(57)【要約】【課題】本発明は、複数の構成部材からなるセパレータにおいて、組み立てに起因する不具合の発生を抑制することを目的とする。【解決手段】燃料電池は、膜電極接合体と、膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、一対のプレートと、一対のプレートに挟持される中間層と、を有するセパレータと、を備え、プレートは、マニホールドを形成するための開口部と、膜電極接合体と電気的に接触する領域である電極領域と、開口部および電極領域以外の領域に形成されるプレート側位置決め部と、を備え、中間層は、流路側位置決め部を有する流路形成部材を含み、流路側位置決め部がプレート側位置決め部と対向する位置となるように成形されている。【選択図】図１
2011018462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、一対のプレートと、前記一対のプレートに挟持される中間層と、を有するセパレータと、を備え、
前記プレートは、マニホールドを形成するための開口部と、前記膜電極接合体と電気的に接触する領域である電極領域と、前記開口部および前記電極領域以外の領域に形成されるプレート側位置決め部と、を備え、
前記中間層は、流路側位置決め部を有する流路形成部材を含み、前記流路側位置決め部が前記プレート側位置決め部と対向する位置となるように成形されている燃料電池。
【請求項２】
燃料電池に用いられ、プレート側位置決め部を備える一対のプレートと、前記一対のプレートに挟持され、液体流路と流路側位置決め部とを有する中間層と、を備えるセパレータの製造方法であって、
前記プレート側位置決め部と前記流路側位置決め部とを対向させた状態で、前記中間層の両側に前記プレートをそれぞれ配置した積層体を用意する工程と、
前記積層体の両側から前記プレート側位置決め部および前記流路側位置決め部が対向している位置に対してショットピーニングをおこなう工程と、
前記積層体の両側から前記液体流路と前記プレートとが対向している範囲に対してショットピーニングをおこなう工程と、を備えるセパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および燃料電池に用いられるセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池に用いられるセパレータにおいて、プレートや流路形成部材など、複数の構成部材により形成されるセパレータが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０４２８２９号公報
【特許文献２】特開２００７−１７９７８７号公報
【特許文献３】特開平５−１０９４１５号公報
【特許文献４】特開２００８−１４７１５７号公報
【特許文献５】特開２００６−２１９７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、複数の構成部材からなるセパレータは、構成部材の互いの位置がずれて形成されることや、構成部材間の接合部の接触抵抗によりセパレータの抵抗が増大することなど、セパレータの組み立てに起因した不具合が発生する虞があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされた発明であり、複数の構成部材からなるセパレータにおいて、組み立てに起因する不具合の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために本願発明は以下の態様を採る。
【０００７】
本発明の第１の態様は、燃料電池を提供する。本発明の第１の態様に係る燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、一対のプレートと、前記一対のプレートに挟持される中間層と、を有するセパレータと、を備え、前記プレートは、マニホールドを形成するための開口部と、前記膜電極接合体と電気的に接触する領域である電極領域と、前記開口部および前記電極領域以外の領域に形成されるプレート側位置決め部と、を備え、前記中間層は、流路側位置決め部を有する流路形成部材を含み、前記流路側位置決め部が前記プレート側位置決め部と対向する位置となるように成形されている。
【０００８】
第１の態様に係る燃料電池によれば、セパレータの構成部材であるプレートには、開口部および電極領域以外の領域にプレート側位置決め部が形成され、中間層は、流路側位置決め部がプレート側位置決め部と対向する位置となるように成形されているため、複数の構成部材からなるセパレータにおいて、組み立てに起因する不具合の発生を抑制することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、燃料電池に用いられ、プレート側位置決め部を備える一対のプレートと、前記一対のプレートに挟持され、液体流路と流路側位置決め部とを有する中間層と、を備えるセパレータの製造方法であって、前記プレート側位置決め部と前記流路側位置決め部とを対向させた状態で、前記中間層の両側に前記プレートをそれぞれ配置した積層体を用意する工程と、前記積層体の両側から前記プレート側位置決め部および前記流路側位置決め部が対向している位置に対してショットピーニングをおこなう工程と、前記積層体の両側から前記液体流路と前記プレートとが対向している範囲に対してショットピーニングをおこなう工程と、を備える。
【００１０】
第２の態様に係るセパレータの製造方法によれば、積層体の両側からプレート側位置決め部および流路側位置決め部が対向している位置に対してショットピーニングをおこない、さらに、積層体の両側から液体流路とプレートとが対向している範囲に対してショットピーニングをおこなうため、複数の構成部材からなるセパレータにおいて、組み立てに起因する不具合の発生を抑制することができる。
【００１１】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現することが可能であり、例えば、上記した燃料電池、および、セパレータの製造方法の他、上記した燃料電池の製造方法、または、上記した燃料電池に用いられるセパレータ、もしくは、その製造方法などの態様で実現することもできる。また、上記した燃料電池もしくはセパレータを製造するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係る燃料電池の概略構成を例示した説明図である。
【図２】第１実施例におけるセパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】流路成形部材を例示した説明図である。
【図４】側部材を成形した状態を例示した説明図である。
【図５】プレート側の位置決め孔と流路側位置決め部との位置関係を説明するための説明図である。
【図６】位置決め部の固定方法を例示した説明図である。
【図７】位置決め部の固定方法についてその他の例を示した説明図である。
【図８】位置決め部の固定方法についてその他の例を示した説明図である。
【図９】第２実施例におけるセパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】本実施例に係るプレートおよび中間層を例示した説明図である。
【図１１】流路側位置決め部とプレートの突起部が対向している位置付近の断面を例示した説明図である。
【図１２】位置決め部の形状についてその他の例を示した説明図である。
【図１３】位置決め部の形状についてその他の例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、第１実施例に係る燃料電池の概略構成を例示した説明図である。本実施例の燃料電池ＮＤは、固体高分子型の燃料電池であり、酸化ガス（例えば、空気）と、燃料ガス（例えば、水素）とを用いて発電を行う。燃料電池ＮＤは、複数の燃料電池セルＣＬと、２つのエンドプレートＥＰと、２つのターミナルＴＭと、を備えている。燃料電池セルＣＬは、ターミナルＴＭを挟んで、２つのエンドプレートＥＰによって挟持されている。燃料電池ＮＤは、複数の燃料電池セルＣＬが、積層された層状構造を有し、エンドプレートＥＰが備える水素供給用の貫通孔および空気供給用の貫通孔からそれぞれ水素および空気の供給を受けて発電をおこなう。また、燃料電池ＮＤは、テンションプレート（図示せず）がボルト（図示せず）によって各エンドプレートＥＰに結合されることによって、燃料電池セルＣＬを、積層方向に所定の力で締結する構造となっている。なお、燃料電池ＮＤは、ターミナルＴＭとエンドプレートＥＰとの間に、絶縁を確保するためインシュレータを備えていてもよい。
【００１４】
燃料電池セルＣＬは、シール部材一体型ＭＥＧＡ１００と、セパレータ２００とを備え、セパレータ２００によりシール部材一体型ＭＥＧＡ１００を挟持した構成を備えている。
【００１５】
シール部材一体型ＭＥＧＡ１００は、ＭＥＧＡ１０１とシール部材１３０とを備え、略長方形状のＭＥＧＡ１０１の外周に、枠状のシール部材１３０が、ＭＥＧＡ１０１と一体的に形成されている。シール部材１３０には、貫通孔１３０ａｉ、１３０ａｏ、１３０ｈｉ、１３０ｈｏ、１３０ｗｉ、１３０ｗｏが形成されている。図１に示すように、ＭＥＧＡ１０１は、電解質膜１０３の一方の面にアノード１０４、他方の面にカソード１０５を備えるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）１０２の両側にガス拡散層１０６を備えている。
【００１６】
電解質膜１０３は、固体高分子材料であるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。なお、電解質膜１０３は、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂であってもよい。
【００１７】
アノード１０４およびカソード１０５は、電解質膜１０３上に形成された電極層であり、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属（例えば白金）を担持したカーボン粒子（触媒担持担体）と、プロトン伝導性を有する高分子電解質（例えばフッ素系樹脂）と、によって構成することができる。なお、アノード１０４またはカソード１０５に含まれる電解質は、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂で構成されていてもよい。
【００１８】
ガス拡散層１０６は、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材により形成することができる。
【００１９】
シール部材１３０は、シリコーンゴムを用いて射出成形により形成される。シール部材１３０を成形する際には、アノード１０４、カソード１０５、ガス拡散層１０６のそれぞれが内部に備える空隙部分にシリコーンゴムを含浸させ、いわゆるアンカー効果を用いてシール部材１３０と、ＭＥＧＡ１０１とを結合している。
【００２０】
セパレータ２００は、カソード側のガス拡散層１０６と当接するカソード対向プレート２１０と、アノード側のガス拡散層１０６と当接するアノード対向プレート２２０と、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０に狭持される中間層２３０と、を備え、これらが積層された３層構造を備える。カソード対向プレート２１０、および、アノード対向プレート２２０は、同一の四角形の外形形状を有し、ステンレス鋼製の平板により形成されている。中間層２３０は、ステンレス鋼製の流路形成部材２３１と、熱可塑性を有する樹脂フィルムにより成型された側部材２３２とを備えている。流路形成部材２３１は、側部材２３２における流路形成部材２３１の位置を決めるための流路側位置決め部２３１ｐと、冷媒が流通するための液体流路部２３１ｃとを備える。側部材２３２は、例えば、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、芳香族炭化水素系樹脂等の燃料電池による発電環境下における耐性を有する材料により形成することができる。なお、カソード対向プレート２１０、アノード対向プレート２２０および流路形成部材２３１は、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属により形成されてもよい。これらの部材は、冷却水に晒されるので、耐食性の高い金属を用いることが好ましい。
【００２１】
カソード対向プレート２１０は、貫通孔２１０ａｉ、２１０ａｏ、２１０ｈｉ、２１０ｈｏ、２１０ｗｉ、２１０ｗｏと、カソードガス供給口２１０ａｓと、カソード排ガス排出口２１０ａｅと、カソード対向プレート側位置決め孔２１０ｐと、が形成されている。アノード対向プレート２２０は、貫通孔２２０ａｉ、２２０ａｏ、２２０ｈｉ、２２０ｈｏ、２２０ｗｉ、２２０ｗｏと、アノードガス供給口２２０ｈｓと、アノード排ガス排出口２２０ｈｅと、アノード対向プレート側位置決め孔２２０ｐと、が形成されている。中間層２３０は、貫通孔２３０ａｉ、２３０ａｏ、２３０ｈｉ、２３０ｈｏ、２３０ｗｉ、２３０ｗｏと、カソードガス供給用接続部２３０ａｃｓと、カソード排ガス排出用接続部２３０ａｃｅと、アノードガス供給用接続部２３０ｈｃｓと、アノード排ガス排出用接続部２３０ｈｃｅと、を備えている。
【００２２】
燃料電池セルＣＬは、シール部材一体型ＭＥＧＡ１００に設けられた貫通孔１３０ａｉ、１３０ａｏ、カソード対向プレート２１０に設けられた貫通孔２１０ａｉ、２１０ａｏ、中間層２３０に設けられた貫通孔２３０ａｉ、２３０ａｏ、および、アノード対向プレート２２０に設けられた貫通孔２２０ａｉ、２２０ａｏがそれぞれ連通して形成されるカソードガス供給マニホールドＭ１とカソード排ガス排出マニホールドＭ２とを備えている。また、燃料電池セルＣＬは、シール部材一体型ＭＥＧＡ１００に設けられた貫通孔１３０ｈｉ、１３０ｈｏ、カソード対向プレート２１０に設けられた貫通孔２１０ｈｉ、２１０ｈｏ、中間層２３０に設けられた貫通孔２３０ｈｉ、２３０ｈｏ、および、アノード対向プレート２２０に設けられた貫通孔２２０ｈｉ、２２０ｈｏがそれぞれ連通して形成されるアノードガス供給マニホールドＭ３とアノード排ガス排出マニホールドＭ４とを備えている。また、燃料電池セルＣＬは、シール部材一体型ＭＥＧＡ１００に設けられた貫通孔２１０ｗｉ、２１０ｗｏ、カソード対向プレート２１０に設けられた貫通孔２１０ｗｉ、２１０ｗｏ、中間層２３０に設けられた貫通孔２３０ｗｉ、２３０ｗｏ、および、アノード対向プレート２２０に設けられた貫通孔２２０ｗｉ、２２０ｗｏがそれぞれ連通して形成される冷媒供給マニホールドＭ５と冷媒排出マニホールドＭ６とを備えている。
【００２３】
カソードガス供給マニホールドＭ１およびカソード排ガス排出マニホールドＭ２は、それぞれエンドプレートＥＰの空気給排用の貫通孔と接続され、発電に用いられるカソードガスとしての空気、および、発電に用いられた空気（カソード排ガス）が流通する流路である。また、アノードガス供給マニホールドＭ３およびアノード排ガス排出マニホールドＭ４は、それぞれエンドプレートＥＰの水素給排用の貫通孔と接続され、発電に用いられるアノードガスとしての水素、および、発電に用いられなかった水素を含むガス（アノード排ガス）が流通する流路である。また、冷媒供給マニホールドＭ５および冷媒排出マニホールドＭ６は、それぞれエンドプレートＥＰの冷媒給排用の貫通孔と接続され、電極反応により生じる熱を取り除くための冷媒（例えば水）が流通する流路である。
【００２４】
カソード対向プレート２１０のカソードガス供給口２１０ａｓおよびカソード排ガス排出口２１０ａｅは、ＭＥＧＡ１０１と対向する位置に形成され、ＭＥＧＡ１０１のカソード側にカソードガスを供給し、また、カソード側からカソード排ガスを排出するために用いられる。同様に、アノード対向プレート２２０のアノードガス供給口２２０ｈｓおよびアノード排ガス排出口２２０ｈｅは、ＭＥＧＡ１０１と対向する位置に形成され、ＭＥＧＡ１０１のアノード側にアノードガスを供給し、また、アノード側からアノード排ガスを排出するために用いられる。
【００２５】
中間層２３０のカソードガス供給用接続部２３０ａｃｓは、カソードガス供給口２１０ａｓとカソードガス供給マニホールドＭ１とを接続している。また、カソード排ガス排出用接続部２３０ａｃｅは、カソード排ガス排出口２１０ａｅとカソード排ガス排出マニホールドＭ２とを接続している。同様に、アノードガス供給用接続部２３０ｈｃｓは、アノードガス供給口２２０ｈｓとアノードガス供給マニホールドＭ３とを接続している。また、アノード排ガス排出用接続部２３０ｈｃｅは、アノード排ガス排出口２２０ｈｅとアノード排ガス排出マニホールドＭ４とを接続している。
【００２６】
冷媒供給マニホールドＭ５を流通する冷媒の一部は、中間層２３０の貫通孔２３０ｗｉから液体流路部２３１ｃへ流入し、冷媒が液体流路部２３１ｃを流通した後、貫通孔２３０ｗｏから冷媒排出マニホールドＭ６へ排出される。燃料電池ＮＤは、冷媒が液体流路部２３１ｃを流通することにより、電極反応に伴って生成される熱を取り除き、内部温度を所定の範囲内に保っている。
【００２７】
Ａ２．セパレータの製造方法：
以下に本実施例の燃料電池ＮＤにおけるセパレータ２００の製造方法を説明する。図２は、第１実施例におけるセパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【００２８】
セパレータ２００を製造するにあたり、はじめに、流路形成部材２３１の成形をおこなう（ステップＳ１１０）。図３は、流路成形部材を例示した説明図である。流路形成部材２３１は、長尺状の枠部２３１ｆの内側に、整流板２３１ｔと整流板固定部材２３１ｔｆとを備える液体流路部２３１ｃと、液体流路部２３１ｃの両側に貫通孔２３０ｗｉおよび貫通孔２３０ｗｏを形成するための空隙部２３１ｖとを備えている。また、流路形成部材２３１は、枠部２３１ｆの外側に、２つの流路側位置決め部２３１ｐを備えている。本実施例では、一方の流路側位置決め部２３１ｐは、枠部２３１ｆの一方の長辺上であって、貫通孔２３０ｗｉを形成するための空隙部２３１ｖと隣接する位置に形成されている。他方の流路側位置決め部２３１ｐは、枠部２３１ｆの他方の長辺上であって、貫通孔２３０ｗｏを形成するための空隙部２３１ｖと隣接する位置に形成されている。流路側位置決め部２３１ｐは、セパレータ２００の構成部材と流路形成部材２３１との相対的な位置を決めるための基準として用いられ、後述するように、側部材２３２を形成するための金型や、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０と係合する孔部を備えている。
【００２９】
流路形成部材２３１を成型した後、側部材２３２の成形をおこなう（ステップＳ１２０）。側部材２３２は、ステップＳ１１０により成形した流路形成部材２３１を配置した金型に樹脂を射出するインサート射出成型により作成される。流路形成部材２３１を金型に配置する際、２つの流路側位置決め部２３１ｐに形成されている孔部をそれぞれ金型に形成されている凸状部に嵌合させる。
【００３０】
図４は、側部材を成形した状態を例示した説明図である。図４に示すように、側部材２３２は、流路形成部材２３１の枠部２３１ｆの外側に形成され、流路形成部材２３１を囲むように、貫通孔２３０ａｉ、２３０ａｏ、２３０ｈｉ、２３０ｈｏ、カソードガス供給用接続部２３０ａｃｓ、カソード排ガス排出用接続部２３０ａｃｅ、アノードガス供給用接続部２３０ｈｃｓ、および、アノード排ガス排出用接続部２３０ｈｃｅが形成されている。側部材２３２を形成する際の流路側位置決め部２３１ｐの位置については後述する。
【００３１】
中間層２３０を成形した後、セパレータの組み立てをおこなう（ステップＳ１３０）。具体的には、ます、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０を用意し、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０により中間層２３０を挟持するように積層する。このとき、中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐが、カソード対向プレート２１０のカソード対向プレート側位置決め孔２１０ｐおよびアノード対向プレート２２０のアノード対向プレート側位置決め孔２２０ｐと、それぞれ対向するように配置する。
【００３２】
図５は、プレート側の位置決め孔と流路側位置決め部との位置関係を説明するための説明図である。図５（ａ）は、カソード対向プレートを例示した説明図である。図５（ｂ）は、中間層を例示した説明図である。図５（ａ）に示すように、カソード対向プレート２１０は、ＭＥＧＡ２１０と電気的に接触する領域である電極領域Ａｅを備えている。電極領域Ａｅは、ＭＥＧＡ２１０と直接接触している領域、もしくは、発泡金属やエキスパンドメタルといったガス流路部材を介して間接的に接触している領域である。また、カソード対向プレート２１０のカソード対向プレート側位置決め孔２１０ｐは、貫通孔２１０ａｉ、２１０ａｏ、２１０ｈｉ、２１０ｈｏ、２１０ｗｉ、２１０ｗｏ、カソードガス供給口２１０ａｓ、および、カソード排ガス排出口２１０ａｅが形成されている領域、および、電極領域Ａｅが形成されている領域、以外の領域Ａｈの範囲内に形成されている。アノード対向プレート側位置決め孔２２０ｐも同様に貫通孔２２０ａｉ、２２０ａｏ、２２０ｈｉ、２２０ｈｏ、２２０ｗｉ、２２０ｗｏ、アノードガス供給口２２０ｈｓ、および、アノード排ガス排出口２２０ｈｅが形成されている領域、および、アノード対向プレート２２０とＭＥＧＡ２１０とが電気的に接触する電極領域Ａｅが形成されている領域、以外の領域Ａｈの範囲内に形成されている。
【００３３】
中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐは、図５（ｂ）に示すように、積層時に電極領域Ａｅと対応する領域である電極領域Ａｎｅが形成されている領域、および、貫通孔２３０ａｉ、２３０ａｏ、２３０ｈｉ、２３０ｈｏ、カソードガス供給用接続部２３０ａｃｓ、カソード排ガス排出用接続部２３０ａｃｅ、アノードガス供給用接続部２３０ｈｃｓ、および、アノード排ガス排出用接続部２３０ｈｃｅが形成されている領域、以外の領域Ａｎｈの範囲内に配置されている。
【００３４】
カソード対向プレート側位置決め孔２１０ｐ、アノード対向プレート側位置決め孔２２０ｐ、および、流路側位置決め部２３１ｐを連通させた状態で、カソード対向プレート２１０、アノード対向プレート、および、中間層２３０を積層し、後述する方法により位置決め部同士を固定する。その後、ホットプレスにより、カソード対向プレート２１０、アノード対向プレート２２０、および、中間層２３０を結合・一体化させる。これによりセパレータ２００を完成させることができる。
【００３５】
図６は、位置決め部の固定方法を例示した説明図である。図６に示すように、本実施例では、カソード対向プレート側位置決め孔２１０ｐと、アノード対向プレート側位置決め孔２２０ｐと、流路側位置決め部２３１ｐの孔部とを連通させた状態で、込み栓３００を挿入することにより、位置決め部同士を固定する。なお、位置決め部同士の固定方法には特に限定はないため、例えば、以下に示す方法によって位置決め部同士を固定してもよい。
【００３６】
図７は、位置決め部の固定方法についてその他の例を示した説明図である。上記では、中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐは、孔部を備えているが、図７に示すように、孔部の代わりに突起部２３１ｕを備えていてもよい。この場合、突起部２３１ｕをカソード対向プレート側位置決め孔２１０ｐ、および、アノード対向プレート側位置決め孔２２０ｐにそれぞれ嵌合させて位置決め部同士を固定するため、込み栓３００を用いずに固定することができる。また、Ｓ１２０において流路形成部材２３１を金型に配置する際、突起部２３１ｕを金型に形成されている凹状部に嵌合させて流路形成部材２３１を固定することができる。突起部２３１ｕの高さは、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の厚さより低くなるように形成されている。これにより、位置決めした際に、突起部２３１ｕがカソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０から飛び出した状態となることを抑制でき、平板の治具によってもセパレータを容易に組み立てることができる。
【００３７】
図８は、位置決め部の固定方法についてその他の例を示した説明図である。上記では、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０は、それぞれ孔部（カソード対向プレート側位置決め孔２１０ｐおよびアノード対向プレート側位置決め孔２２０ｐ）を備えているが、図８に示すように、孔の代わりにそれぞれ突起部２１０ｕ、２２０ｕを備えていてもよい。この場合、突起部２１０ｕ、２２０ｕを流路側位置決め部２３１ｐの孔部にそれぞれ嵌合させて位置決め部同士を固定するため、込み栓３００を用いずに固定することができる。突起部２１０ｕ、２２０ｕの高さは、中間層２３０の厚さの１／２よりも低くなるように形成されている。
【００３８】
以上説明した第１実施例に係る燃料電池によれば、セパレータの構成部材であるプレートには、開口部および電極領域以外の領域にプレート側位置決め部が形成され、中間層には、流路側位置決め部がプレート側位置決め部と対向する位置に成形されているため、複数の構成部材からなるセパレータにおいて、組み立てに起因する不具合の発生を抑制することができる。具体的には、プレート側位置決め部が開口部および電極領域以外の領域に形成され、中間層の流路側位置決め部がプレート側位置決め部と対向する位置に成形されることで、位置決めに用いて不要となった位置決め部を削除等の処理をせずにセパレータを成形することができるため、削除等の処理に伴う生産能力の低下や、作業費の上昇などを抑制することができる。仮に、プレート側位置決め部が電極領域Ａｅに形成されている場合、流路側位置決め部２３１ｐは、液体流路部２３１ｃの内部に配置されるため、セパレータを成形後、位置決め部により形成された液体流路内の突起を削る等の処理が必要となり、生産能力の低下や、作業費の上昇等の不具合が生じていた。プレート側位置決め部がマニホールドの内部に形成されていても位置決め部により形成された突起を削る等の処理が必要となり、同様の不具合が生じていた。しかし、本発明によれば、位置決め部を削るなどの処理が不要であるため、組み立てに起因する不具合の発生を抑制できる。
【００３９】
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池の構成：
第１実施例では、プレート側位置決め部が、電極領域以外の領域に形成されているセパレータについて説明したが、第２実施例では、ショットピーニングを用いた製造方法により製造されたセパレータについて説明する。第２実施例の燃料電池ＮＤの構成は、第１実施例の燃料電池ＮＤの構成と同様である。本実施例では、第１実施例の図８に示すように、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０は、位置決め孔の代わりに突起部が形成されている。
【００４０】
第２実施例の燃料電池ＮＤでは、カソード対向プレート２１０の突起部の位置、および、アノード対向プレート２２０の突起部の位置は領域Ａｈの範囲内に限定されない。また、中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐの位置についても領域Ａｎｈの範囲内に限定されない。
【００４１】
Ｂ２．セパレータの製造方法：
以下に本実施例の燃料電池ＮＤにおけるセパレータ２００の製造方法を説明する。図９は、第２実施例におけるセパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【００４２】
セパレータ２００を製造するにあたり、はじめに、カソード対向プレート２１０、アノード対向プレート２２０、および、中間層２３０を積層した積層体を用意する（ステップＳ２１０）。図１０は、本実施例に係るプレートおよび中間層を例示した説明図である。図１０（ａ）は、中間層を例示した説明図である。図１０（ｂ）はカソード対向プレートを例示した説明図である。具体的には、図１０（ａ）に示す流路側位置決め部２３１ｐと、図１０（ｂ）に示す突起部２１０ｕとが対向するように中間層２３０とカソード対向プレート２１０とを積層する。また、同様に、アノード対向プレート２２０についても突起部２２０ｕが流路側位置決め部２３１ｐと対向するように中間層２３０に積層する。これにより、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０により中間層２３０を挟持した積層体を用意することができる。
【００４３】
積層体を用意した後、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０を中間層２３０に仮付する（ステップＳ２２０）。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、流路側位置決め部２３１ｐと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の突起部とが対向している位置Ａｆｐに対して積層体の両側からショットピーニングをおこなう。
【００４４】
図１１は、流路側位置決め部とプレートの突起部が対向している位置付近の断面を例示した説明図である。積層体の両面から砥粒を当てることにより、流路側位置決め部２３１ｐと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の突起部が係合している部分を変形させることができる。また、砥粒を当てることにより、係合部付近において、流路側位置決め部２３１ｐと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の流路側位置決め部２３１ｐと対向する面とが互いに接触することにより新生面Ｐｍが生じ、新生面Ｐｍ同士を金属接合させることができる。なお、ショットピーニングによる固定に適した位置決め部の形状は、上記に限定されず、例えば、以下に示す形状であってもよい。
【００４５】
図１２は、位置決め部の形状についてその他の例を示した説明図である。上記では、中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐは孔部を備え、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０は突起部２１０ｕ、２２０ｕを備えているが、図１２に示すように、中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐは孔部の代わりに突起部２３１ｕを備え、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０は突起部２１０ｕ、２２０ｕの代わりに孔部を備えていてもよい。この場合、流路側位置決め部２３１ｐの突起部２３１ｕをカソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の孔部にそれぞれ嵌合させることにより位置決め部同士を固定することができる。流路側位置決め部２３１ｐの突起部２３１ｕの高さは、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の厚さより高くなるように形成されている。これにより、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０から突き出た突起部２３１ｕの先端部をショットピーニングにより叩き潰すことにより位置決め部同士を固定することができる。
【００４６】
図１３は、位置決め部の形状についてその他の例を示した説明図である。上記では、中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐは孔部を備え、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０は突起部２１０ｕ、２２０ｕを備えているが、図１３に示すように、中間層２３０の流路側位置決め部２３１ｐは孔部の代わりに突起部２３１ｕを備え、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０は突起部２１０ｕ、２２０ｕの代わりに凹部を備えていてもよい。この場合、流路側位置決め部２３１ｐの突起部２３１ｕをカソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の凹部にそれぞれ嵌合させることにより位置決め部同士を固定できる。
【００４７】
図９に戻り、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０を中間層２３０に仮付けした後、本接合をおこなう（ステップＳ２３０）。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、中間層２３０の液体流路部２３１ｃとカソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０とが対向している範囲Ａｓｐに対して積層体の両側からショットピーニングをおこなう。これにより、液体流路部２３１ｃと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の流路側位置決め部２３１ｐと対向する面とが互いに接触することにより新生面Ｐｍが生じ、新生面Ｐｍ同士を金属接合させることができる。なお、ショットピーニングをおこなう範囲は、液体流路部２３１ｃとカソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０とが対向している範囲のみに限定されず、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の全体に対しておこなってもよい。以上により、セパレータ２００を完成させることができる。
【００４８】
以上説明した第２実施例に係る燃料電池によれば、積層体の両側からプレート側位置決め部および流路側位置決め部が対向している位置に対してショットピーニングをおこない、さらに、積層体の両側から液体流路とプレートとが対向している範囲に対してショットピーニングをおこなうため、複数の構成部材からなるセパレータにおいて、組み立てに起因する不具合の発生を抑制することができる。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、流路側位置決め部２３１ｐと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の突起部とが対向している位置Ａｆｐに対して積層体の両側からショットピーニングをおこなうことにより、流路側位置決め部２３１ｐと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の突起部が係合している部分を変形させて位置決め部同士を容易に固定することができる。また、係合部付近において、流路側位置決め部２３１ｐと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の流路側位置決め部２３１ｐと対向する面とが互いに接触して新生面Ｐｍが生じ、新生面Ｐｍ同士が金属接合するため、位置決め部同士の接触抵抗を抑制することができる。
【００４９】
また、図１０（ｂ）に示すように、中間層２３０の液体流路部２３１ｃとカソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０とが対向している範囲Ａｓｐに対して積層体の両側からショットピーニングをおこなうことにより、液体流路部２３１ｃと、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０の流路側位置決め部２３１ｐと対向する面とが互いに接触して新生面Ｐｍが生じ、新生面Ｐｍ同士が金属接合するため、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０と中間層２３０との接触抵抗を抑制することができる。従来は、複数の構成部材からなるセパレータは、ハンダ付けやロウ付けにより結合をおこなっていた。しかし、ハンダ、ロウから溶出した金属イオンが電解質膜を汚染して出力低下を招く虞や、加工温度を高くする必要があるために生産性が低下する虞があった。また、加工温度が高いことにより、金属表面が酸化するなど変質し、接触抵抗の増加や耐食性の低下などを招く虞があった。しかし、本発明によれば、ショットピーニングにより構成部材を金属接合させるため、金属イオンが電解質膜を汚染する可能性を抑制できるほか、加工温度を高くする必要がなく生産性の低下や、変質による接触抵抗の増加などを抑制することができる。
【００５０】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
【００５１】
Ｃ１．変形例１：
本実施例では、カソード対向プレート２１０、アノード対向プレート２２０および中間層２３０は、それぞれ２箇所ずつ位置決め部を備えているが、位置決め部の数は２つに限られず、３つ以上であってもよいし、１つであってもよい。この場合であっても、組み立てに起因する不具合の発生を抑制することができる。
【００５２】
Ｃ２．変形例２：
本実施例では、燃料電池ＮＤは、セパレータ２００とガス拡散層１０６との間に発泡金属やエキスパンドメタル等のガス流路部材を備えていないが、燃料電池ＮＤは、セパレータ２００とガス拡散層１０６との間にガス流路部材を備えていてもよい。この場合、カソード対向プレート２１０およびアノード対向プレート２２０のガス流路部材と接触している領域が電極領域Ａｅとなる。また、本実施例では、燃料電池ＮＤは、ＭＥＡ１０２とセパレータ２００との間にガス拡散層１０６を備えているが、燃料電池ＮＤは、ガス拡散層１０６を備えない態様であってもよい。
【００５３】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５４】
１００…シール部材一体型ＭＥＧＡ
１０１…ＭＥＧＡ
１０２…ＭＥＡ
１０３…電解質膜
１０４…アノード
１０５…カソード
１０６…ガス拡散層
１３０…シール部材
２００…セパレータ
２１０…カソード対向プレート
２２０…アノード対向プレート
２３０…中間層
２３１…流路形成部材
２３２…側部材
３００…込み栓
ＮＤ…燃料電池
ＣＬ…燃料電池セル
ＴＭ…ターミナル
ＥＰ…エンドプレート
Ａｅ…電極領域
Ｐｍ…新生面
Ａｎｅ…電極領域
【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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