JP2018125208A - 燃料電池セル積層体の組付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルをスタック組付過程で鉛直方向に積層した後に水平方向に沿った加圧を行うことに支障の無いスタック組付手法を提供する。【解決手段】鉛直方向上側に位置する第１エンドプレートと鉛直方向上側に位置する第２エンドプレートとの間に燃料電池セルを積層した状態で鉛直方向に沿って一次加圧を行い、第１エンドプレートが有するボルト挿入孔にボルトを挿入する。その後、一次加圧の加圧状態を維持して、燃料電池セルをエンドプレートと共に、セル積層の方向が水平方向に倣う姿勢に変更し、姿勢変更後の複数の燃料電池セルに対してセル積層方向に沿った二次加圧を一次加圧より高い圧力で行う。次いで、横向き回転済みの第１エンドプレートにおけるボルト挿入孔のボルトに対して締め付けを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池セル積層体の組付方法に関する。

燃料電池セル積層体は、向かい合うエンドプレートの間に燃料電池セルを複数積層して備える。燃料電池セルは、セル単体としての許容寸法の範囲で形状や厚み等が相違するので、積層数が増えると、積層したスタック形態において形状のバラツキが起きたり、圧力分布の均一化にも支障が起き得る。そこで、エンドプレートを上下に向かい合わせ、この間に燃料電池セルを上下に積層した上で、積層方向、即ち上下方向に燃料電池セルを加圧し、その状態でボルト締めするスタック組付手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−１４２０４２号公報

上記の特許文献で提案されたスタック組付手法では、鉛直方向に沿って積層された燃料電池セルを、上下方向に加圧するタイプの加圧装置で上下に加圧している。ところが、燃料電池スタックは、通常、横置きにして使用されるので、スタック組付の際の加圧状況が現実の使用状態での加圧状況と一致しない。スタック組付時の加圧状況を使用状態と近似もしくは一致させるには、上下に向かい合うエンドプレートの間に燃料電池セルを上下に積層したスタック形態のまま、燃料電池スタックを水平に回転させて、水平状態で燃料電池セルを加圧する水平方向加圧装置にセットして加圧すればよい。ところが、燃料電池スタックは、エンドプレートの間に燃料電池セルを複数積層したスタック形態のままで用いられるものではなく、例えばスタックケースと言った他の部材にエンドプレートを介してボルト固定される。よって、水平方向加圧装置を利用したスタック組付手法では、水平方向加圧装置で水平方向に加圧した状態でエンドプレートを他の部材にボルト固定する必要がある。これに対応するには、ボルト締めを行う締結工具を回動可能にして、テーブルに並んだボルトを保持して首振り状に持ち上げたり、締結工具へのボルト供給を図るボルト供給機器を回動可能にして、首振り状に持ち上げて供給すればよい。しかしながら、テーブルに並んだボルトを保持して首振り状に持ち上げる際に、ボルトの落下が起き得るので、組み付け工程の一時停止をせざるを得ない場合がある。しかも、締結に用いるボルトは、複数本、例えば１０〜２０本と多数であるので、工程の一時停止が起きる頻度も高くなると想定される。こうしたことから、燃料電池セルをスタック組付過程で鉛直方向に積層した後に水平方向に沿った加圧を行うことに支障の無いスタック組付手法が要請されるに到った。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池セル積層体の組付方法が提供される。この燃料電池セル積層体の組付方法は、鉛直方向上側に位置する第１エンドプレートと鉛直方向下側に位置する第２エンドプレートとの間に、複数の燃料電池セルを前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートと共に積層した積層体を形成する工程と、前記第１エンドプレートに設けられたボルト挿入孔へのボルトの挿入を行なう工程と、前記積層体を前記積層の方向に加圧する一次加圧を行なう工程と、前記一次加圧により前記積層体が加圧された状態で、前記積層体の姿勢を、前記積層の方向が水平方向に倣う姿勢に変更する工程と、前記姿勢を変更した前記積層体に対して、前記積層の方向に沿った二次加圧を、前記一次加圧より高い圧力で行なう工程と、前記二次加圧後に、前記第１エンドプレートのボルト挿入孔に挿入済の前記ボルトを締め付けて、前記第１エンドプレートを他の部材に締結する工程とを備える。

この形態の燃料電池セル積層体の組付方法では、鉛直方向に複数の燃料電池セルが第１と第２のエンドプレートと共に積層済みの積層体を積層の方向が水平方向に倣う姿勢に変更しても、第１エンドプレートのボルト挿入孔に挿入済みのボルトは、挿入孔に留まったまま水平方向に倣う姿勢となるに過ぎず、脱落しない。この結果、この形態の燃料電池セル積層体の組付方法によれば、燃料電池セルを鉛直方向に積層した後に水平方向に沿った二次加圧を行うようにしても、組み付け工程の一時停止を高い確度で抑制できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池セル積層体の組付装置や固体高分子型燃料電池の製造方法・製造装置の形態で実現することができる。

実施形態のスタック組付方法の手順を示す工程図である。 実施形態のスタック組付方法で用いるスタック積層治具の概略を示す斜視図である。 スタック積層治具を平面視して示す説明図である。 スタック積層治具を側面視して示す説明図である。 スタック積層治具を用いた燃料電池セルの鉛直方向に沿った積層の第１手順を説明する説明図である。 スタック積層治具を用いた燃料電池セルの鉛直方向に沿った積層の第２手順を説明する説明図である。 スタック積層治具を用いた燃料電池セルの一次加圧の手順を説明する説明図である。 燃料電池スタックの水平回転の様子を示す説明図である。 実施形態のスタック組付方法で用いるスタック組付装置の概略を示す説明図である。 スタック組付装置への燃料電池スタックのセットの様子を示す説明図である。 図１０における１１−１１線に沿ってスタック積層治具とシャフトストッパとの関係を示す説明図である。 燃料電池スタックの二次加圧の様子を示す説明図である。 図１２における１３−１３線に沿ってスタック積層治具と加圧シャフトとの関係を示す説明図である。 水平加圧位置にある燃料電池スタックからのスタック積層治具の退避の様子を示す説明図である。 スタックケースの組み付けの様子を示す説明図である。 ボルトの締結によるケース固定の様子を示す説明図である。

図１は、実施形態のスタック組付方法の手順を示す工程図である。複数の燃料電池セルをエンドプレートと共に積層した燃料電池スタックを組み立てるに当たり、本実施形態のスタック組付方法では、まず、積層治具を用いた燃料電池セルの鉛直方向に沿った積層とボルト挿入と一次加圧とを行う（ステップＳ１００）。図２は、実施形態のスタック組付方法で用いるスタック積層治具１００の概略を示す斜視図である。図３は、スタック積層治具１００を平面視して示す説明図である。図４は、スタック積層治具１００を側面視して示す説明図である。なお、これらの図と図４以降の各図においては、水平面をＸ軸、Ｙ軸の２軸で表し、鉛直方向をＺ軸として表す。構成部材の動きや配置を示す際には、必要に応じてＸＹＺの軸表記を用いることとする。

スタック積層治具１００は、後述の燃料電池セルＦＣを複数積層した燃料電池スタックＦＣＳの組付に用いる治具であり、装置ベース１１０と、第１プレート２００と、第２プレート３００と、第１プレート駆動機構２３０とを備える。装置ベース１１０は、鉛直方向上側に位置する第１プレート２００と鉛直方向上側に位置する第２プレート３００との間を、燃料電池スタックＦＣＳを収容するスタック収容域ＳＲとする。

スタック積層治具１００は、第２プレート３００の各コーナー部からプレート保持シャフト１２０を鉛直にＺ軸に沿って備える。第１プレート２００は、このプレート保持シャフト１２０に沿って移動可能とされ、鉛直方向に沿った燃料電池セルＦＣの一次加圧の際には、Ｚ軸に沿って移動する。第１プレート２００のＺ軸に沿った移動については後述する。また、スタック積層治具１００は、第２プレート３００に３本のスタック保持座１１２を備える。２本のスタック保持座１１２は、装置ベース１１０に設けられ、燃料電池セルＦＣを鉛直方向（Ｚ軸方向）に積層する際の各セルのＸ軸方向の積層基準となる。残りのスタック保持座１１２は、第２プレート３００に図示しない補強具で保持された上で、燃料電池セルＦＣを鉛直方向（Ｚ軸方向）に積層する際のＹ軸方向の積層基準となる。

図２に示すように、第１プレート２００は２列の切欠２０２を備え、第２プレート３００は、３列の切欠３０２を備える。これら切欠は、後述の燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧に用いるシャフトの逃げであり、装置ベース１１０と逆側のプレート端部から装置ベース１１０の側に延びている。切欠２０２および切欠３０２とシャフトとの関係については、後述する。

第１プレート駆動機構２３０は、図２と図３に示すように、第１プレート押圧シャフト２２０を備え、この第１プレート押圧シャフト２２０を、燃料電池スタックＦＣＳの後述の一次加圧の際に第１プレート２００に向けてＺ軸方向に押し出す。これにより、第１プレート２００は、Ｚ軸方向に沿って進退する。第１プレート押圧シャフト２２０と第１プレート２００との間は、燃料電池スタックＦＣＳの積層前にあっては、燃料電池セルＦＣの積層の際のいわゆる遊びとして確保されている。第１プレート２００は、スタック保持座１１２と干渉することなく、Ｚ軸方向に沿って移動可能である。

以下、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣセルの鉛直方向に沿った積層と一次加圧の手順の詳細について説明する。図５は、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣの鉛直方向に沿った積層の第１手順を説明する説明図である。図６は、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣの鉛直方向に沿った積層の第２手順を説明する説明図である。図７は、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣの一次加圧の手順を説明する説明図である。

図１に示したスタック組付手順のステップＳ１００における燃料電池セルＦＣの積層に当たっては、図５に示すように、鉛直方向下側に位置する第２プレート３００の上面に、エンドプレートＦＣｅ、集電プレートＦＣｔの順に積層する。これにより、エンドプレートＦＣｅにあっても鉛直方向下側に位置し、このエンドプレートＦＣｅが本願における第２エンドプレートに相当する。次いで、所定枚数の燃料電池セルＦＣを集電プレートＦＣｔに重ねて鉛直方向に沿って積層し、セル積層後には、集電プレートＦＣｔ、マニホールドプレートＦＣｍの順に積層する。セル積層の際、スタック保持座１１２（図３参照）により、それぞれの燃料電池セルＦＣおよびエンドプレートＦＣｅ、集電プレートＦＣｔは、鉛直方向に沿ったセル積層方向であるＺ軸、並びにＸ軸に沿ったセル高さ方向、Ｙ軸に沿ったセル幅方向について整列される。これで、燃料電池セルＦＣの鉛直方向に沿った積層がなされ、スタック収容域ＳＲ（図２参照）において、未加圧の燃料電池スタックＦＣＳが鉛直方向に沿って積層して収容され、燃料電池スタックＦＣＳは鉛直姿勢を採る。なお、マニホールドプレートＦＣｍは、鉛直方向上側に位置し、本願における第１エンドプレートに相当する。また、燃料電池スタックＦＣＳは、複数の燃料電池セルＦＣを鉛直方向上下のエンドプレートと共に積層していることから、本願における積層体および燃料電池セル積層体に相当する。

マニホールドプレートＦＣｍは、図５における平面視図に示すように、燃料電池セルＦＣを取り囲むように複数のボルト挿入孔Ｂｈを備える。このボルト挿入孔Ｂｈは、燃料電池スタックＦＣＳを他の部材であるスタックケースＦＳＣに固定するボルトＢの貫通孔であり、ボルトＢのネジ呼び径に適合してマニホールドプレートＦＣｍに貫通形成されている。

図１のスタック組付手順のステップＳ１００では、上記した燃料電池セルＦＣおよびマニホールドプレートＦＣｍの積層に並行して、或いはセル積層後にボルト挿入が行われる。具体的には、鉛直姿勢にある燃料電池スタックＦＣＳにおいて、マニホールドプレートＦＣｍが有するそれぞれのボルト挿入孔ＢｈにボルトＢを挿入する。このボルト挿入形態としては、ボルトＢが未挿入のマニホールドプレートＦＣｍを積層した後にボルト挿入孔ＢｈにボルトＢを挿入する形態の他、ボルト挿入孔ＢｈにボルトＢが挿入済みのマニホールドプレートＦＣｍを積層する形態であってもよい。本実施形態では、図５に示すように、２０本のボルトＢを用いた。

本実施形態のスタック組付方法では、完成後の燃料電池スタックＦＣＳのガス・冷却水のリーク検査を行うためのリーク検査プレートＬｐも積層する。つまり、図６に示すように、ボルトＢが挿入済みで最上段に積層済みのマニホールドプレートＦＣｍに重ねてリーク検査プレートＬｐも積層する。このリーク検査プレートＬｐは、図６における平面視図に示すように、ボルト挿入切欠Ｂｃを備える。このボルト挿入切欠Ｂｃは、マニホールドプレートＦＣｍのボルト挿入孔Ｂｈに挿入済みのボルトＢと干渉しないように、ボルト挿入孔Ｂｈの形成ピッチに合わせて形成されている。なお、リーク検査を別途行う場合には、リーク検査プレートＬｐの積層を行わないようにしてもよい。

図１のスタック組付手順のステップＳ１００における燃料電池セルＦＣの一次加圧は、図７に示すように、第１プレート駆動機構２３０により第１プレート押圧シャフト２２０をＺ軸方向、具体的には鉛直下方側に押し出して、第１プレート２００を燃料電池スタックＦＣＳに押し付けることでなされる。これにより、積層済みの複数の燃料電池セルＦＣは、鉛直方向に沿った一次加圧をリーク検査プレートＬｐを経て受けることになり、第１プレート駆動機構２３０は、作業者による加圧解除スイッチの操作がなされるまで、一次加圧を継続する。リーク検査プレートＬｐのプレート厚は、ボルトＢのボルトヘッド高さより大きくされているので、上記した第１プレート２００によるスタック押し付けの際、第１プレート２００がボルトＢに干渉することはない。なお、リーク検査プレートＬｐを用いない場合は、第１プレート２００にボルトＢのボルトヘッドが入り込む貫通孔を形成したり、第１プレート２００の押し付け面、即ちマニホールドプレートＦＣｍと対向する面に、ボルトＢのボルトヘッドと干渉しない凹所を形成しておけばよい。第１プレート駆動機構２３０により行う一次加圧は、後述する燃料電池スタックＦＣＳの横向き回転の際にスタック状態を維持できる圧力であれば良いことから、本実施形態では、２〜３ＭＰａ程度の圧力とした、この一次加圧は、燃料電池スタックＦＣＳを実用する際の最終的な締結圧力である二次加圧の際の圧力より低圧でなされる。

ステップＳ１００において、燃料電池スタックＦＣＳの一次加圧を、ボルト挿入以前に行うようにしてもよい。この場合には、ボルトＢのボルトヘッドが入り込む貫通孔やリーク検査プレートＬｐと同様の切欠を有する第１プレート２００を用いればよい。

ステップＳ１００のセル積層・ボルト挿入・一次加圧に続く手順は、図１に示すように、燃料電池スタックＦＣＳの一次加圧の状況を維持した上での燃料電池スタックＦＣＳの水平回転である（ステップＳ１１０）。図８は、燃料電池スタックＦＣＳの水平回転の様子を示す説明図である。燃料電池スタックＦＣＳは、スタック積層治具１００の第１プレート駆動機構２３０による一次加圧を受けた加圧状態のまま、図８に示す矢印に沿って紙面における反時計回りにスタック積層治具１００ごと、鉛直姿勢から９０度、横向き回転され、水平姿勢とされる。この横向き回転により、燃料電池スタックＦＣＳの姿勢は、一次加圧により加圧された状態で、セル積層の方向が水平方向に倣う姿勢としての水平姿勢に変更される。また、この水平回転により、燃料電池スタックＦＣＳは、装置ベース１１０の側の２列のスタック保持座１１２（図３参照）に下支えされることになる。スタック積層治具１００は、図示しない回転テーブルに予め装着されて鉛直姿勢とされているので（図２参照）、回転テーブルの回転により、ステップＳ１１０の水平回転がなされる。こうして水平姿勢となった燃料電池スタックＦＣＳは、スタック積層治具１００で一次加圧が維持された状態で、スタック組付装置４００で最終的な組み付けを受ける。

ステップＳ１１０の水平回転に続く手順は、図１に示すように、燃料電池スタックＦＣＳのスタック組付装置４００への取り付けセットである（ステップＳ１２０）。図９は、実施形態のスタック組付方法で用いるスタック組付装置４００の概略を示す説明図である。スタック組付装置４００は、セル積層方向を水平方向とする燃料電池スタックＦＣＳに対してセル積層方向に沿った締結加圧を行う既存の水平方向加圧装置の一形態であり、床面設置される装置ベース４０２に配設された昇降機構４１０と、ボルト締結機構部４４０と、ケース保持機構４５０と、スタック水平加圧機構４６０とを備える。

昇降機構４１０は、スタック積層治具１００ごと水平姿勢とされた燃料電池スタックＦＣＳを、スタック積層治具１００を介してテーブル４１２に位置決めした上でスタック水平加圧位置に上昇させる。この水平加圧位置は、垂直に装置ベース４０２に補強立設したストップフェンス４１４から水平に突出したシャフトストッパ４１６と、水平進退する後述の加圧シャフト４６４とに、燃料電池スタックＦＣＳが向き合う位置である。

ボルト締結機構部４４０は、ストップフェンス４１４の側方に設置され、ボルト締付具４４２を備える。そして、このボルト締結機構部４４０は、ボルト締付具４４２を、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳの側にテーブル４４４で案内して、ボルト締付具４４２により、マニホールドプレートＦＣｍのボルトＢを後述するように締めつける。

ケース保持機構４５０は、ストップフェンス４１４とこれに向かい合う加圧側フェンス４１８との間に掛け渡された案内レール４５２に沿ってＸ軸方向に移動可能である。そして、このケース保持機構４５０は、スタックケースＦＳＣをテーブル４５４に水平姿勢で位置決め保持し、スタックケースＦＳＣをテーブル４５４ごと、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳに向けて移動させる。案内レール４５２は、図９の紙面における手前側と奥側の２本の軌道レールであり、既述した昇降機構４１０は、案内レール４５２のレール間において、燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと昇降させる。なお、ケース保持機構４５０は、スタックケースＦＳＣの奥壁の側から燃料電池スタックＦＣＳを押し付ける図示しない押し付けボルトの押出締め付けを図るボルト締付具４５６を備え、このボルト締付具４５６をスタックケースＦＳＣと共に燃料電池スタックＦＣＳに向けて移動させる。

スタック水平加圧機構４６０は、シャフトストッパ４１６と向かい合う加圧用フェンス４１９を備え、この加圧用フェンス４１９から後述する３本の加圧シャフト４６４を水平に延ばしている。また、スタック水平加圧機構４６０は、ボールネジ４６６を、加圧側フェンス４１８の側から加圧用フェンス４１９を貫通して備え、モーター４６８の正逆回転に伴うボールネジ４６６の正逆回転により、加圧シャフト４６４を、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳに向けて加圧用フェンス４１９ごと押し付け移動させる。

上記したスタック組付装置４００への燃料電池スタックＦＣＳのセット（ステップＳ１２０）は、まず、図９に示すように、横向き回転済みの燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと昇降機構４１０のテーブル４１２に位置決め載置する。この位置決めは、テーブル４１２に載置済みの燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向がスタック組付装置４００におけるシャフトストッパ４１６および加圧シャフト４６４の軸心に沿った方向と一致するようになされる。ＸＹＺ軸表記を用いれば、テーブル４１２に載置済みの燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向がシャフトストッパ４１６と加圧シャフト４６４が延びるＸ軸方向となるようになされる。燃料電池スタックＦＣＳのテーブル載置に続き、この燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと昇降機構４１０により水平加圧位置まで上昇させる。図１０は、スタック組付装置４００への燃料電池スタックＦＣＳのセットの様子を示す説明図である。図１１は、図１０における１１−１１線に沿ってスタック積層治具１００とシャフトストッパ４１６との関係を示す説明図である。

図１１に示すように、スタック積層治具１００における第１プレート２００の２列の切欠２０２は、シャフトストッパ４１６と干渉しないように、図１１におけるプレート上端から切欠形成されている。また、シャフトストッパ４１６は、シャフト先端と上昇済みの燃料電池スタックＦＣＳにおけるマニホールドプレートＦＣｍとの間に隙間が残るよう、ストップフェンス４１４から水平方向（Ｘ軸方向）に沿って延びている。よって、燃料電池スタックＦＣＳの水平加圧位置までの上昇の際に、シャフトストッパ４１６と第１プレート２００との干渉は起きず、スタック組付装置４００のシャフトストッパ４１６は、切欠２０２に入り込むことになる。

ステップＳ１２０の燃料電池スタックＦＣＳのセットに続く手順は、図１に示すように、燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧である（ステップＳ１３０）。図１２は、燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧の様子を示す説明図である。図１３は、図１２における１３−１３線に沿ってスタック積層治具１００と加圧シャフト４６４との関係を示す説明図である。

図１３に示すように、スタック積層治具１００における第２プレート３００の３列の切欠３０２は、加圧シャフト４６４と干渉しないように、図１３におけるプレート上端から切欠形成されている。そして、ステップＳ１３０の二次加圧では、スタック組付装置４００におけるスタック水平加圧機構４６０が、モーター４６８によるボールネジ４６６の回転を通して、加圧シャフト４６４を加圧用フェンス４１９ごと水平加圧位置の燃料電池スタックＦＣＳに向けて押し付け移動する。これにより、３本の加圧シャフト４６４は、第２プレート３００と干渉すること無く切欠３０２に入り込んで、燃料電池スタックＦＣＳのエンドプレートＦＣｅに突き当たり、このエンドプレートＦＣｅを介して燃料電池スタックＦＣＳを押圧する。この押圧により、燃料電池スタックＦＣＳは、シャフトストッパ４１６の側に移動して、マニホールドプレートＦＣｍがシャフトストッパ４１６に接触する。

スタック水平加圧機構４６０は、シャフトストッパ４１６へのマニホールドプレートＦＣｍの接触後においても、積層済みの燃料電池セルＦＣに所定の締結力、例えば燃料電池スタックＦＣＳを燃料電池車両に搭載される際の締結力が加わるまで、加圧シャフト４６４の押し込みを継続する。このシャフト押し込みにより二次加圧がなされ、燃料電池スタックＦＣＳは、所定の締結圧でセル積層方向に沿って押し付けられ、セル積層方向において圧縮される。そして、燃料電池スタックＦＣＳの圧縮により、それまで燃料電池スタックＦＣＳを一次加圧していたスタック積層治具１００の第１プレート２００とマニホールドプレートＦＣｍとの間、および、第２プレート３００とエンドプレートＦＣｅとの間には隙間が生じる。つまり、燃料電池スタックＦＣＳは、ストップフェンス４１４から延びるシャフトストッパ４１６と、加圧用フェンス４１９から延びる加圧シャフト４６４とで、両側から押圧されることになる。そして、燃料電池スタックＦＣＳの圧縮に伴う第１プレート２００および第２プレート３００における隙間により、スタック積層治具１００は、二次加圧を受けている燃料電池スタックＦＣＳからいわゆるフリーの状態となる。

ステップＳ１３０の燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧に続く手順は、図１に示すように、スタック積層治具１００の退避である（ステップＳ１４０）。図１４は、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳからのスタック積層治具１００の退避の様子を示す説明図である。このスタック積層治具退避は、スタック組付装置４００が、テーブル４１２に位置決め載置済みのスタック積層治具１００をＺ軸方向に沿って降下させることでなされる。既述したように、スタック積層治具１００は燃料電池スタックＦＣＳからフリーの状態であり、第１プレート２００の切欠２０２および第２プレート３００の切欠３０２は、図１１および図１３に示すように、いずれもＺ軸方向に沿って切り欠かれている。よって、スタック積層治具１００は、支障なく降下する。

ステップＳ１４０のスタック積層治具退避に続く手順は、図１に示すように、スタックケースの組み付け・ボルト締結である（ステップＳ１５０）。図１５は、スタックケースＦＳＣの組み付けの様子を示す説明図である。図１６は、ボルトＢの締結によるケース固定の様子を示す説明図である。なお、リーク検査プレートＬｐは、このスタックケースの組み付け・ボルト締結の手順においてマニホールドプレートＦＣｍに積層したままであるが、説明の都合上、スタック組付装置４００の全体図においては図示を省略した。

ステップＳ１５０におけるケース組み付けでは、ケース保持機構４５０に位置決め載置済みのスタックケースＦＳＣを、ケース保持機構４５０の図示しない駆動機構を用いて、図１５に示すように、水平加圧位置の燃料電池スタックＦＣＳの側に移動する。このケース移動は、ケース保持機構４５０が案内レール４５２に案内されてＸ軸方向に沿って移動することでなされる。そして、ケース移動完了状態では、スタックケースＦＳＣの内部に燃料電池スタックＦＣＳが収容され、スタックケースＦＳＣの開口フランジがマニホールドプレートＦＣｍに接触した状態となる。

ステップＳ１５０におけるボルト締結では、図１６に示すように、ボルト締結機構部４４０におけるボルト締付具４４２を、テーブル４４４により移動させてストップフェンス４１４から迫り出す。この迫り出しは、ボルト締付具４４２のボルトヘッド挿入孔４４２ｈにボルトＢのボルトヘッドが入り込むまでなされ、その後、所定の締結トルクが掛かるまで、ボルト締付具４４２によりボルトＢを締め付ける。なお、上記したケース組み付けにより、スタックケースＦＳＣの開口フランジがマニホールドプレートＦＣｍに接触することから、マニホールドプレートＦＣｍのボルト挿入孔Ｂｈ（図５参照）に挿入されていたボルトＢは、図１６の拡大図に示すように、ボルトヘッドがマニホールドプレートＦＣｍの外部に出て傾斜姿勢を採り得る。しかしながら、ボルト締付具４４２は、ボルトヘッド挿入孔４４２ｈの開口部にテーパー部を有することから、ボルトヘッド挿入孔４４２ｈに支障なくボルトＢのボルトヘッドを入り込ませるので、マニホールドプレートＦＣｍにおける雌ネジ穴ＢｔへのボルトＢの締め付けに支障はない。

また、ステップＳ１５０におけるボルト締結は、燃料電池スタックＦＣＳのエンドプレートＦＣｅの側でもなされる。即ち、ケース保持機構４５０は、図示しない保持体により保持したボルト締付具４５６を用いて、スタックケースＦＳＣの奥壁の図示しない押し付けボルトを押し出して、ケース収容済みの燃料電池スタックＦＣＳを、マニホールドプレートＦＣｍに向けて押出締め付けする。これにより、燃料電池スタックＦＣＳは、マニホールドプレートＦＣｍの側でのボルト締結とケース奥壁側からの押出締め付けを受け、二次加圧で得られた所定の締結力でスタックケースＦＳＣに収容される。

ステップＳ１５０のスタックケースの組み付け・ボルト締結に続く手順は、図１に示すように、スタック組付装置４００からの燃料電池スタックＦＣＳの取り外しであり（ステップＳ１６０）、この取り外しで、本実施形態のスタック組付が終了する。このステップＳ１６０のスタック取り外しは、ボルト締付具４４２とボルト締付具４５６の初期位置復帰、ボールネジ４６６の逆回転による加圧シャフト４６４の初期位置復帰の後になされる。つまり、加圧シャフト４６４の初期位置復帰により、スタックケースＦＳＣは、燃料電池スタックＦＣＳを収容した状態でフリーとなるので、燃料電池スタックＦＣＳは、図示しない取り出し治具により、スタック組付装置４００からスタックケースＦＳＣごと取り外される。或いは、次のように取り外しを行ってもよい。まず、加圧シャフト４６４により二次加圧を受けている状態で、ボルト締付具４４２とボルト締付具４５６の初期位置復帰に加え、ケース保持機構４５０も初期位置に復帰させる。次いで、昇降機構４１０のテーブル４１２を上昇させて、スタックケースＦＳＣに収容済みの燃料電池スタックＦＣＳを受け止める。その後、加圧シャフト４６４を初期位置復帰させて燃料電池セルＦＣをフリーとし、続くテーブル４１２の降下により、燃料電池スタックＦＣＳを取り外す。

以上説明した本実施形態の燃料電池スタックＦＣＳの組付方法では、複数の燃料電池セルＦＣの積層を、形状バラツキの抑制や圧力分布の均一化に有益な鉛直方向に沿った積層形態で行うと共に、鉛直姿勢において、マニホールドプレートＦＣｍのボルト挿入孔ＢｈにボルトＢを挿入済みとする。その上で、本実施形態の燃料電池スタックＦＣＳの組付方法では、鉛直方向に沿って積層済みの燃料電池スタックＦＣＳ、詳しくは複数の燃料電池セルＦＣをマニホールドプレートＦＣｍおよびエンドプレートＦＣｅと共に横向きに回転するが（図８参照）、マニホールドプレートＦＣｍのボルト挿入孔Ｂｈ（図５参照）に挿入済みのボルトＢを、ボルト挿入孔Ｂｈに留めたまま横向きとするに過ぎず、ボルト挿入孔ＢｈからのボルトＢの脱落を起こさない。この結果、本実施形態の燃料電池スタックＦＣＳの組付方法によれば、燃料電池セルＦＣを鉛直方向に積層した後に水平姿勢に回転させた後に水平方向に沿った二次加圧を行うようにしても、組み付け工程の一時停止を高い確度で抑制できる。特に、本実施形態の燃料電池スタックＦＣＳは、２０本という数多くのボルトＢの締結が必要であることから、組み付け工程の一時停止の抑制効果は大きい。また、本実施形態の燃料電池スタックＦＣＳの組付方法によれば、水平方向のセル積層方向に沿った二次加圧を一次加圧より高い圧力で行う既存の水平方向加圧装置の一形態であるスタック組付装置４００を容易に転用できる。

本実施形態の燃料電池スタックＦＣＳの組付方法では、リーク検査プレートＬｐも鉛直姿勢時に積層し、このリーク検査プレートＬｐをスタック組付装置４００による二次加圧印加の際にも、マニホールドプレートＦＣｍに積層しておく。よって、スタック組付装置４００による水平姿勢での二次加圧後の状態において、リーク検査プレートＬｐを用いたリーク検査を図ることができる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し換えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

既述した実施形態では、ステップＳ１１０での水平回転において、燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと鉛直姿勢から９０度横向き回転して水平姿勢としたが、燃料電池スタックＦＣＳが水平方向に倣った姿勢であればよい。例えば、水平方向から数度の傾きで上向きに傾斜した姿勢に鉛直姿勢から横向き回転してもよい。また、水平方向からやや下向きに傾斜した姿勢であっても、ボルトＢの脱落が起きない程度の下向き傾斜姿勢であれば、この下向き傾斜姿勢に鉛直姿勢から横向き回転してもよい。

既述した実施形態では、ボルトＢにより燃料電池スタックＦＣＳをスタックケースＦＳＣに締結することにしたが、例えば、燃料電池スタックＦＣＳのマニホールドプレートＦＣｍに何らかの周辺機器を締結するような場合に適用してもよい。

１００…スタック積層治具
１１０…装置ベース
１１２…スタック保持座
１２０…プレート保持シャフト
２００…第１プレート
２０２…切欠
２２０…第１プレート押圧シャフト
２３０…第１プレート駆動機構
３００…第２プレート
３０２…切欠
４００…スタック組付装置
４０２…装置ベース
４１０…昇降機構
４１２…テーブル
４１４…ストップフェンス
４１６…シャフトストッパ
４１８…加圧側フェンス
４１９…加圧用フェンス
４４０…ボルト締結機構部
４４２…ボルト締付具
４４２ｈ…ボルトヘッド挿入孔
４４４…テーブル
４５０…ケース保持機構
４５２…案内レール
４５４…テーブル
４５６…ボルト締付具
４６０…スタック水平加圧機構
４６４…加圧シャフト
４６６…ボールネジ
４６８…モーター
Ｂ…ボルト
Ｂｃ…ボルト挿入切欠
Ｂｈ…ボルト挿入孔
Ｂｔ…雌ネジ穴
ＦＣ…燃料電池セル
ＦＣＳ…燃料電池スタック
ＦＣｅ…エンドプレート
ＦＣｍ…マニホールドプレート
ＦＣｔ…集電プレート
ＦＳＣ…スタックケース
Ｌｐ…リーク検査プレート
ＳＲ…スタック収容域

Claims (1)

1. 燃料電池セル積層体の組付方法であって、
   鉛直方向上側に位置する第１エンドプレートと鉛直方向下側に位置する第２エンドプレートとの間に、複数の燃料電池セルを前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートと共に積層した積層体を形成する工程と、
   前記第１エンドプレートに設けられたボルト挿入孔へのボルトの挿入を行なう工程と、
   前記積層体を前記積層の方向に加圧する一次加圧を行なう工程と、
   前記一次加圧により前記積層体が加圧された状態で、前記積層体の姿勢を、前記積層の方向が水平方向に倣う姿勢に変更する工程と、
   前記姿勢を変更した前記積層体に対して、前記積層の方向に沿った二次加圧を、前記一次加圧より高い圧力で行なう工程と、
   前記二次加圧後に、前記第１エンドプレートのボルト挿入孔に挿入済の前記ボルトを締め付けて、前記第１エンドプレートを他の部材に締結する工程と、
   を備えた燃料電池セル積層体の組付方法。

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