(57)【要約】【課題】ガスケットのシール性および耐久性を高めることができる技術を提供する。【解決手段】ガスケットは、シール領域を囲む第１シール部と、前記第１シール部によって囲まれた領域の外側において、前記シール領域を囲む第２シール部と、を備え、高さ方向に受ける圧力に対する前記ガスケットの前記高さ方向の変形量の割合を圧縮変形率とするとき、前記第１シール部は、前記第１燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率が、前記第２燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率より大きく、前記第２シール部は、前記第２燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率が、前記第１燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率より大きい。【選択図】図４Ａ
2018181604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックにおいて、前記複数の燃料電池セルのうちの第１燃料電池セルと第２燃料電池セルとに挟まれて、高さ方向に圧縮されてシール領域をシールするガスケットであって、
前記シール領域を囲む第１シール部と、
前記第１シール部によって囲まれた領域の外側において、前記シール領域を囲む第２シール部と、
を備え、
前記高さ方向に受ける圧力に対する前記ガスケットの前記高さ方向の変形量の割合を圧縮変形率とするとき、
前記第１シール部は、前記第１燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率が、前記第２燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率より大きく、
前記第２シール部は、前記第２燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率が、前記第１燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率より大きい、ガスケット。
【請求項２】
請求項１記載のガスケットであって、
前記第１シール部は、前記高さ方向に沿って突起し、前記第１燃料電池セルに当接して前記シール領域を囲むシールラインを形成する第１リップ部と、前記第１リップ部の下方に位置し、前記第２燃料電池セルに当接する第１台座部と、を含み、
前記第２シール部は、前記高さ方向に沿って突起し、前記第２燃料電池セルに当接して前記シール領域を囲むシールラインを形成する第２リップ部と、前記第２リップ部の下方に位置し、前記第１燃料電池セルに当接する第２台座部と、を含む、ガスケット。
【請求項３】
請求項２記載のガスケットであって、
前記第１リップ部の頂部と前記第２台座部の下端部とが、前記ガスケットが圧縮される前の状態において、前記高さ方向に垂直な同一の第１仮想平面上に位置する第１構成と、
前記第２リップ部の頂部と前記第１台座部の下端部とが、前記ガスケットが圧縮される前の状態において、前記高さ方向に垂直な同一の第２仮想平面上に位置する第２構成と、
のうちの少なくとも一方の構成を有する、ガスケット。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載のガスケットであって、
前記ガスケットが圧縮される前の状態にあるときの前記第１リップ部は、前記シールラインに垂直な切断面において、前記第１台座部に向かって幅が徐々に広がる形状を有しており、
前記ガスケットが圧縮される前の状態にあるときの前記第２リップ部は、前記シールラインに垂直な切断面において、前記第２台座部に向かって幅が徐々に広がる形状を有している、ガスケット。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスケットであって、
前記第１シール部は、前記高さ方向における前記第２燃料電池セル側の端部に、前記第２燃料電池セルに接触し、前記高さ方向に垂直な略平坦面を有し、
前記第２シール部は、前記高さ方向における前記第１燃料電池セル側の端部に、前記第１燃料電池セルに接触し、前記高さ方向に垂直な略平坦面を有するガスケット。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガスケットであって、
前記第１シール部の前記第１燃料電池セル側に配置される部位は、前記第１シール部の前記第２燃料電池セル側に配置される部位よりも、弾性率が小さい部材によって構成されており、
前記第２シール部の前記第２燃料電池セル側に配置される部位は、前記第２シール部の前記第１燃料電池セル側に配置される部位よりも、弾性率が小さい部材によって構成されている、ガスケット。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガスケットであって、
前記第１シール部と前記第２シール部とを連結する連結部を備える、ガスケット。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガスケットであって、
前記燃料電池スタックに組み付けられたときに、前記第１シール部および第２シール部よりも前記高さ方向における圧縮変形量が小さい状態で、前記第１シール部および前記第２シール部から離れた位置において、前記第１燃料電池セルと前記第２燃料電池セルとに接触する補助部を備える、ガスケット。
【請求項９】
複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックであって、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のガスケットを備える、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、ガスケットおよびそれを用いた燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」とも呼ぶ。）は、それぞれに発電体である膜電極接合体を有する燃料電池セルが、複数個、積層された燃料電池スタックとして構成される場合がある。燃料電池スタックでは、一般に、積層方向に隣り合う燃料電池セル同士の間に、反応ガスや冷媒など、燃料電池スタックの内部に供給される流体の漏洩を防止するシールラインを形成するガスケットが配置される（例えば、下記特許文献１，２等）。そうしたガスケットは、通常、樹脂材量によって構成され、燃料電池セルに当接して、高さ方向に圧縮されることによって、シールラインを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−００４８５１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２９５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シール対象物である燃料電池セルに対するガスケットの密着性を高めるためには、燃料電池スタックに組み付けられたときのガスケットの高さ方向における圧縮変形量を大きくすることが望ましい。しかしながら、ガスケットの圧縮変形量を確保するために、ガスケットを高くすると、圧縮時にガスケットの内部歪みが生じやすくなり、ガスケットの耐久性が低下してしまう可能性がある。その一方で、ガスケットの圧縮変形量を小さくすると、ガスケットのシール性が低下してしまう可能性がある。例えば、上記の特許文献１のガスケット１では、主リップ５の圧縮変形量に比較して、副リップ７の圧縮変形量の方が小さい。そのため、主リップ５側よりも副リップ７側のシール性が低下してしまう可能性がある。このように、ガスケットにおいては、そのシール性を高めつつ、ガスケットの内部歪みの発生を抑制し、耐久性を高めることについて、依然として改良の余地がある。なお、こうした課題は、燃料電池に用いられるガスケットに限らず、高さ方向に圧縮されてシール領域をシールするガスケットに共通する課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
［１］本発明の一形態によれば、複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックにおいて、前記複数の燃料電池セルのうちの第１燃料電池セルと第２燃料電池セルとに挟まれて、高さ方向に圧縮されてシール領域をシールするガスケットが提供される。この形態のガスケットは、前記シール領域を囲む第１シール部と、前記第１シール部によって囲まれた領域の外側において、前記シール領域を囲む第２シール部と、を備え、前記高さ方向に受ける圧力に対する前記ガスケットの前記高さ方向の変形量の割合を圧縮変形率とするとき、前記第１シール部は、前記第１燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率が、前記第２燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率より大きく、前記第２シール部は、前記第２燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率が、前記第１燃料電池セル側に配置される部位の前記高さ方向における圧縮変形率より大きい。
この形態のガスケットによれば、第１燃料電池セル側のシール性を、第１シール部の圧縮変形率が大きい部位において高め、第２燃料電池セル側のシール性を、第２シール部の圧縮変形率が大きい部位において高めることができる。また、各シール部が、圧縮変形率が小さい部位を有することによって、各シール部全体の高さ方向における圧縮変形量を低減することができ、各シール部において生じる内部歪みを低減することができる。このように、第１燃料電池セル側をシールする第１シール部と、第２燃料電池セル側をシールする第２シール部と、を有することによって、ガスケット全体でのシール性を高めつつ、ガスケット全体での内部歪みを低減させることができる。また、ガスケットの耐久性を高めることができる。
【０００７】
［２］上記形態のガスケットにおいて、前記第１シール部は、前記高さ方向に沿って突起し、前記第１燃料電池セルに当接して前記シール領域を囲むシールラインを形成する第１リップ部と、前記第１リップ部の下方に位置し、前記第２燃料電池セルに当接する第１台座部と、を含み、前記第２シール部は、前記高さ方向に沿って突起し、前記第２燃料電池セルに当接して前記シール領域を囲むシールラインを形成する第２リップ部と、前記第２リップ部の下方に位置し、前記第１燃料電池セルに当接する第２台座部と、を含んでよい。
この形態のガスケットによれば、第１リップ部および第２リップ部によって、ガスケットのシール性を高めつつ、第１台座部および第２台座部によってガスケットの配置姿勢の安定性を高めることができる。
【０００８】
［３］上記形態のガスケットは、前記第１リップ部の頂部と、前記第２台座部の下端部とが、前記ガスケットが圧縮される前の状態において、前記高さ方向に垂直な同一の第１仮想平面上に位置する第１構成と、前記第２リップ部の頂部と、前記第１台座部の下端部とが、前記ガスケットが圧縮される前の状態において、前記高さ方向に垂直な同一の第２仮想平面上に位置する第２構成と、のうちの少なくとも一方の構成を有してよい。
この形態のガスケットによれば、ガスケットの高さ方向がガスケットの圧縮方向と一致する状態での配置が容易化される。よって、燃料電池スタックに対するガスケットの組み付け精度が高められ、ガスケットが歪んだ状態で燃料電池スタックに組み付けられることが抑制される。
【０００９】
［４］上記形態のガスケットにおいて、前記ガスケットが圧縮される前の状態にあるときの前記第１リップ部は、前記シールラインに垂直な切断面において、前記第１台座部に向かって幅が徐々に広がる形状を有しており、前記ガスケットが圧縮される前の状態にあるときの前記第２リップ部は、前記シールラインに垂直な切断面において、前記第２台座部に向かって幅が徐々に広がる形状を有してよい。
この形態のガスケットによれば、燃料電池スタックに組み付けられたときに第１リップ部および第２リップ部が歪んだ状態で圧縮されることが抑制される。
【００１０】
［５］上記形態のガスケットにおいて、前記第１シール部は、前記高さ方向における前記第２燃料電池セル側の端部に、前記第２燃料電池セルに接触し、前記高さ方向に垂直な略平坦面を有し、前記第２シール部は、前記高さ方向における前記第１燃料電池セル側の端部に、前記第１燃料電池セルに接触し、前記高さ方向に垂直な略平坦面を有してよい。
この形態のガスケットによれば、配置姿勢の安定性がより高められる。
【００１１】
［６］上記形態のガスケットにおいて、前記第１シール部の前記第１燃料電池セル側に配置される部位は、前記第１シール部の前記第２燃料電池セル側に配置される部位よりも、弾性率が小さい部材によって構成されており、前記第２シール部の前記第２燃料電池セル側に配置される部位は、前記第２シール部の前記第１燃料電池セル側に配置される部位よりも、弾性率が小さい部材によって構成されてよい。
この形態のガスケットによれば、部材の弾性率によって、圧縮変形率を容易に調整することができる。
【００１２】
［７］上記形態のガスケットは、前記第１シール部と前記第２シール部とを連結する連結部を備えてよい。
この形態のガスケットによれば、第１シール部と第２シール部とが連結部を介して互いに支え合うことができるため、ガスケットの配置姿勢の安定性が高められる。また、燃料電池スタックへのガスケットの組み付け工程において、第１シール部と第２シール部とを一体的に取り回せるため、ガスケットの取り回し性が高められ、効率的である。
【００１３】
［８］上記形態のガスケットは、前記燃料電池スタックに組み付けられたときに、前記第１シール部および第２シール部よりも前記高さ方向における圧縮変形量が小さい状態で、前記第１シール部および前記第２シール部から離れた位置において、前記第１燃料電池セルと前記第２燃料電池セルとに接触する補助部を備えてよい。
この形態のガスケットによれば、補助部によって、ガスケットが燃料電池セルに接触する範囲が広がるため、ガスケットから受ける押圧力によって、燃料電池セルが局所的に変形してしまうことが抑制される。また、補助部によって、ガスケットの配置姿勢の安定性がさらに高められる。
【００１４】
［９］本発明の他の形態によれば、上記形態のうちのいずれかに記載のガスケットを備える燃料電池スタックが提供される。
この形態の燃料電池スタックによれば、流体に対するシール性が高められる。また、シール性の劣化が抑制される。
【００１５】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
【００１６】
本発明は、ガスケットおよび燃料電池スタック以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、ガスケットの製造方法や燃料電池スタックの製造方法、燃料電池スタックにおけるシール構造等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料電池スタックの構成を示す概略図。
【図２】燃料電池セルの構成を説明するための概略図。
【図３】第１セパレータの第２面の構成を示す概略図。
【図４Ａ】第１実施形態のガスケットの圧縮前の状態を示す概略断面図。
【図４Ｂ】第１実施形態のガスケットの圧縮後の状態を示す概略断面図。
【図５Ａ】第２実施形態のガスケットの圧縮前の状態を示す概略断面図。
【図５Ｂ】第２実施形態のガスケットの圧縮後の状態を示す概略断面図。
【図６Ａ】第３実施形態のガスケットの圧縮前の状態を示す概略断面図。
【図６Ｂ】第３実施形態のガスケットの圧縮後の状態を示す概略断面図。
【図７Ａ】第４実施形態のガスケットの圧縮前の状態を示す概略断面図。
【図７Ｂ】第４実施形態のガスケットの圧縮後の状態を示す概略断面図。
【図８Ａ】第５実施形態のガスケットの圧縮前の状態を示す概略断面図。
【図８Ｂ】第５実施形態のガスケットの圧縮後の状態を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としてのガスケット５０Ａを備える燃料電池スタック１０の構成を示す概略図である。燃料電池スタック１０は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素との電気化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池セル１１が積層されて締結された構成を有している。図１には、燃料電池スタック１０における燃料電池セル１１の積層方向ＳＤを示す矢印を図示してある。
【００１９】
燃料電池セル１１は、単セルとも呼ばれ、それぞれが単体でも発電可能な構成要素である。燃料電池セル１１は、発電体である膜電極接合体２０と、２枚のセパレータ３１，３２と、を備える。燃料電池セル１１では、膜電極接合体２０は、２枚のセパレータ３１，３２によって、積層方向ＳＤに挟まれている。膜電極接合体２０およびセパレータ３１，３２の詳細については後述する。
【００２０】
以下では、燃料電池スタック１０を構成する燃料電池セル１１のうち、積層方向ＳＤに隣接して配置されている任意の２つの燃料電池セル１１をそれぞれ、「第１燃料電池セル１１ａ」および「第２燃料電池セル１１ｂ」とも呼ぶ。第１燃料電池セル１１ａと第２燃料電池セル１１ｂとの間には、ガスケット５０Ａが配置されている。ガスケット５０Ａは、燃料電池スタック１０の内部に配置されているため、図１では、ガスケット５０Ａを示す引き出し線を破線で示してある。
【００２１】
ガスケット５０Ａは、第１燃料電池セル１１ａと第２燃料電池セル１１ｂとに挟まれて圧縮された状態で配置されて、燃料電池スタック１０に反応ガスとして供給される流体の漏洩を防止する。燃料電池スタック１０に供給される流体には、例えば、燃料ガスや酸化剤ガスを含む反応ガス、および、燃料電池スタック１０の運転温度の制御のために供給される冷媒が含まれる。ガスケット５０Ａの配置位置およびその構成の詳細については後述する。
【００２２】
燃料電池スタック１０では、燃料電池セル１１の積層体１１ｓは、２枚のエンドプレート１２ａ，１２ｂによって、積層方向ＳＤに挟まれている。各エンドプレート１２ａ，１２ｂと積層体１１ｓとの間には、集電板１３と絶縁板１４とが配置されている。各エンドプレート１２ａ，１２ｂは例えば、金属板によって構成される。積層体１１ｓは、第１エンドプレート１２ａおよび第２エンドプレート１２ｂを介して、締結部材（図示は省略）から、積層方向ＳＤに沿った締結力を付与される。
【００２３】
集電板１３は、導電性を有する板状部材によって構成されている。集電板１３は、積層体１１ｓに接触しており、各燃料電池セル１１と電気的に導通する。燃料電池スタック１０において発電された電力は、集電板１３を介して外部へと出力される。絶縁板１４は、集電板１３とエンドプレート１２ａ，１２ｂとの間に配置されて両者を絶縁する。
【００２４】
燃料電池スタック１０には、反応ガスおよび冷媒のための流路であるマニホールドＭ１〜Ｍ６が設けられている（破線で図示）。各マニホールドＭ１〜Ｍ６は、各燃料電池セル１１に設けられた貫通孔が積層方向ＳＤに連結されることによって形成される。供給側のマニホールドＭ１〜Ｍ３と排出側のマニホールドＭ４〜Ｍ６とは、各燃料電池セル１１の発電領域（後述）を挟むように各燃料電池セル１１の端部に配列されている。なお、図１では、供給側の各マニホールドＭ１〜Ｍ３の位置が重なっており、排出側のマニホールドＭ４〜Ｍ６の位置が重なっている。
【００２５】
第１マニホールドＭ１は、各燃料電池セル１１のアノードに燃料ガスを供給するガス流路である。第２マニホールドＭ２は、各燃料電池セル１１のカソードに酸化剤ガスを供給するガス流路である。第３マニホールドＭ３は、第１燃料電池セル１１ａと第２燃料電池セル１１ｂとの間に形成される冷媒流路（後述）に冷媒を供給する流路である。第４マニホールドＭ４は、各燃料電池セル１１のアノードから排出される排ガスの流路である。第５マニホールドＭ５は、各燃料電池セル１１のカソードから排出される排ガスの流路である。第６マニホールドＭ６は、前述した冷媒流路に接続される冷媒の排出流路である。
【００２６】
なお、第１エンドプレート１２ａと、第１エンドプレート１２ａ側の集電板１３および絶縁板１４には、各マニホールドＭ１〜Ｍ６の端部を構成する貫通孔が設けられている。第１エンドプレート１２ａには、反応ガスや冷媒のための配管類を各マニホールドＭ１〜Ｍ６に接続するための接続部が設けられている（詳細な説明は省略）。
【００２７】
図２は、燃料電池セル１１の構成を説明するための概略図である。図２には、図１において破線で囲まれた領域Ａに含まれる燃料電池セル１１の一部の断面構成が一例として模式的に示されている。膜電極接合体２０は、電解質膜２１と、２つの電極２２，２３と、を備える。
【００２８】
電解質膜２１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す電解質樹脂の薄膜である。電解質膜２１は、例えば、フッ素系のイオン交換樹脂によって構成される。第１電極２２と第２電極２３とはそれぞれ、電解質膜２１の両面に配置されている。本実施形態では、第１電極２２は、燃料ガスが供給されるアノードであり、第２電極２３は、酸化剤ガスが供給されるカソードである。各電極２２，２３は、ガス拡散性を有するとともに、発電反応を促進するための触媒粒子が担持されている導電性材料によって構成される。なお、電極２２，２３が配置されている領域が、各燃料電池セル１１において発電反応が起こる発電領域に概ね一致する。
【００２９】
本実施形態では、膜電極接合体２０は、その外周を囲むフレーム部材２４と一体化されている。フレーム部材２４は気密性および絶縁性を有する樹脂材量によって構成される。上述したマニホールドＭ１〜Ｍ６（図１）は、各燃料電池セル１１においてフレーム部材２４を貫通するように設けられている。
【００３０】
各セパレータ３１，３２は、膜電極接合体２０およびフレーム部材２４の全体を覆っている。本実施形態では、第１セパレータ３１は、アノードである第１電極２２に面するアノードセパレータである。また、第２セパレータ３２は、カソードである第２電極２３に面するカソードセパレータである。
【００３１】
各セパレータ３１，３２は導電性およびガス不透過性を有する板状部材によって構成される。本実施液体では、各セパレータ３１，３２は、メタルセパレータであり、ステンレス鋼やチタンなどの金属部材をプレス成形したプレス成形板によって構成されている。各セパレータ３１，３２はメタルセパレータによって構成されていなくてもよい。各セパレータ３１，３２は、例えば、カーボンを板状に成形した部材によって構成されてもよい。
【００３２】
各セパレータ３１，３２には、反応ガスの流路を構成する溝部４１，４２と、冷媒の流路を構成する溝部４３と、ガスケット５０Ａの配置空間を形成する溝部４４と、が形成されている。本実施形態では、各溝部４１〜４４は、セパレータ３１，３２を、プレス加工によって厚み方向に凹凸するように折り曲げることによって形成されている。各溝部４１〜４４は、プレス加工の代わりに、エッチング処理などによる溝掘り加工によって形成されてもよい。
【００３３】
第１セパレータ３１の第１電極２２と対向する第１面３１ａには、燃料ガスが流れる複数の並列な溝部４１が発電領域内に形成されている。第１セパレータ３１の第２面３１ｂには、発電領域内に、冷媒が流れる複数の並列な溝部４３が形成されている。また、第１セパレータ３１の第２面３１ｂには、発電領域の外側に、ガスケット５０Ａの配置空間を形成する溝部４４が形成されている。溝部４１，４３，４４の形成領域の具体例については後述する。
【００３４】
第２セパレータ３２の第２電極２３と対向する第１面３２ａには、酸化剤ガスが流れる複数の並列な溝部４２が発電領域全体にわたって形成されている。第２セパレータ３２の第２面３２ｂには、発電領域内に、冷媒が流れる複数の並列な溝部４３が形成されている。また、第２セパレータ３２の第２面３２ｂには、発電領域の外側に、ガスケット５０Ａの配置空間を形成する溝部４４が形成されている。
【００３５】
各セパレータ３１，３２では、冷媒のための溝部４３およびガスケット５０Ａのための溝部４４はそれぞれ、互いに積層方向ＳＤに対向し合うように、対応する位置に形成されている。燃料電池スタック１０では、各セパレータ３１，３２のそれぞれの溝部４４が対向しあって、隣接する各燃料電池セル１１同士の間に管状の冷媒流路を形成する。また、各セパレータ３１，３２のそれぞれの溝部４４が対向しあって、隣接する各燃料電池セル１１同士の間にガスケット５０Ａを収容する管状の空間を形成する。
【００３６】
図３を参照して、各燃料電池セル１１におけるガスケット５０Ａの配置領域と、上述した溝部４１〜４４の形成領域の一例を説明する。図３は、第１セパレータ３１の第２面３１ｂの構成を示す概略図である。図３には、燃料電池スタック１０において、第１セパレータ３１の第２面３１ｂ上に配置されるガスケット５０Ａを図示してある。また、図３には、燃料電池セル１１における発電領域ＥＡを一点鎖線で図示してある。なお、第２セパレータ３２も、以下に説明する第１セパレータ３１と対応する構成を有している（詳細な説明は省略）。
【００３７】
燃料電池セル１１の発電領域ＥＡは、供給側のマニホールドＭ１〜Ｍ３の列と、排出側のマニホールドＭ４〜Ｍ６の列とに挟まれている。本実施形態では、燃料ガスのためのマニホールドＭ１，Ｍ４は、発電領域ＥＡを挟んで対角する角部に設けられている。酸化剤ガスのためのマニホールドＭ２，Ｍ５はそれぞれ、燃料ガスのためのマニホールドＭ１，Ｍ４とは反対側の角部に位置している。冷媒供給用のマニホールドＭ３は、反応ガス供給用のマニホールドＭ１，Ｍ２の間に配列され、冷媒排出用のマニホールドＭ４は、反応ガス供給用のマニホールドＭ５，Ｍ６の間に配列されている。なお、マニホールドＭ１〜Ｍ６の配置構成は、これに限定されることはなく、適宜、変更が可能である。
【００３８】
ガスケット５０Ａは、シール領域を囲む環状部材として構成され、例えば、ゴムや熱可塑性エラストマー等の樹脂材量の射出成形によって作製される。本実施形態では、ガスケット５０Ａは、反応ガスのためのマニホールドＭ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ５のそれぞれを囲むように配置されている。また、ガスケット５０Ａは、冷媒用のマニホールドＭ３，Ｍ６と発電領域ＥＡとを囲むように配置されている。
【００３９】
第１マニホールドＭ１を囲むガスケット５０Ａによって、燃料ガスの漏洩を防止する第１シールラインＳＬ１が形成される。第２マニホールドＭ２を囲むガスケット５０Ａによって、酸化剤ガスの漏洩を防止する第２シールラインＳＬ２が形成される。第４マニホールドＭ４を囲むガスケット５０Ａによって、アノード側の排ガスの漏洩を防止する第３シールラインＳＬ３が形成される。第５マニホールドＭ５を囲むガスケット５０Ａによって、カソード側の排ガスの漏洩を防止する第４シールラインＳＬ４が形成される。冷媒用のマニホールドＭ３，Ｍ６と発電領域ＥＡとを囲むガスケット５０Ａによって、冷媒の漏洩を防止する第５シールラインＳＬ５が形成される。以下では、特に区別する必要がない場合には、シールラインＳＬ１〜ＳＬ５を、「シールラインＳＬ」と総称する。シールラインとは、流体が封止されるシール領域とその外側の領域との境界線である。
【００４０】
ガスケット５０Ａが配置される溝部４４は、上述したガスケット５０Ａの配置領域に合わせて形成されている。なお、本実施形態では、複数のガスケット５０Ａが並列に配設される領域については、当該複数のガスケット５０Ａは、１つの溝部４４に収容される。
【００４１】
流体の流路を構成する溝部４１，４３について説明する。本実施形態では、冷媒のための溝部４３は、発電領域ＥＡ内において、供給側から排出側に向かう方向に延びている複数の並列な直線状の溝群を構成している。また、図２で説明したように、燃料ガスのための溝部４１は、反対側の第１面３１ａにおいて、冷媒のための溝部４３に対応して形成されている。図３では、溝部４１は見えないため、破線の引き出し線を用いてその位置を示してある。なお、本実施形態では、発電領域ＥＡにおける溝部４３の上流側および下流側に、ディンプルとも呼ばれる複数の微小な凸部４６が分散して配列されている。この凸部４６は、冷媒の流れを分散させるためのものである。凸部４６は省略されてもよい。
【００４２】
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、本実施形態のガスケット５０Ａの構成を説明する。図４Ａは、圧縮前のガスケット５０Ａを示す概略断面図である。図４Ｂは、圧縮後のガスケット５０Ａを示す概略断面図である。図４Ｂには、便宜上、第１燃料電池セル１１ａの第２セパレータ３２と、第２燃料電池セル１１ｂの第１セパレータ３１と、が図示されている。図４Ａ，図４Ｂには、燃料電池スタック１０においてガスケット５０Ａが形成するシールラインＳＬに直交する任意の切断面を例示してある。図４Ａ，図４Ｂの切断面は、例えば、図３に示す４−４切断における切断面に相当する。
【００４３】
ガスケット５０Ａは、第１燃料電池セル１１ａの第２セパレータ３２と第２燃料電池セル１１ｂの第１セパレータ３１とに挟まれて、その高さ方向に圧縮される（図４Ａ，図４Ｂ）。本実施形態では、ガスケット５０Ａは、第１燃料電池セル１１ａおよび第２燃料電池セル１１ｂに対して、非接着の状態で配置されている。本明細書において、「非接着な状態で配置」とは、接着剤や溶着・融着などの接着手段を用いて接着されることなく配置されていることを意味する。従って、ガスケット５０Ａの構成材料自体の粘着性によって接着している状態は「非接着な状態」に含まれる。
【００４４】
ガスケット５０Ａは、第１シール部５１ａと、第２シール部５１ｂと、連結部５２と、を備える。第１シール部５１ａは、ガスケット５０Ａのシール対象であるシール領域を囲む。第２シール部５１ｂは、第１シール部５１ａによって囲まれた領域の外側においてシール領域を囲む。連結部５２は、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとを連結している。本実施形態では、連結部５２は、ガスケット５０Ａの高さ方向における中央部位において、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとの間に架設されている。本実施形態では、ガスケット５０Ａの全体が同じ樹脂材量で構成されている。
【００４５】
第１シール部５１ａは、第１リップ部５３ａと、第１台座部５４ａと、を有する（図４Ａ）。ガスケット５０Ａが燃料電池スタック１０に組み付けられたときに、第１リップ部５３ａは、第１燃料電池セル１１ａ側に配置され、第１台座部５４ａは、第２燃料電池セル１１ｂ側に配置される（図４Ｂ）。以下、第１シール部５１ａに関して、「上」とは、高さ方向における第１リップ部５３ａ側の方向を意味しており、「下」とは、高さ方向における第１台座部５４ａ側の方向を意味している。後述する他の実施形態および変形例においても同様とする。
【００４６】
第１リップ部５３ａは、ガスケット５０Ａの高さ方向に沿って上方に突起している（図４Ａ）。ガスケット５０Ａが燃料電池スタック１０に組み付けられたときに、第１リップ部５３ａは、第１燃料電池セル１１ａの第２セパレータ３２に当接してシールラインＳＬａを形成する（図４Ｂ）。
【００４７】
第１台座部５４ａは、第１リップ部５３ａの下方に位置し、第２燃料電池セル１１ｂの第１セパレータ３１に当接して第１リップ部５３ａを支持する（図４Ｂ）。本実施形態では、第１台座部５４ａは、図４Ａの切断面において下方に向かって凸の略半円形状の断面を有する突起部として形成されている。
【００４８】
本実施形態では、図４Ａの切断面において、第１リップ部５３ａの最大幅Ｗ１は、第１台座部５４ａの最大幅Ｗ２よりも小さい。これによって、燃料電池スタック１０において、第１リップ部５３ａは、第１台座部５４ａよりも幅が狭い壁部をシール領域の周りに形成する（図４Ｂ）。
【００４９】
本実施形態では、ガスケット５０Ａが圧縮されてないときの第１リップ部５３ａの高さＨ１は、第１台座部５４ａの高さＨ２よりも大きい（図４Ａ）。第１リップ部５３ａは、図４Ａの切断面において細長く突起しており、第１台座部５４ａは、第１リップ部５３ａよりも平坦な突起部として構成されている。第１リップ部５３ａの最大幅Ｗ１に対する高さＨ１の割合は、第１台座部５４ａの最大幅Ｗ２に対する高さＨ２の割合よりも大きい（図４Ａ）。こうした形状を有することによって、ガスケット５０Ａでは、燃料電池スタック１０に組み付けられて圧縮されたときの第１リップ部５３ａの高さ方向における圧縮変形量が、第１台座部５４ａの高さ方向における圧縮変形量よりも大きくなっている。
【００５０】
第２シール部５１ｂは、第１シール部５１ａと同様に、第２リップ部５３ｂと、第２台座部５４ｂと、を有する（図４Ａ）。ガスケット５０Ａが燃料電池スタック１０に組み付けられたときに、第２リップ部５３ｂは、第２燃料電池セル１１ｂ側に配置され、第２台座部５４ｂは、第１燃料電池セル１１ａ側に配置される（図４Ｂ）。
【００５１】
第２シール部５１ｂは、第１シール部５１ａを高さ方向における上下を反転させた構成を有している。以下、第２シール部５１ｂに関して、「上」とは、高さ方向における第２リップ部５３ｂ側の方向を意味しており、「下」とは、高さ方向における第２台座部５４ｂ側の方向を意味している。後述する他の実施形態および変形例においても同様とする。
【００５２】
第２リップ部５３ｂは、ガスケット５０Ａの高さ方向に沿って上方に突起している（図４Ａ）。ガスケット５０Ａが燃料電池スタック１０に組み付けられたときに、第２リップ部５３ｂは、第２燃料電池セル１１ｂの第１セパレータ３１に当接してシールラインＳＬｂを形成する（図４Ｂ）。
【００５３】
第２台座部５４ｂは、第２リップ部５３ｂの下方に位置し、第２燃料電池セル１１ｂの第２セパレータ３２に当接して第２リップ部５３ｂを支持する（図４Ｂ）。本実施形態では、第２台座部５４ｂは、図４Ａの切断面において下方に向かって凸の略半円形状の断面を有する突起部として形成されている。
【００５４】
本実施形態では、図４Ａの切断面において、第２リップ部５３ｂの最大幅Ｗ３は、第２台座部５４ｂの最大幅Ｗ４よりも小さい。これによって、燃料電池スタック１０において、第２リップ部５３ｂは、第２台座部５４ｂよりも幅が狭い壁部をシール領域の周りに形成する（図４Ｂ）。
【００５５】
ガスケット５０Ａが圧縮されてないときの第２リップ部５３ｂの高さＨ３は、第２台座部５４ｂの高さＨ４よりも大きい。また、第２リップ部５３ｂは、図４Ａの切断面において細長く突起しており、第２台座部５４ｂは、第２リップ部５３ｂよりも平坦な突起部として構成されている。第２リップ部５３ｂの最大幅Ｗ３に対する高さＨ３の割合は、第２台座部５４ｂの最大幅Ｗ４に対する高さＨ４の割合よりも大きい（図４Ａ）。こうした形状を有することによって、ガスケット５０Ａでは、燃料電池スタック１０に組み付けられて圧縮されたときの第２リップ部５３ｂの高さ方向における圧縮変形量が、第２台座部５４ｂの高さ方向における圧縮変形量よりも大きくなっている。
【００５６】
ここで、ガスケット５０Ａが圧縮されていない状態にあるときの第１シール部５１ａの高さ方向における中心の位置を「第１シール部５１ａの中心ＣＰａ」とし、第２シール部５１ｂの高さ方向における中心の位置を「第２シール部５１ｂの中心ＣＰｂ」とする（図４Ａ）。なお、燃料電池スタック１０に組み付けられた後の圧縮後のガスケット５０Ａでは、中心ＣＰａ，ＣＰｂはそれぞれ、第１シール部５１ａ、第２シール部５１ｂの高さ方向の中心には位置していない（図４Ｂ）。圧縮後のガスケット５０Ａでは、第１シール部５１ａの中心ＣＰａは、第２燃料電池セル１１ｂよりも第１燃料電池セル１１ａに寄った位置に移動している。同様に、圧縮後のガスケット５０Ａでは、第２シール部５１ｂの中心ＣＰｂは、第１燃料電池セル１１ａよりも第２燃料電池セル１１ｂに寄った位置に移動している。
【００５７】
第１シール部５１ａにおいて、第１燃料電池セル１１ａ側に配置される中心ＣＰａよりも上方の部位を「第１シール部側上方部位６１」と呼ぶ。また、第２燃料電池セル１１ｂ側に配置される中心ＣＰａよりも下方の部位を「第１シール部側下方部位６２」と呼ぶ（図４Ａ，図４Ｂ）。同様に、第２シール部５１ｂにおいて、第２燃料電池セル１１ｂ側に配置される中心ＣＰｂよりも上方の部位を「第２シール部側上方部位６３」と呼ぶ。また、第２燃料電池セル１１ｂ側に配置される中心ＣＰａよりも下方の部位を「第２シール部側下方部位６４」と呼ぶ。なお、以下において、「上方部位６１，６３」と呼ぶときは、「第１シール部側上方部位６１」と「第２シール部側上方部位６３」の両方を意味する。同様に、「下方部位６２，６４」と呼ぶときは、「第１シール部側下方部位６２」と「第２シール部側下方部位６４」の両方を意味する。
【００５８】
ここで、ガスケットが高さ方向に受ける圧力に対するガスケットの高さ方向の圧縮変形量の割合を、「ガスケットの高さ方向における圧縮変形率」と呼ぶ。本実施形態のガスケット５０Ａでは、第１シール部側上方部位６１では、高さ方向に圧縮変形しやすい構成を有する第１リップ部５３ａが大部分を占め、第１シール部側下方部位６２では、高さ方向に圧縮変形しにくい構成を有する第１台座部５４ａが大部分を占める。そのため、第１シール部５１ａでは、第１シール部側上方部位６１の高さ方向における圧縮変形率が、第１シール部側下方部位６２の高さ方向における圧縮変形率より大きい。同様に、第２シール部側上方部位６３では、高さ方向に変形しやすい構成を有する第２リップ部５３ｂが大部分を占め、第２シール部側下方部位６４では、高さ方向に変形しにくい構成を有する第２台座部５４ｂが大部分を占める。そのため、第２シール部５１ｂでは、第２シール部側上方部位６３の高さ方向における圧縮変形率が、第２シール部側下方部位６４の高さ方向における圧縮変形率より大きい。
【００５９】
本実施形態のガスケット５０Ａでは、燃料電池スタック１０に組み付けられる前後において、下記の不等式（１），（２）の関係が満たされている。
Ａ１−Ａ２＞Ｂ１−Ｂ２  …  （１）
Ｃ１−Ｃ２＞Ｄ１−Ｄ２  …  （２）
Ａ１：圧縮前の第１シール部側上方部位６１の高さ（図４Ａ）
Ａ２：圧縮後の第１シール部側上方部位６１の高さ（図４Ｂ）
Ｂ１：圧縮前の第１シール部側下方部位６２の高さ（図４Ａ）
Ｂ２：圧縮後の第１シール部側下方部位６２の高さ（図４Ｂ）
Ｃ１：圧縮前の第２シール部側上方部位６３の高さ（図４Ａ）
Ｃ２：圧縮後の第２シール部側上方部位６３の高さ（図４Ｂ）
Ｄ１：圧縮前の第２シール部側下方部位６４の高さ（図４Ａ）
Ｄ２：圧縮後の第２シール部側下方部位６４の高さ（図４Ｂ）
【００６０】
第１シール部側上方部位６１の高さＡ１，Ａ２は、第１シール部５１ａの中心ＣＰａから第１リップ部５３ａの上端までの距離である。第１シール部側下方部位６２の高さＢ１，Ｂ２は、第１シール部５１ａの中心ＣＰａから第１台座部５４ａの下端までの距離である。第２シール部側上方部位６３の高さＣ１，Ｃ２は、第２シール部５１ｂの中心ＣＰｂから第２リップ部５３ｂの上端までの距離である。第２シール部側下方部位６４の高さＤ１，Ｄ２は、第２シール部５１ｂの中心ＣＰｂから第２台座部５４ｂの下端までの距離である。
【００６１】
第１シール部５１ａでは、第１リップ部５３ａと第１台座部５４ａの形状が上述したように異なっていることによって、第１シール部側上方部位６１の高さ方向における圧縮変形率が、第１シール部側下方部位６２の高さ方向における圧縮変形率より大きくなっている。同様に、第２シール部５１ｂでは、第２リップ部５３ｂと第２台座部５４ｂの形状を上述したように異なっていることによって、第２シール部側上方部位６３の高さ方向における圧縮変形率が、第２シール部側下方部位６４の高さ方向における圧縮変形率より大きくなっている。
【００６２】
このように、第１シール部５１ａでは、燃料電池スタック１０に組み付けられたときの第１リップ部５３ａの高さ方向における圧縮変形量が、第１台座部５４ａの高さ方向における圧縮変形量よりも大きい。これによって、第１シール部５１ａでは、第１燃料電池セル１１ａに対する第１リップ部５３ａの密着性が、第２燃料電池セル１１ｂに対する第１台座部５４ａの密着性より高くなっている。第１シール部５１ａでは、第１リップ部５３ａと第１燃料電池セル１１ａとの間に形成されるシールラインＳＬａ（図４Ｂ）によって、流体に対する所望のシール性が実現される。
【００６３】
第２シール部５１ｂにおいても同様に、燃料電池スタック１０に組み付けられたときの第２リップ部５３ｂの高さ方向における変形量が、第２台座部５４ｂの高さ方向における変形量よりも大きい。これによって、第２シール部５１ｂでは、第２燃料電池セル１１ｂに対する第２リップ部５３ｂの密着性が、第１燃料電池セル１１ａに対する第２台座部５４ｂの密着性より高くなっている。第２シール部５１ｂでは、第２リップ部５３ｂと第２燃料電池セル１１ｂとの間に形成されるシールラインＳＬｂ（図４Ｂ）によって、流体に対する所望のシール性が実現される。
【００６４】
本実施形態のガスケット５０ＡのシールラインＳＬは、第１シール部５１ａによって形成される第１燃料電池セル１１ａ側のシールラインＳＬａと、第２シール部５１ｂによって形成される第２燃料電池セル１１ｂ側のシールラインＳＬｂと、で構成される（図３）。このように、本実施形態のガスケット５０Ａでは、第１燃料電池セル１１ａ側をシールする第１シール部５１ａと、第２燃料電池セル１１ｂ側をシールする第２シール部５１ｂと、が分かれている。そのため、本実施形態のガスケット５０Ａによれば、第１燃料電池セル１１ａ側の面と第２燃料電池セル１１ｂ側の面のそれぞれにおいてシール性が高められている。
【００６５】
本実施形態のガスケット５０Ａでは、第１シール部５１ａは、圧縮変形率が第１シール部側上方部位６１よりも低い第１シール部側下方部位６２を有している。また、第２シール部５１ｂは、圧縮変形率が第２シール部側上方部位６３よりも低い第２シール部側下方部位６４を有している。これによって、燃料電池スタック１０に組み付けられたときの上方部位６１，６３の圧縮変形量を大きくできる一方で、燃料電池スタック１０に組み付けられたときのガスケット５０Ａの全体の高さ方向における圧縮変形量を低減させることができる。よって、ガスケット５０Ａにおいて、第１燃料電池セル１１ａ側および第２燃料電池セル１１ｂ側の両面のシール性を高めつつ、ガスケット５０Ａ全体における内部歪みの発生を抑制することができる。また、ガスケット５０Ａの耐久性を高めることができる。
【００６６】
本実施形態のガスケット５０Ａでは、各シール部５１ａ，５１ｂが、上方に突起し、幅が狭く、圧縮変形率が高いリップ部５３ａ，５３ｂを有していることによって、燃料電池セル１１ａ，１１ｂに対する密着性がより高められている。また、各シール部５１ａ，５１ｂが、リップ部５３ａ，５３ｂよりも幅が広く、平坦に構成され、圧縮変形率が低い台座部５４ａ，５４ｂを有していることによって、各シール部５１ａ，５１ｂの配置姿勢の安定性が高められている。
【００６７】
本実施形態のガスケット５０Ａでは、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとが連結部５２によって連結されている。これによって、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとが互いに支え合うことができ、ガスケット５０Ａの配置姿勢の安定性が高められている。また、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとを一体的に運搬して組み付けることができるため、燃料電池スタック１０の組立工程でのガスケット５０Ａの取り回し性が高められている。
【００６８】
なお、ガスケット５０Ａでは、燃料電池スタック１０に対する組み付け前後において、高さ方向に対する連結部５２の配置角度がほぼ変化しないように、各シール部５１ａ，５１ｂの高さ方向における圧縮変形率が調整されていることが望ましい。これによって、燃料電池スタック１０に組み付けられた後に、連結部５２に生じる歪み応力が生じることが抑制される。
【００６９】
本実施形態のガスケット５０Ａは、上述したように、燃料電池スタック１０に組み付けられている状態では、第１燃料電池セル１１ａと第２燃料電池セル１１ｂの溝部４４が対向しあって形成される空間内に収容される（図４Ｂ）。図４Ａ，図４Ｂの切断面においてガスケット５０Ａの全幅ＷＷは、各燃料電池セル１１ａ，１１ｂの溝部４４の底面４４ｔの幅ＧＷよりも小さい。これによって、燃料電池スタック１０の組立工程において、溝部４４の側壁４４ｓｗによって、ガスケット５０Ａの配置位置の位置決めがガイドされる。また、燃料電池スタック１０において、ガスケット５０Ａが外部に露出することが抑制され、ガスケット５０Ａが保護される。
【００７０】
本実施形態のガスケット５０Ａは、燃料電池スタック１０に対して、非接着な状態で組み付けられる。そのため、プライマー処理や接着材の塗布などのガスケット５０Ａを接着するための工程を省略することができ、効率的である。また、ガスケット５０Ａの交換作業が容易化される。
【００７１】
ところで、仮に、リップ部を細長く構成したガスケットを燃料電池スタックに組み付けたときに当該リップ部が倒れてしまうことが想定されるような場合には、圧縮される前のリップ部の高さは低い方が好ましい。このような想定の下でも、本実施形態のガスケット５０Ａによれば、燃料電池スタック１０に組み付けられたときの各シール部５１ａ，５１ｂの圧縮変形量を大きくしつつ、圧縮されていない状態でのガスケット５０Ａ全体の高さを低減させることができる。よって、ガスケット５０Ａのシール性を高めつつ、圧縮されていない状態でのガスケット５０Ａの高さを低くすることができ、リップ部５３ａ，５３ｂが倒れてしまう可能性を低減できる。
【００７２】
以上のように、本実施形態のガスケット５０Ａによれば、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとを有することによって、ガスケット５０Ａの高さ方向における両側でのシール性を高めることができる。また、燃料電池スタック１０に組み付けられたときの高さ方向におけるガスケット５０Ａ全体での圧縮変形量を低減することができ、ガスケット５０Ａの内部歪みに起因する応力の発生を抑制することができ、ガスケット５０Ａの耐久性を高めることができる。本実施形態のガスケット５０Ａを備える燃料電池スタック１０によれば、流体に対するシール性が高められているとともに、ガスケット５０Ａの内部歪みに起因して、そのシール性が低下することが抑制されている。また、本実施形態のガスケット５０Ａによれば、そのシール性を高めたまま、圧縮されていない状態でのガスケット５０Ａの高さを低くすることができる。よって、燃料電池スタック１０において、ガスケット５０Ａのシール性の低下を抑制しつつ、リップ部５３ａ，５３ｂが倒れてしまうことを抑制できる。その他に、本実施形態におけるガスケット５０Ａや燃料電池スタック１０によれば、実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【００７３】
２．第２実施形態：
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、第２実施形態のガスケット５０Ｂの構成を説明する。図５Ａは、圧縮前のガスケット５０Ｂを示す概略断面図である。図５Ｂは、圧縮後のガスケット５０Ｂを示す概略断面図である。図５Ａ，図５Ｂの切断面は、第１実施形態で参照した図４Ａ，図４Ｂと同様な切断面である。図５Ｂには、図４Ｂと同様に、第１燃料電池セル１１ａの第２セパレータ３２と、第２燃料電池セル１１ｂの第１セパレータ３１と、が図示されている。
【００７４】
第２実施形態のガスケット５０Ｂは、後述する点以外は、第１実施形態のガスケット５０Ａと同様な構成を有しており、第１実施形態で説明した燃料電池スタック１０に対して組み付けられる（図１〜図３）。ガスケット５０Ｂにおいても、第１実施形態と同様に、各シール部５１ａ，５１ｂの上方部位６１，６３の高さ方向における圧縮変形率が、下方部位６２，６４の高さ方向における圧縮変形率より大きい。また、燃料電池スタック１０への組み付け前後において、第１実施形態で説明した不等式（１），（２）の関係が満たされている。
【００７５】
第２実施形態のガスケット５０Ｂでは、第１台座部５４ａと第２台座部５４ｂのそれぞれが、高さ方向にほぼ垂直な略平坦な底面５４ｆを有している（図５Ａ）。「略平坦」とは、実質的に平坦であることを意味し、当該面内に、例えば、公差の範囲内での凹凸や湾曲面が含まれていてもよいことを意味する。これによって、各シール部５１ａ，５１ｂの配置姿勢の安定性が高められている。また、第１台座部５４ａと第２台座部５４ｂは、図５Ａの切断面において、略四角断面形状を有している。これによって、当該切断面において、例えば、略三角形状のような、高さ方向に直交する幅の最大値と最小値との差が大きい形状を有する場合よりも、各台座部５４ａ，５４ｂの高さ方向への変形が抑制され、圧縮変形率をより小さくすることができる。
【００７６】
ガスケット５０Ｂでは、第１リップ部５３ａは、第１台座部５４ａの上面において突起しており、第２リップ部５３ｂは、第２台座部５４ｂの上面において突起している（図５Ａ）。連結部５２は、第１台座部５４ａと第２台座部５４ｂのそれぞれの上面側の部位を高さ方向に対して斜めに連結している。
【００７７】
ガスケット５０Ｂでは、ガスケット５０Ｂが圧縮されていない状態において、第１リップ部５３ａの頂点５３ｔと第２台座部５４ｂの底面５４ｆは、ほぼ同じ高さ位置に位置しており、高さ方向に垂直な第１仮想平面Ｐ１上に位置している（図５Ｂ）。そのため、ガスケット５０Ｂの組み付け工程において、第１リップ部５３ａおよび第２台座部５４ｂを重力方向下側にして、第１燃料電池セル１１ａ上に配置すれば、ガスケット５０Ｂの高さ方向とガスケット５０Ｂの圧縮方向とを一致させることができる。よって、ガスケット５０Ｂが歪んだ状態で組み付けられてしまうことが抑制される。
【００７８】
同様に、ガスケット５０Ｂが圧縮されていない状態において、第２リップ部５３ｂの頂点５３ｔと第１台座部５４ａの底面５４ｆは、ほぼ同じ高さ位置に位置しており、高さ方向に垂直な第２仮想平面Ｐ２上に位置している（図５Ｂ）。そのため、ガスケット５０Ｂの組み付け工程において、第２リップ部５３ｂおよび第１台座部５４ａを重力方向下側にして、第２燃料電池セル１１ｂ上に配置しても、ガスケット５０Ｂの高さ方向とガスケット５０Ｂの圧縮方向とを一致させることができる。よって、ガスケット５０Ｂが歪んだ状態で組み付けられてしまうことが抑制される。
【００７９】
このように、ガスケット５０Ｂは、第１リップ部５３ａの頂点５３ｔと第２台座部５４ｂの底面５４ｆとが第１仮想平面Ｐ１上に位置している第１構成と、第２リップ部５３ｂの頂点５３ｔと第１台座部５４ａの底面５４ｆとが第２仮想平面Ｐ２上に位置している第２構成の両方の構成を有している。これよって、燃料電池スタック１０において、ガスケット５０Ｂが、第１燃料電池セル１１ａおよび第２燃料電池セル１１ｂから受ける圧力を均一化することができる。よって、燃料電池スタック１０においてガスケット５０Ｂに歪みが生じることが抑制され、ガスケット５０Ｂの耐久性が高められる。また、ガスケット５０Ｂの組み付け工程において、高さ方向の上下の区別なく、ガスケット５０Ｂを配置することができるため、ガスケット５０Ｂの組み付けが容易化される。
【００８０】
以上のように、第２実施形態のガスケット５０Ｂによれば、配置姿勢の安定性や、耐久性をより高めることができるなど、第２実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。その他に、第２実施形態のガスケット５０Ｂおよびそれを備える燃料電池スタック１０によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００８１】
３．第３実施形態：
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、第３実施形態のガスケット５０Ｃの構成を説明する。図６Ａは、圧縮前のガスケット５０Ｃを示す概略断面図である。図６Ｂは、圧縮後のガスケット５０Ｃを示す概略断面図である。図６Ａ，図６Ｂの切断面は、第２実施形態で参照した図５Ａ，図５Ｂと同様な切断面である。図６Ｂには、図５Ｂと同様に、第１燃料電池セル１１ａの第２セパレータ３２と、第２燃料電池セル１１ｂの第１セパレータ３１と、が図示されている。
【００８２】
第３実施形態のガスケット５０Ｃは、後述する点以外は、第２実施形態のガスケット５０Ｂと同様な構成を有している。ガスケット５０Ｃにおいても、各シール部５１ａ，５１ｂの上方部位６１，６３の高さ方向における圧縮変形率が、下方部位６２，６４の高さ方向における圧縮変形率より大きい。また、燃料電池スタック１０への組み付け前後において、第１実施形態で説明した不等式（１），（２）の関係が満たされている。第３実施形態のガスケット５０Ｃは、第１実施形態で説明した燃料電池スタック１０に対して組み付けられる（図１〜図３）。
【００８３】
ガスケット５０Ｃでは、図６Ａの切断面において、第１リップ部５３ａの断面は、第１台座部５４ａに向かって徐々に幅が広がる形状を有している。同様に、第２リップ部５３ｂの断面も、第２台座部５４ｂに向かって幅が徐々に広がる形状を有している。これによって、ガスケット５０Ｃでは、燃料電池スタック１０に組み付けられたときに、各リップ部５３ａ，５３ｂが、例えば、高さ方向に交差する方向に倒れた状態で圧縮されるなど、歪んだ状態で圧縮されてしまうことが抑制される。従って、燃料電池スタック１０におけるガスケット５０Ｃの歪みに起因する劣化や、シール性の低下が抑制される。なお、第１リップ部５３ａおよび第２リップ部５３ｂの断面は、例えば、略三角形状に構成されてもよい。これによって、第１リップ部５３ａおよび第２リップ部５３ｂが歪んだ状態で圧縮変形されてしまうことが、より抑制される。
【００８４】
その他に、第３実施形態のガスケット５０Ｃおよびそれを備える燃料電池スタック１０によれば、第３実施形態中で説明した種々の作用効果や、第１実施形態および第２実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００８５】
４．第４実施形態：
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、第４実施形態のガスケット５０Ｄの構成を説明する。図７Ａは、圧縮前のガスケット５０Ｄを示す概略断面図である。図７Ｂは、圧縮後のガスケット５０Ｄを示す概略断面図である。図７Ａ，図７Ｂの切断面は、第３実施形態で参照した図６Ａ，図６Ｂと同様な切断面である。図７Ｂには、第１燃料電池セル１１ａと第２燃料電池セル１１ｂとに挟まれ、積層方向ＳＤに隣り合って配列されている任意の２つのガスケット５０Ｄが例示されている。図７Ｂでは、説明の便宜上、燃料電池セル１１ａ，１１ｂがずれて配置され、２つのガスケット５０Ｄの配置位置もずれている状態が例示されている。
【００８６】
第４実施形態のガスケット５０Ｄは、後述する点以外は、第３実施形態のガスケット５０Ｃと同様な構成を有している。ガスケット５０Ｄにおいても、各シール部５１ａ，５１ｂの上方部位６１，６３の高さ方向における圧縮変形率が、下方部位６２，６４の高さ方向における圧縮変形率より大きい。また、燃料電池スタック１０への組み付け前後において、第１実施形態で説明した不等式（１），（２）の関係が満たされている。第４実施形態のガスケット５０Ｄは、第１実施形態で説明した燃料電池スタック１０に対して組み付けられる（図１〜図３）。
【００８７】
ガスケット５０Ｄは、２つの補助部６５ａ，６５ｂを備えている（図７Ａ）。第１補助部６５ａは、第２シール部５１ｂとは反対側の側方において第１シール部５１ａに連結されている。第２補助部６５ｂは、第１シール部５１ａとは反対側の側方において第２シール部５１ｂに連結されている。各補助部６５ａ，６５ｂの高さ方向における両端部は、ガスケット５０Ｄが燃料電池スタック１０に組み付けられたときに、各シール部５１ａ，５１ｂから離れた位置において、各燃料電池セル１１ａ，１１ｂに当接する（図７Ｂ）。
【００８８】
ガスケット５０Ｄによれば、補助部６５ａ，６５ｂが追加されていることによって、ガスケット５０Ｄが燃料電池セル１１ａ，１１ｂに接触する範囲が広がっている（図７Ｂ）。そのため、各燃料電池セル１１ａ，１１ｂにおいて、各シール部５１ａ，５１ｂから押圧力を受けている部位のみが局所的に変形してしまうことが抑制される。また、補助部６５ａ，６５ｂが追加されていることによって、既定の溝部４４の幅に対するガスケット５０Ｄの幅の比率が大きくなっており、その分だけ、溝部４４内においてガスケット５０Ｄの配置位置が変動可能な領域が狭められている。よって、ガスケット５０Ｄの燃料電池スタック１０への組み付け工程において、ガスケット５０Ｄが溝部４４内における既定の配置位置からずれて配置されてしまったとしても、そのずれ量が著しく大きくなってしまうことが抑制される。つまり、溝部４４内におけるガスケット５０Ｄの配置位置のずれが抑制される。加えて、隣接する燃料電池セル１１ａ，１１ｂ同士がずれて配置され、積層方向ＳＤに隣り合うガスケット５０Ｄ同士の配置位置がずれてしまった場合でも、各シール部５１ａ，５１ｂからの押圧力を、隣のガスケット５０Ｄの補助部６５ａ，６５ｂに受け止めさせることができる可能性が高まる。従って、燃料電池セル１１ａ，１１ｂの変形が抑制される。
【００８９】
ガスケット５０Ｄが圧縮されていない状態での各補助部６５ａ，６５ｂの高さは、各シール部５１ａ，５１ｂの高さよりも小さい（図７Ａ）。これによって、ガスケット５０Ｄが燃料電池スタック１０に組み付けられたときの各補助部６５ａ，６５ｂの高さ方向における圧縮変形量を、各シール部５１ａ，５１ｂの高さ方向における圧縮変形量よりも小さくすることができる。そのため、各シール部５１ａ，５１ｂに対して燃料電池セル１１ａ，１１ｂから付与される圧力が、燃料電池セル１１ａ，１１ｂに対する各補助部６５ａ，６５ｂの反力によって低減されることが抑制される。
【００９０】
第１補助部６５ａの上面６５ｕは、第１リップ部５３ａの頂点５３ｔよりも低い位置に位置している（図７Ａ）。同様に、第２補助部６５ｂの上面６５ｕは、第２リップ部５３ｂの頂点５３ｔよりも低い位置に位置している。これによって、燃料電池スタック１０に組み付けられたときに（図７Ｂ）、燃料電池セル１１ａ，１１ｂに対する各リップ部５３ａ，５３ｂの密着性が、燃料電池セル１１ａ，１１ｂに対する各補助部６５ａ，６５ｂの反力によって低減されることが抑制される。
【００９１】
ガスケット５０Ｄでは、第１補助部６５ａの底面６５ｄは、第１台座部５４ａの底面５４ｆとほぼ同じ高さ位置に位置している（図７Ａ）。同様に、第２補助部６５ｂの底面６５ｄは、第２台座部５４ｂの底面５４ｆとほぼ同じ高さ位置に位置している。これによって、ガスケット５０Ｄの配置姿勢の安定性がさらに高められている。よって、燃料電池スタック１０においてガスケット５０Ｄに歪みが生じてしまうことが抑制される。
【００９２】
以上のように、第４実施形態のガスケット５０Ｄによれば、補助部６５ａ，６５ｂの支持によって、燃料電池セル１１ａ，１１ｂの変形が抑制される効果や、ガスケット５０Ｄの配置姿勢の安定性が高められる効果など、第４実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。その他に、第４実施形態のガスケット５０Ｄおよびそれを備える燃料電池スタック１０によれば、第１実施形態、第２実施形態、および、第３実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００９３】
５．第５実施形態：
図８Ａおよび図８Ｂを参照して、第５実施形態のガスケット５０Ｅの構成を説明する。図８Ａは、圧縮前のガスケット５０Ｅを示す概略断面図である。図８Ｂは、圧縮後のガスケット５０Ｅを示す概略断面図である。図８Ａ，図８Ｂの切断面は、第１実施形態で参照した図４Ａ，図４Ｂと同様な切断面である。図８Ｂには、図４Ｂと同様に、第１燃料電池セル１１ａの第２セパレータ３２と、第２燃料電池セル１１ｂの第１セパレータ３１と、が図示されている。
【００９４】
第５実施形態のガスケット５０Ｅは、以下に説明する点以外は、第１実施形態で説明したガスケット５０Ａとほぼ同様な構成を有し、第１実施形態で説明した燃料電池スタック１０に組み付けられる（図１〜図３）。
【００９５】
ガスケット５０Ｅでは、第１シール部側上方部位６１は、第１シール部側下方部位６２よりも弾性率が小さい部材によって構成されている。そのため、第１シール部５１ａでは、第１リップ部５３ａは、第１台座部５４ａよりも弾性率が小さい。また、第２シール部側上方部位６３は、第２シール部側下方部位６４よりも弾性率が小さい部材によって構成されている。そのため、第２シール部５１ｂでは、第２リップ部５３ｂは、第２台座部５４ｂよりも弾性率が小さい。
【００９６】
ガスケット５０Ｅは、例えば、多色成形法によって作製される。２色成形法によって作製する場合には、ガスケット５０Ｅは、例えば、次のような工程で作製することができる。まず、第１金型内に弾性率の異なる２種類の樹脂材量を流し込み、第１シール部側上方部位６１と第２シール部側下方部位６４とを成形する。次に、成形された第１シール部側上方部位６１と第２シール部側下方部位６４とを、第２金型内に配置し、第２金型内に、弾性率の異なる２種類の樹脂材量を流し込むことによって、第１シール部側下方部位６２と第２シール部側上方部位６３とを成形する。これによって、上方部位６１，６３と下方部位６２，６４とで弾性率が異なるガスケット５０Ｅが得られる。
【００９７】
ガスケット５０Ｅの第１シール部５１ａでは、第１シール部側上方部位６１の弾性率が第１シール部側下方部位６２よりも小さいことによって、第１シール部側上方部位６１の高さ方向における圧縮変形率が、第１シール部側下方部位６２の高さ方向における圧縮変形率よりも大きくなっている。また、第２シール部５１ｂでは、第２シール部側上方部位６３の弾性率が第２シール部側下方部位６４よりも小さいことによって、第２シール部側上方部位６３の高さ方向における圧縮変形率が、第２シール部側下方部位６４の高さ方向における圧縮変形率よりも大きくなっている。また、ガスケット５０Ｅでは、燃料電池スタック１０に対する組み付け前後において、第１実施形態で説明した不等式（１），（２）の関係が満たされている。よって、第１実施形態のガスケット５０Ａと同様に、燃料電池セル１１ａ，１１ｂに対する上方部位６１，６３の密着性が高められているとともに、圧縮前後での各シール部５１ａ，５１ｂの高さ方向における圧縮変形量の増大が抑制されている。
【００９８】
ガスケット５０Ｅでは、第１リップ部５３ａおよび第２リップ部５３ｂは、図８Ａの切断面において、上方に向かって凸の略半円形状の断面を有する突起部として形成されている。これによって、燃料電池スタック１０に組み付けられたときに、各リップ部５３ａ，５３ｂが歪んだ状態で圧縮されてしまうことが抑制される。
【００９９】
なお、本第５実施形態では、図８Ａの切断面での第１リップ部５３ａの最大幅Ｗ１は、第１台座部５４ａの最大幅Ｗ２と等しく、第２リップ部５３ｂの最大幅Ｗ３は、第２台座部５４ｂの最大幅Ｗ４と等しい。ただし、第１リップ部５３ａの最大幅Ｗ１は、第１台座部５４ａの最大幅Ｗ２と異なっていてもよいし、第２リップ部５３ｂの最大幅Ｗ３は、第２台座部５４ｂの最大幅Ｗ４と異なっていてもよい。
【０１００】
また、本第５実施形態では、ガスケット５０Ｅが圧縮される前の状態における第１リップ部５３ａの高さＨ１は、第１台座部５４ａの高さＨ２よりも大きく、第２リップ部５３ｂの高さＨ３は、第２台座部５４ｂの高さＨ４よりも大きい（図８Ａ）。ただし、第１リップ部５３ａの高さＨ１は、第１台座部５４ａの高さＨ２と等しくてもよく、第２リップ部５３ｂの高さＨ３は、第２台座部５４ｂの高さＨ４と等しくてもよい。
【０１０１】
以上のように、第５実施形態のガスケット５０Ｅによれば、上方部位６１，６３を、下方部位６２，６４よりも弾性率が小さい部材で作製することによって、第１実施形態のガスケット５０Ａと同様な種々の作用効果を奏することができる。その他に、第５実施形態のガスケット５０Ｅおよびそれを備える燃料電池スタック１０によれば、第５実施形態中で説明した種々の作用効果や、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、および、第４実施形態で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【０１０２】
６．変形例：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように変形することが可能である。以下に説明する変形例はいずれも、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
【０１０３】
６−１．変形例１：
上記実施形態においては、第１セパレータ３１はアノード側のセパレータであり、第２セパレータ３２は、カソード側のセパレータである。これに対して、第１セパレータ３１をカソード側のセパレータとし、第２セパレータ３２をアノード側のセパレータとしてもよい。つまり、第１シール部５１ａが第１燃料電池セル１１ａのアノード側にシールラインＳＬを形成し、第２シール部５１ｂが第２燃料電池セル１１ｂのカソード側にシールラインＳＬを形成する構成に代えて、第１シール部５１ａが第１燃料電池セル１１ａのカソード側にシールラインＳＬを形成し、第２シール部５１ｂが第２燃料電池セル１１ｂのアノード側にシールラインＳＬを形成する構成が採用されてもよい。
【０１０４】
６−２．変形例２：
上記の各実施形態では、第１シール部５１ａは、第２シール部５１ｂの上下を反転させた形状を有している。これに対して、第１シール部５１ａは、第２シール部５１ｂの上下を反転させた形状とは異なる形状を有していてもよい。例えば、第１リップ部５３ａの高さＨ１と、第２リップ部５３ｂの高さＨ３と、を互いに異ならせてもよいし、第１リップ部５３ａの最大幅Ｗ１と、第２リップ部５３ｂの最大幅Ｗ３と、を互いに異ならせてもよい。また、シールラインＳＬに垂直な切断面における第１台座部５４ａの断面形状と、第２台座部５４ｂの断面形状とを異ならせてもよい。第１リップ部５３ａの形状を第１実施形態で説明した形状とし、第２リップ部５３ｂの形状を第３実施形態で説明した形状としてもよい。
【０１０５】
６−３．変形例３：
上記の各実施形態では、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとは連結部５２によって連結されている。これに対して、連結部５２は省略されてもよく、第１シール部５１ａと第２シール部５１ｂとは分離可能に構成されていてもよい。
【０１０６】
６−４．変形例４：
上記の第２実施形態では、ガスケット５０Ｂは、第１リップ部５３ａの頂点５３ｔと第２台座部５４ｂの底面５４ｆとが第１仮想平面Ｐ１上に位置している第１構成と、第２リップ部５３ｂの頂点５３ｔと第１台座部５４ａの底面５４ｆとが第２仮想平面Ｐ２上に位置している第２構成の両方の構成を有している。これに対して、ガスケット５０Ｂでは、前記の第１構成のみが適用されてもよいし、前記の第２構成のみが適用されてもよい。いずれであっても、ガスケット５０Ｂの組み付け工程において、ガスケット５０Ｂを、載置面に対して略水平に配置可能な面側を重力方向下側として、燃料電池セル１１上に配置すれば、ガスケット５０Ｂが歪んだ状態で組み付けられることを抑制できる。
【０１０７】
６−５．変形例５：
第４実施形態では、ガスケット５０Ｄは、２つの補助部６５ａ，６５ｂを有している。これに対して、ガスケット５０Ｄは、２つの補助部６５ａ，６５ｂのうちのいずれか一方のみを有していてもよい。補助部６５ａ，６５ｂは、他の実施形態のガスケット５０Ａ〜５０Ｃ，５０Ｅにも適用されてもよい。
【０１０８】
６−６．変形例６：
上記の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、および、第４実施形態において、第５実施形態と同様に、上方部位６１，６３を、下方部位６２，６４よりも弾性率の小さい材料で構成してもよい。この場合には、ガスケットは、上方部位６１，６３の形状だけでなく、材料の弾性率によっても、上方部位６１，６３の高さ方向における圧縮変形率が下方部位６２，６４よりも大きくなるように調整することができる。そのため、上方部位６１，６３の形状について、設計の自由度が高められる。
【０１０９】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されているものに限らず、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…燃料電池スタック
１１…燃料電池セル
１１ａ…第１燃料電池セル
１１ｂ…第２燃料電池セル
１１ｓ…積層体
１２ａ…第１エンドプレート
１２ｂ…第２エンドプレート
１３…集電板
１４…絶縁板
２０…膜電極接合体
２１…電解質膜
２２…第１電極
２３…第２電極
２４…フレーム部材
３１…第１セパレータ
３１ａ…第１面
３１ｂ…第２面
３２…第２セパレータ
３２ａ…第１面
３２ｂ…第２面
４１…溝部
４２…溝部
４３…溝部
４４…溝部
４４ｓｗ…側壁
４４ｔ…底面
４６…凸部
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ…ガスケット
５１ａ…第１シール部
５１ｂ…第２シール部
５２…連結部
５３ａ…第１リップ部
５３ｂ…第２リップ部
５３ｔ…頂点
５４ａ…第１台座部
５４ｂ…第２台座部
５４ｆ…底面
６１，６３…上方部位
６２，６４…下方部位
６５ａ…第１補助部
６５ｂ…第２補助部
６５ｕ…上面
６５ｄ…底面
ＣＰａ，ＣＰｂ…中心
ＥＡ…発電領域
Ｍ１〜Ｍ６…マニホールド
ＳＤ…積層方向
ＳＬ，ＳＬａ，ＳＬｂ，ＳＬ１〜ＳＬ５…シールライン
【図１】
2018181604.tif 000003
【図２】
2018181604.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2018181604.tif 000009
【図６Ａ】
2018181604.tif 000010
【図６Ｂ】
2018181604.tif 000011
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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