燃料電池のセルのガスケット成形用金型、燃料電池の製造方法、および燃料電池
【課題】簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを、不要部を発生させることなく成形することができる燃料電池のセルのガスケット成形用金型を提供する。
【解決手段】ガスケット成形用金型１は、第１の金型１１と第２の金型１２とを含んでおり、燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、第１の金型１１と第２の金型１２により形成されるキャビティ１３内に突出してガスケット６の内周側壁を成形する突出部１７とを有しており、型締時にセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲との間に介在する弾性体７が突出部１７の先端面１７ａに設けられている。
【解決手段】ガスケット成形用金型１は、第１の金型１１と第２の金型１２とを含んでおり、燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、第１の金型１１と第２の金型１２により形成されるキャビティ１３内に突出してガスケット６の内周側壁を成形する突出部１７とを有しており、型締時にセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲との間に介在する弾性体７が突出部１７の先端面１７ａに設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセルのガスケット成形用金型、燃料電池の製造方法、および燃料電池に関し、さらに詳しくは、複数を積層することにより燃料電池を構成するセルにおいて、各セル間で反応ガスや冷却媒体を流通させるマニホールドを構成するガスケットを成形するためのガスケット成形用金型、各セルのガスケットを成形する燃料電池の製造方法、および各セルにガスケットが成形された燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートが配設され、燃料電池構成部品に所定の荷重を付与した状態で両エンドプレートがテンション部材によって締結されている。図５に参照されるように、各セル１０４の燃料電池構成部品としては、電解質膜の両面に電極層を設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）２１ａと、ＭＥＡ２１ａの両側に配置されたガス拡散層２１ｂと、ガス拡散層２１ｂへガスをそれぞれ流通させる多孔体２２とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品２はセパレータ３により挟持されている。ＭＥＡ２１ａとその両側に配置されたガス拡散層２１ｂとにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡ２１と呼ばれる。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどより構成されており、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが弾性変化する材質が採用されている。そして、燃料電池のなかには、たとえば特許文献１に開示されているように、各セルが燃料電池構成部品の一方の面にセパレータを積重して構成されており、複数のセルを積層することにより、燃料電池構成部品がそのセルのセパレータと隣接する他のセルのセパレータとの間で挟持されるよう構成されたものがある。
【０００３】
各セルは、反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドを有している。図５に示すように、セパレータ３の燃料電池構成部品２が積重される領域の周囲には、マニホールド孔３ｈが形成されている。セパレータ３は、所定形状の溝または孔が形成された中間プレート３３をカソードプレートとアノードプレートのいずれかを構成する第１プレート３１と第２プレート３２の間に挟んでなる３層構造とすることにより、その内部に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４が形成されている。セパレータ３内の各流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈに開口しており、所定のガスまたは冷却媒体が所定のマニホールド孔３ｈから供給され、他の対応する所定のマニホールド孔３ｈへと排出される。マニホールド孔３ｈのセパレータ３における燃料電池構成部品２が積重される領域側の部分（以下、セパレータ内側部分という、）の内周壁には、所定の流路３４の導入口または排出口が開口している。
【０００４】
各セル１０４には、マニホールド孔３ｈの周囲を取り囲み、且つ、燃料電池構成部品２の周囲をシールするようにガスケット１０６が一体に成形されている。ガスケット１０６は、図６に示すように、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲に立ち上がるように成形される基部１６１と、基部１６１の表面から燃料電池構成部品２の表面よりも図６における上方に突出してセル１０４が積層されたときに隣接する他のセル１０４のセパレータ３に当接されるように一体に成形されたリップ部１６２とを有しており、マニホールド１０５を構成している。
【０００５】
上記特許文献１においてガスケットを成形するための金型は、その図１２（ｂ）に示されているように、下型にはセパレータをインサートしたときにそのマニホールド孔に嵌り込む突状部が形成されており、また、上型には、下型の突状部と対応する突状部が形成されると共に、ガスケットの成形材料の投入口が形成されている。そして、下型と上型の突状部内には、型閉じすることによってガスケットの材料を投入口からキャビティ内に導入するための通路が形成されるようになっている。この通路をキャビティに開口させるために、特許文献１では、突状部がセパレータのマニホールド孔を突き抜けるよう形成されている。このように構成された金型によって成形されるガスケットは、特許文献１の図５に示されているように、セパレータのマニホールド孔と同じ径でマニホールドが形成されることとなる。
【０００６】
ところで、燃料電池においては、設定された発電性能を得るために、反応ガスや冷却媒体が確実に所定の流量で各セルに分配・供給される必要がある。そのため、各セルのセパレータのマニホールド孔に開口する流路の導入口または排出口をガスケットが塞ぐように成形することは勿論のこと、反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げ圧力損失が高くなるようにガスケットを成形することは許されない。そのため、ガスケットを成形するための従来の一般的なガスケット成形用金型１０１は、図５の（ｂ）に示すように、上型１１１と、下型１１２とからなり、上型１１１のガスケット１０６の内周壁を成形する突出部１１７が、金型１０１にインサートされたセパレータ３の上面におけるマニホールド孔３ｈの周囲全体に当接して、キャビティ１１３内に射出充填されるガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを防ぐようにシールする構造となっていた。そのため、このような構造の金型１０１によって成形されたガスケット１０６は、内周壁の大きさがマニホールド孔３ｈの大きさよりも大きく、すなわち、内周壁がその全周にわたってマニホールド孔３ｈから退避するよう離れて成形されおり、したがって、セパレータ３の表面が露出していた。
【０００７】
また、上述したように特にＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂが一般に圧縮されることにより弾性的に圧縮されるものであり、燃料電池として組み立てたときには複数のセル４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重が付与された状態で締結されている（この状態を締結時という）。そのため、図５の（ｂ）に示したように、ガスケット成形用金型１０１に荷重付与部１１５を形成し、燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット１０６を成形する際には、燃料電池構成部品２に対して荷重付与部１１５が締結時と同じ荷重を付与し厚さをＴａからＴｂに圧縮した状態（図５の（ａ）と（ｂ）を参照）で、ガスケット１０６の材料をキャビティ１１３内に射出充填している。さらに、各セル１０４のガスケット１０６は、図６に示したように、燃料電池構成部品２の表面から一定の寸法で突出するよう成形されて、セル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した状態で締結されたときに、隣接するセル１０４のセパレータ３と接して押圧され潰される量（この潰される量を締め代という）がセル１０４によって異なることなく、一定の締め代Ｐであることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２３８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータは、その厚さに関して公差の範囲でバラツキを有する状態で成形されており、したがって燃料電池構成部品とセパレータによってその厚さが異なる。これに対して、従来の一般的なガスケット成形用金型１０１は、図５の（ｂ）に示すように、燃料電池構成部品２に荷重を付与する荷重付与部１１５と、ガスケット１０６の内周面を成形するための突出部１１７の先端面１１７ａとの間の寸法Ｌが一定である。
【００１０】
そのため、セルによって厚さが異なる燃料電池構成部品２とセパレータ３を上述した従来の一般的なガスケット成形用金型１０１にインサートして燃料電池構成部品２に締結時の荷重と同じ荷重が付与されるまで型締してガスケット６を成形する際に、図７に示すように、型締されたときの燃料電池構成部品２とセパレータ３の厚さＴｂ１が設定された厚さＴｂ（図５の（ｂ）を参照）よりも厚い場合には、型閉じが不足してバリが生じるなどの問題や、ガスケット成形用金型１０１の突出部１１７がセパレータ３の上面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接されず、ガスケット成形用金型１０１の突出部１１７とセパレータ３の上面のマニホールド孔３ｈの周囲との間からガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に漏れ出して（図７の矢印を参照）、セパレータ３の流路３４の導入口または排出口を塞ぐ原因となる不要部が成形される可能性があるという問題があった。さらに、不要部がマニホールド孔３ｈ内の、特に流路３４の導入口または排出口付近に成形されると、マニホールド孔３ｈからセパレータ３の流路３４に流れる反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くなったり、マニホールド孔３ｈの流路３４の導入口または排出口を塞いだりして、発電性能に影響を及ぼすなどの問題があった。そして、この問題を解決するためには、ガスケット１０６の成形後に不要部を除去する工程が必要となり、工程数が増えて時間や手間がかかるという問題があった。
【００１１】
また、このような問題を発生させないように、ガスケット成形用金型１０１にインサートされた燃料電池構成部品２に締結時の荷重よりも大きな荷重を付与するよう型締してガスケット１０６を成形すると、ＭＥＡ２１ａの電解質膜がダメージを受けて電極層が短絡したり、クロスリークする可能性が発生するという問題がある。そして、このような問題が発生しなくとも、締結時の荷重よりも大きな荷重を付与してガスケット１０６を成形した場合、燃料電池として組み立てるべく複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した締結時には、図８に示すように、ガスケット１０６の成形時の荷重よりも締結時の荷重が小さい（少ない）ために、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｐ１が設定された一定の締め代Ｐよりも小さくなり、ガスケット１０６のシール性が弱く、マニホールド１０５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００１２】
一方、図９に示すように、型締されたときの燃料電池構成部品２とセパレータ３の厚さＴｂ２が設定された厚さＴｂよりも薄い場合には、上型１１１の荷重付与部１１５と燃料電池構成部品２との間に隙間が生じると、多孔体２２にガスケット１０６の材料が浸透してＭＥＧＡ２１が不良品となり、また、型締時に荷重付与部１１５による燃料電池構成部品２への荷重が感知されず突出部１１７がセパレータ３の表面におけるマニホールド孔３ｈの周囲に衝突して、セパレータ３の流路３４の導入口または排出口を潰したり変形させる可能性があるという問題があった。そして、このような問題が発生しなくとも、締結時の荷重よりも小さな荷重しか付与できない状態でガスケット１０６を成形した場合、燃料電池として組み立てるべく複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した締結時には、図１０に示すように、ガスケット１０６の成形時の荷重よりも締結時の荷重が大きいために、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｐ２が設定された一定の締め代Ｐよりも大きくなり、ガスケット１０６にかかる荷重が過大となって破断し、マニホールド１０５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００１３】
さらに、上記従来のガスケット成形用金型１０１にあっては、上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接してガスケット１０６の材料をシールする構造となっており、ガスケット１０６の内周壁がマニホールド孔３ｈの開口から外側に退避するよう離れて成形されてセパレータ３の表面が露出していた。しかしながら、図１１に示すように、各セル１０４を積層した際にずれが生じた状態で荷重が掛けられることによって生じるモーメントなどにより、セパレータ３が変形することがある。このようにセパレータ３が変形すると、互いに隣接するセル１０４のセパレータ３が接触して短絡するという問題が発生することとなる。
【００１４】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを成形することが可能な金型を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、また、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようなガスケットを成形することが可能な燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さにバラツキがあっても、締結時と同じ荷重が燃料電池構成部品に付与されて、均一な締め代のガスケットが成形されており、且つ、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、しかも、各セルが積層され締結されたときに積層ずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないように成形されたガスケットを有する燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の燃料電池のセルのガスケット成形用金型に係る発明は、上記目的を達成するため、積層されることによりセルの燃料電池構成部品を挟持するセパレータに形成されたマニホールド孔を互いに連通するためのマニホールドを構成するガスケットの成形用金型であって、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを有しており、該突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２の燃料電池の製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、マニホールド孔が形成されたセパレータと燃料電池構成部品とを積重して金型内にインサートして前記セパレータのマニホールド孔の周囲にガスケットを成形してセルを構成し、該セルを積層することにより、前記燃料電池構成部品をセパレータ間で挟持すると共に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔をガスケットにより互いに連通してマニホールドを構成する燃料電池の製造方法であって、前記金型に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを形成しておき、該金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を前記荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、前記金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することを特徴とするものである。
さらに、請求項３の燃料電池に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層してなり、各セルが、燃料電池構成部品と、セパレータと、締結時に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔を互いに連通するマニホールドを構成するために成形されたガスケットとを備えている燃料電池であって、前記ガスケットが、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態で成形されており、前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の燃料電池のセルのガスケット成形用金型に係る発明によれば、突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことにより、燃料電池構成部品をインサートして型閉じし荷重付与部によって締結時と同じ荷重を付与することができることから、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、均一な締め代となるガスケットを成形することができる。
また、請求項２の燃料電池の製造方法に係る発明によれば、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを金型に予め形成しておき、金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、この状態で金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することにより、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、均一な締め代となるガスケットを成形することができる。
さらに、請求項３の燃料電池に係る発明によれば、セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられると共に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態、特に締結時に付与される荷重を付与された状態でガスケットが成形されていることにより、ガスケットの成形時に、金型の突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、締め代が均一なガスケットを有しており、しかも、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないような構造の燃料電池のセルとすることができる。
【００１７】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（３）項が請求項２に相当し、（６）項が請求項３に相当する。
【００１８】
（１） 積層されることによりセルの燃料電池構成部品を挟持するセパレータに形成されたマニホールド孔を互いに連通するためのマニホールドを構成するガスケットの成形用金型であって、
燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを有しており、
該突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことを特徴とする燃料電池のセルのガスケット成形用金型。
【００１９】
（１）項の発明では、突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことにより、燃料電池構成部品をインサートして型閉じし荷重付与部によって締結時と同じ荷重を付与することができることから、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止することができる。したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることがない。
【００２０】
（２） 前記弾性体を前記突出部の先端面に設けたことを特徴とする（１）項に記載の燃料電池のセルのガスケット成形用金型。
【００２１】
（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、前記弾性体を前記突出部の先端面に設けたことにより、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することが具現化ででき、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを成形することが具現化できる。
【００２２】
（３） マニホールド孔が形成されたセパレータと燃料電池構成部品とを積重して金型内にインサートして前記セパレータのマニホールド孔の周囲にガスケットを成形してセルを構成し、該セルを積層することにより、前記燃料電池構成部品をセパレータ間で挟持すると共に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔をガスケットにより互いに連通してマニホールドを構成する燃料電池の製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを形成しておき、
該金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を前記荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、
前記金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【００２３】
（３）項の発明では、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを金型に予め形成しておき、燃料電池構成部品とセパレータをインサートして金型を型閉じしたときに突出部の先端面とインサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させると共に、型閉じすることによって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与し、この状態で金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填する。これにより、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールすることができる。そのため、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを成形することができる。
【００２４】
（４） 前記金型の突出部の先端面に弾性体を設けることを特徴とする（３）項に記載の燃料電池の製造方法。
【００２５】
（４）項の発明では、（３）項に記載の発明において、金型の突出部の先端面に弾性体を設けることにより、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を吸収して確実にシールすることが具現化できる。
【００２６】
（５） 前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体を設けることを特徴とする（３）項に記載の燃料電池の製造方法。
【００２７】
（５）項の発明では、（３）項に記載の発明において、セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体を設けることより、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を吸収して確実にシールすることが具現化でき、しかも、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡するのを弾性体によって防止することができる。
【００２８】
（６） 複数のセルを積層してなり、
各セルが、燃料電池構成部品と、セパレータと、締結時に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔を互いに連通するマニホールドを構成するために成形されたガスケットとを備えている燃料電池であって、
前記ガスケットが、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態で成形されており、
前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【００２９】
（６）項の発明では、セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられており、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態、特に締結時に付与される荷重を付与された状態でガスケットが成形されていることにより、金型の突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールされた状態でガスケットが成形されている。そのため、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さにバラツキがあっても、金型の突出部の先端面とセパレータの表面との間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部が発生することがなく、且つ、締め代が均一なガスケットを有しており、しかも、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないような構造の燃料電池のセルとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図２】本発明のガスケット成形用金型により厚さが異なる燃料電池構成部品に対する対応を示した説明図である。
【図３】本発明の燃料電池のセルにガスケットを成形する状態を示した要部の断面図である。
【図４】本発明の燃料電池のセルをずれた状態で積層してセパレータのマニホールド孔から外側が変形した場合に、短絡が防止されることを示した説明図である。
【図５】一般的なセル（ａ）と、これにガスケットを成形するために金型内にインサートして燃料電池構成部品に荷重を付与した状態（ｂ）を説明するために示した要部断面図である。
【図６】一般的なセルのガスケットとその締め代を説明するために示した要部断面図である。
【図７】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも厚いために、型締されない状態の従来の金型を示す要部断面図である。
【図８】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも厚いために、締結時にガスケットの締め代が小さくなることを説明するために示した要部断面図である。
【図９】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも薄いために、ガスケット成形用金型の荷重付与部と燃料電池構成部品との間に隙間が生じ、あるいは、ガスケット成形用金型の突出部がセパレータの表面におけるマニホールド孔の周囲に衝突して、セパレータの流路の導入口または排出口を潰したり変形させた状態を説明するために示した要部断面図である。
【図１０】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも薄いために、締結時にガスケットの締め代が大きくなりガスケットにかかる荷重が過大となることを説明するために示した要部断面図である。
【図１１】従来の燃料電池のセルをずれた状態で積層してセパレータのマニホールド孔から外側が変形した場合に、短絡することを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
最初に、本発明の燃料電池のセルのガスケット成形用金型１の実施の一形態を、図１および図２に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池のセルのガスケット成形用金型１は、概略、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを含む複数のセル４を積層することにより構成される燃料電池において、各セル４のセパレータ３に形成されたマニホールド孔３ｈを互いに連通するマニホールド５を構成するガスケット６を成形するためのもので、第１の金型１１と第２の金型１２とを含んでおり、燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、第１の金型１１と第２の金型１２により形成されるキャビティ１３内に突出してガスケット６の内周側壁を成形する突出部１７とを有しており、型締時にセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲との間に介在する弾性体７が突出部１７の先端面１７ａに設けられている。
【００３２】
この実施の形態においては、燃料電池構成部品２としてＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２が積層されており、この燃料電池構成部品２の一方の面にセパレータ３を積重することによりセル４が構成されている。ＭＥＧＡ２１は、ＭＥＡ２１ａの両面にガス拡散層２１ｂがそれぞれ配置されてなるもので、ＭＥＡ２１ａの外縁はガス拡散層２１ｂおよび多孔体２２の外縁から突出するように大きく形成されており、後にガスケット６が一体となるよう成形される。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどが採用され、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが変化する材質が採用されている。多孔体２２の外側縁は、たとえばガスケット６の材料と同じ材料などが含浸されるなどして、ガスケット６の材料に対する目止めが施されている。そして、複数のセル４を積層することにより、このセル４のセパレータ３とこのセル４に隣接する他のセル４のセパレータ３との間で燃料電池構成部品２が挟持されるようになっている。燃料電池構成部品２は、セパレータ３の略中央に配置される。セパレータ３は、カソードプレート３１とアノードプレート３２との間に中間プレート３３を挟んでなる三層構造で構成されており、セパレータ３の、燃料電池構成部品２が配置される周囲の領域には、マニホールド孔３ｈが形成されており、その内部には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４を有している。すなわち、カソードプレート３１とアノードプレート３２の少なくとも一方の周縁には、マニホールド孔３ｈを構成する孔が形成されている。中間プレート３３には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４をセパレータ３の内部に形成するための溝または孔が設けられている。そして、中間プレート３３の溝または孔の端部は、カソードプレート３１とアノードプレート３２のマニホールド孔３ｈを構成する各孔と対応して設けられており、したがって、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈの内周面のセパレータ内側部分に開口している。なお、セル４のセパレータ３は、カソードプレート３１がそのセル４の多孔体２２と接するように構成された実施の形態に限定されることはなく、アノードプレート３２がそのセル４の多孔体２２と接するように構成される場合も本発明に含まれる。
【００３３】
ガスケット６は、燃料電池構成部品２の周囲の端面およびセパレータ３の表面に形成される基部６１と基部６１から連続して突出するリップ部６２とからなるもので、リップ部６２の先端の高さは燃料電池構成部品２の表面よりも図１における上方に突出するよう設定され、また、基部６１の表面の高さは燃料電池構成部品２１の表面よりも図１における下方に位置するよう設定されており、各セル４を積層してその積層方向に所定の荷重を掛けたときに、隣接する他のセル４のセパレータ３と接して押圧されるリップ部６２を基部６１が吸収するように構成されている。
【００３４】
図１に示した実施の形態においては、第１の金型１１が上型により構成されており、第２の金型１２が下型により構成されている。上型１１と下型１２は相対的に近接・遠退することにより、開閉されると共に、型閉じしたときに所定の力で型締めされるように支持されている。そして、この実施の形態では、ガスケット６の材料をキャビティ１３内に導入するためのゲートが上型１１に形成されている。
【００３５】
上型１１の略中央には、ＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２を積層してなる燃料電池構成部品２の配置と対応して、荷重付与部１５が形成されている。荷重付与部１５の周囲には、セパレータ３の各マニホールド孔３ｈを取り囲むように成形するガスケット６の形状に応じてキャビティ面１６が荷重付与部１５と連続して形成されている。キャビティ面１６の内部略中央にはガスケット６の内周壁面を成形するための突出部１７が形成されている。
【００３６】
突出部１７は、型閉じすることにより荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、その下面（先端面）１７ａがセパレータ３の表面に達することがないような長さに形成されている。また、突出部１７は、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの形状と略相似形の断面形状で、マニホールド孔３ｈよりも大きく形成されている。
【００３７】
弾性体７は、型閉じして荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、セパレータ３の表面に接してマニホールド孔３ｈの周囲を取り囲むように成形されている。そして、弾性体７は、図２に示すように、金型１内にインサートされる燃料電池構成部品２のバラツキのある厚さＴに応じて、燃料電池構成部品２が設定された厚さの場合にセパレータ３の表面の位置Ｔに対しては勿論のこと、設定された厚さＴよりも厚い場合セパレータ３の表面の位置に対して（図２に一点鎖線で示したＴ１の位置を参照）、また、設定された厚さＴよりも薄い場合セパレータ３の表面の位置に対して（図２に二点鎖線で示したＴ２の位置を参照）、いずれの場合にもその先端が確実にセパレータ３の表面に当接して弾性変形し、ガスケット７の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを阻止することができるような材質、たとえばガスケット６と同じ材料で成形されており、突出部１７の先端面１７ａに接着剤などにより固着されている。
【００３８】
下型１２は、セパレータ３の形状に応じた凹部１８が形成されており、この凹部１８内には摺動部１２ａが図１においては昇降移動可能に設けられている。摺動部１２ａは、燃料電池構成部品２を積層した状態でインサートされたセパレータ３を支持し、図１に矢印で示したように、ガスケット６の材料を射出充填するときまでに上昇するよう駆動されて、型閉じされた状態の上型１１の荷重付与部１５に対して燃料電池構成部品２を押し付け、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与するものである。上型１１と下型１２の互いに対向する面の周縁には、シール部材１９を収容する溝が形成されている。
【００３９】
次に、本発明の燃料電池の製造方法を、上述したように構成された燃料電池のセルのガスケット成形用金型１を使用する場合によって、その作動とともに説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池の製造方法は、概略、マニホールド孔３ｈが形成されたセパレータ３と燃料電池構成部品２とを積層して金型１内にインサートしてセパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲にガスケット６を成形してセル４を構成し、複数のセル４を積層することにより、燃料電池構成部品２をセパレータ３，３間で挟持すると共に互いに隣接するセル４のセパレータ３のマニホールド孔３ｈをガスケット６により連通してマニホールド５を構成するもので、ガスケット成形用金型１に、燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、ガスケット６の内周側壁を成形する突出部１７とを形成し、この実施の形態においては突出部１７の先端面１７ａに弾性体７を設けておき、ガスケット成形用金型１を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、突出部１７の先端面１７ａに設けられた弾性体７をインサートされたセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接させてシールした状態で、ガスケット成形用金型１のキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形するものである。
【００４０】
ガスケット６を成形するに際しては、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きさせた状態として、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層して下型１２の摺動部１２ａ上にインサートし、その後、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じして、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５によって締結時に付与される荷重と同じ荷重で加圧し、突出部１７の先端面１７ａに設けられた弾性体７をセパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲における表面に当接させた状態で、キャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形する。このとき、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重を荷重付与部１５によって付与すると、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間の間隔が燃料電池構成部品２によって異なることとなる。しかしながら、本発明では、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間に弾性体７が介在されており、この異なる間隔に応じて弾性体７が弾性変形し、確実且つ適切にセパレータ３の表面に当接されて突出部１７の先端面１７ａとの間をシールする。そのため、キャビティ１３内に射出充填されたガスケット６の材料がセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内に入り込むことがなく、また、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時に付与される荷重と同じ荷重を付与された状態でガスケット６のリップ部６２が基部６１から均一な長さで突出するよう成形される。
【００４１】
このようにして燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット６を成形してセル４を構成すると、このセル４を複数積層し、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートを配設し、所定の設定された荷重を付与した状態で両エンドプレートをテンション部材によって締結する。各セル４は、ガスケット６のリップ部６２がそれぞれ成形時と同じ荷重を受けて均一な長さで基部６１から突出するよう成形されているために、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代Ｐで潰されることとなる。
【００４２】
次に、本発明の別の実施の形態を図３および図４に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と同様または相当する部分について同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
【００４３】
この実施の形態における本発明の燃料電池のセル４のガスケット成形用金型１は、型閉じすることにより荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、突出部１７の下面（先端面）１７ａがセパレータ３の表面に達することがなく、且つ、予めセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に設けられた弾性体７に当接されるような長さに形成されている。
【００４４】
そして、この実施の形態における本発明の燃料電池の製造方法は、セパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に弾性体７を予め設けておき、ガスケット成形用金型１を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、突出部１７の先端面１７ａをセパレータ３に設けられた弾性体７に当接させてシールした状態で、ガスケット成形用金型１のキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形するものである。
【００４５】
ガスケット６を成形するに際しては、最初に、各セパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に弾性体７を予め設けておく。この弾性体７は、上述した実施の形態における弾性体７と同様に、型閉じして荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、ガスケット成形用金型１内にインサートされる燃料電池構成部品２のバラツキのある厚さに応じて、その先端が確実に上型１１の突出部１７に接し弾性変形して、ガスケット６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを阻止することができるような材質、たとえばガスケット６と同じ材料で成形されている。弾性体７は、セパレータ３の表面に直接成形してもよく、また、セパレータ３とは別に成形してセパレータ３の表面に接着剤などによって固着してもよい。
【００４６】
次いで、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きさせた状態として、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層して下型１２の摺動部１２ａ上に載置し、その後、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じして、締結時に付与される荷重と同じ荷重で燃料電池構成部品２を荷重付与部１５によって加圧し、突出部１７の先端面１７ａをセパレータ３に設けられた弾性体７に当接させた状態で、キャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形する。このとき、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重を荷重付与部１５によって付与すると、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間の間隔が燃料電池構成部品２によって異なることとなる。しかしながら、本発明では、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間に弾性体７が介在しており、この異なる間隔に応じて弾性体７が弾性変形し、確実且つ適切に上型１１の突出部１７の先端面１７ａに当接されてシールする。そのため、キャビティ１３内に射出充填されたガスケット６の材料がセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内に入り込むことがなく、また、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時に付与される荷重と同じ荷重を付与された状態でガスケット６のリップ部６２が基部６１から均一な長さで突出するよう成形される。
【００４７】
このようにして燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット６を成形してセル４を構成すると、このセル４を複数積層し、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートを配設し、所定の設定された荷重を付与した状態で両エンドプレートをテンション部材によって締結する。各セル４は、ガスケット６のリップ部６２がそれぞれ成形時と同じ荷重を受けて均一な長さで基部６１から突出するよう成形されているために、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代Ｐで潰されることとなる。また、本発明では、各セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲における表面が弾性体７を設けることによって覆われているため、図４に示すように、各セル４を積層した際にずれが生じた状態で荷重が掛けられることによって生じるモーメントなどにより、セパレータ３が変形しても、互いに隣接するセル４のセパレータ３が互いに接触して短絡するのを確実に防止することが可能なセル４を製造することができる。
【００４８】
次に、本発明の燃料電池を、上述したように構成された第２の実施の形態におけるガスケット成形用金型１を用いて、上述したように構成された第２の実施の形態における方法に従って製造されたものである場合により説明する。
本発明の燃料電池は、概略、複数のセル４を積層してなるもので、各セル４は、燃料電池構成部品２と、セパレータ３と、積層されたときに互いに隣接するセル４のセパレータ３のマニホールド孔３ｈを連通するマニホールド５を構成するために成形されたガスケット６とを備えており、ガスケット６が燃料電池構成部品２に対して荷重を付与された状態で成形されたものであり、セパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に弾性体７が設けられている。ガスケット６が成形されるときに燃料電池構成部品２に対して付与される荷重は、締結時に燃料電池構成部品２が付与される荷重と同じであることが望ましい。
【００４９】
各セル４のセパレータ３の、ガスケット６を成形される側の表面であってマニホールド孔３ｈの周囲には、弾性体７がガスケット６を成形する前に予め設けられている。そのため、ガスケット６を成形するために、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層してガスケット成形用金型１にインサートし型閉じして、締結時に付与される荷重と同じ荷重で燃料電池構成部品２を加圧すると、上型１１の突出部１７の先端面１７ａが弾性体７に当接する。そして、燃料電池構成部品２の厚さにバラツキが生じていることから燃料電池構成部品２によって異なる突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間の間隔に応じて弾性体７が弾性変形し、確実且つ適切にセパレータ３の表面に当接されて突出部１７の先端面１７ａとの間をシールする。そのため、ガスケット６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込まないように確実にシールできる構造となる。また、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重を付与した状態でガスケット６のリップ部６２が基部６１から均一な長さで突出するよう成形されたものであるため、複数のセル４を積層して、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートを配設し、所定の設定された荷重を付与した状態で両エンドプレートをテンション部材によって締結することにより燃料電池として組み立てたときに、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、ガスケット６のリップ部６２がそれぞれ均一な締め代Ｐで潰されるように構成されている。
【００５０】
さらに、このようにガスケット６が成形されたセル４では、図４に示すように、積層時にずれが生じ隣接する他のセル４のセパレータ３にガスケット６のリップ部６２が当接され荷重が掛けられることによって生じるモーメントにより、セパレータ３が変形する場合であっても、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲における表面が弾性体を設けることによって覆われているため、互いに隣接するセル４のセパレータ３が接触して短絡するのを確実に防止することが可能な構造となっている。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、燃料電池のセルのガスケットを成形するための金型に利用することができる。また、本発明は、燃料電池のセルにおいて、ガスケットを成形する方法に利用することができる。さらに、本発明は、ガスケットが成形された複数のセルを積層して所定の荷重を付与してエンドプレートを締結してなる燃料電池に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：燃料電池のセルのガスケット成形用金型、 ２：燃料電池構成部品、 ３：セパレータ、 ３ｈ：マニホールド孔、 ３ａ：セパレータ内側、 ３ｂ：セパレータ外側、 ４：セル、 ５：マニホールド、 ６：ガスケット、 １１：上型（第１の金型）、 １２：下型（第２の金型）、 １３：キャビティ、 １７：突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセルのガスケット成形用金型、燃料電池の製造方法、および燃料電池に関し、さらに詳しくは、複数を積層することにより燃料電池を構成するセルにおいて、各セル間で反応ガスや冷却媒体を流通させるマニホールドを構成するガスケットを成形するためのガスケット成形用金型、各セルのガスケットを成形する燃料電池の製造方法、および各セルにガスケットが成形された燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートが配設され、燃料電池構成部品に所定の荷重を付与した状態で両エンドプレートがテンション部材によって締結されている。図５に参照されるように、各セル１０４の燃料電池構成部品としては、電解質膜の両面に電極層を設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）２１ａと、ＭＥＡ２１ａの両側に配置されたガス拡散層２１ｂと、ガス拡散層２１ｂへガスをそれぞれ流通させる多孔体２２とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品２はセパレータ３により挟持されている。ＭＥＡ２１ａとその両側に配置されたガス拡散層２１ｂとにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡ２１と呼ばれる。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどより構成されており、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが弾性変化する材質が採用されている。そして、燃料電池のなかには、たとえば特許文献１に開示されているように、各セルが燃料電池構成部品の一方の面にセパレータを積重して構成されており、複数のセルを積層することにより、燃料電池構成部品がそのセルのセパレータと隣接する他のセルのセパレータとの間で挟持されるよう構成されたものがある。
【０００３】
各セルは、反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドを有している。図５に示すように、セパレータ３の燃料電池構成部品２が積重される領域の周囲には、マニホールド孔３ｈが形成されている。セパレータ３は、所定形状の溝または孔が形成された中間プレート３３をカソードプレートとアノードプレートのいずれかを構成する第１プレート３１と第２プレート３２の間に挟んでなる３層構造とすることにより、その内部に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４が形成されている。セパレータ３内の各流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈに開口しており、所定のガスまたは冷却媒体が所定のマニホールド孔３ｈから供給され、他の対応する所定のマニホールド孔３ｈへと排出される。マニホールド孔３ｈのセパレータ３における燃料電池構成部品２が積重される領域側の部分（以下、セパレータ内側部分という、）の内周壁には、所定の流路３４の導入口または排出口が開口している。
【０００４】
各セル１０４には、マニホールド孔３ｈの周囲を取り囲み、且つ、燃料電池構成部品２の周囲をシールするようにガスケット１０６が一体に成形されている。ガスケット１０６は、図６に示すように、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲に立ち上がるように成形される基部１６１と、基部１６１の表面から燃料電池構成部品２の表面よりも図６における上方に突出してセル１０４が積層されたときに隣接する他のセル１０４のセパレータ３に当接されるように一体に成形されたリップ部１６２とを有しており、マニホールド１０５を構成している。
【０００５】
上記特許文献１においてガスケットを成形するための金型は、その図１２（ｂ）に示されているように、下型にはセパレータをインサートしたときにそのマニホールド孔に嵌り込む突状部が形成されており、また、上型には、下型の突状部と対応する突状部が形成されると共に、ガスケットの成形材料の投入口が形成されている。そして、下型と上型の突状部内には、型閉じすることによってガスケットの材料を投入口からキャビティ内に導入するための通路が形成されるようになっている。この通路をキャビティに開口させるために、特許文献１では、突状部がセパレータのマニホールド孔を突き抜けるよう形成されている。このように構成された金型によって成形されるガスケットは、特許文献１の図５に示されているように、セパレータのマニホールド孔と同じ径でマニホールドが形成されることとなる。
【０００６】
ところで、燃料電池においては、設定された発電性能を得るために、反応ガスや冷却媒体が確実に所定の流量で各セルに分配・供給される必要がある。そのため、各セルのセパレータのマニホールド孔に開口する流路の導入口または排出口をガスケットが塞ぐように成形することは勿論のこと、反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げ圧力損失が高くなるようにガスケットを成形することは許されない。そのため、ガスケットを成形するための従来の一般的なガスケット成形用金型１０１は、図５の（ｂ）に示すように、上型１１１と、下型１１２とからなり、上型１１１のガスケット１０６の内周壁を成形する突出部１１７が、金型１０１にインサートされたセパレータ３の上面におけるマニホールド孔３ｈの周囲全体に当接して、キャビティ１１３内に射出充填されるガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを防ぐようにシールする構造となっていた。そのため、このような構造の金型１０１によって成形されたガスケット１０６は、内周壁の大きさがマニホールド孔３ｈの大きさよりも大きく、すなわち、内周壁がその全周にわたってマニホールド孔３ｈから退避するよう離れて成形されおり、したがって、セパレータ３の表面が露出していた。
【０００７】
また、上述したように特にＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂが一般に圧縮されることにより弾性的に圧縮されるものであり、燃料電池として組み立てたときには複数のセル４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重が付与された状態で締結されている（この状態を締結時という）。そのため、図５の（ｂ）に示したように、ガスケット成形用金型１０１に荷重付与部１１５を形成し、燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット１０６を成形する際には、燃料電池構成部品２に対して荷重付与部１１５が締結時と同じ荷重を付与し厚さをＴａからＴｂに圧縮した状態（図５の（ａ）と（ｂ）を参照）で、ガスケット１０６の材料をキャビティ１１３内に射出充填している。さらに、各セル１０４のガスケット１０６は、図６に示したように、燃料電池構成部品２の表面から一定の寸法で突出するよう成形されて、セル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した状態で締結されたときに、隣接するセル１０４のセパレータ３と接して押圧され潰される量（この潰される量を締め代という）がセル１０４によって異なることなく、一定の締め代Ｐであることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２３８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータは、その厚さに関して公差の範囲でバラツキを有する状態で成形されており、したがって燃料電池構成部品とセパレータによってその厚さが異なる。これに対して、従来の一般的なガスケット成形用金型１０１は、図５の（ｂ）に示すように、燃料電池構成部品２に荷重を付与する荷重付与部１１５と、ガスケット１０６の内周面を成形するための突出部１１７の先端面１１７ａとの間の寸法Ｌが一定である。
【００１０】
そのため、セルによって厚さが異なる燃料電池構成部品２とセパレータ３を上述した従来の一般的なガスケット成形用金型１０１にインサートして燃料電池構成部品２に締結時の荷重と同じ荷重が付与されるまで型締してガスケット６を成形する際に、図７に示すように、型締されたときの燃料電池構成部品２とセパレータ３の厚さＴｂ１が設定された厚さＴｂ（図５の（ｂ）を参照）よりも厚い場合には、型閉じが不足してバリが生じるなどの問題や、ガスケット成形用金型１０１の突出部１１７がセパレータ３の上面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接されず、ガスケット成形用金型１０１の突出部１１７とセパレータ３の上面のマニホールド孔３ｈの周囲との間からガスケット１０６の材料がマニホールド孔３ｈ内に漏れ出して（図７の矢印を参照）、セパレータ３の流路３４の導入口または排出口を塞ぐ原因となる不要部が成形される可能性があるという問題があった。さらに、不要部がマニホールド孔３ｈ内の、特に流路３４の導入口または排出口付近に成形されると、マニホールド孔３ｈからセパレータ３の流路３４に流れる反応ガスまたは冷却媒体の流通を妨げて圧力損失が高くなったり、マニホールド孔３ｈの流路３４の導入口または排出口を塞いだりして、発電性能に影響を及ぼすなどの問題があった。そして、この問題を解決するためには、ガスケット１０６の成形後に不要部を除去する工程が必要となり、工程数が増えて時間や手間がかかるという問題があった。
【００１１】
また、このような問題を発生させないように、ガスケット成形用金型１０１にインサートされた燃料電池構成部品２に締結時の荷重よりも大きな荷重を付与するよう型締してガスケット１０６を成形すると、ＭＥＡ２１ａの電解質膜がダメージを受けて電極層が短絡したり、クロスリークする可能性が発生するという問題がある。そして、このような問題が発生しなくとも、締結時の荷重よりも大きな荷重を付与してガスケット１０６を成形した場合、燃料電池として組み立てるべく複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した締結時には、図８に示すように、ガスケット１０６の成形時の荷重よりも締結時の荷重が小さい（少ない）ために、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｐ１が設定された一定の締め代Ｐよりも小さくなり、ガスケット１０６のシール性が弱く、マニホールド１０５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００１２】
一方、図９に示すように、型締されたときの燃料電池構成部品２とセパレータ３の厚さＴｂ２が設定された厚さＴｂよりも薄い場合には、上型１１１の荷重付与部１１５と燃料電池構成部品２との間に隙間が生じると、多孔体２２にガスケット１０６の材料が浸透してＭＥＧＡ２１が不良品となり、また、型締時に荷重付与部１１５による燃料電池構成部品２への荷重が感知されず突出部１１７がセパレータ３の表面におけるマニホールド孔３ｈの周囲に衝突して、セパレータ３の流路３４の導入口または排出口を潰したり変形させる可能性があるという問題があった。そして、このような問題が発生しなくとも、締結時の荷重よりも小さな荷重しか付与できない状態でガスケット１０６を成形した場合、燃料電池として組み立てるべく複数のセル１０４を積層してエンドプレートの間で所定の荷重を付与した締結時には、図１０に示すように、ガスケット１０６の成形時の荷重よりも締結時の荷重が大きいために、ガスケット１０６のリップ部１６２の締め代Ｐ２が設定された一定の締め代Ｐよりも大きくなり、ガスケット１０６にかかる荷重が過大となって破断し、マニホールド１０５を流通する反応ガスや冷却媒体がリークする可能性があるという問題がある。
【００１３】
さらに、上記従来のガスケット成形用金型１０１にあっては、上型１１１の突出部１１７がセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接してガスケット１０６の材料をシールする構造となっており、ガスケット１０６の内周壁がマニホールド孔３ｈの開口から外側に退避するよう離れて成形されてセパレータ３の表面が露出していた。しかしながら、図１１に示すように、各セル１０４を積層した際にずれが生じた状態で荷重が掛けられることによって生じるモーメントなどにより、セパレータ３が変形することがある。このようにセパレータ３が変形すると、互いに隣接するセル１０４のセパレータ３が接触して短絡するという問題が発生することとなる。
【００１４】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを成形することが可能な金型を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、また、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないようなガスケットを成形することが可能な燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さにバラツキがあっても、締結時と同じ荷重が燃料電池構成部品に付与されて、均一な締め代のガスケットが成形されており、且つ、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなく、しかも、各セルが積層され締結されたときに積層ずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないように成形されたガスケットを有する燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の燃料電池のセルのガスケット成形用金型に係る発明は、上記目的を達成するため、積層されることによりセルの燃料電池構成部品を挟持するセパレータに形成されたマニホールド孔を互いに連通するためのマニホールドを構成するガスケットの成形用金型であって、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを有しており、該突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２の燃料電池の製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、マニホールド孔が形成されたセパレータと燃料電池構成部品とを積重して金型内にインサートして前記セパレータのマニホールド孔の周囲にガスケットを成形してセルを構成し、該セルを積層することにより、前記燃料電池構成部品をセパレータ間で挟持すると共に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔をガスケットにより互いに連通してマニホールドを構成する燃料電池の製造方法であって、前記金型に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを形成しておき、該金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を前記荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、前記金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することを特徴とするものである。
さらに、請求項３の燃料電池に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層してなり、各セルが、燃料電池構成部品と、セパレータと、締結時に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔を互いに連通するマニホールドを構成するために成形されたガスケットとを備えている燃料電池であって、前記ガスケットが、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態で成形されており、前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の燃料電池のセルのガスケット成形用金型に係る発明によれば、突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことにより、燃料電池構成部品をインサートして型閉じし荷重付与部によって締結時と同じ荷重を付与することができることから、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、均一な締め代となるガスケットを成形することができる。
また、請求項２の燃料電池の製造方法に係る発明によれば、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを金型に予め形成しておき、金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、この状態で金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することにより、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、均一な締め代となるガスケットを成形することができる。
さらに、請求項３の燃料電池に係る発明によれば、セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられると共に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態、特に締結時に付与される荷重を付与された状態でガスケットが成形されていることにより、ガスケットの成形時に、金型の突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、締め代が均一なガスケットを有しており、しかも、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないような構造の燃料電池のセルとすることができる。
【００１７】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（３）項が請求項２に相当し、（６）項が請求項３に相当する。
【００１８】
（１） 積層されることによりセルの燃料電池構成部品を挟持するセパレータに形成されたマニホールド孔を互いに連通するためのマニホールドを構成するガスケットの成形用金型であって、
燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを有しており、
該突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことを特徴とする燃料電池のセルのガスケット成形用金型。
【００１９】
（１）項の発明では、突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことにより、燃料電池構成部品をインサートして型閉じし荷重付与部によって締結時と同じ荷重を付与することができることから、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールするため、この間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止することができる。したがって、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることがない。
【００２０】
（２） 前記弾性体を前記突出部の先端面に設けたことを特徴とする（１）項に記載の燃料電池のセルのガスケット成形用金型。
【００２１】
（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、前記弾性体を前記突出部の先端面に設けたことにより、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することが具現化ででき、しかも、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを成形することが具現化できる。
【００２２】
（３） マニホールド孔が形成されたセパレータと燃料電池構成部品とを積重して金型内にインサートして前記セパレータのマニホールド孔の周囲にガスケットを成形してセルを構成し、該セルを積層することにより、前記燃料電池構成部品をセパレータ間で挟持すると共に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔をガスケットにより互いに連通してマニホールドを構成する燃料電池の製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを形成しておき、
該金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を前記荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、
前記金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【００２３】
（３）項の発明では、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを金型に予め形成しておき、燃料電池構成部品とセパレータをインサートして金型を型閉じしたときに突出部の先端面とインサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させると共に、型閉じすることによって燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部によって付与し、この状態で金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填する。これにより、燃料電池構成部品の厚さにバラツキがあっても、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールすることができる。そのため、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さのバラツキに影響されず、締結時と同じ荷重を燃料電池構成部品に付与して均一な締め代のガスケットを成形することができ、しかも、間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部を発生させることなくガスケットを成形することができる。
【００２４】
（４） 前記金型の突出部の先端面に弾性体を設けることを特徴とする（３）項に記載の燃料電池の製造方法。
【００２５】
（４）項の発明では、（３）項に記載の発明において、金型の突出部の先端面に弾性体を設けることにより、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を吸収して確実にシールすることが具現化できる。
【００２６】
（５） 前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体を設けることを特徴とする（３）項に記載の燃料電池の製造方法。
【００２７】
（５）項の発明では、（３）項に記載の発明において、セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体を設けることより、突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を吸収して確実にシールすることが具現化でき、しかも、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡するのを弾性体によって防止することができる。
【００２８】
（６） 複数のセルを積層してなり、
各セルが、燃料電池構成部品と、セパレータと、締結時に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔を互いに連通するマニホールドを構成するために成形されたガスケットとを備えている燃料電池であって、
前記ガスケットが、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態で成形されており、
前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【００２９】
（６）項の発明では、セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられており、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態、特に締結時に付与される荷重を付与された状態でガスケットが成形されていることにより、金型の突出部の先端面とセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間のバラツキにより異なる間隔を弾性体が吸収して確実にシールされた状態でガスケットが成形されている。そのため、各セルを構成する燃料電池構成部品とセパレータの厚さにバラツキがあっても、金型の突出部の先端面とセパレータの表面との間からガスケットの材料がセパレータのマニホールド孔内に侵入するのを防止して、セパレータの流路を塞いだり圧力損失が高くなる原因となる不要部が発生することがなく、且つ、締め代が均一なガスケットを有しており、しかも、セルを積層したときにそのずれなどによって互いに隣接するセルのセパレータが短絡しないような構造の燃料電池のセルとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のガスケット成形用金型の要部を示す断面図である。
【図２】本発明のガスケット成形用金型により厚さが異なる燃料電池構成部品に対する対応を示した説明図である。
【図３】本発明の燃料電池のセルにガスケットを成形する状態を示した要部の断面図である。
【図４】本発明の燃料電池のセルをずれた状態で積層してセパレータのマニホールド孔から外側が変形した場合に、短絡が防止されることを示した説明図である。
【図５】一般的なセル（ａ）と、これにガスケットを成形するために金型内にインサートして燃料電池構成部品に荷重を付与した状態（ｂ）を説明するために示した要部断面図である。
【図６】一般的なセルのガスケットとその締め代を説明するために示した要部断面図である。
【図７】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも厚いために、型締されない状態の従来の金型を示す要部断面図である。
【図８】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも厚いために、締結時にガスケットの締め代が小さくなることを説明するために示した要部断面図である。
【図９】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも薄いために、ガスケット成形用金型の荷重付与部と燃料電池構成部品との間に隙間が生じ、あるいは、ガスケット成形用金型の突出部がセパレータの表面におけるマニホールド孔の周囲に衝突して、セパレータの流路の導入口または排出口を潰したり変形させた状態を説明するために示した要部断面図である。
【図１０】燃料電池構成部品が設定された厚さよりも薄いために、締結時にガスケットの締め代が大きくなりガスケットにかかる荷重が過大となることを説明するために示した要部断面図である。
【図１１】従来の燃料電池のセルをずれた状態で積層してセパレータのマニホールド孔から外側が変形した場合に、短絡することを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
最初に、本発明の燃料電池のセルのガスケット成形用金型１の実施の一形態を、図１および図２に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池のセルのガスケット成形用金型１は、概略、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを含む複数のセル４を積層することにより構成される燃料電池において、各セル４のセパレータ３に形成されたマニホールド孔３ｈを互いに連通するマニホールド５を構成するガスケット６を成形するためのもので、第１の金型１１と第２の金型１２とを含んでおり、燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、第１の金型１１と第２の金型１２により形成されるキャビティ１３内に突出してガスケット６の内周側壁を成形する突出部１７とを有しており、型締時にセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲との間に介在する弾性体７が突出部１７の先端面１７ａに設けられている。
【００３２】
この実施の形態においては、燃料電池構成部品２としてＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２が積層されており、この燃料電池構成部品２の一方の面にセパレータ３を積重することによりセル４が構成されている。ＭＥＧＡ２１は、ＭＥＡ２１ａの両面にガス拡散層２１ｂがそれぞれ配置されてなるもので、ＭＥＡ２１ａの外縁はガス拡散層２１ｂおよび多孔体２２の外縁から突出するように大きく形成されており、後にガスケット６が一体となるよう成形される。ＭＥＧＡ２１のガス拡散層２１ｂは、通気性を有する材料であり、一般に例えばカーボン繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布等の多孔質シートやメッシュ状シートなどが採用され、厚さ方向に荷重を付与することにより圧縮されるようその厚さが変化する材質が採用されている。多孔体２２の外側縁は、たとえばガスケット６の材料と同じ材料などが含浸されるなどして、ガスケット６の材料に対する目止めが施されている。そして、複数のセル４を積層することにより、このセル４のセパレータ３とこのセル４に隣接する他のセル４のセパレータ３との間で燃料電池構成部品２が挟持されるようになっている。燃料電池構成部品２は、セパレータ３の略中央に配置される。セパレータ３は、カソードプレート３１とアノードプレート３２との間に中間プレート３３を挟んでなる三層構造で構成されており、セパレータ３の、燃料電池構成部品２が配置される周囲の領域には、マニホールド孔３ｈが形成されており、その内部には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４を有している。すなわち、カソードプレート３１とアノードプレート３２の少なくとも一方の周縁には、マニホールド孔３ｈを構成する孔が形成されている。中間プレート３３には、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４をセパレータ３の内部に形成するための溝または孔が設けられている。そして、中間プレート３３の溝または孔の端部は、カソードプレート３１とアノードプレート３２のマニホールド孔３ｈを構成する各孔と対応して設けられており、したがって、各セル４に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路３４は、所定のマニホールド孔３ｈの内周面のセパレータ内側部分に開口している。なお、セル４のセパレータ３は、カソードプレート３１がそのセル４の多孔体２２と接するように構成された実施の形態に限定されることはなく、アノードプレート３２がそのセル４の多孔体２２と接するように構成される場合も本発明に含まれる。
【００３３】
ガスケット６は、燃料電池構成部品２の周囲の端面およびセパレータ３の表面に形成される基部６１と基部６１から連続して突出するリップ部６２とからなるもので、リップ部６２の先端の高さは燃料電池構成部品２の表面よりも図１における上方に突出するよう設定され、また、基部６１の表面の高さは燃料電池構成部品２１の表面よりも図１における下方に位置するよう設定されており、各セル４を積層してその積層方向に所定の荷重を掛けたときに、隣接する他のセル４のセパレータ３と接して押圧されるリップ部６２を基部６１が吸収するように構成されている。
【００３４】
図１に示した実施の形態においては、第１の金型１１が上型により構成されており、第２の金型１２が下型により構成されている。上型１１と下型１２は相対的に近接・遠退することにより、開閉されると共に、型閉じしたときに所定の力で型締めされるように支持されている。そして、この実施の形態では、ガスケット６の材料をキャビティ１３内に導入するためのゲートが上型１１に形成されている。
【００３５】
上型１１の略中央には、ＭＥＧＡ２１の両面に多孔体２２を積層してなる燃料電池構成部品２の配置と対応して、荷重付与部１５が形成されている。荷重付与部１５の周囲には、セパレータ３の各マニホールド孔３ｈを取り囲むように成形するガスケット６の形状に応じてキャビティ面１６が荷重付与部１５と連続して形成されている。キャビティ面１６の内部略中央にはガスケット６の内周壁面を成形するための突出部１７が形成されている。
【００３６】
突出部１７は、型閉じすることにより荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、その下面（先端面）１７ａがセパレータ３の表面に達することがないような長さに形成されている。また、突出部１７は、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの形状と略相似形の断面形状で、マニホールド孔３ｈよりも大きく形成されている。
【００３７】
弾性体７は、型閉じして荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、セパレータ３の表面に接してマニホールド孔３ｈの周囲を取り囲むように成形されている。そして、弾性体７は、図２に示すように、金型１内にインサートされる燃料電池構成部品２のバラツキのある厚さＴに応じて、燃料電池構成部品２が設定された厚さの場合にセパレータ３の表面の位置Ｔに対しては勿論のこと、設定された厚さＴよりも厚い場合セパレータ３の表面の位置に対して（図２に一点鎖線で示したＴ１の位置を参照）、また、設定された厚さＴよりも薄い場合セパレータ３の表面の位置に対して（図２に二点鎖線で示したＴ２の位置を参照）、いずれの場合にもその先端が確実にセパレータ３の表面に当接して弾性変形し、ガスケット７の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを阻止することができるような材質、たとえばガスケット６と同じ材料で成形されており、突出部１７の先端面１７ａに接着剤などにより固着されている。
【００３８】
下型１２は、セパレータ３の形状に応じた凹部１８が形成されており、この凹部１８内には摺動部１２ａが図１においては昇降移動可能に設けられている。摺動部１２ａは、燃料電池構成部品２を積層した状態でインサートされたセパレータ３を支持し、図１に矢印で示したように、ガスケット６の材料を射出充填するときまでに上昇するよう駆動されて、型閉じされた状態の上型１１の荷重付与部１５に対して燃料電池構成部品２を押し付け、締結時の荷重と同じ荷重を燃料電池構成部品２に付与するものである。上型１１と下型１２の互いに対向する面の周縁には、シール部材１９を収容する溝が形成されている。
【００３９】
次に、本発明の燃料電池の製造方法を、上述したように構成された燃料電池のセルのガスケット成形用金型１を使用する場合によって、その作動とともに説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池の製造方法は、概略、マニホールド孔３ｈが形成されたセパレータ３と燃料電池構成部品２とを積層して金型１内にインサートしてセパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲にガスケット６を成形してセル４を構成し、複数のセル４を積層することにより、燃料電池構成部品２をセパレータ３，３間で挟持すると共に互いに隣接するセル４のセパレータ３のマニホールド孔３ｈをガスケット６により連通してマニホールド５を構成するもので、ガスケット成形用金型１に、燃料電池構成部品２に対して荷重を付与する荷重付与部１５と、ガスケット６の内周側壁を成形する突出部１７とを形成し、この実施の形態においては突出部１７の先端面１７ａに弾性体７を設けておき、ガスケット成形用金型１を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、突出部１７の先端面１７ａに設けられた弾性体７をインサートされたセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に当接させてシールした状態で、ガスケット成形用金型１のキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形するものである。
【００４０】
ガスケット６を成形するに際しては、最初に、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きさせた状態として、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層して下型１２の摺動部１２ａ上にインサートし、その後、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じして、燃料電池構成部品２を荷重付与部１５によって締結時に付与される荷重と同じ荷重で加圧し、突出部１７の先端面１７ａに設けられた弾性体７をセパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲における表面に当接させた状態で、キャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形する。このとき、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重を荷重付与部１５によって付与すると、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間の間隔が燃料電池構成部品２によって異なることとなる。しかしながら、本発明では、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間に弾性体７が介在されており、この異なる間隔に応じて弾性体７が弾性変形し、確実且つ適切にセパレータ３の表面に当接されて突出部１７の先端面１７ａとの間をシールする。そのため、キャビティ１３内に射出充填されたガスケット６の材料がセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内に入り込むことがなく、また、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時に付与される荷重と同じ荷重を付与された状態でガスケット６のリップ部６２が基部６１から均一な長さで突出するよう成形される。
【００４１】
このようにして燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット６を成形してセル４を構成すると、このセル４を複数積層し、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートを配設し、所定の設定された荷重を付与した状態で両エンドプレートをテンション部材によって締結する。各セル４は、ガスケット６のリップ部６２がそれぞれ成形時と同じ荷重を受けて均一な長さで基部６１から突出するよう成形されているために、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代Ｐで潰されることとなる。
【００４２】
次に、本発明の別の実施の形態を図３および図４に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と同様または相当する部分について同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
【００４３】
この実施の形態における本発明の燃料電池のセル４のガスケット成形用金型１は、型閉じすることにより荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、突出部１７の下面（先端面）１７ａがセパレータ３の表面に達することがなく、且つ、予めセパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に設けられた弾性体７に当接されるような長さに形成されている。
【００４４】
そして、この実施の形態における本発明の燃料電池の製造方法は、セパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に弾性体７を予め設けておき、ガスケット成形用金型１を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重を荷重付与部１５によって付与するとともに、突出部１７の先端面１７ａをセパレータ３に設けられた弾性体７に当接させてシールした状態で、ガスケット成形用金型１のキャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形するものである。
【００４５】
ガスケット６を成形するに際しては、最初に、各セパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に弾性体７を予め設けておく。この弾性体７は、上述した実施の形態における弾性体７と同様に、型閉じして荷重付与部１５がインサートされた燃料電池構成部品２を締結時の荷重で加圧したときに、ガスケット成形用金型１内にインサートされる燃料電池構成部品２のバラツキのある厚さに応じて、その先端が確実に上型１１の突出部１７に接し弾性変形して、ガスケット６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込むのを阻止することができるような材質、たとえばガスケット６と同じ材料で成形されている。弾性体７は、セパレータ３の表面に直接成形してもよく、また、セパレータ３とは別に成形してセパレータ３の表面に接着剤などによって固着してもよい。
【００４６】
次いで、上型１１と下型１２を相対的に離間させて型開きさせた状態として、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層して下型１２の摺動部１２ａ上に載置し、その後、上型１１と下型１２を相対的に近接させて型閉じして、締結時に付与される荷重と同じ荷重で燃料電池構成部品２を荷重付与部１５によって加圧し、突出部１７の先端面１７ａをセパレータ３に設けられた弾性体７に当接させた状態で、キャビティ１３内にガスケット６の材料を射出充填してガスケット６を成形する。このとき、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重を荷重付与部１５によって付与すると、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間の間隔が燃料電池構成部品２によって異なることとなる。しかしながら、本発明では、突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間に弾性体７が介在しており、この異なる間隔に応じて弾性体７が弾性変形し、確実且つ適切に上型１１の突出部１７の先端面１７ａに当接されてシールする。そのため、キャビティ１３内に射出充填されたガスケット６の材料がセパレータ３のマニホールド孔３ｈ内に入り込むことがなく、また、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、締結時に付与される荷重と同じ荷重を付与された状態でガスケット６のリップ部６２が基部６１から均一な長さで突出するよう成形される。
【００４７】
このようにして燃料電池構成部品２とセパレータ３を積層してガスケット６を成形してセル４を構成すると、このセル４を複数積層し、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートを配設し、所定の設定された荷重を付与した状態で両エンドプレートをテンション部材によって締結する。各セル４は、ガスケット６のリップ部６２がそれぞれ成形時と同じ荷重を受けて均一な長さで基部６１から突出するよう成形されているために、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、均一な締め代Ｐで潰されることとなる。また、本発明では、各セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲における表面が弾性体７を設けることによって覆われているため、図４に示すように、各セル４を積層した際にずれが生じた状態で荷重が掛けられることによって生じるモーメントなどにより、セパレータ３が変形しても、互いに隣接するセル４のセパレータ３が互いに接触して短絡するのを確実に防止することが可能なセル４を製造することができる。
【００４８】
次に、本発明の燃料電池を、上述したように構成された第２の実施の形態におけるガスケット成形用金型１を用いて、上述したように構成された第２の実施の形態における方法に従って製造されたものである場合により説明する。
本発明の燃料電池は、概略、複数のセル４を積層してなるもので、各セル４は、燃料電池構成部品２と、セパレータ３と、積層されたときに互いに隣接するセル４のセパレータ３のマニホールド孔３ｈを連通するマニホールド５を構成するために成形されたガスケット６とを備えており、ガスケット６が燃料電池構成部品２に対して荷重を付与された状態で成形されたものであり、セパレータ３の表面のマニホールド孔３ｈの周囲に弾性体７が設けられている。ガスケット６が成形されるときに燃料電池構成部品２に対して付与される荷重は、締結時に燃料電池構成部品２が付与される荷重と同じであることが望ましい。
【００４９】
各セル４のセパレータ３の、ガスケット６を成形される側の表面であってマニホールド孔３ｈの周囲には、弾性体７がガスケット６を成形する前に予め設けられている。そのため、ガスケット６を成形するために、燃料電池構成部品２とセパレータ３とを積層してガスケット成形用金型１にインサートし型閉じして、締結時に付与される荷重と同じ荷重で燃料電池構成部品２を加圧すると、上型１１の突出部１７の先端面１７ａが弾性体７に当接する。そして、燃料電池構成部品２の厚さにバラツキが生じていることから燃料電池構成部品２によって異なる突出部１７の先端面１７ａとセパレータ３の表面との間の間隔に応じて弾性体７が弾性変形し、確実且つ適切にセパレータ３の表面に当接されて突出部１７の先端面１７ａとの間をシールする。そのため、ガスケット６の材料がマニホールド孔３ｈ内に流れ込まないように確実にシールできる構造となる。また、厚さにバラツキがある燃料電池構成部品２に対して締結時に付与される荷重と同じ荷重を付与した状態でガスケット６のリップ部６２が基部６１から均一な長さで突出するよう成形されたものであるため、複数のセル４を積層して、その積層方向端部にそれぞれエンドプレートを配設し、所定の設定された荷重を付与した状態で両エンドプレートをテンション部材によって締結することにより燃料電池として組み立てたときに、燃料電池構成部品２の厚さのバラツキに影響されることなく、ガスケット６のリップ部６２がそれぞれ均一な締め代Ｐで潰されるように構成されている。
【００５０】
さらに、このようにガスケット６が成形されたセル４では、図４に示すように、積層時にずれが生じ隣接する他のセル４のセパレータ３にガスケット６のリップ部６２が当接され荷重が掛けられることによって生じるモーメントにより、セパレータ３が変形する場合であっても、セパレータ３のマニホールド孔３ｈの周囲における表面が弾性体を設けることによって覆われているため、互いに隣接するセル４のセパレータ３が接触して短絡するのを確実に防止することが可能な構造となっている。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、燃料電池のセルのガスケットを成形するための金型に利用することができる。また、本発明は、燃料電池のセルにおいて、ガスケットを成形する方法に利用することができる。さらに、本発明は、ガスケットが成形された複数のセルを積層して所定の荷重を付与してエンドプレートを締結してなる燃料電池に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：燃料電池のセルのガスケット成形用金型、 ２：燃料電池構成部品、 ３：セパレータ、 ３ｈ：マニホールド孔、 ３ａ：セパレータ内側、 ３ｂ：セパレータ外側、 ４：セル、 ５：マニホールド、 ６：ガスケット、 １１：上型（第１の金型）、 １２：下型（第２の金型）、 １３：キャビティ、 １７：突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層されることによりセルの燃料電池構成部品を挟持するセパレータに形成されたマニホールド孔を互いに連通するためのマニホールドを構成するガスケットの成形用金型であって、
燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを有しており、
該突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことを特徴とする燃料電池のセルのガスケット成形用金型。
【請求項２】
マニホールド孔が形成されたセパレータと燃料電池構成部品とを積重して金型内にインサートして前記セパレータのマニホールド孔の周囲にガスケットを成形してセルを構成し、該セルを積層することにより、前記燃料電池構成部品をセパレータ間で挟持すると共に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔をガスケットにより互いに連通してマニホールドを構成する燃料電池の製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを形成しておき、
該金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を前記荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、
前記金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３】
複数のセルを積層してなり、
各セルが、燃料電池構成部品と、セパレータと、締結時に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔を互いに連通するマニホールドを構成するために成形されたガスケットとを備えている燃料電池であって、
前記ガスケットが、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態で成形されており、
前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
積層されることによりセルの燃料電池構成部品を挟持するセパレータに形成されたマニホールド孔を互いに連通するためのマニホールドを構成するガスケットの成形用金型であって、
燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを有しており、
該突出部の先端面と前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に介在される弾性体を備えたことを特徴とする燃料電池のセルのガスケット成形用金型。
【請求項２】
マニホールド孔が形成されたセパレータと燃料電池構成部品とを積重して金型内にインサートして前記セパレータのマニホールド孔の周囲にガスケットを成形してセルを構成し、該セルを積層することにより、前記燃料電池構成部品をセパレータ間で挟持すると共に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔をガスケットにより互いに連通してマニホールドを構成する燃料電池の製造方法であって、
前記金型に、燃料電池構成部品に対して荷重を付与する荷重付与部と、前記ガスケットの内周側壁を成形する突出部とを形成しておき、
該金型を型閉じしたときに、インサートされた燃料電池構成部品に対して締結時に付与される荷重を前記荷重付与部によって付与するとともに、前記突出部の先端面と前記インサートされたセパレータの表面のマニホールド孔の周囲との間に弾性体を介在させ、
前記金型のキャビティ内にガスケットの材料を射出充填することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３】
複数のセルを積層してなり、
各セルが、燃料電池構成部品と、セパレータと、締結時に隣接するセルのセパレータのマニホールド孔を互いに連通するマニホールドを構成するために成形されたガスケットとを備えている燃料電池であって、
前記ガスケットが、燃料電池構成部品に対して荷重を付与された状態で成形されており、
前記セパレータの表面のマニホールド孔の周囲に弾性体が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１７７０２２（Ｐ２０１０−１７７０２２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８０５３（Ｐ２００９−１８０５３）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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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