(57)【要約】【課題】燃料電池単セルのピッチの増加を招くことなく、流路形状を自由に変えることができるセパレータを提供する。【解決手段】発電用ガスによって発電する燃料電池に用いられるセパレータ（２０）において、セパレータ本体の中央部をプレス加工することによって形成される表面の第１の流路（２１）と裏面の第２の流路（２２）と、セパレータ本体の表面の両端に配置され、第１の流路（２１）に連なり、発電用ガスを整流する第１の流路リブ（１０１）と、セパレータ本体の裏面の両端に配置され、第２の流路（２２）に連なり、発電用ガス又は冷却媒体を整流する第２の流路リブ（１０３）とを備え、第１の流路リブ（１０１）と第２の流路リブ（１０３）とは、セパレータ本体とは異なる素材で、かつ互いに独立して形成されたことを特徴とする燃料電池セパレータを提供する。【選択図】図３
2007172874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用ガスが膜電極接合体に供給されて発電する燃料電池に用いられるセパレータにおいて、
導電性の部材で構成されるセパレータ本体と、
前記セパレータ本体の中央部をプレス加工することにより、前記セパレータ本体の表面に形成され、前記発電用ガスを導く溝状の第１の流路と、
前記プレス加工により前記セパレータ本体の裏面に形成され、前記第１の流路と並列であり、前記発電用ガス又は冷却媒体を導く溝状の第２の流路と、
前記セパレータ本体の表面の少なくとも一方の端部に配置され、前記第１の流路に連なり、前記発電用ガスを整流する第１の流路リブと、
前記セパレータ本体の裏面の少なくとも一方の端部に配置され、前記第２の流路に連なり、前記発電用ガス又は前記冷却媒体を整流する第２の流路リブと、
を備え、
前記第１の流路リブと前記第２の流路リブとは、前記セパレータ本体とは異なる素材で、かつ互いに独立して形成されたことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記セパレータ本体に貫通形成され、前記第１の流路に前記発電用ガスを供給する第１の入口孔と、
前記セパレータ本体に貫通形成され、前記第２の流路に前記発電用ガス又は前記冷却媒体を供給する第２の入口孔と、
前記セパレータ本体に貫通形成され、前記第１の流路から前記発電用ガスを排出する第１の出口孔と、
前記セパレータ本体に貫通形成され、前記第２の流路から前記発電用ガス又は前記冷却媒体を排出する第２の出口孔と、
を備えることを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記セパレータ本体は金属板である、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記第１の流路リブ及び第２の流路リブは、前記セパレータ本体に弾性部材を射出成形することによって一体成形される、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記第１の流路リブ及び第２の流路リブは、ゴムで成形される、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記第１の流路リブ及び第２の流路リブは、樹脂で成形される、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記セパレータ本体に配置され、前記発電用ガス又は前記冷却媒体をシールするリブ状のシール部を有し、
前記第１の流路リブ及び第２の流路リブの硬度が前記シール部の硬度よりも高い、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記第１の流路リブと、前記第２の流路リブとの交点であって、前記セパレータ本体を貫通するスルーホールを有し、
前記第１の流路リブと、前記第２の流路リブとが前記スルーホールを通して連続する、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料電池セパレータを用いて構成することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１０】
発電用ガスが膜電極接合体に供給されて発電する燃料電池に用いられるセパレータの製造方法であって、
前記セパレータ本体の中央部をプレス加工することにより、前記セパレータ本体の表面の前記発電用ガスを導く溝状の第１の流路と、前記セパレータ本体の裏面の前記発電用ガス又は冷却媒体を導く溝状の第２の流路とを成形する流路成形工程と、
前記発電用ガス及び冷却媒体をシールするリブ状のシール部と、前記セパレータ本体の表裏の両端に配置され前記流路に連なり前記発電用ガス又は冷却媒体を整流する流路リブとを、弾性部材を射出成形することによって一体成形する射出工程と、
を備えることを特徴とするセパレータの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセパレータの製造方法であって、
前記プレス加工によって、前記セパレータ本体を貫通し、前記第１の流路に前記発電用ガスを供給する第１の入口孔と、前記セパレータ本体を貫通し、前記第２の流路に前記発電用ガス又は前記冷却媒体を供給する第２の入口孔と、前記セパレータ本体を貫通し、前記第１の流路から前記発電用ガスを排出する第１の出口孔と、前記セパレータ本体を貫通し、前記第２の流路から前記発電用ガス又は前記冷却媒体を排出する第２の出口孔とを成形する孔成形工程を備えることを特徴とするセパレータの製造方法。
【請求項１２】
発電用ガスが膜電極接合体に供給されて発電する燃料電池に用いられるセパレータの製造方法であって、
前記セパレータ本体の表面の第１の流路リブと、前記セパレータ本体の裏面の第２の流路リブとの交点に、スルーホールを形成するスルーホール形成工程と、
前記スルーホールを覆うように、前記第１の流路リブの形状と略同一の内壁で囲まれた空間を有し射出口備えた第１金型を前記第１の流路リブの位置に配置し、前記第２の流路リブの形状と略同一の内壁で囲まれた空間を有する第２金型を前記第２の流路リブの位置に配置する金型配置工程と、
前記射出口から、前記第１金型と前記第２金型との型内壁で囲まれた空間に、弾性材料を射出する射出工程と、
前記弾性材料を硬化する硬化工程と、
を備えることを特徴とする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、燃料電池セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池スタック（以下「燃料電池スタック」という）は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下「ＭＥＡ」という）及び両面に流路を有する一対のセパレータからなる単セルを積層することによって構成される。ＭＥＡは、電解質膜の一方の面に形成されたアノード電極と、他方の面に形成されたカソード電極とから構成される。
【０００３】
アノード電極に接するセパレータの流路には、水素Ｈ2を含有するアノードガスが流通する。
【０００４】
このことによってアノード電極では以下の反応が生じる。
アノード電極：２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-・・・（１）
このようにしてアノード電極で生成したプロトンＨ+は、電解質膜を透過してカソード電極に到達する。また電子ｅ-は外部回路を通ってカソード電極に到達する。
【０００５】
カソード電極に接するセパレータの流路には、酸素Ｏ2を含有するカソードガスが流通する。
【０００６】
このカソードガスは、カソード電極に到達したプロトンＨ+及び電子ｅ-と反応する。このことによってカソード電極では以下の反応が生じる。
カソード電極：Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ・・・（２）
各単セル間では、隣接するセパレータの裏面の流路によって、冷却水流路が形成される。この冷却水流路を流通する冷却水は、単セルが発生する熱を吸収する。
【０００７】
さて、セパレータは、その役割として、燃料電池スタックの各単セルを分離すること及び各電極に各ガスを行きわたらせることが必要である。また燃料電池スタックを積層して電池として機能させるために、セパレータは、導電体であることが必要である。さらに燃料電池スタックのスペース効率を良くするために、セパレータは薄いことが必要である。
【０００８】
このようなことから、従来の燃料電池用のセパレータは、金属製の薄板をプレス加工することによって製造され、両面に上述した流路が形成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３５４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、金属薄板からプレス加工によってセパレータの両面の流路を成形すると、ガスを案内する一方の面の流路の形状は、冷却媒体を案内する他方の面の流路の形状の影響を受けることになる。このことから、流路形状に制約が生じ、従来のセパレータでは、各ガスの分配が不均一になるおそれがあった。この一方では、このガスの分配の不均一を解消するために、中央付近の流路のみがプレス加工によって成形され、その他の流路が、プレス加工によって製造された別部品が貼り付けられることによって成形されていた。しかし、この場合では、別部品の流路が別部品自体の板厚によってガスや冷却媒体の流量を十分に確保することができないおそれがあった。そして、この流量を十分に確保しようとすると、別部品自体の板厚によって、単セルのセルピッチを増加させなければならないという問題が生じるおそれがあった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、単セルのセルピッチ増加を招くことなく、セパレータの中央付近以外の流路形状を自由に変え、これにより各ガスの分配を適切に行うことができる燃料電池セパレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１２】
発電用ガスが膜電極接合体に供給されて発電する燃料電池に用いられるセパレータにおいて、導電性の部材で構成されるセパレータ本体と、前記セパレータ本体の中央部をプレス加工することにより、前記セパレータ本体の表面に形成され、前記発電用ガスを導く溝状の第１の流路と、前記プレス加工により前記セパレータ本体の裏面に形成され、前記発電用ガスを導く流路と並列であり、前記発電用ガス又は冷却媒体を導く溝状の第２の流路と、前記セパレータ本体の表面の少なくとも一方の端部に配置され、前記第１の流路に連なり、前記発電用ガスを整流する第１の流路リブと、前記セパレータ本体の裏面の少なくとも一方の端部に配置され、前記第２の流路に連なり、前記発電用ガス又は前記冷却媒体を整流する第２の流路リブとを備え、前記第１の流路リブと前記第２の流路リブとは、前記セパレータ本体とは異なる素材で、かつ互いに独立して形成されたことを特徴とする燃料電池セパレータを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、セパレータ本体の中央部の流路に連なる流路を、互いに独立した流路リブによって形成するため、従来のようにプレス加工による流路リブのように、その板厚分によって流量を十分に確保できないという問題が生じない。よって、流量を十分に確保するためにセルピッチを増加させることなく、流体を整流することができるセパレータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の燃料電池セパレータを用いる燃料電池スタック１０の斜視図である。燃料電池スタック１０は、自動車などの移動車両に用いられる燃料電池スタックである。
【００１５】
燃料電池スタック１０は、積層された複数の単セル１と、一対の集電板２と、一対の絶縁体３と、一対のエンドプレート４と、ナット５とを有する。
【００１６】
単セル１は、起電力を生じる固体高分子型燃料電池の単位セルである。各単セル１は、１ボルト（Ｖ）程度の起電圧を生じる。各単セル１の構成の詳細については後述する。
【００１７】
一対の集電板２は、積層された複数の単セル１の外側にそれぞれ配置される。集電板２は、ガス不透過性の導電性部材で形成され、例えば、緻密質カーボンによって形成される。集電板２は、上辺の一部に出力端子２ａを備える。燃料電池スタック１は、出力端子２ａによって、各単セル１で生じた電子ｅ-を取り出して出力する。
【００１８】
一対の絶縁板３は、集電板２の外側にそれぞれ配置される。絶縁板３は、絶縁性の部材で形成され、例えばゴムなどで形成される。
【００１９】
一対のエンドプレート４は、絶縁板３の外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４は、剛性を備える金属性の材料で形成され、例えば鋼などで形成される。
【００２０】
一対のエンドプレート４のうち、一方のエンドプレート４（図１では、手前のエンドプレート４）は、冷却水入口孔４１ａと、冷却水出口孔４１ｂと、アノードガス（発電用ガス）入口孔４２ａと、アノードガス出口孔４２ｂと、カソードガス（発電用ガス）入口孔４３ａと、カソードガス出口孔４３ｂとを有する。
【００２１】
エンドプレート４は、冷却水入口孔４１ａと、アノードガス出口孔４２ｂと、カソードガス入口孔４３ａとを同じ端側に有する。エンドプレート４は、冷却水出口孔４１ｂと、アノードガス入口孔４２ａと、カソードガス出口孔４３ｂとを同じ端側に有する。
【００２２】
４本のナット５は、一対のエンドプレート４の外側にそれぞれ配置される。４本のナット５は、エンドプレート４の四隅付近にそれぞれ配置される。ところで、燃料電池スタック１は内部に貫通した貫通孔（図示せず）を有する。この貫通孔にはテンションロッド（図示せず）が挿通される。テンションロッドは、剛性を備えた金属材料で形成され、例えば鋼などで形成される。テンションロッドは、単セル１同士の電気短絡を防止するため、表面には絶縁の処理が施されている。このテンションロッドの両端にナット５０が螺合する。ナット５０とテンションロッドとが燃料電池スタック１を積層方向に締め付ける。
【００２３】
図２は、本発明によるセパレータを用いた単セル１の側断面の一部を示す図である。この図では、セパレータの中央部の凹凸状の流路と、その流路に挟まれるＭＥＡ１１とが示されている。
【００２４】
単セル１は、ＭＥＡ１１と、セパレータ２０と、セパレータ３０と、ガスケット１２とを有する。単セル１は、ＭＥＡ１１の一方の側にセパレータ２０を有する。単セル１は、ＭＥＡ１１の他方の側にセパレータ３０を有する。
【００２５】
ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａと、アノード電極１１ｂと、カソード電極１１ｃとを有する。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａの一方の面にアノード電極１１ｂを有し、他方の面にカソード電極１１ｃを有する。
【００２６】
電解質膜１１ａは、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜１１ａは、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
【００２７】
アノード電極１１ｂは、ガス拡散層、撥水層、及び触媒層から構成される。
【００２８】
ガス拡散層は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって形成され、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスで形成される。撥水層は、ポリエチレンフルオロエチレンと炭素材を含む層である。触媒層は、白金が担持されたカーボンブラック粒子から形成される。
【００２９】
カソード電極１１ｃはアノード電極１１ｂと同様に構成されるため、詳細な説明は省略する。
【００３０】
セパレータ２０は、アノード電極１１ｂと接する。セパレータ２０は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する金属薄板によって製造される。
【００３１】
セパレータ２０は、一方の面に、ガス流路２１を有する。ガス流路２１はアノード電極１１ｂと接する。
【００３２】
セパレータ２０は、他方の面に、冷却水流路２２を有する。冷却水流路２２は、隣接するセパレータ３０の後述する冷却水流路３２と連続する。
【００３３】
セパレータ３０は、カソード電極１１ｃと接する。セパレータ３０は、セパレータ２０と略同等の構成のため、詳細な説明は省略する。セパレータ３０は、一方の面にガス流路３１を有する。ガス流路３２はカソード電極１１ｃと接する。セパレータ３０は、他方の面に冷却水流路３２を有する。
【００３４】
ガスケット１２（シール部）は、ゴム状弾性材料で形成され、例えばシリコンゴムで形成される。
【００３５】
ガスケット１２は、ガス流路２１、３１を流通するガスと、冷却水流路２２、３２を流通する冷却水とをシールする役割を果たす。ガスケット１２の詳細は以下に説明する。
【００３６】
以下、単セル１における発電反応ついて説明する。アノードガスは、アノードガス入口孔４２ａ（図１）から燃料電池スタック１０内へ流通し、ガス流路２１を流通する。アノードガスはガス流路２１を流通しながらアノード電極１１ｂと接する。このことにより、アノード電極１１ｂ上では、上記した式（１）の反応が生じる。ガス流路２１を流通し反応に利用されなかった余剰のアノードガスは、アノードガス出口孔４２ｂ（図１）から外部へ排出される。
【００３７】
一方、カソードガスは、カソードガス入口孔４３ａ（図１）から燃料電池スタック１０内へ流通し、ガス流路３１を流通する。カソードガスはガス流路３１を流通しながらカソード電極１１ｃと接する。カソード電極１１ｃ上では、カソードガスと、式（１）の反応で生じたプロトンＨ+、電子ｅ-とから、式（２）の反応が生じる。ガス流路３１を流通し反応に利用されなかった余剰のカソードガスはカソードガス出口孔４２ｂから外部へ排出される。
【００３８】
次いで、単セル１における冷却水の作用について説明する。
【００３９】
冷却水は、冷却水入口孔４１ａ（図１）から燃料電池スタック１０内へ流通し、冷却水流路２２、３２で形成される流路を流通する。この冷却水は冷却水流路２２、３２で形成される流路を流通しながら、セパレータ２０とセパレータ３０との熱を吸収する。このように熱を吸収した冷却水は冷却水出口孔４１ｂから外部へ排出される。
【００４０】
図３は、本発明によるセパレータの第１実施形態を示す図である。
【００４１】
図３（Ａ）は、ＭＥＡ１１側から見た本実施形態のセパレータ２０を示す図である。図中の点線は、セパレータ２０のＭＥＡ１１側とは反対側の面を示す点線である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す図である。図３（Ｃ）は、セパレータ２０上に配置される流路リブ１０１〜１０４を示す図である。
【００４２】
セパレータ２０は、中央部において、表面に複数の溝状のガス流路２１（第１の流路）を有し、裏面に複数の溝状の冷却水流路２２（第２の流路）を有する。ガス流路２１と冷却水流路２２とは、セパレータ２０（セパレータ本体）をプレス加工することによって形成されている。ガス流路２１と冷却水流路２２とは、それぞれセパレータ２０の長手方向に並列に直線に延びている。各ガス流路２１の間の裏面が冷却水流路２２である。
【００４３】
セパレータ２０は、左端に、アノードガス出口孔２１ｂ（第１の出口孔）と、冷却水入口孔２２ａ（第２の入口孔）と、カソードガス入口孔２３ａとを有する。各孔は貫通形成されている。アノードガス出口孔２１ｂは、セパレータ２０の左端上に配置される。冷却水入口孔２２ａは、セパレータ２０の左端中央に配置される。カソードガス入口孔２３ａは、セパレータ２０の左端下に配置される（図３（Ａ））。
【００４４】
セパレータ２０は、右端に、アノードガス入口孔２１ａ（第１の入口孔）と、冷却水出口孔２２ｂ（第２の出口孔）と、カソードガス出口孔２３ｂとを有する。各孔は貫通形成されている。カソードガス出口孔２３ｂは、セパレータ２０の右端上に配置される。冷却水出口孔２２ｂは、セパレータ２０の右端中央に配置される。アノードガス入口孔２１ａは、セパレータ２０の右端下に配置される。
【００４５】
ここで、アノードガス入口孔２１ａと、アノードガス出口孔２１ｂと、カソードガス入口孔２３ａと、カソードガス出口孔２３ｂとは略同等の形状である。また、冷却水入口孔２２ａと、冷却水出口孔２２ｂとは略同等の形状である。
【００４６】
セパレータ２０は、表面において、それぞれ冷却水入口孔２２ａと、冷却水出口孔２２ｂと、カソードガス入口孔２３ａと、カソードガス出口孔２３ｂとを囲むように上述したガスケット１２を備える。そして、セパレータ２０は、表面において、アノードガス入口孔２１ａとアノードガス出口孔２１ｂとを連続させるようにガスケット１２を備える。このことにより、セパレータ２０の表面では、アノードガスのみが流通し、冷却水とカソードガスとは流通しないのである。
【００４７】
本発明の理解を容易にするために、上述したアノードガスが流通する領域を、アノードガス流路領域２４ａとして以下に説明する。
【００４８】
アノードガス流路領域２４ａは、アノードガス入口孔２１ａから、左に向かってセパレータ２０の幅と略同一の幅になるように広がる。そして、アノードガス流路領域２４ａは、アノードガス出口孔２１ｂに向かってすぼまる。
【００４９】
アノードガス流路領域２４ａは、入口側流路領域２５ａと、出口側流路領域２６ａとを備える。入口側流路領域２５ａは、アノードガス入口孔２１ａからガス流路２１に向かって広がっている領域である。出口側流路領域２６ａは、ガス流路２１からアノードガス出口孔２１ｂに向かってすぼまっている領域である。
【００５０】
セパレータ２０は、入口側流路領域２５ａにおいて、複数の流路リブ１０１（第１の流路リブ）を有する。流路リブ１０１は、アノードガス入口孔２１ａからガス流路２１へ向かうアノードガスを整流する。具体的には、流路リブ１０１は、セパレータ２０の右端下からセパレータ２０の幅いっぱいに広がるようにアノードガスを整流する。
【００５１】
流路リブ１０１は、アノードガス入口孔２１ａ側に４つ、ガス流路２１側に４つ形成される。流路リブ１０１は、セパレータ２０の長手方向に細長い形状である。各流路リブ１０１は、その間隔がアノードガス入口孔２１ａからガス流路２１へ向かって広がる放射状に配置される。各流路リブ１０１の幅は、ガス流路２１の幅よりも細い。各流路リブ１０１は、ガスケット１２と略同一の高さである（図３（Ｂ））。以上の構成により流路リブ１０１は、アノードガスをアノードガス入口孔２１ａからガス流路２１へスムーズに拡散する。
【００５２】
セパレータ２０は、出口側流路領域２６ａにおいて、複数の流路リブ１０２を有する。流路リブ１０２は、ガス流路２１からアノードガス出口孔２１ｂへ向かうアノードガスを整流する。具体的には、流路リブ１０２は、セパレータ２０の幅いっぱいからセパレータ２０の左端上に集めるようにアノードガスを整流する。
【００５３】
流路リブ１０２は流路リブ１０１と略同等に、アノードガス出口孔２１ｂからガス流路２１へ向かって広がる放射状に配置される。流路リブ１０２は、流路リブ１０１と略同等の形状であるため、詳細な説明は省略する。以上の構成により流路リブ１０２は、アノードガスをガス流路２１からアノードガス出口孔２１ｂへスムーズに集める。
【００５４】
セパレータ２０は、裏面において、それぞれアノードガス入口孔２１ａと、アノードガス出口孔２１ｂと、カソードガス入口孔２３ａと、カソードガス出口孔２３ｂとを囲むように上述したガスケット１２を備える。そして、セパレータ２０は、裏面において、冷却水入口孔２２ａと冷却水出口孔２２ｂとを連続させるようにガスケット１２を備える（図３（Ａ）点線）。このことにより、セパレータ２０の裏面では、冷却水のみが流通し、アノードガスとカソードガスとは流通しないのである。ここで、セパレータ２０の裏面のガスケット１２の高さは、表面のガスケット１２の高さと略同等である。
【００５５】
本発明の理解を容易にするために、上述した冷却水が流通する領域を、冷却水流路領域２４ｂとして以下に説明する。
【００５６】
冷却水流路領域２４ｂは、セパレータ２０の中央においてアノードガス流路領域２４ａと略同等の形状を有する一方、セパレータ２０の両端においては異なる形状を有する。
【００５７】
冷却水流路領域２４ｂは、入口側流路領域２６ｂと、出口側流路領域２５ｂとを備える。入口側流路領域２６ｂは、出口側流路領域２６ａの裏面に配置される。出口側流路領域２５ｂは、入口側流路領域２５ａの裏面に配置される。
【００５８】
入口側流路領域２６ｂは、冷却水入口孔２２ａから冷却水流路２２に向かって広がっている領域である。入口側流路領域２６ｂには、流路リブ１０４が配置される。流路リブ１０４は流路リブ１０１、１０２と略同等の形状である。流路リブ１０４は、流路リブ１０１、１０２と同様に冷却水入口孔２２ａから冷却水流路２２へ向かって広がる放射状に配置される。ここで、流路リブ１０２はセパレータ２０の左端上から広がる放射状に配置されているのに対して、その裏面の流路リブ１０４は左端中央から広がる放射状に配置されている。このことから、セパレータ２０を挟んで、流路リブ１０２と流路リブ１０４とは並列に配置されない（図３（Ａ）の実線及び点線）。
【００５９】
出口側流路領域２５ｂは、冷却水流路２２から冷却水出口孔２２ｂへ向かってすぼまっている領域である。出口側流路領域２５ｂには、流路リブ１０３（第２の流路リブ）が配置される。流路リブ１０３は流路リブ１０１、１０２と略同等の形状である。流路リブ１０３は、流路リブ１０４と略同等に配置されるため詳細な説明は省略する。ここで、流路リブ１０２と流路リブ１０４との関係と同様に、流路リブ１０３と流路リブ１０１とは、セパレータ２０を挟んで並列には配置されない（図３（Ａ）の実線及び点線）。
【００６０】
流路リブ１０１〜１０４は、セパレータ２０とは別部材であって、後述のように金型を入口側流路領域２５ａ、出口側流路領域２６ａ、入口側流路領域２６ｂ、出口側流路領域２５ｂに直接載置してゴムを射出して一体成形する。流路リブ１０１〜１０４は、それぞれセパレータ２０に対して垂直に直立するように形成される（図３（Ｃ））。
【００６１】
セパレータ３０は、セパレータ２０と略同等の構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
図６は、燃料電池に用いる従来のセパレータに関する図である。図６（Ａ）は、セパレータ６０のＭＥＡ１１側の面の一部を示す図である。図中の矢印は、アノードガスの流れを示す矢印である。図６（Ｂ）は、セパレータ６０をＢ−Ｂで切断したときの断面を示す図である。
【００６３】
従来の流路リブ６００はプレス加工によって成形されている点で、射出成形によって成形される本発明の流路リブ１０１〜１０４とは異なる。
【００６４】
流路リブ６００は、セパレータ６０の製造とは別に、プレス加工によって製造されて、出口側流路領域２６ａに貼り付けられている（図６（Ｂ））。
【００６５】
流路リブ６００では、その板厚によって、凸部と凸部との間を流通するアノードガスの流量を十分に確保することができない。また、この流量を十分に確保しようとすると、その分だけ凸部を高くしなければならず、流路リブ６００によってセルピッチを増加させなければならないという問題が生じる。
【００６６】
このような流路リブ６００に対して、本発明では上記のように流路リブ１００〜１０４を形成したので、以下のように従来の問題を解決することができるのである。
【００６７】
セパレータ２０、３０は、上述した役割、必要性及び生産性から、金属薄板をプレス加工することによって全体が製造されることが望ましい。ここで、アノードガス入口孔２１ａ、アノードガス出口孔２１ｂ、冷却水入口孔２２ａ、冷却水出口孔２２ｂ、カソードガス入口孔２３ａ、カソードガス出口孔２３ｂと、両面の中央部の流路は、セパレータ２０、３０で共通するため、プレス加工によって形成することができる。
【００６８】
しかし、上述したように、セパレータ２０の入口側流路領域２５ａとその裏面の出口側流路領域２５ｂとでは、各領域を流通する流体の移動軌跡が並列ではない。同様に、出口側流路領域２６ａとその裏面の入口側流路領域２６ｂとでは、各領域を流通する流体の移動軌跡が並列ではない。これらのことから、セパレータ２０の中央部の両面に形成される流路とは異なり、セパレータ２０の両端の流路をプレス加工によって形成することは妥当ではない。
【００６９】
そこで、本発明では、上述したように、プレス加工によらない流路リブ１０１〜１０４によって、これらの領域の流体を整流することとしたのである。本発明では、流路リブ１０１〜１０４をセパレータ２０とは別部材で形成し、射出成形することによってセパレータ２０に一体成形することにしたのである。このように射出成形すると、流路リブ１０１〜１０４はセパレータ２０から垂直に直立する。このことから、流路リブ１０１〜１０４では、従来の流路リブ６００のように板厚分によって流量が十分に確保できないという問題は生じない。したがって、流路リブ１０１〜１０４では、十分に流量を確保するために単セル１のピッチを増加させなければならないという問題が生じないのである。
【００７０】
また、入口側流路領域２５ａでは流路リブ１０１を形成し、その裏面の出口側流路領域２５ｂでは流路リブ１０１とは別に流路リブ１０３を形成している。したがって、入口側流路領域２５ａと出口側流路領域２５ｂでは、それぞれ必要な分だけ流路リブ１０１と流路リブ１０３とを形成することができる。出口側流路領域２６ａと入口側流路領域２６ｂについても同様にいえる。よって、各領域の流路リブの配置を必要最小限におさえることができ、セパレータ２０の製造を簡易にすることができるのである。
【００７１】
セパレータ３０は、上述したようにセパレータ２０と略同等に構成される。そして、セパレータ３０は、セパレータ２０の左端のアノードガス出口孔２１ｂと、冷却水入口孔２２ａと、カソードガス入口孔２３ａとを右端に有する。そしてセパレータ３０は、セパレータ２０の右端のアノードガス入口孔２１ａと、冷却水出口孔２２ｂと、カソードガス出口孔２３ｂとを左端に有する。その上でセパレータ２０と略同等にガスケット１２を備え、表面でカソードガスのみを流通させ、裏面で冷却水を流通させるのである。
【００７２】
ここで、アノードガス入口孔２１ａと、アノードガス出口孔２１ｂと、カソードガス入口孔２３ａと、カソードガス出口孔２３ｂとは略同等の形状である。また、冷却水入口孔２２ａと、冷却水出口孔２２ｂとは略同等の形状である。
【００７３】
このことから、セパレータ２０とセパレータ３０とは、同等の形状であり、本発明では、セパレータ２０と３０とを共有することが可能になるのである。
【００７４】
さらに金型をセパレータ２０に直接載置してゴムを射出して流路リブ１０１〜１０４を形成するので、流路リブ１０１〜１０４を製造したあとにセパレータ２０に貼り付ける必要がない。よって、製造工程を少なくできるのである。
【００７５】
（第２実施形態）
図４は、本発明によるセパレータの第２実施形態を示す図である。なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００７６】
図４（Ａ）は、セパレータ２０の表面を示す図である。なお、図中の丸枠の点線は、スルーホールＨを示す点線である。図４（Ｂ）は、セパレータ２０をＢ−Ｂで切断したときの断面を示す図である。図４（Ｃ）は、流路リブ１０１、１０３の製造方法について説明する図である。
【００７７】
セパレータ２０は、流路リブ１０１と、その裏面に配置される流路リブ１０３との交点に、スルーホールＨを有する（図４（Ａ）点線丸枠）。スルーホールＨは、セパレータ２０を貫通しており、流路リブ１０１と流路リブ１０３とが、スルーホールＨを通して連続している（図４（Ｂ））。
【００７８】
流路リブ１０２と、その裏面に配置される流路リブ１０４についても同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
本実施形態の流路リブ１０１、１０３の製造方法について説明する。
【００８０】
セパレータ２０の表面の流路リブ１０１と、流路リブ１０３との交点に、スルーホールＨを形成する（スルーホール形成工程）。
【００８１】
次の工程では、スルーホールＨを覆うように、射出口７１ａを有する金型７１（第１金型）と、射出口を有さない金型７２（第２金型）とを配置する（金型配置工程）。本実施形態では、金型７１を、流路リブ１０１を形成するように配置する。金型７２を、流路リブ１０３を形成するように配置する。ここで、金型７１の型内壁とセパレータ２０とで囲まれた空間の形状は、流路リブ１０３の形状と略同一である。また、金型７２の型内壁とセパレータ２０とで囲まれた空間の形状は、流路リブ１０３の形状と略同一の形状である。
【００８２】
次の工程では、射出口７１ａから、金型７１、７２の内壁で囲まれた空間に、ゴムを射出する（射出工程）。
【００８３】
次の工程では、上記のように射出されたゴムを硬化する（硬化工程）。
【００８４】
以上のようにして、ゴムが硬化するのを待って、金型７１、７２をセパレータ２０から取り外す。このようにして形成される流路リブ１０１と、流路リブ１０３とが、図４（Ｂ）で示される流路リブ１０１、１０３である。
【００８５】
流路リブ１０２と流路リブ１０４とも同様に形成されるため、詳細な説明は省略する。
【００８６】
本実施形態では、セパレータ２０にスルーホールＨを設けたので、セパレータの一方の側からゴムを射出することによって、両面の流路リブ１０１〜１０４を同時に成形することができる。よって、セパレータ２０の両方の側からゴムを射出して流路リブ１０１−１０４を形成する第１実施形態と比べて、製造工程をより簡素化することができるのである。
【００８７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００８８】
図５は、本発明のセパレータを用いた燃料電池スタック１０の断面を示す図である。
【００８９】
燃料電池スタック１０は、一方のエンドプレート４と絶縁板３との間に（図５右側）、第２エンドプレート４Ａを有し、エンドプレート４と第２エンドプレート４Ａとの間にバネなどの加圧装置６を備えてもよい。この場合、燃料電池スタック１０は、テンションロッド５によって、一対のエンドプレート４の間をより強く締め付けることができる。
【００９０】
また、それ以外にも、燃料電池スタック１０は、内部を挿通するテンションロッドによって締め付けるのではなく、外部で一対のエンドプレート４同士をテンションロッドによって締め付ける構成にしてもよい。
【００９１】
燃料電池スタック１０は、自動車以外に用いられてもよい。
【００９２】
集電板２は、ガス不透過な導電性部材であれば、銅板などによって形成されてもよい。
【００９３】
絶縁板３は、絶縁性部材であれば、樹脂などによって形成されてもよい。
【００９４】
エンドプレート４、第２エンドプレート４Ａは、剛性を備えた材料であれば、鋼などの金属材料以外の部材で形成されてもよい。
【００９５】
テンションロッド５は、剛性を備えた材料であれば、鋼などの金属材料以外の部材で形成されてもよい。
【００９６】
電解質膜１１ａは、プロトン伝導性のイオン交換膜であって湿潤状態で良好な電気伝導性を示すものであればよく、フッ素系樹脂以外の固体高分子材料によって形成されてもよい。
【００９７】
アノード電極１１ｂ及びカソード電極１１ｃを形成するガス拡散層は、充分なガス拡散性及び導電性を有する部材であればカーボンクロスに限られず、カーボンペーパー、カーボンフェルトなどによって構成されてもよい。
【００９８】
アノード電極１１ｂ及びカソード電極１１ｃを形成する触媒層は、ガス拡散層に担持され電極を形成するとは限らず、電解質膜１１ａの表面に、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が担持されていてもよい。この場合、アノード電極１１ｂおよびカソード電極１１ｃは、ガス拡散層の表面に撥水層が積層されたガス拡散層接合体で形成される。
【００９９】
セパレータ２０、３０は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する材料によって形成されればよく、カーボン材料をプレス加工することによって製造されてもよい。
【０１００】
ガスケット１２は、ＥＰＤＭまたはフッ素ゴム等のゴム状弾性材料によって形成されてもよい。ガスケット１２はセパレータ２０、３０あるいは弾性係数の大きい薄板材料で成形されるセパレータに一体化されていてもよい。弾性係数の大きい薄板材料は例えば、ポリカーボネ-ト、ポリエチレンテレフタレートのような材料で形成されており、電解質膜１１ａに例えば熱硬化型フッ素系あるいは熱硬化型シリコンのような液状シールによって接着される。
【０１０１】
流路リブ１０１〜１０４は、樹脂、エラストマーなどを射出成形することによって一体成形されてもよい。
【０１０２】
流路リブ１０１〜１０４とガスケット１２とを同一の工程で、同時に配置してもよい。この場合のセパレータ２０の製造工程について説明する。
【０１０３】
セパレータ２０では、金属薄板をプレス加工することによって、アノードガス入口孔２１ａと、アノードガス出口孔２１ｂと、冷却水入口孔２２ａと、冷却水出口孔２２ｂと、カソードガス入口孔２３ａと、カソードガス出口孔２３ｂとを成形し（孔成形工程）、
ガス流路２１及び冷却水流路２２を成形する（流路成形工程）。
【０１０４】
次に、セパレータ２０の表面と裏面とを流通するアノードガス、カソードガス及び冷却水をシールするガスケット１２と、流路リブ１０１〜１０４とを、同時に、上記射出成形によって配置する（射出工程）。
【０１０５】
セパレータ３０は、セパレータ２０と略同等に製造するため、詳細な説明は省略する。
【０１０６】
本発明では、このようにガスケット１２と流路リブ１０１〜１０４とを同時に同等の工程で配置することで、セパレータ２０、３０の製造工程を減少させることができるのである。
【０１０７】
流路リブ１０１〜１０４の部材は、ガスケット１２の部材よりも高い硬度であってもよい。
【０１０８】
単セル１が積層方向に強く締め付けられ、この力によってガスケット１２が変形するおそれがある。しかし、上記したように、流路リブ１０１〜１０４をガスケット１２の部材よりも高い硬度の部材で形成すれば、流路リブ１０１〜１０４によってガスケット１２の変形が抑えられる。よってこの場合は、ガスケット１２の変形によってシール性能が低下することが防止されるのである。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明によるセパレータを用いた燃料電池スタックを示す図である。
【図２】本発明によるセパレータを用いた単セルの側断面の一部を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態のセパレータに関する図である。
【図４】本発明の第２実施形態のセパレータに関する図である。
【図５】本発明のセパレータを用いた燃料電池スタックを示す図である。
【図６】従来の燃料電池用セパレータについて説明する図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１      単セル
２      集電板
３      絶縁板
４、４Ａ      エンドプレート
１２    ガスケット（シール部）
２０、３０    セパレータ
２１、３１    ガス流路
２２、３２    冷却水流路
２５ａ、２６ｂ    入口側流路領域
２５ｂ、２６ａ    出口側流路領域
１０１、１０２、１０３、１０４    流路リブ
Ｈ      スルーホール
【図１】
2007172874.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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