燃料電池スタック

【課題】容易に係合凸部をテンションプレートと一体に成形することができ、テンションプレートの締結部の剛性を確保することができるテンション受け部を備えた燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】燃料電池スタックは、積層されたセルに付与した圧縮荷重によるテンションを受けるテンション受け機構６とを備えており、テンション受け機構６は、エンドプレート４の端面に形成された係合凹部７と、テンションプレート５に形成された係合凸部８と、係合凹部７と係合凸部８とが係合された状態を保持する締結手段９とを有している。板状素材を曲げ加工することにより、係合凸部８と、テンションプレート５の剛性を確保するためのフランジ部１０とがテンションプレート５の端部に一体に成形されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層されたセルに圧縮荷重を付与する燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は一般に、図３に示すように、複数のセル２’を積層し、このセル２’の積層方向の両端にエンドプレート４’、４’を配設すると共に、積層されたセル２’の一方の端面とこれに対向する一方のエンドプレート４’との間にバネ部材３’を介装して、両エンドプレート４’，４’をテンションプレート５’により接続して所定の間隔に保持することにより、バネ部材３’を介して積層されたセル２’に圧縮荷重を付与する構造となっている。
【０００３】
そして、エンドプレート４’とテンションプレート５’との接合は一般に、図４に参照されるように、エンドプレート４’の端面にねじ孔１１’を形成すると共にテンションプレート５’に孔１４’を形成し、ボルト９’をテンションプレート５’の孔１４’に挿通してエンドプレート４’の端面のねじ孔１１’に締結している。
【０００４】
ところで、エンドプレート４’とテンションプレート５’との接合部分には、積層されたセル２’に対してバネ部材３’が付与する圧縮荷重により、テンションがかかることとなる。この積層されたセル２’に付与する圧縮荷重が大きいことから、エンドプレート４’とテンションプレート５’との接合にはかなりの締結力が必要となる。そのため、上述したように単にボルト９’をテンションプレート５’の孔１４’に挿通してエンドプレート４’の端面のねじ孔１１’に締結しただけでは、積層されたセル２’に付与する圧縮荷重によるテンションを受けて、テンションプレート５’に形成した孔１４’が変形してしまうこととなる。そのため、たとえば特許文献１に開示されているように、エンドプレート４’の端面に係合凹部７’をセル２’の積層方向と直交する方向に延びるように形成すると共に、テンションプレート５’に係合凸部８’をセル２’の積層方向と直交する方向（テンションプレート５’の幅方向）に延びるように形成し、エンドプレート４’の係合凹部７’にテンションプレート５’の係合凸部８’を係合させて、テンションを受けるテンション受け機構６’を構成することが知られている。
【０００５】
従来の一般的なテンション受け機構６’は、図４に示すように、テンションプレート５’とは別に、長手方向に沿って係合凸部が形成されたテンション受け部材２０’を用意し、このテンション受け部材２０’をテンションプレート５’と重ねてスポット溶接することなどにより接合していた。そして、テンション受け部材２０’は、一般に、テンションプレート５’の幅方向（セル２’の積層方向と直交する方向）に延びる棒状の素材を切削加工することにより、係合凸部８’がテンションプレート５’と接合される基部２１’に形成された形状に成形されていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７９２２０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図４に示したように、係合凸部８’が基部２１’に形成されたテンション受け部材２０’をテンションプレート５’と接合する上記従来の技術にあっては、棒状の素材に係合凸部８’を形成するために切削加工などを行う工程と、さらに、係合凸部８’が形成されたテンション部材２０’をテンションプレート５’と溶接するなどして接合する工程が必要であり、手間や時間がかかることから、製造コストがかかるなどの問題があった。またさらに、上記従来の技術にあっては、テンション部材５’が、所定の厚さｔ’を有する基部２１’に係合凸部８’を一体に成形した形状であるため、テンションプレート５’と重ねて接合した状態でエンドプレート４’の係合凹部７’に係合させて使用すると、図３に示すように、燃料電池スタック１’のセル２’の積層方向と直交する方向の大きさＷ’が大きくなり、また、軽量化を図ることができないなどの問題もあった。そして、所定の厚さｔ’を有する基部２１’を成形することなく、係合凸部８’だけを成形してテンションプレート５’と重ねて接合することも考えられるが、この場合には、テンションプレート５’の端部における剛性を確保することができないこととなるという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、燃料電池スタックのセルの積層方向と直交する方向の大きさを小型化することができるよう板厚を薄くすることができ、また、容易に係合凸部をテンションプレートと一体に成形することができ、しかも、テンションプレートの締結部の剛性を確保することができるテンション受け部を備えた燃料電池スタック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】
【０００９】
請求項１に係る発明は、上記目的を達成するため、積層された複数のセルと、該積層された複数のセルの一方端に配置されたバネ部材と、前記積層された複数のセルとバネ部材とを挟むように配設された一対のエンドプレートと、両エンドプレートと接合されて前記バネ部材を介して積層された複数のセルに圧縮荷重を付与するテンションプレートと、前記エンドプレートの端面に形成された係合凹部と、前記テンションプレートに形成された係合凸部と、前記係合凹部と係合凸部とが係合された状態に保持する締結手段とを有しており、前記積層された複数のセルに付与した圧縮荷重によるテンションを受けるテンション受け機構とを備えた燃料電池スタックであって、板状素材を曲げ加工することにより、前記係合凸部と、前記テンションプレートの剛性を確保するためのフランジ部とが前記テンションプレートの端部に一体に成形されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、テンションプレートとなる板状素材をプレスなどによって曲げ加工することにより、テンションプレートの端部に係合凸部とテンションプレートの剛性を確保するためのフランジ部とが互いに平行に、且つ、セルの積層方向と直交する方向に延びるように、一体に容易に成形することができる構造となる。そして、係合凸部を成形しても、従来の技術におけるテンション受け部材の基部に相当する部分が形成されることがなく、テンションプレートの板厚と折り曲げた部分の板厚のみで板厚が薄いことから、燃料電池スタックのセルの積層方向と直交する方向の大きさを小型化することができる。また、テンションプレートに一体形成された係合凸部はエンドプレートの端面に形成された係合凹部と確実に係合して締結手段によって締結して、セルに付与した圧縮荷重によるテンションを受けることができる。そしてテンションプレートのエンドプレートと締結された部分は、フランジ部が成形されていることにより剛性が確保されているため、テンションプレートの変形を防ぐことができ、したがって、テンションプレートによって締結されたエンドプレートの間でバネ部材によって積層された複数のセルに安定して圧縮荷重を付与することができる。
なお、係合凸部の断面形状は必要に応じて矩形や台形、あるいは三角形状などに成形することができ、この係合凸部の形状と対応した形状の係合凹部をエンドプレートの端面に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の燃料電池スタックの実施の一形態を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
燃料電池スタック１は、概略、積層された複数のセル２と、この積層された複数のセル２の一方端に配置されたバネ部材３と、積層された複数のセル２とバネ部材３とを挟むように配設された一対のエンドプレート４，４と、両エンドプレート４，４と接合されてバネ部材３を介して積層された複数のセル２に圧縮荷重を付与するテンションプレート５と、積層された複数のセル２に付与した圧縮荷重によるテンションを受けるテンション受け機構６とを備えており、テンション受け機構６は、エンドプレート４の端面に形成された係合凹部７と、テンションプレート５に形成された係合凸部８と、係合凹部７と係合凸部８とが係合された状態に保持する締結手段９とを有している。そして、本発明の燃料電池スタックは、板状素材を曲げ加工することにより、係合凸部８と、テンションプレート５の剛性を確保するためのフランジ部１０とが、テンションプレート５の端部に一体に成形されている。
【００１２】
図２に示すように、エンドプレート４の、テンションプレート５と接合される端面には、係合凹部７が切削加工などにより形成されている。そして、図２に示した実施の形態における係合凹部７は、開口部の幅が底部の幅よりも大きい断面台形形状に形成されている。しかしながら、本発明における係合凹部７は、この実施の形態に限定されることはなく、開口部と底部が略同じ幅の断面矩形形状や、開口部から漸次幅が縮小して底部のない断面三角形状などとすることもできる。係合凹部７の底部には、その長手方向にねじ孔１１が所定の間隔で形成されている。
【００１３】
テンションプレート５と、その両端部のテンション受け機構６を構成する係合凸部８と、フランジ部１０は、板状の素材をプレスなどによって曲げ加工することにより、テンションプレート５の全幅にわたって一体に成形される。すなわち、板状の素材の長さ方向の両端縁近傍には、係合凸部８，８がそれぞれ曲げ加工により成形されている。両係合凸部８，８の互いの間隔は、積層されたセル２に付与する圧縮荷重の大きさやバネ部材３のバネ係数などに応じて決定される両エンドプレート４，４の間隔と対応して形成されている。係合凸部８の断面形状は、エンドプレート４に形成された係合凹部７の断面形状と対応して成形される。
【００１４】
また、曲げ加工が完了した時点における係合凹部７からさらに端部側に位置する折り返し部１２と、曲げ加工を行う前の素材の時点における先端部１３とは、係合凸部８と反対側に突出させるように曲げ加工されてフランジ部１０，１０となっている。そして、折り返し部１２と先端部１３の両フランジ部１０，１０の間は平坦面が形成されており、この平坦面と係合凸部８の底部とには、係合凹部７の底部に形成されたねじ孔１１と対応して、締結手段であるボルト９の軸部を挿通させる孔１４，１４がそれぞれ穿設されている。なお、図２における係合凸部８のエンドプレート４と接する部分と、両フランジ部１０，１０の間の平坦面とが重なった部分は、必要に応じてスポット溶接などにより接合することもできる。また、テンションプレート５の剛性を確保するためのフランジ部１０は、係合凸部８と反対側に突出させるように曲げ加工されたものに限定されることはなく、たとえば折り返し部１２を図２とは反対に、すなわち、係合凸部８と同じ方向へ、エンドプレートの表面に沿って突出させるように曲げ加工することもできる。
【００１５】
本発明によるテンションプレート５は、上述したように板状の素材をプレスなどによって曲げ加工することにより係合凸部８とフランジ部１０を一体で容易に成形することができることから、製造コストを削減することができる。また、本発明によるテンションプレート５を用いた燃料電池スタック１は、従来の技術（図４を参照）のように厚さを有するテンション受け部材２０を使用する必要がなく、基部２１の厚さｔ’に相当するのが板状の素材の厚さＴだけであることから、両テンションプレート５，５の間隔を狭く設定することができ、したがってセル２の積層方向と直交する方向の大きさＷを小型化することができる。また、本発明では係合凸部８が板状の素材を曲げ加工することにより成形されているので、その内部が空洞となっていることから、燃料電池スタック１の軽量化を図ることができる。さらに、板状の素材を曲げ加工することによりフランジ部１０を容易に成形することができ、しかも、テンションプレート５におけるテンション受け機構６の剛性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の燃料電池スタックを説明するために示した斜視図である。
【図２】本発明のテンション受け機構を説明するために示した部分拡大断面図である。
【図３】従来の一般的な燃料電池スタックを説明するために示した斜視図である。
【図４】従来のテンション受け機構を説明するために示した部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１：燃料電池スタック、２：セル、３：バネ部材、４：エンドプレート、５：テンションプレート、６：テンション受け機構、７：係合凹部、８：係合凹部、９ボルト（締結手段）、１０：フランジ部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数のセルと、
該積層された複数のセルの一方端に配置されたバネ部材と、
前記積層された複数のセルとバネ部材とを挟むように配設された一対のエンドプレートと、
両エンドプレートと接合されて前記バネ部材を介して積層された複数のセルに圧縮荷重を付与するテンションプレートと、
前記エンドプレートの端面に形成された係合凹部と、前記テンションプレートに形成された係合凸部と、前記係合凹部と係合凸部とが係合された状態に保持する締結手段とを有しており、前記積層された複数のセルに付与した圧縮荷重によるテンションを受けるテンション受け機構とを備えた燃料電池スタックであって、
板状素材を曲げ加工することにより、前記係合凸部と、前記テンションプレートの剛性を確保するためのフランジ部とが前記テンションプレートの端部に一体に成形されていることを特徴とする燃料電池スタック。

【図１】