(57)【要約】【課題】溶接不良が発生することなくセパレータアッシーを形成することのできる燃料電池用セパレータアッシーの製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】流体Ｆにより発生する押圧力によって、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を密着させる密着手段７０と、密着手段７０によってアノードセパレータとカソードセパレータとを密着させたままの状態で、アノードセパレータ及びカソードセパレータを溶接接合してセパレータアッシー３０を形成する溶接手段８０と、を有する製造装置５０である。【選択図】図４
2014229515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側のアノードセパレータ及びカソード側のカソードセパレータを溶接によって接合した燃料電池用セパレータアッシーの製造装置であって、
流体により発生する押圧力によって、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを密着させる密着手段と、
前記密着手段によって前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとを密着させたままの状態で、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを溶接接合してセパレータアッシーを形成する溶接手段と、を有する燃料電池用セパレータアッシーの製造装置。
【請求項２】
前記密着手段は、
前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータによって囲まれる第１空間に、前記流体を流通させて前記押圧力を発生させる手段である請求項１に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造装置。
【請求項３】
前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを挟持する第１の板材及び第２の板材をさらに有し、
前記溶接手段は、溶接のためのレーザー光を照射するレーザー照射部を有し、
前記第１の板材及び前記第２の板材の少なくとも一方は、前記レーザー光を透過する透過板によって構成される請求項２に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造装置。
【請求項４】
前記第１の板材及び前記アノードセパレータの間に閉空間である第２空間が形成され、
前記第２の板材及び前記カソードセパレータの間に閉空間である第３空間が形成され、
前記第２空間及び前記第３空間の少なくとも一方に、前記第１空間に流通させる前記流体の流速より小さい流速で前記流体を流通させる流通手段をさらに有する請求項３に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造装置。
【請求項５】
前記密着手段は、
前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータによって囲まれる第１の閉空間、前記アノードセパレータの両面のうち前記第１の閉空間の反対面に設けられる第２の閉空間、及び前記カソードセパレータの両面のうち前記第１の閉空間の反対面に設けられる第３の閉空間のうち、前記第２の閉空間及び第３の閉空間に前記流体を充填することによって、前記第１の閉空間内の圧力を前記第２の閉空間及び前記第３の閉空間内の圧力より小さくして前記押圧力を発生させる手段である請求項１に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造装置。
【請求項６】
アノード側のアノードセパレータ及びカソード側のカソードセパレータを溶接によって接合した燃料電池用セパレータアッシーの製造方法であって、
流体により発生する押圧力によって、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを密着させる密着工程と、
前記密着工程によって前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとを密着させたままの状態で、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを溶接接合してセパレータアッシーを形成する溶接工程と、を有する燃料電池用セパレータアッシーの製造方法。
【請求項７】
前記密着工程は、
前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータによって囲まれる第１空間に、前記流体を流通させて前記押圧力を発生させる工程である請求項６に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造方法。
【請求項８】
前記密着工程の前に、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを第１の板材及び第２の板材によって挟持し、
前記溶接工程において、アノードセパレータ及びカソードセパレータはレーザー光によって溶接接合され、
前記第１の板材及び前記第２の板材の少なくとも一方は、前記レーザー光を透過する透過板によって構成される請求項７に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造方法。
【請求項９】
前記第１の板材及び前記アノードセパレータの間に閉空間である第２空間が形成され、
前記第２の板材及び前記カソードセパレータの間に閉空間である第３空間が形成され、
前記第２空間及び前記第３空間の少なくとも一方に、前記第１空間に流通させる前記流体の流速より小さい流速で前記流体を流通させる請求項８に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造方法。
【請求項１０】
前記密着工程は、
前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータによって囲まれる第１の閉空間、前記アノードセパレータの両面のうち前記第１の閉空間の反対面に設けられる第２の閉空間、及び前記カソードセパレータの両面のうち前記第１の閉空間の反対面に設けられる第３の閉空間のうち、前記第２の閉空間及び第３の閉空間に前記流体を充填することによって、前記第１の閉空間内の圧力を前記第２の閉空間及び前記第３の閉空間内の圧力より小さくして前記押圧力を発生させる工程である請求項６に記載の燃料電池用セパレータアッシーの製造方法。
【請求項１１】
請求項６〜１０の製造方法によって製造された前記燃料電池用セパレータアッシーと、
アノード側電極及びカソード側電極を電解質膜の両側に接合した膜電極接合体と、を有する燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータアッシーの製造装置、製造方法、及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。固体高分子型燃料電池は、発電機能を発揮する燃料電池セルが複数積層された構造を有する。固体高分子型燃料電池は、アノード側のアノードセパレータ及びカソード側のカソードセパレータを溶接によって接合したセパレータアッシーと、アノード側電極及びカソード側電極を電解質膜の両側に接合した膜電極接合体と、を交互に積層することによって製造される。
【０００３】
アノードセパレータ及びカソードセパレータを溶接接合する際に、アノードセパレータ及びカソードセパレータを密着させるためにクランプする必要がある。これに関連して、例えば下記の特許文献１には、複数の治具を用いて溶接ライン以外をクランプした状態で、アノードセパレータ及びカソードセパレータを溶接接合する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１―１６１４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、治具の平面度、セパレータの平面度のばらつきによってセパレータ同士間のクリアランスをなくしきれず、溶接不良が発生し歩留まりが低下する虞がある。
【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、溶接不良が発生することなくセパレータアッシーを形成することのできる燃料電池用セパレータアッシーの製造装置及び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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池用セパレータアッシーの製造装置は、アノード側のアノードセパレータ及びカソード側のカソードセパレータを溶接によって接合した燃料電池用セパレータアッシーの製造装置である。燃料電池用セパレータアッシーの製造装置は、流体により発生する押圧力によって、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを密着させる密着手段と、前記密着手段によって前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとを密着させたままの状態で、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを溶接接合してセパレータアッシーを形成する溶接手段と、を有する。
【０００８】
また、上記目的を達成する本発明に係る燃料電池用セパレータアッシーの製造方法は、アノード側のアノードセパレータ及びカソード側のカソードセパレータを溶接によって接合した燃料電池用セパレータアッシーの製造方法である。燃料電池用セパレータアッシーの製造方法は、流体により発生する押圧力によって、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを密着させる密着工程と、前記密着工程によって前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとを密着させたままの状態で、前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータを溶接接合してセパレータアッシーを形成する溶接工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成した燃料電池用セパレータアッシーの製造装置及び製造方法であれば、流体により発生する押圧力によってセパレータ同士を密着させるため、セパレータ同士間のクリアランスをなくした状態で、セパレータ同士を溶接接合することができる。よって、溶接不良が発生することなくセパレータアッシーを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池を模式的に示す斜視図である。
【図２】燃料電池の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、セパレータアッシーを示す図であって、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】製造装置を模式的に示す図である。
【図５】製造装置の収容部及び密着手段を示す分解斜視図である。
【図６】載置部上にアノードセパレータ及びカソードセパレータを載置したときの、収容部及び密着手段を示す分解斜視図である。
【図７】図７（Ａ）は、収容部並びに収容部に収容されたアノードセパレータ及びカソードセパレータを示す側面断面図であって、図７（Ｂ）は、収容部並びに収容部に収容されたアノードセパレータ及びカソードセパレータを示す正面断面図である。
【図８】流体によって押圧力が発生する様子を示す図である。
【図９】本実施形態に係るセパレータアッシーの製造方法のフローチャートである。
【図１０】改変例１に係る製造装置を示す図である。
【図１１】改変例２に係る製造装置を示す図である。
【図１２】改変例３に係る製造装置を示す図である。
【図１３】改変例４に係る製造装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
図１は、燃料電池１を模式的に示す斜視図である。図２は、燃料電池１の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。図３（Ａ）は、セパレータアッシー３０を示す図であって、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。
【００１３】
燃料電池１は、図１に示すように、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との反応により起電力を生じる燃料電池セル２を所定数だけ積層した積層体７を有する。積層体７の両端のそれぞれに、集電板３、絶縁板４、及びエンドプレート５を配置し、両端のエンドプレート５をダイロッド６により締結することによって、燃料電池１を構成する。燃料電池１内部において、燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水のそれぞれを流通させるために、一方のエンドプレート５に、６つの貫通孔が形成される。６つの貫通孔は、燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷却水導入口１２、冷却水排出口１３を構成する。
【００１４】
燃料電池セル２は、図２に示すように、膜電極接合体２０がアノード側のアノードセパレータ３１及びカソード側のカソードセパレータ３２によって挟持されて構成される。本実施形態に係る燃料電池１は、図２に示すように、セパレータアッシー（燃料電池用セパレータアッシー）３０と、アノード側電極２２及びカソード側電極２３を電解質膜２１の両端に接合した膜電極接合体２０と、を交互に積層することによって製造される。
【００１５】
セパレータアッシー３０は、一の燃料電池セル２のアノードセパレータ３１及び一の燃料電池セル２に隣接する燃料電池セル２のカソードセパレータ３２が、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、溶接接合されることによって一体化されて形成される。アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接する際に走査する溶接ラインＷを、図３（Ａ）において二点鎖線で示す。
【００１６】
アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２は、導電性を有し、燃料電池セル２を複数個直列に接続して燃料電池１を構成する際に、それぞれの燃料電池セル２を電気的に接続する機能を有する。アノードセパレータ３１は、アノード側電極２２の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に設けられ、カソードセパレータ３２は、カソード側電極２３の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に設けられる。アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２は凹凸形状を有し、燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。具体的には、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２によって囲まれる冷却水流路３３に冷却水が流通される。また、アノードセパレータ３１の両面のうち冷却水流路３３の反対面に設けられる燃料ガス流路３４に燃料ガスが流通される。また、カソードセパレータ３２の両面のうち冷却水流路３３の反対面に設けられる酸化剤ガス流路３５に酸化剤ガスが流通される。
【００１７】
アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２には、図３（Ａ）に示すように、燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷却水導入口１２、及び冷却水排出口１３に対応して、複数の導入マニホールド３６及び排出マニホールド３７が設けられている。導入マニホールド３６及び排出マニホールド３７は、冷却水流路３３、燃料ガス流路３４、または酸化剤ガス流路３５に連通する。また、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２は、導入マニホールド３６及び排出マニホールド３７からそれぞれの流路３３，３４，３５へ特定の媒体を流入、排出させるために、特定のマニホールド以外のマニホールド３６，３７の周りが、シール材（不図示）により封止されている。
【００１８】
膜電極接合体２０は、アノード側電極２２とカソード側電極２３とが電解質膜２１の両側に接合して形成される。
【００１９】
アノード側電極２２は、アノード側触媒層２２１及びアノード側ガス拡散層２２２を有する。
【００２０】
アノード側触媒層２２１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、水素の酸化反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の一方の側（図２において上側）に配置される。
【００２１】
アノード側ガス拡散層２２２は、アノード側触媒層２２１に燃料ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。アノード側ガス拡散層２２２は、アノード側触媒層２２１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。
【００２２】
カソード側電極２３は、カソード側触媒層２３１及びカソード側ガス拡散層２３２を有する。
【００２３】
カソード側触媒層２３１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、酸素の還元反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の他方の側（図２において下側）に配置される。
【００２４】
カソード側ガス拡散層２３２は、カソード側触媒層２３１に酸化剤ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。カソード側ガス拡散層２３２は、カソード側触媒層２３１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。
【００２５】
電解質膜２１は、アノード側触媒層２２１で生成したプロトンをカソード側触媒層２３１へ選択的に透過させる機能及びアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。
【００２６】
燃料ガスは、燃料ガス導入口８から導入され、燃料ガス流路３４を流れ、燃料ガス排出口９から排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１０から導入され、酸化剤ガス流路３５を流れ、酸化剤ガス排出口１１から排出される。冷却水は、冷却水導入口１２から導入され、冷却水流路３３を流れ、冷却水排出口１３から排出される。
【００２７】
次に、各構成部品の材質及びサイズ等について記述する。
【００２８】
アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２は、例えば、ステンレス鋼板にプレス加工を施すことで成形される。ステンレス鋼板は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。しかしながらステンレス鋼板に限定されず、その他の金属材料（例えば、アルミニウム板やクラッド材）、緻密カーボングラファイトや炭素板などのカーボンを適用することも可能である。カーボンを適用する場合、燃料ガス流路３４及び酸化剤ガス流路３５は、切削加工やスクリーン印刷によって成形することが可能である。
【００２９】
アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２の板厚は、例えば、０．２ｍｍ以下である。このように薄肉に成形することによって、電気抵抗をできるだけ小さくし、燃料電池の性能評価の１つの指標である出力密度（「起電力／単位容積」と定義される）を高めることができる。
【００３０】
電解質膜２１は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン株式会社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から成形される。
【００３１】
電解質膜２１は、特に限定されないが、強度、耐久性及び出力特性の観点から５〜３００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２００μｍである。
【００３２】
アノード側触媒層２２１に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。カソード側触媒層２３１に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。
【００３３】
触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。アノード側触媒層２２１及びカソード側触媒層２３１に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜変更することが可能である。
【００３４】
触媒層２２１，２３１に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、及び集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。
【００３５】
触媒層２２１，２３１に用いられる電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されない。具体的には例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層２２１，２３１に用いられる電解質は、電解質膜２１に用いられる電解質と同一であっても異なっていてもよいが、電解質膜２１に対する触媒層２２１，２３１の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。
【００３６】
触媒層２２１，２３１の厚みは、水素の酸化反応（アノード側）及び酸素の還元反応（カソード側）の触媒作用が十分発揮できる厚みであれば特に制限されず、従来と同様の厚みが使用できる。具体的には、それぞれの触媒層２２１，２３１の厚みは、１〜１０μｍが好ましい。
【００３７】
ガス拡散層２２２，２３２は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、またはカーボンフェルトから成形される。ガス拡散層２２２，２３２は、撥水剤を含ませることで、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防ぐことが好ましい。撥水剤は、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンである。
【００３８】
ガス拡散層２２２，２３２の厚さは、機械的強度及びガスや水などの透過距離を考慮し、３０〜５００μｍ程度が好ましい。なお、撥水性は、独立した層を成形することによって、向上させることも可能である。
【００３９】
次に、図４〜８を参照して、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接してセパレータアッシー３０を製造するセパレータアッシー３０の製造装置５０について説明する。
【００４０】
図４は、製造装置５０を模式的に示す図である。図５は、製造装置５０の収容部６０及び密着手段７０を示す分解斜視図である。図６は、載置部６１上にアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を載置したときの、収容部６０及び密着手段７０を示す分解斜視図である。図７（Ａ）は、収容部６０並びに収容部６０に収容されたアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を示す側面断面図である。図７（Ｂ）は、収容部６０並びに収容部６０に収容されたアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を示す正面断面図である。図８は、流体Ｆによって押圧力が発生する様子を示す図である。
【００４１】
製造装置５０は、概説すると、流体Ｆにより発生する押圧力によって、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を密着させる密着手段７０を有する。また製造装置５０は、密着手段７０によってアノードセパレータ３１とカソードセパレータ３２とを密着させたままの状態で、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接接合してセパレータアッシー３０を形成する溶接手段８０を有する。以下、本実施形態に係る溶接装置５０について詳述する。
【００４２】
製造装置５０は、図４に示すように、収容部６０と、密着手段７０と、溶接手段８０と、を有する。
【００４３】
収容部６０は、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を収容する。収容部６０は、図５に示すように、載置部（第１の板材）６１と、脚部６２と、透過板（第２の板材）６３と、固定部６４と、を有する。アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２は、載置部６１及び透過板６３によって挟持される。
【００４４】
載置部６１には、図６，図７（Ａ）に示すように、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２が載置される。また、載置部６１は、図５に示すように、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２が延在する方向に沿って溝６１Ａが設けられる。溝６１Ａは、図７（Ａ）に示すように、アノードセパレータ３１の凹凸形状の凹部に対応して設けられる。すなわちアノードセパレータ３１は、載置部６１の両端の上面６１ｂ及び載置部６１の溝６１Ａに対応する位置の上面６１ａに載置される。この構成によれば、製造装置５０の省スペース化を図ることができる。
【００４５】
載置部６１の溝６１Ａに対応する位置の上面６１ａのうち、導入マニホールド３６及び排出マニホールド３７の中央のマニホールドが載置される箇所の周囲には、図５に示すように、流体漏れを防止するためのシール部材６１Ｅが設けられる。
【００４６】
載置部６１には、図７（Ｂ）に示すように、貫通孔６１Ｃ，６１Ｄがさらに設けられる。後述する流体ポンプ７１から供給される流体Ｆは、貫通孔６１Ｃを介して、収容部６０内に供給される。また、収容部６０内を流通した流体Ｆは、貫通孔６１Ｄを介して、収容部６０の外へ排出され、流体ポンプ７１に戻される。
【００４７】
載置部６１とアノードセパレータ３１との間には、閉空間である第２空間９２が形成される。
【００４８】
脚部６２は、載置部６１に固定され、透過板６３を支持する。脚部６２は、図５に示すように、載置部６１上の流体Ｆが流通する流通方向に直交する方向の両端に、２つ設けられる。脚部６２と載置部６１との固定方法は、例えば締結であるが、溶接などであってもよい。また、脚部６２と透過板６３との固定方法は、例えば締結であるが、トグルクランプなどによって固定されてもよい。また、脚部６２及び透過板６３の間には、流体漏れを防止するためのシール部材６５が設けられる。
【００４９】
透過板６３は、カソードセパレータ３２の上方に設けられ、溶接手段８０のレーザー照射部８１から照射されるレーザー光Ｌを透過する性質を有する。透過板６３を構成する材料は例えば石英ガラスであるが、これに限られない。なお、上述した載置部６１は透過板６３と同様に、レーザー光Ｌを透過する性質を有してもよい。
【００５０】
透過板６３とカソードセパレータ３２との間には、閉空間である第３空間９３が設けられる。
【００５１】
固定部６４は、載置部６１に載置されたアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を固定する。固定部６４は、流体Ｆの流通方向の上流及び下流にそれぞれ、第１固定部６４Ａ、第２固定部６４Ｂを有する。カソードセパレータ３２の上面のうち、固定部６４が載置される箇所には、図６に示すように、流体漏れを防止するためのシール部材６６が設けられる。
【００５２】
第１固定部６４Ａは、図５に示すように、下向きに延在する凸部６４１及び上下方向に形成された２つの貫通孔６４２を有する。凸部６４１は、載置部６１に設けられた凹部６１Ｆに挿入される。貫通孔６４２には、載置部６１に設けられた凹部６１Ｇに圧入された位置決めピンＰ１，Ｐ２が挿入される。
【００５３】
第２固定部６４Ｂは、図５に示すように、下向きに延在する凸部６４３及び上下方向に形成された貫通孔６４４を有する。凸部６４３は、載置部６１に設けられた凹部６１Ｈに挿入される。貫通孔６４４には、載置部６１に設けられた凹部６１Ｊに圧入された位置決めピンＰ３が挿入される。
【００５４】
密着手段７０は、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２によって囲まれる第１空間９１（冷却水流路３３に相当）に、流体Ｆを流通させて押圧力を発生させる手段である。密着手段７０は、流体ポンプ７１及びチューブ７２から構成される。流体ポンプ７１は、チューブ７２を介して収容部６０に流体Ｆを供給する。流体Ｆの収容部６０内における流通経路について、図７（Ｂ）を参照して、詳細に説明する。
【００５５】
貫通孔６１Ｃを流通した流体Ｆは、導入マニホールド３６を経由して、第１空間９１を流通し、排出マニホールド３７を経由した後、貫通孔６１Ｄを流通して、収容部６０の外へ排出される。シール部材６１Ｅ，６６が設けられるため、第２空間９２及び第３空間９３への流体Ｆの流通は防止される。流体Ｆは例えば、ＡｒやＨｅなどの不活性ガスであるがこれに限られない。
【００５６】
このように第１空間９１のみに流体Ｆを流通させることによって、ベルヌーイの定理から、第１空間９１内の圧力は、第２空間９２及び第３空間９３内の圧力より低くなる。ここでベルヌーイの定理とは、下記の式（１）に示されるように、流速が速いほど、圧力が低下する現象をいう。
【００５７】
【数１】
2014229515.tif 000003
【００５８】
ここで、ｖは流速、ｐは圧力、ρは粘性をそれぞれ示す。
【００５９】
このため、図８に示すように、第３空間９３から第１空間９１への力Ｒ１がカソードセパレータ３２に作用し、第２空間９２から第１空間９１への力Ｒ２がアノードセパレータ３１に作用する。したがって、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２に押圧力が作用し、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２をクリアランスなく密着させることができる。
【００６０】
溶接手段８０は、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接接合する。溶接手段８０は、溶接のためのレーザー光Ｌを照射するレーザー照射部８１と、レーザー照射部８１の傾きや位置を調整する調整部８２と、を有する。調整部８２は具体的には多軸ロボットである。調整部８２によってレーザー光Ｌが溶接ラインＷ上を走査される。
【００６１】
以上、製造装置５０の構成について説明した。次に、本実施形態に係るセパレータアッシー３０の製造方法を、図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００６２】
本実施形態に係るセパレータアッシー３０の製造方法は、概説すると、流体Ｆにより発生する押圧力によって、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を密着させる密着工程Ｓ０２と、密着工程Ｓ０２によってアノードセパレータ３１とカソードセパレータ３２とを密着させたままの状態で、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接接合してセパレータアッシー３０を形成する溶接工程Ｓ０３と、を有する。以下、詳述する。
【００６３】
取付工程Ｓ０１は、アノードセパレータ３１、カソードセパレータ３２、固定部６４、及び透過板６３を取り付ける工程である。取付工程Ｓ０１では、概説すると、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を載置部６１及び透過板６３によって挟持する。以下、取付工程Ｓ０１について詳述する。取付工程Ｓ０１ではまず、図６に示すように、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を載置部６１に取り付ける。このとき、アノードセパレータ３１は、図７（Ａ）に示すように、載置部６１の両端の上面６１ｂ及び載置部６１の溝６１Ａに対応する位置の上面６１ａに載置される。そして、固定部６４の凸部６４１，６４３を載置部６１の凹部６１Ｆ，６１Ｈに挿入し、位置決めピンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を固定部６４の貫通孔６４２，６４４に挿入する。これによって、固定部６４が載置部６１に取り付けられ、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２が固定される。そして、透過板６３をアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２の上方から脚部６２に取り付け、締結ボルト（不図示）によって固定する。
【００６４】
密着工程Ｓ０２は、第１空間９１に流体Ｆを流通させて、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２に押圧力を発生させて、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を密着させる工程である。密着工程Ｓ０２ではまず、流体ポンプ７１からチューブ７２を介して、収容部６０内に流体Ｆを供給する。具体的に流体Ｆは、図７（Ｂ）に示すように、貫通孔６１Ｃを介して第１空間９１を流通した後、貫通孔６１Ｄを介して、収容部６０の外へ排出される。このとき、流体Ｆが第１空間９１を流通するため、上述したベルヌーイの定理より、第１空間９１内の圧力は、第２空間９２及び第３空間９３の圧力より低くなり、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２がクリアランスなく密着される。
【００６５】
溶接工程Ｓ０３は、密着工程Ｓ０２によってアノードセパレータ３１とカソードセパレータ３２とを密着させたままの状態で、レーザー光Ｌによってアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接接合する工程である。溶接工程Ｓ０３では、レーザー照射部８１から照射されるレーザー光Ｌが調整部８２によって溶接ラインＷ上を走査され、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２が溶接接合されて、セパレータアッシー３０を形成する。
【００６６】
取外し工程Ｓ０４は、透過板６３、固定部６４、及びセパレータアッシー３０を順に取り外す工程である。取外し工程Ｓ０４ではまず、透過板６３を脚部６２から取り外す。そして、固定部６４を載置部６１から取り外す。さらに、セパレータアッシー３０を載置部６１から取り外す。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係るセパレータアッシー３０の製造装置５０は、アノード側のアノードセパレータ３１及びカソード側のカソードセパレータ３２を溶接によって接合したセパレータアッシー３０の製造装置５０である。セパレータアッシー３０の製造装置５０は、流体Ｆにより発生する押圧力によって、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を密着させる密着手段７０と、密着手段７０によってアノードセパレータ３１とカソードセパレータ３２とを密着させたままの状態で、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接接合してセパレータアッシー３０を形成する溶接手段８０と、を有する。したがって、流体Ｆにより発生する押圧力によってセパレータ３１，３２同士を密着させるため、セパレータ３１，３２同士間のクリアランスをなくした状態でセパレータ３１，３２同士を溶接することができる。よって、溶接不良が発生することなくセパレータアッシー３０を形成することができる。
【００６８】
また、密着手段７０は、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２によって囲まれる第１空間９１に、流体Ｆを流通させて押圧力を発生させる手段である。このため、簡便にアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２をクリアランスなく密着させることができ、溶接不良のないセパレータアッシー３０を容易に形成することができる。
【００６９】
また、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を挟持する載置部６１及び透過板６３をさらに有し、溶接手段８０は、溶接のためのレーザー光Ｌを照射するレーザー照射部８１を有し、透過板６３はレーザー光Ｌを透過する。このため、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を載置部６１及び透過板６３によって確実に固定することができ、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２の溶接接合が容易となる。
【００７０】
また、以上説明したように、本実施形態に係るセパレータアッシー３０の製造方法は、アノード側のアノードセパレータ３１及びカソード側のカソードセパレータ３２を溶接によって接合したセパレータアッシー３０の製造方法である。セパレータアッシー３０の製造方法は、流体Ｆにより発生する押圧力によって、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を密着させる密着工程Ｓ０２と、密着工程Ｓ０２によってアノードセパレータ３１とカソードセパレータ３２とを密着させたままの状態で、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を溶接接合してセパレータアッシー３０を形成する溶接工程Ｓ０３と、を有する。したがって、流体Ｆにより発生する押圧力によってセパレータ３１，３２同士を密着させるため、セパレータ３１，３２同士間のクリアランスをなくした状態でセパレータ３１，３２同士を溶接することができる。よって、溶接不良が発生することなくセパレータアッシー３０を形成することができる。
【００７１】
また、密着工程Ｓ０２は、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２によって囲まれる第１空間９１に、流体Ｆを流通させて押圧力を発生させる工程である。このため、簡便な方法によってアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２をクリアランスなく密着させることができ、溶接不良のないセパレータアッシー３０を容易に形成することができる。
【００７２】
また、密着工程Ｓ０２の前に、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を載置部６１及び透過板６３によって挟持し、溶接工程Ｓ０３において、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２はレーザー光Ｌによって溶接接合され、透過板６３はレーザー光Ｌを透過する。このため、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を載置部６１及び透過板６３によって確実に固定することができ、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２の溶接接合が容易となる。
【００７３】
また、上述した製造方法によって製造されたセパレータアッシー３０と、アノード側電極２２及びカソード側電極２３を電解質膜２１の両側に接合した膜電極接合体２０と、を有する燃料電池１であれば、セパレータアッシー３０に溶接不良がないため、信頼性の高い燃料電池１を提供することができる。
【００７４】
以下、上述した実施形態の改変例を例示する。
【００７５】
（改変例１）
上述した実施形態では、第１空間９１にのみ流体Ｆを流通させた。しかしながらこれに限られず、図１０に示すように、第２空間９２及び第３空間９３に、第１空間９１に流通させる流体Ｆの流速より小さい流速で流体Ｆ１，Ｆ２を流通させてもよい。改変例１に係る製造装置１５０は、収容部１６０、密着手段７０、及び２つの流通手段１７０を有する。収容部１６０は、２つの貫通孔１６３Ａを備える透過板１６３及び２つの貫通孔１６１Ａを備える載置部１６１を有する。２つの流通手段１７０は、密着手段７０と同じ構成を有する。この構成において、密着手段７０は、上述した実施形態と同様に第１空間９１に流体Ｆを流通させる。また、２つの流通手段１７０のうち一の流通手段１７０は、貫通孔１６３Ａを介して第３空間９３に、第１空間９１に流通させる流体Ｆの流速より小さい流速で流体Ｆ１を流通させ、他の流通手段１７０は、貫通孔１６１Ａを介して第２空間９２に、第１空間９１に流通させる流体Ｆの流速より小さい流速で流体Ｆ２を流通させる。この結果、第１空間９１に流通する流体Ｆの流速は、第２空間９２及び第３空間９３に流通する流体Ｆ２，Ｆ１の流速より速いため、ベルヌーイの定理より、第１空間９１内の圧力は、第２空間９２及び第３空間９３内の圧力より小さくなる。よって上述した実施形態と同様に、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２をクリアランスなく密着させることができる。さらに、改変例１に係る製造装置１５０によれば、第２空間９２及び第３空間９３にも流体Ｆ２，Ｆ１を流通させるため、溶接接合する際に生じる金属の粉塵である溶接ヒュームを好適に除去することができる。よって、溶接後にセパレータ３１，３２の表面に行う表面処理の密着性を向上させることができ、さらに作業者の健康への被害を防止することができる。なお、第２空間９２及び第３空間９３のどちらか一方に流体Ｆ１，Ｆ２を流通させてもよい。
【００７６】
（改変例２）
また、上述した実施形態では、第１空間９１に流体Ｆを流通させることによって、押圧力を発生させ、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２をクリアランスなく密着させた。しかしながらこれに限られず、図１１に示すように、第１空間（第１の閉空間）９１、第２空間（第２の閉空間）９２、及び第３空間（第３の閉空間）９３のうち、第２空間９２及び第３空間９３に流体Ｆ２，Ｆ１を充填することによって、第１空間９１内の圧力を第２空間９２及び第３空間９３内の圧力より小さくして押圧力を発生させてもよい。改変例２に係る製造装置２５０は、収容部２６０及び密着手段２７０を有する。収容部２６０は、１つの貫通孔２６３Ａを備える透過板２６３及び１つの貫通孔２６１Ａを備える載置部２６１を有する。密着手段２７０は、第２空間９２及び第３空間９３に流体Ｆを充填することによって、第１空間９１内の圧力を第２空間９２及び第３空間９３内の圧力より小さくして押圧力を発生させる手段である。密着手段２７０は、一の密着手段２７０Ａ及び他の密着手段２７０Ｂから構成される。それぞれの密着手段２７０Ａ，２７０Ｂは、上述した実施形態の密着手段７０と同様に、流体ポンプ２７１及びチューブ２７２から構成される。この構成において、一の密着手段２７０Ａは、貫通孔２６１Ａを介して第２空間９２に流体Ｆ２を充填させ、他の密着手段２７０Ｂは、貫通孔２６３Ａを介して第３空間９３に流体Ｆ１を充填させる。この結果、第１空間９１内の圧力は、第２空間９２及び第３空間９３内の圧力より小さくなる。よって、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２をクリアランスなく密着させることができる。改変例２に係る製造装置２５０によれば、簡便な方法によってアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２をクリアランスなく密着させることができ、溶接不良のないセパレータアッシー３０を容易に形成することができる。
【００７７】
（改変例３）
また、上述した実施形態では、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を、載置部６１及び透過板６３によって挟持した。しかしながら、図１２に示すように、透過板６３を設けなくてもよい。この構成によれば、より部品点数の少ない製造装置３５０によってセパレータアッシー３０を形成することができ、製造装置３５０の低コスト化を図ることができる。また透過板６３が設けられないため、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２の溶接接合は、レーザー光Ｌによるレーザー溶接に限定されず、スポット溶接等であってもよい。
【００７８】
（改変例４）
また、上述した実施形態では、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２を、載置部６１及び透過板６３によって挟持した。しかしながら、図１３に示すように、載置部４６１にアノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２が載置される構成であってもよい。改変例４に係る製造装置４５０は、収容部４６０及び密着手段４７０を有する。収容部４６０は、アノードセパレータ３１及びカソードセパレータ３２が載置される載置部４６１と、カソードセパレータ３２の導入マニホールド３６及び排出マニホールド３７に挿入されるキャップ４６７と、を有する。密着手段４７０は、流体ポンプ４７１とチューブ４７２とノズル４７３とを有する。この構成において、流体ポンプ４７１から供給される流体Ｆがチューブ４７２を介してノズル４７３に供給され、ノズル４７３によって第１空間９１に流体Ｆが流通される。このとき、キャップ４６７が設けられるため流体Ｆの漏れを防止することができる。この構成によれば、より部品点数の少ない製造装置４５０によってセパレータアッシー３０を形成することができ、製造装置４５０の低コスト化を図ることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１    燃料電池、
２    燃料電池セル、
２０    膜電極接合体、
２１    電解質膜、
２２    アノード側電極、
２３    カソード側電極、
３０    セパレータアッシー（燃料電池用セパレータアッシー）、
３１    アノードセパレータ、
３２    カソードセパレータ、
５０，１５０，２５０，３５０，４５０    製造装置、
６０，１６０，２６０，４６０    収容部、
６１，１６１，２６１，４６１    載置部（第１の板材）、
６３，１６３，２６３    透過板（第２の板材）、
６４    固定部、
７０，２７０，４７０    密着手段、
１７０    流通手段、
２７０Ａ    一の密着手段、
２７０Ｂ    他の密着手段、
８０    溶接手段、
８１    レーザー照射部、
９１    第１空間（第１の閉空間）、
９２    第２空間（第２の閉空間）、
９３    第３空間（第３の閉空間）、
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２    流体、
Ｌ    レーザー光、
Ｓ０２    密着工程、
Ｓ０３    溶接工程、
Ｗ    溶接ライン。
【図１】
2014229515.tif 000004
【図２】
2014229515.tif 000005
【図３】
2014229515.tif 000006
【図４】
2014229515.tif 000007
【図５】
2014229515.tif 000008
【図６】
2014229515.tif 000009
【図７】
2014229515.tif 000010
【図８】
2014229515.tif 000011
【図９】
2014229515.tif 000012
【図１０】
2014229515.tif 000013
【図１１】
2014229515.tif 000014
【図１２】
2014229515.tif 000015
【図１３】
2014229515.tif 000016