(57)【要約】  ＭＥＡ１５は、枠状のフレーム１３，１４間に配置されている。第１ガス流路形成部材２１は、ＭＥＡ１５のアノード電極層１７と、フレーム１３の上面に固定された第１セパレータ２３との間に配置されている。また、第２ガス流路形成部材２２は、ＭＥＡ１５のカソード電極層１８と、フレーム１４の下面に固定された第２セパレータ２４との間に配置されている。ガス流路形成部材２１，２２は、ラスカットメタル２５からなる。ラスカットメタルは、複数の貫通孔２６を金属薄板に網目状に形成し、金属薄板を階段状に成形して形成される。ガス流路形成部材２１，２２は、各貫通孔２６を形成する複数のリング部２７を有している。リング部２７は、カーボンペーパー１９，２０と接触する第１接触部２８に平面部２８ａを有している。
2009154203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の発電セルに用いられるガス流路形成部材であって、前記発電セルは、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、隣接する発電セルを隔離するためのセパレータと、前記ガス拡散層及び前記セパレータ間に配置され、ガス流路を有するガス流路形成部材とを備え、前記ガス流路を通じて前記電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給することにより、前記電極層において電極反応が生じて発電するように構成された発電セルに用いられるガス流路形成部材において、  前記ガス流路形成部材は、金属薄板よりなるラスカットメタルからなり、前記ラスカットメタルには、複数の貫通孔が網目状に形成され、前記ガス流路形成部材は、前記各貫通孔を形成する複数のリング部を有し、前記リング部は、前記ガス拡散層との接触部に平面部を有していることを特徴とするガス流路形成部材。
【請求項２】
請求項１記載のガス流路形成部材において、  前記ガス流路形成部材は、更に、前記セパレータとの接触部に平面部を有していることを特徴とするガス流路形成部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載のガス流路形成部材において、  前記各貫通孔及びリング部は断面六角形状に形成され、前記接触部は六角形の一辺と対応する位置に設けられていることを特徴とする発電セルに用いるガス流路形成部材。
【請求項４】
燃料電池の発電セルに用いられるガス流路形成部材の製造方法であって、前記発電セルは、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、隣接する発電セルを隔離するためのセパレータと、前記ガス拡散層及び前記セパレータ間に配置され、ガス流路を有するガス流路形成部材とを備え、前記ガス流路を通じて前記電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給することにより、前記電極層において電極反応が生じて発電するように構成された発電セルに用いられるガス流路形成部材の製造方法であって、  金属薄板に複数の貫通孔を網目状に形成して、ラスカットメタルを製造する第１の工程と、  第１の工程の後、ラスカットメタルの各貫通孔を形成するリング部において前記ガス拡散層との接触部に平面部を形成する第２の工程と  を含むことを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造方法において、  第２の工程では、第１の工程で製造されたラスカットメタルを一対のローラ間に入れて前記ラスカットメタルを圧縮し、前記接触部を塑性変形させることにより、前記平面部が形成されることを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造方法において、  第２の工程では、第１の工程であるラスカットメタルの製造時に、固定切断型と可動切断型とを用いて、前記接触部を前記ラスカットメタルの厚み方向に塑性変形させることにより、前記平面部が形成されることを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造に用いられる成形装置であって、  所定のピッチで交互に配置された第１凹部及び第１凸部を有する固定切断型と、  前記固定切断型の第１凹部と第１凸部とにそれぞれ噛合され、所定のピッチで配置された第２凸部及び第２凹部を有する可動切断型とを備え、  前記可動切断型は、金属薄板の厚み方向及び幅方向に沿って往復動可能であり、前記固定切断型の第１凹部と第１凸部とを前記可動切断型の第２凸部と第２凹部とにそれぞれ噛合させることで、前記金属薄板に所定のピッチで複数の切れ目が入れられると共に同金属薄板が曲げ伸ばされて、前記金属薄板に前記各貫通孔を形成する複数のリング部が形成され、  前記固定切断型の第１凸部の上面には傾斜面が形成され、前記傾斜面は、前記金属薄板の送り方向となる下流側に向かうほど低くなるように傾斜していることを特徴とする成形装置。
【請求項８】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造方法に用いられる成形装置であって、  所定のピッチで交互に配置された第１凹部及び第１凸部を有する固定切断型と、  前記固定切断型の第１凹部と第１凸部とにそれぞれ噛合され、所定のピッチで配置された第２凸部及び第２凹部を有する可動切断型とを備え、  前記可動切断型は、金属薄板の厚み方向及び幅方向に沿って往復動可能であり、前記固定切断の第１凹部と第１凸部とを前記可動切断型の第２凸部と第２凹部とにそれぞれ噛合させることで、前記金属薄板に所定のピッチで複数の切れ目が入れられると共に同金属薄板が曲げ伸ばされて、前記金属薄板に前記各貫通孔を形成する複数のリング部が形成され、  前記可動切断型の第２凸部の下面には傾斜面が形成され、前記傾斜面は、前記金属薄板の送り方向とは逆の上流側に向かうほど高くなるように傾斜していることを特徴とする成形装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の成形装置において、  前記固定切断型及び可動切断型は、前記リング部において前記燃料電池のガス拡散層との接触部分を挟む両側部を、前記貫通孔の中心に向けてそれぞれ屈曲させることを特徴とする成形装置。
【請求項１０】
電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、前記ガス拡散層とセパレータとの間に介在され、燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するためのガス流路を有するガス流路形成部材とを備え、前記ガス流路により前記電極層に前記燃料ガス又は酸化剤ガスが供給されて、前記電極層での電極反応により発電するように構成されたガス流路形成部材において、  前記ガス流路形成部材は、貫通孔を有する複数のリング部を金属薄板に網目状に形成してなるラスカットメタルからなり、前記リング部において前記ガス拡散層の表面と接触する第１接触部には第１平面部が形成され、前記リング部において前記セパレータの裏面と接触する第２接触部には第２平面部が形成され、前記第１平面部のガス流路方向の幅は、前記第２平面部のガス流路方向の幅よりも広く設定されていることを特徴とするガス流路形成部材。
【請求項１１】
請求項１０記載のガス流路形成部材において、  前記複数のリング部を連結する連結板部を備え、  前記リング部には、前記ガス拡散層に面する第１半リング部が設けられ、  前記第１半リング部は、前記連結板部に連結された一対の第１側板部と、前記各第１側板部の端部に一体に連結された一対の第１傾斜板部と、前記両第１傾斜板部に対しそれらを架橋するように一体に連結された第１平板部とを備え、前記第１平板部は、前記ガス拡散層と接触する第１接触部を備え、前記第１接触部には前記第１平面部が成形され、  前記リング部には、前記セパレータに面する第２半リング部が設けられ、  前記第２半リング部は、前記連結板部に一体に連結された一対の第２傾斜板部と、前記各第２傾斜板部の端部に一体に連結され、かつ平行に配置された一対の第２側板部と、前記両第２側板部に対しそれらを架橋するように一体に連結された第２平板部とを備え、前記第２平板部は、前記セパレータと接触する第２接触部を備え、前記第２接触部には前記第２平面部が成形されていることを特徴とする発電用ガス流路形成部材。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載のガス流路形成部材の製造方法において、  複数の第１凹部と第１凸部とが交互に所定のピッチで形成された第１剪断型と、前記第１凹部に対応する第２凸部と前記第１凸部に対応する第２凹部とが交互に所定のピッチで複数箇所に形成された第２剪断型とを用いて、前記金属薄板の端部の複数箇所に対し前記ガス拡散層に面する第１半リング部と前記セパレータに面する第２半リング部とを交互に形成する第１の工程と、  前記金属薄板を所定量送り、前記第１剪断型及び第２剪断型を前記金属薄板の送り方向と直交する方向にオフセットし、前記金属薄板の複数箇所に対し第１半リング部と第２半リング部とを交互に形成する第２の工程と、  前記第１及び第２の工程と同様の工程を交互に繰り返すことにより、前記金属薄板の送り方向に沿って隣接する前記第１半リング部と前記第２半リング部とによって、貫通孔を有する複数のリング部を前記金属薄板に網目状に形成してラスカットメタルを得る第３の工程と、  第３の工程後、前記ラスカットメタルの両面を同時にプレスして、前記第１半リング部の第１接触部に第１平面部を形成し、前記第２半リング部の第２接触部に第２平面部を形成する第４の工程であって、前記第１平面部のガスの流路方向の幅は、前記第２平面部のガスの流路方向の幅よりも小さく設定されている第４の工程と  を備えることを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のガス流路形成部材の製造方法に用いる成形装置であって、  前記第１剪断型と、前記第２剪断型と、前記複数のリング部が配置されたラスカットメタルをその厚さ方向にプレス成形するプレス装置とを備え、  前記ラスカットメタルは、前記第１及び前記第２剪断型を前記金属薄板の厚み方向と前記金属薄板の送り方向に直交する方向とにそれぞれ往復動させ、前記第１凹部と第２凸部及び前記第１凸部と第２凹部をそれぞれ噛み合わせ、前記金属薄板に対し所定のピッチで複数の切れ目を入れてから前記金属薄板を曲げ伸ばすことにより形成され、  前記第１凸部及び前記第１凹部の形状、及び前記第２凹部及び前記第２凸部の形状は、前記第１半リング部及び前記第２半リング部の押圧時の変形量を相違させて前記両半リング部をプレスするように設定されていることを特徴とする成形装置。
【請求項１４】
請求項１３記載のガス流路形成部材の製造方法に用いる成形装置において、  前記第１剪断型の第１凸部、及び第２剪断型の第２凹部は、前記第１半リング部を構成する一対の第１側板を成形する成形面と、前記両第１側板に連結された一対の第１傾斜板部を成形する成形面と、前記両第１傾斜板部に対しそれらを架橋するように連結された第１平板部を成形する成形面とを備え、  前記第１剪断型の第１凹部、及び第２剪断型の第２凸部は、前記第２半リング部を構成する一対の第２傾斜板部を成形する成形面と、前記第１傾斜板部に連結された一対の第２側板部を成形する成形面と、前記第２側板部に対しそれらを架橋するように連結された第２平板部を成形する成形面とを備えていることを特徴とする成形装置。
【請求項１５】
電極層と、前記電極層の表面に形成されたガス拡散層と、前記ガス拡散層と対向するセパレータと、前記ガス拡散層と前記セパレータとの間に介在し、燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方を前記電極層に供給するガス流路が形成されたガス流路形成部材とを備え、前記電極層において生じる電極反応により発電を行う燃料電池の発電セルにおいて、  前記ガス流路形成部材は、金属薄板により形成されたラスカットメタルによって構成され、同ガス流路形成部材には、所定形状の貫通孔を有する多数のリング部が網目状に形成され、前記リング部には、前記ガス拡散層の表面と面接触する屈曲平面部が形成され、該屈曲平面部と前記リング部を連結する連結板部との間には、非屈曲平面部が形成され、前記屈曲平面部と非屈曲平面部とは、ラスカット成形装置により前後して複数工程で成形されることを特徴とする燃料電池の発電セル。
【請求項１６】
請求項１５記載の燃料電池の発電セルにおいて、  前記各リング部は、五角形状又は六角形状に成形されていることを特徴とする燃料電池の発電セル。
【請求項１７】
請求項１５又は１６記載の燃料電池の発電セルの製造方法において、  直線状の第１剪断刃を有する第１剪断型と、所定の間隔を隔てて交互に形成された複数の凹部と凸部とを備え、前記各凸部に、前記第１剪断刃と協働して前記金属薄板に複数の切り込みを形成する第２剪断刃が設けられた第２剪断型とを用いて、前記金属薄板において同金属薄板の送り方向に沿って交互に位置する複数の第１被加工部分及び第２被加工部分を順次加工し、  前記金属薄板の第１被加工部分を前記第１剪断型及び前記第２剪断型に対して中間成形位置にまで送った状態で、同第１被加工部分に対し前記屈曲平面部を含む半リング部を成形する第１の工程と、  前記第１の工程の後に、前記第１被加工部分を前記第１剪断型及び前記第２剪断型に対して最終成形位置にまで更に送った状態で、同第１被加工部分に対し前記非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第２の工程と、  前記第２の工程の後に、前記金属薄板において同金属薄板の送り方向の上流側から前記第１被加工部分に隣接する第２被加工部分を前記第１剪断型及び前記第２剪断型に対して前記中間成形位置にまで送った状態で、前記第２剪断型を前記金属薄板の送り方向と直交する方向にオフセットさせて、前記第２被加工部分に対し前記屈曲平面部を含む半リング部を成形する第３の工程と、  前記第３の工程の後に、前記第２被加工部分を前記第１剪断型及び前記第２剪断型に対して前記最終成形位置にまで更に送った状態で、同第２被加工部分に対し前記非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第４の工程と、  前記第１及び第２の工程と、前記第３及び第４の工程とを交互に繰り返し行い、前記金属薄板に対し前記リング部を網目状に成形して前記ラスカットメタルを成形する工程と  を含むことを特徴とする燃料電池の発電セルの製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の燃料電池の発電セルの製造方法において、  前記第２の工程及び前記第４の工程は、それぞれ複数回行われることを特徴とする燃料電池の発電セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、燃料電池の発電セルにおいてガス拡散層とセパレータとの間に介在されるガス流路形成部材、ガス流路形成部材の製造方法、ガス流路形成部材の製造に用いる成形装置、ガス流路形成部材を備える燃料電池の発電セル、及び燃料電池の発電セルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、固体高分子型燃料電池として、特許文献１に開示されたものが提案されている。この種の燃料電池は、発電セルを積層した燃料電池スタックにより構成されている。発電セルは、電解質膜、アノード電極層、及びカソード電極層を含む膜−電極接合体を備えている。電解質膜の第１面上にはアノード電極層が形成され、電解質膜の第２面上にはカソード電極層が形成されている。アノード電極層及びカソード電極層には、ガス流路形成部材（コレクタ）を介して、水素ガス等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとがそれぞれ供給される。これにより、膜−電極接合体において電極反応が生じて発電される。発電された電気は、コレクタ及び板状のセパレータを介して、外部に出力される。【０００３】  ガス流路形成部材には、アノード電極層及びカソード電極層に燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ効率良く供給する能力が要求される。特許文献１に開示の構成によれば、ガス流路形成部材は、金属薄板よりなるラスカットメタルにより形成されている。ラスカットメタルには、所定形状を有する複数の小さな貫通孔が形成されている。また、ラスカットメタルは、例えば、０．１ｍｍ程度の厚みを有するステンレス板にラスカット加工を施すことにより、略六角形状の貫通孔が網目状に形成されている。又、六角貫通孔を形成するリング部（ストランド）は、互いに重なるようにして連結されている。このため、ラスカットメタルは、階段状の断面形状を有している。【０００４】  発電セルでは、両電極層の表面とガス流路形成部材との間に、導電性繊維からなるカーボンペーパーが介在されている。このカーボンペーパーにより、燃料ガス及び酸化剤ガスは、各電極層に対して効率良くそれぞれ拡散される。又、複数の発電セルを積層して燃料電池スタックを構成する際、カーボンペーパーとガス流路形成部材とを電気的に接触させるため、発電セルの上部と下部とに配置された二枚のセパレータを互いに接近する方向に移動させる。図４９は、アノード電極層１７に接合されたカーボンペーパー１９とセパレータ２３との間に、従来のガス流路形成部材１０２１が介在されている状態を示す。この状態で、セパレータ２３が下方に押圧されると、図５０に示すように、ガス流路形成部材１０２１の接触部１０２８は、カーボンペーパー１９に強く押し付けられて食い込む。【０００５】  これにより、カーボンペーパー１９の一部が接触部１０２８により切断されて、ガス拡散層としての機能が低下する虞がある。また、ガス流路形成部材１０２１の燃料ガス通路にガス拡散層の一部が侵入し、燃料ガス通路の有効面積が減少することもある。この場合、燃料ガスの圧力損失が増大し、燃料ガスの供給量及び発電効率が低下する。また、切断されたカーボン繊維が燃料ガスにより流されて、ガス流路形成部材の狭いガス流路に付着し、目詰まりが生じることもある。この場合、燃料ガスの流れが阻害されて、発電効率が低下する。更には、発電セル間でカーボンペーパー１９への接触部１０２８の食い込み量にバラツキが生じるため、発電電圧が不安定になる。【０００６】  一方、ガス流路形成部材１０２１は、接触部１０２９と反対側に別の接触部１０３０を有している。このため、接触部１０３０の��部がセパレータ２３に接触し、セパレータ２３が損傷する。又、この場合、ガス流路形成部材１０２１及びセパレータ２３間の通電に要する接触面積を確保しにくい。このため、ガス流路形成部材１０２１からセパレータ２３へと電流が流れ難くなり、発電効率が低下する。【０００７】  上述の問題を解消するために、図４０に示すラスカット成形装置が採用されていた。図４０に示すように、ラスカット成形装置は、剪断刃３３３ｂのみが形成された第１剪断型３３３と、第１剪断型３３３の上方に位置し、凹部３３４ｂと凸部３３４ａとが交互に形成された第２剪断型３３４とを備えている。この装置を用いてラスカットメタルを成形する際、一回の第２剪断型３３４の昇降動作において、凹部３３４ｂ及び凸部３３４ａにより、上側の半リング部と下側の半リング部とが交互に形成される。この場合、凸部３３４ａによって形成される下側の半リング部が下方に変形することにより、凹部３３４ｂによって形成される上側の半リング部が斜め下方に垂れ下がる。この垂れ下がる部分は、図５１に示す屈曲平面部１０２９を形成している。屈曲平面部１０２９は、ガス流路形成部材１０２１の接触部１０２９として機能し、ガス拡散層１０１９に面接触する。これにより、前述した接触部１０２９の食い込みに起因する問題が解消される。しかし、屈曲平面部１０２９ａを形成する場合、ガス流路形成部材１０２１の厚さＴが小さくなり、ガス流路の有効面積が小さくなるため、発電効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−８７７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明の目的は、ガス流路形成部材の接触部がガス拡散層に食い込むことを防止することができ、燃料電池の発電効率が向上するガス流路形成部材、ガス流路形成部材の製造方法、ガス流路形成部材の製造に用いる成形装置、ガス流路形成部材を備える燃料電池の発電セル、及び燃料電池の発電セルの製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記の課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、燃料電池の発電セルに用いられるガス流路形成部材が提供される。発電セルは、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、隣接する発電セルを隔離するためのセパレータと、ガス拡散層及びセパレータ間に配置され、ガス流路を有するガス流路形成部材とを備えている。発電セルは、ガス流路を通じて電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給することにより、電極層において電極反応が生じて発電するように構成されている。発電セルに用いられるガス流路形成部材は、金属薄板よりなるラスカットメタルからなる。ラスカットメタルには、複数の貫通孔が網目状に形成されている。ガス流路形成部材は、各貫通孔を形成する複数のリング部を有している。リング部は、ガス拡散層との接触部に平面部を有している。【００１１】  この構成によれば、ガス流路形成部材の貫通孔を形成するリング部において、カーボンペーパー等のガス拡散層との接触部に平面部が形成されている。これにより、ガス拡散層に対して接触部を面で接触させることができる。このため、ガス拡散層に接触部が食い込むことはなく、ガス拡散層の破壊が防止される。また、ガス拡散層の破片がガス流路形成部材のガス通路に侵入しなくなる。よって、ガス通路の有効面積の減少も抑制される。【００１２】  上記のガス流路形成部材において、ガス流路形成部材は、更に、セパレータとの接触部に平面部を有していることが好ましい。  上記のガス流路形成部材において、各貫通孔及びリング部は断面六角形状に形成され、接触部は六角形の一辺と対応する位置に設けられていることが好ましい。【００１３】  上記の課題を解決するため、本発明の第二の態様によれば、燃料電池の発電セルに用いられるガス流路形成部材の製造方法が提供される。発電セルは、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、隣接する発電セルを隔離するためのセパレータと、ガス拡散層及びセパレータ間に配置され、ガス流路を有するガス流路形成部材とを備えている。発電セルは、ガス流路を通じて電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給することにより、電極層において電極反応が生じて発電するように構成されている。このガス流路形成部材の製造方法は、金属薄板に複数の貫通孔を網目状に形成して、ラスカットメタルを製造する第１の工程と、第１の工程の後、ラスカットメタルの各貫通孔を形成するリング部においてガス拡散層との接触部に平面部を形成する第２の工程とを含む。【００１４】  上記のガス流路形成部材の製造方法において、第２の工程では、第１の工程で製造されたラスカットメタルを一対のローラ間に入れてラスカットメタルを圧縮し、接触部を塑性変形させることにより、平面部が形成されることが好ましい。【００１５】  上記のガス流路形成部材の製造方法において、第２の工程では、第１の工程であるラスカットメタルの製造時に、固定切断型と可動切断型とを用いて、接触部をラスカットメタルの厚み方向に塑性変形させることにより、平面部が形成されることが好ましい。【００１６】  上記の課題を解決するため、本発明の第三の態様によれば、ガス流路形成部材の製造に用いられる成形装置が提供される。成形装置は、所定のピッチで��互に配置された第１凹部及び第１凸部を有する固定切断型と、固定切断型の第１凹部と第１凸部とにそれぞれ噛合され、所定のピッチで配置された第２凸部及び第２凹部を有する可動切断型とを備えている。可動切断型は、金属薄板の厚み方向及び幅方向に沿って往復動可能である。固定切断型の第１凹部と第１凸部とを可動切断型の第２凸部と第２凹部とにそれぞれ噛合させることで、金属薄板に所定のピッチで複数の切れ目が入れられると共に同金属薄板が曲げ伸ばされて、金属薄板に各貫通孔を形成する複数のリング部が形成される。また、固定切断型の第１凸部の上面には傾斜面が形成されている。傾斜面は、金属薄板の送り方向となる下流側に向かうほど低くなるように傾斜している。【００１７】  上記の課題を解決するため、本発明の第四の態様によれば、ガス流路形成部材の製造に用いられる成形装置が提供される。成形装置は、所定のピッチで交互に配置された第１凹部及び第１凸部を有する固定切断型と、固定切断型の第１凹部と第１凸部とにそれぞれ噛合され、所定のピッチで配置された第２凸部及び第２凹部を有する可動切断型とを備えている。可動切断型は、金属薄板の厚み方向及び幅方向に沿って往復動可能である。固定切断の第１凹部と第１凸部とを可動切断型の第２凸部と第２凹部とにそれぞれ噛合させることで、金属薄板に所定のピッチで複数の切れ目が入れられると共に同金属薄板が曲げ伸ばされて、金属薄板に各貫通孔を形成する複数のリング部が形成される。可動切断型の第２凸部の下面には傾斜面が形成されている。傾斜面は、金属薄板の送り方向とは逆の上流側に向かうほど高くなるように傾斜している。【００１８】  上記の成形装置において、固定切断型及び可動切断型は、リング部において燃料電池のガス拡散層との接触部分を挟む両側部を、貫通孔の中心に向けてそれぞれ屈曲させることが好ましい。【００１９】  上記の課題を解決するため、本発明の第四の態様によれば、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、ガス拡散層とセパレータとの間に介在され、燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するためのガス流路を有するガス流路形成部材とを備え、ガス流路により電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスが供給されて、電極層での電極反応により発電するように構成されたガス流路形成部材が提供される。ガス流路形成部材は、貫通孔を有する複数のリング部を金属薄板に網目状に形成してなるラスカットメタルからなる。リング部においてガス拡散層の表面と接触する第１接触部には第１平面部が形成されている。また、リング部においてセパレータの裏面と接触する第２接触部には第２平面部が形成されている。第１平面部のガス流路方向の幅は、第２平面部のガス流路方向の幅よりも広く設定されている。【００２０】  この構成によれば、ガス流路形成部材には、貫通孔を形成する複数のリング部が形成されている。リング部の外周縁のうち、カーボンペーパー等のガス拡散層と接触する第１接触部には、第１平面部が、プレス成形により形成されている。このため、ガス拡散層の表面に対し、第１平面部を面接触させることができる。このため、ガス拡散層には、第１接触部が食い込まない。よって、ガス拡散層の破壊が防止される。従って、ガス流路形成部材のガス流路にガス拡散層の破片が侵入してガス流路の有効面積が減少することを防止できる。【００２１】  一方、リング部の外周縁のうち、セパレータと接触する第２接触部にも、第２平面部が、プレス成形により形成されている。このため、セパレータの裏面に対しても、第２平面部を面接触させることができる。このため、セパレータの損傷が防止される。また、ガス流路形成部材とセパレータとの間の通電面積も確保できる。よって、発電時の電気抵抗が低減され、発電効率が向上する。【００２２】  さらに、第１平面部の幅は、ガス拡散層への第１平面部の食い込みを防止すべく相対的に広く設定されている。また、第２平面部の幅は、セパレータへの損傷を防止し、かつ第２平面部とセパレータとの間の通電面積を確保できる程度に、第１平面部よりも小さく設定されている。これにより、ガス流路形成部材の厚さ寸法を適正に保持でき、ガス流路形成部材内のガス流路の有効面積を確保することもできる。仮に、第２平面部を第１平面部と同じ幅に設定した場合、第１及び第２平面部をプレス成形すると、ガス流路形成部材が過剰に圧縮されてしまう。よって、ガス流路形成部材の厚さが小さくなり、ガス流路も小さくなる。【００２３】  上記のガス流路形成部材において、複数のリング部を連結する連結板部を備え、リング部には、ガス拡散層に面する第１半リング部が設けられ、第１半リング部は、連結板部に連結された一対の第１側板部と、各第１側板部の端部に一体に連結された一対の第１傾斜板部と、両第１傾斜板部に対しそれらを架橋するように一体に連結された第１平板部とを備え、第１平板部は、ガス拡散層と接触する第１接触部を備え、第１接触部には第１平面部が成形され、リング部には、セパレータに面する第２半リング部が設けられ、第２半リング部は、連結板部に一体に連結された一対の第２傾斜板部と、各第２傾斜板部の端部に一体に連結され、かつ平行に配置された一対の第２側板部と、両第２側板部に対しそれらを架橋するように一体に連結された第２平板部とを備え、第２平板部は、セパレータと接触する第２接触部を備え、第２接触部には第２平面部が成形されていることが好ましい。【００２４】  上記の課題を解決するため、本発明の第五の態様によれば、ガス流路形成部材の製造方法が提供される。その製造方法は、複数の第１凹部と第１凸部とが交互に所定のピッチで形成された第１剪断型と、第１凹部に対応する第２凸部と第１凸部に対応する第２凹部とが交互に所定のピッチで複数箇所に形成された第２剪断型とを用いて、金属薄板の端部の複数箇所に対しガス拡散層に面する第１半リング部とセパレータに面する第２半リング部とを交互に形成する第１の工程と、金属薄板を所定量送り、第１剪断型及び第２剪断型を金属薄板の送り方向と直交する方向にオフセットし、金属薄板の複数箇所に対し第１半リング部と第２半リング部とを交互に形成する第２の工程と、第１及び第２の工程と同様の工程を交互に繰り返すことにより、金属薄板の送り方向に沿って隣接する第１半リング部と第２半リング部とによって、貫通孔を有する複数のリング部を金属薄板に網目状に形成してラスカットメタルを得る第３の工程と、第３の工程後、ラスカットメタルの両面を同時���プレスして、第１半リング部の第１接触部に第１平面部を形成し、第２半リング部の第２接触部に第２平面部を形成する第４の工程であって、第１平面部のガスの流路方向の幅は、第２平面部のガスの流路方向の幅よりも小さく設定されている第４の工程とを備えている。【００２５】  上記の課題を解決するため、本発明の第六の態様によれば、ガス流路形成部材の製造方法に用いる成形装置が提供される。成形装置は、第１剪断型と、第２剪断型と、複数のリング部が配置されたラスカットメタルをその厚さ方向にプレス成形するプレス装置とを備えている。ラスカットメタルは、第１及び第２剪断型を金属薄板の厚み方向と金属薄板の送り方向に直交する方向とにそれぞれ往復動させ、第１凹部と第２凸部及び第１凸部と第２凹部をそれぞれ噛み合わせ、金属薄板に対し所定のピッチで複数の切れ目を入れてから金属薄板を曲げ伸ばすことにより形成され、第１凸部及び第１凹部の形状、及び第２凹部及び第２凸部の形状は、第１半リング部及び第２半リング部の押圧時の変形量を相違させて両半リング部をプレスするように設定されている。【００２６】  上記の成形装置において、第１剪断型の第１凸部、及び第２剪断型の第２凹部は、第１半リング部を構成する一対の第１側板を成形する成形面と、両第１側板に連結された一対の第１傾斜板部を成形する成形面と、両第１傾斜板部に対しそれらを架橋するように連結された第１平板部を成形する成形面とを備えている。また、第１剪断型の第１凹部、及び第２剪断型の第２凸部は、第２半リング部を構成する一対の第２傾斜板部を成形する成形面と、第１傾斜板部に連結された一対の第２側板部を成形する成形面と、第２側板部に対しそれらを架橋するように連結された第２平板部を成形する成形面とを備えている。【００２７】  上記の問題点を解決するために、本発明の第七の態様によれば、電極層と、電極層の表面に形成されたガス拡散層と、ガス拡散層と対向するセパレータと、ガス拡散層とセパレータとの間に介在し、燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方を電極層に供給するガス流路が形成されたガス流路形成部材とを備え、電極層において生じる電極反応により発電を行う燃料電池の発電セルにおいて、ガス流路形成部材は、金属薄板により形成されたラスカットメタルによって構成され、同ガス流路形成部材には、所定形状の貫通孔を有する多数のリング部が網目状に形成され、リング部には、ガス拡散層の表面と面接触する屈曲平面部が形成され、該屈曲平面部とリング部を連結する連結板部との間には、非屈曲平面部が形成され、屈曲平面部と非屈曲平面部とは、ラスカット成形装置により前後して複数工程で成形される燃料電池の発電セルが提供される。【００２８】  この発明は、ガス流路形成部材の貫通孔を形成するリング部の外周縁のうちカーボンペーパー等のガス拡散層と接触する接触部に屈曲平面部が形成されているので、ガス拡散層の表面に対し、屈曲平面部が面接触される。このため、ガス拡散層に接触部が食い込むことはなく、ガス拡散層の破壊が防止されるとともに、ガス流路形成部材のガス通路に破壊されたガス拡散層が侵入してガス通路の有効面積が減少することはない。【００２９】  又、この発明は屈曲平面部と非屈曲平面部を二回のラスカット加工により成形するようにしたので、一回のラスカット加工によりリング部の幅方向の全域に幅広い屈曲平面部を成形する構造と比較して、屈曲平面部の形成幅を小さくし、その分、ガス流路形成部材の厚さを大きくすることができ、ガス流路の有効面積を増大し、発電効率を向上することができる。【００３０】  また、本発明の燃料電池の発電セルにおいて、各リング部は、五角形状又は六角形状に成形されていることが好ましい。  上記の課題を解決するため、本発明の第八の態様によれば、直線状の第１剪断刃を有する第１剪断型と、所定の間隔を隔てて交互に形成された複数の凹部と凸部とを備え、各凸部に、第１剪断刃と協働して金属薄板に複数の切り込みを形成する第２剪断刃が設けられた第２剪断型とを用いて、金属薄板において同金属薄板の送り方向に沿って交互に位置する複数の第１被加工部分及び第２被加工部分を順次加工し、金属薄板の第１被加工部分を第１剪断型及び第２剪断型に対して中間成形位置にまで送った状態で、同第１被加工部分に対し屈曲平面部を含む半リング部を成形する第１の工程と、第１の工程の後に、第１被加工部分を第１剪断型及び第２剪断型に対して最終成形位置にまで更に送った状態で、同第１被加工部分に対し非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第２の工程と、第２の工程の後に、金属薄板において同金属薄板の送り方向の上流側から第１被加工部分に隣接する第２被加工部分を第１剪断型及び第２剪断型に対して中間成形位置にまで送った状態で、第２剪断型を金属薄板の送り方向と直交する方向にオフセットさせて、第２被加工部分に対し屈曲平面部を含む半リング部を成形する第３の工程と、第３の工程の後に、第２被加工部分を第１剪断型及び第２剪断型に対して最終成形位置にまで更に送った状態で、同第２被加工部分に対し非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第４の工程と、第１及び第２の工程と、第３及び第４の工程とを交互に繰り返し行い、金属薄板に対しリング部を網目状に成形してラスカットメタルを成形する工程と、を含む燃料電池の発電セルの製造方法が提供される。【００３１】  また、本発明の燃料電池の発電セルの製造方法において、第２の工程及び第４の工程は、それぞれ複数回行われることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本願発明のガス流路形成部材を備えた発電セルからなる燃料電池スタックの縦断面図。
【図２】発電セルの分解斜視図。
【図３】本願発明の第１実施形態に係る第１ガス流路形成部材の部分斜視図及び部分断面図。
【図４】ラスカット加工装置を示す断面図。
【図５】固定切断型及び可動切断型の部分斜視図。
【図６】ラスカット加工装置の固定切断型と可動切断型とが噛合された状態を示す部分断面図。
【図７】ラスメタルの部分平面図。
【図８】図７の８−８線に沿った断面図。
【図９】平面部を形成する前のラスメタルの部分斜視図。
【図１０】平面部形成装置の模式図。
【図１１】カーボンペーパー、第１ガス流路形成部材、及び第１セパレータが積層された状態を示す部分断面図。
【図１２】固定切断型及び可動切断型の別の実施形態を示す部分斜視図。
【図１３】図１２に示す固定切断型及び可動切断型を用いてラスメタルの平面部を形成する方法を説明するための断面図。
【図１４】カーボンペーパー、第１ガス流路形成部材、及び第１セパレータが積層された状態を示す部分断面図。
【図１５】本発明の平面部成形装置の別の実施形態を示す部分断面図。
【図１６】平面部を形成する前のラスメタルの断面図。
【図１７】平面部を形成した後のラスメタルの断面図。
【図１８】平面部を形成する前のラスメタルの断面図。
【図１９】平面部を形成した後のラスメタルの断面図。
【図２０】（ａ），（ｂ）ラスカット加工装置の別の実施形態を示す部分断面図。
【図２１】固定切断型の別の実施形態を示す部分断面図。
【図２２】本願発明の第２実施形態に係るガス流路形成部材の部分斜視図。
【図２３】ガス流路形成部材の部分正面図。
【図２４】ガス流路形成部材の部分断面図。
【図２５】ラスカット加工装置を示す断面図。
【図２６】第１剪断型及び第２剪断型の部分斜視図。
【図２７】ラスカット加工装置の加工動作を説明するための部分断面図。
【図２８】ラスカットメタルの部分斜視図。
【図２９】ラスカットメタルの部分正面図。
【図３０】ラスカットメタルの断面図。
【図３１】ラスカットメタルのリング部を拡大して示す部分正面図。
【図３２】プレス装置の正面図。
【図３３】ガス拡散層、第１ガス流路形成部材、及び第１セパレータの積層構造を示す拡大断面図。
【図３４】リング部の別の実施形態を示す部分正面図。
【図３５】本願発明の第３実施形態に係るガス流路形成部材の部分斜視図。
【図３６】第１ガス流路形成部材の一部を示す正面図。
【図３７】第１ガス流路形成部材の一部を示す断面図。
【図３８】ガス拡散層、第１ガス流路形成部材及び第１セパレータの積層状態を示す断面図。
【図３９】ラスメタルのラスカット成形装置を示す断面図。
【図４０】第１剪断型及び第２剪断型の一部を示す斜視図。
【図４１】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４２】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４３】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４４】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４５】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４６】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４７】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４８】（ａ）はガス流路形成部材の製造工程を示す側断面図、（ｂ）は同製造工程を示す正面図。
【図４９】従来の発電セルを構成するカーボンペーパー、第１ガス流路形成部材、及び第１セパレータが積層された状態を示す断面図。
【図５０】カーボンペーパーに対し第１セパレータが押し付けられた状態を示す断面図。
【図５１】従来の発電セルのガス拡散層、ガス流路形成部材及びセパレータの積層構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】（第１実施形態）  以下、本発明のガス流路形成部材を固体高分子型の燃料電池スタック１１に適用した一実施形態について図１〜図２１に従って説明する。
【００３４】  図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１１は、複数の発電セル１２を積層して構成されている。発電セル１２は、第１及び第２フレーム１３，１４と、電極構造体としてのＭＥＡ１５（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ: 膜−電極接合体）とを備えている。第１及び第２フレーム１３，１４は、いずれも合成ゴム又は合成樹脂からなり、四角枠状に形成されている。また、第１及び第２フレーム１３，１４は、燃料ガス通路空間Ｓ１及び酸化剤ガス通路空間Ｓ２をそれぞれ有している。ＭＥＡ１５は、両フレーム１３，１４間に配置されている。又、発電セル１２は、燃料ガス通路空間Ｓ１に収容された第１ガス流路形成部材２１と、酸化剤ガス通路空間Ｓ２に収容された第２ガス流路形成部材２２とを備えている。第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２は、いずれもチタンよりなる。さらに、発電セル１２は、第１セパレータ２３と、第２セパレータ２４とを備えている。第１セパレータ２３は、第１フレーム１３及び第１ガス流路形成部材２１の上面に接着され、第２セパレータ２４は、第２フレーム１４及び第２ガス流路形成部材２２の下面に接着されている。第１及び第２セパレータ２３，２４は、いずれもチタンよりなり、平板状に形成されている。なお、図２において、ガス流路形成部材２１，２２の形状は簡略化されている。
【００３５】  第１フレーム１３の対向する一対の縁部には、長孔からなるガス通路１３ａ，１３ｂがそれぞれ形成されている。第２フレーム１４の対向する一対の縁部にも、長孔からなるガス通路１４ａ，１４ｂがそれぞれ形成されている。ガス通路１３ａ，１３ｂ及びガス通路１４ａ，１４ｂは、第１及び第２フレーム１３，１４の互いに対応しない縁部にそれぞれ形成されている。
【００３６】  ＭＥＡ１５は、電解質膜１６と、アノード電極層１７及びカソード電極層１８と、導電性を有するガス拡散層としてのカーボンペーパー１９，２０とにより構成されている。アノード電極層１７は、電解質膜１６の上面に所定の触媒を積層することにより形成され、カソード電極層１８は、電解質膜１６の下面に所定の触媒を積層して形成されている。カーボンペーパー１９，２０は、アノード及びカソード電極層１７，１８の表面にそれぞれ接着されている。第１セパレータ２３において、直交する一対の縁部にはガス導入口２３ａがそれぞれ形成され、他の直交する一対の縁部にはガス導出口２３ｂがそれぞれ形成されている。同様に、第２セパレータ２４においても、直交する一対の縁部にはガス導入口２４ａがそれぞれ形成され、他の直交する一対の縁部にはガス導出口２４ｂがそれぞれ形成されている。
【００３７】  図３に示すように、第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２は、０．１ｍｍ程度の厚みを有するチタン製のラスカットメタル２５（以下、単に、ラスメタルと称す）によって形成されている。ラスメタル２５には、略六角形状の貫通孔２６が千鳥配列で形成されている。貫通孔２６を形成するリング部２７は、互いに重なるようにして連結されている。リング部２７には、カーボンペーパー１９，２０と接触する第１接触部２８と、第１又は第２セパレータ２３，２４の内面と接触する第２接触部２９とが形成されている。また、第１及び第２接触部２８，２９には、第１及び第２平面部２８ａ，２９ａがそれぞれ形成されている。第１平面部２８ａは、カーボンペーパー１９，２０と面で接触し、第２平面部２９ａは、セパレータ２３，２４と面で接触する。
【００３８】  第１ガス流路形成部材２１は、カーボンペーパー１９の表面及び第１セパレータ２３の内面と接触するように、第１フレーム１３の燃料ガス通路空間Ｓ１内に配置されている。第２ガス流路形成部材２２は、カーボンペーパー２０の表面及び第２セパレータ２４の内面と接触するように、第２フレーム１４の酸化剤ガス通路空間Ｓ２内に配置されている。
【００３９】  図２に矢印Ｇ１で示すように、第１ガス流路形成部材２１により、第１セパレータ２３の第１ガス導入口２３ａから燃料ガス通路空間Ｓ１に導入された燃料ガスは、第１ガス導出口２３ｂ、又は第２フレーム１４のガス通路１４ｂ及び第２セパレータ２４の第１ガス導出口２４ｂに流れる。図２に矢印Ｇ２で示すように、第２ガス流路形成部材２２により、第１セパレータ２３の第２ガス導入口２３ａから第１フレーム１３のガス通路１３ａを通して酸化剤ガス通路空間Ｓ２に導入された酸化剤ガスは、第１フレーム１３のガス通路１３ｂを通して第２ガス導出口２３ｂ、又は第２セパレータ２４の第２ガス導出口２４ｂに流れる。
【００４０】  第１フレーム１３と電解質膜１６及び第２フレーム１４との接触面におけるシール性を確保するため、第１及び第２フレーム１３，１４はいずれも合成ゴムにより成形されている。このため、発電セル１２を積層して燃料電池スタック１１を構成する際、燃料電池スタック１１の締結による荷重により、第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２は、第１及び第２セパレータ２３，２４によってそれぞれＭＥＡ１５に押圧された状態で組み付けられる。従って、第１ガス流路形成部材２１において、第１接触部２８の第１平面部２８ａとカーボンペーパー１９との接触状態、及び第２接触部２９の第２平面部２９ａと第１セパレータ２３との接触状態がいずれも適正に保持される。なお、第２ガス流路形成部材２２においても、ガス流路形成部材２１と同様に構成されているため、第１接触部２８の第１平面部２８ａとカーボンペーパー２０との接触状態、及び第２接触部２９の第２平面部２９ａと第２セパレータ２４との接触状態がいずれも適正に保持される。
【００４１】  積層された発電セル１２間では、第１セパレータ２３の第１ガス導入口２３ａ及び第２セパレータ２４の第１ガス導入口２４ａが、第１フレーム１３の燃料ガス通路空間Ｓ１及び第２フレーム１４のガス通路１４ａを介して連通されている。これにより、燃料ガス（水素ガス）流通路が形成される。一方、第１セパレータ２３の第２ガス導入口２３ａ及び第２セパレータ２４の第２ガス導入口２４ａが、第１フレーム１３のガス通路１３ｂ及び第２フレーム１４の酸化剤ガス通路空間Ｓ２を介して連通されている。これにより、酸化剤ガス（空気）流通路が形成される。
【００４２】  燃料ガス流通路に供給された燃料ガスは、第１ガス流路形成部材２１によって、燃料ガス通路空間Ｓ１内を均一に拡散して流れる。また、酸化剤ガス通路空間Ｓ２に供給された酸化剤ガスも、第２ガス流路形成部材２２によって、酸化剤ガス通路空間Ｓ２内を均一に拡散して流れる。即ち、燃料ガス通路空間Ｓ１内の燃料ガスの流れは、第１ガス流路形成部材２１に形成された千鳥配列の貫通孔２６を通過することによって乱流となる。その結果、燃料ガスは、ガス通路空間Ｓ１内において均一に拡散される。これにより、燃料ガスは、カーボンペーパー１９を通過して拡散され、アノード電極層１７に対して均一に供給される。
【００４３】  同様に、酸化剤ガス通路空間Ｓ２内の酸化剤ガスの流れも、第２ガス流路形成部材２２に形成された千鳥配列の貫通孔２６を通過することによって乱流となる。その結果、酸化剤ガスは、酸化剤ガス通路空間Ｓ２内において均一に拡散される。これにより、酸化剤ガスは、カーボンペーパー２０を通過して拡散され、カソード電極層１８に対して均一に供給される。こうして、燃料ガスと酸化剤ガスとがＭＥＡ１５に供給されることにより、ＭＥＡ１５では電極反応が生じて発電される。燃料電池スタック１１では、複数の発電セル１２が積層されているため、所望の出力が得られる。
【００４４】  次に、第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２の製造方法について説明する。  第１ガス流路形成部材２１は、図４に示すラスカット加工装置を用いて成形される。ラスカット加工装置は、チタン薄板２５Ａを順次供給する一対の送りローラ３１を備えている。ラスカット加工装置は、ラスメタル２５を成形するための成形機構３２を備えている。成形機構３２は、チタン薄板２５Ａに複数の切れ目を入れると共に、薄板２５Ａを曲げ伸ばして塑性変形させる。成形機構３２は、チタン薄板２５Ａに複数の六角形の貫通孔２６を網目状に、かつチタン薄板２５Ａを階段状に成形する。成形機構３２は、所定位置に移動不能に固定された固定切断型３３と、上下左右に往復動可能な可動切断型３４とを備えている。
【００４５】  図５に示すように、固定切断型３３は、チタン薄板２５Ａの送り方向となる下流側に側壁３３ａを有している。側壁３３ａの上部には、複数の凸部３３ｂ（第１凸部）と凹部３３ｃ（第１凹部）とが形成されている。凸部３３ｂ及び凹部３３は、横方向に所定のピッチで交互に形成されている。可動切断型３４の下部には、固定切断型３３の凹部３３ｃ及び凸部３３ｂにそれぞれ噛合される複数の凸部３４ａ（第２凸部）及び凹部３４ｂ（第２凹部）が形成されている。凸部３４ａ及び凹部３４ｂは、横方向に所定のピッチで交互に形成されている。固定切断型３３は、凹部３３ｃの内側面の上端に、チタン薄板２５Ａに切れ目を入れる剪断刃３３ｄを有している。また、可動切断型３４は、凸部３４ａの下端に、チタン薄板２５Ａに切れ目を入れる剪断刃３４ｃを有している。
【００４６】  図４に示すように、送りローラ３１によって、チタン薄板２５Ａは、所定の加工ピッチずつ、固定切断型３３から可動切断型３４へと送られる。この状態で、固定切断型３３の剪断刃３３ｄと下降する可動切断型３４の剪断刃３４ｃとによって、チタン薄板２５Ａの一部を剪断してチタン薄板２５Ａに複数の切れ目を入れる。更に、可動切断型３４は最下点位置まで下降し、可動切断型３４の凸部３４ａによりチタン薄板２５Ａを下方に押圧して曲げ伸ばす。チタン薄板２５Ａの一部がこうして曲げ伸ばされることにより、図６に示すような略台状に形成される。その後、可動切断型３４は、最下点位置から上方に移動し、原位置まで戻る。
【００４７】  次に、送りローラ３１は、再び、チタン薄板２５Ａを、所定のピッチだけ成形機構３２に向けて送り出す。これと同期して、可動切断型３４が、リング部２７の配列ピッチの半分の距離だけ左又は右に移動する。そして、可動切断型３４が再び下降し、チタン薄板２５Ａに対し、前回の加工された曲げ伸ばし部から半ピッチだけ左又は右にオフセットした位置に切れ目を入れると共に、曲げ伸ばし加工を行う。こうして、チタン薄板２５Ａに複数の貫通孔２６が形成されて、チタン薄板２５Ａが曲げ伸ばされることにより、ラスメタル２５が成形される。
【００４８】  上述の動作を繰り返すことによって、ラスメタル２５には、図７〜図９に示すように、複数の貫通孔２６が網目状に、かつ千鳥配列で形成される。その際、固定切断型３３の凸部３３ｂ及び凹部３３ｃと可動切断型３４の凸部３４ａ及び凹部３４ｂとがそれぞれ噛み合わされるものの、ラスメタル２５には、下降する可動切断型３４により加工されない未加工部分が形成される。この未加工部分によって、複数のリング部２７は、互いに重なるようにして連結される。こうして、図８及び図９に示すように、階段状の断面を有するラスメタル２５が形成される。
【００４９】  次に、ラスメタル２５の第１及び第２接触部２８，２９に対し第１及び第２平面部２８ａ，２９ａを形成する方法について説明する。  図１０に示すように、平面部形成装置４０は、ベッド４１の上面にラスメタル２５を支持するための一対のテーブル４２，４３を備えている。ベッド４１の上面には、平面部形成機構４４が装着されている。平面部形成機構４４は、コラム４５と、コラム４５に装着された図示しないモータと、モータにより回転する一対の圧縮ローラ４６，４７とを備えている。
【００５０】  ラスメタル２５の第１及び第２接触部２８，２９に平面部２８ａ，２９ａを形成するに際し、矢印方向に回転する圧縮ローラ４６，４７間にテーブル４２からラスメタル２５を送り込む。そして、一対の圧縮ローラ４６，４７により、ラスメタル２５の上面と下面とをそれぞれ圧縮しながら、図１０に示す右方向へとラスメタル２５を送り出す。この動作により、ラスメタル２５の第１及び第２接触部２８，２９は、上下方向から所定量だけそれぞれ圧縮される。これにより、第１及び第２接触部２８，２９が塑性変形し、第１接触部２８に第１平面部２８ａが形成され、第２接触部２９に第２平面部２９ａが形成される。その後、ラスメタル２５を所定寸法に切断し、第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２が形成される。
【００５１】  図１１に示すように、第１ガス流路形成部材２１は、カーボンペーパー１９の上面に第１平面部２８ａを面接触させ、第２平面部２９ａを第１セパレータ２３の裏面に面接触させた状態で、図１に示す発電セル１２内に組み込まれる。
【００５２】  第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。  （１）第１フレーム１３の燃料ガス通路空間Ｓ１内に収容された第１ガス流路形成部材２１はラスメタル２５からなる。また、第２フレーム１４の酸化剤ガス通路空間Ｓ２内に収容された第２ガス流路形成部材２２もラスメタル２５からなる。そして、ラスメタル２５の貫通孔２６を形成するリング部２７において、カーボンペーパー１９と接触する第１接触部２８には、第１平面部２８ａが形成されている。このため、繊維からなるカーボンペーパー１９に対し第１接触部２８を面で接触させることができる。よって、カーボンペーパー１９の表面に第１接触部２８が食い込むことを防止することができる。従って、第１ガス流路形成部材２１の燃料ガス流路と第２ガス流路形成部材２２の酸化剤ガス流路とにカーボンペーパー１９，２０が侵入することを防止できる。よって、燃料ガス通路空間Ｓ１及び酸化剤ガス通路空間Ｓ２の有効断面積の低減が防止される。従って、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量の低減が防止されて、発電効率の低下が回避される。
【００５３】  又、第１及び第２接触部２８，２９がカーボンペーパー１９，２０と線で接触する場合と比較して、カーボンペーパー１９，２０と第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２との電気的な接続を適正に行うことができる。これにより、カーボンペーパー１９，２０から第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２への電気の流れが円滑になり、集電効率が向上する。更に、第１及び第２接触部２８，２９によるカーボンペーパー１９，２０の損傷を防止することもできる。これにより、切断されたカーボン繊維によりガス流路形成部材２１，２２のガス通路に目詰まりが生じることを防止でき、発電性能を確保することができる。
【００５４】  （２）第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２の第２接触部２９には、第２平面部２９ａが形成されている。これにより、第１及び第２セパレータ２３，２４に対し第２平面部２９ａを面で接触させることができる。このため、第２接触部２９が第１及び第２セパレータ２３，２４と線で接触する場合と比較して、第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２と第１及び第２セパレータ２３，２４との電気的な接続を適正に行うこともできる。これにより、両ガス流路形成部材２１，２２から両セパレータ２３，２４への電気の流れが円滑になり、集電効率が向上する。また、第２接触部２９による両セパレータ２３，２４の損傷を防止することもできる。
【００５５】  （３）平面部形成装置４０は、図１０に示すような一対のローラ４６，４７を備えている。一対のローラ４６，４７を用いることで、ラスメタル２５の第１及び第２接触部２８，２９に平面部２８ａ，２９ａを容易に成形することができる。
【００５６】  なお、第１実施形態は以下のように変更してもよい。  ・例えば、成形機構３２の固定切断型３３の構造を、図１２〜図１４に示すように変更してもよい。この場合、固定切断型３３の各凸部３３ｂの上面には傾斜面３３ｅが形成されている。傾斜面３３ｅは、チタン薄板２５Ａの送り方向となる下流側に向かうほど低くなるように傾斜している。又、可動切断型３４の凹部３４ｂの内面にも、傾斜面３４ｄが形成されている。傾斜面３４ｄは、傾斜面３３ｅと同じく、チタン薄板２５Ａの送り方向となる下流側に向かうほど低くなるように傾斜している。そして、固定切断型３３と可動切断型３４とによりラスメタル２５を加工する際、図１３に示すように、傾斜面３３ｅ，３４ｄにより、リング部２７の第１接触部２８に屈曲部が形成される。この屈曲部の表面が第１平面部２８ａとなる。この場合、カーボンペーパー１９と接触する第１接触部２８のみに第１平面部２８ａが形成される。また、図１３の二点鎖線で示すように、可動切断型３４の厚みを大きくして、同可動切断型３４に対し傾斜面３４ｄから水平に張り出すフラット部３４ｅを形成してもよい。これにより、可動切断型３４の剛性が向上する。
【００５７】  こうして製造された第１ガス流路形成部材２１は、図１４に示すように、第１接触部２８の第１平面部２８ａをＭＥＡ１５のカーボンペーパー１９に面で接触させた状態で発電セル１２に組み込まれる。
【００５８】  ・図１５に示すように、可動切断型３４の凸部３４ａの下面に対し、チタン薄板２５Ａの送り方向の上流側に向かうほど高くなる傾斜面３４ｆを形成してもよい。この場合、第２接触部２９に平面部２９ａが形成される。
【００５９】  ・図１２に示す構成と、図１５に示す構成とを併用してもよい。この場合、ガス流路形成部材２１の両接触部２８，２９に第１平面部２８ａ，第２平面部２９ａをそれぞれ形成することができる。
【００６０】  ・貫通孔２６を形成する六角形のリング部２７からなる図１６に示すラスメタル２５を、図１０に示す平面部形成装置４０に通して平面部を形成すると、図１７に示すように、六角形のリング部２７においてカーボンペーパー２０との接触部分を挟む両側部が外方に膨らむ。これにより、カーボンペーパー２０とラスメタル２５とに囲まれたガス通路Ｔの有効面積が狭くなる傾向にある。これに対処するため、図１８に示すように六角形状のリング部２７の両側部を貫通孔２６の中心に向けてそれぞれ屈曲させて、略Ｌ字状又は円弧状の屈曲部２７ａを形成してもよい。図１８に示すラスメタル２５を成形した後、ラスメタル２５を平面部形成装置４０に通すと、図１９に示すように、貫通孔２６の面積が小さくなる反面、ガス通路Ｔの有効面積が広くなり、燃料電池の発電効率が向上する。
【００６１】  例えば、図２０（ａ）に示すように、リング部２７に屈曲部２７ａを形成するため、可動切断型３４の凸部３４ａ及び凹部３４ｂの両側面を斜面に変更してもよい。これとは別に、図２０（ｂ）に示すように、固定切断型３３の凸部３３ｂ及び凹部３３ｃの両側面を斜面に変更してもよい。
【００６２】  ・プレス機により、ラスメタル２５を厚み方向に所定量圧縮することにより、第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２に平面部２８ａ，２９ａを形成してもよい。又、第１接触部２８及び第２接触部２９を研削盤や機械加工により形成してもよい。
【００６３】  ・第１及び第２ガス流路形成部材２１，２２の材料として、ステンレス板以外に、例えば、アルミニウム、銅、チタン等の導電性を有する金属板を用いてもよい。  ・図２１に示すように、固定切断型３３を、別体であるダイ３３ｈと下側可動切断型３３ｉとから構成してもよい。この場合、上側の可動切断型３４は、図示しない昇降機構やサーボモータＭ１等により上下左右に往復動可能である。ダイ３３ｈは、所定の位置に固定されている。また、下側可動切断型３３ｉは、サーボモータＭ２により左右に往復移動可能である。図１２に示す固定型３３の構造についても、図２１に示す構成と同様に、別体であるダイと下側可動切断型とから構成してもよい。（第２実施形態）  以下、本発明の第２実施形態を図２２〜図３４を参照して説明する。なお、第２実施形態における第１実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００６４】  図２３に示すように、リング部２２７の上側には、ガス拡散層１９に接触される半リング部Ｒ１（第１半リング部）が設けられている。半リング部Ｒ１は、一対の第１側板部２２７ａと、一対の第１傾斜板部２２７ｂと、第１平板部２２７ｃとにより構成されている。第１傾斜板部２２７ｂは、側板部２２７ａの上端に一体に連結されている。第１平板部２２７ｃは、両第１傾斜板部２２７ｂの先端に対しそれらを架橋するように一体に連結されている。リング部２２７の下側には、セパレータ２３と接触される半リング部Ｒ２（第２半リング部）が設けられている。半リング部Ｒ２は、一対の第２傾斜板部２２７ｄと、一対の第２側板部２２７ｅと、第２平板部２２７ｆとにより構成されている。第２側板部２２７ｅは、第２傾斜板部２２７ｄの先端から下方に延びている。第２平板部２２７ｆは、両側板部２２７ｅの先端に対しそれらを架橋するように一体に連結されている。
【００６５】  図２２に示すように、連結板部２２８は、半リング部Ｒ２を構成する第２平板部２２７ｆに対応している。半リング部Ｒ１の第１平板部２２７ｃは、連結板部２２８（第２平板部２２７ｆ）と反対側に端部を有している。この端部が、ガス拡散層１９（又は２０）の表面に接触される第１接触部２２９である。半リング部Ｒ２の第２平板部２２７ｆ（連結板部２２８）は、第１平板部２２７ｃと反対側に端部を有している。この端部が、図２４に示すように、第１又は第２セパレータ２３，２４の内面に接触される第２接触部２３０である。両接触部２２９，２３０には、第１，第２平面部２２９ａ，２３０ａがそれぞれ設けられている。第１，第２平面部２２９ａ，２３０ａは、ラスメタル２５の両面をその厚み方向に同時に圧縮することにより形成されている。第１及び第２平面部２２９ａ，２３０ａは、互いに平行に形成されている。
【００６６】  第１平面部２２９ａは、ガス拡散層１９（２０）に面接触される。第２平面部２３０ａは、セパレータ２３（２４）に面接触される。第１平面部２２９ａは、ガス流路方向（図２４の矢印方向）に幅Ｗ１を有している。幅Ｗ１は、例えば、０．２ｍｍに設定されている。第２平面部２３０ａも、ガス流路方向に幅Ｗ２を有している。幅Ｗ２は、例えば、０．１ｍｍに設定されている。幅Ｗ１は、幅Ｗ２よりも広く設定されている。
【００６７】  次に、第１及び第２ガス流路形成部材２２１，２２２の製造方法について説明する。  成形機構２３２は、第１剪断型２３３と第２剪断型２３４とによって構成されている。第１剪断型２３３は、図示しないオフセット機構により、金属薄板２２５Ａの送り方向と直交する方向（図２５の紙面に直交する方向）に沿って往復動可能する。第２剪断型２３４は、図示しない昇降機構により上下方向に沿って往復移動すると共に、オフセット機構により金属薄板２２５Ａの送り方向と直交する方向に沿って往復移動する。
【００６８】  図２６に示すように、第１剪断型２３３は、金属薄板２２５Ａの送り方向の下流側に側壁２３３ａを有している。側壁２３３ａの上部には、第１凸部としての凸部２３３ｂと、第１凹部としての凹部２３３ｃとが交互に形成されている。また、凸部２３３ｂ及び凹部２３３ｃは、水平方向に沿って所定のピッチを置いて配置されている。第２剪断型２３４の下部には、第１剪断型２３３の凹部２３３ｃに噛合する第２凸部としての凸部２３４ａと、第１剪断型２３３の凸部２３３ｂに噛合する第２凹部としての凹部２３４ｂとが設けられている。凸部２３４ａ及び凹部２３４ｂは、第２剪断型２３４の下部において交互に形成されている。また、凸部２３４ａ及び凹部２３４ｂは、水平方向に沿って所定のピッチを置いて配置されている。第１剪断型２３３の凹部２３３ｃは、金属薄板２２５Ａの送り方向の上流側に側面を有している。その側面の上端縁には、金属薄板２２５Ａに切れ目を入れる剪断刃２３３ｄが形成されている。第２剪断型２３４の凸部２３４ａの下端縁及び両側縁には、逆台形状の剪断刃２３４ｃが形成されている。剪断刃２３４ｃは、剪断刃２３３ｄと対応する位置に設けられている。剪断刃２３４ｃは、剪断刃２３３ｄと協働して金属薄板２２５Ａに切れ目を入れる。
【００６９】  図２６に示すように、第１剪断型２３３の凸部２３３ｂには、一対の成形面２３３ｅ、一対の成形面２３３ｆ、及び成形面２３３ｇが形成されている。成形面２３３ｅは、リング部２２７の両第１側板部２２７ａの内面（第２側板部２２７ｅの外面）を成形する。成形面２３３ｆは、両第１傾斜板部２２７ｂの内面を成形する。成形面２３３ｇは、平板部２２７ｃの内面を成形する。一方、第２剪断型２３４の凹部２３４ｂには、一対の成形面２３４ｄ、一対の成形面２３４ｅ、及び成形面２３４ｆが形成されている。成形面２３４ｄは、リング部２２７の第１側板部２２７ａの外面（第２側板部２２７ｅの内面）を成形する。成形面２３４ｅは、リング部２２７の第１傾斜板部２２７ｂの外面（第２傾斜板部２２７ｄの内面）を成形する。成形面２３４ｆは、平板部２２７ｃの外面を成形する。又、第２剪断型２３４の凸部２３４ａの下端には、リング部２２７の平板部２２７ｆの内面を成形する成形面２３４ｇが形成されている。
【００７０】  図２５に示すように、送りローラ２３１によって、金属薄板２２５Ａは、所定の加工ピッチずつ、第１剪断型２３３から第２剪断型２３４へと送られる。この状態で、第１剪断型３３の剪断刃２３３ｄと下降する第２剪断型２３４の剪断刃２３４ｃとによって、金属薄板２２５Ａの一部を剪断して、金属薄板２２５Ａに複数の切れ目を入れる。次に、第２剪断型２３４は最下点位置まで下降し、第２剪断型２３４の凸部２３４ａにより金属薄板２２５Ａを下方に押圧して曲げ伸ばす。こうして曲げ伸ばされた金属薄板２２５Ａの一部が、図２７に示すように略台形状に形成される。その後、第２剪断型２３４は、最下点位置から上方に移動し、原位置まで戻る。
【００７１】  次に、送りローラ２３１は、再び、金属薄板２２５Ａを、所定のピッチだけ成形機構２３２に向けて送り出す。これと同期して、第１剪断型２３３及び第２剪断型２３４が、リング部２２７の配列ピッチの半分の距離（半ピッチ）だけ左又は右に移動する。そして、第２剪断型２３４が再び下降し、金属薄板２２５Ａに対し、前回加工された曲げ伸ばし部から半ピッチだけ左又は右にオフセットした位置に切れ目を入れると共に、曲げ伸ばし加工を行う。こうして、複数の貫通孔２２６を有するリング部２２７が成形され、ラスメタル２２５が成形される。
【００７２】  上述の動作を繰り返すことによって、ラスメタル２２５には、図２８及び図２９に示すように、複数の貫通孔２２６が網目状に形成され、リング部２２７が千鳥配列で形成される。その際、第１剪断型２３３の凸部２３３ｂ及び凹部２３３ｃと第２剪断型２３４の凸部２３４ａ及び凹部２３４ｂとがそれぞれ噛み合わされる。これにより、ラスメタル２２５には、下降する第２剪断型２３４によって加工されない未加工部分が形成される。この未加工部分が、連結板部２２８（第２平板部２２７ｆ）として形成される。複数のリング部２２７は、連結板部２２８を介して、互いに重なるようにして連結される。こうして、図３０に示すように、階段状の断面を有するラスメタル２２５が形成される。
【００７３】  図３１に示すように、リング部２２７は、多角形状に成形されている。リング部２２７では、半リング部Ｒ１を構成する第１側板部２２７ａ及び第１傾斜板部２２７ｂによって、第１平板部２２７ｃが下方に押圧されたときに第１平板部２２７ｃの塑性変形を許容する第１変形許容部Ｆ１が形成されている。このため、平板部２２７ｃに対し下方に外力が加えられると、図３１の二点鎖線で示すように第１変形許容部Ｆ１は変形する。又、半リング部Ｒ２を構成する第２側板部２７ｅによって、第２平板部２２７ｆが上方に押圧されたときに第２平板部２２７ｆの塑性変形を許容する第２変形許容部Ｆ２が形成されている。このため、第２平板部２２７ｆに対し上方に外力が加えられると、図３１の二点鎖線で示すように第２変形許容部Ｆ２は変形する。
【００７４】  第１及び第２変形許容部Ｆ１，Ｆ２に加えられる外力が同じである場合、第１変形許容部Ｆ１の変形量が第２変形許容部Ｆ２の変形量よりも大きくなるように設定されている。第１変形許容部Ｆ１の第１平板部２２７ｃに対し下方に外力が加えられると、その力は、第１傾斜板部２２７ｂを介して第１側板部２２７ａへと伝達される。その結果、第１側板部２２７ａは、その基端を中心に左方又右方に変形すると共に、第１傾斜板部２２７ｂは、第１側板部２２７ａとの連結部を中心に下方に回動される。このように、第１変形許容部Ｆ１は、外力に対し変形し易い構造となっている。一方、第２変形許容部Ｆ２の第２平板部２２７ｆに対し上方に外力が作用した場合、第２傾斜板部２２７ｄは、その基端を中心に回動されずに、そのままの状態で固定されている。また、両第２側板部２２７ｅは、その基端を中心に左方又は右方へと僅かに変形するのみである。このように、第２変形許容部Ｆ２は、第１変形許容部Ｆ１よりも変形し難い構造となっている。
【００７５】  次に、ラスメタル２２５の第１及び第２接触部２２９，２３０に対し第１及び第２平面部２２９ａ，２３０ａをそれぞれ形成する方法について説明する。第１及び第２平面部２２９ａ，２３０ａを形成するプレス装置の構成について、図１０に示す第１実施形態のプレス装置４０と同じであるためその説明を省略する。
【００７６】  まず、図３２の矢印方向に回転される圧縮ローラ４６，４７間にテーブル４２からラスメタル２２５を送り込む。そして、圧縮ローラ４６，４７により、ラスメタル２２５を上下方向より圧縮しながら、図３２に示す右方向へと送り出す。この動作により、ラスメタル２２５の第１，第２接触部２２９，２３０は、上下方向から所定量だけそれぞれ圧縮される。こうして、第１，第２接触部２２９，２３０を変形させることにより、第１接触部２２９に第１平面部２２９ａが形成され、第２接触部２３０に第２平面部２３０ａが形成される。このとき、図３１に示すように、半リング部Ｒ１の第１変形許容部Ｆ１の方が、半リング部Ｒ２の第２変形許容部Ｆ２よりも圧縮され易くなっている。このため、図２４に示すように、第１接触部２２９の第１平面部２２９ａにおけるガス流路方向の幅Ｗ１が、第２接触部２３０の第２平面部２３０ａにおける幅Ｗ２よりも広くなる。
【００７７】  ラスメタル２２５の製造が完了すると、ラスメタル２２５を所定寸法に切断することによって、第１，第２ガス流路形成部材２２１，２２２が形成される。こうして形成された第１ガス流路形成部材２２１は、図３３に示すように、ガス拡散層１９の上面に第１平面部２２９ａを面接触させ、第２平面部２３０ａを第１セパレータ２２３の裏面に面接触させた状態で発電セル１２内に組み込まれる。
【００７８】  第２実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。  （１）図３１に示すように、リング部２２７の半リング部Ｒ１には、変形し易い第１変形許容部Ｆ１が設けられ、リング部２２７の半リング部Ｒ２には、変形し難い第２変形許容部Ｆ２が設けられている。また、ラスカットメタル２２５の第１及び第２接触部２２９，２３０には、第１及び第２平面部２２９ａ、２３０ａが形成されている。第１及び第２平面部２２９ａ、２３０ａは、ラスカットメタル２２５の両面を圧縮ローラ２４６，２４７を用いて圧縮することにより形成される。更に、第１平面部２２９ａの幅Ｗ１は、第２平面部２３０ａの幅Ｗ２よりも広く設定されている。このため、圧縮ローラ２４６，２４７を用いるにもかかわらず、第１平面部２２９ａの幅Ｗ１とは無関係に、第２平面部２３０ａの幅Ｗ２を適正な幅に設定することができる。従って、第２平面部２３０ａの幅Ｗ２を、セパレータ２３の内面を損傷しない程度に設定することができ、また、セパレータ２３の外面と第２平面部２３０ａとの間の通電面積を適正に保持することもできる。このため、図２４に示すように、ガス流路形成部材２２１の厚さＴ、即ち、ガス流路形成部材２２１のガス流路の有効面積を適正に保持することができる。よって、ガス流路に供給されるガスの圧力損失が低減され、発電効率が適正に保持される。仮に、図２４に鎖線で示すように、第２接触部２３０の第２平面部２３０ａの幅Ｗ２を第１平面部２２９ａの幅Ｗ１と同じに設定すると、ガス流路形成部材２２１の厚さＴが小さくなり、ガス流路の有効面積が小さくなる。
【００７９】  なお、第２実施形態は以下のように変更してもよい。  ・図３４に示すように、リング部２２７の第１傾斜板部２２７ｂ、及び第２傾斜板部２２７ｄをそれぞれ円弧状に形成してもよい。即ち、リング部２２７の全体を滑らかな形状に形成してもよい。
【００８０】  ・図２６に示す第１剪断型２３３を、剪断刃２３３ｄを有する本体と、凸部２３３ｂ及び凹部２３３ｃを有する剪断板とに分割してもよい。この場合、第１剪断型２３３の剪断板は、第２剪断型２３４と対応する位置に設けられる。また、この場合、第１剪断型２３３の本体が所定の位置に固定され、剪断板は水平方向に往復移動可能に形成される。
【００８１】  ・第２実施形態において、半リング部Ｒ１，Ｒ２を形成するため、第１剪断型２３３及び第２剪断型２３４を、第２剪断型２３４の凸部及び凹部２３４ａ，２３４ｂのピッチの半分の距離だけ左又は右にオフセットした位置に移動させていたが、このオフセット量を適宜に変更してもよい。又、各リング部２２７を千鳥配置に形成しなくてもよい。（第３実施形態）  以下、本発明の第３実施形態を図３５〜図４８を参照して説明する。なお、第３実施形態における第１及び第２実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００８２】  図３５及び図３６に示すように、リング部３２７の上側の半リング部Ｒ１は、一対の第１傾斜板部３２７ａと、第１平板部３２７ｂとにより構成されている。一対の第１傾斜板部３２７ａは、互いに対向しており、第１平板部３２７ｂは、両傾斜板部３２７ａの上端部に架橋するように同傾斜板部３２７ａと一体に形成されている。リング部３２７の下側の半リング部Ｒ２は、一対の第２傾斜板部３２７ｃと、第２平板部３２７ｄとにより構成されている。一対の第２傾斜板部３２７ｃは、互いに対向しており、第２平板部３２７ｄは、両傾斜板部３２７ｃの上端部に架橋するように同傾斜板部３２７ｃと一体に形成されている。
【００８３】  図３５に示すように、連結板部３２８は、リング部３２７の第２平板部３２７ｄと同じ板部である。各リング部３２７の第１平板部３２７ｂには、同リング部３２７の第２平板部３２７ｄに対向する第１接触部３２９が形成されている。発電セル１２を組み付けたとき、第１接触部３２９はガス拡散層１９の表面に接触する。具体的には、第１接触部３２９には、屈曲平面部３２９ａが形成されている。図３７に示すように、屈曲平面部３２９ａは、ガス拡散層１９（２０）に面接触する。各リング部３２７の第２平板部３２７ｄには、リング部３２７の第１平板部３２７ｂに対向する第２接触部３３０が形成されている。発電セル１２を組み付けたとき、第２接触部３３０は、図３８に示すように、第１又は第２セパレータ２３，２４の内面に線接触する。
【００８４】  屈曲平面部３２９ａと連結板部３２８（下側平板部３２７ｄ）との間において第１平板部３２７ｂには、連結板部３２８と略同一平面上に位置する非屈曲平面部３２７ｆが形成されている。第１平板部３２７ｂは、非屈曲平面部３２７ｆと屈曲平面部３２９ａとにより形成されている。図３７に示すように、連結板部３２８（非屈曲平面部３２７ｆ）に対する屈曲平面部３２９ａの屈曲角αは、６０〜７０°の範囲に設定される。ここでは、屈曲角αは６５°に設定されている。
【００８５】  次に、第１，第２ガス流路形成部材３２１，３２２を成形するためのラスカット成形装置について説明する。  図４０に示すように、成形機構３３２は、第１剪断型３３３と、第２剪断型３３４とによって構成されている。第１剪断型３３３は、図示しない支持台に固定されている。第２剪断型３３４は、図示しない昇降機構及びオフセット機構により、上下方向、金属薄板３２５Ａの幅方向、即ち送りローラ３３１の回転軸（図３９の紙面直交方向）に沿って往復動する。第１剪断型３３３の上面３３３ａは、金属薄板３２５Ａを支持する面として機能する。第１剪断型３３３の上面３３３ａにおいて、金属薄板３２５Ａの送り方向Ｈの下流側の縁部には、直線状の第１剪断刃３３３ｂが形成されている。第１剪断刃３３３ｂの下方には、平面状の位置規制面３３３ｃが形成されている。
【００８６】  第２剪断型３３４の下部には、複数の凸部３３４ａが、水平方向に沿って所定のピッチＤを置いて形成されている。第２剪断型３３４の凸部３３４ａの下端には、水平成形面３３４ｃが形成されている。凸部３３４ａの左右両側面には、傾斜成形面３３４ｄがそれぞれ形成されている。隣接する２つの凸部３３４ａの傾斜成形面３３４ｄの間には、水平成形面３３４ｅが形成されている。傾斜成形面３３４ｄ及び水平成形面３３４ｅにより、複数の凹部３３４ｂが区画されている。凹部３３４ｂは、凸部３３４ａと交互に形成されている。成形面３３４ｃ及び傾斜成形面３３４ｄにおいて、金属薄板３２５Ａの送り方向Ｈの上流側の縁部には、逆台形状の第２剪断刃３３４ｆが形成されている。第２剪断刃３３４ｆは、第１剪断刃３３３ｂと協働して金属薄板３２５Ａに切れ目を入れる。
【００８７】  次に、このように構成された成形装置を用いてガス流路形成部材３２１，３２２を成形する方法について、図４１〜図４８を参照して説明する。  第３実施形態の方法では、金属薄板３２５Ａには、その送り方向Ｈに沿って交互に位置する複数の第１被加工部分Ｐ１及び第２被加工部分Ｐ２が設定される。金属薄板３２５Ａでは、第１被加工部分Ｐ１及び第２被加工部分Ｐ２が順次加工される。第１の工程では、まず、図４１（ａ）に示すように、送りローラ３３１（図３９参照）によって、金属薄板３２５Ａの第１被加工部分Ｐ１が第１剪断型３３３及び第２剪断型３３４に対して中間成形位置にまで送られる。つまり、金属薄板３２５Ａの端部が第１剪断刃３３３ｂから送り方向Ｈに向けて所定の第１送り量Ｌ１（例えば０．２ｍｍ）だけ送り出される。この状態で、第２剪断型３３４が第１剪断型３３３に向けて下降し、第１剪断刃３３３ｂと第２剪断刃３３４ｆとによって、第１被加工部分Ｐ１の一部が剪断されて、複数の切れ目が金属薄板３２５Ａに入れられる。次に、図４２（ａ），（ｂ）に示すように、第２剪断型３３４が最下点位置まで下降する。すると、第２剪断型３３４の凸部３３４ａと接触する金属薄板３２５Ａの一部は、下方に湾曲及び延伸される。こうして、図４２（ｂ）に示すように、金属薄板３２５Ａの湾曲及び延伸部分は略逆台形状に成形される。一方、湾曲及び延伸部分間の部分は、凹部３３４ｂに入り込むことにより略台形状に成形される。
【００８８】  第１の工程では、図４２（ｂ）に示すように、リング部３２７の下側の半リング部Ｒ２を形成する第２平板部３２７ｄ（連結板部３２８）は、凸部３３４ａの水平成形面３３４ｃによって押し下げられて水平に成形される。一方、凹部３３４ｂに対応して成形されるリング部３２７の上側の半リング部Ｒ１は、凸部３３４ａのような、水平成形面を有する形成部によって上方に押圧されない。このため、図４２（ａ）に示すように、凹部３３４ｂによって成形される半リング部Ｒ１の第１平板部３２７ｂは、第１剪断刃３３３ｂを中心に下方に傾斜して垂れ下がる。これにより、屈曲平面部３２９ａが、金属薄板３２５Ａの水平部分に対し屈曲角αを有するように形成される。この屈曲平面部３２９ａは、第１接触部３２９として機能する。その後、図４３（ａ），（ｂ）に示すように、第２剪断型３３４は、最下点位置から上方の原位置まで復帰する。
【００８９】  続いて、第２の工程では、図４３（ａ）に示すように、送りローラ３３１（図３９参照）によって、金属薄板３２５Ａが、送り方向Ｈに向けて所定の第２送り量Ｌ２（例えば０．１ｍｍ）だけ更に送り出される。これにより、金属薄板３２５Ａの第１被加工部分Ｐ１は、第１剪断型３３３及び第２剪断型３３４に対して最終加工位置へと送られる。この状態で、図４４（ａ），（ｂ）に示すように、第２剪断型３３４が、第１の工程における位置から、金属薄板３２５Ａの幅方向にオフセットされずに再び下降する。これにより、金属薄板３２５Ａの端縁には、リング部３２７の上側の半リング部Ｒ１と下側の半リング部Ｒ２とがそれぞれ成形される。このとき、上側の半リング部Ｒ１の第１平板部３２７ｂは、第１接触部３２９と同様にフリーの状態にある。第２送り量Ｌ２は、上述の第１送り量Ｌ１よりも小さく設定されている。また、第１平板部３２７ｂの全体が、第１剪断刃３３３ｂの近傍に位置している。そのため、第１平板部３２７ｂは、第２剪断型３３４の凹部３３４ｂの水平成形面３３４ｅに添い易くなる。その結果、図４４（ａ）に示すように、屈曲平面部３２９ａの後側に位置する第１平板部３２７ｂは、下方にほとんど垂れ下がることなく、ほぼ水平な状態のまま保持される。その結果、第１平板部３２７ｂは、非屈曲平面部３２７ｆとなる。第２の工程により、非屈曲平面部３２７ｆを含む半リング部Ｒ１，Ｒ２が最終的に成形される。
【００９０】  本発明によれば、上述したように、本来一回の成形により形成される半リング部Ｒ１，Ｒ２を二回に分けて成形した。詳しくは、一回目に成形された屈曲平面部３２９ａに続いて、非屈曲平面部３２７ｆを成形するようにした。これにより、半リング部Ｒ１，Ｒ２の成形を一回で行う従来の方法と比較して、屈曲平面部３２９ａの形成幅を小さくして、適切な幅に形成することができる。
【００９１】  次に、第３の工程では、図４５（ａ）に示すように、第２剪断型３３４が上昇して原位置に移動した後、第１被加工部分Ｐ１に隣接する第２被加工部分Ｐ２が第１剪断型３３３及び第２剪断型３３４に対して中間成形位置にまで送られる。換言すれば、金属薄板３２５Ａが、再び、送り方向Ｈへ第１送り量Ｌ１だけ送られる。そして、図４５（ｂ）に示すように、第２剪断型３３４は、金属薄板３２５Ａの幅方向に沿ってリング部３２７の配列ピッチＤの半分（半ピッチ）だけオフセットされる。その後、第２剪断型３３４が下降して、図４６（ａ），（ｂ）に示すように、第２被加工部分Ｐ２が成形される。こうして、半リング部Ｒ２の上側に半リング部Ｒ１が成形され、半リング部Ｒ１の下側に半リング部Ｒ２が成形されることにより、複数のリング部３２７が成形される。
【００９２】  次に、第４の工程では、図４７（ａ），（ｂ）に示すように、第２剪断型３３４がオフセットされた状態で、金属薄板３２５Ａが第２送り量Ｌ２だけ更に送り出される。これにより、第２被加工部分Ｐ２は、第１剪断型３３３及び第２剪断型３３４に対して最終加工位置に送られる。図４８（ａ），（ｂ）に示すように、第２剪断型３３４が下降し、非屈曲平面部３２７ｆを含む半リング部Ｒ１，Ｒ２が最終的に成形される。
【００９３】  その後、第１及び第２の工程と第３及び第４の工程とが交互に繰り返される。これにより、被加工部分Ｐ１，Ｐ２が交互に加工され、図３５〜図３７に示すラスメタル３２５が成形される。複数の貫通孔３２６が網目状に形成されたラスメタル３２５は、リング部３２７が蛇行するように形成される。
【００９４】  ラスメタル３２５には、第２剪断型３３４によって剪断されない未加工部分が形成される。この未加工部分が連結板部３２８（第２平板部３２７ｄ）として形成されることにより、複数のリング部３２７は互いに重なるように連結される。こうして、図３５及び図３７に示すように、階段状の断面を有するラスメタル３２５が形成される。
【００９５】  第３実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。  （１）本来、第１剪断刃３３３ｂのみを有する第１剪断型３３３と、凸部３３４ａ及び凹部３３４ｂを備える第２剪断型３３４とを用いて、一回の工程でリング部３２７の半リング部Ｒ１，Ｒ２を成形していた。本発明によれば、こうした半リング部Ｒ１，Ｒ２の成形を、二工程で行うようにした。これにより、図３７に示すように、一回の工程で行う従来の方法と比較して、屈曲平面部３２９ａの形成幅Ｗ１が小さくなり、ガス流路形成部材３２１の厚さＴ１を大きく設定することができる。従って、ガス流路形成部材３２１内のガス流路の有効面積を確保でき、ガスが適正に供給されるため、発電効率が向上する。
【００９６】  （２）ラスカット形成装置として、図３９及び図４０に示す従来の装置を使用することができる。このため、成形装置を簡素化でき、また、リング部３２７の第１接触部３２９に屈曲平面部３２９ａを容易に成形できる。
【００９７】  なお、第３実施形態は以下のように変更してもよい。  ・第１剪断型３３３において金属薄板３２５Ａの送り方向Ｈの下流側に位置する側面に、第２剪断型３３４の凸部３３４ａの水平成形面３３４ｃと対向する成形面を設けてもよい。この場合、第２剪断型３３４が下降する際、第１剪断型３３３の成形面と凸部３３４ａの水平成形面３３４ｃとが金属薄板３２５Ａを挟持するため、リング部３２７の第２平板部３２７ｄが湾曲することを防止できる。
【００９８】  ・図４３及び図４４に示す第２の工程と、図４７及び図４８に示す第４の工程とをそれぞれ複数回に分けて行ってもよい。  ・第３実施形態では、第２剪断型３３４の凸部及び凹部３３４ａ，３３４ｂのピッチＤの半分（半ピッチ）だけ、第２剪断型３３４を金属薄板３２５Ａの幅方向にオフセットしていたが、このオフセット量を適宜に変更してもよい。又、リング部３２７が蛇行するように配置されなくてもよい。
【００９９】  ・リング部３２７の形状は、例えば、五角形であってもよい。
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月10日(2010.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の発電セルに用いられるガス流路形成部材であって、前記発電セルは、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、隣接する発電セルを隔離するためのセパレータと、前記ガス拡散層及び前記セパレータ間に配置され、ガス流路を有するガス流路形成部材とを備え、前記ガス流路を通じて前記電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給することにより、前記電極層において電極反応が生じて発電するように構成された発電セルに用いられるガス流路形成部材において、
前記ガス流路形成部材は、金属薄板よりなるラスカットメタルからなり、前記ラスカットメタルには、複数の貫通孔が網目状に形成され、前記ガス流路形成部材は、前記各貫通孔を形成する複数のリング部を有し、前記リング部は、前記ガス拡散層との接触部に平面部を有していることを特徴とするガス流路形成部材。
【請求項２】
請求項１記載のガス流路形成部材において、
前記ガス流路形成部材は、更に、前記セパレータとの接触部に平面部を有していることを特徴とするガス流路形成部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載のガス流路形成部材において、
前記各貫通孔及びリング部は断面六角形状に形成され、前記接触部は六角形の一辺と対応する位置に設けられていることを特徴とする発電セルに用いるガス流路形成部材。
【請求項４】
燃料電池の発電セルに用いられるガス流路形成部材の製造方法であって、前記発電セルは、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、隣接する発電セルを隔離するためのセパレータと、前記ガス拡散層及び前記セパレータ間に配置され、ガス流路を有するガス流路形成部材とを備え、前記ガス流路を通じて前記電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給することにより、前記電極層において電極反応が生じて発電するように構成された発電セルに用いられるガス流路形成部材の製造方法であって、
金属薄板に複数の貫通孔を網目状に形成して、ラスカットメタルを製造する第１の工程と、
第１の工程の後、ラスカットメタルの各貫通孔を形成するリング部において前記ガス拡散層との接触部に平面部を形成する第２の工程と
を含むことを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造方法において、
第２の工程では、第１の工程で製造されたラスカットメタルを一対のローラ間に入れて前記ラスカットメタルを圧縮し、前記接触部を塑性変形させることにより、前記平面部が形成されることを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造方法において、
第２の工程では、第１の工程であるラスカットメタルの製造時に、固定切断型と可動切断型とを用いて、前記接触部を前記ラスカットメタルの厚み方向に塑性変形させることにより、前記平面部が形成されることを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造に用いられる成形装置であって、
所定のピッチで交互に配置された第１凹部及び第１凸部を有する固定切断型と、
前記固定切断型の第１凹部と第１凸部とにそれぞれ噛合され、所定のピッチで配置された第２凸部及び第２凹部を有する可動切断型とを備え、
前記可動切断型は、金属薄板の厚み方向及び幅方向に沿って往復動可能であり、前記固定切断型の第１凹部と第１凸部とを前記可動切断型の第２凸部と第２凹部とにそれぞれ噛合させることで、前記金属薄板に所定のピッチで複数の切れ目が入れられると共に同金属薄板が曲げ伸ばされて、前記金属薄板に前記各貫通孔を形成する複数のリング部が形成され、
前記固定切断型の第１凸部の上面には傾斜面が形成され、前記傾斜面は、前記金属薄板の送り方向となる下流側に向かうほど低くなるように傾斜していることを特徴とする成形装置。
【請求項８】
請求項４記載のガス流路形成部材の製造方法に用いられる成形装置であって、
所定のピッチで交互に配置された第１凹部及び第１凸部を有する固定切断型と、
前記固定切断型の第１凹部と第１凸部とにそれぞれ噛合され、所定のピッチで配置された第２凸部及び第２凹部を有する可動切断型とを備え、
前記可動切断型は、金属薄板の厚み方向及び幅方向に沿って往復動可能であり、前記固定切断の第１凹部と第１凸部とを前記可動切断型の第２凸部と第２凹部とにそれぞれ噛合させることで、前記金属薄板に所定のピッチで複数の切れ目が入れられると共に同金属薄板が曲げ伸ばされて、前記金属薄板に前記各貫通孔を形成する複数のリング部が形成され、
前記可動切断型の第２凸部の下面には傾斜面が形成され、前記傾斜面は、前記金属薄板の送り方向とは逆の上流側に向かうほど高くなるように傾斜していることを特徴とする成形装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の成形装置において、
前記固定切断型及び可動切断型は、前記リング部において前記燃料電池のガス拡散層との接触部分を挟む両側部を、前記貫通孔の中心に向けてそれぞれ屈曲させることを特徴とする成形装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電セルにおいてガス拡散層とセパレータとの間に介在されるガス流路形成部材、ガス流路形成部材の製造方法、及びガス流路形成部材の製造に用いる成形装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の目的は、ガス流路形成部材の接触部がガス拡散層に食い込むことを防止することができ、燃料電池の発電効率が向上するガス流路形成部材、ガス流路形成部材の製造方法、及びガス流路形成部材の製造に用いる成形装置に関する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2009154203.tif 000054
2009154203.tif 000055
2009154203.tif 000056
2009154203.tif 000057