(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電単位の電池セルを対向するエンドプレートの間に積層した燃料電池であって、
前記対向するエンドプレート間で前記電池セルの積層方向に延びるシャフトと、
該シャフトが端部に有するネジ部位に前記エンドプレートの側から螺合して、前記対向するエンドプレートの間において前記電池セルを締結固定する締結ネジ部材と、
前記エンドプレートを挟んで前記電池セルと対向するセル対向部位と、該セル対向部位から延びる腕部とを有し、前記セル対向部位にて前記エンドプレートに固定されて前記エンドプレートから前記腕部を燃料電池外部に延ばすブラケットとを備え、
前記締結ネジ部材は、前記電池セルの締結固定に加え、前記シャフトに対する前記ブラケットと前記エンドプレートとの共締め固定も担うと共に、
前記締結ネジ部材は、前記シャフトが端部に有する雌ネジに前記エンドプレートを貫通して螺合するシャフト側雄ネジ部と、該シャフト側雄ネジ部から延びて前記セル対向部位を貫通し前記シャフト側雄ネジ部のネジ呼び径以下のネジ径で前記セル対向部位の側にてナットが螺合される反シャフト側雄ネジ部とを有し、前記シャフト側雄ネジ部と前記反シャフト側雄ネジ部との繋ぎ箇所に、ネジ締めトルク伝達に用いられる二面幅部と、前記セル対向部位の貫通孔に嵌合する嵌合部とを有する
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記ブラケットは、
前記締結ネジ部材とは別に、前記エンドプレートに前記セル対向部位をネジ締め固定されている
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、対向するエンドプレートの間に発電単位の電池セルを積層して、積層された各発電セルを、通常、エンドプレート間のシャフトとシャフト端部の雌ネジに螺合するテンションボルトにて締結する。こうした燃料電池を例えば車両に搭載したり発電施設に設置したりするに当たり、エンドプレートとこれに固定されたブラケットを用いる技術が種々提案されている（例えば、特許文献１等）。こうした技術では、エンドプレートを介在させて燃料電池とブラケットとを一体とした上で、このブラケットにて燃料電池を、電池設置用の外部固定部材、例えば車両フレームや設置箇所フレームなどに固定して保持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８３８６０号公報
【特許文献２】特開２００１−１４３７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したように外部固定部材に固定した燃料電池には、種々の力が掛かる。例えば、車両に搭載した燃料電池には、車両走行時における急発進や急制動に伴う外力のほか、車両衝突に伴う外力も掛かる。こうした外力に対する燃料電池保持は、燃料電池とエンドプレートとの締結を図るテンションボルトによる締結箇所（説明の便宜上、第１固定箇所）と、ブラケットとエンドプレートとの固定箇所（第２固定箇所）とでなされることになる。つまり、燃料電池とブラケットとを一体に保持するようこの両者の間に介在するエンドプレートには、第１固定箇所では外力に抗した燃料電池保持のための力がエンドプレートに対して燃料電池の側で作用し、第２固定箇所では外力に抗したブラケット保持を図るための力がエンドプレートに対してブラケットの側で作用する。このため、エンドプレートは、場所が異なる第１固定箇所と第２固定箇所とにおいて外力に抗するための力をプレート両側で逆向きに受けることになるので、第１固定箇所と第２固定箇所の間においてプレート剪断の応力を受ける。従って、従来、外力による剪断を回避するために、エンドプレートを厚くするという対処がなされていた。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、エンドプレートに電池保持用のブラケットを固定した燃料電池の軽量化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の構成を採用した。
発電単位の電池セルを対向するエンドプレートの間に積層した燃料電池であって、前記対向するエンドプレート間で前記電池セルの積層方向に延びるシャフトと、該シャフトが端部に有するネジ部位に前記エンドプレートの側から螺合して、前記対向するエンドプレートの間において前記電池セルを締結固定する締結ネジ部材と、前記エンドプレートを挟んで前記電池セルと対向するセル対向部位と、該セル対向部位から延びる腕部とを有し、前記セル対向部位にて前記エンドプレートに固定されて前記エンドプレートから前記腕部を燃料電池外部に延ばすブラケットとを備え、前記締結ネジ部材は、前記電池セルの締結固定に加え、前記シャフトに対する前記ブラケットと前記エンドプレートとの共締め固定も担うと共に、前記締結ネジ部材は、前記シャフトが端部に有する雌ネジに前記エンドプレートを貫通して螺合するシャフト側雄ネジ部と、該シャフト側雄ネジ部から延びて前記セル対向部位を貫通し前記シャフト側雄ネジ部のネジ呼び径以下のネジ径で前記セル対向部位の側にてナットが螺合される反シャフト側雄ネジ部とを有し、前記シャフト側雄ネジ部と前記反シャフト側雄ネジ部との繋ぎ箇所に、ネジ締めトルク伝達に用いられる二面幅部と、前記セル対向部位の貫通孔に嵌合する嵌合部とを有する。
【０００７】
[適用１：燃料電池]
発電単位の電池セルを対向するエンドプレートの間に積層した燃料電池であって、
前記対向するエンドプレート間で前記電池セルの積層方向に延びるシャフトと、
該シャフトが端部に有するネジ部位に前記エンドプレートの側から螺合して、前記対向するエンドプレートの間において前記電池セルを締結固定する締結ネジ部材と、
前記エンドプレートを挟んで前記電池セルと対向するセル対向部位と、該セル対向部位から延びる腕部とを有し、前記セル対向部位にて前記エンドプレートに固定されて前記エンドプレートから前記腕部を燃料電池外部に延ばすブラケットとを備え、
前記締結ネジ部材は、前記電池セルの締結固定に加え、前記シャフトに対する前記ブラケットと前記エンドプレートとの共締め固定も担う
ことを要旨とする。
【０００８】
上記構成を備える燃料電池では、対向するエンドプレート間に電池セルを積層して、エンドプレートを電池セル積層方向に延びるシャフトと締結ネジ部材で電池セルに締結固定する。このエンドプレート固定は、締結ネジ部材をシャフト端部のネジ部位にエンドプレートの側から螺合することでなされる。そして、こうしてエンドプレートが固定された燃料電池は、エンドプレートにブラケットを固定するに当たり、エンドプレートを挟んで電池セルと対向する側でブラケットのセル対向部位をエンドプレートに固定し、このセル対向部位から延びる腕部をエンドプレートから燃料電池外部に延ばす。このため、ブラケットの腕部を電池設置用の外部固定部材に固定することで、燃料電池は、この外部固定部材に対して固定保持される。
【０００９】
そして、上記構成を備える燃料電池では、電池セルと対向する側でのブラケットのセル対向部位とエンドプレートとの固定を、シャフト端部のネジ部位に螺合して電池セルをエンドプレートに締結固定する締結ネジ部材にて達成する。このため、燃料電池とブラケットとを一体に保持するようこの両者の間に介在するエンドプレートは、共通する締結ネジ部材による締結箇所において、一方のプレート面側で電池セルに締結され、他方のプレート面側でブラケットのセル対向部位に固定される。従って、燃料電池に外力が作用した場合、エンドプレートは、共通する締結ネジ部材による締結箇所において外力に抗した電池保持のための力を受ければよいので、プレート剪断の応力の発生を回避、もしくは応力を小さくできる。この結果、上記構成の燃料電池によれば、エンドプレートを厚肉とする必要がないので、電池軽量化を図ることができる。
【００１０】
上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、前記締結ネジ部材を、前記シャフトが端部に有する雌ネジに前記エンドプレートを貫通して螺合するシャフト側雄ネジ部と、該シャフト側雄ネジ部から延びて前記セル対向部位を貫通する反シャフト側雄ネジ部とを有するものとした上で、この反シャフト側雄ネジ部をシャフト側雄ネジ部のネジ呼び径以下のネジ径とし、前記セル対向部位の側にてナットを反シャフト側雄ネジ部に螺合するようにできる。こうすれば、まず、締結ネジ部材のシャフト側雄ネジ部をエンドプレートに貫通させてシャフト端部の雌ネジに螺合することで、エンドプレートを積層済み電池セル（燃料電池）に締結固定できる。その後、シャフト側雄ネジ部から延びた反シャフト側雄ネジ部をブラケットのセル対向部位に貫通させて、この反シャフト側雄ネジ部にナットを螺合することで、燃料電池に締結固定済みのエンドプレートにブラケットを固定できる。つまり、ブラケットの後付装着が容易となる。
【００１１】
また、前記締結ネジ部材を、前記シャフト側雄ネジ部と前記反シャフト側雄ネジ部との繋ぎ箇所に、ネジ締めトルク伝達に用いられる二面幅部と、前記セル対向部位の貫通孔に嵌合する嵌合部とを有するものとできる。こうすれば、二面幅部にスパナ等を掛けてネジ締めトルクを伝達し、締結ネジ部材のシャフト側雄ネジ部をシャフト端部の雌ネジに螺合させてエンドプレートを燃料電池に締結固定できる。そして、ブラケットのセル対向部位の貫通孔への締結ネジ部材の嵌合部の嵌合により、エンドプレートとブラケットとを位置決めした状態で、ブラケットをエンドプレートに固定できる。
【００１２】
また、前記締結ネジ部材を、ネジ締めトルク伝達に用いられるヘッド部と、該ヘッド部から延びて前記エンドプレートと前記セル対向部位とを貫通し、前記シャフトが端部に有する雌ネジに螺合する雄ネジ部とを有するものとできる。こうすれば、シャフトを用いたエンドプレートと燃料電池の締結固定と、ブラケット（詳しくは、セル対向部位）とエンドプレートとの共締め固定とを、同時に行うことができる。
【００１３】
また、前記ブラケットを、前記締結ネジ部材とは別に、前記エンドプレートに前記セル対向部位をネジ締め固定することもできる。こうすれば、エンドプレートとブラケットとの固定箇所が増え、この両者を強固に固定できるので、ブラケットを用いた燃料電池保持が確実となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料電池１０を車両ＳＶに搭載した様子を車両上方から概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図である。
【図３】燃料電池１０の端部をエンドプレート面側方側から見て概略的に示す説明図である。
【図４】図２における４−４線に沿って要部を断面視した概略断面図である。
【図５】図２における５−５線に沿って要部を断面視した概略断面図である。
【図６】図２における６−６線に沿って要部を断面視した概略断面図である。
【図７】シャフト締結ボルト２１０の概略斜視図である。
【図８】変形例のシャフト締結ボルト２１０Ａを用いてブラケット２００Ａとエンドプレート１１との固定の様子を示す説明図である。
【図９】他の変形例のシャフト締結ボルト２１０Ｂを用いてブラケット２００Ｂとエンドプレート１１との固定の様子を示す説明図である。
【図１０】また別の変形例におけるブラケット２００Ｃとエンドプレート１１との固定の様子を示す説明図である。
【図１１】パイプ材から形成した締結シャフトの変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は燃料電池１０を車両ＳＶに搭載した様子を車両上方から概略的に示す説明図である。車両ＳＶは、車両前方のフードＳＶＦの下方領域に、燃料電池１０とトランスミッション機構ＴＭとを搭載する。燃料電池１０は、トランスミッション機構ＴＭの側において当該機構と固定される。また、この燃料電池１０は、車両前方側のエンドプレート１１に固定したブラケット２００を介して車両前方フレームＦＦに固定され、車両後方側のエンドプレート１１において、図示しないドライブシャフト機構と固定されている。ブラケット２００を介した電池固定について、燃料電池１０の構成と合わせて、以下、説明する。
【００１６】
図２は本発明の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図、図３は燃料電池１０の端部をエンドプレート面側方側から見て概略的に示す説明図、図４は図２における４−４線に沿って要部を断面視した概略断面図、図５は図２における５−５線に沿って要部を断面視した概略断面図、図６は図２における６−６線に沿って要部を断面視した概略断面図である。
【００１７】
図２に示すように、燃料電池１０は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する発電単位の電池セル４０を、一対のエンドプレート１１の間に複数積層させて挟持したスタック構造として備える。各電池セル４０は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することによって構成されている。膜電極接合体において、アノード、および、カソードは、それぞれ、電解質膜の各表面に接合された触媒層と、この触媒層の表面に接合されたガス拡散層とを備えている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。電解質膜として、固体酸化物等、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。各セパレータには、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却用の冷媒の流路が形成されている。なお、電池セル４０の積層数は、燃料電池１０に要求される出力に応じて任意に設定可能である。
【００１８】
燃料電池１０は、上記したスタック構造の電池セル４０を対向する一対のエンドプレート１１で挟持するに当たり、エンドプレート１１の側にそれぞれ絶縁板２０ａと集電板３０ａとを介在させる。そして、エンドプレート１１と絶縁板２０ａおよび集電板３０ａには、それぞれの電池セル４０に水素給排、空気給排、および冷媒給排のための供給口・排出口が設けられている。また、それぞれの電池セル４０は、水素や、空気や、冷媒の分配供給の供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷媒供給マニホールド）や、各電池セル４０のカソード・アノードから排出されるオフガスや、冷媒を集合させて燃料電池１０の外部に排出するための排出マニホールド（カソードオフガス排出マニホールド、アノード排出マニホールド、冷媒排出マニホールド）を備える（図示省略）。
【００１９】
エンドプレート１１は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０ａは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０ａは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａには、それぞれ、図示しない出力端子が設けられており、燃料電池１０で発電した電力を出力可能となっている。
【００２０】
燃料電池１０は、対向するエンドプレート間で電池セル４０の積層方向に延びる４本の締結シャフト１００を備える。締結シャフト１００は、その両端に雌ネジ穴１０１（図４参照）を備え、当該ネジ穴がエンドプレート１１の貫通孔１２（図４参照）と重なるようにして、対向する一対のエンドプレート１１の間におけるスタック構造の電池セル４０の周囲、詳しくは各コーナ部位に配設される。この場合、エンドプレート１１と締結シャフト１００との位置決めを図るため、締結シャフト１００の両端に貫通孔１２に入り込むボスを設けるようにすることもできる。
【００２１】
それぞれの締結シャフト１００は、上記したように配設された上で、エンドプレート端面に当接し、この状態で、図２における電池下端側では、ボルト１０２がエンドプレート１１の外側から貫通孔１２に挿入される。そして、ボルト１０２は、締結シャフト１００の雌ネジ穴に螺合して締め付けられる。本実施例では、ボルト１０２を六角ボルトとし、その締め付けに際しては、平座金或いはバネ座金等の座金１０３を併用した。
【００２２】
燃料電池１０は、図２における電池上端側を電池の外部固定部材、即ち図１に示した車両前方フレームＦＦへの固定を図るため、エンドプレート上端両コーナーに、ブラケット２００を備える。このブラケット２００は、アルミダイキャスト或いは鋳造品であり、左右仕様とされて、エンドプレート上端両コーナーに位置する。ブラケット２００は、ブラケット基部２０２から腕部２０４を延ばし、腕部先端に固定座部２０６を有する。ブラケット基部２０２は、エンドプレート上面とその側面およびプレート外側面をエンドプレート上端コーナーにおいて覆うよう形成され、プレート外側面の側を、エンドプレート１１を挟んで電池セル４０と対向するセル対向部位２０２ａとする。ブラケット基部２０２から延びる腕部２０４は、図２〜図３に示すように、エンドプレート１１にブラケット２００が固定された状態において、エンドプレート１１から燃料電池外部に延びて、固定座部２０６を車両前方フレームＦＦに当接させる。そして、図３に示すように、ブラケット２００は、ブラケット固定用のボルトＳＢにより車両前方フレームＦＦに固定され、燃料電池１０をこの車両前方フレームＦＦに対して固定保持する。
【００２３】
次に、エンドプレート１１とブラケット２００の固定の様子について説明する。図２に示すように、ブラケット２００の固定には、セル対向部位２０２ａにおいてシャフト締結ボルト２１０とブラケット固定ボルト２２１が用いられ、ブラケット基部２０２の上端部位２０３でブラケット固定ボルト２２１が用いられる。図７はシャフト締結ボルト２１０の概略斜視図である。図示するように、シャフト締結ボルト２１０は、第１雄ネジ部２１１と第２雄ネジ部２１２とを両端に備え、第１雄ネジ部２１１のネジ基部にフランジ２１３を備え、このフランジ２１３から第２雄ネジ部２１２基部までを嵌合シャフト部２１４とする。そして、シャフト締結ボルト２１０は、この嵌合シャフト部２１４に二面幅部２１５を有する。第１雄ネジ部２１１は、締結シャフト１００がその端部に有する雌ネジ穴１０１に螺合するネジ径とされ、第２雄ネジ部２１２は、この第１雄ネジ部２１１のネジ呼び径より小さいネジ径とされている。このシャフト締結ボルト２１０を用いたブラケット２００の固定は、次の手順でなされる。
【００２４】
まず、図４に示すように、エンドプレート１１の端面に締結シャフト１００を当接させて、電池セル４０をエンドプレート間に積層挟持する。この状態で、シャフト締結ボルト２１０の第１雄ネジ部２１１をエンドプレート１１の外側から貫通孔１２に貫通させ、締結シャフト１００の雌ネジ穴１０１に螺合する。この場合のボルト締め付けは、二面幅部２１５にスパナ等を掛けてネジ締めトルクを第１雄ネジ部２１１に伝達することでなされ、フランジ２１３がエンドプレート１１に当接して所定の締結力が締結シャフト１００に生じるまでなされる。既述したエンドプレート下端側のボルト１０２の締め付けも、このシャフト締結ボルト２１０の締め付けと並行して行われるため、これらのボルト締め付けにより、エンドプレート１１の間のスタック構造の電池セル４０のそれぞれには、積層方向の締結力が及ぶことになる。
【００２５】
次に、ブラケット２００をエンドプレート上端両コーナーに配置する。ブラケット２００は、図４に示すように、セル対向部位２０２ａにフランジ２１３と干渉しない大きさの凹所２０２ｂを備え、凹所底面からセル対向部位２０２ａの表面に掛けて貫通孔２０２ｃを有する。この貫通孔２０２ｃは、シャフト締結ボルト２１０の嵌合シャフト部２１４の嵌合孔として機能する。つまり、ブラケット２００は、凹所２０２ｂでシャフト締結ボルト２１０のフランジ２１３を覆った上で、貫通孔２０２ｃに嵌合シャフト部２１４を嵌合させてエンドプレート１１のコーナーにセットされる。ブラケット２００のセット後、シャフト締結ボルト２１０は、第１雄ネジ部２１１から延びる小径の第２雄ネジ部２１２をセル対向部位２０２ａを貫通させるので、この第２雄ネジ部２１２にナット２２０をいわゆるダブルナットの状態で螺合する。このナット止めの際、平座金或いはバネ座金等の座金２２２を併用した。こうしたナット２２０の螺合により、ブラケット２００は、そのセル対向部位２０２ａにてエンドプレート１１に固定される。なお、ナット２２０の緩み止めを回避するためにダブルナットとしたがシングルナットとすることもできる。
【００２６】
この他、ブラケット２００は、セル対向部位２０２ａの他の箇所とブラケット基部２０２の上端側でもエンドプレート１１に固定される。つまり、図２における５−５線断面箇所では、エンドプレート１１は、円盤状の駒１３を溶接して備え、この駒１３の頂上面の側から雌ネジ穴１４を備える。ブラケット２００は、図５に示すように、セル対向部位２０２ａに駒１３と干渉しない大きさの凹所２０２ｄを備え、凹所底面からセル対向部位２０２ａの表面に掛けて貫通孔２０２ｅを有する。シャフト締結ボルト２１０にて上記したようにエンドプレート１１に固定済みのブラケット２００は、凹所２０２ｄでエンドプレート１１の駒１３を覆う状態となる。そして、貫通孔２０２ｅに差し込まれたブラケット固定ボルト２２１の雄ネジ部をエンドプレート１１の雌ネジ穴１４に螺合することで、ブラケット２００は、シャフト締結ボルト２１０に加え、ブラケット固定ボルト２２１によってもセル対向部位２０２ａにおいてエンドプレート１１に固定される。この際、平座金或いはバネ座金等の座金２２２を併用した。
【００２７】
また、図２における６−６線断面箇所では、エンドプレート１１は、その上端面から雌ネジ穴１５を備える。ブラケット２００は、図６に示すように、ブラケット基部２０２の上端部位２０３に貫通孔２０２ｆを有し、上端部位２０３においても、ブラケット固定ボルト２２１にてエンドプレート１１の上端に固定される。
【００２８】
こうしてブラケット２００が固定された燃料電池１０は、図１に示すように車両ＳＶのフードＳＶＦに組み込まれ、ブラケット２００を介して車両ＳＶの車両前方フレームＦＦに固定される。
【００２９】
以上説明したように、本実施例の燃料電池１０では、図２に示すように、対向するエンドプレート１１の間に電池セル４０を積層して、エンドプレート１１を、そのプレート上端両コーナー部において、締結シャフト１００とシャフト締結ボルト２１０とで積層済み電池セル４０に締結固定する。本実施例の燃料電池１０は、このエンドプレート固定を、図４に示すように、シャフト締結ボルト２１０の第１雄ネジ部２１１をシャフト端部の雌ネジ穴１０１にエンドプレート１１の側から螺合することでなす。こうしてエンドプレート１１が固定された燃料電池１０は、図２に示すように、エンドプレート１１にその上端両コーナーにおいてブラケット２００を固定して備える。
【００３０】
本実施例の燃料電池１０では、図４に示すように、エンドプレート１１を挟んで電池セル４０と対向する側で、ブラケット２００のブラケット基部２０２をそのセル対向部位２０２ａにてエンドプレート１１に固定する。ブラケット２００は、このセル対向部位２０２ａから延びる腕部２０４をエンドプレート１１から燃料電池外部に延ばす。このため、図３に示すように、ブラケット２００が腕部２０４の端部に有する固定座部２０６を電池設置用の車両前方フレームＦＦにボルトＳＢにて固定することで、本実施例では、燃料電池１０を車両ＳＶの車両前方フレームＦＦに対して固定保持する。
【００３１】
そして、本実施例の燃料電池１０では、電池セル４０と対向する側でのブラケット２００のセル対向部位２０２ａとエンドプレート１１との固定を、締結シャフト１００の雌ネジ穴１０１に螺合して電池セル４０をエンドプレート１１に締結固定するシャフト締結ボルト２１０にて達成する。即ち、図４と図７に示すように、シャフト締結ボルト２１０は、締結シャフト１００の雌ネジ穴１０１に螺合する第２雄ネジ部２１２から延びた第２雄ネジ部２１２をセル対向部位２０２ａを貫通させるので、この第２雄ネジ部２１２にナット２２０を螺合することで、本実施例の燃料電池１０は、共通のシャフト締結ボルト２１０にて、電池セル４０とエンドプレート１１、およびこのエンドプレート１１とブラケット２００の共締め固定を図る。このため、燃料電池１０とブラケット２００とを一体に保持するようこの両者の間に介在するエンドプレート１１は、共通するシャフト締結ボルト２１０による締結箇所において、一方のプレート面側で電池セル４０に締結され、他方のプレート面側でブラケット２００のセル対向部位２０２ａに固定される。従って、車両ＳＶにブラケット２００を介して上記のように固定した燃料電池１０に急加減速や衝突に伴う外力が作用した場合、本実施例の燃料電池１０では、共通するシャフト締結ボルト２１０による締結箇所において外力に抗した電池保持のための力をエンドプレート１１の両プレート面で受けることになる。この結果、本実施例の燃料電池１０によれば、エンドプレート１１を剪断しようとする応力の発生を回避、もしくはその応力を小さくできるので、エンドプレート１１の薄肉化、延いては燃料電池１０の軽量化を図ることができる。或いは、エンドプレート１１の厚みを維持したまま、エンドプレート１１を軽量部材にて形成して、その軽量化を図ることもできる。
【００３２】
また、本実施例の燃料電池１０では、シャフト締結ボルト２１０を、図４や図７に示すように、締結シャフト１００が端部に有するボルト１０２にエンドプレート１１を貫通して螺合する第１雄ネジ部２１１と、当該雄ネジ部から延びてセル対向部位２０２ａを貫通する第２雄ネジ部２１２とを有するものとした上で、この第２雄ネジ部２１２を第１雄ネジ部２１１のネジ呼び径より小さいネジ径とし、セル対向部位２０２ａの側にてナット２２０を第２雄ネジ部２１２に螺合して、ブラケット２００をエンドプレート１１に固定するようにした。このため、まず、シャフト締結ボルト２１０の第１雄ネジ部２１１をエンドプレート１１に貫通させて締結シャフト１００のボルト１０２に螺合して、エンドプレート１１を積層済み電池セル４０に締結固定できる。その後、第１雄ネジ部２１１から延びた第２雄ネジ部２１２をブラケット２００のセル対向部位２０２ａに貫通させて、この第２雄ネジ部２１２にナット２２０を螺合することで、燃料電池１０に締結固定済みのエンドプレート１１にブラケット２００を固定できる。よって、本実施例の燃料電池１０によれば、ブラケット２００をエンドプレート１１の上端両コーナーに容易に後付装着できる。
【００３３】
また、本実施例の燃料電池１０では、シャフト締結ボルト２１０における第１雄ネジ部２１１と第２雄ネジ部２１２との繋ぎ箇所に、ネジ締めトルク伝達に用いられる二面幅部２１５と、セル対向部位２０２ａの貫通孔２０２ｃに嵌合する嵌合シャフト部２１４とを形成した。このため、本実施例の燃料電池１０によれば、二面幅部２１５にスパナ等を掛けてネジ締めトルクを伝達して、シャフト締結ボルト２１０の第１雄ネジ部２１１を締結シャフト１００のボルト１０２に螺合させ、エンドプレート１１を燃料電池１０に容易且つ確実に締結固定できる。その上で、ブラケット２００のセル対向部位２０２ａの貫通孔２０２ｃへのシャフト締結ボルト２１０の嵌合シャフト部２１４の嵌合により、エンドプレート１１とブラケット２００とを位置決めした状態で、ブラケット２００をエンドプレート１１に容易に固定できる。
【００３４】
また、本実施例の燃料電池１０では、エンドプレート１１とブラケット２００の固定を図るに当たり、シャフト締結ボルト２１０に加え、セル対向部位２０２ａと上端部位２０３とにおいても、ブラケット固定ボルト２２１にてエンドプレート１１にブラケット２００を固定した（図２、図５〜図６参照）。このため、本実施例の燃料電池１０によれば、エンドプレート１１とブラケット２００の両者を強固に固定できるので、ブラケット２００を用いた燃料電池保持が確実となる。
【００３５】
また、本実施例の燃料電池１０では、セル対向部位２０２ａにおけるブラケット固定ボルト２２１によるブラケット固定に当たり、エンドプレート１１に駒１３を溶接して、駒頂上面から雌ネジ穴１４を形成した。これにより、次の利点がある。
【００３６】
燃料電池１０とブラケット２００とを一体に保持するようこの両者の間に介在するエンドプレート１１は、共通するシャフト締結ボルト２１０による固定により、既述したように薄肉化できる。このようにエンドプレート１１を薄肉のプレートとした場合、シャフト締結ボルト２１０によるブラケット２００の固定にはエンドプレート１１に雌ネジ穴を必要としないので特段の支障はない。その一方、ブラケット固定ボルト２２１の螺合のための雌ネジ穴１４をエンドプレート１１に形成する際にエンドプレート１１が薄いと、螺合確保から求められる有効ネジ山数の関係から、大きなネジ呼び径の雌ネジ穴とできない。通常、ネジによる部材固定の強度確保には、ネジ呼び径で１０〜１２Ｍのネジが用いられるが、エンドプレート１１が薄いとこうした呼び径の雌ネジ穴とできない。その反面、こうした呼び径の雌ネジ穴が形成できるようエンドプレート１１を厚くすると、燃料電池１０の軽量化に反することになる。しかしながら、本実施例の燃料電池１０では、ブラケット固定ボルト２２１の固定箇所においてのみ駒１３により厚肉化するので、大きな呼び径の雌ネジ穴１４を形成できると共に、エンドプレート１１の薄肉化をも達成でき好ましい。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、上記の実施例では、第１雄ネジ部２１１から第２雄ネジ部２１２を延ばしたシャフト締結ボルト２１０としたが、シャフト締結ボルトを次のように変形することもできる。図８は変形例のシャフト締結ボルト２１０Ａを用いてブラケット２００Ａとエンドプレート１１との固定の様子を示す説明図である。
【００３８】
図示するように、シャフト締結ボルト２１０Ａは、六角状のボルトヘッドから第１雄ネジ部２１１を延ばしたいわゆる長尺ボルトであり、この第１雄ネジ部２１１を、セル対向部位２０２ａとエンドプレート１１とを貫通させて、締結シャフト１００の雌ネジ穴１０１に螺合させる。ブラケット２００Ａにあっては、貫通孔２０２ｃを第１雄ネジ部２１１が貫通できる径の貫通孔としている。このシャフト締結ボルト２１０Ａによっても、締結シャフト１００を用いたエンドプレート１１と燃料電池１０の締結固定と、ブラケット２００Ａとエンドプレート１１との共締め固定とを、同時に行うことができる。よって、既述した効果を奏することができると共に、既存の長尺ボルトを用いればよいことから、コスト低減も図ることができる。
【００３９】
また、次のように変形することもできる、図９は他の変形例のシャフト締結ボルト２１０Ｂを用いてブラケット２００Ｂとエンドプレート１１との固定の様子を示す説明図である。
【００４０】
図示するように、シャフト締結ボルト２１０Ｂは、長尺の寸切りボルトであり、その第１雄ネジ部２１１を、セル対向部位２０２ａとエンドプレート１１とを貫通させて、締結シャフト１００の雌ネジ穴１０１に螺合させる。ブラケット２００Ａにあっては、凹所２０２ｂを座金２２２とナット２２０と干渉しない凹所とし、貫通孔２０２ｃを第１雄ネジ部２１１が貫通できる径の貫通孔としている。このシャフト締結ボルト２１０Ｂによる固定は、次の手順で行われる。
【００４１】
まず、図９に示すように、エンドプレート１１の端面に締結シャフト１００を当接させて、電池セル４０をエンドプレート間に積層挟持する。この状態で、シャフト締結ボルト２１０Ｂの第１雄ネジ部２１１をエンドプレート１１の外側から貫通孔１２に貫通させ、締結シャフト１００の雌ネジ穴１０１に螺合する。この場合のボルト締め付けは、第１雄ネジ部２１１に予めナット２２０をダブルナットの状態で螺合させておき、座金２２２についても第１雄ネジ部２１１にセットする。そして、ダブルナット状の外側のナット２２０にスパナ等を掛けてネジ締めトルクを第１雄ネジ部２１１に伝達することで、締結シャフト１００の雌ネジ穴１０１に第１雄ネジ部２１１を螺合する。この螺合は、座金２２２がエンドプレート１１に当接して所定の締結力が締結シャフト１００に生じるまでなされる。
【００４２】
次に、シャフト締結ボルト２１０Ｂの他端側がセル対向部位２０２ａから飛び出すよう、ブラケット２００Ｂを配置する。つまり、ブラケット２００Ｂは、凹所２０２ｂで座金２２２とナット２２０とを覆った上で、貫通孔２０２ｃに第１雄ネジ部２１１を貫通させてエンドプレート１１のコーナーにセットされる。ブラケット２００Ｂのセット後、セル対向部位２０２ａから飛び出した第１雄ネジ部２１１に、座金２２２を介在させた上でナット２２０をいわゆるダブルナットの状態で螺合する。こうしたナット２２０の螺合により、ブラケット２００Ｂは、そのセル対向部位２０２ａにてエンドプレート１１に固定される。よって、シャフト締結ボルト２１０Ｂによっても、締結シャフト１００を用いたエンドプレート１１と燃料電池１０の締結固定と、ブラケット２００Ａとエンドプレート１１との共締め固定とを、同時に行うことができる。この結果、既述した効果を奏することができると共に、既存の寸切りボルトを用いればよいことから、コスト低減も図ることができる。
【００４３】
図１０はまた別の変形例におけるブラケット２００Ｃとエンドプレート１１との固定の様子を示す説明図である。この変形例では、エンドプレート１１をより薄肉とした上でエンドプレート側から固定用の雄ネジ部をブラケット２００Ｃの側に延ばしている点に特徴がある。なお、エンドプレート上端両コーナーにおけるエンドプレート１１と電池セル４０とセル対向部位２０２ａの共締め固定については、図４で示したシャフト締結ボルト２１０が用いられている。
【００４４】
図示するように、この変形例では、エンドプレート１１は、ブラケット２００Ｃの側のアウターエンドプレート１１Ａと電池セル４０の側のインナーエンドプレート１１Ｂとを接合して構成される。インナーエンドプレート１１Ｂは、既述したブラケット固定ボルト２２１での固定箇所に相当する部位に、ブラケット固定用ボルト２０を突出して備える。ブラケット固定用ボルト２０は、その外周に雄ネジが形成され、溶接等の手法でインナーエンドプレート１１Ｂに固定されて、アウターエンドプレート１１Ａの雌ネジ穴１４およびセル対向部位２０２ａの貫通孔２０２ｅを貫通する。アウターエンドプレート１１Ａに対するインナーエンドプレート１１Ｂの一体化は、図示しない皿小ネジや小径の六角ボルト、穴付きボルトにてなされている。この場合、六角ボルトや穴付きボルトを用いる場合には、アウターエンドプレート１１Ａに凹所を設け、インナーエンドプレート１１Ｂにはこの凹所にはまる込む凸部位を設けて、この凹所と凸部位に上記のボルトにて上記両プレートが一体とされる。そして、セル対向部位２０２ａから飛び出たブラケット固定用ボルト２０に、座金２２２を介在させた上でナット２２０を螺合することで、エンドプレート１１に対してブラケット２００Ｃを固定できる。この変形例では、エンドプレート１１に雌ネジを形成しないので駒１３が不要となり、エンドプレート１１をより薄肉化することができる。
【００４５】
また、図７に示すシャフト締結ボルト２１０では、嵌合シャフト部２１４に二面幅部２１５を形成したが、フランジ２１３を六角ボルトヘッド様の角フランジとして二面幅部２１５を省略することもできる。つまり、二面幅部２１５に代えて、角フランジの対向する面を二面幅部とできる。この場合には、締結シャフト１００への第１雄ネジ部２１１の螺合に際して、座金２２２を用いればよい。
【００４６】
また、図９では長尺の寸切りボルトのシャフト締結ボルト２１０Ｂを用いたが、長尺の寸切りボルトを端面に有する締結シャフト１００とすることもできる。この他、締結シャフト１００としては、中空のパイプ材としてその端面にネジ部位を有するものとすることもできる。図１１はパイプ材から形成した締結シャフトの変形例を示す説明図である。
【００４７】
図示するように、この締結シャフト１００Ａは、角柱のパイプ材からなるシャフト部１１０と、シャフト端部となる角柱状の駒材１１２とを備える。駒材１１２は、シャフト部１１０の中空部１１１に嵌合部１１３を嵌合させてシャフト部１１０と一体とされる。この場合、シャフト部１１０と駒材１１２をその接合箇所において溶接することもできる。駒材１１２は、これを貫通する雌ネジ穴１０１を有するので、締結シャフト１００Ａは、図４や図８、図９に示す締結シャフト１００に代わって用いられる。この締結シャフト１００Ａを用いれば、両端部以外をパイプ材のシャフト部１１０とすることから、シャフト、延いては燃料電池の軽量化を図ることができる。なお、図１１では、締結シャフト１００Ａを角柱状としたが、円柱状のパイプ材とすることもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…燃料電池
１１…エンドプレート
１１Ａ…アウターエンドプレート
１１Ｂ…インナーエンドプレート
１２…貫通孔
１３…駒
１４…雌ネジ穴
１５…雌ネジ穴
２０…ブラケット固定用ボルト
２０ａ…絶縁板
３０ａ…集電板
４０…電池セル
１００、１００Ａ…締結シャフト
１０１…雌ネジ穴
１０２…ボルト
１０３…座金
１１０…シャフト部
１１１…中空部
１１２…駒材
１１３…嵌合部
２００、２００Ａ〜２００Ｃ…ブラケット
２０２…ブラケット基部
２０２ａ…セル対向部位
２０２ｂ…凹所
２０２ｃ…貫通孔
２０２ｄ…凹所
２０２ｅ…貫通孔
２０２ｆ…貫通孔
２０３…上端部位
２０４…腕部
２０６…固定座部
２１０、２１０Ａ〜２１０Ｂ…シャフト締結ボルト
２１１…第１雄ネジ部
２１２…第２雄ネジ部
２１３…フランジ
２１４…嵌合シャフト部
２１５…二面幅部
２２０…ナット
２２１…ブラケット固定ボルト
２２２…座金
ＳＢ…ボルト
ＦＦ…車両前方フレーム
ＴＭ…トランスミッション機構
ＳＶ…車両
ＳＶＦ…フード
【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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