JP2018032514A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの外部への反応ガスの漏れや、ケーシングの外部からの水の進入を長期に亘って抑制できる燃料電池スタックの製造方法を提供する。
【解決手段】複数の単位セルがＡ方向に積層されたセル積層体と、セル積層体をＡ方向の両側から挟持する一対のエンドプレート８１，８２、及び一対のエンドプレート８１，８２間に架け渡された連結バー８３，８４を有し、セル積層体を収納するケーシング４と、エンドプレート８１，８２と連結バー８３，８４とをＡ方向で締結する締結部材１００と、エンドプレート８１，８２のうちＡ方向でセル積層体とは反対側を向く外側端面１２０上に設けられ、外側端面１２０と締結部材１００との間をシールするシール部材１２１と、を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池スタックに関するものである。

車両等に搭載される燃料電池スタックは、セル積層体と、セル積層体を収納するケーシングと、を有している（例えば、下記特許文献１参照）。
セル積層体は、複数の単位セルが積層されて構成されている。単位セルは、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで構成された膜電極構造体（ＭＥＡ）と、膜電極構造体を挟持するセパレータと、を備えている。

ケーシングは、セル積層体を積層方向の両側から挟持する一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート間を架け渡す連結バーと、セル積層体の周囲を積層方向に直交する方向から取り囲むサイドパネルと、を有している。
エンドプレート及び連結バーは、セル積層体の積層方向に互いに突き合わされた状態で、締結部材によって締結されている。

上述した燃料電池スタックでは、アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。

特開２０１４−２１６２６９号公報

ところで、従来の燃料電池スタックでは、セル積層体内を流れる反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス）が各単位セル間の隙間等を通してセル積層体の外部に漏れ出る場合がある。この場合、セル積層体の外部に漏れ出た反応ガスは、例えばエンドプレート及び連結バーのうち締結部材が挿通された取付孔内を通じてケーシングの外部に漏れ出るおそれがある。また、ケーシングの外部に存在する水が、上述した取付孔内に進入すると、締結部材等の腐食に繋がるおそれがある。

そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、ケーシングの外部への反応ガスの漏れや、ケーシングの外部からの水の進入を長期に亘って抑制できる燃料電池スタックの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、複数の燃料電池セル（例えば、実施形態における単位セル２）が第１方向に積層されたセル積層体（例えば、実施形態におけるセル積層体３）と、前記セル積層体を前記第１方向の両側から挟持する一対のエンドプレート（例えば、実施形態における第１エンドプレート８１、第２エンドプレート８２）、及び前記一対のエンドプレート間に架け渡された連結部材（例えば、実施形態における第１連結バー８３、第２連結バー８４）を有し、前記セル積層体を収納するケーシング（例えば、実施形態におけるケーシング４）と、前記エンドプレートと前記連結部材とを前記第１方向で締結する締結部材（例えば、実施形態における締結部材１００）と、前記エンドプレートのうち前記第１方向で前記セル積層体とは反対側を向く外側端面（例えば、実施形態における外側端面１２０）上に設けられ、前記外側端面と前記締結部材との間をシールするシール部材（例えば、実施形態におけるシール部材１２１）と、を備えている。

請求項２に記載した発明では、前記シール部材は、液体パッキンであり、前記シール部材は、前記締結部材の周囲を全周に亘って取り囲むとともに、前記エンドプレートの前記外側端面と前記締結部材の外周面とに密着していてもよい。

請求項３に記載した発明では、前記エンドプレートの前記外側端面には、前記第１方向における前記セル積層体を向く方向に窪み、前記シール部材の少なくとも一部を保持するシール収容部（例えば、実施形態におけるエンドプレート大径部１０１ａ）が形成されていてもよい。

請求項１に記載した発明によれば、セル積層体から漏れ出てケーシング内に存在する反応ガス（特に燃料ガス）が、エンドプレート及び連結部材のうち締結部材が挿通された取付孔を通して燃料電池スタック（ケーシング）の外部に放出されるのをシール部材によって塞き止めることができる。
また、ケーシングの外部に存在する水等が取付孔を通してケーシング内に進入するのをシール部材によって塞き止めることができる。この場合、エンドプレートの外側端面上で水等を塞き止めることができるので、エンドプレートと連結部材との境界部分まで水等が進入するのを確実に抑制できる。その結果、例えば締結部材のうち、エンドプレートと連結部材との境界部分に位置するせん断部分の腐食を抑制できる。
特に、エンドプレートの外側端面上にシール部材が設けられているため、例えば締結部材の外周面と取付孔の内周面との間にシール部材（例えば、Ｏリング等）を介在させる構成と異なり、組付時等において、エンドプレートと連結部材との間に挟まれてシール部材が損傷するのを抑制できる。これにより、シール部材の組付性を向上させた上で、上述したケーシングの外部への反応ガスの漏れや、ケーシングの外部からの水の進入を長期に亘って抑制できる。

請求項２に記載した発明によれば、締結部材の組付後、エンドプレートの外側端面と締結部材とに跨るように液体パッキンを塗布することで、シール部材を形成できる。この場合、例えばディスペンサ装置等を用いて所定位置に所定量の液体パッキンを塗布するだけで、シール部材を形成できる。そのため、例えば締結部材の外周面と取付孔の内周面との間にＯリング等を介在させる構成に比べて製造効率の向上を図り、低コスト化を実現できる。

請求項３に記載した発明によれば、シール部材の一部がシール収容部内に収容されているため、エンドプレートや締結部材とシール部材との接触面積を増加させることができる。これにより、シール部材をエンドプレートの外側端面上で確実に保持できる。
また、特にシール部材に液体パッキンを用いる場合には、シール部材の形成時において、シール部材の位置合わせや流れ止めにシール収容部を用いることもできるので、製造効率の更なる向上を図ることができる。

実施形態の燃料電池スタックを第１エンドプレート側から見た分解斜視図である。 図１に示す単位セルの分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。 図５のＩＶ−ＩＶ線に相当する断面図である。 実施形態の燃料電池スタックを第２エンドプレート側から見た分解斜視図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線に相当する断面図である。 実施形態の第１変形例に係る図６に相当する断面図である。 実施形態の第１変形例に係る図６に相当する断面図である。 実施形態の第２変形例に係る図６に相当する断面図である。 実施形態の第２変形例に係る図６に相当する断面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［燃料電池スタック］
図１は本実施形態の燃料電池スタック１を第１エンドプレート８１側から見た分解斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１は、図示しない車両の前部に画成されたモータルームやフロア下に搭載されている。燃料電池スタック１は、例えば駆動用モータに電力を供給するのに用いられる。なお、本実施形態の燃料電池スタック１は、例えば図中のＡ方向（第１方向）が車両の幅方向、Ｂ方向が車両の前後方向、Ｃ方向が車両の上下方向となるようにして車両に搭載される。

燃料電池スタック１は、セル積層体３と、セル積層体３を収納するケーシング４と、を主に備えている。
セル積層体３は、複数の単位セル（燃料電池セル）２がＡ方向に積層されて構成されている。なお、以下の説明では、上述したＡ方向、Ｂ方向及びＣ方向において、セル積層体３の中央部に近づく向きを内側といい、セル積層体３の中央部から離間する向きを外側という場合がある。

＜単位セル＞
図２は単位セル２の分解斜視図である。
図２に示すように、単位セル２は、例えば一対のセパレータ２１，２２と、各セパレータ２１，２２間に挟持された膜電極構造体２３（以下、単にＭＥＡ２３という。）と、を備えている。ＭＥＡ２３は、固体高分子電解質膜３１と、固体高分子電解質膜３１をＡ方向の両側から挟持するアノード電極３２及びカソード電極３３と、を備えている。
アノード電極３２及びカソード電極３３は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子をガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層と、を有している。
固体高分子電解質膜３１は、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーに水を含浸させた素材により形成されている。固体高分子電解質膜３１は、Ａ方向から見た正面視外形がアノード電極３２及びカソード電極３３よりも大きくなっている。図２の例において、固体高分子電解質膜３１の中央部には、アノード電極３２及びカソード電極３３が重ね合わされている。固体高分子電解質膜３１の外周部は、アノード電極３２及びカソード電極３３に対して額縁状にはみ出している。

単位セル２の各セパレータ２１，２２は、ＭＥＡ２３のアノード電極３２側に配置された第１セパレータ２１、及びＭＥＡ２３のカソード電極３３側に配置された第２セパレータ２２である。なお、以下の説明では、各セパレータ２１，２２において、同様の構成については同一の符号を付してまとめて説明する。

各セパレータ２１，２２は、セパレータプレート３５と、セパレータプレート３５の外周部を被覆する被覆部材３６と、を有している。
セパレータプレート３５は、Ｂ方向を長手方向とする長方形状の金属板、又はカーボン板により構成されている。なお、図２の例において、セパレータプレート３５は、正面視外形が固体高分子電解質膜３１と同等に形成されている。セパレータプレート３５は、Ａ方向から見てＭＥＡ２３に重なり合っている。

図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。
図３に示すように、被覆部材３６は、ゴム等の弾性変形可能な材料により形成されている。被覆部材３６は、固体高分子電解質膜３１の外周部にＡ方向で密接している。

図２に示すように、単位セル２の各角部には、入口ガス連通孔（酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ及び燃料ガス入口連通孔４２ｉ）と、出口ガス連通孔（酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ及び燃料ガス出口連通孔４２ｏ）と、が形成されている。各連通孔４１ｉ，４１ｏ，４２ｉ，４２ｏは、単位セル２をＡ方向に貫通している。図２に示す例において、単位セル２の右上角部には、酸化剤ガス（例えば、空気等）を供給するための酸化剤ガス入口連通孔４１ｉが形成されている。単位セル２の右下角部には、燃料ガス（例えば、水素等）を供給するための燃料ガス入口連通孔４２ｉが形成されている。また、単位セル２の左下角部には使用済みの酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔４１ｏが形成されている。単位セル２の左上角部には、使用済みの燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４２ｏが形成されている。

単位セル２において、各入口連通孔４１ｉ，４２ｉに対してＢ方向の内側に位置する部分には、冷媒入口連通孔４３ｉがそれぞれ形成されている。
単位セル２において、各出口連通孔４１ｏ，４２ｏに対してＢ方向の内側に位置する部分には、冷媒出口連通孔４３ｏがそれぞれ形成されている。なお、一対の冷媒入口連通孔４３ｉ同士及び一対の冷媒出口連通孔４３ｏ同士は、アノード電極３２及びカソード電極３３を間に挟んでそれぞれＣ方向で対向する位置に配置されている。

各セパレータ２１，２２（セパレータプレート３５）の中央部は、プレス成形等によって凹凸形状に形成されている。セパレータ２１，２２のうち、ＭＥＡ２３と対向する面は、ＭＥＡ２３との間にそれぞれガス流路４５，４６を形成している。
具体的に、第１セパレータ２１のアノード電極３２を向く面と、ＭＥＡ２３のアノード電極３２と、の間には、燃料ガス流路４５が形成されている。燃料ガス流路４５は、燃料ガス入口連通孔４２ｉ及び燃料ガス出口連通孔４２ｏにそれぞれ連通している。

第２セパレータ２２のカソード電極３３を向く面と、ＭＥＡ２３のカソード電極３３と、の間には、酸化剤ガス流路４６が形成されている。酸化剤ガス流路４６は、酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ及び酸化剤ガス出口連通孔４１ｏにそれぞれ連通している。

図３に示すように、セル積層体３は、一の単位セル２の第１セパレータ２１と、一の単位セル２に隣接する他の単位セル２の第２セパレータ２２と、が重ね合わされた状態で、Ａ方向に積層されて構成される。そして、一の単位セル２の第１セパレータ２１と、他の単位セル２の第２セパレータ２２と、の間には、冷媒流路５５が形成されている。図２に示すように、冷媒流路５５は、冷媒入口連通孔４３ｉ及び冷媒出口連通孔４３ｏにそれぞれ連通している。なお、冷媒流路５５を流通する冷媒として、例えば純水やエチレングリコール等が好適に用いられる。

なお、単位セル２の積層構造は、上述の構成に限定されるものではない。例えば、３枚のセパレータと、各セパレータ間に挟持された２枚のＭＥＡと、により単位セルを構成しても構わない。また、各連通孔のレイアウトについても適宜設計変更が可能である。

図３に示すように、セル積層体３に対してＡ方向の一方には、第１ターミナルプレート６１が配置されている。第１ターミナルプレート６１は、正面視の外形がセパレータ２１，２２よりも小さくなっている。第１ターミナルプレート６１は、セル積層体３（各単位セル２）のうち、Ａ方向の一方に位置する単位セル（以下、第１端部セル２ａという。）のアノード電極３２に第１セパレータ２１を介して導通している。第１ターミナルプレート６１には、Ａ方向の外側に向けて突出する出力端子６３（図１参照）が形成されている。

第１ターミナルプレート６１に対してＡ方向の外側には、第１インシュレータ６６が配置されている。第１インシュレータ６６は、正面視外形が第１ターミナルプレート６１よりも大きくなっている。また、第１インシュレータ６６は、Ａ方向の厚さが第１ターミナルプレート６１よりも厚くなっている。

第１インシュレータ６６の中央部には、Ａ方向の外側に向けて窪む収容部７１が形成されている。収容部７１内には、上述した第１ターミナルプレート６１が収容されている。
第１インシュレータ６６の外周部（収容部７１の外側に位置する部分）は、第１端部セル２ａの第１セパレータ２１（被覆部材３６）にＡ方向の外側から密接している。第１インシュレータ６６の外周部には、上述した各ガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉに各別に連通する酸化剤ガス入口接続孔７２及び燃料ガス入口接続孔（不図示）が形成されている。また、第１インシュレータ６６の外周部には、上述した各ガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏに各別に連通する図示しない酸化剤ガス出口接続孔及び燃料ガス出口接続孔が形成されている。

図４は、図５のＩＶ−ＩＶ線に相当する断面図である。
図４に示すように、セル積層体３に対してＡ方向の他方には、第２ターミナルプレート６２が配置されている。第２ターミナルプレート６２は、各単位セル２のうち、Ａ方向の他方に位置する単位セル（以下、第２端部セル２ｂという。）のカソード電極３３に第２セパレータ２２を介して導通している。第２ターミナルプレート６２には、Ａ方向の外側に向けて突出する出力端子６４（図５参照）が形成されている。

第２ターミナルプレート６２に対してＡ方向の外側には、第２インシュレータ６７が配置されている。第２インシュレータ６７は、正面視外形が第２ターミナルプレート６２よりも大きくなっている。また、第２インシュレータ６７は、Ａ方向の厚さが第２ターミナルプレート６２よりも厚くなっている。

第２インシュレータ６７の中央部には、Ａ方向の外側に向けて窪む収容部７３が形成されている。収容部７３内には、上述した第２ターミナルプレート６２が収容されている。
第２インシュレータ６７の外周部（収容部７３の外側に位置する部分）は、第２端部セル２ｂにおける第２セパレータ２２（被覆部材３６）にＡ方向の外側から密接している。また、第２インシュレータ６７の外周部には、上述した各冷媒連通孔４３ｉ，４３ｏに各別に連通する冷媒入口接続孔７４及び冷媒出口接続孔（不図示）が形成されている。

＜ケーシング＞
図１に示すように、ケーシング４は、セル積層体３よりも一回り大きい箱型に形成されている。ケーシング４は、その内部にセル積層体３を収納している。具体的に、ケーシング４は、セル積層体３をＡ方向の両側から挟持する第１エンドプレート８１及び第２エンドプレート８２と、エンドプレート８１，８２のＡ方向で対向する辺同士を各別に連結する第１連結バー８３及び第２連結バー８４と、セル積層体３の周囲を取り囲む４枚のサイドパネル８０と、を備えている。

図３、図４に示すように、エンドプレート８１，８２は、正面視外形が単位セル２よりも大きい長方形状に形成されている。図３に示すように、第１エンドプレート８１は、セル積層体３との間に第１ターミナルプレート６１及び第１インシュレータ６６を挟み込んだ状態で、セル積層体３に対してＡ方向の一方に配置されている。なお、エンドプレート８１，８２は、鋳造等により形成されている。

図１に示すように、第１エンドプレート８１の各角部には、ガス入口孔（酸化剤ガス入口孔８５ｉ及び燃料ガス入口孔８６ｉ）及びガス出口孔（酸化剤ガス出口孔８５ｏ及び燃料ガス出口孔８６ｏ）が形成されている。ガス入口孔８５ｉ，８６ｉは、第１インシュレータ６６の対応する各ガス入口接続孔（例えば、酸化剤ガス入口接続孔７２）を通してガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉにそれぞれ連通している。ガス出口孔８５ｏ，８６ｏは、第１インシュレータ６６の対応する各ガス出口接続孔を通してガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏにそれぞれ連通している。

図４に示すように、第２エンドプレート８２は、セル積層体３との間に第２ターミナルプレート６２及び第２インシュレータ６７を挟み込んだ状態で、セル積層体３に対してＡ方向の他方に配置されている。

図５は、燃料電池スタック１を第２エンドプレート８２側から見た分解斜視図である。
図５に示すように、第２エンドプレート８２には、一対の冷媒入口孔９５ｉ及び一対の冷媒出口孔９５ｏが形成されている。冷媒入口孔９５ｉは、第２インシュレータ６７の対応する冷媒入口接続孔７４（図４参照）を通して冷媒入口連通孔４３ｉに連通している。冷媒出口孔９５ｏは、第２インシュレータ６７の対応する冷媒出口接続孔を通して冷媒出口連通孔４３ｏに連通している。

図１に示すように、第１連結バー８３及び第２連結バー８４は、Ａ方向に沿って延在する板状に形成されている。なお、各連結バー８３，８４の断面形状は、矩形状や円形状等、適宜変更が可能である。

各連結バー８３，８４は、Ａ方向の両端面が各エンドプレート８１，８２におけるＡ方向の内側端面にそれぞれ突き合わされた状態で、一対の締結部材１００によってエンドプレート８１，８２にそれぞれ締結されている。具体的に、第１連結バー８３は、セル積層体３に対してＣ方向の両側において各エンドプレート８１，８２の長辺部分同士を連結している。第２連結バー８４は、セル積層体３に対してＢ方向の両側において、各エンドプレート８１，８２の短辺部分同士を連結している。なお、締結部材１００は、各連結バー８３，８４ごとに３本以上設けられていても構わない。

各サイドパネル８０は、セル積層体３の周囲（Ｂ方向の外側及びＣ方向の外側）にそれぞれ配置されている。各サイドパネル８０は、セル積層体３、ターミナルプレート６１，６２及びインシュレータ６６，６７、エンドプレート８１，８２及び連結バー８３，８４を、Ｂ方向の外側及びＣ方向の外側から取り囲んでいる。

次に、各エンドプレート８１，８２と各連結バー８３，８４との締結構造について詳述する。但し、各エンドプレート８１，８２と各連結バー８３，８４との締結構造は、何れも同様の構成である。そのため、以下の説明では第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との締結構造について主に説明し、その他の部分の締結構造については説明を省略する。

図６は、図１のＶＩ−ＶＩ線に相当する断面図である。
図６に示すように、第１エンドプレート８１のうち、Ａ方向から見て第１連結バー８３と重なる部分には、エンドプレート取付孔１０１が形成されている。エンドプレート取付孔１０１は、第１エンドプレート８１をＡ方向に貫通する円形の貫通孔である。エンドプレート取付孔１０１は、Ａ方向の内側に位置するものほど内径が小さい多段形状になっている。具体的に、エンドプレート取付孔１０１は、Ａ方向の外側に位置するエンドプレート大径部１０１ａと、エンドプレート大径部１０１ａに対してＡ方向の内側に連なるエンドプレート小径部１０１ｂと、を有している。なお、本実施形態において、エンドプレート取付孔１０１は、Ｂ方向に間隔をあけて２つ形成されている。

エンドプレート大径部１０１ａにおけるＡ方向の長さは、エンドプレート小径部１０１ｂよりも短くなっている。なお、エンドプレート取付孔１０１の開口縁のうち、少なくともエンドプレート小径部１０１ｂにおけるＡ方向の両端開口縁には、面取りが施されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。

第１連結バー８３のうちＡ方向から見てエンドプレート取付孔１０１と重なる部分には、連結バー取付孔１０２が形成されている。連結バー取付孔１０２は、Ａ方向に沿って延びるとともに、第１連結バー８３のＡ方向の外側端面８７上で開口している。連結バー取付孔１０２におけるＡ方向の外側開口部は、エンドプレート取付孔１０１に連通している。

連結バー取付孔１０２は、Ａ方向の内側に位置するものほど内径が小さい多段形状になっている。具体的に、連結バー取付孔１０２は、Ａ方向の外側に位置する連結バー大径部１０２ａと、連結バー大径部１０２ａに対してＡ方向の内側に連なる連結バー小径部１０２ｂと、を有している。
連結バー大径部１０２ａの内径は、エンドプレート小径部１０１ｂの内径と同等になっている。
連結バー取付孔１０２のうち、少なくとも連結バー小径部１０２ｂは、雌ねじ孔になっている。なお、連結バー取付孔１０２のうち、少なくとも連結バー大径部１０２ａにおけるＡ方向の外側開口縁には、面取り部が形成されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。

各取付孔１０１，１０２内には、筒状ノック１１０が挿入されている。筒状ノック１１０は、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との位置決めを行うとともに、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との間に作用するせん断荷重を受けるものである。筒状ノック１１０は、Ａ方向に延びる筒状に形成されている。

筒状ノック１１０は、エンドプレート小径部１０１ｂ内と連結バー大径部１０２ａ内に跨って配置されている。本実施形態において、筒状ノック１１０におけるＡ方向の長さは、エンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａにおけるＡ方向の合計長さと同等になっている。筒状ノック１１０におけるＡ方向の内側端面は、連結バー大径部１０２ａと連結バー小径部１０２ｂとの連結バー接続面１０２ｃにＡ方向の外側から突き当たっている。一方、筒状ノック１１０におけるＡ方向の外側端面は、エンドプレート大径部１０１ａとエンドプレート小径部１０１ｂとのエンドプレート接続面１０１ｃと同等の位置に配置されている。なお、筒状ノック１１０におけるＡ方向の長さは、エンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａにおけるＡ方向の合計長さ以下であれば、適宜変更が可能である。
また、筒状ノック１１０の外径は、エンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａの内径よりも小さくなっている。また、筒状ノック１１０の内径は、連結バー小径部１０２ｂの内径以上になっている。

締結部材１００は、エンドプレート取付孔１０１を通して連結バー取付孔１０２内で螺着されている。具体的に、締結部材１００の頭部１００ａは、ワッシャ１１２を間に挟んでエンドプレート接続面１０１ｃにＡ方向の外側から当接している。この場合、ワッシャ１１２及び頭部１００ａの一部は、エンドプレート大径部１０１ａ内に収容されている。これにより、第１エンドプレート８１からの頭部１００ａのＡ方向の外側への突出量が抑えられている。なお、本実施形態の締結部材１００は、例えば六角ボルトが好適に用いられている。但し、締結部材１００は、六角ボルトに限らず、六角穴付きボルト等であっても構わない。

締結部材１００の軸部１００ｂは、外径が筒状ノック１１０の内径よりも小さくなっている。軸部１００ｂは、各取付孔１０１，１０２内において、筒状ノック１１０内を貫通している。軸部１００ｂの先端部は、連結バー小径部１０２ｂ内で螺着されている。

ここで、第１エンドプレート８１におけるＡ方向の外側端面１２０と、締結部材１００の頭部１００ａと、の間には、シール部材１２１が設けられている。本実施形態において、シール部材１２１は液体パッキンである。本実施形態において、シール部材１２１には、例えばシリコーン系液状ガスケット（シリコーン系無溶剤型非流動性タイプ）等が好適に用いられている。このような材料としては、例えばスリーボンド社製「スリーボンド１２１２」が挙げられる。

シール部材１２１は、締結部材１００の組付後、第１エンドプレート８１の外側端面１２０と、締結部材１００の頭部１００ａと、に跨るように塗布されることで形成されている。したがって、シール部材１２１は、締結部材１００（頭部１００ａ）の周囲を全周に亘って取り囲むとともに、少なくとも第１エンドプレート８１の外側端面１２０と頭部１００ａの外周面に密着している。これにより、締結部材１００とエンドプレート取付孔１０１との隙間がＡ方向の外側から封止されている。

本実施形態では、エンドプレート大径部（シール収容部）１０１ａ内にもシール部材１２１が充填されている。そのため、シール部材１２１は、エンドプレート大径部１０１ａの内面や、ワッシャ１１２の外周面にも密着している。なお、シール部材１２１の形成範囲等は、第１エンドプレート８１の外側端面１２０と締結部材１００との間に跨って形成され、締結部材１００とエンドプレート取付孔１０１との隙間を封止する構成であれば、適宜変更が可能である。例えば、シール部材１２１は、ワッシャ１１２とエンドプレート接続面１０１ｃとの間に介在していても構わない。また、シール部材１２１は、頭部１００ａをＡ方向の外側から覆っていても構わない。

このように、本実施形態では、締結部材１００とエンドプレート取付孔１０１との隙間を封止するシール部材１２１を第１エンドプレート８１の外側端面１２０上に設ける構成とした。
この構成によれば、セル積層体３から漏れ出てケーシング４内に存在する反応ガス（特に燃料ガス）が各取付孔１０１，１０２を通して燃料電池スタック１（ケーシング４）の外部に放出されるのを抑制できる。具体的に、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との隙間を通して取付孔１０１，１０２内に進入した反応ガスは、取付孔１０１，１０２内で反応ガスＧ１，Ｇ２に分かれる。反応ガスＧ１は、筒状ノック１１０の外側をＡ方向の外側に流れた後、締結部材１００の頭部１００ａとエンドプレート接続面１０１ｃとの間を流れ、ケーシング４の外部に漏れ出る前にシール部材１２１によって塞き止められる。一方、反応ガスＧ２は、筒状ノック１１０をＡ方向の内側から回り込んで筒状ノック１１０の内側に進入する、反応ガスＧ２は、締結部材１００の頭部１００ａとエンドプレート接続面１０１ｃとの間を流れた後、ケーシング４の外部に漏れ出る前にシール部材１２１によって塞き止められる。

また、ケーシング４の外部に存在する水等がエンドプレート取付孔１０１を通してケーシング４内に進入するのをシール部材１２１によって塞き止めることができる。この場合、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との境界部分よりもＡ方向の外側で水等を塞き止めることができるので、特に締結部材１００や筒状ノック１１０のうち、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との境界部分に相当するせん断部分の腐食を抑制できる。

特に、本実施形態では、第１エンドプレート８１の外側端面１２０上にシール部材１２１が設けられている構成とした。
この構成によれば、例えば筒状ノック１１０の外周面と取付孔１０１，１０２の内周面との間にシール部材（例えば、Ｏリング等）を介在させる構成と異なり、組付時等において、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との間に挟まれてシール部材が損傷するのを抑制できる。これにより、シール部材１２１の組付性を向上させた上で、上述したケーシング４の外部への反応ガスの漏れや、ケーシング４の外部からの水の進入を長期に亘って抑制できる。
しかも、第１エンドプレート８１の外側端面１２０上にシール部材１２１が設けられているため、締結部材１００（例えば、鉄製）と第１エンドプレート８１（例えば、アルミニウム製）との界面に水等が進入するのを抑制できる。これにより、電色（異種金属接触腐食）を抑制できる。その結果、電色抑制のために締結部材１００を表面処理する等の工程を廃止できるので、低コスト化を図ることができる。

本実施形態では、シール部材１２１に液体パッキンを用いる構成とした。
この構成によれば、締結部材１００の組付後、第１エンドプレート８１の外側端面１２０と、締結部材１００の頭部１００ａと、に跨るように塗布することで、シール部材１２１を形成できる。この場合、例えばディスペンサ装置等を用いて所定位置に所定量の液体パッキンを塗布するだけで、シール部材１２１を形成できる。そのため、例えば筒状ノック１１０の外周面と取付孔１０１，１０２の内周面との間にＯリング等を介在させる構成に比べて製造効率の向上を図り、低コスト化を実現できる。

本実施形態では、シール部材１２１の一部がエンドプレート大径部１０１ａ内に収容されているため、第１エンドプレート８１や締結部材１００とシール部材１２１との接触面積を増加させることができる。これにより、シール部材１２１を第１エンドプレート８１の外側端面１２０上で確実に保持できるとともに、取付孔１０１，１０２と締結部材１００との間のシール性をさらに向上させることができる。
また、シール部材１２１の形成時において、シール部材１２１の位置合わせや流れ止めにエンドプレート大径部１０１ａを用いることもできるので、製造効率の更なる向上を図ることができる。

（第１変形例）
次に、上述した実施形態の第１変形例について説明する。以下の説明では、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図７、図８は、変形例に係る図６に相当する断面図である。
上述した実施形態では、エンドプレート取付孔１０１が多段形状に形成された場合について説明したが、この構成のみに限られない。図７、図８に示すように、エンドプレート取付孔２００は、Ａ方向の全体に亘って一様な内径であっても構わない。図示の例において、エンドプレート取付孔２００の内径は、連結バー大径部１０２ａの内径と同等に形成されている。

このような場合においても、図７に示すように、第１エンドプレート８１の外側端面１２０と締結部材１００（頭部１００ａ）との間に、シール部材１２１が介在していれば構わない。

また、図８に示すように、第１エンドプレート８１の外側端面１２０に、シール部材１２１を収容するシール収容部２０１を形成しても構わない。シール収容部２０１は、第１エンドプレート８１の外側端面１２０において、Ａ方向の内側に窪んでいる。また、シール収容部２０１は、Ａ方向から見た正面視で締結部材１００の外側で、締結部材１００の周囲を取り囲む環状に形成されている。シール収容部２０１内には、シール部材１２１の一部が収容されている。

なお、シール収容部２０１は、シール部材１２１の少なくとも一部を収容可能であれば、適宜変更が可能である。例えば、シール収容部２０１は、環状に限らず、締結部材１００の周囲に間欠的に形成しても構わない。また、シール収容部２０１の断面形状は、矩形状に限らず、円形状や三角形状等であっても構わない。また、シール収容部２０１の内面にシール部材１２１が係止されるアンダーカットを設けても構わない。さらに、シール収容部２０１は、一部が締結部材１００の頭部１００ａに正面視で重なる位置に配置されていても構わない。

（第２変形例）
次に、第２変形例について説明する。以下の説明では、上述した実施形態や第１変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図９、図１０は、変形例に係る図６に相当する断面図である。上述した図６〜図８に示す構成では、シール部材１２１に液体パッキンを用いる構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、図９、図１０等に示すように、シール部材２１０は、ゴム等の弾性材料により形成しても構わない。

図９に示すように、第１エンドプレート８１の外側端面１２０において、正面視で頭部１００ａと重なる位置には、Ａ方向の内側に窪むシール収容部２１１が形成されている。シール収容部２１１は、締結部材１００の軸部１００ｂを取り囲む環状に形成されている。シール収容部２１１内には、シール部材２１０が収容されている。

シール部材２１０は、Ａ方向を軸方向とする環状に形成されている。シール部材２１０は、シール収容部２１１の内面と、ワッシャ１１２におけるＡ方向の内側端面と、の間に挟持されることで、Ａ方向に圧縮変形された状態で、シール収容部２１１内に収容されている。これにより、シール部材２１０は、シール収容部２１１の内面と、ワッシャ１１２におけるＡ方向の内側端面と、に密接して、締結部材１００と第１エンドプレート８１の外側端面１２０との間の隙間を封止している。なお、シール部材２１０は、Ａ方向に沿う縦断面が円形状に形成されているが、これに限らず、矩形状等に形成しても構わない。

図１０に示す構成では、第１エンドプレート８１の外側端面１２０において、正面視で締結部材１００よりも外側に位置する部分に、Ａ方向の内側に窪むシール収容部２２１が形成されている。シール収容部２２１は、正面視で締結部材１００の周囲を取り囲む環状に形成されている。

シール部材２２０は、Ａ方向を軸方向とする筒状に形成されている。具体的に、シール部材２２０は、筒部２２０ａと、筒部２２０ａにおけるＡ方向の内側端部に形成された係止部２２０ｂと、筒部２２０ａにおけるＡ方向の外側端部に形成されたフランジ部２２０ｃ及び当接部２２０ｄと、を備えている。

筒部２２０ａは、シール収容部２２１内にＡ方向の外側から挿入されている。
係止部２２０ｂは、筒部２２０ａにおけるＡ方向の内側端部から筒部２２０ａの径方向外側に突設されている。係止部２２０ｂは、シール収容部２２１内において、シール収容部２２１の内面にアンダーカット嵌合されている。

フランジ部２２０ｃは、筒部２２０ａにおけるＡ方向の外側端部から筒部２２０ａの径方向外側に突設されている。フランジ部２２０ｃは、第１エンドプレート８１の外側端面１２０に沿って延在している。
当接部２２０ｄは、筒部２２０ａにおけるＡ方向の外側端部から筒部２２０ａの径方向内側に突設されている。当接部２２０ｄは、締結部材１００における頭部１００ａの外周面に全周に亘って密接している。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に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において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述した実施形態では、第１エンドプレート８１の外側端面からＡ方向の内側に窪むシール収容部を形成した場合について説明したが、この構成のみに限らず、外側端面からＡ方向の外側に向けて突出するとともに、シール部材を保持する突出部を設けても構わない。
また、エンドプレートと連結バーとの境界面に液体パッキン等を介在させても構わない。
上述した実施形態では、締結部材１００の軸部１００ｂに筒状ノック１１０が外挿された構成について説明したが、筒状ノック１１０を有さない構成でも構わない。
また、シール部材の構成は、上述した実施形態や各変形例に限らず、適宜変更が可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…燃料電池スタック
２…単位セル（燃料電池セル）
３…セル積層体
８１…第１エンドプレート
８２…第２エンドプレート
８３…第１連結バー（連結部材）
８４…第２連結バー（連結部材）
１００…締結部材
１０１ａ…エンドプレート大径部（シール収容部）
１２０…外側端面
１２１…シール部材
２０１…シール収容部
２１０…シール部材
２１１…シール収容部
２２０…シール部材
２２１…シール収容部

Claims (3)

1. 複数の燃料電池セルが第１方向に積層されたセル積層体と、
   前記セル積層体を前記第１方向の両側から挟持する一対のエンドプレート、及び前記一対のエンドプレート間に架け渡された連結部材を有し、前記セル積層体を収納するケーシングと、
   前記エンドプレートと前記連結部材とを前記第１方向で締結する締結部材と、
   前記エンドプレートのうち前記第１方向で前記セル積層体とは反対側を向く外側端面上に設けられ、前記外側端面と前記締結部材との間をシールするシール部材と、を備えていることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記シール部材は、液体パッキンであり、
   前記シール部材は、前記締結部材の周囲を全周に亘って取り囲むとともに、前記エンドプレートの前記外側端面と前記締結部材の外周面とに密着していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記エンドプレートの前記外側端面には、前記第１方向における前記セル積層体を向く方向に窪み、前記シール部材の少なくとも一部を保持するシール収容部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池スタック。

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