(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応電極部（３）を挟み込む一対のセパレータ（１）（２）を有し、
前記一対のセパレータ（１）（２）は嵌め合い構造とされていて、前記一対のセパレータ（１）（２）に凹部（１０）および凸部（１１）の組み合わせよりなる位置決め部（９）が設けられ、前記凹部（１０）および凸部（１１）が互いに係合することによって前記一対のセパレータ（１）（２）が互いに位置決めされており、
前記位置決め部（９）は前記反応電極部（３）を取り囲むよう前記一対のセパレータ（１）（２）の周縁部に沿って多数が一列に設けられており、
前記各位置決め部（９）の平面中央に貫通穴状の空間部（１６）（１８）が設けられ、前記各空間部（１６）（１８）にゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマーよりなる成形材（１９）が注入成形されることによって前記一対のセパレータ（１）（２）が前記凹部（１０）の底面と前記凸部（１１）の先端面とを前記一対のセパレータ（１）（２）の厚み方向に突き合わせるかたちで重ね合わされた状態で一体化されており、
前記成形材（１９）は少なくとも一方の前記セパレータ（１）の外面に設けられるセパレータシール（１４）と一体成形されていることを特徴とする燃料電池セパレータ組立シール構造。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池セパレータ組立シール構造において、
前記反応電極部（３）の外周に、前記一対のセパレータ（１）（２）の間に挟み込まれるガスケット（７）が配置されていることを特徴とする燃料電池セパレータ組立シール構造。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池セパレータ組立シール構造において、
前記反応電極部（３）における電解質膜（４）の周縁部に液状ゴム硬化物（２２）が塗布されて、前記液状ゴム硬化物（２２）が前記電解質膜（４）および前記セパレータ（１）（２）に対して接着せしめられていることを特徴とする燃料電池セパレータ組立シール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用セパレータを構成要素の一部とする燃料電池セパレータ組立シール構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、従来は、反応電極部５１における電解質膜５２とこれを挟み込む一対のセパレータ５３との間にそれぞれガスケット５４が別個に配置されるとともに、一対のセパレータ５３が互いに組み付けられておらずそれぞれ別部品とされているために、燃料電池スタックの組立に多大な工数を要している。また、反応電極部５１が定寸止めとなっていないために、その寸法が安定しないと云う不都合があり、シール反力によって寸法が変わってしまうこともある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、燃料電池スタックの組立性を向上させるとともに、反応電極部の寸法安定性を向上させることが可能な燃料電池セパレータ組立シール構造を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池セパレータ組立シール構造は、反応電極部を挟み込む一対のセパレータを有し、前記一対のセパレータは嵌め合い構造とされていて、前記一対のセパレータに凹部および凸部の組み合わせよりなる位置決め部が設けられ、前記凹部および凸部が互いに係合することによって前記一対のセパレータが互いに位置決めされており、前記位置決め部は前記反応電極部を取り囲むよう前記一対のセパレータの周縁部に沿って多数が一列に設けられており、前記各位置決め部の平面中央に貫通穴状の空間部が設けられ、前記各空間部にゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマーよりなる成形材が注入成形されることによって前記一対のセパレータが前記凹部の底面と前記凸部の先端面とを前記一対のセパレータの厚み方向に突き合わせるかたちで重ね合わされた状態で一体化されており、前記成形材は少なくとも一方の前記セパレータの外面に設けられるセパレータシールと一体成形されていることを特徴とするものである。
【０００５】
また、本発明の請求項２の燃料電池セパレータ組立シール構造は、上記した請求項１記載の燃料電池セパレータ組立シール構造において、前記反応電極部の外周に、前記一対のセパレータの間に挟み込まれるガスケットが配置されていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の請求項３による燃料電池セパレータ組立シール構造は、上記した請求項１記載の燃料電池セパレータ組立シール構造において、前記反応電極部における電解質膜の周縁部に液状ゴム硬化物が塗布されて、前記液状ゴム硬化物が前記電解質膜および前記セパレータに対して接着せしめられていることを特徴とするものである。
【０００７】
【０００８】
上記構成を備えた本発明のセパレータ組立シール構造においては、反応電極部を挟み込む一対のセパレータに互いに連通するように空間部が設けられて、この空間部にゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマーよりなる成形材が注入成形されることによって一対のセパレータが互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、反応電極部を挟み込んだこの一対のセパレータを組立済み部品として一体に取り扱うことが可能となる（請求項１）。
【０００９】
また、一対のセパレータが互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、この一対のセパレータは定寸止め構造とされている。したがって、反応電極部の厚み方向の寸法を安定化させることが可能となる（請求項１）。
【００１０】
一対のセパレータの空間部に注入成形される成形材は、少なくとも一方のセパレータの外面に設けられるセパレータシールと同種の材料をもって一体成形するのが好適であり、このように成形材とセパレータシールとを一体成形することにより、成形工程を簡略化することが可能となる（請求項１）。
【００１１】
また、互いに一体化される一対のセパレータの間は、反応電極部の外周に配置されるガスケットによってシールするのが好適であり、このようにセパレータの間を反応電極部の外周側に配置されるガスケットによってシールすることにより、ガスケットの設置数を従来よりも減じることが可能となる（請求項２）。
【００１２】
また、このガスケットによる反力の作用が懸念される場合には、反応電極部における電解質膜の周縁部に塗布した液状ゴム硬化物によってシールを代行させるのが好適であり、このように液状ゴム硬化物を接着材シールとして用いることにより、反力の発生ないし作用をなくすことが可能となる（請求項３）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００１４】
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る燃料電池セパレータ組立シール構造の要部断面図を示しており、その組立前の状態が図２に示されている。このセパレータ組立シール構造は組立完成品として燃料電池用セルを構成するものであって、以下のように構成されている。
【００１５】
すなわち先ず、互いに重ねられる上下一対のセパレータ１，２が設けられており、この一対のセパレータ１，２の間に反応電極部（ＭＥＡ部とも称する）３が挟み込まれている。反応電極部３は、電解質膜４の上下両側に正電極５および負電極６を重ね合わせたものである。反応電極部３の外周側にゴム状弾性材製のガスケット７が配置されており、このガスケット７が一対のセパレータ１，２の間に所定の圧縮しろをもって挟み込まれている。図では、電解質膜４の周縁部が正電極５および負電極６の周縁部よりも平面方向に拡大形成されていて、この拡大形成された電解質膜４の周縁部の上下両側にゴム状弾性材製のガスケット７が配置されており、この電解質膜４およびガスケット７よりなる積層構造に、後記する位置決め部９を挿し通すための透孔８が所要数形成されている。上下のガスケット７は透孔８を介して互いに一体成形されたものであっても良い。
【００１６】
一対のセパレータ１，２は嵌め合い構造とされていて、この両セパレータ１，２に、凹部１０および凸部１１の組み合わせよりなる位置決め部９が所要数設けられており、この凹部１０および凸部１１が互いに係合することによって両セパレータ１，２が互いに位置決めされている。位置決め部９はセパレータ１，２の周縁部に沿って多数が一列に設けられている。また、下側のセパレータ２の内面には凹部１０の他に、反応電極部３およびガスケット７を収容するための凹部１２が設けられている。
【００１７】
位置決め部９の上方に位置して、上側のセパレータ１の外面にセパレータシール１４が設けられており、このセパレータシール１４はセパレータ１の周縁部に沿ってエンドレスに設けられている。また、このセパレータシール１４は、同じくセパレータ１の周縁部に沿ってエンドレスに設けられた溝部１５に沿って設けられており、この溝部１５の底面に貫通穴状の空間部（スルーホールとも称する）１６が所要数開口形成されている。空間部１６は各位置決め部９に対応してその平面中央に一つずつが設けられている。また、この上側のセパレータ１の外面に設けられた溝部１５に対応して、下側のセパレータ２の外面にも同様に溝部１７が設けられており、この溝部１７の底面にも貫通穴状の空間部（スルーホールとも称する）１８が所要数開口形成されている。空間部１８はこれも各位置決め部９に対応してその平面中央に一つずつが設けられている。
【００１８】
上側の空間部１６と下側の空間部１８とは互いに対応形成されていて、互いに連通しており、この両空間部１６，１８および両溝部１５，１７に成形材１９が注入成形されている。成形材１９はその上方のセパレータシール１４と一体成形されており、この成形材１９およびセパレータシール１４は、ゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマー等のゴム状弾性材を成形材料として圧縮成形または射出成形等によって同時成形されている。また、この成形材１９が空間部１６，１８に注入成形されることによって一対のセパレータ１，２は、上記凹部１０の底面と凸部１１の先端面とがセパレータ１，２の厚み方向に付き合わされるかたちで、重ね合わされた状態で一体化されている。
【００１９】
上記構成を備えたセパレータ組立シール構造においては、反応電極部３を挟み込む一対のセパレータ１，２に互いに連通するように空間部１６，１８が溝部１５，１７とともに設けられて、この空間部１６，１８および溝部１５，１７にゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマー等よりなる成形材１９が注入成形されることによって一対のセパレータ１，２が互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、反応電極部３を挟み込んだこの一対のセパレータ１，２をセル組立体（セルＡｓｓｙ）として一体に取り扱うことができる。したがって、燃料電池スタックの組立性を向上させることができる。尚、溝部１５，１７は、ここに充填される成形材１９によって空間部１６，１８内の成形材１９をセパレータ１，２から抜け止めするものであることから、貫通穴状の空間部１６，１８の開口断面積がその貫通方向端部で中央部よりも大きく設定されていれば抜け止め効果があるので、この場合は溝部１５，１７は不要である。したがって、溝部１５，１７はこれを設ける必要のない場合もある。
【００２０】
また、上記構成の組立シール構造においては、一対のセパレータ１，２が互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、この一対のセパレータ１，２は定寸止め構造とされている。したがって、反応電極部３の厚み方向の寸法を安定化させることができる。
【００２１】
また、セパレータ１，２の空間部１６，１８および溝部１５，１７に注入成形される成形材１９がセパレータシール１４と同種の材料をもって一体成形されているために、成形を一回で済ませることができる。したがって、成形工程を簡略化することができる。
【００２２】
更にまた、互いに一体化される一対のセパレータ１，２の間が反応電極部３の外周側に配置されるガスケット７によってシールされるために、両セパレータ１，２に組み合わされるガスケット７を共用することができる。したがって、ガスケット７の設置数を従来よりも減じることができる（上記実施例では、そのシール力を高めるためにガスケット７を上下二重構造としているが、一重構造でも良く、この一重構造の場合、唯一のガスケットは両セパレータ１，２によって共用される。したがって、セパレータ１，２毎にガスケットを必要とした従来技術と比較してガスケットの設置数を減らすことができる）。
【００２３】
尚、上記構成の組立シール構造において、セパレータ１，２の一体化を維持するためには、間に挟み込んだガスケット７の反力よりも成形材１９による締結力の方を大きく設定する必要があり、一般的には、図３に示すように締結用の空間部１６，１８のピッチｐを１０ｍｍ間隔以下に設定しないと、成形材のゴム硬度を上げない限り締結力不足となる。したがって、このような場合には、図４に示すように締結力を補強するために、ハトメ２０を追加する等の設計処置が必要となる。
【００２４】
また、ガスケットの反力の発生ないしその作用をなくす、あるいはその大きさを減らすには、以下の実施例が好適である。
【００２５】
第二実施例・・・
図５は、本発明の第二実施例に係る燃料電池セパレータ組立シール構造の要部断面図を示しており、その組立前の状態が図６に示されている。このセパレータ組立シール構造は組立完成品として燃料電池用セルを構成するものであって、以下のように構成されている。
【００２６】
すなわち先ず、互いに重ねられる上下一対のセパレータ１，２が設けられており、この一対のセパレータ１，２の間に反応電極部（ＭＥＡ部とも称する）３が挟み込まれている。反応電極部３は、電解質膜４の上下両側に正電極５および負電極６を重ね合わせたものである。反応電極部３の外周側に液状ゴム硬化物２２よりなる接着材シール２１が配置されており、この接着材シール２１が電解質膜４およびセパレータ１，２に対して接着せしめられている。図では、電解質膜４の周縁部が正電極５および負電極６の周縁部よりも平面方向に拡大形成されていて、この拡大形成された電解質膜４の周縁部の上下両側に液状ゴム硬化物２２よりなる接着材シール２１が配置されている。電解質膜４には、後記する位置決め部９を挿し通すための透孔８が所要数形成されている。接着材シール２１については後述する。
【００２７】
一対のセパレータ１，２は嵌め合い構造とされていて、この両セパレータ１，２に、凹部１０および凸部１１の組み合わせよりなる位置決め部９が所要数設けられており、この凹部１０および凸部１１が互いに係合することによって両セパレータ１，２が互いに位置決めされている。位置決め部９はセパレータ１，２の周縁部に沿って多数が一列に設けられている。また、下側のセパレータ２の内面には凹部１０の他に、反応電極部３および両接着材シール２１を収容するための凹部１２が設けられている。
【００２８】
位置決め部９の上方に位置して、上側のセパレータ１の外面にセパレータシール１４が設けられており、このセパレータシール１４はセパレータ１の周縁部に沿ってエンドレスに設けられている。また、このセパレータシール１４は、同じくセパレータ１の周縁部に沿ってエンドレスに設けられた溝部１５に沿って設けられており、この溝部１５の底面に貫通穴状の空間部（スルーホールとも称する）１６が所要数開口形成されている。空間部１６は各位置決め部９に対応してその平面中央に一つずつが設けられている。また、この上側のセパレータ１の外面に設けられた溝部１５に対応して、下側のセパレータ２の外面にも同様に溝部１７が設けられており、この溝部１７の底面にも貫通穴状の空間部（スルーホールとも称する）１８が所要数開口形成されている。空間部１８はこれも各位置決め部９に対応してその平面中央に一つずつが設けられている。
【００２９】
上側の空間部１６と下側の空間部１８とは互いに対応形成されていて、互いに連通しており、この両空間部１６，１８および両溝部１５，１７に成形材１９が注入成形されている。成形材１９はその上方のセパレータシール１４と一体成形されており、この成形材１９およびセパレータシール１４は、ゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマー等のゴム状弾性材を成形材料として圧縮成形または射出成形等によって同時成形されている。また、この成形材１９が空間部１６，１８に注入成形されることによって一対のセパレータ１，２は、上記凹部１０の底面と凸部１１の先端面とがセパレータ１，２の厚み方向に付き合わされるかたちで、重ね合わされた状態で一体化されている。
【００３０】
接着材シール２１は、以下のようなものである。
【００３１】
すなわち、反応電極部３における電解質膜４の周縁部がその上下の正電極５および負電極６の周縁部よりも平面方向に若干拡大形成されて、この電解質膜４の周縁部の上下両面にそれぞれ液状ゴム硬化物２２が塗布され、この液状ゴム硬化物２２がその固化と同時に電解質膜４およびセパレータ１，２に接着されて、接着材シール２１が形成されている。したがって、この接着材シール２１は圧縮状態で挟み込まれるものではないために、殆ど反力が発生しないものである。
【００３２】
上記構成を備えたセパレータ組立シール構造においては、反応電極部３を挟み込む一対のセパレータ１，２に互いに連通するように空間部１６，１８が溝部１５，１７とともに設けられて、この空間部１６，１８および溝部１５，１７にゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマー等よりなる成形材１９が注入成形されることによって一対のセパレータ１，２が互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、反応電極部３を挟み込んだこの一対のセパレータ１，２をセル組立体（セルＡｓｓｙ）として一体に取り扱うことができる。したがって、燃料電池スタックの組立性を向上させることができる。尚、溝部１５，１７を設ける必要のない場合があることは上記第一実施例で述べたとおりである。
【００３３】
また、上記構成の組立シール構造においては、一対のセパレータ１，２が互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、この一対のセパレータ１，２は定寸止め構造とされている。したがって、反応電極部３の厚み方向の寸法を安定化させることができる。
【００３４】
また、セパレータ１，２の空間部１６，１８および溝部１５，１７に注入成形される成形材１９がセパレータシール１４と同種の材料をもって一体成形されているために、成形を一回で済ませることができる。したがって、成形工程を簡略化することができる。
【００３５】
更にまた、一対のセパレータ１，２間に配置されるシールが圧縮タイプのガスケットではなく、液状ゴム硬化物を固化接着させた接着材シール２１によって形成されているために、反力の発生ないし作用をなくすことができる。したがって上記成形材１９によるセパレータ１，２の締結を安定化させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００３７】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明の請求項１によるセパレータ組立シール構造においては、反応電極部を挟み込む一対のセパレータに互いに連通するように空間部が設けられて、この空間部にゴム、液状ゴムまたは熱可塑性エラストマーよりなる成形材が注入成形されることによって一対のセパレータが互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、反応電極部を挟み込んだこの一対のセパレータを組立済み部品として一体に取り扱うことができる。したがって燃料電池スタックの組立性を向上させることができる。
【００３８】
また、一対のセパレータが互いに重ね合わされた状態で一体化されているために、この一対のセパレータは定寸止め構造とされている。したがって、反応電極部の厚み方向の寸法を安定化させることができる。
【００３９】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１によるセパレータ組立シール構造においては、セパレータの空間部に注入成形される成形材がセパレータシールと一体成形されているために、成形を一回で済ませることができる。したがって、成形工程を簡略化することができる。
【００４０】
また、上記構成を備えた本発明の請求項２によるセパレータ組立シール構造においては、互いに一体化される一対のセパレータの間が反応電極部の外周に配置されるガスケットによってシールされるために、両セパレータに組み合わされるガスケットを共用することができる。したがって、ガスケットの設置数を従来よりも減らすことができる。
【００４１】
更にまた、上記構成を備えた本発明の請求項３によるセパレータ組立シール構造においては、一対のセパレータ間に配置されるシールが圧縮タイプのガスケットではなく、液状ゴム硬化物を固化接着させた接着材シールによって形成されているために、反力の発生ないし作用をなくすことができる。したがって、上記成形材によるセパレータの締結を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一実施例に係る燃料電池セパレータ組立シール構造の要部断面図
【図２】  同セパレータ組立シール構造の組立前の状態を示す要部断面図
【図３】  セパレータの平断面図
【図４】  ハトメを追加した例を示す断面図
【図５】  本発明の第二実施例に係る燃料電池セパレータ組立シール構造の要部断面図
【図６】  同セパレータ組立シール構造の組立前の状態を示す要部断面図
【図７】  従来例に係る説明図
【符号の説明】
１，２  セパレータ
３  反応電極部
４  電解質膜
５  正電極
６  負電極
７  ガスケット
８  透孔
９  位置決め部
１０，１２  凹部
１１  凸部
１４  セパレータシール
１５，１７  溝部
１６，１８  空間部
１９  成形材
２０  ハトメ
２１  接着材シール
２２  液状ゴム硬化物
【図１】
0004310598.tif 000002
【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】
0004310598.tif 000008