(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性の向上。【解決手段】燃料電池素スタックのセパレータ５０は略矩形状に形成されており、四隅にロッド３１０を受け入れるＬ字状の切欠部が設けられている。切欠部の表面には複数の溝が形成されている。セパレータとロッドとの間には拘束部材３２０が設けられている。セパレータは、燃料電池スタックへの衝撃や振動により慣性力Ｆ１を受けた場合、拘束部材を圧縮して反力Ｆ２を受ける。更に、セパレータの切欠部の表面には溝が形成されているため、セパレータと拘束部材３２０の境界面に生じる摩擦力により拘束部材は剪断変形し、セパレータは拘束部材から反力Ｆ３を受ける。従って、セパレータは、慣性力Ｆ１を受けた場合に、拘束部材から反力２に加え反力Ｆ３を得ることができ、位置ずれが抑制される。よって、反応ガスのリークや積層体の損傷を抑制できる。【選択図】図７
2008269936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックに用いられるセパレータであって、
外周部に切り欠き状に形成され、前記燃料電池スタックを拘束する拘束部材を係合するための切欠部と、
前記切欠部に形成された複数の溝と、を備えるセパレータ。
【請求項２】
燃料電池スタックであって、
外周部に切り欠き状に形成され、複数の溝を有する第１の切欠部を備えるセパレータを、複数積層した積層体と、
前記積層体の両端に設けられた一対のプレートと、
前記積層体の積層方向に沿って、前記切欠部に係合される積層部材と、
前記第１の切欠部と前記積層部材との間に配置され、前記積層体を拘束する第１の拘束部材と、
前記積層部材を積層方向に押圧して前記一対のプレートに固定するための固定部材と、を備える、燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックであって、
前記積層部材の、前記第１の拘束部材に対向する部位には、複数の溝が形成されている、燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体は、外周部に前記積層部材が係合される第２の切欠部が形成され、膜電極接合体を有する複数の発電ユニットと、
前記複数の発電ユニットと前記積層部材との間に配置された第２の拘束部材と、を備え、
前記複数のセパレータのそれぞれは、三つの金属プレートを積層して形成される三層積層型のセパレータであり、
前記積層体は、前記三層積層型のセパレータと、前記発電ユニットとを交互に複数積層して構成されており、
前記第２の切欠部には、複数の溝が形成されている、燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項２または請求項３記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体は、前記複数のセパレータのうち、２つのセパレータで膜電極接合体を両側から狭持した単セルを複数積層して構成されている、燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項２ないし請求項４いずれか記載の燃料電池スタックであって、
前記溝の断面形状は、略Ｖ字状である、燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項２ないし請求項４いずれか記載の燃料電池スタックであって、
前記複数の溝の断面形状は、矩形状である、燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項２ないし請求項４いずれか記載の燃料電池スタックであって、
前記複数の溝の断面形状は、波状である、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、燃料電池に関し、特に、燃料電池スタックの締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックには、例えば、セパレータを有する積層体と、積層体の積層方向に沿って配置された積層部材と、積層体と積層部材との間に配置された積層体を拘束し位置ずれを抑制する拘束部材とを有するものがある。拘束部材は、例えば、外部からの衝撃や振動によるセパレータや膜電極接合体の移動に応じて収縮し、係る収縮の反力により膜電極接合体やセパレータの位置ずれや損傷を抑制している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５６８８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５８４５号公報
【特許文献３】特開２００４−３２７１２５号公報
【特許文献４】特開平５−２３４６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、セパレータにおいて、拘束部材との接触面は平滑に形成されている。そのため、外部からの衝撃や振動に応じて拘束部材に生じる剪断力が生じる。セパレータと拘束部材との接触面に沿って生じる反力は、拘束部材に生じる剪断力に比べて小さい。その結果、セパレータと拘束部材との間で位置ずれが生じ、反応ガスのリークや積層体の損傷を招くおそれがある。
【０００５】
上記課題は、セパレータと拘束部材との間に特化した課題ではなく、積層部材と拘束部材との間においても同様に生じる課題である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
本発明の第１の態様は、燃料電池に用いられるセパレータを提供する。第１の態様のセパレータにおいて、外周部に切り欠き状に形成され、前記燃料電池スタックの外周に配置される拘束部材と係合する切欠部であって、表面に複数の溝が形成された切欠部、を備えることを要旨とする。
【０００９】
第１の態様のセパレータによれば、セパレータの切欠部に溝が形成されている。よって、燃料電池スタックへの振動や衝撃などによりセパレータに対して慣性力が作用した場合に、拘束部材とセパレータとの摩擦力を、セパレータの切欠部が平滑に形成されている場合に比して増加できる。よって、拘束部材に生じる剪断力に対する反力を増加でき、セパレータの位置ずれを抑制できる。従って、第１の態様のセパレータを用いた燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上できる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、燃料電池スタックを提供する。第２の態様の燃料電池スタックは、複数のセパレータを有する積層体であって、複数のセパレータであって、前記複数のセパレータのそれぞれは、外周部に切り欠き状に形成された第１の切欠部を有する、積層体と、前記積層体の両端に設けられた一対のプレートと、前記積層体の積層方向に沿って、前記切欠部に係合される積層部材と、前記切欠部と前記積層部材との間に配置され、前記積層体を拘束する拘束部材と、前記積層部材を積層方向に押圧して前記一対のプレートに固定するための固定部材と、を備え、前記複数のセパレータのそれぞれの切欠部には、複数の溝が形成されていることを要旨とする。
【００１１】
第２の態様の燃料電池スタックによれば、切欠部に溝が形成されているため、拘束部材とセパレータとの接触部位の表面を非平滑にできる、よって、拘束部材とセパレータとの摩擦力を、セパレータの切欠部が平滑に形成されている場合に比して増加でき、セパレータの位置ずれを抑制できる。従って、耐振動性および耐衝撃性を向上でき、燃料電池スタックの破損や反応ガスのリークを抑制できる。
【００１２】
第２の態様の燃料電池スタックにおいて、積層部材の、前記拘束部材に対向する部位には、複数の溝が形成されていてもよい。第２の態様の燃料電池によれば、拘束部材とセパレータ間のみでなく、拘束部材と積層部材との間の摩擦力を増加できる。従って、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性の向上を図ることができる。
【００１３】
第２の態様の燃料電池スタックにおいて、更に、膜電極接合体を有する発電ユニットであって、外周部に前記積層部材が係合される第２の切欠部が形成されている、複数の発電ユニットと、前記発電ユニットと前記積層部材との間に配置された第２の拘束部材と、を備え、前記複数のセパレータのそれぞれは、三つの金属プレートを積層して形成される三層積層型のセパレータであり、前記積層体は、前記三層積層型のセパレータと、前記発電ユニットとを交互に複数積層して構成されており、前記第２の切欠部には、複数の溝が形成されていてもよい。
【００１４】
第２の態様によれば、三層積層型のセパレータ発電ユニットとを交互に複数積層して構成された燃料電池スタックにおいて、セパレータに形成された切欠部と発電ユニットに形成された切欠部とにそれぞれ溝を形成できる。よって、三層積層型のセパレータを用いた燃料電池スタックにおいて、セパレータおよび発電ユニットの位置ずれを抑制できる。従って、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上できる。
【００１５】
第２の態様の燃料電池スタックにおいて、前記積層体は、前記複数のセパレータのうち、２つのセパレータで膜電極接合体を両側から狭持した単セルを複数積層して構成されていてもよい。
【００１６】
第２の態様によれば、セパレータの切欠部に溝が形成されているため、単セルを複数積層して構成される燃料電池スタックにおいて、セパレータの位置ずれを抑制できる。
【００１７】
第２の態様の燃料電池スタックにおいて、複数の溝の断面形状は、略Ｖ字状でもよい。第２の態様の燃料電池によれば、複数の溝を簡易に形成できる。
【００１８】
第２の態様の燃料電池スタックにおいて、複数の溝の断面形状は、矩形状でもよい。また、第２の態様の燃料電池スタックにおいて、複数の溝の断面形状は、波状でもよい。第２の態様の燃料電池によれば、溝形状が略Ｖ字状の場合に比して、セパレータに形成されている各溝と拘束部材とを面接触させることができる。従って、拘束部材の損傷を抑制できる。
【００１９】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
第１実施例の燃料電池システムは、燃料電池スタック（以下、単に「スタック」とも呼ぶ）と、燃料ガス供給部と、酸化ガス供給部と、冷却液循環部と、各部を制御するコントローラと、を備えている。燃料ガス供給部は、燃料ガス（水素ガス）をスタックに供給する機能を有する。酸化ガス供給部は酸化ガス（空気）をスタックに供給する機能を有する。冷却液循環部は、スタック内部で冷却液を循環させる機能を有する。第１実施例の燃料電池スタックは、複数のセパレータと、膜電極接合体を有する複数の発電ユニットとを備える。
【００２１】
Ａ１−１：セパレータの構成：
図１は、第１実施例におけるセパレータの構成を例示する平面図である。第１実施例のセパレータは、３つのプレートから構成されている。図１（Ａ）は、膜電極接合体のカソード側に配置されるカソード側プレート５２を示している。図１（Ｃ）は、膜電極接合体のアノード側に配置されるアノード側プレート５６を示している。図１（Ｂ）は、カソード側プレートとアノード側プレートの間に配置される中間プレート５４を示している。各プレート５２，５４，５６は、略矩形状に形成されており、各プレート５２，５４，５６は、四隅に、切り欠き状に形成されたＬ字状の切欠部４００ｃ．４００ｍ，４００ａを備える。各切欠部４００ｃ．４００ｍ，４００ａの表面には、複数の溝４０１が形成されている。３つのプレート５２，５４，５６は、例えば、ステンレス鋼やチタン、チタン合金などの導電性を有する金属製の板材に対して、抜き打ちプレス処理を施すことにより形成される。３つのプレートが拡散接合等の種々の接合法によって接合され、セパレータが構成される。
【００２２】
Ａ１−２．発電ユニットの構成：
図２は、第１実施例における発電ユニットについて説明する平面図である。発電ユニット２０は、略矩形状に形成されており、四隅に切欠部４００ｇが形成されている。切欠部４００ｇの表面には、複数の溝が形成されている。発電ユニット２０は、膜電極接合体の両側にガス拡散層が設けられたアセンブリ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly:ＭＥＧＡ)２２と、ＭＥＧＡ２２の周囲に設けられたガスケット２６と、を含んでいる。
【００２３】
ＭＥＧＡ２２は、電解質膜を含んでおり、電解質膜の両側に形成された触媒電極層と、触媒電極層の外側に形成されたガス拡散層を備える。電解質膜は、例えば、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜を用いて形成されている。また、触媒電極層は、カーボン粒子に白金などの触媒が担持された触媒層を用いて形成されている。ガス拡散層は、カーボンペーパーなどのガス透過性および導電性を有する材料を用いて形成されている。
【００２４】
ガスケット２６は、図２に示すように、射出成形によりＭＥＧＡ２２の周囲に設けられており、ＭＥＧＡ２２と一体的に形成されている。ガスケット２６は、セパレータ５０と接触する突状部を有している。突状部は、ＭＥＧＡ２２の周囲に形成されている。燃料電池スタックのシール性（気密性）を確保する。
【００２５】
なお、ガスケット２６およびセパレータ５０を構成する各プレート５２，５４，５６には、酸化ガス用貫通孔６１ａ，６２ａ，６１ｃ，６２ｃ，６１ｍ，６２ｍ，６１ｇ、６２ｇと燃料ガス用貫通孔６３ａ，６４ａ，６３ｃ，６４ｃ，６３ｍ，６４ｍ，６３ｇ、６４ｇと、冷却液用貫通孔６５ａ，６６ａ，６５ｃ，６６ｃ，７８，６５ｇ、６６ｇとが形成されている。また、カソード側プレート５２には、貫通孔６１ｃの近傍に複数の小孔７１ｃが形成されているとともに、貫通孔６２ｃ近傍に、複数の小孔７２ｃが形成されている。また、アノード側プレート５６には、貫通孔６３ａ近傍に複数の小孔７３ａが形成されているとともに、貫通孔６４ａ近傍に複数の小孔７４ａが形成されている。また、中間プレート５４には、複数の連通孔７１ｍ、７２ｍ、７３ｍ、７４ｍが形成されている。更に、中間プレート５４には、冷却水用流路を構成する複数の長孔７８が形成されている。
【００２６】
Ａ１−３．燃料電池スタック外観：
図３は、第１実施例における燃料電池スタック１００の外観を例示する説明図である。図３（ａ）は、スタック１００の側面を表しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＺ−Ｚ断面を表している。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、スタック１００は、積層体１０１と、積層体１０１の一方の側に設けられた第１の集電プレート１７２および第１の絶縁プレート１８２と、積層体１０１の他方の側に設けられた第２の集電プレート１７４および第２の絶縁プレート１８４と、締結機構３００を備えている。積層体１０１は、セパレータ５０と発電ユニット２０とが交互に積層されて構成されている。
【００２８】
締結機構３００は、積層体１０１を締結するためのねじ式の締結手段であり、積層体が圧縮されるように積層体に加重を印加する機能を有する。締結機構３００は、４本のロッド３１０と、２つのエンドプレート３２２，３２４と、を備えている。
【００２９】
セパレータ５０および発電ユニット２０の四隅に形成された切欠部４００ｃ．４００ｍ，４００ａおよび４００ｇは、４本のロッド３１０を受け入れる４つの切欠部４００を構成する。集電プレート１７２、１７４および絶縁プレート１８２，１８４にも同様に４つのＬ字状の切欠部４００が設けられている。
【００３０】
４本のロッド３１０は、図３（ｂ）に示すように、積層体１０１の四隅に配置されている。各ロッド３１０は、略正方形の断面を有しており、積層体の切欠部４００に係合される。各ロッド３１０の両端部には、雌ねじが形成されている。各ロッド３１０と積層体１０１との間には、拘束部材３２０が配置されている。
【００３１】
拘束部材３２０は、ロッド３１０と切欠部４００との間に設けられており、緩衝性および絶縁性のある材質、例えば、ゴム、樹脂、ウレタンにより形成されている。拘束部材３２０は、燃料電池スタック１００への衝撃や振動による、発電ユニットやセパレータなどの位置ずれを抑制するとともに、ロッド３１０を介したセパレータ間の導通を防止する。
【００３２】
２つのエンドプレート３２２，３２４は、スタック１００の積層方向の両端部に配置されており、４本のロッド３１０を介して互いに接続されている。各エンドプレート３２２，３２４には、４つの貫通孔が設けられている。第１のエンドプレート３２２の４つの貫通孔には、４本のボルト３１２が挿入されており、第２のエンドプレート３２４の４つの貫通孔には、４本のボルト３１４が挿入されている。各ロッド３１０は、各ロッドの両端部において、ボルト３１２、３１４でねじ止めされている。第１実施例では、締結機構３００を構成する締結部材、すなわち、ロッド３１０とエンドプレート３２２，３２４とボルト３１２，３１４とは、例えば、ステンレス鋼などの金属によって形成されている。
【００３３】
なお、第２のエンドプレート３２４には、スタック１００内部で燃料ガスと酸化ガスと冷却液とを流通させるための図示しない３つの供給口および３つの排出口が設けられている。また、２つの集電プレート１７２，１７４には、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、出力端子を介して、スタック１００の発電によって生成された電力が負荷に供給される。集電プレート１７２，１７４は、緻密質カーボンや銅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。絶縁プレート１８２、１８４は、ゴムや樹脂などの絶縁性部材により形成されている。
【００３４】
Ａ２．締結構造：
図４は、第１実施例における積層体の切欠部近傍を表す部分拡大図であり、図３における円Ｘの拡大図である。切欠部４００には、ロッド３１０が係合される。切欠部４００とロッド３１０の間には、拘束部材が配置される。図４に示すように、積層体１０１を構成するセパレータ５０および発電ユニット２０の、拘束部材３２０に対向する部位（切欠部４００の表面）には、複数の溝４０１が形成されている。また、ロッド３１０の、拘束部材３２０に対向する部位にも、複数の溝３１１が形成されている。拘束部材３２０は、セパレータ５０もしくは発電ユニット２０とロッド３１０との間を満たすように配置される。拘束部材３２０は、例えば射出成形により形成されていてもよい。
【００３５】
図５は、第１実施例におけるセパレータ５０の切欠部を表す斜視図である。図５に示すように、セパレータ５０の切欠部４００ｎは、Ｘ方向に沿った第１の面４０２とＹ方向に沿った第２の面４０４を有する。第１の面４０２および第２の面４０４の表面には、積層方向（Ｚ方向）に沿ったＶ字状の溝４０１が複数形成されている。
【００３６】
図６は、第１実施例におけるロッドを説明する斜視図である。ロッド３１０は、各柱状に形成されており、４つの側面３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄを有する。４つの側面３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄのうち、拘束部材に対向する側面３１０ａ，３１０ｂ（以降、対向面３１０ａ，３１０ｂと呼ぶ）には、積層方向に（Ｚ方向）沿ってＶ字状の溝３１１が複数形成されている。
【００３７】
なお、図５および図６では、説明を簡略とするため、Ｖ字状の溝を約１０個程度として記載しているが、実際には、図５，図６に記載されている溝数より多数の溝が形成されている。また、セパレータ５０の溝４０１と、ロッド３１０の溝３１１との間には拘束部材３２０が設けられるため、溝４０１と溝３１１とは噛み合う形状でなくてもよい。
【００３８】
拘束部材は、切欠部とロッドの間の空間を埋めるように構成されている。すなわち、拘束部材３２０は、セパレータ５０の第１の面および第２の面に形成されている溝内に入り込むように、また、ロッドの対向面３１０ａ，３１０ｂに形成されている溝内に入り込むように構成されている。拘束部材３２０は、例えば、射出成型により設けられる。
【００３９】
Ａ３．外部拘束材からの反力について：
燃料電池スタックが慣性力を受けた場合における外部拘束材からの反力について、図７を参照して説明する。図７は、第１実施例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図である。図７は、図１におけるＺ−Ｚ断面を表している。第１実施例では、Ｙ方向の慣性力を受けて、積層体がＹ方向へ変位する場合の、外部拘束材からの反力について説明する。
【００４０】
燃料電池スタック１００が衝撃や振動を受けることにより積層体１０１のセパレータ５０がＹ方向に変位すると、セパレータ５０は、第１の面４０２において力Ｆ１で拘束部材３２０を圧縮する。セパレータ５０は、かかる圧縮により拘束部材３２０から反力Ｆ２を受け、Ｙ方向への変位が抑制される。
【００４１】
更に、第１実施例のセパレータ５０は、切欠部の第１の面４０２および第２の面４０４に複数の溝が形成されているため、拘束部材３２０は力Ｆ１を受けて、第２の面４０４上を滑ることなく、剪断変形する。かかる剪断変形による第２の面４０４と拘束部材３２０との摩擦力（慣性力Ｆ１の作用方向とは逆方向）生じる。摩擦力Ｆ３は、セパレータ５０の変位を抑制する反力Ｆ３である。
【００４２】
従って、切欠部の第１の面４０２および第２の面４０４に複数の溝を形成することにより、セパレータ５０は、慣性力Ｆ１を受けた場合に、拘束部材３２０から、反力２に加え、反力Ｆ３を得る。よって、セパレータ５０の変位が抑制される。
【００４３】
発電ユニット２０においても、セパレータ５０と同様に四隅の切欠部の表面に複数の溝が形成されているため、セパレータ５０と同様に拘束部材３２０から反力を得られる。よって、発電ユニット２０の変位が抑制される。
【００４４】
以上説明した第１実施例の燃料電池スタックによれば、セパレータの切欠部表面に溝が形成されているため、拘束部材とセパレータとの接触面を非平滑にできる。よって、燃料電池スタックへの振動や衝撃によりセパレータが変位する方向に力を受けた場合に、拘束部材とセパレータとの摩擦力（拘束部材に生じる剪断力に対する反力）を、切欠部表面が平滑に形成されている場合に比して増加でき、セパレータの位置ずれを抑制できる。従って、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上でき、燃料電池スタックの破損や反応ガスのリークを抑制できる。
【００４５】
なお、第１実施例では、切欠部の表面全体に溝を形成しているが、切欠部表面の一部分のみに形成されていてもよい。また、第１の面および第２の面のいずれか一方のみに形成されていてもよい。
【００４６】
また、第１実施例の燃料電池スタックによれば、発電ユニットの切欠部表面にも溝が形成されているため、拘束部材と発電ユニットとの接触面についても非平滑に構成できる。燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を更に向上できる。
【００４７】
また、第１実施例の燃料電池スタックによれば、ロッドの、拘束部材に対向する対向面にも、複数の溝を形成できるため、拘束部材とロッドとの接触面を非平滑にできる。従って、拘束部材とロッドとの摩擦力（拘束部材に生じる剪断力に対する反力）を、ロッドの対向面が平滑に形成されている場合に比して増加でき、セパレータの位置ずれを抑制できる。よって、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上できる。
【００４８】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例では、積層体は、膜電極接合体を一対のセパレータで狭持した単セルが複数積層されて構成されている。
【００４９】
Ｂ１．燃料電池概略構成：
図８は、実施例における燃料電池スタックに用いられる単セル１０２の構成を表す分解斜視図である。本実施例の燃料電池スタックは、固体高分子型燃料電池であって、単セル１０２を積層することによって形成されている。単セル１０２は、電解質膜１１を、アノード１２およびカソード１３で挟持し、このサンドイッチ構造をさらに両側からセパレータ６０，６１で挟持することにより構成されている。
【００５０】
セパレータ６０，６１は、略矩形状に形成されており、四隅にはロッド３１０（図示省略）を係合するための切欠部４００ａ，４００ｂが形成されている。切欠部４００ａ，４００ｂには、第１実施例と同様に、積層方向に沿って複数のＶ字状の溝４０１が形成されている。セパレータ２０は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密成カーボンやプレス成形した金属板によって形成されている。セパレータ６０，６１には、図示するように、外周近くに６つの貫通孔７１〜７６、８１〜８６が形成されている。これらの孔部は、全てのセパレータに同一に形成されており、セルが複数積層され、スタックとして形成された場合に、水素ガス、空気、冷却水の給排に使用されるマニホールドを形成する。
【００５１】
切欠部４００ａ，４００ｂと、切欠部４００ａ，４００ｂに係合されるロッド３１０の間には、第１実施例と同様に、セパレータの位置ずれを抑制する拘束部材３２０（図示省略）が配置されている。
【００５２】
以上説明した第２実施例の燃料電池スタックによれば、単セルに用いられるセパレータの四隅にロッドを係合するための切欠部を形成し、かかる切欠部の表面に溝を形成できる。従って、単セルを積層して構成される燃料電池スタックにおいても、第１実施例と同様に、セパレータの位置ずれを抑制できる。よって、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上できる。
【００５３】
Ｃ．第３実施例：
第３実施例では、セパレータの切欠部表面に形成されている溝の断面形状およびロッドの対向面に形成されている溝形状が矩形状に形成されている燃料電池スタックについて説明する。なお、第２実施例において、溝の断面形状以外は第１実施例の燃料電池スタックと同様の構成を備える。
【００５４】
Ｃ１．溝形状と拘束部材からの反力について：
図９は、第３実施例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図である。第２実施例のセパレータ５１の切欠部は、Ｘ方向に沿った第１の面４１２とＹ方向に沿った第２の面４１４を有する。第１の面４１２および第２の面４１４の表面には、断面が矩形形状の溝が積層方向に沿って複数形成されている。
【００５５】
また、第３実施例のロッド５１０の４つの側面５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃおよび５１０ｄのうち、拘束部材３２０に対向する側面５１０ａ，５１０ｂ（以降、対向面５１０ａ，５１０ｂと呼ぶ）には、断面が矩形形状の溝が積層方向に沿って複数形成されている。
【００５６】
なお、図９では、説明を簡略とするため、Ｖ字状の溝数を約５個程度として記載しているが、実際には、図９に記載されている溝数より多数の溝が形成されている。
【００５７】
拘束部材３２０は、第１実施例と同様に、切欠部とロッドの間の空間を埋めるように構成されている。
【００５８】
第３実施例では、Ｙ方向の慣性力を受けて、積層体がＹ方向へ変位する場合の、外部拘束材からの反力について説明する。燃料電池スタックが衝撃や振動を受けることによりセパレータ５１がＹ方向に変位すると、セパレータ５１は、第１の面４１２において力Ｆ１で拘束部材を圧縮する。セパレータ５１は、かかる圧縮により拘束部材から反力Ｆ２を受け、Ｙ方向への変位が抑制される。
【００５９】
更に、第３実施例のセパレータ５１は、切欠部の第１の面４１２および第２の面４１４に複数の溝が形成されているため、拘束部材３２０は力Ｆ１を受けて、第２の面４１４上を滑ることなく、剪断変形する。かかる剪断変形により第２の面４１４と拘束部材３２０との摩擦力（反力Ｆ３）が生じる。従って、切欠部の第１の面４１２および第２の面４１４に複数の溝を形成することにより、セパレータ５１は、慣性力Ｆ１を受けた場合に、反力２に加え、反力Ｆ３を得る。よって、セパレータ５１の変位が抑制される。
【００６０】
図示は省略するが、第３実施例の発電ユニットにおいても、セパレータ５１と同様に四隅の切欠部の表面に、断面形状が矩形状の溝が複数形成されていてもよい。こうすれば、発電ユニットは、慣性力を受けた場合に、セパレータ５１と同様に拘束部材３２０から反力を得られる。よって、発電ユニットの変位が抑制される。
【００６１】
以上説明した第３実施例の燃料電池スタックによれば、セパレータの切欠部表面に溝が形成されているため、拘束部材とセパレータとの接触面を非平滑にできる。従って、第１実施例の燃料電池スタックと同様に、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上でき、燃料電池スタックの破損や反応ガスのリークを抑制できる。
【００６２】
また、第３実施例の燃料電池スタックによれば、切欠部表面に形成されている溝およびロッドの対向面に形成されている溝は、断面形状が矩形状となるように形成されている。そのため、拘束部材と各溝との接触面が平滑になる。よって、第２実施例のセパレータおよびロッドを用いることにより、断面形状がＶ字状の溝を有するセパレータを用いる場合に比して、拘束部材の損傷を抑制できる。
【００６３】
Ｄ．変形例
（１）第３実施例では、セパレータの切欠部の表面およびロッドの対向面には、断面形状が矩形状の溝を複数形成されているが、例えば、断面形状が波状の溝が形成されていてもよい。
【００６４】
図１０は、変形例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図である。変形例のセパレータ５１ａには、図１０に示すように、第１の面４１２ａおよび第２の面４１４ａの表面には、断面が波形状の溝が積層方向に沿って複数形成されている。
【００６５】
また、変形例のロッド５２０の対向面５２０ａ，５２０ｂには、断面が波形状の溝が積層方向に沿って複数形成されている。
【００６６】
なお、図１０では、説明を簡略とするため、溝数を約５個程度として記載しているが、実際には、図１０に記載されている溝数より多数の溝が形成されている。
【００６７】
以上説明した変形例の燃料電池スタックによれば、第１実施例および第２実施例の燃料電池スタックと同様に、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上でき、燃料電池スタックの破損や反応ガスのリークを抑制できる。
【００６８】
また、変形例の燃料電池スタックによれば、切欠部表面に形成されている溝およびロッドの対向面に形成されている溝は、断面形状が波状となるように形成されている。そのため、拘束部材と各溝との接触面が平滑になる。よって、変形例のセパレータおよびロッドを用いることにより、第２実施例と同様に、断面形状がＶ字状の溝を有するセパレータを用いる場合に比して、拘束部材の損傷を抑制できる。
【００６９】
（２）第１実施例〜第３実施例では、セパレータおよび発電ユニットの４隅に、ロッドを受け入れるためのＬ字状の切欠部を形成しているが、例えば、ロッドに代えて、Ｌ字状に形成された部材を用いてもよい。
【００７０】
図１１は、変形例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図である。変形例のセパレータ５１ｂは、略矩形状に形成されており、４隅のそれぞれ（隅４２４）に断面がＶ字状の溝が積層方向に沿って複数形成されている。セパレータ５１ｂの４隅のそれぞれを覆うようにＬ字状の積層部材６００が設けられている。積層部材６００の、拘束部材３２０に対向する面には、断面がＶ字状の溝が積層方向に沿って複数形成されている。セパレータ５１ｂと積層部材６００との間には、セパレータ５１ｂと積層部材３５０間の空間を満たすように拘束部材３２０が設けられている。
【００７１】
変形例の燃料電池スタックによっても、拘束部材とセパレータとの接触面を非平滑にできる。よって、燃料電池スタックへの振動や衝撃によりセパレータが変位する方向に力を受けた場合に、拘束部材とセパレータとの摩擦力を増加でき、切欠部表面が平滑に形成されている場合に比して、拘束部材とセパレータ間の剪断力を抑制できる。従って、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上できる。
【００７２】
（３）第１実施例〜第３実施例では、セパレータおよび発電ユニットの４隅に、ロッドを受け入れるためのＬ字状の切欠部を形成しているが、例えば、セパレータおよび発電ユニットの４隅近傍にロッドを貫通させるための貫通孔を形成してもよい。係る場合、貫通孔の周端部およびロッドの全側面に溝を形成すれば、実施例と同様に、拘束部材とセパレータとの摩擦力を増加できる。よって、燃料電池スタックの耐振動性および耐衝撃性を向上できる。
【００７３】
（４）第１実施例〜第３実施例では、溝を積層方向に沿って形成しているが、例えば、格子状もしくはランダムに溝を形成してもよい。
【００７４】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりできる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施例におけるセパレータを構成する各プレートの平面図。
【図２】第１実施例におけるガスケットについて説明する平面図。
【図３】第１実施例における燃料電池スタックの外観を例示する説明図。
【図４】第１実施例における積層体の切欠部近傍を表す部分拡大図。
【図５】第１実施例におけるセパレータの切欠部を表す斜視図
【図６】第１実施例におけるロッドを説明する斜視図。
【図７】第１実施例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図。
【図８】第２実施例における燃料電池スタックの単セルを例示する分解斜視図。
【図９】第３実施例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図。
【図１０】変形例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図。
【図１１】変形例における燃料電池スタックの切欠部近傍を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００７６】
２０…発電ユニット
２６…ガスケット
３０…電解質膜
５０、５１、５１ａ、５１ｂ…セパレータ
５２…カソード側プレート
５４…中間プレート
５６…アノード側プレート
１００…スタック
１０１…積層体
１７２…第１の集電プレート
１７４…第２の集電プレート
１８２…第１の絶縁プレート
１８４…第２の絶縁プレート
３００…締結機構
３１０…ロッド
３１１…溝
３１２、３１４…ボルト
３２０…拘束部材
３２２…第１のエンドプレート
３２４…第２のエンドプレート
３５０…積層部材
４００…切欠部
４０１…溝
５１０、５２０…ロッド
６００…積層部材
【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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