JP2008234919A - 燃料電池用セル押圧アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の剛性を確保しつつ、入力側プレートの最大応力を小さくすることができる燃料電池用セル押圧アセンブリを提供することを課題とする。
【解決手段】セル押圧アセンブリ１は、弾性体群３と、弾性体群３の一端側に配置され、外部から荷重が入力される入力側プレート２と、弾性体群３の他端側に配置され、弾性体群３を介して伝達される荷重を出力して、セル積層体８を押圧する出力側プレート４と、を備える。入力側プレート２は、複数の弾性体３０の一端部が収容されると共に開口部２２０ａ、２２０ｂの面積が底部２２１ａ、２２１ｂの面積よりも大きい複数の収容凹部２２を持つ押圧面２６と、荷重が加わる荷重部Ｒ１と、荷重が加わる際の荷重部Ｒ１に対する変位量が最大になる最大変位部Ｒ２と、を有し、荷重部Ｒ１の平均板厚は、最大変位部Ｒ２の平均板厚よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、燃料電池のセル積層体を押圧して締結するための燃料電池用セル押圧アセンブリに関する。

例えば、特許文献１、特許文献２には、入力側プレートと、出力側プレートと、コイルスプリング群と、を備える燃料電池用セル押圧アセンブリ（以下、適宜、「セル押圧アセンブリ」と略称する。）が紹介されている。コイルスプリング群は、入力側プレートと出力側プレートとの間に介装されている。外部から加えられる荷重は、入力側プレート、コイルスプリング群、出力側プレートを介して、燃料電池のセル積層体に伝達される。セル積層体は、多数の板状のセルが積層されることにより構成されている。セル積層体は、出力側プレートを介して伝達される外部荷重により、締結されている。
特開２００４−２８８６１８号公報 特開２００６−１１４３６２号公報

ところで、セル積層体を堅固に締結するためには、入力側プレートに、比較的大きな荷重を加える必要がある。しかし、大荷重により入力側プレートが湾曲してしまうと、セル積層体を、セルの面展開方向に亘って、均等に押圧することが困難になる。この観点から、入力側プレートには、高剛性であることが要求される。このため、入力側プレートの板厚は、大きい方が好ましい。

しかしながら、入力側プレートの板厚が大きくなると、その分、セル押圧アセンブリの、荷重が加わる方向（セル積層方向）の全長（以下、適宜、単に「全長」と略称する。）が大きくなってしまう。この点、セル押圧アセンブリの設置スペース削減の観点からは、セル押圧アセンブリの全長は、小さいことが要求される。

このような相反する要求を満たすために、本発明者は、収容凹部を有する入力側プレートを案出した。当該入力側プレートの押圧面（セル積層体側の面）には、複数の収容凹部が配置されている。収容凹部には、コイルスプリングの一端部が収容されている。この入力側プレートによると、例えば、押圧面に立ち爪状の保持部を設け当該保持部によりコイルスプリングの一端を保持する場合と比較して、同等のストロークを確保しながら、セル押圧アセンブリの全長を小さくすることができる。並びに、隣接する収容凹部間の壁部がリブとして作用するため、入力側プレートは所望の剛性を確保することができる。

ところが、燃料電池用セル押圧アセンブリに、収容凹部を有する入力側プレートを用いると、外部から荷重を加える際、ある特定の部位に応力が集中する場合がある。このため、最大応力（最大主応力の最大値。以下同じ。）が大きくなる場合がある。ここで、最大応力を小さくするためには、入力側プレートの形状を変更する必要がある。しかしながら、形状変更の部位や程度などによっては、入力側プレートの剛性が低くなるおそれがある。

本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、所望の剛性を確保しつつ、入力側プレートの最大応力を小さくすることができる燃料電池用セル押圧アセンブリを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリは、複数の弾性体からなる弾性体群と、該弾性体群の伸縮方向一端側に配置され、外部から荷重が入力される入力側プレートと、該弾性体群の伸縮方向他端側に配置され、該弾性体群を介して伝達される該荷重を出力して、積層された複数のセルからなるセル積層体を押圧する出力側プレートと、を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、前記入力側プレートは、複数の前記弾性体の一端部が収容されると共に開口部の面積が底部の面積よりも大きい複数の収容凹部を持つ押圧面と、前記荷重が加わる荷重部と、該荷重が加わる際の該荷重部に対する変位量が最大になる最大変位部と、を有し、該荷重部の平均板厚は、該最大変位部の平均板厚よりも小さいことを特徴とする（請求項１に対応）。

本発明のセル押圧アセンブリの入力側プレートは、押圧面を有している。押圧面には、複数の収容凹部が配置されている。収容凹部には、弾性体の一端部が収容される。押圧面の収容凹部は、開口部と底部とを有している。開口部は、押圧面に略面一に連なっている。底部は、開口部から深さ方向に最も離間して配置されている。開口部の面積（詳しくは収容凹部の深さ方向に対して略垂直方向の面積。以下同じ。）は、底部の面積よりも、大きい。このため、荷重が加わる際、圧縮された弾性体が、胴膨れ、胴曲がり、座屈、倒れ込みなどを起こして、収容凹部に干渉するのを抑制することができる。

また、開口部の面積が底部の面積よりも大きいため、任意の隣接する一対の収容凹部間の壁部に着目すると、壁部における開口部間の距離（以下、適宜、「開口部間肉厚」と称する。）は、底部間の距離（以下、適宜、「底部間肉厚」と称する。）よりも、小さくなる（つまり薄肉になる）。したがって、外部から荷重が加わる際、壁部の当該開口部間の部分に、最大応力が発生する。

この点、本発明のセル押圧アセンブリによると、荷重部の平均板厚が、最大変位部の平均板厚よりも小さい。板厚が小さいと、その分、収容凹部の深さが浅くなる。このため、板厚が大きい場合と比較して、開口部間肉厚は大きくなる（つまり厚肉になる）。すなわち、荷重部（詳しくは、押圧面のうち荷重部に配置される領域）に配置される収容凹部の開口部間肉厚は、大きくなる。したがって、入力側プレートの板厚が一定の場合と比較して、荷重部に配置される収容凹部の壁部における開口部間の部位（以下、適宜、「開口部間部位」と称する。）に発生する最大応力を、小さくすることができる。このように、本発明のセル押圧アセンブリによると、荷重部において、開口部間部位に発生する最大応力を小さくすることができる。

一方、最大変位部の平均板厚は、荷重部の平均板厚よりも、大きい。このため、荷重が加わる際、最大変位部が変形しにくくなる。したがって、本発明のセル押圧アセンブリの入力側プレートによると、荷重部の平均板厚が小さいにもかかわらず、所望の剛性を確保することができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記入力側プレートは、前記荷重部を含む中央部と、前記最大変位部を含む周囲部と、からなり、該中央部の平均板厚は、該周囲部の平均板厚よりも小さい構成とする方がよい（請求項２に対応）。

本構成によると、中央部においては、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。一方、周囲部の平均板厚が、中央部の平均板厚よりも大きいため、入力側プレートは、所望の剛性を確保することができる。

（２−１）好ましくは、上記（２）の構成において、前記中央部と前記周囲部とは、前記押圧面においてスロープ状（傾斜面状）に連なっている構成とする方がよい。こうすると、中央部と周囲部とが押圧面においてステップ状（段差状）に連なっている場合と比較して、荷重が加わる際の応力集中を抑制することができる。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記中央部と前記周囲部との境界は、前記荷重部に対する前記最大変位部の変位量を１００％として、該変位量が５％以上１００％以下となる範囲に設定されている構成とする方がよい（請求項３に対応）。

図１（ａ）に、荷重が加わる前の入力側プレートの模式断面図を示す。図１（ｂ）に、荷重が加わる際の入力側プレートの模式断面図を示す。なお、図１は、本発明のセル押圧アセンブリの作用を説明するために便宜上例示する図であり、本発明の入力側プレートの形状、外部からの荷重の付加方法、荷重部の配置数、形状などを何等限定するものではない。

中央部と周囲部との境界は、以下のようにして設定する。図１（ａ）に示すように、入力側プレート１０９は、荷重部１１０と、最大変位部１１１（太線で示す。）と、を有している。また、入力側プレート１０９の押圧面１１２には、複数の収容凹部（図略）が配置されている。

図１（ｂ）に示すように、ロッド１１５により、荷重部１１０に荷重が加わると、入力側プレート１０９の最大変位部１１１は、荷重部１１０を起点として、荷重が加わる方向に向かって反り上がるように変位する。この変位量を１００％とする。本例においては、変位量がＡ１（＝５）％以上１００％以下となる範囲内の、変位量Ｂ１％を基準に、境界Ｂ０を設定している。そして、境界Ｂ０を挟んで荷重部１１０を含む方の部分を、中央部１１３としている。並びに、境界Ｂ０を挟んで最大変位部１１１を含む方の部分を、周囲部１１４としている。このように、境界は、荷重が加わる際の変位量に基づいて設定される。

ここで、境界の位置を５％以上としたのは、５％未満の場合、周囲部が大きくなり（中央部が小さくなり）、押圧面において開口部間肉厚が小さい領域が、大きくなるからである。すなわち、所望の剛性は確保しやすい一方、開口部間部位に発生する最大応力が小さい領域が、小さくなるからである。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記弾性体は、コイルスプリングである構成とする方がよい（請求項４に対応）。本構成によると、コイルスプリングのコイル径や長さなどを調整することにより、セル積層体に所望の締結荷重を加えることができる。

（５）また、上記課題を解決するため、本発明のセル押圧アセンブリは、複数の弾性体からなる弾性体群と、該弾性体群の伸縮方向一端側に配置され、外部から荷重が入力される入力側プレートと、該弾性体群の伸縮方向他端側に配置され、該弾性体群を介して伝達される該荷重を出力して、積層された複数のセルからなるセル積層体を押圧する出力側プレートと、を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、前記入力側プレートは、複数の前記弾性体の一端部が収容される複数の収容凹部を持つ押圧面を有し、該押圧面は、背面側から前記荷重が加わる荷重領域を有し、該荷重領域に配置される該収容凹部のうち、少なくとも一部の該収容凹部の開口部は、略多角形状の多角形開口部であり、該荷重領域以外の領域に配置される該収容凹部のうち、少なくとも一部の該収容凹部の開口部は、略真円形状の真円開口部であり、該多角形開口部の面積は該真円開口部の面積よりも大きく、隣接する該多角形開口部の直線部同士は、互いに略平行になるように配置されていることを特徴とする（請求項５に対応）。

図２（ａ）に、隣接する一対の真円開口部を押圧面上方から見た模式図を示す。図２（ｂ）に、隣接する一対の多角形開口部を押圧面上方から見た模式図を示す。なお、図２は、本発明のセル押圧アセンブリの作用を説明するために便宜上例示する図であり、本発明の真円開口部あるいは多角形開口部の形状、開口部間の距離などを何等限定するものではない。

図２（ａ）に示すように、開口部が真円開口部１００の場合、開口部間部位１０１（左上がりハッチングで示す。）は、押圧面１０２上方から見て、一対の半円が、互いに背中合わせに配置されたような形状を呈している。このため、開口部間肉厚が最小となる部位は、隣接する真円開口部１００の重心（中心）同士を結んだ直線Ｌ１上の部位Ｐ１（太線で示す。）のみである。荷重が加わる場合、当該部位Ｐ１には、局所的に応力が集中する。このため、最大応力が大きくなる。

これに対して、図２（ｂ）に示すように、開口部が多角形（一例として略正六角形）開口部１０３の場合、多角形開口部１０３の直線部Ｌ２同士は、互いに略平行になるように配置される。このため、開口部間部位１０４（左上がりハッチングで示す。）は、押圧面１０５上方から見て、一対の直線部Ｌ２が、互いに背中合わせに配置されたような部位Ｐ２（クロスハッチングで示す。）を有している。当該部位Ｐ２においては、開口部間肉厚が最小となる。当該部位Ｐ２は、多角形開口部１０３の直線部Ｌ２全長に亘って、開口部間部位１０４に延在している。このため、多角形開口部１０３を配置すると、荷重が加わる場合の応力集中を抑制することができる。したがって、最大応力を小さくすることができる。

一方、多角形開口部１０３の面積は真円開口部１００（図２（ｂ）において、一点鎖線の円で示す。）の面積よりも大きい。このため、真円開口部１００間の開口部間肉厚は、多角形開口部１０３間の開口部間肉厚よりも、大きくなる。したがって、入力側プレートにおける真円開口部１００に対応する部分は、多角形開口部１０３に対応する部分よりも、剛性が高くなる。

本発明のセル押圧アセンブリによると、荷重領域に配置される収容凹部の開口部は、多角形開口部である。一方、荷重領域以外の領域に配置される収容凹部の開口部は、真円開口部である。このため、荷重領域においては、応力集中を抑制することにより、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。並びに、荷重領域以外の領域の開口部間肉厚は大きいため、入力側プレートは、所望の剛性を確保することができる。

（６）好ましくは、上記（５）の構成において、前記多角形開口部は、隣接する前記直線部間が曲線部を介して連結される略正六角形状を呈している構成とする方がよい（請求項６に対応）。

所望の締結荷重を確保しつつセル押圧アセンブリの全長を小さくするためには、入力側プレートと出力側プレートとの間に介装する弾性体の長さを短くし、かつ配置数を多くすることが好ましい。弾性体を密に配置しようとすると、押圧面において任意の一つの収容凹部が、他の六つの収容凹部に囲まれて隣接することになる。すなわち、一つの収容凹部が六方向に他の収容凹部に隣接することになる。

この点、本構成によると、多角形開口部が略正六角形状を呈している。このため、六方向に直線部を配置することができる。したがって、弾性体が密に配置される場合であっても、荷重領域においては、応力集中を抑制することができる。つまり、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。並びに、荷重領域以外の領域の開口部間肉厚は大きいため、入力側プレートは、所望の剛性を確保することができる。

（６−１）好ましくは、上記（５）の構成において、前記多角形開口部は、隣接する直線部間が曲線部を介して連結される略正方形状を呈している構成とする方がよい。本構成によると、四方向に直線部を配置することができる。したがって、任意の一つの収容凹部が、他の四つの収容凹部に囲まれて隣接する場合であっても、荷重領域においては、応力集中を抑制することができる。つまり、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。並びに、荷重領域以外の領域の開口部間肉厚は大きいため、入力側プレートは、所望の剛性を確保することができる。

（７）好ましくは、上記（５）または（６）の構成において、前記収容凹部の開口部の面積は、該収容凹部の底部の面積よりも大きい構成とする方がよい（請求項７に対応）。本構成によると、荷重が加わる際、圧縮された弾性体が、胴膨れ、胴曲がり、座屈、倒れ込みなどを起こして、収容凹部に干渉するのを抑制することができる。

（８）好ましくは、上記（５）ないし（７）のいずれかの構成において、前記弾性体は、コイルスプリングである構成とする方がよい（請求項８に対応）。本構成によると、コイルスプリングのコイル径や長さなどを調整することにより、セル積層体に所望の締結荷重を加えることができる。

（９）また、上記課題を解決するため、本発明のセル押圧アセンブリは、複数の弾性体からなる弾性体群と、該弾性体群の伸縮方向一端側に配置され、外部から荷重が加わる入力側プレートと、該弾性体群の伸縮方向他端側に配置され、該弾性体群を介して伝達される該荷重により、積層された複数のセルからなるセル積層体を押圧する出力側プレートと、を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、前記入力側プレートは、複数の前記弾性体の一端部が収容される複数の収容凹部を持つ押圧面を有し、該押圧面は、背面側から前記荷重が加わる荷重領域を有し、該荷重領域に配置される該収容凹部を含む三つ以上の隣接する該収容凹部の開口部の重心を繋いで形成される包囲領域のうち、少なくとも一部には、開口部間凹部が配置されていることを特徴とする（請求項９に対応）。

図３に、隣接する三つの開口部を押圧面の荷重領域上方から見た模式図を示す。なお、図３は、本発明のセル押圧アセンブリの作用を説明するために便宜上例示する図であり、本発明の開口部の形状、隣接する開口部の数、開口部間の距離などを何等限定するものではない。

図３に示すように、仮に開口部が真円状の場合、前出図２（ａ）同様に、開口部間肉厚が最小となる部位は、隣接する開口部１０６の重心Ｇ１同士を結んだ直線Ｌ３上の部位Ｐ３（太線で示す。）のみである。荷重が加わる場合、当該部位Ｐ３には、局所的に応力が集中する。このため、最大応力が大きくなる。

この点、本発明のセル押圧アセンブリの重心Ｇ１を繋いで形成される包囲領域ｒ０（一点鎖線で示す。）の少なくとも一部には、開口部間凹部１０７（右上がりハッチングで示す。）が配置されている。開口部間凹部１０７を配置すると、その分だけ、収容凹部間の壁部の高さが小さくなる。このため、部位Ｐ３に集中する応力を、開口部間凹部１０７側に逃がすことができる。したがって、荷重領域１０８において、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。

一方、隣接する収容凹部が、全て、荷重領域以外の領域に配置されている場合、開口部間凹部は配置されない。このため、荷重領域以外の領域により、入力側プレートの剛性を確保することができる。

（１０）好ましくは、上記（９）の構成において、前記包囲領域は、三角形状を呈している構成とする方がよい（請求項１０に対応）。所望の締結荷重を確保しつつセル押圧アセンブリの全長を小さくするためには、入力側プレートと出力側プレートとの間に介装する弾性体の長さを短くし、かつ配置数を多くすることが好ましい。弾性体を密に配置しようとすると、押圧面において任意の一つの収容凹部が、他の六つの収容凹部に囲まれて隣接することになる。このため、包囲領域は、本構成のように三角形状となる。

本構成によると、弾性体が密に配置される場合であっても、荷重領域においては、応力集中を抑制することができる。つまり、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。並びに、荷重領域以外の領域により、入力側プレートの剛性を確保することができる。

（１０−１）好ましくは、上記（９）の構成において、前記包囲領域は、四角形状を呈している構成とする方がよい。本構成によると、任意の一つの収容凹部が、他の四つの収容凹部に囲まれて隣接する場合であっても、荷重領域においては、応力集中を抑制することができる。つまり、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。並びに、荷重領域以外の領域により、入力側プレートの剛性を確保することができる。

（１１）好ましくは、上記（９）の構成において、前記包囲領域のうち、前記荷重領域の中心に配置される一つは六角形状を呈しており、他は三角形状を呈しており、六角形状および三角形状の該包囲領域のうち、少なくとも六角形状の該包囲領域には、前記開口部間凹部が配置されている構成とする方がよい（請求項１１に対応）。

所望の締結荷重を確保しつつセル押圧アセンブリの全長を小さくするためには、入力側プレートと出力側プレートとの間に介装する弾性体の長さを短くし、かつ配置数を多くすることが好ましい。弾性体を密に配置しようとすると、押圧面において任意の一つの収容凹部が、他の六つの収容凹部に囲まれて隣接することになる。このため、包囲領域は、三角形状となる。

しかしながら、荷重領域の中心にまで収容凹部を配置すると、所望の剛性を確保しにくい。そこで、本構成は、荷重領域の中心に、敢えて収容凹部を配置していない。荷重領域の中心には、収容凹部の代わりに、六角形状の大きな包囲領域が配置されている。また、当該包囲領域には、大きな開口部間凹部が配置されている。そして、六角形状の大きな包囲領域の周囲に、三角形状の包囲領域が配置されている。

本構成によると、荷重領域においては、応力集中を抑制することができる。つまり、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。並びに、荷重領域の中心に敢えて収容凹部を配置しないことにより、入力側プレートの剛性を確保することができる。

（１２）好ましくは、上記（１１）の構成において、前記収容凹部の開口部のうち、六角形状の前記包囲領域を形成する該開口部は、該開口部が真円形状の場合と比較して、該開口部のうち前記荷重領域の中心に最も近い中心端が、さらに該荷重領域の中心に近接するように配置された異形円状を呈している構成とする方がよい（請求項１１に対応）。

本構成によると、荷重領域における応力集中を、さらに抑制することができる。つまり、開口部間部位に発生する最大応力を、より小さくすることができる。

（１３）好ましくは、上記（９）ないし（１２）のいずれかの構成において、前記収容凹部の開口部の面積は、該収容凹部の底部の面積よりも大きい構成とする方がよい（請求項１３に対応）。本構成によると、荷重が加わる際、圧縮された弾性体が、胴膨れ、胴曲がり、座屈、倒れ込みなどを起こして、収容凹部に干渉するのを抑制することができる。

（１４）好ましくは、上記（９）ないし（１３）のいずれかの構成において、前記弾性体は、コイルスプリングである構成とする方がよい（請求項１４に対応）。本構成によると、コイルスプリングのコイル径や長さなどを調整することにより、セル積層体に所望の締結荷重を加えることができる。

本発明によると、所望の剛性を確保しつつ、入力側プレートの最大応力を小さくすることが可能な燃料電池用セル押圧アセンブリを提供することができる。

以下、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
（燃料電池の構成）
まず、本実施形態のセル押圧アセンブリが組み付けられた燃料電池の構成について説明する。図４に、本実施形態のセル押圧アセンブリが組み付けられた固体高分子型燃料電池の側面図を示す。なお、図４以降の図における方位は、説明の便宜上設定するものであり、固体高分子型燃料電池、セル押圧アセンブリの配置方向を何ら限定するものではない。

図４に示すように、固体高分子型燃料電池９は、セル押圧アセンブリ１と、セル積層体８と、一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂと、一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂと、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂと、一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂと、一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂと、一対のアジャストロッド６ａ、６ｂとを備えている。

一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂは、各々、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂは、後述するセル積層体８の積層方向（上下方向）に所定間隔だけ離間して、平行に対向して配置されている。また、エンドプレート９０ａには、左右方向に所定間隔だけ離間して、一対のアジャストロッド貫通孔９００ａ、９００ｂ（図４において、断面で示す。）が穿設されている。アジャストロッド貫通孔９００ａ、９００ｂの内周面には、各々、ねじ溝（図略）が形成されている。

一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂは、各々、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂは、左右方向に所定間隔だけ離間して、平行に対向して配置されている。これら一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂと、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂとは、全体として矩形枠状になるように連結されている。

セル押圧アセンブリ１、セル積層体８、一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂ、一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂ、一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂ、一対のアジャストロッド６ａ、６ｂは、当該矩形枠内に収容されている。

セル積層体８は、多数のセル８０が積層され形成されている。セル８０は、ＭＥＡ（電解質膜電極接合体。図略）がセパレータ（図略）で挟持されることにより形成されている。セル８０は、薄板状を呈している。

一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂは、各々、銅製であって矩形板状を呈している。ターミナルプレート９２ａはセル積層体８の上方に、ターミナルプレート９２ｂはセル積層体８の下方に、各々配置されている。

一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂは、各々、絶縁樹脂製であって矩形板状を呈している。絶縁プレート９１ａはターミナルプレート９２ａの上方に、絶縁プレート９１ｂはターミナルプレート９２ｂの下方に、各々配置されている。

一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂは、各々、ウレタンフォーム製であって矩形板状を呈している。拘束プレート９３ａはセル積層体８の左方に、拘束プレート９３ｂはセル積層体８の右方に、各々配置されている。

アジャストロッド６ａ、６ｂは、鋼製であって丸棒状を呈している。アジャストロッド６ａ、６ｂの外周面には、ねじ山が形成されている。アジャストロッド６ａは、アジャストロッド貫通孔９００ａに挿入されている。アジャストロッド６ａのねじ山は、アジャストロッド貫通孔９００ａのねじ溝と、螺合している。アジャストロッド６ａを回動させることにより、アジャストロッド６ａのねじ込み量Ｌを調整することができる。同様に、アジャストロッド６ｂは、アジャストロッド貫通孔９００ｂに挿入されている。アジャストロッド６ｂのねじ山は、アジャストロッド貫通孔９００ｂのねじ溝と、螺合している。アジャストロッド６ｂを回動させることにより、アジャストロッド６ｂのねじ込み量Ｌを調整することができる。

セル押圧アセンブリ１は、エンドプレート９０ａと絶縁プレート９１ａとの間に介装されている。また、セル押圧アセンブリ１は、アジャストロッド６ａ、６ｂのねじ込み量Ｌだけ、エンドプレート９０ａから離間している。

（セル押圧アセンブリの構成）
次に、本実施形態のセル押圧アセンブリの構成について説明する。図５に、本実施形態のセル押圧アセンブリの斜視合体図を示す。図６に、同セル押圧アセンブリの斜視分解図を示す。図５、図６に示すように、セル押圧アセンブリ１は、入力側プレート２と、出力側プレート４と、スプリング群３と、ガイドプレート５とを備えている。

スプリング群３は、多数のばね鋼製のコイルスプリング３０から構成されている。スプリング群３は、本発明の弾性体群に含まれる。多数のコイルスプリング３０は、規則的に配列されている。コイルスプリング３０の上下方向投影面は、真円形状を呈している。

入力側プレート２は、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。入力側プレート２は、スプリング群３の上方に配置されている。入力側プレート２の上面には、一対のロッド受け部材２８ａ、２８ｂが配置されている。ロッド受け部材２８ａ、２８ｂは、各々、鋼製であって、中央がやや盛り上がった円板状を呈している。ロッド受け部材２８ａ、２８ｂは、入力側プレート２の上面に、スクリューにより固定されている。ロッド受け部材２８ａには前出図４のアジャストロッド６ａが、ロッド受け部材２８ｂには前出図４のアジャストロッド６ｂが、各々当接する。入力側プレート２の四隅付近には、各々、ガイドロッド貫通孔２１が穿設されている。ガイドロッド貫通孔２１は、上方から下方に向かって縮径する段付き円筒状を呈している。入力側プレート２については、後で詳しく説明する。

出力側プレート４は、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。出力側プレート４は、スプリング群３の下方に配置されている。出力側プレート４の上面４６は、略平面状を呈している。上面４６には、出力側凹部４０が、多数形成されている。出力側凹部４０は、多数のコイルスプリング３０の各々に対応するように配置されている。出力側凹部４０は、真円形状を呈している。出力側凹部４０には、コイルスプリング３０の下端が収容されている。出力側プレート４の四隅付近には、各々、ガイドロッド固定孔４２が穿設されている。ガイドロッド固定孔４２の内周面には、ねじ溝（図略）が形成されている。また、出力側プレート４の前後縁付近には、各々三つずつ、ボルト固定凹部４１が凹設されている。

ガイドプレート５は、アルミニウム合金製であって矩形薄板状を呈している。ガイドプレート５は、出力側プレート４の上面４６に固定されている。ガイドプレート５には、真円形状のコイルスプリング保持孔５０が多数穿設されている。コイルスプリング保持孔５０は、多数のコイルスプリング３０の各々に対応するように配置されている。コイルスプリング保持孔５０には、コイルスプリング３０が上下方向に貫通して配置されている。ガイドプレート５の前後縁付近には、各々三つずつ、ボルト貫通孔５１が穿設されている。ボルト４５は、上方から下方に向かって、ボルト貫通孔５１を貫通し、ボルト固定凹部４１に螺着されている。すなわち、ボルト４５により、ガイドプレート５は出力側プレート４の上面４６に固定されている。

ガイドプレート５の四隅付近には、各々、ナット締結孔５２が穿設されている。前出ガイドロッド貫通孔２１と、当該ナット締結孔５２と、前出ガイドロッド固定孔４２とは、上下方向に一列に並んで配置されている。これら三つの孔には、上方から下方に向かって、ガイドロッド４３が挿入されている。詳しく説明すると、ガイドロッド４３は、鋼製であってボルト状を呈している。ガイドロッド４３の軸部下方の外周面には、ねじ山が形成されている。ガイドロッド４３の下端は、上方から下方に向かって、入力側プレート２のガイドロッド貫通孔２１を貫通し、ガイドプレート５のナット締結孔５２を貫通し、出力側プレート４のガイドロッド固定孔４２に固定されている。具体的には、ガイドロッド４３のねじ山とガイドロッド固定孔４２のねじ溝とが螺着することにより、ガイドロッド４３の下端はガイドロッド固定孔４２に収容され固定されている。また、ガイドロッド４３軸部外周面のナット締結孔５２上方部分には、ナット４４が螺着されている。ナット４４は、ガイドロッド固定孔４２に対するガイドロッド４３下端のねじ込み量を規制している。ガイドロッド４３頭部は、入力側プレート２のガイドロッド貫通孔２１の段差上方に配置されている。ガイドロッド４３頭部が当該段差に引っかかることにより、入力側プレート２と出力側プレート４との分離が抑制されている。

セル押圧アセンブリ１が固体高分子型燃料電池９に組み付けられた状態（前出図４参照。）では、アジャストロッド６ａ、６ｂから、ロッド受け部材２８ａ、２８ｂを介して、入力側プレート２に、荷重が加えられる。当該荷重により、入力側プレート２は、スプリング群３を圧縮しながら、下方（出力側プレート４方向）に移動する。出力側プレート４はスプリング群３により下方（セル積層体８方向）に付勢され、セル積層体８を押圧する。このようにして、セル積層体８に締結荷重が加えられる。

（入力側プレートの詳しい構成）
次に、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの構成について、詳しく説明する。図７に、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの斜視図を示す。図８に、同入力側プレートの下面図を示す。図９に、図８のＩＸ−ＩＸ方向断面図を示す。図１０に、図８のＸ−Ｘ方向断面図を示す。なお、図７に示す入力側プレート２は、前出図６の入力側プレート２を、軸Ｌ４を中心に上下反転させたものである（図中の方位を参照）。

図７〜図１０に示すように、入力側プレート２の下面全体は、スプリング群３（前出図６参照）を押圧するための押圧面２６となっている。また、入力側プレート２は、中央部Ｒ３と周囲部Ｒ４とからなる（ただし、入力側プレート２自体は一体物である。）。なお、図８においては、中央部Ｒ３と周囲部Ｒ４との境界Ｂ２を、一点鎖線で示す。

中央部Ｒ３は、矩形板状を呈している。押圧面２６のうち、中央部Ｒ３に対応する部分は、上方に向かって緩やかに凹む凹面状（すり鉢状）を呈している。中央部Ｒ３は、左右一対の荷重部Ｒ１（図８において、点線で示す。）を有している。一対の荷重部Ｒ１は、各々、短軸円柱状を呈している。一対の荷重部Ｒ１の上面には、各々、前記ロッド受け部材２８ａ、２８ｂが配置されている（前出図４参照）。すなわち、一対の荷重部Ｒ１には、ロッド受け部材２８ａ、２８ｂを介して、アジャストロッド６ａ、６ｂから、直接的に荷重が加えられる。押圧面２６のうち、荷重部Ｒ１に対応する部分には、荷重領域ｒ１が配置されている。したがって、荷重領域ｒ１には、背面側（上面側）から、荷重が加わることになる。

周囲部Ｒ４は、矩形枠状を呈している。周囲部Ｒ４は、中央部Ｒ３の周囲に配置されている。周囲部Ｒ４は、左右一対の最大変位部Ｒ２（図８、図１０において、太線で示す。）を有している。左右一対の最大変位部Ｒ２は、入力側プレート２の左右縁に相当する。ロッド受け部材２８ａ、２８ｂ（前出図４参照）から荷重部Ｒ１に荷重が加わる際、入力側プレート２は、荷重部Ｒ１を基点として、ちょうど反り上がるように変形する。この際、最大変位部Ｒ２の反り量（変位量）は、入力側プレート２全体において、最大となる。

押圧面２６には、入力側凹部２２が多数形成されている。入力側凹部２２は、本発明の収容凹部に含まれる。多数の入力側凹部２２は、多数のコイルスプリング３０（前出図６参照）の各々に対応するように配置されている。入力側凹部２２には、コイルスプリング３０の上端が収容されている。すなわち、コイルスプリング３０は、上端が入力側凹部２２に、下端が出力側凹部４０に、下端付近の胴部がコイルスプリング保持孔５０に、各々収容されることにより、入力側プレート２と出力側プレート４との間に保持されている。

多数の入力側凹部２２は、押圧面２６の全面に亘って、規則的に配置されている。詳しく説明すると、複数の入力側凹部２２は、所定間隔だけ離間して前後方向に並ぶ列を、多数構成している。多数の当該列は、左右方向に、平行に多数配列されている。ここで、入力側凹部２２の配置数を多くするために、隣接する列間の入力側凹部２２同士は、左右方向に一列に並ばないように（互い違いになるように）配置されている。このため、任意の入力側凹部２２は、六つの入力側凹部２２に囲まれている。

図１１に、図８の荷重領域ｒ１付近の拡大図を示す。図８、図１１に示すように、荷重領域ｒ１に配置される入力側凹部２２は、略正六角形状を呈している。すなわち、荷重領域ｒ１内の入力側凹部２２は、六角形開口部２２０ａと六角形底部２２１ａとを備えている。六角形開口部２２０ａは、本発明の多角形開口部に含まれる。六角形開口部２２０ａの面積は、六角形底部２２１ａの面積よりも、大きい。

これに対して、その一部でも荷重領域ｒ１以外の領域に配置される入力側凹部２２は、真円形状を呈している。すなわち、荷重領域ｒ１外の入力側凹部２２は、真円開口部２２０ｂと真円底部２２１ｂとを備えている。真円開口部２２０ｂの面積は、真円底部２２１ｂの面積よりも、大きい。また、コイルスプリング３０（前出図６参照）の外径は、真円底部２２１ｂの内径と同じか、あるいは若干小径である。なお、出力側プレート４の出力側凹部４０も、全て、当該真円形状の入力側凹部２２と同様の形状を呈している。

図１２に、荷重領域ｒ１内の入力側凹部の拡大図を示す。図１２に示すように、六角形開口部２２０ａは、六つの直線部２２０ｃと、六つの曲線部２２０ｄと、を備えている。これら直線部２２０ｃと曲線部２２０ｄとが交互に連結されることにより、六角形開口部２２０ａが形成されている。六角形開口部２２０ａの面積は、真円開口部２２０ｂ（図１２において、一点鎖線で示す。）の面積よりも、大きい。また、真円開口部２２０ｂは、六角形開口部２２０ａの内接円に該当する。同様に、六角形底部２２１ａの面積は、真円底部２２１ｂ（図１２において、一点鎖線で示す。）の面積よりも、大きい。また、真円底部２２１ｂは、六角形底部２２１ａの内接円に該当する。

図１１に戻って、荷重領域ｒ１には、多数の開口部間凹部２２３（ハッチングで示す。）が配置されている。開口部間凹部２２３は、各々、包囲領域ｒ２（一点鎖線で示す。）内に配置されている。包囲領域ｒ２は、隣接する三つの開口部（六角形開口部２２０ａおよび真円開口部２２０ｂの総称。以下同じ。）の重心を繋いで形成されており、三角形状を呈している。開口部間凹部２２３の重心と包囲領域ｒ２の重心とは、互いに一致している。

図１３に、図１１の荷重領域ｒ１中央に配置される入力側凹部付近の拡大斜視図を示す。図１３に示すように、開口部間凹部２２３は、一対の入力側凹部２２間の壁部２２２が三つ収束する部位に配置されている。開口部間凹部２２３は、図中、一点鎖線で示すように、部分「裏」球面状を呈している。

図１４に、図９の枠ＸＩＶ内の拡大図を示す。前出図９、図１４に示すように、入力側凹部２２の上下方向断面形状は、開口部から底部（六角形底部２２１ａおよび真円底部２２１ｂの総称。以下同じ。）に向かって狭まるテーパ状を呈している。開口部は、押圧面２６に面一に連なっている。また、底部の上下方向位置は、全て一定である。

中央部Ｒ３の最小板厚Ｔ３は、周囲部Ｒ４の板厚Ｔ４よりも小さくなるように設定されている。このため、中央部Ｒ３の平均板厚は、周囲部Ｒ４の平均板厚（＝Ｔ４）よりも小さい。したがって、任意の隣接する一対の入力側凹部２２に着目すると、入力側プレート２の板厚が小さい方が、一対の入力側凹部２２間の壁部２２２の高さが、低くなる。壁部２２２の高さが低くなると、壁部２２２頂面間の距離（水平方向の開口部間肉厚）が、大きくなる。すなわち、中央部Ｒ３の開口部間肉厚ｔ３の方が、周囲部Ｒ４の開口部間肉厚ｔ４よりも、大きくなる。

（セル押圧アセンブリの作用効果）
次に、本実施形態のセル押圧アセンブリの作用効果について説明する。本実施形態のセル押圧アセンブリ１の入力側凹部２２、出力側凹部４０は、開口部から底部に向かって狭まるテーパ状を呈している。このため、荷重が加わる際、圧縮されたコイルスプリング３０が、胴膨れ、胴曲がり、座屈、倒れ込みなどを起こして、入力側凹部２２あるいは出力側凹部４０に干渉するのを抑制することができる。

ところで、入力側凹部２２がテーパ状を呈していると、開口部間肉厚が底部間肉厚よりも小さくなる。例えば、前出図１４に示すように、隣接する入力側凹部２２間の壁部２２２は、六角形底部２２１ａから六角形開口部２２０ａに向かって徐々に薄肉になる。このため、外部から荷重が加わる際、開口部間部位に最大応力が発生してしまう。

この点、本実施形態のセル押圧アセンブリ１の入力側プレート２によると、中央部Ｒ３の平均板厚が、周囲部Ｒ４の平均板厚（＝Ｔ４）よりも小さくなっている。このため、中央部Ｒ３の開口部間肉厚ｔ３の方が、周囲部Ｒ４の開口部間肉厚ｔ４よりも、大きい。したがって、開口部間部位に発生する最大応力を小さくすることができる。

一方、周囲部Ｒ４の平均板厚（＝Ｔ４）は、中央部Ｒ３の平均板厚よりも、大きい。このため、荷重が加わる際、周囲部Ｒ４が変位しにくくなる。したがって、本実施形態のセル押圧アセンブリ１の入力側プレート２によると、中央部Ｒ３の平均板厚が小さいにもかかわらず、所望の剛性を確保することができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１の入力側プレート２によると、前出図９、図１０に示すように、中央部Ｒ３と周囲部Ｒ４とが、押圧面２６において緩やかなスロープ状に連なっている。具体的には、平面状の周囲部Ｒ４下面と、平面状の緩やかな傾斜面と、平面状の中央部Ｒ３下面とが、丸面取り状の曲面を介して、連なっている。このため、中央部Ｒ３と周囲部Ｒ４とがステップ状に連なっている場合と比較して、荷重が加わる際の応力集中を抑制することができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１の入力側プレート２によると、中央部Ｒ３と周囲部Ｒ４との境界Ｂ２が、荷重部Ｒ１に対する最大変位部Ｒ２の変位量を１００％として、変位量が５％となる部位に設定されている。このため、所望の剛性を確保しつつ、開口部間部位に発生する最大応力を小さくすることができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、前出図４〜図６に示すように、本発明の弾性体として、コイルスプリング３０が用いられている。このため、コイルスプリング３０のコイル径や長さなどを調整することにより、セル積層体８に所望の締結荷重を加えることができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１の入力側プレート２によると、前出図１１に示すように、荷重領域ｒ１に配置される入力側凹部２２は、六角形開口部２２０ａを備えている。また、前出図１２に示すように、六角形開口部２２０ａは、六つの直線部２２０ｃを備えている。ここで、隣接する六角形開口部２２０ａ間においては、互いの直線部２２０ｃ同士が平行になるように配置されている。このため、開口部間部位の特定箇所に局所的に応力が集中するのを抑制することができる。したがって、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。また、六角形開口部２２０ａは、六つの曲線部２２０ｄを備えている。このため、直線部２２０ｃ同士が曲線部２２０ｄを介さずに直接連結されている場合と比較して、応力集中を抑制することができる。

一方、荷重領域ｒ１以外の領域に配置される入力側凹部２２は、真円開口部２２０ｂを備えている。このため、荷重領域ｒ１以外の領域の開口部間肉厚は大きい。したがって、リブとしての剛性確保の効果が大きいため、入力側プレート２は所望の剛性を確保することができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１の入力側プレート２によると、前出図１１に示すように、荷重領域ｒ１において、多数の包囲領域ｒ２内に、各々、開口部間凹部２２３が配置されている。前出図１３に示すように、開口部間凹部２２３を配置した部位は、押圧面２６の面上から陥没しているため、その分だけ、壁部２２２の高さが小さくなる。このため、壁部２２２における応力分布の局所的な集中を、開口部間凹部２２３方向に逃がすことができる。したがって、荷重領域ｒ１において、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。

一方、隣接する入力側凹部２２が、全て、荷重領域ｒ１以外の領域に配置されている場合、開口部間凹部２２３は配置されない。このため、入力側プレート２の剛性を確保することができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、入力側凹部２２および出力側凹部４０が形成されているため、これら入力側凹部２２および出力側凹部４０に、コイルスプリング３０の両端を収容することで、コイルスプリング３０の位置決めを容易に行うことができる。

また、コイルスプリング３０は、入力側凹部２２および出力側凹部４０およびコイルスプリング保持孔５０により、堅固に保持されている。したがって、セル押圧アセンブリ１の搬送時や使用時におけるコイルスプリング３０のずれを抑制することができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、一対の入力側凹部２２、出力側凹部４０に対して、一つのコイルスプリング３０が収容されている。このため、コイルスプリング３０を多数配置する場合でも、個々のコイルスプリング３０を互いに干渉することなく位置決めすることができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１では、入力側プレート２、出力側プレート４、ガイドプレート５等、アルミニウム合金製の部材を多用している。よって、セル押圧アセンブリ１、ひいては固体高分子型燃料電池９の軽量化を図ることができる。さらに、本実施形態のセル押圧アセンブリ１は、スプリング群３に弾性力が生じるよう互いに連結された入力側プレート２、出力側プレート４により、モジュール化されている。このため、固体高分子型燃料電池９の製造や交換作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１では、出力側プレート４の上にガイドプレート５が配置されている。ガイドプレート５を配置することで、セル押圧アセンブリ１を組み立てる際、コイルスプリング３０の傾動を規制することができ、コイルスプリング３０の取り付けがより簡単になる。すなわち、１）まず、出力側プレート４の上方にガイドプレート５を配置し、２）次いで、コイルスプリング３０の下端を出力側凹部４０に、上端をコイルスプリング保持孔５０に収容して、コイルスプリング３０の仮位置決めをし、３）最後に、コイルスプリング３０の上端を入力側凹部２２に収容することにより、多数のコイルスプリング３０を簡単に取り付けることができる。なお、上記１）の工程と３）の工程とは、逆であってもよい。すなわち、入力側プレートと出力側プレートとの配置順序を逆にしてもよい。また、ガイドプレート５を配置すると、セル押圧アセンブリ１の搬送時、使用時におけるコイルスプリング３０のずれを、より抑制することができる。このように、入力側凹部２２、出力側凹部４０、およびガイドプレート５による相乗効果で、コイルスプリング３０の位置決めが一層容易になる。また、ガイドロッド４３は、六角穴付きの頭部を有するため、ガイドロッド４３の螺着作業が容易で、セル押圧アセンブリ１を組み立て易い。

＜第二実施形態＞
本実施形態のセル押圧アセンブリと第一実施形態のセル押圧アセンブリとの相違点は、中央部と荷重部とが一致している点である。すなわち、入力側プレートにおける荷重部以外の部分が、全て周囲部となっている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図１５に、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図を示す。なお、図８と対応する部位については、同じ符号で示す。また、図１６に、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ方向断面図を示す。なお、図１０と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１５、図１６に示すように、中央部Ｒ３０は、荷重部と一致している。すなわち、中央部Ｒ３０は、短軸円柱状を呈しており、入力側プレート２において左右に一対配置されている。入力側プレート２における中央部Ｒ３０以外の部分には、全て周囲部Ｒ４０が配置されている。押圧面２６のうち、中央部Ｒ３０に対応する部分は、上方に向かって緩やかに凹む、部分「裏」球面状を呈している。このため、中央部Ｒ３０の板厚は一定ではない。しかしながら、中央部Ｒ３０の平均板厚は、周囲部Ｒ４０の平均板厚よりも小さくなっている。

本実施形態のセル押圧アセンブリは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレート２によると、最も大きな荷重が加わる部分に限定して、平均板厚が小さい中央部Ｒ３０が配置されている。したがって、入力側プレート２は、所望の剛性を確保しやすい。

＜第三実施形態＞
本実施形態のセル押圧アセンブリと第一実施形態のセル押圧アセンブリとの相違点は、押圧面の全ての入力側凹部が真円形状を呈している点である。また、開口部間凹部が配置されていない点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図１７に、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの斜視図を示す。なお、図７と対応する部位については同じ符号で示す。図１７に示すように、押圧面２６の全ての入力側凹部２２は、真円形状を呈している。すなわち、前出図１１を引用して示すように、入力側凹部２２は、真円開口部２２０ｂと、真円開口部２２０ｂよりも小径の真円底部２２１ｂと、を備えている。また、隣接する三つの入力側凹部２２の開口部間には、前出図１１に示すような開口部間凹部２２３は形成されていない。

本実施形態のセル押圧アセンブリは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレート２によると、全ての入力側凹部２２が真円形状を呈している。並びに、開口部間凹部が配置されていない。このため、入力側プレート２は、所望の剛性を確保しやすい。

＜第四実施形態＞
本実施形態のセル押圧アセンブリと第一実施形態のセル押圧アセンブリとの相違点は、入力側プレートの板厚が一定となっている点である。また、入力側凹部にテーパが設定されていない点である。また、開口部間凹部が配置されていない点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図１８に、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図を示す。なお、図８と対応する部位については、同じ符号で示す。また、図１９に、図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ方向断面図を示す。なお、図１０と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１８、図１９に示すように、入力側プレート２の板厚は一定である。また、入力側凹部２２の開口部と底部とは、同一形状を呈している。すなわち、開口部から底部に向かって狭まるテーパ形状は、設定されていない。また、隣接する三つの入力側凹部２２の開口部間には、前出図１１に示すような開口部間凹部２２３は形成されていない。

本実施形態のセル押圧アセンブリは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレート２によると、板厚が一定である。並びに、開口部間凹部が配置されていない。このため、入力側プレート２は、所望の剛性を確保しやすい。

＜第五実施形態＞
本実施形態のセル押圧アセンブリと第一実施形態のセル押圧アセンブリとの相違点は、入力側プレートの板厚が一定となっている点である。また、入力側凹部にテーパが設定されていない点である。また、押圧面の全ての入力側凹部が真円形状を呈している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図２０に、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図を示す。なお、図８と対応する部位については、同じ符号で示す。図２０に示すように、入力側プレート２の板厚は一定である。また、全ての入力側凹部２２の開口部と底部とは、同径の真円形状を呈している。すなわち、開口部から底部に向かって狭まるテーパ形状は、設定されていない。また、略正六角形状の入力側凹部２２は、配置されていない。

本実施形態のセル押圧アセンブリは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレート２によると、板厚が一定である。並びに、入力側凹部２２は全て真円形状を呈している。このため、入力側プレート２は、所望の剛性を確保しやすい。

＜第六実施形態＞
本実施形態のセル押圧アセンブリと第一実施形態のセル押圧アセンブリとの相違点は、押圧面において入力側凹部が格子状に配置されている点である。また、荷重領域の入力側凹部が略正方形状を呈している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図２１に、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図を示す。なお、図８と対応する部位については、同じ符号で示す。図２１に示すように、入力側凹部２２は、前後方向および左右方向に、直線状に配置されている。すなわち、入力側凹部２２は、格子状に配列されている。このため、任意の入力側凹部２２は、四つの入力側凹部２２に囲まれている。

荷重領域ｒ１に配置される入力側凹部２２は、略正方形状を呈している。すなわち、荷重領域ｒ１内の入力側凹部２２は、正方形開口部２３０ａと正方形底部２３１ａとを備えている。正方形開口部２３０ａは、本発明の多角形開口部に含まれる。正方形開口部２３０ａの面積は、正方形底部２３１ａの面積よりも、大きい。

正方形開口部２３０ａは、四つの直線部と四つの曲線部とを備えている。これら直線部と曲線部とが交互に連結されることにより、正方形開口部２３０ａが形成されている。正方形開口部２３０ａの面積は、真円開口部２２０ｂの面積よりも、大きい。また、真円開口部２２０ｂは、正方形開口部２３０ａの内接円に該当する。同様に、正方形底部２３１ａの面積は、真円底部２２１ｂの面積よりも、大きい。また、真円底部２２１ｂは、正方形底部２３１ａの内接円に該当する。

荷重領域ｒ１には、多数の開口部間凹部２２４（ハッチングで示す。）が配置されている。開口部間凹部２２４は、各々、包囲領域ｒ２０（二点差線で示す。）内に配置されている。包囲領域ｒ２０は、隣接する四つの開口部の重心を繋いで形成されており、正方形状を呈している。また、開口部間凹部２２４は、部分「裏」球面状を呈している。

本実施形態のセル押圧アセンブリは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレート２によると、前出図８の入力側プレート２と比較して、入力側凹部２２の配置数が少ない。このため、隣接する入力側凹部２２間の開口部間肉厚が大きくなる。したがって、入力側プレート２は、所望の剛性を確保しやすい。

＜第七実施形態＞
本実施形態のセル押圧アセンブリと第一実施形態のセル押圧アセンブリとの相違点は、荷重領域の中心に入力側凹部が配置されていない点である。また、入力側凹部のうち、荷重領域の中心を囲む六つの入力側凹部が異形円状を呈している点である。また、荷重領域の中心に六角形状の単一の包囲領域が、その周囲に三角形状の包囲領域が、それぞれ配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図２２に、荷重領域付近の拡大図を示す。なお、図１１と対応する部位については同じ符号で示す。図２２に示すように、荷重領域ｒ１に配置される六つの入力側凹部２２は、異形円状を呈している。すなわち、荷重領域ｒ１内の入力側凹部２２は、異形円状開口部２２０ｅと異形円状底部２２１ｅとを備えている。異形円状開口部２２０ｅの面積は、異形円状底部２２１ｅの面積よりも、大きい。

荷重領域ｒ１の中心には、六角形状の単一の包囲領域ｒ２１が配置されている。包囲領域ｒ２１の周囲には、三角形状の包囲領域ｒ２２が配置されている。中央の包囲領域ｒ２１には、大きな開口部間凹部２２５が凹設されている。周囲の包囲領域ｒ２２のうち、開口部間凹部２２５を中心として、前方二つの包囲領域ｒ２２および後方二つの包囲領域ｒ２２には、小さな開口部間凹部２２６が凹設されている。

図２３に、図２２の円ＸＸＩＩＩ内の拡大図を示す。図２３に示すように、異形円状開口部２２０ｅの中心端２２０ｆは、開口部が真円形状の場合（図２３中に点線で示す。）と比較して、より荷重領域の中心に近接するように、配置されている。言い換えると、中心端２２０ｆは、後方にシフトしている。異形円状開口部２２０ｅと異形円状底部２２１ｅとは、互いに相似形状を呈している。

図２２に戻って、荷重領域ｒ１に配置される、残りの五つ入力側凹部２２も、図２３の入力側凹部２２と同様の形状を呈している。すなわち、残りの五つの入力側凹部２２は、図２３の入力側凹部２２を、荷重領域の円中心を基準に、略６０°ずつ回動させた形状を呈している。

本実施形態のセル押圧アセンブリは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートによると、荷重領域ｒ１の中心に入力側凹部２２が配置されていない。このため、剛性確保が容易である。

また、包囲領域ｒ２１には大きな単一の開口部間凹部２２５が、包囲領域ｒ２２には小さな四つの開口部間凹部２２６が、各々配置されている。このため、荷重領域ｒ１において、開口部間部位に発生する最大応力を、小さくすることができる。

また、荷重領域ｒ１の六つの入力側凹部２２は、荷重領域ｒ１の中心に向かって先細る異形円状を呈している。この点においても、荷重領域ｒ１における最大応力を小さくすることができる。

＜その他＞
以上、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、入力側プレート２の作製方法は特に限定しない。切削加工により作製してもよい。また、鋳造により作製してもよい。また、中央部Ｒ３、Ｒ３０や開口部間凹部２２３、２２４の凹面形状は特に限定しない。「裏」球面状、「裏」円錐状、「裏」角錐状などであってもよい。また、凹面形状は、荷重が加わる際の入力側プレート２の反りを、より抑制できる形状の方がよい。また、上記実施形態においては、ガイドプレート５（前出図６参照）を配置したが、ガイドプレート５は配置しなくてもよい。

また、中央部の設定方法も特に限定しない。例えば、第一実施形態のように、複数の荷重部Ｒ１を包含するように中央部Ｒ３を配置してもよい（前出図８参照）。あるいは、第二実施形態のように、荷重部ごとに局所的に中央部Ｒ３０を配置してもよい（前出図１５参照）。

また、例えば、第四実施形態のように、入力側凹部２２がテーパ形状を呈しない場合は、入力側プレート２の板厚は、一定でもよい（前出図１９参照）。また、例えば、第一実施形態と第六実施形態とを比較して判るように、押圧面２６における入力側凹部２２の配置も特に限定しない（前出図８、図２１参照）。

また、入力側凹部２２に、テーパ形状の代わりに、開口部から底部に向かって狭まる段差形状を付与してもよい。また、上記実施形態においては、一対のアジャストロッド６ａ、６ｂから、ロッド受け部材２８ａ、２８ｂを介して、入力側プレート２に荷重が加えられるが（前出図４参照）、荷重の加え方も特に限定しない。例えば、単一のアジャストロッド、あるいは三つ以上のアジャストロッドを用いて、荷重を加えてもよい。また、荷重を加える部位も特に限定しない。言い換えると、荷重部Ｒ１、荷重領域ｒ１の配置数、配置部位、形状は特に限定しない。また、上記実施形態においては、本発明の弾性体としてコイルスプリング３０を用いたが、例えばスポンジ、ゴム、弾性樹脂などを用いてもよい。

第一実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの最大応力および最大反り量を、ＦＥＭ（有限要素法）解析により解析した。以下、その結果について、図４〜図１４を用いながら説明する。

＜サンプルの寸法＞
入力側プレート２の左右方向長さは、３５４．９ｍｍとした。また、前後方向長さは、１４９ｍｍとした。また、周囲部Ｒ４の板厚Ｔ４は、１９ｍｍとした。また、中央部Ｒ３の最小板厚Ｔ３は、１４ｍｍとした。また、中央部Ｒ３の左右方向長さは、２９２ｍｍとした。また、前後方向長さは、１２４．５ｍｍとした。また、一対の荷重領域ｒ１は、直径７０ｍｍの真円形状であり、押圧面２６の重心から、左右に９０．２５ｍｍの部位を中心として、各々配置した。

多数の入力側凹部２２のうち、真円形状の入力側凹部２２の真円開口部２２０ｂは、直径１９．１ｍｍの真円形状を呈している。また、真円底部２２１ｂは、直径１８．５ｍｍの真円形状を呈している。入力側凹部２２の深さ（真円開口部２２０ｂから真円底部２２１ｂまでの距離）は、８ｍｍである。一方、略正六角形状の入力側凹部２２の六角形開口部２２０ａは、真円開口部２２０ｂが外接する、略正六角形状を呈している。同様に、略正六角形状の入力側凹部２２の六角形底部２２１ａは、真円底部２２１ｂが外接する、略正六角形状を呈している。入力側凹部２２の深さ（六角形開口部２２０ａから六角形底部２２１ａまでの距離）は、３ｍｍである。また、開口部間凹部２２３の深さは、０．８ｍｍである。このような寸法の入力側プレート２を、実施例とした。サンプルの材料特性として、入力側プレート２はヤング率７０６００ＭＰａおよびポアソン比０．３３とした。

また、入力側プレート２において、板厚を一定（１９ｍｍ）とし、全ての入力側凹部２２を真円形状とし、真円開口部２２０ｂを直径１９ｍｍ、真円底部２２１ｂを直径１８ｍｍとし、開口部間凹部２２３を配置しないものを、参考例（従来例ではない）とした。

＜解析結果＞
一対の荷重部Ｒ１に、各々２０ｋＮずつ合計４０ｋＮの荷重を加えた際の、最大応力と、最大変位部Ｒ２の反り量を表１に示す。

表１に示すように、参考例に対して、実施例は、最大応力が約１５％小さくなった。また、参考例に対して、実施例は、反り量が約２２％大きくなった。

＜まとめ＞
中央部Ｒ３の板厚を周囲部Ｒ４の板厚よりも小さくし、荷重領域ｒ１に略正六角形状の入力側凹部２２を配置し、荷重領域ｒ１に開口部間凹部２２３を分散配置することで、最大応力を小さくできることが判った。並びに、反り量は若干大きくなるものの、燃料電池用として、充分、許容範囲内にあることが判った。

（ａ）は、荷重が加わる前の入力側プレートの模式断面図である。（ｂ）は、荷重が加わる際の入力側プレートの模式断面図である。 （ａ）は、隣接する一対の真円開口部を押圧面上方から見た模式図である。（ｂ）は、隣接する一対の多角形開口部を押圧面上方から見た模式図である。 隣接する三つの開口部を押圧面の荷重領域上方から見た模式図である。 第一実施形態のセル押圧アセンブリが組み付けられた固体高分子型燃料電池の側面図である。 同セル押圧アセンブリの斜視合体図である。 同セル押圧アセンブリの斜視分解図である。 同セル押圧アセンブリの入力側プレートの斜視図である。 同入力側プレートの下面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ方向断面図である。 図８のＸ−Ｘ方向断面図である。 図８の荷重領域ｒ１付近の拡大図である。 同荷重領域ｒ１内の入力側凹部の拡大図である。 図１１の荷重領域ｒ１中央に配置される入力側凹部付近の拡大斜視図である。 図９の枠ＸＩＶ内の拡大図である。 第二実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図である。 図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ方向断面図である。 第三実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの斜視図である。 第四実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図である。 図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ方向断面図である。 第五実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図である。 第六実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの下面図である。 第七実施形態のセル押圧アセンブリの入力側プレートの荷重領域付近の拡大図である。 図２２の円ＸＸＩＩＩ内の拡大図である。

符号の説明

１：セル押圧アセンブリ。
２：入力側プレート、２１：ガイドロッド貫通孔、２２：入力側凹部（収容凹部）、２２０ａ：六角形開口部（多角形開口部）、２２０ｂ：真円開口部、２２０ｃ：直線部、２２０ｄ：曲線部、２２０ｅ：異形円状開口部、２２０ｆ：中心端、２２１ａ：六角形底部、２２１ｂ：真円底部、２２１ｅ：異形円状底部、２２２：壁部、２２３：開口部間凹部、２２４：開口部間凹部、２２５：開口部間凹部、２２６：開口部間凹部、２３０ａ：正方形開口部（多角形開口部）、２３１ａ：正方形底部、２６：押圧面、２８ａ：ロッド受け部材、２８ｂ：ロッド受け部材。
３：スプリング群（弾性体群）、３０：コイルスプリング。
４：出力側プレート、４０：出力側凹部、４１：ボルト固定凹部、４２：ガイドロッド固定孔、４３：ガイドロッド、４４：ナット、４５：ボルト、４６：上面。
５：ガイドプレート、５０：コイルスプリング保持孔、５１：ボルト貫通孔、５２：ナット締結孔。
６ａ：アジャストロッド、６ｂ：アジャストロッド。
８：セル積層体、８０：セル。
９：固体高分子型燃料電池、９０ａ：エンドプレート、９０ｂ：エンドプレート、９００ａ：アジャストロッド貫通孔、９００ｂ：アジャストロッド貫通孔、９１ａ：絶縁プレート、９１ｂ：絶縁プレート、９２ａ：ターミナルプレート、９２ｂ：ターミナルプレート、９３ａ：拘束プレート、９３ｂ：拘束プレート、９４ａ：テンションプレート、９４ｂ：テンションプレート。
１００：真円開口部、１０１：開口部間部位、１０２：押圧面、１０３：多角形開口部、１０４：開口部間部位、１０５：押圧面、１０６：開口部、１０７：開口部間凹部、１０８：荷重領域、１０９：入力側プレート、１１０：荷重部、１１１：最大変位部、１１２：押圧面、１１３：中央部、１１４：周囲部、１１５：ロッド。
Ａ１：変位量、Ｂ０：境界、Ｂ１：変位量、Ｂ２：境界、Ｇ１：重心、Ｌ：ねじ込み量、Ｌ１：直線、Ｌ２：直線部、Ｌ３：直線、Ｌ４：軸、Ｐ１〜Ｐ３：部位、Ｒ１：荷重部、Ｒ２：最大変位部、Ｒ３：中央部、Ｒ３０：中央部、Ｒ４：周囲部、Ｒ４０：周囲部、Ｔ３：最小板厚、Ｔ４：板厚。
ｒ０：包囲領域、ｒ１：荷重領域、ｒ２：包囲領域、ｒ２０：包囲領域、ｒ２１：包囲領域、ｒ２２：包囲領域、ｔ３：開口部間肉厚、ｔ４：開口部間肉厚。

Claims (14)

1. 複数の弾性体からなる弾性体群と、
   該弾性体群の伸縮方向一端側に配置され、外部から荷重が入力される入力側プレートと、
   該弾性体群の伸縮方向他端側に配置され、該弾性体群を介して伝達される該荷重を出力して、積層された複数のセルからなるセル積層体を押圧する出力側プレートと、
   を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、
   前記入力側プレートは、複数の前記弾性体の一端部が収容されると共に開口部の面積が底部の面積よりも大きい複数の収容凹部を持つ押圧面と、前記荷重が加わる荷重部と、該荷重が加わる際の該荷重部に対する変位量が最大になる最大変位部と、を有し、
   該荷重部の平均板厚は、該最大変位部の平均板厚よりも小さいことを特徴とする燃料電池用セル押圧アセンブリ。
2. 前記入力側プレートは、前記荷重部を含む中央部と、前記最大変位部を含む周囲部と、からなり、
   該中央部の平均板厚は、該周囲部の平均板厚よりも小さい請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
3. 前記中央部と前記周囲部との境界は、前記荷重部に対する前記最大変位部の変位量を１００％として、該変位量が５％以上１００％以下となる範囲に設定されている請求項２に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
4. 前記弾性体は、コイルスプリングである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
5. 複数の弾性体からなる弾性体群と、
   該弾性体群の伸縮方向一端側に配置され、外部から荷重が入力される入力側プレートと、
   該弾性体群の伸縮方向他端側に配置され、該弾性体群を介して伝達される該荷重を出力して、積層された複数のセルからなるセル積層体を押圧する出力側プレートと、
   を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、
   前記入力側プレートは、複数の前記弾性体の一端部が収容される複数の収容凹部を持つ押圧面を有し、
   該押圧面は、背面側から前記荷重が加わる荷重領域を有し、
   該荷重領域に配置される該収容凹部のうち、少なくとも一部の該収容凹部の開口部は、略多角形状の多角形開口部であり、
   該荷重領域以外の領域に配置される該収容凹部のうち、少なくとも一部の該収容凹部の開口部は、略真円形状の真円開口部であり、
   該多角形開口部の面積は該真円開口部の面積よりも大きく、
   隣接する該多角形開口部の直線部同士は、互いに略平行になるように配置されていることを特徴とする燃料電池用セル押圧アセンブリ。
6. 前記多角形開口部は、隣接する前記直線部間が曲線部を介して連結される略正六角形状を呈している請求項５に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
7. 前記収容凹部の開口部の面積は、該収容凹部の底部の面積よりも大きい請求項５または請求項６に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
8. 前記弾性体は、コイルスプリングである請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
9. 複数の弾性体からなる弾性体群と、
   該弾性体群の伸縮方向一端側に配置され、外部から荷重が加わる入力側プレートと、
   該弾性体群の伸縮方向他端側に配置され、該弾性体群を介して伝達される該荷重により、積層された複数のセルからなるセル積層体を押圧する出力側プレートと、
   を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、
   前記入力側プレートは、複数の前記弾性体の一端部が収容される複数の収容凹部を持つ押圧面を有し、
   該押圧面は、背面側から前記荷重が加わる荷重領域を有し、
   該荷重領域に配置される該収容凹部を含む三つ以上の隣接する該収容凹部の開口部の重心を繋いで形成される包囲領域のうち、少なくとも一部には、開口部間凹部が配置されていることを特徴とする燃料電池用セル押圧アセンブリ。
10. 前記包囲領域は、三角形状を呈している請求項９に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
11. 前記包囲領域のうち、前記荷重領域の中心に配置される一つは六角形状を呈しており、他は三角形状を呈しており、
    六角形状および三角形状の該包囲領域のうち、少なくとも六角形状の該包囲領域には、前記開口部間凹部が配置されている請求項９に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
12. 前記収容凹部の開口部のうち、六角形状の前記包囲領域を形成する該開口部は、該開口部が真円形状の場合と比較して、該開口部のうち前記荷重領域の中心に最も近い中心端が、さらに該荷重領域の中心に近接するように配置された異形円状を呈している請求項１１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
13. 前記収容凹部の開口部の面積は、該収容凹部の底部の面積よりも大きい請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
14. 前記弾性体は、コイルスプリングである請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。

Images