JP7031526B2 - Fuel cell cell manufacturing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池セパレータと樹脂枠とを接着する燃料電池セルの製造装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell cell manufacturing apparatus for adhering a fuel cell separator and a resin frame.

この種の燃料電池セルの製造装置として、一対の燃料電池セパレータと、各燃料電池セパレータの間に挟まれて一対の燃料電池セパレータを接着する樹脂枠と、を上型および下型の間に配置し、一対の燃料電池セパレータと樹脂枠とを熱圧着するものが開示されている（特許文献１参照）。また、従来の燃料電池セルの製造装置として、図２（ａ）および図３に示すように、温度の調節が可能な温調定盤からなる上型１と下型２との間にガスケットＧが取り付けられた一方の燃料電池セパレータ３と樹脂枠４と、図示しない他方の燃料電池セパレータとを挟み込んだ積層体５を加熱するとともに加圧して接着し、冷却するものがある。従来の燃料電池セルの製造装置は、上型１にはプレス中子１ａと中子バネ１ｂとが設けられており、プレス中子１ａで積層体５を押圧するように構成されている。また、従来の燃料電池セルの製造装置は、図２（ｂ）に示すように、加熱１、加熱２の工程および冷却１、冷却２の工程がそれぞれ設けられ積層体５を接着するようにしている。 As a manufacturing device for this type of fuel cell, a pair of fuel cell separators and a resin frame sandwiched between the fuel cell separators to adhere the pair of fuel cell separators are arranged between the upper mold and the lower mold. A pair of fuel cell separators and a resin frame are heat-bonded to each other (see Patent Document 1). Further, as a conventional fuel cell cell manufacturing device, as shown in FIGS. 2A and 3, a gasket G is provided between the upper mold 1 and the lower mold 2 made of a temperature control plate capable of adjusting the temperature. There is one that heats, pressurizes, adheres, and cools the laminate 5 sandwiching the fuel cell separator 3 and the resin frame 4 to which the fuel cell separator 3 is attached, and the fuel cell separator (not shown). In the conventional fuel cell manufacturing apparatus, the upper die 1 is provided with a press core 1a and a core spring 1b, and the press core 1a is configured to press the laminate 5. Further, as shown in FIG. 2B, the conventional fuel cell cell manufacturing apparatus is provided with the steps of heating 1 and heating 2 and the steps of cooling 1 and cooling 2, respectively, so that the laminated body 5 is adhered. There is.

特開２０１７－１０３０６９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-103069

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池セルの燃料電池セパレータには、シール性を向上させるためのガスケットが取り付けられている。そのため、製造装置の型を燃料電池セパレータ全体に接するような形状とした場合、ガスケットの熱伝導率が低いことにより、ガスケット部分の接着強度が低下し、ガスケットの潰れが発生してしまうという問題がある。このような問題を解決するため、型のガスケットへの接触を回避することが可能な型形状とした場合、樹脂枠全体を均等に加熱することができず、接着強度の低下の問題を解消することができない。 However, the fuel cell separator of the fuel cell described in Patent Document 1 is provided with a gasket for improving the sealing property. Therefore, when the mold of the manufacturing apparatus is shaped so as to be in contact with the entire fuel cell separator, there is a problem that the adhesive strength of the gasket portion is lowered due to the low thermal conductivity of the gasket, and the gasket is crushed. be. In order to solve such a problem, if the mold shape can avoid contact with the gasket of the mold, the entire resin frame cannot be heated evenly, and the problem of deterioration of the adhesive strength is solved. Can't.

図２（ａ）に示す従来の燃料電池セルの製造装置においても、特許文献１に記載の燃料電池セルの製造装置と同様の問題がある。即ち、図３に示すように、上型１が、ガスケットＧの部分と接しないよう逃げの部分１ｃを設け、プレス中子１ａで積層体５を押圧するように構成されている。この構成により、上型１が加圧されるとプレス中子１ａを介して一方の燃料電池セパレータ３と樹脂枠４とが加圧され加熱される。したがって、一方の燃料電池セパレータ３と樹脂枠４とがプレス中子１ａにより直接加圧および加熱された領域、即ち、図３に示す一方の燃料電池セパレータ３の斜線で示される領域は、接着強度が確保される。しかしながら、図３に示すガスケットＧに対向する一方の燃料電池セパレータ３の〇印で示される領域は、一方の燃料電池セパレータ３と樹脂枠４とがプレス中子１ａにより直接加圧および加熱されないので、加熱が不十分となってしまう。その結果、接着強度が低下してしまうという問題がある。 The conventional fuel cell manufacturing device shown in FIG. 2A also has the same problem as the fuel cell manufacturing device described in Patent Document 1. That is, as shown in FIG. 3, the upper die 1 is configured to provide a relief portion 1c so as not to come into contact with the portion of the gasket G, and press the laminated body 5 with the press core 1a. With this configuration, when the upper die 1 is pressurized, one of the fuel cell separator 3 and the resin frame 4 is pressurized and heated via the press core 1a. Therefore, the region where one fuel cell separator 3 and the resin frame 4 are directly pressurized and heated by the press core 1a, that is, the region shown by the diagonal line of one fuel cell separator 3 shown in FIG. 3 is the adhesive strength. Is secured. However, in the region indicated by ◯ of one fuel cell separator 3 facing the gasket G shown in FIG. 3, one fuel cell separator 3 and the resin frame 4 are not directly pressurized and heated by the press core 1a. , The heating becomes insufficient. As a result, there is a problem that the adhesive strength is lowered.

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、燃料電池セパレータと樹脂枠とを加圧する型がガスケットと接しない形状に形成されていても、燃料電池セパレータと樹脂枠とを均一に加熱して接着することができる燃料電池セルの製造装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and even if the mold that pressurizes the fuel cell separator and the resin frame is formed in a shape that does not contact the gasket, the fuel cell separator and the resin frame can be separated. An object of the present invention is to provide a fuel cell cell manufacturing apparatus capable of uniformly heating and adhering.

本発明に係る燃料電池セルの製造装置は、ガスケットが取り付けられた燃料電池セパレータと、膜電極ガス拡散層接合体が取り付けられた樹脂枠と、を接着する燃料電池セルの製造装置であって、前記ガスケットと接しない形状に形成された型と、超音波振動を付与する振動付与手段と、を少なくとも備え、前記燃料電池セパレータと前記樹脂枠とを積層した状態で前記型を前記燃料電池セパレータに当て、前記振動付与手段により、前記型に前記超音波振動を付与することを特徴とする。 The fuel cell manufacturing apparatus according to the present invention is a fuel cell manufacturing apparatus for adhering a fuel cell separator to which a gasket is attached and a resin frame to which a membrane electrode gas diffusion layer junction is attached. A mold formed in a shape not in contact with the gasket and a vibration applying means for applying ultrasonic vibration are provided at least, and the mold is used as the fuel cell separator in a state where the fuel cell separator and the resin frame are laminated. It is characterized in that the ultrasonic vibration is applied to the mold by applying the vibration applying means.

本発明に係る燃料電池セルの製造装置は、ガスケットと接しない形状に形成された型と、超音波振動を付与する振動付与手段とを少なくとも備えている。この構成により、燃料電池セパレータに当てる型がガスケットと接しない形状に形成されているので、ガスケットが型で押されることはなくガスケットが型で潰されることはない。また、燃料電池セパレータに対して型が当てられた状態で、振動付与手段により、型に超音波振動が付与されると、型の全体が振動することで、型で押されている燃料電池セパレータの全体が振動する。燃料電池セパレータの全体が振動すると、燃料電池セパレータと樹脂枠との接触面の全体に摩擦熱が発生し、燃料電池セパレータと樹脂枠との接触面の全体が均一に加熱される。 The fuel cell manufacturing apparatus according to the present invention includes at least a mold formed in a shape not in contact with the gasket and a vibration applying means for applying ultrasonic vibration. With this configuration, the mold to be applied to the fuel cell separator is formed in a shape that does not contact the gasket, so that the gasket is not pressed by the mold and the gasket is not crushed by the mold. Further, when the mold is applied to the fuel cell separator and ultrasonic vibration is applied to the mold by the vibration applying means, the entire mold vibrates and the fuel cell separator pressed by the mold is pressed. The whole of is vibrating. When the entire fuel cell separator vibrates, frictional heat is generated on the entire contact surface between the fuel cell separator and the resin frame, and the entire contact surface between the fuel cell separator and the resin frame is uniformly heated.

本発明によれば、燃料電池セパレータを加圧する型がガスケットと接しない形状に形成されていても、燃料電池セパレータと樹脂枠との界面全体を均一に加熱して接着することができる燃料電池セルの製造装置を提供することができる。 According to the present invention, even if the mold that pressurizes the fuel cell separator is formed in a shape that does not contact the gasket, the entire interface between the fuel cell separator and the resin frame can be uniformly heated and adhered. Manufacturing equipment can be provided.

本発明の実施形態に係る燃料電池セルの製造装置の断面の一部を示す模式図であり、図１（ａ）は、カソード側セパレータと樹脂枠が上型と下型に挟まれた状態を示し、図１（ｂ）は、カソード側セパレータと樹脂枠が加熱された状態を示す。It is a schematic diagram which shows a part of the cross section of the manufacturing apparatus of the fuel cell which concerns on embodiment of this invention, and FIG. 1 (a) shows the state which the cathode side separator and the resin frame are sandwiched between the upper mold and the lower mold. FIG. 1B shows a state in which the cathode side separator and the resin frame are heated. 従来の燃料電池セルの製造装置の図であり、図２（ａ）は、製造装置の断面を表す模式図を示し、図２（ｂ）は、加熱および冷却の工程を表す工程図を示す。It is a figure of the manufacturing apparatus of a conventional fuel cell, FIG. 2A shows a schematic diagram showing a cross section of a manufacturing apparatus, and FIG. 2B shows a process diagram showing a process of heating and cooling. 従来の燃料電池セルの製造装置の断面の一部および一部を拡大した断面を示す模式図。The schematic diagram which shows a part of the cross section of the conventional fuel cell manufacturing apparatus, and a partially enlarged cross section.

本発明に係る燃料電池セルの製造装置を適用した実施形態に係る燃料電池セル１０の製造装置２０について図面を参照して説明する。まず、製造装置２０により製造される燃料電池セル１０の構成について説明する。 The manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10 according to the embodiment to which the fuel cell manufacturing apparatus according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the fuel cell 10 manufactured by the manufacturing apparatus 20 will be described.

燃料電池セル１０は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆ Gas Diffusion Layer Assembly、以下ＭＥＧＡという。）１１が取り付けられた樹脂枠１２と、カソード側セパレータ１３と、ガスケット１４と、図示しないアノード側セパレータとにより構成されている。燃料電池セル１０は、複数個が積層されて図示しない燃料電池を構成する。なお、実施形態に係る燃料電池セル１０のカソード側セパレータ１３は、本発明に係る燃料電池セルの燃料電池セパレータに対応する。 As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the fuel cell 10 is attached with a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA: Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly, hereinafter referred to as MEGA) 11. It is composed of a resin frame 12, a cathode side separator 13, a gasket 14, and an anode side separator (not shown). A plurality of fuel cell cells 10 are stacked to form a fuel cell (not shown). The cathode side separator 13 of the fuel cell 10 according to the embodiment corresponds to the fuel cell separator of the fuel cell according to the present invention.

ＭＥＧＡ１１は、図示しない膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡという。)と、カソード側ガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer、以下ＧＤＬという。）と、アノード側ＧＤＬとにより構成されている。 The MEGA 11 is composed of a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly, hereinafter referred to as MEA) (not shown), a cathode side gas diffusion layer (GDL: Gas Diffusion Layer, hereinafter referred to as GDL), and an anode side GDL. There is.

ＭＥＡは、図示しない電解質膜と、カソード側触媒層と、アノード側触媒層との接合体で構成されている。電解質膜は、パーフルオロスルホン酸（ＰＦＳＡ）アイオノマーなどの固体高分子材料である高分子電解質樹脂で形成されており、イオン伝導性を有する高分子膜を電解質とするイオン交換膜からなる。電解質膜は、電子および気体の流通を阻止するとともに、プロトンをアノード側触媒層からカソード側触媒層に移動させる機能を有している。 The MEA is composed of an electrolyte membrane (not shown), a cathode-side catalyst layer, and an anode-side catalyst layer. The electrolyte membrane is formed of a polyelectrolyte resin which is a solid polymer material such as perfluorosulfonic acid (PFSA) ionomer, and is composed of an ion exchange membrane using a polymer membrane having ionic conductivity as an electrolyte. The electrolyte membrane has a function of blocking the flow of electrons and gas and transferring protons from the anode-side catalyst layer to the cathode-side catalyst layer.

カソード側触媒層は、白金や白金合金などの触媒を担持した導電性の担体からなり、例えば、触媒担持カーボン粒子などのカーボン粒子を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して形成された電極触媒層からなる。なお、アイオノマーは、電解質膜と同質のフッ素系樹脂などの固体高分子材料である高分子電解質樹脂からなり、イオン交換基によりプロトン伝導性を有する。カソード側触媒層は、プロトンと電子と酸素から水を生成する機能を有している。 The catalyst layer on the cathode side is made of a conductive carrier carrying a catalyst such as platinum or a platinum alloy. For example, an electrode catalyst formed by coating carbon particles such as catalyst-supported carbon particles with an ionomer having proton conductivity. It consists of layers. The ionomer is made of a polyelectrolyte resin which is a solid polymer material such as a fluororesin having the same quality as the electrolyte membrane, and has proton conductivity due to an ion exchange group. The cathode-side catalyst layer has a function of generating water from protons, electrons, and oxygen.

アノード側触媒層は、カソード側触媒層と同様の材料で形成されているが、カソード側触媒層と異なり、水素ガス（Ｈ２）をプロトンと電子に分解する機能を有している。カソード側ＧＤＬは、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーなどの炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。カソード側ＧＤＬは、カソード側触媒層の外側に接合されており、酸化剤ガスとしての空気を拡散させて均一にし、カソード側触媒層に行き渡らせる機能を有している。 The anode-side catalyst layer is made of the same material as the cathode-side catalyst layer, but unlike the cathode-side catalyst layer, it has a function of decomposing hydrogen gas (H 2 ) into protons and electrons. The cathode side GDL is formed of a material having gas permeability and conductivity, for example, a carbon fiber such as carbon paper or a porous fiber base material such as graphite fiber. The cathode side GDL is bonded to the outside of the cathode side catalyst layer, and has a function of diffusing air as an oxidant gas to make it uniform and spreading it to the cathode side catalyst layer.

アノード側ＧＤＬは、カソード側ＧＤＬと同様に、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーなどの炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。アノード側ＧＤＬは、アノード側触媒層の外側に接合されており、燃料ガスとしての水素ガスを拡散させて均一にし、アノード側触媒層に行き渡らせる機能を有している。 Like the cathode side GDL, the anode side GDL is formed of a material having gas permeability and conductivity, for example, a carbon fiber such as carbon paper or a porous fiber base material such as graphite fiber. The anode-side GDL is bonded to the outside of the anode-side catalyst layer, and has a function of diffusing hydrogen gas as a fuel gas to make it uniform and spreading it to the anode-side catalyst layer.

樹脂枠１２は、合成樹脂で枠状に形成されたコア材と、コア材の表面および裏面に形成された各接着層を有する３層構造の接着シートで構成されており、カソード側セパレータ１３およびアノード側セパレータを接着するとともに、ＭＥＧＡ１１を構成する膜電極接合体と接着されている。樹脂枠１２は、燃料極の水素ガス（Ｈ２）や空気極の酸素ガス（Ｏ２）が、微量ながら電解質膜を通過してしまうという、いわゆるクロスリークや触媒電極同士の電気的短絡を防ぐための機能を有している。接着層は、電解質膜よりも高い剛性、弾性や粘性を有する接着部材からなる。接着部材としては、熱可塑性の合成樹脂、例えばエポキシ樹脂からなる接着剤が挙げられる。 The resin frame 12 is composed of a core material formed of a synthetic resin in a frame shape and a three-layer structure adhesive sheet having adhesive layers formed on the front surface and the back surface of the core material, and is composed of a cathode side separator 13 and an adhesive sheet. The anode side separator is adhered, and the membrane electrode assembly constituting MEGA 11 is adhered. The resin frame 12 prevents so-called cross leaks and electrical short circuits between catalyst electrodes, in which hydrogen gas (H 2 ) at the fuel electrode and oxygen gas (O 2 ) at the air electrode pass through the electrolyte membrane in a small amount. Has a function for. The adhesive layer is made of an adhesive member having higher rigidity, elasticity and viscosity than the electrolyte membrane. Examples of the adhesive member include an adhesive made of a thermoplastic synthetic resin, for example, an epoxy resin.

カソード側セパレータ１３は、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板で形成されている。カソード側セパレータ１３は、カソード側ＧＤＬおよび樹脂枠１２に接着されており、カソード側ＧＤＬの表面に沿って酸化剤ガスとしての空気を流す酸化剤ガス流路が形成されている。カソード側セパレータ１３の表面は、チタン（Ｔｉ）薄膜が形成され、チタン薄膜に炭素層が形成されている。本実施形態のカソード側セパレータ１３は、本発明に係る燃料電池セルの製造装置の燃料電池セパレータに対応する。 The cathode side separator 13 is formed of a metal plate such as an iron steel plate, a stainless steel plate, and an aluminum plate. The cathode side separator 13 is adhered to the cathode side GDL and the resin frame 12, and an oxidant gas flow path through which air as an oxidant gas flows is formed along the surface of the cathode side GDL. A titanium (Ti) thin film is formed on the surface of the cathode side separator 13, and a carbon layer is formed on the titanium thin film. The cathode side separator 13 of the present embodiment corresponds to the fuel cell separator of the fuel cell manufacturing apparatus according to the present invention.

アノード側セパレータは、カソード側セパレータ１３と同様、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板で形成されている。アノード側セパレータは、アノード側ＧＤＬおよび樹脂枠１２に接着されており、アノード側ＧＤＬの表面に沿って燃料ガスとしての水素を流す燃料ガス流路が形成されている。アノード側セパレータの表面は、カソード側セパレータ１３の表面と同様、表面にチタン（Ｔｉ）薄膜が形成され、チタン薄膜に炭素層が形成されている。 Like the cathode side separator 13, the anode side separator is formed of a metal plate such as an iron steel plate, a stainless steel plate, and an aluminum plate. The anode-side separator is adhered to the anode-side GDL and the resin frame 12, and a fuel gas flow path through which hydrogen as a fuel gas flows is formed along the surface of the anode-side GDL. Similar to the surface of the cathode side separator 13, a titanium (Ti) thin film is formed on the surface of the anode side separator, and a carbon layer is formed on the titanium thin film.

ガスケット１４は、ゴムや熱可塑性エラストマーなどの弾性を有する材料で形成されており、他の燃料電池セルを構成するカソード側セパレータ１３の酸化剤ガス流路側および他の燃料電池セルを構成するアノード側セパレータの燃料ガス流路側に接着されている。 The gasket 14 is made of an elastic material such as rubber or a thermoplastic elastomer, and has an oxidant gas flow path side of a cathode side separator 13 constituting another fuel cell and an anode side constituting another fuel cell. It is adhered to the fuel gas flow path side of the separator.

ガスケット１４は、複数個の燃料電池セル１０を積層した際に、隣接する他の燃料電池セル１０の表面に当接し、二つの燃料電池セル１０の間を封止するように構成されている。ガスケット１４により、燃料ガス、酸化剤ガスや冷却媒体の各流路からの漏洩が阻止される。 When a plurality of fuel cell 10s are laminated, the gasket 14 is configured to abut on the surface of another adjacent fuel cell 10 and seal between the two fuel cell 10. The gasket 14 prevents leakage of the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium from each flow path.

次いで、燃料電池セル１０の製造装置２０について、図面を参照して説明する。 Next, the manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10 will be described with reference to the drawings.

製造装置２０は、図１（ａ）に示すように、上型２１と、下型２２と、超音波振動装置２３とを有しており、上型２１と下型２２とによりカソード側セパレータ１３とＭＥＧＡ１１が取り付けられた樹脂枠１２とを挟み込むように構成されている。カソード側セパレータ１３に上型２１が押し当てられ、ＭＥＧＡ１１が取り付けられた樹脂枠１２に下型２２が押し当てられる。なお、本実施形態の上型２１は、本発明の燃料電池セルの製造装置の本実施形態の型に対応し、本実施形態の超音波振動装置２３は、本発明の燃料電池セルの製造装置の振動付与手段に対応する。 As shown in FIG. 1A, the manufacturing apparatus 20 has an upper die 21, a lower die 22, and an ultrasonic vibration device 23, and the cathode side separator 13 is formed by the upper die 21 and the lower die 22. It is configured to sandwich the resin frame 12 to which the MEGA 11 is attached. The upper mold 21 is pressed against the cathode side separator 13, and the lower mold 22 is pressed against the resin frame 12 to which the MEGA 11 is attached. The upper mold 21 of the present embodiment corresponds to the mold of the present embodiment of the fuel cell manufacturing apparatus of the present invention, and the ultrasonic vibration device 23 of the present embodiment is the fuel cell manufacturing apparatus of the present invention. Corresponds to the vibration imparting means of.

上型２１は、昇降自在に構成されており、複数のプレス中子２１ａとガスケット逃げ部２１ｂとを有している。上型２１のプレス中子２１ａがカソード側セパレータ１３に押し当てられるように構成されている。ガスケット逃げ部２１ｂは、ガスケット逃げ部２１ｂの先端部から厚み方向に所定の深さで形成されており、ガスケット１４の全体が上型２１に接しないように形成されている。 The upper die 21 is configured to be able to move up and down, and has a plurality of press cores 21a and a gasket relief portion 21b. The press core 21a of the upper die 21 is configured to be pressed against the cathode side separator 13. The gasket relief portion 21b is formed at a predetermined depth in the thickness direction from the tip end portion of the gasket relief portion 21b, and is formed so that the entire gasket 14 does not come into contact with the upper mold 21.

超音波振動装置２３は、供給される電力に応じて超音波振動を出力する図示しない振動子を有しており、少なくとも２０ｋＨｚの所定の周波数（ｋＨｚ）の超音波振動を発生させるように構成されている。超音波振動装置２３は、上型２１と接続されており発生させた超音波振動を上型２１に伝達し、上型２１を超音波振動させる構成を有している。 The ultrasonic vibration device 23 has a vibrator (not shown) that outputs ultrasonic vibration according to the supplied power, and is configured to generate ultrasonic vibration at a predetermined frequency (kHz) of at least 20 kHz. ing. The ultrasonic vibration device 23 is connected to the upper mold 21 and has a configuration in which the generated ultrasonic vibration is transmitted to the upper mold 21 and the upper mold 21 is ultrasonically vibrated.

なお、超音波振動の所定の周波数（ｋＨｚ）は、燃料電池セル１０の特性、カソード側セパレータ１３とＭＥＧＡ１１が取り付けられた樹脂枠１２の大きさ、形状、材質などの設定諸元や、実験値などのデータに基づいて適宜選択される。 The predetermined frequency (kHz) of the ultrasonic vibration is determined by the characteristics of the fuel cell 10, the size, shape, material, and other setting specifications of the resin frame 12 to which the cathode side separator 13 and MEGA 11 are attached, as well as experimental values. It is appropriately selected based on the data such as.

次いで、燃料電池セル１０の製造装置２０によるカソード側セパレータ１３とＭＥＧＡ１１が取り付けられた樹脂枠１２との接着工程について、図面を参照して簡単に説明する。 Next, the bonding process between the cathode side separator 13 and the resin frame 12 to which the MEGA 11 is attached by the manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10 will be briefly described with reference to the drawings.

まず、上型２１が下型２２から離隔する方向に上昇し、上型２１と下型２２とが離隔した状態で、ＭＥＧＡ１１が取り付けられた樹脂枠１２と、カソード側セパレータ１３とが、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ１３が上側になるようにして互いに積層され、下型２２の上に双方がセットされる。 First, with the upper die 21 rising in the direction away from the lower die 22 and the upper die 21 and the lower die 22 separated from each other, the resin frame 12 to which the MEGA 11 is attached and the cathode side separator 13 are shown in FIG. As shown in (a) and FIG. 1 (b), the cathode side separators 13 are laminated on each other so as to be on the upper side, and both are set on the lower mold 22.

次いで、上型２１が下型２２に近接する方向に下降し、上型２１のプレス中子２１ａの先端部がカソード側セパレータ１３の上面に当接し、上型２１によりカソード側セパレータ１３が下型２２の方向に押し付けられる。このとき、ガスケット１４は、ガスケット逃げ部２１ｂに収容され、上型２１に接することはない。 Next, the upper die 21 descends in a direction close to the lower die 22, the tip of the press core 21a of the upper die 21 abuts on the upper surface of the cathode side separator 13, and the cathode side separator 13 is brought into contact with the upper die by the upper die 21. It is pressed in the direction of 22. At this time, the gasket 14 is housed in the gasket relief portion 21b and does not come into contact with the upper die 21.

続いて、超音波振動装置２３に電力が供給され、所定の周波数（ｋＨｚ）の超音波振動が発生し、発生した超音波振動は上型２１に伝達され、図１（ａ）に示す複数の折れ線で模式的に示すように上型２１を振動させる。上型２１の超音波振動は、プレス中子２１ａの先端部を介してカソード側セパレータ１３に伝達され、カソード側セパレータ１３およびＭＥＧＡ１１が取り付けられている樹脂枠１２の全体が振動する。 Subsequently, power is supplied to the ultrasonic vibration device 23, ultrasonic vibration of a predetermined frequency (kHz) is generated, and the generated ultrasonic vibration is transmitted to the upper mold 21, and a plurality of ultrasonic vibrations shown in FIG. 1 (a) are transmitted. The upper mold 21 is vibrated as schematically shown by the broken line. The ultrasonic vibration of the upper die 21 is transmitted to the cathode side separator 13 via the tip end portion of the press core 21a, and the entire resin frame 12 to which the cathode side separator 13 and the MEGA 11 are attached vibrates.

カソード側セパレータ１３およびＭＥＧＡ１１が取り付けられている樹脂枠１２の全体が振動すると、カソード側セパレータ１３と樹脂枠１２との接触面、即ち、界面の全体に摩擦熱が発生し、カソード側セパレータ１３と樹脂枠１２との界面の全体が均一に加熱され接着（溶着）される。
以上のように構成された実施形態に係る燃料電池セル１０の製造装置２０の効果について説明する。 When the entire resin frame 12 to which the cathode side separator 13 and MEGA 11 are attached vibrates, frictional heat is generated on the contact surface between the cathode side separator 13 and the resin frame 12, that is, the entire interface, and the cathode side separator 13 and the resin frame 12 are attached. The entire interface with the resin frame 12 is uniformly heated and adhered (welded).
The effect of the manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10 according to the embodiment configured as described above will be described.

本実施形態に係る燃料電池セル１０の製造装置２０は、ガスケット１４が取り付けられたカソード側セパレータ１３と、ＭＥＧＡ１１が取り付けられた樹脂枠１２とを接着するように構成されている。燃料電池セル１０の製造装置２０は、ガスケット１４と接しない形状に形成された上型２１と、超音波振動装置振動２３とを備え、カソード側セパレータ１３と樹脂枠１２とを積層した状態で上型２１をカソード側セパレータ１３および樹脂枠１２に当て、超音波振動装置振動２３により、上型２１に超音波振動を付与するように構成されている。 The manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10 according to the present embodiment is configured to bond the cathode side separator 13 to which the gasket 14 is attached and the resin frame 12 to which the MEGA 11 is attached. The manufacturing device 20 of the fuel cell 10 includes an upper mold 21 formed in a shape not in contact with the gasket 14 and an ultrasonic vibration device vibration 23, and is in a state where the cathode side separator 13 and the resin frame 12 are laminated. The mold 21 is applied to the cathode side separator 13 and the resin frame 12, and ultrasonic vibration is applied to the upper mold 21 by the ultrasonic vibration device vibration 23.

この構成により、本実施形態に係る燃料電池セル１０の製造装置２０は、上型２１がガスケット１４と接しない形状、即ち、上型２１にガスケット逃げ部２１ｂが形成されているので、ガスケット１４が上型２１で押されることはなくガスケット１４が上型２１で潰されることはないという効果が得られる。 With this configuration, in the manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10 according to the present embodiment, the gasket 14 has a shape in which the upper die 21 does not contact the gasket 14, that is, the gasket relief portion 21b is formed in the upper die 21. The effect that the gasket 14 is not crushed by the upper mold 21 without being pushed by the upper mold 21 can be obtained.

また、カソード側セパレータ１３および樹脂枠１２に対して上型２１が当てられた状態で、超音波振動装置振動２３により、上型２１に超音波振動が付与されると、上型２１の全体が振動することで、上型２１で押されているカソード側セパレータ１３の全体が振動する。カソード側セパレータ１３の全体が振動すると、カソード側セパレータ１３と樹脂枠１４との界面の全体に摩擦熱が発生し、カソード側セパレータ１３と樹脂枠１２との界面の全体が均一に加熱されるという効果が得られる。その結果、カソード側セパレータ１３および樹脂枠１２の全体が均一に接着（溶着）され、均一な接着強度を確保することができるという効果が得られる。 Further, when the upper mold 21 is applied to the cathode side separator 13 and the resin frame 12 and the upper mold 21 is subjected to ultrasonic vibration by the ultrasonic vibration device vibration 23, the entire upper mold 21 is affected. By vibrating, the entire cathode side separator 13 pressed by the upper die 21 vibrates. When the entire cathode side separator 13 vibrates, frictional heat is generated at the entire interface between the cathode side separator 13 and the resin frame 14, and the entire interface between the cathode side separator 13 and the resin frame 12 is uniformly heated. The effect is obtained. As a result, the entire cathode side separator 13 and the resin frame 12 are uniformly bonded (welded), and an effect that uniform bonding strength can be secured can be obtained.

なお、カソード側セパレータ１３を加熱および接合する方法として、カソード側セパレータ１３を型によって加熱および加圧する、いわゆるホットプレスによる方法と、ホットプレスによらない方法とがある。本実施形態に係る燃料電池セル１０の製造装置２０は、ホットプレスによらない方法で構成されている。 As a method for heating and joining the cathode side separator 13, there are a so-called hot press method in which the cathode side separator 13 is heated and pressurized by a mold, and a method not based on a hot press. The manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10 according to the present embodiment is configured by a method that does not rely on hot pressing.

ホットプレスによらない方法はさらに、型がカソード側セパレータ１３に接触して加熱エネルギーを付与する方法および型がカソード側セパレータ１３に非接触で加熱エネルギーを付与する方法があるが、本実施形態に係る燃料電池セル１０の製造装置２０においては、型がカソード側セパレータ１３に接触して加熱エネルギーを付与する方法により構成されており、加熱エネルギーとして超音波振動が付与され、カソード側セパレータ１３および樹脂枠１２の全体が均一に加熱され接着（溶着）されて、均一な接着強度を確保することができる。 Further, as a method not based on a hot press, there are a method in which the mold contacts the cathode side separator 13 to apply heating energy and a method in which the mold applies heating energy to the cathode side separator 13 in a non-contact manner. In the manufacturing apparatus 20 of the fuel cell 10, the mold is configured by a method of contacting the cathode side separator 13 to apply heating energy, ultrasonic vibration is applied as the heating energy, and the cathode side separator 13 and the resin are applied. The entire frame 12 is uniformly heated and bonded (welded), so that uniform bonding strength can be ensured.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs are designed without departing from the spirit of the present invention described in the claims. You can make changes.

１０・・・燃料電池セル、１１・・・ＭＥＧＡ、１２・・・樹脂枠、１３・・・カソード側セパレータ（燃料電池セパレータ）、１４・・・ガスケット、２０・・・製造装置(燃料電池セルの製造装置)、２１・・・上型（型）、２１ａ・・・プレス中子、２１ｂ・・・ガスケット逃げ部、２２・・・下型、２３・・・超音波振動装置(振動付与手段) 10 ... fuel cell, 11 ... MEGA, 12 ... resin frame, 13 ... cathode side separator (fuel cell separator), 14 ... gasket, 20 ... manufacturing equipment (fuel cell) 21 ... Upper mold (mold), 21a ... Press core, 21b ... Gasket relief, 22 ... Lower mold, 23 ... Ultrasonic vibration device (vibration applying means) )

Claims (1)

ガスケットが取り付けられた燃料電池セパレータと、膜電極ガス拡散層接合体が取り付けられた樹脂枠と、を接着する燃料電池セルの製造装置であって、
前記ガスケットと接しない形状に形成された型と、
超音波振動を付与する振動付与手段と、を少なくとも備え、
前記燃料電池セパレータと前記樹脂枠とを積層した状態で前記型を前記燃料電池セパレータに当て、前記振動付与手段により、前記型に前記超音波振動を付与することを特徴とする燃料電池セルの製造装置。 A fuel cell cell manufacturing device that adheres a fuel cell separator to which a gasket is attached and a resin frame to which a membrane electrode gas diffusion layer junction is attached.
A mold formed in a shape that does not contact the gasket,
At least equipped with a vibration applying means for applying ultrasonic vibration,
Manufacture of a fuel cell, wherein the mold is applied to the fuel cell separator in a state where the fuel cell separator and the resin frame are laminated, and the ultrasonic vibration is applied to the mold by the vibration applying means. Device.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203585A (en) 2000-12-28 2002-07-19 Toshiba Eng Co Ltd Fuel cell
JP2004165125A (en) 2002-01-25 2004-06-10 Toyota Motor Corp Sealing structure of fuel cell
JP2005078827A (en) 2003-08-28 2005-03-24 Nok Corp Fuel cell separator
JP2008103332A (en) 2006-10-18 2008-05-01 Antig Technology Corp Fuel battery structure
JP2008198588A (en) 2007-02-14 2008-08-28 Samsung Electro Mech Co Ltd Unit cell for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell system
JP2012212560A (en) 2011-03-31 2012-11-01 Nissan Motor Co Ltd Fuel battery cell

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05322463A (en) * 1992-05-19 1993-12-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Sealing structure of heat pipe

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203585A (en) 2000-12-28 2002-07-19 Toshiba Eng Co Ltd Fuel cell
JP2004165125A (en) 2002-01-25 2004-06-10 Toyota Motor Corp Sealing structure of fuel cell
JP2005078827A (en) 2003-08-28 2005-03-24 Nok Corp Fuel cell separator
JP2008103332A (en) 2006-10-18 2008-05-01 Antig Technology Corp Fuel battery structure
JP2008198588A (en) 2007-02-14 2008-08-28 Samsung Electro Mech Co Ltd Unit cell for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell system
JP2012212560A (en) 2011-03-31 2012-11-01 Nissan Motor Co Ltd Fuel battery cell

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