JP2000082475A - 膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ及びその製造方法 - Google Patents
膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 密度差に起因する歪み、熱伝導特性、電気伝
導特性、機械的特性などのばらつきを少なくし複雑形状
や大形サイズのセパレータでも、膨張黒鉛本来の諸特性
及び寸法精度に優れたものとして電池性能の向上が図れ
るようにする。 【解決手段】 ジグザグ状溝部１１を有する燃料電池用
セパレータ４であって、膨張黒鉛シート１５の表層部１
５ａのうちジグザグ状溝部１１に相当する部分をブラス
ト加工により予め除去しておき、その除去部分とそれ以
外の部分との凹凸形状部分に対応する凹凸形状を有する
押し型を用いて全体を均等に加圧成形して溝部１１とそ
れ以外の部分との密度差が３０％未満になるように所定
形態に成形してなる。
導特性、機械的特性などのばらつきを少なくし複雑形状
や大形サイズのセパレータでも、膨張黒鉛本来の諸特性
及び寸法精度に優れたものとして電池性能の向上が図れ
るようにする。 【解決手段】 ジグザグ状溝部１１を有する燃料電池用
セパレータ４であって、膨張黒鉛シート１５の表層部１
５ａのうちジグザグ状溝部１１に相当する部分をブラス
ト加工により予め除去しておき、その除去部分とそれ以
外の部分との凹凸形状部分に対応する凹凸形状を有する
押し型を用いて全体を均等に加圧成形して溝部１１とそ
れ以外の部分との密度差が３０％未満になるように所定
形態に成形してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として電気自動
車用等の電池として用いられる燃料電池用セパレータ
で、詳しくは、例えばイオン交換膜やリン酸からなる電
解質膜を両側からアノード（陽極）及びカソード（陰
極）で挟んでサンドイッチ構造としたガス拡散電極をさ
らにそれの外部両側から挟むとともに、アノード及びカ
ソードとの間に、燃料ガス流路及び酸化ガス流路を形成
して燃料電池の構成単位である単セルが構成されている
固体高分子電解質型やリン酸型などの燃料電池用セパレ
ータ及びその製造方法に関し、より詳しくは、膨張黒鉛
が本来有する耐熱性、耐食性、電気特性（導電性）、熱
伝導特性等を有効に利用して所定の電池性能を発揮させ
るように膨張黒鉛成形体から構成される膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ及びその製造方法に関するものであ
る。
車用等の電池として用いられる燃料電池用セパレータ
で、詳しくは、例えばイオン交換膜やリン酸からなる電
解質膜を両側からアノード（陽極）及びカソード（陰
極）で挟んでサンドイッチ構造としたガス拡散電極をさ
らにそれの外部両側から挟むとともに、アノード及びカ
ソードとの間に、燃料ガス流路及び酸化ガス流路を形成
して燃料電池の構成単位である単セルが構成されている
固体高分子電解質型やリン酸型などの燃料電池用セパレ
ータ及びその製造方法に関し、より詳しくは、膨張黒鉛
が本来有する耐熱性、耐食性、電気特性（導電性）、熱
伝導特性等を有効に利用して所定の電池性能を発揮させ
るように膨張黒鉛成形体から構成される膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、アノードに水素を含有する
燃料ガスを供給し、カソードに酸素を含有する酸化ガス
を供給することにより、アノード側及びカソード側にお
いて、 Ｈ2 →２Ｈ´＋２ｅ´ …（１） （１／２）Ｏ2 ＋２Ｈ´＋２ｅ´→Ｈ2 Ｏ …（２） なる式の電気化学反応を示し、電池全体としては、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ …（３） なる式の電気化学反応が進行し、このような燃料が有す
る化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換すること
で、所定の電池性能を発揮するものである。
燃料ガスを供給し、カソードに酸素を含有する酸化ガス
を供給することにより、アノード側及びカソード側にお
いて、 Ｈ2 →２Ｈ´＋２ｅ´ …（１） （１／２）Ｏ2 ＋２Ｈ´＋２ｅ´→Ｈ2 Ｏ …（２） なる式の電気化学反応を示し、電池全体としては、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ …（３） なる式の電気化学反応が進行し、このような燃料が有す
る化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換すること
で、所定の電池性能を発揮するものである。
【０００３】上記のようなエネルギー変換を生じる燃料
電池の一種である固体高分子電解質型やリン酸型などの
燃料電池用のセパレータとしては、ガス不透過性で、か
つ、導電性を有する材料から形成することが要求され、
その要求に適った材料として膨張黒鉛を使用することは
従来から知られており、これを所定形状に成形すること
によって燃料電池用セパレータを構成している。
電池の一種である固体高分子電解質型やリン酸型などの
燃料電池用のセパレータとしては、ガス不透過性で、か
つ、導電性を有する材料から形成することが要求され、
その要求に適った材料として膨張黒鉛を使用することは
従来から知られており、これを所定形状に成形すること
によって燃料電池用セパレータを構成している。
【０００４】ところで、この種の膨張黒鉛成形体の成形
にあたって、従来では、（ａ）膨張黒鉛シートをエンボ
ス（型押し）ロールにより加圧して表面に浮彫り加工を
施したもの、（ｂ）膨張処理した黒鉛あるいは一度加圧
処理して密度アップや造粒した膨張黒鉛を金型内で加圧
成形したもの、（ｃ）膨張黒鉛テープを渦巻き状に巻き
重ねた後、金型内でリング状に加圧成形したもの、など
がある。特に、燃料電池用セパレータのように、表面に
凹凸部分を有する膨張黒鉛成形体においては、最終成形
体の凹部に相当する高さ及びパターンの凸部を有する押
し型を使用して膨張黒鉛シートを直接に加圧成形してい
た。
にあたって、従来では、（ａ）膨張黒鉛シートをエンボ
ス（型押し）ロールにより加圧して表面に浮彫り加工を
施したもの、（ｂ）膨張処理した黒鉛あるいは一度加圧
処理して密度アップや造粒した膨張黒鉛を金型内で加圧
成形したもの、（ｃ）膨張黒鉛テープを渦巻き状に巻き
重ねた後、金型内でリング状に加圧成形したもの、など
がある。特に、燃料電池用セパレータのように、表面に
凹凸部分を有する膨張黒鉛成形体においては、最終成形
体の凹部に相当する高さ及びパターンの凸部を有する押
し型を使用して膨張黒鉛シートを直接に加圧成形してい
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の膨張黒鉛成形体においては、膨張黒鉛が薄片状の黒鉛
を多数集合させたものであり、成形時の金型内での流動
性に劣るため、最終成形体の全体形状が平坦なシート状
や板状のものでない限り各部の密度差が大きく、この大
きな密度差の存在に起因して各部の熱伝導特性、電気特
性、機械的特性にばらつきが生じるだけでなく、成形後
の復元性にもばらつきがあって、成形体製品の寸法精度
が悪いものとなる。したがって、複雑形状や大形サイ
ズ、角形の成形体（製品）については、膨張黒鉛本来の
諸特性や寸法精度をばらつき少なく成形することが非常
に困難であり、特に、表面に多数の凹凸部分が必要な複
雑形状であるだけでなく、燃料ガス及び酸化ガス流路を
形成するために緻密かつ高精度な凹凸部分が要求される
燃料電池用セパレータを膨張黒鉛成形体から構成する場
合は、ガス流路となる凸部分の角部表面に割れや膨れな
どの異常や欠陥を発生しやすくて寸法精度の高い形状に
成形することができないとともに、凹凸部分間での密度
差が非常に大きくなり、膨張黒鉛本来の電気特性（導電
性）及び熱伝導特性が不均一になり、燃料電池の性能面
で好ましくない問題があった。
の膨張黒鉛成形体においては、膨張黒鉛が薄片状の黒鉛
を多数集合させたものであり、成形時の金型内での流動
性に劣るため、最終成形体の全体形状が平坦なシート状
や板状のものでない限り各部の密度差が大きく、この大
きな密度差の存在に起因して各部の熱伝導特性、電気特
性、機械的特性にばらつきが生じるだけでなく、成形後
の復元性にもばらつきがあって、成形体製品の寸法精度
が悪いものとなる。したがって、複雑形状や大形サイ
ズ、角形の成形体（製品）については、膨張黒鉛本来の
諸特性や寸法精度をばらつき少なく成形することが非常
に困難であり、特に、表面に多数の凹凸部分が必要な複
雑形状であるだけでなく、燃料ガス及び酸化ガス流路を
形成するために緻密かつ高精度な凹凸部分が要求される
燃料電池用セパレータを膨張黒鉛成形体から構成する場
合は、ガス流路となる凸部分の角部表面に割れや膨れな
どの異常や欠陥を発生しやすくて寸法精度の高い形状に
成形することができないとともに、凹凸部分間での密度
差が非常に大きくなり、膨張黒鉛本来の電気特性（導電
性）及び熱伝導特性が不均一になり、燃料電池の性能面
で好ましくない問題があった。
【０００６】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、厚みの異なる部分間での密度差に起因する熱
伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきを少な
くして複雑形状や大形サイズであっても、膨張黒鉛本来
の諸特性及び寸法精度に優れた成形体とでき、特に燃料
ガス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成して良好な
導電性及び熱伝導性を発揮させ電池性能の向上を達成す
ることができる膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ成形体
及びその製造方法を提供することを目的としている。
たもので、厚みの異なる部分間での密度差に起因する熱
伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきを少な
くして複雑形状や大形サイズであっても、膨張黒鉛本来
の諸特性及び寸法精度に優れた成形体とでき、特に燃料
ガス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成して良好な
導電性及び熱伝導性を発揮させ電池性能の向上を達成す
ることができる膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ成形体
及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係る膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータは、厚みが１０％以上異なる凹凸部分を有
し、その凹部分が燃料ガス及び酸化ガス流路に形成され
る膨張黒鉛成形体から構成された膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータであって、上記成形体が厚みの異なる凹凸部
分間での膨張黒鉛の密度差が３０％未満になるように成
形されていることを特徴とするものである。
に、請求項１に記載の発明に係る膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータは、厚みが１０％以上異なる凹凸部分を有
し、その凹部分が燃料ガス及び酸化ガス流路に形成され
る膨張黒鉛成形体から構成された膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータであって、上記成形体が厚みの異なる凹凸部
分間での膨張黒鉛の密度差が３０％未満になるように成
形されていることを特徴とするものである。
【０００８】上記構成の請求項１に記載の発明によれ
ば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の密度差が３
０％未満であるから、密度差に起因する凹凸部分間での
熱伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきが少
なくなり、複雑形状や大形サイズのいずれであっても、
その成形体全体に亘って膨張黒鉛が本来有する諸特性を
十分に発揮させることが可能となる。このような膨張黒
鉛成形体から燃料電池用セパレータを構成させること
で、凹部分からなり、該セパレータの全域に亘る燃料ガ
ス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成してそれら反
応ガスの流れをスムーズにすることができるだけでな
く、その全域に亘って優れた電気特性及び熱伝導特性を
保持することが可能であり、これによって、燃料電池の
運転に際してセパレータに要求される均一な導電性能お
よび過熱防止のための冷却性能を十分に発揮させて電池
性能の向上を図ることができる。
ば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の密度差が３
０％未満であるから、密度差に起因する凹凸部分間での
熱伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきが少
なくなり、複雑形状や大形サイズのいずれであっても、
その成形体全体に亘って膨張黒鉛が本来有する諸特性を
十分に発揮させることが可能となる。このような膨張黒
鉛成形体から燃料電池用セパレータを構成させること
で、凹部分からなり、該セパレータの全域に亘る燃料ガ
ス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成してそれら反
応ガスの流れをスムーズにすることができるだけでな
く、その全域に亘って優れた電気特性及び熱伝導特性を
保持することが可能であり、これによって、燃料電池の
運転に際してセパレータに要求される均一な導電性能お
よび過熱防止のための冷却性能を十分に発揮させて電池
性能の向上を図ることができる。
【０００９】ここで、上記成形体の形態としては、請求
項２に記載のように、シート状、板状のいずれであって
もよい。
項２に記載のように、シート状、板状のいずれであって
もよい。
【００１０】また、請求項３に記載の発明に係る膨張黒
鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、厚みが均一な
膨張黒鉛シートの表層部の所定形状部分を除去して該膨
張黒鉛シートの表面に燃料ガス及び酸化ガスの流路とな
る凹部分を含めた凹凸を形成した後、その凹凸形状部分
に相当する凸形状または凹凸形状を有する押し型を用い
て少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸形態に成形さ
れた膨張黒鉛成形体から燃料電池用セパレータを形成す
ることを特徴とするものである。
鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、厚みが均一な
膨張黒鉛シートの表層部の所定形状部分を除去して該膨
張黒鉛シートの表面に燃料ガス及び酸化ガスの流路とな
る凹部分を含めた凹凸を形成した後、その凹凸形状部分
に相当する凸形状または凹凸形状を有する押し型を用い
て少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸形態に成形さ
れた膨張黒鉛成形体から燃料電池用セパレータを形成す
ることを特徴とするものである。
【００１１】上記構成の請求項３に記載の発明によれ
ば、最終成形体の凹部で、燃料電池用セパレータにおけ
る燃料ガス及び酸化ガス流路となる膨張黒鉛シートの表
層部を予め除去して表面に凹凸を形成した後、押し型を
使用して少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸形態に
成形するものであるから、従来のように、最終成形体の
凹凸に相当する凹凸部を有する押し型を使用して膨張黒
鉛シートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸部の角
部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しないです
み、所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒鉛成形
体（セパレータ）を精度よく製造することが可能である
とともに、凹凸部分間での密度差も非常に小さくして、
密度差に起因する凹凸部分間での熱伝導特性、電気特
性、機械的特性などのばらつきを小さくすることができ
る。
ば、最終成形体の凹部で、燃料電池用セパレータにおけ
る燃料ガス及び酸化ガス流路となる膨張黒鉛シートの表
層部を予め除去して表面に凹凸を形成した後、押し型を
使用して少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸形態に
成形するものであるから、従来のように、最終成形体の
凹凸に相当する凹凸部を有する押し型を使用して膨張黒
鉛シートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸部の角
部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しないです
み、所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒鉛成形
体（セパレータ）を精度よく製造することが可能である
とともに、凹凸部分間での密度差も非常に小さくして、
密度差に起因する凹凸部分間での熱伝導特性、電気特
性、機械的特性などのばらつきを小さくすることができ
る。
【００１２】さらに、請求項４に記載の発明に係る膨張
黒鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、最終成形体
の凸部となる部分の形状に打ち抜き加工した少なくとも
１枚の膨張黒鉛シートの両面及び打ち抜き加工を施さず
上記膨張黒鉛シートと同一密度を有する膨張黒鉛シート
の少なくとも片面表層部を除去した後、それら膨張黒鉛
シートをその中間部にこれら膨張黒鉛シートの密度より
も低い密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積層し、
かつ、加圧一体化して形成することを特徴とするもので
ある。
黒鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、最終成形体
の凸部となる部分の形状に打ち抜き加工した少なくとも
１枚の膨張黒鉛シートの両面及び打ち抜き加工を施さず
上記膨張黒鉛シートと同一密度を有する膨張黒鉛シート
の少なくとも片面表層部を除去した後、それら膨張黒鉛
シートをその中間部にこれら膨張黒鉛シートの密度より
も低い密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積層し、
かつ、加圧一体化して形成することを特徴とするもので
ある。
【００１３】上記構成の請求項４に記載の発明によれ
ば、最終的に燃料電池用セパレータの凸部となる部分の
形状に打ち抜き加工され、その両面が除去された膨張黒
鉛シートと打ち抜き加工を施さず少なくともその片面表
層部が除去された同一密度の膨張黒鉛シートとをそれら
の中間部に低密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積
層し、かつ、加圧一体化するものであって、最終的にセ
パレータの燃料ガス及び酸化ガス流路用の凹部となる部
分が他の部分に比べてより強く加圧されることで、その
部分の密度が局部的に大きくなることのないように成形
するものであるから、従来のように、最終成形体の凹凸
に相当する凹凸部を有する押し型を使用して膨張黒鉛シ
ートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸部の角部表
面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しないですみ、
所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒鉛成形体
（セパレータ）を精度よく製造することが可能であると
ともに、両シートを接着剤無しで積層一体化することが
可能となり、凹凸部分間での密度差及び厚み方向での密
度差ともに非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部
分間及び厚み方向での熱伝導特性、電気特性、機械的特
性などのばらつきを小さくすることができる。
ば、最終的に燃料電池用セパレータの凸部となる部分の
形状に打ち抜き加工され、その両面が除去された膨張黒
鉛シートと打ち抜き加工を施さず少なくともその片面表
層部が除去された同一密度の膨張黒鉛シートとをそれら
の中間部に低密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積
層し、かつ、加圧一体化するものであって、最終的にセ
パレータの燃料ガス及び酸化ガス流路用の凹部となる部
分が他の部分に比べてより強く加圧されることで、その
部分の密度が局部的に大きくなることのないように成形
するものであるから、従来のように、最終成形体の凹凸
に相当する凹凸部を有する押し型を使用して膨張黒鉛シ
ートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸部の角部表
面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しないですみ、
所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒鉛成形体
（セパレータ）を精度よく製造することが可能であると
ともに、両シートを接着剤無しで積層一体化することが
可能となり、凹凸部分間での密度差及び厚み方向での密
度差ともに非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部
分間及び厚み方向での熱伝導特性、電気特性、機械的特
性などのばらつきを小さくすることができる。
【００１４】なお、上記請求項３または４に記載の膨張
黒鉛製燃料電池用セパレータの製造方法における膨張黒
鉛シートの表層部の除去手段として、請求項５に記載の
ように、ブラスト加工、レーザー加工、プラズマ加工及
びマイクログラインド加工等の手段を使用するときは、
所定の凹凸形状部分を正確に形成することが可能であ
り、特に請求項４に記載の製造方法の場合は、表層部へ
のブラスト加工に伴って高密度で高配向された膨張黒鉛
粒子の一部を除去すると同時に、その折り畳み層を起立
状態に拡開させて両膨張黒鉛シート同士を接着剤無しで
も強力に接合一体化することが可能となり、全体厚みの
大きい成形体であっても、その厚み方向での密度差が非
常に少ない製品を容易かつ安価に製造することができ
る。
黒鉛製燃料電池用セパレータの製造方法における膨張黒
鉛シートの表層部の除去手段として、請求項５に記載の
ように、ブラスト加工、レーザー加工、プラズマ加工及
びマイクログラインド加工等の手段を使用するときは、
所定の凹凸形状部分を正確に形成することが可能であ
り、特に請求項４に記載の製造方法の場合は、表層部へ
のブラスト加工に伴って高密度で高配向された膨張黒鉛
粒子の一部を除去すると同時に、その折り畳み層を起立
状態に拡開させて両膨張黒鉛シート同士を接着剤無しで
も強力に接合一体化することが可能となり、全体厚みの
大きい成形体であっても、その厚み方向での密度差が非
常に少ない製品を容易かつ安価に製造することができ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。まず最初に、本発明の膨張黒鉛
製セパレータの一実施形態として固体高分子電解質型燃
料電池の構成及び動作について図１〜図３を参照して簡
単に説明する。固体高分子電解質型燃料電池２０は、例
えばフッ素系樹脂より形成されたイオン交換膜である電
解質膜１と、炭素繊維糸で織成したカーボンクロスやカ
ーボンペーパーあるいはカーボンフェルトにより形成さ
れ、上記電解質膜１を両側から挟みサンドイッチ構造を
なすガス拡散電極となるアノード２及びカソード３と、
そのサンドイッチ構造をさらに両側から挟む膨張黒鉛成
形体からなるセパレータ４，４とから構成される単セル
５の複数組を積層し、その両端に図示省略した集電板を
配置したスタック構造に構成されている。
にもとづいて説明する。まず最初に、本発明の膨張黒鉛
製セパレータの一実施形態として固体高分子電解質型燃
料電池の構成及び動作について図１〜図３を参照して簡
単に説明する。固体高分子電解質型燃料電池２０は、例
えばフッ素系樹脂より形成されたイオン交換膜である電
解質膜１と、炭素繊維糸で織成したカーボンクロスやカ
ーボンペーパーあるいはカーボンフェルトにより形成さ
れ、上記電解質膜１を両側から挟みサンドイッチ構造を
なすガス拡散電極となるアノード２及びカソード３と、
そのサンドイッチ構造をさらに両側から挟む膨張黒鉛成
形体からなるセパレータ４，４とから構成される単セル
５の複数組を積層し、その両端に図示省略した集電板を
配置したスタック構造に構成されている。
【００１６】上記膨張黒鉛成形体から構成される両セパ
レータ４は、図２に明示するように、その周辺部に、水
素を含有する燃料ガス孔６，７と酸素を含有する酸化ガ
ス孔８，９と冷却水孔１０とが形成されており、上記単
セル５の複数組を積層した時、各セパレータ４の各孔
６，７、８，９、１０がそれぞれ燃料電池２０内部をそ
の長手方向に貫通して燃料ガス供給マニホールド、燃料
ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸
化ガス排出マニホールド、冷却水路を形成するようにな
されている。
レータ４は、図２に明示するように、その周辺部に、水
素を含有する燃料ガス孔６，７と酸素を含有する酸化ガ
ス孔８，９と冷却水孔１０とが形成されており、上記単
セル５の複数組を積層した時、各セパレータ４の各孔
６，７、８，９、１０がそれぞれ燃料電池２０内部をそ
の長手方向に貫通して燃料ガス供給マニホールド、燃料
ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸
化ガス排出マニホールド、冷却水路を形成するようにな
されている。
【００１７】また、上記両セパレータ４の表面には、ジ
クザグ状の溝部１１が形成されており、図３に明示する
ように、上記ジグザグ状溝部１１とアノード２の表面と
の間に燃料ガス流路１２が形成されているとともに、ジ
グザグ状溝部１１とカソード３の表面との間に酸化ガス
流路１３が形成されている。
クザグ状の溝部１１が形成されており、図３に明示する
ように、上記ジグザグ状溝部１１とアノード２の表面と
の間に燃料ガス流路１２が形成されているとともに、ジ
グザグ状溝部１１とカソード３の表面との間に酸化ガス
流路１３が形成されている。
【００１８】上記構成の固体高分子電解質型燃料電池２
０においては、外部に設けられた燃料ガス供給装置から
燃料電池２０に対して供給された水素を含有する燃料ガ
スが上記燃料ガス供給マニホールドを経由して各単セル
５の燃料ガス流路１２に供給されて各単セル５のアノー
ド２側において既述（１）式で示したとおりの電気化学
反応を呈し、その反応後の燃料ガスは各単セル５の燃料
ガス流路１２から上記燃料ガス排出マニホールドを経由
して外部に排出される。同時に、外部に設けられた酸化
ガス供給装置から燃料電池２０に対して供給された酸素
を含有する酸化ガス（空気）が上記酸化ガス供給マニホ
ールドを経由して各単セル５の酸化ガス流路１３に供給
されて各単セル５のカソード３側において既述（２）式
で示したとおりの電気化学反応を呈し、その反応後の酸
化ガスは各単セル５の酸化ガス流路１３から上記酸化ガ
ス排出マニホールドを経由して外部に排出される。
０においては、外部に設けられた燃料ガス供給装置から
燃料電池２０に対して供給された水素を含有する燃料ガ
スが上記燃料ガス供給マニホールドを経由して各単セル
５の燃料ガス流路１２に供給されて各単セル５のアノー
ド２側において既述（１）式で示したとおりの電気化学
反応を呈し、その反応後の燃料ガスは各単セル５の燃料
ガス流路１２から上記燃料ガス排出マニホールドを経由
して外部に排出される。同時に、外部に設けられた酸化
ガス供給装置から燃料電池２０に対して供給された酸素
を含有する酸化ガス（空気）が上記酸化ガス供給マニホ
ールドを経由して各単セル５の酸化ガス流路１３に供給
されて各単セル５のカソード３側において既述（２）式
で示したとおりの電気化学反応を呈し、その反応後の酸
化ガスは各単セル５の酸化ガス流路１３から上記酸化ガ
ス排出マニホールドを経由して外部に排出される。
【００１９】上記（１）及び（２）式の電気化学反応に
伴い、燃料電池２０全体としては既述（３）式で示した
電気化学反応が進行して、燃料が有する化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換することで、所定の電池性
能が発揮される。なお、この燃料電池２０は、電解質膜
１の性質から約８０〜１００℃の温度範囲で運転される
ために発熱を伴う。そこで、燃料電池２０の運転中は、
外部に設けられた冷却水供給装置から該燃料電池２０に
対して冷却水を供給し、これを上記冷却水路に循環させ
ることによって、燃料電池２０内部の温度上昇を抑制し
ている。
伴い、燃料電池２０全体としては既述（３）式で示した
電気化学反応が進行して、燃料が有する化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換することで、所定の電池性
能が発揮される。なお、この燃料電池２０は、電解質膜
１の性質から約８０〜１００℃の温度範囲で運転される
ために発熱を伴う。そこで、燃料電池２０の運転中は、
外部に設けられた冷却水供給装置から該燃料電池２０に
対して冷却水を供給し、これを上記冷却水路に循環させ
ることによって、燃料電池２０内部の温度上昇を抑制し
ている。
【００２０】次に、上記のような構成及び動作を有する
固体高分子電解質型燃料電池２０におけるセパレータ４
の製造方法について説明する。図４は本発明に係る膨張
黒鉛製燃料電池用セパレータ４の一例を示す外観斜視
図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った縦断面図であり、こ
の膨張黒鉛製燃料電池セバレータ４は、全体が矩形状で
厚みが均一な図４に示すような膨張黒鉛シート１５の表
層部分１５ａのうち、燃料ガス流路１２及び酸化ガス流
路１３を形成する部分にマイクロブラスト加工、レーザ
ー加工、プラズマ加工、マイクログラインド加工等の手
段を施してその部分を除去することにより、全体の厚み
Ｔに対して１０％以上の深さｄを有するジグザグ状溝部
１１を形成した後、上記表層部分１５ａ及びジグザグ状
溝部１１からなる凹凸部分に相当する凹凸形状を有する
押し型１４を用いて少なくとも一部を均等に加圧して凹
凸部分間の密度差が３０％未満、好ましくは１０％未満
になるように所定の形態に成形した膨張黒鉛成形体から
構成されている。
固体高分子電解質型燃料電池２０におけるセパレータ４
の製造方法について説明する。図４は本発明に係る膨張
黒鉛製燃料電池用セパレータ４の一例を示す外観斜視
図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った縦断面図であり、こ
の膨張黒鉛製燃料電池セバレータ４は、全体が矩形状で
厚みが均一な図４に示すような膨張黒鉛シート１５の表
層部分１５ａのうち、燃料ガス流路１２及び酸化ガス流
路１３を形成する部分にマイクロブラスト加工、レーザ
ー加工、プラズマ加工、マイクログラインド加工等の手
段を施してその部分を除去することにより、全体の厚み
Ｔに対して１０％以上の深さｄを有するジグザグ状溝部
１１を形成した後、上記表層部分１５ａ及びジグザグ状
溝部１１からなる凹凸部分に相当する凹凸形状を有する
押し型１４を用いて少なくとも一部を均等に加圧して凹
凸部分間の密度差が３０％未満、好ましくは１０％未満
になるように所定の形態に成形した膨張黒鉛成形体から
構成されている。
【００２１】上記構成の膨張黒鉛製燃料電池用セパレー
タ４では、膨張黒鉛シート１５の表層部分１５ａにジグ
ザグ状溝部１１を高精度に形成することが可能であり、
したがって、そのジグザグ状溝部１１から形成される燃
料ガス流路１２及び酸化ガス流路１３内に燃料ガス及び
酸化ガスをスムーズに流動させるとともに、上記した単
セル５の複数組を積層してスタック構造に構成された固
体高分子電解質型燃料電池２０が発生した電気を密度差
の小さい膨張黒鉛シート１５の電気伝導特性を利用して
良好に伝導させ、優れた電池性能を発揮させることが可
能である。
タ４では、膨張黒鉛シート１５の表層部分１５ａにジグ
ザグ状溝部１１を高精度に形成することが可能であり、
したがって、そのジグザグ状溝部１１から形成される燃
料ガス流路１２及び酸化ガス流路１３内に燃料ガス及び
酸化ガスをスムーズに流動させるとともに、上記した単
セル５の複数組を積層してスタック構造に構成された固
体高分子電解質型燃料電池２０が発生した電気を密度差
の小さい膨張黒鉛シート１５の電気伝導特性を利用して
良好に伝導させ、優れた電池性能を発揮させることが可
能である。
【００２２】
【実験例】実施例１：図６に示すような市販されている
膨張黒鉛シート１５（厚みＴ１＝１．５ｍｍ、密度１．
０ｇ／ｃｍ3 ）を使用して、その片側表面に深さｄ１＝
０．５ｍｍ、幅ｗ＝１ｍｍのジグザグ状の溝パターンＰ
をマイクロブラスト加工にて除去して形成し、その後、
上記溝パターンＰに相当する凸部を有する押し型を使用
して全体をプレス加圧することで、図４及び図５に示す
ように、全体の厚みＴ＝１．１３ｍｍで、深さｄ＝０．
３３ｍｍのジグザグ状溝部１１を有する膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ４を成形した。この実施例１の燃料電
池用セパレータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外
の部分との密度差が±１０％以内となり、また、正確な
パターンで高精度なジグザグ状溝部１１を形成すること
が可能で、全面に亘って均一な導電性能を発揮させるこ
とができる。
膨張黒鉛シート１５（厚みＴ１＝１．５ｍｍ、密度１．
０ｇ／ｃｍ3 ）を使用して、その片側表面に深さｄ１＝
０．５ｍｍ、幅ｗ＝１ｍｍのジグザグ状の溝パターンＰ
をマイクロブラスト加工にて除去して形成し、その後、
上記溝パターンＰに相当する凸部を有する押し型を使用
して全体をプレス加圧することで、図４及び図５に示す
ように、全体の厚みＴ＝１．１３ｍｍで、深さｄ＝０．
３３ｍｍのジグザグ状溝部１１を有する膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ４を成形した。この実施例１の燃料電
池用セパレータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外
の部分との密度差が±１０％以内となり、また、正確な
パターンで高精度なジグザグ状溝部１１を形成すること
が可能で、全面に亘って均一な導電性能を発揮させるこ
とができる。
【００２３】実施例２：最終成形体、つまり、セパレー
タ４の凸部となる部分の形状に打ち抜いた厚みｔ０．３
８ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａ
の３枚と、打ち抜き加工が施されてなく、上記膨張黒鉛
シート１５Ａと同一厚み（ｔ＝０．３８ｍｍ）、同一密
度（１．０ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛シート１５Ｂの１枚
とを準備し、これら４枚の各シート１５Ａ，１５Ｂの表
裏両面をマイクロブラスト加工して３重量％を除去した
後、各シート１５Ａ，１５Ｂの中間部にそれぞれこれら
膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂの密度よりも低い密度
（０．０１ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛粒体を介在させた状
態で４枚の膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂを積層し、か
つ、加圧成形して接着剤無しで互いに一体化することに
より、図７に示すように、全体の厚みＴ＝１．０ｍｍ
で、深さｄ＝０．７５ｍｍのジグザグ状溝部１１を有
し、密度１．５ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛製燃料電池用セパ
レータ４を成形した。この実施例２の燃料電池用セパレ
ータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外の部分との
密度差が±８％以内となり、全面に亘って均一な電気伝
導特性を発揮させることができるとともに、溝部１１の
角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥は全く観察され
ず、所定の寸法、形状のガス流路１２，１３を備えたセ
パレータ４を精度よく製造することが可能である。
タ４の凸部となる部分の形状に打ち抜いた厚みｔ０．３
８ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａ
の３枚と、打ち抜き加工が施されてなく、上記膨張黒鉛
シート１５Ａと同一厚み（ｔ＝０．３８ｍｍ）、同一密
度（１．０ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛シート１５Ｂの１枚
とを準備し、これら４枚の各シート１５Ａ，１５Ｂの表
裏両面をマイクロブラスト加工して３重量％を除去した
後、各シート１５Ａ，１５Ｂの中間部にそれぞれこれら
膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂの密度よりも低い密度
（０．０１ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛粒体を介在させた状
態で４枚の膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂを積層し、か
つ、加圧成形して接着剤無しで互いに一体化することに
より、図７に示すように、全体の厚みＴ＝１．０ｍｍ
で、深さｄ＝０．７５ｍｍのジグザグ状溝部１１を有
し、密度１．５ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛製燃料電池用セパ
レータ４を成形した。この実施例２の燃料電池用セパレ
ータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外の部分との
密度差が±８％以内となり、全面に亘って均一な電気伝
導特性を発揮させることができるとともに、溝部１１の
角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥は全く観察され
ず、所定の寸法、形状のガス流路１２，１３を備えたセ
パレータ４を精度よく製造することが可能である。
【００２４】従来品１：厚みｔ０．３８ｍｍ、密度１．
０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａの４枚を接着剤１
６を使用して接着一体化して図８に示すような厚み１．
５２ｍｍの膨張黒鉛シート１５を作製し、この膨張黒鉛
シート１５を、最終成形体に必要な深さｄ＝０．７５ｍ
ｍのジグザグ状溝部のパターンに相当する凸部を有する
押し型を使用して加圧成形して最終成形体である図９に
示すような膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ４を成形し
た。この従来品１の成形方法では、ジグザグ状溝部１１
として、０．５ｍｍ以上の深さに形成することが困難で
あるばかりでなく、深さが０．５ｍｍ未満であっても、
ジグザグ状溝１１の角部表面には割れや膨れ等の異常や
欠陥ｘが多く発生するとともに、ジグザグ状溝部１１と
それ以外の部分との密度差が３０％を越えるものとな
り、全面に亘って電気伝導特性が不均一なものとなっ
た。
０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａの４枚を接着剤１
６を使用して接着一体化して図８に示すような厚み１．
５２ｍｍの膨張黒鉛シート１５を作製し、この膨張黒鉛
シート１５を、最終成形体に必要な深さｄ＝０．７５ｍ
ｍのジグザグ状溝部のパターンに相当する凸部を有する
押し型を使用して加圧成形して最終成形体である図９に
示すような膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ４を成形し
た。この従来品１の成形方法では、ジグザグ状溝部１１
として、０．５ｍｍ以上の深さに形成することが困難で
あるばかりでなく、深さが０．５ｍｍ未満であっても、
ジグザグ状溝１１の角部表面には割れや膨れ等の異常や
欠陥ｘが多く発生するとともに、ジグザグ状溝部１１と
それ以外の部分との密度差が３０％を越えるものとな
り、全面に亘って電気伝導特性が不均一なものとなっ
た。
【００２５】なお、上記実施例１及び実施例２は、共に
膨張黒鉛成形体の形態がシート状のものである場合につ
いて説明したが、この他に厚さの大きい板状の膨張黒鉛
成形体に適用しても同様な効果を奏するものである。
膨張黒鉛成形体の形態がシート状のものである場合につ
いて説明したが、この他に厚さの大きい板状の膨張黒鉛
成形体に適用しても同様な効果を奏するものである。
【００２６】また、上記実施例２においては、膨張黒鉛
シート１５Ａ，１５Ｂの積層一体化を接着剤無しで行な
っているが、導電性を有するフェノール系やエポキシ系
等の樹脂接着剤を併用してもよいこともちろんである。
シート１５Ａ，１５Ｂの積層一体化を接着剤無しで行な
っているが、導電性を有するフェノール系やエポキシ系
等の樹脂接着剤を併用してもよいこともちろんである。
【００２７】さらに、上記図１〜７に示される溝パター
ンは、単なる一例に過ぎず、本発明はそれに限定される
ものでなく、直線状の溝パターンなどであってもよい。
ンは、単なる一例に過ぎず、本発明はそれに限定される
ものでなく、直線状の溝パターンなどであってもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、請求項１及び２に記載の
発明によれば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の
密度差を３０％未満になるように成形した膨張黒鉛成形
体から燃料電池用セパレータを構成しているので、密度
差に起因する凹凸部分間での歪や反り、熱伝導特性、電
気伝導特性、機械的特性などのばらつきを非常に少なく
することが可能となり、複雑形状や大形サイズのセパレ
ータであっても、そのセパレータ（製品）全体に亘って
膨張黒鉛が本来有する諸特性を十分に発揮させることが
できるとともに、殊に燃料ガス及び酸化ガス流路を非常
に高精度に形成してセパレータ全体の寸法精度の向上を
図ることができる。したがって、燃料電池用セパレータ
として使用した場合、その全域に亘って優れた導電性
能、冷却性能を保持させて電池性能の向上を図ることが
できるという効果を奏する。
発明によれば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の
密度差を３０％未満になるように成形した膨張黒鉛成形
体から燃料電池用セパレータを構成しているので、密度
差に起因する凹凸部分間での歪や反り、熱伝導特性、電
気伝導特性、機械的特性などのばらつきを非常に少なく
することが可能となり、複雑形状や大形サイズのセパレ
ータであっても、そのセパレータ（製品）全体に亘って
膨張黒鉛が本来有する諸特性を十分に発揮させることが
できるとともに、殊に燃料ガス及び酸化ガス流路を非常
に高精度に形成してセパレータ全体の寸法精度の向上を
図ることができる。したがって、燃料電池用セパレータ
として使用した場合、その全域に亘って優れた導電性
能、冷却性能を保持させて電池性能の向上を図ることが
できるという効果を奏する。
【００２９】また、請求項３〜５に記載の発明によれ
ば、凸部の角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発
生することなく、所定の寸法、形状の膨張黒鉛成形体を
精度よく製造することができ、燃料ガス及び酸化ガスの
流れを正常、円滑にできるとともに、凹凸部分間での密
度差も非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部分間
での熱伝導特性、電気伝導特性、機械的特性などのばら
つきが小さく、膨張黒鉛の持つ諸特性を十分に活用でき
る燃料電池用セパレータを容易に製造することができる
という効果を奏する。
ば、凸部の角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発
生することなく、所定の寸法、形状の膨張黒鉛成形体を
精度よく製造することができ、燃料ガス及び酸化ガスの
流れを正常、円滑にできるとともに、凹凸部分間での密
度差も非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部分間
での熱伝導特性、電気伝導特性、機械的特性などのばら
つきが小さく、膨張黒鉛の持つ諸特性を十分に活用でき
る燃料電池用セパレータを容易に製造することができる
という効果を奏する。
【図１】本発明のセパレータを備えた固体高分子電解質
型燃料電池を構成するスタック構造の構成を示す分解斜
視図である。
型燃料電池を構成するスタック構造の構成を示す分解斜
視図である。
【図２】同上固体高分子電解質型燃料電池におけるセパ
レータの外観正面図である。
レータの外観正面図である。
【図３】同上固体高分子電解質型燃料電池の構成単位で
ある単セルの構成を示す要部の拡大断面図である。
ある単セルの構成を示す要部の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ
の一例で、実施例１の相当品であるセパレータの外観斜
視図である。
の一例で、実施例１の相当品であるセパレータの外観斜
視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図６】図４，図５の燃料電池用セパレータの基材とし
て用いられる膨張黒鉛シートの斜視図である。
て用いられる膨張黒鉛シートの斜視図である。
【図７】実施例２の相当品である燃料電池用セパレータ
の外観斜視図である。
の外観斜視図である。
【図８】従来品１の相当品である燃料電池用セパレータ
の基材として用いられる膨張黒鉛シートの縦断面図であ
る。
の基材として用いられる膨張黒鉛シートの縦断面図であ
る。
【図９】図８の膨張黒鉛シート基材を用いて成形された
従来品１の相当品である燃料電池用セパレータの外観斜
視図である。
従来品１の相当品である燃料電池用セパレータの外観斜
視図である。
４ 膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ １１ ジグザグ状溝部（凹部分の例） １２ 燃料ガス流路 １３ 酸化ガス流路 １４ 押し型 １５，１５Ａ，１５Ｂ 膨張黒鉛シート １５ａ 表層部（凸部分の例） ２０ 固体高分子電解質型燃料電池
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年８月２日（１９９９．８．２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ及び
その製造方法
その製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として電気自動
車用等の電池として用いられる燃料電池用セパレータ
で、詳しくは、例えばイオン交換膜やリン酸からなる電
解質膜を両側からアノード（陽極）及びカソード（陰
極）で挟んでサンドイッチ構造としたガス拡散電極をさ
らにそれの外部両側から挟むとともに、アノード及びカ
ソードとの間に、燃料ガス流路及び酸化ガス流路を形成
して燃料電池の構成単位である単セルが構成されている
固体高分子電解質型やリン酸型などの燃料電池用セパレ
ータ及びその製造方法に関し、より詳しくは、膨張黒鉛
が本来有する耐熱性、耐食性、電気特性（導電性）、熱
伝導特性等を有効に利用して所定の電池性能を発揮させ
るように膨張黒鉛成形体から構成される膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ及びその製造方法に関するものであ
る。
車用等の電池として用いられる燃料電池用セパレータ
で、詳しくは、例えばイオン交換膜やリン酸からなる電
解質膜を両側からアノード（陽極）及びカソード（陰
極）で挟んでサンドイッチ構造としたガス拡散電極をさ
らにそれの外部両側から挟むとともに、アノード及びカ
ソードとの間に、燃料ガス流路及び酸化ガス流路を形成
して燃料電池の構成単位である単セルが構成されている
固体高分子電解質型やリン酸型などの燃料電池用セパレ
ータ及びその製造方法に関し、より詳しくは、膨張黒鉛
が本来有する耐熱性、耐食性、電気特性（導電性）、熱
伝導特性等を有効に利用して所定の電池性能を発揮させ
るように膨張黒鉛成形体から構成される膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、アノードに水素を含有する
燃料ガスを供給し、カソードに酸素を含有する酸化ガス
を供給することにより、アノード側及びカソード側にお
いて、 Ｈ2 →２Ｈ´＋２ｅ´ …（１） （１／２）Ｏ2 ＋２Ｈ´＋２ｅ´→Ｈ2 Ｏ …（２） なる式の電気化学反応を示し、電池全体としては、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ …（３） なる式の電気化学反応が進行し、このような燃料が有す
る化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換すること
で、所定の電池性能を発揮するものである。
燃料ガスを供給し、カソードに酸素を含有する酸化ガス
を供給することにより、アノード側及びカソード側にお
いて、 Ｈ2 →２Ｈ´＋２ｅ´ …（１） （１／２）Ｏ2 ＋２Ｈ´＋２ｅ´→Ｈ2 Ｏ …（２） なる式の電気化学反応を示し、電池全体としては、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ …（３） なる式の電気化学反応が進行し、このような燃料が有す
る化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換すること
で、所定の電池性能を発揮するものである。
【０００３】上記のようなエネルギー変換を生じる燃料
電池の一種である固体高分子電解質型やリン酸型などの
燃料電池用のセパレータとしては、ガス不透過性で、か
つ、導電性を有する材料から形成することが要求され、
その要求に適った材料として膨張黒鉛を使用することは
従来から知られており、これを所定形状に成形すること
によって燃料電池用セパレータを構成している。
電池の一種である固体高分子電解質型やリン酸型などの
燃料電池用のセパレータとしては、ガス不透過性で、か
つ、導電性を有する材料から形成することが要求され、
その要求に適った材料として膨張黒鉛を使用することは
従来から知られており、これを所定形状に成形すること
によって燃料電池用セパレータを構成している。
【０００４】ところで、この種の膨張黒鉛成形体の成形
にあたって、従来では、（ａ）膨張黒鉛シートをエンボ
ス（型押し）ロールにより加圧して表面に浮彫り加工を
施したもの、（ｂ）膨張処理した黒鉛あるいは一度加圧
処理して密度アップや造粒した膨張黒鉛を金型内で加圧
成形したもの、（ｃ）膨張黒鉛テープを渦巻き状に巻き
重ねた後、金型内でリング状に加圧成形したもの、など
がある。特に、燃料電池用セパレータのように、表面に
凹凸部分を有する膨張黒鉛成形体においては、最終成形
体の凹部に相当する高さ及びパターンの凸部を有する押
し型を使用して膨張黒鉛シートを直接に加圧成形してい
た。
にあたって、従来では、（ａ）膨張黒鉛シートをエンボ
ス（型押し）ロールにより加圧して表面に浮彫り加工を
施したもの、（ｂ）膨張処理した黒鉛あるいは一度加圧
処理して密度アップや造粒した膨張黒鉛を金型内で加圧
成形したもの、（ｃ）膨張黒鉛テープを渦巻き状に巻き
重ねた後、金型内でリング状に加圧成形したもの、など
がある。特に、燃料電池用セパレータのように、表面に
凹凸部分を有する膨張黒鉛成形体においては、最終成形
体の凹部に相当する高さ及びパターンの凸部を有する押
し型を使用して膨張黒鉛シートを直接に加圧成形してい
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の膨張黒鉛成形体においては、膨張黒鉛が薄片状の黒鉛
を多数集合させたものであり、成形時の金型内での流動
性に劣るため、最終成形体の全体形状が平坦なシート状
や板状のものでない限り各部の密度差が大きく、この大
きな密度差の存在に起因して各部の熱伝導特性、電気特
性、機械的特性にばらつきが生じるだけでなく、成形後
の復元性にもばらつきがあって、成形体製品の寸法精度
が悪いものとなる。したがって、複雑形状や大形サイ
ズ、角形の成形体（製品）については、膨張黒鉛本来の
諸特性や寸法精度をばらつき少なく成形することが非常
に困難であり、特に、表面に多数の凹凸部分が必要な複
雑形状であるだけでなく、燃料ガス及び酸化ガス流路を
形成するために緻密かつ高精度な凹凸部分が要求される
燃料電池用セパレータを膨張黒鉛成形体から構成する場
合は、ガス流路となる凸部分の角部表面に割れや膨れな
どの異常や欠陥を発生しやすくて寸法精度の高い形状に
成形することができないとともに、凹凸部分間での密度
差が非常に大きくなり、膨張黒鉛本来の電気特性（導電
性）及び熱伝導特性が不均一になり、燃料電池の性能面
で好ましくない問題があった。
の膨張黒鉛成形体においては、膨張黒鉛が薄片状の黒鉛
を多数集合させたものであり、成形時の金型内での流動
性に劣るため、最終成形体の全体形状が平坦なシート状
や板状のものでない限り各部の密度差が大きく、この大
きな密度差の存在に起因して各部の熱伝導特性、電気特
性、機械的特性にばらつきが生じるだけでなく、成形後
の復元性にもばらつきがあって、成形体製品の寸法精度
が悪いものとなる。したがって、複雑形状や大形サイ
ズ、角形の成形体（製品）については、膨張黒鉛本来の
諸特性や寸法精度をばらつき少なく成形することが非常
に困難であり、特に、表面に多数の凹凸部分が必要な複
雑形状であるだけでなく、燃料ガス及び酸化ガス流路を
形成するために緻密かつ高精度な凹凸部分が要求される
燃料電池用セパレータを膨張黒鉛成形体から構成する場
合は、ガス流路となる凸部分の角部表面に割れや膨れな
どの異常や欠陥を発生しやすくて寸法精度の高い形状に
成形することができないとともに、凹凸部分間での密度
差が非常に大きくなり、膨張黒鉛本来の電気特性（導電
性）及び熱伝導特性が不均一になり、燃料電池の性能面
で好ましくない問題があった。
【０００６】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、厚みの異なる部分間での密度差に起因する熱
伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきを少な
くして複雑形状や大形サイズであっても、膨張黒鉛本来
の諸特性及び寸法精度に優れた成形体とでき、特に燃料
ガス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成して良好な
導電性及び熱伝導性を発揮させ電池性能の向上を達成す
ることができる膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ成形体
及びその製造方法を提供することを目的としている。
たもので、厚みの異なる部分間での密度差に起因する熱
伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきを少な
くして複雑形状や大形サイズであっても、膨張黒鉛本来
の諸特性及び寸法精度に優れた成形体とでき、特に燃料
ガス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成して良好な
導電性及び熱伝導性を発揮させ電池性能の向上を達成す
ることができる膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ成形体
及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係る膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータは、厚みが１０％以上異なる凹凸部分を有
し、その凹部分が燃料ガス及び酸化ガス流路に形成され
る膨張黒鉛成形体から構成された膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータであって、上記成形体が厚みの異なる凹凸部
分間での膨張黒鉛の密度差が３０％未満になるように成
形されていることを特徴とするものである。
に、請求項１に記載の発明に係る膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータは、厚みが１０％以上異なる凹凸部分を有
し、その凹部分が燃料ガス及び酸化ガス流路に形成され
る膨張黒鉛成形体から構成された膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータであって、上記成形体が厚みの異なる凹凸部
分間での膨張黒鉛の密度差が３０％未満になるように成
形されていることを特徴とするものである。
【０００８】上記構成の請求項１に記載の発明によれ
ば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の密度差が３
０％未満であるから、密度差に起因する凹凸部分間での
熱伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきが少
なくなり、複雑形状や大形サイズのいずれであっても、
その成形体全体に亘って膨張黒鉛が本来有する諸特性を
十分に発揮させることが可能となる。このような膨張黒
鉛成形体から燃料電池用セパレータを構成させること
で、凹部分からなり、該セパレータの全域に亘る燃料ガ
ス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成してそれら反
応ガスの流れをスムーズにすることができるだけでな
く、その全域に亘って優れた電気特性及び熱伝導特性を
保持することが可能であり、これによって、燃料電池の
運転に際してセパレータに要求される均一な導電性能お
よび過熱防止のための冷却性能を十分に発揮させて電池
性能の向上を図ることができる。
ば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の密度差が３
０％未満であるから、密度差に起因する凹凸部分間での
熱伝導特性、電気特性、機械的特性などのばらつきが少
なくなり、複雑形状や大形サイズのいずれであっても、
その成形体全体に亘って膨張黒鉛が本来有する諸特性を
十分に発揮させることが可能となる。このような膨張黒
鉛成形体から燃料電池用セパレータを構成させること
で、凹部分からなり、該セパレータの全域に亘る燃料ガ
ス及び酸化ガス流路を非常に高精度に形成してそれら反
応ガスの流れをスムーズにすることができるだけでな
く、その全域に亘って優れた電気特性及び熱伝導特性を
保持することが可能であり、これによって、燃料電池の
運転に際してセパレータに要求される均一な導電性能お
よび過熱防止のための冷却性能を十分に発揮させて電池
性能の向上を図ることができる。
【０００９】ここで、上記成形体の形態としては、請求
項２に記載のように、シート状、板状のいずれであって
もよい。
項２に記載のように、シート状、板状のいずれであって
もよい。
【００１０】また、請求項３に記載の発明に係る膨張黒
鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、厚みが均一な
膨張黒鉛シートの表層部の所定形状部分をブラスト加
工、レーザー加工、プラズマ加工及びマイクログライン
ド加工から選択された少なくとも１つの手段で除去して
該膨張黒鉛シートの表面に燃料ガス及び酸化ガスの流路
となる凹部分を含めた凹凸を形成した後、その凹凸形状
部分に相当する凸形状または凹凸形状を有する押し型を
用いて少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸形態に成
形された膨張黒鉛成形体から燃料電池用セパレータを形
成することを特徴とするものである。
鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、厚みが均一な
膨張黒鉛シートの表層部の所定形状部分をブラスト加
工、レーザー加工、プラズマ加工及びマイクログライン
ド加工から選択された少なくとも１つの手段で除去して
該膨張黒鉛シートの表面に燃料ガス及び酸化ガスの流路
となる凹部分を含めた凹凸を形成した後、その凹凸形状
部分に相当する凸形状または凹凸形状を有する押し型を
用いて少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸形態に成
形された膨張黒鉛成形体から燃料電池用セパレータを形
成することを特徴とするものである。
【００１１】上記構成の請求項３に記載の発明によれ
ば、最終成形体の凹部で、燃料電池用セパレータにおけ
る燃料ガス及び酸化ガス流路となる膨張黒鉛シートの表
層部を予めブラスト加工、レーザー加工、プラズマ加工
及びマイクログラインド加工から選択された少なくとも
１つの手段で除去することにより膨張黒鉛シートの表面
に所定の凹凸形状部分を正確に形成することが可能であ
り、このように表面に所定形状の凹凸を形成した後、押
し型を使用して少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸
形態に成形するものであるから、従来のように、最終成
形体の凹凸に相当する凹凸部を有する押し型を使用して
膨張黒鉛シートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸
部の角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しな
いですみ、所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒
鉛成形体（セパレータ）を精度よく製造することが可能
であるとともに、凹凸部分間での密度差も非常に小さく
して、密度差に起因する凹凸部分間での熱伝導特性、電
気特性、機械的特性などのばらつきを小さくすることが
できる。
ば、最終成形体の凹部で、燃料電池用セパレータにおけ
る燃料ガス及び酸化ガス流路となる膨張黒鉛シートの表
層部を予めブラスト加工、レーザー加工、プラズマ加工
及びマイクログラインド加工から選択された少なくとも
１つの手段で除去することにより膨張黒鉛シートの表面
に所定の凹凸形状部分を正確に形成することが可能であ
り、このように表面に所定形状の凹凸を形成した後、押
し型を使用して少なくとも一部分を加圧して所定の凹凸
形態に成形するものであるから、従来のように、最終成
形体の凹凸に相当する凹凸部を有する押し型を使用して
膨張黒鉛シートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸
部の角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しな
いですみ、所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒
鉛成形体（セパレータ）を精度よく製造することが可能
であるとともに、凹凸部分間での密度差も非常に小さく
して、密度差に起因する凹凸部分間での熱伝導特性、電
気特性、機械的特性などのばらつきを小さくすることが
できる。
【００１２】さらに、請求項４に記載の発明に係る膨張
黒鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、最終成形体
の凸部となる部分の形状に打ち抜き加工した少なくとも
１枚の膨張黒鉛シートの両面及び打ち抜き加工を施さず
上記膨張黒鉛シートと同一密度を有する膨張黒鉛シート
の少なくとも片面表層部を除去した後、それら膨張黒鉛
シートをその中間部にこれら膨張黒鉛シートの密度より
も低い密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積層し、
かつ、加圧一体化して形成することを特徴とするもので
ある。
黒鉛製燃料電池用セパレータの製造方法は、最終成形体
の凸部となる部分の形状に打ち抜き加工した少なくとも
１枚の膨張黒鉛シートの両面及び打ち抜き加工を施さず
上記膨張黒鉛シートと同一密度を有する膨張黒鉛シート
の少なくとも片面表層部を除去した後、それら膨張黒鉛
シートをその中間部にこれら膨張黒鉛シートの密度より
も低い密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積層し、
かつ、加圧一体化して形成することを特徴とするもので
ある。
【００１３】上記構成の請求項４に記載の発明によれ
ば、最終的に燃料電池用セパレータの凸部となる部分の
形状に打ち抜き加工され、その両面が除去された膨張黒
鉛シートと打ち抜き加工を施さず少なくともその片面表
層部が除去された同一密度の膨張黒鉛シートとをそれら
の中間部に低密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積
層し、かつ、加圧一体化するものであって、最終的にセ
パレータの燃料ガス及び酸化ガス流路用の凹部となる部
分が他の部分に比べてより強く加圧されることで、その
部分の密度が局部的に大きくなることのないように成形
するものであるから、従来のように、最終成形体の凹凸
に相当する凹凸部を有する押し型を使用して膨張黒鉛シ
ートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸部の角部表
面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しないですみ、
所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒鉛成形体
（セパレータ）を精度よく製造することが可能であると
ともに、両シートを接着剤無しで積層一体化することが
可能となり、凹凸部分間での密度差及び厚み方向での密
度差ともに非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部
分間及び厚み方向での熱伝導特性、電気特性、機械的特
性などのばらつきを小さくすることができる。
ば、最終的に燃料電池用セパレータの凸部となる部分の
形状に打ち抜き加工され、その両面が除去された膨張黒
鉛シートと打ち抜き加工を施さず少なくともその片面表
層部が除去された同一密度の膨張黒鉛シートとをそれら
の中間部に低密度の膨張黒鉛粉体を介在させた状態で積
層し、かつ、加圧一体化するものであって、最終的にセ
パレータの燃料ガス及び酸化ガス流路用の凹部となる部
分が他の部分に比べてより強く加圧されることで、その
部分の密度が局部的に大きくなることのないように成形
するものであるから、従来のように、最終成形体の凹凸
に相当する凹凸部を有する押し型を使用して膨張黒鉛シ
ートを直接に加圧成形する場合に比べて、凸部の角部表
面に割れや膨れなどの異常や欠陥を発生しないですみ、
所定の寸法、形状のガス流路を備えた膨張黒鉛成形体
（セパレータ）を精度よく製造することが可能であると
ともに、両シートを接着剤無しで積層一体化することが
可能となり、凹凸部分間での密度差及び厚み方向での密
度差ともに非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部
分間及び厚み方向での熱伝導特性、電気特性、機械的特
性などのばらつきを小さくすることができる。
【００１４】なお、上記請求項４に記載の膨張黒鉛製燃
料電池用セパレータの製造方法における膨張黒鉛シート
の表層部の除去手段として、請求項５に記載のように、
ブラスト加工、レーザー加工、プラズマ加工及びマイク
ログラインド加工等の手段を使用するときは、所定の凹
凸形状部分を正確に形成することが可能であり、特に、
表層部へのブラスト加工に伴って高密度で高配向された
膨張黒鉛粒子の一部を除去すると同時に、その折り畳み
層を起立状態に拡開させて両膨張黒鉛シート同士を接着
剤無しでも強力に接合一体化することが可能となり、全
体厚みの大きい成形体であっても、その厚み方向での密
度差が非常に少ない製品を容易かつ安価に製造すること
ができる。
料電池用セパレータの製造方法における膨張黒鉛シート
の表層部の除去手段として、請求項５に記載のように、
ブラスト加工、レーザー加工、プラズマ加工及びマイク
ログラインド加工等の手段を使用するときは、所定の凹
凸形状部分を正確に形成することが可能であり、特に、
表層部へのブラスト加工に伴って高密度で高配向された
膨張黒鉛粒子の一部を除去すると同時に、その折り畳み
層を起立状態に拡開させて両膨張黒鉛シート同士を接着
剤無しでも強力に接合一体化することが可能となり、全
体厚みの大きい成形体であっても、その厚み方向での密
度差が非常に少ない製品を容易かつ安価に製造すること
ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。まず最初に、本発明の膨張黒鉛
製セパレータの一実施形態として固体高分子電解質型燃
料電池の構成及び動作について図１〜図３を参照して簡
単に説明する。固体高分子電解質型燃料電池２０は、例
えばフッ素系樹脂より形成されたイオン交換膜である電
解質膜１と、炭素繊維糸で織成したカーボンクロスやカ
ーボンペーパーあるいはカーボンフェルトにより形成さ
れ、上記電解質膜１を両側から挟みサンドイッチ構造を
なすガス拡散電極となるアノード２及びカソード３と、
そのサンドイッチ構造をさらに両側から挟む膨張黒鉛成
形体からなるセパレータ４，４とから構成される単セル
５の複数組を積層し、その両端に図示省略した集電板を
配置したスタック構造に構成されている。
にもとづいて説明する。まず最初に、本発明の膨張黒鉛
製セパレータの一実施形態として固体高分子電解質型燃
料電池の構成及び動作について図１〜図３を参照して簡
単に説明する。固体高分子電解質型燃料電池２０は、例
えばフッ素系樹脂より形成されたイオン交換膜である電
解質膜１と、炭素繊維糸で織成したカーボンクロスやカ
ーボンペーパーあるいはカーボンフェルトにより形成さ
れ、上記電解質膜１を両側から挟みサンドイッチ構造を
なすガス拡散電極となるアノード２及びカソード３と、
そのサンドイッチ構造をさらに両側から挟む膨張黒鉛成
形体からなるセパレータ４，４とから構成される単セル
５の複数組を積層し、その両端に図示省略した集電板を
配置したスタック構造に構成されている。
【００１６】上記膨張黒鉛成形体から構成される両セパ
レータ４は、図２に明示するように、その周辺部に、水
素を含有する燃料ガス孔６，７と酸素を含有する酸化ガ
ス孔８，９と冷却水孔１０とが形成されており、上記単
セル５の複数組を積層した時、各セパレータ４の各孔
６，７、８，９、１０がそれぞれ燃料電池２０内部をそ
の長手方向に貫通して燃料ガス供給マニホールド、燃料
ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸
化ガス排出マニホールド、冷却水路を形成するようにな
されている。
レータ４は、図２に明示するように、その周辺部に、水
素を含有する燃料ガス孔６，７と酸素を含有する酸化ガ
ス孔８，９と冷却水孔１０とが形成されており、上記単
セル５の複数組を積層した時、各セパレータ４の各孔
６，７、８，９、１０がそれぞれ燃料電池２０内部をそ
の長手方向に貫通して燃料ガス供給マニホールド、燃料
ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸
化ガス排出マニホールド、冷却水路を形成するようにな
されている。
【００１７】また、上記両セパレータ４の表面には、ジ
クザグ状の溝部１１が形成されており、図３に明示する
ように、上記ジグザグ状溝部１１とアノード２の表面と
の間に燃料ガス流路１２が形成されているとともに、ジ
グザグ状溝部１１とカソード３の表面との間に酸化ガス
流路１３が形成されている。
クザグ状の溝部１１が形成されており、図３に明示する
ように、上記ジグザグ状溝部１１とアノード２の表面と
の間に燃料ガス流路１２が形成されているとともに、ジ
グザグ状溝部１１とカソード３の表面との間に酸化ガス
流路１３が形成されている。
【００１８】上記構成の固体高分子電解質型燃料電池２
０においては、外部に設けられた燃料ガス供給装置から
燃料電池２０に対して供給された水素を含有する燃料ガ
スが上記燃料ガス供給マニホールドを経由して各単セル
５の燃料ガス流路１２に供給されて各単セル５のアノー
ド２側において既述（１）式で示したとおりの電気化学
反応を呈し、その反応後の燃料ガスは各単セル５の燃料
ガス流路１２から上記燃料ガス排出マニホールドを経由
して外部に排出される。同時に、外部に設けられた酸化
ガス供給装置から燃料電池２０に対して供給された酸素
を含有する酸化ガス（空気）が上記酸化ガス供給マニホ
ールドを経由して各単セル５の酸化ガス流路１３に供給
されて各単セル５のカソード３側において既述（２）式
で示したとおりの電気化学反応を呈し、その反応後の酸
化ガスは各単セル５の酸化ガス流路１３から上記酸化ガ
ス排出マニホールドを経由して外部に排出される。
０においては、外部に設けられた燃料ガス供給装置から
燃料電池２０に対して供給された水素を含有する燃料ガ
スが上記燃料ガス供給マニホールドを経由して各単セル
５の燃料ガス流路１２に供給されて各単セル５のアノー
ド２側において既述（１）式で示したとおりの電気化学
反応を呈し、その反応後の燃料ガスは各単セル５の燃料
ガス流路１２から上記燃料ガス排出マニホールドを経由
して外部に排出される。同時に、外部に設けられた酸化
ガス供給装置から燃料電池２０に対して供給された酸素
を含有する酸化ガス（空気）が上記酸化ガス供給マニホ
ールドを経由して各単セル５の酸化ガス流路１３に供給
されて各単セル５のカソード３側において既述（２）式
で示したとおりの電気化学反応を呈し、その反応後の酸
化ガスは各単セル５の酸化ガス流路１３から上記酸化ガ
ス排出マニホールドを経由して外部に排出される。
【００１９】上記（１）及び（２）式の電気化学反応に
伴い、燃料電池２０全体としては既述（３）式で示した
電気化学反応が進行して、燃料が有する化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換することで、所定の電池性
能が発揮される。なお、この燃料電池２０は、電解質膜
１の性質から約８０〜１００℃の温度範囲で運転される
ために発熱を伴う。そこで、燃料電池２０の運転中は、
外部に設けられた冷却水供給装置から該燃料電池２０に
対して冷却水を供給し、これを上記冷却水路に循環させ
ることによって、燃料電池２０内部の温度上昇を抑制し
ている。
伴い、燃料電池２０全体としては既述（３）式で示した
電気化学反応が進行して、燃料が有する化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換することで、所定の電池性
能が発揮される。なお、この燃料電池２０は、電解質膜
１の性質から約８０〜１００℃の温度範囲で運転される
ために発熱を伴う。そこで、燃料電池２０の運転中は、
外部に設けられた冷却水供給装置から該燃料電池２０に
対して冷却水を供給し、これを上記冷却水路に循環させ
ることによって、燃料電池２０内部の温度上昇を抑制し
ている。
【００２０】次に、上記のような構成及び動作を有する
固体高分子電解質型燃料電池２０におけるセパレータ４
の製造方法について説明する。図４は本発明に係る膨張
黒鉛製燃料電池用セパレータ４の一例を示す外観斜視
図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った縦断面図であり、こ
の膨張黒鉛製燃料電池セバレータ４は、全体が矩形状で
厚みが均一な図４に示すような膨張黒鉛シート１５の表
層部分１５ａのうち、燃料ガス流路１２及び酸化ガス流
路１３を形成する部分にマイクロブラスト加工、レーザ
ー加工、プラズマ加工、マイクログラインド加工等の手
段を施してその部分を除去することにより、全体の厚み
Ｔに対して１０％以上の深さｄを有するジグザグ状溝部
１１を形成した後、上記表層部分１５ａ及びジグザグ状
溝部１１からなる凹凸部分に相当する凹凸形状を有する
押し型１４を用いて少なくとも一部を均等に加圧して凹
凸部分間の密度差が３０％未満、好ましくは１０％未満
になるように所定の形態に成形した膨張黒鉛成形体から
構成されている。
固体高分子電解質型燃料電池２０におけるセパレータ４
の製造方法について説明する。図４は本発明に係る膨張
黒鉛製燃料電池用セパレータ４の一例を示す外観斜視
図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った縦断面図であり、こ
の膨張黒鉛製燃料電池セバレータ４は、全体が矩形状で
厚みが均一な図４に示すような膨張黒鉛シート１５の表
層部分１５ａのうち、燃料ガス流路１２及び酸化ガス流
路１３を形成する部分にマイクロブラスト加工、レーザ
ー加工、プラズマ加工、マイクログラインド加工等の手
段を施してその部分を除去することにより、全体の厚み
Ｔに対して１０％以上の深さｄを有するジグザグ状溝部
１１を形成した後、上記表層部分１５ａ及びジグザグ状
溝部１１からなる凹凸部分に相当する凹凸形状を有する
押し型１４を用いて少なくとも一部を均等に加圧して凹
凸部分間の密度差が３０％未満、好ましくは１０％未満
になるように所定の形態に成形した膨張黒鉛成形体から
構成されている。
【００２１】上記構成の膨張黒鉛製燃料電池用セパレー
タ４では、膨張黒鉛シート１５の表層部分１５ａにジグ
ザグ状溝部１１を高精度に形成することが可能であり、
したがって、そのジグザグ状溝部１１から形成される燃
料ガス流路１２及び酸化ガス流路１３内に燃料ガス及び
酸化ガスをスムーズに流動させるとともに、上記した単
セル５の複数組を積層してスタック構造に構成された固
体高分子電解質型燃料電池２０が発生した電気を密度差
の小さい膨張黒鉛シート１５の電気伝導特性を利用して
良好に伝導させ、優れた電池性能を発揮させることが可
能である。
タ４では、膨張黒鉛シート１５の表層部分１５ａにジグ
ザグ状溝部１１を高精度に形成することが可能であり、
したがって、そのジグザグ状溝部１１から形成される燃
料ガス流路１２及び酸化ガス流路１３内に燃料ガス及び
酸化ガスをスムーズに流動させるとともに、上記した単
セル５の複数組を積層してスタック構造に構成された固
体高分子電解質型燃料電池２０が発生した電気を密度差
の小さい膨張黒鉛シート１５の電気伝導特性を利用して
良好に伝導させ、優れた電池性能を発揮させることが可
能である。
【００２２】
【実験例】実施例１：図６に示すような市販されている
膨張黒鉛シート１５（厚みＴ１＝１．５ｍｍ、密度１．
０ｇ／ｃｍ3 ）を使用して、その片側表面に深さｄ１＝
０．５ｍｍ、幅ｗ＝１ｍｍのジグザグ状の溝パターンＰ
をマイクロブラスト加工にて除去して形成し、その後、
上記溝パターンＰに相当する凸部を有する押し型を使用
して全体をプレス加圧することで、図４及び図５に示す
ように、全体の厚みＴ＝１．１３ｍｍで、深さｄ＝０．
３３ｍｍのジグザグ状溝部１１を有する膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ４を成形した。この実施例１の燃料電
池用セパレータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外
の部分との密度差が±１０％以内となり、また、正確な
パターンで高精度なジグザグ状溝部１１を形成すること
が可能で、全面に亘って均一な導電性能を発揮させるこ
とができる。
膨張黒鉛シート１５（厚みＴ１＝１．５ｍｍ、密度１．
０ｇ／ｃｍ3 ）を使用して、その片側表面に深さｄ１＝
０．５ｍｍ、幅ｗ＝１ｍｍのジグザグ状の溝パターンＰ
をマイクロブラスト加工にて除去して形成し、その後、
上記溝パターンＰに相当する凸部を有する押し型を使用
して全体をプレス加圧することで、図４及び図５に示す
ように、全体の厚みＴ＝１．１３ｍｍで、深さｄ＝０．
３３ｍｍのジグザグ状溝部１１を有する膨張黒鉛製燃料
電池用セパレータ４を成形した。この実施例１の燃料電
池用セパレータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外
の部分との密度差が±１０％以内となり、また、正確な
パターンで高精度なジグザグ状溝部１１を形成すること
が可能で、全面に亘って均一な導電性能を発揮させるこ
とができる。
【００２３】実施例２：最終成形体、つまり、セパレー
タ４の凸部となる部分の形状に打ち抜いた厚みｔ０．３
８ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａ
の３枚と、打ち抜き加工が施されてなく、上記膨張黒鉛
シート１５Ａと同一厚み（ｔ＝０．３８ｍｍ）、同一密
度（１．０ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛シート１５Ｂの１枚
とを準備し、これら４枚の各シート１５Ａ，１５Ｂの表
裏両面をマイクロブラスト加工して３重量％を除去した
後、各シート１５Ａ，１５Ｂの中間部にそれぞれこれら
膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂの密度よりも低い密度
（０．０１ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛粒体を介在させた状
態で４枚の膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂを積層し、か
つ、加圧成形して接着剤無しで互いに一体化することに
より、図７に示すように、全体の厚みＴ＝１．０ｍｍ
で、深さｄ＝０．７５ｍｍのジグザグ状溝部１１を有
し、密度１．５ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛製燃料電池用セパ
レータ４を成形した。この実施例２の燃料電池用セパレ
ータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外の部分との
密度差が±８％以内となり、全面に亘って均一な電気伝
導特性を発揮させることができるとともに、溝部１１の
角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥は全く観察され
ず、所定の寸法、形状のガス流路１２，１３を備えたセ
パレータ４を精度よく製造することが可能である。
タ４の凸部となる部分の形状に打ち抜いた厚みｔ０．３
８ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａ
の３枚と、打ち抜き加工が施されてなく、上記膨張黒鉛
シート１５Ａと同一厚み（ｔ＝０．３８ｍｍ）、同一密
度（１．０ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛シート１５Ｂの１枚
とを準備し、これら４枚の各シート１５Ａ，１５Ｂの表
裏両面をマイクロブラスト加工して３重量％を除去した
後、各シート１５Ａ，１５Ｂの中間部にそれぞれこれら
膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂの密度よりも低い密度
（０．０１ｇ／ｃｍ3 ）の膨張黒鉛粒体を介在させた状
態で４枚の膨張黒鉛シート１５Ａ，１５Ｂを積層し、か
つ、加圧成形して接着剤無しで互いに一体化することに
より、図７に示すように、全体の厚みＴ＝１．０ｍｍ
で、深さｄ＝０．７５ｍｍのジグザグ状溝部１１を有
し、密度１．５ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛製燃料電池用セパ
レータ４を成形した。この実施例２の燃料電池用セパレ
ータ４では、ジグザグ状溝部１１とそれ以外の部分との
密度差が±８％以内となり、全面に亘って均一な電気伝
導特性を発揮させることができるとともに、溝部１１の
角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥は全く観察され
ず、所定の寸法、形状のガス流路１２，１３を備えたセ
パレータ４を精度よく製造することが可能である。
【００２４】従来品１：厚みｔ０．３８ｍｍ、密度１．
０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａの４枚を接着剤１
６を使用して接着一体化して図８に示すような厚み１．
５２ｍｍの膨張黒鉛シート１５を作製し、この膨張黒鉛
シート１５を、最終成形体に必要な深さｄ＝０．７５ｍ
ｍのジグザグ状溝部のパターンに相当する凸部を有する
押し型を使用して加圧成形して最終成形体である図９に
示すような膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ４を成形し
た。この従来品１の成形方法では、ジグザグ状溝部１１
として、０．５ｍｍ以上の深さに形成することが困難で
あるばかりでなく、深さが０．５ｍｍ未満であっても、
ジグザグ状溝１１の角部表面には割れや膨れ等の異常や
欠陥ｘが多く発生するとともに、ジグザグ状溝部１１と
それ以外の部分との密度差が３０％を越えるものとな
り、全面に亘って電気伝導特性が不均一なものとなっ
た。
０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シート１５Ａの４枚を接着剤１
６を使用して接着一体化して図８に示すような厚み１．
５２ｍｍの膨張黒鉛シート１５を作製し、この膨張黒鉛
シート１５を、最終成形体に必要な深さｄ＝０．７５ｍ
ｍのジグザグ状溝部のパターンに相当する凸部を有する
押し型を使用して加圧成形して最終成形体である図９に
示すような膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ４を成形し
た。この従来品１の成形方法では、ジグザグ状溝部１１
として、０．５ｍｍ以上の深さに形成することが困難で
あるばかりでなく、深さが０．５ｍｍ未満であっても、
ジグザグ状溝１１の角部表面には割れや膨れ等の異常や
欠陥ｘが多く発生するとともに、ジグザグ状溝部１１と
それ以外の部分との密度差が３０％を越えるものとな
り、全面に亘って電気伝導特性が不均一なものとなっ
た。
【００２５】なお、上記実施例１及び実施例２は、共に
膨張黒鉛成形体の形態がシート状のものである場合につ
いて説明したが、この他に厚さの大きい板状の膨張黒鉛
成形体に適用しても同様な効果を奏するものである。
膨張黒鉛成形体の形態がシート状のものである場合につ
いて説明したが、この他に厚さの大きい板状の膨張黒鉛
成形体に適用しても同様な効果を奏するものである。
【００２６】また、上記実施例２においては、膨張黒鉛
シート１５Ａ，１５Ｂの積層一体化を接着剤無しで行な
っているが、導電性を有するフェノール系やエポキシ系
等の樹脂接着剤を併用してもよいこともちろんである。
シート１５Ａ，１５Ｂの積層一体化を接着剤無しで行な
っているが、導電性を有するフェノール系やエポキシ系
等の樹脂接着剤を併用してもよいこともちろんである。
【００２７】さらに、上記図１〜７に示される溝パター
ンは、単なる一例に過ぎず、本発明はそれに限定される
ものでなく、直線状の溝パターンなどであってもよい。
ンは、単なる一例に過ぎず、本発明はそれに限定される
ものでなく、直線状の溝パターンなどであってもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、請求項１及び２に記載の
発明によれば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の
密度差を３０％未満になるように成形した膨張黒鉛成形
体から燃料電池用セパレータを構成しているので、密度
差に起因する凹凸部分間での歪や反り、熱伝導特性、電
気伝導特性、機械的特性などのばらつきを非常に少なく
することが可能となり、複雑形状や大形サイズのセパレ
ータであっても、そのセパレータ（製品）全体に亘って
膨張黒鉛が本来有する諸特性を十分に発揮させることが
できるとともに、殊に燃料ガス及び酸化ガス流路を非常
に高精度に形成してセパレータ全体の寸法精度の向上を
図ることができる。したがって、燃料電池用セパレータ
として使用した場合、その全域に亘って優れた導電性
能、冷却性能を保持させて電池性能の向上を図ることが
できるという効果を奏する。
発明によれば、厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の
密度差を３０％未満になるように成形した膨張黒鉛成形
体から燃料電池用セパレータを構成しているので、密度
差に起因する凹凸部分間での歪や反り、熱伝導特性、電
気伝導特性、機械的特性などのばらつきを非常に少なく
することが可能となり、複雑形状や大形サイズのセパレ
ータであっても、そのセパレータ（製品）全体に亘って
膨張黒鉛が本来有する諸特性を十分に発揮させることが
できるとともに、殊に燃料ガス及び酸化ガス流路を非常
に高精度に形成してセパレータ全体の寸法精度の向上を
図ることができる。したがって、燃料電池用セパレータ
として使用した場合、その全域に亘って優れた導電性
能、冷却性能を保持させて電池性能の向上を図ることが
できるという効果を奏する。
【００２９】また、請求項３〜５に記載の発明によれ
ば、凸部に形状不良や材料欠損を生じることがなく、す
なわち、凸部の角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥
を発生することなく、所定の寸法、形状の膨張黒鉛成形
体を精度よく製造することができ、燃料ガス及び酸化ガ
スの流れを正常、円滑にできるとともに、凹凸部分間で
の密度差も非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部
分間での熱伝導特性、電気伝導特性、機械的特性などの
ばらつきが小さく、膨張黒鉛の持つ諸特性を十分に活用
できる燃料電池用セパレータを容易に製造することがで
きるという効果を奏する。
ば、凸部に形状不良や材料欠損を生じることがなく、す
なわち、凸部の角部表面に割れや膨れなどの異常や欠陥
を発生することなく、所定の寸法、形状の膨張黒鉛成形
体を精度よく製造することができ、燃料ガス及び酸化ガ
スの流れを正常、円滑にできるとともに、凹凸部分間で
の密度差も非常に小さくして、密度差に起因する凹凸部
分間での熱伝導特性、電気伝導特性、機械的特性などの
ばらつきが小さく、膨張黒鉛の持つ諸特性を十分に活用
できる燃料電池用セパレータを容易に製造することがで
きるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセパレータを備えた固体高分子電解質
型燃料電池を構成するスタック構造の構成を示す分解斜
視図である。
型燃料電池を構成するスタック構造の構成を示す分解斜
視図である。
【図２】同上固体高分子電解質型燃料電池におけるセパ
レータの外観正面図である。
レータの外観正面図である。
【図３】同上固体高分子電解質型燃料電池の構成単位で
ある単セルの構成を示す要部の拡大断面図である。
ある単セルの構成を示す要部の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ
の一例で、実施例１の相当品であるセパレータの外観斜
視図である。
の一例で、実施例１の相当品であるセパレータの外観斜
視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図６】図４，図５の燃料電池用セパレータの基材とし
て用いられる膨張黒鉛シートの斜視図である。
て用いられる膨張黒鉛シートの斜視図である。
【図７】実施例２の相当品である燃料電池用セパレータ
の外観斜視図である。
の外観斜視図である。
【図８】従来品１の相当品である燃料電池用セパレータ
の基材として用いられる膨張黒鉛シートの縦断面図であ
る。
の基材として用いられる膨張黒鉛シートの縦断面図であ
る。
【図９】図８の膨張黒鉛シート基材を用いて成形された
従来品１の相当品である燃料電池用セパレータの外観斜
視図である。
従来品１の相当品である燃料電池用セパレータの外観斜
視図である。
【符号の説明】 ４ 膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ １１ ジグザグ状溝部（凹部分の例） １２ 燃料ガス流路 １３ 酸化ガス流路 １４ 押し型 １５，１５Ａ，１５Ｂ 膨張黒鉛シート １５ａ 表層部（凸部分の例） ２０ 固体高分子電解質型燃料電池
Claims (5)
- 【請求項１】 厚みが１０％以上異なる凹凸部分を有
し、その凹部分が燃料ガス及び酸化ガス流路に形成され
る膨張黒鉛成形体から構成された膨張黒鉛製燃料電池用
セパレータであって、 上記成形体が厚みの異なる凹凸部分間での膨張黒鉛の密
度差が３０％未満になるように成形されていることを特
徴とする膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ。 - 【請求項２】 膨張黒鉛成形体の形態が、シート状もし
くは板状のいずれかである請求項１に記載の膨張黒鉛製
燃料電池用セパレータ。 - 【請求項３】 厚みが均一な膨張黒鉛シートの表層部の
所定形状部分を除去して該膨張黒鉛シートの表面に燃料
ガス及び酸化ガスの流路となる凹部分を含めた凹凸を形
成した後、 その凹凸形状部分に相当する凸形状または凹凸形状を有
する押し型を用いて少なくとも一部分を加圧して所定の
凹凸形態に成形された膨張黒鉛成形体から燃料電池用セ
パレータを形成することを特徴とする膨張黒鉛製燃料電
池用セパレータの製造方法。 - 【請求項４】 最終成形体の凸部となる部分の形状に打
ち抜き加工した少なくとも１枚の膨張黒鉛シートの両面
及び打ち抜き加工を施さず上記膨張黒鉛シートと同一密
度を有する膨張黒鉛シートの少なくとも片面表層部を除
去した後、 それら両膨張黒鉛シートをその中間部にこれら膨張黒鉛
シートの密度よりも低い密度の膨張黒鉛粉体を介在させ
た状態で積層し、かつ、加圧一体化して形成することを
特徴とする膨張黒鉛製燃料電池用セパレータの製造方
法。 - 【請求項５】 上記表層部の所定形状部分の除去手段と
して、ブラスト加工、レーザー加工、プラズマ加工及び
マイクログラインド加工から選択された少なくとも１つ
の手段を使用する請求項３または４に記載の膨張黒鉛製
燃料電池用セパレータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10252469A JP3008349B1 (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10252469A JP3008349B1 (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3008349B1 JP3008349B1 (ja) | 2000-02-14 |
| JP2000082475A true JP2000082475A (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=17237824
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10252469A Expired - Fee Related JP3008349B1 (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 膨張黒鉛製燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008349B1 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002075397A (ja) * | 2000-08-25 | 2002-03-15 | Hitachi Chem Co Ltd | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池 |
| JP2002284514A (ja) * | 2001-01-18 | 2002-10-03 | Taisei Laminator Co Ltd | グラファイトシートおよびグラファイトシートを用いた放熱装置 |
| JP2005183156A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Sankei Giken Kogyo Co Ltd | 燃料電池用セパレータ |
| JP2005531905A (ja) * | 2002-06-28 | 2005-10-20 | アドバンスド、エナジー、テクノロジー、インコーポレーテッド | 双極板の組立 |
| JP2006500734A (ja) * | 2002-03-07 | 2006-01-05 | ヒューレット・パッカード・カンパニー | 微細構造化表面を有するイオン交換システム構造、その製造方法及び使用方法 |
| EP1646098A1 (en) | 2004-10-07 | 2006-04-12 | Nichias Corporation | Separator for fuel cell and process for producing the same |
| JP2006331829A (ja) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
| JP2007528112A (ja) * | 2004-03-10 | 2007-10-04 | フュエルセル・パワー・インコーポレイテッド | 燃料電池用分離板、その製造方法及びその分離板を有する燃料電池 |
| US7361425B2 (en) | 2002-04-12 | 2008-04-22 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| WO2010116620A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-14 | 昭和電工株式会社 | シートプレス成形方法および燃料電池用セパレータの製造方法 |
| WO2010116674A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-14 | 昭和電工株式会社 | シートプレス成形方法および燃料電池用セパレータの製造方法 |
-
1998
- 1998-09-07 JP JP10252469A patent/JP3008349B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8865372B2 (en) | 2004-03-10 | 2014-10-21 | Fuelcell Power, Inc. | Separator for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell having such a separator |
| US10109865B2 (en) | 2004-03-10 | 2018-10-23 | Doosan Corporation | Separator for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell having such a separator |
| US10998557B2 (en) | 2004-03-10 | 2021-05-04 | Doosan Corporation | Separator for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell having such a separator |
| EP1646098A1 (en) | 2004-10-07 | 2006-04-12 | Nichias Corporation | Separator for fuel cell and process for producing the same |
| US7678489B2 (en) | 2004-10-07 | 2010-03-16 | Nichias Corporation | Process for producing a fuel cell separator |
| JP2006331829A (ja) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
| WO2010116620A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-14 | 昭和電工株式会社 | シートプレス成形方法および燃料電池用セパレータの製造方法 |
| WO2010116674A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-14 | 昭和電工株式会社 | シートプレス成形方法および燃料電池用セパレータの製造方法 |
| US9789634B2 (en) | 2009-03-30 | 2017-10-17 | Showa Denko K.K. | Sheet press molding method and method of manufacturing fuel cell separator |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |