燃料电池用电极框架组件的制造方法及制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池用电极框架组件的制造方法及制造装置。
【背景技术】
[0002]专利文献1中记载了一种膜电极接合体、使用了该膜电极接合体的燃料电池及它们的制造方法。在专利文献1的方法中，在带状的电解质膜上隔开规定的间隔而形成电极催化剂层，在电极催化剂层上配置比电极催化剂层小的扩散层(GDL)，以使扩散层嵌入框架的开口部的方式重叠具有开口部的框架来制造了膜电极接合体。
[0003]【现有技术文献】
[0004]【专利文献】
[0005]【专利文献1】日本特开2005-129343号公报
【发明内容】
[0006]【发明要解决的课题】
[0007]在电解质膜上重叠框架时，优选框架不与扩散层重叠而将扩散层可靠地配置在框架的开口部之中。然而，需要考虑扩散层的冲裁尺寸公差和/或扩散层的放置公差、及框架的成形或冲裁公差、框架的放置公差，其结果是，在专利文献1的方法中，为了在框架的开口部之中可靠地配置扩散层，框架的开口部的尺寸(面积)形成为了比扩散层的尺寸(面积)大得多。因此，在框架的开口部的缘部与扩散层之间有时会产生大的间隙。具体而言，若考虑到与扩散层和框架的嵌合关联的公差，则框架与扩散层的间隙可能会扩展至2_左右。若产生这样的大间隙，则在框架与扩散层的间隙中，电解质膜由于膨胀/收缩而移动，有时成为产生电解质膜损伤的不良情况的原因。
[0008]其结果是，以往产生了以下的课题。第一，由于较大地取框架与扩散层之间的间隙，因此包含框架在内的燃料电池单电池整体的尺寸(面积)比发电区域(电极催化剂层)的尺寸(面积)大得多。因此，单电池尺寸变大，成为高成本的原因。第二，在框架与扩散层的间隙未由粘结剂填埋而残留的情况下，电解质膜(及催化剂电极层)会从间隙露出，因此单电池性能可能会提前劣化。
[0009]【用于解决课题的手段】
[0010]本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。
[0011](1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池用电极框架组件的制造方法。该燃料电池用电极框架组件的制造方法包括如下的工序:(a)将框架与扩散层重叠而配置；及(b)在使所述扩散层与所述框架重叠的状态下对所述扩散层与所述框架进行冲裁，从而在所述框架形成开口部，所述开口部具有与冲裁出的所述扩散层匹配的形状。根据该方式，由于冲裁出的扩散层与框架的开口部的形状匹配，因此能够使扩散层的放置公差和/或框架的放置公差大致为0，其结果是，能够实现燃料电池单电池的紧凑化。
[0012](2)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造方法中，可以是，还包括如下工序:在所述工序(b)的冲裁时或冲裁后，在分别维持所述冲裁出的扩散层和所述框架的宽度方向及长度方向的位置的状态下，将所述冲裁出的扩散层嵌入所述框架的所述开口部。根据该方式，在维持冲裁出的扩散层和框架的宽度方向及长度方向的位置的状态下使扩散层与框架组合，因此可以不考虑扩散层的放置公差和/或框架的放置公差地使扩散层与框架组合。其结果是，能够实现燃料电池单电池的紧凑化，并且能够实现制造工序的简化。
[0013](3)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造方法中，可以是，所述冲裁的形状为大致长方形，而且，在所述大致长方形的边和角中的至少一个部位具有嵌合形状。根据该方式，在搬运时能够使框架与扩散层这两者彼此不易脱离。其结果是，能够简化制造工序。
[0014](4)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造方法中，可以是，所述嵌合形状是在所述冲裁出的扩散层中所述大致长方形的外缘侧凸出的形状，并且，所述嵌合形状形成于所述大致长方形的边中的与所述框架的搬运方向平行的边或所述大致长方形的角。根据该方式，在搬运时能够使框架与扩散层这两者更不易脱离。
[0015](5)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造方法中，可以是，所述冲裁出的扩散层的所述嵌合形状具有后掠角部分，该后掠角部分相对于所述搬运方向具有后掠角。根据该方式，在搬运时能够使框架与扩散层这两者更不易脱离。
[0016](6)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造方法中，可以是，在所述工序(b)中，在使所述扩散层与所述框架重叠的状态下对所述扩散层与所述框架进行冲裁时，以使所述冲裁出的扩散层的法线方向上的所述框架侧的大小小于所述冲裁出的扩散层的法线方向上的与所述框架相反一侧的大小的方式，从所述扩散层侧相对于所述扩散层的法线方向倾斜地冲裁。根据该方式，冲裁出的扩散层的框架侧小且与框架相反的一侧大。另一方面，冲裁出的框架(框)的扩散层侧大且框架侧小，因此能够利用冲裁出的框架容易地支承冲裁出的扩散层。
[0017](7)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造方法中，可以是，所述扩散层由碳纸形成。根据该方式，由于扩散层由碳纸形成，因此存在张力，能够使得不易从框架脱离。
[0018](8)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造方法中，可以是，框架由透明的树脂形成。根据该方式，由于框架由透明的树脂形成，因此通过从框架侧观察，燃料电池用电极框架组件与其他的构件例如催化剂层接合电解质膜的位置对合变得容易。
[0019](9)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池用电极框架组件的制造装置。该燃料电池用电极框架组件的制造装置具备:第一辊，卷绕有扩散层的片材；第二辊，卷绕有框架的片材；搬运装置，搬运所述扩散层的片材和所述框架的片材；及冲裁装置，在使所述扩散层的片材与所述框架的片材重叠的状态下同时对所述扩散层的片材与所述框架的片材进行冲裁，从而在所述框架形成开口部，所述开口部具有与冲裁出的所述扩散层匹配的形状。根据该方式，由于冲裁出的扩散层与框架的开口部的形状匹配，因此能够使扩散层的放置公差和/或框架的放置公差大致为0，其结果是，能够实现燃料电池单电池的紧凑化。
[0020](10)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造装置中，可以是，所述冲裁装置具备:刀具，用于进行所述冲裁；及按压构件，用于在所述冲裁之后使所述刀具后退时，按压所述冲裁出的扩散层而将所述冲裁出的扩散层嵌入所述框架的所述开口部。根据该方式，能够在冲裁出的扩散层、冲裁出的框架的宽度方向及长度方向的位置保持固定的状态下使扩散层与框架组合，能够抑制扩散层与框架的错位。
[0021](11)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造装置中，可以是，所述冲裁的形状为大致长方形，而且，在所述大致长方形的边和角中的至少一个部位具有嵌合形状。根据该方式，能够在搬运时使框架与扩散层这两者彼此不易脱离。其结果是，能够简化制造工序。
[0022](12)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造装置中，可以是，所述嵌合形状是在所述冲裁出的扩散层中所述大致长方形的外缘侧凸出的形状，并且，所述嵌合形状形成于所述大致长方形的边中的与所述框架的搬运方向平行的边或所述大致长方形的角。根据该方式，能够在搬运时使框架与扩散层这两者更不易脱离。
[0023](13)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造装置中，可以是，所述冲裁出的扩散层的所述嵌合形状具有后掠角部分，该后掠角部分相对于所述搬运方向具有后掠角。根据该方式，能够在搬运时使扩散层不易从框架脱离。
[0024](14)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造装置中，可以是，所述冲裁的形状为长方形，冲裁所述长方形的相对的两条边的刀具在对所述扩散层的片材和所述框架的片材进行冲裁时，以使所述冲裁出的扩散层的法线方向上的所述框架侧的大小小于所述冲裁出的扩散层的法线方向上的与所述框架相反一侧的大小的方式，从所述扩散层侧相对于所述扩散层的法线方向倾斜地冲裁。根据该方式，冲裁出的扩散层的框架侧小且与框架相反的一侧大。另一方面，冲裁出的框架(框)的扩散层侧大且框架侧小，因此能够通过冲裁出的框架容易地支承冲裁出的扩散层。
[0025](15)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造装置中，可以是，所述扩散层由碳纸形成。根据该方式，由于扩散层由碳纸形成，因此存在张力，能够使得不易从框架脱离。
[0026](16)在上述方式的燃料电池用电极框架组件的制造装置中，可以是，所述框架由透明的树脂形成。根据该方式，由于框架由透明的树脂形成，因此通过从框架侧观察，从而燃料电池用电极框架组件与其他的构件例如催化剂层接合电解质膜的位置对合变得容易。
[0027]需要说明的是，本发明能够以各种形态实现。例如，除了燃料电池用电极框架组件的制造方法、制造装置之外，还能够以燃料电池的制造方法等方式实现。
【附图说明】
[0028]图1是表示燃料电池组的概略结构的剖视图。
[0029]图2是说明本实施方式的燃料电池用电极框架组件的制造工序的说明图。
[0030]图3是表示以往的燃料电池用电极框架组件的制造工序的说明图。
[0031]图4