(57)【要約】【課題】絶縁のための部材とセル積層体（セパレータ）との間における摩擦抵抗を低減する。【解決手段】導体部分が露出したセル積層体３と、該セル積層体３を挟持する一対のエンドプレート８間の距離を規定する板状の拘束部材９と、セル積層体３から離間して配置されるとともに、セル積層体３に最も近接する近接面１０ａが拘束部材９のうち当該セル積層体３に対向する部分の面積よりも小さくなっている絶縁部材１０と、を有している。この絶縁部材１０は、拘束部材９がセル積層体３に接触するよりも先に当該セル積層体３に接触して該セル積層体３と拘束部材９とが接触するのを阻む位置に配置されている。【選択図】図４
2007294249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体部分が露出したセル積層体と、
該セル積層体を挟持する一対のエンドプレート間の距離を規定する板状の拘束部材と、
前記セル積層体から離間して配置されるとともに、前記セル積層体に最も近接する近接面が前記拘束部材のうち当該セル積層体に対向する部分の面積よりも小さくなっている絶縁部材と、
を有していることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記絶縁部材は、前記拘束部材が前記セル積層体に接触するよりも先に当該セル積層体に接触して該セル積層体と前記拘束部材とが接触するのを阻む位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記絶縁部材のうち、少なくとも前記拘束部材と接触する部位が円弧形状となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記絶縁部材は、前記拘束部材の少なくとも片側に、当該拘束部材から離間した状態で配置されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記絶縁部材は、パイプ状または柱状の部材からなることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記絶縁部材は、前記パイプ状または柱状の部材の外周面が絶縁処理されているものであることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記絶縁部材が、前記セルの積層方向に可動となっていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記絶縁部材の少なくとも一端に当該絶縁部材を付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記絶縁部材の両端に付勢手段が設けられており、これら両端の付勢手段によって前記絶縁部材を略中央位置に付勢することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記拘束部材は複数設けられており、前記絶縁部材は、前記拘束部材のそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記絶縁部材は、ひとつの前記拘束部材につき複数であり、前記拘束部材の幅方向中央に対して略対称に設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記拘束部材は、前記セル積層体の積層方向側部に配置されているテンションプレートであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記テンションプレートのうち前記セル積層体側の面に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１２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、燃料電池に関する。さらに詳述すると、本発明は、セル積層体を一対のエンドプレートで挟持し、これらエンドプレート間の距離を板状の拘束部材で規定している燃料電池スタックの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池）は電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。このようなセル積層体は例えばその両端に配置された一対のエンドプレートで挟持されている。また、エンドプレート間には、これら両エンドプレート間の距離を規定する板状の拘束部材（例えばテンションプレート）が架け渡されるようにして設けられている。
【０００３】
このような構造の燃料電池においては、セル積層体と板状の拘束部材との間における絶縁性を確保する必要がある。従来、そのための構成として、拘束部材の全面に絶縁コート等により絶縁膜を形成しておき、セル積層体と接触したとしても絶縁が保たれるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９８９０１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、上述のような構造の燃料電池においては、撓むなどして変形したセル積層体が上述の拘束部材に接触することが起こりうる。このような場合、絶縁膜とセル積層体（セパレータ）の端面との間における摩擦抵抗が大きく、当該セル積層体のセパレータにずれや曲げが生じる可能性、あるいはセル間が離れる方向の力が作用する可能性があった。
【０００５】
そこで、本発明は、絶縁のための部材とセル積層体（セパレータ）との間における摩擦抵抗を低減した燃料電池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】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。上述のごとく積層されたセルは、例えば左右一対のテンションプレート等によって積層方向への荷重をかけられることになる。このようなテンションプレートの内側面（セル積層体を向く面）には、漏電やスパークが生じるのを防止すべく例えば絶縁テープが貼られる等して絶縁膜（絶縁部材）が形成されている。ところが、メタルセパレータを採用した燃料電池の場合、打抜き加工等によって形成されたセパレータの角や縁（いわば金属エッジ）は打抜きされたままの状態となっており、発電中、このような金属エッジが絶縁部材に接触するとスタック全体への漏電が生じるおそれがある。また、金属エッジと絶縁部材との間の摩擦抵抗が大きいことに起因して、例えば熱膨張によってメタルセパレータが移動した場合、セパレータにずれが生じるといったことが起こりうる。さらには、傷付いた絶縁部材にメタルセパレータの金属エッジが引っ掛かってガスリークが生じるおそれもある。
【０００７】
そこで、本発明者はこれらの問題についてさらに検討した。そもそも、上述のようにメタルセパレータとテンションプレートとが接触することについては、主として３つの理由が挙げられると考えられる。すなわち、第一に、燃料電池発電時の発熱によるセルの膨張（熱膨張）で、セル積層体の外周や厚みが大きくなる、というものである（図１０参照）。図示しているように、これには面方向への膨張と、セル積層方向への膨張とがある。第二に、テンションプレートの荷重によってセル積層体に変形が生じうる、というものである（図１１参照）。例えばセル積層方向に強い圧縮力が作用した場合にテンションプレートに変形を来す場合がある。第三に、セル積層時における組付け作業時、例えば手積みで行うことに起因して積載状態にばらつきが生じるというものである（図１２参照）。セル積層は例えばジグに宛がう等しながら行うが、積層方向加圧時などにどうしてもばらつきが生じやすい。
【０００８】
このように、メタルセパレータとテンションプレートとが接触することについて検討した本発明者は、課題の解決に結び付く着想、すなわち、絶縁部材とセル積層体（セパレータ）との間における摩擦抵抗を低減するという新たな着想を得るに至った。
【０００９】
本発明はかかる着想に基づくものであり、導体部分が露出したセル積層体と、該セル積層体を挟持する一対のエンドプレート間の距離を規定する板状の拘束部材と、前記セル積層体から離間して配置されるとともに、前記セル積層体に最も近接する近接面が前記拘束部材のうち当該セル積層体に対向する部分の面積よりも小さくなっている絶縁部材と、を有していることを特徴とするものである。
【００１０】
このように、本発明にかかる燃料電池は、セル積層体から離間して配置された絶縁部材を有している。この絶縁部材のうちセル積層体に近い部位である近接面は例えば幅狭とされるなど、拘束部材のうちセル積層体に対向する部分の面積よりも小さくなるように形成されている。したがって、仮にこの絶縁部材がセル積層体に接触した場合、拘束部材がセル積層体に接触した従前の態様よりも接触領域が小さいということになる。このように接触領域が小さくなっているから、絶縁部材とセル積層体とが接触した場合の摩擦抵抗は、従前のように拘束部材とセル積層体とが接触した場合よりも低減したものとなる。したがって、本発明にかかる燃料電池によれば、絶縁のための部材（絶縁部材）とセル積層体（セパレータ）との間における摩擦抵抗を低減することができる。
【００１１】
また、この燃料電池における前記絶縁部材は、前記拘束部材が前記セル積層体に接触するよりも先に当該セル積層体に接触して該セル積層体と前記拘束部材とが接触するのを阻む位置に配置されていることも特徴的である。この場合のセル積層体は、撓むなど変形して拘束部材に接近したとしても、当該拘束部材に接触するより先に絶縁部材に接触することになる。この場合、絶縁部材は、セル積層体がそれ以上変形する（あるいはセパレータがそれ以上移動する）のを妨げるいわばストッパとして機能する。このように絶縁部材がストッパとして機能することにより、この燃料電池においてはセル積層体と拘束部材とが接触するのが阻まれる。
【００１２】
この場合、前記絶縁部材のうち、少なくとも前記拘束部材と接触する部位が円弧形状となっていることが好ましい。絶縁部材の当該部位が尖るなどして鋭利な形状であると、セル積層体が接触したりセル積層方向へ熱膨張したりしたような場合、メタルセパレータの金属エッジによって当該鋭利形状部分が削られるおそれがある。この点、本発明において絶縁部材の当該部位は円弧形状であるから、セル積層体（あるいはそのセパレータの金属エッジ）と引っ掛かりなく滑らかに接触することにより、その一部が削られるのを抑制することが可能となっている。加えて、変形したセル積層体は、左右方向（幅方向）に振れるようにして僅かながらも角度を変えることがあり得る。これに対し、本発明にかかる燃料電池の場合には絶縁部材の当該部位が円弧形状となっているため、接触時の角度ないしは位置が多少変わったとしても円弧形状部分において接触することが可能となっている。
【００１３】
また、本発明において、前記絶縁部材は、前記拘束部材の少なくとも片側に、当該拘束部材から離間した状態で配置されたものとなっている。
【００１４】
さらに、前記絶縁部材は、パイプ状または柱状の部材からなるものでもよい。この場合、絶縁部材の外周面はいずれの部位においても円弧形状である。また、この場合における前記絶縁部材は、前記パイプ状または柱状の部材の外周面が絶縁処理されているものとなっている。
【００１５】
このような燃料電池において、前記絶縁部材は、前記セルの積層方向に可動となっていることが好ましい。セル積層体が例えばセル積層方向に熱膨張した場合、これに伴ってメタルセパレータの金属エッジがセル積層方向に動くことがある。このとき金属エッジが絶縁部材に接触しているとしても、本発明の燃料電池によればこのようなメタルセパレータの動きに絶縁部材が追従することが可能である。
【００１６】
さらには、前記絶縁部材の少なくとも一端に当該絶縁部材を付勢する付勢手段が設けられていることも好ましい。燃料電池スタックの組み付け時、セル積層方向への負荷荷重が絶縁部材にも作用することがある。本発明の燃料電池の場合、付勢手段が有する弾性を利用してこのような荷重を吸収し、絶縁部材に作用しうる負荷を軽減することができる。
【００１７】
また、前記絶縁部材の両端に付勢手段が設けられており、これら両端の付勢手段によって前記絶縁部材を略中央位置に付勢するようになっていることがさらに好ましい。この付勢手段によって負荷を軽減しうることはもちろんのこと、これら付勢手段によって絶縁部材を中央付近に位置させておくことができる。これによれば、セル積層体が熱膨張した際、メタルセパレータの金属エッジがセル積層方向のいずれの向きに動いたとしても絶縁部材が追従することができる。
【００１８】
本発明にかかる燃料電池において、前記拘束部材は複数設けられており、前記絶縁部材は、前記拘束部材のそれぞれに対応して設けられている。拘束部材のそれぞれに対応して設けられた絶縁部材は、変形したセル積層体が拘束部材に接近した際、それぞれに対応した位置にて当該セル積層体と接触する。
【００１９】
さらに、本発明にかかる燃料電池において、前記絶縁部材は、ひとつの前記拘束部材につき複数であり、前記拘束部材の幅方向中央に対して略対称に設けられているものとなっている。このように略対称に設けられた絶縁部材は、幅方向に関してよりバランスよくセル積層体と接触することができる。
【００２０】
また、前記拘束部材は、例えば前記セル積層体の積層方向側部に配置されているテンションプレートである。さらに、前記テンションプレートのうち前記セル積層体側の面には例えば絶縁膜が形成されている。絶縁膜は、帯電したセパレータがテンションプレートに接近した際にスパークが生じないようにする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、絶縁のための部材とセル積層体（セパレータ）との間における摩擦抵抗を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１〜図９に本発明にかかる燃料電池の実施形態を示す。本実施形態における燃料電池１は、導体部分が露出したセル積層体３と、該セル積層体３を挟持する一対のエンドプレート８，８、これらエンドプレート８，８間の距離を規定する板状の拘束部材９と、絶縁部材１０とを有しているというものである。
【００２４】
以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池１を構成するセル２の概略構成について説明し、その後、セル２を積層することによって構成されるセル積層体３等について説明することとする。
【００２５】
図１等に本実施形態における燃料電池１のセル２の概略構成を示す。図示するように構成されるセル２は、順次積層されることによってセル積層体（スタック）３を構成する（図２、図３参照）。また、このように形成されたセル積層体３は、例えばスタック両端を一対のエンドプレート８で挟まれ、さらに両エンドプレート８間に架け渡されるようにしてこれらエンドプレート８，８間の距離を規定する板状の拘束部材（例えばテンションプレート）９が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結されている（図２、図３参照）。
【００２６】
なお、このようなセル積層体３等で構成される燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の燃料電池１のセパレータとしても用いることが可能である。
【００２７】
セル２は、電解質、具体例として膜−電極アッセンブリ（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ）３０、該ＭＥＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０（図１においてはそれぞれ符号２０ａ，２０ｂを付して示している）等で構成されている（図１参照）。ＭＥＡ３０および各セパレータ２０ａ，２０ｂはおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。
【００２８】
ＭＥＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）３１と、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極（アノード側拡散電極およびカソード側拡散電極）３２ａ，３２ｂとで構成されている（図１参照）。電解質膜３１は、各電極３２ａ，３２ｂよりも大きく形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で各電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。
【００２９】
ＭＥＡ３０を構成する電極３２ａ，３２ｂは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極（アノード）３２ａには燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方の電極（カソード）３２ｂには空気や酸化剤などの酸化ガス（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＡ３０内で電気化学反応が生じてセル２の起電力が得られるようになっている。
【００３０】
セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）はガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の基材は板状のメタルで形成されているものであり（メタルセパレータ）、この基材の電極３２ａ，３２ｂ側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されている。
【００３１】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路３４や水素ガスのガス流路３５、あるいは冷却水流路３６を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａの電極３２ａ側となる内側の面には水素ガスのガス流路３５が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。同様に、セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側となる内側の面には酸化ガスのガス流路３４が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。例えば本実施形態の場合、セル２におけるこれらガス流路３４およびガス流路３５は互いに平行となるように形成されている。さらに、本実施形態においては、隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３６が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている（図１参照）。
【００３２】
さらに、上述したように各セパレータ２０ａ，２０ｂは、少なくとも流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａにおいては、水素ガスのガス流路３５を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３５を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。さらに、セパレータ２０ｂにおいては、酸化ガスのガス流路３４を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３４を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。
【００３３】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近（本実施形態の場合であれば、図１中向かって左側に示す一端部の近傍）には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図１参照）。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、および冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ａも略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図１参照）。なお、図２においてはａ，ｂの添字を省略した形で各マニホールドの符号を示している。
【００３４】
上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用の入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに溝状に形成されている入口側の連絡通路６１および出口側の連絡通路６２を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３５に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける酸化ガス用の入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６３および出口側の連絡通路６４を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路３４に連通している（図１参照）。さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６５および出口側の連絡通路６６を介してそれぞれが冷却水流路３６に連通している。ここまで説明したような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、セル２が積層された場合、例えば水素ガスは、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、ＭＥＡ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出することになる。
【００３５】
第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは、ともに複数の部材（例えば小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成されているものである（図１参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第２シール部材１３ｂは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間に介在するように設けられる。
【００３６】
さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、複数の部材（例えば小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成された第３シール部材１３ｃが設けられている（図１参照）。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。
【００３７】
なお、第１〜第３シール部材１３ａ〜１３ｃとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態では各シール部材１３ａ〜１３ｃとして弾性によって物理的にシールする部材を採用しているが、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。
【００３８】
枠状部材４０は、ＭＥＡ３０とともにセパレータ２０ａ，２０ｂ間に挟持される例えば樹脂からなる部材（以下、樹脂フレームともいう）である。例えば本実施形態では、薄い枠形状の樹脂フレーム４０をセパレータ２０ａ，２０ｂ間に介在させ、当該樹脂フレーム４０によってＭＥＡ３０の少なくとも一部、例えば周縁部３３に沿った部分を表側と裏側から挟持するようにしている。このように設けられる樹脂フレーム４０は、締結力を支持するセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の剛性を補強する補強部材としての機能を発揮する。
【００３９】
続いて、燃料電池１の構成について簡単に説明する（図２、図３等参照）。本実施形態における燃料電池１は、複数の単セル２を積層したセル積層体３を有し、セル積層体３の両端に位置する単セル２，２の外側に順次、出力端子付きの集電板（図示省略）、絶縁板（図示省略）およびエンドプレート８が各々配置された構造となっている（図２、図３参照）。
【００４０】
セル積層体３は拘束部材（以下、テンションプレートともいう）９によって積層状態で拘束されている。テンションプレート９は両エンドプレート８，８間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対がセル積層体３の両側に対向するように配置される（図３参照）。また、テンションプレート９は、各エンドプレート８，８にボルト等で固定され、単セル２の積層方向に所定の締結力（圧縮力）を作用させた状態を維持する。このようなテンションプレート９（あるいはこのテンションプレート９を含むスタック締結構造）は、例えばテンションボルトといった他の締結構造よりもセルスタックの捩れ作用に対して強い点で有利である。
【００４１】
さらに、上述したテンションプレート９の内側面（セル積層体３を向く面）には漏電やスパークが生じるのを防止すべく絶縁膜（図４中において符号９ａで示す）が形成されている。絶縁膜９ａは、具体的には例えば当該テンションプレート９の内側面に貼り付けられた絶縁テープ、あるいは当該面を覆うように塗布された樹脂コーティングなどによって形成されている。
【００４２】
また、セル積層体３に締結力（圧縮力）を作用させる部材（弾性モジュール）の一例を挙げれば以下のとおりである。すなわち、互いに並列に配置されたコイルスプリング等の弾性体１１と、これら複数の弾性体１１を積層方向にて挟持する一対の板状部材１２とがセル積層体３の一端に配置されているものである（図３参照）。また、板状部材１２とエンドプレート８との間には接続部材１４が介在しており、当該接続部材１４自体の可撓性またはピボット状に接触する構成などによって首振り可能な構造を実現している（図３参照）。多数（例えば２００〜４００程度）のセル２を積層した結果、セル積層体３が例えば台形に近似した状態になるなど側方への偏りが生じて歪んだとしても、このような支持構造によれば、当該接続部材１４を中心として首を振る動きをすることにより、偏りに応じた分だけ適宜角度を変えて歪みを矯正することが可能である。さらには、当該接続部材１４がねじ部を備えていることも好ましい。ねじ部付きの接続部材１４によれば、当該位置において回転することにより板状部材１２とエンドプレート８との間隔を変化させることが可能となるから、セル積層時、積層厚みに固体毎のばらつきが生じた場合にもねじ部付き接続部材１４を相対的に回転させて軸方向長さを変えることによりセル積層体３の全体厚み（全体長さ）を微調整することができる。このため、セル積層体３に作用する締結力の微調整も行いやすい。以上のようなねじ部付き接続部材１４としては、「いもねじ」等と呼ばれるねじ（一例として、すりわり付き止めねじ等）を利用することが可能である。
【００４３】
続いて、本発明にかかる燃料電池１の特徴的な構造、より具体的には、セル積層体３とテンションプレート９とが接触するのを抑制し、また、絶縁のための部材とセル積層体３との間における摩擦抵抗を低減するようにした構造について説明する（図４等参照）。
【００４４】
燃料電池１においては、セル積層体３の導体部分が外側に露出した構造となっている場合がある。例えば本実施形態の燃料電池１の場合には、セル２を構成するセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の端面が全周にわたってセル積層体３の外側に露出した構造となっている（図１、図２等参照）。このような燃料電池１において、セル積層体３が撓むなど変形すると当該導体部分（セパレータの端面）がテンションプレート９に接近あるいは接触して漏電やスパークが生じる可能性があるが、本実施形態では絶縁部材１０を利用してこのような事態を回避できるようにしている。
【００４５】
絶縁部材１０は、セル積層体３から離間して配置されている絶縁性（非導電性）の部材である。この絶縁部材１０のうちセル積層体３に最も近接する近接面１０ａは、テンションプレート９のうちセル積層体３に対向する部分の面積よりも小さくなっている。例えば本実施形態の場合、テンションプレート９のうちセル積層体３に対向する部分は矩形（当該テンションプレート９の全面）であるのに対し、絶縁部材１０の近接面１０ａは線状でありこれに比べてきわめて幅狭となっている（図４等参照）。
【００４６】
また、絶縁部材１０は、テンションプレート９がセル積層体３に接触するよりも先に当該セル積層体３に接触し、セル積層体３とテンションプレート９とが接触するのを阻む位置に配置されている。例えば本実施形態の場合には、上述した近接面１０ａが、テンションプレート９の内側表面（絶縁膜９ａが形成されている面）よりも距離ｄだけセル積層体３（におけるセパレータ２０のエッジ２０ｅ）寄りに位置するように絶縁部材１０を配置している（図４参照）。ただし、セル積層体３が変形していない通常時においては、当該絶縁部材１０の近接面１０ａとセパレータ２０のエッジ２０ｅとの間に隙間が形成されて両者が離間するようにしている（図４参照）。
【００４７】
この場合、セル積層体３が撓むなど変形してテンションプレート９に接近したとしても、セパレータ２０のエッジ２０ｅは、このテンションプレート９に接触するより先に絶縁部材１０に接触することになる。つまり、このような絶縁部材１０は、セル積層体３がそれ以上変形する（あるいはセパレータ２０がそれ以上移動する）のを妨げるいわばストッパとして機能しうる。このように絶縁部材１０をストッパとして機能させるようにした本実施形態の燃料電池１においては、セル積層体３とテンションプレート９とが接触するのを阻むことが可能となっている。
【００４８】
ここで、絶縁部材１０は、少なくともテンションプレート９と接触する部位（例えば近接面１０ａ）は鋭利でない形状、例えば円弧形状となっていることが好ましい。本実施形態では絶縁部材１０を柱状としていわばガイドバーのように用いていることから、当該絶縁部材１０をどのような回転角度で取り付けたとしても近接面１０ａは常に円弧形状になる。もちろん、柱状とする代わりにパイプ状（円筒形状）としてもよい。仮に絶縁部材１０の近接面１０ａが尖るなどして鋭利な形状となっていると、セパレータ２０のエッジ２０ｅが絶縁部材１０に接触し、さらにセル積層方向へ移動したような場合に、当該エッジ２０ｅによって鋭利形状部分が削られてしまう可能性がある。この点、本実施形態の場合には近接面１０ａを鋭利でない形状としているから、セル積層体３（あるいはそのセパレータ２０の金属エッジ２０ｅ）と引っ掛かりなく滑らかに接触し合うことによりその一部が削られるのを抑制することが可能となっている。加えて、変形したセル積層体３が、左右方向（幅方向）に振れるようにして僅かながらも角度を変えることがあり得るのに対し、本実施形態の場合には絶縁部材１０の当該部位（近接面１０ａを含む領域）が円弧形状となっているため、接触時の角度ないしは位置が多少変わったとしても当該円弧形状部分において接触することが可能となっている。
【００４９】
また、絶縁部材１０は上述したように絶縁性（非導電性）を有する部材であるが、どのような構成ないしは処理によって絶縁性を有しているかは特に限定されることはない。例示すれば、硬い樹脂からなる柱状体や筒状体、またはセラミックス製の柱状体などを絶縁部材１０として用いることができる。あるいは、金属製の柱状体や筒状体の表面を絶縁処理することによって絶縁性（非導電性）を付加することとしてもよい。これについて具体例を挙げて説明すると以下のとおりである。すなわち、金属バー１０ｂの外周に例えば絶縁テープ１０ｃを貼り付け被覆することによって絶縁性（非導電性）を付加することができる（図５参照）。あるいは、金属バー１０ｂの周囲に熱収縮チューブ１０ｄを被せ、熱を加えて収縮固定させることによって絶縁性（非導電性）を付加することもできる（図６参照）。要は、絶縁部材１０は、少なくとも近接面１０ａを含む領域において絶縁処理されているものであれば足りる。
【００５０】
上述のような絶縁部材１０は、テンションプレート９の少なくとも片側、好ましくは両側に、当該テンションプレート９から離間した状態で配置される。例えば本実施形態では、一対の絶縁部材１０を、それぞれテンションプレート９の側面の直近となる位置に配置している（図４参照）。セル積層体３がテンションプレート９に接触するのを効果的に抑制し、さらには燃料電池１が大型化することも抑制するという観点からすれば、絶縁部材１０はテンションプレート９の近傍に配置されていることが好ましい。さらに、一対の絶縁部材１０は、テンションプレート９の幅方向中央に対して略対称となるように設けられていることがより好ましい。これによれば、絶縁部材１０は、幅方向に関して更にバランスよくセル積層体３と接触するようになるから、ストッパとしての機能もよりバランスのとれたものとなる（図４等参照）。このような絶縁部材１０は、その軸方向がセル積層方向に一致するようにして平行に配置されている。なお、本実施形態の燃料電池１においては一対のテンションプレート９がセル積層体３を挟んで対向するように配置されており、絶縁部材１０は、テンションプレート９のそれぞれに対応して計４個（４本）が設けられている（図４参照）。
【００５１】
このような絶縁部材１０は燃料電池１に組み付けられ、その両端がそれぞれエンドプレート８に支持された状態となる。この場合、例えばエンドプレート８の四隅に配置したボルト１８を用いる等して各絶縁部材１０の端部をエンドプレート８に固定することとしてもよいが（図７参照）、好ましくは、当該絶縁部材１０をセルの積層方向に可動とすることである（図８参照）。セル積層体３が例えばセル積層方向に熱膨張した場合、これに伴ってメタルセパレータ２０のエッジ２０ｅがセル積層方向に動くことがある。このときエッジ２０ｅが絶縁部材１０に接触しているとしても、このような燃料電池１によれば当該メタルセパレータ２０の動きに絶縁部材１０が追従することが可能となる。
【００５２】
また、このように絶縁部材１０をセル積層方向へ可動とした場合には、当該絶縁部材１０の少なくとも一端に当該絶縁部材１０を付勢する付勢手段１９が設けられていることが好ましい（図８参照）。燃料電池スタックの組み付け時、セル積層方向への負荷荷重が絶縁部材１０にも作用することがあるが、このように付勢手段１９を介在させた燃料電池１においては付勢手段１９が有する弾性を利用してこのような荷重を吸収し、絶縁部材１０に作用しうる負荷を軽減することができる。例えば本実施形態では、各絶縁部材１０の両端にそれぞれコイルスプリングからなる付勢手段１９を設け、これら両端の付勢手段１９によって絶縁部材１０を略中央位置に付勢するようにしている（図８参照）。こうした場合、絶縁部材１０に作用しうる負荷を軽減することができるのはもちろんのこと、絶縁部材１０を中央付近に位置させておくことができるから、メタルセパレータ２０のエッジ２０ｅがセル積層方向のいずれの向きに動いたとしても当該絶縁部材１０を追従させることが可能となっている。
【００５３】
ここまでの説明から明らかなように、本実施形態の燃料電池１はセル積層体３から離間して配置された絶縁部材１０を有しており、この絶縁部材１０のうちセル積層体３に近い部位である近接面１０ａは例えば幅狭とされるなど、テンションプレート９の接触可能領域の面積よりも小さく形成されている。したがって、セル積層体３が撓むなどして変形した場合、従前の構造だとエッジ２０ｅとテンションプレート９との接触領域（接触幅）が大きく、摩擦抵抗が大きかったのに対し（図９（Ａ）参照）、本実施形態の構造だといわば点当たりのような２点接触であり（図９（Ｂ）中の矢印）、接触領域（接触幅）が極めて小さく、摩擦抵抗が小さい（図９（Ｂ）参照）。
【００５４】
しかも、本実施形態では絶縁部材１０をストッパとして機能させることとし、セル積層体３の変形時にセパレータ２０のエッジ２０ｅがテンションプレート９の表面に接触しないようにしている。したがって、エッジ２０ｅが接近ないしは接触することに起因する漏電やスパーク、ガスリークといった異常の発生を抑制することが、比較的簡単な構成ながらも可能となっている。また、仮にエッジ２０ｅがテンションプレート９の表面（絶縁膜９ａ）に接触したとしても、上述したように摩擦抵抗が小さくなっているため、セル積層体３においてセパレータ２０のずれや曲げ、あるいはセル２間に離れる方向の力が作用するのを抑制することができる。以上から明らかなように、本実施形態の技術は、例えば燃料電池１の発電時の発熱によるセル２の熱膨張（図１０参照）、拘束部材（テンションプレート）９の荷重による影響（図１１参照）、組付け作業時に例えば手積みで行うことに起因して生じうるばらつき（図１２参照）、等に対して特に好適である。
【００５５】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では絶縁部材１０の断面形状を円形にし、近接面１０ａを円弧形状としたがこれは好適な一例に過ぎない。他の例を挙げれば、断面矩形の絶縁部材１０を用いた場合であっても本発明の適用は可能である。要は、従前の場合と比較して接触領域を小さくすることができればその分だけ摩擦抵抗を低減することが可能となる。
【００５６】
また、上述した実施形態においては、絶縁部材１０の厚み（外径）がテンションプレート９の厚みよりも大きかったがこれも一例に過ぎず（図４参照)、これとは逆に、絶縁部材１０の方の厚みが小さい場合でも本発明を適用することは可能である。要は、絶縁部材１０の近接面１０ａが所定の位置（変形したセル積層体３がテンションプレート９に接触するよりも先に当たるような位置）に配置されていてストッパの機能を果たすことができ、尚かつ所要の剛性が得られていれば当該絶縁部材１０の厚み等は特に限定されるものではない。
【００５７】
さらに、上述の実施形態ではテンションプレート９のうちセル積層体３を向く面に絶縁膜９ａを形成することとしたが、本発明によれば、当該テンションプレート９において全面的に施されていた絶縁処理を一部省略し、あるいは不要とすることも可能である。ただし、本実施形態において形成された絶縁膜９ａは、スパーク等が生じるのを抑制するという観点から好ましいものである。
【００５８】
また、上述の実施形態では、絶縁部材１０の一形態としてテンションプレート９の両側に配置した棒状部材を例示したが（図４等参照）、これも好適例に過ぎない。これ以外としては、例えばテンションプレート９自体に設けられた、セル積層方向に延びるとともにテンションプレート９の幅よりも細い幅の線状に隆起した形状の絶縁コートなどを利用することもできる。要は、セル積層体３からは離間して配置されており、尚かつセル積層体３に最も近接する近接面１０ａが、テンションプレート（拘束部材）９のうち当該セル積層体３に対向する部分の面積よりも小さくなっている（例えば幅狭になっている）ような絶縁部材１０であれば足りる。
【００５９】
また、セル２の端面ないしはエッジ（縁部）２０ｅからテンションプレート９への（空中）放電を抑制するために、テンションプレート９のうち、セル積層体３側の面について全面を絶縁コートで覆う構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態における燃料電池のセルの構造例を示す分解斜視図である。
【図２】燃料電池の構造例を示す斜視図である。
【図３】弾性モジュールが併設された燃料電池の構造例を示す側面図である。
【図４】本実施形態における絶縁部材等の構成例を示す図で、（Ａ）図３のIV-IV線における断面図、（Ｂ）楕円で囲んだ部分の拡大図、（Ｃ）絶縁部材の斜視図である。
【図５】絶縁部材に対する絶縁処理の一例を示す図で、（Ａ）金属バーの周囲に絶縁テープを貼り付ける際の様子、（Ｂ）被覆した様子を示す。
【図６】絶縁部材に対する絶縁処理の別の例を示す図で、（Ａ）金属バーおよびこれに組み合わせる熱収縮チューブ、（Ｂ）熱収縮チューブを加熱する様子、（Ｃ）被覆した様子を示す。
【図７】ボルトを用いて各絶縁部材の端部をエンドプレートに固定した燃料電池の構造を示す側面図である。
【図８】絶縁部材をセル積層方向に可動とした燃料電池の構造を示す側面図である。
【図９】セパレータに変形が生じたときの様子を概略的に示すもので、（Ａ）従前の構造の場合を比較例として示す図、（Ｂ）本実施形態の燃料電池における場合を示す図である。
【図１０】メタルセパレータとテンションプレートとが接触することの第一の理由を簡潔に表す概略図である。
【図１１】メタルセパレータとテンションプレートとが接触することの第二の理由を簡潔に表す概略図である。
【図１２】メタルセパレータとテンションプレートとが接触することの第三の理由を簡潔に表す概略図であり、（Ａ）はばらつきを生じたセル積層体、（Ｂ）は当該セル積層体におけるメタルセパレータとテンションプレートの部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…燃料電池、２…セル、３…セル積層体、８…エンドプレート、９…テンションプレート（拘束部材）、９ａ…絶縁膜、１０…絶縁部材、１０ａ…近接面、１９…付勢手段、２０ｅ…セパレータのエッジ（セル積層体の導体部分）
【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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【図１２】
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