JP2016091726A - セパレータ−シール部材接合体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造上の手間を改善しつつ、発電性能の低下を抑制することができ、かつ電極部等のバリの発生を十分に抑制することができるセパレータ−シール部材接合体を提供する。【解決手段】本開示のセパレータ−シール部材接合体は、セパレータと、前記セパレータ上に設けられたシール部材とを備えた、セパレータ−シール部材接合体であって、前記セパレータは、凸状に形成された電極部に設けられた溝状の流路と、前記電極部に設けられた凹部と、を備え、前記シール部材は、前記電極部の周縁を囲むように設けられたメインシール部材と、前記メインシール部材から分岐して形成され、前記メインシール部材と前記電極部の周縁との間の隙間通路を仕切る仕切り部材と、を備え、前記凹部は、前記仕切り部材の延長線上の、前記電極部の縁付近に形成される。【選択図】図３

Description

本開示は、燃料電池（例えば、固体高分子電解質型燃料電池、ただし、固体高分子電解質型燃料電池に限るものではない）のセパレータ−シール部材接合体及びその製造方法に関する。

固体高分子電解質形燃料電池は、反応ガスである水素等の燃料ガスと、空気等の酸化剤ガスとをガス拡散電極であるアノード及びカソードにおいてそれぞれ電気化学的に反応させ、電気と熱とを同時に発生させる電池である。図２８に、このような固体高分子電解質形燃料電池の一般的な基本構成（単電池）の要部概略断面図を示す。燃料電池３００は、図２８に示すように、主として膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｎｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）３０１と、膜電極接合体３０１を挟持する一対の板状のセパレータ、即ちアノード側セパレータ３１１及びカソード側セパレータ３１２を含む構成の単電池を少なくとも１つ具備する。

図２８に示すように、アノード側セパレータ３１１及びカソード側セパレータ３１２は、ＭＥＡ３０１のアノード３０３及びカソード３０４と接触する電極部に、反応ガスを供給及び排出するガス流路３１３及び３１４を備えている。また、アノード側セパレータ３１１及びカソード側セパレータ３１２上には、これらのガス流路３１３及び３１４を囲うようにアノード側シール部材３１７およびカソード側シール部材３１８が設けられている。アノード側シール部材３１７およびカソード側シール部材３１８は、燃料電池３００の構成要素間（セパレータ３１１及び３１２、電解質膜３０２等）をシールしている。これにより、ガス流路３１３及び３１４を流れる反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス）がＭＥＡ３０１の外部に漏れることを抑制している。このような構成の燃料電池３００においては、アノード側シール部材３１７とＭＥＡ３０１のアノード３０３との間、及びカソード側シール部材３１８とＭＥＡ３０１のカソード３０４との間に、隙間（即ちアノード側隙間３０９及びカソード側隙間３１０）が形成され易い。

アノード側隙間３０９及びカソード側隙間３１０においては、反応ガスの一部がアノード側隙間３０９及びカソード側隙間３１０に回り込んで流れる場合がある。そのため、燃料電池３００では、効率的な発電性能を維持することが極めて困難になるという問題がある。

また、アノード側シール部材３１７およびカソード側シール部材３１８をアノード側セパレータ３１１及びカソード側セパレータ３１２上に形成する場合、余剰のシール材料によって意図しない場所にバリが発生するという問題もある。

上記隙間に関する問題に対しては、アノード側隙間とカソード側隙間に複数の堰状シールを設ける提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。また、アノード側シールおよびカソード側シールから形成される突起物を、アノード側隙間とカソード側隙間に設けることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

上記バリに関する問題に対しては、シール用の溝と、サイドリップ成型溝と、シール用の溝とサイドリップ成型溝を連結するための連結溝とを有するキャビティプレートを用いて、シール材と基材（例えば、カーボンセパレータ、金属板および樹脂等）が一体化されたプレートを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この製造方法では、サイドリップに余剰のシール部材を逃がすことにより、意図しない場所へのバリの発生を抑制している。

特開２００７−２８０７５１号公報 国際公開第２００７／００７７０８号 特開２０１３−１８１５５１号公報

しかしながら、特許文献１においては、シール部材とは別に堰状シールを設ける必要があるため、製造上の手間がかかるという課題がある。また、特許文献２においては、製造上の公差などの観点から反応ガスがアノード側隙間とカソード側隙間を流れることを有効に抑制することが困難であり、発電性能の低下を抑制することができない場合があるという課題がある。

特許文献３では、セパレータ上の電極部等におけるバリの発生を抑制できない場合があるという課題を有する。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、製造上の手間を改善しつつ、発電性能の低下を抑制することができ、かつ電極部等のバリの発生を十分に抑制することができるセパレータ−シール部材接合体を提供することを目的とする。更に、本開示は、上記のようなセパレータ−シール部材接合体を容易かつ確実に製造することのできる製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本開示の一態様のセパレータ−シール部材接合体においては、
セパレータと、前記セパレータ上に設けられたシール部材とを備えた、セパレータ−シール部材接合体であって、
前記セパレータは、凸状に形成された電極部に設けられた溝状の流路と、前記電極部に設けられた凹部と、を備え、
前記シール部材は、前記電極部の周縁を囲むように設けられたメインシール部材と、前記メインシール部材から分岐して形成され、前記メインシール部材と前記電極部の周縁との間の隙間通路を仕切る仕切り部材と、を備え、
前記凹部は、前記仕切り部材の延長線上の、前記電極部の縁付近に形成される。

本開示のセパレータ−シール部材接合体によれば、製造上の手間を改善しつつ、発電性能の低下を抑制することができ、かつ電極部等のバリの発生を抑制することができる。更に、本開示の製造方法によれば、上記のようなセパレータ−シール部材接合体を容易かつ確実に製造することができる。

本開示の実施形態１における燃料電池の基本構成(単電池)の要部の概略断面図 セルスタックの斜視図 本開示の実施形態１におけるセパレータシール部材接合体の一例を示す正面図 図３におけるセパレータ−シール部材接合体のＺ１部分の拡大図 図４のセパレータ−シール部材接合体のＡ−Ａ断面図 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の断面図 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の製造方法フロー 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体を製造するために使用されるキャビティプレートの概略図 図８のキャビティプレートのＢ−Ｂ断面図 図８のキャビティプレートのＣ−Ｃ断面図 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の製造工程の概略図 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の製造工程の概略図 図１２におけるキャビティプレートのＺ２部分の拡大断面図 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の製造工程の概略図 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の製造工程の概略図 本開示の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の製造工程の概略図 本開示の実施形態２におけるセパレータ−シール部材接合体の部分拡大図 図１７のセパレータ−シール部材接合体のＤ−Ｄ断面図 本開示の実施形態３におけるセパレータ−シール部材接合体の部分拡大図 図１９のセパレータ−シール部材接合体のＥ−Ｅ断面図 本開示の実施形態４におけるセパレータ−シール部材接合体の部分拡大図 図２１のセパレータ−シール部材接合体のＦ−Ｆ断面図 本開示の実施形態５におけるセパレータ−シール部材接合体及びキャビティプレートの部分拡大図 本開示の変形例１におけるセパレータ−シール部材接合体の部分拡大断面図 本開示の変形例１における別のセパレータ−シール部材接合体の部分拡大断面図 本開示の変形例２におけるセパレータ−シール部材接合体の部分拡大断面図 本開示の変形例２における別のセパレータ−シール部材接合体の部分拡大断面図 参考例の燃料電池の基本構成(単電池)の要部概略断面図

本開示に係る第１の態様のセパレータ−シール部材接合体は、セパレータと、前記セパレータ上に設けられたシール部材とを備えた、セパレータ−シール部材接合体であって、
前記セパレータは、凸状に形成された電極部に設けられた溝状の流路と、前記電極部に設けられた凹部と、を備え、前記シール部材は、前記電極部の周縁を囲むように設けられたメインシール部材と、前記メインシール部材から分岐して形成され、前記メインシール部材と前記電極部の周縁との間の隙間通路を仕切る仕切り部材と、を備え、前記凹部は、前記仕切り部材の延長線上の、前記電極部の縁付近に形成されてもよい。

この構成によれば、仕切り部材がメインシール部材と一体で形成されるので、製造上の手間を改善することができる。また、仕切り部材によって、メインシール部材と電極部の周縁との間の隙間通路を燃料ガスや酸化剤ガスが流れることを有効に抑制することができ、発電性能の低下を抑制することができる。さらに、電極部に設けられた凹部によって、バリが意図しない場所（例えば、電極部や流路等）に発生することを抑制することができる。

本開示に係る第２の態様のセパレータ−シール部材接合体において、前記第１の態様における前記仕切り部材の一部は、前記凹部に配置されてもよい。

この構成によれば、余剰のシール部材（バリ）が凹部に位置するため、意図しない場所（例えば、電極部や流路等）にバリが発生することを抑制することができる。

本開示に係る第３の態様のセパレータ−シール部材接合体において、前記第１又は２の態様における前記凹部は、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記仕切り部材から離れる方向に位置する第２の領域と、を有し、前記第２の領域の深さは、前記第１の領域の深さよりも大きくなるように構成されてもよい。

この構成によれば、シール部材が凹部に流れすぎることを抑制することができるため、確実にメインシール部材と仕切り部材とを形成することができる。また、シール材料への加圧がし易くなり、加硫を促進させることができるため、未加硫のシール材料がキャビティプレートに付着することを抑制することができる。

本開示に係る第４の態様のセパレータ−シール部材接合体において、前記第３の態様における前記凹部の深さは、前記仕切り部材から離れる方向に向かって大きくなるように構成されてもよい。

この構成によれば、第１の領域と第２の領域との間で溝の段差が形成されないため（急激に溝が深くならないため）、セパレータの電極部に第１の領域と第２の領域とを形成するための加工が比較的簡略化しやすい。また、セパレータにシール部材を成型する際、セパレータの厚みを薄くしなくてよいため、強度を保持することが容易である。

本開示に係る第５の態様のセパレータ−シール部材接合体において、前記第１〜４のいずれかの態様における前記シール部材が、熱硬化性弾性体、熱可塑性弾性体または熱可塑性樹脂であってもよい。

この構成によれば、既存の射出成型またはコンプレッション成型等の従来の設備を利用し、比較的簡便な方法でセパレータ−シール部材接合体を作製することができるため、新たな設備投資を抑えることができる。

本開示に係る第６の態様のセパレータ−シール部材接合体において、前記第５の態様における前記シール部材が、少なくともフッ素ゴムを含む材料で構成されていてもよい。

この構成によれば、シール部材の耐久性を向上させることができる。

本開示に係る第７の態様のセパレータ−シール部材接合体の製造方法は、セパレータと、前記セパレータ上に設けられたシール部材とを備えた、セパレータ−シール部材接合体の製造方法であって、前記シール部材を形成するシール材料を配合する配合工程と、配合された前記シール材料を混練する混練工程と、混練された前記シール材料に加硫を促進する促進剤を導入する促進剤導入工程と、前記促進剤が導入された前記シール材料を、メインシール部材成型溝と、前記メインシール部材成型溝と連結された仕切り部材成型溝と、を備えるキャビティプレートに射出する射出工程と、前記シール材料が射出された前記キャビティプレートを、凸状に形成された電極部の縁付近に凹部を設けたセパレータに対して押圧しつつ加熱と加硫を行う加硫工程と、を含んでもよい。

この構成によれば、メインシール部材と電極部の周縁との間の隙間通路に、燃料ガスや酸化剤ガスが流れることを有効に抑制することができる仕切り部材をメインシール部材と一体として形成することができる。また、加硫工程時において、余剰のシール材料が、電極部に設けられた凹部に流入させることによって、バリが意図しない場所（例えば、電極部や流路等）に拡散することを抑制することができる。したがって、本開示のセパレータ−シール部材接合体の製造方法によれば、製造上の手間を改善し、発電性能の低下を抑制することができると共に、バリの発生を制御できるセパレータ−シール部材接合体を容易にかつ確実に製造することができる。

また、シール部材の位置精度は、金型寸法によって決まるため、金型の精度を上げるなどすれば、比較的簡便に高精度でシール部材を成型することができる。

本開示に係る第８の態様のセパレータ−シール部材接合体において、前記第７の態様における前記加硫工程において、前記仕切り部材成型溝から溢れた余剰のシール材料を、前記キャビティプレートに設けられたシール材料流入溝を通じて、前記セパレータの電極部に設けられた前記凹部に流入させてもよい。

この構成によれば、電極部に形成される凹部の面積を小さくすることができるため、電極部の発電面積をより多く確保することができる。

本開示に係る第９の態様の燃料電池は、前記第１〜６のいずれかの態様におけるセパレータ−シール部材接合体を備えてもよい。

この構成によれば、発電性能の低下を抑制することができるとともに、安価で信頼性の高い燃料電池を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、これらの図面の記載により、本開示は制限されるものではない。

（実施の形態１）
＜燃料電池の構成＞
図１に、実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体を用いた高分子電解質型燃料電池（以下、「燃料電池」と称する。）の基本構成（単電池）の要部概略断面図を示す。燃料電池１００は、図１に示すように、主として膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｎｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１と、膜電極接合体１を挟持する一対のセパレータ−シール部材接合体１１０、１２０とを含む構成の単電池を具備する。なお、本明細書では、セパレータ上にシール部材が接合されたものをセパレータ−シール部材接合体と称している。

ＭＥＡ１は、イオン交換膜を備える電解質膜２と、この電解質膜２の一面に配置されたアノード３と、電解質膜２の他面に配置されたカソード４と、を備える。アノード３は、電解質膜２の一面に接する触媒層を備えるアノード触媒層５と、アノード触媒層５に接して配置され、反応ガスの拡散性および排水性をよくするためのガス拡散層７と、を具備する電極である。また、カソード４は、電解質膜２の他面に接する触媒層を備えるカソード触媒層６と、カソード触媒層６に接して配置されるガス拡散層８と、を具備する電極である。

高分子電解質膜２は、水素イオンを選択的に輸送する陽イオン交換樹脂で構成される。触媒層５、６は、白金などの触媒機能を有する金属が担持させたカーボン粉末を主成分として構成されている。ガス拡散層７および８は、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）の通気性と電子の伝導性を併せ持つ機能を有している。

アノード３側に配置されるセパレータ−シール部材接合体１１０は、ガス流路１３及び冷却流路１５を備えたアノード側セパレータ１１と、アノード側セパレータ１１上に設けられたシール部材１７０と、を備える。

カソード４側に配置されるセパレータ−シール部材接合体１２０は、ガス流路１４及び冷却流路１６を備えたカソード側セパレータ１２と、カソード側セパレータ１２上に設けられたシール部材１８０と、を備える。

燃料電池１００におけるＭＥＡ１では、以下に示す反応が行われる。
アノード側： Ｈ_２ → ２Ｈ^＋ ＋２ｅ⁻
カソード側： ２Ｈ^＋ ＋２ｅ⁻ ＋（１／２）Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ
具体的には、ＭＥＡ１のアノード３側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜２中をカソード４側に移動する。ＭＥＡ１のカソード４側では、酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、または、セル積層体の一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通してセル積層体の他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われる。

上記の反応を行うことにより、燃料電池１００は、電気を発生させている。

燃料電池１００は、ＭＥＡ１と両極のセパレータ−シール部材接合体１１０、１２０とを備えた単位セルを１層以上積層してセルスタックとして構成されてもよい。

＜セルスタックの構成＞
図２は、単位セル２７ごとに直列に積層させたセルスタック２００の模式図である。図２に示すように、セルスタック２００は、正負極を直列に積層した積層体２０と、積層体２０の積層方向の両端面に配置された端板２１および集電板２２とを備える。積層体２０と、端板２１と、集電板２２とは、ボルト１９で締結されている。

積層体２０は、複数の単位セル２７を直列に積層させて形成される。セルスタック２００は、一般に、要求される出力に応じて２〜２００段程度に単位セル２７を積層して形成される。

単位セル２７のアノード面およびカソード面には、それぞれシール部材（それぞれ図示せず）が設けられている。これらのシール部材は、例えば環状形状を有し、ＭＥＡ１の両外面に、触媒層５、６およびガス拡散層７、８からなる電極を囲むように配設されている。

セルスタック２００においては、ガス出入口配管２３および２４から反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）を各単位セル２７に供給および排出している。例えば、ガス出入口配管２３から供給された反応ガスは、セパレータの内面（ＭＥＡ１と接触する側の面）に形成されたガス流路１３および１４を通じて、アノード３およびカソード４に供給される。アノード３およびカソード４では、反応ガスが電気化学的に反応し、電気と熱とを発生させる。電極反応により生成した生成物や未反応の反応物を含むガスは、ガス流路１３および１４を通って、ガス出入口配管２４から排出される。

セルスタック２００においては、冷却流体出入口配管２５および２６から冷却流体を各単位セル２７に供給および排出している。例えば、冷却流体出入口配管２５から供給された冷却流体が、セパレータの外面に形成された冷却流体流路１５および１６を介して、単位セル２７のセパレータ間に供給される。単位セル２７のセパレータ間に供給された冷却流体は、ＭＥＡ１で発生した熱を回収し、冷却流体出入口配管２６からセルスタック２００の外に排出される。排出された冷却媒体は、例えば、熱交換器によって熱交換され、再び流体出入口配管２５を通って単位セル２７のセパレータ間に供給される。

ガス流路１３および１４と、冷却流体流路１５および１６とは、上流端が供給マニホールド孔に接続され、下流端が排出マニホールド孔に接続される。また、単位セル２７のセパレータの周縁部には上流および下流端に接続されるように構成されたマニホールド孔（図示せず）が設置されており、マニホールド孔の周囲においてもシール部材が構成されている（図示せず）。これにより、反応ガスや冷却水などの流体は、各マニホールドを経ることで供給及び排出することができる。

セルスタック２００に用いられるセパレータは、導電性を有し、隣接するＭＥＡ１を互いに電気的に直列に接続されている。即ち、アノード側セパレータ１１およびカソード側セパレータ１２の双方は、隣接するセル間の電子の通路も担っている。

また、アノード側セパレータ１１及びカソード側セパレータ１２の冷却流体流路１５および１６が形成される面には、冷却流体流路１５および１６を流通する冷却流体を封止するためのシール部材を備えたセパレータ（図示せず）が配置されてもよい。このようなセパレータの構造により、冷却用セパレータを余分に積層しなくてもよいので、セパレータの積層枚数を減らすことができる。

＜セパレータ−シール部材接合体の構成＞
実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体の構成について説明する。なお、以降の説明では、アノード３側に配置されるセパレータ−シール部材接合体１１０を用いて説明する。カソード４側に配置されるセパレータ−シール部材接合体１２０については、セパレータ−シール部材接合体１１０と構成が同じであるため省略する。

図３は、実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の一例を示す正面図であり、図４は、図３におけるセパレータ−シール部材接合体の１１０のＺ１部分の拡大図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面図を示す。また、図６は、シール部材１７０が転写された後のセパレータ−シール部材接合体１１０を示す概略断面図である。これらのシール部材の形状は、一例であって、本発明を限定するものではない。

図３に示すように、セパレータ−シール部材接合体１１０は、セパレータ１１と、セパレータ１１上に設けられたシール部材１７０と、を備える。

セパレータ１１は、ガス流路４３（１３）と、凹部１３０と、冷却流体流路１５と、を備える。シール部材１７０は、メインシール部材１７と、仕切り部材３８と、を備える。

セパレータ１１は、ＭＥＡ１と接する側の面に段差を設けた構成を有する。即ち、セパレータ１１は、ＭＥＡ１と接する側の面を凸状に隆起させ、この凸状部分４１と、セパレータ１１の縁との間に段差を形成している。セパレータ１１は、凸状部分４１においてＭＥＡ１のアノード３に接するように構成されている。本明細書では、セパレータ１１上に形成された凸状部分４１を電極部と称する。

図３及び図４に示すように、ガス流路４３は、電極部４１に設けられている。ガス流路４３は、燃料ガスを供給し、電極反応により生成した生成物や未反応の反応物を含むガスをＭＥＡ１の外部に運び去るための流路である。本明細書では、セパレータ１１において、ガス流路４３の形成される面（電極部のうちＭＥＡ１と接触する面）を電極面と称する。電極面は、発電を行う発電面である。なお、図３に示すガス流路４３は、図１に示すガス流路１３に相当するものである。

ガス流路４３のデザインは、発電条件に起因することが多いが、ＭＥＡ１の各ガス拡散層にガスを供給できる構造を有することができれば、特に制限されない。ガス流路４３としては、例えば、ストレート、サーペンタイン、コルゲートなどの流路が用いられてもよく、かつそれぞれが連続であっても非連続であってもよい。ガス流路４３については、ガス拡散層へのガス供給のしやすさから、主に図３に示すサーペンタイン流路が好適に用いられる。なお、ストレート流路とは、ガス流路４３が、入口から出口までが直線で繋がっている流路である。コルゲート流路とは、１枚のセパレータの一方面の溝が裏面のリブの関係になるような断面構造であり、セパレータの厚みを極力低減することができる。

ガス流路４３は、製造工程を簡素化できる等の利点から、セパレータ１１のアノード３に接する側の主面に、溝を設けて形成する方式が一般的である。

凹部１３０は、電極部４１の縁５３付近に形成されている。具体的には、図３及び図４に示すように、凹部１３０は、メインシール部材１７から分岐して延びる仕切り部材３８が延びる方向の延長線上にある電極部４１の電極面の縁５３に複数設けられる。なお、実施形態１では、凹部１３０が電極部４１の電極面の縁５３に設けられた構成について説明したが、これに限定されない。例えば、凹部１３０は、電極面の縁５３から離れて設けられてもよい。

凹部１３０は、意図しない場所（例えば、電極面やガス流路４３等）にバリが発生することを抑制するものである。例えば、仕切り部材３８の成型時に余剰のシール部材が流れ込むことにより、電極部４１の電極面にバリが発生することを抑制するものである。図３〜図６に示すように、凹部１３０は、第１の領域３９と、第２の領域４０とを有している。第２の領域４０は、第１の領域３９よりもセパレータ１１の中央側（仕切り部材３８から離れる方向）に位置している。第１の領域３９と、第２の領域４０とは、溝状に形成されており、第２の領域４０における溝の深さ（セパレータ１１の厚み方向の長さ）が、第１の領域３９における溝の深さよりも大きい。

第１の領域３９は、シール部材１７０の体積に応じて適切な大きさに設計される。例えば、第１の領域３９は、シール部材１７０の成型時に、余剰のシール部材が第１の領域３９から溢れない程度の大きさに設計される。このように設計することにより、第１の領域３９にゴム（シール材料）が充填されて電極部４１の電極面に余剰のシール部材（バリ）が発生することを抑制することができる。また、第１の領域３９は、メインシール部材１７および仕切り部材３８を形成する際に、余剰のシール部材のみが流入する程度の大きさに設計される。このような構成により、第１の領域３９にシール部材が流れ込みすぎて、メインシール部材１７及び仕切り部材３８を成型するためのシール材料が不足することを抑制できる。

このように、セパレータ−シール部材接合体１１０は、第１の領域３９と、第２の領域４０とを含む凹部１３０を有することで、電極部４１の電極面に余剰のシール部材（バリ）を発生させないという効果を奏する。例えば、第２の領域４０は、深さ０．０１〜０．１mm、幅０．５〜５．０ｍｍの範囲であるのが好ましい。余剰のシール部材は、前記第１の領域３９を通して第２の領域４０に流入させるため、第１の領域３９は、第２の領域４０よりも余剰のシール部材が流れる方向の長さを短く設計してもよい。

冷却流体流路１５は、燃料電池をの電池温度を所定の温度に調節する冷却流体（冷却水等）を導入するための流路である。図１に示すように、冷却流体流路１５は、ＭＥＡ１と接触しない面（電極面と反対側の面）に形成されている。例えば、発電時においては、冷却流体流路１５を流れる冷却流体が燃料電池と外部に配置した熱交換器との間を循環することによって、電極反応により発生した熱エネルギーが、温水等の形で利用される。

冷却流体流路１５は、セパレータ１１の外側の主面（アノード３と接する面と反対の面）に溝を設けて形成する方式が一般的である。

また、図３に示すように、セパレータ１１上には、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却流体をそれぞれ供給および排出するマニホールド４４、４５、４６が設けられている。マニホールド４４では、燃料ガスが、ガス流路４３を通じて、ＭＥＡ１のアノード３側に供給及び排出される。マニホールド４６では、酸化剤ガスが、ＭＥＡ１のカソード４側に供給および排出される。マニホールド４５では、冷却流体が供給および排出される。各マニホールド４４、４５、４６の周囲には、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却流体が漏れないように、マニホールドシール部材４２が設置されている。

メインシール部材１７は、セパレータ１１上に電極部４１の周縁を囲うように環状に形成される。環状のメインシール部材１７は、ガス流路４３から漏れた燃料ガスが外部に漏れることを抑制するものである。メインシール部材１７は、例えば、図１に示すように、アノード３を囲むように燃料電池の構成要素（セパレータ１１、電解質膜２など）間に配置され、これらの構成要素間をシールしている。このような構成により、セパレータ１１、高分子電解質膜２及びメインシール部材１７によって、アノード３を包み込む一つの閉空間が形成される。この閉空間によって、アノード３に供給される反応ガスの漏れの抑制が図られている。

図３に示すように、メインシール部材１７と電極部４１の周縁との間には、他の部材との干渉による発電性能の低下や耐久性の低下などを避けるため、隙間通路４９が形成されている。

仕切り部材３８は、メインシール部材１７から分岐して形成されている。例えば、図３に示すように、仕切り部材３８は、複数設けることによって、隙間通路４９を複数の領域に分断するように仕切っている。セパレータ−シール部材接合体１１０は、仕切り部材３８によって、反応ガスが隙間通路４９を流れることを抑制している。

仕切り部材３８を設ける位置については、特に制限されることはないが、例えば、ガス流路４３がサーペンタイン流路の場合、ターン部（ガス供給流路の方向を変える領域）に設置することが好ましい。これは、各種ガスが流路４３に従って供給されず、隙間通路４９にショートカットした場合においても、環状のメインシール部材１７に沿って反応ガスが回り込むことを抑制することができる。また、反応ガスが供給される部分（例えば、図３に示すマニホールド供給孔４４等）に近い隙間通路４９に形成することにより、より効果的に反応ガスが隙間通路４９に流れ込むことを抑制することができる。

図３〜図６に示すように、仕切り部材３８の一部は、凹部１３０の内側に配置されている。具体的には、仕切り部材３８を形成するシール材料のうち、余剰のシール材料が凹部１３０に配置される。

また、図３〜６に示すように、セパレータ−シール部材接合体１１０は、さらにバリの発生を抑制するために、メインシール部材１７の外側に、サイドリップ３７を形成してもよい。サイドリップ３７は、余剰のシール部材で形成されており、余剰のシール部材がバリとして意図しない場所に形成されることを抑制するものである。

シール部材１７０は、適度な機械的強度と柔軟性を有する合成樹脂で構成される。シール部材１７０を構成する材料としては、例えば、ゴム材料や熱可塑性エラストマーや接着剤等の化合物を使用することができる。シール部材１７０の材料の具体例としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム、塩化ブチルゴム、臭化ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、ポリイソプロピレンポリマー、パーフルオロカーボン、ポリベンゾイミダゾール、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系及びポリアミド系等の熱可塑性エラストマー、あるいはイソプレンゴム及びブタジエンゴム等のラテックスを用いた接着剤、液状のポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコーンゴム、フッ素ゴム及びアクリロニトリル−ブタジエンゴム等を用いた接着剤等を挙げることができるが、これらの化合物に限定されない。また、これらの化合物を単体で用いても、あるいは２種類以上を混合もしくは複合して用いてもよい。また、耐久性を考慮した場合、フッ素ゴムを用いてもよい。シール部材１７０の形状は、特に限定されるものではないが、略矩形環状が好適に用いられる。

＜シール部形成工程＞
セパレータ−シール部材接合体１１０の製造方法のフローを図７により概略的に説明する。

図７に示すように、シール部材１７０の素材となるゴム生地の材料（シール材料）を配合し、混練する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。使用するゴムは、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ＣＲ、シリコーンなどの熱硬化性弾性体、熱可塑性弾性体、熱可塑性樹脂などや、これらの化合物を単体あるいは２種類以上を混合したもの若しくは複合材などを用いる。

次に、混練した材料に加硫を促進する促進剤を導入する（Ｓ１０３）。この工程では、加硫促進剤及び加硫剤をゴムコンパウンド（ゴム生地）に入れて、混ぜて練る。

促進剤を導入したゴム生地をキャビティプレートに射出する（Ｓ１０４）。キャビティプレートは、セパレータ１１上にシール部材１７０を成型するためのシール成型金型である。キャビティプレートについては、後述する。

ゴム生地が射出されたキャビティプレートと、セパレータ１１とを互いに面合わせの状態にして、キャビティプレートとセパレータ１１に圧力を加えながら加熱し、ゴム生地に対して一次加硫を行う（Ｓ１０６）。その後、キャビティプレート３３のみが取り外され、セパレータ１１上にシール部材１７０が転写される。これにより、セパレータ−シール部材接合体１１０が成型される。

一次加硫が終了し、キャビティプレート３３から取り外されたセパレータ−シール部材接合体１１０に対して、二次加硫を行う（Ｓ１０６）。その後、仕上げおよび検査を行う（Ｓ１０７）。

次に、セパレータ−シール部材接合体１１０の製造工程について図８〜１６を用いて説明する。

図８は、セパレータ−シール部材接合体１１０を製造するために使用されるキャビティプレート（シール成型金型）３３の概略図である。図９は、図８のＢ−Ｂ断面図であり、仕切り部材３８を形成するための仕切り部材成型溝２９が形成されている部分を示す。図１０は、図８のＣ−Ｃ断面図であり、仕切り部材成型溝２９が形成されていない部分を示す。

キャビティプレート３３は、シール部材１７０（即ちメインシール部材１７及び仕切り部材３８）をセパレータ１１上に成型するためのシール成型金型である。図８に示すように、キャビティプレート３３は、シール部材１７０を形成するシール材料を流し込むための環状のシール成型溝５０と、セパレータ１１上の構造体を逃がすための凹状の逃がし部２８と、を備える。

シール成型溝５０は、メインシール部材成型溝３０と、仕切り部材成型溝２９と、サイドリップ成型溝３２と、連結溝３１と、を含む。

メインシール部材成型溝３０は、セパレータ１１上にメインシール部材１７を成型するための溝であり、キャビティプレート３３上に環状に形成されている。仕切り部材成型溝２９は、セパレータ１１上の隙間通路４９を仕切るための仕切り部材３８を成型するための溝である。また、サイドリップ成型溝３２は、サイドリップ３７を成型するための溝であり、連結溝３１は、メインシール部材成型溝３０とサイドリップ成型溝３２とを連結する溝である。

凹状の逃がし部２８は、環状のシール成型溝５０の内側に設けられている。逃がし部２８は、キャビティプレート３３とセパレータ１１とが面合わせの状態になったとき、セパレータ１１上の構造体（例えば、凸状に形成された電極部４１）を収納する。キャビティプレート３３とセパレータ１１とが面合わせの状態とは、キャビティプレート３３の各溝が形成されている面と、セパレータ１１の電極面がある面とを合わせた状態である。

キャビティプレート３３において、仕切り部材成型溝２９が形成されている部分について図９を用いて説明する。図９に示すように、仕切り部材成型溝２９は、メインシール部材成型溝３０の内側に設けられている。仕切り部材成型溝２９の内側（キャビティプレート３３の中央側）には、凹状の逃がし部２８が形成されている。また、メインシール部材成型溝３０の外側（キャビティプレート３３の端部側）には、サイドリップ成型溝３２と、連結溝３１とが形成されている。

仕切り部材成型溝２９は、環形状のメインシール部材成型溝３０の内側に少なくとも１つ設けられている。図９に示すように、メインシール部材成型溝３０と、仕切り部材成型溝２９と、逃がし部２８とは、繋がっている。具体的には、キャビティプレート３３とセパレータ１１とを面合わせした状態において、仕切り部材成型溝２９が、逃がし部２８の内側に配置されたセパレータ１１の電極部４１の凹部１３０と対応する位置にくるように形成されている。凹部１３０に対応する位置とは、仕切り部材成型溝２９と、凹部１３０とが繋がった状態となる位置である。

このような構成によって、仕切り部材３８の成形時に、仕切り部材成型溝２９から溢れた余剰のシール材料が電極部４１の凹部１３０に流れ込むことによって、意図しない場所（例えば、電極部４１の電極面又は流路４３等）にバリが発生することを抑制することができる。また、仕切り部材成型溝２９は、メインシール部材成型溝３０から分岐して設けられているため、メインシール部材１７と、仕切り部材３８とを一体成型することができ、製造上の手間を改善することができる。このように成型された仕切り部材３８は、隙間通路４９を精度高く仕切ることができるため、反応ガスの回り込みを抑制することができる。また、キャビティプレート３３に逃がし部２８を設けることで、セパレータ１１に対し、過剰圧力を与えずシール部材の成型を行うことができる。

サイドリップ成型溝３２は、連結溝３１を介して、メインシール部材成型溝３０と繋がっている。メインシール部材１７の成型時に、余剰のシール材料が連結溝３１を介してサイドリップ成型溝３２に流れることで、意図しない場所へのバリの発生をさらに抑制することができる。

キャビティプレート３３において、仕切り部材成型溝２９が形成されていない部分について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、仕切り部材成型溝２９が設けられていない部分においては、メインシール部材成型溝３０と、逃がし部２８とは、繋がっていない。

図１１は、キャビティプレート３３にシール材料５２を流し込むための工程（ワンフロー）を示す。この工程は、図７のステップＳ１０４の射出工程を示す。図１１に示すように、キャビティプレート３３がプレス装置に固定されると、導入口３４から未加硫のシール材料５２が導入される。シール材料５２は、キャビティプレート３３のメインシール部材成型溝３０に射出される。図１１に示すシール材料５２の導入方法は、一例であって、各成型体を得られるのであれば、この方法に限定されない。

図１２及び図１３は、プレス装置から取り外されたキャビティプレート３３の状態の図を示す。図１２及び図１３に示すように、プレス装置から取り外されたキャビティプレート３３では、メインシール部材成型溝３０にシール材料５２が充填されている。シール材料５２の充填量は、メインシール部材成型溝３０の容積に対し、１００〜１５０％を超えない範囲で適宜設定されるのが好ましい。これは、メインシール部材成型溝３０の隅々まで同一圧でシール材料５２が充填される必要があるため、過剰量を充填している。また、このメインシール部材成型溝３０に充填されたシール材料５２は、仕切り部材３８を形成する材料にもなる。

図１４及び図１５は、シール材料５２が射出されたキャビティプレート３３と、セパレータ１１とに圧力を加えながら、加熱を行うと同時に加硫を行う加硫工程を示す。この工程は、図７のステップＳ１０５の一次加硫工程を示す。図１４及び図１５に示すように、キャビティプレート３３と、セパレータ１１とが、互いに面合わせの状態で、一対の熱板３５間に配置される。一対の熱板３５間に配置されたキャビティプレート３３と、セパレータ１１とは、シリンダー３６によって押圧され、加熱及び加硫が行われる。これにより、シール材料５２が加硫され、セパレータ１１上にシール部材１７０が形成される。

図１４及び図１５に示すように、キャビティプレート３３とセパレータ１１とに圧力を加えると、メインシール部材成型溝３０に過剰充填されたシール材料５２の一部が、仕切り部材成型溝２９に流れ込む。仕切り部材成型溝２９が、シール材料で充填されると、仕切り部材成型溝２９から溢れた余剰のシール材料が、セパレータ１１の電極部４１に設けられた凹部１３０（第１の領域３９および第２の領域４０）に流入する。このように、余剰のシール材料が電極部４１の凹部１３０に流入することによって、電極部４１の電極面にバリが発生することを抑制することができる。また、メインシール部材成型溝３０に充填されたシール材料５２の一部は、連結溝３１を経てサイドリップ成型溝３２にも流れ込む。このように、余剰のシール材料５２がサイドリップ成型溝３２に流れることで、さらに意図しない場所へのバリの発生を抑制することができる。

なお、シリンダー３６によって加える圧力はセパレータ１１の種類やシール部材によっても変わるが、０．１ＭＰａから１万ＭＰａ以内であることが好ましい。

図１６は、シール部材１７０を転写するためにキャビティプレート３３のみをセパレータ１１から取り外す離型工程を示す。シール部材１７０をセパレータ１１に転写することによって、セパレータ−シール部材接合体１１０を得ることができる。

セパレータ−シール部材接合体１１０に用いるセパレータ１１の材料は、加熱加圧を行うため、１８０℃ないしは２００℃程度の耐熱性を有し、曲げ強度に対しても４０ＭＰａ〜５０ＭＰａであることが望ましい。これらの条件を満たす材料の一例として、カーボン材、ＳＵＳ、鉄、アルミ、ＰＰＳ、セラミックがあり、また導電性を有する必要があることから、特にカーボン材およびＳＵＳなどの金属材が好適に用いられる。

セパレータ１１の表面に、未加硫シール部材を形成するシール部形成工程においては、材料を適量成型させる押出し成型など公知の方法を用いることができるが、量産性の観点から、インジェクション成型あるいはその類の成形方法が好適に用いられる。

セパレータを金型にセットする際の金型温度はシール材の加硫が完了する温度が好ましく、シール部材の加硫温度から金型温度を設定する。

キャビティプレート３３の材料は、鉄‐炭素‐クロムをベースとした合金にモリブデン‐タングステンなどで構成されているダイス鋼などの合金化された鉄鋼材料など公知の材料を用いることができる。特に磨耗を防ぐことができる超硬合金は好適に用いられる。

耐久性や品質保証の観点から、無電解ニッケルめっきや、硬質クロムめっき、物理蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）皮膜や化学蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるＴｉＣ皮膜処理などの公知の表面処理を用いることができる。

＜作用効果＞
実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０では、メインシール部材１７と、仕切り部材３８とを一体で形成することができるため、製造上の手間が改善できる。また、セパレータ−シール部材接合体１１０は、仕切り部材３８によって反応ガスが隙間通路４９に回り込むことを有効に抑制することができる。そのため、セパレータ−シール部材接合体１１０では、反応ガスが隙間通路４９通って、ＭＥＡ１の外部に漏れることを抑制し、発電性能を向上させることができる。さらに、セパレータ−シール部材接合体１１０では、余剰のシール部材を電極部４１に設けられた凹部１３０（第１の領域３９及び第２の領域４０）に逃がすことができるため、意図しない場所（例えば、流路４３や電極面等）へのバリの発生を抑制することができる。このように、セパレータ−シール部材接合体１１０では、バリを発生させる位置を制御することができるため、電極面に生じたバリによる抵抗の増加を抑制でき、発電性能の低下を抑制することできる。さらに、セパレータ−シール部材接合体１１０では、キャビティプレート３３の押圧時において、電極面に生じたバリに応力が集中し、セパレータ１１が破損することを抑制することができる。

セパレータ−シール部材接合体１１０の製造方法では、セパレータ１１へ転写成型によってシール部材１７０を形成することできるため、適量のシール材料で、セパレータ１１にシール部材１７０を形成することができる。その結果、セパレータ−シール部材接合体１１０の製造においては、材料コストを低減することができる。また、セパレータ−シール部材接合体１１０の製造方法では、余剰のシール材料を第１の領域３９および第２の領域４０に逃がすことができるため、キャビティプレート３３への未加硫シール材料の付着やセパレータ１１への再付着を抑制することもできる。その結果、セパレータ−シール部材接合体１１０の製造方法では、逃がし溝（電極部に設けられた凹部）のない成型手法と比べ、キャビティプレート３３の清掃時間などの短縮ができるため、タクトを向上することができる。

（実施の形態２）
本開示の実施形態２におけるセパレータ−シール部材接合体について、図１７及び図１８を用いて説明する。

図１７は、実施形態２におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ａの概略図を示す。図１８は、図１７のＤ−Ｄ断面図を示す。図１７及び図１８に示すように、実施形態２におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ａは、前述の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の構成と比べて、第２の領域４０ａの形状が異なる。具体的には、第２の領域４０ａの深さが、仕切り部材３８から離れる方向に向かって大きくなるように形成されている。実施形態２におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ａにおいて、その他の構成は、実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の構成と同じである。ここで、第２の領域４０ａの深さとは、セパレータ１１の厚み方向における第２の領域４０ａの長さである。

図１７及び図１８に示すように、セパレータ−シール部材接合体１１０ａにおいては、第２の領域４０ａの深さが、仕切り部材３８から離れる方向に向かって大きくなるように構成されている。この構成により、加硫工程において、第１の領域３９ａから第２の領域４０ａにシール材料が流入する際に、第２の領域４０ａの導入口が狭いことで、未加硫のシール材料（ゴム材料）に対して圧力を付与しやすくなる。したがって、セパレータ−シール部材接合体１１０ａは、実施形態１のように、第１の領域３９と第２の領域４０との間に段差がある場合（図５参照）と比べて、シール材料に対して加硫をしやすくなる。そのため、セパレータ−シール部材接合体１１０ａでは、未加硫のシール材料がキャビティプレート３３やセパレータ１１へ付着することを抑制することができ、キャビティプレート３３などを清掃する清掃工程を短縮化させることができる。

なお、実施形態２においては、第２の領域４０ａの深さが、仕切り部材３８から離れる方向に向かって大きくなる構成について説明したが、これに限定されない。例えば、第１の領域３９ａと第２の領域４０ａとの両方が、仕切り部材３８から離れる方向に向かって大きくなる構成であってもよい。

（実施の形態３）
本開示の実施形態３におけるセパレータ−シール部材接合体について、図１９及び図２０を用いて説明する。

図１９は、実施形態３におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｂの概略図を示す。図２０は、図１９のＥ−Ｅ断面図を示す。図１９及び図２０に示すように、実施形態３におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｂは、前述の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の構成と比べて、第２の領域４０ｂの形状が異なる。具体的には、第２の領域４０ｂが、細長形状に形成されている。実施形態３におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｂにおいて、その他の構成は、実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の構成と同じである。

図１９及び図２０に示すように、セパレータ−シール部材接合体１１０ｂにおいては、第２の領域４０ｂが、ガス流路４３の流路間を仕切り部材３８の延びる方向に向かって細長く延びるように構成されている。セパレータ−シール部材接合体１１０ｂにおいては、第２の領域４０ｂがガス流路４３の流路間に形成されているため、第２の領域４０ｂによってガス流路４３の形状を大きく変える必要がない。例えば、電極部４１におけるガス流路４３のターン部（ガス流路４３の方向を変える領域）においては、第２の領域４１ｂを避けるため、ガス流路４３を変形させているが、セパレータ−シール部材接合体１１０ｂにおいては、このガス流路４３の変形量を少なくできる。したがって、セパレータ−シール部材接合体１１０ｂでは、電極部４１の電極面の面積に対してガス流路４３の面積（即ち、発電面積）を大きく取ることができ、発電性能を向上させることができる。

なお、実施形態３においては、第２の領域４０ｂがガス流路４３の流路間を延びる細長い溝として説明したが、これに限定されない。ガス流路４３の面積（発電面積）を大きくとることができればよく、第２の領域４０ｂは、例えば、ガス流路４３の形状に沿った形状であってもよい。

（実施の形態４）
本開示の実施形態４におけるセパレータ−シール部材接合体について、図２１及び図２２を用いて説明する。

図２１は、実施形態４におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｃの概略図を示す。図２２は、図２１のＦ−Ｆ断面図を示す。図２１及び図２２に示すように、実施形態４におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｃは、前述の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の構成と比べて、第１の領域３９ｃと第２の領域４０ｃとが形成されている位置が異なる。具体的には、第１の領域３９ｃと第２の領域４０ｃとが、セパレータ１１の内部、即ち凸状に形成された電極部４１の内部に形成されている。実施形態４におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｃにおいて、その他の構成は、実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の構成と同じである。

図２１及び図２２に示すように、セパレータ−シール部材接合体１１０ｃにおいては、第１の領域３９ｃと第２の領域４０ｃとが、電極部４１の電極面に形成されず、電極部４１の内部に形成されている。このような構成により、電極面における発電面積を犠牲にすることなく、電極面等へのバリを抑制することができる。

（実施の形態５）
本開示の実施形態５におけるセパレータ−シール部材接合体について、図２３を用いて説明する。

図２３は、実施形態５におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｄとキャビティプレート３３ｄの概略図を示す。図２３に示すように、実施形態５におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｄは、前述の実施形態１におけるセパレータ−シール部材接合体１１０の構成と比べて、第１の領域が形成されていない点で異なる。具体的には、実施形態５におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｄは、仕切り部材３８から離れた位置（電極部４１の電極面の縁５３から離れた位置）に第２の領域４０ｄが形成されている。また、実施形態５におけるセパレータ−シール部材接合体１１０ｄの製造方法においては、キャビティプレート３３ｄにシール材料流入溝５１が形成されている。

図２３に示すように、実施形態５では、セパレータ−シール部材接合体１１０ｄを製造するときに、シール材料流入溝５１を備えるキャビティプレート３３ｄを用いる。シール材料流入溝５１は、加硫工程時に、仕切り部材成型溝２９から溢れた余剰のシール材料を、第２の領域４１ｄに流入させるための溝である。キャビティプレート３３ｄが、セパレータ１１に押圧されたとき、キャビティプレート３３ｄの仕切り部材成型溝２９と、シール材料流入溝５１と、セパレータ１１上の第２の領域４０ｄとが繋がった状態となる。したがって、加硫工程において、キャビティプレート３３ｄがセパレータ１１に対して押圧されると、仕切り部材成型溝２９から溢れた余剰のシール材料が、シール材料流入溝５１を通じて、第２の領域４０ｄに流れ込む。このように、実施形態５では、第１の領域を電極面に設けないため、実施形態１と比べて、電極部４１の電極面における発電面積を大きく取ることができ、発電性能を向上させることができる。

また、加硫が終了し、キャビティプレート３３ｄをセパレータ１１から取り外す場合においても、余剰のシール材料がキャビティプレート３３ｄに付着した状態で、キャビティプレート３３ｄが離型する。したがって、実施形態５では、電極部４１の電極面に余剰のシール材料が残らないため、電極面にバリが発生しにくい。

次に、本開示のセパレータ−シール部材接合体の変形例について説明する。なお、変形例については、実施形態１〜５におけるセパレータ−シール部材接合体の構成と異なる部分についてのみ説明する。

＜変形例１＞
本開示のセパレータ−シール部材接合体の変形例１について図２４及び図２５を用いて説明する。
図２４及び図２５は、余剰のシール材料の逃がし溝である凹部１３０において、第１の領域３９ｄ、３９ｆのみを設けたセパレータ−シール部材接合体１１０ｅ、１１０ｆの概略図である。図２４及び図２５に示すように、セパレータ−シール部材接合体１１０ｅ、１１０ｆでは、第２の領域を設けず、第１の領域３９ｅ、３９ｆのみを設けた構成としている。このような構成により、セパレータ−シール部材接合体１１０ｅ、１１０ｆでは、電極部４１の電極面における発電面積をより多く確保することができ、発電性能を向上させることができる。例えば、セパレータ−シール部材接合体１１０ｅ、１１０ｆは、余剰のシール材料の量を少なくし、メインシール部材１７の体積を小さく設計する場合などに有益である。

＜変形例２＞
本開示のセパレータ−シール部材接合体の変形例２について図２６及び図２７を用いて説明する。
図２６及び図２７は、第２の領域４０ｇ又は第１の領域３９ｈを曲面に形成したセパレータ−シール部材接合体１１０ｇ、１１０ｈの概略図である。図２６及び図２７に示すように、セパレータ−シール部材接合体１１０ｇ、１１０ｈでは、第２の領域４０ｇ又は第１の領域３９ｈの角に丸み（アール）を大きく取ることによって、曲面を形成している。このような構成により、セパレータ−シール部材接合体１１０ｇ、１１０ｈでは、加硫工程において、加熱及び加硫が行われる際に、加熱によるシール材料の線膨張によって生じる局所的荷重を回避することができ、セパレータ１１の破損を防ぐことができる。

上記した変形例１及び２は、一例であって、本開示のセパレータ−シール部材接合体を制限するものではない。

なお、実施の形態１〜５におけるセパレータ−シール部材接合体１１０は、第１の領域３９のみに仕切り部材３８の一部が配置されている構成を説明したが、これに限定されない。例えば、第１の領域３９と第２の領域４０との両方に仕切り部材３８の一部が配置されていてもよい。

また、仕切り部材３８は、隙間通路４９に複数設ける構成について説明したが、これに限定されない。仕切り部材３８は、隙間通路４９に少なくとも１つ設けていればよい。

本開示をある程度の詳細さをもって実施の形態１〜５を用いて説明したが、これらの実施の形態の開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各実施の形態における要素の組合せや順序の変化は請求された本発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本開示のセパレータ−シール部材接合体は、製造上の手間を改善しつつ、発電性能の低下を抑制することができ、かつ電極部等のバリの発生を十分に抑制することができるため、燃料電池等の技術分野に有用である。

１００ 燃料電池
１ 膜電極接合体（ＭＥＡ）
２ 高分子電解質膜
３ アノード
４ カソード
５ アノード触媒層
６ カソード触媒層
７ ガス拡散層（アノード側）
８ ガス拡散層（カソード側）
９ アノード側隙間
１０ カソード側隙間
１１ アノード側セパレータ
１２ カソード側セパレータ
１３ 燃料ガス流路（アノード側）
１４ 酸化剤ガス流路（カソード側）
１５、１６ 冷却流体流路
１７ メインシール部材（アノード側）
１８ メインシール部材（カソード側）
１９ ボルト
２０ 積層体
２１ 端板
２２ 集電板
２３、２４ ガス出入口配管
２５、２６ 冷却流体出入口配管
２７ 単位セル
２８ 逃がし部
２９ 仕切り部材成型溝
３０ メインシール部材成型溝
３１ 連絡溝
３２ サイドリップ成型溝
３３ キャビティプレート
３４ 導入口
３５ 熱板
３６ シリンダー
３７ サイドリップ
３８ 仕切り部材（アノード側）
３９ 第１の領域
４０ 第２の領域
４１ 電極部
４２ マニホールドシール部材
４３ 流路
４４ マニホールド（燃料ガス）
４５ マニホールド（冷却流体）
４６ マニホールド（酸化剤ガス）
４７ セパレータ−シール部材接合体の部分拡大図
４８ 仕切り部材（カソード側）
４９ 隙間通路
５０ シール成型溝
５１ シール部材流入溝
５２ シール材料
５３ 縁
１１０ セパレータ−シール部材接合体（アノード側）
１２０ セパレータ−シール部材接合体（カソード側）
１３０ 凹部（アノード側）
１４０ 凹部（カソード側）
１７０ シール部材（アノード側）
１８０ シール部材（カソード側）

Claims (9)

1. セパレータと、前記セパレータ上に設けられたシール部材とを備えた、セパレータ−シール部材接合体であって、
   前記セパレータは、凸状に形成された電極部に設けられた溝状の流路と、前記電極部に設けられた凹部と、を備え、
   前記シール部材は、前記電極部の周縁を囲むように設けられたメインシール部材と、前記メインシール部材から分岐して形成され、前記メインシール部材と前記電極部の周縁との間の隙間通路を仕切る仕切り部材と、を備え、
   前記凹部は、前記仕切り部材の延長線上の、前記電極部の縁付近に形成された、セパレータ−シール部材接合体。
2. 前記仕切り部材の一部は、前記凹部に配置された、請求項１に記載のセパレータ−シール部材接合体。
3. 前記凹部は、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記仕切り部材から離れる方向に位置する第２の領域と、を有し、
   前記第２の領域の深さは、前記第１の領域の深さよりも大きくなるように構成された、
   請求項１または２に記載のセパレータ−シール部材接合体。
4. 前記凹部の深さは、前記仕切り部材から離れる方向に向かって大きくなるように構成された、
   請求項３に記載のセパレータ−シール部材接合体。
5. 前記シール部材が、熱硬化性弾性体、熱可塑性弾性体または熱可塑性樹脂である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセパレータ−シール部材接合体。
6. 前記シール部材が、少なくともフッ素ゴムを含む材料で構成されている、請求項５に記載のセパレータ−シール部材接合体。
7. セパレータと、前記セパレータ上に設けられたシール部材とを備えた、セパレータ−シール部材接合体の製造方法であって、
   前記シール部材を形成するシール材料を配合する配合工程と、
   配合された前記シール材料を混練する混練工程と、
   混練された前記シール材料に加硫を促進する促進剤を導入する促進剤導入工程と、
   前記促進剤が導入された前記シール材料を、メインシール部材成型溝と、前記メインシール部材成型溝と連結された仕切り部材成型溝と、を備えるキャビティプレートに射出する射出工程と、
   前記シール材料が射出された前記キャビティプレートを、凸状に形成された電極部の縁付近に凹部を設けたセパレータに対して押圧しつつ加熱及び加硫を行う加硫工程と、
   を含む、セパレータ−シール部材接合体の製造方法。
8. 前記加硫工程において、前記仕切り部材成型溝から溢れた余剰のシール材料を、前記キャビティプレートに設けられたシール材料流入溝を通じて、前記セパレータの電極部に設けられた前記凹部に流入させる、請求項７に記載のセパレータ−シール部材接合体の製造方法。
9. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のセパレータ−シール部材接合体を備えた燃料電池。

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