JP7336396B2 - 燃料電池用セパレータ部材及び燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ部材及び燃料電池に関する。

例えば、特許文献１の燃料電池スタックは、複数の発電セル（燃料電池）が互いに積層されてなる積層体を備える。発電セルは、電解質膜の両側に電極が配設されてなるＭＥＡ（電解質膜・電極構造体）と、ＭＥＡの両側に配設された一組のセパレータとを有する。片方のセパレータの外周部には、当該セパレータの外方に突出したタブを有する荷重受け部が設けられている。

タブは、タブの幅方向（タブの突出方向とセパレータ厚さ方向とに直交する方向）の外部荷重が燃料電池スタックに加わった際に、エンドプレートやスタックケース等に設けられた支持部材に接触する。すなわち、荷重受け部は、燃料電池スタックに加わった前記外部荷重を受ける。これにより、セパレータがＭＥＡに対して位置ずれすることが抑えられる。タブは、金属製の板状のベース部と、ベース部を被覆する樹脂部材とを有する。

特開２０１９－３８３０号公報

ところで、荷重受け部をインサート成形する場合、ベース部の線膨張係数と樹脂部材の線膨張係数との差によって、インサート成形後の収縮時に樹脂部材に応力が発生する。このような応力は、環境の変化による温度変化によっても発生する。そのため、樹脂部材の肉厚は、このような応力の発生によって樹脂部材が破損しない程度に厚くする必要がある。

一方、インサート成形の際の樹脂材料（溶融樹脂）の流動性を向上させるための孔部をベース部に形成した場合、樹脂材料には孔部の位置でヒケが発生し易くなる。

また、樹脂部材に薄肉部と厚肉部とを形成し、セパレータ厚さ方向から見て、薄肉部をベース部の孔部に重なるように配置した場合、樹脂材料のヒケによって樹脂部材の薄肉部の肉厚が一層薄くなり、薄肉部の強度が低下するおそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、樹脂部材の薄肉部の強度低下を抑えつつ荷重受け部を効率的にインサート成形することができる燃料電池用セパレータ部材及び燃料電池を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、セパレータと、前記セパレータの外周部から前記セパレータの外方に突出したタブを有する荷重受け部と、を備えた燃料電池用セパレータ部材であって、前記タブは、金属製の板状のベース部と、前記ベース部を被覆する樹脂部材と、を有し、前記ベース部には、前記樹脂部材の一部で内周が被覆された孔部が形成され、前記樹脂部材は、厚肉部と、前記厚肉部よりも前記セパレータ側に位置する薄肉部と、を有し、前記孔部は、前記厚肉部及び前記薄肉部のうち前記厚肉部に重なるように配置されている、燃料電池用セパレータ部材である。

本発明の第２の態様は、電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の一方の面側に配設された燃料電池用セパレータ部材と、前記電解質膜・電極構造体の他方の面側に配設されたセパレータと、を備えた燃料電池であって、前記燃料電池用セパレータ部材は、上述した燃料電池用セパレータ部材である、燃料電池である。

本発明によれば、荷重受け部をインサート成形する際にベース部の孔部を厚肉部に配置することによって樹脂材料（溶融樹脂）の流動性を向上させることができる。そのため、荷重受け部を効率的にインサート成形することができる。また、セパレータ厚さ方向から見て、ベース部の孔部が厚肉部に重なるように配置されている。そのため、荷重受け部のインサート成形時に樹脂材料のヒケによって薄肉部がさらに薄くなることを抑えることができる。よって、樹脂部材の薄肉部の強度低下を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解斜視図である。 図１の燃料電池スタックの模式的横断面図である。 図１の燃料電池スタックを構成する積層体の要部分解斜視図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図５Ａは、図４の荷重受け部の拡大断面図であり、図５Ｂは、図５Ａの荷重受け部に形成された第１孔部の構成例を示す拡大断面図である。 図４の荷重受け部のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。

以下、本発明に係る燃料電池用セパレータ部材及び燃料電池について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２（燃料電池）が積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、複数の発電セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）が燃料電池自動車の水平方向（車幅方向又は車長方向）に沿うように燃料電池自動車に搭載される。ただし、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２の積層方向が燃料電池自動車の鉛直方向（車高方向）に沿うように燃料電池自動車に搭載されてもよい。

積層体１４の積層方向の一端には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａが、外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向の他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

ターミナルプレート１６ａには、出力端子２２ａが電気的に接続されている。ターミナルプレート１６ｂには、出力端子２２ｂが電気的に接続されている。各インシュレータ１８ａ、１８ｂは、電気的絶縁性を有する絶縁プレートである。

各エンドプレート２０ａ、２０ｂは、横長の長方形状を有する。図１及び図２に示すように、エンドプレート２０ａ、２０ｂの各辺間には、連結部材２４ａ～２４ｄ（連結バー）が配置される。各連結部材２４ａ～２４ｄの両端は、ボルト２６によりエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面に固定されている（図１参照）。これにより、連結部材２４ａ～２４ｄは、燃料電池スタック１０（積層体１４）に積層方向（矢印Ａ方向）の締付荷重（圧縮荷重）を付与する。

図２において、連結部材２４ａは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの一方の長辺の中央から一端側にずれて位置している。連結部材２４ｂは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの他方の長辺の中央から他端側にずれて位置している。連結部材２４ｃ、２４ｄは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの各短辺の中央に位置している。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０は、積層体１４を積層方向と直交する方向（矢印Ｂ方向及び矢印Ｃ方向）から覆うカバー部２８を備えている。カバー部２８は、エンドプレート２０ａ、２０ｂの短手方向（矢印Ｃ方向）の両端の２面を構成する横長プレート形状の一組のサイドパネル３０ａ、３０ｂと、エンドプレート２０ａ、２０ｂの長手方向（矢印Ｂ方向）の両端の２面を構成する横長プレート形状の一組のサイドパネル３０ｃ、３０ｄとを有する。

各サイドパネル３０ａ～３０ｄは、ボルト３２によりエンドプレート２０ａ、２０ｂの側面に固定されている。カバー部２８は、必要に応じて用いればよく、不要にすることもできる。カバー部２８は、サイドパネル３０ａ～３０ｄを一体の鋳物又は一体の押出材で筒状に形成してもよい。

図３に示すように、発電セル１２は、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、樹脂枠付きＭＥＡ３４を矢印Ａ方向から挟持する第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８とを有する。

発電セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス入口連通孔４２ａ、冷却媒体入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。各発電セル１２の酸化剤ガス入口連通孔４２ａは、複数の発電セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通し、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）を供給する。各発電セル１２の冷却媒体入口連通孔４４ａは、矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体（例えば、純水、エチレングリコール、オイル等）を供給する。各発電セル１２の燃料ガス出口連通孔４６ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を排出する。

発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス入口連通孔４６ａ、冷却媒体出口連通孔４４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔４２ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。各発電セル１２の燃料ガス入口連通孔４６ａは、矢印Ａ方向に互いに連通し、燃料ガスを供給する。各発電セル１２の冷却媒体出口連通孔４４ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体を排出する。各発電セル１２の酸化剤ガス出口連通孔４２ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、酸化剤ガスを排出する。

なお、酸化剤ガス入口連通孔４２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４２ｂと燃料ガス入口連通孔４６ａ及び燃料ガス出口連通孔４６ｂと冷却媒体入口連通孔４４ａ及び冷却媒体出口連通孔４４ｂのそれぞれは、エンドプレート２０ａにも形成されている（図１参照）。

酸化剤ガス入口連通孔４２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４２ｂと燃料ガス入口連通孔４６ａ及び燃料ガス出口連通孔４６ｂと冷却媒体入口連通孔４４ａ及び冷却媒体出口連通孔４４ｂのそれぞれの大きさ、位置、形状及び数は、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

図３及び図４に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ３４は、電解質膜・電極構造体（以下、「ＭＥＡ４８」という）と、ＭＥＡ４８の外周部に重なり部を設けて接合されるとともに該外周部を周回する樹脂枠部材５０（樹脂枠部、樹脂フィルム）とを備える。図４において、ＭＥＡ４８は、電解質膜５２と、電解質膜５２の一方の面５２ａに設けられたカソード電極５４と、電解質膜５２の他方の面５２ｂに設けられたアノード電極５６とを有する。

電解質膜５２は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜５２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜５２は、カソード電極５４及びアノード電極５６に挟持される。

詳細は図示しないが、カソード電極５４は、電解質膜５２の一方の面５２ａに接合される第１電極触媒層と、当該第１電極触媒層に積層される第１ガス拡散層とを有する。第１電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第１ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。

アノード電極５６は、電解質膜５２の他方の面５２ｂに接合される第２電極触媒層と、当該第２電極触媒層に積層される第２ガス拡散層とを有する。第２電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第２ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。

電解質膜５２の平面寸法は、カソード電極５４及びアノード電極５６のそれぞれの平面寸法よりも小さい。カソード電極５４の外周縁部とアノード電極５６の外周縁部とは、樹脂枠部材５０の内周縁部を挟持している。樹脂枠部材５０は、反応ガス（酸化剤ガス及び燃料ガス）が不透過に構成されている。樹脂枠部材５０は、ＭＥＡ４８の外周側に設けられている。

樹脂枠付きＭＥＡ３４は、樹脂枠部材５０を用いることなく、電解質膜５２を外方に突出させるように形成してもよい。また、樹脂枠付きＭＥＡ３４は、外方に突出した電解質膜５２の両側に枠形状のフィルムを設けるように形成してもよい。

図３において、第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８は、金属製であって、長方形状（四角形状）に形成されている。第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、或いはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１セパレータ３６と第２セパレータ３８とは、互いに重ねた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、接合セパレータ３９を構成する。第１セパレータ３６は、後述する燃料電池用セパレータ部材１１を形成する。

図３及び図４に示すように、第１セパレータ３６のＭＥＡ４８に向かう面３６ａには、酸化剤ガス入口連通孔４２ａと酸化剤ガス出口連通孔４２ｂとに連通する酸化剤ガス流路５８が設けられる。酸化剤ガス流路５８は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の酸化剤ガス流路溝６０を有する。各酸化剤ガス流路溝６０は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

第１セパレータ３６には、第１セパレータ３６の外周部を周回して樹脂枠付きＭＥＡ３４と第１セパレータ３６との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第１シール部６２が設けられている。第１シール部６２は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第１シール部６２は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。

図４において、第１シール部６２は、第１セパレータ３６に一体成形された第１金属ビード部６４と、第１金属ビード部６４に設けられた第１樹脂材６６とを有する。第１金属ビード部６４は、第１セパレータ３６から樹脂枠部材５０に向かって突出している。第１金属ビード部６４の横断面形状は、第１金属ビード部６４の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第１樹脂材６６は、第１金属ビード部６４の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第１樹脂材６６は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。

図３及び図４に示すように、第２セパレータ３８のＭＥＡ４８に向かう面３８ａには、燃料ガス入口連通孔４６ａと燃料ガス出口連通孔４６ｂとに連通する燃料ガス流路６８が設けられる。燃料ガス流路６８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の燃料ガス流路溝７０を有する。各燃料ガス流路溝７０は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

第２セパレータ３８には、第２セパレータ３８の外周部を周回して樹脂枠付きＭＥＡ３４と第２セパレータ３８との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第２シール部７２が設けられている。第２シール部７２は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第２シール部７２は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。

図４において、第２シール部７２は、第２セパレータ３８に一体成形された第２金属ビード部７４と、第２金属ビード部７４に設けられた第２樹脂材７６とを有する。第２金属ビード部７４は、第２セパレータ３８から樹脂枠部材５０に向かって突出している。第２金属ビード部７４の横断面形状は、第２金属ビード部７４の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第２樹脂材７６は、第２金属ビード部７４の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第２樹脂材７６は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。

第１シール部６２及び第２シール部７２は、セパレータ厚さ方向から見て互いに重なるように配置されている。そのため、燃料電池スタック１０に締付荷重（圧縮荷重）が付与された状態で、第１金属ビード部６４及び第２金属ビード部７４のそれぞれが弾性変形（圧縮変形）する。また、この状態で、第１シール部６２の突出端面６２ａ（第１樹脂材６６）が樹脂枠部材５０の一方の面５０ａに気密及び液密に接触するとともに第２シール部７２の突出端面７２ａ（第２樹脂材７６）が樹脂枠部材５０の他方の面５０ｂに気密及び液密に接触する。

第１樹脂材６６は、第１金属ビード部６４ではなく、樹脂枠部材５０の一方の面５０ａに設けられてもよい。第２樹脂材７６は、第２金属ビード部７４ではなく、樹脂枠部材５０の他方の面５０ｂに設けられてもよい。また、第１樹脂材６６及び第２樹脂材７６の少なくともいずれかは、省略されてもよい。第１シール部６２及び第２シール部７２は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。

図３及び図４において、第１セパレータ３６の面３６ｂと第２セパレータ３８の面３８ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４４ａと冷却媒体出口連通孔４４ｂとに連通する冷却媒体流路７８が設けられる。冷却媒体流路７８は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の冷却媒体流路溝８０を有する。冷却媒体流路７８は、酸化剤ガス流路５８の裏面形状と燃料ガス流路６８の裏面形状とによって形成される。

図２～図４に示すように、燃料電池用セパレータ部材１１は、第１セパレータ３６と、第１セパレータ３６に設けられた２つの荷重受け部８２ａ、８２ｂとを備える。

図２～図４に示すように、第１セパレータ３６には、２つの第１支持部８４ａ、８４ｂが設けられている。第１支持部８４ａは、第１セパレータ３６の一方の長辺（外周部）から外方（矢印Ｃ１方向）に向かって突出している。第１支持部８４ａは、連結部材２４ａに対向するように第１セパレータ３６の一方の長辺の中央よりも第１セパレータ３６の一端側（矢印Ｂ１方向）にずれて位置している。第１支持部８４ａは、プレス成形により第１セパレータ３６の外周部に一体的に設けられている。第１支持部８４ａは、荷重受け部８２ａを支持する。

図２及び図３において、第１支持部８４ｂは、第１セパレータ３６の他方の長辺（外周部）から外方（矢印Ｃ２方向）に向かって突出している。第１支持部８４ｂは、連結部材２４ｂに対向するように第１セパレータ３６の他方の長辺の中央よりも第１セパレータ３６の他端側（矢印Ｂ２方向）にずれて位置している。第１支持部８４ｂは、プレス成形により第１セパレータ３６の外周部に一体的に設けられている。

燃料電池用セパレータ部材１１では、第１支持部８４ａ、８４ｂと第１セパレータ３６とを別部材として形成し、第１支持部８４ａ、８４ｂを第１セパレータ３６に対して接合してもよい。第１支持部８４ａ、８４ｂは、第１セパレータ３６の外周部から外方に突出していなくてもよい。

図３及び図４に示すように、第２セパレータ３８には、２つの第２支持部８６ａ、８６ｂが設けられている。第２支持部８６ａは、第２セパレータ３８の一方の長辺（外周部）から外方（矢印Ｃ１方向）に向かって突出している。第２支持部８６ａは、第１支持部８４ａに対向している。第２支持部８６ａは、プレス成形により第２セパレータ３８の外周部に一体的に設けられている。第２支持部８６ａは、第１支持部８４ａに接触して荷重受け部８２ａを支持する。

図３において、第２支持部８６ｂは、第２セパレータ３８の他方の長辺（外周部）から外方（矢印Ｃ２方向）に向かって突出している。第２支持部８６ｂは、第１支持部８４ｂに対向している。第２支持部８６ｂは、プレス成形により第２セパレータ３８の外周部に一体的に設けられている。第２支持部８６ｂは、第１支持部８４ｂに接触して荷重受け部８２ｂを支持する。

なお、第２支持部８６ａ、８６ｂと第２セパレータ３８とを別部材として形成し、第２支持部８６ａ、８６ｂを第２セパレータ３８に対して接合してもよい。第２支持部８６ａ、８６ｂは、第２セパレータ３８の外周部から外方に突出していなくてもよい。

図４及び図６において、荷重受け部８２ａは、第１セパレータ３６の外周部（第１支持部８４ａ）から矢印Ｃ１方向に向かって外方に突出するように第１セパレータ３６の外周部（第１支持部８４ａ）に設けられている。荷重受け部８２ａは、金属板８８（芯金）と、金属板８８の一部を被覆する樹脂部材９０とを有する。荷重受け部８２ａは、インサート成形によって成形される。

金属板８８の構成材料としては、第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８を構成する材料と同様のものが挙げられる。金属板８８は、第１支持部８４ａに固定される取付部９２と、取付部９２に連結して第１セパレータ３６の外方に突出したベース部９４とを含む。

取付部９２は、略長方形状に形成されており、矢印Ｂ方向に延びている。取付部９２は、樹脂部材９０から露出している。取付部９２は、第１支持部８４ａにおける樹脂枠付きＭＥＡ３４が位置する側の面（第２支持部８６ａとは反対側の面）に配置されている。取付部９２は、接合部９６ａによって第１支持部８４ａに接合されている。接合部９６ａは、矢印Ｂ方向に延在している。接合部９６ａは、スポット溶接、レーザ溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ろう付け等によって形成される。

図６において、ベース部９４は、その全面が樹脂部材９０によって被覆されている。ベース部９４と樹脂部材９０とは、第１セパレータ３６の外周部（第１支持部８４ａ）から矢印Ｃ方向に向かって外方に突出したタブ９８を形成する。荷重受け部８２ａのタブ９８は、連結部材２４ａに形成された凹部１００ａ内に挿入されている（図４参照）。これにより、矢印Ｂ方向の荷重がタブ９８（荷重受け部８２ａ）に付与された際に、タブ９８の矢印Ｂ方向の先端部が凹部１００ａを形成する壁面（側面）に当接して連結部材２４ａにて当該荷重を受けることができる。なお、連結部材２４ａは、カバー部２８に対して一体的に形成されてもよい。連結部材２４ｂについても同様である。

タブ９８は、タブ９８の幅方向（矢印Ｂ方向）の中心を通るとともにタブ９８の突出方向（矢印Ｃ方向）に延在した中心線ＣＬに対して対称に形成されている。タブ９８は、矢印Ｂ方向の中央部に位置するタブ本体１０２と、タブ本体１０２の幅方向の両端から幅方向の両側に向かって膨出した一組の膨出部１０４とを有する。

図４に示すように、タブ本体１０２の中央部には、燃料電池スタック１０の製造時に各燃料電池用セパレータ部材１１を位置決めするためのロッド１０６が挿通される円形状の位置決め孔１０８が形成されている。なお、ロッド１０６は、各燃料電池用セパレータ部材１１の位置決めが完了した後で位置決め孔１０８から抜き取られてもよいし、位置決め孔１０８に残されてもよい。

ベース部９４の外周端縁部９４ａは、Ｒ形状（円弧状）に形成されている。ただし、ベース部９４の外周端縁部９４ａをＲ形状に形成せず、ベース部９４の外周端縁部９４ａの両側角部に面取り部を形成してもよい。

図６において、ベース部９４には、荷重受け部８２ａをインサート成形する際に、樹脂材料（溶融樹脂）の流動性を高めるための孔部１１０が形成されている。孔部１１０は、第１孔部１１０ａ、第２孔部１１０ｂ、第３孔部１１０ｃ、第４孔部１１０ｄ及び第５孔部１１０ｅが形成されている。第１孔部１１０ａは、ベース部９４の矢印Ｂ方向の中央に位置している。

第１孔部１１０ａは、中心線ＣＬに対して対称形状である。第１孔部１１０ａは、円形状の第１中央孔１１２と、直線状の第２中央孔１１４とを含む。第１中央孔１１２の中心は、中心線ＣＬ上に位置している。第１中央孔１１２は、位置決め孔１０８よりも大きく形成されている。つまり、第１中央孔１１２の中央部分は、位置決め孔１０８として機能する。第２中央孔１１４は、矢印Ｂ方向に延在している。第２中央孔１１４は、第１中央孔１１２の取付部９２に近い側の端部（矢印Ｃ２方向の端部）に繋がっている。第２中央孔１１４は、第１中央孔１１２よりも矢印Ｂ方向の両側に延出している。

図４及び図５Ａに示すように、第１孔部１１０ａは、断面形状（図２のＩＶ－ＩＶ断面の形状、第１孔部１１０ａの内周面、第１孔部１１０ａを形成する面）が、半径方向内方（第１孔部１１０ａの内方）に向かって膨出したＲ形状（円弧形状）に形成されている。ただし、図５Ｂに示すように、第１孔部１１０ａの断面形状をＲ形状に形成せず、第１孔部１１０ａの断面形状の両側角部に面取り部１１１を形成してもよい。

また、図６に示すように、セパレータ厚さ方向から見て、第１孔部１１０ａの隅部１１３ａ、１１３ｂは、Ｒ形状に湾曲している。具体的に、隅部１１３ａは、第１中央孔１１２と第２中央孔１１４の境界部分に位置し、第１孔部１１０ａの内方に凸状に形成されている。隅部１１３ｂは、第２中央孔１１４の角部に位置し、第１孔部１１０ａの外方に凸状に形成されている。

第２孔部１１０ｂは、中心線ＣＬよりもベース部９４の幅方向の一方側（矢印Ｂ１方向）に位置している。換言すれば、第２孔部１１０ｂは、第１中央孔１１２に対して矢印Ｂ１方向に離れて位置している。第２孔部１１０ｂは、略円形状に形成されている。第２孔部１１０ｂの直径は、位置決め孔１０８の直径よりも小さい。第２孔部１１０ｂの中心は、第１中央孔１１２の中心よりもタブ９８の突出方向（矢印Ｃ１方向）に位置している。

第２孔部１１０ｂは、断面形状（第２孔部１１０ｂの内周面、第２孔部１１０ｂを形成する面）が、半径方向内方（第２孔部１１０ｂの内方）に向かって膨出したＲ形状（円弧形状）に形成されている。ただし、第２孔部１１０ｂの断面形状をＲ形状に形成せず、第２孔部１１０ｂの断面形状の両側角部に面取り部を形成してもよい。

第３孔部１１０ｃは、中心線ＣＬよりもベース部９４の幅方向の他方側（矢印Ｂ２方向）に位置している。換言すれば、第３孔部１１０ｃは、第１中央孔１１２に対して矢印Ｂ２方向に離れて位置している。第３孔部１１０ｃは、略円形状に形成されている。第３孔部１１０ｃの直径は、位置決め孔１０８の直径よりも小さい。第３孔部１１０ｃの形状及び大きさは、第２孔部１１０ｂの形状及び大きさと同じである。第３孔部１１０ｃの中心は、第１中央孔１１２の中心よりもタブ９８の突出方向（矢印Ｃ１方向）に位置している。

第３孔部１１０ｃは、断面形状（第３孔部１１０ｃの内周面、第３孔部１１０ｃを形成する面）が、半径方向内方（第３孔部１１０ｃの内方）に向かって膨出したＲ形状（円弧形状）に形成されている。ただし、第３孔部１１０ｃの断面形状をＲ形状に形成せず、第３孔部１１０ｃの断面形状の両側角部に面取り部を形成してもよい。

第４孔部１１０ｄは、中心線ＣＬよりもベース部９４の幅方向の一方側（矢印Ｂ１方向）に位置している。第４孔部１１０ｄは、第２孔部１１０ｂに対して第１セパレータ３６側（矢印Ｃ２方向）に離れて位置している。第４孔部１１０ｄは、第２中央孔１１４に対して矢印Ｂ１方向に離れて位置している。第４孔部１１０ｄは、Ｌ字状に形成されている。第４孔部１１０ｄは、矢印Ｂ方向に延在した第１直線孔１２８と、矢印Ｃ方向に延在した第２直線孔１３０とを含む。第２直線孔１３０は、第１直線孔１２８の矢印Ｂ１方向の端部から矢印Ｃ１方向に延出している。第２直線孔１３０の延出端部は、円弧状に形成されている。

第４孔部１１０ｄは、断面形状（第４孔部１１０ｄの内周面、第４孔部１１０ｄを形成する面）が、半径方向内方（第４孔部１１０ｄの内方）に向かって膨出したＲ形状（円弧形状）に形成されている。ただし、第４孔部１１０ｄの断面形状をＲ形状に形成せず、第４孔部１１０ｄの断面形状の両側角部に面取り部を形成してもよい。また、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て、第４孔部１１０ｄの隅部１３２は、Ｒ形状に湾曲している。

第５孔部１１０ｅは、中心線ＣＬよりもベース部９４の幅方向の他方側（矢印Ｂ２方向）に位置している。第５孔部１１０ｅは、第３孔部１１０ｃに対して第１セパレータ３６側（矢印Ｃ２方向）に離れて位置している。第５孔部１１０ｅは、第２中央孔１１４に対して矢印Ｂ２方向に離れて位置している。第５孔部１１０ｅは、第４孔部１１０ｄを左右反転させた形状（Ｌ字を左右反転させた形状）に形成されている。第５孔部１１０ｅは、矢印Ｂ方向に延在した第３直線孔１４２と、矢印Ｃ方向に延在した第４直線孔１４４とを含む。第４直線孔１４４は、第３直線孔１４２の矢印Ｂ２方向の端部から矢印Ｃ１方向に延出している。第４直線孔１４４の延出端部は、円弧状に形成されている。

第５孔部１１０ｅは、断面形状（第５孔部１１０ｅの内周面、第５孔部１１０ｅを形成する面）が、半径方向内方（第５孔部１１０ｅの内方）に向かって膨出したＲ形状（円弧形状）に形成されている。ただし、第５孔部１１０ｅの断面形状をＲ形状に形成せず、第５孔部１１０ｅの断面形状の両側角部に面取り部を形成してもよい。また、セパレータ厚さ方向から見て、第５孔部１１０ｅの隅部１４６は、Ｒ形状に湾曲している。

孔部１１０の数、位置、形状及び大きさは、適宜変更可能である。

図４及び図６に示すように、樹脂部材９０は、電気絶縁性を有し、ベース部９４と連結部材２４ａとの間の電気的な接続を遮断する。樹脂部材９０としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性エラストマー等が挙げられる。樹脂部材９０は、薄肉部１５６と厚肉部１５８とを有する。

薄肉部１５６は、厚肉部１５８よりも第１セパレータ３６側に位置する。換言すれば、薄肉部１５６と厚肉部１５８とは、タブ９８の突出方向に互いに並んでいる。すなわち、薄肉部１５６は、ベース部９４における取付部９２に近い根本部分の全体を被覆している。

厚肉部１５８は、ベース部９４の根元部分よりも矢印Ｃ１方向に位置する部分の全体を被覆している。薄肉部１５６と厚肉部１５８との境界部には、段差部１６０が形成されている。段差部１６０は、矢印Ｂ方向に沿って樹脂部材９０の両端まで延在している。段差部１６０は、孔部１１０よりも第１セパレータ３６側（矢印Ｃ２方向）に位置している。段差部１６０は、第１セパレータ３６側に向かってベース部９４側に傾斜した平坦な傾斜面である（図４及び図５Ａ参照）。

薄肉部１５６の矢印Ｃ方向に沿った長さＬ１は、厚肉部１５８の矢印Ｃ方向に沿った長さＬ２よりも短い（図６参照）。ただし、長さＬ１及び長さＬ２は、適宜設定してよい。図４において、薄肉部１５６の厚さＤ１は、厚肉部１５８の厚さＤ２よりも薄い。ここで、薄肉部１５６の厚さＤ１とは、薄肉部１５６の一方の外面１５６ａと他方の外面１５６ｂとの間隔をいう。厚肉部１５８の厚さＤ２とは、厚肉部１５８の一方の外面１５８ａと他方の外面１５８ｂとの間隔をいう。厚さＤ１は、厚さＤ２の５０％以上９０％以下に設定されるのが好ましく、６０％以上８０％以下に設定されるのがより好ましい。ただし、厚さＤ１、Ｄ２は、適宜設定可能である。

薄肉部１５６において、ベース部９４と薄肉部１５６の一方の外面１５６ａとの間の厚さｄ１は、ベース部９４と薄肉部１５６の他方の外面１５６ｂとの間の厚さと同じである。厚肉部１５８において、ベース部９４と厚肉部１５８の一方の外面１５８ａとの間の厚さｄ２は、厚肉部１５８の他方の外面１５８ｂとの間の厚さと同じである。厚さｄ１は、厚さｄ２よりも薄い。

矢印Ａ方向に互いに隣接する薄肉部１５６の間の隙間Ｓ１は、互いに隣接する厚肉部１５８の間の隙間Ｓ２よりも広い。隙間Ｓ１には、樹脂枠部材５０の外縁部が位置する。換言すれば、薄肉部１５６は、セパレータ厚さ方向から見て樹脂枠部材５０に重なる重なり部１６１を有する。すなわち、樹脂枠部材５０は、荷重受け部８２ａの取付部９２を覆うように第１セパレータ３６の外方に延出している。これにより、樹脂枠部材５０によって、取付部９２が矢印Ａ方向に隣接する接合セパレータ３９に直接接触することを抑えることができる。

図６において、樹脂部材９０は、被覆部１６２ａ、第１充填部１６２ｂ、第２充填部１６２ｃ、第３充填部１６２ｄ及び第４充填部１６２ｅを有する。被覆部１６２ａは、第１孔部１１０ａに挿入されている。被覆部１６２ａは、第１孔部１１０ａの形状に対応した外形形状を有する。被覆部１６２ａには、位置決め孔１０８が形成されている。第１充填部１６２ｂは、第２孔部１１０ｂに挿入されている。第１充填部１６２ｂは、第２孔部１１０ｂの形状に対応した外形形状（円形状）を有する。

第２充填部１６２ｃは、第３孔部１１０ｃに挿入されている。第２充填部１６２ｃは、第３孔部１１０ｃの形状に対応した外形形状（円形状）を有する。第３充填部１６２ｄは、第４孔部１１０ｄに挿入されている。第３充填部１６２ｄは、第４孔部１１０ｄの形状に対応した外形形状（Ｌ字状の形状）を有する。第４充填部１６２ｅは、第５孔部１１０ｅに挿入されている。第４充填部１６２ｅは、第５孔部１１０ｅの形状に対応した外形形状（Ｌ字を左右反転させた形状）を有する。

荷重受け部８２ａにおいて、孔部１１０は、セパレータ厚さ方向から見て、厚肉部１５８及び薄肉部１５６のうち厚肉部１５８のみに重なるように配置されている。換言すれば、孔部１１０は、セパレータ厚さ方向から見て、薄肉部１５６とは重ならない位置に配置されている。

図２及び図３に示すように、荷重受け部８２ｂは、上述した荷重受け部８２ａと同様に構成されている。換言すれば、荷重受け部８２ｂは、荷重受け部８２ａを矢印Ｃ方向に反転した形状を有する。そのため、荷重受け部８２ｂの詳細な構成の説明については省略する。なお、荷重受け部８２ｂのタブ９８は、連結部材２４ｂに形成された凹部１００ｂ内に挿入されている（図２参照）。

また、荷重受け部８２ｂの取付部９２は、第１支持部８４ｂにおける樹脂枠付きＭＥＡ３４が位置する側の面（第２支持部８６ｂとは反対側の面）に配置されている。荷重受け部８２ｂの取付部９２は、接合部９６ｂによって第１支持部８４ｂに接合されている。接合部９６ｂは、接合部９６ａと同様に形成される。

図３及び図４において、接合セパレータ３９には、補強用のリブ１６４が設けられている。リブ１６４は、第１セパレータ３６の面３６ａに突出形成された第１リブ１６６ａ、１６６ｂと、第２セパレータ３８の面３８ａに突出形成された第２リブ１６８ａ、１６８ｂとを含む。

第１リブ１６６ａ、１６６ｂは、第１金属ビード部６４の突出方向に沿って突出している。第１リブ１６６ａは、第１シール部６２と荷重受け部８２ａの取付部９２との間に位置している。

第１リブ１６６ａは、接合部９６ａの延在方向（矢印Ｂ方向）に沿って直線状に延在している。第１リブ１６６ａは、荷重受け部８２ａの取付部９２に沿って取付部９２と略同じ長さだけ矢印Ｂ方向に延在している。第１リブ１６６ａの横断面形状は、第１リブ１６６ａの突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である（図４参照）。

第１リブ１６６ｂは、第１シール部６２と荷重受け部８２ｂの取付部９２との間に位置している。第１リブ１６６ｂは、上述した第１リブ１６６ａと同様に構成されている。そのため、第１リブ１６６ｂの構成の説明については省略する。

第２リブ１６８ａ、１６８ｂは、第２金属ビード部７４の突出方向に沿って突出している。第２リブ１６８ａの横断面形状は、第２リブ１６８ａの突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である（図４参照）。第２リブ１６８ｂは、上述した第２リブ１６８ａと同様に構成されている。そのため、第２リブ１６８ｂの構成の説明については省略する。

第１リブ１６６ａ及び第２リブ１６８ａは、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て互いに重なるように位置している。そのため、燃料電池スタック１０に締付荷重が付与された状態で、第１リブ１６６ａの突出端面が樹脂枠部材５０の一方の面５０ａに接触するとともに第２リブ１６８ａの突出端面が樹脂枠部材５０の他方の面５０ｂに接触している。

この際、第１リブ１６６ａ及び第２リブ１６８ａには、締付荷重が作用していない。すなわち、第１リブ１６６ａ及び第２リブ１６８ａは、弾性変形していない。そのため、第１リブ１６６ａ及び第２リブ１６８ａによって、第１シール部６２及び第２シール部７２の面圧が影響を受けることはない。第１リブ１６６ｂ及び第２リブ１６８ｂについても同様である。

この場合、本実施形態に係る燃料電池用セパレータ部材１１及び燃料電池（発電セル１２）は、以下の効果を奏する。

荷重受け部８２ａ、８２ｂのタブ９８は、金属製の板状のベース部９４と、ベース部９４を被覆する樹脂部材９０とを有する。ベース部９４には、樹脂部材９０の一部で内周が被覆された孔部１１０が形成されている。樹脂部材９０は、厚肉部１５８と、厚肉部１５８よりも第１セパレータ３６側に位置する薄肉部１５６とを有する。孔部１１０は、厚肉部１５８及び薄肉部１５６のうち厚肉部１５８に重なるように配置されている。

このような構成によれば、荷重受け部８２ａ、８２ｂをインサート成形する際に、ベース部９４の孔部１１０を厚肉部１５８に配置することによって樹脂材料（溶融樹脂）の流動性を高めることができる。そのため、荷重受け部８２ａ、８２ｂを効率的にインサート成形することができる。

荷重受け部８２ａ、８２ｂをインサート成形する際、樹脂材料は、孔部１１０が位置する部分でヒケが発生し易い。そのため、樹脂部材９０における孔部１１０が位置する部分の厚さは、薄くなり易い。しかしながら、セパレータ厚さ方向から見て、ベース部９４の孔部１１０が厚肉部１５８に重なるように配置されている。そのため、荷重受け部８２ａ、８２ｂのインサート成形時に樹脂材料のヒケによって薄肉部１５６がさらに薄くなることを抑えることができる。よって、樹脂部材９０の薄肉部１５６の強度低下を抑えることができる。

孔部１１０は、タブ９８の幅方向におけるベース部９４の中心に位置する第１孔部１１０ａと、第１孔部１１０ａに対してタブ９８の幅方向の一方側に離れて位置する第２孔部１１０ｂと、第１孔部１１０ａに対してタブ９８の幅方向の他方側に離れて位置する第３孔部１１０ｃと、を含む。第２孔部１１０ｂと第３孔部１１０ｃとは、タブ９８の幅方向におけるベース部９４の中心を通るとともにタブ９８の突出方向に沿って延在する中心線ＣＬに対して対称位置に設けられている。

このような構成によれば、荷重受け部８２ａ、８２ｂのインサート成形の際に、第１孔部１１０ａ、第２孔部１１０ｂ及び第３孔部１１０ｃによって樹脂材料の流動性を効率的に高めることができる。

孔部１１０は、第２孔部１１０ｂに対して第１セパレータ３６側に離れて位置する第４孔部１１０ｄと、第３孔部１１０ｃに対して第１セパレータ３６側に離れて位置する第５孔部１１０ｅと、を含む。第４孔部１１０ｄと第５孔部１１０ｅとは、中心線ＣＬに対して対称位置に設けられている。

このような構成によれば、荷重受け部８２ａ、８２ｂのインサート成形の際に、第４孔部１１０ｄ及び第５孔部１１０ｅによって樹脂材料の流動性を一層効率的に高めることができる。

第１孔部１１０ａは、中心線ＣＬを中心とした対称形状である。

このような構成によれば、荷重受け部８２ａ、８２ｂのインサート成形の際に、第１孔部１１０ａによって樹脂材料の流動性をより一層効率的に高めることができる。

孔部１１０は、断面形状が孔部１１０の内方に膨出したＲ形状に形成されている。或いは、孔部１１０の断面形状の角部には、面取り部が形成されている。

このような構成によれば、荷重受け部８２ａ、８２ｂのインサート成形時におけるベース部９４及び樹脂部材９０の膨張収縮によって、孔部１１０の内周面から樹脂部材９０に応力が集中することを抑えることができる。これにより、樹脂部材９０にクラックが発生することを抑えることができる。

ＭＥＡ４８の外周部には、第１セパレータ３６の外周部を覆うように樹脂枠部材５０が設けられ、薄肉部１５６は、セパレータ厚さ方向から見て、樹脂枠部材５０に重なる重なり部１６１を有する。

このような構成によれば、互いに隣接する接合セパレータ３９同士が電気的に接続されることを樹脂枠部材５０によって効果的に抑えることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

荷重受け部８２ａ、８２ｂの取付部９２は、第１セパレータ３６の外周部（第１支持部８４ａ、８４ｂ）と第２セパレータ３８の外周部（第２支持部８６ａ、８６ｂ）との間に配置されてもよい。この場合、荷重受け部８２ａ、８２ｂと接合セパレータ３９との接合強度の向上を図ることができる。

以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。

上記実施形態は、セパレータ（３６）と、前記セパレータの外周部から前記セパレータの外方に突出したタブ（９８）を有する荷重受け部（８２ａ、８２ｂ）と、を備えた燃料電池用セパレータ部材（１１）であって、前記タブは、金属製の板状のベース部（９４）と、前記ベース部を被覆する樹脂部材（９０）と、を有し、前記ベース部には、前記樹脂部材の一部で内周が被覆された孔部（１１０）が形成され、前記樹脂部材は、厚肉部（１５８）と、前記厚肉部よりも前記セパレータ側に位置する薄肉部（１５６）と、を有し、前記孔部は、前記厚肉部及び前記薄肉部のうち前記厚肉部に重なるように配置されている、燃料電池用セパレータ部材を開示している。

上記の燃料電池用セパレータ部材において、前記孔部は、セパレータ厚さ方向と前記タブの突出方向とに直交する方向である前記タブの幅方向における前記ベース部の中心に位置する第１孔部（１１０ａ）と、前記第１孔部に対して前記タブの前記幅方向の一方側に離れて位置する第２孔部（１１０ｂ）と、前記第１孔部に対して前記タブの前記幅方向の他方側に離れて位置する第３孔部（１１０ｃ）と、を含み、前記第２孔部と前記第３孔部とは、前記タブの前記幅方向における前記ベース部の中心を通るとともに前記タブの突出方向に沿って延在する中心線（ＣＬ）に対して対称位置に設けられてもよい。

上記の燃料電池用セパレータ部材において、前記孔部は、前記第２孔部に対して前記セパレータ側に離れて位置する第４孔部（１１０ｄ）と、前記第３孔部に対して前記セパレータ側に離れて位置する第５孔部（１１０ｅ）と、を含み、前記第４孔部と前記第５孔部とは、前記中心線に対して対称位置に設けられてもよい。

上記の燃料電池用セパレータ部材において、前記第１孔部は、前記中心線を中心とした対称形状であってもよい。

上記の燃料電池用セパレータ部材において、前記孔部は、断面形状が前記孔部の内方に膨出したＲ形状に形成されてもよい。

上記の燃料電池用セパレータ部材において、前記孔部の断面形状の角部には、面取り部が形成されてもよい。

上記実施形態は、電解質膜（５２）の両側に電極（５４、５６）が配設されてなる電解質膜・電極構造体（４８）と、前記電解質膜・電極構造体の一方の面側に配設された燃料電池用セパレータ部材と、前記電解質膜・電極構造体の他方の面側に配設されたセパレータ（３８）と、を備えた燃料電池（１２）であって、前記燃料電池用セパレータ部材は、上述した燃料電池用セパレータ部材である、燃料電池を開示している。

上記の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体の外周部には、前記燃料電池用セパレータ部材を形成する前記セパレータの外周部を覆うように樹脂枠部（５０）が設けられ、前記薄肉部は、前記セパレータ厚さ方向から見て、前記樹脂枠部に重なる重なり部（１６１）を有してもよい。

１０…燃料電池スタック １１…燃料電池用セパレータ部材
１２…発電セル（燃料電池） ３６…第１セパレータ
３８…第２セパレータ ４８…ＭＥＡ（電解質膜・電極構造体）
５２…電解質膜 ５４…カソード電極
５６…アノード電極 ８２ａ、８２ｂ…荷重受け部
９０…樹脂部材 ９４…ベース部
９８…タブ １１０…孔部
１１０ａ…第１孔部 １１０ｂ…第２孔部
１１０ｃ…第３孔部 １１０ｄ…第４孔部
１１０ｅ…第５孔部 １５６…薄肉部
１５８…厚肉部 １６０…段差部
１６１…重なり部 ＣＬ…中心線

Claims (8)

1. セパレータと、前記セパレータの外周部から前記セパレータの外方に突出したタブを有する荷重受け部と、を備えた燃料電池用セパレータ部材であって、
   前記タブは、
   金属製の板状のベース部と、
   前記ベース部を被覆する樹脂部材と、を有し、
   前記ベース部には、前記樹脂部材の一部で内周が被覆された孔部が形成され、
   前記樹脂部材は、
   厚肉部と、
   前記厚肉部よりも前記セパレータ側に位置する薄肉部と、を有し、
   前記孔部は、前記厚肉部及び前記薄肉部のうち前記厚肉部に重なるように配置されている、燃料電池用セパレータ部材。
2. 請求項１記載の燃料電池用セパレータ部材であって、
   前記孔部は、
   セパレータ厚さ方向と前記タブの突出方向とに直交する方向である前記タブの幅方向における前記ベース部の中心に位置する第１孔部と、
   前記第１孔部に対して前記タブの前記幅方向の一方側に離れて位置する第２孔部と、
   前記第１孔部に対して前記タブの前記幅方向の他方側に離れて位置する第３孔部と、を含み、
   前記第２孔部と前記第３孔部とは、前記タブの前記幅方向における前記ベース部の中心を通るとともに前記タブの突出方向に沿って延在する中心線に対して対称位置に設けられている、燃料電池用セパレータ部材。
3. 請求項２記載の燃料電池用セパレータ部材であって、
   前記孔部は、
   前記第２孔部に対して前記セパレータ側に離れて位置する第４孔部と、
   前記第３孔部に対して前記セパレータ側に離れて位置する第５孔部と、を含み、
   前記第４孔部と前記第５孔部とは、前記中心線に対して対称位置に設けられている、燃料電池用セパレータ部材。
4. 請求項２又は３に記載の燃料電池用セパレータ部材であって、
   前記第１孔部は、前記中心線を中心とした対称形状である、燃料電池用セパレータ部材。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ部材であって、
   前記孔部は、断面形状が前記孔部の内方に膨出したＲ形状に形成されている、燃料電池用セパレータ部材。
6. 請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ部材であって、
   前記孔部の断面形状の角部には、面取り部が形成されている、燃料電池用セパレータ部材。
7. 電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体と、
   前記電解質膜・電極構造体の一方の面側に配設された燃料電池用セパレータ部材と、
   前記電解質膜・電極構造体の他方の面側に配設されたセパレータと、を備えた燃料電池であって、
   前記燃料電池用セパレータ部材は、請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ部材である、燃料電池。
8. 請求項７記載の燃料電池であって、
   前記電解質膜・電極構造体の外周部には、前記燃料電池用セパレータ部材を形成する前記セパレータの外周部を覆うように樹脂枠部が設けられ、
   前記薄肉部は、前記セパレータ厚さ方向から見て、前記樹脂枠部に重なる重なり部を有する、燃料電池。

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