面に当接されるもので、その内部には、通電により発熱する電気ヒータや、蒸気や油などの所定の温度に加熱された流体を流通させる流路が設けられるなどにより構成された熱板により構成されている。なお、加熱手段６は、図４に示した実施の形態では他方のセパレータ２の下方に位置する一方のセパレータ１の表面に単に当接される単一の熱板の場合を示したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、他方のセパレータ２の上方に位置する一方のセパレータ１の表面に当接される単一の熱板により構成することができ、また、一対からなる熱板を相対的に近接・遠退可能に設けて、両セパレータ１、２の間に燃料電池構成部品３が配置されその周囲に熱可塑性接着剤４が塗布された状態のものを加熱するとともに加圧することができるよう構成することもできる。この実施の形態における加熱手段６は、接着剤塗布装置５とは別の構成とされているが、必要に応じて接着剤塗布装置５と隣接して、または、接着剤塗布装置５から離れた場所に設けることができる。

コールドプレス７は、一対からなる冷却板を相対的に近接・遠退可能に設けてなるもので、各冷却板の内部には、たとえば冷却水などの冷却媒体を流通させる流路が設けられており、所定の温度に制御可能となっている。コールドプレス７は、加熱手段６に隣接させて設けることが望ましい。

なお、上述した実施の形態では、射出手段１３によって射出され一方のセパレータ１に塗布する接着剤４として熱可塑性接着剤を使用する場合を示したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、たとえば、液状など流動可能な状態の熱硬化性接着剤を射出し、燃料電池構成部品３と他方のセパレータ２が積層された状態の、一方のセパレータ１の表面に塗布された熱硬化性接着剤４を加熱手段６によって加熱して硬化させることにより接着させるよう構成することもできる。

また、本発明は、ターンテーブル１６上に複数のインサート型１１を取付ける実施の形態を示したが、この実施の形態に限定されることはなく、後述する第２の実施の形態のように、直線方向に移動するスライドテーブル３６上に複数のインサート型１１を取付けるよう構成することもできる。

次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法を、上述したように構成された装置を用いる場合によって、その作動と共に図１〜図４に基づいて説明する。
本発明の方法は、概略、一対のセパレータ１、２の間に燃料電池構成部品３を配置し、セパレータ１、２の間の燃料電池構成部品３の周囲を接着剤４によって接着する、燃料電池のセルの製造方法であって、接着剤４を塗布する形状に応じたパターン８が形成された型１０と、この型１０に形成されたパターン８に接着剤４を射出する射出手段１３とを用意し、一方のセパレータ１を型１０にインサートして、型１０に形成されたパターン８に接着剤４を射出手段１３によって射出することにより、一方のセパレータ１に対してパターン８に応じた形状に接着剤４を塗布し、この一方のセパレータ１と燃料電池構成部品３および他方のセパレータ２とを積層して塗布された接着剤４により接着するものである。
そして、本発明の方法は、この実施の形態の場合、さらに、一方のセパレータ１に塗布される接着剤として熱可塑性接着剤４を使用し、この熱可塑性接着剤４が塗布された一方のセパレータ１と燃料電池構成部品３と他方のセパレータ２を積層して、一方のセパレータ１に塗布された熱可塑性接着剤４を加熱することにより接着し、さらに、熱可塑性接着剤４を加熱した後に、一対のセパレータ１、２の間に配置された燃料電池構成部品３の周囲の熱可塑性接着剤４を冷却し固化させるものである。
さらにまた、型１０として、一方のセパレータ１がインサートされる複数のインサート型１１と、このインサート型１１にインサートされた一方のセパレータ１の表面と協働して所定形状のパターン８を形成する単一のパターン型１２とを用意し、各インサート型１１に一方のセパレータ１をインサートし順次パターン型１２と衝合して、射出手段１３によってパターン８に接着剤４を射出することにより一方のセパレータ１に接着剤４を塗布するものである。

セルを製造するに先立って、セルの製造装置として上述したように構成された装置を予め用意する。そして、セルを製造するに際しては、パターン型１２と対応する位置にないインサート型１１（図１および図２では左方に位置するインサート型１１）の収容凹部１１ａに接着剤４を塗布する一方のセパレータ１を収容し、ターンテーブル１６を回転駆動して（図１の矢印を参照）、このインサート型１１をパターン型１２と対応する位置に移動させる（図３の右方に位置するインサート型１１を参照）。

その後、駆動手段によって昇降プラテン１９をガイドロッド１７に沿って下降させて、パターン型１２とインサート型１１とを衝合させる（図２の右方に位置するインサート型１１とパターン型１２を参照）。これにより、パターン型１２がインサート型１１に収容された一方のセパレータ１と協働して、その表面に接着剤４を塗布する形状に応じたパターン８を形成することとなる。そして、射出手段１３によって熱可塑性接着剤４を射出すると、パターン型１２の内部に形成された供給路９を介して熱可塑性接着剤４がパターン８内に全域にわたってほぼ同時に一瞬で充填されるため、確実に所定のパターン８に従った形状で熱可塑性接着剤４を正確に精度よく短時間で一方のセパレータ１の表面に塗布することができる。

その後、ターンテーブル１６を回転駆動することによって、次に接着剤４を塗布する一方のセパレータ１を収容したインサート型１１がパターン型１２と対応する位置に移動されると同時に、それまでパターン型１２と対応する位置にあったインサート型１１は、パターン型１２と対応しない位置へと移動される。そのため、パターン型１２と対応する位置でインサート型１１に収容されたセパレータ１に熱可塑性接着剤４を塗布する工程と並行して、既に熱可塑性接着剤４を塗布し終えたセパレータ１が収容されたインサート型１１を、パターン型１２と対応する位置（図２では右方）から対応しない位置（図２では左方）に移動させて、図２に鎖線の矢印で示したように、かかるインサート型１１から熱可塑性接着剤４が塗布されたセパレータ１を取り出し、次に熱可塑性接着剤４を塗布するセパレータ１をインサート型１１に収容する工程を行うことができる。

熱可塑性接着剤４が塗布されインサート型１１から取り出された一方のセパレータ１は、図４に示すように、ＭＥＧＡなどの燃料電池構成部品３が熱可塑性接着剤４の塗布されていない中央部内に配置されるようにして他方のセパレータ２とともに積層され（ａ）、加熱手段６を構成する熱板に当接される（ｂ）。これにより、一方のセパレータ１に塗布された熱可塑性接着剤４が確実に溶融された状態となる。続いて、両セパレータ１、２の間で熱可塑性接着剤４が溶融され燃料電池構成部品３が挟まれた状態のものをコールドプレス７により所定の厚さまで加圧し（ｃ）、熱可塑性接着剤４を冷却して固化させると、両セパレータ１、２の間の燃料電池構成部品３の周囲が接着されシールされた所定の厚さを有するセルが製造されることとなる（ｄ）。

次に、本発明の燃料電池のセルの製造装置の第２の実施の形態を、図５〜図８に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の装置は、概略、一対のセパレータ１、２の間に燃料電池構成部品３が配置されその周囲が接着されてなる燃料電池のセルを製造するためのもので、接着剤４を塗布する形状に応じたパターン８を形成する型３０と、この型３０に形成されるパターン８に接着剤４を射出する射出手段１３とを備えているが、この第２の実施の形態の場合、型３０は、一方のセパレータ１がインサートされるインサート型３１と、このインサート型３１にインサートされた一方のセパレータ１の表面と協働してパターン８を形成するパターン型３２と、他方のセパレータ２と燃料電池構成部品３を保持する治具３３とを備えている。

第１の実施の形態ではターンテーブル１６が垂直軸回り回転可能に設けられていたのに対し、この第２の実施の形態では、スライドテーブル３６が水平方向に直線移動可能に設けられている。そして、スライドテーブル３６上にはパターン型３２と治具３３が設けられており、昇降プラテン１９にはインサート型３１が取付けられている。スライドテーブル３６は、昇降プラテン１９に取付けられたインサート型３１に対してパターン型３２と治具３３のいずれか一方を対応させることができるよう位置制御可能な駆動手段によって移動される。

図５〜図８に示すように、この実施の形態の場合、インサート型３１の内部には、射出手段１３のノズル１３ａが接合される部位からパターン８に至るまで接着剤４の供給路３９が、収容凹部３１ａを避けて形成されている。また、射出手段１３のノズル１３ａは、インサート型３１に形成された供給路３９の一端側開口部位に接合されている。一方、パターン型３２の、インサート型３１の供給路３９の他端側開口部位と対応する位置とパターン８との間には、射出手段１３からインサート型３１の供給路３９を介して供給される接着剤４をパターン８へ導入するための通路４０が形成されている。

治具３３のインサート型３１と衝合される面には、他方のセパレータ２とＭＥＧＡなどの燃料電池構成部品３を収容するための収容凹部３３ａが形成されている。収容凹部３３ａは、他方のセパレータ２の形状に応じ、且つ、この他方のセパレータ２にＭＥＧＡなどの燃料電池構成部品３を積層した状態で、燃料電池構成部品３の表面が治具３２の周囲の表面と同じ高さに位置するような深さを有している。

図７および図８のみに示すように、この実施の形態における加熱手段４４は、接着剤塗布装置５の昇降プラテン１９に取付けられたインサート型３１が上昇した状態で、これに保持されたセパレータ１の接着剤４の下方に位置するよう進入し（図７）、また、インサート型３１を下降させる前にその下方から退避するよう、移動可能に設けられている。また、コールドプレスは、第１の実施の形態で説明したように構成されており、熱可塑性接着剤４を加熱手段４４によって加熱されてから一方のセパレータ１が治具３３に保持された燃料電池構成部品３および他方のセパレータ２と積層されて即座に冷却することができるよう、接着剤塗布装置５に隣接して設けられている。

なお、この実施の形態では、直線移動可能なスライドテーブル３６上にパターン型３２と治具３３を取付ける場合により説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、第１の実施の形態と同様に回転可能なターンテーブル１６上にパターン型３２と治具３３を取付けることもできる。

次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法を、上述したように第２の実施の形態における装置を用いる場合によって、その作動と共に図５〜図８に基づいて説明する。なお、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の方法は、概略、一対のセパレータ１、２の間に燃料電池構成部品３を配置し、セパレータ１、２の間の燃料電池構成部品３の周囲を接着剤４によって接着する、燃料電池のセルの製造方法であって、接着剤４を塗布する形状に応じてパターン８を形成する型３０と、この型３０に形成されたパターン８に接着剤４を射出する射出手段１３とを用意し、一方のセパレータ１を型３０にインサートして、型３０に形成されたパターン８に接着剤４を射出手段１３によって射出することにより、一方のセパレータ１に対してパターン８に応じた形状に接着剤４を塗布し、この一方のセパレータ１と燃料電池構成部品３および他方のセパレータ２とを積層して塗布された接着剤４により接着するものであるが、この実施の形態の場合、さらに、型３０として、一方のセパレータ１がインサートされるインサート型３１と、このインサート型３１にインサートされた一方のセパレータ１の表面と協働してパターン８を形成するのパターン型３２と、他方のセパレータ２と燃料電池構成部品３を保持する治具３３とを用意し、インサート型３１に一方のセパレータ１をインサートしパターン型３２と衝合して、射出手段１３によってパターン８に接着剤４を射出することにより一方のセパレータ１に接着剤４を塗布するものである。

セルを製造するに先立って、セルの製造装置として上述したように構成された装置を予め用意する。そして、セルを製造するに際しては、図５に示すように、昇降プラテン１９を上昇させた状態として、インサート型３１に一方のセパレータ１を保持させる。また、治具３３の収容凹部３３ａには他方のセパレータ２と燃料電池構成部品３とを位置決め積層した状態で収容する。

そして、図６に示すように、スライドテーブル３６を図の右方に移動させてインサート型３１に対してパターン型３２が対応する位置に移動させた状態とし、昇降プラテン１９を下降移動させて、インサート型３１に保持された一方のセパレータ１をパターン型３２に衝合させる。これにより、パターン型３２がインサート型３１に収容された一方のセパレータ２と協働して、その表面に接着剤４を塗布する形状に応じたパターン８を形成することとなる。また、インサート型３１とパターン型３２が衝合されることにより、インサート型３１の供給路３９とパターン８は、通路４０によって連通されている。そのため、射出手段１３によって熱可塑性接着剤４を射出すると、インサート型３１の内部に形成された供給路３９とパターン型３２に形成された通路４０を介して熱可塑性接着剤４がパターン８内に全域にわたってほぼ同時に一瞬で充填されるため、確実に所定のパターン８に従った形状で熱可塑性接着剤４を正確に精度よく短時間で一方のセパレータ１の表面に塗布することができる。

その後、昇降プラテン１９を上昇移動させて型開きし、図７に示すように、熱可塑性接着剤４が塗布されインサート型３１に保持された一方のセパレータ１に対して、他方のセパレータ２と燃料電池構成部品３とが積層された状態で収容された治具３３を対応させるようにスライドテーブル３６を図の左方へ移動させるとともに、一方のセパレータ１に塗布された熱可塑性接着剤４と対応させるように加熱手段４４を進入移動させる。これにより、一方のセパレータ１に塗布された熱可塑性接着剤４は、たとえば周囲の温度か低いなどの理由によって固化し始めた場合であっても、確実に再溶融された状態とし、この溶融した状態を維持することができる。

続いて、図８に示すように、加熱手段４４を昇降プラテン１９の下方から退避移動させ、昇降プラテン１９を下降移動させてインサート型３１と治具３３を型閉じすることにより、治具３３に保持された他方のセパレータ２および燃料電池構成部品３に対して一方のセパレータ１を積層させる。これにより、ＭＥＧＡなどの燃料電池構成部品３が熱可塑性接着剤４の塗布されていないセパレータ１の略中央に配置されるようにされて、他方のセパレータ２が一方のセパレータ１に塗布された熱可塑性接着剤４と積層される。次いで、昇降プラテン１９を上昇移動させて型開きし、この両セパレータ１、２の間で熱可塑性接着剤４が溶融され燃料電池構成部品３が挟まれた状態のものをコールドプレス７の間に移動させて、コールドプレス７により所定の厚さまで加圧し、熱可塑性接着剤４を冷却して固化させると、両セパレータ１、２の間の燃料電池構成部品３の周囲が接着されシールされた所定の厚さを有するセルが製造されることとなる。

この実施の形態では、一方のセパレータ１に熱可塑性接着剤２を塗布する工程と連続して、他方のセパレータ２および燃料電池構成部品３を積層する工程を行うため、たとえば熱可塑性接着剤４が塗布されただけの一方のセパレータ１のような中間在庫がないことから、かかる中間在庫を貯留しておくためのスペースを必要としない。そして、一方のセパレータ１に熱可塑性接着剤４を塗布してから即座に他方のセパレータ２と燃料電池構成部品３を積層するため、一方のセパレータ２に塗布した熱可塑性接着剤４が冷えて固化することが発生しなくなり、たとえ熱可塑性接着剤４が冷えたとしてもその温度低下が少ないため、加熱手段４４の熱可塑性接着剤４を再溶融させるために必要な熱エネルギが少なくて済む。

なお、上述した実施の形態では、両セパレータを接着するとともに燃料電池構成部品の周囲をシールするための接着剤として、熱可塑性接着剤を使用する場合によって説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、熱硬化性接着剤をパターンに射出充填することにより一方のセパレータにそのパターンに応じて形状で塗布して、燃料電池構成部品と他方のセパレータを積層した後に加熱手段によって加熱して硬化させて、両セパレータの間の燃料電池構成部品の周囲が接着されシールされたセルを製造することも含まれる。

１：一方のセパレータ、２：他方のセパレータ、３：ＭＥＧＡ（燃料電池構成部品）、４：接着剤、５：接着剤塗布装置、６：加熱手段、７：コールドプレス、８：パターン、１０：型、１１：インサート型、１２：パターン型、１３：射出手段、３０：型、３１：インサート型、３２：パターン型、３３：治具、４４：加熱手段、Ｈ：マニホールド孔

Claims

一対のセパレータの間に燃料電池構成部品が配置され燃料電池構成部品の周囲が接着剤によって接着されてなる燃料電池のセルの製造装置であって、
前記接着剤を一方のセパレータに塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、
該型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池のセルの製造装置。
一対のセパレータの間に燃料電池構成部品を配置し、セパレータの間の燃料電池構成部品の周囲を接着剤によって接着する、燃料電池のセルの製造方法であって、
接着剤を塗布する形状に応じたパターンを形成する型と、該型に形成されるパターンに接着剤を射出する射出手段とを用意し、
一方のセパレータを前記型にインサートして、前記射出手段によって型に形成されたパターンに接着剤を射出して、前記パターンに応じた形状に接着剤を塗布し、
該一方のセパレータと燃料電池構成部品および他方のセパレータを積層して前記塗布された接着剤により接着することを特徴とする燃料電池のセルの製造方法。
前記一方のセパレータに塗布される接着剤として熱可塑性接着剤を使用し、
該一方のセパレータに塗布された熱可塑性接着剤を加熱して、燃料電池構成部品が積層された他方のセパレータと接着することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池のセルの製造方法。