(57)【要約】【課題】  流体の流路を形成する流路壁を備える拡散層を製造する際に、流路壁および流路を精度よく形成する。【解決手段】  ケース５０を用意し（ステップＳ２００）、ケース５０内に、拡散層内部の流路壁となる流路壁部材６０を配置する（ステップＳ２１０）。次に、ケース５０内に、金属多孔体の原料となる拡散層基材７０を充填する（ステップＳ２２０）。次に、拡散層基材７０に対して加熱処理を施し（ステップＳ２３０）、拡散層基材７０を発泡させて、発泡金属からなる金属多孔体に変成させるとともに、金属多孔体と流路壁部材６０とを接合する。次に、接合体８０をケース５０から取り出し（ステップＳ２４０）、ケース５０の深さ方向に対して、垂直方向に、所定の厚さにスライスし（ステップＳ２５０）、拡散層部材９０を作製する。次に、ステップＳ２５０において作製された拡散層部材９０を圧延し（ステップＳ２６０）、拡散層３０を作製する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の流体を拡散させつつ流すための連続気孔を有する金属多孔体と、該金属多孔体内に配置され、前記流体の流路を形成するための所定の流路壁部材とを備える拡散層の製造方法であって、
（ａ）所定の深さを有するケースを用意する工程と、
（ｂ）前記ケース内の所定の位置に、前記流路壁部材を配置する工程と、
（ｃ）前記ケース内に、前記金属多孔体の原料となる拡散層基材を充填する工程と、
（ｄ）前記ケース内に充填された前記拡散層基材に対して、加熱処理を施すことによって、前記拡散層基材を前記金属多孔体に変成させるとともに、該金属多孔体と、前記流路壁部材とを接合する工程と、
を備える製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記ケースの深さ方向に対して、前記平板状部材の表面が平行になるように、前記平板状部材を配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記ケースの深さ方向に対して、垂直方向に、所定の厚さにスライスする工程を備える、
製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、棒状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記ケースの深さ方向に対して、前記棒状部材の長手方向が平行になるように、前記棒状部材を配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記ケースの深さ方向に対して垂直方向に、所定の厚さにスライスする工程を備える、
製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記ケースの深さ方向に対して、前記平板上部材の面が垂直になるように、前記平板上部材を配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記平板状部材の外周面に沿った方向に、所定の厚さにスライスする工程を備える、
製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記平板状部材を、前記ケースの深さ方向に対して、前記平板状部材の表面が平行になるとともに、前記ケースの深さ方向に対して平行に設定された所定の軸を中心として、放射状に配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記軸を回転中心として、前記接合体の外周面に沿った方向に、所定の厚さにスライスする工程を備える、
製造方法。
【請求項６】
所定の流体を拡散させつつ流すための連続気孔を有する金属多孔体と、該金属多孔体内に配置され、前記流体の流路を形成するための所定の流路壁部材とを備える拡散層の製造方法であって、
（ａ）所定の深さを有するケースを用意する工程と、
（ｂ）前記ケース内に、複数の粒状の前記流路壁部材と、前記金属多孔体の原料となる拡散層基材とを混合させた混合物を充填する工程と、
（ｃ）前記ケース内に充填された前記混合物に対して、加熱処理を施すことによって、前記拡散層基材を前記金属多孔体に変成させるとともに、該金属多孔体と、前記流路壁部材とを接合する工程と、
を備える製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法であって、
前記混合物は、前記拡散層の厚さ寸法よりも大きい粒径の前記流路壁部材を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｄ）前記工程（ｃ）において接合された接合体を、所定の厚さにスライスする工程を備える、
製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の製造方法であって、
前記工程（ｄ）は、前記接合体を、該接合体の外周面に沿って、スライスする工程を含む、
製造方法。
【請求項９】
所定の流体を拡散させつつ流すための連続気孔を有する金属多孔体と、該金属多孔体内に配置され、前記流体の流路を形成するための所定の流路壁部材とを備える拡散層の製造方法であって、
（ａ）前記金属多孔体を複数用意する工程と、
（ｂ）前記複数の金属多孔体と、前記流路壁部材とを、所定の配置で組み合わせて、金属多孔体群を作製する工程と、
（ｃ）前記金属多孔体群に対して、加熱処理を施すことによって、前記複数の金属多孔体同士、および、前記金属多孔体と前記流路壁部材とを接合する工程と、
を備える製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の製造方法であって、
前記工程（ａ）は、前記金属多孔体からなる金属多孔体ブロックを用意する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記金属多孔体ブロックと、前記平板状部材とを組み合わせて、金属多孔体ブロック群を作製する工程と、を含み、
前記工程（ｃ）は、前記金属多孔体ブロック群に対して、加熱処理を施すことによって、前記複数の金属多孔体ブロック同士、および、前記金属多孔体と前記流路壁部材とを接合する工程を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｄ）前記工程（ｃ）において接合された接合体を、前記平板状部材の表面に対して垂直方向に、所定の厚さにスライスする工程を備える、
製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載の製造方法であって、
前記工程（ａ）は、前記金属多孔体からなる金属多孔体ブロックを用意する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記金属多孔体ブロックと、前記平板状部材とを積層させて、金属多孔体ブロック群を作製する工程と、を含み、
前記工程（ｃ）は、前記金属多孔体ブロック群に対して、加熱処理を施すことによって、前記金属多孔体ブロックと、前記流路壁部材とを接合する工程を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｄ）前記工程（ｃ）において接合された接合体を、前記平板状部材の外周面に沿った方向に、所定の厚さにスライスする工程を備える、
製造方法。
【請求項１２】
請求項２ないし５，７，８，１０，１１のいずれかに記載の製造方法であって、さらに、
前記スライスされた接合体を、該スライスされた接合体の厚さよりも薄い厚さに圧延する工程を備える、
製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の製造方法であって、
前記流路壁部材は、前記加熱処理の温度よりも融点が高い部材である、
製造方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の製造方法であって、
前記流路壁部材は、樹脂製の部材である、
製造方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の製造方法であって、
前記金属多孔体は、発泡金属である、
製造方法。
【請求項１６】
燃料電池の製造方法であって、
（ａ）所定の電解質膜の両面に、それぞれ電極層を形成した膜・電極接合体を用意する工程と、
（ｂ）所定のセパレータを用意する工程と、
（ｃ）請求項１ないし１５のいずれかに記載の製造方法によって、拡散層を製造する工程と、
（ｄ）前記膜・電極接合体の少なくとも一方の面に、前記拡散層を積層する工程と、
（ｅ）前記拡散層が積層された前記膜・電極接合体を、前記セパレータを介在させて積層する工程と、
を備える製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の流体を拡散させつつ流すための連続気孔を有する金属多孔体と、該金属多孔体内に配置され、前記流体の流路を形成するための所定の流路壁部材とを備える拡散層の製造方法、および、この拡散層を用いた燃料電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、所定の電解質膜の両面に、アノードとカソードとを形成した膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、セパレータを介在させて、複数積層したスタック構造を有するタイプのものがある。このような燃料電池では、従来、アノード、および、カソードに、それぞれ燃料ガス、および、酸化ガスを供給するための流路や、冷却水の流路は、セパレータに形成されていた。
【０００３】
近年では、スタック構造を有する燃料電池において、膜・電極接合体のアノード、および、カソードに、ガスを拡散させて供給するための拡散部材（以下、拡散層とも呼ぶ）を配置し、この拡散部材の内部に、ガスの流路を形成するための流路壁を設ける構成が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載された技術では、金属材料性の発泡体の流路壁を形成すべき所望の位置に、樹脂を含浸させることによって、流路壁を形成している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８７３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したように、金属製の発泡体に、樹脂を含浸させて流路壁を形成することによって、拡散部材を構成する場合、樹脂が金属製の発泡体に滲んで広がるため、流路壁を所望の通りに精度よく形成することが困難だった。このため、上記樹脂が広がった領域では、所望の通りの流路が形成されず、アノード、および、カソードに、燃料ガス、および、酸化ガスを所望の通りに供給することができなかった。この結果、燃料電池の発電効率の低下を招いていた。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、所定の流体の流路を形成するための流路壁を備える拡散層を製造する際に、流路壁、および、流路を精度よく形成することを目的とする。また、燃料電池の発電効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の第１の製造方法は、
所定の流体を拡散させつつ流すための連続気孔を有する金属多孔体と、該金属多孔体内に配置され、前記流体の流路を形成するための所定の流路壁部材とを備える拡散層の製造方法であって、
（ａ）所定の深さを有するケースを用意する工程と、
（ｂ）前記ケース内の所定の位置に、前記流路壁部材を配置する工程と、
（ｃ）前記ケース内に、前記金属多孔体の原料となる拡散層基材を充填する工程と、
（ｄ）前記ケース内に充填された前記拡散層基材に対して、加熱処理を施すことによって、前記拡散層基材を前記金属多孔体に変成させるとともに、該金属多孔体と、前記流路壁部材とを接合する工程と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
ここで、「所定の流体」とは、気体や、液体を含み、例えば、上記拡散層を、先に説明したスタック構造を有する燃料電池に適用する場合には、「所定の流体」として、燃料ガスや、酸化ガスや、冷却水が挙げられる。ケースの形状は、任意に設定可能である。また、流路壁部材の数も、任意に設定可能である。また、流路壁部材は、予め精度よく作製され、この流路壁部材の配置位置は、拡散層における流体の流路が所望の形状になるように、任意に設定可能である。例えば、拡散層内に、蛇行した流路が形成されるように、流路壁部材を配置するようにしてもよいし、直線状の流路が形成されるように、流路壁部材を配置するようにしてもよい。なお、流路壁部材は、金属多孔体内において、流体が流れる方向を制限するためのものでるから、その材質は、流体が透過しない程度に緻密な構造を有している。「拡散層基材」は、例えば、金属多孔体を構成する金属を含む粉末であってもよいし、溶融体であってもよい。これらは、以下に説明する他の製造方法においても同じである。
【０００９】
本発明によって、金属多孔体の内部に、精度良く作製された流路壁部材を、予め所望の位置に埋め込んで、拡散層を製造することができる。したがって、上記拡散層を製造する際に、流路壁、および、流路を精度よく形成することができる。
【００１０】
上記製造方法において、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記ケースの深さ方向に対して、前記平板状部材の表面が平行になるように、前記平板状部材を配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記ケースの深さ方向に対して、垂直方向に、所定の厚さにスライスする工程を備えるようにしてもよい。
【００１１】
こうすることによって、上記接合体から、複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の第１の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、棒状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記ケースの深さ方向に対して、前記棒状部材の長手方向が平行になるように、前記棒状部材を配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記ケースの深さ方向に対して垂直方向に、所定の厚さにスライスする工程を備えるようにしてもよい。
【００１３】
棒状部材は、例えば、角柱状であってもよいし、円柱状であってもよい。本発明によっても、上記接合体から、複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の第１の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記ケースの深さ方向に対して、前記平板上部材の面が垂直になるように、前記平板上部材を配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記平板状部材の外周面に沿った方向に、所定の厚さにスライスする工程を備えるようにしてもよい。
【００１５】
上記接合体を、平板上部材の外周面に沿った方向にスライスする際には、例えば、連続的にスライスして、所望の長さで切断するようにしてもよいし、１周スライスするごとに切断するようにしてもよい。なお、上記接合体の形状を円柱にすれば、連続的にスライスしやすいという利点がある。
【００１６】
本発明によって、上記接合体から、スライス方向に対して平行な直線状の流路を有する複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の第１の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記平板状部材を、前記ケースの深さ方向に対して、前記平板状部材の表面が平行になるとともに、前記ケースの深さ方向に対して平行に設定された所定の軸を中心として、放射状に配置する工程と、を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｅ）前記工程（ｄ）において接合された接合体を、前記軸を回転中心として、前記接合体の外周面に沿った方向に、所定の厚さにスライスする工程を備えるようにしてもよい。
【００１８】
上記接合体を、上記軸を回転中心として、接合体の外周面に沿った方向にスライスする際には、例えば、連続的にスライスして、所望の長さで切断するようにしてもよいし、１周スライスするごとに切断するようにしてもよい。なお、上記ケース、または、接合体の形状を円柱にすれば、連続的にスライスしやすいという利点がある。
【００１９】
本発明によって、上記接合体から、スライス方向に対して垂直な直線状の流路を有する複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の第２の製造方法は、
所定の流体を拡散させつつ流すための連続気孔を有する金属多孔体と、該金属多孔体内に配置され、前記流体の流路を形成するための所定の流路壁部材とを備える拡散層の製造方法であって、
（ａ）所定の深さを有するケースを用意する工程と、
（ｂ）前記ケース内に、複数の粒状の前記流路壁部材と、前記金属多孔体の原料となる拡散層基材とを混合させた混合物を充填する工程と、
（ｃ）前記ケース内に充填された前記混合物に対して、加熱処理を施すことによって、前記拡散層基材を前記金属多孔体に変成させるとともに、該金属多孔体と、前記流路壁部材とを接合する工程と、
を備えることを要旨とする。
【００２１】
本発明によって、金属多孔体の内部に、予め粒状の流路壁部材を分散させて埋め込んで、拡散層を製造することができる。
【００２２】
上記製造方法において、
前記混合物は、前記拡散層の厚さ寸法よりも大きい粒径の前記流路壁部材を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｄ）前記工程（ｃ）において接合された接合体を、所定の厚さにスライスする工程を備えるようにしてもよい。
【００２３】
こうすることによって、上記接合体から、複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明では、混合物に、拡散層の厚さ寸法よりも大きい粒径の流路壁部材が含まれているので、接合体をスライスしたときに、拡散層の両面に亘って配置される流路壁部材が存在することになる。したがって、拡散層を面方向に押圧したときの強度を向上させることができる。
【００２５】
また、上記製造方法において、
前記工程（ｄ）は、前記接合体を、該接合体の外周面に沿って、スライスする工程を含むようにしてもよい。
【００２６】
上記接合体を、接合体の外周面に沿った方向にスライスする際には、例えば、連続的にスライスして、所望の長さで切断するようにしてもよいし、１周スライスするごとに切断するようにしてもよい。なお、上記接合体の形状を円柱にすれば、連続的にスライスしやすいという利点がある。
【００２７】
こうすることによっても、上記接合体から、複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００２８】
本発明の第３の製造方法は、
所定の流体を拡散させつつ流すための連続気孔を有する金属多孔体と、該金属多孔体内に配置され、前記流体の流路を形成するための所定の流路壁部材とを備える拡散層の製造方法であって、
（ａ）前記金属多孔体を複数用意する工程と、
（ｂ）前記複数の金属多孔体と、前記流路壁部材とを、所定の配置で組み合わせて、金属多孔体群を作製する工程と、
（ｃ）前記金属多孔体群に対して、加熱処理を施すことによって、前記複数の金属多孔体同士、および、前記金属多孔体と前記流路壁部材とを接合する工程と、
を備えることを要旨とする。
【００２９】
本発明によっても、金属多孔体の内部に、流路壁部材を埋め込んで、拡散層を製造することができる。したがって、上記拡散層を製造する際に、流路壁を精度よく形成することができる。
【００３０】
上記製造方法において、
前記工程（ａ）は、前記金属多孔体からなる金属多孔体ブロックを用意する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記金属多孔体ブロックと、前記平板状部材とを組み合わせて、金属多孔体ブロック群を作製する工程と、を含み、
前記工程（ｃ）は、前記金属多孔体ブロック群に対して、加熱処理を施すことによって、前記複数の金属多孔体ブロック同士、および、前記金属多孔体と前記流路壁部材とを接合する工程を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｄ）前記工程（ｃ）において接合された接合体を、前記平板状部材の表面に対して垂直方向に、所定の厚さにスライスする工程を備えるようにしてもよい。
【００３１】
こうすることによって、上記接合体から、複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明の第３の製造方法において、
前記工程（ａ）は、前記金属多孔体からなる金属多孔体ブロックを用意する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記流路壁部材として、平板状部材を用意する工程と、
（ｂ２）前記金属多孔体ブロックと、前記平板状部材とを積層させて、金属多孔体ブロック群を作製する工程と、を含み、
前記工程（ｃ）は、前記金属多孔体ブロック群に対して、加熱処理を施すことによって、前記金属多孔体ブロック、および、前記流路壁部材を接合する工程を含み、
前記製造方法は、さらに、
（ｄ）前記工程（ｃ）において接合された接合体を、前記平板状部材の外周面に沿った方向に、所定の厚さにスライスする工程を備えるようにしてもよい。
【００３３】
上記接合体を、平板上部材の外周面に沿った方向にスライスする際には、例えば、連続的にスライスして、所望の長さで切断するようにしてもよいし、１周スライスするごとに切断するようにしてもよい。なお、上記接合体の形状を円柱にすれば、連続的にスライスしやすいという利点がある。
【００３４】
本発明によって、上記接合体から、スライス方向に対して平行な流路を有する複数の拡散層を切り出すことができる。したがって、拡散層の生産性を向上させることができる。
【００３５】
上述した接合体をスライスする工程を含むいずれかの製造方法において、さらに、
前記スライスされた接合体を、該スライスされた接合体の厚さよりも薄い厚さに圧延する工程を備えるようにしてもよい。
【００３６】
接合体を薄くスライスする場合、加工精度上、所望の厚さにスライスできない場合がある。本発明によって、拡散層の厚さの精度を向上させることができる。
【００３７】
上述したいずれかの製造方法において、
前記流路壁部材は、前記加熱処理の温度よりも融点が高い部材であるものとすることが好ましい。
【００３８】
こうすることによって、加熱処理時の流路壁部材の溶融を防止することができる。
【００３９】
また、上述したいずれかの製造方法において、
前記流路壁部材は、金属製の部材であるものとしてもよいし、樹脂製の部材であるものとしてもよい。
【００４０】
前者によれば、拡散層を燃料電池に適用したときに、拡散層の導電性や、放熱性を向上させることができる。一方、後者によれば、加工がしやすいという利点がある。
【００４１】
上述したいずれかの製造方法において、
前記金属多孔体は、発泡金属であるものとすることが好ましい。
【００４２】
一般に、発泡金属は、他の金属多孔体よりも気孔率が高い。したがって、本発明によって、拡散層に流体を流すときの圧力損失を低減することができる。
【００４３】
本発明は、燃料電池の製造方法の発明として構成することもできる。すなわち、
本発明の燃料電池の製造方法は、
（ａ）所定の電解質膜の両面に、それぞれ電極層を形成した膜・電極接合体を用意する工程と、
（ｂ）所定のセパレータを用意する工程と、
（ｃ）先に説明したいずれかの製造方法によって、拡散層を製造する工程と、
（ｄ）前記膜・電極接合体の少なくとも一方の面に、前記拡散層を積層する工程と、
（ｅ）前記拡散層が積層された前記膜・電極接合体を、前記セパレータを介在させて積層する工程と、
を備えることを要旨とする。
【００４４】
こうすることによって、拡散層には、流路壁、および、流体の流路が精度よく形成されているので、膜・電極接合体のアノード、および、カソードに、燃料ガス、および、酸化ガスを、所望の通りに供給することができる。したがって、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００４５】
本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略したり、適宜、組み合わせたりして構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池の製造方法：
Ｂ．拡散層の製造方法（第１実施例）：
Ｃ．拡散層の製造方法（第２実施例）：
Ｄ．拡散層の製造方法（第３実施例）：
Ｅ．変形例：
【００４７】
Ａ．燃料電池の製造方法：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池の製造の流れを示す工程図である。
【００４８】
まず、膜・電極接合体（ＭＥＡ）１０を用意する（ステップＳ１００）。この膜・電極接合体１０は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、アノード、および、カソードを配置したものである。電解質としては、固体高分子、固体酸化物等、種々の電解質を適用可能である。
【００４９】
次に、セパレータ２０を用意する（ステップＳ１１０）。このセパレータ２０には、後述する各拡散層に、水素等の燃料ガスや、空気等の酸化ガスを、分岐して供給するためのマニホールドや、燃料電池を冷却する冷却水を供給するためのマニホールドが形成されている（図示省略）。このセパレータ２０は、一体的に成型されたものであってもよいし、複数の部材から構成されたものであってもよい。
【００５０】
次に、拡散層３０を製造する（ステップＳ１２０）。この拡散層３０は、後述するように、膜・電極接合体１０の両面に積層されるものである。拡散層３０は、主として、連続気孔を有する金属多孔体によって構成されている。そして、拡散層３０の内部には、後述する流路壁部材を埋め込むことによって、流路壁が設けられており、この流路壁によって、膜・電極接合体１０のアノードや、カソードに、燃料ガスや、酸化ガスを供給するための流路が形成されている（以下、燃料ガス、および、酸化ガスを総称して、単にガスと呼ぶ場合もある）。拡散層３０の製造方法については、後に詳述する。
【００５１】
次に、膜・電極接合体１０の両面、すなわち、アノード、および、カソードに、ステップＳ１２０において製造した拡散層３０を積層する（ステップＳ１３０）。
【００５２】
次に、ステップＳ１３０において、両面に拡散層３０が積層された膜・電極接合体１０を、セパレータ２０を介在させて積層し、燃料電池１００を形成する（ステップＳ１４０）。以上の工程によって、燃料電池１００を製造することができる。
【００５３】
Ｂ．拡散層の製造方法（第１実施例）：
図２は、本発明の第１実施例の拡散層の製造の流れを示す工程図である。
【００５４】
まず、ケース５０を用意する（ステップＳ２００）。このケース５０の形状は、任意に設定可能である。本実施例では、図示するように、上面が開放された立方体のケース５０を用いるものとした。他の形状のケース５０を用いるものとしてもよい。
【００５５】
次に、ケース５０内に、拡散層内部の流路壁となる平板形状の流路壁部材６０を配置する（ステップＳ２１０）。この流路壁部材６０は、予め精度よく作製されている。本実施例では、図示するように、ケース５０の深さ方向に対して、流路壁部材６０の表面が平行になるように、かつ、ガスの流路が蛇行するように、流路壁部材６０を配置するものとした。また、本実施例では、流路壁部材６０として、樹脂製の平板を用いるものとした。この樹脂製の平板は、後述する加熱処理によって溶融しないように、加熱処理の温度よりも高い融点の部材でできている。
【００５６】
次に、ケース５０内に、金属多孔体の原料となる拡散層基材７０を充填する（ステップＳ２２０）。本実施例では、拡散層基材７０として、後述する熱処理によって、発泡金属となる材料を用いるものとした。この拡散層基材７０は、例えば、金属多孔体を構成する金属と発泡剤とを含む粉末であってもよいし、溶融体であってもよい。
【００５７】
次に、ケース５０内に充填された拡散層基材７０に対して、加熱処理を施す（ステップＳ２３０）。この加熱処理によって、拡散層基材７０を発泡させて、発泡金属からなる金属多孔体に変成させるとともに、金属多孔体と、流路壁部材６０とを溶着する。
【００５８】
次に、ステップＳ２３０において作製された接合体８０を、ケース５０から取り出し（ステップＳ２４０）、この接合体８０を、カッターによって、図示するように、ケース５０の深さ方向に対して、垂直方向に、所定の厚さにスライスし（ステップＳ２５０）、拡散層部材９０を作製する。本実施例では、拡散層部材９０の厚さを、１.５（ｍｍ）とした。
【００５９】
次に、ステップＳ２５０において作製された拡散層部材９０を、ローラによって圧延し（ステップＳ２６０）、拡散層３０を作製する。本実施例では、拡散層３０の厚さを、０．５（ｍｍ）とした。拡散層部材９０の厚さは、加工精度上、ばらつく場合がある。本実施例では、拡散層部材９０を圧延することによって、拡散層３０の厚さの精度を向上させることができる。以上の工程によって、拡散層３０を製造することができる。
【００６０】
以上説明した第１実施例の拡散層３０の製造方法によれば、金属多孔体の内部に、精度よく作製された流路壁部材６０を、予め所望の位置に埋め込んで、拡散層３０を製造することができる。また、流路壁部材６０は、上述した熱処理の温度よりも高い融点を有しているので、熱処理によって溶融しない。したがって、拡散層３０を製造する際に、流路壁、および、流路を精度よく形成することができる。
【００６１】
Ｃ．拡散層の製造方法（第２実施例）：
図３は、本発明の第２実施例の拡散層の製造の流れを示す工程図である。
【００６２】
まず、ケース５０を用意する（ステップＳ３００）。本実施例においても、第１実施例と同様に、上面が開放された立方体のケースを用いるものとした。
【００６３】
次に、ケース５０内に、拡散層内部の流路壁となる粒状の流路壁部材６０Ａと、第１実施例と同じ拡散層基材７０との混合物を充填する（ステップＳ３１０）。本実施例では、流路壁部材６０Ａとして、樹脂製の粒状部材を用いるものとした。また、この粒状部材の粒径は、後述する拡散層部材９０Ａの厚さ寸法よりも大きいものとした。なお、この樹脂製の粒状部材も、第１実施例における樹脂製の平板と同様に、後述する加熱処理によって溶融しないように、加熱処理の温度よりも高い融点の部材でできている。
【００６４】
次に、ケース５０内に充填された流路壁部材６０Ａと、拡散層基材７０との混合物に対して、加熱処理を施す（ステップＳ３２０）。この加熱処理によって、拡散層基材７０を発泡させて、発泡金属からなる金属多孔体に変成させるとともに、金属多孔体と、流路壁部材６０Ａとを溶着する。
【００６５】
次に、ステップＳ３２０において作製された接合体８０Ａを、ケース５０から取り出し（ステップＳ３３０）、この接合体８０Ａを、カッターによって、図示するように、ケース５０の深さ方向に対して、垂直方向に、所定の厚さにスライスし（ステップＳ３４０）、拡散層部材９０Ａを作製する。本実施例においても、拡散層部材９０Ａの厚さを、１．５（ｍｍ）とした。
【００６６】
次に、ステップＳ３４０において作製された拡散層部材９０Ａを、ローラによって圧延し（ステップＳ３５０）、拡散層３０Ａを作製する。本実施例においても、拡散層３０Ａの厚さを０．５（ｍｍ）とした。以上の工程によって、拡散層３０Ａを製造することができる。
【００６７】
以上説明した第２実施例の拡散層３０Ａの製造方法によれば、金属多孔体の内部に、予め流路壁部材６０Ａを埋め込んでおけるので、拡散層３０Ａを容易に製造することができる。また、流路壁部材６０Ａの粒径は、拡散層部材９０Ａの厚さよりも大きいので、接合体８０Ａをスライスしたときに、拡散層部材９０Ａの両面に亘って配置される流路壁部材６０Ａが存在することになる。したがって、拡散層３０Ａを面方向に押圧したときの強度を向上させることができる。
【００６８】
Ｄ．拡散層の製造方法（第３実施例）：
図４は、本発明の第３実施例の拡散層の製造の流れを示す工程図である。
【００６９】
まず、複数の金属多孔体ブロック７２を用意する（ステップＳ４００）。この金属多孔体ブロック７２は、金属多孔体ブロック７２の形状を有する所定のケース内に、第１実施例における拡散層基材７０を充填して、加熱処理を施すことによって、予め作製されたものである。これらの金属多孔体ブロック７２は、拡散層の流路の形状に応じて、複数用意される。
【００７０】
次に、金属多孔体ブロック７２と、第１実施例と同じ流路壁部材６０とを、これらが互いに当接するように、所定の配置で組み合わせ（ステップＳ４１０）、金属多孔体ブロック群７４を作製する。
【００７１】
次に、ステップＳ４１０において作製された金属多孔体ブロック群７４に対して、加熱処理を施す（ステップＳ４２０）。この加熱処理によって、複数の金属多孔体ブロック７２同士、および、金属多孔体ブロック７２と流路壁部材６０とを溶着し、接合体８０Ｂを形成する（ステップＳ４３０）。
【００７２】
次に、ステップＳ４３０において作製された接合体８０Ｂを、カッターによって、図示するように、流路壁部材６０の表面に対して垂直方向に、所定の厚さにスライスし（ステップＳ４４０）、拡散層部材９０Ｂを作製する。本実施例においても、拡散層部材９０Ｂの厚さを１．５（ｍｍ）とした。
【００７３】
次に、ステップＳ４４０において作製された拡散層部材９０Ｂを、ローラによって圧延し（ステップＳ４５０）、拡散層３０Ｂを作製する。本実施例においても、拡散層３０Ｂの厚さを０．５（ｍｍ）とした。以上の工程によって、拡散層３０Ｂを製造することができる。
【００７４】
以上説明した第３実施例の拡散層３０Ｂの製造方法によっても、金属多孔体の内部に、精度よく作製された流路壁部材６０を、予め所望の位置に埋め込んで、拡散層３０Ｂを製造することができる。また、流路壁部材６０は、上述した熱処理の温度よりも高い融点を有しているので、熱処理によって溶融しない。したがって、拡散層３０Ｂを製造する際に、流路壁、および、流路を精度よく形成することができる。
【００７５】
また、上記第１〜３実施例の製造方法によって製造された拡散層３０、３０Ａ、３０Ｂを燃料電池１００に適用する場合、いずれの拡散層３０、３０Ａ、３０Ｂにも、流路壁、および、流路が精度よく形成されているので、膜・電極接合体１０のアノード、および、カソードに、燃料ガス、および、酸化ガスを、所望の通りに供給することができる。したがって、燃料電池１００の発電効率を向上させることができる。
【００７６】
Ｅ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
【００７７】
Ｅ１．変形例１：
図５は、変形例としての拡散層の製造工程の一部を簡略的に示す説明図である。
【００７８】
図５（ａ）に示した例では、第１実施例の製造工程のステップＳ２１０において、平板形状の流路壁部材６０を配置する代わりに、棒状の流路壁部材６０Ｃを、ケース５０の深さ方向に対して、流路壁部材６０Ｃの長手方向が平行になるように配置する。そして、ステップＳ２５０において、接合体８０Ｂを、カッターによって、ケース５０の深さ方向に対して垂直方向にスライスし、拡散層部材９０Ｂを作製する。なお、本変形例では、図示するように、流路壁部材６０Ｃとして、断面形状が正方形の角柱状の部材を用いるものとした。流路壁部材６０Ｃとして、断面形状が他の形状の棒状部材、例えば、断面形状が円形の円柱状の部材を用いるものとしてもよい。
【００７９】
図５（ｂ）に示した例では、第２実施例の製造工程のステップ３００において、円筒形のケースを用意することによって、円柱形の接合体８０Ｄを作製する。そして、この接合体８０Ｄを、カッターによって、外周面に沿って、渦巻き状にスライスし、所定の長さで切断することによって、拡散層部材９０Ｄを作製する。
【００８０】
また、図５（ｃ）に示した例では、第３実施例の製造工程のステップ４００において、円柱形の金属多孔体ブロック７２Ｅを用意し、この円柱形の金属多孔体ブロック７２Ｅと、円板状の流路壁部材６０Ｅとを積層させて、円柱形の接合体８０Ｅを作製する。そして、この接合体８０Ｅを、カッターによって、円盤状の流路壁部材６０Ｅの外周面、すなわち、円柱状の接合体８０Ｅの外周面に沿った方向に、渦巻き状にスライスし、所定の長さで切断することによって、拡散層部材９０Ｅを作製する。
【００８１】
なお、円柱形の接合体８０Ｅは、他の製造工程、例えば、第１実施例の製造工程によって製造するようにしてもよい。すなわち、例えば、円筒形のケースを用意し、このケース内に円盤状の６０Ｅを配置し、このケース内に拡散層基材７０を充填し、加熱処理を施すことによって、円柱形の接合体８０Ｅを製造するようにしてもよい。
【００８２】
これらの工程によって、接合体８０Ｅから、スライス方向に対して平行な直線状の流路を有する拡散層を切り出すことができる。
【００８３】
また、図５（ｄ）に示した例では、第１実施例の製造工程のステップＳ２００において、円筒形のケースを用意し、ステップＳ２１０において、平板形状の流路壁部材６０Ｆを、ケースの深さ方向に対して、流路壁部材６０Ｆの表面が平行になるとともに、ケースの深さ方向に対して平行な円筒形のケースの中心軸Ａｘから放射状に配置する。そして、ステップＳ２５０において、接合体８０Ｆを、中心軸Ａｘを回転中心として、接合体８０Ｆの外周面に沿った方向にスライスし、所定の長さで切断することによって、拡散層部材９０Ｆを作製する。
【００８４】
なお、接合体８０Ｆは、第３実施例の製造工程によって製造するようにしてもよい。すなわち、断面形状が扇形の柱状の金属多孔体ブロックと、平板形状の流路壁部材６０Ｆとを組み合わせて金属多孔体ブロック群を作製し、加熱処理を施すことによって、円柱形の接合体８０Ｆを製造するようにしてもよい。
【００８５】
これらの工程によって、接合体８０Ｆから、スライス方向に対して垂直な直線状の流路を有する拡散層を切り出すことができる。
【００８６】
なお、図５（ｄ）に示した例では、円筒形のケースを用意し、平板形状の流路壁部材６０Ｆを、円筒形のケースの中心軸Ａｘから放射状に配置するものとしたが、これに限られない。他の形状のケースを用意し、ケースの深さ方向に対して平行に設定された所定の軸を中心として、放射状に配置するようにしてもよい。
【００８７】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、接合体８０、８０Ａ、８０Ｂをスライスして、それぞれ拡散層部材９０、９０Ａ、９０Ｂを作製するものとしたが、ケース５０の深さや、金属多孔体ブロック７２の厚さを、予め拡散層部材９０、９０Ａの厚さに設定するようにして、拡散層３０、３０Ａ、３０Ｂを１枚ずつ製造するようにしてもよい。ただし、上記実施例によれば、１つの接合体８０、８０Ａ、８０Ｂから、それぞれ複数の拡散層部材９０、９０Ａ、９０Ｂを切り出すことができるので、拡散層３０、３０Ａ、３０Ｂの生産性を向上させることができる。
【００８８】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、拡散層部材９０、９０Ａ、９０Ｂを、ローラによって圧延することによって、拡散層３０、３０Ａ、３０Ｂを製造するものとしたが、例えば、スライス工程の加工精度が高い場合には、圧延工程を省略してもよい。
【００８９】
Ｅ４．変形例４：
上記実施例では、流路壁部材６０、６０Ａとして、樹脂製の部材を用いるものとしたが、金属製の部材を用いるものとしてもよい。樹脂製の部材を用いれば、加工がしやすいという利点がある。一方、金属製の部材を用いれば、拡散層３０、３０Ａ、３０Ｂの導電性や、放熱性を向上させることができる。
【００９０】
Ｅ５．変形例５：
上記実施例では、金属多孔体として、発泡金属を用いるものとしたが、これに限られない。焼結金属等、他の金属多孔体を用いるものとしてもよい。ただし、発泡金属は、一般に、他の金属多孔体よりも気孔率が高いので、金属多孔体として、発泡金属を用いることによって、拡散層３０、３０Ａ、３０Ｂにガスを流すときの圧力損失を低減することができる。
【００９１】
Ｅ６．変形例６：
上記実施例では、膜・電極接合体１０の両面にのみ、拡散層３０を積層して、燃料電池１００を製造するものとしたが、これに限られない。本発明の製造方法によって製造される拡散層は、一般に、流体を拡散させつつ流すためのものであるから、燃料電池１００の冷却水の流路に、拡散層３０を適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池の製造の流れを示す工程図である。
【図２】本発明の第１実施例の拡散層の製造の流れを示す工程図である。
【図３】本発明の第２実施例の拡散層の製造の流れを示す工程図である。
【図４】本発明の第３実施例の拡散層の製造の流れを示す工程図である。
【図５】変形例としての拡散層の製造工程の一部を簡略的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０...膜・電極接合体
２０...セパレータ
３０、３０Ａ、３０Ｂ...拡散層
５０...ケース
６０、６０Ａ、６０Ｃ、６０Ｅ、６０Ｆ...流路壁部材
７０...拡散層基材
７２...金属多孔体ブロック
７４...金属多孔体ブロック群
８０、８０Ａ〜８０Ｆ...接合体
９０、９０Ａ〜９０Ｆ...拡散層部材
１００...燃料電池
Ａｘ...中心軸
【図１】
2006179262.tif 000003
【図２】
2006179262.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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