JP3894314B2 - 燃料電池用構成部品 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用構成要素の集合体をなす燃料電池用構成部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に示すように、燃料電池は、その主な構成要素として、カーボンプレート等よりなるセパレータ（集電極）５１と、ガスを反応させるための、Ｐｔ触媒を担持させた触媒付電極（触媒層）および電解質膜（イオン交換膜）の一体品よりなる反応電極部（ＭＥＡ）５２と、ガスの拡散を促進させるためのカーボン繊維等よりなるガス拡散層（ＧＤＬ）５３と、ガスや冷媒をシールするためのガスケット（シール）５４とを有している。
【０００３】
しかしながら、従来技術では、燃料電池を組み立てる際に、これらの構成要素を順次組み付ける構成であるために、その組立てに多くの手間と時間がかかる不都合がある。
【０００４】
また、最近、カーボンプレート上にガスケットを一体成形したセパレータ５１とガスケット５４との一体成形品が考案されており（特開２０００−１３３２８８号公報参照）、この従来技術によれば、セパレータ５１とガスケット５４とを組み付ける分の工数を削減することができる。しかしながら依然、ガス拡散層５３等のその他の部品を組み付ける工数が多いという問題がある。ガス拡散層５３は一般にカーボン繊維よりなり、カーボンプレートとの接着は不可能である。そのため、組立時に位置が定まりにくく、位置決めを行なう等の工夫が必要である。
【０００５】
また、従来技術においては、図９に示すように、セパレータ５１とガス拡散層５３とを別体として組み付けた場合に、ガス拡散層５３がセパレータ５１内に挟み込まれる状態となるために、ガス拡散層５３の周囲にスペース５５が残ることになる。したがって、このスペース５５がガスの近道流路となってガスの拡散を阻害することがあるために、これを原因として、燃料電池の発電効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、ガス拡散層はカーボン繊維等からなる多孔質体であるために、ガスケットをガス拡散層に積層してシールする際、ガスケットに対して内側のガス流路側から外側に向かってガス拡散層の空隙部がガス漏れの流路となり、ガスが漏れる不具合がある。更に、シールするためにガス拡散層とガスケットおよびセパレータ間は加圧されるが、その際、ガス拡散層の一部が潰れたり破損したりすることが懸念される。
【０００７】
また、図１０および図１１に示すように、他の従来技術においては、両面にガス拡散層（ＧＤＬ）６４を固定した反応電極部（ＭＥＡ）６１における電解質膜（イオン交換膜）６２の周縁部が平面方向に延長形成され、この周縁部の両面にパッキン等のシール６５が配置されることによって、燃料電池セルのシール部が構成されている。反応電極部６１は、電解質膜６２とその両面に配置された触媒付電極（触媒層）６３とを一体化したものであって、この反応電極部６１とその両面に固定されたガス拡散層６４によってＵＥＡ６６が構成されており、このＵＥＡ６６が一対のセパレータ（集電極）６７の間に挟み込まれて燃料電池セルが構成されている。上記構成要素のうち、ガス拡散層６４は炭素繊維または金属繊維等からなる多孔質体であって、組立状態において一対のセパレータ６７の間に圧縮されて取り付けられることから、へたりを発生し易いものである。
【０００８】
しかしながら、この従来技術においては、上記したようにガス拡散層６４が反応電極部６１に固定されているために、いざ交換となった場合には、ＵＥＡ６６を全部交換しなければならず、この中に比較的高価な部品である電解質膜６２が含まれるために、大幅なコスト増となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みて、燃料電池用構成要素の組付工数を削減することができる燃料電池用構成部品を提供することを目的とし、またこれに加えて、燃料電池の発熱効率を向上させるとともに、優れたシール性を発揮することが可能な燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。
【００１０】
また、燃料電池用構成要素の交換およびメンテナンス性を向上させるとともに部品コストを抑制することができる燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。
【００１１】
またこれに加えて、ガス拡散層とガスケットとの一体品またはガス拡散層とガスケットとセパレータとの一体品において、ガスケットに生じる永久圧縮歪みを比較的小さく抑えることができる燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池用構成部品は、セパレータ、多孔質体よりなるガス拡散層およびガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項３による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形するとともに反対側の面にもガスケットを一体成形してなり、前記片面側のガスケットはリップ部を有し、前記片面側のガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記片面側のガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項４による燃料電池用構成部品は、セパレータ、多孔質体よりなるガス拡散層およびガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータの片面に接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項５による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータの片面に接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項６による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形するとともに反対側の面にもガスケットを一体成形してなり、前記片面側のガスケットはリップ部を有し、前記片面側のガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータの片面に接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記片面側のガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項７による燃料電池用構成部品は、セパレータ、多孔質体よりなるガス拡散層およびガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに貫通穴が設けられ、前記ガス拡散層に浸透したゴムの一部が前記貫通穴を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータの両面にガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項８による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに貫通穴が設けられ、前記ガス拡散層に浸透したゴムの一部が前記貫通穴を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータの両面にガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００２０】
更にまた、本発明の請求項９による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形するとともに反対側の面にもガスケットを一体成形してなり、前記片面側のガスケットはリップ部を有し、前記片面側のガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに貫通穴が設けられ、前記ガス拡散層に浸透したゴムの一部が前記貫通穴を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータの両面にガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成を備えた本発明の請求項１、請求項４または請求項７による燃料電池用構成部品のように、セパレータ、ガス拡散層およびガスケットを一体成形したり、あるいは本発明の請求項２、請求項５もしくは請求項８または請求項３、請求項６もしくは請求項９による燃料電池用構成部品のように、セパレータおよびガス拡散層よりなる一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形したりすると、これらの部品が予め一体化されるために、燃料電池の組立てに際してこれらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能となる。
【００２２】
またこれに加えて、本発明の請求項３、請求項６もしくは請求項９による燃料電池用構成部品においては、セパレータおよびガス拡散層よりなる一体品の反対側の面にもガスケットが一体成形されるために、両面ガスケットの一体品が構成される。
【００２３】
また、上記構成を備えた本発明の請求項１ないし請求項９による燃料電池用構成部品においては、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してこのガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるために、ガスケットとガス拡散層とが密着し、よって両者の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能となる。
【００２４】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されるために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することが可能となる。
【００２５】
またこれに加えて、本発明の請求項４ないし請求項６による燃料電池用構成部品においては、セパレータの反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形され、また本発明の請求項７ないし請求項９による燃料電池用構成部品においては、ゴムの一部が貫通穴を通過して反対側の面に達することによりガスケットが一体成形されるために、両面ガスケットの一体品が構成される。
【００２６】
尚、上記請求項１ないし請求項９に係る発明に関連して、本件提案には以下の技術的事項が含まれる。
【００２７】
すなわち、上記目的を達成するべく本件出願が提案する一の発明は、燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層と、液状ゴムの硬化物であるガスケットを一体にした、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品に係るものである。
【００２８】
また、本件出願は、上記目的を達成するために、以下の技術的事項を提案するものでもある。
【００２９】
（１） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層と、液状ゴムの硬化物であるガスケットを一体成形した、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品。
【００３０】
（２） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品。
【００３１】
（３） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形し（すなわちイオン交換膜側にガスケットを成形し）、またカーボンプレート側である冷却水側にもガスケットを成形した燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層と両面ガスケットの一体品。
【００３２】
（４） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品で、カーボンプレートには接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したゴムが、カーボンプレート上の接着剤と反応し、ガス拡散層を挟み込む形で一体成形された製品。
【００３３】
（５） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品で、カーボンプレートには接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したゴムが、カーボンプレート上の接着剤と反応し、ガス拡散層を挟み込む形で一体成形された製品。また、その裏面であるカーボンプレート側にも接着剤が塗布されて、液状ゴムの硬化物が成形された両面ガスケットタイプ。
【００３４】
（６） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品で、カーボンプレートにはガスケットの下にあたる場所に間隔をおいた貫通穴が開けられ、ガス拡散層に浸透したゴムが、その貫通穴を通過して、裏側のカーボンプレート表面に達し、両面にガスケットが成形される製品。
【００３５】
上記の提案事項は、従来技術に見られない「セパレータとガス拡散層とガスケットの３部品を一体化した製品」を提案するものであり、一の製法として、セパレータとガス拡散層とをゴムを介して一体成形することにより、セパレータとガス拡散層とガスケットの３部品を一体化した製品が完成する。
【００３６】
カーボン繊維よりなるガス拡散層は、ゴムを浸透させて、その後、硬化させることが可能である。そのため、カーボンプレート上に接着剤を塗布することにより、透過したゴムがカーボンプレート上に達し、カーボンプレートとゴムを接着することが可能である。そのとき、ガス拡散層は、浸透したゴムにより、カーボンプレート上に接着剤で固定される。後記実施例に係る図２は、ガス拡散層側（イオン交換膜側）のみにガスケットを成形した製品であり、ガスケットは成形中に、カーボンプレートの表面に塗布された接着剤により接合される。また図５は図２の製品のセパレータ裏面（冷媒面）に接着剤を塗布して、ガスケットを成形した両面ガスケットタイプの製品である。また図７は、カーボンプレートに貫通穴を設けて、ガス拡散層側のガスケットとその裏面の冷媒側のガスケットを接着剤なしに固定した製品であり、これらのようなセパレータとガス拡散層とガスケットの接合品により、燃料電池の組付け時に、カーボンプレートとガス拡散層との組み付け工数を省くことができる。
【００３７】
また、従来技術においては、ガス拡散層の周囲にあったスペースがガスの近道流路となり、ガスの拡散を阻害し、発電効率が悪化していたが、そのようなスペースが存在しなくなるために、ガスの拡散が良化し、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００３８】
図７の詳細として、カーボンプレートのガスケットが成形されるライン上に所定の間隔の貫通穴を設けることによって、カーボンプレートの両面にガスケットを成形することが可能である。ガス拡散層に浸透したゴムが、その貫通穴を通過して裏側のカーボンプレート表面に達し、両面にガスケットが成形される。そのとき、ガスケットは貫通穴を通して固定されているため、接着の必要がない。
【００３９】
そして、以上の構成および作用によって、以下の効果を奏することが可能となる。
【００４０】
（１） 燃料電池の組付け工数が削減できる。
【００４１】
（２） ガス拡散層とガスケットを一体にすることにより、ガスの拡散性が更に向上し、発電効率が向上する。
【００４２】
（３） 接着剤を使用しない貫通穴タイプの、ガス拡散層とガスケットの一体製品の場合は、接着剤塗布工程の削除、および接着剤の費用の削減が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
【００４４】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４５】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明の請求項１、請求項４または請求項７による燃料電池用構成部品においては、カーボンプレート等よりなるセパレータと、カーボン繊維等よりなるガス拡散層と、液状ゴム硬化物等よりなるガスケットとが一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能である。したがって、燃料電池の組立て作業を容易化することができる。また、これらを一体化したことにより、ガス拡散層に取り付けたガスケット部のシール性を著しく向上させることができる。
【００４６】
また、上記構成を備えた本発明の請求項２、請求項５または請求項８による燃料電池用構成部品においては、カーボンプレート等よりなるセパレータと、カーボン繊維等よりなるガス拡散層との一体品のガス拡散層側の片面に液状ゴム硬化物等よりなるガスケットが一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能である。したがって、燃料電池の組立て作業を容易化することができる。また、これらを一体化したことにより、ガス拡散層に取り付けたガスケット部のシール性を著しく向上させることができる。
【００４７】
また、上記構成を備えた本発明の請求項３、請求項６または請求項９による燃料電池用構成部品においては、カーボンプレート等よりなるセパレータと、カーボン繊維等よりなるガス拡散層との一体品のガス拡散層側の片面に液状ゴム硬化物等よりなるガスケットが一体成形されるとともに、反対側の面にもガスケットが一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能である。したがって、燃料電池の組立て作業を容易化することができる。また、これらを一体化したことにより、ガス拡散層に取り付けたガスケット部のシール性を著しく向上させることができる。当該請求の範囲に係る発明が提供するのは、両面ガスケットの一体品である。
【００４８】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１ないし請求項３による燃料電池用構成部品においては、セパレータに接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したガスケットのゴムがセパレータ上の接着剤と反応することによりガス拡散層を挟み込む形で一体成形されているために、ガスケットとガス拡散層とが密着した構造となり、ガスケットとガス拡散層の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能である。したがって、ガスの拡散性を向上させることができ、これにより燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００４９】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されているために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することができ、これによりシール性を向上させることができる。
【００５０】
また、上記構成を備えた本発明の請求項４ないし請求項６による燃料電池用構成部品においてはやはり、セパレータに接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したガスケットのゴムがセパレータ上の接着剤と反応することによりガス拡散層を挟み込む形で一体成形されているために、ガスケットとガス拡散層とが密着した構造となり、ガスケットとガス拡散層の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能である。したがって、ガスの拡散性を向上させることができ、これにより燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００５１】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されているために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することができ、これによりシール性を向上させることができる。
【００５２】
また、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されているために、当該請求の範囲に係る発明によれば、両面ガスケットの一体品が提供される。
【００５３】
また、上記構成を備えた本発明の請求項７ないし請求項９による燃料電池用構成部品においては、セパレータに貫通穴が設けられ、ガス拡散層に浸透したゴムの一部が貫通穴を通過して反対側の面に達することによりセパレータの両面にガスケットが一体成形されているために、ガスケットとガス拡散層とが密着した構造となり、ガスケットとガス拡散層の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能である。したがって、ガスの拡散性を向上させることができ、これにより燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００５４】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されているために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することができ、これによりシール性を向上させることができる。
【００５５】
また、セパレータの両面にガスケットが一体成形されているために、当該請求項に係る発明によれば、両面ガスケットの一体品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００５７】
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る燃料電池用構成部品（燃料電池用セパレータ）１の概略斜視図を示しており、そのＡ−Ａ線断面図が図２に示されている。また、図３はこの燃料電池用構成部品１の組立状態の断面図を示している。また、この図３において符号６は、当該燃料電池用構成部品１と組み合わされる反応電極部（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）である。
【００５８】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、以下のように構成されている。
【００５９】
すなわち先ず、所定の厚さを備えたカーボンプレートよりなるセパレータ（セパレータ本体）２が設けられており、このセパレータ２の一面に、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが一体成形されている。
【００６０】
ガスケット４は、セパレータ２の一面に設けた収容溝２ａに収容された平板状の基部４ａと、この基部４ａに一体成形された断面略台形状のリップ部４ｂとを一体に備えており、収容溝２ａの直上位置においてガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したこのガスケット４の液状ゴムが、収容溝２ａの内面に予め塗布された接着剤５と反応し固化することによって、セパレータ２との間にガス拡散層３を挟みこむようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００６１】
また、ガス拡散層３は、収容溝２ａの直上位置においてこのガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したガスケット４の液状ゴムが収容溝２ａ内の接着剤５と反応して固化することによって、ガスケット４とセパレータ２とに挟み込まれるようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００６２】
このガス拡散層３は、セパレータ２と略同大同形の平面形状に形成されており、また、ガスケット４のリップ部４ｂ上面は、ガス拡散層３よりも外方に突出形成されている。
【００６３】
この燃料電池用構成部品１においては、上記したようにカーボンプレートよりなるセパレータ２と、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが互いに一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することができる。
【００６４】
また、ガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透して収容溝２ａ内の接着剤５と反応し固化することによって、ガス拡散層３を挟み込むようにしてセパレータ２に一体成形されているために、ガスケット４とガス拡散層３とが密着した構造である。したがって、このガスケット４とガス拡散層３との間に、上記従来技術のようにガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することができる。
【００６５】
また、ガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透してセパレータ２に達することによりガスケット４とセパレータ２とが直接一体成形されているために、両者２，４の間にガス漏れ流路が形成されるのを防止することができる。
【００６６】
第二実施例・・・
図４は、本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品（燃料電池用セパレータ）１の概略斜視図を示しており、そのＢ−Ｂ線断面図が図５に示されている。
【００６７】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、以下のように構成されている。
【００６８】
すなわち先ず、所定の厚さを備えたカーボンプレートよりなるセパレータ（セパレータ本体）２が設けられており、このセパレータ２の一面に、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが一体成形されるとともに、セパレータ２の反対側の面にも液状ゴム硬化物よりなるガスケット７が一体成形されている。
【００６９】
セパレータ２の一面に設けられた一方のガスケット４は、セパレータ２の一面に設けた収容溝２ａに収容された平板状の基部４ａと、この基部４ａに一体成形された断面略台形状のリップ部４ｂとを一体に備えており、収容溝２ａの直上位置においてガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したこのガスケット４の液状ゴムが、収容溝２ａの内面に予め塗布された接着剤５と反応し固化することによってセパレータ２との間にガス拡散層３を挟みこむようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００７０】
また、ガス拡散層３は、収容溝２ａの直上位置においてこのガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したガスケット４の液状ゴムが収容溝２ａ内の接着剤５と反応して固化することによって、ガスケット４とセパレータ２とに挟み込まれるようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００７１】
このガス拡散層３は、セパレータ２と略同大同形の平面形状に形成されており、また、ガスケット４のリップ部４ｂ上面は、ガス拡散層３よりも外方に突出形成されている。
【００７２】
また、セパレータ２の反対側の面に設けられた他方のガスケット７は、平板状の基部７ａと、この基部７ａに一体成形された断面略三角形状のリップ部７ｂとを一体に備えており、セパレータ２の反対側の面に塗布された接着剤８によってセパレータ２に一体化されている。
【００７３】
この燃料電池用構成部品１においては、上記したようにカーボンプレートよりなるセパレータ２と、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなる一対のガスケット４，７とが互いに一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することができる。
【００７４】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透して収容溝２ａ内の接着剤５と反応し固化することによって、ガス拡散層３を挟み込むようにしてセパレータ２に一体成形されているために、ガスケット４とガス拡散層３とが密着した構造である。したがって、このガスケット４とガス拡散層３との間に、上記従来技術のようにガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することができる。
【００７５】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透してセパレータ２に達することによりガスケット４とセパレータ２とが直接一体成形されているために、両者２，４の間にガス漏れ流路が形成されるのを防止することができる。
【００７６】
第三実施例・・・
図６は、本発明の第三実施例に係る燃料電池用構成部品（燃料電池用セパレータ）１の概略斜視図を示しており、そのＣ−Ｃ線断面図が図７に示されている。
【００７７】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、以下のように構成されている。
【００７８】
すなわち先ず、所定の厚さを備えたカーボンプレートよりなるセパレータ（セパレータ本体）２が設けられており、このセパレータ２の一面に、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが一体成形されるとともに、セパレータ２の反対側の面にも液状ゴム硬化物よりなるガスケット７が一体成形されている。
【００７９】
セパレータ２の一面に設けられた一方のガスケット４は、セパレータ２の一面に設けた収容溝２ａに収容された平板状の基部４ａと、この基部４ａに一体成形された断面略台形状のリップ部４ｂとを一体に備えており、セパレータ２の反対側の面に設けられた他方のガスケット７は、平板状の基部７ａと、この基部７ａに一体成形された断面略三角形状のリップ部７ｂとを一体に備えている。
【００８０】
この一対のガスケット４，７は、収容溝２ａの直上位置においてガス拡散層３のカーボン繊維に浸透した液状ゴムの一部が、収容溝２ａの底面部に予め設けた貫通穴２ｂを通過し、反対側の面に達して両面ガスケットとして成形されることにより、接着剤なしでセパレータ２に一体化されている。貫通穴２ｂは、所要数がガスケット４，７の延設方向に沿って一列に並んで設けられている。
【００８１】
また、ガス拡散層３は、収容溝２ａの直上位置においてこのガス拡散層３のカーボン繊維に浸透した液状ゴムの一部が貫通穴２ｂを通過し、反対側の面に達して両面ガスケットとして成形されることによって、一方のガスケット４とセパレータ２とに挟み込まれるようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００８２】
このガス拡散層３は、セパレータ２と略同大同形の平面形状に形成されており、また、一方のガスケット４のリップ部４ｂ上面は、ガス拡散層３よりも外方に突出形成されている。
【００８３】
この燃料電池用構成部品１においては、上記したようにカーボンプレートよりなるセパレータ２と、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなる一対のガスケット４，７とが互いに一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することができる。
【００８４】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透して固化することによって、ガス拡散層３を挟み込むようにしてセパレータ２に一体成形されているために、ガスケット４とガス拡散層３とが密着した構造である。したがって、このガスケット４とガス拡散層３との間に、上記従来技術のようにガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することができる。
【００８５】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透してセパレータ２に達することによりガスケット４とセパレータ２とが直接一体成形されているために、両者２，４の間にガス漏れ流路が形成されるのを防止することができる。
【００８６】
また、一対のガスケット４，７が接着剤なしでセパレータ２に一体化されているために、当該燃料電池用構成部品１の製造工程から接着剤塗布工程を省略することができ、よってその製造を容易化するとともに、コスト的にも有利な製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第一実施例に係る燃料電池用構成部品の概略斜視図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図
【図３】同燃料電池用構成部品の組立て状態を示す要部断面図
【図４】本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品の概略斜視図
【図５】図４におけるＢ−Ｂ線断面図
【図６】本発明の第三実施例に係る燃料電池用構成部品の概略斜視図
【図７】図６におけるＣ−Ｃ線断面図
【図８】従来例に係る燃料電池の構成説明図
【図９】従来例に係る燃料電池用構成部品の組立て状態を示す要部断面図
【図１０】他の従来例に係る燃料電池の断面図
【図１１】図１０の要部拡大図
【０００１】
本発明は、燃料電池用構成要素の集合体をなす燃料電池用構成部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に示すように、燃料電池は、その主な構成要素として、カーボンプレート等よりなるセパレータ（集電極）５１と、ガスを反応させるための、Ｐｔ触媒を担持させた触媒付電極（触媒層）および電解質膜（イオン交換膜）の一体品よりなる反応電極部（ＭＥＡ）５２と、ガスの拡散を促進させるためのカーボン繊維等よりなるガス拡散層（ＧＤＬ）５３と、ガスや冷媒をシールするためのガスケット（シール）５４とを有している。
【０００３】
しかしながら、従来技術では、燃料電池を組み立てる際に、これらの構成要素を順次組み付ける構成であるために、その組立てに多くの手間と時間がかかる不都合がある。
【０００４】
また、最近、カーボンプレート上にガスケットを一体成形したセパレータ５１とガスケット５４との一体成形品が考案されており（特開２０００−１３３２８８号公報参照）、この従来技術によれば、セパレータ５１とガスケット５４とを組み付ける分の工数を削減することができる。しかしながら依然、ガス拡散層５３等のその他の部品を組み付ける工数が多いという問題がある。ガス拡散層５３は一般にカーボン繊維よりなり、カーボンプレートとの接着は不可能である。そのため、組立時に位置が定まりにくく、位置決めを行なう等の工夫が必要である。
【０００５】
また、従来技術においては、図９に示すように、セパレータ５１とガス拡散層５３とを別体として組み付けた場合に、ガス拡散層５３がセパレータ５１内に挟み込まれる状態となるために、ガス拡散層５３の周囲にスペース５５が残ることになる。したがって、このスペース５５がガスの近道流路となってガスの拡散を阻害することがあるために、これを原因として、燃料電池の発電効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、ガス拡散層はカーボン繊維等からなる多孔質体であるために、ガスケットをガス拡散層に積層してシールする際、ガスケットに対して内側のガス流路側から外側に向かってガス拡散層の空隙部がガス漏れの流路となり、ガスが漏れる不具合がある。更に、シールするためにガス拡散層とガスケットおよびセパレータ間は加圧されるが、その際、ガス拡散層の一部が潰れたり破損したりすることが懸念される。
【０００７】
また、図１０および図１１に示すように、他の従来技術においては、両面にガス拡散層（ＧＤＬ）６４を固定した反応電極部（ＭＥＡ）６１における電解質膜（イオン交換膜）６２の周縁部が平面方向に延長形成され、この周縁部の両面にパッキン等のシール６５が配置されることによって、燃料電池セルのシール部が構成されている。反応電極部６１は、電解質膜６２とその両面に配置された触媒付電極（触媒層）６３とを一体化したものであって、この反応電極部６１とその両面に固定されたガス拡散層６４によってＵＥＡ６６が構成されており、このＵＥＡ６６が一対のセパレータ（集電極）６７の間に挟み込まれて燃料電池セルが構成されている。上記構成要素のうち、ガス拡散層６４は炭素繊維または金属繊維等からなる多孔質体であって、組立状態において一対のセパレータ６７の間に圧縮されて取り付けられることから、へたりを発生し易いものである。
【０００８】
しかしながら、この従来技術においては、上記したようにガス拡散層６４が反応電極部６１に固定されているために、いざ交換となった場合には、ＵＥＡ６６を全部交換しなければならず、この中に比較的高価な部品である電解質膜６２が含まれるために、大幅なコスト増となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みて、燃料電池用構成要素の組付工数を削減することができる燃料電池用構成部品を提供することを目的とし、またこれに加えて、燃料電池の発熱効率を向上させるとともに、優れたシール性を発揮することが可能な燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。
【００１０】
また、燃料電池用構成要素の交換およびメンテナンス性を向上させるとともに部品コストを抑制することができる燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。
【００１１】
またこれに加えて、ガス拡散層とガスケットとの一体品またはガス拡散層とガスケットとセパレータとの一体品において、ガスケットに生じる永久圧縮歪みを比較的小さく抑えることができる燃料電池用構成部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池用構成部品は、セパレータ、多孔質体よりなるガス拡散層およびガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項３による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形するとともに反対側の面にもガスケットを一体成形してなり、前記片面側のガスケットはリップ部を有し、前記片面側のガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記片面側のガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項４による燃料電池用構成部品は、セパレータ、多孔質体よりなるガス拡散層およびガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータの片面に接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項５による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータの片面に接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記ガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項６による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形するとともに反対側の面にもガスケットを一体成形してなり、前記片面側のガスケットはリップ部を有し、前記片面側のガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータの片面に接着剤が塗布され、前記ガス拡散層に浸透した前記片面側のガスケットのゴムが前記セパレータ上の接着剤と反応することにより前記ガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項７による燃料電池用構成部品は、セパレータ、多孔質体よりなるガス拡散層およびガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに貫通穴が設けられ、前記ガス拡散層に浸透したゴムの一部が前記貫通穴を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータの両面にガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項８による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形してなり、前記ガスケットはリップ部を有し、前記ガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに貫通穴が設けられ、前記ガス拡散層に浸透したゴムの一部が前記貫通穴を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータの両面にガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００２０】
更にまた、本発明の請求項９による燃料電池用構成部品は、セパレータおよび多孔質体よりなるガス拡散層の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形するとともに反対側の面にもガスケットを一体成形してなり、前記片面側のガスケットはリップ部を有し、前記片面側のガスケットのリップ部の上面は前記ガス拡散層よりも外方に突出形成され、前記セパレータに貫通穴が設けられ、前記ガス拡散層に浸透したゴムの一部が前記貫通穴を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータの両面にガスケットが一体成形されたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成を備えた本発明の請求項１、請求項４または請求項７による燃料電池用構成部品のように、セパレータ、ガス拡散層およびガスケットを一体成形したり、あるいは本発明の請求項２、請求項５もしくは請求項８または請求項３、請求項６もしくは請求項９による燃料電池用構成部品のように、セパレータおよびガス拡散層よりなる一体品のガス拡散層側の片面にガスケットを一体成形したりすると、これらの部品が予め一体化されるために、燃料電池の組立てに際してこれらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能となる。
【００２２】
またこれに加えて、本発明の請求項３、請求項６もしくは請求項９による燃料電池用構成部品においては、セパレータおよびガス拡散層よりなる一体品の反対側の面にもガスケットが一体成形されるために、両面ガスケットの一体品が構成される。
【００２３】
また、上記構成を備えた本発明の請求項１ないし請求項９による燃料電池用構成部品においては、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してこのガス拡散層を挟み込む形で一体成形されるために、ガスケットとガス拡散層とが密着し、よって両者の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能となる。
【００２４】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されるために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することが可能となる。
【００２５】
またこれに加えて、本発明の請求項４ないし請求項６による燃料電池用構成部品においては、セパレータの反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形され、また本発明の請求項７ないし請求項９による燃料電池用構成部品においては、ゴムの一部が貫通穴を通過して反対側の面に達することによりガスケットが一体成形されるために、両面ガスケットの一体品が構成される。
【００２６】
尚、上記請求項１ないし請求項９に係る発明に関連して、本件提案には以下の技術的事項が含まれる。
【００２７】
すなわち、上記目的を達成するべく本件出願が提案する一の発明は、燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層と、液状ゴムの硬化物であるガスケットを一体にした、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品に係るものである。
【００２８】
また、本件出願は、上記目的を達成するために、以下の技術的事項を提案するものでもある。
【００２９】
（１） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層と、液状ゴムの硬化物であるガスケットを一体成形した、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品。
【００３０】
（２） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品。
【００３１】
（３） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形し（すなわちイオン交換膜側にガスケットを成形し）、またカーボンプレート側である冷却水側にもガスケットを成形した燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層と両面ガスケットの一体品。
【００３２】
（４） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品で、カーボンプレートには接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したゴムが、カーボンプレート上の接着剤と反応し、ガス拡散層を挟み込む形で一体成形された製品。
【００３３】
（５） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品で、カーボンプレートには接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したゴムが、カーボンプレート上の接着剤と反応し、ガス拡散層を挟み込む形で一体成形された製品。また、その裏面であるカーボンプレート側にも接着剤が塗布されて、液状ゴムの硬化物が成形された両面ガスケットタイプ。
【００３４】
（６） 燃料電池用セパレータに使用されるカーボンプレートと、カーボン繊維等で作られたガス拡散層との一体品の、ガス拡散層側の片面に液状ゴムの硬化物であるガスケットを成形した（すなわちイオン交換膜側のみにガスケットを成形した）、燃料電池用のカーボンプレートとガス拡散層とガスケットの一体品で、カーボンプレートにはガスケットの下にあたる場所に間隔をおいた貫通穴が開けられ、ガス拡散層に浸透したゴムが、その貫通穴を通過して、裏側のカーボンプレート表面に達し、両面にガスケットが成形される製品。
【００３５】
上記の提案事項は、従来技術に見られない「セパレータとガス拡散層とガスケットの３部品を一体化した製品」を提案するものであり、一の製法として、セパレータとガス拡散層とをゴムを介して一体成形することにより、セパレータとガス拡散層とガスケットの３部品を一体化した製品が完成する。
【００３６】
カーボン繊維よりなるガス拡散層は、ゴムを浸透させて、その後、硬化させることが可能である。そのため、カーボンプレート上に接着剤を塗布することにより、透過したゴムがカーボンプレート上に達し、カーボンプレートとゴムを接着することが可能である。そのとき、ガス拡散層は、浸透したゴムにより、カーボンプレート上に接着剤で固定される。後記実施例に係る図２は、ガス拡散層側（イオン交換膜側）のみにガスケットを成形した製品であり、ガスケットは成形中に、カーボンプレートの表面に塗布された接着剤により接合される。また図５は図２の製品のセパレータ裏面（冷媒面）に接着剤を塗布して、ガスケットを成形した両面ガスケットタイプの製品である。また図７は、カーボンプレートに貫通穴を設けて、ガス拡散層側のガスケットとその裏面の冷媒側のガスケットを接着剤なしに固定した製品であり、これらのようなセパレータとガス拡散層とガスケットの接合品により、燃料電池の組付け時に、カーボンプレートとガス拡散層との組み付け工数を省くことができる。
【００３７】
また、従来技術においては、ガス拡散層の周囲にあったスペースがガスの近道流路となり、ガスの拡散を阻害し、発電効率が悪化していたが、そのようなスペースが存在しなくなるために、ガスの拡散が良化し、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００３８】
図７の詳細として、カーボンプレートのガスケットが成形されるライン上に所定の間隔の貫通穴を設けることによって、カーボンプレートの両面にガスケットを成形することが可能である。ガス拡散層に浸透したゴムが、その貫通穴を通過して裏側のカーボンプレート表面に達し、両面にガスケットが成形される。そのとき、ガスケットは貫通穴を通して固定されているため、接着の必要がない。
【００３９】
そして、以上の構成および作用によって、以下の効果を奏することが可能となる。
【００４０】
（１） 燃料電池の組付け工数が削減できる。
【００４１】
（２） ガス拡散層とガスケットを一体にすることにより、ガスの拡散性が更に向上し、発電効率が向上する。
【００４２】
（３） 接着剤を使用しない貫通穴タイプの、ガス拡散層とガスケットの一体製品の場合は、接着剤塗布工程の削除、および接着剤の費用の削減が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
【００４４】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４５】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明の請求項１、請求項４または請求項７による燃料電池用構成部品においては、カーボンプレート等よりなるセパレータと、カーボン繊維等よりなるガス拡散層と、液状ゴム硬化物等よりなるガスケットとが一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能である。したがって、燃料電池の組立て作業を容易化することができる。また、これらを一体化したことにより、ガス拡散層に取り付けたガスケット部のシール性を著しく向上させることができる。
【００４６】
また、上記構成を備えた本発明の請求項２、請求項５または請求項８による燃料電池用構成部品においては、カーボンプレート等よりなるセパレータと、カーボン繊維等よりなるガス拡散層との一体品のガス拡散層側の片面に液状ゴム硬化物等よりなるガスケットが一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能である。したがって、燃料電池の組立て作業を容易化することができる。また、これらを一体化したことにより、ガス拡散層に取り付けたガスケット部のシール性を著しく向上させることができる。
【００４７】
また、上記構成を備えた本発明の請求項３、請求項６または請求項９による燃料電池用構成部品においては、カーボンプレート等よりなるセパレータと、カーボン繊維等よりなるガス拡散層との一体品のガス拡散層側の片面に液状ゴム硬化物等よりなるガスケットが一体成形されるとともに、反対側の面にもガスケットが一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することが可能である。したがって、燃料電池の組立て作業を容易化することができる。また、これらを一体化したことにより、ガス拡散層に取り付けたガスケット部のシール性を著しく向上させることができる。当該請求の範囲に係る発明が提供するのは、両面ガスケットの一体品である。
【００４８】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１ないし請求項３による燃料電池用構成部品においては、セパレータに接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したガスケットのゴムがセパレータ上の接着剤と反応することによりガス拡散層を挟み込む形で一体成形されているために、ガスケットとガス拡散層とが密着した構造となり、ガスケットとガス拡散層の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能である。したがって、ガスの拡散性を向上させることができ、これにより燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００４９】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されているために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することができ、これによりシール性を向上させることができる。
【００５０】
また、上記構成を備えた本発明の請求項４ないし請求項６による燃料電池用構成部品においてはやはり、セパレータに接着剤が塗布され、ガス拡散層に浸透したガスケットのゴムがセパレータ上の接着剤と反応することによりガス拡散層を挟み込む形で一体成形されているために、ガスケットとガス拡散層とが密着した構造となり、ガスケットとガス拡散層の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能である。したがって、ガスの拡散性を向上させることができ、これにより燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００５１】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されているために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することができ、これによりシール性を向上させることができる。
【００５２】
また、反対側の面にも接着剤が塗布されてガスケットが一体成形されているために、当該請求の範囲に係る発明によれば、両面ガスケットの一体品が提供される。
【００５３】
また、上記構成を備えた本発明の請求項７ないし請求項９による燃料電池用構成部品においては、セパレータに貫通穴が設けられ、ガス拡散層に浸透したゴムの一部が貫通穴を通過して反対側の面に達することによりセパレータの両面にガスケットが一体成形されているために、ガスケットとガス拡散層とが密着した構造となり、ガスケットとガス拡散層の間にガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することが可能である。したがって、ガスの拡散性を向上させることができ、これにより燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００５４】
また、ガスケットのゴムがガス拡散層に浸透してセパレータに達することによりガスケットとセパレータとが一体化されているために、ガス漏れ流路が形成されるのを防止することができ、これによりシール性を向上させることができる。
【００５５】
また、セパレータの両面にガスケットが一体成形されているために、当該請求項に係る発明によれば、両面ガスケットの一体品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００５７】
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る燃料電池用構成部品（燃料電池用セパレータ）１の概略斜視図を示しており、そのＡ−Ａ線断面図が図２に示されている。また、図３はこの燃料電池用構成部品１の組立状態の断面図を示している。また、この図３において符号６は、当該燃料電池用構成部品１と組み合わされる反応電極部（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）である。
【００５８】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、以下のように構成されている。
【００５９】
すなわち先ず、所定の厚さを備えたカーボンプレートよりなるセパレータ（セパレータ本体）２が設けられており、このセパレータ２の一面に、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが一体成形されている。
【００６０】
ガスケット４は、セパレータ２の一面に設けた収容溝２ａに収容された平板状の基部４ａと、この基部４ａに一体成形された断面略台形状のリップ部４ｂとを一体に備えており、収容溝２ａの直上位置においてガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したこのガスケット４の液状ゴムが、収容溝２ａの内面に予め塗布された接着剤５と反応し固化することによって、セパレータ２との間にガス拡散層３を挟みこむようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００６１】
また、ガス拡散層３は、収容溝２ａの直上位置においてこのガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したガスケット４の液状ゴムが収容溝２ａ内の接着剤５と反応して固化することによって、ガスケット４とセパレータ２とに挟み込まれるようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００６２】
このガス拡散層３は、セパレータ２と略同大同形の平面形状に形成されており、また、ガスケット４のリップ部４ｂ上面は、ガス拡散層３よりも外方に突出形成されている。
【００６３】
この燃料電池用構成部品１においては、上記したようにカーボンプレートよりなるセパレータ２と、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが互いに一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することができる。
【００６４】
また、ガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透して収容溝２ａ内の接着剤５と反応し固化することによって、ガス拡散層３を挟み込むようにしてセパレータ２に一体成形されているために、ガスケット４とガス拡散層３とが密着した構造である。したがって、このガスケット４とガス拡散層３との間に、上記従来技術のようにガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することができる。
【００６５】
また、ガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透してセパレータ２に達することによりガスケット４とセパレータ２とが直接一体成形されているために、両者２，４の間にガス漏れ流路が形成されるのを防止することができる。
【００６６】
第二実施例・・・
図４は、本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品（燃料電池用セパレータ）１の概略斜視図を示しており、そのＢ−Ｂ線断面図が図５に示されている。
【００６７】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、以下のように構成されている。
【００６８】
すなわち先ず、所定の厚さを備えたカーボンプレートよりなるセパレータ（セパレータ本体）２が設けられており、このセパレータ２の一面に、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが一体成形されるとともに、セパレータ２の反対側の面にも液状ゴム硬化物よりなるガスケット７が一体成形されている。
【００６９】
セパレータ２の一面に設けられた一方のガスケット４は、セパレータ２の一面に設けた収容溝２ａに収容された平板状の基部４ａと、この基部４ａに一体成形された断面略台形状のリップ部４ｂとを一体に備えており、収容溝２ａの直上位置においてガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したこのガスケット４の液状ゴムが、収容溝２ａの内面に予め塗布された接着剤５と反応し固化することによってセパレータ２との間にガス拡散層３を挟みこむようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００７０】
また、ガス拡散層３は、収容溝２ａの直上位置においてこのガス拡散層３のカーボン繊維に浸透したガスケット４の液状ゴムが収容溝２ａ内の接着剤５と反応して固化することによって、ガスケット４とセパレータ２とに挟み込まれるようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００７１】
このガス拡散層３は、セパレータ２と略同大同形の平面形状に形成されており、また、ガスケット４のリップ部４ｂ上面は、ガス拡散層３よりも外方に突出形成されている。
【００７２】
また、セパレータ２の反対側の面に設けられた他方のガスケット７は、平板状の基部７ａと、この基部７ａに一体成形された断面略三角形状のリップ部７ｂとを一体に備えており、セパレータ２の反対側の面に塗布された接着剤８によってセパレータ２に一体化されている。
【００７３】
この燃料電池用構成部品１においては、上記したようにカーボンプレートよりなるセパレータ２と、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなる一対のガスケット４，７とが互いに一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することができる。
【００７４】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透して収容溝２ａ内の接着剤５と反応し固化することによって、ガス拡散層３を挟み込むようにしてセパレータ２に一体成形されているために、ガスケット４とガス拡散層３とが密着した構造である。したがって、このガスケット４とガス拡散層３との間に、上記従来技術のようにガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することができる。
【００７５】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透してセパレータ２に達することによりガスケット４とセパレータ２とが直接一体成形されているために、両者２，４の間にガス漏れ流路が形成されるのを防止することができる。
【００７６】
第三実施例・・・
図６は、本発明の第三実施例に係る燃料電池用構成部品（燃料電池用セパレータ）１の概略斜視図を示しており、そのＣ−Ｃ線断面図が図７に示されている。
【００７７】
当該実施例に係る燃料電池用構成部品１は、以下のように構成されている。
【００７８】
すなわち先ず、所定の厚さを備えたカーボンプレートよりなるセパレータ（セパレータ本体）２が設けられており、このセパレータ２の一面に、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなるガスケット４とが一体成形されるとともに、セパレータ２の反対側の面にも液状ゴム硬化物よりなるガスケット７が一体成形されている。
【００７９】
セパレータ２の一面に設けられた一方のガスケット４は、セパレータ２の一面に設けた収容溝２ａに収容された平板状の基部４ａと、この基部４ａに一体成形された断面略台形状のリップ部４ｂとを一体に備えており、セパレータ２の反対側の面に設けられた他方のガスケット７は、平板状の基部７ａと、この基部７ａに一体成形された断面略三角形状のリップ部７ｂとを一体に備えている。
【００８０】
この一対のガスケット４，７は、収容溝２ａの直上位置においてガス拡散層３のカーボン繊維に浸透した液状ゴムの一部が、収容溝２ａの底面部に予め設けた貫通穴２ｂを通過し、反対側の面に達して両面ガスケットとして成形されることにより、接着剤なしでセパレータ２に一体化されている。貫通穴２ｂは、所要数がガスケット４，７の延設方向に沿って一列に並んで設けられている。
【００８１】
また、ガス拡散層３は、収容溝２ａの直上位置においてこのガス拡散層３のカーボン繊維に浸透した液状ゴムの一部が貫通穴２ｂを通過し、反対側の面に達して両面ガスケットとして成形されることによって、一方のガスケット４とセパレータ２とに挟み込まれるようにしてセパレータ２に一体化されている。
【００８２】
このガス拡散層３は、セパレータ２と略同大同形の平面形状に形成されており、また、一方のガスケット４のリップ部４ｂ上面は、ガス拡散層３よりも外方に突出形成されている。
【００８３】
この燃料電池用構成部品１においては、上記したようにカーボンプレートよりなるセパレータ２と、カーボン繊維よりなるガス拡散層３と、液状ゴム硬化物よりなる一対のガスケット４，７とが互いに一体成形されているために、燃料電池の組立てに際して、これらの部品を互いに組み付ける工程を削減することができる。
【００８４】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透して固化することによって、ガス拡散層３を挟み込むようにしてセパレータ２に一体成形されているために、ガスケット４とガス拡散層３とが密着した構造である。したがって、このガスケット４とガス拡散層３との間に、上記従来技術のようにガスの近道流路となるスペースが形成されるのを防止することができる。
【００８５】
また、一方のガスケット４を形成する液状ゴムが、ガス拡散層３のカーボン繊維に浸透してセパレータ２に達することによりガスケット４とセパレータ２とが直接一体成形されているために、両者２，４の間にガス漏れ流路が形成されるのを防止することができる。
【００８６】
また、一対のガスケット４，７が接着剤なしでセパレータ２に一体化されているために、当該燃料電池用構成部品１の製造工程から接着剤塗布工程を省略することができ、よってその製造を容易化するとともに、コスト的にも有利な製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第一実施例に係る燃料電池用構成部品の概略斜視図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図
【図３】同燃料電池用構成部品の組立て状態を示す要部断面図
【図４】本発明の第二実施例に係る燃料電池用構成部品の概略斜視図
【図５】図４におけるＢ−Ｂ線断面図
【図６】本発明の第三実施例に係る燃料電池用構成部品の概略斜視図
【図７】図６におけるＣ−Ｃ線断面図
【図８】従来例に係る燃料電池の構成説明図
【図９】従来例に係る燃料電池用構成部品の組立て状態を示す要部断面図
【図１０】他の従来例に係る燃料電池の断面図
【図１１】図１０の要部拡大図
Claims (9)
- セパレータ（２）、多孔質体よりなるガス拡散層（３）およびガスケット（４）を一体成形してなり、
前記ガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記ガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）に接着剤（５）が塗布され、前記ガス拡散層（３）に浸透した前記ガスケット（４）のゴムが前記セパレータ（２）上の接着剤（５）と反応することにより前記ガス拡散層（３）を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）および多孔質体よりなるガス拡散層（３）の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層（３）側の片面にガスケット（４）を一体成形してなり、
前記ガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記ガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）に接着剤（５）が塗布され、前記ガス拡散層（３）に浸透した前記ガスケット（４）のゴムが前記セパレータ（２）上の接着剤（５）と反応することにより前記ガス拡散層（３）を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）および多孔質体よりなるガス拡散層（３）の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層（３）側の片面にガスケット（４）を一体成形するとともに反対側の面にもガスケット（７）を一体成形してなり、
前記片面側のガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記片面側のガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）に接着剤（５）が塗布され、前記ガス拡散層（３）に浸透した前記片面側のガスケット（４）のゴムが前記セパレータ（２）上の接着剤（５）と反応することにより前記ガス拡散層（３）を挟み込む形で一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）、多孔質体よりなるガス拡散層（３）およびガスケット（４）を一体成形してなり、
前記ガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記ガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）の片面に接着剤（５）が塗布され、前記ガス拡散層（３）に浸透した前記ガスケット（４）のゴムが前記セパレータ（２）上の接着剤（５）と反応することにより前記ガス拡散層（３）を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤（８）が塗布されてガスケット（７）が一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）および多孔質体よりなるガス拡散層（３）の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層（３）側の片面にガスケット（４）を一体成形してなり、
前記ガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記ガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）の片面に接着剤（５）が塗布され、前記ガス拡散層（３）に浸透した前記ガスケット（４）のゴムが前記セパレータ（２）上の接着剤（５）と反応することにより前記ガス拡散層（３）を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤（８）が塗布されてガスケット（７）が一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）および多孔質体よりなるガス拡散層（３）の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層（３）側の片面にガスケット（４）を一体成形するとともに反対側の面にもガスケット（７）を一体成形してなり、
前記片面側のガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記片面側のガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）の片面に接着剤（５）が塗布され、前記ガス拡散層（３）に浸透した前記片面側のガスケット（４）のゴムが前記セパレータ（２）上の接着剤（５）と反応することにより前記ガス拡散層（３）を挟み込む形で一体成形されるとともに、反対側の面にも接着剤（８）が塗布されてガスケット（７）が一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）、多孔質体よりなるガス拡散層（３）およびガスケット（４）を一体成形してなり、
前記ガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記ガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）に貫通穴（２ｂ）が設けられ、前記ガス拡散層（３）に浸透したゴムの一部が前記貫通穴（２ｂ）を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータ（２）の両面にガスケット（４）（７）が一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）および多孔質体よりなるガス拡散層（３）の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層（３）側の片面にガスケット（４）を一体成形してなり、
前記ガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記ガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）に貫通穴（２ｂ）が設けられ、前記ガス拡散層（３）に浸透したゴムの一部が前記貫通穴（２ｂ）を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータ（２）の両面にガスケット（４）（７）が一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。 - セパレータ（２）および多孔質体よりなるガス拡散層（３）の一体品を有し、前記一体品のガス拡散層（３）側の片面にガスケット（４）を一体成形するとともに反対側の面にもガスケット（７）を一体成形してなり、
前記片面側のガスケット（４）はリップ部（４ｂ）を有し、前記片面側のガスケット（４）のリップ部（４ｂ）の上面は前記ガス拡散層（３）よりも外方に突出形成され、
前記セパレータ（２）に貫通穴（２ｂ）が設けられ、前記ガス拡散層（３）に浸透したゴムの一部が前記貫通穴（２ｂ）を通過して反対側の面に達することにより前記セパレータ（２）の両面にガスケット（４）（７）が一体成形されたことを特徴とする燃料電池用構成部品。
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