(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四隅に貫通孔２を有する薄いシート状可撓性膨張黒鉛ベース板１、流路用切欠部４，前記貫通孔にそれぞれ連通可能な供給孔５及び排出孔６を有する一対の薄いシート状膨張黒鉛流路板３、幅広の開口窓部１９を有すると共に縁部８ａがパッキン機能を有する薄い額縁状の一対の膨張黒鉛枠板８とから成り、前記膨張黒鉛ベース板１を基準として該膨張黒鉛ベース板１の両側面に膨張黒鉛流路板３をサンドイッチ状に接合し、さらに、これら上下の膨張黒鉛流路板３，３の壁面に前記膨張黒鉛枠板８，８がサンドイッチ状に接合・圧着されていることを特徴とする燃料電池のスタック用セパレータ。
【請求項２】
請求項１に於いて、膨張黒鉛ベース板１、膨張黒鉛流路板３及び膨張黒鉛枠板８は、少なくとも可撓性を有する素材であることを特徴とする燃料電池のスタック用セパレータ。
【請求項３】
請求項２に於いて、膨張黒鉛ベース板１は１ｍｍ程度の厚さであることを特徴とする燃料電池のスタック用セパレータ。
【請求項４】
所定寸法に切断され、かつ、四隅に貫通孔２を有する薄いシート状膨張黒鉛ベース板１を形成する膨張黒鉛ベース板形成工程Ａと、流路用切欠部４，供給孔５及び排出孔６を有する膨張黒鉛流路板３を形成する薄いシート状膨張黒鉛流路板形成工程Ｂと、幅広の開口窓部１９を有する薄い額縁状の膨張黒鉛枠板８を形成する膨張黒鉛枠板形成工程Ｃと、前記膨張黒鉛ベース板形成工程Ａで形成された膨張黒鉛ベース板１を１番真中に位置付け、この膨張黒鉛ベース板１を基準として該膨張黒鉛ベース板１の両側面に前記膨張黒鉛流路板形成工程Ｂで形成された膨張黒鉛流路板３を互いに背を合わせるようにサンドイッチ状に接合させ、さらに、これら上下の膨張黒鉛流路板３，３の壁面に前記膨張黒鉛枠板形成工程Ｃで形成された膨張黒鉛枠板８，８をサンドイッチ状に接合させる５枚板接合・圧着工程Ｄとを備える燃料電池のスタック用セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池のスタック用セパレータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の実施例は、特開平１０−２５５８２４号に記載されている。この従来の実施例は、反応ガスのリークが生じない気密性に優れたスタック用セパレータを大量生産することを目的とする。普通一般に、気密性，軽量性，大量生産性（安価）などを達成することができるセパレータを提供することが、この種の発明の目的である。
【０００３】
しかしながら、前記従来の実施例は、気密性，軽量性，大量生産性に関し、発明の目的を十分に果たしているということができない。その理由の一つは、起電部としてのセパレータを形成する場合、セパレータ基材の上下の側面に対してプレス加工を施して流路をそれぞれ形成する方法を採用しているからである。
【０００４】
従来の実施例は、気密性を高めるために、セパレータ基材の周縁部に突壁（リップ）を二重に周設する必要がある。したがって、セパレータ基材そのものがある程度の厚みが必要となり、例えばセパレータ基材を成形する場合、複数の可撓性黒鉛シートを積層する必要がある。この考え方は、突壁（リップ）を圧着させて当該部分の気密性を高めるという点で優れているが、セパレータ基材そのものを薄くしようとする考え方に反する。また、前記周縁部に周設された二重の突壁内に弾性パッキンを嵌め込むと言う考え方もあるが、弾性パッキンを周溝に嵌め込む作業が容易ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明の第１の目的は、軽量性に優れかつ弾性パッキンを使用しなくても良い燃料電池のスタック用セパレータＳを提供することである。第２の目的は、大量生産に適したセパレータＳの製造方法を提供することである。第３の目的は、パッキン機能を有する額縁部材そのものの幅を狭く（額縁の軽量化）することができること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池のスタック用セパレータは、四隅に貫通孔２を有する薄いシート状可撓性膨張黒鉛ベース板１、流路用切欠部４，前記貫通孔にそれぞれ連通可能な供給孔５及び排出孔６を有する一対の薄いシート状膨張黒鉛流路板３、幅広の開口窓部１９を有すると共に縁部８ａがパッキン機能を有する薄い額縁状の一対の膨張黒鉛枠板８とから成り、前記膨張黒鉛ベース板１を基準として該膨張黒鉛ベース板１の両側面に膨張黒鉛流路板３をサンドイッチ状に接合し、さらに、これら上下の膨張黒鉛流路板３，３の壁面に前記膨張黒鉛枠板８，８がサンドイッチ状に接合・圧着されていることを特徴とする。
【０００７】
また本発明の燃料電池のスタック用セパレータの製造方法は、所定寸法に切断され、かつ、四隅に貫通孔２を有する薄いシート状膨張黒鉛ベース板１を形成する膨張黒鉛ベース板形成工程Ａと、流路用切欠部４，供給孔５及び排出孔６を有する膨張黒鉛流路板３を形成する薄いシート状膨張黒鉛流路板形成工程Ｂと、幅広の開口窓部１９を有する薄い額縁状の膨張黒鉛枠板８を形成する膨張黒鉛枠板形成工程Ｃと、前記膨張黒鉛ベース板形成工程Ａで形成された膨張黒鉛ベース板１を１番真中に位置付け、この膨張黒鉛ベース板１を基準として該膨張黒鉛ベース板１の両側面に前記膨張黒鉛流路板形成工程Ｂで形成された膨張黒鉛流路板３を互いに背を合わせるようにサンドイッチ状に接合させ、さらに、これら上下の膨張黒鉛流路板３，３の壁面に前記膨張黒鉛枠板形成工程Ｃで形成された膨張黒鉛枠板８，８をサンドイッチ状に接合させる５枚板接合・圧着工程Ｄとを備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の製造方法の発明を説明する前に、方法によって得られる燃料電池のスタック用セパレータＳの構造について説明する。図１乃至図３は、スタック用セパレータＳの一例を示す説明用の各概略図である。
【０００９】
本発明のセパレータＳは、合計５枚の薄いシート状の各部材が、例えば下敷きのように、全てやや硬さがあると同時に可撓性を有する膨張黒鉛シートである点に特徴がある。また本発明のセパレータＳは、流路を囲むパッキン用の環状溝（矩形溝，円形溝など）が形成されておらず、したがって、環状溝に嵌合するパッキンを備えていない点に特徴がある。
【００１０】
１は５枚の薄いシート状の各部材の中で、１番真中に位置するシートである。このシートを「膨張黒鉛ベース板」と称することにする。この膨張黒鉛ベース板１は、厚さは、本実施例では１ｍｍ前後の矩形板である。大きさについては、例えば縦の長さ２００ｍｍ、横１８０ｍｍである。もちろん、縦横の長さは流路をどのようなパタンーに形成するか，マニホールド用の孔（貫通孔＝供給孔，排出孔）の大きさをどうするか等の観点から自由に設定することができる。厚さについては、内部に鉄製或いは，スチール製の金属繊維又は極薄いシートを芯材とする場合があり得るので、１ｍｍ程度が望ましい。膨張黒鉛ベース板１は、前記金属繊維等の心材を有するか否かに拘わらず、ある程度の硬さを有し、少なくとも可撓性を有する部材であることが必要である。
【００１１】
２はマニホールド用の複数個の貫通孔で、これらの貫通孔２は膨張黒鉛ベース板１の四隅にそれぞれ形成されている。
【００１２】
３は５枚の薄いシート状の各部材の中で、膨張黒鉛ベース板１をサンドイッチ状挟んだシートである。このシートを「膨張黒鉛流路板」と称することにする。この膨張黒鉛流路板３の厚，形状，大きさ、貫通孔、軟性などは前記膨張黒鉛ベース板１と同一である。
【００１３】
しかして、４は縁部３ａを除いて該膨張黒鉛流路板３に全体が複線状に形成された流路用切欠部である。本実施例では、流路用切欠部４は規則的な蛇行状の線を描いて始端側４ａから終端側４ｂへと形成されている。普通一般にこのような規則的な蛇行状流路を有するセパレータは、隅角部に形成されたマニホルド用供給孔に対して対角線側にマニホルド用排出孔６が形成されている。そこで、本実施例の膨張黒鉛流路板３も、その隅角部の一つに供給孔５が形成されており、この供給孔５と流路用切欠部４の始端４ａとが連通している。一方、供給孔５に対して対角線側に排出孔６が形成されており、この排出孔６と流路用切欠部４の終端４ｂとが連通している。なお、供給孔５や排出孔６も区画された流路の一部に過ぎない。
【００１４】
７は膨張黒鉛ベース板１を基準にして、該膨張黒鉛ベース板１の上下側壁面に膨張黒鉛流路板３，３を互いに背中合わせに貼り合わせた場合において、ＩＮ側の供給孔５とＯＵＴ側の排出孔６にそれぞれ連通する連通孔（＝流路の一部）である。  なお、図２において、上下の膨張黒鉛流路板３，３は同一であるが、膨張黒鉛ベース板１を基準にし、下方の膨張黒鉛流路板３はひっくり返されており、上方の膨張黒鉛流路板３に対して背中合わせの格好となる（図２の符合の位置に注意）。
【００１５】
これらの連通孔７，７は、供給孔５や排出孔６に対して対角線側に位置している。したがって、膨張黒鉛流路板３も膨張黒鉛ベース板１と同様に膨張黒鉛ベース板１の貫通孔２と連通するように四隅に供給孔５、排出孔６、連通孔７がそれぞれ形成されている。
【００１６】
８は薄い額縁状の膨張黒鉛枠板で、この膨張黒鉛枠板８はパッキン機能を発揮されるために前記膨張黒鉛流路板３の壁面に合わせられている。この膨張黒鉛流路板３は流路に関係ない反面、パッキン機能を発揮されるための部材であるから、前述した供給孔５、排出孔６等を塞がないように膨張黒鉛流路板３に対して上下にサンドイッチ状に圧着されている。本実施例では、膨張黒鉛枠板８の軽量化を図るためにその縁部８ａの幅寸法を狭くしてある。
【００１７】
図１は説明の便宜上、厚さや寸法に拘らないで概念的に図示してあるが、図２及び図３で示すように、１番真中に位置する膨張黒鉛ベース板１を基準にして膨張黒鉛流路板３及び膨張黒鉛枠板８がそれぞれ上下からサンドイッチ状に一体的に積層されて１つのセパレータＳを成している。
【００１８】
そこで、このセパレータＳを製造する方法について説明する。なお、方法の説明に当たって、前記セパレータＳの符号をそのまま用い、重複する説明を省略する。
【００１９】
図４は膨張黒鉛ベース板形成工程Ａを示す。この膨張黒鉛ベース板形成工程Ａでは、ロール状膨張黒鉛シート１０を複数個のガイドローラ１１を介して切断機１２の下方へと案内し、かつ、前記切断機１２の昇降動するカッター１３で膨張黒鉛シート１０を所定寸法に適宜切断する切断工程Ａ１と、この切断工程Ａ１によって得られた所定寸法膨張黒鉛シート１０Ａを基材とし、貫通孔形成用金型１４を用いてプレス加工し、かつ、四隅に貫通孔２を有する膨張黒鉛ベース板１を形成するマニホールド用貫通孔形成工程Ａ２とを備えている。
【００２０】
次にＢは一側面に流路形成用刃１５を有する平盤状の切欠形成機１６を所定位置まで昇降動させ、流路用切欠部４，供給孔５及び排出孔６を有する膨張黒鉛流路板３を形成する膨張黒鉛流路板形成工程である。この膨張黒鉛流路板形成工程Ｂでは、切欠形成機１６の前記流路形成用刃１５で、例えば蛇行状の開口＝切欠を形成するのであって、溝を形成する訳ではない。
【００２１】
次にＣは、一側面に矩形状に突設された額縁形成刃１７を有する平盤状の額縁形成機１８を所定位置まで昇降動させ、幅広の矩形状開口窓部１９を有する薄い額縁状の膨張黒鉛枠板８を形成する膨張黒鉛枠板形成工程である。
【００２２】
最後にＤは、膨張黒鉛ベース板１を１番真中に位置付け、この膨張黒鉛ベース板１を基準として該膨張黒鉛ベース板１の両側面に膨張黒鉛流路板３を互いに背を合わせるようにサンドイッチ状に接合させ、さらに、これら上下の膨張黒鉛流路板３，３の壁面に膨張黒鉛枠板８，８をサンドイッチ状に接合させる５枚板接合・圧着工程である。これにより、本発明のセパレータＳが出来上がる。
【００２３】
この５枚板接合・圧着工程Ｄでは、膨張黒鉛ベース板１の上下の壁面に膨張黒鉛流路板３をそれぞれ載せると、膨張黒鉛流路板３の切欠部４が、恰も溝が切られているような状態となる。したがって、膨張黒鉛ベース板１に膨張黒鉛流路板３を一体的に固定すると、酸化剤ガス又は燃料ガス用の流路が出来上がる。また合計５枚板の薄い膨張黒鉛シートが一体的に積層された場合には、前記膨張黒鉛枠板８，８の縁部８ａはパッキンの機能を果たす。したがって、セパレータＳの膨張黒鉛枠板８，８そのものがパッキン材の役割を果たす。
【００２４】
上記製造方法で得られたセパレータＳは燃料電池のスタックを製造するために使用される。セパレータＳのアセンブリーの際には、例えば図５で示すようにセパレータＳ同志に、多孔性支持プレート２０、図示しない貫通孔が形成された支持集電体２１、両側面に電極を有する透過性イオン交換膜２２を介在させ、最終的には、図示しない固定板、この固定板の孔に通される螺杆，ナットなど固着手段を利用して一体的に固定される。なお、セパレータＳのアセンブリーの際には色々な固定方法がある。また、本実施例では、その他のマニホルド用の孔などは省略してある。
【００２５】
【実施例】
発明の実施形態で説明した実施例では、膨張黒鉛流路板の流路用切欠部４は、規則的な蛇行状の線を描いて始端側４ａから終端側４ｂへと形成されているが、規則的な蛇行状である必要はない。例えば渦巻き状であったも良い。膨張黒鉛ベース板１は、本実施例では厚さ１ｍｍで、大きさは、縦の長さ２００ｍｍ、横１８０ｍｍであるが、大きさやその形状については、特に拘らない。ただし、厚さは１ｍｍ前後が望ましい。また膨張黒鉛枠板８の縁部８ａを幅広に形成し、適宜部位にマニホルド用の貫通孔を形成しても良いが、本実施例のように縁部８ａの寸法を狭くするのが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
（１）全ての素板が薄いシート状可撓性膨張黒鉛で出来ているので、軽量性や気密性に優れている。特にスタックを製造する際に弾性パッキンを使用しなくても良いので、製造効率が高まると共に、作業上のデメリット（弾性パッキンの入れ忘れ）も解消することができる。
（２）弾性パッキンを使用しなくても良い，上下の薄いシート状膨張黒鉛流路板３並びに膨張黒鉛枠板８は同一なので、大量生産に適したセパレータＳを安価に提供することができる。
（３）パッキン機能を有する額縁部材そのものの幅を狭く（額縁の軽量化）することができる。
【図面の簡単な説明】
図１乃至図４は本発明の一実施例を示す各説明図。図５は発明の実施形態の一例を示す概略説明図。
【図１】セパレータを構成する５枚の膨張黒鉛シートを重ね合わせた場合の概念的な説明図。
【図２】セパレータの分解斜視図。
【図３】５枚の膨張黒鉛シートを一体的に接合する場合の概略説明図。
【図４】セパレータの製造方法を示す工程図。
【図５】実施の形態の一例を示す説明図。
【符号の説明】
Ｓ…セパレータ、１…膨張黒鉛ベース板、２…貫通孔、３…膨張黒鉛流路板、４…流路用切欠部、４ａ…始端、４ｂ…終端、５…供給孔、６…排出孔、７…連通孔、８…膨張黒鉛枠板、８ａ…縁部、１０…ロール状膨張黒鉛シート、１２…切断機、１０Ａ…所定寸法膨張黒鉛シート、１６…切欠形成機、１８…額縁形成機、Ａ…膨張黒鉛ベース板形成工程、Ｂ…膨張黒鉛流路板形成工程、Ｃ…膨張黒鉛枠板形成工程、Ｄ…５枚板接合・圧着工程Ｄ。
【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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