(57)【要約】【課題】膜電極接合体とセパレータとの間に不均一な面内接触圧力分布が生じることを低減し、シール性を十分に発揮でき、適正な締結力を付加できる高分子電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】締結構造に使用する端板は、締結前は単電池モジュール側の面が、締結部材で締結する箇所が一番薄く、締結部材から一番遠くなる箇所が一番厚くなるような凹形状になる一方、締付後は平面となり、単電池モジュールの面内均一に荷重をかけられるようになる。【選択図】図２Ａ
2009163907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と上記膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを有する複数の単電池モジュールが積層されて積層体を形成し、その積層体の両端に端板がそれぞれ配置され、複数の締結部材により、上記一対の端板で上記積層体を挟み付けて締結することにより組み立てられた燃料電池スタックを備える高分子電解質型燃料電池において、
上記各端板は、上記締結部材で締め付ける締付部分よりも、上記締付部分から離れた非締付部分の剛性が高くなるように構成し、締結状態で上記各端板の積層体側の面を平坦とすること
を特徴とする高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】
上記各端板は、締結前のセル側の面が、上記締付部分よりも、上記締付部分から離れた上記非締付部分の厚さが大きくなるような形状をなしており、締結後に、上記締結部材による締結力により、上記各端板の上記セル側の面が平面となりかつ上記各端板の上記セル側とは反対側の面の形状が、上記締付部分よりも、上記締付部分から離れた上記非締付部分の厚さが大きくなるように弾性変形して、上記締付部分よりも上記非締付部分の剛性が高くなるようにしている、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項３】
上記各端板は、上記締付部分の材料のヤング率は、上記締付部分から離れた上記非締付部分の材料のヤング率よりも小さいことにより、上記締付部分よりも上記非締付部分の剛性が高くなるように構成している、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用する燃料電池に関し、特に高分子電解質を用いた高分子電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものである。この燃料電池は、基本的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、及び高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極、すなわちアノードとカソードから構成される。これらの電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層、及び触媒層の外面に配置される、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層を有する。このように高分子電解質膜と電極（ガス拡散層を含む）とが一体的に接合されて組み立てられたものを電解質膜電極接合体（以降、「ＭＥＡ」と
する。）と呼ぶ。
【０００３】
また、ＭＥＡの両側には、ＭＥＡを機械的に挟み込んで固定するとともに、隣接するＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータが配置される。セパレータにおいてＭＥＡと接触する部分には、それぞれの電極に燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスを供給し、生成水や余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成される。このようなガス流路は、セパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が、一般的である。なお、このように、ＭＥＡが一対のセパレータにより挟み込まれた構造体を、単電池モジュールと言う。
【０００４】
セパレータとＭＥＡとの間に形成されるガス流路への反応ガスの供給及びガス流路からの反応ガス、生成水の排出は、セパレータの縁部にマニホールド孔と呼ばれる貫通した孔を設け、ガス流路の出入り口をこのマニホールド孔に連通して、マニホールド孔から各ガス流路に反応ガスを分配することによって行われる。
【０００５】
また、ガス流路に供給される燃料ガスや酸化剤ガスが外部へリークしたり、２種類のガスが互いに混合したりしないように、ＭＥＡにおける電極が形成されている部分、すなわち発電領域の外周を囲むように、一対のセパレータの間には、シール部材としてガスシール材やガスケットが配置される。これらのガスシール材やガスケットは、マニホールド孔の周囲のシールをも行う。
【０００６】
燃料電池は、運転中に発熱するので、電池を良好な温度状態に維持するために、冷却水等で冷却する必要がある。通常、１〜３セル毎に、冷却水を流す冷却部が設けられる。これらのＭＥＡ、セパレータ及び冷却部を交互に重ねていき、１０〜２００セル積層した後、積層体の両端部に、集電板と絶縁板を介して端板を配置して、端板同士でこの積層体を挟み、締結ボルトとロッドで、両端から固定するのが、一般的な積層電池（燃料電池スタック）の構造である。
【０００７】
このような積層電池では、冷却部を含む複数の単電池モジュールを一方向に積み重ね、その両端に一対の端板を配置し、それぞれの端板間を締結ボルト及びロッドで固定して、それぞれの単電池モジュールを締め付けるような締め付け方式が採用されている。このような締め付け方式として、機械的強度の観点から、端板や締結ボルトには、通常、ステンレス鋼などの金属材料を用い、これらの端板や締結ボルトと、積層電池との間を絶縁板により電気的に絶縁し、電流が端板を通して外部に漏れ出ることのない構造が採用されている。また、端板には絶縁板と一体化し、絶縁体を成形もしくは加工したものも用いられている。締結ボルトについては、セパレータの縁部に形成された貫通孔を通す方法や、積層電池全体を端板越しに金属のベルトで締め上げる方式が、一般的である。
【０００８】
このような締め付け方式が採用されている積層電池においては、単電池モジュールを面内（積層方向に直交する平面内）で均一な締結力で締め付けられることが重要とされている。この均一な締結力によって、空気、水素、冷却水等の漏れを防止し、また単電池モジュールの破損を防止し、さらにそれによって発電効率を上げたり、電池寿命を延長したりすることが可能となるからである。このような締め付け方式における締結力の均一化の観点とコストダウンの観点から、例えば特許文献１では、ヘッダと低剛性の板体からなるボルスタを締結前にスタックに対して凸に湾曲変形させ、ロッドによりスタックへ締め付け、バネやベローズなどの部品を削減する方法が提案されている。
【０００９】
詳しくは図１６に示すように、燃料電池スタック８０１を挟持しているヘッダ８０２と低剛性の板体からなるボルスタ８０３を有し、かつ、このボルスタ８０３をヘッダ８０２のほうへ弾力的に引き寄せている複数のロッド８０４を有し、ボルスタ８０３はスタック８０１と反対側の面の両端に設けられた固定部と固定部間に渡架され張力調整ナットによって締め付けられた引張棒８０５とによって、あらかじめスタック８０１のほうに一時的に凸に湾曲変形させられてから、ロッド８０４によってスタック８０１のほうへ引き寄せられて平らな面になったところで、ボルスタ８０３の平面がスタック８０１を押圧接触しているので、面内に均一な荷重がかかるようになる。
【００１０】
【特許文献１】特許第３６０５９３７号（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、複数の単電池モジュールを一方向に積み重ね、その両端に一対の端板を配置し、それぞれの端板間を締結ボルト及びロッドで固定する場合、締結ボルト及びロッドにより端板が大きく変形することがある。そのため、締結ボルト及びロッドで締め付けたことで発生した端板の変形により、単電池モジュールに均一な締結力が付加できずにＭＥＡの接触圧力に不均一な面内接触圧力分布が生じる。このような不均一な面内接触圧力分布は接触抵抗の不均一な面内分布となり、燃料電池における発電性能を低下させる要因となるという問題がある。このような接触抵抗の不均一な面内分布による発電性能の低下が生じることを抑制するために、締結力として必要以上に荷重を付加するような対策が採用される場合もあり、このような場合にあっては、ＭＥＡやガスケットの機械的強度の低下が促進されて、燃料電池の寿命が短くなるという問題がある。
【００１２】
さらに、特許文献１のような方式においては、締結力の均一化が可能となる、端板であるボルスタ８０３の湾曲変形させる度合いは規定されていない。また、スタック８０１に対してボルスタ８０３を凸に湾曲変形させるため、ＭＥＡに対しては十分に荷重が付加されるが、ＭＥＡの外周部及びマニホールドの外周部すなわちボルスタ８０３の外周部に配置されるガスシール材及びガスケットに対しては締結荷重が十分にかからず、シール性が不十分となるという問題が発生する。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、高分子電解質型燃料電池において、膜電極接合体とセパレータとの間に不均一な面内接触圧力分布が生じることを低減し、かつ、シール性を十分に発揮でき、適正な締結力を付加できる最適な形状を持つ締結端板が用いられた高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１５】
本発明の第１態様によれば、膜電極接合体と上記膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを有する複数の単電池モジュールが積層されて積層体を形成し、その積層体の両端に端板がそれぞれ配置され、複数の締結部材により、上記一対の端板で上記積層体を挟み付けて締結することにより組み立てられた燃料電池スタックを備える高分子電解質型燃料電池において、
上記各端板は、上記締結部材で締め付ける締付部分よりも、上記締付部分から離れた非締付部分の剛性が高くなるように構成し、締結状態で上記各端板の積層体側の面を平坦とすること
を特徴とする高分子電解質型燃料電池を提供する。
【００１６】
本構成によって、部品数を増加することなく、単電池モジュールに均一な締結力が付加でき、シール性を発揮させながら、ＭＥＡの不均一な面内接触圧力分布を低減させすることができる。
【００１７】
本発明の第２態様によれば、上記各端板は、締結前のセル側の面が、上記締付部分よりも、上記締付部分から離れた上記非締付部分の厚さが大きくなるような形状をなしており、締結後に、上記締結部材による締結力により、上記各端板の上記セル側の面が平面となりかつ上記各端板の上記セル側とは反対側の面の形状が、上記締付部分よりも、上記締付部分から離れた上記非締付部分の厚さが大きくなるように弾性変形して、上記締付部分よりも上記非締付部分の剛性が高くなるようにしている、請求項１の態様に記載の高分子電解質型燃料電池を提供する。
【００１８】
本発明の第３態様によれば、上記各端板は、上記締付部分の材料のヤング率は、上記締付部分から離れた上記非締付部分の材料のヤング率よりも小さいことにより、上記締付部分よりも上記非締付部分の剛性が高くなるように構成している、第１の態様に記載の高分子電解質型燃料電池を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の高分子電解質型燃料電池によれば、上記各端板は、上記締結部材で締め付ける部分よりも、各締結部材から離れた部分の剛性が高くなるように構成して、上記一対の端板で上記積層体を挟み付けて、上記複数の締結部材により複数の単電池モジュールを締付けるようにしている。このため、各締結部材から離れた部分（締結部材による締付力が付与されにくい部分）に対しては、端板自体の剛性が高くなる一方、上記締結部材で締め付ける部分（締結部材による締付力が付与されやすい部分）に対しては、端板自体の剛性が低くなるように構成しているため、全体として、締結部材による締付力が均一になりやすく、端板側から複数の単電池モジュールに均一な締結力を付加することができて、シール性を十分に保ちながら、締結荷重を低減することができるため、燃料電池の耐久性を向上できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）の一例である燃料電池スタック１０１の構造を、一部を分解して模式的に示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、大略直方体形状の燃料電池スタック１０１は、単電池モジュール（セル）１を複数個積層させて積層体１００を構成し、上記複数個のセル１で構成された上記積層体１００の両端の最外層には、集電板２及び端板３がそれぞれ取り付けられて、複数の締結部材により、一対の端板３で積層体１００が挟み付けられて組立てられている。上記各締結部材は、締結ボルト７とナット８とより構成されている。上記複数個のセル１で構成された上記積層体１００は、一方の端板３側から、一方の端板３と集電板２と積層体１００の各セル１と集電板２と他方の端板３のボルト用貫通孔６をそれぞれ締結ボルト７が挿通し、他方の端板３の外側でナット８を締結ボルト７のネジ部に螺合させて締結している。端板３の内面すなわち集電板側の面の凹部３ｇには、弾性体の一例としての多数の内側バネ４が取り付けられ、かつ、締結ボルト７の頭部７ａと端板３との間にも外側バネ５がそれぞれ取り付けられている。
【００２３】
本第１実施形態では、一例として、セル１は６０個積層されて積層体１００を構成し、積層体１００の端部の端板３は平面形状が正方形であり、端板３の正方形の各変の中心位置において、４個のボルト用貫通孔６にそれぞれ挿通される４本の締結ボルト７と、４個のナット８とが例えば締結力１０ｋＮでそれぞれ締結されている。
【００２４】
セル１は、両面の周縁部にガスケットを有する電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）９を一対の導電性のセパレータ１０（具体的には、アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃ）で挟むことにより、構成されている。これによって、ＭＥＡ９の本体部９ａの電極層のうちの最も外側に配置されているガス拡散層が、アノード側又はカソード側セパレータ１０Ａ又は１０Ｃと当接し、アノード側セパレータ１０Ａの燃料ガス流路溝１２Ａのガス拡散層当接部及びカソード側セパレータ１０Ｃの酸化剤ガス流路１２Ｃのガス拡散層当接部が、ＭＥＡ９のそれぞれの面のガス拡散層によって覆われる。つまり、ＭＥＡ９の一方の面のガス拡散層当接部を流通する燃料ガスに、アノード側セパレータ１０Ａのガス拡散層が曝露され、ＭＥＡ９の他方の面のガス拡散層当接部を流通する酸化剤ガスにカソード側セパレータ１０Ｃ側のガス拡散層が曝露され、ＰＥＦＣの電気化学反応を生じさせることができる。また、積層されたセル１においては、隣接したＭＥＡ９の本体部９ａが互いに電気的に直列に、場合によっては並列に、接続される。
【００２５】
セパレータ１０の周縁部及びＭＥＡ９の周縁部９ｂ、つまりガスケットに、燃料ガス及び酸化剤ガスが流通するそれぞれ一対の貫通孔、すなわち、一対の燃料ガスマニホールド孔１１Ａ及び一対の酸化剤ガスマニホールド孔１１Ｃがそれぞれ穿たれている。セル１が積層されて積層体１００を構成している状態では、これら貫通孔１１Ａ，１１Ｃがそれぞれ連通して結合し、燃料ガスマニホールド及び酸化剤ガスマニホールドをそれぞれ形成する。
【００２６】
また、セパレータ１０の周縁部及びＭＥＡ９の周縁部９ｂに、燃料ガスマニホールド孔１１Ａ及び酸化剤ガスマニホールド孔１１Ｃと同様に、アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃのそれぞれの背面（燃料ガス流路溝１２Ａ又は酸化剤ガス流路１２Ｃが形成されていない面）の冷却水流路溝１２Ｗと連通しかつ冷却水が流通する二対のマニホールドを形成する冷却水マニホールド孔１１Ｗがそれぞれ穿たれている。これによって、セル１が積層されて積層体１００を構成している状態では、これらマニホールド孔１１Ｗはそれぞれ連通して結合し、二対の冷却水マニホールドがそれぞれ形成される。
【００２７】
ＭＥＡ９の本体部９ａは、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、及び高分子電解質膜の周縁部より内側の部分の両面に形成された一対の電極層（すなわちアノードとカソードの電極層）とから構成される。電極層は、ガス拡散層と、ガス拡散層と高分子電解質膜との間に配置される触媒層とを有する積層構造を有している。触媒層は、通常、白金族の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜の表面に形成される。また、ガス拡散層は、触媒層の外面に形成されて、通気性と電子伝導性を併せ持つ。
【００２８】
セパレータ１０を構成するアノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃは、平板状であって、ＭＥＡ９と接触する側の面、すなわち内面は、ＭＥＡ９とガスケットの形状に応じるようにしている。ここでは、一例として、アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃとして、東海カーボン株式会社製のグラッシーカーボン（厚さ３ｍｍ）を用いている。アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃでは、各種マニホールド孔１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｗ及びボルト用貫通孔６が、該アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃを厚さ方向にそれぞれ貫通している。また、アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃの内面には、燃料ガス流路溝１２Ａ又は酸化剤ガス流路溝１２Ｃが形成され、アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃの背面には冷却水流路溝１２Ｗが形成されている。各種マニホールド孔１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｗ、ボルト用貫通孔６、燃料ガス流路溝１２Ａ、酸化剤ガス流路溝１２Ｃ、冷却水流路溝１２Ｗ等は、切削加工あるいは成形加工により形成される。
【００２９】
ここで、冷却水流路溝１２Ｗは、二対の冷却水マニホールド孔１１Ｗ間を結ぶようにして形成される。つまり、冷却水が、それぞれ一方のマニホールド１１Ｗ、すなわち冷却水供給側の冷却水マニホールド１１Ｗから、冷却水流路溝１２Ｗに分岐して、それぞれ他方の冷却水マニホールド１１Ｗ、すなわち冷却水排出側の冷却水マニホールド１１Ｗに流通するように構成される。これによって、水の伝熱能力により、セル１を電気化学反応に適した所定の温度に保つことができる。なお、燃料ガス及び酸化剤ガスと同様にして、セパレータ１０の周縁部及びＭＥＡ９の周縁部９ｂに冷却水マニホールド孔１１Ｗを形成せずに、冷却水給排路を外部マニホールド構造にしてもよい。さらには、アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃの背面に冷却水流路溝１２Ｗを形成せずに、隣接するセル１の間に、冷却水が循環する冷却ユニットを挿入して、セル１同士を冷却ユニットを介して積層するように構成してもよい。
【００３０】
ガスケットは、弾性体で構成され、ＭＥＡ９及び、アノード側セパレータ１０Ａ又はカソード側セパレータ１０Ｃの押圧によって、アノード側セパレータ１０Ａ又はカソード側セパレータ１０Ｃの形状に応じて変形し、ＭＥＡ９の本体部９ａの周囲、及び冷却水マニホールド孔１１Ｗの周囲がシールされる。燃料ガスマニホールド孔１１Ａ及び酸化剤マニホールド孔１１Ｃにおいても、同様にして、ガスケットによって、それぞれのマニホールド孔１１Ａ，１１Ｃの周囲がシールされる。
【００３１】
アノード側セパレータ１０Ａ及びカソード側セパレータ１０Ｃのそれぞれの背面には、各種マニホールド孔１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｗの周囲に、耐熱性の材質からなるガスケット等の一般的なシール部材が配設されている。これによって、隣接するセル１の間において、各種マニホールド孔１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｗのセル１間の連接部からの燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水の漏出が防止される。
【００３２】
集電板２は、セル積層体１００の外側に配置し、発電された電気を効率良く集電できるように、一例として、銅板に金メッキが施したものを使用する。なお、集電板２には、一例として、電気伝導性の良好な金属材料、例えば、鉄、ステンレス鋼、又は、アルミニウム等を使用しても良い。また、集電板２の表面処理は、一例として、スズメッキ、又は、ニッケルメッキ等を施してもよい。集電板２の外側には、通常、電気を絶縁するための絶縁板が配置されるが、本第１実施形態では、一例として、電気絶縁性のある材料を用いた端板３でその役割も兼用させている。
【００３３】
ここで、端板３は、一例として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いて、射出成形で製作したものを使用している。端板３と一体となっている配管は、セル積層体１００のマニホールドにガスケットを介して押し当てられて構成している。端板３の集電板２側の内面の締結前の形状が、締結ボルト７とナット８とで締め付ける部分よりも、各締結ボルト７とナット８から離れた部分の剛性が高くなるように構成している。具体例としては、図２Ａに示すように、端板３の、締結ボルト７のボルト貫通孔６の周囲の部分すなわちボルト貫通孔周囲部分（各辺の中間部分）（締付部分の一例）３ｂの厚さが薄く、各締結ボルト７から一番離れた外周部部分（角）（非締付部分の一例）３ａの厚さが一番厚くなり、ボルト貫通孔周囲部分３ｂから一番厚い角３ａまでを、なだらかな湾曲面で連結したような構造となっている。第１実施形態では、さらに、端板３の内側には、セル１に荷重を加える内側バネ４を、ＭＥＡ９の投影部分（本体部９ａ）、つまり、セル１の内側の部分に対向する領域に集中的に配置し、端板３を積層体１００に締め付けた状態で積層体１００に対して例えば８．４ｋＮ荷重が加えられるような締め付け寸法で、内側バネ４の付勢力が管理されている。外側バネ５は、締結ボルト７とナット８で組立時に、締結ボルト７による締付力のバラツキを調整可能として、燃料電池スタック１０１全体を例えば１０ｋＮで締結するようにしている。
【００３４】
図２Ａでは、セル１すなわち積層体１００を締め付ける前の端板３の形状を示しているが、図２Ｂには、積層体１００を締め付けた後の端板３の形状を示している。
【００３５】
すなわち、上記したように、積層体１００を一対の端板３で締め付ける前の図２Ａでは、各端板３の集電板２側の内面の形状が、締結ボルト７のボルト貫通孔６の周囲の部分（各辺の中間部分）３ｂの厚さが薄く、各締結ボルト７から一番離れた外周部部分（角）３ａの厚さが一番厚くなっている。
【００３６】
これに対して、図２Ｂに示すように、積層体１００を一対の端板３で締め付けた後では、各端板３の集電板２側の内面の形状が平坦になる一方、集電板２側の内面とは反対側の各端板３の外面の形状が、各締結ボルト７のボルト貫通孔６の周囲の部分（各辺の中間部分）３ｂの厚さが薄く、各締結ボルト７から一番離れた外周部部分（角）３ａの厚さが一番厚くなっている。これは、一対の端板３で積層体１００を挟みこんで、４本の締結ボルト７と４個のナット８で荷重付加した際、各端板３が締付力の影響を受けて各端板３自体が変形し、各端板３の集電板側すなわち単電池モジュール１側の面が平面となって、大略均一な力で集電板２及び積層体１００を締め付けるようにするためである。各端板３は合成樹脂で構成されているため、端板３自体は容易に変形可能としている。このように、各端板３が、積層体１００に対して平面となって締付力を付与するため、単電池モジュール１の面内に均一に荷重をかけることができ、積層体１００のアノード側セパレータ１０Ａ又はカソード側セパレータ１０Ｃの変形を抑制し、ＭＥＡ９とその外周のガスケットに均等に荷重を加えることができて、シール性を十分に保つことができるとともに、ＭＥＡ９の面内接触圧力差も低減することができる。これにより、燃料電池スタック１の耐久性を向上することが可能となる。
【００３７】
言い換えれば、上記各端板３は、上記締結ボルト７とナット８で締め付ける部分よりも、各締結ボルト７又はナット８から離れた部分の剛性が高くなるように構成しているため、上記一対の端板３で上記積層体１００を挟み付けて、上記複数の締結ボルト７とナット８により複数の単電池モジュール１を締付けるようにしている。このため、締結ボルト７とナット８による締付力が付与されにくい部分に対しては、端板自体の剛性が高くなる一方、締結ボルト７とナット８による締付力が付与されやすい部分に対しては、端板自体の剛性が低くなるように構成するため、全体として、締結ボルト７とナット８による締付力が均一になりやすく、複数の単電池モジュール１に均一な締結力を付加することができて、シール性を十分に保ちながら、締結荷重を低減することができ、燃料電池の耐久性を向上できるという効果を奏する。また、上記構成によれば、内側バネ４により、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）９を均一に押圧することができるとともに、外側バネ５により、反力の小さいシール部材をしっかり押し切ることができる。
【００３８】
本発明は、上記バネ付の端板３に限定されるものではなく、バネ無しの端板３Ａにも適用することができる。
【００３９】
図３Ｂは、上記バネ付の端板３の代わりに、バネ無しの端板３Ａの斜視図、端面図、斜視図のＡ−Ａ線の断面図を含む説明図を示している。内側バネ４を配置するための凹部３ｇが不要となっているだけである。このようにバネ無しの端板３Ａを使用する場合には、バネ付の端板３よりも構造が簡素化されるという利点がある。
【００４０】
図５は、そのバネ無しの端板３Ａを使用した高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）の一例である燃料電池スタック１０１の構造を、一部を分解して模式的に示す斜視図である。端板３Ａ以外の構造は、上記端板３と同じであるため、それらの説明を省略する。このバネ無しの端板３Ａでも、バネによる作用効果を除き、バネ付の端板３と同様な作用効果を奏することができる。
【００４１】
図６は、各辺の中間部分にボルト貫通孔６が貫通形成された正方形のバネ無しの端板３Ａの集電板側の面を示す底面図である。
【００４２】
図７の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）は、それぞれ、上記端板３Ａにおいて、図６のＡ−Ａ線沿いの端面図（端板３Ａの側面図に相当）、Ｂ−Ｂ線断面図（端板３Ａの対向する辺の中間部を結ぶ線沿いの断面図に相当）、及びＣ−Ｃ線断面図（端板３Ａの対向する角を結ぶ対角線沿いの断面図に相当）を含む説明図である。図７の（Ａ２）〜（Ａ６）、（Ｂ２）〜（Ｂ６）、（Ｃ２）〜（Ｃ６）は、それぞれ、５種類の変形例にかかる端板３Ａにおいて、図６のＡ−Ａ線沿いの端面図、Ｂ−Ｂ線断面図、及びＣ−Ｃ線断面図を含む説明図である。なお、バネ付の端板３でも、凹部３ｅがあるだけで、凹部３ｅの部分以外の部分の基本的な形状は、バネ無しの端板３Ａと同じである。
【００４３】
上記第１実施形態では、上記説明したように、端板３Ａの集電板側の面（図７では下面）の各締結ボルト７に対して一番離れた外周部部分（正方形の角）３ａから、端板３Ａの集電板側の面（図７では下面）のボルト貫通孔６の周囲の部分（各辺の中間部分）３ｂ及び中央部分３ｆを底とするような、ゆるやかな湾曲した湾曲した凹面で結ばれた形状を呈している。よって、図７の端面図（Ａ１）では、端板３Ａの集電板側の面（図７では下面）の１つの締結ボルト７に対する両側の角３ａから端板３Ａの集電板側の面（図７では下面）の各辺の中間部分３ｂに向けて各辺の中間部分３ｂを底とするような、ゆるやかな湾曲した凹面で結ばれた形状を呈している。図７のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ１）では、各辺の中間部分３ｂと端板３Ａの集電板側の面（図７では下面）の中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｂとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、中央部分３ｆは、各辺の中間部分３ｂと同様な厚さとなっている。図７のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ１）では、両端の端板３Ａの角３ａから中央部分３ｆに向けて中央部分３ｆを底とするような、ゆるやかな湾曲した凹面で結ばれた形状を呈している。このように構成する結果、角３ａは各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆより厚くなり大きな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆには薄いため小さな剛性を有することになる。このような構成によれば、他の変形例と比較して、曲面の湾曲度合いを調整することにより、より均一性を高めることが可能である。
【００４４】
本発明は、このような形状に限定されるものではなく、以下の変形例のように種々の形状としてもよい。なお、以下の変形例においても、基本的に、第１実施形態の作用効果をほぼ同様に奏することができる。
【００４５】
（第１実施形態の第１の変形例）
第１実施形態の第１の変形例としては、端板３Ａの集電板側の面を、４隅の端板３Ａの角３ａに対して端板３Ａの各辺の中間部分３ｂ及び中央部分３ｆをそれぞれ底とする屈曲した平面で構成するようにしてもよい。言い換えれば、各角３ａと中央部分３ｆとを結ぶ線を山折り線とし、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆを結ぶ線を谷折り線とした、平面が屈曲した形状としてもよい。よって、図７の端面図（Ａ２）に示すように、隣接する２つの角３ａに対して、その中間の各辺の中間部分３ｂを頂点とした、屈曲した逆Ｖ字形状を呈している。図７のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ２）では、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｂとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図７のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ２）では、両端の端板３Ａの角３ａに対して、その中間の中央部分３ｆを頂点とした、屈曲した逆Ｖ字形状を呈している。このように構成する結果、角３ａは各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆより厚くなり大きな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆには薄いため小さな剛性を有することになる。
【００４６】
このような形状にすれば、加工が簡単で製造しやすいものとすることができる。
【００４７】
（第１実施形態の第２の変形例）
第１実施形態の第２の変形例としては、第１実施形態の第１の変形例に追加して、各辺の中間部分３ｂ及び中央部３ｆに、それぞれ、平面部３ｄを形成して互いに連結するようにしてもよい。すなわち、第１の変形例に十字形状の平面部３ｄを形成したような形状としてもよい。よって、図７の端面図（Ａ３）に示すように、隣接する２つの角３ａに対して、その中間の各辺の中間部分３ｂには平面部３ｄが現われた、台形形状を呈している。図７のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ３）では、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｂとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図７のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ３）では、両端の端板３Ａの角３ａに対して、その中間の中央部分３ｆには平面部３ｄが現われた、台形形状を呈している。平面部３ｄの幅は、図７の端面図（Ａ３）において、端板３Ａの正方形の一辺の長さをＬとするとき、（Ｌ／６）〜（Ｌ／３）の範囲とするのが好ましい。このように構成する結果、角３ａは各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆより厚くなり大きな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆには薄いため小さな剛性を有することになる。
【００４８】
このような形状にすれば、加工が比較的簡単で製造しやすいものとすることができる。
【００４９】
なお、平面部３ｄの幅を（Ｌ／６）〜（Ｌ／３）の範囲とするのは、以下の理由による。すなわち、平面部３ｄの幅が（Ｌ／６）未満ならば、中央部が狭すぎて、中心の剛性が大きくなりすぎる。平面部３ｄの幅が（Ｌ／３）を越えると、角部が小さくなり、剛性も小さくなるため、積層体に押圧力を十分に掛けられないためである。
【００５０】
（第１実施形態の第３の変形例）
第１実施形態の第３の変形例としては、第１実施形態の第２の変形例に類似し、角３ａの厚さと同じ厚さを全体的に持つ端板３Ａとして構成し、第２の変形例の各辺の中間部分３ｂ及び中央部３ｆのそれぞれの平面部３ｄに対応する部分に凹部３ｅを形成するようにしてもよい。すなわち、第２の変形例の十字形状の平面部３ｄが凹部３ｅの底面となるように、他の部分を厚肉の板材としたものである。よって、図７の端面図（Ａ４）に示すように、隣接する２つの角３ａの付近は厚肉の板材となり、その中間の各辺の中間部分３ｂのみ凹部３ｅが現われた形状を呈している。図７のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ４）では、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｂとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図７のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ４）では、両端の端板３Ａの角３ａの付近は厚肉の板材となり、その中間の中央部分３ｆのみ凹部３ｅが現われた形状を呈している。凹部３ｅの幅は、第２の変形例の平面部３ｄの幅と同じで、図７の端面図（Ａ４）において、端板３Ａの正方形の一辺の長さをＬとするとき、（Ｌ／６）〜（Ｌ／３）の範囲とするのが好ましい。このように構成する結果、角３ａは各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆより厚くなり大きな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆには薄いため小さな剛性を有することになる。
【００５１】
このような形状にすれば、曲面及び傾斜面が無く、加工が簡単で製造しやすいものとすることができる。
【００５２】
なお、端板３Ａの正方形の一辺の長さを（Ｌ／６）〜（Ｌ／３）の範囲とするのは、以下の理由による。すなわち、端板３Ａの正方形の一辺の長さが（Ｌ／６）未満ならば、中央部が狭すぎて、中心の剛性が大きくなりすぎる。端板３Ａの正方形の一辺の長さが（Ｌ／３）を越えると、角部が小さくなり、剛性も小さくなるため、積層体に押圧力を十分に掛けられないためである。
【００５３】
（第１実施形態の第４の変形例）
第１実施形態の第４の変形例としては、第１実施形態の第３の変形例に類似し、端板３Ａを単一の材料で一体的に形成する代わりに、複数の材料を組み合わせて形成するようにしたものである。すなわち、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆと同じ厚さの薄いベース板材３Ｅ１と、ベース板材３Ｅ１の各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆを除く部分に配置され、かつ、角３ａの厚さからベース板材３Ｅ１の厚さを引いた厚さを有する補強部材３Ｅ２とより構成するようにしてもよい。ここで、ベース板材３Ｅ１の材料のヤング率Ｅ１は補強部材３Ｅ２の材料のヤング率Ｅ２より小さいものとする。この結果、ベース板材３Ｅ１と補強部材３Ｅ２とにより、第３の変形例と同様な凹部３ｅが形成されるとともに、角３ａは補強部材３Ｅ２により大きな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆには、補強部材３Ｅ２が無いので小さな剛性を有するようにしている。よって、図７の端面図（Ａ５）に示すように、隣接する２つの角３ａの付近は、ベース板材３Ｅ１と補強部材３Ｅ２とにより、大きな一定厚さを持つ部分となり、その中間の各辺の中間部分３ｂはベース板材３Ｅ１のみの凹部３ｅが形成された形状を呈している。図７のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ５）では、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｂとを結ぶ部分では、ベース板材３Ｅ１のみで厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図７のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ５）では、両端の端板３Ａの角３ａの付近はベース板材３Ｅ１と補強部材３Ｅ２とにより、大きな一定厚さを持つ部分となり、その中間の中央部分３ｆはベース板材３Ｅ１のみの凹部３ｅが形成された形状を呈している。凹部３ｅの幅は、第２の変形例の平面部３ｄの幅と同じで、図７の端面図（Ａ５）において、端板３Ａの正方形の一辺の長さをＬとするとき、（Ｌ／６）〜（Ｌ／３）の範囲とするのが好ましい。
【００５４】
このような構成にすれば、ベース板材３Ｅ１と補強部材３Ｅ２とで異なる材料を使用することにより、材料を適宜選択することができて、剛性の調整を簡単に行なうことができる。
【００５５】
なお、端板３Ａの正方形の一辺の長さを（Ｌ／６）〜（Ｌ／３）の範囲とするのは、以下の理由による。すなわち、端板３Ａの正方形の一辺の長さが（Ｌ／６）未満ならば、中央部が狭すぎて、中心の剛性が大きくなりすぎる。端板３Ａの正方形の一辺の長さが（Ｌ／３）を越えると、角部が小さくなり、剛性も小さくなるため、積層体に押圧力を十分に掛けられないためである。
【００５６】
ベース板材３Ｅ１の材料の例として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用することができる。また、補強部材３Ｅ２の材料の例として、ベース板材３Ｅ１の材料よりも剛性（ヤング率）の大きな樹脂を使用することができる。
【００５７】
（第１実施形態の第５の変形例）
第１実施形態の第５の変形例としては、第１実施形態の第４の変形例の角３ａの厚さと同じ厚さを端板３Ａの全面にわたって一定に有するベース板材３Ｅ３とし、かつ、角３ａの付近にのみ、異なる材料の補強部材３Ｅ４を内蔵するようにしてもよい。ここで、ベース板材３Ｅ３の材料のヤング率Ｅ３は補強部材３Ｅ４の材料のヤング率Ｅ４より小さいものとする。この結果、角３ａの付近は、ベース板材３Ｅ３と補強部材３Ｅ４とにより、大きな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆには、補強部材３Ｅ４が無いので小さな剛性を有するようにしている。よって、図７の端面図（Ａ６）に示すように、全体として同一厚さのベース板材３Ｅ３ではあるが、隣接する２つの角３ａの付近は、図中に点線で示すように、補強部材３Ｅ４により、大きな剛性を持つ部分となり、その中間の各辺の中間部分３ｂには、補強部材３Ｅ４が無いように構成されて小さな剛性を持つ部分として構成している。図７のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ６）では、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｂとを結ぶ部分では、補強部材３Ｅ４が無く、ベース板材３Ｅ３のみで厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図７のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ６）では、全体として同一厚さのベース板材３Ｅ３ではあるが、両端の端板３Ａの角３ａの付近は、図中に点線で示すように、補強部材３Ｅ４により、大きな剛性を持つ部分となり、その中間の中央部分３ｆには補強部材３Ｅ４が無いように構成されて小さな剛性を持つ部分として構成している。
【００５８】
このような構成にすれば、ベース板材３Ｅ３と補強部材３Ｅ４とで異なる材料を使用することにより、剛性の調整を簡単に行なうことができる上に、端板３Ａの集電板側の面に凹凸が無く、取り扱いやすいものとなる。すなわち、端板３Ａが両面とも平面であるため、組立てやすいとともに、締結が行ないやすい。
【００５９】
ベース板材３Ｅ３の材料の例として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用することができる。また、補強部材３Ｅ４の材料の例として、ベース板材３Ｅ３の材料よりも剛性（ヤング率）の大きな樹脂を使用することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
先の第１実施形態では、締結ボルト７は、端板３Ａの正方形の各辺の中間部分（一例としては、各辺の中心位置）に配置されていたが、これに限られるものではなく、例えば、締結ボルト７は、端板３Ａの各角に配置されるようにしてもよい。
【００６１】
そのような構造を有する端板３Ｂを有する、本発明の第２実施形態にかかる高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）の一例である燃料電池スタック１０１について、以下に説明する。
【００６２】
図８Ａは、積層体１００を締め付け前の端板３Ｂの形状を示している（第１実施形態の図２Ａに相当。）。この状態では、端板３Ｂの集電板２側の内面の形状が、締結ボルト７のボルト貫通孔６の周囲の部分（角部）（締付部分の一例）３ｉの厚さが薄く、各締結ボルト７から一番離れた外周部部分（各辺の中間部）（非締付部分の一例）３ｈの厚さが一番厚くなっている。
【００６３】
これに対して、図８Ｂに示すように、
積層体１００を一対の端板３Ｂで締め付けた後では、各端板３Ｂの集電板２側の内面の形状が平坦になる一方、集電板２側の内面とは反対側の各端板３Ｂの外面の形状が、各締結ボルト７のボルト貫通孔６の周囲の部分（角部）３ｉの厚さが薄く、各締結ボルト７から一番離れた外周部部分（各辺の中間部）３ｈの厚さが一番厚くなっている。これは、一対の端板３Ｂで積層体１００を挟みこんで、４本の締結ボルト７と４個のナット８で荷重付加した際、各端板３Ｂが締付力の影響を受けて各端板３Ｂ自体が変形し、各端板３Ｂの集電板側すなわち単電池モジュール１側の面が平面となって、大略均一な力で集電板２及び積層体１００を締め付けるようにするためである。各端板３Ｂは合成樹脂で構成されているため、端板３Ｂ自体は容易に変形可能としている。このように、各端板３Ｂが、積層体１００に対して平面となって締付力を付与するため、単電池モジュール１の面内に均一に荷重をかけることができ、積層体１００のアノード側セパレータ１０Ａ又はカソード側セパレータ１０Ｃの変形を抑制し、ＭＥＡ９とその外周のガスケットに均等に荷重を加えることができて、シール性を十分に保つことができるとともに、ＭＥＡ９の面内接触圧力差も低減することができる。これにより、燃料電池スタック１の耐久性を向上することが可能となる。
【００６４】
言い換えれば、上記各端板３Ｂは、上記締結ボルト７とナット８で締め付ける部分よりも、各締結ボルト７又はナット８から離れた部分の剛性が高くなるように構成しているため、上記一対の端板３Ｂで上記積層体１００を挟み付けて、上記複数の締結ボルト７とナット８により複数の単電池モジュール１を締付けるようにしている。このため、締結ボルト７とナット８による締付力が付与されにくい部分に対しては、端板自体の剛性が高くなる一方、締結ボルト７とナット８による締付力が付与されやすい部分に対しては、端板自体の剛性が低くなるように構成するため、全体として、締結ボルト７とナット８による締付力が均一になりやすく、複数の単電池モジュール１に均一な締結力を付加することができて、シール性を十分に保ちながら、締結荷重を低減することができ、燃料電池の耐久性を向上できるという効果を奏する。
【００６５】
図９は、各角部にボルト貫通孔６が貫通形成された、正方形のバネ無しの端板３Ｂの集電板側の面を示す底面図である。
【００６６】
図１０の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）は、それぞれ、上記端板３Ｂにおいて、図９のＡ−Ａ線沿いの端面図（端板３Ｂの側面図に相当）、Ｂ−Ｂ線断面図（端板３Ｂの対向する辺の中間部を結ぶ線沿いの断面図に相当）、及びＣ−Ｃ線断面図（端板３Ｂの対向する角を結ぶ対角線沿いの断面図に相当）を含む説明図である。図１０の（Ａ２）〜（Ａ６）、（Ｂ２）〜（Ｂ６）、（Ｃ２）〜（Ｃ６）は、それぞれ、５種類の変形例にかかる端板３Ｂにおいて、図９のＡ−Ａ線沿いの端面図、Ｂ−Ｂ線断面図、及びＣ−Ｃ線断面図を含む説明図である。
【００６７】
上記第２実施形態では、上記説明したように、端板３Ｂの集電板側の面（図１０では下面）のボルト貫通孔６の周囲の部分（各辺の角部）３ｈから、端板３Ｂの集電板側の面（図１０では下面）の各締結ボルト７に対して一番離れた外周部部分（正方形の中間部分）３ｉ及び中央部分３ｆを頂点とするような、ゆるやかな湾曲した湾曲した凸面で結ばれた形状を呈している。よって、図１０の端面図（Ａ１）では、端板３Ｂの集電板側の面（図１０では下面）の隣接する２つの締結ボルト７の角部３ｉから、端板３Ｂの集電板側の面（図１０では下面）の各辺の中間部分３ｈに向けて各辺の中間部分３ｈを頂点とするような、ゆるやかな湾曲した凸面で結ばれた形状を呈している。図１０のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ１）では、各辺の中間部分３ｈと端板３Ｂの集電板側の面（図１０では下面）の中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｈとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、中央部分３ｆは、各辺の中間部分３ｈと同様な厚さとなっている。図１０のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ１）では、両端の端板３Ｂの角部３ｉから中央部分３ｆに向けて中央部分３ｆを頂点とするような、ゆるやかな湾曲した凸面で結ばれた形状を呈している。このように構成する結果、中間部分３ｈと中央部分３ｆは各辺の角部３ｉより厚くなり大きな剛性を有する一方、各辺の角部３ｈは薄いため小さな剛性を有することになる。また、他の変形例と比較して、曲面の湾曲度合いを調整することにより、より均一性を高めることが可能である。
【００６８】
本発明は、このような形状に限定されるものではなく、以下の変形例のように種々の形状としてもよい。
【００６９】
（第２実施形態の第１の変形例）
第２実施形態の第１の変形例としては、端板３Ｂの集電板側の面を、４隅の端板３Ｂの角部３ｉに対して端板３Ｂの各辺の中間部分３ｈ及び中央部分３ｆをそれぞれ頂点とする屈曲した平面で構成するようにしてもよい。言い換えれば、各角部３ｉと中央部分３ｆとを結ぶ線を谷折り線とし、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆを結ぶ線を山折り線とした、平面が屈曲した形状としてもよい。よって、図１０の端面図（Ａ２）に示すように、隣接する２つの角部３ｉに対して、その中間の各辺の中間部分３ｈを頂点とした、屈曲したＶ字形状を呈している。図１０のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ２）では、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｈとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図１０のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ２）では、両端の端板３Ｂの角部３ｉに対して、その中間の中央部分３ｆを頂点とした、屈曲したＶ字形状を呈している。このように構成する結果、角部３ｉは各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆより薄いため小さな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆは厚くなり大きな剛性を有することになる。
【００７０】
このような形状にすれば、加工が簡単で製造しやすいものとすることができる。
【００７１】
（第２実施形態の第２の変形例）
第２実施形態の第２の変形例としては、第２実施形態の第１の変形例に追加して、各辺の角部３ｉに平面部３ｋを形成するようにしてもよい。すなわち、第１の変形例の各辺の角部３ｉに平面部３ｋを形成したような形状としてもよい。よって、図１０の端面図（Ａ３）に示すように、隣接する２つの角部３ｉに対して、それぞれ、平面部３ｋが現われた形状を呈している。図１０のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ３）では、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｈとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図１０のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ３）では、両端の端板３Ｂの角部３ｉに対して、それぞれ、平面部３ｋが現われた形状を呈している。平面部３ｋの幅は、図１０の端面図（Ａ３）において、端板３Ｂの正方形の一辺の長さをＬとするとき、｛Ｌ−（Ｌ／３）｝〜｛Ｌ−（Ｌ／６）｝／２＝（Ｌ／３）〜（５Ｌ／１２）の範囲とするのが好ましい。このように構成する結果、角部３ｉは各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆより薄いため小さな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆは厚くなり大きな剛性を有することになる。
【００７２】
このような形状にすれば、加工が比較的簡単で製造しやすいものとすることができる。
【００７３】
なお、端板３Ｂの正方形の一辺の長さを（Ｌ／３）〜（５Ｌ／１２）の範囲とするのは、以下の理由による。すなわち、端板３Ｂの正方形の一辺の長さが（Ｌ／３）未満ならば、中央凸部が大きいため中心の剛性が大きくなりすぎる。端板３Ｂの正方形の一辺の長さが（５Ｌ／１２）を越えると、角部が小さくなり、剛性も小さくなるため、積層体に押圧力を十分に掛けられないためである。
【００７４】
（第２実施形態の第３の変形例）
第２実施形態の第３の変形例としては、第２実施形態の第２の変形例に類似し、中間部分３ｉの厚さと同じ厚さを全体的に持つ端板３Ｂとして構成し、第２の変形例の各辺の角部３ｉの平面部３ｋに対応する部分に凹部３ｊを形成するようにしてもよい。すなわち、第２の変形例の４隅の平面部３ｋが凹部３ｊの底面となるように、他の部分を厚肉の板材としたものである。よって、図１０の端面図（Ａ４）に示すように、中間部分３ｈは厚肉の板材となり、隣接する２つの角部３ｉの付近にのみ凹部３ｊが現われた形状を呈している。図１０のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ４）では、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｈとを結ぶ部分では、厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図１０のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ４）では、中央部分３ｆは厚肉の板材となり、隣接する２つの角部３ｉの付近にのみ凹部３ｊが現われた形状を呈している。凹部３ｊの幅は、第２の変形例の平面部３ｋの幅と同じで、図１０の端面図（Ａ４）において、端板３Ｂの正方形の一辺の長さをＬとするとき、｛Ｌ−（Ｌ／３）｝〜｛Ｌ−（Ｌ／６）｝／２＝（Ｌ／３）〜（５Ｌ／１２）の範囲とするのが好ましい。このように構成する結果、角部３ｉは各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆより薄いため小さな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆは厚くなり大きな剛性を有することになる。
【００７５】
このような形状にすれば、曲面及び傾斜面が無く、加工が簡単で製造しやすいものとすることができる。
【００７６】
なお、端板３Ｂの正方形の一辺の長さを（Ｌ／３）〜（５Ｌ／１２）の範囲とするのは、以下の理由による。すなわち、端板３Ｂの正方形の一辺の長さが（Ｌ／３）未満ならば、中央凸部が大きいため中心の剛性が大きくなりすぎる。端板３Ｂの正方形の一辺の長さが（５Ｌ／１２）を越えると、角部が小さくなり、剛性も小さくなるため、積層体に押圧力を十分に掛けられないためである。
【００７７】
（第２実施形態の第４の変形例）
第２実施形態の第４の変形例としては、第２実施形態の第３の変形例に類似し、端板３Ｂを単一の材料で一体的に形成する代わりに、複数の材料を組み合わせて形成するようにしたものである。すなわち、各辺の角部３ｉと同じ厚さの薄いベース板材３Ｅ５と、ベース板材３Ｅ５の各辺の角部３ｉを除く部分に配置され、かつ、中間部分３ｈと中央部分３ｆの厚さからベース板材３Ｅ５の厚さを引いた厚さを有する補強部材３Ｅ６とより構成するようにしてもよい。ここで、ベース板材３Ｅ５の材料のヤング率Ｅ５は補強部材３Ｅ６の材料のヤング率Ｅ６より小さいものとする。この結果、ベース板材３Ｅ５と補強部材３Ｅ６とにより、第３の変形例と同様な凹部３ｊが形成されるとともに、中間部分３ｈと中央部分３ｆは、補強部材３Ｅ６により大きな剛性を有する一方、各辺の角部３ｉには、補強部材３Ｅ６が無いので小さな剛性を有するようにしている。よって、図１０の端面図（Ａ５）に示すように、隣接する２つの角部３ｉの付近は、ベース板材３Ｅ５のみの凹部３ｊが形成され、その中間の各辺の中間部分３ｈは、ベース板材３Ｅ５と補強部材３Ｅ６とにより、大きな一定厚さを持つ部分となった形状を呈している。図１０のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ５）では、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｈとを結ぶ部分では、ベース板材３Ｅ５のみで厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図１０のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ５）では、両端の端板３Ｂの角部３ｉの付近は、ベース板材３Ｅ５のみの凹部３ｊが形成され、その中間の中央部分３ｆは、ベース板材３Ｅ５と補強部材３Ｅ６とにより、大きな一定厚さを持つ部分となった形状を呈している。凹部３ｊの幅は、第２の変形例の平面部３ｋの幅と同じで、図１０の端面図（Ａ５）において、端板３Ｂの正方形の一辺の長さをＬとするとき、（Ｌ／３）〜（５Ｌ／１２）の範囲とするのが好ましい。
【００７８】
このような構成にすれば、ベース板材３Ｅ５と補強部材３Ｅ６とで異なる材料を使用することにより、材料を適宜選択することができて、剛性の調整を簡単に行なうことができる。
【００７９】
なお、端板３Ｂの正方形の一辺の長さを（Ｌ／３）〜（５Ｌ／１２）の範囲とするのは、以下の理由による。すなわち、端板３Ｂの正方形の一辺の長さが（Ｌ／３）未満ならば、中央凸部が大きいため中心の剛性が大きくなりすぎる。端板３Ｂの正方形の一辺の長さが（５Ｌ／１２）を越えると、角部が小さくなり、剛性も小さくなるため、積層体に押圧力を十分に掛けられないためである。
【００８０】
ベース板材３Ｅ５の材料の例として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用することができる。また、補強部材３Ｅ６の材料の例として、ベース板材３Ｅ５の材料よりも剛性（ヤング率）の大きな樹脂を使用することができる。
【００８１】
（第２実施形態の第５の変形例）
第２実施形態の第５の変形例としては、第２実施形態の第４の変形例の各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆの厚さと同じ厚さを端板３Ｂの全面にわたって一定に有するベース板材３Ｅ７とし、かつ、中間部分３ｈと中央部分３ｆの付近にのみ、異なる材料の補強部材３Ｅ８を内蔵するようにしてもよい。ここで、ベース板材３Ｅ７の材料のヤング率Ｅ７は補強部材３Ｅ８の材料のヤング率Ｅ８より小さいものとする。この結果、角部３ｉの付近は、補強部材３Ｅ８が無いので小さな剛性を有する一方、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆは、ベース板材３Ｅ７と補強部材３Ｅ８とにより、大きな剛性を有するようにしている。よって、図１０の端面図（Ａ６）に示すように、全体として同一厚さのベース板材３Ｅ７ではあるが、隣接する２つの角部３ｉの付近は、補強部材３Ｅ８が無いように構成されて小さな剛性を持つ部分となり、その中間の各辺の中間部分３ｈには、図中に点線で示すように、補強部材３Ｅ８により、大きな剛性を持つ部分として構成している。図１０のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ６）では、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆと各辺の中間部分３ｈとを結ぶ部分では、補強部材３Ｅ８が内蔵されており、外観上はベース板材３Ｅ７で厚さが一定であり、各辺の中間部分３ｈと中央部分３ｆとは同様な厚さとしている。図１０のＣ−Ｃ線断面図（Ｃ６）では、全体として同一厚さのベース板材３Ｅ７ではあるが、両端の端板３Ｂの角部３ｉの付近は、補強部材３Ｅ８が無いように構成されて小さな剛性を持つ部分となり、その中間の中央部分３ｆは、図中に点線で示すように、補強部材３Ｅ８により、大きな剛性を持つ部分として構成している。
【００８２】
このような構成にすれば、ベース板材３Ｅ７と補強部材３Ｅ８とで異なる材料を使用することにより、剛性の調整を簡単に行なうことができる上に、端板３Ｂの集電板側の面に凹凸が無く、取り扱いやすいものとなる。また、端板３Ａが両面とも平面であるため、組立てやすいとともに、締結が行ないやすい。
【００８３】
ベース板材３Ｅ７の材料の例として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用することができる。また、補強部材３Ｅ８の材料の例として、ベース板材３Ｅ７の材料よりも剛性（ヤング率）の大きな樹脂を使用することができる。
【００８４】
（第３実施形態）
先の第１及び２実施形態では、端板を正方形とし、かつ、その端板３，３Ａ，３Ｂの四隅又は各辺の中心位置に締結ボルト７が配置されているが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、端板３Ｃを長方形とし、かつ、その端板３Ｃの四隅及び長辺の中心位置に締結ボルト７、言い換えれば、ボルト貫通孔６をそれぞれ配置するようにしてもよい。この例を図１１〜図１２に本発明の第３実施形態の端板３Ｃとして示す。図１１は、端板３Ｃの底面図及び底面図中のＡ−Ａ線断面図を含む説明図である。図１２は、端板３Ｃの底面図中のＢ−Ｂ線断面図である。図１１のＡ−Ａ線断面図は、長辺沿いの３つのボルト貫通孔６、すなわち、隣接する一対の角部のボルト貫通孔６と、その中間位置のボルト貫通孔６とを結ぶ線沿いの断面図では、厚さは一定となっている。これに対して、図１２のＢ−Ｂ線断面図は、対向する短辺沿いの一対のボルト貫通孔６を結ぶ線沿いの断面図であり、短辺沿いの中心位置を頂点として最も厚さが大きくなるような湾曲した凸面を形成する形状となっている。これは、図１１の底面図の左端側及び右端側の対向する一対の角部で短辺沿いの一対のボルト貫通孔６を結ぶ線沿いの断面図でも同じ形状となっている。
【００８５】
この第３実施形態の端板３Ｃでは、ボルト貫通孔６の周囲の部分３ｎが、最も厚さが小さく、剛性の小さい部分である一方、ボルト貫通孔６の周囲の部分３ｎから離れた短辺の中心位置を結ぶ線沿いの部分３ｍが、最も厚さが大きく、剛性の大きい部分である。
【００８６】
この第３実施形態によれば、長方形の端板３Ｃの四隅及び長辺の中心位置にボルト貫通孔６をそれぞれ配置して剛性の小さい部分を配置するため、長方形の端板３Ｃの外周部に等間隔で剛性の小さい部分を配置することができる一方、長方形の端板３Ｃの短辺の中心位置を結ぶ線沿いの部分３ｍにのみ剛性の大きい部分を配置するようにしている。一般に、正方形の端板よりも長方形の端板の方が、締付力のバラツキが発生しやすくなり、均一な締付力で締め付けることが困難であるが、このような構造とすることにより、長方形の端板であっても、締付力のバラツキの発生を極力抑えることができて、均一な締付け力で締め付けることが容易に可能となり、先の実施形態とほぼ同様な作用効果を奏することができる。
【００８７】
（第４実施形態）
第３実施形態の別の態様として、端板３Ｄを長方形とし、かつ、その端板３Ｄの２組の対向する一対の角部のうちの１組の角部（図１３の底面図では、左上の角部と右下の角部）近傍に、２個の締結ボルト７、言い換えると、２個のボルト貫通孔６をそれぞれ配置するようにしてもよい。この例を図１３に本発明の第４実施形態の端板３Ｄとして示す。図１３は、端板３Ｄの底面図、底面図中のＣ−Ｃ線断面図、底面図中のＤ−Ｄ線断面図を含む説明図である。図１３の底面図のＣ−Ｃ線断面図は、右下の角部近傍の一対のボルト貫通孔６のうちの下側のボルト貫通孔６を通る長辺沿いの線の断面図であり、ボルト貫通孔６の周囲の部分が、厚さが小さく、剛性の小さな部分である。これに対して、Ｃ−Ｃ線断面図において、ボルト貫通孔６とは反対側の角部の近傍部分が、厚さが大きく、剛性の大きい部分である。図１３の底面図のＤ−Ｄ線断面図は、右下の角部近傍の一対のボルト貫通孔６のうちの上側のボルト貫通孔６を通る長辺沿いの線の断面図であり、ボルト貫通孔６の周囲の部分が、厚さが小さく、剛性の小さな部分である。これに対して、Ｄ−Ｄ線断面図において、ボルト貫通孔６とは反対側の角部の近傍部分が、厚さが大きく、剛性の大きい部分である。
【００８８】
この第４実施形態の端板３Ｄでは、ボルト貫通孔６の周囲の部分３ｑが、最も厚さが小さく、剛性の小さい部分である一方、ボルト貫通孔６が配置された角部とは反対側の角部（ボルト貫通孔６が配置されていない角部）３ｐが、最も厚さが大きく、剛性の大きい部分である。
【００８９】
この第４実施形態によれば、長方形の端板３Ｄの２組の対向する一対の角部のうちの１組の角部（図１３の底面図では、左上の角部と右下の角部）近傍に２個のボルト貫通孔６をそれぞれ配置する一方、残りの１組の角部（図１３の底面図では、左下の角部と右上の角部）近傍にはボルト貫通孔６を形成してないので、マニホールド孔などを配置することができ、締付力の均一性の向上に配慮しつつ、マニホールド孔の配置設計の自由度を大きくすることができる。なお、この第４実施形態でも、先の実施形態とほぼ同様な作用効果を奏することができる。
【００９０】
（その他）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【００９１】
例えば、第１実施形態では、端板３の剛性の大きな部分の一例として、締結ボルト７から一番離れた外周部箇所を角３ａとしているが、角３ａに限定されるものではない。例えば、変形例でも示したように、角３ａの付近、又は、各辺の中間部分３ｂと中央部分３ｆを除く部分としてもよい。要するに、剛性の小さな部分とは、締付ボルト７により端板３が締付けられる部分を指す一方、剛性の大きな部分とは、締付ボルト７により端板３が締付けられるとき締付力が最も作用しにくく、締付力が、締付ボルト７により端板３が締付けられる部分での締付力に対して最も差が大きくなる部分を指す。
【００９２】
上記各実施形態及び変形例などの１つの端板３，３Ａ，３Ｂにおいて、剛性の小さい部分、例えば、最も薄い部分での厚さｈと、剛性の大きい部分、例えば、最も厚い部分での厚さ（ｈ＋Ｔｙ）との差Ｔｙは（図７参照）、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとするのが実用的である。その理由は、０．２ｍｍ未満のときは、剛性の大小にさほど差が出ず、本発明の効果が明確に期待できない一方、０．４ｍｍを越えるときは、剛性の差が大きくなりすぎて、均一性の調整に手間がかかる場合があるからである。
【００９３】
なお、上記各実施形態及び変形例などの１つの端板３，３Ａ，３Ｂにおいて、剛性の小さい部分が例えば四箇所ある場合、それらの部分の全てで剛性は互いに大略同じとし、剛性の大きい部分が例えば四箇所ある場合、それらの部分の全てで剛性は互いに大略同じとし、締付力の均一性を容易に維持できるようにしている。
【実施例】
【００９４】
本発明の上記実施形態にかかる端板３を用いた締結構造においては、従来例とは、荷重分布の均一性が大きく改善されている点で異なる。ここで、上記実施形態にかかる、いくつかの実施例について言及するとともに、その荷重分布のシミュレーション結果について説明する。
【００９５】
（実施例に共通する構成）
まず、以降に説明するそれぞれの実施例に共通する単電池モジュール１の具体的な形成材料及び製造方法について説明する。アセチレンブラック系カーボン粉末（電気化学株式会社製の商品名「ＤＥＮＫＡＢＬＡＣＫＦＸ−３５」）に、平均粒径約３０Åの白金粒子を２５重量％担持させたものを、カソード側の触媒とした。また、アセチレンブラック系カーボン粉末（電気化学株式会社製の商品名「ＤＥＮＫＡＢＬＡＣＫＦＸ−３５」）に、平均粒径約３０Åの白金−ルテニウム合金（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１（重量比））粒子を２５重量％担持させたものを、アノード側の触媒とした。これらの触媒の粉末をそれぞれイソプロパノール分散液に分散させたのち、これらのイソプロパノール分散液に、パーフルオロカーボンスルホン酸粉末のエチルアルコール分散液（旭硝子株式会社製の商品名「ＦｌｅｍｉｏｎＦＳＳ−１」）をそれぞれ混合して、それぞれ、ペースト状にした。その後、これらのペーストを原料とし、スクリーン印刷法を用いて、それぞれ厚さ２５０μｍのカーボン不織布（東レ工業株式会社製の商品名「ＴＧＰ−Ｈ−０９０」）の一方の面に電極触媒層を形成した。このようにして形成されたカソード側及びアノード側のそれぞれの電極の触媒層に含まれる白金量は、０．３ｍｇ／ｃｍ２、パーフルオロカーボンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ２とした。
【００９６】
これらの電極においては、触媒材料以外の構成は、カソード及びアノード共に同一構成である。これらの電極を、電極より一回り大きい面積を有するプロトン伝導性の高分子電解質膜（米国デュポン社製の商品名「ＮＡＦｉＯＮ１２２」）の中心部の両面に、印刷した触媒層が電解質膜側に接するように、ホットプレス加工によって接合した。また、それぞれの電極の外周部に露出する高分子電解質膜の周縁部は、厚さ２５０μｍのフッ素系ゴム（旭硝子株式会社製の商品名「アフラス」（登録商標））のシートからなるガスケットで挟み、ホットプレス加工によって高分子電解質膜の周縁部とガスケットとを接合して一体化させた。こうして、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。プロトン伝導性の高分子電解質膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を３０μｍの厚さに薄膜化したものを用いた。
【００９７】
また、厚さ３ｍｍの等方性黒鉛板に、機械加工によってガス流路及びマニホールド孔を形成することにより、導電性セパレータを形成した。ガス流路の溝幅は２ｍｍ、深さは１ｍｍ、流路間の幅は１ｍｍとし、それぞれ２本パス（ただし、簡略化のため、図示は１本パス）の流路構成とした。冷却水の流路は、溝の深さを０．５ｍｍにし、冷却水の流路のその他の構成は、ガス流路の構成と同様である。この電池の定格運転条件は、燃料利用率７５％、酸素利用率４０％、電流密度０．３Ａ／ｃｍ２である。
【００９８】
以上のようなカソード側セパレータ１０Ｃとアノード側セパレータ１０ＡとによりＭＥＡ９を挟んだ単電池モジュール１を５０セル積層した。隣接するセル間には、両セパレータ１０Ｃ，１０Ａにより冷却水の流路が形成される。このセル積層体１００を、表面に金メッキした５ｍｍの銅製の集電板２とポリフェニレンサルファイド樹脂製の端板３で挟み、両端板３を、４本の締結ボルト７と４個のナット８で１０００ｋｇｆの荷重を付加して締結した。
【００９９】
（実施例１）
ここで、図１及び図２Ｂに本第１実施形態における燃料電池スタック１０１の具体的な締結構造の一例を実施例１として示す。この締結形状における締結ボルト７は、正方形の端板３の一辺の中心に位置する形状となっている。締結構造に使用する端板３の内面（集電板側の面）は、締結前の状態で、締結ボルト７で締結する箇所（各辺の中間部分）３ｂが一番薄く、締結ボルト７から一番遠くなる端板３の端部（角）３ａが一番厚くなるよう、単電池モジュール１に対して凹形状としている。このように図１及び図２Ｂに示すように構成された燃料電池スタック１０１の締結構造においては、締結ボルト７とナット８で荷重付加した際の端板３の変形を吸収できる端板構造となっているため、結果としてセパレータ１０Ｃ，１０Ａの変形を抑制し、ＭＥＡ９とその外周のガスケットに均等に荷重を加えることができて、シール性を十分に保つことができた。
【０１００】
図３Ａに、実施例１における端板３を示す。端板３の凹（曲面）形状について、締結ボルト７の１本にかける荷重Ｐ、端板３の材料のヤング率Ｅ、及び端板３の各箇所の寸法として、一番厚い箇所（角）３ａからの距離ｘ、一番厚くなっている箇所（角）３ａからの厚さ方向距離ｙ、正方形の端板３の一辺の長さＬ、端板３の内側バネ配置用の凹部３ｇまでの幅ｗ、端板３の最薄部（ボルト貫通孔周囲部分、言い換えると、各辺の中間部分）３ｂの厚さｈを用いて、次のように表現できる。単位はＳｉ単位系である。また、ｗ＝（Ｌ／２）〜（Ｌ／１０）である。ここで、幅ｗをこの範囲とする理由は、幅ｗが（Ｌ／２）未満のときは、幅が小さすぎて、剛性の大小にさほど差が出ず、本発明の効果が明確に期待できない一方、幅ｗが（Ｌ／１０）を越えるときは、幅が大きくなりすぎて、内側バネ配置用の凹部３ｇの領域が小さくなり、内側バネ４による均一性の調整が困難となるからである。
【０１０１】
【数１】
2009163907.tif 000003
【０１０２】
本実施例で用いた端板３の最薄部と最厚部の差Ｔｙは、０．３ｍｍ程度である。端板３の一例として、ｘ＝Ｌ／２のとき、ｙ＝Ｔｙ＝０．３ｍｍ、ｈ＝１０ｍｍ程度である。
【０１０３】
端板３の締結ボルト７又はナット８が接する箇所以外の外周部には、マニホールド用の配管の孔も加工されるため、強度が弱くなる。このため、締結ボルト７又はナット８の周囲が薄く、その他の箇所が厚い凹形状の端板は、締結ボルト７又はナット８による変形に対して強度が強く、変形の小さい形状となっている。締結ボルト７とナット８で単電池モジュール１を締結後に、この曲面形状を持つ端板３は、セパレータ１０Ａ，１０Ｃに対して平面となるため、単電池モジュール１の面内に均一に荷重をかけられるようになった。その結果、シール性を十分に保ち、ＭＥＡ９の面内接触圧力差も低減することができたため、燃料電池スタック１の耐久性を向上することが可能となった。
【０１０４】
従来、面圧力が大きい箇所では、電解質膜にガス拡散層のカーボン繊維が過度に押し付けられ、カーボン繊維による電解質膜の突き刺しが発生することで、電気的にショートし、電圧が低下することがあった。また、電流集中により、局部的な発熱が発生し、膜にダメージを与えることもあった。よって、従来では、５０００時間程度で電解質膜に穴が開き、発電不可能となった。
【０１０５】
これに対して、今回の実施例の場合は、電解質膜に対し、ガス拡散層のカーボン繊維の突き刺しが発生することなく、均一に面圧力が発生しているため、電解質膜にダメージを与えることなく、面内に局部的な電圧低下は発生しない。よって、電解質膜の耐久性を確保することができ、４００００時間の発電を確認することができた。さらに、実施例の場合は、端板３だけで荷重の均一化を図ることができるために、燃料電池スタック１の小型化が可能であり、燃料電池スタック１の締結構造及び組み立て方法を、簡易化することが可能となった。
【０１０６】
なお、端板３としては、本実施例では合成樹脂を射出成形して製造したものを用いているが、その他にも電気絶縁性のある材料を用いて成形加工もしくは機械加工した端板を用いても良い。さらに、絶縁板とともにステンレス鋼などの金属材料を用いた端板を使用しても良い。
【０１０７】
また、ＭＥＡ９における電極配置領域の圧力分布の均一性の度合いを確かめるために、構造解析ソフト（Ｄａｓｓａｕｌｔ  Ｓｙｓｔｅｍｅｓ  Ｓｉｍｕｌｉａ  Ｃｏｒｐ．の汎用非線形有限要素解析プログラム  ＡＢＡＱＵＳ  Ｖｅｒｓｉｏｎ６．４）を用いて、１／４モデルでシミュレーションを行った。燃料電池スタック１のシミュレーションを行って得られた、実施例１の締結構造におけるＭＥＡ９の電極配置領域（本体部９ａ）に生じる接触圧力のシミュレーション計算結果を図４に示す。図４は、ＭＥＡ９における接触圧力の均一性の度合い、あるいは面内接触圧力分布の均一性の度合いを示しており、図示される濃淡の変化の小さい場合や間隔が広い場合には、面内接触圧力分布の均一性が低いことを示し、その逆の場合には、接触圧力分布の均一性が高いことを示すグラフである。図４からは、端板の中心位置から隅部端部の位置に向けて、面内接触圧力分布はあるものの、その接触圧力差は小さなものに抑えられている。また、このシミュレーション結果を確認するために、実施例１の単電池モジュール１において、ＭＥＡ９とセパレータ１０との間に感圧紙（富士フイルム製の感圧紙）を挟み込み、その接触圧力の確認を行ったところ、シミュレーションと同様の結果が得られた。従って、実施例１の端板を持つ燃料電池スタック１０１は、ＭＥＡ９の接触面圧差が小さく、荷重が均一化できることが証明できた。
【０１０８】
図１４に比較例の締結構造を、図１５にはその接触圧力分布のシミュレーション計算結果を示す。図１４に示すように比較例では合成樹脂製の平行な端板２０３を用いて締結している。そのため、締結ボルト２０７とナット２０８で締結すると端板２０３が変形し、実施例１に比べて均一に荷重を付加することが難しい。上記と同様にシミュレーションを行った結果、セル２０１のＭＥＡの中心位置から隅部端部位置に向けて面内接触圧力分布は大きく、その接触圧力差は実施例１の８倍ほどとなる。
【０１０９】
（実施例２）
次に、本発明の第２実施形態における燃料電池スタック１０１の具体的な締結構造の一例を実施例２として示す。実施例２として、端板３Ｂの一辺の両端（言い換えれば、角）に締結ボルト７又はナット８を配置した締結構造を図８Ａ及び図８Ｂに示す。締結構造に使用する端板３Ｂは締結ボルト７とナット８で締結する角部３ｉが一番薄く、締結ボルト７又はナット８から一番遠くなる端板３Ｂの一辺の中間部（ここでは、各辺の中心位置）３ｈが一番厚くなるよう、単電池モジュール１に対して凸形状となっている。図８Ａ及び図８Ｂに示すように構成された燃料電池スタック１の締結構造においては、実施例１と同様に、締結ボルト７とナット８で荷重付加した際の端板３Ｂの変形を吸収できる端板構造となっているため、結果として、セパレータ１０Ａ，１０Ｃの変形を抑制することができて、シール性を十分に保ち、ＭＥＡ９に均等に荷重を加えることができた。本実施例２で用いる端板３Ｂの最薄部と最厚部の差は、実施例１と同様に０．３ｍｍ程度である。また、接触圧力分布のシミュレーションを行った結果も、実施例１と同様に、図４のような圧力分布が得られ、接触圧力分布差は小さく、均一性が高いことが分かった。
【０１１０】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コー
ジェネレーションシステム等に使用する燃料電池として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる燃料電池スタックの分解斜視図
【図２Ａ】本発明の第１実施形態の燃料電池スタックの締付前の状態における、燃料電池スタックの締結構造を示す模式図
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態の燃料電池スタックの締付後の状態における、燃料電池スタックの締結構造を示す模式図
【図３Ａ】本発明の第１実施形態の燃料電池スタックにかかる、バネ付きの端板の斜視図
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態の燃料電池スタックにかかる、バネ無しの端板の斜視図
【図４】図２Ａの締結構造における接触圧力分布のシミュレーション結果のグラフ
【図５】本発明の第１実施形態において、バネ無しの端板を使用した高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）の一例である燃料電池スタックの構造を、一部を分解して模式的に示す斜視図
【図６】図５の端板の底面図
【図７】第１実施形態にかかる端板及び第１実施形態の５種類の変形例にかかる端板の説明図であり、詳しくは、（Ａ１）〜（Ａ６）、（Ｂ１）〜（Ｂ６）、（Ｃ１）〜（Ｃ６）は、それぞれ、第１実施形態にかかる端板及び第１実施形態の５種類の変形例にかかる端板において、図６のＡ−Ａ線沿いの端面図、Ｂ−Ｂ線断面図、及びＣ−Ｃ線断面図を含む説明図
【図８Ａ】本発明の第２実施形態の燃料電池スタックの締付前の状態における、燃料電池スタックの締結構造を示す模式図
【図８Ｂ】本発明の第２実施形態の燃料電池スタックの締付後の状態における、燃料電池スタックの締結構造を示す模式図
【図９】本発明の第２実施形態の端板の底面図
【図１０】第２実施形態にかかる端板及び第２実施形態の５種類の変形例にかかる端板の説明図であり、詳しくは、（Ａ１）〜（Ａ６）、（Ｂ１）〜（Ｂ６）、（Ｃ１）〜（Ｃ６）は、それぞれ、第２実施形態にかかる端板及び第２実施形態の５種類の変形例にかかる端板において、図９のＡ−Ａ線沿いの端面図、Ｂ−Ｂ線断面図、及びＣ−Ｃ線断面図を含む説明図
【図１１】本発明の第３実施形態の端板の説明図であり、詳しくは、端板３Ｃの底面図及び底面図中のＡ−Ａ線断面図を含む説明図
【図１２】図１１の本発明の第３実施形態の端板の底面図中のＢ−Ｂ線断面図
【図１３】本発明の第４実施形態の端板の説明図であり、詳しくは、本発明の第４実施形態の端板の底面図、底面図中のＣ−Ｃ線断面図、底面図中のＤ−Ｄ線断面図を含む説明図
【図１４】比較例の締結構造を示す模式図
【図１５】比較例の締結構造における接触圧力分布のシミュレーション結果のグラフ
【図１６】背景技術の締結構造を示す模式図
【符号の説明】
【０１１３】
１    単電池モジュール（セル）
２    集電板
３    バネ付の端板
３Ａ，３Ｂ    バネ無しの端板
３Ｅ１，３Ｅ３，３Ｅ５，３Ｅ７，    ベース板材
３Ｅ２，３Ｅ４，３Ｅ６，３Ｅ８，    補強部材
３ａ    締結ボルトから一番離れた外周部部分（角）
３ｂ    ボルト貫通孔の周囲の部分（ボルト貫通孔周囲部分）（各辺の中間部）
３ｄ    平面部
３ｅ    凹部
３ｆ    中央部
３ｇ    内側バネ配置用の凹部
３ｈ    締結ボルトから一番離れた外周部部分（各辺の中間部）
３ｉ    ボルト貫通孔の周囲の部分（角部）
４    内側バネ
５    外側バネ
６    ボルト用貫通孔
７    締結ボルト
８    ナット
９    ＭＥＡ
９ａ  本体部
９ｂ  周縁部
１０    セパレータ
１０Ａ  アノード側セパレータ
１０Ｃ  カソード側セパレータ
１１Ａ  燃料ガスマニホールド孔
１１Ｃ  酸化剤ガスマニホールド孔
１１Ｗ  冷却水マニホールド孔
１２Ａ  燃料ガス流路溝
１２Ｃ  酸化剤ガス流路溝
１２Ｗ  冷却水流路溝
１００，１００Ａ    積層体
１０１，１０１Ａ    燃料電池スタック
８０１  燃料電池スタック
８０２  ヘッダ
８０３  ボルスタ
８０４  ロッド
８０５  引張棒
【図１】
2009163907.tif 000004
【図２Ａ】
2009163907.tif 000005
【図２Ｂ】
2009163907.tif 000006
【図３Ａ】
2009163907.tif 000007
【図３Ｂ】
2009163907.tif 000008
【図４】
2009163907.tif 000009
【図５】
2009163907.tif 000010
【図６】
2009163907.tif 000011
【図７】
2009163907.tif 000012
【図８Ａ】
2009163907.tif 000013
【図８Ｂ】
2009163907.tif 000014
【図９】
2009163907.tif 000015
【図１０】
2009163907.tif 000016
【図１１】
2009163907.tif 000017
【図１２】
2009163907.tif 000018
【図１３】
2009163907.tif 000019
【図１４】
2009163907.tif 000020
【図１５】
2009163907.tif 000021
【図１６】
2009163907.tif 000022