(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機または無機の多孔質体（４）を骨格とするとともに前記多孔質体（４）の細孔（４ａ）内に高分子電解質（５）を充填した電解質膜（２）とゴム状弾性材製のガスケット（３）とを一体化した燃料電池用構成部品の製造方法であって、
前記有機または無機の多孔質体（４）を骨格とするとともに多孔質体（４）の細孔（４ａ）内に高分子電解質（５）を充填した電解質膜（２）を金型内にセットし、前記電解質膜（２）の一面（２ａ）または両面にガスケット（３）をインジェクション成形し、電解質膜（２）の一面（２ａ）もしくは両面に予め塗布した接着剤または電解質膜（２）に予め設けた貫通穴によってガスケット（３）をその成形と同時に電解質膜（２）に一体成形することを特徴とする燃料電池用構成部品の製造方法。
【請求項２】
有機または無機の多孔質体（４）を骨格とするとともに前記多孔質体（４）の細孔（４ａ）内に高分子電解質（５）を充填した電解質膜（２）とゴム状弾性材製のガスケット（３）とを一体化した燃料電池用構成部品の製造方法であって、
前記有機または無機の多孔質体（４）よりなる電解質膜（２）を金型内にセットし、前記電解質膜（２）の一面（２ａ）または両面にガスケット（３）をインジェクション成形し、電解質膜（２）の一面（２ａ）もしくは両面に予め塗布した接着剤または電解質膜（２）に予め設けた貫通穴によってガスケット（３）をその成形と同時に電解質膜（２）に一体成形し、
次いで、前記電解質膜（２）の多孔質体（４）に高分子電解質（５）を一体化することを特徴とする燃料電池用構成部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の構成要素をなす燃料電池用の構成部品に関するものであり、更に詳しくは、電解質膜とガスケットとの一体品よりなる燃料電池用構成部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池スタックの組付性の向上を目的として、燃料電池部品とガスケットとを一体部品とする方法が検討されており、例えば、金属、樹脂またはカーボン製のセパレータとガスケットとを一体化する方法や、電解質膜とガスケットとを一体化する方法（特開２００１−１０２０７２公報参照）等が検討されている。
【０００３】
しかしながら、上記後者の電解質膜とガスケットとを一体化する方法において実際に電解質膜を１００〜１８０度の高温の金型にセットしてガスケットを成形すると、電解質膜の水分が蒸発することによって電解質膜に変形や破損等が発生する問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、電解質膜とガスケットとの一体部品において、その成形時に電解質膜の水分の蒸発により電解質膜に変形や破損等が発生するのを抑えることが可能な燃料電池用構成部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池用構成部品の製造方法は、有機または無機の多孔質体を骨格とするとともに前記多孔質体の細孔内に高分子電解質を充填した電解質膜とゴム状弾性材製のガスケットとを一体化した燃料電池用構成部品の製造方法であって、前記有機または無機の多孔質体を骨格とするとともに多孔質体の細孔内に高分子電解質を充填した電解質膜を金型内にセットし、前記電解質膜の一面または両面にガスケットをインジェクション成形し、電解質膜の一面もしくは両面に予め塗布した接着剤または電解質膜に予め設けた貫通穴によってガスケットをその成形と同時に電解質膜に一体成形することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の請求項２による燃料電池用構成部品の製造方法は、有機または無機の多孔質体を骨格とするとともに前記多孔質体の細孔内に高分子電解質を充填した電解質膜とゴム状弾性材製のガスケットとを一体化した燃料電池用構成部品の製造方法であって、前記有機または無機の多孔質体よりなる電解質膜を金型内にセットし、前記電解質膜の一面または両面にガスケットをインジェクション成形し、電解質膜の一面もしくは両面に予め塗布した接着剤または電解質膜に予め設けた貫通穴によってガスケットをその成形と同時に電解質膜に一体成形し、次いで、前記電解質膜の多孔質体に高分子電解質を一体化することを特徴とする。
【０００７】
現在、燃料電池の分野においては、ダイレクトメタノール燃料電池のための固体高分子膜の開発が進められており、東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻の山口猛央氏の発表（第５回ＳＳＴ研究講座講演要旨集「ダイレクトメタノール燃料電池用細孔フィルング電解質膜の開発」）によると、樹脂または無機物質から形成された多孔質膜を骨格とする固体高分子膜を使用することによってダイレクトメタノール燃料電池用膜の可能性が高められ、骨格によって電解質高分子の膨潤が抑えられるためにメタノール分子が透過しにくくなる。骨格としては主にＰＴＦＥの多孔質膜や多孔質のシリカが使用される。
【０００８】
これらの骨格を持つ電解質膜にガスケットを一体化することは可能であり、金型温度よりも高温の耐熱性をもつ樹脂や無機物の多孔質体を電解質膜の骨格として使用することによって、電解質膜の水分の蒸発による膜の変形や破損を抑えることが可能となる。また、骨格である多孔質樹脂膜や無機物質膜に前もってガスケットを成形し、電解質高分子をあとから骨格膜の細孔に一体化する方法も考えられる。上記山口氏の発表によると、多孔質ＰＴＦＥ基材に電化質ポリマーを充填させる方法には、プラズマグラフトフィリング重合や、細孔中にモノマーを含浸させた後にラジカル重合する方法等がある。
【０００９】
上記事情を勘案して、上記構成を備えた本発明の請求項１または２による燃料電池用構成部品の製造方法においては、有機または無機の多孔質体を骨格としてその細孔内に高分子電解質を充填しまたは充填する電解質膜とゴム状弾性材製のガスケットとをインジェクション成形により一体化するようにしたために、上記骨格の存在により、電解質膜を金型にセットしてガスケットを成形する際に電解質膜の水分の蒸発によって電解質膜に変形や破損等が発生するのを抑えることが可能となる。
【００１０】
ガスケットは、これを電解質膜の一面に形成しても良く、両面に形成しても良い。
【００１１】
また、ガスケットを電解質膜に一体化する手段としては、接着剤を用いて一体化する手段や、電解質膜に設けた貫通穴を介して一体化する手段等がある。
【００１２】
ガスケットの材料としては主に、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭまたはブチルゴム等が用いられる。
【００１３】
尚、本件出願には、以下の技術的事項が含まれる。
【００１４】
すなわち、上記目的を達成するため、本件出願が提案する燃料電池用構成部品は以下の内容を備えている。
【００１５】
（１）固体高分子型燃料電池の多孔質膜を骨格とした高分子電解質膜とガスケットの一体品（燃料電池ガスケット）。
（２）有機多孔質膜および無機多孔質膜とガスケットの一体品（燃料電池ガスケット）。
（３）上記ガスケットが膜に対して両面の場合も含む。
（４）上記ガスケットは接着剤を用いてガスケットを膜に固定する方法と、貫通穴を空けてガスケットを物理的に固定する方法が含まれる。
【００１６】
上記（１）ないし（４）の実施形態として先ずは、有機または無機の多孔質膜を骨格とした電解質膜を金型内にセットする。金型の温度は一般に１００〜１８０度程度である。骨格の多孔質膜は、耐熱性が金型温度より高いものを使用する。多孔質膜と電解質との一体品の厚さは０．０５〜１ｍｍである。金型内にセットした多孔質膜と電解質の一体品上にガスケットをインジェクションで成形する。ガスケット材料は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム等がある。ガスケットの高さは０．１〜２ｍｍ程度である。硬度は１０〜８０度程度が良好である。金型形状でガスケット形状が決定されるため、様々なガスケット断面形状を製作することができる。多孔質膜内に高分子電解質を含浸する前にガスケットを成形する方法もあり、その場合には、ガスケットを上記のようにインジェクションで成形し、その後、プラズマグラフトフィリング重合や、細孔中にモノマーを含浸させた後にラジカル重合する方法等で、高分子電解質と多孔質膜一体ガスケットとを一体化する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００１８】
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る燃料電池用構成部品１の平面図であって、そのＡ−Ａ線拡大断面が図２に示されている。また、図３は図２におけるＢ部拡大図である。
【００１９】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、電解質膜２とガスケット３との一体品であって、以下のように構成されている。
【００２０】
すなわち先ず、所定の平面形状（図１では略矩形）を備えた平板状の電解質膜２が設けられており、この電解質膜２の一面２ａ上であってその周縁部またはその近傍にガスケット３が一体成形されている。
【００２１】
電解質膜（高分子電解質膜）２は、図３に示すように、有機または無機の多孔質体（多孔質膜）４を骨格としてその細孔４ａ内に高分子電解質（高分子）５を充填したものであって、具体的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の多孔質膜や多孔質のシリカ等の耐熱性多孔質体を骨格としてその細孔内に電化質ポリマーが充填されている。この電解質膜２の厚さは一般に０．０５〜１ｍｍ程度とされる。
【００２２】
ガスケット３は、図２に示すように、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭまたはブチルゴム等を成形材料として断面山形のリップ状に成形されており、図示しない接着剤を用いて電解質膜２の一面２ａに接着されている。このガスケット３の高さは一般に０．１〜２ｍｍ程度とされ、またガスケット３の硬度は一般に１０〜８０度程度が良好である。
【００２３】
上記構成の構成部品１を製作するに際しては、電解質膜２を図示しない金型内にセットし、この電解質膜２の一面２ａにガスケット３をインジェクション成形し、電解質膜２の一面２ａに予め塗布した接着剤によってガスケット３をその成形と同時に電解質膜２の一面２ａに一体成形する。
【００２４】
そして、従来技術によれば、このガスケット成形時に水分の蒸発によって電解質膜に変形や破損等が発生していたところ、当該構成部品１によれば、上記耐熱性多孔質体よりなる骨格が存在するために、ガスケット成形時に水分の蒸発によって電解質膜２に変形や破損等が発生するのを抑えることができ、よって変形や破損等のない高品質の構成部品１を提供することができる。
【００２５】
第二実施例・・・
図４は、本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品１の平面図であって、そのＣ−Ｃ線拡大断面が図５に示されている。また、図６は図５におけるＤ部拡大図である。
【００２６】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、電解質膜２とガスケット３との一体品であって、以下のように構成されている。
【００２７】
すなわち先ず、所定の平面形状（図４では略矩形）を備えた平板状の電解質膜２が設けられており、この電解質膜２の一面２ａ上であってその周縁部またはその近傍にガスケット３が一体成形されている。
【００２８】
電解質膜（高分子電解質膜）２は、図６に示すように、有機または無機の多孔質体（多孔質膜）４を骨格としてその細孔４ａ内に後工程において図示しない高分子電解質（高分子）を充填するものであって、具体的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の多孔質膜や多孔質のシリカ等の耐熱性多孔質体を骨格としてその細孔内に後工程において電化質ポリマーが充填される。この電解質膜２の厚さは一般に０．０５〜１ｍｍ程度とされる。
【００２９】
ガスケット３は、図５に示すように、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭまたはブチルゴム等を成形材料として断面山形のリップ状に成形されており、図示しない接着剤を用いて電解質膜２の一面２ａに接着されている。このガスケット３の高さは一般に０．１〜２ｍｍ程度とされ、またガスケット３の硬度は一般に１０〜８０度程度が良好である。
【００３０】
上記構成の構成部品１を製作するに際しては、電解質膜２を図示しない金型内にセットし、この電解質膜２の一面２ａにガスケット３をインジェクション成形し、電解質膜２の一面２ａに予め塗布した接着剤によってガスケット３をその成形と同時に電解質膜２の一面２ａに一体成形する。次いで、上記プラズマグラフトフィリング重合や、細孔中にモノマーを含浸させた後にラジカル重合する方法等によって電解質膜２の多孔質体４に高分子電解質５を一体化する。
【００３１】
そして、従来技術によれば、ガスケット成形時に水分の蒸発によって電解質膜に変形や破損等が発生していたところ、当該構成部品１によれば、上記耐熱性多孔質体よりなる骨格が存在するために、ガスケット成形時に水分の蒸発によって電解質膜２に変形や破損等が発生するのを抑えることができ、よって変形や破損等のない高品質の構成部品１を提供することができる。
【００３２】
尚、上記第一または第二実施例においては、ガスケット３を電解質膜２の一面２ａのみに一体化したが、ガスケット３を電解質膜２の両面にそれぞれ一体化することにしても良い。
【００３３】
また、上記第一または第二実施例においては、ガスケット３を接着剤を用いて電解質膜２に一体化したが、電解質膜２にその厚さ方向に貫通する貫通穴（図示せず）を予め形成し、この貫通穴にガスケット材料の一部を充填して抜止めとすることにより、ガスケット３を電解質膜２に一体化することにしても良い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００３５】
すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項１または２による燃料電池用構成部品の製造方法においては、有機または無機の多孔質体を骨格としてその細孔内に高分子電解質を充填しまたは充填する電解質膜とゴム状弾性材製のガスケットとをインジェクション成形により一体化するようにしたために、上記多孔質体よりなる骨格の存在により、電解質膜を金型にセットしてガスケットを成形する際に電解質膜の水分の蒸発によって電解質膜に変形や破損等が発生するのを抑えることができる。したがって、変形や破損等のない高品質の構成部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一実施例に係る燃料電池用構成部品の平面図
【図２】  図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図
【図３】  図２におけるＢ部拡大図
【図４】  本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品の平面図
【図５】  図４におけるＣ−Ｃ線拡大断面図
【図６】  図５におけるＤ部拡大図
【符号の説明】
１  燃料電池用構成部品
２  電解質膜
２ａ  一面
３  ガスケット
４  多孔質体
４ａ  細孔
５  高分子電解質
【図１】
0003841162.tif 000002
【図２】
0003841162.tif 000003
【図３】
0003841162.tif 000004
【図４】
0003841162.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003841162.tif 000007