溶接用治具装置及び溶接方法
【課題】プレートに歪みや反りが存在していても、２枚のプレート同士を容易且つ良好に溶接することができ、溶接歪みを抑制して高精度な溶接処理を効率的に遂行することを可能にする。
【解決手段】溶接用治具装置１０は、ワークを配置するための第１治具部材９２と、前記ワークの外形形状よりも小さな開口形状を有する開口部９４が形成されるとともに、前記第１治具部材９２と前記ワークの外周端部を挟持する第２治具部材９６と、前記開口部９４に配置されて前記第１治具部材９２と前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記第２治具部材９６の前記開口部９４を形成する内壁面との間に、溶接部位を露呈させる隙間１１０を設けるための第３治具部材９８とを備える。
【解決手段】溶接用治具装置１０は、ワークを配置するための第１治具部材９２と、前記ワークの外形形状よりも小さな開口形状を有する開口部９４が形成されるとともに、前記第１治具部材９２と前記ワークの外周端部を挟持する第２治具部材９６と、前記開口部９４に配置されて前記第１治具部材９２と前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記第２治具部材９６の前記開口部９４を形成する内壁面との間に、溶接部位を露呈させる隙間１１０を設けるための第３治具部材９８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置及び前記溶接用治具装置を用いて溶接を行う溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質に酸化物イオン伝導体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、ＭＥＡとセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池では、金属セパレータが用いられており、発電反応によって得られる電気を電解質・電極接合体から集電させるために、複数の突起部（エンボス）等が形成されている。通常、突起部の数が多くなる程、集電効率が高くなるため、一定面積の集電部には、多数の突起部を形成することが望まれている。
【０００４】
ところが、セパレータを構成する金属プレートに多数の突起部をプレス成形すると、この金属プレートには、加工時の歪みが残存し、変形し易いという問題がある。従って、例えば、プレス成形された２枚の金属プレートを溶接してセパレータを形成する際には、溶接部位に歪みが発生し、良好な溶接処理が遂行されないという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用金属セパレータの溶接方法が知られている。この溶接方法は、燃料電池用の一対の金属セパレータを前記金属セパレータの接合面同士を重ね合わせ、流体流路となる空間部を区画形成するように組み合わせる工程と、前記空間部内を排気して負圧化し、重ね合わせた前記接合面同士を大気圧によって密着させる工程と、密着させた前記接合面同士を重ね溶接する工程とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６４５９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１では、空間部内を負圧化して、重ね合わせた接合面同士を大気圧で密着させようとするものであるが、負圧のみによって前記接合面同士を確実に密着させることができない。このため、一対の金属セパレータの接合面同士を高精度に重ね溶接することができないという問題がある。
【０００８】
しかも、溶接時に接合面同士のずれが発生しても、このずれを補正することができない。また、溶接時に発生する熱ひずみを良好に抑制することができないという問題がある。その上、負圧を発生させるために、真空ポンプ等を設置する必要があり、経済的ではない。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、プレートに歪みや反りが存在していても、２枚のプレート同士を容易且つ良好に溶接することができ、溶接歪みを抑制して高精度な溶接処理を遂行することが可能な溶接用治具装置及び溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置に関するものである。
【００１１】
この溶接用治具装置は、ワークを配置するための第１治具部材と、前記ワークの形状に対応した開口部が形成されるとともに、前記第１治具部材と前記ワークの外周端部を挟持する第２治具部材と、前記開口部に配置されて前記第１治具部材と前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設けるための第３治具部材とを備えている。
【００１２】
また、第２治具部材の内壁面は、溶接部位に向かって内方に傾斜する第１傾斜面を有するとともに、第３治具部材の外壁面は、前記溶接部位に向かって外方に傾斜する第２傾斜面を有することが好ましい。このため、第２及び第３治具部材は、溶接部位の近傍までワークに接触して保持することができるとともに、前記ワークの外周部近傍で溶接を行うことが可能になる。従って、溶接後のワークの変形を確実に抑制することができ、良好な溶接処理が遂行される。
【００１３】
さらに、第２治具部材は、内壁面に開口し、アシストガスを隙間に導入するための第１通路を有するとともに、第３治具部材は、外壁面に開口し、前記アシストガスを前記隙間に導入するための第２通路を有することが好ましい。これにより、溶接部位には、アシストガスが吹き付けられるため、前記溶接部位の雰囲気を安定させることができる。このため、溶接部位は、酸素に曝される機会が大幅に抑制され、溶接時の欠陥を良好に防止することが可能になる。
【００１４】
さらにまた、溶接部位は、ワークの外周部を周回して連続するとともに、隙間は、前記溶接部位に沿って継ぎ目なく連続して形成されることが好ましい。従って、ワークの外周部を周回してシームレス溶接が行われるため、溶接精度が良好に向上する。
【００１５】
また、ワークは、溶接部位の内側に孔部を設けるとともに、前記孔部に挿入されて第３治具部材を第１治具部材に固定するための締め付け部材を備えることが好ましい。これにより、第３治具部材と第１治具部材とを介してワークの外周端部よりも内方を確実に保持することができ、しかも、前記ワークの外周部に沿ってシームレス溶接を行うことが可能になる。
【００１６】
さらに、この溶接用治具装置は、隙間に挿入されて第３治具部材を第１治具部材に対して位置決めする位置決め部材を備え、前記位置決め部材は、第１傾斜面に摺接する外壁傾斜面と、第２傾斜面に摺接する内壁傾斜面とを有するとともに、前記外壁傾斜面及び前記内壁傾斜面は、溶接部位に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成されることが好ましい。このため、位置決め部材が隙間に挿入されるだけで、第３治具部材を第１治具部材に対して高精度に位置決めすることができ、ワークの位置決め作業も容易且つ正確に遂行される。
【００１７】
さらにまた、本発明は、第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置を用いる溶接方法に関するものである。
【００１８】
溶接用治具装置は、ワークを配置するための第１治具部材、前記ワークの外形形状よりも小さな開口形状を有する第２治具部材、及び前記開口部に配置される第３治具部材を備えている。
【００１９】
そして、この溶接方法は、第１治具部材にワークを配置するとともに、前記第１治具部材と第２治具部材とにより前記ワークの外周端部を挟持する工程と、第３治具部材を開口部に配置させ、前記第３治具部材と前記第１治具部材とにより前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、前記第３治具部材の外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設ける工程と、前記隙間から前記溶接部位を溶接する工程とを有している。
【００２０】
また、この溶接方法は、隙間にアシストガスを導入しながら、溶接部位を溶接することが好ましい。従って、溶接部位には、アシストガスが吹き付けられるため、前記溶接部位の雰囲気を安定させることができる。これにより、溶接部位は、酸素に曝される機会が大幅に抑制され、溶接時の欠陥を良好に防止することが可能になる。
【００２１】
さらに、この溶接方法は、溶接ガンを隙間に沿って連続して移動させることにより、溶接部位に継ぎ目なく連続して溶接を行うことが好ましい。このため、ワークの外周部を周回してシームレス溶接が行われるため、溶接精度が良好に向上する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１治具部材と第２治具部材とによりワークの外周端部が挟持されるとともに、前記第１治具部材と第３治具部材とにより前記ワークの前記外周端部よりも内方が保持された状態で、溶接部位に溶接処理が遂行される。このため、ワークは、溶接部位以外の部位を第１治具部材、第２治具部材及び第３治具部材を介して良好に保持されている。
【００２３】
これにより、ワークに反りや歪みが存在していても、溶接部位を平坦状に形成することができ、２枚のプレート同士を容易且つ良好に溶接するとともに、溶接歪みを抑制して高精度な溶接処理を遂行することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接用治具装置の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記溶接用治具装置の斜視図である。
【図３】前記溶接用治具装置の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記溶接用治具装置により溶接されるセパレータが組み込まれる燃料電池の概略分解斜視説明図である。
【図５】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図６】前記溶接用治具装置による溶接処理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図３には、本発明の実施形態に係る溶接用治具装置１０が示されている。この溶接用治具装置１０により溶接されるワークは、例えば、図４及び図５に示すように、燃料電池１２を構成する第１及び第２セパレータ１４ａ、１４ｂである。
【００２６】
燃料電池１２は、固体電解質形燃料電池であり、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）１６の両面に、アノード電極１８及びカソード電極２０が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）２２を備える。電解質・電極接合体２２は、円板状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。
【００２７】
燃料電池１２は、第１及び第２セパレータ１４ａ、１４ｂ間に、複数、例えば、２個の電解質・電極接合体２２が挟持される。第１セパレータ１４ａ及び第２セパレータ１４ｂは、同一形状のセパレータ構造体を互いに１８０°反転させることにより構成される。
【００２８】
第１セパレータ１４ａは、例えば、ステンレス等の板金をプレス成形して構成される第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａを有する。第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａは、互いに拡散接合、抵抗シーム溶接、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。本実施形態では、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａは、ＹＡＧレーザ溶接により接合される。
【００２９】
第１プレート２４ａは、略平板状に形成されるとともに、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２８が形成される燃料ガス供給部３０を有する。この燃料ガス供給部３０から外方に延在する２つの第１橋架部３２ａ、３２ｂを介して第１挟持部３４ａ、３４ｂが一体に設けられる。
【００３０】
第１挟持部３４ａ、３４ｂは、電解質・電極接合体２２と略同一寸法に設定されるとともに、前記電解質・電極接合体２２に接触する面には、集電機能を有する複数の突起部３６ａ、３６ｂが設けられる。複数の突起部３６ａ、３６ｂと電解質・電極接合体２２との間には、アノード電極１８の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路３８ａ、３８ｂが形成される。第１挟持部３４ａ、３４ｂの略中央部には、アノード電極１８の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔４０ａ、４０ｂが形成される。
【００３１】
第２プレート２６ａは、燃料ガス供給連通孔２８が形成される燃料ガス供給部４２を有する。この燃料ガス供給部４２から外方に延在する２つの第１橋架部４４ａ、４４ｂを介して第１挟持部４６ａ、４６ｂが一体に設けられる。第２プレート２６ａの外周を周回して第１プレート２４ａ側に突出する周回凸部４８が設けられ、この周回凸部４８に前記第１プレート２４ａの外周部に設定された溶接部位４９が接合される。
【００３２】
燃料ガス供給部４２、第１橋架部４４ａ、４４ｂ及び第１挟持部４６ａ、４６ｂの第１プレート２４ａに向かう面には、前記第１プレート２４ａに接して積層方向の荷重に対する潰れ防止機能を有する複数の突起部５６が形成される。
【００３３】
第１橋架部３２ａ、４４ａ間及び第１橋架部３２ｂ、４４ｂ間には、燃料ガス供給連通孔２８に連通する燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂが形成される。燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂは、第１挟持部３４ａ、４６ａ間及び第１挟持部３４ｂ、４６ｂ間に形成される燃料ガス充填室６０ａ、６０ｂを介して、燃料ガス供給孔４０ａ、４０ｂに連通する。
【００３４】
第２セパレータ１４ｂは、第１セパレータ１４ａと同一形状に構成されており、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａに対応する第１プレート２４ｂ及び第２プレート２６ｂを有する。第１プレート２４ｂ及び第２プレート２６ｂは、積層方向に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔６２が形成される酸化剤ガス供給部６４、６６を有する。
【００３５】
第１プレート２４ｂ及び第２プレート２６ｂは、酸化剤ガス供給部６４、６６から外方に突出する２つの第２橋架部６８ａ、６８ｂ及び７０ａ、７０ｂを介して第２挟持部７２ａ、７２ｂ及び７４ａ、７４ｂが一体に設けられる。
【００３６】
第２挟持部７２ａ、７２ｂは、電解質・電極接合体２２と略同一寸法に設定されるとともに、前記電解質・電極接合体２２を構成するカソード電極２０に接する面には、集電機能を有する複数の突起部７５ａ、７５ｂが設けられる。複数の突起部７５ａ、７５ｂと電解質・電極接合体２２との間には、カソード電極２０の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂが形成される。第２挟持部７２ａ、７２ｂの略中央部には、カソード電極２０の略中央部に向かって酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔７８ａ、７８ｂが形成される。
【００３７】
第２プレート２６ｂ内には、第１プレート２４ｂが接合されることにより酸化剤ガス供給連通孔６２に連通する酸化剤ガス供給通路８０ａ、８０ｂが、第２橋架部６８ａ、７０ａ間及び第２橋架部６８ｂ、７０ｂ間に対応して形成される。第２挟持部７４ａ、７４ｂ内には、酸化剤ガス供給連通孔６２と酸化剤ガス供給通路８０ａ、８０ｂを介して連通する酸化剤ガス充填室８２ａ、８２ｂが形成される。
【００３８】
図１〜図３に示すように、溶接用治具装置１０は、基台部材９０と、ワークである第１セパレータ１４ａ（第２セパレータ１４ｂも同様であり、以下、第１セパレータ１４ａのみで説明する。）を配置するための第１治具部材９２と、前記第１セパレータ１４ａの外形形状よりも小さな開口形状を有する開口部９４が形成される第２治具部材９６と、前記開口部９４に配置される第３治具部材９８とを備える。
【００３９】
基台部材９０上には、第１治具部材９２が載置されるとともに、この第１治具部材９２には、その上面側に第１セパレータ１４ａの形状を有する凹部１００が形成される。第１治具部材９２には、第１セパレータ１４ａの燃料ガス供給連通孔２８に対応して、貫通孔１０２が形成される一方、基台部材９０には、前記貫通孔１０２と同軸上にねじ穴部１０４が形成される。
【００４０】
第１治具部材９２の両側部には、冷却水を供給するための水冷用通路１０６ａ、１０６ｂが形成される。この水冷用通路１０６ａ、１０６ｂは、第１治具部材９２内に略Ｕ字状に形成され、第１セパレータ１４ａの第１挟持部３４ａ、４６ａ及び３４ｂ、４６ｂの形状に対応して配置される。
【００４１】
第２治具部材９６は、第１治具部材９２の凹部１００に第１セパレータ１４ａが配置された状態で、前記第１治具部材９２と前記第１セパレータ１４ａの外周端部を挟持する。第２治具部材９６は、図３に示すように、開口部９４を形成する内壁面が、溶接部位４９に向かって内方に傾斜する第１傾斜面９７ａを有する。
【００４２】
第２治具部材９６の側部には、第１傾斜面９７ａに開口し、アシストガス（例えば、アルゴンガス等の不活性ガス）を後述する隙間に向かって導入するための第１通路１０８が形状される。第１通路１０８は、開口部９４に対応して所定の数だけ設けられる。
【００４３】
第３治具部材９８は、開口部９４に配置されて第１治具部材９２と第１セパレータ１４ａの外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記開口部９４を形成する内壁面との間に、溶接部位４９を露呈させる隙間１１０を設ける。第３治具部材９８の外壁面には、溶接部位４９に向かって外方に傾斜する第２傾斜面９７ｂが設けられる。第３治具部材９８は、第２傾斜面９７ｂに開口し、アシストガスを隙間１１０に導入するための第２通路１１２を所定の数だけ有している。
【００４４】
第３治具部材９８には、第１セパレータ１４ａの燃料ガス供給連通孔２８に対応する貫通孔１１４が形成される。この第３治具部材９８は、締め付け部材１１６を介して基台部材９０に固定される。締め付け部材１１６は、固定ねじ１１８を有する。
【００４５】
この固定ねじ１１８は、第３治具部材９８の貫通孔１１４、第２治具部材９６の開口部９４及び第１治具部材９２の貫通孔１０２を貫通して基台部材９０のねじ穴部１０４にねじ込まれる。固定ねじ１１８は、アーム部材１２０に設けられるとともに、前記アーム部材１２０には、第３治具部材９８の各円盤部９８ａ、９８ｂの略中央に当接するねじ部材１２２ａ、１２２ｂが設けられる。
【００４６】
溶接用治具装置１０は、第２治具部材９６と第３治具部材９８との隙間１１０に挿入されて、前記第３治具部材９８を第１治具部材９２に対して位置決めする位置決めリング部材（位置決め部材）１２４を備える。位置決めリング部材１２４は、図３に示すように、第１傾斜面９７ａに摺接する外壁傾斜面１２６ａと、第２傾斜面９７ｂに摺接する内壁傾斜面１２６ｂとを有する。外壁傾斜面１２６ａ及び内壁傾斜面１２６ｂは、溶接部位４９に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成される。
【００４７】
基台部材９０、第１治具部材９２及び第２治具部材９６は、複数の固定具１２８（図示しないねじを含む）を介して、互いに固定される。
【００４８】
このように構成される溶接用治具装置１０を用いて、第１セパレータ１４ａを溶接する溶接方法について、以下に説明する。
【００４９】
先ず、基台部材９０上に第１治具部材９２が固定されており、この第１治具部材９２の上面に形成される凹部１００には、第１プレート２４ａと第２プレート２６ａとが重ね合わされた第１セパレータ１４ａが配置される。なお、図４に示すように、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａには、予めプレス加工が施されており、前記第１プレート２４ａには、複数の突起部３６ａ、３６ｂが形成される一方、前記第２プレート２６ａには、複数の突起部５６が形成されている。
【００５０】
次いで、第１治具部材９２上には、第１セパレータ１４ａを介装して第２治具部材９６が載置される。このため、図６に示すように、第１治具部材９２と第２治具部材９６とにより、第１セパレータ１４ａの外周端部が挟持される。さらに、図２及び図３に示すように、第３治具部材９８が、第２治具部材９６の開口部９４に配置されるとともに、この第３治具部材９８は、締め付け部材１１６を介して基台部材９０に固定される。
【００５１】
ここで、締め付け部材１１６による第３治具部材９８の締め付け前に、位置決めリング部材１２４を介して前記第３治具部材９８の位置決めが行われる。この位置決めリング部材１２４は、第２治具部材９６と第３治具部材９８との形成される隙間１１０に挿入される。
【００５２】
図３に示すように、位置決めリング部材１２４の外壁傾斜面１２６ａは、第１傾斜面９７ａに摺接する一方、前記位置決めリング部材１２４の内壁傾斜面１２６ｂは、第２傾斜面９７ｂに摺接する。従って、外壁傾斜面１２６ａ及び内壁傾斜面１２６ｂの楔作用下に、第３治具部材９８は、第２治具部材９６の開口部９４内で位置決めされる。位置決めリング部材１２４では、第３治具部材９８の円盤部９８ａの位置決めを行った後、円盤部９８ｂにも同様に、位置決め処理を施す。
【００５３】
これにより、第３治具部材９８が位置決めされた後、締め付け部材１１６を構成する固定ねじ１１８が基台部材９０のねじ穴部１０４にねじ込まれる。このため、第３治具部材９８は、第１セパレータ１４ａの外周端部よりも内方を第２治具部材９６と保持する。第３治具部材９８では、各円盤部９８ａ、９８ｂがねじ部材１２２ａ、１２２ｂに押圧保持されており、第１セパレータ１４ａには、燃料電池スタックとして積層時に付与される締付け荷重と同等の荷重が付与されている。
【００５４】
そこで、第１治具部材９２の各水冷用通路１０６ａ、１０６には、冷却水が循環供給される。一方、第２治具部材９６の第１通路１０８及び第３治具部材９８の第２通路１１２には、アシストガス（例えば、アルゴンガス）が供給され、前記アシストガスは、第１傾斜面９７ａ及び第２傾斜面９７ｂから隙間１１０に導入されている。
【００５５】
この状態で、図６に示すように、溶接ガン１３０は、隙間１１０に沿って連続して移動することにより、第１セパレータ１４ａの溶接部位４９に溶接作業を行う。ここで、セパレータ１４ａの溶接部位４９は、継ぎ目のない状態で外部に露呈しており、溶接ガン１３０により前記溶接部位４９に対してシームレス溶接を行うことができる。
【００５６】
この場合、本実施形態によれば、第１治具部材９２と第２治具部材９６とにより、セパレータ１４ａの外周端部が挟持されるとともに、前記第１治具部材９２と第３治具部材９８とにより前記第１セパレータ１４ａの前記外周端部よりも内方が保持された状態で、溶接部位４９に対して溶接ガン１３０によるレーザ溶接処理が遂行されている。このため、第１セパレータ１４ａを構成する第１プレート２４ａと第２プレート２６ａとは、溶接時に、溶接部位４９以外の部位を第１治具部材９２、第２治具部材９６及び第３治具部材９８を介して良好に保持されている。
【００５７】
これにより、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ｂには、プレス成形によって反りや歪みが存在していても、溶接部位４９を平坦状に形成することができる。従って、第１プレート２４ａと第２プレート２６ａとは、互いに容易且つ良好に溶接するとともに、溶接歪みを抑制して高精度な溶接処理を遂行することが可能になるという効果が得られる。
【００５８】
また、図３に示すように、第２治具部材９６の内壁面には、溶接部位４９に向かって内方に傾斜する第１傾斜面９７ａが設けられるとともに、第３治具部材９８の外壁面には、前記溶接部位４９に向かって外方に傾斜する第２傾斜面９７ｂが設けられている。
【００５９】
このため、第２治具部材９６及び第３治具部材９８は、溶接部位４９の近傍まで第１セパレータ１４ａに接触して保持することができるとともに、前記第１セパレータ１４ａの外周部近傍でレーザ溶接を行うことが可能になる。従って、溶接後の第１セパレータ１４ａの変形を確実に抑制することができ、良好な溶接処理が遂行される。
【００６０】
さらに、第２治具部材９６は、第１傾斜面９７ａに開口し、アシストガスを隙間１１０に導入するための第１通路１０８を有するとともに、第３治具部材９８は、第２傾斜面９７ｂに開口し、前記アシストガスを前記隙間１１０に導入するための第２通路１１２を有している。これにより、溶接部位４９には、アシストガスが吹き付けられるため、前記溶接部位４９の雰囲気を安定させることができる。このため、溶接部位４９は、酸素に曝される機会が大幅に抑制され、溶接時の欠陥を良好に抑制することが可能になる。
【００６１】
さらにまた、溶接部位４９は、第１セパレータ１４ａの外周部を周回して継ぎ目なく連続するとともに、隙間１１０は、前記溶接部位４９に沿って継ぎ目なく連続して形成されている。従って、溶接ガン１３０を隙間１１０に沿って移動させるだけで、第１セパレータ１４ａの外周部を周回してシームレス溶接が行われ、溶接精度の向上が容易に図られる。
【００６２】
また、第１セパレータ１４ａは、溶接部位４９の内側に燃料ガス供給連通孔２８を設けている。そして、締め付け部材１１６を構成する固定ねじ１１８は、燃料ガス供給連通孔２８に挿入される締付け具として、第３治具部材９８を第１治具部材９２に固定している。これにより、第３治具部材９８と第１治具部材９２とを介して、第１セパレータ１４ａの外周端部よりも内方を確実に保持することができ、しかも前記第１セパレータ１４ａの外周部を周回してシームレス溶接を容易に行うことが可能になる。
【００６３】
さらに、位置決めリング部材１２４は、第１傾斜面９７ａに摺接する外壁傾斜面１２６ａと、第２傾斜面９７ｂに摺接する内壁傾斜面１２６ｂとを有している。その際、外壁傾斜面１２６ａ及び内壁傾斜面１２６ｂは、溶接部位４９に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成されている。このため、位置決めリング部材１２４が隙間１１０に挿入されるだけで、第３治具部材９８を第１治具部材９２に対して高精度に位置決めすることができるとともに、第１セパレータ１４ａの位置決め作業も容易且つ正確に遂行されるという利点がある。
【００６４】
なお、本実施形態では、ワークとして２つの挟持部を有するセパレータを用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、単一の反応ガス供給連通孔を中心に同心同上に３つ又は４つ、あるいは５つ以上の挟持部が配置されるセパレータにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…溶接用治具装置 １２…燃料電池
１４ａ、１４ｂ…セパレータ ２４ａ、２６ａ…プレート
２８…燃料ガス供給連通孔 ３０、４２…燃料ガス供給部
３２ａ、３２ｂ、４４ａ、４４ｂ、６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂ…橋架部
３４ａ、３４ｂ、４６ａ、４６ｂ、７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ…挟持部
３６ａ、３６ｂ、５６、７５ａ、７５ｂ…突起部
４９…溶接部位 ９０…基台部材
９２、９６、９８…治具部材 ９４…開口部
９７ａ、９７ｂ…傾斜面 １０２、１１４…貫通孔
１０４…ねじ穴部 １０６ａ、１０６ｂ…水冷用通路
１０８、１１２…通路 １１０…隙間
１１６…締め付け部材 １１８…固定ねじ
１２２ａ、１２２ｂ…ねじ部材 １２４…位置決めリング部材
１２６ａ…外壁傾斜面 １２６ｂ…内壁傾斜面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置及び前記溶接用治具装置を用いて溶接を行う溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質に酸化物イオン伝導体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、ＭＥＡとセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池では、金属セパレータが用いられており、発電反応によって得られる電気を電解質・電極接合体から集電させるために、複数の突起部（エンボス）等が形成されている。通常、突起部の数が多くなる程、集電効率が高くなるため、一定面積の集電部には、多数の突起部を形成することが望まれている。
【０００４】
ところが、セパレータを構成する金属プレートに多数の突起部をプレス成形すると、この金属プレートには、加工時の歪みが残存し、変形し易いという問題がある。従って、例えば、プレス成形された２枚の金属プレートを溶接してセパレータを形成する際には、溶接部位に歪みが発生し、良好な溶接処理が遂行されないという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用金属セパレータの溶接方法が知られている。この溶接方法は、燃料電池用の一対の金属セパレータを前記金属セパレータの接合面同士を重ね合わせ、流体流路となる空間部を区画形成するように組み合わせる工程と、前記空間部内を排気して負圧化し、重ね合わせた前記接合面同士を大気圧によって密着させる工程と、密着させた前記接合面同士を重ね溶接する工程とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６４５９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１では、空間部内を負圧化して、重ね合わせた接合面同士を大気圧で密着させようとするものであるが、負圧のみによって前記接合面同士を確実に密着させることができない。このため、一対の金属セパレータの接合面同士を高精度に重ね溶接することができないという問題がある。
【０００８】
しかも、溶接時に接合面同士のずれが発生しても、このずれを補正することができない。また、溶接時に発生する熱ひずみを良好に抑制することができないという問題がある。その上、負圧を発生させるために、真空ポンプ等を設置する必要があり、経済的ではない。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、プレートに歪みや反りが存在していても、２枚のプレート同士を容易且つ良好に溶接することができ、溶接歪みを抑制して高精度な溶接処理を遂行することが可能な溶接用治具装置及び溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置に関するものである。
【００１１】
この溶接用治具装置は、ワークを配置するための第１治具部材と、前記ワークの形状に対応した開口部が形成されるとともに、前記第１治具部材と前記ワークの外周端部を挟持する第２治具部材と、前記開口部に配置されて前記第１治具部材と前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設けるための第３治具部材とを備えている。
【００１２】
また、第２治具部材の内壁面は、溶接部位に向かって内方に傾斜する第１傾斜面を有するとともに、第３治具部材の外壁面は、前記溶接部位に向かって外方に傾斜する第２傾斜面を有することが好ましい。このため、第２及び第３治具部材は、溶接部位の近傍までワークに接触して保持することができるとともに、前記ワークの外周部近傍で溶接を行うことが可能になる。従って、溶接後のワークの変形を確実に抑制することができ、良好な溶接処理が遂行される。
【００１３】
さらに、第２治具部材は、内壁面に開口し、アシストガスを隙間に導入するための第１通路を有するとともに、第３治具部材は、外壁面に開口し、前記アシストガスを前記隙間に導入するための第２通路を有することが好ましい。これにより、溶接部位には、アシストガスが吹き付けられるため、前記溶接部位の雰囲気を安定させることができる。このため、溶接部位は、酸素に曝される機会が大幅に抑制され、溶接時の欠陥を良好に防止することが可能になる。
【００１４】
さらにまた、溶接部位は、ワークの外周部を周回して連続するとともに、隙間は、前記溶接部位に沿って継ぎ目なく連続して形成されることが好ましい。従って、ワークの外周部を周回してシームレス溶接が行われるため、溶接精度が良好に向上する。
【００１５】
また、ワークは、溶接部位の内側に孔部を設けるとともに、前記孔部に挿入されて第３治具部材を第１治具部材に固定するための締め付け部材を備えることが好ましい。これにより、第３治具部材と第１治具部材とを介してワークの外周端部よりも内方を確実に保持することができ、しかも、前記ワークの外周部に沿ってシームレス溶接を行うことが可能になる。
【００１６】
さらに、この溶接用治具装置は、隙間に挿入されて第３治具部材を第１治具部材に対して位置決めする位置決め部材を備え、前記位置決め部材は、第１傾斜面に摺接する外壁傾斜面と、第２傾斜面に摺接する内壁傾斜面とを有するとともに、前記外壁傾斜面及び前記内壁傾斜面は、溶接部位に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成されることが好ましい。このため、位置決め部材が隙間に挿入されるだけで、第３治具部材を第１治具部材に対して高精度に位置決めすることができ、ワークの位置決め作業も容易且つ正確に遂行される。
【００１７】
さらにまた、本発明は、第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置を用いる溶接方法に関するものである。
【００１８】
溶接用治具装置は、ワークを配置するための第１治具部材、前記ワークの外形形状よりも小さな開口形状を有する第２治具部材、及び前記開口部に配置される第３治具部材を備えている。
【００１９】
そして、この溶接方法は、第１治具部材にワークを配置するとともに、前記第１治具部材と第２治具部材とにより前記ワークの外周端部を挟持する工程と、第３治具部材を開口部に配置させ、前記第３治具部材と前記第１治具部材とにより前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、前記第３治具部材の外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設ける工程と、前記隙間から前記溶接部位を溶接する工程とを有している。
【００２０】
また、この溶接方法は、隙間にアシストガスを導入しながら、溶接部位を溶接することが好ましい。従って、溶接部位には、アシストガスが吹き付けられるため、前記溶接部位の雰囲気を安定させることができる。これにより、溶接部位は、酸素に曝される機会が大幅に抑制され、溶接時の欠陥を良好に防止することが可能になる。
【００２１】
さらに、この溶接方法は、溶接ガンを隙間に沿って連続して移動させることにより、溶接部位に継ぎ目なく連続して溶接を行うことが好ましい。このため、ワークの外周部を周回してシームレス溶接が行われるため、溶接精度が良好に向上する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１治具部材と第２治具部材とによりワークの外周端部が挟持されるとともに、前記第１治具部材と第３治具部材とにより前記ワークの前記外周端部よりも内方が保持された状態で、溶接部位に溶接処理が遂行される。このため、ワークは、溶接部位以外の部位を第１治具部材、第２治具部材及び第３治具部材を介して良好に保持されている。
【００２３】
これにより、ワークに反りや歪みが存在していても、溶接部位を平坦状に形成することができ、２枚のプレート同士を容易且つ良好に溶接するとともに、溶接歪みを抑制して高精度な溶接処理を遂行することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接用治具装置の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記溶接用治具装置の斜視図である。
【図３】前記溶接用治具装置の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記溶接用治具装置により溶接されるセパレータが組み込まれる燃料電池の概略分解斜視説明図である。
【図５】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図６】前記溶接用治具装置による溶接処理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図３には、本発明の実施形態に係る溶接用治具装置１０が示されている。この溶接用治具装置１０により溶接されるワークは、例えば、図４及び図５に示すように、燃料電池１２を構成する第１及び第２セパレータ１４ａ、１４ｂである。
【００２６】
燃料電池１２は、固体電解質形燃料電池であり、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）１６の両面に、アノード電極１８及びカソード電極２０が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）２２を備える。電解質・電極接合体２２は、円板状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。
【００２７】
燃料電池１２は、第１及び第２セパレータ１４ａ、１４ｂ間に、複数、例えば、２個の電解質・電極接合体２２が挟持される。第１セパレータ１４ａ及び第２セパレータ１４ｂは、同一形状のセパレータ構造体を互いに１８０°反転させることにより構成される。
【００２８】
第１セパレータ１４ａは、例えば、ステンレス等の板金をプレス成形して構成される第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａを有する。第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａは、互いに拡散接合、抵抗シーム溶接、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。本実施形態では、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａは、ＹＡＧレーザ溶接により接合される。
【００２９】
第１プレート２４ａは、略平板状に形成されるとともに、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２８が形成される燃料ガス供給部３０を有する。この燃料ガス供給部３０から外方に延在する２つの第１橋架部３２ａ、３２ｂを介して第１挟持部３４ａ、３４ｂが一体に設けられる。
【００３０】
第１挟持部３４ａ、３４ｂは、電解質・電極接合体２２と略同一寸法に設定されるとともに、前記電解質・電極接合体２２に接触する面には、集電機能を有する複数の突起部３６ａ、３６ｂが設けられる。複数の突起部３６ａ、３６ｂと電解質・電極接合体２２との間には、アノード電極１８の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路３８ａ、３８ｂが形成される。第１挟持部３４ａ、３４ｂの略中央部には、アノード電極１８の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔４０ａ、４０ｂが形成される。
【００３１】
第２プレート２６ａは、燃料ガス供給連通孔２８が形成される燃料ガス供給部４２を有する。この燃料ガス供給部４２から外方に延在する２つの第１橋架部４４ａ、４４ｂを介して第１挟持部４６ａ、４６ｂが一体に設けられる。第２プレート２６ａの外周を周回して第１プレート２４ａ側に突出する周回凸部４８が設けられ、この周回凸部４８に前記第１プレート２４ａの外周部に設定された溶接部位４９が接合される。
【００３２】
燃料ガス供給部４２、第１橋架部４４ａ、４４ｂ及び第１挟持部４６ａ、４６ｂの第１プレート２４ａに向かう面には、前記第１プレート２４ａに接して積層方向の荷重に対する潰れ防止機能を有する複数の突起部５６が形成される。
【００３３】
第１橋架部３２ａ、４４ａ間及び第１橋架部３２ｂ、４４ｂ間には、燃料ガス供給連通孔２８に連通する燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂが形成される。燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂは、第１挟持部３４ａ、４６ａ間及び第１挟持部３４ｂ、４６ｂ間に形成される燃料ガス充填室６０ａ、６０ｂを介して、燃料ガス供給孔４０ａ、４０ｂに連通する。
【００３４】
第２セパレータ１４ｂは、第１セパレータ１４ａと同一形状に構成されており、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａに対応する第１プレート２４ｂ及び第２プレート２６ｂを有する。第１プレート２４ｂ及び第２プレート２６ｂは、積層方向に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔６２が形成される酸化剤ガス供給部６４、６６を有する。
【００３５】
第１プレート２４ｂ及び第２プレート２６ｂは、酸化剤ガス供給部６４、６６から外方に突出する２つの第２橋架部６８ａ、６８ｂ及び７０ａ、７０ｂを介して第２挟持部７２ａ、７２ｂ及び７４ａ、７４ｂが一体に設けられる。
【００３６】
第２挟持部７２ａ、７２ｂは、電解質・電極接合体２２と略同一寸法に設定されるとともに、前記電解質・電極接合体２２を構成するカソード電極２０に接する面には、集電機能を有する複数の突起部７５ａ、７５ｂが設けられる。複数の突起部７５ａ、７５ｂと電解質・電極接合体２２との間には、カソード電極２０の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂが形成される。第２挟持部７２ａ、７２ｂの略中央部には、カソード電極２０の略中央部に向かって酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔７８ａ、７８ｂが形成される。
【００３７】
第２プレート２６ｂ内には、第１プレート２４ｂが接合されることにより酸化剤ガス供給連通孔６２に連通する酸化剤ガス供給通路８０ａ、８０ｂが、第２橋架部６８ａ、７０ａ間及び第２橋架部６８ｂ、７０ｂ間に対応して形成される。第２挟持部７４ａ、７４ｂ内には、酸化剤ガス供給連通孔６２と酸化剤ガス供給通路８０ａ、８０ｂを介して連通する酸化剤ガス充填室８２ａ、８２ｂが形成される。
【００３８】
図１〜図３に示すように、溶接用治具装置１０は、基台部材９０と、ワークである第１セパレータ１４ａ（第２セパレータ１４ｂも同様であり、以下、第１セパレータ１４ａのみで説明する。）を配置するための第１治具部材９２と、前記第１セパレータ１４ａの外形形状よりも小さな開口形状を有する開口部９４が形成される第２治具部材９６と、前記開口部９４に配置される第３治具部材９８とを備える。
【００３９】
基台部材９０上には、第１治具部材９２が載置されるとともに、この第１治具部材９２には、その上面側に第１セパレータ１４ａの形状を有する凹部１００が形成される。第１治具部材９２には、第１セパレータ１４ａの燃料ガス供給連通孔２８に対応して、貫通孔１０２が形成される一方、基台部材９０には、前記貫通孔１０２と同軸上にねじ穴部１０４が形成される。
【００４０】
第１治具部材９２の両側部には、冷却水を供給するための水冷用通路１０６ａ、１０６ｂが形成される。この水冷用通路１０６ａ、１０６ｂは、第１治具部材９２内に略Ｕ字状に形成され、第１セパレータ１４ａの第１挟持部３４ａ、４６ａ及び３４ｂ、４６ｂの形状に対応して配置される。
【００４１】
第２治具部材９６は、第１治具部材９２の凹部１００に第１セパレータ１４ａが配置された状態で、前記第１治具部材９２と前記第１セパレータ１４ａの外周端部を挟持する。第２治具部材９６は、図３に示すように、開口部９４を形成する内壁面が、溶接部位４９に向かって内方に傾斜する第１傾斜面９７ａを有する。
【００４２】
第２治具部材９６の側部には、第１傾斜面９７ａに開口し、アシストガス（例えば、アルゴンガス等の不活性ガス）を後述する隙間に向かって導入するための第１通路１０８が形状される。第１通路１０８は、開口部９４に対応して所定の数だけ設けられる。
【００４３】
第３治具部材９８は、開口部９４に配置されて第１治具部材９２と第１セパレータ１４ａの外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記開口部９４を形成する内壁面との間に、溶接部位４９を露呈させる隙間１１０を設ける。第３治具部材９８の外壁面には、溶接部位４９に向かって外方に傾斜する第２傾斜面９７ｂが設けられる。第３治具部材９８は、第２傾斜面９７ｂに開口し、アシストガスを隙間１１０に導入するための第２通路１１２を所定の数だけ有している。
【００４４】
第３治具部材９８には、第１セパレータ１４ａの燃料ガス供給連通孔２８に対応する貫通孔１１４が形成される。この第３治具部材９８は、締め付け部材１１６を介して基台部材９０に固定される。締め付け部材１１６は、固定ねじ１１８を有する。
【００４５】
この固定ねじ１１８は、第３治具部材９８の貫通孔１１４、第２治具部材９６の開口部９４及び第１治具部材９２の貫通孔１０２を貫通して基台部材９０のねじ穴部１０４にねじ込まれる。固定ねじ１１８は、アーム部材１２０に設けられるとともに、前記アーム部材１２０には、第３治具部材９８の各円盤部９８ａ、９８ｂの略中央に当接するねじ部材１２２ａ、１２２ｂが設けられる。
【００４６】
溶接用治具装置１０は、第２治具部材９６と第３治具部材９８との隙間１１０に挿入されて、前記第３治具部材９８を第１治具部材９２に対して位置決めする位置決めリング部材（位置決め部材）１２４を備える。位置決めリング部材１２４は、図３に示すように、第１傾斜面９７ａに摺接する外壁傾斜面１２６ａと、第２傾斜面９７ｂに摺接する内壁傾斜面１２６ｂとを有する。外壁傾斜面１２６ａ及び内壁傾斜面１２６ｂは、溶接部位４９に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成される。
【００４７】
基台部材９０、第１治具部材９２及び第２治具部材９６は、複数の固定具１２８（図示しないねじを含む）を介して、互いに固定される。
【００４８】
このように構成される溶接用治具装置１０を用いて、第１セパレータ１４ａを溶接する溶接方法について、以下に説明する。
【００４９】
先ず、基台部材９０上に第１治具部材９２が固定されており、この第１治具部材９２の上面に形成される凹部１００には、第１プレート２４ａと第２プレート２６ａとが重ね合わされた第１セパレータ１４ａが配置される。なお、図４に示すように、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ａには、予めプレス加工が施されており、前記第１プレート２４ａには、複数の突起部３６ａ、３６ｂが形成される一方、前記第２プレート２６ａには、複数の突起部５６が形成されている。
【００５０】
次いで、第１治具部材９２上には、第１セパレータ１４ａを介装して第２治具部材９６が載置される。このため、図６に示すように、第１治具部材９２と第２治具部材９６とにより、第１セパレータ１４ａの外周端部が挟持される。さらに、図２及び図３に示すように、第３治具部材９８が、第２治具部材９６の開口部９４に配置されるとともに、この第３治具部材９８は、締め付け部材１１６を介して基台部材９０に固定される。
【００５１】
ここで、締め付け部材１１６による第３治具部材９８の締め付け前に、位置決めリング部材１２４を介して前記第３治具部材９８の位置決めが行われる。この位置決めリング部材１２４は、第２治具部材９６と第３治具部材９８との形成される隙間１１０に挿入される。
【００５２】
図３に示すように、位置決めリング部材１２４の外壁傾斜面１２６ａは、第１傾斜面９７ａに摺接する一方、前記位置決めリング部材１２４の内壁傾斜面１２６ｂは、第２傾斜面９７ｂに摺接する。従って、外壁傾斜面１２６ａ及び内壁傾斜面１２６ｂの楔作用下に、第３治具部材９８は、第２治具部材９６の開口部９４内で位置決めされる。位置決めリング部材１２４では、第３治具部材９８の円盤部９８ａの位置決めを行った後、円盤部９８ｂにも同様に、位置決め処理を施す。
【００５３】
これにより、第３治具部材９８が位置決めされた後、締め付け部材１１６を構成する固定ねじ１１８が基台部材９０のねじ穴部１０４にねじ込まれる。このため、第３治具部材９８は、第１セパレータ１４ａの外周端部よりも内方を第２治具部材９６と保持する。第３治具部材９８では、各円盤部９８ａ、９８ｂがねじ部材１２２ａ、１２２ｂに押圧保持されており、第１セパレータ１４ａには、燃料電池スタックとして積層時に付与される締付け荷重と同等の荷重が付与されている。
【００５４】
そこで、第１治具部材９２の各水冷用通路１０６ａ、１０６には、冷却水が循環供給される。一方、第２治具部材９６の第１通路１０８及び第３治具部材９８の第２通路１１２には、アシストガス（例えば、アルゴンガス）が供給され、前記アシストガスは、第１傾斜面９７ａ及び第２傾斜面９７ｂから隙間１１０に導入されている。
【００５５】
この状態で、図６に示すように、溶接ガン１３０は、隙間１１０に沿って連続して移動することにより、第１セパレータ１４ａの溶接部位４９に溶接作業を行う。ここで、セパレータ１４ａの溶接部位４９は、継ぎ目のない状態で外部に露呈しており、溶接ガン１３０により前記溶接部位４９に対してシームレス溶接を行うことができる。
【００５６】
この場合、本実施形態によれば、第１治具部材９２と第２治具部材９６とにより、セパレータ１４ａの外周端部が挟持されるとともに、前記第１治具部材９２と第３治具部材９８とにより前記第１セパレータ１４ａの前記外周端部よりも内方が保持された状態で、溶接部位４９に対して溶接ガン１３０によるレーザ溶接処理が遂行されている。このため、第１セパレータ１４ａを構成する第１プレート２４ａと第２プレート２６ａとは、溶接時に、溶接部位４９以外の部位を第１治具部材９２、第２治具部材９６及び第３治具部材９８を介して良好に保持されている。
【００５７】
これにより、第１プレート２４ａ及び第２プレート２６ｂには、プレス成形によって反りや歪みが存在していても、溶接部位４９を平坦状に形成することができる。従って、第１プレート２４ａと第２プレート２６ａとは、互いに容易且つ良好に溶接するとともに、溶接歪みを抑制して高精度な溶接処理を遂行することが可能になるという効果が得られる。
【００５８】
また、図３に示すように、第２治具部材９６の内壁面には、溶接部位４９に向かって内方に傾斜する第１傾斜面９７ａが設けられるとともに、第３治具部材９８の外壁面には、前記溶接部位４９に向かって外方に傾斜する第２傾斜面９７ｂが設けられている。
【００５９】
このため、第２治具部材９６及び第３治具部材９８は、溶接部位４９の近傍まで第１セパレータ１４ａに接触して保持することができるとともに、前記第１セパレータ１４ａの外周部近傍でレーザ溶接を行うことが可能になる。従って、溶接後の第１セパレータ１４ａの変形を確実に抑制することができ、良好な溶接処理が遂行される。
【００６０】
さらに、第２治具部材９６は、第１傾斜面９７ａに開口し、アシストガスを隙間１１０に導入するための第１通路１０８を有するとともに、第３治具部材９８は、第２傾斜面９７ｂに開口し、前記アシストガスを前記隙間１１０に導入するための第２通路１１２を有している。これにより、溶接部位４９には、アシストガスが吹き付けられるため、前記溶接部位４９の雰囲気を安定させることができる。このため、溶接部位４９は、酸素に曝される機会が大幅に抑制され、溶接時の欠陥を良好に抑制することが可能になる。
【００６１】
さらにまた、溶接部位４９は、第１セパレータ１４ａの外周部を周回して継ぎ目なく連続するとともに、隙間１１０は、前記溶接部位４９に沿って継ぎ目なく連続して形成されている。従って、溶接ガン１３０を隙間１１０に沿って移動させるだけで、第１セパレータ１４ａの外周部を周回してシームレス溶接が行われ、溶接精度の向上が容易に図られる。
【００６２】
また、第１セパレータ１４ａは、溶接部位４９の内側に燃料ガス供給連通孔２８を設けている。そして、締め付け部材１１６を構成する固定ねじ１１８は、燃料ガス供給連通孔２８に挿入される締付け具として、第３治具部材９８を第１治具部材９２に固定している。これにより、第３治具部材９８と第１治具部材９２とを介して、第１セパレータ１４ａの外周端部よりも内方を確実に保持することができ、しかも前記第１セパレータ１４ａの外周部を周回してシームレス溶接を容易に行うことが可能になる。
【００６３】
さらに、位置決めリング部材１２４は、第１傾斜面９７ａに摺接する外壁傾斜面１２６ａと、第２傾斜面９７ｂに摺接する内壁傾斜面１２６ｂとを有している。その際、外壁傾斜面１２６ａ及び内壁傾斜面１２６ｂは、溶接部位４９に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成されている。このため、位置決めリング部材１２４が隙間１１０に挿入されるだけで、第３治具部材９８を第１治具部材９２に対して高精度に位置決めすることができるとともに、第１セパレータ１４ａの位置決め作業も容易且つ正確に遂行されるという利点がある。
【００６４】
なお、本実施形態では、ワークとして２つの挟持部を有するセパレータを用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、単一の反応ガス供給連通孔を中心に同心同上に３つ又は４つ、あるいは５つ以上の挟持部が配置されるセパレータにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…溶接用治具装置 １２…燃料電池
１４ａ、１４ｂ…セパレータ ２４ａ、２６ａ…プレート
２８…燃料ガス供給連通孔 ３０、４２…燃料ガス供給部
３２ａ、３２ｂ、４４ａ、４４ｂ、６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂ…橋架部
３４ａ、３４ｂ、４６ａ、４６ｂ、７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ…挟持部
３６ａ、３６ｂ、５６、７５ａ、７５ｂ…突起部
４９…溶接部位 ９０…基台部材
９２、９６、９８…治具部材 ９４…開口部
９７ａ、９７ｂ…傾斜面 １０２、１１４…貫通孔
１０４…ねじ穴部 １０６ａ、１０６ｂ…水冷用通路
１０８、１１２…通路 １１０…隙間
１１６…締め付け部材 １１８…固定ねじ
１２２ａ、１２２ｂ…ねじ部材 １２４…位置決めリング部材
１２６ａ…外壁傾斜面 １２６ｂ…内壁傾斜面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置であって、
前記ワークを配置するための第１治具部材と、
前記ワークの形状に対応した開口部が形成されるとともに、前記第１治具部材と前記ワークの外周端部を挟持する第２治具部材と、
前記開口部に配置されて前記第１治具部材と前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設けるための第３治具部材と、
を備えることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項２】
請求項１記載の溶接用治具装置において、前記第２治具部材の前記内壁面は、前記溶接部位に向かって内方に傾斜する第１傾斜面を有するとともに、
前記第３治具部材の前記外壁面は、前記溶接部位に向かって外方に傾斜する第２傾斜面を有することを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の溶接用治具装置において、前記第２治具部材は、前記内壁面に開口し、アシストガスを前記隙間に導入するための第１通路を有するとともに、
前記第３治具部材は、前記外壁面に開口し、前記アシストガスを前記隙間に導入するための第２通路を有することを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接用治具装置において、前記溶接部位は、前記ワークの前記外周部を周回して連続するとともに、
前記隙間は、前記溶接部位に沿って継ぎ目なく連続して形成されることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接用治具装置において、前記ワークは、前記溶接部位の内側に孔部を設けるとともに、
前記孔部に挿入されて前記第３治具部材を前記第１治具部材に固定するための締め付け部材を備えることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の溶接用治具装置において、前記隙間に挿入されて前記第３治具部材を前記第１治具部材に対して位置決めする位置決め部材を備え、
前記位置決め部材は、前記第１傾斜面に摺接する外壁傾斜面と、
前記第２傾斜面に摺接する内壁傾斜面と、
を有するとともに、
前記外壁傾斜面及び前記内壁傾斜面は、前記溶接部位に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成されることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項７】
第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持する溶接用治具装置を用い、前記ワークの外周部に設定された溶接部位に沿って溶接するための溶接方法であって、
前記溶接用治具装置は、前記ワークを配置するための第１治具部材、前記ワークの外形形状よりも小さな開口形状を有する第２治具部材、及び前記開口部に配置される第３治具部材を備え、
前記溶接方法は、前記第１治具部材に前記ワークを配置するとともに、前記第１治具部材と前記第２治具部材とにより前記ワークの外周端部を挟持する工程と、
前記第３治具部材を前記開口部に配置させ、前記第３治具部材と前記第１治具部材とにより前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、前記第３治具部材の外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設ける工程と、
前記隙間から前記溶接部位を溶接する工程と、
を有することを特徴とする溶接方法。
【請求項８】
請求項７記載の溶接方法において、前記隙間にアシストガスを導入しながら、前記溶接部位を溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の溶接方法において、溶接ガンを前記隙間に沿って連続して移動させることにより、前記溶接部位に継ぎ目なく連続して溶接を行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項１】
第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持し、前記ワークの外周部の溶接部位に沿って溶接するための溶接用治具装置であって、
前記ワークを配置するための第１治具部材と、
前記ワークの形状に対応した開口部が形成されるとともに、前記第１治具部材と前記ワークの外周端部を挟持する第２治具部材と、
前記開口部に配置されて前記第１治具部材と前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設けるための第３治具部材と、
を備えることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項２】
請求項１記載の溶接用治具装置において、前記第２治具部材の前記内壁面は、前記溶接部位に向かって内方に傾斜する第１傾斜面を有するとともに、
前記第３治具部材の前記外壁面は、前記溶接部位に向かって外方に傾斜する第２傾斜面を有することを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の溶接用治具装置において、前記第２治具部材は、前記内壁面に開口し、アシストガスを前記隙間に導入するための第１通路を有するとともに、
前記第３治具部材は、前記外壁面に開口し、前記アシストガスを前記隙間に導入するための第２通路を有することを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接用治具装置において、前記溶接部位は、前記ワークの前記外周部を周回して連続するとともに、
前記隙間は、前記溶接部位に沿って継ぎ目なく連続して形成されることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接用治具装置において、前記ワークは、前記溶接部位の内側に孔部を設けるとともに、
前記孔部に挿入されて前記第３治具部材を前記第１治具部材に固定するための締め付け部材を備えることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の溶接用治具装置において、前記隙間に挿入されて前記第３治具部材を前記第１治具部材に対して位置決めする位置決め部材を備え、
前記位置決め部材は、前記第１傾斜面に摺接する外壁傾斜面と、
前記第２傾斜面に摺接する内壁傾斜面と、
を有するとともに、
前記外壁傾斜面及び前記内壁傾斜面は、前記溶接部位に向かって互いに近接する方向に傾斜する断面楔形状に構成されることを特徴とする溶接用治具装置。
【請求項７】
第１プレートと第２プレートとを重ね合わせたワークを保持する溶接用治具装置を用い、前記ワークの外周部に設定された溶接部位に沿って溶接するための溶接方法であって、
前記溶接用治具装置は、前記ワークを配置するための第１治具部材、前記ワークの外形形状よりも小さな開口形状を有する第２治具部材、及び前記開口部に配置される第３治具部材を備え、
前記溶接方法は、前記第１治具部材に前記ワークを配置するとともに、前記第１治具部材と前記第２治具部材とにより前記ワークの外周端部を挟持する工程と、
前記第３治具部材を前記開口部に配置させ、前記第３治具部材と前記第１治具部材とにより前記ワークの前記外周端部よりも内方を保持するとともに、前記第３治具部材の外壁面と前記第２治具部材の前記開口部を形成する内壁面との間に、前記溶接部位を露呈させる隙間を設ける工程と、
前記隙間から前記溶接部位を溶接する工程と、
を有することを特徴とする溶接方法。
【請求項８】
請求項７記載の溶接方法において、前記隙間にアシストガスを導入しながら、前記溶接部位を溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の溶接方法において、溶接ガンを前記隙間に沿って連続して移動させることにより、前記溶接部位に継ぎ目なく連続して溶接を行うことを特徴とする溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６１４５０（Ｐ２０１１−１６１４５０Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３３３（Ｐ２０１０−２３３３３）
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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