專利名稱：燃料電池單元的制造方法及制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造薄型燃料電池單元的制造方法及制造設(shè)備。
背景技術(shù)：
使用了聚合物電解質(zhì)之類的固體高分子電解質(zhì)的高分子型燃料電池由于具有高能量轉(zhuǎn)換效率，且薄型小型、輕量，因此面向家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)或汽車的開發(fā)十分活躍。作為此種燃料電池的以往技術(shù)的構(gòu)造，已知圖38所示的構(gòu)造(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。
即，如圖38所示，夾隔固體高分子電解質(zhì)膜100配設(shè)陽(yáng)極101和陰極102。另外，隔著襯墊103用一對(duì)隔膜104夾持而構(gòu)成單元電池105。在各個(gè)隔膜104中形成有氣體流路槽，利用與陽(yáng)極101的接觸，形成還原氣體(例如氫氣)的流路，利用與陰極102的接觸，形成氧化氣體(例如氧氣)的流路。各種氣體在單元電池105內(nèi)的各流路中流通的同時(shí)，利用擔(dān)載于陽(yáng)極101或陰極102的內(nèi)部的催化劑的作用而用于電極反應(yīng)(電極中的化學(xué)反應(yīng))，導(dǎo)致電流的產(chǎn)生和離子傳導(dǎo)。
將該單元電池105層疊多個(gè)，將單元電池105彼此之間電串聯(lián)連接而構(gòu)成燃料電池N，電極106可以從層疊的兩端單元電池105中取出。此種燃料電池N因清潔并且高效率的特征，作為各種用途，特別是作為電動(dòng)汽車用電源或家用分散型電源而受到關(guān)注。
另一方面，伴隨著近年來的IT技術(shù)的活躍化，有頻繁地使用移動(dòng)電話、筆記本個(gè)人電腦、數(shù)字照相機(jī)等移動(dòng)式機(jī)器的傾向，它們的電源基本上都使用鋰離子二次電池。但是，伴隨著移動(dòng)式機(jī)器的高功能化，耗電也不斷增大，作為其電源使用清潔且高效率的燃料電池受到關(guān)注。
但是，如圖38所示的以往的構(gòu)造中，由于在構(gòu)造上沒有自由度，因此在作為移動(dòng)式機(jī)器的電源而要求的薄型小型輕量化或形狀的高自由度方面有困難，還有維護(hù)性差的問題。另外，很難在燃料電池單元內(nèi)將氧化還原氣體不相混合地供給并且實(shí)現(xiàn)密閉化，難以在滿足這些條件的同時(shí)，減小燃料電池單元的大小或重量。也就是，以往由于是將單元部件用螺栓及螺帽這樣的連結(jié)部件相互結(jié)合，對(duì)單元部件施加了一定的壓力，因此在確保密封性方面，需要提高各構(gòu)件的剛性，而無論怎樣都很難實(shí)現(xiàn)薄型化、小型化、輕量化、自由的形狀設(shè)計(jì)。
鑒于此種問題，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)明出可以實(shí)現(xiàn)薄型化、小型化等的燃料電池單元，并進(jìn)行了申請(qǐng)(例如，日本特愿2004-82882)。該燃料電池單元的基本構(gòu)成的特征是，其具備板狀的薄膜電極組成體、被配置于該薄膜電極組成體的兩側(cè)的一對(duì)金屬板(陰極側(cè)金屬板及陽(yáng)極側(cè)金屬板)，對(duì)這些金屬板的周緣在其間夾設(shè)絕緣層的狀態(tài)下利用卷邊密封。另外，薄膜電極組成體由固體高分子電解質(zhì)和配置于其兩側(cè)的一對(duì)電極板(陽(yáng)極側(cè)及陰極側(cè))構(gòu)成。由于將金屬板的周緣以電絕緣的狀態(tài)利用卷邊密封，因此可以防止兩者的短路，同時(shí)在不太增加厚度的情況下可靠地進(jìn)行燃料電池單元的密封。這樣維護(hù)也變得更為容易，而且由于與圖38所示的以往構(gòu)造相比，對(duì)于單元構(gòu)件不要求剛性，所以可以大幅度地將各燃料電池單元薄型化。另外，由于使用固體高分子電解質(zhì)或金屬板，因此可以實(shí)現(xiàn)自由的平面形狀或彎曲，從而可以變得小型輕量并且進(jìn)行自由的形狀設(shè)計(jì)。
非專利文獻(xiàn)1日経メカニカル別冊(cè)「燃料電池開発最前線」發(fā)行日2001年6月29日、發(fā)行者日経BP社、第三章PEFC、3.1原理と特徴p46(日經(jīng)機(jī)械增刊「燃料電池開發(fā)最前線」發(fā)行日2001年6月29日，發(fā)行者日經(jīng)BP公司，第3章PEFC，3.1原理與特征p46)。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的課題在于提供具有此種構(gòu)成的燃料電池單元的制造方法及制造設(shè)備。特別是由于為了實(shí)現(xiàn)薄型化，將構(gòu)成燃料電池單元的各個(gè)構(gòu)件制成平板狀，因此成為容易變形的形狀。所以，要求一種在制造工序中可以在抑制構(gòu)件變形的同時(shí)可靠地制造燃料電池單元的制造方法及制造設(shè)備。
為了解決所述課題，本發(fā)明的燃料電池單元的制造方法中，所述燃料電池單元具備板狀的薄膜電極組成體、配置于該薄膜電極組成體的兩側(cè)的第一金屬板及第二金屬板，將這些金屬板的周緣區(qū)域以在其間夾設(shè)有絕緣層的狀態(tài)利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封，其特征是，在所述一對(duì)金屬板之間設(shè)置有薄膜電極組成體的狀態(tài)下將一方的金屬板的周緣區(qū)域向內(nèi)側(cè)方向傾倒而利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封之時(shí)，使用位于金屬板的中央?yún)^(qū)域并限制中央?yún)^(qū)域的變形的限制機(jī)構(gòu)、位于所述周緣區(qū)域并進(jìn)行用于機(jī)械密封的加工的彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)，在使用彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)進(jìn)行周緣區(qū)域的密封之時(shí)，用限制機(jī)構(gòu)限制中央?yún)^(qū)域的變形。
對(duì)利用該構(gòu)成制造的燃料電池單元的制造方法的作用、效果進(jìn)行說明。所要制造的燃料電池單元具備板狀的薄膜電極組成體、配置于其兩側(cè)的一對(duì)金屬板，通過將這一對(duì)金屬板的周緣區(qū)域夾隔絕緣層地利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封，由此就可以將周緣區(qū)域密封。該燃料電池單元由于是將板狀的薄膜電極組成體作為基體而構(gòu)成的，因此作為整體都可以制成薄型。
該燃料電池單元例如可以利用像卷邊加工之類的彎曲沖壓加工來制造，為此使用了限制機(jī)構(gòu)和彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)。具體來說，具有位于金屬板的中央?yún)^(qū)域的限制機(jī)構(gòu)、位于周緣區(qū)域的彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)。利用彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行周緣區(qū)域的機(jī)械密封。在利用彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)進(jìn)行加工時(shí)，利用限制機(jī)構(gòu)限制中央?yún)^(qū)域的變形。如果是沒有該限制的狀態(tài)的話，則平板狀的構(gòu)件就有可能變形，而通過利用限制機(jī)構(gòu)來限制，就可以消除該問題。這樣，在制造工序中就可以在抑制構(gòu)件的變形的同時(shí)可靠地制造燃料電池單元。
而且，雖然是彎曲沖壓加工，但是并不限定于一個(gè)工序，也可以由多個(gè)工序進(jìn)行。該情況下，沖壓加工的內(nèi)容可以根據(jù)其各階段來設(shè)定，并不限定于特定的內(nèi)容的加工。另外，在通過多個(gè)工序進(jìn)行的情況下，也可以準(zhǔn)備多種限制機(jī)構(gòu)或彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)。
在本發(fā)明中，優(yōu)選具有在進(jìn)行機(jī)械密封之后，對(duì)已密封的周緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)區(qū)域再進(jìn)行沖壓推壓的工序。這樣，就可以可靠地進(jìn)行密封，可靠地防止氣體的泄漏。
在本發(fā)明中，優(yōu)選具有將進(jìn)行彎曲沖壓的周緣區(qū)域的金屬板的厚度制成比其他的部分更薄的工序。通過使進(jìn)行彎曲沖壓的區(qū)域變薄，由此就可以用很小的載荷來進(jìn)行機(jī)械密封，可以抑制對(duì)構(gòu)成單元的構(gòu)件的變形。作為減小厚度的方法，例如可以舉出蝕刻、沖壓加工。
作為本發(fā)明的限制機(jī)構(gòu)的第一模具至少具備位于金屬板的上側(cè)的第一上模，并且作為彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)的第二模具具備位于金屬板的上側(cè)的第二上模、位于金屬板的下側(cè)的第二下模，優(yōu)選具有用于使該第二上模從上方開始移動(dòng)，利用第二下模和第二上模進(jìn)行周緣區(qū)域的機(jī)械密封的工序；在該加工的同時(shí)或在其之后，從上方移動(dòng)來的第一上模到達(dá)限制中央?yún)^(qū)域的變形的位置的工序。
作為第一模具至少具備位于金屬板的上側(cè)的第一上模，可利用該第一上模的下面來限制金屬板的變形。另外，第二模具具備第二上模和第二下模，通過使金屬板的周緣區(qū)域位于它們之間，就可以利用第二模具進(jìn)行機(jī)械密封。當(dāng)?shù)诙夏Ｏ蛳路较陆刀c金屬板的周緣區(qū)域頂接時(shí)，即開始加工。而且，在由多個(gè)工序進(jìn)行機(jī)械密封的情況下，準(zhǔn)備與工序數(shù)對(duì)應(yīng)數(shù)目的第一、第二上?；虻谝?、第二下模等。此外，在利用第二模具的加工開始的同時(shí)或在加工開始后，利用從上方移動(dòng)來的第一上模，限制金屬板的周緣區(qū)域?qū)⒁l(fā)生的變形。這樣，就可以抑制構(gòu)件的變形，并可靠地進(jìn)行機(jī)械密封。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在進(jìn)行用于所述機(jī)械密封的加工時(shí)，第一上模的下面位于比第二下模的上面更靠上方的位置。
為了限制金屬板的周緣區(qū)域的變形，將第一上模的下面設(shè)定為位于比第二下模的上面更靠上方的位置。這樣，就可以利用第一上模使所需最小限度的頂接力作用于金屬板上面，可以不作用不需要的力而限制變形。
在進(jìn)行本發(fā)明的機(jī)械密封之前，優(yōu)選進(jìn)行通過對(duì)一對(duì)金屬板分別進(jìn)行拉深加工而形成收容薄膜電極組成體的空間的工序、將一對(duì)金屬板分別沖裁為規(guī)定的形狀的工序。
在燃料電池單元的制造工序中，首先，對(duì)一對(duì)金屬板分別進(jìn)行拉深加工，形成收容薄膜電極組成體的空間。然后，將一對(duì)金屬板分別沖裁加工為規(guī)定的形狀。而且，作為本發(fā)明，也可以調(diào)換該沖裁加工和拉深加工的順序。此后，在已被沖裁的一對(duì)金屬板之間收容薄膜電極組成體，將周緣區(qū)域利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封。而且，本發(fā)明的制造工序中的沖壓加工是至少包括這些工序的加工，不用說也可以還附加其他的工序。
在本發(fā)明中，優(yōu)選具有通過對(duì)第一金屬板的周緣區(qū)域進(jìn)行拉深加工，由此在周緣區(qū)域的全周形成豎立彎曲部的工序；在豎立彎曲部為朝向上方狀態(tài)的第一金屬板之上依次放置薄膜電極組成體和第二金屬板，并且在豎立彎曲部的內(nèi)壁側(cè)設(shè)置絕緣層的工序；至少進(jìn)行一次使豎立彎曲部的全周朝向金屬板的內(nèi)側(cè)方向傾斜規(guī)定角度的拉深加工的工序；通過將所述已傾斜規(guī)定角度的豎立彎曲部的全周向第二金屬板的周緣區(qū)域倒入而對(duì)周緣區(qū)域進(jìn)行所述機(jī)械密封的工序。
根據(jù)該構(gòu)成，對(duì)第一金屬板的周緣區(qū)域進(jìn)行拉深加工，在周緣區(qū)域的全周形成豎立彎曲部。使該豎立彎曲部處于朝向上方的狀態(tài)，在其內(nèi)部(相當(dāng)于金屬板的中央?yún)^(qū)域)依次放置薄膜電極組成體和第二金屬板。另外，形成使絕緣層位于豎立彎曲部的內(nèi)壁側(cè)的狀態(tài)。然后，將豎立彎曲部向金屬板的內(nèi)側(cè)進(jìn)行拉深加工，在夾隔有絕緣層的狀態(tài)下，向第二金屬板的周緣區(qū)域倒入，然而其并非只用一個(gè)工序來進(jìn)行，而是至少用兩個(gè)工序來進(jìn)行。
即，首先對(duì)豎立彎曲部進(jìn)行拉深加工直至變?yōu)橐严騼?nèi)側(cè)傾斜規(guī)定角度的狀態(tài)。此外，在其后使該傾斜狀態(tài)的豎立彎曲部倒入第二金屬板的周緣區(qū)域。這樣，就可以在夾隔有絕緣層的狀態(tài)下將周緣區(qū)域機(jī)械密封。通過階段地進(jìn)行密封，就可以可靠地將豎立彎曲部倒入。當(dāng)將其用一個(gè)工序來進(jìn)行時(shí)，則有可能無法很好地傾倒，密封狀態(tài)的質(zhì)量也降低，通過階段地進(jìn)行，就可以可靠地密封，可以防止氣體的泄漏等。其結(jié)果是，可以可靠地進(jìn)行利用彎曲加工的機(jī)械密封，將單元內(nèi)部可靠地密封。
而且，在本發(fā)明中，傾斜規(guī)定角度的拉深加工至少進(jìn)行一次，也可以不只一次，而分為兩次以上進(jìn)行。在以一次進(jìn)行的情況下，可以將規(guī)定角度設(shè)定為例如45°。另外，在以兩次進(jìn)行的情況下，可以將規(guī)定角度例如像60°→30°那樣階段性地設(shè)定。對(duì)于三次以上的情況也相同，可以考慮到各種變形例。
在本發(fā)明中，優(yōu)選所述規(guī)定角度相對(duì)于水平面在40°以上50°以下。
例如，在將用于使之傾斜規(guī)定角度的拉深加工設(shè)為一次的情況下，一旦超過50°，則在進(jìn)行0°拉深加工時(shí)，豎立彎曲部有可能無法很好地向內(nèi)側(cè)傾倒。例如，有可能產(chǎn)生壓曲之類的現(xiàn)象而無法很好地壓倒，密封狀態(tài)的質(zhì)量降低，產(chǎn)生氣體泄漏等問題。另外，一旦小于40°，則由于在使其一次就小于40°時(shí)，豎立彎曲部難以很好地向內(nèi)側(cè)傾倒，因此不夠理想。
在本發(fā)明中，在第一金屬板之上依次放置薄膜電極組成體和第二金屬板的工序之前，優(yōu)選具有將第一金屬板及第二金屬板當(dāng)中的至少一方的金屬板加工為其中央?yún)^(qū)域與周緣區(qū)域相比更向薄膜電極組成體的方向突出的彎曲形狀的工序。
根據(jù)該構(gòu)成，第一、第二金屬板就不是單純的平面狀，而是至少一方被加工為其中央?yún)^(qū)域比周緣區(qū)域更向薄膜電極組成體的方向突出的彎曲形狀。所以，在對(duì)周緣區(qū)域進(jìn)行密封加工的情況下，即使作用有使中央?yún)^(qū)域向外側(cè)突出的力，由于預(yù)先加工為向內(nèi)側(cè)彎曲的形狀，因此就可以抑制將所制造的燃料電池單元的中央?yún)^(qū)域加工為向外側(cè)鼓出的形狀的情況。這樣，就可以使薄膜電極組成體與第一、第二金屬板的接觸狀態(tài)良好。其結(jié)果是，可以在制造工序中抑制構(gòu)件的變形的同時(shí)可靠地制造電池單元。
在本發(fā)明中，優(yōu)選所述豎立彎曲部的內(nèi)壁與第二金屬板的周緣端面的間隙為0.05～0.15mm。
當(dāng)進(jìn)行機(jī)械密封時(shí)，如果豎立彎曲部與第二金屬板的周緣端面的間隙小于0.05mm，則由于間隙過小，因此在機(jī)械密封工序中，豎立彎曲部與所述周緣端面就有可能頂接，由此使金屬板的中央?yún)^(qū)域向外側(cè)突出的力就會(huì)很大地作用，如果為0.05mm以上，則可以抑制此種可能性。另外，當(dāng)間隙超過0.15mm時(shí)，則單元內(nèi)部的氣體泄漏的可能性升高。所以，優(yōu)選像這樣來設(shè)定間隙。
在本發(fā)明中，優(yōu)選所述彎曲形狀的突出量為0.05～0.15mm。如果小于0.05mm，則難以發(fā)揮抑制金屬板的中央?yún)^(qū)域向外側(cè)的突出的效果。當(dāng)超過0.15mm時(shí)，則會(huì)有進(jìn)行機(jī)械密封時(shí)的密封壓力變得過大，作用于薄膜電極組成體的力也變得過大這樣的問題。通過如上所述地設(shè)定突出量，就可以采用恰當(dāng)?shù)拿芊夤ば颉?br> 在本發(fā)明中，優(yōu)選利用順序沖模設(shè)備連續(xù)地進(jìn)行以下工序?yàn)榱酥谱鞯谝唤饘侔寤虻诙饘侔?，將具有?guī)定寬度的長(zhǎng)條狀金屬板向所述順序沖模設(shè)備搬送的搬送工序、在長(zhǎng)條狀金屬板上形成燃料氣體用的流路的工序、在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的工序、通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第一金屬板的工序。
根據(jù)該構(gòu)成，作為用于加工第一金屬板及第二金屬板的原材料，使用具有規(guī)定寬度的長(zhǎng)條狀金屬板(例如，被以卷繞于卷筒的狀態(tài)提供)，將長(zhǎng)條狀金屬板向順序沖模設(shè)備搬送。在順序沖模設(shè)備中，沿著長(zhǎng)條狀金屬板的搬送路徑配置有各種模具，在搬送的同時(shí)實(shí)施規(guī)定的加工。
最先對(duì)第一金屬板的加工工序進(jìn)行控制。首先，形成用于流過燃料氣體的流路。然后，形成用于收容薄膜電極組成體的凹部。而且，也可以倒置形成流路的工序、形成凹部的工序。最后，通過沖裁外形而形成第一金屬板。這樣，就可以對(duì)第一金屬板連續(xù)地實(shí)施規(guī)定的加工，可以有效地進(jìn)行第一金屬板的制作。而且，作為本發(fā)明，第一金屬板的加工工序并不僅限于所述工序，也可以還附加其他的加工工序。如上所述，就可以有效地進(jìn)行構(gòu)成燃料電池單元的金屬板的加工。
在本發(fā)明中，優(yōu)選利用所述順序沖模設(shè)備連續(xù)地進(jìn)行以下工序在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于輸入空氣的孔的工序、在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的工序、通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第二金屬板的工序。
對(duì)利用該構(gòu)成的第二金屬板的加工工序進(jìn)行說明。首先，形成用于輸入空氣的孔。然后，形成用于收容薄膜電極組成體的凹部。而且，也可以倒置形成孔的工序、形成凹部的工序。最后，通過沖裁外形而形成第二金屬板。這樣，就可以對(duì)第二金屬板連續(xù)地實(shí)施規(guī)定的加工，可以有效地進(jìn)行第二金屬板的制作。而且，作為本發(fā)明，第二金屬板的加工工序并不僅限于所述工序，也可以還附加其他的加工工序。如上所述，就可以提供能夠有效地進(jìn)行構(gòu)成燃料電池單元的金屬板的加工的制造方法。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的所述工序中所使用的模具，對(duì)于第一金屬板和第二金屬板使用共同的模具。
收容薄膜電極組成體的凹部是任意的金屬板都必需的功能，因而通過使用共同的模具，可以削減成本。
在本發(fā)明中，在制造所述第一金屬板之時(shí)，在形成流路的所述工序與形成凹部的所述工序之間，優(yōu)選具有在所述流路的兩個(gè)端部，形成用于結(jié)合氣體供給管安裝用的接口(booth)的孔、用于結(jié)合氣體排出管安裝用的接口的孔的工序。
為向燃料氣體用的流路供給燃料氣體，需要安裝供給管和排出管，從而形成用于結(jié)合其安裝用的接口的孔。通過將該接口與金屬板結(jié)合，就可以容易地進(jìn)行供給管或排出管的安裝。此外，通過在順序沖模設(shè)備中設(shè)置用于形成該孔的模具，就可以有效地制造第一金屬板。
本發(fā)明的形成所述流路的工序優(yōu)選分為多次來進(jìn)行。
為了形成氣體流路，需要加工為達(dá)到規(guī)定的深度，然而也有流路的寬度變小的情況。所以，由于很難用一次沖壓工序形成所需的形狀，因此通過分為多次來加工，由此就可以形成所需的形狀的流路。
優(yōu)選在本發(fā)明的所述長(zhǎng)條狀金屬板中，每隔與順序沖模設(shè)備的模具排列間隔對(duì)應(yīng)的規(guī)定間隔地預(yù)先形成加工定位用的孔，并且每隔相同的規(guī)定間隔地預(yù)先附著構(gòu)成所述絕緣層的絕緣片。
當(dāng)利用順序沖模設(shè)備加工金屬板之時(shí)，需要成為加工基準(zhǔn)的定位用的孔。將該孔與模具排列間隔匹配地預(yù)先形成。另外，在將第一金屬板和第二金屬板利用沖壓彎曲加工密封的情況下需要夾隔絕緣層，然而通過預(yù)先在長(zhǎng)條狀金屬板上每隔所述規(guī)定間隔地附著絕緣片，由此就可以省去在其間夾設(shè)絕緣層的工序，可以簡(jiǎn)化制造工序。而且，絕緣片的附著可以利用粘接等適當(dāng)?shù)姆椒▉磉M(jìn)行。
本發(fā)明的所述絕緣片優(yōu)選被制成與所述周緣區(qū)域?qū)?yīng)的環(huán)狀，并以所述定位用的孔為基準(zhǔn)附著。
通過將絕緣片預(yù)先制成環(huán)狀，由此就可以與密封部的形狀對(duì)應(yīng)。另外，通過以所述定位用的孔為基準(zhǔn)附著，就可以每隔規(guī)定間隔精度優(yōu)良地附著絕緣片，可以使利用模具加工形成的形狀與環(huán)狀的絕緣片的位置正確地對(duì)應(yīng)。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在第一金屬板形成用的長(zhǎng)條狀金屬板、第二金屬板形成用的長(zhǎng)條狀金屬板的雙方上預(yù)先附著有絕緣片，從而在所收容的薄膜電極組成體的周緣區(qū)域被第一金屬板側(cè)的絕緣片和第二金屬板側(cè)的絕緣片夾持的位置上，預(yù)先附著有絕緣片。
作為將絕緣片附著于第一金屬板和第二金屬板的雙方上的構(gòu)成，在將第一金屬板和第二金屬板的周緣區(qū)域利用沖壓彎曲加工進(jìn)行密封時(shí)，可以可靠地確保絕緣性。另外，薄膜電極組成體的周緣區(qū)域由絕緣片夾持，從而可以可靠地保持薄膜電極組成體，并且可以防止燃料氣體的泄漏等。
為了解決所述課題，本發(fā)明的燃料電池單元的制造設(shè)備中，所述燃料電池單元具備板狀的薄膜電極組成體、配置于該薄膜電極組成體的兩側(cè)的第一金屬板及第二金屬板，將這些金屬板的周緣區(qū)域以在其間夾設(shè)有絕緣層的狀態(tài)利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封，其特征是，作為在所述一對(duì)金屬板之間設(shè)置有薄膜電極組成體的狀態(tài)下將一方的金屬板的周緣區(qū)域向內(nèi)側(cè)方向傾倒而利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封時(shí)所用的機(jī)構(gòu)，具備位于所述金屬板的中央?yún)^(qū)域的第一上模(相當(dāng)于限制機(jī)構(gòu)，下同)、用于對(duì)金屬板的周緣區(qū)域?qū)嵤C(jī)械密封的第二下模及第二上模(相當(dāng)于下側(cè)、上側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)，下同)、規(guī)定進(jìn)行機(jī)械密封時(shí)的搭載有第一上模和第二上模的組件的總行程的擋塊、對(duì)第二上模設(shè)置的推靠機(jī)構(gòu)，所述總行程被設(shè)定為比直至第二上模與金屬板頂接而開始加工的行程更長(zhǎng)，在加工開始后推靠機(jī)構(gòu)的推靠力作用于金屬板的周緣區(qū)域，并且利用第一上模限制中央?yún)^(qū)域的變形。
對(duì)該燃料電池單元的制造設(shè)備的作用、效果進(jìn)行說明。所要制造的燃料電池單元具備板狀的薄膜電極組成體、配置于其兩側(cè)的一對(duì)金屬板，通過將這一對(duì)金屬板的周緣夾隔絕緣層地進(jìn)行彎曲沖壓，因而就可以將周緣區(qū)域密封。另外，由于該燃料電池單元是將板狀的薄膜電極組成體作為基體而構(gòu)成的，因此即使作為整體也可以很薄地形成。
該燃料電池單元可以利用彎曲沖壓加工來制造，為此要使用模具機(jī)構(gòu)。作為該模具機(jī)構(gòu)，具備位于金屬板的中央?yún)^(qū)域的第一上模、位于金屬板的周緣區(qū)域而用于進(jìn)行卷邊密封的第二下模及第二上模。另外，對(duì)第二上模設(shè)有推靠機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行用于卷邊的加工時(shí)，將第一上模和第二上模從上方向下方降低。首先，第二上模與金屬板的周緣區(qū)域頂接，由此就開始加工。即使第二上模成為不進(jìn)一步向下方降低的狀態(tài)，也不會(huì)與擋塊頂接，上模的組件就要進(jìn)一步向下降低。由于在第二上模上設(shè)有推靠機(jī)構(gòu)，因此在開始加工后，就變?yōu)橥瓶繖C(jī)構(gòu)被壓縮的狀態(tài)。另一方面，中央?yún)^(qū)域的第一上模繼續(xù)降低至與擋塊頂接為止。這樣就在降低了總行程的狀態(tài)下停止，限制金屬板的變形。由此就可以制造出不僅抑制構(gòu)件的變形而且可靠地將內(nèi)部密封的燃料電池單元。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在進(jìn)行所述機(jī)械密封時(shí)，第一上模的下面位于比第二下模的上面更靠上方的位置。
為了限制金屬板的周緣區(qū)域的變形，將第一上模的下面設(shè)定為位于比第二下模的上面更靠上方的位置。這樣，就可以利用第一上模對(duì)金屬板上面作用所需最小限度的頂接力，可以不作用不需要的力地限制變形。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在進(jìn)行所述機(jī)械密封時(shí)，將第一上模的下面和第二下模的上面的垂直距離設(shè)定為與燃料電池單元的厚度大致相同。這樣，就可以不作用不需要的力地限制構(gòu)件的變形，可靠地進(jìn)行單元的密封。
在本發(fā)明中，優(yōu)選設(shè)有調(diào)整第一上模的高度的調(diào)整機(jī)構(gòu)。這樣，就可以預(yù)先調(diào)整為在限制金屬板的變形時(shí)，將會(huì)作用適當(dāng)?shù)捻斀恿Α?br> 作為本發(fā)明的模具機(jī)構(gòu)，優(yōu)選至少具有通過對(duì)一對(duì)金屬板分別進(jìn)行拉深加工而形成收容薄膜電極組成體的空間的工序中所用的模具、將一對(duì)金屬板分別沖裁為規(guī)定的形狀的工序中所用的模具。
在燃料電池單元的制造工序中，首先，對(duì)一對(duì)金屬板分別進(jìn)行拉深加工，形成收容薄膜電極組成體的空間。然后，將一對(duì)金屬板分別沖裁為規(guī)定的形狀。而且，作為本發(fā)明，也可以將該沖裁加工與拉深加工的順序調(diào)換。這樣，就可以在已被沖裁的一對(duì)金屬板之間收容薄膜電極組成體，將周緣區(qū)域機(jī)械密封。
在本發(fā)明中，優(yōu)選還具備在機(jī)械密封工序之后，對(duì)已密封的周緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)區(qū)域進(jìn)行推壓的工序中所用的模具。這樣，就可以可靠地進(jìn)行密封，可靠地防止氣體的泄漏。
在本發(fā)明中，本發(fā)明的特征是，具有在通過對(duì)第一金屬板的周緣區(qū)域進(jìn)行拉深加工，在周緣區(qū)域全周形成豎立彎曲部的工序中所用的模具；在豎立彎曲部為朝向上方狀態(tài)的第一金屬板之上依次放置薄膜電極組成體和第二金屬板，并且在豎立彎曲部的內(nèi)壁側(cè)設(shè)置絕緣層，繼而至少進(jìn)行一次使豎立彎曲部的全周朝向金屬板的內(nèi)側(cè)方向傾斜規(guī)定角度的拉深加工中所用的模具；通過將所述已傾斜規(guī)定角度的豎立彎曲部的全周向第二金屬板的周緣區(qū)域倒入，對(duì)周緣區(qū)域進(jìn)行所述機(jī)械密封的工序中所用的模具。
根據(jù)該構(gòu)成，如先前所說明的那樣，并非是以一個(gè)工序來進(jìn)行機(jī)械密封，而是至少以兩個(gè)工序來進(jìn)行。即，對(duì)豎立彎曲部進(jìn)行拉深加工，直至其達(dá)到向內(nèi)側(cè)傾斜了規(guī)定角度的狀態(tài)(如前所述，該拉深加工至少進(jìn)行一次)。其后，將該傾斜狀態(tài)的豎立彎曲部倒入第二金屬板的周緣區(qū)域。這樣就可以在夾隔有絕緣層的狀態(tài)下對(duì)周緣區(qū)域進(jìn)行機(jī)械密封。通過階段性地進(jìn)行密封，就可以可靠地將豎立彎曲部倒入。其結(jié)果是，可以可靠地進(jìn)行機(jī)械密封，將單元內(nèi)部可靠地密封。
在本發(fā)明中，優(yōu)選傾斜所述規(guī)定角度的模具的角度設(shè)定為相對(duì)水平面在40°以上50°以下。
通過以該角度進(jìn)行一端拉深加工，就可以如前所述，階段性可靠地進(jìn)行機(jī)械密封。
在本發(fā)明中，優(yōu)選還具備在將第一金屬板及第二金屬板當(dāng)中的至少一方的金屬板加工為其中央?yún)^(qū)域比周緣區(qū)域更向薄膜電極組成體的方向突出的彎曲形狀的工序中所用的模具。
根據(jù)該構(gòu)成，就可以在制造工序中抑制構(gòu)件的變形的同時(shí)可靠地制造電池單元。
在本發(fā)明中，優(yōu)選具備為了制作第一金屬板或第二金屬板，搬送具有規(guī)定寬度的長(zhǎng)條狀金屬板的同時(shí)依次進(jìn)行規(guī)定的加工的順序沖模設(shè)備，該順序沖模設(shè)備具備在長(zhǎng)條狀金屬板上形成燃料氣體用的流路的模具、在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的模具、通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第一金屬板的模具。
該構(gòu)成的作用、效果如前所述，可以連續(xù)地對(duì)第一金屬板實(shí)施規(guī)定的加工，可以有效地進(jìn)行第一金屬板的制作。而且，作為本發(fā)明，第一金屬板的加工工序并不僅限于所述工序，也可以還附加其他的加工工序。如上所述，可以高效地進(jìn)行構(gòu)成燃料電池單元的金屬板的加工。
本發(fā)明中，優(yōu)選具備在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于輸入空氣的孔的模具、在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的模具、通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第二金屬板的模具。
該構(gòu)成的作用、效果如前所述，可以連續(xù)地對(duì)第二金屬板實(shí)施規(guī)定的加工，可以高效地進(jìn)行第二金屬板的制作。而且，作為本發(fā)明，第二金屬板的加工工序并不僅限于所述工序，也可以還附加其他的加工工序。如上所述，可以有效地進(jìn)行構(gòu)成燃料電池單元的金屬板的加工。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的所述工序中所用的模具，對(duì)于第一金屬板和第二金屬板使用共同的模具。
通過采用該構(gòu)成，就可以削減成本。
在本發(fā)明中，優(yōu)選具備控制構(gòu)成順序沖模設(shè)備的各模具的動(dòng)作的模具控制部，該模具控制部在加工第一金屬板之時(shí)，使僅用于第二金屬板的加工的模具不動(dòng)作，在加工第二金屬板之時(shí)，使僅用于第一金屬板的加工的模具不動(dòng)作。
根據(jù)該構(gòu)成，在相同的順序沖模設(shè)備之中，存在僅用于第一金屬板的模具、僅用于第二金屬板的模具。在進(jìn)行第一金屬板的制造時(shí)，使僅用于第一金屬板的模具動(dòng)作，使僅用于第二金屬板的模具不動(dòng)作。相反，在進(jìn)行第二金屬板的制造時(shí)，使僅用于第二金屬板的模具動(dòng)作，使僅用于第一金屬板的模具不動(dòng)作。這樣，就可以使用共同的順序沖模設(shè)備，制造第一金屬板和第二金屬板雙方。


圖1是表示本發(fā)明的燃料電池單元的一個(gè)例子的組裝立體圖。
圖2是表示本發(fā)明的燃料電池單元的一個(gè)例子的縱剖視圖。
圖3是表示模具的構(gòu)成的外觀立體圖。
圖4是表示模具的剖面構(gòu)成的概念圖。
圖5是表示加工工序的工序圖。
圖6是表示蝕刻加工的概念圖。
圖7是表示拉深加工的概念圖。
圖8是表示沖裁加工的概念圖。
圖9是表示陰極側(cè)金屬板的外形90°拉深加工的概念圖。
圖10是表示將金屬板和薄膜電極組成體設(shè)置于模具的狀態(tài)的剖視圖。
圖11是表示陰極側(cè)金屬板的外形45°拉深加工的概念圖。
圖12是表示陰極側(cè)金屬板的外形0°拉深加工的概念圖。
圖13是表示環(huán)推壓加工的概念圖。
圖14是表示加工工序的工序圖(彎曲加工)。
圖15是表示彎曲形狀加工的工序的概念圖。
圖16是表示陰極側(cè)金屬板的外形90°拉深加工的概念圖。
圖17是表示將金屬板和薄膜電極組成體設(shè)置于模具的狀態(tài)的剖視圖。
圖18是表示陰極側(cè)金屬板的外形45°拉深加工的概念圖。
圖19是表示陰極側(cè)金屬板的外形0°拉深加工的概念圖。
圖20是表示電流密度和輸出密度的關(guān)系的曲線圖。
圖21是表示所制造的燃料電池單元的單元厚度的偏差的程度的曲線圖。
圖22是表示本發(fā)明的燃料電池單元的其他實(shí)施方式的構(gòu)成的外觀立體圖(陽(yáng)極側(cè))。
圖23是表示本發(fā)明的燃料電池單元的其他實(shí)施方式的構(gòu)成的外觀立體圖(陰極側(cè))。
圖24是表示圖22、23的燃料電池單元的一個(gè)例子的組裝立體圖。
圖25是表示圖22、23的燃料電池單元的一個(gè)例子的縱剖視圖。
圖26是表示圖24的燃料電池單元的流路槽的圖。
圖27是概略表示燃料電池單元的制造工序的圖。
圖28是表示順序沖模設(shè)備的構(gòu)成的概念圖。
圖29是表示利用順序沖模設(shè)備制造陰極側(cè)金屬板的工序的俯視圖。
圖30是表示利用順序沖模設(shè)備制造陽(yáng)極側(cè)金屬板的工序的俯視圖。
圖31是表示利用順序沖模設(shè)備制造陰極側(cè)金屬板的工序的剖視圖。
圖32是表示利用順序沖模設(shè)備制造陽(yáng)極側(cè)金屬板的工序的剖視圖。
圖33是表示在陰極側(cè)金屬板的周緣區(qū)域的豎立彎曲部的拉深加工的圖。
圖34是表示將金屬板和薄膜電極組成體設(shè)置于模具的狀態(tài)的剖視圖。
圖35是表示陰極側(cè)金屬板的外形45°拉深加工的概念圖。
圖36是表示陰極側(cè)金屬板的外形0°拉深加工的概念圖。
圖37是表示環(huán)推壓加工的概念圖。
圖38是表示以往技術(shù)的燃料電池的構(gòu)成的圖。
符號(hào)說明1...固體高分子電解質(zhì)，1a...周緣部，2...陰極側(cè)電極板，3...陽(yáng)極側(cè)電極板，4...陰極側(cè)金屬板，4a...周緣區(qū)域，4b...中央?yún)^(qū)域，5...陽(yáng)極側(cè)金屬板，5a...周緣區(qū)域，5b...中央?yún)^(qū)域，10...薄膜電極組成體，20...固定側(cè)組件，21...第一下模，22...第二下模，23...螺旋彈簧，26...頂接部(擋塊)，30...可動(dòng)側(cè)組件，31...第一上模，32...第二上模，33...螺旋彈簧，36...頂接部(擋塊)。
具體實(shí)施例方式
參考附圖對(duì)本發(fā)明的燃料電池單元(構(gòu)成燃料電池的單元電池)的制造方法及制造設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。首先，對(duì)成為制造對(duì)象的燃料電池單元的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的燃料電池單元的一個(gè)例子的組裝立體圖，圖2是表示本發(fā)明的燃料電池單元的一個(gè)例子的縱剖視圖。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明的燃料電池單元具備板狀的固體高分子電解質(zhì)1、配置于該固體高分子電解質(zhì)1的一側(cè)的陰極側(cè)電極板2、配置于另一側(cè)的陽(yáng)極側(cè)電極板3。本實(shí)施方式中表示了如下的例子，即，在陽(yáng)極側(cè)金屬板5上，利用蝕刻形成燃料的流路槽9，利用蝕刻等使陽(yáng)極側(cè)金屬板5的周緣區(qū)域5a和陰極側(cè)金屬板4的周緣區(qū)域4a的厚度比其他的部分更薄。通過減薄周緣區(qū)域4a、5a的厚度，就可以容易地進(jìn)行彎曲沖壓加工。即，周緣區(qū)域4a、5a相當(dāng)于進(jìn)行彎曲沖壓加工的區(qū)域。另外，為了說明上的方便，將金屬板4、5的周緣區(qū)域4a、5a以外的區(qū)域稱作中央?yún)^(qū)域4b、5b。在本實(shí)施方式中，作為用于將周緣區(qū)域機(jī)械密封的彎曲沖壓加工的例子，進(jìn)行所謂的卷邊加工。
作為固體高分子電解質(zhì)1，只要是以往的固體高分子膜型電池中所用的電解質(zhì)，無論是何種都可以，從化學(xué)穩(wěn)定性及導(dǎo)電性的方面考慮，優(yōu)選使用由具有作為超強(qiáng)酸的磺酸基的全氟碳聚合體制成的陽(yáng)離子交換膜。作為此種陽(yáng)離子交換膜，優(yōu)選使用Nafion(注冊(cè)商標(biāo))。此外，例如也可以是在由聚四氟乙烯等氟樹脂制成的多孔膜上浸漬有所述Nafion或其他的離子傳導(dǎo)性的物質(zhì)的膜；或在由聚乙烯或聚丙烯等聚烯烴樹脂制成的多孔膜或無紡布上擔(dān)載有所述Nafion或其他的離子傳導(dǎo)性的物質(zhì)的膜。
固體高分子電解質(zhì)1的厚度越薄，則對(duì)于整體的薄型化就越有效，然而考慮到離子傳導(dǎo)功能、強(qiáng)度、處理性等，可以使用10～300μm，優(yōu)選25～50μm。
電極板2、3可以使用如下的材料，即發(fā)揮作為氣體擴(kuò)散層的作用，進(jìn)行燃料氣體、氧化氣體及水蒸氣的供給、排出，同時(shí)發(fā)揮集電的作用。作為電極板2、3，可以使用相同或不同的，在其基材上優(yōu)選擔(dān)載具有電極催化作用的催化劑。催化劑優(yōu)選至少擔(dān)載在與固體高分子電解質(zhì)1接觸的內(nèi)面2b、3b上。
作為電極基材，例如可以使用碳紙、碳纖維無紡布等纖維質(zhì)碳、導(dǎo)電性高分子纖維的集合體等導(dǎo)電性多孔材料。一般來說，電極板2、3是向此種導(dǎo)電性多孔材料中添加氟樹脂等疏水性物質(zhì)而制作的，在擔(dān)載催化劑時(shí)，將鉑微粒等催化劑與氟樹脂等疏水性物質(zhì)混合，向其中混合溶劑，制成了糊狀或墨液狀后，將其涂布于應(yīng)當(dāng)與固體高分子電解質(zhì)膜相面對(duì)的電極基材的單面上而形成。
一般來說，電極板2、3或固體高分子電解質(zhì)1形成與向燃料電池供給的還原氣體和氧化氣體對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)。本發(fā)明中，作為氧化氣體優(yōu)選使用空氣，并且作為還原氣體優(yōu)選使用氫氣。另外，也可以取代還原氣體，而使用甲醇或二甲醚等。
例如，當(dāng)使用氫氣和空氣時(shí)，由于在自然地供給空氣的一側(cè)的陰極側(cè)電極板2中，發(fā)生氧與氫離子的反應(yīng)而生成水，因此優(yōu)選進(jìn)行與該電極反應(yīng)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)。特別是，在低動(dòng)作溫度、高電流密度及高氣體利用率的運(yùn)行條件下，尤其在生成水的空氣極中容易引起因水蒸氣的冷凝造成的電極多孔體的堵塞(液阻)現(xiàn)象。所以，為了可長(zhǎng)時(shí)間地獲得燃料電池的穩(wěn)定的特性，不引起液阻現(xiàn)象地確保電極的疏水性的做法是有效的。
作為催化劑，可以使用選自鉑、鈀、釕、銠、銀、鎳、鐵、銅、鈷及鉬中的至少一種金屬或其氧化物，也可以使用在碳黑等上預(yù)先擔(dān)載有這些催化劑的材料。
電極板2、3的厚度越薄，則對(duì)于整體的薄型化就越有效，然而考慮到電極反應(yīng)、強(qiáng)度、處理性等，優(yōu)選50～500μm。電極板2、3與固體高分子電解質(zhì)1既可以預(yù)先進(jìn)行粘接、熔接等而層疊一體化，也可以只是層疊配置。此種疊層體也可以作為薄膜電極組裝體10(MEAMembraneElectrode Assembly)獲得，也可以使用它。
在陰極側(cè)電極板2的表面配置有陰極側(cè)金屬板4，在陽(yáng)極側(cè)電極板3的表面配置有陽(yáng)極側(cè)金屬板5。在陽(yáng)極側(cè)金屬板5上設(shè)有燃料的注入口5c及排出口5d，另外在本實(shí)施方式中，在陽(yáng)極側(cè)金屬板5上設(shè)有流路槽9。
在陰極側(cè)金屬板4上，設(shè)有用于供給空氣中的氧的多個(gè)開口部4c。開口部4c只要是可以露出陰極側(cè)電極板2，則其個(gè)數(shù)、形狀、大小、形成位置等無論怎樣設(shè)置都可以。但是，考慮到空氣中的氧的供給效率、陰極側(cè)電極板2的集電效果等，開口部4c的面積優(yōu)選是陰極側(cè)電極板2的面積的10～50％，特別優(yōu)選20～40％。陰極側(cè)金屬板4的開口部4c例如也可以有規(guī)則或隨機(jī)地設(shè)置多個(gè)圓孔或狹縫等，或者利用金屬網(wǎng)來設(shè)置開口部。
作為金屬板4、5，只要是不對(duì)電極反應(yīng)產(chǎn)生不良影響的材料，無論是何種金屬都可以使用，例如可以舉出不銹鋼板、鎳、銅、銅合金等。但從伸展性、重量、彈性模量、強(qiáng)度、耐腐蝕性、可沖壓加工性、可蝕刻加工性等觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選不銹鋼板、鎳等。
設(shè)于陽(yáng)極側(cè)金屬板5上的流路槽9，只要是可以利用其與電極板3的接觸形成氫氣等的流路，則無論是何種平面形狀或剖面形狀都可以。本實(shí)施方式中，利用連接注入口5c和排出口5d的一條流路槽9來連接，該流路槽9被制成沿著金屬板5的寬度方向周期性地折回的鋸齒狀?？梢钥紤]流路密度、燃料電池單元層疊時(shí)的層疊密度、彎曲性等，而采用各種形態(tài)的流路槽9。
而且，也可以將此種金屬板5的流路槽9的一部分形成于電極板3的外面。作為在電極板3的外面形成流路槽的方法，雖然也可以是加熱沖壓或切削等機(jī)械的方法，然而從恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行微細(xì)加工的方面考慮，優(yōu)選利用激光照射進(jìn)行槽加工。從進(jìn)行激光照射的觀點(diǎn)考慮，作為電極板2、3的基材優(yōu)選纖維質(zhì)碳的集合體。
與金屬板5的流路槽9連通的注入口5c及排出口5d，分別可以形成一個(gè)或多個(gè)。而且，雖然金屬板4、5的厚度越薄，則對(duì)整體的薄型化就越有效，然而考慮到強(qiáng)度、伸展性、重量、彈性模量、處理性等，優(yōu)選0.1～1mm。作為在金屬板5上形成流路槽9的方法，從加工的精度或容易性考慮，優(yōu)選蝕刻。對(duì)于利用蝕刻形成的流路槽9，優(yōu)選寬度0.1～10mm，深度0.05～1mm。另外，流路槽9的剖面形狀優(yōu)選近似四邊形、近似梯形、近似半圓形、V字形等。
對(duì)于向金屬板4上形成開口部4c、金屬板4、5的周緣區(qū)域4 a、5a的薄壁化、向金屬板5上形成注入口5c及排出口5d，也優(yōu)選利用蝕刻。蝕刻可以使用例如干式薄膜抗蝕劑等，在金屬表面形成了規(guī)定形狀的防蝕涂層后，使用與金屬板4、5的種類對(duì)應(yīng)的蝕刻液來進(jìn)行。另外，可以通過使用兩種以上的金屬的疊層板，對(duì)每種金屬選擇性地進(jìn)行蝕刻，來更高精度地控制流路槽9的剖面形狀。
圖2所示的實(shí)施方式是將金屬板4、5的卷邊部(周緣區(qū)域4a、5a)利用蝕刻減薄了厚度的例子。這樣，通過對(duì)卷邊部進(jìn)行蝕刻而設(shè)為適當(dāng)?shù)暮穸?，就可以更為容易地進(jìn)行利用卷邊的密封。根據(jù)該觀點(diǎn)，作為卷邊部的厚度，優(yōu)選0.05～0.3mm。
在本發(fā)明中，金屬板4、5的周緣區(qū)域4a、5a是在電絕緣的狀態(tài)下利用卷邊密封的。電絕緣雖然可以使用絕緣材料來進(jìn)行，然而在本實(shí)施方式中，也可以通過夾隔固體高分子電解質(zhì)1的周緣部1a來進(jìn)行。
在本發(fā)明中，在進(jìn)行卷邊時(shí)，優(yōu)選如圖2所示那樣，利用金屬板4、5的周緣區(qū)域4a、5a來夾持固體高分子電解質(zhì)1的構(gòu)造。也就是，形成利用周緣區(qū)域4a、5a夾持處于比電極板2、3更靠外側(cè)的區(qū)域的固體高分子電解質(zhì)1的狀態(tài)。根據(jù)此種構(gòu)成，可以有效地防止氣體等從電極板2、3的一方流向另一方。
作為卷邊構(gòu)造，從密封性或制造的容易性、厚度等觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選圖2所示的構(gòu)造。也就是，優(yōu)選如下的卷邊構(gòu)造，即，使一方的陰極側(cè)金屬板4的周緣區(qū)域4a比另一方的陽(yáng)極側(cè)金屬板5的周緣區(qū)域5a更大，在夾隔固體高分子電解質(zhì)1的同時(shí)，將陰極側(cè)金屬板4的周緣區(qū)域4a夾壓陽(yáng)極側(cè)金屬板5的周緣區(qū)域5a地折回。該卷邊構(gòu)造中，優(yōu)選利用沖壓加工等預(yù)先在金屬板4的周緣區(qū)域4a設(shè)置階梯。對(duì)于用于進(jìn)行此種卷邊構(gòu)造的制造設(shè)備，將在后面詳細(xì)說明。
當(dāng)構(gòu)成燃料電池時(shí)，雖然可以使用一個(gè)或多個(gè)如圖1、2所示的燃料電池單元，然而也可以用固體高分子電解質(zhì)1、一對(duì)電極板2、3及一對(duì)金屬板4、5構(gòu)成單元電池，將該單元電池層疊多個(gè)，或排列于同一面上而使用。這樣的話，即使不用螺栓或螺帽這樣的連結(jié)部件相互結(jié)合，來對(duì)單元部件施加一定的壓力，也可以提供高輸出的燃料電池。
在作為燃料電池使用時(shí)，雖然可以在金屬板5的燃料的注入口5c及排出口5d上直接接合燃料供給用管，然而出于進(jìn)行燃料電池的薄型化的考慮，優(yōu)選是設(shè)置厚度小、具有與金屬板5的表面平行的管的接頭機(jī)構(gòu)。例如，對(duì)于注入口5c可以在金屬板5上安裝接頭用的金屬制銷栓。該安裝可以利用卷邊或壓入來進(jìn)行。可以通過向該銷栓壓入管而安裝。
作為構(gòu)成燃料電池單元的構(gòu)件的金屬板4、5及固體高分子電解質(zhì)1被制成矩形形狀，而其四角被制成R形形狀。通過在四角設(shè)置R形，就形成容易進(jìn)行后述的卷邊密封加工的形狀。
關(guān)于制造方法及制造設(shè)備下面，對(duì)圖1、2所示的燃料電池單元的制造方法及制造設(shè)備進(jìn)行說明。圖3是表示作為制造設(shè)備的主要部分的模具的外觀立體圖。圖4是表示模具的剖面構(gòu)成的概念圖。
制造設(shè)備具備固定側(cè)組件20、可動(dòng)側(cè)組件30。固定側(cè)組件20作為模具具備第一下模21和第二下模22。在第一下模21上，作為推靠機(jī)構(gòu)設(shè)有螺旋彈簧23，起到將第一下模21向上方推靠的作用。第一下模21對(duì)燃料電池單元的陰極側(cè)金屬板4的中央?yún)^(qū)域4b進(jìn)行推壓作用。第二下模22被包圍第一下模21地配置，對(duì)金屬板4的周緣區(qū)域4a進(jìn)行沖壓加工。第二下模22被制成俯視時(shí)近似矩形的環(huán)狀。第二下模22具備可以沿上下方向調(diào)整的機(jī)構(gòu)(相當(dāng)于第一調(diào)整機(jī)構(gòu)24)。作為調(diào)整機(jī)構(gòu)24，例如可以利用使用了螺栓、螺帽的機(jī)構(gòu)來構(gòu)成。可以利用第一調(diào)整機(jī)構(gòu)24來調(diào)整第一下模21的上面和第二下模22的上面的相對(duì)高度關(guān)系。具體來說，位于中央?yún)^(qū)域的第一下模21處于比位于周緣區(qū)域的第二下模22更凹陷的位置，可以調(diào)整第二下模22相對(duì)于第一下模21的突出量h1。
在第二下模22上，形成有用于插入用于將第二上模沿上下方向引導(dǎo)的引導(dǎo)軸的孔22a。另外，如圖3所示，還形成有用于插設(shè)2根定位銷栓25的孔。利用該定位銷栓25，可以進(jìn)行所加工的構(gòu)件的定位。在所加工的構(gòu)件上，形成有定位用的孔，通過使其嵌入定位銷栓25，就可以進(jìn)行加工時(shí)的工件W的定位。
可動(dòng)側(cè)組件30作為模具具備第一上模31和第二上模32。在第二上模32上，作為推靠機(jī)構(gòu)設(shè)有螺旋彈簧33，起到對(duì)第二上模32向下方推靠的作用。第一上模31對(duì)燃料電池單元的陽(yáng)極側(cè)金屬板5的中央?yún)^(qū)域5b進(jìn)行推壓作用。第二上模32被包圍第一上模31地配置，對(duì)金屬板5的周緣區(qū)域5a進(jìn)行沖壓加工。第二上模32被制成俯視時(shí)近似矩形的環(huán)狀。第二上模32具備可以沿上下方向調(diào)整的機(jī)構(gòu)(相當(dāng)于第二調(diào)整機(jī)構(gòu)34)。作為調(diào)整機(jī)構(gòu)34，例如可以利用使用了螺栓、螺帽的機(jī)構(gòu)來構(gòu)成?？梢岳玫诙{(diào)整機(jī)構(gòu)34來調(diào)整第一上模31的下面和第二上模32的下面的相對(duì)高度關(guān)系。具體來說，可以調(diào)整第二上模32相對(duì)于第一上模31的突出量h2。通過設(shè)置如上所述的調(diào)整機(jī)構(gòu)24、34，在沖壓加工中，就可以作用適當(dāng)?shù)耐茐毫Α?br> 而且，第一下模21和第一上模(相當(dāng)于限制機(jī)構(gòu))相當(dāng)于第一模具，第二下模22和第二上模32相當(dāng)于第二模具(下側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)及上側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu))。
在第二上模32上，形成有用于插入用于將第二上模32沿上下方向引導(dǎo)的引導(dǎo)軸的孔32a。另外，還形成有插入定位銷栓25的孔32b。
如圖4所示，通過對(duì)操作部40進(jìn)行操作，就可以進(jìn)行沖壓加工。即，通過對(duì)操作部40進(jìn)行操作而使可動(dòng)側(cè)組件30向下方移動(dòng)。將設(shè)于固定側(cè)組件20一側(cè)的頂接部26、設(shè)于可動(dòng)側(cè)組件30一側(cè)的頂接部36相頂接地構(gòu)成，兩者的距離Y相當(dāng)于可動(dòng)側(cè)組件30的移動(dòng)行程。
使用了制造設(shè)備的沖壓加工的工序數(shù)，如下所述大致上具有8個(gè)工序(對(duì)于加工的內(nèi)容來說為6個(gè)工序)。下模21、22和上模31、32雖然分別使用適于各工序的模具，然而如果有可以共同使用的模具，則共同使用。在各工序中，雖然模具的大小或形狀等不同，然而基本的構(gòu)成均如圖4所示。
而且，對(duì)于沖壓加工的種類，包括沖裁加工、拉深加工等，作為本發(fā)明并不限定于特定種類的加工。
另外，在圖4中示意性地圖示了作為沖壓加工對(duì)象的工件W，而工件W的形態(tài)根據(jù)沖壓加工的工序而不同。例如，既有單一的構(gòu)件的情況，也有設(shè)置多個(gè)構(gòu)件的情況。
制造工序下面，對(duì)具體的制造工序進(jìn)行說明。圖5是表示制造工序的順序的工序圖。作為使用圖3、4所示的制造設(shè)備進(jìn)行加工之前的工序，進(jìn)行對(duì)金屬板4、5的蝕刻(S1)。對(duì)陽(yáng)極側(cè)金屬板5而言，如圖6(a)所示，蝕刻厚度一定的金屬平板，將周緣區(qū)域5a的厚度減薄，并且流路槽9和注入口5c及排出口5d也是同樣利用蝕刻形成。例如，蝕刻0.3mm的厚度的金屬平板，將周緣區(qū)域5a的厚度制成0.1mm，將流路槽9的深度制成0.2mm左右。
對(duì)陰極側(cè)金屬板4而言，同樣如圖6(b)所示，也蝕刻厚度一定的金屬平板，將周緣區(qū)域4a的厚度減薄，并且多個(gè)開口部4c也是同樣利用蝕刻形成。例如，蝕刻0.3mm的厚度的金屬平板，將周緣區(qū)域4a的厚度設(shè)為0.1mm左右。
在進(jìn)行了如上所示的前工序之后，進(jìn)行使用了制造設(shè)備的加工。首先，進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的拉深加工和陽(yáng)極側(cè)金屬板5的拉深加工(S2、S3)。該拉深加工是用于在金屬板4、5上形成150μm的階梯的加工。圖7(a)(b)中表示了各個(gè)金屬板被拉深加工的情況。利用該拉深加工，在靠近金屬板4、5的周緣區(qū)域4a、5a和中央?yún)^(qū)域4b、5b的交界的場(chǎng)所形成階梯4f、5f。另外，與之相伴在金屬板4、5的內(nèi)側(cè)形成空間部4g、5g。該空間部4g、5g作為用于收容薄膜電極組成體10的電極板2、3的空間部發(fā)揮作用。金屬板4和金屬板5的拉深加工被分別單獨(dú)地進(jìn)行。
用于進(jìn)行拉深加工的模具構(gòu)成可以使用圖4所示的形狀的模具。另外，用于對(duì)陰極側(cè)金屬板4進(jìn)行拉深加工的模具(第一、第二下模21、22和第一、第二上模31、32)、用于對(duì)陽(yáng)極側(cè)金屬板5進(jìn)行拉深加工的模具可以使用相同的模具。而且，圖7中，雖然與組裝時(shí)的姿態(tài)對(duì)應(yīng)地圖示，然而實(shí)際中設(shè)置于制造設(shè)備上時(shí)的姿態(tài)(上下方向)是以圖7(b)所示的金屬板5的姿態(tài)設(shè)置。
在進(jìn)行拉深加工時(shí)，如果第二下模22從上方開始下降，則首先與金屬板4、5的周緣區(qū)域4a、5a頂接。此時(shí)，由于還未頂接擋塊(頂接部26、36)，因此第二上模32進(jìn)一步下降，而第二下模22為被固定了的狀態(tài)，所以實(shí)際上無法進(jìn)一步下降，彈簧33被壓縮。
另一方面，位于中央?yún)^(qū)域4b、5b的第一上模31繼續(xù)向下方下降，在第一上模31的下面比第二上模32的下面更為降低的狀態(tài)下頂接擋塊而停止。而且，直至在擋塊處停止的行程是按各工序被設(shè)定了的值。這樣，就可以進(jìn)行對(duì)金屬板4、5的拉深加工，形成階梯(空間部4g、5g)。作為此時(shí)的階梯尺寸，例如為0.15mm左右，形成與所收容的電極板2、3的厚度對(duì)應(yīng)的空間部4g、5g。
然后，進(jìn)行金屬板4、5的沖裁加工(S4、S5)。將該沖裁加工的情況表示于圖8中。在陽(yáng)極側(cè)金屬板5的沖裁尺寸L1、和陰極側(cè)金屬板4的沖裁尺寸L2中，由于L2一方更大，因此沖裁工序中所用的模具對(duì)于陽(yáng)極側(cè)金屬板5和陰極側(cè)金屬板4來說不同。如下所述，由于為了在卷邊工序中將陰極側(cè)金屬板4的周緣區(qū)域4a卷邊密封，需要卷邊余量，因此尺寸變大。對(duì)于該沖裁加工中的模具的移動(dòng)，雖然行程Y的量被不同地設(shè)定，然而基本上進(jìn)行與S2、S3的拉深加工相同的移動(dòng)。
然后，進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的外形90°拉深加工(S6)。將該拉深加工的情況表示于圖9(a)中，將被拉深加工了的金屬板4的形狀表示于圖9(b)中。在該拉深加工中，將金屬板4的周緣區(qū)域4a的全周豎立彎曲90°。該拉深加工中的模具的移動(dòng)也與S2、S3中說明的移動(dòng)基本上相同。
然后，設(shè)置金屬板4、5和薄膜電極組成體10(S7)。將該狀態(tài)表示于圖10中。在被進(jìn)行了90°拉深加工的金屬板4中，設(shè)置薄膜電極組成體10(在固體高分子電解質(zhì)1的兩面組裝有電極板2、3的構(gòu)件)。成為將薄膜電極組成體10的電極板2收容于金屬板4的空間部4g中，將電極板3收容于金屬板5的空間部5g中的狀態(tài)。在最上方設(shè)置有金屬板5。固體高分子電解質(zhì)1的周緣部1a形成沿著被進(jìn)行了90°豎立彎曲的周緣區(qū)域5a的形狀，被同樣地以彎曲了90°的狀態(tài)設(shè)置。形成固體高分子電解質(zhì)1的周緣部1a比周緣區(qū)域5a少量地突出的狀態(tài)。
在以該狀態(tài)設(shè)置后進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的外形45°拉深加工(S8)。此時(shí)所用的第二上模32，如圖10所示具有相對(duì)于水平面具備45°的傾斜面32c。通過使該傾斜面32c作用，就可以將以90°豎立彎曲了的周緣區(qū)域5a暫時(shí)拉深加工為45°。將此時(shí)的狀態(tài)表示于圖11中。
通過對(duì)操作部40進(jìn)行操作，第一、第二上模31、32就向下方下降。因第二下模22與第二上模32頂接，周緣區(qū)域5a就被向內(nèi)側(cè)彎曲45°。在第二上模32與第二下模22頂接的時(shí)刻，是還未頂接擋塊(頂接部26、36)的狀態(tài)(參照?qǐng)D4)。螺旋彈簧33的壓縮工序進(jìn)行至發(fā)生擋塊的頂接為止。另一方面，在第二上模32與第二下模22頂接的時(shí)刻，第一上模31的一方處于比燃料電池單元的金屬板5更靠上方，未與金屬板5接觸。此后，當(dāng)變?yōu)轫斀恿藫鯄K的狀態(tài)時(shí)，第一上模31無法進(jìn)一步向下方下降，以圖11所示的狀態(tài)停止。此時(shí)，第一上模31的下面31a推壓(頂接)金屬板5的上面。這樣，就可以抑制燃料電池單元的中央?yún)^(qū)域4b、5b發(fā)生變形的情況。
而且，金屬板4的下面和第一下模21的上面并不處于頂接的狀態(tài)，而是形成有間隙的狀態(tài)。而且，沖壓了的狀態(tài)下的、第二下模22的上面與第一上模31的垂直方向的間隙尺寸Δh被設(shè)定為0.5mm左右。另外，該情況下的金屬板4、5的厚度為0.3mm。固體高分子電解質(zhì)1的厚度為0.025mm。所以，間隙尺寸Δh就成為與被卷邊密封的燃料電池單元的厚度大致相同的厚度。這樣，就可以不對(duì)燃料電池單元作用不需要的力，有效地限制構(gòu)件的變形。
45°的角度的設(shè)定優(yōu)選45±5°，更優(yōu)選45±1°。如果超過50°的話，則在進(jìn)行0°拉深加工時(shí)，豎立彎曲部有可能無法很好地向內(nèi)側(cè)傾倒。例如，有可能產(chǎn)生壓曲之類的現(xiàn)象而無法很好地壓倒，卷邊密封的質(zhì)量降低，產(chǎn)生氣體泄漏等問題。另外，當(dāng)小于40°時(shí)，則由于在使其一次就小于40°時(shí)，豎立彎曲部很難很好地向內(nèi)側(cè)傾倒，因此不夠理想。
在如上所述地進(jìn)行了45°的拉深加工后，進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的外形0°拉深加工(S9)。這樣，卷邊加工即結(jié)束。外形0°拉深加工中使用的模具使用與45°拉深加工不同的模具，如圖12所示，沖壓面32d被制成水平面。通過將在前工序中彎曲為45°的周緣區(qū)域5a進(jìn)一步推入而變?yōu)橄騼?nèi)側(cè)傾倒的形狀。此時(shí)，固體高分子電解質(zhì)1的周緣部1a也一起向內(nèi)側(cè)傾倒。這樣，周緣區(qū)域5a就變?yōu)橐运降臓顟B(tài)折曲了180°的狀態(tài)。這樣，周緣區(qū)域4a、5a就被利用卷邊密封。另外，在周緣區(qū)域4a與周緣區(qū)域5a之間，作為絕緣層夾隔有固體高分子電解質(zhì)1，以防止了金屬板4、5彼此之間的短路的狀態(tài)密封。
與圖11所示的情況相同，在第二下模22與第二上模32頂接后，持續(xù)螺旋彈簧33的壓縮工序直至頂接擋塊(頂接部26、36)為止。另外，在頂接了擋塊的狀態(tài)下，第一上模31的下面的位置與圖11相同。另外，是在第一下模21和金屬板4的下面拉開間隙的狀態(tài)。
雖然在工序S9中結(jié)束卷邊密封，然而為了期望進(jìn)一步的安全，進(jìn)行環(huán)推壓加工(S10)。該加工是將被卷邊密封了的周緣區(qū)域4a、5a的略靠?jī)?nèi)側(cè)的區(qū)域利用沖壓來推壓的工序，這樣就可以使密封狀態(tài)更為可靠。將此時(shí)的狀態(tài)表示于圖13(a)中。另外，圖13(b)表示所使用的第一下模21的形狀。第一上模31也具有相同的模具形狀。在各個(gè)模具上，具備被制成了環(huán)狀的突起部21t、31t。使用這些突起部21t、31t，如圖13(a)所示，將周緣區(qū)域4a、5a的緊內(nèi)側(cè)以環(huán)狀推壓。這樣，就可以使卷邊密封更為可靠。利用以上操作即完成如圖2所示的燃料電池單元。
在以上的工序中，用于進(jìn)行卷邊密封的工序是圖5中的S7～S10。特別是，在將S6工序中形成的90°的豎立彎曲部向內(nèi)側(cè)傾倒而壓下的情況下，并不是一次性地傾倒，而是在暫時(shí)以45°進(jìn)行了拉深加工后，再進(jìn)行0°的拉深加工，從而以兩個(gè)階段來進(jìn)行卷邊密封。當(dāng)將其以一個(gè)階段來進(jìn)行時(shí)，則對(duì)于豎立彎曲部是否很好地傾倒沒有保證，密封狀態(tài)也會(huì)變差，而通過如前所述地以兩個(gè)階段來進(jìn)行拉深加工，就可以可靠地進(jìn)行密封。
另外，通過在S8、S9工序中使金屬板5的中央?yún)^(qū)域5b與第一上模31頂接，在進(jìn)行沖壓加工時(shí)就會(huì)限制中央?yún)^(qū)域5b的變形。另外，由于金屬板4的中央?yún)^(qū)域4a與第一下模21之間形成有間隙，因此就不會(huì)作用有推壓力或限制力。這樣，就可以在防止對(duì)中央?yún)^(qū)域4a、5a作用不需要的力，同時(shí)有效地防止中央?yún)^(qū)域4b、5b的變形。
而且，本發(fā)明中所謂卷邊密封工序是指從圖5中的S7到S10的工序。
制造工序的其他實(shí)施方式下面，說明對(duì)金屬板4、5進(jìn)行彎曲加工時(shí)的制造工序。圖14是順序表示進(jìn)行彎曲加工時(shí)的制造工序的工序圖。與圖5不同的方面在于，在S16、S17中附加了陰極側(cè)金屬板4的彎曲加工和陽(yáng)極側(cè)金屬板5的彎曲加工。S11～S15與上述內(nèi)容相同，圖14的S18～S22與圖5的S6～S10相同。所以，以與上述的說明不同的方面為中心進(jìn)行說明。
制造工序在S11～S15的工序之后，對(duì)金屬板4、5進(jìn)行彎曲形狀(拉深加工的一種)的加工(S16、S17)。將該彎曲形狀加工的情況表示于圖15中。利用該加工，在金屬板4、5的中央?yún)^(qū)域形成平緩的曲面凹部4k、5k。該曲面凹部4k、5k的深度優(yōu)選k1＝k2＝0.05～0.15mm左右(圖15中進(jìn)行了夸張地描繪)。該曲面凹部4k、5k的突出方向朝向薄膜電極組成體10的方向。而且，被制成凹部的僅為中央?yún)^(qū)域，對(duì)于周緣區(qū)域4a、5a，仍為水平狀態(tài)。該彎曲形狀加工中的模具的移動(dòng)與在S2、S3(圖5)中所說明的基本上相同。
然后，進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的外形90°拉深加工(S18)。將該拉深加工的情況表示于圖16(a)中，將被拉深加工了的金屬板4的形狀表示于圖16(b)中。該拉深加工中，將金屬板4的周緣區(qū)域4a的全周豎立彎曲90°。該拉深加工中的模具的移動(dòng)也與S2、S3(圖5)中所說明的基本上相同。
然后，設(shè)置金屬板4、5和薄膜電極組成體10(S19)。將該狀態(tài)表示于圖17中。在被進(jìn)行了90°拉深加工的金屬板4中，設(shè)置薄膜電極組成體10(在固體高分子電解質(zhì)1的兩面組裝有電極板2、3而成的構(gòu)件)。
另外，在金屬板4、5上形成曲面凹部4k、5k，成為曲面凹部4k、5k的中心部分與薄膜電極組成體10接觸的形式。
在設(shè)置為該狀態(tài)后進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的外形45°拉深加工(S20)。如圖17所示，此時(shí)所使用的第二上模32具備相對(duì)于水平面為45°的傾斜面32c。通過使該傾斜面32c作用，將豎立彎曲為90°的周緣區(qū)域5a暫時(shí)拉深加工為45°。將此時(shí)的狀態(tài)表示于圖18中。
此時(shí)，已制成彎曲形狀的金屬板4、5的中央?yún)^(qū)域4b、5b被第一下模21和第一上模31沖壓，彎曲形狀被變形為平面形狀。另外，在將周緣區(qū)域4a、5a卷邊密封時(shí)，中央?yún)^(qū)域4b、5b就要上浮，使得與薄膜電極組成體10的接觸狀態(tài)變差，然而在本發(fā)明的情況下，由于制成彎曲形狀，因此即使對(duì)中央?yún)^(qū)域4b、5b作用了如上所述的力，也可以可靠地維持薄膜電極組成體10與金屬板4、5的接觸，可以有效地取出輸出電力。
而且，前面已經(jīng)指出曲面凹部的尺寸k1、k2優(yōu)選0.05～0.15mm。其理由是因?yàn)槿绻∮?.05mm，則難以發(fā)揮抑制金屬板的中央?yún)^(qū)域向外側(cè)的突出的效果，當(dāng)超過0.15mm時(shí)，則進(jìn)行卷邊密封時(shí)的密封壓力變得過大，會(huì)有作用于薄膜電極組成體10的力也變得過大這樣的問題。通過將突出量如上所述地設(shè)定，就可以進(jìn)行恰當(dāng)?shù)木磉吤芊狻?br> 另外，金屬板4的豎立彎曲部的內(nèi)壁面和金屬板5的周緣區(qū)域5a的端面之間的間隙尺寸j(參照?qǐng)D17)，優(yōu)選設(shè)為0.05～0.15mm。其理由是因?yàn)槿绻∮?.05mm，則由于間隙過窄，因此在卷邊密封工序中，豎立彎曲部與所述周緣端面有可能頂接。所以，由此就會(huì)有很大地作用使金屬板的中央?yún)^(qū)域向外側(cè)突出的力的情況，然而如果為0.05mm以上，則可以抑制此種可能性。另外，當(dāng)間隙超過0.15mm時(shí)，則單元內(nèi)部的氣體泄漏的可能性升高。所以，優(yōu)選如上所述地設(shè)定間隙。
在如上所述地進(jìn)行了45°的拉深加工后，進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的外形0°拉深加工(S21)。這樣，卷邊加工即結(jié)束(參照?qǐng)D19)。以下，進(jìn)行S22的環(huán)推壓加工(與圖13相同)。
在本發(fā)明中，在制造燃料電池單元之時(shí)，在對(duì)金屬板4、5加工了彎曲形狀后，進(jìn)行卷邊密封。所以，完成后的燃料電池單元的金屬板4、5與薄膜電極組成體10的接觸狀態(tài)良好，可以有效地取出輸出電力。
實(shí)施例然后，在加工為彎曲形狀的情況下和未加工為彎曲形狀的情況下，利用實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了有何種程度的輸出差。彎曲形狀的突出尺寸設(shè)為0.1mm。圖20(a)是表示電流密度(mA/cm2)和輸出密度(mW/cm2)的關(guān)系的曲線圖，很明顯地看到，加工為彎曲形狀的一方輸出更大。圖20(b)是表示電流密度(mA/cm2)和單元電阻(mΩ)的關(guān)系的曲線圖，可知加工為彎曲形狀的一方輸出更大。
圖21是表示所制造的燃料電池單元的單元厚度的偏差的程度的曲線圖。測(cè)定是利用千分尺來進(jìn)行的。測(cè)定部位是對(duì)于一個(gè)燃料電池單元，在單元的長(zhǎng)邊方向上為7個(gè)部位，在短邊方向上為5個(gè)部位，合計(jì)35個(gè)部位。從曲線圖可知，加工為彎曲形狀的一方偏差變小。如上所述，利用實(shí)驗(yàn)可以確認(rèn)本發(fā)明更為優(yōu)良。
金屬板的制造工序的實(shí)施方式對(duì)于形成于陽(yáng)極側(cè)金屬板5上的流路槽9而言，雖然已經(jīng)針對(duì)利用蝕刻而形成的方法進(jìn)行了說明，而這里針對(duì)利用沖壓加工形成它的工序進(jìn)行說明。一并地對(duì)利用順序沖模設(shè)備制作金屬板4、5的工序也進(jìn)行說明。
圖22是從本發(fā)明的燃料電池單元的陽(yáng)極側(cè)看到的外觀立體圖，圖23是從燃料電池單元的陰極側(cè)看到的外觀立體圖。圖24是表示圖22、23所示的燃料電池單元的一個(gè)例子的組裝立體圖，圖25是圖22、23所示的燃料電池的縱剖視圖。圖26是表示流路槽的形狀的圖。將以與圖1、2中所說明的燃料電池單元不同的方面為中心進(jìn)行說明。
設(shè)于陽(yáng)極側(cè)金屬板5上的流路槽9，只要是可以利用與電極板3的接觸形成氫氣等的流路，無論是何種平面形狀或剖面形狀都可以。在本實(shí)施方式中，利用流路槽9連接注入口5c和排出口5d，該流路槽9被制成沿著金屬板5的寬度方向周期性地折回的鋸齒狀。流路槽9由寬度粗的橫向的槽9a和寬度細(xì)的縱向的槽9b構(gòu)成，將處于寬度方向兩側(cè)的橫槽9a和橫槽9a用3條縱槽9b連接，即使縱槽9b的1條因任何的原因而被封鎖后，也可以利用剩余的縱槽9b防止流路槽9完全被封鎖的情況?？梢钥紤]流路密度、燃料電池單元層疊時(shí)的疊層密度、彎曲性等而采用各種形態(tài)的流路槽9，并不限定于圖26的形態(tài)。
而且，如前所述，也可以將此種金屬板5的流路槽9的一部分形成于電極板3的外面。
作為在金屬板5中形成流路槽9的方法，可以通過對(duì)金屬板進(jìn)行沖壓加工(模壓加工)來形成。即，在圖24所示的金屬板5中通過從背面?zhèn)冗M(jìn)行模壓加工，就可以如圖25、26所示，在金屬板5的背面?zhèn)刃纬闪髀凡?。另外，由于利用模壓加工形成流路槽9，因此如圖22所示，在金屬板5的表面?zhèn)?，表現(xiàn)出與流路槽9相同的形狀。流路槽9的剖面形狀優(yōu)選近似四邊形、近似梯形、近似半圓形、V字形等。
對(duì)于在金屬板4上形成開口孔4c、在金屬板5上形成注入口5c及排出口5d，也可以利用沖壓加工來進(jìn)行。另外，在金屬板4、5上，同樣利用沖壓加工(模壓加工)，在中央?yún)^(qū)域4b、5b形成凹部。如圖25所示，該凹部是用于收容構(gòu)成薄膜電極組成體10的電極板2、3的凹部。所以，凹部的面積被與所收容的電極板2、3的大小對(duì)應(yīng)地加工。
在本發(fā)明中，金屬板4、5的周緣區(qū)域4a、5a是在電絕緣的狀態(tài)下利用卷邊密封的。電絕緣雖然可以使用絕緣片(相當(dāng)于絕緣層)來進(jìn)行，但是也可以通過夾隔固體高分子電解質(zhì)1的周緣部1a來進(jìn)行。
在陰極側(cè)金屬板4上，如圖24所示，在周緣區(qū)域4a配置有環(huán)狀(鏡框狀)的絕緣片11。絕緣片11的外側(cè)的邊緣被設(shè)定為與金屬板4的邊緣大致相同的大小，內(nèi)側(cè)的邊緣被設(shè)定為比形成多個(gè)開口孔4c的區(qū)域(或者比電極板2的大小略大的尺寸)略大的尺寸。
在陽(yáng)極側(cè)金屬板5上，也如圖24所示在周緣區(qū)域5a的表背兩面配置有環(huán)狀(鏡框狀)的絕緣片12。該表背兩面的絕緣片12的尺寸相同。絕緣片12的外側(cè)的邊緣被設(shè)定為與金屬板5的邊緣大致相同的大小，內(nèi)側(cè)的邊緣被設(shè)定為比電極板3略大的尺寸。
固體高分子電解質(zhì)1比電極板2、3的大小略大，如圖25所示，處于從電極板2、3中露出的狀態(tài)的周緣區(qū)域1a被絕緣片11、12夾持地組裝。
即，在本發(fā)明中，當(dāng)進(jìn)行卷邊時(shí)，形成將處于比電極板2、3更靠外側(cè)的區(qū)域的固體高分子電解質(zhì)1的周緣區(qū)域1a夾隔絕緣片11、12地利用周緣區(qū)域4a、5a夾持的狀態(tài)。根據(jù)此種構(gòu)造，可以有效地防止氣體等從電極板2、3的一方流向另一方。另外，在金屬板5的表面?zhèn)纫苍O(shè)有絕緣片12，在完成了卷邊密封時(shí)，可以在可靠地確保了絕緣性能的狀態(tài)下密封。
作為絕緣片11、12，可以使用薄片狀的樹脂、橡膠、熱塑性彈性體、陶瓷等，然而在提高密封性方面，優(yōu)選樹脂、橡膠、熱塑性彈性體等。絕緣片11、12可以在將金屬板4、5加工為規(guī)定的形狀以前，直接或者借助粘接劑粘接、涂布，預(yù)先與金屬板4、5一體化。對(duì)于這一點(diǎn)，將在后面敘述。
作為卷邊構(gòu)造，從密封性或制造的容易性、厚度等觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選圖25所示的構(gòu)造。也就是，優(yōu)選如下的卷邊構(gòu)造，即，使一方的陰極側(cè)金屬板4的周緣區(qū)域4a比另一方的陽(yáng)極側(cè)金屬板5的周緣區(qū)域5a更大，在夾隔絕緣片11、12，并且夾壓陽(yáng)極側(cè)金屬板5的周緣區(qū)域5a地將陰極側(cè)金屬板4的周緣區(qū)域4a折回。對(duì)于用于進(jìn)行此種卷邊的制造方法及制造設(shè)備，將在后面詳細(xì)說明。
在圖22中，將接合用的接口5e(金屬制銷栓)相對(duì)金屬板5安裝于注入口5c。該安裝可以利用卷邊或壓入來進(jìn)行?？梢酝ㄟ^將金屬管13相對(duì)該銷栓5e壓入而安裝。通過向該金屬管13上再插入樹脂性管14，由此就可以形成氣體供給流路(參照?qǐng)D25)。對(duì)于排出口5d，也采用相同的構(gòu)成。
燃料電池單元的制造工序下面，對(duì)圖22～圖26中所說明的燃料電池單元的制造工序及制造設(shè)備進(jìn)行說明。圖27是概略表示燃料電池單元的制造工序的圖。如圖27所示，可分為制造陰極側(cè)金屬板4的工序、制造陽(yáng)極側(cè)金屬板5的工序、制造薄膜電極組成體10的工序，在制造了金屬板4、5和薄膜電極組成體10后，進(jìn)行使用它們組裝燃料電池單元的工序。
首先，對(duì)于用于制造陰極側(cè)金屬板4和陽(yáng)極側(cè)金屬板5的順序沖模設(shè)備的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖28是表示順序沖模設(shè)備的構(gòu)成的概念圖。該順序沖模設(shè)備可以對(duì)陰極側(cè)金屬板4和陽(yáng)極側(cè)金屬板5雙方進(jìn)行加工，為此沿著搬送路徑配置有7個(gè)模具。
作為用于加工各金屬板4、5的原材料，使用將具有規(guī)定寬度的長(zhǎng)條狀金屬板卷繞成卷筒的金屬卷筒。從該金屬卷筒中拉出長(zhǎng)條狀金屬板而送入順序沖模設(shè)備，實(shí)施必需的加工。對(duì)于金屬板4、5而言，雖然使用相同寬度的長(zhǎng)條狀金屬板，然而對(duì)于金屬板4而言，使用預(yù)先在單面上附著有絕緣片11的材料，對(duì)于金屬板5而言，使用預(yù)先在雙面上附著有絕緣片12的材料。
圖28所示的7個(gè)模具被以規(guī)定間隔配置，具有僅在制造陽(yáng)極側(cè)金屬板5的情況下使用的模具(第一、二、三、六模具)、僅在制造陰極側(cè)金屬板4的情況下使用的模具(第四、七模具)、可對(duì)兩金屬板4、5共同使用的模具(第五模具)。所以，設(shè)有如下的模具控制部，即，當(dāng)進(jìn)行陰極側(cè)金屬板4的制造時(shí)，控制第一、二、三、六模具不動(dòng)作，當(dāng)進(jìn)行陽(yáng)極側(cè)金屬板5的制造時(shí)，控制第四、七模具不動(dòng)作。
根據(jù)如上所述地構(gòu)成，由于不需要對(duì)陰極側(cè)金屬板4和陽(yáng)極側(cè)金屬板5設(shè)置各自的順序沖模設(shè)備，因此可以使設(shè)備費(fèi)用更為低廉。
下面，對(duì)于具體的加工內(nèi)容進(jìn)行說明。圖29是表示利用順序沖模設(shè)備加工陰極側(cè)金屬板4的情況的俯視圖，圖30是表示利用順序沖模設(shè)備加工陽(yáng)極側(cè)金屬板5的情況的俯視圖。圖31是表示利用順序沖模設(shè)備加工陰極側(cè)金屬板4的情況的剖視圖，圖32是表示利用順序沖模設(shè)備加工陽(yáng)極側(cè)金屬板5的情況的剖視圖。
最先對(duì)制造陰極側(cè)金屬板4的工序進(jìn)行具體說明。圖29中，從金屬卷筒中拉出的長(zhǎng)條狀金屬板50具有規(guī)定寬度，并且每隔規(guī)定間隔在寬度方向兩側(cè)預(yù)先形成有定位用孔50a。另外，絕緣片11也是被預(yù)先每隔規(guī)定間隔地貼附。在貼附絕緣片11時(shí)，可以以定位用孔50a作為基準(zhǔn)來貼附。長(zhǎng)條狀金屬板50被從圖29的左側(cè)向右側(cè)搬送。
如圖29所示，首先利用沖壓開孔形成多個(gè)孔4c(S1)。該階段的剖面形狀表示于圖31(b)中。它是利用第四模具來進(jìn)行的。然后，進(jìn)行用于收容電極板2的凹部4g的模壓加工(S2)。該階段的剖面形狀表示于圖31(c)中。它是利用第五模具進(jìn)行的。然后，進(jìn)行用于沖裁金屬板4的外形的加工(S3)。該階段的剖面形狀表示于圖31(d)中。它是利用第七模具進(jìn)行的。沖裁后的長(zhǎng)度以L2表示。
作為長(zhǎng)條狀金屬板50的移動(dòng)，當(dāng)在搬送方向上間歇地移動(dòng)，進(jìn)行利用模具的規(guī)定的加工時(shí)，以排列模具的規(guī)定間隔的量搬送。作為模具的動(dòng)作，同時(shí)進(jìn)行圖29所示的S1、S2、S3的加工。即，越向搬送方向的下游側(cè)行進(jìn)，則加工就越向前推進(jìn)。這一點(diǎn)與加工陽(yáng)極側(cè)金屬板5的情況相同。
下面對(duì)制造陽(yáng)極側(cè)金屬板5的工序進(jìn)行具體說明。圖30中，從金屬卷筒中拉出的長(zhǎng)條狀金屬板51具有規(guī)定寬度，并且每隔規(guī)定間隔在寬度方向兩側(cè)預(yù)先形成有定位用孔51a。另外，絕緣片12也是被預(yù)先每隔規(guī)定間隔地貼附在表背兩面。在貼附絕緣片12時(shí)，可以以定位用孔51a作為基準(zhǔn)來貼附。
如圖30所示，首先進(jìn)行流路槽9的模壓加工(第一階段)(S11)。它是利用第一模具來進(jìn)行的。該第一階段中，流路槽9并未完全地形成，為槽深度較淺的狀態(tài)。然后，進(jìn)行流路槽9的第二階段的模壓加工(S12)。這樣就結(jié)束了流路槽9的加工。該階段的剖面形狀表示于圖32(b)中。然后，進(jìn)行用于形成安裝接口的孔(注入口5c及排出口5d)的沖壓開孔加工(S13)。它是利用第三模具進(jìn)行的。
然后，進(jìn)行用于收容電極板3的凹部5g的模壓加工(S14)。該階段的剖面形狀表示于圖32(c)中。它是利用第五模具進(jìn)行的。然后，進(jìn)行用于沖裁金屬板5的外形的加工(S15)。該階段的剖面形狀表示于圖32(d)中。它是利用第六模具進(jìn)行的。沖裁后的長(zhǎng)度以L1表示。
如圖28所示，在沖裁了陽(yáng)極側(cè)金屬板5的外形后，進(jìn)行安裝如圖25(b)所示的接口的加工。接口5e可以利用卷邊與注入口5c和排出口5d結(jié)合。
另外，在對(duì)陰極側(cè)金屬板4的外形進(jìn)行了沖裁加工后，進(jìn)行用于將如圖33所示的周緣區(qū)域4a向內(nèi)側(cè)豎立彎曲90°的拉深加工。圖33(b)中表示進(jìn)行了拉深加工后的立體圖，在周緣區(qū)域4a的全周形成豎立彎曲部。通過形成此種豎立彎曲部，就可以容易地進(jìn)行卷邊密封加工。
對(duì)于在使用如上所述地制作的金屬板4、5進(jìn)行燃料電池單元的組裝工序中所使用的模具設(shè)備，可以使用已經(jīng)說明了的圖3、圖4的構(gòu)成的設(shè)備。如已經(jīng)說明的那樣，該模具的基本的構(gòu)成也可以適用于以下說明的燃料電池單元的組裝工序中所使用的任意的模具的情況。雖然根據(jù)加工內(nèi)容的差異，也有模具形狀不同的情況，但是基本的模具構(gòu)成可以設(shè)為圖3、4所示的構(gòu)造。
雖然是利用該模具組裝燃料電池單元的構(gòu)成，然而是在順序沖模設(shè)備中也可以使用的模具構(gòu)成。例如，對(duì)于在金屬板4、5上形成用于收容薄膜電極組成體10的電極板2、3的凹部4g、5g的模壓加工(拉深加工)、外形的沖裁加工中所使用的情況，如前說明所示。
燃料電池單元的制造(組裝)工序在利用順序沖模設(shè)備進(jìn)行了金屬板4、5的沖裁加工之后，對(duì)陰極側(cè)金屬板4進(jìn)行豎立彎曲部的拉深加工(參照?qǐng)D33)，進(jìn)行燃料電池單元的組裝。該組裝工序與圖5或圖14中說明的相同。另外，對(duì)于各工序的模具構(gòu)成等，由于圖34～圖37中所示的基本上與圖10～圖13中說明的內(nèi)容相同，因此省略詳細(xì)的說明。但是，因流路槽9是利用沖壓加工形成的，所以與流路槽9的形狀匹配地形成模具，在這一點(diǎn)上不同。
圖34中表示設(shè)置了利用順序沖模設(shè)備制造的金屬板4、5和薄膜電極組成體10的狀態(tài)。在進(jìn)行了90°拉深加工的金屬板4中，設(shè)置薄膜電極組成體10(在固體高分子電解質(zhì)1的兩面組裝有電極板2、3的構(gòu)件)。在第一上模31上，設(shè)有用于讓出與金屬板5卷邊結(jié)合的接口5e的凹部31a、用于讓出伴隨著流路槽9的形成而產(chǎn)生的金屬板5的表面的突出部的凹部31b。
如圖36所示，當(dāng)周緣區(qū)域4a、5a被利用卷邊密封時(shí)，在周緣區(qū)域4a與周緣區(qū)域5a之間，作為絕緣層夾隔有絕緣片11、12，以防止了金屬板4、5彼此之間的短路的狀態(tài)密封。
其他實(shí)施方式燃料電池單元的構(gòu)成并不限定于圖1、2、22～26所示的構(gòu)造的構(gòu)成。例如，陰極側(cè)金屬板4雖然被設(shè)為具有多個(gè)用于輸入空氣的開口部4c的形狀，然而也可以將陰極側(cè)金屬板4制成與陽(yáng)極側(cè)金屬板5相同的形狀。
圖1、2的實(shí)施方式中，雖然是利用蝕刻進(jìn)行流路槽的形成和將周緣區(qū)域的厚度減薄的工序、形成注入口、排出口、開口部的工序，然而它們也可以利用沖壓加工來進(jìn)行。
圖1、2的實(shí)施方式中，雖然對(duì)作為絕緣層夾隔固體高分子電解質(zhì)1的構(gòu)成進(jìn)行說明，然而也可以另外使用絕緣構(gòu)件，夾隔它而進(jìn)行卷邊密封。作為絕緣材料的厚度，從薄型化的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選0.1mm以下。而且，通過涂覆絕緣材料，就能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的薄型化(例如絕緣材料的厚度也可以達(dá)到1μm)。作為絕緣材料，可以使用薄片狀的樹脂、橡膠、熱塑性彈性體、陶瓷等，然而在提高密封性方面，優(yōu)選樹脂、橡膠、熱塑性彈性體等，特別優(yōu)選聚丙烯、聚乙烯、聚酯、氟樹脂、聚酰亞胺。絕緣材料也可以直接或借助粘接劑貼附、涂布于金屬板4、5的周緣，預(yù)先與金屬板4、5一體化。
在S8、S9的工序中，由于是在第一下模21和金屬板5的下面之間設(shè)有間隙的狀態(tài)，因此不一定需要設(shè)置第一下模21。
在本實(shí)施方式的單元的組裝工序中，對(duì)于向下一工序的沖壓加工轉(zhuǎn)移的情況，雖然說明了在更換模具的同時(shí)依次進(jìn)行的例子，然而也可以采用能夠使用順序沖模連續(xù)地進(jìn)行沖壓加工的構(gòu)成。
本實(shí)施方式中卷邊密封工序的金屬板的拉深加工，將規(guī)定傾斜角度設(shè)定為45°，繼而進(jìn)行0°拉深加工。即，以兩個(gè)階段進(jìn)行卷邊密封，然而也可以將其設(shè)為三個(gè)階段以上。例如，也可以設(shè)定為60°→30°→0°。當(dāng)然，也可以是該角度以外的角度。另外，也可以設(shè)定為四個(gè)階段以上的多階段。
本實(shí)施方式的順序沖模設(shè)備中，雖然將形成于陽(yáng)極側(cè)金屬板5上的流路槽9分為兩次進(jìn)行沖壓加工，但是也可以利用一次或三次以上的階段性的加工來形成。
在本實(shí)施方式的組裝工序中，雖然是在以薄膜電極組成體10的形式組裝后，設(shè)置于模具上，然而也可以在設(shè)置于模具上時(shí)，以依照陰極側(cè)電極板2、固體高分子電解質(zhì)1、陽(yáng)極側(cè)電極板3的順序?qū)盈B的形式來設(shè)置。
本實(shí)施方式中，雖然將陰極側(cè)金屬板4的周緣區(qū)域4a折曲而卷邊密封，然而也可以將陽(yáng)極側(cè)金屬板5的周緣區(qū)域5a折曲而卷邊密封。
雖然對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了各種說明，然而這些實(shí)施方式可以適當(dāng)?shù)亟M合實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池單元的制造方法，該燃料電池單元具備板狀的薄膜電極組成體、配置于該薄膜電極組成體的兩側(cè)的第一金屬板及第二金屬板，將這些金屬板的周緣區(qū)域以在其間夾設(shè)有絕緣層的狀態(tài)利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封，其特征是，在所述一對(duì)金屬板之間設(shè)置有薄膜電極組成體的狀態(tài)下將一方的金屬板的周緣區(qū)域向內(nèi)側(cè)方向傾倒而利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封之時(shí)，使用位于金屬板的中央?yún)^(qū)域并限制中央?yún)^(qū)域的變形的限制機(jī)構(gòu)、位于所述周緣區(qū)域并進(jìn)行用于機(jī)械密封的加工的彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)，在使用彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)進(jìn)行周緣區(qū)域的密封之時(shí)，用限制機(jī)構(gòu)限制中央?yún)^(qū)域的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單元的制造方法，其中，具有在進(jìn)行所述機(jī)械密封之后，對(duì)已密封的周緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)區(qū)域再進(jìn)行沖壓推壓的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單元的制造方法，其中，具有將進(jìn)行彎曲沖壓的周緣區(qū)域的金屬板的厚度預(yù)先制成比其他部分更薄的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單元的制造方法，其中，還具有通過對(duì)第一金屬板的周緣區(qū)域進(jìn)行拉深加工，在周緣區(qū)域的全周形成豎立彎曲部的工序；在豎立彎曲部為朝向上方狀態(tài)的第一金屬板之上，依次放置薄膜電極組成體和第二金屬板，并且在豎立彎曲部的內(nèi)壁側(cè)設(shè)置絕緣層的工序；至少進(jìn)行一次使豎立彎曲部的全周朝向金屬板的內(nèi)側(cè)方向傾斜規(guī)定角度的拉深加工的工序；通過將所述已傾斜規(guī)定角度的豎立彎曲部的全周向第二金屬板的周緣區(qū)域倒入，對(duì)周緣區(qū)域進(jìn)行所述機(jī)械密封的工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池單元的制造方法，其中，所述規(guī)定角度相對(duì)于水平面為40°以上50°以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池單元的制造方法，其中，在第一金屬板之上依次放置薄膜電極組成體和第二金屬板的工序之前，具有將第一金屬板及第二金屬板當(dāng)中的至少一方的金屬板加工為其中央?yún)^(qū)域與周緣區(qū)域相比更向薄膜電極組成體的方向突出的彎曲形狀的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池單元的制造方法，其中，所述豎立彎曲部的內(nèi)壁與第二金屬板的周緣端面的間隙為0.05～0.15mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池單元的制造方法，其中，所述彎曲形狀的突出量為0.05～0.15mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單元的制造方法，其中，利用順序沖模設(shè)備連續(xù)地進(jìn)行以下工序?yàn)榱酥谱鞯谝唤饘侔寤虻诙饘侔澹瑢⒕哂幸?guī)定寬度的長(zhǎng)條狀金屬板向所述順序沖模設(shè)備搬送的搬送工序；在長(zhǎng)條狀金屬板上形成燃料氣體用的流路的工序；在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的工序；通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第一金屬板的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池單元的制造方法，其中，利用所述順序沖模設(shè)備連續(xù)地進(jìn)行以下工序在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于輸入空氣的孔的工序；在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的工序；通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第二金屬板的工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池單元的制造方法，其中，在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的所述工序中所使用的模具，對(duì)于第一金屬板和第二金屬板使用共同的模具。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池單元的制造方法，其中，在制造所述第一金屬板之時(shí)，在形成流路的所述工序與形成凹部的所述工序之間，具有在所述流路的兩個(gè)端部，形成用于結(jié)合氣體供給管安裝用的接口的孔、用于結(jié)合氣體排出管安裝用的接口的孔的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池單元的制造方法，其中，形成所述流路的工序分為多次來進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池單元的制造方法，其中，在所述長(zhǎng)條狀金屬板中，每隔與順序沖模設(shè)備的模具排列間隔對(duì)應(yīng)的規(guī)定間隔地預(yù)先形成加工定位用的孔，并且每隔相同的規(guī)定間隔地預(yù)先附著構(gòu)成所述絕緣層的絕緣片。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池單元的制造方法，其中，所述絕緣片被制成與所述周緣區(qū)域?qū)?yīng)的環(huán)狀，并以所述定位用的孔為基準(zhǔn)附著。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池單元的制造方法，其中，在第一金屬板形成用的長(zhǎng)條狀金屬板、第二金屬板形成用的長(zhǎng)條狀金屬板的雙方上預(yù)先附著有絕緣片，從而在所收容的薄膜電極組成體的周緣區(qū)域被第一金屬板側(cè)的絕緣片和第二金屬板側(cè)的絕緣片夾持的位置上，預(yù)先附著有絕緣片。
17.一種燃料電池單元的制造設(shè)備，該燃料電池單元具備板狀的薄膜電極組成體、配置于該薄膜電極組成體的兩側(cè)的第一金屬板及第二金屬板，將這些金屬板的周緣區(qū)域以在其間夾設(shè)有絕緣層的狀態(tài)利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封，其特征是，作為在所述一對(duì)金屬板之間設(shè)置有薄膜電極組成體的狀態(tài)下將一方的金屬板的周緣區(qū)域向內(nèi)側(cè)方向傾倒而利用彎曲沖壓進(jìn)行機(jī)械密封時(shí)所用的機(jī)構(gòu)，具備位于所述金屬板的中央?yún)^(qū)域的限制機(jī)構(gòu)；用于對(duì)金屬板的周緣區(qū)域?qū)嵤C(jī)械密封的下側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)及上側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)；規(guī)定進(jìn)行機(jī)械密封時(shí)的搭載有限制機(jī)構(gòu)和上側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)的組件的總行程的擋塊；和對(duì)上側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)設(shè)置的推靠機(jī)構(gòu)，所述總行程被設(shè)定為比直至上側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)與金屬板頂接而開始加工的行程更長(zhǎng)，在加工開始后推靠機(jī)構(gòu)的推靠力作用于金屬板的周緣區(qū)域，并且利用限制機(jī)構(gòu)限制中央?yún)^(qū)域的變形。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，在進(jìn)行所述機(jī)械密封時(shí)，限制機(jī)構(gòu)的下面位于比下側(cè)彎曲沖壓加工機(jī)構(gòu)的上面更靠上方的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，還具備在所述機(jī)械密封工序之后，對(duì)已密封的周緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)區(qū)域進(jìn)行沖壓推壓的工序中所用的機(jī)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，還具有在通過對(duì)第一金屬板的周緣區(qū)域進(jìn)行拉深加工，在周緣區(qū)域全周形成豎立彎曲部的工序中所用的模具；在豎立彎曲部為朝向上方狀態(tài)的第一金屬板之上依次放置薄膜電極組成體和第二金屬板，并且在豎立彎曲部的內(nèi)壁側(cè)設(shè)置絕緣層，繼而至少進(jìn)行一次使豎立彎曲部的全周向金屬板的內(nèi)側(cè)方向傾斜規(guī)定角度的拉深加工中所用的模具；通過將所述已傾斜規(guī)定角度的豎立彎曲部的全周向第二金屬板的周緣區(qū)域倒入，對(duì)周緣區(qū)域進(jìn)行所述機(jī)械密封的工序中所用的模具。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，傾斜所述規(guī)定角度的模具的角度被設(shè)定為相對(duì)水平面為40°以上50°以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，還具備在將第一金屬板及第二金屬板當(dāng)中的至少一方的金屬板加工為其中央?yún)^(qū)域比周緣區(qū)域更向薄膜電極組成體的方向突出的彎曲形狀的工序中所用的模具。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，具備為了制作第一金屬板或第二金屬板，搬送具有規(guī)定寬度的長(zhǎng)條狀金屬板的同時(shí)依次進(jìn)行規(guī)定的加工的順序沖模設(shè)備，該順序沖模設(shè)備具備在長(zhǎng)條狀金屬板上形成燃料氣體用的流路的模具；在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的模具；通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第一金屬板的模具。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，具備在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于輸入空氣的孔的模具；在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的模具；通過由長(zhǎng)條狀金屬板沖裁外形而形成第二金屬板的模具。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，在長(zhǎng)條狀金屬板上形成用于收容薄膜電極組成體的凹部的所述工序中所用的模具，對(duì)于第一金屬板和第二金屬板使用共同的模具。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的燃料電池單元的制造設(shè)備，其中，具備控制構(gòu)成順序沖模設(shè)備的各模具的動(dòng)作的模具控制部，該模具控制部在加工第一金屬板之時(shí)，使僅用于第二金屬板的加工的模具不動(dòng)作，在加工第二金屬板之時(shí)，使僅用于第一金屬板的加工的模具不動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以在制造工序中抑制構(gòu)件的變形的同時(shí)可靠地制造燃料電池單元的制造方法。燃料電池單元具備板狀的薄膜電極組成體(10)、配置于該薄膜電極組成體(10)的兩側(cè)的一對(duì)金屬板(4、5)，將這些金屬板(4、5)的周緣區(qū)域(4a、5a)以在其間夾設(shè)有絕緣層(1a)的狀態(tài)利用卷邊來密封，在該制造方法中，在一對(duì)金屬板(4、5)之間設(shè)置有薄膜電極組成體(10)的狀態(tài)下將一方的金屬板(4)的周緣區(qū)域(4a)向內(nèi)側(cè)方向傾倒而進(jìn)行卷邊密封之時(shí)，使用位于金屬板(4、5)的中央?yún)^(qū)域(4b、5b)并限制中央?yún)^(qū)域(4b、5b)的變形的第一模具(31)、位于周緣區(qū)域(4a、5a)并進(jìn)行用于卷邊密封的加工的第二模具(22、32)，在使用第二模具(22、32)進(jìn)行周緣區(qū)域(4a、5a)的卷邊密封之時(shí)，用第一模具(31)限制中央?yún)^(qū)域(4b、5b)的變形。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101019261SQ20058003106
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者杉本正和, 矢野雅也, 杉田泰一 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社