(57)【要約】【課題】燃料電池の発電効率を向上することが可能なセパレータ、このようなセパレータの製造方法、及び、このようなセパレータを有する燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜と、電極１６ｂと、当該電極１６ｂの一側面に密着する密着面２０ｂに形成され活物質が流れる溝部を有するセパレータ１８ｂと、からなる燃料電池。溝部２２ｂの活物質が流れる方向に垂直な断面は、当該断面において、密着面２０ｂに相当する境界辺３４が、溝部２２ｂの底に相当する底辺３６よりも短い。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、電極と、当該電極の一側面に密着する密着面に形成され活物質が流れる溝部を有するセパレータと、からなる燃料電池であって、
前記溝部の前記活物質の流れる方向に垂直な断面は、当該断面において、前記密着面に相当する境界辺が、前記溝部の底に相当する底辺より短いことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記境界辺の重力方向における下端から前記底辺の重力方向における下端とまでを結ぶ側辺が、前記境界辺側から前記底辺側に向かって重力方向に下る傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記傾斜部は、前記境界辺の一端から延出していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記傾斜部は、前記側辺の全長に渡って設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記境界辺の重力方向における下端が、前記底辺の重力方向における下端に比べて重力方向に見て上にあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記境界辺の重力方向における上端と前記底辺の重力方向における上端とを結ぶ側辺、及び前記境界辺の重力方向における下端と前記底辺の重力方向における下端とを結ぶ側辺と境界辺との張る角がいずれも鈍角であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記断面は、前記境界辺の中点と前記底辺の中点とを結ぶ直線に対し、対称であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
結晶異方性エッチングで加工した部材を用いて構成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
等方性エッチングで加工した部材を用いて構成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
電解質膜と電極とからなる膜電極構造体に、前記電極と接するように積層され、燃料電池が発電するための活物質が当該膜電極構造体に接触しながら流動する活物質流動溝を備えるセパレータの製造方法であって、
前記セパレータの一部を構成する第１の部材に、当該第１の部材上に設けられた複数の開口を連結するように当該第１の部材を貫通するとともに、前記部材を貫通する方向に垂直な断面の断面積が、前記複数の開口のうち一方の開口から他方の開口に向かって単調に変化する貫通孔を開ける工程と、
前記セパレータの一部を構成する第２の部材を、前記複数の開口のうち大きいほうの開口を塞ぐように前記第１の部材に接合する工程と、
を有することを特徴とするセパレータの製造方法。
【請求項１１】
前記複数の開口は、互いに前記第１の部材の異なる面に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１２】
前記複数の開口は互いに大きさが異なることを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１３】
前記膜電極構造体に接触する前記開口に相当する面と前記貫通孔の内壁とのなす角が、鈍角であることを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１４】
前記活物質流動溝の溝幅が、前記複数の開口のうち一方の開口から他方の開口に向かって常に増加または減少していることを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１５】
前記貫通孔は、前記複数の開口のうち、大きな方の開口側から形成されることを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１６】
前記活物質流動溝を流動する活物質の流動方向に垂直な方向における当該活物質流動溝の断面が、当該活物質流動溝の幅方向に対称であることを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１７】
前記貫通孔を開ける工程は、結晶異方性エッチングを行う工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１８】
前記貫通孔を開ける工程は、等方性エッチングを行う工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載のセパレータの製造方法。
【請求項１９】
電解質膜と電極とからなる膜電極構造体に当該電極と接するように積層され、燃料電池が発電するための活物質が当該膜電極構造体に接触しながら流動する活物質流動溝を備えるセパレータであって、
前記セパレータは、第１の部材と第２の部材とから構成され、
前記第１の部材は、当該第１の部材上に設けられた複数の開口を連結するように当該第１の部材を貫通するとともに、当該第１の部材を貫通する方向に垂直な断面の断面積が、前記複数の開口のうち一方の開口から他方の開口に向かって単調に変化する貫通孔を有しており、
前記第２の部材は、前記複数の開口のうち大きいほうの開口を塞ぐように前記第１の部材に接合されていることを特徴とするセパレータ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のセパレータを組み込んだ燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の一側面に電極を配置した膜電極構造体に電極の一側面に密着するように配置されるセパレータ、このようなセパレータの製造方法、及び、このようなセパレータを有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学反応を利用して発電を行う燃料電池が使用されている。このような燃料電池の一例として、特許文献１の燃料電池がある。この燃料電池では、図７に示されるように、電解質膜１１４の一側面に燃料側電極１１６ａ、他側面に酸化剤側電極１１６ｂを配置した膜電極構造体１１７が用いられている。この膜電極構造体１１７を燃料側セパレータ１１８ａと酸化剤側セパレータ１１８ｂとによって挟持することによりセル体１１２が形成されている。セパレータ１１８ａ，１１８ｂは電極１１６ａ，１１６ｂに密着されている密着面１２０ａ，１２０ｂを有する。この密着面１２０ａ，１２０ｂには溝部１２２ａ，１２２ｂが形成されている。これら電極１１６ａ，１１６ｂと溝部１２２ａ，１２２ｂとによって、発電のための活物質を電極１１６ａ，１１６ｂに供給するための流路１２４ａ，１２４ｂが形成されている。
【０００３】
燃料側の流路１２４ａを介して燃料側電極１１６ａに水素ガス等の燃料が供給され、酸化剤側の流路１２４ｂを介して酸化剤側電極１１６ｂに酸素ガス等の酸化剤が供給される。この結果、電解質膜１１４を介して化学反応が進行して発電が行われ、酸化剤側電極１１６ｂでは水等の液体が発生する。なお、燃料として燃料ガスを使用する場合には、電解質膜１１４を加湿し発電を適切に行うために、燃料ガスを加湿することが行われている。酸化剤も同様の理由で加湿することが行われている。
【０００４】
この燃料電池の流路１２４ａ，１２４ｂを規定するセパレータ１１８ａ，１１８ｂの内面には、流路１２４ａ，１２４ｂの長手方向に沿って微少な排水用溝部１２３が複数形成されている。これら排水用溝部１２３は、酸化剤側電極１１６ｂで発生した液体、及び、燃料ガスから結露した液体等を毛管現象を利用して除去するためのものである。
【特許文献１】特開２０００−１２３８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、毛管現象によって効率良く液体を排出することは場合によっては難しく、特に酸化剤側電極１１６ｂに高粘度の液体（例えば苛性アルカリ水溶液）が発生する場合等にあっては困難である。このため、酸化剤側電極１１６ｂで発生した液体や結露した液体は酸化剤側電極１１６ｂ近傍に滞留し流路１２４ｂ内に溜まってしまう。また、燃料ガスから結露した液体が流路１２４ａ内に溜まってしまう。この結果、電極１１６ａ，１１６ｂの一部分が液体によって遮蔽されてしまい、電極１１６ａ，１１６ｂの実効的な反応面積が減少して発電効率が低下してしまう。
【０００６】
ここで、流路１２４ａ，１２４ｂの流路面積を増大することにより、電極１１６ａ，１１６ｂの実効的な反応面積を増大させることが可能である。しかしながらこの場合には、電極１１６ａ，１１６ｂとセパレータ１１８ａ，１１８ｂとの密着面１２０ａ，１２０ｂの面積が減少して密着性が低下し、流路１２４ａ，１２４ｂから燃料、酸化剤が漏れたり、電極１１６ａ，１１６ｂとセパレータ１１８ａ，１１８ｂとの間の電気伝導性が低下して集電効率が低下したりする。結局、発電効率は充分に改善されないことになる。
【０００７】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、燃料電池の発電効率を向上することが可能な燃料電池用セパレータ、このような燃料電池用セパレータの製造方法、及び、このようなセパレータを有する燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の好ましい一態様は、電解質膜と、電極と、当該電極の一側面に密着する密着面に形成され活物質の流れる溝部を有するセパレータと、からなる燃料電池であって、前記溝部の前記活物質が流れる方向に垂直な断面は、当該断面において、前記密着面に相当する境界辺が、前記溝部の底に相当する底辺より短いことを特徴とする燃料電池である。
【０００９】
好ましくは、前記境界辺の重力方向における下端から前記底辺の重力方向における下端とまでを結ぶ側辺が、前記境界辺側から前記底辺側に向かって重力方向に下る傾斜部を有することを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記傾斜部は、前記境界辺の一端から延出していることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記傾斜部は、前記側辺の全長に渡って設けられていることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記境界辺の重力方向における下端が、前記底辺の重力方向における下端に比べて重力方向に見て上にあることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記境界辺の重力方向における上端と前記底辺の重力方向における上端とを結ぶ側辺、及び前記境界辺の重力方向における下端と前記底辺の重力方向における下端とを結ぶ側辺と境界辺との張る角がいずれも鈍角であることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記断面は、前記境界辺の中点と前記底辺の中点とを結ぶ直線に対し、対称であることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、結晶異方性エッチングで加工した部材を用いて構成することを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、等方性エッチングで加工した部材を用いて構成することを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい別の態様は、電解質膜と電極とからなる膜電極構造体に、前記電極と接するように積層され、燃料電池が発電するための活物質が当該膜電極構造体に接触しながら流動する活物質流動溝を備えるセパレータの製造方法であって、前記セパレータの一部を構成する第１の部材に、当該第１の部材上に設けられた複数の開口を連結するように当該第１の部材を貫通するとともに、前記部材を貫通する方向に垂直な断面の断面積が、前記複数の開口のうち一方の開口から他方の開口に向かって単調に変化する貫通孔を開ける工程と、前記セパレータの一部を構成する第２の部材を、前記複数の開口のうち大きいほうの開口を塞ぐように前記第１の部材に接合する工程と、を有することを特徴とするセパレータの製造方法である。
【００１８】
好ましくは、前記複数の開口は、互いに前記第１の部材の異なる面に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記複数の開口は互いに大きさが異なることを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記膜電極構造体に接触する前記開口に相当する面と前記貫通孔の内壁とのなす角が、鈍角であることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記活物質流動溝の溝幅が、前記複数の開口のうち一方の開口から他方の開口に向かって常に増加または減少していることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記貫通孔は、前記複数の開口のうち、大きな方の開口側から形成されることを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、前記活物質流動溝を流動する活物質の流動方向に垂直な方向における当該活物質流動溝の断面が、当該活物質流動溝の幅方向に対称であることを特徴とする。
【００２４】
好ましくは、前記貫通孔を開ける工程は、結晶異方性エッチングを行う工程を含むことを特徴とする。
【００２５】
好ましくは、前記貫通孔を開ける工程は、等方性エッチングを行う工程を含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の好ましいさらに別の態様は、電解質膜と電極とからなる膜電極構造体に当該電極と接するように積層され、燃料電池が発電するための活物質が当該膜電極構造体に接触しながら流動する活物質流動溝を備えるセパレータであって、前記セパレータは、第１の部材と第２の部材とから構成され、前記第１の部材は、当該第１の部材上に設けられた複数の開口を連結するように当該第１の部材を貫通するとともに、当該第１の部材を貫通する方向に垂直な断面の断面積が、前記複数の開口のうち一方の開口から他方の開口に向かって単調に変化する貫通孔を有しており、前記第２の部材は、前記複数の開口のうち大きいほうの開口を塞ぐように前記第１の部材に接合されていることを特徴とするセパレータである。
【００２７】
本発明の好ましいさらに別の態様は、請求項１９に記載のセパレータを組み込んだ燃料電池である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、燃料電池の発電効率が向上されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の第１実施形態を図１及び図２を参照して説明する。図１（Ａ）に示されるように、本実施形態の燃料電池のセル体１２は電解質膜１４を有する。この電解質膜１４として、例えば、Ｄｕｐｏｎ社から商標名Ｎａｆｉｏｎで市販されているものを用いることが可能である。
【００３０】
電解質膜１４の一側面には燃料側電極１６ａが積層され、他側面には酸化剤側電極１６ｂが積層されている。これら電解質膜１４、燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂによって膜電極構造体１７が形成されている。燃料側電極１６ａ、酸化剤側電極１６ｂとして、例えばカーボンペーパー、カーボンクロスのウェブに触媒を担持したものを用いることが可能である。燃料側電極１６ａの触媒としては、例えば白金、白金・ルテニウムを用いることが可能であり、酸化剤側電極１６ｂの触媒としては、例えば白金を用いることが可能である。また、燃料が水素化ホウ素ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液の場合は、燃料側電極１６ａを水素吸蔵合金で形成することが好ましい。
【００３１】
燃料側電極１６ａの一側面には燃料側セパレータ１８ａが密着して積層され、酸化剤側電極１６ｂの一側面には、酸化剤側セパレータ１８ｂが密着して積層されている。燃料側セパレータ１８ａ、酸化剤側セパレータ１８ｂは、例えばステンレス、好ましくはチタン、炭素といった導電体で形成されている。
【００３２】
燃料側セパレータ１８ａの燃料側電極１６ａに密着する密着面２０ａには、図１（Ｂ）に示されるように、活物質流動溝としての燃料側溝部２２ａが形成されている。この燃料側溝部２２ａと燃料側電極１６ａとによって、燃料側電極１６ａに活物質としての燃料を供給するための燃料側流路２４ａが形成されている。燃料側溝部２２ａは、燃料側セパレータ１８ａの密着面２０ａにおいてジグザグに延設されている。燃料側溝部２２ａの両端部には、夫々燃料供給孔２６ａ及び燃料排出孔２８ａが燃料側セパレータ１８ａを貫通して形成されている。燃料供給孔２６ａ及び燃料排出孔２８ａは、図１（Ａ）に示されるように、燃料側セパレータ１８ａの燃料側電極１６ａとは反対側に接続されている燃料供給管３０ａ及び燃料排出管３２ａに夫々連通されている。
【００３３】
同様に、酸化剤側セパレータ１８ｂには、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、活物質としての酸化剤が流動する活物質流動溝としての酸化剤側溝部２２ｂ、酸化剤供給孔２６ｂ及び酸化剤排出孔２８ｂが形成されており、また、酸化剤供給管３０ｂ及び酸化剤排出管３２ｂが接続されている。そして、酸化剤側溝部２２ｂと酸化剤側電極１６ｂとによって、酸化剤側電極１６ｂに酸化剤を供給するための酸化剤側流路２４ｂが形成されている。
【００３４】
図２に、酸化剤側流路２４ｂの長手方向に垂直な断面（図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図）を示す。この断面は、酸化剤側電極１６ｂによって規定される密着面２０ｂに相当する境界辺３４と、境界辺３４に対向し酸化剤側溝部２２ｂの底に相当する底辺３６とを有する。境界辺３４は底辺３６よりも短くなっている。本実施形態では、境界辺３４の重力方向における下端部３４ａが、底辺３６の重力方向における下端部３６ａに比べて重力方向にみて上にある。
【００３５】
境界辺３４の重力方向の下端部３４ａと底辺３６の重力方向の下端部３６ａとの間には第１の側辺３８が延びており、境界辺３４の上端部３４ｂと底辺３６の上端部３６ｂとの間には第２の側辺４０が延びている。ここでは、第１の側辺３８は直線であるが、本発明における側辺は、直線、曲線を問わない。
【００３６】
第１の側辺３８は、重力方向の成分を持って延びる傾斜部４２を有する。本実施形態では、第１の側辺３８は、境界辺３４の下端部３４ａから延出され第１の側辺３８の全長に渡る直線状の傾斜部４２を有する。この傾斜部４２の、境界辺３４の下端部３４ａから底辺３６の下端部３６ａへと延びる方向（図２、矢印Ａ参照）と、境界辺３４の下端部３４ａから上端部３４ｂへと延びる方向（図２、矢印Ｂ参照）との張る角θは、鈍角になっている。なお、上記二方向のなす２つの角の内、小さいほうを張る角θと定義している。また、第２の側辺４０は、境界辺３４にほぼ垂直に延びている。
【００３７】
次に、上記構成の本実施形態の燃料電池の作用について説明する。燃料電池によって発電を行う際には、燃料供給管３０ａから燃料側流路２４ａに燃料を供給し、酸化剤供給管３０ｂから酸化剤側流路２４ｂに酸化剤を供給する。燃料としては例えば水素ガス、アルコール水溶液、又はアルカリ水溶液（例えば水素化ホウ素ナトリウム水溶液）を用い、酸化剤としては例えば空気、酸素ガスを用いる。燃料は燃料側流路２４ａを流れて燃料側電極１６ａに接し、酸化剤は酸化剤側流路２４ｂを流れて酸化剤側電極１６ｂに接する。この結果、電解質膜１４を介して化学反応が進行し、発電が行われる。
【００３８】
化学反応の結果、酸化剤側電極１６ｂでは水、アルカリ水溶液等の液体が発生する。酸化剤側電極１６ｂで発生した液体は、重力の作用により境界辺３４に沿って下端部３４ａへと移動する。そして、第１の側辺３８には境界辺３４の下端部３４ａから底辺３６の下端部３６ａへと全体に渡って傾斜部４２が形成されているため、第１の側辺３８の境界辺３４側端部へと移動した液体は重力の作用により酸化剤側電極１６ｂから離間する方向に移動を開始する。さらに、液体は、境界辺３４側から底辺３６側へと傾斜部４２上を移動し、第１の側辺３８の底辺３６側端部に溜まる。溜まった液体は、酸化剤流の圧力等により酸化剤側流路２４ｂを酸化剤排出孔２８ｂへと流される。
【００３９】
このような液体と同様に、化学反応の結果燃料側電極１６ａで生じた物質、反応しなかった燃料及び酸化剤は、燃料側流路２４ａ、酸化剤側流路２４ｂを移動し、燃料排出管３２ａ、酸化剤排出管３２ｂを通じて排出される。
【００４０】
従って、上記構成のものにあっては次の効果を奏す。第１に、境界辺３４は底辺３６よりも短くなっている。このため、液体を酸化剤側流路２４ｂの底辺３６側において効率的に移動することが可能となり、酸化剤側流路２４ｂ内の不要な液体を効率よく排出することが可能となっている。従って、酸化剤側電極１６ｂが液体によって遮蔽されることが少なくなっており、充分な化学反応の実効面積が確保されている。加えて、境界辺３４は底辺３６よりも小さく設定されているため、密着面２０ａの面積が充分に取られ、酸化剤側電極１６ｂと酸化剤側セパレータ１８ｂとの間に充分な密着性が確保されている。従って、酸化剤側流路２４ｂから燃料、酸化剤が漏れたり、酸化剤側電極１６ｂと酸化剤側セパレータ１８ｂとの間の電気伝導性が低下して集電効率が低下したりすることが防止されている。以上の二点より、燃料電池の発電効率が向上されている。
【００４１】
第２に、第１の側辺３８は、境界辺３４側から底辺３６側に向かって重力方向に下る傾斜部４２を有する。このため、傾斜部４２上の液体を重力の作用により境界辺３４側から底辺３６側へと移動することが可能となる。即ち、液体は酸化剤側電極１６ｂ近傍に滞留したり接近したりすることが少なく、また、底辺３６側に溜まるため溜まった液体が酸化剤側電極１６ｂまで達することが少なくなっている。従って、酸化剤側電極１６ｂが液体によって遮蔽されることがさらに少なくなっており、充分な化学反応の実効面積が確保されている。従って、燃料電池の発電効率がさらに向上されている。
【００４２】
第３に、境界辺３４の重力方向における下端部３４ａが、底辺３６の重力方向における下端部３６ａに比べて重力方向に見て上にある。このため、液体を重力の作用により境界辺３４の下端部３４ａから底辺３６の下端部３４ａまで移動することが可能となる。従って、第２の効果が増大されている。
【００４３】
第４に、傾斜部４２は境界辺３４の下端部３４ａから延出されている。このため、酸化剤側電極１６ｂで発生して第１の側辺３８の境界辺３４側端部へと移動した液体は、その位置に滞留することなく傾斜部４２によって酸化剤側電極１６ｂ近傍から離間する方向に効率よく移動するようになっている。
【００４４】
第５に、傾斜部４２は第１の側辺３８の全長に渡っている。このため、液体が傾斜部４２を境界辺３４側から底辺３６側へと移動する際には、途中で滞留することなく底辺３６側まで効率よく移動するようになっている。
【００４５】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に本実施形態の第１及び第２変形例を示す。これら変形例は、第１実施形態と酸化剤側流路２４ｂの断面形状が異なっている。図３（Ａ）に示されるように、第１変形例の酸化剤側流路２４ｂの第１の側辺３８は、境界辺３４の上端部３４ｂから下端部３４ａへと向かう方向に凹み、先端部に平坦部が形成されている。また、図３（Ｂ）に示されるように、第２変形例の第１の側辺３８は、第１の変形例の第１の側辺３８と同様に凹み、先端部が尖った形状となっている。これら第１及び第２変形例では、傾斜部４２は、境界辺３４の下端部３４ａから第１の側辺３８の中央部まで延びている。そして、この中央部に液体が溜まるようになっている。このとき、境界辺３４を底辺３６より短くすることで、中央部から境界辺３４に向かう傾斜部４２の傾きが、中央部から底辺３６に向かう傾きよりも大きくなるので、溜まった液体が電極面に近づきにくいという効果を奏する。
【００４６】
図４は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の酸化剤側流路２４ｂでは、図４に示されるように、第１の側辺３８の形状が第１実施形態と異なっている。第１の側辺３８は、境界辺３４側端部に境界辺３４にほぼ垂直な面取り部４６を有する。この面取り部４６は、酸化剤側電極１６ｂで生じた液体が酸化剤側電極１６ｂから離間するのを妨げない程度に小さな寸法を有する。即ち、実質的に境界辺３４と、第１の側辺３８との張る角θが鈍角となっている。
【００４７】
本実施形態の燃料電池は第１実施形態と同様な作用効果を奏する。加えて、第１の側辺３８の境界辺３４側端部には面取り部４６が形成されているため、この部分の強度が増大されており、変形が生じにくくなっている。
【００４８】
図５（Ａ）は、本発明の第３実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の酸化剤側流路２４ｂでは、図５（Ａ）に示されるように、第２の側辺４０の形状が第１実施形態と異なっている。ここで、第１の側辺３８の傾斜部４２を第１の傾斜部４２と称する。第２の側辺４０は、第１の側辺３８の第１の傾斜部４２と同様な第２の傾斜部４４を有する。即ち、第２の傾斜部４４は、境界辺３４の上端部３４ｂから延出され第２の側辺４０の全長に渡って直線状に延びている。そして、第２の傾斜部４４の、境界辺３４の上端部３４ｂから底辺３６の上端部３６ｂへと延びる方向（図５（Ａ）、矢印Ａ’参照）と、境界辺３４の、上端部３４ｂから下端部３４ａへと延びる方向（図５（Ａ）、矢印Ｂ’参照）との張る角θ’は、鈍角となっている。
【００４９】
なお、本実施形態では、境界辺３４と底辺３６とはほぼ平行に配置されており、上記断面は、境界辺３４の中点と底辺３６の中点とを結ぶ直線に対し対称である。即ち、θ’とθとは等しくなっており、境界辺３４から底辺３６に向かって溝幅が増大している。
【００５０】
次に、上記構成の本実施形態の燃料電池の作用について説明する。境界辺３４の上端部３４ｂから下端部３４ａへと向かう方向が重力方向とほぼ一致するように燃料電池を配置した場合には第１の側辺３８の第１の傾斜部４２上を液体が移動し、境界辺３４の下端部３４ａから上端部３４ｂへと向かう方向が重力方向とほぼ一致するように燃料電池を配置した場合には第２の側辺４０の第２の傾斜部４４上を液体が移動する。
【００５１】
従って、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。燃料電池が搭載される機器、例えば、デジタルカメラ、携帯電話等の携帯機器を使用する際には、上下が反転されて使用される場合が想定される。このような機器においては、本実施形態の燃料電池をその境界辺３４の方向が機器の上下方向に一致するように搭載することにより、機器を上下を反転させて使用する場合であっても第１実施形態と同様な効果を得ることが可能である。また、燃料電池自体の組立の際に、上下逆に取付けても構わないので、燃料電池の組立が容易になる。さらに、携帯機器に限らず、様々な機器に組み付ける際に、上下を気にしなくても良いので、機器への組み付けが容易になる。
【００５２】
図５（Ｂ）は、本発明の第３実施形態の変形例を示す。この変形例は、第３実施形態において、第１実施形態のタイプの側辺３８，４０を第２実施形態のタイプの側辺３８，４０に変更したものである。その他、第３実施形態において、第１実施形態のタイプの側辺３８，４０の少なくとも１つを、第１実施形態又は第１実施形態の第１若しくは第２変形例のタイプの側辺３８，４０に変更する等の変形が可能である。
【００５３】
以下、図６を参照して、本発明の第４実施形態の燃料電池の製造方法について説明する。本実施形態の製造方法は、半導体製造技術を利用したマイクロマシン技術を用いるものである。まず、酸化剤側セパレータ１８ｂ（図６（Ｇ）参照）の製造方法を説明する。
【００５４】
（工程１）図６（Ａ）に示されるように、第１の部材として面方位（１００）の単結晶シリコン基板４８を準備する。ここで便宜上、図中下側の面を第１の面５０ａ、上側の面を第２の面５０ｂと称する。
【００５５】
（工程２）図６（Ｂ）に示されるように、シリコン基板４８の両面５０ａ，５０ｂにＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によってシリコン窒化膜５２等を成膜する（以下、シリコン窒化膜５２が成膜されたとして説明する）。
【００５６】
（工程３）図６（Ｃ）に示されるように、シリコン基板４８の第２の面５０ｂに成膜されたシリコン窒化膜５２の内、酸化剤側流路２４ｂ（図６（Ｇ）参照）を形成したい位置にあるシリコン窒化膜５２をフォトリソグラフィ等によって除去する。
【００５７】
（工程４）図６（Ｄ）に示されるように、シリコン基板４８を水酸化カリウム水溶液等で結晶異方性エッチングする。
【００５８】
（工程５）図６（Ｅ）に示されるように、全てのシリコン窒化膜５２を燐酸等で除去する。この結果、シリコン基板４８に貫通孔が形成される。この貫通孔は、工程４で説明したように結晶異方性エッチングで形成されているため、第２の面５０ｂの開口は第１の面５０ａの開口よりも大きい。また、その貫通する方向に垂直な断面の断面積は第２の面５０ｂの開口から第１の面５０ａの開口へと単調に変化、ここでは単調減少している。
【００５９】
本実施形態では、貫通孔として貫通溝部５４が形成される。この貫通溝部５４の長手方向に垂直な断面の形状は、第３実施形態の酸化剤側流路２４ｂ（図５（Ａ）参照）の長手方向に垂直な断面の形状と同様なものである。
【００６０】
即ち、貫通溝部５４の断面は、第１の面５０ａに形成された第１の開口５６ａによって規定される第１の境界辺３４と、第２の面５０ｂに形成された第２の開口５６ｂによって規定される第２の境界辺３６とを有する。さらに、貫通溝部５４の断面は、第１の境界辺３４の一端から第２の境界辺３６の一端に延びる第１の側辺３８と、第１の境界辺３４の他端から第２の境界辺３６の他端に延びる第２の側辺４０とを有する。貫通溝部５４の第１の境界辺３４、第２の境界辺３６、第１の側辺３８及び第２の側辺４０は、第３実施形態（図５（Ａ）参照）の酸化剤側流路２４ｂの境界辺３４、底辺３６、第１の側辺３８及び第２の側辺４０に対応するものである。  
（工程６）図６（Ｆ）に示されるように、貫通溝部５４の第２の開口５６ｂを塞ぐように、第２の部材としてのガラス基板５８等を陽極接合によりシリコン基板４８の第２の面５０ｂに接合する（以下、ガラス基板５８が接合されたとして説明する）。なお、ガラス基板５８に代わって、シリコン基板、ガラス・エポキシ基板、プラスチック基板等を用いることが可能である。この場合には、接着剤等により接合が行われる。
【００６１】
（工程７）図６（Ｇ）に示されるように、互いに接合されたシリコン基板４８とガラス基板５８との全体に導電膜６０を成膜する。例えば、金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属膜をめっき、蒸着法等で形成する。代わって、金属膜以外の炭素膜等を形成してもよい。
【００６２】
以上により、酸化剤側セパレータ１８ｂが製造される。この酸化剤側セパレータ１８ｂを用いて以下のように燃料電池を製造する。即ち、酸化剤側電極１６ｂの一側面に電解質膜１４を積層する。そして、酸化剤側電極１６ｂの他側面に酸化剤側セパレータ１８ｂを積層する。この際、酸化剤側セパレータ１８ｂの第１の面５０ａが酸化剤側電極１６ｂの他側面に密着し、かつ、第１の開口５６ａが酸化剤側電極１６ｂの他側面によって塞がれるように酸化剤側セパレータ１８ｂを積層する。このようにして、燃料電池を製造する。
【００６３】
従って、上記方法にあっては次の効果を奏する。半導体製造技術を利用したマイクロマシン技術によって酸化剤側セパレータ１８ｂを製造している。このため、形状精度のよい酸化剤側セパレータ１８ｂを安価に提供することが可能となっている。さらに、かかる製造方法によれば形状精度のよい微少なセパレータを安価に製造することができ、燃料電池の小型化に対応することが可能となっている。また、断面積の大きな開口から断面積の小さな開口に向かって貫通孔を開けるので、中刳り加工の必要がなく、加工が容易であるという効果も期待できる。特に、小型の燃料電池においては、この効果は特に重要である。
【００６４】
以下、本発明の第５実施形態の燃料電池の製造方法を説明する。本実施形態では、丸みを帯びた第１及び第２の側辺４０を有する貫通溝部５４を形成する。本実施形態では、シリコン基板４８に代わって、ガラス基板、ガラス・エポキシ基板等を用いることが可能である。エッチング工程においては、水酸化カリウム水溶液等による異方性エッチングに代わって、フッ化水素水溶液と硝酸との混合液やプラズマエッチング装置等による等方性エッチングを行う。このように、本実施形態では基板の材料選択の幅が広がっている。
【００６５】
以下、本発明の第６実施形態の燃料電池の製造方法を説明する。本実施形態では、第５実施形態のガラス基板、ガラス・エポキシ基板等に代わって、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の金属基板を用いる。エッチング工程においては、酸系のエッチング液やプラズマエッチング装置等で等方性エッチングを行う。本実施形態では、金属基板を用いることにより酸化剤側セパレータ１８ｂの導電性が向上されているため、発電効率が向上されている。当該金属基板から電流を取り出す場合は前記工程７は省略可能で、この場合製造工程がより簡単になる。
【００６６】
以上説明したような酸化剤側流路２４ｂの断面形状を、燃料側流路２４ａの断面形状に適用することが可能である。例えば、燃料として水素ガス等の燃料ガスを用い、電解質膜１４としてＮａｆｉｏｎを用いる場合には、燃料ガスを加湿して供給する場合がある。この場合、燃料ガス中の水分のいくらかは電解質膜１４の加湿に用いられずに燃料側流路２４ａにおいて結露し、液体が生成されることがある。このような場合には、酸化剤側流路２４ｂの断面形状を燃料側流路２４ａの断面形状に適用することにより、生成された液体による燃料側電極１６ａの遮蔽を防止することが可能となる。
【００６７】
上記全ての実施形態及び変形例ではセル体１２が１つである場合について説明したが、本発明は、複数のセル体１２を積層して電気的に直列に接続することにより所望の起電力を得るスタック型の燃料電池に適用することが可能である。この場合には、燃料側電極１６ａと酸化剤側電極１６ｂとの間に配置されているセパレータについては、燃料側電極１６ａに密着される一側面には燃料側溝部２２ａを形成し、酸化剤側電極１６ｂに密着される他側面には酸化剤側溝部２２ｂを形成することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、燃料電池の発電効率を向上することが可能な、電解質膜の一側面に電極を配置した膜電極構造体に電極の一側面に密着するように配置されるセパレータ、このようなセパレータの製造方法、及び、このようなセパレータを有する燃料電池を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１実施形態の燃料電池のセル体周辺を示す側面図、（Ｂ）は、同実施形態のセル体を示す分解図。
【図２】本発明の第１実施形態の燃料電池の酸化剤側流路を図１（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断して示す断面図。
【図３】（Ａ）は、本発明の第１実施形態の第１変形例の燃料電池の酸化剤側流路の断面を示す図、（Ｂ）は、同実施形態の第２変形例の燃料電池の酸化剤側流路の断面を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態の燃料電池の酸化剤側流路の断面を示す図。
【図５】（Ａ）は、本発明の第３実施形態の燃料電池の酸化剤側流路の断面を示す図、（Ｂ）は、同実施形態の変形例の燃料電池の酸化剤側流路の断面を示す図。
【図６】（Ａ）は、本発明の第４実施形態の燃料電池の製造方法における、酸化剤側セパレータの製造方法の第１の部材を準備する工程を示す断面図、（Ｂ）は、第１の部材の両面を成膜する工程を示す断面図、（Ｃ）は、膜の一部を除去する工程を示す断面図、（Ｄ）は、エッチングする工程を示す断面図、（Ｅ）は、膜の全部を除去する工程を示す断面図、（Ｆ）は、第２の部材を接合する工程を示す断面図、（Ｇ）は、第１及び第２の部材を成膜する工程を示す断面図。
【図７】従来技術の燃料電池のセル体を示す断面図。
【符号の説明】
【００７０】
１４…電解質膜、１６ａ，１６ｂ…電極、１７…膜電極構造体、１８ａ，１８ｂ…セパレータ、２０ａ，２０ｂ…密着面、２２ａ，２２ｂ…溝部、３４…境界辺、３６…底辺、３８，４０…側辺、４２，４４…傾斜部。
【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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