JP7432832B2 - 燃料電池スタックの製造方法及び接合セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池スタックの製造方法及び接合セパレータの製造方法に関する。
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池に関する研究開発が行われている。
ところで、燃料電池に関する技術において、金属セパレータ（バイポーラプレートとも呼ぶ。）は、反応ガスの封止のために、ビード部によるシール構造を有する（特許文献１）。このような金属セパレータは、シール構造に高い精度が求められる。高さにバラツキが有るビード部は、封止性能が低く、反応ガスの漏洩等の問題を生じる。特に、２本のビード部が狭い間隔で隣接する２重ビードと呼ばれる箇所は、変形しやすいことからシール面圧が相対的に低下しやすく、ビード部の高さのバラツキの影響を受けやすい。
本発明は、上記した課題を解決することを目的とする。
以下の開示の一観点は、電解質膜・電極構造体を一対の金属セパレータで挟み込んだ複数の発電セルを有する燃料電池スタックの製造方法であって、金属板をプレス成形することにより、前記電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記反応ガス流路の周囲を囲む外周ビード部と、セパレータ厚さ方向に貫通して前記反応ガス又は冷媒を流すための連通孔と、前記連通孔を囲む連通孔ビード部と、を有する第１金属セパレータ及び第２金属セパレータを形成する成形工程と、前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータを、互いの前記外周ビード部が外側に突出する向きで厚さ方向に重ねて接合して接合セパレータを形成する接合工程と、前記接合セパレータの前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に予備荷重を付与して前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部を塑性変形させる予備押圧工程と、前記接合セパレータと前記電解質膜・電極構造体とを積層する組立工程と、を有し、前記予備押圧工程は、前記連通孔ビード部と前記外周ビード部とが並列して延在する２重ビード部における前記連通孔ビード部と前記外周ビード部の間の部分の変形を抑制しつつ、前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に前記予備荷重を付与する、燃料電池スタックの製造方法にある。
別の一観点は、燃料電池スタックに使用される接合セパレータの製造方法であって、金属板をプレス成形することにより、電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記反応ガス流路の周囲を囲む外周ビード部と、セパレータ厚さ方向に貫通して前記反応ガス又は冷媒を流すための連通孔と、前記連通孔を囲む連通孔ビード部と、を有する、第１金属セパレータ及び第２金属セパレータを形成する成形工程と、前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータを、互いの前記外周ビード部が外側に突出する向きで厚さ方向に重ねて接合して接合セパレータを形成する接合工程と、前記接合セパレータの前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に予備荷重を付与して前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部を塑性変形させる予備押圧工程と、を有し、前記予備押圧工程は、前記外周ビード部と前記連通孔ビード部とが並列して延在する２重ビード部における前記連通孔ビード部と前記外周ビード部との間の部分の変形を抑制しつつ、前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に前記予備荷重を付与する、接合セパレータの製造方法にある。
上記観点の燃料電池スタックの製造方法及び接合セパレータの製造方法は、ビード部の高さのバラツキを抑制できる。
図１に示す単位燃料電池を構成する発電セル１２は、ＭＥＡ２８と、第１金属セパレータ３０と、第２金属セパレータ３２とを備える。第１金属セパレータ３０は、ＭＥＡ２８の厚さ方向（矢印Ａ方向）の一方側に配置される。第２金属セパレータ３２は、ＭＥＡ２８の厚さ方向の他方側に配置される。燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２を有する。燃料電池スタック１０の複数の発電セル１２は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層される。燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２に積層方向の締付荷重（圧縮荷重）を付与する。燃料電池スタック１０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。
第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等の金属薄板よりなる。第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２は、その金属表面に防食用の表面処理が施されている。第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２は、プレス成形により形成された、波形の断面形状を有する。互いに隣接する発電セル１２の間には、接合セパレータ３３が配置される。接合セパレータ３３は、一方の発電セル１２に属する第１金属セパレータ３０と他方の発電セル１２に属する第２金属セパレータ３２とを、溶接により一体に接合した部品である。
発電セル１２は、長辺方向である水平方向の一端縁部（矢印Ｂ１方向側の一端縁部）に、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂを有する。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂは、積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通する。
酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂは、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に並んで配置される。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、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３６ａは、冷却媒体、例えば、水を供給する。燃料ガス出口連通孔３８ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
発電セル１２は、長辺方向他端縁部（矢印Ｂ２方向の他端縁部）に燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを有する。燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、積層方向に互いに連通する。燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、鉛直方向に並んで配置される。
燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔３６ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂと燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂの配置は、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。
ＭＥＡ２８は、電解質膜・電極構造体２８ａと、電解質膜・電極構造体２８ａの外周部に設けられた枠形状の樹脂フィルム４６とを備える。電解質膜・電極構造体２８ａは、電解質膜４０と、電解質膜４０を挟持するアノード電極４２及びカソード電極４４とを有する。
第１金属セパレータ３０は、ＭＥＡ２８に向かう表面３０ａに、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路４８を有する。第１金属セパレータ３０は、表面３０ａに、プレス成形により形成された第１ビード構造５２（金属ビードシール）を有する。第１ビード構造５２は、ＭＥＡ２８（図１）に向かって膨出した土手状の構造物である。第１ビード構造５２は、頂部に印刷又は塗布等により固着された樹脂材を有する。樹脂材は、第１ビード構造５２とＭＥＡ２８との密着性を高める。
図３Ａに示すように、第１ビード構造５２は、複数の連通孔（例えば、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ）を個別に囲む連通孔ビード部５３と、酸化剤ガス流路４８を囲む外周ビード部５４とを有する。一部の連通孔ビード部５３は、ブリッジ部８０を有する。ブリッジ部８０は、連通孔ビード部５３を貫通する流路を構成し、連通孔と酸化剤ガス流路４８との間で反応ガスを流通させる。
図５Ａに示すように、第１金属セパレータ３０は、凸形状の連通孔ビード部５３の裏側に凹部を有する。凹部は、連通孔ビード部５３の内部空間を構成する。凹部は、第２金属セパレータ３２の後述する凹部に向かい合う。
連通孔ビード部５３は、一対の側壁を有する。側壁は、セパレータ厚さ方向に対して傾斜する。したがって、連通孔ビード部５３は、台形状の断面形状を有する。連通孔ビード部５３は、積層方向に締付荷重が付与されると弾性変形する。なお、連通孔ビード部５３の側壁は、セパレータ厚さ方向と平行でもよい。
外周ビード部５４は、第１金属セパレータ３０の互いに向かい合う長辺に沿って延在する。また、外周ビード部５４は、第１金属セパレータ３０の長手方向一方側（矢印Ｂ１方向側）の端部で、第１金属セパレータ３０の短辺に沿って並ぶ酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂの間を延在して湾曲する。
外周ビード部５４は、第１金属セパレータ３０の長手方向他方側（矢印Ｂ２方向側）の端部で、第１金属セパレータ３０の短辺に沿って並ぶ燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂの間を延在して湾曲する。連通孔ビード部５３は、外周ビード部５４により囲まれた領域に配置されている。
図３Ａに示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａの周囲では、連通孔ビード部５３と外周ビード部５４とが、狭い間隔で隣接した２列のビードシール（２重ビード部）を形成する。
外周ビード部５４は、連通孔ビード部５３と同様に、セパレータ厚さ方向に沿った断面形状が台形状に形成されている。なお、外周ビード部５４は、セパレータ厚さ方向に沿った断面形状が矩形形状に形成されてもよい。連通孔ビード部５３と外周ビード部５４の断面形状は同じであることが好ましい。均一なシール面圧を発生させる観点から、連通孔ビード部５３の突出高さと外周ビード部５４の突出高さとは等しいことが好ましい。
図１に示すように、第１金属セパレータ３０は、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂの周辺にも、連通孔ビード部５３と外周ビード部５４との２重ビード部を形成する。
図１に示すように、第２金属セパレータ３２は、ＭＥＡ２８に向かう表面３２ａに燃料ガス流路５８を有する。燃料ガス流路５８は、矢印Ｂ方向に延在する。燃料ガス流路５８は、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂに流体的に連通する。燃料ガス流路５８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の凸部５８ａ間に流路溝５８ｂを有する。
第２金属セパレータ３２は、表面３２ａに、第２ビード構造６２を有する。第２ビード構造６２は、燃料ガス流路５８を封止する土手状の構造物である。第２ビード構造６２は、ＭＥＡ２８に向かって膨出する。第２ビード構造６２は、頂部に樹脂材を有してもよい。樹脂材は、第２ビード構造６２のシール性を向上させる。
第２ビード構造６２は、複数の連通孔を個別に囲む複数の連通孔ビード部６３と、燃料ガス流路５８を囲む外周ビード部６４とを有する。複数の連通孔ビード部６３は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び冷却媒体出口連通孔３６ｂの周囲をそれぞれ個別に囲む。一部の連通孔ビード部６３は、ブリッジ部９０を有する。ブリッジ部９０は、連通孔ビード部６３を通過する反応ガスの流通路を構成する。
図３Ａに示すように、接合セパレータ３３を構成する第１金属セパレータ３０と第２金属セパレータ３２とは、レーザ溶接ライン３３ａ、３３ｂにより互いに接合されている。レーザ溶接ライン３３ａは、連通孔ビード部５３、６３を囲む。レーザ溶接ライン３３ｂは、外周ビード部５４、６４の外周を囲む。第１金属セパレータ３０と第２金属セパレータ３２とは、溶接に代えて、ロウ付けによって接合されてもよい。
以上の接合セパレータ３３は、以下の製造方法で製造される。
図２のステップＳ１０に示すように、金属薄板に対してプレス成形が行われる。この工程により、第１金属セパレータ３０と、第２金属セパレータ３２とがそれぞれ形成される。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１金属セパレータ３０には、酸化剤ガス流路４８とともに、酸化剤ガス流路４８を封止する第１ビード構造５２（連通孔ビード部５３及び外周ビード部５４）が形成される。また、図４Ｂに示すように、第２金属セパレータ３２には、燃料ガス流路５８とともに、燃料ガス流路５８を封止する第２ビード構造６２（連通孔ビード部６３及び外周ビード部６４）が形成される。
次に、図２のステップＳ２０に示すように、第１金属セパレータ３０と第２金属セパレータ３２との溶接による接合が行われる。この工程により、図４Ｂに示すように、第１金属セパレータ３０の裏面３０ｂと、第２金属セパレータ３２の裏面３２ｂとを向かい合わせにして接合された接合セパレータ３３が形成される。接合セパレータ３３において、連通孔ビード部５３と連通孔ビード部６３とが厚さ方向に向かい合うとともに、外周ビード部５４と外周ビード部６４とが厚さ方向に向かい合う。
次に、図２のステップＳ３０に示すように、第１ビード構造５２及び第２ビード構造６２の頂部に、マイクロシール（樹脂材７２）の塗布が行われる。この工程では、図５Ａに示すように、マイクロシールとして、ゴム素材が第１ビード構造５２及び第２ビード構造６２の頂部に塗布される。塗布されたゴム素材は加熱硬化されて、樹脂材７２として第１ビード構造５２及び第２ビード構造６２の頂部を覆う。
次に、図２のステップＳ４０に示すように、接合セパレータ３３に対して予備押圧が行われる。予備押圧は、接合セパレータ３３の連通孔ビード部５３、６３と、外周ビード部５４、６４とに同時に荷重を付与して、連通孔ビード部５３、６３と、外周ビード部５４、６４との高さを均一に矯正する工程である。本実施形態では、接合セパレータ３３への荷重の付与に先立って、図５Ｂ及び図６Ａに示すように第１金属セパレータ３０の表面３０ａと、第２金属セパレータ３２の表面３２ａとに、変形抑制部材７４が配置される。図５Ｂに示すように、変形抑制部材７４は、２重ビード部の隙間よりも狭い幅を有する樹脂シートよりなる。図６Ａに示すように、変形抑制部材７４は、２重ビード部の狭い隙間にのみ配置される。変形抑制部材７４は、表面３０ａ、３２ａに貼り付けられる面に粘着層を有している。図５Ｂに示すように、変形抑制部材７４の厚さは、第１ビード構造５２及び第２ビード構造６２の仕上がり時の突出高さと同じ高さ（厚さ方向の寸法）を有する。変形抑制部材７４は、四角形状を有する第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２の４つの角部の付近に配置されると好適である。第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２の角部に、変形抑制部材７４を配置することで、外周ビード部５４、６４のシール性能がより一層向上して好適である。
その後、図６Ｂに示すように、接合セパレータ３３は上型７６と下型７８との間に配置される。接合セパレータ３３は、上型７６と下型７８とによって厚さ方向に押圧されて予備押圧が行われる。予備押圧は、連通孔ビード部５３、６３と外周ビード部５４、６４とが塑性変形を起こし、連通孔ビード部５３、６３と外周ビード部５４、６４の高さが均一となる荷重を付与して行われる。
予備押圧を行う前の接合セパレータ３３は、図７Ａに示すように、溶接の熱によって歪が生じており、中心部から外周側に向かうにしたがって、厚さ方向の一方に向けて反り返る寸法分布を有する。２重ビード部の隙間の部分に、変形抑制部材７４を配置しないまま予備押圧を行うと、２重ビード部の隙間の歪が取り除かれずに残留する。そのため、予備押圧を行っても、連通孔ビード部５３、６３と、外周ビード部５４、６４との高さにバラツキが生じる。
これに対し、本実施形態の製造方法は、２重ビード部の隙間に変形抑制部材７４を配置して予備押圧を行うことにより、図７Ｂに示すように、２重ビード部の隙間の傾斜を除去できる。したがって、本実施形態の製造方法は、連通孔ビード部５３、６３と、外周ビード部５４、６４との高さのバラツキを抑制できる。
予備押圧の後、変形抑制部材７４は、接合セパレータ３３から取り除かれる。なお、製造工程の簡略化の観点から、変形抑制部材７４は、接合セパレータ３３から取り除かれずに残してもよい。
その後、接合セパレータ３３には、タブの接合（溶接）と検査が行われて本実施形態の接合セパレータ３３の製造工程が完了する。
燃料電池スタック１０は、ＭＥＡ２８と、接合セパレータ３３とを交互に重ね合される組立工程と、両端に集電体、絶縁体及びエンドプレートとを配置し、締結ボルト等により接合セパレータ３３及びＭＥＡ２８に積層方向に所定の締結荷重が付与される締結工程とを経て製造される。本実施形態の燃料電池スタック１０は、２重ビード部での連通孔ビード部５３、６３と、外周ビード部５４、６４との高さの均一性に優れるため、反応ガスのシール性に優れる。
（変形例１）
本変形例は、予備押圧工程の別の一例について説明する。本変形例は、図８Ａに示すように、第１金属セパレータ３０の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅を、第２金属セパレータ３２の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅よりも大きくする。本変形例によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
本変形例は、予備押圧工程の別の一例について説明する。本変形例は、図８Ａに示すように、第１金属セパレータ３０の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅を、第２金属セパレータ３２の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅よりも大きくする。本変形例によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
（変形例２）
本変形例は、予備押圧工程のさらに別の一例について説明する。本変形例は、図８Ｂに示すように、第２金属セパレータ３２の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅を、第１金属セパレータ３０の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅よりも大きくする。本変形例によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
本変形例は、予備押圧工程のさらに別の一例について説明する。本変形例は、図８Ｂに示すように、第２金属セパレータ３２の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅を、第１金属セパレータ３０の２重ビード部に配置される変形抑制部材７４の幅よりも大きくする。本変形例によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態の燃料電池スタック１０の製造方法、接合セパレータ３３の製造方法は、以下にまとめられる。
一観点は、電解質膜・電極構造体２８ａを一対の金属セパレータで挟み込んだ複数の発電セル１２を有する燃料電池スタック１０の製造方法であって、金属板をプレス成形することにより、前記電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記反応ガス流路の周囲を囲む外周ビード部５４、６４と、セパレータ厚さ方向に貫通して前記反応ガス又は冷媒を流すための連通孔と、前記連通孔を囲む連通孔ビード部５３、６３と、を有する第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２を形成する成形工程と、前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータを、互いの前記外周ビード部が外側に突出する向きで厚さ方向に重ねて接合して接合セパレータ３３を形成する接合工程と、前記接合セパレータの前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に予備荷重を付与して前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部を塑性変形させる予備押圧工程と、前記接合セパレータと前記電解質膜・電極構造体とを積層する組立工程と、を有し、前記予備押圧工程は、前記連通孔ビード部と前記外周ビード部とが並列して延在する２重ビード部にける前記連通孔ビード部と前記外周ビード部との間の部分の変形を抑制しつつ、前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に前記予備荷重を付与する、燃料電池スタックの製造方法にある。
上記の燃料電池スタックの製造方法によれば、連通孔ビード部と外周ビード部とが隣接するいわゆる２重ビード部において、連通孔ビード部と外周ビード部との隙間の歪を取り除くことができるため、連通孔ビード部と外周ビード部との仕上がり寸法のバラツキを抑制できる。その結果、上記の燃料電池スタックの製造方法は、２重ビード部でのシール性の低下を抑制できる。
上記の燃料電池スタックの製造方法において、前記予備押圧工程は、前記接合セパレータを厚さ方向の両側から押圧板で挟み込んで前記外周ビード部と前記連通孔ビード部との高さを整える工程であり、前記予備押圧工程は、前記２重ビード部の前記外周ビード部と前記連通孔ビード部との間の平坦部に、前記押圧板に当接可能な変形抑制部材７４を配置することにより前記平坦部の変形を抑制しつつ前記予備荷重を付与する。この製造方法は、変形抑制部材を通じて、連通孔ビード部と外周ビード部との隙間の歪を取り除くことができる。また、製造方法は、押圧金型側に押圧部を設ける必要がないため、製造設備を簡素化できる。
上記の燃料電池スタックの製造方法において、前記変形抑制部材は、前記平坦部の厚さ方向の両側に配置されてもよい。この製造方法は、連通孔ビード部と外周ビード部の両方からの押圧で、２重ビード部の間の平坦部の歪を取り除くことができる。
上記の燃料電池スタックの製造方法において、前記変形抑制部材は、四角形状の平面形状を有する前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータの角部に配置されてもよい。第１金属セパレータ及び第２金属セパレータの角部は、シール性の低下が起こりやすい部位であり、この部位に変形抑制部材を配置することで、燃料電池スタックのシール性が向上する。
上記の燃料電池スタックの製造方法において、前記平坦部の厚さ方向の一方に配置される前記変形抑制部材の幅が、前記平坦部の厚さ方向の他方に配置される前記変形抑制部材の幅よりも大きくてもよい。この製造方法は、２重ビード部の間の歪を取り除くことができる。
上記の燃料電池スタックの製造方法において、前記変形抑制部材は、樹脂シートであってもよい。この製造方法は、安価な樹脂シートの配置といった簡単な工程で、２重ビード部の間の平坦部の歪を取り除くことができるため、製造コストの上昇を抑制できる。
上記の燃料電池スタックの製造方法は、さらに、前記成形工程の後であって前記予備押圧工程の前に、前記連通孔ビード部及び前記外周ビード部の頂部にマイクロシールと塗布する工程を有し、前記予備押圧工程は、前記マイクロシールが形成された前記連通孔ビード部及び前記外周ビード部に対して行われてもよい。この製造方法は、マイクロシールを有する２重ビード部に対しても、連通孔ビード部と外周ビード部との高さのバラツキを抑制できる。
別の一観点は、燃料電池スタックに使用される接合セパレータの製造方法であって、金属板をプレス成形することにより、電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記反応ガス流路の周囲を囲む外周ビード部と、セパレータ厚さ方向に貫通して前記反応ガス又は冷媒を流すための連通孔と、前記連通孔を囲む連通孔ビード部と、を有する第１金属セパレータ及び第２金属セパレータを形成する成形工程と、前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータを、互いの前記外周ビード部が外側に突出する向きで厚さ方向に重ねて接合して接合セパレータを形成する接合工程と、前記接合セパレータの前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に予備荷重を付与して前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部を塑性変形させる予備押圧工程と、を有し、前記予備押圧工程は、前記外周ビード部と前記連通孔ビード部とが並列して延在する２重ビード部における前記連通孔ビード部と前記外周ビード部との間の部分の変形を抑制しつつ、前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に前記予備荷重を付与する、接合セパレータの製造方法にある。
上記の接合セパレータの製造方法は、連通孔ビード部と外周ビード部とが隣接するいわゆる２重ビード部において、連通孔ビード部と外周ビード部との隙間の歪を取り除くことができるため、連通孔ビード部と外周ビード部との仕上がり寸法のバラツキを抑制できる。
なお、本発明は、上記した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。
１０…燃料電池スタック １２…発電セル
３０…第１金属セパレータ ３２…第２金属セパレータ
３３…接合セパレータ ５３…連通孔ビード部
５４、６４…外周ビード部 ６３…連通孔ビード部
６４…外周ビード部 ７４…変形抑制部材
３０…第１金属セパレータ ３２…第２金属セパレータ
３３…接合セパレータ ５３…連通孔ビード部
５４、６４…外周ビード部 ６３…連通孔ビード部
６４…外周ビード部 ７４…変形抑制部材
Claims (8)
- 電解質膜・電極構造体を一対の金属セパレータで挟み込んだ複数の発電セルを有する燃料電池スタックの製造方法であって、
金属板をプレス成形することにより、前記電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記反応ガス流路の周囲を囲む外周ビード部と、セパレータ厚さ方向に貫通して前記反応ガス又は冷媒を流すための連通孔と、前記連通孔を囲む連通孔ビード部と、を有する第１金属セパレータ及び第２金属セパレータを形成する成形工程と、
前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータを、互いの前記外周ビード部が外側に突出する向きで厚さ方向に重ねて接合して接合セパレータを形成する接合工程と、
前記接合セパレータの前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に予備荷重を付与して前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部を塑性変形させる予備押圧工程と、
前記接合セパレータと前記電解質膜・電極構造体とを積層する組立工程と、を有し、
前記予備押圧工程は、前記連通孔ビード部と前記外周ビード部とが並列して延在する２重ビード部における前記連通孔ビード部と前記外周ビード部の間の部分の変形を抑制しつつ、前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に前記予備荷重を付与する、燃料電池スタックの製造方法。 - 請求項１記載の燃料電池スタックの製造方法であって、前記予備押圧工程は、前記接合セパレータを厚さ方向の両側から押圧板で挟み込んで前記外周ビード部と前記連通孔ビード部との高さを整える工程であり、
前記予備押圧工程は、前記２重ビード部の前記外周ビード部と前記連通孔ビード部との間の平坦部に、前記押圧板に当接可能な変形抑制部材を配置することにより前記平坦部の変形を抑制しつつ前記予備荷重を付与する、燃料電池スタックの製造方法。 - 請求項２記載の燃料電池スタックの製造方法であって、前記変形抑制部材は、前記平坦部の厚さ方向の両側に配置される、燃料電池スタックの製造方法。
- 請求項３記載の燃料電池スタックの製造方法であって、前記平坦部の厚さ方向の一方に配置される前記変形抑制部材の幅が、前記平坦部の厚さ方向の他方に配置される前記変形抑制部材の幅よりも大きい、燃料電池スタックの製造方法。
- 請求項２～４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの製造方法であって、
前記変形抑制部材は、樹脂シートよりなる、燃料電池スタックの製造方法。 - 請求項２～４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの製造方法であって、
前記変形抑制部材は、四角形状の平面形状を有する前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータの角部に配置される、燃料電池スタックの製造方法。 - 請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの製造方法であって、さらに、前記成形工程の後であって前記予備押圧工程の前に、前記連通孔ビード部及び前記外周ビード部の頂部にマイクロシールと塗布する工程を有し、前記予備押圧工程は、前記マイクロシールが形成された前記連通孔ビード部及び前記外周ビード部に対して行われる、燃料電池スタックの製造方法。
- 燃料電池スタックに使用される接合セパレータの製造方法であって、
金属板をプレス成形することにより、電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記反応ガス流路の周囲を囲む外周ビード部と、セパレータ厚さ方向に貫通して前記反応ガス又は冷媒を流すための連通孔と、前記連通孔を囲む連通孔ビード部と、を有する、第１金属セパレータ及び第２金属セパレータを形成する成形工程と、
前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータを、互いの前記外周ビード部が外側に突出する向きで厚さ方向に重ねて接合して接合セパレータを形成する接合工程と、
前記接合セパレータの前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に予備荷重を付与して前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部を塑性変形させる予備押圧工程と、を有し、
前記予備押圧工程は、前記外周ビード部と前記連通孔ビード部とが並列して延在する２重ビード部における前記連通孔ビード部と前記外周ビード部との間の部分の変形を抑制しつつ、前記外周ビード部及び前記連通孔ビード部に前記予備荷重を付与する、接合セパレータの製造方法。
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