(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位セルを積層した電池スタックと、
前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に板状に広がって、前記電池スタックをその積層方向の両端で挟むように配置された第１および第２のエンドプレートと、
前記電池スタックの積層方向に、前記第１のエンドプレートの外側に位置する第１の端部から、前記第２のエンドプレートの外側に位置する第２の端部に延びるロッドと、
を有し、前記第１および前記第２のエンドプレートには、前記電池スタックの積層方向に前記ロッドが貫通するように配置されるロッド受容部と前記ロッドが前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に通過可能なように前記ロッド受容部から外周まで延びる開口部とが互いに対向する位置に形成されていて、前記ロッドには、前記第１および前記第２のエンドプレートの外側に前記ロッド受容部よりも外径が大きい頭部がそれぞれ形成されていて、そのロッドは前記ロッド受容部に配置されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記エンドプレートの前記頭部と接触する部分には、その頭部と嵌合するように前記ロッドの軸と平行な方向にへこんだ段差部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記段差部および前記頭部は、前記ロッドがその軸の周りに回動しない形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記段差部および前記頭部は、互いにほぼ同等形状の多角形に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記エンドプレートは、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
複数の単位セルを積層した電池スタックと、
前記電池スタックの積層方向の両端に配置する第１および第２のエンドプレートと、
第１の端部から第２の端部に延びてその軸方向の隣接部よりも外径が大きい頭部がその軸方向の２箇所に形成されたロッドと、を備えた燃料電池の製造方法において、
前記ロッドが前記電池スタックの積層方向に前記第１および前記第２のエンドプレートをそれぞれ貫通するように配置できかつ前記ロッドの頭部の外径よりも小さなロッド受容部とそのロッド受容部につながって前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に前記ロッドが通過可能なように前記第１および前記第２のエンドプレートのそれぞれの外周まで延びる開口部とが互いに対向する位置に形成された前記第１および前記第２のエンドプレートで前記電池スタックを挟む工程と、
前記第１および前記第２のエンドプレートを介して前記電池スタックを外力により圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程で前記電池スタックを圧縮した状態で、前記電池スタックの積層方向を軸として前記ロッドの２つの頭部の間に前記第１および前記第２のエンドプレートが位置するように、前記ロッドを前記第１および前記第２のエンドプレートの開口部を通じて前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に移動させて、配置する嵌込工程と、
前記嵌込工程の後に、前記外力を解放する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項７】
熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のいずれかを加熱溶融し、その溶融された樹脂を射出成形して前記エンドプレートを作成する工程、
を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項８】
熱硬化性樹脂を加熱成形して前記エンドプレートを作成する工程、
を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項９】
複数の単位セルを積層した電池スタックと、前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に板状に広がって、前記電池スタックをその積層方向の両端で挟むように配置された第１および第２のエンドプレートと、前記電池スタックの積層方向に、前記第１のエンドプレートの外側に位置する第１の端部から、前記第２のエンドプレートの外側に位置する第２の端部に延びるロッドと、を備え、前記第１および前記第２のエンドプレートには、前記電池スタックの積層方向に前記ロッドが貫通するように配置されるロッド受容部と前記ロッドが前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に通過可能なように前記ロッド受容部から外周まで延びる開口部とが互いに対向する位置に形成されていて、前記ロッドには、前記第１および前記第２のエンドプレートの外側に前記ロッド受容部よりも外径が大きい頭部がそれぞれ形成されていて、そのロッドは前記ロッド受容部に配置されている燃料電池の分解方法において、
前記エンドプレートを介して電池スタックを外力により圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程で前記電池スタックを圧縮した状態で、前記ロッドを前記エンドプレートの開口部を通じて前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に移動させて取り外す取り外し工程と、
前記取り外し工程の後に、前記電池スタックを外力により圧縮した状態から解放する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、その製造方法および分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高効率のエネルギー変換装置として燃料電池が注目を集めている。燃料電池は電解質の相違により幾つかの種類に分類される。このうち水素イオン伝導性を有する固体高分子を電解質とする固体高分子電解質型燃料電池は、コンパクトな構造で高出力密度を得ることができ、また簡素なシステムによる運転が可能であることから、宇宙用や車両用あるいは家庭用電源として大きく注目されている。高分子電解質として、最近では、パーフルオロカーボンスルホン酸膜などが用いられている。
【０００３】
高分子電解質を電解質膜として用いる固体高分子電解質型燃料電池は、通常、単位セルを複数積層した電池スタックを有している。単位セル中の膜−電極接合体は、高分子電解質膜を相互に挟持するように配置された燃料極および酸化剤極を有している。燃料極および酸化剤極の基板は、それぞれ導電性多孔質材料からなる。
【０００４】
また、燃料極および酸化剤極の基板上には、カーボン粉と撥水材を含むガス拡散層がそれぞれ形成されている。さらに、燃料極および酸化剤極のガス拡散層上には、触媒と電解質、あるいは撥水材も加えた触媒層がそれぞれ担持されている。
【０００５】
電池スタックは、積層された単位セル相互の接触面に対して垂直方向に接触面圧が均等となるように、たとえば上下に配置されたエンドプレートと、締め付けスタッドおよび締め付けナットを介して加圧保持される。加圧保持を維持することにより、電極反応面の接触抵抗を低減し、燃料極や酸化剤極のガスシールを維持するとともに、電極面内のガス溝間のショートパスを防止してガス配流のばらつきを抑制する。これにより、電池特性を、安定して良好に維持することが可能となる。
【０００６】
電池スタックを加圧保持する方法は、たとえば特許文献１ないし特許文献６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１８２６８４号公報
【特許文献２】特開平７−２７２７４５号公報
【特許文献３】特開２００４−１７９０５７号公報
【特許文献４】特開平５−２３４６１３号公報
【特許文献５】特開平７−２９５９２号公報
【特許文献６】特開平６−１３１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１ないし特許文献３に開示されているような、電池スタックおよびその両端のエンドプレートを締め付けスタッドとナットによって加圧保持する構造では、締め付けスタッド毎にナットの取付け作業を行なう必要がある。また、電池スタックの締め付け圧が所定の管理値の範囲内になるように、スタッド毎にナットの取付け位置を調整する必要がある。取外し時にも、スタッド毎にナットの緩め作業が必要である。このため、電池スタックの組立ておよび分解の作業の簡素化が困難である。
【０００９】
また、特許文献３に開示されているように、エンドプレートを挟み込むタイプレートを導入すると、さらに部品点数が増加する。このため、取付け作業やコストの増加につながるおそれがある。
【００１０】
特許文献４に開示されているようなターンバックルを用いる構造でも、それぞれのターンバックルについて調節作業が必要となり、組み立ておよび分解の作業の簡素化が困難である。
【００１１】
さらに、特許文献５に開示されているような、単位セル４辺に配置されるバネ部材によって単位セル同士を加圧保持する構造では、一台の燃料電池を製作するために多数のバネ部材が必要である。また、バネ部材の寸法などによって締め付け圧力が変わってしまうため、単位セル内に均一な圧力を得ることが難しい。
【００１２】
特許文献６に開示されているようなベローズを用いる構造では、長期間に亘ってベローズ内の圧力を維持することが困難であり、この維持のために複雑な機構が必要となる場合もある。
【００１３】
そこで、本発明は、簡素な構造で、均一に電池スタックを締め付けられるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明は、燃料電池において、複数の単位セルを積層した電池スタックと、前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に板状に広がって、前記電池スタックをその積層方向の両端で挟むように配置された第１および第２のエンドプレートと、前記電池スタックの積層方向に、前記第１のエンドプレートの外側に位置する第１の端部から、前記第２のエンドプレートの外側に位置する第２の端部に延びるロッドと、を有し、前記第１および前記第２のエンドプレートには、前記電池スタックの積層方向に前記ロッドが貫通するように配置されるロッド受容部と前記ロッドが前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に通過可能なように前記ロッド受容部から外周まで延びる開口部とが互いに対向する位置に形成されていて、前記ロッドには、前記第１および前記第２のエンドプレートの外側に前記ロッド受容部よりも外径が大きい頭部がそれぞれ形成されていて、そのロッドは前記ロッド受容部に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、複数の単位セルを積層した電池スタックと、前記電池スタックの積層方向の両端に配置する第１および第２のエンドプレートと、第１の端部から第２の端部に延びてその軸方向の隣接部よりも外径が大きい頭部がその軸方向の２箇所に形成されたロッドと、を備えた燃料電池の製造方法において、前記ロッドが前記電池スタックの積層方向に前記第１および前記第２のエンドプレートをそれぞれ貫通するように配置できかつ前記ロッドの頭部の外径よりも小さなロッド受容部とそのロッド受容部につながって前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に前記ロッドが通過可能なように前記第１および前記第２のエンドプレートのそれぞれの外周まで延びる開口部とが互いに対向する位置に形成された前記第１および前記第２のエンドプレートで前記電池スタックを挟む工程と、前記第１および前記第２のエンドプレートを介して前記電池スタックを外力により圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程で前記電池スタックを圧縮した状態で、前記電池スタックの積層方向を軸として前記ロッドの２つの頭部の間に前記第１および前記第２のエンドプレートが位置するように、前記ロッドを前記第１および前記第２のエンドプレートの開口部を通じて前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に移動させて、配置する嵌込工程と、前記嵌込工程の後に、前記外力を解放する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、複数の単位セルを積層した電池スタックと、前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に板状に広がって、前記電池スタックをその積層方向の両端で挟むように配置された第１および第２のエンドプレートと、前記電池スタックの積層方向に、前記第１のエンドプレートの外側に位置する第１の端部から、前記第２のエンドプレートの外側に位置する第２の端部に延びるロッドと、を備え、前記第１および前記第２のエンドプレートには、前記電池スタックの積層方向に前記ロッドが貫通するように配置されるロッド受容部と前記ロッドが前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に通過可能なように前記ロッド受容部から外周まで延びる開口部とが互いに対向する位置に形成されていて、前記ロッドには、前記第１および前記第２のエンドプレートの外側に前記ロッド受容部よりも外径が大きい頭部がそれぞれ形成されていて、そのロッドは前記ロッド受容部に配置されている燃料電池の分解方法において、前記エンドプレートを介して電池スタックを外力により圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程で前記電池スタックを圧縮した状態で、前記ロッドを前記エンドプレートの開口部を通じて前記電池スタックの積層方向に垂直な方向に移動させて取り外す取り外し工程と、前記取り外し工程の後に、前記電池スタックを外力により圧縮した状態から解放する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡素な構造で、均一に電池スタックを締め付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池の斜視図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池の、図３におけるII−II矢視平面図である。
【図３】図２のIII−III矢視一部断面側面図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレートの平面図である。
【図５】図４のV−V矢視一部断面側面図である。
【図６】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池に用いるロッドの、図７におけるVI−VI矢視側面図である。
【図７】図６におけるVII−VII矢視平断面図である。
【図８】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池に用いる固定部品の、図９におけるVIII−VIII矢視平面図である。
【図９】図８におけるIX−IX矢視側断面図である。
【図１０】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池に用いる固定部品近傍を拡大した平面図である。
【図１１】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池に用いる固定部品近傍を拡大した部分側断面図である。
【図１２】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）は組み立て前、（ｂ）は組み立て中、（ｃ）は組み立て後の状態を示す側面図である。
【図１３】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）はロッドの取り付け時、（ｂ）は固定部品の取り付け時を示す切り欠き部近傍の拡大平面である。
【図１４】本発明に係る第２の実施の形態の燃料電池の、図１５におけるXIV−XIV矢視平面図である。
【図１５】図１４のXV−XV矢視一部断面側面図である。
【図１６】本発明に係る第３の実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレートの平面図である。
【図１７】本発明に係る第４の実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレートの突出部近傍の平面図である。
【図１８】本発明に係る第５の実施の形態の燃料電池に用いるロッドの側面図である。
【図１９】本発明に係る第６の実施の形態の燃料電池に用いるロッドの側面図である。
【図２０】本発明に係る第７の実施の形態の燃料電池の、図２１におけるXX−XX矢視一部断面側面図である。
【図２１】図２０のXXI−XXI矢視平面図である。
【図２２】本発明に係る第７の実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）は組み立て中、（ｂ）は組み立て後の状態を示す側面図である。
【図２３】本発明に係る第８の実施の形態の燃料電池の、図２４におけるXXIII−XXIII矢視一部断面側面図である。
【図２４】図２３におけるXXIV−XXIV矢視平面図である。
【図２５】本発明に係る第８の実施の形態の燃料電池に用いる第１のエンドプレートの平面図である。
【図２６】本発明に係る第８の実施の形態の燃料電池に用いる第２のエンドプレートの平面図である。
【図２７】本発明に係る第８の実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）は組み立て前、（ｂ）は組み立て中、（ｃ）は組み立て後の状態を示す側面図である。
【図２８】本発明に係る第９の実施の形態の燃料電池の経過を示す図であって、（ａ）は組み立て中、（ｂ）は組み立て後の状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る燃料電池の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池の斜視図である。図２は、第１の実施の形態の燃料電池の、図３におけるII−II矢視平面図である。図３は、図２のIII−III矢視一部断面側面図である。
【００２１】
燃料電池は、単位セルを複数積層した電池スタック１と、その積層方向の両端で電池スタック１を挟むエンドプレート２，３を有している。
【００２２】
単位セルは、それぞれ平面状の電解質膜と、その電解質膜を挟持するように配置された燃料極および酸化剤極を有している。電解質膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸膜などの固体高分子電解質を用いることができる。燃料極および酸化剤極の周囲には、燃料ガスまたは酸化剤ガスが供給されるように適当な空間が形成される。また、単位セルは、隣り合う単位セルの燃料極と酸化剤極とが電気的に直列に接続されるようにセパレータを介して積層されて、電池スタック１を形成している。
【００２３】
電池スタック１は、全体としては直方体であり、エンドプレート２，３は、ほぼ正方形の平板状である。エンドプレート２，３には、たとえばステンレス鋼などの金属や、フェノール樹脂、エポキシガラス、ポリエステルガラスなどの熱硬化性樹脂を含むエンジニアリングプラスチックなどを用いることができる。
【００２４】
なお、エンドプレート２，３に導電性の低い金属構造材や絶縁性の素材を使用する場合には、電池スタック１とエンドプレート２，３が接する面に導電性の集電板１４を配置し、エンドプレート２，３の一部を貫通して集電板１４に至る通電部（図示せず）を形成しておく。電池を外部回路に繋ぐ電流ケーブルは、この通電部を通じて接続する。
【００２５】
また、燃料電池は、電池スタック１の積層方向に、一方のエンドプレート２の外側から他方のエンドプレート３の外側に延びる円柱状の４本のロッド５を有している。２枚のエンドプレート２，３は、その四隅を貫通する４本のロッド５と、それぞれのロッド５に嵌合された固定部品６とによって、電池スタック１をその積層方向に圧縮するように押さえられている。固定部品６は、エンドプレート２，３の外側の面２１，３１に接するように配置されている。ここで、エンドプレート２，３の外側の面２１，３１とは、電池スタック１に接する面２２，３２に対する反対側の面である。
【００２６】
図４は、第１の実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレート２の平面図である。図５は、図４のV−V矢視一部断面側面図である。
【００２７】
エンドプレート２は、ほぼ正方形の平板状であって、その四隅の近傍に電池スタック１の積層方向に貫通する切り欠き部７が形成されている。
【００２８】
切り欠き部７は、内径がロッド５の外径よりも少し大きい概円弧状のロッド受容部７１と、ロッド受容部７１の内径と等しい幅でエンドプレート２の外周につながる開口部７２を有している。また、エンドプレート２の外側の面２１には、ロッド受容部７１の周囲に、電池スタック１の積層方向に窪んだ段差部８が形成されている。
【００２９】
なお、本実施の形態において、電池スタック１を挟む２つのエンドプレート２，３は同一の形状である。
【００３０】
エンドプレート２，３に熱硬化性樹脂を用いる場合には加熱成形によって、あるいは、熱可塑性樹脂を用いる場合には加熱溶融して射出成形することによって、切削することなく上述のような形状のエンドプレート２，３を製作することができる。
【００３１】
図６は、第１の実施の形態の燃料電池に用いるロッド５の、図７におけるVI−VI矢視側面図である。図７は、図６におけるVII−VII矢視平断面図である。
【００３２】
ロッド５には、その軸方向の前後の部分よりも外径が細い細径部５１が、軸方向の２箇所に形成されている。
【００３３】
図８は、第１の実施の形態の燃料電池に用いる固定部品６の、図９におけるVIII−VIII矢視平面図である。図９は、図８におけるIX−IX矢視側面図である。
【００３４】
固定部品６は段差部８の底面８１よりも少し小さい円板状で、ロッド５の細径部５１に嵌合されるように細径部５１よりも少し広い幅で切り欠かれた開口部６１が形成されている。
【００３５】
図１０は、第１の実施の形態の燃料電池に用いる固定部品近傍を拡大した平面図である。図１１は、第１の実施の形態の燃料電池に用いる固定部品近傍を拡大した部分側断面図である。
【００３６】
固定部品６は、細径部５１の軸方向外側の端５２と、段差部８の底面８１との間に嵌合されている。
【００３７】
次に、この燃料電池の組み立て方法について説明する。
【００３８】
図１２は、第１の実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）は組み立て前、（ｂ）は組み立て中、（ｃ）は組み立て後の状態を示す側面図である。図１３は、第１の実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）はロッドの取り付け時、（ｂ）は固定部品の取り付け時を示す切り欠き部近傍の拡大平面である。
【００３９】
この燃料電池を組み立てる際には、まず、図１２（ａ）に示すように、エンドプレート３を組み立て台９１に接するように配置し、エンドプレート３の組み立て台９１に接する面３１に対する反対側の面３２に電池スタック１およびエンドプレート２を順次配置する。
【００４０】
その後、図１２（ｂ）に示すように、組み立て台９１と接しない方のエンドプレート２の外側の面２１を押し付け装置９によって電池スタック１を圧縮する方向に外力を加えて押す。押し付け装置９は、たとえば油圧もしくは空気圧ジャッキを用いたものである。電池スタック１は全体としては若干弾性を有しているため、押すことによって組み立て後の状態よりも、その積層方向に短くなる。
【００４１】
ロッド５は、図１３（ａ）の矢印で示す方向に移動され、切り欠き部７の開口部７２からロッド受容部７１に導入される。なお、切り欠き部７が開口部７２を有しない場合とは異なり、ロッド５は電池スタック１の積層方向と垂直な方向に移動して配置されるため、上方に位置するエンドプレート２よりも上方に、ロッド５を移動させるための空間は不要である。
【００４２】
また、電池スタック１が若干短くなっているため、ロッド５の端部に近いほうの細径部５１の端５２と、エンドプレート２の外側の面２１との間には、固定部品６の厚さ以上の間隔が開いていて、固定部品６をロッド５の細径部５１に嵌め込むことができる。この際、固定部品６は、図１２（ｂ）および図１３（ｂ）の矢印で示す方向に移動される。
【００４３】
全てのロッド５を配置し、全ての固定部品６を細径部５１に嵌めこんだ後に、図１２（ｃ）に示すように、押し付け装置９による押し付けをやめて外力を解放すると、電池スタック１は、弾性によって若干積層方向に伸びて、固定部品６は、段差部８に嵌合された状態となる。
【００４４】
このようにして、４本のロッド５と一対のエンドプレート２，３は所定の締め付け圧力を保持したまま電池スタック１を固定した状態となる。
【００４５】
本実施の形態の燃料電池を分解する場合には、まず、組み立て時と同様に、押し付け装置９により一時的に所定の締め付け圧力まで電池スタック１を仮締め加圧する（図１２（ｂ）参照）。加圧によってエンドプレート２，３とロッド５の固定が緩んだ状態で、ロッド５および固定部品６をエンドプレート２，３から取り外す。その後、押し付け装置９による圧縮をやめることにより電池スタック１の締め付けが解放される。これにより、不良セル交換などのメンテナンスや廃棄回収のために、燃料電池を分解することができる。
【００４６】
このように、本実施の形態の燃料電池では、電池スタック１は、その積層方向の変位がロッド５および固定部品６によって制限された２枚のエンドプレート２，３によって均等に締め付けられている。その締め付け力は、ロッド５の形状によって決まる２枚のエンドプレートの間隔によって予め規定されている。このため、たとえばスタッドの両端に取り付けたナットの締め付け位置によって、電池スタック１の締め付け力を付与する場合のように、組み立てる度に電池スタック１のナット締め付け位置を計測し調節する必要がない。
【００４７】
ロッド５は、その延びる軸方向に垂直な方向に移動させることにより所定の位置に配置することが可能である。このため、たとえばエンドプレート２，３に形成された切り欠き部７の開口部７２を経由するので、ロッド５の軸方向からロッド受容部７１にロッド５を通す必要がなく、ロッド５の移動距離を短くすることができ、組み立て、分解作業が容易になる。
【００４８】
押し付け装置９で、仮締め加圧した固定部品６の取り付け、取り外し時には、ロッド５の細径部５１の端５２とエンドプレート２，３との間に、固定部品６が通る空隙があるため、取り付け、取り外しが容易である。一方、固定部品６の取付け後には、固定部品６は段差部８に嵌合され、細径部５１の軸方向外側の端５２とエンドプレート２，３との間に、固定部品６が通る空隙がなくなる。このため、燃料電池の搬送時に加えられる外力や振動などによって、固定部品６がはずれるおそれは小さい。
【００４９】
なお、燃料電池の組み立て後の状態において、固定部品６とエンドプレート２，３との摩擦力を所定の大きさ以上に保持すると、固定部品６がはずれることがない。この摩擦力は、固定部品６およびエンドプレート２，３の表面状態によって決まる摩擦係数と、電池スタック１の押し付け圧力によって決まる。そこで、燃料電池の組み立て後の摩擦係数および押し付け圧力によっては、段差部８が形成されていないエンドプレート２，３を用いてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態の燃料電池は、ロッド５および固定部品６だけでエンドプレートの変位を制限する。このため、たとえば両端をねじ切りしたスタッド、ナットおよびワッシャを用いて加圧保持する場合に比べて、電池スタック１の加圧保持に必要な部品数が少ない。また、燃料電池を組み立てる際に、ナットの締め付け作業が不要であり、作業が容易であるとともに、ナットの締め付け位置を計測して調節する必要もなく、さらに、燃料電池を分解する際にも、ナットを緩める作業などが不要である。
【００５１】
エンドプレートを熱硬化性樹脂によって形成する場合には加熱成形でき、熱可塑性樹脂によって形成する場合には射出成形できるため、切削する必要がない。このため、短期間で、低コストのエンドプレートを製造することもできる。
【００５２】
なお、本実施の形態の燃料電池に用いる電池スタック１としては、固体高分子型燃料電池でなくても、単位セルの積層方向に固定部品６をロッド５とエンドプレート２，３の間に嵌め合わせる空隙ができる程度まで、その健全性を損なわずに圧縮することができるものであれば、どのようなものにも適用できる。
【００５３】
また、エンドプレート２，３とロッド５に導電性材料を用いている場合には、ロッド５および固定部品６がエンドプレート２，３と接触する部分に、絶縁性材料の被覆を施すことにより、電池スタック１の燃料極と酸化剤極間との絶縁を確保することができる。また、絶縁性材料の被覆を施す代わりに、絶縁性材料によって形成されたスペーサーを介装してロッド５および固定部品６を配置してもよい。
【００５４】
また、時間の経過に伴う電池スタック１のクリープ変形に起因して締め付け圧力が低下した場合には、厚みが大きい固定部品に変更したり、固定部品６と同様に開口部が形成された調整用スペーサやワッシャを挿入して、締め付け圧力を高めることもできる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図１４は、本発明に係る第２の実施の形態の燃料電池の、図１５におけるXIV−XIV矢視平面図である。図１５は、図１４のXV−XV矢視一部断面側面図である。
【００５６】
本発明に係る第２の実施の形態の燃料電池は、第１の実施の形態とロッドなどの数が異なる。
【００５７】
この燃料電池のエンドプレート２，３では、切り欠き部７は正方形の四隅および四辺の中央の合計８箇所に形成されている。これら８箇所の切り欠き部７には、それぞれロッド５が配置されていて、ロッド５の細径部５１にはそれぞれ固定部品６が嵌合されている。
【００５８】
このように、エンドプレート２，３を締め付けるロッド５の本数は、第１の実施の形態のように４本に限定されるものではなく、本実施の形態のように８本でもよい。さらに、電池スタック１、ロッド５およびエンドプレート２，３などの構成部品の大きさや材質などを考慮して、適宜増減してもよい。
【００５９】
［第３の実施の形態］
図１６は、本発明に係る第３の実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレートの平面図である。
【００６０】
本発明に係る第３の実施の形態の燃料電池は、第１の実施の形態の燃料電池とエンドプレートの形状が異なる。
【００６１】
本実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレート２は、正方形の４隅に、対角線を延長する方向に突出する突出部７３を有している。この突出部７３に開口部７２が形成されて、ロッド受容部７１とともに切り欠き部７を形成している。
【００６２】
エンドプレート２の外側の面２１には、切り欠き部７の周りに段差部８が形成されている。
【００６３】
このようなエンドプレート２は、第１の実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレートに比べて、同一の電池スタックを用いる際のエンドプレートの成形に要する材料が少なくなり、電池スタック１の外形のコンパクト化に有効である。
【００６４】
［第４の実施の形態］
図１７は、本発明に係る第４の実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレートの突出部近傍の平面図である。
【００６５】
本発明に係る第４の実施の形態の燃料電池は、第２の実施の形態の燃料電池とエンドプレートに形成された段差部および固定部品の形状が異なる。
【００６６】
本実施の形態の燃料電池に用いるエンドプレート２は、段差部８の形状が六角形に形成されている。固定部品６は、六角形の段差部８に嵌合されるように六角形に形成されている。
【００６７】
このようなエンドプレート２および固定部品６を用いると、燃料電池が組み立てられて嵌合された固定部品６は、ロッド５の軸を中心としてその周りに回動できなくなるため、固定部品６に形成された開口部６１の切り欠きが、エンドプレート２の開口部７２と同じ方向を向くことがない。したがって、固定部品６が回動して、ロッド５がエンドプレート２からはずれるおそれが小さくなる。
【００６８】
なお、固定部品６および段差部８の形状は、六角形に限定されるものではなく、固定部品６が段差部８に嵌め合わされた場合に、ロッド５の軸方向の周りの回動が制限される形状であればどのような形状でもよい。たとえば、固定部品６および段差部８を楕円形としてもよい。また、円形の固定部品６であっても、ロッド５と嵌め合わされる開口部６１が、その円の中心以外の位置になるように、固定部品６および段差部８を形成してもよい。
【００６９】
［第５の実施の形態］
図１８は、本発明に係る第５の実施の形態の燃料電池に用いるロッドの側面図である。
【００７０】
本発明に係る第５の実施の形態の燃料電池は、第１の実施の形態の燃料電池とロッドの形状が異なる。
【００７１】
このロッド５の軸方向の一箇所には、細径部５１が形成されていて、細径部５１から遠いほうの端部には、ロッド受容部７１（たとえば図１０参照）の内径よりも径が大きい円板状の頭部６３が形成されている。このロッド５の頭部６３は、エンドプレートに形成された段差部８（たとえば図１１参照）に嵌合されるようになっている。
【００７２】
このようなロッド５を用いると、第１の実施の形態の燃料電池よりも固定部品が少なくてすむ。このため、燃料電池の組み立て、分解作業が容易になる。
【００７３】
［第６の実施の形態］
本発明に係る第６の実施の形態の燃料電池は、第５の実施の形態の燃料電池とロッドの形状が異なる。
【００７４】
図１９は、本発明に係る第６の実施の形態の燃料電池に用いるロッドの側面図である。
【００７５】
このロッド５の軸方向の両端には、ロッド受容部７１（たとえば図１０参照）の内径よりも径が大きい円板状の頭部６４がそれぞれ形成されている。このロッド５の頭部６４は、エンドプレートに形成された段差部８（たとえば図１１参照）に嵌合されるようになっている。
【００７６】
このようなロッド５を用いると、第５の実施の形態の燃料電池に用いている固定部品が不要である。このため、燃料電池の組み立て、分解作業が容易になる。
【００７７】
［第７の実施の形態］
図２０は、本発明に係る第７の実施の形態の燃料電池の、図２１におけるXX−XX矢視一部断面側面図である。図２１は、図２０のXXI−XXI矢視平面図である。
【００７８】
本実施の形態の燃料電池に用いる電池スタック１、エンドプレート２，３および固定部品６は、第１の実施の形態の燃料電池と同じものである。
【００７９】
この燃料電池に用いるロッド５には、一箇所に細径部５１が形成されていて、細径部５１から遠い方の端部には、ねじ５７が形成されている。燃料電池が組み立てられた状態では、ロッド５のねじ５７にはナット５５が取り付けられて、ナット５５とエンドプレート３との間には、両側をワッシャ５４，５６で挟まれた皿ばね５３が配置されている。皿ばね５３とエンドプレート３との間のワッシャ５６は、段差部８に位置して、エンドプレート３の開口部７２の方向へのロッド５の移動を制限している。なお、ナット５５の代わりに、第１の実施の形態における細径部５１と固定部品６と同様な構成で差し込みビスを用いてもよい。
【００８０】
図２２は、本実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）は組み立て中、（ｂ）は組み立て後の状態を示す側面図である。
【００８１】
本実施の形態の燃料電池を組み立てる際には、上述の組み立て中の状態（図２２（ａ））の固定部品６がはずれた状態で床９２の上に燃料電池を配置する。その後、押し付け装置９によってエンドプレート２を介して電池スタック１を圧縮する方向に外力を加えて押す。電池スタック１が圧縮された状態で、固定部品６をロッド５の細径部５１に嵌め込む（図２２（ｂ））。
【００８２】
本実施の形態の燃料電池は、弾性体である皿ばね５３を用いて電池スタック１を押し付けている。このため、このような弾性体を用いない場合に比べて電池スタック１の押し付け力を長期に亘り維持し、時間の経過に伴う電池スタック１のクリープ変形に起因する締め付け圧力の低下を抑制することもできる。さらに、電池スタック１の積層方向の固定長さは、個体毎にばらつきがある場合には、ナット５５の位置を変えることで締め付け圧力を調節することもできる。
【００８３】
［第８の実施の形態］
図２３は、本発明に係る第８の実施の形態の燃料電池の、図２４におけるXXIII−XXIII矢視一部断面側面図である。図２４は、図２３におけるXXIV−XXIV矢視上面図である。
【００８４】
本実施の形態の燃料電池は、第７の実施の形態の燃料電池とエンドプレート２，３の形状が異なっている。また、これら２つのエンドプレート２，３は互いに形状が異なっている。以下の説明では、固定部品６と接する方を第１のエンドプレート２と呼び、他方を第２のエンドプレート３と呼ぶこととする。
【００８５】
図２５は、第８の実施の形態の燃料電池に用いる第１のエンドプレート２の平面図である。図２６は、第８の実施の形態の燃料電池に用いる第２のエンドプレート３の平面図である。
【００８６】
本実施の形態における第１および第２のエンドプレート２，３に形成されたロッド受容部７１には、第１の実施の形態のエンドプレートのような開口部（図４における符号７２参照）はつながらずにシリンダ状の穴形状となっている。固定部品６と接する第１のエンドプレート２のロッド受容部７１の周囲には、電池スタック１の積層方向に窪んだ段差部８が形成されている。一方、第２のエンドプレート３のロッド受容部７１の周囲には段差部は形成されていない。
【００８７】
また、本実施の形態の燃料電池に用いるロッド５は、第７の実施の形態におけるロッド（図２０参照）と同じものである。
【００８８】
第１のエンドプレート２のロッド受容部７１の周りには段差部８が形成されているため、嵌合された固定部品６が移動することなく、固定部品６の開口部６１が開いた部分でロッド５からはずれないようになっている。
【００８９】
なお、第２のエンドプレート３には、段差部は形成されていない。第２のエンドプレート３のロッド受容部７１に挿入したロッド５に取り付けられたナット５５や皿ばね５３などは、エンドプレート３に対してロッド受容部７１により移動が制限されているからである。
【００９０】
次に、この燃料電池の組み立て方法について説明する。
【００９１】
図２７は、本実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）は組み立て前、（ｂ）は組み立て中、（ｃ）は組み立て後の状態を示す側面図である。
【００９２】
まず、第２のエンドプレート３のロッド受容部７１に配置された４本のロッド５を、第２のエンドプレート３とともに、床９２に置く。この際、それぞれのロッド５には、ナット５５を予め設定した位置まで移動して取り付け、ナット５５と第２のエンドプレート３の間には、一対のワッシャ５４，５６で挟まれた皿ばね５３を配置しておく。その後、エンドプレート３の上に、電池スタック１およびもう一つのエンドプレート２を配置する（図２７（ａ）参照）。
【００９３】
その後、図２７（ｂ）に示すように、上方に位置する第１のエンドプレート２の外側の面２１を、押し付け装置９によって電池スタック１を圧縮する方向に外力を加えて押す。下方に位置する第２のエンドプレート３が組み立て台９１の上面と接触する位置まで押し付けた状態で締め付ける。
【００９４】
床９２と組み立て台９１の上面との距離は固定されているため、所定のナット５５位置から、締め付けられた皿ばね積層高さは常に一定となる。
【００９５】
また、ロッド５の端に近いほうの細径部５１の端５２と、第１のエンドプレート２の外側の面２１との間に、固定部品６の厚さ以上の間隔が開くまで押し付け装置９によって外力を加えて押し付けた状態で、固定部品６をロッド５の細径部５１に嵌め込む。
【００９６】
全てのロッド５を配置し、全ての固定部品６を細径部５１に嵌め込んだ後に、図２７（ｃ）に示すように、押し付け装置９による押し付けをやめると、電池スタック１は若干積層方向に伸びて、固定部品６は、段差部８に嵌合された状態となる。
【００９７】
［第９の実施の形態］
図２８は、本発明に係る第９の実施の形態の燃料電池の組み立ての経過を示す図であって、（ａ）は組み立て中、（ｂ）は組み立て後の状態を示す側面図である。
【００９８】
本実施の形態の燃料電池は、第８の実施の形態の燃料電池と同一のものであり、組み立ての際の上下を逆に配置したものである。
【００９９】
燃料電池を組み立てる際には、まず、第１のエンドプレート２を組み立て台９１の上面に接するように配置し、第１のエンドプレート２の組み立て台９１に接する面２１に対する反対側の面２２に電池スタック１および第２のエンドプレート３を順次配置する。また、ナット５５、一組のワッシャ５４，５６に挟まれた皿ばね５３が取り付けられたロッド５を、ロッド受容部７１に通す。
【０１００】
その後、図２８（ａ）に示すように、ロッド５の上端を、押し付け装置９によって電池スタック１を圧縮する方向に外力を加えて押す。電池スタック１は全体としては若干弾性を有しているため、押すことによって組み立て後の状態よりも、その積層方向に短くなる。
【０１０１】
細径部５１の軸方向外側の端５２と、エンドプレート２の外側の面２１との間に、固定部品６の厚さ以上の間隔が開くまで押し付け装置９により押し付けた状態で、固定部品６をロッド５の細径部５１に嵌めこむ。
【０１０２】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。説明の便宜上、電池スタックの積層方向を上下方向としたが、その向きに限定されるものではない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【符号の説明】
【０１０３】
１…電池スタック、２，３…エンドプレート、５…ロッド、６…固定部品、７…切り欠き部、８…段差部、９…押し付け装置、１４…集電板、５１…細径部、５２…細径部の端、５３…皿ばね、５４…ワッシャ、５５…ナット、５６…ワッシャ、５７…ねじ、６１…固定部品の開口部、７１…ロッド受容部、７２…エンドプレートの開口部、７３…突出部、８１…段差部の底面、９１…組み立て台、９２…床
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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