(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極構造体と、該膜電極構造体を挟持するプレス加工にて折り曲げ形成したセパレータとを備えた燃料電池であって、
前記セパレータに、電圧検出装置に接続された電圧検出用端子を着脱自在に連結可能な端子接続部が突起状に凸設して備えられ、
前記端子接続部には、該セパレータの厚み方向に凸部が形成され、
該端子接続部の凸部が、セパレータの周縁部に設けられる凸部に連絡するように形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記端子接続部には、前記電圧検出用端子に設けられた突起部に嵌合可能な穴部が形成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】
前記端子接続部には、前記電圧検出用端子に設けられた穴部若しくは孔部に嵌合可能な突起部が形成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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜電極構造体と、該膜電極構造体を挟持するプレス成形されたセパレータとを備え、前記セパレータに、電圧検出用端子を着脱自在に連結可能な端子接続部が備えられる燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池が注目されている。このような燃料電池の一例としては、図７に示したものがある。図７に示した燃料電池１は、固体高分子電解質膜２の両側にガス拡散電極層３，４を配設した膜電極構造体（ＭＥＡ）５を備えており、この膜電極構造体５を一対のセパレータ６，７で挟持した燃料電池セル８を積層した構造となっている。この燃料電池１を用いて発電する場合には、燃料電池の一方のガス拡散電極層３に燃料ガス（例えば、水素ガス）９を、他方のガス拡散電極層４に酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）１０を供給することで、電気化学反応を発生させる。この発電時に生成されるのは基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、前記燃料電池が注目されている。
【０００３】
上記したように、燃料電池１は複数の燃料電池セル８を積層して構成され、各燃料電池セル８で発電させることにより、自動車を駆動するのに十分な電力を得るようにしている。したがって、各燃料電池セル８が正常であるかを監視するために、燃料電池セル８の電圧を検出することは非常に重要である。そこで、従来においては、図８の側断面による説明図および平面図に示したように、各燃料電池セル８のセパレータ６，７には、突起状に形成した端子接続部１１が設けられ、電圧検出装置（図示せず）に接続した電圧検出用端子１２を前記端子接続部１１に連結することで、端子接続部１１の設けられたセパレータ６，７の電圧を検出し、これにより各燃料電池セル８の電圧を検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような燃料電池のセパレータは、導電性などの電気的特性や耐食性に優れたカーボン製の板材を切削加工することで一般に形成される。しかし、切削加工して形成されたカーボン製のセパレータは、厚さが大きくなってしまう上に、強度や生産性が低いという問題がある。このような点から、厚さを薄くでき、かつ、生産性を高くできるように、金属材料等をプレス成形してセパレータを形成し、燃料電池の小型化を図ることが検討されている。
【０００５】
しかしながら、プレス成形によりセパレータの厚みを薄くしても、前記端子接続部の厚みが切削成形したセパレータを用いる場合と同程度であれば、燃料電池の小型化に障害となってしまう。このため、プレス成形により厚みを薄くしたセパレータに端子接続部を設けるにあたっては、この端子接続部の厚みもセパレータと同様に薄くする必要がある。しかし、この端子接続部の厚みを薄くすることに伴って端子接続部の剛性がその分失われ、反りやうねり等が発生しやすくなってしまう。特に、端子接続部をセパレータと同様の金属材料で形成した場合にはこの傾向が強くなる。そして、各セパレータに設けられている端子接続部に反りやうねり等が発生すると、積層方向に隣合う端子接続部同士が接触するおそれがあった。加えて、端子接続部に反りやうねりが発生すると、端子接続部に電圧検出用端子を連結することが困難になるおそれがあった。
【０００６】
また、端子接続部の厚みを薄くすると、端子接続部に一旦連結した電圧検出用端子が抜けやすくなってしまうという問題があった。以下、この問題について図８、図９を用いて説明する。突起状に形成した端子接続部１１を連結する電圧検出用端子１２には、図８に示すように、断面コ字状に形成されたものがある。この前記電圧検出用端子１２は、開口部から端子接続部１１に挿入することで、端子接続部１１を両側から挟み込んで連結するものである。すなわち、前記電圧検出用端子１２は一般に弾性部材で形成され、この端子接続部１１に電圧検出用端子１２を挿入することで、図８（ａ）に示すように、端子接続部１１の両面には弾性力が矢印Ｂのように付与される。このため、端子接続部１１が容易に抜けずに電圧検出用端子１２に連結されるのである。
【０００７】
ところが、図９に示したように、端子接続部１１の厚み（矢印Ａ）が薄いと、電圧検出用端子１２内に端子接続部１１を挿入しても、ほとんど弾性力が作用しないため（矢印Ｃ）、端子接続部１１が電圧検出用端子１２から容易に抜けて連結状態が解除されてしまい、セパレータの電圧検出に支障がでるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プレス成形されたセパレータに設けた端子接続部の反りやうねりの発生を防止できる燃料電池を提供することを一の目的とする。
また、本発明は、プレス成形されたセパレータに設けた端子接続部を電圧検出用端子に確実に連結状態を保つことができる燃料電池を提供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、膜電極構造体（例えば、実施の形態における膜電極構造体２８）と、該膜電極構造体を挟持するプレス加工にて折り曲げ形成したセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレータ３０，３２）とを備えた燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池２０）であって、前記セパレータに、電圧検出装置に接続された電圧検出用端子（例えば、実施の形態における電圧検出用端子６０）を着脱自在に連結可能な端子接続部（例えば、実施の形態における端子接続部５０）が突起状に凸設して備えられ、前記端子接続部には、該セパレータの厚み方向に凸部（例えば、実施の形態における凸部５１）が形成され、該端子接続部の凸部が、セパレータの周縁部に設けられる凸部（例えば、実施の形態における凸部３５）に連絡するように形成されていることを特徴とする燃料電池である。
【００１０】
このように構成することで、端子接続部のセパレータの厚み方向への剛性を増すことができ、端子接続部の厚みを薄くしても、反りやうねりの発生を防止できる必要な剛性を確保することができる。端子接続部はセパレータに凸設されており、セパレータ全体の剛性を損なわない点で好ましい。
端子接続部は凸部をセパレータの凸部に合わせることができ、端子接続部をセパレータに一体化した状態で凸部を形成することができる。加えて、端子接続部を設けたセパレータの周縁部に略均一な幅に凸部を形成することができるため、セパレータに端子接続部を設けても、ほぼ均一にバランスよく剛性を高めることができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、上記構成において、前記端子接続部には、前記電圧検出用端子に設けられた突起部に嵌合可能な穴部が形成されていることを特徴とする燃料電池である。
【００１２】
請求項３に記載した発明は、上記構成において、前記端子接続部には、前記電圧検出用端子に設けられた穴部若しくは孔部に嵌合可能な突起部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池である。
【００１３】
このように構成することで、端子接続部に電圧検出用端子を連結すると、請求項２に記載の発明においては、端子接続部の穴部と電圧検出用端子の突起部とが嵌合し、請求項３に記載の発明においては、端子接続部の突起部と電圧検出用端子の穴部若しくは孔部とが嵌合する。このため、電圧検出用端子が端子接続部から容易に抜けることを防止でき、電圧検出用端子と端子接続部との連結状態を保つことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における燃料電池を図面と共に説明する。
図６は、本発明の第１実施の形態における燃料電池を示す部分断面図である。
この燃料電池２０は、固体高分子電解質膜（電解質膜）２２の厚さ方向における両側にこれを挟むようにアノード側電極２４とカソード側電極２６とを対設して構成される膜電極構造体２８を有している。この膜電極構造体２８は一対のプレス成形された金属製のセパレータ３０、３２で厚さ方向における両側から挟持され、これにより燃料電池セル３４が構成される。本実施の形態におけるセパレータ３０，３２は、例えば板厚０．１〜０．５ｍｍのステンレス製板材をプレス加工で打ち抜きかつ折り曲げて形成されている。そして、前記セパレータ３０，３２には、それぞれの中央部に凸凹が交互に形成された波板部３６が設けられており、この波板部３６の一方の面がそれぞれアノード側電極２４またはカソード側電極２６に当接している。
【００１５】
燃料電池２０は、前記燃料電池セル３４を複数積層して構成される。図６に示すように、セパレータ３２の凹側とセパレータ３０の凸側とが突き合わせられており、これらのセパレータ３０，３２で区画された空間が、それぞれ燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、冷却媒体流路となり、それぞれの流路に燃料ガス（例えば水素）３８、酸化剤ガス（例えば空気）４０、冷却媒体（例えば水）４２が流通するのである。
【００１６】
図１は本実施の形態における燃料電池２０のセパレータ３０，３２を示す平面図である。前記セパレータ３０，３２は、一定の高さを有する凹凸が一定のパターンで多数形成された波板部３６（図６参照）と、この波板部３６を取り囲むように配置される平面部３５とを具備している。前記平面部３５の両端側には、連通孔３７（３７ａ、３７ｂ、３７ｃ）が形成されており、それぞれの連通孔３７に水素ガス３８，空気４０、冷却水４２が供給・排出される。そして、前記セパレータ３０，３２の周縁部は、その内側の平面部（凸部）３５よりも積層方向（図８の矢印Ｚ）に対して若干窪んだ凹部４３とされており、これによりセパレータ３０，３２の剛性を高めてセパレータ３０，３２の反りを防止している。なお、燃料電池２０は、膜電極構造体２８をシールするシール部材等の部材を備えているが、これらの部材については図示と説明を省略する。
【００１７】
本実施の形態における端子接続部５０について説明する。この端子接続部５０は前記セパレータ３０、３２にそれぞれ設けられ、詳細を後述する電圧検出用端子６０（図３参照）が連結されることにより、前記セパレータ３０，３２の電圧の検出が行われるのである。前記端子接続部５０は、セパレータ３０、３２と同様のステンレス製であり、これらのセパレータ３０、３２と一体化して形成されているため、セパレータ３０、３２と同時に製造することができ、端子接続部５０をセパレータ３０，３２と独立して製造する場合に比べて製造工程が簡略化される。また、前記端子接続部５０は、セパレータ３０、３２から、その外側に突出するように、突起状に形成されている。すなわち、端子接続部５０は、図１に示したように平面視でセパレータ３０、３２に凸設されているため、セパレータ３０、３２全体の剛性を損なわない点で好ましい。
【００１８】
そして、前記端子接続部５０の周縁側にはベース部５２が形成され、このベース部５２の内側が厚み方向に突出させた凸部５１となっている。このように端子接続部５０にベース部５２と凸部５１を形成することで、端子接続部５０のセパレータ厚み方向への剛性を高めることができる。したがって、セパレータ３０，３２の厚みを薄くしたことに伴って端子接続部５０の厚みを薄くしても、この端子接続部５０の反りやうねりの発生を防止できる必要な剛性を確保することができる。このため、それぞれのセパレータ３０、３２に設けた端子接続部５０同士が反りやうねりにより接触することを防止することができる。
【００１９】
図２は本実施の形態における端子接続部５０を示す側面図及び正面図及び平面図である。図２（ａ）に示した端子接続部５０のベース５２に対する凸部５１の突出高さ寸法Ｗは、前記電圧検出用端子６０の材料である弾性部材の弾性力に対応して設定されている（詳細は後述する）。
【００２０】
さらに、前記端子接続部５０のベース部５２と凸部５１が、前記セパレータ３０、３２の凹部４３と凸部３５にそれぞれ連絡するように形成されている。すなわち、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示したように、ベース部５２と凹部４３、凸部５１と凸部３５とが厚み方向に対しても幅方向に対しても連続するように形成されている。このため、端子接続部５０をセパレータ３０，３２に一体化した状態でベース部５２と凸部５１を形成することができる。加えて、セパレータ３０，３２の周縁部に略均一な幅に凹部４３とベース部５２が形成されることになるため、セパレータ３０，３２に端子接続部５０を設けても、セパレータ３０，３２全体の剛性をほぼ均一にバランスよく高めることができる。
【００２１】
前記端子接続部５０に電圧検出用端子６０を連結する場合について説明する。図３は本実施の形態における端子接続部５０と電圧検出用端子６０の連結状態を示す説明図である。電圧検出用端子６０は前記端子接続部５０を挟み込めるように断面略コ字状とされるとともに、弾性部材で形成されている。上記したように端子接続部５０は反りやうねりの起きない十分な剛性が確保されているため、電圧検出用端子６０を連結する際にも、反りやうねりにより妨げられることがなく、スムーズに連結することができる。
【００２２】
さらに、ベース凹部５２に対する凸部５１の突出高さ寸法Ｗは、前記電圧検出用端子６０の弾性力に対応して設定されており、前記電圧検出用端子６０が連結された際に所定のたわみが発生するように形成されているため、電圧検出用端子６０を連結する際に、電圧検出用端子６０の弾性力を端子接続部を挟持する方向（矢印Ｘ）に確実に作用させることができる。したがって、端子接続部５０自体の厚さはセパレータ３０，３２と同程度の薄さに保持することができるとともに、電圧検出用端子６０が端子接続部５０から容易に抜けることを防止できるため、電圧検出作業を確実に行うことができる。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態における燃料電池２０について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施の形態における端子接続部７０を示す正面図及び平面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）にそれぞれ対応する。本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏するとともに、第１の実施形態に比して、ベース部７２と凸部７１の形成領域が図の左右方向に対して増しているため、厚み方向の寸法を薄く保ちつつ、端子接続部７０の剛性をさらに高めることができる。加えて、電圧検出用端子（図示せず）との接触面積も広がるため、電圧の検出効率を高めることができる。
【００２４】
本発明の第３の実施の形態における燃料電池２０について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は本実施の形態における端子接続部９０を示す側面図及び平面図であり、図２（ａ）及び図２（ｃ）に対応する。前記端子接続部９０は、周縁部に前記ベース部９２を備えるとともに、その内側に凸部９１を備え、この凸部９１にさらに突起部９３が形成されている。この突起部９３は、電圧検出用端子の孔部（図示せず）に嵌合可能となっている。したがって、電圧検出用端子を端子接続部９０に連結する際に、反りやうねりを発生させずに確実に連結することができるとともに、積層方向に隣合う端子接続部９０同士が接触することを防止でき、電圧検出用端子が端子接続部９０から容易に抜けることを防止できる。
【００２５】
なお、以上の実施の形態においては、燃料電池が複数の燃料電池セルを積層して構成された場合について説明したが、これに限らず、一つの燃料電池セル（単セル）で構成されていてもよい。また、検圧検出用端子に突起部を設け、端子接続部にこの突起部に嵌合可能な穴部を形成するようにしてもよい。さらに、端子接続部に突起部を形成する場合には、検圧検出用端子にこの突起部に嵌合可能な穴部を設けるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、端子接続部に電圧検出用端子を連結する際にも、反りやうねりの発生を防止することができるため、端子接続部同士の接触を防止して安全に電圧検出作業を行うことができるとともに、端子接続部に電圧検出用端子を確実に連結することができる。さらに、端子接続部の凸部がセパレータの周縁部の凸部に連絡しているため、凸部を形成する工程を容易にすることができる。
【００２７】
請求項２，３に記載した発明によれば、端子接続部を電圧検出用端子に確実に連結することができるとともに、積層方向に隣合う端子接続部が接触することを防止でき、電圧検出作業を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池を示す概略平面図である。
【図２】  図２は本発明の第１の実施の形態における端子接続部を示す側面図及び正面図及び平面図である。
【図３】  図３は本発明の第１の実施の形態における端子接続部と電圧検出用端子の連結状態を示す説明図である。
【図４】  図４は本発明の第２の実施の形態における端子接続部を示す正面図及び平面図である。
【図５】  図５は本発明の第３の実施の形態における端子接続部を示す側面図及び平面図である。
【図６】  図６は本発明の第１の実施の形態における燃料電池を示す部分断面図である。
【図７】  図７は従来における燃料電池を示す部分断面図である。
【図８】  図８は従来における端子接続部と電圧検出用端子の連結状態を示す説明図及び端子接続部の平面図である。
【図９】  図９は従来における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
２０  燃料電池２８  膜電極構造体３０，３２  セパレータ３４  燃料電池セル５０  端子接続部５１  凸部５２  ベース部６０  電圧検出用端子
【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】
0003868784.tif 000009
【図９】
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