燃料電池用電極框架組件的制造方法及制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池用電極框架組件的制造方法及制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻1中記載了一種膜電極接合體、使用了該膜電極接合體的燃料電池及它們的制造方法。在專利文獻1的方法中，在帶狀的電解質(zhì)膜上隔開規(guī)定的間隔而形成電極催化劑層，在電極催化劑層上配置比電極催化劑層小的擴散層(GDL)，以使擴散層嵌入框架的開口部的方式重疊具有開口部的框架來制造了膜電極接合體。
[0003]【現(xiàn)有技術(shù)文獻】
[0004]【專利文獻】
[0005]【專利文獻1】日本特開2005-129343號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]【發(fā)明要解決的課題】
[0007]在電解質(zhì)膜上重疊框架時，優(yōu)選框架不與擴散層重疊而將擴散層可靠地配置在框架的開口部之中。然而，需要考慮擴散層的沖裁尺寸公差和/或擴散層的放置公差、及框架的成形或沖裁公差、框架的放置公差，其結(jié)果是，在專利文獻1的方法中，為了在框架的開口部之中可靠地配置擴散層，框架的開口部的尺寸(面積)形成為了比擴散層的尺寸(面積)大得多。因此，在框架的開口部的緣部與擴散層之間有時會產(chǎn)生大的間隙。具體而言，若考慮到與擴散層和框架的嵌合關(guān)聯(lián)的公差，則框架與擴散層的間隙可能會擴展至2_左右。若產(chǎn)生這樣的大間隙，則在框架與擴散層的間隙中，電解質(zhì)膜由于膨脹/收縮而移動，有時成為產(chǎn)生電解質(zhì)膜損傷的不良情況的原因。
[0008]其結(jié)果是，以往產(chǎn)生了以下的課題。第一，由于較大地取框架與擴散層之間的間隙，因此包含框架在內(nèi)的燃料電池單電池整體的尺寸(面積)比發(fā)電區(qū)域(電極催化劑層)的尺寸(面積)大得多。因此，單電池尺寸變大，成為高成本的原因。第二，在框架與擴散層的間隙未由粘結(jié)劑填埋而殘留的情況下，電解質(zhì)膜(及催化劑電極層)會從間隙露出，因此單電池性能可能會提前劣化。
[0009]【用于解決課題的手段】
[0010]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，可以作為以下的方式實現(xiàn)。
[0011](1)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種燃料電池用電極框架組件的制造方法。該燃料電池用電極框架組件的制造方法包括如下的工序:(a)將框架與擴散層重疊而配置；及(b)在使所述擴散層與所述框架重疊的狀態(tài)下對所述擴散層與所述框架進行沖裁，從而在所述框架形成開口部，所述開口部具有與沖裁出的所述擴散層匹配的形狀。根據(jù)該方式，由于沖裁出的擴散層與框架的開口部的形狀匹配，因此能夠使擴散層的放置公差和/或框架的放置公差大致為0，其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池單電池的緊湊化。
[0012](2)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造方法中，可以是，還包括如下工序:在所述工序(b)的沖裁時或沖裁后，在分別維持所述沖裁出的擴散層和所述框架的寬度方向及長度方向的位置的狀態(tài)下，將所述沖裁出的擴散層嵌入所述框架的所述開口部。根據(jù)該方式，在維持沖裁出的擴散層和框架的寬度方向及長度方向的位置的狀態(tài)下使擴散層與框架組合，因此可以不考慮擴散層的放置公差和/或框架的放置公差地使擴散層與框架組合。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池單電池的緊湊化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)制造工序的簡化。
[0013](3)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造方法中，可以是，所述沖裁的形狀為大致長方形，而且，在所述大致長方形的邊和角中的至少一個部位具有嵌合形狀。根據(jù)該方式，在搬運時能夠使框架與擴散層這兩者彼此不易脫離。其結(jié)果是，能夠簡化制造工序。
[0014](4)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造方法中，可以是，所述嵌合形狀是在所述沖裁出的擴散層中所述大致長方形的外緣側(cè)凸出的形狀，并且，所述嵌合形狀形成于所述大致長方形的邊中的與所述框架的搬運方向平行的邊或所述大致長方形的角。根據(jù)該方式，在搬運時能夠使框架與擴散層這兩者更不易脫離。
[0015](5)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造方法中，可以是，所述沖裁出的擴散層的所述嵌合形狀具有后掠角部分，該后掠角部分相對于所述搬運方向具有后掠角。根據(jù)該方式，在搬運時能夠使框架與擴散層這兩者更不易脫離。
[0016](6)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造方法中，可以是，在所述工序(b)中，在使所述擴散層與所述框架重疊的狀態(tài)下對所述擴散層與所述框架進行沖裁時，以使所述沖裁出的擴散層的法線方向上的所述框架側(cè)的大小小于所述沖裁出的擴散層的法線方向上的與所述框架相反一側(cè)的大小的方式，從所述擴散層側(cè)相對于所述擴散層的法線方向傾斜地沖裁。根據(jù)該方式，沖裁出的擴散層的框架側(cè)小且與框架相反的一側(cè)大。另一方面，沖裁出的框架(框)的擴散層側(cè)大且框架側(cè)小，因此能夠利用沖裁出的框架容易地支承沖裁出的擴散層。
[0017](7)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造方法中，可以是，所述擴散層由碳紙形成。根據(jù)該方式，由于擴散層由碳紙形成，因此存在張力，能夠使得不易從框架脫離。
[0018](8)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造方法中，可以是，框架由透明的樹脂形成。根據(jù)該方式，由于框架由透明的樹脂形成，因此通過從框架側(cè)觀察，燃料電池用電極框架組件與其他的構(gòu)件例如催化劑層接合電解質(zhì)膜的位置對合變得容易。
[0019](9)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種燃料電池用電極框架組件的制造裝置。該燃料電池用電極框架組件的制造裝置具備:第一輥，卷繞有擴散層的片材；第二輥，卷繞有框架的片材；搬運裝置，搬運所述擴散層的片材和所述框架的片材；及沖裁裝置，在使所述擴散層的片材與所述框架的片材重疊的狀態(tài)下同時對所述擴散層的片材與所述框架的片材進行沖裁，從而在所述框架形成開口部，所述開口部具有與沖裁出的所述擴散層匹配的形狀。根據(jù)該方式，由于沖裁出的擴散層與框架的開口部的形狀匹配，因此能夠使擴散層的放置公差和/或框架的放置公差大致為0，其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池單電池的緊湊化。
[0020](10)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造裝置中，可以是，所述沖裁裝置具備:刀具，用于進行所述沖裁；及按壓構(gòu)件，用于在所述沖裁之后使所述刀具后退時，按壓所述沖裁出的擴散層而將所述沖裁出的擴散層嵌入所述框架的所述開口部。根據(jù)該方式，能夠在沖裁出的擴散層、沖裁出的框架的寬度方向及長度方向的位置保持固定的狀態(tài)下使擴散層與框架組合，能夠抑制擴散層與框架的錯位。
[0021](11)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造裝置中，可以是，所述沖裁的形狀為大致長方形，而且，在所述大致長方形的邊和角中的至少一個部位具有嵌合形狀。根據(jù)該方式，能夠在搬運時使框架與擴散層這兩者彼此不易脫離。其結(jié)果是，能夠簡化制造工序。
[0022](12)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造裝置中，可以是，所述嵌合形狀是在所述沖裁出的擴散層中所述大致長方形的外緣側(cè)凸出的形狀，并且，所述嵌合形狀形成于所述大致長方形的邊中的與所述框架的搬運方向平行的邊或所述大致長方形的角。根據(jù)該方式，能夠在搬運時使框架與擴散層這兩者更不易脫離。
[0023](13)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造裝置中，可以是，所述沖裁出的擴散層的所述嵌合形狀具有后掠角部分，該后掠角部分相對于所述搬運方向具有后掠角。根據(jù)該方式，能夠在搬運時使擴散層不易從框架脫離。
[0024](14)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造裝置中，可以是，所述沖裁的形狀為長方形，沖裁所述長方形的相對的兩條邊的刀具在對所述擴散層的片材和所述框架的片材進行沖裁時，以使所述沖裁出的擴散層的法線方向上的所述框架側(cè)的大小小于所述沖裁出的擴散層的法線方向上的與所述框架相反一側(cè)的大小的方式，從所述擴散層側(cè)相對于所述擴散層的法線方向傾斜地沖裁。根據(jù)該方式，沖裁出的擴散層的框架側(cè)小且與框架相反的一側(cè)大。另一方面，沖裁出的框架(框)的擴散層側(cè)大且框架側(cè)小，因此能夠通過沖裁出的框架容易地支承沖裁出的擴散層。
[0025](15)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造裝置中，可以是，所述擴散層由碳紙形成。根據(jù)該方式，由于擴散層由碳紙形成，因此存在張力，能夠使得不易從框架脫離。
[0026](16)在上述方式的燃料電池用電極框架組件的制造裝置中，可以是，所述框架由透明的樹脂形成。根據(jù)該方式，由于框架由透明的樹脂形成，因此通過從框架側(cè)觀察，從而燃料電池用電極框架組件與其他的構(gòu)件例如催化劑層接合電解質(zhì)膜的位置對合變得容易。
[0027]需要說明的是，本發(fā)明能夠以各種形態(tài)實現(xiàn)。例如，除了燃料電池用電極框架組件的制造方法、制造裝置之外，還能夠以燃料電池的制造方法等方式實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0028]圖1是表示燃料電池組的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0029]圖2是說明本實施方式的燃料電池用電極框架組件的制造工序的說明圖。
[0030]圖3是表示以往的燃料電池用電極框架組件的制造工序的說明圖。
[0031]圖4