JPH1197039A - 積層型燃料電池及びその製造方法 - Google Patents

積層型燃料電池及びその製造方法

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JPH1197039A
JPH1197039A JP9252374A JP25237497A JPH1197039A JP H1197039 A JPH1197039 A JP H1197039A JP 9252374 A JP9252374 A JP 9252374A JP 25237497 A JP25237497 A JP 25237497A JP H1197039 A JPH1197039 A JP H1197039A
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edge
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Yuko Kahata
祐子 加幡
Yoshinobu Makino
吉延 牧野
Seiichiro Kimura
盛一郎 木村
Yasushi Shimizu
康 清水
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YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCH
YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYSTEM GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCH
YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYSTEM GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】電池の内部抵抗を必要最小限に抑制し、高品質
化、品質安定化、及び低コスト化を実現した積層型燃料
電池を提供する。 【解決手段】セパレータ５を構成するアノード及びカソ
ードエッジ板７、８、インターコネクタ６、及びアノー
ド及びカソード集電板９、１０の内の隣接する構成要素
間の少なくとも一部として、集電板９、１０のインター
コネクタ側凸部９ａ、１０ａとこの凸部９ａ、１０ａに
対向して凸部９ａ、１０ａに接するインターコネクタ６
とをレーザ加工装置３２（レーザ発振器３０、集光レン
ズ３１）によりレーザ溶接している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料極（アノー
ド）及びこのアノードと電解質マトリクスを挟んで対向
配置された空気極（カソード）を備えた単電池と、アノ
ードに燃料ガスをカソードに酸化剤ガスをそれぞれ隔て
て導くセパレータとを交互に積層して構成された積層型
燃料電池及びその製造方法に係わり、特に、セパレータ
の製造にレーザ加工法を用いた積層型燃料電池及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料極（アノード）で生成
された水素イオンが電解質マトリクスを介して空気極
（カソード）上で酸素イオンと電気化学反応して直接電
気エネルギーを生成する発電システムであり、通常、上
述したアノード、電解質マトリクス、及びカソードを有
する単電池を複数個積層して大容量の積層型燃料電池を
構成している。
【０００３】積層型燃料電池の各単電池間には、アノー
ド上に水素イオン生成用の水素ガス等の燃料ガスを継続
して供給し、カソード上に酸素イオン生成用の空気等の
酸化剤ガスを継続して供給する機能と、それぞれの単電
池を電気的に直列に接続する機能とを併せ持つセパレー
タが介装されている。このセパレータは、ガス供給時に
当該燃料ガス及び酸化剤ガスとが混合して発電性能が劣
化するのを防ぐために、燃料ガスのみを流通させる燃料
ガス流路と、この燃料ガス流路と隔離された酸化剤ガス
のみを流通させる酸化剤ガス流路とをそれぞれ有してい
る。
【０００４】上述したセパレータを有する積層型の燃料
電池の内、特に溶融炭酸塩により生成された電解質マト
リクスを用いた溶融炭酸塩型燃料電池を図８に示す。な
お、図８は、燃料電池の内、単電池及びこの単電池に積
層されたセパレータから成る単セル部分のみを示してい
る。また、図８におけるＣ−Ｃ矢視断面図（この断面図
では、単セルを２つ重ねた状態を示している）を図９に
示す。
【０００５】単電池１は、矩形板状の電解質マトリクス
２と、この両面（積層側上面及び下面）に密着して配置
される矩形板状のアノード３及びカソード４とから構成
されている。
【０００６】電解質マトリクス２は、金属酸化物の粒子
からなる多孔質体の隙間に炭酸塩が満たされて生成され
たものであり、その炭酸塩は常温では固体であるが、発
電運転温度においては溶融状態となる。また、電解質マ
トリクス２は、アノード３及びカソード４よりもひとま
わり大きく形成されている。アノード３とカソード４
は、金属あるいは金属酸化物の多孔質体であり、炭酸塩
は当該アノード３とカソード４との気孔の隙間にも一部
満たされる。なお、アノード３とカソード４の大きさ
は、当該アノード３及びカソード４（電極）と隣接する
セパレータ（後述するエッジ板）との境界において剪断
力が作用するのを防ぐために、互いに異なるように形成
されている。
【０００７】上述した単電池１を積層して構成された燃
料電池は、約６５０℃前後の温度で運転され、その運転
時においては、各単電池１のアノード３及びカソード４
にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給される。そし
て、この燃料ガス及び酸化剤ガスは、溶融した炭酸塩と
当該アノード３及びカソード４との界面で電気化学反応
して電気エネルギーを発生させるようになっている。
【０００８】一方、単電池１の上面側及び下面側には、
セパレータ５が密着して配設されている（図８におい
て、単電池１の上面側はセパレータ５の一部のみを示
す）。このセパレータ５を構成する各部材は、例えば全
て金属性のプレート状部材が用いられている。すなわ
ち、セパレータ５は、基本的にガス不透過性のインター
コネクタ６、アノードエッジ板７、カソードエッジ板
８、アノード集電板９、及びカソード集電板１０を積層
して構成されており、燃料ガス１１をアノード３に、酸
化剤ガス１２をカソード４にそれぞれ混合することなく
導くようになっている。
【０００９】アノードエッジ板７及びカソードエッジ板
８は、略均一厚の矩形薄板状に形成され、アノード３及
びカソード４を配設するために、その中央部が矩形状に
切り抜かれた矩形開口板として構成されている。そし
て、両エッジ板７、８の外周縁部７ａ、８ａは、インタ
ーコネクタ６の外周縁部６ａに対して、当該外周縁部６
ａを挟持するようにアノード側及びカソード側から密着
して接合されている。なお、このインターコネクタ６と
両エッジ板の外周縁部７ａ、８ａとは、例えば３枚同時
に全周に亘って気密に接合されており、その３枚同時気
密接合には、大気中の溶接が可能なＴＩＧ溶接（ティグ
溶接）が用いられている。
【００１０】また、アノードエッジ板７及びカソードエ
ッジ板８における矩形開口部Ｈの周りの縁部（内周縁
部）７ｂ、８ｂは、それぞれアノード側及びカソード側
に向けて凸状に突出されており、アノードエッジ板７及
びカソードエッジ板８は、外周縁部７ａ、８ａ及び内周
縁部７ｂ、８ｂの２段構造を成している。そして、この
両エッジ板７、８の内周縁部７ｂ、８ｂが当該内周縁部
と対向する単電池１（の電解質マトリクス２）の周縁部
２ａに密着して接触されている。
【００１１】また、アノードエッジ板７及びカソードエ
ッジ板８は、上述したように薄板で形成されているた
め、当該内周縁部７ｂ、８ｂはアノード側及びカソード
側へ向けて撓むようになっており、セパレータの各構成
要素の積層方向（厚さ方向）の寸法偏差等を吸収可能に
なっている。
【００１２】アノード集電板９及びカソード集電板１０
は、ステンレス鋼矩形状平板を互い違いに折り曲げる等
して略一定の間隔で平面的に凹凸化（波型化）されてい
る。そして、アノード集電板９はアノードエッジ板７に
囲まれるように配置され、そのアノード側凹凸面の凸部
がアノード３に接合され、また、インターコネクタ６側
凹凸面の凸部がインターコネクタ６に例えば接着剤によ
り仮付け接合されている。また、カソード集電板１０も
同様に、カソードエッジ板８に囲まれるように配置さ
れ、そのカソード側凹凸面の凸部がカソード４に接合さ
れ、インターコネクタ６側凹凸面の凸部がインターコネ
クタ６に例えば接着剤により仮付け接合されている。
【００１３】このように構成された両集電板９、１０
は、両電極３、４に密着して両電極面を面で支持し単電
池１上で生じた電気を面内に均一に集電するとともに、
上記凹凸面の凸部が形成する空間によりガス流路を確保
している。これらの集電板は、電極面を支持・集電する
部分（集電板と呼ばれる）と前記集電板を支持してガス
流路を確保する部分（集電板サポートと呼ばれる）との
２つの独立した構成要素から成る場合もある。
【００１４】そして、アノードエッジ板７及びカソード
エッジ板８の内周縁部７ｂ、８ｂは、電解質マトリクス
２の周縁部２ａに気密に接触（密着）されており、その
結果、電解質マトリクス２の溶融された炭酸塩が両エッ
ジ板７、８及び電解質マトリクス２間の界面を濡らす
（ウエットシールされる）ため、燃料ガス及び酸化剤ガ
スが両エッジ板７、８及び電解質マトリクス２間から漏
洩するのが防止される（特開平６−２９０７９７号公報
参照）。
【００１５】さらに積層型燃料電池の電池反応部分には
ガス給排用のマニホールドが設けられている。図８及び
図９は、マニホールドがセパレータ５の内部に設けられ
た内部マニホールド型の燃料電池を示しており、各セパ
レータ５（アノードエッジ板７及びカソードエッジ板
８）には、当該セパレータ５（アノードエッジ板７及び
カソードエッジ板８）を積層方向に貫通する貫通孔（マ
ニホールド孔）１５が設けられ、単電池１を介して向き
合う両貫通孔１５、１５は、マニホールドリング１６を
介して気密状態で連接されている。
【００１６】図１０に，マニホールドリング１６をアノ
ードエッジ板７とカソードエッジ板８とで挟んだ部分の
断面を示す。図１０によれば、マニホールドリング１６
は、電気絶縁性の絶縁リング１６ａを金属製の接合リン
グ１６ｃ，１６ｄで両端面側から挟み、当該絶縁リング
１６ａと接合リング１６ｃ，１６ｄとの対向面を接合し
て構成されている。そして絶縁リング１６ａに対してア
ノード側に位置する接合リング１６ｃの内周縁はアノー
ドエッジ板７の貫通孔１５の内縁に気密接合され、当該
絶縁リング１６ａに対してカソード側に位置する接合リ
ング１６ｄの外縁はカソードエッジ板８の貫通孔１５の
内縁に気密接合されている。なお、上述した気密溶接
（接合）には、電子ビーム（ＥＢ）溶接が用いられてい
る。
【００１７】このように構成されたガス給排用のガスマ
ニホールドは、外部から供給された燃料ガス１１及び酸
化剤ガス１２をマニホールドリング１６、貫通孔１５を
介して各エッジ板７、８とインターコネクタ６で形成さ
れる流路に沿って単電池１に供給し（図６中矢印参
照）、単電池１において排出された燃料ガス及び酸化剤
ガスを当該貫通孔１５及びマニホールドリング１６を介
して外部に排出するようになっている。
【００１８】上述したように、積層構造の溶融炭酸塩型
燃料電池は、セパレータと単電池を積層して構成されて
おり、特にエッジ板と単電池（電解質マトリクス）との
界面においては、接触のみにより単セル内外の燃料ガス
及び酸化剤ガスをシールしているため、接触状態を良好
にするために、燃料電池は上下方向から締め付けられて
いる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】積層型燃料電池では、
各構成要素が積層されているため、当該構成要素間の電
気的接合が重要になってくる。すなわち、各構成要素の
電気的接触が損なわれると、各単電池で生じた電気エネ
ルギーが電池の内部抵抗として無駄に失われることにな
る。そこで、上述した各構成要素間の電気的接合を常時
良好にするために、セパレータは変形の無いものが要求
され、その製造工程において構成要素の変形を最小限に
抑える必要がある。さらに、セパレータにおいては、電
気抵抗の増大の原因となる接触面（接合面）への絶縁物
質の付着を最小限度に抑制する必要がある。
【００２０】しかしながら、従来のセパレータの製造に
おいては、上述したように、インターコネクタ６と両集
電板９、１０とを接着剤を用いて接着しているため、接
着剤自体の電気抵抗によりインターコネクタ６と両集電
板９、１０との電気的接触が損なわれる恐れがあり、発
電性能が劣化する危険性が生じていた。また、当該イン
ターコネクタ６と両集電板９、１０との間の接着部分に
作用する熱応力等の原因で接着剤が剥離する恐れがある
ため当該接着部分の品質を確保することが難しく、信頼
性を悪化させる可能性があった。さらに接着剤の接合を
短時間で行なうことは非常に難しく、製造時間を増大さ
せる一つの要因となっていた。
【００２１】また、両エッジ板７、８と接合リング１６
ｃ，１６ｄとの接合を電子ビーム（ＥＢ）溶接により行
なっているが、電子ビーム溶接では、電子銃や溶接物を
入れる大型真空チャンバが必要であるため、真空排気に
時間を要するばかりではなく、製造コストが上昇した。
【００２２】さらに、インターコネクタ６と両エッジ板
の外周縁部７ａ、８ａとの間の３枚同時気密接合には、
大気中の溶接が可能なＴＩＧ溶接により行なっている
が、母材への熱影響が大きくなるため、熱変形が増大
し、セパレータ厚さ方向（積層方向）の寸法精度を確保
することが難しかった。すなわち、上述した接合箇所で
あるセパレータ外周縁部の寸法精度確保が確保できずに
当該外周縁部とセパレータ中央部との間の寸法にばらつ
きが生じると、接触抵抗の増大や局所的な過大加重等が
生じ、電池性能を劣化させる危険性があった。
【００２３】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、セパレータの各構成要素の接合にレーザ加工法
（溶接法）を用いることにより、電池の内部抵抗を必要
最小限に抑制し、高品質化、品質安定化、及び低コスト
化を実現した積層型燃料電池を提供し、また、そのよう
な利点を有する積層型燃料電池を製造する方法を提供す
ることをその目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１に記載した積層型燃料電池によれば、電解
質マトリクスをアノード、カソード両電極で挟んで構成
された単電池を複数個積層し、前記アノードに燃料ガス
を、カソードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレ
ータを隣接する各単電池間に介装してなる積層型燃料電
池であって、前記セパレータは、前記燃料ガスの流路及
び前記酸化剤ガスの流路を隔てて形成するためのインタ
ーコネクタと、このインターコネクタの周縁部を挟持す
るように積層されたアノードエッジ板及びカソードエッ
ジ板と、前記インターコネクタと前記アノード中央部及
び当該インターコネクタと前記カソード中央部にそれぞ
れ介在され当該アノード及びカソードを支持する集電板
とを有した積層型燃料電池において、前記セパレータを
構成するエッジ板、インターコネクタ、及び集電板の内
の隣接する構成要素間の少なくとも一部をレーザ溶接に
より接合している。
【００２５】請求項２に記載した積層型燃料電池によれ
ば、前記集電板は、略一定の間隔で平面的に凹凸化する
ように成形加工されており、当該集電板のインターコネ
クタ側凸部とこの凸部に対向して当該凸部に接するイン
ターコネクタとをレーザ溶接している。
【００２６】請求項３に記載した積層型燃料電池によれ
ば、前記集電板は、そのインターコネクタ側凸部の頂部
の幅が当該凸部の麓部の幅よりも広くなり、前記集電板
のアノード側あるいはカソード側の各凸部の隣接する頂
部が接触するか、あるいは近接するように成形加工され
ているとともに、前記集電板のアノード側凸部の頂部が
接触、あるいは近接する部分をレーザ加工してレーザ光
入射用孔を形成し、当該レーザ入射用孔を介して前記集
電板のインターコネクタ側凸部とこの凸部に対向して当
該凸部に接するインターコネクタとをレーザ溶接してい
る。
【００２７】請求項４に記載した積層型燃料電池によれ
ば、前記集電板は、そのインターコネクタ側凸部の頂部
の幅が当該凸部の麓部の幅よりも広くなり、前記集電板
のアノード側あるいはカソード側の各凸部の隣接する頂
部間で少なくとも１つのレーザ光入射用孔が形成される
ように成形加工されているとともに、当該レーザ入射用
孔を介して前記集電板のインターコネクタ側凸部とこの
凸部に対向して当該凸部に接するインターコネクタとを
レーザ溶接している。
【００２８】請求項５に記載した積層型燃料電池によれ
ば、前記レーザ光入射用孔の大きさを長さ方向５．０ｍ
ｍ×幅方向１．０ｍｍとしている。
【００２９】請求項６に記載した積層型燃料電池によれ
ば、前記インターコネクタの周縁部と、この周辺部に対
してアノード側に積層されたアノードエッジ板の周縁部
及びカソード側に積層されたカソード側周縁部との間
を、当該インターコネクタの法線方向からレーザ光を照
射することにより同時に気密溶接している。
【００３０】請求項７に記載した積層型燃料電池によれ
ば、前記インターコネクタに対してレーザ光入射側のエ
ッジ板の周縁端部の張り出し長さ、前期インターコネク
タの周縁部の張り出し長さ、及び前期レーザ光入射側と
反対側の周縁端部の張り出し長さを当該レーザ光入射側
から順に短くなるように積層し、その張り出し長さの減
少量を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとしている。
【００３１】請求項８に記載した積層型燃料電池によれ
ば、電解質マトリクスをアノード、カソード両電極で挟
んで構成された単電池を複数個積層し、前記アノードに
燃料ガスを、前記カソードに酸化剤ガスをそれぞれ隔て
て導くセパレータを各単電池間に介装してなる積層型燃
料電池であって、前記セパレータは、前記燃料ガスの流
路及び前記酸化剤ガスの流路を隔てて形成するためのイ
ンターコネクタと、このインターコネクタの周縁部を挟
持するように積層されたアノードエッジ板及びカソード
エッジ板と、前記インターコネクタと前記アノード中央
部及び当該インターコネクタと前記カソード中央部にそ
れぞれ介在され当該アノード及びカソードを支持する集
電板と、前記アノードエッジ板及びカソードエッジ板に
設けられ当該アノードエッジ板及びカソードエッジ板を
積層方向に貫通する複数の孔を有し、前記単電池を介し
て隣り合うアノードエッジ板及びカソードエッジ板の貫
通孔間に介装され当該貫通孔どうしを気密に連通させる
マニホールド部とを備え、このマニホールド部は、前記
アノードエッジ板の貫通孔内縁に外縁部分が接合された
第１の接合リングと、前記カソードエッジ板の貫通孔内
縁に外縁部分が接合された第２の接合リングと、前記第
１の接合リング及び前記第２の接合リングに挟持された
電気絶縁性の絶縁リングとを備えた積層型燃料電池にお
いて、前記アノードエッジ板の貫通孔内縁と前記第１の
接合リングの外縁部分とを、当該エッジ板の法線方向か
らレーザ光を当該内縁の全周に亘って照射することによ
り気密溶接し、且つ前記カソードエッジ板の貫通孔内縁
と前記第２の接合リングの外縁部分とを、当該エッジ板
の法線方向からレーザ光を当該内縁の全周に亘って照射
することにより気密溶接している。
【００３２】請求項９に記載した積層型燃料電池によれ
ば、前記積層型燃料電池は、前記電解質マトリクスとし
て溶融炭酸塩により生成された電解質マトリクスを用い
た溶融炭酸塩型燃料電池である。
【００３３】上記目的を達成させるため、請求項１０に
記載した積層型燃料電池によれば、電解質マトリクスを
アノード、カソード両電極で挟んで構成された単電池を
複数個積層し、前記アノードに燃料ガスを、前記カソー
ドに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータを各単
電池間に介装してなる積層型燃料電池であって、前記セ
パレータは、前記燃料ガスの流路及び前記酸化剤ガスの
流路を隔てて形成するためのインターコネクタと、この
インターコネクタの周縁部を挟持するように積層された
アノードエッジ板及びカソードエッジ板と、前記インタ
ーコネクタと前記アノード中央部及び当該インターコネ
クタと前記カソード中央部にそれぞれ介在され当該アノ
ード及びカソードを支持する集電板と、前記アノードエ
ッジ板及びカソードエッジ板に設けられ当該アノードエ
ッジ板及びカソードエッジ板を積層方向に貫通する複数
の孔を有し、前記単電池を介して隣り合うアノードエッ
ジ板及びカソードエッジ板の貫通孔間に介装され当該貫
通孔どうしを気密に連通させるマニホールド部とを備
え、このマニホールド部は、前記アノードエッジ板の貫
通孔内縁に外縁部分が接合された第１の接合リングと、
前記カソードエッジ板の貫通孔内縁に外縁部分が接合さ
れた第２の接合リングと、前記第１の接合リング及び前
記第２の接合リングに挟持された電気絶縁性の絶縁リン
グとを備えた積層型燃料電池の製造方法において、前記
アノードエッジ板の貫通孔内縁と前記第１の接合リング
の外縁部分とを、当該エッジ板の法線方向からレーザ光
を当該内縁の全周に亘って照射することにより気密溶接
し、且つ前記カソードエッジ板の貫通孔内縁と前記第２
の接合リングの外縁部分とを、当該エッジ板の法線方向
からレーザ光を当該内縁の全周に亘って照射することに
より気密溶接し、前記集電板と前記インターコネクタと
をレーザ溶接により接合し、前記第１及び第２の接合リ
ングが溶接されたアノードエッジ板及びカソードエッジ
板により前記集電板が接合されたインターコネクタを挟
持するように積層し、当該インターコネクタの周縁部
と、この周辺部に対してアノード側に積層されたアノー
ドエッジ板の周縁部及びカソード側に積層されたカソー
ド側周縁部との間を、当該インターコネクタの法線方向
からレーザ光を照射することにより同時に気密溶接して
いる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
【００３５】（第１実施形態）図１は、本実施形態の積
層型燃料電池のセパレータの製造過程におけるアノード
集電板９、カソード集電板１０とインターコネクタ６と
を接合した状態を示す斜視図である。なお、本実施形態
の積層型燃料電池は、両集電板９、１０とインターコネ
クタ６との接合部分（接合方法）のみが前掲図８〜図１
０に示した積層型燃料電池の構成と異なるため、その接
合部分以外の構成については図８〜図１０と同等の符号
を付して説明を省略する。
【００３６】図１によれば、積層型燃料電池におけるセ
パレータ５の構成要素の一部であるアノード集電板９及
びカソード集電板１０は、ステンレス鋼矩形状平板を互
い違いに折り曲げる等して略一定の間隔で平面的に凹凸
化（波形化）するように成形加工されており、その平坦
部にはガスの拡散孔Ｐが設けられている。
【００３７】そして、アノード集電板９のインターコネ
クタ６側凹凸面の凸部（集電板サポート）９ａは、レー
ザ溶接により溶接加工点Ｓ１を介してインターコネクタ
６に仮付け接合されている。また、カソード集電板１０
のインターコネクタ６側凹凸面の凸部（集電板サポー
ト）１０ａは、レーザ溶接により溶接加工点Ｓ１を介し
てインターコネクタ６に仮付け接合されている。
【００３８】ここで、各集電板９、１０とインターコネ
クタ６とのレーザ溶接について説明する。
【００３９】まず、インターコネクタ６と凹凸加工（波
形加工）により成形された集電板９、１０を積層する。
そして、ＹＡＧ（ヤグ）レーザ発振器３０及び集光レン
ズ３１等を備えたレーザ加工装置３２により、当該集電
板９、１０の集電板サポート９ａ、１０ａ及びこのサポ
ート９ａ、１０ａに対向して接触するインターコネクタ
６の間を、当該接触部分を溶接加工点Ｓ１としてレーザ
溶接する。すなわち、集電板９、１０の法線方向からレ
ーザ発振器３０によりレーザ光を発振出力し、そのレー
ザ光は、集電板９、１０の法線方向から集光レンズ３１
を介して溶接加工点Ｓ１に微小スポットとして集光され
る。この結果、溶接加工点Ｓ１部分の集電板サポート９
ａ、１０ａ及びインターコネクタ６が溶融して原子接合
される。このようにして、集電板９、１０の集電板サポ
ート９ａ、１０ａとインターコネクタ６とが接触する全
ての溶接加工点にレーザ光（集光スポット）を照射して
レーザ溶接を行なっている。
【００４０】なお、レーザ加工装置３２によるレーザ加
工（溶接）条件の一例を下記に示す。
【００４１】
【外１】
【００４２】すなわち、本実施形態の構成によれば、イ
ンターコネクタ６と集電板９、１０とをレーザ溶接によ
り接合したため、接着剤を用いた接合に比べて当該接着
剤に起因する電気抵抗の増大が発生せず、積層型燃料電
池の積層方向の導電性が高度に維持されて発電性能を向
上させることができる。
【００４３】また、レーザビームは高エネルギー密度の
集中熱源であるため、レーザ溶接時に母材（インターコ
ネクタ６、集電板９、１０）に与える熱影響が少なくな
る。すなわち、母材への入熱量を小さくしたので、当該
母材の変形が少なくなり、寸法精度の高い積層型燃料電
池を製造することができる。さらに、レーザ溶接は大気
中で行なうことができ、操作性も高く出力制御も正確に
行なうことができるため、製作時間を短縮することがで
きる。
【００４４】（第２実施形態）図２は、本実施形態の積
層型燃料電池のセパレータの製造過程における両集電板
９、１０とインターコネクタ６とを接合した状態を示す
正面図である。なお、本実施形態の積層型燃料電池は、
両集電板９、１０とインターコネクタ６との接合部分
（接合方法）のみが前掲図８〜図１０に示した積層型燃
料電池の構成と異なるため、その接合部分以外の構成に
ついては図８〜図１０と同等の符号を付して説明を省略
する。
【００４５】図２によれば、積層型燃料電池におけるセ
パレータ５の構成要素の一部であるアノード集電板９及
びカソード集電板１０は、ステンレス鋼矩形状平板を互
い違いに折り曲げる等して略一定の間隔で平面的に凹凸
化（波形化）するように成形加工されている。
【００４６】そして、本実施形態では、アノード集電板
９及びカソード集電板１０の凹凸加工形状を第１実施形
態と異なる形状に成形している。
【００４７】すなわち、上述したようにアノード３及び
カソード４は金属あるいは金属酸化物の多孔質体である
ため、集電板９及び１０は、より均一な面圧で当該アノ
ード３及びカソード４と接触して支持する必要がある。
これは、アノード３及びカソード４は局所的に大きな圧
力が作用すると潰れて多孔質機能が損なわれるからであ
る。そこで、図２に示すように、アノード集電板９ａ及
びカソード集電板１０ａをアノード接触側凹凸面及びカ
ソード接触側凹凸面に大きな開口部がないように構成し
ている。
【００４８】すなわち、図２に示すように、アノード集
電板９のインターコネクタ６側凹凸面の凸部（集電板サ
ポート）９ａの頂部の幅は、その凸部９ａの麓部９ｂ1
及び９ｂ2 間の幅よりも広くし、当該凸部９ａを形成す
る両麓部９ｂ1 及び９ｂ2 は、互いに接触するか、ある
いはほとんど接触する程度まで近接するように凹凸化さ
れている。この結果、アノード集電板９のアノード側凹
凸面の凸部９ｃの各頂部は互いに接触するか、あるいは
近接しており、大きな開口部が無くなっている。なお、
カソード集電板１０のインターコネクタ６側凸部（集電
板サポート）１０ａ及びカソード側凸部１０ｃもアノー
ド集電板９のインターコネクタ６側凸部９ａ及びカソー
ド側凸部９ｃと同様の構成になっている。
【００４９】すなわち、凸部１０ａの頂部の幅は、その
凸部１０ａの麓部１０ｂ1 及び１０ｂ2 間の幅よりも広
くし、当該凸部１０ａを形成する両麓部１０ｂ1 及び１
０ｂ2 は、互いに接触あるいは略接触するように凹凸化
されている。同様に、凸部１０ｃの頂部の幅は、その凸
部１０ｃの両麓部間の幅よりも広くなっている。また、
アノード集電板９及びカソード集電板１０の平坦部には
ガスの拡散孔Ｐが設けられている。
【００５０】そして、アノード集電板９のアノード側凸
部９ｃの頂部が接触する（あるいは近接する）部分（レ
ーザ加工点Ｓ２）及びカソード集電板１０のカソード側
凸部１０ｃの頂部が接触する（あるいは近接する）部分
（レーザ加工点Ｓ２）は、それぞれレーザ加工により例
えば「長さ方向（頂部が隣接する方向（幅方向）に直交
する方向）５．０ｍｍ×幅方向１．０ｍｍ」程度のレー
ザ入射用孔が開けられている。
【００５１】さらに、アノード集電板９の凸部９ａ（の
頂部）は、レーザ溶接により溶接加工点Ｓ３を介してイ
ンターコネクタ６に仮付け接合されている。また、カソ
ード集電板１０の凸部１０ａは、レーザ溶接により溶接
加工点Ｓ３を介してインターコネクタ６に仮付け接合さ
れている。
【００５２】ここで、各集電板９、１０とインターコネ
クタ６とのレーザ加工及びレーザ溶接について説明す
る。
【００５３】まず、インターコネクタ６と凹凸加工（波
型加工）により上述した構造に成形された集電板９、１
０を積層する。そして、ＹＡＧ（ヤグ）レーザ発振器３
０及び集光レンズ３１等を備えたレーザ加工装置３２に
より、アノード集電板９の隣接するアノード側凸部９ｃ
の頂部が接触する部分及びカソード集電板１０の隣接す
るカソード側凸部１０ｃの頂部が接触する部分をレーザ
加工点Ｓ２としてレーザ孔開けを行なう。すなわち、集
電板９、１０の法線方向からレーザ発振器３０によりレ
ーザ光を発振出力し、そのレーザ光は、集電板９、１０
の法線方向から集光レンズ３１を介してレーザ加工点Ｓ
２に微小スポットとして集光される。この結果、アノー
ド側凸部９ｃの頂部が接触する部分及びカソード側凸部
１０ｃの頂部が接触する部分に対して５×１ｍｍ程度の
レーザ入射用孔が開けられる。
【００５４】続いて、当該集電板９、１０の集電板サポ
ート９ａ、１０ａとインターコネクタ６とが接触する部
分を溶接加工点Ｓ３としてレーザ溶接を行なう。すなわ
ち、孔開け終了後、集光レンズ３１の焦点距離の調節等
により集光スポットを溶接加工点Ｓ３に設定し、必要に
応じてレーザパワーを調整した後で、レーザ発振器３０
によりレーザ光を発振出力する。発振出力されたレーザ
光は、集光レンズ３１及び加工されたレーザ入射用孔
（レーザ加工点）Ｓ２を介して溶接加工点Ｓ３に微小ス
ポットとして集光される。この結果、溶接加工点Ｓ３部
分の集電板サポート９ａ、１０ａ及びインターコネクタ
６が溶融して原子接合される。
【００５５】上述したように、各溶接加工点Ｓ３に対応
する全てのレーザ加工点Ｓ２を孔開けし、そのレーザ入
射用孔を介してレーザ光（集光スポット）を当該溶接加
工点Ｓ３に照射して溶接を行なっている。
【００５６】なお、レーザ溶接装置３２によるレーザ加
工（溶接）条件の一例を下記に示す。
【００５７】
【外２】
【００５８】すなわち、本実施形態の構成によれば、イ
ンターコネクタ６と集電板９、１０とをレーザ溶接によ
り接合したため、接着剤を用いた接合に比べて当該接着
剤に起因する電気抵抗の増大が発生せず、積層型燃料電
池の積層方向の導電性が高度に維持されて発電性能を向
上させること等、第１実施形態と同様の効果を得ること
ができる。
【００５９】また、レーザ入射用孔の孔開け工程と集電
板とインターコネクタとの接合（レーザ溶接）工程を同
時に行なうことができるため、製造工程数を削減するこ
とができる。
【００６０】なお、上述した実施形態では、アノード集
電板９のアノード側凸部９ｃの頂部が接触する部分及び
カソード集電板１０のカソード側凸部１０ｃの頂部が接
触する部分に対して、それぞれ「長さ方向５．０×幅方
向１．０ｍｍ」程度の孔をレーザ加工により開けたが、
本発明はこれに限定されるものではなく、当該凹凸加工
（波型加工）において、アノード集電板９のアノード側
凸部９ｃの各頂部が隣接する部分及びカソード集電板１
０のカソード側凸部１０ｃの各頂部が隣接する部分に対
し、予め「長さ方向５．０×幅方向１．０ｍｍ」程度の
レーザ入射用の孔部３５を形成してもよい。そして、図
３に示すように、孔部３５が形成された集電板９、１０
とインターコネクタ６とを積層し、当該集電板９、１０
の集電板サポート９ａ、１０ａとインターコネクタ６と
が接触する部分を溶接加工点Ｓ３としてレーザ溶接を行
なうこともできる。
【００６１】この変形例においても、第１及び第２実施
形態と同様に、接着剤を用いた接合に比べて当該接着剤
に起因する電気抵抗の増大が発生せず、積層型燃料電池
の積層方向の導電性が高度に維持されて発電性能を向上
させること等の効果を得ることができる。
【００６２】さらに本変形例によれば、レーザ入射用孔
を孔開けする工程が不要であるため、第２実施形態の接
合工程と比べて工程数が削減できる。
【００６３】（第３実施形態）図４は、本実施形態の積
層型燃料電池のセパレータの製造過程における両エッジ
板７、８とインターコネクタ６とを接合した状態を示す
正面図である。なお、本実施形態の積層型燃料電池は、
両エッジ板７、８（の外周縁７ａ、８ａ）とインターコ
ネクタ６（の外周縁部６ａ）との接合部分（接合方法）
と、両エッジ板７、８とインターコネクタ６との間に、
それぞれセルの積層方向に伸縮可能なアノードエッジス
プリング４０及びカソードエッジスプリング４１がそれ
ぞれ介装されていることのみが前掲図８〜図１０に示し
た積層型燃料電池の構成と異なるため、その接合部分以
外の構成については図８〜図１０と同等の符号を付して
説明を省略する。
【００６４】図４によれば、セパレータ５は、基本的に
ガス不透過性のインターコネクタ６、アノードエッジ板
７、カソードエッジ板８、アノード集電板９、及びカソ
ード集電板１０を積層して構成されている。
【００６５】矩形開口板であるアノードエッジ板７及び
カソードエッジ板８の外周縁部７ａ、８ａは、アノード
集電板９及びカソード集電板１０が接合されたインター
コネクタ６の外周縁部６ａに対して、当該外周縁部６ａ
を挟持するようにアノード側及びカソード側から密着し
て接合されている。なお、このインターコネクタ６と両
エッジ板の外周縁部７ａ、８ａとは、例えば３枚同時に
全周に亘って溶接加工点を介して気密に接合されてお
り、その３枚同時気密接合には、レーザ溶接が用いられ
ている。
【００６６】ここで、各エッジ板７、８とインターコネ
クタ６との間のレーザ加工による３枚同時気密接合につ
いて説明する。
【００６７】まず、インターコネクタ６とエッジ板７及
び８とを、当該インターコネクタ６の外周縁部６がをア
ノードエッジ板７の外周縁部７ａ及びカソードエッジ板
８の外周縁部８ａにより挟持されるように積層する。こ
のとき、図５（ａ）に示すように、当該外周縁部６ａの
先端と外周縁部７ａ及び８ａの先端とを揃えて積層した
後で当該先端部を、その先端部の電池１側から周辺方向
へ張り出す長さ（張り出し長さ）がレーザ溶接加工側
（例えばアノードエッジ板７側）から順に、例えばｌ
（０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ）ずつ短くなるように、レー
ザ光により切断加工する。
【００６８】すなわち、ＹＡＧ（ヤグ）レーザ発振器３
０及び集光レンズ３１等を備えたレーザ加工装置３２に
より、例えばアノードエッジ板７の法線方向に対して当
該エッジ板７の周辺側へ例えば４５度の方向からレーザ
光を溶接加工点Ｓ４に照射して、積層側から順に外周縁
部７ａ、６ａ、及び８ａの先端を切断加工する。
【００６９】なお、このときの切断条件をの一例を下記
に示す。
【００７０】
【外３】
【００７１】また、先端部の張り出し長さをレーザ溶接
加工側（アノードエッジ板７側）から順に、例えば０．
５ｍｍ〜２．０ｍｍずつ短くするために、レーザ切断加
工ではなく、図５（ｂ）に示すように、各外周縁部７
ａ、６ａ、及び８ａの張り出し長さがアノードエッジ板
７側から順にｌずつ短くなるように当該外周縁部７ａ、
６ａ、及び８ａをずらして積層してもよい。
【００７２】接合される各外周縁部７ａ、６ａ、及び８
ａの張り出し長さがレーザ溶接側から順に短く積層され
た状態で、当該エッジ板７の法線方向からレーザ発振器
３０によりレーザ光が発振出力され、そのレーザ光は、
集光レンズ３１を介して各外周縁部７ａ、６ａ、及び８
ａの先端部が積層された部分の溶接加工点Ｓ４に微小ス
ポットとして集光される。この結果、溶接加工点Ｓ４部
分のエッジ板７、８の各自外周縁部７ａ、８ａ及びイン
ターコネクタ６の外周縁部６ａが溶融して、３枚同時に
原子接合される。
【００７３】このようにして、各外周縁部の周縁方向に
位置する全ての溶接加工点にレーザ光（集光スポット）
を照射して、エッジ板７、８とインターコネクタ６との
間の３枚同時気密レーザ溶接を行なっている。
【００７４】なお、レーザ加工装置３２によるレーザ加
工（溶接）条件の一例を下記に示す。
【００７５】
【外４】
【００７６】すなわち、本実施形態の構成によれば、イ
ンターコネクタ６とエッジ板７、８とをレーザ溶接によ
り接合したため、接着剤を用いた接合に比べて当該接着
剤に起因する電気抵抗の増大が発生せず、積層型燃料電
池の積層方向の導電性が高度に維持されて発電性能を向
上させることができる。
【００７７】また、レーザビームは高エネルギー密度の
集中熱源であるため、レーザ溶接時に母材（インターコ
ネクタ６、エッジ板７、８）に与える熱影響が少なくな
る。すなわち、母材への入熱量を小さくしたので、当該
母材の変形が少なくなり、寸法精度の高い積層型燃料電
池を製造することができる。さらに、レーザ溶接は大気
中で行なうことができ、操作性も高く出力制御も正確に
行なうことができるため、製作時間を短縮することがで
きる。
【００７８】さらに本構成によれば、３枚の部材（イン
ターコネクタ６、エッジ板７、８）を同時に法線方向か
ら気密溶接することができるため、セパレータ製作時間
を大幅に短縮させることができる。
【００７９】また、本構成によれば、両エッジ板７、８
の外周縁部７ａ、８ａの端部及びインターコネクタ６の
外周縁部６ａの５端部の張り出し長さをレーザ溶接側か
ら順に短くして積層した状態で溶接を行なっているた
め、溶接部以外の不要な端部の仕上げ工程が不要とな
り、セパレータ製作時間をさらに短縮させることができ
る。
【００８０】（第４実施形態）図６は、本実施形態の積
層型燃料電池のセパレータの内部マニホールドの製造過
程における接合リング１６ｄの外縁をカソードエッジ板
８の貫通孔１５の内縁に気密接合した状態を示す正面図
である。なお、本実施形態の積層型燃料電池は、接合リ
ング１６ｃ、１６ｄと両エッジ板７、８との接合部分
（接合方法）のみが前掲図８〜図１０に示した積層型燃
料電池の構成と異なるため、その接合部分以外の構成に
ついては図８〜図１０と同等の符号を付して説明を省略
する。
【００８１】絶縁リング１６ａを挟持するための接合リ
ング１６ｃ，１６ｄの内、絶縁リング１６ａに対してカ
ソード側に位置する接合リング１６ｄの外縁はカソード
エッジ板８の貫通孔１５の内縁に重ね合わされており、
その重合部分における接合リング１６ｄ外縁端部及びそ
の端部から気密溶接が可能な程度の長さ（ｌ1 ＝０．５
〜５．０ｍｍ）離れた部分の２箇所でレーザ溶接により
気密に接合されている。このように２箇所で接合するの
は、接合リング外縁端部及びエッジ板貫通孔内縁端部が
溶けて、２枚の板（リング１６ｄ、エッジ板８）の隙間
が外に開いて残らないためである。
【００８２】すなわち、接合リング１６ｄの外縁と貫通
孔１５の内縁とが重合された状態で、カソードエッジ板
８の法線方向からＹＡＧ（ヤグ）レーザ発振器３０によ
りレーザ光が発振出力され、そのレーザ光は、集光レン
ズ３１を介して接合リング１６ｄの外縁とエッジ板８の
貫通孔１５の内縁とが重合された部分における２箇所の
溶接加工点Ｓ５，Ｓ５にそれぞれ微小スポットとして集
光される。この結果、溶接加工点Ｓ５部分の接合リング
１６ｄの外縁とエッジ板８の貫通孔１５の内縁とが溶融
して接合リング１６ｄ及びエッジ板８が同時に原子接合
される。
【００８３】このようにして、接合リング１６の外縁全
周に亘って、縁方向に位置する全ての溶接加工点にレー
ザ光（集光スポット）を照射して、接合リング１６ｄと
エッジ板８との間の２枚同時気密レーザ溶接を行なって
いる。
【００８４】なお、レーザ加工装置３２によるレーザ加
工（溶接）条件の一例を下記に示す。
【００８５】
【外５】
【００８６】なお、絶縁リング１６ａに対してアノード
側に位置する接合リング１６ｃの外縁とアノードエッジ
板７の貫通孔１５の内縁との接合も、上述した接合リン
グ１６ｄの外縁とアノードエッジ板８の貫通孔１５の内
縁との接合と同様に行なわれている。
【００８７】以上述べたように本実施形態によれば、セ
パレータ５に内部マニホールドを形成するための接合リ
ングとエッジ板との接合をレーザ溶接により実現したた
め、電子ビーム接合と比べて真空チャンバが不要にな
り、製造コストを減少させることができる。
【００８８】また、レーザビームは高エネルギー密度の
集中熱源であるため、レーザ溶接時に母材（接合リン
グ、エッジ板）に与える熱影響が少なくなる。すなわ
ち、母材への入熱量を小さくしたので、電子ビーム溶接
と比べても母材の変形が少なくなり、寸法精度の高い積
層型燃料電池を製造することができる。さらに、レーザ
溶接は大気中で行なうことができ、操作性も高く出力制
御も正確に行なうことができるため、製作時間を短縮す
ることができる。
【００８９】さらに、本構成では、接合リングとエッジ
板とを当該エッジ板の法線方向から２部材同時に気密溶
接することができるため、セパレータ製作時間を大幅に
短縮させることができる。
【００９０】（第５実施形態）本実施形態の内部マニホ
ールドを有するセパレータの製造シーケンスを図７に示
す。本実施形態では、セパレータを製造する際の上述し
た両集電板９、１０とインターコネクタ６との接合（第
１及び第２実施形態）、両エッジ板７、８とインターコ
ネクタ６との接合（第３実施形態）、及び内部マニホー
ルド形成用の接合リング１６ｃ、１６ｄと両エッジ板
７、８との接合を全てレーザ溶接で行なっている。
【００９１】すなわち、アノードエッジ板７及びカソー
ドエッジ板８と接合リング１６ｃ及び１６ｄとをレーザ
溶接で接合し、当該接合リング１６ｃ及び１６ｄで絶縁
リング１６ａを挟持してマニホールドリング１６を形成
する（サイクルＣ１；レーザ加工条件や作用、効果等は
第４実施形態参照）。続いて、アノード集電板９、カソ
ード集電板１０とインターコネクタ６とをレーザ溶接で
接合する。すなわち、第２実施形態（あるいは第１実施
形態）で述べたように、集光レンズ３１の焦点距離の調
節等により集光スポットを溶接加工点に設定し、必要に
応じてレーザパワーを調整した後で、レーザ発振器３０
によりレーザ光を発振出力する。発振出力されたレーザ
光は、集光レンズ３１及び加工されたレーザ入射用孔
（レーザ加工点）Ｓ２を介して溶接加工点Ｓ３に微小ス
ポットとして集光される。この結果、溶接加工点Ｓ３部
分の集電板サポート９ａ、１０ａ及びインターコネクタ
６が溶融して原子接合される（サイクルＣ２；レーザ加
工条件や作用、効果等は第２実施形態参照）。
【００９２】サイクルＣ１及びサイクルＣ２によりマニ
ホールドリング１６が設けられたエッジ板７、８及び集
電板９、１０が接合されたインターコネクタ６がそれぞ
れ用意された後で、この両エッジ板７、８（の外周縁７
ａ、８ａ）とインターコネクタ６（の外周縁部６ａ）と
をレーザ溶接により接合して（サイクルＣ３；レーザ加
工条件や作用、効果等は第３実施形態参照）、セパレー
タ５が形成される。
【００９３】すなわち、本実施形態によれば、セパレー
タ５の形成に必要な各部材の接合を全てレーザ溶接によ
り実施しているため、各実施形態で述べたように、発電
性能の向上、寸法精度の向上、製作時間の短縮、製造コ
ストの減少等をそれぞれ実現した積層型燃料電池を製造
することができる。
【００９４】なお、本発明では、電解質マトリクスとし
て溶融炭酸塩により生成された電解質マトリクスを用い
た溶融炭酸塩型燃料電池を例にとって説明したが、本発
明がこれに限定されるものではなく、例えば電解質マト
リクスとしてリン酸を用いたもの等、その他の電解質マ
トリクスを用いた積層型燃料電池であってもよい。
【００９５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
気的接触面に電気絶縁物の付着が無く、さらにセパレー
タの変形が小さく、積層組立後の各構成要素間の電気抵
抗の小さい積層型燃料電池を得ることができる。したが
って、積層型燃料電池の性能が向上し、超寿命化を図る
ことができる。さらに、積層型燃料電池の品質が安定
し、且つ高品質で低コストの溶融炭酸塩型燃料電池を製
造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る積層型燃料電池の
セパレータの製造過程におけるアノード集電板、カソー
ド集電板とインターコネクタとを接合した状態を示す斜
視図。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる積層型燃料電池
のセパレータの製造過程におけるアノード集電板、カソ
ード集電板とインターコネクタとを接合した状態を示す
正面図。
【図３】第２実施形態の変形例に係わるアノード集電
板、カソード集電板とインターコネクタとを接合した状
態を示す正面図。
【図４】第３実施形態に係わる積層型燃料電池のセパレ
ータの製造過程におけるアノードエッジ板、カソードエ
ッジ板とインターコネクタとを接合した状態を示す正面
図。
【図５】（ａ）はアノードエッジ板、カソードエッジ板
とインターコネクタとを積層した後でその外周縁先端部
をレーザにより切断加工した状態を示す図、（ｂ）は、
各アノードエッジ板の外周縁部、インターコネクタの外
周縁部、及びカソードエッジ板の外周縁部の張り出し長
さがアノードエッジ板側から順にｌずつ短くなるように
当該各外周縁部をずらして積層した状態を示す図。
【図６】本発明の第４実施形態の積層型燃料電池のセパ
レータの内部マニホールドの製造過程における接合リン
グの外縁をカソードエッジ板の貫通孔の内縁に気密接合
した状態を示す正面図。
【図７】本発明の第５実施形態の内部マニホールドを有
するセパレータの製造シーケンスを示す図。
【図８】従来の積層型燃料電池の単セル部分を展開して
示す斜視図。
【図９】図８におけるＣ−Ｃ矢視断面図。
【図１０】マニホールドリングをアノードエッジ板とカ
ソードエッジ板とで挟んだ部分の断面を示す図。
【符号の説明】
１ 単電池 ２ 電解質マトリクス ２ａ 電解質マトリクス（単電池）の周縁部 ３ アノード ４ カソード ５ セパレータ ６ インターコネクタ ６ａ インターコネクタの外周縁部 ７ アノードエッジ板 ７ａ アノードエッジ板の外周縁部 ８ カソードエッジ板 ８ａ カソードエッジ板の外周縁部 ９ アノード集電板 ９ａ 凸部（集電板サポート） ９ｃ アノード集電板のアノード側凹凸面の凸部 １０ カソード集電板 １５ 貫通孔 １６ マニホールドリング １６ａ 絶縁リング １６ｃ、１６ｄ 接合リング ３０ レーザ発振器 ３１ 集光レンズ ３２ レーザ加工装置 ３５ 孔部 Ｓ１、Ｓ３〜Ｓ５ 溶接加工点 Ｓ２ レーザ加工点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 盛一郎 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 清水 康 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電解質マトリクスをアノード、カソード
    両電極で挟んで構成された単電池を複数個積層し、前記
    アノードに燃料ガスを、カソードに酸化剤ガスをそれぞ
    れ隔てて導くセパレータを隣接する各単電池間に介装し
    てなる積層型燃料電池であって、前記セパレータは、前
    記燃料ガスの流路及び前記酸化剤ガスの流路を隔てて形
    成するためのインターコネクタと、このインターコネク
    タの周縁部を挟持するように積層されたアノードエッジ
    板及びカソードエッジ板と、前記インターコネクタと前
    記アノード中央部及び当該インターコネクタと前記カソ
    ード中央部にそれぞれ介在され当該アノード及びカソー
    ドを支持する集電板とを有した積層型燃料電池におい
    て、 前記セパレータを構成するエッジ板、インターコネク
    タ、及び集電板の内の隣接する構成要素間の少なくとも
    一部をレーザ溶接により接合したことを特徴とする積層
    型燃料電池。
  2. 【請求項２】 前記集電板は、略一定の間隔で平面的に
    凹凸化するように成形加工されており、当該集電板のイ
    ンターコネクタ側凸部とこの凸部に対向して当該凸部に
    接するインターコネクタとをレーザ溶接した請求項１記
    載の積層型燃料電池。
  3. 【請求項３】 前記集電板は、そのインターコネクタ側
    凸部の頂部の幅が当該凸部の麓部の幅よりも広くなり、
    前記集電板のアノード側あるいはカソード側の各凸部の
    隣接する頂部が接触するか、あるいは近接するように成
    形加工されているとともに、 前記集電板のアノード側凸部の頂部が接触、あるいは近
    接する部分をレーザ加工してレーザ光入射用孔を形成
    し、当該レーザ入射用孔を介して前記集電板のインター
    コネクタ側凸部とこの凸部に対向して当該凸部に接する
    インターコネクタとをレーザ溶接した請求項２記載の積
    層型燃料電池。
  4. 【請求項４】 前記集電板は、そのインターコネクタ側
    凸部の頂部の幅が当該凸部の麓部の幅よりも広くなり、
    前記集電板のアノード側あるいはカソード側の各凸部の
    隣接する頂部間で少なくとも１つのレーザ光入射用孔が
    形成されるように成形加工されているとともに、当該レ
    ーザ入射用孔を介して前記集電板のインターコネクタ側
    凸部とこの凸部に対向して当該凸部に接するインターコ
    ネクタとをレーザ溶接した請求項２記載の積層型燃料電
    池。
  5. 【請求項５】 前記レーザ光入射用孔の大きさを長さ方
    向５．０ｍｍ×幅方向１．０ｍｍとした請求項４記載の
    積層型燃料電池。
  6. 【請求項６】 前記インターコネクタの周縁部と、この
    周辺部に対してアノード側に積層されたアノードエッジ
    板の周縁部及びカソード側に積層されたカソード側周縁
    部との間を、当該インターコネクタの法線方向からレー
    ザ光を照射することにより同時に気密溶接した請求項１
    記載の積層型燃料電池。
  7. 【請求項７】 前記インターコネクタに対してレーザ光
    入射側のエッジ板の周縁端部の張り出し長さ、前期イン
    ターコネクタの周縁部の張り出し長さ、及び前期レーザ
    光入射側と反対側の周縁端部の張り出し長さを当該レー
    ザ光入射側から順に短くなるように積層し、その張り出
    し長さの減少量を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとした請求項
    ６記載の積層型燃料電池。
  8. 【請求項８】 電解質マトリクスをアノード、カソード
    両電極で挟んで構成された単電池を複数個積層し、前記
    アノードに燃料ガスを、前記カソードに酸化剤ガスをそ
    れぞれ隔てて導くセパレータを各単電池間に介装してな
    る積層型燃料電池であって、前記セパレータは、前記燃
    料ガスの流路及び前記酸化剤ガスの流路を隔てて形成す
    るためのインターコネクタと、このインターコネクタの
    周縁部を挟持するように積層されたアノードエッジ板及
    びカソードエッジ板と、前記インターコネクタと前記ア
    ノード中央部及び当該インターコネクタと前記カソード
    中央部にそれぞれ介在され当該アノード及びカソードを
    支持する集電板と、前記アノードエッジ板及びカソード
    エッジ板に設けられ当該アノードエッジ板及びカソード
    エッジ板を積層方向に貫通する複数の孔を有し、前記単
    電池を介して隣り合うアノードエッジ板及びカソードエ
    ッジ板の貫通孔間に介装され当該貫通孔どうしを気密に
    連通させるマニホールド部とを備え、このマニホールド
    部は、前記アノードエッジ板の貫通孔内縁に外縁部分が
    接合された第１の接合リングと、前記カソードエッジ板
    の貫通孔内縁に外縁部分が接合された第２の接合リング
    と、前記第１の接合リング及び前記第２の接合リングに
    挟持された電気絶縁性の絶縁リングとを備えた積層型燃
    料電池において、 前記アノードエッジ板の貫通孔内縁と前記第１の接合リ
    ングの外縁部分とを、当該エッジ板の法線方向からレー
    ザ光を当該内縁の全周に亘って照射することにより気密
    溶接し、且つ前記カソードエッジ板の貫通孔内縁と前記
    第２の接合リングの外縁部分とを、当該エッジ板の法線
    方向からレーザ光を当該内縁の全周に亘って照射するこ
    とにより気密溶接したことを特徴とする積層型燃料電
    池。
  9. 【請求項９】 前記積層型燃料電池は、前記電解質マト
    リクスとして溶融炭酸塩により生成された電解質マトリ
    クスを用いた溶融炭酸塩型燃料電池である請求項１又は
    ８記載の積層型燃料電池。
  10. 【請求項１０】 電解質マトリクスをアノード、カソー
    ド両電極で挟んで構成された単電池を複数個積層し、前
    記アノードに燃料ガスを、前記カソードに酸化剤ガスを
    それぞれ隔てて導くセパレータを各単電池間に介装して
    なる積層型燃料電池であって、前記セパレータは、前記
    燃料ガスの流路及び前記酸化剤ガスの流路を隔てて形成
    するためのインターコネクタと、このインターコネクタ
    の周縁部を挟持するように積層されたアノードエッジ板
    及びカソードエッジ板と、前記インターコネクタと前記
    アノード中央部及び当該インターコネクタと前記カソー
    ド中央部にそれぞれ介在され当該アノード及びカソード
    を支持する集電板と、前記アノードエッジ板及びカソー
    ドエッジ板に設けられ当該アノードエッジ板及びカソー
    ドエッジ板を積層方向に貫通する複数の孔を有し、前記
    単電池を介して隣り合うアノードエッジ板及びカソード
    エッジ板の貫通孔間に介装され当該貫通孔どうしを気密
    に連通させるマニホールド部とを備え、このマニホール
    ド部は、前記アノードエッジ板の貫通孔内縁に外縁部分
    が接合された第１の接合リングと、前記カソードエッジ
    板の貫通孔内縁に外縁部分が接合された第２の接合リン
    グと、前記第１の接合リング及び前記第２の接合リング
    に挟持された電気絶縁性の絶縁リングとを備えた積層型
    燃料電池の製造方法において、 前記アノードエッジ板の貫通孔内縁と前記第１の接合リ
    ングの外縁部分とを、当該エッジ板の法線方向からレー
    ザ光を当該内縁の全周に亘って照射することにより気密
    溶接し、且つ前記カソードエッジ板の貫通孔内縁と前記
    第２の接合リングの外縁部分とを、当該エッジ板の法線
    方向からレーザ光を当該内縁の全周に亘って照射するこ
    とにより気密溶接し、前記集電板と前記インターコネク
    タとをレーザ溶接により接合し、前記第１及び第２の接
    合リングが溶接されたアノードエッジ板及びカソードエ
    ッジ板により前記集電板が接合されたインターコネクタ
    を挟持するように積層し、当該インターコネクタの周縁
    部と、この周辺部に対してアノード側に積層されたアノ
    ードエッジ板の周縁部及びカソード側に積層されたカソ
    ード側周縁部との間を、当該インターコネクタの法線方
    向からレーザ光を照射することにより同時に気密溶接し
    たことを特徴とする積層型燃料電池の製造方法。
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003096457A1 (de) * 2002-05-13 2003-11-20 Reinz-Dichtungs-Gmbh Bipolarplatte und verfahren zu deren herstellung
JP2006346709A (ja) * 2005-06-16 2006-12-28 Toyota Motor Corp 薄板縁継手のレーザ溶接方法
CN1314510C (zh) * 2001-02-02 2007-05-09 三菱重工业株式会社 整体管道板的加工方法
JP2007311069A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法
JP2007311074A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法
KR100783423B1 (ko) 2006-05-03 2007-12-07 현대자동차주식회사 연료 전지용 금속 분리판
JP2007537574A (ja) * 2004-05-11 2007-12-20 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 導電性被覆金属バイポーラプレートのレーザ溶接
WO2007088551A3 (en) * 2006-02-05 2008-01-10 Metal Tech Ltd Perforated flow distributor plate
US7335434B2 (en) 2002-10-17 2008-02-26 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell separator assembly with diffusion layer, manufacturing method therefor, fuel cell unit, and fuel cell stack
US7556878B2 (en) 2005-04-22 2009-07-07 Nissan Motor Co. Ltd. Fuel cell with separator and porous support member including high density portion
CN102049601A (zh) * 2010-10-30 2011-05-11 上海交通大学 电流辅助的燃料电池超薄金属双极板压焊装置及其方法
US8034510B2 (en) 2006-10-25 2011-10-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas diffusion layer in a fuel cell
EP2672547A2 (en) * 2011-04-26 2013-12-11 LG Chem, Ltd. Bus bar having a novel structure, and battery module including same
US8882859B2 (en) 2006-12-12 2014-11-11 Hyundai Motor Company Method for manufacturing metal separator for fuel cell
WO2014185193A1 (ja) * 2013-05-16 2014-11-20 日産自動車株式会社 燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法
JP2016015310A (ja) * 2014-06-11 2016-01-28 日産自動車株式会社 レーザー溶接装置、およびレーザー溶接方法
JP2019036443A (ja) * 2017-08-10 2019-03-07 日産自動車株式会社 燃料電池スタックのセル構造および燃料電池セルのたわみ規制方法
JP2019220368A (ja) * 2018-06-21 2019-12-26 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール及び燃料電池システム

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7434598B2 (en) 2001-02-02 2008-10-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Integrated piping plate, machining method for same, machining apparatus for same, and machining equipment for same
CN1314510C (zh) * 2001-02-02 2007-05-09 三菱重工业株式会社 整体管道板的加工方法
US7640948B2 (en) 2001-02-02 2010-01-05 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Integrated piping plate, machining method for same, machining apparatus for same, and machining equipment for same
US7367360B2 (en) 2001-02-02 2008-05-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Integrated piping plate, machining method for same, machining apparatus for same, and machining equipment for same
DE10221951A1 (de) * 2002-05-13 2003-12-04 Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg Bipolarplatte und Verfahren zu deren Herstellung
DE10221951B4 (de) * 2002-05-13 2004-04-22 Reinz-Dichtungs-Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte und Verfahren zu deren Herstellung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2003096457A1 (de) * 2002-05-13 2003-11-20 Reinz-Dichtungs-Gmbh Bipolarplatte und verfahren zu deren herstellung
US7335434B2 (en) 2002-10-17 2008-02-26 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell separator assembly with diffusion layer, manufacturing method therefor, fuel cell unit, and fuel cell stack
JP2007537574A (ja) * 2004-05-11 2007-12-20 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 導電性被覆金属バイポーラプレートのレーザ溶接
US7556878B2 (en) 2005-04-22 2009-07-07 Nissan Motor Co. Ltd. Fuel cell with separator and porous support member including high density portion
JP2006346709A (ja) * 2005-06-16 2006-12-28 Toyota Motor Corp 薄板縁継手のレーザ溶接方法
WO2007088551A3 (en) * 2006-02-05 2008-01-10 Metal Tech Ltd Perforated flow distributor plate
KR100783423B1 (ko) 2006-05-03 2007-12-07 현대자동차주식회사 연료 전지용 금속 분리판
JP2007311069A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法
JP2007311074A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法
US8034510B2 (en) 2006-10-25 2011-10-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas diffusion layer in a fuel cell
US8882859B2 (en) 2006-12-12 2014-11-11 Hyundai Motor Company Method for manufacturing metal separator for fuel cell
CN102049601A (zh) * 2010-10-30 2011-05-11 上海交通大学 电流辅助的燃料电池超薄金属双极板压焊装置及其方法
EP2672547A2 (en) * 2011-04-26 2013-12-11 LG Chem, Ltd. Bus bar having a novel structure, and battery module including same
EP2672547A4 (en) * 2011-04-26 2014-03-12 Lg Chemical Ltd BUS RAIL WITH A NOVEL STRUCTURE AND BATTERY MODULE THEREWITH
US9136521B2 (en) 2011-04-26 2015-09-15 Lg Chem, Ltd. Bus bar having novel structure and battery module including the same
WO2014185193A1 (ja) * 2013-05-16 2014-11-20 日産自動車株式会社 燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法
JP6020718B2 (ja) * 2013-05-16 2016-11-02 日産自動車株式会社 燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法
JPWO2014185193A1 (ja) * 2013-05-16 2017-02-23 日産自動車株式会社 燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法
US9911986B2 (en) 2013-05-16 2018-03-06 Nissan Motor Co., Ltd. Apparatus and method for producing fuel cell separator assembly
JP2016015310A (ja) * 2014-06-11 2016-01-28 日産自動車株式会社 レーザー溶接装置、およびレーザー溶接方法
JP2019036443A (ja) * 2017-08-10 2019-03-07 日産自動車株式会社 燃料電池スタックのセル構造および燃料電池セルのたわみ規制方法
JP2019220368A (ja) * 2018-06-21 2019-12-26 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール及び燃料電池システム

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