JP2001319676A - 燃料電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セパレータの連通孔周囲のシール性を向上で
きる燃料電池及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１８とその両側のア
ノード側拡散電極（２２，２６）とカソード側拡散電極
（２０，２４）とで構成された燃料電池セルを、第１セ
パレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持して構成さ
れた燃料電池において、上記一対のセパレータ１４，１
６の平面内に設けられ燃料ガス、酸化ガス、冷却液のい
すれかを燃料電池セルに給排するための、例えば、連通
孔３６ａ，３８ａ等と、これらの周囲を取り囲むように
設けられた溝部３０と、この溝部３０内に塗布された液
状シールＳ１とを備え、前記溝部３０に塗布された液状
シールＳ１を互いに密着させて連通孔３６ａ，３８ａ等
の周囲をシールすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散
電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータ
で挟持した燃料電池及びその製造方法に係るものであ
り、特に、燃料ガス、酸化ガス、冷却液用の連通孔の周
囲を確実にシールすることができる燃料電池及びその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池の中には、固体高分子電解質膜
とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散電極
とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟
持して構成されたものがある。アノード側拡散電極の反
応面に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給すると、こ
こで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介して
カソード側拡散電極側に移動する。この間に生じた電子
が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして
利用される。カソード電極においては酸化ガス（例え
ば、酸素を含む空気）が供給されているため、水素イオ
ン、電子、及び酸素が反応して水が生成される。

【０００３】ここで、燃料電池においては、前記アノー
ド側拡散電極及びカソード側拡散電極に、それぞれ燃料
ガス及び酸化ガス、また冷却用に冷却液を供給するため
に、内部マニホールドを構成することが行なわれてい
る。この内部マニホールドとしては、セパレータに一体
的に連通して設けられた複数の連通孔を備えたものがあ
る。

【０００４】この一例を図１０によって説明すると、同
図において１は固体高分子電解質膜膜を示し、この固体
高分子電解質膜１を両側からガス拡散電極（アノード側
拡散電極とカソード側拡散電極）２，３で挟持して燃料
電池セル４が構成されている。そして、この燃料電池セ
ル４はその両面からセパレータ５，５により挟持されて
いる。ここで、上記燃料電池セル４を挟持するセパレー
タ５の周囲には、内部マニホールドを構成する連通孔６
が形成され、この連通孔６から供給された酸化ガス、燃
料ガスが上記各燃料電池セル４の反応面に供給されるも
のである。そして、上記連通孔６の周囲をシールするた
めに、前記セパレータ５間には各セパレータ５の連通孔
６の周囲に密接するガスケット７が介装されている（特
開平６−９６７８３号公報、米国特許第４５１０２１３
参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の燃料電池に
あっては、前記ガスケット７により各セパレータ５の連
通孔６の周囲が外部と遮断されるため、燃料ガス及び酸
化ガスが外部に漏れることはない点で優れているが、セ
パレータ５及びガス拡散電極２，３の厚さ方向において
各々寸法のバラツキは避けられないため、ここに一定寸
法のガスケット７を用いて両者を締結した場合に、シー
ル反力が各部位で異なってしまう。そのため、セパレー
タ５の連通孔６の周囲にシール切れが生じたりして均一
なシール性を確保することができないという問題があ
る。均一なシール性を確保するためにはセパレータ５と
ガス拡散電極２，３の寸法精度を厳密に管理しなければ
ならずコストアップにつながるという問題がある。ま
た、ガスケット７の面圧が連通孔６の周囲でバラツキを
起こし連通孔６の周辺に偏った曲げ応力が作用してしま
うという問題がある。

【０００６】とりわけ、車両用燃料電池として使用され
る場合に、ガスケット７の面圧のバラツキに対してもセ
パレータ５に作用する曲げ応力を所定の大きさ以下とな
るようにセパレータ５の厚さ寸法を確保すると、燃料電
池を積層して形成された燃料電池スタックが大型化して
しまい車室空間を狭めてしまうという問題がある。そこ
で、この発明は、セパレータの連通孔周囲のシール性を
向上できる燃料電池を提供するものであり、また、セパ
レータの連通孔周囲のシール性の確保が容易な燃料電池
の製造方法を提供するものである。

【０００７】

【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、固体高分子電解質膜
（例えば、実施形態における固体高分子電解質膜１８）
とその両側のアノード側拡散電極（例えば、実施形態に
おけるアノード電極２２及び第２拡散層２６）とカソー
ド側拡散電極（例えば、実施形態におけるカソード電極
２０及び第１拡散層２４）とで構成された電極膜構造体
（例えば、実施形態における燃料電池セル１２）を、一
対のセパレータ（例えば、実施形態における第１セパレ
ータ１４及び第２セパレータ１６）で挟持して構成され
た燃料電池において、上記一対のセパレータの平面内に
設けられ燃料ガス、酸化ガス、冷却液のいすれかを電極
膜構造体に供給又は電極膜構造体から排出するための連
通孔（例えば、実施形態における入口側燃料ガス連通孔
３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒
体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側
燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔３８
ｂ）と、この連通孔の周囲を取り囲むように設けられた
溝部（例えば、実施形態における溝部３０）と、この溝
部内に塗布された液状シール（例えば、実施形態におけ
る液状シールＳ１）とを備え、前記溝部に塗布された液
状シールを互いに密着させて連通孔の周囲をシールする
ことを特徴とする。

【０００８】このように構成することで、前記セパレー
タの連通孔の周囲に塗布された液状シール同志を密着さ
せると、これら液状シールはセパレータ間で形状変化し
てシール寸法のバラツキに追従し、溝部内において一定
の面圧を確保した状態でセパレータ間に隙間なく介在し
て連通孔周囲の気密性を確保することができる。

【０００９】請求項２に記載した発明は、固体高分子電
解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡
散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレー
タで挟持して構成された燃料電池において、上記一対の
セパレータの平面内に設けられ燃料ガス、酸化ガス、冷
却液のいすれかを電極膜構造体に供給又は電極膜構造体
から排出するための連通孔と、この連通孔の周囲を取り
囲むように一対のセパレータのうちの一方のセパレータ
側に設けられた溝部と、この溝部内に塗布された液状シ
ールとを備え、前記一方のセパレータの溝部に塗布され
た液状シールを他方のセパレータの面に密着させて連通
孔の周囲をシールすることを特徴とする。

【００１０】このように構成することで、前記一方のセ
パレータの連通孔の周囲に塗布された液状シールを、他
方のセパレータであって、その連通孔の周囲に密着させ
ると、液状シールはセパレータ間で形状変化してシール
寸法のバラツキに追従し、溝部内において一定の面圧を
確保した状態でセパレータ間に隙間なく介在して連通孔
周囲の気密性を確保することができる。

【００１１】請求項３に記載した発明は、固体高分子電
解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡
散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレー
タで挟持して構成された燃料電池の製造方法において、
上記一対のセパレータの平面内に燃料ガス、酸化ガス、
冷却液のいすれかを電極膜構造体に供給又は電極膜構造
体から排出するための連通孔を形成し、この連通孔の周
囲に溝部を形成し、該溝部に液状シールを塗布し、この
液状シールを互いに密着させた状態で各セパレータで電
極膜構造体を挟持し，その後加熱して液状シールを硬化
したことを特徴とする。

【００１２】このように構成することで、セパレータの
連通孔周囲の溝部内に塗布された液状シールは、溝部内
で一定の幅を維持した状態で、互いに密着してなじみシ
ール寸法に応じて変形することができ、その後に加熱さ
れて硬化する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
と共に説明する。図１はこの発明の実施形態の燃料電池
を示す分解斜視図である。この燃料電池１０は燃料電池
セル（電極膜構造体）１２とこれを挟持する第１セパレ
ータ１４及び第２セパレータ１６を備え、これらが複数
組積層されて車両用の燃料電池スタックが構成されるも
のである。燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１
８と、この固体高分子電解質膜１８を挟んで配設される
カソード電極２０及びアノード電極２２とを有するとと
もに、前記カソード電極２０及び前記アノード電極２２
には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンクロス又
は多孔質カーボンペーパーからなる第１ガス拡散層２４
及び第２ガス拡散層２６が配設されている。ここで、固
体高分子電解質膜１８としては、ペルフルオロスルホン
酸ポリマーを用いている。また、カソード電極２０、ア
ノード電極２２はＰｔを主体としたものである。尚、上
記カソード電極２０と第１ガス拡散層２４とでカソード
側拡散電極が構成され、上記アノード電極２２と第２ガ
ス拡散層２４とでアノード側拡散電極が構成される。

【００１４】固体高分子電解質膜１８には、これを挟ん
で配設されるカソード電極２０及びアノード電極２２の
外周からはみ出すはみ出し部１８ａが設けられ、このは
み出し部１８ａに対応する位置に両側から第１及び第２
セパレータ１４，１６に塗布された後述する液状シール
Ｓが直接密着するようになっている。

【００１５】図３に示すように、第１セパレータ１４
は、その平面内であって外周縁部に位置する横方向両端
上部側に、水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるため
の入口側燃料ガス連通孔（連通孔）３６ａと、酸素含有
ガス又は空気である酸化剤ガスを通過させるための入口
側酸化剤ガス連通孔３８ａ（連通孔）とを備えている。
第１セパレータ１４の横方向両端中央側には、純水やエ
チレングリコールやオイル等の冷却媒体（冷却液）を通
過させるための入口側冷却媒体連通孔４０ａ（連通孔）
と、使用後の前記冷却媒体を通過させるための出口側冷
却媒体連通孔４０ｂ（連通孔）とが設けられている。ま
た、第１セパレータ１４の平面内であって外周縁部に位
置する横方向両端下部側に、燃料ガスを通過させるため
の出口側燃料ガス連通孔３６ｂ（連通孔）と、酸化剤ガ
スを通過させるための出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ
（連通孔）とが、入口側燃料ガス連通孔３６ａ及び入口
側酸化剤ガス連通孔３８ａと対角位置になるように設け
られている。

【００１６】図１に示すように、第１セパレータ１４の
カソード電極２０に対向する面１４ａには、入口側酸化
剤ガス連通孔３８ａに近接して複数本、例えば、６本の
それぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝４２が、水平方
向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられている。
第１酸化剤ガス流路溝４２は、３本の第２酸化剤ガス流
路溝４４に合流し、この第２酸化剤ガス流路溝４４が出
口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに近接して終端している。

【００１７】図３に示すように、第１セパレータ１４に
は、この第１セパレータ１４を貫通するとともに、一端
が面１４ａとは反対側の面１４ｂで入口側酸化剤ガス連
通孔３８ａに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で第
１酸化剤ガス流路溝４２に連通する第１酸化剤ガス連結
流路４６と、一端が前記面１４ｂ側で出口側酸化剤ガス
連通孔３８ｂに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で
第２酸化剤ガス流路溝４４に連通する第２酸化剤ガス連
結流路４８とが、前記第１セパレータ１４を貫通して設
けられている。

【００１８】図４、図５に示すように、第２セパレータ
１６の平面内であって外周縁部に位置する横方向両端側
には、第１セパレータ１４と同様に、入口側燃料ガス連
通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷
却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出
口側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔
３８ｂが形成されている。

【００１９】前記第２セパレータ１６の面１６ａには、
入口側燃料ガス連通孔３６ａに近接して複数本、例え
ば、６本の第１燃料ガス流路溝６０が形成される。この
第１燃料ガス流路溝６０は、水平方向に蛇行しながら重
力方向に向かって延在し、３本の第２燃料ガス流路溝６
２に合流してこの第２燃料ガス流路溝６２が出口側燃料
ガス連通孔３６ｂの近傍で終端している。第２セパレー
タ１６には、入口側燃料ガス連通孔３６ａを面１６ｂ側
から第１燃料ガス流路溝６０に連通する第１燃料ガス連
結流路６４と、出口側燃料ガス連通孔３６ｂを前記面１
６ｂ側から第２燃料ガス流路溝６２に連通する第２燃料
ガス連結流路６６とが、前記第２セパレータ１６を貫通
して設けられている。

【００２０】図２、図５に示すように、第２セパレータ
１６の面１６ｂには、後述する液状シールＳで囲まれる
範囲内に、入口側冷却媒体連通孔４０ａ及び出口側冷却
媒体連通孔４０ｂに近接して冷却媒体流路を構成する複
数本の主流路溝７２ａ、７２ｂが形成されている。主流
路溝７２ａ、７２ｂ間には、それぞれ複数本に分岐する
分岐流路溝７４が水平方向に延在して設けられている。
第２セパレータ１６には、入口側冷却媒体連通孔４０ａ
と主流路溝７２ａとを連通する第１冷却媒体連結流路７
６と、出口側冷却媒体連通孔４０ｂと主流路溝７２ｂと
を連通する第２冷却媒体連結流路７８とが、前記第２セ
パレータ１６を貫通して設けられている。

【００２１】ここで、図６に示すように、前記固体高分
子電解質膜１８のはみ出し部１８ａに対応する位置には
この固体高分子電解質膜１を挟持する第２セパレータ１
６のアノード電極２２に対向する面１６ａに溝部２８が
設けられ、この溝部２８に液状シールＳが塗布されてい
る。また、図４に示すようにこの第２セパレータ１６の
面１６ａの入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤
ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口
側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂ
及び出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの周囲にも溝部３０
が形成され、この溝部３０にも液状シールＳ１が塗布さ
れている。ここで、前記入口側冷却媒体連通孔４０ａと
出口側冷却媒体連通孔４０ｂとの周囲の溝部３０は、各
々第１冷却媒体連結流路７６、第２冷却媒体連結流路７
８を囲むように形成されている。

【００２２】また、前記第２セパレータ１６と共に燃料
電池セル１２を挟持する第１セパレータ１４のカソード
電極２０に対向する面１４ａにも、図１に示すように前
記第２セパレータ１６の面１６ａの溝部２８及び溝部３
０に対応する位置に、溝部２８及び溝部３０が形成さ
れ、溝部２８には液状シールＳが塗布され、溝部３０に
は液状シールＳ１が塗布されている。したがって、図
２、図６、図７に示すように、これら燃料電池セル１２
を挟持する第１セパレータ１４と第２セパレータ１６と
の溝部２８に塗布された液状シールＳと溝部３０に塗布
された液状シールＳ１とが、溝部２８の液状シールＳに
あっては互いに固体高分子電解質膜１８のはみ出し部１
８ａを両側から向かい合う位置で挟持して直接密着し、
燃料電池セル１２の周囲をシールし、溝部３０の液状シ
ールＳ１にあっては互いに密着して各連通孔３６ａ，３
６ｂ，３８ａ，３８ｂ，４０ａ、４０ｂの周囲をシール
するようになっている。尚、図６において液状シール
Ｓ，Ｓ１は図示都合上潰れた状態を示している。

【００２３】図５に示すように、前記第２セパレータ１
６の面１６ｂには、複数の燃料電池１０を積層した際に
前記第１セパレータ１４の面１４ｂに対向する位置であ
って、分岐流路溝７４の周囲を取り囲む溝部３４が設け
られ、この溝部３４に液状シールＳが塗布されている。
また、この第２セパレータ１６の面１６ｂの入口側燃料
ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入
口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０
ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス
連通孔３８ｂの周囲にも溝部３５が形成され、この溝部
３５に液状シールＳ１が塗布されている。

【００２４】ここで、前記入口側燃料ガス連通孔３６ａ
と出口側燃料ガス連通孔３６ｂとの周囲の溝部３５は、
各々第１燃料ガス連結流路６４、第２燃料ガス連結流路
６６を囲むように形成されている。また、入口側酸化剤
ガス連通孔３８ａと出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂとの
周囲の溝部３５は前記第１セパレータ１４の面１４ｂの
入口側酸化剤ガス連通孔３８ａと出口側酸化剤ガス連通
孔３８ｂとを囲むようにして設けられている。

【００２５】このようにして、燃料電池１０を積層した
場合に、第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレー
タ１６の面１６ｂとを重合すると、入口側燃料ガス連通
孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却
媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口
側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔３
８ｂの周囲と分岐流路溝７４の周囲で第２セパレータ１
６側の液状シールＳ１と液状シールＳが第１セパレータ
１４の面１４ｂの対応する位置に密着することで、第１
セパレータ１４と第２セパレータ１６との水密性を確保
している。

【００２６】ここで前記液状シールＳ，Ｓ１は熱硬化型
フッ素系あるいは熱硬化型シリコンからなり、塗布した
状態で断面形状が変化しない程度の粘度を有し、塗布後
にある程度の弾性を保持して硬化するものであり、非接
着性、接着性のいずれをも使用可能である。尚、メイン
テナンス等で交換の必要がある部分、例えば第１セパレ
ータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂと
の間の液状シールＳ，Ｓ１は非接着性のものを使用する
ことが望ましい。具体的に液状シールＳ，Ｓ１の寸法
は、液状シールＳの塗布径は０．６ｍｍ、シール荷重
０．５（これより小さいとシール性が低下）〜２（これ
より大きいとへたり発生）Ｎ／ｍｍ程度とすることがで
きる。これに対して、例えば、前記溝部２８は幅２ｍ
ｍ、深さ０．２ｍｍ程度に設定されている。そして、上
記溝部２８，３０，３４，３５内において、塗布後にお
いて液状シールＳ，Ｓ１が潰れることで、シール断面積
を拡大してシール部分における寸法誤差を吸収し、均一
に密着することが可能となる。

【００２７】したがって、製造にあたっては、前記第１
セパレータ１４、第２セパレータ１６面内の外周部に形
成された溝部２８内に液状シールＳを塗布し、硬化前の
液状シールＳを固体高分子電解質膜１８のはみ出し部１
８ａに密着させ、また、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、
入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔
４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス
連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの周囲
の溝部３０内に液状シールＳ１を塗布し、各液状シール
Ｓ１を互いに密着させて、各セパレータ１４，１６で燃
料電池セル１２を挟持し、その後加熱して液状シール
Ｓ，Ｓ１を硬化すればよい。その結果、単に液状シール
Ｓ１を塗布するだけの簡単な作業で前記各連通孔３６
ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ，４０ａ、４０ｂの周囲を
シールすることができるため、部品点数、組付け工数が
少なくて済み、容易に製造することができる効果があ
る。

【００２８】このように構成される第１の実施形態に係
る燃料電池１０の動作について、以下に説明する。燃料
電池１０には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した
水素を含むガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとし
て空気または酸素含有ガス（以下、単に空気ともいう）
が供給され、さらにその発電面を冷却するために、冷却
媒体が供給される。燃料電池１０の入口側燃料ガス連通
孔３６ａに供給された燃料ガスは、図２に示すように、
第１燃料ガス連結流路６４を介して面１６ｂ側から面１
６ａ側に移動し、この面１６ａ側に形成されている第１
燃料ガス流路溝６０に供給される。

【００２９】第１燃料ガス流路溝６０に供給された燃料
ガスは、第２セパレータ１６の面１６ａに沿って水平方
向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガ
ス中の水素含有ガスは、第２ガス拡散層２６を通って単
位燃料電池セル１２のアノード側電極２２に供給され
る。そして、未使用の燃料ガスは、第１燃料ガス流路溝
６０に沿って移動しながらアノード側電極２２に供給さ
れる一方、未使用の燃料ガスが第２燃料ガス流路溝６２
を介して第２燃料ガス連結流路６６に導入され、面１６
ｂ側に移動した後に図１に示す出口側燃料ガス連通孔３
６ｂに排出される。

【００３０】また、燃料電池スタック１０内の入口側酸
化剤ガス連通孔３８ａに供給された空気は、第１セパレ
ータ１４の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに連通する第
１酸化剤ガス連結流路４６を介して第１酸化剤ガス流路
溝４２に導入される。第１酸化剤ガス流路溝４２に供給
された空気は、水平方向に蛇行しながら重力方向に移動
する間、この空気中の酸素含有ガスが第１ガス拡散層２
４からカソード側電極２０に供給される。一方、未使用
の空気は、第２酸化剤ガス流路溝４４を介して第２酸化
剤ガス連結流路４８から図１に示す出口側酸化剤ガス連
通孔３８ｂに排出される。これにより、燃料電池１０で
発電が行われ、例えば、図示しないモータに電力が供給
されることになる。

【００３１】さらにまた、燃料電池１０に供給された冷
却媒体は、図１に示す入口側冷却媒体連通孔４０ａに導
入された後、図５に示すように、第２セパレータ１６の
第１冷却媒体連結流路７６を介して面１６ｂ側の主流路
溝７２ａに供給される。冷却媒体は、主流路溝７２ａか
ら分岐する複数本の分岐流路溝７４を通って単位燃料電
池セル１２の発電面を冷却した後、主流路溝７２ｂに合
流する。そして、使用後の冷却媒体は、第２冷却媒体連
結流路７８を通って出口側冷却媒体連通孔４０ｂから排
出される。

【００３２】実験１によれば、図８に示すように液状シ
ールＳ１の塗布径を、均一塗布が可能な最小の塗布径
０．６ｍｍとし溝２８の深さをｄ、カソード電極２０及
び第１拡散層２４の幅寸法ｂ（アノード側の寸法も同
様）とした場合にｂ＋ｄの寸法（図６に示す）のガスシ
ール用のテストピースを各種用意し、これを用いてシー
ル性を確認した。ここで、液状シールＳ１には粘度５０
００Ｐａ・ｓの熱硬化性フッ素系のものを用いた。ステ
ンレス製（ＳＵＳ３１６）の板材ｆとガス加圧口付きの
ステンレス製（ＳＵＳ３１６）の板材ｉから成る治具の
各表面に塗布径０．６ｍｍで熱硬化性フッ素系の液状シ
ールＳ１を直接塗布した。そして、塗布した液状シール
Ｓ１の間にシール間隙（ｂ＋ｄに相当）調整用のスペー
サｇ（フィルム、鉄板など）を同時に挟み込み、各液状
シールＳ１を互いに密着させ、その後、液状シールＳ１
を１５０℃で２時間加熱し硬化させた。硬化後スペーサ
ｇを取り外し、シール荷重１Ｎ／ｍｍを与え、荷重が保
持できるようにボルトｊで固定し、次に、室温雰囲気中
でヘリウムガスボンベＨＢの配管に接続し、ガス圧２０
０ｋＰａで加圧し、流量計Ｆでガス漏れ量を測定した。
尚、上記板材ｆは、外形寸法５００×５００×５ｍｍ、
液状シールＳ１塗布長さ４００×４００ｍｍ角、とし
た。また、塗布圧は５００ｋＰａとした。上記スペーサ
ｇの厚さ（μｍ）を変化させ各々についてのガス漏れ量
（ｃｃ／ｍｉｎ）の結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】また、図９に示す実験２によれば、上記と
同様の粘度、材質の液状シールＳ１をステンレス製（Ｓ
ＵＳ３１６）の板材ｆの表面に今度は塗布径０．９ｍｍ
で直接塗布し、その状態で板材ｆとガス加圧口付きの板
材ｉ間にシール間隙調整用のスペーサｇ（フィルム、鉄
板など）を同時に挟み込み、液状シールＳ１を板材ｉに
密着させて両板材ｆ，ｉを互いに密着させる。その後、
液状シールＳ１を１５０℃で２時間加熱し硬化させる。
硬化後スペーサｇを取り外し、シール荷重１Ｎ／ｍｍを
与え、荷重が保持できるようにボルトｊで固定し、次
に、室温雰囲気中でヘリウムガスボンベＨＢの配管に接
続し、ガス圧２００ｋＰａで加圧し、流量計Ｆでガス漏
れ量を測定した。尚、上述と同様上記板材ｆは、外形寸
法５００×５００×５ｍｍ、液状ールＳ１塗布長さ４０
０×４００ｍｍ角、とした。また、塗布圧は５００ｋＰ
ａとした。上記スペーサｇの厚さ（μｍ）を変化させ各
々についてのガス漏れ量（ｃｃ／ｍｉｎ）の結果を表２
に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】したがって、実験１のように各板材ｆ，ｉ
に液状シールＳ１を塗布して、液状シールＳ１同志を密
着させた場合でも、実験２のように一方の板材ｆに塗布
した液状シールＳ１を他方の板材ｉに密着させた場合で
もガス漏れは生じないことが明らかになった。つまり、
前記第１セパレータ１４の面１４ａと第２セパレータ１
６の面１６ａとの間の各連通孔３６ａ，３６ｂ，３８
ａ，３８ｂ，４０ａ、４０ｂの周辺の液状シールＳ１同
志のシール性についても、前記第１セパレータ１４の面
１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂの各連通孔３６
ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ，４０ａ、４０ｂ周辺の液
状シールＳ１とのシール性についても、何ら問題がない
ことが判明した。

【００３７】上記実施形態によれば、第１セパレータ１
４及び第２セパレータ１６の各々の入口側燃料ガス連通
孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却
媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口
側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔３
８ｂの周囲において、溝部３０に塗布された液状シール
Ｓ１が互いに密着し、第１，第２セパレータ１４，１６
との間で形状変化してシール寸法のバラツキに追従し、
各溝部３０内において一定の面圧を確保した状態で両者
間に隙間なく介在して両者間の気密性を確保することが
できるため、各連通孔３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８
ｂ，４０ａ、４０ｂの周囲に均一なシール反力が得ら
れ、均一なシール性を確保することができるという効果
がある。したがって、液状シールＳ１による寸法誤差に
対する追従性の良さから、第１，第２セパレータ１４，
１６の厚さ方向での寸法管理を厳密に行なう必要がな
く、寸法精度管理が容易となりコストダウンを図ること
ができる。また、第１、第２セパレータ１４，１６の溝
部３０に塗布された液状シールＳ１は、溝部３０内で一
定の幅を維持した状態で、前記貫通孔３６ａ，３６ｂ，
３８ａ，３８ｂ，４０ａ、４０ｂの周囲で互いに密着し
て、シール寸法に応じて変形することができるため、第
１，第２セパレータ１４，１６により燃料電池セル１２
を挟持するだけで、上記貫通孔３６ａ，３６ｂ，３８
ａ，３８ｂ，４０ａ、４０ｂ周囲における気密性を確保
できる。

【００３８】そして、第１、第２セパレータ１４，１６
間のシール寸法のバラツキを各液状シールＳ１が吸収す
ることにより、各セパレータ１４，１６に偏った力が作
用するのを防止できるため、各セパレータ１４，１６の
薄肉化を図ることができ、全体として軽量かつ小型化す
ることができる。よって配置スペースに制限があり、で
きる限り各セパレータ１４，１６を薄型化する必要があ
る車両用として用いられた場合に好適である。また、液
状シールＳ１同志を密着させるだけの簡単な構造を採用
しているため、例えば、複数の部品からなるガスケット
を設ける場合に比較して部品点数、組付け工数を削減で
きる。

【００３９】また、この実施形態においては、前記液状
シールＳ１と同様に前記固体高分子電解質膜１８の周囲
に設けたはみ出し部１８ａに直接的に密着する液状シー
ルＳにおいても固体高分子電解質膜１８と第１，第２セ
パレータ１４，１６との間で形状変化してシール寸法の
バラツキに追従し、各溝部２８，３０，３４，３５内に
おいて一定の面圧を確保した状態で両者間に隙間なく介
在して両者間の気密性を確保することができるため、第
１，第２セパレータ１４，１６と燃料電池セル１２との
間で全周に渡って均一なシール反力が得られ、均一なシ
ール性を確保することができるという効果がある。

【００４０】したがって、液状シールＳによる寸法誤差
に対する追従性の良さから、第１，第２セパレータ１
４，１６や燃料電池セル１２のとりわけ厚さ方向での寸
法管理を厳密に行なう必要がなく、寸法精度管理が容易
となりコストダウンを図ることができる。また、第１、
第２セパレータ１４，１６の溝部２８に塗布された液状
シールＳは、溝部２８内で一定の幅を維持した状態で、
前記固体高分子電解質膜１８のはみ出し部１８ａに密着
して、シール寸法に応じて変形することができるため、
第１，第２セパレータ１４，１６により燃料電池セル１
２を挟持するだけで、シール部分における気密性を確保
できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明によれば、前記セパレータの連通孔の周囲に
塗布された液状シール同志を密着させると、これら液状
シールはセパレータ間で形状変化してシール寸法のバラ
ツキに追従し、溝部内において一定の面圧を確保した状
態でセパレータ間に隙間なく介在して連通孔周囲の気密
性を確保することができるため、前記連通孔の周囲にお
いて均一なシール反力が得られ、均一なシール性を確保
することができる効果がある。したがって、液状シール
による寸法誤差に対する追従性の良さから、セパレータ
のとりわけ厚さ方向の寸法管理を厳密に行なう必要がな
く、寸法精度管理が容易となりコストダウンを図ること
ができるという効果がある。

【００４２】請求項２に記載した発明によれば、前記一
方のセパレータの連通孔の周囲に塗布された液状シール
を、他方のセパレータであって、その連通孔の周囲に密
着させると、液状シールはセパレータ間で形状変化して
シール寸法のバラツキに追従し、溝部内において一定の
面圧を確保した状態でセパレータ間に隙間なく介在して
連通孔周囲の気密性を確保することができるため、上記
請求項１の効果に加えて、溝部が片側のみでよいため、
製造コストを低減できる効果がある。

【００４３】請求項３に記載した発明によれば、セパレ
ータの連通孔周囲の溝部内に塗布された液状シールは、
溝部内で一定の幅を維持した状態で、互いに密着してな
じみシール寸法に応じて変形することができ、その後に
加熱されて硬化するため、セパレータにより電極膜構造
体を挟持するだけでシール性を確保して簡単に組立てを
行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態の分解斜視図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】 この発明の実施形態の第１セパレータの図１
のＢ矢視図である。

【図４】 この発明の実施形態の第２セパレータの図１
のＣ矢視図である。

【図５】 この発明の実施形態の第２セパレータの図１
のＤ矢視図である。

【図６】 この発明の実施形態の図２の要部分解拡大図
である。

【図７】 この発明の実施形態の図２の要部拡大図であ
る。

【図８】 第１の実験状況を示す説明図である。

【図９】 第２の実験状況を示す説明図である。

【図１０】 従来技術の断面図である。

【符号の説明】

１２ 燃料電池セル（電極膜構造体） １４ 第１セパレータ １６ 第２セパレータ １８ 固体高分子電解質膜 ２０ カソード電極 ２２ アノード電極 ２４ 第１ガス拡散層 ２６ 第２ガス拡散層 ３０ 溝部 ３６ａ 入口側燃料ガス連通孔（連通孔） ３８ａ 入口側酸化剤ガス連通孔（連通孔） ４０ａ 入口側冷却媒体連通孔（連通孔） ４０ｂ 出口側冷却媒体連通孔（連通孔） ３６ｂ 出口側燃料ガス連通孔（連通孔） ３８ｂ 出口側酸化剤ガス連通孔（連通孔） Ｓ１ 液状シール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末永 寿彦 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 波多野 治巳 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB01 BB04 CC03 CX03 CX04 EE05 EE19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体高分子電解質膜とその両側のアノー
   ド側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極
   膜構造体を、一対のセパレータで挟持して構成された燃
   料電池において、上記一対のセパレータの平面内に設け
   られ燃料ガス、酸化ガス、冷却液のいすれかを電極膜構
   造体に供給又は電極膜構造体から排出するための連通孔
   と、この連通孔の周囲を取り囲むように設けられた溝部
   と、この溝部内に塗布された液状シールとを備え、前記
   溝部に塗布された液状シールを互いに密着させて連通孔
   の周囲をシールすることを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 固体高分子電解質膜とその両側のアノー
   ド側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極
   膜構造体を、一対のセパレータで挟持して構成された燃
   料電池において、上記一対のセパレータの平面内に設け
   られ燃料ガス、酸化ガス、冷却液のいすれかを電極膜構
   造体に供給又は電極膜構造体から排出するための連通孔
   と、この連通孔の周囲を取り囲むように一対のセパレー
   タのうちの一方のセパレータ側に設けられた溝部と、こ
   の溝部内に塗布された液状シールとを備え、前記一方の
   セパレータの溝部に塗布された液状シールを他方のセパ
   レータの面に密着させて連通孔の周囲をシールすること
   を特徴とする燃料電池。
3. 【請求項３】 固体高分子電解質膜とその両側のアノー
   ド側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極
   膜構造体を、一対のセパレータで挟持して構成された燃
   料電池の製造方法において、上記一対のセパレータの平
   面内に燃料ガス、酸化ガス、冷却液のいすれかを電極膜
   構造体に供給又は電極膜構造体から排出するための連通
   孔を形成し、この連通孔の周囲に溝部を形成し、該溝部
   に液状シールを塗布し、この液状シールを互いに密着さ
   せた状態で各セパレータで電極膜構造体を挟持し、その
   後加熱して液状シールを硬化したことを特徴とする燃料
   電池の製造方法。