(57)【要約】【課題】燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法において、作業効率の向上を図る。【解決手段】セパレータ集合体１４の製造方法においては、冷却媒体流路板３０と樹脂フレーム３２とを接合して、中間層２６を一体化にする工程と、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４により、一体化された中間層２６を挟持して加熱接合する工程とを有することを特徴とする。この製造方法によれば、樹脂フレーム３２より剛性がある中間層２６を先に作製し、これを各セパレータ２２，２４に対して位置決めするので、樹脂フレーム３２単体を各セパレータ２２，２４に位置決めする作業に比べ手間がかからず、作業効率の向上を図ることができる。【選択図】図１
2010225367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面にアノードとカソードをそれぞれ接合してなる膜電極接合体が、複数の部材から構成されるセパレータ集合体を介在させて、複数積層されて構成される燃料電池に用いられる前記セパレータ集合体の製造方法において、
セパレータ集合体は、
アノード側に面する金属からなるアノードセパレータと、
カソード側に面する金属からなるカソードセパレータと、
アノードセパレータとカソードセパレータとにより挟持される中間層と、
を有し、
中間層は、
膜電極接合体を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路が形成された金属からなる冷却媒体流路板と、
熱可塑性を有する樹脂からなり、冷却媒体流路板の外周を囲むように形成された樹脂フレームと、
から構成され、
セパレータ集合体の製造方法は、
冷却媒体流路板と樹脂フレームとを接合して、中間層を一体化にする工程と、
アノードセパレータとカソードセパレータにより、一体化された中間層を挟持して加熱接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法において、
熱可塑性を有する樹脂からなり、樹脂フレームを成形するためのシート素材を用意する工程を有し、
中間層を一体化にする工程は、
用意されたシート素材の中央の領域であって、冷却媒体流路板に対応する領域を打ち抜く工程と、
シート素材の打ち抜いた領域に冷却媒体流路板を配置する工程と、
シート素材と冷却媒体流路板とを加熱接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法において、
シート素材の中央の領域であって、冷却媒体流路板に対応する領域を打ち抜くときに、シート素材の領域であって、樹脂フレームに対応しない領域も打ち抜いて樹脂フレームを成形する、
ことを特徴とする燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法において、
シート素材と冷却媒体流路板とを加熱接合した後に、シート素材の領域であって、樹脂フレームに対応しない領域も打ち抜いて樹脂フレームを成形する、
ことを特徴とする燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１つに記載の燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法において、
シート素材は、樹脂フレームを連続して順次成形することができる帯状である、
ことを特徴とする燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法において、
中間層を一体化にする工程は、
樹脂フレーム成形用の金型の内部に冷却媒体流路板を充填する工程と、
金型の内部に、熱可塑性を有する溶融樹脂を注入して、冷却媒体流路板の外周を溶融樹脂で囲んで固化させて、冷却媒体流路板と樹脂フレームとを接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法。
【請求項７】
電解質膜の両面に、アノードとカソードをそれぞれ接合してなる膜電極接合体が、複数の部材から構成されるセパレータ集合体を介在させて、複数積層されて構成される燃料電池に用いられる前記セパレータ集合体の製造方法において、
セパレータ集合体は、
アノード側に面する金属からなるアノードセパレータと、
カソード側に面する金属からなるカソードセパレータと、
アノードセパレータとカソードセパレータとにより挟持される中間層と、
を有し、
中間層は、
膜電極接合体を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路が形成された金属からなる冷却媒体流路板と、
熱可塑性を有する樹脂からなり、冷却媒体流路板の外周を囲むように形成された樹脂フレームと、
から構成され、
セパレータ集合体の製造方法は、
熱可塑性を有する樹脂からなり、樹脂フレームを成形するためのシート素材であって、樹脂フレームを連続して順次成形することができる帯状のシート素材を用意する工程と、
用意されたシート素材の中央の領域であって、冷却媒体流路板に対応する領域を順次打ち抜く工程と、
シート素材の打ち抜いた領域に冷却媒体流路板を順次配置する工程と、
シート素材と冷却媒体流路板とを順次加熱接合して、シート素材上に一連の中間層帯を形成する工程と、
アノードセパレータとカソードセパレータにより、中間層帯を順次挟持して、それらを加熱接合して、シート素材上に一連のセパレータ集合体帯を形成する工程と、
セパレータ集合体帯が形成されたシート素材から樹脂フレームに対応しない領域を順次打ち抜いて樹脂フレームを成形して、セパレータ集合体帯から個別のセパレータ集合体に分離する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応ガスである燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）を電気化学反応させて発電を行う装置である。近年、２つの電極の間の電解質に固体高分子を用いた固体高分子型燃料電池が開発され、その優れた車載性から、自動車等の車両用の電力供給源として期待されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池（以下、単に「燃料電池」と記す）は、一方の電極である燃料極（以下、アノードと記す）と、高分子電解質膜と、他方の電極である空気極（以下、カソードと記す）とが順に積層した膜電極接合体を、２枚のセパレータ、すなわちアノード側に面するアノードセパレータとカソード側に面するカソードセパレータとで狭持した構造を有している。この構造により１つの電池が構成されるため、一般にこれが単位セルと称される。このように構成される単位セルを、膜電極接合体を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路が形成された冷却媒体流路板を介して多数積層することにより燃料電池が構成される。
【０００４】
燃料電池の電気化学反応による発電について説明する。アノードの触媒作用により、燃料ガスである水素は、水素イオンと電子に解離される。触媒作用により生成した水素イオンは、高分子電解質膜を透過して、カソードへ送られる。また、触媒作用により生成した電子は、外部回路を通じてカソードへ送られる。一方、カソードでは、高分子電解質膜を透過した水素イオンと、外部回路を通じて供給された電子とが、カソードの触媒作用により、酸化ガスである酸素と反応し、水を生成する。この膜電極接合体における一連の反応により、単位セルは外部へ電力供給が可能となる。なお、燃料電池は、単位セルが直列接続し多数積層して構成されるので、所望の起電力を得ることができる。
【０００５】
燃料電池の製造方法として、カソードと高分子電解質膜とアノードとを順に積層させて膜電極接合体を製造する工程と、アノードセパレータと冷却媒体流路板とカソードセパレータとを順に積層させてセパレータ集合体を製造する工程と、膜電極接合体とセパレータ集合体とを多数積層させて燃料電池を製造する工程を有する製造方法が知られている。
【０００６】
このような燃料電池の製造方法の１つであるセパレータ集合体を製造する工程に関しては、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、金属製のアノード対向プレートとカソード対向プレートにより、これら２枚のプレートより小さい金属製の冷却水流路形成部材を挟持してろう付け接合する工程と、これら２枚のプレートの隙間に、冷却水流路形成部材の外周を囲むように、熱可塑性を有する樹脂製シート部材を複数挿入して枠型の樹脂フレームを成形する工程と、これらを加熱接着してセパレータ集合体を一体化する工程とを有するセパレータ集合体の製造方法が開示されている。
【０００７】
下記特許文献２には、帯状シート素材にセパレータを順次成形して、帯状シート素材上に一連のセパレータ帯を作製する工程と、セパレータ帯に膜電極接合体を順次組み付けて、帯状シート素材上に一連のモジュール帯を作製する工程と、モジュール帯から単位セルに対応しない領域を順次切断し除去して個別のモジュールに分離する工程とを有する単位セルの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１７９７８７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１のようなセパレータ集合体の製造に用いられる樹脂フレームを構成する樹脂製シート部材は、比較的薄く成形され、柔軟性がある。言い換えれば、樹脂製シート部材は、剛性がなく変形しやすい。このため、製造工程において、樹脂製シートを把持して移動させる作業、または２枚のセパレータの間に樹脂製シートを挿入して位置決めをする作業に手間がかかってしまうという問題がある。
【００１０】
また、従来技術においては、２枚のセパレータにより、予め成形された樹脂フレームと冷却媒体流路板とを挟んでセパレータ集合体の製造する方法が知られている。しかしながら、このような製造方法においても、樹脂フレームは、上記特許文献１に記載の樹脂製シート部材と同様、剛性がなく変形しやすいため、樹脂フレームを把持して移動させる作業、またはセパレータの上に樹脂フレームを載せて、セパレータ及び冷却媒体流路板に対する樹脂フレームの位置決めをする作業に手間がかかってしまうという問題がある。樹脂フレームに補強シートを貼り付けて樹脂フレームの剛性を上げたとしても、樹脂フレームに補強シートを貼り付ける作業と、セパレータ及び冷却媒体流路板に対して樹脂フレームの位置決めをした後に樹脂フレームから補強シートを剥がす作業とが増加してしまい、作業効率が低下してしまうという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、樹脂フレームを把持して移動させるとき、またはセパレータ及び冷却媒体流路板に対して樹脂フレームの位置決めをするときの、作業効率の向上を図ることができる燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電解質膜の両面にアノードとカソードをそれぞれ接合してなる膜電極接合体が、複数の部材から構成されるセパレータ集合体を介在させて、複数積層されて構成される燃料電池に用いられる前記セパレータ集合体の製造方法において、セパレータ集合体は、アノード側に面する金属からなるアノードセパレータと、カソード側に面する金属からなるカソードセパレータと、アノードセパレータとカソードセパレータとにより挟持される中間層と、を有し、中間層は、膜電極接合体を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路が形成された金属からなる冷却媒体流路板と、熱可塑性を有する樹脂からなり、冷却媒体流路板の外周を囲むように形成された樹脂フレームと、から構成され、セパレータ集合体の製造方法は、冷却媒体流路板と樹脂フレームとを接合して、中間層を一体化にする工程と、アノードセパレータとカソードセパレータにより、一体化された中間層を挟持して加熱接合する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、熱可塑性を有する樹脂からなり、樹脂フレームを成形するためのシート素材を用意する工程を有し、中間層を一体化にする工程は、用意されたシート素材の中央の領域であって、冷却媒体流路板に対応する領域を打ち抜く工程と、シート素材の打ち抜いた領域に冷却媒体流路板を配置する工程と、シート素材と冷却媒体流路板とを加熱接合する工程と、を有することができる。
【００１４】
また、シート素材の中央の領域であって、冷却媒体流路板に対応する領域を打ち抜くときに、シート素材の領域であって、樹脂フレームに対応しない領域も打ち抜いて樹脂フレームを成形することができる。
【００１５】
また、シート素材と冷却媒体流路板とを加熱接合した後に、シート素材の領域であって、樹脂フレームに対応しない領域も打ち抜いて樹脂フレームを成形することができる。
【００１６】
また、シート素材は、樹脂フレームを連続して順次成形することができる帯状であることが好適である。
【００１７】
また、中間層を一体化にする工程は、樹脂フレーム成形用の金型の内部に冷却媒体流路板を充填する工程と、金型の内部に、熱可塑性を有する溶融樹脂を注入して、冷却媒体流路板の外周を溶融樹脂で囲んで固化させて、冷却媒体流路板と樹脂フレームとを接合する工程と、を有することができる。
【００１８】
また、別の発明は、電解質膜の両面に、アノードとカソードをそれぞれ接合してなる膜電極接合体が、複数の部材から構成されるセパレータ集合体を介在させて、複数積層されて構成される燃料電池に用いられる前記セパレータ集合体の製造方法において、セパレータ集合体は、アノード側に面する金属からなるアノードセパレータと、カソード側に面する金属からなるカソードセパレータと、アノードセパレータとカソードセパレータとにより挟持される中間層と、を有し、中間層は、膜電極接合体を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路が形成された金属からなる冷却媒体流路板と、熱可塑性を有する樹脂からなり、冷却媒体流路板の外周を囲むように形成された樹脂フレームと、から構成され、セパレータ集合体の製造方法は、熱可塑性を有する樹脂からなり、樹脂フレームを成形するためのシート素材であって、樹脂フレームを連続して順次成形することができる帯状のシート素材を用意する工程と、用意されたシート素材の中央の領域であって、冷却媒体流路板に対応する領域を順次打ち抜く工程と、シート素材の打ち抜いた領域に冷却媒体流路板を順次配置する工程と、シート素材と冷却媒体流路板とを順次加熱接合して、シート素材上に一連の中間層帯を形成する工程と、アノードセパレータとカソードセパレータにより、中間層帯を順次挟持して、それらを加熱接合して、シート素材上に一連のセパレータ集合体帯を形成する工程と、セパレータ集合体帯が形成されたシート素材から樹脂フレームに対応しない領域を順次打ち抜いて樹脂フレームを成形して、セパレータ集合体帯から個別のセパレータ集合体に分離する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法によれば、樹脂フレームを把持して移動させるとき、またはセパレータ及び冷却媒体流路板に対して樹脂フレームの位置決めをするときの、作業効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の燃料電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】セパレータ集合体の概略構成を示す斜視図である。
【図３】各セパレータの構成を示す平面図である。
【図４】樹脂フレームの構成を示す平面図である。
【図５】セパレータ集合体の製造方法を実施する装置と工程を示す図である。
【図６】別の態様のセパレータ集合体の製造方法を実施する装置と工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る燃料電池に用いられるセパレータ集合体の製造方法の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態の燃料電池の概略構成を示す断面図である。
【００２２】
燃料電池１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１２を、セパレータ集合体１４を介在させて複数積層した電池積層体である。
【００２３】
ＭＥＡ１２は、電解質膜１６と、電解質膜１６の一方の面に接合される電極であるアノード１８と、電解質膜１６の他方の面に接合される電極であるカソード２０とから構成される。セパレータ集合体１４は、２枚のセパレータ２２，２４により中間層２６を挟持して構成される。
【００２４】
なお、ＭＥＡ１２を、２枚のセパレータ２２，２４で狭持した構造により１つの電池が構成されるため、一般にこれが単位セル２８と称される。
【００２５】
電解質膜１６は、例えばフッ素樹脂などの固体高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である。
【００２６】
アノード１８とカソード２０は、電極触媒層とガス拡散層（ともに、図示せず）をそれぞれ有しており、電極触媒層が電解質膜１６側にそれぞれ面し、ガス拡散層がセパレータ２２，２４にそれぞれ面している。電極触媒層には、触媒として白金または白金と他の金属からなる合金などが担持されている。ガス拡散層は、炭素繊維からなる糸で織ったカーボンクロスにより形成される。
【００２７】
ＭＥＡ１２はセパレータ２２，２４より小さく形成され、ＭＥＡ１２を挟み込んでいる２枚のセパレータ２２，２４の間隔のうちＭＥＡ１２の存在しない箇所にはガスケット３４が設けられている。このガスケット３４は、反応ガスのリークを防止したり、この箇所での反応ガスである燃料ガスと酸化ガスの混合を防止したりする役割を果している。
【００２８】
このように構成されるＭＥＡ１２における電気化学反応について説明する。アノード１８は、反応ガスである燃料ガス（水素）が供給される燃料極である。アノード１８においては、供給された水素がガス拡散層で拡散され、電極触媒層の触媒作用により、水素分子（Ｈ2）がプロトン（Ｈ+）と電子（ｅ）に解離される。そして、プロトン（Ｈ+）は電解質膜１６を通ってカソード２０の電極触媒層へ移動し、電子（ｅ）は図示しない外部経路を通ってカソード２０の電極触媒層へ移動する。
【００２９】
一方、カソード２０は、反応ガスである酸化ガス（空気）が供給される空気極である。カソード２０においては、供給された空気がガス拡散層で拡散され、電極触媒層の触媒作用により、空気に含まれる酸素分子（Ｏ2）とアノード１８から移動してきたプロトン（Ｈ+）と電子（ｅ）とが反応して水（Ｈ2Ｏ）が生成する。このＭＥＡ１２における一連の電気化学反応により、燃料電池１０は外部へ電力を供給することができる。
【００３０】
セパレータ集合体１４の構成について、さらに図２から４を用いて説明する。図２は、セパレータ集合体１４の概略構成を示す斜視図である。図３は、各セパレータ２２，２４の構成を示す平面図である。図４は、樹脂フレーム３２の構成を示す平面図である。
【００３１】
セパレータ集合体１４は、アノード１８側に面するセパレータであるアノードセパレータ２２と、カソード２０側に面するセパレータであるカソードセパレータ２４と、これらのセパレータ２２，２４とにより挟持される中間層２６とを有する。中間層２６は、冷却媒体流路板３０と、冷却媒体流路板３０の外周を囲むように形成された樹脂フレーム３２とから構成される。
【００３２】
アノードセパレータ２２及びカソードセパレータ２４は、金属からなり、外観的には略四角形状に形成されると共にＭＥＡ１２の隔壁をなす。図３に示されるように、アノードセパレータ２２及びカソードセパレータ２４の領域であって、積層方向に向かってＭＥＡ１２を投影した領域（図３において、破線で囲まれた領域）３６より外側の領域には、燃料ガス用貫通孔３８と、排出燃料ガス用貫通孔４０と、酸化ガス用貫通孔４２と、排出酸化ガス用貫通孔４４と、冷却媒体用貫通孔４６と、排出冷却媒体用貫通孔４８とが形成されている。燃料ガス用貫通孔３８は、各ＭＥＡ１２に燃料ガスを供給するための孔であり、排出燃料ガス用貫通孔４０は、各ＭＥＡ１２から排出される燃料ガスである排出燃料ガスを外部に送り出すための孔である。また、酸化ガス用貫通孔４２は、各ＭＥＡ１２に酸化ガスを供給するための孔であり、排出酸化ガス用貫通孔４４は、各ＭＥＡ１２から排出される酸化ガスである排出酸化ガスを外部に送り出すための孔である。さらに、冷却媒体用貫通孔４６は、各冷却媒体流路板３０に冷却媒体を供給するための孔であり、排出冷却媒体用貫通孔４８は、各冷却媒体流路板３０から排出される冷却媒体である排出冷却媒体を外部に送り出すための孔である。
【００３３】
また、アノードセパレータ２２及びカソードセパレータ２４の領域３６内には、燃料ガス口５０と、排出燃料ガス口５２と、酸化ガス口５４と、排出酸化ガス口５６とがそれぞれ複数形成されている。燃料ガス口５０は、燃料ガス用貫通孔３８からの燃料ガスを、後述する燃料ガス流路形成部５８を介してアノード１８に供給するための孔である。排出燃料ガス口５２は、アノード１８からの排出燃料ガスを、後述する排出燃料ガス流路形成部６０を介して排出燃料ガス用貫通孔４０に排出するための孔である。酸化ガス口５４は、酸化ガス用貫通孔４２からの酸化ガスを、後述する酸化ガス流路形成部６２を介してカソード２０に供給するための孔である。排出酸化ガス口５６は、カソード２０からの排出酸化ガスを、後述する排出酸化ガス流路形成部６４を介して排出酸化ガス用貫通孔４４に排出するための孔である。
【００３４】
冷却媒体流路板３０は、金属からなり、外観的には略四角形状に形成される。冷却媒体流路板３０は、アノード１８及びカソード２０に対応する領域、すなわち積層方向に向かってアノード１８及びカソード２０を中間層２６に投影した領域より小さく成形される。冷却媒体流路板３０には、冷却媒体が流れる冷却媒体流路６６が形成されている。また、冷却媒体流路板３０には、冷却媒体流路６６と、樹脂フレーム３２に形成される冷却媒体用貫通孔４６及び排出冷却媒体用貫通孔４８とを接続する接続流路（図示せず）が形成されている。冷却媒体流路６６を流れる冷却媒体により、電気化学反応により発熱するＭＥＡ１２を冷却する。
【００３５】
樹脂フレーム３２は、薄い平板であり、中央部に開口部３２ａを有する枠形状に形成される。枠形状の外形は各セパレータ２２，２４に対応する大きさであり、中央部の開口部３２ａは冷却媒体流路板３０が嵌り合うことができる大きさである。樹脂フレーム３２は、熱可塑性を有する樹脂からなり、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミドからなる。
【００３６】
図４に示されるように、樹脂フレーム３２には、各セパレータ２２，２４と同様、燃料ガス用貫通孔３８と、排出燃料ガス用貫通孔４０と、酸化ガス用貫通孔４２と、排出酸化ガス用貫通孔４４と、冷却媒体用貫通孔４６と、排出冷却媒体用貫通孔４８とが形成されている。燃料ガス用貫通孔３８には、この孔３８からアノードセパレータ２２の複数の燃料ガス口５０に燃料ガスをそれぞれ流すための複数の燃料ガス流路形成部５８が設けられている。また、排出燃料ガス用貫通孔４０には、アノードセパレータ２２の複数の排出燃料ガス口５２から排出燃料ガス用貫通孔４０に排出燃料ガスを流すための複数の排出燃料ガス流路形成部６０が設けられている。また、酸化ガス用貫通孔４２には、この孔４２からカソードセパレータ２４の複数の酸化ガス口５４に酸化ガスをそれぞれ流すための複数の酸化ガス流路形成部６２が設けられている。また、排出酸化ガス用貫通孔４４には、カソードセパレータ２４の複数の排出酸化ガス口５６から排出酸化ガス用貫通孔４４に排出燃料ガスを流すための複数の排出燃料ガス流路形成部６４が設けられている。また、冷却媒体用貫通孔４６と排出冷却媒体用貫通孔４８は、開口部３２ａと一体の孔になるよう形成されている。
【００３７】
各セパレータ２２，２４と樹脂フレーム３２とにそれぞれ形成される各貫通孔３８，４０，４２，４４，４６，４８は、セパレータ集合体１４が構成された場合、それぞれ同じ位置になるように形成される。このような構成により、燃料電池１０内の各ＭＥＡ１２に反応ガスをそれぞれ供給するとともに排出することができ、また燃料電池１０内の各冷却媒体流路板３０に冷却媒体をそれぞれ供給することができるとともに排出することができる。
【００３８】
次に、セパレータ集合体１４の製造方法について、図５を用いて説明する。図５は、セパレータ集合体１４の製造方法を実施する装置７０と工程を示す図である。
【００３９】
本実施形態におけるセパレータ集合体１４の製造方法においては、冷却媒体流路板３０と樹脂フレーム３２とを接合して、中間層２６を一体化にする工程と、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４により、一体化された中間層２６を挟持して加熱接合する工程とを有することを特徴とする。この製造方法によれば、樹脂フレーム３２より剛性がある中間層２６を先に作製し、これを各セパレータ２２，２４に対して位置決めするので、樹脂フレーム３２単体を各セパレータ２２，２４に対して位置決めする作業に比べ手間がかからず、作業効率の向上を図ることができる。以下、具体的なセパレータ集合体１４の製造方法について説明する。
【００４０】
本実施形態の製造装置７０は、セパレータ集合体１４を連続的に製造する装置である。製造装置７０には、帯状のシート素材７２を搬送するラインにシート素材７２の搬送方向に、第１の打ち抜き機７６と、冷却媒体流路板仮付け機７８と、第２の打ち抜き機８０と、セパレータ接合機８２とが順に配置される。なお、本発明は、セパレータ集合体１４を連続的に製造する製造方法に限定されず、個々に製造する製造方法にも適用することができる。
【００４１】
シート素材７２は、樹脂フレーム３２の素材であり、熱可塑性を有する樹脂からなる。シート素材７２は、搬送ラインに連続的に供給できるように、搬送ラインの上流にロール状に巻かれたロール部材７４として配置される。
【００４２】
第１の打ち抜き機７６は、シート素材７２の中央の領域であって、冷却媒体流路板３０に対応する領域を打ち抜いて、シート素材７２に開口部３２ａを形成する装置である。このように、第１の打ち抜き機７６により冷却媒体流路板３０に対応する領域のみを打ち抜くことにより、シート素材７２の剛性の低下を抑制することができる。なお、第１の打ち抜き機７６は、樹脂フレーム３２において開口部３２ａと一体の孔になる冷却媒体用貫通孔４６と排出冷却媒体用貫通孔４８に対応する領域も合わせて打ち抜くことができる。
【００４３】
冷却媒体流路板仮付け機７８は、シート素材７２に形成された開口部３２ａに冷却媒体流路板３０を配置するとともに、シート素材７２と冷却媒体流路板３０とを加熱接合する装置である。具体的には、冷却媒体流路板仮付け機７８は、シート素材７２と、これの開口部３２ａに配置された冷却媒体流路板３０とが接触する接触線に対して部分的に、例えばレーザにより熱を加え、これらを仮接合する。樹脂フレーム３２に成形される前の帯状のシート素材７２に冷却媒体流路板３０が接合された状態のものを、以降、中間層帯２６ａという。前の装置７６において、シート素材７２の剛性の低下が抑制するように加工されているので、冷却媒体流路板仮付け機７８においては、シート素材７２に対する冷却媒体流路板３０の位置決めが容易になる。また、冷却媒体流路板仮付け機７８において、シート素材７２と冷却媒体流路板３０とが接合されるので、シート素材７２単体に比べ剛性を上げることができる。なお、冷却媒体流路板仮付け機７８は、ソート素材７２と冷却媒体流路板３０とが接触する接触線に対して連続して熱を加えて接合することもできる。
【００４４】
第２の打ち抜き機８０は、シート素材７２から樹脂フレーム３２に対応しない領域を打ち抜いて、一体化された中間層２６を作製する装置である。樹脂フレーム３２に対応しない領域とは、樹脂フレーム３２の外周より外側の領域と、各貫通孔３８，４０，４２，４４及び各流路形成部５８，６０，６２，６４に対応する領域である。このように、第２の打ち抜き機８０により一体化された中間層２６は、樹脂フレーム３２単体より剛性が高い。このために、次の工程のセパレータ接合機８２に中間層２６を把持して移動させる際、樹脂フレーム３２を把持して移動させるときに比べ作業に手間がかからない。
【００４５】
セパレータ接合機８２は、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４により中間層２６を挟持して加熱接合する装置である。具体的には、セパレータ接合機８２は、例えばアノードセパレータ２２の上に中間層２６を配置し、その上にカソードセパレータ２４を配置する。そして、雰囲気温度を加熱（例えば１５０〜２００℃）して、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４とを樹脂フレーム３２を介して接着させ、セパレータ集合体１４を作製する。上述したように、一体化された中間層２６は、樹脂フレーム３２単体より剛性が高い。このために、セパレータ接合機８２において、セパレータ２２，２４に対して中間層２６の位置決めをする際、樹脂フレーム３２の位置決めをするときに比べ作業に手間がかからない。
【００４６】
次に、このように構成される製造装置７０を用いたセパレータ集合体１４の製造方法について説明する。
【００４７】
まず、ステップＳ１０１において、熱可塑性を有する樹脂からなり、樹脂フレーム３２を成形するためのシート素材７２を用意する。本実施形態においては、用意するシート素材７２は、帯状のシート素材７２をロール状に巻きつけたロール部材７４であるが、この構成に限定されず、成形される樹脂フレーム３２より長く裁断された複数のシート素材７２であってもよい。
【００４８】
そして、ステップＳ１０２において、第１の打ち抜き機７６が、搬送されたシート素材７２の中央の領域であって、冷却媒体流路板３０に対応する領域を順次打ち抜き、開口部３２ａを順次形成する。
【００４９】
そして、ステップＳ１０３において、冷却媒体流路板仮付け機７８が、搬送されたシート素材７２に形成された開口部３２ａに冷却媒体流路板３０を順次配置する。さらに、冷却媒体流路板仮付け機７８が、シート素材７２と、配置された冷却媒体流路板３０とを順次加熱接合し、一連の中間層帯２６ａを作製する。
【００５０】
そして、ステップＳ１０４において、第２の打ち抜き機８０が、搬送された中間層帯２６ａが形成されたシート素材７２の領域であって、樹脂フレーム３２に対応しない領域を打ち抜いて樹脂フレーム３２を成形し、一体化された中間層２６を作製する。一体化された中間層２６は、把持されてセパレータ接合機８２に順次移動される。
【００５１】
最後に、ステップＳ１０５において、セパレータ接合機８２が、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４により、一体化された中間層２６を挟持して加熱接合する。これにより、セパレータ集合体１４が製造される。
【００５２】
このようなセパレータ集合体１４の製造方法によれば、成形された樹脂フレーム３２より剛性があるシート素材７２に対して冷却媒体流路板３０を位置決めするので、樹脂フレーム３２単体に対して位置決めする作業に比べ手間がかからず、作業効率の向上を図ることができる。また、この製造方法によれば、樹脂フレーム３２より剛性がある中間層２６を先に作製し、これを把持して移動させて各セパレータ２２，２４に対して位置決めするので、樹脂フレーム３２単体を把持して移動させて各セパレータ２２，２４に位置決めする作業に比べ手間がかからず、作業効率の向上を図ることができる。
【００５３】
次に、別の態様のセパレータ集合体１４の製造方法について、図６を用いて説明する。図６は、別の態様のセパレータ集合体１４の製造方法を実施する装置７０と工程を示す図である。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５４】
この実施形態の製造装置７０においては、冷却媒体流路板仮付け機７８と第２の打ち抜き機８０との間に、セパレータ接合機８２の代替装置としてセパレータ集合体帯作製機８４が配置される。
【００５５】
セパレータ集合体帯作製機８４は、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４により、中間層帯２６ａを挟持して、これらを加熱接合する。樹脂フレーム３２に成形される前の帯状のシート素材７２に冷却媒体流路板３０が接合された中間層帯２６ａを、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４により挟持した状態のものを、以降、セパレータ集合体帯１４ａという。
【００５６】
次に、このように構成される製造装置７０を用いたセパレータ集合体１４の製造方法について説明する。
【００５７】
まず、ステップＳ２０１において、熱可塑性を有する樹脂からなり、樹脂フレーム３２を成形するためのシート素材７２を用意する。
【００５８】
そして、ステップＳ２０２において、第１の打ち抜き機７６が、搬送されたシート素材７２の中央の領域であって、冷却媒体流路板３０に対応する領域を順次打ち抜き、開口部３２ａを順次形成する。
【００５９】
そして、ステップＳ２０３において、冷却媒体流路板仮付け機７８が、搬送されたシート素材７２に形成された開口部３２ａに冷却媒体流路板３０を順次配置する。さらに、冷却媒体流路板仮付け機７８が、シート素材７２と、配置された冷却媒体流路板３０とを順次加熱接合し、一連の中間層帯２６ａを作製する。
【００６０】
そして、ステップＳ２０４において、セパレータ集合体帯作製機８４が、アノードセパレータ２２とカソードセパレータ２４により、搬送された一連の中間層帯２６ａを順次挟持して、これらを加熱接合し、シート素材７２上に一連のセパレータ集合体帯１４ａを形成する。
【００６１】
最後に、ステップＳ２０５において、第２の打ち抜き機８０が、搬送された一連のセパレータ集合体帯１４ａが形成されたシート素材７２の領域であって、樹脂フレーム３２に対応しない領域を打ち抜いて樹脂フレーム３２を成形し、セパレータ集合体１４が製造される。
【００６２】
この実施形態においては、セパレータ集合体帯作製機８４が、アノードセパレータ２２と中間層帯２６ａとカソードセパレータ２４とを積層して、これらを加熱接合する場合について説明したが、この構成に限定されない。この装置８４において、アノードセパレータ２２と中間層帯２６ａとカソードセパレータ２４を位置合わせのために仮接合し、第２の打ち抜き機８０により樹脂フレーム３２が成形された後に、アノードセパレータ２２と中間層２６とカソードセパレータ２４とを加熱接合して、セパレータ集合体帯１４ａを作製してもよい。
【００６３】
上述した２つの実施形態においては、第１の打ち抜き機７６が、シート素材７２の中央の領域であって、冷却媒体流路板３２に対応する領域を打ち抜く場合について説明したが、この構成に限定されない。第１の打ち抜き機７６は、第２の打ち抜き機８０が行う工程である、シート素材７２から樹脂フレーム３２に対応しない領域を打ち抜く工程も行うことができる。
【００６４】
上述した２つの本実施形態においては、冷却媒体流路板３０とシート素材７２を接合し、シート素材７２の形状を整えることにより一体化された中間層２６が作製される場合について説明したが、この構成に限定されない。一体化された中間層２６は、インサート成形により作製されてもよい。インサート成形について具体的に説明する。まず、樹脂フレーム３２成形用の金型の内部に冷却媒体流路板３０を充填する。そして、その金型の内部に、熱可塑性を有する溶融樹脂を注入して、冷却媒体流路板３０の外周を溶融樹脂で囲んで固化させる。これにより、冷却媒体流路板３０と樹脂フレーム３２が接合し、一体化された中間層２６が作製される。
【符号の説明】
【００６５】
１０  燃料電池、１２  膜電極接合体、１４  セパレータ集合体、１６  電解質膜、１８  アノード、２０  カソード、２２  アノードセパレータ、２４  カソードセパレータ、２６  中間層、２８  単位セル、３０  冷却媒体流路板、３２  樹脂フレーム、６６  冷却媒体流路、７０  製造装置、７２  シート素材、７６  第１の打ち抜き機、７８  冷却媒体流路板仮付け機、８０  第２の打ち抜き機、８２  セパレータ接合機、８４  セパレータ集合体帯作製機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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