JP2022121879A - ビードシール構造の製造方法及びビードシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池用金属セパレータのビードシール構造の製造において、ゴムシール形成用の液状材料の塗布位置を決めやすいとともに、頂部に形成されるゴムシールの厚みを確保しやすくする。【解決手段】燃料電池用金属セパレータ１４のビードシール構造４５は、ビード部１５ｂを備え、ビード部１５ｂの頂部５０は、圧縮荷重が付与される前の状態で凹部５１を有する。ビードシール構造４５の製造方法では、頂部５０に凹部５１が形成されたビード部１５ｂを有する金属プレート１５を提供する工程と、ビード部１５ｂの凹部５１にゴムシール形成用の液状材料５６ｍを塗布し、ゴムシール５６を形成する工程とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池用金属セパレータのビードシール構造の製造方法及び燃料電池用金属セパレータのビードシール構造に関する。

従来、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方面にアノード電極が配置され、電解質膜の他方面にカソード電極が配置されてなる電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡの両側にそれぞれ配置されたセパレータ（バイポーラ板）とを備えた燃料電池（発電セル）は公知である。通常、所定の数の発電セルが積層されることにより燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。

燃料電池では、セパレータとして金属セパレータが使用される場合がある。その際、金属セパレータには、酸化剤ガス及び燃料ガスである反応ガスや冷却媒体の漏れを防止するために、シール部材が設けられている。シール部材は、フッ素系やシリコーン等の弾性ゴムシールが使用されており、コストが高騰するという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されているように、弾性ゴムシールに代えて、金属セパレータにシーリングビード（ビードシール）を成形する構成が採用されている。ビードシールは、金属セパレータの平坦部（ベースプレート部）から膨出した形状を有する。ビードシールは、プレス成形されるため、製造コストが安価になるという利点がある。

特許文献２には、所望のシール性を確保するため、金属製のビード部の頂部にシート状のゴムシールを配置したビードシール構造が開示されている。

米国特許第６６０５３８０号明細書 特開２０１８－１２５２５８号公報

ビードシール構造の製造においては、ビード部の頂部にゴムシールを設けるために、ビード部の頂部に液状材料が塗布される。ビード部の幅は通常狭く（例えば、数ｍｍ程度）、ビード部の頂部に高精度で液状材料を塗布する必要がある。その際、塗布面であるビード部の頂部は平坦で、頂部両端がベースプレート側にわずかに湾曲しているため、液状材料のはみ出しが生じやすい。また、ゴムシールの厚みは極めて薄いため、シール荷重特性が敏感になり仕様設定範囲が狭くなりやすい。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ゴムシール形成用の液状材料の塗布位置を決めやすいとともに、頂部に形成されるゴムシールの厚みを確保しやすい燃料電池用金属セパレータのビードシール構造の製造方法及び燃料電池用金属セパレータのビードシール構造を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、燃料電池用金属セパレータのビードシール構造の製造方法であって、ベースプレート部と、前記ベースプレート部から前記燃料電池用金属セパレータの厚さ方向に突出したビード部とを有する金属プレートを提供する工程であって、前記ビード部の頂部は、前記ベースプレート部からの前記ビード部の突出方向と反対方向に凹んだ凹部を有する、金属プレート提供工程と、前記ビード部の前記凹部にゴムシール形成用の液状材料を塗布し、ゴムシールを形成するゴムシール形成工程と、を有する、ビードシール構造の製造方法である。

本発明の第２の態様は、燃料電池用金属セパレータのビードシール構造であって、前記燃料電池用金属セパレータは、電解質膜・電極構造体と積層されて発電セルを構成し、積層方向に圧縮荷重が付与されるものであり、前記ビードシール構造は、セパレータ本体を構成する金属プレートのベースプレート部から当該金属プレートの厚み方向に突出したビード部と、前記ビード部の頂部に配置されたゴムシールと、を備え、前記圧縮荷重が付与される前の状態で、前記ビード部の前記頂部は、前記ベースプレート部からの前記ビード部の突出方向と反対方向に凹んだ凹部を有し、前記凹部に前記ゴムシールが配置されている、ビードシール構造である。

本発明によれば、ゴムシール形成用の液状材料の塗布位置を決めやすいとともに、頂部に形成されるゴムシールの厚みを確保しやすい。

発電セルの分解斜視図である。 図１に示した発電セルの断面図である。 図３Ａは本発明の実施形態に係るビードシール構造の断面図であり、図３Ｂは他の態様に係るビードシール構造の断面図である。 第２金属セパレータの平面図である。 本発明の実施形態に係るビードシール構造の製造方法を示すフローチャートである。 図６Ａは金属プレート提供工程の説明図であり、図６Ｂはゴムシール形成工程の説明図である。

図１及び図２に示すように、発電セル（燃料電池）１０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体（以下、「樹脂枠付きＭＥＡ１２」という）と、樹脂枠付きＭＥＡ１２の両側にそれぞれ配置された金属セパレータ１４とを備える。発電セル１０は、例えば、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型燃料電池である。

複数の発電セル１０は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層されるとともに、積層方向の締付荷重（圧縮荷重）が付与されて、燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

図１に示すように、発電セル１０の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、冷却媒体入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔１８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔２０ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔１６ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、冷却媒体入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂは、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

発電セル１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔１６ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔２０ｂ、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔１８ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔１６ａ、冷却媒体出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

発電セル１０では、樹脂枠付きＭＥＡ１２が金属セパレータ１４により挟持される。以下、樹脂枠付きＭＥＡ１２の一方面側に配設された金属セパレータ１４を「第１金属セパレータ１４ａ」ともいい、樹脂枠付きＭＥＡ１２の他方面側に配設された金属セパレータ１４を「第２金属セパレータ１４ｂ」ともいう。第１金属セパレータ１４ａ及び第２金属セパレータ１４ｂは、横長（又は縦長）の長方形状を有する。

樹脂枠付きＭＥＡ１２は、電解質膜・電極構造体１２ａ（以下、「ＭＥＡ１２ａ」という）と、ＭＥＡ１２ａの外周部に接合されるとともに該外周部を周回する樹脂枠部材２２とを備える。ＭＥＡ１２ａは、電解質膜２３と、電解質膜２３の一方の面に設けられたアノード電極２４と、電解質膜２３の他方の面に設けられたカソード電極２６とを有する。

電解質膜２３は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜２３は、アノード電極２４及びカソード電極２６に挟持される。電解質膜２３は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。

図２に示すように、アノード電極２４は、電解質膜２３の一方の面２３ａに接合される第１電極触媒層２４ａと、第１電極触媒層２４ａに積層される第１ガス拡散層２４ｂとを有する。カソード電極２６は、電解質膜２３の他方の面２３ｂに接合される第２電極触媒層２６ａと、第２電極触媒層２６ａに積層される第２ガス拡散層２６ｂとを有する。

樹脂枠部材２２は、その内周部がＭＥＡ１２ａの外周部に接合された平面形状が長方形の枠状の樹脂フィルム（サブガスケット）である。樹脂枠部材２２は一定の厚みを有する。図１において、樹脂枠部材２２の矢印Ｂ方向の一端部には、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、冷却媒体入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂが設けられる。樹脂枠部材２２の矢印Ｂ方向の他端部には、燃料ガス入口連通孔１６ａ、冷却媒体出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂが設けられる。樹脂枠部材２２に設けられる連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂは、それぞれ、第１金属セパレータ１４ａ及び第２金属セパレータ１４ｂに設けられる連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂと同一形状に設定される。

樹脂枠部材２２の構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。

なお、樹脂枠部材２２を用いることなく、電解質膜２３を外方に突出させてもよい。また、アノード電極２４及びカソード電極２６よりも外方に突出した電解質膜２３の両側に枠形状のフィルムを設けてもよい。

金属セパレータ１４は、セパレータ本体である金属プレート１５を有する。以下では、金属プレート１５自体の構成を説明する際にも、「金属セパレータ１４」との呼称を用いる場合がある。

金属プレート１５は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１金属セパレータ１４ａと第２金属セパレータ１４ｂとは、外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、接合セパレータ３２を構成する。

第１金属セパレータ１４ａの樹脂枠付きＭＥＡ１２に向かう表面１４ａｓには、燃料ガス入口連通孔１６ａと燃料ガス出口連通孔１６ｂとに連通する燃料ガス流路３８が設けられる。具体的に、燃料ガス流路３８は、第１金属セパレータ１４ａと樹脂枠付きＭＥＡ１２との間に形成される。燃料ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。

図４に示すように、第２金属セパレータ１４ｂの樹脂枠付きＭＥＡ１２に向かう表面１４ｂｓには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとに連通する酸化剤ガス流路４０が設けられる。具体的に、酸化剤ガス流路４０は、第２金属セパレータ１４ｂと樹脂枠付きＭＥＡ１２との間に形成される。酸化剤ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。

図１において、互いに隣接する第１金属セパレータ１４ａと第２金属セパレータ１４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２０ａと冷却媒体出口連通孔２０ｂとに連通する冷却媒体流路４２が、矢印Ｂ方向に延在して形成される。

第１金属セパレータ１４ａの表面１４ａｓには、流体（燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体）の漏れを防止するための第１シールライン４４が第１金属セパレータ１４ａと一体に設けられる。第１シールライン４４は、第１金属セパレータ１４ａの外周部を周回する。第１シールライン４４は、樹脂枠部材２２に向かって膨出（突出）するとともに、樹脂枠部材２２に気密及び液密に当接する。

第１シールライン４４は、複数のビードシール構造４５を有する。複数のビードシール構造４５は、外側ビードシール４５ａと、外側ビードシール４５ａよりも内側に設けられた内側ビードシール４５ｂとを有する。内側ビードシール４５ｂは、燃料ガス流路３８、燃料ガス入口連通孔１６ａ及び燃料ガス出口連通孔１６ｂを周回し且つこれらを連通させる。内側ビードシール４５ｂは、連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを個別に囲む複数の連通孔ビード部４５ｃを有する。

図４に示すように、第２金属セパレータ１４ｂの表面１４ｂｓには、流体の漏れを防止するため、この第２金属セパレータ１４ｂの外周部を周回する第２シールライン４６が第２金属セパレータ１４ｂと一体に設けられる。第２シールライン４６は、樹脂枠部材２２に向かって膨出するとともに、樹脂枠部材２２に気密及び液密に当接する。第１シールライン４４と第２シールライン４６は樹脂枠部材２２を介して対向する。樹脂枠部材２２は、第１シールライン４４と第２シールライン４６との間に挟持される。

第２シールライン４６は、複数のビードシール構造４７を有する。複数のビードシール構造４７は、外側ビードシール４７ａと、外側ビードシール４７ａよりも内側に設けられた内側ビードシール４７ｂとを有する。内側ビードシール４７ｂは、酸化剤ガス流路４０、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂを周回し且つこれらを連通させる。内側ビードシール４７ｂは、連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを個別に囲む複数の連通孔ビード部４７ｃを有する。

図２に示すように、金属セパレータ１４のセパレータ本体である金属プレート１５は、ベースプレート部１５ａと、ベースプレート部１５ａから金属セパレータ１４（金属プレート１５）の厚み方向（ＭＥＡ１２ａと金属セパレータ１４との積層方向）（矢印Ａ方向）に突出したビード部１５ｂ（メタルビード）とを有する。ビード部１５ｂは、プレス成形によりベースプレート部１５ａと一体成形される。従って、ビード部１５ｂの裏側は凹形状となっている。

ビードシール構造４５は、ビード部１５ｂと、ビード部１５ｂの頂部５０に配置されたゴムシール５６とを備える。このため、ゴムシール５６が樹脂枠部材２２に当接する。図２に示す発電セル１０は、複数積層されて燃料電池スタックを構成しており、積層方向（矢印Ａ方向）の圧縮荷重（締付荷重）が付与されている。このため、ビードシール構造４５（ビード部１５ｂ及びゴムシール５６）には積層方向の圧縮荷重が付与されている。当該圧縮荷重により、ビード部１５ｂ及びゴムシール５６は圧縮荷重付与前の状態（燃料電池スタックとして組み立てられる前の状態）に対して弾性変形している。ビードシール構造４７も、ビードシール構造４５と同様に構成されている。

図３Ａにおいて、積層方向の圧縮荷重が付与される前（弾性変形前）のビードシール構造４５（４７）が示されている。ビード部１５ｂは、ベースプレート部１５ａから積層方向（矢印Ａ方向）に離間した頂部５０と、頂部５０の幅方向両端部とベースプレート部１５ａとを繋ぐ側部５２、５３とを有する。側部５２、５３は、頂部５０側に向かって互いに近づくように、積層方向に対して傾斜する。このため、ビード部１５ｂの断面形状は、先端側（樹脂枠部材２２側）に向かって先細り形状である。

図３Ａに示すように、ビード部１５ｂの頂部５０は、ベースプレート部１５ａからのビード部１５ｂの突出方向と反対方向に凹んだ凹部５１を有する。従って、金属プレート１５の厚み方向に沿ったビード部１５ｂの断面形状は、Ｍ字形状を有する。金属セパレータ１４は電解質膜・電極構造体１２ａと積層されて発電セル１０（図１参照）を構成し、積層方向に圧縮荷重（締付荷重）が付与されるが、ビード部１５ｂは、圧縮荷重が付与される前においても凹部５１を有する。図３Ａに示す態様において、凹部５１は円弧状に湾曲している。円弧状の凹部５１の曲率半径は、例えば、１．７ｍｍ～２．５ｍｍの範囲に設定される。

頂部５０の幅Ｗ（各側部５２、５３が頂部５０に接続している箇所間の距離）は、例えば、０．８ｍｍ～２．０ｍｍの範囲に設定される。凹部５１の深さＤ（ビード部１５ｂの最も高い箇所から凹部５１の最も低い箇所までのビード突出方向（矢印Ａ方向）に沿った距離）は、例えば、０．０５ｍｍ～０．１７ｍｍの範囲に設定される。

ゴムシール５６は、ビード部１５ｂの頂部５０上に形成されたフィルム状シール部材である。ゴムシール５６の最も高い箇所は、ビード部１５ｂの最も高い箇所よりも突出している。ゴムシール５６の幅方向中央部の厚みは、ゴムシール５６の幅方向両端部の厚みよりも大きい。従って、ゴムシール５６は、幅方向中央部において最も厚くなっている。ゴムシール５６の最も厚い箇所の厚みＴは、例えば、０．１ｍｍ～０．３５ｍｍｍの範囲に設定される。ゴムシール５６の裏面形状は、ビード部１５ｂの凹部５１の形状に沿っている（図３Ａの態様では円弧状に湾曲している）。

ゴムシール５６を構成するゴム材料（樹脂材料）としては、シリコーン、ウレタン、フッ素等の熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー、又は他のエラストマー、あるいは合成ゴム、天然ゴム等が挙げられる。

金属プレート１５において、図３Ａに示すビードシール構造４５（４７）に代えて、図３Ｂに示すビードシール構造４５Ａが採用されてもよい。ビードシール構造４５Ａのビード部１５ｃの頂部５０Ａは、Ｖ字状に屈曲した凹部５１Ａを有する。ビード部１５ｃの頂部５０Ａの裏面形状は、ベースプレート部１５ａからのビード部１５ｃの突出方向と逆方向に突出した凸部である。従って、金属プレート１５の厚み方向に沿ったビード部１５ｃの断面形状は、Ｍ字形状を有する。凹部５１ＡのＶ字角度は、例えば、９５．０度～９６．５度の範囲に設定される。

凹部５１Ａに配置されたゴムシール５６Ａの裏面形状（凹部５１Ａ側の形状）は、凹部５１ＡのＶ字状に沿ったＶ字状を有する。

このように構成される発電セル１０の動作について、以下に説明する。

図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔１６ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２０ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａから第２金属セパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路４０に導入され、矢印Ｂ方向に移動してＭＥＡ１２ａのカソード電極２６に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔１６ａから第１金属セパレータ１４ａの燃料ガス流路３８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ１２ａのアノード電極２４に供給される。

従って、ＭＥＡ１２ａでは、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２４に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層２６ａ及び第１電極触媒層２４ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。

次いで、図１において、カソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔１６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔２０ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ１４ａと第２金属セパレータ１４ｂとの間の冷却媒体流路４２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ１２ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔２０ｂから排出される。

次に、本実施形態に係るビードシール構造４５の製造方法について説明する。ビードシール構造４７の製造方法も、ビードシール構造４５の製造方法と同様である。

ビードシール構造４５の製造方法は、図５に示すように、金属プレート提供工程Ｓ１と、ゴムシール形成工程Ｓ２とを有する。

金属プレート提供工程Ｓ１では、図６Ａに示すように、ベースプレート部１５ａと、ベースプレート部１５ａから金属セパレータ１４の厚さ方向に突出したビード部１５ｂとを有する金属プレート１５を提供する。ビード部１５ｂの頂部５０は、ベースプレート部１５ａからのビード部１５ｂの突出方向と反対方向に凹んだ凹部５１を有する。金属プレート提供工程Ｓ１において提供される金属プレート１５は、連通孔１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ（図１参照）が形成される前のものでもよく、あるいは当該連通孔が形成された後のものであってもよい。

ゴムシール形成工程Ｓ２では、図６Ｂに示すように、ビード部１５ｂの凹部５１にゴムシール形成用の液状材料５６ｍを塗布し、ゴムシール５６（図３Ａ）を形成する。液状材料５６ｍは、ゴムシール５６を構成する主成分であるゴム材料（例えば上記に例示したシリコーン等）と、粘度調整剤（ゼラチン等の増粘剤、シンナー等の希釈剤）とが混合したものである。液状材料５６ｍは、ゲル状、半固形状であってもよい。

凹部５１への液状材料５６ｍの塗布方法として、例えば、金属プレート１５の平面視でビード部１５ｂの延在形状に沿った開口を有するスクリーンと、スキージとを用いた塗布を採用してもよい。この場合、スクリーン上に液状材料５６ｍを載せ、スキージを水平方向に移動させることにより、スクリーンの開口を通して液状材料５６ｍをビード部１５ｂの凹部５１に塗布する。あるいは、水平移動するノズルから液状材料５６ｍを吐出することにより、凹部５１に液状材料５６ｍを塗布してもよい。

凹部５１に液状材料５６ｍが塗布されることにより、液状材料５６ｍの頂部５０側の形状（液状材料５６ｍの裏側形状）は、凹部５１の形状に沿った凸形状となる。このように凹部５１に塗布された液状材料５６ｍが硬化することにより、図３Ａに示すように凹部５１上にゴムシール５６が形成される。これによりビードシール構造４５が得られる。

なお、図３Ｂに示したビードシール構造４５Ａの製造方法は、金属プレート１５のビード部１５ｃの形状が異なる点以外は、上述したビードシール構造４５の製造方法と同様である。

本実施形態は、以下の作用効果を奏する。

本実施形態では、ビード部１５ｂの頂部５０に凹部５１が設けられているため、ゴムシール形成用の液状材料５６ｍの塗布位置を決めやすいとともに、頂部５０に形成されるゴムシール５６の厚みを確保しやすい。具体的には以下の通りである。

ビード部の頂部が平坦又は凸部である場合、セル厚みに対するシール線圧特性（シール荷重感受性）が敏感になり、仕様設定の幅が狭い。これに対し、本実施形態では、ビード部１５ｂの頂部５０に凹部５１が設けられ、この凹部５１にゴムシール５６が配置されているため、ゴムシール５６の幅方向中央部において厚みを確保しやすい。このため、セル厚みに対するシール線圧特性が緩やかになり、所望のシール性を確保しやすい。

ビード部の頂部が平坦又は凸部である場合、はみ出し等が生じやすいため厚塗りには限界がある。これに対し、本実施形態では、凹部５１に液状材料５６ｍを塗布するため、必要な部分に液状材料５６ｍを厚塗りすることができる。

ビード部の頂部が平坦又は凸部である場合、単に液状材料５６ｍを厚塗りしてゴムシールの厚みを大きくすると反応ガスの透過が増えてシール性が低下する懸念がある。これに対し、本実施形態では、ゴムシール５６の幅方向中央部は比較的厚いが、反応ガスに接触する部位であるゴムシール５６の幅方向両端部は厚みが比較的薄いため、液状材料５６ｍを厚塗りしてゴムシール５６の厚みを大きくしても反応ガスが透過しにくく、シール性の低下は起きにくい。

ビード部の頂部が平坦又は凸部である場合、塗布幅が安定しない。これに対し、本実施形態では、液状材料５６ｍを塗布する面が凹部５１であるため、塗布幅が安定する。

ビード部の頂部が平坦又は凸部である場合、所望の塗布品質を得るには、高度な塗布位置決め技術が要求される。これに対し、本実施形態では、液状材料５６ｍを塗布する面が凹部５１であるため、塗布位置が決まりやすく、高度な塗布位置決め技術を要することなく、所望の塗布品質を得やすい。

上記の実施形態をまとめると以下のようになる。

上記の実施形態は、燃料電池用金属セパレータ（１４）のビードシール構造（４５）の製造方法であって、ベースプレート部（１５ａ）と、前記ベースプレート部から前記燃料電池用金属セパレータの厚さ方向に突出したビード部（１５ｂ）とを有する金属プレート（１５）を提供する工程であって、前記ビード部の頂部は、前記ベースプレート部からの前記ビード部の突出方向と反対方向に凹んだ凹部（５１）を有する、金属プレート提供工程（Ｓ１）と、前記ビード部の前記凹部にゴムシール形成用の液状材料（５６ｍ）を塗布し、ゴムシール（５６）を形成するゴムシール形成工程（Ｓ２）と、を有するビードシール構造の製造方法を開示している。

上記の実施形態は、燃料電池用金属セパレータ（１４）のビードシール構造（４５）であって、前記燃料電池用金属セパレータは、電解質膜・電極構造体（１２ａ）と積層されて発電セル（１０）を構成し、積層方向に圧縮荷重が付与されるものであり、前記ビードシール構造は、セパレータ本体を構成する金属プレート（１５）のベースプレート部（１５ａ）から当該金属プレートの厚み方向に突出したビード部（１５ｂ）と、前記ビード部の頂部（５０）に配置されたゴムシール（５６）と、を備え、前記圧縮荷重が付与される前の状態で、前記ビード部の前記頂部は、前記ベースプレート部からの前記ビード部の突出方向と反対方向に凹んだ凹部（５１）を有し、前記凹部に前記ゴムシールが配置されている、ビードシール構造を開示している。

前記凹部は円弧状に湾曲している。

前記凹部はＶ字状に屈曲している。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０…発電セル（燃料電池） １２ａ…ＭＥＡ
１４…金属セパレータ ４５、４５Ａ、４７…ビードシール構造
５０、５０Ａ…頂部 ５１、５１Ａ…凹部
５６、５６Ａ…ゴムシール ５６ｍ…液状材料

Claims (6)

1. 燃料電池用金属セパレータのビードシール構造の製造方法であって、
   ベースプレート部と、前記ベースプレート部から前記燃料電池用金属セパレータの厚さ方向に突出したビード部とを有する金属プレートを提供する工程であって、前記ビード部の頂部は、前記ベースプレート部からの前記ビード部の突出方向と反対方向に凹んだ凹部を有する、金属プレート提供工程と、
   前記ビード部の前記凹部にゴムシール形成用の液状材料を塗布し、ゴムシールを形成するゴムシール形成工程と、を有する、
   ビードシール構造の製造方法。
2. 請求項１記載のビードシール構造の製造方法において、
   前記凹部は円弧状に湾曲している、
   ビードシール構造の製造方法。
3. 請求項１記載のビードシール構造の製造方法において、
   前記凹部はＶ字状に屈曲している、
   ビードシール構造の製造方法。
4. 燃料電池用金属セパレータのビードシール構造であって、
   前記燃料電池用金属セパレータは、電解質膜・電極構造体と積層されて発電セルを構成し、積層方向に圧縮荷重が付与されるものであり、
   前記ビードシール構造は、
   セパレータ本体を構成する金属プレートのベースプレート部から当該金属プレートの厚み方向に突出したビード部と、
   前記ビード部の頂部に配置されたゴムシールと、を備え、
   前記圧縮荷重が付与される前の状態で、前記ビード部の前記頂部は、前記ベースプレート部からの前記ビード部の突出方向と反対方向に凹んだ凹部を有し、
   前記凹部に前記ゴムシールが配置されている、
   ビードシール構造。
5. 請求項４記載のビードシール構造において、
   前記凹部は円弧状に湾曲している、
   ビードシール構造。
6. 請求項４記載のビードシール構造において、
   前記凹部はＶ字状に屈曲している、
   ビードシール構造。

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