JP2008060012A - 燃料電池用セル押圧アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁プレートを使用しなくても、セル積層体とセル押圧アセンブリとの間の電気絶縁性を保持することが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、外部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。エンド側部材２およびセル側部材４は、弾性部材３を保持するよう互いに連結されている。また、セル側部材４を、セル積層体８との間で電気絶縁性を保持できる絶縁材料から作製する。
【選択図】 図３

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た状態で燃料電池に組み付けられる。例えば、特許文献１には、エンドプレートとセル積層体との間に配置して、セル積層体を押圧して締結するためのセル押圧アセンブリが開示されている。セル押圧アセンブリは、第一プレートと、第二プレートと、これら二枚のプレート間に介装された複数のコイルスプリングと、から構成されている。
特開２００４−２８８６１８号公報

通常、セル押圧アセンブリを構成する第一プレート、第二プレート等は、ステンレス鋼等の金属から作製される。このため、燃料電池では、セル積層体とセル押圧アセンブリとの間の電気絶縁性を確保すべく、セル積層体とセル押圧アセンブリとの間に絶縁プレートが配置されている。一方、燃料電池を自動車等に搭載する場合には、燃料電池をできるだけ小型化、軽量化することが望ましい。このため、燃料電池を構成する部品の削減、軽量化が求められる。しかしながら、従来の燃料電池では、絶縁プレートの分だけ部品点数が多くなり、コスト高である。また、絶縁プレートの組み付け工程も別途必要になる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、セル積層体とセル押圧アセンブリとの間に絶縁プレートを配置しなくても、セル積層体の電気絶縁性を保持することが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、外部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、前記エンド側部材および前記セル側部材は、前記弾性部材を保持するよう互いに連結されており、該セル側部材は、前記セル積層体との間で電気絶縁性を保持できる絶縁材料からなることを特徴とする。

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、セル側部材は、絶縁材料からなる。よって、本発明のセル押圧アセンブリとセル積層体とを接触させても、セル積層体で生じた電気は、本発明のセル押圧アセンブリには導電しない。つまり、本発明のセル押圧アセンブリとセル積層体との間では、絶縁プレートがなくても電気絶縁性が保持される。これにより、燃料電池において、従来必要であったセル押圧アセンブリ用の絶縁プレートは必要なくなる。つまり、燃料電池において、セル押圧アセンブリ−セル積層体間の絶縁プレートを省略することができ、部品点数を減らすことができる。また、絶縁プレートを組み付けるための工程も減らすことができる。したがって、本発明のセル押圧アセンブリによると、燃料電池の小型化、軽量化が可能になると共に、製造コストおよび製品コストを削減することができる。

また、本発明のセル押圧アセンブリにおいて、エンド側部材およびセル側部材は、弾性部材を保持するよう互いに連結されている。このように、セル押圧アセンブリがモジュール化されているため、燃料電池の製造や交換作業を容易に行うことができる。

（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。コイルスプリングは、取り扱い易く、また、セル積層体の膨張、収縮に応じた所望のストローク長さを確保し易い。さらに、複数のコイルスプリングをセルの電極面の全域にわたって適宜配置することで、セル積層体の締結荷重を調整することができる。

（３）好ましくは、前記絶縁材料は、絶縁樹脂を含む構成とするとよい。絶縁樹脂は、成形性に優れる。このため、必要に応じて、様々な形状のセル側部材を容易に作製することができる。また、絶縁樹脂は、ステンレス鋼等の金属に比べて、比較的軽量である。よって、本構成によると、セル側部材の軽量化、ひいては本発明のセル押圧アセンブリの軽量化を図ることができる。

（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記絶縁材料は、さらに補強材を含む構成とするとよい。セル側部材には、エンド側部材、スプリング群を介してセル積層体を押圧するための荷重が加わる。このため、セル側部材には所定の耐荷重性、剛性等が必要となる。本構成により、絶縁材料中に補強材を含有させることで、より高耐荷重性、高剛性のセル側部材を作製することができる。

（５）好ましくは、前記エンド側部材および前記セル側部材は、各々、互いに向かい合う対向面を備え、一対の該対向面のうち少なくとも一方は、前記弾性部材を位置決めするための位置決め部を備える構成とするとよい。

例えば、本発明のセル押圧アセンブリは、セル側部材を水平に配置し、次いでセル側部材上に弾性部材を配置し、最後にエンド側部材を弾性部材の上方から被せることにより組み立てることができる。例えば、自重などにより変形しやすい弾性部材の場合、組み立て時において、弾性部材の位置決めが困難な場合がある。また、組み立て後においても、搬送時あるいは使用時に、弾性部材の位置がずれることも考えられる。

本構成によると、エンド側部材およびセル側部材の少なくとも一方の対向面に、位置決め部が配置される。よって、本発明のセル押圧アセンブリの組み立て時には、位置決め部により、弾性部材の位置決めを容易に行うことができる。これにより、弾性部材の組み付けが容易になり、ひいては本発明のセル押圧アセンブリの組み立てが容易になる。また、組み立て後においては、位置決め部により、弾性部材の位置ずれが抑制される。

（６）好ましくは、上記（５）の構成において、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って、前記位置決め部は、複数の該コイルスプリングの各々に対応して配置されている構成とするとよい。弾性部材として複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場合、組み立て時において、配置したコイルスプリングの上端は、自重等によりあらゆる方向に傾いてしまう。このため、所定位置にコイルスプリングを位置決めするのは容易ではない。また、組み立て後においても、搬送時あるいは使用時に、コイルスプリングの位置がずれることも考えられる。

この点、本構成によると、位置決め部により、スプリング群の位置決めを容易に行うことができる。また、位置決め部と、コイルスプリングとは、一対一で対応する。このため、各々のコイルスプリングは互いに干渉することなく位置決めされる。したがって、組み立て時においては、コイルスプリングの位置決めを、より容易に行うことができる。また、組み立て後においては、コイルスプリングの位置ずれが、さらに抑制される。

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。

〈第一実施形態〉
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。

図１に示すように、固体高分子型燃料電池９は、セル押圧アセンブリ１と、セル積層体８と、絶縁プレート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、絶縁プレート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。

絶縁プレート９１ｂは、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９１ｂは、ターミナルプレート９２ｂの積層方向（セル積層体８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。絶縁プレート９１ｂは、セル積層体８とエンドプレート９０ｂとの間における電気絶縁性を保持している。

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とターミナルプレート９２ａ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。図４に、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図を示す。なお、図３、図４に示すのは、セル押圧アセンブリ１を組み立てた後、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４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。固体高分子型燃料電池９への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。

エンド側部材２は、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。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〜図６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の下面、すなわち、セル側部材４と向かい合う対向面（エンド側対向面）２６には、円柱状のエンド側凹部２２が多数形成されている。エンド側凹部２２は、多数のコイルスプリング３０の一つ一つに対応するよう形成されている。よって、一つのエンド側凹部２２には、一つのコイルスプリング３０が収容されている。エンド側凹部２２には、コイルスプリング３０の上端が収容されている。エンド側凹部２２は、本発明の位置決め部に含まれる。

一方、エンド側部材２の上面には、一対のロッド受け部材２８ａ、２８ｂが配置されている。ロッド受け部材２８ａ、２８ｂは、各々、鋼製であって、中央がやや盛り上がった円板状を呈している。ロッド受け部材２８ａ、２８ｂは、エンド側部材２の上面に、スクリューにより固定されている。ロッド受け部材２８ａには前出図１のアジャストロッド６ａが、ロッド受け部材２８ｂには前出図１のアジャストロッド６ｂが、各々当接する。

エンド側部材２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貫通孔２１が穿設されている。つまり、ガイドロッド貫通孔２１は、合計四つ配置されている。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、後述するガイドロッド４３頭部の抜け止めとして機能する。

セル側部材４は、ガラス入りエポキシ樹脂製であって矩形板状を呈している。ガラス入りエポキシ樹脂は、本発明の絶縁材料に含まれる。ガラス入りエポキシ樹脂は、絶縁樹脂のエポキシ樹脂と補強材のガラス繊維とからなる。ガラス入りエポキシ樹脂の絶縁抵抗は、約１×１０^６〜１０^８ＭΩである。

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、すなわち、エンド側部材２と向かい合う対向面（以下、「セル側対向面」と称す。）４６には、円柱状のセル側凹部４０が、多数形成されている。セル側凹部４０は、多数のコイルスプリング３０の一つ一つに対応するよう形成されている。よって、一つのセル側凹部４０には、一つのコイルスプリング３０が収容されている。個々のセル側凹部４０は、上述したエンド側凹部２２と、それぞれ上下方向に対向している。セル側凹部４０には、コイルスプリング３０の下端が収容されている。セル側凹部４０は、本発明の位置決め部に含まれる。

ここで、セル側部材４は、ガラス入りエポキシ樹脂を型成形することにより作製されている。すなわち、１）まず、ガラス入りエポキシ樹脂を溶解し、２）次いで、溶解した同樹脂を所定の圧力で金型に流し込み、３）最後に、冷却して金型から取り出すことにより作製されている。セル側凹部４０は、セル側部材４の作製時に同時に形成される。

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凹部４２が凹設されている。つまり、ガイドロッド固定凹部４２は、合計四つ配置されている。ガイドロッド固定凹部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、合計四本のガイドロッド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の上面には、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のセル側対向面４６に固定されている。ガイドプレート５には、円形のコイルスプリング保持孔５０が多数形成されている。コイルスプリング保持孔５０は、多数のコイルスプリング３０の一つ一つに対応するよう形成されている。つまり、コイルスプリング保持孔５０は、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０と、上下方向に対向している。一つのコイルスプリング保持孔５０には、一つのコイルスプリング３０の下端が貫通している。

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、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、ボルト４５により、ガイドプレート５はセル側部材４のセル側対向面４６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。つまり、ナット締結孔５２は、合計四つ配置されている。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の下部外周面には、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、エンド側部材２の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凹部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凹部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凹部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、ガイドロッド固定凹部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、エンド側部材２の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頭部が当該段差に引っかかることにより、エンド側部材２とセル側部材４との分離が抑制されている。ガイドロッド４３頭部は、エンド側部材２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、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、セル側部材４が、ガラス入りエポキシ樹脂から作製されている。このため、セル押圧アセンブリ１とセル積層体８との間に絶縁プレートがなくても、セル側部材４よりもエンドプレート９０ａ側に配置された部材（例えば、ガイドプレート５、スプリング群３、エンド側部材２、アジャストロッド６ａ、６ｂ、エンドプレート９０ａ等）と、セル積層体８と、の間の電気絶縁性が保持される。つまり、セル押圧アセンブリ１側の絶縁は、セル側部材４により保持されているため、エンドプレート９０ｂ側だけに絶縁プレート９１ｂを配置すれば済む。したがって、固体高分子型燃料電池９の部品点数を減らすことができる。また、セル押圧アセンブリ１とセル積層体８との間に絶縁プレートが不要な分だけ、絶縁プレートの組み付け工程を減らすことができるため、固体高分子型燃料電池９の製造工程が簡素化される。これより、固体高分子型燃料電池９の小型化、軽量化が可能になると共に、製造コストおよび製品コストを削減することができる。

また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１は、絶縁材料として、エポキシ樹脂にガラス繊維が加えられたガラス入りエポキシ樹脂を採用している。補強材を含むことにより、セル側部材４は高い耐荷重性、剛性を有する。また、樹脂材料からセル側部材４を作製するため、セル側部材４の成形が容易である。また、セル側部材４には、ガイドロッド固定凹部４２が配置されている。このため、ガイドロッド４３を固定するために貫通孔を穿設した場合と比較して、より電気絶縁性が高い。

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およびセル側部材４には、各々、エンド側凹部２２、セル側凹部４０が形成されている。これら両凹部２２、４０に、コイルスプリング３０の両端を収容することで、コイルスプリング３０の位置決めを容易に行うことができる。具体的には、コイルスプリングを組み付ける際に、セル側凹部４０により、コイルスプリング３０の下端の位置決めを簡単に行うことができる。また、エンド側凹部２２により、コイルスプリング３０の上端の位置決めを簡単に行うことができる。このように、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、セル押圧アセンブリ１を簡単に組み立てることができる。

また、セル押圧アセンブリ１の組み立て後においては、コイルスプリング３０の上端の上面および外周面がエンド側凹部２２に保持されている。同様に、コイルスプリング３０の下端の下面および外周面がセル側凹部４０に保持されている。さらに、コイルスプリング３０の下端の外周面はコイルスプリング保持孔５０に保持されている。つまり、コイルスプリング３０は、上下方向に離間した二つの部分で保持されている。したがって、搬送時、使用時におけるコイルスプリング３０のずれを抑制することができる。

本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、一対のエンド側凹部２２、セル側凹部４０に対して、一つのコイルスプリング３０が収容されている。このため、コイルスプリング３０を多数配置する場合でも、個々のコイルスプリング３０を互いに干渉することなく位置決めすることができる。したがって、セル押圧アセンブリ１の組み立て時においては、コイルスプリング３０の位置決めを、より容易に行うことができる。また、組み立て後においても、コイルスプリング３０の位置ずれが、さらに抑制される。

本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０は、ともに円柱状を呈している。そして、エンド側凹部２２、セル側凹部４０の内径は、各々、コイルスプリング３０の外径と略同じである。よって、両凹部２２、４０にコイルスプリング３０を安定して配置することができる。また、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０の形状は単純である。このため、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０の形成は容易である。特に、セル側部材４は、上述したようにガラス入りエポキシ樹脂から作製される。このため、型成形により成形と同時にセル側凹部４０を凹設することができる。

本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、コイルスプリング３０の両端が、各々エンド側凹部２２、セル側凹部４０に収容される。このため、同じ長さのコイルスプリング３０を持ち、かつエンド側凹部２２、セル側凹部４０を持たないセル押圧アセンブリと比較して、コイルスプリング３０の収容長さの分だけセル押圧アセンブリ１の厚さ（前出図１におけるセル積層体８の積層方向の厚さ）を薄くすることができる。よって、セル押圧アセンブリ１を小型化することができる。

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、ガイドプレート５等、アルミニウム合金製の部材を使用している。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。また、弾性部材として、多数のコイルスプリング３０からなるスプリング群３を採用しているため、取り扱いが容易で、セル積層体８の膨張、収縮に応じた所望のストローク長さを確保し易い。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では、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を組み立てる際、コイルスプリング３０の傾動を規制することができ、コイルスプリング３０の取り付けがより簡単になる。すなわち、１）まず、セル側部材４の上方にガイドプレート５を配置し、２）次いで、コイルスプリング３０の下端をセル側凹部４０に、上端をコイルスプリング保持孔５０に収容して、コイルスプリング３０の仮位置決めをし、３）最後に、コイルスプリング３０の上端をエンド側凹部２２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１）の工程と３）の工程とは、逆であってもよい。すなわち、エンド側部材とセル側部材との配置順序を逆にしてもよい。また、ガイドプレート５を配置すると、セル押圧アセンブリ１の搬送時、使用時におけるコイルスプリング３０のずれを、より抑制することができる。このように、エンド側凹部２２、セル側凹部４０、およびガイドプレート５による相乗効果で、コイルスプリング３０の位置決めが一層容易になる。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。

〈第二実施形態〉
本実施形態と第一実施形態との相違点は、セル側部材に連結ナットを埋設し、該連結ナットによりガイドロッドを固定している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図５に、本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を示す。なお、前出図２と対応する部位については同じ符号で示す。

セル側部材４の対向する一対の短辺付近には、各々二つずつナット埋設凹部４８が凹設されている。つまり、ナット埋設凹部４８は、合計四つ配置されている。ナット埋設凹部４８は、セル側部材４の下面（前出図１におけるターミナルプレート９２ａ側の表面）に貫通しないよう凹設されている。ナット埋設凹部４８には、金属製の連結ナット４９が配置されている。連結ナット４９は、セル側対向面４６と面一になるよう埋設されている。ガイドロッド４３の下端は、上方から下方に向かって、エンド側部材２の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のナット埋設凹部４８（つまり、連結ナット４９）に収容されている。そして、ガイドロッド４３のねじ山に連結ナット４９が螺着することにより、ガイドロッド４３の下端は、連結ナット４９に固定されている。つまり、ガイドロッド４３の下端は、連結ナット４９によりセル側部材４に固定されている。

本実施形態のセル押圧アセンブリは、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。また、第一実施形態で説明したように、セル側部材４は、ガラス入りエポキシ樹脂を型成形することにより作製されている。本実施形態のセル押圧アセンブリでは、ガイドロッド４３と螺合する連結ナット４９を、ナット埋設凹部４８に埋設した。このため、ナット埋設凹部４８の内周面に、ねじ溝を形成する必要がない。したがって、本実施形態のセル押圧アセンブリによると、セル側部材４を作製するための金型構造を単純化することができ、セル側部材４の作製が容易になる。

〈その他〉
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、絶縁材料としてガラス入りエポキシ樹脂を採用した。しかし、絶縁材料の種類はこれに限定されるものではない。電気絶縁性および所定の耐荷重性、剛性等を満足する材料であればよい。例えば、絶縁セラミックス、絶縁樹脂等から選ばれる一種以上を用いることができる。

絶縁樹脂としては、例えば、上記実施形態で採用したエポキシ樹脂の他、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ユリア樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。具体的には、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＳＰＳ（結晶性ポリスチレン）等が挙げられる。なかでも、ＳＰＳは、絶縁破壊電圧が高く、かつ成形時の流動性が高いため好適である。また、固体高分子型燃料電池の作動温度を考慮すると、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が好適である。

また、絶縁樹脂を採用した場合に加える補強材としては、上記実施形態で採用したガラス繊維の他、炭素繊維、ボロン繊維、テトロン繊維、アラミド繊維等が挙げられる。特に、ガラス繊維、アラミド繊維等の絶縁性繊維が好適である。また、繊維状に限らず、球状、薄板状など他の形状の補強材を配置してもよい。絶縁樹脂中における補強材の分散状態、配向状態等は特に限定されない。耐荷重性、剛性、電気絶縁性の他、成形収縮性等を考慮して、適宜調整すればよい。以上を総合すると、ガラス入りエポキシ樹脂以外の好適な絶縁材料としては、例えば、炭素繊維入りフェノール樹脂、炭素繊維入りエポキシ樹脂、ガラス繊維入りユリア樹脂等が挙げられる。

また、上記実施形態では、エンド側部材およびセル側部材の各々の対向面に位置決め部（エンド側凹部、セル側凹部）を形成した。しかし、位置決め部は、エンド側部材およびセル側部材のどちらか一方のみに形成してもよく、位置決め部を配置しない態様でもよい。また、位置決め部の形状、大きさも特に限定されるものではない。例えば、凹状の位置決め部を配置する場合には、凹部を、上記実施形態のような円柱状の他、段付き円柱状、頂部が切り取られた部分円錐状、凹曲面等で構成することができる。また、凸状の位置決め部を配置する場合には、凸部を、爪状、円錐状、環状等の突起で構成することができる。例えば、凸状の位置決め部を配置する好適な態様として、図６に示すように、セル側部材４のセル側対向面４６に、凸部４７を配置する態様が挙げられる。凸部４７は、上方に向かって縮径する円錐状を呈している。例えば、セル押圧アセンブリ組み立ての際、凸部４７により、コイルスプリングの傾斜が略垂直状態に矯正される。これより、コイルスプリングの位置決めを容易に行うことができる。

また、上記実施形態では、位置決め部を備えたセル側部材を型成形により作製した。しかし、当該セル側部材の作製方法はこれに限定されるものではなく、例えば、絶縁材料からなる板材を切削加工等して作製してもよい。

上記実施形態では、位置決め部をコイルスプリングと一対一で対応するよう形成した。しかし、位置決め部の数や配置は、特に限定されるものではない。つまり、位置決め部は、コイルスプリングと一対一で対応していなくてもよい。例えば、コイルスプリングの数本を、一つの位置決め部にまとめて収容してもよい。こうすると、位置決め部を形成するエンド側部材等の形状が簡単になる。

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。しかし、ガイドプレートの大きさ、形状、配置位置、さらにはコイルスプリング保持孔の大きさ、形状等は特に限定されるものではない。また、ガイドプレートを配置しなくてもよい。

上記実施形態では、エンド側部材、ガイドプレート等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は上記実施形態に限定されるものではない。

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各々配置してもよい。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、アジャストロッドの数等、エンド側部材の押圧方法は特に限定されるものではない。

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、スプリング群を構成するコイルスプリングの数、配置の仕方、材質、大きさ等も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数、配置、材質、大きさ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。また、本発明のセル押圧アセンブリによると、コイルスプリングの数の多少によらず、コイルスプリングの位置決めを容易に行うことができる。よって、特にコイルスプリングの配置数が多い（例えば１００個以上）セル押圧アセンブリに適している。

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。

本発明の第一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。 本発明の第一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。 図３のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。 本発明の第二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。 セル側部材に配置された位置決め部（凸部）の斜視拡大図である。

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 ２２：エンド側凹部（位置決め部）
２６：エンド側対向面（対向面） ２８ａ、２８ｂ：ロッド受け部材
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：セル側凹部（位置決め部） ４１：ボルト固定凹部
４２：ガイドロッド固定凹部 ４３：ガイドロッド ４４：ナット ４５：ボルト
４６：セル側対向面（対向面） ４７：凸部（位置決め部）
４８：ナット埋設凹部 ４９：連結ナット
５：ガイドプレート ５０：コイルスプリング保持孔 ５１：ボルト貫通孔
５２：ナット締結孔
６ａ、６ｂ：アジャストロッド
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 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 (6)

1. 外部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、
   前記エンド側部材および前記セル側部材は、前記弾性部材を保持するよう互いに連結されており、
   該セル側部材は、前記セル積層体との間で電気絶縁性を保持できる絶縁材料からなる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. 前記絶縁材料は、絶縁樹脂を含む請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
4. 前記絶縁材料は、さらに補強材を含む請求項３に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
5. 前記エンド側部材および前記セル側部材は、各々、互いに向かい合う対向面を備え、
   一対の該対向面のうち少なくとも一方は、前記弾性部材を位置決めするための位置決め部を備える請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
6. 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って、
   前記位置決め部は、複数の該コイルスプリングの各々に対応して配置されている請求項５に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。

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