(57)【要約】【課題】  セルピッチを短縮して発電効率を上げると共に、ディフューザ領域の形状を自由に任意の形状とすることのできる設計自由度の高いセパレータを提供することを目的とする。【解決手段】  アクティブ領域に燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷媒流路となる凹条部１６と凸条部１７を形成した２枚の金属板を貼り合わせてなるセパレータ１５からなり、凹凸形状とされた燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路と、少なくともこれら燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路へ燃料ガス及び酸化剤ガスを流通させるための燃料ガスディフューザ流路２４及び酸化剤ガスディフューザ流路を除いて、前記金属板を樹脂３０で被覆して構成した。【選択図】      図３
2006147255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電に寄与する領域に燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷媒流路となる凹凸形状を形成した２枚の金属板を貼り合わせてなるセパレータであって、
前記燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路と、少なくともこれら燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路へ燃料ガス及び酸化剤ガスを流通させるための燃料ガスディフューザ流路及び酸化剤ガスディフューザ流路を除いて、前記金属板を樹脂で被覆してなる
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷媒流路に燃料ガス、酸化剤ガス及び冷媒を供給する燃料ガス用マニホールド、酸化剤ガス用マニホールド及び冷媒用マニホールドを、前記樹脂で形成した
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項３】
請求項２に記載のセパレータであって、
前記燃料ガス用マニホールド及び酸化剤ガス用マニホールドからそれぞれの燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に至るまでの各流体の燃料ガスディフューザ流路及び酸化剤ガスディフューザ流路を区画する流路区画壁を、前記樹脂で形成した
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項４】
請求項３に記載のセパレータであって、
前記燃料ガスディフューザ流路及び酸化剤ガスディフューザ流路に、前記燃料ガス及び酸化剤ガスを分散して流通させるリブを、前記樹脂で形成した
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項５】
請求項４に記載のセパレータであって、
前記燃料ガス用マニホールド及び酸化剤ガス用マニホールドから前記燃料ガスディフューザ流路及び酸化剤ガスディフューザ流路へと連なる角部を曲面形状とした
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項６】
請求項２に記載のセパレータであって、
前記冷媒流路に冷媒を流通させるための冷媒ディフューザ流路を、前記２枚の金属板で挟まれた空間部に形成し、互いの金属板の一部をそれぞれ空間部に突出させて突き合わせることにより形成した冷媒分散用のリブを、該冷媒ディフューザ流路内に設けた
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項７】
少なくとも請求項１から請求項６の何れか一つに記載されるセパレータであって、
膜電極接合体にセパレータを貼り合わせたときに、これらの間をシールするシール部材を、前記樹脂からなる外周縁部に形成したシール溝に設けた
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項８】
請求項７に記載のセパレータであって、
前記シール部材と前記セパレータ外周縁部の樹脂部とを２色成形で一体化してなる
ことを特徴とするセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を構成するセパレータに関し、詳細には、金属と樹脂とからなる金属樹脂一体型のセパレータ構造に関する。  
【背景技術】
【０００２】
例えば、高分子電解質膜の両面に水素と酸素を供給して起電力を発生させる燃料電池では、セパレータを金属板で形成したいわゆる金属セパレータと、カーボン粒子と樹脂を混合してなるいわゆるモールドセパレータの開発がなされている。
【０００３】
金属セパレータは、厚みを最小限に製造することができるためセルピッチ短縮に有利であるが、セパレータ形状を自由に成形することは困難である。特に、シール部及びディフューザ部の成形ができない。また、金属セパレータは、スタック時にシール部材である圧縮シールの反力を支える剛性が不足したり、高分子電解質膜やセパレータ同士を支えるリブを自由に形成することができない。
【０００４】
一方、モールドセパレータは、カーボン粉末と樹脂を混合して金型で成形するため、セパレータ形状に自由度があるが強度の点で薄肉化が困難である。そのため、モールドセパレータでは、金属セパレータに比べて薄くすることが難しく、セルピッチを短縮することは困難である。
【０００５】
そこで、金属セパレータの外周部を樹脂によって形成した金属樹脂一体型セパレータが提案されている（例えば、特許文献１など参照）。かかる金属樹脂一体型セパレータは、水素ガス及び酸素ガスを導入させるガス通路を樹脂部に形成しており、当該ガス通路の耐食性を確保している。
【特許文献１】特開２００３−３２３９００号公報（第４頁から第６頁、第１図から第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のセパレータでは、一枚のセパレータに燃料ガス流路と酸化剤ガス流路のみしか形成されていないため、冷媒を流通させる冷媒流路を形成した専用のセパレータを用意する必要がある。そのため、特許文献１に記載のセパレータを使用して燃料電池を形成した場合には、燃料電池単セルの厚みが増える分、セルピッチが大きくなり発電効率が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、セルピッチを短縮して発電効率を上げると共に、ディフューザ領域の形状を自由に任意の形状とすることのできる設計自由度の高いセパレータ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】
【０００８】
本発明に係るセパレータは、発電に寄与する領域に燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷媒流路となる凹凸形状を形成した２枚の金属板を貼り合わせてなるセパレータからなる。
【０００９】
そして、このセパレータでは、前記燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路と、少なくともこれら燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路へ燃料ガス及び酸化剤ガスを流通させるための燃料ガスディフューザ流路及び酸化剤ガスディフューザ流路を除いて、前記金属板を樹脂で被覆して構成している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２枚の金属板を貼り合わせて構成したセパレータに、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷媒流路を形成しているので、冷媒流路を有した冷却用の専用セパレータが不要となり、燃料電池単セルのセルピッチを短縮させて発電効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、燃料ガスディフューザ流路及び酸化剤ガスディフューザ流路を除いて金属板を樹脂で被覆しているので、セパレータ外周部形状を樹脂で任意の形状に自由に構成することができると共に、ディフューザ流路形状を効率の良い流体流れ形状とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
「燃料電池スタック及びセパレータの構成」
先ず、燃料電池スタックの全体構成について簡単に説明する。図１は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図、図２は燃料電池スタックの積層構造を示す斜視図、図３はアノードセパレータ側から見た金属樹脂一体型のセパレータの要部拡大平面図、図４はカソードセパレータ側から見た金属樹脂一体型のセパレータの要部拡大平面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図、図７は図４のＣ−Ｃ線断面図、図８は図４のＤ−Ｄ線断面図、図９は樹脂を取り除いた金属板からなる金属セパレータの要部拡大平面である。
【００１４】
燃料電池スタック１は、図１に示すように、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により起電力を生じる単位電池としての燃料電池単セル２を所定数だけ積層した積層体３とされ、その積層体３の両端に集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、該積層体３の内部に貫通した貫通孔（図示は省略する）にタイロッド７を貫通させ、そのタイロッド７の端部にナット（図示は省略する）を螺合させることで構成されている。
【００１５】
この燃料電池スタック１では、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水（冷媒）をそれぞれ各燃料電池単セル２のセパレータ（図示は省略する）に形成された各流路に流通させるための燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷媒導入口１２および冷媒排出口１３を、一方のエンドプレート６に形成している。
【００１６】
かかる構成の燃料電池スタック１においては、燃料ガスは、燃料ガス導入口８より導入されてセパレータに形成された燃料ガス流路を流れ、燃料ガス排出口９より排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１０より導入されてセパレータに形成された酸化剤ガス流路を流れ、酸化剤ガス排出口１１より排出される。冷却水は、冷媒導入口１２より導入されてセパレータに形成された冷媒流路（冷媒流路）を流れ、冷媒排出口１３より排出される。
【００１７】
燃料電池単セル２は、図２に示すように、膜電極接合体（MEA:membrane electrode assembly）１４と、この膜電極接合体１４の両面にそれぞれ配置される、金属樹脂一体型のセパレータ１５とから構成される。
【００１８】
膜電極接合体１４は、例えば水素イオンを通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜と、アノード触媒とガス拡散層からなるアノード電極と、カソード触媒とガス拡散層からなるカソード電極（何れも図示は省略する）とからなる。かかる膜電極接合体１４は、アノード電極とカソード電極によって、固体高分子電解質膜をその両側から挟み込んだ積層構造とされている。
【００１９】
セパレータ１５は、図３から図８に示すように、発電に寄与するアクティブ領域（高分子電解質膜と接する中央部分の領域）に、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷媒流路となる凹条部１６と凸条部１７を交互に形成した凹凸形状（いわゆるコルゲート形状）を有した、２枚の金属板（アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂ）を貼り合わせることにより形成されると共に、少なくともセパレータ外周縁部を樹脂で形成した、金属樹脂一体型のセパレータとされている。
【００２０】
図３及び図４では、樹脂で形成した樹脂部３０をグレー表示（着色）することで、金属部分（着色なし）と区別してある。樹脂部３０を形成する樹脂は、例えば、軟化点温度が高く、イオン溶出の少ない高分子材料を使用し、フェノールまたはエポキシに代表される熱硬化性樹脂、またはＰＶＤＦ（フッ化ビニリデン）等の熱可塑性樹脂が使用できる。かかる樹脂を使用することで、カーボンセパレータに用いられる材料のように導電性が要求されないため、カーボン粉末を配合する必要が無く、安価且つ生産性の高い材料が使用でき、要求強度を満足すると共に部品の剛性を確保することができる。
【００２１】
膜電極接合体１４のアノード側に接して配置される凹条部１６は、膜電極接合体１４との間に燃料ガス（水素Ｈ）を流通させる燃料ガス流路１８を形成する。一方、膜電極接合体１４のカソード側に接して配置される凹条部１６は、膜電極接合体１４との間に酸化剤ガス（酸素Ｏ）を流通させる酸化剤ガス流路１９を形成する。そして、アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂが貼り合わされた凸条部１７、１７で囲まれた空間部は、冷媒である冷却水（ＬＬＣ）を流通させる冷媒流路２０を形成する。
【００２２】
そして、このセパレータ１５には、前記した燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷媒導入口１２および冷媒排出口１３と連通するそれぞれのマニホールド２１、２２、２３が形成されている。例えば、アノードセパレータ１５Ａ側から見た図３のセパレータ１５では、手前右から左へ順次、燃料ガス導入用マニホールド２１、冷媒導入用マニホールド２２、酸化剤ガス導入用マニホールド２３とされている。カソードセパレータ１５Ｂ側から見た図４のセパレータ１５では、手前左から右へ順次、燃料ガス導入用マニホールド２１、冷媒導入用マニホールド２２、酸化剤ガス導入用マニホールド２３とされている。
【００２３】
なお、酸化剤ガス排出用マニホールド、冷媒排出用マニホールド、燃料ガス排出用マニホールドは、何れも図示を省略してある。
【００２４】
前記燃料ガス導入用マニホールド２１、冷媒導入用マニホールド２２、酸化剤ガス導入用マニホールド２３、燃料ガス排出用マニホールド、酸化剤ガス排出用マニホールド及び冷媒排出用マニホールドは、何れも樹脂から形成されている。そして、これらマニホールド２１〜２３のうち、燃料ガス導入用マニホールド２１及び酸化剤ガス導入用マニホールド２３から燃料ガスディフューザ流路２４及び酸化剤ガスディフューザ流路２５へと連なる流路の角部２１Ａ、２３Ａは、流体の圧力損失を低減させるために曲面形状とされている。図７では、前記角部２１Ａ、２３ＡをＲ形状としている。
【００２５】
そして、このセパレータ１５のアノード側には、燃料ガス導入用マニホールド２１から燃料ガス流路１８へ燃料ガスを流通させるための燃料ガスディフューザ流路２４が形成されている。燃料ガスディフューザ流路２４は、燃料ガス導入用マニホールド２１と燃料ガス流路１８との間の領域に形成され、この燃料ガス導入用マニホールド２１から導入された燃料ガスをそれぞれの燃料ガス流路１８に供給させるための分配流路とされている。なお、燃料ガス排出用マニホールドと燃料ガス流路１８との間にも同様の燃料ガスディフューザ流路（図示は省略する）が形成されている。
【００２６】
また、この燃料ガスディフューザ流路２４は、ディフューザ部分を図９に示す如く台形状としたアノードセパレータ１５Ａの表面を被覆する樹脂によって、その流路形状が決められている。すなわち、燃料ガスディフューザ流路２４を区画する流路区画壁３１（図６参照）を、樹脂からなる樹脂部３０で形成している。本実施の形態では、燃料ガスディフューザ流路２４を、平面視略三角形状としている。
【００２７】
一方、セパレータ１５のカソード側には、酸化剤ガス導入用マニホールド２３から酸化剤ガス流路１９へ酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガスディフューザ流路２５が形成されている。酸化剤ガスディフューザ流路２５は、酸化剤ガス導入用マニホールド２３と酸化剤ガス流路１９との間の領域に形成され、この酸化剤ガス導入用マニホールド２３から導入される酸化剤ガスをそれぞれの酸化剤ガス流路１９に供給させるための分配流路とされている。なお、酸化剤ガス排出用マニホールドと酸化剤ガス流路１９との間にも同様の酸化剤ガスディフューザ流路（図示は省略する）が形成されている。
【００２８】
また、この酸化剤ガスディフューザ流路２５は、前記燃料ガスディフューザ流路２４と同様に、カソードセパレータ１５Ｂの表面を被覆する樹脂によって、その流路形状が決められている。すなわち、酸化剤ガスディフューザ流路２５を区画する流路区画壁３２（図６参照）を、樹脂からなる樹脂部３０で形成している。本実施の形態では、酸化剤ガスディフューザ流路２５を、燃料ガスディフューザ流路２４と同様に平面視略三角形状としている。
【００２９】
前記燃料ガスディフューザ流路２４には、燃料ガス流路１８に燃料ガスを分散させて流通させるための燃料ガスディフューザリブ２６が形成されている。かかる燃料ガスディフューザリブ２６は、樹脂によって形成されており、全ての燃料ガス流路１８に均等に燃料ガスが行き渡るように、リブ長さを異にした複数個をアノードセパレータ１５Ａ上に斜め配置させている。
【００３０】
同様に、酸化剤ガスディフューザ流路２５には、酸化剤ガス流路１９に酸化剤ガスを分散させて流通させるための酸化剤ガスディフューザリブ２７が形成されている。かかる酸化剤ガスディフューザリブ２７は、燃料ガスディフューザリブ２６と同様、樹脂によって形成されており、全ての酸化剤ガス流路１９に均等に酸化剤ガスが行き渡るように、リブ長さを異にした複数個をカソードセパレータ１５Ｂ上に斜め配置させている。
【００３１】
また、セパレータ１５には、冷媒導入用マニホールド２２から冷媒流路２０へ冷却水を流通させるための冷媒ディフューザ流路２８が形成されている。かかる冷媒ディフューザ流路２８は、２枚の金属板であるアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂを貼り合わせて形成された空間部に設けられている。この冷媒ディフューザ流路２８には、図６に示すように、全ての冷媒流路２０に冷却水を分散させて流通させるための冷媒ディフューザリブ２９が複数形成されている。
【００３２】
冷媒ディフューザリブ２９は、冷媒ディフューザ流路２８側へ突出する突条部をアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂにそれぞれ形成し、その突条部同士を接触させることで形成している。これら冷媒ディフューザリブ２９は、冷媒導入用マニホールド２２から全ての冷媒流路２０に冷却水を分散させて流通させるべく、図９に示すように、所定間隔を置いて形成され、その長手方向を当該冷媒流路２０に向けて配置させている。このように、突条部同士を突き合わせてなる冷媒ディフューザリブ２９を形成したことにより、アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂの倒れ込みを防止できる。
【００３３】
このように、金属樹脂一体型のセパレータ１５は、燃料ガス流路１８及び酸化剤ガス流路１９が形成されるアクティブ領域と、燃料ガスディフューザ流路２４及び酸化剤ガスディフューザ流路２５が形成されるディフューザ領域を除いて、アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂの２枚の金属板からなる金属セパレータを樹脂で被覆することにより形成されている。
【００３４】
樹脂部３０は、前記したように、セパレータ１５の外周部と、各マニホールド２１〜２３と、燃料ガスディフューザリブ２６及び酸化剤ガスディフューザリブ２７と、冷媒ディフューザリブ２９を形成するアノードセパレータ１５Ａ及びカソードセパレータ１５Ｂに形成された突条部の凹部とされている。かかる樹脂部３０は、アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂを貼り合わせた最大高さと同じ厚みとされ、そのセパレータ外周部では充分な厚みが確保されている。
【００３５】
「セパレータ及び燃料電池スタックの製造方法」
次に、前記した構造のセパレータ１５を製造する方法について説明する。かかるセパレータ１５を製造するには、先ず、厚みの薄い金属板に、アクティブ領域となる部分に燃料ガス流路１８、酸化剤ガス流路１９及び冷媒流路２０となる凹凸形状と、ディフューザ領域となる部分に冷媒ディフューザリブ２９となる突条部をそれぞれ形成する。ここでは、アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂの２種類をそれぞれ、プレス成形することで複数枚形成する。
【００３６】
次に、前記プレス工程で得られたアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂの表面に、耐食性及び導電性の両方を満足させるための表面処理を施す。
【００３７】
そして、前記表面処理工程後に、アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂを冷媒流路側をそれぞれ合わせた状態で貼り合わせた後、これらアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂを樹脂成形用金型に配置し、キャビティー内に樹脂を充填してインサート成形する。なお、樹脂成形は、射出成形または粉末圧縮成形の何れの成形方法も採用することができる。
【００３８】
その結果、セパレータ１５の外周部に樹脂部３０が形成され、その樹脂部３０によって冷媒流路２０がシールされることになる。かかる樹脂部３０を形成することで、冷媒流路２０をシールする専用の圧縮シール若しくは接着剤等によるシール工程を無くすことができる。また、アノードセパレータ１５Ａ及びカソードセパレータ１５Ｂを金型の型締め力で矯正させた状態で樹脂を硬化させることによって、プレス成形時に生じた変形や歪みについても低減させることが可能となり、スタック時のスタッキングを容易なものとすることができる。
【００３９】
次に、必要に応じて燃料ガス、酸化剤ガスをシールするための圧縮シール成形（接着でも可）を行った後、膜電極接合体１４との組み立てにより燃料電池単セル２を形成する。なお、樹脂部３０を形成するときに、圧縮シールも同時にインサート成形すれば、更に低コスト化を図ることができる。
【００４０】
その後、これら燃料電池単セル２の複数個を積層して積層体３を形成し、その積層体３の両面に集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、該積層体３の内部に貫通した貫通孔にタイロッド７を貫通させ、そのタイロッド７の端部にナットを螺合させることで燃料電池スタック１が完成する。
【００４１】
「作用・効果」
以上のように構成されたセパレータ１５によれば、２枚の金属板であるアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂによってアクティブ領域に燃料ガス流路１８、酸化剤ガス流路１９及び冷媒流路２０を形成しているため、セパレータ自体の厚みを最小限とすることができる。その結果、セルピッチの短縮により出力密度（発電効率）の優れた燃料電池スタック１を実現することができる。なお、カーボンと樹脂の複合材からなるモールドセパレータは、強度、ガス遮蔽性の点から０．２〜０．３ｍｍ以上の厚みが要求されるのに対して、金属樹脂一体型のセパレータでは０．０５ｍｍ程度まで板厚を薄くすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態のセパレータ１５によれば、燃料ガス導入用マニホールド２１、冷媒導入用マニホールド２２、酸化剤ガス導入用マニホールド２３などの各マニホールド部を樹脂で形成しているため、そのマニホールド孔形状を自由に決定することができる。同様に、燃料ガスディフューザ流路２４及び酸化剤ガスディフューザ流路２５も樹脂によってその流路形状を決めることができるので、燃料ガス及び酸化剤ガスの流体流れ効率を考慮した任意形状にできる。
【００４３】
図１０は、従来の金属セパレータによるもので、本実施の形態の図７に相当するＣ−Ｃ断面図である。このセパレータ１５は、樹脂を一体化したものではなく金属板からなる従来通りのアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂを、圧縮シール３３でシールした構造である。かかるセパレータ１５では、燃料ガス導入用マニホールド２１及び酸化剤ガス導入用マニホールド２３の各マニホールド孔周りのアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂとの間に空間が出来てしまうため、流体の圧力損失が起き易い。
【００４４】
また、金属セパレータの材料は、耐腐食性、表面の高導電性を両立させるために基材（例えばステンレスなど）に表面処理を施したものを使用しているが、金属板のマニホールド孔部を打ち抜く際に表面処理層がマニホールド孔部外周において脱落してしまい、基材の腐食や金属イオン溶出による高分子膜の劣化を促進することになる。これに対して、本実施の形態では、各マニホールド２１〜２３を樹脂により形成しているので、腐食や金属イオン溶出の可能性が無いだけでなく、流体の角部２１Ａ、２３Ａを曲面形状としていることにより、流体の圧力損失を低減することができる。なお、冷媒ディフューザ流路２８の開口端は、基材が露出することになるが、燃料ガスや酸化剤ガスなどの流路部に比べて腐食環境が遙かに有利であると同時に、仮に金属イオンが溶出しても高分子膜への影響は極めて少ない。
【００４５】
また、本実施の形態のセパレータ１５によれば、冷媒ディフューザ流路２８に冷媒ディフューザリブ２９を複数形成しているので、剛性の無い金属薄板（アノードセパレータ１５Ａ及びカソードセパレータ１５Ｂ）の剛性を高めることができ、これらアノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂ同士を確実に支持することができる。また、この冷媒ディフューザリブ２９は、金属板をプレス成形することで容易に形成することができる。しかし、プレス成形の場合、冷媒流路側にリブを形成した場合、その反対側の燃料ガスディフューザ流路２４及び酸化剤ガスディフューザ流路２５の同じ場所にリブを成形することはできない。これに対して、本実施の形態では、そのような場所には、外周部を形成している樹脂によりリブ形状を形成することができ、この問題を解決することができる。
【００４６】
また、本実施の形態のセパレータ１５によれば、セパレータ外周部を樹脂で形成しているので、その外周形状を自由な形状に設計することができる。従来のように、金属板のみでセパレータを形成した場合は、セパレータの厚みが薄くなるに伴い剛性が失われ、圧縮シールや接着が困難となるが、本実施の形態では、金属セパレータの厚みが薄くても樹脂部３０の厚みを充分にとることで剛性を確保することができる。
【００４７】
図１１は、接着剤を使用してシールを想定した場合の形状であり、接着剤の流出がないように接着剤用溝３４の溝形状を樹脂部３０に形成したセパレータの要部拡大断面図である。このように、セパレータ１５の外周部を樹脂により形成すると、接着剤用溝３４を任意の形状に自由に形成することができる。また、この接着剤用溝３４に供給される樹脂系接着剤と樹脂との濡れ性が良いことから、充分な接着強度を確保することができる。
【００４８】
図１２は、圧縮シール３５によるシールを想定した場合の形状であり、樹脂部３０に形成した圧縮シール用溝３６に圧縮シール３５を設けたセパレータを示す要部拡大断面図である。この例のように、樹脂部３０の厚みを充分に確保することで、スタック時における圧縮シール３５からの反力を、該樹脂部３０で受けるに足る剛性を確保してスタック時のリップ潰し量のコントロールを容易に確保することができる。
【００４９】
図１３は、従来技術における圧縮シール３５で、アノードセパレータ１５Ａ及びカソードセパレータ１５Ｂを貼り合わせて燃料ガス流路１８、酸化剤ガス流路１９及び冷媒流路２０を形成したセパレータ１５の要部拡大断面図である。このセパレータ１５では、圧縮シール３５にて燃料ガス流路１８、酸化剤ガス流路１９及び冷媒流路２０の３種類の流体をシールしているが、スタック時の過剰な圧縮シール３５からの反力を受けることなく適正なシール面圧を確保するためには、充分なシールの潰れ代が必要となり、これに伴い最低限のシール高さが要求され、セルピッチ短縮の妨げとなる。
【００５０】
また、剛性のない金属薄板からなるアノードセパレータ１５Ａ及びカソードセパレータ１５Ｂで確実にシールするためには、圧縮シール３５からの反力により金属薄板が変形しないようにする必要があり、例えば図１３に示したように圧縮シール３５の近傍部にリブ３７を形成しなければならない。このため、発電に寄与するアクティブ領域以外のスペースを多く取ってしまい、出力密度を向上させる妨げとなっている。
【００５１】
これに対して、本実施の形態のセパレータ１５では、冷媒流路２０のシールを樹脂部３０で行っているので、図１２で示したように高さ方向のスペースが少なくて済み、幅方向もコンパクトに圧縮シール３５を配置できる形状自由度を持っており、容積を小さくすることができることから出力密度に優れたセパレータ１５を製造することができる。
【００５２】
また、接着剤により燃料ガス流路１８、酸化剤ガス流路１９及び冷媒流路２０のシールを行う場合は、図１１に示したように、更にコンパクトな設計が可能となる。圧縮シール３５及び接着剤の何れの場合でも接着剤用シール溝３４及び圧縮シール用溝３６を樹脂により自由に形成することができるため、接着剤の流れ止め、圧縮シール３５の潰れ代のコントロールが容易となる。また、こうすることで、接着剤や圧縮シール３５（シリコン系ゴム）と濡れ性も良く、優れた接着強度を得ることができる。
【００５３】
「その他の実施の形態」
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００５４】
例えば、図３及び図４では、冷媒ディフューザリブ２９を突条部として形成したが、図１４に示すように、この冷媒ディフューザリブ２９をディンプル状の突起（リブ）としても良い。このようにすれば、金属薄板の成形性を更に高めることができる。
【００５５】
また、図１４に示すように、冷媒導入用マニホールド２２やロケートピンを挿通させるロケート孔３８を、セパレータ１５にプレス加工にて形成するようにしても良い。ロケート孔３８は、セパレータ１５の外周部に樹脂を成形する樹脂成形時やスタック時の位置決めに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】燃料電池スタックの積層構造を示す斜視図である。
【図３】アノードセパレータ側から見た金属樹脂一体型のセパレータの要部拡大平面図である。
【図４】カソードセパレータ側から見た金属樹脂一体型のセパレータの要部拡大平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図９】樹脂を取り除いた金属板からなる金属セパレータの要部拡大平面である。
【図１０】従来の金属セパレータによるもので、本実施の形態の図７に相当するＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】接着剤を使用してシールを想定した場合の形状であり、接着剤の流出がないように接着剤用溝の溝形状を樹脂部に形成したセパレータの要部拡大断面図である。
【図１２】圧縮シールによるシールを想定した場合の形状であり、樹脂部に形成した圧縮シール用溝に圧縮シールを設けたセパレータを示す要部拡大断面図である。
【図１３】従来技術における圧縮シールで、アノードセパレータ及びカソードセパレータを貼り合わせて燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷媒流路を形成したセパレータの要部拡大断面図である。
【図１４】本実施の形態のセパレータの他の例を示す要部拡大平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…燃料電池スタック
２…燃料電池単セル
１４…膜電極接合体
１５…セパレータ
１５Ａ…アノードセパレータ
１５Ｂ…カソードセパレータ
１６…凹条部
１７…凸条部
１８…燃料ガス流路
１９…酸化剤ガス流路
２０…冷媒流路
２１…燃料ガス導入用マニホールド
２２…冷却水導入用マニホールド
２３…酸化剤ガス導入用マニホールド
２４…燃料ガスディフューザ流路
２５…酸化剤ガスディフューザ流路
２６…燃料ガスディフューザリブ
２７…酸化剤ガスディフューザリブ
２８…冷媒ディフューザ流路
２９…冷媒ディフューザリブ
３０…樹脂部  
【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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