JP2013196849A - 燃料電池スタック組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮工程の後に燃料電池スタックから突出した位置決め棒の端部を簡単に除去し、位置決め棒の突出量を抑制できる燃料電池スタック組立方法を提供する。
【解決手段】燃料電池スタック組立方法であって、単位セルの位置決めを行うノックピン４０を配置するノックピン配置工程と、単位セルを積層する積層工程と、単位セルを圧縮する圧縮工程とを備え、ノックピン４０は、圧縮工程の後、単位セルの位置決め孔内に配置されるノックピン本体部４３と、ノックピン本体部４３の両端部に設けられ着脱可能な第一延長部４１および第二延長部４２と、を備え、圧縮工程の後、単位セルを圧縮した状態で、第一延長部４１および第二延長部４２を取り外す第一延長部取り外し工程および第二延長部取り外し工程を備えたことを特徴としている。
【選択図】図１３

Description

この発明は、燃料電池スタック組立方法に関するものである。

固体高分子電解質膜型の燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された膜電極構造体を備え、一対のセパレータによって膜電極構造体を挟持することにより単位燃料電池を構成している。

この種の燃料電池においては、アノード電極には、燃料ガスとして、例えば主に水素を含有するガス（以下、「水素含有ガス」という。）が供給され、カソード電極には、酸化剤ガスとして、例えば主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、「酸素含有ガス」という。）が供給されている。アノード電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。

燃料電池スタックは、上述した単位燃料電池が複数枚（数十〜数百枚）積層されて構成されている。このとき、各単位燃料電池間に、積層方向と交差する方向にずれが生じると、水素含有ガスおよび酸素含有ガスの各反応ガスのシール性が低下したり、電気エネルギの発電性能が低下したりするおそれがある。したがって、燃料電池スタックの組立時には、各単位燃料電池同士を正確に位置決めしつつ積層する必要がある。

例えば、特許文献１に記載の燃料電池スタック組立方法は、燃料電池を構成する平板状の部品にセル位置決め穴を設け、順次各々のセル位置決め穴をノックピン（請求項の「位置決め棒」に相当。）に嵌合の上積層してセル（請求項の「単位燃料電池」に相当。）を構成し、これを所要のセル数繰り返し積層してスタックを構成し、加圧プレートを用いて締め付け固定している。特許文献１によれば、燃料電池を構成する平板状の部品を位置ずれすることなく積層してセルを構成し、セルも位置ずれすることなく積層して高精度に且つ完全にシールしてスタックを組み立てることができるとされている。

ところで、加圧プレートを用いてセルを締め付け固定すると、セルが圧縮されるため、燃料電池スタックの積層方向の長さが締め付け固定する前よりも短くなる。したがって、加圧プレートを用いてセルを締め付け固定した後は、加圧プレートの外側端面からノックピンの端部が突出する。このとき、燃料電池スタックは、ノックピンの突出長さ分だけ積層方向に長尺化し好ましくない。したがって、突出したノックピンの端部を除去等して位置決め棒の不要な突出をなくすのが望ましい。

特開平９−１３４７３４号公報

しかし、特許文献１に記載の組立方法においては、単位燃料電池の圧縮後に、燃料電池スタックから突出した位置決め棒の端部の除去方法が記載されていない。また、一般的な位置決め棒の端部の処理方法としては、突出した位置決め棒の端部を切断したり、単位燃料電池の圧縮固定後に位置決め棒全体を引き抜いたりすることが考えられる。しかし、燃料電池スタックから突出した位置決め棒を切断したり、位置決め棒の全体を引き抜いたりすると、燃料電池スタックの組立工程が煩雑となる。

そこで本発明は、位置決め棒の不要な突出がない燃料電池スタックを簡単に形成できる燃料電池スタック組立方法の提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池スタック組立方法は、単位燃料電池（例えば、実施形態における単位セル２）を積層し、燃料電池スタック（例えば、実施形態における燃料電池スタック１）を組み立てる燃料電池スタック組立方法であって、前記単位燃料電池は、前記単位燃料電池の積層方向（例えば、実施形態におけるＺ方向）に貫通する位置決め孔（例えば、実施形態における位置決め孔３８）を備え、前記単位燃料電池の位置決めを行う位置決め棒（例えば、実施形態におけるノックピン４０）を配置する位置決め棒配置工程（例えば、実施形態におけるノックピン配置工程Ｓ２０）と、前記単位燃料電池の前記位置決め孔を前記位置決め棒に挿入し、前記位置決め棒に沿って前記単位燃料電池を積層する積層工程（例えば、実施形態における積層工程Ｓ３０）と、積層された前記単位燃料電池に対して前記積層方向に荷重を加え、前記単位燃料電池を圧縮する圧縮工程（例えば、実施形態における圧縮工程Ｓ４０）とを備え、前記位置決め棒は、前記圧縮工程の後、前記単位燃料電池の前記位置決め孔内に配置される本体部（例えば、実施形態におけるノックピン本体部４３）と、前記本体部の少なくとも一方端部に設けられ、前記本体部に対して着脱可能な延長部（例えば、実施形態における第一延長部４１および第二延長部４２）と、を備え、前記圧縮工程の後、前記単位燃料電池を圧縮した状態で、前記位置決め棒の前記延長部を取り外す延長部取り外し工程（例えば、実施形態における第一延長部取り外し工程Ｓ６０および第二延長部取り外し工程Ｓ７０）を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、圧縮工程により単位燃料電池が圧縮されると、燃料電池スタックが積層方向に短くなり、位置決め棒の本体部が単位燃料電池の位置決め孔内に配置されるとともに、本体部の端部に設けられた延長部が燃料電池スタックの積層方向の端部から突出する。ここで、位置決め棒の延長部は、位置決め棒の本体部に対して着脱可能となっており、圧縮工程の後、位置決め棒の延長部を取り外す延長部取り外し工程を備えている。したがって、位置決め棒を切断したり、位置決め棒の全体を引き抜いたりすることなく、位置決め棒の延長部を取り外すことで、圧縮工程の後に燃料電池スタックから突出した位置決め棒の端部を簡単に除去し、位置決め棒の不要な突出がない燃料電池スタックを簡単に形成できる。
また、本発明によれば、位置決め棒の全体を引き抜くことなく、位置決め棒の本体部を単位燃料電池の位置決め孔内に配置したまま、燃料電池スタックの積層方向の端部から突出した位置決め棒の延長部を取り外すことができる。したがって、位置決め棒の引き抜き作業に起因する単位燃料電池の損傷を防止できる。

また、前記圧縮工程の後、前記延長部取り外し工程の前に、前記燃料電池スタックに荷重を加えて圧縮した状態で、前記燃料電池スタックの前記積層方向の厚さを拘束するように締結する締結工程（例えば、実施形態における締結工程Ｓ５０）を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、締結工程を備えているので、単位燃料電池の積層方向における圧縮状態を保持した状態で、延長部取り外し工程を行うことができる。これにより、燃料電池スタックに荷重を付加しながら延長部の取り外し作業を行う必要がないので、良好な作業性を確保しつつ、燃料電池スタックの積層方向の端部から突出した位置決め棒の延長部を簡単に取り外すことができる。

本発明によれば、圧縮工程により単位燃料電池が圧縮されると、燃料電池スタックが積層方向に短くなり、位置決め棒の本体部が単位燃料電池の位置決め孔内に配置されるとともに、本体部の端部に設けられた延長部が燃料電池スタックの積層方向の端部から突出する。ここで、位置決め棒の延長部は、位置決め棒の本体部に対して着脱可能となっており、圧縮工程の後、位置決め棒の延長部を取り外す延長部取り外し工程を備えている。したがって、位置決め棒を切断したり、位置決め棒の全体を引き抜いたりすることなく、位置決め棒の延長部を取り外すことで、圧縮工程の後に燃料電池スタックから突出した位置決め棒の端部を簡単に除去し、位置決め棒の不要な突出がない燃料電池スタックを簡単に形成できる。
また、本発明によれば、位置決め棒の全体を引き抜くことなく、位置決め棒の本体部を単位燃料電池の位置決め孔内に配置したまま、燃料電池スタックの積層方向の端部から突出した位置決め棒の延長部を取り外すことができる。したがって、位置決め棒の引き抜き作業に起因する単位燃料電池の損傷を防止できる。

燃料電池スタックの斜視図である。 燃料電池スタックの分解斜視図である。 単位セルの分解斜視図である。 燃料電池スタックの組立装置の説明図である。 ノックピンの説明図である。 ノックピン本体部に第一延長部を装着したときの説明図である。 燃料電池スタックの組立工程のフローチャートである。 エンドプレート装着工程の説明図である。 ノックピン配置工程の説明図である。 積層工程の説明図である。 圧縮工程の説明図である。 締結工程の説明図である。 第一延長部取り外し工程の説明図である。 第二延長部取り外し工程の説明図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明をする。
（燃料電池スタック）
図１は、燃料電池スタック１の斜視図である。
図２は、燃料電池スタック１の分解斜視図である。
図１に示すように、燃料電池スタック１は、平面視略矩形板状の単位燃料電池２（以下、「単位セル２」という。）が多数積層されて構成されている。なお、以下の説明では、平面視略矩形状に形成された単位セル２の角部を挟む二辺のうち、長辺の延在方向をＸ方向とし、短辺の延在方向をＹ方向とし、単位セル２の積層方向をＺ方向として、必要に応じてＸＹＺの直交座標系を用いて説明する。また、各図では、各部材の構造をわかりやすくするため、各部材の（特にＺ方向の）寸法や単位セル２の積層枚数を現実のものから適宜変更して描いている。

図２に示すように、燃料電池スタック１は、所定枚数の単位セル２をＺ方向に積層されて形成された積層体３と、積層体３のＺ方向両側に配置される一対のターミナルプレート２１ａ，２１ｂと、一対のターミナルプレート２１ａ，２１ｂのＺ方向両側に配置される一対の絶縁プレート２３ａ，２３ｂと、一対のターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび一対の絶縁プレート２３ａ，２３ｂを介して積層体３をＺ方向から挟持する一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂとにより構成されている。

図３は、単位セル２の分解斜視図である。
図３に示すように、単位セル２は、主に膜電極構造体７と、一対のガスケット８，９と、一対のセパレータ１１，１２とを備えている。単位セル２は、膜電極構造体７がガスケット８，９を介して、一対のセパレータ１１、１２により挟持されることにより形成されている。
膜電極構造体７は、固体高分子電解質膜４と、固体高分子電解質膜４の−Ｚ側に配置されたアノード電極５と、固体高分子電解質膜４の＋Ｚ側に配置されたカソード電極６とを備えている。
固体高分子電解質膜４は、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーに水を含浸させた素材により形成されている。固体高分子電解質膜４は、Ｚ方向視で略矩形枠状に形成された外枠部材７ａの開口部に収容保持されている。

アノード電極５およびカソード電極６は、例えばカーボンペーパー等により形成された不図示の多孔質ガス拡散層と、例えば白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層の表面に一様に積層されて形成された不図示の電極触媒層とをそれぞれ有している。そして、電極触媒層同士が固体高分子電解質膜４を介して対向するように、アノード電極５およびカソード電極６が固体高分子電解質膜４にそれぞれ接合されている。

固体高分子電解質膜４のＺ方向における両側には、一対のガスケット８，９が設けられている。ガスケット８，９は、膜電極構造体７の外枠部材７ａに対応して、外形がＺ方向視で略矩形枠状に形成された金属板部材であり、例えばプレス加工により形成されている。
また、−Ｚ側のガスケット８の−Ｚ側にはセパレータ１１が設けられ、＋Ｚ側のガスケット９の＋Ｚ側にはセパレータ１２が設けられている。セパレータ１１，１２は、膜電極構造体７の外枠部材７ａおよびガスケット８，９に対応して、外形がＺ方向視で略矩形状に形成された金属板部材であり、例えばプレス加工により形成されている。セパレータ１１，１２には、一対のセル電圧検出用の出力端子１５が＋Ｙ側に延設されている。

セパレータ１１におけるアノード電極５に対向する面には、アノード電極５に水素含有ガスを供給および排出するための第一ガス流路１３が設けられている。また、セパレータ１２におけるカソード電極６に対向する面には、カソード電極６に酸素含有ガスを供給および排出するための第二ガス流路１４が設けられている。
第一ガス流路１３および第二ガス流路１４は、例えばゴム等からなるシール部材１３ａ，１４ａによって囲まれている。なお、シール部材１３ａ，１４ａを設けることで、前述のガスケット８，９を省略することもできる。シール部材１３ａ，１４ａは、ガスケット８，９と当接することにより、第一ガス流路１３および第二ガス流路１４をシールしている。

隣り合う単位セル２のセパレータ１１とセパレータ１２とが相互に対向する面には、各単位セル２を冷却するための冷却水（冷媒）が流れる冷媒流路１６が形成されている。冷媒流路１６は、例えばゴム等からなるシール部材１６ａによって囲まれており、後述する冷媒通路３５，３６と連通している。

単位セル２を構成する膜電極構造体７、ガスケット８，９およびセパレータ１１，１２には、第一ガス入口通路３１、第一ガス出口通路３２、第二ガス入口通路３３、第二ガス出口通路３４および冷媒通路３５，３６の各通路が形成されている。
第一ガス入口通路３１は、水素含有ガスを通過させるための通路であり、単位セル２の（＋Ｘ，＋Ｙ）方向の角部に設けられている。第一ガス出口通路３２は、発電に供された後の水素含有ガスを通過させるための通路であり、第一ガス入口通路３１の対角位置である単位セル２の（−Ｘ，−Ｙ）方向の角部に設けられている。第一ガス入口通路３１および第一ガス出口通路３２はいずれも第一ガス流路１３に連通している。

第二ガス入口通路３３は、酸素含有ガスを通過させるための通路であり、単位セル２の（−Ｘ，＋Ｙ）方向の角部に設けられている。第二ガス出口通路３４は、発電に供された後の酸素含有ガスを通過させるための通路であり、第二ガス入口通路３３の対角位置である単位セル２の（＋Ｘ，−Ｙ）方向の角部に設けられている。第二ガス入口通路３３および第二ガス出口通路３４はいずれも第二ガス流路１４に連通している。

冷媒通路３５，３６は、冷却水等の冷媒を通過させるための通路であり、第一ガス入口通路３１と第二ガス出口通路３４との間、および第二ガス入口通路３３と第一ガス出口通路３２との間にそれぞれ設けられている。冷媒通路３５および冷媒通路３６は、いずれか一方が入口通路、いずれか他方が出口通路となっており、セパレータ１１とセパレータ１２とが相互に対向する面に形成された冷媒流路と連通している。

さらに、単位セル２を構成する膜電極構造体７、ガスケット８，９およびセパレータ１１，１２には、Ｚ方向に貫通する一対の位置決め孔３８，３８が形成されている。一対の位置決め孔３８，３８は、それぞれ単位セル２の（−Ｘ，＋Ｙ）方向の角部および（＋Ｘ，−Ｙ）方向の角部であって、第二ガス入口通路３３および第二ガス出口通路３４よりも外側に形成されている。一対の位置決め孔３８，３８には、後述するノックピン４０（請求項の「位置決め棒」に相当。）が挿通される。

図２に示すように、単位セル２が積層されて形成された積層体３の＋Ｚ側および−Ｚ側には、一対のターミナルプレート２１ａ，２１ｂが対向配置されている。ターミナルプレート２１ａ，２１ｂは、例えば銅等の金属により、Ｚ方向視の外形が積層体３と略同一に形成されている。ターミナルプレート２１ａ，２１ｂは、各単位セル２と電気的に接続されており、端子２２を介して各単位セル２の電力を外部に引き出している。

一対のターミナルプレート２１ａ，２１ｂの＋Ｚ側および−Ｚ側には、一対の絶縁プレート２３ａ，２３ｂが対向配置されている。絶縁プレート２３ａ，２３ｂは、例えばフェノール樹脂等の絶縁材料により、Ｚ方向視の外形が積層体３と略同一に形成されている。絶縁プレート２３ａ，２３ｂは、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂからの電力の漏洩を防止している。

一対の絶縁プレート２３ａ，２３ｂの＋Ｚ側および−Ｚ側には、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂが対向配置されている。エンドプレート２５ａ，２５ｂは、例えば鉄やアルミ等の金属により、Ｚ方向視の外形が積層体３よりも大きく形成されている。一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂは、後述するタイロッド２４ａ，２４ｂにより連結されることで、各単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂを圧縮した状態で保持している。

ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよび−Ｚ側のエンドプレート２５ａには、単位セル２と同様に、それぞれ第一ガス入口通路３１、第一ガス出口通路３２、第二ガス入口通路３３、第二ガス出口通路３４および冷媒通路３５，３６の各通路が形成されている。さらに、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ，２５ｂには、単位セル２と同様に、それぞれＺ方向に貫通する一対の位置決め孔３８，３８が形成されている。

また、各単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ，２５ｂの位置決め孔３８，３８には、ノックピン４０，４０が挿通されている。ノックピン４０，４０は、燃料電池スタック１のＺ方向の長さと略同一に形成されている。ノックピン４０，４０により、各単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ，２５ｂがＸＹ方向において精度よく位置決めされている。

一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂの間には、Ｘ方向略中央における＋Ｙ側および−Ｙ側に、一対のタイロッド２４ａ，２４ｂが配置されている。タイロッド２４ａ，２４ｂは、例えば鉄等の金属により形成された長尺板状の部材である。
タイロッド２４ａ，２４ｂとエンドプレート２５ａ，２５ｂとは、複数のボルト２９により締結固定されている。これにより、各単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂが積層されて圧縮された状態で保持され、燃料電池スタック１が構成されている。

（燃料電池スタックの組立方法、組立装置）
続いて、上述した燃料電池スタック１の組立方法について説明する。以下では、まず燃料電池スタック１の組立に使用される組立装置５０および組付治具であるノックピン４０について説明した後に、各組立工程について詳述する。
図４は、燃料電池スタック１の組立装置５０の説明図である。なお、図４では、ノックピン４０を二点鎖線で図示している。また、図４および図８以降の各図は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面に対応した断面図であり、紙面表裏方向がＸ方向となっており、紙面左右方向がＹ方向となっており、紙面上下方向がＺ方向（すなわち単位セル２の積層方向）となっている。

図４に示すように、燃料電池スタック１の組立装置５０は、定盤５９上に載置されており、主に台座プレート５１と、複数のフレーム５３と、可動プレート５５と、油圧シリンダ５７とにより構成されている。
台座プレート５１は、Ｚ方向視で外形が燃料電池スタック１（図１参照）よりも大きな略矩形状に形成されている。台座プレート５１の内側は、＋Ｚ側に突出した段差部５１ａとなっている。段差部５１ａの＋Ｚ側面は平坦に形成されており、後述するエンドプレート装着工程Ｓ１０において、−Ｚ側のエンドプレート２５ｂ（図２参照）が不図示のボルト等により取付可能となっている。
段差部５１ａには、−Ｚ側のエンドプレート２５ｂの位置決め孔３８，３８に対応した位置に、Ｚ方向に貫通するノックピン挿通孔５１ｂ，５１ｂが形成されている。ノックピン挿通孔５１ｂ，５１ｂには、後述するノックピン配置工程Ｓ２０において、ノックピン４０が配置可能となっている。台座プレート５１の段差部５１ａの厚さは、ノックピン４０の−Ｚ側に設けられる第二延長部４２の長さと略同一になるように形成される。

Ｚ方向視で台座プレート５１の四隅には、＋Ｚ側に延在する四本のフレーム５３が立設されている。各フレーム５３は、所定の直径を有する略円柱形状に形成されており、燃料電池スタック１（図１参照）のＺ方向の長さよりも十分長く形成されている。

フレーム５３の＋Ｚ側には、台座プレート５１と略面対称形状に形成された可動プレート５５が配置されている。可動プレート５５は、Ｚ方向視で外形が燃料電池スタック１（図１参照）よりも大きな略矩形状に形成されている。可動プレート５５の四隅には、Ｚ方向に貫通するフレーム挿通孔５５ｃが形成されており、各フレーム５３が挿通されている。これにより、可動プレート５５は、各フレーム５３の延在方向であるＺ方向にスライド移動可能となっている。
可動プレート５５の内側は、−Ｚ側に突出した段差部５５ａとなっている。段差部５５ａの−Ｚ側面は平坦に形成されており、後述するエンドプレート装着工程Ｓ１０において、＋Ｚ側のエンドプレート２５ａ（図２参照）が不図示のボルト等により取付可能となっている。

段差部５５ａには、＋Ｚ側のエンドプレート２５ａの位置決め孔３８，３８に対応した位置に、Ｚ方向に貫通するノックピン挿通孔５５ｂ，５５ｂが形成されている。ノックピン挿通孔５５ｂ，５５ｂには、後述する圧縮工程Ｓ４０において、可動プレート５５が−Ｚ側にスライド移動したとき、ノックピン４０が挿入される。これにより、可動プレート５５は、ノックピン４０と干渉することなく−Ｚ側へスライド移動して単位セル２（図１参照）を圧縮している。

可動プレート５５の＋Ｚ側には、可動プレート５５をＺ方向に沿ってスライド移動させる油圧シリンダ５７が配置されている。油圧シリンダ５７の外周は、不図示の支持部材によりフレーム５３に対して相対位置が固定されている。
油圧シリンダ５７は、ピストン部５７ａを備えている。ピストン部５７ａは、油圧シリンダ５７内の油圧を制御することにより、Ｚ方向に沿ってスライド移動可能となっている。ピストン部５７ａの−Ｚ側端部は、可動プレート５５の＋Ｚ側面に接続されており、ピストン部５７ａのスライド移動に連動して可動プレート５５がスライド移動するように形成されている。

（ノックピン）
図５は、ノックピン４０の説明図である。
図５に示すように、組付治具であるノックピン４０は、略円柱形状に形成された部材であり、ノックピン本体部４３（請求項の「本体部」に相当。）と、ノックピン本体部４３の＋Ｚ側に設けられた第一延長部４１（請求項の「延長部」に相当）と、ノックピン本体部４３の−Ｚ側に設けられた第二延長部４２（請求項の「延長部」に相当）とにより構成されている。なお、図５では、ノックピン本体部４３から第一延長部４１および第二延長部４２が取り外された状態を図示している。

ノックピン本体部４３の直径は、単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ、２５ｂの各部材に形成された位置決め孔３８の直径と略同一に形成されている。
ノックピン本体部４３の長さは、燃料電池スタック１（図１参照）のＺ方向における長さと略同一に形成されている。後述するように、ノックピン本体部４３は、複数の単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ，２５ｂ（いずれも図２参照）を積層する際に、ＸＹ方向の位置決めガイドとして機能している。ノックピン本体部４３は、完成した燃料電池スタック１の位置決め孔３８（図２参照）内に配置される。

第一延長部４１は、ノックピン本体部４３と略同一の直径に形成されている。また、第一延長部４１のＺ方向の長さは、第一延長部４１を第二延長部４２とともにノックピン本体部４３に装着した状態で組立装置５０（図４参照）に配置したとき、後述する積層工程Ｓ３０において、積層された＋Ｚ側の絶縁プレート２３ａから、第一延長部４１の＋Ｚ側の端部が突出するように形成されている（図１０参照）。このように第一延長部４１の長さを設定することで、後述する圧縮工程Ｓ４０において、−Ｚ側にスライド移動してきた＋Ｚ側のエンドプレート２５ａに形成された位置決め孔３８に、第一延長部４１およびノックピン本体部４３を挿通できる（図１１参照）。これにより、複数の単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ，２５ｂ（いずれも図１１参照）を積層および圧縮する際に、ＸＹ方向の位置を精度よく決定できる。

第二延長部４２は、ノックピン本体部４３と略同一の直径に形成されている。本実施形態では、第二延長部４２の長さは、第一延長部４１の長さと略同一の長さに形成されている。これにより、第一延長部４１と第二延長部４２とを共通部品とすることができるので、ノックピン４０の低コスト化ができる。さらに、ノックピン４０のＺ方向を区別することなく組立装置５０に配置できるので、効率よくノックピン配置工程Ｓ２０を行えるとともに、ノックピン４０の誤組付を防止できる。なお、台座プレート５１の段差部５１ａの厚さは、第一延長部４１の長さおよび第二延長部の長さ４２と略同一となるように形成される（図４参照）。

ここで、第一延長部４１および第二延長部４２は、ノックピン本体部４３に対して着脱可能に形成されている。なお、ノックピン本体部４３と第一延長部４１との着脱およびノックピン本体部４３と第二延長部４２との着脱は、同じ構造で実現されている。したがって、以下では、ノックピン本体部４３と第一延長部４１との着脱の構造についてのみ説明をし、ノックピン本体部４３と第二延長部４２との着脱の構造については説明を省略している。

図６は、ノックピン４０の中心軸を含む断面図であり、ノックピン本体部４３に第一延長部４１を装着したときの説明図である。
図６に示すように、ノックピン本体部４３の＋Ｚ側端面には、ノックピン４０の中心軸と同軸に雌ネジ部４３ａが形成されている。また、第一延長部４１の−Ｚ側端面には、ノックピン４０の中心軸と同軸に雄ネジ部４１ａが形成されている。
ノックピン本体部４３の雌ネジ部４３ａと第一延長部４１の雄ネジ部４１ａとを螺合することにより、ノックピン本体部４３に第一延長部４１を装着できる。また、ノックピン本体部４３の雌ネジ部４３ａと第一延長部４１の雄ネジ部４１ａとの締結を解除することにより、ノックピン本体部４３から第一延長部４１を取り外すことができる。

（燃料電池スタックの組立方法、組立工程）
次に、上述した組立装置５０（図４参照）およびノックピン４０を使用して行われる燃料電池スタック１（図１参照）の組立工程について、フローチャートを参照しながら説明する。
図７は、燃料電池スタック１の組立工程のフローチャートである。
図７に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１の組立工程は、主に、エンドプレート装着工程Ｓ１０と、ノックピン配置工程Ｓ２０（本願請求項の「位置決め棒配置工程」に相当。）と、積層工程Ｓ３０と、圧縮工程Ｓ４０と、締結工程Ｓ５０と、第一延長部取り外し工程Ｓ６０と、第二延長部取り外し工程Ｓ７０とを備えている。以下に、各工程の詳細を説明する。

（エンドプレート装着工程Ｓ１０）
図８は、エンドプレート装着工程Ｓ１０の説明図である。
図８に示すように、燃料電池スタック１の組立工程では、まず一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂをそれぞれ可動プレート５５および台座プレート５１に装着するエンドプレート装着工程Ｓ１０を行う。
エンドプレート装着工程Ｓ１０では、可動プレート５５の段差部５５ａに、＋Ｚ側のエンドプレート２５ａを、不図示のボルト等により締結して装着する。また、台座プレート５１の段差部５１ａに、−Ｚ側のエンドプレート２５ｂを、不図示のボルト等により締結して装着する。以上で、エンドプレート装着工程Ｓ１０が終了する。

（ノックピン配置工程Ｓ２０）
図９は、ノックピン配置工程Ｓ２０の説明図である。
次に、図９に示すように、ノックピン４０を組立装置５０に配置するノックピン配置工程Ｓ２０を行う。
ノックピン配置工程Ｓ２０では、まず、ノックピン本体部４３に第二延長部４２のみを装着して形成された連結体を二本用意する。次に、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂの間に、各連結体を移動し、−Ｚ側のエンドプレート２５ｂの位置決め孔３８および台座プレート５１のノックピン挿通孔５１ｂ内に、各連結体の第二延長部４２をそれぞれ挿通して配置する。

ここで、連結体は、ノックピン本体部４３に第二延長部４２のみが装着されて形成されているため、ノックピン本体部４３に第一延長部４１および第二延長部４２が装着されたノックピン４０の状態よりも、全長が短くなっている。したがって、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂの間に各連結体を移動する際に、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂとの干渉が回避され良好な作業性が確保される。なお、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂの離間距離がノックピン４０の長さよりも十分大きく確保されている場合には、連結体に第一延長部４１を装着した状態、すなわちノックピン４０の状態で、ノックピン配置工程Ｓ２０を行ってもよい。
その後、ノックピン本体部４３に第一延長部４１を装着して、ノックピン４０を形成する。以上で、ノックピン４０がＺ方向に沿って立設した状態で組立装置５０に配置され、ノックピン配置工程Ｓ２０が終了する。

（積層工程Ｓ３０）
図１０は、積層工程Ｓ３０の説明図である。なお、図１０において、ノックピン本体部４３と第一延長部４１との境界面Ｆを二点鎖線で図示している。
次に、図１０に示すように、単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂの各部材を積層する積層工程Ｓ３０を行う。
積層工程Ｓ３０では、−Ｚ側の絶縁プレート２３ｂ、−Ｚ側のターミナルプレート２１ｂ、複数の単位セル２、＋Ｚ側のターミナルプレート２１ａ、＋Ｚ側の絶縁プレート２３ａの順に積層する。このとき、単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂの各部材の位置決め孔３８に、ノックピン４０を挿通して積層する。単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂの各部材は、ノックピン４０によりそれぞれＸＹ方向に位置決めされた状態で、Ｚ方向に積層される。
積層工程Ｓ３０では、ノックピン本体部４３と第一延長部４１との境界面Ｆは、複数の単位セル２よりも＋Ｚ側に配置される。換言すれば、積層工程Ｓ３０では、積層される複数の単位セル２の位置決め孔３８が全てノックピン本体部４３に挿通された状態となっている。したがって、積層される複数の単位セル２は、それぞれＸＹ方向に精度よく位置決めできる。
以上で、積層工程Ｓ３０が終了する。

（圧縮工程Ｓ４０）
図１１は、圧縮工程Ｓ４０の説明図である。なお、図１１においても、図１０と同様にノックピン本体部４３と第一延長部４１との境界面Ｆを二点鎖線で図示している。
次に、図１１に示すように、積層された単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂに対して、Ｚ方向に荷重を加えて圧縮する圧縮工程Ｓ４０を行う。
圧縮工程Ｓ４０では、まず、油圧シリンダ５７を稼動してピストン部５７ａを−Ｚ側にスライド移動させ、ピストン部５７ａに連動する可動プレート５５および＋Ｚ側のエンドプレート２５ａを−Ｚ側にスライド移動させる。このとき、ノックピン４０の第一延長部４１は、＋Ｚ側のエンドプレート２５ａの位置決め孔３８に挿通される。これにより、＋Ｚ側のエンドプレート２５ａは、ＸＹ方向の位置が精度よく決定される。

続いて、可動プレート５５および＋Ｚ側のエンドプレート２５ａを−Ｚ側に更に移動させ、所定の荷重を加えて、積層された単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂおよび絶縁プレート２３ａ，２３ｂの各部材を圧縮する。これにより、積層された各部材のうち、特に単位セル２に設けられたシール部材１３ａ，１４ａ，１６ａ（図３参照）がＺ方向に圧縮される。
このとき、ノックピン本体部４３と第一延長部４１との境界面Ｆが＋Ｚ側のエンドプレート２５ａの＋Ｚ側面と略面一に配置される。換言すれば、複数の単位セル２、一対のターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、一対の絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよび一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂの各部材の位置決め孔３８が、ノックピン本体部４３に挿通された状態となる。これにより、ノックピン本体部４３は、積層された各部材の位置決め孔３８内に配置されるので、各部材のＸＹ方向の位置が精度よく決定される。また、このとき、第一延長部４１は、＋Ｚ側のエンドプレート２５ａの＋Ｚ側面から突出した状態で可動プレート５５のノックピン挿通孔５５ｂ内に配置されるので、可動プレート５５の移動を妨げることなく各部材を圧縮できる。
複数の単位セル２、一対のターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、一対の絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよび一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂが積層および圧縮されて、燃料電池スタック１が構成された時点で、圧縮工程Ｓ４０が終了する。

（締結工程Ｓ５０）
図１２は、締結工程Ｓ５０の説明図である。なお、図１２以降の各図において、図１のＡ−Ａ線に沿った断面に対応した断面図では、本来−Ｙ側のタイロッド２４ｂが視認できないが、説明を分かりやすくするため、−Ｙ側のタイロッド２４ｂを図示している。
次に、図１２に示すように、燃料電池スタック１に荷重を加えて圧縮した状態で、燃料電池スタック１のＺ方向の厚さを拘束するように、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂと一対のタイロッド２４ａ，２４ｂとを締結する締結工程Ｓ５０を行う。
締結工程Ｓ５０では、まず、燃料電池スタック１を圧縮したまま、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂの間に、Ｙ方向における両側から一対のタイロッド２４ａ，２４ｂを配置する。続いて、複数のボルト２９（図２参照）を用いて、一対のタイロッド２４ａ，２４ｂを一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂに締結する。これにより、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂは、一対のタイロッド２４ａ，２４ｂにより連結されてＺ方向の移動が規制されるとともに、燃料電池スタック１のＺ方向の厚さを拘束する。以上で、締結工程Ｓ５０が終了する。

（第一延長部取り外し工程Ｓ６０）
図１３は、第一延長部取り外し工程Ｓ６０の説明図である。
次に、図１３に示すように、ノックピン本体部４３から第一延長部４１を取り外す第一延長部取り外し工程Ｓ６０を行う。
第一延長部取り外し工程Ｓ６０では、まず、可動プレート５５と＋Ｚ側のエンドプレート２５ａとを固定している不図示のボルトを緩め、可動プレート５５と＋Ｚ側のエンドプレート２５ａとの連結を解除する。
続いて、油圧シリンダ５７を稼動してピストン部５７ａを＋Ｚ側にスライド移動させ、ピストン部５７ａに連動する可動プレート５５を＋Ｚ側にスライド移動させる。このとき、第一延長部４１は、＋Ｚ側のエンドプレート２５ａの＋Ｚ側面から突出している。

続いて、ノックピン本体部４３と第一延長部４１との締結を解除し、ノックピン本体部４３から第一延長部４１を取り外す。これにより、燃料電池スタック１から第一延長部４１が除去されるとともに、ノックピン本体部４３の＋Ｚ側端面が＋Ｚ側のエンドプレート２５ａの＋Ｚ側端面と略面一に配置される。このように、燃料電池スタック１の＋Ｚ側に突出したノックピン４０の第一延長部４１は、簡単に除去される。以上で、第一延長部取り外し工程Ｓ６０が終了する。

（第二延長部取り外し工程Ｓ７０）
図１４は、第二延長部取り外し工程Ｓ７０の説明図である。
次に、図１４に示すように、ノックピン本体部４３から第二延長部４２を取り外す第二延長部取り外し工程Ｓ７０を行う。
第二延長部取り外し工程Ｓ７０では、まず、台座プレート５１と−Ｚ側のエンドプレート２５ｂとを固定している不図示のボルトを緩め、台座プレート５１と−Ｚ側のエンドプレート２５ｂとの連結を解除する。

続いて、可動プレート５５の−Ｚ側面および＋Ｚ側のエンドプレート２５ａの＋Ｚ側端面に複数のフック６１を取り付け、例えばワイヤ６２等で互いに連結する。続いて、油圧シリンダ５７を稼動してピストン部５７ａを＋Ｚ側にスライド移動させ、ピストン部５７ａに連動する可動プレート５５を＋Ｚ側にスライド移動させる。これにより、燃料電池スタック１は、可動プレート５５によって懸架される。このとき、第二延長部４２は、−Ｚ側のエンドプレート２５ｂの−Ｚ側面から突出している。

次に、ノックピン本体部４３と第二延長部４２との締結を解除し、ノックピン本体部４３から第二延長部４２を取り外す。これにより、燃料電池スタック１から第二延長部４２が除去されるとともに、ノックピン本体部４３の−Ｚ側端面が−Ｚ側のエンドプレート２５ｂの−Ｚ側端面と略面一に配置される。このように、燃料電池スタック１の−Ｚ側に突出したノックピン４０の第二延長部４２は、簡単に除去される。以上で、第二延長部取り外し工程Ｓ７０が終了する。
第二延長部取り外し工程Ｓ７０が終了し、燃料電池スタック１を搬送して、ワイヤ６２およびフック６１を取り外した時点で、燃料電池スタック１の組立工程が終了する。

（効果）
本実施形態によれば、ノックピン４０に沿って単位セル２を積層した後、圧縮工程Ｓ４０により単位セル２が圧縮されると、燃料電池スタック１がＺ方向に短くなる。このとき、ノックピン本体部４３が単位セル２の位置決め孔３８内に配置されるとともに、ノックピン本体部４３の＋Ｚ側端部に設けられた第一延長部４１および−Ｚ側端部に設けられた第二延長部４２が燃料電池スタック１のＺ方向の端部から突出する。ここで、第一延長部４１および第二延長部４２は、ノックピン本体部４３に対して着脱可能となっており、圧縮工程Ｓ４０の後、第一延長部取り外し工程Ｓ６０および第二延長部取り外し工程Ｓ７０を備えている。したがって、ノックピン４０を切断したり、ノックピン４０を引き抜いたりすることなく、第一延長部４１および第二延長部４２を取り外すことで、圧縮工程Ｓ４０の後に、燃料電池スタック１から突出したノックピン４０の端部（すなわち第一延長部４１および第二延長部４２）を簡単に除去し、ノックピン４０の不要な突出がない燃料電池スタック１を簡単に形成できる。
また、ノックピン４０を引き抜くことなく、ノックピン本体部４３を単位セル２の位置決め孔３８内に配置したまま、燃料電池スタック１のＺ方向から突出した第一延長部４１および第二延長部４２を取り外すことができる。したがって、ノックピン４０の引き抜き作業に起因する単位セル２の損傷を防止できる。

また、本実施形態によれば、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂと一対のタイロッド２４ａ，２４ｂとを締結する締結工程Ｓ５０を備えている。したがって、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂと一対のタイロッド２４ａ，２４ｂとにより、単位セル２のＺ方向における圧縮状態を保持した状態で、第一延長部取り外し工程Ｓ６０および第二延長部取り外し工程Ｓ７０を行うことができる。これにより、燃料電池スタック１に荷重を付加しながら第一延長部４１および第二延長部４２の取り外し作業を行う必要がないので、良好な作業性を確保しつつ、燃料電池スタック１のＺ方向の端部から突出した第一延長部４１および第二延長部４２を簡単に取り外すことができる。

なお、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本実施形態では、二本のノックピン４０を用いて、積層される単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ，２５ｂの位置決めを行っていたが、ノックピン４０の本数は二本に限定されない。また、ノックピン４０の位置は、実施形態には限定されない。

本実施形態では、Ｚ方向に貫通する略円形状の位置決め孔３８にノックピン４０を挿通して、積層される単位セル２、ターミナルプレート２１ａ，２１ｂ、絶縁プレート２３ａ，２３ｂおよびエンドプレート２５ａ，２５ｂの位置決めを行っていたが、位置決め孔３８の形状は本実施形態の略円形状に限定されない。例えば、位置決め孔３８は、Ｚ方向視でＵ字形状の切り欠きにより形成されていてもよい。

本実施形態では、燃料電池スタック１の完成後、ノックピン本体部４３のＺ方向における両端部が、それぞれ一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂのＺ方向における外側端面と略面一になるように形成されていた。これに対して、燃料電池スタック１の完成後、ノックピン本体部４３のＺ方向における両端部が、それぞれ一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂのＺ方向における外側端面からＺ方向に若干突出するように形成されていてもよい。ただし、ノックピン本体部４３の両端部が、一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂの外側端面と略面一になるように形成することで、突出したノックピン本体部４３の両端部を樹脂等のキャップで覆う等の処理が必要なくなる点で、本実施形態に優位性がある。

本実施形態では、ノックピン本体部４３の＋Ｚ側に第一延長部４１を備え、−Ｚ側に第二延長部４２を備えていた。これに対して、エンドプレート２５ｂや組立装置５０の台座プレート５１等の形状によっては、ノックピン本体部４３の＋Ｚ側にのみ第一延長部４１を備え、−Ｚ側に第二延長部４２を備えていなくてもよい。具体的には、エンドプレート２５ｂのＺ方向の厚さが十分厚く形成されており、台座プレート５１に取り付けられたエンドプレート２５ｂの位置決め孔３８にノックピン４０を挿入することで、組立装置５０にノックピン４０を配置可能な場合である。この場合には、台座プレート５１にノックピン挿通孔５１ｂ，５１ｂを設ける必要がないので、第二延長部４２を備えていなくてもよい。

本実施形態では、一対のタイロッド２４ａ，２４ｂと一対のエンドプレート２５ａ，２５ｂとを締結固定することで、燃料電池スタック１の圧縮状態を保持していたが、タイロッド２４ａ，２４ｂの本数や形状等は、本実施形態に限定されない。
また、実施形態では、エンドプレート２５ａ，２５ｂの間に一対のタイロッド２４ａ，２４ｂを配置し、Ｚ方向からボルト２９を締結してエンドプレート２５ａ，２５ｂとタイロッド２４ａ，２４ｂとを連結していた。これに対して、例えばエンドプレート２５ａ，２５ｂの＋Ｙ側面および−Ｙ側面に一対のタイロッド２４ａ，２４ｂを配置し、Ｙ方向からボルトを締結してエンドプレート２５ａ，２５ｂとタイロッド２４ａ，２４ｂとを連結してもよい。

本実施形態では、ノックピン本体部４３に雌ネジ部４３ａを形成し、第一延長部４１および第二延長部４２に雄ネジ部４１ａを形成することで、ノックピン本体部４３と第一延長部４１および第二延長部４２とが着脱可能に形成されていたが、ノックピン本体部４３と第一延長部４１および第二延長部４２との着脱はネジに限定されない。例えば、ノックピン本体部４３に凹部を形成し、第一延長部４１および第二延長部４２に前記凹部に圧入可能な凸部を形成することで、ノックピン本体部４３と第一延長部４１および第二延長部４２とが着脱可能に形成されていてもよい。

１・・・燃料電池スタック
２・・・単位セル（単位燃料電池）
３８・・・位置決め孔
４０・・・位置決め棒（ノックピン）
４１・・・第一延長部（延長部）
４２・・・第二延長部（延長部）
４３・・・ノックピン本体部（本体部）
Ｓ２０・・・ノックピン配置工程
Ｓ３０・・・積層工程
Ｓ４０・・・圧縮工程
Ｓ５０・・・締結工程
Ｓ６０・・・第一延長部取り外し工程（延長部取り外し工程）
Ｓ７０・・・第二延長部取り外し工程（延長部取り外し工程）

Claims (2)

1. 単位燃料電池を積層し、燃料電池スタックを組み立てる燃料電池スタック組立方法であって、
   前記単位燃料電池は、前記単位燃料電池の積層方向に貫通する位置決め孔を備え、
   前記単位燃料電池の位置決めを行う位置決め棒を配置する位置決め棒配置工程と、
   前記単位燃料電池の前記位置決め孔を前記位置決め棒に挿入し、前記位置決め棒に沿って前記単位燃料電池を積層する積層工程と、
   積層された前記単位燃料電池に対して前記積層方向に荷重を加え、前記単位燃料電池を圧縮する圧縮工程と、
   を備え、
   前記位置決め棒は、
   前記圧縮工程の後、前記単位燃料電池の前記位置決め孔内に配置される本体部と、
   前記本体部の少なくとも一方端部に設けられ、前記本体部に対して着脱可能な延長部と、
   を備え、
   前記圧縮工程の後、前記単位燃料電池を圧縮した状態で、前記位置決め棒の前記延長部を取り外す延長部取り外し工程を備えたことを特徴とする燃料電池スタック組立方法。
2. 請求項１に記載の燃料電池スタック組立方法であって、
   前記圧縮工程の後、前記延長部取り外し工程の前に、前記燃料電池スタックに荷重を加えて圧縮した状態で、前記燃料電池スタックの前記積層方向の厚さを拘束するように締結する締結工程を備えたことを特徴とする燃料電池スタック組立方法。
   

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