(57)【要約】【課題】  セパレータの薄肉化をはかることができる燃料電池用セパレータとその製造方法の提供。【解決手段】（１）  孔３があけられた樹脂シート２と、樹脂シート２の孔３の部位で樹脂シートの面と直交方向に延びる導電性凸部１と、を有する燃料電池用セパレータ１２。（２）  予備成形工程１０１と、その予備成形工程後に行われる本成形工程１０２とを有し、予備成形工程で、孔３があけられた樹脂シート２と導電性をもつ予備成形板４とを重ね合わせ、本成形工程１０２で樹脂シートと予備成形板との重ね合わせ体を型５でプレスして、樹脂シート２と導電性凸部１を有する燃料電池用セパレータ１２を作製する、燃料電池用セパレータの製造方法。【選択図】        図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔があけられた樹脂シートと、
前記樹脂シートの前記孔の部位で前記樹脂シートの面と直交方向に延びる導電性凸部と、
を有する燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記導電性凸部が黒鉛と樹脂バインダを含む請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記樹脂シートの前記孔の縁部が前記凸部で覆われて前記孔と前記凸部とは互いにシールされている請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記樹脂シートが導電性を付与されている請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記樹脂シートが２枚ある請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
２枚の前記樹脂シート間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在しない請求項５記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
２枚の前記樹脂シート間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が残存している請求項５記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記樹脂シートが１枚ある請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
１枚の前記樹脂シートの両表面には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在しない請求項８記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
１枚の前記樹脂シートの片側の表面に、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在する請求項８記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】
予備成形工程と、その予備成形工程後に行われる本成形工程とを有し、
前記予備成形工程で、孔があけられた樹脂シートと導電性をもつ予備成形板とを重ね合わせ、
前記本成形工程で前記樹脂シートと前記予備成形板との重ね合わせ体を樹脂シートの孔に対応する部分に凹部をもつ型でプレスして、樹脂シートと樹脂シートの孔部位で樹脂シートの面直方向に延びる導電性凸部を有する燃料電池用セパレータを作製する、燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１２】
前記導電性凸部が黒鉛と樹脂バインダを含む請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１３】
前記樹脂シートの前記孔の縁部を前記凸部で覆って前記孔と前記凸部とを互いにシールする請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１４】
前記樹脂シートが導電性を付与されている請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１５】
前記予備成形工程で、前記樹脂シートを２枚設けその間に前記予備成形板を挟む請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１６】
前記本成形工程で、２枚の前記樹脂シート間から前記予備成形板を全量押し出して前記導電性凸部とし、２枚の前記樹脂シートを対向面で互いに接触させる請求項１５記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１７】
前記本成形工程で、２枚の前記樹脂シート間から前記予備成形板の一部を押し出して前記導電性凸部とし、２枚の前記樹脂シート間に前記予備成形板の残部を残して導電性層を形成した請求項１５記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１８】
前記予備成形工程で、前記樹脂シートを１枚設けその片面に前記予備成形板を重ねた請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１９】
前記本成形工程で、１枚の前記樹脂シートの片面から前記予備成形板を全量押し出して前記導電性凸部とし、１枚の前記樹脂シートを、前記孔以外の部分は樹脂シートのみから構成する、請求項１８記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２０】
前記本成形工程で、１枚の前記樹脂シートの片面から前記予備成形板の一部を押し出して前記導電性凸部とし、１枚の前記樹脂シートの片面に前記予備成形板の残部を残して導電性層を形成した請求項１８記載の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】
本発明は燃料電池用セパレータとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ）をセパレータで挟んだものから構成される。燃料電池用セパレータは、ガス、冷却水不透過性で、導電性を有する薄板セパレータである。
カーボンセパレータからなる燃料電池用セパレータを製造する場合、従来は、カーボン粉末と樹脂バインダを混合して熱圧成形している。燃料電池スタックの体格を縮小するためには、セパレータの厚みを薄くすることが望まれる。
特開２００１−１５１３１号公報には、セパレータの厚みを薄くするために、カーボンセパレータを、炭素繊維を樹脂バインダで結着固化させた導電層上に、膨張黒鉛シートから構成される導電ガス遮断層を形成した、合成カーボンセパレータとすることが開示されている。
【０００３】
しかし、合成セパレータにして薄肉化をはかっても、カーボンセパレータの場合、セパレータの最薄肉部（流路の溝底部）でせいぜい約０．５ｍｍ厚さが限度である。これより薄くすることは、黒鉛と樹脂バインダの成形体がもろいため薄肉成形が困難であり、流路の溝底部で約０．５ｍｍより薄くすると、材料投入時における密度分布不良によりカーボンセパレータに割れが生じたり穴があいたりして、ガス漏れ、水漏れの原因になる。
【特許文献１】特開２００１−１５１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、燃料電池用カーボンセパレータではセパレータの薄厚化をはかってもせいぜい約０．５ｍｍ厚さが限度であり、燃料電池スタックの体格を縮小することが難しいという問題である。
本発明の目的は、セパレータの薄肉化をはかることができる（流路溝底部の厚さで０．５ｍｍより小、たとえば０．２ｍｍ程度に薄肉化できる）燃料電池用セパレータとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  孔があけられた樹脂シートと、
前記樹脂シートの前記孔の部位で前記樹脂シートの面と直交方向に延びる導電性凸部と、
を有する燃料電池用セパレータ。（本発明の全実施例に共通）
（２）  前記導電性凸部が黒鉛と樹脂バインダを含む（１）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の全実施例に共通）
（３）  前記樹脂シートの前記孔の縁部が前記凸部で覆われて前記孔と前記凸部とは互いにシールされている（１）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の全実施例に共通）
（４）  前記樹脂シートが導電性を付与されている（１）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の全実施例に共通）
（５）  前記樹脂シートが２枚ある（１）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の実施例１、実施例２に適用）
（６）  ２枚の前記樹脂シート間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在しない（５）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の実施例１に適用）
（７）  ２枚の前記樹脂シート間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が残存している（５）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の実施例２に適用）
（８）  前記樹脂シートが１枚ある（１）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の実施例３、実施例４に適用）
（９）  １枚の前記樹脂シートの両表面には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在しない（８）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の実施例３に適用）
（１０）  １枚の前記樹脂シートの片側の表面に、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在する（８）記載の燃料電池用セパレータ。（本発明の実施例４に適用）
【０００６】
（１１）  予備成形工程と、その予備成形工程後に行われる本成形工程とを有し、
前記予備成形工程で、孔があけられた樹脂シートと導電性をもつ予備成形板とを重ね合わせ、
前記本成形工程で前記樹脂シートと前記予備成形板との重ね合わせ体を樹脂シートの孔に対応する部分に凹部をもつ型でプレスして、樹脂シートと樹脂シートの孔部位で樹脂シートの面直方向に延びる導電性凸部を有する燃料電池用セパレータを作製する、燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の全実施例に共通）
（１２）  前記導電性凸部が黒鉛と樹脂バインダを含む（１１）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の全実施例に共通）
（１３）  前記樹脂シートの前記孔の縁部を前記凸部で覆って前記孔と前記凸部とを互いにシールする（１１）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の全実施例に共通）
（１４）  前記樹脂シートが導電性を付与されている（１１）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の全実施例に共通）
（１５）  前記予備成形工程で、前記樹脂シートを２枚設けその間に前記予備成形板を挟む（１１）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の実施例１、実施例２に適用）
（１６）  前記本成形工程で、２枚の前記樹脂シート間から前記予備成形板を全量押し出して前記導電性凸部とし、２枚の前記樹脂シートを対向面で互いに接触させる（１５）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の実施例１に適用）
（１７）  前記本成形工程で、２枚の前記樹脂シート間から前記予備成形板の一部を押し出して前記導電性凸部とし、２枚の前記樹脂シート間に前記予備成形板の残部を残して導電性層を形成した（１５）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の実施例２に適用）
（１８）  前記予備成形工程で、前記樹脂シートを１枚設けその片面に前記予備成形板を重ねた（１１）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の実施例３、実施例４に適用）
（１９）  前記本成形工程で、１枚の前記樹脂シートの片面から前記予備成形板を全量押し出して前記導電性凸部とし、１枚の前記樹脂シートを、前記孔以外の部分は樹脂シートのみから構成する、（１８）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の実施例３に適用）
（２０）  前記本成形工程で、１枚の前記樹脂シートの片面から前記予備成形板の一部を押し出して前記導電性凸部とし、１枚の前記樹脂シートの片面に前記予備成形板の残部を残して導電性層を形成した（１８）記載の燃料電池用セパレータの製造方法。（本発明の実施例４に適用）
【発明の効果】
【０００７】
上記（１）の燃料電池用セパレータによれば、孔があけられた樹脂シートと、樹脂シートの孔の部位で樹脂シートの面と直交方向に延びる導電性凸部と、を有するので、導電性凸部間である流路溝底部は主に樹脂シートで構成され、割れなどを伴わずに、流路溝底部の厚さで約０．１〜０．２ｍｍ程度（樹脂シートは１枚当たり約０．１ｍｍ厚さとすることができ、２枚の場合は約０．２ｍｍとなる）に薄くすることができる。その結果、燃料電池スタックのセル積層方向の長さを短くすることができる。
上記（１１）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、孔があけられた樹脂シートと導電性をもつ予備成形板とを重ね合わせ、プレスして成形するので、流路溝底部は主に樹脂シートで構成され、割れなどを伴わずに、流路溝底部の厚さで約０．１〜０．２ｍｍ程度（樹脂シートは１枚当たり約０．１ｍｍ厚さとすることができ、２枚の場合は約０．２ｍｍとなる）に薄くすることができる。また、樹脂シート、予備成形板とも成形容易なため、黒鉛材のみの従来の場合に比べて複雑な金型が不要になり、低コスト化が可能である。
【０００８】
上記（２）の燃料電池用セパレータおよび上記（１２）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、導電性凸部が黒鉛と樹脂バインダを含むので、従来のカーボンセパレータと同じ導電性を有し、電池性能上問題はない。
上記（３）の燃料電池用セパレータおよび上記（１３）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、樹脂シートの孔の縁部が凸部（の外周部）で覆われて孔と凸部とが互いにシールされているので、ガスとガス、ガスと冷却水の分離上、問題はない。
上記（４）の燃料電池用セパレータおよび上記（１４）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、樹脂シートが導電性を付与されているので、セパレータ全体としての導電性は従来同様良好である。
上記（５）の燃料電池用セパレータおよび上記（１５）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、樹脂シートが２枚あるので、樹脂シートが１枚の場合に比べて、強度上、流体分離上の信頼性が約２倍になる。
上記（６）の燃料電池用セパレータおよび上記（１６）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、２枚の樹脂シート間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在しないので、流路の溝底の厚さは２枚の樹脂シートの合計厚さとなり、樹脂シートの１枚当たり厚さを約０．１ｍｍ厚さとすると、流路の溝底の厚さは樹脂シート２枚分の約０．２ｍｍと、薄くできる。
上記（７）の燃料電池用セパレータおよび上記（１７）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、２枚の樹脂シート間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が残存しているので、セパレータ全体としての導電性は従来同様良好である。
上記（８）の燃料電池用セパレータおよび上記（１８）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、樹脂シートが１枚あるので、樹脂シートが２枚の場合に比べて、流路の溝底の厚さが樹脂シート１枚分の約０．１ｍｍと、薄くできる。
上記（９）の燃料電池用セパレータおよび上記（１９）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、１枚の樹脂シートの両表面には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在しないので、流路の溝底の厚さが樹脂シート１枚分の約０．１ｍｍと、薄くできる。
上記（１０）の燃料電池用セパレータおよび上記（２０）の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、１枚の前記樹脂シートの片側の表面に、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在するので、セパレータ全体としての導電性は従来同様良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の燃料電池用セパレータとその製造方法を、図１〜図１５を参照して説明する。
図中、図１〜図５、図１０は本発明の全実施例に適用可能である。
図６、図１１、図１２は本発明の実施例１を示し、図７、図１３は本発明の実施例２を示し、図８、図１４は本発明の実施例３を示し、図９、図１５は本発明の実施例４を示す。本発明の全実施例にわたって同じ構造部分には同じ符号を付してある。
【００１０】
はじめに、本発明の燃料電池用セパレータが適用される燃料電池１０の全体構成を説明する。燃料電池１０は、低温型燃料電池であり、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。
図１〜図５に示すように、固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）１１とセパレータ１２との積層体（ただし、積層方向は任意でよい）からなる。膜−電極アッセンブリ１１は、イオン交換膜からなる電解質膜１３とこの電解質膜１３の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜１３の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１５とからなる。膜−電極アッセンブリ１１とセパレータ１２との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１６、１７が設けられる。セパレータ１２には、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路１８が形成され、カソード１５に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路１９が形成されている。燃料ガス流路１８、酸化ガス流路１９の背面側には冷却水流路２０が形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセルを構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２１、インシュレータ２２、エンドプレート２３を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）２４、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２６を構成する。
【００１１】
各単セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード１５側に移動し、カソード１５側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
この反応が正常に行われるには、セパレータ１２は流路１８、１９、２０を形成するための凸部を有し、凸部は導電性をもつことが必要である。また、流路１８、１９、２０間を流れる水素、空気、冷却水は、たがいに遮断されなければならない。
【００１２】
つぎに、本発明の燃料電池用セパレータ１２とその製造方法を説明する。
まず、本発明の全実施例に共通する部分を、図３〜図５、図６、図１０〜図１２を参照して、説明する。
セパレータは、従来は、カーボンセパレータ（黒鉛粉末を樹脂バインダで固めたもの）、メタルセパレータと樹脂枠体の組み合わせ、導電性樹脂、などから構成されていたが、本発明では、セパレータ１２は、黒鉛材と樹脂材の合成セパレータである。
本発明の燃料電池用セパレータ１２は、孔３があけられた樹脂シート２と、樹脂シート２の孔３の部位で樹脂シート２の面と直交方向に延びる導電性凸部１と、を有する。
セパレータ１２は、発電領域の周りの部分に、樹脂シート２より厚い、樹脂などからなる枠部１２ａを有していてもよい。枠部１２ａは、スタック締め付け時の定寸部として働く。枠部１２ａがある場合は、樹脂シート２と枠部１２ａ間は、熱融着されるかあるいはシール剤によりシール接着されて、シールされる。
【００１３】
導電性凸部１の材料は黒鉛（粉末、粒子、繊維、またはこれらの混合）と樹脂バインダを含み、たとえば、黒鉛粉末を樹脂バインダで固めたものである。導電性凸部１は、セパレータ１２の各流路１８、１９、２０の凹凸の凸部を構成する。導電性凸部１は、複数ある。導電性凸部１の形状は、図３に示すように、円形であってもよいし、あるいは図４に示すように、セパレータの長手方向または横手方向に連続して延びる形状でもよいし、あるいは図５に示すように、セパレータの長手方向または横手方向に断続的に延びるものであってもよいし、あるいは、これらの形状の組み合わせであってもよい。
【００１４】
樹脂シート２は、樹脂製の、可撓性をもつ平面状シートで、厚さが０．０１〜０．３ｍｍ、望ましくは０．１±０．５ｍｍ、さらに望ましくは約０．１ｍｍのシートからなる。樹脂シート２の材料は、熱可塑性樹脂（たとえば、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、等）が好ましいが、熱硬化性樹脂（たとえば、エポキシ、フェノール、不飽和ポリエステル、等）でもよい。樹脂シート２には、セパレータ１２の流路１８、１９、２０の凹凸の凸部（導電性凸部１で構成される凸部）に対応する部位に孔３が形成されている。孔３は導電性凸部１と同じ数あり、したがって複数ある。各孔３のセパレータ面内方向形状は、導電性凸部１のセパレータ面内方向形状と相似形で、導電性凸部１のセパレータ面内方向形状より若干小さい。これによって、樹脂シート２の孔３の縁部が導電性凸部１の外周部で覆われて孔３と導電性凸部１とは互いにシールされている。すなわち、孔３の内周と導電性凸部１の外周面との間には半径方向隙間がなく、孔３を通して樹脂シートの表裏の間にガス、水が漏れることはない。
樹脂シート２は、通常は、非導電性であるが、樹脂の中にカーボン粉やカーボン繊維などを混ぜてシートに形成することにより導電性を付与されていてもよい。
【００１５】
本発明の燃料電池用セパレータ１２の製造方法のうち全実施例に共通する部分を説明する。
本発明の燃料電池用セパレータ１２の製造方法は、図１０に示すように、原料供給工程１００と、予備成形工程１０１と、その予備成形工程後に行われる本成形工程１０２と、製品取り出し工程１０３を有する。
原料供給工程１００の前に樹脂シート２、予備成形板４を作製しておく。
樹脂シート２の製法については、シート２を成形後、孔３の加工するか、または射出成形によってもよい。
射出成形は、とくに外周部が厚くなっているものに有効である。孔３は射出成形時に成形してもよいし、あるいは成形後に加工によってあけてもよい。
予備成形板４の材料は、黒鉛と樹脂との混合である。樹脂はシート２の材料と同じでもよいし、あるいはシート２の材料と異なる材料でもよい。
予備成形板４の製法については、圧縮成形、シート成形、射出成形、などの何れでもよい。
【００１６】
図１１に示すように、原料供給工程１００で、孔３があけられた樹脂シート２と導電性をもつ予備成形板４とを供給する。
予備成形工程１０１で、孔３があけられた樹脂シート２と導電性をもつ予備成形板４とを重ね合わせる。この時、１枚または２枚の樹脂シート２と１枚の予備成形板４とを重ね合わせる。樹脂シート２が２枚ある場合は２枚の樹脂シート２の間に予備成形板４を配置する。
ついで、本成形工程１０２で、樹脂シート２と予備成形板４との重ね合わせ体を樹脂シート２の孔３に対応する部分に凹部６をもつ型５でプレスして、樹脂シート２と、樹脂シート２の孔３部位で樹脂シート２の面直方向に延びる導電性凸部１を有する燃料電池用セパレータ１２を作製する。
製品取り出し工程１０３で、型５から本成形されたセパレータ１２を取り出す。
セパレータ１２が外周部に枠部１２ａを有する場合は、枠部１２ａを樹脂シート２に熱融着するかまたはシール剤によりシール接着する。
【００１７】
導電性凸部１は黒鉛と樹脂バインダを含む。予備成形板４は導電性凸部１の材料と同じ材料からなる板状物で、プレスによって、予備成形板４の材料の少なくとも一部が型５の凹部６に入って導電性凸部１となる。
樹脂シート２の孔３の縁部を凸部１で覆って孔３と凸部１とを互いにシールする。
樹脂シート２は、通常は導電性をもたないが、導電性を付与されていてもよい。導電性は樹脂シート２の材料段階で樹脂中にカーボン粉末やカーボン繊維などを混合しておくことにより容易に付与することができる。
【００１８】
本発明の燃料電池用セパレータ１２とその製造方法のうち全実施例に共通する部分の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池用セパレータ１２では、セパレータ１２が、孔３があけられた樹脂シート２と、樹脂シート２の孔３の部位で樹脂シート２の面と直交方向に延びる導電性凸部１と、を有するので、導電性凸部１と導電性凸部１との間である流路溝底部は主に樹脂シート２で構成され、樹脂シート２は可撓性を有するので、セパレータ１２の割れなどを伴わずに、流路溝底部の厚さで約０．１〜０．２ｍｍ程度（樹脂シート２は１枚当たり約０．１ｍｍ厚さとすることができ、２枚の場合は約０．２ｍｍとなる）に薄くすることができる。その結果、燃料電池スタック２６のセル積層方向の長さを短くすることができ、体格の縮小化をはかることができる。
【００１９】
本発明の燃料電池用セパレータ１２の製造方法では、孔３があけられた樹脂シート２と導電性をもつ予備成形板４とを重ね合わせ、プレスしてセパレータ１２を成形するので、流路１８、１９、２０の溝底部は主に樹脂シート２で構成され、樹脂シート２は可撓性を有するので、セパレータ１２の割れなどを伴わずに、流路溝底部の厚さで約０．１〜０．２ｍｍ程度（樹脂シート２は１枚当たり約０．１ｍｍ厚さとすることができ、２枚の場合は約０．２ｍｍとなる）に薄くすることができる。また、樹脂シート２、予備成形板４とも平板状で成形容易なため、黒鉛材のみの従来の場合に比べて複雑な金型が不要になり、低コスト化が可能である。
【００２０】
また、本発明の燃料電池用セパレータ１２およびその製造方法において、導電性凸部１が黒鉛と樹脂バインダを含むので、従来の黒鉛と樹脂バインダからなるカーボンセパレータと同じく良好な導電性を有し、電池性能上問題はない。
また、樹脂シート２の孔３の縁部が導電性凸部１の外周部で覆われて、孔３と凸部１とが互いにシールされているので、燃料ガスと酸化ガス、ガスと冷却水とは互いに隔離、シールされ、互いに混じり合うことはない。
また、樹脂シート２が導電性を付与されている場合は、凸部１同士間にも電子が流れることができ、リブ間に導電性があった従来セパレータと同様に、セパレータ１２全体としての導電性は良好である。
【００２１】
つぎに、本発明の燃料電池用セパレータとその製造方法の、各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕−−−図６、図１１、図１２
本発明の実施例１の燃料電池用セパレータ１２では、図６に示すように、樹脂シート２は、１つのセパレータ当たり、２枚ある。そして、２枚の樹脂シート２間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在しない。２枚の樹脂シート２は対向面で互いに接触している。
【００２２】
本発明の実施例１の燃料電池用セパレータ１２の製造方法では、図１１、図１２に示すように、予備成形工程１０１で、樹脂シート２を２枚設けその間に予備成形板４を挟む。本成形工程１０２のプレス成形で、樹脂シート２間の予備成形板４を、孔３を通して、型５の凹部６内に押し出し、導電性凸部１を形成する。その場合、樹脂シート２間の予備成形板４を全量押出し、樹脂シート２間に予備成形板の残部からなる導電性層が形成されないようにする。その結果、２枚の樹脂シート２は対向面で接触する。
【００２３】
本発明の実施例１の燃料電池用セパレータ１２とその製造方法の作用・効果については、一つのセパレータ１２につき樹脂シート２が２枚あるので、樹脂シートが１枚の場合に比べて、強度上、流体分離上の信頼性が約２倍になる。ただし、樹脂シートが１枚の場合に比べて、樹脂シート１枚の厚さが約０．１ｍｍの場合、セパレータ１２の流路溝底の厚さは、約０．２ｍｍとなって、厚くなる。
【００２４】
〔実施例２〕−−−図７、図１３
本発明の実施例２の燃料電池用セパレータ１２では、図７に示すように、樹脂シート２は、１つのセパレータ当たり、２枚ある。そして、２枚の樹脂シート２間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層７が存在する。
【００２５】
本発明の実施例２の燃料電池用セパレータ１２の製造方法では、図１３に示すように、予備成形工程１０１で、樹脂シート２を２枚設けその間に予備成形板４を挟む。本成形工程１０２のプレス成形で、樹脂シート２間の予備成形板４を、孔３を通して、型５の凹部６内に押し出し、導電性凸部１を形成する。その場合、樹脂シート２間の予備成形板４を一部押出し（全量は押し出さない）、樹脂シート２間に予備成形板の残部からなる導電性層７が形成されるようにする。
【００２６】
本発明の実施例２の燃料電池用セパレータ１２とその製造方法の作用・効果については、２枚の樹脂シート２間には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層７が残存しているので、セパレータ１２全体としての導電性は、従来の全体がカーボンからなるセパレータと同様、良好である。また、一つのセパレータ１２につき樹脂シート２が２枚あるので、樹脂シートが１枚の場合に比べて、強度上、流体分離上の信頼性が約２倍になる。
ただし、２枚の樹脂シート間に予備成形板４が残って導電性層７が形成されるので、流路溝底部での厚さが、たとえば、０．３ｍｍ程度となり、２枚の樹脂シート２間に導電性層７が形成されない場合（本発明の実施例１）の流路溝底部の厚さが約０．２ｍｍに比べて厚くなる。また、樹脂シート１枚の場合の流路溝底部の厚さが約０．１ｍｍに比べて、厚さが厚くなる。
【００２７】
〔実施例３〕−−−図８、図１４
本発明の実施例３の燃料電池用セパレータ１２では、図８に示すように、樹脂シート２は、１つのセパレータ当たり、１枚ある。そして、１枚の樹脂シート２には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層が存在せず、導電性凸部１と導電性凸部１との間は、１枚の樹脂シート２のみである。
【００２８】
本発明の実施例３の燃料電池用セパレータ１２の製造方法では、図１４に示すように、予備成形工程１０１で、樹脂シート２を１枚設けその片面に予備成形板４を重ねる。本成形工程１０２のプレス成形で、１枚の樹脂シート２の片面から予備成形板４を、全量、型５の凹部６内に押し出して導電性凸部１とし、導電性凸部１と導電性凸部１との間の部分（流路溝底部）は、樹脂シート２のみから構成する。導電性凸部１と導電性凸部１との間の部分から排除された予備成形板４は、対向する型５の一方の型の凹部６には樹脂シート２の孔３を通して押し出されて一方の導電性凸部１を形成し、対向する型５の他方の型の凹部６には樹脂シート２の孔３を通らず押し出されて他方の導電性凸部１を形成する。
【００２９】
本発明の実施例３の燃料電池用セパレータ１２とその製造方法の作用・効果については、樹脂シート２を１枚としたので、樹脂シートが２枚の場合（本発明の実施例１、実施例２）に比べて、樹脂シート２の厚さが０．１ｍｍの場合、流路１８、１９、２０の溝底の厚さを、樹脂シート１枚分の厚さの約０．１ｍｍと、薄くすることができる。
【００３０】
〔実施例４〕−−−図９、図１５
本発明の実施例４の燃料電池用セパレータ１２では、図６に示すように、樹脂シート２は、１つのセパレータ当たり、１枚ある。そして、１枚の樹脂シート２の片面には、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層７が存在し、導電性凸部１と導電性凸部１との間は、１枚の樹脂シート２と導電性層７から構成される。
【００３１】
本発明の実施例４の燃料電池用セパレータ１２の製造方法では、図１５に示すように、予備成形工程１０１で、樹脂シート２を１枚設けその片面に予備成形板４を重ねる。本成形工程１０２のプレス成形で、１枚の樹脂シート２の片面から予備成形板４を、一部、型５の凹部６内に押し出して導電性凸部１とし、予備成形板４の残部が導電性凸部１と導電性凸部１との間の部分（流路溝底部）に残って、導電性層７を形成するようにする。導電性凸部１と導電性凸部１との間の部分から排除された一部の予備成形板４は、対向する型５の一方の型の凹部６には樹脂シート２の孔３を通して押し出されて一方の導電性凸部１を形成し、対向する型５の他方の型の凹部６には樹脂シート２の孔３を通らず押し出されて他方の導電性凸部１を形成する。
【００３２】
本発明の実施例４の燃料電池用セパレータ１２とその製造方法の作用・効果については、１枚の樹脂シート２の片面に、黒鉛と樹脂バインダを含む導電性層７が存在するので、セパレータ全体としての導電性は従来同様良好である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の燃料電池用セパレータが適用される燃料電池のスタックの側面図である。
【図２】図１のスタックの一部の拡大断面図である。
【図３】本発明の燃料電池用セパレータの概略正面図である。
【図４】図３と異なる導電性凸部形状をもつ、本発明の燃料電池用セパレータの概略正面図である。
【図５】図３、図４と異なる導電性凸部形状をもつ、本発明の燃料電池用セパレータの概略正面図である。
【図６】本発明の実施例１の燃料電池用セパレータの一部の断面図である。
【図７】本発明の実施例２の燃料電池用セパレータの一部の断面図である。
【図８】本発明の実施例３の燃料電池用セパレータの一部の断面図である。
【図９】本発明の実施例４の燃料電池用セパレータの一部の断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の工程図である。
【図１１】本発明の実施例１の燃料電池用セパレータの製造方法の、工程順に示した製造途中のセパレータの断面図である。
【図１２】本発明の実施例１の燃料電池用セパレータの製造方法の、予備成形工程と本成形工程のセパレータの断面図である。
【図１３】本発明の実施例２の燃料電池用セパレータの製造方法の、予備成形工程と本成形工程のセパレータの断面図である。
【図１４】本発明の実施例３の燃料電池用セパレータの製造方法の、予備成形工程と本成形工程のセパレータの断面図である。
【図１５】本発明の実施例４の燃料電池用セパレータの製造方法の、予備成形工程と本成形工程のセパレータの断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  導電性凸部
２  樹脂シート
３  孔
４  予備成形板
５  型
６  凹部
７  導電性層
１０  燃料電池
１１  ＭＥＡ
１２  セパレータ
１３  電解質膜
１４  アノード
１５  カソード
１６、１７  拡散層
１８  燃料ガス流路
１９  酸化ガス流路
２０  冷却水流路
２１  ターミナル
２２  インシュレータ
２３  エンドプレート
２４  締結部材
２５  ボルト・ナット
２６  スタック
【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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【図１４】
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【図１５】
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