燃料電池のセルの製造方法、燃料電池のセルの製造装置、および燃料電池
【課題】簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを、確実に不要部を発生させることなく成形する。
【解決手段】マニホールド孔３ｈが未だ形成されていないセパレータ３と燃料電池構成部品２とを積層して金型１にインサートし型締して、燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、キャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填することにより、ガスケット６を燃料電池構成部品２の周囲およびセパレータ３の一方の面と一体に成形し、その後、成形されたガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成する。
【解決手段】マニホールド孔３ｈが未だ形成されていないセパレータ３と燃料電池構成部品２とを積層して金型１にインサートし型締して、燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、キャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填することにより、ガスケット６を燃料電池構成部品２の周囲およびセパレータ３の一方の面と一体に成形し、その後、成形されたガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセルの製造方法、燃料電池のセルの製造装置、および燃料電池に関し、特に、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池と、このような燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法と、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートが配設され、燃料電池構成部品に所定の荷重を付与した状態で両エンドプレートがテンション部材によって締結されている（この状態を締結時という）。各セルの燃料電池構成部品としては、図１１などに参照されるように、電解質膜の両面に電極層を設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）２１ａと、ＭＥＡ２１ａの両側に配置されたガス拡散層２１ｂと、ガス拡散層２１ｂへガスをそれぞれ流通させる多孔体２２とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品はセパレータ３により挟持されている。ＭＥＡ２１ａとその両側に配置されたガス拡散層２１ｂとにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡ２１と呼ばれる。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどより構成されており、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが弾性変化する材質が採用されている。そして、燃料電池のなかには、たとえば特許文献１に開示されているように、各セルが燃料電池構成部品の一方の面にセパレータを積重して構成されており、複数のセルを積層することにより、燃料電池構成部品がそのセルのセパレータと隣接する他のセルのセパレータとの間で挟持されるよう構成されたものがある。
【０００３】
各セルは、反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドを有している。図１０に示すように、セパレータ３の燃料電池構成部品２が積重される領域の周囲には、マニホールド孔３ｈが形成されている。図１１に示すように、セパレータ３は、所定形状の溝または孔が形成された中間プレート３３をカソードプレートとアノードプレートのいずれかを構成する第１プレート３１と第２プレート３２の間に挟んでなる三層構造とすることにより、その内部に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４が形成されている。セパレータ３内の各流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈに開口しており、所定のガスまたは冷却媒体が所定のマニホールド孔３ｈから供給され、他の対応する所定のマニホールド孔３ｈへと排出される。
【０００４】
各セル１０４には、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲を取り囲み、且つ、燃料電池構成部品２の周囲をシールするようにガスケット１０６が一体に成形されている。ガスケット１０６は、図１１に示すように、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲に立ち上がるように成形される基部１６１と、基部１６１の表面から燃料電池構成部品２の表面よりも図１１における上方に突出するように一体に成形されたリップ部１６２とを有している。複数のセル１０４を積層し所定の荷重を付与した状態で締結されて、ガスケット１０６のリップ部１６２が隣接する他のセル１０４のセパレータ３に当接され潰されることにより、各セパレータ３のマニホールド孔３ｈがシールされた状態でガスケット１０６の内周面１０６ａにより連通されて、マニホールド１０５を構成する。
【０００５】
上記特許文献１において開示されたガスケットを成形するための金型は、その図１２（ｂ）に示されているように、下型にはセパレータをインサートしたときにそのマニホールド孔に嵌り込む突状部が形成されており、また、上型には下型の突状部と対応する突状部が形成されると共に、ガスケットの成形材料の投入口が形成されている。そして、下型と上型の突状部内には、型閉じすることによってガスケットの材料を投入口からキャビティ内に導入するための通路が形成されるようになっている。この通路をキャビティに開口させるために、特許文献１では、突状部がセパレータのマニホールド孔を突き抜けるよう形成されている。このように構成された金型によって成形されるガスケットは、特許文献１の図５に示されているように、セパレータのマニホールド孔と同じ径でマニホールドが形成されることとなる。
【０００６】
また、ガスケットを成形するための従来の一般的な金型１０１は、図１１に示すように、上型１１１と、下型１１２とからなり、上型１１１のガスケット１０６の内周壁を成形する突出部１１７が、金型１０１にインサートされたセパレータ３の上面におけるマニホールド孔３ｈの周囲全体に当接して、キャビティ１１３内に射出充填されるガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを防ぐようにシールする構造となっていた。さらに、従来の金型１０１においては、ガスケット１０６を成形するためのキャビティ面１１６が上型１１１に形成されており、このキャビティ面１１６がセパレータ３の外縁３ｃよりも小さく成形されていた。
【０００７】
そして、このように構成された金型を１０１用いてガスケットを成形するに際しては、セパレータ３にマニホールド孔３ｈを予め成形しておき、このセパレータ３とＭＥＧＡ２１と多孔体２２を金型１０１にインサートして型閉じし、上型１１１の突出部１１７の先端面をセパレータ３の上面におけるマニホールド孔３ｈの周囲全体に当接して、キャビティ１１３内に射出充填されるガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを防ぐようにシールするとともに、積重されたＭＥＧＡ２１と多孔体２２を上型１１１によって所定の力で加圧して、特にガス拡散層２１ｂが弾性的に圧縮された状態としていた。
【０００８】
そして、このような構造の金型１０１によって成形されたガスケット１０６は、その内周面１０６ａの大きさがマニホールド孔３ｈの大きさよりも大きく、すなわち、内周面１０６ａがその全周にわたってマニホールド孔３ｈから退避するよう離れて成形されおり、したがって、セパレータ３の表面が露出していた。また、キャビティ面１１６がセパレータ３の外縁３ｃよりも小さく形成されていたことによって、ガスケット１０６の外周側面がセパレータ３の外縁３ｃを露出させるように成形されていた。
【０００９】
ところで、燃料電池においては、設定された発電性能を得るために、反応ガスや冷却媒体が確実に所定の流量で各セルに分配・供給される必要がある。そのため、各セル１０４のセパレータ３のマニホールド孔３ｈに開口する流路３４の導入口または排出口をガスケットが塞ぐことがないように成形することは勿論のこと、反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くならないようにガスケットを成形する必要がある。
【００１０】
また、燃料電池においては、複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与され締結されたときに確実にシールされたマニホールド１０５を形成するためには、ガスケット１０６のリップ部１６２が隣接する他のセル１０４のセパレータ３に対して押し当てられて潰される量（この潰される量を締め代という）がセル１０４によって異なることなく一定の締め代（たとえば、図１３または図１５に参照されるように、締め代が多孔体２２と基部１６１との連続する表面の高さまでの長さ）Ｘとなるようにガスケット１０６を成形する必要がある。そして、このように複数のセル１０４が積層され締結されて燃料電池として組み立てられたときに、リップ部１６２の締め代が所定の値Ｘとなるようにするためには、ガスケット１０６のリップ部１６２が、多孔体２２とＭＥＧＡ２１の厚さ、特に、ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂの厚さに影響されることなく適切な長さで基部１６１から突出するように成形されており、また、ガスケット１０６の成形時に多孔体２２とＭＥＧＡ２１を加圧する力が、複数のセル１０６を積層して燃料電池として組み立てたときのエンドプレート間で締結されることにより加えられられる荷重と略同じ力となるように設定することが必要である。
【００１１】
そのため、図１１に示したように、ガスケット成形用金型１０１に荷重付与部１１５を形成し、燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット１０６を成形する際には、燃料電池構成部品２に対して荷重付与部１１５が締結時と同じ荷重を付与して厚さを圧縮した状態で、ガスケット１０６の材料をキャビティ１１３内に射出充填している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１２３８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータは、その厚さに関して成形公差を有しており、したがって各セルによってその厚さが異なる。このような厚さが異なる構成部品とセパレータを特許文献１の図１２（ｂ）に示されたような金型にインサートしてガスケットを成形しようとすると、燃料電池構成部品等が厚い場合には型閉じが不足してバリが生じ、また燃料電池構成部品等が薄い場合にはキャビティ面と燃料電池構成部品またはセパレータの表面との間に隙間が生じてキャビティのシールが不足してガスケットの材料が入り込み不要部が成形される可能性がある。
【００１４】
さらにまた、セパレータに成形されたマニホールド孔の位置や大きさに関しても成形公差を有しており、特許文献１の図１２（ｂ）に示されたような下型の突状部にセパレータのマニホールド孔を嵌め込むようにして構成部品と共にインサートした場合、セパレータのマニホールド孔の内周面と下型の突出部の外周面との間に隙間が生じ、この隙間にガスケットの材料が入り込み、不要部が成形される可能性がある。
【００１５】
このような不要部がマニホールドに成形されると、セパレータ内を流れる反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くなったり、セパレータ内の流路の導入口または排出口を塞いだりして、発電性能に影響を及ぼすなどの問題が発生することとなる。そのため、特許文献１に開示されたような従来の技術にあっては、成形された不要部を取り除く必要があり、そのための工程が増えるなどの問題があった。
【００１６】
また、図１１に示したように従来の一般的なガスケット成形用金型１０１は、上型１１１の多孔体２２を加圧する荷重付与部１１５の面からガスケット１０６のリップ部１６２を成形する部分の先端までの長さＬＡ’、および、上型１１１の多孔体２２を加圧する荷重付与部１１５の面から突出部１１７の先端面までの長さＬＢ’が一定の寸法（定寸）となっている。そして、一般に、ガスケットの成形時には、複数のセルを積層して燃料電池として組み立てたときのエンドプレート間で締結されることにより加えられられる荷重と略同じ力で、多孔体２２とＭＥＧＡ２１を加圧するよう設定されている。これに対して、多孔体２２とＭＥＧＡ２１の厚さは上述したように公差の範囲でばらつきが生じている。
【００１７】
そのため、多孔体２２またはＭＥＧＡ２１が設計値よりも厚い場合には、たとえその厚さが公差の範囲であっても、型閉じが不足してバリが生じるなどの問題や、図１２に示すように上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面に当接せず、突出部１１７の先端面とセパレータ３の表面との間に隙間が生じてシールされなくなり、かかる隙間からガスケット１０６の材料がセパレータ３の予め形成されたマニホールド孔３ｈに流れ込んで不要部が形成され、マニホールド孔３ｈとセパレータ３の流路３４との間を流れる反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くなったり、マニホールド孔３ｈの流路３４の導入口または排出口を塞いだりして、発電性能に影響を及ぼすなどの問題が発生することとなる。そして、このような問題を発生させないためには、ガスケット１０６の成形後に不要部を除去する工程が必要となり、工程数が増えて時間や手間がかかるという問題があった。また、このような問題を発生させないように、ガスケット成形用金型１０１にインサートされた燃料電池構成部品２に締結時の荷重よりも大きな荷重を付与することにより上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面に当するよう型締すると、ＭＥＡ２１ａの電解質膜がダメージを受けて電極層が短絡したり、クロスリークする可能性が発生するという問題がある。
【００１８】
そして、このような問題が発生しなくとも、締結時の荷重よりも大きな荷重を付与してガスケット１０６を成形した場合、燃料電池として組み立てるべく複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した締結時には、図１３に示すように、ガスケット１０６の成形時の荷重よりも締結時の荷重が小さい（少ない）ために、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｘ１が設定された一定の締め代Ｘよりも小さくなり、ガスケット１０６のシール性が弱く、マニホールド１０５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００１９】
また、これとは逆に、多孔体２２とＭＥＧＡ２１が設計値よりも薄い場合には、型締時に荷重付与部１１５による燃料電池構成部品２への荷重が感知されず突出部１１７がセパレータ３の表面におけるマニホールド孔３ｈの周囲に衝突して、セパレータ３の流路３４の導入口または排出口を潰したり変形させる可能性があるという問題があった。またこのように、突出部１１７がセパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲に衝突して変形させない場合でも、図１４に示すように、ＭＥＧＡ２１と多孔体２２をセパレータ３と積層して金型１０１にインサートし型閉じして上型１１１の突出部１１７をセパレータ３の表面に当接させても、ＭＥＧＡ２１と多孔体２２が上型１１１の荷重付与部１１５によって所定の力で加圧されなかったり、ＭＥＧＡ２１と多孔体２２が上型１１１の荷重付与部１１５に接することができずに隙間が生じ、かかる隙間にガスケット１０６の材料が流れ込んで多孔体２２の機能が損なわれることとなり、セル１０４として使用することができないものとなるなどの問題が発生する。
【００２０】
さらに、多孔体２２とＭＥＧＡ２１が設計値よりも薄い場合には、図１５に示すように、ガスケット１０６を成形すべく型閉じしたときに、多孔体２２とＭＥＧＡ２１の特にガス拡散層２１ｂが所定の厚さまで圧縮されない状態でガスケット１０６のリップ部１６２が成形されるため、複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与されたときに、多孔体２２とＭＥＧＡ２１がガスケット１０６の成形時の厚さよりも薄くなることから、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｘ２が設定された締め代Ｘよりも大きくなり、ガスケット１０６にかかる荷重が過大となって、ガスケット１０６のリップ部１６２が破損するなどしてマニホールド１０５のシールを確実に確保することがでず、マニホールド１０５内を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題が発生する。
【００２１】
さらにまた、ガスケット１０６の内周面１０６ａがマニホールド孔３ｈよりも大きく全周にわたって退避するように成形された従来の技術におけるセル１０４では、セパレータ３にマニホールド孔３ｈが形成されているために、そのマニホールド孔３ｈの周囲、特にセパレータ３のマニホールド孔３ｈのセパレータ外側３ｂ側が変形し易い傾向があり、図１６に示すように積層時にずれが生じた場合に、隣接するセル１０４のセパレータ３にガスケット１０６のリップ部１６２が当接され、図１７に示すように荷重が掛けられることによって生じるモーメントなどにより、特にセパレータ３のマニホールド孔３ｈからセパレータ外側部分３ｂが変形することがある。
【００２２】
一方、上記従来のガスケット成形用金型１０１にあっては、上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接してガスケット１０６の材料をシールする構造となっており、ガスケット１０６の内周壁がマニホールド孔３ｈの開口から外側に退避するよう離れて成形されてセパレータ３の表面が露出していた。
【００２３】
そのため、セパレータ３が変形すると、図１７に示すように互いに隣接するセル１０４のセパレータ３の露出したマニホールド孔３ｈのセパレータ外側部分３ｂとの間や、セパレータ３の外縁３ｃが互いに接触して短絡するという問題が発生することとなる。
【００２４】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを確実に成形することが可能な燃料電池のセルの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、また、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようなガスケットを確実に成形することが可能な燃料電池のセルの製造装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さにバラツキがあっても、締結時と同じ荷重が燃料電池構成部品に付与されて、均一な締め代のガスケットが成形されており、且つ、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、しかも、各セルが積層され締結されたときに積層ずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないように成形されたガスケットを有する構造のセルを含む燃料電池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】
【００２５】
請求項１の燃料電池のセルの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法であって、前記金型に、燃料電池構成部品とセパレータとを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品に対して所定の荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成するためのキャビティ面とを予め形成しておき、マニホールド孔が形成されていないセパレータと燃料電池構成部品とを積層して金型にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、該キャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成することを特徴とするものである。
また、請求項４の燃料電池のセルの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置であって、マニホールド孔が形成されていないセパレータと積層されインサートされた燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する前記キャビティ面とを備えた金型と、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する抜き型とを有することを特徴とする。
さらに、請求項７の燃料電池に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドが構成された燃料電池であって、各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔は、積層された燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の燃料電池のセルの製造方法に係る発明によれば、燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層して金型内にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットを成形するが、このとき、金型内にインサートされたセパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、キャビティは、金型のキャビティ面とセパレータの表面とによって形成されていることから、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部が形成されることがない。また、従来の技術のように金型の突出部をセパレータのマニホールド孔の周囲に当接させてシールする必要がないことから、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって確実に付与することができ、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。さらに、この時点では、成形されたガスケットにはマニホールドを構成するための内周面がまだ形成されていないが、その後、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜くことにより、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで同時に一工程で形成することができるため、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
また、請求項４の燃料電池のセルの製造装置に係る発明によれば、金型内に燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層してインサートし型締すると、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重が付与されるとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティが形成されるため、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することにより、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットが成形されるが、このとき、セパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、セパレータの表面が金型のキャビティ面と協働してキャビティを形成することから、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部の形成を確実に防止することができる。また、従来の技術のようにセパレータのマニホールド孔の周囲に当接させてシールするための突出部を金型に必要としないことから、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を確実に付与することができ、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。さらに、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを抜き型によって一工程で同時に打ち抜くために、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで形成することができ、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
さらに、請求項７の燃料電池に係る発明によれば、積層された燃料電池構成部品およびマニホールド孔がまだ形成されていないセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより、各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔が形成されたものであるため、セパレータのマニホールド孔内に不要部が成形されることなく、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重が確実に付与された状態でガスケットが成形されており、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代のガスケットが成形される構造のセルを構成することができる。さらに、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを打ち抜くことにより、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とが同じ大きさで形成されており、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットが成形されるセルの構造とすることができる。
【００２７】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に相当し、（５）項が請求項３に相当し、（６）項が請求項４に相当し、（７）項が請求項５に相当し、（９）項が請求項６に相当し、（１０）項が請求項７に相当する。
【００２８】
（１） 複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品とセパレータとを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品に対して所定の荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成するためのキャビティ面とを予め形成しておき、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと燃料電池構成部品とを積層して金型にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、該キャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成することを特徴とする燃料電池のセルの製造方法。
【００２９】
（１）項の発明では、燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層して金型内にインサートし型締することにより、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する。そして、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットを成形する。このとき、セパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、キャビティは、金型のキャビティ面とセパレータの表面とによって形成されている。そのため、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部が形成されることがない。また、従来の技術のように金型の突出部をセパレータのマニホールド孔に当接させてシールする必要がないことから、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって確実に付与することができる。したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。さらに、この時点では、成形されたガスケットにはマニホールドを構成するための内周面がまだ形成されていない。しかしながら、その後、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜くことにより、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで形成するため、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
【００３０】
（２） 前記金型に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部をさらに予め形成しておき、
該突出部によってセパレータに達することがない所定の深さの部分的な内周面を有するガスケットを成形することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３１】
（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、突出部によってガスケットには、セパレータに達することがない所定の深さを有する内周面が部分的に形成される。そのため、セパレータと共に打ち抜くガスケットの厚さが少なくて済み、したがって、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができる。
【００３２】
（３） ガスケットの成形時に、前記ガスケットのセパレータとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を形成することを特徴とする（１）または（２）項に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３３】
（３）項の発明では、（１）または（２）項に記載の発明において、ガスケットの成形時に、ガスケットのセパレータとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を形成することにより、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができる。
【００３４】
（４） セパレータの、成形されたガスケットとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を予め形成しておくことを特徴とする（１）または（２）項に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３５】
（４）項の発明では、（１）または（２）項に記載の発明において、セパレータの、成形されたガスケットとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を予め形成しておくことにより、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができる。
【００３６】
（５） 前記金型に、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能な可動型を予め設けておき、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧し、その後、可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一項に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３７】
（５）項の発明では、（１）〜（４）のいずれか一項項に記載の発明において、金型に、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付けることが可能な可動型を予め設けておいて、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧し、この中央部の加圧から遅延させて、可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することにより、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して均一な力で押し付け所定の荷重を付与することができる。
【００３８】
（６） 複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置であって、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと積層されインサートされた燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する前記キャビティ面とを備えた金型と、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する抜き型とを有することを特徴とする燃料電池のセルの製造装置。
【００３９】
（６）項の発明では、金型内に燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層してインサートし型締して、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する。そして、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することにより、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットを成形する。このとき、セパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、セパレータの表面が金型のキャビティ面と協働してキャビティを形成している。そのため、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部の形成を確実に防止することができる。また、従来の技術のようにセパレータのマニホールド孔に当接させてシールするための突出部を金型に必要としないことから、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を確実に付与することができ、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。その後、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを抜き型によって打ち抜く。そのため、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで形成することができ、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
【００４０】
（７） 前記金型のキャビティ面に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部が形成されていることを特徴とする（６）項に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【００４１】
（７）項の発明では、（６）項に記載の発明において、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部を、金型のキャビティ面に形成することにより、成形されたガスケットには、突出部によってセパレータに達することがない所定の深さを有する内周面が部分的に形成される。そのため、抜き型によってセパレータと共に打ち抜くガスケットの厚さが少なくて済み、したがって、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができるため、抜き型の負荷を減少させることができる。
【００４２】
（８） 前記突出部は、その先端にガスケットを打ち抜く形状に応じてハーフカット部を成形するハーフカット部成形部を備えていることを特徴とする（７）項に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【００４３】
（８）項の発明では、（７）項に記載の発明において、突出部の先端にハーフカット部成形部を備えていることにより、ガスケットには、打ち抜く形状に応じたハーフカット部が形成される。そのため、抜き型によって、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができ、したがって、抜き型の負荷を減少させることができる。
【００４４】
（９） 前記金型が、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能に設けられた可動型と、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧する中央部加圧手段、および、該中央部加圧手段による加圧から遅延して可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する周縁部加圧手段とを備えていることを特徴とする（６）〜（８）のいずれか一項に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【００４５】
（９）項の発明では、（６）〜（８）のいずれか一項に記載の発明において、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を付与するに際して、金型に設けられた可動型の中央部を中央部加圧手段によって加圧し、この加圧からわずかに遅れて、周縁部加圧手段によって可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することにより、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して均一な力で押し付け所定の荷重を付与することができる。
【００４６】
（１０） 複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドが構成された燃料電池であって、
各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔は、積層された燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とする燃料電池。
【００４７】
（１０）項の発明では、積層された燃料電池構成部品およびマニホールド孔がまだ形成されていないセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより、各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔が形成されたものであるため、セパレータのマニホールド孔内に不要部が成形されることなく、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重が確実に付与された状態でガスケットが成形されており、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代のガスケットが成形される構造のセルを構成することができる。さらに、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを打ち抜くことにより、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とが同じ大きさで形成されており、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットが成形されるセルの構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図３】図２で成形されたガスケットを抜き型によりセパレータと共に打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する状態を示した断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態におけるガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図５】図４で成形されたガスケットを抜き型によりセパレータと共に打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する状態を示した断面図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態に至る経過の技術を説明するために示した断面図である。
【図７】図６に示した金型を改良した、本発明の第四の実施の形態に至る経過の技術を説明するために示した断面図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態を説明するために、中央部加圧手段によって可動型の中央部を加圧する状態を示した断面図である。
【図９】図８の状態から周縁部加圧手段によって可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する状態を示した断面図である。
【図１０】セルの構成の一形態を説明するために示した平面図である。
【図１１】従来の一般的なガスケットを成形するための金型を説明するために示した要部の断面図である。
【図１２】図１１に示した金型において、インサートされた燃料電池構成部品とセパレータの厚さが厚いために、突出部の先端面がセパレータの表面のマニホールド孔の周囲に当接しない状態を説明するために示した要部の断面図である。
【図１３】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも厚いために、ガスケットの成形時の荷重が締結時の荷重よりも大きくなり、締結時にガスケットのリップ部の締め代が設定された一定の締め代よりも小さくなることを説明するために示した要部の断面図である。
【図１４】図１１に示した金型において、インサートされた燃料電池構成部品とセパレータの厚さが薄いために、突出部をセパレータの表面に当接させても、ＭＥＧＡと多孔体が上型に接することができずに隙間が生じ、ＭＥＧＡと多孔体が上型によって所定の力で加圧されない状態を説明するために示した要部の断面図である。
【図１５】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも薄いために、ガスケットの成形時の荷重が締結時の荷重よりも小さくなり、締結時にガスケットのリップ部の締め代が設定された一定の締め代よりも大きくなってガスケットにかかる荷重が過大となることを説明するために示した要部の断面図である。
【図１６】従来の燃料電池のセルをずれた状態で積層した場合を示した要部の断面図である。
【図１７】図１６に示した状態で締結することにより、セパレータのマニホールド孔から外側が変形し、短絡する様子を示した要部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
最初に、本発明の燃料電池のセルの製造装置の第１の実施の形態を、主に図１に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池のセルの製造装置は、概略、複数のセル４を積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセル４の燃料電池構成部品２をセパレータ３によって挟持するとともに、各セパレータ３のマニホールド孔３ｈをガスケット６の内周面６ａにより互い連通してマニホールド５を構成する燃料電池において、マニホールド５を構成し得るようにガスケット６が燃料電池構成部品２およびセパレータ３と一体に成形されてなるセル４を製造するためのものであって、マニホールド孔３ｈが形成されていないセパレータ３と積層されインサートされた燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、成形するガスケット６に応じた所定形状のキャビティ１３を形成する前記キャビティ面１６とを備えたガスケット成形用の金型１と、成形されたガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成する抜き型７とを有している。
【００５０】
最初に、本発明により製造されるセルの最終的な構成について説明する。この実施の形態においては、燃料電池構成部品２としてＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２が積層されており、この燃料電池構成部品２の一方の面にセパレータ３を積重してガスケット６を一体に成形することによりセル４が構成されている。ＭＥＧＡ２１は、ＭＥＡ２１ａの両面にガス拡散層２１ｂがそれぞれ配置されてなるもので、ＭＥＡ２１ａの外縁はガス拡散層２１ｂおよび多孔体２２の外縁から突出するように大きく形成されており、ガスケット６が一体となるよう成形される。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどが採用され、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが変化する材質が採用されている。多孔体２２の外側縁は、たとえばガスケット６の材料と同じ材料などが含浸されるなどして、ガスケット６の材料に対する目止めが施されている。そして、複数のセル４を積層することにより、このセル４のセパレータ３とこのセル４に隣接する他のセル４のセパレータ３との間で燃料電池構成部品２が挟持されるようになっている。図１０に参照されるように、燃料電池構成部品２は、セパレータ３の略中央に配置される。セパレータ３は、カソードプレートとアノードプレートのいずれか一方を構成する第１プレート３１といずれか他方を構成する第２プレート３２との間に中間プレート３３を挟んでなる三層構造で構成されており、セパレータ３の、燃料電池構成部品２が配置される周囲の領域には、マニホールド孔３ｈが最終的に形成される。セパレータ３の内部には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４を有している。すなわち、第１プレート３１と第２プレート３２の周縁には、マニホールド孔３ｈを構成する孔が最終的に形成される。中間プレート３３には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４をセパレータ３の内部に形成するための溝または孔が設けられている。そして、中間プレート３３の溝または孔の端部は、第１プレート３１と第２プレート３２のマニホールド孔３ｈを構成する各孔と対応して設けられており、したがって、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈの内周面のセパレータ内側部分に開口している。
【００５１】
ガスケット６は、燃料電池構成部品２の周囲の端面およびセパレータ３の表面に形成される基部６１と、基部６１から連続して突出するリップ部６２とからなるもので、リップ部６２の先端の高さは燃料電池構成部品２の表面よりも突出するよう設定され、また、基部６１の表面の高さは燃料電池構成部品２１の表面から下方に位置するよう設定されており、各セル４を積層してその積層方向に所定の荷重を付与したときに、隣接する他のセル４のセパレータ３と接して押圧されるリップ部６２を基部６１が吸収するように構成されている。
【００５２】
このようなセルを製造するための金型１は、図１に示すように、第１の金型１１と第２の金型１２とを含んでおり、第１の金型１１に設けられて燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、型締したときにマニホールド孔３ｈが未だ形成されていない状態でインサートされたセパレータ３の表面と協働して成形するガスケット６の形状に応じたキャビティ１３を形成するキャビティ面１６とを備えている。そして、この実施の形態では、第２の金型１２内に燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け可能な可動型１４がさらに設けられている。そして、図１に示した実施の形態においては、第１の金型１１が上型により構成されており、第２の金型１２が下型により構成されている。上型１１と下型１２は相対的に近接・遠退することにより、開閉されると共に、型閉じしたときに所定の力で型締めされるように支持されている。また、この実施の形態では、ガスケット６の材料をキャビティ１３内に導入するためのゲート１８が上型１１に形成されている。
【００５３】
上型１１の略中央には、ＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２を積層してなる燃料電池構成部品２の配置と対応して、荷重付与部１５が形成されている。荷重付与部１５の周囲には、成形するガスケット６の形状に応じてキャビティ面１６が荷重付与部１５と連続して形成されている。
【００５４】
下型１２の上型１１と対向する面の略中央には、インサートするセパレータ３の大きさおよび形状に応じて凹部１２ａが形成されており、この凹部１２ａ内に可動型１４が昇降移動可能に設けられている。そのため、ガスケット６はセパレータ３の外縁３ｃを覆うように成形されることとなる。上型１１と下型１２の周囲の衝合面には、シール部材１９を保持するための溝が形成されている。なお、可動型１４を昇降駆動するために機構については、後述することとする。
【００５５】
抜き型７は、図３に参照されるように、成形するガスケット６の内周面６ａに応じた先端面を有するポンチ７１とダイス７２とを含んでいる。図１の鎖線に参照されるように、ポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６とこれに一体に成形されたセパレータ３とのマニホールド５を形成する位置に位置合わせして打ち抜くことにより、成形されたガスケット６に内周面６ａを形成することができると共に、この内周面６ａと連続するマニホールド孔３ｈをセパレータ３に形成することができる。
【００５６】
次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法の第１の実施の形態を、上述したように構成された第１の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。
本発明の燃料電池のセルの製造方法は、概略、複数のセル４を積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセル４の燃料電池構成部品２をセパレータ３によって挟持するとともに、セパレータ３のマニホールド孔３ｈをガスケット６の内周面６ａにより互い連通してマニホールド５を構成する燃料電池において、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層して金型１内にインサートしてガスケット６を燃料電池構成部品２およびセパレータ３と一体に成形するセル４の製造方法であって、金型１に、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品２に対して所定の荷重を付与する荷重付与部１５と、成形するガスケット６に応じた所定形状のキャビティ１３を形成するためのキャビティ面１６とを予め形成しておき、マニホールド孔３ｈが未だ形成されていないセパレータ３と燃料電池構成部品２とを積層して金型１にインサートし型締して、燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、成形するガスケット６に応じた所定形状のキャビティ１３を形成して、このキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填することにより、ガスケット６を燃料電池構成部品２の周囲およびセパレータ３の一方の面と一体に成形し、その後、成形されたガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成するものである。
【００５７】
予め、金型１に荷重付与部１５とキャビティ面１６とを形成しておくことは上述した通りである。また、金型１内にインサートされるセパレータ３は、図１に示した実施の形態の場合、燃料電池構成部品２の多孔体２２と接する側の第１プレート３１にはマニホールド孔３ｈが未だ形成されておらず平滑な表面を有しているが、第２プレート３２にはマニホールド孔３ｈが既に形成されている。
【００５８】
セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、第１プレート３１を上にしてセパレータ３を可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、可動型１４を上昇させることにより、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付けて、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与する。これにより、セパレータ３の未だマニホールド孔３ｈが形成されていない第１プレート３１の平滑な表面とキャビティ面１６とが協働してキャビティ１３を形成することとなる。そして、このキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填し、この材料が固化または硬化すると、マニホールド５を構成するための内周面６ａを未だ有していないガスケット６が成形されることとなる。
【００５９】
このとき、燃料電池構成部品２の厚さにはバラツキが生じており、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与したときの厚さも燃料電池構成部品２によって異なる。しかしながら、本発明では、第１の金型である上型１１に、従来の技術における突出部１１７（図１１などを参照）のようなセパレータ３の表面と接する部分がないために、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができる。また、このときには、セパレータ３の第１プレート３１にマニホールド孔３ｈが未だ形成されていないために、従来の技術のようにセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内にガスケット６の不要部が成形されることがない。
【００６０】
その後、抜き型７のポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６が一体に成形されたセパレータ３のマニホールド５を形成する位置に位置合わせして、図１の鎖線に参照されるように打ち抜くことにより、成形されたガスケット６に内周面６ａを確実に形成することができると共に、この内周面６ａと連続するマニホールド孔３ｈをセパレータ３の第１プレートに形成することができる。
【００６１】
次に、本発明のセルの製造装置の、第２の実施の形態を図２および図３に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセル４の製造装置は、概略、上述した第１の実施の形態に加えて、後に形成するガスケット６の内周面６ａと対応する断面形状と、燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重をガスケット６の成形時に荷重付与部１５によって付与したときにセパレータ３に接することがない長さとを有しており、ガスケット６の内周面６ａを部分的に成形する突出部１７が第１の型１１のキャビティ面１６に形成されている。
【００６２】
図２に示すように、荷重付与部１５から突出部１７の先端までの長さＬＢは、燃料電池構成部品２の厚さがそのバラツキのなかで最も薄い場合であっても、締結時の荷重を付与したときにセパレータの表面に達することがないように設定されている。また、荷重付与部１５からリップ部６２を成形する部分の先端までの長さＬＡは、一定に設定されている。
【００６３】
図３に示すように、抜き型７は、先端面の外周縁に切刃を有するポンチ７１と、このポンチ７１の先端が嵌入される抜き穴を有するダイス７２とを備えてなるもので、ダイス７２上に位置決め載置された打ち抜き加工対象であるワーク（本発明ではセパレータ３とガスケット６）をポンチ７１とダイス７２により所定の力で打ち抜き加工して、ポンチ７１がダイス７２の抜き穴に相対的に嵌入されるように支持されている。
【００６４】
次に、本発明の燃料電池のセル４の製造方法の第２の実施の形態を、上述したように構成された第２の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセル４の製造方法は、概略、上述した第１の実施の形態に加えて、さらに、後に形成するガスケット６の内周面６ａと対応する断面形状と、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与したときにセパレータ３に接することがない長さとを有しており、ガスケット６の内周面６ａを部分的に成形する突出部１７を金型１のキャビティ面１６に、予め形成しておき、この突出部１７によってガスケット６の成形時にセパレータ３に達することがない所定の深さの内周面６ａを部分的に成形し、その後、ガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の残りの内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成するものである。
【００６５】
予め、上型１１のキャビティ面１６にガスケット６の内周面６ａを部分的に成形するための突出部１７を形成しておくことは上述した通りである。セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、第１プレート３１を上にしてセパレータ３を可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、可動型１４を上昇させることにより、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付けて、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与する。これにより、セパレータ３の未だマニホールド孔３ｈが形成されていない平滑な表面を有する第１プレート３１とキャビティ面１６とが協働してキャビティ１３を形成することとなる。そして、このキャビティ１３内には、上型１１のキャビティ面１６に形成された突出部１７がセパレータ３に接することがないように突出している。
【００６６】
この状態でキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填し、この材料が固化または硬化すると、部分的にマニホールド５を構成するための内周面６ａが成形されたガスケット６が成形されることとなる。
【００６７】
このとき、燃料電池構成部品２の厚さにはバラツキが生じており、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与したときの厚さも燃料電池構成部品２によって異なる。しかしながら、本発明では、第１の金型である上型１１に、セパレータ３の表面と接する部分がないために、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができる。また、このときには、セパレータ３の第１プレート３１にマニホールド孔３ｈが形成されていないために、従来の技術のようにセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内にガスケット６の不要部が成形されることがない。
【００６８】
その後、抜き型７のポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６が一体に成形されたセパレータ３のマニホールド５を形成する位置に位置合わせして、図３に示したように、打ち抜くことにより、成形されたガスケット６にセパレータ３に達する内周面６ａを確実に形成することができると共に、この内周面６ａと連続するマニホールド孔３ｈをセパレータ３の第１プレート３１に形成することができる。そして、この実施の形態では、ガスケット６の成形時にその内周面６ａを部分的に成形するため、ガスケット６を打ち抜く厚さが少なくて済み、したがって、打ち抜き時の抜き型７の負荷を減少させて寿命を長くすることができる。
【００６９】
次に、本発明のセルの製造装置の、第３の実施の形態を図４および図５に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１および第２の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセル４の製造装置は、概略、上述した第１および第２の実施の形態に加えて、突出部１７の先端に、ガスケット６を打ち抜く形状に応じてハーフカット部６ｂを成形するためのハーフカット部成形部１７ａを備えている。
【００７０】
図４に示すように、突出部１７の先端面には、その外周縁に沿ってハーフカット部成形部を構成する突条１７ａが形成されている。突条１７ａの先端は鋭角に形成されている。突条１７ａは、金型１内にインサートされた燃料電池構成部品２に締結時の荷重を付与したときに、その先端がセパレータ３の表面に達することがないように設定されている。そのため、突出部１７によって成形されたガスケット６の部分的な内周面６ａの底には、切り込みのようなハーフカット部６ｂが成形されることとなる。
【００７１】
次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法の第３の実施の形態を、上述したように構成された第３の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１および第２の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセルの製造方法は、概略、上述した第１および第２の実施の形態に加えて、突出部１７にハーフカット部成形部１７ａを予め形成しておき、このハーフカット部成形部１７ａによって、ガスケット６の成形時に、ガスケット６のセパレータ３とともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部６ｂを形成するものであり、またさらに、セパレータ３の、成形されたガスケット６とともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部３ｇを予め形成しておくものである。
【００７２】
予め、突出部１７の先端面にハーフカット部成形部１７ａを形成しておくことは上述した通りである。また、セパレータ３の第１プレート３１のマニホールド孔３ｈを形成する位置における下面には、所定の深さでハーフカット部となる切り込み線３ａが形成されている。
【００７３】
セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、セパレータ３の第１プレート３１を上にしてこれを可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、可動型１４を上昇させることにより、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付けて、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与する。これにより、セパレータ３の未だマニホールド孔３ｈが形成されていない平滑な表面を有する第１プレート３１とキャビティ面１６とが協働してキャビティ１３を形成することとなる。そして、このキャビティ１３内には、上型１１のキャビティ面１６に形成された突出部１７が突出しており、さらに突出部１７の先端面にはハーフカット部成形部１７ａがセパレータ３に接することがないように突出している。
【００７４】
この状態でキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填し、この材料が固化または硬化すると、部分的にマニホールド５を構成するための内周面６ａが成形されたガスケット６が成形されることとなる。そして、ガスケット６の、マニホールド５を構成するために部分的に成形された内周面６ａの底には、切り込みのようなハーフカット部６ｂが成形されることとなる。
【００７５】
このとき、燃料電池構成部品２の厚さにはバラツキが生じており、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与したときの厚さも燃料電池構成部品２によって異なる。しかしながら、本発明では、第１の金型である上型１１に、セパレータ３の表面と接する部分がないために、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代Ｘとなるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができる。また、このときには、セパレータ３の第１プレート３１にマニホールド孔３ｈが形成されていないために、従来の技術のようにセパレータ３の予め形成されたマニホールド孔３ｈ内にガスケット６の不要部が成形されることがない。
【００７６】
その後、抜き型７のポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６が一体に成形されたセパレータ３のマニホールド５を形成する位置に位置合わせして、図５に示したように打ち抜く。この実施の形態では、予めガスケット６に内周面６ａが部分的に成形されており、しかも、その部分的な内周面６ａの底にはハーフカット部６ｂが成形されており、また、セパレータ３の第１プレート３１にもハーフカット部３ｇが形成されているため、上移した第２の実施の形態よりもさらに、ガスケット６とセパレータ３の第１プレート３１を打ち抜く厚さが少なくて済み、したがって、打ち抜き時の負荷を減少させることができる。
【００７７】
次に、本発明のセルの製造装置の、第４の実施の形態を図６〜図９に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１〜第３の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセルの製造装置は、概略、上述した第１〜第３の実施の形態において、金型１が、第２の金型である下型１２内に燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け可能に設けられた可動型１４と、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型１４の中央部を加圧する中央部加圧手段１４ａ、および、この中央部加圧手段１４ａによる加圧から遅延して可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する周縁部加圧手段１４ｂとを備えている。
【００７８】
最初に、本発明に至る経過を図６および図７に基づいて説明する。燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付けて締結時と同じ荷重を付与するために、可動型１４には油圧シリンダや、サーボモータとボールねじ機構などからなる加圧手段が設けられる。そして、加圧手段には、その駆動負荷をモニタリングすることなどにより、燃料電池構成部品２に対して締結時と同じ荷重を付与するよう制御する制御手段が設けられている。
【００７９】
ここで、図６に示すように、可動型１４の略中央部のみに加圧手段１４ａ’の作動杆を接続すると仮定する。この場合には、加圧手段１４ａ’により燃料電池構成部品２の略中央が主に加圧されることとなり、燃料電池構成部品２全体を、締結時と同じ荷重を均一に付与することができない。すなわち、燃料電池構成部品２の略中央に対する加圧手段１４ａ’の駆動負荷が締結時と同じ荷重を付与したものと制御手段が判断しても、燃料電池構成部品２の端縁近傍では、締結時の荷重よりも少ない荷重しか付与されないこととなる。その結果、従来の技術において燃料電池構成部品２の厚みが設定された厚みよりも薄い場合（図１５を参照）で説明したのと同様に、締結時におけるガスケット６のリップ部６２の締め代が大きくなり、ガスケット６の特にリップ部６２にかかる荷重が過大となって、ガスケット６のリップ部６２が破損するなどしてマニホールド５のシールを確実に確保することがでず、マニホールド５内を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題が発生する。
【００８０】
この問題を解決するためには、図７に示すように、可動型１４における燃料電池構成部品２の中央部と周縁と対応する位置を加圧するよう加圧手段１４ａ’、１４ｂ’の作動杆を連結した構成とし、可動型１４における燃料電池構成部品２の中央部と周縁と対応する位置を同時に加圧するよう構成するものが考えられる。しかしながら、このような構成では、たとえば燃料電池構成部品２の一端縁側の厚さが極端に厚いかあるいは薄い場合に、可動型１４が傾くなどしてバランスを崩し燃料電池構成部品２に偏って荷重を付与した状態でガスケット６を成形することとなり、締結時の荷重よりも高い荷重が付与された部分や、低い荷重が付与された部分が生じることとなる。締結時の荷重よりも低い荷重が付与された部分は、図６に基づいて説明した場合の燃料電池構成部品２の端縁近傍（すなわち図１５に示した従来の技術）と同様に、ガスケット６のリップ部６２の締結時における締め代が大きくなるという問題がある。一方、締結時の荷重よりも高い荷重が付与された部分は、従来の技術において燃料電池構成部品２の厚みが設定された厚みよりも厚い場合（図１３を参照）で説明したのと同様に、締結時におけるガスケット６のリップ部６２の締め代が小さくなり、ガスケット６のシール性が弱く、マニホールド５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００８１】
そこで、本発明では、図８に示すように、可動型１４の中央部に作動杆が連結された中央部加圧手段１４ａと、可動型１４における燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置に作動杆が当接可能に配置された周縁部加圧手段１４ｂ（図１０を参照）と、最初に中央部加圧手段１４ａにより可動型１４の中央部を加圧し、所定時間経過後に、周縁部加圧手段１４ｂの作動杆を可動型１４における燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置に当接させて加圧させるよう制御する制御手段とを備えた構成とした。なお、中央部加圧手段１４ａと周縁部加圧手段１４ｂを油圧シリンダにより構成した場合には、そのシリンダ室にそれぞれ接続されたバルブの開閉を制御手段が制御するものとし、また、中央部加圧手段１４ａと周縁部加圧手段１４ｂをサーボモータとボールねじ機構などによりそれぞれ構成した場合には、各サーボモータに接続されたスイッチの開閉を制御手段が制御するものとすることができる。
【００８２】
次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法の第４の実施の形態を、上述したように構成された第４の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１〜第３の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセルの製造方法は、概略、上述した第１〜第３の実施の形態において、金型１に、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け可能な可動型１４を予め設けておき、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け締結時と略同じ荷重を付与する際に、可動型１４の中央部を加圧し、その後、可動型１４の、燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置を加圧する。
【００８３】
セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、セパレータ３の第１プレート３１を上にしてこれを可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、中央部加圧手段１４ａの駆動により可動型１４を上昇させて、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付け、たとえば０．１〜１．０秒後に周縁部加圧手段１４ｂによって可動型１４における燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置を加圧する。そして、制御手段は、中央部加圧手段１４ａと周縁部加圧手段１４ｂの負荷などを検知して、これらの負荷が設定値を越えた時点で締結時の荷重と同じ荷重を付与することができたと判断し、これらの駆動を停止させる。これにより、燃料電池構成部品２は、その中央部が最初に加圧され、続いて、その周縁部が加圧される。これにより、燃料電池構成部品２は、たとえ部分的に厚さが異なる場合であっても、均一に荷重が付与されることとなり、したがって、ガスケット６のリップ部６２を適切な設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出させて成形することができる。また、全体的に厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができることは、上述した他の実施の形態と同様である。
【００８４】
ガスケット６の成形が完了すると、図１の鎖線、図３、あるいは図５に示したように、ガスケット６とセパレータ３の第１プレート３１を抜き型７によって打ち抜いて、ガスケット６の内周面６ａと、セパレータ３の第１プレート３１のマニホールド孔３ｈを形成する。
【００８５】
本発明では、いずれの実施の形態の場合にも、ガスケット６の内周面６ａの形成と、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの形成とを、一度の抜き加工で同時に行うことができるため、工程数を減少させることができ、したがって、セル４の製造サイクルタイムや製造コストを削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、燃料電池のセルのガスケットを成形してマニホールドを構成するための方法に利用することができる。また、本発明は、燃料電池のセルのマニホールドを構成するガスケットを成形してその内周面とセパレータのマニホールド孔を形成するための装置に利用することができる。さらに、本発明は、ガスケットが成形された複数のセルを積層して所定の荷重を付与してエンドプレートを締結し、マニホールドが構成されてなる燃料電池に利用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１：燃料電池用ガスケット成形用金型、 ２：燃料電池構成部品、 ３：セパレータ、 ３ｈ：マニホールド孔、 ３ｇ：ハーフカット部、 ４：セル、 ５：マニホールド、 ６：ガスケット、 ６ａ：内周面、 ６ｂ：ハーフカット部、 １１：上型（第１の型）、 １２：下型（第２の型）、 １３：キャビティ、 １４：可動型、 １４ａ：中央部加圧手段、 １４ｂ：周縁部加圧手段、 １５：荷重付与部、 １６：キャビティ面、 １７：突出部、 １７ａ：突状（ハーフカット成形部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセルの製造方法、燃料電池のセルの製造装置、および燃料電池に関し、特に、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池と、このような燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法と、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートが配設され、燃料電池構成部品に所定の荷重を付与した状態で両エンドプレートがテンション部材によって締結されている（この状態を締結時という）。各セルの燃料電池構成部品としては、図１１などに参照されるように、電解質膜の両面に電極層を設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）２１ａと、ＭＥＡ２１ａの両側に配置されたガス拡散層２１ｂと、ガス拡散層２１ｂへガスをそれぞれ流通させる多孔体２２とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品はセパレータ３により挟持されている。ＭＥＡ２１ａとその両側に配置されたガス拡散層２１ｂとにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡ２１と呼ばれる。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどより構成されており、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが弾性変化する材質が採用されている。そして、燃料電池のなかには、たとえば特許文献１に開示されているように、各セルが燃料電池構成部品の一方の面にセパレータを積重して構成されており、複数のセルを積層することにより、燃料電池構成部品がそのセルのセパレータと隣接する他のセルのセパレータとの間で挟持されるよう構成されたものがある。
【０００３】
各セルは、反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドを有している。図１０に示すように、セパレータ３の燃料電池構成部品２が積重される領域の周囲には、マニホールド孔３ｈが形成されている。図１１に示すように、セパレータ３は、所定形状の溝または孔が形成された中間プレート３３をカソードプレートとアノードプレートのいずれかを構成する第１プレート３１と第２プレート３２の間に挟んでなる三層構造とすることにより、その内部に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４が形成されている。セパレータ３内の各流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈに開口しており、所定のガスまたは冷却媒体が所定のマニホールド孔３ｈから供給され、他の対応する所定のマニホールド孔３ｈへと排出される。
【０００４】
各セル１０４には、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲を取り囲み、且つ、燃料電池構成部品２の周囲をシールするようにガスケット１０６が一体に成形されている。ガスケット１０６は、図１１に示すように、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲に立ち上がるように成形される基部１６１と、基部１６１の表面から燃料電池構成部品２の表面よりも図１１における上方に突出するように一体に成形されたリップ部１６２とを有している。複数のセル１０４を積層し所定の荷重を付与した状態で締結されて、ガスケット１０６のリップ部１６２が隣接する他のセル１０４のセパレータ３に当接され潰されることにより、各セパレータ３のマニホールド孔３ｈがシールされた状態でガスケット１０６の内周面１０６ａにより連通されて、マニホールド１０５を構成する。
【０００５】
上記特許文献１において開示されたガスケットを成形するための金型は、その図１２（ｂ）に示されているように、下型にはセパレータをインサートしたときにそのマニホールド孔に嵌り込む突状部が形成されており、また、上型には下型の突状部と対応する突状部が形成されると共に、ガスケットの成形材料の投入口が形成されている。そして、下型と上型の突状部内には、型閉じすることによってガスケットの材料を投入口からキャビティ内に導入するための通路が形成されるようになっている。この通路をキャビティに開口させるために、特許文献１では、突状部がセパレータのマニホールド孔を突き抜けるよう形成されている。このように構成された金型によって成形されるガスケットは、特許文献１の図５に示されているように、セパレータのマニホールド孔と同じ径でマニホールドが形成されることとなる。
【０００６】
また、ガスケットを成形するための従来の一般的な金型１０１は、図１１に示すように、上型１１１と、下型１１２とからなり、上型１１１のガスケット１０６の内周壁を成形する突出部１１７が、金型１０１にインサートされたセパレータ３の上面におけるマニホールド孔３ｈの周囲全体に当接して、キャビティ１１３内に射出充填されるガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを防ぐようにシールする構造となっていた。さらに、従来の金型１０１においては、ガスケット１０６を成形するためのキャビティ面１１６が上型１１１に形成されており、このキャビティ面１１６がセパレータ３の外縁３ｃよりも小さく成形されていた。
【０００７】
そして、このように構成された金型を１０１用いてガスケットを成形するに際しては、セパレータ３にマニホールド孔３ｈを予め成形しておき、このセパレータ３とＭＥＧＡ２１と多孔体２２を金型１０１にインサートして型閉じし、上型１１１の突出部１１７の先端面をセパレータ３の上面におけるマニホールド孔３ｈの周囲全体に当接して、キャビティ１１３内に射出充填されるガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを防ぐようにシールするとともに、積重されたＭＥＧＡ２１と多孔体２２を上型１１１によって所定の力で加圧して、特にガス拡散層２１ｂが弾性的に圧縮された状態としていた。
【０００８】
そして、このような構造の金型１０１によって成形されたガスケット１０６は、その内周面１０６ａの大きさがマニホールド孔３ｈの大きさよりも大きく、すなわち、内周面１０６ａがその全周にわたってマニホールド孔３ｈから退避するよう離れて成形されおり、したがって、セパレータ３の表面が露出していた。また、キャビティ面１１６がセパレータ３の外縁３ｃよりも小さく形成されていたことによって、ガスケット１０６の外周側面がセパレータ３の外縁３ｃを露出させるように成形されていた。
【０００９】
ところで、燃料電池においては、設定された発電性能を得るために、反応ガスや冷却媒体が確実に所定の流量で各セルに分配・供給される必要がある。そのため、各セル１０４のセパレータ３のマニホールド孔３ｈに開口する流路３４の導入口または排出口をガスケットが塞ぐことがないように成形することは勿論のこと、反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くならないようにガスケットを成形する必要がある。
【００１０】
また、燃料電池においては、複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与され締結されたときに確実にシールされたマニホールド１０５を形成するためには、ガスケット１０６のリップ部１６２が隣接する他のセル１０４のセパレータ３に対して押し当てられて潰される量（この潰される量を締め代という）がセル１０４によって異なることなく一定の締め代（たとえば、図１３または図１５に参照されるように、締め代が多孔体２２と基部１６１との連続する表面の高さまでの長さ）Ｘとなるようにガスケット１０６を成形する必要がある。そして、このように複数のセル１０４が積層され締結されて燃料電池として組み立てられたときに、リップ部１６２の締め代が所定の値Ｘとなるようにするためには、ガスケット１０６のリップ部１６２が、多孔体２２とＭＥＧＡ２１の厚さ、特に、ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂの厚さに影響されることなく適切な長さで基部１６１から突出するように成形されており、また、ガスケット１０６の成形時に多孔体２２とＭＥＧＡ２１を加圧する力が、複数のセル１０６を積層して燃料電池として組み立てたときのエンドプレート間で締結されることにより加えられられる荷重と略同じ力となるように設定することが必要である。
【００１１】
そのため、図１１に示したように、ガスケット成形用金型１０１に荷重付与部１１５を形成し、燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット１０６を成形する際には、燃料電池構成部品２に対して荷重付与部１１５が締結時と同じ荷重を付与して厚さを圧縮した状態で、ガスケット１０６の材料をキャビティ１１３内に射出充填している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１２３８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータは、その厚さに関して成形公差を有しており、したがって各セルによってその厚さが異なる。このような厚さが異なる構成部品とセパレータを特許文献１の図１２（ｂ）に示されたような金型にインサートしてガスケットを成形しようとすると、燃料電池構成部品等が厚い場合には型閉じが不足してバリが生じ、また燃料電池構成部品等が薄い場合にはキャビティ面と燃料電池構成部品またはセパレータの表面との間に隙間が生じてキャビティのシールが不足してガスケットの材料が入り込み不要部が成形される可能性がある。
【００１４】
さらにまた、セパレータに成形されたマニホールド孔の位置や大きさに関しても成形公差を有しており、特許文献１の図１２（ｂ）に示されたような下型の突状部にセパレータのマニホールド孔を嵌め込むようにして構成部品と共にインサートした場合、セパレータのマニホールド孔の内周面と下型の突出部の外周面との間に隙間が生じ、この隙間にガスケットの材料が入り込み、不要部が成形される可能性がある。
【００１５】
このような不要部がマニホールドに成形されると、セパレータ内を流れる反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くなったり、セパレータ内の流路の導入口または排出口を塞いだりして、発電性能に影響を及ぼすなどの問題が発生することとなる。そのため、特許文献１に開示されたような従来の技術にあっては、成形された不要部を取り除く必要があり、そのための工程が増えるなどの問題があった。
【００１６】
また、図１１に示したように従来の一般的なガスケット成形用金型１０１は、上型１１１の多孔体２２を加圧する荷重付与部１１５の面からガスケット１０６のリップ部１６２を成形する部分の先端までの長さＬＡ’、および、上型１１１の多孔体２２を加圧する荷重付与部１１５の面から突出部１１７の先端面までの長さＬＢ’が一定の寸法（定寸）となっている。そして、一般に、ガスケットの成形時には、複数のセルを積層して燃料電池として組み立てたときのエンドプレート間で締結されることにより加えられられる荷重と略同じ力で、多孔体２２とＭＥＧＡ２１を加圧するよう設定されている。これに対して、多孔体２２とＭＥＧＡ２１の厚さは上述したように公差の範囲でばらつきが生じている。
【００１７】
そのため、多孔体２２またはＭＥＧＡ２１が設計値よりも厚い場合には、たとえその厚さが公差の範囲であっても、型閉じが不足してバリが生じるなどの問題や、図１２に示すように上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面に当接せず、突出部１１７の先端面とセパレータ３の表面との間に隙間が生じてシールされなくなり、かかる隙間からガスケット１０６の材料がセパレータ３の予め形成されたマニホールド孔３ｈに流れ込んで不要部が形成され、マニホールド孔３ｈとセパレータ３の流路３４との間を流れる反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くなったり、マニホールド孔３ｈの流路３４の導入口または排出口を塞いだりして、発電性能に影響を及ぼすなどの問題が発生することとなる。そして、このような問題を発生させないためには、ガスケット１０６の成形後に不要部を除去する工程が必要となり、工程数が増えて時間や手間がかかるという問題があった。また、このような問題を発生させないように、ガスケット成形用金型１０１にインサートされた燃料電池構成部品２に締結時の荷重よりも大きな荷重を付与することにより上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面に当するよう型締すると、ＭＥＡ２１ａの電解質膜がダメージを受けて電極層が短絡したり、クロスリークする可能性が発生するという問題がある。
【００１８】
そして、このような問題が発生しなくとも、締結時の荷重よりも大きな荷重を付与してガスケット１０６を成形した場合、燃料電池として組み立てるべく複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した締結時には、図１３に示すように、ガスケット１０６の成形時の荷重よりも締結時の荷重が小さい（少ない）ために、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｘ１が設定された一定の締め代Ｘよりも小さくなり、ガスケット１０６のシール性が弱く、マニホールド１０５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００１９】
また、これとは逆に、多孔体２２とＭＥＧＡ２１が設計値よりも薄い場合には、型締時に荷重付与部１１５による燃料電池構成部品２への荷重が感知されず突出部１１７がセパレータ３の表面におけるマニホールド孔３ｈの周囲に衝突して、セパレータ３の流路３４の導入口または排出口を潰したり変形させる可能性があるという問題があった。またこのように、突出部１１７がセパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲に衝突して変形させない場合でも、図１４に示すように、ＭＥＧＡ２１と多孔体２２をセパレータ３と積層して金型１０１にインサートし型閉じして上型１１１の突出部１１７をセパレータ３の表面に当接させても、ＭＥＧＡ２１と多孔体２２が上型１１１の荷重付与部１１５によって所定の力で加圧されなかったり、ＭＥＧＡ２１と多孔体２２が上型１１１の荷重付与部１１５に接することができずに隙間が生じ、かかる隙間にガスケット１０６の材料が流れ込んで多孔体２２の機能が損なわれることとなり、セル１０４として使用することができないものとなるなどの問題が発生する。
【００２０】
さらに、多孔体２２とＭＥＧＡ２１が設計値よりも薄い場合には、図１５に示すように、ガスケット１０６を成形すべく型閉じしたときに、多孔体２２とＭＥＧＡ２１の特にガス拡散層２１ｂが所定の厚さまで圧縮されない状態でガスケット１０６のリップ部１６２が成形されるため、複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与されたときに、多孔体２２とＭＥＧＡ２１がガスケット１０６の成形時の厚さよりも薄くなることから、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｘ２が設定された締め代Ｘよりも大きくなり、ガスケット１０６にかかる荷重が過大となって、ガスケット１０６のリップ部１６２が破損するなどしてマニホールド１０５のシールを確実に確保することがでず、マニホールド１０５内を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題が発生する。
【００２１】
さらにまた、ガスケット１０６の内周面１０６ａがマニホールド孔３ｈよりも大きく全周にわたって退避するように成形された従来の技術におけるセル１０４では、セパレータ３にマニホールド孔３ｈが形成されているために、そのマニホールド孔３ｈの周囲、特にセパレータ３のマニホールド孔３ｈのセパレータ外側３ｂ側が変形し易い傾向があり、図１６に示すように積層時にずれが生じた場合に、隣接するセル１０４のセパレータ３にガスケット１０６のリップ部１６２が当接され、図１７に示すように荷重が掛けられることによって生じるモーメントなどにより、特にセパレータ３のマニホールド孔３ｈからセパレータ外側部分３ｂが変形することがある。
【００２２】
一方、上記従来のガスケット成形用金型１０１にあっては、上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接してガスケット１０６の材料をシールする構造となっており、ガスケット１０６の内周壁がマニホールド孔３ｈの開口から外側に退避するよう離れて成形されてセパレータ３の表面が露出していた。
【００２３】
そのため、セパレータ３が変形すると、図１７に示すように互いに隣接するセル１０４のセパレータ３の露出したマニホールド孔３ｈのセパレータ外側部分３ｂとの間や、セパレータ３の外縁３ｃが互いに接触して短絡するという問題が発生することとなる。
【００２４】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを確実に成形することが可能な燃料電池のセルの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、また、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようなガスケットを確実に成形することが可能な燃料電池のセルの製造装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さにバラツキがあっても、締結時と同じ荷重が燃料電池構成部品に付与されて、均一な締め代のガスケットが成形されており、且つ、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、しかも、各セルが積層され締結されたときに積層ずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないように成形されたガスケットを有する構造のセルを含む燃料電池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】
【００２５】
請求項１の燃料電池のセルの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法であって、前記金型に、燃料電池構成部品とセパレータとを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品に対して所定の荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成するためのキャビティ面とを予め形成しておき、マニホールド孔が形成されていないセパレータと燃料電池構成部品とを積層して金型にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、該キャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成することを特徴とするものである。
また、請求項４の燃料電池のセルの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置であって、マニホールド孔が形成されていないセパレータと積層されインサートされた燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する前記キャビティ面とを備えた金型と、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する抜き型とを有することを特徴とする。
さらに、請求項７の燃料電池に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドが構成された燃料電池であって、各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔は、積層された燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の燃料電池のセルの製造方法に係る発明によれば、燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層して金型内にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットを成形するが、このとき、金型内にインサートされたセパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、キャビティは、金型のキャビティ面とセパレータの表面とによって形成されていることから、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部が形成されることがない。また、従来の技術のように金型の突出部をセパレータのマニホールド孔の周囲に当接させてシールする必要がないことから、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって確実に付与することができ、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。さらに、この時点では、成形されたガスケットにはマニホールドを構成するための内周面がまだ形成されていないが、その後、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜くことにより、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで同時に一工程で形成することができるため、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
また、請求項４の燃料電池のセルの製造装置に係る発明によれば、金型内に燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層してインサートし型締すると、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重が付与されるとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティが形成されるため、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することにより、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットが成形されるが、このとき、セパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、セパレータの表面が金型のキャビティ面と協働してキャビティを形成することから、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部の形成を確実に防止することができる。また、従来の技術のようにセパレータのマニホールド孔の周囲に当接させてシールするための突出部を金型に必要としないことから、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を確実に付与することができ、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。さらに、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを抜き型によって一工程で同時に打ち抜くために、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで形成することができ、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
さらに、請求項７の燃料電池に係る発明によれば、積層された燃料電池構成部品およびマニホールド孔がまだ形成されていないセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより、各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔が形成されたものであるため、セパレータのマニホールド孔内に不要部が成形されることなく、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重が確実に付与された状態でガスケットが成形されており、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代のガスケットが成形される構造のセルを構成することができる。さらに、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを打ち抜くことにより、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とが同じ大きさで形成されており、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットが成形されるセルの構造とすることができる。
【００２７】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に相当し、（５）項が請求項３に相当し、（６）項が請求項４に相当し、（７）項が請求項５に相当し、（９）項が請求項６に相当し、（１０）項が請求項７に相当する。
【００２８】
（１） 複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品とセパレータとを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品に対して所定の荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成するためのキャビティ面とを予め形成しておき、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと燃料電池構成部品とを積層して金型にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、該キャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成することを特徴とする燃料電池のセルの製造方法。
【００２９】
（１）項の発明では、燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層して金型内にインサートし型締することにより、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する。そして、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットを成形する。このとき、セパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、キャビティは、金型のキャビティ面とセパレータの表面とによって形成されている。そのため、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部が形成されることがない。また、従来の技術のように金型の突出部をセパレータのマニホールド孔に当接させてシールする必要がないことから、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって確実に付与することができる。したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。さらに、この時点では、成形されたガスケットにはマニホールドを構成するための内周面がまだ形成されていない。しかしながら、その後、成形されたガスケットとセパレータを打ち抜くことにより、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで形成するため、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
【００３０】
（２） 前記金型に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部をさらに予め形成しておき、
該突出部によってセパレータに達することがない所定の深さの部分的な内周面を有するガスケットを成形することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３１】
（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、突出部によってガスケットには、セパレータに達することがない所定の深さを有する内周面が部分的に形成される。そのため、セパレータと共に打ち抜くガスケットの厚さが少なくて済み、したがって、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができる。
【００３２】
（３） ガスケットの成形時に、前記ガスケットのセパレータとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を形成することを特徴とする（１）または（２）項に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３３】
（３）項の発明では、（１）または（２）項に記載の発明において、ガスケットの成形時に、ガスケットのセパレータとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を形成することにより、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができる。
【００３４】
（４） セパレータの、成形されたガスケットとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を予め形成しておくことを特徴とする（１）または（２）項に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３５】
（４）項の発明では、（１）または（２）項に記載の発明において、セパレータの、成形されたガスケットとともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部を予め形成しておくことにより、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができる。
【００３６】
（５） 前記金型に、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能な可動型を予め設けておき、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧し、その後、可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一項に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【００３７】
（５）項の発明では、（１）〜（４）のいずれか一項項に記載の発明において、金型に、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付けることが可能な可動型を予め設けておいて、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧し、この中央部の加圧から遅延させて、可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することにより、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して均一な力で押し付け所定の荷重を付与することができる。
【００３８】
（６） 複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置であって、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと積層されインサートされた燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する前記キャビティ面とを備えた金型と、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する抜き型とを有することを特徴とする燃料電池のセルの製造装置。
【００３９】
（６）項の発明では、金型内に燃料電池構成部品とマニホールド孔が形成されていないセパレータとを積層してインサートし型締して、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する。そして、このキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することにより、燃料電池構成部品およびセパレータと一体にガスケットを成形する。このとき、セパレータにはまだマニホールド孔が形成されていないために、セパレータの表面が金型のキャビティ面と協働してキャビティを形成している。そのため、従来の技術のように既に形成されたマニホールド孔にガスケットの材料が流れ込むことがなく、したがって、不要部の形成を確実に防止することができる。また、従来の技術のようにセパレータのマニホールド孔に当接させてシールするための突出部を金型に必要としないことから、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を確実に付与することができ、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができる。その後、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを抜き型によって打ち抜く。そのため、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを同じ大きさで形成することができ、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットを成形することができる。
【００４０】
（７） 前記金型のキャビティ面に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部が形成されていることを特徴とする（６）項に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【００４１】
（７）項の発明では、（６）項に記載の発明において、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部を、金型のキャビティ面に形成することにより、成形されたガスケットには、突出部によってセパレータに達することがない所定の深さを有する内周面が部分的に形成される。そのため、抜き型によってセパレータと共に打ち抜くガスケットの厚さが少なくて済み、したがって、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができるため、抜き型の負荷を減少させることができる。
【００４２】
（８） 前記突出部は、その先端にガスケットを打ち抜く形状に応じてハーフカット部を成形するハーフカット部成形部を備えていることを特徴とする（７）項に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【００４３】
（８）項の発明では、（７）項に記載の発明において、突出部の先端にハーフカット部成形部を備えていることにより、ガスケットには、打ち抜く形状に応じたハーフカット部が形成される。そのため、抜き型によって、成形されたガスケットとセパレータを容易に少ない力で打ち抜くことができ、したがって、抜き型の負荷を減少させることができる。
【００４４】
（９） 前記金型が、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能に設けられた可動型と、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧する中央部加圧手段、および、該中央部加圧手段による加圧から遅延して可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する周縁部加圧手段とを備えていることを特徴とする（６）〜（８）のいずれか一項に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【００４５】
（９）項の発明では、（６）〜（８）のいずれか一項に記載の発明において、荷重付与部によって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を付与するに際して、金型に設けられた可動型の中央部を中央部加圧手段によって加圧し、この加圧からわずかに遅れて、周縁部加圧手段によって可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することにより、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して均一な力で押し付け所定の荷重を付与することができる。
【００４６】
（１０） 複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドが構成された燃料電池であって、
各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔は、積層された燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とする燃料電池。
【００４７】
（１０）項の発明では、積層された燃料電池構成部品およびマニホールド孔がまだ形成されていないセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより、各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔が形成されたものであるため、セパレータのマニホールド孔内に不要部が成形されることなく、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重が確実に付与された状態でガスケットが成形されており、したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代のガスケットが成形される構造のセルを構成することができる。さらに、マニホールドを構成するための内周面が形成されることなく成形されたガスケットとマニホールド孔が形成されていないセパレータとを打ち抜くことにより、セパレータのマニホールド孔の周囲が露出することがなく、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とが同じ大きさで形成されており、したがって、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようにガスケットが成形されるセルの構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図３】図２で成形されたガスケットを抜き型によりセパレータと共に打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する状態を示した断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態におけるガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図５】図４で成形されたガスケットを抜き型によりセパレータと共に打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する状態を示した断面図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態に至る経過の技術を説明するために示した断面図である。
【図７】図６に示した金型を改良した、本発明の第四の実施の形態に至る経過の技術を説明するために示した断面図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態を説明するために、中央部加圧手段によって可動型の中央部を加圧する状態を示した断面図である。
【図９】図８の状態から周縁部加圧手段によって可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する状態を示した断面図である。
【図１０】セルの構成の一形態を説明するために示した平面図である。
【図１１】従来の一般的なガスケットを成形するための金型を説明するために示した要部の断面図である。
【図１２】図１１に示した金型において、インサートされた燃料電池構成部品とセパレータの厚さが厚いために、突出部の先端面がセパレータの表面のマニホールド孔の周囲に当接しない状態を説明するために示した要部の断面図である。
【図１３】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも厚いために、ガスケットの成形時の荷重が締結時の荷重よりも大きくなり、締結時にガスケットのリップ部の締め代が設定された一定の締め代よりも小さくなることを説明するために示した要部の断面図である。
【図１４】図１１に示した金型において、インサートされた燃料電池構成部品とセパレータの厚さが薄いために、突出部をセパレータの表面に当接させても、ＭＥＧＡと多孔体が上型に接することができずに隙間が生じ、ＭＥＧＡと多孔体が上型によって所定の力で加圧されない状態を説明するために示した要部の断面図である。
【図１５】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも薄いために、ガスケットの成形時の荷重が締結時の荷重よりも小さくなり、締結時にガスケットのリップ部の締め代が設定された一定の締め代よりも大きくなってガスケットにかかる荷重が過大となることを説明するために示した要部の断面図である。
【図１６】従来の燃料電池のセルをずれた状態で積層した場合を示した要部の断面図である。
【図１７】図１６に示した状態で締結することにより、セパレータのマニホールド孔から外側が変形し、短絡する様子を示した要部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
最初に、本発明の燃料電池のセルの製造装置の第１の実施の形態を、主に図１に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池のセルの製造装置は、概略、複数のセル４を積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセル４の燃料電池構成部品２をセパレータ３によって挟持するとともに、各セパレータ３のマニホールド孔３ｈをガスケット６の内周面６ａにより互い連通してマニホールド５を構成する燃料電池において、マニホールド５を構成し得るようにガスケット６が燃料電池構成部品２およびセパレータ３と一体に成形されてなるセル４を製造するためのものであって、マニホールド孔３ｈが形成されていないセパレータ３と積層されインサートされた燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、成形するガスケット６に応じた所定形状のキャビティ１３を形成する前記キャビティ面１６とを備えたガスケット成形用の金型１と、成形されたガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成する抜き型７とを有している。
【００５０】
最初に、本発明により製造されるセルの最終的な構成について説明する。この実施の形態においては、燃料電池構成部品２としてＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２が積層されており、この燃料電池構成部品２の一方の面にセパレータ３を積重してガスケット６を一体に成形することによりセル４が構成されている。ＭＥＧＡ２１は、ＭＥＡ２１ａの両面にガス拡散層２１ｂがそれぞれ配置されてなるもので、ＭＥＡ２１ａの外縁はガス拡散層２１ｂおよび多孔体２２の外縁から突出するように大きく形成されており、ガスケット６が一体となるよう成形される。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどが採用され、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが変化する材質が採用されている。多孔体２２の外側縁は、たとえばガスケット６の材料と同じ材料などが含浸されるなどして、ガスケット６の材料に対する目止めが施されている。そして、複数のセル４を積層することにより、このセル４のセパレータ３とこのセル４に隣接する他のセル４のセパレータ３との間で燃料電池構成部品２が挟持されるようになっている。図１０に参照されるように、燃料電池構成部品２は、セパレータ３の略中央に配置される。セパレータ３は、カソードプレートとアノードプレートのいずれか一方を構成する第１プレート３１といずれか他方を構成する第２プレート３２との間に中間プレート３３を挟んでなる三層構造で構成されており、セパレータ３の、燃料電池構成部品２が配置される周囲の領域には、マニホールド孔３ｈが最終的に形成される。セパレータ３の内部には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４を有している。すなわち、第１プレート３１と第２プレート３２の周縁には、マニホールド孔３ｈを構成する孔が最終的に形成される。中間プレート３３には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４をセパレータ３の内部に形成するための溝または孔が設けられている。そして、中間プレート３３の溝または孔の端部は、第１プレート３１と第２プレート３２のマニホールド孔３ｈを構成する各孔と対応して設けられており、したがって、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈの内周面のセパレータ内側部分に開口している。
【００５１】
ガスケット６は、燃料電池構成部品２の周囲の端面およびセパレータ３の表面に形成される基部６１と、基部６１から連続して突出するリップ部６２とからなるもので、リップ部６２の先端の高さは燃料電池構成部品２の表面よりも突出するよう設定され、また、基部６１の表面の高さは燃料電池構成部品２１の表面から下方に位置するよう設定されており、各セル４を積層してその積層方向に所定の荷重を付与したときに、隣接する他のセル４のセパレータ３と接して押圧されるリップ部６２を基部６１が吸収するように構成されている。
【００５２】
このようなセルを製造するための金型１は、図１に示すように、第１の金型１１と第２の金型１２とを含んでおり、第１の金型１１に設けられて燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、型締したときにマニホールド孔３ｈが未だ形成されていない状態でインサートされたセパレータ３の表面と協働して成形するガスケット６の形状に応じたキャビティ１３を形成するキャビティ面１６とを備えている。そして、この実施の形態では、第２の金型１２内に燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け可能な可動型１４がさらに設けられている。そして、図１に示した実施の形態においては、第１の金型１１が上型により構成されており、第２の金型１２が下型により構成されている。上型１１と下型１２は相対的に近接・遠退することにより、開閉されると共に、型閉じしたときに所定の力で型締めされるように支持されている。また、この実施の形態では、ガスケット６の材料をキャビティ１３内に導入するためのゲート１８が上型１１に形成されている。
【００５３】
上型１１の略中央には、ＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２を積層してなる燃料電池構成部品２の配置と対応して、荷重付与部１５が形成されている。荷重付与部１５の周囲には、成形するガスケット６の形状に応じてキャビティ面１６が荷重付与部１５と連続して形成されている。
【００５４】
下型１２の上型１１と対向する面の略中央には、インサートするセパレータ３の大きさおよび形状に応じて凹部１２ａが形成されており、この凹部１２ａ内に可動型１４が昇降移動可能に設けられている。そのため、ガスケット６はセパレータ３の外縁３ｃを覆うように成形されることとなる。上型１１と下型１２の周囲の衝合面には、シール部材１９を保持するための溝が形成されている。なお、可動型１４を昇降駆動するために機構については、後述することとする。
【００５５】
抜き型７は、図３に参照されるように、成形するガスケット６の内周面６ａに応じた先端面を有するポンチ７１とダイス７２とを含んでいる。図１の鎖線に参照されるように、ポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６とこれに一体に成形されたセパレータ３とのマニホールド５を形成する位置に位置合わせして打ち抜くことにより、成形されたガスケット６に内周面６ａを形成することができると共に、この内周面６ａと連続するマニホールド孔３ｈをセパレータ３に形成することができる。
【００５６】
次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法の第１の実施の形態を、上述したように構成された第１の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。
本発明の燃料電池のセルの製造方法は、概略、複数のセル４を積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセル４の燃料電池構成部品２をセパレータ３によって挟持するとともに、セパレータ３のマニホールド孔３ｈをガスケット６の内周面６ａにより互い連通してマニホールド５を構成する燃料電池において、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層して金型１内にインサートしてガスケット６を燃料電池構成部品２およびセパレータ３と一体に成形するセル４の製造方法であって、金型１に、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品２に対して所定の荷重を付与する荷重付与部１５と、成形するガスケット６に応じた所定形状のキャビティ１３を形成するためのキャビティ面１６とを予め形成しておき、マニホールド孔３ｈが未だ形成されていないセパレータ３と燃料電池構成部品２とを積層して金型１にインサートし型締して、燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、成形するガスケット６に応じた所定形状のキャビティ１３を形成して、このキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填することにより、ガスケット６を燃料電池構成部品２の周囲およびセパレータ３の一方の面と一体に成形し、その後、成形されたガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成するものである。
【００５７】
予め、金型１に荷重付与部１５とキャビティ面１６とを形成しておくことは上述した通りである。また、金型１内にインサートされるセパレータ３は、図１に示した実施の形態の場合、燃料電池構成部品２の多孔体２２と接する側の第１プレート３１にはマニホールド孔３ｈが未だ形成されておらず平滑な表面を有しているが、第２プレート３２にはマニホールド孔３ｈが既に形成されている。
【００５８】
セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、第１プレート３１を上にしてセパレータ３を可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、可動型１４を上昇させることにより、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付けて、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与する。これにより、セパレータ３の未だマニホールド孔３ｈが形成されていない第１プレート３１の平滑な表面とキャビティ面１６とが協働してキャビティ１３を形成することとなる。そして、このキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填し、この材料が固化または硬化すると、マニホールド５を構成するための内周面６ａを未だ有していないガスケット６が成形されることとなる。
【００５９】
このとき、燃料電池構成部品２の厚さにはバラツキが生じており、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与したときの厚さも燃料電池構成部品２によって異なる。しかしながら、本発明では、第１の金型である上型１１に、従来の技術における突出部１１７（図１１などを参照）のようなセパレータ３の表面と接する部分がないために、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができる。また、このときには、セパレータ３の第１プレート３１にマニホールド孔３ｈが未だ形成されていないために、従来の技術のようにセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内にガスケット６の不要部が成形されることがない。
【００６０】
その後、抜き型７のポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６が一体に成形されたセパレータ３のマニホールド５を形成する位置に位置合わせして、図１の鎖線に参照されるように打ち抜くことにより、成形されたガスケット６に内周面６ａを確実に形成することができると共に、この内周面６ａと連続するマニホールド孔３ｈをセパレータ３の第１プレートに形成することができる。
【００６１】
次に、本発明のセルの製造装置の、第２の実施の形態を図２および図３に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセル４の製造装置は、概略、上述した第１の実施の形態に加えて、後に形成するガスケット６の内周面６ａと対応する断面形状と、燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重をガスケット６の成形時に荷重付与部１５によって付与したときにセパレータ３に接することがない長さとを有しており、ガスケット６の内周面６ａを部分的に成形する突出部１７が第１の型１１のキャビティ面１６に形成されている。
【００６２】
図２に示すように、荷重付与部１５から突出部１７の先端までの長さＬＢは、燃料電池構成部品２の厚さがそのバラツキのなかで最も薄い場合であっても、締結時の荷重を付与したときにセパレータの表面に達することがないように設定されている。また、荷重付与部１５からリップ部６２を成形する部分の先端までの長さＬＡは、一定に設定されている。
【００６３】
図３に示すように、抜き型７は、先端面の外周縁に切刃を有するポンチ７１と、このポンチ７１の先端が嵌入される抜き穴を有するダイス７２とを備えてなるもので、ダイス７２上に位置決め載置された打ち抜き加工対象であるワーク（本発明ではセパレータ３とガスケット６）をポンチ７１とダイス７２により所定の力で打ち抜き加工して、ポンチ７１がダイス７２の抜き穴に相対的に嵌入されるように支持されている。
【００６４】
次に、本発明の燃料電池のセル４の製造方法の第２の実施の形態を、上述したように構成された第２の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセル４の製造方法は、概略、上述した第１の実施の形態に加えて、さらに、後に形成するガスケット６の内周面６ａと対応する断面形状と、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与したときにセパレータ３に接することがない長さとを有しており、ガスケット６の内周面６ａを部分的に成形する突出部１７を金型１のキャビティ面１６に、予め形成しておき、この突出部１７によってガスケット６の成形時にセパレータ３に達することがない所定の深さの内周面６ａを部分的に成形し、その後、ガスケット６とセパレータ３を打ち抜いて、マニホールド５を構成するガスケット６の残りの内周面６ａとセパレータ３のマニホールド孔３ｈとを形成するものである。
【００６５】
予め、上型１１のキャビティ面１６にガスケット６の内周面６ａを部分的に成形するための突出部１７を形成しておくことは上述した通りである。セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、第１プレート３１を上にしてセパレータ３を可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、可動型１４を上昇させることにより、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付けて、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与する。これにより、セパレータ３の未だマニホールド孔３ｈが形成されていない平滑な表面を有する第１プレート３１とキャビティ面１６とが協働してキャビティ１３を形成することとなる。そして、このキャビティ１３内には、上型１１のキャビティ面１６に形成された突出部１７がセパレータ３に接することがないように突出している。
【００６６】
この状態でキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填し、この材料が固化または硬化すると、部分的にマニホールド５を構成するための内周面６ａが成形されたガスケット６が成形されることとなる。
【００６７】
このとき、燃料電池構成部品２の厚さにはバラツキが生じており、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与したときの厚さも燃料電池構成部品２によって異なる。しかしながら、本発明では、第１の金型である上型１１に、セパレータ３の表面と接する部分がないために、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができる。また、このときには、セパレータ３の第１プレート３１にマニホールド孔３ｈが形成されていないために、従来の技術のようにセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内にガスケット６の不要部が成形されることがない。
【００６８】
その後、抜き型７のポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６が一体に成形されたセパレータ３のマニホールド５を形成する位置に位置合わせして、図３に示したように、打ち抜くことにより、成形されたガスケット６にセパレータ３に達する内周面６ａを確実に形成することができると共に、この内周面６ａと連続するマニホールド孔３ｈをセパレータ３の第１プレート３１に形成することができる。そして、この実施の形態では、ガスケット６の成形時にその内周面６ａを部分的に成形するため、ガスケット６を打ち抜く厚さが少なくて済み、したがって、打ち抜き時の抜き型７の負荷を減少させて寿命を長くすることができる。
【００６９】
次に、本発明のセルの製造装置の、第３の実施の形態を図４および図５に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１および第２の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセル４の製造装置は、概略、上述した第１および第２の実施の形態に加えて、突出部１７の先端に、ガスケット６を打ち抜く形状に応じてハーフカット部６ｂを成形するためのハーフカット部成形部１７ａを備えている。
【００７０】
図４に示すように、突出部１７の先端面には、その外周縁に沿ってハーフカット部成形部を構成する突条１７ａが形成されている。突条１７ａの先端は鋭角に形成されている。突条１７ａは、金型１内にインサートされた燃料電池構成部品２に締結時の荷重を付与したときに、その先端がセパレータ３の表面に達することがないように設定されている。そのため、突出部１７によって成形されたガスケット６の部分的な内周面６ａの底には、切り込みのようなハーフカット部６ｂが成形されることとなる。
【００７１】
次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法の第３の実施の形態を、上述したように構成された第３の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１および第２の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセルの製造方法は、概略、上述した第１および第２の実施の形態に加えて、突出部１７にハーフカット部成形部１７ａを予め形成しておき、このハーフカット部成形部１７ａによって、ガスケット６の成形時に、ガスケット６のセパレータ３とともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部６ｂを形成するものであり、またさらに、セパレータ３の、成形されたガスケット６とともに打ち抜かれる部分に、ハーフカット部３ｇを予め形成しておくものである。
【００７２】
予め、突出部１７の先端面にハーフカット部成形部１７ａを形成しておくことは上述した通りである。また、セパレータ３の第１プレート３１のマニホールド孔３ｈを形成する位置における下面には、所定の深さでハーフカット部となる切り込み線３ａが形成されている。
【００７３】
セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、セパレータ３の第１プレート３１を上にしてこれを可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、可動型１４を上昇させることにより、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付けて、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与する。これにより、セパレータ３の未だマニホールド孔３ｈが形成されていない平滑な表面を有する第１プレート３１とキャビティ面１６とが協働してキャビティ１３を形成することとなる。そして、このキャビティ１３内には、上型１１のキャビティ面１６に形成された突出部１７が突出しており、さらに突出部１７の先端面にはハーフカット部成形部１７ａがセパレータ３に接することがないように突出している。
【００７４】
この状態でキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填し、この材料が固化または硬化すると、部分的にマニホールド５を構成するための内周面６ａが成形されたガスケット６が成形されることとなる。そして、ガスケット６の、マニホールド５を構成するために部分的に成形された内周面６ａの底には、切り込みのようなハーフカット部６ｂが成形されることとなる。
【００７５】
このとき、燃料電池構成部品２の厚さにはバラツキが生じており、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与したときの厚さも燃料電池構成部品２によって異なる。しかしながら、本発明では、第１の金型である上型１１に、セパレータ３の表面と接する部分がないために、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代Ｘとなるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができる。また、このときには、セパレータ３の第１プレート３１にマニホールド孔３ｈが形成されていないために、従来の技術のようにセパレータ３の予め形成されたマニホールド孔３ｈ内にガスケット６の不要部が成形されることがない。
【００７６】
その後、抜き型７のポンチ７１とダイス７２に対して、ガスケット６が一体に成形されたセパレータ３のマニホールド５を形成する位置に位置合わせして、図５に示したように打ち抜く。この実施の形態では、予めガスケット６に内周面６ａが部分的に成形されており、しかも、その部分的な内周面６ａの底にはハーフカット部６ｂが成形されており、また、セパレータ３の第１プレート３１にもハーフカット部３ｇが形成されているため、上移した第２の実施の形態よりもさらに、ガスケット６とセパレータ３の第１プレート３１を打ち抜く厚さが少なくて済み、したがって、打ち抜き時の負荷を減少させることができる。
【００７７】
次に、本発明のセルの製造装置の、第４の実施の形態を図６〜図９に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１〜第３の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセルの製造装置は、概略、上述した第１〜第３の実施の形態において、金型１が、第２の金型である下型１２内に燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け可能に設けられた可動型１４と、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型１４の中央部を加圧する中央部加圧手段１４ａ、および、この中央部加圧手段１４ａによる加圧から遅延して可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する周縁部加圧手段１４ｂとを備えている。
【００７８】
最初に、本発明に至る経過を図６および図７に基づいて説明する。燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付けて締結時と同じ荷重を付与するために、可動型１４には油圧シリンダや、サーボモータとボールねじ機構などからなる加圧手段が設けられる。そして、加圧手段には、その駆動負荷をモニタリングすることなどにより、燃料電池構成部品２に対して締結時と同じ荷重を付与するよう制御する制御手段が設けられている。
【００７９】
ここで、図６に示すように、可動型１４の略中央部のみに加圧手段１４ａ’の作動杆を接続すると仮定する。この場合には、加圧手段１４ａ’により燃料電池構成部品２の略中央が主に加圧されることとなり、燃料電池構成部品２全体を、締結時と同じ荷重を均一に付与することができない。すなわち、燃料電池構成部品２の略中央に対する加圧手段１４ａ’の駆動負荷が締結時と同じ荷重を付与したものと制御手段が判断しても、燃料電池構成部品２の端縁近傍では、締結時の荷重よりも少ない荷重しか付与されないこととなる。その結果、従来の技術において燃料電池構成部品２の厚みが設定された厚みよりも薄い場合（図１５を参照）で説明したのと同様に、締結時におけるガスケット６のリップ部６２の締め代が大きくなり、ガスケット６の特にリップ部６２にかかる荷重が過大となって、ガスケット６のリップ部６２が破損するなどしてマニホールド５のシールを確実に確保することがでず、マニホールド５内を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題が発生する。
【００８０】
この問題を解決するためには、図７に示すように、可動型１４における燃料電池構成部品２の中央部と周縁と対応する位置を加圧するよう加圧手段１４ａ’、１４ｂ’の作動杆を連結した構成とし、可動型１４における燃料電池構成部品２の中央部と周縁と対応する位置を同時に加圧するよう構成するものが考えられる。しかしながら、このような構成では、たとえば燃料電池構成部品２の一端縁側の厚さが極端に厚いかあるいは薄い場合に、可動型１４が傾くなどしてバランスを崩し燃料電池構成部品２に偏って荷重を付与した状態でガスケット６を成形することとなり、締結時の荷重よりも高い荷重が付与された部分や、低い荷重が付与された部分が生じることとなる。締結時の荷重よりも低い荷重が付与された部分は、図６に基づいて説明した場合の燃料電池構成部品２の端縁近傍（すなわち図１５に示した従来の技術）と同様に、ガスケット６のリップ部６２の締結時における締め代が大きくなるという問題がある。一方、締結時の荷重よりも高い荷重が付与された部分は、従来の技術において燃料電池構成部品２の厚みが設定された厚みよりも厚い場合（図１３を参照）で説明したのと同様に、締結時におけるガスケット６のリップ部６２の締め代が小さくなり、ガスケット６のシール性が弱く、マニホールド５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００８１】
そこで、本発明では、図８に示すように、可動型１４の中央部に作動杆が連結された中央部加圧手段１４ａと、可動型１４における燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置に作動杆が当接可能に配置された周縁部加圧手段１４ｂ（図１０を参照）と、最初に中央部加圧手段１４ａにより可動型１４の中央部を加圧し、所定時間経過後に、周縁部加圧手段１４ｂの作動杆を可動型１４における燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置に当接させて加圧させるよう制御する制御手段とを備えた構成とした。なお、中央部加圧手段１４ａと周縁部加圧手段１４ｂを油圧シリンダにより構成した場合には、そのシリンダ室にそれぞれ接続されたバルブの開閉を制御手段が制御するものとし、また、中央部加圧手段１４ａと周縁部加圧手段１４ｂをサーボモータとボールねじ機構などによりそれぞれ構成した場合には、各サーボモータに接続されたスイッチの開閉を制御手段が制御するものとすることができる。
【００８２】
次に、本発明の燃料電池のセルの製造方法の第４の実施の形態を、上述したように構成された第４の実施の形態における装置を使用する場合により、この装置の作動と共に詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１〜第３の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセルの製造方法は、概略、上述した第１〜第３の実施の形態において、金型１に、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け可能な可動型１４を予め設けておき、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５に対して押し付け締結時と略同じ荷重を付与する際に、可動型１４の中央部を加圧し、その後、可動型１４の、燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置を加圧する。
【００８３】
セル４を製造するに際して、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きし、また、下型１２内の可動型１４を下降させておく。そして、セパレータ３の第１プレート３１を上にしてこれを可動型１４上に載置すると共に、第１プレート３１上に燃料電池構成部品２を積層して、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じし金型１内にインサートする。そして、中央部加圧手段１４ａの駆動により可動型１４を上昇させて、上型１１の荷重付与部１５に燃料電池構成部材２を押し付け、たとえば０．１〜１．０秒後に周縁部加圧手段１４ｂによって可動型１４における燃料電池構成部品２の周縁と対応する位置を加圧する。そして、制御手段は、中央部加圧手段１４ａと周縁部加圧手段１４ｂの負荷などを検知して、これらの負荷が設定値を越えた時点で締結時の荷重と同じ荷重を付与することができたと判断し、これらの駆動を停止させる。これにより、燃料電池構成部品２は、その中央部が最初に加圧され、続いて、その周縁部が加圧される。これにより、燃料電池構成部品２は、たとえ部分的に厚さが異なる場合であっても、均一に荷重が付与されることとなり、したがって、ガスケット６のリップ部６２を適切な設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出させて成形することができる。また、全体的に厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重をガスケット６の成形時に付与しても、各セル４のガスケット６のリップ部６２が設定された締め代となるように一定の長さで基部６１から突出するように成形することができることは、上述した他の実施の形態と同様である。
【００８４】
ガスケット６の成形が完了すると、図１の鎖線、図３、あるいは図５に示したように、ガスケット６とセパレータ３の第１プレート３１を抜き型７によって打ち抜いて、ガスケット６の内周面６ａと、セパレータ３の第１プレート３１のマニホールド孔３ｈを形成する。
【００８５】
本発明では、いずれの実施の形態の場合にも、ガスケット６の内周面６ａの形成と、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの形成とを、一度の抜き加工で同時に行うことができるため、工程数を減少させることができ、したがって、セル４の製造サイクルタイムや製造コストを削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、燃料電池のセルのガスケットを成形してマニホールドを構成するための方法に利用することができる。また、本発明は、燃料電池のセルのマニホールドを構成するガスケットを成形してその内周面とセパレータのマニホールド孔を形成するための装置に利用することができる。さらに、本発明は、ガスケットが成形された複数のセルを積層して所定の荷重を付与してエンドプレートを締結し、マニホールドが構成されてなる燃料電池に利用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１：燃料電池用ガスケット成形用金型、 ２：燃料電池構成部品、 ３：セパレータ、 ３ｈ：マニホールド孔、 ３ｇ：ハーフカット部、 ４：セル、 ５：マニホールド、 ６：ガスケット、 ６ａ：内周面、 ６ｂ：ハーフカット部、 １１：上型（第１の型）、 １２：下型（第２の型）、 １３：キャビティ、 １４：可動型、 １４ａ：中央部加圧手段、 １４ｂ：周縁部加圧手段、 １５：荷重付与部、 １６：キャビティ面、 １７：突出部、 １７ａ：突状（ハーフカット成形部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品とセパレータとを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品に対して所定の荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成するためのキャビティ面とを予め形成しておき、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと燃料電池構成部品とを積層して金型にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、該キャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成することを特徴とする燃料電池のセルの製造方法。
【請求項２】
前記金型に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部をさらに予め形成しておき、
該突出部によってセパレータに達することがない所定の深さの部分的な内周面を有するガスケットを成形することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【請求項３】
前記金型に、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能な可動型を予め設けておき、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧し、その後、可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【請求項４】
複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置であって、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと積層されインサートされた燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する前記キャビティ面とを備えた金型と、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する抜き型とを有することを特徴とする燃料電池のセルの製造装置。
【請求項５】
前記金型のキャビティ面に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【請求項６】
前記金型が、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能に設けられた可動型と、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧する中央部加圧手段、および、該中央部加圧手段による加圧から遅延して可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する周縁部加圧手段とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【請求項７】
複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドが構成された燃料電池であって、
各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔は、積層された燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、燃料電池構成部品とセパレータとを積層して金型内にインサートしてガスケットを燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形するセルの製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品とセパレータとを積層してインサートし型締することにより燃料電池構成部品に対して所定の荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成するためのキャビティ面とを予め形成しておき、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと燃料電池構成部品とを積層して金型にインサートし型締して、燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成して、該キャビティ内にガスケットの材料を射出充填し、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成することを特徴とする燃料電池のセルの製造方法。
【請求項２】
前記金型に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部をさらに予め形成しておき、
該突出部によってセパレータに達することがない所定の深さの部分的な内周面を有するガスケットを成形することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【請求項３】
前記金型に、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能な可動型を予め設けておき、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧し、その後、可動型の、燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池のセルの製造方法。
【請求項４】
複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドを構成する燃料電池において、マニホールドを構成し得るようにガスケットが燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されてなるセルを製造するための装置であって、
マニホールド孔が形成されていないセパレータと積層されインサートされた燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、成形するガスケットに応じた所定形状のキャビティを形成する前記キャビティ面とを備えた金型と、
成形されたガスケットとセパレータを打ち抜いて、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔とを形成する抜き型とを有することを特徴とする燃料電池のセルの製造装置。
【請求項５】
前記金型のキャビティ面に、後に形成するガスケットの内周面と対応する断面形状と、前記燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与したときにセパレータに接することがない長さとを有しており、ガスケットの内周面を部分的に成形する突出部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【請求項６】
前記金型が、燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け可能に設けられた可動型と、
燃料電池構成部品を荷重付与部に対して押し付け所定の荷重を付与する際に、可動型の中央部を加圧する中央部加圧手段、および、該中央部加圧手段による加圧から遅延して可動型における燃料電池構成部品の周縁と対応する位置を加圧する周縁部加圧手段とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池のセルの製造装置。
【請求項７】
複数のセルを積層して所定の荷重を付与した状態で締結することにより、互いに隣接するセルの燃料電池構成部品をセパレータによって挟持するとともに、各セパレータのマニホールド孔をガスケットの内周面により互い連通してマニホールドが構成された燃料電池であって、
各セルの、マニホールドを構成するガスケットの内周面とセパレータのマニホールド孔は、積層された燃料電池構成部品およびセパレータと一体に成形されたガスケットをセパレータと共に打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とする燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２１２００１（Ｐ２０１０−２１２００１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４９８６（Ｐ２００９−５４９８６）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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