(57)【要約】【課題】エキスパンドメタルのメッシュがシール部材を突き破り、シール部材の表面に露出してセパレータとの短絡を起こすことを防ぐ。【解決手段】シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくとも刻み幅方向端部に、エキスパンドメタルの全厚方向中心側へと湾曲する湾曲部２８ａを形成することにより、エキスパンドメタルのメッシュ２２の突端が、シール部材４８の比較的厚みの薄い部分４８ｂを突き破り、メッシュ２２がシール部材４８の表面に露出してしまうことがなくなる。又、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくとも刻み幅方向端部が、エキスパンドメタル３０の全厚方向に潰されることによっても、同様の作用効果を得ることができる。【選択図】図１
2010055948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルのメッシュによりガス流路が形成され、該エキスパンドメタルの外周端部がシール部材により密閉されたセル構造を有する燃料電池であって、
前記エキスパンドメタルの、前記シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュの全厚方向端部に、均し加工が施されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記均し加工は、前記シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュを構成するボンド部又はストランド部の少なくとも刻み幅方向端部に、前記エキスパンドメタルの全厚方向中心側へと湾曲する湾曲部を形成するものである請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記均し加工は、前記シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュを構成するボンド部又はストランド部の少なくとも刻み幅方向端部を、前記エキスパンドメタルの全厚方向に潰すものである請求項１又は２記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、図６に示されるセル（単セル）１０が構成され、なおかつ、セル１０が複数枚積層されたスタック構造となることで、必要な電圧が確保されるものである。通常、外形形状が矩形をなすセル１０の４辺の外周端には、アノード側に燃料ガスを、カソード側に酸化剤を各々供給し、かつ、未反応ガスやセル内で発生する生成水を排出するための、マニホールド１０ａ、１０ｂが形成されている。
【０００３】
図７には、図６に示される固体高分子型燃料電池のセル１０の、構造の一例が示されている。このセル１０は、膜・電極接合体１２（Membrane Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」という。）がセル１０の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層１４（アノード側/カソード側のガス拡散層１４Ａ、１４Ｃ）、ガス流路１６（アノード側/カソード側のガス流路１６Ａ、１６Ｃ）、セパレータ１８（アノード側/カソード側のセパレータ１８Ａ、１８Ｃ）が夫々配置された構造となっている。なお、ＭＥＡ１２とガス拡散層１４とが一体となった膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode
＆Gas Diffusion Layer Assembly）が用いられる例もある。かかるスタック構造において、板状の部品であるセパレータ１８は、各セルの最外層に位置してスタック内の各セルを区分けする部材であり、アノード側に燃料ガスをカソード側に酸化剤を各々供給する機能、セルで発電された電気の導電機能、セル内で発生する生成水の排出を行う機能等、様々な役目を担っている。
そして、図７のようにガス流路１６がセパレータ１８と別体構造をなすセル構造においては、ガス流路１６を形成する構造物として、例えばエキスパンドメタルが用いられることで、上述の如きセパレータの機能を分担、保持している。
【０００４】
ところで、セル１０のガス流路１６を形成する構造物として用いられるエキスパンドメタル２０は、例えば、図８に示される亀甲形のメッシュ２２が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。このエキスパンドメタル２０は、平板材料を送りながら金型によって一段づつ切れ込みを入れることによってメッシュ２２が形成されるという製造手順（後述する）に起因して、各メッシュ２２が、材料送り方向〔（Materials）Forwarding Direction：以下、本説明において「ＦＤ方向」ともいう。〕に、階段状に連なった構造となっている。
図７に示されたセル１０において、エキスパンドメタル２０は、図９に示されるようにメッシュ２２がガス拡散層１４とセパレータ１８との間に傾斜面を構成するようにして配置されることで、千鳥配置されたメッシュ２２と、ガス拡散層１４表面及びセパレータ１８表面との間に、図９に斜線部で示される三角形状のガス流路２４が、千鳥状に構成される。従って、ガス流路１６を流れるガスは、千鳥状に配置された三角形状のガス流路２４を順に伝って、ＦＤ方向へと流れ、この際、ガス流ＧＦは図８に示されるように、ＦＤ方向と直交する方向〔Transverse Direction又はTool  Direction：以下、本説明において「ツール送り方向」又は「ＴＤ方向」ともいう。〕に揺動し、非常に細かなターンを繰り返す態様の流れとなる。
【０００５】
更に、セル１０内で燃料ガスや酸化剤の漏れが生じることを防止するために、ＭＥＡ１２、ガス拡散層１４、ガス流路１６は、マニホールド１０ａ、１０ｂの近傍で、シール部材によって密閉されている。シール部材は、ゴム等の弾性材料が用いられ、ＭＥＡ１２、
ガス拡散層１４、ガス流路１６を構成するエキスパンドメタル２０が積層された状態で、これらの外周端部を覆うように一体成形される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０８５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかるシール部材により密閉された構造において、図６に示されるように、ＭＥＡ１２、ガス拡散層１４は、セル１０のマニホールド１０ａが設けられた外周端の近傍（符号Ｓで示される部分）までは広がっておらず、セル１０の補強部材としても機能するエキスパンドメタル２０のみ、マニホールド１０ａが設けられた外周端の近傍まで広がり、図１０（ａ）に模式的に示されるように、エキスパンドメタル２０がシール部材４８に覆われた構造となっている。又、シール部材４８には、例えば、セパレータ１８との密着性や位置決め等を考慮して、リップ部４８ａ等厚みの異なる部分が形成されている。
ここで、セル１０がスタック構造を構成することで、図１０（ｂ）に示されるように、各セル構成部材１２〜１８が高い面圧Ｐで接触する状態になると、セパレータ１８に密着するシール部材４８が弾性変形して縮み、シール部材４８内部のエキスパンドメタル２０のメッシュ２２の突端２２ａが、シール部材４８の比較的厚みの薄い部分４８ｂを突き破り、メッシュ２２がシール部材４８の表面に露出してしまうこととなる。そして、露出したメッシュ２２がセパレータ１８と短絡し、セル１０の故障の原因となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エキスパンドメタルのメッシュがシール部材を突き破り、シール部材の表面に露出してセパレータとの短絡を起こすことを、未然に防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルのメッシュによりガス流路が形成され、該エキスパンドメタルの外周端部がシール部材により密閉されたセル構造を有する燃料電池であって、
前記エキスパンドメタルの外周端から一定の範囲は、各セル構成部材が高い面圧で接触する状態で、前記シール部材内部から前記シール部材を突き破ることがない程度に、平坦に形成されているものである。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００９】
（１）セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルのメッシュによりガス流路が形成され、該エキスパンドメタルの外周端部がシール部材により密閉されたセル構造を有する燃料電池であって、前記エキスパンドメタルの、前記シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュの全厚方向端部に、均し加工が施されている燃料電池。（請求項１）。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルの、シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュの全厚方向端部に、均し加工が施されることで、エキスパンドメタルのシール部材に密閉される範囲は、各セル構成部材が高い面圧で接触する状態で、シール部材内部からシール部材を突き破ることがない程度に、平坦に形成されるものである。
【００１０】
（２）上記（１）項において、前記均し加工は、前記シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュを構成するボンド部又はストランド部の少なくとも刻み幅方向端部に、前記エキスパンドメタルの全厚方向中心側へと湾曲する湾曲部を形成するものである燃料
電池（請求項２）。
本項に記載の燃料電池は、シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュを構成するボンド部又はストランド部の少なくとも刻み幅方向端部に、エキスパンドメタルの全厚方向中心側へと湾曲する湾曲部を形成することにより、エキスパンドメタルのシール部材に密閉される範囲は、各セル構成部材が高い面圧で接触する状態で、シール部材内部からシール部材を突き破ることがない程度に、平坦に形成されるものである。
【００１１】
（３）上記（１）、（２）項において、前記均し加工は、前記シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュを構成するボンド部又はストランド部の少なくとも刻み幅方向端部を、前記エキスパンドメタルの全厚方向に潰すものである燃料電池（請求項３）。
本項に記載の燃料電池は、シール部材に密閉される外周端近傍に係るメッシュを構成するボンド部又はストランド部の少なくとも刻み幅方向端部が、エキスパンドメタルの全厚方向に潰されることにより、エキスパンドメタルのシール部材に密閉される範囲は、各セル構成部材が高い面圧で接触する状態で、シール部材内部からシール部材を突き破ることがない程度に、平坦に形成されるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明はこのように構成したので、エキスパンドメタルのメッシュがシール部材を突き破り、シール部材の表面に露出してセパレータとの短絡を起こすことを、未然に防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
まず、本発明を実施するための最良の形態を説明するにあたり、予め、図５を参照しながらエキスパンドメタルの各部名称を明らかにする。エキスパンドメタルは、一般的には、既に説明した亀甲形のメッシュ２２（図８、図５（ｃ）参照）や、図５（ａ）に示されるような、菱形のメッシュ２６が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。そして、メッシュの交差部をボンド部ＢＯ、メッシュのボンド部ＢＯ間をつなぐ部分をストランド部ＳＴという。又、ボンド部ＢＯのＴＤ方向の長さをボンド長さＢＯｌ、ストランド部ＳＴの厚みを刻み幅（送り幅）Ｗという。図中、符号ｔは素材の板厚、符号Ｄはエキスパンドメタルの全厚である。なお、図５には、併せてＦＤ方向（材料送り方向）、ＴＤ方向（ツール送り方向）及びＷＤ方向（メッシュの刻み幅方向）を示している。
各部名称から明らかなように、亀甲形のメッシュ２２は、ボンド部ＢＯの長いメッシュ形状であり、菱形のメッシュ２６は、ボンド部ＢＯの短いメッシュ形状である。そして、菱形のメッシュ２６のＦＤ方向断面形状（Ａ−Ａ断面形状）と、亀甲形のメッシュ２２のＦＤ方向断面形状（Ａ’−Ａ’断面図）とは同一であることから、図５（ｂ）に両者のＦＤ方向断面形状を示している。
【００１４】
さて、本発明の実施の形態に係るセル燃料電池は、ガス流路の形成部材としてエキスパンドメタルが用いられており、該エキスパンドメタルの外周端部がシール部材により密閉されたセル構造を有するものであり、このエキスパンドメタル２８は、図１に概略的に示されるように、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２の全厚方向端部に、均し加工が施されているものである。
具体的には、図１（ａ）に示されるように、エキスパンドメタル２８の、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくともＷＤ方向端部に、エキスパンドメタル２８の全厚Ｄ方向中心側へと湾曲する湾曲部２８ａを形成するものである。湾曲部２８ａは、図示の例では、エキスパンドメタル２８が隣接する部材、図示の例ではセパレータ１８に対して傾斜して配置されるボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴが、セパレータ１８と平行となるように湾曲し
ている。
又、図１（ｃ）に示されるように、エキスパンドメタル３０の、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくとも刻み幅方向端部（図示の例では、エキスパンドメタルの全厚方向の全体）を、エキスパンドメタル３０の全厚方向に潰したものであっても良い。又、図１（ｃ）に示されるように、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの全体を、エキスパンドメタル３０の全厚方向に潰し、なおかつ、図１（ａ）に示されるように、ＷＤ方向端部に、エキスパンドメタル２８の全厚Ｄ方向中心側へと湾曲する湾曲部を形成するものであっても良い。
【００１５】
ここで、図２から図７を参照しながら、本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタル２８、３０の製造手順を説明する。
エキスパンドメタル２８の製造装置は、図２、図３に示されるダイ３２、上刃３４、下受刃３６を備える金型と、平板材料３８をＦＤ方向へと送るローラ４０とを備えている。上刃３４はＴＤ方向（ＦＤ方向と直交する方向）にシフトしかつＷＤ方向（上下方向）に昇降するものであり、下受刃３６は、上刃４０のＴＤ方向のシフトに同期して、ＴＤ方向にシフトするものである。又、上刃３４の下面には、台形状の突起３４ａがＴＤ方向に一定間隔を空けて形成されており、下受刃３６の上面にも、上刃３４の台形状の突起３４ａと噛合うように一定間隔を空けて、突起３６ａが形成されている。
【００１６】
そして、平板材料３８は、ローラ４０によって所定の刻み幅Ｗで金型へと送り込まれ、台形状の突起３４ａとダイ３２とによって平板材料３８は部分的にせん断され、かつ、上刃３４と下受刃３６とによって挟持されることで、台形状の切り起こしが形成される。又、上刃３４の上昇の都度、上刃３４及び下受刃３６がＴＤ方向にシフトすることで、台形状の切起こしが千鳥状に一段づつ成形され、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２８’が形成されるものである。
その後、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２８’が、図６に示される圧延ローラ４２によって圧延されることにより、必要な全厚Ｄ（図５（ｂ）参照）のエキスパンドメタル２８が成形される。
【００１７】
ここで、本発明の実施の形態では、図１（ａ）に係るエキスパンドメタル２８を形成するにあたり、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくともＷＤ方向端部を、バーナーで炙る等、熱を加えることによって歪ませ、エキスパンドメタル２８の全厚Ｄ方向中心側へと湾曲する湾曲部を形成することが可能である。又、図２、図３に示される下受刃３６を使わずに、台形状の突起３４ａとダイ３２とによって平板材料３８をせん断すれば、台形状の切り起こしの形状がＷＤ方向下側へと垂れ、この垂れを湾曲部とすることも可能である。更に、下受刃３６の突起３６ａを、ＦＤ方向上流側から下流側に向けて、ＷＤ方向下側へと傾斜する形状に構成して成形を行うこととすれば、台形状の切り起こしの形状が下受刃３６の突起３６ａの傾斜面に倣ってＷＤ方向下側へと垂れ、この垂れを湾曲部とすることが可能である。
又、図１（ａ）に係るエキスパンドメタル３０を形成する際には、圧延ローラ４２による圧延量を調整し、若しくは、プレス金型（圧延ローラ４２とは異なる）によってプレスすることで、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成する等、適切な手法によって、ボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくとも刻み幅方向端部を、エキスパンドメタル３０の全厚方向に潰すことが可能である。
【００１８】
この後、を必要な外形へと打ち抜くと共に、マニホールド１０ａ、１０ｂ（図６参照）を穿孔することで、エキスパンドメタル２８、３０が完成する。そして、ＭＥＡ１２、ガス拡散層１６と共にエキスパンドメタル２８、３０が積層された状態で、マニホールド１
０ａ、１０ｂの近傍で、シール部材４８（図１（ａ）、（ｃ）参照）によって密閉されるものである。
【００１９】
さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
本発明の実施の形態に係る燃料電池は、図１（ａ）、（ｃ）に示されるように、エキスパンドメタル２８、３０の、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）の全厚方向端部に、均し加工が施されることで、エキスパンドメタル２２（２６）のシール部材４８に密閉される範囲は、図１（ｂ）、（ｄ）に示されるように、各セル構成部材が高い面圧Ｐで接触する状態で、シール部材４８内部からシール部材４８を突き破ることがない程度に、平坦に形成されるものである。
【００２０】
図１（ａ）の例では、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくとも刻み幅方向端部に、エキスパンドメタルの全厚方向中心側へと湾曲する湾曲部２８ａを形成することにより、従来（図１０（ｂ）参照）の如く、シール部材４８内部の、エキスパンドメタル２０のメッシュ２２の突端２２ａが、シール部材４８の比較的厚みの薄い部分４８ｂを突き破り、メッシュ２２がシール部材４８の表面に露出してしまうことがなくなる（図１（ｂ）参照）。なお、湾曲部２８ａは、各セル構成部材が高い面圧で接触する状態で、シール部材４８内部からシール部材４８を突き破ることがない程度に均されていれば、湾曲形状は自由に選択することが可能である。
又、図１（ｃ）の例では、シール部材４８に密閉される外周端近傍に係るメッシュ２２（２６）を構成するボンド部ＢＯ又はストランド部ＳＴの少なくとも刻み幅方向端部が、エキスパンドメタル３０の全厚方向に潰されることにより、同様の作用効果を得ることができる（図１（ｄ）参照）。この場合のエキスパンドメタル３０の潰され度合いは、各セル構成部材が高い面圧で接触する状態で、シール部材４８内部からシール部材４８を突き破ることがない程度に均されていれば良い。更に、図１（ａ）と図１（ｃ）を組み合わせても、同様の作用効果を得ることが可能である。
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、各セル構成部材が高い面圧Ｐで接触する状態で、シール部材４８内部からエキスパンドメタル２８、３０がシール部材４８を突き破ることはなく、露出したメッシュ２２がセパレータ１８と短絡することを確実に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池に係る、エキスパンドメタルがシール部材に覆われたセルの外周端近傍の単体断面図であり、（ｂ）は（ａ）のエキスパンドメタル及びシール部材がセルに組み込まれた状態を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）の応用例の単体断面図であり、（ｄ）は（ｃ）のエキスパンドメタル及びシール部材がセルに組み込まれた状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタルの、製造装置を構成する金型を模式的に示した斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタルの、製造装置を構成する金型と、ローラとを概略的に示した側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタルの、製造装置を構成する圧延ローラを概略的に示した側面図である。
【図５】エキスパンドメタルの各部名称の説明図であり、（ａ）は菱形のメッシュの平面図、（ｂ）はＡ−ＡおよびＡ’−Ａ’線における断面図、（ｃ）は亀甲形のメッシュの平面図である。
【図６】従来の固体高分子型燃料電池のセルの平面図である。
【図７】図６に示されるセルの、セル構成部材を模式的に示した断面図である。
【図８】図７に示されるセルのガス流路を形成する、亀甲形のメッシュを備えるエキスパンドメタルを、メッシュの刻み幅方向に見た図である。
【図９】図８に示されたエキスパンドメタルを用いた、従来のセルのガス流路の断面図である。
【図１０】図６に示される従来のセル構造の問題点を示す説明図であり、（ａ）は、セルの外周端の近傍で、エキスパンドメタルがシール部材に覆われた状態を示す断面図、（ｂ）は、シール部材が高い面圧でセパレータと接触した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：セル、１０Ｅ：端部セル、１２：ＭＥＡ、  １４、１４Ａ、１４Ｃ：ガス拡散層、  １６、１６Ａ、１６Ｃ：ガス流路、  １８、１８Ａ、１８Ｃ：セパレータ、２２：亀甲形のメッシュ、２４：ガス流路、  ２８、３０：エキスパンドメタル、  ２８ａ：湾曲部
【図１】
2010055948.tif 000003
【図２】
2010055948.tif 000004
【図３】
2010055948.tif 000005
【図４】
2010055948.tif 000006
【図５】
2010055948.tif 000007
【図６】
2010055948.tif 000008
【図８】
2010055948.tif 000009
【図９】
2010055948.tif 000010
【図１０】
2010055948.tif 000011
【図７】
2010055948.tif 000012