KR20150092706A

KR20150092706A - 연료 전지의 제조 방법 및 연료 전지용 가스 세퍼레이터

Info

Publication number: KR20150092706A
Application number: KR1020150014167A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 와타나베
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2015-08-13
Also published as: US10033060B2; EP2911228B1; EP2911228A1; CN104821410B; US20150221971A1; JP6168071B2; JP2015165488A; CN104821410A; KR101709389B1

Abstract

본 발명의 과제는, 가스 세퍼레이터를 적층할 때의 위치 결정 정밀도를 향상시키는 것이다.
연료 전지 제조 장치(50)가 구비하는 안내부(58)는, 서로 평행하며 중력 방향에 수직인 적층 방향으로 연장되는 제1 및 제2 안내 부재(52)를 구비한다. 가스 세퍼레이터에는, 외주에 형성된 오목 및/또는 볼록 형상을 구비하는 제1 및 제2 결합부(28)가 설치되어 있다. 연료 전지의 제조 방법은, 제1 안내 부재에 제1 결합부를 결합시킴과 함께, 제2 안내 부재에 제2 결합부를 결합시켜, 가스 세퍼레이터를 포함하는 복수의 부재를 적층하는 적층 공정을 구비한다. 적층되는 복수의 부재는, 제1 및 제2 지지 개소가, 가스 세퍼레이터의 무게 중심을 사이에 두고 이격되는 위치에 배치된다. 적층면 상에서, 제1 및 제2 지지 개소를 연결한 직선보다도 중력 방향 하방의 영역에 무게 중심이 존재한다.

Description

연료 전지의 제조 방법 및 연료 전지용 가스 세퍼레이터 {MANUFACTURING METHOD OF FUEL CELL AND GAS SEPARATOR FOR FUEL CELL}

본 발명은, 연료 전지의 제조 방법 및 연료 전지용 가스 세퍼레이터에 관한 것이다.

연료 전지는, 일반적으로, 전해질층과, 전해질층을 끼움 지지하는 한 쌍의 전극과, 전극의 더욱 외측에 배치되는 한 쌍의 가스 세퍼레이터를 구비하는 단셀을, 복수 적층함으로써 형성된다. 연료 전지를 조립할 때에는, 상기 각 부재를 위치 정렬하면서 순차 적층한다. 이러한 적층 동작은, 예를 들어 강성이 낮은 전해질층 및 전극을, 비교적 강성이 높은 가스 세퍼레이터와 위치 정렬하여 미리 일체화한 후에, 가스 세퍼레이터 사이를 위치 정렬하면서 행할 수 있다.

가스 세퍼레이터를 위치 정렬하면서 적층하는 방법으로서, 예를 들어, 대략 사각 형상의 가스 세퍼레이터의 상변과 하변의 각각의 중앙부에 결합부를 설치함과 함께, 연료 전지의 제조 장치에 있어서, 상기 2개의 결합부 사이의 거리만큼 서로 중력 방향으로 이격되어, 가스 세퍼레이터의 적층 방향에 있어서 중력 방향에 수직인 적층 방향으로 연장되는 평행한 2개의 위치 결정 프레임을 설치하는 구성이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이러한 구성에서는, 가스 세퍼레이터의 상변 및 하변의 결합부를 2개의 위치 결정 프레임에 결합시켜, 가스 세퍼레이터를 상변의 결합부에 있어서 현수함과 함께, 하변의 결합부를 위치 결정 프레임에 충돌시킨 상태에서 적층의 동작을 행한다.

또한, 다른 적층 방법으로서, 가스 세퍼레이터의 주변 근방의 특정 위치에 복수의 위치 결정 구멍을 형성함과 함께, 연료 전지의 제조 장치에 있어서, 상기 복수의 위치 결정 구멍 사이의 위치에 따른 위치에서 연직 방향으로 연장되는 평행한 복수의 위치 결정 샤프트를 설치하는 구성이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이러한 구성에서는, 가스 세퍼레이터의 각 위치 결정 구멍을 대응하는 위치 결정 샤프트에 통과시켜, 가스 세퍼레이터를 연직 방향으로 쌓아 올리도록 적층 동작을 행한다.

일본 특허 공개 제2008-123760호 공보 일본 특허 공개 제2007-242487호 공보

그러나, 가스 세퍼레이터의 상변에서 가스 세퍼레이터를 현수하면서 가스 세퍼레이터를 현수하는 경우에는, 가스 세퍼레이터의 끼움 삽입 동작을 위해 결합부와 위치 결정 프레임 사이에 필연적으로 형성되는 간극에 기인하여, 가스 세퍼레이터가, 상기 결합부를 중심으로 하여 비교적 용이하게 요동할 가능성이 있다. 또한, 가스 세퍼레이터의 위치 결정 구멍을 위치 결정 샤프트에 통과시켜 가스 세퍼레이터를 쌓아 올리는 경우에도, 가스 세퍼레이터의 끼움 삽입 동작을 위해 위치 결정 구멍과 위치 결정 샤프트 사이에 필연적으로 형성되는 간극에 기인하여, 가스 세퍼레이터가, 비교적 용이하게 가스 세퍼레이터의 면 방향으로 어긋날 가능성이 있다. 그로 인해, 가스 세퍼레이터를 적층할 때의 위치 정렬 정밀도의 가일층의 향상이 요망되고 있었다.

또한, 위치 결정 구멍을 위치 결정 샤프트에 통과시켜 가스 세퍼레이터를 쌓아 올릴 때, 위치 결정 구멍 및 위치 결정 샤프트의 수를 증가시켜 위치 정렬 정밀도를 높이는 구성도 생각되지만, 이 경우에는, 위치 결정 구멍 및 위치 결정 샤프트의 형성 정밀도를 더욱 높일 필요가 있고, 또한 적층 동작이 번잡화될 가능성이 있으므로, 채용하기 어려운 경우가 있다.

본 발명은, 상술한 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.

(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지 제조 장치가 구비하는 안내부에 가스 세퍼레이터를 순차 결합시키면서, 가스 세퍼레이터를 포함하는 복수의 부재를 적층하는 연료 전지의 제조 방법이 제공된다. 여기서, 상기 안내부는, 서로 평행하며 수평 방향으로 이격함과 함께, 상기 가스 세퍼레이터를 포함한 복수의 부재의 적층 방향에 있어서 상기 수평 방향 및 중력 방향에 수직인 적층 방향으로 연장되는 제1 및 제2 안내 부재를 구비한다. 상기 가스 세퍼레이터에는, 상기 제1 및 제2 안내 부재에 대응하는 위치에, 상기 가스 세퍼레이터의 외주에 형성된 오목 및/또는 볼록 형상을 구비하는 제1 및 제2 결합부가 설치되어 있다. 이 연료 전지의 제조 방법은, 상기 제1 안내 부재에 상기 제1 결합부를 결합시킴과 함께, 상기 제2 안내 부재에 상기 제2 결합부를 결합시켜, 상기 가스 세퍼레이터를 상기 연료 전지 제조 장치에 결합시킴으로써 상기 가스 세퍼레이터를 포함하는 복수의 부재를 수평 방향으로 적층하는 적층 공정을 구비한다. 상기 적층 공정에 의해 적층된 상기 복수의 부재는, 상기 제1 및 제2 결합부에 있어서 상기 제1 및 제2 안내 부재에 지지되는 제1 및 제2 지지 개소가, 상기 가스 세퍼레이터의 무게 중심을 사이에 두고 이격되는 위치에 배치됨과 함께, 상기 가스 세퍼레이터의 적층면 상에서, 상기 제1 및 제2 지지 개소를 연결한 직선보다도 중력 방향 하방의 영역에 상기 무게 중심이 존재하는 구성을 충족한다.

이 형태의 연료 전지의 제조 방법에 의하면, 적층 방향으로 연장되는 제1 및 제2 안내 부재에 가스 세퍼레이터의 제1 및 제2 결합부를 결합시켜, 가스 세퍼레이터를 현수한 상태에서 적층하므로, 중력을 이용하여 각 가스 세퍼레이터를 중력 방향에 평행한 상태로 할 수 있어, 가스 세퍼레이터를 서로 고정밀도로 위치 정렬하면서 적층하는 것이 용이해진다. 특히, 가스 세퍼레이터를 적층시의 방향으로 배치하였을 때, 가스 세퍼레이터의 무게 중심보다도 중력 방향 상방에 있어서 무게 중심을 사이에 두고 수평 방향으로 이격되도록, 제1 및 제2 지지 개소를 배치하고 있으므로, 가스 세퍼레이터가 결합부를 중심으로 하여 요동하는 것을 억제하여, 적층시에 회전 방향의 어긋남이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 가스 세퍼레이터를 현수한 상태에서 적층하므로, 적층 방향으로 중력이 작용하지 않아, 중력에 기인하여 가스 세퍼레이터의 면압이 높아지는 일이 없다. 그로 인해, 이미 적층한 가스 세퍼레이터의 적층 어긋남을 수정하는 동작을, 비교적 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

(2) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 지지 개소는, 상기 가스 세퍼레이터의 무게 중심보다도 중력 방향 상방에 배치되는 것으로 해도 된다. 이 형태의 연료 전지의 제조 방법에 의하면, 가스 세퍼레이터의 적층시에, 가스 세퍼레이터를, 보다 안정적으로 현수할 수 있다.

(3) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 지지 개소는, 상기 제1 및 제2 결합부를 상기 제1 및 제2 안내 부재에 결합시켰을 때, 상기 무게 중심으로부터의 중력 방향의 거리가 서로 다른 것으로 해도 된다. 이 형태의 연료 전지의 제조 방법에 의하면, 가스 세퍼레이터를 적층할 때, 가스 세퍼레이터의 방향(표리)의 식별성이 높아져, 가스 세퍼레이터를 적층할 때의 작업성이 향상된다.

(4) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 적층 공정은; 상기 제1 지지 개소가, 상기 제2 지지 개소보다도, 중력 방향 상방에 배치됨과 함께; 상기 제1 및 제2 결합부에 있어서 상기 제1 및 제2 안내 부재에 의한 지지가 가능한 영역인 제1 및 제2 지지 영역과, 상기 제1 및 제2 안내 부재에 있어서 상기 제1 및 제2 결합부와 접하는 것이 가능한 영역인 제1 및 제2 접촉 영역 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 제1 결합부측으로부터 상기 제2 결합부측을 향해 중력 방향 하방으로 기우는 경사면을 형성하도록; 상기 제1 및 제2 결합부를 상기 제1 및 제2 안내 부재에 결합시키는 공정인 것으로 해도 된다.

이 형태의 연료 전지의 제조 방법에 의하면, 가스 세퍼레이터를 적층할 때, 수평 방향의 위치 정렬 정밀도를 높일 수 있다.

(5) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 적층 공정은, 상기 제1 결합부에 있어서 상기 가스 세퍼레이터를 상기 안내 부재에 대해 위치 결정하도록, 상기 제1 및 제2 결합부를 상기 제1 및 제2 안내 부재에 결합시키는 공정인 것으로 해도 된다. 이 형태의 연료 전지의 제조 방법에 의하면, 가스 세퍼레이터를 적층할 때, 가스 세퍼레이터의 적층면을 서로 평행하게 유지하는 효과를 높일 수 있다.

(6) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 안내부는, 상기 제1 및 제2 결합부와 상기 제1 및 제2 안내 부재 사이의 밀착을 억제하는 진동을, 상기 제1 및 제2 안내 부재에 발생시키는 진동 발생부를 더 구비하고, 상기 적층 공정은, 상기 진동 발생부에 의해 상기 안내 부재에 진동을 발생시키면서 행해지는 것으로 해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 가스 세퍼레이터와 제1 및 제2 안내 부재 사이의 마찰에 기인하는 가스 세퍼레이터의 손상을 억제할 수 있다.

(7) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 연료 전지용 가스 세퍼레이터가 제공된다. 연료 전지용 가스 세퍼레이터는, 상기 가스 세퍼레이터의 외주에 형성된 오목 및/또는 볼록 형상을 구비하는 제1 및 제2 결합부가 설치되어 있다. 상기 제1 및 제2 결합부는, 상기 제1 및 제2 결합부에서 상기 가스 세퍼레이터를 현수하였을 때; 상기 가스 세퍼레이터의 적층면이 중력 방향에 평행해지는 제1 상태이며; 상기 가스 세퍼레이터의 적층면 상에서, 상기 제1 결합부에 있어서 현수를 위해 다른 부재와 접촉 가능한 제1 지지 영역 상의 제1 임의의 점과, 상기 제2 결합부에 있어서 현수를 위해 다른 부재와 접촉 가능한 제2 지지 영역 상의 제2 임의의 점을 연결한 직선보다도 중력 방향 하방의 영역에, 상기 가스 세퍼레이터의 무게 중심이 존재함과 함께, 상기 제1 및 제2 지지 영역끼리가 상기 무게 중심을 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 배치되는 제1 상태에서; 상기 가스 세퍼레이터를 현수 가능한 위치에 설치되어 있다.

이 형태의 연료 전지용 가스 세퍼레이터에 의하면, 제1 및 제2 결합부를, 제1 및 제2 결합부 사이의 위치 관계에 따른 위치 관계에 배치되어 적층 방향으로 연장되는 소정의 안내 부재에 결합시켜, 가스 세퍼레이터의 적층면이 중력 방향에 평행해지도록 가스 세퍼레이터를 현수함으로써, 가스 세퍼레이터를 고정밀도로 위치 정렬하면서 적층하는 것이 용이해진다. 또한, 이와 같이 하여 가스 세퍼레이터를 포함하는 복수의 부재를 적층함으로써, 이미 적층한 가스 세퍼레이터의 적층 어긋남을 수정하는 동작을, 비교적 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

본 발명은 상기 이외의 다양한 형태로 실현 가능하고, 예를 들어 연료 전지의 제조 방법에 의해 제조된 연료 전지, 연료 전지용 가스 세퍼레이터의 적층 방법, 연료 전지용 가스 세퍼레이터의 반송 방법, 단셀의 적층 방법, 단셀의 반송 방법 등의 형태로 실현하는 것이 가능하다.

도 1은 단셀의 구성의 개략을 도시하는 분해 사시도.
도 2는 연료 전지 스택의 외관을 도시하는 사시도.
도 3은 연료 전지 스택의 조립 모습을 도시하는 설명도(정면시).
도 4는 연료 전지 스택의 조립 모습을 도시하는 설명도(측면시).
도 5는 연료 전지 스택의 조립 모습을 도시하는 설명도(평면시).
도 6은 단셀을 중력 방향으로 적층하는 모습을 도시하는 설명도.
도 7은 단셀을 경사시켜 적층하는 모습을 도시하는 설명도.
도 8은 단셀의 상변과 하변의 중앙부에 결합부를 설치하는 구성을 도시하는 설명도.
도 9는 결합부 대신에 핀 구멍을 형성한 단셀의 구성을 도시하는 설명도.
도 10은 단셀을 적층하는 모습을 도시하는 설명도.
도 11은 결합부의 근방의 모습을 확대하여 도시하는 설명도.
도 12는 결합부의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 13은 결합부의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 14는 결합부의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 15는 결합부의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 16은 안내 부재의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 17은 결합부의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 18은 단셀이 안내 부재에 결합되어 적층되는 모습을 도시하는 사시도.
도 19는 결합부의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 20은 결합부 및 안내 부재의 배치에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 21은 결합부 및 안내 부재의 형상과 적층의 동작에 관한 변형예를 도시하는 설명도.
도 22는 제1 결합부(28)와 제1 안내 부재(52)가 결합되는 모습을 도시하는 설명도.
도 23은 제2 결합부(28)측에서 수평 방향의 위치 결정을 행하는 구성을 도시하는 설명도.
도 24는 위치 정렬의 장소에 따라 적층되는 단셀에 가해지는 힘이 서로 다른 모습을 도시하는 설명도.
도 25는 결합부(28)와 안내 부재(52)가 점 접촉하는 구성을 도시하는 설명도.
도 26은 수평 방향의 위치 정렬에 관한 변형예를 도시하는 설명도.

A. 연료 전지의 전체 구성:

도 1은, 본 발명의 적합한 일 실시 형태로서의 연료 전지를 구성하는 단셀(10)의 구성의 개략을 도시하는 분해 사시도이다. 또한, 도 2는 단셀(10)을 적층하여 이루어지는 연료 전지 스택(11)의 외관을 도시하는 사시도이다.

단셀(10)은, 발전부(12)와, 발전부(12)를 외주부에 있어서 양측으로부터 끼움 지지하는 1세트의 수지 프레임(13, 14)과, 수지 프레임(13, 14)에 의해 지지되는 발전부(12)를 양측으로부터 끼움 지지하는 1세트의 가스 세퍼레이터(15, 16)를 구비하고 있다.

발전부(12)는, 전해질막과, 전해질막 상에 형성된 전극을 구비하고 있다. 본 실시 형태의 연료 전지는, 고체 고분자형 연료 전지이며, 전해질막은, 고체 고분자 재료, 예를 들어 불소계 수지에 의해 형성된 프로톤 전도성의 이온 교환막에 의해 구성되어 있다. 전극인 애노드 및 캐소드는, 촉매로서, 예를 들어 백금, 혹은 백금 합금을 구비하고 있고, 이들 촉매를, 도전성을 갖는 담체 상에 담지시킴으로써 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 애노드 및 캐소드는, 예를 들어 상기 촉매를 담지한 카본 입자와, 전해질막을 구성하는 고분자 전해질과 마찬가지인 전해질을 함유하는 전극 잉크를, 전해질막 상에 도포함으로써 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 발전부(12)는, 전극 상에 배치되고, 카본 페이퍼 등의 도전성을 갖는 다공질체에 의해 구성되는 가스 확산층을 더 구비하고 있다.

가스 세퍼레이터(15, 16)는, 대략 직사각 형상의 금속제 박판 부재로, 프레스 성형에 의해 그 양면에 요철 형상이 형성됨과 함께, 소정의 위치에 구멍부가 형성되어 있다. 이러한 요철 형상에 의해, 가스 세퍼레이터(15)와 발전부(12) 사이, 및 가스 세퍼레이터(16)와 발전부(12) 사이에는, 반응 가스(수소를 함유하는 연료 가스 혹은 산소를 함유하는 산화 가스)가 흐르는 셀 내 가스 유로가 형성된다. 또한, 인접하는 단셀(10) 사이에서는, 한쪽의 단셀이 구비하는 가스 세퍼레이터(15)의 요철 형상과, 다른 쪽의 단셀이 구비하는 가스 세퍼레이터(16)의 요철 형상에 의해, 냉매의 유로인 셀간 냉매 유로가 형성된다.

수지 프레임(13, 14)은, 절연성 수지에 의해 형성되어 있고, 중앙부에, 대략 사각 형상의 구멍부이며, 가스 세퍼레이터(15, 16)에 있어서 셀 내 가스 유로를 형성하기 위한 요철 형상이 형성된 영역과 거의 겹치도록 형성된 구멍부(29)가 형성되어 있다. 수지 프레임(13, 14)은, 소정의 높이의 요철을 갖는 가스 세퍼레이터(15, 16)와 발전부(12) 사이에 배치되어, 가스 유로로 되는 공간을 확보하기 위한 스페이서로서의 역할을 하고 있다.

가스 세퍼레이터(15, 16) 및 수지 프레임(13, 14)은, 그 외주부의 대응하는 위치에, 6개의 구멍부(22∼27)를 구비하고 있다. 이들 구멍부(22∼27)는, 가스 세퍼레이터(15, 16) 및 수지 프레임(13, 14)이 적층되어 연료 전지가 조립되었을 때에는, 대응하는 구멍부끼리가 적층 방향으로 겹쳐져, 연료 전지 내부를 적층 방향으로 관통하는 유체 유로를 형성한다. 즉, 각 셀 내 가스 유로와의 사이에서 반응 가스의 공급 혹은 배출을 행하는 반응 가스 매니폴드나, 각 셀간 냉매 유로와의 사이에서 냉매의 공급 혹은 배출을 행하는 냉매 매니폴드를 형성한다. 또한, 각 가스 세퍼레이터(15, 16) 및 수지 프레임(13, 14)에는, 외주에 설치된 요철 형상(오목 및/또는 볼록 형상)인 결합부(28)가, 적층 방향으로 겹쳐지는 위치에 2개씩 설치되어 있다. 결합부(28)는, 가스 세퍼레이터(15, 16)를 포함하는 단셀(10)을 적층할 때 사용하는 구조로, 이후에 상세히 후술한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지는, 복수의 단셀(10)을 적층하여 이루어지는 스택 구조를 갖고, 단셀(10)의 적층체의 양단부에, 출력 단자(32 또는 33)를 구비하는 한 쌍의 집전판(31), 한 쌍의 절연판(35), 엔드 플레이트(36, 37)를 순차 배치함으로써 형성된다. 집전판(31), 절연판(35) 및 엔드 플레이트(36, 37)의 각각에는, 가스 세퍼레이터(15, 16) 및 수지 프레임(13, 14)과 마찬가지로 한 쌍의 결합부(28)가 설치되어 있다. 단, 표면에 요철 형상이 없고 평탄한 표면을 갖는 집전판(31), 절연판(35) 및 엔드 플레이트(36, 37)는, 가스 세퍼레이터(15, 16)와는 달리, 적층 어긋남이 발생해도 적층면에 있어서의 면압의 불균일을 발생시키는 일이 없으므로, 가스 세퍼레이터(15, 16)에 비해 결합부(28)의 형성 정밀도를 낮게 해도 된다.

또한, 도 2에 있어서 전방측에 기재한 집전판(31), 절연판(35) 및 엔드 플레이트(36)에는, 가스 세퍼레이터에 형성한 구멍부(22∼27)와 적층 방향으로 겹쳐지는 위치에, 구멍부(41∼46)가 형성되어 있다. 이들 구멍부(41∼46)를 통해, 앞서 서술한 매니폴드에 대해 반응 가스 혹은 냉매의 급배가 행해진다. 또한, 연료 전지 스택(11)은, 단셀(10)의 적층 방향으로 소정의 압박력을 가하여 체결한 상태에서 보유 지지되지만, 도 2에서는, 연료 전지 스택(11)의 체결 구조에 대해서는 도시를 생략하고 있다.

B. 연료 전지 스택(11)의 조립 공정:

연료 전지를 제조할 때에는, 가스 세퍼레이터(15)와 수지 프레임(13)을 위치 정렬하여 접착함과 함께, 가스 세퍼레이터(16)와 수지 프레임(14)을 위치 정렬하여 접착한다. 또한, 발전부(12)와 수지 프레임(13, 14)을 접합함으로써, 단셀(10)을 제작한다. 이러한 단셀(10)을 복수 준비하여 순차 적층함으로써, 연료 전지 스택(11)을 조립한다.

도 3∼도 5는, 연료 전지 스택(11)의 조립 모습을 도시하는 설명도이다. 도 3은 정면에서 본 모습을 도시하고, 도 4는 측면에서 본 모습을 도시하고, 도 5는 평면에서 본 모습을 도시한다. 본 실시 형태에서는, 각 단셀(10)의 적층면을 중력 방향과 평행을 향하게 적층 하고, 조립을 행한다. 도 3∼도 5에서는, 가스 세퍼레이터(15, 16)[단셀(10)]의 길이 방향에 평행한 방향을 X 방향으로 하고 있고, X 방향에 수직인 적층 방향을 Y 방향으로 하고 있다. 또한, 중력 방향 상향을 Z 방향으로 하고 있다. X 방향과 Y 방향의 양쪽은, Z 방향에 수직이다. 또한, 적층면이라 함은, 각 단셀(10)에 있어서 인접하는 단셀(10)과 접하는 면, 및 연료 전지 스택(11)을 구성하는 각 부재에 있어서, 이러한 면과 평행한 면을 말한다.

도 3∼도 5에 도시하는 바와 같이, 연료 전지의 조립은, 제조 장치(50)를 사용하여 행한다. 제조 장치(50)는, 안내부(58)를 구비하고 있다. 안내부(58)는, 서로 평행하며, 적층 방향, 즉, Y 방향으로 연장됨과 함께, 중력 방향(Z 방향)으로 투영하였을 때 서로 다른 위치에 존재하는 박판 형상의 2개의 안내 부재(52)를 구비하고 있다. 연료 전지를 조립할 때에는, 2개의 안내 부재(52)에 대해 단셀(10)에 설치한[가스 세퍼레이터(15, 16) 및 수지 프레임(13, 14)에 설치한] 2개의 결합부(28)를 결합시킨다. 즉, 단셀(10)에 설치한 2개의 결합부(28)는, 도 3에 도시하는 정면시[단셀(10)의 적층면]에 있어서, 2개의 안내 부재(52)의 위치 관계를 만족시키도록 설치되어 있다.

도 3에서는, 단셀(10)의 적층면에 있어서의 무게 중심[가스 세퍼레이터(15, 16)의 무게 중심]을 점 C로서 나타내고 있지만, 본 실시 형태의 단셀(10)[세퍼레이터(15, 16)]은 대략 직사각 형상이므로, 무게 중심 C는 대각선의 교점이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 단셀(10)에 설치한 2개의 결합부(28)는, 적층시에 중력 방향과 평행해지는 서로 대향하는 변에 각각 설치되어 있다. 즉, 단셀(10)에 설치한 2개의 결합부(28)는, 무게 중심 C를 사이에 두고 수평 방향으로 이격되는 위치에 배치되어 있다. 또한, 상기 2개의 결합부(28)는 모두, 무게 중심 C보다도 중력 방향 상방에 배치되어 있다. 특히 본 실시 형태에서는, 2개의 결합부(28)는 단셀(10)을 적층시의 방향으로 배치하였을 때, 무게 중심 C로부터의 중력 방향의 거리가 서로 다르다. 도 3에서는, 한쪽의 결합부(28)에 있어서 안내 부재(52)에 지지되는 지지 개소의, 무게 중심 C로부터의 중력 방향의 거리를 b₁로서 나타내고 있고, 다른 쪽의 결합부(28)에 있어서 안내 부재(52)에 지지되는 지지 개소의, 무게 중심 C로부터의 중력 방향의 거리를 b₂로서 나타내고 있다. 여기서는, b₂＜b₁이 성립된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 단셀(10)에 설치한 한 쌍의 결합부(28) 중, 무게 중심 C로부터의 거리가 b₁인 결합부(28)를 제1 결합부라고도 하고, 무게 중심 C로부터의 거리가 b₂인 결합부(28)를 제2 결합부라고도 한다. 또한, 한 쌍의 안내 부재(52) 중, 제1 결합부와 결합되는 안내 부재(52)를 제1 안내 부재라 하고, 제2 결합부와 결합되는 안내 부재(52)를 제2 안내 부재라 한다.

단셀(10)의 외주에 설치한 요철 형상인 결합부(28)는 대략 사각 형상이며, 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변에서 개구되는 오목부 형상을 갖고 있다. 단셀(10)을 적층할 때에는, 오목부 형상인 2개의 결합부(28) 내에 안내 부재(52)를 끼워 넣도록 하여, 단셀(10)을 제조 장치(50)에 장착한다. 상기 끼워 넣기 후에는, 박판 형상의 안내 부재(52)의 상면이 결합부(28)의 내주에 접촉하여 단셀(10)을 중력 방향 하방으로부터 지지함으로써, 단셀(10)이 현수된다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 단셀(10)을 제조 장치(50)에 장착하면, 결합부(28)의 내주와 안내 부재(52) 사이에는, X 방향의 크기가 a₁ 및 a₂인 간극이 형성된다. 상기 간극의 크기의 합계인 (a₁+a₂)는 연료 전지 스택(11)에 있어서의 X 방향의 적층 어긋남의 크기로서 허용할 수 있는 값 이하로 되도록 설정되어 있다. 또한, 상기 간극의 크기의 합계인 (a₁+a₂)는 2개의 안내 부재(52)에 결합부(28)를 결합시키는 동작을 지장 없이 실시할 수 있도록 설정되어 있다. 여기서, 2개의 안내 부재(52)에 결합부(28)를 결합시키는 동작을 지장 없이 행하기 위한 여유는, 결합부(28)의 중력 방향(Z 방향)의 길이에 의해서도 확보되어 있다. 또한, 연료 전지 스택(11)에 있어서의 Z 방향의 적층 어긋남의 정밀도는, 2개의 안내 부재(52)의 상면의 위치 정밀도와, 안내 부재(52)의 상면에 접하는 결합부(28)의 내주의 형상 정밀도에 의해 확보하고 있다.

도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 엔드 플레이트(36)는 단부(36a)와, 단부(36a)로부터 적층 방향으로 돌출되어 설치된 베이스부(36b)를 구비하고 있다. 베이스부(36b)는 적층면의 형상이, 각 단셀(10)과 거의 동일하고, 결합부(28)와 적층 방향으로 정확히 겹쳐지는 형상의 절결부(38)가 설치되어 있다. 단부(36a)는, 적층면의 형상이, 베이스부(36b)보다도 한층 크게 주위 방향으로 돌출된 대략 사각 형상으로 되어 있다. 연료 전지 스택(11)을 조립할 때에는, 우선, 2개의 안내 부재(52) 중 한쪽의 단부를, 엔드 플레이트(36)의 베이스부(36b)에 설치된 절결부(38)에 끼워 넣는다. 또한, 도 4에서는, 각 동작의 설명을 위해, 최초에 행해지는 안내 부재(52)를 절결부(38)에 끼워 넣는 동작과 함께, 복수의 단셀(10)이 순차 적층되는 동작이 나타내어져 있다.

2개의 안내 부재(52) 중 한쪽의 단부를 절결부(38)에 끼워 넣으면, 절연판(35), 집전판(31)을 이 순서로 안내 부재(52)에 결합시켜, 엔드 플레이트(36)의 베이스부(36b)에 압박하도록 순차 적층한다. 그 후, 복수의 단셀(10)을 순차 안내 부재(52)에 결합시켜 적층한다. 또한, 단셀(10) 등의 각 부재를 적층할 때에는, 인접하는 부재 사이에 시일재를 적절하게 배치한다. 원하는 수의 단셀(10)을 적층한 후에는, 집전판(31), 절연판(35) 및 엔드 플레이트(37)를 이 순서로 안내 부재(52)에 결합시켜 적층하고, 얻어진 적층체 전체를 적층 방향으로 압박하면서 체결함으로써, 연료 전지 스택(11)을 완성한다. 또한, 도 4 및 도 5에 기초하는 상기 설명에서는, 구멍부(41∼46)가 형성된 엔드 플레이트(36)측으로부터 차례로 적층 동작을 행하였지만, 역의 순서로 해도 된다. 즉, 엔드 플레이트(37)를 선두에 배치하여, 엔드 플레이트(37)측으로부터 엔드 플레이트(36)측을 향해 각 부재를 적층하고, 연료 전지 스택(11)을 제조해도 된다.

여기서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제조 장치(50)의 안내부(58)에 있어서, 각각의 안내 부재(52)와 결합부(28) 사이의 밀착을 억제하기[각각의 안내 부재(52)와 결합부(28) 사이의 마찰을 저감시키기] 위한 진동을 안내 부재(52)에 발생시키는 진동 발생부(53)를 설치하는 것으로 해도 된다. 진동 발생부(53)는, 예를 들어 초음파 진동자로 할 수 있다. 이에 의해, 안내 부재(52) 전체에서 초음파를 발생시켜, 각 단셀(10)이 약간 부상된 상태로 하여, 각 단셀(10)을 리니어 반송하는 것이 가능해진다. 그 결과, 상기 마찰에 기인하는 단셀(10)의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 진동 발생부(53)에 의해 단셀(10)을 리니어 반송하는 힘은 안내 부재(52) 전체에서 발생하므로, 단셀(10)이 적층된 후, 즉 도 5에 있어서 화살표 α로 나타낸 범위의 단셀(10)에 있어서도, 화살표 방향으로 단셀(10)을 이동시키려고 하는 힘이 작용한다. 그러나, 초음파 진동자에 의해 발생하는 반송력은 통상은 그다지 크지 않으므로, 엔드 플레이트(36)측으로 이동한 각 단셀(10)이 엔드 플레이트(36)측에서 인접하는 단셀(10)과 접촉한 후에, 이미 적층된 적층체를 압박하는 힘이 문제로 되는 일은 없다.

또한, 진동 발생부(53)는, 초음파 진동자 이외여도 되고, 각각의 안내 부재(52)와 결합부(28) 사이의 밀착을 억제 가능해지는 진동을 안내 부재(52)에 발생시킬 수 있으면 된다. 또한, 진동 발생부(53)가 발생시키는 진동은, 단셀(10)의 적층시에 허용되는 적층 어긋남에 대해 충분히 작은 진폭을 갖고 있으면 된다.

상기 적층시에, 안내 부재(52)에 결합부(28)를 결합시킨 후에, 단셀(10)을 엔드 플레이트(36)측으로 이동시키는 동작(도 5에 있어서 화살표 β로 나타낸 범위의 이동 동작)은, 수작업에 의해 행해도 되지만, 반송 장치를 사용하여 기계적으로 행해도 된다. 전술한 바와 같이 안내부(58)에 초음파 진동자를 설치하여 단셀(10)을 리니어 반송하는 경우라도, 제조 효율을 향상시키기 위해서는, 단셀(10)을 이동시키는 힘을 별도로 가하는 것이 바람직하다. 도 4, 도 5에서는, 제조 장치(50)에 반송 장치(55)를 설치한 구성을 나타내고 있다. 반송 장치(55)는, 적층체에 대해 중력 방향 상방과 하방의 양쪽에 설치되어 있다. 각각의 반송 장치(55)는, 2개의 회전축(56)에 의해 일정 방향으로 회전 구동되는 벨트(57)를 구비하고 있고, 이 벨트(57)가 각 단셀(10)의 상변과 하변의 각각에 접함으로써, 각 단셀(10)을 엔드 플레이트(36)측으로 이동시킨다. 상방과 하방의 반송 장치(55) 사이에서, 벨트(57)의 구동 속도를 일정하게 맞춤으로써, 각 단셀(10)의 적층면이 중력 방향과 평행한 상태를 유지한 채, 각 단셀(10)을 평행하게 이동시킬 수 있다. 이 반송 장치(55)에서는, 단셀(10)의 적층에 수반하여, 벨트(57)의 구동 속도에 따른 일정 속도로, 적층 방향[Y 방향이며, 엔드 플레이트(36)로부터 이격되는 방향]으로 벨트(57) 및 회전축(56)이 평행 이동한다. 그로 인해, 적층된 단셀(10)의 매수가 증가해도, 적층체에 있어서의 엔드 플레이트(36)로부터 가장 이격된 단부와 벨트(57)의 상대적인 위치 관계가 유지된다. 이에 의해, 단셀(10)의 적층 매수가 증가해도, 반송 장치(55)를 사용하여 단셀(10)을 이동시켜 적층하는 동작을 계속할 수 있다.

또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 반송 장치(55)에는, 적층 종료된 단셀(10)로 이루어지는 제조 도중의 적층체에 있어서의 단셀(10)의 복귀나 기울기의 발생을 억제하기 위한 임시 압박부(54)를 설치하는 것이 바람직하다. 임시 압박부(54)로서는, 반송 장치에서 반송되는 워크의 역주행을 방지하기 위해 사용하는 주지의 안티백 기구를 적절하게 사용할 수 있다. 이러한 임시 압박부(54)는, 일방향으로의 워크의 이동[엔드 플레이트(36)측으로의 단셀(10)의 이동]을 허용하지만, 반대측으로의 이동을 방해하는 레버(갈고리부)를 구비하고 있다. 도 5에서는, 임시 압박부(54)로서, 상기 레버의 부분만을 나타내고 있다.

도 5에 도시한 임시 압박부(54)는, 반송 장치(55)에 있어서, 회전축(56) 및 벨트(57)로부터 이격된 위치이며, 제조 도중의 적층체에 있어서 엔드 플레이트(36)로부터 가장 이격되어 배치된 단셀(10)을 임시 압박할 수 있는 위치에, 회전축(56) 및 벨트(57)와의 상대적인 위치가 변화되지 않도록 고정되어 있다. 즉, 임시 압박부(54)는 단셀(10)의 적층 동작에 수반하여 회전축(56) 및 벨트(57)와 함께 적층 방향[Y 방향이며, 엔드 플레이트(36)로부터 이격되는 방향]으로 평행 이동 가능해지도록, 반송 장치(55)에 고정되어 있다. 이에 의해, 제조 도중의 적층체에 있어서의 단셀(10)의 적층 매수가 증가해도, 적층체에 있어서 엔드 플레이트(36)로부터 가장 이격되어 배치된 단셀(10)을 계속 임시 압박할 수 있다.

임시 압박부(54)는, 적어도 중력 방향 상방(Z 방향측)에 배치된 반송 장치(55)에 있어서, 단셀(10)의 X 방향의 양단부 근방을 임시 압박할 수 있는 위치에 한 쌍 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제조 도중의 적층체에 있어서, 각 단셀(10)이 X 방향에 평행하게 배치된 상태를 용이하게 유지 가능해진다. 임시 압박부(54)의 상기 레버(갈고리부)를 중력 방향 하방으로 보다 길게 형성함으로써, 제조 도중의 적층체에 있어서, 각 단셀(10)을 중력 방향(Z 방향)에 평행한 상태로 유지하기 쉬워진다. 또한, 한 쌍의 임시 압박부(54)를, 중력 방향 하방의 배치된 반송 장치(55)에도 마찬가지로 설치함으로써, 각 단셀(10)을 중력 방향에 평행한 상태로 더욱 유지하기 쉽게 할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 실시 형태에 따르면, 중력 방향에 수직인 적층 방향으로 연장되는 안내 부재에 단셀(10)을 결합시켜, 단셀(10)을 현수한 상태에서 적층하므로, 중력을 이용하여 단셀(10)을 중력 방향에 평행한 상태로 유지할 수 있어, 단셀(10)을 고정밀도로 위치 정렬하면서 적층하는 것이 용이해진다. 즉, 단셀(10)의 적층시에, 개개의 단셀(10)에 발생한 기울기가 적층체 전체에서 축적되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 적층되는 단셀(10)에 대해 기우는 힘이 작용하였다고 해도, 중력이 기울기를 수정하는 방향으로 작용하므로, 단셀(10)이 서로 평행한 상태를 유지하기 쉬워진다. 또한, 단셀(10)을 현수한 상태에서 단셀(10)을 적층하므로, 적층된 단셀(10)에 있어서 적층 방향으로 중력이 작용하지 않아, 각 단셀(10)에 있어서 중력에 기인하여 면압이 높아지는 일이 없다. 그로 인해, 이미 적층한 단셀(10)의 적층 어긋남을 수정하는 동작을, 비교적 용이하게 행하는 것이 가능해진다. 또한, 「안내 부재(52)가 적층 방향으로 연장된다」라 함은, 완전히 중력 방향에 수직인 경우뿐만 아니라, 중력 방향에 수직인 방향과의 사이에서 안내 부재(52)가 이루는 각도가 5°이하인 경우를 포함한다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 단셀(10)을 현수하기 위한 결합부가, 단셀(10)을 적층시의 방향으로 배치하였을 때, 단셀(10)의 무게 중심 C보다도 중력 방향 상방에 있어서, 무게 중심 C를 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있어, 단셀(10)을 현수하였을 때 단셀(10)에 대해 중력 방향 하방으로부터 상방을 향하는 힘이 작용하지 않는다. 그 결과, 결합부를 중심으로 하여 단셀(10)이 요동하는 일이 없으므로, 현수한 단셀(10)의 회전을 억제하여, 적층시에 회전 방향의 어긋남이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 앞서 서술한 도 3에 기초하는 설명에서는, 설명을 간소화하기 위해, 적층면이 대략 사각 형상인 단셀(10)의 대각선의 교점을 무게 중심 C로 하였지만, 무게 중심 C는, 단셀(10)[가스 세퍼레이터(15, 16)]의 적층면의 외주 형상에 기초하여 구하면 된다. 즉, 단셀(10)의 적층면에 있어서, 단셀(10)의 외주에 설치한 요철 형상[제1 및 제2 결합부(28) 등]이나 구멍부[연료 전지 내의 유체 유로를 형성하는 구멍부(22∼27) 등]를 포함하는 단셀(10)의 외주 형상에 기초하여, 무게 중심 C를 구하면 된다.

도 6은, 본 실시 형태와는 달리, 중력 방향에 평행하게 연장되는 안내 부재(52a)를 사용하여, 이러한 안내 부재(52a)에 단셀(10)의 외주를 따르게 하여(접촉시켜) 위치 정렬하면서, 단셀(10)을 중력 방향으로 적층하는 모습을 도시하는 설명도이다. 이러한 경우에는, 각 단셀(10)에 있어서 중력 방향 상향(Z 방향)의 마찰력이 작용한다. 그로 인해, 제조 도중의 적층체에 있어서, 각 단셀(10)의 안내 부재(52a)에 접촉하는 변에 대향하는 변측이 보다 압축되어, 적층체가 안내 부재(52a)로부터 이격되는 측으로 기울기 쉬워진다. 또한, 안내 부재(52a)로부터 수평 방향(Y 방향)의 반력이 더 작용하므로, 적층체가 더욱 상기한 바와 같이 기울기 쉬워진다. 또한, 도 6과 같이 중력 방향으로 단셀(10)을 적층하는 경우에는, 각 단셀(10) 사이에 배치하는 시일재가 중력에 의해 눌려 찌부러져 단셀(10) 사이의 접착력이 강해지므로, 적층된 후의 단셀(10)의 이동이 곤란해지고, 그 결과, 적층체에 발생한 기울기를 적층 후에 해소하는 동작이 곤란해진다.

도 7은, 각 단셀(10)이 중력의 작용에 의해 안내 부재에 접하도록 단셀(10)의 적층면을 경사시키고, 또한 적층한 각 단셀(10)이 쓰러지기 어렵도록 적층체를 적층 방향으로도 경사시킨 구성을 도시하는 설명도이다. 도 7의 (A)는, 적층체를 정면에서 본 모습을 도시하고, 도 7의 (B)는 측면에서 본 모습을 도시한다. 여기서는, 단셀(10)의 외주를 안내 부재(52b)를 따르게 하여 단셀(10)을 적층하고 있고, 안내 부재(52b)의 배치에 의해, 상기한 바와 같이 적층체를 경사시키고 있다. 이와 같이 적층체를 기울이면서 적층하는 경우에는, 도 6과 같이 중력 방향으로 적층하는 경우에 비해 각 단셀(10)의 쓰러짐은 적어질 수 있지만, 각 단셀(10)에 있어서 미소한 쓰러짐이 발생하면 이것이 축적되어 적층체 전체가 기운다. 또한, 중력 성분의 일부가 적층 방향으로 작용하여 단셀(10) 사이의 시일재를 압축하여 접착성이 높아지므로, 적층체에 발생한 단셀(10)의 기울기를 적층 후에 해소하는 동작이 곤란해진다.

단셀(10)을 중력 방향에 평행하게 현수하여 적층을 행하는 본 실시 형태에서는, 단셀(10)의 적층면이 중력 방향에 평행하며 단셀(10)끼리가 평행한 상태를 용이하게 유지할 수 있고, 인접하는 단셀(10) 사이의 접착성이 중력에 기인하여 과잉으로 되는 일도 없다. 따라서, 상기한 도 6 및 도 7에 관한 문제를 억제할 수 있다.

도 8은, 단셀(10)의 상변과 하변의 중앙부에 결합부(28)를 설치함과 함께, 연료 전지의 제조 장치에 있어서, 상기 2개의 결합부 사이의 거리만큼 중력 방향으로 서로 이격되어 중력 방향에 수직인 적층 방향으로 연장되는 평행한 안내 부재(52c)를 설치하는 구성을 정면에서 본 모습을 도시하는 설명도이다. 이러한 경우에는, 중력이 적층 방향으로 작용하지 않으므로, 본 실시 형태와 마찬가지로 적층시의 가스 세퍼레이터의 기울기를 억제할 수 있다. 그러나, 가스 세퍼레이터의 상변의 중앙부에서 가스 세퍼레이터를 현수하는 경우에는, 끼워 넣기 동작을 위해 필연적으로 필요로 하는 하변측의 결합부(28)와 안내 부재(52c) 사이의 간극에 기인하여, 단셀(10)이, 상변측의 안내 부재(52c)를 중심으로 하여 요동할 가능성이 있다. 특히, 하변측의 안내 부재(52c)에 의해 단셀(10)에 대해 중력 방향 상방을 향하는 힘이 발생할 수 있으므로, 비교적 작은 힘으로 단셀(10)이 회전 방향으로 이동할 수 있다. 단셀(10)에 회전 방향의 어긋남이 발생하면, 적층 정밀도가 저하된다.

본 실시 형태에서는, 단셀(10)의 무게 중심 C를 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 배치된 결합부(28)에서 현수하므로, 수평 방향뿐만 아니라, 회전 방향의 어긋남도 억제할 수 있다. 단셀(10)을 회전시키기 위해서는 중력 방향 상향의 성분을 갖는 힘이 필요해지고, 본 실시 형태와 같이 대향하는 2개소에서 단셀(10)을 현수하는 경우에는, 단셀(10)의 회전 이동을 위해서는 큰 회전 모멘트가 필요해진다. 그러나 본 실시 형태의 단셀(10)은, 중력 방향 하방으로부터 지지하는 일 없이 중력에 의해 현수되어 있으므로, 이러한 힘은 가해지기 어려워, 회전 어긋남을 억제할 수 있다.

도 9는, 본 실시 형태의 결합부(28) 대신에 핀 구멍(128)을 형성한 단셀(110)의 구성의 개략을 도시하는 설명도이다. 또한, 도 10은 상기 단셀(110)을 적층하는 모습을 도시하는 설명도이다. 도 10의 (A)는 사시도이고, 도 10의 (B)는 측면시를 모식적으로 도시하고 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 핀 구멍(128)은 단셀(110)의 외주의 근방에 있어서 외주로부터 이격되어 형성된 구멍이며, 도 10에 도시하는 바와 같이, 이 핀 구멍(128)을, 제조 장치가 구비하는 안내 핀(152)에 통과시킴으로써 적층이 행해진다. 이러한 경우에는, 안내 핀(152)의 한쪽 단부로부터 순차 단셀(110)을 끼워 넣을 필요가 있다. 또한, 일단 적층한 단셀(110)을 안내 핀(152)으로부터 빼내는 경우에는, 빼내고자 하는 단셀(110)보다 이후에 적층한 단셀(110)을 모두 빼낸 후에, 안내 핀(152)의 상기 한쪽의 단부로부터, 원하는 단셀(110)을 빼낼 필요가 있다. 또한, 안내 핀(152)을 적층 방향의 도중에서 지지할 수 없으므로, 도 10의 (B)에 도시하는 바와 같이 장착한 단셀(110)의 무게에 의해 안내 핀(152)이 점차 휘고, 안내 핀(152)의 휨에 기인하여 단셀(110)의 적층 어긋남이 발생할 수 있다. 안내 핀(152)의 휨을 억제하기 위해서는, 안내 핀(152)을 굵게 하여 강성을 높일 필요가 있지만, 그 결과 핀 구멍(128)도 크게 할 필요가 발생하므로, 단셀(110)의 면적이 과잉으로 커져 버린다. 또한, 핀 구멍(128)에 의해 단셀(110)을 현수하는 경우에는, 적층 어긋남을 억제하기 위해, 핀 구멍(128) 전체의 형성 정밀도를 높일 필요가 있어, 제조 공정이 번잡화되는 경우가 있다.

이에 대해 본 실시 형태에서는, 결합부(28)가, 단셀(10)의 외주에 형성되어 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변에서 개구되는 오목부 형상이므로, 제조 장치(50)의 안내 부재(52)에의 착탈을, 임의의 개소에서 용이하게 행하는 것이 가능해진다. 또한, 단셀(10)의 결합부(28)를, 레일 형상의 안내 부재(52)의 도중 위치에서 안내 부재(52)에 결합시키면 되므로, 제조 장치(50)에 있어서 안내 부재(52)를 지지하는 구조를, 안내 부재(52)가 연장되는 적층 방향에 걸쳐, 단셀(10)의 결합 동작에 간섭하는 일 없이 설치하는 것이 가능해진다. 그로 인해, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이 구멍을 핀 형상의 안내 부재에 통과시킴으로써 단셀을 현수하는 경우에 비해, 안내 부재의 강도를 높일 수 있다. 그 결과, 많은 적층된 단셀(10)을 안내 부재가 지지하는 경우라도, 안내 부재(52)의 단면적을 크게 하는 일 없이 안내 부재의 휨을 억제할 수 있어, 적층 어긋남을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 (a₁+a₂)의 값의 정밀도 및 안내 부재(52)의 상면에 접하는 결합부(28)의 내주의 형상 정밀도를 확보하면 되고, 오목부 형상 전체에서 높은 정밀도를 확보할 필요가 없으므로, 결합부(28)의 형성 정밀도의 확보를 위한 제조 공정의 번잡화를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 한 쌍의 결합부(28)는 단셀(10)을 적층시의 방향으로 배치하였을 때, 무게 중심 C로부터의 중력 방향의 거리가 서로 다르므로, 단셀(10)의 방향(표리)의 시인성이 높아진다. 그로 인해, 단셀(10)을 적층하는 조립시의 작업성이 향상된다. 또한, 단셀(10)을 적층시의 방향으로 배치하였을 때의 무게 중심 C로부터의 중력 방향의 거리는, 한 쌍의 결합부(28) 사이에서 동일해도 된다.

도 11은, 본 실시 형태의 결합부(28)의 근방 모습을 확대하여 도시하는 설명도이다. 가스 세퍼레이터(15, 16) 등의 결합부(28)를 형성한 부재에서는, 결합부(28)를 구성하는 요철 형상에 있어서, 외주의 코너부를 처리하여 곡선 형상으로 하여(R을 형성하여), 취급의 안전성을 높이는 것이 바람직하다. 도 11에서는, 둥글게 한 코너부를 「R」로서 나타내고 있다.

결합부(28)에 있어서, 안내 부재(52)와 접촉 가능한 유효 평탄부의 길이는, 예를 들어 3∼4㎜로 할 수 있다. 유효 평탄부라 함은, 안내 부재(52)의 상면에 접하는 것이 가능한 결합부(28)의 내주의 수평 부분이며, 결합부(28)의 코너부를 둥글게 하는 경우에는, 곡선부인 「R」의 부분을 제외한 길이이다. 도 11에서는, 유효 평탄부의 길이를, 길이 L로서 나타내고 있다. 유효 평탄부의 길이는, 단셀(10)을 현수하는 충분한 지지력이 얻어지면 된다.

또한, 도 11에서는, 결합부(28)의 수평 방향의 깊이를 깊이 D로서 나타내고 있다. 이 깊이 D는, 단셀(10)에 설치된 한 쌍의 28 사이에서 서로 다른 것이 바람직하다. 결합부(28)의 깊이 D가 다른 경우에는, 단셀(10)을 안내 부재(52)에 결합시킬 때, 깊이 D가 깊은 측의 결합부(28)로부터 먼저 안내 부재(52)에의 결합 동작을 행하면 된다. 이에 의해, 단셀(10)을 제조 장치(50)에 장착하는 동작을, 보다 용이하게 할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 결합부(28)를, 단셀(10)의 적층시에 제조 장치(50)의 안내 부재(52)에 결합시키기 위해 사용하였지만, 라인간 반송 등, 또 다른 방법으로 사용해도 된다. 예를 들어, 단셀(10)을 제작한 후, 단셀(10)을 제조 장치(50)에 반송하기 위해 사용할 수 있다. 구체적으로는, 단셀(10)의 제작 개소로부터 제조 장치(50)의 근방까지, 안내 부재(52)와 마찬가지인 적층 방향으로 연장되는 반송 레일을 설치하고, 이 반송 레일에 결합부(28)를 결합시켜, 단셀(10)을 제조 장치(50)까지 반송해도 된다. 이 경우에는, 연료 전지 스택(11)을 형성하는 데 필요한 매수마다, 반송하는 단셀(10) 사이의 간격을 크게 둠으로써, 연료 전지 스택(11)의 조립 동작이 용이해진다. 또한, 상기한 바와 같이 단셀(10)을 반송하면, 단셀(10)의 불량이 발견되었을 때, 단셀(10)의 끼우고 빼기를 용이하게 행할 수 있다. 마찬가지로, 가스 세퍼레이터(15, 16)의 제조 개소로부터 단셀(10)의 조립 개소까지 가스 세퍼레이터(15, 16)를 반송할 때, 가스 세퍼레이터(15, 16)의 결합부(28)를 반송 레일에 결합시켜 반송해도 된다.

C. 변형예:

·변형예 1(결합부 및 안내 부재의 형상에 관한 변형):

도 12∼도 15는, 결합부의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도이다. 상기 각 실시 형태에서는, 결합부(28)는 대략 사각 형상이며 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변에서 개구되는 오목부 형상으로 하였지만, 다른 구성으로 해도 된다.

도 12는, 대략 삼각 형상이며 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변에서 개구되는 오목부 형상인 결합부(228)를 갖는 단셀(210)(가스 세퍼레이터)의 형상을 도시하는 평면도이다. 이러한 단셀(210)은 결합부(228)의 수평 방향으로 연장되는 내주 부분(229)에 있어서, 안내 부재(52)에 결합된다.

도 13은, 대략 삼각 형상이며 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변으로부터 돌출되는 볼록부 형상인 결합부(328)를 갖는 단셀(310)(가스 세퍼레이터)의 형상을 도시하는 평면도이다. 이러한 단셀(310)은 결합부(328)의 수평 방향으로 연장되는 외주 부분(329)에 있어서, 안내 부재(52)에 결합된다.

도 14는, 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변에 설치된 대략 직사각형의 오목부 형상인 결합부(428)를 갖는 단셀(410)(가스 세퍼레이터)의 형상을 도시하는 평면도이다. 이러한 단셀(410)은, 결합부(428)의 수평 방향으로 연장되는 내주 부분(429)에 있어서, 안내 부재(52)에 결합된다. 단셀(10)의 외주에 특별한 요철 형상을 별도로 준비하지 않아도, 다른 요인에 의해 단셀(10)의 외주에 요철 형상이 형성되는 경우에는, 이러한 요철 형상을 결합부로서 이용해도 된다.

도 15는, 대략 삼각 형상이며 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변에서 개구되는 오목부 형상과, 대략 삼각 형상이며 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변으로부터 돌출되는 볼록부 형상이 조합된 형상의 결합부(528)를 갖는 단셀(510)(가스 세퍼레이터)의 형상을 도시하는 평면도이다. 이러한 단셀(510)은, 결합부(228)의 수평 방향으로 연장되는 외주 부분(529)에 있어서, 안내 부재(52)에 결합된다. 도 12 내지 도 15에 도시한 결합부에 있어서의 오목부 형상이나 볼록부 형상 혹은 그 조합은 모두, 본원 명세서의 과제의 해결 수단에 기재된 「오목 및/또는 볼록 형상」에 상당한다.

도 16은, 안내 부재의 형상에 관한 변형예를 도시하는 설명도이다. 도 16에 나타내는 구성은, 실시 형태와 마찬가지의 구성이지만, 안내 부재(52)의 선단부에, 적층 방향의 단면이 대략 원형으로 되는 곡면부(51)를 형성하고 있는 점이 다르다. 이와 같이, 안내 부재(52)와 결합부(28)의 접촉 면적을 보다 작게 함으로써, 안내 부재(52)와 단셀(10)[가스 세퍼레이터(15, 16)] 사이에 발생하는 마찰력을 삭감하여, 상기 마찰력에 기인하는 단셀(10)의 손상을 억제할 수 있다.

도 17은, 또 다른 형상의 결합부(628)를 갖는 단셀(610)(가스 세퍼레이터)의 형상을 도시하는 평면도이다. 또한, 도 18은 단셀(610)이 안내 부재(652)에 결합되어 적층되는 모습을 나타내는 사시도이다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 결합부(628)는 단셀(610)의 외주 근방에 형성된 대략 원형의 구멍부가, 이 구멍부와 가장 가까운 단셀(610)의 외주와 연통되어 개구된 형상을 갖고 있다. 즉, 결합부(628)는 상기 대략 원형의 구멍부가, 단셀(610)에 있어서의 중력 방향에 평행한 변 중의 상기 대략 원형의 구멍부에 가까운 변과, 우회하는 일 없이 연통되어 개구되는 형상을 갖고 있다. 이러한 단셀(610)을 적층하기 위해 사용하는 안내 부재(652)는, 상기 대략 원형의 구멍부에 대응하는 단면 형상의, 적층 방향으로 연장되는 대략 원기둥 형상의 곡면부(651)를 갖고 있고, 곡면부(651)는 적층 방향 전체에 걸쳐 지지되어 있다. 또한, 도 18에서는, 곡면부(651)를 지지하는 구조의 일부만 기재하고 있다. 이러한 구성으로 하면, 안내 부재(652)가 연장되는 적층 방향에 걸쳐, 안내 부재(652)를 지지하기 위해 안내 부재(652)의 단면 직경을 과대하게 할 필요가 없어, 안내 부재(652)의 휨을 억제할 수 있다. 그로 인해, 안내 부재(652)의 한쪽의 단부로부터 단셀(610)의 끼워 넣기를 행할 필요가 있는 것 이외에는, 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

도 19는, 또 다른 형상의 결합부를 갖는 단셀(710)(가스 세퍼레이터)의 형상을 도시하는 평면도이다. 단셀(710)에서는, 한 쌍의 결합부 중, 한쪽은 실시 형태의 결합부(28)와 마찬가지의 형상이고, 다른 쪽은 도 17에 도시한 결합부(628)와 마찬가지의 형상이다. 이러한 구성으로 해도, 단셀(610)과 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 단셀(710)에서는, 일부가 단셀(710)의 외주에서 개구된 단면 대략 원형의 결합부(628)에 있어서, X-Z 방향의 위치 결정을 할 수 있다. 또한, 결합부(28)에 있어서, 회전 방향의 위치 결정을 할 수 있다. 도 19와 같이 한쪽을 결합부(28)의 형상으로 하면, 도 17과 같이 양쪽을 결합부(628)의 형상으로 하는 경우에 비해, 위치 결정 정밀도를 확보하면서, 결합부 및 안내 부재에 요구되는 정밀도를 억제하여, 적층 동작을 용이하게 할 수 있다.

실시 형태에서는, 단셀(10)[가스 세퍼레이터(15, 16)]에 2개의 결합부(28)를 설치함과 함께, 제조 장치(50)에 2개의 안내 부재(52)를 설치하였지만, 결합부와 안내 부재를 3세트 이상 설치해도 된다. 3세트 이상의 결합부 및 안내 부재를 설치하는 경우라도, 가스 세퍼레이터의 무게 중심보다도 중력 방향 상방에 있어서 무게 중심을 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 배치된 특정한 2세트의 결합부 및 안내 부재에 의해, 단셀(10)의 현수가 실질적으로 행해져 있으면 된다. 이 경우에는, 상기한 단셀(10)의 현수에 실질적으로 기여하는 2세트 이외의 결합부 및 안내 부재는, 단셀(10)의 적층시에 개개의 단셀(10)이 중력 방향에 대해 기우는 것을 억제함과 함께 적층 어긋남을 방지하기 위해, 보조적으로 기여할 수 있다. 이와 같이 보조적으로 기여하는 결합부 및 안내 부재는, 가스 세퍼레이터의 무게 중심보다도 중력 방향 하방에 설치하는 구성도 바람직하다.

·변형예 2(결합부 및 안내 부재의 배치에 관한 변형):

도 20은, 결합부의 배치에 관한 변형예를 도시하는 설명도이다. 앞서 서술한 실시 형태 및 변형예 1에서는, 단셀을 적층 장치에 대해 현수하였을 때, 단셀에 설치한 한 쌍의 결합부(제1 및 제2 결합부) 전체가, 단셀의 적층면에 있어서의 무게 중심 C(가스 세퍼레이터의 무게 중심)보다도 중력 방향 상방에 배치되는 것으로 하였지만, 다른 구성으로 해도 된다. 도 20에서는, 도 3과 마찬가지인 제조 장치(50)가 구비하는 안내 부재(52)에 단셀(1010)을 결합시켜, 정면에서 본 모습을 도시한다. 또한, 도 20에서는, 도 3과 공통되는 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.

도 20에서는, 단셀(1010)에 설치한 제1 및 제2 결합부(28) 각각에 있어서, 안내 부재(52)에 의해 중력 방향 하방으로부터 지지되는 영역 중, 가장 무게 중심 C 부근의 개소를, 제1 지지 개소(A1), 제2 지지 개소(A2)로서 나타내고 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 한 쌍의 결합부(28) 중, 중력 방향 상방의 제1 지지 개소(A1)가 형성되는 결합부(28)가 제1 결합부(28)이고, 중력 방향 하방의 제2 지지 개소(A2)가 형성되는 결합부(28)가 제2 결합부(28)이다. 또한, 제1 결합부(28)가 결합되는 안내 부재(52)를 제1 안내 부재(52)라 하고, 제2 결합부(28)가 결합되는 안내 부재(52)를 제2 안내 부재(52)라 한다.

도 20의 단셀(1010)에서는, 한 쌍의 결합부(28) 중, 제2 결합부(28)의 일부는, 무게 중심 C보다도 중력 방향 하방에까지 확대되어 형성되어 있다. 그러나, 단셀(1010)에서는, 제1 지지 개소(A1)와 제2 지지 개소(A2)를 연결한 직선(L1)보다도 중력 방향 하방의 영역에 무게 중심 C가 존재함과 함께, 제1 및 제2 지지 개소는, 무게 중심 C를 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 있다. 그로 인해, 앞서 서술한 실시 형태와 마찬가지로, 적층시의 어긋남을 억제하여, 단셀을 고정밀도로 위치 정렬하면서 적층하는 것을 용이하게 하는 효과가 얻어진다.

이와 같이, 적어도 한쪽의 결합부(28)의 일부가, 무게 중심 C보다도 중력 방향 하방에 배치하도록 설치되어 있어도, 제1 지지 개소(A1) 및 제2 지지 개소(A2)를 연결한 직선(L1)보다도 중력 방향 하방에 무게 중심 C가 있으면, 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이때, 제1 및 제2 지지 개소 중, 중력 방향 하방측의 제2 지지 개소(A2)는, 무게 중심 C보다도 중력 방향 하방에 배치되는 것으로 해도 된다. 단, 제1 지지 개소(A1) 및 제2 지지 개소(A2)의 양쪽이, 무게 중심 C보다도 중력 방향 상방에 배치되는 쪽이, 단셀을 보다 안정적으로 현수하는 관점에서 바람직하다.

또한, 단셀에 있어서, 제1 지지 개소(A1) 및 제2 지지 개소(A2)가 상기한 위치 관계를 만족시키도록 제1 및 제2 결합부(28)를 형성하면, 단셀을 적층시의 방향으로 배치하였을 때, 제1 지지 개소(A1)와 제2 지지 개소(A2)는, 무게 중심 C로부터의 중력 방향의 거리가 서로 다르기 때문에, 단셀의 방향(표리)의 식별성이 높아진다. 그 결과, 단셀(10)을 적층하는 조립시의 작업성이 향상된다.

또한, 단셀을 적층시의 방향으로 배치하였을 때의 무게 중심 C로부터의 중력 방향의 거리는, 제1 지지 개소(A1)와 제2 지지 개소(A2) 사이에서 동일해도 된다. 단셀의 적층면에 있어서, 제1 지지 개소(A1)와 제2 지지 개소(A2)를 연결한 직선(L1)보다도 중력 방향 하방의 영역에 무게 중심 C가 존재하면, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

상기한 설명에서는, 결합부(28)와 안내 부재(52)는 면 접촉하는 것으로 하였지만, 서로 다른 구성으로 해도 된다. 예를 들어, 도 16에 도시하는 바와 같이, 결합부(28)와 안내 부재(52)가 점 접촉하는 것으로 해도 된다. 이 경우에는, 지지 개소(A1, A2)는, 단셀(10)의 적층면 상에서, 결합부(28)에 있어서 안내 부재(52)와 접하는 점을 가리키는 것으로 하면 된다.

또한, 상기한 설명에서는, 단셀(10)의 적층면 상에서, 결합부(28)에 있어서 안내 부재(52)에 의해 지지되는 영역 중, 가장 무게 중심 C 부근의 개소를 지지 개소(A1, A2)로 하여, 지지 개소(A1, A2)를 연결한 직선(L1)과 무게 중심 C의 위치 관계를 규정하였지만, 서로 다른 구성으로 해도 된다. 단셀(10)의 적층면 상에서, 제1 결합부(28)에 있어서 안내 부재(52)와 접촉 가능한 영역 상의 임의의 점과, 제2 결합부(28)에 있어서 안내 부재(52)와 접촉 가능한 영역 상의 임의의 점을 연결한 직선보다도 중력 방향 하방의 영역에 무게 중심 C가 존재하면, 마찬가지의 효과가 얻어진다. 여기서, 제1 결합부(28)의 내표면에 있어서 안내 부재(52)에 의해 지지되는 영역은, 과제의 해결 수단에 있어서의 「제1 지지 영역」에 상당하고, 제2 결합부(28)의 내표면에 있어서 안내 부재(52)에 의해 지지되는 영역은, 「제2 지지 영역」에 상당한다.

·변형예 3(결합부 및 안내 부재의 형상과 적층 동작에 관한 변형):

도 21은, 결합부 및 안내 부재의 형상과 적층 동작에 관한 변형예를 도시하는 설명도이다. 도 21에서는, 도 3과 마찬가지인 제조 장치(50)가 구비하는 안내 부재(52)에 단셀(810)을 결합시켜, 정면에서 본 모습을 도시한다. 또한, 도 21에서는, 도 3과 공통되는 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.

도 21에서는, 도 20과 마찬가지로, 제1 지지 개소(A1)와 제2 지지 개소(A2)를 연결한 직선(L1)보다도 중력 방향 하방의 영역에 무게 중심 C가 존재함과 함께, 제1 및 제2 지지 개소는, 무게 중심 C를 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 있다. 또한, 도 21에서는, 단셀(810)의 제1 및 제2 결합부(28)에 있어서 안내 부재(52)에 의해 지지되는 영역인 제1 및 제2 지지 영역과, 제1 및 제2 안내 부재(52)에 있어서 제1 및 제2 결합부와 접하는 영역인 제1 및 제2 접촉 영역의 양쪽이, 경사면을 형성하고 있다.

도 22는, 제1 결합부(28)와 제1 안내 부재(52)가 결합되는 모습을 확대하여 도시하는 설명도이다. 변형예 3의 단셀(810)에서는, 제1 결합부(28)에, 제1 위치 결정부(60)가 설치되어 있다. 제1 결합부(28)는, 단셀(10)의 중력 방향에 평행한 변에서 개구되는 오목부 형상을 갖고 있지만, 제1 위치 결정부(60)는 제1 결합부(28)의 개구부에 있어서, 중력 방향 하방으로 돌출되는 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제1 안내 부재(52)에는, 그 선단부에, 볼록부(59)가 형성되어 있다. 변형예 3에서는, 제1 안내 부재(52)는 볼록부(59)에 있어서의 중력 방향 상방의 면이 제1 결합부(28)에 접함으로써, 단셀(810)을 중력 방향 하방으로부터 지지한다. 도 22에 있어서, 제1 결합부(28)의 내표면에 있어서의 범위 E에 대응하는 영역이, 과제의 해결 수단에 있어서의 「제1 지지 영역」에 상당하고, 볼록부(59)의 표면에 있어서의 범위 E에 대응하는 영역이, 과제의 해결 수단에 있어서의 「제1 접촉 영역」에 상당한다. 또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 제2 안내 부재(52)는 앞서 서술한 실시 형태와 마찬가지로, 볼록부를 갖지 않는 평판 형상으로 형성되어 있다.

변형예 3에서는, 제1 및 제2 결합부(28)와 제1 및 제2 안내 부재(52)가 접하는 면, 즉, 결합부(28)측의 제1 및 제2 지지 영역과, 안내 부재(52)측의 제1 및 제2 접촉 영역이, 제2 결합부측으로부터 제1 결합부측을 향해 중력 방향 하방으로 기우는 경사면을 형성하고 있다. 이들 제1 및 제2 지지 영역과, 제1 및 제2 접촉 영역의, 수평면에 대한 기울기의 각도는, 모두 동일하게 되어 있다. 또한, 도 21에서는, 제1 및 제2 지지 영역과, 제1 및 제2 접촉 영역은, 모두 동일 평면 내에 존재하지만, 제1 지지 영역 및 제1 접촉 영역과, 제2 지지 영역 및 제2 접촉 영역은, 서로 다른 면 내에 있어도 되고, 서로 평행하면 된다. 여기서, 기울기의 각도가 동일하거나, 혹은 평행하다고 하는 것은, 수평면과 이루는 각도의 차가, 5°이하인 것을 말한다.

이와 같이, 제1 및 제2 결합부(28)와 제1 및 제2 안내 부재(52)가 접하는 면이 경사짐으로써, 단셀(810)을 안내 부재(52)에 결합시킬 때에는, 안내 부재(52)측의 제1 및 제2 접촉 영역을 따라, 제1 결합부측으로부터 제2 결합부측으로, 단셀(810)을 이동시키는 힘이 작용한다. 도 21에서는, 중력 G의 분력으로서, 힘 D1 및 D2가 나타내어져 있다. 이들 중, 안내 부재(52)측의 제1 및 제2 접촉 영역에 평행한 힘인 D2가, 상기한 단셀(810)을 이동시키는 힘으로 된다.

제1 결합부(28)에는, 전술한 바와 같이, 볼록부(59)에 있어서의 제1 접촉 영역에 수직한 면과 접하는 제1 위치 결정부(60)가 형성되어 있다(도 22 참조). 단셀(810)의 적층시에, 상기한 바와 같이 안내 부재(52)측의 제1 및 제2 접촉 영역을 따라 단셀(810)이 이동할 때에는, 제1 위치 결정부(60)가 볼록부(59)에 결합됨으로써, 단셀(810)의 이동이 정지한다.

이와 같이, 변형예 3에서는, 결합부(28)측의 제1 및 지지 영역과, 안내 부재(52)측의 제1 및 제2 접촉 영역에 경사를 마련함과 함께, 단셀(810)을 걸리게 하는 제1 위치 결정부(60)를 제1 결합부(28)에 설치하고 있다. 그로 인해, 실시 형태와 마찬가지의 효과에 더하여, 단셀(810)의 적층시의 위치 정렬로서, 수평 방향(X 방향)의 위치 정렬 정밀도를 높이는 효과가 얻어진다.

또한, 변형예 3에서는, 제조 장치(50)의 안내부(58)에 있어서 안내 부재(52)를 보유 지지하는 지지 기둥 및 단셀(810)에 있어서 한 쌍의 결합부(28)가 개구되는 2개의 변의 각각은, 중력 방향에 평행한 상태에서, 결합부(28)의 지지 영역 및 안내 부재(52)의 접촉 영역을 경사시키고 있다. 그로 인해, 제조 장치(50) 전체를 기울일 필요가 없으므로, 제조 장치(50)의 구조의 복잡화를 억제하면서, 단셀(810)의 수평 방향의 위치 정렬 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 경사의 각도는, 결합부(28)와 안내 부재(52) 사이의 저항(마찰력)의 크기 등을 고려하여, 단셀이 중력 방향 하방으로 이동하여 제1 위치 결정부(60)에서 위치 정렬 가능해지도록 적절하게 설정하면 된다. 상기한 경사면이 수평면과 이루는 각도는, 예를 들어 3°이상이 바람직하고, 4°이상이 더욱 바람직하다. 전술한 바와 같이, 제조 장치(50)에 있어서, 안내 부재(52)에 진동을 발생시키는 진동 발생부(53)를 설치하면, 보다 작은 각도에서도, 단셀(810)을 원하는 위치로 이동시키는 것이 용이해진다. 경사면이 수평 방향에 대해 이루는 각도가 클수록, 세퍼레이터를 중력 방향 하방으로 압박하여 위치 결정하는 효과를 높일 수 있다.

도 23은, 변형예 3에 있어서의 다른 예로서, 제2 결합부(28)측에서 수평 방향의 위치 결정을 행하는 구성을 도시하는 설명도이다. 도 23에서는, 제1 안내 부재(52)는 볼록부(59)를 갖고 있지 않다. 또한, 제1 안내 부재(52)에서는, 제2 안내 부재(52)와 함께, 결합부(28)를 지지하는 접촉 영역이, 동일한 각도로 경사지는 동일면을 형성하고 있다. 도 23에서는, 경사면을 따라 단셀(910)이 이동할 때에는, 제2 안내 부재(52)의 선단부[수평 방향에 있어서 무게 중심 C에 가장 가까운 단부]가 제2 결합부(28)의 내벽면에 접촉할 때까지, 단셀(910)이 이동한다. 이러한 구성으로 해도, 단셀(910)의 적층시의 위치 정렬로서, 수평 방향(X 방향)의 위치 정렬 정밀도를 높이는 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 단셀의 수평 방향의 위치 정렬은, 도 21, 도 22에 도시하는 바와 같이, 중력 방향 상방에 설치한 제1 결합부측에서 위치 정렬하는 구성의 쪽이, 중력 방향 하방의 제2 결합부에서 위치 정렬하는 구성보다도 바람직하다. 제1 결합부측에서 위치 정렬하는 쪽이, 단셀의 적층시에, 단셀의 적층면을 서로 평행하게 유지하는 효과가 높아지기 때문이다.

도 24의 (A) 및 (B)는, 위치 정렬의 장소에 따라 적층되는 단셀에 가해지는 힘이 서로 다른 모습을 도시하는 설명도이다. 도 24의 (A)는, 중력 방향 상방에 설치한 제1 결합부측에서 위치 정렬하는 구성을 도시하고, 도 24의 (B)는 중력 방향 하방의 제2 결합부에서 위치 정렬하는 구성을 도시한다. 도 24의 (A)에 도시하는 바와 같이, 중력 방향 상방에서 단셀(810)을 지지하는 경우에는, 단셀(810)의 적층면에 기울기가 발생한 경우라도, 발생한 기울기를 수정하는 방향으로 중력이 작용할 수 있다. 이에 대해, 도 24의 (B)에 도시하는 바와 같이, 중력 방향 하방에서 단셀(910)을 지지하는 경우에는, 중력이, 단셀(910)의 적층면에 발생한 기울기를 크게 하는 방향으로 작용할 가능성이 있다.

도 25는 변형예 3에 있어서의 또 다른 예로서, 결합부(28)와 안내 부재(52)가 점 접촉하는 구성을 도시하는 설명도이다. 여기서는, 제1 및 제2 결합부(28)에 있어서, 제1 및 제2 안내 부재(52)에 의한 지지가 가능한 영역인 지지 영역은, 도 21과 마찬가지인 경사면으로 되어 있지만, 제1 결합부(28)는 제1 위치 결정부(60)를 갖고 있지 않다. 또한, 제1 및 제2 안내 부재(52)는, 도 16과 마찬가지로, 적층 방향의 단면이 대략 원형으로 되는 곡면부가 선단부에 형성되는 점이 다르다.

이러한 구성으로 해도, 도 21∼도 23과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 25의 구성과는 반대로, 안내 부재측에 있어서, 제1 및 제2 결합부와 접하는 것이 가능한 영역인 제1 및 제2 접촉 영역에 경사면을 형성하고, 결합부측의 제1 및 제2 지지 영역은 경사면과는 다른 형상으로 해도 된다. 이 경우에는, 예를 들어 단셀측에 설치한 요철 형상인 제1 및 제2 결합부와, 안내 부재측의 상기 경사면이 점 접촉하는 구성으로 할 수 있다. 결합부측의 제1 및 제2 지지 영역과, 안내 부재(52)측의 제1 및 제2 접촉 영역 중 적어도 어느 한쪽이, 앞서 서술한 경사면을 형성하고 있어, 적층시에, 경사면을 따라 중력 방향 하방으로 단셀을 이동 가능하면, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

·변형예 4(수평 방향의 위치 정렬에 관한 변형):

도 26은, 수평 방향의 위치 정렬에 관한 변형예를 도시하는 설명도이다. 도 26에 도시하는 단셀(510)은, 도 15의 단셀(510)과 마찬가지인 형상의 결합부(528)와 함께, 제2 위치 결정부(62)가 더 형성되어 있다. 변형예 4에서는, 변형예 3과는 달리, 단셀을 수평 방향으로 위치 정렬하기 위한 구조를, 결합부와는 다른 구조로 하여 설치하고 있다.

제2 위치 결정부(62)는, 단셀의 적층시에 제조 장치(50)의 특정 개소에 결합함으로써, 단셀을 수평 방향으로 위치 결정 가능하면, 어떠한 형상이어도 되고, 어떠한 개소에 형성되어 있어도 된다. 또한, 제2 위치 결정부(62)는, 수평 방향의 위치 결정을 위해서만 새롭게 설치하는 것이 아니라, 다른 목적으로 단셀의 외주에 설치하는 요철 형상을 이용하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 연료 전지의 전압 등의 출력 상태를 검출하는 센서(셀 모니터)의 배선을 고정하기 위한 구조를, 단셀의 적층시에는 제2 위치 결정부(62)로서 사용해도 된다. 이 경우에는, 단셀의 수평 방향의 위치 정렬을 위해 단셀의 구조가 복잡화되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 결합부의 형상은, 도 15의 결합부(528) 외에, 앞서 서술한 실시 형태나 변형예 1의 각 단셀에 설치한 결합부와 같이, 다른 형상으로 해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 실시 형태와 마찬가지의 효과에 더하여, 단셀에 적층시에 수평 방향의 위치 정렬 정밀도가 높아진다고 하는 효과를 발휘한다.

·변형예 5(가스 세퍼레이터 및 단셀의 변형):

가스 세퍼레이터의 형상 및 단셀의 구성은, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 가스 세퍼레이터에 있어서, 단셀 내 가스 유로 및 냉매 유로를 형성하기 위한 요철이나, 매니폴드를 형성하기 위한 구멍부의 형상 및 배치는, 실시예와 달라도 된다. 또한, 단셀(10)을 구성하는 각 부재의 재질이나, 단셀(10) 내에 설치되는 시일 구조도, 다양한 변형이 가능하다. 또한, 단셀(10)은 고체 산화물형 연료 전지 등, 고체 고분자형 연료 전지 이외의 연료 전지로 해도 된다. 또한, 단셀(가스 세퍼레이터)은 대략 사각 형상 이외의 형상으로 해도 된다. 다른 형상이라도, 가스 세퍼레이터의 무게 중심보다도 중력 방향 상방에 있어서 가스 세퍼레이터의 무게 중심을 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 가스 세퍼레이터의 외주에 형성된 요철 형상인 한 쌍의 결합부를 설치하고, 이들 결합부에서 가스 세퍼레이터를 중력 방향에 평행하게 현수하여 적층 가능하면 된다.

·변형예 6(적층의 단위의 변형):

실시 형태에서는 단셀(10)을 적층의 단위로 하였지만, 다른 구성으로 해도 된다. 적층의 단위는, 적어도 1매의 가스 세퍼레이터를 포함하는 부재이면 된다. 예를 들어, 1매의 가스 세퍼레이터와 발전부(12)의 일부를 포함하는 부재를, 적층의 단위로 해도 된다. 혹은, 복수의 단셀을 미리 위치 정렬하여 일체화한 부재를 적층의 단위로 해도 된다.

또한, 원하는 수의 단셀(10)을 적층하여 일체화한 후에, 적층체의 측면의 일부를 절단하여, 결합부가 형성된 개소를 제거해도 된다. 특히 결합부가 볼록부 형상인 경우에는, 상기한 바와 같이 절단함으로써, 결합부를 설치하는 것에 기인하는 연료 전지의 대형화를 억제할 수 있다. 단, 실시 형태와 같이 결합부가 오목부인 경우에는, 특별한 가공을 행하지 않아도, 적층체가 대형화되는 일이 없다.

본 발명은 상술한 실시 형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절하게 바꾸거나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절하게 삭제하는 것이 가능하다.

10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910, 1010 : 단셀
12 : 발전부
13, 14 : 수지 프레임
15, 16 : 가스 세퍼레이터
22 : 구멍부
28, 228, 328, 428, 528, 628 : 결합부
29 : 구멍부
31 : 집전판
32, 33 : 출력 단자
35 : 절연판
36, 37 : 엔드 플레이트
36a : 단부
36b : 베이스부
38 : 절결부
41∼46 : 구멍부
50 : 제조 장치
51 : 곡면부
52, 52a, 52b, 52c, 652 : 안내 부재
53 : 진동 발생부
54 : 임시 압박부
55 : 반송 장치
56 : 회전축
57 : 벨트
58 : 안내부
59 : 볼록부
60 : 제1 위치 결정부
62 : 제2 위치 결정부
128 : 핀 구멍
152 : 안내 핀
229, 429 : 내주 부분
329, 529 : 외주 부분
651 : 곡면부

Claims

연료 전지 제조 장치가 구비하는 안내부에 가스 세퍼레이터를 순차 결합시키면서, 가스 세퍼레이터를 포함하는 복수의 부재를 적층하는 연료 전지의 제조 방법이며,
상기 안내부는, 서로 평행하며 수평 방향으로 이격함과 함께, 상기 가스 세퍼레이터를 포함한 복수의 부재의 적층 방향에 있어서 상기 수평 방향 및 중력 방향에 수직인 적층 방향으로 연장되는 제1 및 제2 안내 부재를 구비하고,
상기 가스 세퍼레이터에는, 제1 및 제2 안내 부재에 대응하는 위치에 상기 가스 세퍼레이터의 외주에 형성된 오목 및/또는 볼록 형상을 구비하는 제1 및 제2 결합부가 설치되어 있고,
상기 제1 안내 부재에 상기 제1 결합부를 결합시킴과 함께, 상기 제2 안내 부재에 상기 제2 결합부를 결합시켜, 상기 가스 세퍼레이터를 상기 연료 전지 제조 장치에 결합시킴으로써, 상기 가스 세퍼레이터를 포함하는 복수의 부재를 수평 방향으로 적층하는 적층 공정을 구비하고,
상기 적층 공정에 의해 적층되는 상기 복수의 부재는,
상기 제1 및 제2 결합부에 있어서 상기 제1 및 제2 안내 부재에 지지되는 제1 및 제2 지지 개소가, 상기 가스 세퍼레이터의 무게 중심을 사이에 두고 이격되는 위치에 배치됨과 함께,
상기 가스 세퍼레이터의 적층면 상에서, 상기 제1 및 제2 지지 개소를 연결한 직선보다도 중력 방향 하방의 영역에 상기 무게 중심이 존재하는 구성을 충족하는, 연료 전지의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지 개소는, 상기 가스 세퍼레이터의 무게 중심보다도 중력 방향 상방에 배치되는, 연료 전지의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지 개소는, 상기 제1 및 제2 결합부를 상기 제1 및 제2 안내 부재에 결합시켰을 때, 상기 무게 중심으로부터의 중력 방향의 거리가 서로 다른 것을 특징으로 하는, 연료 전지의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 적층 공정은,
상기 제1 지지 개소가, 상기 제2 지지 개소보다도, 중력 방향 상방에 배치됨과 함께,
상기 제1 및 제2 결합부에 있어서 상기 제1 및 제2 안내 부재에 의한 지지가 가능한 영역인 제1 및 제2 지지 영역과, 상기 제1 및 제2 안내 부재에 있어서 상기 제1 및 제2 결합부와 접하는 것이 가능한 영역인 제1 및 제2 접촉 영역 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 제1 결합부측으로부터 상기 제2 결합부측을 향해 중력 방향 하방으로 기우는 경사면을 형성하도록,
상기 제1 및 제2 결합부를 상기 제1 및 제2 안내 부재에 결합시키는 공정인, 연료 전지의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 적층 공정은, 상기 제1 결합부에 있어서 상기 가스 세퍼레이터를 상기 안내 부재에 대해 위치 결정하도록, 상기 제1 및 제2 결합부를 상기 제1 및 제2 안내 부재에 결합시키는 공정인, 연료 전지의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안내부는, 상기 제1 및 제2 결합부와 상기 제1 및 제2 안내 부재 사이의 밀착을 억제하는 진동을, 상기 제1 및 제2 안내 부재에 발생시키는 진동 발생부를 더 구비하고,
상기 적층 공정은, 상기 진동 발생부에 의해 상기 안내 부재에 진동을 발생시키면서 행해지는, 연료 전지의 제조 방법.
연료 전지용 가스 세퍼레이터이며,
상기 가스 세퍼레이터의 외주에 형성된 오목 및/또는 볼록 형상을 구비하는 제1 및 제2 결합부가 설치되어 있고,
상기 제1 및 제2 결합부는, 상기 제1 및 제2 결합부에서 상기 가스 세퍼레이터를 현수하였을 때,
상기 가스 세퍼레이터의 적층면이 중력 방향에 평행해지는 제1 상태이며,
상기 가스 세퍼레이터의 적층면 상에서, 상기 제1 결합부에 있어서 현수를 위해 다른 부재와 접촉 가능한 제1 지지 영역 상의 제1 임의의 점과, 상기 제2 결합부에 있어서 현수를 위해 다른 부재와 접촉 가능한 제2 지지 영역 상의 제2 임의의 점을 연결한 직선보다도 중력 방향 하방의 영역에, 상기 가스 세퍼레이터의 무게 중심이 존재함과 함께, 상기 제1 및 제2 지지 영역끼리가 상기 무게 중심을 사이에 두고 수평 방향으로 이격되어 배치되는 제1 상태에서,
상기 가스 세퍼레이터를 현수 가능한 위치에 설치되어 있는, 연료 전지용 가스 세퍼레이터.
제7항에 있어서,
상기 가스 세퍼레이터를 상기 제1 상태에서 현수하였을 때, 상기 제1 지지 영역과, 상기 제2 지지 영역은, 상기 무게 중심보다도 중력 방향 상방에 배치되는, 연료 전지용 가스 세퍼레이터.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 가스 세퍼레이터를 상기 제1 상태에서 현수하였을 때, 상기 제1 지지 영역 상의 임의의 점은, 상기 제2 지지 영역 상의 임의의 점보다도 상기 무게 중심으로부터의 중력 방향의 거리가 먼 것을 특징으로 하는, 연료 전지용 가스 세퍼레이터.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 결합부 중 적어도 한쪽을 구성하는 상기 오목 및/또는 볼록 형상은, 상기 가스 세퍼레이터에 형성된 대략 원형의 구멍부가, 상기 구멍부와 가장 가까운 상기 가스 세퍼레이터의 외주와 연통되어 개구된 형상인, 연료 전지용 가스 세퍼레이터.
제7항에 있어서,
상기 가스 세퍼레이터를 상기 제1 상태에서 현수하였을 때,
상기 제1 지지 영역은, 상기 제2 지지 영역보다도 중력 방향 상방에 배치되고,
상기 제1 및 제2 지지 영역은, 상기 제1 결합부측으로부터 상기 제2 결합부측을 향해 중력 방향 하방으로 기우는 경사면을 형성하는, 연료 전지용 가스 세퍼레이터.
제11항에 있어서,
상기 제1 결합부는, 상기 가스 세퍼레이터를 상기 제1 상태에서 현수하였을 때, 상기 가스 세퍼레이터를 상기 다른 부재에 대해 위치 결정 가능해지는 위치 결정부가 형성되어 있는, 연료 전지용 가스 세퍼레이터.