燃料电池单元的制造方法及制造设备的制作方法

专利名称：燃料电池单元的制造方法及制造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造薄型燃料电池单元的制造方法及制造设备。
背景技术：
使用了聚合物电解质之类的固体高分子电解质的高分子型燃料电池由于具有高能量转换效率，且薄型小型、轻量，因此面向家用热电联供系统或汽车的开发十分活跃。作为此种燃料电池的以往技术的构造，已知图38所示的构造(例如，参照非专利文献1)。
即，如图38所示，夹隔固体高分子电解质膜100配设阳极101和阴极102。另外，隔着衬垫103用一对隔膜104夹持而构成单元电池105。在各个隔膜104中形成有气体流路槽，利用与阳极101的接触，形成还原气体(例如氢气)的流路，利用与阴极102的接触，形成氧化气体(例如氧气)的流路。各种气体在单元电池105内的各流路中流通的同时，利用担载于阳极101或阴极102的内部的催化剂的作用而用于电极反应(电极中的化学反应)，导致电流的产生和离子传导。
将该单元电池105层叠多个，将单元电池105彼此之间电串联连接而构成燃料电池N，电极106可以从层叠的两端单元电池105中取出。此种燃料电池N因清洁并且高效率的特征，作为各种用途，特别是作为电动汽车用电源或家用分散型电源而受到关注。
另一方面，伴随着近年来的IT技术的活跃化，有频繁地使用移动电话、笔记本个人电脑、数字照相机等移动式机器的倾向，它们的电源基本上都使用锂离子二次电池。但是，伴随着移动式机器的高功能化，耗电也不断增大，作为其电源使用清洁且高效率的燃料电池受到关注。
但是，如图38所示的以往的构造中，由于在构造上没有自由度，因此在作为移动式机器的电源而要求的薄型小型轻量化或形状的高自由度方面有困难，还有维护性差的问题。另外，很难在燃料电池单元内将氧化还原气体不相混合地供给并且实现密闭化，难以在满足这些条件的同时，减小燃料电池单元的大小或重量。也就是，以往由于是将单元部件用螺栓及螺帽这样的连结部件相互结合，对单元部件施加了一定的压力，因此在确保密封性方面，需要提高各构件的刚性，而无论怎样都很难实现薄型化、小型化、轻量化、自由的形状设计。
鉴于此种问题，本申请发明人发明出可以实现薄型化、小型化等的燃料电池单元，并进行了申请(例如，日本特愿2004-82882)。该燃料电池单元的基本构成的特征是，其具备板状的薄膜电极组成体、被配置于该薄膜电极组成体的两侧的一对金属板(阴极侧金属板及阳极侧金属板)，对这些金属板的周缘在其间夹设绝缘层的状态下利用卷边密封。另外，薄膜电极组成体由固体高分子电解质和配置于其两侧的一对电极板(阳极侧及阴极侧)构成。由于将金属板的周缘以电绝缘的状态利用卷边密封，因此可以防止两者的短路，同时在不太增加厚度的情况下可靠地进行燃料电池单元的密封。这样维护也变得更为容易，而且由于与图38所示的以往构造相比，对于单元构件不要求刚性，所以可以大幅度地将各燃料电池单元薄型化。另外，由于使用固体高分子电解质或金属板，因此可以实现自由的平面形状或弯曲，从而可以变得小型轻量并且进行自由的形状设计。
非专利文献1日経メカニカル別冊「燃料電池開発最前線」发行日2001年6月29日、发行者日経BP社、第三章PEFC、3.1原理と特徴p46(日经机械增刊「燃料电池开发最前线」发行日2001年6月29日，发行者日经BP公司，第3章PEFC，3.1原理与特征p46)。

发明内容
因而，本发明的课题在于提供具有此种构成的燃料电池单元的制造方法及制造设备。特别是由于为了实现薄型化，将构成燃料电池单元的各个构件制成平板状，因此成为容易变形的形状。所以，要求一种在制造工序中可以在抑制构件变形的同时可靠地制造燃料电池单元的制造方法及制造设备。
为了解决所述课题，本发明的燃料电池单元的制造方法中，所述燃料电池单元具备板状的薄膜电极组成体、配置于该薄膜电极组成体的两侧的第一金属板及第二金属板，将这些金属板的周缘区域以在其间夹设有绝缘层的状态利用弯曲冲压进行机械密封，其特征是，在所述一对金属板之间设置有薄膜电极组成体的状态下将一方的金属板的周缘区域向内侧方向倾倒而利用弯曲冲压进行机械密封之时，使用位于金属板的中央区域并限制中央区域的变形的限制机构、位于所述周缘区域并进行用于机械密封的加工的弯曲冲压加工机构，在使用弯曲冲压加工机构进行周缘区域的密封之时，用限制机构限制中央区域的变形。
对利用该构成制造的燃料电池单元的制造方法的作用、效果进行说明。所要制造的燃料电池单元具备板状的薄膜电极组成体、配置于其两侧的一对金属板，通过将这一对金属板的周缘区域夹隔绝缘层地利用弯曲冲压进行机械密封，由此就可以将周缘区域密封。该燃料电池单元由于是将板状的薄膜电极组成体作为基体而构成的，因此作为整体都可以制成薄型。
该燃料电池单元例如可以利用像卷边加工之类的弯曲冲压加工来制造，为此使用了限制机构和弯曲冲压加工机构。具体来说，具有位于金属板的中央区域的限制机构、位于周缘区域的弯曲冲压加工机构。利用弯曲冲压加工机构，可以进行周缘区域的机械密封。在利用弯曲冲压加工机构进行加工时，利用限制机构限制中央区域的变形。如果是没有该限制的状态的话，则平板状的构件就有可能变形，而通过利用限制机构来限制，就可以消除该问题。这样，在制造工序中就可以在抑制构件的变形的同时可靠地制造燃料电池单元。
而且，虽然是弯曲冲压加工，但是并不限定于一个工序，也可以由多个工序进行。该情况下，冲压加工的内容可以根据其各阶段来设定，并不限定于特定的内容的加工。另外，在通过多个工序进行的情况下，也可以准备多种限制机构或弯曲冲压加工机构。
在本发明中，优选具有在进行机械密封之后，对已密封的周缘区域的内侧区域再进行冲压推压的工序。这样，就可以可靠地进行密封，可靠地防止气体的泄漏。
在本发明中，优选具有将进行弯曲冲压的周缘区域的金属板的厚度制成比其他的部分更薄的工序。通过使进行弯曲冲压的区域变薄，由此就可以用很小的载荷来进行机械密封，可以抑制对构成单元的构件的变形。作为减小厚度的方法，例如可以举出蚀刻、冲压加工。
作为本发明的限制机构的第一模具至少具备位于金属板的上侧的第一上模，并且作为弯曲冲压加工机构的第二模具具备位于金属板的上侧的第二上模、位于金属板的下侧的第二下模，优选具有用于使该第二上模从上方开始移动，利用第二下模和第二上模进行周缘区域的机械密封的工序；在该加工的同时或在其之后，从上方移动来的第一上模到达限制中央区域的变形的位置的工序。
作为第一模具至少具备位于金属板的上侧的第一上模，可利用该第一上模的下面来限制金属板的变形。另外，第二模具具备第二上模和第二下模，通过使金属板的周缘区域位于它们之间，就可以利用第二模具进行机械密封。当第二上模向下方下降而与金属板的周缘区域顶接时，即开始加工。而且，在由多个工序进行机械密封的情况下，准备与工序数对应数目的第一、第二上模或第一、第二下模等。此外，在利用第二模具的加工开始的同时或在加工开始后，利用从上方移动来的第一上模，限制金属板的周缘区域将要发生的变形。这样，就可以抑制构件的变形，并可靠地进行机械密封。
在本发明中，优选在进行用于所述机械密封的加工时，第一上模的下面位于比第二下模的上面更靠上方的位置。
为了限制金属板的周缘区域的变形，将第一上模的下面设定为位于比第二下模的上面更靠上方的位置。这样，就可以利用第一上模使所需最小限度的顶接力作用于金属板上面，可以不作用不需要的力而限制变形。
在进行本发明的机械密封之前，优选进行通过对一对金属板分别进行拉深加工而形成收容薄膜电极组成体的空间的工序、将一对金属板分别冲裁为规定的形状的工序。
在燃料电池单元的制造工序中，首先，对一对金属板分别进行拉深加工，形成收容薄膜电极组成体的空间。然后，将一对金属板分别冲裁加工为规定的形状。而且，作为本发明，也可以调换该冲裁加工和拉深加工的顺序。此后，在已被冲裁的一对金属板之间收容薄膜电极组成体，将周缘区域利用弯曲冲压进行机械密封。而且，本发明的制造工序中的冲压加工是至少包括这些工序的加工，不用说也可以还附加其他的工序。
在本发明中，优选具有通过对第一金属板的周缘区域进行拉深加工，由此在周缘区域的全周形成竖立弯曲部的工序；在竖立弯曲部为朝向上方状态的第一金属板之上依次放置薄膜电极组成体和第二金属板，并且在竖立弯曲部的内壁侧设置绝缘层的工序；至少进行一次使竖立弯曲部的全周朝向金属板的内侧方向倾斜规定角度的拉深加工的工序；通过将所述已倾斜规定角度的竖立弯曲部的全周向第二金属板的周缘区域倒入而对周缘区域进行所述机械密封的工序。
根据该构成，对第一金属板的周缘区域进行拉深加工，在周缘区域的全周形成竖立弯曲部。使该竖立弯曲部处于朝向上方的状态，在其内部(相当于金属板的中央区域)依次放置薄膜电极组成体和第二金属板。另外，形成使绝缘层位于竖立弯曲部的内壁侧的状态。然后，将竖立弯曲部向金属板的内侧进行拉深加工，在夹隔有绝缘层的状态下，向第二金属板的周缘区域倒入，然而其并非只用一个工序来进行，而是至少用两个工序来进行。
即，首先对竖立弯曲部进行拉深加工直至变为已向内侧倾斜规定角度的状态。此外，在其后使该倾斜状态的竖立弯曲部倒入第二金属板的周缘区域。这样，就可以在夹隔有绝缘层的状态下将周缘区域机械密封。通过阶段地进行密封，就可以可靠地将竖立弯曲部倒入。当将其用一个工序来进行时，则有可能无法很好地倾倒，密封状态的质量也降低，通过阶段地进行，就可以可靠地密封，可以防止气体的泄漏等。其结果是，可以可靠地进行利用弯曲加工的机械密封，将单元内部可靠地密封。
而且，在本发明中，倾斜规定角度的拉深加工至少进行一次，也可以不只一次，而分为两次以上进行。在以一次进行的情况下，可以将规定角度设定为例如45°。另外，在以两次进行的情况下，可以将规定角度例如像60°→30°那样阶段性地设定。对于三次以上的情况也相同，可以考虑到各种变形例。
在本发明中，优选所述规定角度相对于水平面在40°以上50°以下。
例如，在将用于使之倾斜规定角度的拉深加工设为一次的情况下，一旦超过50°，则在进行0°拉深加工时，竖立弯曲部有可能无法很好地向内侧倾倒。例如，有可能产生压曲之类的现象而无法很好地压倒，密封状态的质量降低，产生气体泄漏等问题。另外，一旦小于40°，则由于在使其一次就小于40°时，竖立弯曲部难以很好地向内侧倾倒，因此不够理想。
在本发明中，在第一金属板之上依次放置薄膜电极组成体和第二金属板的工序之前，优选具有将第一金属板及第二金属板当中的至少一方的金属板加工为其中央区域与周缘区域相比更向薄膜电极组成体的方向突出的弯曲形状的工序。
根据该构成，第一、第二金属板就不是单纯的平面状，而是至少一方被加工为其中央区域比周缘区域更向薄膜电极组成体的方向突出的弯曲形状。所以，在对周缘区域进行密封加工的情况下，即使作用有使中央区域向外侧突出的力，由于预先加工为向内侧弯曲的形状，因此就可以抑制将所制造的燃料电池单元的中央区域加工为向外侧鼓出的形状的情况。这样，就可以使薄膜电极组成体与第一、第二金属板的接触状态良好。其结果是，可以在制造工序中抑制构件的变形的同时可靠地制造电池单元。
在本发明中，优选所述竖立弯曲部的内壁与第二金属板的周缘端面的间隙为0.05～0.15mm。
当进行机械密封时，如果竖立弯曲部与第二金属板的周缘端面的间隙小于0.05mm，则由于间隙过小，因此在机械密封工序中，竖立弯曲部与所述周缘端面就有可能顶接，由此使金属板的中央区域向外侧突出的力就会很大地作用，如果为0.05mm以上，则可以抑制此种可能性。另外，当间隙超过0.15mm时，则单元内部的气体泄漏的可能性升高。所以，优选像这样来设定间隙。
在本发明中，优选所述弯曲形状的突出量为0.05～0.15mm。如果小于0.05mm，则难以发挥抑制金属板的中央区域向外侧的突出的效果。当超过0.15mm时，则会有进行机械密封时的密封压力变得过大，作用于薄膜电极组成体的力也变得过大这样的问题。通过如上所述地设定突出量，就可以采用恰当的密封工序。
在本发明中，优选利用顺序冲模设备连续地进行以下工序为了制作第一金属板或第二金属板，将具有规定宽度的长条状金属板向所述顺序冲模设备搬送的搬送工序、在长条状金属板上形成燃料气体用的流路的工序、在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的工序、通过由长条状金属板冲裁外形而形成第一金属板的工序。
根据该构成，作为用于加工第一金属板及第二金属板的原材料，使用具有规定宽度的长条状金属板(例如，被以卷绕于卷筒的状态提供)，将长条状金属板向顺序冲模设备搬送。在顺序冲模设备中，沿着长条状金属板的搬送路径配置有各种模具，在搬送的同时实施规定的加工。
最先对第一金属板的加工工序进行控制。首先，形成用于流过燃料气体的流路。然后，形成用于收容薄膜电极组成体的凹部。而且，也可以倒置形成流路的工序、形成凹部的工序。最后，通过冲裁外形而形成第一金属板。这样，就可以对第一金属板连续地实施规定的加工，可以有效地进行第一金属板的制作。而且，作为本发明，第一金属板的加工工序并不仅限于所述工序，也可以还附加其他的加工工序。如上所述，就可以有效地进行构成燃料电池单元的金属板的加工。
在本发明中，优选利用所述顺序冲模设备连续地进行以下工序在长条状金属板上形成用于输入空气的孔的工序、在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的工序、通过由长条状金属板冲裁外形而形成第二金属板的工序。
对利用该构成的第二金属板的加工工序进行说明。首先，形成用于输入空气的孔。然后，形成用于收容薄膜电极组成体的凹部。而且，也可以倒置形成孔的工序、形成凹部的工序。最后，通过冲裁外形而形成第二金属板。这样，就可以对第二金属板连续地实施规定的加工，可以有效地进行第二金属板的制作。而且，作为本发明，第二金属板的加工工序并不仅限于所述工序，也可以还附加其他的加工工序。如上所述，就可以提供能够有效地进行构成燃料电池单元的金属板的加工的制造方法。
在本发明中，优选在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的所述工序中所使用的模具，对于第一金属板和第二金属板使用共同的模具。
收容薄膜电极组成体的凹部是任意的金属板都必需的功能，因而通过使用共同的模具，可以削减成本。
在本发明中，在制造所述第一金属板之时，在形成流路的所述工序与形成凹部的所述工序之间，优选具有在所述流路的两个端部，形成用于结合气体供给管安装用的接口(booth)的孔、用于结合气体排出管安装用的接口的孔的工序。
为向燃料气体用的流路供给燃料气体，需要安装供给管和排出管，从而形成用于结合其安装用的接口的孔。通过将该接口与金属板结合，就可以容易地进行供给管或排出管的安装。此外，通过在顺序冲模设备中设置用于形成该孔的模具，就可以有效地制造第一金属板。
本发明的形成所述流路的工序优选分为多次来进行。
为了形成气体流路，需要加工为达到规定的深度，然而也有流路的宽度变小的情况。所以，由于很难用一次冲压工序形成所需的形状，因此通过分为多次来加工，由此就可以形成所需的形状的流路。
优选在本发明的所述长条状金属板中，每隔与顺序冲模设备的模具排列间隔对应的规定间隔地预先形成加工定位用的孔，并且每隔相同的规定间隔地预先附着构成所述绝缘层的绝缘片。
当利用顺序冲模设备加工金属板之时，需要成为加工基准的定位用的孔。将该孔与模具排列间隔匹配地预先形成。另外，在将第一金属板和第二金属板利用冲压弯曲加工密封的情况下需要夹隔绝缘层，然而通过预先在长条状金属板上每隔所述规定间隔地附着绝缘片，由此就可以省去在其间夹设绝缘层的工序，可以简化制造工序。而且，绝缘片的附着可以利用粘接等适当的方法来进行。
本发明的所述绝缘片优选被制成与所述周缘区域对应的环状，并以所述定位用的孔为基准附着。
通过将绝缘片预先制成环状，由此就可以与密封部的形状对应。另外，通过以所述定位用的孔为基准附着，就可以每隔规定间隔精度优良地附着绝缘片，可以使利用模具加工形成的形状与环状的绝缘片的位置正确地对应。
在本发明中，优选在第一金属板形成用的长条状金属板、第二金属板形成用的长条状金属板的双方上预先附着有绝缘片，从而在所收容的薄膜电极组成体的周缘区域被第一金属板侧的绝缘片和第二金属板侧的绝缘片夹持的位置上，预先附着有绝缘片。
作为将绝缘片附着于第一金属板和第二金属板的双方上的构成，在将第一金属板和第二金属板的周缘区域利用冲压弯曲加工进行密封时，可以可靠地确保绝缘性。另外，薄膜电极组成体的周缘区域由绝缘片夹持，从而可以可靠地保持薄膜电极组成体，并且可以防止燃料气体的泄漏等。
为了解决所述课题，本发明的燃料电池单元的制造设备中，所述燃料电池单元具备板状的薄膜电极组成体、配置于该薄膜电极组成体的两侧的第一金属板及第二金属板，将这些金属板的周缘区域以在其间夹设有绝缘层的状态利用弯曲冲压进行机械密封，其特征是，作为在所述一对金属板之间设置有薄膜电极组成体的状态下将一方的金属板的周缘区域向内侧方向倾倒而利用弯曲冲压进行机械密封时所用的机构，具备位于所述金属板的中央区域的第一上模(相当于限制机构，下同)、用于对金属板的周缘区域实施机械密封的第二下模及第二上模(相当于下侧、上侧弯曲冲压加工机构，下同)、规定进行机械密封时的搭载有第一上模和第二上模的组件的总行程的挡块、对第二上模设置的推靠机构，所述总行程被设定为比直至第二上模与金属板顶接而开始加工的行程更长，在加工开始后推靠机构的推靠力作用于金属板的周缘区域，并且利用第一上模限制中央区域的变形。
对该燃料电池单元的制造设备的作用、效果进行说明。所要制造的燃料电池单元具备板状的薄膜电极组成体、配置于其两侧的一对金属板，通过将这一对金属板的周缘夹隔绝缘层地进行弯曲冲压，因而就可以将周缘区域密封。另外，由于该燃料电池单元是将板状的薄膜电极组成体作为基体而构成的，因此即使作为整体也可以很薄地形成。
该燃料电池单元可以利用弯曲冲压加工来制造，为此要使用模具机构。作为该模具机构，具备位于金属板的中央区域的第一上模、位于金属板的周缘区域而用于进行卷边密封的第二下模及第二上模。另外，对第二上模设有推靠机构。在进行用于卷边的加工时，将第一上模和第二上模从上方向下方降低。首先，第二上模与金属板的周缘区域顶接，由此就开始加工。即使第二上模成为不进一步向下方降低的状态，也不会与挡块顶接，上模的组件就要进一步向下降低。由于在第二上模上设有推靠机构，因此在开始加工后，就变为推靠机构被压缩的状态。另一方面，中央区域的第一上模继续降低至与挡块顶接为止。这样就在降低了总行程的状态下停止，限制金属板的变形。由此就可以制造出不仅抑制构件的变形而且可靠地将内部密封的燃料电池单元。
在本发明中，优选在进行所述机械密封时，第一上模的下面位于比第二下模的上面更靠上方的位置。
为了限制金属板的周缘区域的变形，将第一上模的下面设定为位于比第二下模的上面更靠上方的位置。这样，就可以利用第一上模对金属板上面作用所需最小限度的顶接力，可以不作用不需要的力地限制变形。
在本发明中，优选在进行所述机械密封时，将第一上模的下面和第二下模的上面的垂直距离设定为与燃料电池单元的厚度大致相同。这样，就可以不作用不需要的力地限制构件的变形，可靠地进行单元的密封。
在本发明中，优选设有调整第一上模的高度的调整机构。这样，就可以预先调整为在限制金属板的变形时，将会作用适当的顶接力。
作为本发明的模具机构，优选至少具有通过对一对金属板分别进行拉深加工而形成收容薄膜电极组成体的空间的工序中所用的模具、将一对金属板分别冲裁为规定的形状的工序中所用的模具。
在燃料电池单元的制造工序中，首先，对一对金属板分别进行拉深加工，形成收容薄膜电极组成体的空间。然后，将一对金属板分别冲裁为规定的形状。而且，作为本发明，也可以将该冲裁加工与拉深加工的顺序调换。这样，就可以在已被冲裁的一对金属板之间收容薄膜电极组成体，将周缘区域机械密封。
在本发明中，优选还具备在机械密封工序之后，对已密封的周缘区域的内侧区域进行推压的工序中所用的模具。这样，就可以可靠地进行密封，可靠地防止气体的泄漏。
在本发明中，本发明的特征是，具有在通过对第一金属板的周缘区域进行拉深加工，在周缘区域全周形成竖立弯曲部的工序中所用的模具；在竖立弯曲部为朝向上方状态的第一金属板之上依次放置薄膜电极组成体和第二金属板，并且在竖立弯曲部的内壁侧设置绝缘层，继而至少进行一次使竖立弯曲部的全周朝向金属板的内侧方向倾斜规定角度的拉深加工中所用的模具；通过将所述已倾斜规定角度的竖立弯曲部的全周向第二金属板的周缘区域倒入，对周缘区域进行所述机械密封的工序中所用的模具。
根据该构成，如先前所说明的那样，并非是以一个工序来进行机械密封，而是至少以两个工序来进行。即，对竖立弯曲部进行拉深加工，直至其达到向内侧倾斜了规定角度的状态(如前所述，该拉深加工至少进行一次)。其后，将该倾斜状态的竖立弯曲部倒入第二金属板的周缘区域。这样就可以在夹隔有绝缘层的状态下对周缘区域进行机械密封。通过阶段性地进行密封，就可以可靠地将竖立弯曲部倒入。其结果是，可以可靠地进行机械密封，将单元内部可靠地密封。
在本发明中，优选倾斜所述规定角度的模具的角度设定为相对水平面在40°以上50°以下。
通过以该角度进行一端拉深加工，就可以如前所述，阶段性可靠地进行机械密封。
在本发明中，优选还具备在将第一金属板及第二金属板当中的至少一方的金属板加工为其中央区域比周缘区域更向薄膜电极组成体的方向突出的弯曲形状的工序中所用的模具。
根据该构成，就可以在制造工序中抑制构件的变形的同时可靠地制造电池单元。
在本发明中，优选具备为了制作第一金属板或第二金属板，搬送具有规定宽度的长条状金属板的同时依次进行规定的加工的顺序冲模设备，该顺序冲模设备具备在长条状金属板上形成燃料气体用的流路的模具、在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的模具、通过由长条状金属板冲裁外形而形成第一金属板的模具。
该构成的作用、效果如前所述，可以连续地对第一金属板实施规定的加工，可以有效地进行第一金属板的制作。而且，作为本发明，第一金属板的加工工序并不仅限于所述工序，也可以还附加其他的加工工序。如上所述，可以高效地进行构成燃料电池单元的金属板的加工。
本发明中，优选具备在长条状金属板上形成用于输入空气的孔的模具、在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的模具、通过由长条状金属板冲裁外形而形成第二金属板的模具。
该构成的作用、效果如前所述，可以连续地对第二金属板实施规定的加工，可以高效地进行第二金属板的制作。而且，作为本发明，第二金属板的加工工序并不仅限于所述工序，也可以还附加其他的加工工序。如上所述，可以有效地进行构成燃料电池单元的金属板的加工。
在本发明中，优选在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的所述工序中所用的模具，对于第一金属板和第二金属板使用共同的模具。
通过采用该构成，就可以削减成本。
在本发明中，优选具备控制构成顺序冲模设备的各模具的动作的模具控制部，该模具控制部在加工第一金属板之时，使仅用于第二金属板的加工的模具不动作，在加工第二金属板之时，使仅用于第一金属板的加工的模具不动作。
根据该构成，在相同的顺序冲模设备之中，存在仅用于第一金属板的模具、仅用于第二金属板的模具。在进行第一金属板的制造时，使仅用于第一金属板的模具动作，使仅用于第二金属板的模具不动作。相反，在进行第二金属板的制造时，使仅用于第二金属板的模具动作，使仅用于第一金属板的模具不动作。这样，就可以使用共同的顺序冲模设备，制造第一金属板和第二金属板双方。


图1是表示本发明的燃料电池单元的一个例子的组装立体图。
图2是表示本发明的燃料电池单元的一个例子的纵剖视图。
图3是表示模具的构成的外观立体图。
图4是表示模具的剖面构成的概念图。
图5是表示加工工序的工序图。
图6是表示蚀刻加工的概念图。
图7是表示拉深加工的概念图。
图8是表示冲裁加工的概念图。
图9是表示阴极侧金属板的外形90°拉深加工的概念图。
图10是表示将金属板和薄膜电极组成体设置于模具的状态的剖视图。
图11是表示阴极侧金属板的外形45°拉深加工的概念图。
图12是表示阴极侧金属板的外形0°拉深加工的概念图。
图13是表示环推压加工的概念图。
图14是表示加工工序的工序图(弯曲加工)。
图15是表示弯曲形状加工的工序的概念图。
图16是表示阴极侧金属板的外形90°拉深加工的概念图。
图17是表示将金属板和薄膜电极组成体设置于模具的状态的剖视图。
图18是表示阴极侧金属板的外形45°拉深加工的概念图。
图19是表示阴极侧金属板的外形0°拉深加工的概念图。
图20是表示电流密度和输出密度的关系的曲线图。
图21是表示所制造的燃料电池单元的单元厚度的偏差的程度的曲线图。
图22是表示本发明的燃料电池单元的其他实施方式的构成的外观立体图(阳极侧)。
图23是表示本发明的燃料电池单元的其他实施方式的构成的外观立体图(阴极侧)。
图24是表示图22、23的燃料电池单元的一个例子的组装立体图。
图25是表示图22、23的燃料电池单元的一个例子的纵剖视图。
图26是表示图24的燃料电池单元的流路槽的图。
图27是概略表示燃料电池单元的制造工序的图。
图28是表示顺序冲模设备的构成的概念图。
图29是表示利用顺序冲模设备制造阴极侧金属板的工序的俯视图。
图30是表示利用顺序冲模设备制造阳极侧金属板的工序的俯视图。
图31是表示利用顺序冲模设备制造阴极侧金属板的工序的剖视图。
图32是表示利用顺序冲模设备制造阳极侧金属板的工序的剖视图。
图33是表示在阴极侧金属板的周缘区域的竖立弯曲部的拉深加工的图。
图34是表示将金属板和薄膜电极组成体设置于模具的状态的剖视图。
图35是表示阴极侧金属板的外形45°拉深加工的概念图。
图36是表示阴极侧金属板的外形0°拉深加工的概念图。
图37是表示环推压加工的概念图。
图38是表示以往技术的燃料电池的构成的图。
符号说明1...固体高分子电解质，1a...周缘部，2...阴极侧电极板，3...阳极侧电极板，4...阴极侧金属板，4a...周缘区域，4b...中央区域，5...阳极侧金属板，5a...周缘区域，5b...中央区域，10...薄膜电极组成体，20...固定侧组件，21...第一下模，22...第二下模，23...螺旋弹簧，26...顶接部(挡块)，30...可动侧组件，31...第一上模，32...第二上模，33...螺旋弹簧，36...顶接部(挡块)。
具体实施例方式
参考附图对本发明的燃料电池单元(构成燃料电池的单元电池)的制造方法及制造设备的优选实施方式进行说明。首先，对成为制造对象的燃料电池单元的构成进行说明。图1是表示本发明的燃料电池单元的一个例子的组装立体图，图2是表示本发明的燃料电池单元的一个例子的纵剖视图。
如图1、图2所示，本发明的燃料电池单元具备板状的固体高分子电解质1、配置于该固体高分子电解质1的一侧的阴极侧电极板2、配置于另一侧的阳极侧电极板3。本实施方式中表示了如下的例子，即，在阳极侧金属板5上，利用蚀刻形成燃料的流路槽9，利用蚀刻等使阳极侧金属板5的周缘区域5a和阴极侧金属板4的周缘区域4a的厚度比其他的部分更薄。通过减薄周缘区域4a、5a的厚度，就可以容易地进行弯曲冲压加工。即，周缘区域4a、5a相当于进行弯曲冲压加工的区域。另外，为了说明上的方便，将金属板4、5的周缘区域4a、5a以外的区域称作中央区域4b、5b。在本实施方式中，作为用于将周缘区域机械密封的弯曲冲压加工的例子，进行所谓的卷边加工。
作为固体高分子电解质1，只要是以往的固体高分子膜型电池中所用的电解质，无论是何种都可以，从化学稳定性及导电性的方面考虑，优选使用由具有作为超强酸的磺酸基的全氟碳聚合体制成的阳离子交换膜。作为此种阳离子交换膜，优选使用Nafion(注册商标)。此外，例如也可以是在由聚四氟乙烯等氟树脂制成的多孔膜上浸渍有所述Nafion或其他的离子传导性的物质的膜；或在由聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃树脂制成的多孔膜或无纺布上担载有所述Nafion或其他的离子传导性的物质的膜。
固体高分子电解质1的厚度越薄，则对于整体的薄型化就越有效，然而考虑到离子传导功能、强度、处理性等，可以使用10～300μm，优选25～50μm。
电极板2、3可以使用如下的材料，即发挥作为气体扩散层的作用，进行燃料气体、氧化气体及水蒸气的供给、排出，同时发挥集电的作用。作为电极板2、3，可以使用相同或不同的，在其基材上优选担载具有电极催化作用的催化剂。催化剂优选至少担载在与固体高分子电解质1接触的内面2b、3b上。
作为电极基材，例如可以使用碳纸、碳纤维无纺布等纤维质碳、导电性高分子纤维的集合体等导电性多孔材料。一般来说，电极板2、3是向此种导电性多孔材料中添加氟树脂等疏水性物质而制作的，在担载催化剂时，将铂微粒等催化剂与氟树脂等疏水性物质混合，向其中混合溶剂，制成了糊状或墨液状后，将其涂布于应当与固体高分子电解质膜相面对的电极基材的单面上而形成。
一般来说，电极板2、3或固体高分子电解质1形成与向燃料电池供给的还原气体和氧化气体对应的设计。本发明中，作为氧化气体优选使用空气，并且作为还原气体优选使用氢气。另外，也可以取代还原气体，而使用甲醇或二甲醚等。
例如，当使用氢气和空气时，由于在自然地供给空气的一侧的阴极侧电极板2中，发生氧与氢离子的反应而生成水，因此优选进行与该电极反应对应的设计。特别是，在低动作温度、高电流密度及高气体利用率的运行条件下，尤其在生成水的空气极中容易引起因水蒸气的冷凝造成的电极多孔体的堵塞(液阻)现象。所以，为了可长时间地获得燃料电池的稳定的特性，不引起液阻现象地确保电极的疏水性的做法是有效的。
作为催化剂，可以使用选自铂、钯、钌、铑、银、镍、铁、铜、钴及钼中的至少一种金属或其氧化物，也可以使用在碳黑等上预先担载有这些催化剂的材料。
电极板2、3的厚度越薄，则对于整体的薄型化就越有效，然而考虑到电极反应、强度、处理性等，优选50～500μm。电极板2、3与固体高分子电解质1既可以预先进行粘接、熔接等而层叠一体化，也可以只是层叠配置。此种叠层体也可以作为薄膜电极组装体10(MEAMembraneElectrode Assembly)获得，也可以使用它。
在阴极侧电极板2的表面配置有阴极侧金属板4，在阳极侧电极板3的表面配置有阳极侧金属板5。在阳极侧金属板5上设有燃料的注入口5c及排出口5d，另外在本实施方式中，在阳极侧金属板5上设有流路槽9。
在阴极侧金属板4上，设有用于供给空气中的氧的多个开口部4c。开口部4c只要是可以露出阴极侧电极板2，则其个数、形状、大小、形成位置等无论怎样设置都可以。但是，考虑到空气中的氧的供给效率、阴极侧电极板2的集电效果等，开口部4c的面积优选是阴极侧电极板2的面积的10～50％，特别优选20～40％。阴极侧金属板4的开口部4c例如也可以有规则或随机地设置多个圆孔或狭缝等，或者利用金属网来设置开口部。
作为金属板4、5，只要是不对电极反应产生不良影响的材料，无论是何种金属都可以使用，例如可以举出不锈钢板、镍、铜、铜合金等。但从伸展性、重量、弹性模量、强度、耐腐蚀性、可冲压加工性、可蚀刻加工性等观点考虑，优选不锈钢板、镍等。
设于阳极侧金属板5上的流路槽9，只要是可以利用其与电极板3的接触形成氢气等的流路，则无论是何种平面形状或剖面形状都可以。本实施方式中，利用连接注入口5c和排出口5d的一条流路槽9来连接，该流路槽9被制成沿着金属板5的宽度方向周期性地折回的锯齿状。可以考虑流路密度、燃料电池单元层叠时的层叠密度、弯曲性等，而采用各种形态的流路槽9。
而且，也可以将此种金属板5的流路槽9的一部分形成于电极板3的外面。作为在电极板3的外面形成流路槽的方法，虽然也可以是加热冲压或切削等机械的方法，然而从恰当地进行微细加工的方面考虑，优选利用激光照射进行槽加工。从进行激光照射的观点考虑，作为电极板2、3的基材优选纤维质碳的集合体。
与金属板5的流路槽9连通的注入口5c及排出口5d，分别可以形成一个或多个。而且，虽然金属板4、5的厚度越薄，则对整体的薄型化就越有效，然而考虑到强度、伸展性、重量、弹性模量、处理性等，优选0.1～1mm。作为在金属板5上形成流路槽9的方法，从加工的精度或容易性考虑，优选蚀刻。对于利用蚀刻形成的流路槽9，优选宽度0.1～10mm，深度0.05～1mm。另外，流路槽9的剖面形状优选近似四边形、近似梯形、近似半圆形、V字形等。
对于向金属板4上形成开口部4c、金属板4、5的周缘区域4 a、5a的薄壁化、向金属板5上形成注入口5c及排出口5d，也优选利用蚀刻。蚀刻可以使用例如干式薄膜抗蚀剂等，在金属表面形成了规定形状的防蚀涂层后，使用与金属板4、5的种类对应的蚀刻液来进行。另外，可以通过使用两种以上的金属的叠层板，对每种金属选择性地进行蚀刻，来更高精度地控制流路槽9的剖面形状。
图2所示的实施方式是将金属板4、5的卷边部(周缘区域4a、5a)利用蚀刻减薄了厚度的例子。这样，通过对卷边部进行蚀刻而设为适当的厚度，就可以更为容易地进行利用卷边的密封。根据该观点，作为卷边部的厚度，优选0.05～0.3mm。
在本发明中，金属板4、5的周缘区域4a、5a是在电绝缘的状态下利用卷边密封的。电绝缘虽然可以使用绝缘材料来进行，然而在本实施方式中，也可以通过夹隔固体高分子电解质1的周缘部1a来进行。
在本发明中，在进行卷边时，优选如图2所示那样，利用金属板4、5的周缘区域4a、5a来夹持固体高分子电解质1的构造。也就是，形成利用周缘区域4a、5a夹持处于比电极板2、3更靠外侧的区域的固体高分子电解质1的状态。根据此种构成，可以有效地防止气体等从电极板2、3的一方流向另一方。
作为卷边构造，从密封性或制造的容易性、厚度等观点考虑，优选图2所示的构造。也就是，优选如下的卷边构造，即，使一方的阴极侧金属板4的周缘区域4a比另一方的阳极侧金属板5的周缘区域5a更大，在夹隔固体高分子电解质1的同时，将阴极侧金属板4的周缘区域4a夹压阳极侧金属板5的周缘区域5a地折回。该卷边构造中，优选利用冲压加工等预先在金属板4的周缘区域4a设置阶梯。对于用于进行此种卷边构造的制造设备，将在后面详细说明。
当构成燃料电池时，虽然可以使用一个或多个如图1、2所示的燃料电池单元，然而也可以用固体高分子电解质1、一对电极板2、3及一对金属板4、5构成单元电池，将该单元电池层叠多个，或排列于同一面上而使用。这样的话，即使不用螺栓或螺帽这样的连结部件相互结合，来对单元部件施加一定的压力，也可以提供高输出的燃料电池。
在作为燃料电池使用时，虽然可以在金属板5的燃料的注入口5c及排出口5d上直接接合燃料供给用管，然而出于进行燃料电池的薄型化的考虑，优选是设置厚度小、具有与金属板5的表面平行的管的接头机构。例如，对于注入口5c可以在金属板5上安装接头用的金属制销栓。该安装可以利用卷边或压入来进行。可以通过向该销栓压入管而安装。
作为构成燃料电池单元的构件的金属板4、5及固体高分子电解质1被制成矩形形状，而其四角被制成R形形状。通过在四角设置R形，就形成容易进行后述的卷边密封加工的形状。
关于制造方法及制造设备下面，对图1、2所示的燃料电池单元的制造方法及制造设备进行说明。图3是表示作为制造设备的主要部分的模具的外观立体图。图4是表示模具的剖面构成的概念图。
制造设备具备固定侧组件20、可动侧组件30。固定侧组件20作为模具具备第一下模21和第二下模22。在第一下模21上，作为推靠机构设有螺旋弹簧23，起到将第一下模21向上方推靠的作用。第一下模21对燃料电池单元的阴极侧金属板4的中央区域4b进行推压作用。第二下模22被包围第一下模21地配置，对金属板4的周缘区域4a进行冲压加工。第二下模22被制成俯视时近似矩形的环状。第二下模22具备可以沿上下方向调整的机构(相当于第一调整机构24)。作为调整机构24，例如可以利用使用了螺栓、螺帽的机构来构成。可以利用第一调整机构24来调整第一下模21的上面和第二下模22的上面的相对高度关系。具体来说，位于中央区域的第一下模21处于比位于周缘区域的第二下模22更凹陷的位置，可以调整第二下模22相对于第一下模21的突出量h1。
在第二下模22上，形成有用于插入用于将第二上模沿上下方向引导的引导轴的孔22a。另外，如图3所示，还形成有用于插设2根定位销栓25的孔。利用该定位销栓25，可以进行所加工的构件的定位。在所加工的构件上，形成有定位用的孔，通过使其嵌入定位销栓25，就可以进行加工时的工件W的定位。
可动侧组件30作为模具具备第一上模31和第二上模32。在第二上模32上，作为推靠机构设有螺旋弹簧33，起到对第二上模32向下方推靠的作用。第一上模31对燃料电池单元的阳极侧金属板5的中央区域5b进行推压作用。第二上模32被包围第一上模31地配置，对金属板5的周缘区域5a进行冲压加工。第二上模32被制成俯视时近似矩形的环状。第二上模32具备可以沿上下方向调整的机构(相当于第二调整机构34)。作为调整机构34，例如可以利用使用了螺栓、螺帽的机构来构成。可以利用第二调整机构34来调整第一上模31的下面和第二上模32的下面的相对高度关系。具体来说，可以调整第二上模32相对于第一上模31的突出量h2。通过设置如上所述的调整机构24、34，在冲压加工中，就可以作用适当的推压力。
而且，第一下模21和第一上模(相当于限制机构)相当于第一模具，第二下模22和第二上模32相当于第二模具(下侧弯曲冲压加工机构及上侧弯曲冲压加工机构)。
在第二上模32上，形成有用于插入用于将第二上模32沿上下方向引导的引导轴的孔32a。另外，还形成有插入定位销栓25的孔32b。
如图4所示，通过对操作部40进行操作，就可以进行冲压加工。即，通过对操作部40进行操作而使可动侧组件30向下方移动。将设于固定侧组件20一侧的顶接部26、设于可动侧组件30一侧的顶接部36相顶接地构成，两者的距离Y相当于可动侧组件30的移动行程。
使用了制造设备的冲压加工的工序数，如下所述大致上具有8个工序(对于加工的内容来说为6个工序)。下模21、22和上模31、32虽然分别使用适于各工序的模具，然而如果有可以共同使用的模具，则共同使用。在各工序中，虽然模具的大小或形状等不同，然而基本的构成均如图4所示。
而且，对于冲压加工的种类，包括冲裁加工、拉深加工等，作为本发明并不限定于特定种类的加工。
另外，在图4中示意性地图示了作为冲压加工对象的工件W，而工件W的形态根据冲压加工的工序而不同。例如，既有单一的构件的情况，也有设置多个构件的情况。
制造工序下面，对具体的制造工序进行说明。图5是表示制造工序的顺序的工序图。作为使用图3、4所示的制造设备进行加工之前的工序，进行对金属板4、5的蚀刻(S1)。对阳极侧金属板5而言，如图6(a)所示，蚀刻厚度一定的金属平板，将周缘区域5a的厚度减薄，并且流路槽9和注入口5c及排出口5d也是同样利用蚀刻形成。例如，蚀刻0.3mm的厚度的金属平板，将周缘区域5a的厚度制成0.1mm，将流路槽9的深度制成0.2mm左右。
对阴极侧金属板4而言，同样如图6(b)所示，也蚀刻厚度一定的金属平板，将周缘区域4a的厚度减薄，并且多个开口部4c也是同样利用蚀刻形成。例如，蚀刻0.3mm的厚度的金属平板，将周缘区域4a的厚度设为0.1mm左右。
在进行了如上所示的前工序之后，进行使用了制造设备的加工。首先，进行阴极侧金属板4的拉深加工和阳极侧金属板5的拉深加工(S2、S3)。该拉深加工是用于在金属板4、5上形成150μm的阶梯的加工。图7(a)(b)中表示了各个金属板被拉深加工的情况。利用该拉深加工，在靠近金属板4、5的周缘区域4a、5a和中央区域4b、5b的交界的场所形成阶梯4f、5f。另外，与之相伴在金属板4、5的内侧形成空间部4g、5g。该空间部4g、5g作为用于收容薄膜电极组成体10的电极板2、3的空间部发挥作用。金属板4和金属板5的拉深加工被分别单独地进行。
用于进行拉深加工的模具构成可以使用图4所示的形状的模具。另外，用于对阴极侧金属板4进行拉深加工的模具(第一、第二下模21、22和第一、第二上模31、32)、用于对阳极侧金属板5进行拉深加工的模具可以使用相同的模具。而且，图7中，虽然与组装时的姿态对应地图示，然而实际中设置于制造设备上时的姿态(上下方向)是以图7(b)所示的金属板5的姿态设置。
在进行拉深加工时，如果第二下模22从上方开始下降，则首先与金属板4、5的周缘区域4a、5a顶接。此时，由于还未顶接挡块(顶接部26、36)，因此第二上模32进一步下降，而第二下模22为被固定了的状态，所以实际上无法进一步下降，弹簧33被压缩。
另一方面，位于中央区域4b、5b的第一上模31继续向下方下降，在第一上模31的下面比第二上模32的下面更为降低的状态下顶接挡块而停止。而且，直至在挡块处停止的行程是按各工序被设定了的值。这样，就可以进行对金属板4、5的拉深加工，形成阶梯(空间部4g、5g)。作为此时的阶梯尺寸，例如为0.15mm左右，形成与所收容的电极板2、3的厚度对应的空间部4g、5g。
然后，进行金属板4、5的冲裁加工(S4、S5)。将该冲裁加工的情况表示于图8中。在阳极侧金属板5的冲裁尺寸L1、和阴极侧金属板4的冲裁尺寸L2中，由于L2一方更大，因此冲裁工序中所用的模具对于阳极侧金属板5和阴极侧金属板4来说不同。如下所述，由于为了在卷边工序中将阴极侧金属板4的周缘区域4a卷边密封，需要卷边余量，因此尺寸变大。对于该冲裁加工中的模具的移动，虽然行程Y的量被不同地设定，然而基本上进行与S2、S3的拉深加工相同的移动。
然后，进行阴极侧金属板4的外形90°拉深加工(S6)。将该拉深加工的情况表示于图9(a)中，将被拉深加工了的金属板4的形状表示于图9(b)中。在该拉深加工中，将金属板4的周缘区域4a的全周竖立弯曲90°。该拉深加工中的模具的移动也与S2、S3中说明的移动基本上相同。
然后，设置金属板4、5和薄膜电极组成体10(S7)。将该状态表示于图10中。在被进行了90°拉深加工的金属板4中，设置薄膜电极组成体10(在固体高分子电解质1的两面组装有电极板2、3的构件)。成为将薄膜电极组成体10的电极板2收容于金属板4的空间部4g中，将电极板3收容于金属板5的空间部5g中的状态。在最上方设置有金属板5。固体高分子电解质1的周缘部1a形成沿着被进行了90°竖立弯曲的周缘区域5a的形状，被同样地以弯曲了90°的状态设置。形成固体高分子电解质1的周缘部1a比周缘区域5a少量地突出的状态。
在以该状态设置后进行阴极侧金属板4的外形45°拉深加工(S8)。此时所用的第二上模32，如图10所示具有相对于水平面具备45°的倾斜面32c。通过使该倾斜面32c作用，就可以将以90°竖立弯曲了的周缘区域5a暂时拉深加工为45°。将此时的状态表示于图11中。
通过对操作部40进行操作，第一、第二上模31、32就向下方下降。因第二下模22与第二上模32顶接，周缘区域5a就被向内侧弯曲45°。在第二上模32与第二下模22顶接的时刻，是还未顶接挡块(顶接部26、36)的状态(参照图4)。螺旋弹簧33的压缩工序进行至发生挡块的顶接为止。另一方面，在第二上模32与第二下模22顶接的时刻，第一上模31的一方处于比燃料电池单元的金属板5更靠上方，未与金属板5接触。此后，当变为顶接了挡块的状态时，第一上模31无法进一步向下方下降，以图11所示的状态停止。此时，第一上模31的下面31a推压(顶接)金属板5的上面。这样，就可以抑制燃料电池单元的中央区域4b、5b发生变形的情况。
而且，金属板4的下面和第一下模21的上面并不处于顶接的状态，而是形成有间隙的状态。而且，冲压了的状态下的、第二下模22的上面与第一上模31的垂直方向的间隙尺寸Δh被设定为0.5mm左右。另外，该情况下的金属板4、5的厚度为0.3mm。固体高分子电解质1的厚度为0.025mm。所以，间隙尺寸Δh就成为与被卷边密封的燃料电池单元的厚度大致相同的厚度。这样，就可以不对燃料电池单元作用不需要的力，有效地限制构件的变形。
45°的角度的设定优选45±5°，更优选45±1°。如果超过50°的话，则在进行0°拉深加工时，竖立弯曲部有可能无法很好地向内侧倾倒。例如，有可能产生压曲之类的现象而无法很好地压倒，卷边密封的质量降低，产生气体泄漏等问题。另外，当小于40°时，则由于在使其一次就小于40°时，竖立弯曲部很难很好地向内侧倾倒，因此不够理想。
在如上所述地进行了45°的拉深加工后，进行阴极侧金属板4的外形0°拉深加工(S9)。这样，卷边加工即结束。外形0°拉深加工中使用的模具使用与45°拉深加工不同的模具，如图12所示，冲压面32d被制成水平面。通过将在前工序中弯曲为45°的周缘区域5a进一步推入而变为向内侧倾倒的形状。此时，固体高分子电解质1的周缘部1a也一起向内侧倾倒。这样，周缘区域5a就变为以水平的状态折曲了180°的状态。这样，周缘区域4a、5a就被利用卷边密封。另外，在周缘区域4a与周缘区域5a之间，作为绝缘层夹隔有固体高分子电解质1，以防止了金属板4、5彼此之间的短路的状态密封。
与图11所示的情况相同，在第二下模22与第二上模32顶接后，持续螺旋弹簧33的压缩工序直至顶接挡块(顶接部26、36)为止。另外，在顶接了挡块的状态下，第一上模31的下面的位置与图11相同。另外，是在第一下模21和金属板4的下面拉开间隙的状态。
虽然在工序S9中结束卷边密封，然而为了期望进一步的安全，进行环推压加工(S10)。该加工是将被卷边密封了的周缘区域4a、5a的略靠内侧的区域利用冲压来推压的工序，这样就可以使密封状态更为可靠。将此时的状态表示于图13(a)中。另外，图13(b)表示所使用的第一下模21的形状。第一上模31也具有相同的模具形状。在各个模具上，具备被制成了环状的突起部21t、31t。使用这些突起部21t、31t，如图13(a)所示，将周缘区域4a、5a的紧内侧以环状推压。这样，就可以使卷边密封更为可靠。利用以上操作即完成如图2所示的燃料电池单元。
在以上的工序中，用于进行卷边密封的工序是图5中的S7～S10。特别是，在将S6工序中形成的90°的竖立弯曲部向内侧倾倒而压下的情况下，并不是一次性地倾倒，而是在暂时以45°进行了拉深加工后，再进行0°的拉深加工，从而以两个阶段来进行卷边密封。当将其以一个阶段来进行时，则对于竖立弯曲部是否很好地倾倒没有保证，密封状态也会变差，而通过如前所述地以两个阶段来进行拉深加工，就可以可靠地进行密封。
另外，通过在S8、S9工序中使金属板5的中央区域5b与第一上模31顶接，在进行冲压加工时就会限制中央区域5b的变形。另外，由于金属板4的中央区域4a与第一下模21之间形成有间隙，因此就不会作用有推压力或限制力。这样，就可以在防止对中央区域4a、5a作用不需要的力，同时有效地防止中央区域4b、5b的变形。
而且，本发明中所谓卷边密封工序是指从图5中的S7到S10的工序。
制造工序的其他实施方式下面，说明对金属板4、5进行弯曲加工时的制造工序。图14是顺序表示进行弯曲加工时的制造工序的工序图。与图5不同的方面在于，在S16、S17中附加了阴极侧金属板4的弯曲加工和阳极侧金属板5的弯曲加工。S11～S15与上述内容相同，图14的S18～S22与图5的S6～S10相同。所以，以与上述的说明不同的方面为中心进行说明。
制造工序在S11～S15的工序之后，对金属板4、5进行弯曲形状(拉深加工的一种)的加工(S16、S17)。将该弯曲形状加工的情况表示于图15中。利用该加工，在金属板4、5的中央区域形成平缓的曲面凹部4k、5k。该曲面凹部4k、5k的深度优选k1＝k2＝0.05～0.15mm左右(图15中进行了夸张地描绘)。该曲面凹部4k、5k的突出方向朝向薄膜电极组成体10的方向。而且，被制成凹部的仅为中央区域，对于周缘区域4a、5a，仍为水平状态。该弯曲形状加工中的模具的移动与在S2、S3(图5)中所说明的基本上相同。
然后，进行阴极侧金属板4的外形90°拉深加工(S18)。将该拉深加工的情况表示于图16(a)中，将被拉深加工了的金属板4的形状表示于图16(b)中。该拉深加工中，将金属板4的周缘区域4a的全周竖立弯曲90°。该拉深加工中的模具的移动也与S2、S3(图5)中所说明的基本上相同。
然后，设置金属板4、5和薄膜电极组成体10(S19)。将该状态表示于图17中。在被进行了90°拉深加工的金属板4中，设置薄膜电极组成体10(在固体高分子电解质1的两面组装有电极板2、3而成的构件)。
另外，在金属板4、5上形成曲面凹部4k、5k，成为曲面凹部4k、5k的中心部分与薄膜电极组成体10接触的形式。
在设置为该状态后进行阴极侧金属板4的外形45°拉深加工(S20)。如图17所示，此时所使用的第二上模32具备相对于水平面为45°的倾斜面32c。通过使该倾斜面32c作用，将竖立弯曲为90°的周缘区域5a暂时拉深加工为45°。将此时的状态表示于图18中。
此时，已制成弯曲形状的金属板4、5的中央区域4b、5b被第一下模21和第一上模31冲压，弯曲形状被变形为平面形状。另外，在将周缘区域4a、5a卷边密封时，中央区域4b、5b就要上浮，使得与薄膜电极组成体10的接触状态变差，然而在本发明的情况下，由于制成弯曲形状，因此即使对中央区域4b、5b作用了如上所述的力，也可以可靠地维持薄膜电极组成体10与金属板4、5的接触，可以有效地取出输出电力。
而且，前面已经指出曲面凹部的尺寸k1、k2优选0.05～0.15mm。其理由是因为如果小于0.05mm，则难以发挥抑制金属板的中央区域向外侧的突出的效果，当超过0.15mm时，则进行卷边密封时的密封压力变得过大，会有作用于薄膜电极组成体10的力也变得过大这样的问题。通过将突出量如上所述地设定，就可以进行恰当的卷边密封。
另外，金属板4的竖立弯曲部的内壁面和金属板5的周缘区域5a的端面之间的间隙尺寸j(参照图17)，优选设为0.05～0.15mm。其理由是因为如果小于0.05mm，则由于间隙过窄，因此在卷边密封工序中，竖立弯曲部与所述周缘端面有可能顶接。所以，由此就会有很大地作用使金属板的中央区域向外侧突出的力的情况，然而如果为0.05mm以上，则可以抑制此种可能性。另外，当间隙超过0.15mm时，则单元内部的气体泄漏的可能性升高。所以，优选如上所述地设定间隙。
在如上所述地进行了45°的拉深加工后，进行阴极侧金属板4的外形0°拉深加工(S21)。这样，卷边加工即结束(参照图19)。以下，进行S22的环推压加工(与图13相同)。
在本发明中，在制造燃料电池单元之时，在对金属板4、5加工了弯曲形状后，进行卷边密封。所以，完成后的燃料电池单元的金属板4、5与薄膜电极组成体10的接触状态良好，可以有效地取出输出电力。
实施例然后，在加工为弯曲形状的情况下和未加工为弯曲形状的情况下，利用实验确认了有何种程度的输出差。弯曲形状的突出尺寸设为0.1mm。图20(a)是表示电流密度(mA/cm2)和输出密度(mW/cm2)的关系的曲线图，很明显地看到，加工为弯曲形状的一方输出更大。图20(b)是表示电流密度(mA/cm2)和单元电阻(mΩ)的关系的曲线图，可知加工为弯曲形状的一方输出更大。
图21是表示所制造的燃料电池单元的单元厚度的偏差的程度的曲线图。测定是利用千分尺来进行的。测定部位是对于一个燃料电池单元，在单元的长边方向上为7个部位，在短边方向上为5个部位，合计35个部位。从曲线图可知，加工为弯曲形状的一方偏差变小。如上所述，利用实验可以确认本发明更为优良。
金属板的制造工序的实施方式对于形成于阳极侧金属板5上的流路槽9而言，虽然已经针对利用蚀刻而形成的方法进行了说明，而这里针对利用冲压加工形成它的工序进行说明。一并地对利用顺序冲模设备制作金属板4、5的工序也进行说明。
图22是从本发明的燃料电池单元的阳极侧看到的外观立体图，图23是从燃料电池单元的阴极侧看到的外观立体图。图24是表示图22、23所示的燃料电池单元的一个例子的组装立体图，图25是图22、23所示的燃料电池的纵剖视图。图26是表示流路槽的形状的图。将以与图1、2中所说明的燃料电池单元不同的方面为中心进行说明。
设于阳极侧金属板5上的流路槽9，只要是可以利用与电极板3的接触形成氢气等的流路，无论是何种平面形状或剖面形状都可以。在本实施方式中，利用流路槽9连接注入口5c和排出口5d，该流路槽9被制成沿着金属板5的宽度方向周期性地折回的锯齿状。流路槽9由宽度粗的横向的槽9a和宽度细的纵向的槽9b构成，将处于宽度方向两侧的横槽9a和横槽9a用3条纵槽9b连接，即使纵槽9b的1条因任何的原因而被封锁后，也可以利用剩余的纵槽9b防止流路槽9完全被封锁的情况。可以考虑流路密度、燃料电池单元层叠时的叠层密度、弯曲性等而采用各种形态的流路槽9，并不限定于图26的形态。
而且，如前所述，也可以将此种金属板5的流路槽9的一部分形成于电极板3的外面。
作为在金属板5中形成流路槽9的方法，可以通过对金属板进行冲压加工(模压加工)来形成。即，在图24所示的金属板5中通过从背面侧进行模压加工，就可以如图25、26所示，在金属板5的背面侧形成流路槽9。另外，由于利用模压加工形成流路槽9，因此如图22所示，在金属板5的表面侧，表现出与流路槽9相同的形状。流路槽9的剖面形状优选近似四边形、近似梯形、近似半圆形、V字形等。
对于在金属板4上形成开口孔4c、在金属板5上形成注入口5c及排出口5d，也可以利用冲压加工来进行。另外，在金属板4、5上，同样利用冲压加工(模压加工)，在中央区域4b、5b形成凹部。如图25所示，该凹部是用于收容构成薄膜电极组成体10的电极板2、3的凹部。所以，凹部的面积被与所收容的电极板2、3的大小对应地加工。
在本发明中，金属板4、5的周缘区域4a、5a是在电绝缘的状态下利用卷边密封的。电绝缘虽然可以使用绝缘片(相当于绝缘层)来进行，但是也可以通过夹隔固体高分子电解质1的周缘部1a来进行。
在阴极侧金属板4上，如图24所示，在周缘区域4a配置有环状(镜框状)的绝缘片11。绝缘片11的外侧的边缘被设定为与金属板4的边缘大致相同的大小，内侧的边缘被设定为比形成多个开口孔4c的区域(或者比电极板2的大小略大的尺寸)略大的尺寸。
在阳极侧金属板5上，也如图24所示在周缘区域5a的表背两面配置有环状(镜框状)的绝缘片12。该表背两面的绝缘片12的尺寸相同。绝缘片12的外侧的边缘被设定为与金属板5的边缘大致相同的大小，内侧的边缘被设定为比电极板3略大的尺寸。
固体高分子电解质1比电极板2、3的大小略大，如图25所示，处于从电极板2、3中露出的状态的周缘区域1a被绝缘片11、12夹持地组装。
即，在本发明中，当进行卷边时，形成将处于比电极板2、3更靠外侧的区域的固体高分子电解质1的周缘区域1a夹隔绝缘片11、12地利用周缘区域4a、5a夹持的状态。根据此种构造，可以有效地防止气体等从电极板2、3的一方流向另一方。另外，在金属板5的表面侧也设有绝缘片12，在完成了卷边密封时，可以在可靠地确保了绝缘性能的状态下密封。
作为绝缘片11、12，可以使用薄片状的树脂、橡胶、热塑性弹性体、陶瓷等，然而在提高密封性方面，优选树脂、橡胶、热塑性弹性体等。绝缘片11、12可以在将金属板4、5加工为规定的形状以前，直接或者借助粘接剂粘接、涂布，预先与金属板4、5一体化。对于这一点，将在后面叙述。
作为卷边构造，从密封性或制造的容易性、厚度等观点考虑，优选图25所示的构造。也就是，优选如下的卷边构造，即，使一方的阴极侧金属板4的周缘区域4a比另一方的阳极侧金属板5的周缘区域5a更大，在夹隔绝缘片11、12，并且夹压阳极侧金属板5的周缘区域5a地将阴极侧金属板4的周缘区域4a折回。对于用于进行此种卷边的制造方法及制造设备，将在后面详细说明。
在图22中，将接合用的接口5e(金属制销栓)相对金属板5安装于注入口5c。该安装可以利用卷边或压入来进行。可以通过将金属管13相对该销栓5e压入而安装。通过向该金属管13上再插入树脂性管14，由此就可以形成气体供给流路(参照图25)。对于排出口5d，也采用相同的构成。
燃料电池单元的制造工序下面，对图22～图26中所说明的燃料电池单元的制造工序及制造设备进行说明。图27是概略表示燃料电池单元的制造工序的图。如图27所示，可分为制造阴极侧金属板4的工序、制造阳极侧金属板5的工序、制造薄膜电极组成体10的工序，在制造了金属板4、5和薄膜电极组成体10后，进行使用它们组装燃料电池单元的工序。
首先，对于用于制造阴极侧金属板4和阳极侧金属板5的顺序冲模设备的构成进行说明。图28是表示顺序冲模设备的构成的概念图。该顺序冲模设备可以对阴极侧金属板4和阳极侧金属板5双方进行加工，为此沿着搬送路径配置有7个模具。
作为用于加工各金属板4、5的原材料，使用将具有规定宽度的长条状金属板卷绕成卷筒的金属卷筒。从该金属卷筒中拉出长条状金属板而送入顺序冲模设备，实施必需的加工。对于金属板4、5而言，虽然使用相同宽度的长条状金属板，然而对于金属板4而言，使用预先在单面上附着有绝缘片11的材料，对于金属板5而言，使用预先在双面上附着有绝缘片12的材料。
图28所示的7个模具被以规定间隔配置，具有仅在制造阳极侧金属板5的情况下使用的模具(第一、二、三、六模具)、仅在制造阴极侧金属板4的情况下使用的模具(第四、七模具)、可对两金属板4、5共同使用的模具(第五模具)。所以，设有如下的模具控制部，即，当进行阴极侧金属板4的制造时，控制第一、二、三、六模具不动作，当进行阳极侧金属板5的制造时，控制第四、七模具不动作。
根据如上所述地构成，由于不需要对阴极侧金属板4和阳极侧金属板5设置各自的顺序冲模设备，因此可以使设备费用更为低廉。
下面，对于具体的加工内容进行说明。图29是表示利用顺序冲模设备加工阴极侧金属板4的情况的俯视图，图30是表示利用顺序冲模设备加工阳极侧金属板5的情况的俯视图。图31是表示利用顺序冲模设备加工阴极侧金属板4的情况的剖视图，图32是表示利用顺序冲模设备加工阳极侧金属板5的情况的剖视图。
最先对制造阴极侧金属板4的工序进行具体说明。图29中，从金属卷筒中拉出的长条状金属板50具有规定宽度，并且每隔规定间隔在宽度方向两侧预先形成有定位用孔50a。另外，绝缘片11也是被预先每隔规定间隔地贴附。在贴附绝缘片11时，可以以定位用孔50a作为基准来贴附。长条状金属板50被从图29的左侧向右侧搬送。
如图29所示，首先利用冲压开孔形成多个孔4c(S1)。该阶段的剖面形状表示于图31(b)中。它是利用第四模具来进行的。然后，进行用于收容电极板2的凹部4g的模压加工(S2)。该阶段的剖面形状表示于图31(c)中。它是利用第五模具进行的。然后，进行用于冲裁金属板4的外形的加工(S3)。该阶段的剖面形状表示于图31(d)中。它是利用第七模具进行的。冲裁后的长度以L2表示。
作为长条状金属板50的移动，当在搬送方向上间歇地移动，进行利用模具的规定的加工时，以排列模具的规定间隔的量搬送。作为模具的动作，同时进行图29所示的S1、S2、S3的加工。即，越向搬送方向的下游侧行进，则加工就越向前推进。这一点与加工阳极侧金属板5的情况相同。
下面对制造阳极侧金属板5的工序进行具体说明。图30中，从金属卷筒中拉出的长条状金属板51具有规定宽度，并且每隔规定间隔在宽度方向两侧预先形成有定位用孔51a。另外，绝缘片12也是被预先每隔规定间隔地贴附在表背两面。在贴附绝缘片12时，可以以定位用孔51a作为基准来贴附。
如图30所示，首先进行流路槽9的模压加工(第一阶段)(S11)。它是利用第一模具来进行的。该第一阶段中，流路槽9并未完全地形成，为槽深度较浅的状态。然后，进行流路槽9的第二阶段的模压加工(S12)。这样就结束了流路槽9的加工。该阶段的剖面形状表示于图32(b)中。然后，进行用于形成安装接口的孔(注入口5c及排出口5d)的冲压开孔加工(S13)。它是利用第三模具进行的。
然后，进行用于收容电极板3的凹部5g的模压加工(S14)。该阶段的剖面形状表示于图32(c)中。它是利用第五模具进行的。然后，进行用于冲裁金属板5的外形的加工(S15)。该阶段的剖面形状表示于图32(d)中。它是利用第六模具进行的。冲裁后的长度以L1表示。
如图28所示，在冲裁了阳极侧金属板5的外形后，进行安装如图25(b)所示的接口的加工。接口5e可以利用卷边与注入口5c和排出口5d结合。
另外，在对阴极侧金属板4的外形进行了冲裁加工后，进行用于将如图33所示的周缘区域4a向内侧竖立弯曲90°的拉深加工。图33(b)中表示进行了拉深加工后的立体图，在周缘区域4a的全周形成竖立弯曲部。通过形成此种竖立弯曲部，就可以容易地进行卷边密封加工。
对于在使用如上所述地制作的金属板4、5进行燃料电池单元的组装工序中所使用的模具设备，可以使用已经说明了的图3、图4的构成的设备。如已经说明的那样，该模具的基本的构成也可以适用于以下说明的燃料电池单元的组装工序中所使用的任意的模具的情况。虽然根据加工内容的差异，也有模具形状不同的情况，但是基本的模具构成可以设为图3、4所示的构造。
虽然是利用该模具组装燃料电池单元的构成，然而是在顺序冲模设备中也可以使用的模具构成。例如，对于在金属板4、5上形成用于收容薄膜电极组成体10的电极板2、3的凹部4g、5g的模压加工(拉深加工)、外形的冲裁加工中所使用的情况，如前说明所示。
燃料电池单元的制造(组装)工序在利用顺序冲模设备进行了金属板4、5的冲裁加工之后，对阴极侧金属板4进行竖立弯曲部的拉深加工(参照图33)，进行燃料电池单元的组装。该组装工序与图5或图14中说明的相同。另外，对于各工序的模具构成等，由于图34～图37中所示的基本上与图10～图13中说明的内容相同，因此省略详细的说明。但是，因流路槽9是利用冲压加工形成的，所以与流路槽9的形状匹配地形成模具，在这一点上不同。
图34中表示设置了利用顺序冲模设备制造的金属板4、5和薄膜电极组成体10的状态。在进行了90°拉深加工的金属板4中，设置薄膜电极组成体10(在固体高分子电解质1的两面组装有电极板2、3的构件)。在第一上模31上，设有用于让出与金属板5卷边结合的接口5e的凹部31a、用于让出伴随着流路槽9的形成而产生的金属板5的表面的突出部的凹部31b。
如图36所示，当周缘区域4a、5a被利用卷边密封时，在周缘区域4a与周缘区域5a之间，作为绝缘层夹隔有绝缘片11、12，以防止了金属板4、5彼此之间的短路的状态密封。
其他实施方式燃料电池单元的构成并不限定于图1、2、22～26所示的构造的构成。例如，阴极侧金属板4虽然被设为具有多个用于输入空气的开口部4c的形状，然而也可以将阴极侧金属板4制成与阳极侧金属板5相同的形状。
图1、2的实施方式中，虽然是利用蚀刻进行流路槽的形成和将周缘区域的厚度减薄的工序、形成注入口、排出口、开口部的工序，然而它们也可以利用冲压加工来进行。
图1、2的实施方式中，虽然对作为绝缘层夹隔固体高分子电解质1的构成进行说明，然而也可以另外使用绝缘构件，夹隔它而进行卷边密封。作为绝缘材料的厚度，从薄型化的观点考虑，优选0.1mm以下。而且，通过涂覆绝缘材料，就能够实现进一步的薄型化(例如绝缘材料的厚度也可以达到1μm)。作为绝缘材料，可以使用薄片状的树脂、橡胶、热塑性弹性体、陶瓷等，然而在提高密封性方面，优选树脂、橡胶、热塑性弹性体等，特别优选聚丙烯、聚乙烯、聚酯、氟树脂、聚酰亚胺。绝缘材料也可以直接或借助粘接剂贴附、涂布于金属板4、5的周缘，预先与金属板4、5一体化。
在S8、S9的工序中，由于是在第一下模21和金属板5的下面之间设有间隙的状态，因此不一定需要设置第一下模21。
在本实施方式的单元的组装工序中，对于向下一工序的冲压加工转移的情况，虽然说明了在更换模具的同时依次进行的例子，然而也可以采用能够使用顺序冲模连续地进行冲压加工的构成。
本实施方式中卷边密封工序的金属板的拉深加工，将规定倾斜角度设定为45°，继而进行0°拉深加工。即，以两个阶段进行卷边密封，然而也可以将其设为三个阶段以上。例如，也可以设定为60°→30°→0°。当然，也可以是该角度以外的角度。另外，也可以设定为四个阶段以上的多阶段。
本实施方式的顺序冲模设备中，虽然将形成于阳极侧金属板5上的流路槽9分为两次进行冲压加工，但是也可以利用一次或三次以上的阶段性的加工来形成。
在本实施方式的组装工序中，虽然是在以薄膜电极组成体10的形式组装后，设置于模具上，然而也可以在设置于模具上时，以依照阴极侧电极板2、固体高分子电解质1、阳极侧电极板3的顺序层叠的形式来设置。
本实施方式中，虽然将阴极侧金属板4的周缘区域4a折曲而卷边密封，然而也可以将阳极侧金属板5的周缘区域5a折曲而卷边密封。
虽然对本发明的实施方式进行了各种说明，然而这些实施方式可以适当地组合实施。
权利要求
1.一种燃料电池单元的制造方法，该燃料电池单元具备板状的薄膜电极组成体、配置于该薄膜电极组成体的两侧的第一金属板及第二金属板，将这些金属板的周缘区域以在其间夹设有绝缘层的状态利用弯曲冲压进行机械密封，其特征是，在所述一对金属板之间设置有薄膜电极组成体的状态下将一方的金属板的周缘区域向内侧方向倾倒而利用弯曲冲压进行机械密封之时，使用位于金属板的中央区域并限制中央区域的变形的限制机构、位于所述周缘区域并进行用于机械密封的加工的弯曲冲压加工机构，在使用弯曲冲压加工机构进行周缘区域的密封之时，用限制机构限制中央区域的变形。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单元的制造方法，其中，具有在进行所述机械密封之后，对已密封的周缘区域的内侧区域再进行冲压推压的工序。
3.根据权利要求1所述的燃料电池单元的制造方法，其中，具有将进行弯曲冲压的周缘区域的金属板的厚度预先制成比其他部分更薄的工序。
4.根据权利要求1所述的燃料电池单元的制造方法，其中，还具有通过对第一金属板的周缘区域进行拉深加工，在周缘区域的全周形成竖立弯曲部的工序；在竖立弯曲部为朝向上方状态的第一金属板之上，依次放置薄膜电极组成体和第二金属板，并且在竖立弯曲部的内壁侧设置绝缘层的工序；至少进行一次使竖立弯曲部的全周朝向金属板的内侧方向倾斜规定角度的拉深加工的工序；通过将所述已倾斜规定角度的竖立弯曲部的全周向第二金属板的周缘区域倒入，对周缘区域进行所述机械密封的工序。
5.根据权利要求4所述的燃料电池单元的制造方法，其中，所述规定角度相对于水平面为40°以上50°以下。
6.根据权利要求4所述的燃料电池单元的制造方法，其中，在第一金属板之上依次放置薄膜电极组成体和第二金属板的工序之前，具有将第一金属板及第二金属板当中的至少一方的金属板加工为其中央区域与周缘区域相比更向薄膜电极组成体的方向突出的弯曲形状的工序。
7.根据权利要求4所述的燃料电池单元的制造方法，其中，所述竖立弯曲部的内壁与第二金属板的周缘端面的间隙为0.05～0.15mm。
8.根据权利要求6所述的燃料电池单元的制造方法，其中，所述弯曲形状的突出量为0.05～0.15mm。
9.根据权利要求1所述的燃料电池单元的制造方法，其中，利用顺序冲模设备连续地进行以下工序为了制作第一金属板或第二金属板，将具有规定宽度的长条状金属板向所述顺序冲模设备搬送的搬送工序；在长条状金属板上形成燃料气体用的流路的工序；在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的工序；通过由长条状金属板冲裁外形而形成第一金属板的工序。
10.根据权利要求9所述的燃料电池单元的制造方法，其中，利用所述顺序冲模设备连续地进行以下工序在长条状金属板上形成用于输入空气的孔的工序；在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的工序；通过由长条状金属板冲裁外形而形成第二金属板的工序。
11.根据权利要求10所述的燃料电池单元的制造方法，其中，在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的所述工序中所使用的模具，对于第一金属板和第二金属板使用共同的模具。
12.根据权利要求9所述的燃料电池单元的制造方法，其中，在制造所述第一金属板之时，在形成流路的所述工序与形成凹部的所述工序之间，具有在所述流路的两个端部，形成用于结合气体供给管安装用的接口的孔、用于结合气体排出管安装用的接口的孔的工序。
13.根据权利要求9所述的燃料电池单元的制造方法，其中，形成所述流路的工序分为多次来进行。
14.根据权利要求9所述的燃料电池单元的制造方法，其中，在所述长条状金属板中，每隔与顺序冲模设备的模具排列间隔对应的规定间隔地预先形成加工定位用的孔，并且每隔相同的规定间隔地预先附着构成所述绝缘层的绝缘片。
15.根据权利要求14所述的燃料电池单元的制造方法，其中，所述绝缘片被制成与所述周缘区域对应的环状，并以所述定位用的孔为基准附着。
16.根据权利要求14所述的燃料电池单元的制造方法，其中，在第一金属板形成用的长条状金属板、第二金属板形成用的长条状金属板的双方上预先附着有绝缘片，从而在所收容的薄膜电极组成体的周缘区域被第一金属板侧的绝缘片和第二金属板侧的绝缘片夹持的位置上，预先附着有绝缘片。
17.一种燃料电池单元的制造设备，该燃料电池单元具备板状的薄膜电极组成体、配置于该薄膜电极组成体的两侧的第一金属板及第二金属板，将这些金属板的周缘区域以在其间夹设有绝缘层的状态利用弯曲冲压进行机械密封，其特征是，作为在所述一对金属板之间设置有薄膜电极组成体的状态下将一方的金属板的周缘区域向内侧方向倾倒而利用弯曲冲压进行机械密封时所用的机构，具备位于所述金属板的中央区域的限制机构；用于对金属板的周缘区域实施机械密封的下侧弯曲冲压加工机构及上侧弯曲冲压加工机构；规定进行机械密封时的搭载有限制机构和上侧弯曲冲压加工机构的组件的总行程的挡块；和对上侧弯曲冲压加工机构设置的推靠机构，所述总行程被设定为比直至上侧弯曲冲压加工机构与金属板顶接而开始加工的行程更长，在加工开始后推靠机构的推靠力作用于金属板的周缘区域，并且利用限制机构限制中央区域的变形。
18.根据权利要求17所述的燃料电池单元的制造设备，其中，在进行所述机械密封时，限制机构的下面位于比下侧弯曲冲压加工机构的上面更靠上方的位置。
19.根据权利要求17所述的燃料电池单元的制造设备，其中，还具备在所述机械密封工序之后，对已密封的周缘区域的内侧区域进行冲压推压的工序中所用的机构。
20.根据权利要求17所述的燃料电池单元的制造设备，其中，还具有在通过对第一金属板的周缘区域进行拉深加工，在周缘区域全周形成竖立弯曲部的工序中所用的模具；在竖立弯曲部为朝向上方状态的第一金属板之上依次放置薄膜电极组成体和第二金属板，并且在竖立弯曲部的内壁侧设置绝缘层，继而至少进行一次使竖立弯曲部的全周向金属板的内侧方向倾斜规定角度的拉深加工中所用的模具；通过将所述已倾斜规定角度的竖立弯曲部的全周向第二金属板的周缘区域倒入，对周缘区域进行所述机械密封的工序中所用的模具。
21.根据权利要求20所述的燃料电池单元的制造设备，其中，倾斜所述规定角度的模具的角度被设定为相对水平面为40°以上50°以下。
22.根据权利要求17所述的燃料电池单元的制造设备，其中，还具备在将第一金属板及第二金属板当中的至少一方的金属板加工为其中央区域比周缘区域更向薄膜电极组成体的方向突出的弯曲形状的工序中所用的模具。
23.根据权利要求17所述的燃料电池单元的制造设备，其中，具备为了制作第一金属板或第二金属板，搬送具有规定宽度的长条状金属板的同时依次进行规定的加工的顺序冲模设备，该顺序冲模设备具备在长条状金属板上形成燃料气体用的流路的模具；在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的模具；通过由长条状金属板冲裁外形而形成第一金属板的模具。
24.根据权利要求23所述的燃料电池单元的制造设备，其中，具备在长条状金属板上形成用于输入空气的孔的模具；在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的模具；通过由长条状金属板冲裁外形而形成第二金属板的模具。
25.根据权利要求24所述的燃料电池单元的制造设备，其中，在长条状金属板上形成用于收容薄膜电极组成体的凹部的所述工序中所用的模具，对于第一金属板和第二金属板使用共同的模具。
26.根据权利要求23所述的燃料电池单元的制造设备，其中，具备控制构成顺序冲模设备的各模具的动作的模具控制部，该模具控制部在加工第一金属板之时，使仅用于第二金属板的加工的模具不动作，在加工第二金属板之时，使仅用于第一金属板的加工的模具不动作。
全文摘要
本发明提供一种可以在制造工序中抑制构件的变形的同时可靠地制造燃料电池单元的制造方法。燃料电池单元具备板状的薄膜电极组成体(10)、配置于该薄膜电极组成体(10)的两侧的一对金属板(4、5)，将这些金属板(4、5)的周缘区域(4a、5a)以在其间夹设有绝缘层(1a)的状态利用卷边来密封，在该制造方法中，在一对金属板(4、5)之间设置有薄膜电极组成体(10)的状态下将一方的金属板(4)的周缘区域(4a)向内侧方向倾倒而进行卷边密封之时，使用位于金属板(4、5)的中央区域(4b、5b)并限制中央区域(4b、5b)的变形的第一模具(31)、位于周缘区域(4a、5a)并进行用于卷边密封的加工的第二模具(22、32)，在使用第二模具(22、32)进行周缘区域(4a、5a)的卷边密封之时，用第一模具(31)限制中央区域(4b、5b)的变形。
文档编号H01M8/10GK101019261SQ20058003106
公开日2007年8月15日 申请日期2005年9月14日 优先权日2004年9月16日
发明者杉本正和, 矢野雅也, 杉田泰一 申请人:日东电工株式会社