(57)【要約】【課題】積層工程における作業負担を軽減しつつ多数の部品を精度よく積層することのできるガスケット部材、燃料電池単位セル、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、一対のセパレータにおける少なくとも一方を積層位置に位置決めして固定できる位置決め部材を有しているので、ガスケット部材とセパレータの一方又は両方とを決められた位置において一体化された一組の部材として保持することができる。よって、燃料電池スタックを作製する場合に、ガスケット部材の位置決め部材によって該ガスケット部材とセパレータとを予め位置決めした状態で組み合わせておくことにより、積層工程にて積層される部品点数を見かけ上減らすことができる。その結果、積層工程において位置決めに対するチェック箇所を低減することができ、作業負担を軽減しつつ各部品の積層を精度よく行うことができる。【選択図】図５
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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、前記膜電極接合体の外周に配設されて該膜電極接合体と前記一対のセパレータとの間のガスシール性を確保するガスケット部材であって、
前記一対のセパレータにおける少なくとも一方のセパレータを積層位置に位置決めして取り外し可能に固定する位置決め部材を備えていることを特徴とするガスケット部材。
【請求項２】
前記位置決め部材は、前記セパレータとの積層時に該セパレータの縁端に対応する位置に設けられ、該セパレータの縁端に掛止可能な弾性を有する膜状部材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】
前記位置決め部材は、前記セパレータの所定位置に嵌合される凸状部材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４】
前記位置決め部材は、面方向の中心を挟んで位置する２箇所に少なくとも設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスケット部材。
【請求項５】
前記位置決め部材の配置面と反対側の表面における該位置決め部材に対応する位置に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガスケット部材。
【請求項６】
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外周に配設される請求項１から５のいずれかに記載のガスケット部材と、
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、
前記一対のセパレータにおける少なくとも一方のセパレータは、前記ガスケット部材における前記位置決め部材により積層方向に位置決めされて取り外し可能に固定されていることを特徴とする燃料電池単位セル。
【請求項７】
請求項５記載の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、燃料電池セル、及び燃料電池スタックに関し、積層工程における作業負担を軽減しつつ多数の部品を精度よく積層することのできるガスケット部材、燃料電池単位セル、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】
一般的に、１の燃料電池スタックは、数十〜数百の単位セルの積層体として構成されている。よって、燃料電池スタックの作製には、多数の部品を積層する積層工程が含まれる。１の燃料電池スタックでは、１の単位セルあたり、膜電極接合体を内周側に有するガスケット部材と、隣接するセルと共通に使用されるセパレータとの２部材を要するので、積層工程では、１の燃料電池スタックが例えば１００セル構成であれば、２００部品の積層を行うことになる。
【０００６】
ここで、積層時に各部品間に許容範囲を越える位置ずれが生じると、部品間に干渉が生じて破損やガスシール性の悪化による燃料ガスの漏洩などの不良が生じるため、積層工程では、各部品間の正確な位置決めが要求される。かかる要求に対し、例えば、特許文献１には、シール部材を電解質膜・電極接合体を構成するフレームシートに固定しておくことによって、セル組み立て時の位置合わせを容易化できる固体高分子型燃料電池が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２３１２７４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、部品の積層数が増加するに従い、部品間に積層誤差が生じるために位置決めが難しくなる上に、位置決めに対するチェック箇所も増える。特許文献１によれば、フレームシートとセパレータとの間における位置合わせは容易化されるものの、積層時の部品点数は従来と変わらないので、積層工程全体として難易度を下げるには不十分であるという問題点があった。また、積層時の部品点数が変わらないので、位置決めに対するチェック箇所も減少せず、作業負担が軽減されないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、積層工程における作業負担を軽減しつつ多数の部品を精度よく積層することのできるガスケット部材、燃料電池単位セル、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】
【０００９】
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、前記膜電極接合体の外周に配設されて該膜電極接合体と前記一対のセパレータとの間のガスシール性を確保するものであって、前記一対のセパレータにおける少なくとも一方のセパレータを積層位置に位置決めして取り外し可能に固定する位置決め部材を備えていることを特徴とするガスケット部材。
【００１０】
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、前記位置決め部材は、前記セパレータとの積層時に該セパレータの縁端に対応する位置に設けられ、該セパレータの縁端に掛止可能な弾性を有する膜状部材である。
【００１１】
請求項３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、前記位置決め部材は、前記セパレータの所定位置に嵌合される凸状部材である。
【００１２】
請求項４記載のガスケット部材は、請求項１から３のいずれかに記載のガスケット部材において、前記位置決め部材は、面方向の中心を挟んで位置する２箇所に少なくとも設けられている。
【００１３】
請求項５記載のガスケット部材は、請求項１から４のいずれかに記載のガスケット部材において、前記位置決め部材の配置面と反対側の表面における該位置決め部材に対応する位置に凹部が形成されている。
【００１４】
請求項６記載の燃料電池単位セルは、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外周に配設される請求項１から５のいずれかに記載のガスケット部材と、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、前記一対のセパレータにおける少なくとも一方のセパレータは、前記ガスケット部材における前記位置決め部材により積層方向に位置決めされて取り外し可能に固定されている。
【００１５】
請求項７記載の燃料電池スタックは、請求項６記載の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】
【００１６】
請求項１記載のガスケット部材によれば、一対のセパレータにおける少なくとも一方のセパレータを積層位置に位置決めして固定できる位置決め部材を有しているので、ガスケット部材とセパレータの一方又は両方とを決められた位置において一体化された一組の部材として保持することができる。
【００１７】
よって、ガスケット部材とセパレータとを交互に多数積層して燃料電池スタックを作製する場合に、ガスケット部材の位置決め部材によって該ガスケット部材とセパレータとを予め位置決めした状態で組み合わせておくことにより、積層工程において積層される部品点数を見かけ上減らすことができる。その結果、積層工程において位置決めに対するチェック箇所を低減することができるので、作業負担を軽減しつつ、各部品の積層を精度よく行うことができるという効果がある。
【００１８】
また、ガスケット部材の位置決め部材は、セパレータを取り外し可能に固定できるので、かかる位置決め部材によってガスケット部材とセパレータとを一体化した後であっても、必要に応じて、ガスケット部材とセパレータとを分離することができる。よって、発電によって経時的に劣化する膜電極接合体を、ガスケット部材ごと容易に取り替えることができるという効果がある。
【００１９】
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。位置決め部材は、セパレータとの積層時に該セパレータの縁端に対応する位置に設けられ、該セパレータの縁端に掛止可能な弾性体からなる膜状部材であるので、かかる膜状部材をセパレータの縁端に掛止することによって容易にガスケット部材とセパレータとを位置決めした状態で一体化することができるという効果がある。
【００２０】
請求項３記載のガスケット部材によれば、請求項１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。位置決め部材は、セパレータの所定位置に嵌合される凸状部材であるので、かかる凸状部材の嵌合によって容易にガスケット部材とセパレータとを位置決めした状態で一体化することができるという効果がある。
【００２１】
請求項４記載のガスケット部材によれば、請求項１から３のいずれかに記載のガスケット部の奏する効果に加えて、次の効果を奏する。位置決め部材が面方向の中心を挟んで位置する２箇所に少なくとも設けられているので、かかる位置決め部材によって固定されたセパレータは、位置ずれを起こし難く、ガスケット部材に位置決めされた状態を維持させることができる。よって、多数の部材を低い積層難度で精度良く積層できるという効果がある。
【００２２】
請求項５記載のガスケット部材によれば、請求項１から４のいずれかに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。位置決め部材の配置面と反対側の表面における該位置決め部材に対応する位置に凹部が形成されている。よって、ガスケット部材とセパレータとを交互に多数積層して燃料電池スタックを作製する場合に、ガスケット部材の位置決め部材によって該ガスケット部材をセパレータに固定させておいたとしても、位置決め部材の厚みが凹部によって吸収されるので、該位置決め部材の厚みによってガスシール性が阻害され、ガスシール性が悪化したことによるガスの漏洩を防止できるという効果がある。
【００２３】
請求項６記載の燃料電池単位セルは、請求項１から５のいずれかに記載されるガスケット部材を用いるので、請求項１から４のいずれか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。
【００２４】
請求項７記載の燃料電池スタックによれば、請求項６記載の燃料電池単位セルを複数積層させて構成されるので、請求項５記載される燃料電池単位セル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】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、図２及び図３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、後述する位置決めリップ４７などの一部構成を省略して示している。
【００３３】
また、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及び位置決めリップ４７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。
【００３４】
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、膜電極接合体２０とメタルセパレータ６０との間のガスシール性を確保するための部材である。
【００３５】
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。なお、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る。空気極ガスケット４１及び燃料極ガスケット４２の材料となる絶縁性弾性体は、後述するシールリップ部４５ａ及びシールリップ部５１ａの圧縮率を、例えば、３０〜５０％に設定できるよう、軟らかめ（例えば、硬度４０〜５０度程度）のものが使用されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
かかる開口部４３，４４から空気極２２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。
【００３９】
このシール構造体４５は、図３（ｂ）に示すように、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とから構成される。
【００４０】
シールリップ４５ａの先端部は、メタルセパレータ６０と密接して発揮されるガスシール機能に長期耐久性を付与できるよう、鋭利な先細の形状に構成される。一方で、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よう、その先端部が、圧縮荷重に対して変形され難い平坦である形状（断面台形状又は断面四角形状など）に構成される。なお、シールリップ部４５ａと肩部４５ｂ又は肩部４５ｃとの間には、それぞれ、溝部４５ｄ，４５ｅが形成されており、これらの溝部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弾性体の逃げ部として機能する。
【００４１】
また、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４（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。
【００４２】
ここで、図２（ｃ）や図３（ａ）などに示すように、本実施形態のガスケット部材４０における空気極ガスケット４１には、開口部４３におけるガスケット部材４０の外周側となる部分に位置決めリップ４７が設けられている。この位置決めリップ４７は、ガスケット部材４０を構成する弾性体と同材質の弾性体から構成される膜状体である。
【００４３】
詳細は後述するが、この位置決めリップ４７は、隣接するメタルセパレータ６０における開口部６１ａ，６１ｂ（図４（ａ））の縁端に掛止することができ、かかる位置決めリップ４７を開口部６３に掛止することによって、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取り外し可能に固定することができる。
【００４４】
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。
【００４５】
シール構造体５１は、上述したシール構造体４５と同様に、メタルセパレータ６０と密接してガスシール機能を発揮するシールリップ部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５１ａの内周側及び外周側）に位置する肩部５１ｂ，５１ｃとから構成される。シールリップ部５１ａ及び肩部５１ｂ，５１ｃは、上述したシールリップ部４５ａ及び肩部４５ｂ，４５ｃと同様に構成されるものである。また、シールリップ部５１ａと肩部５１ｂ又は肩部５１ｃとの間には、上述した溝部４５ｄ，４５ｅと同様の、メタルセパレータ６０との密接により圧縮変形されたシールリップ部５１ａの逃げ部として機能する溝部５１ｄ，５１ｅも形成されている。
【００４６】
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。なお、この凹部５２は、開口部４３，４４より平面方向内側に位置する凹部５２ａと、開口部４３，４４より平面方向外側に位置する凹部５２ｂとからなる。
【００４７】
凹部５２ａ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４（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。
【００４８】
一方で、凹部５２ｂは、上述した位置決めリップ４７の投影領域に位置している。詳細は図５を参照して後述するが、ガスケット部材４０には、位置決めリップ４７の配置面とは反対側の面における該位置決め部材に対応する位置に凹部５２ｂが形成されているので、位置決めリップ４７による掛止によってガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とを積層工程に先立って固定した場合に、掛止したことによってメタルセパレータ６０側に露出する位置決めリップ４７の厚みを、そのメタルセパレータ６０を介して隣接する別のガスケット部材４０の凹部５２ｂによって吸収することができる。
【００４９】
次に、図４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４（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４（ｂ）は、図４（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４（ｃ）は、図４（ａ）のＩＶｃ−ＩＶｃ線における断面図である。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
次に、図５を参照して、上述したガスケット部材４０と上述したメタルセパレータ６０との積層について説明する。図５（ａ）から図５（ｃ）は、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０との積層を段階的に示す模式図である。なお、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とが積層された場合、即ち、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態では、ガスケット部材のシールリップ部４５ａ，５１ａは、圧縮荷重によって変形するが、図面の理解を容易にする目的で、図５（ｂ）及び図５（ｃ）では、圧縮荷重によるシールリップ部４５ａ，５１ａの変形を無視している。
【００５８】
まず、ガスケット部材４０の空気極ガスケット４１側と、メタルセパレータ６０の空気極側コレクタ６３側とを対向させ（図５（ａ））、ガスケット部材４０の位置決めリップ４７をメタルセパレータ６０の開口部６１ａ，６１ｂにそれぞれ掛止させると、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とが位置決めされた状態で固定された組み合わせ体８０が得られる（図５（ｂ））。
【００５９】
ここで、図５（ｂ）に示すように、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とが位置決めリップ４７により位置決めされた状態で固定（掛止）された場合には、位置決めリップ４７がメタルセパレータ６０側から露出する。よって、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とが位置決めされた状態で固定されているか否かは、位置決めリップ４７がメタルセパレータ６０側から露出しているか否かを目視することによって容易に確認することができる。
【００６０】
上述のように得られた組み合わせ体８０を積層することによって、ガスケット部材４０とガスケット部材４０とを交互に積層した積層体を得ることができ（図５（ｃ））、所定数の組み合わせ体８０を積層することによって、所望の積層数の燃料電池スタック１００を得ることができる。
【００６１】
本実施形態では、ガスケット部材４０に設けられた位置決めリップ４７が、２つの部材（ガスケット部材４０及びメタルセパレータ６０）を位置決めされた状態で固定（保持）することができるので、燃料電池スタック１００を得るための積層工程に先立ってガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とを組み合わせておくことにより、その後の積層工程において積層される部品点数を見かけ上半分に減らすことができる。
【００６２】
ここで、図５（ｃ）に示すように、組み合わせ体８０を得るために掛止されたことによりメタルセパレータ６０側に露出する位置決めリップ４７の厚みは、隣接する組み合わせ体８０のガスケット部材４０（即ち、メタルセパレータ６０を介して隣接する別のガスケット部材４０）凹部５２ｂによって吸収される。よって、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とを掛止する位置決めリップ４７の厚みによるガスシール性の阻害が抑制されるので、ガス（特に、燃料ガス）の漏洩を防止できる。
【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に設けられた位置決めリップ４７により、１のガスケット部材４０と１のメタルセパレータ６０とを位置決めした状態で一体化された部材（組み合わせ体８０）を容易に得ることができ、そのような位置決めした状態で一体化された部材として保持することができる。
【００６４】
かかる組み合わせ体８０を積層工程に先立って作製しておくことにより、積層工程において積層される部品点数が減少するので、その分、積層の難易度を下げることができるだけでなく、チェック箇所が減って作業負担も軽減することができる。そして、チェック箇所が減るにも関わらず、積層の精度が高く、高品質の燃料電池スタック１００を得ることができる。
【００６５】
また、位置決めリップ４７は、ガスケット部材４０（又は、セパレータ６０）の面方向の中心を挟む２箇所に配設されているので、かかる２つの位置決めリップ４７により位置決めされた状態で固定（掛止）されたガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とは位置ずれを起こし難く、位置決めされた状態を安定に維持することができる。よって、積層の精度が高くでき、高品質の燃料電池スタック１００を得ることができる。
【００６６】
組み合わせ体８０は、位置決めリップ４７によって１のガスケット部材４０と１のメタルセパレータ６０とが取り外し可能に固定されたものである。即ち、組み合わせ体８０は、ガスケット部材４０における弾性体である位置決めリップ４７をメタルセパレータ６０の開口部６１ａ，６１ｂに掛止しただけのものであるので、かかる組み合わせ体８０は、掛止された位置決めリップ４７を取り外すことによって、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０とに再度分解することができる。よって、燃料電池スタック１００を発電させることによって経時的に劣化する膜電極接合体２０を、ガスケット部材４０ごと容易に取り替えることが可能である。
【００６７】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明における第２実施形態のガスケット部材４０及びメタルセパレータ６０をそれぞれ示す模式的な斜視図である。なお、この第２実施形態を説明する上で、上記の第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６８】
図６に示すように、第２実施形態のガスケット部材４０は、第１実施形態における位置決めリップ４７に換えて、対角となる角部にそれぞれ位置決め突起１４７が形成されている。なお、これらの位置決め突起１４７は、シール構造体４５における肩部４５ｂに、該肩部４５ｂの機能を阻害しない位置に設けられる。
【００６９】
かかる位置決め突起１４７は、位置決めリップ４７と同様に弾性体、好ましくは、ガスケット部材４０と同材質の弾性体から構成され、頂部１４７ａが、基部１４７ｂより大きく、かつ、位置決め孔１６１より大きく構成されている。
【００７０】
一方、第２実施形態のメタルセパレータ６０には、セパレータ本体６１における対角となる角部にそれぞれ位置決め孔１６１が穿孔されている。この位置決め孔１６１は、メタルセパレータ６０とガスケット部材４０とを位置決めした状態で積層した場合に、位置決め突起１４７に対応する位置に設けられている。
【００７１】
よって、位置決め突起１４７を位置決め孔１６１に嵌合することによって、第２実施形態のガスケット部材４０と第２実施形態のメタルセパレータ６０とが位置決めした状態で取り外し可能に固定することができ、第１実施形態における組み合わせ体８０と同様の組み合わせ体を得ることができる。
【００７２】
ここで、位置決め突起１４７の頂部１４７ａは、位置決め孔１６１より大きく構成されているので、位置決め孔１６１嵌合された位置決め突起１４７が脱落し難く、位置決めした状態を確実に保持することができる。
【００７３】
なお、ガスケット部材４０における位置決め突起１４７の配設面とは反対側の表面における該位置決め突起１４７に対応する位置には、図示されない凹部が形成されており、組み合わせ体の積層時において、位置決め孔１６１に嵌合されたことによってメタルセパレータ６０側に露出する位置決め突起１４７の頂部１４７ａの厚みを、かかる図示されない凹部によって吸収することができる。
【００７４】
以上説明したように、この第２実施形態によれば、ガスケット部材４０に設けられた位置決め突起１４７により、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一体化された部材（組み合わせ体）を容易に得ることができ、そのような位置決めした状態で一体化された部材として保持することができ、積層工程における見かけ上の部品点数を減少させることができる。
【００７５】
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。
【００７６】
例えば、上記第１実施形態では、メタルセパレータ６０において水素流路として機能する開口部６１ａ，６１ｂに、位置決めリップ４７を掛止する構成としたが、位置決めリップ４７を掛止する位置は開口部６１ａ，６１ｂに限定されず、例えば、メタルセパレータ６０の外縁であってもよい。あるいは、メタルセパレータ６０を加工して位置決めリップ４７を掛止可能な開口や縁端を形成してもよい。
【００７７】
なお、その際には、ガスケット部材４０における位置決めリップ４７の位置は、相手となるメタルセパレータ６０の掛止位置に応じて変更される。また、位置決めリップ４７は、開口部４３，４４の縁端のように縁端部から延びるものではなく、空気極ガスケット４１や燃料極ガスケット４２の表面から立設されるものであってもよい。
【００７８】
また、上記第２実施形態では、位置決め突起１４７の配設位置をガスケット部材４０における対角となる角部としたが、これに限定されるものではなく、ガスケット部材４０としてのガスシール機能を阻害せず、積層時にメタルセパレータ６０に干渉しない位置であれば適宜採用できる。なお、第１実施形態における位置決めリップ４７についても同様である。
【００７９】
また、上記各実施形態では、位置決めリップ４７や位置決め突起１４７を２箇所に設ける構成としたが、位置決めリップ４７や位置決め突起１４７の配設位置を２箇所より多い箇所としてもよい。また、位置決めリップ４７や位置決め突起１４７の配設位置は１箇所であってもよい。
【００８０】
また、上記各実施形態では、位置決めリップ４７や位置決め突起１４７といった位置決め部材を空気極ガスケット４１の材質と同材質のものとしたが、空気極ガスケット４１や燃料極ガスケットとは異なる弾性体からなる位置決め部材を使用してもよい。なお、上記各実施形態のように、位置決めリップ４７や位置決め突起１４７等の位置決め部材と空気極ガスケット４１の材質とを同材質とした場合、射出成形によって位置決め部材を有するガスケット部材を得ることができるので好ましい。
【００８１】
また、上記各実施形態では、位置決めリップ４７や位置決め突起１４７を空気極ガスケット４１側に設ける構成としたが、燃料極ガスケット４２に配設する構成であってもよい。あるいは、位置決めリップ４７などの位置決め部材を空気極ガスケット４１側と燃料極ガスケット４２側の両方に設け（即ち、ガスケット部材４０の両面に位置決め部材を設け）、１のガスケット部材の両面にメタルセパレータを取り外し可能に固定する構成としてもよい。
【００８２】
また、上記各実施形態では、ガスケット部材４０とメタルセパレータ６０（のセパレータ本体６１）とを略同一の外形としたが、ガスケット部材とメタルセパレータとが異なる形状である場合であっても、位置決め部材によって取り外し可能に固定することによって本発明と同様の効果が得られることは容易に推察可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【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、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４（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４（ａ）のＩＶｃ−ＩＶｃ線における断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、ガスケット部材とメタルセパレータとの積層を段階的に示す模式図である。
【図６】第２実施形態のガスケット部材及びメタルセパレータをそれぞれ示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
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    リップシール（リップシール部）
４７      位置決めリップ（位置決め部材）
５１ａ    リップシール（リップシール部）
５２ｂ    凹部
６０      メタルセパレータ（セパレータ）
１００    燃料電池スタック
１４７    位置決め突起（位置決め部材）
【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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