JP2002151097A

JP2002151097A - 燃料電池用セパレーター

Info

Publication number: JP2002151097A
Application number: JP2000348564A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukuoka; 亮福岡
Original assignee: Suncall Corp
Current assignee: Suncall Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池用セパレーターを薄金属板を成形し
て製作すると、成形により残留応力が発生し、セパレー
ターの全体や複数の部分に３次元曲面的な反りや歪みが
生じ、平面精度が低下する。【解決手段】燃料ガス用セパレーター４のガス導入領域
とガス導出領域には、多数の通路形成突起部１７が形成
され、ガス導入領域とガス導出領域の間の通路溝形成領
域には複数の折り返しガス通路１８が通路形成突条２１
を介して形成され、突条２１の上面には連続的な微小凹
溝３０が形成され、ガス通路１８の溝底の下面には連続
的な微小凹溝３１が形成され、通路形成突起部１７を囲
繞する円形閉ループ状の微小凹溝３２が下面に形成さ
れ、その他の微小凹溝３３，３４も形成され、これら微
小凹溝３０〜３４を介して残留応力が緩和される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セパ
レーターに関し、特に薄金属板からなり成形加工で生じ
た残留応力を除去する多数の微小凹溝を形成した燃料電
池用セパレーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水素ガス等の燃料ガスと空気中
の酸素とを電解質を介して電気化学反応させることで起
電力を発生させて電力を取り出す燃料電池として種々の
型式のものがあり、動作温度の相違から低温型と高温型
とに分類され、電解質の種類によりアルカリ型、固体高
分子型、りん酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型などに
分類される。

【０００３】例えば、特開平５−８９８９８号公報には
りん酸型燃料電池が記載され、特開平２−１６０３７２
号公報には溶融炭酸塩型燃料電池が記載され、特開平６
−３１０１５６号公報には固体電解質型燃料電池が記載
されている。前記特開平６−３１０１５６号公報に記載
の固体電解質型燃料電池では、固体電解質の片面に平板
状の燃料極を配置し、固体電解質の他面に平板状の空気
極を配置し、燃料極に供給される燃料ガスの通路を形成
する燃料極セパレーターが燃料極に密着状に配置され、
空気極に供給される空気の通路を形成する空気極セパレ
ーターが空気極に密着状に配置され、以上の構成の単電
池を多数積層した構成になっている。前記セパレーター
は、その機能上導電性と耐蝕性が要求されるが、この公
報のセパレーターはＭｇＯやＣａＯが固溶したＬａＣｒ
Ｏ₃系材料で構成されている。

【０００４】特開平２−１６０３７２号公報に記載の溶
融炭酸塩型燃料電池では、電解質板の両側に正負の電極
板を重ね、セパレーターをセパレーター板とその両側の
２枚コルゲート板とで構成し、電解質板とその両側の正
負の電極板とからなる電解質ユニットと電解質ユニット
との間に前記セパレーターを挟着し、その単電池を多数
積層した構造となっている。

【０００５】最近各社で開発中の自動車用の燃料電池な
どにおけるセパレーターのコルゲート板（ガスチャンネ
ル形成板）は、通常２００〜３００μｍ程度の板厚のス
テンレスなどの薄金属板で構成され、このコルゲート板
には、多数の微小高さ（例えば、約0.5 〜1.0 ｍｍ）の
突条又は突起が略全面に亙って形成される。このコルゲ
ート板を製作する場合、前記の多数の突条又は突起を成
形可能な金型を用いて、トランスファプレス（順送プレ
ス）やロール成形により成形加工することで製作するこ
とになる。例えば、Ａ４版サイズ程度の大きさのコルゲ
ート板を一度に成形加工する為には、１０００トン以上
の能力のプレスが必要となるため、コルゲート板を１０
〜２０の小領域に区分し、その複数の小領域を１００ト
ン程度の能力の順送プレスにより順々に成形する製造方
法が採用される可能性が高い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】燃料電池は、多数の
電解質板とセパレーターとを積層させた構造であり、セ
パレーターと電極板とを密着させなければならないた
め、平面性の高い平面精度の高いコルゲート板を適用す
る必要がある。しかし、前記セパレーターのコルゲート
板のように、例えばステンレスなどの薄金属板の略全面
にガス通路形成用の多数の突条又は突起を成形すると、
コルゲート板に生じる残留応力がコルゲート板の全面に
亙って一様にならないため、コルゲート板の全体又は局
部に３次元曲面的な反りや歪みが発生する。

【０００７】コルゲート板の全面に例えば多数の突条又
は突起を一様に形成する場合であっても、コルゲート板
の周辺部の自由端付近部分と、その内側の中央側領域と
では、残留応力の分布が異なるため、やはり３次元曲面
的な反りや歪みが発生する。そして、従来、薄金属板の
成形加工の結果生じた残留応力に起因する反りや歪みを
解消する有効な技術は提案されておらず、反りや歪みが
僅少で、全体形状における平面精度に優れるコルゲート
板を製作する技術、或いはそのようなコルゲート板やセ
パレーターの構造は全く提案されていない。

【０００８】本発明の目的は、成形加工により生じた残
留応力をほぼ解消して平面精度を高めることのできる燃
料電池用セパレーターを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の燃料電池用セ
パレーターは、薄金属板からなる燃料電池用セパレータ
ーであって、電極板との間にガス通路を形成する燃料電
池用セパレーターにおいて、前記セパレーターにガス通
路を形成する複数の通路形成突部を設け、前記セパレー
ターの表面部の少なくとも一部に、前記通路形成突部の
成形時に発生した残留応力を緩和する為の複数の微小凹
溝を形成したことを特徴とするものである。

【００１０】このセパレーターは、燃料極との間に燃料
ガスのガス通路を形成するセパレーター、或いは、空気
極との間に酸化ガスのガス通路を形成するセパレーター
であってもよい。前記複数の通路形成突部は同一形状の
ものとは限らず、異なる形状の通路形成突部からなる場
合もある。前記セパレーターの表面部とは、セパレータ
ーの上面部だけを意味する訳ではなく、下面部をも含む
ものである。このセパレーターにガス通路を形成する複
数の通路形成突部を設けるが、セパレーター素材の薄い
金属板を成形加工することにより、複数の通路形成突部
を形成するものとする。セパレーターの表面部の少なく
とも一部に、通路形成突部の成形時に発生した残留応力
を緩和する為の複数の微小凹溝を形成したので、残留応
力が緩和されて全体の平面精度の高いセパレーターが得
られる。

【００１１】セパレーターの上面部と下面部の全面に複
数の微小凹溝を散点状に形成してもよく、上面部又は上
面部の一部のみに複数の微小凹溝を散点状に形成しても
よく、下面部又は下面部の一部のみに複数の微小凹溝を
散点状に形成してもよい。即ち、複数の微小凹溝は金型
を用いてセパレーターの成形加工の最終段階において成
形加工することにより形成する。セパレーターの表面部
の少なくとも一部に形成された複数の微小凹溝により、
セパレーターの表面部の残留応力が分断されたり、残留
応力の一部が解消されたりする結果、セパレーターの残
留応力が緩和され、セパレーターに３次元曲面的な反り
や歪みが殆ど発生しなくなり、セパレーターの平面精度
が著しく高まることになる。

【００１２】請求項２の燃料電池用セパレーターは、請
求項１の発明において、前記複数の通路形成突部は、複
数の突起状通路形成突部を有し、突起状通路形成突部を
囲む閉ループ状の微小凹溝を設けたことを特徴とするも
のである。突起状通路形成突部の周囲には、この突起状
通路形成突部の成形で生じた残留応力が影響を及ぼして
いるが、突起状通路形成突部を囲む閉ループ状の微小凹
溝を設けるため、突起状通路形成突部の付近の残留応力
を効果的に分断したり部分的に解消したりすることがで
きる。

【００１３】請求項３の燃料電池用セパレーターは、請
求項１の発明において、前記複数の通路形成突部は、複
数の突起状通路形成突部を有し、突起状通路形成突部の
近傍に閉ループ状の微小凹溝を設けたことを特徴とする
ものである。そのため、突起状通路形成突部の近傍の残
留応力を閉ループ状の微小凹溝でもって、分断したり部
分的に解消したりすることができる。

【００１４】請求項４の燃料電池用セパレーターは、請
求項１の発明において、前記複数の通路形成突部は、複
数の突起状通路形成突部を有し、突起状通路形成突部の
近傍に直線状又は点線状の微小凹溝を設けたことを特徴
とするものである。そのため、突起状通路形成突部の近
傍の残留応力を直線状又は点線状の微小凹溝でもって、
分断したり部分的に解消したりすることができる。

【００１５】請求項５の燃料電池用セパレーターは、請
求項１の発明において、前記複数の通路形成突部は、複
数の突条状通路形成突部を有し、突条状通路形成突部に
沿って連続的に延びる直線状の微小凹溝を形成したこと
を特徴とするものである。そのため、突条状通路形成突
部の近傍の残留応力を突条状通路形成突部に沿って連続
的に延びる直線状の微小凹溝でもって、分断したり部分
的に解消したりすることができる。

【００１６】請求項６の燃料電池用セパレーターは、請
求項１の発明において、前記複数の通路形成突部は、複
数の突条状通路形成突部を有し、突条状通路形成突部に
沿って間欠的に延びる点線状の微小凹溝を形成したこと
を特徴とするものである。そのため、突条状通路形成突
部の近傍の残留応力を突条状通路形成突部に沿って間欠
的に延びる点線状の微小凹溝でもって、分断したり部分
的に解消したりすることができる。

【００１７】請求項７の燃料電池用セパレーターは、請
求項１〜６の何れかの発明において、前記複数の微小凹
溝をセパレーターの上面部と下面部の両方に設けたこと
を特徴とするものである。そのため、セパレーターの上
面部と下面部の両方の残留応力を分断したり部分的に解
消したりして緩和することができる。

【００１８】請求項８の燃料電池用セパレーターは、請
求項１〜６の何れかの発明において、前記微小凹溝は、
断面形状がＶ字状の溝であることを特徴とするものであ
る。この断面形状がＶ字状又はＵ字状の微小凹溝は、残
留応力を分断する上でも、解消する上でも極めて有効で
ある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。本実施形態は、固体
電解質型の自動車用燃料電池に本発明を適用した場合の
一例である。図１、図２に示すように、この燃料電池１
は、固体電解質板２、燃料極３（陰極）、燃料ガス用セ
パレーター４、仕切り板５、酸化ガス用セパレーター
６、空気極７（正極）とを上下に積層した単電池を多数
積層した構造のものである。

【００２０】前記固体電解質板２は、薄板状固体電解質
の両面に白金触媒（図示略）を被膜状に担持させた構造
のものである。薄板状固体電解質は、例えばイットリア
安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる厚さ約４００〜６
００μｍのシート状のものである。燃料極３は、還元性
の燃料ガス（本実施形態では、水素ガス）に接触する電
極であるため、例えば多孔性ニッケルでシート状に形成
されている。空気極７は、酸化ガス（本実施形態では、
空気）に接触する電極であるため、高温酸化性雰囲気で
安定な酸化物でシート状に構成されるが、例えばＬａＣ
ｏＯ₃やＬａＭｎＯ₃を主体としてペロブスカイト型酸
化物で構成されている。但し、前記薄板状固体電解質の
材料は前記のものに限定されず、燃料極３、空気極７の
材料は前記のものに限定されるものではない。

【００２１】次に、燃料ガス用セパレーター４について
説明する。図３〜図６に示すように、このセパレーター
４は、例えば厚さ約２００μｍ程度のステンレス製の薄
板を素材として順送プレスにて複数回のプレス成形にて
製作されるが、全体として平板的な外形をなすように構
成されている。セパレーター４の表面（上下両面）には
約５μｍの金メッキ膜が形成されている。セパレーター
４の左端側部分には、燃料ガス通路穴１０ａと、冷却水
通路穴１１ａと、酸化ガス通路穴１２ａが形成されてい
る。セパレーター４の右端部分には、燃料ガス通路穴１
０ｂと、冷却水通路穴１１ｂと、酸化ガス通路穴１２ｂ
が形成されている。

【００２２】前記の通路穴１１ａ，１２ａを形成した穴
形成領域１３ａと、通路穴１１ｂ，１２ｂを形成した穴
形成領域１３ｂは、約５００〜１０００μｍだけ一段高
く形成されている。通路穴形成領域１３ａ，１４ａの右
隣には、左右方向に所定幅で前後方向の全幅にわたるガ
ス導入領域１５ａが設けられ、通路穴形成領域１３ｂ，
１４ｂの左隣には、左右方向に所定幅で前後方向の全幅
にわたるガス導出領域１５ｂが設けられている。

【００２３】ガス導入領域１５ａには、燃料極３との間
に燃料ガスのガス通路１６ａを形成する多数の円錐台状
の通路形成突起部１７（これは、突起状通路形成突部に
相当する）が縦方向と横方向に夫々所定間隔おきに形成
されている。ガス導出領域１５ｂには、燃料極３との間
に燃料ガスのガス通路１６ｂを形成する多数の円錐台状
の通路形成突起部１７が縦方向と横方向に夫々所定間隔
おきに形成されている。前記の通路形成突起部１７の高
さは、穴形成領域１３ａの高さ（約５００〜１０００μ
ｍ）と等しく、直径は例えば約１０００〜２０００μｍ
である。尚、多数の通路形成突起部１７は規則的なマト
リックス状の配置に形成してもよく、その他の種々のパ
ターンに配置してもよい。

【００２４】ガス導入領域１５ａとガス導出領域１５ｂ
の間には、通路溝形成領域１５ｃが設けられ、この通路
溝形成領域１５ｃには、例えば１０〜２０組の折り返し
ガス通路１８が形成され、各折り返しガス通路１８のガ
ス導入口１９がガス導入領域１５ａの燃料ガス通路１６
ａに連通すると共にガス導出口２０がガス導出領域１５
ｂの燃料ガス通路１６ｂに連通している。

【００２５】各折り返しガス通路１８の左端部には、例
えば３つの折り返し部が形成されると共に右端部には、
３つの折り返し部が形成されている。折り返しガス通路
１８は、例えば幅約１０００〜１５００μｍであって、
通路形成突起部１７の高さ（約５００〜１０００μｍ）
と等しい深さの角溝からなる。図４〜図６に示すよう
に、各折り返しガス通路１８は、例えば幅約１０００μ
ｍで高さが約５００〜１０００μｍの複数の櫛歯状の通
路形成突条２１（これは、突条状通路形成突部に相当す
る）を左右から対向的に組み合わせることで形成されて
いる。

【００２６】このセパレーター４の上面に燃料極３を密
着させた状態において、セパレーター４における前記の
領域１５ａ〜１５ｃの平面視における面積の約５０％が
燃料極３に密着するようになっており、大きな接触面積
比率が確保されている。ガス導入領域１５ａには、多数
の通路形成突起部１７を介して適度の通路抵抗のある燃
料ガスのガス通路１６ａが形成され、ガス導出領域１５
ｂには、多数の通路形成突起部１７を介して適度の通路
抵抗のある燃料ガスのガス通路１６ｂが形成され、通路
溝形成領域１５ｃには、燃料ガスが往復的に蛇行しなが
ら流れる１０〜２０組の折り返しガス通路１８が形成さ
れているため、燃料ガス通路穴１０ａから供給される燃
料ガスは、ガス導入領域１５ａのガス通路１６ａを通っ
て１０〜２０組のガス導入口１９から１０〜２０組の折
り返しガス通路１８に流入し、それら折り返しガス通路
１８を往復的に流れ、１０〜２０組のガス導出口２０か
らガス導出領域１５ｂのガス通路１６ｂへ流れ、燃料ガ
スの大部分は前記のガス通路１６ａ，１８，１６ｂを流
動する間に水素イオンとなって燃料極３を通って固体電
解質板２内へ拡散し、水素イオンとならない未反応の燃
料ガスは燃料ガス通路穴１０ｂへ流れることになる。

【００２７】尚、ガス導入領域１５ａの外周部にはガス
通路１６ａが大気連通するのを防止する突条２２が形成
され、ガス導出領域１５ｂの外周部にはガス通路１６ｂ
が大気連通するのを防止する突条２２が形成されてい
る。酸化ガス通路穴１２ａ，１２ｂの外周部には、その
酸化ガス通路穴１２ａ，１２ｂがセパレーター４の下面
側において大気連通するのを防止する環状角溝２３が形
成され、冷却水通路穴１１ａ，１１ｂの外周部には、そ
の冷却水通路穴１１ａ，１１ｂがセパレーター４の下面
側において大気連通するのを防止する環状角溝２４が形
成されている。

【００２８】次に、酸化ガス用セパレーター６について
簡単に説明する。図７に示すように、このセパレーター
６は、燃料ガス用セパレーター４と同じものを上下反転
した構造のものであり、図７はこのセパレーター６の底
面図である。そのため、このセパレーター６の左端部分
には、酸化ガス通路穴１２ａと冷却水通路穴１１ａと燃
料ガス通路穴１０ａとが形成され、穴形成領域１３ａは
一段高くなっている。セパレーター６の右端部分には、
酸化ガス通路穴１２ｂと冷却水通路穴１１ｂと燃料ガス
通路穴１０ｂとが形成され、穴形成領域１３ｂは一段高
くなっている。その他の構造は、前記セパレーター４と
同様であるので、同様の構成要素に同一符号を付して説
明を省略する。前記仕切り板５は、例えば厚さ約１００
〜２００μｍ程度のステンレス製の薄板で構成されてい
るが、絶縁材料で構成することも可能である。

【００２９】次に、前記セパレーター４，６を成形した
時に発生する残留応力を緩和する為の構造について、図
８〜図１０を参照しながら説明する。図８〜図１０に示
すように、セパレーター４の通路溝形成領域１５ｃにお
ける折り返しガス通路１８を形成する通路形成突条２１
と突条２２の上面の幅方向中央部には、微小凹溝３０が
連続的に延びるように形成されている。折り返しガス通
路１８の溝底の下面の幅方向中央部には、微小凹溝３１
が連続的に延びるように形成されている。

【００３０】ガス導入領域１５ａとガス導出領域１５ｂ
における各通路形成突起部１７の下面側には、その通路
形成突起部１７を囲む円形閉ループ状の微小凹溝３２が
形成されている。穴形成領域１３ａ，１３ｂにおける平
板部の上面には、微小凹溝３３がメッシュ状に形成さ
れ、環状角溝２３，２４の溝底の下面には微小凹溝３４
が連続的に延びるように形成されている。これらの微小
凹溝３０〜３４は、深さ約３０〜５０μｍで約９０度の
開角の微小なＶ字状の溝であり、セパレーター４，６の
成形時に発生した残留応力を緩和する為のものである。
但し、前記の微小凹溝３０〜３４を微小なＵ字状の溝に
構成してもよい。

【００３１】そのため、セパレーター４，６を順送プレ
スで順送りしながら成形加工する最終工程において、前
記の微小凹溝３０〜３４を成形加工により形成する。即
ち、図９（ａ）、図１０（ａ）に示すように、セパレー
ター４，６を成形加工してから、図９（ｂ）、図１０
（ｂ）に示すように、微小凹溝３０〜３４を形成する。
微小凹溝３０〜３４により残留応力を分断することで残
留応力を緩和し、或いはまた、微小凹溝３０〜３４によ
り残留応力を部分的に解消することで残留応力を緩和す
る。

【００３２】セパレーター４，６のうちの引っ張り残留
応力がある方の面において、残留応力の方向と直交する
方向向きの微小凹溝を形成すれば非常に効果的に残留応
力を緩和することができる。このような観点から、微小
凹溝３０〜３４が形成されている。例えば、図１１
（ａ）は、セパレーターにおける板厚方向の残留応力の
分布の例を示し、（＋）は引っ張り応力、（−）は圧縮
応力を示す。図１１（ｂ）は微小凹溝３０〜３４を形成
したことにより発生する応力の分布を示す。

【００３３】図１１（ａ）のような残留応力のある部位
に微小凹溝３０〜３４を形成することにより、最終的な
残留応力は図１１（ｃ）に示すようになり、上面側の引
っ張り残留応力が部分的に解消されて著しく緩和され
る。そのため、引っ張り残留応力に起因する反りや歪み
を軽減することができる。

【００３４】上記以外に、微小凹溝３０〜３４により引
っ張り残留応力や圧縮残留応力を分断すると、セパレー
ター４，６の上下の表面の残留応力の連続性が絶たれて
残留応力が緩和される。この前記の残留応力の分断に
は、微小凹溝３０〜３４のＶ溝のＶ面の方向への残留応
力の方向変換も含まれる。

【００３５】以上のように、セパレーター４，６の表面
部のほぼ全面に亙って、残留応力が発生している部位又
はその付近部に微小凹溝３０〜３４を形成したので、セ
パレーター４，６の表面部の残留応力が分断され、或い
は残留応力が部分的に解消される。その結果、セパレー
ター４，６の上下両側の表面部の残留応力が著しく緩和
され、セパレーター４，６には３次元曲面的な反りや歪
みが殆ど生じなくなり、セパレーター４，６の平面精度
が著しく高まる。

【００３６】しかも、前記複数の微小凹溝３０〜３４
は、セパレーター４，６の成形加工の最終段階において
形成すればよいので、セパレーター４，６の成形加工の
最終段に、微小凹溝３０〜３４を成形する為の設備を追
加すればよいから、セパレーター４，６を製作する設備
経済的に有利である。ガス導入領域１５ａやガス導出領
域１５ｂにおける突起状の各通路形成突起部１７を囲繞
する閉ループ状の微小凹溝３２を設けたため、通路形成
突起部１７の付近の残留応力を効果的に分断したり部分
的に解消したりすることができる。

【００３７】通路溝形成領域１５ｃにおける通路形成突
条２１の上面に沿って連続的に延びる直線状の微小凹溝
３０を形成したので、通路形成突条２１の近傍の残留応
力をその直線状の（筋状の）微小凹溝３０でもって、分
断したり部分的に解消したりすることができる。また、
折り返しガス通路１８の溝底の下面側にその溝底に沿っ
て連続的に延びる微小凹溝３１を形成したので、その微
小凹溝３１でもって溝底壁の下面側の残留応力を分断し
たり部分的に解消したりすることができる。

【００３８】複数の微小凹溝３０〜３４をセパレーター
４，６の上面部と下面部の両方に設けたので、セパレー
ター４，６の上面部と下面部の両方の残留応力を分断し
たり部分的に解消するのに非常に有効である。しかも、
前記微小凹溝３０〜３４が断面形状がＶ字状の溝である
ので、残留応力を分断する上でも、解消する上でも極め
て有効である。

【００３９】次に、前記実施形態を部分的に変更する変
更形態について説明する。１〕図９（ｂ）における微小凹溝３０を通路形成突条２
１ごとに２本以上形成してもよく、微小凹溝３０を連続
する筋状ではなく、間欠的な点線状に形成してもよい。
また、微小凹溝３１を各ガス通路１８ごとに２本以上形
成してもよい。また、穴形成領域１３ａ，１３ｂのうち
残留応力が殆ど発生してない平板的な部分には必ずしも
微小凹溝３３を形成する必要はない。

【００４０】２〕前記複数の通路形成突起部１７の各々
に対応する微小凹溝３２の代わりに次のような種々の微
小凹溝であってセパレーター４，６の上面側又は下面側
に形成される微小凹溝を採用してもよい。図１２に示す
ように、複数の通路形成突起部１７が規則的なマトリッ
クス状に配置され、それら通路形成突起部１７の間を縦
横に延びる微小凹溝４０が形成される。図１３に示すよ
うに、複数の通路形成突起部１７が規則的なマトリック
ス状に配置され、各通路形成突起部１７を囲む正方形閉
ループ状の微小凹溝４１が形成される。

【００４１】図１４に示すように、複数の通路形成突起
部１７が規則的なマトリックス状に配置され、各通路形
成突起部１７を囲む正方形閉ループ状の微小凹溝４２が
形成される。但し、微小凹溝４２は４５度傾けた状態に
形成される。図１５に示すように、複数の通路形成突起
部１７が規則的なマトリックス状に配置され、各組の４
個の通路形成突起部１７の間の各小領域に円形の閉ルー
プ状の微小凹溝４３が形成される。

【００４２】図１６に示すように、複数の通路形成突起
部１７が規則的なマトリックス状に配置され、各組の４
個の通路形成突起部１７の間の各小領域に矩形閉ループ
状の微小凹溝４４が形成される。図１７に示すように、
複数の通路形成突起部１７が規則的なマトリックス状に
配置され、各組の４個の通路形成突起部１７の間の各小
領域に長円形の閉ループ状の微小凹溝４５が形成され
る。

【００４３】３〕前記ガス導入領域１５ａとガス導出領
域１５ｂに形成する通路形成突起部１７の代わりに、次
のような種々の形状の通路形成突起部を採用してもよ
い。図１８に示すように円形の通路形成突起部４６と長
円形の通路形成突起部４７が縦方向にも横方向にも交互
に適当間隔おきに形成される。また、図１９に示すよう
に、長円形の通路形成突起部４８が規則的なマトリック
ス状に形成され、各組の４個の通路形成突起部４８の間
の小領域に小径の円形の通路形成突起部４９が形成され
る。

【００４４】図２０に示すように、６角形状の通路形成
突起部５０が規則的なパターンに形成される。図２１に
示すように、正方形状の通路形成突起部５１が規則的な
マトリックスパターンに形成される。図２２に示すよう
に、菱形の通路形成突起部５２が規則的なパターンに形
成される。尚、前記の通路形成突起部４６〜５２を採用
する場合、基本的に各通路形成突起部４６〜５２を囲む
閉ループ状の微小凹溝を採用するが、これに限るもので
はなく、前記の種々の微小凹溝を採用することもある。

【００４５】４〕前記セパレーター４，６における、通
路溝形成領域１５ｃに形成する複数組の折り返しガス通
路１８の代わりに、通路溝形成領域１５ｃの全域に、ガ
ス導入領域１５ａやガス導出領域１５ｂに形成するのと
同様の多数の通路形成突起部を形成してもよいし、ま
た、複数の突起状の通路形成突起部と複数の通路形成突
条とを混在的に形成してもよく、前記セパレーター４，
６における燃料ガスや酸化ガスのガス通路の構造は前記
実施形態のものに限るものではない。５〕尚、その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱す
ることなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態
で実施することができる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、燃料電池用
セパレーターにガス通路を形成する複数の通路形成突部
を設け、セパレーターの表面部の少なくとも一部に、通
路形成突部の成形時に発生した残留応力を緩和する為の
複数の微小凹溝を形成したので、その微小凹溝により、
セパレーターの表面部の残留応力が分断されたり、残留
応力の一部が解消されたりする結果、セパレーターの残
留応力が緩和され、セパレーターに３次元曲面的な反り
や歪みが殆ど発生しなくなり、セパレーターの平面精度
が著しく高まることになる。しかも、前記複数の微小凹
溝は、セパレーターの成形加工の最終段階において形成
すればよいので、セパレーターの成形加工の最終段に、
微小凹溝成形の設備を追加すればよいから、セパレータ
ー成形の設備経済的に有利である。

【００４７】請求項２の発明によれば、複数の通路形成
突部は、複数の突起状通路形成突部を有し、突起状通路
形成突部を囲繞する閉ループ状の微小凹溝を設けたた
め、突起状通路形成突部の付近の残留応力を効果的に分
断したり部分的に解消したりすることができる。その他
請求項１と同様の効果を奏する。

【００４８】請求項３の発明によれば、複数の通路形成
突部は、複数の突起状通路形成突部を有し、突起状通路
形成突部の近傍に閉ループ状の微小凹溝を設けたので、
突起状通路形成突部の近傍の残留応力を閉ループ状の微
小凹溝でもって、分断したり部分的に解消したりするこ
とができる。その他請求項１と同様の効果を奏する。

【００４９】請求項４の発明によれば、複数の通路形成
突部は、複数の突起状通路形成突部を有し、突起状通路
形成突部の近傍に直線状又は点線状の微小凹溝を設けた
ので、突起状通路形成突部の近傍の残留応力を直線状又
は点線状の微小凹溝でもって、分断したり部分的に解消
したりすることができる。その他請求項１と同様の効果
を奏する。

【００５０】請求項５の発明によれば、複数の通路形成
突部は、複数の突条状通路形成突部を有し、突条状通路
形成突部に沿って連続的に延びる直線状の微小凹溝を形
成したので、突条状通路形成突部の近傍の残留応力を突
条状通路形成突部に沿って連続的に延びる直線状の微小
凹溝でもって、分断したり部分的に解消したりすること
ができる。その他請求項１と同様の効果を奏する。

【００５１】請求項６の発明によれば、複数の通路形成
突部は、複数の突条状通路形成突部を有し、突条状通路
形成突部に沿って間欠的に延びる点線状の微小凹溝を形
成したので、突条状通路形成突部の近傍の残留応力を突
条状通路形成突部に沿って間欠的に延びる点線状の微小
凹溝でもって、分断したり部分的に解消したりすること
ができる。その他請求項１と同様の効果を奏する。

【００５２】請求項７の発明によれば、複数の微小凹溝
をセパレーターの上面部と下面部の両方に設けたので、
セパレーターの上面部と下面部の両方の残留応力を分断
したり部分的に解消したりして緩和することができる。
その他、請求項１〜６の何れかと同様の効果を奏する。

【００５３】請求項８の発明によれば、前記微小凹溝
は、断面形状がＶ字状の溝であるので、残留応力を分断
する上でも、解消する上でも極めて有効である。その
他、請求項１〜６の何れかと同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の自動車用固体電解質型燃料
電池の斜視図である。

【図２】燃料電池の要部拡大断面図である。

【図３】燃料ガス用セパレーターの平面図である。

【図４】前記燃料ガス用セパレーターの要部拡大図であ
る。

【図５】図４のV-V 線断面図である。

【図６】図４のVI-VI 線断面図である。

【図７】酸化ガス用セパレーターの底面図である。

【図８】セパレーターの要部拡大平面図である。

【図９】（ａ）は折り返しガス通路の部分の拡大断面
図、（ｂ）は折り返しガス通路の部分に微小凹溝を形成
した状態を示す拡大断面図である。

【図１０】（ａ）は通路形成突部の部分の拡大断面図、
（ｂ）は通路形成突部の部分に微小凹溝を形成した状態
を示す拡大断面図である。

【図１１】残留応力を緩和する作用を説明する説明図で
ある。

【図１２】変形例の通路形成突部と微小凹溝を示す要部
平面図である。

【図１３】変形例の通路形成突部と微小凹溝を示す要部
平面図である。

【図１４】変形例の通路形成突部と微小凹溝を示す要部
平面図である。

【図１５】変形例の通路形成突部と微小凹溝を示す要部
平面図である。

【図１６】変形例の通路形成突部と微小凹溝を示す要部
平面図である。

【図１７】変形例の通路形成突部と微小凹溝を示す要部
平面図である。

【図１８】変形例の通路形成突部の形状と配置パターン
の説明図である。

【図１９】変形例の通路形成突部の形状と配置パターン
の説明図である。

【図２０】変形例の通路形成突部の形状と配置パターン
の説明図である。

【図２１】変形例の通路形成突部の形状と配置パターン
の説明図である。

【図２２】変形例の通路形成突部の形状と配置パターン
の説明図である。

【符号の説明】

１固体電解質型燃料電池４燃料ガス用セパレーター６酸化ガス用セパレーター１７通路形成突起部１８折り返しガス通路２１通路形成突条３０〜３４微小凹溝４０〜４５微小凹溝４６〜５２通路形成突起部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄金属板からなる燃料電池用セパレータ
ーであって、電極板との間にガス通路を形成する燃料電
池用セパレーターにおいて、前記セパレーターにガス通路を形成する複数の通路形成
突部を設け、前記セパレーターの表面部の少なくとも一部に、前記通
路形成突部の成形時に発生した残留応力を緩和する為の
複数の微小凹溝を形成したことを特徴とする燃料電池用
セパレーター。
【請求項２】前記複数の通路形成突部は、複数の突起
状通路形成突部を有し、突起状通路形成突部を囲む閉ル
ープ状の微小凹溝を設けたことを特徴とする請求項１に
記載燃料電池用セパレーター。
【請求項３】前記複数の通路形成突部は、複数の突起
状通路形成突部を有し、突起状通路形成突部の近傍に閉
ループ状の微小凹溝を設けたことを特徴とする請求項１
に記載燃料電池用セパレーター。
【請求項４】前記複数の通路形成突部は、複数の突起
状通路形成突部を有し、突起状通路形成突部の近傍に直
線状又は点線状の微小凹溝を設けたことを特徴とする請
求項１に記載燃料電池用セパレーター。
【請求項５】前記複数の通路形成突部は、複数の突条
状通路形成突部を有し、突条状通路形成突部に沿って連
続的に延びる直線状の微小凹溝を形成したことを特徴と
する請求項１に記載燃料電池用セパレーター。
【請求項６】前記複数の通路形成突部は、複数の突条
状通路形成突部を有し、突条状通路形成突部に沿って間
欠的に延びる点線状の微小凹溝を形成したことを特徴と
する請求項１に記載燃料電池用セパレーター。
【請求項７】前記複数の微小凹溝をセパレーターの上
面部と下面部の両方に設けたことを特徴とする請求項１
〜６の何れかに記載の燃料電池用セパレーター。
【請求項８】前記微小凹溝は、断面形状がＶ字状又は
Ｕ字状の溝であることを特徴とする請求項１〜６の何れ
かに記載の燃料電池用セパレーター。