JP2010146942A - 燃料電池、燃料電池の製造装置、および燃料電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、容易に且つ精度よく単セル構成部材の部品を位置決め配置して、ガスケットを成形することができる燃料電池、燃料電池の製造装置、および燃料電池の製造方法を提供する。
【解決手段】燃料電池の製造装置は、セパレータ３、セパレータ側多孔質体２４、ＭＥＧＡ２０、反セパレータ側多孔質体２３の順に大きさが漸次小さくなるように成形されこれらを積層してガスケット４を一体に成形するためのもので、単セル構成部材２の反セパレータ側の部品２３からセパレータ３に接する部品２４までとセパレータ３とを順次収容し位置決めする位置決め収容部５３、５０、５４、５５が形成された位置決め治具５を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池、燃料電池の製造装置、および燃料電池の製造方法に関し、さらに詳しくは、複数のセルを積層することにより構成され、各セルが、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層すると共に、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットが一体に成形されてなる燃料電池と、このような燃料電池を製造するための装置、および、このような燃料電池を製造するための方法に関するものである。

一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、エンドプレートの間で荷重が掛けられた状態で挟持される。各セルの単セル構成部材を構成する部品としては、たとえば図８に参照されるように、電解質膜の両面に電極層をそれぞれ設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）２１’と、ＭＥＡ２１’の両面にそれぞれ配置されたガス拡散層２２’，２２’と、ガス拡散層２２’，２２’へガスをそれぞれ流通させる多孔質体２３’，２４’とを含んでおり、これらの部品からなる単セル構成部材２’はセパレータ３’により挟持されている。ＭＥＡ２１’とその両側に配置されたガス拡散層２２’とにより構成される部品は、一般にＭＥＧＡ２０’と呼ばれる。

燃料電池は、各セルに反応ガス（水素、空気等）や冷却媒体をそれぞれ分配・供給するためのマニホールドＭを有している。そして、ＭＥＧＡ２０’と多孔質体２３’，２４’からなる単セル構成部材２’はセパレータ３’と積層され、単セル構成部材２’の周囲およびセパレータ３’の単セル構成部材２’が積層される側の面にはマニホールドＭ’を構成するガスケット４’が一体に成形されている。

特許文献１には、燃料電池の構成として、単セル構成部材のＭＥＡ、両ガス拡散層、および両多孔質体の端面が同一平面を形成する、すなわち、これらの部材が同じ大きさで成形されたものが示されている（特許文献１の図５、図１２、図１７を参照）。

また、特許文献１には、単セルアッセンブリの製造方法として、ガスケットを成形するために、下型にセパレータを配置し、セパレータ上に多孔質体を配置し、多孔質体上に一体化されたＭＥＧＡまたはＭＥＧＡの各構成部品を個別に順次重ねて配置し、ＭＥＧＡ上に多孔質体を配置することが記載されている（特許文献１の００５５〜００６０および図１１、図１２、ならびに、００６９〜００７２および図１６、図１７）。

また、一般的な従来の燃料電池の単セル構成部材としては、図８に示したように、ガスケット４’をＭＥＧＡ２０’に鋳包み成形するなどの目的により、ＭＥＧＡ２０’が多孔質体２３’，２４’よりも少なくとも図における左右方向の大きさが大きい、すなわち、多孔質体２３’，２４’の端面からＭＥＧＡ２０’が突出するように成形されたものがある。

そして、このような一般的な単セル構成部材２’を備えてなる燃料電池を製造するための技術としては、図１０に示すように、セパレータ３’上に枠状の治具５’を配置して、治具５’内に一体化されたＭＥＧＡ２０’と多孔質体２３’，２４’、または、ＭＥＧＡ２０’の個別の構成部品と多孔質体２３’，２４’とを順次位置決め配置して積層することが考えられる。枠状の治具５’は、ガスケット４’を成形すべく単セル構成部材２’を金型（図７の金型７を参照）に配置してかかる金型を型閉じする前には、単セル構成部材２’から取り除かれる。

特開２００８−１２３８８３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているように、下型にセパレータと、多孔質体と、一体化されたＭＥＧＡまたはＭＥＧＡの個別の構成部品と、多孔質体とを順次配置する場合にあっては、これらの単セル構成部材にガスケットを成形するためには、単セル構成部材をずれることなく精度よく積層する必要があるが、このようにただ単に配置された部品上に次の部品を載置するだけでは、積層する単セル構成部材間にずれが容易に生じるという問題があった。

さらに、上記特許文献１にあっては、単セル構成部材を積層する際の作業性を確保するためには、上型と下型が充分に離間してなければならず、したがって型開閉ストロークが大きくなることから、ガスケットの成形サイクルが長くかかり、燃料電池を効率よく製造することが困難であるという問題や、ガスケットの成形設備が大型化するなどの問題があった。

また、図１０に示したように、多孔質体２３’，２４’の端面からＭＥＧＡ２０’が突出するように成形された単セル構成部材２’の各部品２３’，２０’，２４’を治具５’によって順次位置決め配置して積層するものと仮定した場合にあっては、最大の部品であるＭＥＧＡ２０’の大きさに応じて治具５’の大きさが決定され成形されるため、ＭＥＧＡ２０’をセパレータ３’に対して位置決め配置することはできても、ＭＥＧＡ２０’よりも小さい多孔質体２３’，２４’を治具５’によって位置決めすることができず、結局、図９に示したように積層ずれが生じるという問題がある。また、枠状の治具５’を使用して各部品２３’，２０’，２４’を精度よく位置決め配置できたとしたとしても、各部品２３’，２０’，２４’を単に載置して積層しただけであるために、ガスケット４’の成形金型７’を型閉じする前に単セル構成部材２’から取り除くときに、部品２３’，２０’，２４’に接触して位置ずれを生じさせることがあるという問題もあった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、容易に且つ精度よく単セル構成部材の部品を位置決め配置して、ガスケットを成形することができる燃料電池、燃料電池の製造装置、および燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の燃料電池に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層してなり、各セルが、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層すると共に、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットが一体に成形されてなる燃料電池であって、単セル構成部材の各部品が、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさを漸次小さくなるように成形されていることを特徴とするものである。
請求項４の燃料電池の製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、複数のセルを積層してなり、各セルが、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層すると共に、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットが一体に成形され、単セル構成部材の各部品は、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさが漸次小さくなるように成形されてなる燃料電池の製造装置であって、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までを順次収容し位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を備えていることを特徴とするものである。
請求項６の燃料電池の製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層し、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットを一体に成形することによりセルを構成し、該セルを複数積層する燃料電池の製造方法であって、単セル構成部材の各部品を、その大きさがセパレータと接する側から反セパレータ側に向かって漸次小さくなるように成形すると共に、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を用意し、該位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めしつつ積層することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、単セル構成部材の各部品が、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさを漸次小さくなるように成形されていることにより、最も小さい反セパレータ側の部品から最も大きいセパレータと接する部品までを順次容易に精度よく位置決めしながら積層して、ガスケットを成形することが可能な構造の燃料電池を得ることができる。
請求項４の発明によれば、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までを順次収容し位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を備えていることにより、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさが漸次小さくなるように成形された単セル構成部材の各部品を、位置決め治具の位置決め収容部に対して、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までを順次容易に精度よく収容し位置決めしながら積層して、その後、ガスケットを成形することができる。
請求項６の発明によれば、単セル構成部材の各部品を、その大きさがセパレータと接する側から反セパレータ側に向かって漸次小さくなるように成形すると共に、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を用意し、該位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めしつつ積層することにより、単セル構成部材の各部品とセパレータを精度よく積層した状態を保持しつつガスケットを成形することができる。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に相当し、（３）項が請求項３に相当し、（４）項が請求項４に相当し、（５）項が請求項５に相当し、（６）項が請求項６に相当し、（７）項が請求項７に相当する。

（１） 複数のセルを積層してなり、各セルが、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層すると共に、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットが一体に成形されてなる燃料電池であって、
単セル構成部材の各部品が、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさを漸次小さくなるように成形されていることを特徴とする燃料電池。

（１）項の発明では、単セル構成部材の各部品が、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさを漸次小さくなるように成形されていることにより、最も小さい反セパレータ側の部品から最も大きいセパレータと接する部品までを順次容易に精度よく位置決めしながら積層して、ガスケットを成形することが可能な構造の燃料電池を得ることができる。

（２） 単セル構成部材は、ＭＥＡの両側にガス拡散層が積層されてなるＭＥＧＡと、該ＭＥＧＡの両側に積層される多孔質体とからなり、セパレータに接する多孔質体、ＭＥＧＡ、反セパレータ側の多孔質体の順に、大きさを漸次小さくなるように成形されていることを特徴とする（１）項に記載の燃料電池。

（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、セパレータに接する多孔質体をセパレータに次いで大きく、ＭＥＧＡをセパレータに接する多孔質体に次ぐ大きさで、反セパレータ側の多孔質体を最も小さく成形することにより、単セル構成部材の反セパレータ側の多孔質体、ＭＥＧＡ、およびセパレータと接する多孔質体と、セパレータとを容易に精度よく位置決めしながら積層することが可能な構造の燃料電池を得ることができる。

（３） 単セル構成部材の各部品およびセパレータの互いに接するもののうちの少なくとも一組が仮止めされていることを特徴とする（１）項または(２)項のいずれかに記載の燃料電池。

（３）項の発明では、（１）項または(２)項のいずれかに記載の発明において、単セル構成部材の各部品およびセパレータの互いに接するもののうちの少なくとも一組が仮止めされていることにより、積層された単セル構成部材の各部品およびセパレータがずれることなくガスケットが成形された構造の燃料電池を得ることができる。

（４） 複数のセルを積層してなり、各セルが、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層すると共に、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットが一体に成形され、
単セル構成部材の各部品は、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさが漸次小さくなるように成形されてなる燃料電池の製造装置であって、
単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までを順次収容し位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を備えていることを特徴とする燃料電池の製造装置。

（４）項の発明では、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までを順次収容し位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を備えていることにより、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさが漸次小さくなるように成形された単セル構成部材の各部品を、位置決め治具の対応する位置決め収容部に対して、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までを順次容易に精度よく収容し位置決めしながら積層することができる。

（５） 位置決め治具は、さらに、単セル構成部材に対してセパレータを位置決めするものであることを特徴とする（４）項に記載の燃料電池の製造装置。

（５）項の発明では、（４）項に記載の発明において、単セル構成部材の各部品を順次精度よく収容し位置決めした治具に対して、さらに、セパレータを収容し位置決めすることにより、単セル構成部材とセパレータを容易に精度よく位置決めしながら積層することができる。

（６） 複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層し、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットを一体に成形することによりセルを構成し、該セルを複数積層する燃料電池の製造方法であって、
単セル構成部材の各部品を、その大きさがセパレータと接する側から反セパレータ側に向かって漸次小さくなるように成形すると共に、
単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を用意し、
該位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めしつつ積層することを特徴とする燃料電池の製造方法。

（６）項の発明では、単セル構成部材の各部品を、その大きさがセパレータと接する側から反セパレータ側に向かって漸次小さくなるように成形すると共に、単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を用意して、位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めしつつ積層することにより、単セル構成部材の各部品とセパレータを精度よく積層した状態でガスケットを成形することができる。

（７） 位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めし仮止めしつつ積層することを特徴とする（６）項に記載の燃料電池の製造方法。

（７）項の発明では、（６）項に記載の発明において、位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めし仮止めしつつ積層することにより、単セル構成部材の各部品とセパレータを精度よく積層した状態を保持しつつガスケットを成形することができる。

最初に、本発明の燃料電池の実施の一形態を図１に基づいて詳細に説明する。図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池は、概略、複数のセル１を積層してなり、各セル１が、複数の部品２０，２３，２４を積層してなる単セル構成部材２とセパレータ３とを積層すると共に、単セル構成部材２の周囲およびセパレータ３の単セル構成部材２が積層される側の面にガスケット４が一体に成形されてなるものであって、単セル構成部材２の各部品２０，２３，２４が、セパレータ４と接する側の部品２４から反セパレータ側の部品２３に向かって大きさを漸次小さくなるように成形されている。
そして、本発明の燃料電池は、単セル構成部材２が、ＭＥＡ２１の両側にガス拡散層２２が積層されてなるＭＥＧＡ２０と、このＭＥＧＡ２０の両側に積層される多孔質体２３，２４とからなり、セパレータ３に接する多孔質体（以下の説明では、セパレータ側多孔質体という）２４、ＭＥＧＡ２０、反セパレータ側の多孔質体（以下の説明では、反セパレータ側多孔質体という）２３の順に、大きさを漸次小さくなるように成形されている。
さらに、本発明の燃料電池は、単セル構成部材２の各部品２０，２３，２４およびセパレータ３のそれぞれ互いに接する組が仮止めされている。

燃料電池を構成するセル１は、セパレータ３の一方の側に単セル構成部材２が積層され、単セル構成部材２の周囲とセパレータ３の単セル構成部材２が積層される面にガスケット４が一体に成形されている。単セル構成部材２を構成する部品としては、ＭＥＡ２１の両側にガス拡散層２２，２２が積層されてなるＭＥＧＡ２０と、このＭＥＧＡ２０の両側にそれぞれ積層されるセパレータ側多孔質体２４および反セパレータ側多孔質体２３とを含んでいる。ここで、図１において、セパレータ３とＭＥＧＡ２０との間に配置される多孔質体がセパレータ側多孔質体２４であり、ＭＥＧＡ２０の上方に位置する多孔質体が反セパレータ側多孔質体２３となっている。

この実施の形態におけるセパレータ３は、これに積層される単セル構成部材２のセパレータ側多孔質体２４と接する第１プレート３１と、積層される他のセル１の単セル構成部材２の反セパレータ側多孔質体２３と接する第２プレート３２と、第１プレート３１と第２プレート３２との間に積層される中間プレート３３とからなるもので、セパレータ３の外周縁には、水素や空気等の反応ガス、あるいは冷却媒体を供給または排出させるためのマニホールド孔３４が形成されており、セパレータ３の内部には、所定のマニホールド孔３４と連通して、水素や空気等の反応ガス、あるいは冷却媒体を循環供給するための流路３５が形成された、所謂三層構造となっている。

ガスケット４は、セパレータ３のマニホールド孔３４の周囲を取り囲むように成形されたもので、単セル構成部材２の外周端面と、セパレータ３の単セル構成部材２が積層された側の表面における外周縁とを覆うように形成される基部４０と、基部４０の一方の面に単セル構成部材２よりも突出するように形成されて、隣接する他のセル１のセパレータ３に当接されるリップ部４１とを有する形状に成形される。

セパレータ３は、その外周縁にマニホールド孔３４が形成され、その周囲にガスケット４が成形されるため、単セル構成部材２のいずれの部品よりも大きく成形されている。ここで、図１に示したセパレータ３の左右方向の長さをＷ４であらわす。一方、単セル構成部材２のセパレータ側多孔質体２４の大きさは、セパレータ３の外周縁に形成されたマニホールド孔３４の内側領域に応じた大きさで成形されている。ここで、図１に示したセパレータ側多孔質体２４の左右方向の長さをＷ３であらわす。また、単セル構成部材２のセパレータ側多孔質体２４上に積層されるＭＥＧＡ２０は、かかるセパレータ側多孔質体２４と積層される前にＭＥＡ２１の両面にガス拡散層２２，２２が一体に積層されてなるもので、セパレータ側多孔質体２４よりも小さく成形されている。ここで、図１に示したＭＥＧＡ２０の左右方向の長さをＷ２であらわす。さらに、単セル構成部材２のＭＥＧＡ２０上に積層される反セパレータ側多孔質体２３は、ＭＥＧＡ２０よりも小さく成形されている。ここで、図１に示した反セパレータ側多孔質体２３の左右方向の長さをＷ１であらわす。すなわち、単セル構成部材２は、反セパレータ側多孔質体２３の大きさが最も小さく、セパレータ側多孔質体２４が最も大きく、ＭＥＧＡ２０が反セパレータ側多孔質体２３とセパレータ側多孔質体２４との間の大きさに成形されている。これら単セル構成部材２の、反セパレータ側多孔質体２３、ＭＥＧＡ２０、セパレータ側多孔質体２４、および、セパレータ３の大きさ（各辺の寸法）には所定の範囲で公差が設定されている。両多孔質体２３，２４の外周端縁には、ＭＥＡ２１の電極の有効発電領域に応じて、ガスケット４の材料の進入を防止するための目止め材がそれぞれ含浸されている。なお、単セル構成部材２の各部品２０，２３，２４の大きさの違いは、図１の左右方向の長さＷ１〜Ｗ３によるもののみ、または、図１の紙面に対する垂直方向の長さによるもののみだけでもよく、さらには、これら双方の長さによるものでもよい。

次に、本発明の燃料電池の製造装置の実施の一形態を、上述したように構成されるセル１を製造するためのものである場合により、図２に基づいて説明する。
本発明の燃料電池の製造装置は、概略、複数のセル１を積層してなり、各セル１が、複数の部品２４、２０，２３を積層してなる単セル構成部材２とセパレータ３とを積層すると共に、単セル構成部材２の周囲およびセパレータ３の単セル構成部材２が積層される側の面にガスケット４が一体に成形され、単セル構成部材２の各部品２４，２０，２３は、セパレータ側多孔質体２４から反セパレータ側多孔質体２３に向かって大きさが漸次小さくなるように成形されてなる燃料電池を製造するものであって、単セル構成部材２の反セパレータ側多孔質体２３からセパレータ側多孔質体２４までとセパレータ３とを順次収容し位置決めする位置決め収容部５３、５０、５４、５５が形成された位置決め治具５を備えている。

位置決め治具５は、セパレータ３よりも大きく、且つ、単セル構成部材２とセパレータ３を積層した厚さよりも厚く成形された板状のもので、一方の面（図２では上面）からセパレータ位置決め収容部５５と、セパレータ側多孔体質位置決め収容部５４と、ＭＥＧＡ位置決め収容部５０と、反セパレータ側多孔質体位置決め収容部５３とが形成されている。すなわち、反セパレータ側多孔質体位置決め収容部５３は、位置決め治具５の底に形成されており、セパレータ位置決め収容部５５は、位置決め治具５の一方の面に開放するよう形成されており、ＭＥＧＡ位置決め収容部５０とセパレータ側多孔質体位置決め収容部５４は、反セパレータ側多孔質体位置決め収容部５３とセパレータ位置決め収容部５５の間に階段状に形成されている。各位置決め収容部５３，５０，５４，５５は、図２の左右方向の寸法ｗ１〜ｗ４が、対応する部品の大きさＷ１〜Ｗ４の公差のなかで許容される最大寸法に設定されている。各位置決め収容部５３，５０，５４，５５の図２における深さ（高さ）は、対応する単セル構成部材２の部品２３，２０，２４およびセパレータ３の厚さと同じかわずかに小さく形成されている。各位置決め収容部５３，５０，５４，５５の内周側面の図２における右側が対応する単セル構成部材２の部品２３，２０，２４とセパレータ３の端面を当接させて位置決めするための基準面を構成している。なお、基準面は、各位置決め収容部５３，５０，５４，５５の内周側面の図２における右側に限定されることなく、単セル構成部材２の部品２３，２０，２４とセパレータ３の他の辺の端面が当接される部分としてもよく、また互いに隣接する二辺の端面が当接される部分とすることもできる。また、位置決め治具５は、単セル構成部材２の部品２３，２０，２４とセパレータ３を収容し位置決めするものできることが望ましいが、本発明では単セル構成部材２の部品２３，２０，２４を収容し位置決めするもである場合も含まれ、さらには、単セル構成部材２の部品がこの実施の形態と異なる場合には、その部品に応じて位置決め収容部を形成することができる。

このような形状の位置決め治具５は、板状の素材を上述した左右方向の寸法Ｗ１〜Ｗ４および深さに切削加工することにより、あるいは、各位置決め収容部５３，５０，５４，５５の高さに応じた厚さの板状素材の中央を寸法Ｗ１〜Ｗ４で打ち抜くなどして枠状に成形し、各板状素材を積層して一体化することなどにより構成することができる。なお、燃料電池のセル１の製造装置は、積層された単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４とセパレータ３にガスケット４を一体成形するための金型７（図７を参照）なども含まれるが、その構成については後述する。

次に、本発明の燃料電池の製造方法を、上述したように構成された位置決め治具５を含む製造装置を用いて、上述したように構成されるセル１を製造する場合により、図３〜図７に基づいて説明する。
本発明の燃料電池の製造方法は、概略、複数の部品２３，２０，２４を積層してなる単セル構成部材２とセパレータ３とを積層し、単セル構成部材２の周囲およびセパレータ３の単セル構成部材２が積層される側の面にガスケット４を一体に成形することによりセル１を構成し、このセル１を複数積層することにより燃料電池を製造するためのもので、単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４を、その大きさがセパレータ側多孔質体２４から反セパレータ側多孔質体２３に向かって漸次小さくなるように成形すると共に、単セル構成部材２の反セパレータ側多孔質体２３からセパレータ側多孔質体２４までおよびセパレータ３を順次収容して位置決めする位置決め収容部５３，５０，５４，５５が形成された位置決め治具５を予め用意しておき、この位置決め治具５の位置決め収容部５３，５０，５４，５５に単セル構成部材２の反セパレータ側多孔質体２３からセパレータ側多孔質体２４までおよびセパレータ３を順次収容して位置決めしつつ積層して、その後、ガスケット４を一体に成形するものである。さらに、本発明の燃料電池の製造方法は、位置決め治具５の位置決め収容部５３，５０，５４，５５に単セル構成部材２の反セパレータ側多孔質体２３からセパレータ側多孔質体２４までおよびセパレータ３を順次収容して位置決めして仮止めしつつ積層するものである。

上述したように、位置決め治具５は、その底部から反セパレータ側多孔質体位置決め収容部５３、ＭＥＧＡ位置決め収容部５０、セパレータ側多孔質体位置決め収容部５４、セパレータ位置決め収容部５５が順次階段状に形成されており、各位置決め収容部５３，５０，５４，５５は、少なくとも左右方向の寸法（図２を参照）ｗ１〜ｗ４が、対応する部品の大きさＷ１〜Ｗ４の公差のなかで許容される最大寸法に設定されている。また、単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４は図１に参照されるように少なくとも左右方向の寸法Ｗ１〜Ｗ４が反セパレータ側多孔質体２３、ＭＥＧＡ２０、セパレータ側多孔質体２４の順に漸次大きくなるように成形されており、セパレータ３が最大の大きさで予め成形されている。そして、両多孔質体２３，２４と必要に応じてＭＥＧＡ２０のガス拡散層２２，２２の外周端縁には、後の工程でガスケット４の材料の侵入を防止するための目止めが施されている。

セル１を製造するに際しては、図３に示すように、治具５の反セパレータ側多孔質体位置決め収容部５３に反セパレータ側多孔質体２３を収容し、この実施の形態では、反セパレータ側多孔質体２３の図３における右側端面を反セパレータ側多孔質体位置決め収容部５３の内周壁右側に当接させる。すなわち、反セパレータ側多孔質体位置決め収容部５３の内周壁右側は、その内部に収容された反セパレータ側多孔質体２３を位置決めするための基準面を構成している。この反セパレータ側多孔質体２３の端面の反セパレータ側多孔質体収容部５３の内周壁に対する当接は、治具５に対して反セパレータ側多孔質体２３を図の右方向に相対的にスライドさせるよう押圧することによって行ってもよく、また、反セパレータ側多孔質体２３が収容された治具５を傾斜させることによって行ってもよい。その後、反セパレータ側多孔質体２３の外周端縁の目止めが施された部分の上面に、たとえばシリコン系ゴムやホットメルトなどからなる接着剤６をディスペンサなどによって塗布する。

続いて、図４に示すように、治具５のＭＥＧＡ位置決め収容部５０にＭＥＧＡ２０を収容し、反セパレータ側多孔質体２３と同様に、ＭＥＧＡ２０の図４における右側端面を治具５のＭＥＧＡ位置決め収容部５０の基準面を構成する内周壁右側に当接させ、先に反セパレータ側多孔質体２３の上面の外周端縁に塗布された接着剤６によって反セパレータ側多孔質体２４とＭＥＧＡ２０を仮止めし、さらに、ＭＥＧＡ２０の上面の端縁に接着剤６を塗布する。

次いで、図５に示すように、治具５のセパレータ側多孔質体位置決め収容部５４にセパレータ側多孔質体２４を収容し、セパレータ側多孔質体２４の図５における右側端面を治具のセパレータ側多孔質体位置決め収容部５４の基準面を構成する内周壁右側に当接させ、先にＭＥＧＡ２０の上面の外周端縁に塗布された接着剤６によってＭＥＧＡ２０とセパレータ側多孔質体２４を仮止めし、さらに、セパレータ側多孔質体２４の上面の端縁に接着剤６を塗布する。

その後、図６に示すように、治具５のセパレータ位置決め収容部５５にセパレータ３を収容し、セパレータ３の図６における右側端面を治具５のセパレータ位置決め収容部５５の基準面を構成する内周壁右側に当接させ、先にセパレータ側多孔質体２４の端縁に塗布された接着剤６によってセパレータ側多孔質体２４とセパレータ３を仮止めする。このようにして一体に仮止めされた単セル構成部材２とセパレータ３は、治具５から取り出され、上面と下面を反転させてガスケット成形用金型７にセットされる。

ここで、ガスケット成形用金型７の構成を図７に基づいて説明する。図７に示されたガスケット成形用金型７は、上型７０と下型７１とを備えている。上型７０と下型７１の少なくとも一方は、相対的に昇降移動することにより所定の型締力による型閉じおよび型開きが可能なように、型開閉手段に接続されている。図７に示した実施の形態における上型７０の、下型７１と相対向する下面には、型閉じしたときに一体に仮止めされた単セル構成部材２とセパレータ３を収容するよう形成された収容部７０ａと、セパレータ３のマニホールド孔３４内に進入するよう形成された突出部７０ｂと、単セル構成部材２の外周端面とセパレータ３の外周端縁における単セル構成部材２が仮止めされた面とによってガスケット４を成形するキャビティを形成するためのキャビティ面７０ｃとを備えている。さらに上型７０には、射出装置によって所定量、所定の圧力で射出充填される流動可能な状態のガスケット４の材料をキャビティ内に導入するための流路がキャビティ面７０ｃに開口するよう形成されている。また、下型７１の、上型７０と相対向する上面は、略平面状に形成されている。そして、上型７０と下型７１の衝合面にはシール部材７２を収容する溝が形成されている。

治具５から取り出され上面と下面を反転された単セル構成部材２とセパレータ３は、上型７０から相対的に離間されて型開きした状態の下型７１上の所定の位置に載置される。このとき、単セル構成部材２の各部品２３、２０，２４とセパレータ３が既にガスケット成形用金型７の外で治具５を用いて位置決めされ仮止めされて一体化されているので、上型７０と下型７１の型開き量は、従来の技術のように単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４とセパレータ３を積層するための作業性を考慮する必要はなく、この一体化した単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４とセパレータ３を下型７１上に載置することができればよい。そして、図７に示したように、上型７０と下型７１を相対的に近接させて型閉じすると、一体化した単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４とセパレータ３が収容部７０ａに収容され、キャビティを形成することとなる。そして、キャビティ内にガスケット４の材料を射出充填し、ガスケット４の材料が固化または硬化した後に型開きすると、図１に示したようなガスケット４が一体に成形されたセル１が構成されることとなる。

本発明の方法では、単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４とセパレータ３をそれぞれ治具５の対応する収容部５３，５０，５４，５５の基準面に当接させるため、正確且つ容易に位置決めすることができ、しかも、単セル構成部材２の各部品３，２０，２４とセパレータ３のそれぞれ互いに接する組を接着剤６によって順次仮止めするため、治具５から取り出してガスケット成形用金型７内にセットするときにズレが生じるのを確実に防止することができる。なお、本発明の燃料電池では、単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４およびセパレータ３の互いに接するすべての組を仮止めしてなるものに限定されることはなく、単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４およびセパレータ３の互いに接する組のうちで、任意の組を仮止めしたものが含まれ、また、単セル構成部材２の各部品２３，２０，２４とセパレータ３を位置決めし積層しただけで仮止めしていないものも含まれる。

本発明の燃料電池製造装置のセルの実施の一形態を説明するために示した断面図である。 本発明の燃料電池の製造装置における位置決め治具の実施の一形態を説明するために示した断面図である。 本発明の燃料電池の製造方法を説明するために、図２に示した位置決め治具に反セパレータ側多孔質体を収容して位置決めした状態を示す断面図である。 図３の状態からＭＥＧＡを位置決め治具に収容して反セパレータ側多孔質体上に積層し位置決めして仮止めした状態を示す断面図である。 図４の状態からセパレータ側多孔質体を位置決め治具に収容してＭＥＧＡ上に積層し位置決めして仮止めした状態を示す断面図である。 図５の状態からセパレータを位置決め治具に収容してセパレータ側多孔質体上に積層し位置決めして仮止めした状態を示す断面図である。 図６に示したように仮止めされ一体化した単セル構成部材とセパレータを位置決め治具から取出し反転させて、ガスケット成形用金型内に収容してガスケットを成形した状態を説明するために示した断面図である。 従来の一般的な燃料電池のセルを説明するために示した断面図である。 図８に示したセルを製造する過程で、セパレータと積層された単セル構成部材の部品がずれた状態を説明するために示した断面図である。 図８に示したセルを製造する過程で、セパレータ上に枠状の治具を配置して、治具内に単セル構成部材の部品を順次位置決め配置して積層する仮定の場合を説明するために示した断面図である。

１：セル、 ２：単セル構成部材、 ３：セパレータ、 ４：ガスケット、 ５：位置決め治具、 ６：接着剤、 ７：ガスケット成形用金型、 ２０：ＭＥＧＡ、 ２１：ＭＥＡ、 ２２：ガス拡散層、 ２３：反セパレータ側多孔質体、 ２４：セパレータ側多孔質体、 ５０：ＭＥＧＡ位置決め収容部、 ５３：反セパレータ側多孔質体位置決め収容部、 ５４：セパレータ側多孔質体位置決め収容部、 ５５：セパレータ位置決め収容部

Claims (7)

1. 複数のセルを積層してなり、各セルが、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層すると共に、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットが一体に成形されてなる燃料電池であって、
   単セル構成部材の各部品が、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさを漸次小さくなるように成形されていることを特徴とする燃料電池。
2. 単セル構成部材は、ＭＥＡの両側にガス拡散層が積層されてなるＭＥＧＡと、該ＭＥＧＡの両側に積層される多孔質体とからなり、セパレータに接する多孔質体、ＭＥＧＡ、反セパレータ側の多孔質体の順に、大きさを漸次小さくなるように成形されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 単セル構成部材の各部品およびセパレータの互いに接するもののうちの少なくとも一組が仮止めされていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の燃料電池。
4. 複数のセルを積層してなり、各セルが、複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層すると共に、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットが一体に成形され、
   単セル構成部材の各部品は、セパレータと接する側から反セパレータ側に向かって大きさが漸次小さくなるように成形されてなる燃料電池の製造装置であって、
   単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までを順次収容し位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を備えていることを特徴とする燃料電池の製造装置。
5. 位置決め治具の位置決め収容部は、さらに、セパレータを最後に収容して単セル構成部材に対してセパレータを位置決めするものであることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の製造装置。
6. 複数の部品を積層してなる単セル構成部材とセパレータとを積層し、単セル構成部材の周囲およびセパレータの単セル構成部材が積層される側の面にガスケットを一体に成形することによりセルを構成し、該セルを複数積層する燃料電池の製造方法であって、
   単セル構成部材の各部品を、その大きさがセパレータと接する側から反セパレータ側に向かって漸次小さくなるように成形すると共に、
   単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めする位置決め収容部が形成された位置決め治具を用意し、
   該位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めしつつ積層することを特徴とする燃料電池の製造方法。
7. 位置決め治具の位置決め収容部に単セル構成部材の反セパレータ側の部品からセパレータに接する部品までおよびセパレータを順次収容して位置決めし仮止めしつつ積層することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池の製造方法。

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