JP2022030137A - 燃料電池用部材の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池用部材を構成する樹脂枠付電解質膜・電極構造体がセパレータ部材から分離することを回避する。
【解決手段】燃料電池用部材１０の製造装置は、樹脂枠付電解質膜・電極構造体１６と、セパレータ部材（３８）とを位置決めする位置決め装置１２０を備える。この位置決め装置は、基部（１２２）と、樹脂枠付電解質膜・電極構造体１６とセパレータ部材に形成された位置決め孔（７６ａ、８０ａ）に通される位置決めピン（１２４、１２６）を含む。また、位置決めピンの周囲には、昇降部材（１６０、２２０）が設けられる。昇降部材は、昇降機構１６２によって昇降動作する。
【選択図】図６

Description

本発明は、樹脂枠付電解質膜・電極構造体とセパレータ部材とを接合して燃料電池用部材を得る燃料電池用部材の製造方法及びその装置に関する。

燃料電池スタックは、複数個の発電セルが積層されることで構成される。ここで、各発電セルは、樹脂枠付電解質膜・電極構造体（樹脂枠付ＭＥＡ）と、樹脂枠付ＭＥＡを挟持する１組のセパレータとを備える。また、樹脂枠付ＭＥＡは、電解質膜の一端面にアノード電極、他端面にカソード電極が配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡの外周部に枠状に配設された樹脂枠部材とを有する。

特許文献１には、上記のように構成される発電セルを作製する技術が提案されている。具体的には、電解質膜及びセパレータの、互いに重なり合う位置に複数個の保持孔を形成し、ＭＥＡ及びセパレータが積層されることで連なった各保持孔に保持ピンを挿入するようにしている。保持孔内の保持ピンの先端には止め輪が外嵌され、これにより、保持ピンの保持孔からの抜け止めがなされる。すなわち、ＭＥＡとセパレータが保持ピンを介して連結される。その結果として、ＭＥＡとセパレータを分離することが困難な状態となる。

燃料電池スタックを得るべく発電セルを積層する際には、保持ピン同士が連結される。詳細には、保持ピンの一端には係合孔が形成される。この係合孔に、保持ピンの他端に設けられた係合凸部が係合される。

特開２０００－１２０６７号公報（特に図１及び図３参照）

特許文献１記載の技術によれば、燃料電池スタックは、その内部に保持ピンを収納したままとなる。従って、この場合、保持ピンの分だけ燃料電池スタックの重量が大となる。また、発電セル毎に保持ピンが必要であり、この分、部品点数が増加してしまう。

本発明は上記した技術に関連してなされたもので、燃料電池スタックの軽量化と部品点数の削減を図ることが可能であり、しかも、樹脂枠付電解質膜・電極構造体とセパレータ部材とを高精度に位置決めすることができ、容易に分離することのない燃料電池用部材を得ることが可能な燃料電池用部材の製造方法及びその装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、電解質膜・電極構造体の外周部に樹脂枠部材が枠状に配設されてなる樹脂枠付電解質膜・電極構造体と、セパレータ部材とを接合して燃料電池用部材を得る燃料電池用部材の製造方法であって、
前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とに形成された位置決め孔に、位置決め装置の基部に設けられた位置決めピンを通すことで前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材を位置決めするとともに、前記基部の、前記位置決めピンの周囲に設けられた昇降部材の上方で前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材を積層する積層工程と、
前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とを溶着して接合し、燃料電池用部材を得る接合工程と、
前記昇降部材を上昇させることで、前記燃料電池用部材を前記位置決めピンから離間する方向に上昇させる上昇工程と、
を有する燃料電池用部材の製造方法が提供される。

なお、積層工程では、樹脂枠付電解質膜・電極構造体又はセパレータ部材は、昇降部材に当接していてもよいし、離間していてもよい。すなわち、「昇降部材の上方で積層」には、昇降部材に当接した状態で積層する場合と、昇降部材から離間した状態で積層する場合の双方が含まれる。

また、本発明の別の一実施形態によれば、電解質膜・電極構造体の外周部に樹脂枠部材が枠状に配設されてなる樹脂枠付電解質膜・電極構造体と、セパレータ部材とを接合して燃料電池用部材を得る燃料電池用部材の製造装置であって、
前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と、前記セパレータ部材とを位置決めする位置決め装置を備え、
前記位置決め装置は、基部と、
前記基部に設けられ、前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とに形成された位置決め孔に通される位置決めピンと、
前記基部の、前記位置決めピンの周囲に設けられた昇降部材と、
前記昇降部材を昇降させる昇降機構と、
を有する燃料電池用部材の製造装置が提供される。

本発明によれば、樹脂枠付電解質膜・電極構造体とセパレータ部材とを高精度に位置決めし、接合して得られた燃料電池用部材を、昇降部材で押圧することで基部から離間するように上昇させるようにしている。この際、樹脂枠付電解質膜・電極構造体とセパレータ部材は、昇降部材から押圧を受けて一体に上昇する。すなわち、昇降部材からの押圧力が樹脂枠付電解質膜・電極構造体、セパレータ部材に個別に作用することはない。従って、樹脂枠付電解質膜・電極構造体とセパレータ部材を分離させることなく、燃料電池用部材として一体に位置決め装置から搬出することができる。

しかも、この場合、発電セルを積層する際に保持ピンや止め輪等が不要である。従って、燃料電池スタック内に保持ピンや止め輪等が収納されたままとなることがない。この分、燃料電池スタックの軽量化を図ることができる。

燃料電池用部材を含んで構成される燃料電池スタックの一部分解斜視図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である。 第１セパレータの概略全体平面図である。 第２セパレータの概略全体平面図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を構成する位置決め装置を、樹脂枠付電解質膜・電極構造体、セパレータ部材である接合セパレータとともに示した要部概略斜視図である。 位置決め装置を構成する基盤の、第１丸ピンの近傍の概略縦断面図である。 位置決め装置を構成する基盤の、第２丸ピンの近傍の概略縦断面図である。 製造装置を構成する照射装置と、押止部材とを燃料電池用部材とともに示した要部概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る製造方法の概略フローである。 図８から、燃料電池用部材に溶着部を形成した状態を示す要部概略断面図である。 図６から昇降部材が上昇した状態を示す第１丸ピンの近傍の概略縦断面図である。 別の実施の形態に係る昇降部材を示す要部概略平面図である。

以下、本発明に係る燃料電池用部材の製造方法につき、それを実施するための製造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

はじめに、図１～図４を参照し、燃料電池用部材１０を含んで構成される燃料電池スタック１２について説明する。

図１に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の発電セル１４が矢印Ａ方向に沿って積層されるとともに、該矢印Ａ方向、すなわち、積層方向に締付荷重（圧縮荷重）が付与されることで構成される。燃料電池スタック１２は、例えば、燃料電池自動車に搭載される。この際、その積層方向は、燃料電池自動車の車幅方向又は車長方向に沿うように設定されるが、車高方向に沿うように設定してもよい。なお、燃料電池スタック１２は、定置型としても用いることができる。

発電セル１４は、樹脂枠付ＭＥＡ１６と、樹脂枠付ＭＥＡ１６を矢印Ａ方向から挟持する第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０とを有する。

発電セル１４の長辺方向である矢印Ｂ方向の一端縁部（Ｂ１側の端縁部）には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２、及び燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２が設けられる。各発電セル１４の酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、発電セル１４の積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通し、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）を供給する。冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２も同様に矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体（例えば、純水、エチレングリコール、オイル等）を供給する。さらに、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２も矢印Ａ方向に互いに連通し、燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を排出する。

酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、矢印Ｃ方向に互いに離間して配置された冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２の間に配置されている。また、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２は、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと、冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２とを矢印Ｃ方向から挟むように配置されている。

なお、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１は、燃料ガス出口連通孔２６ｂ２よりもＣ１側（図１における上方）に位置する。冷却媒体入口連通孔２４ａ１も同様に、冷却媒体入口連通孔２４ａ２よりもＣ１側、すなわち、図１における上方に位置する。

発電セル１４の長辺方向である矢印Ｂ方向の他端縁部、すなわち、Ｂ２側の端縁部には、燃料ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２、及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２が設けられる。各発電セル１４の燃料ガス入口連通孔２６ａは、発電セル１４の積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通し、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２も同様に矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体を排出する。さらに、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２もまた矢印Ａ方向に互いに連通し、酸化剤ガスを排出する。

燃料ガス入口連通孔２６ａは、矢印Ｃ方向に互いに離間して配置された冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２の間に配置されている。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２は、燃料ガス入口連通孔２６ａと、冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２とを矢印Ｃ方向から挟むように配置されている。

なお、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１は、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２よりもＣ１側、ずなわち、図１における上方に位置する。同様に、冷却媒体出口連通孔２４ｂ１は、冷却媒体出口連通孔２４ｂ２よりもＣ１側（図１における上方）に位置する。

この場合、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２、燃料ガス入口連通孔２６ａ、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２、冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２、冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２のそれぞれは六角形状に形成されているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、四角形状又は三角形状等の他の形状であってもよい。また、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２、燃料ガス入口連通孔２６ａ、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２、冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２、冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２のそれぞれの開口面積、位置、形状及び数も特に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて適宜設定すればよい。

図１及び図２に示すように、樹脂枠付ＭＥＡ１６は、電解質膜・電極構造体（以下、「ＭＥＡ」とも表記する）２８と、ＭＥＡ２８の外周部に重なり部を設けて接合されるとともに該外周部を周回する厚さが一定の樹脂枠部材３０（樹脂枠部、樹脂フィルム）とを備える。図２において、ＭＥＡ２８は、電解質膜３２と、電解質膜３２の一方の面３２ａに設けられたカソード電極３４と、電解質膜３２の他方の面３２ｂに設けられたアノード電極３６とを有する。

電解質膜３２は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜３２は、このようなフッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜３２は、カソード電極３４及びアノード電極３６に挟持される。

詳細は図示しないが、カソード電極３４は、電解質膜３２の一方の面３２ａに接合される第１電極触媒層と、当該第１電極触媒層に積層される第１ガス拡散層とを有する。第１電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第１ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。

アノード電極３６は、電解質膜３２の他方の面３２ｂに接合される第２電極触媒層と、当該第２電極触媒層に積層される第２ガス拡散層とを有する。第２電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第２ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。

電解質膜３２の平面寸法は、カソード電極３４及びアノード電極３６のそれぞれの平面寸法よりも小さい。カソード電極３４の外周縁部とアノード電極３６の外周縁部とは、樹脂枠部材３０の内周縁部を挟持している。樹脂枠部材３０は、反応ガス（酸化剤ガス及び燃料ガス）が不透過に構成されている。樹脂枠部材３０は、ＭＥＡ２８の外周側に設けられている。

樹脂枠部材３０は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン、フッ素化合物、又はｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等の各種樹脂から構成される。

なお、樹脂枠付ＭＥＡ１６は、カソード電極３４、アノード電極３６の外方に突出した電解質膜３２を挟む両側に枠形状のフィルムを設けることで形成するようにしてもよい。

第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０は、金属製であって、長方形状（四角形状）に形成されている。第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、或いはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１セパレータ１８と第２セパレータ２０とは、互いに重ねた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、これにより、セパレータ部材としての接合セパレータ３８を構成する。後述するように、接合セパレータ３８は、樹脂枠付ＭＥＡ１６とともに燃料電池用部材１０を構成する。

図３に示すように、第１セパレータ１８のＭＥＡ２８に臨む面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２とに連通する酸化剤ガス流路４０が設けられる。酸化剤ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の酸化剤ガス流路溝４２を有する。各酸化剤ガス流路溝４２は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

第１セパレータ１８には、第１セパレータ１８をプレス成形することにより、第１入口バッファ部４４ａ及び第１出口バッファ部４４ｂが設けられている。第１入口バッファ部４４ａは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス流路４０との間に位置する。第１出口バッファ部４４ｂは、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２と酸化剤ガス流路４０との間に位置する。第１入口バッファ部４４ａ及び第１出口バッファ部４４ｂのそれぞれは、複数個のエンボスを含む。

第１セパレータ１８には、樹脂枠付ＭＥＡ１６と第１セパレータ１８との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第１シール部４６が設けられている。第１シール部４６は、第１セパレータ１８の外周部を周回する第１外周シール部４８と、各連通孔（酸化剤ガス入口連通孔２２ａ等）を周回する連通孔シール部５０とを有する。なお、第１シール部４６は、第１セパレータ１８の第１外周シール部４８よりも外側を周回するシール部をさらに有するものであってもよい。第１シール部４６は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第１シール部４６は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。

図２において、第１シール部４６は、第１セパレータ１８に一体成形された第１金属ビード部５２と、第１金属ビード部５２に設けられた第１樹脂材５４とを有する。第１金属ビード部５２は、第１セパレータ１８から樹脂枠部材３０に向かって突出している。第１金属ビード部５２の横断面形状は、第１金属ビード部５２の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第１樹脂材５４は、第１金属ビード部５２の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第１樹脂材５４は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。

図４に示すように、第２セパレータ２０のＭＥＡ２８に臨む面２０ａには、燃料ガス入口連通孔２６ａと、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２とに連通する燃料ガス流路５６が設けられる。燃料ガス流路５６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の燃料ガス流路溝５８を有する。各燃料ガス流路溝５８は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

第２セパレータ２０には、第２セパレータ２０をプレス成形することにより、第２入口バッファ部６０ａ及び第２出口バッファ部６０ｂが設けられている。第２入口バッファ部６０ａは、燃料ガス入口連通孔２６ａと燃料ガス流路５６との間に位置する。第２出口バッファ部６０ｂは、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２と燃料ガス流路５６との間に位置する。第２入口バッファ部６０ａ及び第２出口バッファ部６０ｂのそれぞれは、複数個のエンボスを含む。

第２セパレータ２０には、樹脂枠付ＭＥＡ１６と第２セパレータ２０との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第２シール部６２が設けられている。第２シール部６２は、第２セパレータ２０の外周部を周回する第２外周シール部６４と、各連通孔（酸化剤ガス入口連通孔２２ａ等）を周回する第２連通孔シール部６６とを有する。なお、第２シール部６２は、第２セパレータ２０の第２外周シール部６４よりも外側を周回するシール部をさらに有するものであってもよい。第２シール部６２は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第２シール部６２は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。

図２において、第２シール部６２は、第２セパレータ２０に一体成形された第２金属ビード部６８と、第２金属ビード部６８に設けられた第２樹脂材７０とを有する。第２金属ビード部６８は、第２セパレータ２０から樹脂枠部材３０に向かって突出している。第２金属ビード部６８の横断面形状は、第２金属ビード部６８の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第２樹脂材７０は、第２金属ビード部６８の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第２樹脂材７０は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。

第１シール部４６及び第２シール部６２は、セパレータ厚さ方向から見て互いに重なるように配置されている。そのため、燃料電池スタック１２に締付荷重（圧縮荷重）が付与された状態で、第１金属ビード部５２及び第２金属ビード部６８のそれぞれが弾性変形（圧縮変形）する。また、この状態で、第１シール部４６の突出端面（第１樹脂材５４）が樹脂枠部材３０の一方の面３０ａに気密及び液密に接触するとともに、第２シール部６２の突出端面（第２樹脂材７０）が樹脂枠部材３０の他方の面３０ｂに気密及び液密に接触する。

第１樹脂材５４は、第１金属ビード部５２ではなく、樹脂枠部材３０の一方の面３０ａに設けられてもよい。第２樹脂材７０は、第２金属ビード部６８ではなく、樹脂枠部材３０の他方の面３０ｂに設けられてもよい。また、第１樹脂材５４及び第２樹脂材７０の少なくともいずれかは、省略されてもよい。第１シール部４６及び第２シール部６２は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。

図１及び図２において、第１セパレータ１８の面１８ｂと第２セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２と冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２とに連通する冷却媒体流路７２が設けられる。冷却媒体流路７２は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の冷却媒体流路溝７４を有する。冷却媒体流路７２は、酸化剤ガス流路４０の裏面形状と燃料ガス流路５６の裏面形状とによって形成される。

図１、図３及び図４において、発電セル１４には、第１ドレン連通孔７６、第２ドレン連通孔７８及び空気抜き連通孔８０がさらに設けられている。各発電セル１４の第１ドレン連通孔７６は、発電セル１４の積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通している。第１ドレン連通孔７６は、発電セル１４のＣ２側の端部に位置し、且つ発電セル１４の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりもＢ１側に偏倚している。換言すれば、第１ドレン連通孔７６は、燃料ガス出口連通孔２６ｂ２の下端よりもＣ２側（下方）に位置している。

第１ドレン連通孔７６は、積層方向（矢印Ａ方向）の端部に設けられた図示しない連通路を介して燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２に連通している。すなわち、第１ドレン連通孔７６は、発電セル１４の運転時（発電時）に生成した生成水のうち、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２に導かれたものを外部に排出する。

第１ドレン連通孔７６は、第１セパレータ１８の外周部に形成された第１ドレン孔７６ａと、第２セパレータ２０の外周部に形成された第１ドレン孔７６ｂと、樹脂枠部材３０に形成された第１ドレン孔７６ｃとを含む。各第１ドレン孔７６ａ～７６ｃは、円形状に形成されている。接合セパレータ３８に形成された第１ドレン孔７６ａ、７６ｂのそれぞれの直径は、樹脂枠部材３０に形成された第１ドレン孔７６ｃの第１直径Ｄ１よりも大きい。

各発電セル１４の第２ドレン連通孔７８は、矢印Ａ方向に互いに連通している。第２ドレン連通孔７８は、発電セル１４のＣ２側の端部に位置し、且つ発電セル１４の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりもＢ２側に偏倚している。換言すれば、第２ドレン連通孔７８は、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２の下端よりもＣ２側（下方）に位置している。

第２ドレン連通孔７８は、積層方向（矢印Ａ方向）の端部に設けられた図示しない連通路を介して酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２に連通している。すなわち、第２ドレン連通孔７８は、発電セル１４の運転時（発電時）に生成した生成水のうち、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２に導かれたものを外部に排出する。

第２ドレン連通孔７８は、第１セパレータ１８の外周部に形成された第２ドレン孔７８ａと、第２セパレータ２０の外周部に形成された第２ドレン孔７８ｂと、樹脂枠部材３０に形成された第２ドレン孔７８ｃとを含む。各第２ドレン孔７８ａ～７８ｃは、円形状に形成されている。接合セパレータ３８に形成された第２ドレン孔７８ａ、７８ｂのそれぞれの直径は、樹脂枠部材３０に形成された第２ドレン孔７８ｃの直径と同じである。ただし、第２ドレン孔７８ａ～７８ｃの大きさ、形状、数、位置は、適宜変更可能である。

各発電セル１４の空気抜き連通孔８０は、矢印Ａ方向に互いに連通している。空気抜き連通孔８０は、発電セル１４のＣ１側の端部に位置し、且つ発電セル１４の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりもＢ２側に偏倚している。具体的には、空気抜き連通孔８０は、発電セル１４のＣ１側及びＢ２側の角部に位置し、且つ冷却媒体出口連通孔２４ｂ１の上端よりもＣ１側（上方）に位置している。

空気抜き連通孔８０は、図示しない連通孔を介して冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２に連通している。すなわち、空気抜き連通孔８０は、冷却媒体中の空気を外部に排出する。空気抜き連通孔８０と第１ドレン連通孔７６とは、略対角位置に配置される。

空気抜き連通孔８０は、第１セパレータ１８の外周部に形成された空気抜き孔８０ａと、第２セパレータ２０の外周部に形成された空気抜き孔８０ｂと、樹脂枠部材３０に形成された空気抜き孔８０ｃとを含む。各空気抜き孔８０ａ～８０ｃは、円形状に形成されている。接合セパレータ３８に形成された空気抜き孔８０ａ、８０ｂのそれぞれの直径は、樹脂枠部材３０に形成された空気抜き孔８０ｃの第２直径Ｄ２よりも大きい。なお、第１直径Ｄ１と第２直径Ｄ２は同一であってもよいし、異なってもよい。

図３において、第１セパレータ１８には、第１ドレン孔７６ａを周回するドレンシール部８２と、第２ドレン孔７８ａを周回するドレンシール部８４と、空気抜き孔８０ａを周回するエアシール部８６とが設けられている。これらドレンシール部８２、８４及びエアシール部８６は、上述した第１シール部４６と同様に形成される。ただし、ドレンシール部８２、８４及びエアシール部８６は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。

図４に示すように、第２セパレータ２０には、第１ドレン孔７６ｂを周回するドレンシール部８８と、第２ドレン孔７８ｂを周回するドレンシール部９０と、空気抜き孔８０ｂを周回するエアシール部９２とが設けられている。これらドレンシール部８８、９０及びエアシール部９２は、上述した第２シール部６２と同様に形成される。ただし、ドレンシール部８８、９０及びエアシール部９２は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。

図３において、第１セパレータ１８の外周部には、第１セパレータ１８の外周部から外方に突出した第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂと、６つの溶着用の開口部９６ａ～９６ｆとが設けられている。なお、開口部９６ａ～９６ｆの数は、６つに限定されない。

第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂは、燃料電池スタック１２に矢印Ｂ方向の外部荷重が作用した際に、燃料電池スタック１２の図示しない支持部材に係合する。これにより、これら第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂは、当該外部荷重を受ける荷重受け部として機能する。その結果として、燃料電池スタック１２に矢印Ｂ方向の外部荷重が作用した際、接合セパレータ３８が矢印Ｂ方向に位置ずれすることを抑えることができる。

第１タブ９４ａは、第１セパレータ１８のＣ２側の外縁部に位置し、且つ第１セパレータ１８の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりもＢ１側に偏倚している。ただし、第１タブ９４ａは、第１セパレータ１８の長手方向の略中央に位置してもよい。第１タブ９４ａは、第１セパレータ１８の外周部に固定された取付部９８と、取付部９８からＣ２側に突出したタブ本体１００とを有する。取付部９８は、接合部１０１によって第１セパレータ１８の外周部に接合されている。接合部１０１は、スポット溶接、レーザ溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ろう付け等によって形成される。

タブ本体１００は、取付部９８に連結した芯金１０２と、芯金１０２を覆う樹脂部材１０４とを含む。芯金１０２と取付部９８とは、金属板を打ち抜くことにより一体的に成形される。樹脂部材１０４は、電気的絶縁性を有する。樹脂部材１０４を構成する材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性エラストマー等が挙げられる。

第１タブ９４ａのタブ本体１００の中央部には、樹脂部材１０４に円形状の第１貫通孔１０６ａが形成されている。第１貫通孔１０６ａは、樹脂枠部材３０の外形よりも外方に位置している。すなわち、セパレータ厚さ方向から見て、第１貫通孔１０６ａは、樹脂枠部材３０に重ならない。第１貫通孔１０６ａは、第１ドレン連通孔７６に対して近接している。第１貫通孔１０６ａの直径は、第１セパレータ１８、第２セパレータ２０、樹脂枠部材３０に形成された第１ドレン連通孔７６（第１ドレン孔７６ａ、７６ｂ、７６ｃ）のいずれの直径よりも大きい。

第２タブ９４ｂは、第１セパレータ１８のＣ１側の外縁部に位置し、且つ第１セパレータ１８の長手方向（矢印Ｂ方向）の中央よりもＢ２側に偏倚している。第２タブ９４ｂは、第１セパレータ１８の長手方向の略中央に位置してもよい。第２タブ９４ｂは、上述した第１タブ９４ａと同様に構成されている。そのため、第２タブ９４ｂの詳細な構成の説明については省略する。

第２タブ９４ｂのタブ本体１００の中央部には、樹脂部材１０４に円形状の第２貫通孔１０６ｂが形成されている。第２貫通孔１０６ｂは、樹脂枠部材３０の外形よりも外方に位置している。すなわち、セパレータ厚さ方向から見て、第２貫通孔１０６ｂは、樹脂枠部材３０に重ならない。第２貫通孔１０６ｂは、空気抜き連通孔８０に対して近接している。第２貫通孔１０６ｂの直径は、第１セパレータ１８、第２セパレータ２０、樹脂枠部材３０に形成された空気抜き連通孔８０（空気抜き孔８０ａ、８０ｂ、８０ｃ）のいずれの直径よりも大きい。

図３に示す開口部９６ａ～９６ｆは、燃料電池用部材１０を製造する際に、接合セパレータ３８中の第２セパレータ２０と樹脂枠部材３０とを溶着するための熱源であるレーザ光Ｌが通る孔である（図８参照）。つまり、接合セパレータ３８（第２セパレータ２０）は、開口部９６ａ～９６ｆの位置で樹脂枠部材３０に対して溶着されている。なお、開口部９６ａ～９６ｆは、第１セパレータ１８又は第２セパレータ２０のいずれか一方に設ければよい。

３つの開口部９６ａ～９６ｃは、第１セパレータ１８のＢ１側の端部に位置している。具体的に、開口部９６ａは、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１及び冷却媒体入口連通孔２４ａ１に近接している。一方、開口部９６ｂは、冷却媒体入口連通孔２４ａ２及び燃料ガス出口連通孔２６ｂ２に近接している。開口部９６ｃは、第１ドレン孔７６ａに対してＢ１側に近接している。

３つの開口部９６ｄ～９６ｆは、第１セパレータ１８のＢ２側の端部に位置している。具体的に、開口部９６ｄは、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１及び冷却媒体出口連通孔２４ｂ１に近接している。一方、開口部９６ｅは、冷却媒体出口連通孔２４ｂ２及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ２に近接している。開口部９６ｆは、第２ドレン孔７８ａに対してＢ２側に近接している。

次に、このように構成される燃料電池スタック１２の動作について説明する。

まず、図１に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから第１セパレータ１８の酸化剤ガス流路４０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８のカソード電極３４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２６ａから第２セパレータ２０の燃料ガス流路５６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路５６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８のアノード電極３６に供給される。

従って、各ＭＥＡ２８では、カソード電極３４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３６に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層及び第２電極触媒層内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。

次いで、カソード電極３４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ１、２２ｂ２に分配されて流入し、矢印Ａ方向に流通して排出される。同様に、アノード電極３６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔２６ｂ１、２６ｂ２に分配されて流入し、矢印Ａ方向に流通して排出される。

また、冷却媒体入口連通孔２４ａ１、２４ａ２に供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１セパレータ１８と第２セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路７２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ２８を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２４ｂ１、２４ｂ２から排出される。

次に、本実施の形態に係る燃料電池用部材１０の製造方法及びその装置につき説明する。ここで、燃料電池用部材１０は、樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８とが互いに積層された後で溶着されることで構成される。燃料電池スタック１２は、この燃料電池用部材１０が所定個数で積層されることによって得られる。

図５には、本実施の形態に係る製造装置を構成する位置決め装置１２０が示されている。この位置決め装置１２０は、燃料電池用部材１０と接合セパレータ３８を位置決め固定するためのものである。

位置決め装置１２０は、鉄合金からなる基部としての基盤１２２と、該基盤１２２の上面１２２ａから突出するように設けられた第１丸ピン１２４（位置決めピン）、第１角ピン１２６（別の位置決めピン）、第２丸ピン１２８、第２角ピン１３０とを有する。

第１丸ピン１２４は第１ドレン孔７６ｃに係合され、第１角ピン１２６は空気抜き孔８０ｃに係合される。また、第２丸ピン１２８は、第１タブ９４ａの第１貫通孔１０６ａに係合され、第２角ピン１３０は、第２タブ９４ｂの第２貫通孔１０６ｂに係合される。このことから諒解されるように、第１ドレン孔７６ｃ、空気抜き孔８０ｃ、第１貫通孔１０６ａ及び第２貫通孔１０６ｂは、位置決め孔としての役割を果たす。

矩形状の平板部材からなる基盤１２２には、４個の嵌合孔１２１が形成される。第１丸ピン１２４は、嵌合孔１２１に位置決め固定されるとともに、テーパー形状の先端が基盤１２２の上面１２２ａから突出する。一層具体的には、第１丸ピン１２４は、図６に示すように、円柱部に形成された嵌合孔１２１に嵌合される第１等径部１３２と、嵌合孔１２１から露呈するように突出して第１ドレン孔７６ｃに係合される第１テーパー部１３４とを有する。すなわち、第１丸ピン１２４はテーパーピンである。

第１テーパー部１３４は、円形状の横断面を有するとともに、その突出端（先端）に向かってテーパー状に縮径している。第１テーパー部１３４の第１テーパー角度θ１（第１丸ピン１２４の軸線と第１テーパー部１３４とのなす角度）は、２．０°以上５．０°以下が好ましく、３．０°以上４．０°以下がより好ましい。第１テーパー部１３４の最大直径ｄ１（第１テーパー部１３４の基端の直径）は、第１直径Ｄ１と同じか、又は第１直径Ｄ１よりも大きく設定される。第１テーパー部１３４の最小直径（第１テーパー部１３４の先端の直径）が、第１直径Ｄ１よりも小さいことは勿論である。

第１丸ピン１２４の周囲には、第１昇降部材１６０と昇降機構１６２が設けられる。これらについては後に詳述する。

第１角ピン１２６（図５参照）は、第１丸ピン１２４と同様に、嵌合孔１２１に嵌合される円柱形状の第３等径部１３８を有する。嵌合孔１２１からは、空気抜き孔８０ｃに係合される第１角部１４０が突出する。

第１角ピン１２６は、第１角部１４０が、平面視で２個の長辺を有する六角形形状をなす、いわゆるダイヤピンからなる。第１角部１４０の各辺の長さ、及び各頂点の角度は、如何なる水平断面においても同一である。第１角ピン１２６の周囲には、第１丸ピン１２４と同様に第２昇降部材２２０と昇降機構１６２が設けられる。

第１丸ピン１２４に近接する第２丸ピン１２８は、図５及び図７に示すように、第２等径部１４４と第２テーパー部１４６を有する。すなわち、第２丸ピン１２８もテーパーピンである。第２等径部１４４は、基盤１２２に形成された嵌合孔１２１に嵌合される。一方、第２テーパー部１４６は、嵌合孔１２１から露呈するように突出して第１貫通孔１０６ａに挿入される。

第２テーパー部１４６は、円形状の横断面を有するとともに、その突出端（先端）に向かってテーパー状に縮径している。第２テーパー部１４６の第２テーパー角度θ２（第２丸ピン１２８の軸線と第２テーパー部１４６とのなす角度）は、２．０°以上５．０°以下が好ましく、３．０°以上４．０°以下がより好ましい。第２テーパー部１４６の最大直径ｄ２（第２テーパー部１４６の基端の直径）は、第３直径Ｄ３と同じか、又は第３直径Ｄ３よりも大きく設定される。第２テーパー部１４６の最大直径ｄ２は、第１テーパー部１３４の最大直径ｄ１よりも大きい。勿論、第２テーパー部１４６の最小直径（第２テーパー部１４６の先端の直径）は、第３直径Ｄ３よりも小さく、且つ第１テーパー部１３４の最小直径よりも大きい。

第１角ピン１２６の近傍に配設された第２角ピン１３０は、第１丸ピン１２４、第１角ピン１２６及び第２丸ピン１２８と同様に、嵌合孔１２１に嵌合される円柱形状の等径部１５０を有する。嵌合孔１２１からは、第２貫通孔１０６ｂに係合される第２角部１５２が突出する。

第２角部１５２は、第１角部１４０と同様に、平面視で２個の長辺を有する六角形形状をなすダイヤピンからなる。勿論、第２角部１５２の各辺の長さ、及び各頂点の角度は、如何なる水平断面においても同一である。

次に、第１丸ピン１２４の周囲に設けられた第１昇降部材１６０及び昇降機構１６２につき説明する。

図６に示すように、基盤１２２の、第１丸ピン１２４の周囲には、環状凹部１６４が形成される。環状凹部１６４と嵌合孔１２１は連通していない。また、環状凹部１６４の底壁には、複数個（例えば、４個）の螺合孔１６６が形成されている。さらに、環状凹部１６４の下方側の内径は上方側に比して大であり、このため、環状凹部１６４には、下方と上方の内径差に基づいて環状段部１６８が設けられる。環状段部１６８は、第１昇降部材１６０の下方側のストッパ部となる。以下、ストッパ部よりも上方の部位を「円柱部」と指称し、その参照符号を１７０とする。

環状凹部１６４には、第１昇降部材１６０と第１ストッパ部材１７２が収容される。第１昇降部材１６０、第１ストッパ部材１７２は、内周側から外周側に向かってこの順序で配置される。

第１昇降部材１６０は、外径が大である円環形状の受圧部１７４と、外径が小である円環形状の押圧部１７６を有する。受圧部１７４と押圧部１７６の内径は同等である。受圧部１７４の内周壁と外周壁には環状溝１７８ａ、１７８ｂがそれぞれ形成され、環状溝１７８ａ、１７８ｂの各々には、Ｏリング１８０ａ、１８０ｂが装着される。内周側のＯリング１８０ａは、円柱部１７０に摺接する。

第１ストッパ部材１７２は、内径が大である中空の管部１８２と、貫通孔１８４が形成されて内径が小である天井壁部１８６とを有する。該第１ストッパ部材１７２には、天井壁部１８６から管部１８２にわたって挿通孔１８８が形成される。挿通孔１８８に通された連結ボルト１９０が螺合孔１６６に螺合されることにより、第１ストッパ部材１７２が環状凹部１６４内に位置決め固定される。なお、環状凹部１６４の内径と第１ストッパ部材１７２の外径は略同等である。

管部１８２の内周壁に対しては、受圧部１７４の外周壁に装着されたＯリング１８０ｂが摺接する。一方、天井壁部１８６の内径（貫通孔１８４の直径）は、押圧部１７６の外径に比して若干大であり、且つ受圧部１７４の外径に比して小である。このため、受圧部１７４が上昇した際には、該受圧部１７４は天井壁部１８６によって堰き止められる。このように、天井壁部１８６は、第１昇降部材１６０の上方側のストッパ部となる。

環状段部１６８は、受圧部１７４の下面に当接する。このため、第１昇降部材１６０が環状段部１６８よりも下方に変位することが阻止される。従って、環状凹部１６４の底壁部と、第１昇降部材１６０の下面と、第１ストッパ部材１７２の管部１８２の内周壁とで下内室１９４（内室）が画成される。下内室１９４には、圧縮エア供給源１９６から下内室１９４に圧縮エア（圧力流体）を供給する供給ライン１９８と、下内室１９４から圧縮空気を排出するための排出ライン２００とが接続される。供給ライン１９８には、第１バルブ２０２が設けられる。一方、排出ライン２００には、第２バルブ２０４と排気用ポンプ２０６とが介装される。以上のように、下内室１９４に対して圧縮エアを給排する機構によって昇降機構１６２が構成される。

なお、排気用ポンプ２０６は必須ではなく、省略することもできる。また、上昇した第１昇降部材１６０を環状凹部１６４に向かって弾発付勢するリターンスプリング（図示せず）を設けるようにしてもよい。

貫通孔１８４からは、第１昇降部材１６０の押圧部１７６、円柱部１７０、第１丸ピン１２４の第１テーパー部１３４が露呈する。ここで、貫通孔１８４の内周壁と、第１昇降部材１６０の押圧部１７６の外周壁との間には、環状クリアランス２１０が形成される。環状クリアランス２１０は、受圧部１７４の上面、管部１８２の内周壁、天井壁部１８６の下面で形成される上内室２１２内に対して大気が流入出するための呼吸孔となる。

上記と同様に、第１角ピン１２６の周囲には環状凹部１６４が形成されるとともに、該環状凹部１６４内に第２昇降部材２２０、第２ストッパ部材２２２が収容される（図５参照）。第２昇降部材２２０及び第２ストッパ部材２２２の構成は第１昇降部材１６０（図６参照）、第１ストッパ部材１７２のそれぞれと同様である。また、該第２昇降部材２２０を昇降動作させるための昇降機構も、図６に示す昇降機構１６２と同様に構成されている。従って、基盤１２２の、第１角ピン１２６近傍の断面の図示やその詳細な説明は省略する。

製造装置は、以上のように構成される位置決め装置１２０に加え、レーザ光Ｌを照射する照射装置２３０（図８参照）を備える。上記したように、レーザ光Ｌは、樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８を溶着によって接合するための熱源である。なお、レーザ光Ｌは、押止部材２３２に形成された通過孔２３４内を進行する。

本実施の形態に係る製造装置は、基本的には上記のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係る製造方法との関係で説明する。

図９は、本実施の形態に係る製造方法の概略フローである。この製造方法は、積層工程Ｓ１と、接合工程Ｓ２と、上昇工程Ｓ３とを有する。積層工程Ｓ１及び接合工程Ｓ２は、下内室１９４内の圧力が上内室２１２内の圧力と同一であり、且つ第１昇降部材１６０及び第２昇降部材２２０が最下方に位置している状況下で実施される。このとき、第１昇降部材１６０、第２昇降部材２２０の下面は環状段部１６８に当接する（図６参照）。

積層工程Ｓ１に先んじ、燃料電池用部材１０を得るための樹脂枠付ＭＥＡ１６を作製する。ここで、樹脂枠部材３０に対しては、ＭＥＡ２８を組み込む前にプレス成形が施され、第１ドレン孔７６ｃ、第２ドレン孔７８ｃ、空気抜き孔８０ｃが形成される。

その一方で、接合セパレータ３８を作製する。すなわち、第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂが設けられた第１セパレータ１８に対して第２セパレータ２０を重畳し、重なり合った外周縁部同士を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合する。さらに、プレス成形を行い、第１ドレン孔７６ａ、７６ｂ、第２ドレン孔７８ａ、７８ｂ、空気抜き孔８０ａ、８０ｂを形成するとともに、第１タブ９４ａ、第２タブ９４ｂに第１貫通孔１０６ａ、第２貫通孔１０６ｂをそれぞれ形成する。以上により、セパレータ部材である接合セパレータ３８が得られる。

なお、第１セパレータ１８、第２セパレータ２０に個別にプレス成形を施すようにしてもよい。この場合、第１タブ９４ａ、第２タブ９４ｂに第１貫通孔１０６ａ、第２貫通孔１０６ｂが形成され、且つ本体に第１ドレン孔７６ａ、第２ドレン孔７８ａ、空気抜き孔８０ａが形成された第１セパレータ１８と、第１ドレン孔７６ｂ、第２ドレン孔７８ｂ、空気抜き孔８０ｂが形成された第２セパレータ２０とを重畳して互いに接合すればよい。

この場合、第１ドレン孔７６ｃの第１直径Ｄ１は、接合セパレータ３８の第１ドレン孔７６ａ、７６ｂのそれぞれの直径よりも小さく設定される（図６参照）。また、空気抜き孔８０ｃの第２直径Ｄ２は、接合セパレータ３８の空気抜き孔８０ａ、８０ｂのそれぞれの直径よりも小さい。第１直径Ｄ１は、第２直径Ｄ２と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、第１貫通孔１０６ａの第３直径Ｄ３、第２貫通孔１０６ｂの第４直径Ｄ４は、第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２よりも大きく設定される。第３直径Ｄ３と第４直径Ｄ４は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

以上のようにして作製した樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８から燃料電池用部材１０を得るべく、積層工程Ｓ１を行う。具体的には、図５に示すように、位置決め装置１２０を用いて樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８とを互いに位置決めした状態で積層する。

一層詳細には、第１丸ピン１２４を第１ドレン孔７６ｃに挿入するとともに、第１角ピン１２６を空気抜き孔８０ｃに挿入する。これにより、樹脂枠付ＭＥＡ１６が第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６によって位置決めされる。

この際、第１テーパー部１３４には、図６に示すように、第１ドレン孔７６ｃを形成する壁面のうち基盤１２２側の角部Ｐ１が当接する。すなわち、第１テーパー部１３４の外周壁と第１ドレン孔７６ｃの内周壁との間に隙間が発生することが回避される。このため、樹脂枠付ＭＥＡ１６を精度よく位置決めすることができる。なお、樹脂枠付ＭＥＡ１６の下面と、円柱部１７０、第１昇降部材１６０、第１ストッパ部材１７２、第２昇降部材２２０、第２ストッパ部材２２２の各上面との間には、数μｍ～数百μｍ程度の微小な間隙Ｓａが形成される。

次に、第２丸ピン１２８を第１貫通孔１０６ａに挿入するとともに、第２角ピン１３０を第２貫通孔１０６ｂに挿入する。これにより、接合セパレータ３８が第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０によって位置決めされる。この際、接合セパレータ３８の第１ドレン孔７６ａ、７６ｂは、第１丸ピン１２４に挿入される（図６参照）。また、接合セパレータ３８の空気抜き孔８０ａ、８０ｂは、第１角ピン１２６に挿入される（図５参照）。このため、接合セパレータ３８を位置決めする際、第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６が接合セパレータ３８に干渉することが回避される。

第２テーパー部１４６には、第１貫通孔１０６ａを形成する壁面のうち、基盤１２２側の角部Ｐ２が当接する。すなわち、第２テーパー部１４６の外周壁と空気抜き孔８０ｃの内周壁との間に隙間が発生することが回避される。このため、隙間が発生しないため、接合セパレータ３８を精度よく位置決めすることができる。なお、基盤１２２の上面１２２ａと、第１タブ９４ａ及び第２タブ９４ｂの各下面との間には、数μｍ～数百μｍ程度の微小な間隙Ｓｂが形成される。

上記した積層の過程で、第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６が接合セパレータ３８に干渉することはない。そのため、第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６を樹脂枠付ＭＥＡ１６に適した大きさ及び位置に設定することができる。よって、樹脂枠付ＭＥＡ１６を第１丸ピン１２４及び第１角ピン１２６によって精度よく位置決めすることができる。

また、第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０が樹脂枠付ＭＥＡ１６に干渉することもない。そのため、第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０を接合セパレータ３８の位置決めに適した大きさ及び位置に設定することができる。よって、接合セパレータ３８を第２丸ピン１２８及び第２角ピン１３０によって精度よく位置決めすることができる。以上が相俟って、樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８との位置決め精度を向上させることができる。

しかも、本実施の形態では、第１丸ピン１２４と第２丸ピン１２８、第１角ピン１２６と第２角ピン１３０を、基盤１２２において互いに近接するように配置している。この場合、樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８との位置決め精度を一層向上させることができる。

次に、接合工程Ｓ２を行う。この接合工程Ｓ２では、接合セパレータ３８の外周部と樹脂枠部材３０とを、第１セパレータ１８の各開口部９６ａ～９６ｆ（図５参照）の位置で溶着する。具体的には、図８に示すように、第１セパレータ１８の開口部９６ａ～９６ｆに円筒状の押止部材２３２を挿入し、該押止部材２３２によって第２セパレータ２０を樹脂枠部材３０に向かって押し付ける。これにより、第１セパレータ１８の開口部９６ａ～９６ｆの位置において、第２セパレータ２０と樹脂枠部材３０とが隙間無く密着する。

続いて、押止部材２３２に形成された通過孔２３４を介して、第２セパレータ２０にレーザ光Ｌをスポット状に照射する。これにより、加熱された第２セパレータ２０と、溶融した樹脂枠部材３０とが溶着され、図１０に示す溶着部２４０が形成される。なお、接合手段となる熱源はレーザ光Ｌに特に限定されるものではなく、加熱された棒状部材であってもよい。この場合、該棒状部材で第２セパレータ２０を押圧し、樹脂枠部材３０を溶融させれば、溶着部２４０を形成することができる。

このようにして、位置決めされた状態の樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８とを、溶着部２４０を介して接合することにより、燃料電池用部材１０を容易に得ることができる。

次に、上昇工程Ｓ３を行う。このためには、第２バルブ２０４を閉状態として第１バルブ２０２を開くとともに、圧縮エア供給源１９６から圧縮エアを供給する。圧縮エアは、供給ライン１９８を流通して内室に導入される。第２バルブ２０４が閉状態であるため、圧縮エアが下内室１９４に蓄積される。その結果、下内室１９４内の圧力が高くなる。

これに伴い、第１昇降部材１６０を構成する受圧部１７４の下面に圧縮エアの押圧力が作用する。従って、受圧部１７４が、基盤１２２の円柱部１７０の外周壁と、第１ストッパ部材１７２の管部１８２の内周壁とに案内されながら環状凹部１６４内を上昇する。その結果、図１１に示すように、押圧部１７６も上昇して環状凹部１６４から突出する。この際、上内室２１２内の大気は、環状クリアランス２１０を介して環状凹部１６４の外方に排出される。

第２昇降部材２２０も同様に、第１昇降部材１６０と同期して上昇する。上昇した第１昇降部材１６０及び第２昇降部材２２０は樹脂枠部材３０の下面に当接し、その後のさらなる上昇によって該樹脂枠部材３０を押圧する。すなわち、本実施の形態では、樹脂枠付ＭＥＡ１６の２箇所が、第１昇降部材１６０及び第２昇降部材２２０のそれぞれから押圧を受ける。その結果、樹脂枠付ＭＥＡ１６と、該樹脂枠付ＭＥＡ１６に接合された接合セパレータ３８とが、第１昇降部材１６０及び第２昇降部材２２０に同伴されて上昇する。

結局、樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８は、燃料電池用部材１０として一体に、基盤１２２から離間する方向に変位する。第１昇降部材１６０は、図１１に示すように、受圧部１７４の上面が、第１ストッパ部材１７２の天井壁部１８６の下面に当接することで停止する。第２昇降部材２２０についても同様である。

第１テーパー部１３４の上部の直径は、第１ドレン孔７６ａ～７６ｃに比して小さい。また、第２テーパー部１４６の上部の直径は、空気抜き孔８０ａ～８０ｃに比して小さい。このため、作業者ないし把持ロボットが燃料電池用部材１０を把持して第１丸ピン１２４、第１角ピン１２６、第２丸ピン１２８、第２角ピン１３０から容易に離脱させることができる。従って、燃料電池用部材１０を位置決め装置１２０から搬出することが容易となる。

このように、本実施の形態によれば、第１ドレン孔７６ａに第１丸ピン１２４が係合され、且つ空気抜き孔８０ａに第１角ピン１２６が係合された状態が継続されることはない。このため、樹脂枠付ＭＥＡ１６の樹脂枠部材３０が接合セパレータ３８から離脱することが回避される。すなわち、燃料電池用部材１０が樹脂枠付ＭＥＡ１６と接合セパレータ３８に分離することを有効に防止することができる。

燃料電池用部材１０を位置決め装置１２０から搬出した後、第１昇降部材１６０及び第２昇降部材２２０を下降させる。すなわち、第１バルブ２０２を閉状態、第２バルブ２０４を開状態に切り替えるとともに、排気用ポンプ２０６を付勢する。これにより圧縮エア供給源１９６からの圧縮エアの供給が停止される一方、下内室１９４内の圧縮エアが排気用ポンプ２０６の作用下に排出ライン２００を介して排出される。その結果、下内室１９４内の圧力が低下して上内室２１２内の圧力と均衡するようになる。

このため、受圧部１７４が、環状クリアランス２１０を介して上内室２１２内に流入した大気に押圧される。その結果、受圧部１７４及び押圧部１７６が一体に下降する。すなわち、第１昇降部材１６０及び第２昇降部材２２０が環状凹部１６４内に収容される。受圧部１７４の下面が環状段部１６８に当接することにより、第１昇降部材１６０、第２昇降部材２２０が堰き止められてそれ以上の下降が阻止される。

以上のようにして作製された燃料電池用部材１０が順次積層されることにより、燃料電池スタック１２が構成される。この燃料電池スタック１２には、その内部に、特許文献１に記載される保持ピンや止め輪等が収納されていない。この分、燃料電池スタック１２の軽量化を図ることができる。

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、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

例えば、この実施の形態では、第１昇降部材１６０、第２昇降部材２２０の押圧部１７６を円環形状としているが、図１２に示すように、複数個の柱状体２５０を押圧部としてもよい。この場合、図６と同様に、複数個の柱状体２５０の下端に一体に連なる円環形状の受圧部１７４を設けるようにしてもよい。又は、昇降機構としてエアシリンダ等のアクチュエータを複数個設け、そのピストンロッドを柱状体２５０（押圧部）としてもよい。

また、第１昇降部材１６０、第２昇降部材２２０を、第２丸ピン１２８、第２角ピン１３０の周囲に設けるようにしてもよい。さらに、第１丸ピン１２４、第１角ピン１２６、第２丸ピン１２８、第２角ピン１３０の周囲に昇降部材及び昇降機構１６２を設けることもできる。

さらにまた、接合セパレータ３８を先に位置決め装置１２０に位置決め固定し、次に、樹脂枠付ＭＥＡ１６を位置決め装置１２０に位置決め固定するようにしてもよい。

そして、下内室１９４を形成するには、環状段部１６８を設けることに代替し、受圧部１７４の下面から環状凹部１６４に突出する凸部を設けるようにしてもよい。この場合、凸部が環状凹部１６４の底面に当接することにより、環状凹部１６４の底面と受圧部１７４の間にクリアランスが形成される。

また、位置決めピンの位置は上記した実施の形態に限定されるものではなく、位置決めピンを、ドレン孔（第１ドレン孔７６ｃ）や空気抜き孔８０ｃと異なる孔に係合するようにしてもよい。すなわち、例えば、位置決めピンを係合する専用の位置決め孔を形成するようにしてもよい。

１０…燃料電池用部材 １２…燃料電池スタック
１４…発電セル １６…樹脂枠付電解質膜・電極構造体
２８…電解質膜・電極構造体 ７６…第１ドレン連通孔
７６ａ～７６ｃ…第１ドレン孔 ７８…第２ドレン連通孔
７８ａ～７８ｃ…第２ドレン孔 ８０…空気抜き連通孔
８０ａ～８０ｃ…空気抜き孔 ９４ａ…第１タブ
９４ｂ…第２タブ １０６ａ…第１貫通孔
１０６ｂ…第２貫通孔 １２０…位置決め装置
１２２…基盤 １２４…第１丸ピン
１２６…第１角ピン １２８…第２丸ピン
１３０…第２角ピン １３４…第１テーパー部
１４０…第１角部 １４６…第２テーパー部
１５２…第２角部 １６０…第１昇降部材
１６２…昇降機構 １６４…環状凹部
１６８…環状段部 １７０…円柱部
１７２…第１ストッパ部材 １７４…受圧部
１７６…押圧部 １８２…管部
１８６…天井壁部 １９４…下内室
１９６…圧縮エア供給源 １９８…供給ライン
２００…排出ライン ２０６…排気用ポンプ
２１０…環状クリアランス ２１２…上内室
２２０…第２昇降部材 ２２２…第２ストッパ部材
２３０…照射装置 ２３２…押止部材
２４０…溶着部 ２５０…柱状体

Claims (9)

1. 電解質膜・電極構造体の外周部に樹脂枠部材が枠状に配設されてなる樹脂枠付電解質膜・電極構造体と、セパレータ部材とを接合して燃料電池用部材を得る燃料電池用部材の製造方法であって、
   前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とに形成された位置決め孔に、位置決め装置の基部に設けられた位置決めピンを通すことで前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材を位置決めするとともに、前記基部の、前記位置決めピンの周囲に設けられた昇降部材の上方で前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材を積層する積層工程と、
   前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とを溶着して接合し、燃料電池用部材を得る接合工程と、
   前記昇降部材を上昇させることで、前記燃料電池用部材を前記位置決めピンから離間する方向に上昇させる上昇工程と、
   を有する燃料電池用部材の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記位置決め装置は前記昇降部材を２個以上備え、前記上昇工程にて、２個以上の前記昇降部材で前記燃料電池用部材の２箇所以上を押圧する燃料電池用部材の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法において、前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体の前記位置決め孔を前記樹脂枠部材に形成する燃料電池用部材の製造方法。
4. 電解質膜・電極構造体の外周部に樹脂枠部材が枠状に配設されてなる樹脂枠付電解質膜・電極構造体と、セパレータ部材とを接合して燃料電池用部材を得る燃料電池用部材の製造装置であって、
   前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と、前記セパレータ部材とを位置決めする位置決め装置を備え、
   前記位置決め装置は、基部と、
   前記基部に設けられ、前記樹脂枠付電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とに形成された位置決め孔に通される位置決めピンと、
   前記基部の、前記位置決めピンの周囲に設けられた昇降部材と、
   前記昇降部材を昇降させる昇降機構と、
   を有する燃料電池用部材の製造装置。
5. 請求項４記載の製造装置において、前記昇降機構は、前記基部に形成されて前記昇降部材を前記基部に対して昇降させる圧力流体が供給又は排出される内室を含む燃料電池用部材の製造装置。
6. 請求項４又は５記載の製造装置において、前記昇降部材が前記燃料電池用部材を押圧する押圧部を有し、前記押圧部が円環形状体である燃料電池用部材の製造装置。
7. 請求項４又は５記載の製造装置において、前記昇降部材が前記燃料電池用部材を押圧する押圧部を有し、前記押圧部が複数個の柱状体である燃料電池用部材の製造装置。
8. 請求項４～７のいずれか１項に記載の製造装置において、前記位置決めピンが、前記基部から離間するにつれてテーパー状に縮径するテーパーピンである燃料電池用部材の製造装置。
9. 請求項８記載の製造装置において、前記基部に、ダイヤピンからなる別の位置決めピンが設けられた燃料電池用部材の製造装置。

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