(57)【要約】【課題】燃料電池用セパレータと拡散層との重ね合わせ部を密にすることができ、さらに燃料電池用セパレータの生産性を上げることができる燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池用セパレータ１８は、電解質膜１２に沿わせたアノード側電極１３及びカソード側電極１４を拡散層１５，１６を介して両側から挟み込むものである。この燃料電池用セパレータ１８を、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂と、ケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックの少なくとも一種から選択した炭素粒子とを含んだ混合材で形成したものである。【選択図】　　　　図１
2004139966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜に沿わせたアノード側電極及びカソード側電極を拡散層を介して両側から挟み込む燃料電池用セパレータにおいて、
この燃料電池用セパレータを、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂と、
ケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックの少なくとも一種から選択した炭素粒子とを含んだ混合材で形成したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記混合材は、前記熱可塑性樹脂の割合が１４〜２０質量％、前記炭素粒子の割合が８０〜８６質量％であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記炭素粒子のうち、３〜２０質量％が前記ケッチェンブラックであることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記混合材は、前記熱可塑性樹脂の割合が１４〜２０質量％、前記炭素粒子の割合が７０〜８３．５質量％、ガラス繊維又は炭素繊維の割合が２．５〜１０質量％であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
熱可塑性樹脂をエチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択するとともに、炭素粒子をケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックから少なくとも一種選択する工程と、
これらの選択した熱可塑性樹脂及び炭素粒子を混合して混合材を得る工程と、
この混合材を押出し機で押出し成形してシート材を得る工程と、
このシート材をプレス成形してガス流路溝を表面に成形する工程と、
このガス流路溝を成形したシート材を所定形状に切断して燃料電池用セパレータを得る工程と、からなる燃料電池用セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質膜にアノード側電極及びカソード側電極を添わせ、これらを両側から挟持することによりセルモジュールを構成する燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池である。一般に、水素に燃料ガスを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換えるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用することが多い。以下、一般的な燃料電池を次図に示して説明する。
【０００３】
図８は従来の燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池１００は、電解質膜１０１にアノード側電極１０２及びカソード側電極１０３を添わせ、これらの電極１０２，１０３を拡散層１０４，１０５を介して第１セパレータ１０６及び第２セパレータ１０７で挟むことでセルモジュールを構成する。このセルモジュールを多数個積層することで燃料電池を得る。
【０００４】
ここで、カソード側電極１０３には酸化剤ガスを効果的に接触させる必要がある。このため、第２セパレータ１０７の面１０７ａに溝１０８・・・を多数本条設し、第２セパレータ１０７の面２０７ａに拡散層１０５を重ねて溝１０８・・・を塞ぐことにより、酸化剤ガスの流路となる第２流路（図示しない）を形成する。
【０００５】
一方、アノード側電極１０２には燃料ガスを効果的に接触させる必要がある。このため、第１セパレータ１０６の面１０６ａに溝（図示しない）を多数本条設し、第１セパレータ１０６の面１０６ａに拡散層１０４を重ねて溝を塞ぐことにより、燃料ガスの流路となる第１流路（図示しない）を形成する。
【０００６】
また、第１セパレータ１０６は、面１０６ａの裏面１０６ｂに冷却水通路用溝１０９・・・を多数本条設し、第２セパレータ１０７は、面１０７ａの裏面１０７ｂに冷却水通路用溝（図示しない）を多数本条設ける。
第１、第２セパレータ１０６，１０７を重ね合わせることで、それぞれの冷却水通路用溝１０９・・・を合わせて冷却水通路（図示しない）を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この第１、第２のセパレータ１０６，１０７を製造する方法として、例えば特開２００１−１２６７４４公報「燃料電池用セパレータ及びその製造方法」が知られている。
この製造方法によれば、熱可塑性樹脂に導電性粒子を含めた状態で加熱混錬し、この混合物を押出し成形し、圧延ロールで長尺シートに成形し、この長尺シートを所定寸法に切断してブランク材とした後、このブランク材の両面、或いは片面にガス通路や冷却水通路用の溝をスタンピング成形することにより第１、第２セパレータ１０６，１０７を得ることができる。
【０００８】
第１、第２セパレータ１０６，１０７にそれぞれ拡散層１０４，１０５を重ね合わせて第１、第２流路を形成するためには、第１、第２セパレータ１０６，１０７のそれぞれの面１０６ａ，１０７ａに拡散層１０４，１０５を密着状態に重ね合わせる必要がある。
【０００９】
しかしながら、第１、第２セパレータの１０６，１０７の面１０６ａ，１０７ａに拡散層１０４，１０５を密着状態に重ね合わせることは難しく、第１、第２セパレータの面１０６ａ，１０７ａと拡散層１０４，１０５との間に部分的に隙間が発生する虞がある。
【００１０】
一方、第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７とを重ね合わせることで、それぞれの面の冷却水通路を形成するので、第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７とを密着状態に重ね合わせる必要がある
しかしながら、第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７とを密着状態に重ね合わせることは難しく、第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７との間に部分的に隙間が発生する虞がある。
【００１１】
このため、第１、第２セパレータ１０６，１０７のそれぞれの面１０６ａ，１０７ａと拡散層１０４，１０５とを密着状態に重ね合わせることができ、さらに第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７とを密着状態に重ね合わせることができる燃料電池用セパレータの実用化が望まれていた。
【００１２】
また、従来の燃料電池用セパレータの製造方法は、長尺シートを所定寸法に切断してブランク材とした後、それぞれのブランク材にガス通路用の溝や冷却水通路用の溝を成形するものである。
この燃料電池用セパレータの製造方法によれば、ブランク材に溝を成形する際に、各々のブランク材を正規の位置に位置決めする必要がある。
よって、ブランク材の位置決めに時間がかかり、そのことが生産性を上げる妨げになっていた。このため、燃料電池用セパレータをより効率よく成形することができる製造方法の実用化が望まれていた。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、燃料電池用セパレータと拡散層との重ね合わせ部を密にすることができ、さらに燃料電池用セパレータの生産性を上げることができる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にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、電解質膜に沿わせたアノード側電極及びカソード側電極を拡散層を介して両側から挟み込む燃料電池用セパレータにおいて、この燃料電池用セパレータを、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂と、ケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックの少なくとも一種から選択した炭素粒子とを含んだ混合材で形成したことを特徴とする。
【００１５】
エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂をセパレータに含ませた。エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体は、熱可塑性樹脂のなかで、特に柔軟性に優れている。
よって、これらの柔軟性に優れた熱可塑性樹脂をセパレータに含ませることで、拡散層に接触するセパレータの接触面に弾力性を備えることができ、接触面をシール性に優れた部位にすることができる。
【００１６】
さらに、セパレータに、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂を含ませるだけで、セパレータの接触面をシール性に優れた部位に変えることができる。これにより、シール性に優れたセパレータを効率よく生産することができる。
【００１７】
一方、ケッチェンブラック、黒鉛やアセチレンブラックの炭素粒子は導電性を備えており、これらの炭素粒子をセパレータに含ませることで、セパレータの導電性を確保することができる。
【００１８】
請求項２において、混合材は、熱可塑性樹脂の割合が１４〜２０質量％、炭素粒子の割合が８０〜８６質量％であることを特徴とする。
【００１９】
熱可塑性樹脂の割合を１４〜２０質量％に設定した理由は以下の通りである。
熱可塑性樹脂の含有量が１４質量％未満になると、熱可塑性樹脂の含有量が少なすぎてセパレータの接触面の弾力性、すなわちシール性を確保することが難しくなる。
【００２０】
一方、熱可塑性樹脂の含有量が２０質量％を超えると、セパレータに含む炭素粒子の含有量が少なくなり、セパレータの導電性を十分に確保することが難しくなる。
そこで、熱可塑性樹脂の含有量を１４〜２０質量％に設定して、セパレータのシール性を確保するとともに、十分な導電性を確保することとした。
【００２１】
請求項３は、炭素粒子のうち、３〜２０質量％がケッチェンブラックであることを特徴とする。
【００２２】
ケッチェンブラックは、他のカーボンブラックと比較して特に導電性に優れた部材であり、ケッチェンブラックを含ませることでセパレータの導電性を高めることができる。
【００２３】
ここで、ケッチェンブラックの含有量を３〜２０質量％に設定した理由は、ケッチェンブラックの含有量が３質量％未満になると、ケッチェンブラックの含有量が少なすぎて、ケッチェンブラックを含ませた効果を得ることが難しくなる。このため、ケッチェンブラックの含有量が３質量％未満ではセパレータの導電性を十分に確保することができない虞がある。
【００２４】
一方、ケッチェンブラックの含有量が２０質量％を超えると、ケッチェンブラックの含有量が多すぎて混錬しづらくなる。溶剤を添加することで混錬を可能にすることも考えられるが、溶剤を使用することでコストが上がる虞がある。
加えて、溶剤を添加して混錬できたとしても、ケッチェンブラックを含んだ混錬物は流れ性が悪く、例えば成形の際に所定の形状を得ることが難しい。
そこで、ケッチェンブラックの含有量を３〜２０質量％に設定することで、セパレータの導電性を十分に確保し、さらに混錬の容易化を図るとともに成形性を好適に確保するようにした。
【００２５】
請求項４において、混合材は、熱可塑性樹脂の割合が１４〜２０質量％、炭素粒子の割合が７０〜８３．５質量％、ガラス繊維又は炭素繊維の割合が２．５〜１０質量％であることを特徴とする。
【００２６】
ガラス繊維又は炭素繊維を混合材に混合することで、セパレータの剛性を高めることができる。
ここで、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を２．５〜１０質量％に設定した理由は、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が２．５質量％未満になると、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が少なすぎて第１、第２セパレータ２０，３０の剛性を高めることが難しくなる。
【００２７】
一方、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が１０質量％を超えると、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が多すぎて混合材中にガラス繊維又は炭素繊維を均一に分散することが難しく、混合材の押出成形やプレス成形などが困難になる。
そこで、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を２．５〜１０質量％に設定して、第１、第２セパレータ２０，３０の剛性を高めるとともに、成形性に優れた混合材を得ることとした。
【００２８】
請求項５は、熱可塑性樹脂をエチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択するとともに、炭素粒子をケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックから少なくとも一種選択する工程と、これらの選択した熱可塑性樹脂及び炭素粒子を混合して混合材を得る工程と、この混合材を押出し機で押出し成形してシート材を得る工程と、このシート材をプレス成形してガス流路溝を表面に成形する工程と、このガス流路溝を成形したシート材を所定形状に切断して燃料電池用セパレータを得る工程と、から燃料電池用セパレータの製造方法を構成する。
【００２９】
混合材をシート材とした状態で、その表面にガス流路溝をプレス成形した後、シート材を所定形状に切断してセパレータを得る。このように、ガス流路溝をシート材の状態でプレス成形することで、ガス流路溝を連続的に効率よく成形することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法で製造した燃料電池用セパレータの燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池１０は、一例として電解質膜１２に固体高分子電解質を使用し、この電解質膜１２にアノード側電極１３及びカソード側電極１４を添わせ、アノード側電極１３側にアノード側電極拡散層１５を介してセパレータ１８を合わせるとともに、カソード側電極１４側にカソード側電極拡散層１６を介してセパレータ（燃料電池用セパレータ）１８を合わせることによりセルモジュール１１を構成し、このセルモジュール１１を多数個積層した固体高分子型燃料電池である。
【００３１】
セパレータ１８は、第１セパレータ２０と、第２セパレータ３０とからなり、第１セパレータ２０の冷却水通路形成面２０ａと第２セパレータ３０の接合面３０ａを、一例として振動溶着法で接合したものである。
【００３２】
このように、第１、第２セパレータ２０，３０を振動溶着することにより、第１セパレータ２０の冷却水通路用溝２１・・・を第２セパレータ３０で覆い、冷却水通路２２・・・（図４に示す）を形成する。
この冷却水通路２２・・・には、第１、第２セパレータ２０，３０の上端中央の冷却水供給孔部２３ａ，３３ａが連通するとともに、第１、第２セパレータ２０，３０の下端中央の冷却水排出孔部２３ｂ，３３ｂが連通する。
【００３３】
第１セパレータ２０は、燃料ガス通路形成面（接触面）２０ｂ側に燃料ガス通路用溝２４・・・（図２に示す）を備え、燃料ガス通路形成面２０ｂにアノード側電極拡散層１５を重ね合わせることで、燃料ガス通路用溝２４・・・をアノード側電極拡散層１５で塞いで燃料ガス通路２５・・・（図４に示す）を形成する。
この燃料ガス通路２５・・・に、第１、第２セパレータ２０，３０の上端左側の燃料ガス供給孔部２６ａ，３６ａを連通するとともに、第１、第２セパレータ２０，３０の下端右側の燃料ガス排出孔部２６ｂ，３６ｂを連通する。
【００３４】
第２セパレータ３０は、酸化剤ガス通路形成面（接触面）３０ｂ側に酸化剤ガス通路用溝３７・・・を備え、酸化剤ガス通路形成面３０ｂにカソード側電極拡散層１６を重ね合わせることで、酸化剤ガス通路用溝３７・・・をカソード側電極拡散層１６で塞いで酸化剤ガス通路３８・・・（図４に示す）を形成する。
この酸化剤ガス通路３８・・・に、第１、第２セパレータ２０，３０の上端右側の酸化剤ガス供給孔部２９ａ，３９ａを連通するとともに、第１、第２セパレータ２０，３０の下端左側の酸化剤ガス排出孔部２９ｂ，３９ｂを連通する。
【００３５】
第１、第２セパレータ２０，３０を形成する樹脂としては、エチレン・酢ビ（酢酸ビニル）共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂と、ケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックのうち少なくとも一種から選択した炭素粒子（炭素材料）と、ガラス繊維又は炭素繊維とを混合した混合材が該当する。
【００３６】
この混合材は、熱可塑性樹脂の割合が１４〜２０質量％、炭素粒子の割合が８０〜８６であり、炭素粒子８０〜８６質量％のうちケッチェンブラックを３〜２０質量％含ませたものである。
なお、ケッチェンブラックは、導電性に優れたカーボンブラックで、一例としてケッチェン・ブラック・インターナショナル株式会社製（販売元；三菱化学株式会社）のものが該当するが、これに限るものではない。
【００３７】
エチレン・酢ビ（酢酸ビニル）共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体は、熱可塑性樹脂のなかで柔軟性のある樹脂あり、この樹脂を使用することで、第１、第２セパレータ２０，３０を柔軟性に優れた部材とすることができる。
またケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックは導電性に優れた材料であり、炭素材料としてケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックのうち少なくとも一種から選択した炭素粒子を使用することにより、第１、第２セパレータ２０，３０を通電性に優れた部材とすることができる。
【００３８】
熱可塑性樹脂の割合を１４〜２０質量％に設定した理由は以下の通りである。熱可塑性樹脂の含有量が１４質量％未満になると、熱可塑性樹脂の含有量が少なすぎて第１、第２セパレータ２０，３０の接触面の柔軟性、すなわち弾力性を確保することが難しい。
【００３９】
一方、熱可塑性樹脂の含有量が２０質量％を超えると、熱可塑性樹脂の含有量が多すぎて所望の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を維持することが難しく、第１、第２セパレータ２０，３０の導電性を十分に確保することが困難になる。
そこで、熱可塑性樹脂の含有量を１４〜２０質量％に設定して、第１、第２セパレータ２０，３０の弾力性を確保するとともに、十分な導電性を確保することとした。
【００４０】
また、炭素粒子の含有量を８０〜８６質量％に設定した理由は以下の通りである。
炭素粒子の含有量が８６質量％を超えると、炭素粒子の含有量が多すぎて炭素粒子を均一に分散することが難しく、押出成形やプレス成形が困難になる。したがって、炭素粒子の含有量を８６質量％以下に設定することが好ましい。
【００４１】
また、炭素粒子の含有量は７０質量％以上に確保することで、第１、第２セパレータ２０，３０の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を低減させて、第１、第２セパレータ２０，３０の導電性を十分に高めることができる。このため、炭素粒子の含有量を７０質量％以上に確保することが好ましい。
しかしながら、第１、第２セパレータ２０，３０には１４〜２０質量％の熱可塑性樹脂が含有されているので、第１実施形態においては、炭素粒子の含有量を８０質量％以上として、第１、第２セパレータ２０，３０の導電性を十分に確保することにした。
【００４２】
ところで、ケッチェンブラックは、通常のカーボンブラックと比較して導電性に優れた炭素粒子である。このため、ケッチェンブラックを使用することで、第１、第２セパレータ２０，３０の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を大幅に低減することができる。このケッチェンブラックの含有量を３〜２０質量％に設定した。
【００４３】
ケッチェンブラックの含有量を３〜２０質量％に設定した理由は以下の通りである。
ケッチェンブラックの含有量が３質量％未満になると、ケッチェンブラックの含有量が少なすぎて、ケッチェンブラックを含ませた効果を得ることが難しい。このため、ケッチェンブラックの含有量が３質量％未満では第１、第２セパレータ２０，３０の導電性を十分に確保することができない虞がある。
【００４４】
一方、ケッチェンブラックの含有量が２０質量％を超えると、ケッチェンブラックの含有量が多すぎて混錬しづらくなる。溶剤を添加することで混錬を可能にすることも考えられるが、溶剤を使用することでコストが上がる虞がある。
加えて、溶剤を添加して混錬できたとしても、ケッチェンブラックを含んだ混錬物は流れ性が悪く、例えば成形の際に所定の形状を得ることが難しい。
そこで、ケッチェンブラックの含有量を３〜２０質量％に設定することで、セパレータの導電性を十分に確保し、さらに混錬の容易化を図るとともに成形性を好適に確保するようにした。
【００４５】
図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
第１セパレータ２０は、図１に示すように略矩形状に形成した部材で、冷却水通路形成面２０ａに冷却水通路用溝２１・・・を多数本条備え、燃料ガス通路形成面（接触面）２０ｂに燃料ガス通路用溝２４・・・を多数本条備える。
【００４６】
第１セパレータ２０に、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂を含ませた。エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体は、熱可塑性樹脂のなかで、特に柔軟性に優れている。
よって、これらの柔軟性に優れた熱可塑性樹脂を第１セパレータ２０に含ませることで、燃料ガス通路形成面２０ｂに弾力性を備えることができる。
【００４７】
さらに、第１セパレータ２０に、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂を含ませるだけで、燃料ガス通路形成面２０ｂをシール性に優れた部位に変えることができる。これにより、シール性に優れた第１セパレータ２０を効率よく生産することができる。
【００４８】
図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。
第２セパレータ３０は、図１に示すように略矩形状に形成した部材で、接合面３０ａを平坦に形成し、酸化剤ガス通路形成面（接触面）３０ｂに酸化剤ガス通路用溝３７・・・を多数本条備える。
【００４９】
第２セパレータ３０に、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂を含ませた。エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体は、熱可塑性樹脂のなかで、特に柔軟性に優れている。
よって、これらの柔軟性に優れた熱可塑性樹脂を第２セパレータ３０に含ませることで、酸化剤ガス通路形成面３０ｂに弾力性を備えることができる。
【００５０】
さらに、第２セパレータ３０に、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂を含ませるだけで、酸化剤ガス通路形成面３０ｂをシール性に優れた部位に変えることができる。これにより、シール性に優れた第２セパレータ３０を効率よく生産することができる。
【００５１】
図４は本発明に係る燃料電池用セパレータを示す断面図である。
セパレータ１８は、第１、第２セパレータ２０，３０を重ね合わせた後に第１、第２セパレータ２０，３０に加圧力をかけ、第１、第２セパレータ２０，３０の一方を振動させて摩擦熱を発生させることにより、第１セパレータ２０の冷却水通路形成面２０ａと、第２セパレータ３０の接合面３０ａとを振動溶着し、第１セパレータ２０の冷却水通路用溝２１を第２セパレータ３０で塞いで冷却水通路２２を形成したものである。
【００５２】
燃料ガス通路形成面２０ｂにアノード側電極拡散層１５を合わせることで、燃料ガス通路用溝２４・・・及びアノード側電極拡散層１５で燃料ガス通路２５・・・を形成する。
ここで、第２セパレータ３０に、柔軟性に優れた熱可塑性樹脂を含ませることで、燃料ガス通路形成面２０ｂに弾力性を備えることができ、燃料ガス通路形成面２０ｂをシール性に優れた部位にすることができる。
【００５３】
このため、燃料ガス通路形成面２０ｂとアノード側電極拡散層１５との重ね合わせ部を密に保つことができる。よって、燃料ガス通路形成面２０ｂとアノード側電極拡散層１５との間にシール材を塗布する必要がない。
したがって、部品点数を減らすことができるとともにシール材を塗布する手間を省くことができ、さらに燃料ガス通路形成面２０ｂ及びアノード側電極拡散層１５間の接触抵抗を抑えて燃料電池の出力を高めることができる。
【００５４】
また、酸化剤ガス通路形成面３０ｂにカソード側電極拡散層１６を合わせることで、酸化剤ガス通路用溝３７・・・及びカソード側電極拡散層１６で酸化剤ガス通路３８・・・を形成する。
ここで、第２セパレータ３０に、柔軟性に優れた熱可塑性樹脂を含ませることで、酸化剤ガス通路形成面３０ｂに弾力性を備えることができ、酸化剤ガス通路形成面３０ｂをシール性に優れた部位にすることができる。
【００５５】
このため、酸化剤ガス通路形成面３０ｂとカソード側電極拡散層１６との重ね合わせ部を密に保つことができる。よって、酸化剤ガス通路形成面３０ｂとカソード側電極拡散層１６との間にシール材を塗布する必要がない。
したがって、部品点数を減らすことができるとともにシール材を塗布する手間を省くことができ、さらに酸化剤ガス通路形成面３０ｂ及びカソード側電極拡散層１６間の接触抵抗を抑えて燃料電池の出力を高めることができる。
【００５６】
次に、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法で第１セパレータ２０を成形する例を図５〜図８に基づいて説明する。
図５は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の概略を示すフローチャートであり、図中ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０；熱可塑性樹脂と導電性材料とを混錬することにより混合材を得る。ＳＴ１１；混錬した混合材を押出し成形することにより帯状のシートを成形する。
【００５７】
ＳＴ１２；この帯状のシートの一方の面、すなわち冷却水通路形成面に相当する面に冷却水通路用溝をプレス成形するとともに、帯状のシートの他方の面、すなわち燃料ガス通路形成面に相当する面に燃料ガス通路用溝をプレス成形することにより、セパレータ素材を得る。
【００５８】
ＳＴ１３；セパレータ素材を所定寸法に切断することにより第１セパレータを得る。
以下、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法のＳＴ１０〜ＳＴ１３の工程を図６〜図７で詳しく説明する。
【００５９】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の第１説明図であり、（ａ）はＳＴ１０を示し、（ｂ）はＳＴ１１の前半を示す。
（ａ）において、先ず、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、直鎖状低密度ポリエチレンから選択した熱可塑性樹脂４６を準備する。
【００６０】
次に、黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラックの炭素粒子から少なくとも一種を選択した導電性材料４５を準備する。
準備した熱可塑性樹脂４６及び導電性材料４５を混錬装置４７の容器４８に矢印の如く投入する。投入した熱可塑性樹脂４６及び導電性材料４５を、混錬羽根（又はスクリュー）４９を矢印の如く回転することにより容器４８内で混錬する。
【００６１】
（ｂ）において、混錬した混合材５０を第１押出し成形装置５１のホッパー５２に投入し、投入した混合材５０を第１押出し成形装置５１で押出し成形する。押出し成形した成形材５３を水槽５４に通すことで、水槽５４内の水５５で成形材５３を冷却する。
冷却した成形材５３をカッター装置５６のカッター５７で所定の長さに切断して、切断したペレット５８・・・をストック籠５９にストックする。
【００６２】
図７は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の第２説明図であり、ＳＴ１１の後半〜ＳＴ１３を示す。
前工程で得たペレット５８・・・を第２押出し成形装置６０のホッパー６１に矢印の如く投入し、投入したペレット５８・・・を第２押出し成形装置６０で押出し成形する。押出し成形した成形材６２を圧延ロール６３で圧延して帯状のシート６４を成形する。
【００６３】
圧延ロール６３の下流側にはプレス装置６５を備え、このプレス装置６５は、帯状のシート６４の上下にそれぞれ上下のプレス型６６，６７を備える。
上プレス型６６は、帯状のシート６４の他方の面６４ｂに対向するプレス面６６ａに凹凸部（図示しない）を備える。この凹凸部は、帯状のシート６４の他方の面６４ｂに燃料ガス通路用溝２４・・・（図４に示す）をプレス成形するものである。
【００６４】
一方、下プレス型６７は、帯状のシート６４の一方の面６４ａに対向するプレス面６７ａに凹凸部（図示しない）を備える。この凹凸部は、帯状のシート６４の一方の面６４ａに冷却水通路用溝２１・・・（図４に示す）をプレス成形するものである。
【００６５】
上下のプレス型６６，６７をプレス開始位置Ｐ１に配置し、上下のプレス型６６，６７で帯状のシート６４の両面６４ａ，６４ｂを押圧し、この状態を維持しながら上下のプレス型６６，６７を帯状のシート６４の押出速度に合わせて矢印▲１▼，▲２▼の如く連動する。
【００６６】
これにより、帯状のシート６４の一方の面６４ａ、すなわち冷却水通路形成面２０ａ（図４に示す）に相当する面に冷却水通路用溝２１・・・をプレス成形するとともに、帯状のシート６４の他方の面６４ｂ、すなわち燃料ガス通路形成面２０ｂ（図４に示す）に相当する面に燃料ガス通路用溝２４・・・をプレス成形して、帯状のシート６４をセパレータ素材６８に成形することができる。
【００６７】
上下のプレス型６６，６７がプレス解除位置Ｐ２に到達すると、上下のプレス型６６，６７を矢印▲３▼，▲４▼の如く帯状のシート６４から離す方向に移動し、上下のプレス型６６，６７が解除側の所定位置に到達した後、上下のプレス型６６，６７を矢印▲５▼，▲６▼の如く上流側に向けて移動する。
【００６８】
上下のプレス型６６，６７がプレス開始側の所定位置に到達した後、上下のプレス型６６，６７を矢印▲７▼，▲８▼の如くプレス開始位置Ｐ１まで移動する。
以下上述した工程を順次繰り返すことにより、帯状のシート６４の両面６４ａ，６４ｂに冷却水通路用溝２１・・・及び燃料ガス通路用溝２４・・・をそれぞれプレス成形することができる。
【００６９】
図７においては、理解を容易にするために上下のプレス型６６，６７をそれぞれ１個づつ備えた例について説明したが、現実には上下のプレス型６６，６７をそれぞれ複数個備える。
上下のプレス型６６，６７をそれぞれ複数個備えることで、帯状のシート６４の両面６４ａ，６４ｂに冷却水通路用溝２１・・・及び燃料ガス通路用溝２４・・・（図４に示す）をそれぞれ連続的にプレス成形することができる。
【００７０】
なお、上下のプレス型６６，６７には、図１に示す燃料ガス供給孔部２６ａ及び燃料ガス排出孔部２６ｂを成形する部位を備える。また、上下のプレス型６６，６７には、図１に示す酸化剤ガス供給孔部２９ａ及び酸化剤ガス排出孔部２９ｂを成形する部位を備える。
さらに、上下のプレス型６６，６７には、図１に示す冷却水供給孔部２３ａ及び冷却水排出孔部２３ｂを成形する部位を備える。
【００７１】
よって、上下のプレス型６６，６７で帯状のシート６４の両面６４ａ，６４ｂに冷却水通路用溝２１・・・及び燃料ガス通路用溝２４・・・をそれぞれ連続的にプレス成形するとともに、図１に示す冷却水供給孔部２３ａ及びガス供給孔部２６ａ，２９ａや冷却水排出孔部２３ｂ及びガス排出孔部２６ｂ，２９ｂを同時に成形することができる。
【００７２】
プレス装置６５の下流側には、前工程で得たセパレータ素材６８の上方にカッター装置７３を備える。
このカッター装置７０のカッター７１を矢印▲９▼の如く下降することにより、セパレータ素材６８を所定寸法に切断して第１セパレータ２０・・・を得る。これにより、第１セパレータ２０の製造工程を完了する。
【００７３】
このように、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法によれば、混合材５０を帯状のシート６４とした状態で、その両面６４ａ，６４ｂに冷却水通路用溝２１・・・及び燃料ガス通路用溝２４・・・をそれぞれプレス成形した後、シート６４を所定形状に切断して第１セパレータ２０を得る。
【００７４】
このように、冷却水通路用溝２１・・・及び燃料ガス通路用溝２４・・・をシート６４の状態でプレス成形することで、冷却水通路用溝２１・・・及び燃料ガス通路用溝２４・・・を連続的に効率よく成形することができるので、第１セパレータ２０の生産性を高めることができる。
【００７５】
図５〜図７では第１セパレータ２０を成形する例について説明したが、第１セパレータ２０の製造方法と同様の方法で第２セパレータ３０を製造することが可能である。
但し、第２セパレータ３０は、第１セパレータ２０のように冷却水通路用溝２１・・・を備えておらず、平坦な接合面３０ａを備えている。このため、図７に示す下プレス型６７は、帯状のシート６４の一方の面に対向する面に、帯状のシート６４の一方の面に冷却水通路用溝２１・・・をプレス成形する凹凸部を備える必要はない。
【００７６】
次に、第２実施形態について説明する。
第１実施形態では、第１、第２セパレータ２０，３０に含む熱可塑性樹脂の割合を１４〜２０質量％、炭素粒子の割合を８０〜８６質量％とした例について説明したが、第１、第２セパレータ２０，３０に含む熱可塑性樹脂の割合を１４〜２０質量％、炭素粒子の割合を７０〜８３．５質量％、ガラス繊維又は炭素繊維の割合を２．５〜１０質量％とすることも可能である。
【００７７】
第２実施形態の第１、第２セパレータ２０，３０は、ガラス繊維又は炭素繊維を混合材に混合することで、第１、第２セパレータ２０，３０の剛性を高めることができる。
ここで、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を２．５〜１０質量％に設定した理由は以下の通りである。
ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が２．５質量％未満になると、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が少なすぎて第１、第２セパレータ２０，３０の剛性を高めることが難しい。
【００７８】
一方、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が１０質量％を超えると、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量が多すぎて混合材中にガラス繊維又は炭素繊維を均一に分散することが難しく、混合材の押出成形やプレス成形などが困難になる。
そこで、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を２．５〜１０質量％に設定して、第１、第２セパレータ２０，３０の剛性を高めるとともに、成形性に優れた混合材を得ることとした。
【００７９】
また、炭素粒子の含有量を７０〜８３．５質量％に設定した理由は以下の通りである。
炭素粒子の含有量が７０質量％未満になると、炭素粒子の含有量が少なすぎて第１、第２セパレータ２０，３０の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を低減することが難しく、第１、第２セパレータ２０，３０の導電性を十分に確保することが難しい。
【００８０】
一方、上述したように、炭素粒子の含有量は８６質量％を超えると、炭素粒子の含有量が多すぎて炭素粒子を均一に分散することが難しく、押出成形やプレス成形が困難になる。したがって、炭素粒子の含有量を８６質量％以下に設定することが好ましい。
しかしながら、第１、第２セパレータ２０，３０には１４〜２０質量％の熱可塑性樹脂、２．５〜１０質量％のガラス繊維又は炭素繊維が含有されているので、第２実施形態においては、炭素粒子の含有量を８３．５質量％以下として、炭素粒子を均一に分散させて、押出成形やプレス成形を好適に実施できるようにした。
このように、炭素粒子の含有量を７０〜８３．５質量％に設定することで、体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を低減するとともに、成形性に優れた混合材を得ることができる。
【００８１】
第２実施形態の第１、第２セパレータ２０，３０によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができ、加えてガラス繊維又は炭素繊維を混合することで、第１、第２セパレータ２０，３０の剛性を高めることができる。
【００８２】
なお、前記実施形態では、電解質膜１２として固体高分子電解質を使用した固体高分子型燃料電池１０について説明したが、これに限らないで、その他の燃料電池に適用することも可能である。
【００８３】
また、前記実施形態では、第１、第２セパレータ２０，４０を押出し成形やプレス成形で連続的に成形した例について説明したが、これに限らないで、加熱プレス方法、射出成形方法やトランスファー成形方法などのその他の製造方法で成形することも可能である。
トランスファー成形方法とは、成形材料をキャビティとは別のポット部に１ショット分入れ、プランジャーによって溶融状態の材料をキャビティに移送して成形する方法である。
【００８４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂をセパレータに含ませた。エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体は、熱可塑性樹脂のなかで、特に柔軟性に優れている。
【００８５】
よって、これらの柔軟性に優れた熱可塑性樹脂をセパレータに含ませることで、拡散層に接触するセパレータの接触面に弾力性を備えることができ、接触面をシール性に優れた部位にすることができる。
このため、セパレータの接触面と拡散層との重ね合わせ部を密に保つことができる。したがって、セパレータの接触面と拡散層との間にシール材を塗布する必要はない。
【００８６】
さらに、セパレータに、エチレン・酢ビ共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体から選択した熱可塑性樹脂を含ませるだけで、セパレータの接触面をシール性に優れた部位に変えることができる。これにより、シール性に優れたセパレータを効率よく生産することができる。
【００８７】
一方、ケッチェンブラック、黒鉛やアセチレンブラックの炭素粒子は導電性を備えており、これらの炭素粒子をセパレータに含ませることでセパレータの導電性を確保することができる。
【００８８】
請求項２は、混合材の熱可塑性樹脂の割合を１４〜２０質量％、炭素粒子の割合を８０〜８６質量％とした。このように、熱可塑性樹脂の含有量を１４質量％以上とすることで、熱可塑性樹脂の含有量を確保してセパレータの接触面の弾力性、すなわちシール性を確保することができる。
一方、熱可塑性樹脂の含有量を２０質量％以下とすることで、セパレータに含む炭素粒子の含有量を好適に保ち、セパレータの導電性を十分に確保することができる。
【００８９】
請求項３は、炭素粒子のうち、３〜２０質量％をケッチェンブラックとした。ケッチェンブラックは、他のカーボンブラックと比較して特に導電性に優れた部材であり、ケッチェンブラックを含ませることでセパレータの導電性を効率よく高めることができる。
【００９０】
このように、ケッチェンブラックの含有量を３質量％以上とすることで、ケッチェンブラックの含有量をある程度確保することができ、ケッチェンブラックを含ませた効果を得ることができ、セパレータの導電性を十分に確保することができる。
一方、ケッチェンブラックの含有量を２０質量％以下とすることで、セパレータの導電性を十分に確保し、さらに混錬の容易化を図るとともに成形性を好適に確保するようにした。
【００９１】
請求項４は、熱可塑性樹脂の割合が１４〜２０質量％、炭素粒子の割合が７０〜８３．５質量％、ガラス繊維又は炭素繊維の割合が２．５〜１０質量％である。ガラス繊維又は炭素繊維を混合材に混合することで、セパレータの剛性を高めることができる。
【００９２】
このように、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を２．５質量％以上とすることで、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を確保してセパレータの剛性を高めることができる。
一方、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を２０質量％以下とすることで、ガラス繊維又は炭素繊維の含有量を好適に保ち、ガラス繊維又は炭素繊維を均一に分散することができ、成形性に優れたセパレータを得る。
このように、成形性に優れたセパレートとすることで、セパレータの生産性を高めることができる。
【００９３】
請求項５は、混合材をシート材とした状態で、その表面にガス流路溝をプレス成形した後、シート材を所定形状に切断してセパレータを得る。
このように、ガス流路溝をシート材の状態でプレス成形することで、ガス流路溝を連続的に効率よく成形することができるので、セパレータの生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法で製造した燃料電池用セパレータの燃料電池を示す分解斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図
【図４】本発明に係る燃料電池用セパレータを示す断面図
【図５】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法を示すフローチャート
【図６】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の第１説明図
【図７】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の第２説明図
【図８】従来の燃料電池を示す分解斜視図
【符号の説明】
１０…燃料電池、１２…電解質膜、１３…アノード側電極、１４…カソード側電極、１５…アノード側電極拡散層（拡散層）、１６…カソード側電極拡散層（拡散層）、１８…セパレータ（燃料電池用セパレータ）、２０…第１セパレータ、２０ｂ…燃料ガス通路形成面（接触面）、２４…燃料ガス通路用溝、３０…第２セパレータ、３０ｂ…酸化剤ガス通路形成面（接触面）、３７…酸化剤ガス通路用溝、４５…導電性材料、４６…熱可塑性樹脂、５０…混合材、６８…セパレータ素材。
【図１】
2004139966.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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