JP2007242487A - 燃料電池、燃料電池スタック、および燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 組み立て精度、作業性が良好な燃料電池、燃料電池スタック、および燃料電池スタックの製造方法の提供。
【解決手段】（１）燃料電池構成材１２、１３、シール部材（たとえば、シート状接着剤）２２は各々の面内に複数の第１の位置決め部３０を有しており、複数の第１の位置決め部のうちの一部３１は燃料電池組立時にそこに接触される治具４１に対して面内方向に位置を規制されており、複数の第１の位置決め部のうちの残り３２は燃料電池組立時にそこに接触される治具４２に対して、一部の位置決め部と残りの位置決め部とを結ぶ方向Ａに面内方向に変位可能である。（２）各燃料電池は燃料電池構成材１２、１３、接着剤シート２２の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部３０と、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部５０を含んでいる燃料電池スタック１４、およびその製造方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池、燃料電池スタック、および燃料電池スタックの製造方法（精度よく組立てる組立方法）に関する。

特許第３４２７９１５号特許掲載公報は、燃料電池構成部材、接着剤シート（シールプレート）の面内に位置決め基準となる複数の孔を設け、孔に位置決め用のノックピンを挿通して燃料電池構成部品を位置決めし、燃料電池、燃料電池スタックを組み立てる組立方法を開示している。
特許第３４２７９１５号特許掲載公報

しかし、従来の燃料電池、燃料電池スタックの位置決め方法には、以下の課題があった。
スタック化する際に、位置決め基準孔に位置決め用シャフトを挿入するが、シャフトと位置決め基準孔との隙間が小さいと、組立精度は良くなるが、その反面、単位燃料電池の組立、燃料電池スタック化中のシャフトの挿入が困難になる、複数の構成部材の複数の孔間距離がクリアランス以上に相違すると一部の構成部材、接着剤シート等が浮き上がって単位燃料電池の組立、燃料電池スタック化を困難にする、スタック化後にシャフトを抜き取る時にセパレータ等がシャフトとの接触部で変形してシャフトを抜き取ることが困難となる、等の問題が生じる。
逆に、抜取りを容易にするために、位置決め用シャフトと位置決め基準孔との隙間を大きくすると、組立精度が悪くなり、その結果、燃料電池構成部品間の位置ずれ、セル間の接触抵抗の増加、流路間の流れ短絡による性能低下、等の問題が生じる。

本発明の目的は、シャフトの挿入および／または抜取りが容易で、一部の構成部材の浮き上がりも生じない、かつ、組立精度が高い、燃料電池構成部材、接着剤シートを備えた燃料電池、該燃料電池を積層した燃料電池スタック、および該燃料電池スタックの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する本発明はつぎの通りである。各項には関連する図の番号を付してある。
（１） シール部材を含む燃料電池構成材を備え、燃料電池構成材は各々の面内に複数の第１の位置決め部を有し、該複数の第１の位置決め部のうちの一部は燃料電池組立時にそこに接触される治具に対して面内方向に位置を規制される位置決め部であり、前記複数の第１の位置決め部のうちの残りは燃料電池組立時にそこに接触される治具に対して前記一部の位置決め部と前記残りの位置決め部とを結ぶ方向に面内方向に変位可能な位置決め部である燃料電池。−−−図１、図４
（２） 前記第１の位置決め部が正位置決め用孔と副位置決め用孔を含み、正位置決め用孔と位置決め時に正位置決め用孔に挿入される治具とのクリアランスと、副位置決め用孔と位置決め時に副位置決め用孔に挿入される治具とのクリアランスとが、互いに異ならせてある（１）記載の燃料電池。−−−図４
（３） 前記正位置決め用孔の形状は略正円であり、前記副位置決め用孔の形状は略楕円である（２）記載の燃料電池。−−−図１、図４
（４） 前記第１の位置決め部が正位置決め用孔と副位置決め用孔を含み、位置決め時に正位置決め用孔に挿入される治具の断面形状と、位置決め時に副位置決め用孔に挿入される治具の断面形状とが、互いに異ならせてある（２）記載の燃料電池。−−−図５
（５） 燃料電池構成材、シート状接着剤を備え、燃料電池構成材は面内に、シート状接着剤を配置した際その両側に相当する部分に突起状のガイドを設け、該突起状のガイドに合わせてシート状接着剤をセットした燃料電池。−−−図２

（６） 位置決め用孔を含む第１の位置決め部とセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部との両方を含む燃料電池。−−−図３、図４、図５、図６、図７
（７） シート状接着剤を含むシール部材を有し、シート状接着剤にも位置決め用孔を含む第１の位置決め部が形成されている請求項６記載の燃料電池。図３、図４、図５、図６、図７
（８） 前記第１の位置決め部はセル組立時の位置決めに利用される位置決め部であり、前記第２の位置決め部はスタック組立時の位置決めに利用される位置決め部である（６）記載の燃料電池。−−−図３、図４、図５、図６、図７
（９） 前記第１の位置決め部が位置決め用孔から構成されており、前記第１の位置決め部を構成する位置決め用孔は、締結部材が貫通しない、位置決め専用の孔である（６）記載の燃料電池。−−−図３、図４、図５、図６、図７
（１０） 燃料電池構成材がプレスメタルセパレータと樹脂フレームとを含み、第２の位置決め部では、樹脂フレームにプレスメタルセパレータの縁部より後退した後退部が形成されていて、プレスメタルセパレータの縁部が樹脂フレームの後退部の縁部より外側に位置して第２の位置決め部を構成している（６）記載の燃料電池。−−−図６
（１１） 燃料電池構成材がプレスメタルセパレータと樹脂フレームとを含み、少なくとも第２の位置決め部では、プレスメタルセパレータの外形面が樹脂フレームの外形より外側に位置する（６）記載の燃料電池。−−−図７、（１０）との違いは突出か後退かの違い。
（１２） 前記樹脂フレームの後退部は、スタック組立時に位置決め治具が係合可能な切り欠き部からなる（１０）記載の燃料電池。−−−図８

（１３） 燃料電池構成材、シート状接着剤を含む燃料電池を複数積層して組み立てた燃料電池スタックであって、各燃料電池は、燃料電池構成材、シート状接着剤の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部を備えており、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部を含んでいる燃料電池スタック。−−−図３、図４、図５、図６、図７

（１４） 燃料電池構成材、シート状接着剤の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部を利用して燃料電池を組み立てる第１の工程と、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部を利用して複数の燃料電池を積層し燃料電池スタックを組み立てる第２の工程とを含む燃料電池スタックの製造方法。−−−図３、図４、図５、図６、図７
（１５） 複数の燃料電池積層体を含み、該複数の燃料電池積層体がエンドプレートを共用している燃料電池スタックの製造方法であって、
スタック組立時には、第２の位置決め部を基準座に当てて、燃料電池積層体と、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを位置決めする（１４）記載の燃料電池スタックの製造方法。−−−図９、図１０
（１６） 複数の燃料電池積層体を含み、該複数の燃料電池積層体がエンドプレートを共用している燃料電池スタックの製造方法であって、
スタック組立時に、第２の位置決め部を利用して燃料電池を積層し、ついで第１の位置決め部にシャフトを挿通し、締結荷重付与後前記シャフトを抜く（１４）記載の燃料電池スタックの製造方法。−−−図９、図１０

上記（１）〜（５）の燃料電池によれば、組立精度を良好に維持したまま、第１の位置決め部への治具の挿入および／または抜取りを容易とすることができ、また、組立中の燃料電池構成材、シール部材（シート状接着剤である場合を含む）の浮き上がりを防止することができる。

上記（６）〜（１２）の燃料電池によれば、本発明の燃料電池が、燃料電池構成材、シート状接着剤の各々が、各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部と、セパレータの外形に形成された第２の位置決め部とを含むので、第１の位置決め部のみでの位置決めでは生じるおそれのある、スタック化時のシャフトの撓みとそれによる位置決め精度の低下を、スタックを第２の位置決め部位で基準座によって支持することにより、防止することができ、組立精度をさらに良くすることができる。たとえば、スタック化時、セルが横方向に積層される場合には、第１の位置決め部に挿通されるシャフトが撓むおそれがあるが、スタックを第２の位置決め部位で基準座によって支持することにより、スタックの撓みを防止することができる。

上記（１３）の燃料電池スタックによれば、燃料電池スタックが各燃料電池の燃料電池構成材、シート状接着剤の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部を備えており、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部を含んでいるので、第１の位置決め部で単セルを精度よく組立て、第２の位置決め部で、または第１の位置決め部と第２の位置決め部で、スタックを精度よく組み立てることができる。その結果、組立精度を良好に維持したまま、第１の位置決め部への治具の挿入および／または抜取りが容易である。

上記（１４）〜（１６）の燃料電池スタックの製造方法によれば、燃料電池構成材、シート状接着剤の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部を利用して燃料電池を組み立てる第１の工程と、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部を利用して複数の燃料電池を積層し燃料電池スタックを組み立てる第２の工程とを含んでいるので、第１の工程で第１の位置決め部を利用して単セルを精度よく組立てることができ、第２の工程で第２の位置決め部を利用して燃料電池スタックを精度よく組立てることができる。

以下に、本発明の燃料電池、燃料電池スタック、および燃料電池スタックの製造方法（組立方法）を図１〜図１２を参照して説明する。
本発明の燃料電池１０は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池であり、移動用（自動車用）、または定置用（家庭用）等の燃料電池として利用される。

図１１、図１２に示すように、単位固体高分子電解質型燃料電池１０（以下、単セルともいう）は、ＭＥＡ１１（膜電極接合体、電解質膜の一面にアノードを、他面にカソードを形成したもの）をセパレータ１２等（セパレータ１２がプレスメタルセパレータの場合は、プレスメタルセパレータ１２と樹脂フレーム１３）で挟んで構成される。燃料電池スタック１４は、燃料電池１０を積層し、各端に、燃料電池側からターミナル１５、インシュレータ１６、エンドプレート１７を配置し、一端に、インシュレータ１６とエンドプレート１７との間にプレッシャプレート１８を配置し、燃料電池積層体の外部でセル積層方向に延びるテンションプレート１９または締結ボルトをエンドプレート１７に固定し、その後、燃料電池積層体に締結荷重を付与することにより構成される。

セパレータ１２には流体流路２０と流体マニホールド２１が形成される。さらに詳しくは、流体流路１０は、ＭＥＡのアノード側のセパレータ１２に形成された、アノードに燃料ガス（たとえば、水素）を供給する燃料ガス流路と、ＭＥＡのカソード側のセパレータ１２に形成された、カソードに酸化ガス（たとえば、エア）を供給する燃料ガス流路と、燃料ガス流路、酸化ガス流路の背面に形成された冷媒（冷却水）流路を含む。また、流体マニホールド２１は、セパレータ１２に形成された燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷媒マニホールドを含む。燃料ガスマニホールドは燃料ガス流路に連通し、酸化ガスマニホールドは酸化ガス流路に連通し、冷媒マニホールドは冷媒流路に連通している。燃料ガス、酸化ガス、冷媒は、互いから、および外部（大気）からシールされる。

そのシールのために、ＭＥＡとセパレータ間にはシール接着剤（シール部材）２２が配置される。シール接着剤は、あらかじめシート状に成形された接着剤（以下、シート状接着剤２２という）を使用することが望ましい。シート状接着剤２２は、たとえば、ホットメルト系接着剤または剥がされる保護紙付きの粘着シートなどからなる。以下の説明では、シール接着剤２２がシート状接着剤２２からなる場合を例にとるが、シール接着剤２２は塗布後硬化される液体ガスケットであってもよい。
セパレータ１２、樹脂フレーム１３、ＭＥＡ１１等は、燃料電池構成材を構成し、燃料電池構成部材間はシート状接着剤２２等によってシールされる。

燃料電池１０の組立においては、まず単セルを組み立て、単セルを積層、締結して燃料電池スタック１４を組み立てる。単セル、スタックの組立においては、燃料電池構成材、シート状接着剤２２等が、相対的に高精度に位置決めされる必要がある。また、作業性も良好であることが望まれる。

シート状接着剤２２を用いる場合は、シート状接着剤２２をワーク（セパレータなど）に貼付ける際、位置決め基準がないと、位置決めが非常に困難であり、シール不良など重大な不具合につながる可能性がある。保護紙に貼付けた粘着シートをシート状接着剤２２として用いる場合は、シール面全体にわたって浮きなく貼付けないと、後からそれらの補修をするのは困難である。このため、位置決めを間違えてしまった際に、それらの手直しは非常に難しい。
組み付けの高精度、作業性を確保するための、燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池スタックの製造方法の望ましい実施例を以下に説明する。

〔組み付けの高精度、作業性を確保するための、燃料電池の構造−その１〕
図１、図４に示すように、組み付け精度、作業性を良好にするために、本発明の燃料電池１０は、燃料電池構成材（セパレータ１２、樹脂フレーム１３等）、シート状接着剤２２（たとえば、あらかじめシールライン形状に成形されたシート状の接着剤）を備えており、燃料電池構成材（セパレータ１２、樹脂フレーム１３等）とシート状接着剤２２は各々の面内に複数の第１の位置決め部３０を有している。複数の第１の位置決め部３０のうちの一部の位置決め部３１は燃料電池組立時にそこに接触される治具４１（たとえば、位置決め用シャフト４１）に対して燃料電池構成材の面内方向（燃料電池構成材の面に平行な方向）に位置を規制されており（すなわち、クリアランスが小で、相対変位不能とされており）、該複数の第１の位置決め部３０のうちの残りの位置決め部３２は燃料電池組立時にそこに接触される治具４２（たとえば、位置決め用シャフト４２）に対して一部の位置決め部３１と残りの位置決め部３２とを結ぶ方向Ａに面内方向に変位可能である。複数の第１の位置決め部３０のうちの残りの位置決め部３２は、一部の位置決め部３１と残りの位置決め部３２とを結ぶ方向と直交方向Ｂには、面内方向に位置を規制されている。複数の第１の位置決め部３０のうちの一部の位置決め部３１は、面内方向には、方向Ａにも方向Ｂにも位置を規制されている。位置決め部３１と残りの位置決め部３２において、位置決め用シャフト４１、４２と、燃料電池構成材（セパレータ１２、樹脂フレーム１３等）とシート状接着剤２２とは、面直方向Ｃには、互いにスライド可能である。孔３０は燃料電池の性能に影響を及ぼさない位置、たとえば、マニホールドと燃料電池構成材との間の位置、に設けられることが望ましい。

図１の例では、第１の位置決め部３０は孔からなり、正位置決め用孔３１と副位置決め用孔３２を含む。正位置決め用孔３１と位置決め時に正位置決め用孔に挿入される治具４１とのクリアランスと、副位置決め用孔３２と位置決め時に副位置決め用孔３２に挿入される治具４２とのクリアランスとは、正位置決め用孔３１と副位置決め用孔３２を結ぶ方向Ａに、互いに異ならせてある。正位置決め用孔３１と副位置決め用孔３２を結ぶ方向Ａにおいて、副位置決め用孔３２と治具４２とのクリアランスは、正位置決め用孔３１と治具４１とのクリアランスより大である。
図４の例では、たとえば、正位置決め用孔３１の形状は略正円であり、副位置決め用孔３２の形状は略楕円（対向する２つの半円を２つの平行直線で結んだ長孔）であり、治具４１、４２の断面の直径は互いに等しい。

孔と治具とのクリアランスを変えるのに、上記では正位置決め用孔３１と副位置決め用孔３２のＡ方向のサイズを互いに異ならせたが、それに代えて、図５に示すように、位置決め時に正位置決め用孔３１に挿入される治具４１の断面形状と、位置決め時に副位置決め用孔３２に挿入される治具４２の断面形状とが、互いに異なる構成としてもよい。

上記のように、燃料電池１０が、燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２を備え、燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２は各々の面内に複数の第１の位置決め部３０を有しており、該複数の第１の位置決め部３０のうちの一部３１は燃料電池組立時にそこに接触される治具４１に対して面内方向に位置を規制されており、該複数の第１の位置決め部３０のうちの残り３２は燃料電池組立時にそこに接触される治具４２に対して、一部の位置決め部３１と残りの位置決め部３２とを結ぶ方向に、面内方向に変位可能である場合は、組立精度を良好に維持したまま、第１の位置決め部３０への治具４１、４２の挿入および／または抜取りが容易であり、組立中の燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２の浮き上がりを防止することができる。
図４に示すように、正位置決め用孔３１の形状が略正円であり、副位置決め用孔３２の形状が略楕円である場合は、組み付け作業性を良くし、かつ治具とセパレータの熱膨張差によるシャフトと孔との干渉を避けることができる。
また、図５に示すように、位置決め時に正位置決め用孔３１に挿入される治具４１の断面形状と、位置決め時に副位置決め用孔３２に挿入される治具４２の断面形状とが、互いに異なる構成とした場合も、組み付け作業性を良くし、かつ治具とセパレータの熱膨張差によるシャフトと孔との干渉を避けることができる。

〔組み付けの高精度、作業性を確保するための、燃料電池の構造−その２〕
位置決めにおいて、孔３１、３２と治具４１、４２に代えて、図２に示すように、第１の位置決め部３０を突起状ガイド３３としてもよい。図２の例では、セパレータ１２または樹脂フレーム１３に、シート状接着剤を配置した際シート状接着剤の両側に相当する部位に、突起状ガイド３３を設け、突起状ガイド３３をたとえばＬ字状のガイドとしておき、突起状ガイド３３に合わせてシート状接着剤２２をセットすることにより、作業性と組み付け性を向上させる。
シート状接着剤２２は、Ｌ字状のガイドのＬ字の角部を中心として、位置を規制されるとともに、Ｌ字の一方の脚の延びる方向にも、Ｌ字の他方の脚の延びる方向にも、セパレータ１２または樹脂フレーム１３との位置ずれが吸収される。

〔組み付けの高精度、作業性を確保するための、燃料電池の構造−その３〕
図３、図４、図５、図６、図７の例では、燃料電池１０は、上記の燃料電池の構造（その１）に、さらに第２の位置決め部５０を備えた構造を有する。
セル内の設けられた孔基準のみを組み立て用基準とする燃料電池はつぎの問題を有する。すなわち、スタック化する際、位置決め治具として基準用孔に挿入するシャフトが必要になるが、シャフトをスタック内に止め置くならば、電気絶縁物である必要があり、セラミックなどの場合は寸法精度の確保が難しいことや、孔と干渉した際に削りカスが発生すること、締結時にスタック寸法が収縮するためシャフトを切断する必要があること等が問題となる。また、シャフトを抜き取るならば、その際のセパレータの変形、または抜き取るために必要な隙間寸法の確保が必要となる。
一方、セル外周面のみに位置決め基準を設けると、つぎの問題が生じる。すなわち、モジュール化（セル化）したものをスタック化する際、プレスメタルセパレータ等、セパレータ成形時の反りや肉あまりが考えられる場合、外形部の形状が安定しないため、外形基準でモジュール化しようとすると、アノード側セパレータとカソード側セパレータの位置精度などが確保できない。これらによって、接触抵抗の増加、パスカットの発生による性能低下、作業性が悪いなどの不具合が生じるおそれがある。

上記の問題を解決するために、燃料電池の構造（その３）では、燃料電池１０は、燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２の各々が、燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部３０と、燃料電池構成材を構成するセパレータ１２の外形面に形成された第２の位置決め部５０とを含む。第１の位置決め部３０は、上記の燃料電池の構造（その１）で説明したものに準じる。
第１の位置決め部３０はセル組立時の位置決めに利用される位置決め部であり、第２の位置決め部５０はスタック組立時の位置決めに利用される位置決め部である。
第１の位置決め部３０が位置決め用孔から構成されており、第１の位置決め部を構成する位置決め用孔は、締結部材（たとえば、締結用ボルト等）が貫通しない、位置決め専用の孔である。

上記構成により、つぎの効果が得られる。
成形が難しく剛性が低いため外形基準での単セル化、モジュール化が難しいセパレータ（たとえば、プレスメタルセパレータ）でも、孔基準を使用できるので、精度よくセル化、モジュール化でき、電池性能向上や、耐久性向上につながる。
スタック化の際、外形基準を使用することにより、孔とシャフトによって位置を決める際に問題となる、孔、シャフトの変形を防止でき、組み付け作業終了後にシャフトを切断する、あるいはシャフトを抜き取る等の作業上の煩雑さも提言できるので、性能向上や生産性向上につながる。

第２の位置決め部５０は、セパレータ１２の外形面の異なる２外形面に形成されている。
セパレータ１２の外形面を基準とするために、シート状接着剤や樹脂フレーム等がセパレータ１２の外形面より外側に突出するのを禁止し、基準部（第２の位置決め部）においては、必ずセパレータ端面が最外周にくるようにしてある。その構造として、図６または図７の構造を採ることができる。

図６の例では、燃料電池構成材１２、１３がプレスメタルセパレータ１２と樹脂フレーム１３とを含み、第２の位置決め部５０では、樹脂フレーム１３にプレスメタルセパレータ１２の縁部より後退した後退部５１が形成されていて、プレスメタルセパレータ１２の縁部のうち、樹脂フレームの後退部５１の縁部より外側に位置した部分が、第２の位置決め部５０を構成している。
第２の位置決め部５０をセパレータ１２の辺全体ではなく部分的にすることによりセパレータ１２の剛性を高め、これによりセパレータ端部の変形を防ぐことができる。
また、樹脂フレーム１３やＭＥＡ一体ガスケットなどを射出成形する際には、第２の位置決め部５０に相当する部位を成形時のゲート位置とし、ノッチなどをつけてその部位を切り離すことにより、この形状にすることができる。これにより、ゲート部の設計自由度が向上するとともに、射出成形後のバリ取り作業も簡便になる。
図６の構成に代えて図７の構成をとることができる。図７の例では、燃料電池構成材１２、１３がプレスメタルセパレータ１２と樹脂フレーム１３とを含み、少なくとも第２の位置決め部５０では（図７では、セパレータの全周にわたって）、プレスメタルセパレータ１２の外形面が、少なくとも基準部において樹脂フレーム１３の外形面より外側に位置している。

燃料電池１０が、燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２の各々が、燃料電池構成材、シート状接着剤の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部３０と、燃料電池構成材を構成するセパレータ１２の外形に形成された第２の位置決め部５０とを含む場合は、第１の位置決め部３０のみでの位置決めでは生じるおそれのある、スタック化時のシャフトの撓みとそれによる位置決め精度の低下を、スタックを第２の位置決め部位で基準座によって支持することにより、防止することができ、組立精度をさらに良くすることができる。

また、図８に示すように、樹脂フレーム１３の後退部１３は、スタック組立時に位置決め治具６１が係合可能な切り欠き部から構成されてもよい。図８の例では、セルを横組する（水平に積層する）場合、Ｌ字状治具６１でセルを左右の２辺および下辺から規制することにより、孔とシャフトによる位置決めを省略することができる。横組では、セル積層体の重みで孔に挿通されたシャフトが撓むので、シャフトを抜くのが困難になるおそれがあるが、Ｌ字状治具６１のみによる位置決めではシャフト抜きの問題がなくなる。
たとえば、スタック化時、セル１０が横方向（水平方向）に積層される場合には、第１の位置決め部３０に挿通される治具（シャフト）が撓むおそれがあるが、スタックを第２の位置決め部位５０で基準座（位置決め治具）６１によって支持することにより、スタック、シャフトの撓みを防止することができ、シャフトの抜取りが容易となる。

〔組み付けの高精度、作業性を確保するための、燃料電池スタックの構造〕
図３、図４、図５、図６、図７、図８に示すように、本発明の燃料電池スタック１４は、上記の燃料電池の構造（その３）を積層したものを含む。
本発明の燃料電池スタック１４は、燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２を含む燃料電池１０を複数積層して組み立てた燃料電池スタックであって、各燃料電池１０は燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部３０を備えており、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部５０を含んでいる燃料電池スタックからなる。

本発明の燃料電池スタック１４では、第１の位置決め部３０で単セル１０を精度よく組立て、第２の位置決め部５０で、または第１の位置決め部３０と第２の位置決め部５０で、スタック１４を精度よく組み立てることができ、組立精度を良好に維持したまま、第１の位置決め部３０への治具（シャフト）の挿入および／または抜取りが容易である。
とくに、上記したように、スタック化時、セル１０が横方向（水平方向）に積層される場合には、第１の位置決め部３０に挿通される治具（シャフト）が撓むおそれがあるが、スタックを第２の位置決め部位５０で基準座（位置決め治具）６１によって支持することにより、スタック、シャフトの撓みを防止することができ、シャフトの抜取りが容易となる。

〔組み付けの高精度、作業性を確保するための、燃料電池スタックの製造方法〕
図３、図４、図５、図６、図７に示すように、本発明の燃料電池スタック１４の製造方法は、上記の燃料電池スタック１４を製造するための方法である。
本発明の燃料電池スタック１４の製造方法は、燃料電池構成材１２、１３、シート状接着剤２２の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部３０を利用して燃料電池を組み立てる第１の工程と、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部を利用して複数の燃料電池を積層し燃料電池スタックを組み立てる第２の工程とを含む。

図９、図１０に示すように、複数の燃料電池積層体を含み、該複数の燃料電池積層体がエンドプレート１７を共用している燃料電池スタック１４の製造方法の場合は、スタック組立時には、第２の位置決め部５０を基準座（位置決め治具）６１に当てて、燃料電池積層体と、ターミナル１５、インシュレータ１６、エンドプレート１７を位置決めする。図９で、左側のスタックは左上隅の基準座（位置決め治具）６１に当てて位置決めし、右側のスタックは右上隅の基準座（位置決め治具）６１に当てて位置決めし、セルを縦方向に積層していく。この場合、省スペース化の観点から両スタック間の距離はできる限り小とし、基準座（位置決め治具）６１は両スタック間の小スペースに設けないようにする。
すべてのセルが積層された後で丸孔３１、長孔３２に位置決め用シャフト４１、４２を挿通し、スタック１４に加圧治具により締結荷重付与後、シャフト４１、４２を抜いて、積層を完了する。シャフト４１、４２は下側エンドプレートを貫通してもよいし、貫通しなくてもよい。貫通しない場合は、下側エンドプレートに座ぐり穴を設けておき、そこにシャフト４１、４２の下端を差し込む。
シャフト４１、４２を挿通する理由は、左側スタックのＡ、Ｂ方向へのずれ防止、右側スタックのＡ、Ｂ方向へのずれ防止のためである。シャフト４１、４２を通すことでセルとセルとの間のずれ量を０または可能な限り小にすることを保証する。

本発明の燃料電池スタックの製造方法では、第１の位置決め部３０を利用して燃料電池１０を組み立てる第１の工程と、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部５０を利用して複数の燃料電池を積層し燃料電池スタック１４を組み立てる第２の工程とを含んでいるので、第１の工程で第１の位置決め部３０を利用して単セル１０を精度よく組立て、第２の工程で第２の位置決め部５０を利用して燃料電池スタック１４を精度よく組立てることができる。
図９、図１０の例では、位置決めを設定することで、２つのセル積層体がエンドプレートを共有するスタックでも、ずれ量を少なく積層することができるという効果が得られる。

（イ）は本発明の燃料電池の構造−その１の、構成材であるメタルセパレータの正面図である。 （ロ）は本発明の燃料電池の構造−その１の、構成材である樹脂フレームの正面図である。 （ハ）は本発明の燃料電池の構造−その１の、シート状接着剤の正面図である。 （イ）は本発明の燃料電池の構造−その２の、構成材である樹脂フレームの正面図である。 （ロ）は本発明の燃料電池の構造−その２の、構成材である樹脂フレームに突起状ガイドを設けた場合の突起状ガイド近傍の正面図である。 （ハ）は（ロ）のＡ−Ａ’断面図である。 （ニ）は本発明の燃料電池の構造−その２の、構成材である樹脂フレームに突起状ガイドを設け、シート状接着剤を貼付けた場合の突起状ガイド近傍の正面図である。 （イ）は本発明の燃料電池の構造−その３、および本発明の燃料電池スタックの、第１の位置決め部を有する単セルと位置決め用シャフトの斜視図である。 （ロ）は本発明の燃料電池の構造−その３、および本発明の燃料電池スタックの、第２の位置決め部を有する燃料電池およびスタックと位置決め治具の斜視図である。 本発明の燃料電池の構造−その１およびその３、および本発明の燃料電池スタックの、第１の位置決め部と位置決め用シャフトの一例の正面図である。 本発明の燃料電池の構造−その１およびその３、および本発明の燃料電池スタックの、第１の位置決め部と位置決め用シャフトのもう一例の正面図である。 本発明の燃料電池の構造−その３、および本発明の燃料電池スタックの、第２の位置決め部の一例の正面図である。 本発明の燃料電池の構造−その３、および本発明の燃料電池スタックの、第２の位置決め部のもう一例の正面図である。 本発明の燃料電池の構造−その３、および本発明の燃料電池スタックの、樹脂フレームに形成した後退部からなる第２の位置決め部と位置決め用治具の正面図である。 本発明の燃料電池スタックの製造方法によって組み立てられつつある燃料電池スタックの平面図である。 本発明の燃料電池スタックの製造方法によって組み立てられつつある燃料電池スタックの正面図である。 本発明の燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池スタックの製造方法が適用可能な固体高分子電解質型燃料電池の側面図である。 図１１の燃料電池の一部の断面図である。

符号の説明

１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ ＭＥＡ
１２ セパレータ
１３ 樹脂フレーム
１４ 燃料電池スタック
１５ ターミナル
１６ インシュレータ
１７ エンドプレート
１８ プレッシャプレート
１９ テンションプレート
２０ 流体流路
２１ 流体マニホールド
２２ シール部材、シート状接着剤
３０ 第１の位置決め部
３１ 第１の位置決め部の一部
３２ 第１の位置決め部の他部
３３ 突起状ガイド
４１、４２ 位置決め用シャフト
５０ 第２の位置決め部
５１ 後退部
６１ 位置決め具

Claims (16)

1. シール部材を含む燃料電池構成材を備え、燃料電池構成材は各々の面内に複数の第１の位置決め部を有し、該複数の第１の位置決め部のうちの一部は燃料電池組立時にそこに接触される治具に対して面内方向に位置を規制される位置決め部であり、前記複数の第１の位置決め部のうちの残りは燃料電池組立時にそこに接触される治具に対して前記一部の位置決め部と前記残りの位置決め部とを結ぶ方向に面内方向に変位可能な位置決め部である燃料電池。
2. 前記第１の位置決め部が正位置決め用孔と副位置決め用孔を含み、正位置決め用孔と位置決め時に正位置決め用孔に挿入される治具とのクリアランスと、副位置決め用孔と位置決め時に副位置決め用孔に挿入される治具とのクリアランスとが、互いに異ならせてある請求項１記載の燃料電池。
3. 前記正位置決め用孔の形状は略正円であり、前記副位置決め用孔の形状は略楕円である請求項２記載の燃料電池。
4. 前記第１の位置決め部が正位置決め用孔と副位置決め用孔を含み、位置決め時に正位置決め用孔に挿入される治具の断面形状と、位置決め時に副位置決め用孔に挿入される治具の断面形状とが、互いに異ならせてある請求項２記載の燃料電池。
5. 燃料電池構成材、シート状接着剤を備え、燃料電池構成材は面内に、シート状接着剤を配置した際その両側に相当する部分に突起状のガイドを設け、該突起状のガイドに合わせてシート状接着剤をセットした燃料電池。
6. 位置決め用孔を含む第１の位置決め部とセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部との両方を含む燃料電池。
7. シート状接着剤を含むシール部材を有し、シート状接着剤にも位置決め用孔を含む第１の位置決め部が形成されている請求項６記載の燃料電池。
8. 前記第１の位置決め部はセル組立時の位置決めに利用される位置決め部であり、前記第２の位置決め部はスタック組立時の位置決めに利用される位置決め部である請求項６記載の燃料電池。
9. 前記第１の位置決め部が位置決め用孔から構成されており、前記第１の位置決め部を構成する位置決め用孔は、締結部材が貫通しない、位置決め専用の孔である請求項６記載の燃料電池。
10. 燃料電池構成材がプレスメタルセパレータと樹脂フレームとを含み、第２の位置決め部では、樹脂フレームにプレスメタルセパレータの縁部より後退した後退部が形成されていて、プレスメタルセパレータの縁部が樹脂フレームの後退部の縁部より外側に位置して第２の位置決め部を構成している請求項６記載の燃料電池。
11. 燃料電池構成材がプレスメタルセパレータと樹脂フレームとを含み、少なくとも第２の位置決め部では、プレスメタルセパレータの外形面が樹脂フレームの外形より外側に位置する請求項６記載の燃料電池。
12. 前記樹脂フレームの後退部は、スタック組立時に位置決め治具が係合可能な切り欠き部からなる請求項１０記載の燃料電池。
13. 燃料電池構成材、シート状接着剤を含む燃料電池を複数積層して組み立てた燃料電池スタックであって、各燃料電池は、燃料電池構成材、シート状接着剤の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部を備えており、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部を含んでいる燃料電池スタック。
14. 燃料電池構成材、シート状接着剤の各々の面内に形成された位置決め用孔からなる第１の位置決め部を利用して燃料電池を組み立てる第１の工程と、燃料電池構成材を構成するセパレータの外形面に形成された第２の位置決め部を利用して複数の燃料電池を積層し燃料電池スタックを組み立てる第２の工程とを含む燃料電池スタックの製造方法。
15. 複数の燃料電池積層体を含み、該複数の燃料電池積層体がエンドプレートを共用している燃料電池スタックの製造方法であって、
    スタック組立時には、第２の位置決め部を基準座に当てて、燃料電池積層体と、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを位置決めする請求項１４記載の燃料電池スタックの製造方法。
16. 複数の燃料電池積層体を含み、該複数の燃料電池積層体がエンドプレートを共用している燃料電池スタックの製造方法であって、
    スタック組立時に、第２の位置決め部を利用して燃料電池を積層し、ついで第１の位置決め部にシャフトを挿通し、締結荷重付与後前記シャフトを抜く請求項１４記載の燃料電池スタックの製造方法。

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