JP2016115474A - 燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に緩衝層を配置する。【解決手段】燃料電池スタックＡは燃料電池本体１とケース２と緩衝層３と絶縁層４とを備える。その製造方法は、窪み部５２を一側面、突起部５３を他側面に有し絶縁層の元となる絶縁部材４０と、燃料電池本体の外周面と絶縁層の一側面との距離Ｄ１より大きい厚みの緩衝層と、を準備する工程と、緩衝層の厚みが距離Ｄ１より小さくなるように緩衝層を押し潰す工程と、絶縁部材の一側面に緩衝層を吸着させて吸着体を形成する工程であり、窪み部と緩衝層とで形成される空間の圧力が周囲圧力よりも低くなって緩衝層が押し潰された状態に保持される工程と、吸着体を燃料電池本体の外周面に配置する工程と、ケース内へ燃料電池本体を移動させ、ケースの開口端に突起部を衝突させて、空間の圧力を周囲圧力に戻し、緩衝層が絶縁部材から離脱し元の状態に戻るようにする工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックの製造方法に関する。

複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面の外側に設けられたテンションプレートと、燃料電池本体の外周面とテンションプレートとの間に配置される、低摩擦特性、緩衝特性及び絶縁特性を有する緩衝層とを備える燃料電池スタックが知られている（例えば、特許文献１参照）。緩衝層としては、例えば発泡性の樹脂やゴムが例示されている。

特開２００３−２０３６７０号公報

特許文献１の燃料電池スタックの製造方法としては、特許文献１には具体的に明示されていないが、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面上に緩衝層を配置し、その緩衝層上にテンションプレートを配置する方法が考えられる。すなわち、燃料電池本体の外周面上にそれぞれ緩衝層を配置し、続いて、各緩衝層の上にテンションプレートを配置し、その後、各テンションプレート同士を接続する方法である。この場合、板状のテンションプレートで燃料電池本体を囲むため、水密性を確保するためにテンションプレート間に挿入するガスケットや、テンションプレート同士を接続するためのボルトのような部材が必要であり、製造コストが増加し生産性が低下する。本願の発明者らは、それに対処すべく検討を行った結果、テンションプレートの代わりに箱型のケースを用意し、外周面に緩衝層を配置された燃料電池本体をケースに収めることで、水密性を確保しつつ、製造コストの低減や生産性の向上が可能であることを見出した。ここで、緩衝層の機能を発揮させるためには、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に圧縮状態で緩衝層を配置する必要がある。しかし、燃料電池本体をケースに収める形態の場合、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に圧縮状態で緩衝層を配置することは極めて困難である。燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に緩衝層を配置可能な技術が望まれる。

本発明によれば、複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、前記燃料電池本体が収容されるケースと、前記燃料電池本体と前記ケースとの間に配置され、前記ケースを前記燃料電池本体から電気的に絶縁する絶縁層と、前記燃料電池本体と前記絶縁層との間に配置され、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力を有する緩衝層と、を備える燃料電池スタックの製造方法であって、窪み部を一側面に有し、前記窪み部に対応して突起部を他側面に有し、前記絶縁層の元となる絶縁部材と、前記燃料電池本体が前記ケースに収容されたときの前記積層方向に沿った前記燃料電池本体の外周面と前記外周面に対向する前記絶縁層の一側面との距離よりも大きい厚みを有する前記緩衝層と、を準備する工程と、前記緩衝層が平面方向に広がりつつ前記緩衝層の厚みが前記距離よりも小さくなるように前記緩衝層を押し潰す工程と、前記絶縁部材の一側面に前記緩衝層を吸着させて吸着体を形成する工程であって、前記吸着体において、前記窪み部と前記緩衝層とで形成される空間の圧力が周囲の圧力よりも低くなっていることにより前記緩衝層が押し潰された状態に保持される、工程と、前記緩衝層が前記燃料電池本体と接するように前記吸着体を前記外周面に配置する工程と、前記ケースの開口から前記ケース内へ前記燃料電池本体を相対的に移動させながら、前記ケースの開口端に前記突起部を衝突させて、前記突起部の壁を破壊することにより、前記空間を周囲に連通して前記空間の圧力を周囲の圧力に戻し、それにより前記緩衝層が前記絶縁部材から離脱して元の状態に戻るようにする工程と、を備える、燃料電池スタックの製造方法が提供される。

燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に緩衝層を配置することができる。

燃料電池スタックの断面図である。 燃料電池スタックの断面図である。 緩衝層及び絶縁層を拡大して示す平面図及び断面図である。 絶縁部材を拡大して示す平面図及び断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。 別の実施例の吸着体の断面図である。 更に別の実施例の絶縁部材の断面図である。 更に別の実施例の絶縁部材の断面図である。 更に別の実施例の吸着体の断面図である。 更に別の実施例の燃料電池スタックの断面図である。 更に別の実施例の吸着体の断面図である。 更に別の実施例の燃料電池スタックの断面図である。 更に別の実施例の燃料電池本体の上面図である。

実施例に係る燃料電池スタックＡについて説明する。図１及び図２は、燃料電池スタックＡの概略断面図である。ただし、図１は図２のＥ１−Ｅ１断面図であり、図２は図１のＥ２−Ｅ２断面図である。燃料電池スタックＡは、燃料電池本体１と、燃料電池本体１が収容されるケース２と、燃料電池本体１とケース２との間に配置される絶縁層４と、燃料電池本体１と絶縁層４との間に配置される緩衝層３と、を備える。

燃料電池本体１は、水素のような燃料ガスと空気のような酸化剤ガスとを供給され電気化学反応により電力を発生する。燃料電池本体１は、積層体１１と、ターミナルプレート１２と、エンドプレート１４と、絶縁プレート１３とを備える。積層体１１は、複数の燃料電池単セルを積層方向Ｓに沿って積層することにより形成される。ターミナルプレート１２は、積層体１１の積層方向Ｓの両端部に配置される。エンドプレート１４は、ターミナルプレート１２の積層方向Ｓの外側に配置される。絶縁プレート１３は、ターミナルプレート１２とエンドプレート１４との間に配置される。ターミナルプレート１２、エンドプレート１４及び絶縁プレート１３は、積層方向Ｓに垂直な断面でみると、それぞれ長方形状をなしている。そのとき、ターミナルプレート１２及び絶縁プレート１３は互いにほぼ同じ大きさである。一方、エンドプレート１４はターミナルプレート１２及び絶縁プレート１３とほぼ同じ大きさか又はこれらよりもわずかに大きい。ターミナルプレート１２及びエンドプレート１４は導電性材料から形成され、絶縁プレート１３は電気絶縁性材料から形成される。

ケース２は、燃料電池本体１を圧縮状態で収容し、燃料電池本体１を拘束する。ケース２は、ケース本体２２と、蓋プレート２１とを備える。ケース本体２２は、その内部に燃料電池本体１を収容する。ケース本体２２は、ほぼ直方体であり、積層方向Ｓに沿い燃料電池本体１を囲む四つの側壁２２ａと底壁２２ｂとを有し、底壁２２ｂに対向して開口を有する。ケース本体２２の内部における底面の広さは、燃料電池本体１の積層方向Ｓに垂直な断面よりもやや大きい。ケース本体２２の内部における積層方向Ｓの長さ、すなわち深さは、燃料電池本体１が積層方向Ｓに圧縮されたときの積層方向Ｓの長さと同じかやや長い。蓋プレート２１は、ケース本体２２の開口を塞ぐ蓋であり、ケース本体２２に締結部材（図示せず）で締結される。蓋プレート２１は、積層方向Ｓに垂直な断面でみると、長方形状をなしている。ケース本体２２及び蓋プレート２１は、ステンレスやアルミニウムのような金属で形成される。なお、図１及び図２に示す実施例では側壁２２ａ及び底壁２２ｂは略平板状の側壁及び底壁であるが、図示しない別の実施例では側壁２２ａ及び底壁２２ｂの少なくとも一方は一部又は全部に曲面を有する側壁及び底壁である。

ケース本体２２内に燃料電池本体１が収容されて、ケース本体２２の開口が蓋プレート２１で塞がれ、ケース本体２２と蓋プレート２１とが締結部材で締結されると、燃料電池本体１は蓋プレート２１とケース本体２２の底壁２２ｂとにより両側から積層方向Ｓ内向きに押されて、拘束される。その結果、燃料電池本体１の両側のエンドプレート１４、１４が積層方向Ｓ内向きに互いに近づく。したがって、積層体１１、ターミナルプレート１２、絶縁プレート１３及びエンドプレート１４が積層方向Ｓに関し互いに密着される。このとき、積層方向Ｓに沿った燃料電池本体１の外周面１ａと外周面１ａに対向するケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの間に距離Ｄ０の隙間が形成される。その隙間に緩衝層３と絶縁層４とが互いに隣接して配置される。ただし、外周面１ａ側に緩衝層３が配置され、内周面２ａ側に絶縁層４が配置される。したがって、絶縁層４の燃料電池本体１側の一側面４ｓ１と外周面１ａとの距離Ｄ１は緩衝層３の厚みに等しくなる。なお、ケース本体２２の深さが圧縮状態の燃料電池本体１の積層方向Ｓの長さよりやや長いときには、ケース本体２２の底壁２２ｂの外側からボルトが締め込まれ、底壁２２ｂの内側から突き出したボルトが燃料電池本体１のエンドプレート１４を押して燃料電池本体１を拘束する。

燃料電池スタックＡの積層方向Ｓの一端に位置する蓋プレート２１、ターミナルプレート１２、絶縁プレート１３及びエンドプレート１４は、これらプレートを積層方向Ｓに貫通して燃料電池スタックＡの外部から積層体１１に到る複数の流通路（図示せず）を備える。これら流通路には、燃料ガスを積層体１１に供給する供給路、燃料ガスを積層体１１から排出する排出路、酸化剤ガスを積層体１１に供給する供給路、酸化剤ガスを積層体１１から排出する排出路、冷却水を積層体１１に供給する供給路、及び冷却水を積層体１１から排出する排出路が含まれる。

燃料電池単セルはそれぞれアノード極及びカソード極（図示せず）を有し、アノード極は一側に隣接する燃料電池単セルのカソード極に電気的に接続され、カソード極は他側に隣接する燃料電池単セルのアノード極に電気的に接続される。積層体１１の一端のアノード極は一方のターミナルプレート１２に電気的に接続され、他端のカソード極は他方のターミナルプレート１２に電気的に接続される。燃料電池単セルで発生した電力は、ターミナルプレート１２から燃料電池スタックＡの外部に到る複数の配線を介して燃料電池スタックＡの外部に取り出される。燃料電池スタックＡから取り出された電力は例えば車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。エンドプレート１４及びケース２は接地されている。なお、これらの電気的な構成については、図示を省略している。

緩衝層３は、燃料電池本体１に加わる衝撃を吸収し、燃料電池本体１の位置ずれを抑制する部材である。緩衝層３は、燃料電池本体１とケース２との間における、燃料電池本体１の外周面１ａと絶縁層４との間に配置され、かつ、外周面１ａのうちの二組の向かい合う二つの面にそれぞれ配置される。また、積層方向Ｓに沿った断面（例えば図１）で見た場合、緩衝層３は、積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１の一端から他端までの間に、少なくとも一つ設けられる。一方、積層方向Ｓに垂直な断面（例えば図２）で見た場合、緩衝層３は、積層方向Ｓに垂直な方向に沿って燃料電池本体１の一方の角部Ｃｎから他方の角部Ｃｎまでの間に少なくとも一つ設けられる。図１及び図２に示す実施例では、緩衝層３は、積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１の一端から他端までの間に五つ設けられ（図１）、積層方向Ｓに垂直な方向に沿って燃料電池本体１の一方の角部Ｃｎから他方の角部Ｃｎまでの間に二つ設けられている（図２）。図示しない別の実施例では、緩衝層３は、更に、燃料電池本体１とケース２とを電気的に絶縁する性質を有する。

図３は、燃料電池スタックＡの緩衝層３及び絶縁層４を拡大して示す平面図及び断面図である。

緩衝層３では、燃料電池本体１側の一側面３ｓ１が燃料電池本体１の外周面１ａに接し、ケース２側の他側面３ｓ２が絶縁層４に接している。緩衝層３は緩衝部材３ａと吸盤部材３ｂとが積層されて形成される。緩衝部材３ａは燃料電池本体１に接し、吸盤部材３ｂは絶縁層４に接する。緩衝層３の平面形状、すなわち緩衝部材３ａ及び吸盤部材３ｂの平面形状としては、特に制限は無いが、長方形のような多角形、円形、楕円形、角丸長方形が挙げられる。図３に示す実施例では長方形である。

緩衝層３の吸盤部材３ｂは、燃料電池スタックＡを製造するときに、緩衝部材３ａを絶縁層４に吸着させるための吸盤として機能する。吸盤部材３ｂは吸盤として機能可能であれば、より薄いことが好ましい。緩衝層３に占める緩衝部材３ａの厚みを厚くするためである。吸盤部材３ｂの材料としては、吸盤として機能し得る材料であれば特に制限は無く、ゴムや合成樹脂などの可撓性を有する材料が好ましく、例えばニトリルゴム、シリコンゴム、塩化ビニルなどが挙げられる。

緩衝層３の緩衝部材３ａは、電気的絶縁性及び復元力を有する。復元力とは、外力により寸法が変化したとき、元の寸法に戻ろうとする力である。緩衝部材３ａの材料としては、電気的絶縁性及び復元力を有していれば特に限定されず、例えば弾性を有する樹脂が挙げられる。緩衝部材３ａは、好ましくはダイラタント的特性を更に有する。ダイラタント的特性とは、ゆっくりとした入力荷重には流動性を示し、ゆっくり変形し、急激な入力荷重には固体のように振る舞い、ほとんど変形しない性質をいう。その場合、緩衝部材３ａの材料としては、上記特性に加えてダイラタント的特性を更に有していれば特に限定されず、例えば、樹脂と固形物との混合物が挙げられる。具体的には、シリコーンオイルとホウ酸の混合物やシリコーン樹脂とシリカとの混合物が例示される。また、ダウコーニング社のダウコーニング３１７９（ダウコーニングは登録商標）や、Ｗａｃｋｅｒ ＧｍｂＨ社のＭ４８、Ｍ４９のような製品を用いることもできる。図１〜図３及び以下に示す実施例では、緩衝部材３ａが電気的絶縁性及び復元力に加えてダイラタント的特性を更に有する場合について説明する。

緩衝部材３ａにダイラタント的特性を有する材料を用いることが好ましい理由は以下のとおりである。燃料電池スタックＡが車両に搭載される場合、車両の衝突などで燃料電池スタックＡが急激な衝撃を受けて各燃料電池単セルが急激にずれようとしたときには、緩衝部材３ａが急激な変化を受けて固体のように振る舞う。それにより、緩衝部材３ａは積層体１１における各燃料電池単セルの位置ずれの発生を抑制できる。一方、積層体１１の燃料電池単セルの熱膨張などに起因して各燃料電池単セルが積層方向Ｓに垂直な方向にゆっくりと変形したときには、緩衝部材３ａはゆっくりとした変化を受けて流動的に変化する。それにより、緩衝部材３ａは燃料電池単セルの変形によって生じた燃料電池単セルと緩衝部材３ａとの隙間を埋めるように変形して、燃料電池単セルと緩衝部材３ａとの隙間の発生を抑制し、それにより、車両の衝突時に燃料電池単セルが急激にずれようとする場合に備えられる。それらの結果、燃料電池単セルの位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生を抑制できる。

緩衝部材３ａは吸盤部材３ｂより厚く、緩衝層３に占める厚みの割合が大きい。そのため、緩衝層３の厚みの変化は、ほぼ緩衝部材３ａの厚みの変化と見ることができる。緩衝部材３ａの厚みは、荷重ゼロの状態において、緩衝部材３ａと吸盤部材３ｂと合わせた厚み、すなわち緩衝層３の厚みが、燃料電池本体１の外周面１ａと絶縁層４の燃料電池本体１側の一側面４ｓ１との距離Ｄ１よりも大きくなる厚みとされる。燃料電池スタックＡの製造時には、緩衝部材３ａが潰されて緩衝層３の厚みが距離Ｄ１よりも小さくされ、緩衝層３が外周面１ａに配置されて、緩衝層３の厚みが距離Ｄ１にまで膨らむ前に燃料電池本体１上の緩衝層３がケース２に収容されることで、緩衝層３に影響されずに燃料電池本体１がケース２に収容される。この場合、緩衝層３は、その後に緩衝部材３ａの復元力により距離Ｄ１と同じ厚みに回復するが、本来の厚みが距離Ｄ１よりも大きいので、本来の厚みを回復することなく圧縮状態で外周面１ａと絶縁層４の一側面４ｓ１との間に配置される。緩衝層３が圧縮状態で配置されることで、燃料電池本体１に加わる衝撃を吸収し易くなり、燃料電池本体１の位置ずれをより抑制できる。

絶縁層４は、ケース２を燃料電池本体１から電気的に絶縁する部材である。絶縁層４の燃料電池本体１側の一側面４ｓ１は緩衝層３の吸盤部材３ｂに接し、ケース２側の他側面４ｓ２はケース２の内周面２ａに接している。絶縁層４の平面形状としては、特に制限は無いが、長方形のような多角形、円形、楕円形、角丸長方形が挙げられる。その形状は緩衝層３の平面形状と比較してやや大きく、略相似形である。図３に示す実施例では長方形である。絶縁層４の概ね中央の位置には、燃料電池スタックＡの製造時に用いられた空間５１が形成されている。絶縁層４の材料としては、電気的絶縁性を有していれば特に制限はなく、例えばポリプロピレンのような樹脂が挙げられる。

燃料電池スタックＡの製造時には、絶縁層４の元となる絶縁部材が用いられ、製造過程で絶縁部材の一部が変形し、又は、一部が除去されて絶縁層４が形成される。図４は、絶縁部材を拡大して示す平面図及び断面図である。絶縁部材４０には、一側面４０ｓ１には窪み部５２が形成され、他側面４０ｓ２には窪み部５２に対応して突起部５３が形成されている。すなわち、一側面４０ｓ１の窪み部５２と他側面４０ｓ２の突起部５３とは表裏の関係にある。燃料電池スタックＡの製造過程において、突起部５３が破壊されて、窪み部５２の空間５１に収容されるか、又は、絶縁部材４０から除去されることで、絶縁部材４０が絶縁層４となる。それに伴い、一側面４０ｓ１は一側面４ｓ１となり、他側面４０ｓ２は他側面４ｓ２となる。したがって、絶縁部材４０の材料及び平面形状はそれぞれ絶縁層４の材料及び平面形状と同じである。突起部５３の平面形状としては、特に制限は無いが、長方形のような多角形、円形、楕円形、角丸長方形が挙げられる。図４に示す実施例では円形である。窪み部５２の平面形状は、凹と凸との相違はあるが突起部５３の平面形状と同じである。図３の空間５１の平面形状は窪み部５２の平面形状と同じである。なお、窪み部５２及び突起部５３の面積及び数は緩衝層３の面積に応じて適宜変更され得る。

次に、実施例に係る燃料電池スタックＡの製造方法について説明する。図５〜図１６は、燃料電池スタックＡの各製造工程を示す概略断面図である。

まず、図５に示すように、緩衝層３を準備する。緩衝層３は、緩衝部材３ａに吸盤部材３ｂを貼り付けて形成される。吸盤部材３ｂは吸盤として機能するように反っており、それにより吸盤部材３ｂの一側面に凹表面が形成されると共に他側面に凸表面が形成されている。緩衝部材３ａは吸盤部材３ｂの凸表面に貼り付けられる。その結果、緩衝層３には、緩衝部材３ａ側の表面に凸表面の一側面３ｓ１が形成され、吸盤部材３ｂ側の表面に凹表面の他側面３ｓ２が形成される。図５に示す実施例では、緩衝部材３ａ及び吸盤部材３ｂの少なくとも一方に接着剤を塗布して、両者を貼り付ける。他の実施例では、緩衝部材３ａ及び吸盤部材３ｂの少なくとも一方を他方に押し付けて両者を圧着する。緩衝部材３ａ及び吸盤部材３ｂの厚みはそれぞれｄ１ａ及びｄ１ｂである。緩衝部材３ａと吸盤部材３ｂとを合わせた厚み、すなわち緩衝層３の厚みはｄ１であり、燃料電池本体１がケース２に収容されたときの、燃料電池本体１の外周面１ａと絶縁層４の一側面４ｓ１との距離Ｄ１よりも大きい（ｄ１＞Ｄ１）。緩衝部材３ａ及び吸盤部材３ｂの平板形状は長方形であり、緩衝部材３ａ及び吸盤部材３ｂの面積は概ねＳＡ１である。なお、図５では緩衝部材３ａの断面形状が扇形であるが、図示しない別の実施例では緩衝部材３ａの断面形状は矩形である。

次に、図６に示すように、準備された緩衝層３を押し潰す。例えば、図示しない作業台上に緩衝層３を載置し、緩衝層３を作業台に押し付けて、緩衝層３が平面方向に広がりつつ緩衝層３の厚みが距離Ｄ１よりも小さくなるように押し潰す。それにより、緩衝層３の面積がＳＡ１からＳＡ２に拡がり（ＳＡ２＞ＳＡ１）、緩衝層３の厚みがｄ１から距離Ｄ１よりも小さいｄ２になる（ｄ２＜Ｄ１＜ｄ１）。

次に、図７に示すように、絶縁部材４０を準備し、絶縁部材４０の一側面４０ｓ１に、押し潰された緩衝層３を吸着させて吸着体５を形成する。その際、吸着体５において、窪み部５２と緩衝層３とで形成される密閉された空間５１の圧力が周囲の圧力よりも低くなっていることにより緩衝層３が押し潰された状態に保持される。言い換えると、絶縁部材４０の一側面４０ｓ１に緩衝層３の他側面３ｓ２が押し付けられることで、一側面４０ｓ１と他側面３ｓ２との間の空気が抜けて、絶縁部材４０と緩衝層３とが密接する。このとき、緩衝層３は吸盤部材３ｂの弾性により元の反った形状に戻ろうとするため、空間５１の内部の圧力は周囲の圧力よりも低くなり、緩衝層３が絶縁部材４０に吸着する。また、このとき、緩衝層３の吸盤部材３ｂが絶縁部材４０に吸着して変形できなくなることで、緩衝層３の緩衝部材３ａも変形できなくなり、緩衝層３の面積がＳＡ２に維持されて、それにより厚みがｄ２に維持される。また、突起部５３を含まない吸着体５の厚みはｄ０となる。なお、緩衝層３の面積が大きい場合には、上記吸着が可能なように窪み部５２及び突起部５３の面積又は数が適宜増加される。

次に、図８に示すように、ケース２の蓋プレート２１を固定治具（図示せず）に保持して、保持された蓋プレート２１に燃料電池本体１を荷重Ｐで押し付ける。それにより、燃料電池本体１は、蓋プレート２１に接する側、すなわち蓋プレート２１側と、蓋プレート２１側の反対側とから荷重Ｐで圧縮される。本製造方法において、燃料電池本体１は、蓋プレート２１とケース本体２２とが締結されるまで荷重Ｐで圧縮され続ける。

次に、図９及び図１０に示すように、吸着体５を燃料電池本体１に載置する。その際、吸着体５の緩衝層３が燃料電池本体１と接するように、燃料電池本体１の外周面１ａに吸着体５を載置する。ただし、図９は図１０のＥ９−Ｅ９断面図であり、図１０は図９のＥ１０−Ｅ１０断面図である。図９及び図１０に示す実施例では、燃料電池本体１の一端から他端までの間に五個配置され（図９）、燃料電池本体１の一方の角部Ｃｎから他方の角部Ｃｎまでの間に二個配置される（図１０）。したがって、吸着体５の数は例えば外周面１ａの四つの面の各々に十個ずつ、合計四十個である。

次に、図１１に示すように、燃料電池本体１をケース２内に収容する。その際、ケース本体２２の開口からケース本体２２内へ燃料電池本体１を相対的に移動させながら、ケース本体２２の開口端２２ａｐに突起部５３を衝突させて、突起部５３の壁を破壊することにより、空間５１を周囲に連通して空間５１の圧力を周囲の圧力に戻す。それにより、緩衝層３が絶縁部材４０から離脱して元の状態に戻るようにする。

具体的には、まず、図１２に示すように、ケース本体２２の開口を燃料電池本体１の端部に被せて、ケース本体２２の側壁２２ａの開口端２２ａｐを、吸着体５の絶縁部材４０に沿って移動させる。この場合、突起部５３を除く吸着体５の厚みｄ０は、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの距離Ｄ０よりやや小さい程度の大きさであり、側壁２２ａと絶縁部材４０との間にはわずかの隙間しかない。そのため、図１３に示すように、開口端２２ａｐを絶縁部材４０に沿って移動させると、開口端２２ａｐを突起部５３に衝突させることができ、それにより突起部５３の壁を破壊して、空間５１を周囲と連通させることができる。その結果、空間５１内に空気が流入して、空間５１の圧力が周囲の圧力に戻るとともに、緩衝層３と絶縁部材４０との間に空気が流入して、緩衝層３は絶縁部材４０から離脱して元の状態に戻るようになる。すなわち、吸盤部材３ｂは弾性により元の反った形状に戻ろうとし、緩衝部材３ａは復元力により元の厚み及び面積の形状に戻ろうとする。ただし、距離Ｄ０は狭いため、吸盤部材３ｂ及び緩衝部材３ａが両方とも元の形状に戻ることはできない。この場合、緩衝部材３ａの復元力の方が強いことから、吸盤部材３ｂは反った形状にはほとんど戻れず、緩衝部材３ａの厚みが増加し始める。緩衝層３の厚みが増加に伴って、図１４に示すように、絶縁層４がケース本体２２の側壁２２ａの内周面２ａに接して、燃料電池本体１の外周面１ａと絶縁部材４０の一側面４０ｓ１との隙間は最大のＤ１となる。このとき、緩衝部材３ａは厚みｄ３（ｄ２＜ｄ３＝Ｄ１＜ｄ１）までしか戻れず、それに対応して面積ＳＡ３（ＳＡ１＜ＳＡ３＜ＳＡ２）までしか戻れない。すなわち、緩衝部材３ａは厚みｄ１まで戻れないため、圧縮された状態で外周面１ａと絶縁部材４０との間に保持される。この場合、緩衝部材３ａは、一側面３ｓ１において積層体１１の燃料電池単セルの凹凸に沿うように変形する。また、絶縁部材４０の他側面４ｓ２は平滑で滑らかであるため、緩衝部材３ａの厚みが戻りつつある状態でも、ケース２の側壁２２ａは絶縁部材４０上を滑らかに移動することができる。以上により、燃料電池本体１をケース２内へ相対的に移動させて収容することができる。なお、突起部５３の破片は開口端２２ａｐに押されて絶縁部材４０から除去されるか、又は、空間５１内に収納される。突起部５３が破壊され破片が除去されて、絶縁部材４０は絶縁層４となる。

図１５は、突起部５３を破壊する前後での緩衝層３と燃料電池単セルとの関係の一例を示す部分断面図である。積層体１１の各燃料電池単セル１１ａの相対的な位置は、詳細に見れば、図１５の左側の図に示すように積層体１１の積層方向Ｓの中心線Ｃに対して垂直方向に外向き又は内向きに少しずれる場合がある。しかし、図１４に示すように緩衝層３が絶縁部材４０から離脱すると、緩衝部材３ａの復元力により厚みが増して、図１５の右側の図に示すように各燃料電池単セル１１ａのずれに関わらず、各燃料電池単セル１１ａの外側の凹凸に沿って隙間なく緩衝層３が配置される。

その後、図１６に示すように、ケース本体２２をボルトのような締結部材（図示せず）で蓋プレート２１に締結する。このとき、緩衝層３は、厚みを回復しつつ、燃料電池本体１の各プレートや各燃料電池単セルに合わせてケース２との隙間を埋め、燃料電池本体１の外周面１ａと絶縁層４との間に圧縮状態で配置される。

以上により、燃料電池スタックＡの製造が完了する。

上記の燃料電池スタックの製造方法では、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力を有する緩衝層３を利用する。すなわち、押し潰されて厚みが薄くなった緩衝層３を絶縁部材４０に吸着させることで、緩衝層３の厚みの薄い状態を維持させることができる。そして、厚みの薄い緩衝層３が吸着した絶縁部材４０を燃料電池本体１の外周面１ａに配置することで、絶縁部材４０や緩衝層３に妨げられることなく燃料電池本体１をケース２に収容することができる。また、収容の途中で絶縁部材４０の突起部５３を破壊して、緩衝層３を絶縁部材４０から離脱させることで、緩衝層の厚みが厚くなるので、燃料電池本体１と絶縁部材４０との間に圧縮状態で緩衝層３を容易に配置することができる。また、ケース２が水密、締結、外部拘束の機能を有するため、それら機能を実現する構成が簡略化され、燃料電池スタックＡの大きさを小さくでき、コストを低減できる。更に、燃料電池スタックＡが急激な衝撃を受けたとき、緩衝層３は固体のように振る舞い、各燃料電池単セルの位置ずれの発生を抑制し、位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生を抑制できる。また、燃料電池単セルが緩やかに変形したとき、緩衝層３は流動性を示し、各燃料電池単セルの変形によって生じた隙間を埋めるように変形し、燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間の発生を抑制できる。

以上説明されたように、実施例の燃料電池スタックＡの製造方法は、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に緩衝層３を配置することができる。

次に、図１７を参照して、別の実施例について説明する。図１７は、別の実施例の吸着体５を示す断面図である。図１７に示すように、緩衝層３は、吸盤部材３ｂを含まず、緩衝部材３ａだけを含んでいる。この場合、緩衝部材３ａそのものが吸盤のように働いて、絶縁層４に吸着する。なお、図１７では緩衝部材３ａの断面形状が扇形であるが、図示しない更に別の実施例では緩衝部材３ａの断面形状は矩形である。この場合にも、図５に示す吸着体５を用いた場合と同様の効果を奏することができる。加えて、吸盤部材３ｂを用いないため、製造コストを削減できる。

次に、図１８を参照して、更に別の実施例について説明する。図１８は、更に別の実施例の絶縁部材４０を示す断面図である。図１８に示すように、絶縁部材４０の突起部５３は、突起部５３がケース本体２２の開口端２２ａｐに当たったとき、突起部５３の破壊を容易にする脆弱部５４を有している。図１８に示す実施例では、脆弱部５４は突起部５３の一部に形成された切欠きである。脆弱部５４は、吸着体５が外周面１ａに載置されたときに開口端２２ａｐに面する側に形成されることが好ましい。言い換えると、吸着体５を外周面１ａに載置するとき、開口端２２ａｐに面する側に脆弱部５４が向くように吸着体５を外周面１ａに載置することが好ましい。突起部５３がより壊れ易くなるからである。この場合にも、図４に示す絶縁部材４０を用いた場合と同様の効果を奏することができる。加えて、脆弱部５４を有するため、突起部５３をより確実に壊すことができる。

次に、図１９及び図２０を参照して、更に別の実施例について説明する。図１９は更に別の実施例の絶縁部材４０を示す断面図であり、図２０はその絶縁部材４０を用いた吸着体５を示す断面図である。図１９に示すように、絶縁部材４０の突起部５３は弁５３ａであり、複数の弁膜５５からなる。弁５３ａは、絶縁部材４０の一側面４０ｓ１側の圧力が他側面４０ｓ２側の圧力より一定値以上高いときに開弁する。言い換えると、弁５３ａは一側面４０ｓ１側の流体が他側面４０ｓ２側へ向かって流れるときには開弁し、他側面４０ｓ２側の流体が一側面４０ｓ１側へ向かって流れるときには閉弁する。また、弁５３ａは、ケース本体２２の開口端２２ａｐに衝突したときに開弁する。

図２０に示すように、吸着体５を形成するときには、緩衝層３を絶縁部材４０に押し付けることで、絶縁部材４０の一側面４０ｓ１と緩衝層３の他側面３ｓ２との間の空気が、他側面３ｓ２に押されて窪み部５２に突入する。そのため、弁５３ａが開弁して、空気が他側面４０ｓ２側へ流れ込む。そして、一側面４０ｓ１と他側面３ｓ２との間に空気が無くなり、一側面４０ｓ１側から他側面４０ｓ２側へ流れ込む空気が無くなると、弁５３ａが閉弁し、緩衝層３が絶縁部材４０に吸着して、吸着体５が形成される。

図示しない別の実施例では、吸着体５を形成するときには、絶縁部材４０の一側面４０ｓ１に緩衝層３を吸着させた後、絶縁部材４０の他側面４０ｓ２側を真空引きして弁５３ａを開弁させる。それにより、一側面４０ｓ１と他側面３ｓ２との間の空気をより確実に無くすことができ、空間５１の圧力を周囲の圧力よりもより低くすることができるので、緩衝層３が絶縁部材４０により強固に吸着した吸着体５を形成できる。

この場合にも、図５の吸着体５の場合と同様の効果を奏することができる。加えて、突起部が弁５３ａであるため、一側面４０ｓ１と他側面３ｓ２との間の空気をより確実に排出して、緩衝層３を絶縁部材４０により確実に吸着させることができる。

次に、図２１及び図２２を参照して、更に別の実施例について説明する。図２１は更に別の実施例の燃料電池スタックＡを示す断面図であり、図２２はその場合に用いる吸着体５を示す断面図である。図２１に示すように、絶縁層４及び緩衝層３は、積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１の一端から他端に亘って連続的に設けられる。その場合に用いられる吸着体５は、図２２に示すように、緩衝層３及び絶縁部材４０は積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１の一端から他端に亘って連続的に延びる形状を有し、絶縁部材４０は積層方向Ｓに沿って複数の窪み部５２とそれに対応する複数の突起部５３とを備えている。この場合にも、図１の燃料電池スタックＡ及び図７の吸着体５の場合と同様の効果を奏することができる。加えて、燃料電池本体１の外周面１ａに吸着体５を載置する作業が容易になり生産性が向上する。

次に、図２３を参照して、更に別の実施例について説明する。図２３は更に別の実施例の燃料電池スタックＡを示す断面図であり、積層方向Ｓに垂直な断面を示している。図２の実施例では、二組の向かい合う二つの外周面１ａに緩衝層３が配置される。図２３に示す実施例では、一組の向かい合う二つの外周面１ａのみに緩衝層３が配置される。緩衝層３の拘束力が大きい場合、例えば緩衝層３の圧縮の程度が大きい場合には、一組の向かい合う二つの外周面１ａだけで、外周面１ａに垂直な方向の燃料電池単セルのずれを防止する等、図２の実施例の場合と同等の効果を奏することができる。加えて、緩衝層３が削減されるので、生産性を向上でき、製造コストを低減できる。図示しない別の実施例では、外周面１ａの一つの面につき、角部近傍の二枚ではなく、ほぼ全面を覆う一枚の緩衝層３が配置される。

次に、図２４を参照して、更に別の実施例について説明する。図２４は更に別の実施例の燃料電池本体１を示す上面図である。製造工程において、吸着体５を燃料電池本体１の外周面１ａに載置するとき、図に示すように、例えば千鳥格子状に吸着体を配置する。この場合にも、図９及び図１０の場合と同様の効果を奏することができる。加えて、緩衝層３により燃料電池本体１の燃料電池単セルのずれをより確実に防止できる。

１ 燃料電池本体
１ａ 外周面
２ ケース
３ 緩衝層
４ 絶縁層
４ｓ１ 一側面
４ｓ２ 他側面
１１ 積層体
２２ａｐ 開口端
４０ 絶縁部材
５１ 空間
５２ 窪み部
５３ 突起部
Ａ 燃料電池スタック
Ｄ１ 距離
ｄ１ 厚み

Claims (8)

1. 複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、前記燃料電池本体が収容されるケースと、前記燃料電池本体と前記ケースとの間に配置され、前記ケースを前記燃料電池本体から電気的に絶縁する絶縁層と、前記燃料電池本体と前記絶縁層との間に配置され、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力を有する緩衝層と、を備える燃料電池スタックの製造方法であって、
   窪み部を一側面に有し、前記窪み部に対応して突起部を他側面に有し、前記絶縁層の元となる絶縁部材と、前記燃料電池本体が前記ケースに収容されたときの前記積層方向に沿った前記燃料電池本体の外周面と前記外周面に対向する前記絶縁層の一側面との距離よりも大きい厚みを有する前記緩衝層と、を準備する工程と、
   前記緩衝層が平面方向に広がりつつ前記緩衝層の厚みが前記距離よりも小さくなるように前記緩衝層を押し潰す工程と、
   前記絶縁部材の一側面に前記緩衝層を吸着させて吸着体を形成する工程であって、前記吸着体において、前記窪み部と前記緩衝層とで形成される空間の圧力が周囲の圧力よりも低くなっていることにより前記緩衝層が押し潰された状態に保持される、工程と、
   前記緩衝層が前記燃料電池本体と接するように前記吸着体を前記外周面に配置する工程と、
   前記ケースの開口から前記ケース内へ前記燃料電池本体を相対的に移動させながら、前記ケースの開口端に前記突起部を衝突させて、前記突起部の壁を破壊することにより、前記空間を周囲に連通して前記空間の圧力を周囲の圧力に戻し、それにより前記緩衝層が前記絶縁部材から離脱して元の状態に戻るようにする工程と、
   を備える、燃料電池スタックの製造方法。
2. 前記緩衝層は、
   緩衝部材と、
   前記緩衝部材の一側面に接合された吸盤部材と、
   を含み、
   前記吸着体を形成する工程は、
   前記絶縁部材の一側面に前記吸盤部材を吸着させる、
   請求項１に記載の燃料電池スタックの製造方法。
3. 前記吸盤部材は反っており、それにより前記吸盤部材の一側面に凹表面が形成されると共に他側面に凸表面が形成され、
   前記緩衝部材は前記吸盤部材の凸表面に接合される、
   請求項２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
4. 前記突起部は、前記絶縁部材の一側面側の圧力が前記絶縁部材の他側面側の圧力より一定値以上高いとき、及び、前記ケースの開口端に衝突したときに開弁する弁である、
   請求項１又は２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
5. 前記吸着体を形成する工程は、前記絶縁部材の一側面に前記緩衝層を吸着させた後、前記絶縁部材の他側面側を真空引きして前記突起部を開弁させる、
   請求項４に記載の燃料電池スタックの製造方法。
6. 前記突起部は、前記突起部の破壊を容易にする脆弱部を有する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
7. 前記絶縁部材に前記窪み部は、複数個設けられ、
   前記突起部は、前記複数個の窪み部に対応して、複数個設けられる、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
8. 前記緩衝層は、ダイラタント的特性を有する
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池スタックの製造方法。

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