(57)【要約】【課題】締結部を有さない環状バンドを用いても、セル積層体およびエンドプレートに適切な荷重を加えることができる燃料電池スタックの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の燃料電池スタックの製造方法は、１）セル積層体と、その側面に凹部を有する一対のエンドプレートを準備するステップと、２）一対のエンドプレートの間にセル積層体を配置するステップと、３）エンドプレートの凹部に加圧治具の凸部を嵌め込むステップと、４）加圧治具を用いてセル積層体に積層方向の荷重を加えるステップと、５）セル積層体に荷重を加えた状態で、セル積層体および一対のエンドプレートを環状バンド内に収容するステップと、６）エンドプレートの凹部から加圧治具の凸部を抜き出すステップとを有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体および前記膜電極接合体を挟むセパレータからなる単セルを積層したセル積層体と、
前記セル積層体を挟む一対のエンドプレートと、
前記セル積層体および前記エンドプレートを含む積層体を取り囲み、前記セル積層体および前記エンドプレートに前記セル積層体の積層方向の荷重を加える環状バンドと、を有し、
前記エンドプレートは、前記環状バンドと対向していない側面に１または２以上の凹部を有する、
燃料電池スタック。
【請求項２】
前記エンドプレートは、前記環状バンドと対向しておらず、かつ互いに対向する第１の側面および第２の側面のそれぞれに１または２以上の凹部を有する、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記第１の側面の凹部と前記第２の側面の凹部とは連通している、請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記環状バンドは、ステンレス鋼からなる、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
膜電極接合体および前記膜電極接合体を挟むセパレータからなる単セルを積層したセル積層体、その側面に１または２以上の凹部を有する第１のエンドプレート、ならびにその側面に１または２以上の凹部を有する第２のエンドプレートを準備するステップと、
前記第１のエンドプレートと前記第２のエンドプレートの間に前記セル積層体を配置するステップと、
前記第１のエンドプレートの凹部に第１の加圧治具の凸部を嵌め込み、前記第２のエンドプレートの凹部に第２の加圧治具の凸部を嵌め込むステップと、
前記第１の加圧治具と前記第２の加圧治具とを相対移動させて、前記セル積層体に積層方向の荷重を加えるステップと、
前記セル積層体に荷重を加えた状態で、前記セル積層体、前記第１のエンドプレートおよび前記第２のエンドプレートを環状バンド内に収容するステップと、
前記第１のエンドプレートの凹部から前記第１の加圧治具の凸部を抜き出し、前記第２のエンドプレートの凹部から前記第２の加圧治具の凸部を抜き出すステップと、
を有する、燃料電池スタックの製造方法。
【請求項６】
前記環状バンドは、前記セル積層体、前記第１のエンドプレートおよび前記第２のエンドプレートを収容する前から環状である、請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率が高く、排熱も利用できるといった優れた特徴を有する。燃料電池には様々な種類があるが、固体高分子形燃料電池は、低コスト、省スペース化に優れており、家庭用コージェネレーションシステムや自動車の動力源などとして期待されている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池（以下「燃料電池スタック」ともいう）は、複数の単セルを積層して直列に接続したセル積層体と、前記セル積層体の両側に配置された集電板およびエンドプレートとを有する。各単セルは、膜電極接合体（membrane electrode assembly；以下「ＭＥＡ」ともいう）と、前記膜電極接合体の両側に配置された一対のセパレータとから構成される。また、ＭＥＡは、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の両側に配置された一対の触媒電極（燃料極、空気極）とから構成される。
【０００４】
燃料電池スタックの各単セルの燃料極に水素を含む燃料ガスを供給し、空気極に酸素を含む酸化ガスを供給することで、電気エネルギーを継続的に取り出すことができる。燃料極に供給された水素分子は、燃料極の触媒によって水素イオンと電子に分けられる。水素イオンは高分子電解質膜を通過して空気極側に移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。外部回路を通る電子は電気エネルギーとして利用される。空気極では、高分子電解質膜を通して移動してきた水素イオンと、外部回路を移動してきた電子と、空気極に供給された酸素とが反応して、水が生成される。
【０００５】
セル積層体は、セル間およびセル内の接触抵抗の低減、ならびに反応ガスおよび水のシール性を確保するために、所定の荷重を加えられる。セル積層体に荷重を加える方法としては、例えばバンドを用いた方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１は、特許文献１の電池モジュール（燃料電池スタック）の構成を示す斜視図である。図１（Ａ）は、電池モジュールの分解斜視図であり、図１（Ｂ）は、電池モジュールの結合状態を示す斜視図である。図１に示されるように、電池モジュール（燃料電池スタック）１０は、電池集合体（セル積層体）１２と、電池集合体１２の両端に配置された一対のエンドプレート１４と、電池集合体１２およびエンドプレート１４を積層方向に取り囲むバンド１６と、バンド１６の両端を連結固定する締結部１８とを有する。バンド１６は、電池集合体１２に適切な荷重を加えるものであり、電池集合体１２との間で相対的に伸縮性が少ない材料で構成されている。また、エンドプレート１４の外側の面には、締結部１８が十分に遊動できるように締結部遊動溝２０が形成されている（図１（Ｂ）参照）。
【０００７】
特許文献１の電池モジュール１０では、締結部１８のターンバックルを回転させてバンド１６を締め付けることで、電池集合体１２に適切な荷重を加えることができる。
【特許文献１】特開２００７−０７３５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の燃料電池スタックの構造をより単純にし、製造工程を減らすためには、締結部を有するバンドの代わりに、締結部を有さない環状バンドを用いることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、上記従来の燃料電池スタックでは、締結部を有さない環状バンドを用いることはできなかった。
【００１０】
上記従来の燃料電池スタックでは、セル積層体に荷重を加える前に、セル積層体およびエンドプレートをバンド内に収容していた。これは、図２（Ａ）に示されるように、プレス機２２を用いてセル積層体１２に荷重を加えた状態では、プレス機２２とバンド１６とが干渉するため、セル積層体１２およびエンドプレート１４をバンド１６内に収容できなくなるからである。
【００１１】
この場合、バンドの内周長は、荷重を加えられていない状態のセル積層体およびエンドプレートからなる積層体の積層方向の外周長よりもある程度長くなければならない。これらの長さがほとんど同じだと、セル積層体およびエンドプレートをバンド内に収容できないからである。ここで「積層体の積層方向の外周長」とは、図２（Ｂ）に示される実線Ｌの長さを意味する。このように内周長が長いバンドを用いても、特許文献１に記載されているようにターンバックルを回転させてバンドの内周長を短くすることができれば、セル積層体に荷重を加えることができる。ところが、締結部を有さない環状バンドは内周長を変化させることができないため、セル積層体に荷重を加えることができない。
【００１２】
このように、上記従来の燃料電池スタックでは、１）荷重を加えられていない状態のセル積層体およびエンドプレートを収容しうる大きさの環状バンドを用いると、セル積層体およびエンドプレートに荷重を加えることができず、２）セル積層体およびエンドプレートに荷重を加えられる大きさの環状バンドを用いると、荷重を加えられていない状態のセル積層体およびエンドプレートを収容できないため、締結部を有さない環状バンドを用いることはできなかったのである。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、締結部を有さない環状バンドを用いても、セル積層体およびエンドプレートに適切な荷重を加えることができる燃料電池スタックおよびその製造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】
【００１４】
本発明者は、セル積層体およびエンドプレートに荷重を加えた状態で、環状バンド内にセル積層体およびエンドプレートを収容することで、上記課題を解決できることを見出し、さらにエンドプレートの形状などについて検討を加えて本発明を完成させた。
【００１５】
すなわち、本発明の第一は、以下の燃料電池スタックに関する。
【００１６】
［１］膜電極接合体および前記膜電極接合体を挟むセパレータからなる単セルを積層したセル積層体と、前記セル積層体を挟む一対のエンドプレートと、前記セル積層体および前記エンドプレートを含む積層体を取り囲み、前記セル積層体および前記エンドプレートに前記セル積層体の積層方向の荷重を加える環状バンドと、を有し、前記エンドプレートは、前記環状バンドと対向していない側面に１または２以上の凹部を有する、燃料電池スタック。
［２］前記エンドプレートは、前記環状バンドと対向しておらず、かつ互いに対向する第１の側面および第２の側面のそれぞれに１または２以上の凹部を有する、［１］に記載の燃料電池スタック。
［３］前記第１の側面の凹部と前記第２の側面の凹部とは連通している、［２］に記載の燃料電池スタック。
［４］前記環状バンドは、ステンレス鋼からなる、［１］〜［３］のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【００１７】
また、本発明の第二は、以下の燃料電池スタックの製造方法に関する。
【００１８】
［５］膜電極接合体および前記膜電極接合体を挟むセパレータからなる単セルを積層したセル積層体、その側面に１または２以上の凹部を有する第１のエンドプレート、ならびにその側面に１または２以上の凹部を有する第２のエンドプレートを準備するステップと；前記第１のエンドプレートと前記第２のエンドプレートの間に前記セル積層体を配置するステップと；前記第１のエンドプレートの凹部に第１の加圧治具の凸部を嵌め込み、前記第２のエンドプレートの凹部に第２の加圧治具の凸部を嵌め込むステップと；前記第１の加圧治具と前記第２の加圧治具とを相対移動させて、前記セル積層体に積層方向の荷重を加えるステップと；前記セル積層体に荷重を加えた状態で、前記セル積層体、前記第１のエンドプレートおよび前記第２のエンドプレートを環状バンド内に収容するステップと；前記第１のエンドプレートの凹部から前記第１の加圧治具の凸部を抜き出し、前記第２のエンドプレートの凹部から前記第２の加圧治具の凸部を抜き出すステップと、を有する、燃料電池スタックの製造方法。
［６］前記環状バンドは、前記セル積層体、前記第１のエンドプレートおよび前記第２のエンドプレートを収容する前から環状である、［５］に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、セル積層体に荷重を加えた状態で、セル積層体およびエンドプレートをバンド内に収容することができるため、締結部を有さない環状バンドを用いても、セル積層体およびエンドプレートに適切な荷重を加えることができる。したがって、本発明によれば、より単純な構造を有する燃料電池スタックを、少ない工程で安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の燃料電池スタックは、セル積層体と、一対のエンドプレートと、環状バンドとを有する。また、本発明の燃料電池スタックは、任意に、集電板や絶縁プレートなどの他の構成要素をさらに有していてもよい。エンドプレートおよび環状バンド以外の各構成要素については、従来の燃料電池スタックで用いられているものをそのまま使用してもよい。
【００２１】
セル積層体は、複数の単セルを積層して直列に接続したものである。発電単位である単セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ）と、前記膜電極接合体の両側に配置された一対のセパレータとから構成される。
【００２２】
ＭＥＡは、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の触媒電極（燃料極および空気極）とを有する。燃料極および空気極は、それぞれ、高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層に積層されるガス拡散層とを有することが好ましい。
【００２３】
高分子電解質膜は、湿潤状態において、水素イオンを選択的に輸送する機能を有する高分子膜である。高分子電解質膜の材料は、水素イオンを選択的に移動させるものであれば特に限定されない。このような材料の例には、フッ素系の高分子電解質膜、炭化水素系の高分子電解質膜が含まれる。
【００２４】
触媒電極の触媒層は、水素または酸素の酸化還元反応を促進する触媒を含む層である。触媒層は、導電性を有し、かつ水素または酸素の酸化還元反応を促進する触媒能を有するものであれば特に限定されない。空気極の触媒層に含まれる触媒の例には、白金や白金とコバルトとの合金、白金とコバルトとニッケルとの合金が含まれる。また、燃料極の触媒層に含まれる触媒の例には、白金や白金とルテニウムとの合金が含まれる。触媒電極の触媒層は、これらの触媒を担持させたカーボン微粒子（アセチレンブラックやケッチェンブラック、バルカンなど）に、水素イオン導電性を有する電解質と撥水性を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂を混合し、高分子電解質膜上に塗布することで形成されうる。
【００２５】
ガス拡散層は、導電性を有する多孔質層である。ガス拡散層の材料は、導電性を有し、かつ反応ガスが拡散しうるものであれば特に限定されない。ガス拡散層は、セパレータ側から供給されるガスを触媒層に拡散させるガス拡散基材層と、ガス拡散基材層と触媒層との接触性を向上させるカーボンコート層とから構成されていてもよい。
【００２６】
セパレータは、燃料極と接する面に燃料ガス流路、空気極と接する面に酸化ガス流路を有する導電性の板である。セパレータの材料の例には、カーボン、金属が含まれる。セパレータは、冷媒を供給するための冷媒入口マニホールドおよび冷媒を排出するための冷媒出口マニホールドを有することが好ましい。また、セパレータは、燃料ガスを給排気するためのマニホールド、および酸化ガスを給排気するためのマニホールドを有することが好ましい。さらに、セパレータは、冷媒や酸化ガス、燃料ガスなどが漏れないようにするゴム状のシール部を有していてもよい。
【００２７】
エンドプレートは、セル積層体を積層方向の両端から挟む板状の部材である。エンドプレートの形状は、少なくとも１つの側面に凹部を有していれば特に限定されず、セル積層体や環状バンドなどの形状に応じて適宜設定すればよい。たとえば、エンドプレートの形状は、矩形板状であってもよい。この場合、エンドプレートの端部（環状バンドの折曲がり部直下に位置する部分）近傍におけるエンドプレートへの圧縮応力が、エンドプレートの中心部近傍の圧縮応力よりも顕著に大きくなる。そこで、エンドプレートへの圧縮応力の分布を均一にするため、エンドプレートの形状は、環状バンドの形状に沿った形状（縦断面がアルファベットの「Ｄ」のような形状）であることが好ましい（図３参照）。
【００２８】
エンドプレートは、外部に露出している側面に１または２以上の凹部を有する。ここで「外部に露出している側面」とは、エンドプレートの各面（通常は６面）のうち、燃料電池スタックを組み立てた際に、セル積層体および環状バンドと対向せず、外部に露出している面（通常は２面）を意味する（図３参照）。この凹部には、燃料電池スタックを組み立てる際に、加圧治具の凸部が嵌め込まれる（後述）。凹部の形状は、加圧治具の凸部と嵌合しうる形状であれば特に限定されない。たとえば、凹部の形状は直方体である（実施の形態参照）。また、凹部は、外部に露出している側面以外の面に繋がっていてもよい。たとえば、凹部は、環状バンドと対向する上面に繋がっていてもよい（図１０参照）。ただし、この場合は、当該上面からの凹部の深さは、加圧治具の凸部の高さよりも深いことが好ましい。燃料電池スタックを組み立てる際に、加圧治具の凸部と環状バンドとが干渉するのを防止するためである。また、対向する２つの側面の凹部が連通していてもよい（図４（Ａ）参照）。
【００２９】
エンドプレートの材料は、所望の強度を確保しうるものであれば特に限定されず、必要とする性質（例えば、絶縁性の有無など）やコストなどを考慮して選択すればよい。エンドプレートの材料の例には、ポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が含まれる。
【００３０】
環状バンドは、厚さに対して幅が相対的に広い帯状部材（バンド）の両端が接続された部材である。帯状部材の両端の繋ぎ目（例えば、溶接部位）は、あってもよいし、無くてもよい。環状バンドは、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体を取り囲み、セル積層体およびエンドプレートにセル積層体の積層方向の荷重を加える。このとき、エンドプレートの幅と同じ幅の環状バンドが、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体の全体を取り囲んでもよいし（実施の形態参照）、エンドプレートの幅よりも狭い環状バンドが、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体の一部を取り囲んでもよい。また、環状バンドの幅がセル積層体やエンドプレートの幅よりも狭い場合は、環状バンドの数は複数であってもよい。
【００３１】
環状バンドの材料は、所望の強度を確保しうるものであれば特に限定されず、必要とする性質（例えば、柔軟性の有無など）やコストなどを考慮して選択すればよい。セル積層体に加える荷重の変化を防ぐ観点からは、環状バンドの材料は、長さ（巻き込み）方向の伸縮性はほとんど有さないものが好ましい。環状バンドの材料の例には、ステンレス鋼が含まれる。
【００３２】
本発明の燃料電池スタックは、締結ボルトや締結部を有するバンドなどの代わりに、環状バンドを用いてセル積層体に荷重を加えるため、構造が単純で壊れにくく、かつ省スペース化に優れている。
【００３３】
次に、上記構成を有する本発明の燃料電池スタックの製造方法について説明する。
【００３４】
本発明の燃料電池スタックの製造方法は、１）セル積層体やエンドプレートなどを準備する第１のステップと、２）セル積層体やエンドプレートなどを所定の順番で重ねる第２のステップと、３）加圧治具の凸部をエンドプレートの凹部に嵌め込む第３のステップと、４）セル積層体に荷重を加える第４のステップと、５）セル積層体を含む積層体を環状バンド内に収容する第５のステップと、６）エンドプレートの凹部から加圧治具の凸部を抜き出す第６のステップと、を含む。
【００３５】
第１のステップでは、セル積層体と、その側面に１または２以上の凹部を有する一対のエンドプレート（第１のエンドプレートおよび第２のエンドプレート）とを準備する。必要に応じて、集電板や絶縁プレートなどを準備してもよい。セル積層体に含まれる単セルの枚数は、求める特性に応じて適宜選択すればよい。
【００３６】
第２のステップでは、セル積層体やエンドプレートなどを所定の順番で重ねる。通常は、第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間に、セル積層体や集電板などを配置する。このとき、第１のエンドプレートの凹部を有する側面と第２のエンドプレートの凹部を有する側面とが同一方向または逆方向を向くようにすることが好ましい。第５のステップにおいて、加圧治具の凸部をエンドプレートの凹部に嵌め込んだ状態で、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体を環状バンド内に収容するためである。
【００３７】
第３のステップでは、加圧治具の凸部をエンドプレートの凹部に嵌め込む。具体的には、第１の加圧治具の凸部を第１のエンドプレートの凹部に嵌め込み、第２の加圧治具の凸部を第２のエンドプレートの凹部に嵌め込む。
【００３８】
第４のステップでは、第１の加圧治具と第２の加圧治具とを相対移動させて、セル積層体に荷重を加える。通常は、第１の加圧治具と第２の加圧治具との間隔が狭くなるように第１の加圧治具および／または第２の加圧治具を移動させることで、第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間に挟まれたセル積層体に荷重を加える。第４のステップでは、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体の積層方向の外周長が、環状バンドの内周長とほぼ同じか、それよりも少し短くなるように、セル積層体に荷重を加えることが好ましい。
【００３９】
第５のステップでは、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体に荷重を加えた状態で、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体を環状バンド内に収容する。このとき、加圧治具の凸部はエンドプレートの側面に設けられた凹部に嵌め込まれているため、環状バンドと加圧治具とが互いに干渉することはない。環状バンドの内周長は、セル積層体に最適な荷重が加えられているときのセル積層体およびエンドプレートを含む積層体の積層方向の外周長とほぼ同じ長さが好ましい。第６のステップにおいて、加圧治具による荷重の付加を解除した後に、セル積層体に最適な荷重を加えるためである。
【００４０】
セル積層体およびエンドプレートを含む積層体を環状バンド内に収容するには、１）セル積層体およびエンドプレートを含む積層体を両端が接続されていないバンドで取り囲み、その後バンドの両端を接続してもよいし、２）セル積層体およびエンドプレートを含む積層体を、予め両端が接続されている環状バンド（エンドレスバンド）内に収容してもよい。製造工程を減らす観点からは、予め両端が接続されている環状バンド（エンドレスバンド）を用いる後者の方法が好ましい。
【００４１】
第６のステップでは、加圧治具による荷重の付加を解除した後、環状バンド内に収容されたエンドプレートから加圧治具の凸部を抜き出す。これにより、環状バンドが、加圧治具に代わってセル積層体およびエンドプレートを含む積層体に荷重を加えることになる。
【００４２】
以上の手順により、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体に荷重を加えた状態で、セル積層体およびエンドプレートを含む積層体を環状バンド内に収容して、燃料電池スタックを製造することができる。
【００４３】
このように、側面に凹部を有するエンドプレートを用いれば、締結部を有さない環状バンドを用いても、燃料電池スタックを製造することができる。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施の形態により限定されない。
【００４５】
（実施の形態１）
実施の形態１では、予め両端が接続されている環状バンド（エンドレスバンド）を用いて燃料電池スタックを製造する例を示す。
【００４６】
図３は、本発明の実施の形態１の燃料電池スタック１００の構成を示す斜視図である。図３に示されるように、燃料電池スタック１００は、セル積層体１１０と、一対の集電板１２０と、第１のエンドプレート１３０と、第２のエンドプレート１４０と、環状バンド１５０とを有する。
【００４７】
セル積層体１１０は、発電単位である単セルを所定の数積層したものである。各単セルは、直列に接続されている。
【００４８】
集電板１２０は、セル積層体１１０を積層方向の両端から挟む導電性の板である。燃料電池スタック１００の電力は、集電板１２０に設けられた電力取出部（図示されている部分）から取り出される。
【００４９】
第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０は、セル積層体１１０および一対の集電板１２０を積層方向の両端から挟む矩形状の樹脂板である。第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０の環状バンド１５０に対向する面は、環状バンド１５０の形状に沿って湾曲している。
【００５０】
第１のエンドプレート１３０は、環状バンド１５０に覆われていない２つの側面にそれぞれ４つの凹部１３５を有する。第２のエンドプレート１４０も、環状バンド１５０に覆われていない２つの側面にそれぞれ４つの凹部１４５を有する。それぞれの凹部は、対向する側面の凹部と連通しており、かつ環状バンド１５０に対向する面（湾曲している面）に開いている。すなわち、第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０の環状バンド１５０に対向する面（湾曲している面）には、４本の溝が形成されている（図４（Ａ）参照）。第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０には、それぞれ、燃料ガス供給口、燃料ガス排出口、酸化ガス供給口、酸化ガス排出口、冷媒供給口および冷媒排出口が形成されている。
【００５１】
環状バンド１５０は、帯状のステンレス鋼板の両端を接続したものである。環状バンド１５０は、その内部にセル積層体１１０、一対の集電板１２０、第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０からなる積層体を収容している。図３に示されるように、環状バンド１５０は側面に開口部を２つ有するため、その内部に収容されているセル積層体１１０、一対の集電板１２０、第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０からなる積層体の側面は外部に露出している。後述するように、セル積層体１１０は所定の荷重を加えられた状態で環状バンド１５０内に収容されるため、環状バンド１５０内のセル積層体１１０は常に所定の荷重を加えられている。逆にいえば、環状バンド１５０の内周径は、セル積層体１１０に所定の荷重を加えられるように設定されている。環状バンド１５０には、第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０に形成された燃料ガス供給口、燃料ガス排出口、酸化ガス供給口、酸化ガス排出口、冷媒供給口および冷媒排出口に対応する位置に、開口部が形成されている。
【００５２】
次に、図４〜６を参照して、実施の形態１の燃料電池スタックを製造する方法について説明する。
【００５３】
実施の形態１の燃料電池スタックの製造方法は、１）セル積層体などを準備する第１のステップと、２）セル積層体などを所定の順番で重ねる第２のステップと、３）加圧治具の凸部をエンドプレートの凹部に嵌め込む第３のステップと、４）セル積層体に荷重を加える第４のステップと、５）セル積層体を含む積層体を環状バンド内に収容する第５のステップと、６）エンドプレートの凹部から加圧治具の凸部を抜き出す第６のステップとを含む。
【００５４】
第１のステップでは、セル積層体１１０、一対の集電板１２０、第１のエンドプレート１３０、第２のエンドプレート１４０および環状バンド１５０を準備する。
【００５５】
次いで、第２のステップでは、図４（Ａ）に示されるように、セル積層体１１０、一対の集電板１２０、第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０を所定の順番で重ねる。このとき、第１のエンドプレート１３０の凹部１３５を有する側面と第２のエンドプレート１４０の凹部１４５を有する側面とが同一方向を向くようにする。
【００５６】
次いで、第３のステップでは、第１の加圧治具の凸部２０５を第１のエンドプレートの凹部１３５に嵌め込み、第２の加圧治具の凸部２１５を第２のエンドプレートの凹部１４５に嵌め込む。
【００５７】
図４（Ｂ）は、第１の加圧治具２００の構成を示す斜視図である。第２の加圧治具２１０も同様の構成である。図４（Ｂ）に示されるように、第１の加圧治具２００は、第１のエンドプレート１３０に形成された溝（凹部１３５）の数の凸部２０５を有する。それぞれの凸部２０５は、第１のエンドプレート１３０に形成された溝（凹部１３５）に嵌合しうる形状を有している（図４（Ａ）と図４（Ｂ）とを比較参照）。
【００５８】
第１の加圧治具２００および第２の加圧治具２１０は、図示しないプレス機に装着されている。第１の加圧治具の凸部２０５を第１のエンドプレートの凹部１３５（溝）に嵌め込み、第２の加圧治具の凸部２１５を第２のエンドプレートの凹部１４５（溝）に嵌め込むと、セル積層体１１０などを含む積層体は、第１の加圧治具２００および第２の加圧治具２１０により挟持される（図５（Ａ）を参照）。
【００５９】
次いで、第４のステップでは、図５（Ａ）に示されるように、第１の加圧治具２００と第２の加圧治具２１０とを相対移動させて、セル積層体１１０などに所定の荷重を加える。これにより、セル積層体１１０の厚さが薄くなり、セル積層体１１０などを含む積層体を環状バンド１５０内に収容できるようになる。
【００６０】
次いで、第５のステップでは、図５（Ｂ）に示されるように、セル積層体１１０などを含む積層体を、第１の加圧治具および第２の加圧治具の凸部２０５，２１５の先端側から環状バンド１５０に嵌め込み、図６に示されるように、セル積層体１１０などを含む積層体を環状バンド１５０内に収容する。
【００６１】
最後に、第６のステップにおいて、第１の加圧治具および第２の加圧治具の凸部２０５，２１５を、第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０から抜くことで、実施の形態１の燃料電池スタック１００を得ることができる（図３参照）。
【００６２】
以上の手順により、環状バンド内にセル積層体などを収容した燃料電池スタックを容易に製造することができる。
【００６３】
（実施の形態２）
実施の形態１では、片持ち構造の加圧治具を用いて燃料電池スタックを製造する例について説明したが、実施の形態２では、両持ち構造の加圧治具を用いて燃料電池スタックを製造する例について説明する。
【００６４】
実施の形態２の製造方法により製造される燃料電池スタックの構造は、実施の形態１の製造方法により製造される燃料電池スタックの構造と同じである。実施の形態１に係る燃料電池スタックと同じ構成要素については同一の符号を付し、重複箇所の説明を省略する。
【００６５】
実施の形態２の燃料電池スタックの製造方法は、１）セル積層体などを準備する第１のステップと、２）セル積層体などを所定の順番で重ねる第２のステップと、３）加圧治具の凸部をエンドプレートの凹部に嵌め込む第３のステップと、４）セル積層体に荷重を加える第４のステップと、５）セル積層体を含む積層体を環状バンド内に収容する第５のステップと、６）エンドプレートの凹部から加圧治具の凸部を抜き出す第６のステップとを含む。実施の形態２の製造方法は、第３〜６のステップで両持ち構造の加圧治具を用いる点、および第３のステップで加圧治具の凸部を環状バンド内を通してエンドプレートの凹部に嵌め込む点において、実施の形態１の製造方法と異なる。第１のステップおよび第２のステップは、実施の形態１の第１のステップおよび第２のステップと同じである。
【００６６】
第３のステップでは、第１の加圧治具の凸部３０５を第１のエンドプレートの凹部１３５に嵌め込み、第２の加圧治具の凸部３１５を第２のエンドプレートの凹部１４５に嵌め込む。
【００６７】
図７は、第１の加圧治具３００の構成を示す斜視図である。第１の加圧治具３００は、凸部３０５を有する片持ち構造の第１の部材３００ａと、前記第１の部材の凸部３０５を受け止める第２の部材３００ｂとから構成されるが（図８（Ａ）を参照）、図７では保持部材３００ｂを省略している。第２の加圧治具３１０も同様の構成である。
【００６８】
図７に示されるように、第１の加圧治具３００（第１の部材３００ａ）は、第１のエンドプレート１３０に形成された溝（凹部１３５）の数の凸部３０５を有する。それぞれの凸部３０５の長さは、第１のエンドプレート１３０に形成された溝（凹部１３５）の長さと、環状バンドの幅とを合わせた長さよりも長い（図８（Ａ）を参照）。
【００６９】
第１の加圧治具の凸部３０５を第１のエンドプレートの凹部１３５（溝）に嵌め込み、第２の加圧治具の凸部３１５を第２のエンドプレートの凹部１４５（溝）に嵌め込むと、セル積層体１１０などを含む積層体は、第１の加圧治具３００および第２の加圧治具３１０により挟持される（図８（Ａ）を参照）。このとき、第１の加圧治具および第２の加圧治具の凸部３０５，３１５を、環状バンド１５０内を通して、第１のエンドプレートおよび第２のエンドプレートの凹部１３５，１４５に嵌め込む。すなわち、環状バンド１５０を、第１の加圧治具および第２の加圧治具の凸部３０５，３１５の根元部分に、予め待機させておく（図９を参照）。
【００７０】
次いで、第４のステップでは、図８（Ａ）に示されるように、第１の加圧治具３００と第２の加圧治具３１０とを相対移動させて、セル積層体１１０などに所定の荷重を加える。
【００７１】
次いで、第５のステップでは、図８（Ｂ）に示されるように、予め待機させておいた環状バンド１５０を移動させて、セル積層体１１０などを含む積層体を環状バンド１５０内に収容する。
【００７２】
最後に、第６のステップにおいて、第１の加圧治具および第２の加圧治具の凸部３０５，３１５を、第１のエンドプレート１３０および第２のエンドプレート１４０から抜くことで、実施の形態２の燃料電池スタックを得ることができる（図３参照）。
【００７３】
以上の手順により、環状バンド内にセル積層体などを収容した燃料電池スタックを容易に製造することができる。
【００７４】
（実施の形態３）
実施の形態１，２では、対向する側面に形成された凹部が連通している例について説明したが、実施の形態３では、対向する側面に形成された凹部が連通していない例について説明する。
【００７５】
図１０は、本発明の実施の形態３の燃料電池スタック４００の構成を示す斜視図である。図１０では、エンドプレートの凹部の構造を明らかにするために、環状バンドを省略している。実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と同じ構成要素については同一の符号を付し、重複箇所の説明を省略する。
【００７６】
図１０に示されるように、燃料電池スタック４００は、セル積層体１１０と、一対の集電板１２０と、第１のエンドプレート４１０と、第２のエンドプレート４２０と、環状バンド１５０（不図示）とを有する。
【００７７】
第１のエンドプレート４１０および第２のエンドプレート４２０は、セル積層体１１０および一対の集電板１２０を積層方向の両端から挟む矩形状の樹脂板である。第１のエンドプレート４１０および第２のエンドプレート４２０は、それぞれ、環状バンド１５０に覆われていない側面に凹部４１５，４２５を４つずつ有している。
【００７８】
実施の形態３の燃料電池スタックの製造方法は、１）セル積層体などを準備する第１のステップと、２）セル積層体などを所定の順番で重ねる第２のステップと、３）加圧治具の凸部をエンドプレートの凹部に嵌め込む第３のステップと、４）セル積層体に荷重を加える第４のステップと、５）セル積層体を含む積層体を環状バンド内に収容する第５のステップと、６）エンドプレートの凹部から加圧治具の凸部を抜き出す第６のステップとに大別される。実施の形態３の製造方法は、第３〜６のステップで両持ち構造の加圧治具を用いる点、および第３のステップで加圧治具の凸部を環状バンドを通してエンドプレートの凹部に嵌め込む点において、実施の形態１の製造方法と異なる。第１のステップおよび第２のステップは、実施の形態１の第１のステップおよび第２のステップと同じである。
【００７９】
第３のステップでは、第１の加圧治具の凸部５０５を第１のエンドプレートの凹部４１５に嵌め込み、第２の加圧治具の凸部５１５を第２のエンドプレートの凹部４２５に嵌め込む。
【００８０】
図１１は、第１の加圧治具５００の構成を示す斜視図である。図１１に示されるように、第１の加圧治具５００は、長い凸部を有する第１の部材５００ａと、短い凸部を有する第２の部材５００ｂとから構成される。第２の加圧治具５１０も同様の構成である。
【００８１】
図１１に示されるように、第１の加圧治具の第１の部材５００ａおよび第２の部材５００ｂは、それぞれ第１のエンドプレート４１０に形成された凹部４１５の数の凸部５０５ａ，５０５ｂを有する。第１の部材５００ａの凸部５０５ａの長さは、第１のエンドプレートの凹部４１５の深さと、環状バンドの幅とを合わせた長さよりも長い（図１２（Ａ）を参照）。
【００８２】
第１の加圧治具の凸部５０５を第１のエンドプレートの凹部４１５に嵌め込み、第２の加圧治具の凸部５１５を第２のエンドプレートの凹部４２５に嵌め込むと、セル積層体１１０などを含む積層体は、第１の加圧治具５００および第２の加圧治具５１０により挟持される（図１２（Ａ）を参照）。このとき、第１の加圧治具および第２の加圧治具の第１の部材の凸部５０５ａ，５１５ａを、環状バンド１５０内を通して、第１のエンドプレートおよび第２のエンドプレートの凹部４１５，４２５に嵌め込む。すなわち、環状バンド１５０を、第１の加圧治具および第２の加圧治具の第１の部材の凸部５０５ａ，５１５ａの根元部分に、予め待機させておく（図１３を参照）。
【００８３】
次いで、第４のステップでは、図１２（Ａ）に示されるように、第１の加圧治具５００と第２の加圧治具５１０とを相対移動させて、セル積層体１１０などに所定の荷重を加える。
【００８４】
次いで、第５のステップでは、図１２（Ｂ）に示されるように、予め待機させておいた環状バンド１５０を移動させて、セル積層体１１０などを含む積層体を環状バンド１５０内に収容する。
【００８５】
最後に、第６のステップにおいて、第１の加圧治具および第２の加圧治具の凸部５０５，５１５を、第１のエンドプレート４１０および第２のエンドプレート４２０から抜くことで、実施の形態３の燃料電池スタック４００を得ることができる。
【００８６】
以上の手順により、環状バンド内にセル積層体などを収容した燃料電池スタックを容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の燃料電池スタックは、構造が単純で壊れにくく、かつ省スペース化に優れているため、例えば電気自動車用の燃料電池スタックとして有用である。
【００８８】
また、環状バンドを用いて積層体に荷重を加える本発明の方法は、燃料電池スタックの製造だけでなく、例えば熱交換器の製造などにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】従来の燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）従来の製造方法の問題点を示す模式図である。（Ｂ）積層体の外周長を示す模式図である。
【図３】実施の形態１の燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）環状バンドを取り外した状態の実施の形態１の燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。（Ｂ）実施の形態１の燃料電池スタックを製造する際に用いられる加圧治具の構成を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１の燃料電池スタックを製造する方法を説明するための模式図（断面図）である。
【図６】実施の形態１の燃料電池スタックを製造する方法を説明するための模式図（斜視図）である。
【図７】実施の形態２の燃料電池スタックを製造する際に用いられる加圧治具の構成を示す斜視図である。
【図８】実施の形態２の燃料電池スタックを製造する方法を説明するための模式図（断面図）である。
【図９】実施の形態２の燃料電池スタックを製造する方法を説明するための模式図（斜視図）である。
【図１０】環状バンドを取り外した状態の実施の形態３の燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態３の燃料電池スタックを製造する際に用いられる加圧治具の構成を示す斜視図である。
【図１２】実施の形態３の燃料電池スタックを製造する方法を説明するための模式図（断面図）である。
【図１３】実施の形態３の燃料電池スタックを製造する方法を説明するための模式図（斜視図）である。
【符号の説明】
【００９０】
１０  電池モジュール
１２  電池集合体
１４  エンドプレート
１６  バンド
１８  締結部
２０  締結部遊動溝
２２  プレス機
１００，４００  燃料電池スタック
１１０  セル積層体
１２０  集電板
１３０，４１０  第１のエンドプレート
１３５，４１５  第１のエンドプレートの凹部
１４０，４２０  第２のエンドプレート
１４５，４２５  第２のエンドプレートの凹部
１５０  環状バンド
２００，３００，５００  第１の加圧治具
２０５，３０５，５０５  第１の加圧治具の凸部
２１０，３１０，５１０  第２の加圧治具
２１５，３１５，５１５  第２の加圧治具の凸部
【図１】
2010212084.tif 000003
【図２】
2010212084.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010212084.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010212084.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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