JP2008234920A - Manufacturing method of fuel cell stack, and manufacturing device of fuel cell stack - Google Patents

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宏和 田林
Yukihiro Takahashi
幸浩 高橋
Hironori Nanba
浩紀 南波
Hidekazu Yano
秀和 矢野
Takashi Yamaguchi
剛史 山口
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a fuel cell stack and a manufacturing device of the fuel cell stack, capable of reducing facility cost and manufacturing cost, and without lowering output density. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of a fuel cell stack, a laminate 4 is structured by laminating a plurality of fuel cell structuring members 2, and the laminate 4 is fastened from a lamination direction. To the laminate 4 inclining to a direction perpendicular to the lamination direction, after the laminate 4 is inclined by applying force with a predetermined compensation volume H to a compensation direction which is the reverse direction of the inclined direction above, the laminate 4 inclined toward the compensation direction is retained by pressurizing from the lamination direction. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池スタックの製造方法および燃料電池スタックの製造装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack manufacturing method and a fuel cell stack manufacturing apparatus.

燃料電池は、一般的に、電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体とセパレータを複数積層してエンドプレートで挟んだ積層体を、外部から締結して固定した燃料電池スタックとして形成される。燃料電池スタックを組み立てる際には、各構成部品の厚さバラツキ等の積上げにより積層方向に対して傾きが発生し、スタック全体の傾斜が発生する場合がある。この状態のまま複数のスタックのガス経路及び冷却水経路の接合部を締結した場合、締結面の傾斜によるシール不良、スタック間の必要クリアランスの増大、または両端部を強制的に締結することによる各セルの面圧のバラツキ等が生じる虞がある。このような不具合を回避するための技術として、積層体に重なるプレート型の傾き調整機構を持つ部品を配置する手法が提案されている(例えば特許文献1参照)。   A fuel cell is generally formed as a fuel cell stack in which a laminated body in which a plurality of membrane electrode assemblies having electrodes provided on both surfaces of an electrolyte membrane and a separator are stacked and sandwiched between end plates is fastened and fixed from the outside. The When assembling a fuel cell stack, an inclination may occur with respect to the stacking direction due to accumulation of thickness variation of each component, and an inclination of the entire stack may occur. When the joints of the gas paths and cooling water paths of a plurality of stacks are fastened in this state, the seal failure due to the inclination of the fastening surface, the required clearance between the stacks is increased, or each end is forcedly fastened. There is a risk of variations in the surface pressure of the cells. As a technique for avoiding such a problem, a method of arranging a part having a plate-type tilt adjustment mechanism that overlaps a stacked body has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

しかし、この方法では、スタックの構成部品が増加するとともに設備構成・工程が複雑になってコスト高となり、また非発電部分が増加するために出力密度が悪化するという問題がある。
特開2005−166386号公報
However, this method has a problem in that the number of stack components increases, the equipment configuration / process becomes complicated and the cost increases, and the output density deteriorates due to an increase in non-power generation parts.
JP 2005-166386 A

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、設備コストおよび製造コストを削減でき、出力密度を低下させない燃料電池スタックの製造方法および燃料電池スタックの製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and provides a fuel cell stack manufacturing method and a fuel cell stack manufacturing apparatus that can reduce equipment costs and manufacturing costs and do not reduce output density. The purpose is to do.

上記目的を達成する本発明に係る燃料電池スタックの製造方法は、複数の燃料電池構成部材を積層して積層体を構成し、当該積層体を積層方向から締結し燃料電池スタックの製造方法であって、積層方向と垂直な方向へ傾斜する前記積層体に対して、当該傾斜する方向と逆方向である補正方向へ力を付与して予め決定された補正量で傾斜させた後に、前記補正方向へ傾斜させた積層体を、積層方向から加圧して保持することを特徴とする。   A method of manufacturing a fuel cell stack according to the present invention that achieves the above object is a method of manufacturing a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell components are stacked to form a stack, and the stack is fastened from the stacking direction. Then, with respect to the stacked body inclined in a direction perpendicular to the stacking direction, a force is applied in a correction direction that is opposite to the tilting direction to tilt the stack with a predetermined correction amount, and then the correction direction. It is characterized in that the laminated body inclined to is pressed from the laminating direction and held.

上記目的を達成する本発明に係る燃料電池スタックの製造装置は、複数の燃料電池構成部材が積層されて積層体が構成され、当該積層体が積層方向から締結された燃料電池スタックの製造装置であって、前記燃料電池構成部材が積層される載置台と、前記積層体の積層方向側面に当接可能に延在し、一端が前記載置台に対して積層方向と垂直な方向へ回転可能に連結される位置決め治具と、前記積層体の載置台と反対側に設けられ、積層方向と垂直な方向へ移動可能であるとともに、前記位置決め治具の他端が連結されるスライド機構と、を有することを特徴とする。   A fuel cell stack manufacturing apparatus according to the present invention that achieves the above object is a fuel cell stack manufacturing apparatus in which a plurality of fuel cell components are stacked to form a stack, and the stack is fastened from the stacking direction. The fuel cell component member is stacked and extends so as to be able to contact the side surface in the stacking direction of the stacked body, and one end thereof is rotatable in a direction perpendicular to the stacking direction with respect to the mounting table. A positioning jig to be connected, and a slide mechanism provided on the opposite side of the stack of the stacked body, movable in a direction perpendicular to the stacking direction, and connected to the other end of the positioning jig, It is characterized by having.

上記のように構成した本発明に係る燃料電池スタックの製造方法は、積層体を、傾斜する方向と逆方向へ力を付与して傾斜させるため、この後に積層体を積層方向から加圧して保持した際に、傾斜量が低減される。このように製造された燃料電池スタックは、発電に寄与しない構成部材が新たに付加されることがないため、新たな部材のための設備構成・工程が必要なく設備コストおよび製造コストを削減でき、また出力密度が低下しない。   In the method of manufacturing a fuel cell stack according to the present invention configured as described above, the stack is tilted by applying a force in a direction opposite to the tilting direction. In doing so, the amount of inclination is reduced. Since the fuel cell stack manufactured in this way does not newly add components that do not contribute to power generation, there is no need for equipment configurations and processes for new members, and equipment costs and manufacturing costs can be reduced. Also, the power density does not decrease.

上記のように構成した本発明に係る燃料電池スタックの製造装置は、一端が載置台に対して回転可能に連結される位置決め治具の他端がスライド機構に連結されているため、スライド機構を駆動することにより位置決め治具が傾斜し、載置台に積層された積層体を傾斜させることができる。したがって、発電に寄与しない構成部材を新たに付加することなく燃料電池スタックの傾斜を補正できるため、新たな部材のための設備構成・工程が必要なく設備コストおよび製造コストを削減でき、また出力密度が低下しない。   In the fuel cell stack manufacturing apparatus according to the present invention configured as described above, the other end of the positioning jig whose one end is rotatably connected to the mounting table is connected to the slide mechanism. By driving, the positioning jig is inclined, and the stacked body stacked on the mounting table can be inclined. Therefore, since the inclination of the fuel cell stack can be corrected without adding new components that do not contribute to power generation, there is no need for equipment configurations and processes for new members, and equipment costs and manufacturing costs can be reduced. Does not drop.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、同製造装置により燃料電池スタックを保持した際を示す平面図、図2は、本実施形態に係る燃料電池スタックの製造装置を示す平面図、図3は、図2のIII−III線に沿う断面図、図4は、図2のIV−IV線に沿う断面図、図5は、同製造装置の位置決め治具を示す斜視図、図6は、同製造装置の位置決め治具の他の例を示す斜視図である。   1 is a plan view showing the fuel cell stack held by the manufacturing apparatus, FIG. 2 is a plan view showing the fuel cell stack manufacturing apparatus according to this embodiment, and FIG. 3 is III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2, FIG. 5 is a perspective view showing a positioning jig of the manufacturing apparatus, and FIG. 6 is a positioning jig of the manufacturing apparatus. It is a perspective view which shows another example.

本実施形態に係る燃料電池スタックの製造装置1は、電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体とセパレータ2Aを複数積層してその両面をエンドプレート2Bで保持した積層体4を作成し、この積層体4の積層方向に対する傾きを補正することが可能な装置である。   The fuel cell stack manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment creates a laminate 4 in which a plurality of membrane electrode assemblies and electrodes 2A provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator 2A are laminated and both sides are held by an end plate 2B. This is an apparatus capable of correcting the inclination of the stacked body 4 with respect to the stacking direction.

製造装置1は、図1〜4に示すように、膜電極接合体、セパレータ2Aおよびエンドプレート2Bからなる燃料電池構成部材2が積層される載置台6と、載置台6に対して回転可能に連結される長尺な位置決め治具7と、積層体4の載置台6と反対側に設けられ、積層方向と垂直な一方向へ移動可能であるとともに、位置決め治具7の先端側(載置台6と反対側)が連結されるスライド機構8と、スライド機構8を制御する制御部9と、積層体4を加圧するための加圧手段10とを有している。   As shown in FIGS. 1 to 4, the manufacturing apparatus 1 can be rotated with respect to the mounting table 6 on which the fuel cell constituent member 2 including the membrane electrode assembly, the separator 2 </ b> A, and the end plate 2 </ b> B is stacked. The long positioning jig 7 to be connected and the stacked body 4 are provided on the side opposite to the mounting table 6 and can be moved in one direction perpendicular to the stacking direction. 6 is connected to the slide mechanism 8, the controller 9 that controls the slide mechanism 8, and the pressurizing means 10 that pressurizes the stacked body 4.

燃料電池構成部材2は、積層方向から見て矩形形状を有している。   The fuel cell component 2 has a rectangular shape when viewed from the stacking direction.

載置台6は、矩形形状の燃料電池構成部材2を載置することができ、載置された燃料電池構成部材2の対向する2辺の外側に対応して、位置決め治具7の一端を回転可能に支持する回転支持部12が設けられる。回転支持部12は、位置決め治具7が載置台6にピン接続されて回転可能となっているが、例えば載置台6に位置決め治具7を固定的に連結し、位置決め治具7の弾性変形により回転可能としてもよい。回転支持部12は、それぞれの辺に2つずつ設けられる。   The mounting table 6 can mount the fuel cell constituent member 2 having a rectangular shape, and rotates one end of the positioning jig 7 corresponding to the outer sides of the two opposing sides of the fuel cell constituent member 2 mounted. A rotation support portion 12 is provided to support the rotation. The rotation support unit 12 can be rotated by the positioning jig 7 being pin-connected to the mounting table 6. For example, the positioning jig 7 is fixedly coupled to the mounting table 6, and the positioning jig 7 is elastically deformed. May be rotatable. Two rotation support portions 12 are provided on each side.

位置決め治具7は、一方向へ延在する梁形状の部材であり、一端が載置台6に対して積層方向と垂直な一方向へ回転可能に連結される。位置決め治具7は、延在方向に沿う一側面である当接面13が積層体4の積層方向側面に当接可能となっている。この当接面13は平滑に加工されており、表面硬度が、接触するセパレータ2A(燃料電池構成部材2)の硬度と等しいか、または近似する硬度を有していることが好ましい。したがって、例えばセパレータ2Aがステンレス製である場合には、位置決め治具7はステンレス製であることが好ましく、当接面13は表面研磨、テフロンコーティング、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)コーティング、イオン窒化処理、またはこれらの組み合わせ等により円滑に処理されて、摩擦抵抗が低く形成される。また、セパレータ2Aが樹脂製である場合には、位置決め治具7は、強度を保つための例えばステンレス製の梁の当接面13に樹脂材を配し、当接面13が表面研磨、テフロンコーティング、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)コーティング、イオン窒化処理、またはこれらの組み合わせ等により円滑に形成される。なお、セパレータ2Aの材料はステンレスに限らず、他の金属や材料を使用してもよい。   The positioning jig 7 is a beam-shaped member extending in one direction, and one end of the positioning jig 7 is connected to the mounting table 6 so as to be rotatable in one direction perpendicular to the stacking direction. In the positioning jig 7, a contact surface 13 that is one side surface along the extending direction can contact a side surface in the stacking direction of the stacked body 4. The contact surface 13 is processed to be smooth, and the surface hardness is preferably equal to or close to the hardness of the separator 2A (fuel cell component 2) in contact. Therefore, for example, when the separator 2A is made of stainless steel, the positioning jig 7 is preferably made of stainless steel, and the contact surface 13 is surface polished, Teflon coated, DLC (diamond-like carbon) coating, ion nitriding treatment, Or it is processed smoothly by these combinations etc., and frictional resistance is formed low. Further, when the separator 2A is made of resin, the positioning jig 7 arranges a resin material on the contact surface 13 of, for example, a stainless steel beam for maintaining strength, and the contact surface 13 is subjected to surface polishing, Teflon. It is smoothly formed by coating, DLC (diamond-like carbon) coating, ion nitriding treatment, or a combination thereof. The material of the separator 2A is not limited to stainless steel, and other metals and materials may be used.

位置決め治具7の延在方向に対する断面は、図5に示すように、当接面13を一辺とする矩形形状であるが、図6のように当接面13が湾曲した形状であってもよい。   As shown in FIG. 5, the cross section of the positioning jig 7 in the extending direction is a rectangular shape having the contact surface 13 as one side, but the contact surface 13 may be curved as shown in FIG. 6. Good.

位置決め治具7のスライド機構8側の先端部(他端)には、貫通孔15が設けられる。   A through hole 15 is provided at the tip (the other end) of the positioning jig 7 on the slide mechanism 8 side.

スライド機構8は、積層方向と垂直な一方向(位置決め治具7の傾斜方向)へスライドするスライド部16が設けられ、このスライド部16に、回転支持部12と対向して、位置決め治具7の先端が連結される連結部17が設けられている。連結部17には、連結ピン18が着脱可能な連結孔19が設けられており、連結ピン18を位置決め治具7の貫通孔15に挿通しつつ連結孔19に挿入することにより、位置決め治具7を連結部17に対して回転可能に連結できる。   The slide mechanism 8 is provided with a slide portion 16 that slides in one direction perpendicular to the stacking direction (inclination direction of the positioning jig 7). The slide jig 16 faces the rotation support portion 12 and faces the positioning jig 7. The connection part 17 to which the front-end | tip is connected is provided. The connection portion 17 is provided with a connection hole 19 to which the connection pin 18 can be attached and detached. By inserting the connection pin 18 into the connection hole 19 while being inserted into the through hole 15 of the positioning jig 7, 7 can be rotatably connected to the connecting portion 17.

スライド部16には、その中央部に積層方向に貫通する孔部20が形成される。スライド部16は、本実施形態ではスライド部16の積層方向に対する側方に設けられるボールねじ21によりスライド可能となっているが、ピニオンギア等を用いてもよい。スライド部16のボールねじ21と反対側の側方には、スライド部16に摺動可能に貫通してスライド部16の姿勢を保持するガイド棒22が設けられる。   The slide portion 16 is formed with a hole portion 20 penetrating in the stacking direction at the center thereof. In the present embodiment, the slide portion 16 is slidable by a ball screw 21 provided on the side of the slide portion 16 in the stacking direction, but a pinion gear or the like may be used. On the side of the slide portion 16 opposite to the ball screw 21, a guide rod 22 is provided that slidably penetrates the slide portion 16 and holds the posture of the slide portion 16.

ボールねじ21やピニオンギア等のストローク伝達構造は、駆動源としてのサーボモータ23や手動ハンドル等の回転構造に連結されて駆動される。また、スライド部16に油圧シリンダ等の伸縮構造を連結してスライドさせることも可能である。   The stroke transmission structure such as the ball screw 21 and the pinion gear is connected to and driven by a rotating structure such as a servo motor 23 or a manual handle as a drive source. Further, the slide part 16 can be slid by connecting a telescopic structure such as a hydraulic cylinder.

駆動源であるサーボモータ23には、サーボモータ23を制御する制御部9が接続される。   A controller 9 that controls the servomotor 23 is connected to the servomotor 23 that is a drive source.

加圧手段10は、スライド部16の孔部20を通って、積層体4の積層方向上面に積層方向から近接することが可能な押圧部25を有しており、例えば油圧シリンダやサーボモータを用いて駆動される。   The pressurizing means 10 has a pressing portion 25 that can pass through the hole portion 20 of the slide portion 16 and approach the upper surface in the stacking direction of the stacked body 4 from the stacking direction. Driven by.

積層体4の積層方向上端部の傾斜方向には、積層体4の傾斜方向への変位を計測する変位計26(傾斜量計測器)が設けられる。この変位計26により計測される、積層体4の上端部の変位量が、傾斜量Xである。変位計26は、制御部9に接続されており、したがって、計測された傾斜量Xに応じてスライド機構8を駆動することができる。   A displacement meter 26 (tilt amount measuring device) that measures the displacement of the stacked body 4 in the tilt direction is provided in the tilt direction of the upper end of the stacked body 4 in the stacking direction. A displacement amount of the upper end portion of the laminate 4 measured by the displacement meter 26 is an inclination amount X. The displacement meter 26 is connected to the control unit 9 and can therefore drive the slide mechanism 8 in accordance with the measured amount of inclination X.

次に、燃料電池スタックの製造方法につて説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell stack will be described.

図7は、燃料電池スタックの製造方法のフローを示す図、図8は、補正量決定工程において製造装置に積層体を設置した際を示す平面図、図9は、補正量決定工程において積層体に荷重を付与した際を示す平面図、図10は、補正量決定工程において積層体の傾斜量を計測する際を示す平面図である。   FIG. 7 is a diagram showing a flow of a manufacturing method of a fuel cell stack, FIG. 8 is a plan view showing a case where a laminated body is installed in a manufacturing apparatus in a correction amount determining step, and FIG. 9 is a laminated body in a correction amount determining step. FIG. 10 is a plan view showing when the amount of inclination of the laminated body is measured in the correction amount determining step.

まず、補正量Hを決定する(補正量決定工程)。補正量Hは、積層体4を、傾斜方向と反対側である補正方向へ強制的に傾ける際の値である。   First, the correction amount H is determined (correction amount determination step). The correction amount H is a value when the stacked body 4 is forcibly tilted in the correction direction opposite to the tilt direction.

補正量決定工程では、まず、図8に示すように、位置決め治具7の先端をスライド部16に連結し、位置決め治具7の延在方向が載置台6の面に垂直となるようにスライド部16を保持した状態で、載置台6にセパレータ2A、エンドプレート2Bおよび膜電極接合体である燃料電池構成部材2を積層し、積層体4を形成する(S1)。   In the correction amount determination step, first, as shown in FIG. 8, the tip of the positioning jig 7 is connected to the slide portion 16 and is slid so that the extending direction of the positioning jig 7 is perpendicular to the surface of the mounting table 6. In a state where the portion 16 is held, the separator 2A, the end plate 2B, and the fuel cell constituent member 2 that is a membrane electrode assembly are stacked on the mounting table 6 to form the stacked body 4 (S1).

次に、図9に示すように、加圧手段10を駆動して積層体4を押圧部25により積層方向から押圧し、完成品の締結状態を再現するように、図示しないタイベルトやタイボルト等の荷重保持部材により積層体4を積層方向両側から保持する(S2)。この際の保持荷重は、燃料電池スタック完成時の必要荷重より低くてもよい。なお、載置台6やスライド部16等に、荷重保持部材を収容するための孔や空間が設けられてもよい。   Next, as shown in FIG. 9, a tie belt, a tie bolt, etc. (not shown) are driven so as to reproduce the fastening state of the finished product by driving the pressing means 10 and pressing the laminate 4 from the stacking direction by the pressing portion 25. The laminated body 4 is held from both sides in the stacking direction by the load holding member (S2). The holding load at this time may be lower than the required load when the fuel cell stack is completed. It should be noted that a hole or a space for accommodating the load holding member may be provided in the mounting table 6 or the slide portion 16 or the like.

次に、図10に示すように、押圧部25を積層体4から離して、加圧手段10の荷重を抜き、位置決め治具7をスライド部16から開放する。この後、変位計26により積層体4の傾斜量Xおよび傾斜方向(図の右方向。なお、図の左方向の場合もある。)を計測する(S3)。この積層体4の傾斜は、積層体4を構成する燃料電池構成部材2の寸法誤差等により生じるものである。計測された信号は、制御部9に入力され、制御部9により補正量Hが算出される(S4)。補正量Hは、積層体4を、傾斜方向と反対側である補正方向(図の左方向。なお、図の右方向の場合もある。)へ強制的に傾ける際の値である。補正量Hは、例えば傾斜量Xに係数Aを乗じた値であり、係数Aの値は、実験、解析または経験等により決定される。すなわち、最終的に完成する燃料電池スタック30の傾斜が最小となるように、予め傾斜量Xに対する最適な補正量Hを、実験、解析または経験等により決定する。   Next, as shown in FIG. 10, the pressing portion 25 is separated from the laminated body 4, the load of the pressing means 10 is removed, and the positioning jig 7 is released from the slide portion 16. Thereafter, the displacement meter 26 measures the amount of inclination X and the direction of inclination of the laminate 4 (the right direction in the figure, which may be the left direction in the figure) (S3). The inclination of the stacked body 4 is caused by a dimensional error of the fuel cell constituent member 2 constituting the stacked body 4. The measured signal is input to the control unit 9, and the control unit 9 calculates the correction amount H (S4). The correction amount H is a value when the stacked body 4 is forcibly tilted in the correction direction (the left direction in the figure, which may be the right direction in the figure) opposite to the inclination direction. The correction amount H is, for example, a value obtained by multiplying the tilt amount X by a coefficient A, and the value of the coefficient A is determined by experiment, analysis, experience, or the like. That is, the optimal correction amount H for the tilt amount X is determined in advance by experiment, analysis, experience, or the like so that the tilt of the fuel cell stack 30 that is finally completed is minimized.

ここで、例えば傾斜量Xが1mm、係数Aが2.5である場合、補正量Hは2.5mmとなる。なお、補正量は必ずしも傾斜量と比例関係になくてもよく、また、制御部9において算出しなくてもよい。   Here, for example, when the tilt amount X is 1 mm and the coefficient A is 2.5, the correction amount H is 2.5 mm. Note that the correction amount does not necessarily have to be proportional to the inclination amount, and may not be calculated by the control unit 9.

なお、製法上、燃料電池構成部材2(例えば、セパレータ2A)の寸法個体差が小さい場合には、積層体4の個体が替わっても補正量Hは同等であると考えられ、一つ目の積層体4により算出した補正量Hを、それ以降に作業される他の積層体4に利用することができる。これにより、作業工程(補正量決定工程)が省略され、コストの低減が可能となる。ただし、傾斜量の個体差が大きい場合には、作業する積層体毎に補正量Hの算出を行う。   In addition, in the manufacturing method, when the dimensional individual difference of the fuel cell constituent member 2 (for example, the separator 2A) is small, it is considered that the correction amount H is the same even if the individual laminate 4 is changed. The correction amount H calculated by the stacked body 4 can be used for other stacked bodies 4 to be worked on thereafter. Thereby, the work process (correction amount determination process) is omitted, and the cost can be reduced. However, when the individual difference of the inclination amount is large, the correction amount H is calculated for each stacked body to be worked.

補正量Hが決定された後には、積層体4の傾斜の補正しつつ、燃料電池スタックを形成する(積層工程)。   After the correction amount H is determined, the fuel cell stack is formed while correcting the inclination of the stacked body 4 (stacking step).

図11は、積層工程において積層体を位置決め治具により補正方向へ傾斜させた際を示す平面図、図12は、積層工程において傾斜させた積層体に荷重を付与した際を示す平面図、図13は、補正量決定工程において積層体を位置決め治具から開放した際を示す平面図である。   FIG. 11 is a plan view showing when the laminated body is tilted in the correction direction by the positioning jig in the laminating process, and FIG. 12 is a plan view showing when a load is applied to the laminated body tilted in the laminating process. 13 is a plan view showing the laminated body released from the positioning jig in the correction amount determining step.

積層工程では、まず、位置決め治具7の先端をスライド部16に連結し、位置決め治具7が載置台6の面に垂直となるようにスライド部16を保持した状態で、載置台6に燃料電池構成部材2を積層し、積層体4を形成する。なお、積層体4が、補正量決定工程により補正量Hを実際に計測した個体である場合には、積層体4を、タイベルトやタイボルト等の荷重保持部材から開放する必要がある。   In the stacking step, first, the tip of the positioning jig 7 is connected to the slide portion 16, and the fuel is applied to the mounting table 6 in a state where the sliding portion 16 is held so that the positioning jig 7 is perpendicular to the surface of the mounting table 6. The battery constituent members 2 are laminated to form a laminate 4. When the laminate 4 is an individual that has actually measured the correction amount H in the correction amount determination step, the laminate 4 needs to be released from a load holding member such as a tie belt or a tie bolt.

次に、図11に示すように、制御部9によりサーボモータ23を制御して、スライド部16を移動させる(S5)。スライド部16は、積層体4の傾斜方向と反対方向(補正方向)へ、補正量Hの長さ分移動する。または、補正量Hは、傾斜量計測位置(変位計取り付け位置)における補正値と定義されてもよく、この場合には、傾斜量計測位置において積層体4が補正量H傾斜するように、スライド部16を移動させる。これにより、位置決め治具7が傾斜し、当接面13が積層体4の側面を押すことになり、積層体4が初期の傾斜方向と反対側へ傾斜する。このとき、積層体4は積層方向から加圧されていないため、積層体4を小さな力で容易に傾けることができる。なお、積層体4を傾斜させる際に積層体4を保持するために、加圧手段10により低荷重を付与してもよい。また、当接面13がセパレータ2Aと同等の硬度を有し、当接面13が円滑に処理されており、また小さな力で傾けることができるため、セパレータ2Aおよび当接面13のいずれも磨耗が少なく、装置の延命が図れるとともに、燃料電池スタックの損傷を抑制できる。また、セパレータ2Aが当接面13に沿って円滑に滑るため、燃料電池スタックの積層部位ごとの荷重のばらつきも抑制できる。   Next, as shown in FIG. 11, the control unit 9 controls the servo motor 23 to move the slide unit 16 (S5). The slide portion 16 moves in the direction (correction direction) opposite to the inclination direction of the stacked body 4 by the length of the correction amount H. Alternatively, the correction amount H may be defined as a correction value at the tilt amount measurement position (displacement meter mounting position). In this case, the slide is performed so that the stacked body 4 is tilted by the correction amount H at the tilt amount measurement position. The part 16 is moved. Thereby, the positioning jig 7 is inclined, the contact surface 13 presses the side surface of the laminated body 4, and the laminated body 4 is inclined to the side opposite to the initial inclination direction. At this time, since the stacked body 4 is not pressurized from the stacking direction, the stacked body 4 can be easily tilted with a small force. In order to hold the laminate 4 when the laminate 4 is tilted, a low load may be applied by the pressing means 10. Further, since the contact surface 13 has the same hardness as the separator 2A, the contact surface 13 is processed smoothly and can be tilted with a small force, both the separator 2A and the contact surface 13 are worn. Therefore, the life of the apparatus can be extended and damage to the fuel cell stack can be suppressed. In addition, since the separator 2A smoothly slides along the contact surface 13, it is possible to suppress variation in load for each stacked portion of the fuel cell stack.

この後、図12に示すように、積層体4を加圧手段10の押圧部25により積層方向から押圧する。次に、位置決め治具7の先端をスライド部16から開放して、位置決め治具7を開く。この後、図示しないタイベルトやタイボルト等の荷重保持部材により積層体4を積層方向両側から保持し(S6)、図13に示すように、積層体4を加圧手段10から開放して(S7)、燃料電池スタック30が完成する。   Thereafter, as shown in FIG. 12, the laminate 4 is pressed from the stacking direction by the pressing portion 25 of the pressing means 10. Next, the tip of the positioning jig 7 is released from the slide portion 16 and the positioning jig 7 is opened. Thereafter, the laminate 4 is held from both sides in the stacking direction by load holding members such as tie belts and tie bolts (not shown) (S6), and the laminate 4 is released from the pressurizing means 10 as shown in FIG. 13 (S7). ), The fuel cell stack 30 is completed.

図14は、燃料電池スタックの傾斜量の実測結果を示す平面図である。なお、図中の破線は傾斜量を補正していない燃料電池スタックを示し、実線は傾斜量を補正した燃料電池スタックを示す。   FIG. 14 is a plan view showing an actual measurement result of the inclination amount of the fuel cell stack. In addition, the broken line in a figure shows the fuel cell stack which did not correct | amend inclination amount, and a continuous line shows the fuel cell stack which corrected inclination amount.

図14に示すように、傾斜量を補正しない燃料電池スタックでは、傾斜量X1が1.6mmであったが、本実施形態に係る製造方法により製造した燃料電池スタック30では、完成時の傾斜量X2が0.25mmに改善されており、傾斜量を約85%低減することができた。   As shown in FIG. 14, in the fuel cell stack in which the inclination amount is not corrected, the inclination amount X1 is 1.6 mm, but in the fuel cell stack 30 manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, the inclination amount at the time of completion. X2 was improved to 0.25 mm, and the amount of inclination could be reduced by about 85%.

燃料電池スタックの傾斜を修正する他の方法としては、例えばストロークを調整可能なタイロッドボルトを用いたり、または傾斜を調整可能なプレートを積層体4に挟む等の方法があるが、これらの方法では、別途の部品が必要であるために部品コストや組立コストが増大し、また荷重や傾きを調整するための装置が別途必要となり、製造コストが増加する。また、これらの方法では、燃料電池スタックに発電に寄与しない部品を追加することになるため、燃料電池としての出力密度が低下する。また、荷重の調整や傾きの調整は、燃料電池スタックへの荷重付与後に行われるため、作業が増加して製造コストが増加する。   Other methods for correcting the inclination of the fuel cell stack include, for example, using a tie rod bolt capable of adjusting the stroke, or sandwiching a plate capable of adjusting the inclination between the stacked bodies 4, but in these methods, In addition, since separate parts are required, the parts cost and assembly cost increase, and a device for adjusting the load and inclination is separately required, resulting in an increase in manufacturing cost. Further, in these methods, parts that do not contribute to power generation are added to the fuel cell stack, so that the output density as a fuel cell is reduced. Moreover, since the adjustment of the load and the adjustment of the inclination are performed after the load is applied to the fuel cell stack, the work increases and the manufacturing cost increases.

しかし、本実施形態によれば、燃料電池スタックに新たな構成部材を設ける必要がないため、製造コストの削減が可能であり、また出力密度の低下を防止できる。   However, according to this embodiment, since it is not necessary to provide a new component member in the fuel cell stack, it is possible to reduce the manufacturing cost and to prevent the output density from being lowered.

また、燃料電池スタック毎に荷重付与後に調整作業を行う必要がないため、連続的に組み立てが可能となり、組立コストを削減できる。   In addition, since it is not necessary to perform an adjustment operation after applying a load for each fuel cell stack, it is possible to assemble continuously and reduce assembly costs.

また、積層体4を、非荷重または低荷重状態で補正方向へ傾斜させるため、傾斜させるための力を小さくでき、設備を簡素化して製造コストを削減できる。   Moreover, since the laminated body 4 is inclined in the correction direction in a non-load or low load state, the force for inclining can be reduced, the equipment can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態に係る製造方法において、位置決め治具7が載置台6に連結されたまま切り離されないため、作業工数の削減ができ、製造コストを削減できる。   Further, in the manufacturing method according to the present embodiment, the positioning jig 7 is not separated while being connected to the mounting table 6, so that the number of work steps can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、回転支持部12は、それぞれの辺に2つずつ設けられているが、燃料電池構成部材2を位置決め治具7により良好に押圧できるのであれば、それぞれの辺に3つ以上が設けられてもよく、また1つでもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, two rotation support portions 12 are provided on each side, but if the fuel cell component 2 can be favorably pressed by the positioning jig 7, three or more rotation support portions 12 are provided on each side. There may be one or one.

同製造装置により燃料電池スタックを保持した際を示す平面図である。It is a top view which shows the time of holding | maintaining a fuel cell stack with the manufacturing apparatus. 本実施形態に係る燃料電池スタックの製造装置を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing apparatus of the fuel cell stack which concerns on this embodiment. 図2のIII−III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. 図2のIV−IV線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IV-IV line of FIG. 同製造装置の位置決め治具を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the positioning jig of the manufacturing apparatus. 同製造装置の位置決め治具の他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of the positioning jig of the manufacturing apparatus. 燃料電池スタックの製造方法のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the manufacturing method of a fuel cell stack. 補正量決定工程において製造装置に積層体を設置した際を示す平面図である。It is a top view which shows the time of installing a laminated body in a manufacturing apparatus in the correction amount determination process. 補正量決定工程において積層体に荷重を付与した際を示す平面図である。It is a top view which shows the time of giving a load to the laminated body in the correction amount determination process. 補正量決定工程において積層体の傾斜量を計測する際を示す平面図である。It is a top view which shows at the time of measuring the inclination amount of a laminated body in a correction amount determination process. 積層工程において積層体を位置決め治具により補正方向へ傾斜させた際を示す平面図である。It is a top view which shows the time of inclining a laminated body to a correction direction with a positioning jig in a lamination process. 積層工程において傾斜させた積層体に荷重を付与した際を示す平面図である。It is a top view which shows the time of giving a load to the laminated body inclined in the lamination process. 補正量決定工程において積層体を位置決め治具から開放した際を示す平面図である。It is a top view which shows the time of releasing a laminated body from the positioning jig in a correction amount determination process. 燃料電池スタックの傾斜量の実測結果を示す平面図である。It is a top view which shows the actual measurement result of the inclination amount of a fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタックの製造装置、
2 燃料電池構成部材、
2A セパレータ、
2B エンドプレート、
4 積層体、
6 載置台、
7 位置決め治具、
8 スライド機構、
9 制御部、
10 加圧手段、
12 回転支持部、
13 当接面、
16 スライド部、
17 連結部、
23 サーボモータ、
25 押圧部、
26 変位計(傾斜量計測器)、
30 燃料電池スタック、
H 補正量、
X 傾斜量。
1 Fuel cell stack manufacturing equipment,
2 fuel cell components,
2A separator,
2B end plate,
4 laminates,
6 mounting table,
7 Positioning jig,
8 Slide mechanism,
9 Control unit,
10 Pressurizing means,
12 rotation support part,
13 Abutment surface,
16 Slide part,
17 connecting part,
23 Servo motor,
25 pressing part,
26 Displacement meter (inclination measuring instrument),
30 Fuel cell stack,
H correction amount,
X Tilt amount.

Claims (7)

複数の燃料電池構成部材を積層して積層体を構成し、当該積層体を積層方向から締結する燃料電池スタックの製造方法であって、
積層方向と垂直な方向へ傾斜する前記積層体に対して、当該傾斜する方向と逆方向である補正方向へ力を付与して予め決定された補正量で傾斜させた後に、前記補正方向へ傾斜させた積層体を、積層方向から加圧して保持することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
A method of manufacturing a fuel cell stack, comprising stacking a plurality of fuel cell constituent members to form a stack, and fastening the stack from the stacking direction,
The laminated body inclined in the direction perpendicular to the laminating direction is applied with a force in a correction direction that is opposite to the inclined direction and is inclined by a predetermined correction amount, and then inclined in the correction direction. A method of manufacturing a fuel cell stack, wherein the stacked body is pressed and held from the stacking direction.
前記補正量は、予め複数の燃料電池構成部材を積層して積層体を構成し、当該積層体を積層方向から加圧した際に計測される積層体の傾斜方向への傾斜量に対応して決定され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。   The correction amount corresponds to the amount of inclination in the inclination direction of the stacked body measured when a plurality of fuel cell constituent members are stacked in advance to form a stacked body and the stacked body is pressed from the stacking direction. The method of manufacturing a fuel cell stack according to claim 1, wherein the fuel cell stack is determined. 前記補正量を、前記傾斜量に対して比例的に決定することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池スタックの製造方法。   The fuel cell stack manufacturing method according to claim 2, wherein the correction amount is determined in proportion to the inclination amount. 複数の燃料電池構成部材が積層されて積層体が構成され、当該積層体が積層方向から締結された燃料電池スタックの製造装置であって、
前記燃料電池構成部材が積層される載置台と、
前記積層体の積層方向側面に当接可能に延在し、一端が前記載置台に対して積層方向と垂直な方向へ回転可能に連結される位置決め治具と、
前記積層体の載置台と反対側に設けられ、積層方向と垂直な方向へ移動可能であるとともに、前記位置決め治具の他端が連結されるスライド機構と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの製造装置。
A fuel cell stack manufacturing apparatus in which a plurality of fuel cell components are stacked to form a stack, and the stack is fastened from the stacking direction,
A mounting table on which the fuel cell components are stacked;
A positioning jig that extends so as to be able to contact the side surface in the stacking direction of the stack, and one end of which is rotatably connected to the mounting table in a direction perpendicular to the stacking direction
A slide mechanism that is provided on the opposite side of the stack of the stack, is movable in a direction perpendicular to the stacking direction, and is connected to the other end of the positioning jig;
An apparatus for manufacturing a fuel cell stack, comprising:
前記位置決め治具は、前記積層体と当接する部位が、平滑に加工されていることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池スタックの製造装置。   5. The fuel cell stack manufacturing apparatus according to claim 4, wherein a portion of the positioning jig that contacts the stacked body is processed smoothly. 前記位置決め治具は、前記スライド機構に対して着脱可能に連結されることを特徴とする請求項4または5に記載の燃料電池スタックの製造装置。   6. The fuel cell stack manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the positioning jig is detachably connected to the slide mechanism. 前記積層体の積層方向と垂直な方向への傾斜量を計測する傾斜量計測器と、
前記傾斜量計測器により計測された傾斜量から算出される補正量に基づいて前記スライド機構を制御する制御部と、
を更に有することを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の燃料電池スタックの製造装置。
A tilt amount measuring device for measuring a tilt amount in a direction perpendicular to the stacking direction of the laminate;
A control unit that controls the slide mechanism based on a correction amount calculated from an inclination amount measured by the inclination amount measuring device;
The fuel cell stack manufacturing apparatus according to any one of claims 4 to 6, further comprising:
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