JP6365359B2 - Manufacturing method of diffusion layer-equipped frame assembly - Google Patents

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Description

本発明は、拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a diffusion layer-equipped frame assembly.

燃料電池は、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly/MEA)を、ガスの拡散供給を図る拡散層(Gas Diffusion Layer/GDL)で挟持する。こうした燃料電池の製造では、帯状の電解質膜の上に所定の間隔を開けて電極触媒層を形成して、電極触媒層の上に拡散層(GDL)を形成することがなされている。その上で、拡散層がフレームの開口部に入り込むように、開口部を有するフレームを重ねて配設する手法が提案されている(例えば、特許文献1)。   In a fuel cell, a membrane electrode assembly (MEA) is sandwiched between diffusion layers (Gas Diffusion Layer / GDL) for supplying and supplying gas. In the manufacture of such a fuel cell, an electrode catalyst layer is formed on a strip-shaped electrolyte membrane at a predetermined interval, and a diffusion layer (GDL) is formed on the electrode catalyst layer. On top of that, there has been proposed a technique in which a frame having an opening is disposed so that the diffusion layer enters the opening of the frame (for example, Patent Document 1).

特開2005−129343号公報JP 2005-129343 A

フレームの開口部に拡散層を配設する際、開口部の中に拡散層が確実に配設されるようにすることが好ましい。ところで、拡散層は、所定の形状、例えば矩形形状に打ち抜きされ、その打ち抜きの際には、拡散層の形状寸法において、所定範囲の寸法公差が生じ得る。フレームの成形もしくは打ち抜きにあっても同様であり、フレームや開口部の形状寸法において、所定範囲の寸法公差が生じ得るので、拡散層とフレームについてそれぞれ許容される寸法公差の範囲において、両者に寸法相違が生じ得る。また、拡散層をフレームの開口部に配設する際にも、開口部に対する拡散層の配設ズレも起き得る。こうしたことを考慮しつつ開口部の中に拡散層が確実に配設されるようにするには、フレームの開口部のサイズ(面積)を拡散層のサイズ(面積)よりも大きくする必要があった。フレームを含む燃料電池全体のサイズ(面積)は、当然にフレームの開口部や拡散層のサイズ(面積)より大きいので、電極触媒層で挟まれた上で拡散層からガス供給を受ける発電領域のサイズ(面積)を確保するには、燃料電池全体では、フレームの開口部のサイズ(面積)を大きくする分、少なくともサイズアップが起きる。こうしたことを踏まえ、本願は、燃料電池サイズのコンパクト化をもたらし得る拡散層配設フレームアッセンブリーを提供することを課題とする。   When disposing a diffusion layer in the opening of the frame, it is preferable to ensure that the diffusion layer is disposed in the opening. By the way, the diffusion layer is punched into a predetermined shape, for example, a rectangular shape, and a dimensional tolerance within a predetermined range may occur in the shape and dimension of the diffusion layer at the time of punching. The same applies to the molding or punching of the frame, and there may be a dimensional tolerance within a predetermined range in the shape and dimensions of the frame and the opening. Therefore, the dimensions of both the diffusion layer and the frame are within the allowable dimensional tolerance range. Differences can occur. Further, when the diffusion layer is disposed in the opening of the frame, the disposition of the diffusion layer with respect to the opening can also occur. In consideration of this, in order to ensure that the diffusion layer is disposed in the opening, it is necessary to make the size (area) of the opening of the frame larger than the size (area) of the diffusion layer. It was. Since the size (area) of the entire fuel cell including the frame is naturally larger than the size (area) of the opening of the frame and the diffusion layer, the power generation region that receives gas supply from the diffusion layer after being sandwiched between the electrode catalyst layers is used. In order to ensure the size (area), at least the size of the fuel cell is increased by increasing the size (area) of the opening of the frame. In view of the above, it is an object of the present application to provide a diffusion layer-arranged frame assembly that can reduce the size of the fuel cell.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法が提供される。この拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法は、フレームと拡散層とを重ね合わせて配置する工程(a)と、重ね合わされた前記拡散層と前記フレームとに裁断刃を押し当てて前記拡散層と前記フレームとを重ねた状態で前記裁断刃により打ち抜き、打ち抜かれた前記拡散層と整合する形状を有する開口部を前記フレームに形成する工程(b)とを備え、前記工程(b)では、前記裁断刃を、前記拡散層の側の前記フレームの溶融を起こす温度まで加熱し、該加熱された状態の前記裁断刃にて前記打ち抜きを行う。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a diffusion layer-arranged frame assembly. The manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly includes a step (a) of arranging the frame and the diffusion layer in an overlapping manner, and pressing the cutting blade against the overlapped diffusion layer and the frame, Punching with the cutting blade in a state where the frame is overlaid, and forming an opening in the frame having a shape that matches the punched diffusion layer, and in the step (b), The cutting blade is heated to a temperature causing melting of the frame on the diffusion layer side, and the punching is performed with the cutting blade in the heated state.

この形態の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法は、打ち抜かれた拡散層の外郭形状を、フレームにおいて打ち抜かれた開口部の開口形状に整合させる。よって、この形態の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法によれば、打ち抜かれた拡散層の外郭形状と開口部の開口形状との整合により、開口部に対する拡散層の寸法相違をほぼゼロにすることで開口部のサイズを大きくする必要がなくなり、燃料電池セルのコンパクト化を実現できる。また、この形態の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法は、加熱された裁断刃による打ち抜きの際に、フレームを溶融させるので、溶融部位が冷えて硬化する際に、フレームの開口部の打ち抜き側周縁において、フレームと拡散層を接着して一体化させることも可能となる。よって、この形態の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法によれば、得られた拡散層配設フレームアッセンブリーにおいて、拡散層の位置ズレを抑制できる。このため、膜電極接合体や燃料電池の製造ラインへの搬送を行う際の取扱が容易となる。   In the manufacturing method of the diffusion layer-equipped frame assembly in this form, the outer shape of the punched diffusion layer is matched with the opening shape of the opening punched in the frame. Therefore, according to the manufacturing method of the diffusion layer-disposed frame assembly of this embodiment, the dimensional difference of the diffusion layer with respect to the opening is made substantially zero by matching the outer shape of the punched diffusion layer and the opening shape of the opening. Thus, it is not necessary to increase the size of the opening, and the fuel cell can be made compact. Further, in the manufacturing method of the diffusion layer-equipped frame assembly in this form, the frame is melted when punched with a heated cutting blade, so that when the melted portion cools and hardens, the punched side of the opening of the frame At the periphery, the frame and the diffusion layer can be bonded and integrated. Therefore, according to the manufacturing method of the diffusion layer-disposed frame assembly of this embodiment, the positional deviation of the diffusion layer can be suppressed in the obtained diffusion layer-disposed frame assembly. For this reason, the handling at the time of carrying to the production line of a membrane electrode assembly or a fuel cell becomes easy.

(2)上記形態の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法において、前記工程(b)では、前記拡散層及びフレームの位置を調整する打抜装置により、前記拡散層及びフレームを保持する工程と、記打抜装置に取り付けられた裁断刃により前記拡散層及びフレームを打ち抜く工程と、前記打抜装置により拡散層若しくはフレームの位置を調整して前記拡散層を前記フレームの開口部に入り込ませる工程とを行い、前記拡散層が前記フレームの開口部に入り込ませた後、前記裁断刃を復帰させるようにしてもよい。こうすれば、拡散層を開口部に入り込ませたまま、溶融部位の硬化によりフレームと拡散層を接着できるので、両者の接着の実効性が高まる。 (2) In the manufacturing method of the diffusion layer-disposed frame assembly of the above aspect, in the step (b), the step of holding the diffusion layer and the frame by a punching device that adjusts the positions of the diffusion layer and the frame; Punching the diffusion layer and the frame with a cutting blade attached to the punching device, adjusting the position of the diffusion layer or the frame with the punching device, and allowing the diffusion layer to enter the opening of the frame; The cutting blade may be returned after the diffusion layer has entered the opening of the frame. By doing so, the frame and the diffusion layer can be bonded by curing the melted part while the diffusion layer is inserted into the opening, so that the effectiveness of the bonding of both is enhanced.

(3)上記いずれかの形態の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法において、前記工程(b)では、加熱を受けると接着機能を発揮する接着剤層を前記拡散層の側の表層部位に有する前記フレームを、前記拡散層と共に前記裁断刃により打ち抜くようにしてもよい。こうすれば、接着剤層により、フレームと拡散層を、より高い実効性で接着できる。 (3) In the manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly according to any one of the above forms, in the step (b), an adhesive layer that exhibits an adhesive function when heated is provided on a surface layer portion on the diffusion layer side. The frame may be punched with the cutting blade together with the diffusion layer. In this way, the frame and the diffusion layer can be bonded with higher effectiveness by the adhesive layer.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、拡散層配設フレームアッセンブリーの製造装置の他、膜電極接合体や燃料電池の製造方法や製造装置などの形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various modes. For example, the present invention can be realized in the form of a manufacturing method and manufacturing apparatus of a membrane electrode assembly and a fuel cell, in addition to a manufacturing apparatus of a diffusion layer-arranged frame assembly.

実施形態としての拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの概略構成を部分断面と共に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the diffused layer arrangement | positioning frame assembly 140A as an embodiment with a partial cross section. 拡散層配設フレームアッセンブリー140Aが組み込まれた燃料電池スタック10の要部を図1における2−2線に沿って概略的に断面視して示す説明図である。2 is an explanatory diagram schematically showing a cross-sectional view of the main part of the fuel cell stack 10 in which a diffusion layer-arranged frame assembly 140A is incorporated, taken along line 2-2 in FIG. 拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造装置20を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the manufacturing apparatus 20 of the diffused layer arrangement | positioning flame | frame assembly 140A. 拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造工程の前半をシート搬送方向と交差するY方向に沿った打抜装置500の要部構成と並記して説明する説明図である。FIG. 10 is an explanatory view illustrating the first half of the manufacturing process of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A along with the main configuration of the punching device 500 along the Y direction intersecting the sheet conveying direction. 拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造工程の後半を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the second half of the manufacturing process of the diffused layer arrangement | positioning flame | frame assembly 140A. 打抜装置500の要部構成をシート搬送方向と交差するY方向に沿って断面視して機器動作挙動を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows apparatus operation | movement behavior by carrying out the cross sectional view of the principal part structure of the punching apparatus 500 along the Y direction which cross | intersects a sheet conveyance direction. 打抜装置500の要部構成をシート搬送方向(X方向)に沿って断面視して機器動作挙動を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows apparatus operation | movement behavior by carrying out the cross sectional view of the principal part structure of the punching apparatus 500 along a sheet conveyance direction (X direction). アノード側部材貼付装置30を用いた燃料電池用電極フレームアッセンブリー180の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the electrode frame assembly 180 for fuel cells using the anode side member sticking apparatus 30. FIG. 平板状の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aに補助フレーム142を併用した形態の燃料電池スタック10を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a fuel cell stack 10 in a form in which an auxiliary frame 142 is used in combination with a flat plate-like diffusion layer-equipped frame assembly 140A.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図1は実施形態としての拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの概略構成を部分断面と共に示す説明図であり、図2は拡散層配設フレームアッセンブリー140Aが組み込まれた燃料電池スタック10の要部を図1における2−2線に沿って概略的に断面視して示す説明図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of a diffusion layer-arranged frame assembly 140A as a preferred embodiment together with a partial cross section, and FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a cross-sectional view along line 2-2 in FIG.

図1に示すように、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aは、フレーム140とカソード側拡散層120とを有する。フレーム140は、2軸延伸ポリエチレン2,6−ナフタレート(PEN)やシンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)といった耐熱性を有する樹脂製の薄葉平板であり、これら樹脂のシート体から形成される。フレーム140は、中央領域に開口部141を備え、図におけるY軸方向左右に、燃料ガス、酸化剤ガス(空気)、冷媒の通過孔となるマニホールド118を有する。開口部141とマニホールド118は、後述の製造工程において形成される。また、フレーム140は、開口部141とマニホールド118の開口領域を除くフレーム表裏面に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いた熱硬化性の接着剤が塗膜形成された接着剤層140bを有する。この接着剤層140bは、フレームシート140sの状態で表裏面に形成済みであり、後述の製造工程において、開口部141とマニホールド118の開口領域に亘ってフレームと共に除去される。   As shown in FIG. 1, the diffusion layer-arranged frame assembly 140 </ b> A includes a frame 140 and a cathode-side diffusion layer 120. The frame 140 is a thin plate made of heat-resistant resin such as biaxially stretched polyethylene 2,6-naphthalate (PEN) or syndiotactic polystyrene resin (SPS), and is formed from a sheet of these resins. The frame 140 has an opening 141 in the central region, and has manifolds 118 that serve as passage holes for fuel gas, oxidant gas (air), and refrigerant on the left and right sides in the Y-axis direction in the drawing. The opening 141 and the manifold 118 are formed in a manufacturing process described later. The frame 140 has an adhesive layer 140b in which a thermosetting adhesive using an epoxy resin or a silicone resin is formed on the front and back surfaces of the frame excluding the opening 141 and the opening area of the manifold 118. The adhesive layer 140b has been formed on the front and back surfaces in the state of the frame sheet 140s, and is removed together with the frame over the opening 141 and the opening region of the manifold 118 in the manufacturing process described later.

カソード側拡散層120は、カーボンペーパーやカーボン不織布で形成されている。カソード側拡散層120は、後述の製造工程においてフレーム140の開口部141に嵌め込まれてフレーム140とともに搬送されるので、搬送中に開口部から落ちにくいように、張りのある材料で形成することが好ましい。この観点からは、カソード側拡散層120は、カ―ボン不織布よりもカーボンペーパーで形成することが好ましい。カソード側拡散層120は、開口部141よりもY軸方向に幅広のカソード側拡散層シート120s(カーボンペーパーのシート体)を用いて、後述の製造工程において形成される。   The cathode side diffusion layer 120 is formed of carbon paper or carbon nonwoven fabric. The cathode-side diffusion layer 120 is fitted into the opening 141 of the frame 140 and is transported together with the frame 140 in the manufacturing process described later. preferable. From this point of view, the cathode side diffusion layer 120 is preferably formed of carbon paper rather than carbon non-woven fabric. The cathode side diffusion layer 120 is formed in a manufacturing process described later using a cathode side diffusion layer sheet 120s (carbon paper sheet body) wider in the Y-axis direction than the opening 141.

上記した拡散層配設フレームアッセンブリー140Aが組み込まれた燃料電池スタック10は、図2に示すように、複数の発電ユニット100が直列に配置される構成を有している。発電ユニット100は、触媒層接合電解質膜110(Catalyst Coated Membrane)と、カソード側拡散層120と、アノード側拡散層130と、補強用の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aと、カソード側のセパレータプレート150と、アノード側のセパレータプレート160とを備える。触媒層接合電解質膜110は、プロトン伝導性の電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ塗工されたカソード側触媒層とアノード側触媒層とを備え、MEAを構成する。一実施形態では、アノード側触媒層は電解質膜の第1面の全領域にわたって塗工され、一方、カソード側触媒層は電解質膜の第2面のうちの一部の矩形領域(発電領域)のみに塗工されている。この理由は、アノード側触媒層は、カソード側触媒層に比べて単位面積当たりの触媒量が少なくて良い(典型的には1/2以下であり、例えば約1/3)ので、電解質膜の第1面の全領域に触媒を塗工しても過度の無駄とはならない反面、塗工工程が簡単になるからである。反対に、カソード側触媒層は、アノード側触媒層に比べて単位面積当たりの触媒量が多いので、一部の小さな領域のみに塗工することによって無駄な触媒を低減できるからである。アノード側拡散層130は、既述したカソード側拡散層120と同様、カーボンペーパーやカーボン不織布で形成されている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 10 in which the diffusion layer-arranged frame assembly 140 </ b> A is incorporated has a configuration in which a plurality of power generation units 100 are arranged in series. The power generation unit 100 includes a catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 (Catalyst Coated Membrane), a cathode side diffusion layer 120, an anode side diffusion layer 130, a reinforcing diffusion layer arrangement frame assembly 140A, and a cathode side separator plate 150. And a separator plate 160 on the anode side. The catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 includes a proton conductive electrolyte membrane, and a cathode side catalyst layer and an anode side catalyst layer respectively coated on both surfaces of the electrolyte membrane, and constitutes an MEA. In one embodiment, the anode side catalyst layer is applied over the entire area of the first surface of the electrolyte membrane, while the cathode side catalyst layer is only part of the rectangular area (power generation area) of the second surface of the electrolyte membrane. It is coated on. This is because the anode-side catalyst layer may have a smaller amount of catalyst per unit area than the cathode-side catalyst layer (typically 1/2 or less, for example, about 1/3). This is because applying the catalyst to the entire area of the first surface does not cause excessive waste, but the coating process is simplified. On the other hand, since the cathode side catalyst layer has a larger amount of catalyst per unit area than the anode side catalyst layer, it is possible to reduce useless catalyst by coating only a small area. The anode side diffusion layer 130 is made of carbon paper or carbon non-woven fabric, like the cathode side diffusion layer 120 described above.

カソード側拡散層120とアノード側拡散層130は、触媒層接合電解質膜110を挟持して、膜電極拡散層接合体(Membrane Electrode Gas−difusion―layer Assembly)を構成する。開口部141にカソード側拡散層120を嵌め込んだ拡散層配設フレームアッセンブリー140Aは、触媒層接合電解質膜110とアノード側拡散層130が一体となることで、後述の燃料電池用電極フレームアッセンブリー180を構成する。   The cathode side diffusion layer 120 and the anode side diffusion layer 130 constitute a membrane electrode diffusion layer assembly (Membrane Electrode Gas-diffusion-layer Assembly) with the catalyst layer bonding electrolyte membrane 110 interposed therebetween. The diffusion layer-disposed frame assembly 140A in which the cathode-side diffusion layer 120 is fitted in the opening 141 is formed by integrating the catalyst layer-bonded electrolyte membrane 110 and the anode-side diffusion layer 130, so that an electrode frame assembly 180 for a fuel cell, which will be described later. Configure.

図2に示すように、発電ユニット100では、触媒層接合電解質膜110の一方の面にカソード側拡散層120が配置され、触媒層接合電解質膜110の他方の面にアノード側拡散層130が配置される。本実施形態では、アノード側拡散層130の大きさは、触媒層接合電解質膜110の電解質膜の大きさとほぼ同じ大きさに形成されている。一方、カソード側拡散層120の大きさは、触媒層接合電解質膜110の電解質膜およびアノード側拡散層130の大きさよりも小さく形成されている。また、カソード側拡散層120は、触媒層接合電解質膜110におけるカソード側触媒層よりも小さい形状に形成されており、カソード側触媒層の領域内にカソード側拡散層120が収まるように配置されている。このため、カソード側拡散層120の端部が触媒層が存在しない電解質膜の位置に位置しても、カーボンペーパーの繊維が電解質膜に突き刺さるような事態を招き難くでき、電解質膜の損傷やクロスリークの発生を抑制できる。   As shown in FIG. 2, in the power generation unit 100, the cathode side diffusion layer 120 is disposed on one surface of the catalyst layer bonding electrolyte membrane 110, and the anode side diffusion layer 130 is disposed on the other surface of the catalyst layer bonding electrolyte membrane 110. Is done. In the present embodiment, the size of the anode side diffusion layer 130 is formed to be approximately the same as the size of the electrolyte membrane of the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110. On the other hand, the size of the cathode side diffusion layer 120 is smaller than the size of the electrolyte membrane of the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 and the anode side diffusion layer 130. Further, the cathode side diffusion layer 120 is formed in a shape smaller than the cathode side catalyst layer in the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110, and is arranged so that the cathode side diffusion layer 120 fits in the region of the cathode side catalyst layer. Yes. For this reason, even if the end portion of the cathode side diffusion layer 120 is located at the position of the electrolyte membrane where the catalyst layer does not exist, it is difficult to cause a situation in which the carbon paper fibers pierce the electrolyte membrane, and damage or crossing of the electrolyte membrane occurs. Leakage can be suppressed.

触媒層接合電解質膜110の全領域のうちでフレーム140と接着されている領域は、反応ガスが拡散せず発電に寄与しないため、カソード側触媒層が形成されていなくても良い。すなわち、フレーム140に、触媒層接合電解質膜110の電解質膜が直に接着されていてもよい。これにより、接着部分において、貴金属である触媒金属の使用量を低減できる。   Of the entire region of the catalyst layer bonding electrolyte membrane 110, the region bonded to the frame 140 does not diffuse the reaction gas and does not contribute to power generation. Therefore, the cathode side catalyst layer may not be formed. That is, the electrolyte membrane of the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 may be directly bonded to the frame 140. Thereby, the usage-amount of the catalyst metal which is a noble metal can be reduced in an adhesion part.

セパレータプレート150、160は、凹凸を有する金属製の板状部材であり、いわゆるエキスパンドメタルとして形成される。セパレータプレート150と、カソード側拡散層120との間には、酸素流路155が形成され、セパレータプレート160と、アノード側拡散層130との間には、水素流路165が形成され、セパレータプレート150と、セパレータプレート160との間には、冷媒流路170が形成されている。アノード側のセパレータプレート160は、アノード側拡散層130の周縁において、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aのフレーム140まで延び、フレーム140の接着剤層140bにて、フレーム140と接着される。つまり、セパレータプレート160は、アノード側拡散層130を取り囲む領域においてフレーム140と接着され、この領域において、凹凸が深くなるようにエキスパンドメタル手法にて形成される。   Separator plates 150 and 160 are metal plate-like members having irregularities, and are formed as so-called expanded metal. An oxygen flow path 155 is formed between the separator plate 150 and the cathode side diffusion layer 120, and a hydrogen flow path 165 is formed between the separator plate 160 and the anode side diffusion layer 130. A coolant channel 170 is formed between 150 and the separator plate 160. The anode-side separator plate 160 extends to the frame 140 of the diffusion layer-disposed frame assembly 140A at the periphery of the anode-side diffusion layer 130, and is bonded to the frame 140 by the adhesive layer 140b of the frame 140. That is, the separator plate 160 is bonded to the frame 140 in a region surrounding the anode-side diffusion layer 130, and is formed by an expanded metal method so that unevenness is deepened in this region.

次に、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aと燃料電池用電極フレームアッセンブリー180の製造工程について説明する。図3は拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造装置20を概略的に示す説明図である。製造装置20は、打抜装置500と、搬送装置600とを備える。搬送装置600は、拡散層シート繰出ローラ220と、フレームシート繰出ローラ240と、搬送ローラ250、260とを備える。拡散層シート繰出ローラ220は、カソード側拡散層シート120sが巻かれており、カソード側拡散層シート120sを繰り出す。フレームシート繰出ローラ240は、フレームシート140sが巻かれており、フレームシート140sを繰り出す。   Next, the manufacturing process of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A and the fuel cell electrode frame assembly 180 will be described. FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the manufacturing apparatus 20 of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A. The manufacturing apparatus 20 includes a punching device 500 and a conveying device 600. The conveying device 600 includes a diffusion layer sheet feeding roller 220, a frame sheet feeding roller 240, and conveying rollers 250 and 260. The diffusion layer sheet feeding roller 220 is wound with the cathode side diffusion layer sheet 120s and feeds the cathode side diffusion layer sheet 120s. The frame sheet feeding roller 240 is wound with the frame sheet 140s and feeds the frame sheet 140s.

搬送ローラ250は、カソード側拡散層シート120sとフレームシート140sとを重ねて打抜装置500に送る。打抜装置500は、カソード側拡散層シート120sからのカソード側拡散層120の打ち抜きと、裁断刃200によるフレームシート140sへの開口部141の打ち抜き形成と、マニホールド118の打ち抜き形成とを行うと共に、裁断刃200を抜くときにフレームシート140sの開口部にカソード側拡散層120を嵌め込む。搬送ローラ260のうちカソード側拡散層シート120s側の搬送ローラ260aは、カソード側拡散層シート120sの幅とほぼ同じ幅であるが、フレームシート140s側の搬送ローラ260bは、2分割されている。2つの搬送ローラ260bの間隔は、カソード側拡散層シート120sの幅よりも少し大きい。   The transport roller 250 superimposes the cathode side diffusion layer sheet 120s and the frame sheet 140s and sends them to the punching device 500. The punching device 500 performs the punching of the cathode diffusion layer 120 from the cathode diffusion layer sheet 120s, the punching formation of the opening 141 into the frame sheet 140s by the cutting blade 200, and the punching formation of the manifold 118. When the cutting blade 200 is pulled out, the cathode side diffusion layer 120 is fitted into the opening of the frame sheet 140s. Of the transport rollers 260, the transport roller 260a on the cathode diffusion layer sheet 120s side is substantially the same width as the cathode diffusion layer sheet 120s, but the transport roller 260b on the frame sheet 140s side is divided into two. The interval between the two transport rollers 260b is slightly larger than the width of the cathode side diffusion layer sheet 120s.

図4は拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造工程の前半をシート搬送方向と交差するY方向に沿った打抜装置500の要部構成と並記して説明する説明図であり、図5は拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造工程の後半を説明する説明図である。   FIG. 4 is an explanatory view illustrating the first half of the manufacturing process of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A along with the configuration of the main part of the punching device 500 along the Y direction intersecting the sheet conveying direction. It is explanatory drawing explaining the second half of the manufacturing process of the layer arrangement | positioning flame | frame assembly 140A.

拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造に当たっては、まず、図4に示すように、フレーム140を形成するためのシート材であるフレームシート140sに、カソード側拡散層120を形成するためのシート材であるカソード側拡散層シート120sを重ねる(ステップS10)。フレームシート140sと、カソード側拡散層シート120sは、いずれも開口部が形成されていないシート状である。   In the manufacture of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A, first, as shown in FIG. 4, a sheet material for forming the cathode-side diffusion layer 120 is formed on a frame sheet 140s that is a sheet material for forming the frame 140. A certain cathode side diffusion layer sheet 120s is stacked (step S10). Both the frame sheet 140s and the cathode-side diffusion layer sheet 120s have a sheet shape in which no opening is formed.

次いで、打抜装置500の裁断刃200をカソード側拡散層シート120sの側から押し当てて、カソード側拡散層シート120sとフレームシート140sとを重ねた状態で裁断刃200により打ち抜く(ステップS20)。裁断刃200は、ヒーター線202を内蔵し、このヒーター線202により、フレーム140の接着剤層140b(図1参照)を溶融可能な温度に加熱された状態とされ、この加熱状態で、カソード側拡散層シート120sとフレームシート140sとを打ち抜く(ステップS20)。裁断刃200の加熱温度は、接着剤層140bを構成する接着剤の熱硬化性状に応じて、予め規定されている。   Next, the cutting blade 200 of the punching device 500 is pressed from the cathode-side diffusion layer sheet 120s side, and the cathode-side diffusion layer sheet 120s and the frame sheet 140s are punched by the cutting blade 200 (step S20). The cutting blade 200 incorporates a heater wire 202, and the heater wire 202 heats the adhesive layer 140b (see FIG. 1) of the frame 140 to a temperature at which it can be melted. The diffusion layer sheet 120s and the frame sheet 140s are punched out (step S20). The heating temperature of the cutting blade 200 is defined in advance according to the thermosetting property of the adhesive constituting the adhesive layer 140b.

裁断刃200は、図1に示す開口部141の矩形状の内周形状をなすよう矩形の環状形状とされている。裁断刃200による同時打ち抜きにより、フレーム140の開口部141にカソード側拡散層120が嵌め込まれた拡散層配設フレームアッセンブリー140Aが形成され、フレーム140には、打ち抜かれたカソード側拡散層120と整合する形状を有する開口部141が同時形成される。打抜装置500は、この裁断刃200に並べてマニホールド形成刃300を備える。マニホールド形成刃300は、図1に示す開口部141のY軸方向両端のマニホールド118ごとに用意され、裁断刃200と共に降下して、マニホールド118を打ち抜き形成する。   The cutting blade 200 has a rectangular annular shape so as to form a rectangular inner peripheral shape of the opening 141 shown in FIG. By simultaneous punching with the cutting blade 200, a diffusion layer-arranged frame assembly 140A in which the cathode side diffusion layer 120 is fitted into the opening 141 of the frame 140 is formed, and the frame 140 is aligned with the punched cathode side diffusion layer 120. The opening 141 having the shape to be formed is simultaneously formed. The punching device 500 is provided with a manifold forming blade 300 in line with the cutting blade 200. The manifold forming blade 300 is prepared for each manifold 118 at both ends in the Y-axis direction of the opening 141 shown in FIG. 1 and is lowered together with the cutting blade 200 to punch out the manifold 118.

図4のステップS20において、裁断刃200により打ち抜かれた略長方形の部材をカソード側拡散層120およびフレーム残部140aと呼び、略長方形の部材が打ち抜かれた枠側の部材をカソード側拡散層残部120bおよびフレーム140と呼び、マニホールド形成刃300により打ち抜かれた略長方形の部材をマニホールド残部140pと呼ぶ。裁断刃200が既述したように押し当てられると、カソード側拡散層120とフレーム140とは、裁断刃200から圧縮応力を受ける。また、ステップS20の打ち抜きの際、裁断刃200は、フレーム140の上面においてカソード側拡散層120がフレーム140とほぼ面一になるまで押し込まれ、加熱された裁断刃200によりフレーム140の接着剤層140bが溶融するまで、止め置かれる(ステップS20エンド)。マニホールド形成刃300も同様である。   4, the substantially rectangular member punched by the cutting blade 200 is referred to as the cathode side diffusion layer 120 and the frame remaining portion 140a, and the frame side member from which the substantially rectangular member is punched is referred to as the cathode side diffusion layer remaining portion 120b. The substantially rectangular member punched by the manifold forming blade 300 is called a manifold remaining portion 140p. When the cutting blade 200 is pressed as described above, the cathode side diffusion layer 120 and the frame 140 receive compressive stress from the cutting blade 200. At the time of punching in step S20, the cutting blade 200 is pushed in until the cathode diffusion layer 120 is substantially flush with the frame 140 on the upper surface of the frame 140, and the adhesive layer of the frame 140 is heated by the heated cutting blade 200. It is stopped until 140b is melted (step S20 end). The same applies to the manifold forming blade 300.

ステップS20に続くステップS30では、図5に示すように、フレーム140の上面においてカソード側拡散層120とフレーム140との面一の状態を維持しながら、裁断刃200を上昇復帰させる。裁断刃200の上昇により、裁断刃200の間に挟まっていたフレーム残部140aは落下する。一方、打ち抜き済みのカソード側拡散層120は、裁断刃200の上昇に伴って生じる打ち抜き時と逆向きの残留応力により、拡散層端部を打ち抜き前の位置に戻す。フレーム140についても同様である。これにより、カソード側拡散層120はフレーム140に嵌め込まれる。マニホールド残部140pにあっても、マニホールド形成刃300の上昇により、落下する。   In step S30 following step S20, as shown in FIG. 5, the cutting blade 200 is raised and returned while the cathode diffusion layer 120 and the frame 140 are kept flush with each other on the upper surface of the frame 140. As the cutting blade 200 rises, the remaining frame portion 140a sandwiched between the cutting blades 200 falls. On the other hand, the cathode-side diffusion layer 120 that has been punched returns the end portion of the diffusion layer to the position before punching due to the residual stress in the opposite direction to the punching that occurs as the cutting blade 200 rises. The same applies to the frame 140. Thereby, the cathode side diffusion layer 120 is fitted into the frame 140. Even in the remaining manifold portion 140p, the manifold forming blade 300 rises and falls.

ステップS30に続くステップS40では、フレーム140にカソード側拡散層120が嵌め込まれた状態において、カソード側拡散層120とフレーム140の間には、既述した残留応力が働き、カソード側拡散層120は、フレーム140に保持された状態となる。特に、カソード側拡散層120が、カーボンペーパーのようにある程度の剛性を有する部材で形成されていれば、この保持状態(嵌め込み状態)がより強固になる点で好ましい。こうしてカソード側拡散層120がフレーム140に保持されることで、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aが形成され、カソード側拡散層120の保持を図るステップS40では、接着剤層140bが冷却される。この接着剤層140bにより、カソード側拡散層120は、その外周縁に亘って開口部141の内周縁上端においてフレーム140と接着される。   In step S40 following step S30, in the state where the cathode side diffusion layer 120 is fitted in the frame 140, the residual stress described above works between the cathode side diffusion layer 120 and the frame 140, and the cathode side diffusion layer 120 is In this state, the frame 140 is held. In particular, it is preferable that the cathode-side diffusion layer 120 is formed of a member having a certain degree of rigidity, such as carbon paper, in that the holding state (fitted state) becomes stronger. Thus, the cathode-side diffusion layer 120 is held by the frame 140, whereby the diffusion layer-arranged frame assembly 140A is formed. In step S40 for holding the cathode-side diffusion layer 120, the adhesive layer 140b is cooled. With this adhesive layer 140b, the cathode-side diffusion layer 120 is bonded to the frame 140 at the upper end of the inner peripheral edge of the opening 141 over the outer peripheral edge.

ステップS40に続くステップS50では、アノード側拡散層130に接合済みの触媒層接合電解質膜110を、接着剤190で拡散層配設フレームアッセンブリー140Aに接着する。この触媒層接合電解質膜110は、その一方の面(下面)にアノード側拡散層130が接合されているとともに、触媒層接合電解質膜110の他方の面(上面)の外縁部に接着剤190が塗布されたものである。接着剤190として紫外線により硬化する接着剤を用いても良い。フレーム140を紫外線透過性の部材で形成しておけば、フレーム140のカソード側から紫外線を照射することによって、接着剤190を硬化させることが可能となる。接着剤190は、カソード側拡散層120まで広がっても良い。接着剤190が硬化して触媒層接合電解質膜110が拡散層配設フレームアッセンブリー140Aに接着されることで、燃料電池用電極フレームアッセンブリー180がシート状に得られる(図3参照)。そして、後工程において、シート状の燃料電池用電極フレームアッセンブリー180は、図3に示す破断線A−Aに沿って破断されて矩形形状の燃料電池用電極フレームアッセンブリー180とされ、発電ユニット100を構成し、発電ユニット100が燃料電池スタック10を構成する。   In step S50 following step S40, the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 bonded to the anode side diffusion layer 130 is bonded to the diffusion layer-arranged frame assembly 140A with the adhesive 190. The catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 has an anode-side diffusion layer 130 bonded to one surface (lower surface) and an adhesive 190 on the outer edge of the other surface (upper surface) of the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110. It has been applied. An adhesive that is cured by ultraviolet rays may be used as the adhesive 190. If the frame 140 is formed of an ultraviolet ray transmissive member, the adhesive 190 can be cured by irradiating ultraviolet rays from the cathode side of the frame 140. The adhesive 190 may extend to the cathode side diffusion layer 120. The adhesive 190 is cured and the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 is bonded to the diffusion layer-arranged frame assembly 140A, whereby the fuel cell electrode frame assembly 180 is obtained in a sheet shape (see FIG. 3). In the subsequent process, the sheet-like fuel cell electrode frame assembly 180 is broken along the fracture line AA shown in FIG. 3 to form a rectangular fuel cell electrode frame assembly 180. The power generation unit 100 configures the fuel cell stack 10.

次に、上記した拡散層配設フレームアッセンブリー140Aを得るに当たっての打抜装置500の挙動について説明する。図6は打抜装置500の要部構成をシート搬送方向と交差するY方向に沿って断面視して機器動作挙動を示す説明図であり、図7は打抜装置500の要部構成をシート搬送方向(X方向)に沿って断面視して機器動作挙動を示す説明図である。図6では、紙面奥側から紙面手前側に掛けて、カソード側拡散層シート120sとフレームシート140sとが重なって搬送される(ステップS10)。この状態において、打抜装置500は、上部ケース212に備える裁断刃200をカソード側拡散層シート120sとフレームシート140sとが重なった領域の上方に待機させ、上部ケース212に備えるマニホールド形成刃300をカソード側拡散層シート120sのないフレームシート140sの周縁(Y方向両端周縁)の上方に待機させている。打抜装置500は、落下孔214hを有する下部台214をマニホールド形成刃300に向かい合わせ、上部受部材216と下部受部材218とを対向配置させており、下部受部材218とこの両側の下部台214でフレームシート140sを支える。上部受部材216と下部受部材218は、弾性のある部材(例えば発泡部材などのクッション性部材)で形成されていることが好ましい。ステップS20にて既述したようにカソード側拡散層シート120sが打ち抜かれると、打ち抜かれたカソード側拡散層120は、図7に示すように、フレームシート140sの開口部141に嵌めこまれて、搬送下流において、フレームシート140sの下面よりも下側に飛び出る。よって、下部台214の搬送方向下流側214bの上面は、カソード側拡散層120と干渉しないように搬送方向上流側214aよりも低い凹所とされている。   Next, the behavior of the punching device 500 in obtaining the diffusion layer-disposed frame assembly 140A will be described. FIG. 6 is an explanatory view showing the operation behavior of the punching device 500 in a cross-sectional view along the Y direction intersecting the sheet conveyance direction, and FIG. It is explanatory drawing which shows an apparatus operation | movement behavior by cross-sectional view along a conveyance direction (X direction). In FIG. 6, the cathode side diffusion layer sheet 120s and the frame sheet 140s are overlapped and conveyed from the back side to the front side of the page (step S10). In this state, the punching device 500 causes the cutting blade 200 provided in the upper case 212 to stand by above the region where the cathode side diffusion layer sheet 120s and the frame sheet 140s overlap, and the manifold forming blade 300 provided in the upper case 212 is moved. The frame sheet 140s without the cathode-side diffusion layer sheet 120s is kept waiting above the peripheral edge (peripheries at both ends in the Y direction). The punching device 500 has a lower base 214 having a drop hole 214h facing the manifold forming blade 300, and an upper receiving member 216 and a lower receiving member 218 are arranged to face each other. The lower receiving member 218 and the lower bases on both sides thereof are arranged. 214 supports the frame sheet 140s. The upper receiving member 216 and the lower receiving member 218 are preferably formed of an elastic member (for example, a cushioning member such as a foamed member). When the cathode side diffusion layer sheet 120s is punched as described in step S20, the punched cathode side diffusion layer 120 is fitted into the opening 141 of the frame sheet 140s as shown in FIG. On the downstream side of the conveyance, the frame sheet 140s protrudes below the lower surface of the frame sheet 140s. Therefore, the upper surface of the lower base 214 on the downstream side 214b in the transport direction is a recess lower than the upstream side 214a in the transport direction so as not to interfere with the cathode-side diffusion layer 120.

ステップS20では、打抜装置500は、上部ケース212を裁断刃200とマニホールド形成刃300と共に降下させて、裁断刃200による打ち抜きとマニホールド形成刃300による打ち抜きを行う。なお、上部受部材216は、裁断刃200に同期して下降しても良い。   In step S <b> 20, the punching device 500 lowers the upper case 212 together with the cutting blade 200 and the manifold forming blade 300, and performs punching with the cutting blade 200 and punching with the manifold forming blade 300. The upper receiving member 216 may be lowered in synchronization with the cutting blade 200.

ステップS30の打ち抜き完了時点では、上部受部材216は、カソード側拡散層120の上面がフレームシート140sの上面と面一になる状態まで降下する。裁断刃200は、テーパー形状を有しており、テーパーでカソード側拡散層シート120sの切断面を押し広げながらカソード側拡散層シート120sからカソード側拡散層120を打ち抜き、さらに、フレームシート140sに食い込む。その結果、フレームシート140sの開口部の内側にカソード側拡散層120を位置させることができる。この食い込み時点から、裁断刃200は、既述したようにヒーター線202(図4参照)で加熱状態であることから、フレームシート140sの接着剤層140bを溶融させる。そして、接着剤層140bの熱溶融が起きると、裁断刃200はステップS10に示した上方の待機位置に復帰する。これにより、フレームシート140sの開口部にカソード側拡散層120が嵌め込まれる。カソード側拡散層120が嵌め込まれたフレームシート140sは、次の工程に搬送される。   When the punching is completed in step S30, the upper receiving member 216 is lowered to a state where the upper surface of the cathode side diffusion layer 120 is flush with the upper surface of the frame sheet 140s. The cutting blade 200 has a taper shape, punches out the cathode side diffusion layer 120 from the cathode side diffusion layer sheet 120s while spreading the cut surface of the cathode side diffusion layer sheet 120s with the taper, and further bites into the frame sheet 140s. . As a result, the cathode side diffusion layer 120 can be positioned inside the opening of the frame sheet 140s. From this point of time, the cutting blade 200 is heated by the heater wire 202 (see FIG. 4) as described above, so that the adhesive layer 140b of the frame sheet 140s is melted. When the adhesive layer 140b is melted by heat, the cutting blade 200 returns to the upper standby position shown in step S10. As a result, the cathode-side diffusion layer 120 is fitted into the opening of the frame sheet 140s. The frame sheet 140s fitted with the cathode side diffusion layer 120 is conveyed to the next step.

下部台214の搬送方向下流側214bは搬送方向上流側214aよりも低いので、カソード側拡散層120を下部台214の搬送方向下流側214bと干渉させずに、フレームシート140sを搬送することが可能である。フレーム残部140aは、裁断刃200を復帰させると、下部受部材218上に残るので、例えば、フレーム残部140aを、フレームシート140sの搬送方向と交わる方向に排出しても良い。裁断刃200で打ち抜かれたカソード側拡散層120の外側のカソード側拡散層残部120bは、図3に示す搬送ローラ260の上流側で、フレームシート140sから剥離される。また、マニホールド形成刃300により打ち抜かれたマニホールド残部140pは、下部台214の落下孔214hを落下する。   Since the downstream side 214b in the conveyance direction of the lower table 214 is lower than the upstream side 214a in the conveyance direction, the frame sheet 140s can be conveyed without causing the cathode diffusion layer 120 to interfere with the downstream side 214b in the conveyance direction of the lower table 214. It is. Since the remaining frame portion 140a remains on the lower receiving member 218 when the cutting blade 200 is returned, for example, the remaining frame portion 140a may be discharged in a direction crossing the conveying direction of the frame sheet 140s. The cathode-side diffusion layer remaining portion 120b outside the cathode-side diffusion layer 120 punched out by the cutting blade 200 is peeled from the frame sheet 140s on the upstream side of the conveying roller 260 shown in FIG. Further, the manifold remaining portion 140p punched out by the manifold forming blade 300 falls through the drop hole 214h of the lower base 214.

次に、図3に示す打抜装置500の下流でなされる燃料電池用電極フレームアッセンブリー180の製造工程について説明する。図8はアノード側部材貼付装置30を用いた燃料電池用電極フレームアッセンブリー180の製造工程を示す説明図である。アノード側部材貼付装置30は、打抜装置500の下流側で製造装置20に組み込まれ、或いは、製造装置20より下流に配設され、上部プレス板310と下部プレス板320とを備える。アノード側部材135は、触媒層接合電解質膜110とアノード側拡散層130とを備える部材である。触媒層接合電解質膜110は、電解質膜111と、カソード側触媒層112と、アノード側触媒層113とを備えている。アノード側部材135は、アノード側拡散層130の上に、アノード側触媒層113が形成された電解質膜111を貼り付け、電解質膜111の上にカソード触媒層を塗工することより、予め作成されている。カソード側触媒層112の大きさは、カソード側拡散層120の大きさとほぼ同じ大きさである。なお、カソード側触媒層112の大きさは、カソード側拡散層120よりも少し大きいことが好ましい。電解質膜111とアノード側触媒層113の大きさはほぼ同じであり、カソード側触媒層112の大きさよりも大きく、電解質膜111の外縁は、カソード側触媒層112よりも外側に広がっている。アノード側触媒層113の外面側(図面では下側)には、マイクロポーラス層116を挟んでアノード側拡散層130が配置されている。アノード側拡散層130の大きさは、アノード側触媒層113の大きさとほぼ同じである。なお、マイクロポーラス層116は無くても良い。   Next, the manufacturing process of the fuel cell electrode frame assembly 180 performed downstream of the punching apparatus 500 shown in FIG. 3 will be described. FIG. 8 is an explanatory view showing a manufacturing process of the fuel cell electrode frame assembly 180 using the anode side member affixing device 30. The anode side member sticking device 30 is incorporated into the manufacturing device 20 on the downstream side of the punching device 500, or is disposed downstream of the manufacturing device 20, and includes an upper press plate 310 and a lower press plate 320. The anode side member 135 is a member including the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 and the anode side diffusion layer 130. The catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 includes an electrolyte membrane 111, a cathode side catalyst layer 112, and an anode side catalyst layer 113. The anode side member 135 is prepared in advance by attaching the electrolyte membrane 111 on which the anode side catalyst layer 113 is formed on the anode side diffusion layer 130 and coating the cathode catalyst layer on the electrolyte membrane 111. ing. The size of the cathode side catalyst layer 112 is substantially the same as the size of the cathode side diffusion layer 120. The size of the cathode side catalyst layer 112 is preferably slightly larger than that of the cathode side diffusion layer 120. The size of the electrolyte membrane 111 and the anode side catalyst layer 113 is substantially the same, and is larger than the size of the cathode side catalyst layer 112, and the outer edge of the electrolyte membrane 111 extends outward from the cathode side catalyst layer 112. On the outer surface side (lower side in the drawing) of the anode side catalyst layer 113, an anode side diffusion layer 130 is disposed with the microporous layer 116 interposed therebetween. The size of the anode side diffusion layer 130 is substantially the same as the size of the anode side catalyst layer 113. Note that the microporous layer 116 may be omitted.

図8(A)では、電解質膜111のカソード側触媒層112よりも外側にはみ出た部分に接着剤が塗布される。そして、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aが連続したフレームシート140sの開口部141に嵌め込まれたカソード側拡散層120と、カソード側触媒層112とが重なるように位置合わせが行われる。フレームシート140sを透明な部材で形成すれば、位置合わせ状態を視認できるので、位置合わせ精度を高めることが可能である。   In FIG. 8A, an adhesive is applied to a portion of the electrolyte membrane 111 that protrudes outside the cathode side catalyst layer 112. Then, alignment is performed so that the cathode side diffusion layer 120 fitted in the opening 141 of the continuous frame sheet 140s and the cathode side catalyst layer 112 overlap each other with the diffusion layer-arranged frame assembly 140A. If the frame sheet 140s is formed of a transparent member, the alignment state can be visually recognized, so that the alignment accuracy can be increased.

図8(B)では、上部プレス板310がカソード側拡散層120およびフレームシート140sに接するまで下方に移動され、アノード側部材135を載置した下部プレス板320が上方に移動される。   In FIG. 8B, the upper press plate 310 is moved downward until it contacts the cathode side diffusion layer 120 and the frame sheet 140s, and the lower press plate 320 on which the anode side member 135 is placed is moved upward.

図8(C)では、カソード側拡散層120が上下方向に圧縮され、接着剤がフレームシート140sと接触し、フレームシート140sと、触媒層接合電解質膜110とが接着剤190により接着される。なお、上部プレス板310と、下部プレス板320の移動により、アノード側拡散層130も上下方向に圧縮されても良い。また、上述したように、接着剤190は紫外線により硬化するものであってもよい。この場合、上部プレス板310は、紫外線を通す材料、例えば石英により作られていても良い。   In FIG. 8C, the cathode side diffusion layer 120 is compressed in the vertical direction, the adhesive contacts the frame sheet 140s, and the frame sheet 140s and the catalyst layer bonding electrolyte membrane 110 are bonded by the adhesive 190. The anode-side diffusion layer 130 may also be compressed in the vertical direction by the movement of the upper press plate 310 and the lower press plate 320. Further, as described above, the adhesive 190 may be cured by ultraviolet rays. In this case, the upper press plate 310 may be made of a material that transmits ultraviolet light, for example, quartz.

図8(D)は、形成された燃料電池用電極フレームアッセンブリー180を示す。図8(C)に比べると、カソード側拡散層120は、圧縮状態が緩和され、フレームシート140sより上方に飛び出ている。但し、図2のように、燃料電池用電極フレームアッセンブリー180が、燃料電池スタック10に組まれたときには、カソード側拡散層120は、燃料電池スタック10の締結力により、図8(C)に示すような状態に圧縮される。本実施形態では、フレームシート140sとカソード側拡散層120との間にはほとんど隙間がなく接着剤190が隙間から上にはみ出る可能性が低いため接着剤190を必要量だけ塗布することができる。   FIG. 8D shows the formed fuel cell electrode frame assembly 180. Compared to FIG. 8C, the cathode-side diffusion layer 120 is relaxed in the compressed state and protrudes upward from the frame sheet 140s. However, when the fuel cell electrode frame assembly 180 is assembled to the fuel cell stack 10 as shown in FIG. 2, the cathode side diffusion layer 120 is shown in FIG. 8C due to the fastening force of the fuel cell stack 10. It is compressed to such a state. In the present embodiment, there is almost no gap between the frame sheet 140s and the cathode side diffusion layer 120, and it is unlikely that the adhesive 190 protrudes upward from the gap, so that the adhesive 190 can be applied in a necessary amount.

以上説明した本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法では、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aを得るに当たり、フレームシート140sにカソード側拡散層シート120sを重ねた状態で、裁断刃200により打ち抜くステップS20〜S30)。よって、打ち抜かれたカソード側拡散層120の外郭形状を、フレーム140において打ち抜かれた開口部141の開口形状に整合させる。この結果、本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法によれば、打ち抜かれたカソード側拡散層120の外郭形状と開口部141の開口形状との整合により、開口部141に対するカソード側拡散層120の寸法相違をほぼゼロにすることで開口部141のサイズ、延いてはフレーム140のサイズを大きくする必要がなくなり、燃料電池セルとしての発電ユニット100、延いては燃料電池スタック10をコンパクト化できる。   In the manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A of the present embodiment described above, in order to obtain the diffusion layer-arranged frame assembly 140A, the cutting blade 200 is used with the cathode-side diffusion layer sheet 120s superimposed on the frame sheet 140s. Punching steps S20 to S30). Therefore, the outer shape of the punched-out cathode side diffusion layer 120 is matched with the opening shape of the opening 141 punched out in the frame 140. As a result, according to the manufacturing method of the diffusion layer-disposed frame assembly 140A of the present embodiment, the cathode side with respect to the opening 141 is formed by matching the outer shape of the punched-side cathode diffusion layer 120 and the opening shape of the opening 141. By making the dimensional difference of the diffusion layer 120 almost zero, there is no need to increase the size of the opening 141, and hence the size of the frame 140, and the power generation unit 100 as a fuel cell, and thus the fuel cell stack 10 can be Can be made compact.

本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法では、打ち抜きに用いる裁断刃200を、ヒーター線202により、カソード側拡散層120の側におけるフレーム140の表層部位たる接着剤層140bを溶融可能な温度に加熱しておき、この加熱済みの裁断刃200による打ち抜きの際に、接着剤層140bを溶融させる。よって、本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法によれば、溶融した接着剤層140bが冷えて硬化する際に、フレーム140の開口部141の打ち抜き側周縁において、フレーム140とカソード側拡散層120を接着して一体化させる。この結果、本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法によれば、得られた拡散層配設フレームアッセンブリー140Aにおいて、カソード側拡散層120の位置ズレを抑制できるので、打抜装置500より下流側のアノード側部材貼付装置30への搬送を行う際の取扱が容易となる。また、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aに触媒層接合電解質膜110とアノード側拡散層130を接合して燃料電池用電極フレームアッセンブリー180を製造する際の位置決めも容易となる。こうした位置ズレの抑制や簡便な位置決めが可能なことから、位置ズレの抑制しつつ位置決めする機器構成が不要となるので、設備調達費用、延いては燃料電池スタック10のコスト低減を図ることができる。   In the manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A of the present embodiment, the adhesive layer 140b, which is the surface layer portion of the frame 140 on the cathode-side diffusion layer 120 side, can be melted by the heater wire 202 with the cutting blade 200 used for punching. The adhesive layer 140b is melted at the time of punching with the heated cutting blade 200. Therefore, according to the manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A of the present embodiment, when the molten adhesive layer 140b is cooled and hardened, the frame 140 and the cathode are formed at the peripheral edge of the opening portion 141 of the frame 140 at the punching side. The side diffusion layer 120 is bonded and integrated. As a result, according to the manufacturing method of the diffusion layer-disposed frame assembly 140A of the present embodiment, the displacement of the cathode-side diffusion layer 120 can be suppressed in the obtained diffusion layer-disposed frame assembly 140A. Handling at the time of carrying to the anode side member pasting device 30 on the further downstream side becomes easy. In addition, the positioning when manufacturing the fuel cell electrode frame assembly 180 by joining the catalyst layer-bonded electrolyte membrane 110 and the anode-side diffusion layer 130 to the diffusion layer-arranged frame assembly 140A is facilitated. Since it is possible to suppress such misalignment and simple positioning, an equipment configuration for positioning while suppressing misalignment is not necessary, so that it is possible to reduce the cost of equipment procurement and, in turn, the cost of the fuel cell stack 10. .

本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法では、カソード側拡散層120が開口部141に入り込むまで裁断刃200により打ち抜かれると、裁断刃200を復帰させる(ステップS30〜S40)。よって、本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法によれば、カソード側拡散層120を開口部141に入り込ませたまま、溶融した接着剤層140bの硬化によりフレーム140とカソード側拡散層120を接着できるので、両者の接着の実効性が高まる。   In the manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A of the present embodiment, when the cathode-side diffusion layer 120 is punched by the cutting blade 200 until it enters the opening 141, the cutting blade 200 is returned (steps S30 to S40). Therefore, according to the manufacturing method of the diffusion layer-equipped frame assembly 140A of the present embodiment, the frame 140 and the cathode side diffusion are obtained by curing the melted adhesive layer 140b while the cathode side diffusion layer 120 is kept in the opening 141. Since the layer 120 can be adhered, the effectiveness of the adhesion of both is enhanced.

本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法では、開口部141に嵌め込まれるカソード側拡散層120の側の表層部位を、加熱を受けると接着機能を発揮する接着剤層140bとしたので、接着剤層140bの溶融・硬化を経て、フレーム140とカソード側拡散層120とをより高い実効性で接着できる。   In the manufacturing method of the diffusion layer-disposed frame assembly 140A of the present embodiment, the surface layer portion on the cathode side diffusion layer 120 side that is fitted into the opening 141 is the adhesive layer 140b that exhibits an adhesive function when heated. Through the melting and curing of the adhesive layer 140b, the frame 140 and the cathode-side diffusion layer 120 can be bonded with higher effectiveness.

本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法では、マニホールド形成刃300を裁断刃200と共にフレームシート140sに押し当てて、フレームシート140s、延いてはフレーム140にマニホールド118を打ち抜き形成する。よって、 本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法によれば、カソード側拡散層120の打ち抜き・嵌め込みと同時にマニホールド118を形成できるので、工数低減によるコスト低減を図ることができる。   In the manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A of this embodiment, the manifold forming blade 300 is pressed against the frame sheet 140s together with the cutting blade 200, and the manifold 118 is punched and formed on the frame sheet 140s. Therefore, according to the manufacturing method of the diffusion layer-disposed frame assembly 140A of the present embodiment, the manifold 118 can be formed simultaneously with the punching and fitting of the cathode-side diffusion layer 120, so that the cost can be reduced by reducing the number of steps.

本実施形態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aの製造方法では、カソード側拡散層120をフレーム140の開口部141にほぼ隙間がない状態で組込可能とする。よって、フレーム140の開口部141とカソード側拡散層120の隙間において電解質膜111が膨潤・収縮により移動するような事態が起きないようにできるので、電解質膜111の損傷やクロスリークも抑制できる。   In the manufacturing method of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A according to the present embodiment, the cathode-side diffusion layer 120 can be assembled with the opening 141 of the frame 140 having almost no gap. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the electrolyte membrane 111 moves due to swelling / shrinkage in the gap between the opening 141 of the frame 140 and the cathode side diffusion layer 120, so that damage and cross leak of the electrolyte membrane 111 can be suppressed.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

上記の実施形態では、フレーム表裏面に接着剤層140bを有するフレーム140としたが、接着剤層140bを有しないフレーム140としてもよい。この場合には、フレーム140を構成する樹脂の性状を考慮して、フレーム140における表層部位を溶融できるよう、裁断刃200をヒーター線202にて加熱しておけばよい。また、表層部位に限らず、表層部位を含む領域において、フレーム140を溶融できるよう、裁断刃200をヒーター線202にて加熱しておけばよい。   In the above embodiment, the frame 140 has the adhesive layer 140b on the front and back surfaces of the frame. However, the frame 140 may not have the adhesive layer 140b. In this case, the cutting blade 200 may be heated by the heater wire 202 so that the surface layer portion of the frame 140 can be melted in consideration of the properties of the resin constituting the frame 140. Further, the cutting blade 200 may be heated by the heater wire 202 so that the frame 140 can be melted not only in the surface layer portion but also in the region including the surface layer portion.

上記の実施形態では、フレーム140を平板状としたので、図1に示すように、アノード側のセパレータプレート160を、アノード側拡散層130の周縁において、拡散層配設フレームアッセンブリー140Aのフレーム140まで延びるようにしたが、これに限らない。図9は平板状の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aに補助フレーム142を併用した形態の燃料電池スタック10を示す説明図である。補助フレーム142は、触媒層接合電解質膜110とアノード側拡散層130の接合した厚みにほぼ相当する厚みを備えた薄葉状の平板であり、アノード側拡散層130より大きな開口でこのアノード側拡散層130を取り囲む。このようにすれば、セパレータプレート160を、各部位における凹凸の程度が同一なエキスパンドメタルから容易に形成でき、好ましい。   In the above embodiment, since the frame 140 has a flat plate shape, as shown in FIG. 1, the anode-side separator plate 160 is disposed at the periphery of the anode-side diffusion layer 130 up to the frame 140 of the diffusion layer-arranged frame assembly 140A. Although it was made to extend, it is not restricted to this. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the fuel cell stack 10 in a form in which the auxiliary frame 142 is used in combination with the flat diffusion layer-equipped frame assembly 140A. The auxiliary frame 142 is a thin leaf-like flat plate having a thickness substantially equivalent to the thickness of the catalyst layer bonded electrolyte membrane 110 and the anode side diffusion layer 130 bonded, and the anode side diffusion layer has a larger opening than the anode side diffusion layer 130. Surrounds 130. This is preferable because the separator plate 160 can be easily formed from expanded metal having the same degree of unevenness in each part.

上記の実施形態では、マニホールド形成刃300での打ち抜きによるマニホールド118の形成を、裁断刃200での打ち抜きと同時に行ったが、マニホールド形成刃300をアノード側部材貼付装置30に配設して、打抜装置500では、マニホールド118のない状態の拡散層配設フレームアッセンブリー140Aを製造するようにしてもよい。   In the above embodiment, the manifold 118 is formed by punching with the manifold forming blade 300 at the same time as punching with the cutting blade 200. However, the manifold forming blade 300 is disposed in the anode side member pasting device 30 and punched. In the extraction device 500, the diffusion layer-arranged frame assembly 140A without the manifold 118 may be manufactured.

上記の実施形態では、フレーム打ち抜きのための裁断刃200の押し当てを、カソード側拡散層120(カソード側拡散層シート120s)の側から行ったが、フレーム140(フレームシート140s)の側から裁断刃200を押し当ててもよい。   In the embodiment described above, the cutting blade 200 for punching the frame is pressed from the cathode side diffusion layer 120 (cathode side diffusion layer sheet 120s) side, but it is cut from the frame 140 (frame sheet 140s) side. The blade 200 may be pressed against it.

10…燃料電池スタック
20…製造装置
30…アノード側部材貼付装置
100…発電ユニット
111…電解質膜
112…カソード側触媒層
113…アノード側触媒層
116…マイクロポーラス層
118…マニホールド
120…カソード側拡散層
120b…カソード側拡散層残部
120s…カソード側拡散層シート
130…アノード側拡散層
135…アノード側部材
140…フレーム
140A…拡散層配設フレームアッセンブリー
140a…フレーム残部
140b…接着剤層
140p…マニホールド残部
140s…フレームシート
141…開口部
142…補助フレーム
150…セパレータプレート
155…酸素流路
160…セパレータプレート
165…水素流路
170…冷媒流路
180…燃料電池用電極フレームアッセンブリー
190…接着剤
200…裁断刃
202…ヒーター線
212…上部ケース
214…下部台
214a…搬送方向上流側
214b…搬送方向下流側
214h…落下孔
216…上部受部材
218…下部受部材
220…拡散層シート繰出ローラ
240…フレームシート繰出ローラ
250…搬送ローラ
260…搬送ローラ
260a…搬送ローラ
260b…搬送ローラ
300…マニホールド形成刃
310…上部プレス板
320…下部プレス板
500…打抜装置
600…搬送装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 20 ... Manufacturing apparatus 30 ... Anode side member sticking apparatus 100 ... Power generation unit 111 ... Electrolyte membrane 112 ... Cathode side catalyst layer 113 ... Anode side catalyst layer 116 ... Microporous layer 118 ... Manifold 120 ... Cathode side diffusion layer 120b ... cathode side diffusion layer remaining portion 120s ... cathode side diffusion layer sheet 130 ... anode side diffusion layer 135 ... anode side member 140 ... frame 140A ... diffusion layer arrangement frame assembly 140a ... frame remaining portion 140b ... adhesive layer 140p ... manifold remaining portion 140s ... Frame sheet 141 ... Opening 142 ... Auxiliary frame 150 ... Separator plate 155 ... Oxygen flow path 160 ... Separator plate 165 ... Hydrogen flow path 170 ... Refrigerant flow path 180 ... Fuel cell electrode frame assembly -190 ... Adhesive 200 ... Cutting blade 202 ... Heater wire 212 ... Upper case 214 ... Lower base 214a ... Transport direction upstream side 214b ... Transport direction downstream side 214h ... Drop hole 216 ... Upper receiving member 218 ... Lower receiving member 220 ... Diffusion Layer sheet feeding roller 240 ... Frame sheet feeding roller 250 ... Conveying roller 260 ... Conveying roller 260a ... Conveying roller 260b ... Conveying roller 300 ... Manifold forming blade 310 ... Upper press plate 320 ... Lower press plate 500 ... Punching device 600 ... Conveying device

Claims (3)

拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法であって、
フレームシートと拡散層シートとを重ね合わせて配置する工程(a)と、
重ね合わされた前記拡散層シートと前記フレームシートとに裁断刃を押し当てて前記拡散層シートと前記フレームシートとを重ねた状態で前記裁断刃により打ち抜き、打ち抜かれた拡散層と整合する形状を有する開口部を有するフレームを形成する工程(b)とを備え、
前記工程(b)では、前記裁断刃を、前記拡散層の側の前記フレームの溶融を起こす温度まで加熱し、該加熱された状態の前記裁断刃にて前記打ち抜きを行う
拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法。
A manufacturing method of a diffusion layer-arranged frame assembly,
Placing by superimposing frame Mushito and the diffusion layer sheet and (a),
It superimposed the punching by the cutting blade in a state of overlapping diffusion layer sheet and said frame Mushito and the diffusion layer sheet by pressing a cutting blade and said frame Mushito, a shape matching the punched diffusion layer and a step (b) that form a full array beam having an opening having,
In the step (b), the cutting blade is heated to a temperature at which the frame on the diffusion layer side causes melting, and the punching is performed with the cutting blade in the heated state. Manufacturing method.
前記工程(b)では、前記拡散層シート及び前記フレームシートの位置を調整する打抜装置により、前記拡散層シート及び前記フレームシートを保持する工程と、
前記打抜装置に取り付けられた裁断刃により前記拡散層シート及び前記フレームシートを打ち抜く工程と、
前記打抜装置により打ち抜かれた前記拡散層若しくは前記フレームの位置を調整して前記拡散層を前記フレームの開口部に入り込ませる工程とを行い、
前記拡散層が前記フレームの開口部に入り込ませた後、前記裁断刃を復帰させる請求項1に記載の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法。
In the step (b), the step of holding the diffusion layer sheet and the frame sheet by a punching device that adjusts the positions of the diffusion layer sheet and the frame sheet ;
A step of punching the diffusion layer sheet and the frame sheet with a cutting blade attached to the punching device;
The punched Ri by the punching device expansion goldenrod Wakashi Ku performs a step of entering the diffusion layer by adjusting the position of the frame in the opening of the frame,
The manufacturing method of the flame | frame assembly with a diffused layer of Claim 1 which returns the said cutting blade after the said diffused layer penetrates into the opening part of the said frame.
前記工程(b)では、加熱を受けると接着機能を発揮する接着剤層を前記拡散層シートの側の表層部位に有する前記フレームシートを、前記拡散層シートと共に前記裁断刃により打ち抜く請求項1または請求項2に記載の拡散層配設フレームアッセンブリーの製造方法。 The step (b), claims punching and subjected to heat said frame Mushito having an adhesive layer on the surface layer portion side of the diffusion layer sheet which exhibits an adhesive function, by both the cutting blade and the diffusion layer sheet 1 Or the manufacturing method of the flame | frame assembly with a diffused layer of Claim 2.
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