JP2021125329A - Method for manufacturing fuel battery part - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a member for a fuel cell.
燃料電池スタックの発電セルは、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体（樹脂枠付きＭＥＡ）と、樹脂枠付きＭＥＡの両側に配設されたセパレータとを備える。樹脂枠付きＭＥＡは、電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡの外周部に枠状に配設された樹脂枠部とを有する。 The power generation cell of the fuel cell stack includes an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame (MEA with a resin frame) and separators arranged on both sides of the MEA with a resin frame. The MEA with a resin frame has an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane, and a resin frame portion arranged in a frame shape on the outer peripheral portion of the MEA.
例えば、特許文献１には、ＭＥＡとセパレータとを互いに位置決めした状態で積層する積層工程に関する技術事項が開示されている。積層工程では、第１ピンを電解質膜の一方の位置決め孔とセパレータの一方の位置決め孔とに挿通させるとともに第２ピンを電解質膜の他方の位置決め孔とセパレータの他方の位置決め孔とに挿通させる。 For example, Patent Document 1 discloses technical matters relating to a laminating process in which a MEA and a separator are laminated in a state of being positioned with each other. In the laminating step, the first pin is inserted into one positioning hole of the electrolyte membrane and one positioning hole of the separator, and the second pin is inserted into the other positioning hole of the electrolyte membrane and the other positioning hole of the separator.
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体とセパレータ部材との位置決め精度を向上させることができる燃料電池用部材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with this kind of technology, and provides a method for manufacturing a fuel cell member capable of improving the positioning accuracy between an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame and a separator member. The purpose is.
本発明の一態様は、電解質膜・電極構造体の外周部に樹脂枠部が枠状に配設されてなる樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と、セパレータ部材とが互いに積層された燃料電池用部材の製造方法であって、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を準備する第１準備工程と、前記セパレータ部材を準備する第２準備工程と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とを互いに位置決めした状態で積層する積層工程と、を含み、前記第１準備工程では、円形状の横断面を有する第１丸ピンが挿入可能な第１位置決め孔と、多角形状の横断面を有する第１角ピンが挿入可能な第２位置決め孔とを前記樹脂枠部に形成し、前記第２準備工程では、円形状の横断面を有する第２丸ピンが挿入可能な第３位置決め孔と、多角形状の横断面を有する第２角ピンが挿入可能な第４位置決め孔とを前記セパレータ部材の外周部に形成し、前記積層工程は、前記第１丸ピンを前記第１位置決め孔に挿入するとともに前記第１角ピンを前記第２位置決め孔に挿入する第１挿入工程と、前記第２丸ピンを前記第３位置決め孔に挿入するとともに前記第２角ピンを前記第４位置決め孔に挿入する第２挿入工程と、を含む、燃料電池用部材の製造方法である。 One aspect of the present invention is a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame, in which a resin frame portion is arranged in a frame shape on the outer peripheral portion of the electrolyte membrane / electrode structure, and a separator member are laminated on each other. A method for manufacturing a member for use, the first preparatory step for preparing the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame, the second preparatory step for preparing the separator member, and the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame. In the first preparatory step, a first positioning hole into which a first round pin having a circular cross section can be inserted and a polygonal shape are included. A second positioning hole into which a first square pin having a cross section of the above can be inserted is formed in the resin frame portion, and in the second preparation step, a second round pin having a circular cross section can be inserted. The three positioning holes and the fourth positioning hole into which the second square pin having a polygonal cross section can be inserted are formed on the outer peripheral portion of the separator member, and in the laminating step, the first round pin is inserted into the first round pin. A first insertion step of inserting the first square pin into the positioning hole and inserting the first square pin into the second positioning hole, and inserting the second round pin into the third positioning hole and inserting the second square pin into the fourth positioning hole. It is a method of manufacturing a fuel cell member including a second insertion step of inserting into a positioning hole.
本発明によれば、第１挿入工程において、第１丸ピンを第１位置決め孔に挿入するとともに第１角ピンを第２位置決め孔に挿入することにより樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を第１丸ピン及び第１角ピンに対して位置決めしている。また、第２挿入工程において、第２丸ピンを第３位置決め孔に挿入するとともに第２角ピンを第４位置決め孔に挿入することによりセパレータ部材を第２丸ピン及び第２角ピンに対して位置決めしている。 According to the present invention, in the first insertion step, the electrolyte film / electrode structure with a resin frame is formed by inserting the first round pin into the first positioning hole and the first square pin into the second positioning hole. It is positioned with respect to the 1 round pin and the 1st square pin. Further, in the second insertion step, the separator member is inserted into the second round pin and the second square pin by inserting the second round pin into the third positioning hole and the second square pin into the fourth positioning hole. It is positioned.
この場合、第１丸ピン及び第１角ピンは、セパレータ部材の位置決めに関与しない。そのため、第１丸ピン及び第１角ピンを樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の位置決めに適した大きさ及び位置に設定することができる。よって、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を第１丸ピン及び第１角ピンによって精度よく位置決めすることができる。また、第２丸ピン及び第２角ピンは、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の位置決めに関与しない。そのため、第２丸ピン及び第２角ピンをセパレータ部材の位置決めに適した大きさ及び位置に設定することができる。よって、セパレータ部材を第２丸ピン及び第２角ピンによって精度よく位置決めすることができる。従って、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体とセパレータ部材との位置決め精度を向上させることができる。 In this case, the first round pin and the first square pin are not involved in the positioning of the separator member. Therefore, the first round pin and the first square pin can be set to a size and position suitable for positioning the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame. Therefore, the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame can be accurately positioned by the first round pin and the first square pin. Further, the second round pin and the second square pin are not involved in the positioning of the electrolyte membrane / electrode structure with the resin frame. Therefore, the second round pin and the second square pin can be set to a size and position suitable for positioning the separator member. Therefore, the separator member can be accurately positioned by the second round pin and the second square pin. Therefore, the positioning accuracy between the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame and the separator member can be improved.
以下、本発明に係る燃料電池用部材の製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a fuel cell member according to the present invention will be described with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
まず、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体（以下、「樹脂枠付きＭＥＡ１６」という。）とセパレータ部材１１とが積層されてなる燃料電池用部材１０を備えた燃料電池スタック１２について説明する。
First, a
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１２は、複数の発電セル１４が積層されるとともに積層方向の締付荷重（圧縮荷重）が付与されて構成される。燃料電池スタック１２は、例えば、複数の発電セル１４の積層方向（矢印Ａ方向）が燃料電池自動車の水平方向（車幅方向又は車長方向）に沿うように燃料電池自動車に搭載される。ただし、燃料電池スタック１２は、複数の発電セル１４の積層方向が燃料電池自動車の鉛直方向（車高方向）に沿うように燃料電池自動車に搭載されてもよい。燃料電池スタック１２は、定置型としても用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
発電セル１４は、樹脂枠付きＭＥＡ１６と、樹脂枠付きＭＥＡ１６を矢印Ａ方向から挟持する第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０とを有する。
The
発電セル１４の長辺方向である矢印Ｂ方向の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、１つの酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、２つの冷却媒体入口連通孔２４ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔２６ｂが設けられる。各発電セル１４の酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、複数の発電セル１４の積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通し、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）を供給する。各発電セル１４の冷却媒体入口連通孔２４ａは、矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体（例えば、純水、エチレングリコール、オイル等）を供給する。各発電セル１４の燃料ガス出口連通孔２６ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を排出する。
One oxidant gas
酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、矢印Ｃ方向に互いに離間して配置された２つの冷却媒体入口連通孔２４ａの間に配置されている。２つの燃料ガス出口連通孔２６ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと２つの冷却媒体入口連通孔２４ａとを矢印Ｃ方向から挟むように配置されている。
The oxidant gas
なお、２つの燃料ガス出口連通孔２６ｂのうち矢印Ｃ１方向（上方）に位置するものを第１燃料ガス出口連通孔２６ｂ１といい、矢印Ｃ２方向（下方）に位置するものを第２燃料ガス出口連通孔２６ｂ２という。また、２つの冷却媒体入口連通孔２４ａのうち矢印Ｃ１方向に位置するものを第１冷却媒体入口連通孔２４ａ１といい、矢印Ｃ２方向に位置するものを第２冷却媒体入口連通孔２４ａ２という。
Of the two fuel gas
発電セル１４の長辺方向である矢印Ｂ方向の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、１つの燃料ガス入口連通孔２６ａ、２つの冷却媒体出口連通孔２４ｂ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが設けられる。各発電セル１４の燃料ガス入口連通孔２６ａは、複数の発電セル１４の積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通し、燃料ガスを供給する。各発電セル１４の冷却媒体出口連通孔２４ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体を排出する。各発電セル１４の酸化剤ガス出口連通孔２２ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、酸化剤ガスを排出する。
At the other end edge in the arrow B direction (end edge in the arrow B2 direction), which is the long side direction of the
燃料ガス入口連通孔２６ａは、矢印Ｃ方向に互いに離間して配置された２つの冷却媒体出口連通孔２４ｂの間に配置されている。２つの酸化剤ガス出口連通孔２２ｂは、燃料ガス入口連通孔２６ａと２つの冷却媒体出口連通孔２４ｂとを矢印Ｃ方向から挟むように配置されている。
The fuel gas
なお、２つの酸化剤ガス出口連通孔２２ｂのうち矢印Ｃ１方向（上方）に位置するものを第１酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１といい、矢印Ｃ２方向（下方）に位置するものを第２酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２という。また、２つの冷却媒体出口連通孔２４ｂのうち矢印Ｃ１方向に位置するものを第１冷却媒体出口連通孔２４ｂ１といい、矢印Ｃ２方向に位置するものを第２冷却媒体出口連通孔２４ｂ２という。
Of the two oxidant gas
酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと燃料ガス入口連通孔２６ａ及び燃料ガス出口連通孔２６ｂと冷却媒体入口連通孔２４ａ及び冷却媒体出口連通孔２４ｂのそれぞれは、六角形状に形成されているが、四角形状又は三角形状等であってもよい。また、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと燃料ガス入口連通孔２６ａ及び燃料ガス出口連通孔２６ｂと冷却媒体入口連通孔２４ａ及び冷却媒体出口連通孔２４ｂのそれぞれの大きさ、位置、形状及び数は、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。
The oxidizer gas
図１及び図２に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ１６は、電解質膜・電極構造体（以下、「ＭＥＡ２８」という）と、ＭＥＡ２８の外周部に重なり部を設けて接合されるとともに該外周部を周回する厚さが一定の樹脂枠部材３０（樹脂枠部、樹脂フィルム）とを備える。図２において、ＭＥＡ２８は、電解質膜３２と、電解質膜３２の一方の面３２ａに設けられたカソード電極３４と、電解質膜３２の他方の面３２ｂに設けられたアノード電極３６とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the MEA16 with a resin frame is joined to the electrolyte membrane / electrode structure (hereinafter referred to as “MEA28”) by providing an overlapping portion on the outer peripheral portion of the MEA28, and the outer peripheral portion is joined to the outer peripheral portion. A resin frame member 30 (resin frame portion, resin film) having a constant orbiting thickness is provided. In FIG. 2, the
電解質膜３２は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜３２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜３２は、カソード電極３４及びアノード電極３６に挟持される。
The
詳細は図示しないが、カソード電極３４は、電解質膜３２の一方の面３２ａに接合される第１電極触媒層と、当該第１電極触媒層に積層される第１ガス拡散層とを有する。第１電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第１ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。
Although not shown in detail, the
アノード電極３６は、電解質膜３２の他方の面３２ｂに接合される第２電極触媒層と、当該第２電極触媒層に積層される第２ガス拡散層とを有する。第２電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第２ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。
The
電解質膜３２の平面寸法は、カソード電極３４及びアノード電極３６のそれぞれの平面寸法よりも小さい。カソード電極３４の外周縁部とアノード電極３６の外周縁部とは、樹脂枠部材３０の内周縁部を挟持している。樹脂枠部材３０は、反応ガス（酸化剤ガス及び燃料ガス）が不透過に構成されている。樹脂枠部材３０は、ＭＥＡ２８の外周側に設けられている。
The planar dimension of the
樹脂枠部材３０は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成される。
The
樹脂枠付きＭＥＡ１６は、樹脂枠部材３０を用いることなく、電解質膜３２を外方に突出させるように形成してもよい。また、樹脂枠付きＭＥＡ１６は、外方に突出した電解質膜３２を挟んで両側に枠形状のフィルムを設けるように形成してもよい。
The
第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０は、金属製であって、長方形状（四角形状）に形成されている。第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０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、或いはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１セパレータ１８と第２セパレータ２０とは、互いに重ねた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、接合セパレータ３８を構成する。接合セパレータ３８は、燃料電池用部材１０を構成する。
The
図３に示すように、第１セパレータ１８のＭＥＡ２８に向かう面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する酸化剤ガス流路４０が設けられる。酸化剤ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の酸化剤ガス流路溝４２を有する。各酸化剤ガス流路溝４２は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。
As shown in FIG. 3, an oxidant
第１セパレータ１８には、第１セパレータ１８をプレス成形することにより、第１入口バッファ部４４ａ及び第１出口バッファ部４４ｂが設けられている。第１入口バッファ部４４ａは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス流路４０との間に位置する。第１出口バッファ部４４ｂは、２つの酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと酸化剤ガス流路４０との間に位置する。第１入口バッファ部４４ａ及び第１出口バッファ部４４ｂのそれぞれは、複数個のエンボスを含む。
The
第１セパレータ１８には、樹脂枠付きＭＥＡ１６と第１セパレータ１８との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第１シール部４６が設けられている。第１シール部４６は、第１セパレータ１８の外周部を周回する第１外周シール部４８と、各連通孔（酸化剤ガス入口連通孔２２ａ等）を周回する連通孔シール部５０とを有する。なお、第１シール部４６は、第１セパレータ１８の第１外周シール部４８よりも外側を周回するシール部をさらに設けてもよい。第１シール部４６は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第１シール部４６は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。
The
図２において、第１シール部４６は、第１セパレータ１８に一体成形された第１金属ビード部５２と、第１金属ビード部５２に設けられた第１樹脂材５４とを有する。第１金属ビード部５２は、第１セパレータ１８から樹脂枠部材３０に向かって突出している。第１金属ビード部５２の横断面形状は、第１金属ビード部５２の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第１樹脂材５４は、第１金属ビード部５２の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第１樹脂材５４は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。
In FIG. 2, the
図４に示すように、第２セパレータ２０のＭＥＡ２８に向かう面２０ａには、燃料ガス入口連通孔２６ａと燃料ガス出口連通孔２６ｂとに連通する燃料ガス流路５６が設けられる。燃料ガス流路５６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の燃料ガス流路溝５８を有する。各燃料ガス流路溝５８は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。
As shown in FIG. 4, a fuel
第２セパレータ２０には、第２セパレータ２０をプレス成形することにより、第２入口バッファ部６０ａ及び第２出口バッファ部６０ｂが設けられている。第２入口バッファ部６０ａは、燃料ガス入口連通孔２６ａと燃料ガス流路５６との間に位置する。第２出口バッファ部６０ｂは、２つの燃料ガス出口連通孔２６ｂと燃料ガス流路５６との間に位置する。第２入口バッファ部６０ａ及び第２出口バッファ部６０ｂのそれぞれは、複数個のエンボスを含む。
The
第２セパレータ２０には、樹脂枠付きＭＥＡ１６と第２セパレータ２０との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第２シール部６２が設けられている。第２シール部６２は、第２セパレータ２０の外周部を周回する第２外周シール部６４と、各連通孔（酸化剤ガス入口連通孔２２ａ等）を周回する第２連通孔シール部６６とを有する。なお、第２シール部６２は、第２セパレータ２０の第２外周シール部６４よりも外側を周回するシール部をさらに設けてもよい。第２シール部６２は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第２シール部６２は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。
The
図２において、第２シール部６２は、第２セパレータ２０に一体成形された第２金属ビード部６８と、第２金属ビード部６８に設けられた第２樹脂材７０とを有する。第２金属ビード部６８は、第２セパレータ２０から樹脂枠部材３０に向かって突出している。第２金属ビード部６８の横断面形状は、第２金属ビード部６８の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第２樹脂材７０は、第２金属ビード部６８の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第２樹脂材７０は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。
In FIG. 2, the
第１シール部４６及び第２シール部６２は、セパレータ厚さ方向から見て互いに重なるように配置されている。そのため、燃料電池スタック１２に締付荷重（圧縮荷重）が付与された状態で、第１金属ビード部５２及び第２金属ビード部６８のそれぞれが弾性変形（圧縮変形）する。また、この状態で、第１シール部４６の突出端面（第１樹脂材５４）が樹脂枠部材３０の一方の面３０ａに気密及び液密に接触するとともに第２シール部６２の突出端面（第２樹脂材７０）が樹脂枠部材３０の他方の面３０ｂに気密及び液密に接触する。
The
第１樹脂材５４は、第１金属ビード部５２ではなく、樹脂枠部材３０の一方の面３０ａに設けられてもよい。第２樹脂材７０は、第２金属ビード部６８ではなく、樹脂枠部材３０の他方の面３０ｂに設けられてもよい。また、第１樹脂材５４及び第２樹脂材７０の少なくともいずれかは、省略されてもよい。第１シール部４６及び第２シール部６２は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。
The
図１及び図２において、第１セパレータ１８の面１８ｂと第２セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２４ａと冷却媒体出口連通孔２４ｂとに連通する冷却媒体流路７２が設けられる。冷却媒体流路７２は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の冷却媒体流路溝７４を有する。冷却媒体流路７２は、酸化剤ガス流路４０の裏面形状と燃料ガス流路５６の裏面形状とによって形成される。
In FIGS. 1 and 2, between the
図１、図３及び図４において、発電セル１４には、第１ドレン連通孔７６、第２ドレン連通孔７８及び空気抜き連通孔８０がさらに設けられている。各発電セル１４の第１ドレン連通孔７６は、複数の発電セル１４の積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通している。第１ドレン連通孔７６は、発電セル１４の矢印Ｃ２方向の端部に位置している。第１ドレン連通孔７６は、発電セル１４の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりも発電セル１４の一端側（矢印Ｂ１方向）にずれて位置している。換言すれば、第１ドレン連通孔７６は、第２燃料ガス出口連通孔２６ｂ２の下端よりも矢印Ｃ２方向（下方）に位置している。
In FIGS. 1, 3 and 4, the
第１ドレン連通孔７６は、積層方向（矢印Ａ方向）の端部に設けられた図示しない連通路を介して第１燃料ガス出口連通孔２６ｂ１及び第２燃料ガス出口連通孔２６ｂ２に連通している。すなわち、第１ドレン連通孔７６は、発電セル１４の運転時（発電時）に生成した生成水のうち第１燃料ガス出口連通孔２６ｂ１及び第２燃料ガス出口連通孔２６ｂ２に導かれたものを外部に排出する。
The first
第１ドレン連通孔７６は、第１セパレータ１８の外周部に形成された第１ドレン孔７６ａと、第２セパレータ２０の外周部に形成された第１ドレン孔７６ｂと、樹脂枠部材３０に形成された第１ドレン孔７６ｃとを含む。各第１ドレン孔７６ａ〜７６ｃは、円形状に形成されている。接合セパレータ３８に形成された第１ドレン孔７６ａ、７６ｂのそれぞれの直径は、樹脂枠部材３０に形成された第１ドレン孔７６ｃの直径よりも大きい。
The first
各発電セル１４の第２ドレン連通孔７８は、矢印Ａ方向に互いに連通している。第２ドレン連通孔７８は、発電セル１４の矢印Ｃ２方向の端部に位置している。第２ドレン連通孔７８は、発電セル１４の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりも発電セル１４の他端側（矢印Ｂ２方向）に位置している。換言すれば、第２ドレン連通孔７８は、第２酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２の下端よりも矢印Ｃ２方向（下方）に位置している。
The second drain communication holes 78 of each
第２ドレン連通孔７８は、積層方向（矢印Ａ方向）の端部に設けられた図示しない連通路を介して第１酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１及び第２酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２に連通している。すなわち、第２ドレン連通孔７８は、発電セル１４の運転時（発電時）に生成した生成水のうち第１酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１及び第２酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２に導かれたものを外部に排出する。
The second
第２ドレン連通孔７８は、第１セパレータ１８の外周部に形成された第２ドレン孔７８ａと、第２セパレータ２０の外周部に形成された第２ドレン孔７８ｂと、樹脂枠部材３０に形成された第２ドレン孔７８ｃとを含む。各第２ドレン孔７８ａ〜７８ｃは、円形状に形成されている。接合セパレータ３８に形成された第２ドレン孔７８ａ、７８ｂのそれぞれの直径は、樹脂枠部材３０に形成された第２ドレン孔７８ｃの直径と同じである。ただし、第２ドレン孔７８ａ〜７８ｃの大きさ、形状、数、位置は、適宜変更可能である。
The second
各発電セル１４の空気抜き連通孔８０は、矢印Ａ方向に互いに連通している。空気抜き連通孔８０は、発電セル１４の矢印Ｃ１方向の端部に位置している。空気抜き連通孔８０は、発電セル１４の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりも発電セル１４の他端側（矢印Ｂ２方向）にずれて位置している。具体的に、空気抜き連通孔８０は、発電セル１４の矢印Ｃ１方向及び矢印Ｂ２方向の角部に位置している。空気抜き連通孔８０は、第１冷却媒体出口連通孔２４ｂ１の上端よりも矢印Ｃ１方向（上方）に位置している。
The air vent communication holes 80 of each
空気抜き連通孔８０は、図示しない連通孔を介して第１冷却媒体出口連通孔２４ｂ１及び第２冷却媒体出口連通孔２４ｂ２に連通している。すなわち、空気抜き連通孔８０は、冷却媒体中の空気を外部に排出する。空気抜き連通孔８０と第１ドレン連通孔７６とは、略対角位置に配置される。空気抜き連通孔８０は、第１セパレータ１８の外周部に形成された空気抜き孔８０ａと、第２セパレータ２０の外周部に形成された空気抜き孔８０ｂと、樹脂枠部材３０に形成された空気抜き孔８０ｃとを含む。各空気抜き孔８０ａ〜８０ｃは、円形状に形成されている。接合セパレータ３８に形成された空気抜き孔８０ａ、８０ｂのそれぞれの直径は、樹脂枠部材３０に形成された空気抜き孔８０ｃの直径よりも大きい。
The air
図３において、第１セパレータ１８には、第１ドレン孔７６ａを周回するドレンシール部８２と、第２ドレン孔７８ａを周回するドレンシール部８４と、空気抜き孔８０ａを周回するエアシール部８６とが設けられている。これらドレンシール部８２、８４及びエアシール部８６は、上述した第１シール部４６と同様に形成される。ただし、ドレンシール部８２、８４及びエアシール部８６は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。
In FIG. 3, the
図４に示すように、第２セパレータ２０には、第１ドレン孔７６ｂを周回するドレンシール部８８と、第２ドレン孔７８ｂを周回するドレンシール部９０と、空気抜き孔８０ｂを周回するエアシール部９２とが設けられている。これらドレンシール部８８、９０及びエアシール部９２は、上述した第２シール部６２と同様に形成される。ただし、ドレンシール部８８、９０及びエアシール部９２は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。
As shown in FIG. 4, the
図３において、第１セパレータ１８の外周部には、第１セパレータ１８の外周部から外方に突出した第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂと、６つの溶着用の開口部９６ａ〜９６ｆとが設けられている。なお、開口部９６ａ〜９６ｆの数は、６つに限定されない。
In FIG. 3, the outer peripheral portion of the
第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂは、燃料電池スタック１２に矢印Ｂ方向の外部荷重が作用した際に、燃料電池スタック１２の図示しない支持部材に係合することによって当該外部荷重を受ける荷重受け部として機能する。これにより、燃料電池スタック１２に矢印Ｂ方向の外部荷重が作用した際に、接合セパレータ３８が矢印Ｂ方向に位置ずれすることを抑えることができる。
The
第１タブ９４ａは、第１セパレータ１８の矢印Ｃ２方向の外縁部に位置している。第１タブ９４ａは、第１セパレータ１８の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりも第１セパレータ１８の一端側（矢印Ｂ１方向）にずれて位置している。ただし、第１タブ９４ａは、第１セパレータ１８の長手方向の略中央に位置してもよい。第１タブ９４ａは、第１セパレータ１８の外周部に固定された取付部９８と、取付部９８から矢印Ｃ２方向に突出したタブ本体１００とを有する。取付部９８は、接合部１０１によって第１セパレータ１８の外周部に接合されている。接合部１０１は、スポット溶接、レーザ溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ろう付け等によって形成される。
The
タブ本体１００は、取付部９８に連結した芯金１０２と、芯金１０２を覆う樹脂部材１０４とを含む。芯金１０２と取付部９８とは、金属板を打ち抜くことにより一体的に成形される。樹脂部材１０４は、電気的絶縁性を有する。樹脂部材１０４を構成する材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
The
第１タブ９４ａのタブ本体１００の中央部には、樹脂部材１０４に円形状の第１貫通孔１０６ａが形成されている。第１貫通孔１０６ａは、ＭＥＡ２８の樹脂枠部材３０の外形よりも外方に位置している。すなわち、セパレータ厚さ方向から見て、第１貫通孔１０６ａは、樹脂枠部材３０とは重ならない。第１貫通孔１０６ａは、第１ドレン連通孔７６に対して近接している。第１貫通孔１０６ａの直径は、樹脂枠部材３０に形成された第１ドレン連通孔７６（第１ドレン孔７６ａ、７６ｂ、７６ｃ）のいずれの直径よりも大きい。
In the central portion of the
第２タブ９４ｂは、第１セパレータ１８の矢印Ｃ１方向の外縁部に位置している。第２タブ９４ｂは、第１セパレータ１８の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりも第１セパレータ１８の他端側（矢印Ｂ２方向）にずれて位置している。第２タブ９４ｂは、第１セパレータ１８の長手方向の略中央に位置してもよい。第２タブ９４ｂは、上述した第１タブ９４ａと同様に構成されている。そのため、第２タブ９４ｂの詳細な構成の説明については省略する。
The
第２タブ９４ｂのタブ本体１００の中央部には、樹脂部材１０４に円形状の第２貫通孔１０６ｂが形成されている。第２貫通孔１０６ｂは、ＭＥＡ２８の樹脂枠部材３０の外形よりも外方に位置している。すなわち、セパレータ厚さ方向から見て、第２貫通孔１０６ｂは、樹脂枠部材３０とは重ならない。第２貫通孔１０６ｂは、空気抜き連通孔８０に対して近接している。第２貫通孔１０６ｂの直径は、樹脂枠部材３０に形成された空気抜き連通孔８０（空気抜き孔８０ａ、８０ｂ、８０ｃ）のいずれの直径よりも大きい。
A circular second through
図３に示すように、開口部９６ａ〜９６ｆは、燃料電池用部材１０を製造する際に、第２セパレータ２０と樹脂枠部材３０とを溶着する際に熱源（例えば、レーザ光Ｌ）が通る孔である（図１１Ａ参照）。つまり、接合セパレータ３８（第２セパレータ２０）は、開口部９６ａ〜９６ｆの位置で樹脂枠部材３０に対して溶着されている。なお、開口部９６ａ〜９６ｆは、第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０のいずれか一方に設ければよい。
As shown in FIG. 3, the
３つの開口部９６ａ〜９６ｃは、第１セパレータ１８の一端部（矢印Ｂ１方向の端部）に位置している。具体的に、開口部９６ａは、第１燃料ガス出口連通孔２６ｂ１及び第１冷却媒体入口連通孔２４ａ１に近接している。開口部９６ｂは、第２冷却媒体入口連通孔２４ａ２及び第２燃料ガス出口連通孔２６ｂ２に近接している。開口部９６ｃは、第１ドレン孔７６ａに対して矢印Ｂ１方向に近接している。
The three
３つの開口部９６ｄ〜９６ｆは、第１セパレータ１８の他端部（矢印Ｂ２方向の端部）に位置している。具体的に、開口部９６ｄは、第１酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１及び第１冷却媒体出口連通孔２４ｂ１に近接している。開口部９６ｅは、第２冷却媒体出口連通孔２４ｂ２及び第２酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２に近接している。開口部９６ｆは、第２ドレン孔７８ａに対して矢印Ｂ２方向に近接している。
The three
次に、このように構成される燃料電池スタック１２の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、図１に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから第１セパレータ１８の酸化剤ガス流路４０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８のカソード電極３４に供給される。
First, as shown in FIG. 1, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２６ａから第２セパレータ２０の燃料ガス流路５６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路５６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８のアノード電極３６に供給される。
On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas
従って、各ＭＥＡ２８では、カソード電極３４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３６に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層及び第２電極触媒層内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
Therefore, in each
次いで、カソード電極３４に供給されて消費された酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１及び第２酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２に分かれて流入し矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３６に供給されて消費された燃料ガスは、第１燃料ガス出口連通孔２６ｂ１及び第２燃料ガス出口連通孔２６ｂ２に分かれて流入し矢印Ａ方向に排出される。
Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the
また、冷却媒体入口連通孔２４ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１セパレータ１８と第２セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路７２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ２８を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２４ｂから排出される。
Further, as shown in FIG. 1, the cooling medium supplied to the cooling medium
次に、上述した燃料電池スタック１２を形成する燃料電池用部材１０の製造方法について説明する。燃料電池用部材１０は、樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材１１とが互いに積層された後で溶着されたものである。セパレータ部材１１は、接合セパレータ３８と第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂとを有する。すなわち、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池用部材１０が積層されて構成される。
Next, a method of manufacturing the
図５Ａに示すように、燃料電池用部材１０の製造方法は、第１準備工程、第２準備工程、積層工程及び接合工程を含む。
As shown in FIG. 5A, the method for manufacturing the
図６に示すように、第１準備工程（図５ＡのステップＳ１）では、樹脂枠付きＭＥＡ１６を準備する。この準備工程では、円形状の第１位置決め孔１１０と、円形状の第２位置決め孔１１２とをプレス成形等により樹脂枠部材３０に形成する。本実施形態において、第１位置決め孔１１０は、第１ドレン孔７６ｃであり、第２位置決め孔１１２は、空気抜き孔８０ｃである。
As shown in FIG. 6, in the first preparation step (step S1 in FIG. 5A), the
第１位置決め孔１１０（第１ドレン孔７６ｃ）の第１直径Ｄ１は、セパレータ部材１１の第１ドレン孔７６ａ、７６ｂのそれぞれの直径よりも小さい（図９Ａ参照）。第２位置決め孔１１２（空気抜き孔８０ｃ）の第２直径Ｄ２は、セパレータ部材１１の空気抜き孔８０ａ、８０ｂのそれぞれの直径よりも小さい（図９Ｂ参照）。第１直径Ｄ１は、第２直径Ｄ２と同じである。ただし、第１直径Ｄ１と第２直径Ｄ２とは、互いに異なってもよい。
The first diameter D1 of the first positioning hole 110 (
第２準備工程（図５ＡのステップＳ２）では、セパレータ部材１１を準備する。図６に示すように、第２準備工程では、円形状の第３位置決め孔１１４と、円形状の第４位置決め孔１１６とをセパレータ部材１１の外周部に形成する。本実施形態において、第３位置決め孔１１４は、第１タブ９４ａの第１貫通孔１０６ａであり、第４位置決め孔１１６は、第２タブ９４ｂの第２貫通孔１０６ｂである。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、第３位置決め孔１１４（第１貫通孔１０６ａ）の第３直径Ｄ３は、第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２よりも大きく、第４位置決め孔１１６（第２貫通孔１０６ｂ）の第４直径Ｄ４と同じである。ただし、第３直径Ｄ３と第４直径Ｄ４とは、互いに異なってもよい。
In the second preparation step (step S2 in FIG. 5A), the
積層工程（図５ＡのステップＳ３）では、図６に示すように、位置決め装置１２０を用いて樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材１１とを互いに位置決めした状態で積層する。位置決め装置１２０は、鉄合金からなるベース基板１２２、第１丸ピン１２４、第１角ピン１２６、第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０を有する。ベース基板１２２は、矩形状の平板部材である。第１丸ピン１２４、第２丸ピン１２８、第１角ピン１２６及び第２角ピン１３０のそれぞれは、ベース基板１２２の平坦な面１２２ａから同じ方向に突出している。
In the laminating step (step S3 of FIG. 5A), as shown in FIG. 6, the
第１丸ピン１２４及び第２丸ピン１２８は、互いに近接している。第１角ピン１２６及び第２角ピン１３０は、互いに近接している。第２丸ピン１２８は、第１角ピン１２６及び第２角ピン１３０よりも第１丸ピン１２４に近い。第２角ピン１３０は、第１丸ピン１２４及び第２丸ピン１２８よりも第１角ピン１２６に近い。
The first
図８Ａ及び図９Ａにおいて、第１丸ピン１２４は、ベース基板１２２に取り付けられた第１固定部１３２と、第１固定部１３２から突出して第１位置決め孔１１０に挿入される第１テーパ部１３４とを有する。第１固定部１３２は、ベース基板１２２の面１２２ａに形成された第１穴１３６に嵌入される。
In FIGS. 8A and 9A, the first
第１テーパ部１３４は、円形状の横断面を有する。第１テーパ部１３４は、その突出端（先端）に向かってテーパ状に縮径している。第１テーパ部１３４の第１テーパ角度θ１（第１丸ピン１２４の軸線と第１テーパ面１３４ａとのなす角度）は、２．０°以上５．０°以下が好ましく、３．０°以上４．０°以下がより好ましい。第１テーパ部１３４の最大直径ｄ１（第１テーパ部１３４の基端の直径）は、第１直径Ｄ１と同じ又は第１直径Ｄ１よりも大きい。第１テーパ部１３４の最小直径（第１テーパ部１３４の先端の直径）は、第１直径Ｄ１よりも小さい。
The first
図８Ｂ及び図９Ｂに示すように、第１角ピン１２６は、ベース基板１２２に取り付けられた第２固定部１３８と、第２固定部１３８から突出して第２位置決め孔１１２に挿入される第１角部１４０とを有する。第２固定部１３８は、円形状の横断面を有する（図６参照）。第２固定部１３８は、ベース基板１２２の面１２２ａに形成された第２穴１４２に嵌入される。
As shown in FIGS. 8B and 9B, the first
図６、図７及び図８Ｂにおいて、第１角部１４０は、いわゆるダイヤピンであって、一方向に延びた多角形状の横断面を有する。本実施形態では、第１角部１４０は、略六角形状の横断面を有する。具体的に、図８Ｂに示すように、第１角部１４０は、円柱状部材の外周部の一部を切り欠くことによって形成される。換言すれば、第１角部１４０の外周面は、円柱状部材の外周部を切り欠くことで形成された４つの平面１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄと、円柱状部材の外周部の切り欠かれていない部分である２つの円弧面１４３ａ、１４３ｂとを含む。
In FIGS. 6, 7 and 8B, the
２つの平面１４１ａ、１４１ｂは、第１角部１４０の周方向に互いに隣接し、２つの平面１４１ｃ、１４１ｄは、第１角部１４０の周方向に互いに隣接している。平面１４１ａと平面１４１ｄとは、第１角部１４０の軸線Ａｘ１を挟んで互いに平行に延在し、平面１４１ｂと平面１４１ｃとは、第１角部１４０の軸線Ａｘ１を挟んで互いに平行に延在している。各平面１４１ａ〜１４１ｄの幅寸法は、互いに同じである。
The two
２つの円弧面１４３ａ、１４３ｂは、第１角部１４０の軸線Ａｘ１を挟むように位置している。つまり、円弧面１４３ａは平面１４１ａと平面１４１ｃとに連結し、円弧面１４３ｂは平面１４１ｂと平面１４１ｄとに連結している。２つの円弧面１４３ａ、１４３ｂの円弧の長さは、互いに同じである。各円弧面１４３ａ、１４３ｂの周方向の中心と第１角部１４０の軸線Ａｘ１とを結ぶ線Ｌａは、第１丸ピン１２４の軸線Ａｘ２と第１角部１４０の軸線Ａｘ１とを結ぶ線Ｌｂに対して直交する（図７参照）。すなわち、第１角部１４０は、樹脂枠付きＭＥＡ１６の第１丸ピン１２４に対する周方向（回転する方向）の位置決めを行うためのものである。図９Ｂに示すように、第１角部１４０の横断面において、長手方向の第１長さＬ１は、第２直径Ｄ２の長さよりも数μｍ〜数十μｍ程度短い。
The two
図８Ａ及び図１０Ａにおいて、第２丸ピン１２８は、ベース基板１２２に取り付けられた第３固定部１４４と、第３固定部１４４から突出して第３位置決め孔１１４に挿入される第２テーパ部１４６とを有する。第３固定部１４４は、ベース基板１２２の面１２２ａに形成された第３穴１４８に嵌入されている。
In FIGS. 8A and 10A, the second
第２テーパ部１４６は、円形状の横断面を有する。第２テーパ部１４６は、その突出端（先端）に向かってテーパ状に縮径している。第２テーパ部１４６の第２テーパ角度θ２（第２丸ピン１２８の軸線と第２テーパ面１４６ａとのなす角度）は、２．０°以上５．０°以下が好ましく、３．０°以上４．０°以下がより好ましい。第２テーパ部１４６の最大直径ｄ２（第２テーパ部１４６の基端の直径）は、第３直径Ｄ３と同じ又は第３直径Ｄ３よりも大きい。第２テーパ部１４６の最大直径ｄ２は、第１テーパ部１３４の最大直径ｄ１よりも大きい。第２テーパ部１４６の最小直径（第２テーパ部１４６の先端の直径）は、第３直径Ｄ３よりも小さい。第２テーパ部１４６の最小直径は、第１テーパ部１３４の最小直径よりも大きい。
The second
図８Ｂ及び図１０Ｂに示すように、第２角ピン１３０は、ベース基板１２２に取り付けられた第４固定部１５０と、第４固定部１５０から突出して第４位置決め孔１１６に挿入される第２角部１５２とを有する。第４固定部１５０は、円形状の横断面を有する（図６参照）。第４固定部１５０は、ベース基板１２２の面１２２ａに形成された第４穴１５４に嵌入される。
As shown in FIGS. 8B and 10B, the second
図６、図７及び図８Ｂにおいて、第２角部１５２は、いわゆるダイヤピンであって、一方向に延びた多角形状の横断面を有する。本実施形態では、第２角部１５２は、略六角形状の横断面を有する。具体的に、図８Ｂに示すように、第２角部１５２は、円柱状部材の外周部の一部を切り欠くことによって形成される。換言すれば、第２角部１５２の外周面は、円柱状部材の外周部を切り欠くことで形成された４つの平面１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄと、円柱状部材の外周部の切り欠かれていない部分である２つの円弧面１５５ａ、１５５ｂとを含む。
In FIGS. 6, 7 and 8B, the
２つの平面１５３ａ、１５３ｂは、第２角部１５２の周方向に互いに隣接し、２つの平面１５３ｃ、１５３ｄは、第２角部１５２の周方向に互いに隣接している。平面１５３ａと平面１５３ｄとは、第２角部１５２の軸線Ａｘ３を挟んで互いに平行に延在し、平面１５３ｂと平面１５３ｃとは、第２角部１５２の軸線Ａｘ３を挟んで互いに平行に延在している。各平面１５３ａ〜１５３ｄの幅寸法は、互いに同じである。
The two
２つの円弧面１５５ａ、１５５ｂは、第２角部１５２の軸線Ａｘ３を挟むように位置している。つまり、円弧面１５５ａは平面１５３ａと平面１５３ｃとに連結し、円弧面１５５ｂは平面１５３ｂと平面１５３ｄとに連結している。２つの円弧面１５５ａ、１５５ｂの円弧の長さは、互いに同じである。各円弧面１５５ａ、１５５ｂの周方向の中心と第２角部１５２の軸線Ａｘ３とを結ぶ線Ｌｃは、第２丸ピン１２８の軸線Ａｘ４と第１角部１４０の軸線Ａｘ３とを結ぶ線Ｌｄに対して直交する（図７参照）。すなわち、第２角部１５２は、セパレータ部材１１の第２丸ピン１２８に対する周方向（回転する方向）の位置決めを行うためのものである。図１０Ｂにおいて、第２角部１５２の横断面において、長手方向の第２長さＬ２は、第４直径Ｄ４の長さよりも数μｍ〜数十μｍ程度短い。第２長さＬ２は、第１角部１４０の第１長さＬ１よりも長い。
The two
図５Ｂに示すように、積層工程は、第１挿入工程（ステップＳ５）及び第２挿入工程（ステップＳ６）を含む。図６、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第１挿入工程では、第１丸ピン１２４を第１位置決め孔１１０に挿入するとともに第１角ピン１２６を第２位置決め孔１１２に挿入する。これにより、樹脂枠付きＭＥＡ１６が第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６によって位置決めされる。
As shown in FIG. 5B, the laminating step includes a first insertion step (step S5) and a second insertion step (step S6). As shown in FIGS. 6, 8A and 8B, in the first insertion step, the first
この際、第１テーパ面１３４ａには、第１位置決め孔１１０を形成する壁面のうちベース基板１２２側の角部Ｐ１（壁部）が当接する（図９Ａ参照）。そのため、ベース基板１２２の面１２２ａと樹脂枠部材３０との間には微少な（数μｍ〜数百μｍ程度の）隙間Ｓａが形成される。
At this time, the corner portion P1 (wall portion) on the
第２挿入工程では、第２丸ピン１２８を第３位置決め孔１１４に挿入するとともに第２角ピン１３０を第４位置決め孔１１６に挿入する。これにより、セパレータ部材１１が第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０によって位置決めされる。
In the second insertion step, the second
この際、セパレータ部材１１の第１ドレン孔７６ａ、７６ｂは、第１丸ピン１２４に挿入される（図９Ａ参照）。また、セパレータ部材１１の空気抜き孔８０ａ、８０ｂは、第１角ピン１２６に挿入される（図９Ｂ参照）。これにより、第２挿入工程の際に、第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６がセパレータ部材１１に干渉することはない。第２テーパ面１４６ａには、第３位置決め孔１１４を形成する壁面のうちベース基板１２２側の角部Ｐ２（壁部）が当接する（図１０Ａ参照）。そのため、ベース基板１２２の面１２２ａと第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂとの間には微少な（数μｍ〜数百μｍ程度の）隙間Ｓｂが形成される。
At this time, the
接合工程（図５ＡのステップＳ４）では、図７に示すように、セパレータ部材１１の外周部と樹脂枠部材３０とを互いに第１セパレータ１８の各開口部９６ａ〜９６ｆの位置で溶着する。具体的に、図１１Ａにおいて、第１セパレータ１８の開口部９６ａ〜９６ｆに挿入した押さえ部材１６０により第２セパレータ２０を樹脂枠部材３０に向かって押し付ける。これにより、セパレータ厚さ方向から見て、第１セパレータ１８の開口部９６ａ〜９６ｆの位置において、第２セパレータ２０と樹脂枠部材３０とが隙間無く密着する。なお、押さえ部材１６０には、レーザ光Ｌを通すことができる孔１６０ａが形成されている。
In the joining step (step S4 of FIG. 5A), as shown in FIG. 7, the outer peripheral portion of the
続いて、レーザ光Ｌを押さえ部材１６０の孔１６０ａ（開口部）を介して第２セパレータ２０にスポット状に照射する。これにより、第２セパレータ２０と樹脂枠部材３０とが溶着されて溶着部１６２ａ〜１６２ｆが形成される（図１１Ｂ参照）。なお、接合工程は、レーザ溶接に限定されず、加熱された棒状部材で第２セパレータ２０を押圧し、樹脂枠部材３０を溶融させて溶着部１６２ａ〜１６２ｆを形成してもよい。
Subsequently, the laser beam L is irradiated to the
本実施形態に係る燃料電池用部材１０の製造方法は、以下の効果を奏する。
The method for manufacturing the
燃料電池用部材１０の製造方法は、樹脂枠付きＭＥＡ１６を準備する第１準備工程と、セパレータ部材１１を準備する第２準備工程と、樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材１１とを互いに位置決めした状態で積層する積層工程とを含む。
The method for manufacturing the
第１準備工程では、円形状の横断面を有する第１丸ピン１２４が挿入可能な第１位置決め孔１１０と、多角形状の横断面を有する第１角ピン１２６が挿入可能な第２位置決め孔１１２とを樹脂枠部材３０に形成する。第２準備工程では、円形状の横断面を有する第２丸ピン１２８が挿入可能な第３位置決め孔１１４と、多角形状の横断面を有する第２角ピン１３０が挿入可能な第４位置決め孔１１６とをセパレータ部材１１の外周部に形成する。
In the first preparation step, the
積層工程は、第１丸ピン１２４を第１位置決め孔１１０に挿入するとともに第１角ピン１２６を第２位置決め孔１１２に挿入する第１挿入工程と、第２丸ピン１２８を第３位置決め孔１１４に挿入するとともに第２角ピン１３０を第４位置決め孔１１６に挿入する第２挿入工程とを含む。
The laminating step includes a first insertion step of inserting the first
このような方法によれば、第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６は、セパレータ部材１１の位置決めに関与しない。そのため、第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６を樹脂枠付きＭＥＡ１６に適した大きさ及び位置に設定することができる。よって、樹脂枠付きＭＥＡ１６を第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６によって精度よく位置決めすることができる。また、第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０は、樹脂枠付きＭＥＡ１６の位置決めに関与しない。そのため、第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０をセパレータ部材１１の位置決めに適した大きさ及び位置に設定することができる。よって、セパレータ部材１１を第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０によって精度よく位置決めすることができる。従って、樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材１１との位置決め精度を向上させることができる。
According to such a method, the first
第１丸ピン１２４及び第２丸ピン１２８は、互いに近接するようにベース基板１２２に配置されている。第１角ピン１２６及び第２角ピン１３０は、互いに近接するようにベース基板１２２に配置されている。
The first
この場合、樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材１１との位置決め精度を効果的に向上させることができる。
In this case, the positioning accuracy between the
第１丸ピン１２４は、先端に向かってテーパ状に縮径した第１テーパ部１３４を有し、第２丸ピン１２８は、先端に向かってテーパ状に縮径した第２テーパ部１４６を有する。第１挿入工程では、第１テーパ部１３４に対して第１位置決め孔１１０を形成する壁部（角部Ｐ１）を当接させ、第２挿入工程では、第２テーパ部１４６に対して第２位置決め孔１１２を形成する壁部（角部Ｐ２）を当接させる。
The first
このような方法によれば、第１テーパ部１３４の外周と第１位置決め孔１１０の内周との間に隙間が発生しないため、樹脂枠付きＭＥＡ１６の位置決め精度を一層向上させることができる。また、第２テーパ部１４６の外周と第２位置決め孔１１２の内周との間に隙間が発生しないため、セパレータ部材１１の位置決め精度を一層向上させることができる。
According to such a method, since no gap is generated between the outer circumference of the first
第３位置決め孔１１４及び第４位置決め孔１１６は、樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材１１とが互いに積層された状態で、樹脂枠部材３０よりも外方に位置している。
The
このような方法によれば、第２挿入工程において、第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０が樹脂枠部材３０に干渉することを防止できる。
According to such a method, it is possible to prevent the second
セパレータ部材１１は、第１セパレータ１８の外周部から外方に突出した第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂを有する。第２準備工程では、第１タブ９４ａに第３位置決め孔１１４を形成するとともに第２タブ９４ｂに第４位置決め孔１１６を形成する
The
このような方法によれば、第１セパレータ１８を必要以上に大きくすることなく、第３位置決め孔１１４及び第４位置決め孔１１６を樹脂枠部材３０よりも外方に位置させることができる。
According to such a method, the
第２準備工程では、ＭＥＡ２８を冷却する冷却媒体に混在する空気を排出するための円形状の空気抜き孔８０ａ、８０ｂと、ＭＥＡ２８の発電反応により発生する液状水を排水するための円形状の第１ドレン孔７６ａ、７６ｂと、をセパレータ部材１１に形成する。第１ドレン孔７６ａ、７６ｂの直径は、第１位置決め孔１１０の第１直径Ｄ１よりも大きく、空気抜き孔８０ａ、８０ｂの直径は、第２位置決め孔１１２の第２直径Ｄ２よりも大きい。積層工程（第２挿入工程）では、第１丸ピン１２４を第１ドレン孔７６ａ、７６ｂに挿通させるとともに第１角ピン１２６を空気抜き孔８０ａ、８０ｂに挿通させる。
In the second preparatory step, the circular air vent holes 80a and 80b for discharging the air mixed in the cooling medium for cooling the MEA28 and the circular first for draining the liquid water generated by the power generation reaction of the MEA28. Drain holes 76a and 76b are formed in the
このような方法によれば、積層工程（第２挿入工程）において、セパレータ部材１１の空気抜き孔８０ａ、８０ｂ及び第１ドレン孔７６ａ、７６ｂを流用して、第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６がセパレータ部材１１に干渉することを防止できる。
According to such a method, in the laminating step (second insertion step), the air vent holes 80a and 80b and the
燃料電池用部材１０の製造方法は、積層工程の後で、セパレータ部材１１の外周部と樹脂枠部材３０とを互いに溶着する接合工程をさらに含む。
The method for manufacturing the
このような方法によれば、樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材１１とが互いに位置決めされた状態で溶着された燃料電池用部材１０を得ることができ、組立作業を容易に行うことができる。
According to such a method, the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。 The above embodiments can be summarized as follows.
上記実施形態は、電解質膜・電極構造体（２８）の外周部に樹脂枠部（３０）が枠状に配設されてなる樹脂枠付き電解質膜・電極構造体（１６）と、セパレータ部材（１１）とが互いに積層された燃料電池用部材（１０）の製造方法であって、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を準備する第１準備工程と、前記セパレータ部材を準備する第２準備工程と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とを互いに位置決めした状態で積層する積層工程と、を含み、前記第１準備工程では、円形状の横断面を有する第１丸ピン（１２４）が挿入可能な第１位置決め孔（１１０）と、多角形状の横断面を有する第１角ピン（１２６）が挿入可能な第２位置決め孔（１１２）とを前記樹脂枠部に形成し、前記第２準備工程では、円形状の横断面を有する第２丸ピン（１２８）が挿入可能な第３位置決め孔（１１４）と、多角形状の横断面を有する第２角ピン（１３０）が挿入可能な第４位置決め孔（１１６）とを前記セパレータ部材の外周部に形成し、前記積層工程は、前記第１丸ピンを前記第１位置決め孔に挿入するとともに前記第１角ピンを前記第２位置決め孔に挿入する第１挿入工程と、前記第２丸ピンを前記第３位置決め孔に挿入するとともに前記第２角ピンを前記第４位置決め孔に挿入する第２挿入工程と、を含む、燃料電池用部材の製造方法を開示している。 In the above embodiment, the electrolyte membrane / electrode structure (16) with a resin frame in which the resin frame portion (30) is arranged in a frame shape on the outer peripheral portion of the electrolyte membrane / electrode structure (28), and the separator member ( 11) is a method for manufacturing a fuel cell member (10) in which the above components are laminated on each other, the first preparation step for preparing the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame, and the second preparation for preparing the separator member. The first preparatory step includes a step and a laminating step of laminating the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame and the separator member in a state of being positioned with each other. A first positioning hole (110) into which a pin (124) can be inserted and a second positioning hole (112) into which a first square pin (126) having a polygonal cross section can be inserted are formed in the resin frame portion. In the second preparation step, the third positioning hole (114) into which the second round pin (128) having a circular cross section can be inserted and the second square pin (130) having a polygonal cross section are inserted. A fourth positioning hole (116) into which the first round pin can be inserted is formed on the outer peripheral portion of the separator member, and in the laminating step, the first round pin is inserted into the first positioning hole and the first square pin is inserted into the first corner pin. It includes a first insertion step of inserting into the second positioning hole and a second insertion step of inserting the second round pin into the third positioning hole and inserting the second square pin into the fourth positioning hole. Discloses a method for manufacturing fuel cell members.
上記の燃料電池用部材の製造方法において、前記第１丸ピン及び前記第２丸ピンは、互いに近接するようにベース基板（１２２）に配置され、前記第１角ピン及び前記第２角ピンは、互いに近接するように前記ベース基板に配置されてもよい。 In the method for manufacturing a fuel cell member, the first round pin and the second round pin are arranged on a base substrate (122) so as to be close to each other, and the first square pin and the second square pin are , They may be arranged on the base substrate so as to be close to each other.
上記の燃料電池用部材の製造方法において、前記第１丸ピンは、先端に向かってテーパ状に縮径した第１テーパ部（１３４）を有し、前記第２丸ピンは、先端に向かってテーパ状に縮径した第２テーパ部（１４６）を有し、前記第１挿入工程では、前記第１テーパ部に対して前記第１位置決め孔を形成する壁部を当接させ、前記第２挿入工程では、前記第２テーパ部に対して前記第２位置決め孔を形成する壁部を当接させてもよい。 In the method for manufacturing a fuel cell member, the first round pin has a first tapered portion (134) whose diameter is tapered toward the tip, and the second round pin is directed toward the tip. It has a second tapered portion (146) whose diameter is reduced in a tapered shape, and in the first insertion step, the wall portion forming the first positioning hole is brought into contact with the first tapered portion, and the second In the insertion step, the wall portion forming the second positioning hole may be brought into contact with the second tapered portion.
上記の燃料電池用部材の製造方法において、前記第３位置決め孔及び前記第４位置決め孔は、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とが互いに積層された状態で、前記樹脂枠部よりも外方に位置してもよい。 In the method for manufacturing a fuel cell member, the third positioning hole and the fourth positioning hole are formed in a state where the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame and the separator member are laminated on each other. It may be located outside the part.
上記の燃料電池用部材の製造方法において、前記セパレータ部材は、セパレータの外周部から外方に突出した第１タブ（９４ａ）及び第２タブ（９４ｂ）を有し、前記第２準備工程では、前記第１タブに前記第３位置決め孔を形成するとともに前記第２タブに前記第４位置決め孔を形成してもよい。 In the method for manufacturing a fuel cell member, the separator member has a first tab (94a) and a second tab (94b) protruding outward from the outer peripheral portion of the separator, and in the second preparation step, the separator member has a first tab (94a) and a second tab (94b). The third positioning hole may be formed in the first tab and the fourth positioning hole may be formed in the second tab.
上記の燃料電池用部材の製造方法において、前記第２準備工程では、前記電解質膜・電極構造体を冷却する冷却媒体に混在する空気を排出するための円形状の空気抜き孔（８０ａ、８０ｂ）と、前記電解質膜・電極構造体の発電反応により発生する液状水を排水するための円形状のドレン孔（７６ａ、７６ｂ）と、を前記セパレータ部材に形成し、前記空気抜き孔及び前記ドレン孔のそれぞれの直径は、前記第１位置決め孔及び前記第２位置決め孔のそれぞれの直径（Ｄ１、Ｄ２）よりも大きく、前記第１挿入工程では、前記第１丸ピン及び前記第１角ピンのいずれか一方を前記空気抜き孔に挿通させるとともに前記第１丸ピン及び前記第１角ピンのいずれか他方を前記ドレン孔に挿通させてもよい。 In the method for manufacturing the fuel cell member, in the second preparation step, a circular air vent hole (80a, 80b) for discharging air mixed in the cooling medium for cooling the electrolyte membrane / electrode structure is provided. , Circular drain holes (76a, 76b) for draining liquid water generated by the power generation reaction of the electrolyte membrane / electrode structure are formed in the separator member, and the air vent holes and the drain holes are respectively formed. Is larger than the respective diameters (D1 and D2) of the first positioning hole and the second positioning hole, and in the first insertion step, either one of the first round pin and the first square pin May be inserted into the air vent hole and either the first round pin or the first square pin may be inserted into the drain hole.
上記の燃料電池用部材の製造方法において、前記積層工程の後で、前記セパレータ部材の外周部と前記樹脂枠部とを互いに溶着する接合工程をさらに含んでもよい。 In the above method for manufacturing a fuel cell member, after the laminating step, a joining step of welding the outer peripheral portion of the separator member and the resin frame portion to each other may be further included.
１０…燃料電池用部材 １１…セパレータ部材
１６…樹脂枠付きＭＥＡ（樹脂枠付き電解質膜・電極構造体）
２８…ＭＥＡ（電解質膜・電極構造体）
３０…樹脂枠部材（樹脂枠部） ９４ａ…第１タブ
９４ｂ…第２タブ １１０…第１位置決め孔
１１２…第２位置決め孔 １１４…第３位置決め孔
１１６…第４位置決め孔 １２２…ベース基板
１２４…第１丸ピン １２６…第１角ピン
１２８…第２丸ピン １３０…第２角ピン
１３４…第１テーパ部 １４６…第２テーパ部
10 ...
28 ... MEA (electrolyte membrane / electrode structure)
30 ... Resin frame member (resin frame portion) 94a ...
Claims (7)
前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を準備する第１準備工程と、
前記セパレータ部材を準備する第２準備工程と、
前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とを互いに位置決めした状態で積層する積層工程と、を含み、
前記第１準備工程では、円形状の横断面を有する第１丸ピンが挿入可能な第１位置決め孔と、多角形状の横断面を有する第１角ピンが挿入可能な第２位置決め孔とを前記樹脂枠部に形成し、
前記第２準備工程では、円形状の横断面を有する第２丸ピンが挿入可能な第３位置決め孔と、多角形状の横断面を有する第２角ピンが挿入可能な第４位置決め孔とを前記セパレータ部材の外周部に形成し、
前記積層工程は、
前記第１丸ピンを前記第１位置決め孔に挿入するとともに前記第１角ピンを前記第２位置決め孔に挿入する第１挿入工程と、
前記第２丸ピンを前記第３位置決め孔に挿入するとともに前記第２角ピンを前記第４位置決め孔に挿入する第２挿入工程と、を含む、燃料電池用部材の製造方法。 This is a method for manufacturing a fuel cell member in which a resin framed electrolyte membrane / electrode structure in which a resin frame portion is arranged in a frame shape on the outer peripheral portion of the electrolyte membrane / electrode structure and a separator member are laminated on each other. hand,
The first preparatory step for preparing the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame, and
The second preparatory step for preparing the separator member and
Including a laminating step of laminating the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame and the separator member in a state of being positioned with each other.
In the first preparation step, the first positioning hole into which the first round pin having a circular cross section can be inserted and the second positioning hole into which the first square pin having a polygonal cross section can be inserted are described. Formed on the resin frame,
In the second preparation step, the third positioning hole into which the second round pin having a circular cross section can be inserted and the fourth positioning hole into which the second square pin having a polygonal cross section can be inserted are described. Formed on the outer periphery of the separator member,
The laminating step is
A first insertion step of inserting the first round pin into the first positioning hole and inserting the first square pin into the second positioning hole.
A method for manufacturing a fuel cell member, which comprises a second insertion step of inserting the second round pin into the third positioning hole and inserting the second square pin into the fourth positioning hole.
前記第１丸ピン及び前記第２丸ピンは、互いに近接するようにベース基板に配置され、
前記第１角ピン及び前記第２角ピンは、互いに近接するように前記ベース基板に配置されている、燃料電池用部材の製造方法。 The method for manufacturing a fuel cell member according to claim 1.
The first round pin and the second round pin are arranged on the base substrate so as to be close to each other.
A method for manufacturing a fuel cell member, wherein the first square pin and the second square pin are arranged on the base substrate so as to be close to each other.
前記第１丸ピンは、先端に向かってテーパ状に縮径した第１テーパ部を有し、
前記第２丸ピンは、先端に向かってテーパ状に縮径した第２テーパ部を有し、
前記第１挿入工程では、前記第１テーパ部に対して前記第１位置決め孔を形成する壁部を当接させ、
前記第２挿入工程では、前記第２テーパ部に対して前記第２位置決め孔を形成する壁部を当接させる、燃料電池用部材の製造方法。 The method for manufacturing a fuel cell member according to claim 1 or 2.
The first round pin has a first tapered portion whose diameter is tapered toward the tip.
The second round pin has a second tapered portion whose diameter is tapered toward the tip.
In the first insertion step, the wall portion forming the first positioning hole is brought into contact with the first tapered portion.
In the second insertion step, a method for manufacturing a fuel cell member in which a wall portion forming the second positioning hole is brought into contact with the second tapered portion.
前記第３位置決め孔及び前記第４位置決め孔は、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とが互いに積層された状態で、前記樹脂枠部よりも外方に位置している、燃料電池用部材の製造方法。 The method for manufacturing a fuel cell member according to any one of claims 1 to 3.
The third positioning hole and the fourth positioning hole are located outside the resin frame portion in a state where the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame and the separator member are laminated on each other. A method for manufacturing fuel cell components.
前記セパレータ部材は、セパレータの外周部から外方に突出した第１タブ及び第２タブを有し、
前記第２準備工程では、前記第１タブに前記第３位置決め孔を形成するとともに前記第２タブに前記第４位置決め孔を形成する、燃料電池用部材の製造方法。 The method for manufacturing a fuel cell member according to claim 4.
The separator member has a first tab and a second tab protruding outward from the outer peripheral portion of the separator.
A method for manufacturing a fuel cell member, wherein in the second preparation step, the third positioning hole is formed in the first tab and the fourth positioning hole is formed in the second tab.
前記第２準備工程では、前記電解質膜・電極構造体を冷却する冷却媒体に混在する空気を排出するための円形状の空気抜き孔と、前記電解質膜・電極構造体の発電反応により発生する液状水を排水するための円形状のドレン孔と、を前記セパレータ部材に形成し、
前記空気抜き孔及び前記ドレン孔のそれぞれの直径は、前記第１位置決め孔及び前記第２位置決め孔のそれぞれの直径よりも大きく、
前記積層工程では、前記第１丸ピン及び前記第１角ピンのいずれか一方を前記空気抜き孔に挿通させるとともに前記第１丸ピン及び前記第１角ピンのいずれか他方を前記ドレン孔に挿通させる、燃料電池用部材の製造方法。 The method for manufacturing a fuel cell member according to any one of claims 1 to 5.
In the second preparation step, a circular air vent hole for discharging air mixed in the cooling medium for cooling the electrolyte membrane / electrode structure and liquid water generated by a power generation reaction of the electrolyte membrane / electrode structure are provided. A circular drain hole for draining water is formed in the separator member.
The diameter of each of the air vent hole and the drain hole is larger than the diameter of each of the first positioning hole and the second positioning hole.
In the laminating step, either one of the first round pin and the first square pin is inserted into the air vent hole, and one of the first round pin and the first square pin is inserted into the drain hole. , Manufacturing method of fuel cell parts.
前記積層工程の後で、前記セパレータ部材の外周部と前記樹脂枠部とを互いに溶着する接合工程をさらに含む、燃料電池用部材の製造方法。 The method for manufacturing a fuel cell member according to any one of claims 1 to 6.
A method for manufacturing a fuel cell member, further comprising a joining step of welding the outer peripheral portion of the separator member and the resin frame portion to each other after the laminating step.
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