JP7104119B2 - Manufacturing method and processing mold of resin frame member for fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用樹脂枠部材の製造方法及び加工型に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell and a processing mold.

発電セルは、例えば、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体(樹脂枠付きMEA)を一対のセパレータで挟持して形成される。樹脂枠付きMEAは、電解質膜の一方の面にアノード電極が設けられるとともに電解質膜の他方の面にカソード電極が設けられてなる電解質膜・電極構造体(MEA)と、電解質膜・電極構造体の外周部に設けられた四角環状の樹脂枠部材とを備える。 The power generation cell is formed, for example, by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame (MEA with a resin frame) between a pair of separators. The MEA with a resin frame includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is provided on one surface of the electrolyte membrane and a cathode electrode is provided on the other surface of the electrolyte membrane, and an electrolyte membrane / electrode structure. It is provided with a square annular resin frame member provided on the outer peripheral portion of the above.

樹脂枠部材の内周端部は、MEAの外周部を周回するとともにアノード電極の外周部とカソード電極の外周部との間に配置された状態で電解質膜に接合される。このような樹脂枠部材において、内周端部の厚さ方向に沿った断面が四角形状であると、樹脂枠部材の内周端部の内方に隙間(電解質膜と電極とが互いに離間した部分)が形成される。樹脂枠付きMEAにおいて、樹脂枠部材の内周端部の内方に形成された隙間は、未発電部となる。そのため、発電セルの発電効率が低下する。 The inner peripheral end portion of the resin frame member is joined to the electrolyte membrane in a state where it orbits the outer peripheral portion of the MEA and is arranged between the outer peripheral portion of the anode electrode and the outer peripheral portion of the cathode electrode. In such a resin frame member, if the cross section of the inner peripheral end portion along the thickness direction is square, a gap (electrolyte film and electrode are separated from each other) in the inner peripheral end portion of the resin frame member. Part) is formed. In the MEA with a resin frame, the gap formed inward of the inner peripheral end portion of the resin frame member becomes a non-power generation portion. Therefore, the power generation efficiency of the power generation cell is lowered.

例えば、特許文献1には、樹脂枠部材の内周端部の内方の隙間を小さくした樹脂枠付きMEAが開示されている。この樹脂枠付きMEAの樹脂枠部材の内周端部には、樹脂枠部材の一方の面から他方の面に向かって内方に傾斜した傾斜面が形成されている。 For example, Patent Document 1 discloses a MEA with a resin frame in which the inner gap of the inner peripheral end portion of the resin frame member is reduced. At the inner peripheral end of the resin frame member of the MEA with a resin frame, an inclined surface inclined inward from one surface of the resin frame member toward the other surface is formed.

特開2018-97917号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-97917

本発明は、上記の従来技術に関連してなされたものであり、効率よく傾斜面を形成することができる燃料電池用樹脂枠部材の製造方法及び加工型を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with the above-mentioned prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell and a processing mold capable of efficiently forming an inclined surface.

本発明の第1の態様は、樹脂フィルムの中央部に形成された四角形状の開口部を囲む内周端部の各辺部に傾斜面を形成することにより、電解質膜・電極構造体の外周部に設けられる樹脂枠部材を製造する燃料電池用樹脂枠部材の製造方法であって、前記樹脂フィルムを下型の載置面に載置する載置工程と、前記載置工程の後で、上型を前記下型に向かって移動させて前記下型の下側加工部と前記上型の上側加工部とで前記各辺部のせん断加工を行うことにより、前記各辺部に前記傾斜面を形成する加工工程と、を含み、前記加工工程では、前記下側加工部と前記上側加工部との間に所定のクリアランスを維持しつつ、前記各辺部が内方に向かって下方に傾斜するように前記載置面における前記下側加工部側の角部を切り欠いた切り欠き部に前記各辺部の少なくとも一部を位置させた状態で、前記せん断加工を行う、燃料電池用樹脂枠部材の製造方法である。 In the first aspect of the present invention, an inclined surface is formed on each side of an inner peripheral end portion surrounding a square opening formed in the central portion of the resin film, thereby forming an inclined surface on the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure. A method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell for manufacturing a resin frame member provided in a portion, wherein the resin film is placed on a mounting surface of a lower mold, and after the mounting step described above, By moving the upper mold toward the lower mold and shearing each side portion between the lower processing portion of the lower mold and the upper processing portion of the upper mold, the inclined surface is formed on each side portion. In the processing step, each side portion is inclined downward inward while maintaining a predetermined clearance between the lower processing portion and the upper processing portion. A resin for a fuel cell, which is subjected to the shearing process in a state where at least a part of each side portion is positioned in the notch portion in which the corner portion on the lower processed portion side of the above-described mounting surface is cut out. This is a method for manufacturing a frame member.

本発明の第2の態様は、上述した燃料電池用樹脂枠部材の製造方法に用いられる加工型であって、互いに近接離間可能なように対向配置された前記下型及び前記上型を備え、前記下型の上面には、四角形状の挿入口と、前記挿入口を囲むように位置して前記樹脂フィルムが載置される前記載置面と、前記挿入口の外周に沿って延在する四角環状の前記下側加工部と、前記載置面における前記下側加工部側の角部を切り欠いた前記切り欠き部と、が設けられ、前記上型は、四角形状の前記上側加工部が形成されるとともに前記挿入口に挿入可能に形成されたパンチを有し、前記下側加工部と前記上側加工部とは、前記上型を前記下型に向かって移動させた際に前記下側加工部と前記上側加工部との間に前記クリアランスを維持した状態で前記下側加工部及び前記上側加工部で前記各辺部をせん断加工可能なように設けられている、加工型である。 A second aspect of the present invention is a processing mold used in the above-described method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, comprising the lower mold and the upper mold which are arranged so as to be close to each other so as to be separated from each other. On the upper surface of the lower mold, a quadrangular insertion port, a previously described mounting surface on which the resin film is placed so as to surround the insertion port, and an extension along the outer periphery of the insertion port. The lower processed portion having a square ring shape and the cutout portion obtained by cutting out the corner portion on the lower processed portion side of the above-mentioned mounting surface are provided, and the upper mold has a square-shaped upper processed portion. Has a punch formed so as to be insertable into the insertion slot, and the lower processing portion and the upper processing portion are formed when the upper mold is moved toward the lower mold. It is a processing mold provided so that each side portion can be sheared by the lower processing portion and the upper processing portion while maintaining the clearance between the side processing portion and the upper processing portion. ..

本発明によれば、下側加工部と上側加工部との間に所定のクリアランスを維持しつつ、各辺部が内方に向かって下方に傾斜するように下型の切り欠き部に各辺部の少なくとも一部を位置させた状態で、各辺部のせん断加工を行うことができる。これにより、上側加工部及び下側加工部によって切断された各辺部の切断面は、樹脂枠部材の厚さ方向に対して傾斜した傾斜面となる。よって、効率よく傾斜面を形成することができる。 According to the present invention, each side is made into a notch portion of the lower mold so that each side portion inclines downward while maintaining a predetermined clearance between the lower processed portion and the upper processed portion. Shearing of each side can be performed with at least a part of the part positioned. As a result, the cut surface of each side portion cut by the upper processed portion and the lower processed portion becomes an inclined surface inclined with respect to the thickness direction of the resin frame member. Therefore, the inclined surface can be efficiently formed.

本発明の一実施形態に係る燃料電池用樹脂枠部材の製造方法によって得られた樹脂枠部材を有する燃料電池スタックの一部省略分解斜視図である。It is a partially omitted disassembled perspective view of the fuel cell stack having the resin frame member obtained by the method of manufacturing the resin frame member for a fuel cell which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のII-II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line II-II of FIG. 図3Aは、図2の樹脂枠部材の斜視図であり、図3Bは、図3AのIIIB-IIIB線に沿った断面図である。3A is a perspective view of the resin frame member of FIG. 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB of FIG. 3A. 図3Aに示す樹脂枠部材の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the resin frame member shown in FIG. 3A. 樹脂枠部材を製造するための加工型と樹脂フィルムとの斜視図である。It is a perspective view of the processing mold for manufacturing a resin frame member, and a resin film. 載置工程の説明図である。It is explanatory drawing of the mounting process. 図7Aは、加工工程の第1説明図であり、図7Bは、加工工程の第2説明図である。FIG. 7A is a first explanatory view of the processing process, and FIG. 7B is a second explanatory view of the processing process. 図8Aは、加工工程の第3説明図であり、図8Bは、パンチの変形例の説明図である。FIG. 8A is a third explanatory view of the processing process, and FIG. 8B is an explanatory view of a modified example of the punch. 図9Aは、挟み工程の第1説明図であり、図9Bは、挟み工程の第2説明図である。FIG. 9A is a first explanatory view of the pinching process, and FIG. 9B is a second explanatory view of the pinching process. 下型の支持面の変形例を示す断面説明図である。It is sectional drawing which shows the deformation example of the support surface of the lower mold. 変形例に係る加工型と樹脂フィルムとの斜視図である。It is a perspective view of the processing die and a resin film which concerns on a modification. 図12Aは、図11のXIIA-XIIA線に沿った断面図であり、図12Bは、図12Aの下型の支持面の変形例を示す断面図である。12A is a cross-sectional view taken along the line XIIA-XIIA of FIG. 11, and FIG. 12B is a cross-sectional view showing a modified example of the support surface of the lower mold of FIG. 12A. 図11に示す加工型の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the processing die shown in FIG. 下型部材の斜視図である。It is a perspective view of the lower mold member.

以下、本発明に係る燃料電池用樹脂枠部材の製造方法及び加工型について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell and a processing mold according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings with reference to suitable embodiments.

図1及び図2に示すように、発電セル10は、その厚さ方向(矢印A方向)に複数積層されて燃料電池スタック12を形成する。燃料電池スタック12は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。なお、複数の発電セル10の積層方向は、水平方向及び重力方向のいずれでもよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of power generation cells 10 are stacked in the thickness direction (arrow A direction) to form a fuel cell stack 12. The fuel cell stack 12 is mounted on a fuel cell electric vehicle (not shown) as, for example, an in-vehicle fuel cell stack. The stacking direction of the plurality of power generation cells 10 may be either the horizontal direction or the gravity direction.

図1において、発電セル10は、横長の長方形状に形成されている。ただし、発電セル10は、縦長の長方形状に形成されてもよい。図1及び図2に示すように、発電セル10は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体(以下、「樹脂枠付きMEA14」という。)と、樹脂枠付きMEA14の両側に配設された第1セパレータ16及び第2セパレータ18とを備える。樹脂枠付きMEA14は、電解質膜・電極構造体(以下、「MEA20」という)と、MEA20の外周部に設けられた樹脂枠部材22(樹脂枠部)とを有する。 In FIG. 1, the power generation cell 10 is formed in a horizontally long rectangular shape. However, the power generation cell 10 may be formed in a vertically long rectangular shape. As shown in FIGS. 1 and 2, the power generation cell 10 is arranged on both sides of the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame (hereinafter referred to as “MEA14 with a resin frame”) and the MEA14 with a resin frame. A separator 16 and a second separator 18 are provided. The MEA 14 with a resin frame has an electrolyte membrane / electrode structure (hereinafter referred to as “MEA 20”) and a resin frame member 22 (resin frame portion) provided on the outer peripheral portion of the MEA 20.

図2において、MEA20は、電解質膜24と、電解質膜24の一方の面24aに設けられたアノード電極26(第1電極)と、電解質膜24の他方の面24bに設けられたカソード電極28(第2電極)とを有する。電解質膜24は、例えば、固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜24は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用することができる。電解質膜24は、アノード電極26及びカソード電極28に挟持される。 In FIG. 2, the MEA 20 includes an electrolyte membrane 24, an anode electrode 26 (first electrode) provided on one surface 24a of the electrolyte membrane 24, and a cathode electrode 28 (first electrode) provided on the other surface 24b of the electrolyte membrane 24 (1). It has a second electrode). The electrolyte membrane 24 is, for example, a solid polymer electrolyte membrane (cation exchange membrane). The solid polyelectrolyte membrane is, for example, a thin film of perfluorosulfonic acid containing water. As the electrolyte membrane 24, an HC (hydrocarbon) -based electrolyte can be used in addition to the fluorine-based electrolyte. The electrolyte membrane 24 is sandwiched between the anode electrode 26 and the cathode electrode 28.

詳細は図示しないが、アノード電極26は、電解質膜24の一方の面24aに接合される第1電極触媒層と、当該第1電極触媒層に積層される第1ガス拡散層とを有する。第1電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第1ガス拡散層の全面に一様に塗布されて形成される。 Although not shown in detail, the anode electrode 26 has a first electrode catalyst layer bonded to one surface 24a of the electrolyte membrane 24 and a first gas diffusion layer laminated on the first electrode catalyst layer. The first electrode catalyst layer is formed by uniformly coating the entire surface of the first gas diffusion layer with porous carbon particles on which a platinum alloy is supported on the surface.

カソード電極28は、電解質膜24の他方の面24bに接合される第2電極触媒層と、当該第2電極触媒層に積層される第2ガス拡散層とを有する。第2電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第2ガス拡散層の全面に一様に塗布されて形成される。第1ガス拡散層及び第2ガス拡散層のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。 The cathode electrode 28 has a second electrode catalyst layer bonded to the other surface 24b of the electrolyte membrane 24 and a second gas diffusion layer laminated on the second electrode catalyst layer. The second electrode catalyst layer is formed by uniformly coating the entire surface of the second gas diffusion layer with porous carbon particles on which a platinum alloy is supported on the surface. Each of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is made of carbon paper, carbon cloth or the like.

アノード電極26の平面寸法(外形寸法)は、カソード電極28の平面寸法よりも大きい。電解質膜24の平面寸法は、アノード電極26の平面寸法と同じである。アノード電極26の外周端26oは、カソード電極28の外周端28oよりも外方に位置する。電解質膜24の面方向(図2の矢印C方向)において、電解質膜24の外周端24oは、アノード電極26の外周端26oと同じ位置にある。 The planar dimension (external dimension) of the anode electrode 26 is larger than the planar dimension of the cathode electrode 28. The planar dimensions of the electrolyte membrane 24 are the same as the planar dimensions of the anode electrode 26. The outer peripheral end 26o of the anode electrode 26 is located outside the outer peripheral end 28o of the cathode electrode 28. In the plane direction of the electrolyte membrane 24 (direction of arrow C in FIG. 2), the outer peripheral end 24o of the electrolyte membrane 24 is at the same position as the outer peripheral end 26o of the anode electrode 26.

アノード電極26の平面寸法は、カソード電極28の平面寸法よりも小さくてもよい。この場合、アノード電極26の外周端26oは、カソード電極28の外周端28oより内方に位置する。電解質膜24の平面寸法は、アノード電極26の平面寸法と同じであってもよいし、カソード電極28の平面寸法と同じであってもよい。アノード電極26の平面寸法は、カソード電極28の平面寸法と同じであってもよい。この場合、電解質膜24の面方向において、電解質膜24の外周端24o、アノード電極26の外周端26o及びカソード電極28の外周端28oは、互いに同じ位置にある。 The planar dimension of the anode electrode 26 may be smaller than the planar dimension of the cathode electrode 28. In this case, the outer peripheral end 26o of the anode electrode 26 is located inward from the outer peripheral end 28o of the cathode electrode 28. The planar dimension of the electrolyte film 24 may be the same as the planar dimension of the anode electrode 26, or may be the same as the planar dimension of the cathode electrode 28. The planar dimension of the anode electrode 26 may be the same as the planar dimension of the cathode electrode 28. In this case, in the plane direction of the electrolyte membrane 24, the outer peripheral end 24o of the electrolyte membrane 24, the outer peripheral end 26o of the anode electrode 26, and the outer peripheral end 28o of the cathode electrode 28 are at the same positions.

樹脂枠部材22は、MEA20の外周部を周回する1枚の枠状シートである。樹脂枠部材22は、電気的絶縁性を有する。樹脂枠部材22の構成材料としては、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、m-PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。樹脂枠部材22の詳細な説明については後述する。 The resin frame member 22 is a single frame-shaped sheet that orbits the outer peripheral portion of the MEA 20. The resin frame member 22 has an electrical insulating property. Examples of the constituent materials of the resin frame member 22 include PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyether sulfone), LCP (liquid crystal polymer), and PVDF (polyfluoropolymer). Vinylidene sulfide), silicone resin, fluororesin, m-PPE (modified polyphenylene ether resin), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), modified polyolefin and the like. A detailed description of the resin frame member 22 will be described later.

図1において、第1セパレータ16及び第2セパレータ18のそれぞれは、長方形状(四角形状)に形成されている。第1セパレータ16及び第2セパレータ18のそれぞれは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、或いはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。ただし、第1セパレータ16及び第2セパレータ18のそれぞれは、カーボン等により構成されてもよい。第1セパレータ16と第2セパレータ18とは、互いに重ねた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合される。 In FIG. 1, each of the first separator 16 and the second separator 18 is formed in a rectangular shape (square shape). Each of the first separator 16 and the second separator 18 is formed by pressing and forming a corrugated cross section of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a thin metal plate whose metal surface is surface-treated for corrosion protection. It is composed of. However, each of the first separator 16 and the second separator 18 may be made of carbon or the like. The first separator 16 and the second separator 18 are integrally joined by welding, brazing, caulking, or the like on the outer periphery in a state where they are overlapped with each other.

発電セル10の長辺方向である矢印B方向の一端縁部(矢印B1方向の端縁部)には、酸化剤ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a及び燃料ガス出口連通孔34bが、発電セル10の短辺方向(矢印C方向)に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔30aは、矢印A方向に酸化剤ガス(例えば、酸素含有ガス)を供給する。冷却媒体入口連通孔32aは、矢印A方向に冷却媒体(例えば、純水、エチレングリコール、オイル等)を供給する。燃料ガス出口連通孔34bは、矢印A方向に燃料ガス(例えば、水素含有ガス)を排出する。 An oxidant gas inlet communication hole 30a, a cooling medium inlet communication hole 32a, and a fuel gas outlet communication hole 34b are provided at one end edge portion in the arrow B direction (end edge portion in the arrow B1 direction), which is the long side direction of the power generation cell 10. , Are arranged in the short side direction (arrow C direction) of the power generation cell 10. The oxidant gas inlet communication hole 30a supplies an oxidant gas (for example, an oxygen-containing gas) in the direction of arrow A. The cooling medium inlet communication hole 32a supplies a cooling medium (for example, pure water, ethylene glycol, oil, etc.) in the direction of arrow A. The fuel gas outlet communication hole 34b discharges fuel gas (for example, hydrogen-containing gas) in the direction of arrow A.

発電セル10の矢印B方向の他端縁部(矢印B2方向の端縁部)には、燃料ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び酸化剤ガス出口連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔34aは、矢印A方向に燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔32bは、矢印A方向に冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔30bは、矢印A方向に酸化剤ガスを排出する。 A fuel gas inlet communication hole 34a, a cooling medium outlet communication hole 32b, and an oxidizer gas outlet communication hole 30b are provided at the other end edge portion of the power generation cell 10 in the arrow B direction (end edge portion in the arrow B2 direction) in the arrow C direction. It is provided arranged in. The fuel gas inlet communication hole 34a supplies fuel gas in the direction of arrow A. The cooling medium outlet communication hole 32b discharges the cooling medium in the direction of arrow A. The oxidant gas outlet communication hole 30b discharges the oxidant gas in the direction of arrow A.

酸化剤ガス入口連通孔30a及び酸化剤ガス出口連通孔30bと燃料ガス入口連通孔34a及び燃料ガス出口連通孔34bと冷却媒体入口連通孔32a及び冷却媒体出口連通孔32bのそれぞれの大きさ、位置、形状及び数は、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。 The size and position of the oxidizer gas inlet communication hole 30a, the oxidizer gas outlet communication hole 30b, the fuel gas inlet communication hole 34a, the fuel gas outlet communication hole 34b, the cooling medium inlet communication hole 32a, and the cooling medium outlet communication hole 32b, respectively. , Shape and number are not limited to this embodiment, and may be appropriately set according to the required specifications.

図1及び図2に示すように、第1セパレータ16のMEA20に向かう面16aには、燃料ガス入口連通孔34aと燃料ガス出口連通孔34bとに連通する燃料ガス流路36が設けられる。燃料ガス流路36は、矢印B方向に延在する複数の燃料ガス流路溝38を有する。各燃料ガス流路溝38は、矢印B方向に波状に延在してもよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel gas flow path 36 communicating with the fuel gas inlet communication hole 34a and the fuel gas outlet communication hole 34b is provided on the surface 16a of the first separator 16 toward the MEA20. The fuel gas flow path 36 has a plurality of fuel gas flow path grooves 38 extending in the direction of arrow B. Each fuel gas flow path groove 38 may extend in a wavy shape in the direction of arrow B.

図1において、第1セパレータ16には、樹脂枠付きMEA14と第1セパレータ16との間から外部への流体(燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体)の漏出を防止する第1シール部40が設けられている。第1シール部40は、第1セパレータ16の外周部を周回し、各連通孔(酸化剤ガス入口連通孔30a等)を周回する。第1シール部40は、セパレータ厚さ方向(矢印A方向)から見て直線状に延在している。ただし、第1シール部40は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。 In FIG. 1, the first separator 16 has a first seal portion 40 that prevents fluid (fuel gas, oxidant gas, and cooling medium) from leaking to the outside from between the MEA 14 with a resin frame and the first separator 16. It is provided. The first seal portion 40 goes around the outer peripheral portion of the first separator 16 and goes around each communication hole (oxidizing agent gas inlet communication hole 30a or the like). The first seal portion 40 extends linearly when viewed from the separator thickness direction (arrow A direction). However, the first seal portion 40 may extend in a wavy shape when viewed from the separator thickness direction.

図2において、第1シール部40は、第1セパレータ16に一体成形された第1金属ビード部42と、第1金属ビード部42に設けられた第1樹脂材44とを有する。第1金属ビード部42は、第1セパレータ16から樹脂枠部材22に向かって突出している。第1金属ビード部42の横断面形状は、第1金属ビード部42の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第1樹脂材44は、第1金属ビード部42の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第1樹脂材44は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。 In FIG. 2, the first seal portion 40 has a first metal bead portion 42 integrally molded with the first separator 16 and a first resin material 44 provided on the first metal bead portion 42. The first metal bead portion 42 projects from the first separator 16 toward the resin frame member 22. The cross-sectional shape of the first metal bead portion 42 is a trapezoidal shape that tapers in the protruding direction of the first metal bead portion 42. The first resin material 44 is an elastic member fixed to the protruding end face of the first metal bead portion 42 by printing or coating. The first resin material 44 is made of, for example, polyester fibers.

図1及び図2に示すように、第2セパレータ18のMEA20に向かう面18aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路46が設けられる。酸化剤ガス流路46は、矢印B方向に直線状に延在する複数の酸化剤ガス流路溝48を有する。各酸化剤ガス流路溝48は、矢印B方向に波状に延在してもよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, an oxidant gas flow path 46 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b is provided on the surface 18a of the second separator 18 toward the MEA20. Be done. The oxidant gas flow path 46 has a plurality of oxidant gas flow path grooves 48 extending linearly in the direction of arrow B. Each oxidant gas flow path groove 48 may extend in a wavy shape in the direction of arrow B.

第2セパレータ18には、樹脂枠付きMEA14と第2セパレータ18との間から外部への流体(酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体)の漏出を防止する第2シール部50が設けられている。第2シール部50は、第2セパレータ18の外周部を周回し、各連通孔(酸化剤ガス入口連通孔30a等)を周回する。第2シール部50は、セパレータ厚さ方向(矢印A方向)から見て直線状に延在している。ただし、第2シール部50は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。 The second separator 18 is provided with a second seal portion 50 for preventing leakage of fluid (oxidizing agent gas, fuel gas and cooling medium) from between the MEA 14 with a resin frame and the second separator 18 to the outside. .. The second seal portion 50 goes around the outer peripheral portion of the second separator 18 and goes around each communication hole (oxidizing agent gas inlet communication hole 30a, etc.). The second seal portion 50 extends linearly when viewed from the separator thickness direction (arrow A direction). However, the second seal portion 50 may extend in a wavy shape when viewed from the separator thickness direction.

図2において、第2シール部50は、第2セパレータ18に一体成形された第2金属ビード部52と、第2金属ビード部52に設けられた第2樹脂材54とを有する。第2金属ビード部52は、第2セパレータ18から樹脂枠部材22に向かって突出している。第2金属ビード部52の横断面形状は、第2金属ビード部52の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第2樹脂材54は、第2金属ビード部52の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第2樹脂材54は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。 In FIG. 2, the second seal portion 50 has a second metal bead portion 52 integrally molded with the second separator 18 and a second resin material 54 provided on the second metal bead portion 52. The second metal bead portion 52 projects from the second separator 18 toward the resin frame member 22. The cross-sectional shape of the second metal bead portion 52 is a trapezoidal shape that tapers toward the protruding direction of the second metal bead portion 52. The second resin material 54 is an elastic member fixed to the protruding end face of the second metal bead portion 52 by printing or coating. The second resin material 54 is made of, for example, polyester fibers.

第1シール部40及び第2シール部50は、セパレータ厚さ方向から見て互いに重なるように配置されている。そのため、燃料電池スタック12に締付荷重(圧縮荷重)が付与された状態で、第1金属ビード部42及び第2金属ビード部52のそれぞれが弾性変形(圧縮変形)する。また、この状態で、第1シール部40の突出端面(第1樹脂材44)が樹脂枠部材22の一方の面22aに気密及び液密に接触するとともに第2シール部50の突出端面(第2樹脂材54)が樹脂枠部材22の他方の面22bに気密及び液密に接触する。 The first seal portion 40 and the second seal portion 50 are arranged so as to overlap each other when viewed from the separator thickness direction. Therefore, with the tightening load (compressive load) applied to the fuel cell stack 12, each of the first metal bead portion 42 and the second metal bead portion 52 is elastically deformed (compressively deformed). Further, in this state, the protruding end surface (first resin material 44) of the first sealing portion 40 comes into airtight and liquid-tight contact with one surface 22a of the resin frame member 22, and the protruding end surface (first resin material 44) of the second sealing portion 50. 2 The resin material 54) comes into airtight and liquid-tight contact with the other surface 22b of the resin frame member 22.

第1樹脂材44は、第1金属ビード部42ではなく、樹脂枠部材22の一方の面22aに設けられてもよい。第2樹脂材54は、第2金属ビード部52ではなく、樹脂枠部材22の他方の面22bに設けられてもよい。また、第1樹脂材44及び第2樹脂材54の少なくともいずれかは、省略されてもよい。第1シール部40及び第2シール部50は、上述したようなメタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。 The first resin material 44 may be provided on one surface 22a of the resin frame member 22 instead of the first metal bead portion 42. The second resin material 54 may be provided on the other surface 22b of the resin frame member 22 instead of the second metal bead portion 52. Further, at least one of the first resin material 44 and the second resin material 54 may be omitted. The first seal portion 40 and the second seal portion 50 may be formed of an elastic rubber seal member instead of the metal bead seal as described above.

図1及び図2において、第1セパレータ16の面16bと第2セパレータ18の面18bとの間には、冷却媒体入口連通孔32aと冷却媒体出口連通孔32bとに連通する冷却媒体流路56が設けられる。冷却媒体流路56は、酸化剤ガス流路46の裏面形状と燃料ガス流路36の裏面形状とによって形成される。 In FIGS. 1 and 2, between the surface 16b of the first separator 16 and the surface 18b of the second separator 18, the cooling medium flow path 56 communicating with the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b. Is provided. The cooling medium flow path 56 is formed by the back surface shape of the oxidant gas flow path 46 and the back surface shape of the fuel gas flow path 36.

図1及び図3Aに示すように、樹脂枠部材22は、四角環状に形成されている。つまり、図3Aにおいて、樹脂枠部材22の中央部には、四角形状の開口部60が形成されている。そのため、図1~図3Aに示すように、樹脂枠部材22の内周端部23は、MEA20の外周部を周回するように四角環状に形成されている。なお、樹脂枠部材22の内周端部23は、樹脂枠部材22の内端22i及びその近傍領域を構成する部分である。 As shown in FIGS. 1 and 3A, the resin frame member 22 is formed in a square ring shape. That is, in FIG. 3A, a square opening 60 is formed in the central portion of the resin frame member 22. Therefore, as shown in FIGS. 1 to 3A, the inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 is formed in a square ring shape so as to orbit the outer peripheral portion of the MEA 20. The inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 is a portion constituting the inner end 22i of the resin frame member 22 and a region in the vicinity thereof.

図2に示すように、樹脂枠部材22の内周端部23は、アノード電極26の外周部27とカソード電極28の外周部29との間に配置されている。具体的に、樹脂枠部材22の内周端部23は、電解質膜24の外周部25とカソード電極28の外周部29とによって挟持されている。なお、樹脂枠部材22の内周端部23は、電解質膜24の外周部25とアノード電極26の外周部27とによって挟持されてもよい。 As shown in FIG. 2, the inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 is arranged between the outer peripheral portion 27 of the anode electrode 26 and the outer peripheral portion 29 of the cathode electrode 28. Specifically, the inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 is sandwiched between the outer peripheral portion 25 of the electrolyte membrane 24 and the outer peripheral portion 29 of the cathode electrode 28. The inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 may be sandwiched between the outer peripheral portion 25 of the electrolyte membrane 24 and the outer peripheral portion 27 of the anode electrode 26.

図3Aにおいて、樹脂枠部材22の内周端部23は、4つの直線状の辺部62と、4つの角部64とを含む。図2及び図3Aに示すように、各辺部62は、樹脂枠部材22の内方に向かって先細り形状に形成されている。換言すれば、各辺部62は、樹脂枠部材22の内方に向かって厚さ(矢印A方向の寸法)が減少する。各辺部62は、横断面が三角形状に形成されている。つまり、各辺部62には、樹脂枠部材22の一方の面22aから他方の面22bに向かって内方に傾斜した傾斜面66と、傾斜面66の両側に連結した一対の側面68(図3A参照)とが形成されている。傾斜面66は、平坦に形成されている。 In FIG. 3A, the inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 includes four linear side portions 62 and four corner portions 64. As shown in FIGS. 2 and 3A, each side portion 62 is formed in a tapered shape toward the inside of the resin frame member 22. In other words, the thickness (dimension in the direction of arrow A) of each side portion 62 decreases toward the inside of the resin frame member 22. Each side portion 62 has a triangular cross section. That is, each side portion 62 has an inclined surface 66 inclined inward from one surface 22a of the resin frame member 22 toward the other surface 22b, and a pair of side surfaces 68 connected to both sides of the inclined surface 66 (FIG. 3A) and are formed. The inclined surface 66 is formed flat.

図2に示すように、傾斜面66の傾斜角度θ(樹脂枠部材22の他方の面22bと傾斜面66とのなす角度)は、例えば、45°以下が好ましく、15°以上30°以下がより好ましく、略20°がより一層好ましい。傾斜角度θは、適宜設定可能である。4つの辺部62において、傾斜角度θは、互いに同一である。ただし、4つの辺部62において、傾斜角度θは、互いに異なってもよい。 As shown in FIG. 2, the inclination angle θ of the inclined surface 66 (the angle formed by the other surface 22b of the resin frame member 22 and the inclined surface 66) is, for example, preferably 45 ° or less, and 15 ° or more and 30 ° or less. More preferably, about 20 ° is even more preferable. The tilt angle θ can be set as appropriate. At the four sides 62, the inclination angles θ are the same as each other. However, the inclination angles θ of the four side portions 62 may be different from each other.

傾斜面66は、各辺部62の全長に亘って延在している(図3A参照)。ただし、傾斜面66は、各辺部62の延在方向の一部にのみ設けられてもよい。傾斜面66は、電解質膜24の他方の面24bに対向している。換言すれば、傾斜面66は、電解質膜24の他方の面24bに近接又は接触している。各辺部62は、内方に向かって薄く形成されている。そのため、各辺部62の内方に形成される隙間Sは、各辺部62に傾斜面66を形成しない場合(各辺部62の横断面が四角形状である場合)と比較して小さくなる。 The inclined surface 66 extends over the entire length of each side portion 62 (see FIG. 3A). However, the inclined surface 66 may be provided only on a part of each side portion 62 in the extending direction. The inclined surface 66 faces the other surface 24b of the electrolyte membrane 24. In other words, the inclined surface 66 is in close proximity to or in contact with the other surface 24b of the electrolyte membrane 24. Each side portion 62 is formed thin toward the inside. Therefore, the gap S formed inward of each side portion 62 is smaller than the case where the inclined surface 66 is not formed on each side portion 62 (when the cross section of each side portion 62 is square). ..

図3Aにおいて、各側面68は、傾斜面66の延在方向の端に連結している。換言すれば、各側面68は、各辺部62の延在方向の端に位置する。角部64は、互いに隣接する側面68によって形成されている。角部64を形成する2つの側面68のなす角度は、略90°である。各側面68は、三角形状に形成されている。各角部64は、傾斜面66に対して樹脂枠部材22の一方の面22a側に突出している。内周端部23における互いに隣り合う辺部62及び角部64において、樹脂枠部材22の一方の面22aのうち角部64に位置する部分(第1平面部65)と傾斜面66との間には、段差(側面68)が形成されている。角部64の第1平面部65は、樹脂枠部材22の一方の面22aのうち内周端部23よりも外方に位置する部分(第2平面部67)に対して面一に連なっている。 In FIG. 3A, each side surface 68 is connected to the end of the inclined surface 66 in the extending direction. In other words, each side surface 68 is located at the end of each side portion 62 in the extending direction. The corners 64 are formed by side surfaces 68 adjacent to each other. The angle formed by the two side surfaces 68 forming the corner portion 64 is approximately 90 °. Each side surface 68 is formed in a triangular shape. Each corner portion 64 projects toward one surface 22a of the resin frame member 22 with respect to the inclined surface 66. Between the side portion 62 and the corner portion 64 adjacent to each other in the inner peripheral end portion 23, the portion of one surface 22a of the resin frame member 22 located at the corner portion 64 (first plane portion 65) and the inclined surface 66. A step (side surface 68) is formed in. The first flat surface portion 65 of the corner portion 64 is flush with the portion (second flat surface portion 67) of one surface 22a of the resin frame member 22 located outside the inner peripheral end portion 23. There is.

図3A及び図3Bに示すように、各角部64は、樹脂枠部材22の内方に向かって樹脂枠部材22の内端22iまで厚さが略一定である。各角部64は、横断面が四角形状(長方形状)に形成されている(図3B参照)。各角部64は、内周端部23のうち傾斜面66が形成されている部分(スロープ部)よりも肉厚に形成されている。各角部64において、樹脂枠部材22の一方の面22aと樹脂枠部材22の他方の面22bとは、互いに平行に延在している。つまり、各角部64には、傾斜面66が形成されていない。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the thickness of each corner portion 64 is substantially constant from the inside of the resin frame member 22 to the inner end 22i of the resin frame member 22. Each corner 64 has a square cross section (rectangular shape) (see FIG. 3B). Each corner portion 64 is formed to be thicker than the portion (slope portion) of the inner peripheral end portion 23 on which the inclined surface 66 is formed. At each corner 64, one surface 22a of the resin frame member 22 and the other surface 22b of the resin frame member 22 extend in parallel with each other. That is, the inclined surface 66 is not formed on each corner portion 64.

図2に示すように、電解質膜24の外周部25には、樹脂枠部材22の傾斜面66に対向する部分に第1傾斜領域70aが設けられる。電解質膜24において、第1傾斜領域70aよりも外方に位置するアノード電極26側の面70bは、第1傾斜領域70aよりも内方に位置するアノード電極26側の面70cよりも、カソード電極28からより離れている。 As shown in FIG. 2, the outer peripheral portion 25 of the electrolyte membrane 24 is provided with a first inclined region 70a at a portion of the resin frame member 22 facing the inclined surface 66. In the electrolyte membrane 24, the surface 70b on the anode electrode 26 side located outside the first inclined region 70a is a cathode electrode more than the surface 70c on the anode electrode 26 side located inside the first inclined region 70a. It is farther from 28.

アノード電極26の外周部27には、電解質膜24の第1傾斜領域70aに対向する部分に第2傾斜領域72aが設けられる。第2傾斜領域72aは、第1傾斜領域70aに対して略平行に延在している。アノード電極26において、第2傾斜領域72aよりも外方に位置する第1セパレータ16側の面72bは、第2傾斜領域72aよりも内方に位置する第1セパレータ16側の面72cよりも、カソード電極28からより離れている。 A second inclined region 72a is provided on the outer peripheral portion 27 of the anode electrode 26 at a portion of the electrolyte membrane 24 facing the first inclined region 70a. The second inclined region 72a extends substantially parallel to the first inclined region 70a. In the anode electrode 26, the surface 72b on the first separator 16 side located outside the second inclined region 72a is larger than the surface 72c on the first separator 16 side located inside the second inclined region 72a. It is farther from the cathode electrode 28.

カソード電極28の外周部29には、樹脂枠部材22の厚さ方向(矢印A方向)に樹脂枠部材22の傾斜面66と重なる箇所に第3傾斜領域74aが設けられている。第3傾斜領域74aは、カソード電極28の外周端28oに向かって樹脂枠部材22が位置する側とは反対側に傾斜している。カソード電極28において、第3傾斜領域74aよりも外方に位置する第2セパレータ18側の面74bは、第3傾斜領域74aよりも内方に位置する第2セパレータ18側の面74cよりも、アノード電極26からより離れている。 The outer peripheral portion 29 of the cathode electrode 28 is provided with a third inclined region 74a at a position overlapping the inclined surface 66 of the resin frame member 22 in the thickness direction (arrow A direction) of the resin frame member 22. The third inclined region 74a is inclined toward the outer peripheral end 28o of the cathode electrode 28 on the side opposite to the side where the resin frame member 22 is located. In the cathode electrode 28, the surface 74b on the side of the second separator 18 located outside the third inclined region 74a is larger than the surface 74c on the side of the second separator 18 located inside the third inclined region 74a. It is farther away from the anode electrode 26.

次に、本実施形態に係る発電セル10を含む燃料電池スタック12の動作について、以下に説明する。 Next, the operation of the fuel cell stack 12 including the power generation cell 10 according to the present embodiment will be described below.

図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔34aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔32aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。 As shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 34a. To. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ18の酸化剤ガス流路46に導入され、矢印B方向に移動してMEA20のカソード電極28に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔34aから第1セパレータ16の燃料ガス流路36に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路36に沿って矢印B方向に移動し、MEA20のアノード電極26に供給される。 Therefore, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 46 of the second separator 18 from the oxidant gas inlet communication hole 30a, moves in the direction of arrow B, and is supplied to the cathode electrode 28 of the MEA 20. On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas inlet communication hole 34a into the fuel gas flow path 36 of the first separator 16. The fuel gas moves in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 36 and is supplied to the anode electrode 26 of the MEA 20.

従って、MEA20では、カソード電極28に供給される酸化剤ガスと、アノード電極26に供給される燃料ガスとが、電気化学反応により消費されて、発電が行われる。 Therefore, in the MEA 20, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 28 and the fuel gas supplied to the anode electrode 26 are consumed by the electrochemical reaction to generate electricity.

次いで、図1において、カソード電極28に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極26に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。 Next, in FIG. 1, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode electrode 28 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 30b. Similarly, the fuel gas supplied to and consumed by the anode electrode 26 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 34b.

また、冷却媒体入口連通孔32aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ16と第2セパレータ18との間の冷却媒体流路56に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、MEA20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bから排出される。 Further, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a is introduced into the cooling medium flow path 56 between the first separator 16 and the second separator 18 and then flows in the direction of arrow B. After cooling the MEA 20, this cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b.

次に、本実施形態に係る樹脂枠付きMEA14の製造方法について、以下に説明する。 Next, a method for manufacturing the MEA14 with a resin frame according to the present embodiment will be described below.

まず、上述した樹脂枠部材22を製造する。具体的に、図4に示すように、樹脂枠部材22の製造方法は、準備工程、載置工程、加工工程、挟み工程を含む。図5に示すように、樹脂枠部材22は、樹脂フィルム100を加工型200で加工することにより形成される。 First, the resin frame member 22 described above is manufactured. Specifically, as shown in FIG. 4, the method for manufacturing the resin frame member 22 includes a preparation step, a mounting step, a processing step, and a sandwiching step. As shown in FIG. 5, the resin frame member 22 is formed by processing the resin film 100 with the processing mold 200.

図5に示すように、加工型200は、互いに近接離間可能なように対向配置された下型202及び上型204を備える。下型202は、上面に四角形状の挿入口206(開口部)が形成されたダイである。下型202は、上面から見て、四角環状に形成されている。下型202の上面には、樹脂フィルム100を載置するための四角環状の載置面208と、下型202の上面の内端に位置する(挿入口206の外周に沿って延在した)下側加工部210(下刃)とが設けられている。載置面208の内周角部(下側加工部210側の角部)には、下側加工部210の各辺に沿って延在した4つの切り欠き部212が設けられている。切り欠き部212は、例えば、C面取りにより形成される。この場合、C面取りは、C0.5以上C2以下に設定するのが好ましい。 As shown in FIG. 5, the processing die 200 includes a lower die 202 and an upper die 204 arranged so as to be close to each other and separated from each other. The lower mold 202 is a die having a square insertion port 206 (opening) formed on the upper surface thereof. The lower mold 202 is formed in a square ring shape when viewed from the upper surface. On the upper surface of the lower mold 202, a square annular mounting surface 208 for mounting the resin film 100 and an inner end of the upper surface of the lower mold 202 are located (extending along the outer periphery of the insertion port 206). A lower processing portion 210 (lower blade) is provided. The inner peripheral angle portion (corner portion on the lower processed portion 210 side) of the mounting surface 208 is provided with four notched portions 212 extending along each side of the lower processed portion 210. The cutout portion 212 is formed by, for example, C chamfering. In this case, the C chamfer is preferably set to C0.5 or more and C2 or less.

換言すれば、下型202の上面には、切り欠き部212が位置する部分に、載置面208から下側加工部210に向かって下方に傾斜した4つの支持面214が形成されている。各支持面214は、下側加工部210の各辺の全長に亘って延在している。各支持面214は、平坦面216aである。各支持面214の幅寸法と傾斜角度(載置面208に平行な線と傾斜面66とのなす角度)とは、樹脂フィルム100の材質、厚さ等に応じて適宜設定される。なお、互いに隣接する支持面214の間には、横断面が四角形状の角部218が位置している。 In other words, on the upper surface of the lower mold 202, four support surfaces 214 inclined downward from the mounting surface 208 toward the lower processed portion 210 are formed in the portion where the notch portion 212 is located. Each support surface 214 extends over the entire length of each side of the lower processed portion 210. Each support surface 214 is a flat surface 216a. The width dimension and the inclination angle (the angle formed by the line parallel to the mounting surface 208 and the inclined surface 66) of each support surface 214 are appropriately set according to the material, thickness, and the like of the resin film 100. The corner portions 218 having a square cross section are located between the support surfaces 214 adjacent to each other.

上型204は、上下方向に移動可能に設けられた上型本体220と、上型本体220の下面から下方に突出したパンチ222とを有する。パンチ222は、直方体形状に形成されている。パンチ222は、上型204を下型202に対して下方に移動させた際に下型202の挿入口206に挿入される。 The upper mold 204 has an upper mold main body 220 provided so as to be movable in the vertical direction, and a punch 222 protruding downward from the lower surface of the upper mold main body 220. The punch 222 is formed in a rectangular cuboid shape. The punch 222 is inserted into the insertion port 206 of the lower mold 202 when the upper mold 204 is moved downward with respect to the lower mold 202.

パンチ222の突出端面の外周端には、四角形状の上側加工部224(上刃)が設けられている。上側加工部224は、下側加工部210よりも一回り小さく形成されている。つまり、図7Aに示すように、パンチ222を挿入口206に挿入する際に、上側加工部224と下側加工部210との間には、所定のクリアランスCLが形成される。クリアランスCLは、10μm以上60μm以下の範囲内で設定される。クリアランスCLの大きさは、樹脂フィルム100の材質及び厚さに応じて適宜設定される。 A square upper processing portion 224 (upper blade) is provided at the outer peripheral end of the protruding end surface of the punch 222. The upper processed portion 224 is formed to be one size smaller than the lower processed portion 210. That is, as shown in FIG. 7A, when the punch 222 is inserted into the insertion port 206, a predetermined clearance CL is formed between the upper processing portion 224 and the lower processing portion 210. The clearance CL is set within the range of 10 μm or more and 60 μm or less. The size of the clearance CL is appropriately set according to the material and thickness of the resin film 100.

樹脂枠部材22の製造方法では、まず、準備工程(図4のステップS1)が行われる。準備工程では、図5に示す四角環状の樹脂フィルム100を作製する。樹脂フィルム100は、横長の長方形状に形成されている。樹脂フィルム100の中央部には、四角形状の開口部60が形成されている。つまり、樹脂フィルム100は、四角環状に形成されている。樹脂フィルム100の内周端部102は、4つの辺部104と、4つの角部106とを有する。 In the method for manufacturing the resin frame member 22, first, a preparation step (step S1 in FIG. 4) is performed. In the preparatory step, the square annular resin film 100 shown in FIG. 5 is produced. The resin film 100 is formed in a horizontally long rectangular shape. A square opening 60 is formed in the central portion of the resin film 100. That is, the resin film 100 is formed in a square ring shape. The inner peripheral end portion 102 of the resin film 100 has four side portions 104 and four corner portions 106.

樹脂フィルム100の長辺方向の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a及び燃料ガス出口連通孔34bが形成されている。樹脂フィルム100の長手方向の他端縁部には、燃料ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び酸化剤ガス出口連通孔30bが形成されている。 An oxidant gas inlet communication hole 30a, a cooling medium inlet communication hole 32a, and a fuel gas outlet communication hole 34b are formed at one end edge of the resin film 100 in the long side direction. A fuel gas inlet communication hole 34a, a cooling medium outlet communication hole 32b, and an oxidant gas outlet communication hole 30b are formed at the other end edge of the resin film 100 in the longitudinal direction.

準備工程が終了すると、載置工程(図4のステップS2)が行われる。載置工程では、図5~図7Aに示すように、樹脂フィルム100の一方の面100aを上方に向けた状態で他方の面100bを下型202の載置面208に載置する。なお、加工型200は、樹脂フィルム100を下型202に位置決めするための位置決め機構(図示せず)を備える。位置決め機構は、例えば、下型202に設けられたノックピンであって、この場合、ノックピンは、樹脂フィルム100に形成された位置決め孔(図示せず)に挿入される。この際、図6において、樹脂フィルム100の中心を下型202の上面の中心に位置決めする。 When the preparation step is completed, the mounting step (step S2 in FIG. 4) is performed. In the mounting step, as shown in FIGS. 5 to 7A, the other surface 100b is placed on the mounting surface 208 of the lower mold 202 with one surface 100a of the resin film 100 facing upward. The processing mold 200 includes a positioning mechanism (not shown) for positioning the resin film 100 on the lower mold 202. The positioning mechanism is, for example, a knock pin provided in the lower mold 202, in which case the knock pin is inserted into a positioning hole (not shown) formed in the resin film 100. At this time, in FIG. 6, the center of the resin film 100 is positioned at the center of the upper surface of the lower mold 202.

なお、樹脂フィルム100の開口部60は、下型202の挿入口206よりも一回り小さい。そのため、樹脂フィルム100の内周端部102は、下型202の下側加工部210よりも内側に位置する。換言すれば、樹脂フィルム100の内周端部102の各辺部104の少なくとも一部は、下型202の切り欠き部212に位置する(図7A参照)。つまり、各辺部104の内端104iは、下側加工部210よりも内側に位置する。 The opening 60 of the resin film 100 is one size smaller than the insertion port 206 of the lower mold 202. Therefore, the inner peripheral end 102 of the resin film 100 is located inside the lower processed portion 210 of the lower mold 202. In other words, at least a part of each side portion 104 of the inner peripheral end portion 102 of the resin film 100 is located in the cutout portion 212 of the lower mold 202 (see FIG. 7A). That is, the inner end 104i of each side portion 104 is located inside the lower processing portion 210.

載置工程が終了すると、加工工程(図4のステップS3)が行われる。加工工程では、図7A~図8Aに示すように、上型204を下型202に向かって移動させて下側加工部210と上側加工部224とで樹脂フィルム100の内周端部102の各辺部104のせん断加工を行うことにより、樹脂フィルム100の各辺部104に傾斜面66を形成する。なお、この際、樹脂フィルム100の一方の面100aを図示しない押さえ部材によって載置面208に押さえ付けてもよい。 When the mounting step is completed, the processing step (step S3 in FIG. 4) is performed. In the processing step, as shown in FIGS. 7A to 8A, the upper mold 204 is moved toward the lower mold 202, and the lower processing portion 210 and the upper processing portion 224 form each of the inner peripheral end portions 102 of the resin film 100. By shearing the side portions 104, inclined surfaces 66 are formed on each side portion 104 of the resin film 100. At this time, one surface 100a of the resin film 100 may be pressed against the mounting surface 208 by a pressing member (not shown).

上型204が下降すると、図7Bに示すように、上側加工部224が樹脂フィルム100の一方の面100aに接触し、樹脂フィルム100が下方に押される。この際、樹脂フィルム100の他方の面100bは、支持面214に接触するとともに下側加工部210に接触する。つまり、樹脂フィルム100の各辺部104の少なくとも一部は、切り欠き部212に位置する。そのため、各辺部104は、内方に向かって下方に傾斜する。また、樹脂フィルム100の各辺部104の内端104iは、下方を向いている。さらに、下側加工部210と上側加工部224との間には、所定のクリアランスCLが維持される。 When the upper mold 204 is lowered, as shown in FIG. 7B, the upper processed portion 224 comes into contact with one surface 100a of the resin film 100, and the resin film 100 is pushed downward. At this time, the other surface 100b of the resin film 100 contacts the support surface 214 and the lower processed portion 210. That is, at least a part of each side portion 104 of the resin film 100 is located at the cutout portion 212. Therefore, each side portion 104 is inclined downward toward the inward side. Further, the inner end 104i of each side portion 104 of the resin film 100 faces downward. Further, a predetermined clearance CL is maintained between the lower processing portion 210 and the upper processing portion 224.

そして、上型204がさらに下降すると、図8Aに示すように、樹脂フィルム100の各辺部104が上側加工部224によってせん断加工される。このとき、上側加工部224は、樹脂フィルム100の各辺部104を、各辺部104の厚さ方向とは交差する方向に切断する。 Then, when the upper mold 204 is further lowered, as shown in FIG. 8A, each side portion 104 of the resin film 100 is sheared by the upper processing portion 224. At this time, the upper processing portion 224 cuts each side portion 104 of the resin film 100 in a direction intersecting the thickness direction of each side portion 104.

つまり、樹脂フィルム100における上側加工部224による切断長Lは、樹脂フィルム100の厚さ寸法よりも長い。樹脂フィルム100のうち上側加工部224によって切断された切断面110は、上述した傾斜面66となる。これにより、上述した樹脂枠部材22が形成される。支持面214の傾斜の構成とクリアランスCLとは、傾斜面66の傾斜角度θ(図2参照)が上述した範囲(45°以上が好ましく、15°以上30°以下がより好ましく、略20°がより一層好ましい)になるように設定されている。 That is, the cutting length L of the resin film 100 by the upper processed portion 224 is longer than the thickness dimension of the resin film 100. The cut surface 110 of the resin film 100 cut by the upper processed portion 224 is the inclined surface 66 described above. As a result, the resin frame member 22 described above is formed. Regarding the structure of the inclination of the support surface 214 and the clearance CL, the inclination angle θ (see FIG. 2) of the inclined surface 66 is preferably within the above-mentioned range (preferably 45 ° or more, more preferably 15 ° or more and 30 ° or less, and about 20 °. It is set to be even more preferable).

なお、図8Bに示すように、パンチ222の下面は、上側加工部224から離間する方向に向かって上方に傾斜してもよい。つまり、パンチ222の下面と水平面とのなす角度αは、鋭角に形成されてもよい。 As shown in FIG. 8B, the lower surface of the punch 222 may be inclined upward in a direction away from the upper processed portion 224. That is, the angle α formed by the lower surface of the punch 222 and the horizontal plane may be formed at an acute angle.

加工工程の後、図9Aに示すように、樹脂枠部材22の内周端部23が外周部分31よりも樹脂枠部材22の他方の面22b側に湾曲していた場合、必要に応じて、挟み工程(図4のステップS4)を行ってもよい。挟み工程では、図9A及び図9Bに示すように、加工工程により得られた樹脂枠部材22を一対のプレス部材250、252の各平面250a、252aによって挟んで押圧する。これにより、樹脂枠部材22の内周端部23と外周部分31とを同一平面状に矯正することができる。 After the processing step, as shown in FIG. 9A, when the inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 is curved toward the other surface 22b of the resin frame member 22 with respect to the outer peripheral portion 31, if necessary, The sandwiching step (step S4 in FIG. 4) may be performed. In the sandwiching step, as shown in FIGS. 9A and 9B, the resin frame member 22 obtained in the processing step is sandwiched and pressed by the planes 250a and 252a of the pair of press members 250 and 252. As a result, the inner peripheral end portion 23 and the outer peripheral portion 31 of the resin frame member 22 can be straightened into the same plane shape.

樹脂枠部材22の製造の終了後、電解質膜24が設けられたアノード電極26と、カソード電極28とを準備する。そして、電解質膜24の外周部25とカソード電極28の外周部29との間に樹脂枠部材22の内周端部23を配置して互いに接合する。具体的に、厚さ方向に重ねられたアノード電極26、電解質膜24、樹脂枠部材22及びカソード電極28を加熱するとともに荷重を付与すること(ホットプレス)により接合を行う。これにより、樹脂枠付きMEA14が得られる。なお、電解質膜24と樹脂枠部材22との間には、接着剤が塗布されてもよい。 After the production of the resin frame member 22 is completed, the anode electrode 26 provided with the electrolyte membrane 24 and the cathode electrode 28 are prepared. Then, the inner peripheral end portion 23 of the resin frame member 22 is arranged between the outer peripheral portion 25 of the electrolyte membrane 24 and the outer peripheral portion 29 of the cathode electrode 28 and joined to each other. Specifically, the anode electrodes 26, the electrolyte membrane 24, the resin frame member 22, and the cathode electrodes 28, which are stacked in the thickness direction, are heated and a load is applied (hot press) to join them. As a result, MEA14 with a resin frame can be obtained. An adhesive may be applied between the electrolyte membrane 24 and the resin frame member 22.

本実施形態に係る加工型200及び樹脂枠部材22の製造方法は、以下の効果を奏する。 The method for manufacturing the processing mold 200 and the resin frame member 22 according to the present embodiment has the following effects.

樹脂枠部材22の製造方法(加工型200の使用方法)は、樹脂フィルム100を下型202の載置面208に載置する載置工程と、載置工程の後で、上型204を下型202に向かって移動させて下型202の下側加工部210と上型204の上側加工部224とで各辺部104のせん断加工を行うことにより、各辺部104に傾斜面66を形成する加工工程と、を含む。 The method of manufacturing the resin frame member 22 (the method of using the processing mold 200) is as follows: a mounting step of mounting the resin film 100 on the mounting surface 208 of the lower mold 202, and a mounting step of placing the upper mold 204 below. By moving toward the mold 202 and shearing each side portion 104 between the lower processing portion 210 of the lower mold 202 and the upper processing portion 224 of the upper mold 204, an inclined surface 66 is formed on each side portion 104. Including the processing process to be performed.

加工工程では、下側加工部210と上側加工部224との間に所定のクリアランスCLを維持しつつ、各辺部104が内方に向かって下方に傾斜するように載置面208における下側加工部210側の角部を切り欠いた切り欠き部212に各辺部104の少なくとも一部を位置させた状態で、せん断加工を行う。 In the machining step, the lower side of the mounting surface 208 is such that each side portion 104 is inclined downward inward while maintaining a predetermined clearance CL between the lower machining portion 210 and the upper machining portion 224. Shearing is performed in a state where at least a part of each side portion 104 is positioned in the cutout portion 212 in which the corner portion on the processed portion 210 side is cut out.

このような方法によれば、下側加工部210と上側加工部224との間に所定のクリアランスCLを維持しつつ、各辺部104が内方に向かって下方に傾斜するように下型202の切り欠き部212に各辺部104の少なくとも一部を位置させるとともに各辺部104の内面を下方に向けた状態で、各辺部104のせん断加工を行っている。これにより、上側加工部224及び下側加工部210によって切断された各辺部104の切断面110は、樹脂枠部材22の厚さ方向に対して傾斜した傾斜面66となる。よって、効率よく傾斜面66を形成することができる。 According to such a method, the lower mold 202 is such that each side portion 104 is inclined downward inward while maintaining a predetermined clearance CL between the lower processing portion 210 and the upper processing portion 224. Each side portion 104 is sheared with at least a part of each side portion 104 positioned in the notch portion 212 of the above and the inner surface of each side portion 104 facing downward. As a result, the cut surface 110 of each side portion 104 cut by the upper processed portion 224 and the lower processed portion 210 becomes an inclined surface 66 inclined with respect to the thickness direction of the resin frame member 22. Therefore, the inclined surface 66 can be efficiently formed.

下型202には、切り欠き部212が位置する部分に、載置面208から下側加工部210に向かって下方に傾斜した支持面214が形成され、支持面214は、平坦面216aである。加工工程では、各辺部104を支持面214に接触させている。 The lower mold 202 is formed with a support surface 214 inclined downward from the mounting surface 208 toward the lower processed portion 210 at a portion where the notch portion 212 is located, and the support surface 214 is a flat surface 216a. .. In the processing process, each side portion 104 is brought into contact with the support surface 214.

このような方法によれば、上側加工部224によって樹脂フィルム100の各辺部104に傾斜面66を精度よく形成することができる。 According to such a method, the inclined surface 66 can be accurately formed on each side portion 104 of the resin film 100 by the upper processed portion 224.

クリアランスCLは、10μm以上60μm以下の範囲内で設定される。 The clearance CL is set within the range of 10 μm or more and 60 μm or less.

この場合、樹脂フィルム100の切断面110のダレ及びバリを低減しつつ樹脂フィルム100の各辺部104に傾斜面66を精度よく形成することができる。 In this case, the inclined surface 66 can be accurately formed on each side portion 104 of the resin film 100 while reducing the sagging and burrs of the cut surface 110 of the resin film 100.

また、加工型200において、下型202の上面には、四角形状の挿入口206と、挿入口206を囲むように位置して樹脂フィルム100が載置される載置面208と、挿入口206の外周に沿って延在する四角環状の下側加工部210と、載置面208における下側加工部210の角部を切り欠いた切り欠き部212とが設けられる。上型204は、四角形状の上側加工部224が形成されるとともに挿入口206に挿入可能に形成されたパンチ222を有する。下側加工部210と上側加工部224とは、上型204を下型202に向かって移動させた際に下側加工部210と上側加工部224との間に所定のクリアランスを維持した状態で下側加工部210及び上側加工部224で各辺部104をせん断加工可能なように設けられている。 Further, in the processing mold 200, on the upper surface of the lower mold 202, a square insertion port 206, a mounting surface 208 on which the resin film 100 is placed so as to surround the insertion port 206, and an insertion port 206. A square annular lower processed portion 210 extending along the outer periphery of the surface and a notched portion 212 having a corner portion of the lower processed portion 210 on the mounting surface 208 are provided. The upper mold 204 has a punch 222 in which a square upper processed portion 224 is formed and the punch 222 is formed so as to be insertable into the insertion port 206. The lower processing portion 210 and the upper processing portion 224 maintain a predetermined clearance between the lower processing portion 210 and the upper processing portion 224 when the upper mold 204 is moved toward the lower mold 202. The lower processing portion 210 and the upper processing portion 224 are provided so that each side portion 104 can be sheared.

このような加工型200によれば、上述したような樹脂枠部材22の製造方法と同様の作用効果を奏する。 According to such a processing mold 200, the same operation and effect as the method for manufacturing the resin frame member 22 as described above can be obtained.

下型202の切り欠き部212は、例えば、R面取りにより形成されてもよい。この場合、R面取りは、R0.3以上R2以下に設定するのが好ましい。また、下型202の支持面214は、図10に示すように、凸状R面216b(凸状湾曲面)に形成される。この場合であっても、上述した平坦面216aの効果と同様の効果を奏する。 The cutout portion 212 of the lower mold 202 may be formed by, for example, R chamfering. In this case, the R chamfer is preferably set to R0.3 or more and R2 or less. Further, as shown in FIG. 10, the support surface 214 of the lower mold 202 is formed on the convex R surface 216b (convex curved surface). Even in this case, the same effect as that of the flat surface 216a described above is obtained.

(変形例)
次に、変形例に係る加工型200a及び加工型200aの製造方法について説明する。なお、本変形例において、上述した加工型200と同一の構成には同一の参照符号を付し、その詳細な説明については省略する。
(Modification example)
Next, the processing mold 200a and the manufacturing method of the processing mold 200a according to the modified example will be described. In this modification, the same reference numerals are given to the same configurations as the above-mentioned processing mold 200, and detailed description thereof will be omitted.

図11に示すように、加工型200aは、下型202a及び上型204を備える。下型202aは、上面に挿入口206が形成された下型部材203を有する。下型部材203の上面には、挿入口206の外周に沿って形成された四角環状の凹部230(図12A参照)が形成されている。凹部230の内面には、被覆部材232(被膜部材)がコーティングされている。また、下型部材203の上面には、載置面208が設けられている。 As shown in FIG. 11, the processing die 200a includes a lower die 202a and an upper die 204. The lower mold 202a has a lower mold member 203 having an insertion port 206 formed on the upper surface thereof. A square annular recess 230 (see FIG. 12A) formed along the outer circumference of the insertion port 206 is formed on the upper surface of the lower mold member 203. The inner surface of the recess 230 is coated with a covering member 232 (coating member). Further, a mounting surface 208 is provided on the upper surface of the lower mold member 203.

図12Aにおいて、凹部230は、挿入口206に連通している。凹部230は、第1内面231aと第2内面231bとによって形成されている。第1内面231aは、載置面208と略平行に延在している。第2内面231bは、第1内面231aから上方に延出している。第1内面231aと第2内面231bとは、直角に交わっている。ただし、第1内面231aと第2内面231bとのなす角度は、適宜設定可能である。凹部230の4つの隅部は、上方から見て、R形状(円弧状)に形成されている(図11参照)。 In FIG. 12A, the recess 230 communicates with the insertion slot 206. The recess 230 is formed by a first inner surface 231a and a second inner surface 231b. The first inner surface 231a extends substantially parallel to the mounting surface 208. The second inner surface 231b extends upward from the first inner surface 231a. The first inner surface 231a and the second inner surface 231b intersect at a right angle. However, the angle formed by the first inner surface 231a and the second inner surface 231b can be appropriately set. The four corners of the recess 230 are formed in an R shape (arc shape) when viewed from above (see FIG. 11).

被覆部材232の構成材料としては、金属材料やセラミックス材料等が用いられる。金属材料としては、例えば、炭化タングステン(WC)等の超硬合金や純タングステン等が挙げられる。セラミックス材料としては、酸化アルミニウム(Al)、炭化ケイ素(SiC)、二酸化ジルコニウム(ZrO)等が挙げられる。 As a constituent material of the covering member 232, a metal material, a ceramic material, or the like is used. Examples of the metal material include cemented carbide such as tungsten carbide (WC) and pure tungsten. Examples of the ceramic material include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), zirconium dioxide (ZrO 2 ) and the like.

被覆部材232の厚みD(膜厚)は、第2内面231bの高さ寸法(凹部230の深さ寸法)と同一である。被覆部材232の厚みDは、100μm以上300μm以下に設定されるのが好ましい。被覆部材232は、四角環状に延在している。被覆部材232は、凹部230の一部を埋めるように設けられている。つまり、凹部230のうち被覆部材232に埋められていない部分は、切り欠き部212として残される。 The thickness D (film thickness) of the covering member 232 is the same as the height dimension of the second inner surface 231b (depth dimension of the recess 230). The thickness D of the covering member 232 is preferably set to 100 μm or more and 300 μm or less. The covering member 232 extends in a square ring shape. The covering member 232 is provided so as to fill a part of the recess 230. That is, the portion of the recess 230 that is not filled with the covering member 232 is left as the cutout portion 212.

被覆部材232には、下側加工部210及び支持面214が設けられている。換言すれば、支持面214及び下側加工部210のそれぞれは、凹部230の内面(第1内面231a及び第2内面231b)に被覆部材232がコーティングされることによって形成されている。つまり、被覆部材232は、支持面214及び下側加工部210が形成されるように凹部230の内面(第1内面231a及び第2内面231b)にコーティングされる。各支持面214は、平坦面216aである。ただし、各支持面214は、凸状R面216bであってもよい(図12B参照)。 The covering member 232 is provided with a lower processed portion 210 and a support surface 214. In other words, each of the support surface 214 and the lower processed portion 210 is formed by coating the inner surface (first inner surface 231a and second inner surface 231b) of the recess 230 with the covering member 232. That is, the covering member 232 is coated on the inner surface (first inner surface 231a and second inner surface 231b) of the recess 230 so that the support surface 214 and the lower processed portion 210 are formed. Each support surface 214 is a flat surface 216a. However, each support surface 214 may be a convex R surface 216b (see FIG. 12B).

図11において、下側加工部210及び支持面214は、挿入口206の外周に沿って直線状に延在している。互いに隣り合う支持面214の間には、横断面が四角形状の角部234が設けられている。被覆部材232の各角部234は、R形状(円弧状)の外周面を有する。 In FIG. 11, the lower processed portion 210 and the support surface 214 extend linearly along the outer circumference of the insertion port 206. A corner portion 234 having a square cross section is provided between the support surfaces 214 adjacent to each other. Each corner portion 234 of the covering member 232 has an R-shaped (arc-shaped) outer peripheral surface.

次に、上述した加工型200aの製造方法について説明する。図13に示すように、加工型200aの製造方法は、下型部材準備工程及びコーティング工程を含む。 Next, the method for manufacturing the processing mold 200a described above will be described. As shown in FIG. 13, the method for manufacturing the processing mold 200a includes a lower mold member preparation step and a coating step.

下型部材準備工程(図13のステップS10)では、図14に示すように、下型部材203を準備する。具体的に、下型部材203は、直方体形状に形成されている。下型部材203の上面には、四角形状の挿入口206と、挿入口206を囲むように位置して樹脂フィルム100(図11参照)が載置される載置面208と、挿入口206に連通する四角環状の凹部230とが形成されている。 In the lower mold member preparation step (step S10 in FIG. 13), the lower mold member 203 is prepared as shown in FIG. Specifically, the lower mold member 203 is formed in a rectangular cuboid shape. On the upper surface of the lower mold member 203, there are a square insertion port 206, a mounting surface 208 on which the resin film 100 (see FIG. 11) is placed so as to surround the insertion port 206, and the insertion port 206. A square annular recess 230 that communicates with the concave portion 230 is formed.

続いて、コーティング工程(図13のステップS11)では、凹部230の第1内面231a及び第2内面231bに被覆部材232をコーティングすることにより、被覆部材232に下側加工部210と支持面214とを形成する。この際、図11に示すように、被覆部材232は、第1内面231a及び第2内面231bのそれぞれの全体に亘って四角環状にコーティングされる。図11及び図12Aにおいて、被覆部材232の上面233aは、載置面208に対して段差無く滑らかに連なっている。被覆部材232の内側表面233b(挿入口206側に位置する面)は、下型部材203のうち挿入口206を形成する内面206aに対して段差無く滑らかに連なっている(図12A)。 Subsequently, in the coating step (step S11 in FIG. 13), the coating member 232 is coated on the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230, so that the coating member 232 is provided with the lower processed portion 210 and the support surface 214. To form. At this time, as shown in FIG. 11, the covering member 232 is coated in a square ring shape over the entire first inner surface 231a and the second inner surface 231b. In FIGS. 11 and 12A, the upper surface 233a of the covering member 232 is smoothly connected to the mounting surface 208 without a step. The inner surface 233b (the surface located on the insertion port 206 side) of the covering member 232 is smoothly connected to the inner surface 206a forming the insertion port 206 of the lower mold member 203 (FIG. 12A).

本変形例において、コーティング工程では、溶射によって被覆部材232を凹部230の第1内面231a及び第2内面231bにコーティングする。この場合、被覆部材232の構成材料としては、上述した金属材料及びセラミックス材料のいずれかを用いることができる。 In this modification, in the coating step, the coating member 232 is coated on the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 by thermal spraying. In this case, either the metal material or the ceramic material described above can be used as the constituent material of the covering member 232.

コーティング工程は、溶射によるコーティングに限定されない。コーティング工程では、肉盛りによって被覆部材232を凹部230の第1内面231a及び第2内面231bにコーティングしてもよい。この場合、被覆部材232の構成材料としては、上述した金属材料が用いられる。 The coating process is not limited to thermal spray coating. In the coating step, the covering member 232 may be coated on the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 by overlaying. In this case, the above-mentioned metal material is used as the constituent material of the covering member 232.

本変形例に係る加工型200aは、上述した加工型200と同様の効果を奏する。 The processing mold 200a according to this modification has the same effect as the processing mold 200 described above.

本変形例に係る加工型200aにおいて、下型202aの上面には、挿入口206の外周に沿って四角環状の凹部230が形成されている。凹部230の第1内面231a及び第2内面231bには、被覆部材232がコーティングされ、支持面214及び下側加工部210のそれぞれは、被覆部材232に設けられている。 In the processing die 200a according to this modification, a square annular recess 230 is formed on the upper surface of the lower die 202a along the outer circumference of the insertion port 206. The first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 are coated with a covering member 232, and each of the support surface 214 and the lower processed portion 210 is provided on the covering member 232.

また、本変形例に係る加工型200aの製造方法は、下型部材準備工程とコーティング工程とを含む。下型部材準備工程では、四角形状の挿入口206と、挿入口206を囲むように位置して樹脂フィルム100が載置される載置面208と、挿入口206の外周に沿うように延在した四角環状の凹部230とが上面に形成された下型部材203を準備する。コーティング工程では、下型部材準備工程の後で、凹部230の第1内面231a及び第2内面231bに被覆部材232をコーティングすることにより、挿入口206の外周に沿って位置する下側加工部210を被覆部材232に形成する。コーティング工程では、載置面208における下側加工部210の角部に切り欠き部212が設けられるように被覆部材232を凹部230の第1内面231a及び第2内面231bにコーティングする。 Further, the method for manufacturing the processing mold 200a according to this modification includes a lower mold member preparation step and a coating step. In the lower mold member preparation step, the square insertion port 206, the mounting surface 208 on which the resin film 100 is placed so as to surround the insertion port 206, and the insertion port 206 extend along the outer periphery of the insertion port 206. A lower mold member 203 having a square annular recess 230 formed on the upper surface thereof is prepared. In the coating step, after the lower mold member preparation step, the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 are coated with the covering member 232 to form the lower processed portion 210 located along the outer periphery of the insertion port 206. Is formed on the covering member 232. In the coating step, the covering member 232 is coated on the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 so that the cutout portion 212 is provided at the corner portion of the lower processed portion 210 on the mounting surface 208.

ところで、下型部材203の挿入口206が位置する側の内端を切削加工することによって切り欠き部212を形成する場合には、多大な時間及びコストを要する。しかしながら、このような構成及び方法によれば、被覆部材232のコーティングによって切り欠き部212及び下側加工部210が設けられるため、下型部材203に対して切り欠き部212及び下側加工部210を切削加工によって形成する場合と比較して、下型202aを製造するための時間及びコストを低減することができる。 By the way, when the cutout portion 212 is formed by cutting the inner end of the lower mold member 203 on the side where the insertion port 206 is located, a great deal of time and cost are required. However, according to such a configuration and method, since the cutout portion 212 and the lower processed portion 210 are provided by coating the covering member 232, the cutout portion 212 and the lower processed portion 210 are provided with respect to the lower mold member 203. The time and cost for manufacturing the lower mold 202a can be reduced as compared with the case where the lower mold 202a is formed by cutting.

コーティング工程では、凹部230の第1内面231a及び第2内面231bに被覆部材232をコーティングすることにより、載置面208から下側加工部210に向かって下方に傾斜した支持面214を被覆部材232に形成する。 In the coating step, by coating the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 with the covering member 232, the supporting surface 214 inclined downward from the mounting surface 208 toward the lower processed portion 210 is covered with the covering member 232. To form.

このような方法によれば、下型202aに支持面214を簡単且つ精度よく形成することができる。 According to such a method, the support surface 214 can be easily and accurately formed on the lower mold 202a.

被覆部材232は、タングステンを含む金属材料又はセラミックス材料により構成されている。 The covering member 232 is made of a metal material containing tungsten or a ceramic material.

このような構成によれば、支持面214及び下側加工部210の耐久性の向上を図ることができる。 According to such a configuration, the durability of the support surface 214 and the lower processed portion 210 can be improved.

加工型200aの製造方法において、コーティング工程では、溶射によって被覆部材232を凹部230の第1内面231a及び第2内面231bにコーティングする。 In the method for manufacturing the processing mold 200a, in the coating step, the coating member 232 is coated on the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 by thermal spraying.

このような方法によれば、支持面214及び下側加工部210を簡単且つ精度よく形成することができる。 According to such a method, the support surface 214 and the lower processed portion 210 can be formed easily and accurately.

コーティング工程では、肉盛りによって被覆部材232を凹部230の第1内面231a及び第2内面231bにコーティングする。 In the coating step, the covering member 232 is coated on the first inner surface 231a and the second inner surface 231b of the recess 230 by overlaying.

このような方法によれば、支持面214及び下側加工部210を簡単且つ精度よく形成することができる。 According to such a method, the support surface 214 and the lower processed portion 210 can be formed easily and accurately.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。 The above embodiments can be summarized as follows.

上記実施形態は、樹脂フィルム(100)の中央部に形成された四角形状の開口部(60)を囲む内周端部(102)の各辺部(104)に傾斜面(66)を形成することにより、電解質膜・電極構造体(20)の外周部に設けられる樹脂枠部材(22)を製造する燃料電池用樹脂枠部材の製造方法であって、前記樹脂フィルムを下型(202、202a)の載置面(208)に載置する載置工程と、前記載置工程の後で、上型(204)を前記下型に向かって移動させて前記下型の下側加工部(210)と前記上型の上側加工部(224)とで前記各辺部のせん断加工を行うことにより、前記各辺部に前記傾斜面を形成する加工工程と、を含み、前記加工工程では、前記下側加工部と前記上側加工部との間に所定のクリアランス(CL)を維持しつつ、前記各辺部が内方に向かって下方に傾斜するように前記載置面における前記下側加工部側の角部を切り欠いた切り欠き部(212)に前記各辺部の少なくとも一部を位置させた状態で、前記せん断加工を行う、燃料電池用樹脂枠部材の製造方法を開示している。 In the above embodiment, inclined surfaces (66) are formed on each side portion (104) of the inner peripheral end portion (102) surrounding the rectangular opening (60) formed in the central portion of the resin film (100). This is a method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell for manufacturing a resin frame member (22) provided on the outer peripheral portion of the electrolyte membrane / electrode structure (20), wherein the resin film is used as a lower mold (202, 202a). After the mounting step of mounting on the mounting surface (208) of ) And the upper processing portion (224) of the upper mold include a processing step of forming the inclined surface on each side portion by performing shearing processing of each side portion. While maintaining a predetermined clearance (CL) between the lower processed portion and the upper processed portion, the lower processed portion on the above-mentioned mounting surface so that each side portion inclines downward inward. A method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, which performs the shearing process in a state where at least a part of each of the side portions is positioned in the cutout portion (212) in which the corner portion on the side is cut out, is disclosed. ..

上記の燃料電池用樹脂枠部材の製造方法において、前記下型には、前記切り欠き部が位置する部分に、前記載置面から前記下側加工部に向かって下方に傾斜した支持面(214)が形成され、前記支持面は、平坦面(216a)又は凸状R面(216b)であり、前記加工工程では、前記各辺部を前記支持面に接触させてもよい。 In the method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, the lower mold has a support surface (214) inclined downward from the above-described mounting surface toward the lower processed portion in a portion where the notch portion is located. ) Is formed, and the support surface is a flat surface (216a) or a convex R surface (216b). In the processing step, each side portion may be brought into contact with the support surface.

上記の燃料電池用樹脂枠部材の製造方法において、前記クリアランスは、10μm以上60μm以下の範囲内で設定されてもよい。 In the above method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, the clearance may be set within the range of 10 μm or more and 60 μm or less.

上記実施形態は、上述した燃料電池用樹脂枠部材の製造方法に用いられる加工型(200、200a)であって、互いに近接離間可能なように対向配置された前記下型及び前記上型を備え、前記下型の上面には、四角形状の挿入口(206)と、前記挿入口を囲むように位置して前記樹脂フィルムが載置される前記載置面と、前記挿入口の外周に沿って延在する四角環状の前記下側加工部と、前記載置面における前記下側加工部側の角部を切り欠いた前記切り欠き部と、が設けられ、前記上型は、四角形状の前記上側加工部が形成されるとともに前記挿入口に挿入可能に形成されたパンチ(222)を有し、前記下側加工部と前記上側加工部とは、前記上型を前記下型に向かって移動させた際に前記下側加工部と前記上側加工部との間に前記クリアランスを維持した状態で前記下側加工部及び前記上側加工部で前記各辺部をせん断加工可能なように設けられている、加工型を開示している。 The embodiment is a processing die (200, 200a) used in the above-described method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, and includes the lower die and the upper die arranged so as to be close to each other and separated from each other. On the upper surface of the lower mold, a quadrangular insertion port (206), a previously described mounting surface on which the resin film is placed so as to surround the insertion port, and an outer periphery of the insertion port. The lower processed portion having a square ring shape extending from the front and the notched portion notched at the corner portion on the lower processed portion side of the above-mentioned mounting surface are provided, and the upper mold has a quadrangular shape. The upper processed portion has a punch (222) formed so as to be inserted into the insertion port, and the lower processed portion and the upper processed portion have the upper die directed toward the lower die. When the lower processing portion and the upper processing portion are moved, the lower processing portion and the upper processing portion are provided so that each side portion can be sheared while maintaining the clearance between the lower processing portion and the upper processing portion. The processing mold is disclosed.

上記の加工型において、前記下型には、前記切り欠き部が位置する部分に、前記載置面から前記下側加工部に向かって下方に傾斜した支持面が形成され、前記支持面は、平坦面又は凸状R面であってもよい。 In the above-mentioned processing mold, the lower mold is formed with a support surface inclined downward from the above-described mounting surface toward the lower processing portion at a portion where the notch portion is located, and the support surface is formed on the support surface. It may be a flat surface or a convex R surface.

上記の加工型において、前記下型の前記上面には、前記挿入口の外周に沿って四角環状の凹部(230)が形成され、前記凹部の内面には、被覆部材(232)がコーティングされ、前記支持面及び前記下側加工部は、前記被覆部材に設けられてもよい。 In the above processing mold, a square annular recess (230) is formed on the upper surface of the lower mold along the outer circumference of the insertion port, and the inner surface of the recess is coated with a covering member (232). The support surface and the lower processed portion may be provided on the covering member.

上記の加工型において、前記被覆部材は、タングステンを含む金属材料又はセラミックス材料により構成されてもよい。 In the above processing mold, the covering member may be made of a metal material containing tungsten or a ceramic material.

上記の実施形態は、樹脂フィルムの中央部に形成された四角形状の開口部を囲む内周端部の各辺部に傾斜面を形成することにより、電解質膜・電極構造体の外周部に設けられる樹脂枠部材を製造するための加工型の製造方法であって、四角形状の挿入口と、前記挿入口を囲むように位置して前記樹脂フィルムが載置される載置面と、前記挿入口の外周に沿うように延在した四角環状の凹部と、が上面に形成された下型部材(203)を準備する下型部材準備工程と、前記下型部材準備工程の後で、前記凹部の内面に被覆部材をコーティングすることにより、前記挿入口の外周に沿って位置する下側加工部を前記被覆部材に形成するコーティング工程と、を含み、前記コーティング工程では、前記載置面における前記下側加工部側の角部に切り欠き部が設けられるように前記被覆部材を前記凹部の前記内面にコーティングする、加工型の製造方法を開示している。 The above embodiment is provided on the outer peripheral portion of the electrolyte membrane / electrode structure by forming inclined surfaces on each side of the inner peripheral end portion surrounding the square opening formed in the central portion of the resin film. It is a processing type manufacturing method for manufacturing a resin frame member to be manufactured, that is, a quadrangular insertion port, a mounting surface on which the resin film is placed so as to surround the insertion port, and the insertion. A lower mold member preparation step for preparing a lower mold member (203) having a square annular recess extending along the outer periphery of the mouth and a lower mold member (203) formed on the upper surface, and the recess after the lower mold member preparation step. The coating step includes a coating step of forming a lower processed portion located along the outer periphery of the insertion port on the covering member by coating the inner surface of the covering member, and the coating step includes the step of forming the lower processed portion on the mounting surface described above. A method for manufacturing a processing mold is disclosed in which the coating member is coated on the inner surface of the recess so that a notch is provided at a corner on the lower processing portion side.

上記の加工型の製造方法において、前記コーティング工程では、前記凹部の前記内面に前記被覆部材をコーティングすることにより、前記載置面から前記下側加工部に向かって下方に傾斜した支持面を前記被覆部材に形成してもよい。 In the above-mentioned processing mold manufacturing method, in the coating step, by coating the inner surface of the recess with the covering member, a support surface inclined downward from the above-mentioned mounting surface toward the lower processed portion is described. It may be formed on a covering member.

上記の加工型の製造方法において、前記コーティング工程では、溶射によって前記被覆部材を前記凹部の前記内面にコーティングしてもよい。 In the above-mentioned processing mold manufacturing method, in the coating step, the coating member may be coated on the inner surface of the recess by thermal spraying.

上記の加工型の製造方法において、前記コーティング工程では、肉盛りによって前記被覆部材を前記凹部の前記内面にコーティングしてもよい。 In the above-mentioned processing mold manufacturing method, in the coating step, the covering member may be coated on the inner surface of the recess by overlaying.

20…MEA(電解質膜・電極構造体)
60…開口部 66…傾斜面
100…樹脂フィルム 102…内周端部
104…辺部 200、200a…加工型
202、202a…下型 203…下型部材
204…上型 206…挿入口
208…載置面 210…下側加工部
212…切り欠き部 214…支持面
216a…平坦面 216b…凸状R面
224…上側加工部 230…凹部
231a…第1内面 231b…第2内面
232…被覆部材 CL…クリアランス
20 ... MEA (electrolyte membrane / electrode structure)
60 ... Opening 66 ... Inclined surface 100 ... Resin film 102 ... Inner peripheral end 104 ... Sides 200, 200a ... Machining molds 202, 202a ... Lower mold 203 ... Lower mold member 204 ... Upper mold 206 ... Insertion port 208 ... Placement surface 210 ... Lower processed portion 212 ... Notched portion 214 ... Support surface 216a ... Flat surface 216b ... Convex R surface 224 ... Upper processed portion 230 ... Recessed portion 231a ... First inner surface 231b ... Second inner surface 232 ... Covering member CL …clearance

Claims (7)

樹脂フィルムの中央部に形成された四角形状の開口部を囲む内周端部の各辺部に傾斜面を形成することにより、電解質膜・電極構造体の外周部に設けられる樹脂枠部材を製造する燃料電池用樹脂枠部材の製造方法であって、
前記樹脂フィルムを下型の載置面に載置する載置工程と、
前記載置工程の後で、上型を前記下型に向かって移動させて前記下型の下側加工部と前記上型の上側加工部とで前記各辺部のせん断加工を行うことにより、前記各辺部に前記傾斜面を形成する加工工程と、を含み、
前記加工工程では、前記下側加工部と前記上側加工部との間に所定のクリアランスを維持しつつ、前記各辺部が内方に向かって下方に傾斜するように前記載置面における前記下側加工部側の角部を切り欠いた切り欠き部に前記各辺部の少なくとも一部を位置させた状態で、前記せん断加工を行う、燃料電池用樹脂枠部材の製造方法。
By forming inclined surfaces on each side of the inner peripheral end portion surrounding the square opening formed in the central portion of the resin film, a resin frame member provided on the outer peripheral portion of the electrolyte film / electrode structure is manufactured. This is a method for manufacturing resin frame members for fuel cells.
The mounting step of mounting the resin film on the mounting surface of the lower mold, and
After the above-described setting step, the upper die is moved toward the lower die, and the lower machining portion of the lower die and the upper machining portion of the upper die perform shearing of each side portion. Including a processing step of forming the inclined surface on each side portion,
In the processing step, while maintaining a predetermined clearance between the lower processing portion and the upper processing portion, the lower portion on the above-mentioned mounting surface so that each side portion inclines downward inward. A method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, wherein the shearing process is performed in a state where at least a part of each side portion is positioned in the notch portion in which the corner portion on the side processed portion side is cut out.
請求項1記載の燃料電池用樹脂枠部材の製造方法であって、
前記下型には、前記切り欠き部が位置する部分に、前記載置面から前記下側加工部に向かって下方に傾斜した支持面が形成され、
前記支持面は、平坦面又は凸状R面であり、
前記加工工程では、前記各辺部を前記支持面に接触させる、燃料電池用樹脂枠部材の製造方法。
The method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell according to claim 1.
In the lower mold, a support surface inclined downward from the previously described mounting surface toward the lower processed portion is formed in a portion where the notch portion is located.
The support surface is a flat surface or a convex R surface, and is
In the processing step, a method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, in which each side portion is brought into contact with the support surface.
請求項1又は2に記載の燃料電池用樹脂枠部材の製造方法であって、
前記クリアランスは、10μm以上60μm以下の範囲内で設定される、燃料電池用樹脂枠部材の製造方法。
The method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell according to claim 1 or 2.
A method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell, wherein the clearance is set within a range of 10 μm or more and 60 μm or less.
請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池用樹脂枠部材の製造方法に用いられる加工型であって、
互いに近接離間可能なように対向配置された前記下型及び前記上型を備え、
前記下型の上面には、
四角形状の挿入口と、
前記挿入口を囲むように位置して前記樹脂フィルムが載置される前記載置面と、
前記挿入口の外周に沿って延在する四角環状の前記下側加工部と、
前記載置面における前記下側加工部側の角部を切り欠いた前記切り欠き部と、が設けられ、
前記上型は、四角形状の前記上側加工部が形成されるとともに前記挿入口に挿入可能に形成されたパンチを有し、
前記下側加工部と前記上側加工部とは、前記上型を前記下型に向かって移動させた際に前記下側加工部と前記上側加工部との間に前記クリアランスを維持した状態で前記下側加工部及び前記上側加工部で前記各辺部をせん断加工可能なように設けられている、加工型。
A processing mold used in the method for manufacturing a resin frame member for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
The lower mold and the upper mold are arranged so as to be close to each other and separated from each other.
On the upper surface of the lower mold,
With a square insertion slot,
The previously described surface on which the resin film is placed so as to surround the insertion slot, and
The lower processing portion of the square ring extending along the outer circumference of the insertion port, and the lower processing portion.
The cutout portion is provided by cutting out the corner portion on the lower processed portion side of the above-mentioned mounting surface.
The upper mold has a punch formed so that the upper processed portion having a square shape is formed and can be inserted into the insertion port.
The lower processing portion and the upper processing portion are in a state where the clearance between the lower processing portion and the upper processing portion is maintained when the upper mold is moved toward the lower mold. A processing mold provided so that each side portion can be sheared at the lower processing portion and the upper processing portion.
請求項4記載の加工型であって、
前記下型には、前記切り欠き部が位置する部分に、前記載置面から前記下側加工部に向かって下方に傾斜した支持面が形成され、
前記支持面は、平坦面又は凸状R面である、加工型。
The processing type according to claim 4.
In the lower mold, a support surface inclined downward from the previously described mounting surface toward the lower processed portion is formed in a portion where the notch portion is located.
The support surface is a processing type that is a flat surface or a convex R surface.
請求項5記載の加工型であって、
前記下型の前記上面には、前記挿入口の外周に沿って四角環状の凹部が形成され、
前記凹部の内面には、被覆部材がコーティングされ、
前記支持面及び前記下側加工部は、前記被覆部材に設けられている、加工型。
The processing type according to claim 5.
A square annular recess is formed on the upper surface of the lower mold along the outer circumference of the insertion port.
The inner surface of the recess is coated with a covering member.
The support surface and the lower processed portion are processed molds provided on the covering member.
請求項6記載の加工型であって、
前記被覆部材は、タングステンを含む金属材料又はセラミックス材料により構成されている、加工型。
The processing type according to claim 6.
The coating member is a processing mold made of a metal material containing tungsten or a ceramic material.
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