燃料電池のガス流路メタルプレート
【課題】従来のエキスパンドメタルを用いたガス流路構成部材よりも圧力損失の少ない燃料電池セルのガス流路構成部材を提供する。
【解決手段】本発明の実施の形態に係るガス流路メタルプレート５０は、（ａ）、（ｂ）に示されるように、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する一定形状の平坦面５２，５４が、表裏両側に規則的に突出し、表側の平坦面５２と裏側の平坦面５４とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面５６によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面５２あるいは５４同士が連結されている。よって、（ｃ）、（ｄ）に示されるエキスパンドメタル２０を用いたガス流路形成部材のごとく、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦを阻害する面（傾斜面）が存在せず、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦの圧力損失の発生を軽減することができる。
【解決手段】本発明の実施の形態に係るガス流路メタルプレート５０は、（ａ）、（ｂ）に示されるように、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する一定形状の平坦面５２，５４が、表裏両側に規則的に突出し、表側の平坦面５２と裏側の平坦面５４とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面５６によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面５２あるいは５４同士が連結されている。よって、（ｃ）、（ｄ）に示されるエキスパンドメタル２０を用いたガス流路形成部材のごとく、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦを阻害する面（傾斜面）が存在せず、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦの圧力損失の発生を軽減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを含むセル構成部材間に配置されたメタルプレートによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、図４に示されるように、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、セル（単セル）１０が構成され、なおかつ、セル１０が複数枚積層された燃料電池スタック１１を構成することで、必要な電圧が確保されるものである。セル１０の構造例としては、図５に示されるように、膜電極接合体１２（Membrane Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」という。）がセル１０の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層１４（アノード側/カソード側のガス拡散層１４Ａ、１４Ｃ）、ガス流路１６（アノード側/カソード側のガス流路１６Ａ、１６Ｃ）、セパレータ１８が夫々配置された構造となっている。なお、ＭＥＡ１２とガス拡散層１４とが一体となった形態を、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆Gas Diffusion Layer Assembly）と称することもある。
そして、図５のようにガス流路１６がセパレータ１８と別体構造をなすセル構造においては、ガス流路１６を形成する構造物として、従来からエキスパンドメタルが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、セル１０のガス流路１６を形成する構造物として用いられるエキスパンドメタル２０は、一般的には、既に説明した亀甲形のメッシュ２２（図６、図８（ｃ）参照）や、図８（ａ）に示されるような、菱形のメッシュ２６が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。このエキスパンドメタル２０は、平板を送りながら金型によって一段づつ切れ込みを入れることによってメッシュ２２が形成されるという製造手順（後述する）に起因して、各メッシュ２２が、材料送り方向〔（Materials）Forwarding Direction：以下、本説明において「ＦＤ方向」ともいう。〕に、階段状に連なった構造となっている。
【０００４】
メッシュ２２、２６は、図８に示されるように、その交差部をボンド部ＢＯ、メッシュのボンド部ＢＯ間をつなぐ部分をストランド部ＳＴという。又、ボンド部ＢＯのＴＤ方向の長さをボンド長さＢＯｌ、ストランド部ＳＴの厚みを刻み幅（送り幅）Ｗという。図中、符号ｔは素材の板厚、符号Ｄはエキスパンドメタルの全厚であり、この全厚Ｄが、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みとなる。なお、図６には、併せてＦＤ方向（材料送り方向）、ＴＤ方向（ツール送り方向）及びＷＤ方向（メッシュの刻み幅方向）を示している。
各部名称から明らかなように、亀甲形のメッシュ２２は、ボンド部ＢＯのボンド長さＢＯｌの長いメッシュ形状であり、菱形のメッシュ２６は、ボンド部ＢＯのボンド長さＢＯｌの短いメッシュ形状である。そして、菱形のメッシュ２６のＦＤ方向断面形状（Ａ−Ａ断面形状）と、亀甲形のメッシュ２２のＦＤ方向断面形状（Ａ’−Ａ’断面図）とは同一であることから、図８（ｂ）に両者のＦＤ方向断面形状を示している。
【０００５】
このエキスパンドメタル２０の製造装置は、図９に示されるように、下刃３８及び上刃４０を含む逐次成形金型を備えている。下刃３８、上刃４０は、いずれもＦＤ方向と直交する方向〔Transverse Direction又はTool Direction：以下、本説明において「ツール送り方向」又は「ＴＤ方向」ともいう。〕にシフトし、かつ上刃４０はＷＤ方向（上下方向）に昇降するものである。又、上刃４０の下面には、図示の例では台形状の凸部４０ａがＴＤ方向に一定間隔を空けて形成され、下刃３８の上面には、上刃４０の台形状の凸部４０ａと噛合うように一定間隔を空けて、台形状の凹部３８ａが形成されている。なお、図９の例は亀甲形のメッシュ２２を成形するものであるが、菱形のメッシュ２６（図８（ａ））を成形する場合には、下刃３８の凹部３８ａ及び、上刃４０の凸部４０ａを三角形に構成する。
【０００６】
そして、平板４２は、ローラ等を備えた材料送り手段によって、所定の刻み幅Ｗで金型へと送り込まれ、この平板４２の送り込みのタイミングに合わせて、上刃４０及び下刃３８が開閉する。この際、上刃４０の台形状の凸部４０ａと、下刃３８の台形状の凹部３８ａとによって、平板４２は一定間隔に部分的にせん断され、下方向に突出する台形状の切り起しが形成される。
【０００７】
そして、上刃４０の上昇の都度、上刃４０及び下刃３８がＴＤ方向にシフトすることで、台形状の切起こしが千鳥状に一段づつ成形され、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２０’が形成されるものである（ラスカット成形）。
その後、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２０’が、図１０に示される圧延ローラ４３によって圧延されることにより、必要な全厚Ｄ（図８（ｂ）参照）のエキスパンドメタル２０が成形される。
【０００８】
このようにして製造されるエキスパンドメタル２０は、図７に示されるように、メッシュ２２がガス拡散層１４とセパレータ１８との間に傾斜面を構成するようにして配置されることで、千鳥配置されたメッシュ２２と、ガス拡散層１４表面及びセパレータ１８表面との間に、空間２４が千鳥状に構成される。従って、ガス流路１６を流れるガスは、千鳥状に配置された空間２４を順に伝ってＦＤ方向へと流れ、この際、ガス流ＧＦは、微視的には図６に示されるようにＴＤ方向に揺動し、ターンを繰り返す態様の流れとなって、巨視的にはガス流路１６のガス流入端ＧＦ−Ｉｎからガス流出端ＧＦ−Ｏｕｔへ向かって流れる（すなわち、巨視的には、図６の平面視において下から上への流れとなり、図７の断面視では右から左への流れとなる。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１４６９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、セル１０のガス流路１６を形成する構造物として従来から用いられているエキスパンドメタル２０は、ガス流路１６内でメッシュ２２がガス拡散層１４とセパレータ１８との間に傾斜面を構成するようにして配置されることから、ガス流路１６を流れるガスがこの傾斜面に衝突して流れを遮られ、圧力損失を生ずることとなる。
かかる問題を解決すべく、例えば、メッシュ２２により構成される傾斜面の面積を小さく、即ち、メッシュ２２のピッチを小さくすることとしても、エキスパンドメタル２０の全厚Ｄ（図８（ｂ）参照）が減少することによりガス流路１６自体の厚みが減少し、同一流量のガスを流してもガス流路１６内のガス流速が大きくなってしまうことから、圧力損失の軽減効果は得られない。
【００１１】
又、従来から用いられているエキスパンドメタル２０を製造するに際して、上述の如く、階段状に連なったメッシュ２２を一段づつカットする逐次成形を行うことで、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２０’を成形し、このラスカットメタル２０’を更に圧延されることにより、必要な全厚Ｄのエキスパンドメタル２０を成形する手順を踏む必要があることから、生産性を向上させることが困難であった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来のエキスパンドメタルを用いたガス流路構成部材よりも圧力損失の少ない燃料電池セルのガス流路構成部材を提供することにある。また、必要に応じその生産性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１３】
（１）燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、表裏両側に、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する平坦面が規則的に突出し、表側の平坦面と裏側の平坦面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面同士が連結されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
【００１４】
本項に記載のガス流路メタルプレートは、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する平坦面が、表裏両側に規則的に突出し、表側の平坦面と裏側の平坦面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面同士が連結されていることから、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在しない。よって、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生を軽減するものである。
なお、本説明において、「表側」及び「裏側」の表現は、概略板状のガス流路メタルプレートの、一方の面と他方の面とを区別するために、便宜上用いるものである。
又、同一面上に隣接する平坦面同士が連結されていることから、平坦面が隣接するセル構成部材と面接触する状態での、ガス流路メタルプレートから隣接するセル構成部材への面圧を低減し、ガス流路メタルプレートの隣接するセル構成部材への食い込みを防ぐものである。
【００１５】
（２）上記（１）項において、前記表裏両側に突出する平坦面と、前記表側の平坦面と裏側の平坦面とを連結するガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面とが、各々、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、表裏両側の各平坦面と、それらを連結する面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されることで、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路が形成され、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生を軽減するものである。
【００１６】
（３）上記（１）、（２）項のガス流路メタルプレートが、ラスカット成形された多孔体である燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項１）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、逐次成形を行う製造装置を用いてラスカット成形することが可能であり、既存の製造装置の適用範囲を広げることとなる。
【００１７】
（４）上記（１）から（３）項において、前記表裏両側に突出する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側の平坦面と裏側の平坦面とで異なるように形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項２）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、表裏両側に突出する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側の平坦面と裏側の平坦面とで異なるように形成されることで、セル状態で両側に隣接するセル構成部材と、当該ガス流路メタルプレートとの接触面積に両側で差を与える。そして、セル状態で両側に隣接するセル構成部材に沿って流れるガス流量に差を与え、ガス交換効率やセル内で発生する生成水の排出効率を適切に調整するものである。
【００１８】
（５）上記（４）項において、前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項３）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることで、当該ガス流路メタルプレートのセパレータに対する接触面積を、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に対するものよりも大きくする。そして、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に沿って流れるガス流量を、セパレータに沿って流れるガス流量よりも多くして、当該ガス流路メタルプレートとセパレータとが接触する側へと生成水を集め、セパレータを介する生成水の排出効率を高めるものである。
【００１９】
（６）燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して平坦面が交互に突出する複数の帯板が、表裏同一方向に突出する平坦面同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
【００２０】
本項に記載のガス流路メタルプレートは、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して平坦面が交互に突出する複数の帯板が、表裏同一方向に突出する平坦面同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成されていることから、帯板の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置されることにより、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在しなくなる。よって、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生が回避されるものである。
又、平坦面同士、同一平面上で連続面を構成することから、平坦面が隣接するセル構成部材と面接触する状態での、ガス流路メタルプレートから隣接するセル構成部材への面圧を低減し、ガス流路メタルプレートの隣接するセル構成部材への食い込みを防ぐものである。
【００２１】
（７）上記（６）項において、前記帯板の表裏同一方向に突出する平坦面同士の位相が、前記帯板の長手方向にずれる態様で隣接配置されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、帯板の表裏同一方向に突出する平坦面同士の位相が、前記帯板の長手方向にずれる態様で隣接配置されていることから、帯板の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置されることで、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在することなく、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路が形成される。よって、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生が回避されるものである。
【００２２】
（８）上記（６）、（７）項のガス流路メタルプレートが、ラスカット成形された多孔体である燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項４）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、逐次成形を行う製造装置を用いてラスカット成形することが可能であり、既存の製造装置の適用範囲を広げることとなる。
【００２３】
（９）上記（６）から（８）項において、前記表裏両側に突出する平坦面の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項５）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、表裏両側に突出する平坦面の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されることで、セル状態で両側に隣接するセル構成部材と、当該ガス流路メタルプレートとの接触面積に両側で差を与える。そして、セル状態で両側に隣接するセル構成部材に沿って流れるガス流量に差を与え、ガス交換効率やセル内で発生する生成水の排出効率を適切に調整するものである。
【００２４】
（１０）上記（９）項において、前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項６）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることで、当該ガス流路メタルプレートのセパレータに対する接触面積を、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に対するものよりも大きくする。そして、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に沿って流れるガス流量を、セパレータに沿って流れるガス流量よりも多くして、当該ガス流路メタルプレートとセパレータとが接触する側へと生成水を集め、セパレータを介する生成水の排出効率を高めるものである。
【００２５】
（１１）上記（１）から（１０）項記載のガス流路メタルプレートの製造装置であって、一定形状の突起が一定間隔に突出する、直線状の複数の切刃ないし円盤状の複数の切刃が、材料送り方向に前記突起の位相をずらして、隣接配置されてなる順送金型又はロール金型を備えるガス流路メタルプレートの製造装置。
本項に記載のガス流路メタルプレートの製造装置は、逐次成形を行う製造装置に換えて、順送金型又はロール金型により、上記（１）から（１０）項記載のガス流路メタルプレートを成形することで、逐次成形を行う製造装置（図９参照）と比較して、動作が簡単で構造も単純化され、設備コスト、メンテナンスコストを削減するものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明はこのように構成したので、従来のエキスパンドメタルを用いたガス流路構成部材よりも圧力損失の少ない燃料電池セルのガス流路構成部材を提供することが可能となる。また、必要に応じその生産性を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレートの立体模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図であり、（ｃ）は比較例としての従来のエキスパンドメタルを用いたガス流路形成部材の立体模式図であり、（ｄ）は（ｃ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレートの応用例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示される応用例の立体模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレートを成形するための、ロール成形金型を模式的に示す平面図及び側面図である。
【図４】従来の燃料電池スタックの立体模式図である。
【図５】図４に示される燃料電池スタックを構成するセルの、構成部材を示す模式図である。
【図６】図６に示されるセルのガス流路を形成するエキスパンドメタルの平面図である。
【図７】図６に示されるエキスパンドメタルを用いたガス流路のＴＤ方向視断面図である。
【図８】エキスパンドメタルの各部名称の説明図であり、（ａ）は菱形のメッシュの平面図、（ｂ）はＡ−ＡおよびＡ’−Ａ’線における断面図、（ｃ）は亀甲形のメッシュの平面図である。
【図９】燃料電池用エキスパンドメタルの製造装置を構成する逐次成形金型の立体模式図である。
【図１０】燃料電池用エキスパンドメタルの製造装置を構成する、圧延ローラの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレート５０は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、表裏両側に、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する一定形状の平坦面５２、５４が規則的に突出し、表側の平坦面５２と裏側の平坦面５４とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面５６によって連結されている。しかも、同一面上に隣接する平坦面５２同士、平坦面５４同士が、各々連結されている。図示の例では、平坦面５２、５４及び両平坦面を連結する面５６は、何れも長方形である。そして同一面上に隣接する符号Ａ、Ｃが付された平坦面５２同士は連結され、連続平面となっている。
加えて、表裏両側に突出する一定形状の平坦面５２、５４と、両平坦面を連結する面５６とが、各々、ガス流路の巨視的なガス流れ方向（図１（ａ）の上下方向及び図１（ｂ）の左右方向）に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されている。
【００２９】
又、燃料電池のガス流路メタルプレート５０の構成は、換言すれば次のようにもなる。すなわち、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して一定形状の平坦面５２、５４が交互に突出する複数の帯板５８が、表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成されたものである。
しかも、帯板５８の表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士の位相が、帯板５８の長手方向（図１（ａ）の左右方向）にずれる態様で隣接配置されている。
【００３０】
ところで、表裏両側に突出する一定形状の平坦面５２、５４の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されていることとしてもよく、例えば、図２に示される例では、表裏両側に突出する一定形状の平坦面のうち、セル状態でセパレータ１６と隣接する平坦面５２の寸法が、もう一側の平坦面５４に対し大きく形成されている。
図２に示された例では、セル状態でセパレータ１８と隣接する平坦面５２の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向（図２（ａ）の左右方向）の寸法Ｌｇが、もう一側の平坦面、即ちガス拡散層１４と隣接する平坦面５４の同寸法Ｌｓに対し大きく形成されている。なお、図２（ａ）、（ｂ）の符号Ｇ、Ｈは、ガス流路メタルプレート５０を構成する帯板５８の端面を指し示している。
【００３１】
図３には、ガス流路メタルプレート５０の製造装置を構成する金型が示されている。図示の金型は一対のロール金型６０、６２により構成されている。ロール金型６０は、一定形状の突起６０ａが一定間隔に突出する、円盤状の複数の切刃６０１、６０２、‥‥６０ｎが、ＦＤ方向に突起６０ａの位相をずらして、隣接配置されてなるものである。切刃６０１、６０２、‥‥６０ｎの数は、ガス流路メタルプレート５０の必要なサイズに応じて適宜設定されるものである。なお、ロール金型６０と対をなすロール金型６２についても、ロール金型６０と同様に、一定形状の突起６２ａが一定間隔に突出する、円盤状の複数の切刃によって形成されている。又、一対のロール金型６０、６２に換えて、一対の順送金型とすることも可能であり、この場合には、一定形状の突起が一定間隔に突出する直線状の複数の切刃が、ＦＤ方向に突起の位相をずらして、隣接配置されて構成されるものである。
又、従来の逐次成形を行う製造装置を用いて成形することも可能であり、この場合には、下刃３８及び上刃４０（図９参照）による刻み幅（送り幅）等を適宜調整してラスカット成形を行うにより、従来のラスカットメタル２０’のごとき階段状のメッシュを有しないメタルプレート５０が得られるものであり、既存の製造装置の適用範囲を広げることとなる。
【００３２】
上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、本発明の実施の形態に係るガス流路メタルプレート５０は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、セル状態で隣接するセル構成部材１４、１８と面接触する一定形状の平坦面５２，５４が、表裏両側に規則的に突出し、表側の平坦面５２と裏側の平坦面５４とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面５６によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面５２あるいは５４同士が連結されている。よって、図１（ｃ）、（ｄ）に示されるエキスパンドメタル２０を用いたガス流路形成部材のごとく、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦを阻害する面（傾斜面）が存在せず、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦの圧力損失の発生を軽減することができる。
【００３３】
又、表裏両側の各平坦面５２、５４と、それらを連結する面５６とが、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されることで、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４（図１（ａ）、図２（ａ）参照）が形成され、ガス流路１６を流れるガス流の圧力損失の発生を軽減することができる。
なお、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向への位相のずれ量は、必要に応じ適宜設定されるものであり、又、かかる位相のずれ量を、ガス流路メタルプレート５０の一部について変えることも可能である。
【００３４】
又、図２に示されるように、表裏両側に突出する一定形状の平坦面５２、５４の、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側Ｌｇと裏側Ｌｓとで異なるように形成されることで、セル状態で両側に隣接するセル構成部材１４、１８と、ガス流路メタルプレート５０との接触面積に両側で差を与え、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４（６４Ｗ、６４Ｎ）の断面積に差を設けている。その結果として、セル状態で両側に隣接するセル構成部材１４、１８に沿って流れるガス流量に差を与え、ガス交換効率や、セル内で発生する生成水の排出効率を、適切に調整することができる。
【００３５】
例えば、セル状態でセパレータ１８と隣接する平坦面５２の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法Ｌｇが、もう一側の平坦面５４の同寸法Ｌｓに対し大きく形成されていることで、ガス流路メタルプレート５０のセパレータ１８に対する接触面積を、セパレータ１８とは反対側に位置するガス拡散層１４に対するものよりも大きくする。そして、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４の断面積を、ガス拡散層１４に隣接する連通路６４Ｗの方が、セパレータ１８に隣接する連通路６４Ｎよりも大きくする。その結果として、ガス拡散層１４に沿って流れるガス流量を、セパレータ１８に沿って流れるガス流量よりも多くして、ガス流路メタルプレート５０とセパレータ１８とが接触する側の連通路６４Ｎへと生成水を集め、セパレータ１８を介する生成水の排出効率を高めることが可能となる。
【００３６】
なお、必要に応じ、セル状態でセパレータ１８と隣接する平坦面５２の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法Ｌｇと、もう一側の平坦面５４の同寸法Ｌｓとの大小関係を逆にすることで、適切な燃料電池特性を得ることも可能である。
【００３７】
又、本発明の実施の形態に係るガス流路メタルプレート５０は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して一定形状の平坦面５２、５４が交互に突出する複数の帯板５８が、表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面５２あるいは５４同士が連結され一体に形成されていることから、帯板５８の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置された状態で、図１（ｃ）、（ｄ）に示されるエキスパンドメタル２０を用いたガス流路形成部材のごとく、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦを阻害する面（傾斜面）が存在しなくなる。よって、ガス流路１６を流れるガス流の圧力損失の発生が軽減されるものである。
【００３８】
又、帯板５８の表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士の位相が、帯板５８の長手方向にずれる態様で隣接配置されていることから、帯板５８の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置された状態で、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在することなく、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４（図１（ａ）、図２（ａ）参照）が形成される。よって、ガス流路１６を流れるガス流の圧力損失の発生が軽減されるものである。
なお、必要に応じ、帯板５８のガス流路の巨視的なガス流れ方向と平行な方向の寸法についても、各帯板５８毎に変更することで、適切な燃料電池特性を得ることも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
４２：平板、５０：ガス流路メタルプレート、 ５２、５４：平坦面、５６：表側の平坦面と裏側の平坦面とを連結する面、５８：帯板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを含むセル構成部材間に配置されたメタルプレートによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、図４に示されるように、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、セル（単セル）１０が構成され、なおかつ、セル１０が複数枚積層された燃料電池スタック１１を構成することで、必要な電圧が確保されるものである。セル１０の構造例としては、図５に示されるように、膜電極接合体１２（Membrane Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」という。）がセル１０の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層１４（アノード側/カソード側のガス拡散層１４Ａ、１４Ｃ）、ガス流路１６（アノード側/カソード側のガス流路１６Ａ、１６Ｃ）、セパレータ１８が夫々配置された構造となっている。なお、ＭＥＡ１２とガス拡散層１４とが一体となった形態を、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆Gas Diffusion Layer Assembly）と称することもある。
そして、図５のようにガス流路１６がセパレータ１８と別体構造をなすセル構造においては、ガス流路１６を形成する構造物として、従来からエキスパンドメタルが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、セル１０のガス流路１６を形成する構造物として用いられるエキスパンドメタル２０は、一般的には、既に説明した亀甲形のメッシュ２２（図６、図８（ｃ）参照）や、図８（ａ）に示されるような、菱形のメッシュ２６が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。このエキスパンドメタル２０は、平板を送りながら金型によって一段づつ切れ込みを入れることによってメッシュ２２が形成されるという製造手順（後述する）に起因して、各メッシュ２２が、材料送り方向〔（Materials）Forwarding Direction：以下、本説明において「ＦＤ方向」ともいう。〕に、階段状に連なった構造となっている。
【０００４】
メッシュ２２、２６は、図８に示されるように、その交差部をボンド部ＢＯ、メッシュのボンド部ＢＯ間をつなぐ部分をストランド部ＳＴという。又、ボンド部ＢＯのＴＤ方向の長さをボンド長さＢＯｌ、ストランド部ＳＴの厚みを刻み幅（送り幅）Ｗという。図中、符号ｔは素材の板厚、符号Ｄはエキスパンドメタルの全厚であり、この全厚Ｄが、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みとなる。なお、図６には、併せてＦＤ方向（材料送り方向）、ＴＤ方向（ツール送り方向）及びＷＤ方向（メッシュの刻み幅方向）を示している。
各部名称から明らかなように、亀甲形のメッシュ２２は、ボンド部ＢＯのボンド長さＢＯｌの長いメッシュ形状であり、菱形のメッシュ２６は、ボンド部ＢＯのボンド長さＢＯｌの短いメッシュ形状である。そして、菱形のメッシュ２６のＦＤ方向断面形状（Ａ−Ａ断面形状）と、亀甲形のメッシュ２２のＦＤ方向断面形状（Ａ’−Ａ’断面図）とは同一であることから、図８（ｂ）に両者のＦＤ方向断面形状を示している。
【０００５】
このエキスパンドメタル２０の製造装置は、図９に示されるように、下刃３８及び上刃４０を含む逐次成形金型を備えている。下刃３８、上刃４０は、いずれもＦＤ方向と直交する方向〔Transverse Direction又はTool Direction：以下、本説明において「ツール送り方向」又は「ＴＤ方向」ともいう。〕にシフトし、かつ上刃４０はＷＤ方向（上下方向）に昇降するものである。又、上刃４０の下面には、図示の例では台形状の凸部４０ａがＴＤ方向に一定間隔を空けて形成され、下刃３８の上面には、上刃４０の台形状の凸部４０ａと噛合うように一定間隔を空けて、台形状の凹部３８ａが形成されている。なお、図９の例は亀甲形のメッシュ２２を成形するものであるが、菱形のメッシュ２６（図８（ａ））を成形する場合には、下刃３８の凹部３８ａ及び、上刃４０の凸部４０ａを三角形に構成する。
【０００６】
そして、平板４２は、ローラ等を備えた材料送り手段によって、所定の刻み幅Ｗで金型へと送り込まれ、この平板４２の送り込みのタイミングに合わせて、上刃４０及び下刃３８が開閉する。この際、上刃４０の台形状の凸部４０ａと、下刃３８の台形状の凹部３８ａとによって、平板４２は一定間隔に部分的にせん断され、下方向に突出する台形状の切り起しが形成される。
【０００７】
そして、上刃４０の上昇の都度、上刃４０及び下刃３８がＴＤ方向にシフトすることで、台形状の切起こしが千鳥状に一段づつ成形され、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２０’が形成されるものである（ラスカット成形）。
その後、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２０’が、図１０に示される圧延ローラ４３によって圧延されることにより、必要な全厚Ｄ（図８（ｂ）参照）のエキスパンドメタル２０が成形される。
【０００８】
このようにして製造されるエキスパンドメタル２０は、図７に示されるように、メッシュ２２がガス拡散層１４とセパレータ１８との間に傾斜面を構成するようにして配置されることで、千鳥配置されたメッシュ２２と、ガス拡散層１４表面及びセパレータ１８表面との間に、空間２４が千鳥状に構成される。従って、ガス流路１６を流れるガスは、千鳥状に配置された空間２４を順に伝ってＦＤ方向へと流れ、この際、ガス流ＧＦは、微視的には図６に示されるようにＴＤ方向に揺動し、ターンを繰り返す態様の流れとなって、巨視的にはガス流路１６のガス流入端ＧＦ−Ｉｎからガス流出端ＧＦ−Ｏｕｔへ向かって流れる（すなわち、巨視的には、図６の平面視において下から上への流れとなり、図７の断面視では右から左への流れとなる。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１４６９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、セル１０のガス流路１６を形成する構造物として従来から用いられているエキスパンドメタル２０は、ガス流路１６内でメッシュ２２がガス拡散層１４とセパレータ１８との間に傾斜面を構成するようにして配置されることから、ガス流路１６を流れるガスがこの傾斜面に衝突して流れを遮られ、圧力損失を生ずることとなる。
かかる問題を解決すべく、例えば、メッシュ２２により構成される傾斜面の面積を小さく、即ち、メッシュ２２のピッチを小さくすることとしても、エキスパンドメタル２０の全厚Ｄ（図８（ｂ）参照）が減少することによりガス流路１６自体の厚みが減少し、同一流量のガスを流してもガス流路１６内のガス流速が大きくなってしまうことから、圧力損失の軽減効果は得られない。
【００１１】
又、従来から用いられているエキスパンドメタル２０を製造するに際して、上述の如く、階段状に連なったメッシュ２２を一段づつカットする逐次成形を行うことで、階段状のメッシュを有するラスカットメタル２０’を成形し、このラスカットメタル２０’を更に圧延されることにより、必要な全厚Ｄのエキスパンドメタル２０を成形する手順を踏む必要があることから、生産性を向上させることが困難であった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来のエキスパンドメタルを用いたガス流路構成部材よりも圧力損失の少ない燃料電池セルのガス流路構成部材を提供することにある。また、必要に応じその生産性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１３】
（１）燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、表裏両側に、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する平坦面が規則的に突出し、表側の平坦面と裏側の平坦面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面同士が連結されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
【００１４】
本項に記載のガス流路メタルプレートは、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する平坦面が、表裏両側に規則的に突出し、表側の平坦面と裏側の平坦面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面同士が連結されていることから、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在しない。よって、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生を軽減するものである。
なお、本説明において、「表側」及び「裏側」の表現は、概略板状のガス流路メタルプレートの、一方の面と他方の面とを区別するために、便宜上用いるものである。
又、同一面上に隣接する平坦面同士が連結されていることから、平坦面が隣接するセル構成部材と面接触する状態での、ガス流路メタルプレートから隣接するセル構成部材への面圧を低減し、ガス流路メタルプレートの隣接するセル構成部材への食い込みを防ぐものである。
【００１５】
（２）上記（１）項において、前記表裏両側に突出する平坦面と、前記表側の平坦面と裏側の平坦面とを連結するガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面とが、各々、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、表裏両側の各平坦面と、それらを連結する面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されることで、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路が形成され、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生を軽減するものである。
【００１６】
（３）上記（１）、（２）項のガス流路メタルプレートが、ラスカット成形された多孔体である燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項１）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、逐次成形を行う製造装置を用いてラスカット成形することが可能であり、既存の製造装置の適用範囲を広げることとなる。
【００１７】
（４）上記（１）から（３）項において、前記表裏両側に突出する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側の平坦面と裏側の平坦面とで異なるように形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項２）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、表裏両側に突出する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側の平坦面と裏側の平坦面とで異なるように形成されることで、セル状態で両側に隣接するセル構成部材と、当該ガス流路メタルプレートとの接触面積に両側で差を与える。そして、セル状態で両側に隣接するセル構成部材に沿って流れるガス流量に差を与え、ガス交換効率やセル内で発生する生成水の排出効率を適切に調整するものである。
【００１８】
（５）上記（４）項において、前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項３）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることで、当該ガス流路メタルプレートのセパレータに対する接触面積を、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に対するものよりも大きくする。そして、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に沿って流れるガス流量を、セパレータに沿って流れるガス流量よりも多くして、当該ガス流路メタルプレートとセパレータとが接触する側へと生成水を集め、セパレータを介する生成水の排出効率を高めるものである。
【００１９】
（６）燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して平坦面が交互に突出する複数の帯板が、表裏同一方向に突出する平坦面同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
【００２０】
本項に記載のガス流路メタルプレートは、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して平坦面が交互に突出する複数の帯板が、表裏同一方向に突出する平坦面同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成されていることから、帯板の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置されることにより、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在しなくなる。よって、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生が回避されるものである。
又、平坦面同士、同一平面上で連続面を構成することから、平坦面が隣接するセル構成部材と面接触する状態での、ガス流路メタルプレートから隣接するセル構成部材への面圧を低減し、ガス流路メタルプレートの隣接するセル構成部材への食い込みを防ぐものである。
【００２１】
（７）上記（６）項において、前記帯板の表裏同一方向に突出する平坦面同士の位相が、前記帯板の長手方向にずれる態様で隣接配置されている燃料電池のガス流路メタルプレート。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、帯板の表裏同一方向に突出する平坦面同士の位相が、前記帯板の長手方向にずれる態様で隣接配置されていることから、帯板の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置されることで、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在することなく、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路が形成される。よって、ガス流路を流れるガス流の圧力損失の発生が回避されるものである。
【００２２】
（８）上記（６）、（７）項のガス流路メタルプレートが、ラスカット成形された多孔体である燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項４）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、逐次成形を行う製造装置を用いてラスカット成形することが可能であり、既存の製造装置の適用範囲を広げることとなる。
【００２３】
（９）上記（６）から（８）項において、前記表裏両側に突出する平坦面の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項５）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、表裏両側に突出する平坦面の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されることで、セル状態で両側に隣接するセル構成部材と、当該ガス流路メタルプレートとの接触面積に両側で差を与える。そして、セル状態で両側に隣接するセル構成部材に沿って流れるガス流量に差を与え、ガス交換効率やセル内で発生する生成水の排出効率を適切に調整するものである。
【００２４】
（１０）上記（９）項において、前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されている燃料電池のガス流路メタルプレート（請求項６）。
本項に記載のガス流路メタルプレートは、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることで、当該ガス流路メタルプレートのセパレータに対する接触面積を、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に対するものよりも大きくする。そして、セパレータとは反対側に位置するセル構成部材に沿って流れるガス流量を、セパレータに沿って流れるガス流量よりも多くして、当該ガス流路メタルプレートとセパレータとが接触する側へと生成水を集め、セパレータを介する生成水の排出効率を高めるものである。
【００２５】
（１１）上記（１）から（１０）項記載のガス流路メタルプレートの製造装置であって、一定形状の突起が一定間隔に突出する、直線状の複数の切刃ないし円盤状の複数の切刃が、材料送り方向に前記突起の位相をずらして、隣接配置されてなる順送金型又はロール金型を備えるガス流路メタルプレートの製造装置。
本項に記載のガス流路メタルプレートの製造装置は、逐次成形を行う製造装置に換えて、順送金型又はロール金型により、上記（１）から（１０）項記載のガス流路メタルプレートを成形することで、逐次成形を行う製造装置（図９参照）と比較して、動作が簡単で構造も単純化され、設備コスト、メンテナンスコストを削減するものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明はこのように構成したので、従来のエキスパンドメタルを用いたガス流路構成部材よりも圧力損失の少ない燃料電池セルのガス流路構成部材を提供することが可能となる。また、必要に応じその生産性を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレートの立体模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図であり、（ｃ）は比較例としての従来のエキスパンドメタルを用いたガス流路形成部材の立体模式図であり、（ｄ）は（ｃ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレートの応用例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示される応用例の立体模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレートを成形するための、ロール成形金型を模式的に示す平面図及び側面図である。
【図４】従来の燃料電池スタックの立体模式図である。
【図５】図４に示される燃料電池スタックを構成するセルの、構成部材を示す模式図である。
【図６】図６に示されるセルのガス流路を形成するエキスパンドメタルの平面図である。
【図７】図６に示されるエキスパンドメタルを用いたガス流路のＴＤ方向視断面図である。
【図８】エキスパンドメタルの各部名称の説明図であり、（ａ）は菱形のメッシュの平面図、（ｂ）はＡ−ＡおよびＡ’−Ａ’線における断面図、（ｃ）は亀甲形のメッシュの平面図である。
【図９】燃料電池用エキスパンドメタルの製造装置を構成する逐次成形金型の立体模式図である。
【図１０】燃料電池用エキスパンドメタルの製造装置を構成する、圧延ローラの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る燃料電池のガス流路メタルプレート５０は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、表裏両側に、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する一定形状の平坦面５２、５４が規則的に突出し、表側の平坦面５２と裏側の平坦面５４とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面５６によって連結されている。しかも、同一面上に隣接する平坦面５２同士、平坦面５４同士が、各々連結されている。図示の例では、平坦面５２、５４及び両平坦面を連結する面５６は、何れも長方形である。そして同一面上に隣接する符号Ａ、Ｃが付された平坦面５２同士は連結され、連続平面となっている。
加えて、表裏両側に突出する一定形状の平坦面５２、５４と、両平坦面を連結する面５６とが、各々、ガス流路の巨視的なガス流れ方向（図１（ａ）の上下方向及び図１（ｂ）の左右方向）に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されている。
【００２９】
又、燃料電池のガス流路メタルプレート５０の構成は、換言すれば次のようにもなる。すなわち、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して一定形状の平坦面５２、５４が交互に突出する複数の帯板５８が、表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成されたものである。
しかも、帯板５８の表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士の位相が、帯板５８の長手方向（図１（ａ）の左右方向）にずれる態様で隣接配置されている。
【００３０】
ところで、表裏両側に突出する一定形状の平坦面５２、５４の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されていることとしてもよく、例えば、図２に示される例では、表裏両側に突出する一定形状の平坦面のうち、セル状態でセパレータ１６と隣接する平坦面５２の寸法が、もう一側の平坦面５４に対し大きく形成されている。
図２に示された例では、セル状態でセパレータ１８と隣接する平坦面５２の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向（図２（ａ）の左右方向）の寸法Ｌｇが、もう一側の平坦面、即ちガス拡散層１４と隣接する平坦面５４の同寸法Ｌｓに対し大きく形成されている。なお、図２（ａ）、（ｂ）の符号Ｇ、Ｈは、ガス流路メタルプレート５０を構成する帯板５８の端面を指し示している。
【００３１】
図３には、ガス流路メタルプレート５０の製造装置を構成する金型が示されている。図示の金型は一対のロール金型６０、６２により構成されている。ロール金型６０は、一定形状の突起６０ａが一定間隔に突出する、円盤状の複数の切刃６０１、６０２、‥‥６０ｎが、ＦＤ方向に突起６０ａの位相をずらして、隣接配置されてなるものである。切刃６０１、６０２、‥‥６０ｎの数は、ガス流路メタルプレート５０の必要なサイズに応じて適宜設定されるものである。なお、ロール金型６０と対をなすロール金型６２についても、ロール金型６０と同様に、一定形状の突起６２ａが一定間隔に突出する、円盤状の複数の切刃によって形成されている。又、一対のロール金型６０、６２に換えて、一対の順送金型とすることも可能であり、この場合には、一定形状の突起が一定間隔に突出する直線状の複数の切刃が、ＦＤ方向に突起の位相をずらして、隣接配置されて構成されるものである。
又、従来の逐次成形を行う製造装置を用いて成形することも可能であり、この場合には、下刃３８及び上刃４０（図９参照）による刻み幅（送り幅）等を適宜調整してラスカット成形を行うにより、従来のラスカットメタル２０’のごとき階段状のメッシュを有しないメタルプレート５０が得られるものであり、既存の製造装置の適用範囲を広げることとなる。
【００３２】
上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、本発明の実施の形態に係るガス流路メタルプレート５０は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、セル状態で隣接するセル構成部材１４、１８と面接触する一定形状の平坦面５２，５４が、表裏両側に規則的に突出し、表側の平坦面５２と裏側の平坦面５４とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面５６によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面５２あるいは５４同士が連結されている。よって、図１（ｃ）、（ｄ）に示されるエキスパンドメタル２０を用いたガス流路形成部材のごとく、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦを阻害する面（傾斜面）が存在せず、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦの圧力損失の発生を軽減することができる。
【００３３】
又、表裏両側の各平坦面５２、５４と、それらを連結する面５６とが、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で形成されることで、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４（図１（ａ）、図２（ａ）参照）が形成され、ガス流路１６を流れるガス流の圧力損失の発生を軽減することができる。
なお、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向への位相のずれ量は、必要に応じ適宜設定されるものであり、又、かかる位相のずれ量を、ガス流路メタルプレート５０の一部について変えることも可能である。
【００３４】
又、図２に示されるように、表裏両側に突出する一定形状の平坦面５２、５４の、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側Ｌｇと裏側Ｌｓとで異なるように形成されることで、セル状態で両側に隣接するセル構成部材１４、１８と、ガス流路メタルプレート５０との接触面積に両側で差を与え、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４（６４Ｗ、６４Ｎ）の断面積に差を設けている。その結果として、セル状態で両側に隣接するセル構成部材１４、１８に沿って流れるガス流量に差を与え、ガス交換効率や、セル内で発生する生成水の排出効率を、適切に調整することができる。
【００３５】
例えば、セル状態でセパレータ１８と隣接する平坦面５２の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法Ｌｇが、もう一側の平坦面５４の同寸法Ｌｓに対し大きく形成されていることで、ガス流路メタルプレート５０のセパレータ１８に対する接触面積を、セパレータ１８とは反対側に位置するガス拡散層１４に対するものよりも大きくする。そして、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４の断面積を、ガス拡散層１４に隣接する連通路６４Ｗの方が、セパレータ１８に隣接する連通路６４Ｎよりも大きくする。その結果として、ガス拡散層１４に沿って流れるガス流量を、セパレータ１８に沿って流れるガス流量よりも多くして、ガス流路メタルプレート５０とセパレータ１８とが接触する側の連通路６４Ｎへと生成水を集め、セパレータ１８を介する生成水の排出効率を高めることが可能となる。
【００３６】
なお、必要に応じ、セル状態でセパレータ１８と隣接する平坦面５２の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法Ｌｇと、もう一側の平坦面５４の同寸法Ｌｓとの大小関係を逆にすることで、適切な燃料電池特性を得ることも可能である。
【００３７】
又、本発明の実施の形態に係るガス流路メタルプレート５０は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して一定形状の平坦面５２、５４が交互に突出する複数の帯板５８が、表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面５２あるいは５４同士が連結され一体に形成されていることから、帯板５８の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置された状態で、図１（ｃ）、（ｄ）に示されるエキスパンドメタル２０を用いたガス流路形成部材のごとく、ガス流路１６を流れるガス流ＧＦを阻害する面（傾斜面）が存在しなくなる。よって、ガス流路１６を流れるガス流の圧力損失の発生が軽減されるものである。
【００３８】
又、帯板５８の表裏同一方向に突出する平坦面５２あるいは５４同士の位相が、帯板５８の長手方向にずれる態様で隣接配置されていることから、帯板５８の長手方向が、セル状態でガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し直交する方向に配置された状態で、ガス流路を流れるガスの流れを阻害する面（傾斜面）が存在することなく、ガス流路１６の巨視的なガス流れ方向と平行なガス連通路６４（図１（ａ）、図２（ａ）参照）が形成される。よって、ガス流路１６を流れるガス流の圧力損失の発生が軽減されるものである。
なお、必要に応じ、帯板５８のガス流路の巨視的なガス流れ方向と平行な方向の寸法についても、各帯板５８毎に変更することで、適切な燃料電池特性を得ることも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
４２：平板、５０：ガス流路メタルプレート、 ５２、５４：平坦面、５６：表側の平坦面と裏側の平坦面とを連結する面、５８：帯板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、
表裏両側に、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する平坦面が規則的に突出し、表側の平坦面と裏側の平坦面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面同士が連結され、
前記表裏両側に突出する平坦面と、前記表側の平坦面と裏側の平坦面とを連結するガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面とが、各々、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で、ラスカット成形された多孔体であることを特徴とする燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項２】
前記表裏両側に突出する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側の平坦面と裏側の平坦面とで異なるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項３】
前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項４】
燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、
平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して平坦面が交互に突出する複数の帯板が、表裏同一方向に突出する平坦面同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成され、
前記帯板の表裏同一方向に突出する平坦面同士の位相が、前記帯板の長手方向にずれ、隣接配置される態様でラスカット成形された多孔体であることを特徴とする燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項５】
前記表裏両側に突出する平坦面の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項６】
前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることを特徴とする請求項５記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項１】
燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、
表裏両側に、セル状態で隣接するセル構成部材と面接触する平坦面が規則的に突出し、表側の平坦面と裏側の平坦面とが、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面によって連結され、かつ、同一面上に隣接する平坦面同士が連結され、
前記表裏両側に突出する平坦面と、前記表側の平坦面と裏側の平坦面とを連結するガス流路の巨視的なガス流れ方向に対し平行な面とが、各々、ガス流路の巨視的なガス流れ方向に隣接する同士、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向に位相がずれる態様で、ラスカット成形された多孔体であることを特徴とする燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項２】
前記表裏両側に突出する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、表側の平坦面と裏側の平坦面とで異なるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項３】
前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の、ガス流路の巨視的なガス流れ方向と直交する方向の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項４】
燃料電池のセパレータを含む複数のセル構成部材間に配置され前記セパレータに隣接するガス流路を形成するメタルプレートであって、
平面視で直線状をなし、表裏両側にクランク状に湾曲して平坦面が交互に突出する複数の帯板が、表裏同一方向に突出する平坦面同士、同一平面上で連続面を構成するように隣接配置され、かつ、同一平面上の平坦面同士が連結され一体に形成され、
前記帯板の表裏同一方向に突出する平坦面同士の位相が、前記帯板の長手方向にずれ、隣接配置される態様でラスカット成形された多孔体であることを特徴とする燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項５】
前記表裏両側に突出する平坦面の寸法が、表側と裏側とで異なるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【請求項６】
前記表裏両側に突出する平坦面のうち、セル状態で前記セパレータと隣接する平坦面の寸法が、もう一側の平坦面に対し大きく形成されていることを特徴とする請求項５記載の燃料電池のガス流路メタルプレート。
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図６】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−４８９８０（Ｐ２０１１−４８９８０Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５４３８（Ｐ２００９−１９５４３８）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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