JP6148956B2 - Manufacturing method of laminate - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池の構成部材などに用いられ、薄板の厚さ方向両面に弾性部材が配置された積層体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a laminate in which elastic members are arranged on both sides in the thickness direction of a thin plate, which is used as a component of a fuel cell.
燃料電池においては、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を含む電極部材を、セパレータで挟持したセルが発電単位となる。燃料電池は、セルを多数積層して構成される。電極部材の周囲や、隣り合うセパレータの間には、ガスや冷媒に対するシール性と絶縁性とを確保するために、枠状のシール部材が配置される。 In a fuel cell, a cell in which an electrode member including a membrane electrode assembly (MEA) is sandwiched by a separator is a power generation unit. A fuel cell is configured by stacking a number of cells. A frame-shaped sealing member is disposed around the electrode member and between adjacent separators in order to ensure sealing and insulating properties against gas and refrigerant.
シール部材を備える燃料電池セルアセンブリの製造方法として、例えば特許文献1〜3には、セパレータの厚さ方向両面(上面および下面)に、エラストマーの未架橋物製の予備成形体を配置して、これらを金型で挟持しながら予備成形体を架橋して一体化する方法が、開示されている。
As a method for producing a fuel cell assembly including a seal member, for example, in
しかしながら、上記特許文献1〜3に記載された方法においては、架橋の際に予備成形体が加熱膨張することにより、予備成形体に挟まれたセパレータが上側または下側に撓んでしまうという問題があった。セパレータの撓み方向や撓み量は、エラストマーの種類、予備成形体の大きさ、金型構造などの条件により異なる。このため、セパレータの撓み方向や撓み量を制御することは難しい。
However, in the methods described in
一例として、図12に、従来の方法により製造された燃料電池セルアセンブリの周縁部近傍の断面拡大図を示す。図12に示すように、セルアセンブリ9は、第一セパレータ90と、第二セパレータ91と、第一シール部材92と、第二シール部材93と、を備えている。第一シール部材92は、第一セパレータ90の上面に配置されている。第二シール部材93は、第一セパレータ90の下面に配置されている。第二シール部材93は、第一セパレータ90と第二セパレータ91との間に配置されている。第一セパレータ90において、第一シール部材92と第二シール部材93とに挟まれた部分900は、下側(第二シール部材93側)に湾曲している。
As an example, FIG. 12 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the peripheral edge of a fuel cell assembly manufactured by a conventional method. As shown in FIG. 12, the cell assembly 9 includes a
この場合、第一セパレータ90が湾曲している分だけ、第一セパレータ90と第二セパレータ91との間の距離が小さくなる。これにより、第一セパレータ90の撓み領域近傍において、第一セパレータ90と第二セパレータ91とが接触して短絡するおそれがある。また、多数のセルアセンブリ9を積層して燃料電池を構成した場合、第一シール部材92は、第一セパレータ90と、積層される他のセルアセンブリ(図12中、セルアセンブリ9の上方に細線で示す)の第二セパレータと、の間に圧縮された状態で配置される。第一セパレータ90が下側に湾曲していると、第一シール部材92を介して隣接するセパレータ同士の間隔が大きくなる。その結果、第一シール部材92の反力が小さくなり、シール性が低下してしまう。
In this case, the distance between the
一方、第一セパレータ90が上側(第一シール部材92側)に湾曲した場合には、燃料電池において、第一シール部材92を介して隣接するセパレータ同士の間隔が小さくなる。これにより、第一シール部材92が過圧縮の状態になり、破損されやすくなる。
On the other hand, when the
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、薄板を変形させることなく、薄板の厚さ方向両面にエラストマー製の弾性部材を形成することができる積層体の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and provides a method for manufacturing a laminate that can form an elastic member made of elastomer on both sides in the thickness direction of a thin plate without deforming the thin plate. This is the issue.
架橋時におけるセパレータの変形を抑制するという観点から、本発明者は、セパレータを挟んで配置される二つのシール部材を、同時に架橋して形成するのではなく、一方を先に架橋して形成した後に他方を架橋して形成する方法を検討した。すなわち、まずエラストマー製の第一シール部材を、セパレータの上面に形成しておく。次にセパレータの下面にエラストマーの未架橋物を配置して、当該未架橋物を架橋することにより、第二シール部材を形成する。 From the viewpoint of suppressing the deformation of the separator at the time of cross-linking, the present inventor did not form two seal members arranged with the separator sandwiched at the same time, but formed one by cross-linking first. Later, a method of cross-linking the other was studied. That is, first, a first seal member made of elastomer is formed on the upper surface of the separator. Next, an uncrosslinked elastomer is placed on the lower surface of the separator, and the uncrosslinked product is crosslinked to form a second seal member.
しかしながら、この方法には以下の問題がある。セパレータの上面側に配置される金型は、予め形成された第一シール部材を収容するための第一凹部を有する。第一凹部の形状および大きさは、第一シール部材の形状および大きさと同じである。この場合、金型をセットする際に少しでも位置ずれが生じると、第一凹部の開口端と第一シール部材とが当接し、第一シール部材が破損してしまう。一方、位置ずれを考慮して、金型の第一凹部を第一シール部材よりも大きく設計すると、型締めしても金型で第一シール部材を充分に押圧することができない。その結果、架橋時に、未架橋物の膨張による下面側からの押圧力に抗することができず、セパレータが上側(第一シール部材側)に湾曲してしまう。これらの問題を解決すべく本発明者は鋭意研究を重ね、本発明の積層体の製造方法を完成した。 However, this method has the following problems. The metal mold | die arrange | positioned at the upper surface side of a separator has a 1st recessed part for accommodating the 1st sealing member formed beforehand. The shape and size of the first recess are the same as the shape and size of the first seal member. In this case, if a slight misalignment occurs when setting the mold, the opening end of the first recess and the first seal member come into contact with each other, and the first seal member is damaged. On the other hand, if the first concave portion of the mold is designed larger than the first seal member in consideration of positional deviation, the first seal member cannot be sufficiently pressed by the mold even if the mold is clamped. As a result, at the time of crosslinking, the pressing force from the lower surface side due to the expansion of the uncrosslinked product cannot be resisted, and the separator is curved upward (first seal member side). In order to solve these problems, the present inventor has intensively studied and completed the method for producing the laminate of the present invention.
(1)本発明の積層体の製造方法は、薄板と、該薄板の厚さ方向両面に配置されるエラストマー製の第一弾性部材および第二弾性部材と、を有する積層体の製造方法であって、該第一弾性部材と、該薄板と、該第二弾性部材と、が積層される方向を積層方向、該積層方向に対して直交する方向を面方向とし、該薄板の該積層方向両面のうち一方を第一面、他方を第二面とし、該エラストマーの未架橋物をエラストマー材料として、該薄板の該第一面に該第一弾性部材を配置する第一弾性部材配置工程と、金型内に、該第一面に該第一弾性部材が配置された該薄板を配置すると共に、該薄板の該第二面側に該エラストマー材料を配置して型締めする型締め工程と、型締め後の該金型を加熱することにより、該エラストマー材料を架橋させて該第二面に第二弾性部材を形成する第二弾性部材形成工程と、を有し、該金型は、該第一弾性部材を収容する第一凹部を有し、該型締め工程において、該第一弾性部材は、該積層方向に圧縮されながら該面方向に伸張して該第一凹部に収容されることを特徴とする。 (1) The manufacturing method of the laminated body of this invention is a manufacturing method of the laminated body which has a thin plate and the 1st elastic member and 2nd elastic member made from an elastomer arrange | positioned at the thickness direction both surfaces of this thin plate. The direction in which the first elastic member, the thin plate, and the second elastic member are laminated is a lamination direction, and a direction orthogonal to the lamination direction is a plane direction, and both sides of the thin plate in the lamination direction A first elastic member disposing step of disposing the first elastic member on the first surface of the thin plate, using one of the first surface, the other as the second surface, and an uncrosslinked product of the elastomer as an elastomer material; A mold clamping step in which the thin plate in which the first elastic member is disposed on the first surface is disposed in the mold, and the elastomer material is disposed on the second surface side of the thin plate to perform the mold clamping. By heating the mold after clamping, the elastomer material is cross-linked and the second A second elastic member forming step for forming a second elastic member on the surface, and the mold has a first recess for receiving the first elastic member, and in the clamping step, The elastic member is characterized in that it is stretched in the surface direction while being compressed in the laminating direction and is accommodated in the first recess.
型締め工程および第二弾性部材形成工程において使用する金型は、第一弾性部材を収容するための第一凹部を有する。第一凹部の形状および大きさは、薄板の第一面に配置された第一弾性部材の形状および大きさと同一ではない。このため、型締め工程において、第一弾性部材は、積層方向に圧縮されながら面方向に伸張して第一凹部に収容される。第一弾性部材が積層方向に圧縮されることにより、薄板は第一弾性部材により押圧される。これにより、架橋時のエラストマー材料の膨張による第二面側からの押圧力に、抗することができる。したがって、第二弾性部材形成工程における薄板の第一弾性部材側への湾曲を、抑制することができる。 The metal mold | die used in a mold clamping process and a 2nd elastic member formation process has a 1st recessed part for accommodating a 1st elastic member. The shape and size of the first recess are not the same as the shape and size of the first elastic member disposed on the first surface of the thin plate. For this reason, in the mold clamping step, the first elastic member extends in the surface direction while being compressed in the stacking direction and is accommodated in the first recess. By compressing the first elastic member in the stacking direction, the thin plate is pressed by the first elastic member. Thereby, the pressing force from the second surface side due to the expansion of the elastomer material at the time of crosslinking can be resisted. Therefore, the curve to the 1st elastic member side of the thin plate in a 2nd elastic member formation process can be suppressed.
このように、本発明の積層体の製造方法によると、薄板を変形させることなく、薄板の厚さ方向両面にエラストマー製の第一弾性部材および第二弾性部材が形成された積層体を、製造することができる。 Thus, according to the method for manufacturing a laminate of the present invention, a laminate in which the first elastic member and the second elastic member made of elastomer are formed on both surfaces in the thickness direction of the thin plate without deforming the thin plate is manufactured. can do.
(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記第一凹部の前記面方向の開口幅は、前記型締め工程前における前記第一弾性部材の該面方向の幅よりも大きい構成とするとよい。 (2) Preferably, in the configuration of (1), the opening width in the surface direction of the first recess is larger than the width in the surface direction of the first elastic member before the mold clamping step. Good.
本構成においては、第一凹部の積層方向断面と、それに対応する第一弾性部材の積層方向断面と、を比較した場合に、第一凹部の開口幅が、第一弾性部材の最大長さよりも大きければよい。本構成によると、型締め工程において金型をセットする際に位置ずれが生じても、第一凹部の開口端と第一弾性部材とが当接しにくい。したがって、型締め時における第一弾性部材の破損を、回避することができる。 In this configuration, when the cross-section in the stacking direction of the first recess is compared with the corresponding cross-section in the stacking direction of the first elastic member, the opening width of the first recess is larger than the maximum length of the first elastic member. It only needs to be large. According to this configuration, even if a positional shift occurs when the mold is set in the mold clamping process, the opening end of the first recess and the first elastic member are unlikely to contact each other. Therefore, damage to the first elastic member during mold clamping can be avoided.
(3)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記積層体は、燃料電池の構成部材である構成とするとよい。 (3) Preferably, in the configuration of the above (1) or (2), the laminate may be a component of a fuel cell.
上述したように、燃料電池セルアセンブリは、厚さ方向両面にエラストマー製の第一シール部材および第二シール部材が配置されたセパレータを備える。したがって、本発明の積層体の製造方法は、燃料電池の構成部材の製造方法として好適である。 As described above, the fuel cell assembly includes the separator in which the first seal member and the second seal member made of elastomer are arranged on both surfaces in the thickness direction. Therefore, the manufacturing method of the laminated body of this invention is suitable as a manufacturing method of the structural member of a fuel cell.
(4)好ましくは、上記(3)の構成において、前記薄板はセパレータであり、前記第一弾性部材および前記第二弾性部材はシール部材である構成とするとよい。 (4) Preferably, in the configuration of (3), the thin plate is a separator, and the first elastic member and the second elastic member are seal members.
本構成によると、厚さ方向両面にシール部材を有するセパレータを、セパレータを湾曲させることなく製造することができる。また、型締め工程において、セパレータの第一面に形成されたシール部材が破損しにくい。 According to this structure, the separator which has a sealing member on thickness direction both sides can be manufactured, without curving a separator. Further, in the mold clamping process, the seal member formed on the first surface of the separator is not easily damaged.
(5)好ましくは、上記(4)の構成において、前記第一弾性部材は、前記薄板に接着される台座部と、該台座部から突出し曲面を有する第一山部と、を有し、前記型締め工程において、少なくとも該第一山部が前記積層方向に圧縮される構成とするとよい。 (5) Preferably, in the configuration of (4), the first elastic member includes a pedestal portion bonded to the thin plate, and a first peak portion protruding from the pedestal portion and having a curved surface, In the mold clamping step, at least the first peak portion may be compressed in the stacking direction.
本構成によると、第一弾性部材の頂部を圧縮することにより、金型からの押圧力を、第一弾性部材を介して薄板に伝達させやすい。 According to this configuration, by compressing the top of the first elastic member, the pressing force from the mold can be easily transmitted to the thin plate via the first elastic member.
また、燃料電池セルアセンブリを積層して燃料電池を構成した場合、隣接するセルアセンブリのセパレータ間には、シール部材が圧縮された状態で配置される。セルアセンブリを積層した状態において、シール部材の圧縮率が小さいと、シール部材の反力が小さくなり、セパレータ間のシール性が低下するおそれがある。この点、本構成の第一弾性部材は、台座部と第一山部とを有する。第一山部は、圧縮時に潰れやすい。したがって、本構成の第一弾性部材を備えた燃料電池セルアセンブリによると、第一弾性部材が比較的小さい圧縮率でセパレータ間に配置されても、セパレータ間のシール性を確保することができる。 When a fuel cell is configured by stacking fuel cell assemblies, a seal member is disposed in a compressed state between separators of adjacent cell assemblies. In a state where the cell assemblies are stacked, if the compression rate of the seal member is small, the reaction force of the seal member is small, and the sealing performance between the separators may be reduced. In this regard, the first elastic member of this configuration has a pedestal portion and a first peak portion. The first mountain portion is easily crushed during compression. Therefore, according to the fuel cell assembly provided with the first elastic member of this configuration, even if the first elastic member is disposed between the separators with a relatively small compression rate, the sealing performance between the separators can be ensured.
(6)好ましくは、上記(5)の構成において、前記型締め工程において、前記台座部および前記第一山部の両方が前記積層方向に圧縮される構成とするとよい。 (6) Preferably, in the configuration of (5) above, in the mold clamping step, both the pedestal portion and the first peak portion may be compressed in the stacking direction.
本構成によると、型締めの際に、第一弾性部材を全体的に圧縮することができる。このため、型締め時における第一弾性部材の圧縮率が比較的大きくても、第一弾性部材の内部に応力が集中しにくく、第一弾性部材の破損が抑制される。 According to this configuration, the first elastic member can be compressed as a whole during mold clamping. For this reason, even if the compression rate of the 1st elastic member at the time of mold clamping is comparatively large, it is hard to concentrate stress inside the 1st elastic member, and the failure | damage of a 1st elastic member is suppressed.
(7)好ましくは、上記(4)の構成において、前記第一弾性部材は、前記薄板に接着される台座部と、該台座部から突出し曲面を有する第一山部と、該第一山部から突出し該第一山部の曲率半径よりも小さな曲率半径の曲面を有する第二山部と、を有し、前記型締め工程において、少なくとも該第二山部が前記積層方向に圧縮される構成とするとよい。 (7) Preferably, in the configuration of (4), the first elastic member includes a pedestal portion bonded to the thin plate, a first peak portion protruding from the pedestal portion and having a curved surface, and the first peak portion. And a second ridge that has a curved surface with a smaller radius of curvature than the radius of curvature of the first ridge, and at least the second ridge is compressed in the stacking direction in the mold clamping step. It is good to do.
本構成によると、第一弾性部材の頂部を圧縮することにより、金型からの押圧力を、第一弾性部材を介して薄板に伝達させやすい。 According to this configuration, by compressing the top of the first elastic member, the pressing force from the mold can be easily transmitted to the thin plate via the first elastic member.
上述したように、燃料電池セルアセンブリを積層して燃料電池を構成した場合、隣接するセルアセンブリのセパレータ間に配置されるシール部材の圧縮率が小さいと、セパレータ間のシール性が低下するおそれがある。反対に、シール部材の圧縮率が大きいと、シール部材の内部応力が増加して、シール部材が破損するおそれがある。この点、本構成の第一弾性部材によると、低圧縮時においては最上部の第二山部が潰れ、圧縮率の増加に伴い第一山部が潰れる。これにより、圧縮による内部応力の増加を抑制しつつ、隣接するセパレータ間のシール性を確保することができる。 As described above, when a fuel cell is configured by stacking fuel cell assemblies, if the compression rate of the seal member disposed between the separators of adjacent cell assemblies is small, the sealing performance between the separators may be reduced. is there. On the other hand, if the compression ratio of the seal member is large, the internal stress of the seal member increases and the seal member may be damaged. In this regard, according to the first elastic member of the present configuration, the uppermost second peak portion is crushed at the time of low compression, and the first peak portion is crushed as the compression rate increases. Thereby, the sealing performance between adjacent separators can be ensured while suppressing an increase in internal stress due to compression.
(8)好ましくは、上記(7)の構成において、前記台座部、前記第一山部、前記第二山部の全てが前記積層方向に圧縮される構成とするとよい。 (8) Preferably, in the configuration of (7), all of the pedestal portion, the first peak portion, and the second peak portion may be compressed in the stacking direction.
本構成によると、型締めの際に、第一弾性部材を全体的に圧縮することができる。このため、型締め時における第一弾性部材の圧縮率が比較的大きくても、第一弾性部材の内部に応力が集中しにくく、第一弾性部材の破損が抑制される。 According to this configuration, the first elastic member can be compressed as a whole during mold clamping. For this reason, even if the compression rate of the 1st elastic member at the time of mold clamping is comparatively large, it is hard to concentrate stress inside the 1st elastic member, and the failure | damage of a 1st elastic member is suppressed.
以下、本発明の積層体の製造方法の実施の形態について説明する。実施の形態において、本発明の積層体の製造方法は、燃料電池セルアセンブリの製造方法として具現化されている。 Hereinafter, an embodiment of a manufacturing method of a layered product of the present invention is described. In the embodiment, the method for manufacturing a laminate according to the present invention is embodied as a method for manufacturing a fuel cell assembly.
<第一実施形態>
[燃料電池の構成]
まず、本実施形態の燃料電池セルアセンブリ(以下、適宜「セルアセンブリ」と略称する。)を備える燃料電池の構成について説明する。なお、以下に示す実施形態においては、上下方向が本発明の「積層方向」に、水平方向(前後左右方向)が本発明の「面方向」に、それぞれ対応している。
<First embodiment>
[Configuration of fuel cell]
First, a configuration of a fuel cell including the fuel cell assembly of the present embodiment (hereinafter, appropriately abbreviated as “cell assembly”) will be described. In the following embodiments, the vertical direction corresponds to the “stacking direction” of the present invention, and the horizontal direction (front / rear / left / right direction) corresponds to the “plane direction” of the present invention.
図1に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリを備える燃料電池の斜視図を示す。図1に示すように、燃料電池1は、セルアセンブリ2が多数積層されて構成されている。燃料電池1は、固体高分子型燃料電池である。多数のセルアセンブリ2の上下方向両端には、一対のエンドプレート13、14が配置されている。一対のエンドプレート13、14は、各々、ステンレス鋼製であって矩形板状を呈している。
In FIG. 1, the perspective view of a fuel cell provided with the fuel cell assembly of this embodiment is shown. As shown in FIG. 1, the
燃料電池1の左縁には、後方から前方に向かって、空気(酸化剤ガス)を供給する空気供給部材10a、冷却水を供給する冷却水供給部材12a、水素(燃料ガス)を供給する水素供給部材11aが接続されている。燃料電池1の右縁には、前方から後方に向かって、空気を排出する空気排出部材10b、冷却水を排出する冷却水排出部材12b、水素を排出する水素排出部材11bが接続されている。後述するように、多数のセルアセンブリ2には、各々、複数の連通孔が形成されている。各連通孔が積層方向に連なることにより、燃料電池1には、セルアセンブリ2の積層方向に空気、水素、冷却水の流路が形成されている。
On the left edge of the
[燃料電池セルアセンブリの構成]
次に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの構成について説明する。図2に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの分解斜視図を示す。図3に、図1のIII−III断面図を示す。図2、図3に示すように、セルアセンブリ2は、電極部材3と、第一セパレータ4Uと、第二セパレータ4Dと、第一シール部材5Uと、第二シール部材5Dと、を備えている。
[Configuration of fuel cell assembly]
Next, the configuration of the fuel cell assembly of this embodiment will be described. FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell assembly according to this embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the
(電極部材3)
図2、図3に示すように、電極部材3は、MEA30と、アノード多孔質層31と、カソード多孔質層32と、を備えている。MEA30は、電解質膜と、アノード触媒層と、カソード触媒層と、を備えている。電解質膜は、全フッ素系スルホン酸膜であって、矩形薄板状を呈している。アノード触媒層およびカソード触媒層は、各々、白金を担持したカーボン粒子を含んで形成されている。アノード触媒層およびカソード触媒層は、各々、矩形薄板状を呈している。アノード触媒層は電解質膜の下面に積層されている。カソード触媒層は電解質膜の上面に積層されている。
(Electrode member 3)
As shown in FIGS. 2 and 3, the
アノード多孔質層31は、ガス拡散層である。アノード多孔質層31は、焼結発泡金属製であって、矩形薄板状を呈している。アノード多孔質層31は、MEA30の下面に積層されている。カソード多孔質層32は、ガス拡散層である。カソード多孔質層32は、焼結発泡金属製であって、矩形薄板状を呈している。カソード多孔質層32は、MEA30の上面に積層されている。
The anode
(第一セパレータ4U)
図2、図3に示すように、第一セパレータ4Uは、ステンレス鋼製であって、矩形薄板状を呈している。第一セパレータ4Uは、電極部材3の上面に積層されている。第一セパレータ4Uの左縁および右縁には、各々三つずつ連通孔40Uが開設されている。第一セパレータ4Uは、凹凸部41Uを備えている。凹凸部41Uは、六つのリブ部41UHと、五つの平地部41ULと、を備えている。リブ部41UHは、左右方向に延在している。六つのリブ部41UHは、前後方向に並んでいる。平地部41ULは、隣接する一対のリブ部41UHの間に配置されている。第一セパレータ4Uは、本発明の「薄板」の概念に含まれる。第一セパレータ4Uの上面が本発明の「第一面」、下面が本発明の「第二面」に、それぞれ対応している。
(
As shown in FIGS. 2 and 3, the
(第二セパレータ4D)
図2、図3に示すように、第二セパレータ4Dは、ステンレス鋼製であって、矩形薄板状を呈している。第二セパレータ4Dは、電極部材3の下面に積層されている。第二セパレータ4Dの左縁および右縁には、各々三つずつ連通孔40Dが開設されている。第二セパレータ4Dは、凹凸部41Dを備えている。凹凸部41Dは、六つのリブ部41DHと、五つの平地部41DLと、を備えている。リブ部41DHは、左右方向に延在している。六つのリブ部41DHは、前後方向に並んでいる。平地部41DLは、隣接する一対のリブ部41UHの間に配置されている。
(
As shown in FIGS. 2 and 3, the
(第一シール部材5U)
第一シール部材5Uは、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)をゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製である。当該ソリッドゴムの架橋物は、本発明の「エラストマー」の概念に含まれる。図2に示すように、第一シール部材5Uは、矩形枠状を呈している。第一シール部材5Uには、第一セパレータ4Uの連通孔40Uに連通する連通孔50Uが、開設されている。
(
The
図2、図3に示すように、第一シール部材5Uは、台座部51Uと、第一山部52Uと、を有している。台座部51Uは、第一セパレータ4Uの上面の周縁部を覆うように配置されている。台座部51Uは、第一セパレータ4Uの上面に接着されている。第一山部52Uは、台座部51Uの上面に突設されている。第一山部52Uは、上下方向断面において略半円状の曲面を有している。図1および図2においてハッチングを施して示すように、第一山部52Uは、第一シール部材5Uの周縁部、および六つの連通孔50Uの周囲を囲むように配置されている。これにより、環状のシールラインが形成される。第一シール部材5Uは、本発明の「第一弾性部材」の概念に含まれる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
(第二シール部材5D)
第二シール部材5Dは、EPDMをゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製である。図2に示すように、第二シール部材5Dは、矩形枠状を呈している。第二シール部材5Dは、第一セパレータ4Uの下面の周縁部を覆うように配置されている。第二シール部材5Dは、第一セパレータ4Uの下面の周縁部、および第二セパレータ4Dの上面の周縁部に、接着されている。
(
The
第二シール部材5Dの枠内には、電極部材3が収容されている。第二シール部材5Dの枠内縁部は、電極部材3の周縁部に接着されている。このため、第二シール部材5Dは、電極部材3を外部から封止している。また、電極部材3と第一セパレータ4Uと第二セパレータ4Dとは、第二シール部材5Dを介して、接着されている。第二シール部材5Dには、第一セパレータ4Uの連通孔40Uに連通する連通孔50Dが、開設されている。第二シール部材5Dは、本発明の「第二弾性部材」の概念に含まれる。
The
[燃料電池セルアセンブリの製造方法]
次に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法について説明する。本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法は、第一弾性部材配置工程と、仮組付体準備工程と、型締め工程と、第二弾性部材形成工程と、を有している。
[Method of manufacturing fuel cell assembly]
Next, a method for manufacturing the fuel cell assembly according to this embodiment will be described. The manufacturing method of the fuel cell assembly of the present embodiment includes a first elastic member arranging step, a temporary assembly assembly preparing step, a mold clamping step, and a second elastic member forming step.
(第一弾性部材配置工程)
図4に、本工程に用いられる第一金型の型締め状態の上下方向断面図を示す。図4に示すように、第一金型60は、上型601と下型602とを備えている。上型601の下面には、凹部603が凹設されている。下型602の上面には、凹部604が凹設されている。
(First elastic member placement step)
FIG. 4 shows a cross-sectional view in the up-down direction of the first mold used in this process in a clamped state. As shown in FIG. 4, the
本工程においては、第一金型60を用いて、第一セパレータ4Uの上面に第一シール部材5Uを配置する。まず、下型602の凹部604に、第一シール部材前駆体5UFを配置する。第一シール部材前駆体5UFは、EPDMをゴム成分とするソリッドゴムの未架橋物を射出成形して成形されている。第一シール部材前駆体5UFは、第一シール部材5Uと同じ形状を呈している。次に、下型602の上面に、第一セパレータ4Uの上面が下側になるように、第一セパレータ4Uを載置する。第一セパレータ4Uの上面(図4においては下面)において、第一シール部材前駆体5UFと接触する領域には、プライマーが塗布されている。そして、上型601を配置して、第一金型60の型締めをする。この際、第一セパレータ4Uは、凹部603に収容される。それから、第一金型60を加熱して、第一シール部材前駆体5UFを架橋させる。架橋により、第一シール部材前駆体5UFは、第一シール部材5Uになる。このようにして、第一セパレータ4Uの上面に第一シール部材5Uを形成する。
In this step, the
(仮組付体準備工程)
本工程においては、第二シール部材前駆体5DFと、電極部材3と、第二セパレータ4Dと、からなる仮組付体70を金型内に配置する。図5に、本工程に用いられる第二金型の型締め状態の上下方向断面図を示す。図5に示すように、第二金型61は、上型611と、中型612と、下型613と、を備えている。
(Temporary assembly preparation process)
In this step, a
まず、下型613および中型612に囲まれた凹部614に、第二シール部材前駆体5DFを配置する。第二シール部材前駆体5DFは、EPDMをゴム成分とするソリッドゴムの未架橋物を射出成形して成形されている。第二シール部材前駆体5DFは、第二シール部材5Dと同じ形状を呈している。次に、第二シール部材前駆体5DFの枠内に、電極部材3を配置する。さらに、第二シール部材前駆体5DF、電極部材3の上面に、第二セパレータ4Dを積層する。第二セパレータ4Dの下面において、第二シール部材前駆体5DFと接触する領域には、プライマーが塗布されている。そして、上型611を配置して、第二金型61の型締めをする。それから、第二金型61を上下反転させて、上側に配置される下型613を取り外す。
First, the second seal member precursor 5DF is disposed in the
図6に、反転後の第二金型の上下方向断面図を示す。図6に示すように、反転後の第二金型61においては、上型611が下側に配置され、下型613が取り外されている。上型611および中型612に囲まれた凹部615には、第二シール部材前駆体5DFと、電極部材3と、第二セパレータ4Dと、からなる仮組付体70が配置されている。
FIG. 6 shows a vertical sectional view of the second mold after inversion. As shown in FIG. 6, in the
(型締め工程)
本工程においては、金型内に、上面に第一シール部材5Uが配置された第一セパレータ4Uを配置すると共に、第一セパレータ4Uの下面側に、第二シール部材前駆体5DFを配置して型締めする。第二シール部材前駆体5DFは、本発明の「エラストマー材料」の概念に含まれる。
(Clamping process)
In this step, the
本実施形態においては、仮組付体準備工程後の上型611、中型612、および仮組付体70を利用して、本工程を行う。図7に、本工程および次の第二弾性部材形成工程に用いられる第三金型の型締め状態の上下方向断面図を示す。図7に示すように、第三金型62は、上型621と、中型622と、下型623と、を備えている。ここで、中型622、下型623は、各々、第二金型61の中型612、上型611である。すなわち、下型623および中型622に囲まれた凹部624には、第二シール部材前駆体5DFと、電極部材3と、第二セパレータ4Dと、からなる仮組付体70が配置されている。
In this embodiment, this process is performed using the
まず、上面に第一シール部材5Uが形成された第一セパレータ4Uを、第二シール部材前駆体5DFおよび電極部材3の上面に載置する。第一セパレータ4Uの下面において、第二シール部材前駆体5DFと接触する領域には、プライマーが塗布されている。次に、上型621を配置して、第三金型62の型締めをする。
First, the
上型621には、第一シール部材5Uを収容する第一凹部625が凹設されている。第一凹部625は、下方に開口している。図8に、図7の円VIII内の拡大図を示す。図9に、第一凹部の上下方向の断面と、第一シール部材の上下方向の断面と、を重ね合わせた図を示す。図8においては、第一凹部に収容される前の第一シール部材を細線で示す。
The
図8、図9に示すように、第一凹部625の上下方向断面は、段差状を呈している。第一凹部625は、積層方向の高さ(上下方向長さ)が異なる外側部625aと、内側部625bと、を有している。内側部625bの高さは、外側部625aの高さよりも大きい。第一凹部625の上下方向の断面形状は、第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの上下方向の断面形状とは異なる。すなわち、外側部625aの高さ(La2)は、収容前の第一シール部材5Uの台座部51Uの高さ(La1)よりも小さい。内側部625bの高さ(Lb2)は、収容前の第一シール部材5Uの最大高さ、すなわち、台座部51Uと第一山部52Uとの合計高さ(Lb1)よりも小さい。また、第一凹部625の開口幅(前後方向長さ:Lc2)は、収容前の第一シール部材5Uの幅(前後方向長さ:Lc1)よりも大きい。
As shown in FIGS. 8 and 9, the vertical section of the
型締め時に、第一シール部材5Uが第一凹部625に収容されると、内側部625bにより第一山部52Uが下方向に圧縮され、外側部625aにより台座部51Uが下方向に圧縮される。そして、圧縮された分は、第一シール部材5Uと第一凹部625との間の隙間626に逃げるように、水平方向に伸張する。第一凹部625の容積は、第一シール部材5Uの体積と、略同じである。したがって、第一シール部材5Uは、第一凹部625の略全体に充填される。
When the
本実施形態においては、型締め時の第一シール部材5Uの台座部51Uの圧縮率は、10%である。第一シール部材5Uの第一山部52Uの圧縮率は、21%である。各々の圧縮率は、次式(1)、(2)により算出した。
第一シール部材5Uの台座部51Uの圧縮率=(La1−La2)/La1×100(%)・・・(1)
[La1:第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの台座部51Uの高さ、La2:第一凹部625の外側部625aの高さ]
第一シール部材5Uの第一山部52Uの圧縮率=(Lb1−Lb2)/Lb1×100(%)・・・(2)
[Lb1:第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの台座部51Uと第一山部52Uとの合計高さ、Lb2:第一凹部625の内側部625bの高さ]
(第二弾性部材形成工程)
本工程においては、型締め後の第三金型62を加熱することにより、第二シール部材前駆体5DFを架橋させて、第一セパレータ4Uの下面に第二シール部材5Dを形成する(前出図7参照)。架橋により、第二シール部材前駆体5DFは、第二シール部材5Dになる。第二シール部材5Dは、電極部材3の周縁部、第一セパレータ4Uの下面、第二セパレータ4Dの上面に接着される。また、型開きを行い、セルアセンブリ2を取り出すと、第一シール部材5Uは、第一凹部625に収容される前の形状に復元する。このようにして、本実施形態のセルアセンブリ2は作製される。
In the present embodiment, the compression rate of the
Compression rate of
[La1: Height of the
Compression rate of
[Lb1: Total height of the
(Second elastic member forming step)
In this step, by heating the
[作用効果]
次に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法の作用効果について説明する。本実施形態のセルアセンブリ2の製造方法によると、型締め工程および第二弾性部材形成工程において、第一凹部625が凹設された上型621を使用する。第一凹部625は、外側部625aと、内側部625bと、を有している。型締め時に、第一シール部材5Uが第一凹部625に収容されると、内側部625bにより第一山部52Uが下方向に圧縮され、外側部625aにより台座部51Uが下方向に圧縮される。また、圧縮された分は、第一シール部材5Uと第一凹部625との間の隙間626に逃げるように、水平方向に伸張する。型締め時に、第一シール部材5Uが積層方向に圧縮されることにより、第一セパレータ4Uは、第一シール部材5Uにより押圧される。これにより、第二弾性部材形成工程において、第二シール部材前駆体5DFが膨張しても、第一セパレータ4Uの下面側からの押圧力に、抗することができる。したがって、第一セパレータ4Uの第一シール部材5U側への湾曲を、抑制することができる。
[Function and effect]
Next, the effect of the manufacturing method of the fuel cell assembly of this embodiment will be described. According to the manufacturing method of the
また、上下方向断面において、第一凹部625の開口幅(前後方向長さ:Lc2)は、収容前の第一シール部材5Uの幅(前後方向の最大長さ:Lc1)よりも、大きい。したがって、型締め工程において上型621をセットする際に位置ずれが生じても、第一凹部625の開口端と第一シール部材5Uとが当接しにくい。したがって、型締め時における第一シール部材5Uの破損を、回避することができる。
In the vertical cross section, the opening width (front-rear direction length: Lc2) of the
このように、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法によると、第一シール部材5Uを破損させずに、かつ、第一セパレータ4Uを湾曲させることなく、セルアセンブリ2を製造することができる。
Thus, according to the manufacturing method of the fuel cell assembly of this embodiment, the
本実施形態において、第一シール部材5Uは、台座部51Uと、第一山部52Uと、を有している。型締め工程において、第一シール部材5Uが第一凹部625に収容されると、台座部51Uおよび第一山部52Uの両方が、下方向に圧縮される。第一シール部材5Uの頂部の第一山部52Uを圧縮することにより、上型621からの押圧力を、第一シール部材5Uを介して第一セパレータ4Uに伝達させやすい。また、第一シール部材5Uの第一山部52Uだけでなく台座部51Uも圧縮されるため、型締め時における第一シール部材5Uの圧縮率が比較的大きくても、第一シール部材5Uの内部に応力が集中しにくく、第一シール部材5Uの破損が抑制される。
In the present embodiment, the
本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法により製造されたセルアセンブリ2を積層して燃料電池を構成した場合、隣接するセルアセンブリ2の第一セパレータ4U、第二セパレータ4D間には、第一シール部材5Uが圧縮された状態で配置される。セルアセンブリ2を積層した状態において、第一シール部材5Uの圧縮率が小さいと、第一シール部材5Uの反力が小さくなり、第一セパレータ4U、第二セパレータ4D間のシール性が低下するおそれがある。この点、本実施形態の第一シール部材5Uは、圧縮時に第一山部52Uが潰れやすい。したがって、第一シール部材5Uが比較的小さい圧縮率で第一セパレータ4U、第二セパレータ4D間に配置されても、シール性を確保することができる。
When the fuel cell is configured by stacking the
<第二実施形態>
本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法と、第一実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法と、の相違点は、第一シール部材および第一凹部の形状である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
<Second embodiment>
The difference between the method for manufacturing the fuel cell assembly of the present embodiment and the method for manufacturing the fuel cell assembly of the first embodiment is the shapes of the first seal member and the first recess. Here, only differences will be described.
図10に、第一凹部の上下方向の断面と第一シール部材の上下方向の断面とを重ね合わせた図を示す。図10中、図9と対応する部位については同じ符号で示す。図10に示すように、第一シール部材5Uは、台座部51Uと、第一山部52Uと、第二山部53Uと、を有している。台座部51Uは、第一セパレータ4Uの上面に接着されている(前出図3参照)。第一山部52Uは、台座部51Uの上面に突設されている。第一山部52Uは、上下方向断面において略半円状の曲面を有している。第二山部53Uは、第一山部52Uから突出するように配置されている。第二山部53Uは、上下方向断面において略半円状の曲面を有している。第二山部53Uの曲率半径R2は、第一山部の曲率半径R1よりも小さい。
FIG. 10 shows a view in which the vertical section of the first recess and the vertical section of the first seal member are overlapped. 10, parts corresponding to those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 10, the
一方、第一凹部625の上下方向断面は、略すり鉢状を呈している。第一凹部625は、積層方向の高さ(上下方向長さ)が異なる外側部625aと、内側部625bと、を有している。内側部625bの高さは、外側部625aから徐々に大きくなっている。
On the other hand, the vertical cross section of the
第一凹部625の上下方向の断面形状は、第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの上下方向の断面形状とは異なる。すなわち、外側部625aの高さ(La2)は、収容前の第一シール部材5Uの台座部51Uの高さ(La1)よりも小さい。内側部625bの最大高さ(Lb2)は、収容前の第一シール部材5Uの最大高さ、すなわち、台座部51Uと第一山部52Uと第二山部53Uの合計高さ(Lb1)よりも小さい。また、第一凹部625の開口幅(前後方向長さ:Lc2)は、収容前の第一シール部材5Uの幅(前後方向の最大長さ:Lc1)よりも大きい。
The cross-sectional shape in the vertical direction of the
型締め時に、第一シール部材5Uが第一凹部625に収容されると、内側部625bにより第一山部52Uおよび第二山部53Uが下方向に圧縮され、外側部625aにより台座部51Uが下方向に圧縮される。そして、圧縮された分は、第一シール部材5Uと第一凹部625との間の隙間626に逃げるように、水平方向に伸張する。第一凹部625の容積は、第一シール部材5Uの体積と、略同じである。したがって、第一シール部材5Uは、第一凹部625の略全体に充填される。
When the
本実施形態においては、型締め時の第一シール部材5Uの台座部51Uの圧縮率は、10%である。第一シール部材5Uの第一山部52Uおよび第二山部53Uの圧縮率は、21%である。各々の圧縮率は、次式(3)、(4)により算出した。
第一シール部材5Uの台座部51Uの圧縮率=(La1−La2)/La1×100(%)・・・(3)
[La1:第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの台座部51Uの高さ、La2:第一凹部625の外側部625aの高さ]
第一シール部材5Uの第一山部52Uおよび第二山部53Uの圧縮率=(Lb1−Lb2)/Lb1×100(%)・・・(4)
[Lb1:第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの台座部51Uと第一山部52Uと第二山部53Uとの合計高さ、Lb2:第一凹部625の内側部625bの最大高さ]
本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法は、構成が共通する部分については、第一実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法と、同様の作用効果を有する。本実施形態において、第一シール部材5Uは、台座部51Uと、第一山部52Uと、第二山部53Uと、を有している。型締め工程において、第一シール部材5Uが第一凹部625に収容されると、台座部51U、第一山部52U、第二山部53Uの全てが、下方向に圧縮される。第一シール部材5Uの頂部の第二山部53Uを圧縮することにより、上型621からの押圧力を、第一シール部材5Uを介して第一セパレータ4Uに伝達させやすい。また、第一シール部材5Uの第一山部52Uおよび第二山部53Uだけでなく台座部51Uも圧縮されるため、型締め時における第一シール部材5Uの圧縮率が比較的大きくても、第一シール部材5Uの内部に応力が集中しにくく、第一シール部材5Uの破損が抑制される。
In the present embodiment, the compression rate of the
Compression rate of
[La1: Height of the
Compression rate of
[Lb1: Total height of the
The method for manufacturing the fuel cell assembly according to the present embodiment has the same operational effects as the method for manufacturing the fuel cell assembly according to the first embodiment with respect to parts having the same configuration. In the present embodiment, the
また、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法により製造されたセルアセンブリを積層した状態において、第一シール部材5Uの圧縮率が小さいと、第一シール部材5Uの反力が小さくなり、第一シール部材5Uを挟んで配置されるセパレータ間のシール性が低下するおそれがある。反対に、第一シール部材5Uの圧縮率が大きいと、第一シール部材5Uの内部応力が増加して、第一シール部材5Uが破損するおそれがある。この点、本実施形態の第一シール部材5Uによると、低圧縮時においては最上部の第二山部53Uが潰れ、圧縮率の増加に伴い第一山部52Uが潰れる。これにより、圧縮による内部応力の増加を抑制しつつ、隣接するセパレータ間のシール性を確保することができる。
Further, in the state where the cell assemblies manufactured by the manufacturing method of the fuel cell assembly of the present embodiment are stacked, if the compression rate of the
<第三実施形態>
本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法と、第一実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法と、の相違点は、第一シール部材および第一凹部の形状である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
<Third embodiment>
The difference between the method for manufacturing the fuel cell assembly of the present embodiment and the method for manufacturing the fuel cell assembly of the first embodiment is the shapes of the first seal member and the first recess. Here, only differences will be described.
図11に、第一凹部の上下方向の断面と第一シール部材の上下方向の断面とを重ね合わせた図を示す。図11中、図9と対応する部位については同じ符号で示す。図11に示すように、第一シール部材5Uは、本体部54Uと第三山部55Uと、を有している。本体部54Uは、第一セパレータ4Uの上面に接着されている(前出図3参照)。第三山部55Uは、本体部54Uの上面に配置されている。第三山部55Uの幅(前後方向長さ)と、本体部54Uの幅(前後方向長さ)と、は同じである。第三山部55Uは、上下方向断面において略半円状の曲面を有している。
FIG. 11 shows a view in which the vertical section of the first recess and the vertical section of the first seal member are overlapped. 11, parts corresponding to those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 11, the
一方、第一凹部625の上下方向断面は、台形状を呈している。第一凹部625の上下方向の断面形状は、第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの上下方向の断面形状とは異なる。すなわち、第一凹部625の積層方向の高さ(上下方向長さ:Lb2)は、収容前の第一シール部材5Uの最大高さ、すなわち、本体部54Uと第三山部55Uとの合計高さ(Lb1)よりも小さい。また、第一凹部625の開口幅(前後方向長さ:Lc2)は、収容前の第一シール部材5Uの幅(Lc1)よりも大きい。
On the other hand, the vertical cross section of the
型締め時に、第一シール部材5Uが第一凹部625に収容されると、第一凹部625の底部625cにより第三山部55Uが下方向に圧縮される。そして、圧縮された分は、第一シール部材5Uと第一凹部625との間の隙間626に逃げるように、水平方向に伸張する。第一凹部625の容積は、第一シール部材5Uの体積と、略同じである。したがって、第一シール部材5Uは、第一凹部625の略全体に充填される。
When the
本実施形態においては、型締め時の第一シール部材5Uの第三山部55Uの圧縮率は、21%である。第三山部55Uの圧縮率は、次式(5)により算出した。
第一シール部材5Uの第三山部55Uの圧縮率=(Lb1−Lb2)/Lb1×100(%)・・・(5)
[Lb1:第一凹部625に収容される前の第一シール部材5Uの本体部54Uと第三山部55Uとの合計高さ、Lb2:第一凹部625の高さ]
本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法は、構成が共通する部分については、第一実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法と、同様の作用効果を有する。本実施形態においては、型締め工程において、第一シール部材5Uが第一凹部625に収容されると、第三山部55Uが下方向に圧縮される。第一シール部材5Uの頂部を圧縮することにより、上型621からの押圧力を、第一シール部材5Uを介して第一セパレータ4Uに伝達させやすい。
In the present embodiment, the compression rate of the
Compression rate of the
[Lb1: Total height of the
The method for manufacturing the fuel cell assembly according to the present embodiment has the same operational effects as the method for manufacturing the fuel cell assembly according to the first embodiment with respect to parts having the same configuration. In the present embodiment, when the
<その他>
以上、本発明の積層体の製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiment of the method for manufacturing a laminate according to the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.
上記実施形態においては、上下方向を本発明の「積層方向」に、水平方向(前後左右方向)を本発明の「面方向」に、それぞれ対応させた。しかしながら、これらの方向の対応は、特に限定されない。 In the above embodiment, the vertical direction corresponds to the “lamination direction” of the present invention, and the horizontal direction (front / rear / left / right direction) corresponds to the “plane direction” of the present invention. However, the correspondence between these directions is not particularly limited.
上記実施形態においては、本発明の積層体の製造方法を、燃料電池セルアセンブリの製造方法として具現化した。しかしながら、積層体は、燃料電池の構成部材に限定されるものではない。本発明の積層体の製造方法は、リチウムイオンバッテリーやキャパシタの構成部材など種々の用途に用いられる積層体の製造方法として、具現化することができる。 In the said embodiment, the manufacturing method of the laminated body of this invention was embodied as a manufacturing method of a fuel cell assembly. However, the laminate is not limited to the constituent members of the fuel cell. The manufacturing method of the laminated body of this invention can be embodied as a manufacturing method of the laminated body used for various uses, such as a component member of a lithium ion battery and a capacitor.
なお、本発明の積層体の製造方法を、燃料電池セルアセンブリの製造方法として具現化する場合、燃料電池セルアセンブリを構成する各部材の材質、形状などは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、電極部材を構成するアノード多孔質層、カソード多孔質層の構造は、特に限定されない。上記実施形態のように、ガス拡散層のみの単層構造としてもよく、ガス拡散層およびガス流路層の二層構造としてもよい。 In addition, when the manufacturing method of the laminated body of the present invention is embodied as a manufacturing method of a fuel cell assembly, the material and shape of each member constituting the fuel cell assembly are not limited to the above embodiment. Absent. For example, the structure of the anode porous layer and the cathode porous layer constituting the electrode member is not particularly limited. As in the above-described embodiment, a single-layer structure including only the gas diffusion layer may be used, or a two-layer structure including the gas diffusion layer and the gas flow path layer may be used.
積層体を構成する部材の材質、形状などは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、薄板の材質は、金属でも樹脂でもよい。また、薄板の形状は、凹凸部を有しない平板状でもよい。上記実施形態においては、第一弾性部材、第二弾性部材を、いずれもEPDMをゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製とした。しかし、第一弾性部材、第二弾性部材は、エラストマー製であればよく、エラストマーの種類は特に限定されない。また、第一弾性部材、第二弾性部材の材質は、異なってもよい。エラストマーは、ゴム成分の他、架橋剤、架橋助剤、接着成分などを含んでいてもよい。燃料電池のシール部材として好適なゴム成分としては、EPDMの他、エチレン−プロピレンゴム(EPM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などが挙げられる。 The material, shape, and the like of the members constituting the laminate are not limited to the above embodiment. For example, the material of the thin plate may be metal or resin. Further, the shape of the thin plate may be a flat plate shape having no uneven portion. In the above embodiment, both the first elastic member and the second elastic member are made of a solid rubber cross-linked product containing EPDM as a rubber component. However, the first elastic member and the second elastic member may be made of an elastomer, and the type of elastomer is not particularly limited. The materials of the first elastic member and the second elastic member may be different. In addition to the rubber component, the elastomer may contain a crosslinking agent, a crosslinking aid, an adhesive component, and the like. Rubber components suitable as a sealing member for fuel cells include EPDM, ethylene-propylene rubber (EPM), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), styrene-butadiene rubber ( SBR) and butadiene rubber (BR).
第一弾性部材、第二弾性部材の形状は、特に限定されない。金型に形成される、第一弾性部材を収容する第一凹部の形状および大きさは、型締め時に第一弾性部材を積層方向に圧縮することができ、かつ、圧縮された第一弾性部材が面方向に伸張することができるように、適宜決定すればよい。例えば、第一弾性部材の頂部を積層方向に圧縮できるよう、第一凹部の積層方向の高さを、第一弾性部材の積層方向の高さよりも小さく設計するとよい。この場合、型締め工程における第一弾性部材の頂部の圧縮率は、10%以上50%以下であることが望ましい。20%以上40%以下であるとより好適である。 The shapes of the first elastic member and the second elastic member are not particularly limited. The shape and size of the first recess formed in the mold that accommodates the first elastic member is such that the first elastic member can be compressed in the stacking direction when the mold is clamped, and the compressed first elastic member What is necessary is just to determine suitably so that can extend | expand in a surface direction. For example, the height of the first recess in the stacking direction may be designed to be smaller than the height of the first elastic member in the stacking direction so that the top of the first elastic member can be compressed in the stacking direction. In this case, it is desirable that the compression ratio of the top portion of the first elastic member in the mold clamping process is 10% or more and 50% or less. It is more preferable that it is 20% or more and 40% or less.
上記第一、第二実施形態のように、第一弾性部材を台座部およびその上面に突設される第一山部などから構成する場合、型締め工程において、台座部については積層方向に圧縮されなくても構わない。台座部を積層方向に圧縮する場合には、圧縮率を5%以上30%以下にするとよい。20%以下にするとより好適である。第一弾性部材の圧縮率は、圧縮される部位の積層方向の高さ(L1)と、それに対応する第一凹部の積層方向の高さ(L2)と、に基づいて、次式(6)により算出すればよい。
第一弾性部材の圧縮率=(L1−L2)/L1×100(%)・・・(6)
上記実施形態においては、第一弾性部材配置工程において、薄板の第一面に、予めエラストマーの未架橋物を予備成形した前駆体を架橋接着して、第一弾性部材を形成した。この場合、薄板の第一面には、必ずしもプライマーを塗布する必要はない。一方、第一弾性部材配置工程においては、予め作製されたエラストマー製の第一弾性部材を、薄板の第一面に接着剤などを用いて接着してもよい。
As in the first and second embodiments, when the first elastic member is composed of the pedestal portion and the first peak portion protruding from the upper surface, the pedestal portion is compressed in the stacking direction in the mold clamping process. You don't have to be. In the case where the pedestal is compressed in the stacking direction, the compression rate is preferably 5% or more and 30% or less. It is more preferable to make it 20% or less. The compression rate of the first elastic member is expressed by the following equation (6) based on the height (L1) of the portion to be compressed in the stacking direction and the corresponding height (L2) of the first recess in the stacking direction. It may be calculated by the following.
Compression rate of first elastic member = (L1−L2) / L1 × 100 (%) (6)
In the said embodiment, the 1st elastic member was formed in the 1st elastic member arrangement | positioning process by carrying out the cross-linking adhesion | attachment of the precursor which preformed the uncrosslinked material of the elastomer previously on the 1st surface of a thin plate. In this case, it is not always necessary to apply a primer to the first surface of the thin plate. On the other hand, in the first elastic member arranging step, a first elastic member made of elastomer may be bonded to the first surface of the thin plate using an adhesive or the like.
上記実施形態においては、型締め工程において、薄板の第二面側に、予めエラストマーの未架橋物を予備成形した前駆体を配置した。しかし、薄板の第二面側に配置されるエラストマー材料は、予備成形体ではなく、流動性を有する組成物でもよい。なお、薄板の第二面には、必ずしもプライマーを塗布する必要はない。また、エラストマーの未架橋物の予備成形は、射出成形の他、プレス成形などの他の成形方法により行ってもよい。 In the above embodiment, in the mold clamping step, a precursor obtained by preforming an uncrosslinked elastomer in advance is disposed on the second surface side of the thin plate. However, the elastomer material disposed on the second surface side of the thin plate may be a fluid composition instead of a preform. It is not always necessary to apply a primer to the second surface of the thin plate. The preforming of the elastomer uncrosslinked product may be performed by other molding methods such as press molding in addition to injection molding.
本発明の積層体の製造方法は、燃料電池の構成部材、リチウムイオンバッテリーやキャパシタの構成部材など、ガスや液体をシールするための積層体の製造方法として有用である。 The method for producing a laminate of the present invention is useful as a method for producing a laminate for sealing a gas or liquid, such as a constituent member of a fuel cell, a constituent member of a lithium ion battery or a capacitor.
1:燃料電池、2:セルアセンブリ(積層体)、3:電極部材、4U:第一セパレータ(薄板)、4D:第二セパレータ、5U:第一シール部材(第一弾性部材)、5D:第二シール部材(第二弾性部材)、5UF:第一シール部材前駆体、5DF:第二シール部材前駆体(エラストマー材料)、10a:空気供給部材、10b:空気排出部材、11a:水素供給部材、11b:水素排出部材、12a:冷却水供給部材、12b:冷却水排出部材、13、14:エンドプレート、31:アノード多孔質層、32:カソード多孔質層、40U、40D:連通孔、41U、41D:凹凸部、41UH、41DH:リブ部、41UL、41DL:平地部、50U、50D:連通孔、51U:台座部、52U:第一山部、53U:第二山部、54U:本体部、55U:第三山部、60:第一金型、61:第二金型、62:第三金型、70:仮組付体、601:上型、602:下型、603、604:凹部、611:上型、612:中型、613:下型、614、615:凹部、621:上型、622:中型、623:下型、624:凹部、625:第一凹部、625a:外側部、625b:内側部、625c:底部、626:隙間。 1: fuel cell, 2: cell assembly (laminated body), 3: electrode member, 4U: first separator (thin plate), 4D: second separator, 5U: first seal member (first elastic member), 5D: first Two seal members (second elastic member), 5UF: first seal member precursor, 5DF: second seal member precursor (elastomer material), 10a: air supply member, 10b: air discharge member, 11a: hydrogen supply member, 11b: hydrogen discharge member, 12a: cooling water supply member, 12b: cooling water discharge member, 13, 14: end plate, 31: anode porous layer, 32: cathode porous layer, 40U, 40D: communication hole, 41U, 41D: uneven part, 41UH, 41DH: rib part, 41UL, 41DL: flat part, 50U, 50D: communication hole, 51U: pedestal part, 52U: first mountain part, 53U: second mountain part, 54U: Body part, 55U: Third mountain part, 60: First mold, 61: Second mold, 62: Third mold, 70: Temporary assembly, 601: Upper mold, 602: Lower mold, 603, 604: recessed part, 611: upper mold, 612: middle mold, 613: lower mold, 614, 615: recessed part, 621: upper mold, 622: middle mold, 623: lower mold, 624: recessed part, 625: first recessed part, 625a: Outer part, 625b: inner part, 625c: bottom part, 626: gap.
Claims (6)
該第一弾性部材と、該薄板と、該第二弾性部材と、が積層される方向を積層方向、該積層方向に対して直交する方向を面方向とし、
該薄板の該積層方向両面のうち一方を第一面、他方を第二面とし、
該エラストマーの未架橋物をエラストマー材料として、
該薄板の該第一面に該第一弾性部材を配置する第一弾性部材配置工程と、
金型内に、該第一面に該第一弾性部材が配置された該薄板を配置すると共に、該薄板の該第二面側に該エラストマー材料を配置して型締めする型締め工程と、
型締め後の該金型を加熱することにより、該エラストマー材料を架橋させて該第二面に第二弾性部材を形成する第二弾性部材形成工程と、
を有し、
該金型は、該第一弾性部材を収容する第一凹部を有し、
該型締め工程において、該第一弾性部材は、該積層方向に圧縮されながら該面方向に伸張して該第一凹部に収容されることを特徴とする燃料電池セルアセンブリの製造方法。 And the thin a separator, a manufacturing method of a fuel cell assembly having a first elastic member and the second elastic member is a sealing member made disposed et elastomer in the thickness direction both sides of the thin plate, and
A direction in which the first elastic member, the thin plate, and the second elastic member are stacked is a stacking direction, and a direction orthogonal to the stacking direction is a plane direction,
Of the both sides of the thin plate in the laminating direction, one is a first surface, the other is a second surface,
The elastomer uncrosslinked product as an elastomer material,
A first elastic member disposing step of disposing the first elastic member on the first surface of the thin plate;
A mold clamping step in which the thin plate in which the first elastic member is disposed on the first surface is disposed in the mold, and the elastomer material is disposed on the second surface side of the thin plate to perform the mold clamping.
A second elastic member forming step of forming a second elastic member on the second surface by crosslinking the elastomer material by heating the mold after clamping;
Have
The mold has a first recess for accommodating the first elastic member,
In mold clamping step, wherein the first elastic member, the manufacturing method of the fuel cell assembly, characterized in that while being compressed in the laminated direction and extending in said surface direction is accommodated in said first recess.
前記型締め工程において、少なくとも該第一山部が前記積層方向に圧縮される請求項1または請求項2に記載の燃料電池セルアセンブリの製造方法。 The first elastic member has a pedestal portion bonded to the thin plate, and a first peak portion protruding from the pedestal portion and having a curved surface,
The method of manufacturing a fuel cell assembly according to claim 1 or 2 , wherein at least the first peak portion is compressed in the stacking direction in the mold clamping step.
前記型締め工程において、少なくとも該第二山部が前記積層方向に圧縮される請求項1または請求項2に記載の燃料電池セルアセンブリの製造方法。 The first elastic member includes a pedestal portion bonded to the thin plate, a first peak portion protruding from the pedestal portion and having a curved surface, and a curvature smaller than the curvature radius of the first peak portion protruding from the first peak portion. A second peak having a curved surface with a radius,
3. The method of manufacturing a fuel cell assembly according to claim 1, wherein at least the second peak portion is compressed in the stacking direction in the mold clamping step.
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