(57)【要約】      （修正有）【課題】気密性を維持することができ、成型変形補正が可能であり、スタック積層が容易で分離板の剛性を増加させることができる燃料電池用金属分離板の製造方法を提供する。【解決手段】２個の平板を凹凸形態に成形する第１段階と、平板にコンパウンダーを塗布する第２段階と、平板を向かい合わせマッチングさせる第３段階と、平板の両端部をシーミングする第４段階と、を含め、第２段階は、下部に位置した第２平板１１の両端部が上部に位置した第１平板１０より横方向に更に突出するようにマッチングさせる段階を更に含み、第４段階のシーミングは、第１平板と第２平板の終端部が上方向に折り曲げられる段階（ａ）と、第２平板の終端部が第１平板の上端部を包みながら第１平板の上面に重なるように折り曲げられる段階（ｂ）と、第１平板と第２平板の両端部が“Ｕ”字状にもう一度折り曲げられる段階（ｃ）と、を含めてなる。【選択図】図１
2008147155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用金属分離板の製造方法において、
２個の平板を凹凸形態に成形する第１段階と、
前記平板にコンパウンダーを塗布する第２段階と、
前記平板が対称となるように向かい合わせマッチングさせる第３段階と、
前記平板の両端部をローラーによりシーミングする第４段階と、
を含めてなることを特徴とする燃料電池用金属分離板の製造方法。
【請求項２】
前記第２段階はコンパウンダーを塗布した後、ローラーシーミング前に下部に位置した第２平板の両端部が上部に位置した第１平板より横方向に更に突出するようにマッチングさせる段階を更に含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用金属分離板の製造方法。
【請求項３】
前記第４段階のシーミングは、前記第１および第２平板の間にコンパウンダーが塗布されたままで第１平板と第２平板の終端部が上方向に折り曲げられる段階（ａ）と、
前記第２平板の更に突出した終端部が第１平板の上端部を包みながら第１平板の上面に重なるように折り曲げられる段階（ｂ）と、
前記段階で前記第１平板と第２平板の両端部が“Ｕ”字状にもう一度折り曲げられる段階（ｃ）と、
を含めてなることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用金属分離板の製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）、（ｂ）段階での折り曲げ作業は、円錐形ローラーが回転および水平方向に移送されながら行われ、前記（ｃ）段階での折り曲げ作業は円筒形ローラーが回転および水平方向に移送されながら行われることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用金属分離板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用金属分離板の製造方法に係り、更に詳しくは、金属分離板の気密性を維持するために、従来は、分離板にゴム系シール（Ｒｕｂｂｅｒ  Ｓｅａｌ）を挿入して接合した場合にはシールの接着力に従って気密性が決まり、シールによる接着作業が手作業にて行われるという煩雑さがあったが、これを改善するためにシーミング（ｓｅａｍｉｎｇ）とコンパウンダー（ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｒ）を採用して分離板の剛性を増加させ、自動化が可能となり大量生産が容易となるようにした燃料電池用金属分離板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型燃料電池は無公害電源として携帯電話、無電機、ノートパソコンおよびその他のバッテリーを使用する小型携帯用電子機器で随時充電が必要なバッテリーを代替し、また、野外でバッテリーを充電して使用する際に有用であり、世界中で多くの研究開発が行われている。
小型燃料電池は、燃料として水素またはメタノールを使用することができ、燃料が供給されるとすぐに電力を発生させるだけでなく、燃料が供給される限り電力を継続して発生することができるため、長時間の充電が要求されるバッテリーを代替し、別途の電源がない場所でも既存バッテリーを充電することができる。
特に、水素は携帯可能な燃料であるＬＰＧ、ガソリン、ディーゼルなどの燃料を小型改質器を通して得ることができるため、一般燃料を使用する携帯用燃料電池も構成可能である。
【０００３】
現在まで開発された小型携帯用燃料電池は大部分が高分子電解質膜または固体酸化物膜などの固体電解質を使用しており、一部アルカリ水溶液または溶融炭酸塩などの液体電解質を使用する場合もある。
高分子電解質燃料電池は基本的に高分子電解質膜と膜の両面にコーティングされた燃料極層（ａｎｏｄｅ  ｌａｙｅｒ）および空気極層（ｃａｔｈｏｄｅ  ｌａｙｅｒ）、そしてこれら電極に燃料および空気を供給する分離板とからなる。
電極層がコーティングされた電解質膜を電極―電解質アッセンブリー（ｍｅｍｂｒａｎｃｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下ＭＥＡ）と称し、ＭＥＡの燃料極では水素またはメタノールが水素イオン（Ｈ＋）に転換され、燃料極で生成された水素イオンは電解質膜を通して空気極側に移動し、空気極に供給される空気中、酸素と反応して水を生成する。
【０００４】
この過程で、燃料極から生成された電子が外部回路を通して空気極に伝達されて消耗されることで電力が発生する。即ち、高分子電解質燃料電池は水素と酸素の化学的エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる役割を有し、室温でも作動するため携帯用燃料電池として適している。
実際に使用される高分子電解質燃料電池は、ＭＥＡと分離板数枚を互いに順次積層することで構成される。この時、分離板は積層された各々のＭＥＡに水素と空気が均一に供給されるようにし、電気的にはＭＥＡを直列連結する役割を有する。
現在、高分子電解質燃料電池用分離板の材料としては電気伝導度、重量、腐食などを考慮して黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）が最も多く使用されている。
即ち、黒鉛粉末を高温、高圧で板型に成型した後、樹脂を含浸させて製作された厚さ２ｍｍ以上の黒鉛板を母材とし、この板の両面に機械加工によりガスチャンネルを形成させる分離板製作方法が一般的に使用される。
【０００５】
しかし、機械加工により分離板を製作する場合、加工費が高いだけでなく、加工時間が長く、特に母材の厚さが３ｍｍ以下である場合には機械的強度が落ち、加工が非常に難しいという短所がある。
最近はファイバーで強化された厚さ１〜２ｍｍの黒鉛ホイルをプレスで圧縮して流路を形成することで、分離板の加工費を節減して厚さを減少させようという試みが行われている。
しかし、このような分離板製作方法の場合にも流路が形成された薄い黒鉛分離板の機械的強度が低く、衝撃または若干の大きい力が加えられる場合、容易に破損するという短所がある。
従って、黒鉛分離板の厚さを減らすには限界があり、これは小型高分子電解質燃料電池の実用化において障害要因として作用している。
【０００６】
このような黒鉛分離板の短所を解決するために、最近は金属材料を使用して分離板を製作する方法が一部試みられている。
金属製品を分離板材料として使用する場合、加工が容易であり製作単価が低くなり、分離板の厚さもまた減少させることができる。
また、既存の黒鉛分離板に比べて電気伝導度が優れて、燃料電池全体のサイズを黒鉛板に比べて４０％縮小させることができるため、次世代燃料電池用分離板として現在活発に開発が進められている。
【０００７】
分離板は水素、空気および冷却水を供給するための流路を形成し、ＭＥＡ１６を支持する役割を有し、このような役割を果たすために電気伝導度および気密性が要求されている。
しかし、気密性が維持されない場合は、冷却水漏洩によりＭＥＡ１６が汚染され、汚染されたセルが作動しなくなり、特に水素ガス漏洩による火災の危険が発生する恐れがある。
【０００８】
現在は気密性を維持するために図４に示す通り、２個の板を凹凸形態に成型した後、上下板の両端部にゴム系シール１００を挿入し、ゴム系シール１００の接着力を利用して金属分離板の気密性を維持し上下板を結合する。
しかし、従来の製造方法では、分離板の成型後、シール接着および第１および第２平板１０，１１の接着が手作業で行われるため大量生産が難しく、人件費が増加する要因となっている。
【特許文献１】特開２００５−２７６８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記のような点を勘案してなされたものであり、２個の平板を各々成型した後、一つの分離板に接合する過程において、上板および下板の両端部の間にコンパウンダーを塗布した後、シーミング作業を通して接着させることで気密性を維持することができ、成型変形補正が可能であり、スタック積層が容易で分離板の剛性を増加させることができ、自動化が可能で大量生産が容易な燃料電池用金属分離板の製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するための本発明は、燃料電池用金属分離板の製造方法において、２個の平板を凹凸形態に成形する第１段階と、前記平板にコンパウンダーを塗布する第２段階と、前記平板が対称となるように向かい合わせマッチングさせる第３段階と、前記平板の両端部をローラーによりシーミングする第４段階と、を含めてなることを特徴とする。
【００１１】
前記第２段階はコンパウンダーを塗布した後、ローラーシーミング前に下部に位置した第２平板の両端部が上部に位置した第１平板より横方向に更に突出するようにマッチングさせる段階を更に含むことを特徴とする。
【００１２】
前記第４段階のシーミングは、前記第１および第２平板の間にコンパウンダーが塗布されたままで第１平板と第２平板の終端部が上方向に折り曲げられる段階（ａ）と、前記第２平板の更に突出した終端部が第１平板の上端部を包みながら第１平板の上面に重なるように折り曲げられる段階（ｂ）と、前記段階で前記第１平板と第２平板の両端部が“Ｕ”字状にもう一度折り曲げられる段階（ｃ）と、を含めてなることを特徴とする。
【００１３】
前記（ａ）、（ｂ）段階での折り曲げ作業は、円錐形ローラーが回転および水平方向に移送されながら行われ、前記（ｃ）段階での折り曲げ作業は円筒形ローラーが回転および水平方向に移送されながら行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による燃料電池用金属分離板の製造方法は、２個の平板を各々成型した後、一つの分離板に接合する過程において、第１および第２平板の両端部の間にコンパウンダーを塗布した後、シーミング作業を通して接着させることで、気密性を維持することができ、成型変形補正が可能でスタック積層が容易で分離板の剛性を増加させることができ、自動化が可能で大量生産が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照にして詳しく説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明による燃料電池用金属分離板の接合順序を表す構成図であり、図２は本発明による接合方法により製造された燃料電池用金属分離板の一実施例を表す構成図である。
本発明による金属分離板の成型方法は２個の板を切断した後、凹凸形態に作るためにプレス機で折り曲げ、上部に位置した第１平板１０と下部に位置した第２平板１１を、凹部は凹部同士、凸部は凸部同士向かい合わせて置く。
即ち、プレス機で折り曲げて成型された第１平板１０の形状は台形の凹部と凸部がジグザグに形成されており、第２平板１１の形状も第１平板１０と同一である。この時、第１平板１０と第２平板１１が対称になるように第２平板１１を反転して第１平板１０と接合させると、六角形の冷却水流路１２が形成され、冷却水流路１２間には第１平板１０の水素流路１３と第２平板１１の空気流路１４が形成される。
【００１７】
第１平板１０と第２平板１１に接合された分離板は、ＭＥＡ１６を間に置き、積層されるとＭＥＡ１６の上部に形成された空気極に酸素が供給され、ＭＥＡ１６の下部に形成された水素極に水素が供給される。
分離板の気密性を維持するためにまず、第１および第２平板１０，１１の終端の間にコンパウンダー１５を一定量挿入する。
一方、シーミング作業は数回の折り曲げが行われ、コンパウンダー１５が外に出ないようにするために、シーミング作業前に第２平板１１の一端部が第１平板１０より一定長さほど長く出るように第１および第２平板１１，１２をマッチングさせる作業が必要である。
【００１８】
第２平板１１の終端部を一定長さ長く取り出した後、第１平板１０および第２平板１１の一端部から内側に一定位置で上方向に折り曲げ、第２平板１１の終端部を第１平板１０の終端まで内側に折り曲げる。
折り曲げ作業に使用されるローラーの形状は円錐形状であり円周面が一定角度で傾いて形成され、回転と水平移送が同時に行われながら第１平板１０および第２平板１１を折り曲げる構造となっている。
この時、円錐型ローラー１８は分離板の厚さ方向に回転が可能であり、第１平板１０および第２平板１１を折り曲げることができる。
これに従って、第２平板１１より更に長い第１平板１０の一端部が第２平板１１の内側面に重なり、その後、“Ｌ”字形状である分離板の一端部をもう一度折り曲げると“Ｕ”字形状となりシーミング作業が完了する。
【００１９】
この時、折り曲げ作業に使用されるローラーの形状は直径が一定の円筒形であり、円錐型ローラー１８と同様に、回転と水平移送を同時に行いながら第１平板１０および第２平板１１を折り曲げて接合する。
ここで、コンパウンダー１５の挿入およびシーミング作業は全自動化され、シーミング作業により第１平板１０および第２平板１１が互いに接着されて一つの分離板が完成する。
前記分離板を上下方向に積層し、分離板の間にＭＥＡ１６を配置して接着するが、シーミング作業により接着された分離板の両端部とＭＥＡ１６の間にはゴム系シール１７を挿入する。
【００２０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による燃料電池用金属分離板の接合順序を表す構成図である。
【図２】本発明による接合方法により製造された燃料電池用金属分離板の一実施例を表す構成図である。
【図３】従来の金属分離板の接着構造を表す構成図である。
【図４】従来の接合方法により製造された金属分離板である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  第１平板                  
１１  第２平板
１２  冷却水流路                
１３  水素流路
１４  空気流路                  
１５  コンパウンダー
１６  ＭＥＡ                    
１７  ゴム系シール
１８  円錐形ローラー            
１９  円筒形ローラー
【図１】
2008147155.tif 000003
【図２】
2008147155.tif 000004
【図３】
2008147155.tif 000005
【図４】
2008147155.tif 000006