JP3990592B2 - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セパレータの外周部に通路を設け、これらの通路を用いて反応ガスや反応生成物を導く燃料電池用セパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の燃料電池を示す分解斜視図である。燃料電池１００は、電解質膜１０１の上面側と下面側にそれぞれ負極１０２と正極１０３とを配置し、負極１０２の上側にセパレータ１０５を重ね合わせるとともに、電解質膜１０１の外周近傍と上側のセパレータ１０５の外周近傍とで上側のガスケット１０６を挟持し、正極１０３の下側にセパレータ１０５を重ね合わせるとともに、電解質膜１０１の外周近傍と下側のセパレータ１０５の外周近傍とで下側のガスケット１０６を挟持したものである。
【０００３】
この燃料電池１００によれば、水素ガスを水素ガス通路１０７・・・を通して矢印ａの如く供給するとともに、水素ガス通路１０７・・・の水素ガスを上側のセパレータ１０５の中央部１０５ａに向けて矢印の如く導き、酸素ガスを酸素ガス通路１０８・・・を通して矢印ｂの如く供給するとともに、酸素ガス通路１０８・・・の酸素ガスを下側のセパレータ１０５の中央部１０５ａに矢印の如く導く。
【０００４】
水素ガスを上側の中央部１０５ａに導くことで負極１０２に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を接触させるとともに、酸素ガスを下側の中央部１０５ａに導くことで正極１０３に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を接触させ、電子ｅ−を矢印の如く流して電流を発生させる。
この際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）を生成し、この生成水を生成水通路１０９・・・を通して矢印ｃの如く流す。
【０００５】
ところで、この燃料電池１００はガス通路１０７・・・，１０８・・・や生成水通路１０９・・・の耐食性を保つために、ガス通路１０７・・・，１０８・・・や生成水通路１０９・・・をシールする必要がる。
このため、燃料電池１００を製造する際に、電解質膜１０１の外周近傍と上側のセパレータ１０５の外周近傍との間の隙間に上側のガスケット１０６を挟み込むとともに、電解質膜１０１の外周近傍と下側のセパレータ１０５の外周近傍との間の隙間に下側のガスケット１０６を挟み込む必要がある。
【０００６】
ここで、燃料電池１００はコンパクトであるとことが望ましく、上下のガスケット１０６を薄く形成する必要がある。このため、上下のガスケット１０６の取扱いが難しく、上下のガスケット１０６を正規の部位に配置するために時間がかかり、そのことが燃料電池の生産性を高める妨げになる。
【０００７】
この不具合を解消する手段として、例えば特開平１１−３０９７４６号公報「シリコーン樹脂−金属複合体の製造方法」が提案されている。この技術によれば、セパレータの外周部にシリコーン樹脂（以下、「シール材」という）を成形することでガスケットを除去することができる。以下、同公報の図１を次図に再掲してその技術を説明する。
【０００８】
図１１は従来の燃料電池用セパレータの製造工程を示す断面図である。
射出成形型１１０を型締めすることにより固定型１１１と可動型１１２との間にセパレータ１１３をインサートするとともに、固定型１１１と可動型１１２とでキャビティ１１４を形成し、キャビティ１１４に矢印の如く溶融樹脂を充填することにより、セパレータ１１３の外周部１１３ａにシール材１１５を成形する。
【０００９】
このように、セパレータ１１３の外周部１１３ａに沿ってシール材１１５を成形することにより、図１０に示す上下のガスケット１０６，１０６を不要にすることができる。よって、燃料電池を製造する際に、上下のガスケット１０６，１０６を組付ける工程を省くことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セパレータ１１３のガス通路や生成水通路がガスや生成水で腐食することを防止するためには、ガス通路や生成水通路の全面を被覆する必要がある。このため、セパレータ１１３の外周部１１３ａの上面及び下面をシール材１１５で被覆するだけでなく、外周部１１３ａのガス通路や生成水通路の壁面もシール材１１５で被覆する必要がある。
【００１１】
このように、外周部１１３ａのガス通路や生成水通路の全面をシール材１１５で被覆して耐食性を高めるためには、射出成形型１１０などの設備の精度を高める必要があり、設備費が嵩み、そのことがコストを抑える妨げになる。
また、設備の精度を高めたとしても、外周部１１３ａのガス通路や生成水通路の全面をシール材１１５で確実に被覆することは難しく、セパレータの生産の際における歩留まりの低下が考えられ、そのことが生産性を高める妨げになっていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、セパレータの耐食性を確保することができ、かつコストを抑えるとともに生産性を高めることができる燃料電池用セパレータを提供することにある。
【００１３】
【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は、外周部に反応ガスを導くガス通路を設けるとともに反応生成物を導く反応生成物通路を設け、前記ガス通路から中央部に反応ガスを導き、反応ガスの反応で生成した生成物を前記反応生成物通路に導く燃料電池用セパレータにおいて、前記中央部を金属製部材とするとともに前記外周部を樹脂製部材とし、この樹脂製部材を前記金属性部材に弾性部材を介して結合した燃料電池用セパレータであって、前記弾性部材は、前記金属性部材の開口部に充填され、前記金属性部材が前記弾性部材から抜け出すことを防ぐ第１アンカーと、前記外周部の開口部に充填され、前記外周部が前記弾性部材から抜け出すことを防ぐ第２アンカーと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
セパレータの中央部を金属製部材とするとともに、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、この樹脂製部材を金属性部材に弾性部材を介して結合した。セパレータの外周部全体を樹脂製部材とし、この外周部にガス通路や生成水通路を形成することにより、ガスや生成水に対するガス通路及び生成水通路の耐食性を確保することができる。
【００１５】
また、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成した。これにより、従来技術のようにセパレータのガス通路や生成水通路の壁面にシール材を被覆する必要がなく、通常の精度の成形型で外周部や弾性部材を成形することができる。
このため、高精度の成形型を使用する必要がないので、成形型などの設備費を抑えることができる。
【００１６】
さらに、セパレータの外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成することで、セパレータを比較的簡単に製造することができる。よって、セパレータの生産の際における歩留まりを高めることができる。
【００１７】
ここで、樹脂製部材は金属製部材と熱膨張率が異なるため、中央部の金属製部材に外周部の樹脂製部材を直接結合すると、外周部と中央部との熱膨張差で中央部が変形したり、外周部が疲労破壊したりする虞がある。
そこで、請求項１において、外周部を弾性部材を介して中央部に結合した。これにより、外周部と中央部との熱膨張差を弾性部材で吸収することができるので、それぞれの熱膨張差で中央部が変形したり、外周部が疲労破壊したりすることを防止できる。
【００１８】
さらに、請求項１において、弾性部材は、金属性部材の開口部に充填された第１アンカーと、外周部の開口部に充填された第２アンカーとを備えた。
よって、金属性部材が弾性部材から抜け出すことを防ぐとともに、外周部が弾性部材から抜け出すことを防ぐことができる。
【００２１】
請求項２は、外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたことを特徴とする。
【００２２】
外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを組付ける際に、ガス通路や反応生成物通路を囲うための通路用のガスケットを組付ける必要がない。これにより、燃料電池を組付ける際に、通路用のガスケットを組付ける手間を省くことができる。
【００２３】
加えて、外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを燃料電池に組付けた際に、突起状の通路用シール部でガス通路や反応生成物通路を確実にシールすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池の分解斜視図である。
燃料電池１０は、電解質膜１１の上面１１ａ側と下面１１ｂ（図２参照）側にそれぞれ負極１５と正極１６とを配置し、負極１５に上側のセパレータ２０（燃料電池用セパレータ）を重ね合わせるとともに、正極１６に下側のセパレータ２０を重ね合わせたものである。
【００２７】
ここで、一般的には電解質膜１１、負極１５、正極１６、上下のセパレータ２０，２０を重ね合わせた燃料電池１０をセルと称し、セルを複数個スタック状に重ね合わせたものを燃料電池というが、ここでは理解を容易にするためにセルを燃料電池として説明する。
【００２８】
電解質膜１１は、外周部に、水素ガス（反応ガス）を導く水素ガス通路（ガス通路）１２・・・、酸素ガス（反応ガス）を導く酸素ガス通路（ガス通路）１３・・・、及び生成水（反応生成物）を導く生成水通路（反応生成物通路）１４・・・を備える。
なお、水素ガス通路１２・・・、酸素ガス通路１３・・・、及び生成水通路１４・・・は、それぞれ複数個存在するが、ここでは理解を容易にするためにそれぞれ１個のみを図示して説明する。
【００２９】
負極１５及び正極１６は、それぞれ電解質膜１１より一回り小さく形成した部材であり、負極１５及び正極１６の外周は、水素ガス通路１２・・・、酸素ガス通路１３・・・、及び生成水通路１４・・・の内側に位置する。
【００３０】
セパレータ２０は、金属製の中央部２２の周りに樹脂製の外周部３０を備え、この外周部３０を弾性部材４０を介して中央部２２に結合したものである。
外周部３０は、水素ガスを導く水素ガス通路（ガス通路）３１・・・、酸素ガスを導く酸素ガス通路（ガス通路）３２・・・、及び生成水を導く生成水通路（反応生成物通路）３３・・・を備える。
【００３１】
セパレータ２０の外周部３０を樹脂製部材とし、この外周部３０に水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を備えることにより、ガスや生成水に対する水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・の耐食性を確保することができる。
【００３２】
なお、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・、及び生成水通路３３・・・は、それぞれ複数個存在するが、ここでは理解を容易にするためにそれぞれ１個のみを図示して説明する。
【００３３】
水素ガス通路３１・・・及び酸素ガス通路３２・・・は、燃料電池１０を組立てた際に、それぞれ電解質膜１１の水素ガス通路１２・・・及び酸素ガス通路１３・・・と重なる部位に形成されている。
また、生成水通路３３・・・は、燃料電池１０を組立てた際に、電解質膜１１の生成水通路１４・・・と重なる部位に形成されている。
【００３４】
この燃料電池１０によれば、水素ガス通路３１・・・，１２・・・を通して水素ガスを矢印Ａの如く供給するとともに、水素ガス通路３１・・・，１２・・・の水素ガスを矢印Ｂの如く上側の中央部２２に向けて導き、酸素ガス通路３２・・・，１３・・・を通して水素ガスを矢印Ｃの如く供給するとともに、酸素ガス通路３２・・・，１３・・・の酸素ガスを矢印Ｄの如く下側の中央部２２に向けて導くことができる。
【００３５】
水素ガスを中央部２２に導くことで負極１５に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を接触させるとともに、酸素ガスを中央部２２に導くことで正極１６に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を接触させ、電子ｅ−を矢印の如く流して電流を発生させる。
この際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）が生成され、この生成水を中央部２２から矢印Ｅの如く生成水通路１４・・・，３３・・・に導き、導いた生成水を生成水通路１４・・・，３３・・・を矢印Ｆの如く流す。
【００３６】
図２は図１の２−２線断面図であり、燃料電池用セパレータ２０を金属製の中央部２２、樹脂製の外周部３０及び弾性部材４０で構成した状態を示す。
中央部２２は、金属製部材であって、上面２２ａ及び下面２２ｂに、水素ガスを導く流路２３・・・や酸素ガスを導く流路２４・・・を形成するとともに、生成水を導く流路（図示しない）を形成し、上面２２ａ及び下面２２ｂにそれぞれ耐食用のメッキ処理を施したステンレス製のプレートである。
【００３７】
この中央部２２の周縁２２ｃに沿った上・下面にそれぞれプライマ処理を施したプライマ処理部２５ａ，２５ｂを備え、プライマ処理部２５ａ，２５ｂに所定間隔をおいて第１開口部２６・・・を備える。
第１開口部２６・・・の形状は孔、長孔や矩形が該当するが、これに限定するものではない。なお、プライマ処理部２５ａ，２５ｂ及び第１開口部２６・・・を備えた理由については後述する。
【００３８】
外周部３０は、中央部２２より一回り大きく形成した枠体であり、この枠体に複数の水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・（通路３２，３３は図１に示す）を設けたエンジニアリングプラスチック（以下、「エンプラ」という）製の枠体である。
【００３９】
そして、外周部３０の上面３０ａには、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・のそれぞれの周縁に沿って、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を個別に囲うように突起状の通路シール部３４・・・を備える。
さらに、外周部３０の下面３０ｂには、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・のそれぞれの周縁に沿って、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を囲うように通路用凹部３５・・・を備える。
【００４０】
加えて、この外周部３０は、上面３０ａ及び下面３０ｂにそれぞれ内周縁３０ｃに沿って上下の凹部３６ａ，３６ｂを形成することにより、内周縁３０ｃに沿った部位を薄肉部３７とし、この薄肉部３７に所定間隔をおいて第２開口部３８・・・を備える。
第２開口部３８・・・の形状は孔、長孔や矩形が該当するが、これに限定するものではない。なお、第２開口部３８・・・を備えた理由については後述する。
【００４１】
外周部３０の枠体を中央部２２より一回り大きく形成することで、外周部３０の内周縁３０ｃと中央部２２の周縁２２ｃとの間に隙間Ｓを開けることができる。
突起状の通路シール部３４・・・は、燃料電池１０を組付けた際に、電解質膜１１の通路１２・・・，１３・・・，１４・・・（通路１３，１４は図１参照）を介して上方に配置したセパレータ２０の通路用凹部３５に押圧されるように形成されている。
【００４２】
外周部に水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を個別に囲うように突起状の通路用シール部３４・・・を設けたので、セパレータ２０を燃料電池１０に組付ける際に、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を囲うための通路用のガスケットを組付ける必要がない。これにより、燃料電池１０を組付ける際に、通路用のガスケットを組付ける手間を省くことができる。
【００４３】
加えて、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を個別に囲うように突起状の通路用シール部３４・・・を設けたので、セパレータ２０を燃料電池１０に組付けた際に、突起状の通路用シール部３４・・・を通路用凹部３５・・・に押圧して水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を確実にシールすることができる。
【００４４】
弾性部材４０は、中央部２２のプライマ処理部２５ａ，２５ｂ及び外周部３０の薄肉部３７を覆うとともに、隙間Ｓ、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・に充填し、上面４０ａに中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１（図１も参照）を設けたシリコーンゴム製の結合部材である。
【００４５】
弾性部材４０に中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１を設けたので、燃料電池１０を組付ける際に、中央部２２を囲うための中央部用のガスケットを組付ける必要がない。これにより、燃料電池２０を組付ける際に、中央部用のガスケットを組付ける手間を省くことができる。
【００４６】
加えて、セパレータ２０を組付けた際に、突起状の中央シール部４１を電解質膜１１に王圧して中央部２２を確実にシールすることができる。これにより、中央部２２に導いた水素ガスや酸素ガスを正規の位置に確実に導くとともに、中央部２２で生成した生成水を正規の位置に確実に導くことができる。
【００４７】
さらに、弾性部材４０及び中央シール部４１をシリコーンゴム（ゴム材）で一体に形成したので、弾性部材４０及び中央シール部４１を同時に形成することができる。このため、弾性部材４０及び中央シール部４１を時間をかけないで簡単に形成することができる。
【００４８】
ここで、セパレータ２０は、中央部２２の上下のプライマ処理部２５ａ，２５ｂを弾性部材４０で覆うとともに、外周部３０の薄肉部３７を弾性部材４０で覆う際に、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・にそれぞれ弾性部材４０を充填することで、第１開口部２６・・・に第１アンカー４２・・・を設けることができ、第２開口部３８・・・に第２アンカー４３を設けることができる。
【００４９】
これにより、中央部２２が弾性部材４０から抜け出すことを防ぐとともに、外周部３０が弾性部材４０から抜け出すことを防いで、中央部２２に外周部３０を強固に結合することができる。
【００５０】
ところで、外周部３０のエンプラ材は中央部２２のステンレス材と熱膨張率が異なるため、中央部２２に外周部３０を直接結合すると、外周部３０と中央部２２との熱膨張差で中央部２２が変形したり、外周部３０が疲労破壊したりすることが考えられる。
【００５１】
そこで、外周部３０を弾性部材４０を介して中央部２２に結合することで、外周部３０と中央部２２との熱膨張差を弾性部材４０で吸収するようにした。これにより、外周部３０と中央部２２との熱膨張差で中央部２２が変形したり、外周部３０が疲労破壊したりすることを防止できる。
なお、突起状の中央シール部４１は、燃料電池１０を組付けた際に、電解質膜１１に押圧されるように形成されている。
【００５２】
図３（ａ），（ｂ）は図２の断面図を示し、（ａ）は図２の３ａ−３ａ線断面図、（ｂ）は図２の３ｂ−３ｂ線断面図を示す。
（ａ）は、第１開口部２６・・・を、一例として長孔に形成し、この長孔に弾性部材４０を充填することで、第１開口部２６・・・に第１アンカー４２・・・を設けた状態を示す。
（ｂ）は、第２開口部３８・・・を、一例として長孔に形成し、この長孔に弾性部材４０を充填することで、第１開口部３８・・・に第２アンカー４３・・・を設けた状態を示す。
【００５３】
次に、燃料電池用セパレータ１０の製造工程について図４〜図９に基づいて説明する。
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第１作用説明図である
（ａ）において、金属製部材である中央部２２の周縁２２ｃに沿って、上・下の面２２ａ，２２ｂにプライマ処理を施す。すなわち、上・下の面２２ａ，２２ｂに、それぞれ１５０℃の温度でシリコーンゴムを焼き付けてプライマ処理部２５ａ，２５ｂを形成する。
【００５４】
（ｂ）において、プライマ処理部２５ａ，２５ｂを備えた中央部２２を、ターンテーブル５０に備えた固定型５１に矢印▲１▼の如く載置する。次に、ターンテーブル５０を矢印▲２▼の如く回転することにより、固定型５１を第１可動型５２の下方に静止する。
固定型５１及び第１可動型５２で、図１及び図２に示すセパレータ２０の外周部３０を射出成形する外周部用成形型を構成する。
【００５５】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第２作用説明図である。
（ａ）において、第1可動型５２を矢印▲３▼の如く下降することにより、外周部用成形型を型締めする。
（ｂ）において、図４（ｂ）に示す外周部用射出装置５５のプランジャ５６を操作することにより、エンジニアリングプラスチックの溶融樹脂５７を矢印▲４▼の如く外周部用キャビティ５８内に充填する。
【００５６】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第３作用説明図であり、図６（ａ）は図５（ｂ）の６ａ部拡大図を示す。
（ａ）において、外周部用キャビティ５８内に固定型５１の突起５１ａ・・・を可動型５２まで突出させるとともに、隆起部５１ｂ・・・を外周部用キャビティ５８内に隆起させた状態で、外周部用キャビティ５８内に溶融樹脂５７を充填した。
【００５７】
これにより、外周部３０を成形する際に、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水流路３３・・・（流路３２，３３は図１に示す）を形成するとともに、これらの流路３１・・・，３２・・・，３３・・・の周縁に通路用凹部３５・・・を成形することができる。
【００５８】
さらに、固定型５１から中子５９を外周部用キャビティ５８内に僅かに突出させ、第１可動型５２の突起部５２ａを中子５９まで突出するとともに隆起部５２ｂを外周部用キャビティ５８内に僅かに突出させることにより、薄肉部３７を成形するとともに、薄肉部３７に第２開口部３８・・・を成形することができる。
そして、外周部用キャビティ５８内の溶融樹脂５７が凝固した後、中子５９を矢印▲５▼の如く外周部用キャビティ５８内から退避させる。
【００５９】
（ｂ）において、第１可動型５２を矢印▲６▼の如く上昇することにより、外周部用成形型を型開きする。これにより、外周部３０の射出成形工程が完了する。
【００６０】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第４作用説明図である。
（ａ）において、ターンテーブル５０を矢印▲７▼の如く回転することにより、固定型５１を第２可動型６１の下方に静止する。
固定型５１及び第２可動型６１で、図１及び図２に示すセパレータ２０の弾性部材４０を射出成形する弾性部材用成形型を構成する。
（ｂ）において、第２可動型６１を矢印▲８▼の如く下降することにより、弾性部材用成形型を型締めする。
【００６１】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第５作用説明図である。
（ａ）において、弾性部材用成形型を型締めすることにより、固定型５１と第２可動型６１とで弾性部材用キャビティ６７を形成するとともに、第２可動型６１と外周部３０とで形成したシール用キャビティ６８を形成する。
この状態で、図７（ａ）に示す弾性部材用射出装置６４のプランジャ６５を操作することにより、シリコーンゴムの溶融樹脂６６を矢印▲９▼の如く弾性部材用キャビティ６７及びシール用キャビティ６８に充填する。
【００６２】
（ｂ）において、弾性部材用キャビティ６７内に溶融樹脂６６を充填することにより、中央部２２の上・下のプライマ処理部２５ａ，２５ｂを弾性部材４０で覆うとともに、外周部３０の薄肉部３７を弾性部材４０で覆うとともに中央シール部４１を成形することができる。
ここで、中央部２２は金属製部材であるが、中央部２２の外周に上・下のプライマ処理部２５ａ，２５ｂを施してあるので、中央部２２に弾性部材４０を好適に付着させることができる。
【００６３】
加えて、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・にそれぞれ弾性部材４０を充填することで、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・にそれぞれ第１アンカー４２・・・及び第２アンカー４３・・・を形成することができる。
これにより、中央部２２が弾性部材４０から抜け出すことを防止できるとともに、外周部３０が弾性部材４０から抜け出すことを防止できる。
【００６４】
また、弾性部材用キャビティ６７内に溶融樹脂６６を充填すると同時に、第２可動型６１と外周部３０とで形成したシール用キャビティ６８に、溶融樹脂６６を充填することにより通路シール部３４・・・を成形する。
これにより、弾性部材４０を成形する際に、通路シール部３４・・・及び中央シール部４１をシリコーンゴム（ゴム材）で同時に成形することができる。従って、弾性部材４０、通路シール部３４・・・及び中央シール部４１を時間をかけないで簡単に形成することができる。
【００６５】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第６作用説明図である。
（ａ）において、弾性部材用キャビティ６７内の溶融樹脂６６及びシール用キャビティ６８内の溶融樹脂６６を凝固させた後、第２可動型６１を矢印の如く上昇することにより、弾性部材用成形型を型開きする。
これにより、弾性部材４０及び通路シール部３４の射出成形工程が完了し、燃料電池用セパレータ２０を得ることができる。
【００６６】
（ｂ）において、弾性部材用成形型を型開きした後、ターンテーブル５０を矢印の如く回転することにより、固定型５１を搬入・搬出エリア６８に静止させる。次に、固定型５１から燃料電池用セパレータ２０を矢印の如く取り出す。これにより、燃料電池用セパレータ２０の製造工程が完了する。
【００６７】
図４〜図９で説明したように、セパレータ２０の外周部３０を弾性部材４０で中央部２２に結合するように構成することで、セパレータ２０を比較的簡単に製造することができる。
よって、セパレータ２０の生産の際における歩留まりを高めることができ、セパレータ２０の生産性を高めることができる。
【００６８】
なお、前記実施形態では、弾性部材４０及び通路シール部３４・・・としてシリコーンゴムを例について説明したが、弾性部材４０及び通路シール部３４・・・はこれに限らないで、その他のゴムや樹脂を使用することも可能である。
また、前記実施形態では、燃料電池用セパレータ２０の中央部２２を形成する金属製部材としてステンレスを例に説明したが、中央部２２を形成する金属製部材はこれに限定するものではない。
【００６９】
さらに、前記実施形態では、燃料電池用セパレータ２０の外周部３０を形成する樹脂製部材としてエンジニアリングプラスチックを例に説明したが、外周部３０を形成する樹脂製部材はこれに限定するものではない。
また、前記実施形態では、弾性部材４０にセパレータ２０の中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１を設けた例について説明したが、これに限らないで、弾性部材４０に中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１を設けなくてもよい。
【００７０】
さらに、前記実施形態では、セパレータ２０の外周部３０にガス通路３１・・・，３２・・・及び生成水通路３３・・・を囲う突起状の通路用シール部３４・・・を設けた例について説明したが、通路用シール部３４・・・は設けなくてもよい。
【００７１】
また、前記実施形態では、弾性部材４０、中央シール部４１及び通路用シール部３４・・・をゴム材で一体に形成した例について説明したが、これに限らないで、弾性部材４０、中央シール部４１及び通路用シール部３４・・・をそれぞれ個別に形成することも可能であり、さらに各々の部材４０，４１，３４・・・をそれぞれ異なる材質で形成することも可能である。
【００７２】
さらに、前記実施形態では、反応ガスとして水素ガスや酸素ガスを例に説明するととともに、反応生成物として生成水を例に説明したが、これに限らないで、その他の反応ガスや反応生成物に適用することも可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、セパレータの中央部を金属製部材とするとともに、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、この樹脂製部材を金属性部材に弾性部材を介して結合した。
セパレータの外周部全体を樹脂製部材とし、この外周部にガス通路や生成水通路を形成することにより、ガスや生成水に対するガス通路及び生成水通路の耐食性を確保することができる。
【００７４】
また、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成した。よって、従来技術のようにセパレータのガス通路や生成水通路の壁面にシール材を被覆する必要がないので、通常の精度の成形型で外周部や弾性部材を成形することができる。
このため、高精度の成形型を使用する必要がないので、成形型などの設備費を抑えることができ、コストアップを抑えることができる。
【００７５】
さらに、セパレータの外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成することで、セパレータを比較的簡単に製造することができる。これにより、セパレータの生産の際における歩留まりを高めることができ、セパレータの生産性を高めることができる。
【００７６】
加えて、外周部を弾性部材を介して中央部に結合することにより、外周部と中央部との熱膨張差を弾性部材で吸収することができる。従って、外周部及び中央部のそれぞれの熱膨張差で中央部が変形したり、外周部が疲労破壊したりすることを防止できる。
【００７７】
さらに、請求項１は、弾性部材が、金属性部材の開口部に充填された第１アンカーと、外周部の開口部に充填された第２アンカーとを備えている。
よって、金属性部材が弾性部材から抜け出すことを防ぐとともに、外周部が弾性部材から抜け出すことを防ぐことができる。
これにより、金属性部材に外周部を強固に結合することができる。
【００７９】
請求項２は、 外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを組付ける際に、ガス通路や反応生成物通路を囲うための通路用のガスケットを組付ける必要がない。
これにより、燃料電池を組付ける際に、通路用のガスケットを組付ける手間を省くことができるので、燃料電池を簡単に組付けることができる。
【００８０】
加えて、外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを燃料電池に組付けた際に、突起状の通路用シール部でガス通路や反応生成物通路を確実にシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池の分解斜視図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図２の断面図
【図４】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第１作用説明図
【図５】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第２作用説明図
【図６】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第３作用説明図
【図７】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第４作用説明図
【図８】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第５作用説明図
【図９】 本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第６作用説明図
【図１０】従来の燃料電池を示す分解斜視図
【図１１】従来の燃料電池用セパレータの製造工程を示す断面図
【符号の説明】
１０…燃料電池、２０…燃料電池用セパレータ（セパレータ）、２２…中央部、２６…第１開口部、３０…外周部、３１…水素ガス通路（ガス通路）、３２…酸素ガス通路（ガス通路）、３３…生成水通路（反応生成物通路）、３４…突起状の通路用シール部、３８…第２開口部、４０…弾性部材、４１…突起状の中央シール部、４２…第１アンカー、４３…第２アンカー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、セパレータの外周部に通路を設け、これらの通路を用いて反応ガスや反応生成物を導く燃料電池用セパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の燃料電池を示す分解斜視図である。燃料電池１００は、電解質膜１０１の上面側と下面側にそれぞれ負極１０２と正極１０３とを配置し、負極１０２の上側にセパレータ１０５を重ね合わせるとともに、電解質膜１０１の外周近傍と上側のセパレータ１０５の外周近傍とで上側のガスケット１０６を挟持し、正極１０３の下側にセパレータ１０５を重ね合わせるとともに、電解質膜１０１の外周近傍と下側のセパレータ１０５の外周近傍とで下側のガスケット１０６を挟持したものである。
【０００３】
この燃料電池１００によれば、水素ガスを水素ガス通路１０７・・・を通して矢印ａの如く供給するとともに、水素ガス通路１０７・・・の水素ガスを上側のセパレータ１０５の中央部１０５ａに向けて矢印の如く導き、酸素ガスを酸素ガス通路１０８・・・を通して矢印ｂの如く供給するとともに、酸素ガス通路１０８・・・の酸素ガスを下側のセパレータ１０５の中央部１０５ａに矢印の如く導く。
【０００４】
水素ガスを上側の中央部１０５ａに導くことで負極１０２に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を接触させるとともに、酸素ガスを下側の中央部１０５ａに導くことで正極１０３に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を接触させ、電子ｅ−を矢印の如く流して電流を発生させる。
この際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）を生成し、この生成水を生成水通路１０９・・・を通して矢印ｃの如く流す。
【０００５】
ところで、この燃料電池１００はガス通路１０７・・・，１０８・・・や生成水通路１０９・・・の耐食性を保つために、ガス通路１０７・・・，１０８・・・や生成水通路１０９・・・をシールする必要がる。
このため、燃料電池１００を製造する際に、電解質膜１０１の外周近傍と上側のセパレータ１０５の外周近傍との間の隙間に上側のガスケット１０６を挟み込むとともに、電解質膜１０１の外周近傍と下側のセパレータ１０５の外周近傍との間の隙間に下側のガスケット１０６を挟み込む必要がある。
【０００６】
ここで、燃料電池１００はコンパクトであるとことが望ましく、上下のガスケット１０６を薄く形成する必要がある。このため、上下のガスケット１０６の取扱いが難しく、上下のガスケット１０６を正規の部位に配置するために時間がかかり、そのことが燃料電池の生産性を高める妨げになる。
【０００７】
この不具合を解消する手段として、例えば特開平１１−３０９７４６号公報「シリコーン樹脂−金属複合体の製造方法」が提案されている。この技術によれば、セパレータの外周部にシリコーン樹脂（以下、「シール材」という）を成形することでガスケットを除去することができる。以下、同公報の図１を次図に再掲してその技術を説明する。
【０００８】
図１１は従来の燃料電池用セパレータの製造工程を示す断面図である。
射出成形型１１０を型締めすることにより固定型１１１と可動型１１２との間にセパレータ１１３をインサートするとともに、固定型１１１と可動型１１２とでキャビティ１１４を形成し、キャビティ１１４に矢印の如く溶融樹脂を充填することにより、セパレータ１１３の外周部１１３ａにシール材１１５を成形する。
【０００９】
このように、セパレータ１１３の外周部１１３ａに沿ってシール材１１５を成形することにより、図１０に示す上下のガスケット１０６，１０６を不要にすることができる。よって、燃料電池を製造する際に、上下のガスケット１０６，１０６を組付ける工程を省くことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セパレータ１１３のガス通路や生成水通路がガスや生成水で腐食することを防止するためには、ガス通路や生成水通路の全面を被覆する必要がある。このため、セパレータ１１３の外周部１１３ａの上面及び下面をシール材１１５で被覆するだけでなく、外周部１１３ａのガス通路や生成水通路の壁面もシール材１１５で被覆する必要がある。
【００１１】
このように、外周部１１３ａのガス通路や生成水通路の全面をシール材１１５で被覆して耐食性を高めるためには、射出成形型１１０などの設備の精度を高める必要があり、設備費が嵩み、そのことがコストを抑える妨げになる。
また、設備の精度を高めたとしても、外周部１１３ａのガス通路や生成水通路の全面をシール材１１５で確実に被覆することは難しく、セパレータの生産の際における歩留まりの低下が考えられ、そのことが生産性を高める妨げになっていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、セパレータの耐食性を確保することができ、かつコストを抑えるとともに生産性を高めることができる燃料電池用セパレータを提供することにある。
【００１３】
【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は、外周部に反応ガスを導くガス通路を設けるとともに反応生成物を導く反応生成物通路を設け、前記ガス通路から中央部に反応ガスを導き、反応ガスの反応で生成した生成物を前記反応生成物通路に導く燃料電池用セパレータにおいて、前記中央部を金属製部材とするとともに前記外周部を樹脂製部材とし、この樹脂製部材を前記金属性部材に弾性部材を介して結合した燃料電池用セパレータであって、前記弾性部材は、前記金属性部材の開口部に充填され、前記金属性部材が前記弾性部材から抜け出すことを防ぐ第１アンカーと、前記外周部の開口部に充填され、前記外周部が前記弾性部材から抜け出すことを防ぐ第２アンカーと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
セパレータの中央部を金属製部材とするとともに、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、この樹脂製部材を金属性部材に弾性部材を介して結合した。セパレータの外周部全体を樹脂製部材とし、この外周部にガス通路や生成水通路を形成することにより、ガスや生成水に対するガス通路及び生成水通路の耐食性を確保することができる。
【００１５】
また、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成した。これにより、従来技術のようにセパレータのガス通路や生成水通路の壁面にシール材を被覆する必要がなく、通常の精度の成形型で外周部や弾性部材を成形することができる。
このため、高精度の成形型を使用する必要がないので、成形型などの設備費を抑えることができる。
【００１６】
さらに、セパレータの外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成することで、セパレータを比較的簡単に製造することができる。よって、セパレータの生産の際における歩留まりを高めることができる。
【００１７】
ここで、樹脂製部材は金属製部材と熱膨張率が異なるため、中央部の金属製部材に外周部の樹脂製部材を直接結合すると、外周部と中央部との熱膨張差で中央部が変形したり、外周部が疲労破壊したりする虞がある。
そこで、請求項１において、外周部を弾性部材を介して中央部に結合した。これにより、外周部と中央部との熱膨張差を弾性部材で吸収することができるので、それぞれの熱膨張差で中央部が変形したり、外周部が疲労破壊したりすることを防止できる。
【００１８】
さらに、請求項１において、弾性部材は、金属性部材の開口部に充填された第１アンカーと、外周部の開口部に充填された第２アンカーとを備えた。
よって、金属性部材が弾性部材から抜け出すことを防ぐとともに、外周部が弾性部材から抜け出すことを防ぐことができる。
【００２１】
請求項２は、外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたことを特徴とする。
【００２２】
外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを組付ける際に、ガス通路や反応生成物通路を囲うための通路用のガスケットを組付ける必要がない。これにより、燃料電池を組付ける際に、通路用のガスケットを組付ける手間を省くことができる。
【００２３】
加えて、外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを燃料電池に組付けた際に、突起状の通路用シール部でガス通路や反応生成物通路を確実にシールすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池の分解斜視図である。
燃料電池１０は、電解質膜１１の上面１１ａ側と下面１１ｂ（図２参照）側にそれぞれ負極１５と正極１６とを配置し、負極１５に上側のセパレータ２０（燃料電池用セパレータ）を重ね合わせるとともに、正極１６に下側のセパレータ２０を重ね合わせたものである。
【００２７】
ここで、一般的には電解質膜１１、負極１５、正極１６、上下のセパレータ２０，２０を重ね合わせた燃料電池１０をセルと称し、セルを複数個スタック状に重ね合わせたものを燃料電池というが、ここでは理解を容易にするためにセルを燃料電池として説明する。
【００２８】
電解質膜１１は、外周部に、水素ガス（反応ガス）を導く水素ガス通路（ガス通路）１２・・・、酸素ガス（反応ガス）を導く酸素ガス通路（ガス通路）１３・・・、及び生成水（反応生成物）を導く生成水通路（反応生成物通路）１４・・・を備える。
なお、水素ガス通路１２・・・、酸素ガス通路１３・・・、及び生成水通路１４・・・は、それぞれ複数個存在するが、ここでは理解を容易にするためにそれぞれ１個のみを図示して説明する。
【００２９】
負極１５及び正極１６は、それぞれ電解質膜１１より一回り小さく形成した部材であり、負極１５及び正極１６の外周は、水素ガス通路１２・・・、酸素ガス通路１３・・・、及び生成水通路１４・・・の内側に位置する。
【００３０】
セパレータ２０は、金属製の中央部２２の周りに樹脂製の外周部３０を備え、この外周部３０を弾性部材４０を介して中央部２２に結合したものである。
外周部３０は、水素ガスを導く水素ガス通路（ガス通路）３１・・・、酸素ガスを導く酸素ガス通路（ガス通路）３２・・・、及び生成水を導く生成水通路（反応生成物通路）３３・・・を備える。
【００３１】
セパレータ２０の外周部３０を樹脂製部材とし、この外周部３０に水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を備えることにより、ガスや生成水に対する水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・の耐食性を確保することができる。
【００３２】
なお、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・、及び生成水通路３３・・・は、それぞれ複数個存在するが、ここでは理解を容易にするためにそれぞれ１個のみを図示して説明する。
【００３３】
水素ガス通路３１・・・及び酸素ガス通路３２・・・は、燃料電池１０を組立てた際に、それぞれ電解質膜１１の水素ガス通路１２・・・及び酸素ガス通路１３・・・と重なる部位に形成されている。
また、生成水通路３３・・・は、燃料電池１０を組立てた際に、電解質膜１１の生成水通路１４・・・と重なる部位に形成されている。
【００３４】
この燃料電池１０によれば、水素ガス通路３１・・・，１２・・・を通して水素ガスを矢印Ａの如く供給するとともに、水素ガス通路３１・・・，１２・・・の水素ガスを矢印Ｂの如く上側の中央部２２に向けて導き、酸素ガス通路３２・・・，１３・・・を通して水素ガスを矢印Ｃの如く供給するとともに、酸素ガス通路３２・・・，１３・・・の酸素ガスを矢印Ｄの如く下側の中央部２２に向けて導くことができる。
【００３５】
水素ガスを中央部２２に導くことで負極１５に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を接触させるとともに、酸素ガスを中央部２２に導くことで正極１６に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を接触させ、電子ｅ−を矢印の如く流して電流を発生させる。
この際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）が生成され、この生成水を中央部２２から矢印Ｅの如く生成水通路１４・・・，３３・・・に導き、導いた生成水を生成水通路１４・・・，３３・・・を矢印Ｆの如く流す。
【００３６】
図２は図１の２−２線断面図であり、燃料電池用セパレータ２０を金属製の中央部２２、樹脂製の外周部３０及び弾性部材４０で構成した状態を示す。
中央部２２は、金属製部材であって、上面２２ａ及び下面２２ｂに、水素ガスを導く流路２３・・・や酸素ガスを導く流路２４・・・を形成するとともに、生成水を導く流路（図示しない）を形成し、上面２２ａ及び下面２２ｂにそれぞれ耐食用のメッキ処理を施したステンレス製のプレートである。
【００３７】
この中央部２２の周縁２２ｃに沿った上・下面にそれぞれプライマ処理を施したプライマ処理部２５ａ，２５ｂを備え、プライマ処理部２５ａ，２５ｂに所定間隔をおいて第１開口部２６・・・を備える。
第１開口部２６・・・の形状は孔、長孔や矩形が該当するが、これに限定するものではない。なお、プライマ処理部２５ａ，２５ｂ及び第１開口部２６・・・を備えた理由については後述する。
【００３８】
外周部３０は、中央部２２より一回り大きく形成した枠体であり、この枠体に複数の水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・（通路３２，３３は図１に示す）を設けたエンジニアリングプラスチック（以下、「エンプラ」という）製の枠体である。
【００３９】
そして、外周部３０の上面３０ａには、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・のそれぞれの周縁に沿って、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を個別に囲うように突起状の通路シール部３４・・・を備える。
さらに、外周部３０の下面３０ｂには、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・のそれぞれの周縁に沿って、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を囲うように通路用凹部３５・・・を備える。
【００４０】
加えて、この外周部３０は、上面３０ａ及び下面３０ｂにそれぞれ内周縁３０ｃに沿って上下の凹部３６ａ，３６ｂを形成することにより、内周縁３０ｃに沿った部位を薄肉部３７とし、この薄肉部３７に所定間隔をおいて第２開口部３８・・・を備える。
第２開口部３８・・・の形状は孔、長孔や矩形が該当するが、これに限定するものではない。なお、第２開口部３８・・・を備えた理由については後述する。
【００４１】
外周部３０の枠体を中央部２２より一回り大きく形成することで、外周部３０の内周縁３０ｃと中央部２２の周縁２２ｃとの間に隙間Ｓを開けることができる。
突起状の通路シール部３４・・・は、燃料電池１０を組付けた際に、電解質膜１１の通路１２・・・，１３・・・，１４・・・（通路１３，１４は図１参照）を介して上方に配置したセパレータ２０の通路用凹部３５に押圧されるように形成されている。
【００４２】
外周部に水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を個別に囲うように突起状の通路用シール部３４・・・を設けたので、セパレータ２０を燃料電池１０に組付ける際に、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を囲うための通路用のガスケットを組付ける必要がない。これにより、燃料電池１０を組付ける際に、通路用のガスケットを組付ける手間を省くことができる。
【００４３】
加えて、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を個別に囲うように突起状の通路用シール部３４・・・を設けたので、セパレータ２０を燃料電池１０に組付けた際に、突起状の通路用シール部３４・・・を通路用凹部３５・・・に押圧して水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水通路３３・・・を確実にシールすることができる。
【００４４】
弾性部材４０は、中央部２２のプライマ処理部２５ａ，２５ｂ及び外周部３０の薄肉部３７を覆うとともに、隙間Ｓ、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・に充填し、上面４０ａに中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１（図１も参照）を設けたシリコーンゴム製の結合部材である。
【００４５】
弾性部材４０に中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１を設けたので、燃料電池１０を組付ける際に、中央部２２を囲うための中央部用のガスケットを組付ける必要がない。これにより、燃料電池２０を組付ける際に、中央部用のガスケットを組付ける手間を省くことができる。
【００４６】
加えて、セパレータ２０を組付けた際に、突起状の中央シール部４１を電解質膜１１に王圧して中央部２２を確実にシールすることができる。これにより、中央部２２に導いた水素ガスや酸素ガスを正規の位置に確実に導くとともに、中央部２２で生成した生成水を正規の位置に確実に導くことができる。
【００４７】
さらに、弾性部材４０及び中央シール部４１をシリコーンゴム（ゴム材）で一体に形成したので、弾性部材４０及び中央シール部４１を同時に形成することができる。このため、弾性部材４０及び中央シール部４１を時間をかけないで簡単に形成することができる。
【００４８】
ここで、セパレータ２０は、中央部２２の上下のプライマ処理部２５ａ，２５ｂを弾性部材４０で覆うとともに、外周部３０の薄肉部３７を弾性部材４０で覆う際に、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・にそれぞれ弾性部材４０を充填することで、第１開口部２６・・・に第１アンカー４２・・・を設けることができ、第２開口部３８・・・に第２アンカー４３を設けることができる。
【００４９】
これにより、中央部２２が弾性部材４０から抜け出すことを防ぐとともに、外周部３０が弾性部材４０から抜け出すことを防いで、中央部２２に外周部３０を強固に結合することができる。
【００５０】
ところで、外周部３０のエンプラ材は中央部２２のステンレス材と熱膨張率が異なるため、中央部２２に外周部３０を直接結合すると、外周部３０と中央部２２との熱膨張差で中央部２２が変形したり、外周部３０が疲労破壊したりすることが考えられる。
【００５１】
そこで、外周部３０を弾性部材４０を介して中央部２２に結合することで、外周部３０と中央部２２との熱膨張差を弾性部材４０で吸収するようにした。これにより、外周部３０と中央部２２との熱膨張差で中央部２２が変形したり、外周部３０が疲労破壊したりすることを防止できる。
なお、突起状の中央シール部４１は、燃料電池１０を組付けた際に、電解質膜１１に押圧されるように形成されている。
【００５２】
図３（ａ），（ｂ）は図２の断面図を示し、（ａ）は図２の３ａ−３ａ線断面図、（ｂ）は図２の３ｂ−３ｂ線断面図を示す。
（ａ）は、第１開口部２６・・・を、一例として長孔に形成し、この長孔に弾性部材４０を充填することで、第１開口部２６・・・に第１アンカー４２・・・を設けた状態を示す。
（ｂ）は、第２開口部３８・・・を、一例として長孔に形成し、この長孔に弾性部材４０を充填することで、第１開口部３８・・・に第２アンカー４３・・・を設けた状態を示す。
【００５３】
次に、燃料電池用セパレータ１０の製造工程について図４〜図９に基づいて説明する。
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第１作用説明図である
（ａ）において、金属製部材である中央部２２の周縁２２ｃに沿って、上・下の面２２ａ，２２ｂにプライマ処理を施す。すなわち、上・下の面２２ａ，２２ｂに、それぞれ１５０℃の温度でシリコーンゴムを焼き付けてプライマ処理部２５ａ，２５ｂを形成する。
【００５４】
（ｂ）において、プライマ処理部２５ａ，２５ｂを備えた中央部２２を、ターンテーブル５０に備えた固定型５１に矢印▲１▼の如く載置する。次に、ターンテーブル５０を矢印▲２▼の如く回転することにより、固定型５１を第１可動型５２の下方に静止する。
固定型５１及び第１可動型５２で、図１及び図２に示すセパレータ２０の外周部３０を射出成形する外周部用成形型を構成する。
【００５５】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第２作用説明図である。
（ａ）において、第1可動型５２を矢印▲３▼の如く下降することにより、外周部用成形型を型締めする。
（ｂ）において、図４（ｂ）に示す外周部用射出装置５５のプランジャ５６を操作することにより、エンジニアリングプラスチックの溶融樹脂５７を矢印▲４▼の如く外周部用キャビティ５８内に充填する。
【００５６】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第３作用説明図であり、図６（ａ）は図５（ｂ）の６ａ部拡大図を示す。
（ａ）において、外周部用キャビティ５８内に固定型５１の突起５１ａ・・・を可動型５２まで突出させるとともに、隆起部５１ｂ・・・を外周部用キャビティ５８内に隆起させた状態で、外周部用キャビティ５８内に溶融樹脂５７を充填した。
【００５７】
これにより、外周部３０を成形する際に、水素ガス通路３１・・・、酸素ガス通路３２・・・及び生成水流路３３・・・（流路３２，３３は図１に示す）を形成するとともに、これらの流路３１・・・，３２・・・，３３・・・の周縁に通路用凹部３５・・・を成形することができる。
【００５８】
さらに、固定型５１から中子５９を外周部用キャビティ５８内に僅かに突出させ、第１可動型５２の突起部５２ａを中子５９まで突出するとともに隆起部５２ｂを外周部用キャビティ５８内に僅かに突出させることにより、薄肉部３７を成形するとともに、薄肉部３７に第２開口部３８・・・を成形することができる。
そして、外周部用キャビティ５８内の溶融樹脂５７が凝固した後、中子５９を矢印▲５▼の如く外周部用キャビティ５８内から退避させる。
【００５９】
（ｂ）において、第１可動型５２を矢印▲６▼の如く上昇することにより、外周部用成形型を型開きする。これにより、外周部３０の射出成形工程が完了する。
【００６０】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第４作用説明図である。
（ａ）において、ターンテーブル５０を矢印▲７▼の如く回転することにより、固定型５１を第２可動型６１の下方に静止する。
固定型５１及び第２可動型６１で、図１及び図２に示すセパレータ２０の弾性部材４０を射出成形する弾性部材用成形型を構成する。
（ｂ）において、第２可動型６１を矢印▲８▼の如く下降することにより、弾性部材用成形型を型締めする。
【００６１】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第５作用説明図である。
（ａ）において、弾性部材用成形型を型締めすることにより、固定型５１と第２可動型６１とで弾性部材用キャビティ６７を形成するとともに、第２可動型６１と外周部３０とで形成したシール用キャビティ６８を形成する。
この状態で、図７（ａ）に示す弾性部材用射出装置６４のプランジャ６５を操作することにより、シリコーンゴムの溶融樹脂６６を矢印▲９▼の如く弾性部材用キャビティ６７及びシール用キャビティ６８に充填する。
【００６２】
（ｂ）において、弾性部材用キャビティ６７内に溶融樹脂６６を充填することにより、中央部２２の上・下のプライマ処理部２５ａ，２５ｂを弾性部材４０で覆うとともに、外周部３０の薄肉部３７を弾性部材４０で覆うとともに中央シール部４１を成形することができる。
ここで、中央部２２は金属製部材であるが、中央部２２の外周に上・下のプライマ処理部２５ａ，２５ｂを施してあるので、中央部２２に弾性部材４０を好適に付着させることができる。
【００６３】
加えて、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・にそれぞれ弾性部材４０を充填することで、第１開口部２６・・・及び第２開口部３８・・・にそれぞれ第１アンカー４２・・・及び第２アンカー４３・・・を形成することができる。
これにより、中央部２２が弾性部材４０から抜け出すことを防止できるとともに、外周部３０が弾性部材４０から抜け出すことを防止できる。
【００６４】
また、弾性部材用キャビティ６７内に溶融樹脂６６を充填すると同時に、第２可動型６１と外周部３０とで形成したシール用キャビティ６８に、溶融樹脂６６を充填することにより通路シール部３４・・・を成形する。
これにより、弾性部材４０を成形する際に、通路シール部３４・・・及び中央シール部４１をシリコーンゴム（ゴム材）で同時に成形することができる。従って、弾性部材４０、通路シール部３４・・・及び中央シール部４１を時間をかけないで簡単に形成することができる。
【００６５】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第６作用説明図である。
（ａ）において、弾性部材用キャビティ６７内の溶融樹脂６６及びシール用キャビティ６８内の溶融樹脂６６を凝固させた後、第２可動型６１を矢印の如く上昇することにより、弾性部材用成形型を型開きする。
これにより、弾性部材４０及び通路シール部３４の射出成形工程が完了し、燃料電池用セパレータ２０を得ることができる。
【００６６】
（ｂ）において、弾性部材用成形型を型開きした後、ターンテーブル５０を矢印の如く回転することにより、固定型５１を搬入・搬出エリア６８に静止させる。次に、固定型５１から燃料電池用セパレータ２０を矢印の如く取り出す。これにより、燃料電池用セパレータ２０の製造工程が完了する。
【００６７】
図４〜図９で説明したように、セパレータ２０の外周部３０を弾性部材４０で中央部２２に結合するように構成することで、セパレータ２０を比較的簡単に製造することができる。
よって、セパレータ２０の生産の際における歩留まりを高めることができ、セパレータ２０の生産性を高めることができる。
【００６８】
なお、前記実施形態では、弾性部材４０及び通路シール部３４・・・としてシリコーンゴムを例について説明したが、弾性部材４０及び通路シール部３４・・・はこれに限らないで、その他のゴムや樹脂を使用することも可能である。
また、前記実施形態では、燃料電池用セパレータ２０の中央部２２を形成する金属製部材としてステンレスを例に説明したが、中央部２２を形成する金属製部材はこれに限定するものではない。
【００６９】
さらに、前記実施形態では、燃料電池用セパレータ２０の外周部３０を形成する樹脂製部材としてエンジニアリングプラスチックを例に説明したが、外周部３０を形成する樹脂製部材はこれに限定するものではない。
また、前記実施形態では、弾性部材４０にセパレータ２０の中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１を設けた例について説明したが、これに限らないで、弾性部材４０に中央部２２を囲う突起状の中央シール部４１を設けなくてもよい。
【００７０】
さらに、前記実施形態では、セパレータ２０の外周部３０にガス通路３１・・・，３２・・・及び生成水通路３３・・・を囲う突起状の通路用シール部３４・・・を設けた例について説明したが、通路用シール部３４・・・は設けなくてもよい。
【００７１】
また、前記実施形態では、弾性部材４０、中央シール部４１及び通路用シール部３４・・・をゴム材で一体に形成した例について説明したが、これに限らないで、弾性部材４０、中央シール部４１及び通路用シール部３４・・・をそれぞれ個別に形成することも可能であり、さらに各々の部材４０，４１，３４・・・をそれぞれ異なる材質で形成することも可能である。
【００７２】
さらに、前記実施形態では、反応ガスとして水素ガスや酸素ガスを例に説明するととともに、反応生成物として生成水を例に説明したが、これに限らないで、その他の反応ガスや反応生成物に適用することも可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、セパレータの中央部を金属製部材とするとともに、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、この樹脂製部材を金属性部材に弾性部材を介して結合した。
セパレータの外周部全体を樹脂製部材とし、この外周部にガス通路や生成水通路を形成することにより、ガスや生成水に対するガス通路及び生成水通路の耐食性を確保することができる。
【００７４】
また、セパレータの外周部を樹脂製部材とし、外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成した。よって、従来技術のようにセパレータのガス通路や生成水通路の壁面にシール材を被覆する必要がないので、通常の精度の成形型で外周部や弾性部材を成形することができる。
このため、高精度の成形型を使用する必要がないので、成形型などの設備費を抑えることができ、コストアップを抑えることができる。
【００７５】
さらに、セパレータの外周部を弾性部材で中央部に結合するように構成することで、セパレータを比較的簡単に製造することができる。これにより、セパレータの生産の際における歩留まりを高めることができ、セパレータの生産性を高めることができる。
【００７６】
加えて、外周部を弾性部材を介して中央部に結合することにより、外周部と中央部との熱膨張差を弾性部材で吸収することができる。従って、外周部及び中央部のそれぞれの熱膨張差で中央部が変形したり、外周部が疲労破壊したりすることを防止できる。
【００７７】
さらに、請求項１は、弾性部材が、金属性部材の開口部に充填された第１アンカーと、外周部の開口部に充填された第２アンカーとを備えている。
よって、金属性部材が弾性部材から抜け出すことを防ぐとともに、外周部が弾性部材から抜け出すことを防ぐことができる。
これにより、金属性部材に外周部を強固に結合することができる。
【００７９】
請求項２は、 外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを組付ける際に、ガス通路や反応生成物通路を囲うための通路用のガスケットを組付ける必要がない。
これにより、燃料電池を組付ける際に、通路用のガスケットを組付ける手間を省くことができるので、燃料電池を簡単に組付けることができる。
【００８０】
加えて、外周部にガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたので、セパレータを燃料電池に組付けた際に、突起状の通路用シール部でガス通路や反応生成物通路を確実にシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池の分解斜視図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図２の断面図
【図４】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第１作用説明図
【図５】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第２作用説明図
【図６】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第３作用説明図
【図７】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第４作用説明図
【図８】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第５作用説明図
【図９】 本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程を示す第６作用説明図
【図１０】従来の燃料電池を示す分解斜視図
【図１１】従来の燃料電池用セパレータの製造工程を示す断面図
【符号の説明】
１０…燃料電池、２０…燃料電池用セパレータ（セパレータ）、２２…中央部、２６…第１開口部、３０…外周部、３１…水素ガス通路（ガス通路）、３２…酸素ガス通路（ガス通路）、３３…生成水通路（反応生成物通路）、３４…突起状の通路用シール部、３８…第２開口部、４０…弾性部材、４１…突起状の中央シール部、４２…第１アンカー、４３…第２アンカー。
Claims (2)
- 外周部に反応ガスを導くガス通路を設けるとともに反応生成物を導く反応生成物通路を設け、前記ガス通路から中央部に反応ガスを導き、反応ガスの反応で生成した生成物を前記反応生成物通路に導く燃料電池用セパレータにおいて、
前記中央部を金属製部材とするとともに前記外周部を樹脂製部材とし、この樹脂製部材を前記金属性部材に弾性部材を介して結合した燃料電池用セパレータであって、
前記弾性部材は、
前記金属性部材の開口部に充填され、前記金属性部材が前記弾性部材から抜け出すことを防ぐ第１アンカーと、
前記外周部の開口部に充填され、前記外周部が前記弾性部材から抜け出すことを防ぐ第２アンカーと、
を備えたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 前記外周部に、前記ガス通路及び反応生成物通路をそれぞれ囲う突起状の通路用シール部を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
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