燃料電池用セパレータ
【課題】成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを提供する。
【解決手段】流路３とその流路３に接続されたマニホールド２ｂとを有し、マニホールド２ｂは燃料電池用セパレータ１Ｑの一方の面１Ａ2で流路３と接続され、他方の面１Ｂ2で流路３と接続されていない。一方の面１Ａ2において流路３とマニホールド２ｂとが接続される部分にバリはなく、他方の面１Ｂ2においてマニホールド２ｂの周縁部にはへこみ部５ｄが形成されている。へこみ部５ｄは、凹部６と、その凹部６の底面から突き出しかつ他方の面１Ｂ2から突き出ない凹部内バリ４ｃとを有している。
【解決手段】流路３とその流路３に接続されたマニホールド２ｂとを有し、マニホールド２ｂは燃料電池用セパレータ１Ｑの一方の面１Ａ2で流路３と接続され、他方の面１Ｂ2で流路３と接続されていない。一方の面１Ａ2において流路３とマニホールド２ｂとが接続される部分にバリはなく、他方の面１Ｂ2においてマニホールド２ｂの周縁部にはへこみ部５ｄが形成されている。へこみ部５ｄは、凹部６と、その凹部６の底面から突き出しかつ他方の面１Ｂ2から突き出ない凹部内バリ４ｃとを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応から電力を得る燃料電池においては、近年ポ−タブル機器、自動車等の種々の用途への適用が検討されている。燃料電池は、電解質膜、電極およびセパレータからなる基本構成単位、すなわち単位セルが通常直列に数十〜数百セル積層された構造を有する。一般的な燃料電池の製造方法では電解質膜および電極は予め電解質膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）として形成され、これにセパレータが配置される。セパレータとしては、水素等の燃料と、空気または酸素からなる酸化剤と、セルを冷却するための冷媒とをそれぞれ供給するための流路を少なくとも片面に形成したものが用いられる。
【０００３】
セパレータでは、隣接するＭＥＡとの電気的な接続を確保して燃料電池の発電効率を高めるために十分な導電性を備えることが必要であるが、これに加えて、単位セルの積層構造を支えるために十分な機械的強度が必要とされる。また、燃料電池の小型化の要求に伴い近年ではセパレータの薄肉化も求められている。さらに、単位セルの積層構造における単位セル間の接触抵抗を低減するために厚み精度の向上も求められている。
【０００４】
従来の燃料電池用セパレータは、樹脂と炭素材料とを含む成形材料を圧縮成形用金型内に投入し加圧することによって成形される。このような燃料電池用セパレータを形成するための成形用金型の構造は従来から各種提案されている（例えば特許文献１〜５参照）。
【０００５】
この圧縮成形用金型には、（１）金型内および成形材料中の空気を効率よく金型外に排出できること、（２）金型内に余分に充填した成形材料を金型外に排出できることが求められる。
【０００６】
一般的に、従来の圧縮成形用金型は、図２４Ａに示すように、凹部（キャビティ）１０１ａを有する凹型１０１と、凸部（コア）１０２ａを有する凸型１０２とから構成されている。そして、上記（１）、（２）を満たすために、凹部１０１ａの側壁と凸部１０２ａの側壁とを対向させたシェアエッジ（図中領域Ｐ）が設けられている。
【０００７】
このような金型を用いて成形材料１２０ａを成形すると、余剰分の成形材料は凹部１０１ａからフローアウトして、シェアエッジの隙間（クリアランス）へ排出され、かつ金型内および成形材料中の空気も効率よく金型外へ排出され得る。
【０００８】
また金型として、図２５Ａに示すように、凹部１０１ａを有する金型１０１と、凹部１０２ａを有する金型１０２とから構成される合わせ型の圧縮成形用金型もある。この合わせ型の金型では、構造が簡単で、金型全体の厚みを薄くすることもできる。
【特許文献１】特開２００１−１９８９２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７０４５９号公報
【特許文献３】特開２００４−２３０７８８号公報
【特許文献４】特開２００４−７１３３４号公報
【特許文献５】特許第３７５１９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２４Ａに示す従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型では、図２４Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じる。また図２５Ａに示す従来の合わせ型の圧縮成形用金型では、図２５Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じる。
【００１０】
燃料電池において複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときには、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させる必要がある。しかし、図２４Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じていると、成形品１２０同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができないという問題がある。
【００１１】
また複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときの位置決めの精度は成形品の外周形状により決定される。しかし、図２５Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じていると、位置決め精度が悪化して精度よく成形品１２０を積み重ねることができないという問題がある。
【００１２】
また成形品の外周部だけでなく、成形品面内の貫通孔等にも上記のような樹脂バリが生じる。よって、貫通孔部分に形成された樹脂バリによって、上記と同様に、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができないという問題もある。
【００１３】
また、これらの樹脂バリを取り除くためには、複雑なバリ取り加工工程が必要となる。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一の燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータの一方の面の外周縁部からその一方の面に交差する方向に突き出したバリがあり、他方の面の外周縁部にバリを収容可能な形状のへこみ部が形成されている。
【００１５】
本発明の一の燃料電池用セパレータによれば、へこみ部がバリを収容可能な形状で形成されている。このため、同一形状の燃料電池用セパレータを積み重ねた場合、一方の燃料電池用セパレータの一方の面に生じたバリは他方の燃料電池用セパレータの他方の面に形成されたへこみ部に収容される。これにより燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【００１６】
またバリは燃料電池用セパレータの一方の面に交差する方向に突き出しており、燃料電池用セパレータの側面から外周側へ突き出していないため、良好な精度で燃料電池用セパレータを位置決めして積み重ねることができる。
【００１７】
またバリを取り除く必要がなくなるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
本発明の他の燃料電池用セパレータは、流路と、その流路に接続されていないマニホールドとを有している。燃料電池用セパレータの一方の面においては流路に接続されていないマニホールドの周縁部からその一方の面に交差する方向に突き出したバリがある。燃料電池用セパレータの他方の面においては流路に接続されていないマニホールドの周縁部にバリを収容可能な形状のへこみ部が形成されている。
【００１８】
本発明の他の燃料電池用セパレータによれば、同一形状の燃料電池用セパレータを積み重ねた場合、一方の燃料電池用セパレータのマニホールドの周縁部に生じたバリを他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容することができる。これにより燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【００１９】
上記一および他の燃料電池用セパレータにおいて好ましくは、へこみ部が段差を形成している。
【００２０】
本発明の一の燃料電池は、上記一および他の燃料電池用セパレータのいずれか一方を１対と、その１対の燃料電池用セパレータと交互に積み重ねられた膜／電極接合体とを備えた燃料電池であって、１対の燃料電池用セパレータのうち一方の燃料電池用セパレータのバリが、１対の燃料電池用セパレータのうちの他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収納されていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の一の燃料電池によれば、一方の燃料電池用セパレータのバリが他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容されるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。
【００２２】
本発明の他の燃料電池は、上記一および他の燃料電池用セパレータのいずれか一方と、その燃料電池用セパレータと交互に積み重ねられた膜／電極接合体とを備えた燃料電池であって、燃料電池用セパレータのバリが、膜／電極接合体を介して対向する燃料電池用セパレータのへこみ部に収納されていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の他の燃料電池によれば、一方の燃料電池用セパレータのバリが、膜／電極接合体を介して対向する他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容されるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接近して配置することが可能となる。
【００２４】
本発明のさらに他の燃料電池用セパレータは、流路とその流路に接続されたマニホールドとを有している。そのマニホールドは燃料電池用セパレータの一方の面で流路と接続され、他方の面で流路と接続されていない。一方の面において流路とマニホールドとが接続される部分にバリはない。他方の面においてマニホールドの周縁部にはへこみ部が形成されている。へこみ部は、凹部と、その凹部の底面から突き出しかつ他方の面から突き出ない凹部内バリとを有している。
【００２５】
本発明のさらに他の燃料電池用セパレータによれば、凹部の底面から凹部内バリが生じるようにすることで、凹部内バリの先端を凹部内に留め、凹部内バリが第２の燃料電池用セパレータの第２の面から第１の燃料電池用セパレータ側へ突き出すことが防止できる。また凹部内に第１の燃料電池用セパレータのバリを収納することもできる。
【００２６】
また一方の面において流路とマニホールドとが接続される部分にバリがないため、このバリが流路とマニホールドとの間のガスの流れを妨げることはない。
【００２７】
またへこみ部がバリを収容可能な形状で形成されている。このため、マニホールドの周縁部にバリがある燃料電池用セパレータを本発明の燃料電池用セパレータと積み重ねた場合、一方の燃料電池用セパレータのマニホールド周縁部のバリは他方の燃料電池用セパレータのマニホールド周縁部のへこみ部に収容される。これにより燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【００２８】
またバリを取り除く必要がなくなるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
本発明のさらに他の燃料電池は、一の面の外周縁部からその一の面に交差する方向に突き出したバリを有する燃料電池用セパレータと、他の面の外周縁部にバリを収容可能な形状のへこみ部が形成された燃料電池用セパレータとが対向する１対の燃料電池用セパレータと、その１対の燃料電池用セパレータと交互に積み重ねられた膜／電極接合体とを備えた燃料電池であって、バリを有する燃料電池用セパレータのバリが、へこみ部が形成された燃料電池用セパレータのへこみ部に収納されていることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明のさらに他の燃料電池によれば、一の燃料電池用セパレータのバリが他の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容されるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。
【００３０】
本発明のさらに他の燃料電池は、互いに対向する一方の面と他方の面とを有し、一方の面側から他方の面側へ向かって燃料電池用セパレータの幅が小さくなるように外周縁部がテーパ状の部分を有している。
【００３１】
本発明のさらに他の燃料電池用セパレータによれば、外周縁部がテーパ状の部分を有しているため、このテーパ状の部分にバリを収納可能である。このため、このテーパ状の部分を有する燃料電池用セパレータをバリを有する燃料電池用セパレータと積み重ねた場合、テーパ状の部分にバリを収納可能であるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明によれば、バリを収納できるへこみ部を燃料電池用セパレータに設けたことにより、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１および図２は本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図および背面図であり、図３は図１および図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。図４は図３の領域Ｑ１を拡大して示す概略断面図である。図５は図４の領域Ｑ２のバリを拡大して示す概略断面図である。
【００３４】
図１〜図３を参照して、燃料電池用セパレータ１は、矩形の平面形状を有し、かつ互いに対向する一方の面１Ａと他方の面１Ｂとを有している。燃料電池用セパレータ１は、一方の面１Ａと他方の面１Ｂとの間を貫通するマニホールド用の孔２ａ、２ｂを有している。また一方の面１Ａと他方の面１Ｂとの各々には、ガスなどの流路３が孔２ａ、２ｂに連通するように形成されている。
【００３５】
一方の面１Ａには、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａの周縁部の各々において一方の面１Ａに交差する方向に突き出したバリ４、４ａがある。また他方の面１Ｂには、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａの周縁部の各々においてバリ４、４ａの各々を収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００３６】
また他方の面１Ｂには、孔２ｂの周縁部において他方の面１Ｂに交差する方向に突き出したバリ４ｂがあり、また一方の面１Ａには、孔２ｂの周縁部においてバリ４ｂを収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００３７】
バリ４、４ａ、４ｂの各々は、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａ、２ｂの周縁部の各々の全周にあってもよく、また一部において途切れていてもよい。またへこみ部５ａは、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａ、２ｂの周縁部の各々の全周に形成されていることが好ましいが、一部において途切れていてもよい。
【００３８】
なおマニホールド用の孔２ａは他方の面１Ｂ側において流路３と接続されており、マニホールド用の孔２ｂは一方の面１Ａ側において流路３と接続されている。孔２ａ、２ｂの各周縁部に生じるバリ４ａ、４ｂの各々は、孔２ａ、２ｂが流路３と接続される側と反対側の面に生じている。これにより、バリ４ａ、４ｂが孔２ａ、２ｂと流路３との間に位置することはなくなるため、流路−孔間における流体の流れがバリ４ａ、４ｂにより阻害されることはない。
【００３９】
また図１および図２には示していないが、燃料電池用セパレータ１には、流路３に接続されないマニホールド用の孔があってもよい。図２６および図２７は、流路に接続されないマニホールドを有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図および背面図である。図２６および図２７を参照して、燃料電池用セパレータ１は、流路３に接続されたマニホールド用の孔２ａ1、２ｂ1以外に、流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ａ2、２ｂ2を有している。
【００４０】
流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ａ2の一方の面１Ａ側の周縁部には、その一方の面１Ａに交差する方向に突き出したバリ４ａがある。また流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ａ2の他方の面１Ｂ側の周縁部には、バリ４ａを収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００４１】
また流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ｂ2の他方の面１Ｂ側の周縁部には、他方の面１Ｂに交差する方向に突き出したバリ４ｂがある。また流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ｂ2の一方の面１Ａ側の周縁部には、バリ４ｂを収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００４２】
また流路３に接続されたマニホールド用の孔２ａ1、２ｂ1と、それらの各々の周縁部に形成されたバリ４ａ、４ｂと、へこみ部５ａとの各構成は、図１および図２に示すマニホールド用の孔２ａ、２ｂと、バリ４ａ、４ｂと、へこみ部５ａとのそれぞれとほぼ同じ構成を有している。また図２６および図２７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面の構成は、図３に示す構成とほぼ同じである。
【００４３】
また上記以外の図２６および図２７に示すセパレータ１の構成は、図１〜図３に示した構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
図４を参照して、へこみ部５ａは断面において段差を形成するようにセパレータ１の角部を切り取ることにより構成されている。つまり、図１および図２を参照して、燃料電池用セパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ａは、燃料電池用セパレータ１の側面と他方の面１Ｂとのなす角部を切り取った形状を有している。また孔２ａの周縁部に形成されたへこみ部５ａは孔２ａの壁面と他方の面１Ｂとのなす角部を切り取った形状を有している。また孔２ｂの周縁部に形成されたへこみ部５ａは孔２ｂの壁面と一方の面１Ａとのなす角部を切り取った形状を有している。
【００４５】
図５を参照して、バリ４の一方の側面と燃料電池用セパレータ１の一方の面１Ａとの境は、曲率半径ｒの丸みを帯びたラウンド形状となっている。バリ４の他方の側面はセパレータの側面に連続的に繋がる面よりなっている。このバリ４の曲率半径ｒは０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であり、バリ４の厚みｔは０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、バリ４の高さｈは０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。
【００４６】
バリ４の曲率半径ｒが０．０５ｍｍ未満の場合には成形用金型の加工が困難となり、０．１５ｍｍを超える場合にはバリ４が大きくなりすぎる。またバリ４の厚みｔが０．０２ｍｍ未満の場合には成形材料中の空気の排出が難しくなり、成形品中にボイドなどが生じる場合がある。またバリ４の厚みｔが０．１ｍｍを超える場合には成形材料の漏れ出し量が多くなり、成形品の厚みの安定性が悪くなる。またバリ４の高さｈは上述したバリ４の曲率半径ｒの大きさによって決まる。なおバリ４ａ、４ｂの形状も、上記のバリ４の形状と同様の形状を有している。
【００４７】
また図４に示すへこみ部５ａの大きさは、基本的にはバリ４、４ａ、４ｂを収納することができる大きさであればよい。本実施の形態のように、へこみ部５ａが段差を形成するような形状である場合には、へこみ部５ａの段差の大きさＨがバリ４、４ａ、４ｂの高さｈ以上の大きさ（Ｈ≧ｈ）で、かつへこみ部５ａのセパレータ１の他方の面１Ｂに沿う方向の幅Ｔがバリ４、４ａ、４ｂの厚みｔとバリ４、４ａ、４ｂの曲率半径ｒとの和以上の大きさ（Ｔ≧ｔ＋ｒ）であればよい。なお寸法Ｈ、Ｔの上限は、成形品の形状と寸法安定性に影響しないような大きさに設定されることが好ましい。
【００４８】
図６は図４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図であり、図７は図６の領域Ｑ３を拡大して示す概略断面図である。
【００４９】
上記の燃料電池用セパレータ１を積み重ねる場合、図４に示すセパレータ１が複数個（たとえば２個）準備される。これらのセパレータ１が位置決めされた後に、図６に示すように互いに積み重ねられる。積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ａはバリ４、４ａ、４ｂが生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４、４ａ、４ｂの各々を収納できる大きさであるため、図６および図７に示すようにバリ４、４ａ、４ｂの各々はへこみ部５ａ内に収容される。
【００５０】
次に、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１を製造するための成形用金型について説明する。
【００５１】
図８は、本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。また図９は、図８の領域Ｑ４を拡大して示す概略断面図である。
【００５２】
図８および図９を参照して、成形用金型１０は、成形材料を成形するための成形用金型であって、金型部材１１と、金型部材１２とを有している。金型部材１１は、金型部材１２と対向する表面に凹部１１ａを有している。金型部材１２は、金型部材１１と対向する表面に、凹部１１ａに対応して設けられた凸部１２ａを有している。金型部材１１および１２を互いに重ね合わせたときに、金型部材１１の凹部１１ａに金型部材１２の凸部１２ａが嵌り込むように凹部１１ａおよび凸部１２ａは構成されている。
【００５３】
金型部材１１の凹部１１ａの底面１１ａ1には、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１１ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凸部１１ｂおよび孔形成用凹部１１ｃとを有している。
【００５４】
金型部材１２の凸部１２ａは、凹部１１ａの底面１１ａ1と対向する上面１２ａ1を有している。その上面１２ａ1に、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１２ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凹部１２ｂおよび孔形成用凸部１２ｃとを有している。
【００５５】
金型部材１１の孔形成用凸部１１ｂは金型部材１２の孔形成用凹部１２ｂに対応して設けられており、金型部材１１の孔形成用凹部１１ｃは金型部材１２の孔形成用凸部１２ｃに対応して設けられている。
【００５６】
金型部材１１の凹部１１ａの外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１１ｅ1が設けられている。また孔形成用凸部１１ｂの根元の外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１１ｆ1が設けられており、孔形成用凸部１２ｃの根元の外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１２ｆ1が設けられている。これらのへこみ部形成用凸部１１ｅ1、１１ｆ1、１２ｆ1の各々は断面形状がたとえば角型の段部形状となっている。
【００５７】
次に、上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の製造方法について説明する。
【００５８】
まず成形材料が、例えば導電性炭素材料と樹脂バインダーとを少なくとも含むように準備される。樹脂バインダーは、例えば熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との少なくともいずれかを含んでいる。この成形材料は、粉末状、粒子状、ペレット状等であってもよく、またシート形状であってもよい。
【００５９】
上記の炭素材料としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらの炭素材料は単独で、もしくは２種以上を組合せて用いることができる。これらの炭素材料の粉粒体の形状に特に制限はなく、箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであってもよい。また、黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛も使用することができる。導電性を考慮すれば、より少量で高度の導電性を有するセパレータが得られるという点で、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛が好ましい。
【００６０】
熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。熱硬化性樹脂は１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。
【００６１】
熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリチオエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素樹脂、全芳香族ポリエステル、半芳香族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエステル・ポリエステルエラストマー、ポリエステル・ポリエーテルエラストマー等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂と同様に、熱可塑性樹脂も１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。さらに熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを複合したものも使用することができる。
【００６２】
この成形材料が、図８に示す成形用金型１０に投入され、金型部材１１と金型部材１２との間で加圧される。この際、金型部材１１、１２は熱盤（図示せず）により加熱されており、この金型部材１１、１２を介して成形材料が加熱される。この加熱加圧により、樹脂バインダーに熱硬化性樹脂が用いられている場合には、その熱硬化性樹脂が固化する。この後、金型１０から図１〜図３に示す燃料電池用セパレータ（成形品）１が取り出される。また樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、上記の加熱加圧により、その熱可塑性樹脂は溶融する。
【００６３】
樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、引き続いて、金型部材１１、１２が冷却盤（図示せず）により冷却される。この冷却の際にも、成形材料は金型部材１１と金型部材１２との間で加圧されている。この冷却加圧により溶融状態にあった熱可塑性樹脂が固化する。この後、金型１０から図１〜図３に示す燃料電池用セパレータ（成形品）１が取り出される。
【００６４】
上記のように樹脂バインダーが熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料が成形用金型１０で加熱加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）１が得られるが、樹脂バインダーが熱可塑性樹脂よりなる場合または熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料が成形用金型１０で加熱加圧および冷却加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）１が得られる。
【００６５】
上記の成形工程において、図８に示す成形用金型１０においては、凹部１１ａの側面と凸部１２ａの側面との間（領域Ｐ１）、孔形成用凹部１２ｂと孔形成用凸部１１ｂとの間（領域Ｐ２）、および孔形成用凹部１１ｃと孔形成用凸部１２ｃとの間（領域Ｐ３）にバリが生じることになる。
【００６６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の燃料電池用セパレータによれば、へこみ部５ａは、バリ４、４ａ、４ｂの各々を収容可能な形状で形成されている。このため、同一形状の燃料電池用セパレータ１同士を積み重ねた場合、一方のセパレータ１に生じたバリ４、４ａ、４ｂは他方のセパレータ１に形成されたへこみ部５ａに収容される。これによりセパレータ１同士を十分に接触もしくは接近して配置することが可能となる。
【００６７】
またバリ４、４ａ、４ｂはセパレータ１の一方の面１Ａまたは他方の面１Ｂに交差する方向に突き出しており、セパレータ１の側面から外周側へ突き出していないため、良好な精度でセパレータ１を位置決めして積み重ねることができる。
【００６８】
またバリ４、４ａ、４ｂを取り除く必要がなくなるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００６９】
（実施の形態２）
図１０は本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す一部破断断面図である。図１１は図１０に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。図１２は図１１の領域Ｑ５を拡大して示す概略断面図である。
【００７０】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１は、へこみ部の形状において実施の形態１の構成と異なる。図１０〜図１２を参照して、本実施の形態におけるセパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、セパレータ１の一方の面１Ａ側から他方の面１Ｂ側へ向かって燃料電池用セパレータ１の幅が小さくなるようなテーパ状の切欠である。これにより図１０に示すようにセパレータ１の一方の面１Ａ側の幅Ｗ１よりも他方の面１Ｂ側の幅Ｗ２は小さくなっている。
【００７１】
また孔２ｂの周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、セパレータ１の他方の面１Ｂ側から一方の面１Ａ側へ向かって孔２ｂの開口径が大きくなるようなテーパ状の切欠である。また図示していないが、孔２ａの周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、セパレータ１の一方の面１Ａ側から他方の面１Ｂ側へ向かって孔２ａの開口径が大きくなるようなテーパ状の切欠である。
【００７２】
これらのテーパ状の切欠の各々は図１０〜図１２に示す断面において直線的に伸びた部分を有している。また、これらのへこみ部５ｂの各々の大きさは、基本的にはバリ４、４ａ、４ｂを収納することができる大きさであればよい。本実施の形態のように、セパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ｂがテーパ状の切欠であって、図１２に示すテーパ角（他方の面１Ｂとテーパ面とのなす角度）αがたとえば４５°である場合には、へこみ部５ｂの幅Ｔおよび高さＨの各々は、図５に示すバリ４の厚みｔとバリ４の曲率半径ｒとの和以上の大きさ（Ｔ≧ｔ＋ｒ、Ｈ≧ｔ＋ｒ）であればよい。このテーパ状の切欠よりなるへこみ部５ｂの幅Ｔはたとえば０．０７ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下で、高さＨはたとえば０．０７ｍｍ以上である。孔２ａ、２ｂの各々の周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、上記のセパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ｂと同様の形状を有している。なお寸法Ｈ、Ｔの上限は、成形品の形状と寸法安定性に影響しないような大きさに設定されることが好ましい。
【００７３】
また上記のテーパ状の切欠は、図２８に示すように一方の面１Ａから他方の面１Ｂの全体にわたってテーパ状となっていてもよい。この場合、セパレータ１の外周縁部においてはセパレータ１の側面の全体がテーパ状の切欠になっており、またマニホールド用の孔２ａ、２ｂの各々においては孔２ａ、２ｂの壁面の全体がテーパ状の切欠になっている。
【００７４】
なお、本実施の形態の燃料電池用セパレータの上記へこみ部５ｂ以外の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
上記の燃料電池用セパレータ１を積み重ねる場合、図１０に示すセパレータ１が複数個（たとえば２個）準備される。これらのセパレータ１が位置決めされた後に、図１１および図１２に示すように互いに積み重ねられる。積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ｂはバリ４、４ａ、４ｂが生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４、４ａ、４ｂを収納できる大きさであるため、図１１および図１２に示すようにバリ４、４ａ、４ｂの各々はへこみ部５ｂ内に収容される。
【００７６】
次に、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１を製造するための成形用金型について説明する。
【００７７】
図１３は、本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【００７８】
本実施の形態の成形用金型１０は、図８および図９に示す実施の形態１の成形用金型の構成と比較して、へこみ部を形成するためのへこみ部形成用凸部の形状が異なる。図１３を参照して、本実施の形態の成形用金型１０では、金型部材１１の凹部１１ａの外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１１ｅ2と、孔形成用凸部１１ｂの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部（図示せず）と、孔形成用凸部１２ｃの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１２ｆ2との各々は断面形状がテーパ形状となっている。
【００７９】
なお、本実施の形態の成形用金型１０の上記以外の構成は、実施の形態１の成形用金型１０の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の製造方法も、実施の形態１の製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【００８０】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１においても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図１４は本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータの構成であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。図１５は図１４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図であり、図１６は図１５の領域Ｑ６を拡大して示す概略断面図である。
【００８２】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１は、へこみ部の形状において実施の形態１の構成と異なっている。図１４〜図１６を参照して、本実施の形態におけるへこみ部５ｃは、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａ、２ｂの周縁部の角部に曲率半径Ｒを有するように形成された切欠である。図１に示すように、このへこみ部５ｃの曲率半径Ｒは、バリ４の曲率半径ｒよりも大きい。
【００８３】
このへこみ部５ｃの大きさは、基本的にはバリ４を収納することができる大きさであればよい。本実施の形態のように、へこみ部５ｃが曲率半径Ｒを有している場合には、図１６に示すようにへこみ部５ｃの曲率半径Ｒは、バリ４の曲率半径ｒの３倍とバリ４の厚みｔとの和以上の大きさ（Ｒ≧３×ｒ＋ｔ）であればよい。なお曲率半径Ｒの上限は、成形品の形状と寸法安定性に影響しないような大きさに設定されることが好ましい。
【００８４】
なお、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の上記以外の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８５】
上記の燃料電池用セパレータ１を積み重ねる場合、図１４に示すセパレータ１が複数個（たとえば２個）準備される。これらのセパレータ１が位置決めされた後に、図１５および図１６に示すように互いに積み重ねられる。積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ｃはバリ４、４ａ、４ｂが生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４、４ａ、４ｂを収納できる大きさであるため、図１５および図１６に示すようにバリ４、４ａ、４ｂはへこみ部５ｃ内に収容される。
【００８６】
次に、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１を製造するための成形用金型について説明する。
【００８７】
図１７は、本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【００８８】
本実施の形態の成形用金型１０は、図８および図９に示す実施の形態１の成形用金型の構成と比較して、へこみ部を形成するためのへこみ部形成用凸部の形状が異なる。図１７を参照して、本実施の形態の成形用金型１０では、金型部材１１の凹部１１ａの外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１１ｅ3と、孔形成用凸部１１ｂの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部（図示せず）と、孔形成用凸部１２ｃの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１２ｆ3との各々は断面形状が曲率半径Ｒを有するラウンド形状（丸みを帯びた形状）となっている。
【００８９】
なお、本実施の形態の成形用金型１０の上記以外の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の製造方法も、実施の形態１の製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【００９０】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１においても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００９１】
（実施の形態４）
複数個の燃料電池用セパレータを積み重ねる場合、図１８に示すようにバリ４が生じた面同士を対面させてセパレータ１を積み重ねる場合も生じる。この場合、バリ４によりセパレータ１同士を十分に接触させ、もしくは十分に接近して配置することができなくなる。そこで本実施の形態においては、図１９に示すようにバリ４の生じる部分に、凹部６が形成されている。以下、本実施の形態の燃料電池用セパレータの構成について具体的に説明する。
【００９２】
図１９は、本発明の実施の形態４における２つの燃料電池用セパレータを示す図であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。図２０は図１９に示す２つの燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図であり、図２１は、図２０の領域Ｑ７を拡大して示す概略断面図である。
【００９３】
図１９を参照して、第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑが、互いに積み重ねられる。これらの第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑの各々は、実施の形態１と同様、マニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂを有している。
【００９４】
第１の燃料電池用セパレータ１Ｐの第２の燃料電池用セパレータ１Ｑと対向する面１Ｂ1には、第１の燃料電池用セパレータ１Ｐの外周縁部において面１Ｂ1に交差する方向に突き出したバリ４がある。第２の燃料電池用セパレータ１Ｑの第１の燃料電池用セパレータ１Ｐと対向する面１Ａ2には、第２の燃料電池用セパレータ１Ｑの外周縁部においてバリ４を収容可能なへこみ部５ｄが形成されている。
【００９５】
またセパレータ１Ｑの面１Ｂ2には、孔２ｂの周縁部においてバリ４を収容可能なへこみ部５ｄが形成されている。また図示していないが、セパレータ１Ｑの面１Ａ2には、孔２ａの周縁部においてバリ４を収容可能なへこみ部５ｄが形成されている。
【００９６】
これらのへこみ部５ｄは、凹部６と、その凹部６の底面から突き出した凹部内バリ４ｃとにより構成されている。この凹部６の深さＤは、凹部内バリ４ｃの高さｈ1とバリ４の高さｈとの和以上の大きさ（Ｄ≧ｈ1＋ｈ）である。つまり、凹部内バリ４ｃの高さｈ1は凹部６の深さＤよりも小さく、ゆえに凹部６の外部に突き出すことはない（面１Ａ2または面１Ｂ2から突き出すことはない）。また凹部６の幅Ｔは、凹部内バリ４ｃの幅ｔと凹部内バリ４ｃの曲率半径ｒ1と反対側の曲率半径ｒ2との和以上の大きさ（Ｔ≧ｔ＋ｒ1＋ｒ2）である。
【００９７】
第１の燃料電池用セパレータ１Ｐの面１Ａ1には、バリや、バリ収納用のへこみ部はない。
【００９８】
なお、本実施の形態の第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑのこれ以外の構成については、上述した実施の形態１のセパレータ１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９９】
図１９に示す第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑは互いに位置決めされた後に、図２０および図２１に示すように互いに積み重ねられる。図２０および図２１に示す積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ｄの凹部６はバリ４が生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４を収納できる大きさであるため、バリ４はへこみ部５ｄの凹部６内に収容される。
【０１００】
なお、図２９に示すように燃料電池用セパレータ１Ｑの片面（たとえば一方の面１Ａ2）にのみ流路３が形成されており、他方の面１Ｂ2に流路３が形成されていない場合もある。この場合には、マニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂの各々が流路３と接続される面（一方の面１Ａ2）とは反対側の面（他方の面１Ｂ2）において、マニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂの各々の周縁部にへこみ部５ｄが形成されている。またマニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂの各々と流路３とが接続される部分にバリはない。
【０１０１】
この図２９は、マニホールド用の孔が一方の面側で流路と接続された箇所の断面を示す図である。
【０１０２】
次に、本実施の形態の第２の燃料電池用セパレータ１Ｑを製造するための成形用金型について説明する。
【０１０３】
図２２は、本発明の実施の形態４における第２の燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。図２２を参照して、成形用金型１０は、成形材料を成形するための成形用金型であって、金型部材１１と、金型部材１２とを有している。金型部材１１は、金型部材１２と対向する表面に凹部１１ａを有している。金型部材１２は、金型部材１１と対向する表面に、凹部１１ａに対応して設けられた凸部１２ａを有している。金型部材１１および１２を互いに重ね合わせたときに、金型部材１１の凹部１１ａに金型部材１２の凸部１２ａが嵌り込むように凹部１１ａおよび凸部１２ａは構成されている。
【０１０４】
金型部材１１の凹部１１ａは、底面１１ａ1を有し、その底面１１ａ1に、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１１ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凸部１１ｂおよび孔形成用凹部１１ｃとを有している。
【０１０５】
金型部材１２の凸部１２ａは、凹部１１ａの底面１１ａ1と対向する上面１２ａ1を有し、その上面１２ａ1に、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１２ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凹部１２ｂおよび孔形成用凸部１２ｃとを有している。
【０１０６】
金型部材１１の孔形成用凸部１１ｂは金型部材１２の孔形成用凹部１２ｂに対応して設けられており、金型部材１１の孔形成用凹部１１ｃは金型部材１２の孔形成用凸部１２ｃに対応して設けられている。
【０１０７】
金型部材１２の凸部１２ａの外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１２ｇ1が上面１２ａ1に設けられている。また孔形成用凹部１２ｂの周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１２ｇ2が上面１２ａ1に設けられている。また孔形成用凹部１１ｃの周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１１ｇが底面１１ａ1に設けられている。これらのへこみ部形成用凸部１２ｇ1、１２ｇ2、１１ｇの各々は断面形状が角型の段部形状となっている。
【０１０８】
上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の第２の燃料電池用セパレータ１Ｑの製造方法は、実施の形態１におけるセパレータ１の製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【０１０９】
本実施の形態のセパレータ１Ｐ、１Ｑにおいても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１０】
上記の実施の形態のうち、一方の面にバリを有し他方の面にへこみ部を有する燃料電池用セパレータ（実施の形態１〜３が該当）が、一方の面にバリを有するセパレータとこれと対向する一方の面にこのバリを収納するへこみ部を有するセパレータとの１対のセパレータ（実施の形態４が該当）と比較して、１つの金型でセパレータを生産可能である点においては好ましい。
【０１１１】
（燃料電池）
上記のようにして得られた実施の形態１〜４の燃料電池用セパレータ１（または１Ｐ、１Ｑ）を用いて燃料電池を製造することができる。図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）および図２３（Ｃ）の各々は、それぞれ異なる燃料電池の構成を概略的に示す分解断面図である。図２３（Ａ）を参照して、この燃料電池は、実施の形態１〜３の燃料電池用セパレータ１を少なくとも１対備えており、その１対の燃料電池用セパレータ１、１と電解質膜／電極接合体とが交互に積み重ねられることで形成されている。電解質膜／電極接合体は、例えば固体高分子電解質膜２１を燃料極および酸化剤極となる一対の電極２２、２２により挟み込むことにより構成されている。１対の燃料電池用セパレータ１、１のうち一方の燃料電池用セパレータ１のバリ４は、１対の燃料電池用セパレータ１、１のうちの他方の燃料電池用セパレータ１のへこみ部５ａ（または５ｂ、５ｃ）に収納されている。
【０１１２】
また図２３（Ｂ）を参照して、この燃料電池は、実施の形態１〜３の燃料電池用セパレータ１を備えており、その燃料電池用セパレータ１と電解質膜／電極接合体とが交互に積み重ねられて形成されている。燃料電池用セパレータ１のバリ４は、電解質膜／電極接合体を介して対向する燃料電池用セパレータ１のへこみ部５ａ（または５ｂ、５ｃ）に収納されている。
【０１１３】
また図２３（Ｃ）を参照して、この燃料電池は、実施の形態４の１対の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑと電解質膜／電極接合体とが交互に積み重ねられて形成されている。１対の燃料電池用セパレータのうちの燃料電池用セパレータ１Ｐは、一方の面の外周縁部から一方の面に交差する方向に突き出したバリ４を有している。また、１対の燃料電池用セパレータのうちの燃料電池用セパレータ１Ｑは、一方の面の外周縁部にバリ４を収容可能な形状のへこみ部５ｄが形成されている。１対の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑは、バリ４の形成された面とへこみ部５ｄが形成された面とが対向するように互いに積み重ねられ、これにより燃料電池用セパレータ１Ｐのバリ４は燃料電池用セパレータ１Ｑのへこみ部５ｄに収納されている。
【０１１４】
なお上記の図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）の各々においてはマニホールド用の孔の図示は説明の便宜上省略されている。また図２６および図２７の燃料電池用セパレータ１が図２３（Ａ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよく、また図２３（Ｂ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよい。また図２８の燃料電池用セパレータ１が図２３（Ａ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよく、また図２３（Ｂ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよい。また図２９の燃料電池用セパレータ１Ｑが図２３（Ｃ）に示す燃料電池用セパレータ１Ｑとして他の燃料電池用セパレータ１Ｐと積み重ねられてもよい。
【０１１５】
燃料電池は、発電性能を高める目的で燃料電池セルが複数個直列に配置された燃料電池スタックとされている。このように燃料電池スタックとされている場合には、燃料電池セル間には冷却水を流す場合があり、この場合には、図２３（Ａ）、図２３（Ｃ）に示すように冷却水を通す冷却水路３がセパレータ１（または１Ｐ、１Ｑ）に設けられている。また携帯電話等に使用する小型燃料電池においては、冷却水を通す冷却水路がない形態のスタック構造の燃料電池も存在し、この燃料電池は図２３（Ｂ）に示すようにセパレータと電解質膜／電極接合体とが交互に積層された構造となる。
【０１１６】
図２３（Ａ）、図２３（Ｃ）に示す構成において、冷却水の経路を挟む１対のセパレータ同士は互いに同電位となるため、バリをへこみ部に収納することで十分に接触させることが可能となる。また図２３（Ｂ）に示すように電解質膜／電極接合体を挟む１対のセパレータ１同士は互いに逆電位（陽極側と陰極側）となるため、両者を接触させることはできないが、バリをへこみ部に収納することで十分に接近して配置させることが可能となる。
【０１１７】
このような燃料電池においては、水素ガスまたはメタノールなどが燃料極２２でイオン化された後に固体高分子電解質膜２１を通過して、酸化剤極２２で空気中の酸素等と反応することで発電が生じる。
【０１１８】
本実施の形態で得られる燃料電池用セパレータは、上記の固体高分子型の燃料電池のほかに、ヒドラジン型、直接メタノール型、アルカリ型、リン酸型等の種々の燃料電池に対して好適に適用され得る。
【０１１９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等に対して適用されるリン酸型燃料電池、ダイレクトメタノ−ル型燃料電池、固体高分子型燃料電池等の燃料電池に対して使用可能な燃料電池用セパレータおよびそれを用いた燃料電池に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す背面図である。
【図３】図１および図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】図３の領域Ｑ１を拡大して示す概略断面図である。
【図５】図４の領域Ｑ２のバリを拡大して示す概略断面図である。
【図６】図４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図７】図６の領域Ｑ３を拡大して示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】図８の領域Ｑ４を拡大して示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す一部破断断面図である。
【図１１】図１０に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図１２】図１１の領域Ｑ５を拡大して示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図１４】図１４は本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータの構成であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図１５】図１４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図１６】図１５の領域Ｑ６を拡大して示す概略断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図１８】バリが生じた面同士を対面させてセパレータ同士を積み重ねる様子を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における２つの燃料電池用セパレータを示す図であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図２０】図１９に示す２つの燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図２１】図２０の領域Ｑ７を拡大して示す概略断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４における第２の燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。
【図２３】燃料電池の３つの構成を概略的に示す分解断面図であり、１対の燃料電池用セパレータとＭＥＡとを交互に積層した構成（Ａ）と、１つの燃料電池用セパレータとＭＥＡとを交互に積層した構成（Ｂ）と、１対の燃料電池用セパレータとＭＥＡとを交互に積層した構成（Ｃ）とを示す図である。
【図２４】従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型の構成を示す断面図（Ａ）と、従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型により成形された成形品の構成を示す断面図（Ｂ）である。
【図２５】従来の合わせ型の圧縮成形用金型の構成を示す断面図（Ａ）と、従来の合わせ型の圧縮成形用金型により成形された成形品の構成を示す断面図（Ｂ）である。
【図２６】流路に接続されないマニホールドを有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図である。
【図２７】流路に接続されないマニホールドを有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す背面図である。
【図２８】外周縁部の一方表面から他方表面の全体にかけてテーパ状になった燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す断面図である。
【図２９】流路に接続されたマニホールドにおいて流路に接続されない側にへこみ部を有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１，１Ｐ，１Ｑ 燃料電池用セパレータ、２ａ，２ｂ，２ａ1，２ａ2，２ｂ1，２ｂ2 マニホールド用の孔、３ 流路、４，４ａ，４ｂ バリ、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ へこみ部、６ 凹部、１０ 成形用金型、１１，１２ 金型部材、２１ 固体高分子電解質膜、２２ 電極（燃料極、酸化剤極）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応から電力を得る燃料電池においては、近年ポ−タブル機器、自動車等の種々の用途への適用が検討されている。燃料電池は、電解質膜、電極およびセパレータからなる基本構成単位、すなわち単位セルが通常直列に数十〜数百セル積層された構造を有する。一般的な燃料電池の製造方法では電解質膜および電極は予め電解質膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）として形成され、これにセパレータが配置される。セパレータとしては、水素等の燃料と、空気または酸素からなる酸化剤と、セルを冷却するための冷媒とをそれぞれ供給するための流路を少なくとも片面に形成したものが用いられる。
【０００３】
セパレータでは、隣接するＭＥＡとの電気的な接続を確保して燃料電池の発電効率を高めるために十分な導電性を備えることが必要であるが、これに加えて、単位セルの積層構造を支えるために十分な機械的強度が必要とされる。また、燃料電池の小型化の要求に伴い近年ではセパレータの薄肉化も求められている。さらに、単位セルの積層構造における単位セル間の接触抵抗を低減するために厚み精度の向上も求められている。
【０００４】
従来の燃料電池用セパレータは、樹脂と炭素材料とを含む成形材料を圧縮成形用金型内に投入し加圧することによって成形される。このような燃料電池用セパレータを形成するための成形用金型の構造は従来から各種提案されている（例えば特許文献１〜５参照）。
【０００５】
この圧縮成形用金型には、（１）金型内および成形材料中の空気を効率よく金型外に排出できること、（２）金型内に余分に充填した成形材料を金型外に排出できることが求められる。
【０００６】
一般的に、従来の圧縮成形用金型は、図２４Ａに示すように、凹部（キャビティ）１０１ａを有する凹型１０１と、凸部（コア）１０２ａを有する凸型１０２とから構成されている。そして、上記（１）、（２）を満たすために、凹部１０１ａの側壁と凸部１０２ａの側壁とを対向させたシェアエッジ（図中領域Ｐ）が設けられている。
【０００７】
このような金型を用いて成形材料１２０ａを成形すると、余剰分の成形材料は凹部１０１ａからフローアウトして、シェアエッジの隙間（クリアランス）へ排出され、かつ金型内および成形材料中の空気も効率よく金型外へ排出され得る。
【０００８】
また金型として、図２５Ａに示すように、凹部１０１ａを有する金型１０１と、凹部１０２ａを有する金型１０２とから構成される合わせ型の圧縮成形用金型もある。この合わせ型の金型では、構造が簡単で、金型全体の厚みを薄くすることもできる。
【特許文献１】特開２００１−１９８９２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７０４５９号公報
【特許文献３】特開２００４−２３０７８８号公報
【特許文献４】特開２００４−７１３３４号公報
【特許文献５】特許第３７５１９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２４Ａに示す従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型では、図２４Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じる。また図２５Ａに示す従来の合わせ型の圧縮成形用金型では、図２５Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じる。
【００１０】
燃料電池において複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときには、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させる必要がある。しかし、図２４Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じていると、成形品１２０同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができないという問題がある。
【００１１】
また複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときの位置決めの精度は成形品の外周形状により決定される。しかし、図２５Ｂに示すように成形品１２０の一方の面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じていると、位置決め精度が悪化して精度よく成形品１２０を積み重ねることができないという問題がある。
【００１２】
また成形品の外周部だけでなく、成形品面内の貫通孔等にも上記のような樹脂バリが生じる。よって、貫通孔部分に形成された樹脂バリによって、上記と同様に、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができないという問題もある。
【００１３】
また、これらの樹脂バリを取り除くためには、複雑なバリ取り加工工程が必要となる。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一の燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータの一方の面の外周縁部からその一方の面に交差する方向に突き出したバリがあり、他方の面の外周縁部にバリを収容可能な形状のへこみ部が形成されている。
【００１５】
本発明の一の燃料電池用セパレータによれば、へこみ部がバリを収容可能な形状で形成されている。このため、同一形状の燃料電池用セパレータを積み重ねた場合、一方の燃料電池用セパレータの一方の面に生じたバリは他方の燃料電池用セパレータの他方の面に形成されたへこみ部に収容される。これにより燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【００１６】
またバリは燃料電池用セパレータの一方の面に交差する方向に突き出しており、燃料電池用セパレータの側面から外周側へ突き出していないため、良好な精度で燃料電池用セパレータを位置決めして積み重ねることができる。
【００１７】
またバリを取り除く必要がなくなるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
本発明の他の燃料電池用セパレータは、流路と、その流路に接続されていないマニホールドとを有している。燃料電池用セパレータの一方の面においては流路に接続されていないマニホールドの周縁部からその一方の面に交差する方向に突き出したバリがある。燃料電池用セパレータの他方の面においては流路に接続されていないマニホールドの周縁部にバリを収容可能な形状のへこみ部が形成されている。
【００１８】
本発明の他の燃料電池用セパレータによれば、同一形状の燃料電池用セパレータを積み重ねた場合、一方の燃料電池用セパレータのマニホールドの周縁部に生じたバリを他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容することができる。これにより燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【００１９】
上記一および他の燃料電池用セパレータにおいて好ましくは、へこみ部が段差を形成している。
【００２０】
本発明の一の燃料電池は、上記一および他の燃料電池用セパレータのいずれか一方を１対と、その１対の燃料電池用セパレータと交互に積み重ねられた膜／電極接合体とを備えた燃料電池であって、１対の燃料電池用セパレータのうち一方の燃料電池用セパレータのバリが、１対の燃料電池用セパレータのうちの他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収納されていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の一の燃料電池によれば、一方の燃料電池用セパレータのバリが他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容されるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。
【００２２】
本発明の他の燃料電池は、上記一および他の燃料電池用セパレータのいずれか一方と、その燃料電池用セパレータと交互に積み重ねられた膜／電極接合体とを備えた燃料電池であって、燃料電池用セパレータのバリが、膜／電極接合体を介して対向する燃料電池用セパレータのへこみ部に収納されていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の他の燃料電池によれば、一方の燃料電池用セパレータのバリが、膜／電極接合体を介して対向する他方の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容されるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接近して配置することが可能となる。
【００２４】
本発明のさらに他の燃料電池用セパレータは、流路とその流路に接続されたマニホールドとを有している。そのマニホールドは燃料電池用セパレータの一方の面で流路と接続され、他方の面で流路と接続されていない。一方の面において流路とマニホールドとが接続される部分にバリはない。他方の面においてマニホールドの周縁部にはへこみ部が形成されている。へこみ部は、凹部と、その凹部の底面から突き出しかつ他方の面から突き出ない凹部内バリとを有している。
【００２５】
本発明のさらに他の燃料電池用セパレータによれば、凹部の底面から凹部内バリが生じるようにすることで、凹部内バリの先端を凹部内に留め、凹部内バリが第２の燃料電池用セパレータの第２の面から第１の燃料電池用セパレータ側へ突き出すことが防止できる。また凹部内に第１の燃料電池用セパレータのバリを収納することもできる。
【００２６】
また一方の面において流路とマニホールドとが接続される部分にバリがないため、このバリが流路とマニホールドとの間のガスの流れを妨げることはない。
【００２７】
またへこみ部がバリを収容可能な形状で形成されている。このため、マニホールドの周縁部にバリがある燃料電池用セパレータを本発明の燃料電池用セパレータと積み重ねた場合、一方の燃料電池用セパレータのマニホールド周縁部のバリは他方の燃料電池用セパレータのマニホールド周縁部のへこみ部に収容される。これにより燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【００２８】
またバリを取り除く必要がなくなるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
本発明のさらに他の燃料電池は、一の面の外周縁部からその一の面に交差する方向に突き出したバリを有する燃料電池用セパレータと、他の面の外周縁部にバリを収容可能な形状のへこみ部が形成された燃料電池用セパレータとが対向する１対の燃料電池用セパレータと、その１対の燃料電池用セパレータと交互に積み重ねられた膜／電極接合体とを備えた燃料電池であって、バリを有する燃料電池用セパレータのバリが、へこみ部が形成された燃料電池用セパレータのへこみ部に収納されていることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明のさらに他の燃料電池によれば、一の燃料電池用セパレータのバリが他の燃料電池用セパレータのへこみ部に収容されるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。
【００３０】
本発明のさらに他の燃料電池は、互いに対向する一方の面と他方の面とを有し、一方の面側から他方の面側へ向かって燃料電池用セパレータの幅が小さくなるように外周縁部がテーパ状の部分を有している。
【００３１】
本発明のさらに他の燃料電池用セパレータによれば、外周縁部がテーパ状の部分を有しているため、このテーパ状の部分にバリを収納可能である。このため、このテーパ状の部分を有する燃料電池用セパレータをバリを有する燃料電池用セパレータと積み重ねた場合、テーパ状の部分にバリを収納可能であるため、燃料電池用セパレータ同士を十分に接触もしくは接近して配置させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明によれば、バリを収納できるへこみ部を燃料電池用セパレータに設けたことにより、成形品同士を十分に接触もしくは接近して配置させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１および図２は本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図および背面図であり、図３は図１および図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。図４は図３の領域Ｑ１を拡大して示す概略断面図である。図５は図４の領域Ｑ２のバリを拡大して示す概略断面図である。
【００３４】
図１〜図３を参照して、燃料電池用セパレータ１は、矩形の平面形状を有し、かつ互いに対向する一方の面１Ａと他方の面１Ｂとを有している。燃料電池用セパレータ１は、一方の面１Ａと他方の面１Ｂとの間を貫通するマニホールド用の孔２ａ、２ｂを有している。また一方の面１Ａと他方の面１Ｂとの各々には、ガスなどの流路３が孔２ａ、２ｂに連通するように形成されている。
【００３５】
一方の面１Ａには、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａの周縁部の各々において一方の面１Ａに交差する方向に突き出したバリ４、４ａがある。また他方の面１Ｂには、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａの周縁部の各々においてバリ４、４ａの各々を収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００３６】
また他方の面１Ｂには、孔２ｂの周縁部において他方の面１Ｂに交差する方向に突き出したバリ４ｂがあり、また一方の面１Ａには、孔２ｂの周縁部においてバリ４ｂを収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００３７】
バリ４、４ａ、４ｂの各々は、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａ、２ｂの周縁部の各々の全周にあってもよく、また一部において途切れていてもよい。またへこみ部５ａは、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａ、２ｂの周縁部の各々の全周に形成されていることが好ましいが、一部において途切れていてもよい。
【００３８】
なおマニホールド用の孔２ａは他方の面１Ｂ側において流路３と接続されており、マニホールド用の孔２ｂは一方の面１Ａ側において流路３と接続されている。孔２ａ、２ｂの各周縁部に生じるバリ４ａ、４ｂの各々は、孔２ａ、２ｂが流路３と接続される側と反対側の面に生じている。これにより、バリ４ａ、４ｂが孔２ａ、２ｂと流路３との間に位置することはなくなるため、流路−孔間における流体の流れがバリ４ａ、４ｂにより阻害されることはない。
【００３９】
また図１および図２には示していないが、燃料電池用セパレータ１には、流路３に接続されないマニホールド用の孔があってもよい。図２６および図２７は、流路に接続されないマニホールドを有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図および背面図である。図２６および図２７を参照して、燃料電池用セパレータ１は、流路３に接続されたマニホールド用の孔２ａ1、２ｂ1以外に、流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ａ2、２ｂ2を有している。
【００４０】
流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ａ2の一方の面１Ａ側の周縁部には、その一方の面１Ａに交差する方向に突き出したバリ４ａがある。また流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ａ2の他方の面１Ｂ側の周縁部には、バリ４ａを収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００４１】
また流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ｂ2の他方の面１Ｂ側の周縁部には、他方の面１Ｂに交差する方向に突き出したバリ４ｂがある。また流路３に接続されていないマニホールド用の孔２ｂ2の一方の面１Ａ側の周縁部には、バリ４ｂを収容可能な形状のへこみ部５ａが形成されている。
【００４２】
また流路３に接続されたマニホールド用の孔２ａ1、２ｂ1と、それらの各々の周縁部に形成されたバリ４ａ、４ｂと、へこみ部５ａとの各構成は、図１および図２に示すマニホールド用の孔２ａ、２ｂと、バリ４ａ、４ｂと、へこみ部５ａとのそれぞれとほぼ同じ構成を有している。また図２６および図２７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面の構成は、図３に示す構成とほぼ同じである。
【００４３】
また上記以外の図２６および図２７に示すセパレータ１の構成は、図１〜図３に示した構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
図４を参照して、へこみ部５ａは断面において段差を形成するようにセパレータ１の角部を切り取ることにより構成されている。つまり、図１および図２を参照して、燃料電池用セパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ａは、燃料電池用セパレータ１の側面と他方の面１Ｂとのなす角部を切り取った形状を有している。また孔２ａの周縁部に形成されたへこみ部５ａは孔２ａの壁面と他方の面１Ｂとのなす角部を切り取った形状を有している。また孔２ｂの周縁部に形成されたへこみ部５ａは孔２ｂの壁面と一方の面１Ａとのなす角部を切り取った形状を有している。
【００４５】
図５を参照して、バリ４の一方の側面と燃料電池用セパレータ１の一方の面１Ａとの境は、曲率半径ｒの丸みを帯びたラウンド形状となっている。バリ４の他方の側面はセパレータの側面に連続的に繋がる面よりなっている。このバリ４の曲率半径ｒは０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であり、バリ４の厚みｔは０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、バリ４の高さｈは０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。
【００４６】
バリ４の曲率半径ｒが０．０５ｍｍ未満の場合には成形用金型の加工が困難となり、０．１５ｍｍを超える場合にはバリ４が大きくなりすぎる。またバリ４の厚みｔが０．０２ｍｍ未満の場合には成形材料中の空気の排出が難しくなり、成形品中にボイドなどが生じる場合がある。またバリ４の厚みｔが０．１ｍｍを超える場合には成形材料の漏れ出し量が多くなり、成形品の厚みの安定性が悪くなる。またバリ４の高さｈは上述したバリ４の曲率半径ｒの大きさによって決まる。なおバリ４ａ、４ｂの形状も、上記のバリ４の形状と同様の形状を有している。
【００４７】
また図４に示すへこみ部５ａの大きさは、基本的にはバリ４、４ａ、４ｂを収納することができる大きさであればよい。本実施の形態のように、へこみ部５ａが段差を形成するような形状である場合には、へこみ部５ａの段差の大きさＨがバリ４、４ａ、４ｂの高さｈ以上の大きさ（Ｈ≧ｈ）で、かつへこみ部５ａのセパレータ１の他方の面１Ｂに沿う方向の幅Ｔがバリ４、４ａ、４ｂの厚みｔとバリ４、４ａ、４ｂの曲率半径ｒとの和以上の大きさ（Ｔ≧ｔ＋ｒ）であればよい。なお寸法Ｈ、Ｔの上限は、成形品の形状と寸法安定性に影響しないような大きさに設定されることが好ましい。
【００４８】
図６は図４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図であり、図７は図６の領域Ｑ３を拡大して示す概略断面図である。
【００４９】
上記の燃料電池用セパレータ１を積み重ねる場合、図４に示すセパレータ１が複数個（たとえば２個）準備される。これらのセパレータ１が位置決めされた後に、図６に示すように互いに積み重ねられる。積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ａはバリ４、４ａ、４ｂが生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４、４ａ、４ｂの各々を収納できる大きさであるため、図６および図７に示すようにバリ４、４ａ、４ｂの各々はへこみ部５ａ内に収容される。
【００５０】
次に、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１を製造するための成形用金型について説明する。
【００５１】
図８は、本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。また図９は、図８の領域Ｑ４を拡大して示す概略断面図である。
【００５２】
図８および図９を参照して、成形用金型１０は、成形材料を成形するための成形用金型であって、金型部材１１と、金型部材１２とを有している。金型部材１１は、金型部材１２と対向する表面に凹部１１ａを有している。金型部材１２は、金型部材１１と対向する表面に、凹部１１ａに対応して設けられた凸部１２ａを有している。金型部材１１および１２を互いに重ね合わせたときに、金型部材１１の凹部１１ａに金型部材１２の凸部１２ａが嵌り込むように凹部１１ａおよび凸部１２ａは構成されている。
【００５３】
金型部材１１の凹部１１ａの底面１１ａ1には、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１１ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凸部１１ｂおよび孔形成用凹部１１ｃとを有している。
【００５４】
金型部材１２の凸部１２ａは、凹部１１ａの底面１１ａ1と対向する上面１２ａ1を有している。その上面１２ａ1に、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１２ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凹部１２ｂおよび孔形成用凸部１２ｃとを有している。
【００５５】
金型部材１１の孔形成用凸部１１ｂは金型部材１２の孔形成用凹部１２ｂに対応して設けられており、金型部材１１の孔形成用凹部１１ｃは金型部材１２の孔形成用凸部１２ｃに対応して設けられている。
【００５６】
金型部材１１の凹部１１ａの外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１１ｅ1が設けられている。また孔形成用凸部１１ｂの根元の外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１１ｆ1が設けられており、孔形成用凸部１２ｃの根元の外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１２ｆ1が設けられている。これらのへこみ部形成用凸部１１ｅ1、１１ｆ1、１２ｆ1の各々は断面形状がたとえば角型の段部形状となっている。
【００５７】
次に、上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の製造方法について説明する。
【００５８】
まず成形材料が、例えば導電性炭素材料と樹脂バインダーとを少なくとも含むように準備される。樹脂バインダーは、例えば熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との少なくともいずれかを含んでいる。この成形材料は、粉末状、粒子状、ペレット状等であってもよく、またシート形状であってもよい。
【００５９】
上記の炭素材料としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらの炭素材料は単独で、もしくは２種以上を組合せて用いることができる。これらの炭素材料の粉粒体の形状に特に制限はなく、箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであってもよい。また、黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛も使用することができる。導電性を考慮すれば、より少量で高度の導電性を有するセパレータが得られるという点で、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛が好ましい。
【００６０】
熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。熱硬化性樹脂は１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。
【００６１】
熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリチオエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素樹脂、全芳香族ポリエステル、半芳香族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエステル・ポリエステルエラストマー、ポリエステル・ポリエーテルエラストマー等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂と同様に、熱可塑性樹脂も１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。さらに熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを複合したものも使用することができる。
【００６２】
この成形材料が、図８に示す成形用金型１０に投入され、金型部材１１と金型部材１２との間で加圧される。この際、金型部材１１、１２は熱盤（図示せず）により加熱されており、この金型部材１１、１２を介して成形材料が加熱される。この加熱加圧により、樹脂バインダーに熱硬化性樹脂が用いられている場合には、その熱硬化性樹脂が固化する。この後、金型１０から図１〜図３に示す燃料電池用セパレータ（成形品）１が取り出される。また樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、上記の加熱加圧により、その熱可塑性樹脂は溶融する。
【００６３】
樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、引き続いて、金型部材１１、１２が冷却盤（図示せず）により冷却される。この冷却の際にも、成形材料は金型部材１１と金型部材１２との間で加圧されている。この冷却加圧により溶融状態にあった熱可塑性樹脂が固化する。この後、金型１０から図１〜図３に示す燃料電池用セパレータ（成形品）１が取り出される。
【００６４】
上記のように樹脂バインダーが熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料が成形用金型１０で加熱加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）１が得られるが、樹脂バインダーが熱可塑性樹脂よりなる場合または熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料が成形用金型１０で加熱加圧および冷却加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）１が得られる。
【００６５】
上記の成形工程において、図８に示す成形用金型１０においては、凹部１１ａの側面と凸部１２ａの側面との間（領域Ｐ１）、孔形成用凹部１２ｂと孔形成用凸部１１ｂとの間（領域Ｐ２）、および孔形成用凹部１１ｃと孔形成用凸部１２ｃとの間（領域Ｐ３）にバリが生じることになる。
【００６６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の燃料電池用セパレータによれば、へこみ部５ａは、バリ４、４ａ、４ｂの各々を収容可能な形状で形成されている。このため、同一形状の燃料電池用セパレータ１同士を積み重ねた場合、一方のセパレータ１に生じたバリ４、４ａ、４ｂは他方のセパレータ１に形成されたへこみ部５ａに収容される。これによりセパレータ１同士を十分に接触もしくは接近して配置することが可能となる。
【００６７】
またバリ４、４ａ、４ｂはセパレータ１の一方の面１Ａまたは他方の面１Ｂに交差する方向に突き出しており、セパレータ１の側面から外周側へ突き出していないため、良好な精度でセパレータ１を位置決めして積み重ねることができる。
【００６８】
またバリ４、４ａ、４ｂを取り除く必要がなくなるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００６９】
（実施の形態２）
図１０は本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す一部破断断面図である。図１１は図１０に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。図１２は図１１の領域Ｑ５を拡大して示す概略断面図である。
【００７０】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１は、へこみ部の形状において実施の形態１の構成と異なる。図１０〜図１２を参照して、本実施の形態におけるセパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、セパレータ１の一方の面１Ａ側から他方の面１Ｂ側へ向かって燃料電池用セパレータ１の幅が小さくなるようなテーパ状の切欠である。これにより図１０に示すようにセパレータ１の一方の面１Ａ側の幅Ｗ１よりも他方の面１Ｂ側の幅Ｗ２は小さくなっている。
【００７１】
また孔２ｂの周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、セパレータ１の他方の面１Ｂ側から一方の面１Ａ側へ向かって孔２ｂの開口径が大きくなるようなテーパ状の切欠である。また図示していないが、孔２ａの周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、セパレータ１の一方の面１Ａ側から他方の面１Ｂ側へ向かって孔２ａの開口径が大きくなるようなテーパ状の切欠である。
【００７２】
これらのテーパ状の切欠の各々は図１０〜図１２に示す断面において直線的に伸びた部分を有している。また、これらのへこみ部５ｂの各々の大きさは、基本的にはバリ４、４ａ、４ｂを収納することができる大きさであればよい。本実施の形態のように、セパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ｂがテーパ状の切欠であって、図１２に示すテーパ角（他方の面１Ｂとテーパ面とのなす角度）αがたとえば４５°である場合には、へこみ部５ｂの幅Ｔおよび高さＨの各々は、図５に示すバリ４の厚みｔとバリ４の曲率半径ｒとの和以上の大きさ（Ｔ≧ｔ＋ｒ、Ｈ≧ｔ＋ｒ）であればよい。このテーパ状の切欠よりなるへこみ部５ｂの幅Ｔはたとえば０．０７ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下で、高さＨはたとえば０．０７ｍｍ以上である。孔２ａ、２ｂの各々の周縁部に形成されたへこみ部５ｂは、上記のセパレータ１の外周縁部に形成されたへこみ部５ｂと同様の形状を有している。なお寸法Ｈ、Ｔの上限は、成形品の形状と寸法安定性に影響しないような大きさに設定されることが好ましい。
【００７３】
また上記のテーパ状の切欠は、図２８に示すように一方の面１Ａから他方の面１Ｂの全体にわたってテーパ状となっていてもよい。この場合、セパレータ１の外周縁部においてはセパレータ１の側面の全体がテーパ状の切欠になっており、またマニホールド用の孔２ａ、２ｂの各々においては孔２ａ、２ｂの壁面の全体がテーパ状の切欠になっている。
【００７４】
なお、本実施の形態の燃料電池用セパレータの上記へこみ部５ｂ以外の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
上記の燃料電池用セパレータ１を積み重ねる場合、図１０に示すセパレータ１が複数個（たとえば２個）準備される。これらのセパレータ１が位置決めされた後に、図１１および図１２に示すように互いに積み重ねられる。積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ｂはバリ４、４ａ、４ｂが生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４、４ａ、４ｂを収納できる大きさであるため、図１１および図１２に示すようにバリ４、４ａ、４ｂの各々はへこみ部５ｂ内に収容される。
【００７６】
次に、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１を製造するための成形用金型について説明する。
【００７７】
図１３は、本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【００７８】
本実施の形態の成形用金型１０は、図８および図９に示す実施の形態１の成形用金型の構成と比較して、へこみ部を形成するためのへこみ部形成用凸部の形状が異なる。図１３を参照して、本実施の形態の成形用金型１０では、金型部材１１の凹部１１ａの外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１１ｅ2と、孔形成用凸部１１ｂの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部（図示せず）と、孔形成用凸部１２ｃの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１２ｆ2との各々は断面形状がテーパ形状となっている。
【００７９】
なお、本実施の形態の成形用金型１０の上記以外の構成は、実施の形態１の成形用金型１０の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の製造方法も、実施の形態１の製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【００８０】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１においても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図１４は本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータの構成であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。図１５は図１４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図であり、図１６は図１５の領域Ｑ６を拡大して示す概略断面図である。
【００８２】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１は、へこみ部の形状において実施の形態１の構成と異なっている。図１４〜図１６を参照して、本実施の形態におけるへこみ部５ｃは、燃料電池用セパレータ１の外周縁部および孔２ａ、２ｂの周縁部の角部に曲率半径Ｒを有するように形成された切欠である。図１に示すように、このへこみ部５ｃの曲率半径Ｒは、バリ４の曲率半径ｒよりも大きい。
【００８３】
このへこみ部５ｃの大きさは、基本的にはバリ４を収納することができる大きさであればよい。本実施の形態のように、へこみ部５ｃが曲率半径Ｒを有している場合には、図１６に示すようにへこみ部５ｃの曲率半径Ｒは、バリ４の曲率半径ｒの３倍とバリ４の厚みｔとの和以上の大きさ（Ｒ≧３×ｒ＋ｔ）であればよい。なお曲率半径Ｒの上限は、成形品の形状と寸法安定性に影響しないような大きさに設定されることが好ましい。
【００８４】
なお、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の上記以外の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８５】
上記の燃料電池用セパレータ１を積み重ねる場合、図１４に示すセパレータ１が複数個（たとえば２個）準備される。これらのセパレータ１が位置決めされた後に、図１５および図１６に示すように互いに積み重ねられる。積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ｃはバリ４、４ａ、４ｂが生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４、４ａ、４ｂを収納できる大きさであるため、図１５および図１６に示すようにバリ４、４ａ、４ｂはへこみ部５ｃ内に収容される。
【００８６】
次に、本実施の形態の燃料電池用セパレータ１を製造するための成形用金型について説明する。
【００８７】
図１７は、本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【００８８】
本実施の形態の成形用金型１０は、図８および図９に示す実施の形態１の成形用金型の構成と比較して、へこみ部を形成するためのへこみ部形成用凸部の形状が異なる。図１７を参照して、本実施の形態の成形用金型１０では、金型部材１１の凹部１１ａの外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１１ｅ3と、孔形成用凸部１１ｂの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部（図示せず）と、孔形成用凸部１２ｃの根元の外周縁部を取り囲むへこみ部形成用凸部１２ｆ3との各々は断面形状が曲率半径Ｒを有するラウンド形状（丸みを帯びた形状）となっている。
【００８９】
なお、本実施の形態の成形用金型１０の上記以外の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の燃料電池用セパレータ１の製造方法も、実施の形態１の製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【００９０】
本実施の形態の燃料電池用セパレータ１においても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００９１】
（実施の形態４）
複数個の燃料電池用セパレータを積み重ねる場合、図１８に示すようにバリ４が生じた面同士を対面させてセパレータ１を積み重ねる場合も生じる。この場合、バリ４によりセパレータ１同士を十分に接触させ、もしくは十分に接近して配置することができなくなる。そこで本実施の形態においては、図１９に示すようにバリ４の生じる部分に、凹部６が形成されている。以下、本実施の形態の燃料電池用セパレータの構成について具体的に説明する。
【００９２】
図１９は、本発明の実施の形態４における２つの燃料電池用セパレータを示す図であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。図２０は図１９に示す２つの燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図であり、図２１は、図２０の領域Ｑ７を拡大して示す概略断面図である。
【００９３】
図１９を参照して、第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑが、互いに積み重ねられる。これらの第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑの各々は、実施の形態１と同様、マニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂを有している。
【００９４】
第１の燃料電池用セパレータ１Ｐの第２の燃料電池用セパレータ１Ｑと対向する面１Ｂ1には、第１の燃料電池用セパレータ１Ｐの外周縁部において面１Ｂ1に交差する方向に突き出したバリ４がある。第２の燃料電池用セパレータ１Ｑの第１の燃料電池用セパレータ１Ｐと対向する面１Ａ2には、第２の燃料電池用セパレータ１Ｑの外周縁部においてバリ４を収容可能なへこみ部５ｄが形成されている。
【００９５】
またセパレータ１Ｑの面１Ｂ2には、孔２ｂの周縁部においてバリ４を収容可能なへこみ部５ｄが形成されている。また図示していないが、セパレータ１Ｑの面１Ａ2には、孔２ａの周縁部においてバリ４を収容可能なへこみ部５ｄが形成されている。
【００９６】
これらのへこみ部５ｄは、凹部６と、その凹部６の底面から突き出した凹部内バリ４ｃとにより構成されている。この凹部６の深さＤは、凹部内バリ４ｃの高さｈ1とバリ４の高さｈとの和以上の大きさ（Ｄ≧ｈ1＋ｈ）である。つまり、凹部内バリ４ｃの高さｈ1は凹部６の深さＤよりも小さく、ゆえに凹部６の外部に突き出すことはない（面１Ａ2または面１Ｂ2から突き出すことはない）。また凹部６の幅Ｔは、凹部内バリ４ｃの幅ｔと凹部内バリ４ｃの曲率半径ｒ1と反対側の曲率半径ｒ2との和以上の大きさ（Ｔ≧ｔ＋ｒ1＋ｒ2）である。
【００９７】
第１の燃料電池用セパレータ１Ｐの面１Ａ1には、バリや、バリ収納用のへこみ部はない。
【００９８】
なお、本実施の形態の第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑのこれ以外の構成については、上述した実施の形態１のセパレータ１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９９】
図１９に示す第１および第２の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑは互いに位置決めされた後に、図２０および図２１に示すように互いに積み重ねられる。図２０および図２１に示す積み重ねられた状態においては、上述のようにへこみ部５ｄの凹部６はバリ４が生じる位置に対応する位置に設けられており、かつバリ４を収納できる大きさであるため、バリ４はへこみ部５ｄの凹部６内に収容される。
【０１００】
なお、図２９に示すように燃料電池用セパレータ１Ｑの片面（たとえば一方の面１Ａ2）にのみ流路３が形成されており、他方の面１Ｂ2に流路３が形成されていない場合もある。この場合には、マニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂの各々が流路３と接続される面（一方の面１Ａ2）とは反対側の面（他方の面１Ｂ2）において、マニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂの各々の周縁部にへこみ部５ｄが形成されている。またマニホールド用の孔２ａ（図示せず）、２ｂの各々と流路３とが接続される部分にバリはない。
【０１０１】
この図２９は、マニホールド用の孔が一方の面側で流路と接続された箇所の断面を示す図である。
【０１０２】
次に、本実施の形態の第２の燃料電池用セパレータ１Ｑを製造するための成形用金型について説明する。
【０１０３】
図２２は、本発明の実施の形態４における第２の燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。図２２を参照して、成形用金型１０は、成形材料を成形するための成形用金型であって、金型部材１１と、金型部材１２とを有している。金型部材１１は、金型部材１２と対向する表面に凹部１１ａを有している。金型部材１２は、金型部材１１と対向する表面に、凹部１１ａに対応して設けられた凸部１２ａを有している。金型部材１１および１２を互いに重ね合わせたときに、金型部材１１の凹部１１ａに金型部材１２の凸部１２ａが嵌り込むように凹部１１ａおよび凸部１２ａは構成されている。
【０１０４】
金型部材１１の凹部１１ａは、底面１１ａ1を有し、その底面１１ａ1に、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１１ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凸部１１ｂおよび孔形成用凹部１１ｃとを有している。
【０１０５】
金型部材１２の凸部１２ａは、凹部１１ａの底面１１ａ1と対向する上面１２ａ1を有し、その上面１２ａ1に、ガスなどの流路を形成するための流路形成用凸部１２ｄと、マニホールド用の孔を形成するための孔形成用凹部１２ｂおよび孔形成用凸部１２ｃとを有している。
【０１０６】
金型部材１１の孔形成用凸部１１ｂは金型部材１２の孔形成用凹部１２ｂに対応して設けられており、金型部材１１の孔形成用凹部１１ｃは金型部材１２の孔形成用凸部１２ｃに対応して設けられている。
【０１０７】
金型部材１２の凸部１２ａの外周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１２ｇ1が上面１２ａ1に設けられている。また孔形成用凹部１２ｂの周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１２ｇ2が上面１２ａ1に設けられている。また孔形成用凹部１１ｃの周縁部を取り囲むようにへこみ部形成用凸部１１ｇが底面１１ａ1に設けられている。これらのへこみ部形成用凸部１２ｇ1、１２ｇ2、１１ｇの各々は断面形状が角型の段部形状となっている。
【０１０８】
上記の成形用金型１０を用いた本実施の形態の第２の燃料電池用セパレータ１Ｑの製造方法は、実施の形態１におけるセパレータ１の製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【０１０９】
本実施の形態のセパレータ１Ｐ、１Ｑにおいても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１０】
上記の実施の形態のうち、一方の面にバリを有し他方の面にへこみ部を有する燃料電池用セパレータ（実施の形態１〜３が該当）が、一方の面にバリを有するセパレータとこれと対向する一方の面にこのバリを収納するへこみ部を有するセパレータとの１対のセパレータ（実施の形態４が該当）と比較して、１つの金型でセパレータを生産可能である点においては好ましい。
【０１１１】
（燃料電池）
上記のようにして得られた実施の形態１〜４の燃料電池用セパレータ１（または１Ｐ、１Ｑ）を用いて燃料電池を製造することができる。図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）および図２３（Ｃ）の各々は、それぞれ異なる燃料電池の構成を概略的に示す分解断面図である。図２３（Ａ）を参照して、この燃料電池は、実施の形態１〜３の燃料電池用セパレータ１を少なくとも１対備えており、その１対の燃料電池用セパレータ１、１と電解質膜／電極接合体とが交互に積み重ねられることで形成されている。電解質膜／電極接合体は、例えば固体高分子電解質膜２１を燃料極および酸化剤極となる一対の電極２２、２２により挟み込むことにより構成されている。１対の燃料電池用セパレータ１、１のうち一方の燃料電池用セパレータ１のバリ４は、１対の燃料電池用セパレータ１、１のうちの他方の燃料電池用セパレータ１のへこみ部５ａ（または５ｂ、５ｃ）に収納されている。
【０１１２】
また図２３（Ｂ）を参照して、この燃料電池は、実施の形態１〜３の燃料電池用セパレータ１を備えており、その燃料電池用セパレータ１と電解質膜／電極接合体とが交互に積み重ねられて形成されている。燃料電池用セパレータ１のバリ４は、電解質膜／電極接合体を介して対向する燃料電池用セパレータ１のへこみ部５ａ（または５ｂ、５ｃ）に収納されている。
【０１１３】
また図２３（Ｃ）を参照して、この燃料電池は、実施の形態４の１対の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑと電解質膜／電極接合体とが交互に積み重ねられて形成されている。１対の燃料電池用セパレータのうちの燃料電池用セパレータ１Ｐは、一方の面の外周縁部から一方の面に交差する方向に突き出したバリ４を有している。また、１対の燃料電池用セパレータのうちの燃料電池用セパレータ１Ｑは、一方の面の外周縁部にバリ４を収容可能な形状のへこみ部５ｄが形成されている。１対の燃料電池用セパレータ１Ｐ、１Ｑは、バリ４の形成された面とへこみ部５ｄが形成された面とが対向するように互いに積み重ねられ、これにより燃料電池用セパレータ１Ｐのバリ４は燃料電池用セパレータ１Ｑのへこみ部５ｄに収納されている。
【０１１４】
なお上記の図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）の各々においてはマニホールド用の孔の図示は説明の便宜上省略されている。また図２６および図２７の燃料電池用セパレータ１が図２３（Ａ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよく、また図２３（Ｂ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよい。また図２８の燃料電池用セパレータ１が図２３（Ａ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよく、また図２３（Ｂ）に示す燃料電池用セパレータ１として積み重ねられてもよい。また図２９の燃料電池用セパレータ１Ｑが図２３（Ｃ）に示す燃料電池用セパレータ１Ｑとして他の燃料電池用セパレータ１Ｐと積み重ねられてもよい。
【０１１５】
燃料電池は、発電性能を高める目的で燃料電池セルが複数個直列に配置された燃料電池スタックとされている。このように燃料電池スタックとされている場合には、燃料電池セル間には冷却水を流す場合があり、この場合には、図２３（Ａ）、図２３（Ｃ）に示すように冷却水を通す冷却水路３がセパレータ１（または１Ｐ、１Ｑ）に設けられている。また携帯電話等に使用する小型燃料電池においては、冷却水を通す冷却水路がない形態のスタック構造の燃料電池も存在し、この燃料電池は図２３（Ｂ）に示すようにセパレータと電解質膜／電極接合体とが交互に積層された構造となる。
【０１１６】
図２３（Ａ）、図２３（Ｃ）に示す構成において、冷却水の経路を挟む１対のセパレータ同士は互いに同電位となるため、バリをへこみ部に収納することで十分に接触させることが可能となる。また図２３（Ｂ）に示すように電解質膜／電極接合体を挟む１対のセパレータ１同士は互いに逆電位（陽極側と陰極側）となるため、両者を接触させることはできないが、バリをへこみ部に収納することで十分に接近して配置させることが可能となる。
【０１１７】
このような燃料電池においては、水素ガスまたはメタノールなどが燃料極２２でイオン化された後に固体高分子電解質膜２１を通過して、酸化剤極２２で空気中の酸素等と反応することで発電が生じる。
【０１１８】
本実施の形態で得られる燃料電池用セパレータは、上記の固体高分子型の燃料電池のほかに、ヒドラジン型、直接メタノール型、アルカリ型、リン酸型等の種々の燃料電池に対して好適に適用され得る。
【０１１９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等に対して適用されるリン酸型燃料電池、ダイレクトメタノ−ル型燃料電池、固体高分子型燃料電池等の燃料電池に対して使用可能な燃料電池用セパレータおよびそれを用いた燃料電池に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す背面図である。
【図３】図１および図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】図３の領域Ｑ１を拡大して示す概略断面図である。
【図５】図４の領域Ｑ２のバリを拡大して示す概略断面図である。
【図６】図４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図７】図６の領域Ｑ３を拡大して示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】図８の領域Ｑ４を拡大して示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す一部破断断面図である。
【図１１】図１０に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図１２】図１１の領域Ｑ５を拡大して示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図１４】図１４は本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータの構成であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図１５】図１４に示す燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図１６】図１５の領域Ｑ６を拡大して示す概略断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３における燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を、図８の領域Ｑ４に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図１８】バリが生じた面同士を対面させてセパレータ同士を積み重ねる様子を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における２つの燃料電池用セパレータを示す図であって、図３の領域Ｑ１に対応する部分を拡大して示す概略断面図である。
【図２０】図１９に示す２つの燃料電池用セパレータを積み重ねた状態を示す概略断面図である。
【図２１】図２０の領域Ｑ７を拡大して示す概略断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４における第２の燃料電池用セパレータを成形するための成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。
【図２３】燃料電池の３つの構成を概略的に示す分解断面図であり、１対の燃料電池用セパレータとＭＥＡとを交互に積層した構成（Ａ）と、１つの燃料電池用セパレータとＭＥＡとを交互に積層した構成（Ｂ）と、１対の燃料電池用セパレータとＭＥＡとを交互に積層した構成（Ｃ）とを示す図である。
【図２４】従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型の構成を示す断面図（Ａ）と、従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型により成形された成形品の構成を示す断面図（Ｂ）である。
【図２５】従来の合わせ型の圧縮成形用金型の構成を示す断面図（Ａ）と、従来の合わせ型の圧縮成形用金型により成形された成形品の構成を示す断面図（Ｂ）である。
【図２６】流路に接続されないマニホールドを有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す平面図である。
【図２７】流路に接続されないマニホールドを有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す背面図である。
【図２８】外周縁部の一方表面から他方表面の全体にかけてテーパ状になった燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す断面図である。
【図２９】流路に接続されたマニホールドにおいて流路に接続されない側にへこみ部を有する燃料電池用セパレータの構成を概略的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１，１Ｐ，１Ｑ 燃料電池用セパレータ、２ａ，２ｂ，２ａ1，２ａ2，２ｂ1，２ｂ2 マニホールド用の孔、３ 流路、４，４ａ，４ｂ バリ、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ へこみ部、６ 凹部、１０ 成形用金型、１１，１２ 金型部材、２１ 固体高分子電解質膜、２２ 電極（燃料極、酸化剤極）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性炭素材料と樹脂バインダーとを含む燃料電池用セパレータにおいて、
流路（３）と前記流路に接続されたマニホールド（２ｂ）とを有し、
前記マニホールドは燃料電池用セパレータ（１Ｑ）の一方の面（１Ａ2）で前記流路と接続され、他方の面（１Ｂ2）で前記流路と接続されておらず、
前記一方の面において前記流路と前記マニホールドとが接続される部分にバリはなく、前記他方の面において前記マニホールドの周縁部にはへこみ部（５ｄ）が形成されており、
前記へこみ部は、凹部（６）と、前記凹部の底面から突き出しかつ前記他方の面から突き出ない凹部内バリ（４ｃ）とを有している、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
導電性炭素材料と樹脂バインダーとを含む燃料電池用セパレータにおいて、燃料電池用セパレータ（１Ｑ）の一方の面（１Ａ2）の外周縁部にはへこみ部（５ｄ）が形成されており、前記へこみ部は、凹部（６）と、前記凹部の底面から突き出しかつ前記一方の面から突き出ない凹部内バリ（４ｃ）とを有しており、前記一方の面に対する他方の面（１Ｂ2）の外周縁部に凹部を有さない、燃料電池用セパレータ。
【請求項１】
導電性炭素材料と樹脂バインダーとを含む燃料電池用セパレータにおいて、
流路（３）と前記流路に接続されたマニホールド（２ｂ）とを有し、
前記マニホールドは燃料電池用セパレータ（１Ｑ）の一方の面（１Ａ2）で前記流路と接続され、他方の面（１Ｂ2）で前記流路と接続されておらず、
前記一方の面において前記流路と前記マニホールドとが接続される部分にバリはなく、前記他方の面において前記マニホールドの周縁部にはへこみ部（５ｄ）が形成されており、
前記へこみ部は、凹部（６）と、前記凹部の底面から突き出しかつ前記他方の面から突き出ない凹部内バリ（４ｃ）とを有している、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
導電性炭素材料と樹脂バインダーとを含む燃料電池用セパレータにおいて、燃料電池用セパレータ（１Ｑ）の一方の面（１Ａ2）の外周縁部にはへこみ部（５ｄ）が形成されており、前記へこみ部は、凹部（６）と、前記凹部の底面から突き出しかつ前記一方の面から突き出ない凹部内バリ（４ｃ）とを有しており、前記一方の面に対する他方の面（１Ｂ2）の外周縁部に凹部を有さない、燃料電池用セパレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２００８−３００３６９（Ｐ２００８−３００３６９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３５４３５（Ｐ２００８−２３５４３５）
【出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【分割の表示】特願２００８−５０６８３７（Ｐ２００８−５０６８３７）の分割
【原出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【分割の表示】特願２００８−５０６８３７（Ｐ２００８−５０６８３７）の分割
【原出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]