JP5263493B2

JP5263493B2 - 燃料電池における部品接合構造

Info

Publication number: JP5263493B2
Application number: JP2008160266A
Authority: JP
Inventors: 哲也浦川
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP2009099531A

Description

本発明は、燃料電池に係り、更に詳しくは、燃料電池における部品接合構造に関するものである。

燃料電池用のスタック組立て工程は、膜電極複合体（膜電極接合体とも称する、ＭＥＡ）、ガス拡散層（ＧＤＬ）、セパレータおよびシールなどが主な構成部品として挙げられ、これらの部品あるいは複合された部品、補助的に機能する部品などを多層にわたり積層することにより、組み立てられる。

（１）これらの部品のうち、固体高分子電解質膜単体、ＭＥＡ、あるいはこれらにＧＤＬが複合化されたものは、非常に薄いので、取り扱い性（ハンドリング性）があまり良くないと云う不都合がある。

そこで、この不都合を解消するため、しばしば接着剤付きフィルムなどをこれらの外周部にフレーム状に取り付けて剛体化することにより、取り扱い性を向上させることがある。また、上記フィルムにガスケットを一体化したものもある（例えば特許文献１参照）。

このようなフィルムは通常、加熱と圧着により上記電解質膜やＭＥＡなどの相手取付部品に接着固定されるが、寸法上の精度が要求されることから、熱圧着の前にこれらフィルムの位置ズレを修正することになる。

しかしながら、従来は、接着剤として一般の樹脂系接着剤が用いられ、この種の接着剤はタック性（初期粘着性）を有していることから、フィルムを相手取付部品に一旦固定するとこれを剥がしたりあるいは平面上移動させたりするのが困難であり、よって位置ズレの修正作業を行ないにくいと云う不都合がある。

（２）また、セル組立て前に予めセパレータへシールを一体化することが行なわれているが、液状ゴムによる低圧射出成形でさえもセパレータが脆弱なカーボンの場合には形締めや射出圧による割れが発生し、また薄い金属プレートの場合には変形が発生する不都合がある。

そこで、この対策として、予め樹脂フィルム等へガスケットを一体化したものをセパレータへ接着することが行なわれている。

このようなフィルムは通常、加熱と圧着によりセパレータに接着固定されるが、寸法上の精度が要求されることから、熱圧着の前にこれらフィルムの位置ズレを修正することになる。

しかしながら、従来は、接着剤として一般の樹脂系接着剤が用いられ、この種の接着剤はタック性（初期粘着性）を有していることから、フィルムをセパレータに一旦固定するとこれを剥がしたりあるいは平面上移動させたりするのが困難であり、よって位置ズレの修正作業を行ないにくいと云う不都合がある。

特開２００３−５６７０４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、燃料電池用の部品同士を接着剤を用いて接着固定する部品接合構造において、部品同士の位置ズレ修正作業すなわち位置合わせ作業を容易に行なうことができる部品接合構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の部品接合構造は、部品同士を接着剤を用いて接着固定する燃料電池における部品接合構造であって、一方の部品には予め接着処理を施してなる部品接合構造において、前記接着処理として一方の部品の接着面にマイクロカプセル型接着剤を塗工してなり、前記マイクロカプセル型接着剤に接着性を付与する圧着もしくは熱圧着工程を経て前記部品同士を接着固定し、前記一方の部品は、他方の部品である電解質膜、膜電極複合体もしくはガス拡散層またはこれらの複合体、またはセパレータに接着固定される樹脂フィルムであり、前記樹脂フィルムにはゴム等のエラストマーよりなるガスケットが被着されていることを特徴とする。

マイクロカプセル型接着剤は、その外殻をなすマイクロカプセルの内部に接着剤本体を収容したものであって、マイクロカプセルが破壊されると接着剤本体が流出して接着性を発揮する仕組みとなっている。マイクロカプセルは圧着過程で所定の圧力を加えることにより破壊され、または熱圧着過程で所定の熱と圧力を加えることにより破壊される。したがってマイクロカプセル型接着剤は圧着もしくは熱圧着工程以前の段階では接着性を殆ど有さずタック性も殆ど有さないことから、このタイミングで部品同士の位置ズレ修正作業を行なうことにより作業を容易に行なうことが可能となる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の燃料電池における部品接合構造においては上記したように、接着処理として一方の部品の接着面にマイクロカプセル型接着剤を塗工してなり、このマイクロカプセル型接着剤に接着性を付与する圧着もしくは熱圧着工程を経て部品同士を接着固定するようにしたために、マイクロカプセル型接着剤の塗工後、圧着もしくは熱圧着工程を行なう以前の段階においては、接着剤が接着性ないしタック性を殆ど有さないことになる。したがって、この接着剤が接着性ないしタック性を殆ど有さないタイミングで部品同士の位置ズレ修正作業を行なうことにより部品同士の位置ズレ修正作業すなわち位置合わせ作業を容易に行なうことができる。そして、部品同士の位置合わせ作業が容易化されれば、延いては燃料電池スタックの組立て作業性を向上させることができる。

尚、本発明において、接合の対象とする燃料電池用構成部品としては、電解質膜、膜電極複合体もしくはガス拡散層またはこれらの複合体、またはセパレータに接着固定される樹脂フィルムにゴム等のエラストマーよりなるガスケットを被着したものを挙げることができる。樹脂フィルムは上記電解質膜などの外周部に取り付けられてその剛性を増大させたり、予め一体化したガスケットをセパレータに取り付けたりするものであり、ガスケットは燃料ガスなどのシール流体が電池外部へ漏洩しないようこれをシールするものである。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）燃料電池のスタック構成部材において、粘着剤・接着剤塗工面にマイクロカプセル型接着剤が塗工されており、圧着あるいは熱圧着により被着体に固定される、接着剤付きサブガスケットまたは接着剤付き樹脂フィルム一体シール。
（２）熱圧着温度が６０〜１２０度、圧着時の圧力が０．５〜１０ＭＰａで熱圧着される上記（１）項記載の接着剤付きサブガスケットまたは接着剤付き樹脂フィルム一体シール。
（３）接着剤を内包するマイクロカプセルは、その外殻が熱圧着時の温度：６０〜１２０度、または押し圧：０．５〜１０ＭＰａで破壊されるものであれば良い。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

当該実施例に係る部品接合構造は、燃料電池用の構成部品である電解質膜にその取り扱い性を向上すべく、図１に示す平面形状の樹脂フィルム１を接着剤を用いて接着固定するものであって、図２の断面図に示すように、樹脂フィルム１の一面（上面）１ａには、ゴム等のエラストマーよりなるガスケット２が被着されており、樹脂フィルム１の他面（下面）１ｂには、当該樹脂フィルム１を電解質膜１０に接着するための接着処理３が施されている。図１に示したように樹脂フィルム１の平面上には、ＧＤＬを嵌め込むための貫通部（空間部）４や、燃料ガスを給排するための貫通部５、酸化ガスを給排するための貫通部６、冷却水を給排するための貫通部７などが多数設けられているので、樹脂フィルム１はこれを電解質膜１０に対して平面上精度良く接着固定する必要がある。

そして、当該実施例では、上記接着処理３として、樹脂フィルム１の他面すなわち接着面１ｂにマイクロカプセル型接着剤８が塗工（塗布）されており、樹脂フィルム１は、このマイクロカプセル型接着剤８に接着性を付与する圧着もしくは熱圧着工程を経てこのマイクロカプセル型接着剤８が接着性を発揮することにより、電解質膜１０に接着固定されることになる。

接着剤を内包するマイクロカプセルは、その外殻が熱圧着時の温度（摂氏６０〜１２０度）または／および押圧力（０．５〜１０ＭＰａ）で破壊されるものとする。したがって上記圧着もしくは熱圧着工程では、摂氏６０〜１２０度の加熱処理または／および０．５〜１０ＭＰａの加圧処理が行なわれる。

上記構成の部品接合構造においては、接着処理３として樹脂フィルム１の接着面１ｂにマイクロカプセル型接着剤８が塗工され、このマイクロカプセル型接着剤８に接着性を付与する圧着もしくは熱圧着工程を経てこのマイクロカプセル型接着剤８が発揮する接着性により部品１，１０同士が接着固定されるために、マイクロカプセル型接着剤８の塗工後、圧着もしくは熱圧着工程を行なう以前の段階においては、マイクロカプセル型接着剤８が接着性ないしタック性を殆ど有していないことになる。したがって、このようにマイクロカプセル型接着剤８が接着性ないしタック性を殆ど有していないタイミングで部品１，１０同士の位置ズレ修正作業を行なうことにより、樹脂フィルム１を電解質膜１０から容易に引き剥がしたり電解質膜１０上を容易に移動させたりすることができることから、部品１，１０同士の位置ズレ修正作業すなわち位置合わせ作業を容易に行なうことができる。接着剤８は所要時間経過後に固まるので、樹脂フィルム１は電解質膜１０に強固に固定される。

尚、上記実施例において、ガスケット２付きの樹脂フィルム１を電解質膜１０に接合するとしたのは、単なる一例に過ぎず、本発明は、接合の対象とする燃料電池用構成部品の種類を特に限定するものではない。

マイクロカプセル型接着剤８による接着の相手方は、セパレータであっても良い。セパレータには、脆弱なカーボンよりなるものや、薄い金属プレートよりなるものが含まれる。

また、本発明の内容はこれを燃料電池における部品接合方法として捉えることもでき、この場合、その内容は以下のように規定される。
（１）部品同士を接着剤を用いて接着固定する燃料電池における部品接合方法であって、一方の部品には予め接着処理を施す部品接合方法において、
前記接着処理として一方の部品の接着面にマイクロカプセル型接着剤を塗工する工程と、前記マイクロカプセル型接着剤に接着性を付与する圧着もしくは熱圧着工程とを順次実施することを特徴とする燃料電池における部品接合方法。
（２）上記（１）項記載の部品接合方法において、
一方の部品は、他方の部品である電解質膜、膜電極複合体もしくはガス拡散層またはこれらの複合体、またはセパレータに接着固定される樹脂フィルムであることを特徴とする燃料電池における部品接合方法。
（３）上記（１）項記載の部品接合方法において、
一方の部品は、他方の部品である電解質膜、膜電極複合体もしくはガス拡散層またはこれらの複合体、またはセパレータに接着固定される樹脂フィルムであり、前記樹脂フィルムにはゴム等のエラストマーよりなるガスケットが被着されていることを特徴とする燃料電池における部品接合方法。

そして、実施例としては、図１および図２に示すとおり、樹脂フィルム１および電解質膜１０を接着剤を用いて接着固定する燃料電池における部品接合方法であって、樹脂フィルム１には予め接着処理３を施す部品接合方法において、接着処理３として樹脂フィルム１の接着面１ｂにマイクロカプセル型接着剤８を塗工する工程と、このマイクロカプセル型接着剤８に接着性を付与する圧着もしくは熱圧着工程とを順次実施することになる。

本発明の実施例に係る部品接合構造に用いる燃料電池樹脂フィルムの平面図図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図

符号の説明

１樹脂フィルム（一方の部品）
１ａ一面
１ｂ他面（接着面）
２ガスケット
３接着処理
４，５，６，７貫通部
８マイクロカプセル型接着剤
１０電解質膜（他方の部品）

Claims

部品同士を接着剤を用いて接着固定する燃料電池における部品接合構造であって、一方の部品には予め接着処理を施してなる部品接合構造において、
前記接着処理として一方の部品の接着面にマイクロカプセル型接着剤を塗工してなり、前記マイクロカプセル型接着剤に接着性を付与する圧着もしくは熱圧着工程を経て前記部品同士を接着固定し、
前記一方の部品は、他方の部品である電解質膜、膜電極複合体もしくはガス拡散層またはこれらの複合体、またはセパレータに接着固定される樹脂フィルムであり、前記樹脂フィルムにはゴム等のエラストマーよりなるガスケットが被着されていることを特徴とする燃料電池における部品接合構造。