KR100989972B1 - A manufacturing method of membrane electrode assembly, membrane electrode assembly and manufacturing device thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 복수 종류의 가스켓을 준비하는 일없이 최적 두께의 가스켓을 용이하게 적용할 수 있고, 또한 발전 효율이 우수한 막 전극 접합체의 제조 방법, 막 전극 접합체 및 그 제조 장치를 제공하는 것이다.The problem of this invention is providing the manufacturing method of a membrane electrode assembly, a membrane electrode assembly, and its manufacturing apparatus which can apply a gasket of optimal thickness easily, without providing a plurality of types of gaskets, and is excellent in power generation efficiency.
전해질막(2)의 양면의 각각에 촉매층(5A, 5B) 및 가스 확산층(6A, 6B)을 형성한 막 전극 접합체(1)의 제조 방법이며, 상기 전해질막(2)의 적어도 한쪽면이며, 또한 상기 촉매층(5A, 5B) 및 가스 확산층(6A, 6B)의 주위의 모서리부에 대해, 상기 촉매층 및 가스 확산층의 두께에 따라서 성형 두께를 제어하여, 수지제 가스켓부(8A, 8B)를 일체적으로 성형한다.It is a manufacturing method of the membrane electrode assembly 1 in which the catalyst layers 5A and 5B and the gas diffusion layers 6A and 6B were formed in each of both surfaces of the electrolyte membrane 2, It is at least one side of the said electrolyte membrane 2, Further, the molding thickness is controlled in accordance with the thicknesses of the catalyst layer and the gas diffusion layer with respect to the edge portions around the catalyst layers 5A and 5B and the gas diffusion layers 6A and 6B to integrate the resin gasket portions 8A and 8B. Molding with
전해질막, 촉매층, 가스 확산층, 막 전극 접합체, 가스켓부 Electrolyte membrane, catalyst layer, gas diffusion layer, membrane electrode assembly, gasket portion
Description
본 발명은 연료 전지를 구성하는 막 전극 접합체의 제조 방법, 막 전극 접합체 및 그 제조 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing method of the membrane electrode assembly which comprises a fuel cell, a membrane electrode assembly, and its manufacturing apparatus.
연료 전지는, 일반적으로, 전해질막의 양면의 각각에 촉매층 및 가스 확산층을 형성한 막 전극 접합체를, 세퍼레이터를 개재하면서 적층하여 구성되어 있다. 이 막 전극 접합체의 외주부는, 촉매층 및 가스 확산층이 형성되지 않고 전해질막이 노출되어 있고, 여기에 세퍼레이터와의 사이를 밀봉하기 위한 수지제 가스켓이 적용된다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이 가스켓은, 가스 확산층의 두께와의 관계로부터 최적의 두께가 결정된다. 따라서, 가스 확산층의 치수에 변동이 있는 경우에는, 가스켓의 두께를 변경하기 위해, 두께가 다른 복수 종류의 가스켓을 준비할 필요가 있다. 그런데, 이 가스켓의 종류를 다수 준비하는 데에도, 그 종류에는 한도가 있으므로, 반드시 최적의 두께의 가스켓을 적용할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어 가스켓 두께가 작은 경우에는 가스 확산층이 과도하게 눌려 찌부러져 가 스 확산 성능 및 배수 성능이 악화되고, 가스켓 두께가 큰 경우에는 가스 확산층의 전기 저항이 크게 되어, 어떠한 경우도 발전 효율이 악화된다.In general, a fuel cell is formed by stacking a membrane electrode assembly in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are formed on each of both surfaces of an electrolyte membrane via a separator. The outer periphery of the membrane electrode assembly is not formed with the catalyst layer and the gas diffusion layer, and the electrolyte membrane is exposed, and a resin gasket for sealing the separator is applied thereto (see
[특허 문헌 1] 국제 공개 제01/017048호 팜플렛[Patent Document 1] International Publication No. 01/017048 Pamphlet
본 발명은 상기 종래 기술에 수반하는 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 복수 종류의 가스켓을 준비하는 일없이 최적 두께의 가스켓을 용이하게 적용할 수 있고, 또한 발전 효율이 우수한 막 전극 접합체의 제조 방법, 막 전극 접합체 및 그 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and can be easily applied to a gasket having an optimum thickness without preparing a plurality of types of gaskets, and also has a high efficiency in producing a membrane electrode assembly. It is an object to provide a membrane electrode assembly and a manufacturing apparatus thereof.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 제조 방법은, 전해질막의 양면의 각각에 촉매층 및 가스 확산층을 형성한 막 전극 접합체의 제조 방법이며, 상기 전해질막의 적어도 한쪽면이며, 또한 상기 촉매층 및 가스 확산층의 주위의 모서리부에 대해, 상기 촉매층 및 가스 확산층의 두께에 따라서 성형 두께를 제어하여, 수지제 가스켓부를 일체적으로 성형하는 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the membrane electrode assembly which concerns on this invention which achieves the said objective is a manufacturing method of the membrane electrode assembly which provided the catalyst layer and the gas diffusion layer in each of both surfaces of the electrolyte membrane, is at least one side of the said electrolyte membrane, and the said catalyst layer and The molding thickness is controlled in accordance with the thicknesses of the catalyst layer and the gas diffusion layer with respect to the corners around the gas diffusion layer, and the resin gasket portion is integrally formed.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 막 전극 접합체는, 전해질막의 양면의 각각에 촉매층 및 가스 확산층을 형성한 막 전극 접합체이며, 상기 전해질막의 적어도 한쪽면이며, 또한 상기 촉매층 및 가스 확산층의 주위의 모서리부에 대해, 상기 촉매층 및 가스 확산층의 두께에 따라서 성형 두께가 다른 수지제 가스켓부가 일체적으로 성형된 것을 특징으로 한다.The membrane electrode assembly according to the present invention, which achieves the above object, is a membrane electrode assembly in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are formed on each of both surfaces of an electrolyte membrane, and are at least one side of the electrolyte membrane, and around the edges of the catalyst layer and the gas diffusion layer. Regarding the portion, the resin gasket portion having a different molding thickness according to the thickness of the catalyst layer and the gas diffusion layer is integrally molded.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치는, 전해질막의 양면의 각각에 촉매층 및 가스 확산층을 형성한 막 전극 접합체의 제조 장치이며, 상기 전해질막의 상기 촉매층 및 가스 확산층 주위의 모서리부를 양면으로 부터 파지하는 파지부가 형성되고, 수지재를 사출하는 게이트가 설치된 성형형과, 상기 가스 확산층의 두께를 계측하는 계측부와, 상기 파지부의 내측면을 따라 전해질막에 대해 진퇴 이동 가능하고, 상기 전해질막에 대향하는 대향면이 형성되고, 상기 대향면의 파지부와 반대측이 가스 확산층의 외주 단부와 대향하는 가동 블럭과, 상기 계측부에 의해 계측된 촉매층 및 가스 확산층의 두께에 따라서 상기 가동 블럭의 진퇴 이동을 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 한다.An apparatus for producing a membrane electrode assembly according to the present invention which achieves the above object is an apparatus for producing a membrane electrode assembly in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are formed on each of both surfaces of an electrolyte membrane, and edge portions around the catalyst layer and the gas diffusion layer of the electrolyte membrane are provided. A gripping portion gripping from both sides is formed, a molding die provided with a gate for injecting a resin material, a measuring portion for measuring the thickness of the gas diffusion layer, and moving forward and backward with respect to the electrolyte membrane along the inner surface of the gripping portion, An opposing surface facing the electrolyte membrane is formed, the movable block having a side opposite to the gripping portion of the opposing surface facing the outer peripheral end of the gas diffusion layer, and the movable block according to the thicknesses of the catalyst layer and the gas diffusion layer measured by the measurement unit. It characterized by having a control unit for controlling the forward and backward movement of.
상기와 같이 구성한 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 제조 방법은, 전해질막의 모서리부에 대해, 촉매층 및 가스 확산층의 두께에 따라서 성형 두께를 제어하여 수지제 가스켓부를 일체적으로 성형하기 때문에, 두께가 다른 복수 종류의 가스켓을 미리 준비하는 일없이, 최적의 두께의 가스켓부를 성형할 수 있다. 따라서, 제조된 막 전극 접합체를 이용하여 연료 전지를 구성했을 때에, 가스 확산층이 최적의 두께로 눌려 찌부러져 가스 확산 성능, 배수 성능 및 전기 저항이 양호하게 유지되어, 연료 전지의 발전 효율이 향상된다.In the method of manufacturing the membrane electrode assembly according to the present invention configured as described above, since the molding thickness is controlled in accordance with the thicknesses of the catalyst layer and the gas diffusion layer with respect to the edge portions of the electrolyte membrane, the resin gasket portion is integrally molded, and thus the thickness is different. The gasket part of an optimal thickness can be shape | molded without preparing several types of gaskets beforehand. Therefore, when the fuel cell is constructed using the manufactured membrane electrode assembly, the gas diffusion layer is pressed and crushed to an optimum thickness so that the gas diffusion performance, drainage performance, and electrical resistance are maintained satisfactorily, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell. .
상기와 같이 구성한 본 발명에 관한 막 전극 접합체는, 전해질막의 모서리부에 대해, 촉매층 및 가스 확산층의 두께에 따라서 성형 두께를 제어하여 수지제 가스켓부가 일체적으로 성형되어 있기 때문에, 두께가 다른 복수 종류의 가스켓을 미리 준비할 필요 없이, 최적의 두께의 가스켓부를 실현할 수 있다. 따라서, 이 막 전극 접합체를 이용하여 연료 전지를 구성했을 때에, 가스 확산층이 최적의 두께로 눌려 찌부러져 가스 확산 성능, 배수 성능 및 전기 저항이 양호하게 유지되어, 연 료 전지의 발전 효율이 향상된다.The membrane electrode assembly according to the present invention configured as described above has a plurality of types having different thicknesses because the resin gasket portion is integrally molded by controlling the molding thickness with respect to the edge portions of the electrolyte membrane in accordance with the thicknesses of the catalyst layer and the gas diffusion layer. It is possible to realize a gasket portion having an optimum thickness without having to prepare a gasket in advance. Therefore, when the fuel cell is constructed using this membrane electrode assembly, the gas diffusion layer is pressed and crushed to an optimum thickness, so that the gas diffusion performance, drainage performance and electrical resistance are maintained satisfactorily, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell. .
상기와 같이 구성한 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치는, 전해질막에 대해 진퇴 이동 가능한 가동 블럭을 구비하고 있기 때문에, 가동 블럭의 위치를 제어부에 의해 변경함으로써, 최적의 두께의 가스켓부를 성형할 수 있다. 따라서, 이 제조 장치에 의해 제조한 막 전극 접합체를 이용하여 연료 전지를 구성했을 때에, 가스 확산층이 최적의 두께로 눌려 찌부러져 가스 확산 성능, 배수 성능 및 전기 저항이 양호하게 유지되어, 연료 전지의 발전 효율이 향상된다.Since the manufacturing apparatus of the membrane electrode assembly which concerns on this invention comprised as mentioned above is equipped with the movable block which can move forward and backward with respect to an electrolyte membrane, the gasket part of optimal thickness can be shape | molded by changing the position of a movable block by a control part. Can be. Therefore, when the fuel cell is constructed using the membrane electrode assembly manufactured by this manufacturing apparatus, the gas diffusion layer is pressed and crushed to an optimum thickness so that the gas diffusion performance, drainage performance and electrical resistance are maintained satisfactorily. Power generation efficiency is improved.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to drawings.
도1은 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 평면도, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 부분 단면도, 도3은 연료 전지의 부분 단면도이다.1 is a plan view of a membrane electrode assembly according to the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view taken along line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a partial sectional view of a fuel cell.
본 실시 형태에 관한 막 전극 접합체(1)는, 도1, 도2에 도시하는 바와 같이, 고체 고분자 전해질막(2)을, 그 양측으로부터 연료극(3)과 공기극(4)에 의해 끼워 넣은 적층 구조를 갖고 있다. 고체 고분자 전해질막(2)으로서는, 술폰산기를 갖는 퍼플루오로카본 중합체막[상품명 ; 나프이온 1128(등록상표), 듀퐁 가부시끼가이샤] 등을 사용할 수 있다. 연료극(3)은 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)을 포함하고, 공기극(4)은 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)을 포함하고 있다. 이 막 전극 접합체(1)의 양면에는, 촉매층(5A, 5B) 및 가스 확산층(6A, 6B)의 주위에, 전해질막(2)과 일체적으로 수지제의 제1 가스켓부(8A) 및 제2 가스켓부(8B)가 설치된다. 제1, 제2 가스켓부(8A, 8B)의 두께(H1, H2)는 제1, 제2 가스 확산 층(6A, 6B)의 표면보다도 낮게 형성되어 있고, 제1, 제2 가스 확산층(6A, 6B)은 제1, 제2 가스켓부(8A, 8B)보다도 스텝 높이(H3, H4)만큼 높다. 가스켓부(8A, 8B)의 표면의 외주의 코너부에는, 표면에 대해 경사진 경사면(10A, 10B)이 형성된다.In the
다음에, 본 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치(20)에 대해 설명한다. 여기서 설명하는 제조 방법은, 우선 촉매층 및 가스 확산층의 두께를 계측한다. 그리고 촉매층 및 가스 확산층의 두께에 따라서, 촉매층 및 가스 확산층의 주위의 모서리부에 대해 성형 두께를 결정한다. 결정한 두께의 수지제 가스켓부를 전해질막 위에 일체적으로 성형한다.Next, the manufacturing apparatus 20 of the membrane electrode assembly which concerns on this embodiment is demonstrated. The manufacturing method described here first measures the thickness of the catalyst layer and the gas diffusion layer. And according to the thickness of a catalyst layer and a gas diffusion layer, shaping | molding thickness is determined with respect to the edge part of the periphery of a catalyst layer and a gas diffusion layer. The resin gasket portion having the determined thickness is integrally formed on the electrolyte membrane.
가스켓부(8A, 8B)에 사용되는 수지재에는, PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트), PA(폴리아미드), PP(폴리프로필렌), POM(폴리아세탈), PC(폴리카보네이트), PE(폴리에틸렌), PS(폴리스티렌), ABS(아크릴로니트릴부타디엔스티렌), PMMA(아크릴), PPS(폴리페닐렌설파이드), 에폭시, 페놀, 불포화 폴리에스테르 및 열가소성 엘라스토머 등이 적용된다.Resin materials used for the
막 전극 접합체(1)는, 도3에 도시하는 바와 같이, 연료 전지를 구성했을 때에 세퍼레이터(9)와 포개진다. 이때, 가스켓부(8A, 8B)는 세퍼레이터(9)와 밀착되어, 연료 가스나 냉각수의 누출을 방지하는 기능을 담당한다. 가스 확산층(6A, 6B)은, 가스켓부(8A, 8B)보다도 높게 형성되어 있기 때문에 압축된다. 가스 확산층(6A, 6B)이 과도하게 눌러 찌부러지면 가스 확산 성능 및 배수 성능이 악화되고, 또한 눌러 찌부러짐량이 지나치게 적으면 전기 저항이 커진다. 따라서, 가스켓 부(8A, 8B)의 두께(H1, H2)는 가스 확산 성능, 배수 성능 및 전기 저항을 고려하여 최적의 값으로 결정되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 스텝 높이(H3, H4)가 예를 들어 30 내지 200 ㎛의 범위 내의 소정치로 되도록, 가스켓부(8A, 8B)의 두께(H1, H2)를 설정하지만, 상기 범위 내의 값에 한정되지 않는다.As shown in FIG. 3, the
도4는 가스켓부가 성형되기 전의 예비 접합체를 도시하는 평면도, 도5는 도4의 V-V선을 따르는 부분 단면도, 도6은 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치를 도시하는 측면도, 도7은 도6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따르는 제1 성형형의 평면도, 도8은, 도6의 Ⅷ-Ⅷ선을 따르는 제2 성형형의 평면도, 도9는 도6의 Ⅳ-Ⅳ선을 따르는 부분 단면도이다.4 is a plan view showing a preliminary assembly before the gasket portion is molded, FIG. 5 is a partial cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4, FIG. 6 is a side view showing a manufacturing apparatus of a membrane electrode assembly according to the present invention, and FIG. 6 is a plan view of the first shaping mold along the X-ray line of FIG. 6, FIG. 8 is a plan view of the second shaping mold along the X-ray line of FIG. 6, and FIG. 9 is a partial cross-sectional view along the IV-IV line of FIG. 6. .
본 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치(20)는, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(5A, 5B) 및 가스 확산층(6A, 6B)을 형성한 예비 접합체(21)(도4, 도5 참조)를 설치하고, 전해질막(2)에 대해 수지재를 사출하여 가스켓부(8A, 8B)를 일체적으로 사출 성형 또는 사출 열압축 성형하는 장치를 포함하고 있다. 예비 접합체(21)는, 전해질막(2)의 모서리부를 따라 복수의 관통 구멍(22)을 갖고 있다.In the apparatus 20 for manufacturing a membrane electrode assembly according to the present embodiment, the
막 전극 접합체의 제조 장치(20)는, 도6 내지 도9에 도시하는 바와 같이, 내부에 각각 제1 가동 블럭(24A) 및 제2 가동 블럭(24B)을 포함하여 쌍을 이루는 제1 성형형(25A) 및 제2 성형형(25B)과, 제1, 제2 성형형(25A, 25B)을 압박하는 압박 수단(도시되지 않음)과, 제1, 제2 가동 블럭(24A, 24B)을 구동하는 제1 구동부(26A) 및 제2 구동부(26B)와, 제1, 제2 구동부(26A, 26B)를 제어하는 제1 제어부(28A) 및 제2 제어부(28B)와, 제1, 제2 성형형(25A, 25B)에 배치되고, 제1 촉매 층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 합계의 두께를 계측하는 제1 계측부(29A)와, 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)의 합계의 두께를 계측하는 제2 계측부(29B)를 갖고 있다.As shown in Figs. 6 to 9, the apparatus 20 for manufacturing a membrane electrode assembly includes a first molded type paired by including a first
제1 성형형(25A) 및 제2 성형형(25B)은, 도시하지 않은 압박 수단에 의해 상대적으로 근접 이격 가능하며, 각각의 대향하는 면의 외주에, 전해질막(2)의 모서리부를 사이에 두고 파지하는 제1 파지부(31A) 및 제2 파지부(31B)가 형성된다. 제2 파지부(31B)의 제1 파지부(31A)와 대향하는 면에는, 주위 방향으로 복수의 돌기부(32)가 형성되고, 제1 파지부(31A)의 제2 파지부(31B)와 대향하는 면에는, 오목 형상의 돌기부(32)가 끼워 맞추어지는 끼워 맞춤부(33)가 형성된다. 제1, 제2 파지부(31A, 31B)의 내측 코너부는, 전해질막(2)을 끼움 지지하는 면에 대해 경사져 파지부 경사면(35A, 35B)이 형성되고, 이 파지부 경사면(35A, 35B)에, 수지재를 사출하는 적어도 1개의 게이트(36A, 36B)가 설치된다.The 1st shaping |
게이트(36A, 36B)는 핀 게이트나, 필름 형상의 폭을 갖는 필름 게이트로 형성된다. 게이트(36A, 36B)는, 성형형(25A, 25B)에 외부로부터 연결되는 공급관(37A, 37B)에 연통하여, 공급관(37A, 37B)으로부터 수지재가 공급된다.The
제1 성형형(25A)과 제2 성형형(25B)의 각각의 대향하는 면에는, 파지부(31A, 31B)의 내측면을 따라, 함몰된 홈 형상의 제1 블럭 수용부(39A) 및 제2 블럭 수용부(39B)가 형성된다. 도7, 도8에 도시하는 바와 같이, 제1 블럭 수용부(39A)에는 제1 가동 블럭(24A)이 수용되고, 제2 블럭 수용부(39B)에는 제2 가동 블럭(24B)이 수용된다. 제1 가동 블럭(24A) 및 제2 가동 블럭(24B)은, 제1 블럭 수용부(39A) 및 제2 블럭 수용부(39B)의 형상에 대응하여, 각각 주위 방향으로 4개의 블럭으로 분할되어 설치된다. 또한, 분할수에 한정은 없고, 또한 분할되어 있지 않아도 좋다.Groove-shaped first
제1 가동 블럭(24A)은, 서보 모터나 실린더 등을 갖는 제1 구동부(26A)에 의해, 설치되는 예비 접합체(21)의 방향으로 진퇴 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 제2 가동 블럭(24B)은, 마찬가지로 서보 모터나 실린더 등을 갖는 제2 구동부(26B)에 의해, 설치되는 예비 접합체(21)의 방향으로 진퇴 이동 가능하게 되어 있다. 제1 가동 블럭(24A) 및 제2 가동 블럭(24B)에는, 예비 접합체(21)에 대향하는 제1 대향면 및 제2 대향면이 형성되고, 각각의 대향면의 파지부(31A, 31B)와 반대측(내측)의 대향면 내측부(41A, 41B)가, 가스 확산층(6A, 6B)의 외주 단부와 대향하여 위치한다. 제1, 제2 가동 블럭(24A, 24B)의 진퇴 이동은 각각 제1, 제2 제어부(28A, 28B)에 의해 제어된다.The first
제1 성형형(25A)에는, 예비 접합체(21)의 제1 가스 확산층(6A)에 대향하는 위치에, 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께를 계측하는 적어도 1개의 제1 계측부(29A)가 설치된다. 제1 계측부(29A)는, 예를 들어 압력계이며, 미리 결정된 돌출량으로 제1 가스 확산층(6A)에 접했을 때의 압력으로부터 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께가 환산된다. 또한, 제1 계측부(29A)로서, 예를 들어 변위계 등을 사용하는 것도 가능하다. 제1 계측부(29A)의 각각은, 제1 제어부(28A)에 접속되어 있어, 제1 계측부(29A)로부터의 계측 신호가 제1 제어부(28A)에 입력된다. 제1 제어부(28A)는, 복수의 제1 계측부(29A)로부터의 신호를 기초로 하여 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께의 평균치를 산출하고, 이 계측 결과에 따라서, 제1 가동 블럭(24A)을 진퇴 이동시킬 수 있다.At least 1 which measures the thickness of the
또한, 제2 성형형(25B)에 있어서도 마찬가지로, 예비 접합체(21)의 제2 가스 확산층(6B)에 대향하는 위치에, 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)의 두께를 계측하는 적어도 1개의 제2 계측부(29B)가 설치된다. 제2 계측부(29B)는, 예를 들어 압력계이며, 미리 결정된 돌출량으로 제2 가스 확산층(6B)에 접했을 때의 압력으로부터 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)의 두께가 환산된다. 또한, 제2 계측부(29B)로서, 예를 들어 변위계 등을 사용하는 것도 가능하다. 제2 계측부(29B)의 각각은 제2 제어부(28B)에 접속되어 있어, 제2 계측부(29B)로부터의 계측 신호가 제2 제어부(28B)에 입력된다. 제2 제어부(28B)는, 복수의 제2 계측부(29B)로부터의 신호를 기초로 하여 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)의 두께의 평균치를 산출하고, 이 계측 결과에 따라서, 제2 가동 블럭(24B)을 진퇴 이동시킬 수 있다.In addition, also in the 2nd shaping | molding die 25B, the thickness of the
다음에, 본 실시 형태에 관한 막 전극 접합체(1)의 제조 방법에 대해 설명한다.Next, the manufacturing method of the
도10은 본 실시 형태에 관한 제조 장치에 예비 접합체를 적재했을 때를 도시하는 부분 단면도, 도11은 상기 제조 장치의 성형형을 형 체결했을 때를 도시하는 부분 단면도, 도12는 상기 제조 장치의 성형형에 수지재를 사출했을 때를 도시하는 부분 단면도이다.Fig. 10 is a partial sectional view showing when a preliminary bonded body is loaded into the manufacturing apparatus according to the present embodiment, Fig. 11 is a partial sectional view showing when the molding die of the manufacturing apparatus is fastened. It is a partial sectional drawing which shows the time of injecting a resin material into a shaping | molding die.
처음에, 도10에 도시하는 바와 같이, 제2 성형형(25B)에 예비 접합체(21)를 설치한다. 이때에는, 제2 성형형(25B)의 돌기부(32)를 예비 접합체(21)의 관통 구멍(22)에 삽입 관통시킨다. 이에 의해, 사출 성형시에 예비 접합체(21)를 확실하게 보유 지지할 수 있다.First, as shown in FIG. 10, the preliminary joined
다음에, 도11에 도시하는 바와 같이, 제1 성형형(25A)과 제2 성형형(25B)을 압박 수단에 의해 근접시켜 형 체결한다. 이에 의해, 예비 접합체(21)의 전해질막(2)이 제1 파지부(31A)와 제2 파지부(31B) 사이에 끼워져 파지된다. 제2 파지부(31B)의 돌기부(32)는 제1 파지부(31A)의 끼워 맞춤부(33)에 끼워 맞추어진다. 또한, 제1 가동 블럭(24A) 및 제2 가동 블럭(24B)은, 대향면 내측부(41A, 41B)가 제1, 제2 가스 확산층(6A, 6B)을 압박하면서 접촉한다. 이에 의해, 전해질막(2)의 가스 확산층(6A, 6B) 및 촉매층(5A, 5B)의 외측에, 성형 공간으로서의 제1 사출 공간(42A) 및 제2 사출 공간(42B)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 11, the 1st shaping | molding die 25A and the 2nd shaping | molding die 25B are brought into close proximity by a press means, and a mold clamping is carried out. As a result, the
다음에, 제1 가스 확산층(6A)에 접촉한 복수의 제1 계측부(29A)로부터 제1 제어부(28A)에 입력되는 압력계의 신호를 기초로 하여, 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께의 평균치를 산출하고, 이 결과에 따른 소정량만큼, 제1 구동부(26A)를 제어하여 제1 가동 블럭(24A)을 진퇴 이동시킨다. 여기서, 제1 계측부(29A)에 의해 계측되는 압력치와 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께의 평균치는, 미리 실험에 의해 압력치와 두께의 관계를 계측하여 기억하고, 산출하는 것이 바람직하다. 또한, 압력치를 계측하는 대신에, 변위계나 레이저 계측기 등을 이용하여 계측하는 것도 가능하지만, 그때에는 미리 실험하여 압력으로부터 두께로 환산할 필요는 없다. 이상과 같이, 두께 계측에 대해서는 공지의 기술을 적절하게 사용 가능하므로, 상세한 것은 생략한다.Next, the
또한 마찬가지로, 제2 가스 확산층(6B)에 접촉한 복수의 제2 계측부(29B)로부터 제2 제어부(28B)에 입력되는 신호를 기초로 하여, 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)의 두께의 평균치를 산출하고, 이 결과에 따른 소정량만큼, 제2 구동부(26B)를 제어하여 제2 가동 블럭(24B)을 진퇴 이동시킨다. 또한, 촉매층(5A, 5B)의 두께는 3 내지 20 ㎛로 매우 작고, 변동도 작은 것에 반해, 가스 확산층(6A, 6B)의 두께는 200 내지 600 ㎛ 정도로 크고, 변동도 크다. 그로 인해, 가스 확산층(6A, 6B)의 두께만을 미리 측정하여 고체 고분자 전해질막(2)에 부착함으로써 예비 접합체(21)를 형성하고, 촉매층의 두께(3 내지 20 ㎛ 정도, 혹은 매우 작기 때문에 0으로 함)를 가산함으로써, 촉매층 및 가스 확산층의 두께를 계측하는 것도 가능하다. 단, 이 경우에는 성형형 내에서 계측할 수 없으므로, 작업성면에서 본 실시 형태보다도 열화하게 된다.Similarly, the
이 후, 도12에 도시하는 바와 같이, 공급관(37A, 37B)으로부터 게이트(36A, 36B)를 통해 제1 사출 공간(42A) 및 제2 사출 공간(42B)에 수지재를 사출한다.Thereafter, as shown in Fig. 12, a resin material is injected from the
수지재가 열가소성 수지인 경우에는, 용융한 상태에서 수지재를 사출하고, 온도가 저하되어 수지재가 경화된 후에, 제1 성형형(25A)과 제2 성형형(25B)을 이형시켜, 제1 가스켓부(8A) 및 제2 가스켓부(8B)가 성형된 막 전극 접합체(1)가 취출된다.In the case where the resin material is a thermoplastic resin, the resin material is injected in the molten state, and after the temperature is lowered and the resin material is cured, the first molding die 25A and the
수지재가 열경화성 수지인 경우에는, 액상의 수지재를 사출하고, 제1 성형형(25A) 및 제2 성형형(25B)에 설치되는 히터(도시되지 않음)에 의해 수지재를 경 화 온도 이상으로 가열하여 경화시킨 후에, 제1 성형형(25A)과 제2 성형형(25B)을 이형시켜, 제1 가스켓부(8A) 및 제2 가스켓부(8B)가 성형된 막 전극 접합체(1)가 취출된다.In the case where the resin material is a thermosetting resin, a liquid resin material is injected, and the resin material is kept above the curing temperature by a heater (not shown) provided in the first molding die 25A and the second molding die 25B. After hardening by heating, the 1st shaping | molding die 25A and the 2nd shaping | molding die 25B are released, and the
이와 같이 제조된 막 전극 접합체(1)는, 경사면(10A, 10B)으로부터 수지재가 사출되기 때문에, 게이트(36A, 36B)의 절제 잔류물의 세퍼레이터(9)와 접하는 표면으로부터의 돌출 및 외주 방향으로의 돌출을 방지할 수 있고, 연료 전지를 구성했을 때에, 세퍼레이터(9)와의 밀착성을 양호하게 유지할 수 있다.Since the resin material is injected from the
또한, 촉매층(5A) 및 가스 확산층(6A), 촉매층(5B) 및 가스 확산층(6B)의 두께에 따라서, 각각 가동 블럭(24A, 24B)을 이동시키기 때문에, 촉매층(5A, 5B) 및 가스켓부(8A, 8B)를 가스 확산층(6A, 6B)에 대응하는 최적의 두께로 성형할 수 있다. 이 최적의 두께라 함은, 예를 들어 촉매층(5A) 및 가스 확산층(6A), 촉매층(5B) 및 가스 확산층(6B)의 두께에 대해, 가스켓의 두께(H1, H2)를 각각 80 %의 비율로 하는 것 등이다. 또한, 이 비율은 가스 확산층의 종류에 따라서 적절하게 변경된다.In addition, since the
또한, 사출 성형시에, 가동 블럭(24A, 24B)이 가스 확산층(6A, 6B)을 압축하면서 접하기 때문에, 수지재의 가스 확산층(6A, 6B)으로의 침투를 억제할 수 있고, 가스 확산층(6A, 6B)의 가스 확산 성능 및 배수 성능의 저하를 억제할 수 있다.In addition, at the time of injection molding, since the
또한, 계측부(29A, 29B)에 의해 촉매층(5A) 및 가스 확산층(6A), 촉매층(5B) 및 가스 확산층(6B)의 두께를 계측하여 가스켓부(8A, 8B)의 두께(H1, H2)를 설정할 수 있기 때문에, 가스 확산층(6A, 6B)의 두께에 변동이 생긴 경우라도, 스텝 높 이(H3, H4)를 최적의 값으로 유지하는 것이 가능하며, 가스 확산층(6A, 6B)의 가스 확산 성능 및 배수 성능의 저하를 억제하여, 연료 전지의 발전 효율의 저하를 억제할 수 있다.In addition, the thicknesses of the
또한, 스텝 높이(H3, H4)를 개별로 설정할 수 있기 때문에, 가스 확산층(6A, 6B)의 애노드측과 캐소드측이 다른 재료이더라도, 각각을 최적의 스텝 높이(H3, H4)로 유지할 수 있다.In addition, since the step heights H3 and H4 can be set separately, even if the anode side and the cathode side of the
또한, 가스켓부(8A, 8B)를 최적의 치수로 일체적으로 성형할 수 있기 때문에, 복수 종류의 가스켓을 미리 준비할 필요가 없어 비용을 삭감할 수 있다.In addition, since the
또한, 본 실시 형태에 관한 막 전극 접합체(1)는, 가스켓부(8A, 8B)가 일체적으로 성형되어 있기 때문에 부품 개수를 삭감할 수 있고, 또한, 미리 가스켓부(8A, 8B)를 일체적으로 성형하기 때문에 위치 정밀도가 향상된다. 또한, 가스켓을 별도의 부재로서 설치하는 경우에는 가스켓과 전해질막 사이에 기포나 이물질이 혼입될 우려가 있지만, 본 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 방법에서는, 미리 가스켓부(8A, 8B)를 일체 성형하기 때문에 기포나 이물질이 혼입되기 어렵다. 또한, 연료 전지를 조립할 때에 별도의 부재의 가스켓을 접합시킬 필요가 없기 때문에 공정수를 삭감할 수 있다.In the
<제2 실시 형태><2nd embodiment>
제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치(60) 및 제조 방법은, 가스켓부(8A, 8B)를 압축 성형하는 점에서, 가스켓부(8A, 8B)를 사출 성형 또는 사출 열압축 성형하는 제1 실시 형태에 관한 제조 장치(20) 및 제조 방법과 다르다. 또 한, 제2 실시 형태에 있어서 제조되는 막 전극 접합체(1)에 관해서는, 제1 실시 형태에 관한 막 전극 접합체(1)와 동일한 구조를 갖고 있다.In the
도13은 제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치를 도시하는 부분 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 같은 기능을 갖는 부위에는 동일한 부호를 부여하고, 중복을 피하기 위해, 그 설명을 생략한다.13 is a partial cross-sectional view showing an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to a second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which has a function similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted in order to avoid duplication.
제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치(60)는, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(5A, 5B) 및 가스 확산층(6A, 6B)을 형성한 예비 접합체(21)(도4, 도5 참조)를 설치하고, 전해질막(2)에 대해 가스켓부(8A, 8B)를 일체적으로 압축 성형하는 장치를 포함하고 있다.In the
이 제조 장치(60)는, 도13에 도시하는 바와 같이, 내부에 각각 제1 가동 블럭(51A) 및 제2 가동 블럭(51B)을 포함하여 쌍을 이루는 제1 성형형(52A) 및 제2 성형형(52B)을 갖고 있다.As shown in FIG. 13, this
제1 가동 블럭(51A)은, 제1 가동 블럭(51A)을 가열하기 위한 제1 가열부(53)를 구비하고 있다. 제1 가열부(53)는, 제1 가동 블럭(51A)의 길이 방향을 따라 연장되는 긴 형상을 갖고, 본 실시 형태에서는 전열 히터 유닛이 바람직하지만, 다른 구조로 할 수도 있고, 예를 들어 고주파 히터를 이용하거나, 고온 유체를 흘리는 구조로 해도 좋다. 또한, 전열 히터 유닛은 공지의 기술이기 때문에, 그 상세에 대해서는 설명을 생략한다. 제1 가열부(53)는, 외부의 전원 유닛(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 이 전원 유닛을 제어함으로써, 제1 가열부(53)의 온도를 임의로 설정할 수 있다.51 A of 1st movable blocks are equipped with the
제2 가동 블럭(51B)은, 제2 가동 블럭(51B)을 가열하기 위한 제2 가열부(54)와, 제2 가동 블럭(51B)을 냉각하기 위한 블럭 냉각부(55)를 구비하고 있다. 제2 가열부(54)는, 제2 가동 블럭(51B)의 길이 방향을 따라 연장되는 긴 형상을 갖고, 본 실시 형태에서는 급속 가열이 가능한 고주파 히터 유닛이 바람직하지만, 다른 구조로 할 수도 있고, 예를 들어 전열 히터를 이용하거나, 고온 유체를 흘리는 구조로 해도 좋다. 또한, 고주파 히터 유닛은 공지의 기술이기 때문에, 그 상세에 대해서는 설명을 생략한다. 제2 가열부(54)는, 외부의 전원 유닛(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 이 전원 유닛을 제어함으로써, 제2 가열부(54)의 온도를 임의로 설정할 수 있다.The second
블럭 냉각부(55)는, 제2 가동 블럭(51B)의 길이 방향을 따라 연장되는 긴 형상을 갖고, 본 실시 형태에서는 펠티에 방식 냉각 소자이지만, 다른 구조라도 좋고, 예를 들어 저온 유체를 흘리는 구조로 해도 좋다. 블럭 냉각부(55)는, 외부의 전원 유닛(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 이 전원 유닛을 제어함으로써, 블럭 냉각부(55)의 온도를 임의로 설정할 수 있다.The
제1 성형형(52A)의, 제1 가동 블럭(51A)에 둘러싸여 예비 접합체(21)의 가스 확산층(6A)과 근접 또는 접하는 제1 중앙부(56A)에는 제1 성형형 냉각부(57A)가 설치된다. 또한, 제2 성형형(52B)의, 제2 가동 블럭(51B)에 둘러싸여 예비 접합체(21)의 가스 확산층(6B)과 근접 또는 접하는 제2 중앙부(56B)에는 제2 성형형 냉각부(57B)가 설치된다.The first
제1 성형형 냉각부(57A) 및 제2 성형형 냉각부(57B)는, 각각 제1 냉각 유 로(58A) 및 제2 냉각 유로(58B)를 갖고 있고, 이 제1 냉각 유로(58A), 제2 냉각 유로(58B)에는, 외부의 냉각 유체 공급원(도시하지 않음)으로부터 냉각 유체 공급관(59A, 59B)을 통해 냉각 매체(예를 들어 냉각수)가 공급 가능하게 되어 있다. 제1 냉각 유로(58A)는, 제1 중앙부(56A)에 있어서, 사방을 둘러싸도록, 각각의 제1 가동 블럭(51A)의 길이 방향을 따르는 복수의 유로로 형성된다. 또한, 제2 냉각 유로(58B)도, 제2 중앙부(56B)에 있어서, 사방을 둘러싸도록, 각각의 제2 가동 블럭(51B)의 길이 방향을 따른 복수의 유로로 형성된다. 또한, 유로의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 복수의 유로로 형성되는 것은 아닌, 제1, 제2 가동 블럭(51A, 51B)의 길이 방향을 따라 직사각형 형상으로 굴곡시킨 단일 경로로 형성하는 것도 가능하다.The first shaping
다음에, 제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 방법에 대해 설명한다.Next, the manufacturing method of the membrane electrode assembly which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated.
도14는 제2 실시 형태에 관한 제조 장치에, 충전 재료의 일부와 예비 접합체를 적재했을 때를 도시하는 부분 단면도, 도15는 상기 제조 장치의 성형형을 형 체결하기 직전을 도시하는 부분 단면도, 도16은 상기 제조 장치의 성형형을 형 체결하여, 압축 성형했을 때를 도시하는 부분 단면도이다.FIG. 14 is a partial sectional view showing when a part of the filling material and a preliminary bonded body are loaded in the manufacturing apparatus according to the second embodiment, FIG. 15 is a partial sectional view showing immediately before the mold clamping of the manufacturing apparatus; Fig. 16 is a partial cross-sectional view showing when the molding die of the manufacturing apparatus is clamped and compression molded.
우선, 제1, 제2 냉각 유로(58A, 58B)에 냉각 유체 공급원으로부터 냉각 매체를 공급하여, 제1 성형형(52A) 및 제2 성형형(52B)의 제1 중앙부(56A) 및 제2 중앙부(56B)를 냉각하는 동시에, 제1 가열부(53)를 작동시켜 제1 가동 블럭(51A)을 가열한다. 또한, 이 제1 중앙부(56A) 및 제2 중앙부(56B)를 냉각하면서, 제1 가동 블럭(51A)을 가열한 상태는, 이후의 가공 사이클 중, 항상 유지되게 된다.First, a cooling medium is supplied to the first and second
다음에, 블럭 냉각부(55)를 작동시켜, 제2 가동 블럭(51B)을 냉각한다.Next, the
다음에, 도14에 도시하는 바와 같이, 제2 성형형(52B)의 제2 가동 블럭(51B) 위에 제2 충전 재료(60B)(수지재)를 적재한 후, 제2 성형형(52B)에 예비 접합체(21)를 설치한다. 이때에, 제2 성형형(52B)의 돌기부(32)를 예비 접합체(21)의 관통 구멍(22)에 삽입 관통함으로써, 후술하는 압축 성형시에 예비 접합체(21)를 확실하게 보유 지지할 수 있다. 이 후, 도15에 도시하는 바와 같이, 예비 접합체(21)의 제1 가동 블럭(51A)과 대응하는 위치에, 제1 충전 재료(60A)(수지재)를 적재한다.Next, as shown in FIG. 14, after loading the
상술한 제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)는, 모두 열경화성 수지를 주성분으로 하는 시트 형상의 재료이며, 예를 들어 스폰지 형상의 흡인 패드로 빨아들여 핸들링함으로써, 임의의 위치에 투입할 수 있다. 또한, 제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)는, 분말 형상, 분말 형상 재료를 예비 가열에 의해 반경화시킨 재료, 또는 겔 형상(슬러리 형상)으로 할 수도 있고, 분말 형상이나 겔 형상인 경우에는, 노즐로부터 토출함으로써 임의의 위치에 투입할 수 있다. 또한, 제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)는, 가스 확산층(6A, 6B)의 외주를 둘러싸는 고리 형상으로 형성되지만, 복수로 분할되어 설치되어도 좋다.The above-mentioned first and
다음에, 도16에 도시하는 바와 같이, 제1 성형형(52A)과 제2 성형형(52B)을 압박 수단에 의해 근접시켜 형 체결하는 동시에, 제2 가동 블럭(51B)의 블럭 냉각부(55)의 작동을 정지시키고, 제2 가열부(54)인 고주파 히터 유닛을 작동시켜 급속 가열한다. 이때, 예비 접합체(21)의 전해질막(2)이, 제1 파지부(31A)와 제2 파지부(31B) 사이에 끼워져 파지되고, 제2 파지부(31B)의 돌기부(32)는, 제1 파지부(31A)의 끼워 맞춤부(33)에 끼워 맞추어져 있다. 또한, 제1 가동 블럭(51A) 및 제2 가동 블럭(51B)은, 대향면 내측부(41A, 41B)가 제1, 제2 가스 확산층(6A, 6B)을 압박하면서 접촉한다.Next, as shown in FIG. 16, the first shaping die 52A and the second shaping die 52B are brought into close proximity by the pressing means, and the block cooling section (of the second
제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)는, 제1 가열부(53) 및 제2 가열부(54)에 의해 가열된 제1 가동 블럭(51A) 및 제2 가동 블럭(51B)에 의해 용융된다. 제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)가 용융 상태에 있는 동안에, 복수의 제1 계측부(29A)에 의해 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께의 평균치를 산출한다. 이 산출한 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께의 평균치에 따른 소정량만큼, 제1 구동부(26A)를 제어하여 제1 가동 블럭(51A)을 진퇴 이동시킨다.The first and
또한 마찬가지로, 제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)가 용융 상태에 있는 동안에, 복수의 제2 계측부(29B)에 의해 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)의 두께의 평균치를 산출하고, 이 결과에 따른 소정량만큼, 제2 구동부(26B)를 제어하여 제2 가동 블럭(51B)을 진퇴 이동시킨다.Similarly, while the first and
이 후, 제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)가 경화될 때까지 제1, 제2 가동 블럭(51A, 51B)의 위치 및 가열 온도를 유지하고, 이형해도 제1, 제2 충전 재료(60A, 60B)의 형상을 유지할 수 있는 정도까지 경화 반응이 종료된 시점에서, 제1 성형형(52A)과 제2 성형형(52B)을 이형시킨다. 이에 의해, 제1 가스켓부(8A) 및 제2 가스켓부(8B)가 성형된 막 전극 접합체(1)가 취출된다. 다음에, 제2 가열부(54)의 작동을 정지시켜, 가열이 종료된다.Thereafter, the positions and heating temperatures of the first and second
이 후, 블럭 냉각부(55)를 작동시켜, 제2 가동 블럭(51B)을 냉각한다. 제2 가동 블럭(51B)이 소정의 온도까지 저하된 후, 다음의 막 전극 접합체(1)의 제조를 개시한다.Thereafter, the
상술한 제2 실시 형태에 관한 제조 장치(60) 및 제조 방법과 같이, 사출 성형 또는 사출 열압축 성형이 아닌 압축 성형을 이용해도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 가스켓부(8A, 8B)를 촉매층(5A) 및 가스 확산층(6A), 촉매층(5B) 및 가스 확산층(6B)의 두께에 대응하는 최적의 두께로 성형할 수 있다.Like the
또한, 제1 실시 형태와 다른 효과로서, 예비 접합체(21)의 가스 확산층(6A, 6B)과 근접 또는 접하는 제1, 제2 중앙부(56A, 56B)에는, 제1, 제2 성형형 냉각부(57A, 57B)가 설치되기 때문에, 예비 접합체(21)의 가열이 불필요한 부위를, 과도한 온도 상승으로부터 보호할 수 있다.Moreover, as an effect different from 1st Embodiment, the 1st, 2nd shaping | molding cooling part is provided in the 1st,
또한, 제1 성형형(52A)과 제2 성형형(52B)을 형 체결하기 전에, 예비 접합체(21) 아래에 제2 충전 재료(60B)가 배치되기 때문에, 예비 접합체(21)의 처짐이 제2 충전 재료(60B)에 의해 방지되어, 예비 접합체(21)를 더욱 적정한 위치에 보유 지지할 수 있다.In addition, since the
또한, 제1, 제2 가동 블럭(51A, 51B)에, 제1, 제2 가열부(53, 54)가 설치되기 때문에, 가열이 필요한 부위를 집중적으로 가열할 수 있다.Moreover, since the 1st,
또한, 제2 가동 블럭(51B)에 블럭 냉각부(55)가 설치되기 때문에, 제2 충전 재료(60B)가 배치되는 제2 가동 블럭(51B)을 집중적으로 냉각할 수 있다. 따라서, 막 전극 접합체(1)를 순차 제조할 때에, 제2 가동 블럭(51B)을 단시간에 냉각할 수 있어, 작업 시간을 단축할 수 있다.Moreover, since the
또한, 제2 실시 형태에 관한 제조 장치(60)의 제1, 제2 성형형 냉각부(57A, 57B), 제1, 제2 가열부(53, 54) 및 블럭 냉각부(55)는, 제1 실시 형태에도 적용 가능하다.In addition, the 1st, 2nd shaping | molding cooling
<제3 실시 형태>Third Embodiment
제3 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치(70) 및 제조 방법은, 한쪽의 가스켓부(8A)를 사출 성형 또는 사출 열압축 성형하고, 다른 쪽의 가스켓부(8B)를 압축 성형하는 점에서, 제1, 제2 실시 형태에 관한 제조 장치(20, 60) 및 제조 방법과 다르다. 또한, 제3 실시 형태에 있어서 제조되는 막 전극 접합체(1)에 관해서는, 제1, 제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체(1)와 동일한 구조를 갖고 있다.The
도17은 제3 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치를 도시하는 부분 단면도이다. 또한, 제1, 제2 실시 형태와 같은 기능을 갖는 부위에는 동일한 부호를 부여하고, 중복을 피하기 위해, 그 설명을 생략한다.17 is a partial cross-sectional view showing an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to a third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which has a function similar to 1st, 2nd embodiment, and the description is abbreviate | omitted in order to avoid duplication.
제3 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치(70)는, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(5A, 5B) 및 가스 확산층(6A, 6B)을 형성한 예비 접합체(21)(도4, 도5 참조)를 설치하고, 전해질막(2)에 대해 한쪽의 가스켓부(8A)를 사출 성형 또는 사출 열압축 성형하고, 다른 쪽의 가스켓부(8B)를 압축 성형하는 장치를 포함하고 있다.In the
이 막 전극 접합체의 제조 장치(70)는, 제2 실시 형태에 관한 제조 장치(60)와 일부를 제외하고 동일하고, 즉, 제1 성형형(71A)에 게이트(72)가 형성되고, 게이트(72)에 수지재를 공급하는 공급관(73)이 연결되어 있는 점에서만 다르다. 게이트(72)는, 제1 실시 형태에 있어서의 게이트(36A)와 마찬가지로, 핀 게이트나, 필름 형상의 폭을 갖는 필름 게이트로 형성된다.This film electrode
다음에, 제3 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 방법에 대해 설명한다.Next, the manufacturing method of the membrane electrode assembly which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated.
도18은 제3 실시 형태에 관한 제조 장치에, 충전 재료의 일부와 예비 접합체를 적재했을 때를 도시하는 부분 단면도, 도19는 상기 제조 장치의 성형형을 형 체결했을 때를 도시하는 부분 단면도, 도20은 상기 제조 장치의 성형형을 형 체결한 후, 압축 성형 및 사출 성형이 종료되었을 때를 도시하는 부분 단면도이다.FIG. 18 is a partial sectional view showing when a part of the filling material and a preliminary bonded body are loaded into the manufacturing apparatus according to the third embodiment, FIG. 19 is a partial sectional view showing when the molding die of the manufacturing apparatus is fastened; Fig. 20 is a partial sectional view showing when compression molding and injection molding are finished after the mold is fastened in the manufacturing apparatus.
우선, 제1, 제2 냉각 유로(58A, 58B)에 냉각 유체 공급원으로부터 냉각 매체를 공급하여, 제1 성형형(71A) 및 제2 성형형(71B)의 제1 중앙부(56A) 및 제2 중앙부(56B)를 냉각하는 동시에, 제1 가열부(53)를 작동시켜, 제1 가동 블럭(51A)을 가열한다. 또한, 이 제1 중앙부(56A) 및 제2 중앙부(56B)를 냉각하면서, 제1 가동 블럭(51A)을 가열한 상태는, 이후의 가공 사이클 중, 항상 유지되게 된다.First, a cooling medium is supplied to the first and second
다음에, 블럭 냉각부(55)를 작동시켜, 제2 가동 블럭(51B)을 냉각한다.Next, the
다음에, 도18에 도시하는 바와 같이, 제2 성형형(71B)의 제2 가동 블럭(51B) 위에 제2 충전 재료(74)(수지재)를 적재한 후, 제2 성형형(71B)에 예비 접합체(21)를 설치한다. 이때에, 제2 성형형(71B)의 돌기부(32)를 예비 접합체(21)의 관통 구멍(22)에 삽입 관통함으로써, 후술하는 압축 성형시에 예비 접합체(21)를 확실하게 보유 지지할 수 있다.Next, as shown in FIG. 18, after loading the 2nd filling material 74 (resin material) on the 2nd
상술한 제2 충전 재료(74)는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 열경화성 수지를 주성분으로 하는 시트 형상의 재료이며, 예를 들어 스폰지 형상의 흡인 패드로 빨아들여 핸들링함으로써, 임의의 위치에 투입할 수 있다. 또한, 제2 충전 재료(74)는, 분말 형상, 분말 형상 재료를 예비 가열에 의해 반경화시킨 재료, 또는 겔 형상(슬러리 형상)으로 할 수도 있고, 분말 형상이나 겔 형상인 경우에는, 노즐로부터 토출함으로써 임의의 위치에 투입할 수 있다. 또한, 제2 충전 재료(74)는, 가스 확산층(6B)의 외주를 둘러싸는 고리 형상으로 형성되지만, 복수로 분할되어 설치되어도 좋다.The
다음에, 도19에 도시하는 바와 같이, 제1 성형형(71A)과 제2 성형형(71B)을 압박 수단에 의해 근접시켜 형 체결하는 동시에, 제2 가동 블럭(51B)의 블럭 냉각부(55)의 작동을 정지시키고, 제2 가열부(54)인 고주파 히터 유닛을 작동시켜 급속 가열한다. 이때, 예비 접합체(21)의 전해질막(2)이, 제1 파지부(31A)와 제2 파지부(31B) 사이에 끼워져 파지되고, 제2 파지부(31B)의 돌기부(32)는, 제1 파지부(31A)의 끼워 맞춤부(33)에 끼워 맞추어져 있다. 또한, 제1 가동 블럭(51A) 및 제2 가동 블럭(51B)은, 대향면 내측부(41A, 41B)가 제1, 제2 가스 확산층(6A, 6B)을 압박하면서 접촉한다. 이에 의해, 전해질막(2)의 가스 확산층(6A) 및 촉매층(5A)의 외측에, 제1 사출 공간(75)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 19, the first shaping die 71A and the second shaping die 71B are brought into close proximity by the pressing means, and the block cooling section (of the second
제2 충전 재료(74)는, 제2 가열부(54)에 의해 가열된 제2 가동 블럭(51B)에 의해 용융된다. 제2 충전 재료(74)가 용융 상태인 동안에, 복수의 제1 계측부(29A)에 의해 제1 촉매층(5A) 및 제1 가스 확산층(6A)의 두께의 평균치를 산출하고, 이 결과에 따른 소정량만큼, 제1 구동부(26A)를 제어하여 제1 가동 블럭(51A)을 진퇴 이동시킨다.The
또한 마찬가지로, 복수의 제2 계측부(29B)에 의해 제2 촉매층(5B) 및 제2 가스 확산층(6B)의 두께의 평균치를 산출하고, 이 결과에 따른 소정량만큼, 제2 구동부(26B)를 제어하여 제2 가동 블럭(51B)을 진퇴 이동시킨다.Similarly, the average value of the thicknesses of the
다음에, 도20에 도시하는 바와 같이, 공급관(73)으로부터 게이트(72)를 통해 제1 사출 공간(75)에 수지재를 사출한다. 또한, 수지재에는, 제2 충전 재료(74)와 같은 재료가 이용되는 것이 바람직하지만, 반드시 한정되지 않는다.Next, as shown in FIG. 20, a resin material is injected from the
다음에, 제2 충전 재료(74) 및 사출된 수지재가 경화될 때까지 제1, 제2 가동 블럭(51A, 51B)의 위치 및 가열 온도를 유지하고, 이형해도 제2 충전 재료(74) 및 수지재의 형상을 유지할 수 있을 정도까지 경화 반응이 종료된 시점에서, 제1 성형형(71A)과 제2 성형형(71B)을 이형시킨다. 이에 의해, 제1 가스켓부(8A) 및 제2 가스켓부(8B)가 성형된 막 전극 접합체(1)가 취출된다. 다음에, 제2 가열부(54)의 작동을 정지시켜, 가열이 종료된다.Next, the positions and heating temperatures of the first and second
이 후, 블럭 냉각부(55)를 작동시켜, 제2 가동 블럭(51B)을 냉각한다. 제2 가동 블럭(51B)이 소정의 온도까지 저하된 후, 다음의 막 전극 접합체(1)의 제조를 개시한다.Thereafter, the
상술한 제3 실시 형태에 관한 제조 장치(70) 및 제조 방법과 같이, 사출 성 형 또는 사출 열압축 성형과, 압축 성형을 혼합하여 이용해도, 제1, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 가스켓부(8A, 8B)를 촉매층(5A) 및 가스 확산층(6A), 촉매층(5B) 및 가스 확산층(6B)의 두께에 대응하는 최적의 두께로 성형할 수 있다.Like the
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위의 범위 내에서 다양하게 개변할 수 있다. 예를 들어, 돌기부(32)가 제1 성형형(25A)에 형성되어도 좋고, 사출 성형시에 예비 접합체(21)를 보유할 수 있는 것이면, 돌기부는 반드시 형성되지 않아도 좋다.In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can variously change within the scope of a claim. For example, as long as the
도1은 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 평면도.1 is a plan view of a membrane electrode assembly according to the present invention.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 부분 단면도.FIG. 2 is a partial sectional view taken along the line II-II of FIG. 1; FIG.
도3은 연료 전지의 부분 단면도.3 is a partial cross-sectional view of a fuel cell.
도4는 가스켓부가 성형되기 전의 예비 접합체를 도시하는 평면도.4 is a plan view showing a preliminary bonded body before the gasket portion is molded;
도5는 도4의 V-V선을 따르는 부분 단면도.FIG. 5 is a partial sectional view along the line V-V in FIG. 4; FIG.
도6은 본 발명에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치를 도시하는 측면도.6 is a side view showing an apparatus for producing a membrane electrode assembly according to the present invention.
도7은 도6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따르는 제1 성형형의 평면도.FIG. 7 is a plan view of the first shaping die taken along the line VII-VII of FIG. 6; FIG.
도8은 도6의 Ⅷ-Ⅷ선을 따르는 제2 성형형의 평면도.8 is a plan view of a second shaping die taken along the line VII-VII of FIG. 6;
도9는 도6의 Ⅳ-Ⅳ선을 따르는 부분 단면도.FIG. 9 is a partial cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 6;
도10은 본 실시 형태에 관한 제조 장치에 예비 접합체를 적재했을 때를 도시하는 부분 단면도.Fig. 10 is a partial sectional view showing the case where the preliminary bonded body is loaded into the manufacturing apparatus according to the present embodiment.
도11은 상기 제조 장치의 성형형을 형 체결했을 때를 도시하는 부분 단면도.Fig. 11 is a partial cross sectional view showing a case where the molding die of the manufacturing apparatus is fastened.
도12는 상기 제조 장치의 성형형에 수지재를 사출했을 때를 도시하는 부분 단면도.Fig. 12 is a partial sectional view showing when a resin material is injected into a molding die of the manufacturing apparatus.
도13은 제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치를 도시하는 부분 단면도.FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to a second embodiment. FIG.
도14는 제2 실시 형태에 관한 제조 장치에, 충전 재료의 일부와 예비 접합체를 적재했을 때를 도시하는 부분 단면도.FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing when a part of the filling material and a preliminary bonded body are stacked in the manufacturing apparatus according to the second embodiment. FIG.
도15는 제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치의 성형형을 형 체 결하기 직전을 도시하는 부분 단면도.Fig. 15 is a partial sectional view showing immediately before forming a molding die of the apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to the second embodiment.
도16은 제2 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치의 성형형을 형 체결하여, 압축 성형했을 때를 도시하는 부분 단면도.FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing a case in which the molding die of the apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to the second embodiment is subjected to die-fastening and compression molding. FIG.
도17은 제3 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치를 도시하는 부분 단면도.17 is a partial cross-sectional view showing an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to a third embodiment.
도18은 제3 실시 형태에 관한 제조 장치에, 충전 재료의 일부와 예비 접합체를 적재했을 때를 도시하는 부분 단면도.FIG. 18 is a partial sectional view showing a part of the filling material and a preliminary bonded body in the manufacturing apparatus according to the third embodiment; FIG.
도19는 제3 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치의 성형형을 형 체결했을 때를 도시하는 부분 단면도.Fig. 19 is a partial cross sectional view showing a case in which the molding die of the apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to the third embodiment is clamped.
도20은 제3 실시 형태에 관한 막 전극 접합체의 제조 장치의 성형형을 형 체결한 후, 압축 성형 및 사출 성형을 종료했을 때를 도시하는 부분 단면도.Fig. 20 is a partial sectional view showing a time when compression molding and injection molding are ended after the mold is fastened in the apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly according to the third embodiment.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 막 전극 접합체1: membrane electrode assembly
2 : 전해질막2: electrolyte membrane
3 : 연료극3: fuel electrode
4 : 공기극4 air cathode
5A, 5B : 제1 촉매층, 제2 촉매층5A, 5B: first catalyst layer and second catalyst layer
6A, 6B : 제1 가스 확산층, 제2 가스 확산층6A, 6B: 1st gas diffusion layer, 2nd gas diffusion layer
8A, 8B : 제1 가스켓부, 제2 가스켓부8A, 8B: first gasket portion, second gasket portion
10A, 10B : 경사면10A, 10B: slope
20 : 막 전극 접합체의 제조 장치20: manufacturing apparatus of membrane electrode assembly
21 : 예비 접합체21: preliminary conjugate
24A, 24B : 제1 가동 블럭, 제2 가동 블럭24A, 24B: first movable block, second movable block
25A, 25B : 제1 성형형, 제2 성형형25A, 25B: first molding type, second molding type
28A, 28B : 제1 제어부, 제2 제어부28A, 28B: first control unit, second control unit
29A, 29B : 제1 계측부, 제2 계측부29A, 29B: first measuring unit, second measuring unit
31A, 31B : 제1 파지부, 제2 파지부31A, 31B: 1st holding part, 2nd holding part
35A, 35B : 파지부 경사면35A, 35B: Holding part slope
36A, 36B : 게이트36A, 36B: Gate
37A, 37B : 공급관37A, 37B: Supply pipe
39A, 39B : 제1 블럭 수용부, 제2 블럭 수용부39A, 39B: first block accommodating part, second block accommodating part
40A, 40B : 제1 대향면, 제2 대향면40A, 40B: 1st opposing surface, 2nd opposing surface
41A, 41B : 대향면 내측부41A, 41B: Inner side of opposite surface
42A, 42B : 제1 사출 공간, 제2 사출 공간42A, 42B: first injection space, second injection space
53 : 제1 가열부53: first heating part
54 : 제2 가열부54 second heating part
55 : 블럭 냉각부55 block cooling unit
56A : 제1 중앙부56A: first center portion
56B : 제2 중앙부56B: second center portion
57A : 제1 성형형 냉각부57A: first molded cooling part
57B : 제2 성형형 냉각부57B: second molded cooling part
60A, 60B, 74 : 충전 재료(수지재)60A, 60B, 74: Filling material (resin material)
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