(57)【要約】【課題】圧力損失の小さいガス流路形成板を形成することのできる燃料電池用ガス流路形成板の製造方法、および圧力損失を小さくすることのできる燃料電池用ガス流路形成板を提供する。【解決手段】ガス流路形成板は、細長い形状の第１部材２５と第２部材２６とを有する。第１部材２５および第２部材２６は長手方向における断面が波形状に形成される。ガス流路形成板の製造に際しては先ず、第１部材２５と第２部材２６と細長い形状の第３部材２９とを各別に形成する。次に、第１部材２５、第２部材２６および第３部材２９を、第１部材２５および第２部材２６を交互に並ぶ縦糸として用いるとともに第３部材２９を横糸として用いて布地状に織る。その後、隣り合う第１部材と第２部材とを接合するとともに第３部材２９を除去する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い形状の第１部材および第２部材を有して、それら前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方は長手方向における断面が波形状に形成されてなる燃料電池用ガス流路形成板の製造方法であって、
前記第１部材と前記第２部材と細長い形状の第３部材とを各別に形成する前工程と、
前記第１部材および前記第２部材および前記第３部材を、前記第１部材および前記第２部材を交互に並ぶ縦糸として用いるとともに前記第３部材を横糸として用いて布地状に織る織り工程と、
隣り合う前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、
前記第３部材を除去する除去工程と
を含む燃料電池用ガス流路形成板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用ガス流路形成板の製造方法において、
前記接合工程および前記除去工程は、前記織り工程において織られた前記第１部材および前記第２部材および前記第３部材を、加熱する工程である
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用ガス流路形成板の製造方法において、
前記前工程では、前記第１部材および前記第２部材の形成材料よりも融点の低い材料によって前記第３部材を形成し、
前記接合工程および前記除去工程では、前記第１部材と前記第２部材とを密着させつつ加熱する拡散接合を行う
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用ガス流路形成板の製造方法において、
前記第３部材として、前記除去工程において除去可能な材料からなる除去部と、前記除去工程において除去不能な材料からなる非除去部と、を有するものを用いる
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池用ガス流路形成板の製造方法において、
前記ガス流路形成板は、膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、
前記織り工程では、前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合が、前記ガス流入部の周縁部分に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合よりも大きくなるように、前記除去部と前記非除去部とを配置する
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の燃料電池用ガス流路形成板の製造方法において、
前記ガス流路形成板は、膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、
前記織り工程では、前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部と前記配設部分からガスが流出するガス流出部とを最短距離で繋ぐ接続部分に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合が、前記接続部分以外の部分である縁部分に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合よりも大きくなるように、前記除去部と前記非除去部とを配置する
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板の製造方法。
【請求項７】
細長い形状の第１部材および第２部材を有して、
前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方は長手方向における断面が波形状に形成されてなり、
前記第１部材および前記第２部材が短手方向において交互に並ぶように一体に配置されてなり、
前記第１部材および前記第２部材を短手方向における側面から見た場合に、それら前記第１部材および前記第２部材の相対位置が周期的に入れ替わる構造である
燃料電池用ガス流路形成板。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池用ガス流路形成板において、
前記第１部材および前記第２部材を短手方向における側面から見た場合にそれら前記第１部材および前記第２部材の間で延びる形状であり、且つ、前記第１部材に沿う位置と前記第２部材に沿う位置との間に渡って延びる形状の第３部材を備え、
前記第３部材が配置される部分と前記第３部材が配置されない部分とを有する
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池用ガス流路形成板において、
前記ガス流路形成板は、
膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、且つ、
前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合が、前記ガス流入部の周縁部分に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合よりも大きい
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の燃料電池用ガス流路形成板において、
前記ガス流路形成板は、
膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、且つ、
前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部と前記配設部分からガスが流出するガス流出部とを最短距離で繋ぐ接続部分に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合が、前記接続部分以外の部分である縁部分に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合よりも大きい
ことを特徴とする燃料電池用ガス流路形成板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体と板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成する燃料電池用ガス流路形成板の製造方法および同燃料電池用ガス流路形成板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば固体高分子型燃料電池は、一対のセパレータによって膜電極接合体が挟まれた構造の単セルを複数積層することによって形成された燃料電池スタックを備えている。このセパレータは、平板状のフラットセパレータと、同フラットセパレータおよび上記膜電極接合体の間に介設されたガス流路形成板とを備えている。
【０００３】
そして、ガス流路形成板としては、特許文献１に記載のものが知られている。このガス流路形成板は、金属材料からなる線材を用いて、縦糸と横糸とからなる格子状に織られた構造になっている。こうしたガス流路形成板を有する燃料電池では、その内部に供給されるガス（燃料ガスや酸化剤ガス）が、ガス流路形成板と膜電極接合体との間隙や、ガス流路形成板とフラットセパレータとの間隙を通過するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２２８３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ガス流路形成板を有する燃料電池では、縦糸に相当する線材と、横糸に相当する線材と、膜電極接合体（あるいはフラットセパレータ）との３つの部材によって区画される隙間が、前記ガスの通過するガス流路になる。この隙間は、金属材料からなる線材が格子状に織られてなるガス流路形成板の構造上、狭くなり易い。そして、ガス流路に部分的に狭い部位があると、単セルの内部における圧力損失が大きくなるために、ガスが流れにくい構造になってしまい、これにより単セルの性能低下を招くおそれがある。
【０００６】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力損失の小さいガス流路形成板を形成することのできる燃料電池用ガス流路形成板の製造方法、および圧力損失を小さくすることのできる燃料電池用ガス流路形成板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための燃料電池用ガス流路形成板の製造方法は、細長い形状の第１部材および第２部材を有して、それら前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方は長手方向における断面が波形状に形成されてなる燃料電池用ガス流路形成板の製造方法であって、前記第１部材と前記第２部材と細長い形状の第３部材とを各別に形成する前工程と、前記第１部材および前記第２部材および前記第３部材を、前記第１部材および前記第２部材を交互に並ぶ縦糸として用いるとともに前記第３部材を横糸として用いて布地状に織る織り工程と、隣り合う前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、前記第３部材を除去する除去工程とを含む。
【０００８】
上記製造方法によれば、第１部材と第２部材との接合に先立ち、第１部材、第２部材、および第３部材を布地状に織ることにより、第１部材と第２部材との位置決めを行うことができる。そして、その状態で第１部材と第２部材とを接合することにより、第１部材および第２部材を正しい相対位置で一体に固定することができる。しかも、第１部材と第２部材との接合に合わせて第３部材を除去することにより、同第３部材が横糸として配置されていた部分に、細長い形状の空隙を形成することができる。そのため、第３部材の断面積を適度の大きさに予め設定することにより、適度の断面積を有して第１部材や第２部材の短手方向に延びる形状の空隙を形成することができ、この空隙をガス流路として機能させることができる。このように上記製造方法によれば、圧力損失の小さいガス流路形成板を形成することができる。
【０００９】
上記製造方法において、前記接合工程および前記除去工程は、前記織り工程において織られた前記第１部材および前記第２部材および前記第３部材を、加熱する工程であることが好ましい。
【００１０】
上記製造方法によれば、拡散接合による接合手法や熱硬化性樹脂を用いた接合手法を採用することにより、第１部材と第２部材とを接合することができる。しかも、加熱を通じて第３部材を炭化させたり溶解させたりすることができるため、同第３部材をガス流路形成板の内部から除去することもできる。このように上記製造方法によれば、織り工程において織られた第１部材、第２部材および第３部材を加熱するといった１つの工程を通じて、第１部材および第２部材を接合する作業と、第３部材を除去する作業とを行うことができる。
【００１１】
上記製造方法において、前記前工程では、前記第１部材および前記第２部材の形成材料よりも融点の低い材料によって前記第３部材を形成し、前記接合工程および前記除去工程では、前記第１部材と前記第２部材とを密着させつつ加熱する拡散接合を行うことが好ましい。
【００１２】
上記製造方法によれば、拡散接合によって第１部材と第２部材とを接合することができる。しかも、拡散接合における加熱によって、第３部材を炭化させてばらばらにしてガス流路形成板の内部から除去することもできる。
【００１３】
上記製造方法において、前記第３部材として、前記除去工程において除去可能な材料からなる除去部と、前記除去工程において除去不能な材料からなる非除去部と、を有するものを用いることが好ましい。
【００１４】
上記製造方法によれば、除去部が配置された部分は除去工程において除去されてガス流路として機能する空隙になる一方で、非除去部が配置された部分は、除去工程において除去されずに残り、同非除去部によって上記空隙が塞がれた状態になる。そのため、織り工程において第１部材、第２部材、および第３部材を布地状に織る際に、第３部材の除去部と非除去部とを任意の位置に配置することにより、ガス流路形成板の内部にガスが流れやすい部分と流れにくい部分とを形成することができ、ガス流路形成板の内部におけるガスの流通態様を任意に調節することができる。
【００１５】
上記製造方法において、前記ガス流路形成板は、膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、前記織り工程では、前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合が、前記ガス流入部の周縁部分に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合よりも大きくなるように、前記除去部と前記非除去部とを配置することが好ましい。
【００１６】
単セルの内部に供給されるガスとして、乾いたガス（含まれる水分の量が少ないガス）が採用される場合がある。この場合、発電時における膜電極接合体での電気化学反応によって生成される水分の量が少ないと、単セル内部のガス流路形成板の配設部分を通過するガスが膜電極接合体（詳しくは、固体高分子電界質膜）の水分を奪うことによって、同膜電極接合体を乾燥させるおそれがある。こうした膜電極接合体の乾燥は、同膜電極接合体のイオン導電性を低下させて電池性能の低下を招いたり、膜電極接合体の耐久性の低下を招いたりするおそれがあるために好ましくない。
【００１７】
単セルの内部に乾燥したガスが流入する場合、ガスが直接流入する部分であるガス流入部は乾燥しやすい。上記製造方法によれば、そうしたガス流入部では、非除去部が配置される部分の占める割合が大きく、同非除去部によって前記空隙が塞がれた状態になる部分が多くなるため、ガスの供給を抑制させて膜電極接合体の不要な乾燥を抑えることができる。
【００１８】
単セルの内部では膜電極接合体での発電に伴って水が生成される。そのため、単セル内部におけるガスの流れの影響により、ガス流路形成板の配設部分における同ガスの流れ方向下流側の部分においては湿度が高くなる。したがって、ガス流路形成板の配設部分における下流側の部分では、膜電極接合体の乾燥が問題になり難い。上記製造方法によれば、ガス流入部の周縁部分（すなわちガス流入部の下流側）では、非除去部が配置される部分の占める割合が小さく、同非除去部によって前記空隙が塞がれた状態になる部分が少なくなるため、ガスが膜電極接合体へ供給されやすくなり、膜電極接合体におけるガスの反応が進む構造にすることができる。
【００１９】
上記製造方法において、前記ガス流路形成板は、膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、前記織り工程では、前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部と前記配設部分からガスが流出するガス流出部とを最短距離で繋ぐ接続部分に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合が、前記接続部分以外の部分である縁部分に対して前記非除去部が配置される部分の占める割合よりも大きくなるように、前記除去部と前記非除去部とを配置することが好ましい。
【００２０】
上記製造方法によれば、ガス流路形成板の配設部分におけるガス流入部とガス流出部とを最短距離で繋ぐ接続部分（ガス流れの中央部分）は、同接続部分以外の部分である縁部分（ガス流れの縁部分）と比較して非除去部が多く配置されるため、内部をガスが流れ難い構造にすることができる。そのため、ガス流路形成板の配設部分の内部に流入したガスの一部を、中央部分を迂回させて縁部分に流すことができる。これにより、ガス流路形成板の配設部分の中でもガスが流れ難くなり易い縁部分にガスを流入させることができるため、ガス流路形成板の配設部分におけるガス流れに偏りが生じることを抑えることができる。
【００２１】
上記課題を解決するための燃料電池用ガス流路形成板は、細長い形状の第１部材および第２部材を有して、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方は長手方向における断面が波形状に形成されてなり、前記第１部材および前記第２部材が短手方向において交互に並ぶように一体に配置されてなり、前記第１部材および前記第２部材を短手方向における側面から見た場合に、それら前記第１部材および前記第２部材の相対位置が周期的に入れ替わる構造である。
【００２２】
上記構成によれば、第１部材と第２部材との間にその短手方向において延びる空隙を形成することができる。そして、この空隙をガス流路として機能させることができるため、ガス流路形成板の配設部分における圧力損失を小さくすることができる。
【００２３】
上記燃料電池用ガス流路形成板において、前記第１部材および前記第２部材を短手方向における側面から見た場合にそれら前記第１部材および前記第２部材の間で延びる形状であり、且つ、前記第１部材に沿う位置と前記第２部材に沿う位置との間に渡って延びる形状の第３部材を備え、前記第３部材が配置される部分と前記第３部材が配置されない部分とを有することが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、第３部材が配置されない部分はガス流路として機能する空隙になる一方、第３部材が配置された部分は上記空隙が塞がれた状態になる。そのため、第３部材を任意の箇所に配置することによって、ガス流路形成板の内部にガスが流れやすい部分と流れにくい部分とを形成することができ、ガス流路形成板の内部におけるガスの流通態様を任意に調節することができる。
【００２５】
上記燃料電池用ガス流路形成板は、膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、且つ、前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合が、前記ガス流入部の周縁部分に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合よりも大きいことが好ましい。
【００２６】
単セルの内部に乾燥したガスが流入する場合、ガスが直接流入する部分であるガス流入部は乾燥しやすい。上記構成によれば、そうしたガス流入部では、第３部材が配置される部分の占める割合が大きく、同第３部材によって前記空隙が塞がれた状態になる部分が多くなるため、ガスの供給を抑制させて膜電極接合体の不要な乾燥を抑えることができる。しかも、ガス流入部の周縁部分（すなわちガス流入部の下流側）では、第３部材が配置される部分の占める割合が小さく、同第３部材によって前記空隙が塞がれた状態になる部分が少なくなる。そのため、ガス流入部の周縁部分においてはガスの供給が促進されて、膜電極接合体におけるガスの反応が進む構造にすることができる。
【００２７】
上記燃料電池用ガス流路形成板は、膜電極接合体と平板状のフラットセパレータとの間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するものであり、且つ、前記単セル内部における前記ガス流路形成板の配設部分にガスが流入するガス流入部と前記配設部分からガスが流出するガス流出部とを最短距離で繋ぐ接続部分に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合が、前記接続部分以外の部分である縁部分に対して前記第３部材が配置される部分の占める割合よりも大きいことが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、ガス流路形成板の配設部分におけるガス流入部とガス流出部とを最短距離で繋ぐ接続部分（ガス流れの中央部分）は、同接続部分以外の部分である縁部分（ガス流れの縁部分）と比較して第３部材が多く配置されるため、内部をガスが流れ難い構造にすることができる。そのため、ガス流路形成板の配設部分の内部に流入したガスの一部を、中央部分を迂回させて縁部分に流すことができる。これにより、ガス流路形成板の配設部分の中でもガスが流れ難くなり易い部位である縁部分にガスを流入させることができるため、ガス流路形成板の配設部分におけるガス流れに偏りが生じることを抑えることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の燃料電池用ガス流路形成板の製造方法によれば、圧力損失の小さいガス流路形成板を形成することができる。本発明の燃料電池用ガス流路形成板によれば、圧力損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施形態のガス流路形成板が適用される燃料電池スタックの概略構成を示す断面図。
【図２】同ガス流路形成板の配設態様を示す略図。
【図３】同ガス流路形成板の斜視図。
【図４】同ガス流路形成板の側面図。
【図５】同ガス流路形成板の製造手順を示すフローチャート。
【図６】第１部材の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図７】第２部材の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図８】第３部材の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図９】織られた状態の第１部材および第２部材および第３部材の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図１０】第２実施形態のガス流路形成板の配設態様を示す略図。
【図１１】第３部材の非除去部および除去部の配設態様を示す斜視図。
【図１２】第３実施形態のガス流路形成板の配設態様を示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態の燃料電池用ガス流路形成板とその製造方法とについて説明する。
図１に示すように、燃料電池スタックは、複数の単セル１０が積層された構造をなしており、固体高分子型燃料電池に内蔵されている。各単セル１０は膜電極接合体１１を有している。膜電極接合体１１は、固体高分子電解質膜１２と、この固体高分子電解質膜１２を間に挟む一対の電極触媒層１３，１４と、それら電極触媒層１３，１４の外面を覆う一対のガス拡散層１５，１６とを有する多層構造をなしている。
【００３２】
膜電極接合体１１は、第１セパレータ２０と第２セパレータ３０との間に挟まれている。第１セパレータ２０は、膜電極接合体１１のカソード側（図１の下側）に当接しており、平板状のフラットセパレータ２１と、同フラットセパレータ２１および膜電極接合体１１の間に介設されたガス流路形成板２３とを備えている。第２セパレータ３０は、膜電極接合体１１のアノード側（図１の上側）に当接しており、平板状のフラットセパレータ３１と、同フラットセパレータ３１および膜電極接合体１１の間に介設されたガス流路形成板３３とを備えている。
【００３３】
そして、単セル１０の内部における膜電極接合体１１とフラットセパレータ２１との間隙には酸化剤ガスが供給される一方、単セル１０の内部における膜電極接合体１１とフラットセパレータ３１との間隙には燃料ガスが供給される。このようにして膜電極接合体１１に対して燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、膜電極接合体１１での電気化学反応によって発電が行なわれる。
【００３４】
以下、ガス流路形成板２３について詳細に説明する。
図２に示すように、ガス流路形成板２３は、金属材料（具体的には、ステンレス鋼）によって略長方形の板状に形成されている。単セル１０は、ガス流路形成板２３の配設部分に酸化剤ガスを供給する供給通路１７を有している。この供給通路１７は、ガス流路形成板２３の４つの角部のうちの１つ（図２における左上の角部）の近傍において開口する態様で設けられている。また、単セル１０では、ガス流路形成板２３の配設部分から酸化剤ガスを排出する排出通路１８を有している。この排出通路１８は、上記供給通路１７の開口に隣接する角部の対角（図２における右下の角部）に位置する角部の近傍において開口する態様で設けられている。
【００３５】
図３および図４に示すように、ガス流路形成板２３は、いずれも細長い形状の第１部材２５および第２部材２６を有している。これら第１部材２５および第２部材２６はいずれも、長手方向Ｈにおいて湾曲する波板形状である。第１部材２５および第２部材２６は、一方の面において突出する突条（内側突条２７）が膜電極接合体１１（図４）に当接するとともに他方の面において突出する突条（外側突条２８）がフラットセパレータ２１に当接する態様で、それら膜電極接合体１１およびフラットセパレータ２１の間に配置されている。
【００３６】
第１部材２５の各突条２７，２８の延びる方向（短手方向Ｗ）と第２部材２６の各突条２７，２８の延びる方向とが一致する状態で、第１部材２５と第２部材２６とが短手方向Ｗにおいて交互に並ぶように、それら第１部材２５および第２部材２６が一体に配置されている。また、長手方向Ｈにおける内側突条２７の形成位置と外側突条２８の形成位置とが、第１部材２５と第２部材２６とで正反対になっている。すなわち短手方向Ｗにおいて、第１部材２５の内側突条２７と第２部材２６の外側突条２８とが隣接しており、第１部材２５の外側突条２８と第２部材２６の内側突条２７とが隣接している。
【００３７】
これによりガス流路形成板２３は、第１部材２５および第２部材２６を短手方向Ｗにおける側面から見た場合に、それら第１部材２５および第２部材２６の相対位置が周期的に入れ替わる構造になっている。具体的には、図４に矢印Ａで示す部分では第１部材２５が左側になるとともに第２部材２６が右側になっているのに対して、図４の矢印Ｂで示す部分では第１部材２５が右側になるとともに第２部材２６が左側になっている。
【００３８】
こうしたガス流路形成板２３では、第１部材２５と第２部材２６との間にその短手方向Ｗにおいて細長い形状で延びる空隙Ｓが形成される。そして、この空隙Ｓを酸化剤ガスが流れるガス流路として機能させることができる。図３および図４から明らかなように、空隙Ｓ（ガス流路）は、短手方向Ｗにおいて部分的に狭い部分がない。そのため、前述した金属製の線材が格子状に織られた構造のガス流路形成板を有する単セルと比較して、単セル１０の内部（詳しくはガス流路形成板２３の配設部分）における圧力損失を小さくすることができる。
【００３９】
以下、ガス流路形成板２３の製造方法について説明する。
先ずは、図５のステップＳ１に示す前工程において、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９が各別に形成される。
【００４０】
前工程では、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第１部材２５が、ステンレス鋼板によって、長手方向Ｈにおける断面が波状の波板形状に形成される。また、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、第２部材２６は、ステンレス鋼板により、長手方向Ｈにおける断面が波状の波板形状に形成される。なお、第２部材２６は、第１部材２５よりも短手方向Ｗにおける幅が狭い形状に形成される。さらに、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、第３部材２９は、第１部材２５および第２部材２６の形成材料（ステンレス鋼）よりも融点の低い材料（具体的には、ポリアミド樹脂）により、細長い円柱形状に形成される。
【００４１】
次に、図５のステップＳ２に示す織り工程において、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９が布地状に織られる。詳しくは、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、第１部材２５および第２部材２６を交互に並ぶ縦糸として用いるとともに第３部材２９を横糸として用いて、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９が布地状に織られる。
【００４２】
その後、図５のステップＳ３に示す拡散接合工程において、第１部材２５と第２部材２６とが拡散接合を通じて接合される。詳しくは、隣り合う第１部材２５と第２部材２６とを互いに密着させるように、織り工程において織られた状態の第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９が短手方向Ｗにおいて加圧される。そして、その状態で第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９が拡散接合に適した所定温度に加熱される。これにより、拡散接合によって隣り合う第１部材２５と第２部材２６とが接合されるようになる。また、このとき第３部材２９が炭化してばらばらになる。これにより、第３部材２９は第１部材２５と第２部材２６との間から除去される。なお本実施形態では、この拡散接合工程が、隣り合う第１部材２５と第２部材２６とを接合する接合工程、および第３部材２９を除去する除去工程に相当する。
【００４３】
以下、このようにしてガス流路形成板２３を製造することによる作用を説明する。
ガス流路形成板２３の製造に際しては、拡散接合工程における第１部材２５と第２部材２６との接合に先立ち、織り工程において第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９が布地状に織られる。この織り工程によって、第１部材２５と第２部材２６との位置決めを行うことができる。
【００４４】
そして、その状態で、拡散接合工程において第１部材２５と第２部材２６とを接合することにより、それら第１部材２５および第２部材２６を正しい相対位置で一体に固定することができる。
【００４５】
しかも、この拡散接合工程では、第１部材２５と第２部材２６との拡散接合における加熱により、第３部材２９を炭化させてガス流路形成板２３の内部から除去することができる。そのため、第３部材２９が横糸として配置されていた部分に、円柱状で延びる細長い形状の空隙Ｓ（図３および図４参照）を形成することができる。したがって、第３部材２９の断面積を適度の大きさに予め設定することにより、適度の断面積を有して第１部材２５や第２部材２６の短手方向に延びる形状の空隙Ｓを形成することができ、この空隙Ｓをガス流路として機能させることができる。
【００４６】
本実施形態では、このようにして圧力損失の小さいガス流路形成板２３を形成することができる。
また本実施形態では、織り工程において織られた第１部材２５、第２部材２６および第３部材２９を加熱するといった１つの工程（拡散接合工程）を通じて、第１部材２５および第２部材２６を接合する作業と、第３部材２９を除去する作業とを行うことができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９を各別に形成する前工程と、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材２９を布地状に織る織り工程と、隣り合う第１部材２５と第２部材２６とを接合するとともに第３部材２９を除去する拡散接合工程とを通じてガス流路形成板２３を製造するようにした。そのため、圧力損失の小さいガス流路形成板２３を容易に形成することができる。
【００４８】
（２）織り工程において織られた第１部材２５、第２部材２６および第３部材２９を加熱するといった１つの工程を通じて、第１部材２５および第２部材２６を接合する作業と、第３部材２９を除去する作業とを行うことができる。
【００４９】
（３）拡散接合工程において、第１部材２５と第２部材２６とを密着させつつ加熱する拡散接合を行うようにした。そのため、拡散接合によって第１部材２５と第２部材２６とを接合することができ、拡散接合における加熱によって第３部材２９を炭化させて除去することもできる。
【００５０】
（４）ガス流路形成板２３を、長手方向Ｈにおける断面が波形状の第１部材２５および第２部材２６を短手方向Ｗにおいて交互に並ぶように一体に配置した構造であって、且つ、第１部材２５および第２部材２６を短手方向Ｗにおける側面から見た場合に、それら第１部材２５および第２部材２６の相対位置が周期的に入れ替わる構造にした。そのため、金属製の線材が格子状に織られた構造のガス流路形成板を有する単セルと比較して、単セル１０の内部における圧力損失を小さくすることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態の燃料電池用ガス流路形成板とその製造方法とについて、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以下では第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付して示し、その詳細な説明は割愛する。
【００５２】
先の第１実施形態では拡散接合工程において第３部材の全てを除去するようにしたのに対して、本実施形態では拡散接合工程において第３部材の一部を除去せずに残すようにしている。
【００５３】
以下、本実施形態のガス流路形成板の構造について説明する。
図１１に示すように、ガス流路形成板４３は、第１部材２５および第２部材２６を短手方向Ｗにおける側面から見た場合に、それら第１部材２５および第２部材２６の間で延びる形状の第３部材４９（詳しくは、その非除去部４０）を有している。この非除去部４０は複数設けられており、各非除去部４０は第１部材２５に沿う位置と第２部材２６に沿う位置との間に渡って延びる形状である。本実施形態のガス流路形成板２３は、こうした非除去部４０が配置される部分と、非除去部４０が配置されない部分とを有している。
【００５４】
このガス流路形成板４３では、第３部材４９の非除去部４０が配置されない部分はガス流路として機能する空隙Ｓになる一方、非除去部４０が配置された部分は空隙Ｓが塞がれた状態になる。そのため、非除去部４０を任意の箇所に配置することによって、ガス流路形成板４３の内部にガスが流れやすい部分と流れにくい部分とを形成することができ、ガス流路形成板４３の内部におけるガスの流通態様を任意に調節することができるようになる。
【００５５】
図１０および図１１に示すように、ガス流路形成板４３では、単セル内部におけるガス流路形成板４３の配設部分にガスが流入するガス流入部ＡＲ１（具体的には、ガスが流入する部分およびその周辺）において、第３部材４９の非除去部４０（図１１参照）が配置される部分と配置されない部分との比率が「１：１」になるように、非除去部４０が配置されている。また、単セル内部におけるガス流路形成板４３の配設部分におけるガス流入部ＡＲ１の周縁部分ＡＲ２（本実施形態では、ガス流入部ＡＲ１以外の部分）には、第３部材４９の非除去部４０が配置されていない。このように本実施形態では、ガス流路形成板４３のガス流入部ＡＲ１に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合が、ガス流路形成板４３の周縁部分ＡＲ２に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合よりも大きくなっている。
【００５６】
以下、ガス流路形成板４３の製造方法について説明する。
先ずは、図５のステップＳ１に示す前工程において、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材４９が各別に形成される。本実施形態では、第３部材４９が、第１部材２５および第２部材２６の形成材料（ステンレス鋼）と同一の材料からなる非除去部４０と、第１部材２５および第２部材２６の形成材料よりも融点の低い材料（ポリアミド樹脂）からなる除去部４１（図１１）とによって細長い円柱形状に形成される。なお、第３部材４９における非除去部４０および除去部４１の配置は、上述した非除去部４０の配置態様が満たされるように予め定められている。
【００５７】
次に、図５のステップＳ２に示す織り工程において、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材４９が布地状に織られる。
その後、図５のステップＳ３に示す拡散接合工程において、第１部材２５と第２部材２６とが拡散接合を通じて接合される。また拡散接合工程では、第３部材４９の除去部４１が炭化してばらばらになってガス流路形成板４３の内部から除去される一方で、第３部材４９の非除去部４０が溶解せずに残って上記空隙Ｓを塞ぐようになる。
【００５８】
以下、このようにしてガス流路形成板４３を製造することによる作用を説明する。
本実施形態では、第３部材４９（図１１）として、拡散接合工程において除去可能な材料（ポリアミド樹脂）からなる除去部４１と拡散接合工程において除去不能な材料（ステンレス鋼）からなる非除去部４０とを有するものが用いられる。そのため、織り工程において除去部４１が配置された部分は、拡散接合工程において除去されてガス流路として機能する空隙Ｓになる。一方、織り工程において非除去部４０が配置された部分は、拡散接合工程において除去されずに残るため、同非除去部４０によって上記空隙Ｓが塞がれた状態になる。
【００５９】
本実施形態では、織り工程において第１部材２５、第２部材２６、および第３部材４９を布地状に織る際に、第３部材４９の非除去部４０と除去部４１とが予め定められた任意の位置に配置されるため、ガス流路形成板４３の内部にガスが流れやすい部分と流れにくい部分とを形成することができる。そして、このようにしてガス流路形成板４３を形成することにより、ガス流路形成板４３の内部におけるガスの流通態様を任意に調節することができるようになる。
【００６０】
ここで本実施形態では、単セル１０の内部に乾いたガス（含まれる水分の量が少ないガス）が供給される。そのため、発電時における膜電極接合体１１での電気化学反応によって生成される水分の量が少ないと、単セル１０内部のガス流路形成板４３の配設部分を通過するガスが膜電極接合体１１（詳しくは、固体高分子電界質膜１２［図１参照］）の水分を奪うことによって、同膜電極接合体１１を乾燥させるおそれがある。こうした膜電極接合体１１の乾燥は、同膜電極接合体１１のイオン導電性を低下させて電池性能の低下を招いたり、膜電極接合体１１の耐久性の低下を招いたりするおそれがあるために好ましくない。
【００６１】
本実施形態では、織り工程において、ガス流路形成板４３のガス流入部ＡＲ１に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合が、ガス流路形成板４３の周縁部分ＡＲ２に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合よりも大きくなるように、第３部材４９の非除去部４０と除去部４１とが配置される。
【００６２】
単セル１０の内部に乾燥したガスが流入するため、ガスが直接流入する部分であるガス流入部ＡＲ１は乾燥しやすい。本実施形態では、そうしたガス流入部ＡＲ１では、非除去部４０が配置される部分の占める割合が大きいために、同非除去部４０によって前記空隙Ｓが塞がれた状態になる部分が多くなる。そのため、膜電極接合体１１へのガス供給量が抑制されて、同ガスによって膜電極接合体１１の水分が奪われることが抑えられるようになるため、膜電極接合体１１の不要な乾燥を抑えることができる。
【００６３】
単セル１０の内部では膜電極接合体１１での発電に伴って水が生成される。そのため、単セル１０内部におけるガスの流れの影響により、ガス流路形成板４３の配設部分における同ガスの流れ方向下流側の部分においては湿度が高くなる。したがって、ガス流路形成板４３の配設部分における下流側の部分では、膜電極接合体１１の乾燥が問題になり難い。
【００６４】
本実施形態では、ガス流入部ＡＲ１の周縁部分ＡＲ２（すなわちガス流入部ＡＲ１の下流側）では、非除去部４０が配置される部分の占める割合が小さいため、同非除去部４０によって前記空隙Ｓが塞がれた状態になる部分が少なくなる。そのため、この周縁部分ＡＲ２においてはガスの供給が促進されて、同周縁部分ＡＲ２を膜電極接合体１１におけるガスの反応が進む構造にすることができる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれば、先の（１）〜（４）に記載の効果に準じた効果に加えて、以下の（５）〜（７）に記載する効果が得られる。
（５）第１部材２５および第２部材２６を短手方向Ｗにおける側面から見た場合にそれら第１部材２５および第２部材２６の間で延びる形状であって、且つ第１部材２５に沿う位置と第２部材２６に沿う位置との間に渡って延びる形状の非除去部４０をガス流路形成板４３に設けた。そして、ガス流路形成板４３に、そうした非除去部４０が配置される部分と非除去部４０が配置されない部分とを設定した。そのため、非除去部４０を任意の位置に配置することによって、ガス流路形成板４３の内部にガスが流れやすい部分と流れにくい部分とを形成することができ、ガス流路形成板４３の内部におけるガスの流通態様を任意に調節することができる。
【００６６】
（６）第３部材４９として、拡散接合工程において除去可能な材料からなる除去部４１と拡散接合工程において除去不能な材料からなる非除去部４０とを有するものを用いるようにした。そのため、織り工程において第１部材２５、第２部材２６、および第３部材４９を布地状に織る際に、第３部材４９の非除去部４０と除去部４１とを任意の位置に配置することにより、ガス流路形成板４３の内部にガスが流れやすい部分と流れにくい部分とを形成することができる。
【００６７】
（７）織り工程において、ガス流路形成板４３のガス流入部ＡＲ１に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合が、ガス流路形成板４３の周縁部分ＡＲ２に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合よりも大きくなるように、第３部材４９の非除去部４０と除去部４１とを配置した。そのため、ガス流入部ＡＲ１では、膜電極接合体１１へのガス供給量が抑制されて、同ガスによって膜電極接合体１１の水分が奪われることが抑えられるため、膜電極接合体１１の不要な乾燥を抑えることができる。また、ガス流入部ＡＲ１の周縁部分ＡＲ２では、ガスの供給が促進されるため、同周縁部分ＡＲ２を膜電極接合体１１におけるガスの反応が進む構造にすることができる。
【００６８】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態の燃料電池用ガス流路形成板とその製造方法とについて、第１実施形態および第２実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以下では第１実施形態および第２実施形態と同一の構成には同一の符号を付して示し、その詳細な説明は割愛する。
【００６９】
本実施形態では、先の第２実施形態と同様に第３部材の一部（非除去部）を除去せずに残すようにしている。ただし、本実施形態と先の第２実施形態とでは、非除去部を残す部位が異なる。
【００７０】
以下、本実施形態のガス流路形成板の構造について説明する。
図１２に示すように、本実施形態では、前記ガス流入部ＡＲ１と単セル１０内部におけるガス流路形成板５３の配設部分からガスが流出するガス流出部ＡＲ３（具体的には、ガスが流出する部分およびその周辺）とを最短距離で繋ぐ部分を「接続部分ＡＲ４」とし、同接続部分ＡＲ４以外の部分を「縁部分ＡＲ５」とする。
【００７１】
そして、ガス流路形成板５３の接続部分ＡＲ４では、第３部材４９の非除去部４０（図１１参照）が配置される部分と配置されない部分との比率が「１：１」になるように、非除去部４０が配置されている。また、ガス流路形成板５３の縁部分ＡＲ５には第３部材４９の非除去部４０が配置されていない。このように本実施形態では、上記接続部分ＡＲ４に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合が、上記縁部分ＡＲ５に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合よりも大きくなっている。
【００７２】
以下、本実施形態のガス流路形成板５３の製造方法について説明する。
先ずは、図５のステップＳ１に示す前工程において、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材４９が各別に形成される。なお、第３部材４９における非除去部４０および除去部４１（図１１参照）の配置は、上述した非除去部４０の配置態様が満たされるように予め定められている。
【００７３】
次に、図５のステップＳ２に示す織り工程において、第１部材２５、第２部材２６、および第３部材４９が布地状に織られる。
その後、図５のステップＳ３に示す拡散接合工程において、第１部材２５と第２部材２６とが拡散接合を通じて接合される。これにより、隣り合う第１部材２５と第２部材２６とが接合される。また、このとき第３部材４９の除去部４１が炭化してばらばらになってガス流路形成板５３の内部から除去される一方で、第３部材４９の非除去部４０が溶解せずに残って上記空隙Ｓを塞ぐようになる。
【００７４】
以下、このようにしてガス流路形成板５３を製造することによる作用を説明する。
本実施形態では、ガス流路形成板５３の接続部分ＡＲ４（ガス流れの中央部分）には、同中央部分以外の部分である縁部分ＡＲ５（ガス流れの縁部分）と比較して第３部材４９の非除去部４０が多く配置される。そのため、ガス流路形成板５３の接続部分ＡＲ４の内部と比較して、ガス流路形成板５３の縁部分ＡＲ５の内部をガスが流れ難い構造にすることができる。
【００７５】
したがって、ガス流路形成板５３の配設部分の内部に流入したガスの一部を、ガス流れの中央部分を迂回させて縁部分ＡＲ５に流すことができる。これにより、ガス流路形成板５３の配設部分の中でもガスが流れ難くなり易い部位である縁部分ＡＲ５にガスを流入させることができるため、ガス流路形成板５３の配設部分におけるガス流れに偏りが生じることを抑えることができる。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態によれば、先の（１）〜（６）に記載の効果に準じた効果に加えて、以下の（８）に記載する効果が得られる。
（８）ガス流路形成板５３の接続部分ＡＲ４に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合が、ガス流路形成板５３の縁部分ＡＲ５に対して非除去部４０が配置される部分の占める割合よりも大きくなるように、第３部材４９の非除去部４０と除去部４１とを配置した。そのため、ガス流路形成板５３の配設部分におけるガス流れに偏りが生じることを抑えることができる。
【００７７】
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第２実施形態および第３実施形態において、非除去部４０と除去部４１とが別体に形成された第３部材を、織り工程および拡散接合工程に用いるようにしてもよい。
【００７８】
・第２実施形態および第３実施形態において、非除去部４０が配置される部分の占める割合を、２段階に定めることに限らず、３段階以上の多段階に定めるようにしてもよい。
・第２実施形態および第３実施形態において、ガス流路形成板４３，５３における非除去部４０の配置態様は任意に変更することができる。要は、所望の流通態様でのガス流れを実現するべく、ガス流路形成板４３，５３における非除去部４０の配置態様を定めればよい。
【００７９】
・各実施形態において、第１部材２５および第２部材２６の少なくとも一方が長手方向における断面が波形状になるように形成されるのであれば、それら第１部材２５および第２部材２６の形状は、任意に変更することができる。例えば、第１部材２５および第２部材２６を同一の形状に形成してもよい。その他、第１部材２５および第２部材２６の一方を平板形状にすることができる。
【００８０】
・第２実施形態および第３実施形態の非除去部４０を、第１部材２５および第２部材２６と異なる材料（例えば、チタン合金）によって形成してもよい。
・各実施形態において、第１部材２５および第２部材２６をステンレス鋼以外の材料（例えばチタン合金）によって形成してもよい。
【００８１】
・第１実施形態の第３部材２９や第２実施形態および第３実施形態の除去部４１を、第１部材２５および第２部材２６の形成材料よりも融点が低く、拡散接合における加熱によって溶融する材料であれば、ポリアミド樹脂以外の材料（例えば、アルミニウム合金）によって形成してもよい。
【００８２】
・各実施形態において、第１部材２５と第２部材２６とを接合する手法は任意に変更することができる。例えば、第１部材２５と第２部材２６との対向面に、導電性を有する熱硬化性樹脂（例えば導電性フィラーを含むエポキシ樹脂）を塗布する。そして、織り工程において織られた状態の第１部材２５、第２部材２６、および第３部材を、第３部材が十分に溶融するとともに熱硬化性樹脂が十分に硬化する温度で加熱する。こうした熱硬化性樹脂を用いた接合手法を採用することにより、熱硬化性樹脂を介して第１部材２５と第２部材２６とを接合することができる。しかも、加熱を通じて第３部材を溶解させることができるため、同第３部材をガス流路形成板の内部から除去することもできる。したがって、織り工程において織られた第１部材２５、第２部材２６および第３部材を加熱するといった１つの工程を通じて、第１部材２５および第２部材２６を接合する作業と、第３部材を除去する作業とを行うことができる。
【００８３】
・第１部材２５と第２部材２６とを接合する工程と、第３部材をガス流路形成板の内部から除去する工程とを、別工程にしてもよい。この場合、第３部材を除去する手法としては、第３部材を酸によって溶かして除去する手法などを採用することができる。なお、この場合における第３部材の形成材料としては、第１部材２５および第２部材２６の形成材料よりも融点の高い材料を採用することができる。
【００８４】
・第１セパレータ２０のガス流路形成板２３，４３，５３と同一の構造のものを、第２セパレータ３０のガス流路形成板３３として用いることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０…単セル、１１…膜電極接合体、１２…固体高分子電解質膜、１３，１４…電極触媒層、１５，１６…ガス拡散層、２０…第１セパレータ、２１，３１…フラットセパレータ、２３，３３，４３，５３…ガス流路形成板、２５…第１部材、２６…第２部材、２７…内側突条、２８…外側突条、２９，４９…第３部材、３０…第２セパレータ、４０…非除去部、４１…除去部、ＡＲ１…ガス流入部、ＡＲ２…周縁部分、ＡＲ３…ガス流出部、ＡＲ４…接続部分、ＡＲ５…縁部分。
【図１】
2018018768.tif 000003
【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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