(57)【要約】【課題】樹脂製中間プレートの流体通流部の位置ずれ等をなくして、流体の供給、排出を安定化し、圧損バラツキや排水性低下を抑止可能な燃料電池用セパレータを製造する。【解決手段】一対の電極プレート及びこれに挟持積層される樹脂製中間プレートを備えてなる燃料電池用セパレータの製造方法において、仮止め用冶具５１を用いて、中間プレート１３を、一対の電極プレート中のいずれか一方の電極プレート１４に仮止めする第１工程と、この第１工程により仮止めされた中間プレート１３及び電極プレート１４がなすプレート仮止め体と他方の電極プレートとを接合する第２工程とを備える。中間プレート１３は、第１工程で位置ずれ、しわ等を生じさせずに広げた状態で剛性の高い電極プレート１４に仮止めできる。したがって中間プレート１３は、自身の剛性が低くても剛性の高い電極プレート１２に、位置ずれ、しわ等を生じさせずに接合（本接合）できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の電極プレート及びこの一対の電極プレートに挟持積層される樹脂製の中間プレートを備えてなる燃料電池用セパレータの製造方法において、
仮止め用冶具を用いて、前記中間プレートを前記一対の電極プレート中のいずれか一方の電極プレートに仮止めする第１工程と、
この第１工程により仮止めされた前記中間プレート及び電極プレートがなすプレート仮止め体と前記一対の電極プレート中の他方の電極プレートとを接合する第２工程とを、
具備することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記仮止め用冶具は、平面ベースと、この平面ベース上で前記中間プレートを位置決めするための突起部及び前記電極プレートを位置決めするための位置決めピンとを備えて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法により製造されたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）と積層されて燃料電池を構成する燃料電池用セパレータ、特に、中間プレートに樹脂を用いた燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池には、電解質膜の両面に、各々アノードとカソードとを配置したＭＥＡとセパレータとを交互に積層させてなるスタック構造を有するものがある。
そして上記セパレータには、アノード側の金属製の電極対向プレートと、カソード側の金属製の電極対向プレートと、これら一対の電極対向プレートに狭持される樹脂製の中間プレートとを備え、各プレートに、ガスや生成水等の流体通流部を形成する孔（穴）あるいは口等を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記燃料電池用セパレータは中間プレートが樹脂製であるために、次のような問題点があった。
すなわち樹脂製の中間プレートは、その材質自体、金属製の電極対向プレートに比べて剛性が低いが、そこにはガス、生成水あるいは冷媒等の流体の通流部（孔、穴、口あるいは流路等の流体通流部）が中央部及び周辺部に開口形成されているので、全体的な剛性は更に低くなる。
したがって、中間プレートに形成された流体通流部、特に周辺部に形成された細かなガス流路の位置、形状を損なうことなく、つまり、位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせることなく、一対の電極対向プレートに狭持させ、組み立てる（セットする）ことが困難であった。このため、組立て後のセパレータにおいて、ガス供給、排出が安定せず、圧損バラツキが増大したり、排水性が低下する等の問題を生じさせた。
【０００５】
本発明は、樹脂製の中間プレートのセット時における流体通流部の位置ずれ、しわ等をなくし、流体の供給、排出を安定化し、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等を抑止できる燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータを下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
【０００７】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（４）項が請求項３に、各々対応する。（３）項は請求項に係る発明ではない。
【０００８】
（１）対向する一対の電極プレート及びこの一対の電極プレートに挟持積層される樹脂製の中間プレートを備えてなる燃料電池用セパレータの製造方法において、仮止め用冶具を用いて、前記中間プレートを前記一対の電極プレート中のいずれか一方の電極プレートに仮止めする第１工程と、この第１工程により仮止めされた前記中間プレート及び電極プレートがなすプレート仮止め体と前記一対の電極プレート中の他方の電極プレートとを接合する第２工程とを、具備することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
（２）前記仮止め用冶具は、平面ベースと、この平面ベース上で前記中間プレートを位置決めするための突起部及び前記電極プレートを位置決めするための位置決めピンとを備えて形成されていることを特徴とする（１）項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
（３）前記仮止めは熱溶着によることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
本項に記載の発明によれば、中間プレートの材質（樹脂）を活かした簡便な仮止め方法を採用できる。
（４） （１）項又は（２）項に記載の方法により製造されたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の効果】
【０００９】
（１）項に記載の発明によれば、剛性の低い樹脂製の中間プレートを一方の電極プレートに一旦仮止めし、その後に他方の電極プレートを接合（本接合）して燃料電池用セパレータを作製するようにしたので、樹脂製の中間プレートのセット時における流体通流部の位置ずれ、しわ等をなくし、流体の供給、排出を安定化し、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等を抑止できる燃料電池用セパレータを製造できる。
（２）項に記載の発明によれば、簡易な構成で位置決め効果の大きい仮止め用冶具を提供でき、（１）項に記載の発明による燃料電池用セパレータ製造の低コスト化が図れる。
（４）項に記載の発明によれば、樹脂製の中間プレートのセット時における流体通流部の位置ずれ、しわ等をなくし、流体の供給、排出を安定化し、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等を抑止可能な燃料電池用セパレータを提供できる。
なお、（３）項に記載の発明は、本発明（特許請求の範囲に記載した発明）ではないので、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が適用される燃料電池の一例の概略断面図である。
【図２】図１中のセパレータを構成する各プレートの概略平面図である。
【図３】ＭＥＡと一体形成されたシール部の概略平面図である。
【図４】図１に示す燃料電池の長手方向の断面図である。
【図５】本発明方法の一実施形態中の第１工程を説明するための斜視図である。
【図６】本実施形態によって作製された燃料電池用セパレータの一例を示す斜視図である。
【図７】本実施形態において流体流路の幅が均一に保たれている状態を模式的に示す図である。
【図８】３つのプレートを一時に接合することによる燃料電池用セパレータの製造方法を説明するための斜視図である。
【図９】同上製造方法により作製された燃料電池用セパレータを示す斜視図である。
【図１０】図９に示す燃料電池用セパレータにおいて流体流路の幅が不均一になっている状態を模式的に示す図である。
【図１１】仮止め用冶具の一例、及びこの仮止め用冶具に樹脂中間プレートを位置決めする様子を示す図である。
【図１２】樹脂中間プレートを仮止め用冶具に位置決めした際、流体流路が位置ずれ等を生ずることなく位置決めされる様子を模式的に示す図である。
【図１３】仮止め用冶具への樹脂中間プレートの位置決め完了状態を示す平面図である。
【図１４】仮止め用冶具を用いて樹脂中間プレートを金属電極プレートに仮止めする様子を示す図である。
【図１５】金属電極プレートが仮止め用冶具に位置決めされて樹脂中間プレートに重ね合わされ、位置決めされる様子を模式的に示す図である。
【図１６】仮止め用冶具への金属電極プレートの位置決め完了状態を示す平面図である。
【図１７】熱プレスによる仮止め方法の説明図である。
【図１８】レーザ溶着による仮止め方法の説明図である。
【図１９】樹脂材から金型を用いて樹脂中間プレートを打抜き形成する様子を示す図である。
【図２０】同上打抜き形成により樹脂中間プレートに生じる折曲がり形状を模式的に示す図である。
【図２１】折曲がり形状の打抜き凸部を金属電極プレート側に向けて樹脂中間プレートを金属電極プレートに仮止めする様子を模式的に示す図である。
【図２２】同上仮止め時において押さえ力を大きくした場合を例示する図である。
【図２３】同じく押さえ力を小さくした場合を例示する図である。
【図２４】折曲がり形状の打抜き凹部を金属電極プレート側に向けて樹脂中間プレートを金属電極プレートに仮止めする様子を模式的に示す図である。
【図２５】スポット溶着端子による仮止め方法の説明図でる。
【図２６】超音波溶着による仮止め方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明が適用される燃料電池の一例の概略断面図である。
図示するように燃料電池は、セパレータ１０と、ＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）３０と、ガス流路形成部４０，４１とを順次積層した積層体を備えている。
この場合、セパレータ１０は、カソード側電極対向プレート（以下、カソード側プレートと記す。）１２、中間プレート１３及びアノード側電極対向プレート（以下、アノード側プレートと記す。）１４の３層からなる。ＭＥＡ３０とガス流路形成部４０，４１とは、発電の単位である単セル６０を形成しているが、上記セパレータ１０は、各単セル６０間に配設されるもので、内部に冷媒流路１８を形成している。
このような単セル６０及びセパレータ１０からなる構成の単位を繰り返し積層することによって燃料電池が構成される。
【００１２】
図２は、図１中のセパレータ１０を構成するカソード側プレート１２、中間プレート１３、及びアノード側プレート１４の概略平面図で、（ａ）はカソード側プレート１２、（ｂ）は中間プレート１３、（ｃ）はアノード側プレート１４を、各々示す。なお図１は、平面形状が長方形の燃料電池の短手方向の断面を示しており、その断面位置を代表して図２（ａ）中にＩ−Ｉ線にて示す。
【００１３】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、セパレータ１０を構成する各プレート１２〜１４は、外形状、寸法がほぼ等しい長方形の薄板材からなる。各プレート１２〜１４は、外周部の互いに対応する位置に、辺に沿って細長く形成される複数の穴部２０〜２５を有している。これら複数の穴部２０〜２５は、セパレータ１０及び単セル６０を積層して燃料電池を組み立てたときに、燃料電池内部を積層方向に貫通し、内部を所定の流体が流れるマニホールドを形成する。
【００１４】
すなわち、各プレート１２〜１４の対応する所定の一辺の近傍には、この辺に沿って複数個、図示例では６個の穴部２０が設けられており、また、各プレート１２〜１４の上記所定の一辺に対向する辺の近傍には、この辺に沿って複数個、図示例では６個の穴部２１が設けられている。この場合、穴部２０は、電気化学反応に供される酸化ガスが流れる酸化ガス供給マニホールドを形成し、穴部２１は、電気化学反応に供された酸化ガスが流入する酸化ガス排出マニホールドを形成する。
なお酸化ガスは、酸素を含有するガスであり、ここでは空気を用いている。
【００１５】
各プレート１２〜１４の更に他の一辺の近傍には、この辺に沿って２つの穴部２２，２３が設けられている。この場合、穴部２０が設けられた辺側には穴部２２が設けられ、穴部２１が設けられた辺側には穴部２３が設けられている。
上記穴部２２は、セパレータ１０内の冷媒流路１８へと分配される冷媒が流れる冷媒供給マニホールドを形成し、穴部２３は、電気化学反応に供された燃料ガスが流入する燃料ガス排出マニホールドを形成する。
なお冷媒としては、例えば不凍液や空気が用いられている。また燃料ガスは、水素を含有するガスであり、ここでは水素ガスを用いている。
【００１６】
上記各プレート１２〜１４の、他の一辺に対向する辺の近傍には、この辺に沿って２つの穴部２４，２５が設けられている。この場合、穴部２０が設けられた辺側には穴部２４が設けられ、穴部２１が設けられた辺側には穴部２５が設けられている。
上記穴部２４は、電気化学反応に供される燃料ガスが流れる燃料ガス供給マニホールドを形成し、穴部２５は、セパレータ１０内の冷媒流路１８から排出された冷媒が流入する冷媒排出マニホールドを形成する。
なお、穴部に付された符号２０〜２５は、便宜上、各々対応するマニホールドにも付した。
【００１７】
カソード側プレート１２は、その外周部に、上記穴部２０〜２５に加えて細長い複数の穴部２６，２７を備えている。この場合、穴部２６は、複数の穴部２０の各々に対応してその穴部２０の近傍に設けられ、穴部２０よりも内側において穴部２０に平行に形成されている。また穴部２７は、複数の穴部２１の各々に対応してその穴部２１の近傍に設けられ、穴部２１よりも内側において穴部２１に平行に形成されている。
【００１８】
中間プレート１３には、外周部に形成される上記穴部２０〜２５に加えて、外周部を除く中央部を貫通する略四角形状の穴部である冷媒流路形成部１５が形成されている。この冷媒流路形成部１５は、中間プレート１３がカソード側プレート１２とアノード側プレート１４とに挟持されたときに、冷媒流路１８となる空間を形成する。また、中間プレート１３では、穴部２０，２１、２３，２４は、他のプレート１２，１４とは異なる形状を有しており、各穴部２０，２１、２３，２４のプレート中央部側の辺が、プレート中央部側へと延出する複数の延出部（ガス供給排出路）を備える形状となっている。各穴部２０，２１、２３，２４が有する上記複数の延出部を、各々連通部７０，７１，７３，７４と記す。
また中間プレート１３は、穴部２２と冷媒流路形成部１５とを連通させる複数の貫通孔（冷媒供給排出路）７２を備えている。この複数の貫通孔７２は、中間プレート１３の長辺方向と平行に穴部２２と冷媒流路形成部１５との間を連通させるように、互いに平行に形成されている。更に中間プレート１３は、貫通孔７２と同様に穴部２５と冷媒流路形成部１５との間を連通させる複数の貫通孔（冷媒供給排出路）７５を備えている。
【００１９】
アノード側プレート１４は、その外周部に、上記穴部２０〜２５に加えて穴部２８，２９を備えている。この場合、穴部２８は、穴部２３の近傍に設けられ、穴部２３よりも内側において穴部２３に平行に形成された細長い穴部である。穴部２９は、穴部２４の近傍に設けられており、穴部２４よりも内側において穴部２４に平行に形成された細長い穴部である。
【００２０】
なお、カソード側プレート１２に設けられた穴部２６と、中間プレート１３に設けられた連通部７０とは、酸化ガス供給マニホールド２０を流れる酸化ガスを、セパレータ１０内部を通って、ガス流路形成部４０が配設されたセパレータ１０表面へと導く酸化ガス供給路を形成する。そして、カソード側プレート１２に設けられた穴部２７と、中間プレート１３に設けられた連通部７１とは、ガス流路形成部４０が配設されたセパレータ１０表面から、セパレータ１０内部を通って、酸化ガス排出マニホールド２１へと酸化ガスを導く酸化ガス排出路を形成する。
また、アノード側プレート１４に設けられた穴部２９と、中間プレート１３に設けられた連通部７４とは、燃料ガス供給マニホールド２４を流れる燃料ガスを、セパレータ１０内部を通って、ガス流路形成部４１が配設されたセパレータ１０表面へと導く燃料ガス供給路を形成する。そして、アノード側プレート１４に設けられた穴部２８と、中間プレート１３に設けられた連通部７３とは、ガス流路形成部４１が配設されたセパレータ１０表面から、セパレータ１０内部を通って、燃料ガス排出マニホールド２３へと燃料ガスを導く燃料ガス排出路を形成する。
【００２１】
上記カソード側プレート１２及びアノード側プレート１４は、ステンレス鋼あるいはチタン等の高耐食性を有する導電性金属による薄板材からなる。
中間プレート１３は、シール層と耐熱性樹脂層とを備えるラミネート樹脂によって形成されているが、その他の樹脂材によって形成してもよい。穴部２０〜２９は、打抜き加工によって形成されている。
セパレータ１０を形成する際には、カソード側プレート１２、中間プレート１３、アノード側プレート１４の順に、各穴部２０〜２５を位置合わせしつつ重ね合わせ、加熱接着により各プレート１２〜１４間をシール接合している。
【００２２】
単セル６０を構成するＭＥＡ３０は、電解質層と、電解質層上に形成された触媒電極層とを備えている。図示する燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、電解質層は固体高分子材料からなり、触媒電極層は電気化学反応を促進する触媒からなる。
ガス流路形成部４０，４１は、カーボン製多孔質体や、発泡金属や金属メッシュ等の金属製多孔質体のように、導電性及びガス透過性を有する板状部材である。本実施形態では、ガス流路形成部４０，４１としてチタン製多孔質体が用いられており、更に、ガス流路形成部４０，４１と接するＭＥＡ３０表面上に、カーボン多孔質体からなる層が配設されている。
このガス流路形成部４０，４１の内部に形成される空間は、電気化学反応に供されるガスの単セル６０内での流路を形成する。すなわち、ＭＥＡ３０とカソード側プレート１２との間に配設されるガス流路形成部４０は、酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路を形成する。また、ＭＥＡ３０とアノード側プレート１４（図示する単セル６０の下方側に積層されている図示しないセパレータ１０のアノード側プレート１４を指す。）との間に配設されるガス流路形成部４１は、燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路を形成する。
【００２３】
隣り合うセパレータ１０間であって、ＭＥＡ３０及びガス流路形成部４０，４１の外周部には、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料によるシール部４２がＭＥＡ３０と一体に設けられている。
このシール部４２は、例えばＭＥＡ３０、ガス流路形成部４０，４１及びセパレータ１０を積層して金型に入れ、射出成形することによって形成され、ＭＥＡ３０の外周端部と隙間なく接合されて酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止している。
図３は、このようなＭＥＡ３０と一体形成されたシール部４２の概略平面図である。
図中のシール部４２は、外形状、寸法がセパレータ１０とほぼ等しい長方形をなし、セパレータ１０と同様に穴部２０〜２５が形成されている。
この図３において、冷媒供給マニホールドを形成する穴部２２は「冷媒入口」、冷媒排出マニホールドを形成する穴部２５は「冷媒出口」、燃料ガス供給マニホールドを形成する穴部２４は「Ｈ2入口」、燃料ガス排出マニホールドを形成する穴部２３は「Ｈ2出口」となっている。
【００２４】
図１において、セパレータ１０及び単セル６０が作製されると、カソード側プレート１２がガス流路形成部４０に接し、アノード側プレート１４がガス流路形成部４１（図示するセパレータ１０の上方側に積層されている図示しない単セル６０のガス流路形成部４１を指す。）に接するように、セパレータ１０と単セル６０とを交互に積層することによって燃料電池が製造される。
【００２５】
上記のような燃料電池において、酸化ガス供給マニホールド２０に対して酸化ガスを供給すると、酸化ガスは、各々のセパレータ１０における連通部７０と穴部２６とからなる酸化ガス供給路を通って、ガス流路形成部４０が形成する単セル内酸化ガス流路へと分配される。
分配された酸化ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内酸化ガス流路を酸化ガス排出マニホールド２１側へと流れる。単セル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの向きを、ＭＥＡ３０面に対する向きとして、図３中に矢印アで示す。
単セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、セパレータ１０における穴部２７と連通部７１とからなる酸化ガス排出路を通って、酸化ガス排出マニホールド２１へと排出される。マニホールド近傍における酸化ガスの流出入の様子を、図１中に矢印イで示す。
【００２６】
また、冷媒供給マニホールド２２に対して冷媒を供給すると、冷媒は、各々のセパレータ１０における中間プレート１３の複数の貫通孔７２を通って、冷媒流路１８へと分配される。
図４は、図１に示す燃料電池の長手方向の断面図であり、その断面位置を代表して図２（ａ）中にIV−IV線にて示す。
図４では、冷媒供給マニホールド２２を流れる冷媒が、複数の貫通孔７２〔図２（ｂ）参照〕を通って冷媒流路１８へと流入する様子を矢印ウで示している。
貫通孔７２を通って分配された冷媒は、冷媒流路１８を冷媒排出マニホールド２５側へと流れる。
冷媒流路１８における冷媒の流れの向きを、ＭＥＡ３０面に対する向きとして、図３中に矢印エで示している。冷媒流路１８内を流れた冷媒は、図２（ｂ）に示す中間プレート１３の貫通孔７５を通って、冷媒排出マニホールド２５へと排出される。
【００２７】
このような燃料電池において、燃料ガス供給マニホールド２４に対して燃料ガスを供給すると、燃料ガスは、各々のセパレータ１０における連通部７４と穴部２９とからなる燃料ガス供給路を通って、ガス流路形成部４１が形成する単セル内燃料ガス流路へと分配される。
燃料ガス供給マニホールド２４から単セル内燃料ガス流路へと燃料ガスが流入する様子を、図４に矢印オで示す。
分配された燃料ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内燃料ガス流路を燃料ガス排出マニホールド２３側へと流れる。単セル内燃料ガス流路における燃料ガスの流れの向きを、ＭＥＡ３０面に対する向きとして、図３中に矢印オで示す。
単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、図２に示す穴部２８と連通部７３とからなる燃料ガス排出路を通って、燃料ガス排出マニホールド２３へと排出される。
【００２８】
本発明は、流体、すなわち酸化ガスや燃料ガス、生成水、あるいは冷却水等の冷媒の通流部（以下、流体通流部と総称する。）を備えたラミネート樹脂等の樹脂製の中間プレート１３が一対の電極対向プレート１２，１４によって狭持されてなる燃料電池用セパレータ１０を製造する方法である。
ここで流体通流部とは、上記のようなガス、生成水あるいは冷媒等の流体が通る、あるいは流れる口、穴、孔、流路等を指す。図２に示す中間プレート１３において、流体通流部とは、穴部２０〜２５、連通部７０，７１，７３，７４及び貫通孔７２，７５を指す。このような流体通流部は、プレート１２〜１４相互間において精度の高い位置決め、位置合わせが求められるが、本発明方法はこれを実現する。
また、このような流体通流部の、特に連通部７０，７１，７３，７４及び貫通孔７２，７５については、精度の高い位置決め、位置合わせに加えて、適正な形状を保持した状態での電極対向プレート１２，１４との組付け、接合が求められるが、本発明方法はこれも実現する。
なお、以下の説明において、穴部２０〜２５、連通部７０，７１，７３，７４及び貫通孔７２，７５の総称である流体通流部には符号１３ａを付した。また、この流体通流部中の、特に連通部７０，７１，７３，７４及び貫通孔７２，７５については、以下、流体流路と総称し、符号１３ｂを付した。
【００２９】
次に、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の一実施形態を図５〜図２６を参照しつつ説明する。
本発明は、対向する一対の電極プレート及びこの一対の電極プレートに挟持積層される樹脂製の中間プレートを備えてなる燃料電池用セパレータの製造方法であって、次のような第１工程及び第２工程を備えた方法である。
図５は、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の一実施形態中の第１工程を説明するための斜視図、図６は、本実施形態によって作製された燃料電池用セパレータの一例を示す斜視図である。
本実施形態においては、図５に示す第１工程にて、ラミネート樹脂等の樹脂製の中間プレート１３を、その流体通流部１３ａ、特に細かな流体流路１３ｂの位置、形状を損なわないように、位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせることなく広げ、仮止め用冶具５１上に載置し（矢印カ参照）、保持する。仮止め用冶具５１上に載置し、保持する位置は、予め決められている。
そして、このように位置決め保持された中間プレート１３上の予め決められた位置に、一対の電極対向プレート１２，１４中のいずれか一方の電極対向プレート、ここでは電極対向プレート１４を重ね合わせた状態で、同電極対向プレート１４に中間プレート１３を仮止めする。仮止めは、中間プレート１３の全面又は適宜箇所を加熱溶融させ、同中間プレート１３を電極対向プレート１４に熱溶着することによって行う。
中間プレート１３は樹脂製であり、電極対向プレート１２，１４は高耐食性を有する導電性金属からなることは前述した通りである。以下の説明では、各プレート１２〜１４の材質を分かりやすくするため、中間プレートを樹脂中間プレートと、電極対向プレートを金属電極プレートと記す。
【００３０】
第２工程では、第１工程により仮止めされた樹脂中間プレート１３及び一方の金属電極プレート１４がなすプレート仮止め体５２と、一対の金属電極プレート１２，１４中の他方の金属電極プレート１２とを接合（本接合）し、図６に示す３層積層構造の燃料電池用セパレータ１０を得る。
樹脂中間プレート１３は、位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせないように広げられた状態で、剛性の高い金属電極プレート１４に仮止めされている。したがって、樹脂中間プレート１３の剛性が低くても、剛性の高い金属電極プレート１２に、位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせないように広げた状態で、接合することは容易である。
例えば、プレート仮止め体５２を仮止め用冶具５１から外し、その樹脂中間プレート１３側の面を上面側に向けた状態で平面上に置く。そして、その樹脂中間プレート１３上面に金属電極プレート１２を外形定寸等により位置決めしつつ重ね合わせ、３つのプレート１２〜１４を一体に固定する。
これによれば、剛性の低い樹脂中間プレート１３を、位置ずれ、しわ等を生じさせずに、金属電極プレート１２，１４に挟持積層された燃料電池用セパレータ１０が作製される。
【００３１】
本実施形態では、上記のように仮止め用冶具５１を用いて、樹脂中間プレート１３を一方の金属電極プレート１４に仮止めする。その後、仮止めされた樹脂中間プレート１３及び金属電極プレート１４がなすプレート仮止め体５２と他方の金属電極プレート１２とを接合（本接合）して３層積層構造の燃料電池用セパレータ１０を作製するようにした。
したがって本実施形態によれば、樹脂製の樹脂中間プレート１３のセット時、つまり樹脂中間プレート１３を一対の金属電極プレート１２，１４に狭持させ、組み立てる際において、流体通流部１３ａや流体流路１３ｂに位置ずれ、しわ等が生じない。したがって、ガス等の流体の供給、排出を安定化し、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等が抑止された燃料電池用セパレータ１０を作製できる。
【００３２】
図７は、本実施形態において、樹脂中間プレート１３のセット時に、流体流路１３ｂに位置ずれが発生せず、流体流路１３ｂの幅が均一に保たれている状態を模式的に示す図である。
この図に示すように、流体流路１３ｂの幅が均一に保たれていれば、この流体流路１３ｂによる流体の供給、排出が安定化され、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等が抑止される。
【００３３】
これに対して、図８に示すように、一対の金属電極プレート８２，８４と、この両プレート８２，８４相互間に介在させた中間プレート８３とを一時に接合し、図９に示す３層積層構造の燃料電池用セパレータ８０を作製する方法がある。
この方法によると、図１０に示すように、中間プレート８３の流体流路８３ｂの幅が不均一になり、このため、流体流路８３ｂによる流体の供給、排出が安定せず、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等が生じる。
本実施形態によれば、図７に示すように、流体流路１３ｂの幅が均一に保たれるので、作製される燃料電池用セパレータ１０においては、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等を抑止でき、発電性能を向上させ得ることが分かる。
【００３４】
次に、本実施形態おける仮止め用冶具５１、及びこれを用いて樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めする方法の具体例について図１１〜図２６を参照しつつ説明する。
図１１は、仮止め用冶具５１の一例、及びこの仮止め用冶具５１に樹脂中間プレート１３を位置決めする様子を示す図である。
この図に示すように、仮止め用冶具５１は、樹脂中間プレート１３の全面を載置可能な広さを有する長方形の平面ベース９０に、樹脂中間プレート１３の流体通流部１３ａ及び流体流路１３ｂの位置、間隔等に合わせた突起部９１，９２を設けて形成されている。
上記樹脂中間プレート１３は、その流体通流部１３ａ及び流体流路１３ｂに位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせずに広げた状態で、仮止め用冶具５１（平面ベース９０）上の予め決められた位置に、矢印キに示すように移動させて載置、保持可能である。
なお、位置決めピン９３は、仮止め用冶具５１上で樹脂中間プレート１３が重ね合わされ、仮止めされる金属電極プレート１４（後掲図１４参照）の位置決めを行うピンである。
【００３５】
図１２は、樹脂中間プレート１３を仮止め用冶具５１上に位置決め保持した際、流体流路１３ｂが位置ずれ等を生ずることなく位置決め保持される様子を模式的に示す。
図示するように、流体流路１３ｂを形成する中間プレート片１３ｃは、樹脂中間プレート１３が仮止め用冶具５１上に位置決めされた際、仮止め用冶具５１の突起部９１，９１間に挟まれ、流体流路１３ｂを位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせることなく位置決め保持する。
なお、突起部９１の高さｈ１は、中間プレート片１３ｃ部分の厚みｔ１よりも小さく設定されている。仮止め用冶具５１上に位置決め保持された樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めするため、中間プレート片１３ｃと金属電極プレート１４とを確実に接触させるためである。
突起部９１，９１は、その間隔ｄ１が中間プレート片１３ｃ部分の幅ｗ１の公差を考慮して設定されており、中間プレート片１３ｃ部分の、仮止め用冶具５１上の面方向の動きを規制する。
【００３６】
図１３は、仮止め用冶具５１への樹脂中間プレート１３の位置決め完了状態を示す平面図である。
図示するように樹脂中間プレート１３は、全体（流体通流部１３ａを含む。）の位置ずれ、しわ又は折れ重なり等の発生は主に突起部９２によって、流体流路１３ｂの位置ずれ、しわ又は折れ重なり等の発生は主に突起部９１によって、各々抑えられた状態で、仮止め用冶具５１上に位置決め保持される。
【００３７】
図１４は、仮止め用冶具５１を用いて樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めする様子を示す図である。
図示するように、樹脂中間プレート１３の金属電極プレート１４への仮止めは、仮止め用冶具５１上に広げられた状態で位置決め、載置された樹脂中間プレート１３上の予め決められた位置に、矢印クに示すように金属電極プレート１４を移動させて重ね合わせ、載置する。金属電極プレート１４は、位置決めピン９３を用いて位置決めされる。
金属電極プレート１４の位置決めが終わると、適宜の加熱方法で樹脂中間プレート１３の全面又は適宜箇所を加熱溶融させ、この樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に熱溶着により仮止めする。
この樹脂中間プレート１３の金属電極プレート１４への仮止めは、仮止め用冶具５１上で位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を発生させることなく位置決めされた樹脂中間プレート１３上に、位置決めピン９３を用いて位置決めされた金属電極プレート１４を重ね合わせて行っている。したがって、樹脂中間プレート１３は全体の位置ずれ、しわ又は折れ重なり等の発生なく金属電極プレート１４に仮止めされる。
【００３８】
図１５は、金属電極プレート１４が仮止め用冶具５１上に、換言すれば樹脂中間プレート１３上に位置決めされた状態で同樹脂中間プレート１３に重ね合わされ、位置決めされる様子を模式的に示す。
図示するように位置決めピン９３は、金属電極プレート１４を外形定寸により位置決めすることで、金属電極プレート１４及び樹脂中間プレート１３間の隙間ｓ１を確保しつつ、樹脂中間プレート１３に対する金属電極プレート１４の位置決めを行う。
【００３９】
図１６は、仮止め用冶具５１、樹脂中間プレート１３への金属電極プレート１４の位置決め完了状態を示す平面図である。
図示するように金属電極プレート１４は、位置決めピン９３によって仮止め用冶具５１上に、換言すれば樹脂中間プレート１３上に位置ずれなく位置決め保持される。
したがって、図示状態にて適宜の加熱方法で樹脂中間プレート１３の全面又は適宜箇所を加熱溶融させれば、樹脂中間プレート１３は熱溶着によって金属電極プレート１４に位置ずれなく仮止めされる。
このように仮止めされた樹脂中間プレート１３及び金属電極プレート１４がなすプレート仮止め体５２と、金属電極プレート１２とを接合（本接合）すれば、図６に示す３層積層構造の燃料電池用セパレータ１０が得られる。
【００４０】
樹脂中間プレート１３は、位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせないように広げられた状態で、剛性の高い金属電極プレート１４に仮止めされている。したがって、剛性の低い樹脂中間プレート１３であっても、剛性の高い金属電極プレート１２に、位置ずれ、しわ又は折れ重なり等を生じさせないように広げた状態で、接合することは容易である。
例えば、プレート仮止め体５２を仮止め用冶具５１から外し、その樹脂中間プレート１３側の面を上面側に向けた状態で平面上に置き、樹脂中間プレート１３の上面に金属電極プレート１２を外形定寸により位置決めしつつ重ね合わせ、３つのプレート１２〜１４を一体に固定すれば、剛性の低い樹脂中間プレート１３を、位置ずれ、しわ等を生じさせずに金属電極プレート１２，１４に挟持積層させ得る。
したがって、樹脂製の樹脂中間プレート１３のセット時における流体通流部１３ａや流体流路１３ｂの位置ずれ、しわ等がなく、流体の供給、排出を安定化し、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等を抑止可能な燃料電池用セパレータ１０を作製できる。
【００４１】
以下、樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に熱溶着により仮止めする方法のいくつかの例について述べる。
まず、熱プレスによる仮止め方法の一例につき図１７を参照して述べる。
いま、第１工程（図５参照）にて、樹脂中間プレート１３が、仮止め用冶具５１上に保持された後、同樹脂中間プレート１３上に金属電極プレート１４が位置決めされて重ね合わされた状態にあるとする。
熱プレスによる仮止め方法では、この状態から樹脂中間プレート１３の全面又は仮止めするに足りる部分面について、熱プレス１７１により加圧加熱する。そして、金属電極プレート１４との界面付近１７２で樹脂中間プレート１３をなす樹脂の一部を加熱溶融させ、同樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めする。
この方法では、熱プレス１７１により樹脂中間プレート１３をなす樹脂材に対して第２工程（本接合）において必要とされる熱エネルギの一部を付与し、その樹脂材の一部を溶融させることで、樹脂中間プレート１３を、金属電極プレート１４に対して位置を決めたまま、熱溶着による仮止めをしている。
【００４２】
次に、レーザ溶着（レーザ透過溶着）による仮止め方法の一例につき図１８を参照して述べる。
始めに、第１工程（図５参照）にて、樹脂中間プレート１３が、仮止め用冶具５１上に保持された後、同樹脂中間プレート１３上に金属電極プレート１４が位置決めされて重ね合わされた状態にあるとする。
レーザ溶着による仮止め方法では、この状態から特に位置を決めておきたい部分に対してのみレーザ光１８１を移動照射させて局所的に加熱溶融させ、同樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に、部分的な点付けでの熱溶着による仮止めを行っている。
上記の、特に位置を決めておきたい部分としては、流体流路１３ｂ等、発電機能上に大きな影響を与える箇所が挙げられる。
【００４３】
レーザ溶着は、非溶着部材相互、ここでは樹脂中間プレート１３及び金属電極プレート１４相互が密着している部分１８３についてのみ可能である。樹脂中間プレート１３と金属電極プレート１４とが密着していれば、それらの間で熱が伝導し、樹脂中間プレート１３をなす樹脂材に局所的な溶融が生じるからである。
なお、レーザ溶着による仮止め方法においては、レーザ光１８１を樹脂中間プレート１３に照射し、同樹脂中間プレート１３を溶融して金属電極プレート１４に熱溶着するので、図示するように仮止め用冶具５１の下方側からレーザ光１８１を照射する。したがって仮止め用冶具５１は、レーザ光１８１が透過可能な材料、例えば強化ガラス等で作成される。また、樹脂中間プレート１３と金属電極プレート１４とを密着させるための押さえ冶具（上冶具）１８２が用いられる。
上述したレーザ溶着による仮止め方法は、樹脂中間プレート１３がレーザ光透過可能な場合の例である。樹脂中間プレート１３がレーザ光透過不可能な場合のレーザ溶着による仮止め方法においては、図１８に示すような樹脂中間プレート１３側から金属電極プレート１４に向けてのレーザ光１８１の照射（仮止め用冶具５１の下方側からのレーザ光照射）は不可能である。このため図１８において、金属電極プレート１４側から樹脂中間プレート１３に向けてのレーザ光１８１の照射（上冶具１８２の上方側からのレーザ光照射）による仮止めとなる。すなわち、金属電極プレート１４側からレーザ光１８１にて入熱させ、この金属電極プレート１４と密着した樹脂中間プレート１３にこの熱を伝導させる。そして、この金属電極プレート１４からの伝導熱によって樹脂中間プレート１３との界面部分を加熱し、同樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めする。
この場合、上治具１８２はレーザ光１８１を透過させる必要があるため、レーザ光透過可能の例えば強化ガラス等の材料で作成される。上治具１８２とは反対側の仮止め用冶具５１は位置決めだけの役割を担うため、レーザ光透過可能とする必要は特にない。
【００４４】
上述したようにレーザ溶着は、樹脂中間プレート１３と金属電極プレート１４とが、密着している部分１８３についてのみ可能であるが、両プレート１３，１４が密着するかは、樹脂中間プレート１３を打ち抜いた後に生じる微細な折曲がり部等も影響する。
したがって、打抜き方向の設定や、打抜き形成された樹脂中間プレート１３のどちら側の面を仮止め用冶具５１側に向けて置くか、つまり金属電極プレート１４に仮止めする面をどちら側の面にするか等によって、溶着したい部分としたくない部分との振り分けが可能になる。
【００４５】
以下、これについて詳述する。
図１９に示すように、金型１９１を用いて樹脂材から樹脂中間プレート１３を打抜き形成すると、樹脂材の材質上、流体通流部１３ａ、特に流体流路１３ｂ等の微細形状部分で折曲がり形状が発生する。この折曲がり形状は、打抜き幅が狭く、樹脂単位体積当たりに掛かる打抜き圧力が大きいほど発生する。
【００４６】
図２０は、上記の折曲がり形状を模式的に示す図で、破線で囲む打抜き上面部分には凸形状の、その下方の打抜き下面部分には凹形状の折曲がり形状が発生する。以下、前者の折曲がり形状を打抜き凸部２０１、後者の折曲がり形状を打抜き凹部２０２と記す。
このような折曲がり形状を有する樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めする場合に、樹脂中間プレート１３の打抜き凸部２０１及び打抜き凹部２０２のうちのいずれを金属電極プレート１４側に向けるかの選択が可能である。
【００４７】
図２１は、打抜き凸部２０１を金属電極プレート１４側に向けた状態で樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めする様子を模式的に示す。
上述したようにレーザ溶着は、樹脂中間プレート１３と金属電極プレート１４とが密着している部分についてのみ可能であるから、図２１に示す形態おいて、上治具１８２による金属電極プレート１４の樹脂中間プレート１３、仮止め治具５１側への押さえ力（矢印ケ参照）の大、小によって樹脂中間プレート１３と金属電極プレート１４との密着部分コの大小を制御でき、仮止め力を調整できる。
図２２は押さえ力（矢印ケ参照）を大きくした場合を例示する。図示するように、押さえ力を大きくすれば密着部分コが大きくなり、したがって仮止め力は高くなる。
逆に、図２３に示すように、押さえ力（矢印ケ参照）を小さくすれば密着部分コが小さくなり、したがって仮止め力は低くなる。
【００４８】
レーザ溶着により仮止めを行う場合、レーザ光１８１が透過し、かつ、樹脂中間プレート１３及び金属電極プレート１４を充分に密着させ得る重量をもつ石英や強化ガラス等による上冶具１８２が用いられるが、両プレート１３，１４の密着性を更に高めるためには、クランプ機構や吸気機構が必要となる。
このクランプ機構による押さえ力や吸気機構による吸気の度合いを調整すること、樹脂中間プレート１３の打抜き形成により生じる折曲がり形状を活用すること、あるいは樹脂中間プレート打抜き方向を樹脂中間プレート１３の部位に応じて反転させること等により、溶着部分・非溶着部分等を振り分け調整できる。
【００４９】
図２４は、樹脂中間プレート１３の打抜き凹部２０２を金属電極プレート１４側に向けた状態で樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めする様子を模式的に示す。
この図に示す形態による仮止めについても、樹脂中間プレート１３の金属電極プレート１４との仮止め箇所が２倍になる点を除き、図２１に示す形態による仮止めとほぼ同様である。
具体的には、上治具１８２による金属電極プレート１４の樹脂中間プレート１３、仮止め治具５１側への押さえ力（矢印ケ参照）を大きくすれば密着部分コが大きくなって（図２２参照）仮止め力は高くなる。また、上記押さえ力を小さくすれば密着部分コが小さくなって（図２３参照）仮止め力は低くなる。すなわち、押さえ力の大、小によって樹脂中間プレート１３と金属電極プレート１４との密着部分コの大小を制御でき、仮止め力を調整できる。
【００５０】
次に、スポット溶着端子による仮止め方法の一例につき図２５を参照して述べる。
いま、第１工程（図５参照）にて、樹脂中間プレート１３が、仮止め用冶具５１上に保持された後、同樹脂中間プレート１３上に金属電極プレート１４が位置決めされて重ね合わされた状態にあるとする。
スポット溶着端子による仮止め方法では、この状態から樹脂中間プレート１３に対して、スポット溶着端子２５１のピン状のヒータ（発熱ピン）２５２を瞬間的に触れさせることで局所的に加熱し、同樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に熱溶着により仮止めする。発熱ピン２５２は、例えば、樹脂中間プレート１３の予め位置決めしたい箇所に対応させて配列されている。
なお図２５において、スポット溶着端子２５１は、樹脂中間プレート１３や金属電極プレート１４よりも大きく描いているが、実際には同プレート１３，１４よりも小さい。
図示するように、金属電極プレート１４を介して樹脂中間プレート１３を加熱すれば、直接に樹脂中間プレート１３が溶融することはないが、金属電極プレート１４からの伝導熱によって樹脂中間プレート１３との界面部分２５３を加熱し同樹脂中間プレート１３を金属電極プレート１４に仮止めを行っている。
【００５１】
次に、超音波溶着による仮止め方法の一例につき図２６を参照して述べる。
始めに、第１工程（図５参照）にて、樹脂中間プレート１３が、仮止め用冶具５１上に保持された後、同樹脂中間プレート１３上に金属電極プレート１４が位置決めされて重ね合わされた状態にあるとする。
超音波溶着による仮止め方法では、この状態から樹脂中間プレート１３に対して、微細プローブ端子２６１の微細プローブ（振動体）２６２を瞬間的に触れさせることで局所的に超音波振動を生じさせる。樹脂中間プレート１３は、その超音波振動により発生する摩擦熱によって金属電極プレート１４との界面部分２６３で金属電極プレート１４に熱溶着（仮止め）される。振動体２６２は、例えば、樹脂中間プレート１３の予め位置決めしたい箇所に対応させて配列されている。
なお図２６において、微細プローブ端子２６１は、樹脂中間プレート１３や金属電極プレート１４よりも大きく描いているが、実際には同プレート１３，１４よりも小さい。
【００５２】
なお本実施形態において、仮止め用冶具５１は、突起部９１，９２及び位置決めピン９３等の位置決め用の凸部形状を成形したアルミニウム等の金属の表面に、仮止め後の樹脂中間プレート１３の貼付き防止用としてテフロン（登録商標）コートを施したものが用いられる。
テフロン（登録商標）やベークライト等の耐熱性樹脂材に、エッチングあるいは切削によって突起部９１，９２及び位置決めピン９３等の位置決め用の凸部形状を形成したものを用いてもよい。
ただし、レーザ溶着による仮止め方法を採用し、かつ、樹脂中間プレート１３がレーザ光透過可能である場合は、上述したように仮止め用冶具５１はレーザ光１８１を透過させ得る材料でなければならないので、全体を例えば強化ガラス等で作成される。
いずれにしても本実施形態によれば、このような簡易な構成で位置決め効果の大きい仮止め用冶具を用いて、流体の供給、排出を安定化し、圧損バラツキの増大や、排水性の低下等を抑止できる燃料電池用セパレータを製造できる。
【００５３】
また本実施形態では、樹脂中間プレート１３の仮止めを、一対の金属電極プレート１２，１４中の金属電極プレート１４に対して行ったが、金属電極プレート１２に対して行ってもよい。
更に本実施形態では、樹脂中間プレート１３の仮止めを熱溶着により行ったが、これのみに限定されることはない。例えば、接着剤を用いて樹脂中間プレート１３の仮止めを行ってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０：燃料電池用セパレータ、１２，１４：金属電極プレート（電極対向プレート）、１３：樹脂中間プレート（樹脂製の中間プレート）、１３ａ：流体通流部、１３ｂ：流体流路、５１：仮止め用冶具、５２：プレート仮止め体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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