燃料電池
【課題】セル締結力を適正にした上での電池性能の低下抑制と燃料電池に衝撃が加わった場合の不具合対処の両立を図る。
【解決手段】燃料電池１０は、エンドプレート１１０の外側に固定プレート１２０を備え、この固定プレート１２０は、エンドプレート１１０に対向する側をセル積層方向に対して傾斜した傾斜面１２２Ｓとする。この固定プレート１２０は、燃料電池スタックの両端に位置することで、エンドプレート１１０の一端側で傾斜面間隔が広く他端側で傾斜面間隔が狭くなるように傾斜面１２２Ｓを対向させる。エンドプレート１１０と固定プレート１２０との間には、転動ローラ１１２が介在し、この転動ローラ１１２は、セル積層方向に交差して加わった外力により傾斜面１２２Ｓを転動し、固定プレート間の燃料電池スタックを傾斜面間隔が狭い側に移動させる。
【解決手段】燃料電池１０は、エンドプレート１１０の外側に固定プレート１２０を備え、この固定プレート１２０は、エンドプレート１１０に対向する側をセル積層方向に対して傾斜した傾斜面１２２Ｓとする。この固定プレート１２０は、燃料電池スタックの両端に位置することで、エンドプレート１１０の一端側で傾斜面間隔が広く他端側で傾斜面間隔が狭くなるように傾斜面１２２Ｓを対向させる。エンドプレート１１０と固定プレート１２０との間には、転動ローラ１１２が介在し、この転動ローラ１１２は、セル積層方向に交差して加わった外力により傾斜面１２２Ｓを転動し、固定プレート間の燃料電池スタックを傾斜面間隔が狭い側に移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルをエンドプレートの間に積層した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
こうした燃料電池は、車両等の移動体への搭載がなされつつあり、例えば車両搭載に当たっては、車両走行中に加わることがある衝撃に対しての対処が種々提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献では、燃料電池にセル積層方向と交差する方向から加わる衝撃を、燃料電池の搭載箇所から離れたエネルギ吸収部や燃料電池に近接配置された緩衝材などで緩和することがなされている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２３７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池セルは衝撃に有無に拘わらず積層方向に沿って締結されており、その締結の程度、即ち締結力の大きさは、締結力によるセル面圧が膜電極接合体の損傷等を起こさない程度に往々にして制限されている。こうすることで、電池性能の低下が抑制されている。その一方、上記したように衝撃緩和が図られたとしても、燃料電池にセル積層方向と交差する方向から衝撃が加わることには変わりはない。このため、衝撃の程度によっては、積層状態にある燃料電池セルのズレが起きことが危惧されている。こうした事態を回避するには、燃料電池セルの積層方向に沿った締結力を予め大きくしておくことが有効であるが、締結力増大によりセル面圧も高くなって膜電極接合体の損傷等による電池性能の低下も予想されるので、締結力増大での衝撃対処には限界があった。
【０００５】
本発明は、上記した課題を踏まえ、セル締結力を適正にした上での電池性能の低下抑制と燃料電池に衝撃が加わった場合の不具合対処の両立を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００７】
[適用：燃料電池]
複数の燃料電池セルをエンドプレートの間に積層した燃料電池であって、
前記燃料電池セルの積層状態を維持するために前記燃料電池セルの積層方向に沿って前記エンドプレートを拘束しつつ、前記積層方向に沿った初期締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する締結力付与機構を備え、
該締結力付与機構は、
前記積層方向と交差する方向から前記燃料電池セルに外力が加わると、該外力がない場合における前記初期締結力よりも大きな締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する
ことを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池では、締結力付与機構により積層方向に沿った初期締結力をエンドプレートを介して燃料電池セルに付与するので、この初期締結力を膜電極接合体の損傷等を起こさない程度とすれば、電池性能の低下を抑制できる。その一方、セル積層方向と交差する方向から燃料電池セルに外力が加わると、当該外力が加わった状況においては、外力がない場合における初期締結力よりも大きな締結力をエンドプレートを介して燃料電池セルに付与するので、締結力増大により積層済み燃料電池セルのズレと言った不具合を効果的に抑制できる。しかも、この締結力増大を上記した外力が加わったときのみにしかもたらさないので、外力が加わることのない通常運転時には、適正な初期締結力により電池性能の低下を抑制できる。この場合、一旦加わった外力が消失した際には締結力を初期締結力に戻すようにすれば、締結力増大も速やかに解消されるので、電池性能の低下抑制の上では有益である。
【０００９】
上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、前記締結力付与機構は、前記エンドプレートの外側に位置する一対の固定プレートを備えた上で、このプレート間の間隔を固定し、この固定プレートと前記エンドプレートとの間に係合部材を介在させて、この係合部材により、前記固定プレートと前記エンドプレートとを係合した上で、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する。そして、この係合部材は、前記外力が加わると、前記固定プレートと前記エンドプレートとの係合状態に変位を来すことで、前記初期締結力よりも大きな締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する。こうすれば、外力が加わった時に係合部材による係合状態に変位を起こすよう構成するだけで、締結力増大によるセルのズレと言った不具合に対する対処を簡便に達成できる。
【００１０】
こうした係合状態の変位は、次のようにして容易に来すことができる。例えば、前記一対の固定プレートは、前記エンドプレートに対向する側を前記積層方向に対して傾斜した傾斜面とし、該傾斜面を前記エンドプレートの一端側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させる。前記係合部材は、それぞれの前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在し前記傾斜面に沿った移動を起こすことで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記対向する傾斜面の間で移動可能とし、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記対向する傾斜面において前記間隔が広い側に位置するときに、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが前記対向する傾斜面において前記間隔が狭い側に移動するよう前記傾斜面に沿った移動を起こす。つまり、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが対向する傾斜面の間隔の広い側から間隔が狭い側に係合部材の前記傾斜面に沿った移動により移動して係合部材による係合状態に変位を来し、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とは固定プレートにて拘束された上で間隔の狭い傾斜面に挟まれるので、初期締結力よりも大きな締結力を固定プレートの側から受けることになる。これにより、締結力増大による不具合対処を簡便に達成できる。係合部材が起こす傾斜面に沿った移動は、係合部材が傾斜面において転動したり、傾斜面において摺動することなどで起きる。
【００１１】
この場合、前記一対の固定プレートのそれぞれを、前記傾斜面を傾斜の向きが反対の二つの傾斜面として備えるものとし、前記係合部材を、傾斜の向きが反対の前記二つの傾斜面においてそれぞれ移動（例えば、転動）するよう前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在するようにできる。こうすれば、セル積層方向に交差して加わる外力の方向が逆向きであっても、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とはその外力が加わった方向に沿って上記間隔が狭い傾斜面の側に移動することになる。つまり、外力の方向に対する汎用性が傾斜の向きが反対の傾斜面を有する分だけ高まるので、燃料電池の搭載の仕方の自由度が高まる。
【００１２】
また、係合状態の変位を来す他の態様としては、例えば、前記一対の固定プレートは、一方の前記エンドプレートに固定された第１固定プレートと、他方の前記エンドプレートの側に位置して該エンドプレートに対向する側をプレート中央側ほど凹の湾曲面とした第２固定プレートとを備え、前記係合部材は、前記第２固定プレートと前記他方のエンドプレートとの間に介在し前記湾曲面において転動することで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記第１固定プレートと第２固定プレートの間で撓ませ、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央に位置するときに、前記初期締結力を前記第２固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央からずれて撓むよう転動する。つまり、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが係合部材の湾曲面に沿った移動（例えば、転動）により湾曲面の中央からずれて撓むことで係合部材による係合状態に変位を来す。この撓みは、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが一方のエンドプレートが第１固定プレートに固定された上でのものであり、他方の側、即ち上記した撓みを起こした側では湾曲面を有する第２固定プレートにより拘束されていることから、撓みを起こした積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とは、初期締結力よりも大きな締結力を固定プレートの側から受けることになる。これにより、締結力増大による不具合対処を簡便に達成できる。
【００１３】
この場合、前記湾曲面を球面とすれば、セル積層方向に交差して加わる外力の方向に拘わらず、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とはその外力が加わった方向に撓むことになる。つまり、外力の方向に対する汎用性が高まるので、燃料電池の搭載の仕方の自由度が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を概略的に示す説明図、図２は燃料電池１０の要部である固定プレート１２０とエンドプレート１１０の周辺を示す説明図、図３は定常時の燃料電池１０の様子を一部破断して示す説明図、図４はセル積層方向に交差して外力が加わった場合における燃料電池１０の挙動を一部破断して示す説明図である。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池１０は、複数の燃料電池セル１００を図における上下のエンドプレート１１０の間に積層して備える。この場合、エンドプレート１１０と燃料電池セル１００との間には集電プレート１０２が配設される。それぞれの燃料電池セル１００は、電解質膜の両側に電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備え、その両側を多孔質のガス拡散層とした上で、セパレータを有する。なお、ＭＥＡやガス拡散層およびセパレータについては、本発明の要旨と直接関係しないので図示は簡略化され、その説明についても省略する。
【００１６】
燃料電池１０は、燃料電池セル１００の係合保持、並びに積層状態の確保のため、エンドプレート１１０の外側に固定プレート１２０を備える。燃料電池両端の固定プレート１２０は、Ｈ字状の補強材１４０にて３方で固定されており、固定プレート間の間隔は予め定められている。このプレート間隔は、セルの積層枚数、および燃料電池セル１００が適正な面圧を受けて発電運転を支障なく行えるよう、定められるがこれについては後述する。なお、補強材１４０については、固定プレート１２０の補強、並びに固定プレート間の間隔維持できる形状であれば種々採用できる。
【００１７】
図２に示すように、一方の固定プレート１２０は、エンドプレート１１０に対向する側をセル積層方向に対して傾斜した傾斜面１２２Ｓとし、傾斜前端側には隆起部１２４を備える。他方の固定プレート１２０にあっても同一形状であるが、既述した補強材１４０にて両固定プレートが固定された状態では、燃料電池両端の固定プレート１２０は、それぞれの傾斜面１２２Ｓを、エンドプレート１１０の一端側、より詳しくは隆起部１２４の側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させる。
【００１８】
エンドプレート１１０は、その底面を固定プレート１２０の傾斜面１２２Ｓに倣った傾斜面とし、プレート４隅に転動ローラ１１２を備える。この転動ローラ１１２は、ローラーベアリング等にて構成され、エンドプレート１１０と固定プレート１２０との間に介在して傾斜面１２２Ｓにおいて転動する。つまり、この転動ローラ１１２は、傾斜面１２２Ｓにおいて転動することで、エンドプレート１１０と当該プレート間に積層済みの燃料電池セル１００をその積層状態のまま、対向する傾斜面１２２Ｓの間で移動可能とする。なお、説明の便宜上、エンドプレート１１０と当該プレート間に積層済みの燃料電池セル１００を、以下の説明に際しては燃料電池スタックと称することとする。
【００１９】
燃料電池１０は、図３に示すように、固定プレート１２０の隆起部１２４と反対側にバネ部材１３０を備える。このバネ部材１３０は、その付勢力を燃料電池スタックに及ぼすので、燃料電池スタックは隆起部１２４の側に通常は位置する。本実施例では、バネ部材１３０の付勢力と、固定プレート１２０の間隔、および傾斜面１２２Ｓの傾斜程度を、セル積層数や燃料電池セル１００の定常発電運転を確保するための適正なセル面圧を考慮しつつ、定めた。そして、燃料電池スタックは、定常発電運転時には、図３に示すように転動ローラ１１２が隆起部１２４に当接した状態の初期位置（即ち、対向する傾斜面１２２Ｓにおいて間隔が広い側の位置）を取り、この初期位置に燃料電池スタックがある場合には、上記した固定プレート間隔等により、図中に黒塗り矢印で示す締結力（初期締結力）が固定プレート１２０から転動ローラ１１２を介してエンドプレート１１０に伝達される。よって、図３に示す初期位置に燃料電池スタックが位置している状況では、それぞれの燃料電池セル１００は、上記した初期締結力をエンドプレート１１０を介して受け、この初期締結力に対応する適正なセル面圧を受けて支障なく発電運転する。
【００２０】
今、図４に示すように、図中白抜き矢印で示す外力がセル積層方向に交差して加わったとする。こうした状況は、燃料電池１０を例えば車両に搭載してセル積層方向と交差する方向が車両の前後方向となるようにした上で、車両に前後方向から衝撃が加わったような場合が想定される。この外力は、燃料電池スタックに図における右方から左方に作用するので、この外力を受けて転動ローラ１１２は傾斜面１２２Ｓにおいて対向する傾斜面１２２Ｓの間隔が狭い側に向けて転動し、燃料電池スタックにあっても、対向する傾斜面１２２Ｓにおいて間隔が狭い側に移動する。この場合、燃料電池スタックはバネ部材１３０を縮ませながら傾斜面間隔が狭い側に移動する。
【００２１】
そうすると、燃料電池スタックは転動ローラ１１２の上記した転動により移動して、この転動ローラ１１２による固定プレート１２０と燃料電池スタックとの係合状態に変位を来し、燃料電池スタックは両端の固定プレート１２０にて拘束された上で傾斜面間隔の狭い傾斜面に挟まれることになる。よって、燃料電池スタックは、当該スタックが傾斜面間隔の広い隆起部１２４の側に位置するときに受ける初期締結力（即ち、外力を受けていない状況での締結力）よりも大きな締結力を、両端の固定プレート１２０の側から受けることになる。この結果、外力入力時における一時的な締結力増大により燃料電池スタックにおける各燃料電池セル１００のズレと言った不具合を効果的に抑制できる。しかも、この締結力増大は、上記した外力が加わって燃料電池スタックが傾斜面間隔が狭い側に移動したときのみにしか起きないので、外力が加わることのない通常運転時には、適正な初期締結力により燃料電池セル１００のそれぞれでの電池性能の低下を抑制できる。
【００２２】
また、本実施例では、一旦加わった外力が消失すれば、バネ部材１３０はそのバネ力を燃料電池スタックに及ぼすので、燃料電池スタックは傾斜面間隔が広い側、即ち隆起部１２４の側に移動して初期位置に復帰する。このため、締結力増大は外力消失後に速やかに解消されて、燃料電池セル１００が受ける力は初期締結力に戻るので、各セルでの面圧増大による電池性能の低下は外力消失後に速やかに抑制できる。
【００２３】
次に、他の実施例について説明する。図５は他の実施例としての燃料電池１０Ａの全体構成を概略的に示す説明図、図６は燃料電池１０Ａの要部である固定プレート１２０Ａをエンドプレート１１０Ａを透視しつつ示す説明図、図７は外力の入力がないときの燃料電池１０Ａの様子を一部破断して示す説明図である。この実施例は、外力がセル積層方向と交差して加わる場合にその外力の向きが逆の場合についても対処を図る点に特徴がある。
【００２４】
図示するように、燃料電池１０Ａは、既述した燃料電池１０と同様、複数の燃料電池セル１００を積層した燃料電池スタックを図における上下の固定プレート１２０Ａで拘束して備える。固定プレート１２０Ａは、既述した固定プレート１２０と異なり、図６に詳しく示すように、エンドプレート１１０Ａの側に、傾斜の向きが反対の二つの傾斜面１２２ＲＳ、１２２ＬＳを備える。この両傾斜面は、固定プレート１２０Ａにおけるエンドプレート１１０Ａの側を２分して形成されている。この固定プレート１２０Ａにあっても、図５に示すように対向することから、対向する両固定プレートは、それぞれの傾斜面１２２ＲＳを、エンドプレート１１０Ａの一端側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させ、この逆に、それぞれの傾斜面１２２ＬＳを、エンドプレート１１０の一端側で間隔が狭く他端側で間隔が広くなるように対向させる。
【００２５】
エンドプレート１１０Ａは、その底部を上記の両傾斜面に倣って２分した第１底部１１０ＲＢと第２底部１１０ＬＢとを備え、この第１、第２の底部は、その底面を固定プレート１２０の傾斜面１２２ＲＳ或いは傾斜面１２２ＬＳに倣った傾斜面とし、それぞれの底部の４隅に転動ローラ１１２を備える。この転動ローラ１１２は、ローラーベアリング等にて構成され、エンドプレート１１０Ａの上記第１、第２の底部と固定プレート１２０Ａとの間に介在して傾斜面１２２ＲＳ、１２２ＬＢにおいてそれぞれ転動する。つまり、第１底部１１０ＲＢの転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＲＳにおいて、第２底部１１０ＬＢの転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＬＳにおいて、それぞれの傾斜面に沿って同一方向に転動することで、固定プレート間の燃料電池スタックは、対向する傾斜面１２２ＲＳおよび傾斜面１２２ＬＳの間で移動する。
【００２６】
燃料電池１０Ａは、図７に示すように、燃料電池スタックにその両側からバネ部材１３０の付勢力を及ぼし、燃料電池スタックを上記した傾斜面１２２ＲＳ、１２２ＬＢの交差箇所に通常は位置させる。つまり、この実施例では、傾斜面の交差箇所が定常発電運転時の初期位置であり、図示する初期位置に燃料電池スタックがある場合には、上記した固定プレート間隔等により、図中に黒塗り矢印で示す締結力（初期締結力）が固定プレート１２０Ａから転動ローラ１１２を介してエンドプレート１１０Ａに伝達される。
【００２７】
この実施例の燃料電池１０Ａは、図７に示す左右方向の図中白抜き矢印で示す外力がセル積層方向に交差して加わった場合においても、既述した燃料電池１０と同様に外力が加わった際の締結力増大をもたらす。つまり、図における外力Ｒが加わると、この外力Ｒを受けて転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＲＳにおいて対向する傾斜面間隔が狭い側に向けて転動する。その一方、図における外力Ｌが加わった場合には、転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＬＳにおいて対向する傾斜面間隔が狭い側に向けて転動する。こうしたローラ転動が起きた場合には、既述した実施例と同様に締結力の増大をもたらすので、図７における左右いずれかの方向から外力の入力があった場合でも、一時的な締結力増大による燃料電池スタックにおける各燃料電池セル１００のズレと言った不具合の抑制と、電池性能の低下抑制とを両立できる。
【００２８】
しかも、この実施例にあっても、燃料電池スタックの両サイドに配置したバネ部材１３０により外力消失後には速やかに締結力増大を解消するので、電池性能の低下抑制の上でも利点がある。
【００２９】
また、燃料電池１０Ａでは、既述したように図７における左右方向からの外力入力に対しての不具合対処ができることから、例えば、燃料電池１０Ａを車両に搭載する場合の自由度が高まると共に、車両前方からの外力入力のみならず、車両後方からの外力入力に対しても、上記利点を発揮できる。
【００３０】
次に、また別の実施例について説明する。図８はまた別の実施例の燃料電池１０Ｂの構成と外力入力時における挙動を概略的に説明する説明図である。この実施例は、外力入力時に燃料電池スタックに撓みを起こして締結力の増大を図る点に特徴がある。
【００３１】
図示するように、燃料電池１０Ｂにあっても、既述した燃料電池１０と同様、複数の燃料電池セル１００を積層した燃料電池スタックを図における上下の固定プレートで拘束する点で変わるものではない。そして、この燃料電池１０Ｂは、燃料電池スタックの一端側のエンドプレート１５１を、第１固定プレート１２１に嵌合固定して備え、他方端側のエンドプレート１５２の外側に第２固定プレート１２０Ｂを備える。燃料電池スタックの両端に位置する第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂは、図示しない補強材にてプレート間隔および対向位置が変わらないよう固定されている。
【００３２】
第２固定プレート１２０Ｂは、エンドプレート１５２に対向する側を凹所として備え、当該凹所は、エンドプレート１５２の中央ほど凹の程度が大きくなるように湾曲した湾曲面１２２Ｑとされている。第２固定プレート１２０Ｂは、いわゆるアーチ状であることから、湾曲面１２２Ｑは、図における左右方向において湾曲しているものの、図における紙面手前から奥側にかけては湾曲するものではない。
【００３３】
燃料電池１０Ｂは、エンドプレート１５２と第２固定プレート１２０Ｂとの間に転動ローラ１１２を介在させて備え、この転動ローラ１１２は、第２固定プレート１２０Ｂの湾曲面１２２Ｑにおいて転動可能とされている。なお、湾曲面１２２Ｑの両端は、湾曲の程度が強くされた湾曲端面１２２ＱＥとされており、この湾曲端面１２２ＱＥにより転動ローラ１１２の外れが防止されている。
【００３４】
この実施例の燃料電池１０Ｂでは、図８（Ａ）に示すように、燃料電池スタックが湾曲面１２２Ｑの中央に位置する場合が初期位置であり、このときに、それぞれの燃料電池セル１００は、初期締結力を受けるよう、第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂの間隔、および湾曲面１２２Ｑの湾曲程度が規定されている。その上で、エンドプレート１５２の転動ローラ１１２は、湾曲面１２２Ｑにおいて転動可能であることから、図８（Ｂ）に示すように、図における右方側から外力Ｒが加わると、転動ローラ１１２は湾曲面１２２Ｑにおいて転動してエンドプレート１５２と第２固定プレート１２０Ｂの係合状態に変位を来し、燃料電池スタックを第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂの間で撓ませる。こうなると、撓みによりエンドプレート１５２とエンドプレート１５１との間隔が縮む側では、図示するように締結力増大が起きるので、上記した実施例と同様、外力入力時における一時的な締結力増大による燃料電池スタックにおける各燃料電池セル１００のズレと言った不具合の抑制と、電池性能の低下抑制とを両立できる。そして、この実施例では、転動ローラ１１２の転動は、図８（Ｂ）における左方側から外力Ｌが加わった場合でも、上記不具合抑制と電池性能の低下抑制を図ることができる。
【００３５】
また、この燃料電池１０Ｂでも、燃料電池１０Ａと同様に図８における左右方向からの外力入力に対しての不具合対処ができることから、車両搭載の自由度向上と、車両前後方向からの外力入力に対しても、上記利点を発揮できる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、図８に示す第２固定プレート１２０Ｂを、その有する湾曲面１２２Ｑが球面となるものとすることもできる。つまり、第２固定プレート１２０Ｂを球形ドーム状とする。この場合には、図８に示した転動ローラ１１２をトラックボール様の転動方向が任意とできる転動ローラとすればよい。このように湾曲面１２２Ｑを球面とすれば、セル積層方向に交差して加わる外力の入力方向がいずれ方向であっても、その入力のあった方向に即して燃料電池スタックを第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂとの間で撓ませて、この撓みによる上記した締結力増大をもたらすことができる。よって、この場合には、セル積層方向に交差して加わる外力の入力方向に対する汎用性がより高まるので、車載の自由度もより一層高まり、好ましい。
【００３７】
また、適正なセル面圧を得るための締結力（適正締結力）を燃料電池両端のエンドプレートに及ぼすための締結機構を別途設け、外力入力時には、この締結機構が及ぼす適正締結力とは別の締結力を及ぼすようにすることもできる。
【００３８】
この他、転動ローラ１１２に代えて、傾斜面１２２Ｓに沿って摺動するような脚をエンドプレート１１０に設けるようにすることもできる。この場合には、スライダー構造を取り入れ、エンドプレートにレールを設けて上記の脚をレールに係合する駒とすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を概略的に示す説明図である。
【図２】燃料電池１０の要部である固定プレート１２０とエンドプレート１１０の周辺を示す説明図である。
【図３】定常時の燃料電池１０の様子を一部破断して示す説明図である。
【図４】セル積層方向に交差して外力が加わった場合における燃料電池１０の挙動を一部破断して示す説明図である。
【図５】他の実施例としての燃料電池１０Ａの全体構成を概略的に示す説明図である。
【図６】燃料電池１０Ａの要部である固定プレート１２０Ａをエンドプレート１１０Ａを透視しつつ示す説明図である。
【図７】外力の入力がないときの燃料電池１０Ａの様子を一部破断して示す説明図である。
【図８】また別の実施例の燃料電池１０Ｂの構成と外力入力時における挙動を概略的に説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…燃料電池
１０Ａ…燃料電池
１０Ｂ…燃料電池
１００…燃料電池セル
１０２…集電プレート
１１０…エンドプレート
１１０Ａ…エンドプレート
１１０ＲＢ…第１底部
１１０ＬＢ…第２底部
１１２…転動ローラ
１２０…固定プレート
１２０Ａ…固定プレート
１２１…第１固定プレート
１２０Ｂ…第２固定プレート
１２２Ｑ…湾曲面
１２２Ｓ…傾斜面
１２２ＱＥ…湾曲端面
１２２ＬＳ…傾斜面
１２２ＲＳ…傾斜面
１２４…隆起部
１３０…バネ部材
１４０…補強材
１５１…エンドプレート
１５２…エンドプレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルをエンドプレートの間に積層した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
こうした燃料電池は、車両等の移動体への搭載がなされつつあり、例えば車両搭載に当たっては、車両走行中に加わることがある衝撃に対しての対処が種々提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献では、燃料電池にセル積層方向と交差する方向から加わる衝撃を、燃料電池の搭載箇所から離れたエネルギ吸収部や燃料電池に近接配置された緩衝材などで緩和することがなされている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２３７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池セルは衝撃に有無に拘わらず積層方向に沿って締結されており、その締結の程度、即ち締結力の大きさは、締結力によるセル面圧が膜電極接合体の損傷等を起こさない程度に往々にして制限されている。こうすることで、電池性能の低下が抑制されている。その一方、上記したように衝撃緩和が図られたとしても、燃料電池にセル積層方向と交差する方向から衝撃が加わることには変わりはない。このため、衝撃の程度によっては、積層状態にある燃料電池セルのズレが起きことが危惧されている。こうした事態を回避するには、燃料電池セルの積層方向に沿った締結力を予め大きくしておくことが有効であるが、締結力増大によりセル面圧も高くなって膜電極接合体の損傷等による電池性能の低下も予想されるので、締結力増大での衝撃対処には限界があった。
【０００５】
本発明は、上記した課題を踏まえ、セル締結力を適正にした上での電池性能の低下抑制と燃料電池に衝撃が加わった場合の不具合対処の両立を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００７】
[適用：燃料電池]
複数の燃料電池セルをエンドプレートの間に積層した燃料電池であって、
前記燃料電池セルの積層状態を維持するために前記燃料電池セルの積層方向に沿って前記エンドプレートを拘束しつつ、前記積層方向に沿った初期締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する締結力付与機構を備え、
該締結力付与機構は、
前記積層方向と交差する方向から前記燃料電池セルに外力が加わると、該外力がない場合における前記初期締結力よりも大きな締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する
ことを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池では、締結力付与機構により積層方向に沿った初期締結力をエンドプレートを介して燃料電池セルに付与するので、この初期締結力を膜電極接合体の損傷等を起こさない程度とすれば、電池性能の低下を抑制できる。その一方、セル積層方向と交差する方向から燃料電池セルに外力が加わると、当該外力が加わった状況においては、外力がない場合における初期締結力よりも大きな締結力をエンドプレートを介して燃料電池セルに付与するので、締結力増大により積層済み燃料電池セルのズレと言った不具合を効果的に抑制できる。しかも、この締結力増大を上記した外力が加わったときのみにしかもたらさないので、外力が加わることのない通常運転時には、適正な初期締結力により電池性能の低下を抑制できる。この場合、一旦加わった外力が消失した際には締結力を初期締結力に戻すようにすれば、締結力増大も速やかに解消されるので、電池性能の低下抑制の上では有益である。
【０００９】
上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、前記締結力付与機構は、前記エンドプレートの外側に位置する一対の固定プレートを備えた上で、このプレート間の間隔を固定し、この固定プレートと前記エンドプレートとの間に係合部材を介在させて、この係合部材により、前記固定プレートと前記エンドプレートとを係合した上で、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する。そして、この係合部材は、前記外力が加わると、前記固定プレートと前記エンドプレートとの係合状態に変位を来すことで、前記初期締結力よりも大きな締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する。こうすれば、外力が加わった時に係合部材による係合状態に変位を起こすよう構成するだけで、締結力増大によるセルのズレと言った不具合に対する対処を簡便に達成できる。
【００１０】
こうした係合状態の変位は、次のようにして容易に来すことができる。例えば、前記一対の固定プレートは、前記エンドプレートに対向する側を前記積層方向に対して傾斜した傾斜面とし、該傾斜面を前記エンドプレートの一端側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させる。前記係合部材は、それぞれの前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在し前記傾斜面に沿った移動を起こすことで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記対向する傾斜面の間で移動可能とし、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記対向する傾斜面において前記間隔が広い側に位置するときに、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが前記対向する傾斜面において前記間隔が狭い側に移動するよう前記傾斜面に沿った移動を起こす。つまり、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが対向する傾斜面の間隔の広い側から間隔が狭い側に係合部材の前記傾斜面に沿った移動により移動して係合部材による係合状態に変位を来し、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とは固定プレートにて拘束された上で間隔の狭い傾斜面に挟まれるので、初期締結力よりも大きな締結力を固定プレートの側から受けることになる。これにより、締結力増大による不具合対処を簡便に達成できる。係合部材が起こす傾斜面に沿った移動は、係合部材が傾斜面において転動したり、傾斜面において摺動することなどで起きる。
【００１１】
この場合、前記一対の固定プレートのそれぞれを、前記傾斜面を傾斜の向きが反対の二つの傾斜面として備えるものとし、前記係合部材を、傾斜の向きが反対の前記二つの傾斜面においてそれぞれ移動（例えば、転動）するよう前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在するようにできる。こうすれば、セル積層方向に交差して加わる外力の方向が逆向きであっても、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とはその外力が加わった方向に沿って上記間隔が狭い傾斜面の側に移動することになる。つまり、外力の方向に対する汎用性が傾斜の向きが反対の傾斜面を有する分だけ高まるので、燃料電池の搭載の仕方の自由度が高まる。
【００１２】
また、係合状態の変位を来す他の態様としては、例えば、前記一対の固定プレートは、一方の前記エンドプレートに固定された第１固定プレートと、他方の前記エンドプレートの側に位置して該エンドプレートに対向する側をプレート中央側ほど凹の湾曲面とした第２固定プレートとを備え、前記係合部材は、前記第２固定プレートと前記他方のエンドプレートとの間に介在し前記湾曲面において転動することで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記第１固定プレートと第２固定プレートの間で撓ませ、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央に位置するときに、前記初期締結力を前記第２固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央からずれて撓むよう転動する。つまり、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが係合部材の湾曲面に沿った移動（例えば、転動）により湾曲面の中央からずれて撓むことで係合部材による係合状態に変位を来す。この撓みは、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが一方のエンドプレートが第１固定プレートに固定された上でのものであり、他方の側、即ち上記した撓みを起こした側では湾曲面を有する第２固定プレートにより拘束されていることから、撓みを起こした積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とは、初期締結力よりも大きな締結力を固定プレートの側から受けることになる。これにより、締結力増大による不具合対処を簡便に達成できる。
【００１３】
この場合、前記湾曲面を球面とすれば、セル積層方向に交差して加わる外力の方向に拘わらず、積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とはその外力が加わった方向に撓むことになる。つまり、外力の方向に対する汎用性が高まるので、燃料電池の搭載の仕方の自由度が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を概略的に示す説明図、図２は燃料電池１０の要部である固定プレート１２０とエンドプレート１１０の周辺を示す説明図、図３は定常時の燃料電池１０の様子を一部破断して示す説明図、図４はセル積層方向に交差して外力が加わった場合における燃料電池１０の挙動を一部破断して示す説明図である。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池１０は、複数の燃料電池セル１００を図における上下のエンドプレート１１０の間に積層して備える。この場合、エンドプレート１１０と燃料電池セル１００との間には集電プレート１０２が配設される。それぞれの燃料電池セル１００は、電解質膜の両側に電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備え、その両側を多孔質のガス拡散層とした上で、セパレータを有する。なお、ＭＥＡやガス拡散層およびセパレータについては、本発明の要旨と直接関係しないので図示は簡略化され、その説明についても省略する。
【００１６】
燃料電池１０は、燃料電池セル１００の係合保持、並びに積層状態の確保のため、エンドプレート１１０の外側に固定プレート１２０を備える。燃料電池両端の固定プレート１２０は、Ｈ字状の補強材１４０にて３方で固定されており、固定プレート間の間隔は予め定められている。このプレート間隔は、セルの積層枚数、および燃料電池セル１００が適正な面圧を受けて発電運転を支障なく行えるよう、定められるがこれについては後述する。なお、補強材１４０については、固定プレート１２０の補強、並びに固定プレート間の間隔維持できる形状であれば種々採用できる。
【００１７】
図２に示すように、一方の固定プレート１２０は、エンドプレート１１０に対向する側をセル積層方向に対して傾斜した傾斜面１２２Ｓとし、傾斜前端側には隆起部１２４を備える。他方の固定プレート１２０にあっても同一形状であるが、既述した補強材１４０にて両固定プレートが固定された状態では、燃料電池両端の固定プレート１２０は、それぞれの傾斜面１２２Ｓを、エンドプレート１１０の一端側、より詳しくは隆起部１２４の側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させる。
【００１８】
エンドプレート１１０は、その底面を固定プレート１２０の傾斜面１２２Ｓに倣った傾斜面とし、プレート４隅に転動ローラ１１２を備える。この転動ローラ１１２は、ローラーベアリング等にて構成され、エンドプレート１１０と固定プレート１２０との間に介在して傾斜面１２２Ｓにおいて転動する。つまり、この転動ローラ１１２は、傾斜面１２２Ｓにおいて転動することで、エンドプレート１１０と当該プレート間に積層済みの燃料電池セル１００をその積層状態のまま、対向する傾斜面１２２Ｓの間で移動可能とする。なお、説明の便宜上、エンドプレート１１０と当該プレート間に積層済みの燃料電池セル１００を、以下の説明に際しては燃料電池スタックと称することとする。
【００１９】
燃料電池１０は、図３に示すように、固定プレート１２０の隆起部１２４と反対側にバネ部材１３０を備える。このバネ部材１３０は、その付勢力を燃料電池スタックに及ぼすので、燃料電池スタックは隆起部１２４の側に通常は位置する。本実施例では、バネ部材１３０の付勢力と、固定プレート１２０の間隔、および傾斜面１２２Ｓの傾斜程度を、セル積層数や燃料電池セル１００の定常発電運転を確保するための適正なセル面圧を考慮しつつ、定めた。そして、燃料電池スタックは、定常発電運転時には、図３に示すように転動ローラ１１２が隆起部１２４に当接した状態の初期位置（即ち、対向する傾斜面１２２Ｓにおいて間隔が広い側の位置）を取り、この初期位置に燃料電池スタックがある場合には、上記した固定プレート間隔等により、図中に黒塗り矢印で示す締結力（初期締結力）が固定プレート１２０から転動ローラ１１２を介してエンドプレート１１０に伝達される。よって、図３に示す初期位置に燃料電池スタックが位置している状況では、それぞれの燃料電池セル１００は、上記した初期締結力をエンドプレート１１０を介して受け、この初期締結力に対応する適正なセル面圧を受けて支障なく発電運転する。
【００２０】
今、図４に示すように、図中白抜き矢印で示す外力がセル積層方向に交差して加わったとする。こうした状況は、燃料電池１０を例えば車両に搭載してセル積層方向と交差する方向が車両の前後方向となるようにした上で、車両に前後方向から衝撃が加わったような場合が想定される。この外力は、燃料電池スタックに図における右方から左方に作用するので、この外力を受けて転動ローラ１１２は傾斜面１２２Ｓにおいて対向する傾斜面１２２Ｓの間隔が狭い側に向けて転動し、燃料電池スタックにあっても、対向する傾斜面１２２Ｓにおいて間隔が狭い側に移動する。この場合、燃料電池スタックはバネ部材１３０を縮ませながら傾斜面間隔が狭い側に移動する。
【００２１】
そうすると、燃料電池スタックは転動ローラ１１２の上記した転動により移動して、この転動ローラ１１２による固定プレート１２０と燃料電池スタックとの係合状態に変位を来し、燃料電池スタックは両端の固定プレート１２０にて拘束された上で傾斜面間隔の狭い傾斜面に挟まれることになる。よって、燃料電池スタックは、当該スタックが傾斜面間隔の広い隆起部１２４の側に位置するときに受ける初期締結力（即ち、外力を受けていない状況での締結力）よりも大きな締結力を、両端の固定プレート１２０の側から受けることになる。この結果、外力入力時における一時的な締結力増大により燃料電池スタックにおける各燃料電池セル１００のズレと言った不具合を効果的に抑制できる。しかも、この締結力増大は、上記した外力が加わって燃料電池スタックが傾斜面間隔が狭い側に移動したときのみにしか起きないので、外力が加わることのない通常運転時には、適正な初期締結力により燃料電池セル１００のそれぞれでの電池性能の低下を抑制できる。
【００２２】
また、本実施例では、一旦加わった外力が消失すれば、バネ部材１３０はそのバネ力を燃料電池スタックに及ぼすので、燃料電池スタックは傾斜面間隔が広い側、即ち隆起部１２４の側に移動して初期位置に復帰する。このため、締結力増大は外力消失後に速やかに解消されて、燃料電池セル１００が受ける力は初期締結力に戻るので、各セルでの面圧増大による電池性能の低下は外力消失後に速やかに抑制できる。
【００２３】
次に、他の実施例について説明する。図５は他の実施例としての燃料電池１０Ａの全体構成を概略的に示す説明図、図６は燃料電池１０Ａの要部である固定プレート１２０Ａをエンドプレート１１０Ａを透視しつつ示す説明図、図７は外力の入力がないときの燃料電池１０Ａの様子を一部破断して示す説明図である。この実施例は、外力がセル積層方向と交差して加わる場合にその外力の向きが逆の場合についても対処を図る点に特徴がある。
【００２４】
図示するように、燃料電池１０Ａは、既述した燃料電池１０と同様、複数の燃料電池セル１００を積層した燃料電池スタックを図における上下の固定プレート１２０Ａで拘束して備える。固定プレート１２０Ａは、既述した固定プレート１２０と異なり、図６に詳しく示すように、エンドプレート１１０Ａの側に、傾斜の向きが反対の二つの傾斜面１２２ＲＳ、１２２ＬＳを備える。この両傾斜面は、固定プレート１２０Ａにおけるエンドプレート１１０Ａの側を２分して形成されている。この固定プレート１２０Ａにあっても、図５に示すように対向することから、対向する両固定プレートは、それぞれの傾斜面１２２ＲＳを、エンドプレート１１０Ａの一端側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させ、この逆に、それぞれの傾斜面１２２ＬＳを、エンドプレート１１０の一端側で間隔が狭く他端側で間隔が広くなるように対向させる。
【００２５】
エンドプレート１１０Ａは、その底部を上記の両傾斜面に倣って２分した第１底部１１０ＲＢと第２底部１１０ＬＢとを備え、この第１、第２の底部は、その底面を固定プレート１２０の傾斜面１２２ＲＳ或いは傾斜面１２２ＬＳに倣った傾斜面とし、それぞれの底部の４隅に転動ローラ１１２を備える。この転動ローラ１１２は、ローラーベアリング等にて構成され、エンドプレート１１０Ａの上記第１、第２の底部と固定プレート１２０Ａとの間に介在して傾斜面１２２ＲＳ、１２２ＬＢにおいてそれぞれ転動する。つまり、第１底部１１０ＲＢの転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＲＳにおいて、第２底部１１０ＬＢの転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＬＳにおいて、それぞれの傾斜面に沿って同一方向に転動することで、固定プレート間の燃料電池スタックは、対向する傾斜面１２２ＲＳおよび傾斜面１２２ＬＳの間で移動する。
【００２６】
燃料電池１０Ａは、図７に示すように、燃料電池スタックにその両側からバネ部材１３０の付勢力を及ぼし、燃料電池スタックを上記した傾斜面１２２ＲＳ、１２２ＬＢの交差箇所に通常は位置させる。つまり、この実施例では、傾斜面の交差箇所が定常発電運転時の初期位置であり、図示する初期位置に燃料電池スタックがある場合には、上記した固定プレート間隔等により、図中に黒塗り矢印で示す締結力（初期締結力）が固定プレート１２０Ａから転動ローラ１１２を介してエンドプレート１１０Ａに伝達される。
【００２７】
この実施例の燃料電池１０Ａは、図７に示す左右方向の図中白抜き矢印で示す外力がセル積層方向に交差して加わった場合においても、既述した燃料電池１０と同様に外力が加わった際の締結力増大をもたらす。つまり、図における外力Ｒが加わると、この外力Ｒを受けて転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＲＳにおいて対向する傾斜面間隔が狭い側に向けて転動する。その一方、図における外力Ｌが加わった場合には、転動ローラ１１２は傾斜面１２２ＬＳにおいて対向する傾斜面間隔が狭い側に向けて転動する。こうしたローラ転動が起きた場合には、既述した実施例と同様に締結力の増大をもたらすので、図７における左右いずれかの方向から外力の入力があった場合でも、一時的な締結力増大による燃料電池スタックにおける各燃料電池セル１００のズレと言った不具合の抑制と、電池性能の低下抑制とを両立できる。
【００２８】
しかも、この実施例にあっても、燃料電池スタックの両サイドに配置したバネ部材１３０により外力消失後には速やかに締結力増大を解消するので、電池性能の低下抑制の上でも利点がある。
【００２９】
また、燃料電池１０Ａでは、既述したように図７における左右方向からの外力入力に対しての不具合対処ができることから、例えば、燃料電池１０Ａを車両に搭載する場合の自由度が高まると共に、車両前方からの外力入力のみならず、車両後方からの外力入力に対しても、上記利点を発揮できる。
【００３０】
次に、また別の実施例について説明する。図８はまた別の実施例の燃料電池１０Ｂの構成と外力入力時における挙動を概略的に説明する説明図である。この実施例は、外力入力時に燃料電池スタックに撓みを起こして締結力の増大を図る点に特徴がある。
【００３１】
図示するように、燃料電池１０Ｂにあっても、既述した燃料電池１０と同様、複数の燃料電池セル１００を積層した燃料電池スタックを図における上下の固定プレートで拘束する点で変わるものではない。そして、この燃料電池１０Ｂは、燃料電池スタックの一端側のエンドプレート１５１を、第１固定プレート１２１に嵌合固定して備え、他方端側のエンドプレート１５２の外側に第２固定プレート１２０Ｂを備える。燃料電池スタックの両端に位置する第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂは、図示しない補強材にてプレート間隔および対向位置が変わらないよう固定されている。
【００３２】
第２固定プレート１２０Ｂは、エンドプレート１５２に対向する側を凹所として備え、当該凹所は、エンドプレート１５２の中央ほど凹の程度が大きくなるように湾曲した湾曲面１２２Ｑとされている。第２固定プレート１２０Ｂは、いわゆるアーチ状であることから、湾曲面１２２Ｑは、図における左右方向において湾曲しているものの、図における紙面手前から奥側にかけては湾曲するものではない。
【００３３】
燃料電池１０Ｂは、エンドプレート１５２と第２固定プレート１２０Ｂとの間に転動ローラ１１２を介在させて備え、この転動ローラ１１２は、第２固定プレート１２０Ｂの湾曲面１２２Ｑにおいて転動可能とされている。なお、湾曲面１２２Ｑの両端は、湾曲の程度が強くされた湾曲端面１２２ＱＥとされており、この湾曲端面１２２ＱＥにより転動ローラ１１２の外れが防止されている。
【００３４】
この実施例の燃料電池１０Ｂでは、図８（Ａ）に示すように、燃料電池スタックが湾曲面１２２Ｑの中央に位置する場合が初期位置であり、このときに、それぞれの燃料電池セル１００は、初期締結力を受けるよう、第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂの間隔、および湾曲面１２２Ｑの湾曲程度が規定されている。その上で、エンドプレート１５２の転動ローラ１１２は、湾曲面１２２Ｑにおいて転動可能であることから、図８（Ｂ）に示すように、図における右方側から外力Ｒが加わると、転動ローラ１１２は湾曲面１２２Ｑにおいて転動してエンドプレート１５２と第２固定プレート１２０Ｂの係合状態に変位を来し、燃料電池スタックを第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂの間で撓ませる。こうなると、撓みによりエンドプレート１５２とエンドプレート１５１との間隔が縮む側では、図示するように締結力増大が起きるので、上記した実施例と同様、外力入力時における一時的な締結力増大による燃料電池スタックにおける各燃料電池セル１００のズレと言った不具合の抑制と、電池性能の低下抑制とを両立できる。そして、この実施例では、転動ローラ１１２の転動は、図８（Ｂ）における左方側から外力Ｌが加わった場合でも、上記不具合抑制と電池性能の低下抑制を図ることができる。
【００３５】
また、この燃料電池１０Ｂでも、燃料電池１０Ａと同様に図８における左右方向からの外力入力に対しての不具合対処ができることから、車両搭載の自由度向上と、車両前後方向からの外力入力に対しても、上記利点を発揮できる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、図８に示す第２固定プレート１２０Ｂを、その有する湾曲面１２２Ｑが球面となるものとすることもできる。つまり、第２固定プレート１２０Ｂを球形ドーム状とする。この場合には、図８に示した転動ローラ１１２をトラックボール様の転動方向が任意とできる転動ローラとすればよい。このように湾曲面１２２Ｑを球面とすれば、セル積層方向に交差して加わる外力の入力方向がいずれ方向であっても、その入力のあった方向に即して燃料電池スタックを第１固定プレート１２１と第２固定プレート１２０Ｂとの間で撓ませて、この撓みによる上記した締結力増大をもたらすことができる。よって、この場合には、セル積層方向に交差して加わる外力の入力方向に対する汎用性がより高まるので、車載の自由度もより一層高まり、好ましい。
【００３７】
また、適正なセル面圧を得るための締結力（適正締結力）を燃料電池両端のエンドプレートに及ぼすための締結機構を別途設け、外力入力時には、この締結機構が及ぼす適正締結力とは別の締結力を及ぼすようにすることもできる。
【００３８】
この他、転動ローラ１１２に代えて、傾斜面１２２Ｓに沿って摺動するような脚をエンドプレート１１０に設けるようにすることもできる。この場合には、スライダー構造を取り入れ、エンドプレートにレールを設けて上記の脚をレールに係合する駒とすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を概略的に示す説明図である。
【図２】燃料電池１０の要部である固定プレート１２０とエンドプレート１１０の周辺を示す説明図である。
【図３】定常時の燃料電池１０の様子を一部破断して示す説明図である。
【図４】セル積層方向に交差して外力が加わった場合における燃料電池１０の挙動を一部破断して示す説明図である。
【図５】他の実施例としての燃料電池１０Ａの全体構成を概略的に示す説明図である。
【図６】燃料電池１０Ａの要部である固定プレート１２０Ａをエンドプレート１１０Ａを透視しつつ示す説明図である。
【図７】外力の入力がないときの燃料電池１０Ａの様子を一部破断して示す説明図である。
【図８】また別の実施例の燃料電池１０Ｂの構成と外力入力時における挙動を概略的に説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…燃料電池
１０Ａ…燃料電池
１０Ｂ…燃料電池
１００…燃料電池セル
１０２…集電プレート
１１０…エンドプレート
１１０Ａ…エンドプレート
１１０ＲＢ…第１底部
１１０ＬＢ…第２底部
１１２…転動ローラ
１２０…固定プレート
１２０Ａ…固定プレート
１２１…第１固定プレート
１２０Ｂ…第２固定プレート
１２２Ｑ…湾曲面
１２２Ｓ…傾斜面
１２２ＱＥ…湾曲端面
１２２ＬＳ…傾斜面
１２２ＲＳ…傾斜面
１２４…隆起部
１３０…バネ部材
１４０…補強材
１５１…エンドプレート
１５２…エンドプレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルをエンドプレートの間に積層した燃料電池であって、
前記燃料電池セルの積層状態を維持するために前記燃料電池セルの積層方向に沿って前記エンドプレートを拘束しつつ、前記積層方向に沿った初期締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する締結力付与機構を備え、
該締結力付与機構は、
前記積層方向と交差する方向から前記燃料電池セルに外力が加わると、該外力がない場合における前記初期締結力よりも大きな締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記締結力付与機構は、
前記エンドプレートの外側に位置する一対の固定プレートであって、プレート間の間隔が固定された固定プレートと、
該固定プレートと前記エンドプレートとの間に介在して前記固定プレートと前記エンドプレートとを係合し、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する係合部材とを備え、
該係合部材は、
前記外力が加わると、前記固定プレートと前記エンドプレートとの係合状態に変位を来すことで、前記初期締結力よりも大きな締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する
燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記一対の固定プレートは、
前記エンドプレートに対向する側を前記積層方向に対して傾斜した傾斜面とし、該傾斜面を前記エンドプレートの一端側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させ、
前記係合部材は、
それぞれの前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在し前記傾斜面に沿った移動を起こすことで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記対向する傾斜面の間で移動可能とし、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記対向する傾斜面において前記間隔が広い側に位置するときに、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが前記対向する傾斜面において前記間隔が狭い側に移動するよう前記傾斜面に沿った移動を起こす
燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記一対の固定プレートのそれぞれは、前記傾斜面を、傾斜の向きが反対の二つの傾斜面として備え、
前記係合部材は、傾斜の向きが反対の前記二つの傾斜面においてそれぞれ前記傾斜面に沿った移動を起こすよう前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在する
燃料電池。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記一対の固定プレートは、
一方の前記エンドプレートに固定された第１固定プレートと、他方の前記エンドプレートの側に位置して該エンドプレートに対向する側をプレート中央側ほど凹の湾曲面とした第２固定プレートとを備え、
前記係合部材は、
前記第２固定プレートと前記他方のエンドプレートとの間に介在し前記湾曲面に沿った移動を起こすことで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記第１固定プレートと第２固定プレートの間で撓ませ、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央に位置するときに、前記初期締結力を前記第２固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央からずれて撓むよう前記湾曲面に沿った移動を起こす
燃料電池。
【請求項６】
前記湾曲面は球面とされている請求項５に記載の燃料電池。
【請求項１】
複数の燃料電池セルをエンドプレートの間に積層した燃料電池であって、
前記燃料電池セルの積層状態を維持するために前記燃料電池セルの積層方向に沿って前記エンドプレートを拘束しつつ、前記積層方向に沿った初期締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する締結力付与機構を備え、
該締結力付与機構は、
前記積層方向と交差する方向から前記燃料電池セルに外力が加わると、該外力がない場合における前記初期締結力よりも大きな締結力を前記エンドプレートを介して前記燃料電池セルに付与する
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記締結力付与機構は、
前記エンドプレートの外側に位置する一対の固定プレートであって、プレート間の間隔が固定された固定プレートと、
該固定プレートと前記エンドプレートとの間に介在して前記固定プレートと前記エンドプレートとを係合し、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する係合部材とを備え、
該係合部材は、
前記外力が加わると、前記固定プレートと前記エンドプレートとの係合状態に変位を来すことで、前記初期締結力よりも大きな締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達する
燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記一対の固定プレートは、
前記エンドプレートに対向する側を前記積層方向に対して傾斜した傾斜面とし、該傾斜面を前記エンドプレートの一端側で間隔が広く他端側で間隔が狭くなるように対向させ、
前記係合部材は、
それぞれの前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在し前記傾斜面に沿った移動を起こすことで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記対向する傾斜面の間で移動可能とし、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記対向する傾斜面において前記間隔が広い側に位置するときに、前記初期締結力を前記固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池とが前記対向する傾斜面において前記間隔が狭い側に移動するよう前記傾斜面に沿った移動を起こす
燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記一対の固定プレートのそれぞれは、前記傾斜面を、傾斜の向きが反対の二つの傾斜面として備え、
前記係合部材は、傾斜の向きが反対の前記二つの傾斜面においてそれぞれ前記傾斜面に沿った移動を起こすよう前記エンドプレートと前記固定プレートとの間に介在する
燃料電池。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記一対の固定プレートは、
一方の前記エンドプレートに固定された第１固定プレートと、他方の前記エンドプレートの側に位置して該エンドプレートに対向する側をプレート中央側ほど凹の湾曲面とした第２固定プレートとを備え、
前記係合部材は、
前記第２固定プレートと前記他方のエンドプレートとの間に介在し前記湾曲面に沿った移動を起こすことで、前記エンドプレートとエンドプレート間の燃料電池セルとを積層した状態のまま前記第１固定プレートと第２固定プレートの間で撓ませ、前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央に位置するときに、前記初期締結力を前記第２固定プレートから前記エンドプレートに伝達し、前記外力が加わると前記積層状態の前記エンドプレートと前記燃料電池が前記湾曲面の中央からずれて撓むよう前記湾曲面に沿った移動を起こす
燃料電池。
【請求項６】
前記湾曲面は球面とされている請求項５に記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−５９５３５（Ｐ２００９−５９５３５Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２４５３１（Ｐ２００７−２２４５３１）
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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