(57)【要約】  本発明は、膜電極アセンブリにガスケットを成形するためのシステムである。このシステムは、閉鎖可能な型ブロックによって少なくとも部分的に画定されるキャビティと、キャビティにガスケット材を射出する少なくとも１つの射出ゲートと、キャビティに隣接する膜電極アセンブリを保持するマウントと、マウント上に保持されている膜電極アセンブリに圧力を加えるための閉鎖可能な型ブロックに対して独立して移動可能な型インサートとを有する。
2009516133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極アセンブリにガスケットを成形するシステムであって、
閉鎖可能な型ブロックによって少なくとも部分的に画定されるキャビティと、
前記キャビティ内にガスケット材を射出するための少なくとも１つの射出ゲートと、
前記膜電極アセンブリを前記キャビティに隣接させて保持するためのマウントと、
前記マウント上に保持されている前記膜電極アセンブリに圧力を加えるために、前記閉鎖可能な型ブロックに対して独立して移動可能な型インサートとを備えている、システム。
【請求項２】
前記キャビティが前記マウントの周辺に横方向に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記膜電極アセンブリは周縁部を有し、且つ該膜電極アセンブリの周縁部が前記キャビティ内に延びるように前記マウントが構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記型インサートによって前記膜電極アセンブリに加えられる圧力が調節可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
マウントインサートの動きを制御するためのプロセス制御ユニットをさらに有し、該マウントインサートの動きが、前記膜電極アセンブリに加えられる圧力に少なくとも部分的に基づいている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記キャビティは、成形されたガスケット内に複製構造を形成するための複数の複製パターンを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記キャビティ内に配置されている移動可能なキャビティインサートをさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
膜電極アセンブリにガスケットを成形するシステムであって、
第１の型ブロックと、
前記第１の型ブロックと密接してキャビティを画定するように構成されている第２の型ブロックと、
前記キャビティ内にガスケット材を射出するための少なくとも１つの射出ゲートと、
前記膜電極アセンブリを前記キャビティに隣接させて保持するための、前記第１の型ブロックに固定されているマウントと、
前記マウントに保持されている前記膜電極アセンブリに対して調節可能な圧力を加えるための、前記第２の型ブロック内に配置されている型インサートとを備えている、システム。
【請求項９】
前記型インサートが、前記第１の型ブロック及び前記第２の型ブロックに対し独立して移動可能である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
マウントインサートの動きを制御するためのプロセス制御ユニットをさらに有し、該マウントインサートの動きが、前記膜電極アセンブリに加えられる圧力に少なくとも部分的に基づいている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
加えられた調節可能な圧力が、前記ガスケット材の１つ以上の流動特性に応じて調節される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記キャビティは、成形されたガスケット内に複製構造を形成するための複数の複製パターンを有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記キャビティ内に配置されている移動可能なキャビティインサートをさらに有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの射出ゲートが、前記ガスケット内のマニフォールド開口部に対応する位置に配置されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
周縁部を有する膜電極アセンブリにガスケットを成形する方法であって、
第１の型ブロックと第２の型ブロックとの間に前記膜電極アセンブリを配置するステップと、
前記第２の型ブロックに対して前記第１の型ブロックを閉じてキャビティを画定し、前記膜電極アセンブリの周縁部を前記キャビティ内に配置するステップと、
前記膜電極アセンブリに圧力を加えるために型インサートを移動させるステップと、
前記膜電極アセンブリの前記周縁部上に前記ガスケットを形成するために前記型にガスケット材を射出するステップと、を有するシステム。
【請求項１６】
前記膜電極アセンブリに設定圧力が加えられるまで前記型インサートを移動させる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記設定圧力が、前記ガスケット材の１つ以上の流動特性に少なくとも部分的に基づいている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該マウント上に前記膜電極アセンブリを保持し、前記キャビティをマウントの周囲に横方向に配置するステップをさらに有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガスケット内に複数の複製構造を形成させるステップをさらに有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記膜電極アセンブリの周縁部は複数の縁形状を有し、且つ該縁形状に射出ガスケット材が適合する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のような電気化学的デバイスで用いられる膜電極アセンブリに関するものである。具体的には、本発明は、膜電極アセンブリにガスケットを成形するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素などの燃料と酸素などの酸化剤とを組み合わせた触媒反応によって、使用可能な電気を取り出す電気化学的デバイスである。例えば内燃機関発電機などの従来の発電装置とは対照的に、燃料電池は燃焼を用いない。そのため燃料電池は有害排出物をほとんど生成させない。燃料電池は、水素燃料及び酸素を直接電気に変換し、内燃機関発電機と比較して、より高効率に稼動することができる。個々の燃料電池はそれほど多くのエネルギーを取り出せない（例えば０．７〜０．９ボルト）、自動車を作動させ、離れた場所へ電力を供給するのに十分な電力を発生するために、複数の燃料電池を一緒に積層して配置してよい。
【０００３】
プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池のような燃料電池には典型的には、１対の気体拡散層の間に配置されている触媒被覆膜によって形成される膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）が含まれている。この触媒被覆膜自体には典型的には、１対の触媒層の間に配置されている電解質膜が備わっている。この電解質膜のそれぞれの側面は、アノード部分及びカソード部分という。典型的なＲＥＭ燃料電池では、水素燃料がアノード部分に導入され、アノード部分で水素が反応し、プロトン及び電子に分離する。この電解質膜は、プロトンをカソード部分に運び、その一方で外部回路を貫流する電子の流れをカソード部分に生じさせて電力を供給する。酸素がカソード部分に導入されてプロトン及び電子と反応し、水及び熱を形成させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥＡは典型的には、加圧ガス及び液体が漏れるのを防ぐためのガスケットで密封されている。加圧ガス及び液体が電解質膜を迂回しないようにするために、ガスケットは一般的にＭＥＡの周縁部の周辺に成形させる。ただし、ガスケット成形システムに関する共通の問題は、このシステムがＭＥＡを過大圧縮したり圧縮不足を起こさせたりする可能性がある点である。過大圧縮によって、ＭＥＡのアノード部分及びカソード部分がそれぞれの電解質膜を介して接触し、それによって電気的短絡が起こる場合がある。あるいは、圧縮不足の結果、ＭＥＡ周辺の望ましくない場所にガスケット材が成形される場合がある。したがって、ガスケット成形作業中に、ＭＥＡに過大圧縮及び圧縮不足が発生する恐れを軽減させるガスケット成形システムに対するニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＭＥＡにガスケットを成形するためのシステムに関するものである。このシステムには、閉鎖可能な型ブロックによって少なくとも部分的に画定される型キャビティ、及びこの型キャビティにガスケット材を射出するための少なくとも１つの射出ゲートが備わっている。このシステムには、型キャビティに隣接するＭＥＡを保持するためのマウント、及び、このマウントに保持されているＭＥＡに圧力を加えるための閉鎖可能な型ブロックに対して独立して移動可能である型インサートがさらに備わっている。このシステムは、ガスケット成形作業中にＭＥＡに適切なレベルの圧力をもたらし、それによって過大圧縮及び圧縮不足の危険性を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本発明の成形システム１０の等角側面図であり、成形システム１０は、ＭＥＡ上にガスケットを成形するのに好適なシステムである。図のように、成形システム１０には、上部ブロック１２、下部ブロック１４、型インサート１６、マウント１８、及び、プロセス制御ユニット２０が備わっている。上部ブロック１２及び下部ブロック１４は閉鎖可能な射出成形ブロックであり、ここでは、上部ブロック１２は、下部ブロック１４に対して開閉するように、水圧、機械圧、又は空気圧システムのような標準的動作システムを用いて軸Ａに沿って移動することができる。代替的な配置では、下部ブロック１４は、軸Ａに沿って移動することができる成形ブロックにしてよく、上部ブロック１２は不動である。「上部」及び「下部」のような方向に関する位置付けは、本明細書では議論を簡潔にするために用いられており、限定することを目的としていない。
【０００７】
上部ブロック１２には周辺壁２２が備わっており、周辺壁２２は横方向周辺に沿って延び、窪み２４を画定する。上部ブロック１２にはまた、型インサート１６が移動可能な状態で保持されている開口部２６（仮想線示されている）も備わっている。窪み部２４は、型インサート１６の周辺に横方向に延びている周辺壁２２内の窪みである。窪み部２４には、パターン付き表面２８が備わっており、パターン付き表面２８には、バルト（Wald）らによる米国特許出願番号第２００３／０２１１３７８号、及び「燃料電池で用いられるガスケット付きサブアセンブリ」（代理人整理番号６１０２６ＵＳ００２）という名称の係属中の米国特許出願（共に同一出願人による）に開示されているような「隆起部ミクロ構造化接触パターン」及び「複製構造」を有するガスケットを形成するために、複数の複製パターンが備わっている。
【０００８】
型インサート１６には接触表面３０が備わっており、接触表面３０は、ガスケット成形作業中に、成形システム１０内に保持されているＭＥＡ（図示なし）に圧力を加えるための平面である。型インサート１６の接触表面３０には、ＭＥＡ全体に加える圧力の均一性を増加させるために、柔軟面（例えば、ゴム面）を備えてよい。あるいは、型インサート１６の接触表面３０には、接触表面３０の側縁部の周辺に延びている周辺リップ（図示なし）を備えてよい。この実施形態では、接触表面３０の中央部は周辺リップより窪んでおり（例えば２００マイクロメートル以下）、この周辺リップはガスケット成形作業中に、成形システム１０内に保持されているＭＥＡの側縁部に接触し、圧力を加える。
【０００９】
以下で論じるように、型インサート１６は上部ブロック１２とは独立して開口部２６内で軸Ａに沿って移動させてよい。これによって、型インサート１６が、ＭＥＡに加えられる圧力を独立して調節できるようになり、それによってＭＥＡに過大圧縮及び圧縮不足が発生する恐れが低減される。型インサート１６は、水圧、機械圧、又は空気圧システムのような標準的動作システムによって移動させてよい。このような動作システムは、信号線２０ａを介してプロセス制御ユニット２０と通信するようにしてよい。プロセス制御ユニット２０は、型インサート１６が所与のＭＥＡに加える圧力を監視する自動システムである。加えられた圧力は、圧力パッド又はロードセル（例えば、ひずみゲージロードセル）のような力センサによって監視してよく、この力センサは信号線２０ｂを介してプロセス制御ユニット２０と通信する。プロセス制御ユニット２０は、検出された付加圧力に基づいて型インサート１６の動きを制御するための任意の好適なシステムにしてよい。代替的な実施形態では、型インサート１６の動きは、プロセス制御ユニット２０を使用せずに、手動で制御してよい。
【００１０】
下部ブロック１４には周辺壁３２が備わっており、周辺壁３２は窪み部３４の周辺に横方向に延び、窪み部３４を画定する。窪み部３４は、窪み部２４と同様に、マウント１８の周辺に横方向に延びている周辺壁３２内の窪みである。窪み部３４にはパターン付き表面３６が備わっており、パターン付き表面３６には、パターン付き表面２８と同様の複製パターンが備わっている。代替的な実施形態では、パターン付き表面２８及び２６には異なるパターンを組み入れてよく、あるいは、パターン付き表面２８及び２６の１つ又は双方に複製パターンを含めなくてもよい。
【００１１】
マウント１８は、下部ブロック１４に固定されているとともに、型インサート１６に位置あわせされているインサートである。代替的な実施形態では、マウント１８は、下部ブロック１４と一体化して形成されてよい。マウント１８には、ガスケット成形作業中にＭＥＡを保持するための表面３８が備わっている。型インサート１６の表面３８には、ＭＥＡ全体に加えられた圧力の均一性を増加させるために、柔軟面（例えば、ゴム面）を備えてもよい。
【００１２】
さらに図１に示されているように、上部ブロック１２には射出ゲート４０も備わっており、射出ゲート４０はガスケット材を射出するためのパターン付き表面２８内の開口部である。１対の射出ゲート４０が示されているが、成形システム１０には、パターン付き表面２８及び３６内、周辺壁２２及び３２内（それぞれ、窪み部２４及び３４が存在する）、及び、これらの組み合わせといった様々な場所に複数の射出ゲートを備えてよい。ある１つの実施形態では、射出ゲート４０は、（ガスケットを介したガス及び／又は液体輸送を容易にするために）マニホールド開口部が作製されて得られるガスケット内の場所に配置してよい。
【００１３】
以下で論じるように、成形システム１０は、ＭＥＡ上にガスケットを成形するのに適しており、この場合、型インサート１６は、ＭＥＡに過大圧縮及び圧縮不足が発生する恐れを削減するように軸Ａに沿って調節してよい。これは、ＭＥＡの構造的健全性を維持させ、ＭＥＡとガスケット間の連結を強化する。
【００１４】
図２は、成形システム１０の側断面図であり、型インサート１６とマウント１８の間に配置されているＭＥＡ４２とともに、下部ブロック１４に対して閉じている上部ブロック１２が示されている。議論を簡潔にするために、図２では、ＭＥＡ４２層の厚みが誇張されている。ガスケット成形作業中、ＭＥＡ４２を自動又は手動による方法でマウント１８上に配置してよい。ＭＥＡ４２をマウント１８上に保持させる際、キャビティ４４を画定するために、上部ブロック１２を下部ブロック１４に対して閉じてよい。キャビティ４４は、ＭＥＡ４２の周辺に横方向に延びているとともに、キャビティ４４の容量は、窪み部２４及び３４に対応している（図１に示されている）。さらに、上部ブロック１２を下部ブロック１４に対して閉じると、型インサート１６の接触表面３０がＭＥＡ４２を圧迫し、これによってマウント１８の表面３８に対してＭＥＡ４２が圧縮される。
【００１５】
上部ブロック１２は、周辺部３２に対して周辺部２２を効果的に密封させる設定量の力を有して、下部ブロック１４に対して閉じる。これによって、ガスケット成形作業中に、ガスケット材が成形システム１０に存在しないようにする。その結果、型インサート１６が上部ブロック１２に固定された（つまり、独立して移動可能ではない）場合、型インサート１６の接触表面３０とマウント１８の表面３８の間の相対距離は各射出稼動において一定である。これによって、マウント１８上に保持されているＭＥＡ（例えば、ＭＥＡ４２）に加えられる圧力は、所与のＭＥＡの層厚によって決まることになるであろう。例えば、所与のＭＥＡの層厚が厚い場合（例えば、１，０００マイクロメートル）、ＭＥＡは過大圧縮状態であり、それによって電気的短絡が起こり得る。あるいは、所与のＭＥＡの層厚が薄い場合（例えば、２００マイクロメートル）、ＭＥＡは圧縮不足状態であり、これによって、望ましくないことに、射出ガスケット材がＭＥＡと表面３０及び３８の間に流れる場合がある。
【００１６】
しかしながら、型インサート１６は、上部ブロック１２（及び下部ブロック１４）に対して独立して移動可能である。したがって、型インサート１６によってＭＥＡ４２に加えられる圧力は、軸Ａに沿って型インサート１６の位置を調節することで一定に保つことができる。これは、ガスケット成形作業中のＭＥＡ４２に過大圧縮又は圧縮不足が発生する恐れを削減させる。したがって、上部ブロック１２が下部ブロック１４に対して閉じている一方で、型インサート１６はマウント１８及びＭＥＡ４２に向かって、上部ブロック１２とともに移動することができる。この間、プロセス制御ユニット２０は、型インサート１６が加える圧力をリアルタイムで監視する。
【００１７】
型インサート１６がＭＥＡ４２に接触すると、それに応じて、監視されるＭＥＡ４２への付加圧力は増加する。型インサート１６は、所望の設定圧力に達するまで、マウント１８に対してＭＥＡ４２を圧縮し続ける。次に、プロセス制御ユニット２０が、上部ブロック１２の動きに関わらず、下部ブロック１４及びマウント１８に対応する場所にＭＥＡ４２を保持させる。例えば、ＭＥＡ４２層厚が厚い場合、上部ブロック１２が下部ブロック１４に到達する前に、型インサート１６が所望の圧力に到達し、その配置を保つことができる。これは、上部ブロック１２が下部ブロック１４に向かって移動し続ける間、ＭＥＡ４２に過大圧縮が発生する恐れを削減させる。あるいは、ＭＥＡ４２の層厚が薄い場合、上部ブロック１２が下部ブロック１４に対して密封された後、所望の圧力に達するまで、型インサート１６はＭＥＡ４２を圧縮し続けることができる。これは、ＭＥＡ４２に圧縮不足が発生する恐れを削減させる。
【００１８】
上部ブロック１２及び下部ブロック１４が共に密封され、型インサート１６が、所望の圧力までＭＥＡ４２を圧縮すると、ガスケット材が射出ゲート４０を通ってキャビティ４４に射出することができる。ガスケット４６を形成する際に用いられるガスケット材の例としては、ゴム類、シリコーンエラストマー類、熱可塑性エラストマー類、熱硬化性エラストマー類、エラストマー系接着剤類、スチレン含有ジブロック及びトリブロックコポリマー類、及び、これらの混合物のようなエラストマー材料類が挙げられる。
【００１９】
射出ガスケット材は実質的にキャビティ４４を埋め尽くし、ＭＥＡ４２の周縁部及びパターン付き表面２８及び３６に適合する。固化の際、ガスケット材はガスケット（図示なし）を形成し、ガスケットはＭＥＡ４２の周縁部に固定される。さらに、ガスケットには、上述のように、パターン付き表面２８及び３６によって形成される複製パターンを有していて、これによりガスケットの密封効率が向上する。
【００２０】
図３は、図２のセクション３の拡大図であり、キャビティ４４内に形成されているガスケット４６を示している。図３にさらに示されているように、ＭＥＡ４２には、ガス拡散層５０及び５２の間に配置されている電解質膜４８が備わっており、この場合、ガス拡散層５０及び５２は、間隙５３を画定するように電解質膜４８の周縁部を越えて延びている。ガスケット材をキャビティ４４に射出させると、ＭＥＡ４２と、得られるガスケット４６の間の連結を強化するように、ガスケット材が間隙５３の中まで侵入する。
【００２１】
射出可能なガスケット材に関する共通の問題は、所与のガスケット材の粘度及び他の流動特性が、製品バッチ間で著しく変化する場合がある点である。その結果、射出されるガスケット材の力は射出間で変化し、これによって、ガスケット材がどの程度間隙５３まで侵入するかに影響が及ぶと思われる。これを解決するために、ＭＥＡ４２に加えられる圧力を相応して調節するように、型インサート１６の位置を調節してよい。これによって、所望量のガスケット材が間隙５３まで侵入可能になる。例えば、ガスケット材の粘度が高い場合、間隙５３まで侵入するのに必要な力を低下させるために、型インサート１６がＭＥＡ４２に加える圧力を低下させてよい。あるいは、ガスケット材の粘度が低い場合、高圧ガスケット材が電解質膜４８と拡散層５０／５２の間に流れないように、加える圧力を増大させてよい。
【００２２】
ガスケット４６をＭＥＡ４２上に成形させた後、上部ブロック１２及び型インサート１６を下部ブロック１４から開き、得られたガスケット付きＭＥＡ４２を取り出すことができる。電気化学的デバイス（例えば、燃料電池）での使用中に加圧ガス及び液体が電解質膜４８を迂回しないように、ガスケット４６はＭＥＡ４２の周縁部の周辺に延びている。ガスケット成形作業中にＭＥＡ４２に加える圧力を制御することで、ガスケット４６をＭＥＡ４２の周縁部に確実に連結し、ＭＥＡ４２への過大圧縮及び圧縮不足発生の恐れも削減可能となる。
【００２３】
図４は、ＭＥＡ４２ａ及びガスケットの断面斜視図であり、図中、ＭＥＡ４２ａはＭＥＡ４２の代替的なデザインであり、電解質膜４８ａ及びガス拡散層５０ａ及び５２ａを備えている。図のように、電解質膜４８ａには、間隙５３内で電解質膜４８ａの全周縁部の周辺に延びている鋸歯状の縁部形状が備わっている。鋸歯状の縁部形状は、ＭＥＡ４２ａ及びガスケット４６の間の表面積を増加させ、それによってＭＥＡ４２ａとガスケット４６の間の連結をさらに強化する。ガスケット材は、キャビティ４４に射出させると、間隙５３まで侵入し、電解質膜４８ａの鋸歯状の縁部形状に適合する。上述のように、型インサート１６がＭＥＡ４２ａに加える圧力は、射出ガスケット材の粘度変動に応じて調節してよい。これは、ガスケット材が間隙５３まで侵入し、電解質膜４８ａの鋸歯状の縁部形状に適合する程度を向上させる。
【００２４】
図５ａは電解質膜４８ａの、図５ｂは電解質膜４８ｂの、図５ｃは電解質膜４８ｃの上面図であり、ＭＥＡ４２に好適な縁部形状の例を示している。図４及び５ａに示されている鋸歯状の縁部形状に加えて、電解質膜に好適な縁部形状としては、Ｔ型湾入（電解質膜４８ｂ）及びスロット湾入（電解質膜４８ｃ）を挙げてよい。本質的に、間隙５３内のＭＥＡ４２とガスケット４６の間の接触面積を増加させるいずれの縁部形状も用いてよい。
【００２５】
図６は成形システム１１０の一部の拡大断面図であり、成形システム１１０は、上述の成形システム１０と同様のシステムである（対応する参照ラベルは「１００」増加する）。成形システム１１０は、ＭＥＡ４２と同様に、ＭＥＡ１４２にガスケットを成形させるのに好適であるが、電解質膜１４８はキャビティ１４４の中に延びている。電解質膜１４８には、ＭＥＡ１４２をさらに密封させるとともに、キャビティ１４４内に配置されている電解質膜１４８の一部を機械的な支持可能にするために、電解質膜１４８の各側面に配置されているサブガスケット層（図示なし）を備えることができる。
【００２６】
さらに図のように、成形システム１１０には射出ゲート１４０ａ及び１４０ｂが備わっており、この場合、図２で上述したように、射出ゲート１４０ａは射出ゲート４０と同一である。射出ゲート１４０ｂも射出ゲート４０と同様であるが、射出ゲート１４０ｂは下部ブロック１１４を貫いて延びている。射出ゲート１４０ａ及び１４０ｂを用いることで、ガスケット材を電解質膜１４８の各側面からキャビティ１４４に射出可能となり、それによって電解質膜１４８の各側面にガスケット（図示なし）が形成される。
【００２７】
図７は、図６のセクション７の拡大図であり、電解質膜１４８の対向する表面に隣接するキャビティ１４４内に形成されているガスケット１４６ａ及び１４６ｂを示している。固化の際、ガスケット１４６ａ及び１４６ｂは電解質膜１４８に固定され、使用中に加圧ガス及び液体が電解質膜１４８を迂回しないように、ガスケット４６と同じ様式で機能する。
【００２８】
図８は、ＭＥＡ１４２ａの断面斜視図であり、ＭＥＡ１４２ａはＭＥＡ１４２の代替的なデザインであり、電解質膜１４８ａ及びガス拡散層１５０ａ及び１５２ａが備わっている。図のように、ガス拡散層１５０ａ及び１５２ａには、それぞれＭＥＡ１４２ａの全周縁部の周辺に延びている鋸歯状の縁部形状が備わっており、これによって、ＭＥＡ１４２ａ及びガスケット１４６の間の連結が向上される。ガスケット材は、キャビティ１４４に射出されると、ガス拡散層１５０ａ及び１５２ａの鋸歯状の縁部形状に適合する。型インサート１１６がＭＥＡ１４２ａに加える圧力も、上述と同様の方法で、射出ガスケット材の粘度変動に応じて調節できる。これは、ガスケット材がガス拡散層１５０ａ及び１５２ａの鋸歯状の縁部形状に適合し得る度合いを向上させる。代替的な実施形態では、ガス拡散層１５０ａ及び１５２ａには、図５ａ〜５ｃの電解質膜４８ａ〜４８ｃで上述したような代替的な縁部形状を組み込んでよい。
【００２９】
図９ａ及び９ｂは成形システム２１０の一部の拡大断面図であり、成形システム２１０は上述の成形システム１０及び１１０の代替システムである（対応する参照ラベルは、成形システム１０から「２００」増加する）。以下で論じるように、成形システム２１０は２ショット成形システムであり、ＭＥＡ２４２の電解質層２４８の各側面上にガスケット材を射出させる。
【００３０】
図９ａに示されているように、上部ブロック２１２及び下部ブロック２１４には、成形システム１０のパターン付き表面２８及び３６と同様のパターン付き表面が備わっていない。代わりに、成形システム２１０には、電解質膜２４８の対向する側面に配置されているキャビティインサート２５４及び２５６が備わっている。キャビティインサート２５４及び２５６はパターン付き表面２２８及び２３６を備え、それらは図１のパターン付き表面２８及び３６で上述したのと同じ様式の機能を果たす。
【００３１】
キャビティインサート２５４は、一般的には上部キャビティ２４４ａを画定するために、パターン付き表面２２８が電解質膜２４８の方を向くように上部ブロック２１２に固定されている。しかし、キャビティインサート２５６は、下部ブロック２１４の表面（表面２５８として示されている）からキャビティ２４４内のオフセット位置に移動可能な状態で保持されている。キャビティインサート２５６は、２ショット成形プロセスの第１の射出ショット中に、キャビティインサート２５６のパターン付き表面２３６が電解質膜２４８を支持可能である距離で表面２５８からオフセットされる。
【００３２】
キャビティインサート２５６が電解質膜２４８を支持する一方で、ガスケット材は射出ゲート２４０ａから上部キャビティ２４４ａに射出させてよい。これは、実質的に上部キャビティ２４４ａを満たし、ガスケット材が電解質膜２４８、ガス拡散層２５０、及び、パターン付き表面２２８に適合できるようにする。固化の際、ガスケット材は第１のガスケット（図示なし）を形成し、第１のガスケットは電解質膜２４８及びガス拡散層２５０に固定される。第１のガスケットが上部キャビティ２４４ａ内で固化した後、射出ゲート２４０ｂからガスケット材を射出させるために、キャビティインサート２５６は表面２５８の方に下げてよい。この時点では、ガスケット材を射出ゲート２４０ｂから射出させる一方で、第１のガスケットを電解質膜２４８の支持体として機能させることができる。
【００３３】
図９ｂに示すように、キャビティインサート２５６は表面２５８に対向して配置されており、パターン付き表面２３６及び電解質膜２４８は一般的に下部キャビティ２４４ｂを画定する。次に、ガスケット材を射出ゲート２４０ｂから下部キャビティ２４４ｂに射出してよい。これは、実質的に下部キャビティ２４４ｂを満たし、ガスケット材が電解質膜２４８、ガス拡散層２５２及びパターン付き表面２３６に適合できるようにする。固化の際、ガスケット材は第２のガスケット（図示なし）を形成し、第２のガスケットは電解質膜２４８及びガス拡散層２５２に固定される。
【００３４】
キャビティインサート２５４及び２５６は、マルチプルショットガスケット成形作業中に電解質膜２４８を構造的に支持するのに適しているインサートである。これは、個々のガスケット材の射出の間に、電解質膜２４８が損傷する恐れを削減させる。
【００３５】
上述のように、ＭＥＡを成形システム１０、１１０及び２１０のマウントに自動又は手動で配置してよい。ある１つの実施形態では、本発明の成形システムは連続的なプロセスで用いてよく、この場合、ＭＥＡ（例えば、ＭＥＡ４２、１４２及び２４２）を自動的な方式でキャリアベルト（図示なし）上の成形システムに供給する。この実施形態では、マウント上に所与のＭＥＡを位置決めするために、キャリアベルトは直接マウント（例えば、マウント１８、１１８及び２１８）の上を通過する。次に、ガスケット成形作業を行うために、上部ブロック及び型インサートを下部ブロックに対して閉じてよい。完了したら、続いて、上部ブロック及び型インサートを下部ブロックから開いてよい。次に、キャリアベルトによってガスケット付きＭＥＡを移動させ、マウント１８上に新たなＭＥＡを配置してよい。続いて、このプロセスを繰り返してよい。本発明の成形システムは、所与のＭＥＡ間に層厚変動があるにもかかわらず、型インサート（例えば、型インサート１６、１１６及び２１６）によって各ＭＥＡに一定の圧力を加えることができるため、連続的なプロセスで用いるのに特に適している。これは、ＭＥＡを製造するのに必要な時間及び労力を削減させる。
【００３６】
好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに形態及び詳細の変更を行えることが、当業者であれば理解できるであろう。
【００３７】
図面では本発明のいくつかの実施形態が説明されているが、考察の部分で記載したように、他の実施形態も考えられる。いずれの場合でも、本開示は、代表例によって本発明を表しており、限定を意味するものではない。多数の他の修正例及び実施形態が当業者によって考案でき、それらは本発明の原理の範囲及び精神の範囲内にあると理解すべきである。図面は縮尺通りに描かれていない場合がある。複数の図を通じて類似部分を示すために、類似参照番号を用いている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の成形システムの等角側面図。
【図２】成形システムの側断面図。
【図３】図２のセクション３の拡大図であり、成形システムのキャビティ内のＭＥＡ上に成形されているガスケットを示している。
【図４】成形システムとともに用いるのに適している代替的なＭＥＡと、その代替的なＭＥＡ上に成形されているガスケットの断面斜視図。
【図５ａ】成形システムとともに用いるのに適している代替的な電解質膜の平面図。
【図５ｂ】成形システムとともに用いるのに適している代替的な電解質膜の平面図。
【図５ｃ】成形システムとともに用いるのに適している代替的な電解質膜の平面図。
【図６】本発明の代替的な成形システムの一部の拡大断面図。
【図７】図６のセクション７の拡大図であり、代替的な成形システムのキャビティ内のＭＥＡ上に成形されているガスケットを示している。
【図８】代替的な成形システムとともに用いるのに適している代替的なＭＥＡと、その代替的なＭＥＡ上に成形されているガスケットの断面斜視図。
【図９ａ】本発明の２ショット成形システム部分の拡大断面図。
【図９ｂ】本発明の２ショット成形システム部分の拡大断面図。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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