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技術 セパレータの製造方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 池田耕太郎瀬口剛
出願日 2016年6月1日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2016-110173
公開日 2017年12月7日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2017-216181
状態 特許登録済
技術分野 燃料電池(本体)
主要キーワード 材料表 溝流路 シール部位 カーボンプレート すべり面 炭素被膜 適用物 プレス板
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供する。

解決手段

本発明に係るセパレータの製造方法は、金属板表面処理する表面処理工程と、該表面処理した金属板にプレス加工を行ってセパレータ10を成形するプレス加工工程と、を備え、プレス加工工程において、接着剤を介してシール部材接着するシール部位10aに凹凸が形成される。

概要

背景

燃料電池は、燃料ガス水素)と酸化剤ガス酸素)との反応により起電力を生じる単セル所定数だけ積層したスタック構造を有する。単セルは、電解質膜の両面にアノード及びカソード電極層触媒層及びガス拡散層)を備える膜電極接合体と、当該膜電極接合体の両面にそれぞれ配置されるセパレータを有する。

セパレータは、単セルを電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。セパレータは、プレス加工を施して形成された凹凸形状の流路溝を有している。

ところで、このセパレータの一面には、隣接するセパレータや膜電極接合体との間をシールするためのシール部材が配置される。しかし、一般的なカーボンプレート製のセパレータ(表面に炭素被膜コーティングされたセパレータ)では、その表面にシール部材が付着しにくい性質があるために、シール部材とセパレータとを接着する際には、接着剤を必要とする。この接着剤を用いた接着性を向上させた技術が提案されている(例えば下記特許文献1)。

下記特許文献1では、接着剤を塗布する面をレーザー照射して粗面化することにより、接触面積を増大させて接着剤による接着性を向上させている。

概要

製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供する。本発明に係るセパレータの製造方法は、金属板表面処理する表面処理工程と、該表面処理した金属板にプレス加工を行ってセパレータ10を成形するプレス加工工程と、を備え、プレス加工工程において、接着剤を介してシール部材を接着するシール部位10aに凹凸が形成される。

目的

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

隣り合うセパレータとの間に配置されるシール部材を、接着剤を介して接着するセパレータの製造方法であって、金属板表面処理する表面処理工程と、前記表面処理した金属板にプレス加工を行ってセパレータを成形するプレス加工工程と、を備え、前記プレス加工工程において、前記接着剤を介して前記シール部材を接着するシール部位凹凸が形成されることを特徴とするセパレータの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、セパレータの製造方法に関する。

背景技術

0002

燃料電池は、燃料ガス水素)と酸化剤ガス酸素)との反応により起電力を生じる単セル所定数だけ積層したスタック構造を有する。単セルは、電解質膜の両面にアノード及びカソード電極層触媒層及びガス拡散層)を備える膜電極接合体と、当該膜電極接合体の両面にそれぞれ配置されるセパレータを有する。

0003

セパレータは、単セルを電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。セパレータは、プレス加工を施して形成された凹凸形状の流路溝を有している。

0004

ところで、このセパレータの一面には、隣接するセパレータや膜電極接合体との間をシールするためのシール部材が配置される。しかし、一般的なカーボンプレート製のセパレータ(表面に炭素被膜コーティングされたセパレータ)では、その表面にシール部材が付着しにくい性質があるために、シール部材とセパレータとを接着する際には、接着剤を必要とする。この接着剤を用いた接着性を向上させた技術が提案されている(例えば下記特許文献1)。

0005

下記特許文献1では、接着剤を塗布する面をレーザー照射して粗面化することにより、接触面積を増大させて接着剤による接着性を向上させている。

先行技術

0006

特開2016−004631号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上記特許文献1の方法では、接着性を向上させることはできるものの、接着剤を塗布する面をレーザー照射して粗面化する工程が必要となるため、製造時間が長くなってしまう。

0008

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために本発明に係るセパレータの製造方法は、隣り合うセパレータとの間に配置されるシール部材を、接着剤を介して接着するセパレータの製造方法であって、金属板表面処理する表面処理工程と、前記表面処理した金属板にプレス加工を行ってセパレータを成形するプレス加工工程と、を備え、前記プレス加工工程において、前記接着剤を介して前記シール部材を接着するシール部位に凹凸が形成される。

0010

かかる方法によれば、プレス加工工程で、セパレータにおけるシール部材を接着するシール部位に凹凸を形成するため、セパレータのシール部位に凹凸を形成するための別途の工程(例えばレーザー照射して粗面化する工程)をなくすことができる。その結果、製造時間を短縮することが可能となる。

発明の効果

0011

本発明によれば、製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0012

セパレータの概略構成を示す斜視図である。
セパレータの製造工程を示す説明図である。
プレス加工工程後のセパレータ端部におけるシール部位の断面形状を示す図である。

実施例

0013

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

0014

図1は、本実施形態におけるセパレータ製造方法を用いて作製されるセパレータの概略構成を示す斜視図である。セパレータは、燃料電池セル(単セル)の構成要素であり、膜電極接合体(電解質膜、該電解質膜の両面に配置されるアノード及びカソードの電極層)の両面に配置される。なお、図1のセパレータでは、凹凸形状の溝流路等の図示を省略している。

0015

セパレータ10は、金属板にプレス加工を施すことで成形される。セパレータ10は、単セルを電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。図1に示すように、セパレータ10の一面には、隣接するセパレータとの間をシールするためのシール部材30が接着される。セパレータ10表面には、後述するように、カーボンブラック酸化チタン露出した表面処理が施され、これらは接着性が高い材料ではないため、セパレータ10表面とシール部材30とを接着するための所定の接着剤(図示略)を必要とする。

0016

続いて、上述したセパレータの製造方法について説明する。図2は、セパレータの製造方法を示すフローチャートである。図3(A)は、プレス加工工程後の、セパレータ端部におけるシール部位の断面形状を示す図である。なお、図3では、図1で示したシール部材30の図示を省略している。

0017

(ステップS10)
まず、金属板を表面処理する。本実施形態では、表面処理としてNC処理が行われ、NC層40(酸化チタンTiO2とカーボンブラックが混合された混合層)が形成される。なお、NC処理によって作成されるNC層とは、例えば、炭素濃度が10atm%以下のチタン上にカーボンブラックを塗布し、酸素分圧25Pa以下で熱処理を行って作成されるものである。また、表面処理としては、このNC処理に限定されず、例えばCVD処理等、他の表面処理を適宜選択することができる。

0018

(ステップS20)
次いで、表面処理した金属板に、プレス加工を行ってセパレータ10を成形する。このプレス加工において、セパレータ10表面における、シール部材30(図1参照)を接着するためのシール部位10aをのばすことですべり面101を形成する。これにより、セパレータ10表面に凹凸が形成される。凹凸を形成することにより、アンカー効果(接着等において、材料表面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果)を十分に発揮することができ、セパレータ表面とシール部材とを接着する接着剤による接着性を向上させることができる。

0019

なお、上記プレス加工工程の前に施される表面処理でNC層40を厚くする方が、凹凸が大きく形成され、アンカー効果による接着性を向上させることができるので好ましい。このように、プレス加工工程において、凹凸が形成されるため、別途の表面処理工程(例えば、セパレータ表面を粗面化するためにレーザー照射をする工程)が不要となり、製造時間を短縮することができる。また、NC層の残存等の汚れは生じないという利点もある。

0020

続いて、セパレータ製造方法の他の例を説明する。図3(B)は、プレス加工工程後の、セパレータ端部におけるシール部位の断面形状を示す図である。なお、この例において、表面処理工程(図2のステップS10)は、図3(A)を参照しながら説明した内容と同様であるため、その説明は省略する。

0021

この例では、セパレータ10をプレスするためのプレス板(図示略)にエンボスを設け、このプレス板を用いてプレス加工工程を実施する。つまり、表面処理工程でNC層40を作成した後、プレス加工工程において、エンボスを設けたプレス板でNC層40自体に凹凸を形成する。このようにNC層40自体に凹凸を形成するので、プレス圧力等を小さくすることができる。また、プレス板に設けるエンボスの位置を適宜調整することで、所望の位置(設計者等が望む位置)に凹凸形状を形成することができる。

0022

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

0023

10:セパレータ
10a:シール部位
30:シール部材
40:NC層
101:すべり面

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