JP2010123380A - 燃料電池の製造方法および燃料電池の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予め目止め材を周縁部に含浸させた多孔体とＭＥＧＡとを積重してガスケット成形用金型内に容易に且つ精度良くセットすることができ、もって、ガスケットの成形に要する時間の短縮化と歩留まりを向上させることができ、燃料電池を効率よく製造することができる方法とそのための装置を提供する。
【解決手段】燃料電池の製造装置は、ＭＥＧＡ３と積重された多孔体４の端縁近傍に目止め材６を注入して、積重されたＭＥＧＡ３まで透過させ、目止め部４ａを形成する目止め処理を行うと共にＭＥＧＡ３と多孔体４とを仮止めする目止め・仮止め処理装置１と、少なくともＭＥＧＡ３と多孔体４とが仮止めされた状態でセットされ目止め部４ａの外側にガスケット７を一体に成形するための金型２０，２１を有するガスケット成形装置２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の製造方法および燃料電池の製造装置に関し、さらに詳しくは、複数のセルを積層することにより構成される燃料電池において、各セル間に反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドをシールするガスケットを成形する燃料電池の製造方法および燃料電池の製造装置に関するものである。

一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、エンドプレートの間で荷重が掛けられた状態で挟持される。各セルの燃料電池構成部品としては、たとえば図７に参照されるように、電解質膜３０の両面に電極層３１、３２をそれぞれ設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）３３と、ＭＥＡ３３の両面にそれぞれ配置されたガス拡散層３４と、ガス拡散層３４へガスをそれぞれ流通させる多孔体４とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品はセパレータ５により挟持されている。ＭＥＡ３３とその両側に配置されたガス拡散層３４とにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡ３と呼ばれる。

燃料電池は、各セルに反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドを有している。そして、ＭＥＧＡ３と多孔体４からなる燃料電池構成部品はセパレータ５と積重され、周囲にガスケット７が成形されている。

燃料電池の各セルにおけるガスケットの成形に関する従来の技術としては、特許文献１が知られている。特許文献１には、「カーボン繊維等の多孔質体からなるＧＤＬ１２０，１２０の周縁部には、低粘度又は液状の成形用ゴム材料を用いてガスケット２００を成形する際に、この成形用ゴム材料の一部を含浸させたゴム含浸部１２１，１２１が形成されており、このゴム含浸部１２１，１２１を介してガスケット２００がＧＤＬ１２０，１２０にしっかり接合されると共に、ＧＤＬ１２０，１２０からの透過漏れのない構造としている。」などと記載されている（０００７）。すなわち、ガス拡散層を有するＭＥＧＡやこれに積重される多孔体などの燃料電池構成部品にガスケットを一体成形する前に、予め多孔体（ＧＤＬ）の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成することにより、低粘度または液状のガスケットの材料がガス拡散層または多孔体の発電領域に透過漏れするのを堰き止めることができる構造とすることが開示されている。

また、特許文献１には「 図２は、本発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法において、発電体１のＧＤＬ２０に含浸部２１を形成した状態を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。すなわち、発電体１の厚さ方向両側部分を構成するＧＤＬ２０には、予め、発電体１の平面延長方向を向いた端面１ａから所定幅Ｗの領域に、低粘度又は液状のゴム又は樹脂からなる目止め材を含浸して架橋硬化させることにより含浸部２１を形成する。この工程には、例えば前記目止め材を貯留した液槽に、発電体１を所定深さまで浸漬することによって含浸させる方法や、スクリーン印刷又はディスペンサー押し出しにより前記目止め材を塗布・含浸させる方法などを採用することができ、このため、発電体１の端面１ａから一定の幅Ｗの含浸部２１を容易に形成することができる。」とも記載されている（００１７）。すなわち、特許文献１には、多孔体（ＧＤＬ）の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成する手法として、目止め材を貯留した液槽に発電体を所定深さまで浸漬することによって含浸させる方法や、スクリーン印刷又はディスペンサー押し出しにより目止め材を塗布・含浸させることが開示されている。

そして、特許文献１には、「 図４は、本発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法において、ガスケットを成形する工程を示す説明図である。すなわち、上述のようにしてＧＤＬ２０の周縁部に含浸部２１を形成すると共に端面１ａに多数の凹部１ｂを形成した発電体１は、金型４内にセットされる。すなわち、金型４は互いに接離される上型４１と下型４２からなるものであって、互いに対向されるその内面には、発電体１の周縁部、言い換えればＧＤＬ２０の周縁の含浸部２１を型締めによって挟持可能な挟持面４１ａ，４２ａが形成され、その外周側へ延びる内面４１ｂ，４２ｂと、発電体１の端面１ａとの間でキャビティ４３が画成されるようになっている。上型４１には、キャビティ４３へ向けてゲート４４が開設されている。」と記載されている（００２２）。すなわち、特許文献１では、発電体の多孔体の周縁部に含浸部を予め形成し、この発電体を金型内にセットしてガスケットを成形することが開示されている。

特開２００８−１４７１０３号公報

しかしながら、上記特許文献１にあっては、多孔体の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成するために、目止め材を貯留した液槽に発電体を所定深さまで浸漬する場合には、目止め材を大量に必要とするために無駄が生じるという問題や、また、目止め材とガスケットがしっかり結合するように、発電体の端面に係合面を持った凹部を所定間隔で形成する工程が必要であるなどの問題があった。また、目止め材をスクリーン印刷する場合には、かかるスクリーン印刷のための設備が必要となるなど問題があった。さらに、目止め材をディスペンサー押し出しによって塗布する場合には、一般にディスペンサーのノズルを多孔体の表面上を移動させるよう構成されており、適切な量の目止め材を塗布することが困難であるという問題や、目止め材を塗布するのに時間がかかり成形サイクルを短縮することができないなどの問題があった。

また、ガスケットを成形する際には、多孔体とＭＥＧＡとを互いに正確に位置決めし積層した状態で金型内にセットしなければならない。しかしながら、上記特許文献１にあっては、いずれの手法により多孔体の端面から所定幅の領域に目止め材を含浸して含浸部を形成しても、多孔体とＭＥＧＡとが位置合わせされた状態に保持されるようなことはなく、したがって、ガスケットを成形する際には、多孔体とＭＥＧＡとを互いに位置合わせして金型内にセットする必要があるが、多孔体とＭＥＧＡとを精度良く金型内に位置決めすることが困難であり、この位置合わせしてセットするための手間と時間がかかり成形サイクルを短縮化することができないという問題や、多孔体とＭＥＧＡとが相対的に位置ずれし不良品となって歩留まりが悪化するという問題などがあった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、予め目止め材を周縁部に含浸させた多孔体とＭＥＧＡとを積重してガスケット成形用金型内に容易に且つ精度良くセットすることができ、もって、ガスケットの成形に要する時間の短縮化と歩留まりを向上させることができ、燃料電池を効率よく製造することができる方法とそのための装置を提供することを目的とする。

請求項１の燃料電池の製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、該多孔体とＭＥＧＡとを積重して金型内に配置しガスケットを成形する工程とを含む、燃料電池の製造方法であって、前記目止め処理を行う工程で目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたＭＥＧＡまで透過させて、積重された多孔体とＭＥＧＡとを仮止めすることを特徴とするものである。
また、請求項２の燃料電池の製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、ＭＥＧＡと多孔体とセパレータとを有するセルが複数積層されてなる燃料電池を製造するための装置であって、ＭＥＧＡと積重された多孔体の端縁近傍に目止め材を注入して、積重されたＭＥＧＡまで透過させ、目止め部を形成する目止め処理を行うと共にＭＥＧＡと多孔体とを仮止めする目止め・仮止め処理装置と、少なくともＭＥＧＡと多孔体とが仮止めされた状態でセットされ前記目止め部の外側にガスケットを一体に成形するための金型を有するガスケット成形装置とを備えたことを特徴とするものである。

請求項１の燃料電池の製造方法に係る発明によれば、多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程で多孔体とＭＥＧＡとを正確に位置合わせし積重して、流動可能な目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたＭＥＧＡまで透過させる。ＭＥＧＡまで透過した目止め材は、固化すると、多孔体の端縁近傍に目止め部を形成すると共に、積重されたＭＥＧＡと多孔体とを仮止めする。その後、少なくとも多孔体とＭＥＧＡとを金型内に配置してガスケットを成形するときに、多孔体とＭＥＧＡを精度よく位置合わせして積重した状態で仮止めしているため、容易に短時間で金型内に配置される。したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とＭＥＧＡの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。
また、請求項２の燃料電池の製造装置に係る発明によれば、少なくとも多孔体とＭＥＧＡとを正確に位置合わせし積重した状態で、目止め・仮止め処理装置によって、流動可能な目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたＭＥＧＡまで透過させる。ＭＥＧＡまで透過した目止め材が固化することにより、多孔体の端縁近傍に目止め部が形成されると共に、精度よく位置合わせされ積重されたＭＥＧＡと多孔体とが仮止めされる。そのため、その後、ガスケットを成形するときに、少なくとも多孔体とＭＥＧＡとを容易に短時間で金型内に配置することができる。したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とＭＥＧＡの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（３）項が請求項２に相当する。

（１） 多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、該多孔体とＭＥＧＡとを積重して金型内に配置しガスケットを成形する工程とを含む、燃料電池の製造方法であって、
前記目止め処理を行う工程で目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたＭＥＧＡまで透過させて、積重された多孔体とＭＥＧＡとを仮止めすることを特徴とする燃料電池の製造方法。

（１）項の発明では、目止め処理を行う工程でＭＥＧＡと多孔体との正確に位置合わせして、目止め材を多孔体の端縁近傍に注入し、積重されたＭＥＧＡまで透過させることにより、多孔体に対する目止め部の形成と、積重された多孔体とＭＥＧＡとを正確に位置合わせされた仮止めとを同時に行うことができる。そのため、後の工程で、少なくとも多孔体とＭＥＧＡとを金型内に配置してガスケットを成形するときに、ＭＥＧＡと多孔体とを正確に位置合わせさせた状態で容易に短時間で金型内に配置することができ、したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とＭＥＧＡの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。

（２） 前記目止め処理を行う工程で多孔体をＭＥＧＡと積重して仮止めし、目止め材が固化する前にさらに前記多孔体にセパレータを重合して仮止めすることを特徴とする(１)項に記載の燃料電池の製造方法。

（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、目止め処理を行う工程で多孔体をＭＥＧＡと積重して仮止めし、目止め材が固化する前にさらに多孔体にセパレータを直ちに重合して仮止めすることにより、ＭＥＧＡと多孔体とセパレータとを正確に位置合わせした状態で容易に短時間で金型内に配置してガスケットを歩留まりよく成形することができ、したがって、燃料電池を効率よく製造することができる。

（３） ＭＥＧＡと多孔体とセパレータとを有するセルが複数積層されてなる燃料電池を製造するための装置であって、
ＭＥＧＡと積重された多孔体の端縁近傍に目止め材を注入して、積重されたＭＥＧＡまで透過させ、目止め部を形成する目止め処理を行うと共にＭＥＧＡと多孔体とを仮止めする目止め・仮止め処理装置と、
少なくともＭＥＧＡと多孔体とが仮止めされた状態でセットされ前記目止め部の外側にガスケットを一体に成形するための金型を有するガスケット成形装置とを備えたことを特徴とする燃料電池の製造装置。

（３）項に記載の発明では、目止め処理を行う工程で少なくともＭＥＧＡと多孔体との正確に位置合わせした状態で、目止め・仮止め処理装置により目止め材を多孔体の端縁近傍に注入し、積重されたＭＥＧＡまで透過させることにより、多孔体に対して目止め部を形成する目止め処理を行うと共に、積重された少なくとも多孔体とＭＥＧＡとを正確に位置合わせした状態で仮止めする。そのため、少なくともＭＥＧＡと多孔体とを正確に位置合わせさせた状態で容易に短時間でガスケット成形装置の金型内に配置することができ、したがって、ガスケットの成形サイクルを短縮化すると共に、多孔体とＭＥＧＡの位置ずれによる成形不良を防止して歩留まりを向上させることができ、もって、燃料電池を効率よく製造することができる。

（４） 前記目止め・仮止め処理装置は、ＭＥＧＡの両面に積重された多孔体に当接される第１治具および第２治具と、両治具の表面から多孔体内にガスケットの材料をそれぞれ注入するガスケット材料供給手段と、を備えていることを特徴とする(３)項に記載の燃料電池の製造装置。

（４）項の発明では、（３）項に記載の発明において、目止め・仮止め処理装置が、ＭＥＧＡの両面に積重された多孔体に当接される第１治具および第２治具と、両治具の表面から多孔体内にガスケットの材料をそれぞれ注入するガスケット材料供給手段と、を備えていることにより、積層されたＭＥＧＡと多孔体とを両治具によって挟み固定した状態で、ガスケット材料供給手段により両治具の表面からガスケットの材料を多孔体内にそれぞれ注入し、多孔体に対する目止め処理と、積重された多孔体とＭＥＧＡとの仮止めとを安定して具現化することができる。

（５） 前記目止め・仮止め処理装置は、さらに、セパレータを保持して目止め材が固化する前に前記多孔体にセパレータを重合させて前記第１治具と第２治具のいずれか一方との間で加圧するセパレータ仮止め治具と、
前記第１治具と第２治具とのいずれか他方を、いずれか一方とセパレータ仮止め治具との間から退避させるよう移動させる退避移動手段とを備えていることを特徴とする(４)項に記載の燃料電池の製造装置。

（５）項の発明では、（４）項に記載の発明において、予めセパレータ仮止め治具によってセパレータを保持しておき、多孔体に対する目止め処理と、積重された多孔体とＭＥＧＡとの仮止めとを行ったら、目止め材が固化する前に、退避移動手段によって第１治具と第２治具とのいずれか他方を、いずれか一方とセパレータ仮止め治具との間から退避させるよう移動させ、セパレータ仮止め治具によってセパレータを多孔体に直ちに重合して第１治具と第２治具のいずれか一方との間で加圧して、多孔体とセパレータを仮止めする。そのため、後の工程でＭＥＧＡと多孔体とセパレータとを正確に位置合わせした状態で容易に短時間で金型内に配置してガスケットを歩留まりよく成形することができ、したがって、燃料電池を効率よく製造することができる。

最初に、本発明の燃料電池の製造装置の実施の一形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池の製造装置は、概略、ＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５（図７を参照）とを積層してセルを構成し、このセルを複数積層してなる燃料電池を製造するためのもので、ＭＥＧＡ３と積重された多孔体４の端縁近傍に目止め材６を注入して、積重されたＭＥＧＡ３まで透過させ、目止め部４ａを形成する目止め処理を行うと共にＭＥＧＡ３と多孔体４とを仮止めする目止め・仮止め処理装置１と、少なくともＭＥＧＡ３と多孔体４とが仮止めされた状態でセットされ目止め部４ａの外側にガスケット７を一体に成形するための金型２０，２１を有するガスケット成形装置２とを備えている。

図１に示すように、この実施の形態においては、ＭＥＧＡ３の両面に多孔体４，４がそれぞれ積層されており、その周囲にガスケット７を成形する場合を示す。ＭＥＧＡ３は、電解質膜３０の両面に電極層３１、３２を積層してなるＭＥＡ３３と、ＭＥＡ３３の両面に配置されたガス拡散層３４とを含んでいる。ＭＥＧＡ３の両面には、例えばエキスパンドメタルなどからなる多孔体４がそれぞれ積層される。ガスケット７は、積層された状態のＭＥＧＡ３と多孔体４の厚さ以下の厚さでＭＥＧＡ３と多孔体４の周端面を覆うように形成される基部７ａと、基部７ａの両面にそれぞれ多孔体４よりも突出するように形成されセパレータに当接されるリップ部７ｂとを有する形状に成形される。

目止め・仮止め処理装置１は、上治具（第１治具）１０および下治具（第２治具）１１と、上治具１０と下治具１１を相対的に昇降移動させて開閉させる治具開閉機構と、目止め材６を上治具１０と下治具１１の所定の位置に供給する目止め材供給手段１２とを備えている。

上治具１０と下治具１１は、その間に挟み込むように保持するＭＥＧＡ３および多孔体４の大きさ（面積：図３の鎖線を参照）よりも大きく形成された板状のもので、少なくとも一方が油圧または圧縮エアにより駆動されるシリンダなどの治具開閉機構に支持されている。図２および図３に示すように、上治具１０と下治具１１の互い対向する表面には、ＭＥＧＡ３に積重された多孔体４の、目止め部４ａを形成する位置およびその形状に応じて溝１０ａ、１１ａが形成されている。目止め材６が温度により固化または硬化する材質のものである場合には、加熱ヒータや所定の温度に調整された温調流体（たとえば加熱油や冷却水などの冷媒）を流通させるための流路などの温調手段が上治具１０と下治具１１にそれぞれ設けられる。また、下治具の表面には、多孔体４とＭＥＧＡ３を互いに位置合わせした状態で位置決めするために、たとえば多孔体４およびＭＥＧＡ３の互いに隣接する２辺の端面をそれぞれ当接するための位置決めリブや壁部などからなる位置決め手段を設けることが望ましい。

目止め材供給手段１２は、流動可能な状態の任意の量の目止め材６を射出する射出ユニット１３と、上治具１０および下治具１１の溝１０ａ、１１ａに開口する流路１０ｂ、１１ｂと、射出ユニット１３と上治具１０および下治具１１の流路１０ｂ、１１ｂを接続するフレキシブルパイプ１４とを備えている。射出ユニット１３は、目止め材６を収容するシリンダと、このシリンダ内に嵌挿されて所定のストロークで前進および後退駆動されるピストンとなどにより構成することができる。図３に破線で示したように、上治具１０および下治具１１の流路１０ｂ、１１ｂは、フレキシブルパイプ１４と接続された一方端から溝１０ａ、１１ａ内に複数の他方端（図３に示した例では１２箇所）が開口するように分岐して形成されている。流路１０ｂ、１１ｂの分岐する形状や溝１０ａ、１１ａ内に開口する配置（間隔）は、形成する目止め部４ａの形状などに応じて設定することができる。

ガスケット成形装置２は、後述するように目止めされると共に仮止めされたＭＥＧＡ３と多孔体４を収容（インサート）して成形するガスケット７の形状に応じた形状のキャビティ２２を形成する上型２０および下型２１と、上型２０と下型２１を相対的に昇降移動させて開閉させる型開閉機構と、流動可能な状態の任意の量のガスケット７の材料をキャビティ２２内に射出充填する射出手段とを備えている。

上型２０と下型２１は、型閉じされた状態でその内部に、目止めされると共に仮止めされたＭＥＧＡ３と多孔体４を収容する収容部２０ａ、２１ａが略中央に形成されており、収容部２０ａ、２１ａの周囲にはガスケット７を成形するためのキャビティ面２０ｂ、２１ｂが形成されている。収容部２０ａ、２１ａの多孔体４に形成された目止め部４ａと対応する位置にはシール材２３が配設されており、また、上型２０と下型２１のキャビティ面２０ｂ、２１ｂの外側には型閉じしたときに互いの衝合面をシールするシール材２４が配設されている。上型２０と下型２１の少なくとも一方は、油圧などにより駆動されるシリンダやトグル機構などからなる型開閉機構に支持されている。射出手段は、流動可能な状態のガスケット７の材料を収容するシリンダと、このシリンダ内に嵌挿されて所定のストロークで前進および後退駆動されるピストンと、型閉じしたときに形成されるキャビティ２２と連通しているスプールブッシュとを備えており、流動可能な状態のガスケット７の材料を収容したシリンダのノズルをスプールブッシュに当接させてピストンを所定のストロークで前進させることにより、キャビティ２２内にガスケット７の材料を射出充填することができるように構成することができる。

次に、本発明の燃料電池の製造方法の実施の一形態を、上述したように構成された燃料電池の製造装置を使用する場合により、その作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池の製造方法は、概略、多孔体４の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、この多孔体４とＭＥＧＡ３とを積重して金型２０，２１内に配置しガスケット７を成形する工程とを含むもので、目止め処理を行う工程で目止め材６を多孔体４の端縁近傍に注入することにより、積重されたＭＥＧＡ３まで透過させて、多孔体４の端縁近傍に目止め処理を行うと共に、積重された多孔体４とＭＥＧＡ３とを仮止めするものである。

燃料電池のセルを製造すべくＭＥＧＡ３の両面に多孔体４、４を積重してその周囲にガスケット７を成形するに際しては、最初に目止め・仮止め処理装置１の上治具１０と下治具１１を相対的に離間させて開いた状態とし、多孔体４、ＭＥＧＡ３、多孔体４の順に積重して、上述したように下治具１１の表面に設けられた位置決め手段にそれぞれ互いに隣接する２辺の端面を当接させることにより互いに位置合わせした状態に位置決めする。そして、目止め・仮止め処理装置１の治具開閉機構を駆動して上治具１０と下治具１１を相対的に近接させて閉じ、積重されたＭＥＧＡ３と多孔体４を所定の力で挟み保持する。続いて、目止め材供給手段１２の射出ユニット１３により、流動可能な状態の目止め材６を射出する。射出ユニット１３から射出された目止め材６は、フレキシブルパイプ１４から各治具１０，２０の流路１０ｂ、１１ｂを通って溝１０ａ、１１ａ内に流出し、多孔体４の端縁近傍の目止め部４ａを形成すべき位置に注入され、ＭＥＧＡ３のガス拡散層３４に達するまで透過する。すなわち、射出ユニット１３により射出する目止め材６の射出量は、多孔体４の表面から注入された目止め材６がＭＥＧＡ３０のガス拡散層３４に達するまで透過し得る量に設定される。その後、多孔体４を透過してＭＥＧＡ３のガス拡散層３４に達した目止め材６が温度調整などによって固化または硬化すると、多孔体４の端縁近傍に目止め部４ａが形成されて目止め処理が完了すると共に、精度よく位置合わせされて積重された多孔体４とＭＥＧＡ３が互いにずれることがない程度に仮止めされることとなる。

多孔体４の目止め処理と同時に、多孔体４とＭＥＧＡ３の仮止めが完了すると、目止め・仮止め処理装置１の治具開閉機構を駆動して上治具１０と下治具１１を相対的に離間させて開く。また、このときまでには、ガスケット成形装置２の上型２０と下型２１は、型開閉機構によって互いに離間し開いた状態とされており、仮止めされた多孔体４とＭＥＧＡ３は、目止め・仮止め処理装置１の上治具１０と下治具１１の間からガスケット成形装置２の上型２０と下型２１との間に移動され、下型２１上の略中央の所定位置にセットされる。本発明では、多孔体４とＭＥＧＡ３が予め精度よく位置合わせされ仮止めされているため、ガスケット成形装置２の下型２１に容易に且つ精度よく短時間でセットすることができる。そして、ガスケット成形装置２の型開閉機構によって上型２０と下型２１を衝合させるように相対的に近接させて閉じた状態とし、所定の力で型締する。このとき、多孔体４に形成された目止め部４ａはシール材２３が当接され、また、上型２０と下型２１のキャビティ面２０ｂ、２１ｂの外側の衝合面はシール材２４によってシールされている。そのため、上型２０と下型２１のキャビティ面２０ｂ、２１ｂとシール材２３、２４ によって、密閉されたキャビティ２２が形成されることとなる。

この状態で、ガスケット成形装置２の射出手段により、キャビティ２２内に流動可能な状態のガスケット７の材料を適切な量だけ所定の圧力、所定の速度で射出充填し、ガスケット７の材料を固化または硬化させる。すると、位置合わせされて積重され仮止めされた多孔体４とＭＥＧＡ３の周囲には、この実施の形態では基部７ａの両面にそれぞれリップ部７ｂが突出してなるガスケット７が成形される。ガスケット７の成形が完了すると、ガスケット成形装置２の上型２０と下型２１が型開閉機構によって互いに離間し型開きされて、ＭＥＧＡ３と多孔体４とが積層されその周囲にガスケット７が一体に成形された製品が取り出される。

次に、本発明の燃料電池の製造装置の第２の実施の形態を、図４〜図７に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
この実施の形態における燃料電池の製造装置は、概略、上述した実施の形態に加えてさらに、セパレータ５を保持して目止め材６が固化する前に多孔体４にセパレータ５を重合させて上治具１０と下治具１１のいずれか一方との間で加圧するセパレータ仮止め治具１５と、上治具１０と下治具１１とのいずれか他方１０を、いずれか一方１１とセパレータ仮止め治具１５との間から退避させるよう移動させる退避移動手段とを備えている。

図７に示すように、この実施の形態においては、ＭＥＧＡ３の両面に多孔体４、４が積層され、一方の多孔体４にさらにセパレータ５が積層されており、セパレータ５の表面とＭＥＧＡ３および多孔体４の周端面の周囲を覆うようにガスケット７の基部７ａが形成されると共に、基部７ａの一方の表面から突出するように形成され隣接するセルのセパレータ５に当接されるリップ部７ｂが一体成形されてなるセルを製造する場合が示されている。セパレータ５は、カソードプレート５１とアノードプレート５２との間に中間プレート５３を挟んでなる三層構造で構成されており、その内部には反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路が形成されている。なお、セパレータ５は、図６や図７などに示したようにアノードプレート５２が多孔体４と接するように構成された実施の形態に限定されることはなく、カソードプレート５１が多孔体４と接するように構成される場合も本発明に含まれる。

図４〜図６に示すように、目止め・仮止め処理装置１は、下治具１１を保持する台盤１６と対向するようにセパレータ仮止め治具１５が昇降可能に配置されており、セパレータ仮止め治具１５にはセパレータ仮止め治具昇降機構が接続されている。また、上治具１０は、その昇降移動機構と共に、下治具１１とセパレータ仮止め治具１５との間から退避させるように水平移動させる退避移動手段に支持されている。セパレータ仮止め治具１５には、セパレータ５の端縁に係合可能な爪などからなるセパレータ保持機構１５ａを備えている。

一方、ガスケット成形装置２は、仮止めされたＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５が載置される平板状の下型２１と、仮止めされたＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５とを収容部２０ａに収容してＭＥＧＡ３と多孔体４の周端面とその周囲におけるセパレータ５の表面とによりキャビティ２２を形成するキャビティ面２０ｂが形成された上型２０とを備えている。上型２０のキャビティ面２０ａの外側には、型閉じしたときにセパレータ５の表面の端縁に当接してシールするシール材２４が配設されている。

次に、本発明の燃料電池の製造方法の第２の実施の形態を、上述したように構成された第２の実施の形態における燃料電池の製造装置を使用する場合により、その作動と共に詳細に説明する。なお、この第２の実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池の製造方法は、概略、第１の実施の形態のように目止め処理を行う工程で多孔体４をＭＥＧＡ３と積重して仮止めし、目止め材６が固化する前にさらに多孔体４にセパレータ５を重合して多孔体４に仮止めするものである。

燃料電池のセルを製造すべくＭＥＧＡ３の両面に多孔体４、４を積重してその周囲にガスケット７を成形するに際しては、図４に水平方向の矢印Ｈで示すように、最初に目止め・仮止め処理装置１の退避移動手段によって下治具１１とセパレータ仮止め治具１５との間に上治具１０が位置するように、すなわち、下治具１１と上治具１０を対向させるように移動されている。また、これと前後して、積重されたＭＥＧＡ３と多孔体４は、下治具１１の表面に設けられた位置決め手段にそれぞれ互いに隣接する２辺の端面を当接させることにより互いに位置合わせした状態に位置決めされている。また、セパレータ仮止め治具１５には、下治具１１上の所定の位置に位置決めされたＭＥＧＡ３と多孔体４に対してセパレータ５が位置合わせされるように爪などのセパレータ保持機構１５ａによって保持されている。

そして、図４に垂直方向の矢印Ｖで示すように、目止め・仮止め処理装置１の治具開閉機構を駆動して上治具１０と下治具１１を相対的に近接させて閉じ、積重されたＭＥＧＡ３と多孔体４を所定の力で挟み込み保持する。続いて、目止め材供給手段１２の射出ユニット１３により、流動可能な状態の目止め材６を射出して、フレキシブルパイプ１４から各治具１０，１１の流路１０ｂ、１１ｂを介して溝１０ａ、１１ａ内に流出させ、多孔体４の端縁近傍の目止め部６を形成すべき位置に所定量注入する。目止め材６は、ＭＥＧＡ３のガス拡散層３４に達するまで透過する（図５に示した状態を参照）。なお、後の工程でセパレータ５と仮止めされる側の多孔体４には、他方の多孔体４よりも目止め材６を多く注入することが望ましい。

目止め材６の注入が完了すると、この実施の形態では、直ちに、図５に垂直方向の矢印Ｖで示したように、目止め・仮止め処理装置１の治具開閉機構を駆動して上治具１０と下治具１１を相対的に離間させて開き、続いて、図５に水平方向の矢印Ｈで示すように、退避移動手段によって上治具１０を下治具１１とセパレータ仮止め治具１５との間から退避するように水平移動させて、下治具１１上のＭＥＧＡ３と積重された多孔体４とセパレータ仮止め治具１５との間から上治具１０を退避させ（図６の上治具１０の位置を参照）、下治具１１上のＭＥＧＡ３と積重された多孔体４とセパレータ仮止め治具１５とを対向させる。続いて、目止め材６が固化または硬化する前に、図６に矢印Ｖで示すように、セパレータ仮止め治具昇降機構によってセパレータ仮止め治具１５を下降させて、セパレータ仮止め治具１５に保持されているセパレータ５を多孔体４に重合して下治具１１との間で加圧し、温度調整などによって目止め材６を固化または硬化させる。これにより、多孔体４の端縁近傍に目止め部４ａが形成されて目止め処理が完了すると共に、位置合わせされて積重されたＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５とが互いにずれることがない程度に仮止めされることとなる。

多孔体４の目止め処理と同時にＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５との仮止めが完了すると、セパレータ仮止め治具１５のセパレータ保持機構１５ａを解放して、セパレータ仮止め治具昇降機構によってセパレータ仮止め治具１５をセパレータ５から離間させるように上昇させて開く。また、このときまでには、ガスケット成形装置２の上型２０と下型２１は、型開閉機構によって互いに離間し開いた状態とされており、仮止めされ一体となったＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５は、目止め・仮止め処理装置１から取り出され、この実施の形態ではセパレータ５が下側に位置するよう反転されて、ガスケット成形装置２の上型２０と下型２１との間に移動され、セパレータ５が下型２１に接するようにして下型２１上の略中央にセットされる。本発明では、ＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５が予め精度よく位置合わせされ仮止めされているため、ガスケット成形装置２の下型２１に容易に且つ精度よく短時間でセットすることができる。そして、ガスケット成形装置２の型開閉機構によって上型２０と下型２１を衝合させるように相対的に近接させて閉じた状態とし、所定の力で型締する。このとき、多孔体４に形成された目止め部４ａはシール材２３が当接され、また、セパレータ５の側縁における上面と上型２０のキャビティ面２０ｂの外側の衝合面との間はシール材２４によってシールされている。そのため、図７に参照されるように、上型２０のキャビティ面２０ｂとシール材２３、２４によって、密閉されたキャビティ２２が形成されることとなる。

この状態で、ガスケット成形装置２の射出手段により、キャビティ２２内に流動可能な状態のガスケット７の材料を適切な量だけ所定の圧力、所定の速度で射出充填し、ガスケット７の材料を固化または硬化させる。すると、位置合わせされて積重され仮止めされたＭＥＧＡ３と多孔体４の周囲およびセパレータ５の側縁の表面には、この実施の形態では基部７ａから一方にリップ部７ｂが突出してなるガスケット７が成形される。

ガスケット７の成形が完了すると、ガスケット成形装置２の上型２０と下型２１が型開閉機構によって互いに離間し型開きされて、ＭＥＧＡ３と多孔体４とセパレータ５が積層されると共にその周囲にガスケット７が一体に成形された製品が取り出される。

本発明では、燃料電池のセルの構成部品であるＭＥＧＡ３と多孔体４とが（第１の実施の形態の場合）、そしてさらにはセパレータ５が（第２の実施の形態の場合）予め精度よく位置合せした状態で積重され仮止めされていることにより、ガスケット成形装置２の下型２１に容易に且つ精度よく短時間でセットすることができるため、ガスケット７の成形に要する時間を短縮化することができると共に、セルの構成部品３，４、および５がそれぞれ相対的に位置ずれすることがないために歩留まりを向上させることができ、燃料電池を効率よく製造することができる。

本発明の燃料電池製造装置の第１の実施の形態を説明するために概略で示した断面図である。 図１の本発明の燃料電池製造装置によって、目止め材が多孔体に注入された状態を説明するための部分拡大断面図である。 図１に示した目止め・仮止め処理装置の上治具の底面図または下治具の平面図である。 本発明の燃料電池製造装置における目止め・仮止め処理装置の第２の実施の形態を説明するために、下型にＭＥＧＡと多孔体を位置合わせして積重した状態を概略で示した断面図である。 図４の状態から上治具を移動させて下治具との間でＭＥＧＡと多孔体を挟み込み目止め材を注入した状態を概略で示した断面図である。 図５の状態から上治具を退避移動させて、セパレータ仮止め治具と下治具との間で多孔体にセパレータを加圧して仮止めした状態を概略で示した断面図である。 本発明の燃料電池製造装置におけるガスケット成形装置の第２の実施の形態を説明するために概略で示した断面図である。

符号の説明

１：目止め・仮止め処理装置、 ２：ガスケット成形装置、 ３：ＭＥＧＡ、 ４：多孔体、 ４ａ：目止め部、 ５：セパレータ、 ６：目止め材、 ７：ガスケット、 １０：上治具（第１治具）、 １１：下治具（第２治具）、 １５：セパレータ仮止め治具、 ２０：上型、 ２１：下型、 ２２：キャビティ

Claims (2)

1. 多孔体の端縁近傍に目止め処理を行う工程と、該多孔体とＭＥＧＡとを積重して金型内に配置しガスケットを成形する工程とを含む、燃料電池の製造方法であって、
   前記目止め処理を行う工程で目止め材を多孔体の端縁近傍に注入することにより、積重されたＭＥＧＡまで透過させて、積重された多孔体とＭＥＧＡとを仮止めすることを特徴とする燃料電池の製造方法。
2. ＭＥＧＡと多孔体とセパレータとを有するセルが複数積層されてなる燃料電池を製造するための装置であって、
   ＭＥＧＡと積重された多孔体の端縁近傍に目止め材を注入して、積重されたＭＥＧＡまで透過させ、目止め部を形成する目止め処理を行うと共にＭＥＧＡと多孔体とを仮止めする目止め・仮止め処理装置と、
   少なくともＭＥＧＡと多孔体とが仮止めされた状態でセットされ前記目止め部の外側にガスケットを一体に成形するための金型を有するガスケット成形装置とを備えたことを特徴とする燃料電池の製造装置。

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