(57)【要約】      （修正有）【課題】  セパレータ同士、ＭＥＡとセパレータの互いの位置決めと搬送を短時間で行うことができる燃料電池の製造方法とその方法に直接用いる装置の提供。【解決手段】  帯状シート素材５０を、つながった状態で成形工程１０１、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７に流し、バッチ化工程１０９で個別のモジュールに分離するようにした燃料電池の製造方法からなり、成形工程では、帯状シート素材５０にセパレータを順次成形して順次成形されるセパレータがランナー６０でつながったセパレータ帯５０Ａを作製し、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程では、一連のセパレータがランナーでつながった前記セパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けて、一連のモジュールがランナーでつながったモジュール帯５０Ｂを作製し、バッチ化工程では、モジュール帯からランナーを切断し除去して個別のモジュールに分離するようにした燃料電池の製造方法と装置。【選択図】        図１
2005190946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状シート素材を、つながった状態で成形工程、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程に流し、バッチ化工程で個別のモジュールに分離するようにした燃料電池の製造方法からなり、
前記成形工程では、帯状シート素材にセパレータを順次成形して順次成形されるセパレータがセパレータ以外の素材部分であるランナーによってつながっているセパレータ帯を作製し、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程では、一連のセパレータがランナーでつながった前記セパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けて、一連のモジュールが前記ランナーでつながったモジュール帯を作製し、
前記バッチ化工程では、前記モジュール帯から前記ランナーを切断し除去して個別のモジュールに分離するようにした燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記成形工程では、前記帯状シート素材の幅方向両縁にランナーを残して、前記帯状シート素材にセパレータを形成し、前記成形工程から下流側では前記幅方向両縁のランナーをローラで押さえることにより帯状シート素材の反りを矯正しながら前記帯状シート素材を搬送するようにした請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記成形工程では、前記帯状シート素材の幅方向両縁にセパレータ以外の部分であるランナーを残してセパレータを形成するとともに、該幅方向両縁のランナーにセパレータとの位置関係を精度よく出した搬送・位置決め用の穴を加工し、前記成形工程の下流側では前記幅方向両縁のランナーの搬送・位置決め用の穴を利用して前記帯状シート素材を搬送することによりセパレータ位置を把握可能とした請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
ＭＥＡの前記セパレータ帯への組み付け前に前記ＭＥＡの電解質膜の外縁部に絶縁材よりなる額縁状のフレームを設けておき、前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程では、該フレームを前記ＭＥＡの前記セパレータ帯への組み付けの位置決めに利用する請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程で、前記帯状シート素材に該帯状シート素材から組み付けガイドを形成しておき、前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、前記組み付けガイドにより前記額縁状のフレームの外側縁をガイドすることにより前記帯状シート素材のセパレータ部位に自動的に位置決めして前記フレーム付きのＭＥＡを組み付ける請求項４記載の燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記成形工程で、前記帯状シート素材に隣り合うセパレータ間にセパレータ以外の部分であるランナーを設け、該セパレータ間のランナーにセパレータピッチを調整するためのピッチ調整部を設ける請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記帯状シート素材のセパレータ間のランナーに曲げ剛性が他の部分より低い曲げ案内部を設けて該曲げ案内部を前記ピッチ調整部として利用する請求項６記載の燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記曲げ案内部が＋１８０°〜−１８０°にわたって３６０°曲がることができるように、十分薄く、または一部スリットとされている請求項７記載の燃料電池の製造方法。
【請求項９】
前記成形工程で、前記帯状シート素材に隣り合うセパレータ間および前記帯状シート素材の幅方向両縁部にセパレータ以外の部分であるランナーを設けるとともに、該ランナーに各セパレータの周囲にわたって延びるリブを形成する請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
前記成形工程では、全ての成形が成形型により一度の塑性加工で行われる請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
前記成形工程で、前記帯状シート素材にセパレータ以外の部分であるランナーを設け、該ランナーに集中させて、位置決め用穴やピッチ調整用兼曲げ案内部や反り抑制のリブの少なくとも一つを設け、前記バッチ化工程で前記ランナーをモジュールから除去するようにした請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１２】
一対の前記帯状シート素材を前記成形工程に供給し、
前記成形工程で、前記一対の帯状シート素材の一方に組み付けガイドを形成するとともに他方に穴または切り欠きからなる組み付けガイド逃がし手段を形成し、かつ、一対の前記帯状シート素材の幅方向両縁のランナーに搬送・位置決め用の穴を加工し、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、前記一対の帯状シート素材の前記組み付けガイドを前記組み付けガイド逃がし手段に受入れて干渉しないようにするとともに、前記一対の帯状シート素材のランナーの搬送・位置決め用の穴を共用して対向組み付けすることにより、前記一対の帯状シート素材を搬送停止させることなく連続的にモジュール化可能とした請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１３】
１枚の帯状シート素材を前記成形工程に供給し、
前記成形工程で、前記１枚の帯状シート素材にアノード側セパレータとカソード側セパレータを交互に成形し、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、前記セパレータ帯に前記ＭＥＡを順次組み付けるとともに、前記セパレータ帯を蛇腹状に折りたたむことにより、前記ランナーでつながりモジュールが積層されたモジュール帯を作製する請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１４】
前記モジュール帯をランナー部で折り曲げ、モジュール間のランナーを全モジュール分まとめて、前記バッチ化工程で切断、除去するようにした請求項１３記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１５】
帯状シート素材の搬送ラインに順に配置された、成形ステーション、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化ステーション、バッチ化ステーションを備えた燃料電池の製造装置からなり、
前記成形ステーションは、帯状シート素材にセパレータ以外の素材部分であるランナーを残してセパレータを順次成形する成形型を備え、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化ステーションは、一連のセパレータがランナーでつながったセパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けるＭＥＡ組み付け機を備え、
前記バッチ化ステーションは、セパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けたモジュール帯からランナーを切断し除去する切断機を備えている、
燃料電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の製造方法と、該方法の実施に直接使用する燃料電池の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単位燃料電池（単セル）は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ）をセパレータで挟んだものから構成される。単位燃料電池を少なくとも１つ重ねて接合したものからモジュールを構成し、モジュールを複数積層して（積層方向は任意）積層型燃料電池が構成される。
特開２００１−２３６９７１号公報は、モジュールの連続生産方法を開示している。しかし、「連続」とあるが、公知の生産方法を列挙したものに過ぎず、したがって本質的にはバッチ処理であり、本発明のように帯状シート素材をつながったまま搬送してセパレータ、モジュールを生産するものではない。
【０００３】
しかし、従来の燃料電池モジュールの生産方法には、以下の問題がある。
１）スペース低減や高価な電極面積の有効利用等のために、一般に２枚のセパレータ及びＭＥＡの組み付けには互いに精密な位置決めが必要である。また、セパレータは極薄板形状で自由状態では反りが大のため、従来のバッチ状態での自動組み付けでは、製品を傷めずに「反り矯正」、「位置決め」するのに、比較的長時間がかかり、高速化のネックとなっている。
【０００４】
２）上記１）の精密位置決め、反り矯正する固定治具を用いた停止状態での組み付けとすると、搬送時間が高速化のネックとなる。治具及び組み付け装置全体を可動化し、搬送しながら組み付け後高速で戻す方法や複数の装置を循環させる方法等停止させない組み付けも考えられるが、コスト、スペースが大となるという別の問題を生じる。
３）セパレータ、ＭＥＡが薄板形状でガイドが無いため、とくにＭＥＡは曲げ剛性が小さい部品のためガイドも不可能であるため、組み付け時、部品同士が充分に接触するまで部品を装置で保持する必要があり、組み付け中比較的長時間、組み付けツールは治具（製品）上に位置するため、２）と同様搬送停止状態での組み付けとなりやすく、比較的長時間の搬送時間が高速化のネックとなる。
【特許文献１】特開２００１−２３６９７１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする問題点は、従来の燃料電池モジュールの製造方法では、セパレータ同士、ＭＥＡとセパレータの互いの位置決めと搬送に長時間を要するという問題である。
【０００６】
本発明の目的は、セパレータ同士、ＭＥＡとセパレータの互いの位置決めと搬送を短時間で行うことができる燃料電池の製造方法とその方法に直接用いる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  帯状シート素材を、つながった状態で成形工程、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程に流し、バッチ化工程で個別のモジュールに分離するようにした燃料電池の製造方法からなり、
前記成形工程では、帯状シート素材にセパレータを順次成形して順次成形されるセパレータがセパレータ以外の素材部分であるランナーによってつながっているセパレータ帯を作製し、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程では、一連のセパレータがランナーでつながった前記セパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けて、一連のモジュールが前記ランナーでつながったモジュール帯を作製し、
前記バッチ化工程では、前記モジュール帯から前記ランナーを切断し除去して個別のモジュールに分離するようにした燃料電池の製造方法。
（２）  前記成形工程では、前記帯状シート素材の幅方向両縁にランナーを残して、前記帯状シート素材にセパレータを形成し、前記成形工程から下流側では前記幅方向両縁のランナーをローラで押さえることにより帯状シート素材の反りを矯正しながら前記帯状シート素材を搬送するようにした（１）記載の燃料電池の製造方法。
（３）  前記成形工程では、前記帯状シート素材の幅方向両縁にセパレータ以外の部分であるランナーを残してセパレータを形成するとともに、該幅方向両縁のランナーにセパレータとの位置関係を精度よく出した搬送・位置決め用の穴を加工し、前記成形工程の下流側では前記幅方向両縁のランナーの搬送・位置決め用の穴を利用して前記帯状シート素材を搬送することによりセパレータ位置を把握可能とした（１）記載の燃料電池の製造方法。
（４）  ＭＥＡの前記セパレータ帯への組み付け前に前記ＭＥＡの電解質膜の外縁部に絶縁材よりなる額縁状のフレームを設けておき、前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程では、該フレームを前記ＭＥＡの前記セパレータ帯への組み付けの位置決めに利用する（１）記載の燃料電池の製造方法。
（５）  前記成形工程で、前記帯状シート素材に該帯状シート素材から組み付けガイドを形成しておき、前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、前記組み付けガイドにより前記額縁状のフレームの外側縁をガイドすることにより前記帯状シート素材のセパレータ部位に自動的に位置決めして前記フレーム付きのＭＥＡを組み付ける（４）記載の燃料電池の製造方法。
（６）  前記成形工程で、前記帯状シート素材に隣り合うセパレータ間にセパレータ以外の部分であるランナーを設け、該セパレータ間のランナーにセパレータピッチを調整するためのピッチ調整部を設ける（１）記載の燃料電池の製造方法。
（７）  前記帯状シート素材のセパレータ間のランナーに曲げ剛性が他の部分より低い曲げ案内部を設けて該曲げ案内部を前記ピッチ調整部として利用する（６）記載の燃料電池の製造方法。
（８）  前記曲げ案内部が＋１８０°〜−１８０°にわたって３６０°曲がることができるように、十分薄く、または一部スリットとされている（７）記載の燃料電池の製造方法。
（９）  前記成形工程で、前記帯状シート素材に隣り合うセパレータ間および前記帯状シート素材の幅方向両縁部にセパレータ以外の部分であるランナーを設けるとともに、該ランナーに各セパレータの周囲にわたって延びるリブを形成する（１）記載の燃料電池の製造方法。
（１０）  前記成形工程では、全ての成形が成形型により一度の塑性加工で行われる（１）記載の燃料電池の製造方法。
（１１）  前記成形工程で、前記帯状シート素材にセパレータ以外の部分であるランナーを設け、該ランナーに集中させて、位置決め用穴やピッチ調整用兼曲げ案内部や反り抑制のリブの少なくとも一つを設け、前記バッチ化工程で前記ランナーをモジュールから除去するようにした（１）記載の燃料電池の製造方法。
（１２）  一対の前記帯状シート素材を前記成形工程に供給し、
前記成形工程で、前記一対の帯状シート素材の一方に組み付けガイドを形成するとともに他方に穴または切り欠きからなる組み付けガイド逃がし手段を形成し、かつ、一対の前記帯状シート素材の幅方向両縁のランナーに搬送・位置決め用の穴を加工し、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、前記一対の帯状シート素材の前記組み付けガイドを前記組み付けガイド逃がし手段に受入れて干渉しないようにするとともに、前記一対の帯状シート素材のランナーの搬送・位置決め用の穴を共用して対向組み付けすることにより、前記一対の帯状シート素材を搬送停止させることなく連続的にモジュール化可能とした（１）記載の燃料電池の製造方法。
（１３）  １枚の帯状シート素材を前記成形工程に供給し、
前記成形工程で、前記１枚の帯状シート素材にアノード側セパレータとカソード側セパレータを交互に成形し、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、前記セパレータ帯に前記ＭＥＡを順次組み付けるとともに、前記セパレータ帯を蛇腹状に折りたたむことにより、前記ランナーでつながりモジュールが積層されたモジュール帯を作製する（１）記載の燃料電池の製造方法。
（１４）  前記モジュール帯をランナー部で折り曲げ、モジュール間のランナーを全モジュール分まとめて、前記バッチ化工程で切断、除去するようにした（１３）記載の燃料電池の製造方法。
（１５）  帯状シート素材の搬送ラインに順に配置された、成形ステーション、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化ステーション、バッチ化ステーションを備えた燃料電池の製造装置からなり、
前記成形ステーションは、帯状シート素材にセパレータ以外の素材部分であるランナーを残してセパレータを順次成形する成形型を備え、
前記ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化ステーションは、一連のセパレータがランナーでつながったセパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けるＭＥＡ組み付け機を備え、
前記バッチ化ステーションは、セパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けたモジュール帯からランナーを切断し除去する切断機を備えている、
燃料電池の製造装置。
【発明の効果】
【０００８】
上記（１）の燃料電池の製造方法によれば、帯状シート素材にランナーを残したまま一連のセパレータをランナーによってつなげて成形した状態（セパレータ帯の状態）で流し、全部品組み付け完了後ランナーを切断除去してバッチ化したため、搬送中の各セパレータの位置関係が定まり、部品組み付け時に個々のセパレータの位置関係が定まるため、部品組み付け時に搬送を一時停止してセパレータの位置決めをする必要がなくなり、燃料電池モジュールの生産が高速化される。
上記（２）の燃料電池の製造方法によれば、幅方向両縁のランナーをローラで押さえるようにしたたので、連続搬送中にセパレータ部分を傷つけることなく、帯状シート素材を搬送しながら、帯状シート素材の反りを矯正することができる。
上記（３）の燃料電池の製造方法によれば、幅方向両縁のランナーにセパレータとの位置関係を精度よく出した搬送・位置決め用の穴を加工し、前記成形工程の下流側では幅方向両縁のランナーの搬送・位置決め用の穴を利用して帯状シート素材を搬送することにより、セパレータのマニホールド穴を直接搬送に利用するよりも傷つき防止や多種のセパレータへの対応を可能とすることができる。
【０００９】
上記（４）の燃料電池の製造方法によれば、ＭＥＡの電解質膜の外縁部に絶縁材よりなる額縁状のフレームを設けておくので、このフレームをＭＥＡのセパレータ帯への組み付けの位置決めに利用することができる。
上記（５）の燃料電池の製造方法によれば、帯状シート素材に該帯状シート素材から切り起こされた組み付けガイドを形成しておくので、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、組み付けガイドにより額縁状のフレームの外側縁をガイドすることにより帯状シート素材のセパレータ部位に自動的に位置決めすることができるとともに、フレームが組み付けガイド内に収まった後は、セル平面内でズレるおそれが無くなる。その結果、ＭＥＡ組み付け時に搬送停止不要である。
【００１０】
上記（６）の燃料電池の製造方法によれば、帯状シート素材に隣り合うセパレータ間にランナーを設け、該セパレータ間のランナーにセパレータピッチを調整するためのピッチ調整部を設けるので、セパレータピッチに若干のバラツキがあっても、各セパレータの位置決めとモジュール化が可能である。
上記（７）の燃料電池の製造方法によれば、帯状シート素材のセパレータ間のランナーに曲げ剛性が他の部分より低い曲げ案内部を設けるので、この曲げ案内部をピッチ調整部として利用することができる。
上記（８）の燃料電池の製造方法によれば、曲げ案内部が＋１８０°〜−１８０°にわたって３６０°曲がることができるように形成されているので、モジュール帯を容易に蛇腹状に折りたたむことができる。
【００１１】
上記（９）の燃料電池の製造方法によれば、成形工程で、帯状シート素材のランナーに各セパレータの周囲にわたって延びるリブを形成するので、モジュール化や折りたたみの際にセパレータにかかる曲げからセパレータ（とくに曲げ剛性の低いマニホールド部）を保護し、反りを低減することができる。
上記（１０）の燃料電池の製造方法によれば、成形工程で、全ての成形が成形型により一度の塑性加工で行われるので、組み付けガイドや組み付けガイド逃がし手段やリブを形成しても、燃料電池モジュールの生産時間を長くすることはない。
上記（１１）の燃料電池の製造方法によれば、成形工程で、ランナーに集中させて、位置決めや曲げ案内部や反り抑制のリブを設け、バッチ化工程でランナーをモジュールから除去するようにしたので、セパレータ形状が位置決めや曲げ案内部や反り抑制のリブによって制約されない。また、本発明の方法を用いても、従来のセパレータの形状をとくに変更する必要がない。
【００１２】
上記（１２）の燃料電池の製造方法によれば、一対の帯状シート素材の一方に組み付けガイドを形成するとともに他方に穴または切り欠きからなる組み付けガイド逃がし手段を形成したので、一対の帯状シート素材をランナーの搬送・位置決め用の穴を利用して対向組み付けする際に、組み付けガイドを組み付けガイド逃がし手段内に逃がすことができ、一対の帯状シート素材を搬送停止することなく、連続的にモジュール化が可能となる。
上記（１３）の燃料電池の製造方法によれば、成形工程で、１枚の帯状シート素材にアノード側セパレータとカソード側セパレータを交互に成形し、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程で、セパレータ帯にＭＥＡを順次組み付けるとともに、セパレータ帯を蛇腹状に折りたたむことにより、前記ランナーでつながりモジュールが積層されたモジュール帯を作製するので、連続的にモジュールを作製でき、かつ折りたたむことができる。
上記（１４）の燃料電池の製造方法によれば、モジュール間のランナーを全モジュール分まとめて、前記バッチ化工程で切断、除去するようにしたので、ランナーを能率よく除去することができる。
【００１３】
上記（１５）の燃料電池の製造装置によれば、帯状シート素材の搬送ラインに順に配置された、成形ステーション、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化ステーション、バッチ化ステーションを備え、ステーション間で帯状シート素材をセパレータがつながったままで搬送するようにしたので、搬送中の各セパレータの位置関係が定まり、部品組み付け時に個々のセパレータそれぞれの位置決めを不要とすることができるとともに、部品組み付け時の一時停止も不要とすることができ、燃料電池モジュールの生産が高速化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の燃料電池の製造方法および該方法を直接実施する燃料電池の製造装置を、図１〜図１０を参照して説明する。
図中、図１〜図６は本発明の実施例１の燃料電池の製造方法および製造装置を示し、図７は本発明の実施例２の燃料電池の製造方法および製造装置を示し、図８は本発明の実施例３の燃料電池の製造方法および製造装置を示す。図９、図１０は本発明の何れの実施例にも適用可能な、一般の燃料電池の構造を示す。
本発明の実施例１〜実施例３にわたって共通する、または類似する部分には、本発明の実施例１〜実施例３にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の実施例〜実施例３にわたって共通する、または類似する部分を、たとえば図１〜図６、図９、図１０を参照して、説明する。
【００１５】
本発明の製造方法、製造装置によって製造される燃料電池は、積層型燃料電池であり、たとえば、積層型の固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図９、図１０に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。
【００１６】
セパレータ１８には、アノード１４、カソード１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）と、その裏面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。また、セパレータ１８には、燃料ガス流路２７に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド３０、酸化ガス流路２８に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド３１、冷媒流路２６に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド２９が形成されている。
【００１７】
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねて単位燃料電池（「単セル」ともいう）１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュール（図１０は１モジュールが１セルから構成される場合を示しており、セル１９とモジュールが等しいので、モジュールにも符号１９を付す）を構成し、モジュール１９を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５により固定して、燃料電池スタック２３を構成する。
【００１８】
各セル１９の、アノード側１４では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【００１９】
セパレータ１８は、屈曲可能な導電性のセパレータからなり、たとえばメタルセパレータや、カーボンを混合した屈曲可能な樹脂製のシートなどからなる。セパレータ１８は、硬質の樹脂フレームと組み合わて使用されてもよい。
流体流路２６、２７、２８、２９、３０、３１をシールするために、ガス側のシール材３３および冷媒側のシール３２が設けられる。図示例では、ガス側シール材３３が接着剤からなり、冷媒側シール材３２がゴムガスケットからなる場合を示してあるが、ガス側シール材３３も冷媒側シール材３２も、接着剤とゴムガスケットの何れから構成されてもよい。
【００２０】
本発明の燃料電池の製造装置は、燃料電池モジュール１９の連続製造装置である。
本発明の燃料電池の製造装置は、帯状シート素材５０（セパレータ１８の素材）の搬送ラインに帯状シート素材５０の搬送方向に順に配置された、成形ステーション５１、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化ステーション５５、５７、バッチ化ステーション５９を備えた燃料電池の製造装置からなる。
さらに詳しくは、本発明の燃料電池の製造装置は、帯状シート素材５０の搬送ラインに帯状シート素材５０の搬送方向に順に配置された、成形ステーション５１、帯状シート素材５０の表面処理ステーション５２、ガスケット３２の帯状シート素材５０への接合ステーション５３、接着剤３３の帯状シート素材５０への塗布ステーション５４、ＭＥＡを帯状シート素材５０の所定部位に順次組み付けるＭＥＡ組み付けステーション５５、ＭＥＡが組み付けられた帯状シート素材５０に接着剤３３を塗布する接着剤塗布ステーション５６、モジュール化ステーション５７、接着剤加熱硬化ステーション５８、つながったモジュールをランナー６０を除去して個別のモジュール１９にするバッチ化ステーション５９からなる。
【００２１】
成形ステーション５１は、帯状シート素材５０にセパレータ１８以外の素材部分であるランナー６０を残してセパレータを順次成形する成形型８１を備えている。すなわち、帯状シート素材５０には、成形型８１によって、セパレータ１８に対応する部分と、このセパレータ１８部分に隣接するランナー６０に対応する部分が成形される。
ＭＥＡ組み付けステーション５５は、一連のセパレータ１８がランナー６０でつながったセパレータ帯５０Ａ（セパレータ等を加工した後の帯状シート素材５０）にＭＥＡを順次組み付けるＭＥＡ組み付け機８２を備えている。
バッチ化ステーション５９は、セパレータ帯５０ＡにＭＥＡを順次組み付けたモジュール帯５０Ｂ（ＭＥＡを組み付けた後のモジュール１９がつながって帯状シート素材５０）からランナー６０を切断し除去する切断機８３を備えている。
【００２２】
本発明の燃料電池の製造方法は、帯状シート素材５０を、つながった状態で成形工程１０１、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７に流し、バッチ化工程１０９で個別のモジュール１９に分離するようにした燃料電池の製造方法からなる。
本発明の燃料電池の製造方法は、帯状シート素材５０（セパレータ帯５０Ａ、モジュール帯５０Ｂとなっている場合を含む）の搬送中に時間的に順に実行される、帯状シート素材５０のセパレータ１８等の成形工程１０１、帯状シート素材５０の表面処理工程１０２、ガスケット３２の帯状シート素材５０への接合工程１０３、接着剤３３の帯状シート素材５０への塗布工程１０４、ＭＥＡを帯状シート素材５０の所定部位に順次組み付けるＭＥＡ組み付け工程１０５、ＭＥＡが組み付けられた帯状シート素材５０に接着剤３３を塗布する接着剤塗布工程１０６、モジュール化工程１０７、接着剤加熱硬化工程１０８、つながったモジュールをランナー６０を除去して個別のモジュール１９にするバッチ化工程１０９を有する。
【００２３】
成形工程１０１では、帯状シート素材５１にセパレータ１８を順次成形して順次成形されるセパレータ１８がセパレータ以外の素材部分であるランナー６０によってつながっているセパレータ帯５０Ａを作製する。
ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７では、一連のセパレータ１８がランナー６０でつながったセパレータ帯５０ＡにＭＥＡを順次組み付けて、一連のモジュール１９がランナー６０でつながったモジュール帯５０Ｂを作製する。
バッチ化工程１０９では、モジュール帯６０Ｂからランナー６０を切断し除去して個別のモジュール１９に分離する。
【００２４】
成形工程１０１では、帯状シート素材５０の幅方向両縁にランナー６０を残して、帯状シート素材５０にセパレータ１８を形成し、成形工程５１から下流側では、幅方向両縁のランナー６０をローラ８０で押さえることにより帯状シート素材５０の反りを矯正しながら帯状シート素材５０を搬送する。
【００２５】
成形工程１０１では、帯状シート素材５０の幅方向両縁にセパレータ以外の部分であるランナー６０を残してセパレータ１８を形成するとともに、該幅方向両縁のランナー６０にセパレータ１８との位置関係を精度よく出した搬送・位置決め用の穴６１を加工し、成形工程の下流側では幅方向両縁のランナー６０の搬送・位置決め用の穴６１を利用して帯状シート素材５０を搬送することによりセパレータ位置を把握可能とする。
【００２６】
ＭＥＡのセパレータ帯５０Ａへの組み付け前にＭＥＡの電解質膜の外縁部に絶縁材よりなる額縁状のフレーム６２を設けておき、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７では、フレーム６２をＭＥＡのセパレータ帯５０Ａへの組み付けの位置決めに利用する。
【００２７】
成形工程１０１で、帯状シート素材５０に該帯状シート素材５０から組み付けガイド６３を形成しておき、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７で、組み付けガイド６３により額縁状のフレーム６２の外側縁をガイドすることにより帯状シート素材５０のセパレータ部位に自動的に位置決めしてフレーム６２付きのＭＥＡを組み付けるようにする。組み付けガイド６３は、帯状シート素材５０から切り起こして作製してもよいし、あるいはポンチ等により絞りピンを成形して作製してもよい。
【００２８】
成形工程１０１で、帯状シート素材５０に隣り合うセパレータ１８間にセパレータ以外の部分であるランナー６０を設け、該セパレータ間のランナー６０にセパレータピッチを調整するためのピッチ調整部６４を設ける。たとえば、図６で符号６４を付した部分がピッチ調整部である。図１の帯状シート素材５０の弛んでいる部分は帯状シート素材５０の弛み部６５であって、ピッチ調整部ではない。
帯状シート素材５０のセパレータ１８間のランナー６０に曲げ剛性が他の部分より低い曲げ案内部を設けて該曲げ案内部をピッチ調整部６４として利用する。
曲げ案内部は＋１８０°〜−１８０°にわたって３６０°曲がることができるように、十分薄く、または一部スリットとされている。たとえば、図６のピッチ調整部６４は折れ曲がりと反対方向に突出する湾曲部からなる場合を示すが、このような湾曲部からなる場合は折れ曲がりと反対方向に折れ曲がるのが容易ではないため、これに代わる構造として、ピッチ調整部６４を局部的に薄くするとか、ミシン線状の切れ目をいれておく等の構造をとることにより、＋１８０°〜−１８０°にわたって３６０°曲がることができるようにしてもよい。
【００２９】
成形工程１０１で、帯状シート素材５０に、隣り合うセパレータ１８間および帯状シート素材の幅方向両縁部に、セパレータ以外の部分であるランナー６０を設けるとともに、該ランナー６０に各セパレータ１８の周囲に全周にわたって延びる、剛性アップ用のリブ６６を形成してもよい。
成形工程１０１では、セパレータ１８の流路溝、マニホールド穴、位置決め用穴６１、組み付けガイド６３、ピッチ調整部６４、リブ６６などの全ての加工部の成形が成形型８１により一度の塑性加工で行われることが望ましい。ただし、数段の成形型で、分けて成形してもよい。たとえば、流路溝やマニホールド穴の成形と、位置決め用穴６１、組み付けガイド６３の成形と、ピッチ調整部６４、リブ６６の成形を別々の成形型で分けて成形してもよい。
また、成形工程１０１で、帯状シート素材５０にセパレータ以外の部分であるランナー６０を設け、該ランナー６０に集中させて、位置決め用穴６１やピッチ調整用の曲げ案内部６４や反り抑制のリブ６６の少なくとも一つを設け、バッチ化工程１０９でランナー６０をモジュール帯６０Ｂから除去するようにすることが望ましい。
【００３０】
本発明の燃料電池の製造方法、製造装置の各実施例に共通する部分の作用、効果は、つぎの通りである。
本発明の燃料電池の製造方法、製造装置では、帯状シート素材５０にランナー６０を残したまま一連のセパレータ１８をランナー６０によってつなげて成形した状態（セパレータ帯５０Ａの状態）で流し、全部品組み付け完了後ランナー６０を切断除去してバッチ化（個別のモジュール化）したため、搬送中の各セパレータ１８の位置関係が定まり、ＭＥＡなどの部品組み付け時の、個々のセパレータの位置関係が定まる。その結果、部品組み付け時に搬送を一時停止してセパレータ１８の位置決めをする必要がなくなり、位置決め時間と搬送時間が短縮され、燃料電池モジュールの生産が高速化される。
【００３１】
本発明の燃料電池の製造方法では、幅方向両縁のランナー６０をローラ８０で押さえるようにしたたので、連続搬送中にセパレータ部分を傷つけることなく、帯状シート素材５０を搬送しながら、帯状シート素材５０の反りを矯正することができる。反りの矯正によって、各セパレータ１８の位置決めの精度があがる。
また、帯状シート素材５０の幅方向両縁のランナー６０に、セパレータ１８との位置関係を精度よく出した搬送・位置決め用の穴６１を加工し、成形工程１０１の下流側では幅方向両縁のランナーの搬送・位置決め用の穴６１を利用して帯状シート素材５０を搬送することにより、セパレータ１８のマニホールド穴を直接搬送に利用するよりも傷つき防止や多種のセパレータへの対応を可能とすることができる。ここで、「多種のセパレータへの対応を可能にする」とは、セパレータの種類が変わると、マニホールド穴の形状、位置が変わるが、搬送・位置決め用の穴６１はマニホールド穴と無関係に加工できるので、セパレータの種類が変わっても対応できるという意味である。
【００３２】
また、ＭＥＡの電解質膜の外縁部に絶縁材よりなる額縁状のフレーム６２（たとえば、樹脂フレーム）を設けておく場合は、このフレーム６２をＭＥＡのセパレータ帯５０Ａへの組み付けの位置決めに利用することができる。
帯状シート素材５０に該帯状シート素材５０から切り起こされた組み付けガイド６３を形成しておく場合は、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７で、組み付けガイド６３により額縁状のフレーム６２の外側縁をガイドすることにより、フレーム６２付きＭＥＡを、帯状シート素材５０のセパレータ部位に自動的に位置決めすることができるとともに、フレーム６２が組み付けガイド６３内に収まった後は、セル平面内でズレるおそれが無くなる。その結果、高精度組み付けが可能であり、ＭＥＡ組み付け時に位置決めするための帯状シート素材５０の搬送停止が不要であり、燃料電池モジュールの生産の高速化に寄与できる。
【００３３】
また、帯状シート素材５０に隣り合うセパレータ間にランナー６０を設け、該セパレータ間のランナー６０にセパレータピッチを調整するためのピッチ調整部６４を設けると、セパレータピッチに若干のバラツキがあっても、各セパレータの互いに独立した位置決めと高精度のモジュール化が可能である。
帯状シート素材５０のセパレータ１８間のランナー６０に曲げ剛性が他の部分より低い曲げ案内部を設ける場合、この曲げ案内部（図６のような曲げ案内部）をピッチ調整部６４として利用することができる。
曲げ案内部が＋１８０°〜−１８０°にわたって３６０°曲がることができるように形成されている場合は、モジュール帯５０Ｂを容易に蛇腹状に折りたたむことができる。
【００３４】
また、成形工程１０１で、帯状シート素材５０のランナー６０に各セパレータの周囲にわたって延びるリブ６６を形成した場合には、モジュール化や折りたたみの際にセパレータ１８にかかる曲げからセパレータ１８（とくに曲げ剛性の低いマニホールド部）を保護し、反りを低減することができる。
また、成形工程１０１で、全ての成形を成形型８１により一度の塑性加工で行うことにより、組み付けガイド６３や組み付けガイド逃がし手段やリブ６６をセパレータ１８の流路溝を形成する工程で形成でき、燃料電池モジュールの生産時間を長くすることはない。
また、位置決め穴６１や曲げ案内部や反り抑制のリブ６６をランナー６０に集中させて成形し、バッチ化工程１０９でランナー６０をモジュールから除去するので、セパレータの流路溝形状が位置決め穴６１や曲げ案内部や反り抑制のリブ６６によって制約されない。
【００３５】
つぎに、本発明の燃料電池の製造方法の各実施例に特有な技術事項を説明する。
〔実施例１〕
本発明の実施例１の燃料電池の製造方法では、図１〜図６に示すように、素材のロールから、一対の帯状シート素材６０を成形工程１０１に供給する。
成形工程１０１では、一対の帯状シート素材５０の一方に組み付けガイド６３を形成するとともに、他方に穴または切り欠きからなる組み付けガイド逃がし手段６７を形成する。、成形工程１０１では、一対の帯状シート素材５０の幅方向両縁のランナー６０に搬送・位置決め用の穴６１も加工する。
また、ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７では、一対の帯状シート素材５０の組み付けガイド６３を組み付けガイド逃がし手段６７に受入れさせる。これによって、組み付けガイド６３が他方の帯状シート素材５０に干渉しないようにすることができる。
また、一対の帯状シート素材５０のランナー６０の搬送・位置決め用の穴６１を共用して（たとえば、ローラ８０に突起状の歯を複数設けて一対の帯状シート素材５０の、該歯を一対の帯状シート素材５０の搬送・位置決め用の穴６１に挿通して）一対の帯状シート素材５０を対向組み付けする。これによって、一対の帯状シート素材５０を搬送停止させることなく連続的にモジュール化することができる。
【００３６】
〔実施例２〕
本発明の実施例２の燃料電池の製造方法では、図７に示すように、素材のロールから、１枚の帯状シート素材５０を成形工程１０１に供給する。
成形工程１０１で、１枚の帯状シート素材５０にアノード側セパレータ１８とカソード側セパレータ１８を交互に成形する。
ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７において、ＭＥＡ組み付け工程１０５でセパレータ帯５０ＡにＭＥＡを順次組み付け、モジュール化工程１０７でセパレータ帯５０Ａを蛇腹状に折りたたんでランナー６０でつながりモジュール１９が積層されたモジュール帯５０Ｂを作製する。
これによって、連続的にモジュール帯５０Ｂを作製でき、かつ折りたたんでモジュール１９を積層することができる。
ついで、ランナー部で折り曲げられているモジュール帯５０Ｂを、バッチ化工程１０９で、モジュール間のランナー６０を全モジュール分まとめて、切断、除去する。
これによって、ランナー６０を能率よく除去することができ、モジュール１９を効率よく製造することができる。
【００３７】
〔実施例３〕
本発明の実施例３の燃料電池の製造方法は、本発明の実施例３の燃料電池の製造方法と本質的には同じであるが、モジュール帯５０Ｂが横方向に積層され、ランナー６０の切断が横方向に行われる点が実施例２と異なる。
本発明の実施例３の燃料電池の製造方法では、図８に示すように、素材のロールから、１枚の帯状シート素材５０を成形工程１０１に供給する。
成形工程１０１で、１枚の帯状シート素材５０にアノード側セパレータ１８とカソード側セパレータ１８を交互に成形する。成形は、流路溝の形状出しと、マニホールド穴の打ち抜きとを別々のプレス型８１を用いて行う場合を示してある。
表面処理工程１０２では、洗浄およびＣｒ、Ａｕメッキを施し、ついで、カーボン塗装、乾燥する。
ガスケット接合工程１０３では、ゴムガスケット３２（ビード）を熱圧着する。
接着剤塗布工程１０４で、シール部に接着剤３３を塗布する。
ＭＥＡ組み付けおよびモジュール化工程１０５、１０７において、帯状シート素材５０を蛇腹状に曲げプレス加工し、ＭＥＡ組み付け機８２でＭＥＡを組み付けていく。ついで、蛇腹を圧縮し接着剤３３部で蛇腹を熱圧着して、モジュール化する。
ついで、蛇腹状のモジュール５０Ｂを横置きして、切断機８３により上下のランナー６０を切断し、積層された個々のモジュール１９にする（バッチ化）。
本発明の実施例２と同じ作用、効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（Ａ）は本発明の実施例１の燃料電池の製造方法を実施する装置の系統図で、（Ｂ）は工程のブロック図である。
【図２】セパレータ帯の斜視図である。
【図３】ＭＥＡ組み付け工程からバッチ化工程までの、セパレータ帯の斜視図である。
【図４】図３のセパレータ帯の拡大図である。
【図５】曲げ案内・リブ付きセパレータ帯の斜視図である。
【図６】図５のセパレータ帯の一部の書く際図である。
【図７】（Ａ）は本発明の実施例２の燃料電池の製造方法を実施する装置の系統図で、（Ｂ）は工程のブロック図である。
【図８】本発明の実施例３の燃料電池の製造方法を実施する装置の系統図である。
【図９】一般の燃料電池の側面図である。
【図１０】一般の燃料電池の一部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１４  電極（アノード、燃料極）
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  セルまたはモジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  スタック
２４  外側部材または締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト
２６  冷媒流路
２７  燃料ガス流路
２８  酸化ガス流路
２９  冷媒マニホールド
３０  燃料ガスマニホールド
３１  酸化ガスマニホールド
３２  冷媒側シール材（たとえば、ゴムガスケット）
３３  ガス側シール材（たとえば、接着剤）
５０  帯状シート素材
５０Ａ  セパレータ帯
５０Ｂ  モジュール帯
５１  成形ステーション
５２  表面処理ステーション
５３  ガスケット接合ステーション
５４  接着剤塗布ステーション
５５  ＭＥＡ組み付けステーション
５６  接着剤塗布ステーション
５７  モジュール化ステーション
５８  接着剤加熱硬化ステーション
５９  バッチ化ステーション
６０  ランナー
６１  穴
６２  フレーム
６３  組み付けガイド
６４  ピッチ調整部
６５  弛み部
６６  リブ
６７  組み付けガイド逃がし手段
８０  ローラ
８１  成形型
８２  ＭＥＡ組み付け機
８３  切断機
１０１  成形工程
１０２  表面処理工程
１０３  ガスケット接合工程
１０４  接着剤塗布工程
１０５  ＭＥＡ組み付け工程
１０６  接着剤塗布工程
１０７  モジュール化工程
１０８  接着剤加熱硬化工程
１０９  モジュール化工程
【図１】
2005190946.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005190946.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005190946.tif 000007
【図６】
2005190946.tif 000008
【図７】
2005190946.tif 000009
【図８】
2005190946.tif 000010
【図９】
2005190946.tif 000011
【図１０】
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