(57)【要約】【課題】燃料電池スタックに衝撃荷重が作用した際、荷重受け部が破損することを回避する。【解決手段】第１セパレータ３０（又は第２セパレータ３２）に設けられる凸状荷重受け部６４ａ、６４ｂは、第１セパレータ３０（又は第２セパレータ３２）に取り付けないし接合されるクリップ部６６と、該クリップ部６６に比して幅狭の凸部６８とを有する。凸部６８の基端部には第１窪み７０ａ、７０ｂが陥没形成されており、このため、凸部６８は十分な可撓性を示す。すなわち、例えば、矢印Ｂ１方向に向かう力が作用したとき、凸部６８は、矢印Ｂ１方向に向かって撓む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ電解質・電極構造体が１組のセパレータ間に介在される単位セルを備え、複数個の前記単位セルが積層されて構成される燃料電池スタックにおいて、
前記セパレータに、前記単位セルの積層方向に直交する方向の荷重を受ける荷重受け部が設けられ、
前記荷重受け部は樹脂からなり、且つ前記セパレータの外周縁部から突出した凸部、又は外周縁部よりも陥没した凹部のいずれかを有し、
前記荷重受け部に窪みが陥没形成されるとともに、前記荷重受け部は、前記窪みにより、前記積層方向に直交する方向への可撓性を示すことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載のスタックにおいて、前記荷重受け部の前記凸部又は前記凹部の少なくともいずれかに、前記積層方向に沿って延在して前記単位セルを支持する締結部材が係合されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１又は２記載のスタックにおいて、前記荷重受け部が前記凸部を有するものであるとき、前記窪みの曲率半径が、前記セパレータに近接する側で大きく、且つ離間する側で小さく設定されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の単位セルが積層されることで積層体として構成される燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、アノード電極及びカソード電極で電解質（例えば、固体高分子電解質膜や酸化物イオン伝導体）を挟んだ電解質膜・電極構造体が１組のセパレータ間に介在される単位セルを備える。通常、この単位セルが複数個積層されることにより燃料電池スタックとして構成される。燃料電池スタックには、一端部に位置する単位セルから他端部に位置する単位セルまでに締め付け荷重を付与して単位セルが脱落することを防止する締結部材が設けられることが一般的である。
【０００３】
この種の燃料電池スタックに対し、外部から衝撃荷重が加わることがある。上記したように単位セルの積層方向には、締結部材によって締め付け荷重が付与されているため、積層方向では単位セルの移動が起こり難い。これに対し、積層方向に直交する方向（高さ方向及び水平方向）では、締め付け荷重が付与されていないために移動が生じ易い。
【０００４】
このような移動が起こることを回避するべく、セパレータの外周縁部に荷重受け部を設け、該荷重受け部で衝撃荷重を吸収することが考えられる。例えば、本出願人は、特許文献１において、燃料電池スタックをケーシングに収容するとともに、所定のセパレータに設けた荷重受け部を、前記ケーシングの内壁に当接するように突出させた構成を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池スタック中のセパレータ同士は、互いに重なり合っていることが理想的であるが、実際には、該セパレータを作製する際の寸法誤差や、燃料電池スタックを組み立てる際の積層バラツキ等により、位置ズレが不可避的に生じる。この場合、荷重受け部同士も相対的に位置ズレを起こした状態となる。
【０００７】
このような状態下で燃料電池スタックに衝撃荷重が加わると、最も位置ズレを起こしている荷重受け部に集中的に衝撃荷重が作用することになる。この場合、荷重受け部が破損する懸念がある。
【０００８】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、任意の荷重受け部が位置ズレを起こしていても、衝撃荷重の付加に伴って荷重受け部同士の位置が揃い易いために衝撃荷重を複数個の荷重受け部によって受けることが可能であり、従って、荷重受け部が破損する懸念を払拭し得る燃料電池スタック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】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ電解質・電極構造体が１組のセパレータ間に介在される単位セルを備え、複数個の前記単位セルが積層されて構成される燃料電池スタックにおいて、
前記セパレータに、前記単位セルの積層方向に直交する方向の荷重を受ける荷重受け部が設けられ、
前記荷重受け部は樹脂からなり、且つ前記セパレータの外周縁部から突出した凸部、又は外周縁部よりも陥没した凹部のいずれかを有し、
前記荷重受け部に窪みが陥没形成されるとともに、前記荷重受け部は、前記窪みにより、前記積層方向に直交する方向への可撓性を示すことを特徴とする。
【００１０】
積層バラツキによって任意の荷重受け部と他の荷重受け部との間で位置ズレが生じているとき、任意の荷重受け部は、他の荷重受け部よりも突出している。このため、積層方向に直交する方向の力が荷重受け部に作用すると、この突出した荷重受け部に先ず力が加わる。
【００１１】
ここで、本発明においては、荷重受け部に窪みを形成し、これにより荷重受け部に十分な可撓性が発現するようにしている。すなわち、衝撃荷重等の外力が加わった荷重受け部は容易に撓み、他の荷重受け部との位置が揃う。
【００１２】
従って、これ以降は、位置が揃った複数個の荷重受け部で外力を受けることになる。これに伴って外力が複数個の荷重受け部に分散されるので、１個の荷重受け部に外力が集中することが回避される。このため、荷重受け部が破損することを防止することができる。
【００１３】
なお、荷重受け部の前記凸部又は前記凹部の少なくともいずれかには、積層方向に沿って延在して単位セルを支持する締結部材を係合するようにしてもよい。これにより、単位セルが燃料電池スタックから脱落することを回避することができる。
【００１４】
荷重受け部が凸部を有するものであるとき、該荷重受け部に設ける窪みの曲率半径は、セパレータに近接する側で大きく、且つ離間する側で小さく設定することが好ましい。この場合、荷重受け部に荷重が加わったときには、該荷重受け部の、セパレータに離間する部位に応力が集中し易くなる。従って、荷重受け部に過大な応力が作用したときには、当該部位が先に破損する。
【００１５】
破損した部位がセパレータから離間しているため、荷重受け部が破損したことに伴ってセパレータが露呈することが回避される。従って、セパレータを介した導電通路が形成されてしまうことを回避することができ、結局、絶縁性を保つことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、荷重受け部に窪みを形成するようにしているので、該荷重受け部に衝撃荷重等の外力が加わった際には容易に撓む。任意の荷重受け部に位置ズレが生じていた場合、該荷重受け部が撓むことにより、該荷重受け部と他の荷重受け部との位置が揃う。
【００１７】
その結果、外力が複数個の荷重受け部に分散されるようになる。従って、１個の荷重受け部に外力が集中することが回避されるので、荷重受け部が破損することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの要部分解斜視図である。
【図４】凸状荷重受け部を拡大して示す要部拡大正面図である。
【図５】凹状荷重受け部を拡大して示す要部拡大正面図である。
【図６】前記燃料電池スタックを構成するエンドプレートと第一締結部材、第二締結部材の分解斜視説明図である。
【図７】図１中のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】凸状荷重受け部同士の位置ズレを誇張して示す要部拡大斜視図である。
【図９】凹状荷重受け部同士の位置ズレを誇張して示す要部拡大斜視図である。
【図１０】セパレータに近接する側と離間する側とで曲率半径が相違する窪みが形成された凸状荷重受け部の概略全体正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る燃料電池スタックにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池スタック１０の概略全体斜視図であり、図２は、その一部断面側面図である。この燃料電池スタック１０は、図示しない自動車車体に搭載され、走行駆動源として使用される。なお、矢印Ａ方向は自動車車体の幅方向に合致し、矢印Ｂ方向は走行方向に合致する。また、矢印Ｃ方向は、鉛直方向を表す。
【００２１】
図１及び図２から諒解されるように、燃料電池スタック１０は、複数個の単位セル１２が矢印Ａ方向に沿って積層されることによって構成された積層体１４を備える。そして、積層体１４の積層方向一端には、第１ターミナルプレート１６ａ、第１絶縁プレート１８ａ、第１エンドプレート２０ａが内方から外方に向かってこの順序で配設される。積層体１４の積層方向他端においても同様に、第２ターミナルプレート１６ｂ、第２絶縁プレート１８ｂ及び第２エンドプレート２０ｂが内方から外方に向かってこの順序で配設される。
【００２２】
第１エンドプレート２０ａの中央部からは、第１ターミナルプレート１６ａに接続された第１出力端子２２ａが延在する一方、第２エンドプレート２０ｂの中央部からは、第２ターミナルプレート１６ｂに接続された第２出力端子２２ｂが延在する。
【００２３】
第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂは、横長の長方形状をなす。そして、矢印Ｂ方向に沿って延在する２個の長辺の略中間部には、第１締結部材２４、２４がそれぞれ設けられる。また、矢印Ｃ方向に沿って延在する２個の短辺の略中間部には、第２締結部材２６、２６がそれぞれ設けられる。
【００２４】
積層体１４を構成する単位セル１２は、図３に示すように、電解質膜・電極構造体２８と、前記電解質膜・電極構造体２８を挟持する第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２とを備える。
【００２５】
電解質膜・電極構造体２８は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」と表記する）３４と、該電解質膜３４を挟持するカソード電極３６及びアノード電極３８とを備える。すなわち、燃料電池スタック１０は、いわゆる固体高分子形燃料電池である。
【００２６】
カソード電極３６及びアノード電極３８は、それぞれ、カーボンペーパー等からなり、第１セパレータ３０又は第２セパレータ３２に臨むガス拡散層と、各ガス拡散層と電解質膜３４の間に介在する電極触媒層（いずれも図示せず）から構成される。カソード電極３６及びアノード電極３８のこのような構成は周知であり、従って、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
以上のような電解質膜・電極構造体２８を挟む第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２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、又は、その金属表面に防食用の表面処理を施した金属板等からなる。なお、カーボンからなるものであってもよい。
【００２８】
単位セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔４０と、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４２とが設けられる。また、他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４４と、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔４６とが設けられる。
【００２９】
一方、単位セル１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔４０及び燃料ガス供給連通孔４２に近接する側には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔４８が、対向する辺に設けられる。また、両端縁部他方側、すなわち、燃料ガス排出連通孔４４及び酸化剤ガス排出連通孔４６に近接する側には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔５０が、対向する辺に設けられる。
【００３０】
さらに、第１セパレータ３０の電解質膜・電極構造体２８に臨む側の端面３０ａには、酸化剤ガス供給連通孔４０と酸化剤ガス排出連通孔４６とを連通する酸化剤ガス流路５２が矢印Ｂ方向に延在するようにして形成される。
【００３１】
一方、第２セパレータ３２の電解質膜・電極構造体２８に臨む側の端面３２ａには、燃料ガス供給連通孔４２と燃料ガス排出連通孔４４とを連通する燃料ガス流路５４が矢印Ｂ方向に延在するようにして形成される。
【００３２】
第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２は、平面が矩形状をなす金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。この波形状が、酸化剤ガス流路５２又は燃料ガス流路５４となる。
【００３３】
そして、第２セパレータ３２の端面３２ｂと隣接する第１セパレータ３０の端面３０ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４８、４８と冷却媒体排出連通孔５０、５０とに連通する冷却媒体流路５６が形成される。この冷却媒体流路５６により、アノード電極３８又はカソード電極３６が設けられた範囲にわたって冷却媒体が流通可能である。
【００３４】
なお、酸化剤ガスとしては、例えば、空気等の酸素含有ガスが選定され、燃料ガスとしては、例えば、水素等の水素含有ガスが選定される。また、冷却媒体としては、例えば、水や有機溶媒、オイル等が用いられる。
【００３５】
第１セパレータ３０の端面３０ａ、３０ｂには、その外周端縁部を周回するようにして第１シール部材５８が設けられる。第２セパレータ３２の端面３２ａ、３２ｂにも、その外周端縁部を周回して第２シール部材６０が設けられる。これら第１シール部材５８及び第２シール部材６０には、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン（ＥＰＤＭ）ゴム、アクリロニトリルブタジエン（ＮＢＲ）ゴム、フッ素化合物ゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を示すものが用いられる。
【００３６】
第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の２個の長辺には、それぞれ、矢印Ｃ方向に沿って長尺な切欠部６２ａ、６２ｂが形成される。これら切欠部６２ａ、６２ｂの矢印Ｂ方向略中腹部には、凸状荷重受け部６４ａ、６４ｂが設けられる。
【００３７】
凸状荷重受け部６４ａ、６４ｂは、例えば、樹脂材で形成され、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２に取り付けられる。すなわち、要部を拡大した図４に示すように、凸状荷重受け部６４ａは、長方形状のクリップ部６６を有し、該クリップ部６６の下端面に形成された挿入用溝（図示せず）に切欠部６２ａの一部が圧入及び接合されている。
【００３８】
凸状荷重受け部６４ａは、さらに、クリップ部６６に比して幅狭であり、切欠部６２ａの端部から突出した凸部６８を有する。凸部６８の水平頂部は、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の長辺端面（切欠部６２ａ、６２ｂではない部位）よりも若干突出する。
【００３９】
また、凸部６８の基端部近傍には、矢印Ｂ方向に沿って略半円形状に陥没する２個の第１窪み７０ａ、７０ｂが形成されている。この第１窪み７０ａ、７０ｂが存在するため、凸部６８の剛性は、第１窪み７０ａ、７０ｂが形成されていない凸部に比して小さい。換言すれば、凸部６８の可撓性は大きく、矢印Ｂ１方向に沿う外力（衝撃荷重）が凸部６８に作用したときには、仮想線で示すように、容易に撓む。
【００４０】
凸状荷重受け部６４ｂは、凸状荷重受け部６４ａと同様に構成されており、従って、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。凸状荷重受け部６４ａ、６４ｂは、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の各対角位置に設けてもよい。
【００４１】
凸状荷重受け部６４ａ、６４ｂは、積層方向に配列されるとともに、複数の前記凸状荷重受け部６４ａ同士及び複数の前記凸状荷重受け部６４ｂ同士は、後述するように、各第１締結部材２４の凹係合部７２（図７参照）に係合する。
【００４２】
一方、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の２個の短辺側の左右両端部の略中央には、それぞれ、矢印Ｂ方向に沿って短尺な切欠部６２ｃ、６２ｄが形成される（図３参照）。これら切欠部６２ｃ、６２ｄには、凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂが圧入・接合される。すなわち、凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂは、それぞれ、酸化剤ガス供給連通孔４０と燃料ガス供給連通孔４２との間、酸化剤ガス排出連通孔４６と燃料ガス排出連通孔４４との間に配置される。なお、凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂの矢印Ｂ方向端部は、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の短辺端面よりも若干突出する。
【００４３】
凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂは、凸状荷重受け部６４ａ、６４ｂと同様に樹脂材で形成され、矢印Ｂ方向端部には第１凹部７６が陥没形成されている。なお、電解質膜３４にも、第１凹部７６の位置に対応する位置に、第２凹部７８が陥没形成されている。
【００４４】
要部を拡大した図５に示すように、第１凹部７６には、矢印Ｃ方向に沿って略半円形状に陥没する２個の第２窪み８０ａ、８０ｂが形成されている。この第２窪み８０ａ、８０ｂのため、凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂの剛性は、第２窪み８０ａ、８０ｂが形成されていないものに比して小さい。すなわち、凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂの可撓性は大きく、その端部に矢印Ｃ１方向に沿う外力（衝撃荷重）が作用したときには、図５中の仮想線で示すように容易に撓む。
【００４５】
各凹状荷重受け部７４ａ同士及び各凹状荷重受け部７４ｂ同士は、積層方向に沿って同一高さとなる位置に配列されており、後述するように、各第２締結部材２６の凸係合部８２（図７参照）が嵌合する。なお、凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂは、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の各対角位置に設けてもよい。
【００４６】
単位セル１２の一方の対角位置、具体的には、燃料ガス供給連通孔４２の上方近傍及び燃料ガス排出連通孔４４の上方近傍には、位置決め孔部８４ａ、８４ｂが設けられる。図２及び図６に示すように、第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂには、位置決め孔部８４ａ、８４ｂと同軸上に穴部８６ａ、８６ｂがそれぞれ形成される。
【００４７】
一方の穴部８６ａには、積層方向に延在して円柱形状の位置決めピン８８ａの両端が隙間なく嵌合するとともに、他方の穴部８６ｂには、位置決めピン８８ｂの両端が隙間なく嵌合する。各位置決めピン８８ａ、８８ｂは、各位置決め孔部８４ａ、８４ｂ内に隙間を設けて挿入される。位置決めピン８８ａ、８８ｂは、好ましくは、ＳＵＳ（ステンレス）、アルミニウム、鉄、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂、カーボン等で形成される。
【００４８】
図６に示すように、第１締結部材２４は、押し出し成形された板状部９０ａと、前記板状部９０ａの長尺方向両端部に固着される取り付け部９２ａとを有する。板状部９０ａと取り付け部９２ａとは、例えば、溶接により一体化され、又は一体に削り出し形成される。
【００４９】
板状部９０ａは、図６及び図７に示すように、断面屈曲形状を有し、単位セル１２の凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）が係合する凹係合部７２が積層方向に延在して設けられる。第１締結部材２４の外面は、単位セル１２の長辺の外面の位置よりも内側に配置される。板状部９０ａは、外面の両側に窪みが設けられており、軽量化を図ることができる。なお、板状部９０ａの曲げ強度を高めるべく、窪みを形成しなくともよい。
【００５０】
取り付け部９２ａは、板状部９０ａよりも肉厚に構成され、第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂに対向する端面には、それぞれ２つのねじ穴９４と位置決め孔部９６とが同軸上に形成される（図６参照）。各位置決め孔部９６には、位置決め用リング９８が嵌合するとともに、該位置決め用リング９８は、後述する２つの孔部１００に嵌合する。
【００５１】
第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂには、それぞれの長辺の中央部位に、２つの孔部１００が形成される。各孔部１００に挿入される各ボルト１０２は、各位置決め用リング９８に挿入されて先端部がねじ穴９４に螺合する。
【００５２】
第２締結部材２６は、押し出し成形された板状部９０ｂと、前記板状部９０ｂの長尺方向両端部に固着される取り付け部９２ｂとを有する。板状部９０ｂと取り付け部９２ｂとは、例えば、溶接により一体化され、又は一体に削り出し形成される。
【００５３】
板状部９０ｂは、図６及び図７に示すように、単位セル１２に対向する側面に、単位セル１２の凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）に係合する凸係合部８２が積層方向に延在して設けられる。第２締結部材２６は、スタック外側において、厚さ方向の寸法を可及的に薄肉状に構成される。
【００５４】
取り付け部９２ｂは、上記の第１締結部材２４の取り付け部９２ａと同様に構成されており、このため、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
第１締結部材２４と積層体１４の外面部との間、及び第２締結部材２６と前記積層体１４の外面部との間には、積層方向に延在して緩衝部材１０４ａ、１０４ｂが設けられる。緩衝部材１０４ａ、１０４ｂは、弾性を有する材料、例えば、エポキシ樹脂の他、シリコーンゴム等、第１シール部材５８及び第２シール部材６０と同様の材料で形成してもよい。また、緩衝部材１０４ａ、１０４ｂは、耐熱性、耐候性、耐薬品性等に優れる、例えば、ＥＰＤＭを主成分とした発泡ゴムを使用してもよい。
【００５６】
第１締結部材２４と積層体１４の外面部とは、互いに係合する凹係合部７２と、凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）の凸部６８とからなる凹凸形状部を有し、前記凹凸形状部には、隙間なく緩衝部材１０４ａが充填又は貼り付けられる。緩衝部材１０４ａには、凹係合部７２と凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）との間に設けられる断面コ字状部の両端に、切欠部６２ａを形成して水平方向に延在する平坦面に沿って設けられるフランジ部が一体成形される。緩衝部材１０４ａは、充填材の他、プレート状の部材を用いることができる。
【００５７】
第２締結部材２６と積層体１４の外面部とは、互いに係合する凸係合部８２と、凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）の第１凹部７６、及び電解質膜３４の第２凹部７８とからなる凹凸形状部を有し、前記凹凸形状部には、隙間なく緩衝部材１０４ｂが充填又は貼り付けられる。緩衝部材１０４ｂには、凸係合部８２と第１凹部７６、第２凹部７８との間に設けられる断面コ字状部の両端に、板状部９０ｂの鉛直方向に延在する平坦面に沿って設けられるフランジ部が一体成形される。
【００５８】
本実施の形態では、位置決めピン８８ａ、８８ｂの合計弾性率ＳＴ１、単一の緩衝部材１０４ａの弾性率ＳＴ２、単一の第１締結部材２４の弾性率ＳＴ３は、合計弾性率ＳＴ１＞弾性率ＳＴ２＞弾性率ＳＴ３の関係に設定される。同様に、位置決めピン８８ａ、８８ｂの合計弾性率ＳＴ１、単一の緩衝部材１０４ｂの弾性率ＳＴ２、単一の第２締結部材２６の弾性率ＳＴ３は、合計弾性率ＳＴ１＞弾性率ＳＴ２＞弾性率ＳＴ３の関係に設定される。
【００５９】
図１に示すように、第１エンドプレート２０ａには、酸化剤ガス供給連通孔４０、燃料ガス供給連通孔４２、酸化剤ガス排出連通孔４６、燃料ガス排出連通孔４４、冷却媒体供給連通孔４８及び冷却媒体排出連通孔５０が形成されるとともに、これらには、図示しないマニホールド部材が連結される。
【００６０】
なお、第１エンドプレート２０ａに、酸化剤ガス供給連通孔４０、燃料ガス供給連通孔４２、酸化剤ガス排出連通孔４６及び燃料ガス排出連通孔４４を形成する一方で、第２エンドプレート２０ｂに、冷却媒体供給連通孔４８及び冷却媒体排出連通孔５０を形成するようにしてもよい。
【００６１】
本実施の形態に係る燃料電池スタック１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、その動作との関係で説明する。
【００６２】
燃料電池スタック１０を運転するに際しては、先ず、図１に示すように、第１エンドプレート２０ａの燃料ガス供給連通孔４２に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔４０に酸化剤ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体供給連通孔４８に、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。
【００６３】
図３に示すように、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４２から第２セパレータ３２の燃料ガス流路５４に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８のアノード電極３８に供給される。
【００６４】
アノード電極３８では、燃料ガス中の水素が電離してプロトンが生じる反応が起こる。このプロトンは、電解質膜３４のプロトン伝導作用によってカソード電極３６に移動する。また、電子は、燃料電池スタック１０に電気的に接続された外部負荷を付勢する電気エネルギ源として利用される。
【００６５】
一方、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４０から第１セパレータ３０の酸化剤ガス流路５２に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８のカソード電極３６に供給される。
【００６６】
カソード電極３６では、酸化剤ガス中の酸素と、電解質膜３４を移動してきたプロトンと、前記外部負荷を付勢してカソード電極３６に到達した電子とが反応し、水が生成する。
【００６７】
以上のように、電解質膜・電極構造体２８では、アノード電極３８に供給される燃料ガスと、カソード電極３６に供給される酸化剤ガスとが電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００６８】
ここで、アノード電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４４に沿って矢印Ａ方向に排出される。また、カソード電極３６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔４６に沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００６９】
また、一対の冷却媒体供給連通孔４８に供給された冷却媒体は、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２間の冷却媒体流路５６に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体２８を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔５０に沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００７０】
以上のようにして発電が行われている間、燃料電池スタック１０に対し、外部から衝撃荷重が加わり、この衝撃荷重の中から、矢印Ｂ１方向又は矢印Ｃ１方向、すなわち、積層方向（矢印Ａ方向）に対して直交する方向に作用する成分が発生することがある。
【００７１】
第１セパレータ３０、第２セパレータ３２を作製する際の寸法誤差や、燃料電池スタック１０を組み立てる際の積層バラツキ等に起因して、例えば、任意の凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）が、他の凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）に対して位置ズレを起こすことがある。すなわち、図８に示すように、位置ズレを起こした凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）の凸部６８が他の凸部６８から突出する。なお、図８では、理解を容易にするべく突出の度合いを誇張して示している。
【００７２】
このような状態であるときに、第１締結部材２４に衝撃荷重が作用し、その結果として第１締結部材２４が矢印Ｂ１方向に向かうと、先ず、突出した凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）の凸部６８にのみ、矢印Ｂ１方向に向かう力が作用する。換言すれば、該凸部６８に力が集中する。このため、仮に、凸部６８が、剛性が大きく撓み難いものである場合、該凸部６８に力が集中した凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）が破損する懸念がある。
【００７３】
しかしながら、本実施の形態では、図４に示すように、凸部６８の基端部近傍に第１窪み７０ａ、７０ｂを形成し、これにより凸部６８に十分な可撓性が発現するようにしている。このため、力が最初に作用した凸部６８は、図４に仮想線で示すように、容易に撓む。その結果、この凸部６８と他の凸部６８の位置が揃う。
【００７４】
従って、以降は、位置が揃った複数個の凸部６８で力を受けることになる。このため、力が１個の凸部６８に集中することなく分散する。従って、各凸部６８に作用する力が凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）の耐荷重を下回るようになるので、凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）が破損することが回避される。
【００７５】
凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）も同様に、第１セパレータ３０、第２セパレータ３２を作製する際の寸法誤差や、燃料電池スタック１０を組み立てる際の積層バラツキ等に起因して、例えば、任意のものが他の凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）に対して位置ズレを起こすことがある。すなわち、図９に示すように、位置ズレを起こした凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）の端部が他のものの端部から突出する。なお、図９では、理解を容易にするべく突出の度合いを誇張して示している。
【００７６】
このような状態であるときに、第２締結部材２６に衝撃荷重が作用し、その結果として第２締結部材２６が矢印Ｃ１方向に向かって移動しようとすると、先ず、凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）中の突出した端部にのみ、矢印Ｃ１方向に向かう力が作用する。換言すれば、該端部に力が集中する。
【００７７】
ここで、本実施の形態では、図５に示すように、第１凹部７６に連なるようにして第２窪み８０ａ、８０ｂを形成するようにしている。これにより、凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）に十分な可撓性が発現する。このため、力が最初に作用した凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）は、図５に仮想線で示すように、容易に撓む。その結果、この凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）の端部と、他の凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）の端部の位置が揃う。
【００７８】
従って、以降は、位置が揃った複数個の端部が力を受けるようになる。このため、力が１個の凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）に集中することなく分散する。従って、各端部に作用する力が凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）の耐荷重を下回るようになるので、凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）が破損することが回避される。
【００７９】
結局、本実施の形態によれば、凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）に第１窪み７０ａ、７０ｂを形成する一方、凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）に第２窪み８０ａ、８０ｂを形成することにより、これら凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）及び凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）の可撓性を大きくしている。従って、複数個の凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）同士、複数個の凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）同士の間で積層バラツキが生じていたとしても、力が作用することに伴って凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）同士、凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）同士の位置が揃う。これにより、他のものよりも大きく位置ズレを起こした凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）、又は凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）に力が集中することや、このことに起因して該凸状荷重受け部６４ａ（６４ｂ）、又は該凹状荷重受け部７４ａ（７４ｂ）が破損することを回避することができる。
【００８０】
しかも、本実施の形態では、位置決めピン８８ａ、８８ｂの合計弾性率ＳＴ１、単一の緩衝部材１０４ａの弾性率ＳＴ２、単一の第１締結部材２４の弾性率ＳＴ３は、合計弾性率ＳＴ１＞弾性率ＳＴ２＞弾性率ＳＴ３の関係に設定されている。同様に、位置決めピン８８ａ、８８ｂの合計弾性率ＳＴ１、単一の緩衝部材１０４ｂの弾性率ＳＴ２、単一の第２締結部材２６の弾性率ＳＴ３は、合計弾性率ＳＴ１＞弾性率ＳＴ２＞弾性率ＳＴ３の関係に設定されている。
【００８１】
従って、位置決めピン８８ａ、８８ｂの曲げを緩衝部材１０４ａ、１０４ｂにより吸収することができ、さらに前記緩衝部材１０４ａ、１０４ｂへの圧縮力を第１締結部材２４及び第２締結部材２６により確実に保持することが可能になる。
【００８２】
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、積層されている単位セル１２の位置ずれを阻止するとともに、位置決めピン８８ａ、８８ｂの損傷を可及的に抑制することができる。
【００８３】
図４及び図５においては、第１窪み７０ａ、７０ｂ及び第２窪み８０ａ、８０ｂを、略半円形状に切り欠かれたもの（すなわち、曲率半径が一定のもの）として示しているが、第１セパレータ３０又は第２セパレータ３２に近接する側と離間する側とで曲率半径を相違させるようにしてもよい。以下、この実施の形態について説明する。
【００８４】
図１０は、第１セパレータ３０に設けられて第１窪み１１０ａ、１１０ｂが形成された凸状荷重受け部１１２の概略全体正面図である。この場合、第１窪み１１０ａ、１１０ｂの曲率半径は、第１セパレータ３０に近接する側で大きく、且つ離間する側で小さく設定されている。
【００８５】
一層詳細には、第１窪み１１０ａにおいて、凸部１１４の基端部（クリップ部１１６との境界近傍）の第１湾曲部１１８には、半径ｒ１の仮想円Ｃ１が接する。一方、凸部１１４の幅広な先端部の第２湾曲部１２０には、半径ｒ２の仮想円Ｃ２が接する。ｒ１とｒ２との間には、ｒ１＞ｒ２の関係が成り立つ。図示は省略するが、第１窪み１１０ｂにおいても同様である。また、凸状荷重受け部１１２を第２セパレータ３２に設けてもよいことは勿論である。
【００８６】
このように構成される凸状荷重受け部１１２に対して荷重が作用すると、第１湾曲部１１８の曲率半径が第２湾曲部１２０に比して小さくなるように第１窪み１１０ａ、１１０ｂが形成されているので、第１湾曲部１１８の近傍、換言すれば、凸部１１４の先端側に応力が集中し易い。従って、凸状荷重受け部１１２に作用する応力が過大となったときには、第１窪み１１０ａの第１湾曲部１１８から第１窪み１１０ｂの第１湾曲部１１８に連なる割れが生じ易くなる。
【００８７】
その結果として、凸状荷重受け部１１２においては、先端側で優先的に破損が生じる一方で、クリップ部１１６で破損が生じ難くなる。従って、クリップ部１１６から第１セパレータ３０（又は第２セパレータ３２）が露呈することが回避される。
【００８８】
このため、第１セパレータ３０の露呈部位を介した導電通路が形成されてしまうことを回避することができる。結局、クリップ部１１６で覆われた部位の絶縁性を保つことができる。
【００８９】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００９０】
例えば、この実施の形態では、固体高分子形燃料電池の単位セル１２を積層して積層体１４を構成するようにしているが、酸化物イオン伝導体を電解質とする固体酸化物形燃料電池の単位セルを積層するようにしてもよい。
【００９１】
また、荷重受け部は、凸状荷重受け部６４ａ、６４ｂのみとしてもよいし、凹状荷重受け部７４ａ、７４ｂのみとしてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０…燃料電池スタック                    １２…単位セル
１４…積層体                              ２４…第１締結部材
２６…第２締結部材                        ２８…電解質膜・電極構造体
３０…第１セパレータ                      ３２…第２セパレータ
３４…固体高分子電解質膜                  ３６…カソード電極
３８…アノード電極                        ５２…酸化剤ガス流路
５４…燃料ガス流路                        ５６…冷却媒体流路
６４ａ、６４ｂ、１１２…凸状荷重受け部    ６６、１１６…クリップ部
６８、１１４…凸部                        ７０ａ、７０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ…第１窪み
７２…凹係合部                            ７４ａ、７４ｂ…凹状荷重受け部
７６…第１凹部                            ７８…第２凹部
８０ａ、８０ｂ…第２窪み                  ８２…凸係合部
８４ａ、８４ｂ…位置決め孔部              ８６ａ、８６ｂ…穴部
８８ａ、８８ｂ…位置決めピン              ９６…位置決め孔部
９８…位置決め用リング                    １０４ａ、１０４ｂ…緩衝部材
１１８…第１湾曲部                        １２０…第２湾曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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