燃料電池、および、燃料電池の製造方法
【課題】本発明は、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造する技術を提供することを目的とする。
【解決手段】燃料電池であって、複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、セル積層体を内部に収容するケースと、ケースの内部において、セル積層体の積層方向における端部とケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、ケースは、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧するための押圧部材を圧力プレートに接触させるために用いることのできる第１の開口部と、セル積層体を積層方向に圧縮した状態で圧力プレートの位置を固定することのできる固定部と、を備える。
【解決手段】燃料電池であって、複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、セル積層体を内部に収容するケースと、ケースの内部において、セル積層体の積層方向における端部とケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、ケースは、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧するための押圧部材を圧力プレートに接触させるために用いることのできる第１の開口部と、セル積層体を積層方向に圧縮した状態で圧力プレートの位置を固定することのできる固定部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、および、燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のセルを積層したセル積層体を箱状のケースの内側に収容した燃料電池が知られている。この燃料電池の多くは、セル積層体が積層方向に圧縮された状態でケース内に収容されている。また、各セルは、一般的に、一対の電極が電解質の両側に配置された膜電極接合体と、膜電極接合体の両側に配置された一対のセパレータを備えている。
【０００３】
この燃料電池に関して、ケースの内側に収容されたセル積層体の積層方向の圧縮荷重を調整するために、例えば、ケースの外部からネジを回し、ネジの軸力よってセル積層体への圧縮荷重を調整する方法が知られている（特許文献１）。また、ケースとセル積層体との間にシム板（スペーサープレート）を挟み込むことによって圧縮荷重を調整する方法が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５８９８５号公報
【特許文献２】特開２００５−５２４２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ネジの軸力によって圧縮荷重を調整する方法では、複数のネジからの応力によってセル積層体を圧縮するため、セル積層体の表面全体に対して均一に応力が伝わらないおそれがあった。また、ネジをねじ込む時に切り粉が発生するなどの問題があった。一方、シム板を挟み込んで圧縮荷重を調整する方法では、シム板によって燃料電池の自重が増加する問題や、シム板の厚さや枚数による圧縮荷重の微調整が容易ではないなどの問題があった。このように、燃料電池において、ケースに収容されたセル積層体の圧縮荷重を調整する方法については、なお改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造する技術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】
【０００７】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、前記ケースの外部から前記圧力プレートを前記積層方向に押圧するための押圧部材を前記圧力プレートに接触させるために用いることのできる第１の開口部と、前記セル積層体を前記積層方向に圧縮した状態で前記圧力プレートの位置を固定することのできる固定部と、を備える、燃料電池。
【０００９】
この構成によれば、第１の開口部によって、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧することができ、圧力プレートを積層方向に押圧した状態において、固定部によって圧力プレートの位置を固定することができるため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向している、燃料電池。
【００１１】
この構成によれば、第１の開口部が積層方向において圧力プレートと対向しているため、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００１２】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、
前記固定部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向しているめねじ部と、前記めねじ部に基端側が接続され、先端側が前記押圧プレートと接触するねじ部材と、を備える、燃料電池。
【００１３】
この構成によれば、圧縮されたセル積層体からの応力に抗して圧力プレートの移動を容易に規制することができる。
【００１４】
［適用例４］
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、互いに開口面積が異なり、前記積層方向において、それぞれ前記圧力プレートと対向する２つの開口部を備えている、燃料電池。
【００１５】
この構成によれば、一方の開口部によって、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧することができ、圧力プレートを積層方向に押圧した状態において、他方の開口部を用いて圧力プレートの位置を固定することができるため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００１６】
［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の大きい方の第１の開口部は、前記ケースに１つないし３つ形成されている、燃料電池。
【００１７】
この構成によれば、第１の開口部を介して、ケースの外部から押圧部材により圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００１８】
［適用例６］
適用例５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに２つまたは３つ形成され、
各前記第１の開口部は、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置が、２つの前記第１の開口部の間、または、３つの前記第１の開口部により囲まれる領域の内側となるようにそれぞれ配置されている、燃料電池。
【００１９】
この構成によれば、各第１の開口部を介して、２つまたは３つの押圧部材によりケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧したときに、各押圧部材が圧縮プレートを押圧する力の合力を燃料電池セルの重心付近に作用させることができるため、圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００２０】
［適用例７］
適用例５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに１つ形成され、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置と対向する、燃料電池。
【００２１】
この構成によれば、第１の開口部を介して、押圧部材によりケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧したときに、燃料電池セルの重心付近を押圧することができるため、圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００２２】
［適用例８］
適用例４ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の小さい方の第２の開口部は、内周部にねじ溝を備えるめねじ部を有する、燃料電池。
【００２３】
この構成によれば、めねじ部にねじ部材を取り付けることにより、圧力プレートの位置を容易に固定することができる。
【００２４】
［適用例９］
燃料電池の製造方法であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、前記セル積層体を収容するためのケースと、を準備する準備工程と、
前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記ケースと対向する状態で、前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する収容工程と、
前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧することにより、前記ケースの内部に収容されている前記セル積層体を積層方向に圧縮する圧縮工程と、
前記押圧部材によって前記セル積層体が圧縮されている状態において、前記圧力プレートの位置を固定する固定工程と、を備える製造方法。
【００２５】
この構成によれば、ケースの外部からセル積層体を圧縮している状態において、圧力プレートの位置を固定するため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００２６】
［適用例１０］
適用例９に記載の製造方法において、
前記準備工程は、側面部に２つの開口部を有するケースを準備する工程を含み、
前記収容工程は、前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記側面部と対向するように前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する工程を含み、
前記圧縮工程は、前記側面部の第１の開口部を介して前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧する工程を含み、
前記固定工程は、前記圧力プレートと前記側面部の第２の開口部との間にねじ部材を取り付ける工程を含む、製造方法。
【００２７】
この構成によれば、第１の開口部を介してケースの外部からセル積層体を圧縮している状態において、圧力プレートと第２の開口部との間にねじ部材を取り付けて圧力プレートの位置を固定するため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００２８】
［適用例１１］
適用例１０に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による前記押圧によって前記セル積層体の圧縮荷重が所定値となったときに、前記ねじ部材の取り付けをおこない、前記ねじ部材を取り付けた後に、前記押圧部材による前記押圧を解除する工程を含む、製造方法。
【００２９】
この構成によれば、ねじ部材を取り付けた後に、押圧部材による押圧を解除するため、ねじ部材を容易に取り付けることができる。
【００３０】
［適用例１２］
適用例１１に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による押圧力を検出可能な前記ケースの外部の装置を用いて前記セル積層体の圧縮荷重を検出する工程を含む、製造方法。
【００３１】
この構成によれば、燃料電池は、セル積層体の圧縮荷重を検出するための検出部を備える必要がないため、燃料電池の構成の簡素化を図ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の製造装置、燃料電池を搭載する車両、セル積層体を圧縮するためのねじ部材の取り付け方法、などのほか、これらの方法を装置に実行させるための制御プログラムなどの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施例の燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【図２】ケース本体の概略構成を説明するための説明図である。
【図３】単セルの概略構成を説明するための説明図である。
【図４】ケース本体のねじ用開口部と押圧用開口部とシャフト用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図５】燃料電池の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図６】ケース本体を製造装置にセットする状態を例示した説明図である。
【図７】単セルをケース本体の内側に収容する状態を例示した説明図である。
【図８】板状部材を前側面部に固定する状態を例示した説明図である。
【図９】仮組立体にシャフト部材を取り付ける状態を例示した説明図である。
【図１０】セル積層体の圧縮荷重を調整する方法を説明するための説明図である。
【図１１】仮組立体にカバー部材を取り付ける状態を例示した説明図である。
【図１２】第２実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１３】第３実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１４】変形例１のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１５】変形例２のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１６】変形例３の燃料電池における固定部を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例の燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。図１は、燃料電池１０の断面構成を例示している。燃料電池１０は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、例えば、車両等の移動体に搭載されて、移動体の動力源として使用される。また、定置型の電源等としても使用される。燃料電池１０は、セル積層体１００と、一対のターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂと、一対のインシュレータプレート２０２ａ，２０２ｂと、スタックマニホールド２０１と、圧力プレート２００と、ケース３００と、複数の荷重調整ねじ５００を備えている。
【００３５】
セル積層体１００は、単セル１０５を複数積層した構成を備えている。単セル１０５の形状や構成については、図３を用いて後述する。なお、以後の説明では、このセル積層体１００の積層方向に沿った方向をｘ方向と呼び、ｘ方向に直交し、単セル１０５の長手方向に沿った方向をｙ方向と呼び、ｘ方向とｙ方向に直交する方向をｚ方向と呼ぶ。セル積層体１００の両側には、電極板としてのターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂが配置され、さらに、ターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂの両側にインシュレータプレート２０２ａ，２０２ｂが配置されている。インシュレータプレート２０２ｂの外側には、スタックマニホールド２０１が配置され、ケース３００の外部とセル積層体１００との間の反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス等）や冷却媒体の流通経路を構成する。インシュレータプレート２０２ａとケース３００との間には、セル積層体１００を押圧するための圧力プレート２００が配置されている。
【００３６】
ケース３００は、それぞれ鋼等の金属により形成された、ケース本体３０５と、板状部材４１０と、カバー部材４２０と、シャフト部材４３０とを備えている。ケース３００は、セル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に圧縮した状態で内側に収容している。
【００３７】
図２は、ケース本体の概略構成を説明するための説明図である。図２（Ａ）は、図１に示したケース本体３０５の上下方向（Ｚ方向）を反転させた状態を例示した斜視図である。図２（Ｂ）は、ケース本体３０５の後方側（図１の右側）を例示した斜視図である。ケース本体３０５は、略直方体の箱状の外形を備え、前側面部３１０と、後側面部３２０と、上面部３３０と、下面部３４０と、右側面部３５０と、左側面部３６０と、を備えている。ケース本体３０５の内壁面は、図示しない絶縁性の部材（例えば、樹脂）により被覆されている。
【００３８】
前側面部３１０は、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０と概ね直交している。前側面部３１０は、上面部３３０、下面部３４０に対してフランジ状に突出した端辺部３１０ｆを備え、中央部分には、前面側開口部３１１が形成されている。後側面部３２０は、前側面部３１０と対向する位置に形成され、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０と概ね直交している。
【００３９】
後側面部３２０には、ねじ用開口部３２１と、押圧用開口部３２２と、シャフト用開口部３２３とが形成されている。ねじ用開口部３２１は、ねじ溝を有する荷重調整ねじ５００（図１）を挿通するためねじ穴（貫通孔）であり、穴の内側には、荷重調整ねじ５００のねじ溝と対応するねじ溝が形成されている。押圧用開口部３２２は、後述する押圧部材１２０を挿通するための貫通孔であり、本実施例では、ねじ用開口部３２１よりも開口面積が大きい円形状の外形を有している。シャフト用開口部３２３は、シャフト部材４３０（図１）を挿通するため貫通孔である。ねじ用開口部３２１、押圧用開口部３２２およびシャフト用開口部３２３の数や位置の詳細については図４を用いて後述する。
【００４０】
上面部３３０および下面部３４０は、互いに対向する位置に形成され、それぞれ右側面部３５０および左側面部３６０と概ね直交している。下面部３４０は、中央部分のほぼ全域に下面側開口部３４１が形成されている。右側面部３５０および左側面部３６０は、互いに対向する位置に形成され、外周部が前側面部３１０、後側面部３２０、上面部３３０、および、下面部３４０の外周部とそれぞれ接続されている。本実施例では、前側面部３１０と後側面部３２０は、法線方向がｘ方向に沿うように形成され、上面部３３０、下面部３４０、右側面部、および、左側面部は、ｘ方向と平行に形成される。また、ケース本体３０５の内側には、セル積層体１００のセル電圧を監視するためのモニタ基盤５５０が右側面部３５０に沿って配置されている。
【００４１】
図１に示すように、前側面部３１０には、ボルト４１１によって略矩形形状の板状部材４１０が取り付けられ、板状部材４１０によって前面側開口部３１１が塞がれている。板状部材４１０には、補機４５０が取り付けられている。補機４５０は、例えば、外部からの反応ガスをマニホールドに供給するための配管４５２，４５４や、燃料ガス（水素）を送り出すポンプ４５３等である。また、下面部３４０には、ボルト４２１によって略矩形形状のカバー部材４２０が取り付けられ、カバー部材４２０によって下面側開口部３４１が塞がれている。
【００４２】
シャフト部材４３０は、金属などにより形成された棒状の部材であり、ｘ方向に伸びてケース３００の内側を貫くように配置されている。シャフト部材４３０は、ナット４３１によって、一方の端部が板状部材４１０に固定され、他方の端部がシャフト用開口部３２３を挿通させた状態で後側面部３２０に固定されている。
【００４３】
荷重調整ねじ５００は、金属などにより形成されたねじ溝を有する棒状の部材であり、基端側が後側面部３２０のねじ用開口部３２１にねじ止めされ、先端側が圧力プレート２００と接触している。荷重調整ねじ５００は、回転によって、後側面部３２０から圧力プレート２００と接触する端部までの長さが調整される。
【００４４】
圧力プレート２００は、単セル１０５と同じ形状を有する平板状の外形を備え、ケース本体３０５の後側面部３２０とセル積層体１００との間に配置されている。圧力プレート２００は、ターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂやインシュレータプレート２０２ａ，２０２ｂよりも十分に厚みが大きく、外部からの押圧力をセル積層体１００の表面全体にほぼ均一に伝えることができるものであることが好ましい。圧力プレート２００は、セル積層体１００から後側面部３２０に向かう方向に押圧され、荷重調整ねじ５００によって移動が規制されている。圧力プレート２００、スタックマニホールド２０１および板状部材４１０は、セル積層体１００を一部に含んで構成される燃料電池スタックの構成部材（例えば、エンドプレート）として用いられていてもよい。
【００４５】
セル積層体１００は、圧力プレート２００と板状部材４１０によって挟持され、所定の荷重がかけられた状態でケース３００の内側に収容されている。すなわち、本実施例のセル積層体１００は、ｘ方向に圧縮された状態でケース３００の内側に収容されている。
【００４６】
図３は、単セルの概略構成を説明するための説明図である。単セル１０５は、シール一体型膜電極接合体１５０と、シール一体型膜電極接合体１５０を両側から挟むように配置される一対のセパレータ１６０、１８０（以後「第１のセパレータ１６０」「第２のセパレータ１８０」とも呼ぶ）を備えている。シール一体型膜電極接合体１５０は、膜電極接合体１５１の周縁部にシールガスケット１５８が形成された構成を有している。膜電極接合体１５１は、固体高分子電解質膜１５２の両側にアノード１５３とカソード１５４が配置され、アノード１５３とカソード１５４の外側に一対のガス拡散層１５７を配置した構成を備えている。
【００４７】
固体高分子電解質膜１５２は、フッ素系樹脂材料や炭化水素系樹脂材料で形成され、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有している。アノード１５３とカソード１５４は、それぞれ、電気化学反応を進行する触媒金属（例えば白金）を担持したカーボン粒子（触媒担持担体）とプロトン伝導性を有する高分子電解質（例えばフッ素系樹脂）を含んで構成されている。ガス拡散層１５７は、カーボンペーパー等のガス透過性の導電性部材により成形されている。シールガスケット１５８は、合成樹脂等を膜電極接合体１５１の周縁部に射出成形することによって形成されている。第１のセパレータ１６０と第２のセパレータ１８０は、板状の外形を備え、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成されている。
【００４８】
シール一体型膜電極接合体１５０とセパレータ１６０、１８０の各周縁部には、貫通孔が形成され、各単セル１０５が積層されることによって反応ガス（燃料ガスや酸化ガス）や冷却媒体（例えば、水）を積層方向（ｘ方向）に流通させるためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が形成される。具体的には、マニホールドＭ１には外部から供給された酸化剤ガス（カソード供給ガス）が流通し、マニホールドＭ２には膜電極接合体１５１を通過した酸化剤ガスを含むガス（カソード排ガス）が流通する。また、マニホールドＭ３には外部から供給された燃料ガス（アノード供給ガス）が流通し、マニホールドＭ４には膜電極接合体１５１を通過した燃料ガスを含むガス（アノード排ガス）が流通する。また、マニホールドＭ５には外部から供給された冷却媒体が流通し、マニホールドＭ６には冷却に供された冷却媒体が流通する。
【００４９】
第１のセパレータ１６０が備える２つの主面のうち、膜電極接合体１５１に対向する一方の主面には、マニホールドＭ３を流通する燃料ガス（アノード供給ガス）が流れ込む図示しない流路溝が形成されている。また、第１のセパレータ１６０の他方の主面には、マニホールドＭ５を流通する冷却媒体が流れ込む流路溝１６１が形成されている。第２のセパレータ１８０が備える２つの主面のうち、膜電極接合体１５１に対向する一方の主面には、マニホールドＭ１を流通する酸化剤ガス（カソード供給ガス）が流れ込む流路溝１８１が形成されている。また、第２のセパレータ１８０の他方の主面には、マニホールドＭ５を流通する冷却媒体が流れ込む図示しない流路溝が形成されている。
【００５０】
シール一体型膜電極接合体１５０およびセパレータ１６０、１８０は、それぞれ四隅に切欠き１５５、１６５、１８５が形成された略矩形の平板形状を有している。また、シール一体型膜電極接合体１５０およびセパレータ１６０、１８０の長手方向（ｙ方向）の端辺部のうち、ケース３００に収容されたときに下面部３４０と対向する側の端辺部の中央付近には、切欠き１５６、１６６、１８６が形成されている。
【００５１】
図４は、ケース本体のねじ用開口部と押圧用開口部とシャフト用開口部の位置を説明するための説明図である。図４は、燃料電池１０の後側面部３２０側をｘ方向から見た状態を例示している。また、図４は、セル積層体１００の位置とモニタ基盤５５０の位置を破線で示している。セル積層体１００と圧力プレート２００とは、ｘ方向から見たときの形状がほぼ等しいため、図４の破線は、圧力プレート２００の位置も示している。
【００５２】
ケース本体３０５の後側面部３２０には、８つのねじ用開口部３２１と、２つの押圧用開口部３２２と、３つのシャフト用開口部３２３とが形成されている。８つのねじ用開口部３２１は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の外周部と対向する位置にそれぞれ形成されている。こうすることで、各ねじ用開口部３２１に荷重調整ねじ５００を挿通したときに、各荷重調整ねじ５００がセル積層体１００の外周部を押圧するため、積層方向（ｘ方向）に圧縮されたセル積層体１００の反力によってセル積層体１００の外周部が撓むことを抑制することができる。また、ねじ用開口部３２１は、押圧用開口部３２２を囲むように配置されている。こうすることで、押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、押圧部材１２０に押圧されている点を中心にして圧力プレート２００の表面が撓んだ場合であっても、各ねじ用開口部３２１から圧力プレート２００の表面までの距離を概ね等しくすることができる。これにより、押圧用開口部３２２に荷重調整ねじ５００を取り付けた後に、各荷重調整ねじ５００が圧縮されたセル積層体１００からの反力を概ね等しく負担することができる。
【００５３】
２つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣの両側にそれぞれ配置されている。言い換えれば、２つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣが２つの押圧用開口部３２２の間となるように配置されている。これにより、各押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、圧力プレート２００を押圧する力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。よって、合力の作用点と重心位置ＧＣのずれにともなうモーメントの発生を抑制でき、セル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に真っ直ぐ圧縮することができる。
【００５４】
本実施例では、２つの押圧用開口部３２２は、セル積層体１００の重心位置ＧＣからの距離Ｄが互いに等しくなる位置に形成されている。そのため、圧力プレート２００を押圧する力の合力をよりセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。また、本実施例では、押圧用開口部３２２は、円柱状の押圧部材１２０を挿通可能な円形の開口形状を有している。そのため、距離Ｄは、セル積層体１００の重心位置ＧＣから、セル積層体１００の重心位置ＧＣに最も近い押圧用開口部３２２の縁端部までの距離として示しているが、距離Ｄは、セル積層体１００の重心位置ＧＣから、押圧用開口部３２２の中心点までの距離としてもよい。
【００５５】
なお、２つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣの両側にそれぞれ配置されていれば、セル積層体１００の重心位置ＧＣからの距離が異なるように配置されていてもよい。複数の押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときの合力の作用位置をセル積層体１００の重心位置ＧＣに正確に一致させなくても、セル積層体１００を積層方向に真っ直ぐ圧縮することができるためである。また、押圧用開口部３２２は、内側にねじ溝を備えていてもよい。
【００５６】
３つのシャフト用開口部３２３は、後側面部３２０の下面部３４０と接続する端辺に沿って並んで配置されている。３つのシャフト用開口部３２３のうち、外側の２つシャフト用開口部３２３は、ｘ方向から見たときに、シール一体型膜電極接合体やセパレータの切欠き１５５、１６５、１８５によって形成される溝部と対向する位置に形成されている。３つのシャフト用開口部３２３のうち、真ん中のシャフト用開口部３２３は、シール一体型膜電極接合体やセパレータの切欠き１５６、１６６、１８６よって形成される溝部と対向する位置に形成されている。このように、３つのシャフト用開口部３２３は、セル積層体１００と対向せず、上述した溝部を介してケース本体３０５の反対側に取り付けられている板状部材４１０と対向している。３つのシャフト用開口部３２３は、後側面部３２０の下面部３４０側に並んで配置されているため、シャフト用開口部３２３と板状部材４１０との間に渡されたシャフト部材４３０により、積層方向に圧縮されたセル積層体１００の反力を負担することができる。これにより、下面側開口部３４１が形成されている下面部３４０の変形を抑制することができる。
【００５７】
図５は、燃料電池１０の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。燃料電池１０を製造するにあたり、まず、モニタ基盤５５０（図２（Ａ））を取り付けたケース本体３０５を製造装置６００にセットする（ステップＳ１１０）。
【００５８】
図６は、ケース本体を製造装置にセットする状態を例示した説明図である。製造装置６００は、燃料電池を製造する際に使用される装置であって、平板状の台部６１０と、固定ガイド６２０と、移動ガイド６３０と、を備えている。固定ガイド６２０は、長尺状の外形を備え、台部６１０上に固定されている。移動ガイド６３０は、固定ガイド６２０と同様に長尺状の外形を備え、固定ガイド６２０と上面をそろえた状態で水平方向に移動可能に構成されている。この製造装置６００の台部６１０の上にケース本体３０５を設置する。このとき、ケース本体３０５は、下面側開口部３４１を介して固定ガイド６２０と移動ガイド６３０がケース本体３０５の内側にくるように配置される。ケース本体３０５を製造装置６００にセットした後、単セル１０５をケース本体３０５の内側に収容する（図５のステップＳ１２０）。
【００５９】
図７は、単セルをケース本体の内側に収容する状態を例示した説明図である。まず、ケース本体３０５の前面側開口部３１１を介してケース本体３０５の内側に位置する移動ガイド６３０の一部をケース本体３０５の外側に引き出す。一部がケース本体３０５の外側に引き出された移動ガイド６３０および固定ガイド６２０の上面に、圧力プレート２００、インシュレータプレート２０２ａ，ターミナルプレート２０３ａ、複数の単セル１０５（セル積層体１００）、ターミナルプレート２０３ｂ，インシュレータプレート２０２ｂ、スタックマニホールド２０１を順に配置する。その後、加圧機構４６０によって、補機４５０が取り付けられた板状部材４１０を押圧することにより、セル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に圧縮する。セル積層体１００は、積層方向（Ｘ方向）圧縮された状態でケース本体３０５の内側に収容される。このとき、板状部材４１０の押圧により板状部材４１０が前側面部３１０に当接する。
【００６０】
図８は、板状部材を前側面部に固定する状態を例示した説明図である。板状部材４１０を前側面部３１０に当接させた状態で、ボルト４１１によって板状部材４１０を前側面部３１０に固定する（図５のステップＳ１３０）。これにより、セル積層体１００は、積層方向に所定の荷重が加えられた状態でケース本体３０５の内側に保持される。以後、ステップＳ１３０を経て、前側面部３１０に板状部材４１０が取り付けられた状態の燃料電池を仮組立体１１とも呼ぶ。ステップＳ１３０の後、仮組立体１１を製造装置６００から取り外す。次に、仮組立体１１にシャフト部材４３０の取り付けをおこなう（ステップＳ１４０）。
【００６１】
図９は、仮組立体にシャフト部材を取り付ける状態を例示した説明図である。図９（Ａ）に示すように、まず、仮組立体１１を取付装置６５０にセットする。取付装置６５０は、仮組立体１１を設置するための設置台であって、上面に図示しない複数のローラが配置されている。取付装置６５０の上面にセル積層体１００が接触するようにして仮組立体１１を取付装置６５０に配置する。その後、仮組立体１１のシャフト用開口部３２３からシャフト部材４３０を挿入する。シャフト部材４３０を後側面部３２０から板状部材４１０まで渡した後、図９（Ｂ）に示すように、ナット４３１によって、シャフト部材４３０の両端をそれぞれ、後側面部３２０と板状部材４１０に固定する。仮組立体１１にシャフト部材４３０を取り付けた後、セル積層体１００の積層方向（ｘ方向）の圧縮荷重を調整する（ステップＳ１５０）。
【００６２】
図１０は、セル積層体の圧縮荷重を調整する方法を説明するための説明図である。図１０（Ａ）に示すように、まず、押圧用開口部３２２に棒状の押圧部材１２０を挿入し、押圧部材１２０によって圧力プレート２００を押圧する。圧力プレート２００の押圧によりセル積層体１００が積層方向（ｘ方向）に圧縮される。すなわち、押圧部材１２０による圧力プレート２００の押圧力を調整することによって、セル積層体１００の積層方向の圧縮荷重を調整することができる。本実施例では、押圧部材１２０は、加圧設備７００の一部として構成され、加圧設備７００が有する駆動部７１０から動力を得て任意の荷重量によって圧力プレート２００を押圧することができる。加圧設備７００は、荷重測定部７２０を備え、押圧部材１２０が圧力プレート２００を押圧する荷重量を検出することができる。すなわち、加圧設備７００は、セル積層体１００の積層方向（ｘ方向）の圧縮荷重を検出することができる。そのため、セル積層体１００の圧縮荷重を検出ための検出部を燃料電池自体が備える必要がなく、燃料電池の軽量化や、製造コストの抑制等を図ることができる。
【００６３】
セル積層体１００の積層方向（ｘ方向）の圧縮荷重が所定値となったときに、この圧縮荷重を維持した状態で、図１０（Ｂ）に示すように、荷重調整ねじ５００の取り付けをおこなう。圧縮荷重は、例えば、３６．５ｋＮ程度とすることができる。荷重調整ねじ５００の取り付けは、後側面部３２０に形成されている８つのねじ用開口部３２１にそれぞれ荷重調整ねじ５００をねじ込むことによっておこなう。このときのねじ込みトルクは、例えば、１〜２．５Ｎｍとすることができる。荷重調整ねじ５００の締め付けは、５Ｎｍ±３０％の範囲、すなわち、３．５〜６．５Ｎｍの範囲とすることが好ましい。
【００６４】
これは、荷重調整ねじ５００を圧力プレート２００に対して確実に着座させるためには、締め付けトルクの下限値が３Ｎｍ以上であることが好ましいためである。一方、締め付けトルクの上限値は、締め付けトルクによって生じる荷重調整ねじ５００の軸力によって、圧力プレート２００がほとんど移動しない値とすることが好ましい。加圧設備７００によってセル積層体１００の積層方向の圧縮荷重を３６．５ｋＮに維持した状態で荷重調整ねじ５００を取り付ける場合には、８本の荷重調整ねじ５００の１本あたりの軸力を４．５６（≒３６．５／８）ｋＮより小さい値とすることが好ましい。本実施例では、締め付けトルクが６．５Ｎｍ以下の場合には軸力が１．６ｋＮ以下となる荷重調整ねじ５００を使用しているため、締め付けトルクによる圧力プレート２００の移動を抑制することができる。
【００６５】
８本の荷重調整ねじ５００を仮組立体１１に取り付けた後、図１０（Ｃ）に示すように、仮組立体１１から押圧部材１２０を抜き取る。押圧部材１２０を抜き取った後であっても、荷重調整ねじ５００によって圧力プレート２００の位置はほとんど移動しないため、セル積層体１００は、圧力プレート２００と板状部材４１０によって、積層方向の圧縮荷重が所定値（例えば、３６．５ｋＮ）となる状態で保持される。なお、荷重調整ねじ５００を取り付けた後、押圧部材１２０を抜き取る前に、荷重調整ねじ５００に対して４Ｎｍ±３０％のトルクをかけて荷重調整ねじ５００の確実な着座を確認する検査をおこなってもよい。押圧部材１２０の抜き取りの後、仮組立体１１にカバー部材４２０を取り付ける（ステップＳ１６０）。
【００６６】
図１１は、仮組立体にカバー部材を取り付ける状態を例示した説明図である。図１１（Ａ）に示すように、下面側開口部３４１を塞ぐように、ボルト４２１によってカバー部材４２０を下面部３４０に取り付ける。これにより、図１１（Ａ）に示すように、燃料電池１０が完成する。
【００６７】
本実施例の押圧用開口部３２２は、請求の範囲の「第１の開口部」に該当する。本実施例のねじ用開口部３２１と荷重調整ねじ５００は、請求の範囲の「固定部」に該当する。
本実施例のねじ用開口部３２１は、請求の範囲の「めねじ部」や「第２の開口部」に該当する。
【００６８】
以上説明した、本実施例の燃料電池１０によれば、押圧用開口部３２２によって、ケース本体３０５の外部から圧力プレート２００を積層方向（ｘ方向）に押圧することができ、また、圧力プレート２００を積層方向に押圧した状態において、荷重調整ねじ５００をねじ用開口部３２１に取り付けることによって、圧力プレート２００の位置を固定することができる。従って、ケース本体３０５の内側に積層方向に圧縮されたセル積層体１００を収容する燃料電池１０を容易に製造することができる。
【００６９】
従来、ケース本体の内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を製造する方法として、例えば、ケースの外部からねじ部材によって圧力プレートを押圧することでセル積層体の圧縮荷重を調整する方法が知られている。しかし、この場合、積層方向（ｘ方向）に圧縮されるセル積層体の反力に抗してねじ込みをおこなうため、ねじ穴から切り粉が発生する問題があった。また、３箇所以上でセル積層体を押圧する場合には、１以上の箇所においてセル積層体を十分に押圧することができず、押圧力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることが容易ではなかった。また、セル積層体の圧縮荷重を燃料電池１０の外部から検出することが容易ではないため、燃料電池１０の内部に圧縮荷重を検出するための検出部を設置する必要があり、製造コストが高く、重量が増加する問題があった。また、製造工程において、使用するねじの選定をおこなうため、予め、セル積層体を圧縮してセル積層体の寸法を測定した後に、セル積層体の圧縮を開放する開放工程が必要であった。
【００７０】
一方、本実施例の燃料電池１０によれば、押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮した状態で荷重調整ねじ５００を取り付けるため、ねじ用開口部３２１からの切り粉の発生を抑制することができる。また、押圧部材１２０によって２箇所でセル積層体１００を押圧するため、押圧力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。また、押圧用開口部３２２を介してケース本体３０５の外部から圧力プレート２００を押圧するため、加圧設備７００などの外部装置によって、セル積層体１００の圧縮荷重を検出することができる。また、押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮した状態で荷重調整ねじ５００を取り付けるため、従来の開放工程を要さず、製造工程の短縮化を図ることができる。
【００７１】
また、他の従来例として、例えば、ケースとセル積層体との間に平板状のシム板を複数枚挟み込むことによってセル積層体の圧縮荷重を調整する方法が知られている。しかし、この場合、シム板によって燃料電池の自重が増加する問題や、シム板の厚みによる圧縮荷重の微調整が容易ではないなどの問題があった。一方、本実施例の燃料電池１０によれば、荷重調整ねじ５００によって、圧力プレート２００の移動を規制するため、燃料電池１０の重量の増加を抑制することができる。また、外部の加圧設備７００によってセル積層体１００を圧縮するため、圧縮荷重の微調整を容易におこなうことができる。
【００７２】
Ｂ．第２実施例：
図１２は、第２実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。図１２は、第１実施例の図４と対応している。第１実施例の燃料電池１０は、２つの押圧用開口部３２２が形成されたケース本体３０５を備えていたが、第２実施例の燃料電池１０ｂは、３つの押圧用開口部３２２が形成されたケース本体３０５ｂを備えている。第２実施例の燃料電池１０ｂのその他の構成については、第１実施例の燃料電池１０と同様のため、説明を省略する。
【００７３】
ケース本体３０５ｂの後側面部３２０ｂに形成された３つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣを囲むようにそれぞれ配置されている。言い換えれば、３つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣが３つの押圧用開口部３２２により囲まれる領域Ａの内側となるように配置されている。これにより、各押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、圧力プレート２００を押圧する力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。
【００７４】
本実施例では、押圧用開口部３２２は、円柱状の押圧部材１２０を挿通可能な円形の開口形状を有している。そのため、領域Ａは、各開口部の中心点を結んだ領域として構成されている。また、ｘ方向から見たときに、領域Ａの重心と、セル積層体１００の重心位置ＧＣが一致する。この構成であれば、圧力プレート２００を押圧する力の合力をよりセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。なお、領域Ａは、３つの押圧用開口部３２２の各縁端部を繋いで形成される領域のうち、最小の領域として構成されてもよい。
【００７５】
以上説明した、本実施例の燃料電池１０ｂによれば、ケース本体３０５ｂに３つの押圧用開口部３２２が形成されている場合であっても、３つの押圧部材１２０によってセル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に真っ直ぐ圧縮することができるため、燃料電池１０ｂを容易に製造することができる。なお、４つの押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮すると、そのうちの３つの押圧部材１２０が圧力プレート２００を押圧し、残りの１つの押圧部材１２０は圧力プレート２００を十分に押圧することができない状態が発生しうるため、ｘ方向から見たときに、圧力プレート２００を押圧する力の合力が作用する位置がセル積層体１００の重心位置ＧＣからずれるおそれがある。このことから、複数の押圧部材１２０によって圧力プレート２００を押圧する場合には、押圧部材１２０の数を３つ以下にすることが好ましい。
【００７６】
Ｃ．第３実施例：
図１３は、第３実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。図１３は、第１実施例の図４と対応している。第３実施例の燃料電池１０ｃは、押圧用開口部３２２が１つのみ形成されたケース本体３０５ｃを備えている。第３実施例の燃料電池１０ｃのその他の構成については、第１実施例の燃料電池１０と同様のため、説明を省略する。
【００７７】
ケース本体３０５ｃの後側面部３２０ｃに形成された１つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣと対向している。言い換えれば、押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣが開口部の内側に位置するように配置されている。これにより、押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、圧力プレート２００を押圧する力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。
【００７８】
以上説明した、本実施例の燃料電池１０ｃによれば、ケース本体３０５ｃに押圧用開口部３２２が１つのみ形成されている場合であっても、押圧部材１２０によってセル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に真っ直ぐ圧縮することができるため、燃料電池１０ｃを容易に製造することができる。
【００７９】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８０】
Ｄ−１．変形例１：
図１４は変形例１のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。第１〜３実施例では、押圧用開口部３２２は、円形の開口形状を有しているものとして説明したが、押圧部材１２０を挿通可能な大きさを有していれば、円形以外の任意の開口形状であってもよい。例えば、図１４に示すように、燃料電池１０ｄは、複数の押圧部材１２０を挿通可能な開口形状３２２ｄを有していてもよい。一方、押圧部材１２０を挿通可能な大きさを有していれば、ねじ用開口部３２１より開口面積が小さくてもよい。
【００８１】
Ｄ−２．変形例２：
図１５は変形例２のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。第１〜３実施例では、押圧用開口部３２２は、ケース本体３０５の後側面部３２０に形成されているものとして説明したが、ケース本体３０５の外部から押圧部材１２０によって圧力プレート２００を圧縮方向（ｘ方向）に押圧可能な構成であれば、押圧用開口部３２２は、ケース本体３０５の後側面部３２０以外の部分に形成されていてもよい。
【００８２】
図１５を用いてその一例を示す。まず、図１５（Ａ）に示すように、平板部１２１ｆと棒状部１２１ｂを有する押圧部材１２１を用意する。棒状部１２１ｂは、一方の端部が押圧部材１２１ｆの端面に接続され、他方の端部が図示しない回動駆動部に接続されている。図１５（Ｂ）に示すように、変形例２に係る燃料電池の仮組立体１１ｅは、ケース本体３０５ｅの上面部３３０に長尺状の開口部である押圧用開口部３２２ｅを備えている。この押圧用開口部３２２ｅを介して平板部１２１ｆがケース本体３０５ｅの内側となるように押圧部材１２１を挿入する。その後、図１５（Ｃ）に示すように、棒状部１２１ｂを回転軸にして押圧部材１２１を回転させる。これにより、平板部１２１ｆが圧力プレート２００ｅを押圧し、セル積層体１００を積層方向に圧縮することができる。
【００８３】
Ｄ−３．変形例３：
図１６は変形例３の燃料電池における固定部を説明するための説明図である。本実施例では、セル積層体１００から後側面部３２０に向かう方向（ｘ方向）に押圧された圧力プレート２００の移動を規制するための固定部として、ねじ用開口部３２１と荷重調整ねじ５００が用いられているが、圧力プレート２００の移動を規制可能な構成であれば、固定部として、ねじ用開口部３２１と荷重調整ねじ５００以外の構成を採用してもよい。例えば、図１６（Ａ）に示すように、圧力プレート２００と、後側面部３２０との間に固定部としての棒状部材５０１を挟み込むようにしてもよい。
【００８４】
また、図１６（Ｂ）に示すように、貫通孔のねじ用開口部３２１の代わりに貫通していないめねじ穴３２１ｇを後側面部３２０の圧力プレート２００と対向する位置に形成し、荷重調整ねじ５００を取り付けてもよい。また、ねじ用開口部３２１の代わりに、上面部３３０や下面部３４０、もしくは、右側面部３５０や左側面部３６０に開口部形成し、例えば、上述した図１５の押圧部材１２１を回転させた後に固定することによって圧力プレート２００の位置を固定してもよい。また、セル積層体１００を圧縮した状態で、圧力プレート２００をケース本体３０５に接着することにより、圧力プレート２００の位置を固定してもよい。この場合は、接着剤が固定部として機能する。
【００８５】
Ｄ−４．変形例４：
本実施例では、ねじ用開口部３２１と押圧用開口部３２２は、燃料電池１０の後側面部３２０に形成されているものとして説明したが、ねじ用開口部３２１と押圧用開口部３２２は、燃料電池１０の前側にある板状部材４１０に形成されていてもよい。この場合であっても、押圧用開口部３２２を介してケース本体３０５の外部からセル積層体１００を積層方向に圧縮でき、また、押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮した状態で、ねじ用開口部３２１に荷重調整ねじ５００を取り付けることができる。
【００８６】
Ｄ−５．変形例５：
本実施例では、燃料電池１０は、セル積層体１００とは別に圧力プレート２００を備えているものとして説明したが、圧力プレート２００は、セル積層体１００の積層方向端部において、押圧部材１２０からの応力を受けることが可能な部材であればよく、セパレータなど、セル積層体１００の一部を構成する部材を圧力プレートとして兼用してもよい。
【００８７】
Ｄ−６．変形例６：
本実施例では、押圧用開口部３２２は、ケース本体３０５に１つないし３つ形成されているものとして説明したが、４つ以上形成されていても、任意の１ないし３つの押圧用開口部３２２に押圧部材１２０を挿通させてセル積層体１００を圧縮することができるため、燃料電池１０は、４つ以上の押圧用開口部３２２を備えていてもよい。
【００８８】
Ｄ−７．変形例７：
本実施例では、ケース本体３０５を構成する各部位を、前側面部３１０、後側面部３２０、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０と呼んで説明したが、これらの名前は説明のためのものであり、燃料電池１０の設置方向等とは関係ない。また、ケース本体３０５は、前側面部３１０、後側面部３２０、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０の境界が明確に特定できない形状であってもよく、境界は任意に設定することができる。
【００８９】
Ｄ−８．変形例８：
本実施例では、ケース本体３０５の後側面部３２０には、ねじ用開口部３２１、押圧用開口部３２２、および、シャフト用開口部３２３の３種類の開口部が形成されているものとして説明したが、後側面部３２０には、３種類以上の開口部が形成されていてもよい。また、ケース本体３０５は、シャフト用開口部３２３を備えていなくてもよい。
【００９０】
Ｄ−９．変形例９：
本実施例では、燃料電池に固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０…燃料電池
１１…仮組立体
１００…セル積層体
１０５…単セル
１２０…押圧部材
１５０…シール一体型膜電極接合体
１５１…膜電極接合体
１５２…固体高分子電解質膜
１５３…アノード
１５４…カソード
１５７…ガス拡散層
１５８…シールガスケット
１６０…第１のセパレータ
１８０…第２のセパレータ
２００…圧力プレート
２０１…スタックマニホールド
２０２…インシュレータプレート
２０３…ターミナルプレート
３００…ケース
３０５…ケース本体
３１０…前側面部
３１１…前面側開口部
３２０…後側面部
３２１…ねじ用開口部
３２２…押圧用開口部
３２３…シャフト用開口部
３３０…上面部
３４０…下面部
３４１…下面側開口部
３５０…右側面部
３６０…左側面部
４１０…板状部材
４１１…ボルト
４２０…カバー部材
４２１…ボルト
４３０…シャフト部材
４３１…ナット
４５０…補機
４５２…配管
４５３…ポンプ
４６０…加圧機構
５００…荷重調整ねじ
５５０…モニタ基盤
６００…製造装置
６１０…台部
６２０…固定ガイド
６３０…移動ガイド
６５０…取付装置
７００…加圧設備
７１０…駆動部
７２０…荷重測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、および、燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のセルを積層したセル積層体を箱状のケースの内側に収容した燃料電池が知られている。この燃料電池の多くは、セル積層体が積層方向に圧縮された状態でケース内に収容されている。また、各セルは、一般的に、一対の電極が電解質の両側に配置された膜電極接合体と、膜電極接合体の両側に配置された一対のセパレータを備えている。
【０００３】
この燃料電池に関して、ケースの内側に収容されたセル積層体の積層方向の圧縮荷重を調整するために、例えば、ケースの外部からネジを回し、ネジの軸力よってセル積層体への圧縮荷重を調整する方法が知られている（特許文献１）。また、ケースとセル積層体との間にシム板（スペーサープレート）を挟み込むことによって圧縮荷重を調整する方法が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５８９８５号公報
【特許文献２】特開２００５−５２４２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ネジの軸力によって圧縮荷重を調整する方法では、複数のネジからの応力によってセル積層体を圧縮するため、セル積層体の表面全体に対して均一に応力が伝わらないおそれがあった。また、ネジをねじ込む時に切り粉が発生するなどの問題があった。一方、シム板を挟み込んで圧縮荷重を調整する方法では、シム板によって燃料電池の自重が増加する問題や、シム板の厚さや枚数による圧縮荷重の微調整が容易ではないなどの問題があった。このように、燃料電池において、ケースに収容されたセル積層体の圧縮荷重を調整する方法については、なお改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造する技術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】
【０００７】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、前記ケースの外部から前記圧力プレートを前記積層方向に押圧するための押圧部材を前記圧力プレートに接触させるために用いることのできる第１の開口部と、前記セル積層体を前記積層方向に圧縮した状態で前記圧力プレートの位置を固定することのできる固定部と、を備える、燃料電池。
【０００９】
この構成によれば、第１の開口部によって、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧することができ、圧力プレートを積層方向に押圧した状態において、固定部によって圧力プレートの位置を固定することができるため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向している、燃料電池。
【００１１】
この構成によれば、第１の開口部が積層方向において圧力プレートと対向しているため、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００１２】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、
前記固定部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向しているめねじ部と、前記めねじ部に基端側が接続され、先端側が前記押圧プレートと接触するねじ部材と、を備える、燃料電池。
【００１３】
この構成によれば、圧縮されたセル積層体からの応力に抗して圧力プレートの移動を容易に規制することができる。
【００１４】
［適用例４］
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、互いに開口面積が異なり、前記積層方向において、それぞれ前記圧力プレートと対向する２つの開口部を備えている、燃料電池。
【００１５】
この構成によれば、一方の開口部によって、ケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧することができ、圧力プレートを積層方向に押圧した状態において、他方の開口部を用いて圧力プレートの位置を固定することができるため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００１６】
［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の大きい方の第１の開口部は、前記ケースに１つないし３つ形成されている、燃料電池。
【００１７】
この構成によれば、第１の開口部を介して、ケースの外部から押圧部材により圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００１８】
［適用例６］
適用例５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに２つまたは３つ形成され、
各前記第１の開口部は、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置が、２つの前記第１の開口部の間、または、３つの前記第１の開口部により囲まれる領域の内側となるようにそれぞれ配置されている、燃料電池。
【００１９】
この構成によれば、各第１の開口部を介して、２つまたは３つの押圧部材によりケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧したときに、各押圧部材が圧縮プレートを押圧する力の合力を燃料電池セルの重心付近に作用させることができるため、圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００２０】
［適用例７］
適用例５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに１つ形成され、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置と対向する、燃料電池。
【００２１】
この構成によれば、第１の開口部を介して、押圧部材によりケースの外部から圧力プレートを積層方向に押圧したときに、燃料電池セルの重心付近を押圧することができるため、圧力プレートを積層方向に容易に押圧することができる。
【００２２】
［適用例８］
適用例４ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の小さい方の第２の開口部は、内周部にねじ溝を備えるめねじ部を有する、燃料電池。
【００２３】
この構成によれば、めねじ部にねじ部材を取り付けることにより、圧力プレートの位置を容易に固定することができる。
【００２４】
［適用例９］
燃料電池の製造方法であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、前記セル積層体を収容するためのケースと、を準備する準備工程と、
前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記ケースと対向する状態で、前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する収容工程と、
前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧することにより、前記ケースの内部に収容されている前記セル積層体を積層方向に圧縮する圧縮工程と、
前記押圧部材によって前記セル積層体が圧縮されている状態において、前記圧力プレートの位置を固定する固定工程と、を備える製造方法。
【００２５】
この構成によれば、ケースの外部からセル積層体を圧縮している状態において、圧力プレートの位置を固定するため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００２６】
［適用例１０］
適用例９に記載の製造方法において、
前記準備工程は、側面部に２つの開口部を有するケースを準備する工程を含み、
前記収容工程は、前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記側面部と対向するように前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する工程を含み、
前記圧縮工程は、前記側面部の第１の開口部を介して前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧する工程を含み、
前記固定工程は、前記圧力プレートと前記側面部の第２の開口部との間にねじ部材を取り付ける工程を含む、製造方法。
【００２７】
この構成によれば、第１の開口部を介してケースの外部からセル積層体を圧縮している状態において、圧力プレートと第２の開口部との間にねじ部材を取り付けて圧力プレートの位置を固定するため、ケースの内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を容易に製造することができる。
【００２８】
［適用例１１］
適用例１０に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による前記押圧によって前記セル積層体の圧縮荷重が所定値となったときに、前記ねじ部材の取り付けをおこない、前記ねじ部材を取り付けた後に、前記押圧部材による前記押圧を解除する工程を含む、製造方法。
【００２９】
この構成によれば、ねじ部材を取り付けた後に、押圧部材による押圧を解除するため、ねじ部材を容易に取り付けることができる。
【００３０】
［適用例１２］
適用例１１に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による押圧力を検出可能な前記ケースの外部の装置を用いて前記セル積層体の圧縮荷重を検出する工程を含む、製造方法。
【００３１】
この構成によれば、燃料電池は、セル積層体の圧縮荷重を検出するための検出部を備える必要がないため、燃料電池の構成の簡素化を図ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の製造装置、燃料電池を搭載する車両、セル積層体を圧縮するためのねじ部材の取り付け方法、などのほか、これらの方法を装置に実行させるための制御プログラムなどの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施例の燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【図２】ケース本体の概略構成を説明するための説明図である。
【図３】単セルの概略構成を説明するための説明図である。
【図４】ケース本体のねじ用開口部と押圧用開口部とシャフト用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図５】燃料電池の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図６】ケース本体を製造装置にセットする状態を例示した説明図である。
【図７】単セルをケース本体の内側に収容する状態を例示した説明図である。
【図８】板状部材を前側面部に固定する状態を例示した説明図である。
【図９】仮組立体にシャフト部材を取り付ける状態を例示した説明図である。
【図１０】セル積層体の圧縮荷重を調整する方法を説明するための説明図である。
【図１１】仮組立体にカバー部材を取り付ける状態を例示した説明図である。
【図１２】第２実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１３】第３実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１４】変形例１のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１５】変形例２のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。
【図１６】変形例３の燃料電池における固定部を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例の燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。図１は、燃料電池１０の断面構成を例示している。燃料電池１０は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、例えば、車両等の移動体に搭載されて、移動体の動力源として使用される。また、定置型の電源等としても使用される。燃料電池１０は、セル積層体１００と、一対のターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂと、一対のインシュレータプレート２０２ａ，２０２ｂと、スタックマニホールド２０１と、圧力プレート２００と、ケース３００と、複数の荷重調整ねじ５００を備えている。
【００３５】
セル積層体１００は、単セル１０５を複数積層した構成を備えている。単セル１０５の形状や構成については、図３を用いて後述する。なお、以後の説明では、このセル積層体１００の積層方向に沿った方向をｘ方向と呼び、ｘ方向に直交し、単セル１０５の長手方向に沿った方向をｙ方向と呼び、ｘ方向とｙ方向に直交する方向をｚ方向と呼ぶ。セル積層体１００の両側には、電極板としてのターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂが配置され、さらに、ターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂの両側にインシュレータプレート２０２ａ，２０２ｂが配置されている。インシュレータプレート２０２ｂの外側には、スタックマニホールド２０１が配置され、ケース３００の外部とセル積層体１００との間の反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス等）や冷却媒体の流通経路を構成する。インシュレータプレート２０２ａとケース３００との間には、セル積層体１００を押圧するための圧力プレート２００が配置されている。
【００３６】
ケース３００は、それぞれ鋼等の金属により形成された、ケース本体３０５と、板状部材４１０と、カバー部材４２０と、シャフト部材４３０とを備えている。ケース３００は、セル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に圧縮した状態で内側に収容している。
【００３７】
図２は、ケース本体の概略構成を説明するための説明図である。図２（Ａ）は、図１に示したケース本体３０５の上下方向（Ｚ方向）を反転させた状態を例示した斜視図である。図２（Ｂ）は、ケース本体３０５の後方側（図１の右側）を例示した斜視図である。ケース本体３０５は、略直方体の箱状の外形を備え、前側面部３１０と、後側面部３２０と、上面部３３０と、下面部３４０と、右側面部３５０と、左側面部３６０と、を備えている。ケース本体３０５の内壁面は、図示しない絶縁性の部材（例えば、樹脂）により被覆されている。
【００３８】
前側面部３１０は、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０と概ね直交している。前側面部３１０は、上面部３３０、下面部３４０に対してフランジ状に突出した端辺部３１０ｆを備え、中央部分には、前面側開口部３１１が形成されている。後側面部３２０は、前側面部３１０と対向する位置に形成され、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０と概ね直交している。
【００３９】
後側面部３２０には、ねじ用開口部３２１と、押圧用開口部３２２と、シャフト用開口部３２３とが形成されている。ねじ用開口部３２１は、ねじ溝を有する荷重調整ねじ５００（図１）を挿通するためねじ穴（貫通孔）であり、穴の内側には、荷重調整ねじ５００のねじ溝と対応するねじ溝が形成されている。押圧用開口部３２２は、後述する押圧部材１２０を挿通するための貫通孔であり、本実施例では、ねじ用開口部３２１よりも開口面積が大きい円形状の外形を有している。シャフト用開口部３２３は、シャフト部材４３０（図１）を挿通するため貫通孔である。ねじ用開口部３２１、押圧用開口部３２２およびシャフト用開口部３２３の数や位置の詳細については図４を用いて後述する。
【００４０】
上面部３３０および下面部３４０は、互いに対向する位置に形成され、それぞれ右側面部３５０および左側面部３６０と概ね直交している。下面部３４０は、中央部分のほぼ全域に下面側開口部３４１が形成されている。右側面部３５０および左側面部３６０は、互いに対向する位置に形成され、外周部が前側面部３１０、後側面部３２０、上面部３３０、および、下面部３４０の外周部とそれぞれ接続されている。本実施例では、前側面部３１０と後側面部３２０は、法線方向がｘ方向に沿うように形成され、上面部３３０、下面部３４０、右側面部、および、左側面部は、ｘ方向と平行に形成される。また、ケース本体３０５の内側には、セル積層体１００のセル電圧を監視するためのモニタ基盤５５０が右側面部３５０に沿って配置されている。
【００４１】
図１に示すように、前側面部３１０には、ボルト４１１によって略矩形形状の板状部材４１０が取り付けられ、板状部材４１０によって前面側開口部３１１が塞がれている。板状部材４１０には、補機４５０が取り付けられている。補機４５０は、例えば、外部からの反応ガスをマニホールドに供給するための配管４５２，４５４や、燃料ガス（水素）を送り出すポンプ４５３等である。また、下面部３４０には、ボルト４２１によって略矩形形状のカバー部材４２０が取り付けられ、カバー部材４２０によって下面側開口部３４１が塞がれている。
【００４２】
シャフト部材４３０は、金属などにより形成された棒状の部材であり、ｘ方向に伸びてケース３００の内側を貫くように配置されている。シャフト部材４３０は、ナット４３１によって、一方の端部が板状部材４１０に固定され、他方の端部がシャフト用開口部３２３を挿通させた状態で後側面部３２０に固定されている。
【００４３】
荷重調整ねじ５００は、金属などにより形成されたねじ溝を有する棒状の部材であり、基端側が後側面部３２０のねじ用開口部３２１にねじ止めされ、先端側が圧力プレート２００と接触している。荷重調整ねじ５００は、回転によって、後側面部３２０から圧力プレート２００と接触する端部までの長さが調整される。
【００４４】
圧力プレート２００は、単セル１０５と同じ形状を有する平板状の外形を備え、ケース本体３０５の後側面部３２０とセル積層体１００との間に配置されている。圧力プレート２００は、ターミナルプレート２０３ａ，２０３ｂやインシュレータプレート２０２ａ，２０２ｂよりも十分に厚みが大きく、外部からの押圧力をセル積層体１００の表面全体にほぼ均一に伝えることができるものであることが好ましい。圧力プレート２００は、セル積層体１００から後側面部３２０に向かう方向に押圧され、荷重調整ねじ５００によって移動が規制されている。圧力プレート２００、スタックマニホールド２０１および板状部材４１０は、セル積層体１００を一部に含んで構成される燃料電池スタックの構成部材（例えば、エンドプレート）として用いられていてもよい。
【００４５】
セル積層体１００は、圧力プレート２００と板状部材４１０によって挟持され、所定の荷重がかけられた状態でケース３００の内側に収容されている。すなわち、本実施例のセル積層体１００は、ｘ方向に圧縮された状態でケース３００の内側に収容されている。
【００４６】
図３は、単セルの概略構成を説明するための説明図である。単セル１０５は、シール一体型膜電極接合体１５０と、シール一体型膜電極接合体１５０を両側から挟むように配置される一対のセパレータ１６０、１８０（以後「第１のセパレータ１６０」「第２のセパレータ１８０」とも呼ぶ）を備えている。シール一体型膜電極接合体１５０は、膜電極接合体１５１の周縁部にシールガスケット１５８が形成された構成を有している。膜電極接合体１５１は、固体高分子電解質膜１５２の両側にアノード１５３とカソード１５４が配置され、アノード１５３とカソード１５４の外側に一対のガス拡散層１５７を配置した構成を備えている。
【００４７】
固体高分子電解質膜１５２は、フッ素系樹脂材料や炭化水素系樹脂材料で形成され、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有している。アノード１５３とカソード１５４は、それぞれ、電気化学反応を進行する触媒金属（例えば白金）を担持したカーボン粒子（触媒担持担体）とプロトン伝導性を有する高分子電解質（例えばフッ素系樹脂）を含んで構成されている。ガス拡散層１５７は、カーボンペーパー等のガス透過性の導電性部材により成形されている。シールガスケット１５８は、合成樹脂等を膜電極接合体１５１の周縁部に射出成形することによって形成されている。第１のセパレータ１６０と第２のセパレータ１８０は、板状の外形を備え、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成されている。
【００４８】
シール一体型膜電極接合体１５０とセパレータ１６０、１８０の各周縁部には、貫通孔が形成され、各単セル１０５が積層されることによって反応ガス（燃料ガスや酸化ガス）や冷却媒体（例えば、水）を積層方向（ｘ方向）に流通させるためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が形成される。具体的には、マニホールドＭ１には外部から供給された酸化剤ガス（カソード供給ガス）が流通し、マニホールドＭ２には膜電極接合体１５１を通過した酸化剤ガスを含むガス（カソード排ガス）が流通する。また、マニホールドＭ３には外部から供給された燃料ガス（アノード供給ガス）が流通し、マニホールドＭ４には膜電極接合体１５１を通過した燃料ガスを含むガス（アノード排ガス）が流通する。また、マニホールドＭ５には外部から供給された冷却媒体が流通し、マニホールドＭ６には冷却に供された冷却媒体が流通する。
【００４９】
第１のセパレータ１６０が備える２つの主面のうち、膜電極接合体１５１に対向する一方の主面には、マニホールドＭ３を流通する燃料ガス（アノード供給ガス）が流れ込む図示しない流路溝が形成されている。また、第１のセパレータ１６０の他方の主面には、マニホールドＭ５を流通する冷却媒体が流れ込む流路溝１６１が形成されている。第２のセパレータ１８０が備える２つの主面のうち、膜電極接合体１５１に対向する一方の主面には、マニホールドＭ１を流通する酸化剤ガス（カソード供給ガス）が流れ込む流路溝１８１が形成されている。また、第２のセパレータ１８０の他方の主面には、マニホールドＭ５を流通する冷却媒体が流れ込む図示しない流路溝が形成されている。
【００５０】
シール一体型膜電極接合体１５０およびセパレータ１６０、１８０は、それぞれ四隅に切欠き１５５、１６５、１８５が形成された略矩形の平板形状を有している。また、シール一体型膜電極接合体１５０およびセパレータ１６０、１８０の長手方向（ｙ方向）の端辺部のうち、ケース３００に収容されたときに下面部３４０と対向する側の端辺部の中央付近には、切欠き１５６、１６６、１８６が形成されている。
【００５１】
図４は、ケース本体のねじ用開口部と押圧用開口部とシャフト用開口部の位置を説明するための説明図である。図４は、燃料電池１０の後側面部３２０側をｘ方向から見た状態を例示している。また、図４は、セル積層体１００の位置とモニタ基盤５５０の位置を破線で示している。セル積層体１００と圧力プレート２００とは、ｘ方向から見たときの形状がほぼ等しいため、図４の破線は、圧力プレート２００の位置も示している。
【００５２】
ケース本体３０５の後側面部３２０には、８つのねじ用開口部３２１と、２つの押圧用開口部３２２と、３つのシャフト用開口部３２３とが形成されている。８つのねじ用開口部３２１は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の外周部と対向する位置にそれぞれ形成されている。こうすることで、各ねじ用開口部３２１に荷重調整ねじ５００を挿通したときに、各荷重調整ねじ５００がセル積層体１００の外周部を押圧するため、積層方向（ｘ方向）に圧縮されたセル積層体１００の反力によってセル積層体１００の外周部が撓むことを抑制することができる。また、ねじ用開口部３２１は、押圧用開口部３２２を囲むように配置されている。こうすることで、押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、押圧部材１２０に押圧されている点を中心にして圧力プレート２００の表面が撓んだ場合であっても、各ねじ用開口部３２１から圧力プレート２００の表面までの距離を概ね等しくすることができる。これにより、押圧用開口部３２２に荷重調整ねじ５００を取り付けた後に、各荷重調整ねじ５００が圧縮されたセル積層体１００からの反力を概ね等しく負担することができる。
【００５３】
２つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣの両側にそれぞれ配置されている。言い換えれば、２つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣが２つの押圧用開口部３２２の間となるように配置されている。これにより、各押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、圧力プレート２００を押圧する力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。よって、合力の作用点と重心位置ＧＣのずれにともなうモーメントの発生を抑制でき、セル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に真っ直ぐ圧縮することができる。
【００５４】
本実施例では、２つの押圧用開口部３２２は、セル積層体１００の重心位置ＧＣからの距離Ｄが互いに等しくなる位置に形成されている。そのため、圧力プレート２００を押圧する力の合力をよりセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。また、本実施例では、押圧用開口部３２２は、円柱状の押圧部材１２０を挿通可能な円形の開口形状を有している。そのため、距離Ｄは、セル積層体１００の重心位置ＧＣから、セル積層体１００の重心位置ＧＣに最も近い押圧用開口部３２２の縁端部までの距離として示しているが、距離Ｄは、セル積層体１００の重心位置ＧＣから、押圧用開口部３２２の中心点までの距離としてもよい。
【００５５】
なお、２つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣの両側にそれぞれ配置されていれば、セル積層体１００の重心位置ＧＣからの距離が異なるように配置されていてもよい。複数の押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときの合力の作用位置をセル積層体１００の重心位置ＧＣに正確に一致させなくても、セル積層体１００を積層方向に真っ直ぐ圧縮することができるためである。また、押圧用開口部３２２は、内側にねじ溝を備えていてもよい。
【００５６】
３つのシャフト用開口部３２３は、後側面部３２０の下面部３４０と接続する端辺に沿って並んで配置されている。３つのシャフト用開口部３２３のうち、外側の２つシャフト用開口部３２３は、ｘ方向から見たときに、シール一体型膜電極接合体やセパレータの切欠き１５５、１６５、１８５によって形成される溝部と対向する位置に形成されている。３つのシャフト用開口部３２３のうち、真ん中のシャフト用開口部３２３は、シール一体型膜電極接合体やセパレータの切欠き１５６、１６６、１８６よって形成される溝部と対向する位置に形成されている。このように、３つのシャフト用開口部３２３は、セル積層体１００と対向せず、上述した溝部を介してケース本体３０５の反対側に取り付けられている板状部材４１０と対向している。３つのシャフト用開口部３２３は、後側面部３２０の下面部３４０側に並んで配置されているため、シャフト用開口部３２３と板状部材４１０との間に渡されたシャフト部材４３０により、積層方向に圧縮されたセル積層体１００の反力を負担することができる。これにより、下面側開口部３４１が形成されている下面部３４０の変形を抑制することができる。
【００５７】
図５は、燃料電池１０の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。燃料電池１０を製造するにあたり、まず、モニタ基盤５５０（図２（Ａ））を取り付けたケース本体３０５を製造装置６００にセットする（ステップＳ１１０）。
【００５８】
図６は、ケース本体を製造装置にセットする状態を例示した説明図である。製造装置６００は、燃料電池を製造する際に使用される装置であって、平板状の台部６１０と、固定ガイド６２０と、移動ガイド６３０と、を備えている。固定ガイド６２０は、長尺状の外形を備え、台部６１０上に固定されている。移動ガイド６３０は、固定ガイド６２０と同様に長尺状の外形を備え、固定ガイド６２０と上面をそろえた状態で水平方向に移動可能に構成されている。この製造装置６００の台部６１０の上にケース本体３０５を設置する。このとき、ケース本体３０５は、下面側開口部３４１を介して固定ガイド６２０と移動ガイド６３０がケース本体３０５の内側にくるように配置される。ケース本体３０５を製造装置６００にセットした後、単セル１０５をケース本体３０５の内側に収容する（図５のステップＳ１２０）。
【００５９】
図７は、単セルをケース本体の内側に収容する状態を例示した説明図である。まず、ケース本体３０５の前面側開口部３１１を介してケース本体３０５の内側に位置する移動ガイド６３０の一部をケース本体３０５の外側に引き出す。一部がケース本体３０５の外側に引き出された移動ガイド６３０および固定ガイド６２０の上面に、圧力プレート２００、インシュレータプレート２０２ａ，ターミナルプレート２０３ａ、複数の単セル１０５（セル積層体１００）、ターミナルプレート２０３ｂ，インシュレータプレート２０２ｂ、スタックマニホールド２０１を順に配置する。その後、加圧機構４６０によって、補機４５０が取り付けられた板状部材４１０を押圧することにより、セル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に圧縮する。セル積層体１００は、積層方向（Ｘ方向）圧縮された状態でケース本体３０５の内側に収容される。このとき、板状部材４１０の押圧により板状部材４１０が前側面部３１０に当接する。
【００６０】
図８は、板状部材を前側面部に固定する状態を例示した説明図である。板状部材４１０を前側面部３１０に当接させた状態で、ボルト４１１によって板状部材４１０を前側面部３１０に固定する（図５のステップＳ１３０）。これにより、セル積層体１００は、積層方向に所定の荷重が加えられた状態でケース本体３０５の内側に保持される。以後、ステップＳ１３０を経て、前側面部３１０に板状部材４１０が取り付けられた状態の燃料電池を仮組立体１１とも呼ぶ。ステップＳ１３０の後、仮組立体１１を製造装置６００から取り外す。次に、仮組立体１１にシャフト部材４３０の取り付けをおこなう（ステップＳ１４０）。
【００６１】
図９は、仮組立体にシャフト部材を取り付ける状態を例示した説明図である。図９（Ａ）に示すように、まず、仮組立体１１を取付装置６５０にセットする。取付装置６５０は、仮組立体１１を設置するための設置台であって、上面に図示しない複数のローラが配置されている。取付装置６５０の上面にセル積層体１００が接触するようにして仮組立体１１を取付装置６５０に配置する。その後、仮組立体１１のシャフト用開口部３２３からシャフト部材４３０を挿入する。シャフト部材４３０を後側面部３２０から板状部材４１０まで渡した後、図９（Ｂ）に示すように、ナット４３１によって、シャフト部材４３０の両端をそれぞれ、後側面部３２０と板状部材４１０に固定する。仮組立体１１にシャフト部材４３０を取り付けた後、セル積層体１００の積層方向（ｘ方向）の圧縮荷重を調整する（ステップＳ１５０）。
【００６２】
図１０は、セル積層体の圧縮荷重を調整する方法を説明するための説明図である。図１０（Ａ）に示すように、まず、押圧用開口部３２２に棒状の押圧部材１２０を挿入し、押圧部材１２０によって圧力プレート２００を押圧する。圧力プレート２００の押圧によりセル積層体１００が積層方向（ｘ方向）に圧縮される。すなわち、押圧部材１２０による圧力プレート２００の押圧力を調整することによって、セル積層体１００の積層方向の圧縮荷重を調整することができる。本実施例では、押圧部材１２０は、加圧設備７００の一部として構成され、加圧設備７００が有する駆動部７１０から動力を得て任意の荷重量によって圧力プレート２００を押圧することができる。加圧設備７００は、荷重測定部７２０を備え、押圧部材１２０が圧力プレート２００を押圧する荷重量を検出することができる。すなわち、加圧設備７００は、セル積層体１００の積層方向（ｘ方向）の圧縮荷重を検出することができる。そのため、セル積層体１００の圧縮荷重を検出ための検出部を燃料電池自体が備える必要がなく、燃料電池の軽量化や、製造コストの抑制等を図ることができる。
【００６３】
セル積層体１００の積層方向（ｘ方向）の圧縮荷重が所定値となったときに、この圧縮荷重を維持した状態で、図１０（Ｂ）に示すように、荷重調整ねじ５００の取り付けをおこなう。圧縮荷重は、例えば、３６．５ｋＮ程度とすることができる。荷重調整ねじ５００の取り付けは、後側面部３２０に形成されている８つのねじ用開口部３２１にそれぞれ荷重調整ねじ５００をねじ込むことによっておこなう。このときのねじ込みトルクは、例えば、１〜２．５Ｎｍとすることができる。荷重調整ねじ５００の締め付けは、５Ｎｍ±３０％の範囲、すなわち、３．５〜６．５Ｎｍの範囲とすることが好ましい。
【００６４】
これは、荷重調整ねじ５００を圧力プレート２００に対して確実に着座させるためには、締め付けトルクの下限値が３Ｎｍ以上であることが好ましいためである。一方、締め付けトルクの上限値は、締め付けトルクによって生じる荷重調整ねじ５００の軸力によって、圧力プレート２００がほとんど移動しない値とすることが好ましい。加圧設備７００によってセル積層体１００の積層方向の圧縮荷重を３６．５ｋＮに維持した状態で荷重調整ねじ５００を取り付ける場合には、８本の荷重調整ねじ５００の１本あたりの軸力を４．５６（≒３６．５／８）ｋＮより小さい値とすることが好ましい。本実施例では、締め付けトルクが６．５Ｎｍ以下の場合には軸力が１．６ｋＮ以下となる荷重調整ねじ５００を使用しているため、締め付けトルクによる圧力プレート２００の移動を抑制することができる。
【００６５】
８本の荷重調整ねじ５００を仮組立体１１に取り付けた後、図１０（Ｃ）に示すように、仮組立体１１から押圧部材１２０を抜き取る。押圧部材１２０を抜き取った後であっても、荷重調整ねじ５００によって圧力プレート２００の位置はほとんど移動しないため、セル積層体１００は、圧力プレート２００と板状部材４１０によって、積層方向の圧縮荷重が所定値（例えば、３６．５ｋＮ）となる状態で保持される。なお、荷重調整ねじ５００を取り付けた後、押圧部材１２０を抜き取る前に、荷重調整ねじ５００に対して４Ｎｍ±３０％のトルクをかけて荷重調整ねじ５００の確実な着座を確認する検査をおこなってもよい。押圧部材１２０の抜き取りの後、仮組立体１１にカバー部材４２０を取り付ける（ステップＳ１６０）。
【００６６】
図１１は、仮組立体にカバー部材を取り付ける状態を例示した説明図である。図１１（Ａ）に示すように、下面側開口部３４１を塞ぐように、ボルト４２１によってカバー部材４２０を下面部３４０に取り付ける。これにより、図１１（Ａ）に示すように、燃料電池１０が完成する。
【００６７】
本実施例の押圧用開口部３２２は、請求の範囲の「第１の開口部」に該当する。本実施例のねじ用開口部３２１と荷重調整ねじ５００は、請求の範囲の「固定部」に該当する。
本実施例のねじ用開口部３２１は、請求の範囲の「めねじ部」や「第２の開口部」に該当する。
【００６８】
以上説明した、本実施例の燃料電池１０によれば、押圧用開口部３２２によって、ケース本体３０５の外部から圧力プレート２００を積層方向（ｘ方向）に押圧することができ、また、圧力プレート２００を積層方向に押圧した状態において、荷重調整ねじ５００をねじ用開口部３２１に取り付けることによって、圧力プレート２００の位置を固定することができる。従って、ケース本体３０５の内側に積層方向に圧縮されたセル積層体１００を収容する燃料電池１０を容易に製造することができる。
【００６９】
従来、ケース本体の内側に積層方向に圧縮されたセル積層体を収容する燃料電池を製造する方法として、例えば、ケースの外部からねじ部材によって圧力プレートを押圧することでセル積層体の圧縮荷重を調整する方法が知られている。しかし、この場合、積層方向（ｘ方向）に圧縮されるセル積層体の反力に抗してねじ込みをおこなうため、ねじ穴から切り粉が発生する問題があった。また、３箇所以上でセル積層体を押圧する場合には、１以上の箇所においてセル積層体を十分に押圧することができず、押圧力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることが容易ではなかった。また、セル積層体の圧縮荷重を燃料電池１０の外部から検出することが容易ではないため、燃料電池１０の内部に圧縮荷重を検出するための検出部を設置する必要があり、製造コストが高く、重量が増加する問題があった。また、製造工程において、使用するねじの選定をおこなうため、予め、セル積層体を圧縮してセル積層体の寸法を測定した後に、セル積層体の圧縮を開放する開放工程が必要であった。
【００７０】
一方、本実施例の燃料電池１０によれば、押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮した状態で荷重調整ねじ５００を取り付けるため、ねじ用開口部３２１からの切り粉の発生を抑制することができる。また、押圧部材１２０によって２箇所でセル積層体１００を押圧するため、押圧力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。また、押圧用開口部３２２を介してケース本体３０５の外部から圧力プレート２００を押圧するため、加圧設備７００などの外部装置によって、セル積層体１００の圧縮荷重を検出することができる。また、押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮した状態で荷重調整ねじ５００を取り付けるため、従来の開放工程を要さず、製造工程の短縮化を図ることができる。
【００７１】
また、他の従来例として、例えば、ケースとセル積層体との間に平板状のシム板を複数枚挟み込むことによってセル積層体の圧縮荷重を調整する方法が知られている。しかし、この場合、シム板によって燃料電池の自重が増加する問題や、シム板の厚みによる圧縮荷重の微調整が容易ではないなどの問題があった。一方、本実施例の燃料電池１０によれば、荷重調整ねじ５００によって、圧力プレート２００の移動を規制するため、燃料電池１０の重量の増加を抑制することができる。また、外部の加圧設備７００によってセル積層体１００を圧縮するため、圧縮荷重の微調整を容易におこなうことができる。
【００７２】
Ｂ．第２実施例：
図１２は、第２実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。図１２は、第１実施例の図４と対応している。第１実施例の燃料電池１０は、２つの押圧用開口部３２２が形成されたケース本体３０５を備えていたが、第２実施例の燃料電池１０ｂは、３つの押圧用開口部３２２が形成されたケース本体３０５ｂを備えている。第２実施例の燃料電池１０ｂのその他の構成については、第１実施例の燃料電池１０と同様のため、説明を省略する。
【００７３】
ケース本体３０５ｂの後側面部３２０ｂに形成された３つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣを囲むようにそれぞれ配置されている。言い換えれば、３つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣが３つの押圧用開口部３２２により囲まれる領域Ａの内側となるように配置されている。これにより、各押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、圧力プレート２００を押圧する力の合力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。
【００７４】
本実施例では、押圧用開口部３２２は、円柱状の押圧部材１２０を挿通可能な円形の開口形状を有している。そのため、領域Ａは、各開口部の中心点を結んだ領域として構成されている。また、ｘ方向から見たときに、領域Ａの重心と、セル積層体１００の重心位置ＧＣが一致する。この構成であれば、圧力プレート２００を押圧する力の合力をよりセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。なお、領域Ａは、３つの押圧用開口部３２２の各縁端部を繋いで形成される領域のうち、最小の領域として構成されてもよい。
【００７５】
以上説明した、本実施例の燃料電池１０ｂによれば、ケース本体３０５ｂに３つの押圧用開口部３２２が形成されている場合であっても、３つの押圧部材１２０によってセル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に真っ直ぐ圧縮することができるため、燃料電池１０ｂを容易に製造することができる。なお、４つの押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮すると、そのうちの３つの押圧部材１２０が圧力プレート２００を押圧し、残りの１つの押圧部材１２０は圧力プレート２００を十分に押圧することができない状態が発生しうるため、ｘ方向から見たときに、圧力プレート２００を押圧する力の合力が作用する位置がセル積層体１００の重心位置ＧＣからずれるおそれがある。このことから、複数の押圧部材１２０によって圧力プレート２００を押圧する場合には、押圧部材１２０の数を３つ以下にすることが好ましい。
【００７６】
Ｃ．第３実施例：
図１３は、第３実施例のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。図１３は、第１実施例の図４と対応している。第３実施例の燃料電池１０ｃは、押圧用開口部３２２が１つのみ形成されたケース本体３０５ｃを備えている。第３実施例の燃料電池１０ｃのその他の構成については、第１実施例の燃料電池１０と同様のため、説明を省略する。
【００７７】
ケース本体３０５ｃの後側面部３２０ｃに形成された１つの押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣと対向している。言い換えれば、押圧用開口部３２２は、ｘ方向から見たときに、セル積層体１００の重心位置ＧＣが開口部の内側に位置するように配置されている。これにより、押圧用開口部３２２を介して押圧部材１２０により圧力プレート２００を押圧したときに、圧力プレート２００を押圧する力をセル積層体１００の重心位置ＧＣ付近に作用させることができる。
【００７８】
以上説明した、本実施例の燃料電池１０ｃによれば、ケース本体３０５ｃに押圧用開口部３２２が１つのみ形成されている場合であっても、押圧部材１２０によってセル積層体１００を積層方向（ｘ方向）に真っ直ぐ圧縮することができるため、燃料電池１０ｃを容易に製造することができる。
【００７９】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８０】
Ｄ−１．変形例１：
図１４は変形例１のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。第１〜３実施例では、押圧用開口部３２２は、円形の開口形状を有しているものとして説明したが、押圧部材１２０を挿通可能な大きさを有していれば、円形以外の任意の開口形状であってもよい。例えば、図１４に示すように、燃料電池１０ｄは、複数の押圧部材１２０を挿通可能な開口形状３２２ｄを有していてもよい。一方、押圧部材１２０を挿通可能な大きさを有していれば、ねじ用開口部３２１より開口面積が小さくてもよい。
【００８１】
Ｄ−２．変形例２：
図１５は変形例２のケース本体における押圧用開口部の位置を説明するための説明図である。第１〜３実施例では、押圧用開口部３２２は、ケース本体３０５の後側面部３２０に形成されているものとして説明したが、ケース本体３０５の外部から押圧部材１２０によって圧力プレート２００を圧縮方向（ｘ方向）に押圧可能な構成であれば、押圧用開口部３２２は、ケース本体３０５の後側面部３２０以外の部分に形成されていてもよい。
【００８２】
図１５を用いてその一例を示す。まず、図１５（Ａ）に示すように、平板部１２１ｆと棒状部１２１ｂを有する押圧部材１２１を用意する。棒状部１２１ｂは、一方の端部が押圧部材１２１ｆの端面に接続され、他方の端部が図示しない回動駆動部に接続されている。図１５（Ｂ）に示すように、変形例２に係る燃料電池の仮組立体１１ｅは、ケース本体３０５ｅの上面部３３０に長尺状の開口部である押圧用開口部３２２ｅを備えている。この押圧用開口部３２２ｅを介して平板部１２１ｆがケース本体３０５ｅの内側となるように押圧部材１２１を挿入する。その後、図１５（Ｃ）に示すように、棒状部１２１ｂを回転軸にして押圧部材１２１を回転させる。これにより、平板部１２１ｆが圧力プレート２００ｅを押圧し、セル積層体１００を積層方向に圧縮することができる。
【００８３】
Ｄ−３．変形例３：
図１６は変形例３の燃料電池における固定部を説明するための説明図である。本実施例では、セル積層体１００から後側面部３２０に向かう方向（ｘ方向）に押圧された圧力プレート２００の移動を規制するための固定部として、ねじ用開口部３２１と荷重調整ねじ５００が用いられているが、圧力プレート２００の移動を規制可能な構成であれば、固定部として、ねじ用開口部３２１と荷重調整ねじ５００以外の構成を採用してもよい。例えば、図１６（Ａ）に示すように、圧力プレート２００と、後側面部３２０との間に固定部としての棒状部材５０１を挟み込むようにしてもよい。
【００８４】
また、図１６（Ｂ）に示すように、貫通孔のねじ用開口部３２１の代わりに貫通していないめねじ穴３２１ｇを後側面部３２０の圧力プレート２００と対向する位置に形成し、荷重調整ねじ５００を取り付けてもよい。また、ねじ用開口部３２１の代わりに、上面部３３０や下面部３４０、もしくは、右側面部３５０や左側面部３６０に開口部形成し、例えば、上述した図１５の押圧部材１２１を回転させた後に固定することによって圧力プレート２００の位置を固定してもよい。また、セル積層体１００を圧縮した状態で、圧力プレート２００をケース本体３０５に接着することにより、圧力プレート２００の位置を固定してもよい。この場合は、接着剤が固定部として機能する。
【００８５】
Ｄ−４．変形例４：
本実施例では、ねじ用開口部３２１と押圧用開口部３２２は、燃料電池１０の後側面部３２０に形成されているものとして説明したが、ねじ用開口部３２１と押圧用開口部３２２は、燃料電池１０の前側にある板状部材４１０に形成されていてもよい。この場合であっても、押圧用開口部３２２を介してケース本体３０５の外部からセル積層体１００を積層方向に圧縮でき、また、押圧部材１２０によってセル積層体１００を圧縮した状態で、ねじ用開口部３２１に荷重調整ねじ５００を取り付けることができる。
【００８６】
Ｄ−５．変形例５：
本実施例では、燃料電池１０は、セル積層体１００とは別に圧力プレート２００を備えているものとして説明したが、圧力プレート２００は、セル積層体１００の積層方向端部において、押圧部材１２０からの応力を受けることが可能な部材であればよく、セパレータなど、セル積層体１００の一部を構成する部材を圧力プレートとして兼用してもよい。
【００８７】
Ｄ−６．変形例６：
本実施例では、押圧用開口部３２２は、ケース本体３０５に１つないし３つ形成されているものとして説明したが、４つ以上形成されていても、任意の１ないし３つの押圧用開口部３２２に押圧部材１２０を挿通させてセル積層体１００を圧縮することができるため、燃料電池１０は、４つ以上の押圧用開口部３２２を備えていてもよい。
【００８８】
Ｄ−７．変形例７：
本実施例では、ケース本体３０５を構成する各部位を、前側面部３１０、後側面部３２０、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０と呼んで説明したが、これらの名前は説明のためのものであり、燃料電池１０の設置方向等とは関係ない。また、ケース本体３０５は、前側面部３１０、後側面部３２０、上面部３３０、下面部３４０、右側面部３５０、および、左側面部３６０の境界が明確に特定できない形状であってもよく、境界は任意に設定することができる。
【００８９】
Ｄ−８．変形例８：
本実施例では、ケース本体３０５の後側面部３２０には、ねじ用開口部３２１、押圧用開口部３２２、および、シャフト用開口部３２３の３種類の開口部が形成されているものとして説明したが、後側面部３２０には、３種類以上の開口部が形成されていてもよい。また、ケース本体３０５は、シャフト用開口部３２３を備えていなくてもよい。
【００９０】
Ｄ−９．変形例９：
本実施例では、燃料電池に固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０…燃料電池
１１…仮組立体
１００…セル積層体
１０５…単セル
１２０…押圧部材
１５０…シール一体型膜電極接合体
１５１…膜電極接合体
１５２…固体高分子電解質膜
１５３…アノード
１５４…カソード
１５７…ガス拡散層
１５８…シールガスケット
１６０…第１のセパレータ
１８０…第２のセパレータ
２００…圧力プレート
２０１…スタックマニホールド
２０２…インシュレータプレート
２０３…ターミナルプレート
３００…ケース
３０５…ケース本体
３１０…前側面部
３１１…前面側開口部
３２０…後側面部
３２１…ねじ用開口部
３２２…押圧用開口部
３２３…シャフト用開口部
３３０…上面部
３４０…下面部
３４１…下面側開口部
３５０…右側面部
３６０…左側面部
４１０…板状部材
４１１…ボルト
４２０…カバー部材
４２１…ボルト
４３０…シャフト部材
４３１…ナット
４５０…補機
４５２…配管
４５３…ポンプ
４６０…加圧機構
５００…荷重調整ねじ
５５０…モニタ基盤
６００…製造装置
６１０…台部
６２０…固定ガイド
６３０…移動ガイド
６５０…取付装置
７００…加圧設備
７１０…駆動部
７２０…荷重測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、前記ケースの外部から前記圧力プレートを前記積層方向に押圧するための押圧部材を前記圧力プレートに接触させるために用いることのできる第１の開口部と、前記セル積層体を前記積層方向に圧縮した状態で前記圧力プレートの位置を固定することのできる固定部と、を備える、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向している、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記固定部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向しているめねじ部と、前記めねじ部に基端側が接続され、先端側が前記押圧プレートと接触するねじ部材と、を備える、燃料電池。
【請求項４】
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、互いに開口面積が異なり、前記積層方向において、それぞれ前記圧力プレートと対向する２つの開口部を備えている、燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の大きい方の第１の開口部は、前記ケースに１つないし３つ形成されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに２つまたは３つ形成され、
各前記第１の開口部は、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置が、２つの前記第１の開口部の間、または、３つの前記第１の開口部により囲まれる領域の内側となるようにそれぞれ配置されている、燃料電池。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに１つ形成され、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置と対向する、燃料電池。
【請求項８】
請求項４ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の小さい方の第２の開口部は、内周部にねじ溝を備えるめねじ部を有する、燃料電池。
【請求項９】
燃料電池の製造方法であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、前記セル積層体を収容するためのケースと、を準備する準備工程と、
前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記ケースと対向する状態で、前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する収容工程と、
前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧することにより、前記ケースの内部に収容されている前記セル積層体を積層方向に圧縮する圧縮工程と、
前記押圧部材によって前記セル積層体が圧縮されている状態において、前記圧力プレートの位置を固定する固定工程と、を備える製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の製造方法において、
前記準備工程は、側面部に２つの開口部を有するケースを準備する工程を含み、
前記収容工程は、前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記側面部と対向するように前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する工程を含み、
前記圧縮工程は、前記側面部の第１の開口部を介して前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧する工程を含み、
前記固定工程は、前記圧力プレートと前記側面部の第２の開口部との間にねじ部材を取り付ける工程を含む、製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による前記押圧によって前記セル積層体の圧縮荷重が所定値となったときに、前記ねじ部材の取り付けをおこない、前記ねじ部材を取り付けた後に、前記押圧部材による前記押圧を解除する工程を含む、製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による押圧力を検出可能な前記ケースの外部の装置を用いて前記セル積層体の圧縮荷重を検出する工程を含む、製造方法。
【請求項１】
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、前記ケースの外部から前記圧力プレートを前記積層方向に押圧するための押圧部材を前記圧力プレートに接触させるために用いることのできる第１の開口部と、前記セル積層体を前記積層方向に圧縮した状態で前記圧力プレートの位置を固定することのできる固定部と、を備える、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向している、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記固定部は、前記積層方向において前記圧力プレートと対向しているめねじ部と、前記めねじ部に基端側が接続され、先端側が前記押圧プレートと接触するねじ部材と、を備える、燃料電池。
【請求項４】
燃料電池であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を内部に収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記セル積層体の積層方向における端部と、前記ケースとの間に配置される圧力プレートと、を備え、
前記ケースは、互いに開口面積が異なり、前記積層方向において、それぞれ前記圧力プレートと対向する２つの開口部を備えている、燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の大きい方の第１の開口部は、前記ケースに１つないし３つ形成されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに２つまたは３つ形成され、
各前記第１の開口部は、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置が、２つの前記第１の開口部の間、または、３つの前記第１の開口部により囲まれる領域の内側となるようにそれぞれ配置されている、燃料電池。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記第１の開口部は、前記ケースに１つ形成され、前記積層方向から見たときに、前記燃料電池セルの重心位置と対向する、燃料電池。
【請求項８】
請求項４ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記２つの開口部のうち、開口面積の小さい方の第２の開口部は、内周部にねじ溝を備えるめねじ部を有する、燃料電池。
【請求項９】
燃料電池の製造方法であって、
複数の燃料電池セルを積層したセル積層体と、前記セル積層体を収容するためのケースと、を準備する準備工程と、
前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記ケースと対向する状態で、前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する収容工程と、
前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧することにより、前記ケースの内部に収容されている前記セル積層体を積層方向に圧縮する圧縮工程と、
前記押圧部材によって前記セル積層体が圧縮されている状態において、前記圧力プレートの位置を固定する固定工程と、を備える製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の製造方法において、
前記準備工程は、側面部に２つの開口部を有するケースを準備する工程を含み、
前記収容工程は、前記セル積層体の積層方向の端部が圧力プレートを介して前記側面部と対向するように前記セル積層体を前記ケースの内部に収容する工程を含み、
前記圧縮工程は、前記側面部の第１の開口部を介して前記ケースの外部から押圧部材によって圧力プレートを押圧する工程を含み、
前記固定工程は、前記圧力プレートと前記側面部の第２の開口部との間にねじ部材を取り付ける工程を含む、製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による前記押圧によって前記セル積層体の圧縮荷重が所定値となったときに、前記ねじ部材の取り付けをおこない、前記ねじ部材を取り付けた後に、前記押圧部材による前記押圧を解除する工程を含む、製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造方法において、
前記固定工程は、前記押圧部材による押圧力を検出可能な前記ケースの外部の装置を用いて前記セル積層体の圧縮荷重を検出する工程を含む、製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−１２３２５（Ｐ２０１３−１２３２５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２９４５（Ｐ２０１１−１４２９４５）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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