JP2010080201A - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セル構成部材の積層作業に際しての、エキスパンドメタルの表裏面の判別を正確かつ容易に行う。
【解決手段】エキスパンドメタルの成形工程中、エキスパンドメタル28の外周端近傍に、孔28a、角部面取り28b等、立体的特長を有する表裏判別手段を設ける。燃料電池の製造工程中における、エキスパンドメタル28の表裏確認作業に、表裏判別手段孔28a、28bを利用する。セル構成部材の積層作業に際し、マイクロスコープを用いることなく、表裏判別手段28a、28bを手掛かりにエキスパンドメタル28の表裏判別を目視確認することで、エキスパンドメタル28を、セパレータ等他のセル構成部材と共に積層する際の、エキスパンドメタル28の表裏面の向きを、意図する向きに正確に合せて、セル構成部材を積層することができる。
【選択図】図1
【解決手段】エキスパンドメタルの成形工程中、エキスパンドメタル28の外周端近傍に、孔28a、角部面取り28b等、立体的特長を有する表裏判別手段を設ける。燃料電池の製造工程中における、エキスパンドメタル28の表裏確認作業に、表裏判別手段孔28a、28bを利用する。セル構成部材の積層作業に際し、マイクロスコープを用いることなく、表裏判別手段28a、28bを手掛かりにエキスパンドメタル28の表裏判別を目視確認することで、エキスパンドメタル28を、セパレータ等他のセル構成部材と共に積層する際の、エキスパンドメタル28の表裏面の向きを、意図する向きに正確に合せて、セル構成部材を積層することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池に関するものである。
燃料電池は、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、最小単位であるセル(単セル)が構成され、なおかつ、セルが複数枚積層されたスタック構造となることで、必要な電圧が確保されるものである。かかるスタック構造において、各セルの最外層に位置してスタック内の各セルを区分けする部材として、板状の部品であるセパレータが用いられている。又、セパレータは、アノード側に燃料ガスをカソード側に酸化剤を各々供給する機能、セルで発電された電気の導電機能、セル内で発生する生成水の排出を行う機能等、様々な役目を担っている。
さて、図7には、固体高分子型燃料電池のセル構造の一例が示されている。このセル10は、膜・電極接合体12(Membrane Electrode Assembly:以下、「MEA」という。)がセル10の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層14(アノード側/カソード側のガス拡散層14A、14C)、ガス流路16(アノード側/カソード側のガス流路16A、16C)、セパレータ18(アノード側/カソード側のセパレータ18A、18C)が夫々配置された構造となっている。なお、MEA12とガス拡散層14とが一体となった膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode &Gas Diffusion Layer Assembly)が用いられる例もある。
そして、図7のようにガス流路16がセパレータ18と別体構造をなすセル10構造においては、ガス流路16を形成する構造物として、例えばエキスパンドメタルが用いられることで、上述の如きセパレータの機能を分担、保持している(例えば、特許文献1参照)。
そして、図7のようにガス流路16がセパレータ18と別体構造をなすセル10構造においては、ガス流路16を形成する構造物として、例えばエキスパンドメタルが用いられることで、上述の如きセパレータの機能を分担、保持している(例えば、特許文献1参照)。
セル10のガス流路16を形成する構造物として用いられるエキスパンドメタル20は、例えば、図8に示されるような亀甲形のメッシュ22が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。このエキスパンドメタル20は、平板材料を送りながら金型によって一段づつ切れ込みを入れることによってメッシュ22が成形されるという製造手順(後述する)に起因して、各メッシュ22が、材料送り方向〔(Materials)Forwarding Direction:以下、本説明において「FD方向」ともいう。〕に、階段状に連なった構造となっている。
そして、図7に示されたセル10において、エキスパンドメタル20は、図9に示されるようにメッシュ22がガス拡散層14とセパレータ18との間に傾斜面を構成するようにして配置されることで、千鳥配置されたメッシュ22と、ガス拡散層14表面及びセパレータ18表面との間に、図9に斜線部で示される三角形状の空間24が、千鳥状に構成される。従って、ガス流路16を流れるガスは、千鳥状に配置された三角形状の空間24を順に伝ってFD方向へと流れ、この際、ガス流GFは図8に示されるように、FD方向と直交する方向〔Transverse Direction又はTool Direction:以下、本説明において「ツール送り方向」又は「TD方向」ともいう。〕に揺動し、ターンを繰り返す態様の流れが形成される。
そして、図7に示されたセル10において、エキスパンドメタル20は、図9に示されるようにメッシュ22がガス拡散層14とセパレータ18との間に傾斜面を構成するようにして配置されることで、千鳥配置されたメッシュ22と、ガス拡散層14表面及びセパレータ18表面との間に、図9に斜線部で示される三角形状の空間24が、千鳥状に構成される。従って、ガス流路16を流れるガスは、千鳥状に配置された三角形状の空間24を順に伝ってFD方向へと流れ、この際、ガス流GFは図8に示されるように、FD方向と直交する方向〔Transverse Direction又はTool Direction:以下、本説明において「ツール送り方向」又は「TD方向」ともいう。〕に揺動し、ターンを繰り返す態様の流れが形成される。
しかも、エキスパンドメタル20の、表面と裏面の何れをガス拡散層14又はセパレータ18に対面させるかによって、セル10の特性に大きな違いが生じることとなる(本説明では、「表面」と「裏面」とは、単に表裏の関係にある一方の面と他方の面とを区別する意味で用いるものであり、エキスパンドメタル20のいずれの面を表面又は裏面とするかは、適宜決定されるものである。)。
例えば、図10(a)に示されるように、アノード側のガス流入端An−Inからガス流出端An−Outへ向う方向と、エキスパンドメタル20を構成するメッシュ22の壁面とのなす角度θが鋭角となるように、エキスパンドメタル20が配置される場合には、アノード側のガス流路16A中をガス流入端An−Inからガス流出端An−Outへ向けて流れるガス流GFは、メッシュ22の壁面による偏向作用により、セパレータ18Aに向うガス流GF1よりも、ガス拡散層14Aの近傍を流れてガス拡散層14Aに向うガス流GF2の方が、流量が増大する。この場合には、ガス拡散層14Aを介してMEA12に多くの燃料ガスを供給することが可能となるが、ガス流GF2の流量が過剰となると、電極において発生する生成水の排水性が低下し、ガス拡散性の悪化により濃度過電圧の増加、電圧安定性の悪化を来たすと共に、滞留する水によるカソード側のガス流路16Cの流路断面積の減少により、ガス圧損の増加を招くこととなる。
例えば、図10(a)に示されるように、アノード側のガス流入端An−Inからガス流出端An−Outへ向う方向と、エキスパンドメタル20を構成するメッシュ22の壁面とのなす角度θが鋭角となるように、エキスパンドメタル20が配置される場合には、アノード側のガス流路16A中をガス流入端An−Inからガス流出端An−Outへ向けて流れるガス流GFは、メッシュ22の壁面による偏向作用により、セパレータ18Aに向うガス流GF1よりも、ガス拡散層14Aの近傍を流れてガス拡散層14Aに向うガス流GF2の方が、流量が増大する。この場合には、ガス拡散層14Aを介してMEA12に多くの燃料ガスを供給することが可能となるが、ガス流GF2の流量が過剰となると、電極において発生する生成水の排水性が低下し、ガス拡散性の悪化により濃度過電圧の増加、電圧安定性の悪化を来たすと共に、滞留する水によるカソード側のガス流路16Cの流路断面積の減少により、ガス圧損の増加を招くこととなる。
一方、図10(b)に示されるように、アノード側のガス流入端An−Inからガス流出端An−Outへ向う方向と、エキスパンドメタル20を構成するメッシュ22の壁面とのなす角度θが鈍角となるように、エキスパンドメタル20が配置される場合、すなわち、図10(a)の例とはエキスパンドメタル20の表裏が逆の関係で配置されている場合は、ガス拡散層14Aに向うガス流GF2よりも、セパレータ18Aに向うガス流GF1の方が、流量が増大する。この場合には、図10(a)の例とは逆に、ガス流GF2の流れが不足すると、MEA12の電解質膜が乾燥し易くなり、抵抗過電圧が大きくなってしまう。
従って、燃料電池セル10の特性の最適化を図るために、エキスパンドメタル20の表裏面の向きは重要となるが、エキスパンドメタル20のメッシュのピッチは、一般に肉眼で視認することが困難な程細かく(例えば500μm)、セル構成部材の積層作業に際し、エキスパンドメタル20の表裏判別に細心の注意を払う必要があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セル構成部材の積層作業に際しての、エキスパンドメタルの表裏面の判別を正確かつ容易に行うことを可能とし、燃料電池の製造効率の向上、燃料電池の信頼性の向上を図ることにある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セル構成部材の積層作業に際しての、エキスパンドメタルの表裏面の判別を正確かつ容易に行うことを可能とし、燃料電池の製造効率の向上、燃料電池の信頼性の向上を図ることにある。
(発明の態様)
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
(1)セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池の製造方法であって、エキスパンドメタルの成形工程中、エキスパンドメタルの外周端近傍に、表裏判別手段を設ける工程を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、エキスパンドメタルの成形工程中、エキスパンドメタルの外周端近傍に、表裏判別手段を設けることで、燃料電池の製造工程中における、エキスパンドメタルの表裏確認作業に、表裏判別手段を利用するものである。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、エキスパンドメタルの成形工程中、エキスパンドメタルの外周端近傍に、表裏判別手段を設けることで、燃料電池の製造工程中における、エキスパンドメタルの表裏確認作業に、表裏判別手段を利用するものである。
(2)上記(1)項において、セル構成部材の積層作業に際し、前記表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタルの表裏判別を行い、他のセル構成部材と共に積層する工程を含む燃料電池の製造方法(請求項1)。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、セル構成部材の積層作業に際し、表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタルの表裏判別を目視確認することで行う。そして、エキスパンドメタルを他のセル構成部材と共に積層する際の、エキスパンドメタルの表裏面の向きを、意図する向きに正確に合せてセル構成部材を積層するものである。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、セル構成部材の積層作業に際し、表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタルの表裏判別を目視確認することで行う。そして、エキスパンドメタルを他のセル構成部材と共に積層する際の、エキスパンドメタルの表裏面の向きを、意図する向きに正確に合せてセル構成部材を積層するものである。
(3)上記(2)項において、前記表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタルの表裏判別を行う際に、エキスパンドメタルの四隅の定められた一隅に、前記表裏判別を設けることとし、前記表裏判別手段が四隅の何れの場所にあるかによって、表面又は裏面のいずれかを機械的に把握できるよう、エキスパンドメタルの表裏面の判別ルールを、予め定めておくものとする。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、エキスパンドメタルの表面又は裏面のいずれかを機械的に把握できるよう、エキスパンドメタルの表裏面の判別ルールを予め定めておくことで、燃料電池の製造工程中における、エキスパンドメタルの表裏確認作業を、誰でも正確かつ円滑に行えるようにするものである。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、エキスパンドメタルの表面又は裏面のいずれかを機械的に把握できるよう、エキスパンドメタルの表裏面の判別ルールを予め定めておくことで、燃料電池の製造工程中における、エキスパンドメタルの表裏確認作業を、誰でも正確かつ円滑に行えるようにするものである。
(4)上記(1)から(3)項において、前記表裏判別手段は、刻印、孔、突起、角部面取り等の、目視確認可能な立体的特長を有するものである燃料電池の製造方法(請求項2)。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、刻印、孔、突起、角部面取り等立体的特長を有する表裏判別手段を、エキスパンドメタルの成形工程中に設け、表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタルの表裏判別を、目視確認により行うものである。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、刻印、孔、突起、角部面取り等立体的特長を有する表裏判別手段を、エキスパンドメタルの成形工程中に設け、表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタルの表裏判別を、目視確認により行うものである。
(5)上記(1)から(4)項において、前記表裏判別手段を、エキスパンドメタルの平板材料に予め成形を施し、又は、エキスパンドメタルの成形工程に含まれる平滑化工程又は外形カット工程において成形するものである燃料電池の製造方法(請求項3)。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、表裏判別手段を、エキスパンドメタルの平板材料に予め成形を施し、又は、エキスパンドメタルの成形工程に含まれる平滑化工程又は外形カット工程において成形することにより、燃料電池の製造工程中に新たな工程を増やすことなく、表裏判別手段をエキスパンドメタルに設けるものである。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、表裏判別手段を、エキスパンドメタルの平板材料に予め成形を施し、又は、エキスパンドメタルの成形工程に含まれる平滑化工程又は外形カット工程において成形することにより、燃料電池の製造工程中に新たな工程を増やすことなく、表裏判別手段をエキスパンドメタルに設けるものである。
(6)上記(4)、(5)項において、前記表裏判別手段を、エキスパンドメタルと隣接するセル構成部材に対するエキスパンドメタルの位置決めに用いる燃料電池の製造方法(請求項4)。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、表裏判別手段を、エキスパンドメタルと隣接するセル構成部材に対するエキスパンドメタルの位置決めにも有効活用し、エキスパンドメタルを他のセル構成部材と共に積層する際の、正確性及び作業性を向上させるものである。
本項に記載の燃料電池の製造方法は、表裏判別手段を、エキスパンドメタルと隣接するセル構成部材に対するエキスパンドメタルの位置決めにも有効活用し、エキスパンドメタルを他のセル構成部材と共に積層する際の、正確性及び作業性を向上させるものである。
本発明はこのように構成したので、セル構成部材の積層作業に際しての、エキスパンドメタルの表裏面の判別を正確かつ容易に行うことが可能となり、燃料電池の製造効率の向上、燃料電池の信頼性の向上を図ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
まず、本発明を実施するための最良の形態を説明するにあたり、予め、図6を参照しながらエキスパンドメタルの各部名称を明らかにする。エキスパンドメタルは、一般的には、既に説明した亀甲形のメッシュ22(図8、図6(c)参照)や、図6(a)に示されるような、菱形のメッシュ26が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。そして、メッシュの交差部をボンド部BO、メッシュのボンド部BO間をつなぐ部分をストランド部STという。又、ボンド部BOのTD方向の長さをボンド長さBOl、ストランド部STの厚みを刻み幅(送り幅)Wという。図中、符号tは素材の板厚、符号Dはエキスパンドメタルの全厚であり、この全厚Dが、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みとなる。なお、図6には、併せてFD方向(材料送り方向)、TD方向(ツール送り方向)及びWD方向(メッシュの刻み幅方向)を示している。
各部名称から明らかなように、亀甲形のメッシュ22は、ボンド部BOのボンド長さBOlの長いメッシュ形状であり、菱形のメッシュ26は、ボンド部BOのボンド長さBOlの短いメッシュ形状である。そして、菱形のメッシュ26のFD方向断面形状(A−A断面形状)と、亀甲形のメッシュ22のFD方向断面形状(A’−A’断面図)とは同一であることから、図6(b)に両者のFD方向断面形状を示している。
まず、本発明を実施するための最良の形態を説明するにあたり、予め、図6を参照しながらエキスパンドメタルの各部名称を明らかにする。エキスパンドメタルは、一般的には、既に説明した亀甲形のメッシュ22(図8、図6(c)参照)や、図6(a)に示されるような、菱形のメッシュ26が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。そして、メッシュの交差部をボンド部BO、メッシュのボンド部BO間をつなぐ部分をストランド部STという。又、ボンド部BOのTD方向の長さをボンド長さBOl、ストランド部STの厚みを刻み幅(送り幅)Wという。図中、符号tは素材の板厚、符号Dはエキスパンドメタルの全厚であり、この全厚Dが、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みとなる。なお、図6には、併せてFD方向(材料送り方向)、TD方向(ツール送り方向)及びWD方向(メッシュの刻み幅方向)を示している。
各部名称から明らかなように、亀甲形のメッシュ22は、ボンド部BOのボンド長さBOlの長いメッシュ形状であり、菱形のメッシュ26は、ボンド部BOのボンド長さBOlの短いメッシュ形状である。そして、菱形のメッシュ26のFD方向断面形状(A−A断面形状)と、亀甲形のメッシュ22のFD方向断面形状(A’−A’断面図)とは同一であることから、図6(b)に両者のFD方向断面形状を示している。
続いて、図1〜図5を参照しながら、本発明の実施の形態に係る燃料電池の製造方法について説明する。燃料電池の製造工程は、図1(a)に示されるS0〜S6の各工程を含むものであり、ここでは、施工順に、製造装置に平板材料をセットする準備工程(S0)、平板材料のラスカット工程(S1)、ラスカットメタルの平滑化工程(S2)、エキスパンドメタルの洗浄工程(S3)、エキスパンドメタルの外形カット工程(S4)、検査工程(S5)、セル構成部材の積層工程(S6)を、抽出して示している。
又、図1(b)に示されるように、本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタル28の表裏判別手段として、孔28a、角部面取り28b(刻印あるいは突起)等、立体的特長を有する部分が、平板材料に予め形成され、あるいは、ラスカットメタル28’(図3)の平滑化工程(S1)又はエキスパンドメタル28の外形カット工程(S4)において、成形されるものである。図1(b)の例における孔28aは、エキスパンドメタル28の外周端近傍に設けられるものである。
ここで特に注意する点としては、エキスパンドメタル28がセル10内に組み込まれ、ガス流路16(図7〜図10参照)を構成する際に、ガスの流れに与える悪影響ができる限り少なくなるように、外周端からの距離X、Yが可能な限り近い位置に孔28aが設けられていることが望ましい。又、角部面取り28bも同様に、ガスの流れに悪影響を与えることが可能な限り少ない位置に設けられている。
ここで特に注意する点としては、エキスパンドメタル28がセル10内に組み込まれ、ガス流路16(図7〜図10参照)を構成する際に、ガスの流れに与える悪影響ができる限り少なくなるように、外周端からの距離X、Yが可能な限り近い位置に孔28aが設けられていることが望ましい。又、角部面取り28bも同様に、ガスの流れに悪影響を与えることが可能な限り少ない位置に設けられている。
なお、エキスパンドメタル28の表裏判別手段としての孔28a又は角部面取り28b等は、いずれか一方が一箇所に設けられていれば十分であるが、適宜、双方設けることとしても良い。
例えば、一般に外形形状が矩形をなすエキスパンドメタル28の、四隅の定められた一隅に、孔28a又は角部面取り28b等を設けることとし、図1(b)の例のごとく、孔28aが右上にある場合には、エキスパンドメタル28の表面(あるいは裏面)が見えていると判断する等、表裏判別手段がエキスパンドメタル28の四隅の何れにあるかによって、表面又は裏面のいずれであるかを機械的に把握できるような、エキスパンドメタル28の表裏面の判別ルールを、予め定めておくものとする。
例えば、一般に外形形状が矩形をなすエキスパンドメタル28の、四隅の定められた一隅に、孔28a又は角部面取り28b等を設けることとし、図1(b)の例のごとく、孔28aが右上にある場合には、エキスパンドメタル28の表面(あるいは裏面)が見えていると判断する等、表裏判別手段がエキスパンドメタル28の四隅の何れにあるかによって、表面又は裏面のいずれであるかを機械的に把握できるような、エキスパンドメタル28の表裏面の判別ルールを、予め定めておくものとする。
以下に、各工程S0〜S6について、詳しく説明する。
準備工程(S0):図3に示されるように、平板材料42を、エキスパンドメタル28の製造装置を構成する、ローラ39を備えた材料送り手段にセットする。なお、平板材料42には、エキスパンドメタル28のセル内部での使用環境を考慮して、チタン圧延材が用いられる。そして、例えば、エキスパンドメタル28の表裏判別手段としての孔28aは、平板材料42の時点で、後の外形カット工程(S4)にて切断されるエキスパンドメタル28の外形寸法毎に、予め一定間隔に成形しておくことが可能である。
準備工程(S0):図3に示されるように、平板材料42を、エキスパンドメタル28の製造装置を構成する、ローラ39を備えた材料送り手段にセットする。なお、平板材料42には、エキスパンドメタル28のセル内部での使用環境を考慮して、チタン圧延材が用いられる。そして、例えば、エキスパンドメタル28の表裏判別手段としての孔28aは、平板材料42の時点で、後の外形カット工程(S4)にて切断されるエキスパンドメタル28の外形寸法毎に、予め一定間隔に成形しておくことが可能である。
平板材料のラスカット工程(S1):エキスパンドメタル28の製造装置を構成する金型は、図3、図4に示されるダイ34、パッド36、下受刃38及び上刃40を含む金型を備えている。ここで、下受刃38及び上刃40は、いずれもTD方向(FD方向と直交する方向)にシフトし、かつ、上刃40のみWD方向(上下方向)に昇降するように駆動されるものである。又、上刃40の下面には、所定形状の突起40aがTD方向に一定間隔を空けて形成され、下受刃38の上面にも、上刃40の所定形状の突起40aと噛合うように一定間隔を空けて、台形状突起38aが形成されている。本例では、亀甲形のメッシュ22(図8、図6(c)参照)を成形する金型を例示していることから、少なくとも所定形状の突起40aは台形状の突起である。
平板材料42は、所定の刻み幅W(図6(b)参照)で金型へと送り込まれ、この平板材料42の送り込みのタイミングに合せて、パッド36は、平板材料42が通過可能となるようWD方向に昇降する。そして、図4に示されるように、ダイ34とパッド36により平板材料42が挟持された状態で、上刃40及び下受刃38が開閉し、上刃40の所定形状の突起40aとダイ34とによって、平板材料42は一定間隔に部分的にせん断され、かつ、下方向に突出する所定形状(台形状)の切り起しが成形される。
そして、上刃40及び下受刃38の上昇の都度、上刃40及び下受刃38がTD方向にシフトすることで、台形状の切起こしが千鳥状に一段づつ成形され、階段状のメッシュ22を有するラスカットメタル28’を成形されるものである。
そして、上刃40及び下受刃38の上昇の都度、上刃40及び下受刃38がTD方向にシフトすることで、台形状の切起こしが千鳥状に一段づつ成形され、階段状のメッシュ22を有するラスカットメタル28’を成形されるものである。
ラスカットメタルの平滑化工程(S2):階段状のメッシュを有するラスカットメタル28’を、図5に示される圧延ローラ43によって圧延することにより、必要な全厚D(図6(b)参照)のエキスパンドメタル28が成形される。
そして、例えば、エキスパンドメタル28の表裏判別手段としての孔28a又は角部面取り28bを成形するために、圧延ローラ43の周上にこれら表裏判別手段の成形部を設け、ラスカットメタル28’の平滑化と同時に、孔28a又は角部面取り28bを成形することが可能である。
そして、例えば、エキスパンドメタル28の表裏判別手段としての孔28a又は角部面取り28bを成形するために、圧延ローラ43の周上にこれら表裏判別手段の成形部を設け、ラスカットメタル28’の平滑化と同時に、孔28a又は角部面取り28bを成形することが可能である。
エキスパンドメタルの洗浄工程(S3):エキスパンドメタル28を洗浄層に溜められた洗浄液に浸し、前述のラスカット工程(S1)で付着した潤滑油の脱脂、切子の除去等を行う。
外形カット工程(S4):エキスパンドメタル28を、セル構成部材としての所定の外形寸法にカットする。本工程は、レーザーカッター等を用い、若しくは、金型により行うことが可能である。そして、例えば、エキスパンドメタル28の表裏判別手段としての孔28a又は角部面取り28bを、エキスパンドメタル28の外形カットと同時に成形することが可能である。
検査工程(S5):例えば、画像判別装置を用い、あるいはマイクロスコープを用いて、エキスパンドメタル28の良否判断を行う。
外形カット工程(S4):エキスパンドメタル28を、セル構成部材としての所定の外形寸法にカットする。本工程は、レーザーカッター等を用い、若しくは、金型により行うことが可能である。そして、例えば、エキスパンドメタル28の表裏判別手段としての孔28a又は角部面取り28bを、エキスパンドメタル28の外形カットと同時に成形することが可能である。
検査工程(S5):例えば、画像判別装置を用い、あるいはマイクロスコープを用いて、エキスパンドメタル28の良否判断を行う。
セル構成部材の積層工程(S6):表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタル28の表裏判別を行い、他のセル構成部材と共に積層する。エキスパンドメタル28の表裏判別作業は、以下のように行う。
例えば、図2(a)に模式的に示されるように、作業者Wがスポット溶接治具上に置かれたカソード側のセパレータ18Cに対峙した状態で、作業者Wから見てエキスパンドメタル28の右奥に表裏判別手段としての孔28aが位置するよう、エキスパンドメタル28をカソード側のセパレータ18Cに置くことで、必要な面が上面に来ることとなる。同様にして、図2(b)に模式的に示されるように、作業者Wがスポット溶接治具上に置かれたにアノード側のセパレータ18Aに対峙した状態で、作業者Wから見てエキスパンドメタル28の左手前に表裏判別手段としての孔28aが位置するよう、エキスパンドメタル28をアノード側のセパレータ18Aに置くことで、必要な面が上面に来ることとなる。
なお、各セパレータ18A、18Cにも、スポット溶接治具上への載置姿勢に間違いを生じないようにするための、位置判別手段(例えば符号PA、PCで示される突起、切り欠き等の形状的特長部分)を設けることが望ましい。
例えば、図2(a)に模式的に示されるように、作業者Wがスポット溶接治具上に置かれたカソード側のセパレータ18Cに対峙した状態で、作業者Wから見てエキスパンドメタル28の右奥に表裏判別手段としての孔28aが位置するよう、エキスパンドメタル28をカソード側のセパレータ18Cに置くことで、必要な面が上面に来ることとなる。同様にして、図2(b)に模式的に示されるように、作業者Wがスポット溶接治具上に置かれたにアノード側のセパレータ18Aに対峙した状態で、作業者Wから見てエキスパンドメタル28の左手前に表裏判別手段としての孔28aが位置するよう、エキスパンドメタル28をアノード側のセパレータ18Aに置くことで、必要な面が上面に来ることとなる。
なお、各セパレータ18A、18Cにも、スポット溶接治具上への載置姿勢に間違いを生じないようにするための、位置判別手段(例えば符号PA、PCで示される突起、切り欠き等の形状的特長部分)を設けることが望ましい。
更に、各セパレータ18A、18Cに、表裏判別手段としての孔28aと係合する位置決め用の突起を形成し、孔28aを各セパレータ18A、18Cに対するエキスパンドメタル28の位置決めに用いることとしても良い。
そして、各セパレータ18A、18Cに対しエキスパンドメタル28をスポット溶接することで両者を固定し、なおかつ、その他のセル構成部材と共に積層・固定して、セル10を構成するものである。
なお、本発明の実施の形態では、セパレータ同士をスポット溶接する場合を一例として示しているが、これに代えて、位置決めを備える積層治具上でエキスパンドメタルを積層し、その後に、接着剤により接着を行い、あるいはガスケット成形を行うこととしてもよい。
そして、各セパレータ18A、18Cに対しエキスパンドメタル28をスポット溶接することで両者を固定し、なおかつ、その他のセル構成部材と共に積層・固定して、セル10を構成するものである。
なお、本発明の実施の形態では、セパレータ同士をスポット溶接する場合を一例として示しているが、これに代えて、位置決めを備える積層治具上でエキスパンドメタルを積層し、その後に、接着剤により接着を行い、あるいはガスケット成形を行うこととしてもよい。
さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。即ち、エキスパンドメタルの成形工程中、エキスパンドメタル28の外周端近傍に、孔28a、角部面取り28b等、立体的特長を有する表裏判別手段を設けることで、燃料電池の製造工程中における、エキスパンドメタル28の表裏確認作業に、表裏判別手段孔28a、28bを利用するものである。
このように、セル構成部材の積層作業に際し、表裏判別手段28a、28bを手掛かりにエキスパンドメタル28の表裏判別を目視確認することで、マイクロスコープを用いることなく、エキスパンドメタル28を、セパレータ18等他のセル構成部材と共に積層する際の、エキスパンドメタル28の表裏面の向きを、意図する向きに正確に合せて、セル構成部材を積層することができる。
このように、セル構成部材の積層作業に際し、表裏判別手段28a、28bを手掛かりにエキスパンドメタル28の表裏判別を目視確認することで、マイクロスコープを用いることなく、エキスパンドメタル28を、セパレータ18等他のセル構成部材と共に積層する際の、エキスパンドメタル28の表裏面の向きを、意図する向きに正確に合せて、セル構成部材を積層することができる。
しかも、表裏判別手段28a、28bを、エキスパンドメタル28の平板材料42に予め成形を施し、又は、エキスパンドメタルの成形工程に含まれる平滑化工程(S2)又は外形カット工程(S4)において成形することにより、燃料電池の製造工程中に新たな工程を増やすことなく、表裏判別手段28a、28bをエキスパンドメタルに設けることができる。
更には、表裏判別手段28a、28bを、エキスパンドメタル28と隣接するセル構成部材に対するエキスパンドメタル28の位置決めにも有効活用し、エキスパンドメタル28を他のセル構成部材と共に積層する際の、正確性及び作業性を向上させることができる。
なお、エキスパンドメタル28の表裏判別手段は、目視により表裏判別が可能であれば良いことから、例えば、立体的特長を有する工程に限定されることなく、エキスパンドメタル28の表面にマーカー、ペイント等を付すものであっても良い。
更には、表裏判別手段28a、28bを、エキスパンドメタル28と隣接するセル構成部材に対するエキスパンドメタル28の位置決めにも有効活用し、エキスパンドメタル28を他のセル構成部材と共に積層する際の、正確性及び作業性を向上させることができる。
なお、エキスパンドメタル28の表裏判別手段は、目視により表裏判別が可能であれば良いことから、例えば、立体的特長を有する工程に限定されることなく、エキスパンドメタル28の表面にマーカー、ペイント等を付すものであっても良い。
10:セル、12:MEA、 14、14A、14C:ガス拡散層、 16、16A、16C:ガス流路、 18、18A、18C:セパレータ、22:亀甲形のメッシュ、22a:バリ、28:エキスパンドメタル、28a:孔、28b:角部面取り、34:ダイ、36:パッド、38:下受刃、 38a、40a:所定形状の突起、38b:一般部、39:ローラ、40:上刃、42:平板素材、43:圧延ローラ
Claims (4)
- セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池の製造方法であって、
エキスパンドメタルの成形工程中、エキスパンドメタルの外周端近傍に、表裏判別手段を設け、
セル構成部材の積層作業に際し、前記表裏判別手段を手掛かりにエキスパンドメタルの表裏判別を行い、他のセル構成部材と共に積層する工程を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 前記表裏判別手段は、刻印、孔、突起、角部面取り等の、目視確認可能な立体的特長を有するものである請求項1記載の燃料電池の製造方法。
- 前記表裏判別手段を、エキスパンドメタルの平板材料に予め成形を施し、又は、エキスパンドメタルの成形工程に含まれる平滑化工程又は外形カット工程において成形するものであることを特徴とする請求項2記載の燃料電池の製造方法。
- 前記表裏判別手段を、エキスパンドメタルと隣接するセル構成部材に対するエキスパンドメタルの位置決めに用いることを特徴とする請求項2又は3記載の燃料電池の製造方法。
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- 2008-09-25 JP JP2008246013A patent/JP2010080201A/ja active Pending
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