(57)【要約】【課題】燃料電池セパレータと一体化された電極体の交換を容易に行うことが困難であった。【解決手段】所定の位置に設けられた凹状空間部１６ａを有するセパレータ１ａ′と、凹状空間部１６ａが設けられた位置と対応する所定の位置に設けられた凹状空間部１６ｂを有するセパレータ１ｂ′と、凹状空間部１６ａに対して脱着自在に嵌合された第１の端部、および凹状空間部１６ｂに対して脱着自在に嵌合された第２の端部を有する凸部材１５と、セパレータ１ａ′とセパレータ１ｂ′とによって挟持される電極体５とを備えた燃料電池セパレータである。【選択図】  図１
2005011631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置に設けられた第１の凹部を有する第１のセパレータと、
前記第１の凹部が設けられた位置と対応する所定の位置に設けられた第２の凹部を有する第２のセパレータと、
前記第１の凹部に対して脱着自在に嵌合された第１の端部、および前記第２の凹部に対して脱着自在に嵌合された第２の端部を有する結合部材と、
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとによって挟持される電極体とを備えた燃料電池セパレータ部材。
【請求項２】
前記結合部材は、電気的絶縁材料を利用して形成されている請求項１記載の燃料電池セパレータ部材。
【請求項３】
前記第１の凹部および／または前記第２の凹部には、前記嵌合が行われる際に前記結合部材が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている請求項１記載の燃料電池セパレータ部材。
【請求項４】
前記第１の端部および／または前記第２の端部には、前記嵌合が行われる際に前記結合部材が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている請求項１記載の燃料電池セパレータ部材。
【請求項５】
前記第１の端部および／または前記第２の端部は、所定のテーパー形状を有する請求項１記載の燃料電池セパレータ部材。
【請求項６】
所定の位置に設けられた凹部を有する第１のセパレータと、
前記凹部が設けられた位置と対応する所定の位置に設けられた、前記凹部に対して脱着自在に嵌合された凸部を有する第２のセパレータと、
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとによって挟持される電極体とを備えた燃料電池セパレータ部材。
【請求項７】
前記凸部は、電気的絶縁材料を利用して形成されている請求項６記載の燃料電池セパレータ部材。
【請求項８】
前記凹部には、前記嵌合が行われる際に前記凸部が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている請求項６記載の燃料電池セパレータ部材。
【請求項９】
前記凸部の端部には、前記嵌合が行われる際に前記凸部が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている請求項６記載の燃料電池セパレータ部材。
【請求項１０】
前記凸部の端部は、所定のテーパー形状を有する請求項６記載の燃料電池セパレータ部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池セパレータ部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図面を参照しながら、従来の燃料電池スタックについて、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【０００３】
図４（ａ）に燃料電池スタックの概要図、図４（ｂ）に従来の燃料電池セパレータの組立後の概要図、図４（ｃ）に従来の燃料電池セパレータの一体型構成断面図を示している。
【０００４】
端板６ａの上に絶縁板７ａを積層し、更に集電板８ａを積層する。
【０００５】
次に、表面にガスケット２ａが配置されたセパレータ１ａを集電板８ａ上に積層し、両面に触媒層を塗布した固体高分子膜３をガス拡散層４ａ、４ｂで挟持して形成された電極体５を、ガスケット２ａの内側に、ガス拡散層４ａの周縁部を基準として位置決め配置する。
【０００６】
そして、電極体５のガス拡散層４ｂの周縁部がセパレータ１ｂに配置されたガスケット２ｂの内側になるように、セパレータ１ｂを配置する。
【０００７】
この工程を複数回繰り返し所定の枚数を積層後、集電板８ｂ、絶縁板７ｂ、端板６ｂを順次積層し、ボルト９、ナット１０で締結固定することで、燃料電池スタックの組立を行っている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
ところで、各部材積層時に接触による衝撃や、積層荷重の応力によって積層済みのセパレータ１ａ、１ｂにズレが発生し、図４（ｂ）に示すように電極体５がガスケット２ａ、２ｂ間に挟み込まれた状態になり、必要とする気密性が得られないことがある（図４（ｂ）においては、分かりやすいように楕円で囲んで図示した）。
【０００９】
そこで、燃料電池スタックの組立性を向上させるため、図４（ｃ）に示すように、電極体５を挟み込むセパレータ１ａ、１ｂに互いに連通するように空間部１２ａ、１２ｂを設け、この空間部１２ａ、１２ｂにゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマー等よりなる成形材１３を注入成形することによって、セパレータ１ａ、１ｂと電極体５を一体化しているものがある（例えば特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３３８６７３号公報（例えば第２頁、第７図）
【特許文献２】
特開２００１−３３８６７３号公報（例えば第２頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の燃料電池セパレータ（図４（ｃ）参照）においては、電極体５を特性劣化のために交換しなければならなくなった場合には、注入成形された成形材１３を機械的な手段などを利用して取り除かなければならない。
【００１２】
このため、電極体５の交換時に、多大な時間や手間が必要となったり、セパレータ１ａ、１ｂが破損してしまったりすることがあった。
【００１３】
つまり、燃料電池セパレータと一体化された電極体の交換を容易に行うことが困難であった。
【００１４】
なお、成形材１３を注入成形して一体化を行うと、図４（ｃ）に示すように空間部１２ａ、１２ｂがセパレータ１ａ、１ｂの界面で接触固定される。このため、電気的な導通部が発生してしまい、セパレータ１ａ、１ｂ間で所定の電圧を得ることができず、電池性能を低下させてしまうこともあった。
【００１５】
本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、燃料電池セパレータと一体化された電極体の交換をより容易に行うことができる燃料電池セパレータ部材を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、所定の位置に設けられた第１の凹部を有する第１のセパレータと、
前記第１の凹部が設けられた位置と対応する所定の位置に設けられた第２の凹部を有する第２のセパレータと、
前記第１の凹部に対して脱着自在に嵌合された第１の端部、および前記第２の凹部に対して脱着自在に嵌合された第２の端部を有する結合部材と、
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとによって挟持される電極体とを備えた燃料電池セパレータ部材である。
【００１７】
第２の本発明は、前記結合部材は、電気的絶縁材料を利用して形成されている第１の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００１８】
第３の本発明は、前記第１の凹部および／または前記第２の凹部には、前記嵌合が行われる際に前記結合部材が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている第１の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００１９】
第４の本発明は、前記第１の端部および／または前記第２の端部には、前記嵌合が行われる際に前記結合部材が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている第１の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００２０】
第５の本発明は、前記第１の端部および／または前記第２の端部は、所定のテーパー形状を有する第１の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００２１】
第６の本発明は、所定の位置に設けられた凹部を有する第１のセパレータと、
前記凹部が設けられた位置と対応する所定の位置に設けられた、前記凹部に対して脱着自在に嵌合された凸部を有する第２のセパレータと、
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとによって挟持される電極体とを備えた燃料電池セパレータ部材である。
【００２２】
第７の本発明は、前記凸部は、電気的絶縁材料を利用して形成されている第６の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００２３】
第８の本発明は、前記凹部には、前記嵌合が行われる際に前記凸部が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている第６の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００２４】
第９の本発明は、前記凸部の端部には、前記嵌合が行われる際に前記凸部が損傷することを防止するための損傷防止部材が設けられている第６の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００２５】
第１０の本発明は、前記凸部の端部は、所定のテーパー形状を有する第６の本発明の燃料電池セパレータ部材である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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。
【００２７】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１の燃料電池セパレータの構成および作用について、図１（ａ）〜（ｂ）、図２を参照しながら説明する。
【００２８】
なお、図１（ａ）は本発明の実施の形態１に係わる、凸部が樹脂成形部である一体化構造断面図、図１（ｂ）は凹、凸部が樹脂成形部である一体化構造の部分断面図、図２はセパレータの平面図を示している。
【００２９】
図１（ａ）の断面図は、図２におけるＸＹ切断面を矢印Ａの方向から描いたものである。
【００３０】
本実施の形態の燃料電池セパレータは、所定の位置に設けられた凹状空間部１６ａを有するセパレータ１ａ′と、凹状空間部１６ａが設けられた位置と対応する所定の位置に設けられた凹状空間部１６ｂを有するセパレータ１ｂ′と、凹状空間部１６ａに対して脱着自在に嵌合された第１の端部、および凹状空間部１６ｂに対して脱着自在に嵌合された第２の端部を有する凸部材１５と、セパレータ１ａ′とセパレータ１ｂ′とによって挟持される電極体５とを備えている。
【００３１】
本実施の形態の特徴は、セパレータ１ａ′、１ｂ′とは別個に設けられた樹脂成形で形成された凸部材１５が、圧入固定に利用される点にある。
【００３２】
セパレータ１ａ′に配置されたガスケット２ａの内側に、両面に触媒層を塗布した固体高分子膜３をガス拡散層４ａ、４ｂで挟持して形成した電極体５を、電極体５のガス拡散層４ａの周縁部を基準として配置する。
【００３３】
そして、ガス拡散層４ｂの周縁部をセパレータ１ｂ′に配置されたガスケット２ｂの位置に配置し、セパレータ１ａ′、１ｂ′間に電極体５を挟み込む。
【００３４】
本実施の形態においては、ガスケット２ｂより外側のセパレータ１ｂ′の周縁部に設けられた４ヶ所の電気的な絶縁材料（本実施の形態においてはフッ素樹脂）で形成された凸部材１５が、対向するセパレータ１ａ′の凹状空間部１６ａに圧入固定されている。
【００３５】
凸部材１５は、凹状空間部１６ａに圧入固定される側の先端径の方が小径であって、１０度のテーパー角が形成されているため、その挿入が容易である。
【００３６】
セパレータ１ｂ′には、あらかじめセパレータ１ａ′の凹状空間部１６ａと対向する位置に凹状空間部１６ｂが設けられている。また、凸部材１５は、アウトサート成形で形成される（セパレータ上に直接、射出成形で形成される）。かくして、圧入固定の位置精度が確保される。
【００３７】
もちろん、凸部材１５を凹状空間部１６ａに挿入する際に、凹状空間部１６ａのエッジが凸部材１５表面を損傷してしまうことを防止するため、図１（ｂ）に示すように、電気的な絶縁材料で形成された部材１４を凹状空間部１６ａ′に配した上で、圧入固定を行ってもよい。
【００３８】
なお、圧入固定が行われる箇所は、４ヶ所であったが（図２における４つの丸印（内側にある小さい方の丸印）に対応する）、２ヶ所以上であれば十分である。
【００３９】
また、凸部材１５のテーパー角は、挿入を容易にするため１０度としたが、５〜１５度程度の角度であればよい。
【００４０】
また、凸部材１５の成形材料としてフッ素樹脂を用いたが、その他の熱硬化性の電気的な絶縁が可能な材料であってもよい。
【００４１】
また、凹状空間部１６ａ′に、嵌合が行われる際に凸部材１５が損傷することを防止するための部材１４が設けられていたが（図１（ｂ）参照）、凹状空間部１６ａおよび／または凹状空間部１６ｂに、嵌合が行われる際に凸部材１５が損傷することを防止するための部材が設けられていてもよい。
【００４２】
また、凸部材１５の凹状空間部１６ａに圧入固定される側の端部および／または凹状空間部１６ｂに圧入固定される側の端部に、嵌合が行われる際に凸部材１５が損傷することを防止するための部材が設けられていてもよい。
【００４３】
また、凸部材１５の凹状空間部１６ａに圧入固定される側の端部が、テーパー形状を有していたが、凸部材１５の凹状空間部１６ａに圧入固定される側の端部および／または凹状空間部１６ｂに圧入固定される側の端部が、テーパー形状を有していてもよい。
【００４４】
このような燃料電池セパレータの組立構造を利用して、セパレータ１ａ′、１ｂ′と電極体５とを一体化することにより、燃料電池スタックの組立を安定して行うことが可能となる。
【００４５】
なお、凹状空間部１６ａは本発明の第１の凹部に対応し、セパレータ１ａ′は本発明の第１のセパレータに対応し、凹状空間部１６ｂは本発明の第２の凹部に対応し、セパレータ１ｂ′は本発明の第２のセパレータに対応し、凸部材１５は本発明の結合部材に対応し、電極体５は本発明の電極体に対応する。
【００４６】
また、本実施の形態の燃料電池セパレータは、本発明の燃料電池セパレータ部材に対応する。
【００４７】
また、部材１４は、本発明の損傷防止部材に対応する。
【００４８】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態１の燃料電池セパレータの構成および作用について、図３（ａ）〜（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４９】
なお、図３（ａ）は本発明の実施の形態２に係わる、凸部を備えたセパレータの一体化構造の部分断面図、図３（ｂ）は凸部をモールドしたセパレータの一体化構造の部分断面図を示している。
【００５０】
本実施の形態の燃料電池セパレータは、所定の位置に設けられた凹状空間部１６ａ′を有するセパレータ１ａ′と、凹状空間部１６ａ′が設けられた位置と対応する所定の位置に設けられた、凹状空間部１６ａ′に対して脱着自在に嵌合された凸部１７を有するセパレータ１ｂ″と、セパレータ１ａ′とセパレータ１ｂ″とによって挟持される電極体５とを備えている。
【００５１】
本実施の形態の特徴は、セパレータ１ｂ″と一体に設けられた凸部１７が、圧入固定に利用される点にある。
【００５２】
前述した実施の形態１の場合と同様、セパレータ１ａ′に配置されたガスケット２ａの内側に、両面に触媒層を塗布した固体高分子膜３（図１（ｂ）参照）をガス拡散層４ａ、４ｂ（図１（ｂ）参照）で挟持して形成した電極体５を、電極体５のガス拡散層４ａの周縁部を基準として配置する。
【００５３】
そして、ガス拡散層４ｂの周縁部をセパレータ１ｂ″に配置されたガスケット２ｂの位置に配置し、セパレータ１ａ′、１ｂ″間に電極体５を挟み込む。
【００５４】
本実施の形態においては、ガスケット２ｂより外側のセパレータ１ａ′の周縁部に設けられ、電気的な絶縁材料（本実施の形態においてはフッ素樹脂）で形成された部材１４′が配された４ヶ所の凹状空間部１６ａ′に、対向するセパレータ１ｂ″に設けられた電気的な絶縁材料（本実施の形態においてはフッ素樹脂）で形成された凸部１７が、圧入固定されている。
【００５５】
凸部１７は、１０度のテーパー角が形成されるように先端径が小径になっているため、その挿入が容易である。
【００５６】
セパレータ１ａ′には、あらかじめ凸部１７が圧入される位置に凹状空間部１６ａ′が設けられている。また、凸部１７は、アウトサート成形で形成される。かくして、圧入固定の位置精度が確保される。
【００５７】
凹状空間部１６ａ′に配された凹状空間部１６ａ′の側部や底部は、セパレータ１ｂ″の凸部１７が直接セパレータ１ａ′に接触することを防止し、絶縁性を確保するため、樹脂成形で形成している。
【００５８】
もちろん、凸部１７を凹状空間部１６ａ′に挿入する際に、凹状空間部１６ａ′のエッジが凸部１７表面を損傷してしまうことを防止するため、図３（ｂ）に示すように、凸部１７に電気的な絶縁材料で形成した樹脂モールド部１８を形成した上で、圧入固定を行ってもよい。
【００５９】
なお、前述した実施の形態１の場合と同様、圧入固定が行われる箇所は、４ヶ所であったが、２ヶ所以上であれば十分である。
【００６０】
また、前述した実施の形態１の場合と同様、凸部１７のテーパー角は、挿入を容易にするため１０度としたが、５〜１５度程度の角度であればよい。
【００６１】
また、前述した実施の形態１の場合と同様、凸部１７の成形材料としてフッ素樹脂を用いたが、その他の熱硬化性の電気的な絶縁が可能な材料であってもよい。
【００６２】
前述した実施の形態１の場合と同様、このような燃料電池セパレータの組立構造を利用して、セパレータ１ａ′、１ｂ″と電極体５とを一体化することにより、燃料電池スタックの組立を安定して行うことが可能となる。
【００６３】
なお、凹状空間部１６ａ′は本発明の凹部に対応し、セパレータ１ａ′は本発明の第１のセパレータに対応し、凸部１７は本発明の凸部に対応し、セパレータ１ｂ″は本発明の第２のセパレータに対応し、電極体５は本発明の電極体に対応し、
また、本実施の形態の燃料電池セパレータは、本発明の燃料電池セパレータ部材に対応する。
【００６４】
また、部材１４′は、本発明の損傷防止部材に対応する。
【００６５】
また、樹脂モールド部１８は、本発明の損傷防止部材に対応する。
【００６６】
以上においては、本実施の形態１〜２に関して詳細に説明を行った。
【００６７】
このように本発明によれば、２枚のセパレータで一体化された電極体がガスケット間に挟み込まれてしまうことがなく、高品質の燃料電池スタックを組立てることができる（なお、２枚のセパレータで一体化されていると、一部品として取り扱えるため組立作業性が大幅に向上できる）。
【００６８】
そして、圧入固定を利用するため、電極体の交換が容易に可能である。
【００６９】
もちろん、圧入固定を行うための部材が電気的な絶縁材料で形成されているため、セパレータ間の電気的な絶縁性も確保できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明は、燃料電池セパレータと一体化された電極体の交換をより容易に行うことができるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１に係わる凸部が樹脂成形部である一体化構造断面図
（ｂ）本発明の実施の形態１に係わる凹、凸部が樹脂成形部である一体化構造の部分断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係わるセパレータの平面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２に係わる凸部を備えたセパレータの一体化構造の部分断面図
（ｂ）本発明の実施の形態２に係わる凸部をモールドしたセパレータの一体化構造の部分断面図
【図４】（ａ）燃料電池スタックの概要図
（ｂ）従来の燃料電池セパレータの組立後の概要図
（ｃ）従来の燃料電池セパレータの一体型構成断面図
【符号の説明】
１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′、１ｂ″  セパレータ
２ａ、２ｂ  ガスケット
３  高分子膜
４ａ、４ｂ  ガス拡散層
５  電極体
６ａ、６ｂ  端板
７ａ、７ｂ  絶縁板
８ａ、８ｂ  集電板
９  ボルト
１０  ナット
１２ａ、１２ｂ  空間部
１３  成形材
１４、１４′  部材
１５  凸部材
１６ａ、１６ａ′、１６ｂ  凹状空間部
１７  凸部
１８  樹脂モールド部
【図１】
2005011631.tif 000003
【図２】
2005011631.tif 000004
【図３】
2005011631.tif 000005
【図４】
2005011631.tif 000006