(57)【要約】【課題】  燃料電池用の膜／電極積層体を提供すること。【解決手段】  上框板、少なくとも一つの膜／電極接合体、及び下框板を包含する。上框板は少なくとも一つの第１開孔を具え、下框板は少なくとも一つの第２開孔を具え、且つこれら第２開孔は該第１開孔に対応する。これら膜／電極接合体は対応する第１開孔と第２開孔の間に挟持され、そのうち上框板、膜／電極接合体、下框板は上から下に積層され且つ超音波振動周波数溶接手段を利用して、接合されて単片構造とされ、上框板と下框板の材料には超音波溶接に適合する材料が選択される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜／電極積層体において、
少なくとも一つの第１開孔を具えた上框板と、
少なくとも一つの第２開孔を具え、且つ該第２開孔がそれぞれ該第１開孔に対応する下框板と、
これら第１開孔と第２開孔に対応するように該上框板と該下框板の間に配置された少なくとも一つの膜／電極接合体と、
を包含し、そのうち、該上框板、該膜／電極接合体、該下框板が上から下に順に積層され且つ超音波振動周波数溶接手段を利用して、該上框板、該膜／電極接合体、該下框板が一体に溶接され、該上框板と該下框板に超音波溶接に適合する材料が使用されたことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項２】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記膜／電極接合体にメタノール燃料電池の膜／電極接合体が使用されたことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項３】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記膜／電極接合体は少なくとも一片のプロトン交換膜を包含することを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項４】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記上框板の材料が溶接効果が良好な熱可塑性エンジニアリングプラスチックとされたことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項５】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記下框板の材料が溶接効果が良好な熱可塑性エンジニアリングプラスチックとされたことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項６】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記上框板の材料が、ポリスチレン（ＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）のいずれか一種類とされたことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項７】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記下框板の材料が、ポリスチレン（ＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）のいずれか一種類とされたことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項８】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記上框板の材料自身が抗酸化／腐蝕防止の物理性質を具備していなければ、該上框板の表面に、更に抗酸化／腐蝕防止の処理を行なうことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項９】
請求項１記載の膜／電極積層体において、前記下框板の材料自身が抗酸化／腐蝕防止の物理性質を具備していなければ、該下框板の表面に、更に抗酸化／腐蝕防止の処理を行なうことを特徴とする、膜／電極積層体。
【請求項１０】
請求項３記載の膜／電極積層体において、前記プロトン交換膜の該膜／電極接合体とされない領域に、少なくとも一つの貫通孔が設けられたことを特徴とする、膜／電極積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に係り、特に燃料電池に用いられる膜／電極積層体の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはプリント回路板製造工程を利用して製造される燃料電池が記載されている。特許文献１の燃料電池製造の工程中では、接着剤（Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ）を使用するが、燃料電池の接着剤として適合する成分の取得は往々にして困難である。さらに、プリント回路板工程を行なうには高価な設備を購入しなければならず、これにより、プリント回路板工程を利用して燃料電池を製造するとその製造コストは非常に高くなる。
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００４／０２２４１９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は燃料電池の周知の製造技術にみられる欠点、及び工業界の燃料電池の製造技術に対する期待に基づき、超音波溶接手段を利用する燃料電池の膜／電極積層体を発明した。
【０００５】
本発明の主要な目的は、超音波溶接手段を利用して製造できる膜／電極積層体を提供することにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、超音波溶接に適合する材料を使用した膜／電極積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、膜／電極積層体において、
少なくとも一つの第１開孔を具えた上框板と、
少なくとも一つの第２開孔を具え、且つ該第２開孔がそれぞれ該第１開孔に対応する下框板と、
これら第１開孔と第２開孔に対応するように該上框板と該下框板の間に配置された少なくとも一つの膜／電極接合体と、
を包含し、そのうち、該上框板、該膜／電極接合体、該下框板が上から下に順に積層され且つ超音波振動周波数溶接手段を利用して、該上框板、該膜／電極接合体、該下框板が一体に溶接され、該上框板と該下框板に超音波溶接に適合する材料が使用されたことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記膜／電極接合体にメタノール燃料電池の膜／電極接合体が使用されたことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記膜／電極接合体は少なくとも一片のプロトン交換膜を包含することを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記上框板の材料が溶接効果が良好な熱可塑性エンジニアリングプラスチックとされたことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記下框板の材料が溶接効果が良好な熱可塑性エンジニアリングプラスチックとされたことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記上框板の材料が、ポリスチレン（ＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）のいずれか一種類とされたことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記下框板の材料が、ポリスチレン（ＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）のいずれか一種類とされたことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記上框板の材料自身が抗酸化／腐蝕防止の物理性質を具備していなければ、該上框板の表面に、更に抗酸化／腐蝕防止の処理を行なうことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の膜／電極積層体において、前記下框板の材料自身が抗酸化／腐蝕防止の物理性質を具備していなければ、該下框板の表面に、更に抗酸化／腐蝕防止の処理を行なうことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
請求項１０の発明は、請求項３記載の膜／電極積層体において、前記プロトン交換膜の該膜／電極接合体とされない領域に、少なくとも一つの貫通孔が設けられたことを特徴とする、膜／電極積層体としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の膜／電極積層体の効果は以下のとおりである。
１．本発明は超音波溶接機により膜／電極積層体を製造でき、超音波溶接機の設備コストは低いため、大幅に膜／電極積層体の製造コストを削減できる。
２．本発明の膜／電極積層体は超音波溶接に適合する材料で部品を製造し、これによりプリント回路板の部品を使用し且つプリント回路板の製造工程を利用する周知の技術に比べて、本発明は新規な膜／電極積層体の構造を提供する。
【０００９】
本発明の具体的実施例は以下に記載されるが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の技術の属する分野における通常の知識を有する者が本発明の精神と範囲から逸脱せずになし得る各種の変更或いは修飾は、いずれも本発明の範疇に属するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の膜／電極積層体は、上框板、少なくとも一つの膜／電極接合体、及び下框板を包含する。上框板は少なくとも一つの第１開孔を具え、下框板は少なくとも一つの第２開孔を具え、且つこれら第２開孔は該第１開孔に対応する。これら膜／電極接合体は対応する第１開孔と第２開孔の間に挟持され、そのうち上框板、膜／電極接合体、下框板は上から下に積層され且つ超音波振動周波数溶接手段を利用して、接合されて単片構造とされ、上框板と下框板の材料には超音波溶接に適合する材料が選択される。
【実施例１】
【００１１】
図１を参照されたい。本発明の膜／電極積層体１は少なくとも一つの膜／電極接合体１２を上框板１４と下框板１０の間に挟んで構成され、本発明の上框板１４と下框板１０の間は、本発明の上框板１４と下框板１０の材質、すなわち超音波溶接に適合する材料の採用により、超音波溶接手段を利用し、上框板１４とこれら膜／電極接合体１２と下框板１０が一体に接合される。
【００１２】
図１は本発明の膜／電極積層体の構造図であり、図２は本発明の膜／電極積層体の立体分解図である。本発明の膜／電極積層体１は、上框板１４、少なくとも一つの膜／電極接合体１２、下框板１０を包含する。上框板１４には少なくとも一つの第１開孔１４０が設置され、下框板１０には少なくとも一つの第２開孔１００が設置され、これら第１開孔１４０とこれら第２開孔１００はそれぞれ対向するように対応する。第１開孔１４０と第２開孔１００の形状は四角形とされうるが、四角形に限定されるわけではない。
【００１３】
膜／電極接合体１２には周知の膜／電極接合体を採用可能で、例えば、メタノール燃料電池の膜／電極接合体、或いはプロトン交換膜を包含する膜／電極接合体を採用可能である。本発明は周知の膜／電極接合体製造技術を採用し、プロトン交換膜１２０の上、下表面に、それぞれアノードとカソードを形成して膜／電極接合体１２を獲得する。また、プロトン交換膜１２０の面積は第１開孔１４０と第２開孔１００の面積よりやや大きくされ、これにより上框板１４、膜／電極接合体１２、下框板１０に超音波接合を実行する前に、これら膜／電極接合体１２を上框板１４と下框板１０の間に挟むことができる。
【００１４】
図３は貫通孔を設置して超音波溶接作業に有利とした膜／電極接合体の構造図である。プロトン交換膜１２０の膜／電極接合体とされない領域に少なくとも一つの貫通孔１２０ａを設置する。これらの貫通孔１２０ａの機能は、上框板１４と下框板１０を超音波振動周波数を与えることで溶融させて、これらの貫通孔１２０ａを通して一体に融合させ、こうしてこれら膜／電極接合体１２を上框板１４と下框板１０の間に密接に接合させる。
【００１５】
図４は本発明の上框板の超音波振動周波数を受ける領域の表示図である。図５は本発明の下框板の超音波振動周波数を受ける領域の表示図である。本発明は周知の超音波溶接手段、例えば超音波の毎秒２万回（２０ＫＨｚ）或いは毎秒１．５万回（１５ＫＨｚ）の振動周波数を、上框板１４の振動領域１４１と下框板１０の振動領域１０１に印加し、振動領域１４１、１０１に接触摩擦により熱エネルギーを生成させ、これにより振動領域１４１、１０１の材料を溶融させて溶接接合する。
【００１６】
上框板１４と下框板１０の材料には、ポリスチレン（ＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）のいずれか一種類を採用可能である。しかし当然、その他の超音波溶接に適合する材料も、本発明において選択採用可能であり、例えば溶接効果が良好な熱可塑性エンジニアリングプラスチックを使用可能である。
【００１７】
上框板１４と下框板１０の厚さは１ｍｍを採用可能であるが、本発明によるとそれは１ｍｍの厚さに制限されるわけではない。超音波溶接作業時間は０．０５秒から１秒の間であるが、それに制限されるわけではない。本発明は上框板１４と下框板１０の材料の種類と厚さにより、適合する超音波溶接作業時間に調整する。
【００１８】
さらに、上框板１４と下框板１０の材料として選択された材料自身がもし抗酸化／腐蝕防止の物理性質を具備しない場合は、本発明は上框板１４と下框板１０の表面にさらに抗酸化／腐蝕防止の処理を実施可能であり、例えば上框板１４と下框板１０の表面に一層の薄層のポリテトラフルオロエチレン （ＰＴＦＥ）をコーティングする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の膜／電極積層体の構造図である。
【図２】本発明の膜／電極積層体の立体分解図である。
【図３】本発明の貫通孔を設置して超音波溶接作業に有利とした膜／電極接合体の構造図である。
【図４】本発明の上框板の超音波振動周波数を受ける領域の表示図である。
【図５】本発明の下框板の超音波振動周波数を受ける領域の表示図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  膜／電極積層体
１０  下框板
１２  膜／電極接合体
１４  上框板
１００  第２開孔
１０１  振動領域
１２０  プロトン交換膜
１２０ａ  貫通孔
１４０  第１開孔
１４１  振動領域
【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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