(57)【要約】【課題】燃料電池を構成する部材に対してシール材を効率よく設けるとともに、シール材を設ける際に前記部材が変形する懸念を払拭する。【解決手段】燃料電池を構成する部材、例えば、セパレータ１２の縁部に、シール材１０ａ、１０ｂとなる樹脂材を載置する。樹脂材が熱可塑性樹脂製のフィルムである場合には、例えば、ラミネート加工した後、フィルムを金型でプレス（押圧）する。また、樹脂材が熱硬化性のシール組成物であるときには、例えば、塗布を行い、その後にシール組成物を金型でプレス（押圧）する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を構成する部材にシール材を形成するシール材形成方法であって、
前記部材の両端面の縁部に、シール材となる樹脂材を配置する工程と、
前記樹脂材を金型で押圧することで前記シール材の形状とする工程と、
を有することを特徴とするシール材形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の形成方法において、前記樹脂材は、熱可塑性樹脂製フィルムであることを特徴とするシール材形成方法。
【請求項３】
請求項２記載の形成方法において、前記熱可塑性樹脂製フィルムを剥離性フィルムで被覆して押圧することを特徴とするシール材形成方法。
【請求項４】
請求項１記載の形成方法において、前記樹脂材は、熱硬化性のシール組成物であり、硬化によって前記シール材となることを特徴とするシール材形成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の形成方法において、前記部材がセパレータ又は電解質膜・電極接合体であることを特徴とするシール材形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を構成する部材の縁部にシール材を形成するシール材形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の単位セルは、電解質・電極接合体が１組のセパレータによって挟持されることで構成される。ここで、電解質・電極構造体は、電解質の各端面にアノード側電極、カソード側電極がそれぞれ設けられたものである。一般的には、この単位セルが所定数だけ積層され、スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池を運転するときには、周知の通り、前記１組のセパレータの中の一方に形成された流路に燃料ガス（例えば、水素）が流通されるとともに、残余の一方に形成された流路に、酸素を含有する酸化剤ガス（例えば、空気）が流通される。さらに、場合によっては、各単位セル毎、又は所定数の単位セル毎に冷媒流路が設けられるとともに、該冷媒流路に冷却媒体が流通されることもある。
【０００４】
燃料ガスや酸化剤ガスが単位セルの外方に漏洩すると、燃料電池が発電することが困難となるとともに、発電効率が低下する。また、冷却媒体が漏洩すると、スタックを冷却することが困難となる。そこで、セパレータの両面縁部や流路の近傍にシール材を設け、このシール材により、燃料ガスや酸化剤ガス、冷却媒体がスタックの外部に漏出することを防止している。
【０００５】
この種のシール材は、特許文献１に記載されるように、好ましくは射出成形によって設けられる。すなわち、例えば、セパレータの端部を挿入した状態の成形型内に、シリコーンゴムを射出する。その後、セパレータの端部を成形型から取り出し、シリコーンゴムを硬化させてシール材とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２３８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
射出成形では、キャビティ内におけるシール組成物の流動速度に相違が生じ易い。従って、１回の射出成形によってセパレータの両端面にシール材を設けようとした場合、一端面がシール組成物から受ける圧力と、他端面がシール組成物から受ける圧力との間に比較的大きな差が生じる。
【０００８】
また、セパレータは、一般的に薄板である。すなわち、厚みが小さく、このために剛性が小さい。従って、上記のようにして端面同士が受ける圧力が相違してしまうと、セパレータが変形することがある。
【０００９】
これを回避するべく、シール材は、セパレータの一方の片側端面に設けられた後、残余の一方の片側端面に設けられる。換言すれば、２回の射出成形が実施される。しかしながら、このように２回の射出成形を行うために、シール材を効率よく作製することが困難となっているという不具合が顕在化している。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、セパレータ等、シール材を設ける部材が変形する懸念を払拭し得、しかも、シール材を効率よく設けることが可能なシール材形成方法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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池を構成する部材にシール材を形成するシール材形成方法であって、
前記部材の両端面の縁部に、シール材となる樹脂材を配置する工程と、
前記樹脂材を金型で押圧することで前記シール材の形状とする工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明においては、押圧（換言すれば、プレス）を１回のみ行い、これにより、燃料電池を構成する部材の両端面に同時にシール材を形成するようにしている。このため、シール材を効率よく設けることができる。
【００１３】
また、プレスでは、荷重が樹脂材に略均等に付与される。従って、部材の両端面が受ける圧力は、略同等である。従って、部材が薄板であるために低剛性であるような場合であっても、該部材が変形することが回避される。換言すれば、シール材を設ける部材が変形する懸念が払拭される。
【００１４】
ここで、樹脂材の好適な一例としては、熱可塑性樹脂からなるフィルムを挙げることができる。この場合、例えば、ラミネート加工によってフィルムを部材に貼付すればよい。
【００１５】
なお、前記のプレスが、熱を付与するホットプレスである場合、熱可塑性樹脂製のフィルムが金型に溶着することが懸念される。この懸念を払拭するべく、前記フィルムを剥離性フィルムで被覆して押圧することが好ましい。この場合、フィルムと金型との間に剥離性フィルムが介在するので、フィルムが金型に溶着することが防止される。
【００１６】
なお、剥離性フィルムは、フィルムからシール材を得た後、該シール材から剥離して除去すればよい。
【００１７】
樹脂材の別の好適な一例としては、熱硬化性のシール組成物を挙げることができる。勿論、この場合、シール組成物を硬化させることによってシール材が得られる。
【００１８】
また、燃料電池を構成する部材とは、例えば、セパレータ又は電解質膜・電極接合体である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、燃料電池を構成する部材の両端面にシール材となる樹脂材を配置した後、押圧（プレス）を１回のみ行い、これにより、前記部材の両端面に同時にシール材を形成するようにしている。このため、シール材を効率よく設けることができる。
【００２０】
また、プレスにおいては、前記部材が薄板であるために低剛性であるような場合であっても、該部材が変形することが回避される。換言すれば、シール材を設ける部材が変形する懸念が払拭される。
【００２１】
要するに、本発明によれば、シール材を効率よく設けることが可能となり、しかも、シール材を設ける部材が変形する懸念が払拭される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】シール材が設けられた燃料電池用のセパレータの概略斜視図である。
【図２】シール材となるフィルムの上に剥離性フィルムを貼付した状態のセパレータの概略斜視図である。
【図３】シール材となるシール組成物が塗布されたセパレータの概略斜視図である。
【図４】前記セパレータにおける前記シール組成物が塗布された部位をホットプレス用金型に挿入した状態を示す要部縦断面図である。
【図５】図４から型締めを行い、シール組成物に対して押圧（プレス）を行っている状態を示す要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係るシール材形成方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
先ず、図１を参照し、シール材１０ａ、１０ｂが設けられたセパレータ１２につき説明する。
【００２５】
なお、周知の通り、セパレータ１２は燃料電池の単位セルを構成する。すなわち、該セパレータ１２は、図示しないもう１枚のセパレータとともに、アノード側電極とカソード側電極とで電解質を挟んで構成される電解質・電極接合体（図示せず）を挟持する。
【００２６】
セパレータ１２の図１における前方端部には、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口孔１４、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口孔１６、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口孔１８が、左方からこの順序で貫通形成されている。その一方で、後方端部には、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口孔２０、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口孔２２、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口孔２４が、左方からこの順序で貫通形成されている。
【００２７】
図１において視認される端面２６には、直線状に延在する突起２８が設けられる。従って、隣接する突起２８、２８同士の間は相対的に凹部となり、該凹部によって燃料ガス流路３０が形成される。この燃料ガス流路３０は、燃料ガス入口孔２０及び燃料ガス出口孔１８に連通する。すなわち、燃料ガス入口孔２０に導入された燃料ガスは、燃料ガス流路３０を通過し、その後、燃料ガス出口孔１８から排出される。
【００２８】
また、端面２６の裏面である端面３２には、燃料ガス流路３０と同様にして酸化剤ガス流路（図示せず）が形成される。この酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス入口孔１４及び酸化剤ガス出口孔２４に連通する。すなわち、酸化剤ガス入口孔１４に導入された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路を通過して酸化剤ガス出口孔２４から排出される。
【００２９】
勿論、単位セル内では、燃料ガス流路３０が前記アノード側電極に臨み、且つ酸化剤ガス流路が前記カソード側電極に臨む。燃料ガス流路３０を流通する燃料ガス、及び酸化剤ガス流路を流通する酸化剤ガスがアノード側電極、カソード側電極に接触することによって、電極反応が生起される。
【００３０】
酸化剤ガス流路を構成する凹凸形状部は、燃料ガス流路３０を構成する凹凸形状部に対して反転している。これにより、冷却媒体流路が一体に形成される。勿論、冷却媒体流路は、冷却媒体入口孔１６及び冷却媒体出口孔２２に連通する。
【００３１】
以上の構成において、セパレータ１２の各端面２６、３２の縁部近傍は、シール材１０ａ、１０ｂに被覆されている。すなわち、シール材１０ａ、１０ｂは略矩形状であり、酸化剤ガス入口孔１４、冷却媒体入口孔１６、燃料ガス出口孔１８、燃料ガス入口孔２０、冷却媒体出口孔２２、及び酸化剤ガス出口孔２４が形成された箇所に対応する部位に小開口３４が形成される。また、大開口３６により、燃料ガス流路３０が露呈している。裏面においても大開口３６が形成され、これにより、酸化剤ガス流路が露呈している。
【００３２】
このような形状をなすことにより、シール材１０ａ、１０ｂは、酸化剤ガス入口孔１４、冷却媒体入口孔１６、燃料ガス出口孔１８、燃料ガス入口孔２０、冷却媒体出口孔２２、酸化剤ガス出口孔２４、燃料ガス流路３０及び酸化剤ガス流路の近傍を同時にシールしている。
【００３３】
次に、シール材１０ａ、１０ｂを形成する方法につき説明する。なお、シール材１０ａ、１０ｂの形成方法としては、熱可塑性樹脂製のフィルムからシール材１０ａ、１０ｂを得る第１の形成方法と、熱硬化性のシール組成物からシール材１０ａ、１０ｂを得る第２の形成方法とが挙げられる。
【００３４】
先ず、第１の形成方法につき説明する。
【００３５】
この場合、矩形状をなすフィルムを、セパレータ１２の両端面に載置する。必要に応じ、例えば、ラミネート加工によってフィルムをセパレータ１２の両端面２６、３２に貼付するようにしてもよい。フィルムには大開口３６が予め形成されており、従って、燃料ガス流路３０及び酸化剤ガス流路は、この時点で露呈する。
【００３６】
次いで、金型を用いてプレスを行う。すなわち、例えば、ホットプレスを行い、前記フィルムをシール材１０ａ、１０ｂの形状に成形する。具体的には、６個の小開口３４を貫通形成する。
【００３７】
なお、図１では簡略化しているが、実際のセパレータ１２には、燃料ガス入口孔２０から燃料ガス流路３０に向かう流通路と、燃料ガス流路３０から燃料ガス出口孔１８に向かう流通路とが設けられるとともに、酸化剤ガス入口孔１４から酸化剤ガス流路に向かう流通路と、酸化剤ガス流路から酸化剤ガス出口孔２４に向かう流通路とが設けられる。プレスにおいては、フィルムは、これらの流通路をシールし得る形状に成形される。
【００３８】
ホットプレスによれば、セパレータ１２に対してフィルムが焼き付けられる。これにより、フィルムがセパレータ１２に固着され、安定したシール機能を営むシール材１０ａ、１０ｂとなる。
【００３９】
以上のように、第１の形成方法によれば、１回のプレスを行うのみで、所定の形状のシール材１０ａ、１０ｂをセパレータ１２の両端面２６、３２に同時に設けることができる。しかも、射出成形を行うことがないので、端面２６が受ける圧力と、端面３２が受ける圧力とが相違することに起因してセパレータ１２が変形する懸念がない。
【００４０】
なお、フィルムは、大開口３６及び小開口３４の双方が予め形成されたものであってもよい。この場合、図２に示すように、フィルムの上に剥離性フィルム４０を載置（貼付）するようにしてもよい。
【００４１】
この場合、プレスの際にフィルムと金型の間に剥離性フィルム４０が介在するので、フィルムが金型に付着することが回避される。なお、剥離性フィルム４０は、プレス後にシール材１０ａ、１０ｂ（フィルム）から剥離すればよい。
【００４２】
次に、第２の形成方法につき説明する。
【００４３】
第２の形成方法では、図３に示すように、セパレータ１２の両端面２６、３２の縁部近傍に、熱硬化性のシール組成物４２を矩形状に載置する。この載置は、ディスペンサやインクジェット印刷機を用いる塗布によって行えばよい。また、シール組成物４２の好適な例としては、液状シリコーンが挙げられる。
【００４４】
次いで、図４に示すように、セパレータ１２を、下型４４と上型４６で形成されるホットプレス用金型４８に挿入する。なお、図４では、要部のみを示している。
【００４５】
次いで、図５に示すように、下型４４と上型４６を相対的に接近させ、シール組成物４２を圧潰する。この圧潰に伴い、セパレータ１２の端面３２に塗布されたシール組成物４２に下型４４の形状が転写されるとともに、端面２６に塗布されたシール組成物４２に上型４６の形状が転写される。すなわち、シール組成物４２が金型の形状に対応する形状に成形される。
【００４６】
射出成形では、キャビティ内におけるシール組成物４２の流動速度に相違が生じると、相違量が若干であっても、端面２６がシール組成物４２から受ける圧力と、端面３２がシール組成物４２から受ける圧力との間に比較的大きな差が生じる。これに対し、プレスによれば、シール組成物４２が容易に圧潰される。従って、プレス圧を大きくすることなく、所定の形状に成形することができる。このため、セパレータ１２が変形することが回避される。
【００４７】
シール組成物４２が熱硬化性のものであるため、該シール組成物４２は、ホットプレスが行われることによって硬化する。従って、第２の形成方法においても、１回のプレスによって、所定の形状のシール材１０ａ、１０ｂをセパレータ１２の両端面２６、３２に同時に設けることができる。しかも、セパレータ１２が変形する懸念がない。
【００４８】
そして、第１の形成方法及び第２の形成方法のいずれにおいても、プレスは１回のみであるので、セパレータ１２にシール材１０ａ、１０ｂを効率よく設けることができる。
【００４９】
なお、上記した第２の形成方法では、ホットプレスを行うことでシール組成物４２の成形と硬化を同時に行うようにしているが、プレスを行うことでシール組成物４２を成形し、その後、金型から取り出されたシール組成物４２を熱で硬化するようにしてもよいことは勿論である。
【００５０】
その他、本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００５１】
例えば、シール材１０ａ、１０ｂを形成する部材は、電解質・電極接合体であってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０ａ、１０ｂ…シール材              １２…セパレータ
１４…酸化剤ガス入口孔                １６…冷却媒体入口孔
１８…燃料ガス出口孔                  ２０…燃料ガス入口孔
２２…冷却媒体出口孔                  ２４…酸化剤ガス出口孔
２６、３２…端面                      ２８…突起
３０…燃料ガス流路                    ３４…小開口
３６…大開口                          ４０…剥離性フィルム
４２…シール組成物                    ４４…下型
４６…上型                            ４８…ホットプレス用金型
【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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