JP2008060007A - 燃料電池用セル押圧アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】セル積層体の端面の傾斜に追従することができ、セル面における締結荷重のばらつきを抑制することのできる燃料電池用セル押圧アセンブリを提供する。
【解決手段】燃料電池用セル押圧アセンブリ１を、押圧部材６ａ、６ｂから荷重が加えられるエンド側部材２と、エンド側部材２に対向して配置され、エンド側部材２よりもセル積層体８に近接して配置されるセル側部材４と、エンド側部材２とセル側部材４との間に介装され、セル積層体８を押圧するための弾性エネルギーを蓄積可能な弾性部材３と、を備えて構成する。ここで、エンド側部材２は、押圧部材６ａ、６ｂからの荷重を受ける荷重受け部２８ａ、２８ｂを持つ複数の単位部材２２ａ、２２ｂを有し、複数の単位部材２２ａ、２２ｂは、各々独立して揺動可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池のセル積層体を押圧して締結するための燃料電池用セル押圧アセンブリに関する。

燃料電池は、発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ない。なかでも固体高分子型燃料電池は、８０℃程度の低温で作動させることができ、大きな出力密度を有するため、発電用、自動車用等、種々の用途が期待されている。固体高分子型燃料電池では、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータで挟持したセルが発電単位となる。ＭＥＡは、電解質となる高分子膜（電解質膜）と、該電解質膜の両側に配置された一対の電極（燃料極、酸素極）と、からなる。セルの燃料極には水素や炭化水素等の燃料ガスが、酸素極には酸素や空気等の酸化剤ガスがそれぞれ供給され、供給されたガスと電解質と電極との三相界面における電気化学反応により発電が行われる。固体高分子型燃料電池は、このセルを積層したセル積層体を、セル積層方向の両端に配置したエンドプレートにより締め付けて構成される。

セル積層体には、電極接触抵抗の低減、および反応ガスや水のシール性確保を目的として、所定の締結荷重が印加される。例えば、特許文献１には、セル積層体に当接した押圧用板と、該押圧用板上に離間して配置された複数の押圧機構と、を備えたセル積層体の締結構造が開示されている。押圧力は、押圧機構から押圧用板を介して、セル積層体に伝達される。
特開２００４−３４９０５２号公報

燃料電池の組み付け時には、セル積層体は、適正な締結荷重が印加された状態（以下、「標準荷重状態」と称す。）でセットされている。例えば、固体高分子型燃料電池の作動時の温度は約８０℃、停止時の温度は周囲温度（例えば約２０℃）である。このような燃料電池の作動時と停止時との温度変化に伴い、セルは膨張、収縮を繰り返す。また、長期間の作動による電解質膜や電極のクリープ等により、セルは収縮する。個々のセルが膨張、収縮（以下、まとめて「変形」と称す。）することにより、セル積層体は、標準荷重状態に対して変形する。

ここで、セルの電極面（以下、「セル面」と略称する。）全域にわたって、標準荷重状態に対するセルの変形量が均等でない場合がある。つまり、セル面に傾斜（凹凸を含む。以下同じ。）が生じる場合がある。この場合、セル積層体の積層方向端面（以下、単に「端面」と称す。）にも傾斜が生じてしまう。また、セル一つ一つの変形は、セル積層体に対して総和的に作用する。このため、セル積層体の端面の傾斜の度合いは大きくなる。

ところが、上記特許文献１に開示されたセル積層体の締結構造の場合、一枚の押圧用板が複数の押圧機構により押圧されている。このため、押圧用板は、セル積層体の端面の傾斜に追従して傾斜することはできない。つまり、セル積層体の端面全域を、適正な荷重で押圧することができない。したがって、セル積層体の端面（セル面）において、標準荷重状態に対する締結荷重の変動が生じ、締結荷重のばらつきが生じるおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、セル積層体の端面の傾斜に追従することができ、セル面における締結荷重のばらつきを抑制することのできる燃料電池用セル押圧アセンブリを提供することを課題とする。

（１）本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリは、押圧部材から荷重が加えられるエンド側部材と、該エンド側部材に対向して配置され、該エンド側部材よりもセル積層体に近接して配置されるセル側部材と、該エンド側部材と該セル側部材との間に介装され、該セル積層体を押圧するための弾性エネルギーを蓄積可能な弾性部材と、を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、前記エンド側部材は、前記荷重を受ける荷重受け部を持つ複数の単位部材を有し、該単位部材は、各々独立して揺動可能なことを特徴とする。

本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリ（以下、適宜「本発明のセル押圧アセンブリ」と称す。）は、例えば、エンドプレートとセル積層体との間に配置され、エンドプレート側から荷重を加えることによりセル積層体を押圧する。すなわち、本発明のセル押圧アセンブリを燃料電池に組み付けると、エンドプレート側から押圧部材により加えられた荷重により、エンド側部材は弾性部材の弾性力に抗してセル側部材方向に移動する。また、セル側部材は弾性部材によりセル積層体方向に付勢され、セル積層体を押圧する。

ここで、エンド側部材は複数の単位部材を有する。単位部材には、個々に荷重が加えられる。これら単位部材は、各々独立して揺動可能である。このため、標準荷重状態に対してセル積層体が変形し、セル積層体の端面が傾斜した場合でも、エンド側部材を構成する個々の単位部材は各々自由な方向に傾いて、セル積層体の端面の変形に追従することができる。したがって、セル積層体の変形に伴う締結荷重の変動を抑制することができる。また、セル面における締結荷重のばらつきを抑制することができる。

（２）好ましくは、前記弾性部材は、複数のコイルスプリングからなるスプリング群である構成とするとよい。複数のコイルスプリングは、各々独立に伸縮可能である。コイルスプリングをセル面全域に対して適宜配置すると、セル積層体の端面の傾斜に対する単位部材の追従性が向上する。このため、セル積層体の変形に伴う締結荷重の変動を、より抑制し易くなる。また、セル面における締結荷重のばらつきを、より抑制し易くなる。

（３）また、好ましくは、前記押圧部材は押圧側曲面を有し、前記荷重受け部は、該押圧側曲面と略型対称な受圧側曲面を有する構成とするとよい。本構成では、押圧部材によりエンド側部材へ荷重が加えられる際、押圧部材の押圧側曲面と、エンド側部材を構成する各単位部材の荷重受け部の受圧側曲面とが圧接する。ここで、受圧側曲面は、押圧側曲面と略型対称であるため、比較的広い面積で荷重を受けることができる。このため、受圧側曲面と押圧側曲面との圧接界面において、応力集中部位が発現するのを抑制することができる。また、押圧部材と荷重受け部とが曲面で圧接するため、単位部材は揺動し易い。

（４）また、好ましくは、前記エンド側部材は、互いに連結されていない複数の前記単位部材からなる構成とするとよい。単位部材を、互いに連結されていない別個独立したものとすることで、単位部材の製造、組み付けが容易になる。また、セル積層体の変形に応じて、単位部材の数、大きさ、配置の仕方等を調整し易い。さらにまた、単位部材同士が連結されていないため、任意の単位部材の動きが、他の単位部材により規制され難い。つまり、個々の単位部材の動きの自由度が高い。このため、単位部材は揺動し易い。したがって、本構成によれば、セル積層体の変形に伴う締結荷重の変動を、より抑制し易くなる。また、セル面における締結荷重のばらつきを、より抑制し易くなる。

以下、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの実施形態について説明する。

まず、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリが組み付けられた燃料電池の構成について説明する。図１に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリが組み付けられた固体高分子型燃料電池の側面図を示す。なお、本実施形態の図１〜図６では、説明の便宜のため、凹曲面６０ａ、６０ｂおよび凸曲面２８０ａ、２８０ｂを誇張して示す。

図１に示すように、固体高分子型燃料電池９は、燃料電池用セル押圧アセンブリ（以下、適宜「セル押圧アセンブリ」と略称する。）１と、セル積層体８と、一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂと、一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂと、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂと、一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂと、一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂと、一対のアジャストロッド６ａ、６ｂとを備えている。

一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂは、各々、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂは、後述するセル積層体８の積層方向に所定間隔だけ離間して、略平行に対向配置されている。また、エンドプレート９０ａには、所定間隔だけ離間して、一対のアジャストロッド貫通孔９００ａ、９００ｂ（説明の便宜上、図１において断面で示す。）が穿設されている。アジャストロッド貫通孔９００ａ、９００ｂの内周面には、各々、ねじ溝（図略）が形成されている。

一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂは、各々、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂは、セル積層体８の積層方向に対して直交する方向に所定間隔だけ離間して、略平行に対向配置されている。これら一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂと、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂとは、矩形枠状に連結されている。

セル押圧アセンブリ１、セル積層体８、一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂ、一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂ、一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂ、一対のアジャストロッド６ａ、６ｂは、当該矩形枠内に収容されている。

セル積層体８は、多数のセル８０が積層され形成されている。セル８０は、ＭＥＡ（図略）がセパレータ（図略）で挟持され形成されている。セル８０は、薄板状を呈している。

一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂは、各々、銅製であって矩形板状を呈している。ターミナルプレート９２ａは、セル積層体８の積層方向両側のうち、エンドプレート９０ａ側に配置されている。一方、ターミナルプレート９２ｂは、エンドプレート９０ｂ側に配置されている。

一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂは、各々、絶縁樹脂製であって矩形板状を呈している。絶縁プレート９１ａは、ターミナルプレート９２ａの積層方向（セル積層体８の積層方向）外側に配置されている。一方、絶縁プレート９１ｂは、ターミナルプレート９２ｂの積層方向外側であって、かつエンドプレート９０ｂの積層方向内側に配置されている。言い換えると、絶縁プレート９１ｂは、ターミナルプレート９２ｂとエンドプレート９０ｂとの間に介装されている。

一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂは、各々、ウレタンフォーム製であって矩形板状を呈している。一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂは、セル積層体８の積層方向に沿って、セル積層体８の両側面に配置されている。拘束プレート９３ａは、テンションプレート９４ａとセル積層体８との間に介装されている。一方、拘束プレート９３ｂは、テンションプレート９４ｂとセル積層体８との間に介装されている。

アジャストロッド６ａ、６ｂは、鋼製であって丸棒状を呈している。アジャストロッド６ａ、６ｂは、本発明の押圧部材に含まれる。アジャストロッド６ａのセル押圧アセンブリ１側端部には凹曲面６０ａが、アジャストロッド６ｂのセル押圧アセンブリ１側端部には凹曲面６０ｂが、各々形成されている。凹曲面６０ａ、６０ｂは、各々、本発明の押圧側曲面に含まれる。凹曲面６０ａ、６０ｂは、各々、部分凹球面状を呈している。アジャストロッド６ａ、６ｂの外周面には、ねじ山が形成されている。アジャストロッド６ａは、アジャストロッド貫通孔９００ａに挿入されている。アジャストロッド６ａのねじ山は、アジャストロッド貫通孔９００ａのねじ溝と、螺合している。アジャストロッド６ａを回動させることにより、アジャストロッド６ａのねじ込み量Ｌを調整することができる。同様に、アジャストロッド６ｂは、アジャストロッド貫通孔９００ｂに挿入されている。アジャストロッド６ｂのねじ山は、アジャストロッド貫通孔９００ｂのねじ溝と、螺合している。アジャストロッド６ｂを回動させることにより、アジャストロッド６ｂのねじ込み量Ｌを調整することができる。

セル押圧アセンブリ１は、エンドプレート９０ａと絶縁プレート９１ａとの間に介装されている。また、セル押圧アセンブリ１は、アジャストロッド６ａ、６ｂのねじ込み量Ｌだけ、エンドプレート９０ａから離間している。

次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの構成について説明する。図２に、同セル押圧アセンブリの斜視分解図を示す。図３に、同セル押圧アセンブリの斜視合体図を示す。なお、図３に示すのは、セル押圧アセンブリ１を、固体高分子型燃料電池９に組み付ける前の状態である。図２、図３に示すように、セル押圧アセンブリ１は、エンド側部材２と、セル側部材４と、スプリング群３と、ガイドプレート５とを備えている。

スプリング群３は、多数のばね鋼製のコイルスプリング３０から構成されている。多数のコイルスプリング３０は、規則的に配列されている。スプリング群３は、本発明の弾性部材に含まれる。

エンド側部材２は、スプリング群３の上方（前出図１におけるエンドプレート９０ａ方向。図２以降の図における上下方向は、前出図１のセル積層体８の積層方向に対応している。）に配置されている。エンド側部材２は、第一単位部材２２ａと第二単位部材２２ｂとからなる。第一単位部材２２ａと第二単位部材２２ｂとは、別体である。第一単位部材２２ａおよび第二単位部材２２ｂは、本発明の単位部材に含まれる。

第一単位部材２２ａは、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。第一単位部材２２ａの下面（前出図１におけるエンドプレート９０ｂ側の表面）には、カップ状の凹部（図略）が多数形成されている。当該凹部には、コイルスプリング３０の上端が収容されている。一方、第一単位部材２２ａの上面には、ロッド受け部材２８ａが配置されている。ロッド受け部材２８ａは、本発明の荷重受け部に含まれる。ロッド受け部材２８ａは、鋼製であって、円板状を呈している。ロッド受け部材２８ａの中央部には、凸曲面２８０ａが形成されている。凸曲面２８０ａは、本発明の受圧側曲面に含まれる。凸曲面２８０ａは、前出図１の凹曲面６０ａと略型対称な部分凸球面状を呈している。固体高分子型燃料電池９組み付け後において、凸曲面２８０ａは、凹曲面６０ａに当接している。ロッド受け部材２８ａは、第一単位部材２２ａの上面に、スクリューにより固定されている。

また、第一単位部材２２ａの四隅付近には、四つのガイドロッド貫通孔２１が穿設されている。ガイドロッド貫通孔２１は、上方から下方に向かって縮径する段付き円柱状を呈している。当該段差は、第一単位部材２２ａの上方への抜け止めとして機能する。つまり、後述するガイドロッド４３頭部が当該段差に引っかかることにより、第一単位部材２２ａとセル側部材４との分離が抑制されている。ここで、ガイドロッド貫通孔２１の縮径側孔径はガイドロッド４３の軸部外径よりも、拡径側孔径はガイドロッド４３の頭部外径よりも、それぞれ大径に設定されている。これら孔径と外径との差分だけ、第一単位部材２２ａは、アジャストロッド６ａの軸を中心として、揺動可能である。また、第一単位部材２２ａは、凹曲面６０ａに凸曲面２８０ａを摺接させながら、アジャストロッド６ａの軸方向（上下方向）以外のあらゆる方向に揺動可能である。

第二単位部材２２ｂは、第一単位部材２２ａと同様、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。第二単位部材２２ｂは、第一単位部材２２ａの隣に、所定間隔だけ離間して、並設されている。第二単位部材２２ｂの下面（前出図１におけるエンドプレート９０ｂ側の表面）には、カップ状の凹部（図略）が多数形成されている。当該凹部には、コイルスプリング３０の上端が収容されている。一方、第二単位部材２２ｂの上面には、ロッド受け部材２８ｂが配置されている。ロッド受け部材２８ｂは、本発明の荷重受け部に含まれる。ロッド受け部材２８ｂは、鋼製であって、円板状を呈している。ロッド受け部材２８ｂの中央部には、凸曲面２８０ｂが形成されている。凸曲面２８０ｂは、本発明の受圧側曲面に含まれる。凸曲面２８０ｂは、前出図１の凹曲面６０ｂと略型対称な部分凸球面状を呈している。固体高分子型燃料電池９組み付け後において、凸曲面２８０ｂは、凹曲面６０ｂに当接している。ロッド受け部材２８ｂは、第二単位部材２２ｂの上面に、スクリューにより固定されている。

また、第二単位部材２２ｂの四隅付近には、四つのガイドロッド貫通孔２１が穿設されている。ガイドロッド貫通孔２１は、上方から下方に向かって縮径する段付き円柱状を呈している。当該段差は、第二単位部材２２ｂの上方への抜け止めとして機能する。つまり、後述するガイドロッド４３頭部が当該段差に引っかかることにより、第二単位部材２２ｂとセル側部材４との分離が抑制されている。ここで、ガイドロッド貫通孔２１の縮径側孔径はガイドロッド４３の軸部外径よりも、拡径側孔径はガイドロッド４３の頭部外径よりも、それぞれ大径に設定されている。これら孔径と外形との差分だけ、第二単位部材２２ｂは、アジャストロッド６ｂの軸を中心として、揺動可能である。また、第二単位部材２２ｂは、凹曲面６０ｂに凸曲面２８０ｂを摺接させながら、アジャストロッド６ｂの軸方向（上下方向）以外のあらゆる方向に、揺動可能である。また、第一単位部材２２ａと第二単位部材２２ｂとは、各々独立して揺動可能である。

セル側部材４は、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。セル側部材４は、スプリング群３の下方に配置されている。セル側部材４の上面には、カップ状の凹部４０が、多数形成されている。当該凹部４０には、コイルスプリング３０の下端が収容されている。

セル側部材４の対向する一対の短辺付近には、各々二つずつガイドロッド固定孔４２が穿設されている。また、セル側部材４の中央には、短辺付近に二つずつ穿設されたガイドロッド固定孔４２と対向して、さらに二つずつガイドロッド固定孔４２が穿設されている。つまり、ガイドロッド固定孔４２は、合計八つ配置されている。ガイドロッド固定孔４２の内周面には、ねじ溝（図略）が形成されている。セル側部材４は、合計八本のガイドロッド４３を備えている。ガイドロッド４３については、後で詳しく説明する。また、セル側部材４上面の対向する一対の長辺付近には、各々三つずつボルト固定凹部４１が凹設されている。つまり、ボルト固定凹部４１は、合計六つ配置されている。

ガイドプレート５は、アルミニウム合金製であって矩形薄板状を呈している。ガイドプレート５は、セル側部材４の上面に固定されている。ガイドプレート５には、円形の孔５０が多数形成されている。当該孔５０には、コイルスプリング３０の下方部分が収容されている。

ガイドプレート５の対向する一対の長辺付近には、各々三つずつボルト貫通孔５１が穿設されている。つまり、ボルト貫通孔５１は、合計六つ配置されている。ボルト４５は、当該ボルト貫通孔５１を貫通し、ボルト固定凹部４１に螺着されている。すなわち、当該ボルト４５により、ガイドプレート５はセル側部材４の上面に固定されている。

ガイドプレート５の対向する一対の短辺付近には、各々二つずつナット締結孔５２が穿設されている。また、ガイドプレート５の中央には、短辺付近に二つずつ穿設されたナット締結孔５２と対向して、さらに二つずつナット締結孔５２が穿設されている。つまり、ナット締結孔５２は、合計八つ配置されている。前述したように、セル側部材４は、ガイドロッド４３を備えている。ガイドロッド４３は、各々、鋼製であってボルト状を呈している。ガイドロッド４３は、六角穴付きの頭部を有する。ガイドロッド４３の軸部下方の外周面には、ねじ山が形成されている。ガイドロッド４３の下端は、上方から下方に向かって、第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂの各ガイドロッド貫通孔２１を貫通し、ガイドプレート５のナット締結孔５２を貫通し、セル側部材４のガイドロッド固定孔４２に固定されている。具体的には、ガイドロッド４３のねじ山とガイドロッド固定孔４２のねじ溝とが螺着することにより、ガイドロッド４３の下端はガイドロッド固定孔４２に収容され固定されている。また、ガイドロッド４３外周面のナット締結孔５２上方部分には、ナット４４が螺着されている。ナット４４は、ガイドロッド固定孔４２に対するガイドロッド４３下端のねじ込み量を規制している。ガイドロッド４３頭部は、第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂの各ガイドロッド貫通孔２１の段差上方に配置されている。ガイドロッド４３頭部は、第一単位部材２２ａおよび第二単位部材２２ｂとセル側部材４とが接近することにより、ガイドロッド貫通孔２１から上方へ突出可能である。

セル押圧アセンブリ１が固体高分子型燃料電池９に組み付けられた状態（前出図１参照。）では、アジャストロッド６ａ、６ｂからの押圧により、第一単位部材２２ａおよび第二単位部材２２ｂ（エンド側部材２）は、スプリング群３の弾性力に抗しながら、セル側部材４方向に移動する。セル側部材４はスプリング群３によりセル積層体８方向に付勢され、セル積層体８を押圧する。これより、エンド側部材２とセル側部材４との間隔は、組み付け前よりも狭くなる。このように、エンド側部材２およびセル側部材４は、互いに近接可能に、かつ、スプリング群３に弾性力が生じるように連結されている。

次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの組み付け方法について説明する。図４に、同セル押圧アセンブリの組み付け前の側面図を示す。図４に示すように、組み付け前においては、コイルスプリング３０は略自然長状態である。このため、エンド側部材２（第一単位部材２２ａおよび第二単位部材２２ｂ）とセル側部材４とは、比較的離間している。

図５に、同セル押圧アセンブリの組み付け後の側面図を示す。前出図１に示すように、作業者がアジャストロッド６ａ、６ｂを所定の方向に回動させると、アジャストロッド６ａ、６ｂのねじ込み量Ｌが大きくなる。このため、第一単位部材２２ａと第二単位部材２２ｂとは、図５中、白抜き矢印方向にそれぞれ押圧される。アジャストロッド６ａ、６ｂに押圧された第一単位部材２２ａおよび第二単位部材２２ｂは、コイルスプリング３０の弾性力に抗しながら、セル側部材４方向に水平に移動する。このため、第一単位部材２２ａおよび第二単位部材２２ｂとセル側部材４との間隔が、組み付け前よりも狭くなる。つまり、セル押圧アセンブリ１が圧縮変形する。セル押圧アセンブリ１は、セル積層体８に適正な締結荷重が印加される状態（標準荷重状態）にセットされる。

次に、標準荷重状態に対してセル積層体が変形した場合における本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリについて説明する。例えば、前出図１に示す固体高分子型燃料電池９を長期間作動させると、セル８０を構成する電解質膜等の劣化により、セル積層体８にたわみが生じる。つまり、セル積層体８が変形する。図６に、セル積層体の変形後における同セル押圧アセンブリの側面図を示す。なお、図中、点線は、標準荷重状態（つまり前出図５に示す状態）における第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂを示す。

図６に示すように、セル積層体８は、セル８０面の両短辺付近（図中、左右の両側部付近）で膨張する一方、中央付近で収縮している。つまり、セル積層体８のセル押圧アセンブリ１側端面は、凹状に湾曲している。また、セル積層体８のセル押圧アセンブリ１側に配置されたターミナルプレート９２ａ、絶縁プレート９１ａも、セル積層体８のセル押圧アセンブリ１側端面に沿って凹状に湾曲している。これに対して、セル押圧アセンブリ１では、第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂがそれぞれ独立して揺動している。具体的には、第一単位部材２２ａは、アジャストロッド６ａの軸を中心にして、図中点線で示す標準荷重状態から右側を下方に、左側を上方に移動させて傾斜している（移動方向を、図中、白抜き矢印で示す。）。一方、第二単位部材２２ｂは、アジャストロッド６ｂの軸を中心にして、図中点線で示す標準荷重状態から右側を上方に、左側を下方に移動させて傾斜している（移動方向を、図中、白抜き矢印で示す。）。つまり、第一単位部材２２ａと第二単位部材２２ｂとは、セル積層体８の変形（つまりセル積層体８の端面の傾斜）に追従して揺動している。

次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの作用効果について説明する。本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、セル積層体８が変形しても、エンド側部材２を構成する第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂが各々独立して揺動して、セル積層体８の変形に追従する。これより、セル積層体８の締結荷重の変動が低減される。また、セル８０面における締結荷重のばらつきが抑制される。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１では、弾性部材としてスプリング群３を採用する。スプリング群３は、セル８０面全域にわたって規則的に配列された多数のコイルスプリング３０からなる。このため、セル積層体８の端面の傾斜や積層方向の伸縮に対する追従性が向上する。また、セル８０面における締結荷重のばらつきがより効果的に抑制される。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、第一単位部材２２ａの凸曲面２８０ａにアジャストロッド６ａの凹曲面６０ａが当接する。同様に、第二単位部材２２ｂの凸曲面２８０ｂにアジャストロッド６ｂの凹曲面６０ｂが当接する。凸曲面２８０ａと凹曲面６０ａ、および凸曲面２８０ｂと凹曲面６０ｂは、それぞれ互いに略型対称である。このため、第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂは、容易に揺動することができる。また、これら凸曲面２８０ａ、凹曲面６０ａ、凸曲面２８０ｂ、凹曲面６０ｂは、全て、曲率が一定の部分真球面状を呈している。このため、揺動の際、揺動中心がずれにくい。また、第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂの動きの自由度が高い。また、凹曲面６０ａの全面が凸曲面２８０ａに当接している。同様に、凹曲面６０ｂの全面が凸曲面２８０ｂに当接している。このため、当接界面において応力集中部位が発現しない。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、エンド側部材２は、二つの単位部材、すなわち、第一単位部材２２ａと第二単位部材２２ｂとからなる。両単位部材２２ａ、２２ｂは別体である。このため、製造、組み付けが容易である。また、離間した二ヶ所からセル積層体８に荷重を印加することで、セル８０面全域における荷重を均一化し易い。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１では、エンド側部材２やセル側部材４やガイドプレート５等、アルミニウム合金製の部材を多用している。よって、セル押圧アセンブリ１、ひいては固体高分子型燃料電池９の軽量化を図ることができる。さらに、本実施形態のセル押圧アセンブリ１は、スプリング群３に弾性力が生じるよう互いに連結されたエンド側部材２、セル側部材４により、モジュール化されている。このため、固体高分子型燃料電池９の製造や交換作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、セル側部材４の上にガイドプレート５が配置されている。ガイドプレート５を配置することで、セル押圧アセンブリ１自体を組み立てる際、コイルスプリング３０の取り付けが容易となる。すなわち、１）まずコイルスプリング３０の下方部分をガイドプレート５の孔５０に収容し、２）次いでコイルスプリング３０の下端をセル側部材４の凹部４０に収容し、３）最後にコイルスプリング３０の上端を第一単位部材２２ａ、第二単位部材２２ｂの各凹部に収容することにより、多数のコイルスプリング３０を簡単に取り付けることができる。なお、上記２）の工程と３）の工程とは、逆であってもよい。また、ガイドプレート５を配置すると、例えばセル押圧アセンブリ１の使用時、搬送時等において、コイルスプリング３０のずれを抑制することができる。さらに、ガイドロッド４３は、六角穴付きの頭部を有するため、ガイドロッド４３の螺着作業が容易で、セル押圧アセンブリ１を組み立て易い。

以上、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの実施の形態について説明した。しかしながら、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリは、上記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、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

例えば、上記実施形態では、エンド側部材を二つの単位部材から構成した。しかし、単位部材の数は特に限定されるものではなく、二つ以上であればいくつでもよい。また、上記実施形態では、各々が別個独立の単位部材を用いた。しかし、複数の単位部材を、連結部材等を用いて互いに相対変位可能に連結させてもよい。この場合、エンド側部材は、複数の単位部材と、それらを連結する連結部材と、から構成される。こうすると、各単位部材の動きの自由度が低くなる反面、動きの方向を規制しやすくなる。

また、上記実施形態では、アジャストロッドの端部を凹曲面とし、該端部と当接するロッド受け部材の中央部を、該凹曲面と略型対称な凸曲面とした。しかし、アジャストロッドおよびロッド受け部材における互いの当接面の形状は、特に限定されるものではない。例えば、上記実施形態とは逆に、アジャストロッドの端部を凸曲面とし、該端部と当接するロッド受け部材の中央部を、該凸曲面と略型対称な凹曲面としてもよい。また、上記実施形態では、凹曲面、凸曲面を全て部分真球面状とした。しかしながら、例えば、部分楕円球面状、部分円錐面状などとしてもよい。つまり、押圧側曲面および受圧側曲面は、互いに略型対称であればよい。また、押圧部材（アジャストロッド）の端部と荷重受け部（ロッド受け部材）との間に、いずれか一方の部材と一体の、あるいは双方の部材と別体の、ボールジョイントなどの関節部材を介装してもよい。こうすると、押圧部材の端部や荷重受け部の形状が単純で済む。

また、上記実施形態では、弾性部材として、多数のコイルスプリングからなるスプリング群を採用した。しかし、弾性部材の種類は、特に限定されるものではない。例えば、皿ばね、低弾発性スポンジ、ゴム、弾性樹脂等を採用してもよい。また、上記実施形態において、スプリング群を構成するコイルスプリングの材質、数、配置の仕方等は特に限定されるものではない。セル積層体に対して設定された締結荷重、コイルスプリングの荷重特性等に応じて、コイルスプリングの材質、数、配置の仕方等を適宜決定すればよい。例えば、コイルスプリングの材質としては、ばね鋼の他、ステンレス鋼、チタン等が挙げられる。

上記実施形態では、エンド側部材（第一単位部材、第二単位部材）およびセル側部材の材質としてアルミニウム合金を採用した。しかし、各々の部材の材質はこれに限定されるものではなく、各々の部材をステンレス鋼、マグネシウム合金等の他の材料で構成してもよい。また、エンド側部材およびセル側部材の形状も上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、セル側部材の上面およびエンド側部材の下面に、各々、カップ状の凹部（コイルスプリング用）を形成したが、凹部の形状はこれに限定されない。また、凹部を形成しなくてもよい。また、上記実施形態では、セル側部材の上にガイドプレートを配置したが、ガイドプレートを配置しない態様でもよい。

また、上記実施形態では、六角穴付き頭部を有するボルト状のガイドロッドを使用した。しかし、ガイドロッドの形状は特に限定されるものではない。例えば、ガイドロッドとして、六角ボルト等を使用してもよい。ガイドロッドの材質も、特に限定されるものではなく、鉄鋼、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼等、種々の材料を採用することができる。

燃料電池の構成も上記実施形態に限定されない。例えば、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリをセル積層体の積層方向両側にそれぞれ配置してもよい。また、上記実施形態では、二本のアジャストロッドによりエンド側部材を押圧したが、エンド側部材に荷重を加える押圧部材は特に限定されるものではない。なお、アジャストロッドを採用する場合、アジャストロッドの数は、エンド側部材を構成する単位部材の数に応じて決定すればよい。

本発明の実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリが組み付けられた固体高分子型燃料電池の側面図である。 本発明の実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの斜視分解図である。 同セル押圧アセンブリの斜視合体図である。 同セル押圧アセンブリの組み付け前の側面図である。 同セル押圧アセンブリの組み付け後の側面図である。 セル積層体の変形後における同セル押圧アセンブリの側面図である。

符号の説明

１：セル押圧アセンブリ
２：エンド側部材 ２１：ガイドロッド貫通孔
２２ａ：第一単位部材 ２２ｂ：第二単位部材
２８ａ、２８ｂ：ロッド受け部材（荷重受け部）
２８０ａ、２８０ｂ：凸曲面（受圧側曲面）
３：スプリング群（弾性部材） ３０：コイルスプリング
４：セル側部材 ４０：凹部 ４１：ボルト固定凹部 ４２：ガイドロッド固定孔
４３：ガイドロッド ４４：ナット ４５：ボルト
５：ガイドプレート ５０：孔 ５１：ボルト貫通孔 ５２：ナット締結孔
６ａ、６ｂ：アジャストロッド（押圧部材） ６０ａ、６０ｂ：凹曲面（押圧側曲面）
８：セル積層体 ８０：セル
９：固体高分子型燃料電池
９０ａ、９０ｂ：エンドプレート ９１ａ、９１ｂ：絶縁プレート
９２ａ、９２ｂ：ターミナルプレート ９３ａ、９３ｂ：拘束プレート
９４ａ、９４ｂ：テンションプレート ９００ａ、９００ｂ：アジャストロッド貫通孔

Claims (4)

1. 押圧部材から荷重が加えられるエンド側部材と、
   該エンド側部材に対向して配置され、該エンド側部材よりもセル積層体に近接して配置されるセル側部材と、
   該エンド側部材と該セル側部材との間に介装され、該セル積層体を押圧するための弾性エネルギーを蓄積可能な弾性部材と、
   を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、
   前記エンド側部材は、前記荷重を受ける荷重受け部を持つ複数の単位部材を有し、
   該単位部材は、各々独立して揺動可能なことを特徴とする燃料電池用セル押圧アセンブリ。
2. 前記弾性部材は、複数のコイルスプリングからなるスプリング群である請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
3. 前記押圧部材は押圧側曲面を有し、
   前記荷重受け部は、該押圧側曲面と略型対称な受圧側曲面を有する請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
4. 前記エンド側部材は、互いに連結されていない複数の前記単位部材からなる請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。

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