KR101793785B1 - 다공체 유로의 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 다공체 유로와 차폐판을 양호하게 접합하는 것이다.
다공체 유로(40)에 상부 전극(731)을 접촉시키고, 차폐판(45)에 하부 전극(733)을 접촉시키고, 다공체 유로(40)와 차폐판(45)을 스폿 용접함으로써, 유로 부재(50)를 제조한다. 하부 전극(733)에 의한 차폐판(45)의 압입 변형량은, 상부 전극(731)에 의한 다공체 유로의 압입 변형량 D보다도 작다.

Description

다공체 유로의 용접 방법{METHOD OF WELDING POROUS BODY FLOW PATH}

본원은, 2014년 10월 14일에 출원된 출원 번호 제2014-209810호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 모두가 참조에 의해 본원에 포함된다.

본 발명은, 다공체 유로에 관한 것이다.

연료 전지 셀의 내부에, 차폐판을 끼워 넣는 구성이 알려져 있다. 차폐판은, 매니폴드의 부근에 있어서, 시일재와 다공체 유로 사이에 배치된다. 차폐판을 설치하는 목적은, 시일재가 유동하여, 다공체 유로에 진입하지 않도록 차폐하는 것이다(JP2012-123949).

상기 특허문헌에서는, 차폐판을 어떻게 연료 전지 셀에 조립하는지에 대해, 충분한 검토가 이루어져 있지 않다. 본원 발명은, 상기 선행 기술을 근거로, 다공체 유로와 차폐판을 접합하는 방법을 채용한 경우에, 적합한 접합 방법을 제공하는 것을 해결 과제로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 것이며, 이하의 형태로서 실현할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 제1 전극을 다공체 유로에 접촉시키고, 제2 전극을 판재에 접촉시켜, 상기 다공체 유로와 상기 판재를, 상기 제1 및 제2 전극에 의해 상기 판재의 두께 방향으로 가압하여 스폿 용접하는 방법이 제공된다. 이 방법에서는; 상기 판재가 상기 제2 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량은, 상기 다공체 유로가 상기 제1 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량보다도 작다. 이 형태에 따르면, 용접에 의해 형성되는 부재의 두께의 편차가 억제된다. 이 편차가 억제되는 것은, 상기한 바와 같이 변형량을 제어함으로써, 판재의 변형이 억제되기 때문이다. 다공체 유로는, 구조상, 스폿 용접에 의한 변형이 다른 부위에 영향을 주기 어렵다. 따라서, 다공체 유로가 변형되어도, 판재의 변형에 비하면, 상기한 편차를 야기하기 어렵다.

상기 형태에 있어서, 상기 제1 전극의 단부면의 면적은, 상기 제2 전극의 단부면의 면적보다도 작아도 된다. 이 형태에 따르면, 상기 형태를 용이하게 실현할 수 있다.

상기 형태에 있어서, 상기 다공체 유로는, 상기 스폿 용접을 실행하기 전의 상태에 있어서 상기 판재에 면 접촉하는 부위가, 상기 스폿 용접에 의해 접합되어도 된다. 이 형태에 따르면, 용접 전류가 안정되므로, 용접을 양호하게 실행할 수 있다.

상기 형태에 있어서, 상기 제1 전극을 상기 다공체 유로에 면 접촉시켜, 상기 스폿 용접을 개시해도 된다. 이 형태에 따르면, 스폿 용접을 반복함으로써, 제1 전극의 단부면이 열화되는 것을 억제할 수 있다.

상기 형태에 있어서, 상기 판재는, 연료 전지 셀로서 조립되었을 때에 시일재를 차폐하는 차폐판이어도 된다. 이 형태에 따르면, 다공체 유로와 차폐판을 접합할 수 있다.

본 발명은, 상기 이외의 다양한 형태로 실현할 수 있다. 예를 들어, 다공체 유로의 용접 방법을 포함하는 연료 전지의 제조 방법 등의 형태로 실현할 수 있다.

도 1은 연료 전지의 외관도.
도 2는 공기 배출 매니폴드 근방의 단면도.
도 3은 다공체 유로를 도시하는 사시도.
도 4는 유로 부재의 제조 공정도의 개략을 나타내는 도면.
도 5는 소재에 관통 구멍을 뚫은 모습을 도시하는 도면.
도 6은 다공체 유로의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 7은 다공체 유로의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 8은 다공체 유로의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 9는 다공체 유로의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 10은 다공체 유로의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 11은 골부를 형성하기 위한 날부를 도시하는 사시도.
도 12는 도 10의 12-12 단면도.
도 13은 도 10의 13-13 단면도.
도 14는 유로 부재의 평면도.
도 15는 용접 시스템을 도시하는 도면.
도 16은 용접 건에 의한 용접의 모습을 도시하는 단면도.
도 17은 스폿 용접 후의 모습을 도시하는 도면.
도 18은 용접의 조건과 스패터의 발생의 관계를 조사한 실험 결과를 나타내는 그래프.
도 19는 용접부의 인장 강도와 압박력의 관계를 조사한 실험 결과를 나타내는 그래프.
도 20은 비교예에 있어서의 용접의 모습을 도시하는 도면.
도 21은 비교예에 있어서의 용접의 모습을 도시하는 도면.

도 1은, 연료 전지(100)의 외관을 모식적으로 도시한다. 연료 전지(100)는, 자동차용의 연료 전지이다. 연료 전지(100)는, 복수의 발전 유닛(20)과, 터미널 플레이트(91, 92)와, 절연 플레이트(93)와, 엔드 플레이트(95, 96)를 구비한다. 터미널 플레이트(91, 92)는, 적층된 발전 유닛(20)의 양측에 배치되고, 발전 유닛(20)으로부터 전력을 취출하기 위해 사용된다. 절연 플레이트(93)는, 터미널 플레이트(91)의 외측에 배치되어 있다. 엔드 플레이트(95, 96)는, 발전 유닛(20)과, 터미널 플레이트(91, 92)와, 절연 플레이트(93)를 체결하기 위해, 연료 전지(100)의 양측에 배치된다.

발전 유닛(20), 터미널 플레이트(91), 절연 플레이트(93) 및 엔드 플레이트(95)는, 각각 복수의 개구부를 갖고 있고, 이들 개구부가 접속되어 매니폴드를 형성한다. 구체적으로는, 수소 공급 매니폴드(95a), 공기 공급 매니폴드(95b), 수소 배출 매니폴드(95c), 공기 배출 매니폴드(95d), 냉각수 공급 매니폴드(95e), 냉각수 배출 매니폴드(95f)가 형성된다.

도 2는, 공기 배출 매니폴드(95d) 근방의 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 발전 유닛(20)은, 막전극 가스 확산층 접합체(34)와, 다공체 유로(40)와, 차폐판(45)과, 캐소드측 세퍼레이터(71)와, 애노드측 세퍼레이터(73)와, 시일재(140)를 구비한다.

막전극 가스 확산층 접합체(34)는, 캐소드 확산층과, 막전극 접합체와, 애노드 확산층에 의한 접합체이다. 막전극 접합체는, 캐소드 전극과, 전해질막과, 애노드 전극에 의한 접합체이다.

다공체 유로(40)는, 냉각수 공급 매니폴드(95e)로부터 공급된 공기가 흐르는 유로를 형성한다. 다공체 유로(40)는, 익스팬드 메탈에 의해 구성되어 있다. 시일재(140) 및 차폐판(45)은, 다공체 유로(40)와 애노드측 세퍼레이터(73) 사이에 배치된다. 시일재(140)는, 접착제, 열가소성 수지, 고무 등에 의해 구성된다. 시일재(140)는, 캐소드측 세퍼레이터(71)와, 애노드측 세퍼레이터(73)와 함께, 공기, 수소 가스, 냉각수의 누설을 시일한다.

차폐판(45)은, 스테인리스강 등에 의해 형성되고, 다공체 유로(40)와 시일재 사이에 배치된다. 차폐판(45)은, 다공체 유로(40)에 접합되어 있다. 이 접합체를, 이하, 유로 부재(50)라 칭한다. 차폐판(45)은, 시일재(140)가 유동한 경우에, 유동한 시일재(140)를 차폐하여, 다공체 유로(40)에의 진입을 방지한다.

도 3은, 다공체 유로(40)를 도시하는 사시도이다. 다공체 유로(40)는, 베이스부(410)와, 접속부(450)가 반복 접속되는 구성을 갖는다. 베이스부(410)는, 제1 경사부(411)와, 제2 경사부(412)와, 평탄부(415)를 구비한다.

평탄부(415)는, 평판 형상의 부위이며, 골부(417)와 산부(419)로 가상적으로 분할된다. 접속부(450)는, 어느 베이스부(410)에 포함되는 골부(417)와, 다른 베이스부(410)에 포함되는 산부(419)를 접속한다. 2개의 베이스부(410)와 4개의 접속부(450)에 의해 둘러싸인 공간은, 그물눈(470)을 형성한다. 그물눈(470)은, 연료 전지(100)의 일부로서 조립된 상태에 있어서, 유로로서 기능한다.

제1 경사부(411)는, 골부(417)에 접속되고, 평탄부(415)에 대해 경사져 있다. 제2 경사부(412)는, 산부(419)에 접속되고, 평탄부(415)에 대해 경사져 있다.

제1 경사부(411)와 접속부(450) 사이에는, 공극(421)이 형성된다. 제2 경사부(412)와 접속부(450) 사이에도, 공극(421)이 형성된다. 공극(421)은, 그물눈(470)과 마찬가지로, 연료 전지(100)의 일부로서 조립된 상태에 있어서, 유로로서 기능한다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 다공체 유로(40)에 대해, XYZ축을 정의한다. XY 평면은, 평탄부(415)에 의해 형성되는 평면이다. Y 방향은, 제1 경사부(411)와 평탄부(415)의 경계선에 평행한 방향이다. Y 방향은, 제2 경사부(412)와 평탄부(415)의 경계선에 평행한 방향이라고도 할 수 있다. X 방향은, Y 방향과의 직교 방향이다. Z 방향은, XY 평면과의 직교 방향이다.

도 4는, 유로 부재(50)의 제조 공정도의 개략을 나타낸다. 우선, 공정 P510∼P550에서의 선반 가공(lathing)에 의해 다공체 유로(40)를 제조한다. 다공체 유로(40)의 제조로서, 우선, 도 5에 도시하는 바와 같이, 소재(210)에 폭 방향 1열분의 관통 구멍(421a)을 뚫고(공정 P510), 그 후, 롤러(340)에 의해 소재(210)를 X 방향으로 보낸다(공정 P520).

도 5는, 소재(210)에 관통 구멍(421a)을 뚫은 모습을 도시한다. 소재(210)는, 스테인리스강 등에 의해 형성되는 판재이다. 관통 구멍(421a)은, 프레스 장치에 의한 펀칭에 의해 형성된다. 관통 구멍(421a)은, 롤러(340)에 의한 소재(210)의 반송(공정 P520)을 이용하여 순서대로 형성된다. 관통 구멍(421a)은, 후술하는 프레스 형성에 의해, 공극(421)으로 되는 부위이다.

이후, 도 6∼도 11을 이용하여 설명한다. 도 6∼도 11은, 날부(300)를 설명하는 사시도이다. 날부(300)는, 상부 날(310)과 하부 날(320)과 형(330)을 구비한다. 또한, 도 6∼도 11은, 도시를 간단하게 하기 위해, 형(330)의 도시를 생략한다. 형(330)은, 제1 경사부(411)와 제2 경사부(412)를 형성하기 위한 것이며, 이 형성에 대해서는 도 12, 도 13과 함께 설명한다. 또한, 도 6∼도 11에서는, 도시를 간단하게 하기 위해, 관통 구멍(421a)의 도시를 생략한다.

공정 P520 후, 도 7에 도시하는 바와 같이, 프레스 성형을 한다(공정 P530). 구체적으로는, 상부 날(310)을 강하시킴으로써, 상부 날(310)에 포함되는 볼록부(312)의 하면과, 하부 날(320)의 상면을 교차시켜, 소재(210)를 부분적으로 절단한다. 절단된 부위 중, Z축 방향 하측으로 이동한 부위가 골부(417)로 되고, 소성 변형한 부위가 접속부(450)로 된다. 접속부(450)의 형성에 수반하여, 산부(419)가 구획된다.

볼록부(312)는, 도 5에 도시하는 골부 형성 예정부(417a) 및 제1 경사부 예정부(411a)와 접촉하고, 절단면 S에서 소재(210)를 절단한다. 도 5에 도시하는 제2 경사부 예정부(412a)는, 상기한 프레스 성형에 의해 제2 경사부(412)로 되는 부위이다. 도 5에 도시하는 산부 예정부(419a)는, 상기한 프레스 성형에 의해 산부(419)로 되는 부위이다.

1매분의 다공체 유로(40)의 가공이 완성되어 있지 않은 경우에는(공정 P540, "아니오"), 도 8에 도시하는 바와 같이, 상부 날(310)과 형(330)(도 12, 도 13과 함께 후술)을 Y축 방향으로 소정량 보낸다(공정 P550). 그 후, 공정 P510∼P540을 다시 실행한다.

도 9는, 공정 P520을 다시 실행한 모습을 도시한다. 도 10은, 공정 P530을 다시 실행한 모습을 도시한다. 도 11은, 공정 P550을 다시 실행한 모습을 도시한다. 재공정 P530에 의해 형성된 골부(417)는, 전회의 공정 P530에 의해 형성된 산부(419)와 함께, 평탄부(415)를 형성한다.

도 12는, 도 10의 12-12 단면도이며, 제1 경사부(411)의 형성을 설명하기 위한 도면이다. 상부 날(310)에 포함되는 오목부(311)는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제1 상측 경사면(311a)을 구비한다(도 6∼도 11에서는 도시하고 있지 않음). 날부(300)에 포함되는 형(330)은, 제1 하측 경사면(331)을 구비한다. 제1 하측 경사면(331)은, 제1 상측 경사면(311a)과 대향하도록 배치된다.

공정 P530에서는, 상부 날(310)을 강하시키기 전에, 형(330)을 소재(210)에 접촉시킨다. 상부 날(310)이 강하하면, 소재(210)의 일부이며, 제1 상측 경사면(311a)과 제1 하측 경사면(331)에 끼워 넣어진 부위가 구부러진다. 이 구부러진 부위가, 제1 경사부(411)로 된다.

도 13은, 도 10의 13-13 단면도이고, 제2 경사부(412)의 형성을 설명하기 위한 도면이다. 상부 날(310)의 볼록부(312)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 제2 상측 경사면(312a)을 구비한다. 형(330)은, 제2 하측 경사면(332)을 구비한다. 제2 하측 경사면(332)은, 제2 상측 경사면(312a)과 대향하도록 배치된다.

볼록부(312)가 제2 상측 경사면(312a)을 구비하기 때문에, 볼록부(312)가 소재(210)에 접촉하기 시작한 시점에 있어서, 절단은 발생하지 않고, 제2 상측 경사면(312a)을 따른 굽힘이 발생한다. 또한, 상부 날(310)이 강하하면, 절단이 발생하여, 골부(417)와 제2 경사부(412)가 형성된다. 단, 이 시점에서는, 골부(417)와 제2 경사부(412)의 성형은, 불완전하다. 또한, 상부 날(310)이 정지 위치에 도달할 때까지 강하하면, 골부(417)는, 형(330)에 접촉하고, 볼록부(312)와 형(330)에 끼워 넣어진다. 이에 의해, 골부(417)와 제2 경사부(412)가 성형된다.

상기한 공정 P510∼P550을 소정 횟수 반복하면, 1매분의 다공체 유로(40)의 가공이 완성한다(공정 P540, "예"). 이 후, 다공체 유로(40)와 차폐판(45)을 후술하는 바와 같이 용접함으로써(공정 P560), 유로 부재(50)가 제조된다.

도 14는, 유로 부재(50)의 평면도이다. 차폐판(45)은, 다공체 유로(40)의 긴 변을 따라 용접된다. 본 실시 형태에 있어서의 용접 개소는, 도 14에 도시하는 6개의 용접부(P)이다.

도 15는, 용접 시스템(700)을 도시한다. 용접 시스템(700)은, 전원(710)과, 트랜스(720)와, 용접 건(730)을 구비한다.

전원(710)은, 타이머 기능을 갖고, 트랜스(720)에 소정 시간, 급전한다. 트랜스(720)는, 2차 전류를 용접 건(730)에 공급한다. 2차 전류는, 전원(710)으로부터 공급된 전력의 전압이, 트랜스(720)에 의해 변환됨으로써 생성된다. 용접 건(730)은, 공급된 2차 전류를 사용하여, 스폿 용접을 실시한다.

도 16은, 용접의 모습을 도시하는 단면도이다. 다공체 유로(40)는, 제1 경사부(411)가 차폐판(45)에 접촉하도록 차폐판(45) 상에 적재된다.

도 16에 도시하는 바와 같이, 제1 경사부(411)는, 다른 제1 경사부(411)와 함께 동일 평면을 형성하도록, 평탄부(415)에 대해 경사진다. 따라서, 각 제1 경사부(411)는 차폐판(45)에 면 접촉한다. 제1 경사부(411) 및 제2 경사부(412)의 경사는, 서로 대략 평행하다.

용접 건(730)은, 상부 전극(731)과, 하부 전극(733)을 구비한다. 상부 전극(731)의 선단 부근은 원기둥 형상이며, 그 외경은 1.5㎜이다. 따라서, 상부 전극 단부면(731a)의 면적은 7.07㎟이다. 하부 전극(733)의 선단 부근은 원기둥 형상이며, 그 외경은 3.0㎜이다. 따라서, 하부 전극 단부면(733a)의 면적은 28.27㎟이다.

본 실시 형태에 있어서의 스폿 용접의 조건은, 다음과 같다. 상부 전극(731)을 하부 전극(733)을 향해 가압하는 힘(이하 「압박력」이라 함)은 50±3N, 용접 전류는 920±30A, 통전 시간은 35±3밀리초, 슬로프 시간은 1.8밀리초이다.

스폿 용접시, 상부 전극(731)을, 제2 경사부(412)에 접촉시킨 상태에서, 하부 전극(733)을 향해 압박한다. 상부 전극(731)이 제2 경사부(412)에 접촉한 시점에서 용접 전류가 흐름으로써, 제1 경사부(411)와 차폐판(45)의 용접이 시작된다.

도 17은, 스폿 용접 후의 모습을 도시한다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 제2 경사부(412)는, 압박력에 의해, 차폐판(45)에 접촉할 때까지 변형된다. 이 결과, 제2 경사부(412)도 차폐판(45)에 대해 용접된다. 한편, 차폐판(45)은, 용접되어도, 그다지 변형되지 않는다. 그 이유 중 하나로서, 상부 전극(731)의 외경의 쪽이, 하부 전극(733)의 외경보다도 좁은 것을 들 수 있다.

상기한 바와 같이, 스폿 용접에 의한 차폐판(45)의 변형은, 스폿 용접에 의한 다공체 유로(40)의 변형보다도 작다. 보다 상세하게 말하면, 스폿 용접에 의한 차폐판(45)의 변형은, 스폿 용접에 의한 베이스부(410)의 변형보다도 작다. 본 실시 형태에 있어서의 변형의 대소는, 두께 방향의 내향으로 변형된 거리(이하 「압입 변형량」이라 함)로 정의된다. 두께 방향이라 함은, 차폐판(45)의 두께의 방향이며, 도 17의 상하 방향이다. 내향이라 함은, 용접시에 접촉한 쪽의 전극에 의해 압박되는 방향을 말한다. 즉, 다공체 유로(40)에 대한 내향이라 함은 도면의 하향이며, 차폐판(45)에 대한 내향이라 함은 도면의 상향을 말한다.

베이스부(410)의 압입 변형량은, 도 17에 있어서 거리 D로서 나타내어져 있다. 베이스부(410)의 압입 변형량의 측정은, 용접의 대상으로 되는 베이스부(410)에 대해 용접 전후의 형상을 비교함으로써 실현해도 되고, 도 17에 도시되는 바와 같이, 용접되어 있지 않은 다른 베이스부(410)와의 두께 방향의 높이를 비교함으로써 실현해도 된다.

차폐판(45)의 압입 변형량은, 하부 전극(733)과 접촉하고 있던 부위에 있어서의 변형량(미소하므로 도시하지 않음)을 측정함으로써 측정할 수 있다.

또한, 제1 경사부(411)에 의한 용접의 쪽이, 제2 경사부(412)에 의한 용접보다도 양호하게 용접되고, 용접 후의 인장 강도가 강하다. 이것은, 제1 경사부(411)와 차폐판(45)이 용접 개시시부터 접촉하고 있고, 또한 그 접촉이 면 접촉이므로, 제1 경사부(411)와 차폐판(45) 사이에 용접 전류가 흐르기 쉽기 때문이다.

도 18은, 용접의 조건과 스패터의 발생의 관계를 조사한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프의 종축은 통전 시간을, 횡축은 용접 전류를 나타낸다. 실험에 있어서의 통전 시간의 오차는 ±0.1밀리초 이하였다. 실험에 있어서의 용접 전류의 오차는 ±2％였다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 압박력이 50N인 경우에, 통전 시간이 50밀리초 이상일 때, 혹은 용접 전류가 1050A 이상일 때는, 스패터가 발생 한다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 압박력이 50N 이하인 경우에, 통전 시간이 50밀리초 이하 또한 용접 전류가 1050A 이하일 때는, 통전 시간과 용접 전류의 값에 따라, 스패터가 발생하지 않게 된다.

상기에서 설명한 본 실시 형태에 있어서 채용된 값의 경우, 도 18에 나타내는 바와 같이 스패터는 발생하지 않는다. 또한, 「스패터가 발생하지 않음」이라 함은, 미량의 스패터가 발생한다고 하는 의미를 포함해도 된다. 미량이라 함은, 예를 들어, 제조상, 문제로 되지 않는 정도의 양을 말한다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 압박력이 45.1N 이상 50N 미만인 경우, 압박력이 50N인 경우에서는 스패터가 발생하지 않았던 조건에서도, 스패터가 발생하는 경우가 있다. 또한, 도 18에 나타내는 바와 같이, 압박력이 40.1N 이상 45.1N 미만, 35.1N 이상 40.1N 미만, 압박력이 30.1N 이상 35.1N 미만과 같이 압박력이 작아지면 작아질수록, 스패터가 발생하는 조건이 확대된다.

도 19는, 용접부의 인장 강도와, 압박력의 관계를 조사한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 어느 실험 샘플에 있어서도, 용접 전류는 920A, 통전 시간은 35밀리초로 설정하였다.

이 실험에 있어서는, 압박력을 40.1N∼65.1N에 있어서 5N 간격으로 변화시켰다. 이것은, 용접 전류가 920A, 통전 시간이 35밀리초인 경우, 도 18과 함께 설명한 바와 같이, 압박력이 40.1N 미만이면 스패터가 발생하기 때문이다.

각 압박력에 대해 5개의 샘플을 준비하고, 각 샘플을 대상으로 용접부(P)의 인장 강도를 측정하였다. 그래프에 나타내어진 에러 바는, 각 압박력에 대해 「평균±3×표준 편차」의 범위를 나타낸다. 압박력이 45.1N, 50.1N, 55.1N인 경우에는 모두, 「평균-3×표준 편차」의 값이 37N 이상이며, 충분한 강도가 확보되어 있다. 상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 압박력이 50±3N으로 설정되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 충분한 강도를 확보할 수 있다.

도 20, 도 21은, 비교예에 있어서의 용접의 모습을 도시한다. 이 비교예에서는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 상부 전극(731)을 차폐판(45)에 접촉시키고, 하부 전극(733)을 다공체 유로(40)에 접촉시킨다. 이와 같이 용접을 실시하면, 다공체 유로(40)는, 차폐판(45)을 통해, 상부 전극(731)의 압입을 수용한다. 이 결과, 다공체 유로(40)는, 도 21에 도시하는 바와 같이, 두께 방향의 외향(도면의 하향)으로 크게 변형된다. 한편, 다공체 유로(40)는, 다공체 유로(40)와 접촉하는 하부 전극 단부면(733a)의 면적이 크므로, 두께 방향의 내향으로는 거의 변형되지 않는다. 따라서, 다공체 유로(40)의 압입 변형량은, 대략 제로이다.

이에 비해, 차폐판(45)은, 차폐판(45)과 접촉하는 상부 전극 단부면(731a)의 면적이 작으므로, 상부 전극(731)에 압입되어, 두께 방향의 내향으로 크게 변형된다. 이 결과, 차폐판(45)의 압입 변형량은, 다공체 유로(40)의 압입 변형량보다도 커진다. 차폐판(45)의 압입 변형량은, 도 21에는 D’로서 나타내어져 있다.

이와 같이 차폐판(45)이 압입되어 변형되면, 차폐판(45)에 주름(도시하지 않음)이 발생한다. 차폐판(45)의 주름은, 유로 부재(50)의 두께에 편차를 야기하고, 나아가서는 스태킹시의 면압의 편차를 야기한다. 이 결과, 발전 성능을 저하시키는 원인으로 될 수 있다.

상기에 설명한 실시 형태에 따르면, 적어도 이하의 효과를 얻을 수 있다.

실시 형태의 경우, 상기 비교예에 비해, 용접에 의한 차폐판(45)의 변형이 억제됨으로써, 유로 부재(50)의 두께의 정밀도가 양호해진다. 이 결과, 스태킹시의 면압이 안정되고, 나아가서는 발전 성능이 안정된다. 또한, 어느 하나의 베이스부(410)가 용접에 의해 변형되어도, 이 변형의 영향은 접속부(450)의 변형에 의해 흡수되고, 다른 베이스부(410)는 거의 변형되지 않는다. 따라서, 베이스부(410)의 변형이 유로 부재(50)의 두께의 정밀도를 악화시키는 일은 거의 없다.

차폐판(45)의 변형이 억제됨으로써, 차폐판(45)을 얇게 형성해도, 유로 부재(50)의 두께의 정밀도가 양호해진다. 예를 들어, 상기 비교예의 경우에, 차폐판(45)의 변형을 억제하기 위해 채용된 두께가 0.1㎜라고 하면, 본 실시 형태에 있어서는 0.05㎜로 해도, 두께의 정밀도가 악화되지 않다. 이 결과, 연료 전지의 소형화, 경량화가 실현된다.

용접 전의 단계에서 제1 경사부(411)가 차폐판(45)에 면 접촉하고 있음으로써, 다공체 유로(40)와 차폐판(45)의 접촉 면적이, 선 접촉이나 점 접촉의 경우에 비해 증대된다. 이 결과, 용접 전류가 안정되어, 용접을 양호하게 실시할 수 있다.

상부 전극(731)이 제2 경사부(412)에 면 접촉하므로, 상부 전극(731)의 단부면이 손상되기 어렵다. 이 결과, 상부 전극(731)의 수명이 길어진다.

다공체 유로(40)를 용접해도, 다공체 유로(40)의 구조상, 유로가 폐색되는 일이 없다. 따라서, 가스 흐름에 거의 영향을 미치지 않는다.

본 발명은 본 명세서의 실시 형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히, 대체나, 조합을 행할 수 있다. 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제할 수 있다. 예를 들어, 이하의 것이 예시된다.

차폐판의 압입 변형량을 다공체 유로의 압입 변형량보다도 작게할 수 있으면, 어떠한 방법으로 용접해도 된다. 예를 들어, 상부 전극과 하부 전극의 단부면의 면적을 동일하게 하고, 다공체 유로의 소재를 차폐판의 소재보다도 부드럽게 해도 되고, 다공체 유로의 강성이 낮아지도록 하는 형상으로 해도 된다. 혹은, 이들의 방법을 조합해도 된다.

다공체 유로는, 제1 경사부를 구비하지 않아도 되고, 제2 경사부를 구비하지 않아도 된다.

다공체 유로는, 스폿 용접 전의 상태에 있어서, 차폐판에 대해 선 접촉이나 점 접촉해도 된다.

다공체 유로의 제조 방법은, 어떠한 것이어도 된다. 예를 들어, 제1 경사부나 제2 경사부의 형성을, 절단 및 골부 형성의 프레스 성형(공정 P530)과는 다른 공정으로서 실시해도 된다. 혹은, 다공체 유로 1매분의 가공을, 1회의 프레스 가공으로 실현해도 된다. 이 밖에, 프레스 가공 이외의 가공, 예를 들어, 절삭이나 주조 등으로 제조해도 된다.

다공체 유로에 용접하는 대상은 차폐판에 한정되지 않고, 연료 전지의 구성이나 제조 방법의 변화에 맞추어, 다른 판재를 용접의 대상으로 해도 된다.

20 : 발전 유닛
34 : 막전극 가스 확산층 접합체
40 : 다공체 유로
45 : 차폐판
50 : 유로 부재
71 : 캐소드측 세퍼레이터
73 : 애노드측 세퍼레이터
91 : 터미널 플레이트
93 : 절연 플레이트
95 : 엔드 플레이트
95a : 수소 공급 매니폴드
95b : 공기 공급 매니폴드
95c : 수소 배출 매니폴드
95d : 공기 배출 매니폴드
95e : 냉각수 공급 매니폴드
95f : 냉각수 배출 매니폴드
100 : 연료 전지
140 : 시일재
210 : 소재
300 : 날부
310 : 상부 날
311 : 오목부
311a : 제1 상측 경사면
312 : 볼록부
312a : 제2 상측 경사면
320 : 하부 날
330 : 형
331 : 제1 하측 경사면
332 : 제2 하측 경사면
340 : 롤러
410 : 베이스부
411 : 제1 경사부
411a : 제1 경사부 예정부
412 : 제2 경사부
412a : 제2 경사부 예정부
415 : 평탄부
417 : 골부
417a : 골부 형성 예정부
419 : 산부
419a : 산부 예정부
421 : 공극
421a : 관통 구멍
450 : 접속부
470 : 그물눈
700 : 용접 시스템
710 : 전원
720 : 트랜스
730 : 용접 건
731 : 상부 전극
731a : 상부 전극 단부면
733 : 하부 전극
733a : 하부 전극 단부면
S : 절단면
P : 용접부

Claims (5)

1. 제1 전극을 다공체 유로에 접촉시키고, 제2 전극을 판재에 접촉시키고, 상기 다공체 유로와 상기 판재를, 상기 제1 및 제2 전극에 의해 상기 판재의 두께 방향으로 가압하여 스폿 용접하는 방법이며,
   상기 판재가 상기 제2 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량은, 상기 다공체 유로가 상기 제1 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량보다도 작고,
   상기 다공체 유로는, 상기 스폿 용접을 실행하기 전의 상태에 있어서 상기 판재에 면 접촉하는 부위인 면 접촉 부위가, 상기 스폿 용접에 의해 접합되는, 용접 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 면 접촉 부위는, 상기 가압이 실행되어도, 상기 제1 및 제2 전극에 의해 끼지 않는, 용접 방법.
3. 제1 전극을 다공체 유로에 접촉시키고, 제2 전극을 판재에 접촉시키고, 상기 다공체 유로와 상기 판재를, 상기 제1 및 제2 전극에 의해 상기 판재의 두께 방향으로 가압하여 스폿 용접하는 방법이며,
   상기 판재가 상기 제2 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량은, 상기 다공체 유로가 상기 제1 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량보다도 작고,
   상기 제1 전극을 상기 다공체 유로에 면 접촉시켜, 상기 스폿 용접을 개시하는, 용접 방법.
4. 제1 전극을 다공체 유로에 접촉시키고, 제2 전극을 판재에 접촉시키고, 상기 다공체 유로와 상기 판재를, 상기 제1 및 제2 전극에 의해 상기 판재의 두께 방향으로 가압하여 스폿 용접하는 방법이며,
   상기 판재가 상기 제2 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량은, 상기 다공체 유로가 상기 제1 전극으로 가압되는 방향으로 변형되는 변형량보다도 작고,
   상기 판재는, 연료 전지 셀로서 조립되었을 때에 시일재를 차폐하는 차폐판인, 용접 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극의 단부면의 면적은, 상기 제2 전극의 단부면의 면적보다도 작은, 용접 방법.

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