(57)【要約】【課題】  ガスを良好に供給するとともに発電された電気を効率よく集電して、燃料電池の発電効率を向上させる燃料電池用セパレータを提供すること。【解決手段】  燃料電池用セパレータは、コレクタ１０とセパレータ本体２０とから形成される。コレクタ１０は、エキスパンドメタル１１の貫通孔が形成された部分から形成される筋状凹部１２と貫通孔が形成されていない部分から形成される筋状凸部１３とを有している。そして、コレクタ１０は、セパレータ本体２０に対して、筋状凸部１３が接触するように配置されるとともに、一体的に固着される。これにより、コレクタ１０は、ＭＥＡ４０に対してガスを良好に供給することができる。また、コレクタ１０は、セパレータ本体２０との接触面積を大きく確保することにより、接触抵抗を大幅に低減することができ、発電された電気を効率よく集電することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の電極構造体を構成する電極層に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス流路を形成する燃料電池用セパレータにおいて、
導電性を有する素材から成形されて、前記燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して混流を防止する平板状のセパレータ本体と、
多数の貫通孔が形成された素材に対して筋状の凹部と筋状の凸部を連続的に成形することにより、前記電極層に接触する第１面と前記セパレータ本体に接触する第２面とを有して、前記燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記電極層に供給するためのガス流路を形成するとともに、前記電極層の電極反応によって発電された電気を集電するコレクタとを備え、
前記コレクタの第２面の成形面積に対する貫通孔の面積の開口比が前記第１面の成形面積に対する貫通孔の面積の開口比よりも小さいことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記コレクタの第１面と第２面とを互いに連結する第３面の成形面積に対する貫通孔の面積の開口比は、前記第１面の開口比よりも小さいことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記多数の貫通孔が形成された素材は、部分的に貫通孔が形成されるものであり、
前記コレクタの第２面は、前記素材のうちの貫通孔が形成されていない部分から形成されていて、前記開口比が略「０」であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記多数の貫通孔が形成された素材は、
金属製の薄板に対して網目状の多数の貫通孔が選択的に成形されるとともに、
同選択的に成形された多数の貫通孔の孔径が選択的に変更されて形成されるエキスパンドメタルであることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記コレクタの第２面は、前記セパレータ本体に対して一体的に固着されたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記連続的に成形された筋状の凹部と筋状の凸部の成形方向断面における前記第１面の成形幅は、同成形方向断面における第２面の成形幅に比して大きいことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記コレクタは、
その幅方向の寸法が前記セパレータ本体の幅方向の寸法と略同一の寸法に形成されるとともに前記ガス流路が前記セパレータ本体の前記幅方向に成形されており、前記燃料ガスまたは酸化剤ガスの一方を前記セパレータ本体の前記幅方向から前記電極層に対して供給することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に、燃料電池に採用されるセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、下記特許文献１に示すような燃料電池は知られている。この従来の燃料電池は、集電体に多孔質金属（ニッケル発泡体）を採用して、多孔質金属の孔から燃料ガスを供給するとともに、集電抵抗を低減するようになっている。これにより、ガス供給能が確保されるとともに、集電抵抗が低減され、発電効率の優れた燃料電池を提供するようになっている。
【０００３】
また、従来から、例えば、下記特許文献２に示すような燃料電池用のセパレータは知られている。この従来の燃料電池用のセパレータは、カーボンクロスから形成される導電性多孔体を備えていて、この導電性多孔体を通過してガスが電極層に供給される。そして、導電性多孔体を介して、発電された電気を集電するようになっている。これにより、ガス供給能を確保して効率よく集電するとともに、安価な燃料電池用のセパレータを提供するようになっている。
【０００４】
また、従来から、例えば、下記特許文献３に示すような燃料電池の構造も知られている。この燃料電池の構造におけるメタルセパレータは、アノード電極またはカソード電極を支持する集電部と、燃料ガスまたは酸化剤ガスを各電極に供給するための流路を形成する集電部サポートとを備える構造となっている。また、メタルセパレータの集電部と電極との間には、多数の貫通孔が形成されるとともにその表面に多数の凹凸形状を有するエキスパンドメタルが設けられている。そして、このエキスパンドメタルの厚み（凹凸寸法）を適宜調整することにより、燃料電池のアノード電極またはカソード電極とエキスパンドメタルとの接触を良好に確保することができ、発電された電気の損失を低減するようになっている。
【０００５】
さらに、従来から、例えば、下記特許文献４に示すような燃料電池のセパレータも知られている。この燃料電池のセパレータは、平板状の第１部材（カーボン）と、この第１部材に積層され、燃料電池の電極層に弾性的に接触するとともにガス流路を形成する複数の突片を有する第２部材（金属板）とから構成されている。そして、第２部材の複数の突片によって形成されたガス流路は、突片の周囲や内側に存在する空間とされていて、流入したガスがあらゆる方向に立体的に連通するようになっている。これにより、電極層に対して、ガス流路を流れるガスを良好に拡散させることができ、反応効率を高めることにより、燃料電池の発電効率を向上するようになっている。
【特許文献１】特開平６−２２３８３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３６４５号公報
【特許文献３】特開平８−１３８７０１号公報
【特許文献４】特開２００２−１８４４２２号公報
【０００６】
一般的に、燃料電池の発電効率を向上させるためには、電極反応効率および集電効率を向上させることが重要である。このため、燃料電池に採用されるセパレータに要求される機能として、燃料電池に導入される燃料ガスと酸化剤ガスとを電極層に効率よく供給する機能と、電極反応により発電された電気を効率よく集電する機能が要求される。
【０００７】
ところで、上記特許文献１および特許文献２に示された従来の燃料電池および燃料電池用のセパレータにおいては、発電された電気を効率よく集電する機能については満足するものの、ガス導入に伴う抵抗（圧力損失）が大きく、ガスを充分に電極層に供給できない場合がある。このため、燃料電池の発電効率が低下する可能性がある。また、上記特許文献３に示された従来の燃料電池の構造においては、エキスパンドメタルと電極との接触が良好に確保されるため、発電された電気を効率よく集電する機能は満足する。しかし、気体不透過性の集電部サポートによって燃料ガスまたは酸化剤ガスが電極に供給される。このため、各電極に対して十分な燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給できず、言い換えると、ガス拡散性が不均一となり、ガスを効率よく供給する機能を満足しない場合がある。
【０００８】
一方、上記特許文献４に示された従来の燃料電池のセパレータにおいては、ガスを効率よく供給する機能については満足するものの、電極層と接触する部位が突片の頂面付近となることから電気の集電抵抗が増大して集電効率が低下する場合がある。また、薄板の金属板に突片を成形する際には、成形上の制約、例えば、成形可能な突片の高さ制約などによって、燃料電池に要求される発電効率を確保できない場合がある。
【０００９】
このような燃料電池用セパレータに対する要求を満たすために、例えば、多数の貫通孔が網目状に形成されたエキスパンドメタルにガス流路を成形してガス流路を形成すれば、各電極層との接触を良好に確保しつつ、エキスパンドメタルの貫通孔をガスが通過することにより電極層に対するガス拡散性を良好に確保することができる。したがって、燃料電池用セパレータに要求される機能すなわちガスを効率よく供給する機能および発電された電気を効率よく集電する機能を両立できると考えられる。
【００１０】
ところで、例えば、エキスパンドメタルを用いてガスを効率よく供給する場合には、ガスの混流を防止する金属板（セパレータ本体）が設けられ、エキスパンドメタルによって効率よく集電された電気が金属板（セパレータ本体）を介して外部に出力される場合がある。しかしながら、エキスパンドメタルは、一般的に、網目状の多数の貫通孔が一様に形成されているために、金属板（セパレータ本体）との接触部位における接触面積が小さくなり、その結果、接触部位の接触抵抗が増加する可能性がある。したがって、発電された電気を効率よく集電する機能が損なわれる場合がある。また、エキスパンドメタルを用いてガス流路を形成した場合には、機械的強度を確保することが難しく、例えば、燃料電池の組み立て時に付与される締結力（積層荷重）によってエキスパンドメタルが変形し、その結果、ガスを効率よく供給する機能が損なわれる場合がある。さらに、燃料電池が固体高分子型の燃料電池である場合には、一般的に、冷却水を金属板（セパレータ本体）に接触させながら導通させることにより、電極反応によって発生した反応熱を冷却することが行われる。しかし、上述したように、エキスパンドメタルを用いてガス流路を形成した場合には、金属板（セパレータ本体）との接触面積が小さく、効率よく冷却できない場合がある。
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ガスを良好に供給するとともに発電された電気を効率よく集電して、燃料電池の発電効率を向上させる燃料電池用セパレータを提供することにある。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、燃料電池の電極構造体を構成する電極層に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス流路を形成する燃料電池用セパレータにおいて、導電性を有する素材から成形されて、前記燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して混流を防止する平板状のセパレータ本体と、多数の貫通孔が形成された素材に対して筋状の凹部と筋状の凸部を連続的に成形することにより、前記電極層に接触する第１面と前記セパレータ本体に接触する第２面とを有して、前記燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記電極層に供給するためのガス流路を形成するとともに、前記電極層の電極反応によって発電された電気を集電するコレクタとを備え、前記コレクタの第２面の成形面積に対する貫通孔の面積の開口比が前記第１面の成形面積に対する貫通孔の面積の開口比よりも小さいことにある。
【００１３】
この場合、前記コレクタの第１面と前記第２面とを互いに連結する第３面の成形面積に対する貫通孔の面積の開口比は、前記第１面の開口比よりも小さいとよい。また、前記多数の貫通孔が形成された素材は、部分的に貫通孔が形成されるものであり、前記コレクタの第２面は、前記素材のうちの貫通孔が形成されていない部分から形成されていて、前記開口比が、例えば、略「０」であるとよい。また、前記多数の貫通孔が形成された素材は、金属製の薄板に対して網目状の多数の貫通孔が選択的に成形されるとともに、同選択的に成形された多数の貫通孔の孔径が選択的に変更されて形成されるエキスパンドメタルであるとよい。また、前記コレクタの第２面は、前記セパレータ本体に対して一体的に固着されとよい。そして、これらの場合には、前記連続的に成形された筋状の凹部と筋状の凸部の成形方向断面における前記第１面の成形幅は、同成形方向断面における第２面の成形幅に比して大きいとよい。
【００１４】
これらによれば、燃料電池用セパレータは、セパレータ本体と多数の貫通孔を有するコレクタとから構成される。これにより、外部から導入されたガスは、コレクタの貫通孔を通過することにより、電極層に均一に接触する、言い換えれば、ガス濃度勾配を均一とすることができる。したがって、電極層の電極反応領域を大幅に向上させることができ、燃料電池の発電効率を大幅に向上させることができる。
【００１５】
また、コレクタに対して、連続的に筋状の凹部および筋状の凸部を成形して、ガス流路を形成することにより、ガスの導通に伴う抵抗すなわち圧力損失を大幅に低減することができる。このため、ガスをスムーズに導通させることができて、ガスと電極層との反応を促進することができる。したがって、これによっても、燃料電池の発電効率を大幅に向上することができる。一方で、圧力損失を大幅に低減することにより、ガスが導通する部分の開口面積を小さくすることもできる。これにより、燃料電池をコンパクトにすることもできる。
【００１６】
また、電極層に接触する第１面とセパレータ本体に接触する第２面とを連結する第３面、具体的に言い換えれば、コレクタの筋状の凹部と筋状の凸部を形成する立壁面の開口比を、第１面の開口比を小さくすることができる。ここで、燃料電池は、電極層と燃料電池用セパレータとを多数積層するとともに、所定の積層荷重が付与されて組み立てられる。このとき、例えば、コレクタの第３面の開口比が大きい場合には、その機械的強度が不足し、コレクタ自体が変形する可能性がある。これに対して、本発明に係る燃料電池用セパレータおいては、コレクタの第３面の開口比を小さくすることができるため、第３面の機械的強度を向上させることができ、第３面すなわちコレクタ自体の変形を効果的に抑制することができる。したがって、形成されたガス流路を確実に確保することができ、これによっても、ガスを供給する機能を満足することができる。
【００１７】
また、セパレータ本体に接触する第２面の開口比を電極層に接触する第１面の開口比よりも小さく、より好ましくは、第２面の開口比を略「０」とすることができる。そして、第２面をセパレータ本体に対して固着することもできる。これにより、セパレータ本体とコレクタとの接触状態を良好に維持することができ、セパレータ本体とコレクタ間の接触抵抗を大幅に低減できる。したがって、効率よく発電された電気を集電することができる。また、燃料電池に冷却水路が形成されている場合には、セパレータ本体とコレクタ間の接触面積が大きいため、電極反応により発生した反応熱を効率よく冷却することもできる。さらに、セパレータ本体とコレクタを一体的に固設することにより、燃料電池の組み立てを容易とすることができる。
【００１８】
また、燃料電池においては、その発電作動に伴って、導電性を有しない酸化物がセパレータ本体とコレクタとの接触部位、より詳しくは、セパレータ本体とコレクタとの間の僅かな隙間に析出する場合がある。このように、酸化物が析出すると、セパレータ本体とコレクタとの間の接触抵抗が増大するため、効率よく発電された電気を集電できない場合がある。これに対し、セパレータ本体とコレクタとの接触面積を大きくして固着することにより、前記僅かな隙間が存在しないため、前記接触抵抗が増大せず、したがって、燃料電池の発電効率を良好に維持することができる。
【００１９】
また、コレクタの第１面の成形幅を第２面の成形幅よりも大きくすることができる。したがって、コレクタと電極層との接触面積が大きくすることができる。また、コレクタの第１面が多数の小径の貫通孔を有することにより、単位体積当たりの表面積すなわち電極層との接触面積を大きくすることができる。このため、コレクタと電極層との間に生じる集電抵抗を極めて小さくすることができ、電極層の電極反応によって発電された電気の集電効率を大幅に向上させることができる。
【００２０】
さらに、コレクタを、多数の小径の貫通孔が網目状に選択的に形成されたエキスパンドメタルから形成することができる。このエキスパンドメタルは、平板状の金属製の薄板に対して、順次千鳥配置の切れ目を加工するとともに加工した切れ目を押し延ばすことによって、網目状の所定の小径の貫通孔が選択的に形成されるものである。このため、例えば、打ち抜き加工によって形成される他の材料（例えば、パンチングメタルなど）に比して、歩留まり性が極めて良好であり、製造コストを低減することができる。したがって、このエキスパンドメタルからコレクタを形成することにより、燃料電池の製造コストを低減することができる。
【００２１】
また、本発明の他の特徴は、前記コレクタが、その幅方向の寸法が前記セパレータ本体の幅方向の寸法と略同一の寸法に形成されるとともに前記ガス流路を前記セパレータ本体の前記幅方向に形成しており、前記燃料ガスまたは酸化剤ガスの一方を前記セパレータ本体の前記幅方向から前記電極層に対して供給することにもある。これによれば、燃料ガスまたは酸化剤ガスの一方を電極層へ供給するコレクタが、セパレータ本体の幅方向の寸法と略同一の幅方向の寸法とされるため、燃料電池の外部と連通した状態で燃料電池を構成することができる。これにより、外部と連通したコレクタが酸化剤ガスとして例えば空気を電極層に供給する場合には、同コレクタは、燃料電池の側面から直接空気を導入することができ、また未反応の空気を直接外部に排出することができる。このため、燃料電池内に別途空気をコレクタまで供給するためのインナーマニホールドやコレクタから未反応の空気を排出すためのインナーマニホールドを設ける必要がなく、燃料電池を小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を用いて本発明の第１実施形態を詳細に説明する。図１は、燃料電池に利用されて、同燃料電池のセパレータを構成するコレクタ１０を示している。このコレクタ１０は、燃料電池を構成する電極層（アノード電極層およびカソード電極層）に外部から供給される燃料ガスおよび酸化剤ガス（以下、まとめて単にガスともいう）を供給する機能と、これら電極層の電極反応によって発電された電気を集電する機能とを有するものである。このため、コレクタ１０の形状としては、外部から供給されたガスを各電極層に効率よく供給することに加え、発電された電気を効率よく集電する形状が要求される。すなわち、外部から供給されたガスを各電極層に効率よく供給するためには、導通するガスの圧力損失を低減する形状であることが要求される。一方、発電された電気を効率よく集電するためには、各電極層との接触面積を大きくし集電抵抗を低減する形状であることが要求される。
【００２３】
したがって、コレクタ１０は、図１に示すように、多数の網目状の貫通孔が形成された素材としてのエキスパンドメタル１１に対して、導通ガスの圧力損失を低減するための多数の筋状凹部１２および筋状凸部１３が成形されている。また、集電抵抗を低減するために、筋状凹部１２の成形幅に比して筋状凸部１３の成形幅が大きくなるように成形されている。以下、このコレクタ１０について詳細に説明する。
【００２４】
エキスパンドメタル１１は、板厚が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のスレンレス板（例えば、フェライト系ステンレスなど）から形成されるものである。このエキスパンドメタル１１は、図２に一部を拡大して示すように、孔径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とされた多数の小径の貫通孔が網目状に形成されている部分（以下、貫通孔成形部分１１ａという）と貫通孔が形成されていない部分（以下、貫通孔非成形部分１１ｂという）とを有している。そして、貫通孔成形部分１１ａは、網目状の貫通孔を形成している部分（以下、この部分をストランドという）がボンド部１１ｃによって順次連結されており、その断面形状が平板状とされている。
【００２５】
このエキスパンドメタル１１は、例えば、以下に説明するエキスパンドメタル成形工程を経て製造される。エキスパンドメタル成形工程は、まず、図３（ａ）に概略的に示すランスカットメタル加工装置Ｒを用いて、ステンレス板Ｓに対して、選択的に多数の網目状の貫通孔を成形する。ランスカットメタル加工装置Ｒは、ステンレス板Ｓを供給するための送りローラＯＲと、ステンレス板Ｓを順次せん断加工して網目状の貫通孔を成形する刃型Ｈとを備えている。なお、ステンレス板Ｓは、所定の長さに予め切断された板材であってもよいし、コイル状に巻き取られたコイル材であってもよい。刃型Ｈは、図３（ｂ）に示すように、上下動可能な上刃ＵＨと固設された下刃ＳＨとから構成される。そして、上刃ＵＨおよび下刃ＳＨは、ステンレス板Ｓに対してせん断加工により千鳥配置に切れ目を形成するために、複数の山谷形状とされた刃を備えている。
【００２６】
このように構成されたランスカットメタル加工装置Ｒは、まず、図２における貫通孔成形部１１ａを成形するために、送りローラＯＲがステンレス板Ｓを所定の加工ピッチだけ刃型Ｈに送る。刃型Ｈの上刃ＵＨは、送りローラＯＲによってステンレス板Ｓが供給されると、下刃ＳＨ方向へ降下し、下刃ＳＨとともにその山形状の部分によってステンレス板Ｓの一部をせん断して千鳥配置の切れ目を加工する。さらに続けて、上刃ＵＨは最下点位置まで降下し、同上刃ＵＨの刃と接触しているステンレス板Ｓを下方に曲げ伸ばし加工する。この曲げ伸ばし加工において、上刃ＵＨは、ステンレス板Ｓに板厚以上に降下して最下点位置に到達する。これにより、ストランドが形成されて、小径の貫通孔が成形される。そして、上刃ＵＨは、最下点位置に到達後に上方の原位置まで復帰する。この状態から、再び、送りローラＯＲが加工ピッチだけステンレス板Ｓを刃型Ｈに送ると、上刃ＵＨが降下し、切れ目加工および曲げ伸ばし加工が順次施される。
【００２７】
このように、ランスカットメタル加工装置Ｒが繰り返し動作することによって、ステンレス板Ｓに多数の網目状の貫通孔が形成されたランスカットメタルが形成される。ここで、上刃ＵＨと下刃ＳＨに谷部分を設けることにより、上刃ＵＨの降下に伴ってステンレス板Ｓに切れ目が加工されない部分を形成することができる。この切れ目が加工されない部分を有することにより、製造されるランスカットメタルは、図３（ａ）に示すように、その断面形状が段形状として成形される。
【００２８】
続いて、ランスカットメタル加工装置Ｒは、図２における貫通孔非成形部分１１ｂを成形するために、送りローラＯＲがステンレス板Ｓを貫通孔非成形部分１１ｂの成形寸法分だけ刃型Ｈに送る。このように、貫通孔非成形部分１１ｂの成形寸法分だけスレンレス板Ｓを刃型Ｈに送って、貫通孔非成形部分１１ｂを成形することにより、部分的に形成された貫通孔を有するランスカットメタルの成形が極めて容易であるとともに、成形速度を大きくすることができる。そして、ランスカットメタル加工装置Ｒは、上述したように、再び、貫通孔成形部１１ａを成形するために、送りローラＯＲがステンレス板Ｓを所定の加工ピッチだけ刃型Ｈに送る。これにより、ランスカットメタル加工装置Ｒは、ステンレス板Ｓに対して、選択的に多数の貫通孔を網目状に形成する。
【００２９】
次に、製造されたランスカットメタルを圧延することにより、エキスパンドメタル１１を製造する。以下、この圧延工程を説明する。圧延工程は、図４に概略的に示す圧延成形機Ａを用いて、上記のように製造されたランスカットメタルを圧延する。圧延成形機Ａは、上下一対の圧延ローラＡＲを備えていて、供給されたランスカットメタルを連続的に圧延する。これにより、ランスカットメタルの段形状部分すなわちボンド部１１ｃが圧延ローラＡＲによって圧延されて（引き伸ばされて）、貫通孔成形部分１１ａと貫通孔非成形部分１１ｂとを有するエキスパンドメタル１１が製造される。このように、ステンレス板Ｓに対し、貫通孔成形部分１１ａと貫通孔非成形部分１１ｂとを選択的に成形してエキスパンドメタル１１を製造することができるため、例えば、部分的に孔径を異ならせた（変化させた）貫通孔の成形されたエキスパンドメタルを製造する場合に比して、極めて容易にエキスパンドメタル１１を製造することができる。なお、エキスパンドメタル１１の製造に関しては、上述した方法に限定されることなく、他の製造方法によって製造可能であることはいうまでもない。
【００３０】
次に、上述したように製造されたエキスパンドメタル１１に対して、多数の筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形して、コレクタ１０を最終的に製造する筋状凹凸成形工程について詳細に説明する。ここで、この筋状凹凸成形工程においては、エキスパンドメタル１１の貫通孔成形部分１１ａに対して筋状凹部１２が形成され、貫通孔非成形部分１１ｂに対して筋状凸部１３が形成される。
【００３１】
図５（ａ）〜（ｃ）は、エキスパンドメタル１１に筋状の凹凸部を成形する筋状凹凸部成形工程を概略的に示している。この筋状凹凸部成形工程は、エキスパンドメタル１１の幅方向（図５において紙面垂直方向）全体に対して、幅広の筋状凹部１２を成形するための凹部および幅狭の筋状凸部１３を成形するための凸部が形成された下型ＳＧと、上下動可能とされて下型ＳＧに形成された凹部に進入してエキスパンドメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形するパンチＰと、同パンチＰの成形中においてエキスパンドメタル１１を固定する先行パッドＳＰとを備える筋状凹凸部成形機を利用する。
【００３２】
筋状凹凸部成形工程は、まず、図５（ａ）に示すように、前回の成形サイクルにより成形された筋状凹部１２および筋状凸部１３を一段送り、下型ＳＧ上に載置する。続いて、図５（ｂ）に示すように、先行パッドＳＰを、前回の成形サイクルにより成形した筋状凹部１２方向に下降させて、エキスパンドメタル１１を下型ＳＧとともに狭持して固定する。このように、エキスパンドメタル１１を固定した状態で、図５（ｃ）に示すように、パンチＰを、下型ＳＧに形成された凹部方向に、エキスパンドメタル１１（詳しくは、貫通孔成形部分１１ａ）とともに下降させることによって、エキスパンドメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３が成形される。これにより、エキスパンドメタル１１の貫通孔成形部分１１ａに筋状凹部１２が成形され、貫通孔非成形部分１１ｂに筋状凸部１３が成形される。ここで、筋状凸部１３は、その成形面積に対する貫通孔の面積の開口比が略「０」とされている。
【００３３】
このように、図５（ａ）〜（ｃ）によって概略的に示される成形サイクルを繰り返すことにより、エキスパンドメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３を連続的に成形することができる。なお、図５（ｃ）に示す工程において、矢印で示す方向にエキスパンドメタル１１を送ることによって、筋状凹部１２および筋状凸部１３の成形に際して、例えば、エキスパンドメタル１１の割れや破れを効果的に防止することができる。また、略平板状としたエキスパンドメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形することにより、筋状凹部１２および筋状凸部１３を正確に成形することができる。そして、上記した筋状凹凸部成形工程によって筋状凹部１２および筋状凸部１３が連続的に成形されたエキスパンドメタル１１は、所定長さおよび所定幅となるように、詳しくは、後述するＭＥＡ４０のアノード電極層ＡＥまたはカソード電極層ＣＥの大きさと略同一の大きさの正方形となるように切断されて、コレクタ１０が形成される。
【００３４】
このように製造されたコレクタ１０は、固体高分子型燃料電池を構成するセパレータとして用いられる。以下、コレクタ１０を採用した固体高分子型燃料電池について説明する。固体高分子型燃料電池は、一般的に、単セルが多数積層された燃料電池スタックから形成される。そして、この第１実施形態に係る単セルは、図６にその構成を示すように、上述したコレクタ１０およびセパレータ本体２０から構成されるセパレータを上下に配し、同セパレータ間に２枚の樹脂フレーム３０およびＭＥＡ４０（Membrane−Electrode Assembly：膜−電極アッセンブリ）を備えて構成される。このように構成された単セルに対して、例えば水素ガスなどの燃料ガスと、例えば空気などの酸化剤ガスとが燃料電池スタックの外部から導入されることにより、ＭＥＡ４０での電極反応によって電気が発電される。ここで、以下の説明においては、燃料ガスと酸化剤ガスとをまとめて単にガスともいう。なお、酸化剤ガスには、ＭＥＡ４０による電極反応に伴って発生する反応熱を冷却するとともにＭＥＡ４０が適度な水分を有するように水のミストが含まれる場合がある。
【００３５】
セパレータ本体２０は、図６に示すように、略正方形の平板状に形成されて、燃料電池スタック内に導入されたガスの混流を防ぐものである。そして、セパレータ本体２０は、薄肉金属板（例えば、板厚が０．１ｍｍ程度のステンレス板など）から形成されている。なお、薄肉金属板としては、他に、例えば、金めっきなどの防食処理を施した鋼板などを採用することができる。また、薄肉金属板から形成されるセパレータ本体２０に代えて、平板状のカーボンなど導電性を有する他の材料からセパレータ本体２０を形成することもできる。
【００３６】
また、セパレータ本体２０の周縁部分には、ガス導入口２１と、同ガス導入口２１と対向する位置にガス導出口２２が２対形成されている。ここで、各対は、互いに略直交するように形成されている。ガス導入口２１は、略長楕円状の貫通孔に形成されていて、燃料電池スタックの外部から供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスを単セル内に導入するとともに、積層された他の単セルに対して、供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通する。ガス導出口２２も、略長楕円状の貫通孔に形成されていて、単セル内にガス導入口２１から導入されたガスのうちＭＥＡ４０にて未反応のガスを外部に排出するとともに、積層された他の単セルからの未反応のガスを流通する。
【００３７】
ここで、コレクタ１０は、セパレータ本体２０に対して一体的に固着される。このコレクタ１０の固設について、以下に説明する。コレクタ１０は、図７に示すように、セパレータ本体２０に対して、筋状凸部１３が接触するように配置される。そして、筋状凸部１３とセパレータ本体２０の接触部分は、例えば、ロー付け工法により、一体的に固着される。具体的に説明すると、まず、コレクタ１０の筋状凸部１３に対して、例えば、銅やニッケルなどのペースト状のロー材を塗布する。そして、ロー材を塗布したコレクタ１０をセパレータ本体２０の所定位置に仮止めする。次に、還元ガス雰囲気中にて、仮止めしたコレクタ１０とセパレータ本体２０とを所定温度で所定時間だけ加熱し、その後冷却する。これにより、図７に示すように、ロー材に含まれる金属の融解および凝固によって、筋状凸部１３の周囲に接合部分が形成され、コレクタ１０とセパレータ本体２０とが一体的に固着される。なお、コレクタ１０とセパレータ本体２０とを一体的に固着する工法については、上述したロー付け工法に限定されるものではない。したがって、例えば、溶接工法や拡散接合工法などを採用することができる。
【００３８】
樹脂フレーム３０は、図６に示すように、同一の構造とされた２枚一対の樹脂板から形成されていて、２枚のセパレータ本体２０にそれぞれの一面側が固着される。そして、樹脂フレーム３０は、セパレータ本体２０の外形寸法と略同一の外形寸法とされるとともに、コレクタ１０の筋状凹部１２および筋状凸部１３の成形高さよりも僅かに小さい板厚とされている。ここで、２枚の樹脂フレーム３０は、一の樹脂フレーム３０に対して、他の樹脂フレーム３０が同一平面方向にて略９０°回転した状態で配置されて積層される。なお、樹脂フレーム３０を形成する樹脂板は、種々の樹脂材料を採用することができ、好ましくは、ポリカーボネートやガラスエポキシ樹脂などを採用するとよい。
【００３９】
また、樹脂フレーム３０には、その周縁部分にて、単セルを構成した状態でセパレータ本体２０に形成されたガス導入口２１およびガス導出口２２の各貫通孔に対応する位置に同各貫通孔の形状と略同一の形状の貫通孔３１および貫通孔３２が形成されている。さらに、樹脂フレーム３０には、その略中央部分にて、コレクタ１０を収容する収容孔３３が形成されている。この収容孔３３は、固着されるセパレータ本体２０に形成された一対のガス導入口２１およびガス導出口２２と、積層される他の樹脂フレーム３０に形成された貫通孔３１および貫通孔３２とを収容するように形成されている。ここで、樹脂フレーム３０の貫通孔３１，３２および収容孔３３は、板厚管理された樹脂板に対して、例えば、打ち抜き成形を施すことにより形成される。なお、樹脂フレーム３０は、貫通孔３１，３２および収容孔３３を有するように、例えば、射出成形によって成形可能であることはいうまでもない。
【００４０】
このように、収容孔３３を形成することにより、固着されるセパレータ本体２０の下面（または上面）、収容孔３３の内周面およびＭＥＡ４０の上面（または下面）によって空間（以下、この空間をガス導通空間という）が形成される。そして、ガス導通空間に対して、例えば、燃料ガスを一方のガス導入口２１から、また、酸化剤ガスを他方のガス導入口２１および貫通孔３１から導入することができる。また、ガス導通空間を通過した未反応のガスは、一方のガス導出口２２を介して、また、他方のガス導出口２２および貫通孔３２を介して外部に導出することができる。
【００４１】
電極構造体としてのＭＥＡ４０は、図６に示すように、電解質膜ＥＦを備えている。電解質膜ＥＦは、樹脂フレーム３０を積層した際に形成される略正方形の開口部分に比して大きく、かつ、樹脂フレーム３０を積層した状態で貫通孔３１，３２を塞がない大きさに成形されている。このように、電解質膜ＥＦを成形することにより、ガス導通空間に導入されたガスが他側に形成されたガス導通空間に漏れることを防止することができる。そして、電解質膜ＥＦ上には、図７に詳細に示すように、燃料ガスが導入されるガス導通空間側に配置されるアノード電極層ＡＥと、酸化剤ガスが導入されるガス導通空間側に配置されるカソード電極層ＣＥとが、所定の触媒を層状に積層することにより形成される。このように、電解質膜ＥＦ上に形成されるアノード電極層ＡＥおよびカソード電極層ＣＥは、その大きさが樹脂フレーム３０を積層した際に形成される略正方形の開口部分に比して僅かに小さい外形寸法とされている。なお、ＭＥＡ４０における電極反応については、本発明に直接関係しないため、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
また、ＭＥＡ４０のアノード電極層ＡＥおよびカソード電極層ＣＥのそれぞれの表面側は、導電性を有した繊維としてのカーボンクロスＣＣで覆われる。このカーボンクロスＣＣは、アノード電極層ＡＥまたはカソード電極層ＣＥとコレクタ１０との接触面積を大きく確保するとともに、単セルを構成した際の各構成部品の寸法誤差を吸収するものである。なお、ＭＥＡ４０は、このカーボンクロスＣＣを省略して構成することも可能である。
【００４３】
そして、２枚のセパレータ本体２０間に、コレクタ１０、樹脂フレーム３０およびＭＥＡ４０を積層することによって単セルが構成される。具体的に説明すると、互いに同一平面内にて略９０°回転して配置される樹脂フレーム３０間にＭＥＡ４０を挟持し、例えば、接着剤などを塗布することにより、樹脂フレーム３０間にＭＥＡ４０の電解質膜ＥＦを一体的に固着する。このように一体的に固着された樹脂フレーム３０およびＭＥＡ４０に対して、コレクタ１０が一体的に固設された２枚のセパレータ本体２０を、例えば、接着剤などを塗布することにより、一体的に固着する。
【００４４】
このとき、コレクタ１０は、図７に示すように、成形幅が幅広の筋状凹部１２とＭＥＡ４０（詳しくは、カーボンクロスＣＣ）とが接触するように配置される。また、樹脂フレーム３０の板厚が筋状凹部１２および筋状凸部１３の成形高さよりも僅かに小さい寸法とされているため、筋状凹部１２がセパレータ本体２０によってＭＥＡ４０側に若干押圧された状態で固着される。これにより、コレクタ１０とＭＥＡ４０との接触状態を良好に保つことができる。そして、このように形成された単セルは、多数積層された後、例えば、図示しないボルトとナットによって所定の締結力（積層荷重）で固定されることによって、燃料電池スタックを構成する。
【００４５】
このように構成された燃料電池スタックを有する固体高分子型燃料電池においては、上述した各工程を経て製造されたコレクタ１０によって、ＭＥＡ４０のアノード電極層ＡＥおよびカソード電極層ＣＥに燃料ガスおよび酸化剤ガスを効率よく供給することができる。具体的に説明すると、コレクタ１０は、薄肉のエキスパンドメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３が形成されて構成されている。このため、外部からガス導入口２１を介してガス導通空間内に導入されたガスは、筋状凹部１２または筋状凸部１３を導通することにより、圧力損失を大幅に低減することができる。したがって、ガス導通空間内を導通するガスは、スムーズに導通することができるため、ガスと電極層との反応を促進することができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００４６】
また、コレクタ１０は、セパレータ本体２０と接触する筋状凸部１３の頂面（または底面）を除いて多数の貫通孔が形成されている。このため、ガス導通空間内に導入されたガスは、ガス導通空間内全体に均一に広がることができる。したがって、ガス導通空間内のガス濃度勾配が均一化され、電極層の電極反応領域は、形成したアノード電極層ＡＥおよびカソード電極層ＣＥの全面となる。すなわち、ガス導通空間内に導入されたガスは、コレクタ１０の筋状凹部１２に形成された貫通孔を介して、電極層に供給される。この結果、有効な電極反応領域が増大することにより、アノード電極層ＡＥおよびカソード電極層ＣＥは、供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスと効率よく電極反応することができ、電極反応効率を大幅に向上させることができる。したがって、燃料電池は、効率よく電気を発電することができる。
【００４７】
そして、ＭＥＡ４０によって効率よく発電された電気は、コレクタ１０によって集電される。このとき、コレクタ１０が、ＭＥＡ４０（詳しくは、カーボンクロスＣＣ）に対して、筋状凹部１２にて接触するように単セルが構成されている。これにより、ＭＥＡ４０との接触面積が大きくなる。また、筋状凹部１２に多数の小径の貫通孔が形成されていることによっても、ＭＥＡ４０との接触面積が大きくなる。このように、ＭＥＡ４０との接触面積を大きくすることにより、電気を集電する際の抵抗（集電抵抗）を極めて小さくすることができ、発電された電気を効率よくすなわち集電効率を大幅に向上させて集電することができる。
【００４８】
このように、コレクタ１０によって集電された電気は、セパレータ本体２０を介して、外部に出力される。このとき、コレクタ１０は、セパレータ本体２０に対して、貫通孔が形成されていない筋状凸部１３にて一体的に固着されている。これにより、セパレータ本体２０との接触面積を大きくすることができるとともに、コレクタ１０とセパレータ本体２０間の接触抵抗を低下させることができる。したがって、効率よく発電された電気を外部に出力することができる。
【００４９】
また、燃料電池においては、発電に伴って、導電性を有しない酸化物がガス導通空間内に析出する場合がある。この酸化物が、特に、コレクタ１０とセパレータ本体２０との接触部分における隙間に析出すると、接触抵抗が増大し、燃料電池の発電効率が低下する可能性がある。これに対し、コレクタ１０は、セパレータ本体２０に対して、一体的に固着されるため、接触部分における隙間が存在せず、コレクタ１０とセパレータ本体２０との接触抵抗の増大を防止することができる。したがって、燃料電池の発電効率を良好に維持することもできる。
【００５０】
また、固体高分子型燃料電池においては、図８に示すように、セパレータ本体２０の背面側に冷却水路５０を設けて、ＭＥＡ４０の電極反応に伴う発熱を冷却する場合がある。この場合には、コレクタ１０の筋状凸部１３とセパレータ本体２０とが一体的に固着されていることにより、効果的にＭＥＡ４０を冷却することができる。すなわち、冷却水路５０に冷却水を循環させると、セパレータ本体２０が優先的に冷却される。このとき、セパレータ本体２０とコレクタ１０との接触部分における接触面積が大きいため、筋状凸部１３も冷却される。これにより、ＭＥＡ４０に発生した熱が、コレクタ１０の筋状凹部１２を介して、筋状凸部１３に伝熱しやすくなり、その結果、ＭＥＡ４０の発熱を効果的に冷却することができる。したがって、ＭＥＡ４０の発熱による電極反応効率の低下を防止することができるため、燃料電池の発電効率を良好に維持することができる。
【００５１】
上記第１実施形態においては、単セルに燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ導入するためのガス導入口２１およびＭＥＡ４０にて未反応のガスをそれぞれ導出するためのガス導出口２２とを形成して、燃料電池スタック内にそれぞれのガスのインナーマニホールドを形成するように実施した。この場合、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスが空気であり、特に、空気を直接単セルのカソード電極層ＣＥ側に導入可能に燃料電池を設置する場合には、酸化剤ガスのガス供給インナーマニホールドおよびガス排出インナーマニホールドを省略することが可能である。以下、この第２実施形態について詳細に説明する。
【００５２】
この第２実施形態においては、燃料電池用セパレータが、図９に示すように構成される。そして、第２実施形態における単セルは、図１０に示すように、２つのセパレータ間にＭＥＡ１４０を狭持することによって構成される。さらに、単セルを多数積層することによって、燃料電池スタックが形成される。
【００５３】
この第２実施形態に係るセパレータは、上述した第１実施形態と同様に構成されたコレクタ１１０と、導入されたガスの混流を防ぐセパレータ本体１２０とを備えている。セパレータ本体１２０は、薄肉金属板（例えば、板厚が０．１ｍｍ程度のステンレス板など）から形成されており、その略中央部分には、所定深さ（例えば、０．５ｍｍ程度）の略長方形とされた窪み部１２３が形成されている。なお、薄肉金属板としては、他に、例えば、金めっきなどの防錆処理を施した鋼板などを採用することができる。
【００５４】
そして、窪み部１２３内には、上述した第１実施形態と同様のガス導入口１２１と、同ガス導入口１２１と対向する位置にガス導出口１２２とが一対形成されている。ガス導入口１２１は、略長楕円とされた貫通孔であり、例えば、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するための図示しない燃料ガス供給装置から供給された燃料ガス（水素ガスなど）を窪み部１２３内に導入するとともに、積層された他のセパレータに対して燃料ガスを流通する。ガス導出口１２２も、略長楕円とされた貫通孔であり、窪み部１２３内を導通した未反応の燃料ガスを窪み部１２３外に導出するとともに、積層された他のセパレータからの未反応の燃料ガスを外部に流通する。
【００５５】
次に、第２実施形態に係る単セルの構成について具体的に説明する。第２実施形態においては、コレクタ１１０が、図９に示すように、セパレータ本体１２０の窪み部１２３に収容される。そして、コレクタ１１０は、ガス導入口１２１から導入された燃料ガスがガス導出口１２２方向へ導通可能となるように、すなわち、ガス導入口１２１とガス導出口１２２の配置方向に対して筋状凹部１１３および筋状凸部１１４が略平行となるように収容されて固着される。一方、窪み部１２３の裏面側（空気導入側）に配置されるコレクタ１１０は、その幅がセパレータ本体１２０の幅と略同一とされるとともに、燃料電池スタックの側面方向から空気を導通可能となるように、言い換えると、窪み部１２３に収容されるコレクタ１１０の筋状凹部１１３および筋状凸部１１４と略直交するように配置されて固着される。そして、コレクタ１１０は、窪み部１２３に収容される際、または、窪み部１２３の裏面側に配置される際には、セパレータ間に配置されるＭＥＡ１４０のアノード電極層ＡＥまたはカソード電極層ＣＥに対して、筋状凹部１１３が接触するように収容または配置される。
【００５６】
また、単セルは、フレーム１３０と２個一対のスペーサ１３４を備えている。フレーム１３０は、セパレータ本体１２０にその一側にて固着されるものである。このフレーム１１３は、セパレータ本体１２０の外形寸法と略同一の外形寸法とされるとともに、窪み部１２３の所定深さと略同一の板厚とされた薄肉の樹脂板から成形されている。そして、フレーム１３０の略中央部分には、窪み部１２３の外形と相似形であり、窪み部１２３の外形寸法に比して僅かに大きい収容孔１３３が形成されている。そして、フレーム１３０がセパレータ本体１２０の窪み部１２３を収容して固着することにより、セパレータ本体１２０が略平板状に形成される。
【００５７】
スペーサ１３４は、セパレータ本体１２０およびフレーム１３０にその一側にて固着されて、酸化剤ガスとしての空気を導通するための空間を形成するとともに、他のセパレータを介して供給される燃料ガスをシールものである。このスペーサ１３４は、その長手方向寸法がセパレータ本体１２０の幅寸法と略同一で所定の幅寸法とされるとともに、コレクタ１１０の筋状凹部１１３および筋状凸部１１４の成形高さに比して、僅かに小さい板厚とされた薄肉の樹脂板から成形されている。そして、スペーサ１３４の略中央部分には、セパレータ本体１２０のガス導入口１２１およびガス導出口１２２の各貫通孔の形状と略同一の形状とされた貫通孔１３４ａが形成されている。
【００５８】
ここで、フレーム１３０の収容孔１３３およびスペーサ１３４の貫通孔１３４ａは、板厚管理された樹脂板に対して、例えば、打ち抜き成形を施すことにより形成される。なお、フレーム１３０およびスペーサ１３４は、収容孔１３３および貫通孔１３４ａを有するように、例えば、射出成形によって成形可能であることはいうまでもない。
【００５９】
さらに、セパレータは、積層される他のセパレータとの間のシール性を確保するために４枚２対のバックアッププレート１６０を備えている。バックアッププレート１６０は、薄肉の樹脂板から成形されており、コレクタ１１０にその一側にて固着されるとともに、セパレータ本体１２０またはスペーサ１３４に固定される。そして、セパレータがＭＥＡ１４０とともに単セルを形成した際には、コレクタ１１０とＭＥＡ１４０との間に狭持されることにより、シール性を確保するようになっている。
【００６０】
そして、図１０に示すように、単セルが形成される。ここで、ＭＥＡ１４０は、上記第１実施形態と同様に構成されるものであるが、その形状が略長方形とされたコレクタ１１０に合わせて略長方形形状とされている。このように、単セルを形成した状態においては、セパレータ本体１２０の窪み部１２３の所定深さおよびスペーサ１３４の板厚がコレクタ１１０の筋状凹部１１２および筋状凸部１１３の成形高さよりも僅かに小さいため、筋状凹部１１２がセパレータ本体１２０によってＭＥＡ１４０側に若干押圧された状態で固着される。これにより、コレクタ１１０とＭＥＡ１４０との接触状態を良好に保つことができる。そして、形成された単セルは、多数積層されることによって、燃料電池スタックを構成する。
【００６１】
このように構成された燃料電池スタックを有する燃料電池においても、上記第１実施形態と同様の効果が期待できる。さらに、このように構成された燃料電池スタックにおいては、コレクタ１１０の幅寸法がセパレータ本体１２０の幅寸法と略同一とされており、筋状凹部１１３および筋状凸部１１４が幅方向に形成されているため、コレクタ１１０が外部と連通した状態であり、燃料電池スタックの側面から酸化剤ガスとしての空気を供給して排出することができる。このため、燃料電池スタック内に空気を直接供給するためのガス供給インナーマニホールドや空気を排出すためのガス排出インナーマニホールドを設ける必要がなく、燃料電池スタックを小型化することが可能となる。
【００６２】
また、本発明は、上記各実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記第１実施形態においては、貫通孔成形部分１１ａと貫通孔非成形部分１１ｂとを形成しておき、コレクタ１０の筋状凹部１２を貫通孔成形部分１１ａから成形し、筋状凸部１３を貫通孔非成形部分１１ｂから成形するように実施した。これに対し、例えば、図１１に一部を拡大して示すように、貫通孔成形部分１１ａの孔径よりも小さい孔径を有する小径貫通孔成形部分１１ｄを成形しておき、筋状凹部１２を貫通孔成形部分１１ａから成形するとともに、筋状凸部１３を小径貫通孔成形部分１１ｄから成形して実施してもよい。この場合、エキスパンドメタル１１に小径貫通孔成形部分１１ｄを形成するために、例えば、ランスカットメタル加工装置Ｒの上刃ＵＨの最下点位置を、貫通孔成形部分１１ａを形成するときよりも小さく設定する。
【００６３】
これにより、小径貫通孔成形部分１１ｄが形成される。このとき、貫通孔成形部分１１ａと小径貫通孔成形部分１１ｄとは、形成された貫通孔の孔径が異なる。このため、筋状凹部１２の成形面積に対する貫通孔の開口比に比して、筋状凸部１３の成形面積に対する貫通孔の開口比が小さくなる。そして、このように成形されたコレクタ１０においても、セパレータ本体２０との接触面積が、上記第１実施形態の場合に比して若干小さくなるものの、貫通孔成形部分１１ａをそのまま用いたよりも大きくすることができるため、接触抵抗を低減することができる。また、上記第１実施形態の場合と同様に、固着することができる。したがって、上記第１実施形態と同様の効果が期待できる。
【００６４】
さらに、小径貫通孔成形部分１１ｄから、筋状凹部１２の底面（頂面）と筋状凸部１３の頂面（底面）とを連結する第３面としての立壁面を形成することにより、上記各実施形態の場合に比して、コレクタ１０，１１０の機械的強度を向上させることができる。すなわち、小径貫通孔成形部分１１ｄに形成される貫通孔の孔径は、貫通孔成形部分１１ａに形成される貫通孔の孔径よりも小さい。このため、コレクタ１０，１１０の立壁面の開口比が小さくなるため、機械的強度が向上する。したがって、燃料電池の組み立て時に付与される締結力（積層荷重）による立壁面すなわちコレクタ自体の変形を効果的に抑制することができる。したがって、コレクタ１０，１１０によって形成されたガス流路を確実に確保することができ、ガスをＭＥＡ４０に供給する機能を良好に満足することができる。
【００６５】
なお、この変形例においては、小径貫通孔成形部分１１ｄをランスカットメタル加工装置Ｒの上刃ＵＨの最下点位置を変更することにより成形して、筋状凸部１３の開口比を小さくするように実施した。これに代えて、例えば、ランスカットメタル加工装置Ｒの最下点位置を上記第１実施形態と同様に設定しておき、加工ピッチを上記第１実施形態に比して大きくすることによっても、筋状凸部１３の開口比を小さくすることができる。この場合には、最終的に形成されるエキスパンドメタル１１のストランドの成形幅が大きくなるため、貫通孔成形部分１１ａと同様の孔径を有する貫通孔が形成されても、筋状凸部１３の開口比を小さくすることができる。したがって、上記各実施形態と同様の効果が期待できるとともに、機械的強度を十分に確保することができて、コレクタ自体の変形を効果的に抑制することができる。
【００６６】
また、上記各実施形態においては、コレクタ１０，１１０とセパレータ本体２０，１２０とを固着して実施したが、固着することなく、すなわち、コレクタ１０，１１０の筋状凸部１３，１１３とセパレータ本体２０，１２０とが互いに接触した状態として実施することも、もちろん可能である。この場合においても、上記各実施形態と同様に、コレクタ１０，１１０とセパレータ本体２０，１２０との接触抵抗を大幅に低減することができるため、上記各実施形態と同様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコレクタを示した斜視図である。
【図２】図１のコレクタを形成するための、貫通孔成形部分と貫通孔非成形部分とを有するエキスパンドメタルを説明するための図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図２のエキスパンドメタルを成形するエキスパンドメタル成形工程を説明するために概略的に示した図である。
【図４】図３に示したエキスパンドメタル成形工程によって成形されたランスカットメタルを圧延する圧延工程を説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、コレクタの筋状凹部および筋状凸部を成形する工程を説明するための概略図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る燃料電池スタックを構成する単セルの構成を説明するための概略的な分解斜視図ある。
【図７】図９の単セルにおけるコレクタを説明するための概略図である。
【図８】図６の燃料電池スタックに冷却水路を設けた場合におけるコレクタの冷却機能を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る燃料電池用セパレータの構成を説明するための概略的な分解斜視図である。
【図１０】図９の燃料電池用セパレータによって構成される単セルを説明するための概略的な分解斜視図ある。
【図１１】本発明の変形例に係り、貫通孔成形部分と小径貫通孔成形部分とを有するエキスパンドメタルを説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１１０…コレクタ、１１…エキスパンドメタル、１３…筋状凹部、１４…筋状凸部、２０，１２０…セパレータ本体、４０，１４０…ＭＥＡ
【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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