(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルと、電気伝導性材料により構成されたセパレーターとが積層された構成の積層型燃料電池における電圧モニターを行うための端子を有する端子ユニットであって、
絶縁性部材よりなるホルダーの少なくとも一側部に、弾性を有する金属製端子を複数設置し、前記ホルダーを燃料電池本体の一側部に形成された凹部内に着脱可能に埋設して、前記各金属製端子を前記セパレーターにそれぞれ弾接させたことを特徴とする積層型燃料電池の端子ユニット。
【請求項２】
前記ホルダーを、複数の小ホルダーをガイドロッドを介して移動可能に連結することにより構成し、前記各小ホルダーに前記弾性を有する金属製端子を設置したことを特徴とする請求項１記載の積層型燃料電池の端子ユニット。
【請求項３】
前記燃料電池本体の凹部を、該燃料電池本体の載置面および該載置面と対向する上面以外の側面一部に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の積層型燃料電池の端子ユニット。
【請求項４】
前記ホルダーを前記凹部に嵌着すると共に、前記金属製端子を前記セパレーターに密着させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型燃料電池の端子ユニット。
【請求項５】
前記金属製端子を前記ホルダーの相対向する側面にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層型燃料電池の端子ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型燃料電池における端子ユニットに係り、特にセパレーターの電圧モニター用端子の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
積層型燃料電池では、各燃料電池セルあるいは数個の燃料電池セルおきに設けられたカーボン材料からなるセパレーターに取付用穴を設け、この取付用穴に、燃料電池セルの電圧を測定するための電圧モニター端子として、電圧測定用の端子あるいは計測線などを差し込み、これらの端子あるいは計測線を導電性ペーストなどで接着固定したり、またはネジなどを用いて締結していた（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
図１０は従来の電圧モニター端子の一例を示す斜視図であり、この従来例は、セパレーター２１の側面に丸穴２２を形成し、この丸穴２２に端子２３を差し込んで電圧モニターする構成である。
【０００４】
図１１は従来の電圧モニター端子の他例を示す斜視図であり、この従来例は、セパレーター３１の側面に形成した端子結合穴３２に対して、プレート３３に櫛歯状に設けた端子３４を差し込む構成である。
【特許文献１】特開平９−２８３１６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１２４２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の積層型燃料電池における電圧モニター端子は、前記のような構成であって、電圧モニター用の端子あるいは計測線を取り付けるための取付用穴を設けるため、セパレーターに割れやクラックなどを生じさせたり、加工工数が多いためコスト高になっていた。
【０００６】
しかも、生産工程において計測線の端子が邪魔なばかりでなく、取り扱いに慎重さを必要とするため、作業効率を低下させる原因になっていた。
【０００７】
また計測線を取り付ける場合に、引出し線の取り扱いが煩雑であり、燃料電池として完成した後も、その部分に関しては慎重な取り扱いを必要とするだけでなく、積層形燃料電池の作動時にスタックの膨張などが生じたときに、それに追従できない端子部から応力がセパレーターに加わって、クラック発生などの不具合を生じるという課題があった。
【０００８】
そこで、システム内部に格納される積層型燃料電池として、コンパクトであり、取り扱いが簡便であり、しかも安定して確実な電圧モニタリングを実現できるモニターユニットの開発が強く望まれている。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の課題を解消し、電圧モニター端子のセパレーターへの取り付けを容易にすると共に電気的な接触を確実にし、しかも、燃料電池セルに特別な構成を必要とせずに、端子の脱着が容易にできる積層型燃料電池の端子ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池セルと、電気伝導性材料により構成されたセパレーターとが積層された構成の積層型燃料電池における電圧モニターを行うための端子を有する端子ユニットであって、絶縁性部材よりなるホルダーの少なくとも一側部に、弾性を有する金属製端子を複数設置し、前記ホルダーを燃料電池本体の一側部に形成された凹部内に着脱可能に埋設して、前記各金属製端子を前記セパレーターにそれぞれ弾接させたことを特徴とし、この構成によって、電圧モニター用の端子の各セパレーターに対する取り付けが容易になると共に、端子の弾性によりセパレーターに対する電気的な接触が確実になり、しかも燃料電池セル側に特別な部材を設けることなく端子の脱着が容易にできる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の積層型燃料電池の端子ユニットにおいて、ホルダーを、複数の小ホルダーをガイドロッドを介して移動可能に連結することにより構成し、各小ホルダーに弾性を有する金属製端子を設置したことを特徴とし、この構成によって、熱膨張などで積層方向の寸法に変化を生じ易いセパレーターに対応させて、小ホルダーおよび端子を移動させることができるため、各端子をセパレーターにおける積層ピッチの変化に高精度に追従させることが可能になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の積層型燃料電池の端子ユニットにおいて、燃料電池本体の凹部を、該燃料電池本体の載置面および該載置面と対向する上面以外の側面一部に形成したことを特徴とし、この構成によって、組立時やメンテナンス時における作業が容易になり、またケーシングなどにより密閉空間となった部分で発生する結露などが原因として生じる液滴が、セパレーターが埋設される凹部に溜まることが防止され、端子の腐食などを防止することができるなど、安定した電圧のモニターリングが可能になる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型燃料電池の端子ユニットにおいて、ホルダーを凹部に嵌着すると共に、金属製端子を前記セパレーターに密着させたことを特徴とし、この構成によって、端子の弾性によりセパレーターに対して安定した接触が実現することから、従来行われていたセパレーターに端子を接着固定するなどの方法に比べ、接着剤や有機溶剤などを使用する必要がないことから、端子部の高い構造的安定性と、燃料電池の性能に影響を及ぼす可能性のある物質を完全に排除でき、さらに対環境性の観点においても高い安全性を有することになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層型燃料電池の端子ユニットにおいて、金属製端子をホルダーの相対向する側面にそれぞれ設けたことを特徴とし、この構成によって、ホルダーの着脱を容易に行うことができ、またセパレーターの種々の配置構成に対応して確実な電気的接触が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電圧モニター用の端子の各セパレーターに対する取り付けが容易になると共に、端子の弾性によりセパレーターに対する電気的な接触が確実になり、しかも燃料電池セル側に特別な部材を設けることなく端子の脱着が容易にできる。
【００１７】
また、ホルダーを凹部に埋設したことにより、端子類に邪魔されずに断熱材，外部絶縁被覆材およびケーシングなどの取り付けを簡便に行うことができ、かつ断熱性と収納性が向上する。
【００１８】
また、各セパレーターに対応させて、小ホルダーおよび端子のユニット体を移動させることができるため、各端子を各セパレーターにおける積層ピッチの変化などに高精度に追従させることができる等、実際的な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１を説明するための積層型燃料電池と電圧モニター端子ユニットの斜視図、図２は実施形態１の電圧モニター端子ユニットの縦断面図である。
【００２１】
図１，図２において、１は電圧モニター端子ユニット、２は弾性を有する側面視へ字状の金属製端子、３は絶縁性部材からなる横長形状のホルダー、４は金属製端子２に接続されたリード線、５は接続用コネクターである。
【００２２】
６は、燃料電池セル７と、電気伝導性材料により構成されたセパレーター８とが積層された構成の積層型燃料電池である。
【００２３】
図２において、金属製端子２は、非拘束形状ａに対して外力を加え、内方へ撓ませて拘束形状ｂに変形させた後、ホルダー３の上側部に複数形成された窪み部３ａ内に頂部２ａが外部に突出するように嵌め込まれ、かつ前記各セパレーター８に対向するように複数個がホルダー３に保持される。ホルダー３には、各窪み部３ａに連通する縦通孔３ｂと、この縦通孔３ｂに連通してホルダー側方に開口する横溝３ｃとが形成されている。
【００２４】
各金属製端子２には、リード線４の一端が、例えば半田付け，カシメ工法などにより固定されている。各リード線４は、ホルダー３の各窪み部３ａから縦通孔３ｂと横溝３ｃとを通って、ホルダー３の外方にて接続用コネクター５に結束される。
【００２５】
積層型燃料電池６には、その載置面（底面）６ａと該載置面６ａに対向する上面６ｂ以外の側面６ｃに沿って凹部６ｄが形成されており、この凹部６ｄ内にホルダー３が着脱可能に嵌挿される。
【００２６】
前記のような構成の実施形態１の電圧モニター端子ユニット１を燃料電池本体６の凹部６ｄに嵌め込むと、図３に示すように、ホルダー３と一体の金属製端子２の頂部２ａがセパレーター８部分の凹部６ｄの周壁に当接して金属製端子２が変形し、この変形時の弾反力により電圧モニター端子ユニット１と燃料電池本体とが、強固に連結して電気的に接続することになり、各セパレーター８の電圧モニターが可能になる。
【００２７】
図３に示す連結状態では、電圧モニター端子ユニット１は、セパレーター８により外方に突出することなく、積層型燃料電池６の本体に取り付けることができるため、燃料電池本体に付設される断熱材９、および外部絶縁被覆材１０を平板で構成することが可能となり、設計などに余裕ができる。
【００２８】
さらに、図３に示すように、積層方向が水平になるように設置される積載型燃料電池において、凹部６ｄ内にホルダー３全体が入り込む構成であるため、微小な水漏れ，温度変化による結露水などの液滴が滞留する凹凸のない構成になり、このため液滴による導通不良および端子腐食などを防止することができる。
【００２９】
また、図４に示すように、隣り合う金属製端子２は、各セパレーター８の突出部分８ａのみに接触するように構成されている。また、突出させるセパレーター８を燃料極側、もしくは反応極側の何れかに決めて電圧モニターすることによって、セパレーター８の接触抵抗に影響されることなく、安定したモニターを行うことが可能となる。
【００３０】
（実施形態２）
図５は本発明の実施形態２における電圧モニター端子ユニットの縦断面図であり、実施形態２が実施形態１の電圧モニター端子ユニットと異なる点は、ホルダー３の上下両側面に窪み部３ａを設け、各窪み部３ａ内に金属製端子２を頂部２ａが外部に突出するように嵌め込み、ホルダー３に、各窪み部３ａに連通する縦通孔３ｂを形成して、リード線４を配置できるようにした構成である。このようにすることにより、例えばセパレーター８がホルダー３の上下側面に設置された構成に対応して電圧モニターが行えるようになる。
【００３１】
また、図６に示すように、セパレーター８の突出部分８ａを凹部６ｄの上下に設け、金属製端子２との接触個所が千鳥配置となるようにすることによって、金属製端子２の個々の幅を拡大して、セパレーター８との接触および導通をより確実にする構成にすることも考えられる。
【００３２】
なお、電圧モニター端子ユニット１における金属製端子２の保持構造としては、前記のような弾性保持以外にも、図７に示すように、金属端子２をビス１１にてホルダー３に締結したり、熱溶着などによりホルダー３に固定することにより、ホルダー３と金属製端子２との締結，固定をより確実にすることが考えられる。
【００３３】
図８は電圧モニター端子ユニットと積載型燃料電池との接続部分における変形例を示す図であり、本例は、ホルダー３に積載型燃料電池６側に開口する横溝３ｄを形成し、該横溝３ｄの内壁に、金属製端子２が実施形態１と同様に嵌め込まれる受け凹部３ｅを設け、さらに、リード線４が通るように、受け凹部３ｅと外部とを連通する縦通孔３ｆを形成し、横溝３ｄに対して積載型燃料電池６に突出して設けたセパレーター８部分を嵌挿することにより、セパレーター８と金属製端子２とを弾接させ、電気的に接続させた構成のものである。
【００３４】
（実施形態３）
図９は本発明の実施形態３における電圧モニター端子ユニットを示す斜視図であり、実施形態３が実施形態１の電圧モニター端子ユニット１と異なる点は、ホルダー３を複数の小ホルダー１３を並設して構成し、各小ホルダー１３に金属製端子２を前記実施形態と同様にはめ込むようにして設置し、各小ホルダー１３をガイドロッド棒１４にて横動可能に支持した構成である。
【００３５】
さらに、図９に示すように、横に並べられた小ホルダー１３の両側に支持ブロック１５を設け、ガイドロッド棒１４の端部を支持し、支持ブロック１５の一方（図では右側）から突出したガイドロッド棒１４の一端部を固定用プレート１６に固定し、この固定用プレート１６と支持ブロック１５間のガイドロッド棒１４には圧縮バネ１７を巻回している。
【００３６】
実施形態３では、金属製端子２を、セパレーターにおける積層ピッチの変化に対応させて移動させることが可能になる。例えば、積層型燃料電池の動作中、セパレーターが熱膨張などで積層方向の寸法に変化が生じ、所定位置から変位することがある。このため、小ホルダー１３を金属製端子２と共に、セパレーターの変位に応じてスライド移動させることによって、金属製端子２とセパレーターとを確実に弾接させることができる。
【００３７】
圧縮バネ１７は、小ホルダー１３がセパレーターの動きに追従して移動した場合、小ホルダー１３に戻り方向の付勢力を与えるためのものである。
【００３８】
このように、各小ホルダー１３を連結して圧縮バネ１７により、ガイドロッド棒１４上をスライド移動できる構造とすることにより、積層型燃料電池のセパレーターにおける積層ピッチの誤差や変化に高精度で追従することができる。
【００３９】
前記構成の実施形態における電圧モニター端子ユニット１を、例えば積層型燃料電池に悪影響を及ぼすような不具合の発生に対して十分配慮されたエンジニアリングプラスティックなどの樹脂製のホルダー３と、耐蝕金メッキを施した金属製端子２とにより構成すれば、セパレーター８と金属製端子２との接触および導通は、金属製端子２の弾発力によって維持されているため、構成全体として接着剤や有機溶剤など不具合発生の原因となる物質を用いない電圧モニターユニットとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、積層型燃料電池の電圧モニターを行うための端子を有する端子ユニットに適用され、また電圧モニター装置の内部にＣＰＵ，バッテリー，着脱型メモリーモジュール、あるいは書き換え型のメモリーモジュールなどの各種部材が独立して配設されているデーターロガーの端子ユニットなどの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１を説明するための積層型燃料電池と電圧モニター端子ユニットの斜視図
【図２】実施形態１の電圧モニター端子ユニットの縦断面図
【図３】実施形態１における金属製端子とセパレーター部分との接触状態を示す断面図
【図４】実施形態１における金属製端子と各セパレーターの突出部分との接触状態を示す断面図
【図５】本発明の実施形態２における電圧モニター端子ユニットの縦断面図
【図６】実施形態２における金属製端子と各セパレーターの突出部分との接触状態を示す断面図
【図７】実施形態２における電圧モニター端子ユニットの他例を示す縦断面図
【図８】本実施形態に係る電圧モニター端子ユニットと積載型燃料電池との接続部分における変形構成例を示す図
【図９】本発明の実施形態３における電圧モニター端子ユニットを示す斜視図
【図１０】従来の電圧モニター端子の一例を示す斜視図
【図１１】従来の電圧モニター端子の他の例を示す斜視図
【符号の説明】
【００４２】
１  電圧モニター端子ユニット
２  金属製端子
２ａ  頂部
３  ホルダー
３ａ  窪み部
３ｂ  縦通孔
３ｃ  横溝
４  リード線
５  接続用コネクター
６  積層型燃料電池
６ｄ  凹部
７  燃料電池セル
８  セパレーター
８ａ  突出部分
９  断熱材
１０  外部絶縁被覆材
１３  小ホルダー
１４  ガイドロッド棒
１５  支持ブロック
１７  圧縮バネ
【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】
0004815971.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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