JP2003197224A - 高分子電解質型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、低い締結力で、クロスリークおよ
び外部リークのない高分子電解質型燃料電池を提供す
る。 【解決手段】 周縁部がガスケットで被覆された高分子
電解質膜、電解質膜に接合されたアノード及びカソード
からなる電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）、並びにＭＥ
Ａを挟む導電性セパレータ板からなる単位セルを具備す
る高分子電解質型燃料電池で、ガスケット及びセパレー
タ板は、それぞれ燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水用の
マニホールド孔を有し、ガスケットは各マニホールド孔
を囲むダミーリブ、セパレータ板は前記ダミーリブを遊
合する溝をそれぞれ有する。ガスケットは、各マニホー
ルド孔、アノード及びカソードを囲むシールリブ、並び
に燃料ガス用マニホールド孔とアノードをつなぐガス通
路及び酸化剤ガス用マニホールド孔とカソードをつなぐ
ガス通路の両側にあるシールリブを有する。これらのシ
ールリブは、セルスタックの締結力により、前記ガス通
路部を除き、セパレータ板に圧接されてガスシール部を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質型燃
料電池に関し、特に、電解質膜−電極接合体の周縁部に
配されているガスケットと導電性セパレータ板との間の
シール構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池の最も代表
的なものは、周縁部がシール材からなるガスケットで支
持された高分子電解質膜、前記電解質膜の一方の面に接
合されたアノード、前記電解質膜の他方の面に接合され
たカソードからなる電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）、
前記ＭＥＡを挟むアノード側導電性セパレータ板および
カソード側導電性セパレータ板、並びに前記アノードお
よびカソードにそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供
給するガス供給手段から構成される。この種の燃料電池
における重要な問題は、ガスのクロスリークである。こ
のガスのクロスリークは、ガスのマニホールド孔近傍に
おいて生じる。すなわち、酸化剤ガスのマニホールド孔
の近傍においては、ガスケットが導電性セパレータ板の
燃料ガスの通路側へ垂れ込むことに起因する。その結
果、アノードから酸化剤ガスのマニホールド孔に通じる
リークパスが２箇所生じる。１つは、ガスケットとセパ
レータ板のアノード側との剥離によるリークパスであ
り、他の１つは、ガスケットの垂れ込みの結果生じる電
解質膜とガスケットとの剥離によるリークパスである。
同様に、燃料ガスのマニホールド孔の近傍においては、
ガスケットが導電性セパレータ板の酸化剤ガスの通路側
へ垂れ込むことに起因するガスのリークが生じる。

【０００３】本発明者らは、この問題の解決のため、次
のような提案をした。この提案は、国際公開公報ＷＯ
０２／０６１８６９に記載されており、その開示はすべ
て参考のためここに取り入れる。すなわち、図１に示す
ように、電解質膜１の周縁部に複数の透孔２の配列を設
け、これらの透孔を包含するように、電解質膜の周縁部
にガスケットを射出成形によって一体に結合する方法で
ある。この方法によって、ガスケットは、電解質膜の一
方の面を被覆する部分と他方の面を被覆する部分とが、
電解質膜の端縁を包み込む部分および前記透孔をとおし
て、相互に連なるから、電解質膜とガスケットとの剥離
によるガスのクロスリークをなくすことができる。ま
た、ガスケットには酸化剤ガスのマニホールド孔よりア
ノード側にリブを設け、このリブを、セパレータ板の対
応する位置に設けた溝に嵌合することにより、ガスケッ
トとセパレータ板のアノード側との剥離を防止しようと
するものである。同様に、ガスケットに設けたリブをセ
パレータ板の溝に嵌合することにより、ガスケットとセ
パレータ板のカソード側との剥離を防止しようとするも
のである。上述のガスケットのリブは、セパレータ板と
の嵌合のほか、成形上の樹脂の流れ道としての役割を果
たしている。そのため、厚みの薄い射出成形ガスケット
にはリブは不可欠な構造である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ガスケットのリブとセパレータ板の溝との嵌合によるガ
スリークの防止は十分果たされないことがわかった。す
なわち、射出成形法においては、成形品は必ず成形収縮
を伴う。成形収縮の度合いは、成形材料や成形品の形状
によって一定ではないから、これを事前に予測すること
は通常困難である。このため、成形収縮の度合いが予想
の範囲に収まらない場合には、ガスケットのリブがセパ
レータ板の溝に適切に嵌合されないという問題が生じ
る。このため、上述のようなガスケットのリブとセパレ
ータ板の溝とを嵌合する形態においては、理想的にはガ
スケットの成形を行った後、その成形収縮量を実測し、
その実測値に合うようにセパレータ板の設計を行う必要
が生じる。セパレータ板の主材料は、金属ないしカーボ
ンであるため、たとえ成形セパレータ板であったとして
も成形収縮は殆どないので、成形されたガスケットにセ
パレータ板を合わせたほうが合理的である。このとき、
ガスケット材料を変更した等の理由で、成形収縮量が変
わった場合に、これに対応してセパレータ板の設計を都
度行わなければならないという不都合が生じる。

【０００５】次に、上述の構造においては、嵌合部以外
のガスケット／セパレータ板間のシール様式が、基本的
に面シール様式であることから、セパレータ板およびガ
スケットの両方に充分な面精度が出ていることが必要で
ある。ところが、射出成形法によっては、必ず成形品の
表面に、ゲート跡や付きだしピン跡が生じる。その高さ
は、金型構造や材料にもよるが、通常数十ミクロン程度
である。上述の燃料電池構造において、ガスケットの基
準肉厚部あるいはリブ部にゲート跡や付きだしピン跡が
残ると、ガスケットの弾性がよほど高い場合を除いて、
セパレータ板とガスケットとの間に隙間が生じ、ガスの
クロスリークないし外部リークが発生するという問題が
生じる。この問題は、特に成形セパレータ板を用いる場
合に共通である。セパレータ板は、殆ど全く弾性がない
ため、この表面段差をすべてガスケット側で補償する必
要が生じる。すなわち、ガスケットに弾性の高い材料を
用いる必要が生じる。しかし、そのような弾性の高い材
料は、通常機械的耐力に乏しく、クリープしやすいとい
う問題がある。

【０００６】さらに、上述の面シールの様式では、ガス
ケットとセパレータ板の両者に充分な面荷重をかける必
要があることから、セルスタックの締結力を必要以上に
大きくしなければならないという問題がある。このた
め、端板、ボルト、バネなどの締結部材が必要以上に大
掛かりになり、体積的にもマイナスであるという問題が
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ある観点にお
いて、ガスケットに、セパレータ板と面同士で当たって
いた部位に、シール用の小リブを形成し、これによりガ
スケットとセパレータ板との間のシールを確保する。本
発明は、他の観点において、従来のガスケットにあるリ
ブその他の造形は、成形性と機械強度の確保のために残
しながら、従来はセパレータ板と面同士で当たっていた
部位にシール用の小リブを形成する。ここに機械強度
は、曲げ強度、ねじれ強度などであり、特にセパレータ
板のガス流路部分へ垂れ込まないような強度が望まれ
る。前者のリブは、シールに直接寄与しないことから、
以下これを便宜的にダミーリブと呼び、後者をシールリ
ブと呼ぶ。

【０００８】本発明は、周縁部がガスケットで被覆され
た高分子電解質膜、前記電解質膜の一方の面に接合され
たアノードおよび前記電解質膜の他方の面に接合された
カソードからなる電解質膜−電極接合体（以下ＭＥＡで
表す。）、並びにＭＥＡを挟むアノード側導電性セパレ
ータ板およびカソード側導電性セパレータ板からなる単
位セルを具備する高分子電解質型燃料電池に関する。前
記ガスケットおよび各セパレータ板は、それぞれ燃料ガ
ス、酸化剤ガスおよび冷却水用のマニホールド孔を有す
る。ガスケットは、アノードが位置する側の表面および
カソードが位置する側の表面に後述のシールリブのいず
れかを少なくとも部分的に囲むダミーリブを有する。セ
パレータ板は、前記ダミーリブを遊合する溝を有する。
ここに、ダミーリブを遊合する溝とは、幅および深さの
いずれもがダミーリブの幅および高さより大きい溝をい
い、ダミーリブは溝にはまるが溝に拘束されない。

【０００９】ガスケットは、アノードが位置する側の表
面に、燃料ガス用マニホールド孔の一方からアノードを
経て他方の燃料ガス用マニホールド孔へ至る燃料ガスの
流路部分を囲むシールリブ、並びに、冷却水用マニホー
ルド孔を囲むシールリブを有する。ガスケットは、好ま
しくは、アノードが位置する側の表面に、酸化剤ガス用
マニホールド孔を囲むシールリブをさらに有する。ガス
ケットは、さらに、カソードが位置する側の表面に、燃
料ガス用マニホールド孔および冷却水用マニホールド孔
を囲むシールリブを有する。ガスケットは、好ましく
は、カソードが位置する側の表面に、酸化剤ガス用マニ
ホールド孔の一方からカソードを経て他方の酸化剤ガス
用マニホールド孔へ至る酸化剤ガスの流路部分を囲むシ
ールリブを有する。

【００１０】前記のシールリブは、セルスタックの締結
力により、セパレータ板に圧接されてガスシール部を構
成する。アノード側導電性セパレータ板は、アノードと
対向する面側の表面に、一対の燃料ガス用マニホールド
孔を連通させる燃料ガスの流路を有し、カソード側導電
性セパレータ板は、カソードと対向する面側の表面に、
一対の酸化剤ガス用マニホールド孔を連通させる酸化剤
ガスの流路を有する。そして、これら燃料ガスおよび酸
化剤ガスの流路は、それぞれガスケットの前記燃料ガス
の通路および酸化剤ガスの通路に連通する。

【００１１】ガスケットは、基準肉厚部（リブの厚さを
算入しない厚さの部分）の両面に、ダミーリブおよびシ
ールリブが設けられる。前述の通り、ダミーリブはガス
ケットを薄肉に成形する場合の成形性の向上の役割をも
つ。従って、前記燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路部分
を除いて、アノードおよびカソードを囲むシールリブの
外側を実質的に囲むように設けるのが好ましい。さらに
好ましくは、ダミーリブは、各マニホールド孔を囲み、
これらが相互に連結されて、アノードおよびカソードの
外側を実質的に囲んでいる。ガスケットを成形する際の
ゲートポイントは、このダミーリブに接続する形で設け
るのが好ましい。すなわち、ピンゲートであれば、ピン
ポイントゲートをダミーリブ上に設けるのがよい。サイ
ドゲートでは、ダミーリブに接続する形でゲートを設け
ることにより、ゲートから注入した樹脂がまずダミーリ
ブを優先的に流れ、その後基準肉厚部やシールリブ、そ
の他の造形を形成するように成形がなされる。ダミーリ
ブの幅および高さは、第一義的に、成形樹脂の流動性に
よって決められる。ダミーリブの形状は、後述する機械
強度の観点から微調整されるが、セパレータ板の厚みか
ら勘案し、高さは基準肉厚部から０．３〜０．８ｍｍ程
度が妥当である。セパレータ板の厚みは、両面にダミー
リブの入る溝を切ってなお十分な機械強度を持つよう設
計されるのが好ましい。成形性と機械強度を確保できる
程度の基準厚みを有するガスケットについては、必ずし
もダミーリブを必要としないことは当業者には容易に理
解されよう。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、（１）周縁部がシール
材からなるガスケットで被覆された高分子電解質膜、前
記電解質膜の一方の面に接合されたアノード、および前
記電解質膜の他方の面に接合されたカソードからなる電
解質膜−電極接合体、並びに（２）前記電解質膜−電極
接合体を挟むアノード側導電性セパレータ板およびカソ
ード側導電性セパレータ板からなる単位セルを具備する
高分子電解質型燃料電池であって、（３）前記ガスケッ
ト、アノード側導電性セパレータ板およびカソード側導
電性セパレータ板は、各一対の燃料ガス用マニホールド
孔、酸化剤ガス用マニホールド孔、および冷却水用マニ
ホールド孔を有し、（４）前記ガスケットは、（４ａ）
アノードが位置する側の表面に、前記燃料ガス用マニホ
ールド孔の一方からアノードを経て他方の燃料ガス用マ
ニホールド孔へ至る燃料ガスの流路部分を囲むシールリ
ブ、並びに、冷却水用マニホールド孔を囲むシールリブ
を有し、（４ｂ）カソードが位置する側の表面に、前記
燃料ガス用マニホールド孔および冷却水用マニホールド
孔をそれぞれ囲むシールリブを有し、（５）前記アノー
ド側導電性セパレータ板は、アノードと対向する面側の
表面に、前記一対の燃料ガス用マニホールド孔を連通さ
せる燃料ガスの流路を有し、（６）前記カソード側導電
性セパレータ板は、カソードと対向する面側の表面に、
前記一対の酸化剤ガス用マニホールド孔を連通させる酸
化剤ガスの流路を有し、（７）前記セルを締結する締結
圧により前記ガスケットの各シールリブが、前記導電性
セパレータ板の表面に圧接されている高分子電解質型燃
料電池を提供する。

【００１３】前記ガスケットは、さらに、アノードが位
置する側の表面に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔を
囲むシールリブを有し、カソードが位置する側の表面
に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔の一方からカソー
ドを経て他方の酸化剤ガス用マニホールド孔へ至る酸化
剤ガスの流路部分を囲むシールリブを有することが好ま
しい。

【００１４】本発明のより好ましい観点における高分子
電解質型燃料電池は、（１）周縁部がシール材からなる
ガスケットで被覆された高分子電解質膜、前記電解質膜
の一方の面に接合されたアノード、および前記電解質膜
の他方の面に接合されたカソードからなる電解質膜−電
極接合体、並びに（２）前記電解質膜−電極接合体を挟
むアノード側導電性セパレータ板およびカソード側導電
性セパレータ板からなる単位セルを具備する高分子電解
質型燃料電池であって、（３）前記ガスケット、アノー
ド側導電性セパレータ板およびカソード側導電性セパレ
ータ板は、各一対の燃料ガス用マニホールド孔、酸化剤
ガス用マニホールド孔、および冷却水用マニホールド孔
を有し、（４）前記ガスケットは、（４ａ）アノードが
位置する側の表面に、前記燃料ガス用マニホールド孔の
一方からアノードを経て他方の燃料ガス用マニホールド
孔へ至る燃料ガスの流路部分を囲むシールリブ、並び
に、冷却水用マニホールド孔を囲むシールリブを有し、
（４ｂ）カソードが位置する側の表面に、前記燃料ガス
用マニホールド孔および冷却水用マニホールド孔それぞ
れを囲むシールリブを有し、（４ｃ）アノードが位置す
る側の表面およびカソードが位置する側の表面に、前記
いずれかのシールリブを少なくとも部分的に囲むダミー
リブを有し、（４ｄ）前記各ダミーリブはその高さが各
シールリブのそれより大きく、（５）前記アノード側導
電性セパレータ板は、アノードと対向する面側の表面
に、前記ダミーリブを遊合する溝、および前記一対の燃
料ガス用マニホールド孔を連通させる燃料ガスの流路を
有し、（６）前記カソード側導電性セパレータ板は、カ
ソードと対向する面側の表面に、前記ダミーリブを遊合
する溝、および前記一対の酸化剤ガス用マニホールド孔
を連通させる酸化剤ガスの流路を有し、（７）前記セル
を締結する締結圧により前記ガスケットの各シールリブ
が、前記導電性セパレータ板の表面に圧接されている。

【００１５】前記ガスケットは、さらに、アノードが位
置する側の表面に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔を
囲むシールリブを有し、カソードが位置する側の表面
に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔の一方からカソー
ドを経て他方の酸化剤ガス用マニホールド孔へ至る酸化
剤ガスの流路部分を囲むシールリブを有することが好ま
しい。

【００１６】本発明の好ましい形態において、前記アノ
ードが位置する側の表面に設けられたダミーリブは、前
記燃料ガスの流路部分を囲むシールリブを実質的に囲
み、前記カソードが位置する側の表面に設けられたダミ
ーリブは、前記酸化剤ガスの流路部分を囲むシールリブ
を実質的に囲んでいる。本発明のさらに好ましい形態に
おいて、前記ガスケットは、さらに、アノードが位置す
る側の表面に、前記酸化剤ガスのマニホールド孔および
冷却水のマニホールド孔を囲む各シールリブをそれぞれ
囲むダミーリブを有し、カソードが位置する側の表面
に、燃料ガスのマニホールド孔および冷却水のマニホー
ルド孔を囲む各シールリブをそれぞれ囲むダミーリブを
有する。

【００１７】本発明の別の観点における高分子電解質型
燃料電池は、（１）周縁部がシール材からなるガスケッ
トで被覆された高分子電解質膜、前記電解質膜の一方の
面に接合されたアノード、および前記電解質膜の他方の
面に接合されたカソードからなる電解質膜−電極接合
体、並びに（２）前記電解質膜−電極接合体を挟むアノ
ード側導電性セパレータ板およびカソード側導電性セパ
レータ板からなる単位セルを具備し、（３）前記ガスケ
ット、アノード側導電性セパレータ板およびカソード側
導電性セパレータ板は、各一対の燃料ガス用マニホール
ド孔、酸化剤ガス用マニホールド孔、および冷却水用マ
ニホールド孔を有し、（４ａ）前記ガスケットは、アノ
ードが位置する側の表面に、前記各マニホールド孔をそ
れぞれ囲むダミーリブ、前記各ダミーリブの内側におい
て各マニホールド孔を囲むシールリブ、前記燃料ガスを
囲むダミーリブのアノードに向き合う側に設けられた切
欠部を含む燃料ガスの通路、アノードを囲むシールリ
ブ、および前記燃料ガスの通路の両側にあって前記燃料
ガス用マニホールド孔を囲むシールリブとアノードを囲
むシールリブとを連結するシールリブを有し、（４ｂ）
前記ガスケットは、カソードが位置する側の表面に、前
記各マニホールド孔をそれぞれ囲むダミーリブ、前記各
ダミーリブの内側において各マニホールド孔を囲むシー
ルリブ、前記カソードを囲むダミーリブのカソードに向
き合う側に設けられた切欠部を含む酸化剤ガスの通路、
カソードを囲むシールリブ、および前記酸化剤ガスの通
路の両側にあって前記酸化剤ガス用マニホールド孔を囲
むシールリブとカソードを囲むシールリブとを連結する
シールリブを有し、（４ｃ）前記各ダミーリブはその高
さが各シールリブのそれより大きく、（５）前記アノー
ド側導電性セパレータ板は、アノードと対向する面側の
表面に、前記ダミーリブを遊合する溝、および前記一対
の燃料ガス用マニホールド孔を連通させる燃料ガスの流
路を有し、（６）前記カソード側導電性セパレータ板
は、カソードと対向する面側の表面に、前記ダミーリブ
を遊合する溝、および前記一対の酸化剤ガス用マニホー
ルド孔を連通させる酸化剤ガスの流路を有し、（７）前
記ガスケットの燃料ガスの通路および酸化剤ガスの通路
が、それぞれアノード側導電性セパレータ板のガス流路
およびカソード側導電性セパレータ板のガス流路に連通
し、（８）前記セルを締結する締結力により前記ガスケ
ットの各シールリブが、前記燃料ガスの通路および酸化
剤ガスの通路を除いて、前記導電性セパレータ板の表面
に圧接されている。

【００１８】本発明の好ましい実施の形態において、ガ
スケットのカソードが位置する側の表面において前記各
マニホールド孔を囲む各シールリブは、アノードが位置
する側の表面において各マニホールド孔を囲む各シール
リブと対応する位置にあり、前記カソードを囲むシール
リブは、前記アノードを囲むシールリブと対応する位置
にあり、さらに、アノードが位置する側の表面には、前
記酸化剤ガス用マニホールド孔を囲むシールリブとカソ
ードを囲むシールリブとを連結するシールリブと対応す
る位置にシールリブを、カソードが位置する側の表面に
は、前記燃料ガス用マニホールド孔を囲むシールリブと
アノードを囲むシールリブとを連結するシールリブと対
応する位置にシールリブを、それぞれ有する。本発明の
他の好ましい実施の形態において、前記アノードが位置
する側の表面において前記各マニホールド孔をそれぞれ
囲むダミーリブが連なり、前記カソードが位置する側の
表面において前記各マニホールド孔をそれぞれ囲むダミ
ーリブが連なっている。

【００１９】本発明の他の好ましい実施の形態におい
て、前記ガスケットは、前記燃料ガスの通路および酸化
剤ガスの通路内にそれぞれ複数の補強リブを有し、前記
アノード側導電性セパレータ板およびカソード側導電性
セパレータ板は、それらのガス流路の出入り口近傍に前
記補強リブを受け入れる凹部を有し、前記凹部で前記補
強リブの頂部を支持し、前記燃料ガスの通路および酸化
剤ガスの通路の前後にあるシールリブはセパレータ板の
ガス流路に対応しない部分においてセパレータ板に圧接
されている。本発明のさらに他の好ましい実施の形態に
おいて、前記シールリブの少なくとも１つが、複数条の
シールリブからなる。

【００２０】本発明のガスケットに設けられるシールリ
ブの幅、高さおよび形状は、セルスタックの締結力と必
要なシール圧を勘案して決定される。シールリブの高さ
は、セパレータ板およびガスケットの両者のゲート跡等
の高さを基準に、少なくともそれ以上の高さに決定され
る。シールリブの幅および断面形状は、金型加工用刃物
によって決まる。例えば、ガスケット及びセパレータ板
の表面に０．１ｍｍ程度のゲート跡が残る場合を想定す
ると、直径０．３ｍｍのボールエンドミルを用いて、
０．３ｍｍ深さの溝を金型に切った場合には、成形品に
は高さ０．３ｍｍ、幅０．３ｍｍの断面が半円形のリブ
（かまぼこ状リブ）が形成され、この場合の締め代は
０．２ｍｍ確保される。通常、シールリブの高さは０．
１〜０．５ｍｍ、幅は１ｍｍ以下であり、断面形状は矩
形、半円形、三角形いずれの形状もとりうる。

【００２１】上記ガスケットに適合するセパレータ板
は、幅、深さともダミーリブが完全に入る大きさの溝を
もつ。溝の位置はガスケットの予想成形収縮を勘案して
決定される。溝の深さは、ダミーリブ上に残るゲート
跡、付きだしピン跡などを考慮して、ガスケットのダミ
ーリブの高さより大きくし、幅はガスケットの成形収縮
バラツキ（主に材料の成形収縮率の差異による）による
リブ位置のズレを吸収できる程度に大きいことが望まし
い。具体的には、ダミーリブに対し、溝の深さは０．１
ｍｍ程度、溝の幅は０．３ｍｍ程度大きくする。セルを
組み立てたときのガスケットのダミーリブとセパレータ
板の溝との関係は、例えば、図１３および図１４に示さ
れている。これより明らかなように、ガスケットの基準
肉厚部およびダミーリブはセパレータ板とは接触せず、
締結力は全てシールリブで受ける構造となる。このた
め、低いスタック締結力で高いシール圧を発生させるこ
とができるので、耐リーク特性は向上する。

【００２２】ガスケットの基準肉厚は成形性の観点か
ら、ある程度以上薄くできないため、シールリブを設け
ることによって、ガスケットの実質的厚みがＭＥＡのガ
ス拡散層の厚みに比して大きくなる場合がある。このと
きには、セパレータ板のシールリブに当たる面を一段薄
くすることによって対応することができる。このことは
電池特性の向上のため、通常成形可能なガスケットの基
準肉厚より薄いガス拡散層を使用しなければならない場
合にも同様である。このように、ガスケットに対応する
セパレータ板の形状と合わせて構造を工夫することによ
り、電極にかかる力とシールリブにかかる力は適宜補償
される。

【００２３】以下に本発明の好ましい実施の形態を詳し
く説明する。図２〜４に示すＭＥＡと図９〜１２に示す
セパレータ板とは、大きさが異なるように表されている
が、実際は同じ大きさである。

【００２４】実施の形態１ 本実施の形態のＭＥＡのアノード側の正面図を図２に、
カソード側の正面図を図３にそれぞれ示す。このＭＥＡ
１０は、図１に示す高分子電解質膜１、その周縁部を被
覆するガスケット１１、高分子電解質膜１の一方の面に
接合されたアノード１２、および高分子電解質膜１の他
方の面に接合されたカソード１３から構成されている。
高分子電解質膜１は、周縁部に透孔２の配列を有する。
ガスケット１１は、高分子電解質膜１の透孔２の部分を
含む周縁部を被覆するように、射出成形によって形成し
たもので、膜１の一方の面を被覆する部分と他方の面を
被覆する部分とは、電解質膜の端縁を包み込んでいる部
分および透孔２の部分で相互に連なっていて、膜１を強
固に支持している。

【００２５】ガスケット１１は、各一対の燃料ガス用マ
ニホールド孔１４、酸化剤ガス用マニホールド孔１５、
冷却水用マニホールド孔１６、およびセルを締結するボ
ルトを貫通させるための４個の孔１７を有する。ガスケ
ット１１は、アノード１２が位置する側の表面に、燃料
ガス用マニホールド孔１４、酸化剤用マニホールド孔１
５、および冷却水用マニホールド孔１６をそれぞれ囲む
ダミーリブ２１、２２および２３、並びに前記のダミー
リブを相互に連結するダミーリブ２４を有する。燃料ガ
ス用マニホールド孔１４を囲むダミーリブ２１には、ア
ノードに向き合う側に、切欠部が設けられ、この切欠部
を含む燃料ガスの通路２５が設けられている。この通路
２５には、補強リブ２６が２個設けられている。ガスケ
ット１１は、酸化剤ガス用マニホールド孔１５を囲むダ
ミーリブ２２の内側において酸化剤用マニホールド孔を
囲むシールリブ４２、冷却水用マニホールド孔１６を囲
むダミーリブ２３の内側において冷却水用マニホールド
孔を囲むシールリブ４３を有する。

【００２６】ガスケット１１は、さらに、アノード１２
が位置する側の表面に、燃料ガス用マニホールド孔１
４、燃料ガスの通路２５、およびアノード１２を含む領
域を囲む燃料ガス用シールリブを有している。この燃料
ガス用シールリブは、燃料ガス用マニホールド孔１４を
囲むシールリブ４１、アノード１２を囲むシールリブ４
４、および燃料ガスの通路２５の両側に配されて前記シ
ールリブ４１と４４を連結するシールリブ４５によって
構成されている。シールリブ４１および４４の通路２５
内に位置する部分４１ａおよび４４ａについては、後述
する。ガスケット１１は、カソード１３が位置する側の
表面に、燃料ガス用マニホールド孔１４、酸化剤用マニ
ホールド孔１５、および冷却水用マニホールド孔１６を
それぞれ囲むダミーリブ３１、３２および３３、並びに
前記のダミーリブを相互に連結するダミーリブ３４を有
する。酸化剤ガス用マニホールド孔１５を囲むダミーリ
ブ３２には、カソード１３に向き合う側に、切欠部が設
けられ、この切欠部を含む酸化剤ガスの通路３５が設け
られている。この通路３５には、補強リブ３６が４個設
けられている。ガスケット１１は、燃料ガス用マニホー
ルド孔１４を囲むダミーリブ３１の内側において燃料用
マニホールド孔を囲むシールリブ５１、冷却水用マニホ
ールド孔１６を囲むダミーリブ３３の内側において冷却
水用マニホールド孔を囲むシールリブ５３を有する。

【００２７】ガスケット１１は、さらに、カソード１３
が位置する側の表面に、酸化剤ガス用マニホールド孔１
５、酸化剤ガスの通路３５、およびカソード１３を含む
領域を囲む酸化剤ガス用シールリブを有している。この
酸化剤ガス用シールリブは、酸化剤ガス用マニホールド
孔１５を囲むシールリブ５２、カソード１３を囲むシー
ルリブ５４、および酸化剤ガスの通路３５の両側に配さ
れて前記シールリブ５２と５４を連結するシールリブ５
５によって構成されている。シールリブ５２および５４
の通路３５内に位置する部分５２ａおよび５４ａについ
ては、後述する。

【００２８】図面は、最も好ましい形態を示している。
すなわち、アノードが位置する側において各マニホール
ド孔１４、１５および１６をそれぞれ囲むダミーリブ２
１、２２および２３は、ダミーリブ２４によって一体に
つながっている。また、カソードが位置する側において
各マニホールド孔１４、１５および１６をそれぞれ囲む
ダミーリブ３１、３２および３３は、ダミーリブ３４に
よって一体につながっている。さらに、アノードが位置
する側のダミーリブ２１、２２、２３および２４は、そ
れぞれにカソードが位置する側のダミーリブ３１、３
２、３３および３４と対応する位置にある。これによっ
て、ガスケットの基準厚みを薄くした場合にも十分な強
度を保持することができる。

【００２９】アノードが位置する側において各マニホー
ルド孔１４、１５および１６をそれぞれ囲むシールリブ
４１、４２および４３は、それぞれにカソードが位置す
る側のシールリブ５１、５２および５３と対応する位置
にある。さらに、アノードが位置する側において燃料ガ
スの通路２５の両側に配されたシールリブ４５に対応さ
せて、カソードが位置する側にシールリブ５６を設け、
カソードが位置する側において酸化剤ガスの通路３５の
両側に配されたシールリブ５５に対応させて、アノード
が位置する側にシールリブ４６を設けている。なお、シ
ールリブ４６および５６を設ける位置がダミーリブに重
なるところでは、ダミーリブの方が高いので、シールリ
ブはない。このようにアノードが位置する側のシールリ
ブとカソードが位置する側のシールリブとをそれぞれ対
応する位置に設けることにより、シールリブによるシー
ル効果を高めることができる。

【００３０】次に、上記のＭＥＡに組み合わせる導電性
セパレータ板を説明する。図９および図１０にアノード
側導電性セパレータ板６０を示し、図１１および図１２
にカソード側導電性セパレータ板８０を示す。アノード
側導電性セパレータ板６０は、各一対の燃料ガス用マニ
ホールド孔６４、酸化剤ガス用マニホールド孔６５、冷
却水用マニホールド孔６６、およびセルを締結するボル
トを貫通させるための４個の孔６７を有する。セパレー
タ板６０は、アノードと対向する面に、一対の燃料ガス
用マニホールド孔６４を連絡するように、燃料ガスの流
路６８を形成する溝を有する。この例では、ガス流路６
８は、並行する３本の溝で形成されている。そして、３
本の溝は、マニホールド孔６４の近傍において、相互に
連結されている。この連結部分は６９で示されている。
前記の連結部分６９には、ガスケット１１のガス通路２
５内の補強リブ２６の頂部が接する。連結部分６９は、
前記溝を連結する必要はなく、リブ２６を受け入れ、そ
れを支持できる凹部であればよい。

【００３１】セパレータ板６０は、マニホールド孔６４
の周囲に、前記のガス流路部分を除いて、溝７１を有し
ており、この溝にはガスケット１１のダミーリブ２１が
遊合する。セパレータ板６０は、アノードと対向する面
に、さらに、酸化剤ガス用マニホールド孔６５を囲む溝
７２、冷却水用マニホールド孔６６を囲む溝７３、およ
び溝７１、７２、および７３を連結する溝７４を有し、
それらの溝７２、７３、７４はそれぞれガスケット１１
のアノードが位置する側の表面に設けたダミーリブ２
２、２３および２４を遊合する。セパレータ板６０は、
背面に、一対の冷却水用マニホールド孔６６を連絡する
冷却水の流路７６を形成する溝を有する。

【００３２】カソード側導電性セパレータ板８０は、各
一対の燃料ガス用マニホールド孔８４、酸化剤ガス用マ
ニホールド孔８５、冷却水用マニホールド孔８６、およ
びセルを締結するボルトを貫通させるための４個の孔８
７を有する。セパレータ板８０は、カソードと対向する
面に、一対の酸化剤ガス用マニホールド孔８５を連絡す
るように、酸化剤ガスの流路８８を形成する溝を有す
る。この例では、ガス流路８８は、並行する５本の溝で
形成されている。そして、５本の溝は、マニホールド孔
８５の近傍において、相互に連結されている。この連結
部分は８９で示されている。前記の連結部分８９には、
ガスケット１１のガス通路３５内の補強リブ３６の頂部
が接している。８９は、前記溝を連結する必要はなく、
リブ３６を受け入れ、それを支持できる凹部であればよ
い。セパレータ板８０は、マニホールド孔８５の周囲
に、前記のガス流路部分を除いて、溝９２を有してお
り、この溝にはガスケット１１のダミーリブ３２が遊合
する。セパレータ板８０は、カソードと対向する面に、
さらに、燃料ガス用マニホールド孔８４を囲む溝９１、
冷却水用マニホールド孔８６を囲む溝９３、および溝９
１、９２、および９３を連結する溝９４を有し、それら
の溝９１、９３、９４はそれぞれガスケット１１のカソ
ードが位置する側の表面に設けたダミーリブ３１、３３
および３４を遊合する。セパレータ板８０は、背面に、
一対の冷却水用マニホールド孔８６を連絡する冷却水の
流路９６を形成する溝を有する。

【００３３】以上のＭＥＡ１０、そのアノード側に接合
するアノード側導電性セパレータ板６０、およびＭＥＡ
のカソード側に接合するカソード側導電性セパレータ板
８０により単位セルが構成される。この単位セルの複数
個を積層したセルスタックを、その両側にそれぞれ集電
板および絶縁板を介して端板を接合し、ボルトで締結す
ることにより燃料電池装置が組み立てられる。図１３お
よび図１４は、そのセルスタックを図３のVII−VII’線
およびVIII−VIII’線に相当するところで切った断面図
をそれぞれ表している。ガスケット１１、セパレータ板
６０および８０の各酸化剤ガス用マニホールド孔１５、
６５および８５は相互に連通する。ガスケット１１の酸
化剤ガスの通路３５は、セパレータ板８０における酸化
剤ガスの流路８８のマニホールド孔近傍の部分に対応す
る。すなわち、図１５に示すように、セパレータ板８０
の各ガス流路８８の入り口部がガスケット１１のガス通
路３５におけるリブ３６の間に形成される空隙部３５ａ
（図５）に対応する。ガス通路３５内のリブ３６は、セ
パレータ板８０のガス流路の連結部８９内に位置する。
従って、酸化剤ガスは、マニホールド孔からセパレータ
板８０のガス流路８８の入り口部および前記空隙部３５
ａをとおして、カソード１３を囲むシールリブ５４の内
側におけるガス流路８８に流れ、カソード１３に供給さ
れ、反対側のマニホールド孔へ排出される。前記のガス
通路３５において、リブ３６の間の空隙部３５ａに対応
する部分を除いて、シールリブ５２ａおよび５４ａがセ
パレータ板８０の基準厚みの部分に圧接されていること
が図１４に示されている。

【００３４】ガスケット１１の燃料ガスの通路２５の部
分とセパレータ板６０のガス流路との関係も、リブ２６
が２個であることを除いて、前記の酸化剤ガスについて
説明したものと同様な構成となっている。図１４でさら
に注目すべきところは、ガスケット１１の酸化剤ガス用
マニホールド孔１５を囲むシールリブ４２と５２とが、
ガスケットの基準肉厚部を挟んで対応する位置にあるこ
とである。セルスタックの締結力により、ガスケット１
１のアノード側のシールリブ４２がアノード側導電性セ
パレータ板６０に、またカソード側のシールリブ５２が
カソード側導電性セパレータ板８０にそれぞれ圧接され
る位置がガスケット１１の表裏で同じ位置にあるから、
ガスケットの両面において良好なシール効果が得られ
る。ガスケットの両面におけるシールリブの位置が大き
くずれていると、ガスケットの基準肉厚が薄い場合、シ
ールリブのところでガスケットがたわみ、良好なシール
効果が得られなくなる。ここでは、シールリブ４２と５
２について説明したが、図示の例では、カソード側のシ
ールリブ５４および５５がそれぞれアノード側のシール
リブ４４および４６と対応する位置に設けられている。
アノード側のシールリブ４５とカソード側のシールリブ
５６が対応する位置にある。さらに、燃料ガス用マニホ
ールド孔を囲むシールリブおよび冷却水用マニホールド
孔を囲むシールリブもそれぞれアノード側とカソード側
とで対応する位置にある。

【００３５】次に、酸化剤ガス用マニホールド孔１５か
らカソード１３へのガス通路のあるところでは、図１３
からわかるように、ガスケット１１は、片側のセパレー
タ板、すなわちアノード側導電性セパレータ板６０から
しか支持されていないため、カソード側導電性セパレー
タ板８０のガス流路８８内へ垂れ込むおそれがある。こ
の部位は、図５に示すとおり、基準肉厚部に対して、カ
ソード側の補強リブ３６とアノード側のダミーリブ２２
が直交する構造となっている。このため、単に平板状で
ある従来のガスケットに比して、折り曲げ強度が格段に
強いので、実際には垂れ込みは殆ど発生しない。このた
め、背面のシールリブがセパレータ板に圧接され、ガス
のクロスリークを生じさせない。アノード側の補強リブ
２６の部分もカソード側の補強リブ３６と同様の働きを
している。燃料ガス用マニホールド孔からアノードへの
ガス通路のある部位においても同様の措置がとられてい
る。これらの部位の変形例は、以下の実施の形態で説明
する。

【００３６】本実施の形態では、各セル間に冷却水をと
おす冷却部を配する構造としたが、２〜３セル毎に冷却
部を配する構造とすることもできる。その場合は、前記
のアノード側導電性セパレータ板とカソード側導電性セ
パレータ板の組み合わせの代わりに、一方の面に燃料ガ
スの流路を有し、他方の面に酸化剤ガスの流路を有する
アノード側導電性セパレータ板およびカソード側導電性
セパレータ板を兼ねる１つのセパレータ板を部分的に使
用する。本実施の形態においては、最も好ましい形態を
示した。しかしながら、当業者なら本発明の精神を逸脱
することなくこれに修正ないし変更を加えることは容易
であろう。例えば、本実施の形態においては、燃料ガ
ス、酸化剤ガス、および冷却水のマニホールド孔、並び
に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路に対して、それら
を囲むシールリブを設けた。しかし、酸化剤ガスに空気
を用いる場合は、酸化剤ガスのマニホールド孔および流
路を囲むシールリブを省略することもできる。これに応
じてセパレータ板の構造も変更される。そのような変更
については、当業者であれば容易に理解できるであろ
う。

【００３７】実施の形態２ 図１６は、シールリブを２条にした例を示している。こ
こでは、ガスケット１１のカソード側におけるマニホー
ルド孔１５を囲むシールリブ５２、カソードを囲むシー
ルリブ５４、マニホールド孔１４を囲むシールリブ５
１、ガス通路３５の両側のシールリブ５５をすべて２条
にしている。これらに対応してアノード側に設けるシー
ルリブをそれぞれ２条にすることもできる。また、アノ
ード側のシールリブは１条とし、カソード側の２条のシ
ールリブの中央と対応する部分に設けても良い。ここに
示すように、シールリブを複数条にすることによって
も、シール効果を高めることができる。

【００３８】実施の形態３ 次に、ガスケット１１の酸化剤用マニホールド孔１５と
カソードとを連絡する部分の他の実施の形態を説明す
る。上記の例では、ガスケット１１の酸化剤ガスの通路
３５には、補強リブ３６がほぼ等間隔で４個設けられ、
これの反対側、すなわちアノード側では連続する帯状の
ダミーリブ２２が設けられている。これらリブ２２およ
びこれに直交するように設けた補強リブ３６により、ガ
ス通路３５部分を補強している。図１７は、ガス通路３
５側は上記と同じであるが、リブ２２のこれに対応する
部分では、筒体を連結した形のリブ２２ａとして、より
強度が大きくなるようにした例を示している。図１８
は、ガス通路３５内のリブ３６ａを径の細いものとし
て、数を増やした例を示している。アノード側のリブ２
２は帯状のままである。このように、ガスの流通を犠牲
にせずに、ガス通路部が必ず背面から支持できる構造と
するなどにより、マニホールド孔近傍のガス通路部にお
けるクロスリークを防止するためのさまざまな構造が可
能である。

【００３９】実施の形態４ 本実施の形態のＭＥＡのアノード側の正面図を図１９
に、カソード側の正面図を図２０にそれぞれ示す。この
ＭＥＡ１０は、そのガスケットの構造が実施の形態１に
示したものと若干異なる。ここに用いるガスケット１１
Ａは、ダミーリブおよびシールリブが実施の形態１のも
のと異なっている。ダミーリブに関しては、アノードが
位置する側において各マニホールド孔１４、１５および
１６を囲むダミーリブ２１、２２および２３、並びにカ
ソードが位置する側において各マニホールド孔１４、１
５および１６を囲むダミーリブ３１、３２および３３が
各々独立していて、これらを相互に連結するダミーリブ
を有しない点が実施の形態１のガスケット１１と異な
る。

【００４０】アノードが位置する側におけるシールリブ
に関しては、燃料ガスのマニホールド孔１４を囲むシー
ルリブ４１Ｂが、アノードにつながる燃料ガスの通路２
５を横断する部分（実施の形態１における４１ａ）をな
くしたこと、およびアノードを囲むシールリブ４４Ｂ
が、燃料ガスの通路２５を横断する部分（実施の形態１
における４４ａ）をなくしたことが実施の形態１のもの
と異なっている。かくして、燃料ガス用マニホールド孔
１４の一方からアノード１２を経て他方の燃料ガス用マ
ニホールド孔へ至る燃料ガスの流路部分は、シールリブ
４１Ｂ、４５および４４Ｂによって囲まれる。

【００４１】カソードが位置する側におけるシールリブ
に関しては、酸化剤ガスのマニホールド孔１５を囲むシ
ールリブ５２Ｂが、カソードにつながる酸化剤ガスの通
路３５を横断する部分（実施の形態１における５２ａ）
をなくしたこと、およびカソードを囲むシールリブ５４
Ｂが、酸化剤ガスの通路３５を横断する部分（実施の形
態１における５４ａ）をなくしたことが実施の形態１の
ものと異なっている。かくして、酸化剤ガス用マニホー
ルド孔１５の一方からカソード１３を経て他方の酸化剤
ガス用マニホールド孔へ至る酸化剤ガスの流路部分は、
シールリブ５２Ｂ、５５および５４Ｂによって囲まれ
る。

【００４２】上記の変更に伴い、実施の形態１における
シールリブ４６および５６が省かれている。上記のダミ
ーリブの変更により、ＭＥＡに組み合わせるセパレータ
板のダミーリブを遊合する溝の構造も当然変更される。
そのような変更は、当業者にはよく理解できることであ
ろう。本実施の形態においては、各マニホールド孔を囲
むダミーリブが、アノードまたはカソードを囲むシール
リブの外側の大部分を囲んでいる。このような構造によ
って、ガスケットの機械的強度を保持することができ
る。隣接する２個または３個のダミーリブを相互に連結
することもできる。

【００４３】以上の実施の形態においては、基準肉厚の
薄いガスケットにダミーリブを設け、このダミーリブに
より成形性と機械強度を確保する例を示した。しかしな
がら、成形性と機械強度を確保できる程度の基準厚みを
有するガスケットについては、必ずしもダミーリブを必
要としないことは、当業者には容易に理解できるであろ
う。以下、本発明の実施例を説明する。

【００４４】《実施例１》高分子電解質膜（Ｄｕｐｏｎ
ｔ社のＮａｆｉｏｎ １１７、５０μｍ厚）を、トムソ
ン型により、図１のように、周縁部に透孔の配列をもっ
た、６８ｍｍ角の形状に打ち抜いた。透孔は、幅１．５
ｍｍ、長さ６ｍｍで、ピッチ８ｍｍで設けられている。
この高分子電解質膜に、縦型射出成形機によって、外形
寸法１２０ｍｍ角、内寸６０ｍｍ角の、図２〜４に示す
形状のガスケットを形成した。このガスケットは、基準
肉厚部０．７ｍｍで、基準肉厚部の両面には、幅２．０
ｍｍ、高さ０．６ｍｍのダミーリブと、幅０．６ｍｍ、
高さ０．５ｍｍで、断面が半径０．３ｍｍの半円形のシ
ールリブを有する。酸化剤ガスのマニホールド孔１５の
近傍のガス通路３５における補強リブ３６は、幅２．０
ｍｍを有し、４．０ｍｍのピッチで設けられ、これに対
応するアノード側では、補強リブ３６に直交するように
リブ２２が設けられていて、構造的に折り曲げ強度の高
い構造となっている。

【００４５】ガスケット材料にはポリエステル系熱可塑
性エラストマー（東レ−デュポン（株）製のハイトレル
Ｍ７２４０）を用いた。成形条件は、射出温度２３５
℃、金型温度５０℃、射出速度２４０ｍｍ／秒であっ
た。また、ゲートポイントは、上記ダミーリブ上に直径
０．９ｍｍのピンポイントゲートを８個設けて成形を行
ったが、前記の条件でショートショットなく成形が可能
であった。次に、比表面積８００ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油
量３６０ｍｌ／１００ｇのケッチェンブラックＥＣ（ケ
ッチェンブラック・インターナショナル社製ファーネス
ブラック）に、白金を重量比１：１の割合で担持させ
た。この触媒粉末１０ｇに、水３５ｇおよび水素イオン
伝導性高分子電解質のアルコール分散液（旭硝子（株）
製、９％ＦＳＳ）５９ｇを混合し、超音波攪拌機を用い
て分散させて、触媒層インクを作製した。この触媒イン
クを、ポリプロピレンフィルム（東レ（株）製トレファ
ン５０−２５００）に塗工し、乾燥して触媒層を形成し
た。得られた触媒層を５９ｍｍ×５９ｍｍに切断し、上
記成形品の高分子電解質膜の露出部分の両面に、温度１
３５℃、圧力３２ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で転写した。続
いて、炭素繊維からなるガス拡散層（東レ（株）製ＴＧ
ＰＨ１２０）の一方の面に、ポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）微粉末（ダイキン工業（株）製）とアセ
チレンブラック（電気化学工業（株）製）を重量比１：
４の比率となるように含む水分散液を塗布し、３５０℃
で２０分間焼成して、電極の単位面積当たり２．０ｍｇ
／ｃｍ²の密度の撥水層を形成した。

【００４６】上記の触媒層を転写した電解質膜に、前記
の撥水層を形成したガス拡散層を、その撥水層が触媒層
に接するように温度１３０℃、圧力１．５ＭＰａでホッ
トプレスにより接合してＭＥＡを作製し、以下の特性評
価試験に供した。続いて、図９〜１０に示す形状のアノ
ード側導電性セパレータ板および図１１〜１２に示すカ
ソード側導電性セパレータ板の２種のカーボン製セパレ
ータ板を以下の要領で作製した。外寸１２０ｍｍ×１２
０ｍｍ、厚み３．０ｍｍの樹脂含浸黒鉛板（東海カーボ
ン（株）製グラッシ−カーボン）に、フライス加工によ
り、マニホルード孔、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水
の流路、並びにガスケットのダミーリブを遊合する溝を
形成した。これら２種のセパレータ板をシリコーン系シ
ーラントで貼り合わせて、内部に冷却水路を持ち、片側
がアノード側導電性セパレータ板、他方側がカソード側
導電性セパレータ板のセパレータユニットを製作した。

【００４７】このセパレータユニットに上記ＭＥＡを組
み込み、３セルが直列に接続されたセルスタックを構成
した。ガスケットのダミーリブに対して、セパレータ板
の溝の幅は０．３ｍｍ広く、深さは０．１ｍｍ深いた
め、ダミーリブはセパレータ板の溝の内壁に接触するこ
となく位置し、ガスケットの成形収縮によるセパレータ
板／ガスケット間の寸法差、およびダミーリブのゲート
跡（高さ５０ミクロン程度）によるシール不具合は認め
られなかった。上記の本実施例によるセルスタックと比
較例１の特性の比較を表１に示す。比較例１は、本実施
例におけるガスケットのシールリブをなくし、ダミーリ
ブがセパレータ板の溝に嵌合し、その嵌合部でシールを
期待する構成としたほかは実施例と同じである。評価項
目は以下のとおりである。

【００４８】（１）常用クロスリーク試験 上記３セルスタック（セパレータ面積：１２×１２＝１
４４ｃｍ²）を１４４０ｋｇｆ（締結圧１ＭＰａ）で締
結し、アノード側に窒素ガス供給源を接続し、その圧力
を５０ｋＰａに保ったとき、カソード側から漏れ出てく
るガス量を計測する形でのクロスリーク試験。 （２）常用外部リーク試験 上記３セルスタックを１４４０ｋｇｆ（締結圧１ＭＰ
ａ）で締結し、アノードおよびカソードにそれぞれ圧力
５０ｋＰａの窒素ガス供給源を接続し、流入するガス量
（＝流出するガス量、すなわち外部リーク量に等しい）
を計測する形での外部リーク試験 （３）最低締結力試験 上記３セルスタックのアノードおよびカソードに窒素ガ
ス供給源を接続し、その圧力を５０ｋＰａに保ち、流入
するガス量（＝流出するガス量、すなわち外部リーク量
に等しい）が０．０１ｍｌ／ｍｉｎ以下になるのに必要
であったセルスタックの締結力を調べる。

【００４９】これらの試験の結果を表１に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】表１の結果から明らかなように、本発明の
ガスケット／セパレータ板のスタック構造では、従来に
比して大幅に低い締結力でクロスリーク及び外部リーク
を防止することが可能である。これは、シールリブの高
さがガスケットの基準肉厚部の表面凸凹より高いこと、
および形状的にシールリブ部のみに局部的な圧力がかか
るためと解される。このことからガスケットの薄肉化と
いう要件がなければ、ダミーリブがなくともシールリブ
のみで低い締結力で十分なシール効果を得ることが可能
である。

【００５２】《実施例２〜４》実施例１と同様の手法に
より、マニホルード孔近傍が図１８（実施例２）、図１
６（実施例３）、および図１７（実施例４）の構造を持
つ各ガスケットを成形し、これを実施例１同様の手法で
ＭＥＡとした。そして、実施例１同様の手法でセパレー
タ板を設計、製作し、それぞれの３セルスタックを組み
立てた。これに対し、以下の項目の特性評価試験を行っ
た。

【００５３】（１）常用クロスリーク試験 上記３セルスタック（セパレータ面積：１２×１２＝１
４４ｃｍ²）を１４４０ｋｇｆ（締結圧１ＭＰａ）で締
結し、アノード側に圧力５０ｋＰａの窒素ガス供給源を
接続し、カソード側から漏れ出てくるガス量を計測する
形でのクロスリーク試験。 （２）限界クロスリーク試験 上記３セルスタックを１４４０ｋｇｆ（締結圧１ＭＰ
ａ）で締結し、アノードの供給ガス圧を漸次増大させ、
カソード側から漏れ出てきた時点での供給元圧を測定す
る形式でのクロスリーク試験。

【００５４】これらの試験の結果を表２に示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２のように、常用圧力（通常アノード、
カソードとも供給ガス圧は５０ｋＰａ）では、いずれの
実施例でもクロスリークは観測されず、またいずれの場
合も電池開放電圧（ＯＣＶ）が０．９９Ｖ程度であり、
実使用上問題はない。限界クロスリーク試験は、ガス供
給系統の突発的な動作、例えばバルブ開閉、に対するセ
ルの挙動を知るためのものである。ここにおける試験結
果は、実施例２〜４のように、シールリブを多重化した
り、ガスケット流路部の背面（基準肉厚部を挟んで反対
側）の形状を工夫することによって、この数値が上昇
し、供給ガス圧の高い用途（車載用の供給元圧は１８０
ｋＰａ程度。ただし、両極間の差圧は最大でもこの数分
の一である）に適合するものとなることを示している。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、低い締結力で、高いガ
スシール性をもつ燃料電池を製作することが可能であ
り、もって燃料電池の信頼性向上に寄与するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の高分子電解質膜の正面図であ
る。

【図２】本発明の一実施例におけるＭＥＡのアノード側
の正面図である。

【図３】同ＭＥＡのカソード側の正面図である。

【図４】同ＭＥＡの左側面図である。

【図５】同ＭＥＡの要部の拡大した正面図である。

【図６】図５のVI-VI’線断面図である。

【図７】図３のVII-VII’線断面図である。

【図８】図３のVIII-VIII’線断面図である。

【図９】本発明の一実施例におけるアノード側導電性セ
パレータ板の正面図である。

【図１０】同セパレータ板の背面図である。

【図１１】本発明の一実施例におけるカソード側導電性
セパレータ板の正面図である。

【図１２】同セパレータ板の背面図である。

【図１３】本発明の一実施例における燃料電池を図３の
VII-VII’線で切った断面図である。

【図１４】同燃料電池を図３のVIII-VIII’線で切った
断面図である。

【図１５】カソード側導電性セパレータ板の酸化剤ガス
の流路の入り口付近の拡大した正面図である。

【図１６】他の実施例におけるガスケットの要部の拡大
した正面図である。

【図１７】さらに他の実施例におけるガスケットの要部
を拡大した正面図である。

【図１８】さらに他の実施例におけるガスケットの要部
を拡大した正面図である。

【図１９】本発明の他の実施例におけるＭＥＡのアノー
ド側の正面図である。

【図２０】同ＭＥＡのカソード側の正面図である。

【符号の説明】

１ 高分子電解質膜 １０ ＭＥＡ １１ ガスケット １２ アノード １３ カソード １４、６４、８４ 燃料ガス用マニホールド孔 １５、６５、８５ 酸化剤ガス用マニホールド孔 １６、６６、８６ 冷却水用マニホールド孔 １７、６７、８７ ボルト用孔 ２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４ ダ
ミーリブ ２５、３５ ガス通路 ２６、３６ 補強リブ ４１、４１Ｂ、４２、４３、４４、４４Ｂ、４５、４
６、５１、５２、５２Ｂ、５３、５４、５４Ｂ、５５、
５６ シールリブ ６０ アノード側導電性セパレータ板 ６８、８８ ガス流路 ７１、７２、７３、７４、９１、９２、９３、９４ 溝 ７６、９６ 冷却水の流路 ８０ カソード側導電性セパレータ板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽藤 一仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 村上 光 愛媛県温泉郡川内町南方2131−１ 松下寿 電子工業株式会社内 (72)発明者 竹澤 幹夫 愛媛県温泉郡川内町南方2131−１ 松下寿 電子工業株式会社内 (72)発明者 大西 孝行 愛媛県温泉郡川内町南方2131−１ 松下寿 電子工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１）周縁部がシール材からなるガスケ
   ットで被覆された高分子電解質膜、前記電解質膜の一方
   の面に接合されたアノード、および前記電解質膜の他方
   の面に接合されたカソードからなる電解質膜−電極接合
   体、並びに （２）前記電解質膜−電極接合体を挟むアノード側導電
   性セパレータ板およびカソード側導電性セパレータ板か
   らなる単位セルを具備する高分子電解質型燃料電池であ
   って、 （３）前記ガスケット、アノード側導電性セパレータ板
   およびカソード側導電性セパレータ板は、各一対の燃料
   ガス用マニホールド孔、酸化剤ガス用マニホールド孔、
   および冷却水用マニホールド孔を有し、 （４）前記ガスケットは、（４ａ）アノードが位置する
   側の表面に、前記燃料ガス用マニホールド孔の一方から
   アノードを経て他方の燃料ガス用マニホールド孔へ至る
   燃料ガスの流路部分を囲むシールリブ、並びに、冷却水
   用マニホールド孔を囲むシールリブを有し、（４ｂ）カ
   ソードが位置する側の表面に、前記燃料ガス用マニホー
   ルド孔および冷却水用マニホールド孔を囲むシールリブ
   を有し、 （５）前記アノード側導電性セパレータ板は、アノード
   と対向する面側の表面に、前記一対の燃料ガス用マニホ
   ールド孔を連通させる燃料ガスの流路を有し、 （６）前記カソード側導電性セパレータ板は、カソード
   と対向する面側の表面に、前記一対の酸化剤ガス用マニ
   ホールド孔を連通させる酸化剤ガスの流路を有し、 （７）前記セルを締結する締結圧により前記ガスケット
   の各シールリブが、前記導電性セパレータ板の表面に圧
   接されていることを特徴とする高分子電解質型燃料電
   池。
2. 【請求項２】 前記ガスケットは、さらに、アノードが
   位置する側の表面に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔
   を囲むシールリブを有し、カソードが位置する側の表面
   に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔の一方からカソー
   ドを経て他方の酸化剤ガス用マニホールド孔へ至る酸化
   剤ガスの流路部分を囲むシールリブを有する請求項１記
   載の高分子電解質型燃料電池。
3. 【請求項３】 （１）周縁部がシール材からなるガスケ
   ットで被覆された高分子電解質膜、前記電解質膜の一方
   の面に接合されたアノード、および前記電解質膜の他方
   の面に接合されたカソードからなる電解質膜−電極接合
   体、並びに（２）前記電解質膜−電極接合体を挟むアノ
   ード側導電性セパレータ板およびカソード側導電性セパ
   レータ板からなる単位セルを具備する高分子電解質型燃
   料電池であって、（３）前記ガスケット、アノード側導
   電性セパレータ板およびカソード側導電性セパレータ板
   は、各一対の燃料ガス用マニホールド孔、酸化剤ガス用
   マニホールド孔、および冷却水用マニホールド孔を有
   し、（４）前記ガスケットは、（４ａ）アノードが位置
   する側の表面に、前記燃料ガス用マニホールド孔の一方
   からアノードを経て他方の燃料ガス用マニホールド孔へ
   至る燃料ガスの流路部分を囲むシールリブ、並びに、冷
   却水用マニホールド孔を囲むシールリブを有し、（４
   ｂ）カソードが位置する側の表面に、前記燃料ガス用マ
   ニホールド孔および冷却水用マニホールド孔を囲むシー
   ルリブを有し、（４ｃ）アノードが位置する側の表面お
   よびカソードが位置する側の表面に、前記いずれかのシ
   ールリブを少なくとも部分的に囲むダミーリブを有し、
   （４ｄ）前記各ダミーリブはその高さが各シールリブの
   それより大きく、（５）前記アノード側導電性セパレー
   タ板は、アノードと対向する面側の表面に、前記ダミー
   リブを遊合する溝、および前記一対の燃料ガス用マニホ
   ールド孔を連通させる燃料ガスの流路を有し、（６）前
   記カソード側導電性セパレータ板は、カソードと対向す
   る面側の表面に、前記ダミーリブを遊合する溝、および
   前記一対の酸化剤ガス用マニホールド孔を連通させる酸
   化剤ガスの流路を有し、（７）前記セルを締結する締結
   圧により前記ガスケットの各シールリブが、前記導電性
   セパレータ板の表面に圧接されていることを特徴とする
   高分子電解質型燃料電池。
4. 【請求項４】 前記ガスケットは、さらに、アノードが
   位置する側の表面に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔
   を囲むシールリブを有し、カソードが位置する側の表面
   に、前記酸化剤ガス用マニホールド孔の一方からカソー
   ドを経て他方の酸化剤ガス用マニホールド孔へ至る酸化
   剤ガスの流路部分を囲むシールリブを有する請求項３記
   載の高分子電解質型燃料電池。
5. 【請求項５】 前記アノードが位置する側の表面に設け
   られたダミーリブは、前記燃料ガスの流路部分を囲むシ
   ールリブを実質的に囲み、前記カソードが位置する側の
   表面に設けられたダミーリブは、前記酸化剤ガスの流路
   部分を囲むシールリブを実質的に囲んでいる請求項４記
   載の高分子電解質型燃料電池。
6. 【請求項６】 前記ガスケットは、さらに、アノードが
   位置する側の表面に、前記酸化剤ガスのマニホールド孔
   および冷却水のマニホールド孔を囲む各シールリブをそ
   れぞれ囲むダミーリブを有し、カソードが位置する側の
   表面に、燃料ガスのマニホールド孔および冷却水のマニ
   ホールド孔を囲む各シールリブをそれぞれ囲むダミーリ
   ブを有する請求項５記載の高分子電解質型燃料電池。
7. 【請求項７】 （１）周縁部がシール材からなるガスケ
   ットで被覆された高分子電解質膜、前記電解質膜の一方
   の面に接合されたアノード、および前記電解質膜の他方
   の面に接合されたカソードからなる電解質膜−電極接合
   体、並びに（２）前記電解質膜−電極接合体を挟むアノ
   ード側導電性セパレータ板およびカソード側導電性セパ
   レータ板からなる単位セルを具備する高分子電解質型燃
   料電池であって、（３）前記ガスケット、アノード側導
   電性セパレータ板およびカソード側導電性セパレータ板
   は、各一対の燃料ガス用マニホールド孔、酸化剤ガス用
   マニホールド孔、および冷却水用マニホールド孔を有
   し、（４ａ）前記ガスケットは、アノードが位置する側
   の表面に、前記各マニホールド孔をそれぞれ囲むダミー
   リブ、前記各ダミーリブの内側において各マニホールド
   孔を囲むシールリブ、前記燃料ガス用マニホールド孔を
   囲むダミーリブのアノードに向き合う側に設けられた切
   欠部を含む燃料ガスの通路、アノードを囲むシールリ
   ブ、および前記燃料ガスの通路の両側にあって前記燃料
   ガス用マニホールド孔を囲むシールリブとアノードを囲
   むシールリブとを連結するシールリブを有し、（４ｂ）
   前記ガスケットは、カソードが位置する側の表面に、前
   記各マニホールド孔をそれぞれ囲むダミーリブ、前記各
   ダミーリブの内側において各マニホールド孔を囲むシー
   ルリブ、前記酸化剤ガス用マニホールド孔を囲むダミー
   リブのカソードに向き合う側に設けられた切欠部を含む
   酸化剤ガスの通路、カソードを囲むシールリブ、および
   前記酸化剤ガスの通路の両側にあって前記酸化剤ガス用
   マニホールド孔を囲むシールリブとカソードを囲むシー
   ルリブとを連結するシールリブを有し、（４ｃ）前記各
   ダミーリブはその高さが各シールリブのそれより大き
   く、（５）前記アノード側導電性セパレータ板は、アノ
   ードと対向する面側の表面に、前記ダミーリブを遊合す
   る溝、および前記一対の燃料ガス用マニホールド孔を連
   通させる燃料ガスの流路を有し、（６）前記カソード側
   導電性セパレータ板は、カソードと対向する面側の表面
   に、前記ダミーリブを遊合する溝、および前記一対の酸
   化剤ガス用マニホールド孔を連通させる酸化剤ガスの流
   路を有し、（７）前記ガスケットの燃料ガスの通路およ
   び酸化剤ガスの通路が、それぞれアノード側導電性セパ
   レータ板のガス流路およびカソード側導電性セパレータ
   板のガス流路に連通し、（８）前記セルを締結する締結
   力により前記ガスケットの各シールリブが、前記燃料ガ
   スの通路および酸化剤ガスの通路を除いて、前記導電性
   セパレータ板の表面に圧接されていることを特徴とする
   高分子電解質型燃料電池。
8. 【請求項８】 ガスケットのカソードが位置する側の表
   面において前記各マニホールド孔を囲む各シールリブ
   は、アノードが位置する側の表面において各マニホール
   ド孔を囲む各シールリブと対応する位置にあり、前記カ
   ソードを囲むシールリブは、前記アノードを囲むシール
   リブと対応する位置にあり、さらに、アノードが位置す
   る側の表面には、前記酸化剤ガス用マニホールド孔を囲
   むシールリブとカソードを囲むシールリブとを連結する
   シールリブと対応する位置にシールリブを、カソードが
   位置する側の表面には、前記燃料ガス用マニホールド孔
   を囲むシールリブとアノードを囲むシールリブとを連結
   するシールリブと対応する位置にシールリブを、それぞ
   れ有する請求項７記載の高分子電解質型燃料電池。
9. 【請求項９】 前記アノードが位置する側の表面におい
   て前記各マニホールド孔をそれぞれ囲むダミーリブおよ
   び前記カソードが位置する側の表面において前記各マニ
   ホールド孔をそれぞれ囲むダミーリブはそれぞれ連なっ
   ている請求項７記載の高分子電解質型燃料電池。
10. 【請求項１０】 前記ガスケットは、前記燃料ガスの通
    路および酸化剤ガスの通路内にそれぞれ複数の補強リブ
    を有し、前記アノード側導電性セパレータ板およびカソ
    ード側導電性セパレータ板は、それらのガス流路の出入
    り口近傍に前記補強リブを受け入れる凹部を有し、前記
    凹部で前記補強リブの頂部を支持し、前記燃料ガスの通
    路および酸化剤ガスの通路の前後にあるシールリブはセ
    パレータ板のガス流路に対応しない部分においてセパレ
    ータ板に圧接されている請求項７記載の高分子電解質型
    燃料電池。
11. 【請求項１１】 前記シールリブの少なくとも１つが、
    複数条のシールリブからなる請求項７記載の高分子電解
    質型燃料電池。