JP7480511B2 - 樹脂枠付き膜電極接合体 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂枠付き膜電極接合体に関する。

固体高分子型燃料電池は、単セルを複数積層して構成される燃料電池スタックを備えている。単セルは、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下、ＭＥＡ）と、ＭＥＡの周縁部を支持する樹脂枠部材と、膜電極接合体及び樹脂枠部材を挟む一対のセパレータとを備えている。

ＭＥＡは、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）と、電解質膜の一方の面に接合されたアノード電極と、電解質膜の他方の面に接合されたカソード電極とを有している。
特許文献１には、ＭＥＡと樹脂枠部材とが一体に組み付けられた樹脂枠付きＭＥＡが開示されている。樹脂枠部材におけるＭＥＡ側には内側肉薄部が設けられている。内側肉薄部に設けられた接合面と、ＭＥＡの外周部に設けられた露出面との間に、熱可塑性樹脂を含む接着剤シートを配置した状態で、加熱処理と加圧処理とを同時に施すことによって接着剤シートが加熱溶融されることでＭＥＡと樹脂枠部材とが接着される。

特開２０１７－６８９５６号公報

ところで、こうした樹脂枠付きＭＥＡにおいては、接着剤シートが薄く、軽いことから、樹脂枠部材上の所定の位置に接着剤シートを載置する際に、静電気や、風、ＭＥＡとの接触等によって接着剤シートが所定の位置からずれやすいといった問題がある。

本発明の目的は、接着シートの位置ずれを抑制することのできる樹脂枠付き膜電極接合体を提供することにある。

上記目的を達成するための樹脂枠付き膜電極接合体は、中央に開口部を有する硬質樹脂製の枠部材、前記枠部材に重ね合わされて前記開口部を覆う膜電極接合体、及び前記枠部材の一方の面に設けられ、前記開口部の周縁に沿って延在する第１接着面と、前記膜電極接合体の一方の面に設けられる第２接着面とにより挟まれて、前記枠部材と前記膜電極接合体とを接着する接着シートを備える。前記枠部材は、前記第１接着面に係合部を有しており、前記接着シートは、前記係合部に係合される被係合部を有している。

同構成によれば、枠部材と膜電極接合体とを接着シートを介して接着するに先立ち、接着シートを枠部材の第１接着面に載置する際、接着シートの被係合部が第１接着面に設けられた係合部に係合される。これにより、枠部材に対する接着シートの変位が規制されるようになる。したがって、接着シートの位置ずれを抑制することができる。

本発明によれば、接着シートの位置ずれを抑制することができる。

樹脂枠付き膜電極接合体の一実施形態について、枠部材、接着シート、及び膜電極接合体を分離して示す斜視図。 同実施形態の樹脂枠付き膜電極接合体を示す平面図。 図２の３－３線に沿った断面図。 変形例の樹脂枠付き膜電極接合体を示す平面図。

以下、図１～図４を参照して、一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、樹脂枠付き膜電極接合体は、燃料電池スタックの単セルの一部を構成するものであり、中央に開口部１１を有する枠部材１０、枠部材１０に重ね合わされて開口部１１を覆う膜電極接合体（以下、ＭＥＡ２０）、及び枠部材１０とＭＥＡ２０とを接着する接着シート３０を備えており、全体として長方形板状である。

以下、樹脂枠付きＭＥＡを構成する各部品について詳細に説明する。
＜ＭＥＡ２０＞
図１及び図２に示すように、ＭＥＡ２０は、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）と、電解質膜の一方の面に接合されたカソード電極と、電解質膜の他方の面に接合されたアノード電極（いずれも図示略）とを有している。

ＭＥＡ２０は、平面視四角形状である。なお、ＭＥＡ２０の両面には、ガス拡散層（図示略）が接合されている。
＜枠部材１０＞
図１及び図２に示すように、枠部材１０は、長方形枠状であり、中央に平面視長方形状の開口部１１を有している。枠部材１０は、硬質樹脂製である。

図１～図３に示すように、枠部材１０の一方の面（図１及び図３の上面）の内周部には、開口部１１の周縁に沿って平面視長方形枠状の第１接着面１２が延在している。
図１及び図２に示すように、第１接着面１２には、ＭＥＡ２０に向かって突出する円柱状の複数の突部１３が設けられている。各突部１３が、本発明に係る係合部に相当する。突部１３の突出高さは、後述する接着シート３０の厚さと同一である。突部１３は、第１接着面１２の延在方向において互いに間隔をおいて設けられている。より詳しくは、突部１３は、第１接着面１２における各辺の中央部に１つずつ設けられている。

＜接着シート３０＞
図１及び図２に示すように、接着シート３０は、熱可塑性樹脂を接着剤として含む所謂ホットメルト接着シートであり、平面視長方形枠状である。接着シート３０の外縁形状は、ＭＥＡ２０の外縁形状と同一であり、枠部材１０の第１接着面１２の外縁形状よりも僅かに小さい。接着シート３０の内縁形状は、枠部材１０の第１接着面１２の内縁形状よりも僅かに大きい。

図１及び図３に示すように、接着シート３０は、枠部材１０の第１接着面１２と、ＭＥＡ２０の一方の面（図１及び図３の下面）に設けられる第２接着面２２とにより挟まれて、枠部材１０とＭＥＡ２０とを接着する。

接着シート３０は、各突部１３に係合される複数の孔３３を有している。各孔３３が、本発明に係る被係合部に相当する。
次に、本実施形態の作用について説明する。

枠部材１０とＭＥＡ２０とを接着シート３０を介して接着するに先立ち、接着シート３０を枠部材１０の第１接着面１２に載置する際、接着シート３０の孔３３が第１接着面１２に設けられた突部１３に係合される。これにより、枠部材１０に対する接着シート３０の変位、特に面方向の変位が規制されるようになる（以上、作用１）。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）枠部材１０は、第１接着面１２に係合部としての突部１３を有しており、接着シート３０は、係合部としての突部１３に係合される被係合部としての孔３３を有している。

こうした構成によれば、上述した作用１を奏する。したがって、接着シート３０の位置ずれを抑制することができる。
（２）係合部としての突部１３及び被係合部としての孔３３が、第１接着面１２の延在方向において互いに間隔をおいて複数設けられている。

こうした構成によれば、枠部材１０に対する接着シート３０の面方向の変位が一層規制されるようになる。したがって、接着シート３０の位置ずれをより抑制することができる。

（３）係合部は、第１接着面１２からＭＥＡ２０に向かって突出する突部１３であり、被係合部は、突部１３に係合される孔３３である。
枠部材１０は、接着シート３０に比べて厚いことから、容易に形成することができ、形状の自由度も大きい。

上記構成によれば、接着シート３０に設けられる被係合部が孔３３であるため、接着シート３０を容易に形成することができる。
＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・枠部材１０の外周部には、酸化ガスの供給を行うマニホールド孔、冷却液の供給を行うマニホールド孔、燃料ガスの供給を行うマニホールド孔、酸化ガスの排出を行うマニホールド孔、冷却液の排出を行うマニホールド孔、燃料ガスの排出を行うマニホールド孔が設けられていてもよい。

・図３に示すように、突部１３が、接着シート３０を貫通してもよい。この場合、ＭＥＡ２０に、突部１３の先端が嵌合する嵌合部２３が設けられていてもよい。
こうした構成によれば、枠部材１０とＭＥＡ２０とを接着シート３０を介して接着するに先立ち、接着シート３０が枠部材１０の第１接着面１２に載置されると、枠部材１０の第１接着面１２に設けられた突部１３が接着シート３０を貫通する。次に、ＭＥＡ２０が枠部材１０及び接着シート３０に載置されると、接着シート３０から突出している突部１３の先端がＭＥＡ２０の嵌合部２３に嵌合される。これにより、枠部材１０に対するＭＥＡ２０の変位が規制されるようになる。したがって、接着シート３０及びＭＥＡ２０の双方の位置ずれを抑制することができる。

・係合部及び被係合部は、本実施形態で例示した形状に限定されない。例えば、被係合部は、係合部としての突部１３が貫通しない凹部であってもよい。また、図４に示すように、接着シート３０の外縁から外周側に突出する突部３３ａを被係合部とし、枠部材１０に設けられて突部３３ａが係合する凹部１３ａを係合部としてもよい。この場合、枠部材１０の一方の面の内周部には、外周部よりも板厚が薄い平面視長方形枠状の薄肉部１４を設けるようにすればよい。このとき、薄肉部１４の表面を第１接着面１２とすればよい。

・本実施形態では、第１接着面１２の各辺に１つずつ係合部が設けられているものを例示したが、係合部の数はこれに限られるものではない。すなわち、第１接着面１２の各辺に２つ以上の係合部を設けるようにしてもよい。また、例えば対向する一対の辺のいずれか一方に係合部を設けるようにしてもよい。また、枠部材に設けられる係合部は１つでもよい。ここで、上記のように係合部を変更した場合、それに伴って被係合部は、係合部に対応する位置に設けるようにすればよい。

１０…枠部材
１１…開口部
１２…第１接着面
１３…突部
１３ａ…凹部
１４…薄肉部
２０…ＭＥＡ
２２…第２接着面
２３…嵌合部
３０…接着シート
３３…孔
３３ａ…突部

Claims (5)

1. 中央に開口部を有する硬質樹脂製の枠部材、前記枠部材に重ね合わされて前記開口部を覆う膜電極接合体、及び前記枠部材の一方の面に設けられ、前記開口部の周縁に沿って延在する第１接着面と、前記膜電極接合体の一方の面に設けられる第２接着面とにより挟まれて、前記枠部材と前記膜電極接合体とを接着する接着シートを備える樹脂枠付き膜電極接合体において、
   前記枠部材は、前記第１接着面に係合部を有しており、
   前記接着シートは、前記係合部に係合される被係合部を有しており、
   前記係合部は、前記膜電極接合体を貫通しないものである、
   樹脂枠付き膜電極接合体。
2. 前記係合部及び前記被係合部が、前記第１接着面の延在方向において互いに間隔をおいて複数設けられている、
   請求項１に記載の樹脂枠付き膜電極接合体。
3. 前記係合部は、前記第１接着面から前記膜電極接合体に向かって突出する突部であり、
   前記被係合部は、前記突部に係合される孔または凹部である、
   請求項１または請求項２に記載の樹脂枠付き膜電極接合体。
4. 前記突部は、前記接着シートを貫通しており、
   前記膜電極接合体には、前記突部の先端が嵌合する嵌合部が設けられている、
   請求項３に記載の樹脂枠付き膜電極接合体。
5. 請求項１～請求項４に記載の樹脂枠付き膜電極接合体を組み立てる組立方法であって、
   前記接着シートを前記枠部材の前記第１接着面に載置する第１載置工程と、
   前記第１接着面と前記第２接着面とによって前記接着シートを挟むように前記枠部材及び前記接着シートに前記膜電極接合体を載置する第２載置工程と、を備え、
   前記第１載置工程では、前記被係合部が前記係合部に係合されることで前記枠部材に対する前記接着シートの変位が規制される、
   樹脂枠付き膜電極接合体の組立方法。