(57)【要約】【課題】  セパレータに接触させる電圧検出用電極を確実にセパレータに接触させ、電圧の検出を良好に行う燃料電池用セルシールを提供する。【解決手段】  一対のセパレータ間をシールするシール部２と、シール部２の内側と外側の少なくとも一方に第１ランド部３１とセパレータに接触する第２ランド部３２とを有するＦＰＣ３と、を備え、第２ランド部３２のセパレータに接触する接触部の裏側に押圧部４を設けた。【選択図】  図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のセパレータ間をシールするシール部と、
前記シール部の内側と外側の少なくとも一方にセンサ接続用電極と前記セパレータに接触する電圧検出用電極とを有するフレキシブル配線材と、
を備え、
前記電圧検出用電極の前記セパレータに接触する接触部の裏側に押し付け部材を設けたことを特徴とする燃料電池用セルシール。
【請求項２】
前記押し付け部材の反力を、前記シール部の前記セパレータをシールする反力よりも小さく、前記接触部が前記セパレータとの接触を保てるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セルシール。
【請求項３】
前記押し付け部材は、弾性体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セルシール。
【請求項４】
前記押し付け部材は、前記シール部の材料と同材料で形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用セルシール。
【請求項５】
前記押し付け部材は、前記シール部と一体で構成されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セルシール。
【請求項６】
前記押し付け部材の高さは、前記シール部の高さよりも低いことを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料電池用セルシール。
【請求項７】
前記押し付け部材の弾性率は、前記シール部の弾性率よりも低いことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用セルシール。
【請求項８】
前記押し付け部材は、板バネ構造にて支持されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池用セルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の一対のセパレータ間をシールする燃料電池用セルシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電部は電解質膜や電極等からなり、発電部の最小単位はセルと呼ばれている。例えば、ＰＥＦＣ（固体高分子型燃料電池）の場合には、セルは固体高分子電解質膜、触媒電極、ＧＤＬ、セパレータ等から構成されている。このセルは、単独で使用される場合もあれば、並列或いは直列に、若しくは両方の組み合わせで使用される場合もある。特に出力が高くなるに従ってセルを直列に積み重ねた構造をとる。このようにスタックされたセルの発電部で反応を行う燃料や酸素（空気）、冷却水等が外部に漏れないようにセルシールによりシールされている。
【０００３】
また、これら各セルの発電状況（電圧）や各セル内の環境（温度、湿度、圧力、濃度等）を必要に応じて検出し、各種制御や異常検知等の診断を行っている。
【０００４】
近年では、特許文献１のように、ＦＰＣ（フレキシブルプリンティッドサーキット）をセルシールに一体化させて、セルの薄肉化や配線の整理に対応して、上記検出を容易に行えるようにしていた。
【特許文献１】国際公開第０２／００１６５９号パンフレット
【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、特許文献１に開示された構成であっても、セパレータに接触させる電圧検出用電極が確実に接触できずに電圧の検出に失敗する場合があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、セパレータに接触させる電圧検出用電極を確実にセパレータに接触させ、電圧の検出を良好に行う燃料電池用セルシールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。
【０００８】
すなわち、一対のセパレータ間をシールするシール部と、
前記シール部の内側と外側の少なくとも一方にセンサ接続用電極と前記セパレータに接触する電圧検出用電極とを有するフレキシブル配線材と、
を備え、
前記電圧検出用電極の前記セパレータに接触する接触部の裏側に押し付け部材を設けたことを特徴とする燃料電池用セルシールである。
【０００９】
ここで、フレキシブル配線材としては、ＦＰＣ（フレキシブルプリンティッドサーキット）やＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）等が挙げられる。フレキシブル配線材は、ベースフィルムやカバーフィルムに、ＰＩ、ＰＥＮ、ＰＥＴ、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等を使用する。回路部には、銅、アルミ、ニッケル、ステンレス、チタン、タングステン、金、パーマロイ、ニクロム等の導電性の材料を用いる。銅、アルミ等の電解液等で腐食による性能劣化が起こるものにおいては、表面を金等の耐食性のある金属及びその合金や金属化合物、塗料等をメッキや塗布等で被覆することができる。
【００１０】
また、シール部の材料には、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、水素添加イソプレンゴム、水素添加ブタジエンゴム、水素添加スチレンイソプレンゴム等の飽和系ゴム或いはそれらの液状ゴム、またはスチレンブタジエンスチレンブロック共重合体やスチレンイソプレンスチレンブロック共重合体等のブロック型熱可塑性エラストマー或いはそれらの不飽和結合部を水素添加した熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系エラストマー等の熱可塑性エラストマーが用いられる。
【００１１】
ここで、フレキシブル配線材とシール部とは、シール部形成後に接着剤等により接着することができる。また、シール部の化学結合の一部にカルボキシル基、水酸基、ケトン、イミド等の官能基を導入したり、接着剤成分をシール部に配合したりすることにより自己接着性のシール部とすることもでき、接着剤を用いることなく接着し、シール機能を付与できる。これらフレキシブル配線材とシール部との接着は、フレキシブル配線材の材料とシール部の材料との関係で適宜選択される。
【００１２】
この構成であると、電圧検出用電極は、押し付け部材の反力を得て、接触部がセパレータとの接触を保つ。
【００１３】
また、センサ接続用電極と電圧検出用電極が同時に１枚のフレキシブル配線材にて設置できるので、取扱いが容易である。
【００１４】
前記押し付け部材の反力を、前記シール部の前記セパレータをシールする反力よりも小さく、前記接触部が前記セパレータとの接触を保てるように設定したことが好ましい。押し付け部材の反力がシール部のセパレータをシールする反力よりも小さいので、押し付け部材によってシール部のシール性を悪化させてしまうことがない。
【００１５】
前記押し付け部材は、弾性体であることが好ましい。弾性体の押し付け部材は、適切な反力を生じることができる。
【００１６】
前記押し付け部材は、前記シール部の材料と同材料で形成されることが好ましい。シール部の材料と同材料の押し付け部材は、製作がシール部と同時に行え、製作が容易である。
【００１７】
前記押し付け部材は、前記シール部と一体で構成されることが好ましい。シール部と一体の押し付け部材は、製作がシール部と一体化して行え、製作が容易である。また、シール部を位置決めすると、押し付け部材も位置固定でき、組み込み作業時に手間がない。
【００１８】
前記押し付け部材の高さは、前記シール部の高さよりも低いことが好ましい。押し付け部材の高さがシール部の高さよりも低いと、容易に、押し付け部材の反力を、シール部のセパレータをシールする反力よりも小さく、接触部がセパレータとの接触を保てるように設定することができる。
【００１９】
前記押し付け部材の弾性率は、前記シール部の弾性率よりも低いことが好ましい。押し付け部材の弾性率がシール部の弾性率よりも低いと、さらに容易に、押し付け部材の反力を、シール部のセパレータをシールする反力よりも小さく、接触部がセパレータとの接触を保てるように設定することができる。
【００２０】
前記押し付け部材は、板バネ構造にて支持されることが好ましい。板バネ構造にて支持された押し付け部材は、反力を容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、セパレータに接触させる電圧検出用電極を確実にセパレータに接触させ、電圧の検出を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１〜図５を参照して、第１の実施の形態について説明する。図１（ａ）は第１の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ断面図である。図２は第１の実施の形態に係るセルシールのＦＰＣを示す図である。図３（ａ）は第１の実施の形態に係るセルシールのＦＰＣに設けられたセンサ接続要電極を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢＢ断面図である。図４（ａ）は第１の実施の形態に係るセルシールのＦＰＣに設けられた電圧検出用電極を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣＣ断面図である。図５（ａ）は第１の実施の形態の他の例に係るセルシールのＦＰＣに設けられた電圧検出用電極を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣＣ断面図である。
【００２３】
本実施の形態では、互いに重ねられる一対のセパレータ間の反応電極部（ＭＥＡ）の周縁をシールするために燃料電池用セルシール（以下、セルシールという）が用いられている。
【００２４】
反応電極部は、電解質膜（イオン交換膜）の両側に正電極（ＧＤＬ：ガス拡散層をもつ電極）及び負電極（ＧＤＬ：ガス拡散層をもつ電極）を重ね合わせたものである。
【００２５】
セルシール１は、図１（ａ）に示すように、概略、反応電極部の周縁を囲むシール部２と、シール部２を貫通してシール部２の外側から内側へと延びるフレキシブル配線材としてのＦＰＣ（フレキシブルプリンティッドサーキット）３と、を備えている。ＦＰＣ３は、図１（ａ）のＡＡ断面を示す図１（ｂ）に示すようにシール部２の中心を貫通している。
【００２６】
シール部２は、一対のセパレータにそれぞれ所定の圧縮代をもって密接し、一対のセパレータ間をシールする。このシール部２は、自己接着機能を有するフッ素ゴムからなる。
【００２７】
ＦＰＣ３は、図２に示すように、シール部２の内側でセンサが取り付けられるセンサ接続用電極としての第１ランド部３１と、シール部２の外側でセパレータと接触しセパレータからの電圧を検出する電圧検出用電極としての第２ランド部３２と、を有する。ＦＰＣ３には、ベースフィルム及びカバーフィルムにＰＩを使用し、導体３３として銅箔を使用している。また、第１、第２ランド部３１，３２は耐食性を持たせるため、金メッキ３６が施されている。このように１つのＦＰＣ３に第１、第２ランド部３１，３２が同時に形成されているので、運搬や設置が容易に行え、取扱いに優れる。
【００２８】
第１ランド部３１は、図３（ａ）に示すように、２本の金メッキした矩形の端部を有する電極である。そして、図３（ａ）のＢＢ断面を示す図３（ｂ）に示すように、ベースフィルム３４とカバーフィルム３５とで導体３３を挟み、カバーフィルム３５に導体３３を一部露出させてその露出部を金メッキ３６したものである。第１ランド部３１は、シール部２の内側に２つ設けられる。
【００２９】
また、第２ランド部３２は、図２に示すように、１つの円形の金メッキ３６した端部を有する電極であり、金メッキ３６の部分がセパレータと接触する接触部となっている。この接触部の周辺は、セパレータとの接触を容易にするため、カバーフィルム３５がかけら
れていない。また、第２ランド部３２の銅箔部分の端縁における立ち上がりの端面にも金メッキ３６が施せるように、第２ランド部３２の銅箔部分が露出するようにパターニングされている。
【００３０】
第２ランド部は、本実施の形態のようにシール部２の外側に配置される。これは、シール部２の内側のセパレータ表面には通常ガス流路溝が形成されており、第２ランド部３２とセパレータとの接触に不利であるからである。
【００３１】
そして、図４に示すように、第２ランド部３２の金メッキ３６された接触部の裏側に押し付け部材としての押圧部４を有している。そして、押圧部４の反力を、シール部２のセパレータをシールする反力よりも小さく、接触部がセパレータとの接触を保てるように設定している。これにより、押圧部４は、一対のセパレータ間のシール部のシール性を悪化させることなく、第２ランド部３２の接触部を確実にセパレータに接触させている。
【００３２】
この押圧部４は、シール部２と同材料のフッ素ゴムで形成されているが、シール部２とは分離されており、第２ランド部３２の自由度が増すようにしている。このため、第２ランド部３２を先にセパレータに位置合わせし、その後、シール部２をセパレータに配置するようにし、セルシールの組み込み作業を容易に行えるようにすることもできる。
【００３３】
なお、押圧部４のゴム材料をシール部２に比して低弾性率のものにすることもできる。シール部２に比して低弾性率のゴム材料を押圧部に用いることにより、取扱い性を良くするためにシール部２よりも押圧部４が厚くなった場合においても、押圧部４の反力を抑制し、シール部２のシール性を悪化させないようにできる。
【００３４】
また、図５に示すように、押圧部４を小さく設け、押圧部４の反力をシール部２の反力よりも小さく抑えるようにしてもよい。これによっても、押圧部４の反力を抑制し、シール部２のシール性を悪化させないようにできる。
【００３５】
このＦＰＣ３は、図１に示すように、シール部２に一体化されている。一体化は、ＦＰＣ３をシール部２形状の金型内に配置し、シール部２の材料となるフッ素ゴムを圧縮成形して行う。これによって、シール部２を貫通したＦＰＣ３を有するセルシール１を実現している。
【００３６】
以上のようにシール部２とＦＰＣ３が一体化したセルシール１を用い、ＦＰＣ３の第１、第２ランド部３１，３２を所定位置に配置することにより、シール部２内の流体等を漏洩することなく、容易に、第１ランド部３１に接続したセンサによってセル内部の状態を検出し、また第２ランド部３２によってセパレータの電圧を検出することができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図６を参照して、第２の実施の形態について説明する。図６（ａ）は第２の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤＤ断面図である。
【００３８】
本実施の形態では、シール部２に第２ランド部３２の押圧部４が一体化している。このため、シール部２と押圧部４を同時に製作でき、製作が容易である。また、シール部２を位置決めすると、第２ランド部３２も位置固定でき、組み込み作業時に手間がない。
【００３９】
このセルシール１の場合には、シール部２よりも第２ランド部３２の押圧部４の厚みを薄くする、或いは接触面績を少なくする等により発生する押圧部４の反力をシール部２の反力よりも少なくすることで、シール部２の反力低減によるシール性の悪化を抑えることができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図７を参照して、第３の実施の形態について説明する。図７（ａ）は第３の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤＤ断面図である。
【００４１】
本実施の形態では、押圧部４は板バネ構造にて支持されている。すなわち、シール部２から押圧部４に続く部分にゴムバネ５が設けられている。これによって、板バネの原理が利用でき、第２ランド部３２の密着力がより向上する。
【００４２】
（第４の実施の形態）
図８を参照して、第４の実施の形態について説明する。図８（ａ）は第４の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡＡ断面図である。
【００４３】
本実施の形態では、シール部２とＦＰＣ３とをセパレータ６上で一体化する。すなわち、まずＦＰＣ３をセパレータ６上に配置し、その上にシール部２を一体化する。
【００４４】
ＦＰＣ３とセパレータ６間にはＦＰＣ３若しくはセパレータ６に予め接着剤７を塗布し、ＦＰＣ３とセパレータ６を接着している。ＦＰＣ３とセパレータ６間の接着剤７は、ＦＰＣ３上にシール部２を一体化する際に、ＦＰＣ３の位置決めをなすとともに、ＦＰＣ３の位置ズレを防止する。
【００４５】
本実施の形態では、セパレータ６にＦＰＣ３をシール部２とともに一体化でき、十分なシール性を確保できる。
【００４６】
また、第２ランド部３２においては、接触部の表面への押圧部４の材料の回り込みを防ぐために接触部の表面積の内側にのみ配置できるようにしたり、押圧部４を別途製作しておき接着剤等で後貼りするようにしたりしてもよい。
【００４７】
（第５の実施の形態）
図９を参照して、第５の実施の形態について説明する。図９（ａ）は第５の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡＡ断面図である。
【００４８】
本実施の形態では、ＦＰＣ３をセパレータ６に設けた溝８内に配置し、シール部２とＦＰＣ３とをセパレータ６上で一体化する。すなわち、まずＦＰＣ３をセパレータ６の溝８内に配置し、その上にシール部２を一体化する。
【００４９】
ＦＰＣ３とセパレータ６間にはＦＰＣ３若しくはセパレータ６に予め接着剤７を塗布し、ＦＰＣ３とセパレータ６を接着している。
【００５０】
本実施の形態では、セパレータ６の溝８内にＦＰＣ３が配置されることから、ＦＰＣ３の厚みが無視でき、シール部２の面圧を保持できる。特にＦＰＣ３の厚みが厚いとき、或いはシール部２の厚みが薄いときに有効である。
【００５１】
（第６の実施の形態）
図１０を参照して、第６の実施の形態について説明する。図１０（ａ）は第６の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡＡ断面図である。
【００５２】
本実施の形態では、ＦＰＣ３をシール部２の設けられる反応電極部の周縁にまで延長している。
【００５３】
セルシール１は、シール部２においてもＦＰＣ３を中心に有している。これにより、セルシール１のシール部２全面とＦＰＣ３は一体となり、全周において均一な面圧を保持できる。また、同時にＦＰＣ３がセルシール１の芯の役割を果たし、組み付け性を向上させることができる。
【００５４】
（第７の実施の形態）
図１１を参照して、第７の実施の形態について説明する。図１１（ａ）は第７の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡＡ断面図である。
【００５５】
本実施の形態では、ＦＰＣ３をシール部２の設けられる反応電極部の周縁にまで延長し、ＦＰＣ３の片面にだけシール部２を形成している。
【００５６】
セルシール１は、反応電極部の周縁のＦＰＣ３の片面にシール部２が形成され、もう一方のＦＰＣ３の片面には接着剤７を塗布する。これによって、ＦＰＣ３とシール部２の一体品を接着剤７によって、直接セパレータ６に貼り付けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、燃料電池用セルシールとして用いられる。また、本発明は、シール部とフレキシブル配線材とが一体化されたシール装置が用いられる環境であればどのような産業分野でも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１（ａ）は第１の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ断面図である。
【図２】図２は第１の実施の形態に係るセルシールのＦＰＣを示す図である。
【図３】図３（ａ）は第１の実施の形態に係るセルシールのＦＰＣに設けられたセンサ接続用電極を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢＢ断面図である。
【図４】図４（ａ）は第１の実施の形態に係るセルシールのＦＰＣに設けられた電圧検出用電極を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣＣ断面図である。
【図５】図５（ａ）は第１の実施の形態の他の例に係るセルシールのＦＰＣに設けられた電圧検出用電極を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣＣ断面図である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤＤ断面図である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤＤ断面図である。
【図８】図８（ａ）は第４の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡＡ断面図である。
【図９】図９（ａ）は第５の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡＡ断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は第６の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡＡ断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は第７の実施の形態に係るセルシールを示す平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡＡ断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  セルシール
２  シール部
３  ＦＰＣ（フレキシブルプリンティッドサーキット）
３１  第１ランド部
３２  第２ランド部
３３  導体
３４  ベースフィルム
３５  カバーフィルム
３６  金メッキ
４  押圧部
５  ゴムバネ
６  セパレータ
７  接着剤
８  溝
【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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