(57)【要約】【課題】シールガスケットの相対位置の位置決めを行なう燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】発電体２０と一体のシールガスケット３０に、厚み方向に突出した突出部３２を設け、突出部３２の両端部に凸部分３３と凹部分３４とを、それぞれ形成する。セパレータ４０には、突出部３２が嵌合する貫通孔を設ける。こうした構造の発電体２０とセパレータ４０とを交互に積層し、所定の締結力を付与することで、隣接するシールガスケット３０の突出部３２同士が係合し、シールガスケット３０の位置決めを行なう。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部とセパレータとを交互に複数積層してなる燃料電池であって、
前記各発電部は、当該発電部を挟む前記セパレータに実質的に当接して、前記燃料電池内を流れる所定の流体の漏れを抑えるシールラインを形成したシールガスケットを、当該各発電部の外周位置に備え、
前記シールガスケットには、所定形状をした第１の係合部と、前記セパレータを介して隣接配置されるシールガスケットにおける前記第１の係合部に直接係合する第２の係合部とが形成されており、
前記発電部と前記セパレータとが、前記隣接配置されたシールガスケットの前記第１，第２の係合部の係合により前記シールラインを位置決めして積層された
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、前記シールガスケットの前記第１，第２の係合部に対応する当該セパレータの位置に、該セパレータの厚み方向に貫通する貫通孔を備え、
前記貫通孔を介して、前記シールガスケットの前記第１の係合部と、当該シールガスケットに隣接配置されるシールガスケットの前記第２の係合部とが係合する
燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記セパレータに備える前記貫通孔は、前記第１の係合部および／または前記第２の係合部が嵌合する大きさに形成された燃料電池。
【請求項４】
請求項２または３に記載の燃料電池であって、
前記セパレータの外周部位には、前記所定の流体が流れるマニホールド用の穴部が、該流体の種別ごとに複数設けられており、
前記貫通孔と、前記第１，第２の係合部とを、前記マニホールド用の穴部の数だけ備えた
燃料電池。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記貫通孔は、前記セパレータの外周部位に設けられた前記所定の流体が流れるマニホールド用の穴部であり、
前記シールガスケットは、前記第１の係合部および／または前記第２の係合部が、前記マニホールド用の穴部に収まる位置に、当該第１，第２の係合部を設けた
燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池であって、
前記シールガスケットは、
前記マニホールド用の穴部を有する前記セパレータと交互に積層して該マニホールドの一部を形成する連通孔を有すると共に、該連通孔内に、該シールガスケットの外側と内側とを接続する梁部分を備え、
前記梁部分に、前記第１の係合部および前記第２の係合部を設けた
燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記シールガスケットは、前記発電部と一体で成形された燃料電池。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、三つの金属プレートを積層して平坦な表面を備える三層積層型のセパレータである燃料電池。
【請求項９】
発電部とセパレータとを交互に複数積層してなる燃料電池であって、
前記各発電部は、当該発電部を挟む前記セパレータに実質的に当接して、前記燃料電池内を流れる所定の流体の漏れを抑えるシールラインを形成したシールガスケットを、当該各発電部の外周位置に備え、
前記セパレータは、前記発電部と接しない外周部位に、該セパレータを厚み方向に貫通する貫通孔を有し、
前記シールガスケットには、積層方向に突出した部材であり、その一端に積層方向に凸な凸部分を、他端に積層方向に凹な凹部分を、それぞれ備え、前記セパレータの前記貫通孔を介して、隣接配置されるシールガスケットに連結する長さを有する突出部が形成されており、
前記発電部と前記セパレータとが、前記隣接配置されたシールガスケットの前記凸部分，前記凹部分の係合により前記シールラインを位置決めして積層された
燃料電池。
【請求項１０】
燃料電池を製造する方法であって、
燃料を利用して発電を行なう発電部と、該発電部と交互に積層されるセパレータとを準備し、
前記発電部の外周位置に、当該発電部を挟む前記セパレータに実質的に当接して、前記燃料電池内を流れる所定の流体の漏れを抑えるシールラインを形成したシールガスケットを設け、
前記シールガスケットには、所定形状をした第１の係合部と、前記セパレータを介して隣接配置されるシールガスケットにおける前記第１の係合部に直接係合する第２の係合部とを形成し、
前記発電部と前記セパレータとを、前記隣接配置されたシールガスケットの前記第１，第２の係合部の係合により前記シールラインを位置決めしつつ積層する
燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータと発電部を複数積層してなる燃料電池および製造方法に関し、詳しくは、積層過程でセパレータ間に挟まれ、燃料電池内の流体の漏れを抑制するシールガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池の発電部位であり、主として電解質膜や電極触媒層などを備える発電部と、集電体として機能するセパレータと、セパレータ間に介装されて、燃料電池内部の流体の漏れを抑制するシールガスケットとを備え、これらを複数積層した構造の燃料電池が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、電解質膜のガスケット（シールガスケット）形成部位に樹脂フィルムを貼り合わせ、樹脂フィルム上にガスケットを成形する構造が開示されている。かかる構造によれば、電解質膜とガスケットとを一体構造とし、組付工数を低減することができるとされている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６８３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、こうした燃料電池では、セパレータ間に介装されるシールガスケットに設けられたシールラインのリップ部分が、セパレータと接触してシール機能を発揮するため、積層後、所定の締結力を付与する必要がある。
【０００６】
しかしながら、セパレータとリップ部分で接触するため、積層時のシールガスケットの位置決めが困難であった。例えば、リップ部分の相対位置がずれた状態で積層して締結力をかけると、リップが倒れ、シール機能が低下する場合があった。また、締結圧によっては、セパレータが慮外の損傷を蒙る可能性も考えられた。
【０００７】
本発明は、積層時のシールガスケットの相対位置がずれる場合があるといった問題を踏まえて、シールガスケットの相対位置の位置決めを行なう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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の燃料電池を次のように構成した。すなわち、
発電部とセパレータとを交互に複数積層してなる燃料電池であって、
前記各発電部は、当該発電部を挟む前記セパレータに実質的に当接して、前記燃料電池内を流れる所定の流体の漏れを抑えるシールラインを形成したシールガスケットを、当該各発電部の外周位置に備え、
前記シールガスケットには、所定形状をした第１の係合部と、前記セパレータを介して隣接配置されるシールガスケットにおける前記第１の係合部に直接係合する第２の係合部とが形成されており、
前記発電部と前記セパレータとが、前記隣接配置されたシールガスケットの前記第１，第２の係合部の係合により前記シールラインを位置決めして積層された
ことを要旨とする。
【０００９】
また、本発明の燃料電池の製造方法は、
燃料を利用して発電を行なう発電部と、該発電部と交互に積層されるセパレータとを準備し、
前記発電部の外周位置に、当該発電部を挟む前記セパレータに実質的に当接して、前記燃料電池内を流れる所定の流体の漏れを抑えるシールラインを形成したシールガスケットを設け、
前記シールガスケットには、所定形状をした第１の係合部と、前記セパレータを介して隣接配置されるシールガスケットにおける前記第１の係合部に直接係合する第２の係合部とを形成し、
前記発電部と前記セパレータとを、前記隣接配置されたシールガスケットの前記第１，第２の係合部の係合により前記シールラインを位置決めしつつ積層する
ことを要旨とする。
【００１０】
本発明の燃料電池およびその製造方法によれば、シールガスケットに形成した第１の係合部と、セパレータを介して隣接配置されるシールガスケットに形成した第２の係合部との係合により、シールラインの位置決めを行ないつつ、発電部とセパレータとを積層する。したがって、シールガスケット相互間、つまりシールライン相互間の位置のずれを抑制することができる。その結果、シールラインのシール性能の低下を抑制することができる。
【００１１】
上記の構成を有する燃料電池のセパレータは、前記シールガスケットの前記第１，第２の係合部に対応する当該セパレータの位置に、該セパレータの厚み方向に貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔を介して、前記シールガスケットの前記第１の係合部と、当該シールガスケットに隣接配置されるシールガスケットの前記第２の係合部とが係合するものとしても良い。
【００１２】
かかる燃料電池によれば、貫通孔は、セパレータの積層面内に形成され、当該貫通孔を介してシールラインの位置決めを行なう。したがって、第１，第２の係合部は燃料電池内部に収まり、セパレータ等の外形を大きく変更する必要がない。
【００１３】
上記の構成を有する燃料電池のセパレータに備える前記貫通孔は、前記第１の係合部および／または前記第２の係合部が嵌合する大きさに形成されるものとしても良い。
【００１４】
かかる燃料電池によれば、積層された複数のシールガスケット間の相対的な位置ずれを抑制すると共に、第１の係合部および／または前記第２の係合部と、貫通孔とが嵌合することで、セパレータの位置をも規制する。したがって、シールガスケットおよびセパレータは適切に積層され、燃料電池全体として組立精度を向上することができる。
【００１５】
上記の構成を有する燃料電池のセパレータの外周部位には、前記所定の流体が流れるマニホールド用の穴部が、該流体の種別ごとに複数設けられており、前記貫通孔と、前記第１，第２の係合部とを、前記マニホールド用の穴部の数だけ備えるものとしても良い。
【００１６】
かかる燃料電池によれば、シールガスケットは、マニホールド用の穴部の数に対応した数の第１，第２の係合部を備え、その複数の第１，第２の係合部のそれぞれが、隣接するシールガスケットの第１，第２の係合部と係合する。複数の第１，第２の係合部の作用により、適切にシールガスケット、シールラインの位置のずれを抑制することができる。
【００１７】
上記の構成を有する燃料電池の貫通孔は、前記セパレータの外周部位に設けられた前記所定の流体が流れるマニホールド用の穴部であり、前記シールガスケットは、前記第１の係合部および／または前記第２の係合部が、前記マニホールド用の穴部に収まる位置に、当該第１，第２の係合部を設けるものとしても良い。
【００１８】
かかる燃料電池によれば、所定の流体が流れるマニホールド用の穴部を貫通孔として利用するため、セパレータに第１，第２の係合部用の特別な穴を設ける必要がない。したがって、既存のセパレータを利用することができる。
【００１９】
上記の構成を有する燃料電池のシールガスケットは、前記マニホールド用の穴部を有する前記セパレータと交互に積層して該マニホールドの一部を形成する連通孔を有すると共に、該連通孔内に、該シールガスケットの外側と内側とを接続する梁部分を備え、前記梁部分に、前記第１の係合部および前記第２の係合部を設けるものとしても良い。
【００２０】
かかる燃料電池によれば、シールガスケットの連通孔内に形成された梁部分により、シールガスケットおよび連通孔の剛性が増す。したがって、マニホールド内を流れる所定流体の圧力を受けてシールガスケットおよび連通孔が変形するのを抑制することができる。
【００２１】
上記の構成を有する燃料電池のシールガスケットは、前記発電部と一体で成形されるものとしても良い。
【００２２】
かかる燃料電池によれば、シールガスケットが発電部と一体であることから、燃料電池の組立を容易なものとすることができる。さらに、第１，第２の係合部の作用により、シールガスケット、シールライン相互間の位置のずれを抑制すると共に、発電部を含めた全体の位置ずれを抑制することができる。
【００２３】
上記の構成を有する燃料電池のセパレータは、三つの金属プレートを積層して平坦な表面を備える三層積層型のセパレータであるものとしても良い。
【００２４】
かかる燃料電池によれば、シールガスケットは、平坦な表面のセパレータに挟まれて、所定流体の漏れをシールする。平坦な表面のセパレータで挟持するため、シールガスケットの位置はずれ易い。こうした燃料電池に、シールガスケット、シールライン相互間の位置のずれを抑制する機構を設けることで、シール性能の低下の抑制効果は大きい。
【００２５】
本発明の他の態様の燃料電池は、発電部とセパレータとを交互に複数積層してなる燃料電池であって、前記各発電部は、当該発電部を挟む前記セパレータに実質的に当接して、前記燃料電池内を流れる所定の流体の漏れを抑えるシールラインを形成したシールガスケットを、当該各発電部の外周位置に備え、前記セパレータは、前記発電部と接しない外周部位に、該セパレータを厚み方向に貫通する貫通孔を有し、前記シールガスケットには、積層方向に突出した部材であり、その一端に積層方向に凸な凸部分を、他端に積層方向に凹な凹部分を、それぞれ備え、前記セパレータの前記貫通孔を介して、隣接配置されるシールガスケットに連結する長さを有する突出部が形成されており、前記発電部と前記セパレータとが、前記隣接配置されたシールガスケットの前記凸部分，前記凹部分の係合により前記シールラインを位置決めして積層されたことを要旨としている。
【００２６】
本発明の燃料電池によれば、積層した各突出部の凸部分と凹部分とが係合することで、複数の突出部の芯合わせを行なうことが可能となり、シールガスケット、シールライン相互間の位置のずれを抑制することができる。その結果、シールガスケットは適切に積層され、シール性能が低下するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、上述した本発明の作用・効果を一層明らかにするため、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．燃料電池の基本構成：
Ｂ．第１実施例：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．変形例：
【００２８】
Ａ．燃料電池の基本構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池の基本構成を示す説明図である。この燃料電池１０は、水素ガスと空気との供給を受け、水素と酸素との電気化学反応により発電する固体高分子型の燃料電池であり、車両に搭載されている。
【００２９】
図示するように、燃料電池１０は、電解質膜や電極触媒層などを備えた発電体２０，集電体であるセパレータ４０，燃料電池１０の両端に配置するエンドプレート８５ａ，８５ｂなどを備えている。
【００３０】
燃料電池１０は、発電体２０とセパレータ４０とを交互に複数積層し、その両端にそれぞれターミナル８３，インシュレータ８４を介装し、これらを２つのエンドプレート８５ａ，８５ｂにより挟み込んで形成されている。つまり、発電体２０と、これに隣接するセパレータ４０の一部とから単セルを構成し、複数の単セルをスタック状に積層して燃料電池１０を形成している。
【００３１】
エンドプレート８５ａ，８５ｂには、図示しないテンションプレート取り付け用のボルト締結部が形成されている。このボルト締結部を用いて、エンドプレート８５ａ，８５ｂ間をテンションプレートで接続することで、積層方向に所定の締結力（圧縮力）を与えて燃料電池１０が形成される。
【００３２】
発電体２０，セパレータ４０，エンドプレート８５ａは、略長方形外形に形成されており、４辺に沿って、厚み方向に複数の穴が設けられている。これらの部品を積層することで、燃料電池１０の内部には水素，空気，冷却水用のマニホールドが形成される。外部から供給される水素ガスや空気は、燃料電池１０内部の各マニホールドを流れて、滞り無く各発電体２０に供給されている。なお、燃料電池１０への水素ガスの供給は図示しない水素タンクにより、また、空気の供給は図示しないコンプレッサにより、それぞれ行なわれている。
【００３３】
次に、発電体２０およびセパレータ４０の詳細な構造について説明する。図２は、発電体２０とセパレータ４０との概略断面図であり、図１のＡ−Ａ断面を示している。
【００３４】
図２に示すように、発電体２０は、電解質膜２１を含むＭＥＡ２４（Ｍｅｍｂｒｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の外側にガス拡散層２３ａ，２３ｂを配置した部材２５の外周をシールガスケット３０で囲んで一体とし、その両側に多孔質体流路２６，２７を配置して構成される。このＭＥＡ２４，ガス拡散層２３ａ，２３ｂからなる部材２５が、本実施例においては、特許請求の範囲の発電部に対応している。以下、これをＭＥＧＡ２５と呼ぶこととする。
【００３５】
ＭＥＡ２４は、厚み方向の略中央に電解質膜２１を備え、その表面上に、それぞれ電極触媒層２２ａ，２２ｂ（カソード，アノード）が形成されている。電解質膜２１は、プロトン伝導性を備える固体高分子材料の薄膜であり、セパレータ４０外形よりも小さい長方形外形に形成されている。この電解質膜２１は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。また、電解質膜２１の表面上に形成された電極触媒層２２ａ，２２ｂは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金などを備えている。
【００３６】
ＭＥＡ２４の外側に配置されるガス拡散層２３ａ，２３ｂ、具体的には、ＭＥＡ２４のカソード側に配置されるガス拡散層２３ａと、アノード側に配置されるガス拡散層２３ｂとは、カーボン製の多孔質体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。こうした材料からなるＭＥＡ２４、ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、接合により一体化されてＭＥＧＡ２５となる。
【００３７】
このＭＥＧＡ２５の外周を囲むシールガスケット３０は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、ＭＥＧＡ２５の外周に射出成形することで形成されている。
【００３８】
シールガスケット３０の外形は、セパレータ４０と同一の略長方形形状に形成されており、その４辺に沿って、上述のマニホールド用の穴（発電体２０に設けられた複数の穴）が形成されている。すなわち、発電体２０の一部として、セパレータ４０間に挟まれるシールガスケット３０の孔は、燃料電池１０内部の流体（水素，空気，冷却水）のマニホールドの一部を構成している。なお、シールガスケット３０に設けられたマニホールド用の孔と、セパレータ４０に設けられたマニホールド用の穴とを区別するため、シールガスケット３０の孔を連通孔と呼ぶこととする。
【００３９】
シールガスケット３０には、厚み方向に、各連通孔を囲む凸状の部位が形成されている。この凸状の部位は、セパレータ４０間に挟まれ、積層方向の締結力を受け、積層方向に潰れて変形する。その結果、凸状の部位は、マニホールド内からの流体（水素，空気，冷却水）の漏れを抑制するシールラインＳＬを形成する。この凸状の部位が、シールラインＳＬのリップ部分となる。
【００４０】
本実施例の燃料電池１０は、燃料電池１０内からの流体の漏れの対応を、シールガスケット３０を挟み込む構成で行ない、樹脂フレーム等をセパレータ間に挟んで接着する構成は採っていない。こうすることで、樹脂フレーム等、部品点数を低減し、燃料電池１０の容積、重量を低減している。
【００４１】
発電体２０を構成する要素である多孔質体流路２６，２７は、ステンレス鋼やチタン，チタン合金等の発泡金属や金属メッシュなど、内部に多数の細孔を備えた金属の多孔質体からなり、ＭＥＧＡ２５より小さい略長方形外形に形成されている。この多孔質体流路２６，２７は、ＭＥＧＡ２５を構成するガス拡散層２３ａ，２３ｂよりも大きな気孔率を備えて形成され、主に、ＭＥＧＡ２５に空気および水素ガスを供給する流路として機能する。
【００４２】
例えば、多孔質体流路２６は、ＭＥＧＡ２５のカソード側（ＭＥＡ２４のカソード側）とセパレータ４０との間に配置され、マニホールド，セパレータ４０を介して供給された空気をＭＥＧＡ２５のカソード側に供給する。
【００４３】
他方、多孔質体流路２７は、ＭＥＧＡ２５のアノード側（ＭＥＡ２４のアノード側）とセパレータ４０との間に配置され、マニホールド，セパレータ４０を介して供給された水素ガスをＭＥＧＡ２５のアノード側に供給する。こうしてＭＥＧＡ２５に供給された空気や水素ガスは、ガス拡散層２３ａ，２３ｂの作用により、各電極触媒層２２ａ，２２ｂに拡散され、電解質膜２１を介して反応している。なお、この電気化学反応は発熱反応であり、燃料電池１０を所定温度範囲で運転するため、燃料電池１０内には冷却水が供給されている。
【００４４】
次に、本実施例の燃料電池１０を構成するセパレータ４０について説明する。図２に示すように、このセパレータ４０は、３つの金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータである。具体的には、空気の流路である多孔質体流路２６と接触するカソード側プレート４１と、水素ガスの流路である多孔質体流路２７と接触するアノード側プレート４３と、両プレートの中間に挟まれ、主に冷却水の流路となる中間プレート４２とから構成されている。
【００４５】
３つのプレートは、その厚み方向に、流路用の凹凸形状のない平坦な表面を有し（つまり、発電体２０との接触面が平坦であり）、ステンレス鋼やチタン，チタン合金など、導電性の金属材料から構成されている。
【００４６】
３つのプレートには、上述の各種マニホールドを構成する穴部が形成されており、燃料電池１０の外部から供給される空気，水素ガス，冷却水が流れる。カソード側プレート４１には、マニホールド用の穴部に加え、多孔質体流路２６への空気の出入口となる孔部４５，４６が複数形成されている（図１参照）。同様に、アノード側プレート４３には、マニホールド用の穴部に加え、多孔質体流路２７への水素ガスの出入口となる孔部（図示なし）が複数形成されている。
【００４７】
中間プレート４２に設けられた複数のマニホールド用の穴部のうち、空気の流れるマニホールド用の穴部は、カソード側プレート４１の孔部４５，４６と連通するように形成されている。また、水素ガスの流れるマニホールド用の穴部は、アノード側プレート４３の孔部と連通するように形成されている。つまり、水素ガスや空気用のマニホールドと多孔質体流路２６，２７とは、中間プレート４２および各孔部を介して連通しており、各マニホールド内を流れる水素ガス，空気の一部は、セパレータ４０の内部（中間プレート４２）を通って各孔部から多孔質体流路２６，２７に供給されている。
【００４８】
なお、中間プレート４２には、略長方形外形の長辺方向に沿って複数の切欠が形成され、その切欠の両端はそれぞれ、冷却水の流れるマニホールド用の穴部と連通している。つまり、燃料電池１０の冷却水用のマニホールド内を流れる冷却水の一部は、セパレータ４０の内部（中間プレート４２）を流れ、燃料電池１０を冷却している。
【００４９】
こうした三層積層型のセパレータ４０と、シールガスケット３０を一体で備えた発電体２０とを、交互に複数積層し、所定の締結力を与えることを基本とする本実施例の燃料電池１０では、組立の際の発電体２０の相互間の位置のずれを抑制する機能を備えている。具体的には、シールガスケット３０の相互間の位置のずれを抑制する機構を、シールガスケット３０に形成している。以下、この構造について、シールガスケット３０を中心に説明する。
【００５０】
Ｂ．第１実施例：
図３は、第１実施例としての燃料電池の一部を示す平面図である。この図は、燃料電池１０の一部を、セパレータ４０のカソード側プレート４１から見た平面図を示し、紙面の表側から裏側へ向けて、発電体２０とセパレータ４０とが交互に複数積層されている。なお、図３に示す破線は、図示するセパレータ４０の紙面裏側にある発電体２０との接触部分、つまり、シールガスケット３０に設けたリップ部分からなるシールラインＳＬを示している。
【００５１】
図示するように、セパレータ４０は、略長方形の外形の各辺に沿って、８つのマニホールド用の穴部４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂを備えている。一の長辺に沿って設けられた２つの穴部４７ａは、空気供給用のマニホールドを構成し、他の長辺に沿って設けられた２つの穴部４７ｂは、空気排出用のマニホールドを構成する。また、一の短辺に沿って設けられた穴部４８ａは、水素ガス供給用のマニホールドを構成し、他の短辺に沿って設けられた穴部４８ｂは、水素ガス排出用のマニホールドを構成する。さらに、穴部４８ｂと並んで設けられた穴部４９ａは、冷却水供給用のマニホールドを、穴部４８ａと並んで設けられた穴部４９ｂは、冷却水排出用のマニホールドを、それぞれ構成している。
【００５２】
こうしたマニホールドを構成する８つの各穴部４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂに加えて、セパレータ４０には、楕円形の貫通孔５０が、計８つ、設けられている。各貫通孔５０は、マニホールドを構成する各穴部４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂの間であって、シールラインＳＬと重ならない位置に配置されている。この貫通孔５０には、後述するシールガスケット３０の一部分が係合する。
【００５３】
図４は、一の貫通孔５０近傍の概略断面図を示している。この図は、図３におけるＢ−Ｂ断面を示し、貫通孔５０を備えたセパレータ４０と発電体２０とが交互に積層された状態を示している。
【００５４】
図示するように、シールガスケット３０には、セパレータ４０の貫通孔５０に対応する位置に、厚み方向に突出した突出部３２が備えられている。この突出部３２は、シールガスケット３０と同じ材質であるゴム製の絶縁性樹脂材料から形成されている。
【００５５】
突出部３２は、セパレータ４０の貫通孔５０の楕円とほぼ同等であり、かつ、セパレータ４０の貫通孔５０に嵌合する断面を有する柱状部分３５を備えている。この柱状部分３５の一方の端部には、積層方向に凸状に形成された凸部分３３が、他方の端部には、積層方向に凹状に形成された凹部分３４が、それぞれ設けてある。すなわち、突出部３２は、柱状部分３５，凸部分３３，凹部分３４から構成されている。
【００５６】
凸部分３３および凹部分３４は、柱状部分３５の中心軸方向を高さとする略円錐上に形成され、隣接する２つのシールガスケット３０の突出部３２における凹部分３４と凸部分３３とが係合する大きさに形成されている。
【００５７】
突出部３２は、凸部分３３先端から凹部分３４の底までの長さＬが、所定の締結力での積層時の発電体２０とセパレータ４０との厚みの和にほぼ等しくなるように形成されている。つまり、シールガスケット３０のリップ部分が所定の締結力を受けて変形し、シールラインＳＬを形成する際に、突出部３２の凸部分３３と凹部分３４との間に作用する締結力は小さく、シールラインＳＬの形成には問題とならない構造となっている。
【００５８】
本実施例では、突出部３２は、シールガスケット３０の一の表面上に凸部分３３を有し、反対側の表面上から突き出した柱状部分３５の端部に凹部分３４を備えて形成されている。より具体的には、積層時におけるセパレータ４０のカソード側プレート４１方向への突き出し量が、アノード側プレート４３方向への突き出し量よりも大きくなるよう、シールガスケット３０の厚み方向における突出部３２の相対的な位置が設定されている。
【００５９】
かかる突出部３２を備えた発電体２０に、貫通孔５０を備えたセパレータ４０を積層すると、突出部３２の柱状部分３５および凹部分３４が、セパレータ４０のカソード側プレート４１からアノード側プレート４３方向へ貫通孔５０を突き抜け、アノード側プレート４３の表面から凹部分３４が突き出した状態となる。
【００６０】
こうした状態のセパレータ４０に、次の発電体２０を積層する。換言すると、Ｎ枚目の発電体２０に積層したセパレータ４０に、Ｎ＋１枚目の発電体２０を積層する。
【００６１】
Ｎ枚目の発電体２０に備えた突出部３２の凹部分３４が、突き出した状態のセパレータ４０に、Ｎ＋１枚目の発電体２０を積層すると、Ｎ＋１枚目の突出部３２の凸部分３３が、Ｎ枚目の突出部３２の凹部分３４に係合することとなる。こうして順次、複数のセパレータ４０，発電体２０を積層し、所定の締結力を付与する。
【００６２】
互いに係合する凸部分３３，凹部分３４は、略円錐状に形成されているため、所定の締結力を受けることで、積層した各突出部３２の中心軸がほぼ一致する。
【００６３】
以上の第１実施例における燃料電池の構造によれば、積層した各突出部３２の中心軸をほぼ一致させ、突出部３２の芯合わせを行なうことができる。その結果、シールラインＳＬを形成するリップ部分（シールガスケットの厚み方向の凸状の部位）の相対的な位置決めを行なうことができ、シールガスケット３０相互間の積層方向に直交方向の位置のずれを抑制する機構を構築することができる。こうすることで、締結力を受けてリップ部分が倒れて（ずれて）、シール性能が低下するのを抑制することができる。
【００６４】
また、リップ部分の位置のずれが抑制されるため、リップ部分の位置ずれが要因となるセパレータ４０への曲げ応力などが生ずる可能性も低減することができる。
【００６５】
第１実施例における燃料電池では、シールガスケット３０の突出部３２が、セパレータ４０の貫通孔５０に嵌合する。つまり、積層された複数のシールガスケット３０間の相対的な位置ずれを抑制すると共に、セパレータ４０の位置をも規制し、燃料電池１０全体として組立精度を向上することができる。
【００６６】
さらには、突出部３２の凸部分３３と凹部分３４とは略円錐状であるため、凹部分３４と凸部分３３とが係合していれば、締結力を付与する過程で、徐々に突出部３２同士の芯合わせを行なうことができる。つまり、燃料電池１０の組立を容易なものとすることができる。
【００６７】
また、第１実施例では、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５とが一体構造であることからも、組立を容易なものとすることができる。さらに、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５とが一体構造であることから、シールガスケット３０の相互間の位置ずれと共に、ＭＥＧＡ２５、すなわち、発電体２０全体の相互間の位置ずれを抑制することができる。
【００６８】
本実施例では、生産性に優れ、平坦な表面を特徴とする三層積層型のセパレータ４０を採用して燃料電池１０を構成している。こうしたセパレータ４０を用いる場合、セパレータ４０の表面へのリップ部分の接触のみでシールラインＳＬを形成する。こうした燃料電池１０に、第１実施例のシールガスケット３０の相互間の位置のずれを抑制する機構を用いることで、シール性能の低下の抑制の効果は大きい。
【００６９】
なお、第１実施例では、シールガスケット３０に、マニホールド用の穴部に対応した数（８つ）の突出部３２を設けて、相対的な位置のずれを抑制するものとしたが、少なくとも１以上の突出部３２を有していれば、突出部を備えていない場合に比べて、シールガスケット３０の相互間の位置のずれの抑制に効果を奏する。また突出部３２を２つ以上とすれば、シールラインの相対的な位置を規定することができるという効果が得られる。
【００７０】
第１実施例では、突出部３２のシールガスケット３０の厚み方向に対する相対的な位置は、カソード側プレート４１方向への突き出し量が、アノード側プレート４３方向への突き出し量よりも大きくなるように設定したが、これに限るものではない。例えば、図５（ａ）に示すように、カソード側プレート４１方向への突き出し量Ｄ１と、アノード側プレート４３方向への突き出し量Ｄ２とが、ほぼ同等となる位置に突出部３２を形成するものとしても良い。また、図５（ｂ）に示すように、カソード側プレート４１方向への突き出し量Ｄ１が、アノード側プレート４３方向への突き出し量Ｄ２よりも小さくなる位置に突出部３２を形成するものとしても良い。
【００７１】
図５（ａ）に示したように、シールガスケット３０を中心に、両側へほぼ同等の突き出し量を設けた突出部３２の場合には、シールガスケット３０の一表面からの突出量を最小にすることができ、シールガスケット３０の成形性を向上することができる。なお、この場合には、セパレータ４０の貫通孔５０内部で、隣接するシールガスケット３０の突出部３２同士が係合して芯合わせを行なう。
【００７２】
また、図５（ｂ）に示したように、アノード側プレート４３方向への突き出し量を大きくした突出部３２の場合には、突出部３２が、セパレータ４０のアノード側プレート４３からカソード側プレート４１方向へ貫通孔５０を突き抜ける構造となる。この場合、貫通孔５０を通過する突出部３２の端部に凸部分３３が形成されているため、比較的容易に、セパレータ４０と発電体２０（シールガスケット３０）とを積層することができる。なお、本実施例では、貫通孔５０を楕円形状としたが、貫通孔の形状は楕円に限られず、円形や異形の形状であっても差し支えない。また、シールラインの形状も、貫通孔の形状に合わせて、あるいは貫通孔の形状とは無関係に、楕円以外に、円、異形形状など、種々の形状を取り得ることは勿論である。
【００７３】
Ｃ．第２実施例：
図６は、第２実施例としての燃料電池の概略構成を示す説明図である。図示するように、第２実施例の燃料電池１００は、三層積層型のセパレータ４００とシールガスケットと一体の発電体２００とを交互に積層して形成され、シールガスケット３００に突出部３２０を備える点で、図１に示した燃料電池１０（第１実施例）の構成と同様であるが、セパレータ４００および発電体２００の構造が異なる。したがって、セパレータ４００，発電体２００の構造を中心に説明し、その他の構成については、第１実施例と同一として説明を省略する。
【００７４】
図７は、第２実施例の燃料電池１００の一部を示す平面図である。この図は、燃料電池１００の一部を、セパレータ４００のカソード側プレートから見た平面図を示し、紙面の表側から裏側へ向けて、発電体２００とセパレータ４００とが交互に複数積層されている。なお、図７に示す破線は、図示するセパレータ４００の紙面裏側にある発電体２００との接触部分、つまり、シールガスケット３００に設けたリップ部分からなるシールラインＳＬを示している。
【００７５】
図示するように、略長方形外形に形成されたセパレータ４００は、その各辺に沿って、８つのマニホールド用の穴部４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂを備えている。各穴部は、図３に示した第１実施例とほぼ同様の位置、大きさに形成されている。なお、説明を簡単にするため、各穴部には、第１実施例と同一の符号を付している。
【００７６】
第２実施例のセパレータ４００では、第１実施例の貫通孔５０に相当する孔を設けていない。それに伴い、シールガスケット３００の相互間の位置のずれを抑制する突出部３２０の位置を変更し、各マニホールド内に突出部３２０が配置されるように構成している。
【００７７】
マニホールド内に配置される突出部３２０は、シールガスケット３００の外側と内側とを接続するように、連通孔４７ｂ内に設けられた梁３６０の上に形成されている。すなわち、第２実施例の燃料電池１００を構成するシールガスケット３００の各連通孔には、シールガスケット３００の外周側と、ＭＥＧＡ２５側とを接続する梁３６０が存在し、この梁３６０によって、各連通孔は２分された状態となっている。なお、この梁３６０も、突出部３２０と同様、シールガスケット３００と同一材料により形成されている。
【００７８】
図８は、一のマニホールド用の穴部４７ａ近傍の概略断面図を示している。この図は、図７におけるＣ−Ｃ断面を示し、セパレータ４００と発電体２００とが交互に積層された状態を示している。
【００７９】
図示するように、シールガスケット３００には、セパレータ４００のマニホールド用の穴部４７ａの略中央付近に相当する位置に、第１実施例と同様、厚み方向に突出した突出部３２０が備えられている。突出部３２０は、第１実施例と同等、柱状部分３５０，凸部分３３０，凹部分３４０から構成されている。但し、第１実施例とは異なり、柱状部分３５０は略円形の断面形状を有し、マニホールド内に遊嵌する外径で形成されている。なお、凸部分３３０，凹部分３４０は略円錐形状で成形され、凸部分３３０先端から凹部分３４０の底までの長さＬは第１実施例と同等、所定締結力での積層時の発電体２０とセパレータ４０との厚みの和にほぼ等しくなるように形成されている。
【００８０】
第２実施例における突出部３２０は、シールガスケット３００を中心に両側へほぼ同等の突き出し量を設けて形成されており、セパレータ４０のマニホールド用の穴部４７ａ内部で、隣接するシールガスケット３００の突出部３２０同士が係合して芯合わせを行なう。
【００８１】
具体的には、突出部３２０を備えた発電体２００にセパレータ４００を積層すると、マニホールド用の穴部４７ａ内に突出部３２０の凹部分３４０が遊嵌した状態となり、さらに、次の発電体２００を積層すると、その発電体２００の突出部３２０の凸部分３３０が、先に積層した突出部３２０の凹部分３４０に係合する。こうして順次、複数のセパレータ４００，発電体２００を積層し、所定の締結力を付与する。
【００８２】
互いに係合する凸部分３３０，凹部分３４０は、略円錐状に形成されているため、所定の締結力を受けることで、積層した各突出部３２０の中心軸がほぼ一致する。
【００８３】
以上、第２実施例の燃料電池１００によれば、第１実施例と同様、シールガスケット３００相互間の位置のずれを抑制し、シール性能を向上することができる。加えて、第１実施例の貫通孔５０に代えて、マニホールド用の穴部を利用するため、セパレータ４００に突出部３２０用の特別な孔を設ける必要がない。また、突出部３２０は、セパレータ４００のマニホールド用の穴部に遊嵌した状態であり、セパレータ４００を用いることなくシールガスケット３００の位置決めを行なうことができる。その結果、燃料電池１００の組立が比較的容易となる。
【００８４】
さらに、シールガスケット３００に形成されたマニホールド用の各連通孔には、その略中央付近に梁３６０が形成されている。すなわち、マニホールドを囲むシールラインＳＬのＭＥＧＡ２５側と外周側とが、梁３６０により接続された状態となる。したがって、シールラインＳＬの剛性が増し、マニホールド内を流れる流体の圧力を受けてシールラインＳＬが変形するのを抑制することができる。
【００８５】
Ｄ．変形例：
本実施例では、突出部は、シールガスケットと同一材料であり、射出成形により形成されるが、その際、突出部を補強するための別部材を挿入するものとしても良い。例えば、カーボン繊維等を挿入し、これに樹脂を含浸させることで、突出部を形成するものとすれば良い。こうすることで、突出部の剛性を向上することができる。
【００８６】
また、本実施例では、シールガスケットとＭＥＧＡとを一体で構成するものとしたが、シールガスケットとＭＥＧＡとは別々の部材であるものとしても良い。この場合であっても、シールガスケットに突出部を設けることで、シールガスケット相互間の位置のずれを抑制することができる。
【００８７】
本実施例では、凸部分、凹部分を有する突出部をシールガスケットに備え、同一形状のシールガスケットを用いるものとしたが、シールガスケットの相互間の位置のずれを抑制する形状であれば、突出部の形状がシールガスケット毎に同一である必要はない。
【００８８】
例えば、突出部の両端ともに凸部分からなるシールガスケットＡ（発電体Ａ）と、突出部の両端ともに凹部分からなるシールガスケットＢ（発電体Ｂ）とを準備し、セパレータを介して発電体Ａと発電体Ｂとを交互に積層して燃料電池を構成すれば良い。この場合にも、シールガスケットの相互間の位置のずれを抑制することができる。
【００８９】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。第１実施例の突出部３２の断面は楕円とし、第２実施例の突出部３２０の断面は円としたが、これに限るものではない。例えば、四角や三角などの断面形状を有するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池の基本構成を示す説明図である。
【図２】発電体とセパレータとの概略断面図である。
【図３】第１実施例としての燃料電池の一部を示す平面図である。
【図４】一の貫通孔近傍の概略断面を模式的に示す説明図である。
【図５】第１実施例の突出部の変形例を示す説明図である。
【図６】第２実施例としての燃料電池の概略構成を示す説明図である。
【図７】第２実施例の燃料電池の一部を示す平面図である。
【図８】一のマニホールド用の穴部近傍の概略断面を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０…燃料電池
２０…発電体
２１…電解質膜
２２ａ，２２ｂ…電極触媒層
２３ａ，２３ｂ…ガス拡散層
２４…ＭＥＡ
２５…ＭＥＧＡ
２６，２７…多孔質体流路
３０…シールガスケット
３２…突出部
３３…凸部分
３４…凹部分
３５…柱状部分
４０…セパレータ
４１…カソード側プレート
４２…中間プレート
４３…アノード側プレート
４５，４６…孔部
４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂ…穴部
５０…貫通孔
８３…ターミナル
８４…インシュレータ
８５ａ，８５ｂ…エンドプレート
１００…燃料電池
２００…発電体
３００…シールガスケット
３２０…突出部
３３０…凸部分
３４０…凹部分
３５０…柱状部分
４００…セパレータ
【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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