(57)【要約】【課題】燃料電池の耐衝撃性／耐振動性向上する。【解決手段】電解質層と前記電解質層の両側にそれぞれ設けられた電極とを有する発電体を用いる燃料電池は、積層された複数の発電体を含む積層体と、挟持部材と、剪断弾性部材とを備える。挟持部材は、積層体を積層方向に挟持するための部材である。剪断弾性部材は、積層体の積層方向の端面と挟持部材との間に介在すると共に、積層方向と直交する剪断方向に弾性変形する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と前記電解質層の両側にそれぞれ設けられた電極とを有する発電体を用いる燃料電池であって、
積層された複数の前記発電体を含む積層体と、
前記積層体を積層方向に挟持するための挟持部材と、
前記積層体の積層方向の端面と前記挟持部材との間に介在すると共に、前記積層方向と直交する剪断方向に弾性変形する剪断弾性部材と、
を備える、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有するゴム弾性部材を含む、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記剪断弾性部材の前記剪断方向の弾性変形量は、前記積層体の前記剪断方向の弾性変形量より大きい燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記剪断弾性部材は、前記積層方向に他の部材と接する接触面を有し、
前記接触面のうち少なくとも周縁部は、前記他の部材に接着されている、燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有する複数のゴム弾性部材と、前記複数のゴム弾性部材より積層方向の圧縮変形量が小さい１または複数の小変形部材を含み、
前記複数のゴム弾性部材は、小変形部材を介して積層されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記剪断弾性部材は、少なくとも積層方向の一方の端部が前記小変形部材であり、前記端部の小変形弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接している、燃料電池。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記弾性部材は、少なくとも積層方向の一方の端部がゴム弾性部材であり、前記端部のゴム弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接している、燃料電池。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７に記載の燃料電池は、さらに、
前記積層体が前記剪断方向に変位した場合に、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部に反力を与える反力付与部材を備える、燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池は、
さらに、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部を覆うプレートを備え、
前記反力付与部材は、前記積層体と前記プレートとの間に配置された緩衝特性を有する緩衝部材である、燃料電池。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池において、
前記積層体は、さらに、前記積層された複数の前記発電体と、前記挟持部材との間に配置された集電板を含む、燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池において、
前記積層体は、さらに、前記集電板と前記挟持部材との間に配置された絶縁板を含む、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池スタックの信頼性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の電解質膜を含む発電体を積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。
【０００３】
ところで、燃料電池は、その使用条件によって、外部からの衝撃や振動に対する十分な耐性が要求される場合がある。燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させるために、燃料電池スタックの積層方向に沿う側面を覆うプレートを設け、そのプレートと燃料電池スタックとの間に緩衝部材を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０３６７０号公報
【特許文献２】特開平６−１８８００８号公報
【特許文献３】実開平５−３０５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池に対する耐衝撃性、耐振動性の要求の高まりなどのため、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性のさらなる向上が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、電解質層と前記電解質層の両側にそれぞれ設けられた電極とを有する発電体を用いる燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、積層された複数の前記発電体を含む積層体と、挟持部材と、剪断弾性部材と、を備える。前記挟持部材は、前記積層体を積層方向に挟持するための部材である。前記剪断弾性部材は、前記積層方向と直交する剪断方向に弾性変形する。
【０００８】
こうすれば、剪断方向に弾性変形する剪断弾性部材の免震効果により、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性が向上する。
【０００９】
第１の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有するゴム弾性部材を含んでも良い。こうすれば、ゴム弾性部材による免震効果により、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性が向上する。
【００１０】
第１の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材の前記剪断方向の弾性変形量は、前記積層体の前記剪断方向の弾性変形量より大きくても良い。こうすれば、積層体にかかる剪断力が低減され、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性が向上する。
【００１１】
第１の態様に係る燃料電池において、剪断弾性部材において、前記積層方向に他の部材と接する接触面のうち少なくとも周縁部は、前記他の部材に接着されていても良い。こうすれば、弾性部材のへたりを抑制し、その結果、反応ガスや冷却媒体の漏れを抑制することができる。
【００１２】
第１の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材において、前記積層方向に他の部材と接する接触面のうち少なくとも周縁部は、前記他の部材に接着されていても良い。前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有する複数のゴム弾性部材と、前記複数のゴム弾性部材より積層方向の圧縮変形量が小さい１または複数の小変形部材を含み、前記複数のゴム弾性部材は、小変形部材を介して積層されていても良い。こうすれば、剪断弾性部材の圧縮方向の弾性変形量を抑制しつつ、剪断方向の弾性変形量を確保することができる。この結果、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を、剪断方向、積層方向ともに向上させることができる。
【００１３】
第１の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材は、少なくとも一方の積層方向の端部が前記小変形部材であり、前記端部の小変形弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接しても良く、少なくとも一方の積層方向の端部がゴム弾性部材であり、前記端部のゴム弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接していても良い。
【００１４】
第１の態様に係る燃料電池は、さらに、前記積層体が前記剪断方向に変位した場合に、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部に反力を与える反力付与部材を備えても良い。こうすれば、積層体が剪断方向に変位したときに、積層体に反力が加えられることにより、積層体にかかる剪断力を低減することができる。この結果、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を、より向上させることができる。
【００１５】
第１の態様に係る燃料電池は、さらに、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部を覆うプレートを備え、前記反力付与部材は、前記積層体と前記プレートとの間に配置された緩衝特性を有する緩衝部材であっても良い。こうすれば、緩衝部材から積層体に加えられる反力により、積層体にかかる剪断力を低減することができる。
【００１６】
第１の態様に係る燃料電池において、前記積層体は、さらに、前記積層された複数の前記発電体と、前記挟持部材との間に配置された集電板を含んでも良く、前記集電板と前記挟持部材との間に配置された絶縁板を含んでも良い。
【００１７】
本発明は、この他にも、上記態様に係る燃料電池を搭載した車両もしくは移動体のような装置発明、燃料電池の設置方法などの方法発明を始めとして、種々の態様にて実現され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００１９】
Ａ．実施例：
・燃料電池の構成
本発明の実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図１は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。図２は、発電体が積層された様子を示す説明図である。図３は、剪断弾性部材５０の構成を示す説明図である。
【００２０】
図１に示すように、燃料電池１００は、主要部として積層体６０を備えている。積層体６０は、積層された複数の発電体６１からなる発電スタックと、２枚の集電板６２と、２枚の絶縁板６３から構成されている。発電スタックの端部付近の構成は左右対象であるので、図１の下側に、発電スタックの左端部付近の拡大図を代表して示す。当該拡大図に示すように、２枚の集電板６２は、発電スタックの積層方向の両端部に、発電スタックを挟むように配置されている。２枚の絶縁板６３は、各絶縁板６３の外側にそれぞれ配置されている。
【００２１】
燃料電池１００は、さらに、積層体６０を積層方向に挟持するための挟持部材である２枚のエンドプレート１０と、エンドプレート１０と積層体６０の間に介在する剪断弾性部材５０と、テンションプレート２０とを備えている。本実施例では、積層体６０の最外端に絶縁板６３が配置されているので、剪断弾性部材５０は、エンドプレート１０と絶縁板６３との間に配置されている。テンションプレート２０は、積層方向に沿って、積層体６０の側面の一部を覆うように配置されている。燃料電池１００は、テンションプレート２０がボルト３０によって各エンドプレート１０に結合されることによって、積層体６０を、積層方向に所定の締結力Ｐで締結する構造となっている。エンドプレート１０およびテンションプレート２０は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板６３は、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板６２は、緻密質カーボンや銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。
【００２２】
図１の上側に、積層体６０の側面のうち、テンションプレート２０に覆われた部分の拡大図を示す。当該拡大図に示すように、テンションプレート２０と積層体６０との間には緩衝部材４０が配置されている。緩衝部材４０は、弾性と絶縁性を有する材料、例えば、ゴムや、発泡樹脂により形成されている。緩衝部材４０は、例えば、２ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚さであり、テンションプレート２０により積層体６０の側面に所定の力で押さえ付けられていても良いし、押さえ付けられていなくても良い。
【００２３】
図２を参照して、発電スタックの構成について説明を加える。発電スタックは、多数、例えば、数百枚の発電体６１がセパレータ８０（図１では図示省略）を挟んで積層されたものである。
【００２４】
発電体６１は、図２に示すように、膜電極接合体（以下、ＭＥＡともいう。）とＭＥＡの外周縁部に接合されたシール部７を備えている。ＭＥＡは、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜５と、電解質膜５の一方の面に配置されたアノード（図示せず）、電解質膜５の他方の面に配置されたカソード（図示せず）と、アノードおよびカソードと、セパレータ８０との間にそれぞれ配置された拡散層４、６とを備えている。拡散層４、６は、反応ガス（酸化ガスや燃料ガス）の流路として機能し、例えば、金属やカーボンを用いて構成された多孔体である。シール部７は、セパレータ８０間および電極間をシールし、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料を用いて構成される。シール部７は、金型のキャビティにＭＥＡの外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。こうすることで、ＭＥＡとシール部７とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。
【００２５】
セパレータ８０は、図２に示すように、発電体６１のカソード側に対向するカソードプレート８１と、アノード側に対向するアノードプレート８３と、カソードプレート８１とアノードプレート８３とに挟持される中間プレート８２とを備えている。これらの３枚の板は重ね合わせて、ホットプレスすることにより接合されている。各プレート８１〜８３は、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）板によって形成されている。
【００２６】
積層体６０には、反応ガスおよび冷却水を供給および排出するためのマニホールドが、発電スタックを積層方向に貫通するように設けられている。セパレータ８０には、上述したマニホールドに供給された反応ガスをアノードあるいはカソードに分配するための反応ガス流路、および、冷却水を循環させるための冷却水流路が形成されている。図２にはこれらのマニホールドおよび流路のうち、酸化ガス供給マニホールド１４０と、酸化ガス供給流路８４と、酸化ガス排出流路８５と、酸化ガス排出マニホールド１３０とが示されており、矢印は酸化ガスの流動経路を示している。
【００２７】
図１に戻って説明を続ける。燃料電池１００において、反応ガスおよび冷却水の発電スタックに対する供給および排出は、図１における左側から行われる。このため、左側のエンドプレート１０、剪断弾性部材５０、絶縁板６３、集電板６２には、外部と発電スタックに設けられたマニホールドとを連通する貫通孔がそれぞれ設けられている（図示は省略する）。
【００２８】
図３を参照して、剪断弾性部材５０の構成について説明する。本実施例における剪断弾性部材５０は、４枚の弾性部材５１と、３枚の剛性部材５２とを交互に積層・接着して構成されている。弾性部材５１は、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）を用いて形成され、剛性部材５２は、ステンレス（ＳＵＳ）やセラミックスを用いて形成されている。弾性部材５１の厚さｔ１は、例えば、１．５〜４．０ｍｍ（ミリメートル）に形成され、剛性部材５２の厚さｔ２は、例えば、０．５〜１．５ｍｍに形成されている。
【００２９】
剪断弾性部材５０をこのような積層構造にすることにより、圧縮方向に対する弾性変形を抑制しつつ（圧縮弾性率を大きくしつつ）、剪断方向に対する弾性変形を大きく（剪断弾性率を小さく）することができる。ここで、剪断弾性部材５０における圧縮方向は積層方向に平行な方向であり、剪断方向は積層方向と直交する方向である。
【００３０】
図４〜図６を参照して、かかる積層構造によって、圧縮弾性率を抑制しつつ、剪断弾性率を大きくできる理由について説明する。図４は、シミュレーションに用いたサンプルを示す図である。図５は、シミュレーション結果を示すグラフである。図６は、積層構造と単一構造のＥＰＤＭを示す図である。
【００３１】
１辺の長さが２２５ｍｍの正方形のＥＰＤＭシートＲＢをＳＵＳシートＳＴで挟持したサンプル（図４）について、シミュレーションを行った。シミュレーションでは、厚さＴの異なる複数のサンプルについて圧縮変位と剪断変位を測定した。図４に示すように、圧縮変位は圧縮力Ｆ１を付与した場合における積層方向の変形量であり、剪断変位は剪断力Ｆ２を付与した場合における剪断方向の変形量である。本試験では、圧縮力Ｆ１および剪断力Ｆ２はそれぞれ５０００Ｎ（ニュートン）とした。
【００３２】
図５のグラフにその結果を示す。剪断変位は、ＥＰＤＭシートＲＢの厚さＴに比例して大きくなる。一方、圧縮変位は、厚さＴの増大に対して概ね２次曲線状に大きくなる。すなわち、圧縮変位は、ＥＰＤＭシートＲＢの厚さＴが４．０ｍｍ以下の範囲にある場合には厚さＴが増大に対してゆるやかに増大し、厚さＴが４．０を超えた辺りから厚さＴの増大に対して急激に増大する。したがって、ＥＰＤＭシートＲＢの厚さＴが薄くなる程、剪断変位の圧縮変位に対する比率は大きくなる。
【００３３】
具体的には、図５に示すように、ＥＰＤＭシートＲＢの厚さＴが９ｍｍであるとき、圧縮変位約３．４５×１０−３ｍｍに対して剪断変位は０．９ｍｍ（剪断変位／圧縮変位≒２６０）であるが、ＥＰＤＭシートＲＢの厚さＴが３ｍｍであるとき、圧縮変位０．１３×１０−３ｍｍに対して剪断変位は０．３ｍｍ（剪断変位／圧縮変位≒２３００）である。この結果、厚さ３ｍｍのＥＰＤＭシートＲＢ２を薄いステンレス板ＳＴを挟んで３枚積層した部材（図６（ａ））と、単一の厚さ９ｍｍのＥＰＤＭシートＲＢ３（図６（ｂ））とを比較すると、剪断変位は同じであるが、圧縮変位は３枚積層した部材の方が大幅に小さくなることが解る。
【００３４】
以上説明した本実施例における燃料電池１００によれば、剪断弾性部材５０をエンドプレート１０と積層体６０との間に配置しているので、剪断弾性部材５０の免震効果により、燃料電池１００に加えられた衝撃や振動が積層体６０に伝わるのを抑制することができる。この結果、燃料電池１００の耐衝撃性および耐振動性を向上することができる。
【００３５】
さらに、燃料電池１００は、剪断弾性部材５０が配置されることにより、燃料電池１００に対して衝撃や振動が加えられたときに、緩衝部材４０から積層体６０に付与される反力が増大するので、燃料電池１００に加えられた衝撃や振動が積層体６０に伝わるのを、より抑制することができる。この結果、燃料電池１００の耐衝撃性および耐振動性をより向上することができる。
【００３６】
図７および図８を説明して、より詳しく説明する。図７は、実施例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。図８は、従来の燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。図７および図８では、各部分の寸法比を、理解の容易のために適宜変更して表現している。例えば、図７および図８では、緩衝部材４０およびテンションプレート２０の上下方向の寸法を拡大して示している。また、積層体６０の上下方向の変形量を大きく描写している。
【００３７】
燃料電池１００に対する衝撃や振動より外力Ｆが、図７、８の上から下に向けて、積層体６０に負荷されたとする。かかる場合、本実施例における燃料電池１００（図７）では、積層体６０より剪断方向に弾性変形しやすい（積層体６０より剪断弾性率が小さい）剪断弾性部材５０が剪断変形することにより、積層体６０全体が、図７の下方向に変位する。そうすると、積層体６０全体が、図７の下側の緩衝部材４０を圧縮するので、緩衝部材４０から積層体６０に対して大きな反力Ｑが付与される。この結果、本実施例において、積層体６０に加えられる最大の剪断応力ｆは、（Ｆ−Ｑ）／２となる。
【００３８】
一方、従来における燃料電池１００ｂ（図８）は、剪断弾性部材５０が備えられていない。この結果、外力Ｆが負荷されたと場合、従来における燃料電池１００ｂでは、積層体６０がエンドプレート１０に固定されているので、積層体６０が、実施例における燃料電池１００ほど、下方向に変位することができない。そうすると、図７の下側の緩衝部材４０から積層体６０に対して付与される反力ｑは、実施例における燃料電池１００における反力Ｑより小さくなってしまう（ｑ＜Ｑ）。この結果、従来おいて、積層体６０に加えられる最大の剪断応力ｆｂ＝（Ｆ−ｑ）／２は、本実施例における上述した最大の剪断応力ｆは、（Ｆ−Ｑ）／２より大きくなることが解る。すなわち、本実施例では剪断弾性部材５０を備えることにより、従来と比較して、積層体６０にかかる剪断応力が低減されることが解る。この結果、燃料電池１００の耐衝撃性および耐振動性をより向上することができる。
【００３９】
さらに、本実施例における剪断弾性部材５０は、図３に示すような積層構造を有することにより、圧縮方向に対する弾性変形を抑制しつつ（圧縮弾性率を大きくしつつ）、剪断方向に対する弾性変形を大きく（剪断弾性率を小さく）している。したがって、剪断弾性部材５０は積層方向に変形し難く、積層体６０の積層方向への変位は抑制される。この結果、積層体６０の側面と緩衝部材４０とが積層方向にずれて擦れ合うことを抑制して、積層方向の耐衝撃性および耐振動性を確保できる。積層体６０の側面と緩衝部材４０とが擦れ合うことは、積層体６０において各発電体６１間のシール性不良を引き起こすおそれがあるので好ましくない。
【００４０】
ここで、剪断弾性部材５０の外側の端部に位置する弾性部材５１は、エンドプレート１０に十分な強度で接着されていることが好ましく、剪断弾性部材５０の内側の端部に位置する弾性部材５１は、積層体６０の端部、すなわち、絶縁板６３に十分な強度で接着されていることが好ましい。特に、反応ガスおよび冷却水の全部または一部が供給される側（図１の例では左側）の剪断弾性部材５０においては、かかる接着がなされていることが好ましい。図９は、反応ガス／冷却水漏れの態様を説明する説明図である。もし、かかる接着が十分でないと、図９に示すように、剪断弾性部材５０とエンドプレート１０との間、もしくは、剪断弾性部材５０と積層体６０との間に隙間ＮＴが生じてしまい、反応ガスや冷却水の漏れが生じるおそれがあるからである。具体的には、剪断弾性部材５０とエンドプレート１０との間、もしくは、剪断弾性部材５０と積層体６０との間の接着面のうち、少なくとも周縁部は十分な強さで接着されていることが好ましい。
【００４１】
Ｂ．変形例：
・第１変形例：
剪断弾性部材５０における弾性部材５１の積層数は、実施例のように、４層には限られない。また、剪断弾性部材５０の端面は、実施例では、両端とも弾性部材５１であるがこれに限られない。
【００４２】
図１０は、第１変形例における剪断弾性部材を示す図である。図１０に示す剪断弾性部材５０ｂのように弾性部材５１は２層であっても良い。かかる層数は、燃料電池１００の仕様に応じて、要求される耐衝撃性／耐振動性を確保できる程度に十分な剪断方向の弾性変形量を確保しつつ、ガス漏れ等が発生しない程度に積層方向の弾性変形量を抑制できるように、適宜変更されて良い。例えば、燃料電池１００が車載される場合など、高い耐衝撃性／耐振動性が要求される場合には、高い剪断方向の弾性変形量を確保するため、弾性部材５１の層数は、５層以上であっても良い。また、燃料電池１００が住居に設置される場合など、あまり高い耐衝撃性／耐振動性が要求されない場合、弾性部材５１は１層（剛性部材５２はなし）でも良い。
【００４３】
また、図１０に示す剪断弾性部材５０ｂのように、剪断弾性部材の端面は、両端とも剛性部材５２であっても良い。かかる場合には、剪断弾性部材５０の外側の端部に位置する弾性部材５１は、エンドプレート１０に十分な強度で接着され、剪断弾性部材５０ｂの内側の端部に位置する剛性部材５２は、積層体６０の端部、すなわち、絶縁板６３に十分な強度で接着されるのが好ましい。
【００４４】
ただし、図１０に示すように剪断弾性部材の端面が剛性部材５２である場合、剛性部材５２に十分な剛性があり、図９に示すような隙間ＮＴを生じるおそれがない場合には、当該端部の剛性部材５２と、当該端部の剛性部材５２と積層方向に接する部材（例えば、エンドプレート１０、または、絶縁板６３）との間は接着を省いても良い。こうすれば、接着工程が不要なだけ、燃料電池１００の組み立て工程を削減し、組み立て容易となる。なお、実施例のように剪断弾性部材５０の両端が弾性部材５１である場合には、接着工程を要するが、剛性部材５２の数を少なく、部品点数が低減できる。
【００４５】
・第２変形例：
上記実施例における剪断弾性部材５０において、複数の弾性部材５１は、ＥＰＤＭを用いて形成されているが、これに限られない。弾性部材５１は、ゴム弾性を有する各種材料、例えば、ゴムやエラストマーを用いて形成されるのが好ましい。具体的には、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。ゴム弾性（rubber elasticity）とは、高分子鎖の伸び縮み（ミクロブラウン運動）によって起こる弾性をいう。また、弾性部材５１は、燃料電池１００に求められる耐衝撃性／耐振動性によっては、ゴム弾性を有していなくとも、ある程度、剪断方向に弾性変形する材料で形成して良いこともあり得る。この場合においても、弾性部材５１は、剪断方向の弾性変形量が、積層体６０の剪断方向の弾性変形量より大きい材料であることが好ましい。
【００４６】
・第３変形例：
上記実施例における剪断弾性部材５０において、複数の弾性部材５１は剛性部材５２を挟んで積層されているが、複数の弾性部材５１は、剛性部材５２に限らず弾性部材５１より積層方向に圧縮変形しない部材を挟んで積層されていれば良い。例えば、剛性部材５２に代えて、金属やセラミックスほどの剛性はないがゴム弾性を有しない部材、例えば、高強度繊維で編まれた布、プラスチックを用いても良い。
【００４７】
・第４変形例：
上記実施例における緩衝部材４０は、様々な構造および材料を採用することができる。例えば、緩衝部材４０は、積層体６０との接する絶縁する絶縁層と、絶縁層とテンションプレート２０との間に配置され、反力を生み出すための緩衝層との２層構造を有しても良い。例えば、絶縁層はフッ素系樹脂、緩衝層は発泡ウレタン、フッ素ゴム、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。また、緩衝部材４０は、空気を充填した袋状の部材を用いることもできる。
【００４８】
・第５変形例：
上記実施例における緩衝部材４０は省略することもできる。かかる場合には、テンションプレート２０は、金属に代えて絶縁性の材料を使用する、あるいは、絶縁層を塗布するなどにより、積層体６０を構成する複数の発電体６１どうしの短絡を引き起こさないように構成される。図１１および図１２を参照して、緩衝部材４０を備えない燃料電池を第５変形例として説明する。図１１は、第５変形例における燃料電池を示す概略図である。図１２は、第５変形例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。図１１および図１２では、上述した図７および図８と同様に、各部分の寸法比を、理解の容易のために適宜変更して表現している。
【００４９】
第５変形例における燃料電池１００ｃは、緩衝部材４０が備えられていない点で、実施例における燃料電池１００と異なる。また、第５変形例における燃料電池１００ｃでは、緩衝部材４０が無い分、テンションプレート２０は、積層体６０の側面により近くに位置しており、テンションプレート２０と積層体６０の側面の間には、空間ＳＰが設けられている。第５変形例における燃料電池１００ｃのそれ以外の構成は、実施例における燃料電池１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００５０】
燃料電池１００ｃに対する衝撃や振動より外力Ｆが、図１２の上から下に向けて、積層体６０に負荷されたとする。かかる場合、本変形例における燃料電池１００ｃでは、実施例における燃料電池１００と同様に、剪断弾性部材５０が剪断変形することにより、積層体６０全体が、図７の下方向に変位する。そうすると、積層体６０全体が、図１２に示すように、下側の緩衝部材４０に接触して撓ませる。この結果、撓んだテンションプレート２０から積層体６０に対して反力Ｑ’が付与される。この結果、本実施例において、積層体６０に加えられる最大の剪断応力ｆは、反力Ｑ’によって低減される（ｆ＝（Ｆ−Ｑ’）／２。この結果、この結果、燃料電池１００ｃの耐衝撃性および耐振動性を向上することができる。
【００５１】
・第６変形例：
上記実施例では、積層体６０の両端にそれぞれ剪断弾性部材５０を配置しているが、片側の端にのみ剪断弾性部材５０を配置することとしても良い。例えば、あまり高い耐衝撃性／耐振動性が要求されない場合には、剪断弾性部材５０を片側のみに配置することが考えられる。
【００５２】
・その他の変形例：
実施例における絶縁板６３は、剪断弾性部材５０が十分な絶縁性を有している場合には、省略されても良い。かかる場合には、剪断弾性部材５０は、集電板６２に接触・接着される。
【００５３】
上記各実施例では、セパレータ８０は３層の金属板を積層した構成であり、平坦な形状であるとしているが、セパレータ８０の構成および材料は他の任意の構成とすることが可能であり、またセパレータ８０の形状は他の任意の形状とすることが可能である。
【００５４】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例における燃料電池の構成を示す説明図。
【図２】発電体が積層された様子を示す説明図。
【図３】剪断弾性部材５０の構成を示す説明図。
【図４】シミュレーションに用いたサンプルを示す図。
【図５】シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図６】積層構造と単一構造のＥＰＤＭを示す図。
【図７】実施例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図。
【図８】従来の燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図。
【図９】反応ガス／冷却水漏れの態様を説明する説明図。
【図１０】第１変形例における剪断弾性部材を示す図。
【図１１】第５変形例における燃料電池を示す概略図。
【図１２】第５変形例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図。
【符号の説明】
【００５６】
４、６…拡散層
５…電解質膜
７…シール部
１０…エンドプレート
２０…テンションプレート
３０…ボルト
４０…緩衝部材
５０、５０ｂ…剪断弾性部材
５１…弾性部材
５２…剛性部材
６０…積層体
６１…発電体
６２…集電板
６３…絶縁板
８０…セパレータ
８１…カソードプレート
８２…中間プレート
８３…アノードプレート
１００、１００ｂ、１００ｃ…燃料電池
【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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