WO2022244404A1 - 燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータ - Google Patents

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健斗 鈴木
真輝 金子
拓郎 大久保
賢 小山
章仁 儀賀
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Nok株式会社
本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separator and a fuel cell separator.
  • a fuel cell in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of joined separators (hereinafter also simply referred to as "separators") to ensure sealing performance.
  • the separator is formed by welding together a first metal separator and a second metal separator each having a flat portion and a convex bead portion.
  • a sealing member made of rubber or the like is arranged at the tip of the bead portion.
  • the bead portions of the separator face each other with the electrolyte membrane interposed therebetween to form a sealing region.
  • the separator can improve the sealing performance due to the reaction force of the bead portion and the followability of the sealing member.
  • a welded portion is formed along the extending direction of the bead portion in the overlapped flat portion.
  • the welded portion can restrict the bead portion from expanding in the planar direction when pressure is applied in the thickness direction of the fuel cell. Thereby, the reaction force of the bead portion can be kept high, and high sealing performance can be maintained.
  • the reaction force of the bead portion of the separator be constant as a whole.
  • the separator is formed with a plurality of through holes, embossments, ribs, protrusions, etc., the rigidity at each position is different. Therefore, it becomes difficult to keep the reaction force of the bead portion constant.
  • the present invention was invented to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell separator and a fuel cell separator capable of suppressing deterioration in sealing performance.
  • the present invention for solving the above problems includes a step of superimposing a first metal separator and a second metal separator each having a flat portion and a bead portion protruding from the flat portion; a welding step of welding the portions together along the bead portion, wherein the welding confluence portion where the welded portions join together is positioned on the weld root to be a high-rigidity portion with high rigidity; Alternatively, it is characterized in that it is formed at a position away from the bead portion.
  • the present invention also provides a fuel cell separator in which a first metal separator and a second metal separator each having a flat portion and a bead portion protruding from the flat portion are joined by welding, wherein the weld is formed by welding.
  • a welding confluence portion where portions join together is formed at a position on the welding root that becomes a high-rigidity high-rigidity portion and/or at a position away from the bead portion.
  • the surface pressure (linear pressure) necessary for sealing can be secured even if the reaction force of the bead portion decreases due to heat shrinkage. can be done.
  • the influence of thermal contraction can be reduced or eliminated, so the surface pressure (linear pressure) required for sealing can be ensured.
  • the bead portions of the first metal separator and the second metal separator each include a linear portion and a curved portion, and on the welding route, the curved portion of the bead portion It is preferable that the weld confluence is formed in the high-rigidity portion formed along the line. Further, the first metal separator and the second metal separator have ribs connected to the bead portions, and the weld confluence portion is attached to the high-rigidity portion formed at a position along the rib on the welding route. preferably formed.
  • first metal separator and the second metal separator are provided with embossments, and that the weld confluence is formed in the high-rigidity portion formed along the embossments on the welding route.
  • the present invention it is possible to suppress the height of the bead portion from being lowered by forming the weld confluence portion at a position along the curved portion, rib, or embossment of the bead portion, which is a highly rigid portion.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a separator according to Example 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell according to Example 1.
  • FIG. 1 is a plan view of a separator according to Example 1.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a portion Q in FIG. 3;
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of an R portion in FIG. 3;
  • the first separator 3 (second separator 4) is a plate-like member used in a fuel cell, and includes a first metal separator 21, a second metal separator 22, and a plurality of sealing members. 51.
  • the first metal separator 21 and the second metal separator 22 are joined by welding. Welded portions W formed by welding are formed in the overlapped flat portions 30, 30, respectively.
  • the weld confluence portion where the welded portions W join together is a position and/or a bead portion of the first separator 3 (second separator 4) that is a highly rigid portion with high rigidity. is formed at a position away from the Examples will be described in detail below.
  • Example 1 A fuel cell stack is obtained by stacking a plurality of fuel cells 1 shown in FIG. 2 and applying a predetermined compressive load in the stacking direction of the fuel cells 1 .
  • FIG. 2 depicts the fuel cell 1 in a state of being fastened with a predetermined compressive load applied.
  • the electrolyte membrane/electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) 2 includes an electrolyte membrane 11, electrode catalyst layers 12, 12, and gas diffusion layers 13, 13.
  • the electrolyte membrane 11 protrudes outside the gas diffusion layer 13 .
  • the portion that protrudes outward from the gas diffusion layer 13 may be a resin film (resin frame member).
  • the first separator 3 is a plate-like member arranged on one side (lower side in FIG. 2) of the electrolyte membrane/electrode assembly 2 .
  • the second separator 4 is a plate-like member arranged on the other side (upper side in FIG. 2) of the electrolyte membrane electrode assembly 2 . Since the first separator 3 and the second separator 4 have the same configuration in this embodiment, the second separator 4 is assigned the same reference numerals as the first separator 3, and detailed description thereof is omitted.
  • the bead seal portion 41 is formed by the bead portions 31 protruding from the flat portion 30 (see FIG. 1).
  • the coupling convex portion 42 is formed by the convex portions 32 protruding from the flat portion 30 .
  • the bead seal portion 41 protrudes toward the electrolyte membrane 11 (or resin film), and is formed, for example, over the entire circumference of the outer peripheral edge of the fuel cell 1 so as to be in an endless state.
  • a seal member 51 is arranged along the extending direction of the bead seal portion 41 at the tip portion of the bead seal portion 41 .
  • the sealing member 51 is made of an elastic material.
  • the sealing member 51 of this embodiment is, for example, a gasket having a rectangular cross section.
  • the seal member 51 may be formed by applying a liquid material to the bead seal portion 41 , or may be formed by attaching a belt-like material to the bead seal portion 41 .
  • the sealing member 51 may be made of a material having elasticity. A resin or the like can be used.
  • the bead seal portion 41 is formed by the bead portions 31, 31 protruding from the flat portion 30, so that the reaction force of the bead portion 31 can be kept high, and high sealing performance can be maintained. be able to.
  • the press-molding step is a step of press-molding a material to form the first metal separator 21 and the second metal separator 22, as shown in FIG.
  • the first metal separator 21 and the second metal separator 22 are, for example, thin metal plates having a thickness of about 0.03 to 0.5 mm and a hardness of Hv300 or less.
  • the molded first metal separator 21 and second metal separator 22 have a flat portion 30 , one or more bead portions 31 , and one or more convex portions 32 .
  • the bead portion 31 and the convex portion 32 protrude from the flat portion 30 and have a hollow portion with a trapezoidal cross section in this embodiment.
  • a sealing member 51 is provided on the tip surface of the bead portion 31 . Note that the shape, number, bead height, and arrangement of the bead portion 31 and the convex portion 32 are merely examples, and may be set as appropriate.
  • the first metal separator 21 and the second metal separator 22 have a plurality of communication holes formed on both sides in the width direction.
  • the fuel gas communication hole 61A, the cooling medium communication hole 62A, the oxidizing gas communication hole 63A, the cooling medium communication hole 62B, and the fuel A gas communication hole 61B is formed.
  • the oxidizing gas communication hole 63B, the cooling medium communication hole 62C, the fuel gas communication hole 61C, the cooling medium communication hole 62D, and the oxidizing gas communication hole are arranged in order.
  • a hole 63C is formed.
  • Each communicating hole has a substantially rectangular shape composed of a linear portion and a curved portion.
  • reaction gas flow paths 93 through which the reaction gas flows are formed in the first metal separator 21 and the second metal separator 22 along the longitudinal direction.
  • An inlet buffer 92 and an outlet buffer 92 each having a plurality of embossments are formed on both sides of the reaction gas flow path 93 .
  • the bead portions 31 are formed at multiple locations on the first metal separator 21 and the second metal separator 22 .
  • the bead portion 31 is distinguished by a reference numeral, such as a bead portion 31A, a bead portion 31B, a bead portion 31C, . . . , a bead portion 31K.
  • the bead portion 31A is formed so as to extend along the entire outer peripheries of the first metal separator 21 and the second metal separator 22, pass through the communication holes in a zigzag manner, and be endless.
  • the bead portion 31B is formed so as to be endless along the entire outer circumference of the fuel gas communication hole 61A.
  • the bead portion 31C is formed so as to be endless along the entire circumference of the outer peripheral edge of the cooling medium communication hole 62A.
  • the bead portion 31D is formed so as to be endless along the entire outer periphery of the oxygen-containing gas communication hole 63A.
  • the bead portion 31E is formed so as to be endless along the entire circumference of the outer peripheral edge of the cooling medium communication hole 62B.
  • the bead portion 31F is formed so as to be endless along the entire outer periphery of the fuel gas communication hole 61B.
  • the planar shape of each of these bead portions is formed to be one size larger along each communicating hole.
  • the bead portions 31G, 31H, 31I, 31J, and 31K are formed outside the oxygen-containing gas communication hole 63B, the cooling medium communication hole 62C, the fuel gas communication hole 61C, the cooling medium communication hole 62D, and the oxygen-containing gas communication hole 63C, respectively. It is formed so as to be in an endless state over the entire periphery.
  • the planar shape of each of these bead portions is formed to be one size larger along each communicating hole.
  • the stacking step is a step of stacking the first metal separator 21 and the second metal separator 22 on top of each other.
  • the surfaces of the first metal separator 21 and the second metal separator 22 opposite to the surface on which the bead portion 31 protrudes face each other, and the flat portions 30 and 30 are stacked together.
  • the welding process is a process of welding together the first metal separator 21 and the second metal separator 22 along a preset welding route.
  • a welding device welding torch
  • a welded portion (weld bead) W is formed on the moving locus of the welding device.
  • the welded portion W is intermittently or continuously formed inside and/or outside each bead portion 31 along each bead portion 31 .
  • a weld confluence Z is a portion where the welded portions W intersect or a portion where the starting end and the terminal end of the welded portions W overlap.
  • the weld confluence Z includes the case where the front and back of the first separator 3 (or the second separator 4) intersect or overlap.
  • the sealing member 51 is installed on the tip surface of each bead portion 31 to complete the first separator 3 (second separator 4).
  • the welded portions W are identified by reference numerals, such as welded portion W1, welded portion W2, welded portion W3, . . . .
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of the portion Q (near the fuel gas communication hole 61A) in FIG.
  • An endless welded portion W1 is formed along the bead portion 31A on the outside of the bead portion 31A. Further, an endless welded portion W12 is formed along the outer peripheral edge of the fuel gas communication hole 61A (inside the bead portion 31A).
  • a plurality of ribs 81 are formed on the bead portion 31B.
  • the ribs 81 are formed orthogonal to the bead portions 31B.
  • the rib 81 is formed so as to protrude from the flat portion 30 in the same manner as the bead portion 31B.
  • the height dimension of the rib 81 is the same as or smaller than the bead portion 31B.
  • the ribs 81 are provided as channels for circulating reaction gases and coolants.
  • a weld junction Z1 is formed in the vicinity of the rib 81 on the weld W12.
  • An endless welded portion W13 is formed along the bead portion 31C on the outside of the bead portion 31C.
  • FIG. 5 is an enlarged plan view of the R portion (near the oxidant gas communication hole 63C) in FIG.
  • An endless welded portion W21 is formed along the bead portion 31K on the outside of the bead portion 31K.
  • a plurality of embossments 91 are formed on both sides of the weld W21.
  • the embossment 91 is a portion that protrudes from the flat portion 30 .
  • the embossments 91 are provided to diffuse the reaction gas.
  • a weld junction Z2 is formed in the vicinity of the embossment 91 on the weld W21.
  • a weld confluence Z3 is formed in the vicinity of the curved portion of the bead portion 31K.
  • An endless welded portion W1 is formed along the bead portion 31A on the outside of the bead portion 31A.
  • An endless welded portion W20 is formed along the bead portion 31J outside the bead portion 31J.
  • each bead portion 31 has a complicated shape including a linear portion exhibiting a straight shape and a curved portion exhibiting a curved shape in the first metal separator 21 and the second metal separator 22, the rigidity is high or low. has parts.
  • thick solid line circles indicate portions that become low linear pressure portions S (low linear pressure portions S1 and S2).
  • the low linear pressure portion S is a portion where the linear pressure is smaller than the linear pressure required for sealing (the desired bead reaction force of the bead portion 31).
  • the bead reaction force of the bead portion 31 is reduced when the bead height is reduced or the rigidity of the bead portion 31 is low.
  • a weld confluence Z is formed where the welded portions W join together. Since the heat input at the welding junction Z becomes excessive during welding, a force is generated that pulls the adjacent bead portion 31 in the plane direction, and the height of the bead portion 31 is lowered and the sealing performance may be deteriorated.
  • three weld confluences Z are formed in this embodiment (weld confluences Z1 to Z3).
  • the weld confluence Z is unavoidably generated because it is necessary to overlap the start and end of the welded portion (weld bead) W or cross the welded portion W during the welding process.
  • the weld confluence Z is formed at a position distant from the low linear pressure portion S if possible in terms of the welding process. Furthermore, if possible in terms of the welding process, it is more preferable to form the weld confluence Z at a position that will become the high-rigidity portion U or at a position away from the bead portion 31 .
  • the ⁇ mark indicated by symbol V1 indicates the "previous weld confluence".
  • the conventional weld junction V1 is marked at a position close to the low linear pressure portion S1. Therefore, if the previous welding confluence V1 remains at this position, the line pressure of the bead portion 31B in the vicinity of the previous welding confluence V1 may further decrease.
  • the portion indicated by the dotted circle in FIG. 4 is the position of the high-rigidity portion U1. Since the high-rigidity portion U1 has a plurality of ribs 81 formed nearby, it has higher rigidity than the conventional weld confluence portion V1 on the welding route. Therefore, in the present embodiment, the welding confluence Z1 is formed at a position that becomes the high-rigidity portion U1 instead of the position of the conventional welding confluence V1.
  • the position indicated by the high-rigidity portion U1 is farther from the bead portion 31B (the distance from the bead portion 31B to the welding junction Z1 is longer than the distance from the bead portion 31B to the welding junction V1 in the past). is longer), it is possible to reduce the influence of thermal contraction on the bead portion 31B when welding the weld junction Z1.
  • the position of the high-rigidity portion U1 in this embodiment has high rigidity on the welding route and is sufficiently separated from the bead portion 31B. It is possible to suppress the decrease in sexuality.
  • the conventional welding junction V2 is shown at a position close to the low linear pressure portion S2. Therefore, if the previous welding confluence V2 remains at this position, the linear pressure of the bead portion 31K in the vicinity of the previous welding confluence V2 may further decrease.
  • the portion indicated by the dotted circle in FIG. 5 is the position of the highly rigid portion U2. Since the high-rigidity portion U2 has a plurality of embossments 91 formed nearby, it has higher rigidity than the conventional weld confluence portion V2 on the welding route. Therefore, in the present embodiment, the welding confluence Z2 is formed at the position of the high-rigidity portion U2 instead of the position of the conventional welding confluence V2. In other words, since the position of the high-rigidity portion U2 is a position on the welding route where the rigidity is high, it is possible to prevent the bead height of the bead portion 31A from being lowered, thereby suppressing deterioration of the sealing performance.
  • the position indicated by the high-rigidity portion U2 is far from the bead portion 31K (the distance from the bead portion 31K to the welding junction Z2 is longer than the distance from the bead portion 31K to the welding junction V2 in the past). is longer), the influence of thermal contraction on the bead portion 31K can be reduced during welding of the weld junction Z2. That is, the position of the high-rigidity portion U2 has high rigidity on the welding route and is sufficiently separated from the bead portion 31K, so that the bead height of the bead portion 31K is prevented from being lowered, and the deterioration of sealing performance is prevented. can be suppressed.
  • the welded junction Z3 is formed in the high-rigidity portion U3.
  • the high-rigidity portion U3 is located near the curved portion of the bead portion 31K on the welding route, and thus has high rigidity. As a result, it is possible to prevent the height of the bead portion 31K from being lowered, so that it is possible to prevent deterioration of the sealing performance.
  • the curved portion of the bead portion 31 generally has higher rigidity than the straight portion. Further, the curved portion of the bead portion 31 includes, for example, a portion where the shape of the bead portion 31 has a wave shape in plan view.
  • the weld confluence Z was set at the position of the high-rigidity portion U and at a position sufficiently distant from the bead portion 31.
  • the weld junction Z may be formed at a position sufficiently distant from the bead portion 31 .
  • the welding junction Z may be set near the rib when the rib and the bead portion 31 do not communicate.
  • the vicinity of the curved portion of the bead portion 31, the vicinity of the rib, and the vicinity of the embossment on the welding route were exemplified as the high-rigidity portion U. If the position is high, the position may be set as the high-rigidity portion U.

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Abstract

シール性の低下を抑制することができる燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータを提供する。平坦部（３０）及び平坦部（３０）から突出するビード部（３１）をそれぞれ備えた第１金属セパレータ（２１）と第２金属セパレータ（２２）とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合された平坦部（３０）同士をビード部（３１）に沿って溶接する溶接工程と、を含み、溶接工程では、溶接部同士が合流する溶接合流部（Ｚ）を、溶接ルート上において剛性の高い高剛性部（Ｕ）となる位置、及び／又は、ビード部（３１）から離れた位置に形成することを特徴とする。

Description

燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータ
　本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータに関する。
　例えば、特許文献１に示すように、一対の接合セパレータ（以下、単に「セパレータ」とも言う）で電解質膜を挟持してシール性を確保する燃料電池セルが知られている。セパレータは、平坦部及び凸状を呈するビード部をそれぞれ備えた第１金属セパレータと第２金属セパレータとを溶接により接合して形成されている。ビード部の先端にはゴム等で形成されたシール部材が配置されている。電解質膜を挟んでセパレータのビード部同士が対向することで、シール領域が形成される。当該セパレータは、ビード部の反力と、シール部材との追従性によりシール性を高めることができる。
　重ね合された平坦部には、ビード部の延設方向に沿って溶接部が形成される。当該溶接部は、燃料電池セルの厚さ方向に圧力が作用した際に、ビード部が平面方向に広がろうとする動きを規制することができる。これにより、ビード部の反力を高く保つことができ、高いシール性を維持することができる。
特許第６３６８８０７号公報
　セパレータのビード部の反力は、全体的に一定であることが好ましい。しかし、セパレータには、複数の貫通孔、エンボス、リブ、凸部等が形成されているため、各位置での剛性が異なる。したがって、ビード部の反力を一定にすることが困難となる。
　また、セパレータの周方向全体や貫通孔の周囲において、ビード部に沿って溶接する必要があるため、溶接部同士が合流する溶接合流部が不可避的に形成される。溶接合流部は、他の部位と比べて溶接時の入熱が過大となるため、溶接合流部に隣接するビード部を平面方向に引っ張る力が発生し、ビード部の高さが低くなるとともにシール性も低下するおそれがある。このような現象は、セパレータの表裏において溶接部同士が合流する際にも発生するおそれがある。
　本発明はかかる課題を解決するために発明されたものであり、シール性の低下を抑制することができる燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータを提供することを課題とする。
　前記課題を解決するための本発明は、平坦部及び前記平坦部から突出するビード部をそれぞれ備えた第１金属セパレータと第２金属セパレータとを重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合された前記平坦部同士を前記ビード部に沿って溶接する溶接工程と、を含み、前記溶接工程では、溶接部同士が合流する溶接合流部を、溶接ルート上において剛性の高い高剛性部となる位置、及び／又は、前記ビード部から離れた位置に形成することを特徴とする。
　また、本発明は、平坦部及び前記平坦部から突出するビード部をそれぞれ備えた第１金属セパレータ及び第２金属セパレータを溶接により接合された燃料電池用セパレータであって、溶接によって形成された溶接部同士が合流する溶接合流部が、溶接ルート上において剛性の高い高剛性部となる位置、及び／又は、前記ビード部から離れた位置に形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、剛性の高い高剛性部に溶接合流部を位置させるため、仮に、熱収縮によるビード部の反力低下が生じてもシールに必要な面圧（線圧）を確保することができる。又は、ビード部から離れた位置に溶接合流部を位置させることで、熱収縮による影響を小さく若しくは無くすことができるため、シールに必要な面圧（線圧）を確保することができる。
　また、前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータの前記ビード部は、直線状となる直線部と、曲線状となる曲線部とを備え、前記溶接ルート上において、前記ビード部の曲線部に沿う位置に形成された前記高剛性部に前記溶接合流部を形成することが好ましい。
　また、前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータは、前記ビード部に連結するリブを備え、前記溶接ルート上において、前記リブに沿う位置に形成された前記高剛性部に前記溶接合流部を形成することが好ましい。
　また、前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータは、エンボスを備え、前記溶接ルート上において、前記エンボスに沿う位置に形成された前記高剛性部に前記溶接合流部を形成することが好ましい。
　本発明によれば、高剛性部であるビード部の曲線部、リブ又はエンボスに沿う位置に溶接合流部を形成することで、ビード部の高さが低くなるのを抑制することができる。
　本発明の燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータによれば、シール性の低下を抑制することができる。
実施例１に係るセパレータの断面図である。 実施例１に係る燃料電池セルの断面図である。 実施例１に係るセパレータの平面図である。 図３のＱ部分の拡大平面図である。 図３のＲ部分の拡大平面図である。
　実施形態に係るセパレータの製造方法及びセパレータについて図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、第１セパレータ３（第２セパレータ４）は、燃料電池に用いられる板状の部材であって、第１金属セパレータ２１と、第２金属セパレータ２２と、複数のシール部材５１とを備えている。第１金属セパレータ２１と、第２金属セパレータ２２とは溶接により接合されている。重ね合された平坦部３０，３０には、溶接によって形成された溶接部Ｗがそれぞれ形成されている。
　本実施形態に係るセパレータの製造方法では、溶接部Ｗ同士が合流する溶接合流部を、第１セパレータ３（第２セパレータ４）のうちの剛性の高い高剛性部となる位置及び／又はビード部から離れた位置に形成するというものである。以下、実施例について詳細に説明する。
［実施例１］
　燃料電池スタックは、図２に示す複数個の燃料電池セル１を積層させ、燃料電池セル１の積層方向に所定の圧縮荷重を付与したものである。図２では、所定の圧縮荷重を付与して締結した状態の燃料電池セル１を描画している。
　電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）２は、電解質膜１１と、電極触媒層１２，１２と、ガス拡散層１３，１３とを含んで構成されている。電解質膜１１は、ガス拡散層１３よりも外側に張り出している。なお、ガス拡散層１３よりも外側に張り出す部分は、樹脂フィルム（樹脂枠部材）である場合もある。
　第１セパレータ３は、電解質膜・電極構造体２の一方側（図２では下側）に配置される板状部材である。第２セパレータ４は、電解質膜・電極構造体２の他方側（図２では上側）に配置される板状部材である。第１セパレータ３及び第２セパレータ４は、本実施例では同じ構成になっているため、第２セパレータ４については第１セパレータ３と同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
　ビードシール部４１は、平坦部３０（図１参照）から突出するビード部３１同士で形成されている。結合凸部４２は、平坦部３０から突出する凸部３２同士で形成されている。ビードシール部４１は、電解質膜１１（又は樹脂フィルム）に向けて突出しており、例えば、無端状態となるように燃料電池セル１の外周縁の全周に亘って形成されている。ビードシール部４１の先端部には、ビードシール部４１の延在方向に沿ってシール部材５１が配置されている。
　シール部材５１は、弾性材料で形成されている。本実施例のシール部材５１は、例えば、断面矩形のガスケットである。シール部材５１は、例えば、液体状態の材料をビードシール部４１に塗布して形成してもよいし、帯状の材料をビードシール部４１に張り付けて形成してもよい。シール部材５１は、弾性を有する材料で形成すればよいが、例えば、ゴム硬度Hs４５～５５のエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）、樹脂等を用いることができる。
　対向するビードシール部４１，４１及びシール部材５１，５１同士で電解質膜１１を挟持することでシール領域を形成することができる。図１に示すように、ビードシール部４１は、平坦部３０から突出するビード部３１，３１で形成されているため、ビード部３１の反力を高く保つことができ、高いシール性を維持することができる。
　次に、本実施例のセパレータの製造方法について説明する。本実施例のセパレータの製造方法では、プレス成形工程と、重ね合わせ工程と、溶接工程とを行う。
　プレス成形工程は、図１に示すように、素材をプレス成形して第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２を形成する工程である。第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２は、例えば、厚さ０．０３～０．５ｍｍ程度で、硬度がＨｖ３００以下金属薄板である。
　第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２は、本実施例では同じ材料特性を備えた素材を用いている。成形された第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２は、平坦部３０と、単数又は複数のビード部３１と、単数又は複数の凸部３２とを備えている。ビード部３１及び凸部３２は、平坦部３０から突出しており、本実施例では断面台形状の中空部を備えている。ビード部３１の先端面にシール部材５１が設けられる。なお、ビード部３１及び凸部３２の形状、個数、ビード高さ、配置はあくまで例示であって、適宜設定すればよい。
　図３に示すように、第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２は、幅方向両側に複数の連通孔が形成されている。本実施形態では、第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２の一方側の端部から順に燃料ガス連通孔６１Ａ、冷却媒体連通孔６２Ａ、酸化剤ガス連通孔６３Ａ、冷却媒体連通孔６２Ｂ及び燃料ガス連通孔６１Ｂが形成されている。
　また、第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２の他方側の端部から順に酸化剤ガス連通孔６３Ｂ、冷却媒体連通孔６２Ｃ、燃料ガス連通孔６１Ｃ、冷却媒体連通孔６２Ｄ及び酸化剤ガス連通孔６３Ｃが形成されている。各連通孔の形状は、直線部と曲線部とで構成され略矩形状を呈する。
　また、第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２には、反応ガスが流通する複数の反応ガス流路９３が長手方向に沿って形成されている。また、反応ガス流路９３の両側には、複数のエンボスで構成された入口バッファ９２及び出口バッファ９２が形成されている。
　図３に示すように、ビード部３１は、第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２の複数箇所に形成されている。ビード部３１は、部位ごとにビード部３１Ａ、ビード部３１Ｂ、ビード部３１Ｃ・・・ビード部３１Ｋと符号を付して区別している。ビード部３１Ａは、第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２の外周縁全周に亘って延設されるとともに各連通孔をジグザグに通り、無端状態となるように形成されている。
　また、図３に示すように、ビード部３１Ｂは、燃料ガス連通孔６１Ａの外周縁全周に亘って無端状態となるように形成されている。ビード部３１Ｃは、冷却媒体連通孔６２Ａの外周縁全周に亘って無端状態となるように形成されている。ビード部３１Ｄは、酸化剤ガス連通孔６３Ａの外周縁全周に亘って無端状態となるように形成されている。ビード部３１Ｅは、冷却媒体連通孔６２Ｂの外周縁全周に亘って無端状態となるように形成されている。ビード部３１Ｆは、燃料ガス連通孔６１Ｂの外周縁全周に亘って無端状態となるように形成されている。これらの各ビード部の平面形状は、各連通孔に沿って一回り大きく形成されている。
　同様に、ビード部３１Ｇ，３１Ｈ，３１Ｉ，３１Ｊ，３１Ｋは、それぞれ酸化剤ガス連通孔６３Ｂ、冷却媒体連通孔６２Ｃ、燃料ガス連通孔６１Ｃ、冷却媒体連通孔６２Ｄ、酸化剤ガス連通孔６３Ｃの外周縁全周に亘って無端状態となるように形成されている。これらの各ビード部の平面形状は、各連通孔に沿って一回り大きく形成されている。
　重ね合わせ工程は、第１金属セパレータ２１と第２金属セパレータ２２とを重ね合わせる工程である。重ね合わせ工程では、第１金属セパレータ２１と第２金属セパレータ２２とを、ビード部３１が突出する側の面とは反対側の面同士を対向させるとともに、平坦部３０，３０同士を重ね合わせる。
　溶接工程は、予め設定された溶接ルートに沿って、第１金属セパレータ２１と第２金属セパレータ２２とを溶接で接合する工程である。溶接工程では、平坦部３０の上から溶接装置（溶接トーチ）を走行させて、重ね合された平坦部３０，３０同士を溶接する。溶接装置の移動軌跡には溶接部（溶接ビード）Ｗが形成される。溶接部Ｗは、各ビード部３１の内側又は／及び外側に、各ビード部３１に沿うように断続的又は連続的に形成されている。溶接部Ｗが交差する部分又は、溶接部Ｗの始端と終端とが重複する部分が溶接合流部Ｚとなる。溶接合流部Ｚは、第１セパレータ３（又は第２セパレータ４）の表裏で公差したり、重複したりする場合も含むものである。溶接工程が終了したら、各ビード部３１の先端面にシール部材５１を設置して、第１セパレータ３（第２セパレータ４）が完成する。
　溶接工程について、より詳細に説明する。溶接部Ｗは、部位ごとに溶接部Ｗ１、溶接部Ｗ２、溶接部Ｗ３・・・と符号を付して区別している。
　図４は、図３のＱ部分（燃料ガス連通孔６１Ａ付近）の拡大平面図である。ビード部３１Ａの外側には、ビード部３１Ａに沿って無端状の溶接部Ｗ１が形成されている。また、燃料ガス連通孔６１Ａの外周縁（ビード部３１Ａよりも内側）に沿って無端状の溶接部Ｗ１２が形成されている。ビード部３１Ｂには、複数のリブ８１が形成されている。
　リブ８１は、ビード部３１Ｂとそれぞれ直交するように形成されている。リブ８１は、ビード部３１Ｂと同じように平坦部３０から突出して形成されている。リブ８１の高さ寸法は、ビード部３１Ｂと同じか、ビード部３１Ｂよりも小さくなっている。リブ８１は、反応ガスや冷媒を流通させるための流路として設けられている。溶接部Ｗ１２上において、リブ８１の近傍に溶接合流部Ｚ１が形成されている。また、ビード部３１Ｃの外側には、ビード部３１Ｃに沿って無端状の溶接部Ｗ１３が形成されている。
　図５は、図３のＲ部分（酸化剤ガス連通孔６３Ｃ付近）の拡大平面図である。ビード部３１Ｋの外側には、ビード部３１Ｋに沿って無端状の溶接部Ｗ２１が形成されている。溶接部Ｗ２１を挟んだ両側には複数のエンボス９１が形成されている。エンボス９１は、平坦部３０から突出する部位である。エンボス９１は、反応ガスを拡散させるために設けられている。溶接部Ｗ２１上において、エンボス９１の近傍に溶接合流部Ｚ２が形成されている。また、溶接部Ｗ２１上において、ビード部３１Ｋの曲線部の近傍に溶接合流部Ｚ３が形成されている。
　また、ビード部３１Ａの外側には、ビード部３１Ａに沿って無端状の溶接部Ｗ１が形成されている。また、ビード部３１Ｊの外側には、ビード部３１Ｊに沿って無端状の溶接部Ｗ２０が形成されている。
　次に、本実施例の作用効果について説明する。各ビード部３１は、第１金属セパレータ２１及び第２金属セパレータ２２において、直線状を呈する直線部及び曲線状を呈する曲線部を備えた複雑な形状になっているため、剛性が高い部分又は低い部分を備えている。
　例えば、図４及び図５において、太実線丸は低線圧部Ｓ（低線圧部Ｓ１，Ｓ２）となる部位を示している。低線圧部Ｓは、シールに必要な線圧（ビード部３１の所望のビード反力）よりも線圧が小さくなる部位である。ビード部３１は、ビード高さが小さくなってしまったり、ビード部３１の剛性が低かったりすることでビード反力が低下する。
　一方、溶接工程で溶接を行うと、溶接部Ｗ同士が合流する溶接合流部Ｚが形成される。溶接合流部Ｚは溶接時の入熱が過大になるため、隣接するビード部３１を平面方向に引っ張る力が発生し、ビード部３１の高さが低くなるとともにシール性も低下するおそれがある。例えば、図３～５に示すように、本実施例では溶接合流部Ｚが３箇所に形成されている（溶接合流部Ｚ１～Ｚ３）。溶接合流部Ｚは、溶接工程の際に、溶接部（溶接ビード）Ｗの始端と終端とをオーバーラップさせたり、溶接部Ｗを交差させたりする必要があるため、不可避的に発生するものであるが、溶接部Ｗを合流させる位置が低線圧部Ｓに近くなると、低線圧部Ｓの線圧がより低下してしまう。したがって、溶接工程上可能であれば、溶接合流部Ｚを低線圧部Ｓから離れた位置に形成することが好ましい。さらに、溶接工程上可能であれば、溶接合流部Ｚを高剛性部Ｕとなる位置や、ビード部３１から離れた位置に形成することがより好ましい。
　例えば、図４において、符号Ｖ１で示す▲印は「従前の溶接合流部」を示している。従前の溶接合流部Ｖ１は、低線圧部Ｓ１に近い位置に記されている。したがって、従前の溶接合流部Ｖ１がこのままの位置であると、従前の溶接合流部Ｖ１近傍のビード部３１Ｂの線圧がより低下するおそれがある。
　一方、図４の点線の丸で示す部位は、剛性の高い高剛性部Ｕ１となる位置である。高剛性部Ｕ１は、近くに複数のリブ８１が形成されているため、溶接ルート上において、従前の溶接合流部Ｖ１よりも剛性が高くなっている。したがって、本実施例では、溶接合流部Ｚ１を、従前の溶接合流部Ｖ１の位置に替えて、高剛性部Ｕ１となる位置に形成している。
　さらに、高剛性部Ｕ１で示す位置であれば、ビード部３１Ｂから離れているため（ビード部３１Ｂから従前の溶接合流部Ｖ１までの距離よりも、ビード部３１Ｂから溶接合流部Ｚ１までの距離の方が長い）、溶接合流部Ｚ１の溶接時に、ビード部３１Ｂへの熱収縮の影響を小さくすることができる。つまり、本実施例の高剛性部Ｕ１の位置は、溶接ルート上の剛性が高く、かつ、ビード部３１Ｂから十分に離れているため、ビード部３１Ｂのビード高さが低くなるのを防ぎ、シール性の低下を抑制することができる。
　なお、請求項における「溶接合流部を、ビード部から離れた位置に形成する」とは、当該溶接合流部を溶接した際に、近傍のビード部に対して熱収縮の影響が十分に小さくなる位置又は熱収縮の影響が無くなる位置を意味する。
　また、図５において、従前の溶接合流部Ｖ２は、低線圧部Ｓ２に近い位置に記されている。したがって、従前の溶接合流部Ｖ２がこのままの位置であると、従前の溶接合流部Ｖ２近傍のビード部３１Ｋの線圧がより低下するおそれがある。
　一方、図５の点線の丸で示す部位は、剛性の高い高剛性部Ｕ２となる位置である。高剛性部Ｕ２は、近くに複数のエンボス９１が形成されているため、溶接ルート上において、従前の溶接合流部Ｖ２よりも剛性が高くなっている。したがって、本実施例では、溶接合流部Ｚ２を、従前の溶接合流部Ｖ２の位置に替えて、高剛性部Ｕ２となる位置に形成している。つまり、高剛性部Ｕ２の位置は、溶接ルート上の剛性が高い位置であるため、ビード部３１Ａのビード高さが低くなるのを防ぎ、シール性の低下を抑制することができる。
　さらに、高剛性部Ｕ２で示す位置であれば、ビード部３１Ｋから離れているため（ビード部３１Ｋから従前の溶接合流部Ｖ２までの距離よりも、ビード部３１Ｋから溶接合流部Ｚ２までの距離の方が長い）、溶接合流部Ｚ２の溶接時に、ビード部３１Ｋへの熱収縮の影響を小さくすることができる。つまり、高剛性部Ｕ２の位置は、溶接ルート上の剛性が高く、かつ、ビード部３１Ｋから十分に離れているため、ビード部３１Ｋのビード高さが低くなるのを防ぎ、シール性の低下を抑制することができる。
　また、図５に示すように、溶接合流部Ｚ３は、高剛性部Ｕ３に形成している。高剛性部Ｕ３は、溶接ルート上において、ビード部３１Ｋの曲線部の近傍となる位置であるため高い剛性を備えている。これにより、ビード部３１Ｋの高さが低くなるのを抑制することができるため、シール性の低下を抑制することができる。なお、ビード部３１の曲線部は、一般的に、直線部よりも剛性は高くなっている。また、ビード部３１の曲線部としては、例えば、ビード部３１の形状が平面視波形状となる部位も含む。
　以上実施例について説明したが、適宜設計変更が可能である。例えば、前記した実施例では、溶接合流部Ｚを高剛性部Ｕの位置かつビード部３１から十分離れた位置としたが、溶接工程上可能な範囲で、溶接合流部Ｚを高剛性部Ｕの位置に形成するか、又は、溶接合流部Ｚをビード部３１から十分離れた位置に形成してもよい。また、本実施例ではリブがビード部３１と連通する場合を例示したが、リブとビード部３１が連通していない場合においてリブの近傍に溶接合流部Ｚを設定してもよい。
　また、実施例では高剛性部Ｕとして、溶接ルート上におけるビード部３１の曲線部の近傍、リブの近傍、エンボスの近傍を例示したが、溶接ルート上における任意の点において、その点よりも剛性の高い位置であれば当該位置を高剛性部Ｕとして設定してもよい。
　１　　　燃料電池セル
　２　　　電解質膜・電極構造体
　３　　　第１セパレータ（セパレータ）
　４　　　第２セパレータ（セパレータ）
　１１　　電解質膜（フィルム）
　２１　　第１金属セパレータ
　２２　　第２金属セパレータ
　８１　　リブ
　９１　　エンボス
　Ｓ　　　低線圧部
　Ｕ　　　高剛性部
　Ｗ　　　溶接部
　Ｚ　　　溶接合流部

Claims (5)

  1. 　平坦部及び前記平坦部から突出するビード部をそれぞれ備えた第１金属セパレータと第２金属セパレータとを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
    　重ね合された前記平坦部同士を前記ビード部に沿って溶接する溶接工程と、を含み、
    　前記溶接工程では、溶接部同士が合流する溶接合流部を、溶接ルート上において剛性の高い高剛性部となる位置、及び／又は、前記ビード部から離れた位置に形成することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
  2. 　前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータの前記ビード部は、直線状となる直線部と、曲線状となる曲線部とを備え、
    　前記溶接ルート上において、前記ビード部の曲線部に沿う位置に形成された前記高剛性部に前記溶接合流部を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
  3. 　前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータは、前記ビード部に連結するリブを備え、
    　前記溶接ルート上において、前記リブに沿う位置に形成された前記高剛性部に前記溶接合流部を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
  4. 　前記第１金属セパレータ及び前記第２金属セパレータはエンボスを備え、
    　前記溶接ルート上において、前記エンボスに沿う位置に形成された前記高剛性部に前記溶接合流部を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
  5. 　平坦部及び前記平坦部から突出するビード部をそれぞれ備えた第１金属セパレータ及び第２金属セパレータを溶接により接合された燃料電池用セパレータであって、
    　溶接によって形成された溶接部同士が合流する溶接合流部が、溶接ルート上において剛性の高い高剛性部となる位置、及び／又は、前記ビード部から離れた位置に形成されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
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