(57)【要約】【課題】受ける荷重の抑制と横ずれによる悪影響の回避とを両立し得るガスケット部材及び燃料電池スタックを提供すること。【解決手段】本発明のガスケット部材によれば、弾性体から構成される肩部が、セパレータに当接して該セパレータからの圧力を受けるものであると共に、該セパレータとの当接面が凹凸形状に構成されている。よって、肩部におけるセパレータとの当接面の静止摩擦係数μが増大するので、凹凸形状のない肩部と比較して横ずれが生じ難く、ガスケット部材が受ける荷重を低減しても、ガスケット部材の横ずれを好適に抑制できる。また、セパレータから受ける圧力を形成された凸部に分散できるので、肩部としての機能を十分に発揮し得る幅を肩部に持たせることができ、横ずれ時においてもシール性を好適に確保できる。以上のように、本発明のガスケット部材によれば、横ずれによる悪影響を回避しつつ、受ける荷重を抑制できるという効果がある。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜とその固体高分子電解質膜の両面に積層された一対の電極層とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に設けられ各電極層へ供給するガスの流路を有する一対のセパレータとを備えた燃料電池に用いられ、前記膜電極接合体と前記一対のセパレータとの間に配置されてガスシール性を確保するガスケット部材であって、
前記セパレータに当接して該セパレータからの圧力を受ける、弾性体から構成される肩部を備え、
前記肩部における前記セパレータとの当接面が凹凸形状に構成されていることを特徴とするガスケット部材。
【請求項２】
前記凹凸形状は、前記肩部における前記セパレータとの当接面に凹設された吸着構造であることを特徴とする請求項１記載のガスケット部材。
【請求項３】
固体高分子電解質膜とその固体高分子電解質膜の両面に積層された一対の電極層とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に設けられ各電極層へ供給するガスの流路を有する一対のセパレータと、前記膜電極接合体と前記一対のセパレータとの間に配置される請求項１又は２に記載のガスケット部材と、を備えた燃料電池単位セルを、複数積層させて構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスケット部材及び燃料電池スタックに関し、受ける荷重の増大を抑制しつつ、横ずれによる影響を受け難いガスケット部材及び燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池の単位セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、その両面にそれぞれ積層されるセパレータとから構成される。
【０００３】
膜電極接合体は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標：デュポン社製）などの固体高分子電解質膜からなる電解質膜と、この電解質膜の一面に配置された触媒層及びガス拡散層から構成され酸化剤ガス（例えば、空気）が供給される空気極（カソード極）と、電解質膜の他面に配置された触媒層及びガス拡散層とから構成され燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給される燃料極（アノード極）とを有している。
【０００４】
セパレータは、導電性の材料から気密に成型され、膜電極接合体を間に挟んで積層された場合に、膜電極接合体における空気極側に空気室を形成し、燃料極側に燃料室を形成する。燃料電池スタックが構成される場合には、隣り合う単位セルはセパレータが共通とされている。
【０００５】
膜電極接合体とセパレータとを積層して燃料電池を構成した場合に、一対のセパレータ間のガスシール性は、一対のセパレータ間に介在されるガスケットにより確保される。かかる燃料電池用のガスケットとしては、例えば、特許文献１に記載されるガスケットを採用することができる。具体的には、特許文献１には、中央に突出する弾性体からなるリップ（シールリップ）とそのリップの両側に形成された弾性体からなる肩部とを有するシール構造体としてのガスケットが記載されている。
【０００６】
特許文献１に記載されるタイプのガスケットは、リップがセパレータによって押圧されることにより変形してシール機能を発揮する。その一方で、かかるリップの両側に位置する肩部は、燃料電池スタックの締結によってガスケットが圧縮された場合にリップを側方から支持してリップ倒れを防止すると共に、１のセパレータを介して対向するリップ間に生じたある程度の位置ずれ（例えば、振動によって生じる横ずれ）を許容してシール性を確保する機能を果たす。
【特許文献１】特開２００５−２５９３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池スタックにおいて、ガスケット（シール構造体）にかかる荷重（締結荷重）は、膜電極接合体にかかる荷重に比べて低くされることが発電効率の点から望ましい。しかし、ガスケットにかかる荷重を低くする程、横ずれが生じ易くなる。
【０００８】
ここで、ガスケットが受ける荷重の低減は、例えば、肩部の幅を狭くすることによって達成可能である。しかし、その反面で、肩部の幅を狭める程、肩部としての機能が果たされなくなる。即ち、肩部の幅が狭まったことにより、リップに対する支持力が弱まってリップ倒れが生じ易くなると共に、横ずれに対する許容範囲が小さくなって横ずれ時にシール性を確保することが困難となる。
【０００９】
このように、特許文献１に記載されるガスケットなど、従来のガスケットは、ガスケットが受ける荷重を低減させるにあたり、荷重の低減に伴って生じる解決すべき課題があった。
【００１０】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、受ける荷重の抑制と横ずれによる悪影響の回避とを両立し得るガスケット部材及び燃料電池スタックを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、請求項１記載のガスケット部材は、固体高分子電解質膜とその固体高分子電解質膜の両面に積層された一対の電極層とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に設けられ各電極層へ供給するガスの流路を有する一対のセパレータとを備えた燃料電池に用いられ、前記膜電極接合体と前記一対のセパレータとの間に配置されてガスシール性を確保するものであって、前記セパレータに当接して該セパレータからの圧力を受ける、弾性体から構成される肩部を備え、前記肩部における前記セパレータとの当接面が凹凸形状に構成されている。
【００１２】
請求項２記載のガスケット部材は、請求項１記載のガスケット部材において、前記凹凸形状は、前記肩部における前記セパレータとの当接面に凹設された吸着構造である。
【００１３】
請求項３記載の燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜とその固体高分子電解質膜の両面に積層された一対の電極層とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に設けられ各電極層へ供給するガスの流路を有する一対のセパレータと、前記膜電極接合体と前記一対のセパレータとの間に配置される請求項１又は２に記載のガスケット部材と、を備えた燃料電池単位セルを、複数積層させて構成される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載のガスケット部材によれば、弾性体から構成される肩部が、セパレータに当接して該セパレータからの圧力を受けるものであると共に、該セパレータとの当接面が凹凸形状に構成されている。
【００１５】
よって、肩部におけるセパレータとの当接面の静止摩擦係数μが増大するので、凹凸形状のない肩部と比較して横ずれが生じ難い。従って、ガスケット部材が受ける荷重を低減しても、ガスケット部材の横ずれを好適に抑制できる。
【００１６】
また、セパレータから受ける圧力を形成された凸部に分散できるので、つぶし代に対する荷重の変化が緩やかなものとなる。そのため、凹凸形状のない平坦な肩部と比較して、
肩部の幅を広く（又は、セパレータとの当接面の面積を大きく）しても荷重の制御がし易く、過度な荷重の付加を抑制できる。従って、肩部としての機能を十分に発揮し得る幅を肩部に持たせることができ、横ずれ時においてもシール性を好適に確保することができる。
【００１７】
以上のように、請求項１記載のガスケット部材によれば、肩部におけるセパレータとの当接面を凹凸形状に構成したことにより、横ずれによる悪影響を回避しつつ、受ける荷重を抑制できるという効果がある。
【００１８】
請求項２記載のガスケット部材によれば、請求項１記載のガスケット部材の奏する効果に加えて、次の効果を奏する。肩部におけるセパレータとの当接面に形成された凹凸形状が、該当接面に凹設された吸着構造であるので、負圧による吸着によって横ずれをより有効に防止できるという効果がある。
【００１９】
請求項３記載の燃料電池スタックは、請求項１又は２に記載されるガスケット部材を用いるので、請求項１又は２に記載されるガスケット部材が奏する効果と同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１から図５を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、燃料電池の単位セル１０が複数積層された燃料電池スタック１００の一部を示す分解斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、燃料電池スタック１００は、内周側に膜電極接合体２０が一体化されているガスケット部材４０と、メタルセパレータ６０とが交互に多数積層された構造（図１では、３枚のガスケット部材４０と３枚のメタルセパレータ６０のみを図示）を有する。なお、この燃料電池スタック１００の積層方向の両端には、エンドプレート（図示せず）が配置されており、ボルト（図示せず）及びナット（図示せず）などを用いて両エンドプレートを締結することによって、交互に積層されるガスケット部材２０及びメタルセパレータ６０を加圧挟持している。
【００２２】
ここで、燃料電池の単位セル１０は、膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０の外周側に配設されているガスケット部材４０と、膜電極接合体２０の両面側に位置するメタルセパレータ６０とによって構成される。なお、図１に示すように、１のメタルセパレータ６０は、隣接する単位セル１０のセパレータとして共通に使用されている。
【００２３】
膜電極接合体２０は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標：デュポン社製）やＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標：旭化成（株）製）などの固体高分子電解質膜２１（図２（ｃ）参照）と、該固体高分子電解質膜の両面に各々積層されて接合された一対の電極層２２，２３（図２（ｃ）参照）とから構成される。
【００２４】
膜電極接合体２０における両電極層２２，２３は、どちらも、触媒層（図示せず）とガス拡散層（図示せず）とから構成され、触媒層の側が固体高分子電解質膜に接合されている。これらの電極層は、供給されるガスの種類に応じて、空気極（カソード極）又は燃料極（アノード極）とされる。なお、以下では、電極層２２を空気極２２とし、電極層２３を燃料極２３として説明する。
【００２５】
なお、空気極２２及び燃料極２３における図示されないガス拡散層は、ガス拡散が可能なカーボン製の織物やカーボン製の紙等から構成されるものであり、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボン繊維からなる不織布などが使用される。
【００２６】
また、膜電極接合体２０における図示されない触媒層としては、例えば、白金触媒が担持されたカーボンと電解質とを含んで構成された層を採用することができる。
【００２７】
次に、図２から図４を参照して、本実施形態のガスケット部材４０について説明する。図２（ａ）は、内周側に膜電極接合体２０が一体化されているガスケット部材４０の一面側を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すガスケット部材４０の裏面側を模式的に示す斜視図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における断面図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｃ）では、図面の理解を容易にする目的で、シール構造体４５，５１の詳細な構成を省略して示している。
【００２８】
図３（ａ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩａ方向から見た部分の正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における断面図であり、図３（ｃ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩｃ方向から見た部分の正面図である。なお、図面の理解を容易にする目的で、図３（ａ）における肩部４５ｂ，４５ｃに対し、並びに、図３（ｃ）における肩部５１ｂ，５１ｃに対してハッチングを施している。
【００２９】
また、図４（ａ）は、シール構造体４５，５１を模式的に示す拡大断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ部、即ち、肩部４５ｃ，５１ｃの先端部の拡大図である。なお、図４（ｂ）は、肩部４５ｃ，５１ｃの先端部の拡大図であるが、肩部４５ｂ，５１ｂの先端部も同様の形状である。
【００３０】
ガスケット部材４０は、膜電極接合体２０の外周側に配設されて、その両面にそれぞれ対向して配置される一対のメタルセパレータ６０との間のガスシール性を確保するための部材である。このガスケット部材４０は、ガスケット部材４０の一面を構成する空気極ガスケット４１と、他面を構成する燃料極ガスケット４２とから構成される。空気極ガスケット４１及び燃料極ガスケット４２は、ゴムや樹脂などの絶縁性弾性体から構成されており、それぞれ、絶縁性弾性体を該当形状に射出成型することによって作製される。
【００３１】
ここで、各ガスケット４１，４２の一面側（互いに接着される側の面）には、補強板を兼ねる接着フィルムシート（図示せず）が配設されており、これらの接着フィルムシートを対向させて両ガスケット４１，４２を接着させることにより、ガスケット部材４０が作製される。なお、空気極ガスケット４１及び燃料極ガスケット４２には、それぞれ、膜電極接合体２０に応じた開口４１ａ及び４２ａが形成されており、ガスケット部材４０作製時には、空気極ガスケット４１と燃料極ガスケット４２との間に膜電極接合体２０を介在させた上で接着させる。よって、膜電極接合体２０が接着フィルムシート（図示せず）によって固定されて、その結果、ガスケット部材４０は、その内周側に膜電極接合体２０が一体化されたものとして得られる。
【００３２】
ガスケット部材４０は、膜電極接合体２０を挟む両端側に開口部４３，４４を有している。これらの開口部４３，４４は、燃料電池スタック１００の積層方向（図２（ａ）における矢印Ｚ方向又はその反対方向）に燃料ガス（例えば、水素ガス）を流通させる流路とされるものである。
【００３３】
かかる開口部４３，４４から空気極２２や外界へ燃料ガスが漏洩することを防止するため、ガスケット部材４０における空気極ガスケット４１には、開口部４３，４４の周囲にシール構造体４５が形成されている。
【００３４】
このシール構造体４５は、シールリップ部４５ａと、断面視におけるシールリップ部４５ａの両側（即ち、シールリップ４５ａの内周側及び外周側）に位置する肩部４５ｂ，４５ｃと、シールリップ部４５ａと肩部４５ｂとの間に形成される溝部４５ｄと、シールリップ部４５ａと肩部４５ｃとの間に形成される溝部４５ｅとから構成される。かかるシール構造体は、低荷重でのシール性を確保できるように低硬度（例えば、硬度４０〜５０度程度）の絶縁性弾性体から構成されている。
【００３５】
シールリップ部４５ａは、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に対向するメタルセパレータ６０から押圧されて変形し、そのメタルセパレータ６０と密接することによってガスシール機能を発揮する部分である。肩部４５ｂ，４５ｃは、後述する肩部５１ｂ，５１ｃと共に、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に一対のメタルセパレータ６０の間隔を規定すると共に、シールリップ４５ａを側方から支持してリップ倒れを防止する機能を果たす。また、溝部４５ｄ，４５ｅは、圧縮荷重によるシールリップ部４５ａの変形を許容するための絶縁性弾性体の逃げ部として機能する部分である。
【００３６】
より詳細には、シールリップ部４５ａは、ガスシール機能の長期耐久性に対する要求を満たすべく、図４（ａ）に示すような断面山形状や断面三角形状など、鋭利な先細の先端部を有していると共に、その高さが肩部４５ｂ，４５ｃの高さより高くなる（即ち、先端部が肩部４５ｂ，４５ｃより高い位置となる）ように構成されている。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、肩部４５ｂ，４５ｃは、シールリップ部４５ａを所望の圧縮率に制御できる（即ち、シールリップ部４５ａを圧縮荷重に対して所望の高さに制御できる）よう、いずれもシールリップ部４５ａの高さより低く、互いに略同一の高さであるように構成されている。
【００３８】
また、肩部４５ｂ，４５ｃの先端部が広幅とされているので、ガスケット部４０の横ずれをある程度許容することができ、許容範囲内において横ずれによるシール性の低下を防止することができる。
【００３９】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態のガスケット部材４０において、幅広である肩部４５ｃの先端部は、多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状に構成されている。なお、図示はしないが、肩部４５ｂもまた、肩部４５ｃと同様に、先端部が広幅であると共に、多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状に構成されている。
【００４０】
ここで、図５を参照して、肩部４５ｂ，４５ｃの先端部を凹凸形状としたことによる利点について説明する。図５（ａ）は、本実施形態において先端部を凹凸形状に構成した肩部４５ｂ，４５ｃのつぶし代Ｓと、幅がＴである肩部４５ｂ，４５ｃにかかる荷重Ｆとの関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、比較例とする従来のガスケット部材の肩部、即ち、先端部が平坦に構成された肩部のつぶし代Ｓと、幅がＴである肩部にかかる荷重Ｆとの関係を示すグラフである。
【００４１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すグラフの横軸は、肩部のつぶし代Ｓを示す軸であり、左から右へ向かうにつれてつぶし代Ｓが大きいことを示す。一方、縦軸は、肩部にかかる荷重Ｆを示す字句であり、下から上へ向かうにつれて肩部にかかる荷重が大きくなることを示す。なお、グラフに対する理解を容易にする目的で、各グラフの下方に、本実施形態のシール構造体４５のイメージ（図５（ａ））と従来のシール構造体のイメージ（図５（ｂ））とを付している。
【００４２】
図５（ｂ）に示すように、肩部の先端部が平坦である場合には、つぶし代Ｓの増加に対する荷重Ｆの変化が急激であるのに対し、図５（ａ）に示すように、先端部が凹凸形状に構成された肩部４５ｂ，４５ｃの場合には、つぶし代Ｓの増加に対して荷重Ｆは緩やかに変化する。
【００４３】
即ち、本実施形態のガスケット部材４０におけるシール構造体４５の肩部４５ｂ，４５ｃは、先端部が多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状に構成されているので、メタルセパレータ６０から受ける圧力（荷重）を各突起状凸部８１に分散するでき、その結果として、つぶし代Ｓに対する荷重の変化を従来の平坦な肩部に比べて緩やかな変化とすることができる。
【００４４】
よって、肩部への好適な荷重範囲をＦａ≦Ｆ≦Ｆｂとしたとき、かかる好適な荷重範囲を達成するつぶし代Ｓの範囲が、先端部が平坦である肩部の場合にＷ２であるのに対して、先端部が凹凸形状に構成された本実施形態における肩部４５ｂ，４５ｃの場合には、Ｗ２より広い範囲であるＷ１とされる。
【００４５】
従って、本実施形態のガスケット部材４０におけるシール構造体４５は、先端部が平坦である肩部に比べて、肩部４５ｂ，４５ｃの幅を広くしても荷重の制御をし易く、過度な荷重の付加を抑制することができるので、肩部としての機能を十分に発揮し得る幅を肩部４５ｂ，４５ｃに持たせることができ、横ずれ時においてもシール性を好適に確保することが可能となる。
【００４６】
さらに、肩部４５ｂ，４５ｃの先端部、即ち、メタルセパレータ６０との当接面を凹凸形状に構成したことにより、かかる当接面の静止摩擦係数μが増大し、その結果、メタルセパレータ６０との摩擦力が増加する。従って、本実施形態におけるガスケット部材４０は、先端部が平坦である肩部を有する従来のガスケット部材に比べて、横ずれが生じ難い。よって、ガスケット部材４０が受ける荷重を低減しても、ガスケット部材４０の横ずれを好適に抑制できる。
【００４７】
再度、図２から図４に戻って説明する。ガスケット部材４０における空気極ガスケット４１には、対向する２端辺４６ａ，４６ｂ側の開放された凹部４６が形成されている。この凹部４６は、メタルセパレータ６０を積層した場合に空気極側コレクタ６３（図６（ａ）参照）を収容し、酸化剤ガスとしての空気が空気極２２上を矢印Ｘ方向（又はその反対方向）に流通する空気室を形成する。
【００４８】
一方で、ガスケット部材４０における燃料極ガスケット４２の外周にはシール構造体５１が形成されている。このシール構造体５１は、燃料電池スタック１００（又は単位セル１０）から外界への燃料ガスの漏洩を防止するものである。
【００４９】
シール構造体５１は、上述したシール構造体４５と同様に、シールリップ部５１ａと、断面視におけるシールリップ部５１ａの両側（即ち、シールリップ４５ａの内周側及び外周側）に位置する肩部５１ｂ，５１ｃと、シールリップ部５１ａと肩部５１ｂとの間に形成される溝部５１ｄと、シールリップ部５１ａと肩部５１ｃとの間に形成される溝部５１ｅとから構成される。
【００５０】
シールリップ部５１ａは、シールリップ４５ａと同様に、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に対向するメタルセパレータ６０から押圧されて変形し、そのメタルセパレータ６０と密接することによってガスシール機能を発揮する部分であり、鋭利な先細の先端部を有していると共に、その高さが肩部５１ｂ，５１ｃの高さより高くなるように構成されている。
【００５１】
肩部５１ｂ，５１ｃは、上述した肩部４５ｂ，４５ｃと共に、一対のメタルセパレータ６０の間隔を規定する部分であり、その高さがシールリップ部５１ａの高さより低く、互いに略同一の高さであるように構成されている。また、肩部５１ｂ，５１ｃは、肩部４５ｂ，４５ｃと同様に、先端部が広幅であると共に、多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状に構成されている（図４（ｂ）参照）。
【００５２】
よって、先端部が多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状に構成されている肩部５１ｂ，５１ｃを有するシール構造体５１は、上述したシール構造体４５と同様の効果を奏する。即ち、メタルセパレータ６０との当接面の静止摩擦係数μが増大するので、横ずれを生じ難くすることができると共に、荷重の制御をし易いので、肩部としての機能を十分に発揮し得る幅を肩部５１ｂ，５１ｃに持たせることができ、横ずれ時においてもシール性を好適に確保することが可能となる。
【００５３】
また、溝部５１ｄ，５１ｅは、上述した溝部４５ｄ，４５ｅと同様に、圧縮荷重によるシールリップ部５１ａの変形を許容するための絶縁性弾性体の逃げ部として機能する部分である。
【００５４】
また、ガスケット部材４０における燃料極ガスケット４２には、凹部５２が形成されている。この凹部５２は、メタルセパレータ６０を積層した場合に燃料極側コレクタ６２（図６（ｂ）参照）を収容し、燃料ガス（例えば、水素）が燃料極２３上を矢印Ｙ方向（又はその反対方向）に流通する燃料室を形成する。
【００５５】
次に、図６を参照して、本実施形態のメタルセパレータ６０について説明する。図６（ａ）は、メタルセパレータ６０の一面側を模式的に示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すメタルセパレータ６０の裏面側を模式的に示す斜視図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ線における断面図である。
【００５６】
メタルセパレータ６０は、板状のセパレータ本体６１と、セパレータ６１の一面に設けられた燃料極側コレクタ６２と、セパレータ６１の他面に設けられた空気極側コレクタ６３とから構成される。
【００５７】
セパレータ本体６１は、隣接する単位セル１０間のガス遮断部材として機能するものであり、導電性の薄板から構成され、ガスケット部材４０の開口部４３，４４に対応する位置（即ち、積層した場合に開口部４３，４４と連通される位置）に、燃料ガスの流路となる開口部６１ａ，６１ｂが開口されている。なお、セパレータ本体６１を構成する導電性の薄板としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金などに金メッキ等の耐腐食導電処理を施した薄板を使用できる。
【００５８】
燃料極側コレクタ６２は、ガスケット部材４０の凹部５２ａ（図２参照）に収容されて膜電極接合体２０における燃料極２３側に接触して電極反応によって生じた電流を集電する集電体である。
【００５９】
この燃料極側コレクタ６２は、セパレータ本体６１の一面側から同じ高さに立設され、開口部６１ａと開口部６１ｂとの間に延びる導電性を有する複数本のリブ６２ａと、これらのリブ６２ａの先端に配設された多数の開口を有する導電性の板材（例えば、エキスパンドメタルやパンチングメタル等のメタル板材など）である集電部材６２ｂとから構成される。そして、セパレータ本体６１と隣接するリブ６２ａと集電部材６２ａとにより囲まれる空間６２ｃが燃料ガス流路として機能する。
【００６０】
一方で、空気極側コレクタ６３は、ガスケット部材４０の凹部４６（図２参照）に収容されて膜電極接合体２０における空気極２２側に接触して電極反応によって生じた電流を集電する集電体である。
【００６１】
この空気極側コレクタ６３は、セパレータ本体６１の他面側から同じ高さに立設され、リブ６２ａと略直交する方向に延びる導電性を有する複数本のリブ６３ａと、これらのリブ６３ａの先端に配設された多数の開口を有する導電性の板材（例えば、エキスパンドメタルやパンチングメタル等のメタル板材など）である集電部材６３ｂとから構成される。そして、セパレータ本体６１と隣接するリブ６３ａと集電部材６３ｂとにより囲まれる空間６３ｃが空気流路として機能する。なお、空気極側コレクタ６３は、多数の開口を有する集電部材６３ｂを有しているので、電極反応の結果として空気極２２において生成された水を空間６３ｃ（空気流路）へ透過することができる。
【００６２】
上述した燃料極側コレクタ６２を構成するリブ６２ａ及び集電部材６２ｂ、並びに、空気側コレクタ６３を構成するリブ６３ａ及び集電部材６３ｂとしては、上述したセパレータ本体６１として採用した材質、即ち、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金などに金メッキ等の耐腐食導電処理を施したものを使用できる。
【００６３】
以上説明したように、この第１実施形態によれば、ガスケット部材４０における肩部４５ｂ，４５ｃ，５１ｂ，５１ｃの先端部、即ち、メタルセパレータ６０との当接面となる部分を、多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状に構成したことにより、静止摩擦係数μの増加によって横ずれが防止されると共に、荷重が各突起状凸部８１に分散されたことによって肩部の荷重制御が広幅においても容易となる。その結果、横ずれによる悪影響を回避しつつ、シール構造体４５，５１にかかる荷重を低く抑制することができる。
【００６４】
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図７（ａ）は、本発明における第２実施形態のシール構造体４５，５１を模式的に示す拡大断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ部、即ち、肩部４５ｃ，５１ｃの先端部の拡大図である。なお、図７（ｂ）は、肩部４５ｃ，５１ｃの先端部の拡大図であるが、肩部４５ｂ，５１ｂの先端部も同様の形状である。
【００６５】
上述した第１実施形態のシール構造体４５，５１の肩部４５ｂ，４５ｃ，５１ｂ，５１ｃが幅広の先端部に多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状に構成されていたのに対し、この第２実施形態では、図７（ｂ）に示すように、肩部４５ｂ，５１ｂ（肩部４５ｃ，５１ｃも同様）の幅広の先端部に凹設された多数の凹部８２を有する凹凸形状に構成されている。
【００６６】
これらの凹部８２は、吸盤として機能する吸盤構造（吸着構造）として形成されている。即ち、シール構造体４５，５１がメタルセパレータ６０によって押圧されると、凹部８２は、その内部に生じた負圧によってメタルセパレータ６０を吸着する。
【００６７】
よって、この第２実施形態のシール構造体４５，５１によれば、先端部が凹凸形状であることによる静止摩擦係数μの増大に加え、吸盤構造として凹設された凹部８２による吸着効果によって、横ずれの発生を有効に抑制することができる。
【００６８】
また、吸盤構造である凹部８２がメタルセパレータ６０を吸着できるので、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とを位置決めした状態で保持可能であり、積層工程時における位置ずれを抑制できる。
【００６９】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００７０】
例えば、上記各実施形態では、シールリップ部４５ａの外周側及び内周側の両方に肩部４５ｂ，４５ｃを設け、シールリップ部５１ａの外周側及び内周側の両方に肩部５１ｂ，５１ｃを設けるように構成したが、肩部を、シールリップ部の外周側又は内周側のいずれか一方のみに設けるものとしてもよい。
【００７１】
また、上記第１実施形態では、肩部４５ｂ，４５ｃ，５１ｂ，５１ｃの先端部に形成される凹凸形状を、多数の突起状凸部８１を有する凹凸形状とし、上記第２実施形態では、肩部４５ｂ，４５ｃ，５１ｂ，５１ｃの先端部に形成される凹凸形状を、多数の凹部８２を有する凹凸形状としたが、肩部の先端部に溝状の凹凸を形成する構成としてもよい。その際、溝の延びる方向としては、肩部の長手方向、短手方向（幅方向）、斜め方向のいずれでもよく、溝が上面視において直線状に延びていても、曲線状に延びていても、波状に延びていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】燃料電池の単位セルが複数積層された燃料電池スタックの一部を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、内周側に膜電極接合体が一体化されているガスケット部材の一面側を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示すガスケット部材の裏面側を模式的に示す斜視図であり、（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における断面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩａ方向から見た部分の正面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における断面図であり、（ｃ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩｃ方向から見た部分の正面図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態のシール構造体を模式的に示す拡大断面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ部の拡大図である。
【図５】（ａ）は、第１実施形態において先端部を凹凸形状に構成した肩部のつぶし代Ｓと、幅がＴである該肩部にかかる荷重Ｆとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、比較例とする従来のガスケット部材の肩部のつぶし代Ｓと、幅がＴである該肩部にかかる荷重Ｆとの関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、メタルセパレータの一面側を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に示すメタルセパレータの裏面側を模式的に示す斜視図であり、（ｃ）は、図６（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ線における断面図である。
【図７】（ａ）は、第２実施形態のシール構造体を模式的に示す拡大断面図であり、（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ部の先端部の拡大図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０      単位セル
２０      膜電極接合体
２１      固体高分子電解質膜
２２      空気極（一対の電極層の一部）
２３      燃料極（一対の電極層の一部）
４０      ガスケット部材
４５ａ    シールリップ部（シールリップ）
４５ｂ    肩部
４５ｃ    肩部
５１ａ    シールリップ部（シールリップ）
５１ｂ    肩部
５１ｃ    肩部
６０      メタルセパレータ（セパレータ）
８１      突起状凸部（凹凸形状の一部）
８２      凹部（凹凸形状の一部、吸着構造）
１００    燃料電池スタック
【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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