(57)【要約】【課題】  燃料電池セルを組み立てる際の組み立て効率、および燃料電池作動条件下でのガスシール性が共に優れた燃料電池用ガス拡散層部材２０およびその製造方法を提供することである。【解決手段】  本発明は、ガス拡散層１３からの燃料ガス漏れを防止するためのガス封止材４０が該ガス拡散層１３の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材２０およびその製造方法において、前記ガス封止材４０は、荷重たわみ温度が燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂からなる基体１１と、エラストマーからなるシール材１２とからなり、前記シール材１２が前記基体１１の表面の少なくとも一部で一体成形されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層部材２０およびその製造方法である。また、本発明の燃料電池用ガス拡散層部材２０は、二色成形により一体成形されるものが好ましく、前記樹脂が結晶性樹脂であるものが好ましい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散層からの燃料ガス漏れを防止するためのガス封止材が該ガス拡散層の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材において、前記ガス封止材は、荷重たわみ温度が燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂からなる基体と、エラストマーからなるシール材とからなり、前記シール材が前記基体の表面の少なくとも一部で一体成形されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層部材。
【請求項２】
二色成形により一体成形されるものである請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層部材。
【請求項３】
前記樹脂が結晶性樹脂である請求項１または請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層部材。
【請求項４】
ガス拡散層からの燃料ガス漏れを防止するためのガス封止材が該ガス拡散層の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材の製造方法において、荷重たわみ温度が燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂からなる基体と、エラストマーからなるシール材とを前記基体の表面の少なくとも一部で一体成形してガス封止材を成形し、該ガス封止材を、前記一体成形と同時または後にガス拡散層の周縁部に設けることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用ガス拡散層部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、セルを構成単位とし、一つのセル（単セル）は、異なる電極（燃料極と空気極）が固体高分子などの電解質膜を挟んだ構造をしている。
そして、燃料電池は、セルが多数積み重なること（いわゆるスタック型）により、大きな電気を発生する。
【０００３】
前記燃料極と空気極には、燃料ガスとの接触面積が大きい導電性の多孔体が用いられ、電解質膜側の面には触媒層が設けられている。そして、この導電性の多孔体の中（ガス拡散層）を燃料ガスの水素と空気がそれぞれ通る。
このとき、燃料極と空気極では、触媒の作用により電極反応が起こる。
燃料極側では、供給される水素分子が水素原子となって電子を放出し、水素イオンが生じる。この電子は、別に設けられる外部回路を通り、空気極側へと移動する。これにより、電流が流れ、電気を発生する。
一方、空気極側では、供給される空気中の酸素分子が前記電子を受け取り、酸素イオンが生じる。そこに、前記水素イオンが電解質膜を通り空気極側へと移動し、前記酸素イオンと結合し、水となる。そして、この水は、余剰の空気と共に系外へと排出される。
【０００４】
ここで燃料電池の発電効率を高めるためには、上記の一連の反応効率を高めることが重要であり、そのため、供給される燃料ガス漏れを防止することが求められている。
【０００５】
これに対し、従来、燃料ガス漏れを防止するために、種々の提案がされている。
例えば、空隙部を有するシール対象物のシール部の空隙部分に、シール材料を含浸したガスケットの提案がされている（特許文献１参照。）。
また、ガス拡散層と、前記ガス拡散層の端面延長方向に配置されたシート状フレーム部材と、前記ガス拡散層およびフレーム部材間に配置されるとともにこの両者と一体化したゴム状弾性材製のガスケットとを有する構成部品が提案されている（特許文献２参照。）。
【０００６】
さらに、導電性多孔体の周囲に、樹脂またはエラストマーからなる樹脂枠を設け、該樹脂枠に、Ｏリング用の溝や軟質の樹脂で凸部を設けることができるガス拡散層用部材の提案（特許文献３参照。）や、担体部材とシール部材とストッパ部材（前記シール部材が空隙の幅を実質的に増加させるのを防止するためのもの）とを備えたガスケット（Ｏリング）等の提案（特許文献４参照。）がされている。
【特許文献１】特開２００４−９５５６５号公報
【特許文献２】特開２００３−７３２８号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／１００２９５号明細書
【特許文献４】特開２００１−１４６９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の提案では、シール対象物の空隙部分へシール材料を均一に含浸することは難しく、燃料電池作動の際の振動・衝撃などにより、シール材料の含浸部の薄い箇所が割れて穴が開いてしまう等、シール部の強度が低く、ガスシール性が不充分なものであった。
特許文献２の提案では、ガス拡散層とシート状フレーム部材とガスケットとの一体品が成形され、これらを一部品としてまとめて取り扱うことが可能となり、組み立て等が容易となる。しかしながら、ガスケットはゴム状弾性材製であり、燃料電池作動中に、ガスケットが熱により変形等を生じ、ガスシール性が悪くなる場合がある。
また特許文献３の提案では、導電性多孔体と樹脂枠とを一部品として取り扱うことが可能となるが、軟質の樹脂で凸部を設けることは、燃料電池作動中の熱による変形等、強度に劣るためにガスシール性が悪くなる場合がある。さらに、特許文献４などのＯリングを用いることは、セルを組み立てる際、Ｏリングの取り付けに時間を要し、またはＯリング用に設けた溝との一致性を欠く等によりＯリングにねじれが生じ易く、組み立て効率が悪いといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池セルを組み立てる際の組み立て効率、および燃料電池作動条件下でのガスシール性が共に優れた燃料電池用ガス拡散層部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の結果、樹脂からなる基体とエラストマーからなるシール材とを一体成形したガス封止材をガス拡散層の周縁部に設けることにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、ガス拡散層からの燃料ガス漏れを防止するためのガス封止材が該ガス拡散層の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材において、前記ガス封止材は、荷重たわみ温度が燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂からなる基体と、エラストマーからなるシール材とからなり、前記シール材が前記基体の表面の少なくとも一部で一体成形されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層部材である。
また、本発明の燃料電池用ガス拡散層部材は、二色成形により一体成形されるものが好ましく、前記樹脂が結晶性樹脂であるものが好ましい。
さらに、本発明は、ガス拡散層からの燃料ガス漏れを防止するためのガス封止材が該ガス拡散層の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材の製造方法において、荷重たわみ温度が燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂からなる基体と、エラストマーからなるシール材とを前記基体の表面の少なくとも一部で一体成形してガス封止材を成形し、該ガス封止材を、前記一体成形と同時または後にガス拡散層の周縁部に設けることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層部材の製造方法である。
ここで、「ガス拡散層の周縁部に設けられた」とは、ガス拡散層の面方向に延びる周囲を囲むようにガス封止材が成形されることをいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池セルを組み立てる際の組み立て効率、および燃料電池作動条件下でのガスシール性が共に優れた燃料電池用ガス拡散層部材およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図１〜５を参照しながら詳細に説明する。
本発明の燃料電池用ガス拡散層部材２０は、主として図１に模式的に示すようなスタック型燃料電池１０に用いられ、一実施形態として図２〜４に示すように、シール材１２が、基体１１の表面の少なくとも一部で一体成形されているガス封止材４０が、ガス拡散層１３の周縁部に設けられたものである。
なお、本発明の燃料電池用ガス拡散層部材に付される符号は、図２では２０、図３では３０となるが、実施形態が同じ構成については、以下、図２における２０を付して説明を省略する。
【００１２】
＜基体＞
基体１１に用いられる樹脂は、荷重たわみ温度が、燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂である。
ここで、荷重たわみ温度とは、特定の試験条件（ＪＩＳ  Ｋ  ７１９１）の下で、試験片が、一定の曲げ荷重のもとで一定の距離たわむ温度をいう。例えば、厚さ４．０ｍｍの試験片に１．８０ＭＰａの荷重を加え、１２０℃／ｈｒ．で昇温し、たわみが０．３４ｍｍに達したときの温度を測定する。
また、燃料電池作動温度とは、実際に燃料電池１０が作動している間のガス拡散層１３内の温度をいい、個々の燃料電池装置毎に固有の温度値となる。
現状の実用温度範囲は、一般的に−２０℃〜１２０℃であり、用いられる樹脂としては、荷重たわみ温度が１２０℃以上の樹脂であることが好ましい。これにより、燃料電池作動条件下での熱に対する強度が確保され、熱による変形やたわみ等の発生を防ぐことができ、ガスシール性に優れたものとなる。
【００１３】
さらに、基体１１に用いられる樹脂は、結晶性樹脂であることがより好ましい。
ここで、結晶性樹脂とは、かなりの秩序を持った分子配列を示し、Ｘ線回折により明瞭な結晶構造が認められる高分子物質をいう（理化学辞典）。
基体１１に用いられる樹脂が結晶性樹脂であることにより、耐薬品性に優れ、燃料ガスや固体高分子などの電解質膜１５等との接触による劣化が起こりにくくなる。また、該樹脂自体のガス透過性が低くなるため、ガスシール性がより向上したものとなる。
【００１４】
基体１１に用いられる樹脂としては、荷重たわみ温度が、燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂であればよく、現状では荷重たわみ温度が１２０℃以上の樹脂が好ましく、中でも、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂から好適に選ばれる。
熱可塑性樹脂としては、アイオノマー樹脂、エチレン・アクリル酸エチル共重合樹脂、
アクリロニトリル・スチレン・アクリルゴム共重合（ＡＳＡ）樹脂、アクリロニトリル・塩素化ポリエチレン・スチレン共重合（ＡＣＳ）樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合（ＡＢＳ）樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリレート樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート樹脂、フェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン樹脂、ポリメチルペンテン、
シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹
脂等が挙げられる。
以上の中でも、結晶性樹脂であり、耐薬品性に優れ、ガス透過性が低いことから、フッ
素樹脂、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン樹脂が好ましく選ばれ、中でもポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリプロピレン樹脂がより好ましく選ばれる。これらの樹脂は、１種を単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。
【００１５】
基体１１には、その他に上述の樹脂以外に無機フィラーを適宜添加することができる。無機フィラーは、繊維状とされるとともに、基体１１中に５〜６０質量％以下含有され
る。ここで繊維状とは、アスペクト比が５以上のものをいう。
無機フィラーの外径は、３．５ｎｍ以上３０μｍ以下、好ましくは３．５ｎｍ以上１０μｍ以下である。これにより、成形工程で、基体１１を構成する樹脂を溶融した溶融樹脂中に無機フィラーが均一に分散され、該溶融樹脂の流動性が良好なものとなる。
例えば、ガス封止材４０とガス拡散層１３との成形の際、無機フィラーが、ガス拡散層１３の周縁部に開口した気孔部に絡み付き、該気孔の開口面積が小さくなる。そして、その部位で前記溶融樹脂が硬化することにより、より確実に該気孔を塞くことができるようになる。これにより、ガス封止材４０とガス拡散層１３との接合部におけるガスシール性がより向上したものとなる。
無機フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属短繊維等の繊維状物質；酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム等の金属酸化物；炭化ケイ素、窒化アルミニウム等の非酸化物セラミックスの針状結晶（いわゆるウィスカー）物質等が用いられる。
【００１６】
なお、基体１１には、一実施形態として図２〜４に示すように、燃料ガスの導入口として、燃料供給用の貫通孔２１、燃料排出用の貫通孔２２、空気供給用の貫通孔３１、空気排出用の貫通孔３２がそれぞれ設けられる。
また、基体１１には、燃料電池セルの積層体を固定するために、固定用のボルト等を挿通させるためのボルト挿通孔２５を四隅に設けることができる。
【００１７】
＜シール材＞
シール材１２は、エラストマーから選ばれる。中でも、燃料電池作動温度範囲でのヤング率（ＪＩＳ  Ｋ  ６３９４）が、５×１０８Ｐａ以下であるエラストマーが好ましく選ばれる。これにより、燃料電池セルを組み立てる際や、燃料電池作動の際の振動・衝撃を吸収できる充分な弾性力を有し、ガスシール性に優れたものとなる。
なお、シール材１２は、以下に詳述するように、基体１１と、該基体１１の表面の少なくとも一部で一体成形され、該基体１１の片方の面だけに設けられてもよく、両面に設けられてもよい。また、シール材１２が設けられる基体１１の表面における位置は任意であり、例えば図２に示すような位置に、シール細線状に設けることができる。
特に、ガスシール性を高めるとともに、燃料ガスの水素と空気の混合を防止するために、燃料極用の燃料電池用ガス拡散層部材２０では、ガス拡散層１３と空気供給用の貫通孔３１との間、およびガス拡散層１３と空気排出用の貫通孔３２との間に、図２に示すようにシール材１２を設けることが好ましい。また、空気極用の燃料電池用ガス拡散層部材３０では、ガス拡散層１３と燃料供給用の貫通孔２１との間、およびガス拡散層１３と燃料排出用の貫通孔２２との間に、図３に示すようにシール材１２を設けることが好ましい。結果として、貫通孔３１、３２、２１、２２を囲うようにシール材が設けられる。
【００１８】
シール材１２に用いるエラストマーとしては、シリコーン樹脂などのゴム状弾性を有する熱硬化性樹脂；エチレン・酢酸ビニル（ＥＶＡ）共重合樹脂；ポリブタジエン樹脂などのゴム状弾性を有する熱可塑性樹脂；熱可塑性ポリウレタンエラストマー、その他熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）等が挙げられる。中でも、耐薬品性と耐熱性に優れることから、
シリコーン樹脂、オレフィン系熱可塑性エラストマーが好ましく選ばれる。これらのエラストマーは、１種を単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。
【００１９】
＜基体とシール材との一体成形＞
上述の基体１１とシール材１２とを用いて、両者を該基体１１の表面の少なくとも一部で一体成形し、ガス封止材４０を成形する。
該一体成形により、燃料電池セルを組み立てる際、基体１１とシール材１２とを一部品としてまとめて取り扱うことができ、従来の接着剤等による基体１１へのシール材１２の取り付け工程が必要なくなることにより、取り付け時間が短縮され、セルの組み立て効率に優れたものとなる。
また、一体成形された基体１１とシール材１２との固定強度は、従来の接着剤等による固定強度より高いものが得られる。これにより、燃料電池セルを組み立てる際や燃料電池作動の際の振動・衝撃に対しても、基体１１とシール材１２との位置関係がずれることなく一定に保つことができ、ガスシール性に優れたものとなる。
【００２０】
一体成形の方法としては、特に限定されるものではなく、中でも射出成形が好ましく用いられ、その中でも二色成形がより好ましく用いられる。
ここで二色成形とは、二種類の樹脂からなる一体の製品を作る成形法をいう。
該二色成形により、基体１１の樹脂とシール材１２のエラストマーとが、界面で溶融した状態で直接接触し、融着する。これにより、基体１１とシール材１２とが強固に接着した一体化物（ガス封止材４０）が成形される。
また、締め付け圧等の制御が可能なことから、成形品における平滑性と厚さの振れを防ぐことができ、均一な形状を持つ一体化物（ガス封止材４０）を得ることができる。これにより、セルを積み重ねる際、隙間ができにくくなるため、重ね合わせが良好となり、ガスシール性がより向上する。
さらに、基体１１の表面に設けるシール材１２の位置は、任意、かつ高精度に成形することができるため、シール材１２の位置を多様なパターンに配置でき、多種の燃料電池装置に対応が可能となる等、多様な要求に応え得る利用性に優れたものとなる。
【００２１】
〔二色成形〕
次に、本発明に好ましく用いられる二色成形について詳述する。
成形には、二組の射出装置（金型、シリンダ等）を備えた専用機を使用する。
基体１１とシール材１２との一体成形では、はじめに、第一シリンダより、一材目の基体１１の溶融樹脂を一次金型で型締めし、射出成形する。次いで、一度型開きをし、一次成形品をコア側に付着させたまま、金型回転盤を１８０°回転させて型を閉じる。
次に、第二シリンダより、二材目のシール材１２の溶融物を二次金型で型締めし、射出成形する。次いで、再び型開きをし、成形品を金型から取り出すことにより、二色成形品であるガス封止材４０が成形される。
実際の操作では、二組の射出装置がほぼ同時に作動し、半回転ごとに１ショットの成形品が得られる。
なお、二色射出成形機は、金型が反転する方式が一般的であるが、金型のコアバック方式を採用した成形機も使用することができる。
【００２２】
一方、二色成形以外の方法として、二組の金型を垂直軸の周りに背中合わせに取り付けて垂直軸を中心にして半回転させる方法、一組の金型内に一次成形用と二次成形用のキャビティとコアのセットを設ける方法等を用いることもできる。
【００２３】
＜ガス拡散層＞
本発明に用いられるガス拡散層１３は、導電性に優れ、燃料ガスとの接触面積が大きいことが好ましく、中でも導電性の多孔体が好適に用いられる。
導電性の多孔体としては、カーボンペーパー、カーボンクロス等のカーボン製多孔体；３次元網目構造を有する金属製多孔体等が挙げられる。中でも、ガス拡散性と導電性が共に良好であることから、金属製多孔体が好ましく用いられる。
金属製多孔体としては、例えば、金属粉末を焼結したシート、金属不織布、積層メッシュ等が好ましく用いられ、中でも、気孔率や厚さを適宜調節でき、使用可能な原料金属も多用であることから、金属粉末を焼結したシートがより好ましく用いられる。中でも、高い気孔率の金属製多孔体を製造できることから、金属粉末とバインダと溶媒を加えて混練したものに、発泡剤を混ぜて発泡性スラリーとし、発泡成形後に焼結して得られる発泡金属焼結シートがさらに好ましく用いられる。
これらの導電性の多孔体は、１種を単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。
【００２４】
＜ガス封止材とガス拡散層との成形＞
ガス封止材４０と上記のガス拡散層１３との成形方法としては、上述の基体１１とシール材１２との一体成形と同時または後に、前記特許文献３に記載のインサート成形等の方法が好ましく用いられ、中でも二色成形とインサート成形を同時に行うインサート二色成形がより好ましく用いられる。
例えば、上記のガス拡散層１３の材料をインサート部品とし、ガス封止材４０を成形する際の二色成形と同時にインサート成形を行うことにより、ガス封止材４０がガス拡散層１３の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材２０が成形される。
これにより、ガス拡散層１３の周縁部に開口する気孔中に、ガス封止材４０を構成する材料の溶融樹脂等が含浸し硬化することによって、ガス拡散層１３のガスシールを確実にすることができる。また、ガス封止材４０とガス拡散層１３とをアンカー効果によって強固に接合することができる。これにより、ガス拡散層１３の強度を高めることができ、かつガス封止材４０とガス拡散層１３とを一部品として取り扱うことができるため、燃料電池セルの組み立て効率に優れたものとなる。
【００２５】
なお、上記の「ガス封止材４０がガス拡散層１３の周縁部に設けられた」とは、ガス拡散層１３の面方向に延びる周囲を囲むようにガス封止材４０が成形されることをいう。
また、「一体成形と同時または後に」とは、ガス封止材４０を成形する際の基体１１とシール材１２との一体成形と同時にガス拡散層１３をインサート成形する、または、一体成形されたガス封止材４０に対してガス拡散層１３をインサート成形することをいい、従来のシール材１２あるいはＯリングなどを基体１１の表面に別途設けることとは異なるものである。
【００２６】
本発明により製造される燃料電池用ガス拡散層部材２０は、ガス封止材４０がガス拡散層１３の周縁部に設けられているものであり、さらに他の燃料電池構成部品を備えていてもよい。
本発明によれば、例えば図５に示すように、ガス封止材４０が、ガス拡散層１３とセパレータ１４がホットプレス等により接合した燃料電池構成部品の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材であってもよく、さらには、ガス封止材４０が、一組のガス拡散層とこの層間に挟まれる固体高分子等の電解質膜１５とが接合した燃料電池構成部品の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材であってもよい。
【実施例】
【００２７】
以下に、実施例を用いて本発明を図６〜９を参照しながら、さらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２８】
燃料電池作動温度範囲が−２０℃〜１２０℃の燃料電池に用いるために、実施例１、２および比較例１〜３に示す燃料電池用ガス拡散層部材を製造した。
該燃料電池用ガス拡散層部材は、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのものを製造した。ガス拡散層の周縁部に設けるガス封止材における基体は、幅７．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、シール材は、図６に示す位置に、幅０．３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍになるように成形した。
なお、Ｏリングを用いた際は、図６と同じ位置になるように基体の表面に固定した。
【００２９】
（実施例１）
ガス拡散層（発泡金属焼結シート）５３をインサート部品とし、下記の材料からなる基体５１とシール材５２とを一体成形する際の二色成形と同時にインサート成形を行うことにより、図６に示すように、ガス封止材５４をガス拡散層（発泡金属焼結シート）５３の周縁部に設けた燃料電池用ガス拡散層部材５０を製造した。
＜基体とシール材に用いた材料＞
・基体：ポリプロピレン（荷重たわみ温度  １２１℃、結晶性樹脂）
・シール材：熱可塑性オレフィン系エラストマー（ヤング率  ５×１０５Ｐａ）
【００３０】
（実施例２）
基体に用いた材料をポリスチレン（荷重たわみ温度  ６０℃、非晶性樹脂）に変更した以外は、実施例１と同様に燃料電池用ガス拡散層部材を製造した。
【００３１】
（比較例１）
シール材に用いた材料をエラストマーとは異なるポリカーボネート（ヤング率  ３×１０９Ｐａ）に変更した以外は、実施例１と同様に燃料電池用ガス拡散層部材を製造した。
【００３２】
（比較例２）
下記の材料からなる基体６１とガス拡散層（発泡金属焼結シート）６３とをインサート成形し、図７に示すように、基体６１だけからなるガス封止材をガス拡散層６３の周縁部に設けた燃料電池用ガス拡散層部材６０を製造した。また、別に下記のＯリング８０を用意した。
＜基体とＯリングに用いた材料＞
・基体：ポリプロピレン（荷重たわみ温度  １２１℃、結晶性樹脂）
・Ｏリング：フッ素ゴム（規格Ｓ３８、内径  ３７．５ｍｍ、太さ  ２ｍｍ）
【００３３】
（比較例３）
下記の材料からなる基体７１とガス拡散層（発泡金属焼結シート）７３とをインサート成形し、図８に示すように、Ｏリング固定溝を基体７１の表面に形成した基体７１だけからなるガス封止材をガス拡散層７３の周縁部に設けた燃料電池用ガス拡散層部材７０を製造した。また、別に下記のＯリング８０を用意した。
＜基体とＯリングに用いた材料＞
・基体：ポリプロピレン（荷重たわみ温度  １２１℃、結晶性樹脂）
・Ｏリング：フッ素ゴム（規格Ｓ３８、内径  ３７．５ｍｍ、太さ  ２ｍｍ）
【００３４】
＜評価方法＞
実施例と比較例で製造した燃料電池用ガス拡散層部材とＯリング８０を用いて、燃料電池セルの代わりとして前記燃料電池用ガス拡散層部材の積層体を組み立てる際の組み立て効率と、該積層体の燃料電池作動条件下でのガスシール性について、以下に示す方法にて評価を行った。
【００３５】
（組み立て効率）
図９に示す、燃料電池用ガス拡散層部材９１の積層体を組み立てる作業を、以下のように行った。
実施例１と実施例２、比較例１では、製造した燃料電池用ガス拡散層部材９１を、ガイドピン挿通孔５５にガイドピン９３を通して１０枚積み重ねた積層体を製造し、該積層体の両側面を固定用金属板９２で挟み、矢印方向に１ＭＰａで締結した。
比較例２と比較例３では、製造した燃料電池用ガス拡散層部材９１における基体の表面に、図６に示すシール材の位置と同じ位置になるようにＯリング８０を接着剤で固定しながら、該燃料電池用ガス拡散層部材９１を、ガイドピン挿通孔５５にガイドピン９３を通して１０枚積み重ねた積層体を製造し、該積層体の両側面を固定用金属板９２で挟み、矢印方向に１ＭＰａで締結した。
この作業に要した時間を組み立て時間（分）として測定し、組み立て効率を下記基準にて評価した。
○：３０分未満
×：３０分以上
【００３６】
（ガスシール性）
上述の積層体に、水素ガスを一定時間流し、バルブ１（９４）とバルブ２（９５）を閉じ、該積層体の中を２５℃、初期圧力１００ｋＰａとした。
この条件を維持し、−２０℃で２時間の保存の後、１２０℃で２時間の保存の操作を３サイクル（合計１２時間）繰り返した。
その後、２５℃下で、圧力計９６により該積層体の中の圧力を測定し、初期圧力との差を求め、ガスシール性を下記基準にて評価した。
○：２ＭＰａ未満
△：２ＭＰａ以上５ＭＰａ未満
×：５ＭＰａ以上
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１から、基体５１に荷重たわみ温度が燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂を用い、シール材５２にエラストマーを用いた実施例１は、組み立て効率およびガスシール性がいずれも良好であった。また、実施例１は、基体に非晶性樹脂を用いた実施例２よりガスシール性に優れることが確認された。
一方、シール材にエラストマーを用いていない比較例１では、ガスシール性が悪いことが確認された。また、シール材を基体と一体成形するのではなく、Ｏリング８０を接着剤により固定した比較例２、３について、比較例２は、組み立て効率およびガスシール性がいずれも悪いことが確認された。比較例３では、組み立て効率は悪く、ガスシール性にも劣る傾向が確認された。
以上より、ガス拡散層１３の周縁部に設けられたガス封止材４０が、荷重たわみ温度が燃料電池作動温度範囲の上限温度以上の樹脂からなる基体１１と、エラストマーからなるシール材１２とからなり、前記シール材１２が前記基体１１の表面の少なくとも一部で一体成形されている本発明の燃料電池用ガス拡散層部材２０は、燃料電池セルを組み立てる際の組み立て効率および燃料電池作動条件下でのガスシール性に優れることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】スタック型燃料電池の一例であり、その断面図である。
【図２】図１における燃料極用の燃料電池用ガス拡散層部材の一例であり、その平面図（ａ）および図２（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）である。
【図３】図１における空気極用の燃料電池用ガス拡散層部材の一例であり、その平面図（ａ）および図３（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）である。
【図４】図２におけるガス封止材の平面図（ａ）および図４（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）である。
【図５】ガス拡散層とセパレータが接合した燃料電池構成部品の周縁部に設けられた燃料電池用ガス拡散層部材の一実施形態の断面図である。
【図６】本発明の実施例１による燃料電池用ガス拡散層部材の平面図（ａ）および図６（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）である。
【図７】比較例２による燃料電池用ガス拡散層部材とＯリングの平面図（ａ）と、燃料電池用ガス拡散層部材の図７（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）である。
【図８】比較例３による燃料電池用ガス拡散層部材とＯリングの平面図（ａ）と、燃料電池用ガス拡散層部材の図８（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）である。
【図９】燃料電池用ガス拡散層部材の積層体のガスシール性を評価するための評価装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  スタック型燃料電池
１１  基体
１２  シール材
１３  ガス拡散層
１４  セパレータ
１５  電解質膜
２０  燃料極用の燃料電池用ガス拡散層部材
２１  燃料供給用の貫通孔
２２  燃料排出用の貫通孔
２５  ボルト挿通孔
３０  空気極用の燃料電池用ガス拡散層部材
３１  空気供給用の貫通孔
３２  空気排出用の貫通孔
４０  ガス封止材
５０  燃料電池用ガス拡散層部材
５１  基体
５２  シール材
５３  ガス拡散層
５４  ガス封止材
５５  ガイドピン挿通孔
５６  燃料供給用の貫通孔
５７  燃料排出用の貫通孔
５８  空気供給用の貫通孔
５９  空気排出用の貫通孔
６０  燃料電池用ガス拡散層部材
６１  基体
６３  ガス拡散層
７０  燃料電池用ガス拡散層部材
７１  基体
７３  ガス拡散層
８０  Ｏリング
９０  評価装置
９１  燃料電池用ガス拡散層部材
９２  固定用金属板
９３  ガイドピン
９４  バルブ１
９５  バルブ２
９６  圧力計
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月11日(2005.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
さらに、導電性多孔体の周囲に、樹脂またはエラストマーからなる樹脂枠を設け、該樹脂枠に、Ｏリング用の溝や軟質の樹脂で凸部を設けることができるガス拡散層用部材の提案（特許文献３参照。）や、担体部材とシール部材とストッパ部材（前記シール部材が空隙の幅を実質的に増加させるのを防止するためのもの）とを備えたガスケット（Ｏリング）等の提案（特許文献４参照。）がされている。
【特許文献１】特開２００４−９５５６５号公報
【特許文献２】特開２００３−７３２８号公報
【特許文献３】国際公開第２００４／１００２９５号パンフレット
【特許文献４】特開２００１−１４６９７１号公報