(57)【要約】【課題】溶接治具装置を構成する治具部材やその固定部材の数を少なくすることができ、閉回路形状のレーザー溶接を確実に行うことができる燃料電池関連部品の製造方法を提供すること。【解決手段】第１の溶接工程において、第１開口部１４１を有する第１治具部材１３１と固定治具部材１３３との間にセパレータ５４及び燃料極フレーム５６を挟み込んだ状態で固定し、第１治具部材１３１における第１開口部１４１に沿って溶接部位にレーザーＬ１を照射して溶接する。第２の溶接工程では、第２治具部材を第１治具部材１３１に代えて固定治具部材１３３に装着する。第２治具部材は、閉回路形状の溶接部位において、少なくとも第１開口部１４１による溶接部位以外の溶接部位を露呈させる第２開口部を有する。この第２治具部材の第２開口部に沿ってレーザーＬ１を照射して溶接する。【選択図】図６
2014194876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接することで製造される燃料電池関連部品の製造方法であって、
前記閉回路形状の溶接部位における一部を露呈させる第１開口部を有する第１治具部材と固定治具部材との間に複数枚の前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定した後、前記第１治具部材における前記第１開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第１の溶接工程と、
前記閉回路形状の溶接部位において、少なくとも前記第１開口部による溶接部位以外の溶接部位を露呈させる第２開口部を有する第２治具部材を前記第１治具部材に代えて前記固定治具部材に装着した後、前記第２治具部材における前記第２開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第２の溶接工程と
を含むことを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法。
【請求項２】
１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接することで製造される燃料電池関連部品の製造方法であって、
開口部を有するとともに前記板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした回転移動または前記板状ワークの面方向に沿った水平移動により前記開口部の配置態様を変更可能であり、移動前後の前記開口部によって前記閉回路形状の溶接部位を露呈させる第１治具部材を用い、前記第１治具部材と固定治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定した後、前記第１治具部材における前記開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第１の溶接工程と、
前記第１治具部材を前記板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした回転移動または前記板状ワークの面方向に沿った水平移動させた後、前記第１治具部材における前記開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第２の溶接工程と
を含むことを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法によって製造される燃料電池関連部品であって、前記レーザー溶接による溶接痕は、複数本の分割レーザー溶接痕により構成されるとともに、それらは全体として前記貫通孔を包囲する閉回路形状をなしていることを特徴とする燃料電池関連部品。
【請求項４】
前記分割レーザー溶接痕の端部には、前記分割レーザー溶接痕同士が所定角度で交差するオーバーラップ領域が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池関連部品。
【請求項５】
１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接するための溶接治具装置であって、
前記閉回路形状の溶接部位における一部を露呈させる第１開口部を有する第１治具部材と、
前記閉回路形状の溶接部位において、少なくとも前記第１開口部による溶接部位以外の溶接部位を露呈させる第２開口部を有する第２治具部材と、
前記第１治具部材及び前記第２治具部材を交互に装着可能に構成され、前記第１治具部材または前記第２治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定する固定治具部材と
を備えることを特徴とする溶接治具装置。
【請求項６】
１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接するための溶接治具装置であって、
開口部を有するとともに前記板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした回転移動または前記板状ワークの面方向に沿った水平移動により前記開口部の配置態様を変更可能であり、移動前後の前記開口部によって前記閉回路形状の溶接部位を露呈させる第１治具部材と、
前記第１治具部材を装着可能に構成され、前記第１治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定する固定治具部材と
を備えることを特徴とする溶接治具装置。
【請求項７】
前記固定治具部材には、前記第１治具部材及び前記第２治具部材のうち、いずれかの外周部をクランプするクランプ構造が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の溶接治具装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、貫通孔の周囲の溶接部位に沿って複数枚の板状ワークを溶接することで製造される燃料電池関連部品の製造方法及び燃料電池関連部品、その製造に用いられる溶接治具装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。この燃料電池は、発電の最小単位である燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池セルスタックを備えている。燃料電池セルは、空気極、燃料極及び固体電解質層を有して構成され、発電反応により電力を発生する。また、燃料電池セルスタックには、燃料電池セルに加えて、コネクタプレート、セパレータ等が設けられ、それらが複数個ずつ積層されている。
【０００３】
コネクタプレートは、ステンレスなどの導電性材料によって形成されており、燃料電池セルの厚み方向の両側に一対配置される。各コネクタプレートにより板厚方向での燃料電池セル間の導通が確保される。また、セパレータは、鉄やアルミニウムなどの金属材料によって形成されており、矩形状の開口部を中央に有する略矩形枠状をなしている。セパレータは、燃料電池セル間において、反応ガス（酸化剤ガスや燃料ガス）が供給される空気室や燃料室を区画するための仕切り板として機能する。そして、セパレータの開口部の内側に燃料電池セルが配置されている。
【０００４】
上述したように燃料電池セルスタックは、コネクタプレート、セパレータなどの金属製の板状部材を複数積層して製造されており、金属製板状部材の接合は、レーザー溶接によって行われている。また、燃料電池セルスタックにおいて、反応ガスの供給通路や排出通路を構成する複数の貫通孔がコネクタプレートやセパレータなどに形成されており、それら貫通孔の気密性を確保するために、各貫通孔の周囲に沿って閉回路形状にレーザー溶接が行われる。
【０００５】
特許文献１には、２枚の板状ワークを保持し、各ワークの外周部に沿って閉回路形状に溶接するための溶接用治具装置が開示されている。特許文献１の溶接用治具装置では、板状ワークを配置する第１治具部材と、板状ワークの形状に対応した開口部が形成されるとともに、第１治具部材と板状ワークの外周端部を挟持する第２治具部材と、第２治具部材の開口部内に配置され、板状ワークを押え付ける第３治具部材とを備える。なお、第３治具部材は、ネジなどの固定部材を用いて第１治具部材に固定される。この溶接用治具装置において、第２治具部材の開口部の内壁面と、第３治具部材の外壁面との間に隙間を設け、その隙間を介して板状ワークの溶接部位が露出されるようになっている。また、溶接用治具装置では、溶接部位の内側と外側とを各治具部材で押え付けることにより、２枚の板状ワークが密着するため、溶接を確実に行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところが、燃料電池セルスタックのように、コネクタプレートやセパレータに形成される貫通孔が複数あり、それらの周囲に沿って閉回路形状の溶接を行う場合には、閉回路形状の溶接部位に対応して内側押さえ治具（第３治具部材）が複数個必要となる。この場合、それら内側押さえ治具の位置決め作業やネジ等を用いた固定作業が煩雑になってしまう。また、溶接する閉回路形状が小さい場合には、固定部材を設けるスペースがなくなり内側押さえ治具を固定できなくなる。さらに、溶接用治具装置が複数の治具部材や固定部材で構成されるため、治具装置の維持管理が困難となることが考えられる。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接治具装置を構成する治具部材やその固定部材の数を少なくすることができ、閉回路形状のレーザー溶接を確実に行うことができる燃料電池関連部品の製造方法を提供することにある。また、別の目的は、上記製造方法により貫通孔の周囲に沿ってレーザー溶接が行われる部品であって、その貫通孔の周囲の封止を確実に行うことにより、貫通孔に流れる流体の漏れを確実に防止することができる燃料電池関連部材を提供することにある。さらに、別の目的は、治具部材やその固定部材の数を少なくすることができ、閉回路形状の溶接を確実に行うことができる溶接治具装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接することで製造される燃料電池関連部品の製造方法であって、前記閉回路形状の溶接部位における一部を露呈させる第１開口部を有する第１治具部材と固定治具部材との間に複数枚の前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定した後、前記第１治具部材における前記第１開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第１の溶接工程と、前記閉回路形状の溶接部位において、少なくとも前記第１開口部による溶接部位以外の溶接部位を露呈させる第２開口部を有する第２治具部材を前記第１治具部材に代えて前記固定治具部材に装着した後、前記第２治具部材における前記第２開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第２の溶接工程とを含むことを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法がある。
【００１０】
従って、手段１に記載の発明によると、第１治具部材の第１開口部により閉回路形状の溶接部位における一部が露呈され、閉回路形状の溶接部位において、少なくとも第１開口部による溶接部位以外の溶接部位が第２治具部材の第２開口部によって露呈される。従って、第１の溶接工程及び第２の溶接工程において、第１治具部材及び第２治具部材を交互に装着してレーザー溶接を２回に分けて行うことにより、貫通孔の周囲において第１治具部材の第１開口部を介して溶接できなかった溶接部位を第２治具部材の第２開口部を介して溶接することができる。この結果、閉回路形状の溶接部位に沿って各板状ワークが溶接されて燃料電池関連部品が製造される。このように燃料電池関連部品を製造すると、板状ワークにおける貫通孔が多くなり複数の溶接部位のレーザー溶接が必要となる場合でも、従来技術のように治具部材の個数を増やすことなく第１治具部材及び第２治具部材を用いてそれら貫通孔の周囲に沿って閉回路形状の溶接を行うことができる。また、本発明の製造方法では、従来技術のようにネジを用いて内側抑え治具部を固定する必要がない。このため、閉回路形状の溶接部位のサイズが小さくなっても、その溶接部位に沿って板状ワーク同士を正確にレーザー溶接することができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接することで製造される燃料電池関連部品の製造方法であって、開口部を有するとともに前記板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした回転移動または前記板状ワークの面方向に沿った水平移動により前記開口部の配置態様を変更可能であり、移動前後の前記開口部によって前記閉回路形状の溶接部位を露呈させる第１治具部材を用い、前記第１治具部材と固定治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定した後、前記第１治具部材における前記開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第１の溶接工程と、前記第１治具部材を前記板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした回転移動または前記板状ワークの面方向に沿った水平移動させた後、前記第１治具部材における前記開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第２の溶接工程とを含むことを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法がある。
【００１２】
従って、手段２に記載の発明によると、第１治具部材の移動前後の開口部によって閉回路形状の溶接部位が露呈される。従って、第１の溶接工程及び第２の溶接工程において、第１治具部材を移動してレーザー溶接を２回に分けて行うことにより、貫通孔の周囲において第１治具部材の移動前の開口部を介して溶接できなかった溶接部位を移動後の開口部を介して溶接することができる。この結果、閉回路形状の溶接部位に沿って各板状ワークが溶接されて燃料電池関連部品が製造される。このように燃料電池関連部品を製造すると、板状ワークにおける貫通孔が多くなり複数の溶接部位のレーザー溶接が必要となる場合でも、従来技術のように治具部材の個数を増やすことなく第１治具部材を用いてそれら貫通孔の周囲に沿って閉回路形状の溶接を行うことができる。また、本発明の製造方法では、従来技術のようにネジを用いて内側抑え治具部を固定する必要がない。このため、閉回路形状の溶接部位のサイズが小さくなっても、その溶接部位に沿って板状ワーク同士を正確にレーザー溶接することができる。
【００１３】
また、上記課題を解決するための別の手段（手段３）としては、手段１または２に記載の製造方法によって製造される燃料電池関連部品であって、前記レーザー溶接による溶接痕は、複数本の分割レーザー溶接痕により構成されるとともに、それらは全体として前記貫通孔を包囲する閉回路形状をなしていることを特徴とする燃料電池関連部品がある。
【００１４】
従って、手段３に記載の発明によると、上記手段１または手段２に記載の製造方法により、レーザー溶接が２回に分けて行われて燃料電池関連部品が製造される。この結果、レーザー溶接による溶接痕は、複数本の分割レーザー溶接痕により構成されるとともに、それらは全体として貫通孔を包囲する閉回路形状のレーザー溶接痕となる。この燃料電池関連部品では、複数の貫通孔の周囲に沿って閉回路形状にレーザー溶接を確実に行うことができる。従って、燃料電池関連部品において各貫通孔に反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）や液体燃料などの流体を流す場合でも、溶接部位の隙間から流体が漏れることがなく、電池性能を十分に確保することができる。
【００１５】
燃料電池関連部品において、分割レーザー溶接痕の端部（始端及び終端）には、分割レーザー溶接痕同士が所定角度で交差するようオーバーラップ領域が設けられていてもよい。また、オーバーラップ領域の溶接痕は、閉回路形状に対して外側または内側に曲がっていてもよい。ここで、分割レーザー溶接痕の端部が互いに平行となる場合、そのレーザー溶接痕は細いためそれら端部の位置が少しでもずれると、閉回路とならずに貫通孔の周囲を封止できなくなる。これに対して、分割レーザー溶接痕同士が所定角度で交差するようオーバーラップ領域を設け、そのオーバーラップ領域の溶接痕を曲げることで、そのレーザー溶接痕は、貫通孔の周囲において確実に閉じた形状となる。この結果、燃料電池関連部品において、貫通孔の周囲の封止を確実に行うことができ、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）や液体燃料などの流体の漏れを回避することができる。
【００１６】
燃料電池関連部品を構成する板状ワークとしては、コネクタプレート、フレーム部材、セパレータなどを挙げることができる。燃料電池で用いられるセパレータは、厚さが５００μｍ以下であり強度が弱いため、それ自体では平らな平面を保つことが困難である。本発明では、複数枚の板状ワークのうちのいずれかがセパレータである場合でも、第１治具部材または第２治具部材によって溶接部位の内側及び外側を押さえ付けることができるため、各板状ワークが密着してそれらの溶接部位を確実にレーザー溶接することができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するための別の手段（手段４）としては、１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接するための溶接治具装置であって、前記閉回路形状の溶接部位における一部を露呈させる第１開口部を有する第１治具部材と、前記閉回路形状の溶接部位において、少なくとも前記第１開口部による溶接部位以外の溶接部位を露呈させる第２開口部を有する第２治具部材と、前記第１治具部材及び前記第２治具部材を交互に装着可能に構成され、前記第１治具部材または前記第２治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定する固定治具部材とを備えることを特徴とする溶接治具装置がある。
【００１８】
従って、手段４に記載の発明によると、固定治具部材と第１治具部材との間に板状ワークを挟み込んだ状態で固定し、第１治具部材の第１開口部に沿って各板状ワークが溶接される。その後、第１治具部材の代わりに第２治具部材が固定治具部材に装着され、第２治具部材の第２開口部に沿って各板状ワークが溶接される。この結果、貫通孔の周囲における閉回路形状の溶接部位に沿って板状ワーク同士が溶接される。このように溶接治具装置を構成すると、貫通孔の形成数が多くなった場合でも、従来技術のように治具部材の個数を増やすことなく第１治具部材及び第２治具部材を用いてそれら貫通孔の周囲に沿って閉回路形状の溶接を行うことができる。また、本発明の溶接治具装置では、従来の内側抑え治具部材のようにネジを用いて固定する必要がない。このため、閉回路形状の溶接部位のサイズが小さくなっても、それに対応する第１開口部及び第２開口部を各治具部材に形成することで各開口部に沿って閉回路形状の溶接を正確に行うことができる。さらに、従来の溶接治具装置と比較して構成部材の数を減らすことができるため、溶接治具装置の維持管理を容易に行うことができる。
【００１９】
また、上記課題を解決するための別の手段（手段５）としては、１つ以上の貫通孔を有する複数枚の板状ワークを積層状態で保持し、前記貫通孔の周囲に形成される溶接痕が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って前記板状ワーク同士を溶接するための溶接治具装置であって、開口部を有するとともに前記板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした回転移動または前記板状ワークの面方向に沿った水平移動により前記開口部の配置態様を変更可能であり、移動前後の前記開口部によって前記閉回路形状の溶接部位を露呈させる第１治具部材と、前記第１治具部材を装着可能に構成され、前記第１治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定する固定治具部材とを備えることを特徴とする溶接治具装置がある。
【００２０】
従って、手段５に記載の発明によると、固定治具部材と第１治具部材との間に板状ワークを挟み込んだ状態で固定し、第１治具部材の開口部に沿って板状ワークが溶接される。その後、溶接治具装置の固定治具部材上において、板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした第１治具部材の回転移動または板状ワークの面方向に沿った第１治具部材の水平移動によって開口部の配置態様が変更される。そして、第１治具部材における開口部に沿って板状ワークが溶接される。この結果、貫通孔の周囲における閉回路形状の溶接部位に沿って板状ワーク同士が溶接される。このように溶接治具装置を構成すると、貫通孔の形成数が多くなった場合でも、従来技術のように治具部材の個数を増やすことなく第１治具部材を用いてそれら貫通孔の周囲に沿って閉回路形状の溶接を行うことができる。また、本発明の溶接治具装置では、従来の内側押さえ治具部材のようにネジを用いて固定する必要がない。このため、閉回路形状の溶接部位のサイズが小さくなっても、それに対応する開口部を第１治具部材に形成することで開口部に沿って閉回路形状の溶接を正確に行うことができる。さらに、従来の溶接治具装置と比較して構成部材の数を減らすことができるため、溶接治具装置の維持管理を容易に行うことができる。
【００２１】
固定治具部材には、第１治具部材及び第２治具部材のうち、いずれかの外周部をクランプするクランプ構造が設けられていてもよい。この場合、クランプ構造が邪魔になることなく、第１治具部材や第２治具部材の開口部を介して溶接部位にレーザーを照射することができ、レーザー溶接を確実に行うことができる。また、従来技術のようにネジなどを用いて治具部材の着脱を行う場合にはその着脱作業が煩雑となるが、本発明では、固定治具部材に対する第１治具部材及び第２治具部材の着脱をクランプ構造を利用することで容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態における燃料電池を示す概略斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】燃料電池セルを示す概略断面図。
【図４】セパレータにおけるレーザー溶接痕を示す平面図。
【図５】貫通孔の周囲のレーザー溶接痕を示す拡大平面図。
【図６】溶接システムの概略構成を示す構成図。
【図７】第１の実施の形態における溶接治具装置を示す上面図。
【図８】第１治具部材における第１開口部を示す拡大断面図。
【図９】第２の実施の形態における溶接治具装置を示す上面図。
【図１０】第２の実施の形態における溶接治具装置を示す上面図。
【図１１】第３の実施の形態における溶接治具装置を示す上面図。
【図１２】別の実施の形態におけるレーザー溶接痕を示す説明図。
【図１３】別の実施の形態におけるレーザー溶接痕を示す説明図。
【図１４】別の実施の形態におけるレーザー溶接痕を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明を燃料電池に具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２４】
図１，図２に示されるように、本実施の形態の燃料電池１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。燃料電池１は、発電の最小単位である燃料電池セル１１を複数積層してなる燃料電池セルスタック１０を備えている。燃料電池セルスタック１０は、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの略直方体状をなしている。また、燃料電池セルスタック１０は、同燃料電池セルスタック１０を厚さ方向に貫通する８つの貫通孔４０を有している。なお、燃料電池セルスタック１０の四隅にある４つの貫通孔４０に締結ボルト４１を挿通させ、燃料電池セルスタック１０の下面から突出する締結ボルト４１の下端部分にナット（図示略）を螺着させる。また、残り４つの貫通孔４０にガス流通用締結ボルト４２を挿通させ、燃料電池セルスタック１０の上面及び下面から突出するガス流通用締結ボルト４２の両端部分にナット４３を螺着させる。その結果、燃料電池セルスタック１０において複数の燃料電池セル１１が固定される。
【００２５】
図２，図３に示されるように、燃料電池１は、燃料電池セル１１と、集電体６６と、コネクタプレート５１，６０とを積層配置することによって構成されている。燃料電池セル１１は、空気極フレーム５２、絶縁フレーム５３、セパレータ５４、燃料電池セル本体５５及び燃料極フレーム５６を順番に積層することによって構成されている。
【００２６】
コネクタプレート５１，６０は、耐熱性及び導電性に優れたステンレス鋼などの金属材料によって略矩形板状に形成され、燃料電池セル１１の上端部及び下端部に配置されている。コネクタプレート５１，６０の厚さは、０．８ｍｍ程度である。コネクタプレート５１，６０は、燃料電池セル１１内にガス流路を形成するとともに、隣接する燃料電池セル１１同士を導通させるようになっている。詳述すると、隣接する燃料電池セル１１同士の間に位置するコネクタプレート５１，６０は、いわゆるインターコネクタとなり、隣接する燃料電池セル１１同士を区画するようになっている。なお、本実施の形態のコネクタプレート６０は、下側に隣接する燃料電池セル１１のコネクタプレート５１を兼ねている。また、燃料電池セルスタック１０の上端部に配置されたコネクタプレート５１は上側エンドプレート１２となり、燃料電池セルスタック１０の下端部に配置されたコネクタプレート６０は下側エンドプレート１３となっている。両エンドプレート１２，１３は、燃料電池セルスタック１０を挟持しており、燃料電池セルスタック１０から出力される電流の出力端子となっている。なお、エンドプレート１２，１３となるコネクタプレート５１，６０は、インターコネクタとなるコネクタプレート５１，６０よりも肉厚になっている。
【００２７】
図２，図３に示される空気極フレーム５２は、厚さが１ｍｍ程度であり、ステンレスなどの導電性材料によって略矩形枠状に形成されている。よって、空気極フレーム５２の中央部には、同空気極フレーム５２を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部６１が設けられている。また、絶縁フレーム５３は、厚さ０．５ｍｍのマイカシートによって略矩形枠状に形成されている。よって、絶縁フレーム５３の中央部には、同絶縁フレーム５３を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部６３が設けられている。さらに、燃料極フレーム５６は、厚さが２ｍｍ程度であり、ステンレス鋼などの金属材料によって略矩形枠状に形成されている。よって、燃料極フレーム５６の中央部には、同燃料極フレーム５６を厚さ方向に貫通する矩形状の開口部６２が設けられている。
【００２８】
本実施の形態のセパレータ５４は、１００μｍ程度の厚さの金属箔（金属板）によって形成された金属製セパレータである。金属製セパレータは、主として鉄を主成分とする金属材料によって形成され、３重量％のアルミニウムを含んでいる。そして、セパレータ５４の表面にはアルミナの被膜が形成されている。また、セパレータ５４は、厚さ方向に貫通する矩形状の開口部６４を中央部に有する略矩形枠状をなしている。さらに、セパレータ５４は、銀を含むロウ材を用いて燃料電池セル本体５５（固体電解質層８１）の外周部にロウ付けされている。
【００２９】
本実施の形態の燃料電池セル本体５５は、固体電解質層８１、空気極８２及び燃料極８３を備え、発電反応により電力を発生するようになっている。固体電解質層８１は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのセラミック材料によって形成され、厚さ０．０１ｍｍの矩形板状をなしている。また、固体電解質層８１は、セパレータ５４の下面に固定されるとともに、セパレータ５４の開口部６４を塞ぐように配置されている。固体電解質層８１は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。
【００３０】
空気極８２は、固体電解質層８１の上面の中央部に貼付され、燃料電池セルスタック１０に供給された空気（酸化剤ガス）に接するようになっている。一方、燃料極８３は、固体電解質層８１の下面全体に貼付され、同じく燃料電池セルスタック１０に供給された燃料ガスに接するようになっている。即ち、空気極８２及び燃料極８３は、固体電解質層８１の両側に配置されている。空気極８２は、セパレータ５４の開口部６４内に配置され、セパレータ５４と接触しないようになっている。また、燃料極８３は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物（Ｎｉ−ＹＳＺ）によって形成され、厚さ０．８ｍｍの平面視矩形状をなしている。
【００３１】
なお、本実施の形態の燃料電池セル１１では、燃料極フレーム５６の開口部６２、及びコネクタプレート６０等により、セパレータ５４の下方に燃料室１５が形成されるようになっている。燃料室１５内には、固体電解質層８１及び燃料極８３が収容されている。また、本実施の形態の燃料電池セル１１では、コネクタプレート５１、空気極フレーム５２の開口部６１、及び、絶縁フレーム５３の開口部６３等により、セパレータ５４の上方に空気室１６が形成されるようになっている。そして、空気極８２の表面側には、ニッケル合金等の金属材料からなる集電体６６が設置されるようになっている。その結果、空気極８２及びコネクタプレート５１は、集電体６６を介して電気的に接続されるようになる。
【００３２】
さらに、図２に示されるように、燃料電池セルスタック１０は、各燃料電池セル１１の燃料室１５に燃料ガスを供給する燃料供給経路７０と、燃料室１５から燃料ガスを排出する燃料排出経路７１とを備えている。燃料供給経路７０は、ガス流通用締結ボルト４２の中心部において軸方向に沿って延びる燃料供給孔７２と、燃料供給孔７２及び燃料室１５を連通させる燃料供給横孔７３とによって構成されている。また、燃料排出経路７１は、ガス流通用締結ボルト４２の中心部において軸方向に沿って延びる燃料排出孔７４と、燃料排出孔７４及び燃料室１５を連通させる燃料排出横孔７５とによって構成されている。よって、燃料ガスは、燃料供給孔７２及び燃料供給横孔７３を順番に通過して燃料室１５に供給され、燃料排出横孔７５及び燃料排出孔７４を順番に通過して燃料室１５から排出される。
【００３３】
また、燃料電池セルスタック１０は、各燃料電池セル１１の空気室１６に空気を供給する空気供給経路（図示略）と、空気室１６から空気を排出する空気排出経路（図示略）とを備えている。空気供給経路は、燃料供給経路７０と略同様の構造を有しており、ガス流通用締結ボルト４２の中心部において軸方向に沿って延びる空気供給孔（図示略）と、空気供給孔及び空気室１６を連通させる空気供給横孔（図示略）とによって構成されている。また、空気排出経路は、燃料排出経路７１と略同様の構造を有しており、ガス流通用締結ボルト４２の中心部において軸方向に沿って延びる空気排出孔（図示略）と、空気排出孔及び空気室１６を連通させる空気排出横孔（図示略）とによって構成されている。よって、空気は、空気供給孔及び空気供給横孔を順番に通過して空気室１６に供給され、空気排出横孔及び空気排出孔を順番に通過して空気室１６から排出される。
【００３４】
燃料電池セルスタック１０において、空気極フレーム５２、燃料極フレーム５６、セパレータ５４、コネクタプレート５１，６０などの平板状の金属部材（板状ワーク）は、レーザー溶接によって各々接合されている。図４には、セパレータ５４側から見た燃料極フレーム５６との溶接部位を示している。
【００３５】
図４に示されるように、セパレータ５４には中央部の開口部６４（貫通孔）に加えて、縁部に複数の貫通孔４０ａが形成されている。空気極フレーム５２、燃料極フレーム５６及びコネクタプレート５１，６０にも、同じ位置に複数の貫通孔４０ａが形成されている（図３参照）。各貫通孔４０ａは、締結ボルト４１やガス流通用締結ボルト４２を挿通させる貫通孔４０（図１及び図２参照）の一部を構成するものであり、円形状の貫通孔と楕円形状の貫通孔とを含む。
【００３６】
図４に示されるように、セパレータ５４の外周部には、燃料極フレーム５６との接合するために、レーザー溶接によるレーザー溶接痕１００が形成されている。さらに、セパレータ５４における各貫通孔４０ａの周囲にも、レーザー溶接によるレーザー溶接痕１１０が形成されている。外周部に形成されるレーザー溶接痕１００は、複数本（本実施の形態では４本）の分割レーザー溶接痕１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄにより構成されるとともに、それらは全体として閉回路形状をなしている。
【００３７】
図４及び図５に示されるように、各貫通孔４０ａの周囲に形成される各レーザー溶接痕１１０は、２本の分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂにより構成されるとともに、それらは全体として貫通孔４０ａを包囲する閉回路形状をなしている。さらに、レーザー溶接痕１１０における分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂは、互いに貫通孔４０ａの中心に対して点対称となる２箇所で交差している。また、セパレータ５４や燃料極フレーム５６において、レーザー溶接痕１１０の分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂは、平面視で対称な位置に設けられている。
【００３８】
レーザー溶接痕１１０の各分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂの端部は、閉回路形状の外側に曲がっているとともに、その曲がった端部には、分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂ同士が所定角度（例えば４５°程度の角度）で交差するオーバーラップ領域Ｒ１が設けられている。
【００３９】
また、図４に示されるように、セパレータ５４の外周部に形成されるレーザー溶接痕１００においても、分割レーザー溶接痕１０１ａ〜１０１ｄの端部には、分割レーザー溶接痕１０１同士が所定角度で交差するオーバーラップ領域Ｒ１が設けられている。これらオーバーラップ領域Ｒ１の溶接痕（分割レーザー溶接痕１０１ａ〜１０１ｄの端部）は、閉回路形状に対して内側に曲がっている。このように、オーバーラップ領域Ｒ１の溶接痕を曲げて分割レーザー溶接痕１０１ａ〜１０１ｄ，１１１ａ，１１１ｂの端部を確実に交差させることにより、閉回路形状をなす溶接部位の気密性が確保される。これにより、貫通孔４０ａから溶接部位を介して反応ガス等の漏れが生じないようになっている。
【００４０】
なお、図示しないがコネクタプレート５１，６０等にも燃料極フレーム５６などの他の部材と接合するために、レーザー溶接によるレーザー溶接痕１００，１１０が同様に形成されている。
【００４１】
上記のように構成した燃料電池１において、例えば、その燃料電池１を稼働温度に加熱した状態で、燃料供給経路７０から燃料室１５に燃料ガスを導入するとともに、空気供給経路から空気室１６に空気を供給する。その結果、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが固体電解質層８１を介して反応（発電反応）し、空気極８２を正極、燃料極８３を負極とする直流の電力が発生する。なお、本実施の形態の燃料電池セルスタック１０は、燃料電池セル１１を複数積層して直列に接続しているため、空気極８２に電気的に接続される上側エンドプレート１２が正極となり、燃料極８３に電気的に接続される下側エンドプレート１３が負極となる。
【００４２】
次に、燃料電池１の製造方法を説明する。
【００４３】
先ず、燃料電池セル１１を、従来周知の手法に従って形成する。具体的には、燃料極８３となるグリーンシート上に固体電解質層８１となるグリーンシートを積層し、焼成する。さらに、固体電解質層８１上に空気極８２の形成材料を印刷した後、焼成する。この時点で、燃料電池セル本体５５が形成される。
【００４４】
次に、ステンレスや鉄などの所定の金属材料からなる金属板を打ち抜くことにより、コネクタプレート５１，６０、空気極フレーム５２、燃料極フレーム５６及びセパレータ５４を形成する。また、マイカシートを所定形状に形成することにより、絶縁フレーム５３を形成する。具体的には、市販のマイカシート（マイカと成形用樹脂との複合体からなるシート）を切断して他の部材（空気極フレーム５２や燃料極フレーム５６など）と略同じ形状に形成する。
【００４５】
次に、セパレータ５４と燃料極フレーム５６とをレーザー溶接により接合する。このレーザー溶接は図６に示す溶接システム１２０を用いて行われる。本実施の形態の溶接システム１２０は、溶接治具装置１２１と、溶接治具装置１２１の上方に配置されるレーザー照射装置１２２と、溶接治具装置１２１を載置してその溶接治具装置１２１を水平方向に二次元的に移動させるＸ−Ｙテーブル１２３とを備えている。
【００４６】
本実施の形態の溶接治具装置１２１は、貫通孔４０ａを有する複数枚の板状ワーク（セパレータ５４や燃料極フレーム５６）を積層状態で保持し、貫通孔４０ａの周囲に形成されるレーザー溶接痕１００，１１０が閉じた経路となるよう閉回路形状の溶接部位に沿って板状ワーク同士を溶接するための治具装置である。
【００４７】
図６及び図７に示されるように、本実施の形態の溶接治具装置１２１は、第１治具部材１３１と、第２治具部材１３２と、第１治具部材１３１及び第２治具部材１３２を交互に装着可能に構成された固定治具部材１３３とを備える。固定治具部材１３３は、第１治具部材１３１または第２治具部材１３２との間にセパレータ５４及び燃料極フレーム５６を挟み込んだ状態で固定する。固定治具部材１３３には、第１治具部材１３１及び第２治具部材１３２のうち、いずれかの外周部をクランプするクランプ構造１３５が設けられている。クランプ構造１３５は、各治具部材１３１，１３２の外周部における各コーナー部及び各辺の中間点となる位置に対応して８箇所に設けられている。また、各治具部材１３１，１３２の外周部には、各コーナー部及び各辺の中間点となる位置に、クランプ構造１３５によってクランプされる凹部１３６がそれぞれ設けられている。さらに、各治具部材１３１，１３２の中央部には、作業者が手で持つための取っ手３７が設けられている。
【００４８】
第１治具部材１３１は、矩形板状に形成された治具部材であり、閉回路形状の溶接部位における一部を露呈させる第１開口部１４１を有する。第２治具部材１３２は、矩形板状に形成された治具部材であり、閉回路形状の溶接部位において、少なくとも第１開口部１４１による溶接部位以外の溶接部位を露呈させる第２開口部１４２を有する。つまり、第１治具部材１３１の第１開口部１４１は、閉回路形状のレーザー溶接痕１００，１１０を構成する一方の分割レーザー溶接痕１０１ａ，１０１ｃ，１１１ａを形成するための開口部であり、第２治具部材１３２の第２開口部１４２は、他方の分割レーザー溶接痕１０１ｂ，１０１ｄ，１１１ｂを形成するための開口部である。
【００４９】
図８に示されるように、第１治具部材１３１に形成される第１開口部１４１は、レーザーＬ１の照射側となる上側に向けて徐々に開口面積が大きくなるようテーパー状に形成されている。第２治具部材１３２に形成される第２開口部１４２も同様に、レーザーＬ１の照射側となる上側に向けて徐々に開口面積が大きくなるようテーパー状に形成されている。
【００５０】
そして、上記溶接治具装置１２１を用いてセパレータ５４と燃料極フレーム５６とを溶接する場合には、先ず第１治具部材１３１を用いた溶接工程を行う。具体的には、固定治具部材１３３上において、セパレータ５４と燃料極フレーム５６とを位置合わせした状態で積層配置する。さらに、第１治具部材１３１を固定治具部材１３３にセットした後、クランプ構造１３５によって第１治具部材１３１の外周部をクランプすることで、第１治具部材１３１と固定治具部材１３３との間にセパレータ５４及び燃料極フレーム５６を挟み込んだ状態で固定する。
【００５１】
その後、レーザー照射装置１２２を用い、所定の照射条件（例えば、出力が０．３ｋＷ、ビーム径が０．０６ｍｍ程度）にてレーザーＬ１を照射する。なお、レーザー照射装置１２２としては、例えば炭酸ガスレーザーなどの照射装置が用いられる。また、このレーザーＬ１の照射時において、Ｘ−Ｙテーブル１２３を水平方向に移動させることにより、第１治具部材１３１における第１開口部１４１に沿ってセパレータ５４の溶接部位にレーザーＬ１を照射してセパレータ５４と燃料極フレーム５６とをレーザー溶接する（第１の溶接工程）。
【００５２】
次いで、クランプ構造１３５によるクランプを解除して第１治具部材１３１を固定治具部材１３３から取り外し、その第１治具部材１３１の代わりに第２治具部材１３２を固定治具部材１３３に装着する。その後、レーザー照射装置１２２からレーザーＬ１を照射するとともに、Ｘ−Ｙテーブル１２３を水平方向に移動させることで、第２治具部材１３２における第２開口部１４２に沿ってセパレータ５４の溶接部位にレーザーＬ１を照射してセパレータ５４と燃料極フレーム５６とをレーザー溶接する（第２の溶接工程）。この後、クランプ構造１３５によるクランプを解除して第２治具部材１３２を固定治具部材１３３から取り外す。さらに、レーザー溶接により接合されたセパレータ５４及び燃料極フレーム５６（燃料電池関連部品）を固定治具部材１３３から取り出す。
【００５３】
以上のようにレーザー溶接工程を２回に分けて行うことにより、図４に示されるようなレーザー溶接痕１００，１１０がセパレータ５４及び燃料極フレーム５６に形成される。
【００５４】
その後、燃料極フレーム５６等を接合したセパレータ５４を、ロウ付けによって燃料電池セル本体５５の固体電解質層８１に対して固定する。具体的には、固体電解質層８１とセパレータ５４とのそれぞれにロウ材を配置した後、大気雰囲気下で、例えば８５０〜１１００℃で加熱することでロウ材を溶融させて、固体電解質層８１とセパレータ５４とを接合する。
【００５５】
また、上記と同様の溶接治具装置１２１を用いたレーザー溶接工程を行い、燃料極フレーム５６の裏面側にコネクタプレート６０をレーザー溶接する。さらに、コネクタプレート６０（５１）や空気極フレーム５２などもレーザー溶接によって同様に接合する。
【００５６】
その後、上記のように接合したコネクタプレート５１、空気極フレーム５２、セパレータ５４、燃料電池セル本体５５、燃料極フレーム５６等や絶縁フレーム５３を複数積層して一体化することにより、燃料電池セルスタック１０を形成する。そして、燃料電池セルスタック１０の四隅にある４つの貫通孔４０に締結ボルト４１を挿通させ、燃料電池セルスタック１０の下面から突出する締結ボルト４１の下端部分にナット（図示略）を螺着させる。また、残り４つの貫通孔４０にガス流通用締結ボルト４２を挿通させ、燃料電池セルスタック１０の上面及び下面から突出するガス流通用締結ボルト４２の両端部分にナット４３を螺着させる。その結果、燃料電池セルスタック１０において各燃料電池セル１１が固定され、燃料電池１が完成する。
【００５７】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５８】
（１）本実施の形態では、溶接治具装置１２１において第１治具部材１３１及び第２治具部材１３２を交互に装着して溶接工程を２回に分けて行うことにより、閉回路形状の溶接部位に沿ってセパレータ５４や燃料極フレーム５６などの各板状ワークが溶接される。従って、本実施の形態の溶接治具装置１２１を用いると、貫通孔４０ａの形成個数が多くなって複数の溶接部位のレーザー溶接が必要となる場合であっても、従来技術のように治具部材の個数を増やすことなく第１治具部材１３１及び第２治具部材１３２を用いてそれら貫通孔４０ａの周囲に沿って閉回路形状のレーザー溶接を確実に行うことができる。この結果、燃料電池１において各貫通孔４０に反応ガスなどを流す場合でも、溶接部位の隙間から反応ガスが漏れることがなく、電池性能を十分に確保することができる。また、本実施の形態では、従来技術のようにネジを用いて内側抑え治具部を固定する必要がない。このため、閉回路形状の溶接部位のサイズが小さくなっても、その溶接部位に沿ってセパレータ５４や燃料極フレーム５６を正確に溶接することができる。
【００５９】
（２）本実施の形態において、セパレータ５４や燃料極フレーム５６などの板状ワークに形成されるレーザー溶接痕１００，１１０は、複数本の分割レーザー溶接痕１０１ａ〜１０１ｄ，１１１ａ，１１１ｂにより構成され、それら分割レーザー溶接痕１０１ａ〜１０１ｄ，１１１ａ，１１１ｂの端部には、分割レーザー溶接痕同士が所定角度で交差するオーバーラップ領域Ｒ１が設けられている。さらに、オーバーラップ領域Ｒ１の溶接痕は、閉回路形状に対して外側または内側に曲がっている。この場合、レーザー溶接痕１００，１１０は、貫通孔４０ａの周囲において確実に閉じた形状となるため、貫通孔４０ａの周囲における気密性を十分に確保することができ、反応ガスの漏れを回避することができる。
【００６０】
（３）本実施の形態では、被レーザー溶接物となる板状ワークとして、厚さが１００μｍ程度のセパレータ５４を含んでいる。このセパレータ５４は強度が弱いため、それ自体では平らな平面を保つことが困難である。しかしながら、本実施の形態では、第１治具部材１３１または第２治具部材１３２によって溶接部位の内側及び外側を押さえ付けることができるため、セパレータ５４が燃料極フレーム５６に密着してそれらの溶接部位を確実にレーザー溶接することができる。
【００６１】
（４）本実施の形態の溶接治具装置１２１では、固定治具部材１３３に第１治具部材１３１及び第２治具部材１３２のうち、いずれかの外周部をクランプするクランプ構造１３５が設けられている。この場合、クランプ構造１３５が邪魔になることなく、第１治具部材１３１や第２治具部材１３２の開口部１４１，１４２を介して溶接部位にレーザーＬ１を照射することができ、レーザー溶接を確実に行うことができる。また、従来技術のようにネジなどを用いて治具部材の着脱を行う場合にはその着脱作業が煩雑となるが、本実施の形態で、固定治具部材１３３に対する第１治具部材１３１及び第２治具部材１３２の着脱をクランプ構造１３５を利用することで容易に行うことができる。
【００６２】
（５）本実施の形態の場合、レーザーＬ１の溶接部位にある分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂがなだらかな曲線形状となっているので、レーザー溶接をスムーズに行うことができ、溶接部位を均一な強度で接合することができる。
［第２の実施の形態］
【００６３】
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図面に基づき説明する。図９及び図１０には、本実施の形態の溶接治具装置１２１Ａを示している。
【００６４】
図９及び図１０に示されるように、本実施の形態では、溶接治具装置１２１Ａの構成が上記第１の実施の形態と異なっている。具体的には、第１の実施の形態の溶接治具装置１２１では、第１治具部材１３１と第２治具部材１３２とを交互に固定治具部材１３３に装着して、閉回路形状のレーザー溶接を２回に分けて行うものであった。これに対して、本実施の形態の溶接治具装置１２１Ａでは、１つの第１治具部材１３１Ａを用い、その第１治具部材１３１Ａを回転移動させることで閉回路形状のレーザー溶接を２回に分けて行うように構成している。
【００６５】
図４に示されるように、板状ワークとしてのセパレータ５４等に形成される貫通孔４０ａやその周囲のレーザー溶接痕１１０は、ワーク中心点に対して対称位置に設けられている。このような場合に本実施の形態の溶接治具装置１２１Ａを用いることができる。具体的には、図９及び図１０に示されるように、本実施の形態の溶接治具装置１２１Ａは、第１治具部材１３１Ａを１８０°回転させた状態で固定治具部材１３３に装着可能に構成されている。溶接治具装置１２１Ａでは、第１治具部材１３１Ａの回転移動によって、第１治具部材１３１Ａに設けられた開口部１４１Ａの配置態様が変更可能であり、移動前後の開口部１４１Ａにより貫通孔４０ａの周囲において閉回路形状の溶接部位が露呈されるようになっている。
【００６６】
この溶接治具装置１２１Ａを用いる場合、先ず固定治具部材１３３上において、セパレータ５４と燃料極フレーム５６とを積層状態で配置し、図９に示されるように、第１治具部材１３１Ａを固定治具部材１３３にセットする。そして、クランプ構造１３５によって第１治具部材１３１Ａの外周部をクランプすることで、第１治具部材１３１Ａと固定治具部材１３３との間にセパレータ５４及び燃料極フレーム５６を挟み込んだ状態で固定する。その後、レーザー照射装置１２２を用い、第１治具部材１３１Ａにおける開口部１４１Ａに沿ってセパレータ５４の溶接部位にレーザーＬ１を照射して溶接する（第１の溶接工程）。その後、クランプ構造１３５によるクランプを一旦解除して、固定治具部材１３３から第１治具部材１３１Ａを取り外す。そして、図１０に示されるように、第１治具部材１３１Ａをセパレータ５４に対して直交する回転軸を中心とした１８０°の回転移動をさせた後、第１治具部材１３１Ａを固定治具部材１３３に再セットする。そして、クランプ構造１３５によって第１治具部材１３１Ａの外周部をクランプすることで、第１治具部材１３１Ａを固定する。この後、レーザー照射装置１２２を用い、第１治具部材１３１Ａにおける開口部１４１Ａに沿ってセパレータ５４の溶接部位にレーザーＬ１を照射して溶接する（第２の溶接工程）。
【００６７】
本実施の形態の溶接治具装置１２１Ａを用いる場合でも、レーザー溶接工程を２回に分けて行うことにより、図４に示されるような閉回路形状のレーザー溶接痕１００，１１０がセパレータ５４及び燃料極フレーム５６に形成される。従って、本実施の形態でも、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、溶接治具装置１２１Ａでは、第１の実施の形態と比較して、開口部１４１Ａを有する治具部材１３１Ａが１つで済むため、その溶接治具装置１２１Ａの維持管理を容易に行うことができる。
［第３の実施の形態］
【００６８】
次に、本発明を具体化した第３の実施の形態を図面に基づき説明する。図１１には、本実施の形態の溶接治具装置１２１Ｂを示している。
【００６９】
図１１に示されるように、本実施の形態では、溶接治具装置１２１Ｂの構成が上記第１の実施の形態と異なっている。溶接治具装置１２１Ｂでは、１つの第１治具部材１３１Ｂを用い、その第１治具部材１３１Ｂを水平移動させることで閉回路形状のレーザー溶接を２回に分けて行うように構成している。
【００７０】
本実施の形態の溶接治具装置１２１Ｂは、第１治具部材１３１Ｂを水平方向（図１１では上下方向）に移動させた状態で固定治具部材１３３に装着可能に構成されている。溶接治具装置１２１Ｂでは、第１治具部材１３１Ｂの水平移動によって、第１治具部材１３１Ｂに設けられた開口部１４１，１４２の配置態様が変更可能であり、移動前後の開口部１４１，１４２により貫通孔４０ａの周囲において閉回路形状の溶接部位が露呈される。具体的には、本実施の形態の第１治具部材１３１Ｂは、第１の実施の形態の第１治具部材１３１及び第２治具部材１３２を上下方向に繋ぎ合わせて構成された治具部材であり、上側半分の領域に開口部１４１が形成され、下側半分の領域に開口部１４２が形成されている。
【００７１】
この溶接治具装置１２１Ｂを用いる場合、先ず固定治具部材１３３上において、セパレータ５４と燃料極フレーム５６とを積層状態で配置し、さらに第１治具部材１３１Ｂを固定治具部材１３３にセットする。なおここでは、セパレータ５４に対応する位置に第１治具部材１３１Ｂの上側半分を対向させた状態で第１治具部材１３１Ｂをセットする。そして、クランプ構造１３５によって第１治具部材１３１Ｂの外周部をクランプすることで、第１治具部材１３１Ｂと固定治具部材１３３との間にセパレータ５４及び燃料極フレーム５６を挟み込んだ状態で固定する。その後、レーザー照射装置１２２を用い、第１治具部材１３１Ｂにおける上側の各開口部１４１に沿ってセパレータ５４の溶接部位にレーザーＬ１を照射して溶接する（第１の溶接工程）。その後、クランプ構造１３５によるクランプを一旦解除して、固定治具部材１３３から第１治具部材１３１Ｂを取り外す。そして、第１治具部材１３１Ｂをセパレータ５４の面方向に沿った水平移動をさせた後、第１治具部材１３１Ｂを固定治具部材１３３に再セットする。なおここでは、セパレータ５４に対応する位置に第１治具部材１３１Ｂの下側半分を対向させた状態で第１治具部材１３１Ｂをセットする。そして、クランプ構造１３５によって第１治具部材１３１Ｂの外周部をクランプすることで、第１治具部材１３１Ｂを固定する。この後、レーザー照射装置１２２を用い、第１治具部材１３１Ｂにおける下側の開口部１４２に沿ってセパレータ５４の溶接部位にレーザーＬ１を照射して溶接する（第２の溶接工程）。
【００７２】
本実施の形態の溶接治具装置１２１Ｂを用いる場合でも、レーザー溶接工程を２回に分けて行うことにより、図４に示されるようなレーザー溶接痕１００，１１０がセパレータ５４及び燃料極フレーム５６に形成される。従って、本実施の形態でも、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、溶接治具装置１２１Ｂでは、第１の実施の形態と比較して、開口部１４１，１４２を有する治具部材１３１Ｂが１つで済むため、その溶接治具装置１２１Ｂの維持管理を容易に行うことができる。
【００７３】
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００７４】
・上記各実施の形態において、各貫通孔４０ａの周囲に形成されるレーザー溶接痕１１０は、２つの分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂにより構成され、分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂの端部は、閉回路形状の外側に曲げられていたが、これに限定されるものではない。例えば、図１２に示されるレーザー溶接痕１５０のように、分割レーザー溶接痕１５１ａ，１５１ｂの端部においてオーバーラップ領域Ｒ１の溶接痕が閉回路形状の内側に曲げられていてもよい。このようにしても、閉回路形状のレーザー溶接痕１５０を形成することができるため、貫通孔４０ａの周囲における封止を確実に行うことができる。
【００７５】
また、オーバーラップ領域Ｒ１での溶接交点の形態としては、図１３や図１４に示すようなレーザー溶接痕１５２，１５４を形成してもよい。図１３のレーザー溶接痕１５２も２つの分割レーザー溶接痕１５３ａ，１５３ｂにより構成されている。２つの分割レーザー溶接痕１５３ａ，１５３ｂは、直径が僅かに異なる半円形状の溶接痕であり、端部をオーバーラップさせた状態で円形となるように配置されている。また、直径の小さな分割レーザー溶接痕１５３ａ（図１３では上側の溶接痕）の端部は、径方向の外側に直角に曲げられており、直径の大きな分割レーザー溶接痕１５３ｂの端部に交差している。図１４のレーザー溶接痕１５４も２つの分割レーザー溶接痕１５５ａ，１５５ｂにより構成されている。２つの分割レーザー溶接痕１５５ａ，１５５ｂは、直径が同じ半円形状の溶接痕であり、円形となるように配置されている。そして、一方の分割レーザー溶接痕１５５ａ（図１４では上側の溶接痕）の端部（始点及び終点）は、溶接幅が広くなっており、他方の分割レーザー溶接痕１５５ｂの端部と交差している。図１３や図１４のようなレーザー溶接痕１５２，１５４を形成しても、貫通孔４０ａの周囲における封止を確実に行うことができる。
【００７６】
・上記各実施の形態では、セパレータ５４及び燃料極フレーム５６などの板状ワークに形成される各貫通孔４０ａは円形状や楕円形状であったが、三角形状や四角形状の多角形状の貫通孔であってもよい。この場合、それら各貫通孔の形状に合わせて、その周囲に形成されるレーザー溶接痕の形状を適宜変更してもよい。また、各貫通孔４０ａの周囲に形成されるレーザー溶接痕１１０は、２本の分割レーザー溶接痕１１１ａ，１１１ｂにより構成されるものであったが、３本以上の複数本の分割レーザー溶接痕により構成されるものでもよい。
【００７７】
・上記各実施の形態では、中央に開口部６４，６２（貫通孔）を有する略矩形枠状のセパレータ５４及び燃料極フレーム５６において、外周部に位置する溶接部位に沿ってレーザー溶接するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、セパレータ５４及び燃料極フレーム５６において、外周部に加えて内周部に位置する溶接部位に沿ってレーザー溶接してもよい。
【００７８】
・上記各実施の形態では、セパレータ５４及び燃料極フレーム５６などの２枚の板状ワークをレーザー溶接するものであったが、３枚以上の板状ワークを同時にレーザー溶接してもよい。
【００７９】
・上記各実施の形態において、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を構成する部品（燃料電池関連部品）に本発明を適用するものであったが、他の燃料電池を構成する部品に本発明を適用してもよい。
【００８０】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００８１】
（１）手段１または手段２において、前記貫通孔は、流体を通過させる貫通孔であることを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法。
【００８２】
（２）技術的思想（１）において、前記流体は、燃料電池の反応ガスであることを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法。
【００８３】
（３）手段１または手段２において、複数枚の前記板状ワークのうちのいずれかは、厚さが５００μｍ以下のセパレータであることを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法。
【００８４】
（４）手段１または手段２において、複数枚の前記板状ワークは、中央に貫通孔を有する枠状に形成され、複数枚の前記板状ワークの外周部及び内周部に位置する前記溶接部位に沿って溶接することを特徴とする燃料電池関連部品の製造方法。
【００８５】
（５）手段３において、前記オーバーラップ領域の溶接痕は、前記閉回路形状に対して外側または内側に曲がっていることを特徴とする燃料電池関連部品。
【００８６】
（６）手段４に記載の溶接治具装置を使用して前記板状ワーク同士をレーザー溶接する溶接方法であって、前記第１治具部材と前記固定治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定した後、前記第１治具部材における前記第１開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第１の溶接工程と、前記第１治具部材に代えて前記第２治具部材を前記固定治具部材に装着した後、前記第２治具部材における前記第２開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第２の溶接工程とを含むことを特徴とする溶接方法。
【００８７】
（７）手段５に記載の溶接治具装置を使用して前記板状ワーク同士をレーザー溶接する溶接方法であって、前記第１治具部材と前記固定治具部材との間に前記板状ワークを挟み込んだ状態で固定した後、前記第１治具部材における前記開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第１の溶接工程と、前記第１治具部材を前記板状ワークに対して直交する回転軸を中心とした回転移動または前記板状ワークの面方向に沿った水平移動させた後、前記第１治具部材における前記開口部に沿って前記溶接部位にレーザーを照射して溶接する第２の溶接工程とを含むことを特徴とする溶接方法。
【符号の説明】
【００８８】
４０ａ…貫通孔
５１，６０…板状ワークとしてのコネクタプレート
５２…板状ワークとしての空気極フレーム
５４…板状ワークとしてのセパレータ
５６…板状ワークとしての燃料極フレーム
１００，１１０，１５０，１５２，１５４…レーザー溶接痕
１０１ａ〜１０１ｄ，１１１ａ，１１１ｂ，１５１ａ，１５１ｂ，１５３ａ，１５３ｂ，１５５ａ，１５５ｂ…分割レーザー溶接痕
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ…溶接治具装置
１３１，１３１Ａ，１３１Ｂ…第１治具部材
１３２…第２治具部材
１３３…固定治具部材
１３５…クランプ構造
１４１…第１開口部
１４２…第２開口部
１４１Ａ…開口部
Ｌ１…レーザー
Ｒ１…オーバーラップ領域
【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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