(57)【要約】【課題】成形型のランナー・ゲート点数を極力減少させても、ショート不良やヘジテーションが発生しない接着枠構造を有する燃料電池用樹脂フレームを実現する。【解決手段】燃料電池用樹脂フレーム１００は、燃料電池の膜電極接合体６０を接着する接着剤３０の接着面となる薄肉の接着枠２０を有する。接着枠は、薄肉のオリフィス部２１を介して、オリフィス部よりも肉厚の厚い隆起部２２を有する。隆起部は、成形型においてゲート４２の直下に存する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の膜電極接合体を接着する接着剤の接着面となる薄肉の接着枠を有する燃料電池用樹脂フレームであって、
前記接着枠は、薄肉のオリフィス部を介して、該オリフィス部よりも肉厚の厚い隆起部を有し、該隆起部は、樹脂成形型においてゲート直下に存することを特徴とする燃料電池用樹脂フレーム。
【請求項２】
前記隆起部は、前記接着枠の全周に亘って連なっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用樹脂フレーム。
【請求項３】
前記隆起部は、接着剤のはみ出し防止堰として機能することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用樹脂フレーム。
【請求項４】
前記隆起部は、接着ストロークの位置決めとなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池用樹脂フレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ）の周囲を保持する燃料電池用樹脂フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、その周囲を樹脂フレームによって保持した状態で積層され、燃料電池スタックを構成する。樹脂フレームに開口した窓部の内周縁には、接着剤によってＭＥＡを接着する接着面として。他の部位に比べて薄肉の接着枠が設けられている。
【０００３】
樹脂フレームの接着枠は、薄肉の平面として形成される。当該樹脂フレームを成形型で成形する際、接着枠よりも厚肉の他の形状部位に溶融樹脂が流れやすい。したがって、ゲートから離れた薄肉の接着枠には溶融樹脂が流れ難く、接着枠の樹脂充填不良（ショート不良）やヘジテーションが発生しやすい。かかる成形不良を防止するためには、成形型のランナー・ゲート点数を増やす必要があり、樹脂フレームの製造コストが増大する要因となっている。
【０００４】
薄肉部を有する樹脂成形に関する技術としては、たとえば、特許文献１に開示される、樹脂成形品の形成方法が知られている。特許文献１に開示される方法では、成形金型として、薄肉形成部を、ウェルドラインが形成される位置、あるいは樹脂充填終端部となる位置に配したものを用いる。この成形金型の薄肉形成部を除く周辺部に樹脂を充填し、次いで、薄肉形成部に樹脂を充填して薄肉部を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３２９１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池用樹脂フレームの成形時における樹脂使用量を減らすためには、成形型のランナー・ゲートを接着枠の内側に配置し、ランナー・ゲート点数を減少させることが好ましい。しかし、樹脂フレームの接着枠は、他の部位に比べて薄肉であるため、ランナー・ゲート点数を減少させると、ショート不良やヘジテーションが発生する。この薄肉の接着枠は、ＭＥＡの接着面であるため、安易に厚肉に変更することができない。
【０００７】
また、樹脂フレームの接着枠は薄肉の平面であるため、接着剤の塗布時やＭＥＡの接着時に、当該接着枠から接着剤がはみ出しやすい。さらに、接着枠が薄肉の平面であるため、ＭＥＡ接着時における接着ストロークがばらつき、接着加圧力および接着強度が安定しない。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、成形型のランナー・ゲート点数を極力減少させても、ショート不良やヘジテーションが発生しない接着枠構造を有する燃料電池用樹脂フレームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池用樹脂フレームは、燃料電池の膜電極接合体を接着する接着剤の接着面となる薄肉の接着枠を有する燃料電池用樹脂フレームであって、前記接着枠は、薄肉のオリフィス部を介して、該オリフィス部よりも肉厚の厚い隆起部を有している。前記隆起部は、成形型においてゲート直下に存することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る燃料電池用樹脂フレームの接着枠は、薄肉オリフィス部を介して、該オリフィス部よりも肉厚の厚い隆起部を有する。当該隆起部は、成形型においてゲート直下に存するので、肉厚の厚い隆起部を介して薄肉のオリフィス部に溶融樹脂が流れる。したがって、本発明に係る燃料電池用樹脂フレームによれば、成形型のランナー・ゲート点数を極力減少させても、ショート不良やヘジテーションの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームの平面模式図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームにおける接着枠のバリエションの断面図である。
【図３】本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームの樹脂塗布状態および接着状態の断面図である。
【図４】本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームの成形の説明に供する図である。
【図５】対比例の燃料電池用樹脂フレームの成形の説明に供する図である。
【図６】対比例の燃料電池用樹脂フレームの成形において、ランナー・ゲート点数を減少させた場合の不具合の説明に供する図である。
【図７】薄肉部のヘジテーションの説明に供する図である。
【図８】対比例の燃料電池用樹脂フレームの樹脂塗布状態および接着状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
【００１３】
まず、図１から図４を参照して、本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームの構成について説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームの平面模式図である。図２は本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームにおける接着枠のバリエションの断面図である。図３は本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームの樹脂塗布状態および接着状態の断面図である。図４は本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレームの成形の説明に供する図である。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレーム１００は、概説すると、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ）６０（図３（ｂ）を参照）を接着する接着剤３０の接着面となる薄肉の接着枠２０を有している。接着枠２０は、薄肉のオリフィス部２１を介して、このオリフィス部２１よりも肉厚の厚い隆起部２２を有している。隆起部２０は、樹脂成形型においてゲート４２（図４を参照）の直下に存している。
【００１５】
樹脂フレーム１００は、たとえば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により形成されるが、例示の樹脂に限定されない。
【００１６】
樹脂フレーム１００は、長方形状の外形を備える。樹脂フレーム１００の中央部には、長方形状のＭＥＡ用開口部１０が形成されている。樹脂フレーム１００の両端部には、燃料ガス（水素など）、酸化ガス（空気や酸素など）、冷却流体の供給及び排出を行う開口部Ｍ１〜Ｍ６がそれぞれ形成されている。
【００１７】
一端側の開口部は、たとえば、酸化ガス供給用の開口部Ｍ１、冷却流体供給用の開口部Ｍ２、および燃料ガス排出用の開口部Ｍ３である。他端側の開口部は、たとえば、燃料ガス供給用の開口部Ｍ４、冷却流体排出用の開口部Ｍ５、および酸化ガス排出用の開口部Ｍ６である。なお、供給用の開口部と排出用の開口部は一部又は全部が逆の位置関係でもよい。
【００１８】
樹脂フレーム１００を積層することによって、それぞれの開口部Ｍ１が連通して、酸化ガス供給用のマニホールドが板厚方向に延びて形成される。他の開口部Ｍ２〜Ｍ６についても同様である。それぞれの開口部Ｍ２が連通して冷却流体供給用のマニホールドが形成され、それぞれの開口部Ｍ３が連通して燃料ガス排出用のマニホールドが形成される。また、それぞれの開口部Ｍ４が連通して燃料ガス供給用のマニホールドが形成され、それぞれの開口部Ｍ５が連通して冷却流体排出用のマニホールドが形成され、それぞれの開口部Ｍ６が連通して酸化ガス排出用のマニホールドが形成される。
【００１９】
ＭＥＡ用開口部１０の周囲には、接着枠２０が形成されている。接着枠２０は、接着剤を塗布してＭＥＡ６０を接着するための接着面となる。したがって、接着枠２０は、接着剤の塗り代となるように、薄肉に形成する必要がある。
【００２０】
本実施形態の接着枠２０は、薄肉のオリフィス部２１を介して、当該オリフィス部２１よりも肉厚の厚い隆起部２２を有する。図１（ｂ）に示すように、燃料電池用樹脂フレーム１００の接着枠２０の断面形状は、薄肉のオリフィス部２１に、断面長方形状の隆起部２２が連続している。接着枠２０の断面形状は、図１（ｂ）の形状に限定されず、図２に示すような様々なバリエションが考えられる。
【００２１】
図２（ａ）の接着枠２０の断面形状は、薄肉のオリフィス部２１に、ドーム形状の隆起部２２が連続している。図２（ｂ）の接着枠２０の断面形状は、オリフィス部２１から隆起部２２に至るまで、順次肉厚が増加するような形状を呈している。図２（ｃ）の接着枠２０の断面形状は、薄肉のオリフィス部２１に、順次肉厚が増加するような形状の隆起部２２が連続している。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、薄肉のオリフィス部２１は、接着剤３０を塗布するための凹部となる。オリフィス部２１への接着剤３０の塗布時（図３（ａ）参照）、ＭＥＡ６０との接着時（図３（ｂ）参照）に、隆起部２２は、接着剤３０のはみ出し防止堰として機能する。すなわち、隆起部２２の肉厚は、オリフィス部２１の肉厚よりも厚いので、接着剤３０は隆起部２２を越えてはみ出すことが抑えられる。
【００２３】
また、隆起部２２の肉厚は、オリフィス部２１の肉厚よりも厚いので、ＭＥＡ６０を接着する際の接着ストロークの位置決めとして用いることができる。
【００２４】
隆起部２２は、接着枠２０の内側に位置している。隆起部２２は、接着枠２０の全周に亘って連なっている。図４に示すように、当該樹脂フレーム１００の成形型１１０において、隆起部２２は、ゲート４２の直下に存する。隆起部２２は、樹脂成形型においてゲート４２の直下に存するので、肉厚の厚い隆起部２２を介して薄肉のオリフィス部２１に溶融樹脂が流れる。なお、図４において、４１はランナーである。
【００２５】
次に、図１から図８を参照し、対比例の燃料電池用樹脂フレーム２００と比較して、本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレーム１００の作用について説明する。図５（ａ）（ｂ）は対比例の燃料電池用樹脂フレームの成形の説明に供する図である。図６は対比例の燃料電池用樹脂フレームの成形において、ランナー・ゲート点数を減少させた場合の不具合の説明に供する図である。
【００２６】
図５に示すように、対比例の燃料電池用樹脂フレーム２００の成形型２１０では、樹脂の成形性を考慮して、厚肉部から薄肉部へと溶融樹脂５０を流している。成形型２１０には、樹脂フレーム２００の大きさと薄さから、複数の異なる方向に分岐したランナー２４１を設けるとともに、各ランナー２４１先端の直下にゲート２４２を設ける。したがって、１ショット当りの樹脂投入重量におけるランナー・ゲート重量割合が増加することになる。すなわち、ランナー・ゲート点数が増加すると、溶融樹脂５０の材料歩留りが悪化し、製造コストが増大する要因となる。なお、図５において、２２０は接着枠であり、薄肉の平面に形成されている。
【００２７】
ランナー・ゲート点数を減少させるためには、図６に示すように、成形型２１０の中央部から長手方向両側へランナー２４１を延出させ、各ランナー２４１の直下にそれぞれゲート２４２を設けて、２点ゲートとしたいところである。
【００２８】
しかし、ゲート２４２の直下には、接着枠２２０の薄肉部が存在するため、ショート不良やヘジテーションが発生しやすい。
【００２９】
ここで、図７を参照して、対比例の接着枠２２０の薄肉部におけるヘジテーションについて説明する。図７は薄肉部のヘジテーションの説明に供する図である。
【００３０】
図７（ａ）に示すように、対比例の樹脂フレーム２００の接着枠２２０は、薄肉の平面として形成されている。当該樹脂フレーム２００を成形型で成形する際、図７（ｂ）〜（ｅ）に示すように、接着枠２２０よりも厚肉の他の形状部位２３０に溶融樹脂５０が流れやすい。したがって、ゲート２４２から離れた薄肉の接着枠２２０には溶融樹脂５０が流れ難く、接着枠２２０のショート不良２４０やヘジテーションが発生しやすい。接着枠２２０の薄肉部はＭＥＡ６０の接着面となるため、安易に厚肉に変更することができない。
【００３１】
そこで、本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレーム１００の接着枠２０は、図１および図２に示すように、薄肉のオリフィス部２１を介して、当該オリフィス部２１よりも肉厚の厚い隆起部２２を有している。
【００３２】
図４に示すように、厚肉の隆起部２２は、樹脂成形型においてゲート４２の直下に存するので、肉厚の厚い隆起部２２を介して薄肉のオリフィス部２１に溶融樹脂５０が流れる。この隆起部２２は、接着枠の全周に亘って連なっている。したがって、ランナー・ゲート点数を増やさなくても、厚肉の隆起部２２を周って溶融樹脂５０が流れるので、ショート不良やヘジテーションの発生を防止することができる。
【００３３】
また、図３（ａ）に示すように、薄肉のオリフィス部２１には、接着剤３０が塗布される。接着剤３０の塗布には、通常、スクリーン印刷法が採用されるが、他の印刷法を用いても構わない。スクリーン印刷法によるオリフィス部２１への接着剤３０の塗布時（図３（ａ）参照）や、ＭＥＡ６０の接着時（図３（ｂ）参照）において、隆起部２２は、接着剤３０のはみ出し防止堰として機能する。隆起部２２の肉厚は、オリフィス部２１の肉厚よりも厚く設定されているので、接着剤３０は隆起部２２を越えて外部にはみ出すことが抑えられる。
【００３４】
図８は対比例の燃料電池用樹脂フレームの樹脂塗布状態および接着状態の断面図である。
【００３５】
図８（ａ）に示すように、対比例の樹脂フレーム２００の接着枠２２０は、薄肉の平面である。したがって、スクリーン印刷法による接着枠２２０への接着剤３０の塗布時に、接着剤３０が接着面からはみ出しやすい。また、図８（ｂ）に示すように、ＭＥＡ６０との接着時において、接着剤３０が接着枠２２０から容易にはみ出しやすい。
【００３６】
すなわち、本実施形態に係る燃料電池用樹脂フレーム１００では、厚肉の隆起部２２の存在により、接着枠２０のオリフィス部２１に塗布した接着剤３０が外部にはみ出るのを防止し、もしくは接着剤３０のはみ出しの抑制をすることができる。
【００３７】
また、隆起部２２の肉厚は、オリフィス部２１の肉厚よりも厚く設定されている。したがって、ＭＥＡ６０と接着する際に、厚肉の隆起部２２を接着ストロークの位置決めとして用いることができる。厚肉の隆起部２２を接着ストロークの位置決めとする結果、図３（ｂ）に示すように、接着時における接着ストローク、接着加圧力および接着強度を安定化することができる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３９】
２０    接着枠、
２１    オリフィス部、
２２    隆起部、
３０    接着剤、
４２    ゲート、
６０    ＭＥＡ（膜電極接合体）、
１００  燃料電池用樹脂フレーム。
【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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【図７】
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【図８】
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