(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の柱状導電性ロッドが中間部位を平板状の樹脂基板にて保持されて同樹脂基板の両面に両端部を突出させてなる燃料電池用セパレータにおいて、前記各ロッドは少なくとも中間部位の表面にアンカー効果用の機能メッキを予め施した金属製のロッドであり、同ロッドと前記樹脂基板とは前記機能メッキと前記樹脂基板によるアンカー効果により密に結合されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
複数の柱状導電性ロッドを樹脂成形用型内にセットし、これらロッドの中間部位を射出成形にて形成される平板状の樹脂基板にて連結して製造する燃料電池用セパレータの製造方法であり、前記各ロッドを金属製として、同ロッドを樹脂成形用型内にセットする前に、前記各ロッドの少なくとも中間部位の表面に、前記樹脂基板の成形時に前記ロッドと前記樹脂基板との間にてアンカー効果を発揮する機能メッキを施したことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記樹脂基板の射出成形後に、前記各ロッドの両端突出部に高耐腐食性素材メッキを施したことを特徴とす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、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることで電気エネルギーを得るように構成した燃料電池に採用され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】
燃料電池用セパレータの一つとして、複数の柱状導電性ロッドが互いに平行な状態で中間部位を平板状の樹脂基板にて保持されて同樹脂基板の両面に両端部を突出させてなるもの（ピン型セパレータ）があり、例えば、特開平５−７４４６９号公報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した公報に示されている燃料電池用セパレータでは、柱状導電性ロッドとしてカーボン粉末を焼成して形成したカーボンロッドが採用されている。このカーボンロッドは、基本的に多孔質であり、ガス透過性（通気性）を有しているため、シール剤を含浸させてガス透過性を低下させる必要があって改善の余地がある。なお、カーボンロッドにシール剤を含浸させても十分にガス透過性を低下させることができないこともある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題に対処すべく、複数の柱状導電性ロッドが中間部位を平板状の樹脂基板にて保持されて同樹脂基板の両面に両端部を突出させてなる燃料電池用セパレータにおいて、前記各ロッドは少なくとも中間部位の表面にアンカー効果用の機能メッキを予め施した金属製のロッドであり、同ロッドと前記樹脂基板とは前記機能メッキと前記樹脂基板によるアンカー効果により密に結合されていること（請求項１に係る発明）に特徴がある。
【０００５】
また、本発明は、複数の柱状導電性ロッドを樹脂成形用型内にセットし、これらロッドの中間部位を射出成形にて形成される平板状の樹脂基板にて連結して製造する燃料電池用セパレータの製造方法であり、前記各ロッドを金属製として、同ロッドを樹脂成形用型内にセットする前に、前記各ロッドの少なくとも中間部位の表面に、前記樹脂基板の成形時に前記ロッドと前記樹脂基板との間にてアンカー効果を発揮する機能メッキを施したこと（請求項２に係る発明）に特徴がある。この場合において、前記樹脂基板の射出成形後に、前記各ロッドの両端突出部に高耐腐食性素材メッキ（例えば、金メッキ）を施すこと（請求項３に係る発明）が好ましい。
【０００６】
【発明の作用・効果】
本発明による燃料電池用セパレータ（請求項１に係る発明）、または本発明による燃料電池用セパレータの製造方法（請求項２または３に係る発明）によって製造された燃料電池用セパレータにおいては、各ロッドを金属製としたことで、各ロッド自体を通してのガス透過を実質的に無くすことができるとともに、各ロッドと樹脂基板との結合部での機能メッキと樹脂基板によるアンカー効果により、各ロッドと樹脂基板間にて良好なシール性が得られて各ロッドと樹脂基板との結合部を通してのガス透過を抑制することができ、当該セパレータでのガス透過を的確に防止することが可能である。
【０００７】
また、本発明による燃料電池用セパレータの製造方法（請求項３に係る発明）によって製造された燃料電池用セパレータにおいては、各ロッドの両端突出部に高耐腐食性素材メッキが施してあるため、ロッドの耐食性が良好となって、当該セパレータの耐久性を向上させることができるとともに、ロッドの金属素材として安価の金属素材を採用することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明による燃料電池用セパレータを含む燃料電池１０を概略的に示していて、この燃料電池１０は、水素を燃料ガスとしかつ空気を酸化剤ガスとする燃料電池である。また、この燃料電池１０は、ステンレス鋼等の導電体で形成された左右一対の集電板１１ａ，１１ｂと、ポリプロピレン等の合成樹脂絶縁体で形成された左右一対の支持板１２ａ，１２ｂとの間にて挟持される複数の電池機能部Ｓを備えていて、これらは複数本の連結ボルト１３にて一体的に連結されている。
【０００９】
各電池機能部Ｓは、図２に示したように、ポリプロピレン等の合成樹脂絶縁体で形成された左右一対の支持枠１４と、これらの間にて挟持される３枚のセパレータ１５、ポリプロピレン等の合成樹脂絶縁体で形成された４枚の保持枠１６および２枚の隔壁１７を備えている。各セパレータ１５は、ポリプロピレン等の合成樹脂絶縁体で形成された平板状の樹脂基板１５ａと、この樹脂基板１５ａに中間部位を保持されて互いに平行な複数の柱状導電性ロッド１５ｂを備えている。各隔壁１７は、イオン交換樹脂製の薄膜であるナフィオン（デュポン社製商品名）等で形成された固体電解質膜１７ａと、白金系触媒を坦持したカーボンクロスからなる多孔性の導電体で形成されて固体電解質膜１７ａの表裏両面に貼着された２枚の電極１７ｂ、１７ｃを備えている。
【００１０】
また、この燃料電池１０においては、各セパレータ１５が内部を二つに区画していて、一方の電極１７ｂ側に燃料ガスである水素が供給される反応室Ｒ１を形成し、他方の電極１７ｃ側に酸化剤ガスである空気が供給される反応室Ｒ２を形成している。また、隣り合う両電池機能部Ｓの側部に位置する両セパレータ１５間に冷却水が供給される冷却室Ｒ３を形成している。なお、左右一対の支持板１２ａ，１２ｂ、各支持枠１４、セパレータ１５、保持枠１６等には、図２および図３に示したように、水素流入孔Ｐ１、水素流出孔Ｐ２、空気流入孔Ｐ３、空気流出孔Ｐ４、冷却水流入孔Ｐ５、冷却水流出孔Ｐ６がそれぞれ形成されている。
【００１１】
また、この燃料電池１０においては、図２の左端に位置するセパレータ１５の各ロッド１５ｂが左方の集電板１１ａと電極１７ｂに当接し、図２の右端に位置するセパレータ１５の各ロッド１５ｂが右方の集電板１１ｂと電極１７ｃに当接している。また、両隔壁１７間に位置するセパレータ１５の各ロッド１５ｂが電極１７ｂと１７ｃに当接している。また、隣り合う両電池機能部Ｓの側部に位置する両セパレータ１５の各ロッド１５ｂが電極１７ｂまたは１７ｃと各ロッド１５ｂに当接している。
【００１２】
上記のように構成したこの実施形態の燃料電池１０においては、非使用時、左右一対の支持板１２ａ，１２ｂに設けた水素流入孔Ｐ１、水素流出孔Ｐ２、空気流入孔Ｐ３、空気流出孔Ｐ４、冷却水流入孔Ｐ５、冷却水流出孔Ｐ６が、図３に示すように、密閉用栓１９にて密閉されている。このため、燃料電池１０の使用に当たっては、各密閉用栓１９を取外して各孔Ｐ１〜Ｐ６を開放し、水素供給源から水素流入孔Ｐ１、反応室Ｒ１、水素流出孔Ｐ２へと水素を流し、空気供給源から空気流入孔Ｐ３、反応室Ｒ２、空気流出孔Ｐ４へと空気を流し、冷却水供給源から冷却水流入孔Ｐ５、冷却室Ｒ３、冷却水流出孔Ｐ６へと冷却水を流す。
【００１３】
この燃料電池１０に水素、空気および冷却水が供給されている状態では、反応室Ｒ１に供給された水素と反応室Ｒ２に供給された空気が固体電解質膜１７ａを挟んで酸化還元反応を起こして電気を発生させる。この酸化還元反応は、電極１７ｂ、１７ｃに含まれている白金系触媒の作用で大きく助成される。また、この酸化還元反応で発生した電気は、電極１７ｂ、１７ｃに当接しているセパレータ１５の各ロッド１５ｂから各集電板１１ａ、１１ｂに導出され、両集電板１１ａ、１１ｂから外部に取り出される。なお、冷却室Ｒ３に供給される冷却水は、電池機能部Ｓを冷却する。
【００１４】
ところで、この実施形態の各セパレータ１５では、各ロッド１５ｂとしてステンレス鋼等の金属ロッドが採用されていて、図４に示した第１のメッキ工程、成形工程、第２のメッキ工程等を経て製造されている。図４の（ａ）に示した第１のメッキ工程では、ロッド１５ｂの少なくとも中間部位１５ｂ１の表面（勿論、ロッド１５ｂの表面全体でもよい）にアンカー効果用の機能メッキ（例えば、銀メッキ、ニッケルメッキ）が施される。なお、第１のメッキ工程前の各ロッド１５ｂは、直径２mmのステンレス鋼丸棒を長さ４mmで切断した後、両端面を面取りを含む加工で仕上げられている。
【００１５】
また、図４の（ｂ）に示した成形工程では、複数のロッド１５ｂが樹脂成形用型２０の上型２１と下型２２間にセットされた状態で合成樹脂が注入されることで、ロッド１５ｂの中間部位１５ｂ１が射出成形にて形成される平板状で板厚２mmの樹脂基板１５ａにて連結されて保持され、ロッド１５ｂの両端部１５ｂ２，１５ｂ３が樹脂基板１５ａの両面に突出する（図４の（ｃ）参照）。また、この成形工程では、樹脂基板１５ａの成形時に、機能メッキを予め施したロッド１５ｂと樹脂基板１５ａとの間にて、アンカー効果が得られる。
【００１６】
また、図４の（ｃ）に示した第２のメッキ工程では、樹脂基板１５ａの両面に突出するロッド１５ｂの両端部１５ｂ２，１５ｂ３の表面全体に高耐腐食性素材メッキ（例えば、金メッキ）が施され、ロッド１５ｂの両端部１５ｂ２，１５ｂ３が高耐腐食性素材メッキにより被覆保護される。
【００１７】
上記した各工程を経て製造されたセパレータ１５においては、各ロッド１５ｂを金属製としたことで、各ロッド１５ｂ自体を通してのガス透過を実質的に無くすことができるとともに、各ロッド１５ｂと樹脂基板１５ａとの結合部での機能メッキと樹脂基板１５ａによるアンカー効果により、各ロッド１５ｂと樹脂基板１５ａ間にて良好なシール性が得られて各ロッド１５ｂと樹脂基板１５ａとの結合部を通してのガス透過を抑制することができ、当該セパレータ１５でのガス透過を的確に防止することが可能である。
【００１８】
また、セパレータ１５においては、各ロッド１５ｂの両端突出部１５ｂ１，１５ｂ２に高耐腐食性素材メッキが施してあるため、ロッド１５ｂの耐食性が良好となって、当該セパレータ１５の耐久性を向上させることができるとともに、ロッド１５ｂの金属素材として安価の金属素材を採用することが可能である。
【００１９】
上記実施形態においては、セパレータ１５における樹脂基板１５ａの素材としてポリプロピレン等の合成樹脂を採用したが、他の種々な合成樹脂（熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよい）を素材として実施することも可能である。また、上記実施形態においては、セパレータ１５におけるロッド１５ｂの素材としてステンレス鋼の丸棒を採用したが、他の種々な金属素材を採用して実施することも可能である。また、上記実施形態においては、ロッド１５ｂの少なくとも中間部位１５ｂ１の表面に施す機能メッキとして銀メッキ、ニッケルメッキを例示したが、この機能メッキは樹脂基板１５ａの素材として採用する合成樹脂との相性を考慮して適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による燃料電池用セパレータを含む燃料電池を概略的に示した斜視図である。
【図２】  図１に示した燃料電池のＡ−Ａ線で切断した一部省略断面図である。
【図３】  図２に示したセパレータと保持枠の分解斜視図である。
【図４】  図２および図３に示したセパレータの製造工程を概略的に示した工程説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池、１１ａ、１１ｂ…集電板、１２ａ、１２ｂ…支持板、１３…連結ボルト、１４…支持枠、１５…セパレータ、１５ａ…樹脂基板、１５ｂ…ロッド、１５ｂ１…中間部位、１５ｂ２、１５ｂ３…両端突出部、１６…保持枠、１７…隔壁、１７ａ…固体電解質膜、１７ｂ、１７ｃ…電極、２０…樹脂成形用型、２１…上型、２２…下型、Ｓ…電池機能部、Ｒ１、Ｒ２…反応室、Ｒ３…冷却室。
【図１】
0004196156.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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