(57)【要約】【課題】容易にブリッジ板をセパレータ本体に固定可能な燃料電池セパレータを提供する。【解決手段】セパレータ本体２のガスを導入するための多数本の流路溝８，９に対して、ブリッジ板１２，１３を橋渡しして配置し、多数本の流路溝８，９をトンネル状に形成する燃料電池セパレータ１において、セパレータ本体２に溶着リブ１４を設け、溶着によって、溶着リブ１４でセパレータ本体２とブリッジ板１２，１３との間の隙間を埋めつつ、セパレータ本体２とブリッジ板１２，１３とを一体化する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ本体のガスを導入するための多数本の溝に対して、ブリッジ板を橋渡しして配置し、前記多数本の溝をトンネル状に形成する燃料電池セパレータにおいて、
前記セパレータ本体と前記ブリッジ板との少なくとも一方に溶着代部を設け、溶着によって、前記溶着代部で前記セパレータ本体と前記ブリッジ板との間の隙間を埋めつつ、前記セパレータ本体と前記ブリッジ板とを一体化することを特徴とする燃料電池セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブリッジ板を用いてセパレータ本体のガス導入のための多数本の溝をトンネル状に形成する燃料電池セパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、水素、酸素（空気）を反応させて、水を得る過程で電気を取り出す原理を用いて発電する電池である。燃料電池では、水素イオンを透過する電解質膜を挟み込むように２枚のセパレータが配置されている。２枚の燃料電池セパレータで電解質膜を挟み込んだものを一単位のセルと呼び、セルを何層にも重ね合わせて燃料電池スタックが構成される。
【０００３】
セルに用いられる燃料電池セパレータは、水素、酸素等を遮断するためのガスケットの配置が必要であり、電気を取り出すための導電性のある電極を有する必要がある。
【０００４】
図５に示すように、燃料電池セパレータ１０１には、セパレータ本体１０２に、一般に、水素、酸素等のガスのマニフォールド及び電極をつなげる流路溝１０３が多数本形成されており、多数本の流路溝１０３上に金属製のブリッジ板１０４を橋渡しして配置し、セパレータ本体１０２及びブリッジ板１０４上に連続するガスケット１０５を組み付ける方法が用いられている。
【０００５】
この種の従来技術として、特許文献１には、セパレータ本体とブリッジ板を非接着状態でガスケットを一体成形することによってブリッジ板を固定する方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−５０３６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、ブリッジ板をセパレータに非接着状態で保持しているために、ブリッジ板のセパレータへの取付時の位置ズレや燃料電池スタックとして組み立てる時のブリッジ板の脱落の防止等を行うための手段が必要となり、またそのための作業工数も多くなる。
【０００８】
加えて、特許文献１では、図５に示すように、ブリッジ板１０４が多数本の流路溝１０３上に橋渡しされて配置されるセパレータ本体１０２の凹部壁面と、ブリッジ板１０４の端面との間に隙間Ｓ１０１が寸法精度上必然的に存在する。この隙間Ｓ１０１には、ガスケット１０５の一体成形の際にガスケット材料が流れ込み、隙間Ｓ１０１に流れ込んだガスケット材料は硬化した後にバリとなるので、バリをとる後処理に手間がかかってしまう。
【０００９】
一方、図６に示すように、燃料電池セパレータ２０１として、セパレータ本体２０２の流路溝２０３に橋渡しされるブリッジ板２０４の上に粘着剤２０５を介して樹脂フィルム２０６とゴム２０７からなるガスケット２０８を貼り付ける方法や、図７に示すように、燃料電池セパレータ３０１として、セパレータ本体３０２の流路溝３０３に橋渡しされるブリッジ板３０４上だけに予めガスケット材料を焼き付け、その後にガスケット３０５の設けられたブリッジ板３０４を取り付ける（ブリッジ板３０５上のガスケット３０５とセパレータ本体３０２上のガスケット３０６とは隙間Ｓ３０１を介して分離している）方法も行われている。
【００１０】
しかし、図６、図７に示すような方法では、部品点数が多くなり、コストアップとなってしまう。また、図７に示すような方法では、セパレータ本体３０２とブリッジ板３０４との間にてガスケット３０５，３０６が断絶する箇所（隙間Ｓ３０１）が形成され易く、所望のシール性が得られない場合がある。
【００１１】
また、ブリッジ板をセパレータ本体に接着剤で固定する方法も行われているが、燃料電池として使用中に接着剤の成分が溶出し、燃料電池の電解質膜に悪影響を及ぼすこともある。
【００１２】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたもので、その目的は、容易にブリッジ板をセパレータ本体に固定可能な燃料電池セパレータを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、セパレータ本体のガスを導入するための多数本の溝に対して、ブリッジ板を橋渡しして配置し、前記多数本の溝をトンネル状に形成する燃料電池セパレータにおいて、前記セパレータ本体と前記ブリッジ板との少なくとも一方に溶着代部を設け、溶着によって、前記溶着代部で前記セパレータ本体と前記ブリッジ板との間の隙間を埋めつつ、前記セパレータ本体と前記ブリッジ板とを一体化したことを特徴とする。
【００１４】
この構成では、溶着によって、溶解した溶着代部でセパレータ本体とブリッジ板との間の隙間を埋めつつ、セパレータ本体とブリッジ板とを一体化するので、セパレータ本体とブリッジ板との間に隙間がなく、容易にブリッジ板をセパレータ本体に固定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１６】
図１〜図４を参照して、実施形態に係る燃料電池セパレータについて説明する。図１は実施形態に係る燃料電池セパレータのブリッジ板溶着前状態を示す図である。図２は実施形態に係る燃料電池セパレータのブリッジ板溶着後状態を示す図である。図３は実施形態に係る燃料電池セパレータのガスケット取付後状態を示す図である。図４は実施形態に係る燃料電池セパレータのブリッジ板溶着工程及びガスケット取付工程を示す製造工程図である。
【００１７】
本実施形態の燃料電池セパレータ１は、従来技術と同様に燃料電池スタックの何層にも重ね合わされたセルのセルごとにそれぞれ用いられる。セルは、２つの燃料電池セパレータと、２つの燃料電池セパレータに挟み込まれる電解質膜と、を備える。
【００１８】
２枚の燃料電池セパレータのうち、一方は水素ガスを燃料極（電極部）に流通させるセパレータであり、他方は酸素ガスを空気極（電極部）に流通させるセパレータである。
【００１９】
本実施形態の燃料電池セパレータ１は、図１に示すように、概略正方形の熱可塑性樹脂を主成分とした材料からなるセパレータ本体２に対して、中心に矩形の極３（電極部）が配置してあり、極３へ水素、酸素等のガスを流通させるための長孔形状の入口マニフォールド４及び出口マニフォールド５が極３を挟んで対角線上に設けられている。
【００２０】
セパレータ本体２の熱可塑性樹脂を主成分とした材料としては、熱可塑性樹脂が少ないためにその後の溶着工程にて接合が不十分となることがないように、熱可塑性樹脂単独か、熱可塑性樹脂を５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上含有しているものを用いている。
【００２１】
なお、セパレータ本体２は、熱可塑性樹脂を主成分とした材料を少なくとも溶着を行う領域に用いていればよい。しかし、溶着工程の後にガスケットを装着するので、シール性の悪化を招くことのないようにガスケットの成形時の下地の均一化を図る目的で、セパレータ本体２のガスケット装着領域の全てに熱可塑性樹脂を主成分とした材料を用いることが好ましい。
【００２２】
また、本実施形態での熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアセタール、非液晶ポリエステル、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドや、これらのブレンド樹脂等、一般に成形可能なものが挙げられる。
【００２３】
セパレータ本体２は、成形型内に極３を配置した状態で、熱可塑性樹脂を主成分とした材料を用いて射出成形等によって成形される。
【００２４】
極３は、金属材、樹脂混合炭素材、炭素材等の一般に用いられる導電性材料を用いている。
【００２５】
極３は、セパレータ本体２の成形時に既に完成していなければならず、製造工程では初めに製造される。極３の製造は、例えば、黒鉛粉と熱可塑性樹脂を混合した材料を用いて、圧縮成形又は射出成形にて行われる。
【００２６】
特に、極３は、周囲のセパレータ本体２が熱可塑性樹脂を主成分としていることから、接合性を考慮して、熱可塑性樹脂混合炭素材が用いられることが好ましい。さらに好ましくは、極３の熱可塑性樹脂混合炭素材の熱可塑性樹脂は、セパレータ本体２の熱可塑性樹脂と同一であるとよい。なお、極３の熱可塑性樹脂混合炭素材では、熱可塑性樹脂成分が２〜３０重量％の範囲で配合され、その他の配合材を含んでもよい。このような熱可塑性樹脂混合炭素材を極３に用いる場合には、熱可塑性樹脂を主成分とするセパレータ本体２との接合の問題から、接合箇所には予め接着剤を塗布する等の処置を施す。
【００２７】
燃料電池セパレータ１には、２枚の燃料電池セパレータ同士を対向配置した時に、対向するもう一方の燃料電池セパレータの入口マニフォールド及び出口マニフォールドに対峙して、ガスを通過させるための孔６，７が形成してある。孔６，７は、もう一方の燃料電池セパレータの入口マニフォールド及び出口マニフォールドと同形状である。
【００２８】
そして、極３と入口マニフォールド４の間及び極３と出口マニフォールド５の間には、ガスを流すために複数並列して彫られた多数本の流路溝８，９（溝）がそれぞれ形成してある。多数本の流路溝８，９は、セパレータ本体２の表面から一段凹んだ凹部１０，１１の底面においてさらに深く彫られて形成されている（図４（ａ）参照）。
【００２９】
多数本の流路溝８，９が彫られた凹部１０，１１には、図２に示すように、ブリッジ板１２，１３が凹部１０，１１空間の全てを埋めるように配置され、溶着によって一体化される。
【００３０】
ブリッジ板１２，１３は、セパレータ本体２の凹部１０，１１の空間形状に合わせた形の板状部材である。ブリッジ板１２，１３は、セパレータ本体２と同じ熱可塑性樹脂を主成分とした材料からなる。詳しくは、熱可塑性樹脂が少ないためにその後の溶着工程にて接合が不十分となることがないように、熱可塑性樹脂単独か、熱可塑性樹脂を５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上含有しているものを用いている。
【００３１】
ここで、ブリッジ板１２，１３が溶着される前の図１の状態のセパレータ本体２では、図１のＡ−Ａ断面である図４（ａ）に示すように、凹部１０，１１内において、多数本の流路溝８，９の形成領域を避けて、壁面及び底面に溶着リブ１４（溶着代部）が突出して設けられている。溶着リブ１４は、溶着時に溶解してセパレータ本体２とブリッジ板１２，１３との間の隙間を埋める。
【００３２】
なお、溶着リブ１４の数、形状、位置は、溶着時にセパレータ本体２とブリッジ板１２，１３との間の隙間を埋めることができるように形成されていれば特に限定されるものではない。また、本実施形態では、溶着リブ１４をセパレータ本体２の凹部１０，１１に形成していたが、ブリッジ板１２，１３に形成してもよく、またセパレータ本体２の凹部１０，１１及びブリッジ板１２，１３の両方に形成してもよい。
【００３３】
セパレータ本体２とブリッジ板１２，１３の溶着は、熱溶着、超音波溶着、振動溶着、高周波誘導加熱溶着等で行われる。この際、ブリッジ板１２，１３は、ある程度軟化させてから溶着による一体化を行うと、セパレータ本体２とブリッジ板１２，１３との表面がよりフラットとなる。
【００３４】
図２のようにセパレータ本体２にブリッジ板１２，１３が溶着によって一体化されると、図２のＢ−Ｂ断面である図４（ｂ）に示すようにブリッジ板１２，１３が配置された部位も含めてセパレータ本体２の表面は均一な高さ（フラット）となる。一方で、多数本の流路溝８，９は、凹部１０，１１への開口部分がブリッジ板１２，１３で塞がれるので、トンネル状となる。
【００３５】
図３では、図２のセパレータ本体２にブリッジ板１２，１３が溶着により一体化された後において、ガスケット１５，１６，１７，１８，１９が取り付けられている。ガスケット１５〜１９の取付は、成形や貼り付けにて行われもので、例えば、インジェクション成形、コンプレッション成形、トランスファー成形、スクリーン印刷、ディスペンサー方式等が用いられる。
【００３６】
ガスケット１５は、極３周りを囲む領域をシールする。ガスケット１６，１７は、入口マニフォールド４，出口マニフォールド５をそれぞれ単独でシールする。ガスケット１５，１６，１７は、セパレータ本体２及びブリッジ板１２，１３にわたって形成される。ガスケット１８，１９は、孔６，７をそれぞれ単独でシールする。
【００３７】
そして、ガスケット１５〜１９が接着された２つの燃料電池セパレータ１の間に、電解質膜を挟み込んで一つのセルを形成する。
【００３８】
以上の燃料電池セパレータ１では、ブリッジ板１２，１３をセパレータ本体２に溶着で一体化させるため、セパレータ本体２の凹部１０，１１の壁面とブリッジ板１２，１３の端面との間に隙間が生じない。
【００３９】
このため、セパレータ本体２とブリッジ板１２，１３とにまたがってガスケット１５，１６，１７を一体成形しても隙間にガスケット材料が入り込みバリが生じることはなく、バリとりの後処理の必要が無く、製造が容易である。
【００４０】
また、セパレータ本体２とブリッジ板１２，１３とに隙間がないことは、セパレータ本体２とブリッジ板１２，１３とにまたがったガスケット１５，１６，１７が均一な高さで何も異なることなく容易に形成でき、シール性が向上する。
【００４１】
さらに、ブリッジ板１２，１３をセパレータ本体２に溶着で一体化させたことから、燃料電池スタックを組み立てる時にセパレータ本体２からブリッジ板１２，１３のズレや脱落が生じず、組立作業性が向上する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、容易にブリッジ板をセパレータ本体に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る燃料電池セパレータの極を有するセパレータ本体を示す平面図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池セパレータのセパレータ本体にブリッジ板が溶着された状態を示す平面図である。
【図３】実施形態に係る燃料電池セパレータのガスケット取付後状態を示す平面図である。
【図４】（ａ）は実施形態に係る燃料電池セパレータのブリッジ板溶着前状態の工程図であり、（ｂ）は実施形態に係る燃料電池セパレータのブリッジ板溶着後状態の工程図であり、（ｃ）は実施形態に係る燃料電池セパレータのガスケット取付後状態の工程図である。
【図５】従来技術の燃料電池セパレータのブリッジ板装着部分を示す断面図である。
【図６】従来技術の燃料電池セパレータのブリッジ板装着部分を示す断面図である。
【図７】従来技術の燃料電池セパレータのブリッジ板装着部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１  燃料電池セパレータ
２  セパレータ本体
３  極
４  入口マニフォールド
５  出口マニフォールド
６，７  孔
８，９  流路溝
１０，１１  凹部
１２，１３  ブリッジ板
１４  溶着リブ
１５，１６，１７，１８，１９  ガスケット
【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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