(57)【要約】【課題】簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易に且つ従来よりも確実に実現する。【解決手段】高分子電解質膜２上に配置された電極３ａ，３ｂを囲むように配置される燃料電池用シール部材は、環状に設けられたメインシール部材８ａ，８ｂと、メインシール部材８ａ，８ｂから内周側に分岐した仕切り部材９ａ，９ｂとを備え、メインシール部材８ａ，８ｂの高さは、仕切り部材９ａ，９ｂにおけるメインシール部材８ａ，８ｂとの接続部の高さよりも高く、仕切り部材９ａ，９ｂの高さは、前記接続部の高さよりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜上に配置された電極を囲むように配置される燃料電池用シール部材であって、
環状に設けられた弾性変形可能なメインシール部材と、
前記メインシール部材の内縁から分岐した弾性変形可能な仕切り部材と、を備え、
前記メインシール部材の高さは、前記仕切り部材におけるメインシール部材との接続部の高さよりも高く、前記仕切り部材の高さは、前記接続部の高さよりも高い、
シール部材。
【請求項２】
前記メインシール部材の高さは、前記仕切り部材の高さ以上である、
請求項１に記載のシール部材。
【請求項３】
前記メインシール部材、及び前記仕切り部材はフッ素系ゴムを含んで構成される、
請求項１または２に記載のシール部材。
【請求項４】
ガス流路が形成されたセパレータと、
前記メインシール部材が前記ガス流路を囲むように前記セパレータ上に配置された請求項１から３のいずれか１項に記載のシール部材と、
を備えた、セパレータ−シール部材接合体。
【請求項５】
高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体と、
前記メインシール部材が前記電極を囲み前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように配置された請求項１から３のいずれか１項に記載のシール部材と、
を備えた、燃料電池。
【請求項６】
前記膜−電極接合体は、前記高分子電解質膜の外周領域上に配置された環状の枠体を含む、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、請求項１から３のいずれか１項に記載のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータを備え、
前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記メインシール部材と前記仕切り部材の両方の高さが圧縮前の前記接続部の高さより低くなるように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとを介して圧縮した、燃料電池。
【請求項８】
高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータをそれぞれ準備し、
前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記シール部材が高さ方向に圧縮されるように外部から荷重をかけることを含む、
燃料電池の製造方法。
【請求項９】
前記荷重前の前記接続部の高さが、前記荷重後の前記メインシール部材の高さよりも高い、
請求項８に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
高分子電解質膜上に配置された電極を囲むように配置される燃料電池用シール部材であ
って、
環状に設けられた弾性変形可能なメインシール部材と、
前記メインシール部材の内周側に隣接して設けられた弾性変形可能なサブシール部材と、
前記メインシール部材の内縁から分岐した弾性変形可能な仕切り部材と、を備え、
前記仕切り部材の高さは、前記サブシール部材における前記仕切り部材との接続部の高さよりも高く、前記サブシール部材の高さは、前記接続部の高さよりも高い、
シール部材。
【請求項１１】
前記仕切り部材の高さは、前記サブシール部材の高さ以上である、
請求項１０に記載のシール部材。
【請求項１２】
前記メインシール部材の高さは、前記仕切り部材の高さ以上である、
請求項１０または１１に記載のシール部材。
【請求項１３】
前記接続部の高さがゼロである、
請求項１０から１２のいずれか１項に記載のシール部材。
【請求項１４】
前記メインシール部材、前記サブシール部材、及び前記仕切り部材のそれぞれはフッ素系ゴムを含んで構成される請求項１０から１３のいずれか１項に記載のシール部材。
【請求項１５】
ガス流路が形成されたセパレータと、
前記メインシール部材が前記ガス流路を囲み前記サブシール部材が前記ガス流路の外周側に位置するように前記セパレータ上に配置された請求項１０から１４のいずれか１項に記載のシール部材と、
を備えた、セパレータ−シール部材接合体。
【請求項１６】
高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体と、
前記メインシール部材が前記電極を囲み前記サブシール部材が前記電極の外周側に位置し前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように配置された請求項１０から１４のいずれか１項に記載のシール部材と、
を備えた、燃料電池。
【請求項１７】
前記膜−電極接合体は、前記高分子電解質膜の外周領域上に配置された環状の枠体を含む、請求項１６に記載の燃料電池。
【請求項１８】
高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、請求項１０から１４のいずれか１項に記載のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータを備え、
前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記サブシール部材が前記電極の外周側に位置し前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとを介して前記シール部材の高さ方向に圧縮した、燃料電池。
【請求項１９】
高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、請求項１０から１４のいずれか１項に記載のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータをそれぞれ準備し、
前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記サブシール部材が前記電極の外周側に位置し前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記シール部材が高さ方向に圧縮されるように外部から荷重をかけることを含む、
燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル電源、携帯機器用電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用する高分子電解質を用いた燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質形燃料電池は、反応ガスである水素等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとをガス拡散電極であるアノード及びカソードにおいてそれぞれ電気化学的に反応させ、電気と熱とを同時に発生させる電池である。
【０００３】
図１６に、このような高分子電解質形燃料電池の一般的な基本構成（単電池）の要部断面図を示す。燃料電池１００は、図１６に示すように、主として膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１１０と、ＭＥＡ１１０を挟持する一対の板状のセパレータ（アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０）を含む構成の単電池を少なくとも１つ具備する。
【０００４】
ＭＥＡ１１０は、アノード１１２及びカソード１１３の間に陽イオン（水素イオン）を選択的に輸送する高分子電解質膜１１１が配置された構成を有している。更に、アノード１１２は、高分子電解質膜１１１側に密着した状態で配置される触媒層１１４と、当該触媒層１１４とアノード側セパレータ１２０との間に配置されるガス拡散層１１６とを少なくとも含み、カソード１１３は、高分子電解質膜１１１側に密着した状態で配置される触媒層１１５と、当該触媒層１１５とカソード側セパレータ１３０との間に配置されるガス拡散層１１７とを少なくとも含む。
【０００５】
触媒層１１４，１１５は、電極触媒（例えば白金系金属）を担持した導電性炭素粉末を主成分とする層である。また、ガス拡散層１１６，１１７は、ガス通気性と導電性を兼ね備えた層である。このガス拡散層１１６，１１７は、例えばカーボンからなる導電性多孔質基材の上に導電性炭素粉末とフッ素樹脂とからなる導電性撥水層を形成して得られる。
【０００６】
ここで、図１６に示すように、ＭＥＡ１１０においては、ガス漏れを防止するためシール部材（ガスケット）１４０，１５０を配置する観点から、高分子電解質膜１１１の主面の大きさが、アノード１１２及びカソード１１３の主面の大きさよりも大きく、かつ、高分子電解質膜１１１の全外縁部がアノード１１２及びカソード１１３の外縁部よりも外側に突出するような構成を有している。
【０００７】
なお、本明細書では、これらのアノード１１２及びカソード１１３の外縁部よりも外側に突出した高分子電解質膜１１１の外縁部を「はみ出し部」ともいう（図１６中のＰ）。
【０００８】
アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０は、それぞれ導電性を有しており、ＭＥＡ１１０を機械的に固定するとともに、ＭＥＡ１１０を複数積層する場合に隣接するＭＥＡ１１０同士を互いに電気的に直列に接続するものである。
【０００９】
また、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０には、アノード１２０及びカソード１３０に反応ガスを供給し、電極反応により生成した生成物や未反応の反応物を含むガスをＭＥＡ１１０の外部に運び去るためのガス流路１２４，１３５が一方の面（即ちアノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０の、それぞれアノード１１２及びカソード１１３に接する側の主面）に形成されている。
【００１０】
更に、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０の他方の面には、電池温度をほぼ一定に調節するための冷却流体（冷却水等）を導入するための冷却流体流路１２７，１３７が形成されている。冷却流体を燃料電池と外部に配置した熱交換器との間で循環させる構成とすることにより、反応により発生した熱エネルギーを、温水等の形で利用することができる。
【００１１】
ガス流路１２４，１３５は、製造工程を簡素化できる等の利点から、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０の、それぞれアノード１１２及びカソード１１３に接する側の主面に、溝を設けて形成する方式が一般的である。また、冷却流体流路１２７，１３７は、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０の外側の主面に溝を設けて形成する方式が一般的である。
【００１２】
また、複数のＭＥＡ１１０間にアノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０を介在させ、複数のＭＥＡ１１０を電気的に直列に積層して得られる、いわゆる積層型の燃料電池（燃料電池スタック）においては、燃料電池に供給される反応ガスを分岐させて各ＭＥＡ１１０に供給するためのマニホールド（アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０に設けられた反応ガス供給用マニホールド孔及び反応ガス排出用マニホールド孔が連続的に積層された状態で組み合わされて形成されるマニホールド）が設けられる。
【００１３】
また、燃料電池に供給される冷却流体を分岐させて各ＭＥＡ１１０に供給するためのマニホールド（アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０に設けられた冷却流体供給用マニホールド孔及び冷却流体排出用マニホールド孔が連続的に積層された状態で組み合わされて形成されるマニホールド）が設けられる。上記のように燃料電池の内部に形成されるマニホールドを内部マニホールドといい、このような「内部マニホールド型」の燃料電池が一般的である。
【００１４】
更に、燃料電池１００においては、反応ガスのガス漏れ（燃料ガスのカソード１１２側への漏れ、酸化剤ガスのアノード１１３側への漏れ、ＭＥＡ１１０外部への反応ガスの漏れ等）を防止するために、互いに対向するアノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０の間において、ＭＥＡ１１０の外縁部（アノード１１２及びカソード１１３の外部であって高分子電解質膜１１１の外縁部）に、ガスシール機能を有する一対の対向するシール部材（アノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０）が配置されている。
【００１５】
このようなアノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０としては、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０とアノード１１２及びカソード１１３との接触を行わせつつガスシールを行うため、高い寸法精度、十分な弾性及び締め代が必要とされる。
【００１６】
そのため、例えば樹脂やゴムで作製されたＯリングやシート状シール部材、弾性樹脂と剛性樹脂との複合シート等が用いられている。ＭＥＡ１１０の取り扱い性の観点からは、ある程度の剛性を有する複合材系のシール部材をＭＥＡ１１０と一体化させて用いることが多い。
【００１７】
また、最近では、燃料電池スタックの締結荷重を低下させ、構造部材の軽量化、簡素化及び低コスト化を行うため、シール部材のシールに必要な荷重を下げる試みも行われており、Ｏリング形状だけでなく三角形状や半円形状等の断面を持ったシール部材も提案されている。
【００１８】
また、Ｏリング等のある程度の断面積を有するシール部材をセパレータ側に設ける試みも行われている。
【００１９】
アノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０を、先に述べた高分子電解質膜１１１の全てのはみ出し部を挟み込むようにして配置することにより、アノード側セパレータ１２０、高分子電解質膜１１１及びアノード側シール部材１４０によって、アノード１１２を包み込む一つの閉空間が形成され、カソード側セパレータ１３０、高分子電解質膜１１１及びカソード側シール部材１５０によって、カソード１１３を包み込むまた別の閉空間が形成される。
【００２０】
これらの閉空間によって、アノード１１２及びカソード１１３に供給される反応ガスのガス漏れの防止が図られている。また、アノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０と、ＭＥＡ１１０との組合せを、膜電極シール材接合体（ＭＥＳＡ）と呼ぶこともある。
【００２１】
ここで、アノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０を上述の位置に配置する際は、部材の加工公差や組み立て公差等がどうしても生じる。そのため、それぞれアノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０と、アノード１１２及びカソード１１３の端面とを十分に密着させることは極めて困難である。
【００２２】
従って、図１６に示すように、アノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０を上述の位置に配置する場合、それぞれアノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０とアノード１１２及びカソード１１３との間に隙間（即ちアノード側隙間１１２ａ及びカソード側隙間１１３ａ）が形成され易い。
【００２３】
このようなアノード側隙間１１２ａ及びカソード側隙間１１３ａが形成されると、反応ガスがアノード側隙間１１２ａ及びカソード側隙間１１３ａに漏れる場合がある。また、反応ガスの一部がアノード１１２及びカソード１１３の内部を流れずに当該アノード側隙間１１２ａ及びカソード側隙間１１３ａ内を進行してＭＥＡ１１０の外に放出されてしまい、効率的な発電性能を維持することが極めて困難になるという問題もある。
【００２４】
また、アノード側隙間１１２ａ及びカソード側隙間１１３ａが小さい場合、アノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０にアノード１１２及びカソード１１３の一部が噛み込まれてシール不良が生じたり、アノード１１２及びカソード１１３にアノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０が当たったりして、電池性能の低下や、アノード１１２及びカソード１１３への過大な面圧が働き、高分子電解質膜１１１の破損及び耐久性の低下等を引き起こしていた。
【００２５】
したがって、アノード側シール部材１４０及びカソード側シール部材１５０とＭＥＡ１１０の間には、ある程度のアノード側隙間１１２ａ及びカソード側隙間１１３ａを設けざるを得なかった。
【００２６】
これに対し、例えば特許文献１では、アノード側隙間とカソード側隙間に多数間隔をあけて堰状シールを設ける提案がなされている。
【００２７】
また、特許文献２では、アノード側シールおよびカソード側シールの隙間側に、変形可能な突起物を設けることがなされている提案されている。
【００２８】
また、燃料電池は、積層面からの反応ガスの漏洩を防止するために、種々のシール構造
が採られている。例えば、反応面のシール性を高めるため、メインシール部材とサブシール部材から成る二重のシール構造が提案されている（例えば、特許文献３〜５参照）。
【００２９】
この二重シール構造では、シールの反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）が増加し易いという問題があった。そこで、該ＭＥＡに加わるシールのせん断応力を低減するために、高さが異なるシールの各硬度を変更することで、収縮量を等しくするシール構造が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【００３０】
また、従来の燃料電池では、ガス拡散層の外縁とシール部材の内縁と間の隙間が生じると、セパレータのガス供給溝を通らずに、反応ガスが当該隙間を通じて、燃料電池の外部に排出され、反応ガスの利用率低下により燃料電池の発電性能が低下するという問題があった。以下、この現象をガスの回り込み現象、またはショートカットという。
【００３１】
このような燃料電池は、ガスの回り込みを防止するために、種々のガスの回りこみ防止構造が提案されている。例えば、ガス拡散層の外縁とシール構造の内縁との隙間を埋める回り込み防止部材が提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【００３２】
また、このような燃料電池では、ガス拡散層周縁と接触する部分に変形するガスの回り込み部材を用いることで、ガスの回り込みを抑制すると共に、ガスの回り込み防止部材における反力増加を抑制する構造が提案されている（例えば、特許文献８または特許文献９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開２００７−２８０７５１号公報
【特許文献２】国際公開第特開２００７／００７８号
【特許文献３】特開２００２−２５５８７号公報
【特許文献４】特開２００６−４８９３６号公報
【特許文献５】特開２００７−２６８４７号公報
【特許文献６】特開２００８−２８７９１０号公報
【特許文献７】特開２００４−４７２３０号公報
【特許文献８】特開２００７−３２９０８３号公報
【特許文献９】特開２００８−４７３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
しかしながら、上記特許文献１、特許文献２に開示された従来の技術では、燃料ガスや酸化剤ガスが、セパレータのガス流路を通らずに、隙間を通じて、燃料電池の外部に排出され、反応ガスの利用率低下により燃料電池の発電性能が低下することを有効に防ぐことは困難であり、未だ改善の余地があった。
【００３５】
本発明は、以上の問題を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易に且つ従来よりも確実に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記従来の課題を解決するために、本発明は、高分子電解質膜上に配置された電極を囲むように配置される燃料電池用シール部材において、環状に設けられた弾性変形可能なメインシール部材の高さを、前記メインシール部材の内縁から分岐した弾性変形可能な仕切り部材における前記メインシール部材との接続部の高さよりも高くすると共に、前記仕切
り部材の高さを、前記接続部の高さよりも高くしたのである。
【００３７】
本構成によって、シール部材が高さ方向に圧縮された場合に、仕切り部材におけるメインシール部材との接続部で圧縮される体積が小さくなるので、接続部における反力増大を抑制することができる。一方、仕切り部材の高さは接続部よりも高く、圧縮される体積が確保できるので、回りこみガスをせき止めるだけの耐圧を保つことができる。
【００３８】
従って、反応ガスのショートカット（隙間から漏れ出る現象）を防ぎ、反応ガスの利用率を向上させることができる。また、反力増大によるシール部材に接触する部材の耐久性減少や、シール部材が十分に縮まないことによる圧力不均一から生じる発電分布の増大を防ぐことができる。以上より、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００３９】
また、別の本発明は、高分子電解質膜上に配置された電極を囲むように配置される燃料電池用シール部材において、環状の弾性変形可能なメインシール部材の内縁から分岐した弾性変形可能な仕切り部材の高さを、前記メインシール部材の内周側に隣接して設けられた弾性変形可能なサブシール部材における前記仕切り部材との接続部の高さよりも高くすると共に、前記サブシール部材の高さを、前記接続部の高さよりも高くしたのである。
【００４０】
本構成によって、シール部材が高さ方向に圧縮された場合に、サブシール部材と仕切り部材との接続部において圧縮されるシール体積が小さくなるため、反力増大を抑制することができる。一方、仕切り部材の高さはサブシール部材の仕切り部材との接続部よりも高く、圧縮される体積が確保できるので、反応ガスの回り込みを防ぎ、反応ガスの利用率を向上させることができる。また、反力増大によるシール部材に接触する部材の耐久性低下や、シール部材が十分に縮まないことによる圧力不均一から生じる発電分布の増大を防ぐことができる。以上より、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材とアノード及びカソードの端面との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を、容易に且つ従来よりも確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図２】本発明の実施の形態１における膜−電極接合体にシール位置を投影させてアノード電極側から見た平面図
【図３】本発明の実施の形態１の燃料電池を構成する燃料電池セルを一対のセパレータで挟んで仕切り部材のない箇所で切断した場合の断面を示す要部断面図
【図４】本発明の実施の形態１の燃料電池用シール部材における圧縮されていない状態のメインシール部材と仕切り部材との接続部を図２のＡ−Ａ線で切断した場合の要部拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態２の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図６】本発明の実施の形態３の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図７】本発明の実施の形態４の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図８】本発明の実施の形態５の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図９】本発明の実施の形態５における膜−電極接合体にシール位置を投影させた平面図
【図１０】本発明の実施の形態５の燃料電池を構成する燃料電池セルを一対のセパレータで挟んで仕切り部材のない箇所で切断した場合の断面を示す要部断面図
【図１１】本発明の実施の形態５における圧縮されていない状態のメインシール部材とサブシール部材と仕切り部材との接続部を図９のIII−III線で切断した場合の要部拡大断面図
【図１２】本発明の実施の形態６における圧縮されていない状態のメインシール部材とサブシール部材と仕切り部材との接続部を図９のIII−III線で切断した場合の要部拡大断面図
【図１３】本発明の実施の形態７の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図１４】本発明の実施の形態８の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図１５】本発明の実施の形態９の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図
【図１６】従来の燃料電池における一対のセパレータで挟持された燃料電池セルの端部の断面を示す要部拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
第１の発明は、高分子電解質膜上に配置された電極を囲むように配置される燃料電池用シール部材であって、環状に設けられた弾性変形可能なメインシール部材と、前記メインシール部材の内縁から分岐した弾性変形可能な仕切り部材と、を備え、前記メインシール部材の高さは、前記仕切り部材におけるメインシール部材との接続部の高さよりも高く、前記仕切り部材の高さは、前記接続部の高さよりも高い、シール部材である。
【００４４】
本構成によって、シール部材が高さ方向に圧縮された場合に、仕切り部材におけるメインシール部材との接続部で圧縮される体積が小さくなるので、接続部における反力増大を抑制することができる。一方、仕切り部材の高さは接続部よりも高く、圧縮される体積が確保できるので、回りこみガスをせき止めるだけの耐圧を保つことができる。
【００４５】
従って、反応ガスのショートカット（隙間から漏れ出る現象）を防ぎ、反応ガスの利用率を向上させることができる。また、反力増大によるシール部材に接触する部材の耐久性減少や、シール部材が十分に縮まないことによる圧力不均一から生じる発電分布の増大を防ぐことができる。以上より、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００４６】
第２の発明は、第１の発明において、前記メインシール部材の高さを、前記仕切り部材の高さ以上としたものである。
【００４７】
本構成によって、メインシール部材は、仕切り部材よりも圧縮される体積が大きくなるので、仕切り部材よりも高いガス圧に耐えることができ、ガス系統の締め切り圧などの高い圧力がかかっても、外部リークを起こさず水素（Ｈ２）などの可燃ガスを外に漏らさず
燃料電池の安全性を確保するという役割を果たす。
【００４８】
一方、仕切り部材は、発電時のガス圧に対して耐えるという役割のみを果たせばよいので、メインシール部材よりは弱い耐ガス圧でよい。そして、過剰な応力および反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）を防ぐことにより、仕切り部材本体や仕切り部材が接触する部材の耐久性向上と、燃料電池スタックの締結力増加を防止することが可能となる。
【００４９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記メインシール部材、及び前記仕切り部材はフッ素系ゴムを含んで構成されるものである。
【００５０】
フッ素系ゴムだけではなく、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）や天然ゴムなど、ゴム弾性を持つ材料において、本発明が効果を発揮できる。中でも反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）の立ちやすい弾力の比較的高いゴムや剛性の高いゴムを含んだ材料により構成される場合に、本発明は特に高い効果を発揮する。
【００５１】
第４の発明は、ガス流路が形成されたセパレータと、前記メインシール部材が前記ガス流路を囲むように前記セパレータ上に配置された第１から第３のいずれかの発明のシール部材と、を備えた、セパレータ−シール部材接合体である。
【００５２】
上記構成のセパレータ−シール部材接合体を、高分子電解質膜上に電極を配置した膜−電極接合体に対して、電極がガス流路と対向しメインシール部材が電極を囲み仕切り部材が電極の外縁に接触するように配置することにより、高分子電解質膜とセパレータとの間の隙間をシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００５３】
第５の発明は、高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体と、前記メインシール部材が前記電極を囲み前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように配置された第１から第３のいずれかの発明のシール部材と、を備えた、燃料電池である。
【００５４】
本構成によって、隙間をより確実に塞ぐことが可能となる。さらに、電解質膜の面に平行な方向に電極の公差があって隙間の幅が変化する場合においても、確実に隙間を塞ぐことができる。
【００５５】
なお、仕切り部材との接触面は、電極の切断面でもよいし電極のセパレータと接する側の面でも前記両方の面でもよい。
【００５６】
第６の発明は、第５の発明において、前記膜−電極接合体が、前記高分子電解質膜の外周領域上に配置された環状の枠体を含むものである。
【００５７】
この枠体は、電極周囲の高分子電解質膜を保護したり、組み立ての際の取り扱いを良くしたりする役割がある。枠体上にメインシール部材と仕切り部材が配置され、枠体と電極とメインシール部材の間にできた隙間を仕切り部材が塞ぐ構成としてもよい。
【００５８】
本構成であってもメインシール部材の高さを仕切り部材におけるメインシール部材との接続部の高さよりも高く、仕切り部材の高さを前記接続部の高さよりも高くすることにより、メインシール部材の圧縮される体積と仕切り部材の圧縮される体積よりも接続部の圧縮される体積が小さくなることにより、接続部において反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）が増大することを防ぐことができる。
【００５９】
第７の発明は、高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、第１から第３の
いずれかの発明のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータを備え、前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記メインシール部材と前記仕切り部材の両方の高さが圧縮前の前記接続部の高さより低くなるように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとを介して圧縮した、燃料電池である。
【００６０】
この構成により、それぞれのシール部材の圧縮される幅は、メインシール部材＞仕切り部材＞接続部となるので、メインシール部材では最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材はその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことでシール接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガス漏れを防ぐことができる。
【００６１】
第８の発明は、高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、第１から第３のいずれかの発明のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータをそれぞれ準備し、前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記シール部材が高さ方向に圧縮されるように外部から荷重をかけることを含む、燃料電池の製造方法である。
【００６２】
この燃料電池の製造方法により、高分子電解質膜とセパレータとの間の隙間をシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００６３】
第９の発明は、第８の発明において、前記荷重前の前記接続部の高さが、前記荷重後の前記メインシール部材の高さよりも高いものである。
【００６４】
この燃料電池の製造方法により、それぞれのシール部材の圧縮される幅は、メインシール部材＞仕切り部材＞接続部となるので、メインシール部材では最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材はその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことでシール接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガス漏れを防ぐことができる。
【００６５】
第１０の発明は、高分子電解質膜上に配置された電極を囲むように配置される燃料電池用シール部材であって、環状に設けられた弾性変形可能なメインシール部材と、前記メインシール部材の内周側に隣接して設けられた弾性変形可能なサブシール部材と、前記メインシール部材の内縁から分岐した弾性変形可能な仕切り部材と、を備え、前記仕切り部材の高さは、前記サブシール部材における前記仕切り部材との接続部の高さよりも高く、前記サブシール部材の高さは、前記接続部の高さよりも高い、シール部材である。
【００６６】
本構成によって、シール部材が高さ方向に圧縮された場合に、サブシール部材と仕切り部材との接続部において圧縮されるシール体積が小さくなるため、反力増大を抑制することができる。一方、仕切り部材の高さはサブシール部材の仕切り部材との接続部よりも高く、圧縮される体積が確保できるので、反応ガスの回り込みを防ぎ、反応ガスの利用率を向上させることができる。また、反力増大によるシール部材に接触する部材の耐久性低下や、シール部材が十分に縮まないことによる圧力不均一から生じる発電分布の増大を防ぐことができる。以上より、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００６７】
第１１の発明は、第１０の発明において、前記仕切り部材の高さを、前記サブシール部材の高さ以上にしたものである。
【００６８】
第１２の発明は、第１０または第１１の発明において、前記メインシール部材の高さを、前記仕切り部材の高さ以上にしたものである。
【００６９】
本構成によって、メインシール部材は、仕切り部材よりも圧縮体積が大きくなるので、仕切り部材よりも高いガス圧に耐えることができ、ガス系統の締め切り圧などの高い圧力がかかっても、外部リークを起こさず水素（Ｈ２）などの可燃ガスを外に漏らさず燃料電池の安全性を確保するという役割を果たす。
【００７０】
一方、仕切り部材は、発電時のガス圧に対して耐えるという役割のみを果たせばよいので、メインシール部材よりは弱い耐ガス圧でよい。過剰な応力および反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）を防ぐことにより仕切り部材本体や仕切り部材が接触する部材の耐久性向上と、燃料電池スタックの締結力増加を防止することが可能となる。
【００７１】
第１３の発明は、第１０から第１２のいずれかの発明において、前記接続部の高さがゼロである。
【００７２】
サブシール部材の仕切り部材との接続部の高さをゼロにすることで、サブシール部材の仕切り部材との接続部における反力増大によるシール部材に接触する部材の耐久性低下や、シール部材が十分に縮まないことによる圧力不均一から生じる発電分布の増大を効果的に防ぐことができる。
【００７３】
第１４の発明は、第１０から第１３のいずれかの発明において、前記メインシール部材、前記サブシール部材、及び前記仕切り部材のそれぞれはフッ素系ゴムを含んで構成されるものである。
【００７４】
フッ素系ゴムだけではなく、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）や天然ゴムなど、ゴム弾性を持つ材料において本発明が効果を発揮できる。中でも反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）の立ちやすい弾力の比較的高いゴムや剛性の高いゴムを含んだ材料により構成される場合に、本発明は特に高い効果を発揮する。
【００７５】
第１５の発明は、ガス流路が形成されたセパレータと、前記メインシール部材が前記ガス流路を囲み前記サブシール部材が前記ガス流路の外周側に位置するように前記セパレータ上に配置された第１０から第１４のいずれかの発明のシール部材と、を備えた、セパレータ−シール部材接合体である。
【００７６】
上記構成のセパレータ−シール部材接合体を、高分子電解質膜上に電極を配置した膜−電極接合体に対して、電極がガス流路と対向しメインシール部材が電極を囲み仕切り部材が電極の外縁に接触するように配置することにより、高分子電解質膜とセパレータとの間の隙間をシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００７７】
第１６の発明は、高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体と、前記メインシール部材が前記電極を囲み前記サブシール部材が前記電極の外周側に位置し前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように配置された第１０から第１４のいずれかの発明のシール部材と、を備えた、燃料電池である。
【００７８】
本構成によって、隙間をより確実に塞ぐことが可能となる。さらに、電解質膜の面に平行な方向に電極の公差があって隙間の幅が変化する場合においても、確実に隙間を塞ぐことができる。
【００７９】
なお、仕切り部材との接触面は、電極の切断面でもよいし電極のセパレータと接する側
の面でも前記両方の面でもよい。
【００８０】
第１７の発明は、第１６の発明において、前記膜−電極接合体が、前記高分子電解質膜の外周領域上に配置された環状の枠体を含むものである。
【００８１】
この枠体は、電極周囲の高分子電解質膜を保護したり、組み立ての際の取り扱いを良くしたりする役割がある。枠体上にメインシール部材とサブシール部材と仕切り部材が配置され、枠体と電極とサブシール部材の間にできた隙間を仕切り部材が塞ぐ構成としてもよい。
【００８２】
本構成であっても仕切り部材の高さをサブシール部材における前記仕切り部材との接続部の高さよりも高く、前記サブシール部材の高さは、前記接続部の高さよりも高くすることで、接続部において反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）が増大することを防ぐことができる。
【００８３】
第１８の発明は、高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、第１０から第１４のいずれかの発明のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータを備え、前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記サブシール部材が前記電極の外周側に位置し前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとを介して前記シール部材の高さ方向に圧縮した、燃料電池である。
【００８４】
本構成によって、高分子電解質膜とセパレータとの間の隙間をシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００８５】
第１９の発明は、高分子電解質膜上に電極が配置された膜−電極接合体、第１０から第１４のいずれかの発明のシール部材、及びガス流路が形成されたセパレータをそれぞれ準備し、前記電極が前記ガス流路と対向し前記メインシール部材が前記電極を囲み前記サブシール部材が前記電極の外周側に位置し前記仕切り部材が前記電極の外縁に接触するように、前記シール部材を前記膜−電極接合体と前記セパレータとの間に配置して、前記シール部材が高さ方向に圧縮されるように外部から荷重をかけることを含む、燃料電池の製造方法である。
【００８６】
この燃料電池の製造方法により、高分子電解質膜とセパレータとの間の隙間をシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【００８７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。
【００８８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所（図２のＡ−Ａ線）で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図２は、本発明の実施の形態１における膜−電極接合体にシール位置を投影させてアノード電極側から見た平面図である。
【００８９】
図３は、本発明の実施の形態１の燃料電池を構成する燃料電池セルを一対のセパレータで挟んで仕切り部材のない箇所（図２のＢ−Ｂ線）で切断した場合の断面を示す要部断面図である。図４は、本発明の実施の形態１の燃料電池用シール部材における圧縮されていない状態のメインシール部材と仕切り部材との接続部を図２のＡ−Ａ線で切断した場合の
要部拡大断面図であり、本実施の形態での主要部品の高さを説明するための図である。
【００９０】
燃料電池は、図１に示すように、主として膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、ＭＥＡ１を挟持する一対の板状のセパレータ（アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂ）を含む構成の単電池を少なくとも１つ具備する。
【００９１】
ＭＥＡ１は、アノード３ａ及びカソード３ｂの間に陽イオン（水素イオン）を選択的に輸送する高分子電解質膜２が配置された構成を有している。更に、アノード３ａは、高分子電解質膜２側に密着した状態で配置される触媒層４ａと、当該触媒層４ａとアノード側セパレータ７ａとの間に配置されるガス拡散層５ａとを少なくとも含み、カソード３ｂは、高分子電解質膜２側に密着した状態で配置される触媒層４ｂと、当該触媒層４ｂとカソード側セパレータ７ｂとの間に配置されるガス拡散層５ｂとを少なくとも含む。
【００９２】
触媒層４ａ，４ｂは、電極触媒（例えば白金系金属）を担持した導電性炭素粉末を主成分とする層である。また、ガス拡散層５ａ，５ｂは、ガス通気性と導電性を兼ね備えた層である。このガス拡散層５ａ，５ｂは、例えばカーボンからなる導電性多孔質基材の上に導電性炭素粉末とフッ素樹脂とからなる導電性撥水層を形成して得られる。
【００９３】
ここで、図１に示すように、ＭＥＡ１においては、外部へのガス漏れを防止するためシール部材を配置する観点から、高分子電解質膜２の主面の大きさが、アノード３ａ及びカソード３ｂの主面の大きさよりも大きく、かつ、高分子電解質膜２の全外縁部がアノード３ａ及びカソード３ｂの外縁部よりも外側に突出するような構成を有している。
【００９４】
アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂは、導電性を有しており、ＭＥＡ１を機械的に固定するとともに、ＭＥＡ１を複数積層する場合に隣接するＭＥＡ１同士を互いに電気的に直列に接続するものである。
【００９５】
また、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂには、アノード３ａ及びカソード３ｂに反応ガスを供給し、電極反応により生成した生成物や未反応の反応物を含むガスをＭＥＡ１の外部に運び去るためのガス流路１２ａ，１２ｂが一方の面（即ちアノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの、それぞれアノード３ａ及びカソード３ｂに接する側の主面）に形成されている。
【００９６】
更に、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの他方の面には、電池温度をほぼ一定に調節するための冷却流体（冷却水等）を導入するための冷却流体流路が形成されている。そして、冷却流体を燃料電池と外部に配置した熱交換器との間で循環させる構成とすることにより、反応により発生した熱エネルギーを、温水等の形で利用することができる。
【００９７】
ガス流路１２ａ，１２ｂは、製造工程を簡素化できる等の利点から、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの、それぞれアノード３ａ及びカソード３ｂに接する側の主面に、溝を設けて形成する方式が一般的である。また、冷却流体流路は、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの外側の主面に溝を設けて形成する方式が一般的である。
【００９８】
また、複数のＭＥＡ１間にアノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂを介在させ、複数のＭＥＡ１を電気的に直列に積層して得られる、いわゆる積層型の燃料電池（燃料電池スタック）においては、燃料電池に供給される反応ガスを分岐させて各ＭＥＡ１に供給するためのマニホールド（アノード側セパレータ７Ａ及びカソード側セパレータ７ｂに設けられた反応ガス供給用マニホールド孔１３，１４及び反応ガス排出用マニホ
ールド孔が連続的に積層された状態で組み合わされて形成されるマニホールド（図示せず）が設けられる。
【００９９】
また、燃料電池に供給される冷却流体を分岐させて各ＭＥＡ１に供給するためのマニホールド（アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂに設けられた冷却流体供給用マニホールド孔１５及び冷却流体排出用マニホールド孔が連続的に積層された状態で組み合わされて形成されるマニホールド（図示せず））が設けられる。上記のように燃料電池の内部に形成されるマニホールドを内部マニホールドといい、このような「内部マニホールド型」の燃料電池が一般的である。
【０１００】
また、アノード側セパレータ７ａは、例えば黒鉛板又は炭素粉末とバインダーの混合物を成形した炭素板で構成され、各一対の燃料ガス用マニホールド孔１３、酸化剤ガス用マニホールド孔１４及び冷却水用マニホールド孔１５を有する。また、アノード側セパレータ７ａは、アノード３ａと対向する面に、一対の燃料ガス用マニホールド孔１３を連絡する燃料ガスのガス流路１２ａを有し、背面には、一対の冷却水用マニホールド孔１５を連絡する冷却水の流路を有する。
【０１０１】
図示しないが、アノード側セパレータ７ａと同様に、カソード側セパレータ７ｂは、各一対の燃料ガス用マニホールド孔、酸化剤ガス用マニホールド孔及び冷却水用マニホールド孔を有し、更に、カソード３ｂと対向する面に、一対の酸化剤ガス用マニホールド孔を連絡する酸化剤ガスのガス流路１２ｂを有し、背面には、一対の冷却水用マニホールド孔を連絡する冷却水の流路を有する。
【０１０２】
更に、燃料電池においては、反応ガスのガス漏れ（燃料ガスのカソード３ｂ側への漏れ、酸化剤ガスのアノード３ａ側への漏れ、ＭＥＡ１外部への反応ガスの漏れ等）を防止するために、互いに対向するアノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの間において、ＭＥＡ１の外縁部（アノード３ａ及びカソード３ｂの外部であって高分子電解質膜２の外縁部）に、ガスシール機能を有する一対の対向するシール部材、即ちアノード側シール部材及びカソード側シール部材が配置されている。
【０１０３】
このように、アノード側シール部材及びカソード側シール部材を、先に述べた高分子電解質膜２の全てのはみ出し部を挟み込むようにして配置することにより、アノード側セパレータ７ａ、メインシール部材８ａと仕切り部材９ａとからなるアノード側シール部材、ＭＥＡ１、メインシール部材８ｂと仕切り部材９ｂとからなるカソード側シール部材、及びカソード側セパレータ７ｂを所定の締結圧で締結して、図１に示す構造を有する単電池を構成する。
【０１０４】
ここで、アノード側セパレータ７ａ、高分子電解質膜２及びアノード側シール部材によって、アノード３ａを包み込む一つの閉空間が形成され、カソード側セパレータ７ｂ、高分子電解質膜２及びカソード側シール部材によって、カソード３ｂを包み込むまた別の閉空間が形成される。
【０１０５】
これらの閉空間によって、アノード３ａ及びカソード３ｂに供給される反応ガスのガス漏れの防止が図られているが、上述したように、アノード側シール部材及びカソード側シール部材を上述の位置に配置する際は、部材の加工公差や組み立て公差等がどうしても生じるため、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材と、アノード３ａ及びカソード３ｂの端面（外縁、外周面）とを十分に密着させることは極めて困難である。
【０１０６】
そのため、図３に示すように、アノード側シール部材及びカソード側シール部材を上述の位置に配置すると、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材とアノー
ド３ａ及びカソード３ｂとの間に隙間（即ちアノード側隙間１６ａ及びカソード側隙間１６ｂ）が形成され易い。
【０１０７】
そこで、本実施の形態においては、上記のようなアノード側隙間１６ａ及びカソード側隙間１６ｂをバイパスとして反応ガスが回り込み、反応ガスの利用率が下がって効率的な発電性能を維持することが極めて困難になるという問題を解決すべく、アノード側のシール部材及びカソード側シール部材を、ＭＥＡ１の外周部に沿うように配置される環状のメインシール部材８ａ，８ｂと、当該メインシール部材８ａ，８ｂの内側面（内縁、内周面）に設けられた少なくとも１つのアノード側仕切り部材９ａ及びカソード側仕切り部材９ｂと、で構成する。
【０１０８】
図２に示すように、アノード側シール部材においては、アノード３ａ（高分子電解質膜２上に配置された電極）を囲むように配置された環状の弾性変形可能なアノード側メインシール部材８ａに、可撓性を有することによって形状変形可能な（弾性変形可能な）仕切り部材９ａが、当該仕切り部材９ａの長さ方向と環状のメインシール部材８ａの内側面（内縁、内周面）の面方向とが略直角に交差するように、複数個設けられており、当該仕切り部材９ａがアノード３ａ（電極）の側面（外縁、外周面）に当接している。また、メインシール部材８ｂと仕切り部材９ｂとからなるカソード側シール部材も同様の構造を有する。
【０１０９】
図４に示すように、メインシール部材８ａ，８ｂの高さをｈ１、仕切り部材９ａ，９ｂの高さをｈ２、メインシール部材８ａ，８ｂへ接続する仕切り部材９ａ，９ｂの接続部の高さをｈ３、メインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂが高さ方向に圧縮されたときの高さをｈ４とすると、ｈ１＞ｈ３、ｈ２＞ｈ３、ｈ３＞ｈ４の関係を有する。
【０１１０】
この構成により、それぞれのシール部材の圧縮される幅は、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂ＞接続部となるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことでシール接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガス漏れを防ぐことができる。
【０１１１】
ここで、本実施の形態における仕切り部材９ａ，９ｂに必要な条件としては、主として、（１）ＭＥＡ１や燃料電池の組み立て時に形状変形して環状のメインシール部材８ａ，８ｂとアノード３ａ又はカソード３ｂ（電極）の側面（外縁、外周面、端面）との間、即ちアノード側隙間１６ａ又はカソード側隙間１６ｂに納まること、及び（２）化学的耐久性が高いこと、等が挙げられる。
【０１１２】
したがって、仕切り部材９ａ，９ｂを構成する材料としては、例えばフッ素ゴム、ポリイソプレン、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、テレフタルアミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリサルホン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、又はこれらを複数含む複合材等が挙げられる。
【０１１３】
なお、アノード側メインシール部材８ａ及びカソード側メインシール部材８ｂを構成する材料としては、従来のシール部材やガスケットに用いられている材料を用いることができるが、仕切り部材９ａ，９ｂと同じ材料を用い、仕切り部材９ａ，９ｂと環状のメインシール部材８ａ，８ｂとを一体的に構成（成形）して一体化構造にするのが好ましい。
【０１１４】
これによれば、アノード側シール部材及びカソード側シール部材の製造工程を削減することができるとともに、耐久性を向上させることができ、大幅なコスト低減を図ることができる。
【０１１５】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材とアノード３ａ及びカソード３ｂの端面との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０１１６】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【０１１７】
以上説明したように、本実施の形態の燃料電池用シール部材は、高分子電解質膜２上に配置された電極（アノード３ａまたはカソード３ｂ）を囲むように配置される燃料電池用シール部材であって、環状に設けられた弾性変形可能なメインシール部材８ａ，８ｂと、メインシール部材８ａ，８ｂの内縁（内側面、内周面）から電極（アノード３ａまたはカソード３ｂ）側（内周側）に分岐した弾性変形可能な仕切り部材９ａ，９ｂとを備え、メインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂの材料はフッ素系ゴムを含んでいる。
【０１１８】
そして、圧縮されていない状態のメインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ１は、仕切り部材９ａ，９ｂにおけるメインシール部材８ａ，８ｂとの接続部の（圧縮されていない状態の）高さｈ３よりも高く、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ２は、圧縮されていない状態の前記接続部の高さｈ３よりも高く、圧縮されていない状態のメインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ１は、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ２以上にしている。
【０１１９】
本実施の形態では、メインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ１を、仕切り部材９ａ，９ｂにおけるメインシール部材８ａ，８ｂとの接続部の（圧縮されていない状態の）高さｈ３よりも高くすると共に、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ２を、圧縮されていない状態の前記接続部の高さｈ３よりも高くしたことにより、メインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとからなるシール部材が高さ方向に圧縮された場合に、仕切り部材９ａ，９ｂにおけるメインシール部材８ａ，８ｂとの接続部で圧縮される体積（圧縮される割合、圧縮率）が小さくなるので、接続部における反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力、復元力）増大を抑制することができる。一方、仕切り部材９ａ，９ｂの高さは接続部よりも高く、接続部よりも圧縮される体積（圧縮される割合、圧縮率）、復元力が確保できるので、回りこみガスをせき止めるだけの耐圧（シール性能）を保つことができる。
【０１２０】
従って、反応ガスのショートカット（隙間から漏れ出る現象）を防ぎ、反応ガスの利用率を向上させることができる。また、反力増大によるシール部材に接触する部材の耐久性減少や、メインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとからなるシール部材が十分に縮まないことによる圧力不均一から生じる発電分布の増大を防ぐことができる。以上より、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【０１２１】
また、本実施の形態では、圧縮されていない状態のメインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ１を、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ２以上にしているので、メインシール部材８ａ，８ｂは、仕切り部材９ａ，９ｂよりも圧縮される体積（圧縮される割合、圧縮率）と、それによる反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力、復元力
）が大きくなるので、仕切り部材９ａ，９ｂよりも高いガス圧に耐えることができ、ガス系統の締め切り圧などの高い圧力がかかっても、外部リークを起こさず水素（Ｈ２）などの可燃ガスを外に漏らさず燃料電池の安全性を確保するという役割を果たす。
【０１２２】
一方、仕切り部材９ａ，９ｂは、発電時のガス圧に対して耐えるという役割のみを果たせばよいので、メインシール部材８ａ，８ｂよりは弱い耐ガス圧でよい。そして、過剰な応力および反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）を防ぐことにより仕切り部材９ａ，９ｂの本体や仕切り部材９ａ，９ｂが接触する部材の耐久性向上と、燃料電池スタックの締結力増加を防止することが可能となる。
【０１２３】
本実施の形態の燃料電池は、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）が配置された膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、メインシール部材８ａ，８ｂが電極（アノード３ａとカソード３ｂ）を囲み仕切り部材９ａ，９ｂが電極（アノード３ａとカソード３ｂ）の外縁（側面、外周面、端面）に接触するように配置された本実施の形態のシール部材とを備えている。
【０１２４】
本構成によって、隙間をより確実に塞ぐことが可能となる。さらに、高分子電解質膜２の面に平行な方向に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）の公差があって隙間の幅が変化する場合においても、確実に隙間を塞ぐことができる。
【０１２５】
また、本実施の形態の燃料電池は、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）が配置された膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、本実施の形態のシール部材と、燃料ガスのガス流路１２ａが形成されたアノード側セパレータ７ａと、酸化剤ガスのガス流路１２ｂが形成されたカソード側セパレータ７ｂを備える。
【０１２６】
そして、アノード３ａが燃料ガスのガス流路１２ａと対向し、カソード３ｂが酸化剤ガスのガス流路１２ｂと対向し、アノード側メインシール部材８ａがアノード３ａを囲み、カソード側メインシール部材８ｂがカソード３ｂを囲み、アノード側仕切り部材９ａがアノード３ａの外縁（側面、外周面、端面）に接触し、カソード側仕切り部材９ｂがカソード３ｂの外縁（側面、外周面、端面）に接触するように、本実施の形態のシール部材を膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とアノード側セパレータ７ａとの間と、膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とカソード側セパレータ７ｂとの間に配置して、メインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ１と仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ２の両方が接続部の高さｈ３より低くなるように、本実施の形態のシール部材を膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とアノード側セパレータ７ａ、カソード側セパレータ７ｂとを介して圧縮したものである。
【０１２７】
この構成により、それぞれのシール部材の圧縮される幅の大きさは、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂ＞接続部の関係となるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことでシール接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガス漏れを防ぐことができる。
【０１２８】
また、本実施の形態の燃料電池の製造方法は、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）が配置された膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、本実施の形態のシール部材と、燃料ガスのガス流路１２ａが形成されたアノード側セパレータ７ａと、酸化剤ガスのガス流路１２ｂが形成されたカソード側セパレータ７ｂをそれぞれ準備する工程と、アノード３ａが燃料ガスのガス流路１２ａと対向し、カソード３ｂが酸化剤ガスのガス流路１２ｂと対向し、アノード側メインシール部材８ａがアノード３ａを囲み、カソード側メインシール部材８ｂがカソード３ｂを囲み、アノード側仕切り部材９ａがアノード３ａの外縁（側面、外周面、端面）に接触し、カソード側仕切り部材９ｂがカソード３ｂの外
縁（側面、外周面、端面）に接触するように、本実施の形態のシール部材を膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とアノード側セパレータ７ａとの間と、膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とカソード側セパレータ７ｂとの間に配置して、本実施の形態のシール部材が高さ方向に圧縮されるように外部から荷重をかける工程とを有する。
【０１２９】
この燃料電池の製造方法により、高分子電解質膜２とセパレータ（アノード側セパレータ７ａ、カソード側セパレータ７ｂ）との間の隙間をメインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとからなるシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【０１３０】
ここで、荷重は、荷重前の接続部の高さｈ３が、荷重後のメインシール部材の高さｈ４よりも高くなる荷重にすることにより、それぞれのシー部材ルの圧縮される幅の大きさは、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂ＞接続部の関係となるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことでシール接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガス漏れを防ぐことができる。
【０１３１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図５に示した本実施の形態において、図１〜図４に示した実施の形態１と同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【０１３２】
図５に示すように、ＭＥＡ１の電極３ａ，３ｂの周囲に高分子電解質膜２を挟み込むような形で枠体１０ａ，１０ｂを設けている。この枠体１０ａ，１０ｂは、電極３ａ，３ｂ周囲の高分子電解質膜２を保護したり、組み立ての際の取り扱いを良くしたりする役割があり、電極３ａ，３ｂと高分子電解質膜２に接する構造となっている。
【０１３３】
枠体１０ａ，１０ｂに使用できる材料としては、燃料電池の運転条件の範囲で劣化やＭＥＡ汚染物質の溶出がなく、ガス透過性の低い材料がよく、種々のプラスチック、ゴム、金属などが使用できる。例えば、フッ素ゴム、ポリイソプレン、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、テレフタルアミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリサルホン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ステンレス、チタン、アルミ又はこれらを複数含む複合材等が挙げられる。
【０１３４】
枠体１０ａ，１０ｂ上にはメインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂが配置され、ＭＥＡ１を一対のセパレータ７ａ，７ｂによって挟んだ時に、枠体１０ａ，１０ｂとセパレータ７ａ，７ｂと電極３ａ，３ｂとメインシール部材８ａ，８ｂとの間にできた隙間１６ａ，１６ｂを仕切り部材９ａ，９ｂが塞ぐ構造を有する。
【０１３５】
なお、メインシール部材８ａ，８ｂ及び仕切り部材９ａ，９ｂと高分子電解質膜２との間に枠体１０ａ，１０ｂを介在させた点以外の構造は、実施の形態１と同様である。
【０１３６】
本実施の形態のように、メインシール部材８ａ，８ｂ及び仕切り部材９ａ，９ｂと高分子電解質膜２との間に枠体１０ａ，１０ｂを介在させた構成であっても、メインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ１を仕切り部材９ａ，９ｂにおけるメインシール部材８ａ，８ｂと
の接続部の高さｈ３よりも高く、仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ２を前記接続部の高さｈ３よりも高くすることにより、メインシール部材８ａ，８ｂの圧縮される体積と仕切り部材９ａ，９ｂの圧縮される体積よりも接続部の圧縮される体積が小さくなることにより、接続部において反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）が増大することを防ぐことができる。
【０１３７】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材（メインシール部材８ａ，８ｂ）と電極（アノード３ａ、カソード３ｂ）の端面（外縁、側面、外周面）との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０１３８】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【０１３９】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図６に示した本実施の形態において、図１〜図４に示した実施の形態１と同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【０１４０】
図６に示すように、アノード側メインシール部材８ａ、カソード側メインシール部材８ｂ、アノード側仕切り部材９ａ、カソード側仕切り部材９ｂは、それぞれセパレータ７ａ，７ｂ側に配置される。
【０１４１】
ＭＥＡ１をセパレータ７ａ，７ｂで挟み込み圧縮した後には、メインシール部材８ａ，８ｂと高分子電解質膜２と電極（アノード３ａ、カソード３ｂ）とセパレータ７ａ，７ｂに囲まれてできる隙間１６ａ，１６ｂを仕切り部材９ａ，９ｂが塞ぐ構造となっている。
【０１４２】
メインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂの高さについては、実施の形態１と同様の関係になっており、メインシール部材８ａ，８ｂの高さをｈ１、仕切り部材９ａ，９ｂの高さをｈ２、メインシール部材８ａ，８ｂへ接続する仕切り部材９ａ，９ｂの接続部の高さをｈ３、メインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂが圧縮されたときの高さをｈ４とすると、ｈ１＞ｈ３、ｈ２＞ｈ３、ｈ３＞ｈ４の関係を有する。
【０１４３】
この構成により、それぞれのシール部材の圧縮される幅は、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂ＞接続部となるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことによりシール接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガス漏れを防ぐことができる。
【０１４４】
その他の燃料電池の構造、材料すべて実施の形態１と同様の構成とする。
【０１４５】
本実施の形態の一対のセパレータ−シール部材接合体のうちの一方は、アノード３ａと対向する面に燃料ガスのガス流路１２ａが形成されたアノード側セパレータ７ａと、メインシール部材８ａがガス流路１２ａを囲むようにアノード側セパレータ７ａ上に配置された実施の形態１のメインシール部材８ａと仕切り部材９ａとからなるシール部材とを備えている。
【０１４６】
また、本実施の形態の一対のセパレータ−シール部材接合体のうちの他方は、カソード３ｂと対向する面に酸化剤ガスのガス流路１２ｂが形成されたカソード側セパレータ７ｂと、メインシール部材８ｂがガス流路１２ｂを囲むようにカソード側セパレータ７ｂ上に配置された実施の形態１のメインシール部材８ｂと仕切り部材９ｂとからなるシール部材とを備えている。
【０１４７】
上記構成の一対のセパレータ−シール部材接合体を、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａ、カソード３ｂ）を配置した膜−電極接合体（ＭＥＡ）１に対して、アノード３ａがガス流路１２ａと対向し、カソード３ｂがガス流路１２ｂと対向し、メインシール部材８ａがアノード３ａを囲み、メインシール部材８ｂがカソード３ｂを囲み、仕切り部材９ａがアノード３ａの外縁（端面、側面、外周面）に接触し、仕切り部材９ｂがカソード３ｂの外縁（側面、外周面）に接触するように配置することにより、高分子電解質膜２とセパレータ７ａ，７ｂとの間の隙間をシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【０１４８】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材のメインシール部材８ａ，８ｂとアノード３ａ及びカソード３ｂの外縁（端面、側面、外周面）との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０１４９】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【０１５０】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図７に示した本実施の形態において、図１〜図６に示した実施の形態１〜３と同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【０１５１】
本実施の形態は、実施の形態２と実施の形態３の特徴を併せ持っており、図７に示すように、ＭＥＡ１の電極３ａ，３ｂの周囲に高分子電解質膜２を挟み込むような形で枠体１０ａ，１０ｂを設けている。また、アノード側メインシール部材８ａ、カソード側メインシール部材８ｂ、アノード側仕切り部材９ａ、カソード側仕切り部材９ｂは、それぞれセパレータ７ａ，７ｂ側に配置されている。
【０１５２】
そして、ＭＥＡ１を一対のセパレータ７ａ，７ｂによって挟んだ時に、枠体１０ａ，１０ｂとセパレータ７ａ，７ｂと電極３ａ，３ｂとメインシール部材８ａ，８ｂとの間にできた隙間１６ａ，１６ｂを仕切り部材９ａ，９ｂが塞ぐ構造を有する。
【０１５３】
メインシール部材８ａ，８ｂと仕切り部材９ａ，９ｂの高さの関係及びその他の構造、材料についても実施の形態１〜３と同様であり、その効果は枠体１０ａ，１０ｂが設けられていてもシール部材がセパレータ７ａ，７ｂ側に配置されていても、それぞれのシール部材の圧縮される幅が、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂ＞接続部となるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことによりシール接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガス漏れを防ぐことができるという効果が得られる。
【０１５４】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材のメインシール部材８ａ，８ｂとアノード３ａ及びカソード３ｂの外縁（端面、側面、外周面）との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０１５５】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【０１５６】
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所（図９のＩ−Ｉ線）で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図９は、本発明の実施の形態５における膜−電極接合体にシール位置を投影させてアノード電極側から見た平面図である。
【０１５７】
図１０は、本発明の実施の形態５の燃料電池を構成する燃料電池セルを一対のセパレータで挟んで仕切り部材のない箇所（図９のII−II線）で切断した場合の断面を示す要部断面図である。図１１は、本発明の実施の形態５における圧縮されていない状態のメインシール部材とサブシール部材と仕切り部材との接続部を図９のIII−III線で切断した場合の要部拡大断面図であり、本実施の形態での主要部品の高さを説明するための図である。
【０１５８】
特許文献３，４に記載のメインシールとサブシールから成る二重シール構造と、特許文献５，６に記載のガスの回り込み防止構造と、を組み合わせたシール構造では、ガスの回りこみ防止部材がシール部材や周りの部材と干渉することで、反力が増大し、シールに接触する部材の耐久性が低下すると共に、シールが十分に縮まずに面圧分布が発生することで、発電分布が拡大し、電圧低下を引き起こすという課題があった。
【０１５９】
また、特許文献４，６，７に記載の二重シールやガスの回り込み防止部材に、硬度の異なる弾性体を用いることで、局所反力を低減させることは可能であるが、シール成形プロセスが複雑化するため、製造コストが増加するという課題があった。
【０１６０】
本発明の実施の形態５は、上記問題を鑑み、二重シールと、ガスの回り込み防止部材と、を有する構造であっても、シールとガスの回り込み防止部材の接触部で局所反力を増加させる事無く、ガスの回り込みを防止することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供するものである。
【０１６１】
燃料電池は、図８に示すように、主として膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、ＭＥＡ１を挟持する一対の板状のセパレータ（アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂ）を含む構成の単電池を少なくとも１つ具備する。
【０１６２】
ＭＥＡ１は、アノード３ａ及びカソード３ｂの間に陽イオン（水素イオン）を選択的に輸送する高分子電解質膜２が配置された構成を有している。更に、アノード３ａは、高分子電解質膜２側に密着した状態で配置される触媒層４ａと、当該触媒層４ａとアノード側セパレータ７ａとの間に配置されるガス拡散層５ａとを少なくとも含み、カソード３ｂは、高分子電解質膜２側に密着した状態で配置される触媒層４ｂと、当該触媒層４ｂとカソード側セパレータ７ｂとの間に配置されるガス拡散層５ｂとを少なくとも含む。
【０１６３】
触媒層４ａ，４ｂは、電極触媒（例えば白金系金属）を担持した導電性炭素粉末を主成分とする層である。また、ガス拡散層５ａ，５ｂは、ガス通気性と導電性を兼ね備えた層
である。このガス拡散層５ａ，５ｂは、例えばカーボンからなる導電性多孔質基材の上に導電性炭素粉末とフッ素樹脂とからなる導電性撥水層を形成して得られる。
【０１６４】
ここで、図８に示すように、ＭＥＡ１においては、外部へのガス漏れを防止するためシール部材を配置する観点から、高分子電解質膜２の主面の大きさが、アノード３ａ及びカソード３ｂの主面の大きさよりも大きく、かつ、高分子電解質膜２の全外縁部がアノード３ａ及びカソード３ｂの外縁部よりも外側に突出するような構成を有している。
【０１６５】
アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂは、導電性を有しており、ＭＥＡ１を機械的に固定するとともに、ＭＥＡ１を複数積層する場合に隣接するＭＥＡ１同士を互いに電気的に直列に接続するものである。
【０１６６】
また、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂには、アノード３ａ及びカソード３ｂに反応ガスを供給し、電極反応により生成した生成物や未反応の反応物を含むガスをＭＥＡ１の外部に運び去るためのガス流路１２ａ，１２ｂが一方の面（即ちアノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの、それぞれアノード３ａ及びカソード３ｂに接する側の主面）に形成されている。
【０１６７】
更に、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの他方の面には、電池温度をほぼ一定に調節するための冷却流体（冷却水等）を導入するための冷却流体流路が形成されている。そして、冷却流体を燃料電池と外部に配置した熱交換器との間で循環させる構成とすることにより、反応により発生した熱エネルギーを、温水等の形で利用することができる。
【０１６８】
ガス流路１２ａ，１２ｂは、製造工程を簡素化できる等の利点から、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの、それぞれアノード３ａ及びカソード３ｂに接する側の主面に、溝を設けて形成する方式が一般的である。また、冷却流体流路は、アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの外側の主面に溝を設けて形成する方式が一般的である。
【０１６９】
また、複数のＭＥＡ１間にアノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂを介在させ、複数のＭＥＡ１を電気的に直列に積層して得られる、いわゆる積層型の燃料電池（燃料電池スタック）においては、燃料電池に供給される反応ガスを分岐させて各ＭＥＡ１に供給するためのマニホールド（アノード側セパレータ７Ａ及びカソード側セパレータ７ｂに設けられた反応ガス供給用マニホールド孔１３，１４及び反応ガス排出用マニホールド孔が連続的に積層された状態で組み合わされて形成されるマニホールド（図示せず）が設けられる。
【０１７０】
また、燃料電池に供給される冷却流体を分岐させて各ＭＥＡ１に供給するためのマニホールド（アノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂに設けられた冷却流体供給用マニホールド孔１５及び冷却流体排出用マニホールド孔が連続的に積層された状態で組み合わされて形成されるマニホールド（図示せず））が設けられる。上記のように燃料電池の内部に形成されるマニホールドを内部マニホールドといい、このような「内部マニホールド型」の燃料電池が一般的である。
【０１７１】
また、アノード側セパレータ７ａは、例えば黒鉛板又は炭素粉末とバインダーの混合物を成形した炭素板で構成され、各一対の燃料ガス用マニホールド孔１３、酸化剤ガス用マニホールド孔１４及び冷却水用マニホールド孔１５を有する。また、アノード側セパレータ７ａは、アノード３ａと対向する面に、一対の燃料ガス用マニホールド孔１３を連絡する燃料ガスのガス流路１２ａを有し、背面には、一対の冷却水用マニホールド孔１５を連
絡する冷却水の流路を有する。
【０１７２】
図示しないが、アノード側セパレータ７ａと同様に、カソード側セパレータ７ｂは、各一対の燃料ガス用マニホールド孔、酸化剤ガス用マニホールド孔及び冷却水用マニホールド孔を有し、更に、カソード３ｂと対向する面に、一対の酸化剤ガス用マニホールド孔を連絡する酸化剤ガスのガス流路１２ｂを有し、背面には、一対の冷却水用マニホールド孔を連絡する冷却水の流路を有する。
【０１７３】
更に、燃料電池においては、反応ガスのガス漏れ（燃料ガスのカソード３ｂ側への漏れ、酸化剤ガスのアノード３ａ側への漏れ、ＭＥＡ１外部への反応ガスの漏れ等）を防止するために、互いに対向するアノード側セパレータ７ａ及びカソード側セパレータ７ｂの間において、ＭＥＡ１の外縁部（アノード３ａ及びカソード３ｂの外部であって高分子電解質膜２の外縁部）に、ガスシール機能を有する一対の対向するシール部材、即ちアノード側シール部材及びカソード側シール部材が配置されている。
【０１７４】
更に、ＭＥＡ１の外周部とアノード側メインシール部材８ａの内周部との間にアノード側サブシール部材１１ａが、ＭＥＡ１の外周部とカソード側メインシール部材８ｂの内周部との間にカソード側サブシール部材１１ｂが配置されている。
【０１７５】
このように、アノード側シール部材及びカソード側シール部材を、先に述べた高分子電解質膜２の全てのはみ出し部を挟み込むようにして配置することにより、アノード側セパレータ７ａ、メインシール部材８ａとサブシール部材１１ａと仕切り部材９ａとからなるアノード側シール部材、ＭＥＡ１、メインシール部材８ｂとサブシール部材１１ｂと仕切り部材９ｂとからなるカソード側シール部材、及びカソード側セパレータ７ｂを所定の締結圧で締結して、図８に示す構造を有する単電池を構成する。
【０１７６】
ここで、アノード側セパレータ７ａ、高分子電解質膜２及びアノード側シール部材によって、アノード３ａを包み込む一つの閉空間が形成され、カソード側セパレータ７ｂ、高分子電解質膜２及びカソード側シール部材によって、カソード３ｂを包み込むまた別の閉空間が形成される。
【０１７７】
これらの閉空間によって、アノード３ａ及びカソード３ｂに供給される反応ガスのガス漏れの防止が図られているが、上述したように、アノード側シール部材及びカソード側シール部材を上述の位置に配置する際は、部材の加工公差や組み立て公差等がどうしても生じるため、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材と、アノード３ａ及びカソード３ｂの端面（外縁、外周面）とを十分に密着させることは極めて困難である。
【０１７８】
そのため、図１０に示すように、アノード側サブシール部材１１ａ及びカソード側サブシール部材１１ｂを上述の位置に配置すると、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材とアノード３ａ及びカソード３ｂとの間に隙間（即ちアノード側隙間１６ａ及びカソード側隙間１６ｂ）が形成され易い。
【０１７９】
そこで、本実施の形態においては、上記のようなアノード側隙間１６ａ及びカソード側隙間１６ｂをバイパスとして反応ガスが回り込み、反応ガスの利用率が下がって効率的な発電性能を維持することが極めて困難になるという問題を解決すべく、アノード側のシール部材及びカソード側シール部材を、ＭＥＡ１の外周部に沿うように環状に配置されるサブシール部材１１ａ，１１ｂと、サブシール部材１１ａ，１１ｂの外周部を沿うように配置される環状のメインシール８ａ，８ｂと、当該サブシール部材１１ａ，１１ｂの内側面（内縁、内周面）に設けられた少なくとも１つのアノード側仕切り部材９ａ及びカソード側仕切り部材９ｂと、で構成する。
【０１８０】
図９に示すように、アノード側シール部材においては、アノード３ａ（高分子電解質膜２上に配置された電極）を囲むように配置された環状の弾性変形可能なアノード側メインシール部材８ａに、可撓性を有することによって形状変形可能な（弾性変形可能な）仕切り部材９ａが、当該仕切り部材９ａの長さ方向と環状のメインシール部材８ａの内側面（内縁、内周面）の面方向とが略直角に交差するように、複数個設けられており、当該仕切り部材９ａがアノード３ａ（電極）の側面（外縁、外周面）に当接している。
【０１８１】
この仕切り部材９ａは、アノード側メインシール部材８ａの内周側（アノード３ａ側）に隣接して環状に設けられたサブシール部材１１ａを略垂直に横切って、サブシール部材１１ａを分断している。
【０１８２】
なお、メインシール部材８ｂとサブシール部材１１ｂと仕切り部材９ｂとからなるカソード側シール部材も同様の構造を有する。
【０１８３】
図１１は、本発明の実施の形態５における圧縮されていない状態のメインシール部材とサブシール部材と仕切り部材との接続部を図９のIII−III線で切断した場合の断面を矢印方向に見たもので、シール部材を構成する各部材の高さの関係を示している。
【０１８４】
図１１において、各部材の高さは、シールが形成される構成部材の最外面を基準面１７と定義し、基準面１７に対する高さとする。
【０１８５】
基準面１７に対する、仕切り部材９ａ，９ｂの高さをｈ(1)、サブシール部材１１ａ，１１ｂの高さをｈ(2)、仕切り部材９ａ，９ｂと接続するサブシール部材１１ａ，１１ｂの接続部の高さをｈ(3)、メインシール部材８ａ，８ｂの高さをｈ(4)とすると、ｈ(1)＞ｈ(3)、ｈ(2)＞ｈ(3)、ｈ(1)＞ｈ(2)、ｈ(4)＞ｈ(1)の関係を有する。
【０１８６】
この構成により、それぞれのシール部材の圧縮される幅は、仕切り部材９ａ，９ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、サブシール部材１１ａ，１１ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂとなるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことで、接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガスの回り込みを防ぐことができる。
【０１８７】
ここで、本実施の形態における仕切り部材９ａ，９ｂに必要な条件としては、主として、（１）ＭＥＡ１や燃料電池の組み立て時に形状変形して環状のメインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１１ｂとアノード３ａ又はカソード３ｂ（電極）の側面（外縁、外周面、端面）との間、即ちアノード側隙間１６ａ又はカソード側隙間１６ｂに納まること、及び（２）化学的耐久性が高いこと、等が挙げられる。
【０１８８】
したがって、仕切り部材９ａ，９ｂを構成する材料としては、例えばフッ素ゴム、ポリイソプレン、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、テレフタルアミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリサルホン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、又はこれらを複数含む複合材等が挙げられる。
【０１８９】
なお、アノード側メインシール部材８ａ及びカソード側メインシール部材８ｂと、アノード側サブシール部材１１ａ及びカソード側サブシール部材１１ｂを構成する材料としては、従来のシール部材やガスケットに用いられている材料を用いることができるが、仕切り部材９ａ，９ｂと同じ材料を用い、仕切り部材９ａ，９ｂと環状のメインシール部材８ａ，８ｂ及び環状のサブシール部材１１ａ，１１ｂとを一体的に構成（成形）して一体化構造にするのが好ましい。
【０１９０】
これによれば、アノード側メインシール部材８ａ及びカソード側メインシール部材８ｂと、アノード側サブシール部材１１ａ及びカソード側サブシール部材１１ｂの製造工程を削減することができるとともに、耐久性を向上させることができ、大幅なコスト低減を図ることができる。
【０１９１】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側メインシール部材８ａ及びカソード側メインシール部材８ｂもしくはアノード側サブシール部材１１ａ及びカソード側サブシール部材１１ｂとアノード３ａ及びカソード３ｂの端面との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０１９２】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【０１９３】
以上説明したように、本実施の形態の燃料電池用シール部材は、高分子電解質膜２上に配置された電極（アノード３ａまたはカソード３ｂ）を囲むように配置される燃料電池用シール部材であって、環状に設けられた弾性変形可能なメインシール部材８ａ，８ｂと、メインシール部材８ａ，８ｂの内周側に隣接して環状に設けられた弾性変形可能なサブシール部材１１ａ，１１ｂと、メインシール部材８ａ，８ｂの内縁から分岐した弾性変形可能な仕切り部材９ａ，９ｂとを備え、メインシール部材８ａ，８ｂ、サブシール部材１１ａ，１１ｂ、及び仕切り部材９ａ，９ｂのそれぞれの材料はフッ素系ゴムを含んでいる。
【０１９４】
そして、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ(1)は、サブシール部材１１ａ，１１ｂにおける仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部の（圧縮されていない状態の）高さｈ(3)よりも高く、圧縮されていない状態のサブシール部材１１ａ，１１ｂの高さｈ(2)は、前記接続部の高さｈ(3)よりも高く、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ(1)は、圧縮されていない状態のサブシール部材１１ａ，１１ｂの高さｈ(2)以上にし、圧縮されていない状態のメインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ(4)は、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ(1)以上にしている。
【０１９５】
本実施の形態では、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ(1)を、サブシール部材１１ａ，１１ｂにおける仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部の（圧縮されていない状態の）高さｈ(3)よりも高くすると共に、圧縮されていない状態のサブシール部材１１ａ，１１ｂの高さｈ(2)を、圧縮されていない状態の前記接続部の高さｈ(3)よりも高くしたことにより、メインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１１ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとからなるシール部材が高さ方向に圧縮された場合に、サブシール部材１１ａ，１１ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部において圧縮されるシール体積（圧縮される割合、圧縮率）が小さくなるため、サブシール部材１１ａ，１１ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部における反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力、復元力）増大を抑制することができる。
【０１９６】
一方、仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ(1)は、サブシール部材１１ａ，１１ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部の高さｈ(3)よりも高く、圧縮される体積（圧縮される割合、圧縮率）、復元力が確保できるので、反応ガスの回り込みを防ぎ、反応ガスの利用率を向上させることができる。また、反力増大によるシール部材に接触する部材の耐久性低下や、シール部材が十分に縮まないことによる圧力不均一から生じる発電分布の増大を防ぐことができる。以上より、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【０１９７】
また、本実施の形態では、圧縮されていない状態のメインシール部材８ａ，８ｂの高さｈ(4)を、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ(1)以上にしているので、メインシール部材８ａ，８ｂは、仕切り部材９ａ，９ｂよりも圧縮される体積（圧縮される割合、圧縮率）と、それによる反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力、復元力）が大きくなるので、仕切り部材９ａ，９ｂよりも高いガス圧に耐えることができ、ガス系統の締め切り圧などの高い圧力がかかっても、外部リークを起こさず水素（Ｈ２）などの可燃ガスを外に漏らさず燃料電池の安全性を確保するという役割を果たす。
【０１９８】
一方、仕切り部材９ａ，９ｂは、発電時のガス圧に対して耐えるという役割のみを果たせばよいので、メインシール部材８ａ，８ｂよりは弱い耐ガス圧でよい。そして、過剰な応力および反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）を防ぐことにより仕切り部材９ａ，９ｂの本体や仕切り部材９ａ，９ｂが接触する部材の耐久性向上と、燃料電池スタックの締結力増加を防止することが可能となる。
【０１９９】
本実施の形態の燃料電池は、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）が配置された膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、メインシール部材８ａ，８ｂが電極（アノード３ａとカソード３ｂ）を囲みサブシール部材１１ａ，１１ｂが電極（アノード３ａとカソード３ｂ）の外周側（メインシール部材８ａ，８ｂと電極（アノード３ａとカソード３ｂ）との間）に位置し仕切り部材９ａ，９ｂが電極（アノード３ａとカソード３ｂ）の外縁（側面、外周面、端面）に接触するように配置された本実施の形態のシール部材とを備えている。
【０２００】
本構成によって、隙間をより確実に塞ぐことが可能となる。さらに、高分子電解質膜２の面に平行な方向に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）の公差があって隙間の幅が変化する場合においても、確実に隙間を塞ぐことができる。
【０２０１】
また、本実施の形態の燃料電池は、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）が配置された膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、本実施の形態のシール部材と、燃料ガスのガス流路１２ａが形成されたアノード側セパレータ７ａと、酸化剤ガスのガス流路１２ｂが形成されたカソード側セパレータ７ｂを備える。
【０２０２】
そして、アノード３ａが燃料ガスのガス流路１２ａと対向し、カソード３ｂが酸化剤ガスのガス流路１２ｂと対向し、アノード側メインシール部材８ａがアノード３ａを囲み、カソード側メインシール部材８ｂがカソード３ｂを囲み、サブシール部材１１ａがアノード３ａの外周側（メインシール部材８ａとアノード３ａとの間）に位置し、サブシール部材１１ｂがカソード３ｂの外周側（メインシール部材８ｂとカソード３ｂとの間）に位置し、アノード側仕切り部材９ａがアノード３ａの外縁（側面、外周面、端面）に接触し、カソード側仕切り部材９ｂがカソード３ｂの外縁（側面、外周面、端面）に接触するように、本実施の形態のシール部材を膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とアノード側セパレータ７ａとの間と、膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とカソード側セパレータ７ｂとの間に配置して、本実施の形態のシール部材を膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とアノード側セパレータ７ａ、カソード側セパレータ７ｂとを介してシール部材の高さ方向に圧縮したものである。
【０２０３】
本構成によって、高分子電解質膜２とセパレータ（アノード側セパレータ７ａ、カソード側セパレータ７ｂ）との間の隙間をメインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１１ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとからなるシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【０２０４】
また、本実施の形態の燃料電池の製造方法は、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａとカソード３ｂ）が配置された膜−電極接合体（ＭＥＡ）１と、本実施の形態のシール部材と、燃料ガスのガス流路１２ａが形成されたアノード側セパレータ７ａと、酸化剤ガスのガス流路１２ｂが形成されたカソード側セパレータ７ｂをそれぞれ準備する工程と、アノード３ａが燃料ガスのガス流路１２ａと対向し、カソード３ｂが酸化剤ガスのガス流路１２ｂと対向し、アノード側メインシール部材８ａがアノード３ａを囲み、カソード側メインシール部材８ｂがカソード３ｂを囲み、サブシール部材１１ａがアノード３ａの外周側（メインシール部材８ａとアノード３ａとの間）に位置し、サブシール部材１１ｂがカソード３ｂの外周側（メインシール部材８ｂとカソード３ｂとの間）に位置し、アノード側仕切り部材９ａがアノード３ａの外縁（側面、外周面、端面）に接触し、カソード側仕切り部材９ｂがカソード３ｂの外縁（側面、外周面、端面）に接触するように、本実施の形態のシール部材を膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とアノード側セパレータ７ａとの間と、膜−電極接合体（ＭＥＡ）１とカソード側セパレータ７ｂとの間に配置して、本実施の形態のシール部材が高さ方向に圧縮されるように外部から荷重をかける工程とを有する。
【０２０５】
この燃料電池の製造方法により、高分子電解質膜２とセパレータ（アノード側セパレータ７ａ、カソード側セパレータ７ｂ）との間の隙間をメインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１１ｂと仕切り部材９ａ，９ｂとからなるシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【０２０６】
（実施の形態６）
図１２は、本発明の実施の形態６における圧縮されていない状態のメインシール部材とサブシール部材と仕切り部材との接続部を図９のIII−III線で切断した場合の断面を矢印方向に見た要部拡大断面図であり、本実施の形態での主要部品の高さの関係を説明するための図である。
【０２０７】
図１２に示した本実施の形態において、図８〜図１１に示した実施の形態５と同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【０２０８】
図１２において、各部材の高さは、シールが形成される構成部材の最外面を基準面１７と定義し、基準面１７に対する高さとする。
【０２０９】
基準面１７に対する、仕切り部材９ａ，９ｂの高さをｈ(1)、サブシール部材１１ａ，１１ｂの高さをｈ(2)、仕切り部材９ａ，９ｂと接続するサブシール部材１１ａ，１１ｂの接続部の高さをｈ(3)、メインシール部材８ａ，８ｂの高さをｈ(4)とすると、ｈ(1)＞ｈ(3)、ｈ(2)＞ｈ(3)、ｈ(1)＞ｈ(2)、ｈ(4)＞ｈ(1)の関係を有する。
【０２１０】
この構成により、それぞれのシール部材の圧縮される幅は、仕切り部材９ａ，９ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、サブシール部材１１ａ，１１ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂとなるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、基準面１７に対する、サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部の高さをゼロにすることで、接続部での応力を大幅に低減することが可能
となり、かつガスの回り込みを防ぐことができる。
【０２１１】
（実施の形態７）
図１３は、本発明の実施の形態７の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所（図９のＩ−Ｉ線）で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図１３に示した本実施の形態において、図８〜図１１に示した実施の形態５と同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【０２１２】
図１３に示すように、ＭＥＡ１の電極３ａ，３ｂの周囲に高分子電解質膜２を挟み込むような形で枠体１０ａ，１０ｂを設けている。この枠体１０ａ，１０ｂは、電極３ａ，３ｂ周囲の高分子電解質膜２を保護したり、組み立ての際の取り扱いを良くしたりする役割があり、電極３ａ，３ｂと高分子電解質膜２に接する構造となっている。
【０２１３】
枠体１０ａ，１０ｂに使用できる材料としては、燃料電池の運転条件の範囲で劣化やＭＥＡ汚染物質の溶出がなく、ガス透過性の低い材料がよく、種々のプラスチック、ゴム、金属などが使用できる。例えば、フッ素ゴム、ポリイソプレン、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、テレフタルアミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリサルホン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ステンレス、チタン、アルミ又はこれらを複数含む複合材等が挙げられる。
【０２１４】
枠体１０ａ，１０ｂ上にはメインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１１ｂと仕切り部材９ａ，９ｂが配置され、ＭＥＡ１を一対のセパレータ７ａ，７ｂによって挟んだ時に、枠体１０ａ，１０ｂとセパレータ７ａ，７ｂと電極３ａ，３ｂとメインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１０ｂとの間にできた隙間１６ａ，１６ｂを仕切り部材９ａ，９ｂが塞ぐ構造を有する。
【０２１５】
なお、メインシール部材８ａ，８ｂ、サブシール部材１１ａ，１１ｂ及び仕切り部材９ａ，９ｂと高分子電解質膜２との間に枠体１０ａ，１０ｂを介在させた点以外の構造は、実施の形態５と同様である。
【０２１６】
本実施の形態のように、メインシール部材８ａ，８ｂ、サブシール部材１１ａ，１１ｂ及び仕切り部材９ａ，９ｂと高分子電解質膜２との間に枠体１０ａ，１０ｂを介在させた構成であっても、基準面１７に対する、圧縮されていない状態の仕切り部材９ａ，９ｂの高さｈ(1)を、サブシール部材１１ａ，１１ｂにおける仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部の（圧縮されていない状態の）高さｈ(3)よりも高く、圧縮されていない状態のサブシール部材１１ａ，１１ｂの高さｈ(2)を、前記接続部の高さｈ(3)よりも高くすることにより、サブシール部材１１ａ，１１ｂの圧縮される体積と仕切り部材９ａ，９ｂの圧縮される体積よりも接続部の圧縮される体積が小さくなることにより、接続部において反力（圧縮される方向とは逆方向に押し返す力）が増大することを防ぐことができる。
【０２１７】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材（メインシール部材８ａ，８ｂ、サブシール部材１１ａ，１１ｂ）と電極（アノード３ａ、カソード３ｂ）の端面（外縁、側面、外周面）との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０２１８】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【０２１９】
（実施の形態８）
図１４は、本発明の実施の形態８の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所（図９のＩ−Ｉ線）で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図１４に示した本実施の形態において、図８〜図１１に示した実施の形態５と同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【０２２０】
図１４に示すように、アノード側メインシール部材８ａ、カソード側メインシール部材８ｂ、アノード側サブシール部材１１ａ、カソード側サブシール部材１１ｂ、アノード側仕切り部材９ａ、カソード側仕切り部材９ｂは、それぞれセパレータ７ａ，７ｂ側に配置される。
【０２２１】
ＭＥＡ１をセパレータ７ａ，７ｂで挟み込み圧縮した後には、メインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１１ｂと高分子電解質膜２と電極（アノード３ａ、カソード３ｂ）とセパレータ７ａ，７ｂに囲まれてできる隙間１６ａ，１６ｂを仕切り部材９ａ，９ｂが塞ぐ構造となっている。
【０２２２】
基準面１７に対する、サブシール部材１１ａ，１０ｂと仕切り部材９ａ，９ｂの高さについては、実施の形態５と同様の関係になっており、基準面１７に対する、仕切り部材９ａ，９ｂの高さをｈ(1)、サブシール部材１１ａ，１１ｂの高さをｈ(2)、仕切り部材９ａ，９ｂと接続するサブシール部材１１ａ，１１ｂの接続部の高さをｈ(3)、メインシール部材８ａ，８ｂの高さをｈ(4)とすると、ｈ(1)＞ｈ(3)、ｈ(2)＞ｈ(3)、ｈ(1)＞ｈ(2)、ｈ(4)＞ｈ(1)の関係を有する。
【０２２３】
この構成により、それぞれのシール部材の圧縮される幅は、仕切り部材９ａ，９ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、サブシール部材１１ａ，１１ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ，９ｂとなるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことで、接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガスの回り込みを防ぐことができる。
【０２２４】
その他の燃料電池の構造、材料すべて実施の形態５と同様の構成とする。
【０２２５】
本実施の形態の一対のセパレータ−シール部材接合体のうちの一方は、アノード３ａと対向する面に燃料ガスのガス流路１２ａが形成されたアノード側セパレータ７ａと、メインシール部材８ａがガス流路１２ａを囲みサブシール部材１１ａがガス流路１２ａの外周側でメインシール部材８ａの内周側に位置するようにアノード側セパレータ７ａ上に配置された実施の形態５のメインシール部材８ａとサブシール部材１１ａと仕切り部材９ａとからなるシール部材とを備えている。
【０２２６】
また、本実施の形態の一対のセパレータ−シール部材接合体のうちの他方は、カソード３ｂと対向する面に酸化剤ガスのガス流路１２ｂが形成されたカソード側セパレータ７ｂと、メインシール部材８ｂがガス流路１２ｂを囲みサブシール部材１１ｂがガス流路１２ｂの外周側でメインシール部材８ｂの内周側に位置するようにカソード側セパレータ７ｂ
上に配置された実施の形態５のメインシール部材８ｂとサブシール部材１１ｂと仕切り部材９ｂとからなるシール部材とを備えている。
【０２２７】
上記構成の一対のセパレータ−シール部材接合体を、高分子電解質膜２上に電極（アノード３ａ、カソード３ｂ）を配置した膜−電極接合体（ＭＥＡ）１に対して、アノード３ａがガス流路１２ａと対向し、カソード３ｂがガス流路１２ｂと対向し、メインシール部材８ａがアノード３ａを囲み、メインシール部材８ｂがカソード３ｂを囲み、サブシール部材１１ａがガス流路１２ａの外周側でメインシール部材８ａの内周側に位置し、サブシール部材１１ｂがガス流路１２ｂの外周側でメインシール部材８ｂの内周側に位置し、仕切り部材９ａがアノード３ａの外縁（端面、側面、外周面）に接触し、仕切り部材９ｂがカソード３ｂの外縁（側面、外周面）に接触するように配置することにより、高分子電解質膜２とセパレータ７ａ，７ｂとの間の隙間をシール部材で塞いで、高性能で高耐久な燃料電池の実現が可能となる。
【０２２８】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材のメインシール部材８ａ，８ｂとアノード３ａ及びカソード３ｂの外縁（端面、側面、外周面）との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０２２９】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【０２３０】
（実施の形態９）
図１５は、本発明の実施の形態９の燃料電池を構成する燃料電池セルと一対のセパレータとを重ねる方向に並べて仕切り部材のある箇所（図９のＩ−Ｉ線）で切断した場合の断面を示す要部組立断面図である。図１５に示した本実施の形態において、図８〜図１４に示した実施の形態５〜８と同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【０２３１】
本実施の形態は、実施の形態７と実施の形態８の特徴を併せ持っており、図１５に示すように、ＭＥＡ１の電極３ａ，３ｂの周囲に高分子電解質膜２を挟み込むような形で枠体１０ａ，１０ｂを設けている。また、アノード側メインシール部材８ａ、カソード側メインシール部材８ｂ、アノード側サブシール部材１１ａ、カソード側サブシール部材１１ｂ、アノード側仕切り部材９ａ、カソード側仕切り部材９ｂは、それぞれセパレータ７ａ，７ｂ側に配置されている。
【０２３２】
そして、ＭＥＡ１を一対のセパレータ７ａ，７ｂによって挟んだ時に、枠体１０ａ，１０ｂとセパレータ７ａ，７ｂと電極３ａ，３ｂとメインシール部材８ａ，８ｂとサブシール部材１１ａ，１１ｂとの間にできた隙間１６ａ，１６ｂを仕切り部材９ａ，９ｂが塞ぐ構造を有する。
【０２３３】
基準面１７に対する、メインシール部材８ａ，８ｂと、サブシール部材１１ａ，１１ｂと、仕切り部材９ａ，９ｂとの高さの関係及びその他の構造、材料についても実施の形態５、実施の形態７、実施の形態８と同様であり、その効果は枠体１０ａ，１０ｂが設けられていてもシール部材がセパレータ７ａ，７ｂ側に配置されていても、それぞれのシール部材の圧縮される幅が、仕切り部材９ａ，９ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、サブシール部材１１ａ，１１ｂ＞サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部、メインシール部材８ａ，８ｂ＞仕切り部材９ａ
，９ｂとなるので、メインシール部材８ａ，８ｂでは最も耐圧の高いシール性を持ち、仕切り部材９ａ，９ｂはその次に耐圧の高いシール性を持つ。また、サブシール部材１１ａ，１１ｂの仕切り部材９ａ，９ｂとの接続部ではゼロ以上の弱いシール性を保つことで、接続部で応力が過剰に増大することを防ぎ、かつガスの回り込みを防ぐことができる。
【０２３４】
上記のように、本実施の形態によれば、それぞれアノード側シール部材及びカソード側シール部材のメインシール部材８ａ，８ｂとアノード３ａ及びカソード３ｂの外縁（端面、側面、外周面）との間に隙間が形成される場合であっても、反応ガスを電極反応に対して有効に利用することができ、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【０２３５】
更に、上記のような簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるアノード側シール部材及びカソード側シール部材を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３６】
本発明によれば、簡単な構成で、十分な発電性能を確保することが可能な高分子電解質形燃料電池を容易に且つ従来よりも確実に実現することができるので、家庭用コージェネレーションや車載用の燃料電池として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０２３７】
１  膜−電極接合体（ＭＥＡ）
２  高分子電解質膜
３ａ  電極（アノード）
３ｂ  電極（カソード）
７ａ  セパレータ
７ｂ  セパレータ
８ａ  メインシール部材
８ｂ  メインシール部材
９ａ  仕切り部材
９ｂ  仕切り部材
１０ａ  枠体
１０ｂ  枠体
１１ａ  サブシール部材
１１ｂ  サブシール部材
１２ａ  ガス流路
１２ｂ  ガス流路
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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