(57)【要約】  燃料電池スタック（１０）を構成する単位セル（１１）は、電解質膜・電極構造体（１２）をカソード側セパレータ（１４）及びアノード側セパレータ（１６）で挟持する。カソード側セパレータ（１４）の外周端部には、該カソード側セパレータ（１４）の全周に亘って第１樹脂部材（３６Ａ）が設けられるとともに、前記カソード側セパレータ（１４）の面（１４ａ、１４ｂ）には、前記第１樹脂部材（３６Ａ）の一部を覆って第１シール部材（４０）を構成するシール部（４０ａ、４０ｂ）が設けられる。
2016158556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜（２４）の両側に電極（２６、２８）が設けられた電解質膜・電極構造体（１２）を挟持するセパレータ（１４、１６）の外周に、シール部材（４０、４２）が一体に設けられるとともに、セパレータ面内には、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体を前記セパレータ（１４）と前記電解質膜・電極構造体（１２）との積層方向に流通させる流体連通孔（１８ａ）が形成される燃料電池用セパレータであって、
前記セパレータ（１４）の外周端部に、前記流体連通孔（１８ａ）の外方で且つ該セパレータ（１４）の全周に亘って樹脂部材（３６Ａ）が設けられるとともに、
前記セパレータ（１４）の両面には、前記樹脂部材（３６Ａ）の一部を覆って前記シール部材（４０）が設けられる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記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記樹脂部材（３６Ａ）は、前記セパレータ（１４）の外周端部の外側に位置し、一対のシール部材成形用金型（６２、６４）と接触する凸部（３６ｔ）を有する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又は２記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記樹脂部材（３６Ａ）は、前記シール部材（４０）の外周部と前記積層方向に重なり合う重なり部（３６ｋａ）を設け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１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記樹脂部材（３６Ａ）には、樹脂部材成形用の樹脂流動部（３６ｇ）が複数箇所に設けられるとともに、
互いに隣接する前記樹脂流動部（３６ｇ）間には、セパレータ面方向外方に突出する膨出部（３６ｄ）が設けられることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
電解質膜（２４）の両側に電極（２６、２８）が設けられた電解質膜・電極構造体（１２）を挟持するセパレータ（１４、１６）の外周に、シール部材（４０、４２）が一体に設けられるとともに、セパレータ面内には、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体を前記セパレータ（１４）と前記電解質膜・電極構造体（１２）との積層方向に流通させる流体連通孔（１８ａ）が形成される燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記セパレータ（１４）の外周端部に、前記流体連通孔（１８ａ）の外方で且つ該セパレータ（１４）の全周に亘って樹脂部材（３６Ａ）を設ける工程と、
前記樹脂部材（３６Ａ）を一対の金型（６２、６４）で挟持した状態で、溶融シール部材を供給することにより、前記セパレータ（１４）の両面に前記樹脂部材（３６Ａ）の一部を覆って前記シール部材（４０）を成形する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記樹脂部材（３６Ａ）は、前記セパレータ（１４）の外周端部の外側に位置し、前記一対の金型（６２、６４）と接触する凸部（３６ｔ）を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の製造方法において、前記樹脂部材（３６Ａ）は、前記シール部材（４０）の外周部と前記積層方向に重なり合う重なり部（３６ｋａ）を設けることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、一対の樹脂部材成形用金型（５２、５４）間に前記セパレータ（１４）を挟持した状態で、金型合わせ面方向から溶融樹脂部材が供給されて前記樹脂部材（３６Ａ）を成形することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の製造方法において、前記樹脂部材（３６Ａ）には、樹脂部材成形用の樹脂流動部（３６ｇ）が複数箇所に設けられるとともに、
互いに隣接する前記樹脂流動部（３６ｇ）間には、セパレータ面方向外方に突出する膨出部（３６ｄ）が設けられることを特徴とする燃料電池用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、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体を挟持するセパレータの外周に、シール部材が一体に設けられる燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一面にアノード電極が、前記電解質膜の他面にカソード電極が、配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、一対のセパレータ間に挟持されることにより単位セル（発電セル）を構成している。この燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。【０００３】
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、セパレータ面に沿って電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。【０００４】
さらに、燃料電池では、単位セルの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。【０００５】
この内部マニホールド型燃料電池では、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をそれぞれ気密及び液密に確実にシールする必要がある。そこで、例えば、特許第３５３２５４７号公報に開示されているシール一体型セパレータの製造方法が知られている。【０００６】
この製造方法では、セパレータ本体を、上型と下型とで挟持しながら、前記上型の凹溝と前記下型の凹溝に、別々のゲートから溶融シール材を射出成形することにより、シール材を前記セパレータ本体の両面に同時に一体成形している。従って、セパレータ本体の表裏両面に該セパレータ本体とは別体のシール材を配設する場合や、シール材を塗布する場合と比較し、該シール材を高精度に位置決めできるとともに、組み付け工数も大幅に低減する、としている。
【発明の概要】
【０００７】
ところで、通常、上型と下型との間にセパレータ本体を挟持した状態で、溶融シール部材が供給されると、型合わせ面に沿ってバリが発生し易くなる。これにより、シール一体型セパレータが製造された後、外周端部のバリ取り作業が必要になる。このため、作業工数が増加して製造費が高騰するとともに、作業全体の効率化が容易に遂行されないおそれがある。
【０００８】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成及び工程で、シール部材の外周にバリが発生することを確実に抑制し、作業効率の向上を図るとともに、経済的に製造することが可能な燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明に係る燃料電池用セパレータでは、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体を挟持するセパレータの外周に、シール部材が一体に設けられている。セパレータ面内には、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流体をセパレータと電解質膜・電極構造体との積層方向に流通させる流体連通孔が形成されている。
【００１０】
セパレータの外周端部に、流体連通孔の外方で且つ該セパレータの全周に亘って樹脂部材が設けられるとともに、前記セパレータの両面には、前記樹脂部材の一部を覆ってシール部材が設けられている。なお、セパレータの全周に亘ってとは、前記セパレータの外周端部の一部にのみ切り欠きが設けられる場合も含む。
【００１１】
また、本願発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、セパレータの外周端部に、流体連通孔の外方で且つ該セパレータの全周に亘って樹脂部材を設ける工程を有している。この製造方法は、樹脂部材を一対の金型で挟持した状態で、溶融シール部材を供給することにより、セパレータの両面に前記樹脂部材の一部を覆ってシール部材を成形する工程を有している。
【００１２】
本発明によれば、セパレータの外周端部には、該セパレータの全周に亘って樹脂部材が設けられるとともに、前記セパレータの両面には、前記樹脂部材の一部を覆ってシール部材が設けられている。このため、樹脂部材を一対の金型で挟持した状態で、溶融シール部材が供給されてセパレータの両面にシール部材が成形されている。従って、セパレータの外周端部にシール部材のバリが発生することを可及的に阻止することができる。
【００１３】
これにより、簡単な構成及び工程で、シール部材の外周にバリが発生することを確実に抑制し、作業効率の向上を図るとともに、経済的に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータを組み込む単位セルの要部分解斜視説明図である。
【図２】前記単位セルの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記単位セルを構成するカソード側セパレータの一部斜視説明図である。
【図４】前記カソード側セパレータを構成する金属プレートの正面説明図である。
【図５】前記金属プレートに樹脂部材を成形する樹脂部材成形装置の概略説明図である。
【図６】前記金属プレートに前記樹脂部材が一体化された状態の正面説明図である。
【図７】前記金属プレートにシール部材を成形するシール部材成形装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータを組み込む燃料電池スタック１０は、横長な複数の燃料電池の単位セル１１が立位姿勢（電極面が鉛直方向に平行）で矢印Ａ方向（水平方向）に積層される。なお、縦長な複数の単位セル１１が、立位姿勢で矢印Ａ方向に積層されてもよく、又は、水平姿勢で矢印Ｃ方向（重力方向）に積層されてもよい。
【００１６】
単位セル１１は、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持するカソード側セパレータ（燃料電池用セパレータ）１４及びアノード側セパレータ（燃料電池用セパレータ）１６とを備える。
【００１７】
カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状金属セパレータにより構成される。金属セパレータは、平面が矩形状を有するとともに、プレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。
【００１８】
カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、横長形状を有するとともに、短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かい且つ長辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に向かう。なお、短辺が水平方向で且つ長辺が重力方向でもよい。
【００１９】
図１に示すように、単位セル１１の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔（流体連通孔）１８ａ及び燃料ガス出口連通孔（流体連通孔）２０ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔１８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス出口連通孔２０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂは、開口形状が、例えば、略長方形状を有する。なお、開口形状は、三角形でもよく、又は、多角形でもよい。
【００２０】
単位セル１１の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔（流体ガス連通孔）２０ａ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔（流体連通孔）１８ｂが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ及び燃料ガス入口連通孔２０ａは、開口形状が、例えば、略長方形状を有する。なお、開口形状は、三角形でもよく、又は、多角形でもよい。
【００２１】
単位セル１１の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方（酸化剤ガス入口連通孔１８ａに近接する端部側）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給する一対の冷却媒体入口連通孔２２ａが上下に設けられる。単位セル１１の短辺方向の両端縁部他方（燃料ガス入口連通孔２０ａに近接する端部側）には、冷却媒体を排出する一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂが上下に設けられる。
【００２２】
一対の冷却媒体入口連通孔２２ａは、開口形状が後述する冷却媒体流路３４の流れ方向（矢印Ｂ方向）に沿って長尺な略長方形状に設定される。一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂは、開口形状が冷却媒体流路３４の流れ方向（矢印Ｂ方向）に沿って長尺な略長方形状に設定される。
【００２３】
図１及び図２に示すように、電解質膜・電極構造体１２は、例えば、フッ素系又は炭化水素系の固体高分子電解質膜２４と、前記固体高分子電解質膜２４を挟持するカソード電極２６及びアノード電極２８とを備える。
【００２４】
カソード電極２６及びアノード電極２８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２４の両面に形成される。
【００２５】
図１に示すように、カソード側セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとに連通する酸化剤ガス流路３０が形成される。酸化剤ガス流路３０は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し、酸化剤ガスをセパレータ面に沿って長辺方向の一方向に流通させる複数本の直線状（又は波状）流路溝を有する。
【００２６】
アノード側セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとに連通する燃料ガス流路３２が形成される。燃料ガス流路３２は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し、燃料ガスをセパレータ面に沿って長辺方向の他方向に流通させる複数本の直線状（又は波状）の流路溝を有する。
【００２７】
互いに隣接するアノード側セパレータ１６の面１６ｂとカソード側セパレータ１４の面１４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２２ａ、２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂ、２２ｂとに連通する冷却媒体流路３４が形成される。冷却媒体流路３４は、電解質膜・電極構造体１２の電極範囲に亘って冷却媒体を流通させる。アノード側セパレータ１６では、冷却媒体流路３４は、燃料ガス流路３２の裏面形状であり、カソード側セパレータ１４では、前記冷却媒体流路３４は、酸化剤ガス流路３０の裏面形状である。
【００２８】
図２に示すように、カソード側セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、このカソード側セパレータ１４を構成する金属プレート１４Ｐ（図２参照）の外周端縁部を周回し且つ前記金属プレート１４Ｐの外周端部を覆って第１樹脂部材３６Ａが一体に設けられる。第１樹脂部材３６Ａは、カソード側セパレータ１４の全周に亘って設けられる。第１樹脂部材３６Ａは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ、燃料ガス入口連通孔２０ａ、燃料ガス出口連通孔２０ｂ、冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂの外方に設けられる。なお、第１樹脂部材３６Ａは、カソード側セパレータ１４の外周端部の一部のみが切り欠かれていてもよい。
【００２９】
第１樹脂部材３６Ａは、図２及び図３に示すように、中央に金属プレート１４Ｐの端部が挿入されるスリット３６ｓを有し、断面が略Ｔ字状の額縁形状を有する。第１樹脂部材３６Ａは、カソード側セパレータ１４の外周端部外側に位置し、例えば、断面が略長方形状の凸部３６ｔを有する。凸部３６ｔの内側には、両面１４ａ、１４ｂに沿って平行に延在し、後述するシール部４０ａ、４０ｂと積層方向に重なる一対の重なり部３６ｋａ、３６ｋｂが一体成形される。
【００３０】
スリット３６ｓは、凸部３６ｔの内側に長さＴだけ離間して終端し、金属プレート１４Ｐの最外周は、前記凸部３６ｔの内側に配置される。後述するように、シール部材成形装置６０により第１シール部材４０を成形する際、第１樹脂部材３６Ａを一対のシール部材成形用金型６２、６４間に挟持するものの、金属プレート１４Ｐは、内側に長さＴだけ離間するために前記シール部材成形用金型６２、６４間に挟持されない。従って、金属プレート１４Ｐが変形することがない。
【００３１】
図３に示すように、第１樹脂部材３６Ａには、後述する樹脂部材成形用のゲート５８内で凝固した複数個の樹脂流動部３６ｇが任意の位置に設けられる。隣り合った樹脂流動部３６ｇ間には、ウェルドライン位置を覆ってセパレータ面方向外方に突出する膨出部３６ｄが設けられる。膨出部３６ｄは、樹脂流動部３６ｇ、３６ｇの中間に配置されることが好ましく、所定の幅寸法を有し且つ両側に傾斜する略台形状に設定される。
【００３２】
第１樹脂部材３６Ａには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとの間、及び燃料ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとの間に位置して、樹脂ノック部３８ａ、３８ｂが一体に設けられる。樹脂ノック部３８ａ、３８ｂには、図示しないノックピンが挿入されるノック孔３８ａｈ、３８ｂｈが貫通形成される。樹脂ノック部３８ａ、３８ｂには、必要に応じて切り欠き３８ａｋ、３８ｂｋが設けられる。固体高分子電解質膜２４には、ノック孔３８ａｈ、３８ｂｈが貫通形成される。
【００３３】
第１樹脂部材３６Ａは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。第１樹脂部材３６Ａは、その他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成してもよく、熱可塑性樹脂が好ましい。
【００３４】
アノード側セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、このアノード側セパレータ１６を構成する金属プレート１６Ｐ（図２参照）の外周端縁部を周回し且つ前記金属プレート１６Ｐの外周端部を覆って第２樹脂部材３６Ｂが一体に設けられる。なお、第２樹脂部材３６Ｂは、第１樹脂部材３６Ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３５】
カソード側セパレータ１４には、第１シール部材４０が一体成形される。第１シール部材４０は、面１４ａに一体成形されるシール部４０ａと面１４ｂに一体成形されるシール部４０ｂとを有する。シール部４０ａの外周部は、第１樹脂部材３６Ａの重なり部３６ｋａと積層方向に重なり合う一方、シール部４０ｂの外周部は、前記第１樹脂部材３６Ａの重なり部３６ｋｂと積層方向に重なり合う。シール部４０ａ、４０ｂの各外周部と、凸部３６ｔの厚さ方向両端面とは、厚さ方向に段差がなく、セパレータ面方向に沿って直線状に連続している。
【００３６】
シール部４０ａ、４０ｂは、セパレータ面に沿って一定の厚さを有して延在する平面シールの一部に凸状シール４０ａｔ、４０ｂｔを設ける。図２に示すように、第１樹脂部材３６Ａの凸部３６ｔの厚さｈは、第１シール部材４０の厚さＨと同じ寸法に設定される（ｈ＝Ｈ）。凸部３６ｔの厚さｈは、樹脂ノック部３８ａ、３８ｂの厚さと同一に設定される。
【００３７】
アノード側セパレータ１６には、第２シール部材４２が一体成形される。第２シール部材４２は、面１６ａに一体成形されるシール部４２ａと面１６ｂに一体成形されるシール部４２ｂとを有する。シール部４２ａの外周部は、第２樹脂部材３６Ｂの重なり部３６ｋａと積層方向に重なり合う一方、シール部４２ｂの外周部は、前記第２樹脂部材３６Ｂの重なり部３６ｋｂと積層方向に重なり合う。シール部４２ａ、４２ｂは、セパレータ面に沿って一定の厚さを有して延在する平面シールの一部に凸状シール４２ａｔ、４２ｂｔを設ける。
【００３８】
第１シール部材４０及び第２シール部材４２としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３９】
次いで、カソード側セパレータ１４の製造方法について、以下に説明する。なお、アノード側セパレータ１６は、カソード側セパレータ１４と同様に製造されるため、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
先ず、図４に示すように、カソード側セパレータ１４を構成する金属プレート１４Ｐがプレス加工により製造される。金属プレート１４Ｐには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ、燃料ガス入口連通孔２０ａ、燃料ガス出口連通孔２０ｂ、冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂに対応する孔部１８ａｈ、１８ｂｈ、２０ａｈ、２０ｂｈ、２２ａｈ及び２２ｂｈが形成される。金属プレート１４Ｐには、酸化剤ガス流路３０がプレス成形される。
【００４１】
次に、図５に示すように、樹脂部材成形装置５０を構成する一対の樹脂部材成形用金型５２、５４間に、金属プレート１４Ｐが挟持される。樹脂部材成形用金型５２、５４が型締めされると、これらの間には、第１樹脂部材３６Ａの形状に相当するキャビティ５６が形成される。キャビティ５６には、樹脂部材成形用金型５２、５４の合わせ面方向（矢印Ｄ方向）から溶融樹脂部材を供給する複数個のゲート５８が連通する。キャビティ５６は、ゲート５８間に膨出部３６ｄ（図３参照）の形状に相当する凹部（図示せず）を有する。
【００４２】
そこで、複数個のゲート５８からキャビティ５６に溶融樹脂部材が充填されると、金属プレート１４Ｐの外周端縁部には、第１樹脂部材３６Ａが一体成形される。第１樹脂部材３６Ａが一体成形された金属プレート１４Ｐは、樹脂部材成形装置５０から取り出される（図６参照）。その後、樹脂流動部３６ｇは、第１樹脂部材３６Ａからカッター等により取り除かれる。
【００４３】
図７に示すように、第１樹脂部材３６Ａが一体成形された金属プレート１４Ｐは、シール部材成形装置６０を構成する一対のシール部材成形用金型６２、６４間に挟持される。シール部材成形用金型６２と金属プレート１４Ｐとの間には、第１シール部材４０を構成するシール部４０ａを成形するキャビティ６６ａが形成される。キャビティ６６ａには、シール部材成形用金型６２に形成された複数個のゲート６８ａが連通する。
【００４４】
シール部材成形用金型６４と金属プレート１４Ｐとの間には、第１シール部材４０を構成するシール部４０ｂを成形するキャビティ６６ｂが形成される。キャビティ６６ｂには、シール部材成形用金型６４に形成された複数個のゲート６８ｂが連通する。
【００４５】
金属プレート１４Ｐは、シール部材成形用金型６２、６４間に挟持されるとともに、第１樹脂部材３６Ａを構成する凸部３６ｔは、前記シール部材成形用金型６２、６４間に押圧挟持される。凸部３６ｔの厚さ方向両端面は、シール部材成形用金型６２、６４の内面に当接するとともに、前記凸部３６ｔの外周端面と該シール部材成形用金型６２、６４の内面との間には、所定の隙間Ｓが形成される。
【００４６】
この状態で、ゲート６８ａ、６８ｂからキャビティ６６ａ、６６ｂに溶融シール部材が充填される。このため、金属プレート１４Ｐの面１４ａには、シール部４０ａが一体成形される一方、前記金属プレート１４Ｐの面１４ｂには、シール部４０ｂが一体成形される。従って、カソード側セパレータ１４が製造される。シール部４０ａ、４０ｂは、第１シール部材４０の一部であり、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００４７】
この場合、本実施形態では、先ず、金属プレート１４Ｐの外周端部には、該金属プレート１４Ｐの全周両面に亘って第１樹脂部材３６Ａが一体成形されている。次いで、金属プレート１４Ｐの両方の面１４ａ、１４ｂには、第１シール部材４０を構成するシール部４０ａ、４０ｂが一体成形されている。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、第１樹脂部材３６Ａを構成する凸部３６ｔは、シール部材成形用金型６２、６４間に押圧挟持された状態で、キャビティ６６ａ、６６ｂに溶融シール部材が供給されている。従って、金属プレート１４Ｐに第１シール部材４０が一体成形されている。これにより、金属プレート１４Ｐの外周端部には、第１シール部材４０のバリが発生することを有効に阻止することができる。
【００４９】
特に、凸部３６ｔは、シール部材成形用金型６２、６４間で潰されるように強固に挟持されるため、シール部材成形時にバリの発生を可及的に阻止することが可能になる。しかも、金属プレート１４Ｐの先端、すなわち、凸部３６ｔを確実に挟持することができる。このため、キャビティ６６ａ、６６ｂに充填される溶融シール部材の充填圧力を高く設定することが可能になり、第１シール部材４０の成形性が向上するとともに、溶融シール部材の流れが円滑になり、成形作業の効率化が容易に遂行される。
【００５０】
従って、本実施形態では、簡単な構成及び工程で、第１シール部材４０の外周にバリが発生することを確実に抑制し、作業効率の向上を図るとともに、経済的に製造することが可能になる。
【００５１】
しかも、第１シール部材４０のシール部４０ａ、４０ｂは、第１樹脂部材３６Ａの重なり部３６ｋａ、３６ｋｂと積層方向に重なり合っている。このため、シール部４０ａ、４０ｂと重なり部３６ｋａ、３６ｋｂとは、接合面積が増大されて強固且つ確実に固着され、第１シール部材４０は、第１樹脂部材３６Ａを強固に保持することができ、互いに分離することを阻止することが可能になる。
【００５２】
さらに、第１樹脂部材３６Ａでは、樹脂流動部３６ｇ間には、ウェルドライン位置を覆ってセパレータ面方向外方に突出する膨出部３６ｄが設けられている。これにより、第１樹脂部材３６Ａ全体の強度を確実に維持することが可能になる。
【００５３】
さらにまた、カソード側セパレータ１４の外周端部は、第１樹脂部材３６Ａの凸部３６ｔにより覆われている。このため、カソード側セパレータ１４に面方向外方から外部荷重が付与された際、ゴム部材に比べて前記外部荷重を良好に受けることが可能になり、前記カソード側セパレータ１４を確実に保護することができる。
【００５４】
次に、燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００５５】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５６】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａからカソード側セパレータ１４の酸化剤ガス流路３０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３０に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給される。
【００５７】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２０ａからアノード側セパレータ１６の燃料ガス流路３２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路３２に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給される。
【００５８】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００５９】
次いで、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００６０】
また、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６間の冷却媒体流路３４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向（重力方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向（水平方向）に移動して電解質膜・電極構造体１２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
【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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【国際調査報告】
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