JP6330198B2 - Manufacturing method of fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池スタックの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell stack.
車両等に搭載される燃料電池スタックは、セル積層体と、セル積層体を収納するケーシングと、を有している(例えば、下記特許文献1参照)。
セル積層体は、複数の単位セルが積層されて構成されている。単位セルは、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んで構成された膜電極構造体(MEA)と、膜電極構造体を挟持するセパレータと、を備えている。
A fuel cell stack mounted on a vehicle or the like includes a cell stack and a casing that stores the cell stack (see, for example,
The cell stack is configured by stacking a plurality of unit cells. The unit cell includes a membrane electrode structure (MEA) configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides, and a separator that sandwiches the membrane electrode structure.
ケーシングは、セル積層体を積層方向の両側から挟持する一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート間を架け渡す連結バーと、セル積層体の周囲を積層方向に直交する方向から取り囲むサイドパネルと、を有している。
エンドプレート及び連結バーは、セル積層体の積層方向に互いに突き合わされた状態で、エンドプレート取付孔及び連結バー取付孔内に挿通された締結部材によって締結されている。例えば下記特許文献2には、エンドプレート取付孔及び連結バー取付孔内に、筒状ノックが配設された構成が開示されている。筒状ノックは、エンドプレート取付孔及び連結バー取付孔間を跨って配設されるとともに、締結部材に外挿されている。
The casing includes a pair of end plates that sandwich the cell stack from both sides in the stacking direction, a connecting bar that spans between the pair of end plates, a side panel that surrounds the periphery of the cell stack from a direction orthogonal to the stacking direction, have.
The end plate and the connection bar are fastened by a fastening member inserted into the end plate attachment hole and the connection bar attachment hole in a state of being abutted with each other in the stacking direction of the cell stack. For example,
上述した燃料電池スタックでは、アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。 In the fuel cell stack described above, hydrogen gas is supplied as fuel gas to the anode electrode, and air is supplied as oxidant gas to the cathode electrode. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, and the cathode electrode causes an electrochemical reaction with oxygen in the air to generate power.
しかしながら、筒状ノックを備える上記構成では、部品数が多く、組み立てるための工程数も増えてコストが高くなるという問題がある。 However, the above-described configuration including the cylindrical knock has a problem that the number of parts is large, the number of steps for assembling is increased, and the cost is increased.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、組み立て作業を容易にして組み立て工数を削減し、コストを下げることのできる燃料電池スタックの製造方法を提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell stack that can facilitate assembly work, reduce assembly man-hours, and reduce costs. One of them.
上記目的を達成するために、請求項1に記載した発明は、第1エンドプレート(例えば、実施形態における第1エンドプレート81)、複数の燃料電池セル(例えば、実施形態における単位セル2)が第1方向(例えば、実施形態におけるA方向)に積層されたセル積層体、及び第2エンドプレート(例えば、実施形態における第2エンドプレート82)をこの順で第1方向に積層する工程と、前記第1エンドプレートと前記第2エンドプレートとの間に連結部材(例えば、実施形態における連結バー83,84)を配置する連結部材配置工程と、前記第1エンドプレート及び前記第2エンドプレートのいずれか一方と前記連結部材との間に前記第1方向の隙間(例えば、実施形態における隙間S1)がある状態で、エンドプレート取付孔(例えば、実施形態におけるエンドプレート取付孔101)及び連結部材取付孔(例えば、実施形態における連結バー取付孔102)内に締結部材を挿入する締結部材挿入工程と、前記第1エンドプレート及び前記第2エンドプレートを前記第1方向で接近移動させ、前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第1方向で突き合わせる着座工程と、前記締結部材により前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第1方向で締結する締結工程と、を備え、前記締結部材が、前記着座工程において前記第1エンドプレート及び前記第2エンドプレートと前記連結部材との前記第1方向への接近移動を案内する位置決め部(例えば、実施形態における基軸部10A)を有しており、前記締結部材挿入工程において、前記位置決め部が前記エンドプレート取付孔及び前記連結部材取付孔内を前記第1方向に跨って位置するように前記締結部材を挿入する。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2に記載した発明では、前記第1方向において、前記大径部の長さは、前記エンドプレート取付孔の長さと前記隙間とを足した長さよりも長く、前記エンドプレート取付孔及び前記連結部材取付孔の前記第1方向に沿うそれぞれの長さを足した長さ以下であり、前記締結部材挿入工程では、前記締結部材の前記大径部と前記小径部との間の段差面(例えば、実施形態における段差面10C)が前記連結部材取付孔内に位置するように、前記締結部材を挿入してもよい。
In the invention described in
請求項3に記載した発明では、前記締結部材が、前記位置決め部と、前記位置決め部の先端側に設けられた螺子部(例えば、実施形態における雄ねじ部10B)と、を有しており、前記締結部材挿入工程において、前記螺子部の一部を前記連結部材取付孔に螺着させてもよい。
In the invention described in
請求項4に記載した発明では、前記締結部材挿入工程において、前記位置決め部と、前記位置決め部よりも小径をなす前記螺子部と、が一体に成形された前記締結部材を用いてもよい。
In the invention described in
請求項1に記載した発明によれば、締結部材挿入工程において、第1エンドプレート及び第2エンドプレートのいずれか一方と連結部材との間に第1方向の隙間がある状態で、小径部が連結部材取付孔内に位置するとともに大径部がエンドプレート取付孔及び連結部材取付孔内を第1方向に跨って位置するように締結部材を挿入することにより、締結部材の先端部が連結部材取付孔から脱落することがなく、後の着座工程において締結部材をガイドとして機能させることができる。つまり、ガイドをなす締結部材の大径部に沿って一方のエンドプレートと連結部材とを第1方向で突き合わせることで、エンドプレートと連結部材との位置ずれを防ぐことができる。このように、本発明では、エンドプレートと連結部材とが締結部材によって位置決めされた状態で組み付けを行うため、精度よく効率的な組み付け作業を行うことができる。
さらに、本発明では、以前用いられていた筒状ノックに代えて、締結部材の大径部においてエンドプレートと連結部材との間に作用するせん断荷重を受けることになる。その結果、筒状ノックが不要になり、組み立て工数を減らせることから、製造ラインにかかるコストを下げることができる。
According to the invention described in
Furthermore, in this invention, it replaces with the cylindrical knock used previously, and receives the shear load which acts between an end plate and a connection member in the large diameter part of a fastening member. As a result, a cylindrical knock becomes unnecessary and the number of assembly steps can be reduced, so that the cost for the production line can be reduced.
請求項2に記載した発明によれば、締結部材を着座工程におけるガイドとして機能させることができるだけでなく、着座工程後、締結部材によりエンドプレートと連結部材と良好に締結することができる。 According to the second aspect of the present invention, not only can the fastening member function as a guide in the seating process, but also the end plate and the connecting member can be satisfactorily fastened by the fastening member after the seating process.
請求項3に記載した発明によれば、締結部材における螺子部の一部を連結部材取付孔に螺着させることによって、連結部材に対して締結部材を固定させることができるので、着座工程において締結部材の脱落やぐらつきが生じにくく、エンドプレートと連結部材との位置ずれをより防ぐことができる。これにより、締結部材の位置決め部をガイドにして安定した状態で着座工程を行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, the fastening member can be fixed to the connecting member by screwing a part of the screw portion of the fastening member into the connecting member mounting hole. The members are unlikely to fall off and wobble, and the positional displacement between the end plate and the connecting member can be further prevented. Thereby, the seating process can be performed in a stable state using the positioning portion of the fastening member as a guide.
請求項4に記載した発明によれば、締結部材の位置決め部がエンドプレート小径部及び連結バー大径部の双方における内周面に密接することになり、セル積層体から漏れ出た反応ガスが、エンドプレート取付孔及び連結部材取付孔と締結部材の間を通って、第1方向の外側へ流れ出るのを抑制することができる。
According to the invention described in
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(第1実施形態)
[燃料電池スタック]
図1は本実施形態の燃料電池スタック1を第1エンドプレート81側から見た分解斜視図である。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池スタック1は、図示しない車両の前部に画成されたモータルームやフロア下に搭載されている。燃料電池スタック1は、例えば駆動用モータに電力を供給するのに用いられる。なお、本実施形態の燃料電池スタック1は、例えば図中のA方向(第1方向)が車両の幅方向、B方向が車両の前後方向、C方向が車両の上下方向となるようにして車両に搭載される。
(First embodiment)
[Fuel cell stack]
FIG. 1 is an exploded perspective view of the
As shown in FIG. 1, the
燃料電池スタック1は、セル積層体3と、セル積層体3を収納するケーシング4と、を主に備えている。
セル積層体3は、複数の単位セル(燃料電池セル)2がA方向に積層されて構成されている。なお、以下の説明では、上述したA方向、B方向及びC方向において、セル積層体3の中央部に近づく向きを内側といい、セル積層体3の中央部から離間する向きを外側という場合がある。
The
The
<単位セル>
図2は単位セル2の分解斜視図である。
図2に示すように、単位セル2は、例えば一対のセパレータ21,22と、各セパレータ21,22間に挟持された膜電極構造体23(以下、単にMEA23という。)と、を備えている。MEA23は、固体高分子電解質膜31と、固体高分子電解質膜31をA方向の両側から挟持するアノード電極32及びカソード電極33と、を備えている。
<Unit cell>
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
As shown in FIG. 2, the
アノード電極32及びカソード電極33は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子をガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層と、を有している。
The
固体高分子電解質膜31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31は、A方向から見た正面視外形がアノード電極32及びカソード電極33よりも大きくなっている。図2の例において、固体高分子電解質膜31の中央部には、アノード電極32及びカソード電極33が重ね合わされている。固体高分子電解質膜31の外周部は、アノード電極32及びカソード電極33に対して額縁状にはみ出している。
The solid
単位セル2の各セパレータ21,22は、MEA23のアノード電極32側に配置された第1セパレータ21、及びMEA23のカソード電極33側に配置された第2セパレータ22である。なお、以下の説明では、各セパレータ21,22において、同一の構成については同様の符号を付してまとめて説明する。
The
各セパレータ21,22は、セパレータプレート35と、セパレータプレート35の外周部を被覆する被覆部材36と、を有している。
セパレータプレート35は、B方向を長手方向とする長方形状の金属板、又はカーボン板により構成されている。なお、図2の例において、セパレータプレート35は、正面視外形が固体高分子電解質膜31と同等に形成されている。セパレータプレート35は、A方向から見てMEA23に重なり合っている。
Each
The
図3は図1のIII−III線に相当する断面図である。
図3に示すように、被覆部材36は、ゴム等の弾性変形可能な材料により形成されている。被覆部材36は、固体高分子電解質膜31の外周部にA方向で密接している。
3 is a cross-sectional view corresponding to the line III-III in FIG.
As shown in FIG. 3, the covering
図2に示すように、単位セル2の各角部には、入口側ガス連通孔(酸化剤ガス入口連通孔41i及び燃料ガス入口連通孔42i)と、出口側ガス連通孔(酸化剤ガス出口連通孔41o及び燃料ガス出口連通孔42o)と、が形成されている。各酸化剤ガス入口連通孔41i,41o,42i,42oは、単位セル2をA方向に貫通している。
図2に示す例において、単位セル2の右上角部には、酸化剤ガス(例えば、空気等)を供給するための酸化剤ガス入口連通孔41iが形成されている。単位セル2の右下角部には、燃料ガス(例えば、水素等)を供給するための燃料ガス入口連通孔42iが形成されている。
また、単位セル2の左下角部には使用済みの酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔41oが形成されている。単位セル2の左上角部には、使用済みの燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔42oが形成されている。
As shown in FIG. 2, at each corner of the
In the example shown in FIG. 2, an oxidant gas inlet communication hole 41 i for supplying an oxidant gas (for example, air) is formed in the upper right corner of the
Further, an oxidant gas outlet communication hole 41o for discharging the used oxidant gas is formed in the lower left corner of the
単位セル2において、各酸化剤ガス入口連通孔41i,42iに対してB方向の内側に位置する部分には、冷媒入口連通孔43iがそれぞれ形成されている。
単位セル2において、各酸化剤ガス出口連通孔41o,42oに対してB方向の内側に位置する部分には、冷媒出口連通孔43oがそれぞれ形成されている。なお、一対の冷媒入口連通孔43i同士及び一対の冷媒出口連通孔43o同士は、アノード電極32及びカソード電極33を間に挟んでそれぞれC方向で対向する位置に配置されている。
In the
In the
各セパレータ21,22(セパレータプレート35)の中央部は、プレス成形等によって凹凸形状に形成されている。セパレータ21,22のうち、MEA23と対向する面は、MEA23との間にそれぞれ燃料ガス流路45,酸化剤ガス流路46を形成している。
具体的に、第1セパレータ21のアノード電極32を向く面と、MEA23のアノード電極32と、の間には、燃料ガス流路45が形成されている。燃料ガス流路45は、燃料ガス入口連通孔42i及び燃料ガス出口連通孔42oにそれぞれ連通している。
The central part of each
Specifically, a
第2セパレータ22のカソード電極33を向く面と、MEA23のカソード電極33と、の間には、酸化剤ガス流路46が形成されている。酸化剤ガス流路46は、酸化剤ガス入口連通孔41i及び酸化剤ガス出口連通孔41oにそれぞれ連通している。
An oxidant
図3に示すように、セル積層体3は、一の単位セル2の第1セパレータ21と、一の単位セル2に隣接する他の単位セル2の第2セパレータ22と、が重ね合わされた状態で、A方向に積層されて構成される。そして、一の単位セル2の第1セパレータ21と、他の単位セル2の第2セパレータ22と、の間には、冷媒流路55が形成されている。図2に示すように、冷媒流路55は、冷媒入口連通孔43i及び冷媒出口連通孔43oにそれぞれ連通している。なお、冷媒流路55を流通する冷媒として、例えば純水やエチレングリコール等が好適に用いられる。
As shown in FIG. 3, in the
なお、単位セル2の積層構造は、上述の構成に限定されるものではない。例えば、3枚のセパレータと、各セパレータ間に挟持された2枚のMEAと、により単位セルを構成しても構わない。また、各連通孔のレイアウトについても適宜設計変更が可能である。
Note that the stacked structure of the
図3に示すように、セル積層体3に対してA方向の一方には、第1ターミナルプレート61が配置されている。第1ターミナルプレート61は、正面視の外形がセパレータ21,22よりも小さくなっている。第1ターミナルプレート61は、セル積層体3(各単位セル2)のうち、A方向の一方に位置する単位セル(以下、第1端部セル2aという。)のアノード電極32に第1セパレータ21を介して導通している。第1ターミナルプレート61には、A方向の外側に向けて突出する出力端子63(図1参照)が形成されている。
As shown in FIG. 3, a first
第1ターミナルプレート61に対してA方向の外側には、第1インシュレータ66が配置されている。第1インシュレータ66は、正面視外形が第1ターミナルプレート61よりも大きくなっている。また、第1インシュレータ66は、A方向の厚さが第1ターミナルプレート61よりも厚くなっている。
A
第1インシュレータ66の中央部には、A方向の外側に向けて窪む収容部71が形成されている。収容部71内には、上述した第1ターミナルプレート61が収容されている。
第1インシュレータ66の外周部(収容部71の外側に位置する部分)は、第1端部セル2aにおける第1セパレータ21(被覆部材36)にA方向の外側から密接している。第1インシュレータ66の外周部には、上述した各酸化剤ガス入口連通孔41i,42iに各別に連通する酸化剤ガス入口接続孔72及び燃料ガス入口接続孔(不図示)が形成されている。また、第1インシュレータ66の外周部には、上述した各酸化剤ガス出口連通孔41o,42oに各別に連通する図示しない酸化剤ガス出口接続孔及び燃料ガス出口接続孔が形成されている。
A
The outer peripheral portion of the first insulator 66 (the portion located outside the accommodating portion 71) is in close contact with the first separator 21 (the covering member 36) in the
図4は、図5のIV−IV線に相当する断面図である。
図4に示すように、セル積層体3に対してA方向の他方には、第2ターミナルプレート62が配置されている。第2ターミナルプレート62は、各単位セル2のうち、A方向の他方に位置する単位セル(以下、第2端部セル2bという。)のカソード電極33に第2セパレータ22を介して導通している。第2ターミナルプレート62には、A方向の外側に向けて突出する出力端子64(図5参照)が形成されている。
4 is a cross-sectional view corresponding to the line IV-IV in FIG.
As shown in FIG. 4, the second
第2ターミナルプレート62に対してA方向の外側には、第2インシュレータ67が配置されている。第2インシュレータ67は、正面視外形が第2ターミナルプレート62よりも大きくなっている。また、第2インシュレータ67は、A方向の厚さが第2ターミナルプレート62よりも厚くなっている。
A
第2インシュレータ67の中央部には、A方向の外側に向けて窪む収容部73が形成されている。収容部73内には、上述した第2ターミナルプレート62が収容されている。
第2インシュレータ67の外周部(収容部73の外側に位置する部分)は、第2端部セル2bにおける第2セパレータ22(被覆部材36)にA方向の外側から密接している。また、第2インシュレータ67の外周部には、上述した各冷媒入口連通孔43i,43oに各別に連通する冷媒入口接続孔74及び冷媒出口接続孔(不図示)が形成されている。
A
The outer peripheral portion of the second insulator 67 (the portion located outside the accommodating portion 73) is in close contact with the second separator 22 (the covering member 36) in the
<ケーシング>
図1に示すように、ケーシング4は、セル積層体3よりも一回り大きい箱型に形成されている。ケーシング4は、その内部にセル積層体3を収納している。具体的に、ケーシング4は、セル積層体3をA方向の両側から挟持する第1エンドプレート81及び第2エンドプレート82と、エンドプレート81,82のA方向で対向する辺同士を各別に連結する第1連結バー(連結部材)83及び第2連結バー(連結部材)84と、セル積層体3の周囲を取り囲む4枚のサイドパネル80と、を備えている。
<Casing>
As shown in FIG. 1, the
図3、図4に示すように、エンドプレート81,82は、正面視外形が単位セル2よりも大きい長方形状に形成されている。図3に示すように、第1エンドプレート81は、セル積層体3との間に第1ターミナルプレート61及び第1インシュレータ66を挟み込んだ状態で、セル積層体3に対してA方向の一方に配置されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図1に示すように、第1エンドプレート81の各角部には、ガス入口孔(酸化剤ガス入口孔85i及び燃料ガス入口孔86i)及びガス出口孔(酸化剤ガス出口孔85o及び燃料ガス出口孔86o)が形成されている。酸化剤ガス入口孔85i,86iは、第1インシュレータ66の対応する各ガス入口接続孔(例えば、酸化剤ガス入口接続孔72)を通して酸化剤ガス入口連通孔41i,42iにそれぞれ連通している。酸化剤ガス出口孔85o,86oは、第1インシュレータ66の対応する各ガス出口接続孔を通して酸化剤ガス出口連通孔41o,42oにそれぞれ連通している。
As shown in FIG. 1, a gas inlet hole (oxidant
図4に示すように、第2エンドプレート82は、セル積層体3との間に第2ターミナルプレート62及び第2インシュレータ67を挟み込んだ状態で、セル積層体3に対してA方向の他方に配置されている。
As shown in FIG. 4, the
図5は、燃料電池スタック1を第2エンドプレート82側から見た分解斜視図である。
図5に示すように、第2エンドプレート82には、一対の冷媒入口孔95i及び一対の冷媒出口孔95oが形成されている。冷媒入口孔95iは、第2インシュレータ67の対応する冷媒入口接続孔74(図4参照)を通して冷媒入口連通孔43iに連通している。冷媒出口孔95oは、第2インシュレータ67の対応する冷媒出口接続孔を通して冷媒出口連通孔43oに連通している。
FIG. 5 is an exploded perspective view of the
As shown in FIG. 5, the
図1に示すように、第1連結バー83及び第2連結バー84は、A方向に沿って延在する板状に形成されている。なお、各連結バー83,84の断面形状は、矩形状や円形状等、適宜変更が可能である。
As shown in FIG. 1, the
各連結バー83,84は、A方向の両端面が各エンドプレート81,82にA方向で突き合わされた状態で、一対の段付きボルト(締結部材)100によってエンドプレート81,82にそれぞれ締結されている。具体的に、第1連結バー83は、セル積層体3に対してC方向の両側において各エンドプレート81,82の長辺部分同士を連結している。第2連結バー84は、セル積層体3に対してB方向の両側において、各エンドプレート81,82の短辺部分同士を連結している。
なお、段付きボルト100は、各連結バー83,84ごとに3本以上設けられていても構わない。
The connecting bars 83 and 84 are fastened to the
Note that three or more stepped
各サイドパネル80は、セル積層体3の周囲(B方向の外側及びC方向の外側)にそれぞれ配置されている。各サイドパネル80は、セル積層体3、ターミナルプレート61,62及びインシュレータ66,67、エンドプレート81,82及び連結バー83,84を、B方向の外側及びC方向の外側から取り囲んでいる。
Each
次に、各エンドプレート81,82と各連結バー83,84との締結構造について詳述する。但し、各エンドプレート81,82と各連結バー83,84との締結構造は、何れも同様の構成である。そのため、以下の説明では第1エンドプレート81と第1連結バー83との締結構造について主に説明し、その他の部分の締結構造については説明を省略する。
Next, the fastening structure between the
図6は、図1のVI−VI線に相当する断面図である。
図6に示すように、第1エンドプレート81のうち、A方向から見て第1連結バー83と重なる部分には、エンドプレート取付孔101が形成されている。エンドプレート取付孔101は、第1エンドプレート81をA方向に貫通する円形の貫通孔である。エンドプレート取付孔101は、A方向の内側に位置するものほど内径が小さい多段形状になっている。具体的に、エンドプレート取付孔101は、A方向の外側に位置するエンドプレート大径部101aと、エンドプレート大径部101aに対してA方向の内側に連なるエンドプレート小径部101bと、を有している。なお、本実施形態において、エンドプレート取付孔101は、図1に示すB方向に間隔をあけて2つ形成されている。
6 is a cross-sectional view corresponding to the line VI-VI in FIG.
As shown in FIG. 6, an end
エンドプレート大径部101aにおけるA方向の長さは、エンドプレート小径部101bよりも短くなっている。なお、エンドプレート取付孔101の開口縁のうち、少なくともエンドプレート小径部101bにおけるA方向の両端開口縁には、面取り部101dがそれぞれ形成されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。
The length of the end plate
第1連結バー83のうちA方向から見てエンドプレート取付孔101と重なる部分には、連結バー取付孔(連結部材取付孔)102が形成されている。連結バー取付孔102は、A方向に沿って延びるとともに、第1連結バー83のA方向の外側端面87に開口している。連結バー取付孔102におけるA方向の外側開口部は、エンドプレート取付孔101に連通している。
A connection bar attachment hole (connection member attachment hole) 102 is formed in a portion of the
連結バー取付孔102は、A方向の内側に位置するものほど内径が小さい多段形状になっている。具体的に、連結バー取付孔102は、A方向の外側に位置する連結バー大径部102aと、連結バー大径部102aに対してA方向の内側に連なる連結バー小径部102bと、を有している。連結バー大径部102aの内径は、エンドプレート小径部101bの内径と同等になっている。連結バー取付孔102のうち、少なくとも連結バー小径部102bは、雌ねじ孔になっている。
The connecting
なお、連結バー取付孔102のうち、少なくとも連結バー大径部102aにおけるA方向の外側開口縁には、面取り部102dが形成されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。
Of the connecting
第1エンドプレート81と第1連結バー83とは、エンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102内に挿入された段付きボルト100によって締結されている。段付きボルト100は、第1エンドプレート81と第1連結バー83との位置決めを行うとともに、第1エンドプレート81と第1連結バー83との間に作用するせん断荷重および引張荷重を受けるものである。
The
図6に示すように、段付きボルト100は、互いに同軸に連なる頭部100aと軸部100bとを有しており、軸部100bの一部が雄ねじとなっている。軸部100bは、円柱状の基軸部(位置決め部)10Aと、基軸部10Aよりも小径に形成されるとともに基軸部10Aの一端面中央領域から突出し、その外周に螺子切りが施された雄ねじ部(螺子部)10Bと、を有している。また、軸部100bには、基軸部10Aと雄ねじ部10Bとの間であって基軸部10Aにおける雄ねじ部10B側の一端面に、環状の段差面10Cが形成されている。段差面10Cの周縁には、面取り部10dが形成されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。
As shown in FIG. 6, the stepped
本実施形態の段付きボルト100は、連結バー小径部102bに対して、軸部100bのうちの雄ねじ部10Bが螺合するとともに、円柱状の基軸部10Aがエンドプレート小径部101b内と連結バー大径部102a内に跨って位置するように挿入されている。
具体的に、段付きボルト100の基軸部10Aにおける段差面10Cは、連結バー大径部102aと連結バー小径部102bとを接続する連結バー接続面102cにA方向の外側から対向している。
In the stepped
Specifically, the
また、段付きボルト100の座面100cは、エンドプレート大径部101aとエンドプレート小径部101bとの間のエンドプレート接続面101cに、A方向の外側から当接している。この場合、頭部100aの一部は、エンドプレート大径部101a内に収容されている。これにより、第1エンドプレート81からの頭部100aのA方向の外側への突出量が抑えられている。
Further, the
本実施形態において、段付きボルト100の基軸部10AにおけるA方向の長さLは、エンドプレート小径部101bのA方向の長さL1と連結バー大径部102aにおけるA方向の長さL2とを足し合わせた長さL3よりも小さい長さとなっている(L<L3=L1+L2)。基軸部10AにおけるA方向の長さLについては、後に記載する製造方法において詳しく説明する。
In this embodiment, the length L in the A direction of the
また、段付きボルト100の基軸部10Aにおける外径は、エンドプレート小径部101b及び連結バー大径部102aの内径よりも小さくなっている。
Further, the outer diameter of the
なお、本実施形態の段付きボルト100は、例えば六角ボルトが好適に用いられている。但し、段付きボルト100は、六角ボルトに限らず、六角穴付きボルト等であっても構わない。
For example, a hexagonal bolt is preferably used as the stepped
[燃料電池スタックの製造方法]
次に、上述した燃料電池スタック1の製造方法について説明する。
[Method of manufacturing fuel cell stack]
Next, a method for manufacturing the above-described
図7は、燃料電池スタック1の製造方法を説明するため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の製造方法は、積層工程S1と、圧縮工程S2と、圧縮解除工程S3と、連結バー配置工程S4と、段付きボルト挿入工程S5と、着座工程S6と、締結工程S7と、を主に備えている。
FIG. 7 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the
As shown in FIG. 7, the manufacturing method of the
図8は、燃料電池スタック1の製造方法(積層工程S1)を説明するための工程図である。
まず、燃料電池スタック1の製造に用いる積層機150について説明する。なお、以下の説明では、上述したA方向を上下方向として説明する。
図8に示すように、積層機150は、ベース部材151と、ベース部材151の上方にベース部材151に対してA方向で対向配置された押圧部材152と、を有している。押圧部材152は、図示しない駆動機構によってベース部材151に対してA方向に移動可能とされている。
FIG. 8 is a process diagram for explaining the method for manufacturing the fuel cell stack 1 (stacking step S1).
First, the
As illustrated in FIG. 8, the laminating
積層工程S1では、図8に示すように、ベース部材151上に、第1エンドプレート81、第1インシュレータ66、第1ターミナルプレート61(図3参照)、セル積層体3(複数の単位セル2)、第2ターミナルプレート62(図4参照)、第2インシュレータ67及び第2エンドプレート82をA方向に順次積層する。
In the stacking step S1, as shown in FIG. 8, on the
なお、以下の説明では、第1エンドプレート81、第1インシュレータ66、第1ターミナルプレート61、セル積層体3、第2ターミナルプレート62、第2インシュレータ67及び第2エンドプレート82の積層体を、単に積層体160という。また、本実施形態では、便宜上、第1エンドプレート81をベース部材151上に配置して積層工程S1を行う方法について説明するが、第2エンドプレート82をベース部材151上に配置して積層工程S1を行っても構わない。
In the following description, the laminated body of the
図9は、燃料電池スタック1の製造方法(圧縮工程S2および圧縮解除工程S3)を説明するための工程図である。
圧縮工程S2では、図9に示すように、押圧部材152を下降させ、ベース部材151と押圧部材152との間で積層体160をA方向下方に圧縮する。この際、セル積層体3のA方向の長さが規定積層長(例えば上述した組立て後の燃料電池スタック1のセル積層体3と同等の長さ)になるまで、押圧部材152を下降させる。
FIG. 9 is a process diagram for explaining the method for manufacturing the fuel cell stack 1 (the compression step S2 and the compression release step S3).
In the compression step S <b> 2, as shown in FIG. 9, the pressing
圧縮解除工程S3では、押圧部材152を上昇させ、積層機150から積層体160に付与されている圧縮荷重を解除する。すると、積層体160の第2エンドプレート82が、単位セル2等の復元力によってA方向上方に押し上げられる。これにより、第1エンドプレート81及び第2エンドプレート82間におけるA方向の間隔が、圧縮工程S2時の間隔よりも拡大する。
In the compression release step S3, the pressing
図10は、燃料電池スタック1の製造方法(連結バー配置工程S4)を説明するための工程図である。
図10に示す連結バー配置工程S4では、第1エンドプレート81と第2エンドプレート82との間に連結バー83,84を配置する。具体的に、対応するエンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102同士を位置合わせした状態で、各連結バー83,84を第1エンドプレート81上に配置する。この際、第2エンドプレート82と第1連結バー83との間、及び第2エンドプレート82と第2連結バー84との間には、A方向に隙間S1が形成されている。
FIG. 10 is a process diagram for explaining the method for manufacturing the fuel cell stack 1 (connection bar arrangement step S4).
In the connection bar arrangement step S <b> 4 shown in FIG. 10, the connection bars 83 and 84 are arranged between the
本実施形態の段付きボルト挿入工程S5は、第1ボルト挿入工程と、第2ボルト挿入工程と、を有している。 The stepped bolt insertion step S5 of the present embodiment includes a first bolt insertion step and a second bolt insertion step.
図11は、燃料電池スタック1の製造方法(段付きボルト挿入工程S5)を説明するための工程図である。
図11に示す段付きボルト挿入工程S5では、第1エンドプレート81側及び第2エンドプレート82側において、エンドプレート取付孔101内及び連結バー取付孔102内に段付きボルト100をそれぞれ挿入する。
FIG. 11 is a process diagram for explaining a method for manufacturing the fuel cell stack 1 (stepped bolt insertion process S5).
In the stepped bolt insertion step S5 shown in FIG. 11, the stepped
図12は、燃料電池スタック1の製造方法(第1ボルト挿入工程)を説明するための工程図である。
図12に示す第1ボルト挿入工程では、第1エンドプレート81と連結バー83,84との間にA方向における隙間がない状態で、エンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102内に段付きボルト100を挿入する。このとき、段付きボルト100は、軸部100bの段差面10Cに形成された面取り部10d側が、連結バー取付孔102の面取り部102dに案内されて連結バー取付孔102内へ挿入される。そして、段付きボルト100の雄ねじ部10Bを連結バー取付孔102内に螺合させながら挿入し、第1エンドプレート81と第1連結バー83、及び第1エンドプレート81と第2連結バー84をそれぞれ段付きボルト100で締結する。このとき、段付きボルト100の段差面10Cと連結バー接続面102cとの間に隙間を設けるのが好ましい。
FIG. 12 is a process diagram for explaining a method of manufacturing the fuel cell stack 1 (first bolt insertion process).
In the first bolt insertion step shown in FIG. 12, there is a step in the end
図13は、燃料電池スタック1の製造方法(第2ボルト挿入工程)を説明するための工程図である。
図13に示す第2ボルト挿入工程では、第2エンドプレート82と連結バー83,84との間にA方向に隙間S1がある状態で、エンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102内に段付きボルト100を挿入する。このとき、段付きボルト100は、図13に示すように軸部100bの段差面10Cに形成された面取り部10d側が、連結バー取付孔102の面取り部102dに案内されて連結バー取付孔102内へ挿入される。 そして、エンドプレート取付孔101を通して連結バー取付孔102内に挿入された雄ねじ部10Bの少なくとも一部を連結バー小径部102bに対して螺合させていき、段付きボルト100における頭部100aの座面100cがエンドプレート接続面101cに当接したことをもって、第2ボルト挿入工程を終了する。
FIG. 13 is a process diagram for explaining a method for manufacturing the fuel cell stack 1 (second bolt insertion process).
In the second bolt insertion step shown in FIG. 13, a step is provided in the end
段付きボルト挿入工程S5において使用する段付きボルト100は、基軸部10Aの長さLが、図13に示したようにエンドプレート大径部101aのA方向における長さL1と上述した隙間S1とを足し合わせた長さL4よりも長く(L>L4=L1+L2)、さらに図6に示したようにエンドプレート小径部101bの長さL1と連結バー大径部102aの長さL2とを足し合わせた長さL3よりも短い長さとなっている(L<L3)。
In the stepped
このような段つきボルト100は、図13に示した第2ボルト挿入工程において第1エンドプレート81と連結バー83,84との間にA方向に隙間S1がある状態で、基軸部10Aがエンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102内をA方向に跨って位置することになる。このとき、段付きボルト100は、基軸部10Aにおける段差面10Cと、連結バー接続面102cと、の間にA方向の隙間S2をあけた状態で、エンドプレート取付孔101内及び連結バー取付孔102内に配置される。
In such a stepped
図14及び図15は、燃料電池スタック1の製造方法(着座工程S6)を説明するための工程図である。
図14に示す着座工程S6では、上述した圧縮工程S2と同様に、押圧部材152(図9参照)を下降させることで、図15に示すように第2エンドプレート82と連結バー83,84とをA方向で接触させる。その際、第2エンドプレート82は、段付きボルト100の基軸部10Aに案内されながら移動する。具体的に第2エンドプレート82は、エンドプレート小径部101bの内周面が、段付きボルト100における基軸部10Aの外周面に摺接しながら下降し、連結バー83,84に当接する。このとき、段付きボルト100の基軸部10Aによって第2エンドプレート82のA方向に交差する方向への移動が規制され、連結バー83,84に対して第2エンドプレート82が位置ずれすることなく移動する。
14 and 15 are process diagrams for explaining a method for manufacturing the fuel cell stack 1 (sitting process S6).
In the seating step S6 shown in FIG. 14, similarly to the compression step S2 described above, the pressing member 152 (see FIG. 9) is lowered to bring the
図16は、燃料電池スタック1の製造方法を説明するための工程図である。
図16に示すように、着座工程S6の後、第2エンドプレート82及び連結バー83,84を締結する。具体的には、段付きボルト挿入工程S5で挿入した段付きボルト100を、A方向の段差面10Cが連結バー接続面102cとの間に隙間を有して近接する位置まで締めることによって、第2エンドプレート82と第1連結バー83、及び第2エンドプレート82と第2連結バー84をそれぞれ段付きボルト100で締結する。
なお、上述した第1エンドプレート81と各連結バー83,84との締結も、着座工程S6の後に行っても構わない。
FIG. 16 is a process diagram for explaining a method of manufacturing the
As shown in FIG. 16, after the seating step S6, the
The
次に、積層機150から積層体160に付与されている圧縮荷重を解除する。その後、積層体160にサイドパネル80を組み立てることで、上述した燃料電池スタック1が完成する。
Next, the compressive load applied to the laminate 160 from the
このように、本実施形態では、エンドプレート81,82と各連結バー83,84との締結に段付きボルト100を用いる構成とした。着座工程S6の前のボルト挿入工程S5においては、第2エンドプレート82と連結バー83,84とが離間した状態となっているが、本実施形態の段付きボルト100は、これらの間の隙間Sに対応した長さLの基軸部10Aを有している。上述したように、本実施形態では段付きボルト100の基軸部10Aの寸法が、エンドプレート大径部101aのA方向における長さL1と上述した隙間S1とを足し合わせた長さL4よりも長く、さらに、エンドプレート小径部101bの長さL1と連結バー大径部102aの長さL2とを足し合わせた長さL3以下に設定されている。このため、ボルト挿入工程S5において、第2エンドプレート82と連結バー83,84とが離間した状態で段付きボルト100を挿入する際に、段付きボルト100の先端側を連結バー取付孔102から脱落させることなく、基軸部10Aがエンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102内をA方向に跨って位置するように段付きボルト100を挿入することができる。
Thus, in this embodiment, it was set as the structure which uses the stepped volt | bolt 100 for fastening with the
このように、ボルト挿入工程S5の際に段付きボルト100の基軸部10Aをエンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102内にそれぞれ配置させておくことで、後の着座工程S6において、第2エンドプレート82と連結バー83,84とをA方向で接触させる際に、段付きボルト100の基軸部10Aをガイドにして第2エンドプレート82を移動させることができる。これにより、連結バー83,84に対する第2エンドプレート82の位置ずれが起こりにくくなり、精度良く組み立てることができて作業性が向上する。
In this way, by arranging the
さらに、本実施形態では、ボルト挿入工程S5において、段付きボルト100における雄ねじ部10Bの少なくとも一部を連結バー小径部102bに螺着させており、基軸部10Aの外周面がエンドプレート小径部101b及び連結バー大径部102aの双方の内周面に密接している。これら第2エンドプレート82及び連結バー83,84に対して段付きボルト100が仮固定された状態であることから、着座工程S6を実施する際に段付きボルト100の脱落や径方向(A方向に交差する横方向)へのぐらつきが生じにくい。このため、第2エンドプレート82と連結バー83,84との位置ずれがより防止され、段付きボルト100の基軸部10Aに沿って第2エンドプレート82を連結バー83,84に向けてスムーズに移動させることができる。このように、段付きボルト100をガイドにして安定した状態で着座工程S6を行うことができる。
Further, in the present embodiment, in the bolt insertion step S5, at least a part of the
また、本実施形態では、締結部材として、基軸部10Aと雄ねじ部10Bとが一体に成形された段付きボルト100を用いており、雄ねじ部10Bが連結バー小径部102bに螺合し、基軸部10Aがエンドプレート小径部101b及び連結バー大径部102aの双方における内周面に密接している。このため、セル積層体3から漏れ出た反応ガスが、エンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102と段付きボルト100の間を通って、A方向の外側へ流れ出るのを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, a stepped
また、本実施形態では、段付きボルト100の基軸部10Aにおいて、各エンドプレート81,83と連結バー83,84との間に作用するせん断荷重を受けることになる。その結果、従来用いていた筒状ノックが不要となり、組み立て工数を減らせることから、製造ラインにかかるコストを削減することが可能である。
In the present embodiment, the base shaft portion 10 </ b> A of the stepped
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。 As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to. You may combine the structure of each embodiment suitably.
例えば、上述した実施形態では、ボルト挿入工程S5において、段付きボルト100における雄ねじ部10Bの少なくとも一部を連結バー小径部102bに螺着させているが、段付きボルト100の基軸部10Aがエンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102内にそれぞれ配置されていれば、必ずしも、雄ねじ部10Bが連結バー小径部102bに螺着されていなくてもよい。この場合でも、基軸部10Aの外周面がエンドプレート取付孔101及び連結バー取付孔102の各内周面にそれぞれ接しているため、段付きボルト100の径方向へのがたつき等が抑制された状態で着座工程S6を実施することができる。
For example, in the above-described embodiment, in the bolt insertion step S5, at least a part of the
例えば、エンドプレート81,82の形状によって、段付きボルト100の基軸部10Aの長さLを適宜変更することができる。図17(a),(b)に示すように、エンドプレート81,82に座ぐり(エンドプレート大径部101a)が設けられていない場合には、エンドプレート取付孔103のA方向における長さL1と上述した隙間S1とを足し合わせた長さよりも長く(図17(a))、エンドプレート81,82の厚さ方向に一定の径を有するエンドプレート取付孔103のA方向における長さL5と、連結バー大径部102aのA方向における長さL2とを足した長さと略同じか、それよりも短い長さとする(図17(b))。これにより、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
For example, depending on the shape of the
また、本実施形態では、互いに径の異なる基軸部10Aと雄ねじ部19Bとを有する段付きボルト100を用いる例について述べたが、これに限らない。例えば、本発明の締結部材として、円筒部とねじ部とが略同じ径をなすいわゆる通常の六角ボルトとこれとは別体のリング部材とを有し、六角ボルトの円筒部にリング部材が圧入により外装されてなる締結部材を用いてもよい。この場合、六角ボルトの円筒部にリング部材が外挿された部分が上述した段付きボルト100の基軸部10Aに対応し、六角ボルトのねじ部が上述の段付きボルト100の雄ねじ部10Bに対応した寸法に設定する。六角ボルト及びリング部材は、ボルト挿入工程S5の前に予め組み付けておき1つの締結部材として用意しておく。なお、使用するボルトは六角ボルトに限らない。
Moreover, although this embodiment described the example using the stepped volt | bolt 100 which has the
また、例えば、段付きボルト100によるガス封止性を高めるために、上述した段付きボルト100の基軸部10Aにおける外周面に収容溝を形成し、この収容溝内にシール部材を収容する構成としてもよい。この際、シール部材は、A方向を軸方向とする環状形状をなし、それぞれ弾性変形可能な材料により形成されているものを用いることが好ましい(例えば、Oリング等)。
In addition, for example, in order to improve the gas sealing performance by the stepped
1…燃料電池スタック
2…単位セル(燃料電池セル)
3…セル積層体
10A…基軸部(位置決め部)
10B…雄ねじ部(螺子部)
10C…段差面
81…第1エンドプレート
82…第2エンドプレート
83、84…連結バー(連結部材)
100…段付きボルト(締結部材)
100b…軸部
101…エンドプレート取付孔
102…連結バー取付孔(連結部材取付孔)
160…積層体
A方向…第1方向
L,L1,L2,L3,L4…長さ
S1…隙間
DESCRIPTION OF
3 ...
10B ... Male screw part (screw part)
10C ...
100: Stepped bolt (fastening member)
100b ...
160 ... Laminated body A direction ... first direction L, L1, L2, L3, L4 ... length S1 ... gap
Claims (4)
前記第1エンドプレートと前記第2エンドプレートとの間に連結部材を配置する連結部材配置工程と、
前記第1エンドプレート及び前記第2エンドプレートのいずれか一方と前記連結部材との間に前記第1方向の隙間がある状態で、エンドプレート取付孔及び連結部材取付孔内に締結部材を挿入する締結部材挿入工程と、
前記第1エンドプレート及び前記第2エンドプレートを前記第1方向で接近移動させ、前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第1方向で突き合わせる着座工程と、
前記締結部材により前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第1方向で締結する締結工程と、を備え、
前記締結部材が、前記着座工程において前記第1エンドプレート及び前記第2エンドプレートと前記連結部材との前記第1方向への接近移動を案内する位置決め部を有しており、
前記締結部材挿入工程において、前記位置決め部が前記エンドプレート取付孔及び前記連結部材取付孔内を前記第1方向に跨って位置するように前記締結部材を挿入する、
ことを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。 A first end plate, a cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked in a first direction, and a step of stacking a second end plate in this order in the first direction;
A connecting member arranging step of arranging a connecting member between the first end plate and the second end plate;
A fastening member is inserted into the end plate mounting hole and the connecting member mounting hole in a state where there is a gap in the first direction between one of the first end plate and the second end plate and the connecting member. A fastening member insertion step;
A seating step of moving the first end plate and the second end plate closer in the first direction and abutting the one end plate and the connecting member in the first direction;
A fastening step of fastening the one end plate and the connecting member in the first direction by the fastening member;
The fastening member has a positioning portion for guiding the first end plate, the second end plate, and the connecting member to move in the first direction in the seating step;
In the fastening member insertion step, the fastening member is inserted so that the positioning portion is positioned across the first plate in the end plate attachment hole and the connection member attachment hole.
A method of manufacturing a fuel cell stack characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタックの製造方法。 The length of the positioning portion along the first direction is longer than a length obtained by adding the length along the first direction of the end plate mounting hole and the gap in the first direction. It is below the length which added each length along the said 1st direction of a hole and the said connection member attachment hole,
The method for producing a fuel cell stack according to claim 1.
前記締結部材挿入工程において、前記螺子部の一部を前記連結部材取付孔に螺着させる、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池スタックの製造方法。 The fastening member includes the positioning portion and a screw portion provided on a distal end side of the positioning portion;
In the fastening member inserting step, a part of the screw portion is screwed into the connecting member mounting hole.
The method for producing a fuel cell stack according to claim 1 or 2, wherein
前記位置決め部と、前記位置決め部よりも小径をなす前記螺子部と、が一体に成形された前記締結部材を用いる、
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池スタックの製造方法。 In the fastening member insertion step,
Using the fastening member in which the positioning portion and the screw portion having a smaller diameter than the positioning portion are integrally formed,
The method for producing a fuel cell stack according to claim 3.
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