(57)【要約】【課題】ガス流路形成部材の生産性を高めることにより、セル構成部材にガス流路形成部材を含むセルの生産コストの増大や生産性の低下を防ぐ。【解決手段】セパレータと別体のガス流路形成部材である多孔体プレート３２が、カーボン粉末を原材料に含む型成形品であることから、セル内環境下における腐食の可能性は、金属製のものに比べ自ずと低いものとなる。又、カーボン自体によって必要な導電性が確保されることから、導電性の向上を図るための、めっき等の付加的処理が不要である。しかも、多孔体プレート３２の複数の開口が、亀甲形のメッシュ２２や菱形のメッシュ２６等、規則性をもって並ぶものであることから、金型３０を用いた成形に適し、大量生産においても、高い形状精度を安定して確保することが可能である。又、多孔体プレート３２には、型成形後に、成形バリ３４の除去と表面粗さの増大化加工とが同一工程で施される。【選択図】図１
2010129515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを含むセル構成部材間に、前記セパレータと別体のガス流路形成部材が配置されたセル構造を有し、該ガス流路形成部材は、カーボン粉末とバインダとを原材料に含む型成形品であって、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶ複数の開口を備える多孔体プレートであることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記ガス流路形成部材は、型成形後に、成形バリの除去と表面粗さの増大化加工とが同一工程で施されたものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ガス流路形成部材の外形端部から中央寄りの一定範囲の部分の開口率が、その他の部分に対し小さくなるように、前記開口が成形されていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記ガス流路形成部材の外形端部から中央寄りに所定距離だけ入り込んだ一定幅の部分の開口率が、その他の部分に対し小さくなるように、前記開口が成形されていることを特徴とする請求項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７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の四辺の外周端には、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】
さて、図８には、図７に示される固体高分子型燃料電池のセル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）、ガス流路形成部材１６（アノード側/カソード側のガス流路形成部材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とが一体化されたＭＥＡを、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆Gas Diffusion Layer Assembly）と称する場合もある。
そして、図８のようにガス流路形成部材１６がセパレータ１８と別体構造をなすセル１０構造においては、ガス流路形成部材１６を形成する構造物として、従来から、エキスパンドメタルや焼結多孔体が用いられることで、上述の如きセパレータの機能を確保している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
セル１０のガス流路形成部材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は、例えば、図９（ａ）に示される菱形のメッシュ２６や図９（ｃ）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、２６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、２６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。そして、図９に示されるように、一般にエキスパンドメタルを構成する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と称し、又、ストランド部ＳＴの厚みを刻み幅（送り幅）Ｗといい、メッシュの刻み幅方向を「ＷＤ方向」という。図中、符号ｔは素材の板厚、符号Ｄはメッシュ２２、２６の全厚である。そして、ボンド長さＢＯｌの長いメッシュが亀甲形のメッシュ２２であり、ボンド部ＢＯのボンド長さＢＯｌの短いメッシュが菱形のメッシュ２６である。
なお、菱形のメッシュ２６の断面形状（Ａ−Ａ断面形状）と、亀甲形のメッシュ２２の断面形状（Ａ’−Ａ’断面図）とは同一であることから、図９（ｂ）に両者の断面形状を示している。
【０００５】
そして、図１０に示されるようにエキスパンドメタル２０のメッシュ２２（２６）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（２６）と、ガス拡散層１４表面及びセパレータ１８表面との間に、図１０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、ガス流路形成部材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１１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。
【０００６】
又、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、必要に応じ、ＭＥＡ１２、ガス拡散層１４、ガス流路形成部材１６は、マニホールド１０ａ、１０ｂ（図７）の近傍で、図１２に模式的に示されるガスケット２８によって密閉されている。ガスケット２８は、ゴム等の弾性材料が用いられ、ＭＥＡ１２、ガス拡散層１４、ガス流路形成部材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。
かかるガスケット２８により密閉されたサブアッセンブリー構造において、ＭＥＡ１２及びガス拡散層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（図７に符号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１２に模式的に示されるように、エキスパンドメタル２０がガスケット２８に覆われた構造となっている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６８１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、金属製部品であるエキスパンドメタル２０をガス流路形成部材１６の構成部材として用いる場合には、セル内環境に適した耐食性や、導電性の向上を図る必要があり、これを目的とした表面処理工程を追加することが好ましい。しかしながら、このような追加の工程は、セル１０の生産コストの増大や生産性の低下を来たす要因となる。
又、セル内の電気化学反応の結果、カソード側電極に発生する生成水は、ガス拡散層１４（１４Ｃ）を通過し、ガス流路形成部材１６（１６Ｃ）を構成するエキスパンドメタル２０のメッシュ２２を伝わり、セパレータ１８（１８Ｃ）の表面に沿ってガス流路形成部材１６が配された空間をガス流出端のマニホールドへ向かって移動し、最終的にセル１０の外部へと排出される。この際、図１０に示される、メッシュ２２と、セパレータ１８Ｃとの間に形成される三角形状の空間２４には、生成水の滞留が生じることとなる。この、生成水の滞留は、メッシュ２２がセパレータ１８の表面に対し鋭角に配置されることにより、三角形状の空間２４に水の保持力（毛管力）が生じることによるものである。このような生成水の滞留は、カソード側ガス流路形成部材１６Ｃの、排水性の低下、流路断面積の減少とそれに伴うガス圧損の上昇を来たし、燃料電池の性能低下の原因となる。
【０００９】
更に、ガスケット２８により密閉されたサブアッセンブリー構造を製造する際に、ガスケット２８の構成材料がエキスパンドメタル２０の連続形状をなすメッシュ２２を伝わって、ＭＥＡ１２、ガス拡散層１４が配置され発電に寄与する中央寄りの部分まで侵入し、電極面積の減少、ガス拡散性の悪化を来たし、セル１０の発電性能に悪影響を及ぼす恐れがある。これらの課題は、従来の、ガス流路形成部材１６として焼結多孔体を使用したセルにも当てはまるものである。
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、ガス流路形成部材の生産性を高めることにより、セル構成部材にガス流路形成部材を含むセルの生産コストの増大や生産性の低下を防ぐことにある。また、ガス流路形成部材の、排水性の低下、流路断面積の減少とそれに伴うガス圧損の上昇を防ぎ、燃料電池の性能低下を防ぐことにある。更に、により密閉されたサブアッセンブリー構造を製造するための、ガスケットの成形時に、ガスケットの構成材料がガス流路形成部材の開口を伝わって発電に寄与する中央寄りの部分まで侵入することを防ぎ、電極面積の減少、ガス拡散性の悪化に起因する発電性能の低下を防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（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。
【００１１】
（１）セパレータを含むセル構成部材間に、前記セパレータと別体のガス流路形成部材が配置されたセル構造を有し、該ガス流路形成部材は、カーボン粉末を原材料に含む型成形品であって、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶ複数の開口を備える多孔体プレートである燃料電池。
本項に記載の燃料電池は、セパレータと別体のガス流路形成部材が、カーボン粉末を原材料に含む型成形品であることから、セル内環境下における腐食の可能性は低いものとなる。又、カーボン自体によって必要な導電性が確保されることから、導電性の向上を図るための、めっき等の付加的処理が不要である。しかも、ガス流路形成部材である多孔体プレートの複数の開口が、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶものであることから、金型を用いた成形に適し、大量生産においても、高い形状精度を安定して確保することが可能である。
【００１２】
（２）上記（１）項において、前記ガス流路形成部材の原材料にバインダを含む型成形品（請求項１）。
本項に記載の燃料電池は、ガス流路形成部材が、カーボン粉末とバインダとを原材料に含む型成形品であり、カーボン粉末を主成分としバインダを含む溶融材料を、射出整形用金型内に射出することによって成形し、あるいは、カーボン粉末を主成分としバインダを含むシート状のプレフォーミング材を成形し、これを熱圧成形用金型によって成形することで、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶ複数の開口を備える多孔体プレートを構成し、これをセルのガス流路形成部材として備えるものである。なお、原材料のバインダには、フェノール樹脂等、セル内環境において熱応力による変形が少なく、かつ、耐腐食性にも優れた材料が用いられる。
【００１３】
（３）上記（１）、（２）項において、前記ガス流路形成部材は、型成形後に、成形バリの除去と表面粗さの増大化加工とが同一工程で施されたものである燃料電池（請求項２）。
本項に記載の燃料電池は、ガス流路形成部材は、型成形後に、成形バリの除去と表面粗さの増大化加工とが同一工程で施されたものであることから、型成形の際に開口に成形バリが生じているような場合であっても、この成形バリが最終的に除去され、ガス流の流通阻害を防ぎ、かつ、生成水の排水性の低下が回避される。又、成形工程においてバリの発生を完全に抑えるための、高精度の金型のチューニングも不要となる。しかも、ガス流路形成部材である多孔体プレートの表面粗さが増大されることで、多孔体プレート表面の親水性が向上し、これも生成水の排水性の向上に寄与することとなる。なお、成形バリの除去と表面粗さの増大化加工とを同一工程で施すための具体的方法としては、液体ホーニング若しくはショットブラストが挙げられる。
【００１４】
（４）上記（１）から（３）項において、前記ガス流路形成部材の外形端部から中央寄りの一定範囲の部分の開口率が、その他の部分に対し小さくなるように、前記開口が成形されている燃料電池（請求項３）。
本項に記載の燃料電池は、ガスケットによってガス流路形成部材の周囲を密閉する構造を採用する場合において、かかる開口率が小さい部分にかかるようにしてガスケットを成形することで、ガスケットの構成材料が、ガス流路形成部材の複数の開口を伝わり、発電に寄与する中央寄りの部分まで侵入することを防ぐものである。なお、開口率の調整は、ガス流路形成部材の周囲の開口面積や開口の数を減少させ、あるいは無くすように、ガス流路形成部材を成形する金型を形成することにより、行うことができる。
【００１５】
（５）前記ガス流路形成部材の外形端部から中央寄りに所定距離だけ入り込んだ一定幅の部分の開口率が、その他の部分に対し小さくなるように、前記開口が成形されている燃料電池（請求項４）。
本項に記載の燃料電池は、ガスケットによってガス流路形成部材の周囲を密閉する構造を採用する場合において、ガス流路形成部材の外形端部からかかる開口率が小さい部分にかけてガスケットを成形することにより、ガスケットの構成材料が、ガス流路形成部材の複数の開口を伝わり発電に寄与する中央寄りの部分まで侵入することを防ぐものである。しかも、開口率が小さい部分の外側に配された、開口率の高い部分では、ガスケットの構成材料が、開口に進入して一体に固化することにより得られる、いわゆるアンカー効果により、ガス流路形成部材とガスケットとの密着性が向上する。
【００１６】
（６）上記（１）から（５）項において、前記ガス流路形成部材は、原材料に導電性金属粉末を含む燃料電池。
本項に記載の燃料電池は、導電性金属粉末がガス流路形成部材の導電性をより向上させ、ガス流路形成部材の固有抵抗を低減させるものである。従って、導電性の向上を図るための、めっき等の付加的処理が不要である。しかも、ガス流路成形部材の内部に含まれる導電性粉末材料は、セル環境に直接触れることは無いので、腐食等による性質変化も生じない。なお、ここで用いられる導電性金属粉末としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びこれらの合金等が挙げられる。
【００１７】
（７）上記（１）から（６）項において、前記ガス流路形成部材は、原材料にセル環境下で溶解する材質の金属あるいは金属酸化物を含む燃料電池。
本項に記載の燃料電池は、セル環境下で、原材料に混入された金属あるいは金属酸化物が溶解することにより表面粗さが増大し、親水性が向上して、生成水の排水性の向上に寄与することとなる。なお、かかる金属あるいは金属酸化物には、上記導電性金属粉末となる材料が用いられるが、例えば、Ａｕ、Ｐｔについてはセル環境下で溶解しないことから除外され、Ｆｅについては、電気化学反応に悪影響を与える場合には除外される。
【００１８】
（８）上記（１）から（７）項において、前記ガス流路形成部材の外形端部に、絶縁性のマニホールド形成材が接合されている燃料電池。
本項に記載の燃料電池は、ガス流路形成部材の外形端部に固定されているマニホールド形成材の剛性によって、セルを構成した状態での剛性が確保されることとなる。又、マニホールド形成材が絶縁性を有することから、他のセル構成部材とガス流路形成部材とが、マニホールド形成材を介して不用意に短絡することを防ぐことができる。なお、本項においては、ガスケットは、ガス流路形成部材及びマニホールド形成材の両者にかかる範囲に成形されるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明はこのように構成したので、ガス流路形成部材の生産性を高め、セル構成部材にガス流路形成部材を含むセルの生産コストの増大や生産性の低下を防ぐことができる。また、ガス流路形成部材の、排水性の低下、流路断面積の減少とそれに伴うガス圧損の上昇を防ぎ、燃料電池の性能低下を防ぐことが可能となる。更に、ガスケットの成形時に、ガスケットの構成材料が、ガス流路形成部材の開口を伝わり、発電に寄与する中央寄りの部分まで侵入することを防ぎ、電極面積の減少、ガス拡散性の悪化に起因する発電性能の低下を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】
【００２０】
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。
さて、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池のセル構造は、図７、図８に示される従来のセル１０と同様に、セパレータ１８と別体のガス流路形成部材１６が配置されたものであり、ガス流路形成部材１６は、カーボン粉末とバインダ（フェノール樹脂等）とを原材料に含む型成形品であって、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶ複数の開口を備える多孔体プレート３２である。かかる多孔体プレート３２は、具体的には、図９から図１１に示されるエキスパンドメタルを用いたガス流路形成部材１６の亀甲形のメッシュ２２や菱形のメッシュ２６等と同様に、少なくともガス流れ方向、具体的には、少なくともＦＤ方向、ＴＤ方向又はＷＤ方向のいずれかの方向に規則性をもって並ぶ複数の開口を備える形状を有するものである。又、その製造手順は、図１に概略的に示されるとおりである。
【００２１】
すなわち、図１（ａ）に示されるように、カーボン粉末を主成分としバインダを含む溶融材料を、金型射出整形用金型内に射出することによって、亀甲形のメッシュ２２や菱形のメッシュ２６等、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶ複数の開口を備える多孔体プレート３２（ガス流路形成部材１６）を成形する。あるいは、カーボン粉末を主成分としバインダを含むシート状のプレフォーミング材を成形し、このプレフォーミング材を金型３０で熱圧成形することによっても、多孔体プレート３２を成形することも可能である。ところで、これらの製造法による場合は、図１（ｂ）に示されるように、金型３０を開放すると、型成形された多孔体プレート３２の開口には、成形バリ３４が生じることがある。
そこで、図１（ｃ）に示されるように、成形バリ３４を生じている多孔体プレート３２に対し、液体ホーニング若しくはショットブラストが施される。このとき、メディアＭの噴射ノズル３６と多孔体プレート３２とを、例えばＦＤ方向に相対移動させることで、成形バリ３４の除去を行い、かつ、これと同時に表面粗さの増大化加工を施すことが可能である。なお、図１（ｄ）には、多孔体プレート３２を構成する亀甲形のメッシュ２２あるいは菱形のメッシュ２６の表面が部分的に拡大図示されている。
【００２２】
さて、上記構成をなす本発明の第１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。すなわち、多孔体プレート３２は、カーボン粉末とバインダとを原材料に含む型成形品であり、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶ複数の開口を備えるものであることから、従来のエキスパンドメタルからなるガス流路形成部材と同様に、図１１に示されるように、ガス流ＧＦはＴＤ方向に揺動し、非常に細かなターンを繰り返してＦＤ方向あるいはＷＤ方向に向う態様の流れとなって、電気化学反応の促進と、生成水の排出とを円滑に行い、効率的に発電を行うセルを構成するものである。
【００２３】
しかも、セパレータと別体の多孔体プレート３２が、カーボン粉末を原材料に含む型成形品であることから、セル内環境下における腐食の可能性は、金属製のものに比べ自ずと低いものとなる。又、カーボン自体によって必要な導電性が確保されることから、導電性の向上を図るための、めっき等の付加的処理が不要である。しかも、ガス流路形成部材１６である多孔体プレート３２の複数の開口が、少なくともガス流れ方向に規則性をもって並ぶものであることから、金型３０を用いた成形に適し、大量生産においても、高い形状精度を安定して確保することが可能である。
【００２４】
又、ガス流路形成部材を構成する多孔体プレート３２は、型成形後に、成形バリ３４の除去と表面粗さの増大化加工とが同一工程で施されたものであることから、図１（ｂ）に示されるように、型成形の際に開口に成形バリ３４が生じているような場合であっても、この成形バリ３４が最終的に除去され、成形張り３４に起因するガス流の流通阻害を防ぎ、かつ、生成水の排水性の低下を回避することができる。又、成形工程において成形バリ３４の発生を許容するものであり、バリの発生を完全に抑えるための高精度の金型３０のチューニングも不要となる。
【００２５】
しかも、多孔体プレート３２の表面粗さが増大されることで、多孔体プレート３２表面の親水性が向上し、これも生成水の排水性の向上に寄与することとなる。すなわち、多孔体プレート３２表面の親水性は、かかる表面と水滴Ｗとの接触角の影響を受けるものであり、図１（ｅ）に示されるように、表面粗さの増大化加工前の当該接触角をθ、図１（ｄ）に示される表面粗さの増大化加工後の当該接触角をθ’とすると、表面粗さを粗くして表面積が増加することで、接触角が小さくなり（θ＞θ’）、「Ｗｅｎｚｅｌの式」から、面積倍増率ｒ（元の表面積から凹凸形状付与後の表面積への増加率を示す。）は、ｃｏｓθ’＝ｒ×ｃｏｓθで表される。つまり、表面粗さを粗くして表面積が増えることで、接触角θが小さくなり、親水性が向上して生成水の滞留がガス流ＧＦを阻害するおそれは低減することとなる。
【００２６】
続いて、図２を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。ここで、従来技術あるいは第１の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の第２の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態に係る、ガス流路形成部材１６を構成する多孔体プレート３２の成形の際、図２（ａ）に示されるように、多孔体プレート３２の外形端部から中央寄りの一定範囲（一定幅）の部分３２ｂの開口率が、その他の部分３２ａに対し小さくなるように、開口が成形されている。ここで、外形端部から中央寄りの一定範囲の部分３２ｂの幅が広すぎると、発電に供する部分（３２ａ）が狭められてしまうが、後述のごとくこの部分（３２ｂ）にかかるようにガスケット２８を成形することを考慮して、少なくともガスケット２８の固定に適した幅（例えば３〜５ｍｍ）を有することが望ましい。なお、開口率の調整は、外形端部から中央寄りの一定範囲の部分３２ｂの開口面積や開口の数を減少させ、あるいは無くすように、多孔体プレート３２を成形する金型を形成することにより、行うことができる。
【００２７】
そして、本発明の第２の実施の形態によれば、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、ガスケット２８によって多孔体プレートの周囲を密閉するサブアッセンブリー構造を採用する場合において、かかる開口率が小さい部分３２ｂにかかるようにしてガスケット２８を成形することで、ガスケット２８の構成材料が、ガス流路形成部材の複数の開口を伝わり、発電に寄与するＭＥＡ１２、ガス拡散層１４が配置された中央寄りの部分（３２ａ）まで侵入することを確実に防ぐことができる。よって、電極面積の減少、ガス拡散性の悪化を防ぎ、セルの発電性能の低下を回避することができる。その他、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については、説明を省略する。
なお、図２（ｂ）に符号３８で示される部分は、必要に応じ多孔体プレート３２の外形端部に固定される絶縁性のマニホールド形成材である（以下同様）。
【００２８】
続いて、図３を参照しながら、本発明の第３の実施の形態について説明する。ここで、従来技術あるいは第１、第２の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の第３の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態に係る、ガス流路形成部材１６を構成する多孔体プレート３２の成形の際、図３（ａ）に示されるように、多孔体プレート３２の外形端部から中央寄りに所定距離だけ入り込んだ一定幅の部分３２ｃの開口率が、その他の部分３２ａ、３２ｃに対し小さくなるように、開口が成形されているものである。すなわち、本発明の第２の実施の形態との相違点としては、開口率の小さい部分３２ｃの更に外側の部分３２ｄにも、開口率の大きい部分が形成されていることが挙げられる。この場合も、開口率の調整は、外形端部から中央寄りの一定範囲の部分３２ｃの開口面積や開口の数を減少させ、あるいは無くすように、多孔体プレート３２を成形する金型を形成することにより行うことができる。なお、多孔体プレート３２の開口率の大きい部分３２ａ、３２ｃについては、同一の開口率であっても、異なる開口率であってもよく、金型形状の変更により適宜対応することが可能である。
【００２９】
そして、本発明の第３の実施の形態によれば、図３（ｂ）、（ｃ）に示されるように、ガスケット２８によって多孔体プレート３２の周囲を密閉するサブアッセンブリー構造を採用する場合において、多孔体プレート３２の、外形端部３２ｄから開口率が小さい部分３２ｃにかけてガスケット２８を成形することにより、ガスケット２８の構成材料が、ガス流路形成部材の複数の開口を伝わり、発電に寄与するＭＥＡ１２、ガス拡散層１４が配置された中央寄りの部分（３２ａ）まで侵入することを確実に防ぐことができる。よって、電極面積の減少、ガス拡散性の悪化を防ぎ、セルの発電性能の低下を回避することができる。しかも、開口率が小さい部分３２ｃの外側に配された、開口率の高い部分３２ｄでは、ガスケット２８の構成材料が開口に進入して一体に固化することにより得られる、いわゆるアンカー効果により、ガス流路形成部材である多孔体プレート３２とガスケット２８との密着性を向上させることができる。その他、本発明の第１、第２の実施の形態と同様の作用効果については、説明を省略する。
【００３０】
続いて、図４を参照しながら、本発明の第４の実施の形態について説明する。ここで、従来技術あるいは第１〜第３の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の第４の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態に係る、ガス流路形成部材１６を構成する多孔体プレート３２の成形の際、原材料に導電性金属粉末４０を添加するものである。そして、導電性金属粉末４０により多孔体プレート３２の導電性をより向上させ、多孔体プレート３２の固有抵抗を低減させるものである。従って、導電性の向上を図るための、めっき等の付加的処理が不要である。しかも、多孔体プレート３２の内部に含まれる導電性粉末材料４０は、セル環境に直接触れることは無いので、腐食等による性質変化も生じない。その他、本発明の第１〜第３の実施の形態と同様の作用効果については、説明を省略する。なお、ここで用いられる導電性金属粉末４０としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びこれらの合金等が挙げられる。
【００３１】
続いて、図５を参照しながら、本発明の第５の実施の形態について説明する。ここで、従来技術あるいは第１〜第４の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の第５の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態に係る、ガス流路形成部材１６を構成する多孔体プレート３２の成形の際、図５（ａ）に示されるように、原材料にセル環境下で溶解する材質の金属あるいは金属酸化物粉末４２を添加して成形を行うものである。そして、セル環境下で、原材料に混入された金属あるいは金属酸化物粉末４２が溶解することにより、多孔体プレート３２の表面に空孔４４が形成され、多孔体プレート３２の表面粗さが増大する。その結果として、多孔体プレート３２表面の親水性が向上して、生成水の排水性の向上に寄与することとなる。なお、かかる金属あるいは金属酸化物粉末４２には、本発明の第４の実施の形態に係る導電性金属粉末４０を用いることが可能であるが、例えば、Ａｕ、Ｐｔについてはセル環境下で溶解しないことから除外され、Ｆｅについては、電気化学反応に悪影響を与える場合には除外される。その他、本発明の第１〜第４の実施の形態と同様の作用効果については、説明を省略する。
【００３２】
続いて、図６を参照しながら、本発明の第６の実施の形態について説明する。ここで、従来技術あるいは第１〜第５の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の第６の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態に係る、ガス流路形成部材１６を構成する多孔体プレート３２の成形と平行して、絶縁性のマニホールド形成材３８を別途成形し、図６（ａ）に示されるように、両者を一体に接合するものである。ここで、両者の接合は、二重成形、接着等適宜選択するものである。そして、図６（ｂ）に示されるように、多孔体プレート３２（図示の例では、本発明の第３の実施の形態と同様に、外形端部から中央寄りに所定距離だけ入り込んだ一定幅の部分３２ｃとその外側の部分３２ｄ）及びマニホールド形成材３８の両者にかかる範囲に、ガスケット２８が成形され、サブアッセンブリーとなるものである。この構成によれば、多孔体プレート３２の外形端部に固定されているマニホールド形成材３８の剛性によって、セル１０を構成した状態での剛性が確保されることとなる。又、マニホールド形成材３８が絶縁性を有することから、他のセル構成部材と多孔体プレート３８とが、マニホールド形成材３８を介して不用意に短絡することを防ぐことができる。その他、本発明の第１〜第５の実施の形態と同様の作用効果については、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の、ガス流路形成部材に採用される多孔体プレートを、その製造手順と共に示す説明図であり、（ａ）は成形時、（ｂ）は型開き時、（ｃ）は、成形バリの除去及び表面粗さの増大化加工時、（ｄ）は多孔体プレートの完成状態を示す要部断面図、（ｅ）は、参考として、表面粗さ増大化加工前の、多孔体プレート表面と水滴との接触角を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の、ガス流路形成部材に採用される多孔体プレートを示すものであり、（ａ）は多孔体プレートの単体平面図、（ｂ）は多孔体プレートの周囲をガスケットによって密閉するサブアッセンブリー構造示す単体平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池の、ガス流路形成部材に採用される多孔体プレートを示すものであり、（ａ）は多孔体プレートの単体平面図、（ｂ）は多孔体プレートの周囲をガスケットによって密閉するサブアッセンブリー構造示す単体平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池の、ガス流路形成部材に採用される多孔体プレートを、その製造手順に係る金型と共に示す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る燃料電池の、ガス流路形成部材に採用される多孔体プレートを示すものであり、（ａ）はその製造手順に係る金型と共に示す断面図、（ｂ）は、セル内環境下における多孔体プレートの単体断面図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る燃料電池の、ガス流路形成部材に採用される多孔体プレートを示すものであり、（ａ）は多孔体プレートにマニホールド形成材を一体化した状態を示す平面図、（ｂ）は多孔体プレートの周囲にガスケットが成形されたサブアッセンブリーを示す平面図である。
【図７】従来の固体高分子型燃料電池のセルの平面図である。
【図８】図７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９】従来の、セル構成部材を構成する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１０】図７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１１】図１０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１２】図７に示される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である。
【符号の説明】
【００３４】
１０：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、  ２０：エキスパンドメタル、２２：亀甲形のメッシュ、２４：ガス流路、２６：菱形のメッシュ、２８：ガスケット、３０：金型、３２：多孔体プレート、３２ｂ：外形端部から中央寄りの一定範囲の部分、３２ｃ：外形端部から中央寄りに所定距離だけ入り込んだ一定幅の部分、３４：成形バリ、３８：マニホールド形成材、４０：導電性粉末材料、４２：セル環境下で溶解する材質の金属あるいは金属酸化物粉末、４４：空孔
【図１】
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【図４】
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【図５】
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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２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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