JP2005332697A - 燃料電池スタックの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを低減可能な燃料電池スタックの製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】 積層順番にしたがって該当する燃料電池構成部材を、積層された際に隣合って接触するいずれか一方の面に接着剤７を塗布した状態で送出し、供給される燃料電池構成部材をガイド手段４０により平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に積層し、ガイド手段４０で位置決めした状態で積層された燃料電池構成部材を加熱してプレスし、燃料電池構成部材同士を接着剤７により接着して一体化させて燃料電池スタック１に形成するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池スタックの製造方法および製造装置に関するものである。

従来から固体高分子型の燃料電池スタックを効率的に積層するための製造方法が種々提案されている（特許文献１、２参照）。

特許文献１では、中間アダプタをガイドとして、セパレータとガス拡散層を両面に備える電解質膜とを交互に積層して単位ブロックを構成し、単位ブロック同士を重ねて燃料電池スタックを組立てるようにしている。

特許文献２では、触媒層塗布工程において、電解質膜上へ触媒層を形成し、ホットロールにより触媒層・電解質接合体を一体化し、次に、拡散層一体化工程において、電解質溶液が塗布され乾燥された拡散層を、前記触媒層・電解質接合体の両面に配置してホットロールにより拡散層を接合し、次に、単セル一体化工程において、セパレータ・セル枠接合体を、前記触媒層・電解質接合体・拡散層一体化物の両面に載置し、ホットロールにて一体化することにより、単セルを連続的に得るようにしている。
特開２００１−５７２２６号公報 特開２００１−２３６９７１号公報

しかしながら、上記特許文献１の従来例では、全ての燃料電池構成部品に中間アダプタ挿入穴を設ける作業および燃料電池構成部品の積層時にこの挿入穴を中間アダプタに係合させる作業を必要とし、製造コストを増加させる不具合があると共に、挿入穴を設けることにより燃料電池セルの必要とするスペースを制約する不具合があった。

また、上記特許文献２の従来例では、単セルを連続的に得ることはできるが、燃料電池スタックへの積層工程を別に必要とし、製造コストを増加させる不具合がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、製造コストを低減可能な燃料電池スタックの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、積層順番にしたがって該当する燃料電池構成部材を、積層された際に隣合って接触するいずれか一方の面に接着剤を塗布した状態で送出し、供給される燃料電池構成部材をガイド手段により平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に積層し、ガイド手段で位置決めした状態で積層された燃料電池構成部材を加熱してプレスし、燃料電池構成部材同士を接着剤により接着して一体化させて燃料電池スタックに形成するようにした。

したがって、本発明では、積層順番にしたがって該当する燃料電池構成部材を、積層された際に隣合って接触するいずれか一方の面に接着剤を塗布した状態で送出し、供給される燃料電池構成部材をガイド手段により平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に積層し、ガイド手段で位置決めした状態で積層された燃料電池構成部材を加熱してプレスし、燃料電池構成部材同士を接着剤により接着して一体化させて燃料電池スタックに形成する。このため、燃料電池構成部材を整列させた状態で正確に積層できる。また、積層状態で一度の加熱圧縮により燃料電池スタックに一体化させることができる。また、その後のエンドプレートによる締付けも容易となる。

以下、本発明の燃料電池スタックの製造方法および製造装置を一実施形態に基づいて説明する。図１〜図８は、本発明を適用した一実施形態の燃料電池スタックの製造装置および製造方法を示し、図１は製造装置の概略構成図、図２は製造装置の正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）、図３は製造装置で製造する燃料電池スタックの構成を示す断面図、図４〜図７は燃料電池スタックの製造工程を夫々示す概略図である。ここでは、燃料電池スタックの製造装置を説明するにあたり、先ず製造する燃料電池スタックの構成を、図３に基づいて説明する。

前記燃料電池スタック１は、図３に示すように、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）フィルム３の両面にＧＤＬ４（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ＝ガス拡散層）を熱圧着若しくは熱接着により一体化させたＭＥＡとＧＤＬとの複合体２（以下、複合体という）と、ＧＤＬ４との接触面に、アノードガス（水素を含有する燃料ガス）及びカソードガス（酸素を含有する酸化ガス）等の反応ガスを供給するの流路１０を多数形成したセパレータ５、６とを交互に複数層だけ積層し、セパレータ５、６の流路１０を構成する壁１１の先端面とＧＤＬ４の表面とを熱硬化性接着剤７で接着して一体化させて構成している。

前記ＭＥＡフィルム３は、パーフルオロエチレンスルホン酸樹脂膜１２（以下、電解質膜という）の両面の発電反応が行われる中央領域に発電反応を促進させる白金を主体とする触媒をコーティングして触媒層１３とした複合膜で形成している。また、前記ＧＤＬ４は、カーボンクロスやカーボンペーパを撥水処理して形成され、前記複合膜３の発電反応領域に対応した領域に電解質溶液によるアンカ効果による熱圧着若しくは熱硬化性接着剤による部分的な熱接着により触媒層１３表面に接合している。このＧＤＬ４はセパレータ５、６より供給されるガスを透過・拡散させて触媒層１３に供給するよう機能する。ＧＤＬ４の周縁の枠体４Ｂは、ＧＤＬ４周縁を取囲んでアノードガス若しくはカソードガス等の反応ガスがスタック外に洩れ出すのを防ぐよう一面でＭＥＡフィルム３に接触し、多面でセパレータ５、６周縁に接触するガス不透過材で構成している。この枠体４Ｂは電気的絶縁材料で形成することが望ましいが、ＭＥＡフィルム３自体に絶縁性があるため、必ずしも絶縁材料で構成しなくてもよい。

前記セパレータ５、６は、グラファイト粉とプラスチック粉とを混合して金型による加熱プレスにより圧縮成形したり膨張黒鉛シートをプレス成形したりすることで形成する。また、金属によっても形成でき、電気抵抗が小さくガス透過性が低く、機械的強度があり薄くできるが、酸化雰囲気と還元雰囲気の両方に晒されることから耐食性金属を用いたり金属メッキ等の表面処理が施される。

前記セパレータ５、６は、一方の面に反応ガスを供給する流路１０を多数形成してスタック１の積層端を構成する端部セパレータ５Ａ、５Ｂと、両面に反応ガスを供給する流路１０を多数形成したスタック１の前記複合体２の間に積層される中間セパレータ６とから構成される。これらのセパレータ５、６の周縁にはシール溝１４が形成され、このシール溝１４は図示しない反応ガスや冷却水のマニホールドを囲んで配置され、シール溝１４内にはシール用のガスケット１５を挿入して前記ＧＤＬ４の枠体４Ｂに接触させて、反応ガスが流路１１部分およびマニホールドから外部へ洩れ出ることを防止するよう機能している。

また、セパレータ５、６のＧＤＬ４と対面する流路１０を形成する溝同士を区画している壁１１の先端面には、フェノール系やエポキシ系等の熱硬化性樹脂を主体とする接着剤７を塗布し、ホットプレスによる加熱で接着剤７を硬化させて、流路１０の壁１１先端面とＧＤＬ４との接触面同士を熱接着させている。即ち、ＭＥＡフィルム３およびＧＤＬ４からなる複合体２とセパレータ５、６とが所定数だけ積層された後にホットプレスにより加熱下で圧縮して形成された燃料電池スタック１は、複合体２とセパレータ５、６との熱接着によりこれら燃料電池構成部材が一体化した状態で提供され、積層端に図示しないエンドプレートを配置し、エンドプレート同士をボルトによりスタック積層方向に締付けて締結して燃料電池スタック１が完成する。

次に、図１および図２により、燃料電池スタックの製造装置について説明する。図１において、燃料電池スタック１の製造装置は、中間セパレータ供給系統２１、端部セパレータ供給系統２２、および、複合体供給系統２３を内部に備える燃料電池構成部材供給装置２０と、燃料電池構成部材供給装置２０より供給された燃料電池構成部材を供給順に積層してストックし、設定された積層数に達する毎に加熱状態でプレスするスタック積層手段２４と、を備える。

前記燃料電池構成部材供給装置２０は、ケース２５内に、中間セパレータ６、端部セパレータ５、および、複合体２を夫々積層してストックするカセット２１Ａ〜２３Ａを備える。これらカセット２１Ａ〜２３Ａは、図示しないスライドレールによりスライドさせてケース２５内に収納され、カセット２１Ａ〜２３Ａ内にストックされている燃料電池構成部材がなくなった時点で外部に露出する取っ手２１Ｂ〜２３Ｂによりスライドレール上をスライドさせてケース２５外に引出し、内部に燃料電池構成部材を補充可能に構成している。

前記カセット２１Ａ〜２３Ａ内の底部には、ばね２１Ｃ〜２３Ｃで上方に付勢される受け台２１Ｄ〜２３Ｄを備え、受け台２１Ｄ〜２３Ｄ上に燃料電池構成部材を積層状態でストック可能とし、カセット２１Ａ〜２３Ａ上部に設けたストッパ２１Ｅ〜２３Ｅに積層上端に位置する燃料電池構成部材の上面の一部を当接させることで積層した燃料電池構成部材を上部へ放出することなく保持可能である。上端に積層した燃料電池構成部材の上面に接触可能に送出しローラ２１Ｆ〜２３Ｆを備え、カセット２１Ａ〜２３Ａの前方の側壁には上端に積層された燃料電池構成部材を送出しローラ２１Ｆ〜２３Ｆにより送出す際に燃料電池構成部材が水平方向に通過可能な開口を備える。

前記複合体２のカセット２３Ａには、加湿器２６が装備され、加湿器２６は給水口２６Ａから供給された水（純水）を蒸発させて、その蒸気を積層してストックしている複合体２の上面より供給して複合体２のＭＥＡフィルム３を常に最適な湿潤状態に維持するようにしている。複合体２の送出しローラ２３Ｆは、隣接する次の送出しローラ２７と共に送出した複合体２を搬送ベルト２８上に案内する。搬送ベルト２８上に移動された複合体２は、搬送ベルト２８により燃料電池構成部材送出し口に設けた排出用送出しローラ２９によりスタック積層手段２４に供給可能に構成している。前記複合体２のカセット２３Ａから排出用の送出しローラ２９までが複合体供給系統２３を構成する。

前記中間セパレータ供給系統２１および端部セパレータ供給系統２２は、中間セパレータ６および端部セパレータ５の各カセット２１Ａ、２２Ａの送出しローラ２１Ｆ、２２Ｆに隣接させて配置した一対の帯電ローラ３０Ａ、３０Ｂ、一対の感光ドラム３１Ａ、３１Ｂ、各感光ドラム３１Ａ、３１Ｂに接触させた帯電ローラ３２Ａ、３２Ｂおよび粉末ローラ３３Ａ、３３Ｂ、各粉末ローラ３３Ａ、３３Ｂに熱硬化性接着剤粉末を供給する粉末容器３４Ａ、３４Ｂ、各感光ドラム３１Ａ、３１Ｂにレーザ光をレンズを介して照射するレーザ発振器３５Ａ、３５Ｂ、搬送ベルト３６Ａ、３６Ｂ、および、排出用送出しローラ３７Ａ、３７Ｂを備える。

前記カセット２１Ａ、２２Ａより送りローラ２１Ｆ、２２Ｆで送出されたセパレータ５、６を直後で案内する帯電ローラ３０Ａ、３０Ｂは、図外の電源により高電圧が供給されて、コロナ放電によりセパレータ５、６に他方の極、例えば、正電荷を付与するように構成している。前記感光ドラム３１Ａ、３１Ｂには、樹脂本体の表面に非晶質セレンや酸化亜鉛がコーティングされており、接触している帯電ローラ３２Ａ、３２Ｂに図示しない外部電源により高電圧を供給してコロナ放電により一方の極、例えば、負電荷を付与している。

また、感光ドラム３１Ａ、３１Ｂには、レーザ発振器３５Ａ、３５Ｂによりレンズを通して照射されるレーザ光を受け、レーザ光が照射された部位においては、付与された電荷が消失するようにしている。そして、レーザ発振器３５Ａ、３５Ｂのレーザ光を、感光ドラム３１Ａ、３１Ｂの幅方向に走査しつつ感光ドラム３１Ａ、３１Ｂを回転させ、走査位置と感光ドラム３１Ａ、３１Ｂの回転位置に応じてレーザ光を点滅制御することにより感光ドラム３１Ａ、３１Ｂ表面上に所定のパターンに従って電荷消失部分を形成する。このような技術は一般にレーザスキャナユニットとも称され、公知の技術である。本実施形態においては、セパレータ５、６の接着剤を塗布する反応ガス流路１０の溝同士の間の壁１１の先端面形状となるようレーザ光を点滅させるようにしている。

感光ドラム３１Ａ、３１Ｂに接触する粉末ローラ３３Ａ、３３Ｂは、粉末容器３４Ａ、３４Ｂ内の一方の極、例えば、負電荷に帯電されている熱硬化性接着剤粉末の供給を受け、感光ドラム３１Ａ、３１Ｂの電荷がレーザ照射で消失した部分に熱硬化性接着剤粉末を付着させる。感光ドラム３１Ａ、３１Ｂは熱硬化性接着剤粉末を付着させた状態で他方の極、例えば、正電荷に帯電されているセパレータ５、６と接触することにより、感光ドラム３１Ａ、３１Ｂ表面の熱硬化性接着剤粉末をセパレータ５、６表面のガス流路壁１１の先端面に転写するよう機能する。転写後に感光ドラム３１Ａ、３１Ｂに残存する熱硬化性接着剤粉末は、図示しないクリーニングローラにより感光ドラム３１Ａ、３１Ｂ表面から剥がされて回収される。粉末容器３４Ａ、３４Ｂの熱硬化性接着剤粉末は、ケース２５側部に設けた供給用開閉窓３８から補給供給可能としている。

前記熱硬化性接着剤粉末をセパレータ５、６に付着させる原理は、先ず、セパレータ５、６に帯電ローラ３０Ａ、３０Ｂにより他方の極、例えば、正電荷を付与する一方、感光ドラム３１Ａ、３１Ｂには一方の極、例えば、一方の極である負電荷を付与し、レーザ発振器３５Ａ、３５Ｂにより照射された部位のみ電荷を消失させ、一方の極である負電荷が付与されている熱硬化性接着剤粉末を電荷を消失している部位のみ付着させる。なお、一方の極である負電荷が付与されている熱硬化性接着剤粉末は、電荷が消失している部位以外は一方の極である負電荷が付与されているため感光ドラム３１Ａ、３１Ｂには付着しない。その後、感光ドラム３１Ａ、３１Ｂに付着している熱硬化性接着剤粉末は、他方の極である正電荷が付与されているためにセパレータ５、６に接触させることで容易に転写させることができる。

熱硬化性接着剤粉末を転写されたセパレータ５、６は、前記複合体２と同様に、搬送ベルト３６Ａ、３６Ｂ、および、排出用送出しローラ３７Ａ、３７Ｂにより、スタック積層手段２４に供給可能に構成している。

前記スタック積層手段２４は、燃料電池構成部材供給装置２０より供給された燃料電池構成部材を、整列させて供給順に順次積層してストックするガイドボックス４０と、ガイドボックス４０の底板として機能し、昇降装置４２により昇降可能な昇降テーブル４１と、ガイドボックス４０内に積層された燃料電池構成部材が所定数に達する毎に昇降テーブル４１と協働してプレスするプレス機４３とを備える。

前記ガイドボックス４０は、供給される燃料電池構成部材の供給方向の先端縁に当接して燃料電池構成部材を位置決めする位置決め突起部４０Ａと、この位置決め突起部４０Ａを一辺とし、燃料電池構成部材の他の三辺に周囲から接触して水平方向の位置決めを行い且つ供給される燃料電池構成部材を積層状態で保持する四角形断面の筒状のボックス部４０Ｂとを備える。筒状のボックス部４０Ｂには、ヒータ４０Ｃが備えられ、積層した燃料電池構成部材を昇降テーブル４１とプレス機４３とでプレスする間に加熱するよう構成している。

前記昇降テーブル４１は、昇降装置４２によりボックス４０Ｂ内で昇降可能であり、燃料電池構成部材の積層初期においては、上昇されてボックス４０Ｂの上方に位置され、燃料電池構成部材の積層が進むに連れて、燃料電池構成部材が新たに積層される積層位置が常に一定の高さとなるよう、燃料電池構成部材の新たな積層の度に燃料電池構成部材の厚さ寸法分だけ降下するよう制御される。昇降装置４２としては、図示例においては、ラック４２Ａが形成された昇降ロッド４２Ｂと、ラック４２Ａに噛合うピニオン４２Ｃと、ピニオン４２Ｃを図示しない減速機を介して減速駆動するモータ４２Ｄとにより構成している。昇降ロッド４２Ｂは、スタンド４２Ｅに対してスライド移動可能にスライド軸受により支持されている。昇降装置４２としては、上記した例に限られず、例えば、スクリュウタイプや昇降シリンダによるものであってもよい。

前記プレス機４３は、エアシリンダ４３Ａにより昇降可能なプレスヘッド４３Ｂを備え、燃料電池構成部材の積層数が所定数に達する毎に、プレスヘッド４３Ｂをエアシリンダ４３Ａにより降下させて、積層された燃料電池構成部材を昇降テーブル４１との間で、燃料電池構成部材をガイドボックス４０のヒータ４０Ｃによる加熱状態の下にホットプレスするよう機能する。プレス後にプレスヘッド４３Ｂはエアシリンダ４３Ａにより上昇され、昇降テーブル４１を上昇させることにより、熱圧着された燃料電池構成部材を燃料電池スタック１としてガイドボックス４０外に取出すことができるようにしている。

以上の構成の燃料電池スタックの製造装置による燃料電池スタックの製造方法について以下に説明する。

燃料電池構成部材供給装置２０の各カセット２１Ａ〜２３Ａに夫々対応する燃料電池構成部材を収納し、粉末容器３４Ａ、３４Ｂに熱硬化性接着剤粉末を供給し、各帯電ローラ３０Ａ、３０Ｂ、３１Ａ、３１Ｂおよび熱硬化性接着剤粉末に正電荷若しくは負電荷を付与し、スタック積層手段２４の昇降テーブル４１を最大上昇位置に上昇させ且つプレスヘッド４３Ｂも待機位置に上昇させて生産の準備作業を完了させる。図４は準備作業が完了した各状態を示すものである。

燃料電池スタックの生産にあたっては、先ず、積層の最下段に位置する上面のみにガス流路１０およびシール１５を備える端部セパレータ５Ｂを収容するカセット２２Ａの送りローラ２２Ｆを作動させて、端部セパレータ５Ｂを帯電ローラ３０Ｂに送出し、帯電ローラ３０Ｂにより他方の極である正電荷を付与して感光ドラム３１Ｂ側に搬送する（図４中の破線図示状態参照）。

図４中の上方の感光ドラム３１Ｂ側では、帯電ローラ３２Ｂによる一方の極である負電荷が付与された状態において、レーザ発振器３５Ｂにより熱硬化性接着剤粉末を付着させる部位に対してレーザ光を照射して電荷を消失させ、次いで粉末ローラ３３Ｂにより熱硬化性接着剤粉末を感光ドラム３１Ｂの電荷消失部分に付着させる。図４中の下方の感光ドラム３１Ｂ側は、端部セパレータ５Ｂの背面に接触するものであるため、レーザ発振器３５Ｂによるレーザ照射は行われない。

端部セパレータ５Ｂの表面と感光ドラム３１Ｂの表面との接触が開始されると、端部セパレータ５Ｂのガス流路１０が配置された側において、感光ドラム３１Ｂの表面に付着した熱硬化性接着剤粉末が端部セパレータ５Ｂのガス流路１０の流路間の壁１１先端面に転写される。

熱硬化性接着剤粉末が転写された端部セパレータ５Ｂは、ベルト３６Ｂおよび送りローラ３７Ｂにより搬送（図４中の別の破線図示状態参照）されて、スタック積層手段２４の位置決め突起４０Ａに搬送方向先端が接触して位置決めされつつガイドボックス４０内に四方を接触させて、昇降テーブル４１上に載置される。昇降テーブル４１は、その上面に端部セパレータ５Ｂが載置されると、その厚さ寸法分だけ下降される。

次いで、図５に示すように、複合体２を収容するカセット２３Ａの送りローラ２３Ｆを作動させて、複合体２を送出し、送りローラ２７およびベルト２８により搬送（図５中の破線図示状態参照）されて、スタック積層手段２４の位置決め突起４０Ａに搬送方向先端が接触して位置決めされつつガイドボックス４０内に四方を接触させて、昇降テーブル４１上の端部セパレータ５Ａ上に載置され、積層される。昇降テーブル４１は、複合体２が載置されると、その厚さ寸法分だけ下降される。

次いで、図６に示すように、両面にガス流路１０およびシール１５を備える中間セパレータ６を収容するカセット２１Ａの送りローラ２１Ｆを作動させて、中間セパレータ６を帯電ローラ３０Ａに送出し、帯電ローラ３０Ａにより正電荷を付与して感光ドラム３１Ａ側に搬送する（図６中の破線図示状態参照）。

図６中の上下の感光ドラム３１Ａで、帯電ローラ３２Ａによる一方の極である負電荷が付与された状態において、レーザ発振器３５Ａにより熱硬化性接着剤粉末を付着させる部位に対してレーザ光を照射して電荷を消失させ、次いで粉末ローラ３３Ａにより熱硬化性接着剤粉末を感光ドラム３１Ａの電荷消失部分に付着させる。

中間セパレータ６の両面の表面と上下感光ドラム３１Ａの表面との接触が開始されると、中間セパレータ６の両面において、感光ドラム３１Ａの表面に付着した熱硬化性接着剤粉末が中間セパレータ６のガス流路１０の流路間の壁１５先端面に転写される。

熱硬化性接着剤粉末が転写された中間セパレータ６は、ベルト３６Ａおよび送りローラ３７Ａにより搬送（図６中の別の破線図示状態参照）されて、スタック積層手段２４の位置決め突起４０Ａに搬送方向先端が接触して位置決めされつつガイドボックス４０内に四方を接触させて、昇降テーブル４１上の端部セパレータ５Ｂおよび複合体２の上面に載置され、積層される。昇降テーブル４１は、中間セパレータ６が載置されると、その厚さ寸法分だけ下降される。

以後も同様にして、図５に示す複合体２の積層と図６に示す中間セパレータ６との積層が交互に繰返されて、所定数の積層がなされた段階で、積層の最上段に位置する下面のみにガス流路１０およびシール１５を備える端部セパレータ５Ａを収容するカセット２２Ａの送りローラ２２Ｆを作動させて、端部セパレータ５Ａを帯電ローラ３０Ｂに送出し、帯電ローラ３０Ｂにより正電荷を付与して感光ドラム３１Ｂ側に搬送する（図４中の破線図示状態参照）。

図４中の下方の感光ドラム３１Ｂ側では、帯電ローラ３２Ｂによる一方の極である負電荷が付与された状態において、レーザ発振器３５Ｂにより熱硬化性接着剤粉末を付着させる部位に対してレーザ光を照射して電荷を消失させ、次いで粉末ローラ３３Ｂにより熱硬化性接着剤粉末を感光ドラムの電荷消失部分に付着させる。図４中の上方の感光ドラム３１Ｂ側は、端部セパレータ５Ａの背面に接触するものであるため、レーザ発振器３５Ｂによるレーザ照射は行われない。

端部セパレータ５Ａの表面と感光ドラム３１Ｂの表面との接触が開始されると、端部セパレータ５Ａのガス流路１０が配置された側において、感光ドラム３１Ｂの表面に付着した熱硬化性接着剤粉末が端部セパレータ５Ａのガス流路１０の流路間の壁１１先端面に転写される。

熱硬化性接着剤粉末が転写された端部セパレータ５Ａは、ベルト３６Ｂおよび送りローラ３７Ｂにより搬送（図４中の別の破線図示状態参照）されて、スタック積層手段２４の位置決め突起４０Ａに搬送方向先端が接触して位置決めされつつガイドボックス４０内に四方を接触させて、既に積層された燃料電池構成部材上に載置される。

以上の積層が完了すると、図７に示すように、ガイドボックス４０のヒータ４０Ｃによる加熱が開始され、積層されている燃料電池構成部材の温度が予め設定されている温度に達した段階で、エアシリンダ４３Ａが作動され、プレスヘッド４３Ｂが下降される。積層された燃料電池構成部材は、ガイドボックス４０のヒータ４０Ｃによる加熱状態の下に、昇降テーブル４１とプレスヘッド４３Ｂとの間でホットプレスされる。端部セパレータ５Ａ、５Ｂおよび中間セパレータ６のガス流路１０を構成している壁１１先端面に転写されて付着している熱硬化性接着剤粉末は硬化されて、複合体２のＧＤＬ４表面とセパレータ５、６のガス流路１０の壁１１先端面とを熱接着させる。このため、これら燃料電池構成部材が一体化した状態の燃料電池スタック１となる。

プレス後にプレスヘッド４３Ｂをエアシリンダ４３Ａにより上昇させ、昇降テーブル４１を上昇させて、熱圧着された燃料電池構成部材による燃料電池スタック１をガイドボックス４０外に取出す。そして、積層端に図示しないエンドプレートを配置し、エンドプレート同士をボルトによりスタック積層方向に締付けて締結することで燃料電池スタック１が完成する。以後、同様の工程を繰返すことで、順次、燃料電池スタック１を生産することができる。

なお、上記実施形態において、接着剤として、熱硬化性接着剤粉末を用いるものについて説明したが、熱可塑性接着剤を用いてもよく、また、感光ドラム３１ヘの吸着力を高めるためにキャリアと称する磁性粒子を混入させるものであってもよい。しかし、磁性粒子を混入させるものは、セパレータ５、６の材質によってはセパレータ５、６を電蝕する虞があり、セパレータ５、６の材質に応じて混入しない方がよい場合もある。

また、上記実施形態において、ＭＥＡフィルム３とＧＤＬ４とを予め貼着した複合体２としてカセット２３Ａに貯蔵して組立を行うものについて説明したが、図示しないが、これらを別々にカセットに貯蔵し、夫々を別々にスタック積層手段２４に供給するようにしてもよい。その場合には、ＭＥＡフィルムを貯蔵するカセットとＧＤＬを貯蔵するカセットを設け、これらをスタック積層手段２４に供給する機構を追加する必要がある。

さらに、上記実施形態において、セパレータ５、６の種類として、端部セパレータ５Ａ、５Ｂと中間セパレータ６との２種類を備えるものについて説明したが、図示しないが、冷却水流路を備えるものや加湿水流路を備えるものであっても、接着剤を介在させて接着することができるものであればよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）積層順番にしたがって該当する燃料電池構成部材を、積層された際に隣合って接触するいずれか一方の面に接着剤７を塗布した状態で送出し、供給される燃料電池構成部材をガイド手段４０により平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に積層し、ガイド手段４０で位置決めした状態で積層された燃料電池構成部材を加熱してプレスし、燃料電池構成部材同士を接着剤７により接着して一体化させて燃料電池スタック１に形成する。このため、燃料電池構成部材を整列させた状態で正確に積層できる。また、積層状態で一度の加熱圧縮により燃料電池スタック１に一体化させることができる。また、その後のエンドプレートによる締付けも容易となる。

（イ）各燃料電池構成部材は、夫々種類毎に貯留手段２１Ａ〜２３Ａに積層して貯留され、積層順番にしたがって該当する構成部材の貯留手段２１Ａ〜２３Ａから搬送手段２１〜２３により送出され、搬送経路に設けた塗布手段３０〜３５により接着剤７を塗布するため、材料供給ハンドリングが不要となり、自動で高速の供給と正確な積層が可能となり、ハンドリングによる破損の虞もなくなる。また、電解質膜３は貯留手段２３Ａに付設した調湿手段２６により調湿すればよく、その調湿管理も該当する貯留手段２３Ａのみでよく経済的である。

（ウ）接着剤塗布手段３０〜３５は、一方の極、例えば、負電荷に帯電された感光ドラム３１を部分的に電荷の帯電を消去してその部分に一方の極の電荷に帯電させた接着剤粉末を付着させ、付着した接着剤粉末を他方の極、例えば、正電荷に帯電させた燃料電池構成部材に転写させるものであるため、塗布時間を短縮でき、塗布量も安定でき、一度に燃料電池構成部材の両面にも塗布可能であり、塗布精度および塗布速度向上による作業効率を向上できる。

（エ）接着剤７として、熱硬化性接着剤を利用することにより、接着剤７の硬化時間を短縮でき、燃料電池構成部材の積層後の一体化を効率的に行うことができる。

（オ）燃料電池構成部材の積層は、供給される燃料電池構成部材の周囲に接触させることで平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に従って積層するガイド手段４０により行うため、上方から水平状態として燃料電池構成部材を投入するのみで、正確に位置決めして積層させることができる。

（カ）ガイド手段４０は、燃料電池構成部材の積層に連れて降下する積層台として機能する昇降テーブル４１を備えるため、常に供給される燃料電池構成部材の位置が一定高さとなり、構成部材の投入姿勢の変化を抑制して精度よく積層することができる。

（キ）ガイド手段４０は、積層状態の燃料電池構成部材を加熱する加熱手段４０Ｃを備え、ガイド手段４０内の昇降テーブル４１と上方からガイド手段４０に侵入させるプレスヘッド４３Ｂとで、積層された加熱状態の燃料電池構成部材を積層方向に加圧させるため、積層状態のままその場で一体化させることができ、正確に積層された燃料電池スタックを得ることができる。

本発明の一実施形態を示す燃料電池スタックの製造装置の概略構成図。 同じく製造装置の正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。 製造装置で製造する燃料電池スタックの構成を示す断面図。 燃料電池スタックの製造工程の端部セパレータ供給系統の作動を示す概略図。 燃料電池スタックの製造工程の複合体供給系統の作動を示す概略図。 燃料電池スタックの製造工程の中間セパレータ供給系統の作動を示す概略図。 燃料電池スタックの製造工程のスタック積層手段の作動を示す概略図。

符号の説明

１ 燃料電池スタック
２ ＭＥＡフィルムとＧＤＬとからなる複合体
３ ＭＥＡフィルム
４ ＧＤＬ
５、６ セパレータ
７ 接着剤
１０ ガス流路
１１ 壁
２０ 燃料電池構成部材供給装置
２１Ａ〜２３Ａ 貯留手段としてのカセット
２１Ｆ、２２Ｆ、２３Ｆ、２７、２９、３７Ａ、３７Ｂ 送りローラ
２４ スタック積層手段
２６ 加湿器
２８、３６Ａ、３６Ｂ ベルト搬送装置
３０〜３５ 接着剤塗布手段
４０ ガイド手段としてのガイドボックス
４１ 昇降テーブル
４２ 昇降装置
４３ プレス機

Claims (8)

1. 積層順番にしたがって該当する燃料電池構成部材を、積層された際に隣合って接触するいずれか一方の面に接着剤を塗布した状態で送出し、
   供給される燃料電池構成部材をガイド手段により平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に積層し、
   ガイド手段で位置決めした状態で積層された燃料電池構成部材を加熱してプレスし、燃料電池構成部材同士を接着剤により接着して一体化させて燃料電池スタックに形成することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
2. 前記各燃料電池構成部材は、夫々種類毎に貯留手段に積層して貯留され、積層順番にしたがって該当する構成部材の貯留手段から搬送手段により送出され、搬送経路に設けた塗布手段により接着剤が塗布す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の製造方法。
3. 前記接着剤塗布手段は、一方の極の電荷に帯電された感光ドラムを部分的に電荷の帯電を消去してその部分に一方の極の電荷に帯電させた接着剤粉末を付着させ、付着した接着剤粉末を他方の極の電荷に帯電させた燃料電池構成部材に転写させるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
4. 前記接着剤は、熱硬化性接着剤であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池スタックの製造方法。
5. 前記燃料電池構成部材の積層は、供給される燃料電池構成部材の周囲に接触させることで平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に従って積層するガイド手段により行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の燃料電池スタックの製造方法。
6. 前記ガイド手段は、燃料電池構成部材の積層に連れて降下する積層台として機能する昇降テーブルを備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタックの製造方法。
7. 前記ガイド手段は、積層状態の燃料電池構成部材を加熱する加熱手段を備え、
   ガイド手段内の昇降テーブルと上方からガイド手段に侵入させるプレスヘッドとで、積層された加熱状態の燃料電池構成部材を積層方向に加圧させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池スタックの製造方法。
8. 積層順番に従って該当する燃料電池構成部材を接着剤塗布状態で送出す燃料電池構成部材供給手段と、
   前記燃料電池構成部材供給手段から供給される燃料電池構成部材をガイド手段により平面方向の位置決めをしつつ供給される順番に従って積層するスタック積層手段と、
   前記スタック積層手段に積層された燃料電池構成部材を加熱状態でホットプレスして燃料電池構成部材間を接着させる一体化手段と、を備えることを特徴とする燃料電池スタックの製造装置。

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