JP6682361B2 - 燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

特開２０１４−２１６２６９号公報 特開２０１３−１７９０３２号公報

ところで、従来の燃料電池スタックでは、セル積層体内を流れる反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス）が各単位セル間や各種シール部材の隙間等を通してセル積層体の外部に漏れ出る場合がある。この場合、セル積層体の外部に漏れ出た反応ガスは、例えばエンドプレート取付孔及び連結バー取付孔内を通してケーシングの外部に漏れ出るおそれがある。また、ケーシングの外部に存在する水が、エンドプレート取付孔や連結バー取付孔内に進入すると、筒状ノック等の腐食に繋がるおそれがある。

そこで、筒状ノックの外周面と取付孔の内周面との間に、筒状ノックの外周面及び取付孔の内周面に密接するシール部材を介在させる構成が考えられる。シール部材は、筒状ノックに外挿された状態で、筒状ノックとともに取付孔内に装着される。
しかしながら、シール部材は、取付孔に装着される前の状態において、各取付孔との締め代部分が筒状ノックの外周面からはみ出している。そのため、積層機を用いて燃料電池スタックを組み付ける際に、例えばエンドプレート取付孔の開口縁シール部材の締め代部分に接触してシール部材が損傷するおそれがある。

そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、シール部材の損傷を抑制し、ケーシングの外部への反応ガスの漏れや、ケーシングの外部からの水の進入を長期に亘って抑制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とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、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方向に積層されたセル積層体（例えば、実施形態におけるセル積層体３）、及び前記セル積層体における前記第１方向の両側に第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）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）をそれぞれ配置する積層工程と、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エンドプレートのうち、一方のエンドプレートの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）内、及び前記エンドプレート取付孔に前記第１方向で対向する前記連結部材の連結部材取付孔（例えば、実施形態における連結バー取付孔１０２）内に跨って筒状ノック（例えば、実施形態における筒状ノック１１０）を挿入するノック挿入工程と、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、前記筒状ノック内に締結部材（例えば、実施形態における締結部材１００）を挿入して、前記締結部材を前記連結部材取付孔内で螺着することで、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、を有し、前記ノック挿入工程では、前記筒状ノックにおける軸方向の一端部に外挿された第１シール部材及び前記筒状ノックにおける軸方向の他端部に外挿された第２シール部材のうち、前記第１シール部材が前記一方のエンドプレートの前記エンドプレート取付孔内に位置し、前記第２シール部材が前記エンドプレート取付孔に前記第１方向で対向する前記連結部材の前記連結部材取付孔内に位置するように前記筒状ノックを配置する。

請求項２に記載した発明では、前記ノック挿入工程は、前記一方のエンドプレートに前記第１方向の外側から当接可能なプレート当接部（例えば、実施形態におけるプレート当接部１７１）、及び前記プレート当接部から前記第１方向に突出するとともに、前記エンドプレート取付孔内に進入可能なノック押し込み部（例えば、実施形態におけるノック押し込み部１７２）を有する押し込み治具（例えば、実施形態における押し込み治具１７０）を用い、前記プレート当接部が前記一方のエンドプレートに当接する位置まで前記ノック押し込み部により前記筒状ノックを前記エンドプレート取付孔内、及び前記連結部材取付孔内に押し込んでもよい。

請求項３に記載した発明では、前記連結部材取付孔は、前記連結部材における前記第１方向の外側端面で開口し、前記筒状ノックが挿入される大径部（例えば、実施形態における連結バー大径部１０２ａ）と、前記大径部に対して前記第１方向の内側に位置し、前記締結部材が螺着される小径部（例えば、実施形態における連結バー小径部１０２ｂ）と、前記大径部と前記小径部とを接続するとともに、前記第１方向に交差する方向に延びる接続面（例えば、実施形態における連結バー接続面１０２ｃ）と、を有し、前記ノック挿入工程では、前記筒状ノックにおける前記第１方向の内側端面と、前記接続面と、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Ｓ２）をあけた状態で前記筒状ノックを配置してもよい。

請求項１に記載した発明によれば、ノック挿入工程において、第１シール部材がエンドプレート取付孔内に位置し、第２シール部材が連結部材取付孔内に位置するように筒状ノックを予め配置する。これにより、着座工程において、例えば積層機等を用いて一方のエンドプレートと連結部材とを突き合わせる際に、エンドプレート取付孔の開口縁と、第１シール部材と、が接触するのを抑制できる。そのため、第１シール部材がエンドプレート取付孔内に噛み込まれるのを抑制できる。その結果、シール部材の損傷を抑制した上で、シール部材を所望の位置に配置できる。これにより、取付孔を通した外部への反応ガスの漏れや、外部からの水の進入を長期に亘って抑制できる。

請求項２に記載した発明によれば、プレート当接部からのノック押し込み部の突出量に応じて、ノック挿入工程での取付孔に対する筒状ノックの第１方向の位置が決定される。これにより、ノック挿入工程において、プレート当接部がエンドプレートに当接する位置まで押し込み治具を押し込むだけで、筒状ノック及び各シール部材を簡単に所望の位置に配置することができる。

請求項３に記載した発明によれば、第１シール部材及び第２シール部材間の第１方向での離間距離が、接続面及び一方のエンドプレートのうち連結部材との着座面間の第１方向での離間距離よりも短い場合であっても、ノック挿入工程において、第１シール部材をエンドプレート取付孔内に配置し、第２シール部材を連結バー取付孔内に配置することができる。これにより、ノック挿入工程から着座工程に至る間で、各取付孔からシール部材が脱落するのを抑制できる。
一方で、各シール部材間の第１方向での離間距離を縮小しても、シール部材を対応する取付孔内に配置できるので、筒状ノックにおける第１方向の長さを縮小できる。そのため、筒状ノックの材料コストや、取付孔の加工コスト等の削減を図ることができる。

実施形態の燃料電池スタックを第１エンドプレート側から見た分解斜視図である。 図１に示す単位セルの分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。 図５のＩＶ−ＩＶ線に相当する断面図である。 実施形態の燃料電池スタックを第２エンドプレート側から見た分解斜視図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線に相当する断面図である。 燃料電池スタックの製造方法（積層工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法を説明するためのフローチャートである。 燃料電池スタックの製造方法（圧縮工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法（連結バー配置工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法（ノック挿入工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法（第１ノック挿入工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法（第２ノック挿入工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法（着座工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法（押し込み工程）を説明するための工程図である。 燃料電池スタックの製造方法を説明するための工程図である。 図１４に相当する図であって、着座工程の比較例を説明するための工程図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［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。

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。

＜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。
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。
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。

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。

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。

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。

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。

単位セル２において、各入口連通孔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。

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との間にそれぞれガス流路４５，４６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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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８３及び第２連結バー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。

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。

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。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）を通してガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉにそれぞれ連通している。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ガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏにそれぞれ連通している。

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方向の他方側に配置されている。

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。

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。
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におけるＡ方向の内側端面に突き合わされた状態で、一対の締結部材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、締結部材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。

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。

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。

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、Ｂ方向に間隔をあけて２つ形成されている。

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、面取りが施されている。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。

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上で開口している。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。

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。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。

各取付孔１０１，１０２内には、筒状ノック１１０が挿入されている。筒状ノック１１０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を受けるものである。筒状ノック１１０は、Ａ方向に延びる筒状に形成されている。

筒状ノック１１０は、エンドプレート小径部１０１ｂ内と連結バー大径部１０２ａ内に跨って配置されている。本実施形態において、筒状ノック１１０におけるＡ方向の長さは、エンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａにおけるＡ方向の合計長さと同等になっている。筒状ノック１１０におけるＡ方向の内側端面は、連結バー大径部１０２ａと連結バー小径部１０２ｂとの連結バー接続面１０２ｃにＡ方向の外側から突き当たっている。一方、筒状ノック１１０におけるＡ方向の外側端面は、エンドプレート大径部１０１ａとエンドプレート小径部１０１ｂとのエンドプレート接続面１０１ｃと同等の位置に配置されている。なお、筒状ノック１１０におけるＡ方向の長さは、エンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａにおけるＡ方向の合計長さ以下であれば、適宜変更が可能である。
また、筒状ノック１１０の外径は、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。また、筒状ノック１１０の内径は、連結バー小径部１０２ｂの内径以上になっている。

筒状ノック１１０の外周面には、収容溝１２０，１２１がＡ方向に間隔をあけて２つ形成されている。各収容溝１２０，１２１は、筒状ノック１１０における径方向の内側に窪むとともに、筒状ノック１１０の全周に亘って形成されている。各収容溝１２０，１２１のうち、Ａ方向の外側に位置する外側収容溝１２０は、筒状ノック１１０のうちエンドプレート小径部１０１ｂ内に位置する部分に形成されている。一方、各収容溝１２０，１２１のうち、Ａ方向の内側に位置する内側収容溝１２１は、筒状ノック１１０のうち連結バー大径部１０２ａ内に位置する部分に形成されている。

各収容溝１２０，１２１内には、シール部材１２２，１２３がそれぞれ収容されている。シール部材１２２，１２３は、それぞれ弾性変形可能な材料により形成されている（例えば、Ｏリング等）。シール部材１２２，１２３は、Ａ方向を軸方向とする環状に形成されている。なお、図示の例において、シール部材１２２，１２３は、Ａ方向に沿う断面視形状が円形状に形成されているが、これに限らず、矩形状等に形成しても構わない。

シール部材１２２，１２３は、ラジアル方向（Ａ方向に直交する方向）に圧縮変形（弾性変形）した状態で、各収容溝１２０，１２１内にそれぞれ収容されている。この場合、シール部材１２２，１２３のうち、Ａ方向の外側（筒状ノック１１０における軸方向の一端部）に位置する外側シール部材（第１シール部材）１２２は、外側収容溝１２０内に収容された状態で、外側収容溝１２０の内面及びエンドプレート小径部１０１ｂの内周面に密接している。一方、シール部材１２２，１２３のうち、Ａ方向の内側（筒状ノック１１０における軸方向の他端部）に位置する内側シール部材（第２シール部材）１２３は、内側収容溝１２１内に収容された状態で、内側収容溝１２１の内面及び連結バー大径部１０２ａの内周面に密接している。

締結部材１００は、エンドプレート取付孔１０１を通して連結バー取付孔１０２内で螺着されている。具体的に、締結部材１００の頭部１００ａは、ワッシャ１１２を間に挟んで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、ワッシャ１１２及び頭部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。なお、本実施形態の締結部材１００は、例えば六角ボルトが好適に用いられている。但し、締結部材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。

締結部材１００の軸部１００ｂは、外径が筒状ノック１１０の内径よりも小さくなっている。軸部１００ｂは、各取付孔１０１，１０２内において、筒状ノック１１０内を貫通している。軸部１００ｂの先端部は、連結バー小径部１０２ｂ内で螺着されている。

このように、本実施形態では、外側収容溝１２０の内面及びエンドプレート小径部１０１ｂの内周面に弾性変形した状態で密接する外側シール部材１２２を有する構成とした。そのため、取付孔１０１，１０２内に進入した反応ガスが、筒状ノック１１０の外周側を通ってＡ方向の外側への流れるのを外側シール部材１２２によって抑制できる。
また、本実施形態では、内側収容溝１２１の内面及び連結バー大径部１０２ａの内周面に弾性変形した状態で密接する内側シール部材１２３を有する構成とした。そのため、取付孔１０１，１０２内に進入した反応ガスが、筒状ノック１１０におけるＡ方向の内側を回り込んで筒状ノック１１０の内周側に進入するのを内側シール部材１２３によって抑制できる。
これにより、取付孔１０１，１０２と締結部材１００との間のシール性を確保し、反応ガスが取付孔１０１，１０２からケーシング４の外部に放出されるのをシール部材１２２，１２３によって抑制できる。

［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。図７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７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。

図８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８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、ノック挿入工程Ｓ５と、着座工程Ｓ６と、押し込み工程Ｓ７と、と、を主に備えている。

図７に示す積層工程Ｓ１では、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。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。

図９は、燃料電池スタック１の製造方法（圧縮工程Ｓ２）を説明するための工程図である。
図９に示す圧縮工程Ｓ２では、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。

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１エンドプレート８１が、単位セル２等の復元力によってＡ方向に押し上げられる。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。

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。

図１１は、燃料電池スタック１の製造方法（ノック挿入工程Ｓ５）を説明するための工程図である。
図１１に示すノック挿入工程Ｓ５では、エンドプレート取付孔１０１内及び連結バー取付孔１０２内に、押し込み治具１７０（図１２参照）を用いて筒状ノック１１０を挿入する。

図１２は、燃料電池スタック１の製造方法（第１ノック挿入工程）を説明するための工程図である。
図１２に示すように、押し込み治具１７０は、先端部に位置するものほど外径が小さい多段円柱状に形成されている。具体的に、押し込み治具１７０は、プレート当接部１７１、ノック押し込み部１７２及びノック挿入部１７３が基端部から先端部にかけて連設されて構成されている。

プレート当接部１７１は、外径がエンドプレート大径部１０１ａの内径よりも小さく、エンドプレート小径部１０１ｂの内径よりも大きく形成されている。すなわち、プレート当接部１７１は、エンドプレート大径部１０１ａ内に進入可能とされるとともに、エンドプレート接続面１０１ｃにＡ方向で当接可能とされている。
ノック押し込み部１７２は、外径がエンドプレート小径部１０１ｂの内径よりも小さく、筒状ノック１１０の内径よりも大きく形成されている。すなわち、ノック押し込み部１７２は、エンドプレート小径部１０１ｂ内に進入可能とされるとともに、筒状ノック１１０にＡ方向で当接可能とされている。

ノック挿入部１７３は、外径が筒状ノック１１０の内径よりも小さく形成されている。すなわち、ノック挿入部１７３は、筒状ノック１１０内に進入可能とされている。なお、押し込み治具１７０の構成は適宜変更が可能である。例えば、押し込み治具１７０は、ノック挿入部１７３を有さない構成でも構わない。

本実施形態のノック挿入工程Ｓ５は、第１ノック挿入工程と、第２ノック挿入工程と、を有している。
第１ノック挿入工程では、第１エンドプレート８１のエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内に、シール部材１２２，１２３が装着された筒状ノック１１０を挿入する。具体的には、まず押し込み治具１７０のノック挿入部１７３を筒状ノック１１０内に挿入する。次いで、第１エンドプレート８１のエンドプレート取付孔１０１を通し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、筒状ノック１１０を押し込み治具１７０（ノック挿入部１７３）とともに挿入する。このとき、筒状ノック１１０は、ノック押し込み部１７２によって押し込まれることで、シール部材１２２，１２３がエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２の内周面上を摺接しながら、エンドプレート取付孔１０１内及び連結バー取付孔１０２内に進入する。その後、筒状ノック１１０におけるＡ方向の内側端面が、連結バー接続面１０２ｃにＡ方向で突き当たることで、第１ノック挿入工程が終了する。第１ノック挿入工程後は、押し込み治具１７０を取り出す。なお、図１１に示すように、第１ノック挿入工程の終了後、筒状ノック１１０内に締結部材１００を挿入し、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をそれぞれ締結部材１００で締結する。

図１３は、燃料電池スタック１の製造方法（第２ノック挿入工程）を説明するための工程図である。
図１３に示すように、第２ノック挿入工程では、第１ノック挿入工程と同様に、まず押し込み治具１７０のノック挿入部１７３を筒状ノック１１０内に挿入する。その後、第２エンドプレート８２のエンドプレート取付孔１０１を通し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、筒状ノック１１０を押し込み治具１７０（ノック挿入部１７３）とともに挿入する。このとき、押し込み治具１７０のプレート当接部１７１がエンドプレート接続面１０１ｃにＡ方向で当接する位置まで、ノック押し込み部１７２によって筒状ノック１１０を押し込む。すると、筒状ノック１１０に装着されたシール部材１２２，１２３のうち、内側シール部材１２３が連結バー大径部１０２ａ内に位置し、外側シール部材１２２がエンドプレート小径部１０１ｂ内に位置するように筒状ノック１１０が配置される。また、筒状ノック１１０は、筒状ノック１１０におけるＡ方向の内側端面と、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。但し、筒状ノック１１０におけるＡ方向の内側端面と、連結バー接続面１０２ｃと、がＡ方向で突き当たっていても（隙間Ｓ２がなくても）構わない。

図１４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、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。このとき、第２エンドプレート８２は、エンドプレート小径部１０１ｂの内周面が外側シール部材１２２に摺接しながら、筒状ノック１１０に対して下降する。

図１５は、燃料電池スタック１の製造方法（押し込み工程Ｓ７）を説明するための工程図である。
図１５に示す押し込み工程Ｓ７では、上述した押し込み治具１７０を用いて、第２ノック挿入工程で配置された筒状ノック１１０を、Ａ方向の内側端面が連結バー接続面１０２ｃに突き当たる位置まで押し込む。

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、押し込み工程Ｓ７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、筒状ノック１１０内に締結部材１００を挿入し、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をそれぞれ締結部材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、押し込み工程Ｓ７の後に行っても構わない。
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を組み付けることで、上述した燃料電池スタック１が完成する。

このように、本実施形態では、ノック挿入工程Ｓ５において、外側シール部材１２２がエンドプレート取付孔１０１内に位置し、内側シール部材１２３が連結バー取付孔１０２内に位置するように筒状ノック１１０を配置する構成とした。
この構成によれば、ノック挿入工程Ｓ５において、外側シール部材１２２は圧縮変形された状態で予めエンドプレート取付孔１０１内に配置され、内側シール部材１２３は圧縮変形された状態で予め連結バー取付孔１０２内に配置される。これにより、着座工程Ｓ６において、積層機１５０を用いて第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とをＡ方向で突き合わせる際、例えば図１７に示すようにエンドプレート取付孔１０１の開口縁と、外側シール部材１２２と、が接触するのを抑制できる。そのため、外側シール部材１２２がエンドプレート取付孔１０１内に噛み込まれるのを抑制できる。その結果、シール部材１２２，１２３の損傷を抑制した上で、シール部材１２２，１２３を所望の位置に配置できる。これにより、上述したケーシング４の外部への反応ガスの漏れや、ケーシング４の外部からの水の進入を長期に亘って抑制できる。

本実施形態では、ノック挿入工程Ｓ５において、プレート当接部１７１がエンドプレート接続面１０１ｃに当接する位置まで、エンドプレート取付孔１０１内及び連結バー取付孔１０２内に筒状ノック１１０を押し込む構成とした。
この構成によれば、プレート当接部１７１からのノック押し込み部１７２の突出量に応じて、ノック挿入工程Ｓ５での取付孔１０１，１０２に対する筒状ノック１１０のＡ方向の位置が決定される。これにより、ノック挿入工程Ｓ５において、プレート当接部１７１がエンドプレート接続面１０１ｃに当接する位置まで押し込み治具１７０を押し込むだけで、筒状ノック１１０及び各シール部材１２２，１２３を簡単に所望の位置に配置することができる。

本実施形態では、ノック挿入工程Ｓ５において、筒状ノック１１０におけるＡ方向の内側端面と、連結バー接続面１０２ｃと、の間に隙間Ｓ２をあけて筒状ノック１１０を配置する構成とした。
この構成によれば、各シール部材１２２，１２３間のＡ方向での離間距離が、連結バー接続面１０２ｃと第２エンドプレート８２におけるＡ方向の内側端面とのＡ方向での離間距離よりも短い場合であっても、ノック挿入工程Ｓ５において、外側シール部材１２２をエンドプレート取付孔１０１内に配置し、内側シール部材１２３を連結バー取付孔１０２内に配置することができる。これにより、ノック挿入工程Ｓ５から着座工程Ｓ６に至る間で、各取付孔１０１，１０２からシール部材１２２，１２３が脱落するのを抑制できる。
一方で、各シール部材１２２，１２３間のＡ方向での離間距離を縮小しても、シール部材１２２，１２３を対応する取付孔１０１，１０２内に配置できるので、筒状ノック１１０におけるＡ方向の長さを縮小できる。そのため、筒状ノック１１０の材料コストや、取付孔１０１，１０２の加工コスト等の削減を図ることができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、上述した実施形態では、シール部材を２つ用いた場合について説明したが、３つ以上の複数用いても構わない。この場合においても、ノック挿入工程において、各シール部材が取付孔１０１，１０２内に配置されていることが好ましい。
上述した実施形態では、締結部材１００の頭部１００ａがエンドプレート大径部１０１ａ内に収容された構成について説明したが、この構成に限られない。すなわち、頭部１００ａがエンドプレート８１，８２におけるＡ方向の外側端面に当接する構成であっても構わない。
上述した実施形態では、押し込み治具１７０のプレート当接部１７１がエンドプレート接続面１０１ｃ内に当接する構成について説明したが、この構成に限られない。すなわち、プレート当接部１７１がエンドプレート８１，８２におけるＡ方向の外側端面に当接する構成であっても構わない。

上述した実施形態では、取付孔１０１，１０２を多段形状に形成した場合について説明したが、これに限らず、全体に亘って一様な内径に形成しても構わない。
上述した実施形態では、連結バー配置工程Ｓ４に先だって圧縮工程Ｓ２及び圧縮解除工程Ｓ３を行う構成について説明したが、この方法に限られない。すなわち、積層工程Ｓ１の後、連結バー配置工程Ｓ４に移行しても構わない。
上述した実施形態では、第２ノック挿入工程において本発明の燃料電池スタック１の製造方法を適用した場合について説明したが、少なくとも一方のノック挿入工程に本発明の燃料電池スタック１の製造方法を適用すれば構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

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
８１…第１エンドプレート
８２…第２エンドプレート
８３…第１連結バー（連結部材）
８４…第２連結バー（連結部材）
１００…締結部材
１０１…エンドプレート取付孔
１０１ｂ…エンドプレート小径部（エンドプレート取付孔）
１０１ｃ…エンドプレート接続面（エンドプレート）
１０２…連結バー取付孔
１０２ａ…連結バー大径部（大径部）
１０２ｂ…連結バー小径部（小径部）
１０２ｃ…連結バー接続面（接続面）
１１０…筒状ノック
１２２…外側シール部材（第１シール部材）
１２３…内側シール部材（第２シール部材）
１７０…押し込み治具
１７１…プレート当接部
１７２…ノック押し込み部
Ｓ２…隙間

Claims (3)

1. 複数の燃料電池セルが第１方向に積層されたセル積層体、及び前記セル積層体における前記第１方向の両側に第１エンドプレート及び第２エンドプレートをそれぞれ配置する積層工程と、
   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エンドプレートのうち、一方のエンドプレートのエンドプレート取付孔内、及び前記エンドプレート取付孔に前記第１方向で対向する前記連結部材の連結部材取付孔内に跨って筒状ノックを挿入するノック挿入工程と、
   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、
   前記筒状ノック内に締結部材を挿入して、前記締結部材を前記連結部材取付孔内で螺着することで、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、を有し、
   前記ノック挿入工程では、前記筒状ノックにおける軸方向の一端部に外挿された第１シール部材及び前記筒状ノックにおける軸方向の他端部に外挿された第２シール部材のうち、前記第１シール部材が前記一方のエンドプレートの前記エンドプレート取付孔内に位置し、前記第２シール部材が前記エンドプレート取付孔に前記第１方向で対向する前記連結部材の前記連結部材取付孔内に位置するように前記筒状ノックを配置することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
   
2. 前記ノック挿入工程は、前記一方のエンドプレートに前記第１方向の外側から当接可能なプレート当接部、及び前記プレート当接部から前記第１方向に突出するとともに、前記エンドプレート取付孔内に進入可能なノック押し込み部を有する押し込み治具を用い、前記プレート当接部が前記一方のエンドプレートに当接する位置まで前記ノック押し込み部により前記筒状ノックを前記エンドプレート取付孔内、及び前記連結部材取付孔内に押し込む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。
3. 前記連結部材取付孔は、
   前記連結部材における前記第１方向の外側端面で開口し、前記筒状ノックが挿入される大径部と、
   前記大径部に対して前記第１方向の内側に位置し、前記締結部材が螺着される小径部と、
   前記大径部と前記小径部とを接続するとともに、前記第１方向に交差する方向に延びる接続面と、を有し、
   前記ノック挿入工程では、前記筒状ノックにおける前記第１方向の内側端面と、前記接続面と、の間に前記第１方向の隙間をあけた状態で前記筒状ノックを配置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池スタックの製造方法。

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