(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルが積層された燃料電池をセルの積層方向に押圧するシート状の弾性体であって、
第１当接面と、第１当接面の裏側に形成された第２当接面を有しており、
第１当接面には複数の第１凸部が散点状に形成されており、第２当接面の第１凸部に対応する位置には第１凹部がそれぞれ形成されており、
第１凸部は、その頂部においては曲率半径Ｒ１の凸曲面に形成される一方で、その外縁部においては曲率半径Ｒ２の凹曲面に形成されており、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２の比（Ｒ１／Ｒ２）が１．０〜３．０の範囲とされており、
第１凸部は平面視すると円形状に形成されており、第１凸部を平面視したときの円形状の直径をＤとし、第１当接面と第２当接面との間の距離をｔとしたときに、D＝２７．７６３×ｔ＋０．７３２７を満足することを特徴とするシート状弾性体。
【請求項２】
第１当接面の燃料ガス及び／又は酸化ガスの入口側の端部に形成された第１凸部の密度が、第１当接面の燃料ガス及び／又は酸化ガスの出口側の端部に形成された第１凸部の密度より低いことを特徴とする請求項１に記載のシート状弾性体。
【請求項３】
第１当接面と第２当接面との間の距離が０．２ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシート状弾性体。
【請求項４】
第１凸部が第１当接面に規則的に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシート状弾性体。
【請求項５】
第１当接面から第２当接面に向かって貫通する貫通孔が複数形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシート状弾性体。
【請求項６】
第２当接面には複数の第２凸部が散点状に形成されており、第１当接面の第２凸部に対応する位置には第２凹部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシート状弾性体。
【請求項７】
複数のセルを積層した燃料電池本体と、
セル毎、又は、複数のセル毎に配置された請求項１〜６のいずれか一項に記載のシート状弾性体と、を有する燃料電池。
【請求項８】
複数のセルのいずれかは、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシート状弾性体と板材を有しており、
シート状弾性体と板材の間には、冷却水が流れる空間が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを積層したスタック構造を有する燃料電池に関する。詳しくは、スタック構造を有する燃料電池をセルの積層方向に押圧するための弾性体に関する。
【背景技術】
【０００２】
スタック構造を有する燃料電池では、積層された複数のセルを保持するために、燃料電池を積層方向に押圧する力が加えられている。積層方向に押圧力を加える構造としては、種々の構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特許文献１の押圧構造では、複数のセルを積層した燃料電池の一端に皿ばねが配され、この皿ばねによって燃料電池全体に押圧力が加えられている。特許文献２の押圧構造では、セル毎に弾性体が配され、この弾性体によってセル毎に押圧力が加えられている。なお、特許文献２には、セル毎に配される弾性体として、断面波形の板ばねや、格子状に形成された弾性体が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−４９２２１号公報
【特許文献２】特開２００２−２９８９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の燃料電池では、燃料電池を積層方向に押圧する押圧力の大きさによって、セル同士の接触抵抗が変化する。このため、燃料電池の内部抵抗を低減するためには、セルを押圧する押圧力を適切な大きさとし、セル同士の接触抵抗を小さくしなければならない。また、燃料電池のセルは熱膨張や収縮によって寸法が変化するため、セルの寸法が変化しても、セルを押圧する押圧力が変化しないことが望まれる。したがって、燃料電池をセルの積層方向に押圧する弾性体には、セルが寸法変化する範囲内で適切な押圧力を発生すること（いわゆる、低ばね定数化）が望まれている。
【０００４】
特許文献１の押圧構造では、燃料電池の端部に板ばねを配するため、板ばねを配するスペースを確保し易く、所望のばね特性（低ばね定数化）を得易い。しかしながら、セル毎の寸法変化は小さいとしても、その寸法変化が合わさった燃料電池全体の寸法変化は大きくなる。そのため、板ばねに近いセルが燃料電池全体の寸法変化に伴って積層方向へ大きく移動することもあり、場合によっては、燃料電池全体の寸法変化に適切に対応することができなくなる。
一方、特許文献２の押圧構造では、セル毎に板ばねを配するため、セル毎の寸法変化に対応することはできる。しかしながら、弾性体を配するスペースが制限されるため、弾性体を低ばね定数化することが難しい。すなわち、断面波形の板ばねを低ばね定数化しようとすると、断面の波形状を大きくしなければならない（具体的には、断面の波形状を上下方向及び左右方向に大きくしなければならない）。断面の波形状を大きくすると、セルと弾性体との接触部位が偏り、セルの全面を均一に押圧することができなくなる。同様に、格子状に形成された弾性体を低ばね定数化しようとすると、格子の寸法を大きくしなければならない。格子の寸法を大きくしても、セルと弾性体との接触部位が偏るため、セルの全面を均一に押圧することができなくなる。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池のセル毎の寸法変化に対応することができ、かつ、セル面内の押圧差を抑制することができる、低ばね定数化した弾性体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】
【０００６】
本明細書に開示する弾性体は、複数のセルが積層された燃料電池をセルの積層方向に押圧するシート状の弾性体である。このシート状弾性体は、第１当接面と、第１当接面の裏側に形成された第２当接面を有している。第１当接面には複数の第１凸部が散点状に形成されており、第２当接面の第１凸部に対応する位置には第１凹部がそれぞれ形成されている。
この弾性体はシート状とされているため、燃料電池のセル毎（例えば、隣接するセル間）に配置することができる。また、シート状にされた弾性体の第１当接面に複数の第１凸部が散点状に形成され、それに対応した第１凹部が第２当接面に散点状に形成されている。このため、このシート状弾性体を、例えば、燃料電池の隣接するセル間に配置すると、第１当接面では第１凸部が一方のセルに当接し、第２当接面では第１凹部以外の部位が他方のセルに当接する。セルを押圧する力は、第１凸部（第１凹部）が変形することによって発生する。第１凸部が変形する力は、第１凸部の寸法によって変化するため、第１凸部の寸法を適宜調整することによって低ばね定数化を実現することができる。また、第１凸部は当接面に散点状に形成されているため、その配置を適宜調整することで、セルの全面を均一に押圧することができる。
【０００７】
上記のシート状弾性体は、第１当接面と第２当接面との間の距離（すなわち、シート状にされた部位の板厚）が０．２ｍｍ以下とされていることが好ましい。板厚を０．２ｍｍ以下とすることで、セル毎に弾性体を配置しても、燃料電池がセルの積層方向に大きくなることを防止することができる。また、板厚を０．２ｍｍ以下とすることで、第１凸部が変形し易くなる。このため、第１凸部の大きさを小さくしても、弾性体を低ばね定数化することができる。また、第１凸部の大きさを小さくできると、第１凸部を第１当接面に多数配置することができ、セルの全面を均一に押圧することが可能となる。
【０００８】
また、第１凸部は、その頂部においては曲率半径Ｒ１の凸曲面に形成される一方で、その外縁部においては曲率半径Ｒ２の凹曲面に形成されており、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２の比（Ｒ１／Ｒ２）が１．０〜３．０の範囲とされていることが好ましい。ここでいう曲率半径とは、シート状の弾性体の板厚中心における曲率半径を意味する。
上記した比（Ｒ１／Ｒ２）を１．０以上とすることで、弾性体に作用する圧縮応力を小さくすることができる。一方、比（Ｒ１／Ｒ２）を３．０以下とすることで、弾性体のばね定数を低ばね定数化することができる。また、比（Ｒ１／Ｒ２）を１．０〜３．０の範囲とすることで、弾性体に作用する引張応力も小さくすることができる。したがって、比（Ｒ１／Ｒ２）を１．０〜３．０とすることで、低ばね定数化と低応力を実現することができる。
【０００９】
また、第１凸部が第１当接面に規則的に配置されていることが好ましい。第１凸部を規則的に配置することで、第１凸部を容易に成形することができる。
【００１０】
上記のシート状弾性体は、隣接するセルとセルの間に配置することができる他、燃料電池のセルを構成する一部材（アノード、カソード、セパレータ等の一部分）として用いることもできる。例えば、弾性体を燃料電池セルのガス拡散層又はセパレータとして用いることができる。ガス拡散層として用いる場合は、第１当接面から第２当接面に向かって貫通する貫通孔が複数形成されていることが好ましい。シート状弾性体に貫通孔を設けることで、ガス拡散を効率的に行うことができる。なお、シート状弾性体をガス拡散層として用いる場合は、シート状弾性体に撥水性の導電フィルムを併用することが好ましい。これによって、効率的なガス拡散が担保される。また、シート状弾性体をセパレータとして用いる場合は、図１に示すように単に弾性体としてのみ使用することもできるし、平板と組み合わせてシート状弾性体の凸部と平板間に空間を形成し、その空間を冷却水を流すための流路として利用することもできる。これにより、セパレータに冷却水を流すための流路を別途形成する必要がなくなる。
【００１１】
上記の第１凸部及び第１凹部は、種々の加工方法によって形成することができるが、シート状の板材（例えば、金属製の板材）をプレス加工することで形成することができる。プレス加工を用いることで、第１凸部及び第１凹部を同時に形成することができ、生産性を高めることができる。
【００１２】
また、上記のシート状弾性体は、第２当接面に複数の第２凸部を散点状に形成し、第１当接面の第２凸部に対応する位置に第２凹部をそれぞれ形成することができる。このような構成によると、シート状弾性体の両当接面に凸部（及び凹部）が形成される。このため、第１及び第２凸部並びに第１及び第２凹部をプレス加工で同時に成形するようにすると、成形後のシート状弾性体の両面に凸部（及び凹部）が形成され、成形後のシート状弾性体の平坦度を確保することが容易となる。
【００１３】
なお、上記のシート状弾性体を備えた燃料電池は、次の形態を採ることができる。すなわち、この燃料電池は、複数のセルを積層した燃料電池本体と、セル毎、又は、複数のセル毎に配置された、上記シート状弾性体のいずれか一つを有する。
本発明のシート状弾性体によってセルを押圧するため、内部抵抗が小さく、小型の燃料電池を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態について列挙する。
（形態１）シート状弾性体は、金属（例えば、チタン、ステンレス）の薄板からできている。
（形態２）シート状弾性体の表面には、複数の凸部が格子状（格子の各頂点）又は千鳥状に形成されている。シート状弾性体の裏面には、表面に形成された凸部と対応する位置に凹部がそれぞれ形成されている。
（形態３）凸部と凹部は、金属の薄板をプレス加工することによって成形されている。
（形態４）凸部と凹部は、シート状弾性体の当接面に均一に配置されている。
（形態５）板厚をｔとし、凸部の直径をＤとすると、Ｄ＝２６．７６ｔ＋０．７３（交差±１０％）の範囲とされている。
（形態６）シート状弾性体を燃料電池にセットしたときに、凸部が形成された面と燃料電池側の部材との接触面積が全体の面積の５０±１５％に調整されている。
【実施例】
【００１５】
図面を参照して本実施例に係る燃料電池について説明する。図１は本実施例に係る燃料電池１０の構成を示す図である。図１に示すように燃料電池１０は、積層された複数のセル１２と、隣接するセル１２，１２間に配された板ばね２４を備えている。
【００１６】
セル１２は、電解質膜１８と、電解質膜１８を両側から挟みこむアノード１６及びカソード２０と、アノード１６及びカソード２０を両側から挟みこむセパレータ１４，２２を備えている。
電解質膜１８は、固体高分子材料（例えば、フッ素系樹脂により形成された厚さ１０〜２００μｍのプロトン導電性のイオン交換樹脂）からなり、湿潤状態で良好な電気導電性を有している。電解質膜１８の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が塗布されている。
アノード１６及びカソード２０は、共に炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスやカーボンペーパにより形成されたガス拡散電極である。アノード１６及びカソード２０は、熱圧着等によって電解質膜１８と一体化されている。
セパレータ１４，２２は、ガス不透過の導電性材料（例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン）や金属（チタン、ステンレス）により形成されている。セパレータ１４，２２にはガス流路１４ａ，２２ａが形成されている。すなわち、アノード１６側のセパレータ１４には燃料ガス流路１４ａが形成され、カソード２０側のセパレータ２２には酸化ガス流路２２ａが形成されている。
燃料ガス流路１４ａには燃料ガス（例えば、水素）が供給され、酸化ガス流路２２ａには酸化ガス（例えば、空気）が供給される。燃料ガス流路１４ａに供給された燃料ガスと酸化ガス流路２２ａに供給された酸化ガスは、燃料ガスが電解質膜をイオン化して透過することによって反応し、その際に電子を放出する。これによって、セル１２から所定の起電力を得ることができる。
なお、セル１２を構成する各部材（電解質膜１８、アノード１６及びカソード２０、セパレータ１４，２２）は、公知の燃料電池に用いられているものを用いることができ、特に本発明を特徴付けるものではない。このため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００１７】
板ばね２４は、隣接するセル１２間に配置され、セル１２を積層方向に押圧する。セル１２の両側に板ばね２４が配置されることから、セル１２は板ばね２４によって積層方向に圧縮される。本実施例では、板ばね２４は導電性の高い金属（例えば、チタン等）の薄板によって形成されている。
なお、板ばね２４の板厚ｔは０．２ｍｍ以下とされていることが好ましい。板ばね２４の板厚ｔを０．２ｍｍ以下とすることで、燃料電池１０が積層方向に大きくなることが抑制できる。本実施例では、板ばね２４の板厚を０．０５ｍｍとしている。
【００１８】
図２，３に示すように、板ばね２４の表面には複数の凸部２６が散点状に形成されている。本実施例では、金属の薄板をプレス加工することによって凸部２６を形成している。このため、板ばね２４の裏面には、凸部２６と対応する位置にそれぞれ凹部が形成されている。また、プレス加工によって凸部２６を形成することから、凸部２６と凹部は略同一形状となっている。
【００１９】
図２に示すように、各凸部２６は平面視が円形状に形成されている。本実施例では、凸部２６の直径Ｄと板ばね２４の板厚ｔとは、次の（式１）が成立するように調整されている（図１１参照）。
【００２０】
Ｄ＝２７．７６３×ｔ＋０．７３２７          （式１）
【００２１】
（式１）から明らかなように、板厚ｔを厚くすると、それに応じて凸部２６の直径Ｄが大きくなる。すなわち、板ばね２４の板厚ｔが厚くなると凸部２６が変形し難くなる。そこで、板ばね２４を低ばね定数化する（すなわち、凸部２６の変形量の変化に応じた圧縮荷重の変化を小さくする）ために、凸部２６の直径Ｄを大きくする。上記（式１）式を満足するように板厚ｔと凸部２６の直径Ｄを決めることで、板ばね２４の低ばね定数化が実現される。本実施例では、凸部２６の直径Ｄを２．２４３ｍｍとしている。
また、上記（式１）及び図１１に示す関係から明らかなように、板ばね２４の板厚ｔを小さくすると、凸部２６の直径Ｄも小さくなる。既に説明したように、本実施例では板ばね２４の板厚ｔを０．２ｍｍ以下とすることで、凸部２６の直径Ｄを５ｍｍ以下とする。これによって、板ばね２４の表面に多数の凸部２６を形成することができ、セル１２の全面を均一に押圧することも可能となる。
【００２２】
また、図３から明らかなように、各凸部２６は、その頂部２８においては曲率半径Ｒ１の凸曲面に形成されており、その外周部３０においては曲率半径Ｒ２の凹曲面に形成されている。本実施例では、頂部２８の曲率半径Ｒ１と外周部３０の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ１／Ｒ２）が１．０〜３．０の範囲に調整されている。ここでいう曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、板ばね２４の板厚中心における曲率半径を意味している。
図１２に示すように、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）が大きくなると、面圧定数（板ばね２４のばね定数）が大きくなる。すなわち、曲率半径の比(Ｒ１／Ｒ２)が大きくなると、頂部２８の凸曲面の曲率半径Ｒ１に対して外周部３０の凹曲面の曲率半径Ｒ２が小さくなり、凸部２６が圧縮変形し難くなる。このため、板ばね２４のばね定数も高くなる（面圧定数が高くなる）。したがって、板ばね２４を低ばね定数化するためには、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）を小さくすることが望ましい（具体的には、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）を３．０以下とすることが望ましい）。
一方、図１４に示すように、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）を小さくすると、それに応じて最大圧縮応力（板ばね２４の凸部２６に所定量の圧縮変形を与えたときに板ばね２４に発生する圧縮応力の最大値）が大きくなる。このため、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）を１．０未満とすると、板ばね２４の凸部２６が座屈する可能性がある。即ち、板ばね２４の凸部２６が、変形した状態から復元できなくなる可能性がある。
また、図１３に示すように、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）が１．０〜３．０の範囲では最大引張応力（板ばね２４の凸部２６に所定量の引張変形を与えたときに板ばね２４に発生する引張応力の最大値）も小さくなる。
したがって、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）を１．０〜３．０の範囲に調整することで、板ばね２４の低応力化と低ばね定数化の両者を実現することができる。なお、本実施例では、曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）が２．０とされている。
【００２３】
また、図２から明らかなように、凸部２６は板ばね２４の表面に格子状に配置されている（すなわち、格子の各頂点に凸部２６が配置されている）。また、凸部２６は板ばね２４の表面全体に均一に配置されている。これによって、板ばね２４はセル１２の全面を均一に押圧することができる。また、凸部２６が均一に配置されることから、板ばね２４の加工性（凸部２６のプレス加工性）が向上し、生産性を上げることができる。
【００２４】
上述した燃料電池１０では、隣接するセル１２間に板ばね２４が配置される。このため、板ばね２４の表面では、凸部２６の頂部２８が一方のセル１２に当接し、板ばね２４の裏面では、凹部２７以外の部位が他方のセル１２に当接する。板ばね２４の凸部２６には初期状態で所定の圧縮量が加えられており、これによってセル１２には所定の押圧力が作用する。ここで、凸部２６は板ばね２４の全面に均一に配置されているため、板ばね２４によってセル１２の全面が均一に押圧される。
燃料電池１０のセル１２が熱膨張や収縮等によってセル積層方向に寸法変化すると、セル１２間に配置された板ばね２４の凸部２６の変形量が変化する。板ばね２４は、隣接するセル１２間にそれぞれ配置されている。このため、セル１２毎に寸法変化が異なっても、それに応じて板ばね２４の凸部２６の変形量が変化する。これによって、セル１２毎の寸法変化にも適切に対応することができる。
また、板ばね２４の凸部２６は、その変形量が変化しても発生する押圧力の変化が小さくなるように設計されている（低ばね定数化が図られている）。すなわち、板ばね２４の板厚ｔを薄くすると共に凸部２６の形状を適切なものとしているため、凸部２６が初期状態から変形しても、セル１２を押圧する力が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎることはない。このため、セル１２が適切な力で押圧され、燃料電池１０の内部抵抗を低く抑えることができる。これによって、燃料電池１０の発電効率を高めることができる。
【００２５】
上述したことから明らかなように、本実施例の燃料電池１０では、隣接するセル１２間に板ばね２４をそれぞれ配置しているため、セル１２毎の寸法変化に対応してセル１２に押圧力を加えることができる。
また、板ばね２４は、その表面に散点状に配置された複数の凸部２６が変形することによって押圧力を発生するようにしている。このため、板ばね２４を隣接するセル１２，１２間の限られたスペースに配置しても、板ばね２４を低ばね定数化できると共に、板ばね２４によりセル１２の全面を均一に押圧することができる。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、板ばね２４の表面に格子状に凸部２６を形成したが、本発明はこのような実施例に限られない。例えば、図４に示される板ばね３２のように、その表面に千鳥状に凸部３４を配置するようにしてもよい。凸部３４を千鳥状に配置しても、板ばね３２の表面に均等に凸部３４を配置することができ、セル１２の全面を均一に押圧することができる。また、凸部３４を千鳥状に配置することで、単位面積当たりの凸部３４の密度も向上することもできる。
【００２７】
また、上述した実施例では、板ばね２４の表面にのみ凸部２６を形成したが、本発明はこのような実施例に限られない。例えば、図５に示される板ばね３６のように、板ばね３６の表面と裏面のそれぞれに凸部３８ａ，３８ｂを形成するようにしてもよい。板ばね３６の両面にプレス加工によって凸部３８ａ，３８ｂを形成することで、プレス加工後の板ばね３６の平坦度を高めることができる。あるいは、面圧分布を増減調節したり、さらなる低ばね定数化を図ることもできる。
【００２８】
また、上述した実施例では、板ばね２４とセル１２との当接面に均一に凸部２６を形成するようにしたが、図６、７、８に例示するように凸部の密度が部分的に変化するようにしてもよい。図６に示す例は、板ばね２４の一方側の端部（図中の左側端部）から他方側の端部（図中の右側端部）にかけて、凸部２６のピッチを徐々に拡大させたものである（ｐ１＜ｐ２）。図７に示す例は、板ばね２４の一方側の範囲（図中の左側範囲）では凸部２６を千鳥状に配設し、他方側の範囲（図中の右側範囲）では凸部２６を格子状に配設したものである。図８に示す例は、板ばね２４の一方側の端部（図中の左側端部）から他方側の端部（図中の右側端部）にかけて、凸部２６のサイズを徐々に拡大させたものである。
凸部２６の密度を部分的に変化させる場合、燃料ガス及び／又は酸化ガスの供給方向（入口、出口等）を考慮することも有効である。例えば、燃料ガスや酸化ガスの入口側では、出口側と比較して各セル１２の熱膨張変化が大きくなる。そのことから、燃料ガスや酸化ガスの入口側の範囲については、出口側の範囲よりも凸部２６の密度を低くすることによって、低ばね定数化を図ることが有効となる。これによって、セルの面内の寸法変化の差にも適切に対応することができる。また、発電分布を均一化することができる。
【００２９】
また、上述した実施例では、セル１２のセパレータ１４，２２の外側に板ばね２４を配置するようにしたが、本発明はこのような形態に限られず、セル１２を構成する一部材（アノード、カソード、セパレータの一部分）として板ばねを用いることもできる。
図９に、板ばね４０をアノードのガス拡散層として用いた燃料電池１１０の一例を示す。図９に示すように、この燃料電池１１０の各セル１１２では、セパレータ１４とアノード２２との間に板ばね４０が介挿されている。この場合、図１０に示すように板ばね４０には、その表面から裏面に向かって貫通する貫通孔４４が複数形成される。板ばね４０に貫通孔４４を複数設けることで、ガス拡散を効率的に行うことができる。なお、板ばね４０をアノード側のガス拡散層として用いる場合は、板ばね４０に撥水性の導電フィルムを併用することが好ましい。これによって、板ばね４０への水分の付着が防止され、効率的なガス拡散を担保することができる。なお、板ばね４０をカソード２０とセパレータ２２との間に配置し、板ばね４０をカソード２０のガス拡散層として用いることもできる。
なお、貫通孔４４の径は０．２ｍｍ以下であることが好ましい。貫通孔４４の径を小さくすることで、ガスを均一に分配することができる。また、全ての貫通孔４４の面積の和は、板ばね４０の全面積の５〜２０％であることが好ましい。貫通孔４４の面積の和を５％以上とすることで効率的にガスの拡散を行うことができ、貫通孔の面積の和を２０％以下とすることで板ばね４０に充分な強度を持たせることができる。
【００３０】
なお、板ばねをガス拡散層として用いる場合、板ばねとセパレータとの隙間をガスが流れることとなる。このため、板ばねの凸部の間隔や、板ばねとセパレータとの接触面積は、ガスが均一に拡散し、かつ、その隙間をガスが充分に流れるように設定することが好ましい。
例えば、隣接する凸部の頂部の間の距離（いわゆる、凸部のピッチ）は、凸部を所定量だけ圧縮したとき（例えば、凸部の頂部と外周部の距離が０．０２ｍｍとなるまで圧縮したとき）に、隣接する凸部間に形成される空隙が所定長さ（例えば、２ｍｍ）以下となるように調整されることが好ましい。このように構成すると、凸部のピッチ（間隔）が大きくなり過ぎないため、ガスの流れが偏ることが防止される。これによって、均一なガスの拡散を図ることができる。また、凸部のピッチを小さくすることによって、電子配線を密にすることもできる。
また、板ばねを燃料電池にセットしたときに、板ばねの凸部が形成された面とセルとの接触面積が全体の面積の５０±１５％に調整されることが好ましい。このように構成することで、ガス流路を充分に確保すると共に導電効率を充分に確保することができる。
また、板ばねをガス拡散層として用いる場合、板ばねの凸部を整列配置（例えば、直線状に配置）するようにしてもよい。このように凸部を配置することで、板ばねとセパレータの隙間をガスが流れ易くなり、ガスが流れる際の圧力損失を抑制することができる。
さらに、板ばねの凸部の大きさを充分に小さくすることで、ガス拡散の均一性を図るようにしてもよい。また、板ばねの凸部の大きさを充分に小さくすることで、電気配線が密になるようにしてもよい。
【００３１】
なお、上記の各実施例では、セル毎に板ばねを配するようにしたが、本発明はこのような例に限られず、セル毎の寸法変化に対応できる範囲内で複数のセル毎に板ばねを配するようにしてもよい。
また、シート状弾性体をセパレータとして用いる場合は、図１に示すように単に弾性体としてのみ使用することもできるし、平板と組み合わせてシート状弾性体の凸部と平板の間に空間を形成し、その空間を冷却水を流すための流路として利用することもできる。これにより、セパレータに冷却水を流すための流路を別途形成する必要がなくなる。
この場合、シート状弾性体の凸部の高さを一定以上高く設定することで、使用領域の全域において十分な空隙を確保でき、冷却水の圧損を極力抑えることができる。加えて、必要に応じて凸部のピッチ及び配列を調整することにより、自在に圧損レベルを調整することができる。また、図５に示すように凸部をシート状弾性体の上下面に設けることによって、流路面積や圧損レベルの調整を行うこともできる。この場合、一方の面の凸部を剛性の高い形状に形成することによって、シート状弾性体の変位によって水路面積の影響を受け難い構造とすることもできる。
【００３２】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施例に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図２】板ばねの平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】変形例に係る板ばねの平面図である。
【図５】変形例に係る他の板ばねの断面図である。
【図６】凸部の分布密度を変化させた一例を示す図である（配置ピッチ変化）。
【図７】凸部の分布密度を変化させた一例を示す図である（配置パターン変化）。
【図８】凸部の分布密度を変化させた一例を示す図である（凸部サイズ変化）。
【図９】板ばねをガス拡散層として用いた燃料電池を示す図。
【図１０】ガス拡散層として用いる板ばねの断面図である。
【図１１】本実施例に係る板ばねの板厚と凸部の直径との関係を示すグラフである。
【図１２】本実施例に係る板ばねの曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）と面圧定数との関係を示すグラフである。
【図１３】本実施例に係る板ばねの曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）と最大引張応力との関係を示すグラフである。
【図１４】本実施例に係る板ばねの曲率半径の比（Ｒ１／Ｒ２）と最大圧縮応力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・燃料電池
１２・・セル
１４・・セパレータ
１６・・アノード
１８・・電解質膜
２０・・カソード
２２・・セパレータ
２４・・板ばね
２６・・凸部
【図１】
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【図２】
0005214201.tif 000003
【図３】
0005214201.tif 000004
【図４】
0005214201.tif 000005
【図５】
0005214201.tif 000006
【図６】
0005214201.tif 000007
【図７】
0005214201.tif 000008
【図８】
0005214201.tif 000009
【図９】
0005214201.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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