(57)【要約】  複数の単電池モジュール（２）の積層体（７）と、その両端に配置された一対の端板（４Ａ，４Ｂ）などを複数の締結部材（８Ａ，８Ｂ，８Ｆ）で挟み付けて組み立てるとき、複数の締結部材の各一端部の第１連結部（９）と各他端部の第２連結部（９）とが互いに組み合わせられて、１本のピン部材（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｅ，１０Ｇ）で連結して、複数の締結部材を連結する。
2010090003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極層を、一対のセパレータにより挟んだ単電池モジュールを複数層積層させて積層体とし、前記積層体を、Ｕ字状に湾曲した板状の一対の締結部材内に収容する燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記一対の締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも１つの第１連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第２連結部とを有し、
前記一方の締結部材に形成された前記第１連結部と前記他方の締結部材に形成された前記複数の第２連結部とを組み合わせた状態で、前記第１連結部と前記第２連結部とを、前記積層体の積層方向に１本のピン部材で連結して前記一対の締結部材を連結する高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項２】
各一端部の前記第１連結部の貫通穴と前記他端部の前記複数の第２連結部の貫通穴との重なり合った部分に前記ピン部材を貫通させて、前記ピン部材により、各締結部材の各一端部と各他端部とを互いに連結する、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項３】
各連結部は、前記ピン部材を貫通させる穴を形成する、両端が互いに固定された帯状部材で構成される、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項４】
前記一対の締結部材のそれぞれの前記一端部での前記連結部の配置位置は同じであり、前記一対の締結部材のそれぞれの前記他端部での前記連結部の配置位置も同じでかつ前記一端部での前記連結部の配置位置とは互い違いに異なる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項５】
前記ピン部材は、長手方向に対して直交する断面形状が円形もしくは長丸の形状を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項６】
前記締結部材の連結箇所１つにつき、前記ピン部材として複数本を用いる、請求項１〜２のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項７】
前記締結部材の連結箇所は１箇所であり、前記ピン部材を１本使用して締結している、請求項１〜２のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項８】
前記締結部材の連結箇所は３箇所であり、各連結箇所では、前記ピン部材を１本使用して締結している、請求項１〜２のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、又は、家庭内コージェネシステム等に使用される常温作動型の固体高分子電解質型燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものである。この燃料電池は、基本的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、及び高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極、すなわちアノードとカソードから構成される。これらの電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層、及び触媒層の外面に配置される、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層を有する。このように高分子電解質膜と電極（ガス拡散層を含む）とが一体的に接合されて組み立てられたものを電解質膜電極接合体（以降、「ＭＥＡ」とする。）と呼ぶ。【０００３】
また、ＭＥＡの両側には、ＭＥＡを機械的に挟み込んで固定するとともに、隣接するＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータがそれぞれ配置される。各セパレータにおいてＭＥＡと接触する部分には、それぞれの電極に燃料ガス又は酸化剤ガスなどの反応ガスを供給し、生成水又は余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成される。このようなガス流路は、セパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面にそれぞれ溝を設けてそれぞれガス流路とする方式が一般的である。なお、このように、ＭＥＡが一対のセパレータにより挟み込まれた構造体を、「単電池モジュール」と言う。【０００４】
各セパレータとＭＥＡとの間に形成されるガス流路への反応ガスの供給、ガス流路からの反応ガス、及び、生成水の排出は、一対のセパレータのうちの少なくとも１つのセパレータの縁部にマニホールド孔と呼ばれる貫通した孔をそれぞれ設け、それぞれのガス流路の出入り口をこれらのマニホールド孔にそれぞれ連通して、各マニホールド孔から各ガス流路に反応ガスを分配することによって行われる。【０００５】
また、ガス流路に供給される燃料ガス又は酸化剤ガスが外部へリークしたり、２種類のガスが互いに混合したりしないように、ＭＥＡにおける電極が形成されている部分、すなわち発電領域の外周を囲むように、一対のセパレータの間には、シール部材としてガスシール材又はガスケットが配置される。これらのガスシール材又はガスケットは、それぞれのマニホールド孔の周囲のシールをも行う。【０００６】
燃料電池は、運転中に発熱するので、電池を良好な温度状態に維持するために、冷却水等で冷却する必要がある。通常、１〜３セル毎に、冷却水を流す冷却部が設けられる。これらのＭＥＡ、セパレータ、及び、冷却部を交互に重ねていき、１０〜２００セル積層した後、これらのセルの各端部に集電板と絶縁板とを介して端板を配置し、一対の端板でこれらのセルを挟み、締結ボルト（ロッド）等で両端から固定するのが一般的な積層電池（燃料電池スタック）の構造である。締結方式については、各セパレータの縁部に形成された貫通孔を通し、締結ボルトで締め付ける方法、又は、積層電池全体を端板越しに金属のベルトで締め上げる方式が一般的である。【０００７】
このような締め付け方式が採用されている積層電池においては、単電池モジュールを面内（積層方向に直交する平面内）で均一な締結力で締め付けられることが重要とされている。この均一な締結力によって、空気、水素、及び、冷却水等の漏れを防止し、また単電池モジュールの破損を防止し、さらに、それによって発電効率を上げたり、電池寿命を延長したりすることが可能となるからである。このような締め付け方式に関しては、特許文献１において、面内均一化とベンディング荷重の最小化、機密性を向上させる観点から、図１２に示すように、規定の残留応力を負荷したバンド９０１で締結する方法が考案されている。【０００８】
同様に、スタック全体を１本又は２本のバンドで締結する方法が特許文献３に開示されている。スタックの両側面において多数のバンドで締結する方法が特許文献４に開示されている。【０００９】
また、特許文献２では、図１３に示すように、金属バンド１０１と補助プレート１０２、皿バネとボルト１０３で締結することで、衝撃及び振動に対する信頼性が高く、スタックを小型化及び軽量化できるバンド締結方法を提案している。【００１０】
また、スタックの両端のエンドプレートをバンドと補助プレートとで囲むように配置して、ボルトでスタックを締結することが特許文献５及び特許文献７に開示されている。【００１１】
また、スタックの各面に配置された６枚の板材を辺で互いに係合させてスタックを締結することが特許文献６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１３５３４４号公報（第５頁、図４）
【特許文献２】特開２００５−１４２１４５号公報（第１０頁、図３）
【特許文献３】米国特許公開２００６／００９３８９０号公報
【特許文献４】米国特許公開２００８／０３０５３８０号公報
【特許文献５】米国特許６，２１０，８２３号公報
【特許文献６】特開２００５−２７６，４８４号公報
【特許文献７】特開２０００−６７，９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、複数の単電池のモジュールを一方向に積み重ねて構成された積層体をバンドで締め上げた場合、積層体に対する締結荷重は積層体の厚さとバンドの長さで決まってしまい、全てのスタックへ適正な締結荷重を掛けることができない。ここで、積層体の厚さとバンドの長さとには、ばらつきが生じるため、スタックの性能を発揮するには、積層体の厚さのばらつきに応じて適正な締結荷重を積層体に負荷する必要がある。特許文献１，３，４のような方式においても、バンドに予め負荷した残留応力での締結しかできないため、積層体の厚さがばらついた場合、締結荷重の過不足ができるという問題が発生する。特許文献６も同様に、板材同士を連結するときに予め負荷した残留応力での締結しかできないため、積層体の厚さがばらついた場合、締結荷重の過不足ができるという問題が発生する。【００１４】
また、特許文献２，５，７のような方式においては、積層体の厚さのばらつきに対してボルト又は皿バネによって荷重の調節は可能であるが、調節するためのボルトにより、スタックの体積が増大してしまうという問題が発生する。【００１５】
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、高分子電解質型燃料電池において、スタックの小型化が可能であり、積層体のばらつきに応じて締結荷重を簡易に調節可能でかつ、発電性能と耐久性を向上させることができる高分子電解質型燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。【００１７】
本発明の第１態様によれば、高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極層を、一対のセパレータにより挟んだ単電池モジュールを複数層積層させて積層体とし、前記積層体を、Ｕ字状に湾曲した板状の一対の締結部材内に収容する燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記一対の締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも１つの第１連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第２連結部とを有し、
前記一方の締結部材に形成された前記第１連結部と前記他方の締結部材に形成された前記複数の第２連結部とを組み合わせた状態で、前記第１連結部と前記第２連結部とを、前記積層体の積層方向に１本のピン部材で連結して前記一対の締結部材を連結する高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００１８】
本発明の第２態様によれば、各一端部の前記第１連結部の貫通穴と前記他端部の前記複数の第２連結部の貫通穴との重なり合った部分に前記ピン部材を貫通させて、前記ピン部材により、各締結部材の各一端部と各他端部とを互いに連結する、第１の態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００１９】
本発明の第３態様によれば、各連結部は、前記ピン部材を貫通させる穴を形成する、両端が互いに固定された帯状部材で構成される、第２の態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００２０】
本発明の第４態様によれば、前記一対の締結部材のそれぞれの前記一端部での前記連結部の配置位置は同じであり、前記一対の締結部材のそれぞれの前記他端部での前記連結部の配置位置も同じでかつ前記一端部での前記連結部の配置位置とは互い違いに異なる、１〜３のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００２１】
本発明の第５態様によれば、前記ピン部材は、長手方向に対して直交する断面形状が円形もしくは長丸の形状を有する、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００２２】
本発明の第６態様によれば、前記締結部材の連結箇所１つにつき、前記ピン部材として複数本を用いる、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００２３】
本発明の第７態様によれば、前記締結部材の連結箇所は１箇所であり、前記ピン部材を１本使用して締結している、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００２４】
本発明の第８態様によれば、前記締結部材の連結箇所は３箇所であり、各連結箇所では、前記ピン部材を１本使用して締結している、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。【００２５】
本構成によって、最小限の部品数であらゆる燃料電池スタックに適切な締結荷重を負荷でき、締結荷重の調節機構などの余分な部品及び体積の増加なく、スタックを小型化することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明の高分子電解質型燃料電池スタックによれば、簡単な構造で、スタックに適切で均一な荷重を負荷することができるとともに、例えば、ピン部材の長手方向と直交する方向の寸法又は形状又は本数などが異なる別のピン部材に交換するだけで、締結荷重を簡単に変更して調整することができる。よって、積層体に厚さのばらつきがあっても、例えば、長手方向と直交する方向の寸法又は形状又は本数が異なるピン部材を用意しておき、ピン部材を交換する作業だけで、締結荷重を簡単に調整することができ、スタックに適切で均一なすなわち均等な荷重を負荷することができるという効果を奏する。この結果、スタックに均一な荷重を負荷することにより、スタックの発電性能及び耐久性も向上するという効果も発揮する。さらに、連結部とピン部材とによる簡単な構造での連結であるため、複雑な構造の荷重調節機構などを設けるスペースは不要となり、スタックの締結も非常に容易で組立性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態における高分子電解質型燃料電池の一例である燃料電池スタックの構造を分解して示した斜視図であり、
【図２】図２は、図１の燃料電池スタックの単電池モジュール（セル）の分解模式図であり、
【図３Ａ】図３Ａは、前記実施形態の第１実施例における燃料電池スタックの断面平面図であり、
【図３Ｂ】図３Ｂは、前記実施形態の第１実施例の変形例における燃料電池スタックの断面平面図であり、
【図４Ａ】図４Ａは、前記第１実施例においてバンドの連結部が２箇所でバンドとピンを２本ずつ使用する場合のバンドとピンの分解斜視図であり、
【図４Ｂ】図４Ｂは、バンドの連結部が１箇所でバンドとピンを１本ずつ使用する場合のスタックの断面図であり、
【図４Ｃ】図４Ｃは、バンドの連結部が３箇所でバンドとピンをそれぞれ３本ずつ使用する場合のスタックの断面図であり、
【図５】図５は、バンドを平面方向に３本使用する場合のバンドとピンの分解斜視図であり、
【図６】図６は、前記第１実施例における２種類のバンド連結部を示す拡大断面平面図（図６の（１）は一例としてピンの直径φ５ｍｍの場合を示し、図６の（２）は一例としてピンの直径φ１０ｍｍの場合を示す。）であり、
【図７Ａ】図７Ａは、前記第１実施例におけるピンの模式図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、前記第１実施例におけるピンの応用例の模式図であり、
【図７Ｃ】図７Ｃは、前記第１実施例におけるピンの応用例の模式図であり、
【図７Ｄ】図７Ｄは、前記第１実施例におけるピンの応用例の模式図であり、
【図８】図８は、前記実施形態の第１実施例〜３におけるバンド連結部の拡大断面平面図（図８の（１）は前記第１実施例の円形断面のピンの場合、図８の（２）は前記実施形態の第２実施例において長丸断面のピンを使用する場合、図８の（３）は前記第２実施例において涙型断面のピンを使用する場合、図８の（４）は前記第３実施例において２本のピンを使用する場合をそれぞれ示す。）であり、
【図９】図９は、前記実施形態の変形例におけるバンドとピンの斜視図であり、
【図１０Ａ】図１０Ａは、前記実施形態の別の変形例におけるバンドの連結部の連結部分の側面図であり、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０ＡのＢ−Ｂ断面図であり、
【図１１Ａ】図１１Ａは、前記実施形態のさらに別の変形例におけるバンドの連結部の連結部分の斜視図であり、
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１ＡのＢ−Ｂ断面図であり、
【図１２】図１２は、特許文献１の締結構造を示すスタック模式図であり、
【図１３】図１３は、特許文献２の締結構造を示すスタック模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一つの実施形態における固体高分子電解質型燃料電池の一例である燃料電池スタック１の構造を分解して示した斜視図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、その中心部に、単電池モジュール（セル）２を複数層（例えば、数十層）積層されてセル積層体７が構成されている。セル積層体７の一方の端部の最外層には、集電板３と、複数の配管５と、前端板４Ａと、締結部材の一例としてのバンド８Ａとが配置されている。セル積層体７の他方の端部の最外層には、集電板３と、弾性体の一例としての多数の内側バネ６と、後端板４Ｂと、締結部材の一例としてのバンド８Ｂとが配置されている。そして、一対の端板４Ａ，４Ｂの外側から、集電板３とセル積層体７などの締結対象部材（被締結部材）の全体を、金属などの一対のバンド８Ａ，８Ｂで締め上げて、燃料電池スタック１を構成している。バンド８Ａ，８Ｂの一例としてはステンレス鋼（より具体的には肉厚０．５ｍｍ程度のステンレス鋼の板材）で構成することができる。
【００３０】
図２に単電池モジュール（セル）２の分解模式図を示す。セル２は、表裏両面の周辺部にシール部材の一例としてのガスケット１１ａをそれぞれ有する電解質膜電極接合体（以降、「ＭＥＡ」とする。）１２を一対の導電性のセパレータ１３（具体的にはアノード側セパレータ１３Ａ及びカソード側セパレータ１３Ｃ）で挟み、さらに、一方のセパレータ（例えばカソード側セパレータ１３Ｃ）の外側に冷却水セパレータ１３Ｗを配置して構成されている。各セパレータ１３Ａ，１３Ｃ及びＭＥＡ１２の周縁部には、燃料ガス、酸化剤ガス、及び、冷却水が流通するそれぞれ一対の貫通孔、すなわちマニホールド孔１４が形成されている。複数個のセル２が積層されたセル積層体７の状態では、これらマニホールド孔１４が積層されて互いに連通し、燃料ガスマニホールドと、酸化剤ガスマニホールドと、冷却水マニホールドとをそれぞれ独立して形成している。
【００３１】
ＭＥＡ１２の本体部１２ａは、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、高分子電解質膜の周縁部より内側の部分の内外両面に形成された一対の電極層（すなわちアノードとカソードの電極層）とより構成されている。電極層は、ガス拡散層と、ガス拡散層と高分子電解質膜の間に配置される触媒層とを有する積層構造を有している。
【００３２】
アノード側セパレータ１３Ａ及びカソード側セパレータ１３Ｃは、平板状であって、ＭＥＡ１２と接触する側の面、すなわち内面は、ＭＥＡ１２とガスケット１１ａとの形状にそれぞれ対応した形状を有するように構成している。セパレータ１３には、一例として、東海カーボン株式会社製グラッシーカーボンを用いることができる。各セパレータ１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｗでは、各種マニホールド孔１４が該各セパレータ１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｗを厚み方向に貫通している。また、各セパレータ１３Ａ，１３Ｃの内面には、燃料ガス流路溝１５Ａと酸化剤ガス流路溝１５Ｃとがそれぞれ形成され、セパレータ１３Ｗの内面（カソード側セパレータ１３Ｃ側の面）には冷却水流路溝１５Ｗが形成されている。各種マニホールド孔１４と各流路溝１５とは、切削加工あるいは成形加工によりそれぞれ形成されている。
【００３３】
ＭＥＡ１２の表面と裏面とにそれぞれ配置されたガスケット１１ａは弾性体で構成されたシール部材である。ＭＥＡ１２とセパレータ１３Ａ又は１３Ｃとの押圧によって、セパレータ１３Ａ又は１３Ｃの内面の形状に応じてガスケット１１ａは変形し、ＭＥＡ１２の本体部１２ａの周囲及び各種マニホールド孔１４の周囲がガスケット１１ａでシールされている。アノード側セパレータ１３Ａ及びカソード側セパレータ１３Ｃの背面（外面）には、各種マニホールド孔１４の周囲に、耐熱性の材質からなるスクイーズパッキンなどの一般的なシール部材１１ｂが配設されている。このパッキンなどのシール部材１１ｂによって、隣接するセル２間において、各種マニホールド孔１４のセル２間の連接部からの燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水のそれぞれの漏出が防止される。
【００３４】
集電板３は、セル積層体７の両外側にそれぞれ配置し、発電された電気を効率良く集電できるように、一例として、銅板に金メッキを施したものを使用している。なお、集電板３には、電気導電性の良好な金属部材、例えば、鉄、ステンレス鋼、又は、アルミニウムなどを使用しても良い。各集電板３の外側には、電気を絶縁するために電気絶縁性のある材料を用いた端板４Ａ，４Ｂを配置し、絶縁の役割も兼用させている。ここで、端板４Ａ，４Ｂ及び配管５には、一例として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いて射出成形で製作したものを使用している。前端板４Ａと別体となっている各配管５は、セル積層体７の各マニホールドに、マニホールド用貫通穴を有するガスケット５ａを介して押し当てられて連通させて、前端板４Ａを介してバンド８Ａと８Ｂで締結される。一方、後端板４Ｂの内側には、セル積層体７に荷重を加える弾性体の一例として機能する多数の内側バネ６が均等に配置され、バンド８Ａ，８Ｂで締結時に例えば１０ｋＮ前後の荷重がセル積層体７に負荷されるように構成されている。燃料電池スタック１の組立時に端板４Ａ，４Ｂを介してセル積層体７を２枚のバンド８Ａ，８Ｂと２本のピン部材の一例としてのピン１０で締結されている。
【００３５】
各バンド８Ａ，８Ｂは、端板４Ａ，４Ｂなどを含む締結対象部材を外側から囲って締結することが可能なように、大略Ｕ字状の平面形状を有する金属の帯状部材で構成されている。各バンド８Ａ，８Ｂの帯状部材の長手方向の両端部の各縁部８ａ，８ｂには、それらの縦方向沿いに所定間隔ごとに、連結部９を複数個設けている。各連結部９は、バンド８Ａ，８Ｂよりも細い金属の帯状部材の両端部を各縁部８ａ，８ｂに溶接などで固定して、縦方向に貫通した貫通穴９ａを形成するように構成している。この貫通穴９ａには、長さ方向に同じ直径を有しかつピン部材の一例として機能するピン１０を挿入可能としている。
【００３６】
各バンド８Ａ，８Ｂの両端部の縁部８ａ，８ｂにおいて、連結部９の配置位置は異なっており、バンド８Ａ，８Ｂは同一構造となっている。よって、対向する一対のバンド８Ａ，８Ｂの両端部でかつ締結時に互いに接近する端部の縁部８ａ，８ｂ同士での連結部９の配置位置は同じであり、かつ、一対のバンド８Ａ，８Ｂの両端部でかつ締結時に互いに接近せずに斜め方向に対向配置されている端部の縁部８ａ，８ｂ同士での連結部９は、その配置位置が互い違いに異なっている。このような構成すれば、各バンド８Ａ，８Ｂとしては同一構造のものを製造すればよく、製造コストを大幅に減少させることができるとともに、締結荷重のバランスがとりやすくなる。
【００３７】
このような構成にかかる一対の端板４Ａ，４Ｂが、集電板３とセル積層体７などの締結対象部材（被締結部材）の全体を、外側から、一対のバンド８Ａ，８Ｂをそれらの締め付け方向に組み合わせて締結して締め上げた状態で、一対のバンド８Ａ，８Ｂの組み合わせられた各縁部８ａ，８ｂ同士において、バンド８Ａ，８Ｂの両端部のいずれか一方の縁部８ａの、隣接する連結部９，９間の空間１９又は連結部９が配置されていない空間１９（以下、単に「連結部９の無い連結部挿入空間１９」又は「連結部挿入空間１９」という。）に、バンド８Ａ，８Ｂの両端部のいずれか他方の縁部８ｂの連結部９が入り込むようになっている。このようにバンド８Ａ，８Ｂで締め上げた状態で、一方の縁部８ａの各連結部９と他方の縁部８ｂの各連結部９とが、それらの貫通穴９ａが互いに連通可能な位置に位置しており、各連結部９に、長手方向に１本のピン１０を挿入して、バンド８Ａ，８Ｂの各一端部と各他端部とを互いにそれぞれ連結すると、所定の締結荷重例えば締結荷重１０ｋＮで締結対象部材を締結した状態で燃料電池スタック１を構成することができる。
【００３８】
本実施形態では、一例として、セル２は３０個積層されてセル積層体７を構成し、２枚のバンド８Ａ，８Ｂと２本のピン１０とで、３０個のセル２を含む締結対象部材を締結して構成している。
【００３９】
以下に、本実施形態のより具体的な、いくつかの実施例について説明する。
【００４０】
（第１実施例）
図３Ａ及び図３Ｂに、本実施形態の第１実施例及びその変形例における燃料電池スタック１の断面平面図を示す。セル積層体７の上下面に集電板３をそれぞれ配置し、セル積層体７の下側の一方の集電板３付近に配管５を配置して端板４Ａで押さえ、上側のもう一方の集電板３の上には多数の内側バネ６を配置して、上下の端板４Ａ，４Ｂにより挟まれている。セル２と同じ幅のバンド本体部８ｃ，８ｄを有する２枚のバンド８Ａ，８Ｂで締結対象部材の全体を覆い、一例として、２本のピン１０でバンド８Ａ，８Ｂを連結することにより締結される構造としている。バンド８Ａ，８Ｂとピン１０で組立完了時に、集電板３上の多数の内側バネ６がセル積層体７と端板４Ｂとの間で圧縮され、一例として、セル積層体７に例えば１０ｋＮ前後の荷重が負荷される構造としている。ここで、端板４Ａ，４Ｂは、バンド８Ａ，８Ｂで締結時にセル２の平面内に均等に荷重が負荷されるように、セル２側は平坦部４ａとし、バンド８Ａ，８Ｂ側は、中央部分のバンド８Ａ，８Ｂのバンド本体部８ｃ，８ｄと密着する部分は平坦部４ｂとし、その両側のバンド８Ａ，８Ｂの後述する側板部８ｅ，８ｆと接触する部分は弧を描くような湾曲面部４ｃとするような形状とし、ポリフェニレンサルファイド樹脂で成形している。平坦部４ｂの両側の湾曲面部４ｃの曲率は同じとし、平坦部４ａと平坦部４ｂとは平行に配置されて、バンド８Ａ，８Ｂから端板４Ａ，４Ｂを介して均等な締め付け力をセル積層体７に付加するように構成している。特に、両方の端板４Ａ，４Ｂの角部に対応する部分を湾曲面部４ｃとし、かつ、後述するように、バンド８Ａ，８Ｂの側板部８ｅ，８ｆが湾曲面部４ｃに沿うように配置可能としているので、湾曲面部ではなく、２つの平面が交わって角が立つような端板では、角の存在により、バンドからの均等な締結力がセル積層体７に付加しにくいといった課題を確実に解消することができる。本第１実施例では、絶縁も兼ねた端板４Ａ，４Ｂの材料として熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂を使用しているが、熱硬化樹脂であるフェノール樹脂、又は、アルミニウムなどの金属板などと絶縁用の樹脂板とを併用して、端板４Ａ，４Ｂとして用いても良い。また、本第１実施例では、片側の集電板３上にバネ６を配置したが、両側の集電板３上にバネ６を配置してもよい。
【００４１】
図４Ａにバンド８Ａ，８Ｂとピン１０の分解斜視図を示す。バンド８Ａ，８Ｂは、セル２の幅と同じ幅で端板４Ａ，４Ｂの外側全面及び集電板３とセル積層体７の両側面などを覆う形状としている。よって、締結時に、締結対象部材の中間部（両端板４Ａ，４Ｂで挟まれたセル積層体７の中間部）、すなわち、セル積層体７の両側面の中央部の２ヶ所でそれぞれ、一方のバンド８Ａの連結部９と他方のバンド８Ｂの連結部９とが一列に互い違いに組み合わされて１本のピン１０で連結されるように構成されている。より具体的には、バンド８Ａ，８Ｂのそれぞれは、前記端板４Ａ，４Ｂの平坦部４ｂの外面と密着可能でかつ端板４Ａ，４Ｂの外面のうちセル積層体７の積層方向に形成されるベース板として機能する、板状のバンド本体部８ｃ，８ｄと、バンド８Ａ，８Ｂの端部をそれぞれ構成するように板状のバンド本体部８ｃ，８ｄの左右の端縁に一体的に連結されかつバンド本体部８ｃ，８ｄとの連結部分が湾曲した側板部８ｅ，８ｆと、側板部８ｅ，８ｆのそれぞれの縁部８ａ，８ｂに固定された連結部９とで構成されている。この側板部８ｅ，８ｆは、バンド本体部８ｃ，８ｄから前記積層体の両側方に連続的に延出する側板として機能している。よって、各バンド８Ａ，８Ｂは、一方の側板部８ｅ，８ｆとバンド本体部８ｃ，８ｄと他方の側板部８ｅ，８ｆとでそれぞれ帯状部材を構成するようになっている。板状のバンド本体部８ｃ，８ｄの幅は、セル２の端板４Ａ，４Ｂの幅と同じ幅に構成されている。特に、図３Ｂの第１実施例の変形例では、バンド８Ａ，８Ｂのバンド本体部８ｃ，８ｄが端板４Ａ，４Ｂの平坦部４ｂに密着するとともに、バンド８Ａ，８Ｂの側板部８ｅ，８ｆが端板４Ａ，４Ｂの両側の湾曲面部４ｃに密着するように配置構成して、バンド８Ａ，８Ｂから端板４Ａ，４Ｂを介して均等な締め付け力をセル積層体７に付加しやすくするように構成している。さらに、図１及び図４Ａの一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａには、上端に１個の連結部９が固定され、次いで、所定間隔を置いて３個の連結部９が固定され、合計４個の連結部９が固定されている。また、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａには、左側縁部８ａの４個の連結部９とは、少なくとも１個の連結部９の幅より大きな寸法だけそれぞれ下方に位置をずらせた位置に、４個の連結部９が固定されている。すなわち、右側縁部８ａには、下端に１個の連結部９が固定され、次いで、所定間隔を置いて３個の連結部９が上方に固定されている。他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの右側縁部８ｂには、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａと同じ位置に４個の連結部９が固定されている。他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの左側縁部８ｂには、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａと同じ位置に４個の連結部９が固定されている。よって、一方のバンド（前側のバンド）８Ａと他方のバンド（後側のバンド）８Ｂとを、所定の締結荷重で締め付けた状態で、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの右側縁部８ｂの４個の連結部９の無い連結部挿入空間１９に入り込むと同時に、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの右側縁部８ｂの４個の連結部９の間の連結部挿入空間１９に入り込ませて、それぞれ、合計８個の連結部９の貫通孔９ａを連通させることができるようにしている。
【００４２】
なお、配管５が配置された側のバンド８Ａには、一例として、各配管５を通すための孔８ｇを機械加工もしくは成形加工によりそれぞれ形成している。一例として、バンド８Ａ，８Ｂの各連結部９はスポット溶接により形成し、丸棒状のピン１０がバンド８Ａ，８Ｂを連結しながら各連結部９に挿入できるように構成している。
【００４３】
なお、各連結部９は、バンド８Ａ，８Ｂの縁部８ａ、８ｂのそれぞれに対して、大略均等に前記締結荷重を発揮できるならば、その配置又は個数又は形状又は構造は前記した配置及び個数及び形状及び構造に限られるものではない。
【００４４】
本第１実施例では、２枚のバンド８Ａ，８Ｂと２本のピン１０により２ヶ所で連結しているが、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９は１ヶ所もしくは３箇所以上でも良い。
【００４５】
例えば、図４Ｂには、バンドの連結部が１箇所でバンドとピンを１本ずつ使用する場合のスタックの断面図を示す。ここでは、一方の端板４Ｂの中央部から、積層体７の一方の側面、他方の端板４Ａ、及び積層体７の他方の側面から一方の端板４Ｂの中央部までを、１個のバンド８Ｃで１巻きに包囲し、一方の端板４Ｂの中央部で、バンド８Ｃの両縁部の連結部９を一箇所で組み合わせて、組み合わせられた連結部９の貫通穴９ａに１本のピン１０を挿入して締結している。この図４Ｂでは、一方の端板４Ｂの中央部に凹部４ｇを備えて、凹部４ｇで、連結部９の貫通穴９ａに１本のピン１０を挿入するようにしている。
【００４６】
また、別の例として、図４Ｃには、連結部９での連結部分が３箇所で３個のバンド８Ｄとピン１０をそれぞれ３本ずつ使用する場合のスタックの断面図を示す。この図４Ｃでは、各バンド８Ｄの左縁８ａの複数の連結部９と該バンド８Ｄに隣接するバンド８Ｄの右縁８ａの複数若しくは１個の連結部９とを組み合わせてそれぞれ１本のピン１０を各連結部９の貫通孔９ａに通して固定することができる。この図４Ｃでも、一方の端板４Ｂの中央部に凹部４ｇを備えて、凹部４ｇで、連結部９の貫通穴９ａに１本のピン１０を挿入するようにしている。
【００４７】
さらに、本第１実施例では、２枚のバンド８Ａ，８Ｂにより締結しているが、図５のバンド８Ａ，８Ｂとピン１０の分解斜視図で示すとおり、それぞれ１枚のバンド８Ａ，８Ｂを、それぞれ面内方向（図５では上下方向）に分割して複数本（例えば３本）のバンド８Ａ−１，８Ａ−２，８Ａ−３，８Ｂ−１，８Ｂ−２，８Ｂ−３として使用しても良い。
【００４８】
各バンド８Ａ（８Ａ−１，８Ａ−２，８Ａ−３），８Ｂ（８Ｂ−１，８Ｂ−２，８Ｂ−３），８Ｃ，８Ｄなどの材料は、前記締結荷重による締結力を発揮させることが可能な程度の剛性を少なくとも有すればよく、好ましくはステンレス鋼等の金属類、硬質のゴム、又は、合成樹脂により構成することができる。また、ピン１０も、前記締結荷重を発揮させることが可能な程度の剛性を少なくとも有すればよく、好ましくは金属類、又は、繊維強化樹脂材料、など強度の比較的高い材料により構成することができる。本第１実施例では、一例として、バンド８Ａ，８Ｂにステンレス鋼を使用し、ピン１０にはクロムモリブデン鋼鋼材ＳＣＭ４３５を使用している。
【００４９】
次に、本第１実施例の燃料電池スタック１の組立方法について説明する。一例として、２枚のバンド８Ａ，８Ｂで構成される場合について説明する。
【００５０】
一方のバンド８Ａの上に、前端板４Ａ、配管５、集電板３、複数のセル２で構成されるセル積層体７、集電板３、後端板４Ｂ、他方のバンド８Ｂの順に積層して締結対象部材を載置した後に、一例として、締結対象部材の全体に例えば１０ｋＮの締結荷重を負荷して、一方のバンド８Ａの連結部９と他方のバンド８Ｂの連結部９とを互い違いに組み合わせて一列にそれぞれ配置させる。この状態で、一対のバンド８Ａ，８Ｂによる締結対象部材の締結状態を冶具で保持する。この結果、前記所定の締結荷重による締結力で締め付けた状態で、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの左側縁部８ｂの４個の連結部９の無い連結部挿入空間１９に入り込むと同時に、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの左側縁部８ｂの４個の連結部９の間の連結部挿入空間１９に入り込ませて、それぞれ、合計８個の連結部９の貫通孔９ａが連通した状態となっている。
【００５１】
その後、合計８個の連結部９にピン１０をそれぞれ挿入する。
【００５２】
次いで、冶具を使用しての一対のバンド８Ａ，８Ｂによる締結対象部材の締結状態を解除して、冶具を外すと、セル積層体７のシール部材などの弾性復元力で一対のバンド８Ａ，８Ｂが互いに離れる方向に移動して、バンド８Ａの４個の連結部９とバンド８Ｂの４個の連結部９とがピン１０に対して、ピン１０の長手方向と直交する方向に互いに反対方向に引っ張り合い、ピン１０と一対のバンド８Ａ，８Ｂの合計８個の連結部９とが固定されて、各ピン１０が合計８個の連結部９に対して抜け止め保持されて、締結組立を完了する。
【００５３】
ここで、セパレータ１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｗ及びＭＥＡ１２の厚みには、それぞれ、ばらつきが発生するため、セル積層体７の厚さにもばらつきが発生する。バンド８Ａ，８Ｂの寸法は公差範囲内で決まっており、セル積層体７が所定の寸法よりも厚すぎたり、薄すぎたりすると、前記締結荷重にばらつきが生じる。その結果、ＭＥＡ１２への締結圧力もばらつき、発電性能に差が発生する可能性もある。そこで、これを防止するため、本第１実施例では、前記したように、前記連結部９とピン１０とを使用することにより、燃料電池スタック１の寸法ばらつきに対応して適切な荷重を負荷することの出来るバンド構造を持つスタック製造方法を採用している。
【００５４】
次に、適切な荷重の負荷方法を具体的に説明する。
【００５５】
本第１実施例では、バンド８Ａ，８Ｂを連結するピン１０の直径を数種類準備し、セル積層体７の厚さに応じて適切な直径及び本数のピン１０を使用することにより、各セル積層体７に対して適切な荷重を負荷することが可能となる。
【００５６】
まず、直径の異なる２本のピン１０を使用する場合の締結荷重の調整について説明する。
【００５７】
図６は本第１実施例のバンド８（バンド８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄなどを総称して「バンド８」と称する。）の連結部９の拡大断面図であり、図６の（１）は、例えばφ５ｍｍのピン１０Ａを用いた連結部９であり、図６の（２）は、例えばφ１０ｍｍのピン１０Ｂを用いた連結部９である。
【００５８】
ここで、図６の（１）において、上側の連結部９ｃの下端位置９ｂから上方向に５ｍｍの範囲まで、直径φ５ｍｍのピン１０Ａが上側の連結部９ｃの貫通穴９ａ内に嵌め込まれ、下側の連結部９ｄの上端位置９ｅから下方向に５ｍｍの範囲まで、前記と同一のφ５ｍｍのピン１０Ａが下側の連結部９ｄの貫通穴９ａ内に嵌め込まれている。よって、図６の（１）では、上側の連結部９ｃの貫通穴９ａと下側の連結部９ｄの貫通穴９ａとの重複寸法は、上下方向（すなわち、バンド８による締結力の作用方向）において約５ｍｍである。
【００５９】
これに対して、図６の（２）において、上側の連結部９ｃの下端位置９ｂから上方向に１０ｍｍの範囲まで、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂが上側の連結部９ｃの貫通穴９ａ内に嵌め込まれ、下側の連結部９ｄの上端位置９ｅから下方向に１０ｍｍの範囲まで、前記と同一のφ１０ｍｍのピン１０Ｂが下側の連結部９ｄの貫通穴９ａ内に嵌め込まれている。よって、図６の（２）では、上側の連結部９ｃの貫通穴９ａと下側の連結部９ｄの貫通穴９ａとの重複寸法は、上下方向（すなわち、バンド８による締結力の作用方向）において約１０ｍｍである。
【００６０】
これより、図６の（１）では重複寸法がバンド８による締結力の作用方向において約５ｍｍであるのを、図６の（２）では重複寸法がバンド８による締結力の作用方向において約１０ｍｍまで大きくすることができ、締結荷重を大幅に増加させることができる。逆に、図６の（２）の状態から図６の（１）の状態に変更すれば、重複寸法をバンド８による締結力の作用方向において約１０ｍｍから約５ｍｍまで小さくすることができ、締結荷重を大幅に減少させることができる。これにより、単に、連結部９の貫通穴９内にピン１０を抜き差しするだけで、締結荷重を調整することができる。
【００６１】
なお、締結荷重が適切か否かは、例えば、内側バネ６の縮み具合によって判断することが可能である。
【００６２】
本第１実施例では、バンド８Ａ，８Ｂを連結するピン１０の直径を数種類準備し、セル積層体７の厚さに応じて適切な直径及び本数のピン１０を使用することにより、各セル積層体７に対して適切な荷重を負荷することが可能となる。
【００６３】
前記説明では、説明を簡略化するため、直径の異なる２本のピン１０を使用する場合の締結荷重の調整について説明したが、実際の組立方法では、例えば、ピン１０の直径の種類として大中小の３種類くらい用意すればよい。例えば、直径φ５ｍｍのピン１０Ａと、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂと、直径φ１５ｍｍのピン１０とを用意しておく。そして、まず、３種類ピン１０のうちの中間の大きさである直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂを連結部９の貫通穴９内に挿入して締結荷重が適切か否かを判断し、締結荷重が不足している場合には、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂを直径φ１５ｍｍのピン１０に交換する。一方、締結荷重が過大な場合には、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂを直径φ５ｍｍのピン１０Ａに交換する。
【００６４】
このように、ピン１０の直径を変化させることで、例えば、５〜１５ｍｍの厚さばらつきに対応することが可能であり、本第１実施例では、締結荷重にすると最大およそ１ｋＮ程度荷重の調節が可能となる。ピン１０は、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の連結箇所毎にそれぞれに異なる大きさの直径のピン１０を選ぶことも可能である。例えば、連結部９の連結箇所が２箇所ある場合、一方の連結箇所にφ５ｍｍの丸棒状のピン１０を使用して連結し、もう一方の連結箇所には、φ１０ｍｍの丸棒状のピン１０を使用して連結すると、セル積層体７の２．５ｍｍの厚みばらつきに対応することが出来、適切な荷重を負荷することが可能となる。
【００６５】
また、本第１実施例では、一例として、ピン１０として複数種類の直径の丸棒を準備している。丸棒とは、例えば、図７Ａに示すように、両端１０ａが平面の円柱体である。
【００６６】
しかしながら、これに限られるものではなく、ピン１０の形状は、その先端部（少なくとも一方の先端部）を工夫することによりバンドの連結部９への挿入性を向上することが可能となる。例えば、図７Ｂ〜図７Ｄにピン１０の先端部の応用例を示す。まず、１つの例として、図７Ｂは、ピン１０の先端を半球形状にして、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入時の摩擦を減少させている。同様にして、別の例として、図７Ｃに示すように、ピン１０の先端を鉛筆と同様に円錐形状にして、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入時の摩擦を減少させている。また、別の例として、図７Ｄに示すように、図７Ｃよりもさらに小さな直径の（細い）円錐形状にして、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入時の摩擦をより減少させるようにしても良い。
【００６７】
このようにすれば、図７Ａの丸棒よりも、連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入性を向上させることができる。
【００６８】
従来例のバンド締結した燃料電池スタックようにボルトを用いた荷重調節機構とは異なり、本第１実施例のバンド８Ａ，８Ｂとピン１０による荷重調節可能な構造を有するスタックの製造方法では、締結荷重を調節するためのスペーサなどの別部材を用意する必要が無く、例えば、単に、直径の異なるピン１０を数種類用意するだけでよい。よって、締結対象部材（前端板４Ａ、集電板３、複数のセル２で構成されるセル積層体７、集電板３、後端板４Ｂ）において、従来の締結用ボルトの貫通穴が不要となるため、同じ大きさならば締結対象部材の全体として有効面積を増加させることができる一方、有効面積を同じにする場合には、締結対象部材の小型化を図ることが可能となる。この結果、省スペースでコンパクトな燃料電池スタックを実現でき、なおかつ、適切な荷重で締結できる効率の良いスタックを提供することが可能となる。さらに、ボルトを用いた締結方法よりも、本第１実施例のバンド８Ａ，８Ｂとピン１０を用いたスタックは、組立性が非常に向上するという効果も発揮する。
【００６９】
（第２実施例）
ピン１０の断面形状は、第１実施例の円形に限らず、任意の形状でもよく、以下、円形以外の形状の例について説明する。例えば、図８の（１）は、比較のため、図６の（１）と同じであって、第１実施例の円形断面形状を有するピン１０Ａを使用して連結部９を連結する状態の断面平面図である。
【００７０】
これに対して、図８の（２）は、第２実施例におけるバンド８の連結部９とピン１０Ｅの拡大断面平面図を示している。使用するピン１０Ｅとして、その長手方向と直交する断面形状が長丸の棒を使用している。本第２実施例では、長丸の断面形状の長軸方向の長さが短軸方向の長さの倍の断面形状を持つピン１０Ｅを使用し、締結荷重としては、第１実施例よりも、例えば０．３ｋＮ余分に締結荷重を負荷することが可能となっている。本第２実施例では、ピン１０Ｅの断面形状の短軸方向の寸法が長軸方向の寸法よりも短いため、燃料電池スタック１の体積が短軸方向に余分に増えることもなく、コンパクトなスタックを実現しながら、締結荷重の調整が可能となる。本第２実施例では、第１実施例と同様に５〜１５ｍｍの厚みばらつきを吸収し、例えば最大１ｋＮまで締結荷重の調整を行なうことが可能である。
【００７１】
また、図８の（３）に示すように、ピン１０Ｅの長丸の断面形状の別の例として涙型の断面形状を有するピン１０Ｆ等を使用してもよい。
【００７２】
（第３実施例）
図８の（４）は、前記実施形態の第３実施例におけるバンド８の連結部９付近の拡大断面平面図を示している。バンド８の連結部９を締結するために、同じ種類のピン１０Ｇを数本使用することで、締結荷重を調節することができる。本第３実施例では、セル積層体７の厚みが薄い場合にピン１０Ｇを連結部９と連結部９との連結部分の一箇所に、すなわち、連結部９の１つの貫通穴９ａに２本挿入して、ピン１０Ｇの直径長さ分だけのセル積層体７の厚みばらつきに対応して、締結荷重を調節させることができる。スタック３の体積は増加せず、さらに、直径及び断面形状が異なる種類のピン１０を準備する必要もなく、スタック組立を完成することが出来るために、有効である。複数種類のピン１０を準備する必要もないため、少ない部品数で製造することができ、組立性も向上するという効果がある。
【００７３】
また、図９には、前記実施形態の変形例におけるバンド８Ｆとピンの斜視図を示す。前記第１実施例では、連結部９は、各バンド８Ａ，８Ｂの両端部の縁部８ａ，８ｂに複数個配置されているが、これに限られるものではない。例えば、図９に示すように、各バンド８Ｆの一方の端部の縁部８ｆには１個の連結部９を配置し、他方の端部の縁部８ｆには複数個（例えば２個）の連結部９を配置するようにしてもよい。
【００７４】
また、図１０Ａ及び図１０Ｂには、前記実施形態の別の変形例における一対のバンド８Ｇの連結部９の連結部分の側面図（一対のバンド８Ｇにおいて、図４ＡのＸ方向と同じ方向から見た図）及びＢ−Ｂ断面図を示す。この例では、ピン１０を、各バンド８Ｇの一方の端部の連結部９と一体化させたものである。具体的には、各バンド８Ｇの一方の端部の縁部８ｇに、Ｌ字状の突起を形成し、そのＬ字状の突起の縁部の長手方向沿いに延びた部分を丸棒部９ｇとして形成して、一方の連結部９として機能させている。各バンド８Ｇの他方の端部の縁部８ｈに、前記Ｌ字状の突起の丸棒部９ｇが挿入可能な連結部挿入空間１９を間に置いてＪ形状の平面を有するフック部９ｈを形成して、他方の連結部９として機能させている。よって、一対のバンド８Ｇを締結するとき、複数の丸棒部９ｇを連結部挿入空間１９内に入れたのち、複数の丸棒部９ｇをその長手方向沿いに（図１０Ａでは上向きに）移動させて、複数の丸棒部９ｇを複数のフック部９ｈ内に挿入係止して、連結するようにすることもできる。このようにすれば、ピン１０を別部品として用意する必要がなくなり、部品点数をより一層減少させることができる。
【００７５】
さらに、図１１Ａ及び図１１Ｂには、前記実施形態のさらに別の変形例における一対のバンド８Ｊの連結部９の連結部分の側面図（一対のバンド８Ｊにおいて、図４ＡのＸ方向と同じ方向から見た図）及びＢ−Ｂ断面図を示す。この例でも、ピン１０を、各バンド８Ｊの一方の端部の連結部９と一体化させたものである。具体的には、各バンド８Ｊの一方の端部８ｊの縁部付近に、端縁沿いに四角形の係合穴９ｋを複数個形成して、一方の連結部９として機能させている。各バンド８Ｊの他方の端部８ｍの縁部には、前記係合穴９ｋに挿入して係合可能なＪ形状の平面を有するフック部９ｎを形成して、他方の連結部９として機能させている。よって、一対のバンド８Ｊを締結するとき、複数のフック部９ｎを複数の係合穴９ｋに挿入して係止して、連結するようにすることもできる。このようにすれば、ピン１０を別部品として用意する必要がなくなり、部品点数をより一層減少させることができる。
【００７６】
また、図１などにおいて、２本のピン１０の代わりに、２本のピン１０を連結した１本のＵ字状のロッドを使用することも可能である。
【００７７】
なお、前記様々な実施形態又は実施例のうちの任意の実施形態又は実施例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の高分子電解質型燃料電池スタックは、ポータブル電源、電気自動車用電源、又は、家庭内コージェネレーションシステム等に使用する燃料電池に対して有用である。【００７９】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１】
2010090003.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月3日(2010.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、又は、家庭内コージェネシステム等に使用される常温作動型の固体高分子電解質型燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものである。この燃料電池は、基本的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、及び高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極、すなわちアノードとカソードから構成される。これらの電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層、及び触媒層の外面に配置される、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層を有する。このように高分子電解質膜と電極（ガス拡散層を含む）とが一体的に接合されて組み立てられたものを電解質膜電極接合体（以降、「ＭＥＡ」とする。）と呼ぶ。
【０００３】
また、ＭＥＡの両側には、ＭＥＡを機械的に挟み込んで固定するとともに、隣接するＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータがそれぞれ配置される。各セパレータにおいてＭＥＡと接触する部分には、それぞれの電極に燃料ガス又は酸化剤ガスなどの反応ガスを供給し、生成水又は余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成される。このようなガス流路は、セパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面にそれぞれ溝を設けてそれぞれガス流路とする方式が一般的である。なお、このように、ＭＥＡが一対のセパレータにより挟み込まれた構造体を、「単電池モジュール」と言う。
【０００４】
各セパレータとＭＥＡとの間に形成されるガス流路への反応ガスの供給、ガス流路からの反応ガス、及び、生成水の排出は、一対のセパレータのうちの少なくとも１つのセパレータの縁部にマニホールド孔と呼ばれる貫通した孔をそれぞれ設け、それぞれのガス流路の出入り口をこれらのマニホールド孔にそれぞれ連通して、各マニホールド孔から各ガス流路に反応ガスを分配することによって行われる。
【０００５】
また、ガス流路に供給される燃料ガス又は酸化剤ガスが外部へリークしたり、２種類のガスが互いに混合したりしないように、ＭＥＡにおける電極が形成されている部分、すなわち発電領域の外周を囲むように、一対のセパレータの間には、シール部材としてガスシール材又はガスケットが配置される。これらのガスシール材又はガスケットは、それぞれのマニホールド孔の周囲のシールをも行う。
【０００６】
燃料電池は、運転中に発熱するので、電池を良好な温度状態に維持するために、冷却水等で冷却する必要がある。通常、１〜３セル毎に、冷却水を流す冷却部が設けられる。これらのＭＥＡ、セパレータ、及び、冷却部を交互に重ねていき、１０〜２００セル積層した後、これらのセルの各端部に集電板と絶縁板とを介して端板を配置し、一対の端板でこれらのセルを挟み、締結ボルト（ロッド）等で両端から固定するのが一般的な積層電池（燃料電池スタック）の構造である。締結方式については、各セパレータの縁部に形成された貫通孔を通し、締結ボルトで締め付ける方法、又は、積層電池全体を端板越しに金属のベルトで締め上げる方式が一般的である。
【０００７】
このような締め付け方式が採用されている積層電池においては、単電池モジュールを面内（積層方向に直交する平面内）で均一な締結力で締め付けられることが重要とされている。この均一な締結力によって、空気、水素、及び、冷却水等の漏れを防止し、また単電池モジュールの破損を防止し、さらに、それによって発電効率を上げたり、電池寿命を延長したりすることが可能となるからである。このような締め付け方式に関しては、特許文献１において、面内均一化とベンディング荷重の最小化、機密性を向上させる観点から、図１２に示すように、規定の残留応力を負荷したバンド９０１で締結する方法が考案されている。
【０００８】
同様に、スタック全体を１本又は２本のバンドで締結する方法が特許文献３に開示されている。スタックの両側面において多数のバンドで締結する方法が特許文献４に開示されている。
【０００９】
また、特許文献２では、図１３に示すように、金属バンド１０１と補助プレート１０２、皿バネとボルト１０３で締結することで、衝撃及び振動に対する信頼性が高く、スタックを小型化及び軽量化できるバンド締結方法を提案している。
【００１０】
また、スタックの両端のエンドプレートをバンドと補助プレートとで囲むように配置して、ボルトでスタックを締結することが特許文献５及び特許文献７に開示されている。
【００１１】
また、スタックの各面に配置された６枚の板材を辺で互いに係合させてスタックを締結することが特許文献６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１３５３４４号公報（第５頁、図４）
【特許文献２】特開２００５−１４２１４５号公報（第１０頁、図３）
【特許文献３】米国特許公開２００６／００９３８９０号公報
【特許文献４】米国特許公開２００８／０３０５３８０号公報
【特許文献５】米国特許６，２１０，８２３号公報
【特許文献６】特開２００５−２７６，４８４号公報
【特許文献７】特開２０００−６７，９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、複数の単電池のモジュールを一方向に積み重ねて構成された積層体をバンドで締め上げた場合、積層体に対する締結荷重は積層体の厚さとバンドの長さで決まってしまい、全てのスタックへ適正な締結荷重を掛けることができない。ここで、積層体の厚さとバンドの長さとには、ばらつきが生じるため、スタックの性能を発揮するには、積層体の厚さのばらつきに応じて適正な締結荷重を積層体に負荷する必要がある。特許文献１，３，４のような方式においても、バンドに予め負荷した残留応力での締結しかできないため、積層体の厚さがばらついた場合、締結荷重の過不足ができるという問題が発生する。特許文献６も同様に、板材同士を連結するときに予め負荷した残留応力での締結しかできないため、積層体の厚さがばらついた場合、締結荷重の過不足ができるという問題が発生する。
【００１４】
また、特許文献２，５，７のような方式においては、積層体の厚さのばらつきに対してボルト又は皿バネによって荷重の調節は可能であるが、調節するためのボルトにより、スタックの体積が増大してしまうという問題が発生する。
【００１５】
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、高分子電解質型燃料電池において、スタックの小型化が可能であり、積層体のばらつきに応じて締結荷重を簡易に調節可能でかつ、発電性能と耐久性を向上させることができる高分子電解質型燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１７】
本発明の第１態様によれば、高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極層を、一対のセパレータにより挟んだ単電池モジュールを複数層積層させて積層体とし、前記積層体を、Ｕ字状に湾曲した板状の一対の締結部材内に収容する燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記一対の締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも１つの第１連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第２連結部とを有し、
前記一方の締結部材に形成された前記第１連結部と前記他方の締結部材に形成された前記複数の第２連結部とを組み合わせた状態で、前記第１連結部と前記第２連結部とを、前記積層体の積層方向に１本のピン部材で連結して前記一対の締結部材を連結する高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００１８】
本発明の第２態様によれば、各一端部の前記第１連結部の貫通穴と前記他端部の前記複数の第２連結部の貫通穴との重なり合った部分に前記ピン部材を貫通させて、前記ピン部材により、各締結部材の各一端部と各他端部とを互いに連結する、第１の態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００１９】
本発明の第３態様によれば、各連結部は、前記ピン部材を貫通させる穴を形成する、両端が互いに固定された帯状部材で構成される、第２の態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００２０】
本発明の第４態様によれば、前記一対の締結部材のそれぞれの前記一端部での前記連結部の配置位置は同じであり、前記一対の締結部材のそれぞれの前記他端部での前記連結部の配置位置も同じでかつ前記一端部での前記連結部の配置位置とは互い違いに異なる、１〜３のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００２１】
本発明の第５態様によれば、前記ピン部材は、長手方向に対して直交する断面形状が円形もしくは長丸の形状を有する、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００２２】
本発明の第６態様によれば、前記締結部材の連結箇所１つにつき、前記ピン部材として複数本を用いる、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００２３】
本発明の第７態様によれば、前記締結部材の連結箇所は１箇所であり、前記ピン部材を１本使用して締結している、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００２４】
本発明の第８態様によれば、前記締結部材の連結箇所は３箇所であり、各連結箇所では、前記ピン部材を１本使用して締結している、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
【００２５】
本構成によって、最小限の部品数であらゆる燃料電池スタックに適切な締結荷重を負荷でき、締結荷重の調節機構などの余分な部品及び体積の増加なく、スタックを小型化することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明の高分子電解質型燃料電池スタックによれば、簡単な構造で、スタックに適切で均一な荷重を負荷することができるとともに、例えば、ピン部材の長手方向と直交する方向の寸法又は形状又は本数などが異なる別のピン部材に交換するだけで、締結荷重を簡単に変更して調整することができる。よって、積層体に厚さのばらつきがあっても、例えば、長手方向と直交する方向の寸法又は形状又は本数が異なるピン部材を用意しておき、ピン部材を交換する作業だけで、締結荷重を簡単に調整することができ、スタックに適切で均一なすなわち均等な荷重を負荷することができるという効果を奏する。この結果、スタックに均一な荷重を負荷することにより、スタックの発電性能及び耐久性も向上するという効果も発揮する。さらに、連結部とピン部材とによる簡単な構造での連結であるため、複雑な構造の荷重調節機構などを設けるスペースは不要となり、スタックの締結も非常に容易で組立性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態における高分子電解質型燃料電池の一例である燃料電池スタックの構造を分解して示した斜視図であり、
【図２】図２は、図１の燃料電池スタックの単電池モジュール（セル）の分解模式図であり、
【図３Ａ】図３Ａは、前記実施形態の第１実施例における燃料電池スタックの断面平面図であり、
【図３Ｂ】図３Ｂは、前記実施形態の第１実施例の変形例における燃料電池スタックの断面平面図であり、
【図４Ａ】図４Ａは、前記第１実施例においてバンドの連結部が２箇所でバンドとピンを２本ずつ使用する場合のバンドとピンの分解斜視図であり、
【図４Ｂ】図４Ｂは、バンドの連結部が１箇所でバンドとピンを１本ずつ使用する場合のスタックの断面図であり、
【図４Ｃ】図４Ｃは、バンドの連結部が３箇所でバンドとピンをそれぞれ３本ずつ使用する場合のスタックの断面図であり、
【図５】図５は、バンドを平面方向に３本使用する場合のバンドとピンの分解斜視図であり、
【図６】図６は、前記第１実施例における２種類のバンド連結部を示す拡大断面平面図（図６の（１）は一例としてピンの直径φ５ｍｍの場合を示し、図６の（２）は一例としてピンの直径φ１０ｍｍの場合を示す。）であり、
【図７Ａ】図７Ａは、前記第１実施例におけるピンの模式図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、前記第１実施例におけるピンの応用例の模式図であり、
【図７Ｃ】図７Ｃは、前記第１実施例におけるピンの応用例の模式図であり、
【図７Ｄ】図７Ｄは、前記第１実施例におけるピンの応用例の模式図であり、
【図８】図８は、前記実施形態の第１実施例〜３におけるバンド連結部の拡大断面平面図（図８の（１）は前記第１実施例の円形断面のピンの場合、図８の（２）は前記実施形態の第２実施例において長丸断面のピンを使用する場合、図８の（３）は前記第２実施例において涙型断面のピンを使用する場合、図８の（４）は前記第３実施例において２本のピンを使用する場合をそれぞれ示す。）であり、
【図９】図９は、前記実施形態の変形例におけるバンドとピンの斜視図であり、
【図１０Ａ】図１０Ａは、前記実施形態の別の変形例におけるバンドの連結部の連結部分の側面図であり、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０ＡのＢ−Ｂ断面図であり、
【図１１Ａ】図１１Ａは、前記実施形態のさらに別の変形例におけるバンドの連結部の連結部分の斜視図であり、
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１ＡのＢ−Ｂ断面図であり、
【図１２】図１２は、特許文献１の締結構造を示すスタック模式図であり、
【図１３】図１３は、特許文献２の締結構造を示すスタック模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一つの実施形態における固体高分子電解質型燃料電池の一例である燃料電池スタック１の構造を分解して示した斜視図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、その中心部に、単電池モジュール（セル）２を複数層（例えば、数十層）積層されてセル積層体７が構成されている。セル積層体７の一方の端部の最外層には、集電板３と、複数の配管５と、前端板４Ａと、締結部材の一例としてのバンド８Ａとが配置されている。セル積層体７の他方の端部の最外層には、集電板３と、弾性体の一例としての多数の内側バネ６と、後端板４Ｂと、締結部材の一例としてのバンド８Ｂとが配置されている。そして、一対の端板４Ａ，４Ｂの外側から、集電板３とセル積層体７などの締結対象部材（被締結部材）の全体を、金属などの一対のバンド８Ａ，８Ｂで締め上げて、燃料電池スタック１を構成している。バンド８Ａ，８Ｂの一例としてはステンレス鋼（より具体的には肉厚０．５ｍｍ程度のステンレス鋼の板材）で構成することができる。
【００３０】
図２に単電池モジュール（セル）２の分解模式図を示す。セル２は、表裏両面の周辺部にシール部材の一例としてのガスケット１１ａをそれぞれ有する電解質膜電極接合体（以降、「ＭＥＡ」とする。）１２を一対の導電性のセパレータ１３（具体的にはアノード側セパレータ１３Ａ及びカソード側セパレータ１３Ｃ）で挟み、さらに、一方のセパレータ（例えばカソード側セパレータ１３Ｃ）の外側に冷却水セパレータ１３Ｗを配置して構成されている。各セパレータ１３Ａ，１３Ｃ及びＭＥＡ１２の周縁部には、燃料ガス、酸化剤ガス、及び、冷却水が流通するそれぞれ一対の貫通孔、すなわちマニホールド孔１４が形成されている。複数個のセル２が積層されたセル積層体７の状態では、これらマニホールド孔１４が積層されて互いに連通し、燃料ガスマニホールドと、酸化剤ガスマニホールドと、冷却水マニホールドとをそれぞれ独立して形成している。
【００３１】
ＭＥＡ１２の本体部１２ａは、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、高分子電解質膜の周縁部より内側の部分の内外両面に形成された一対の電極層（すなわちアノードとカソードの電極層）とより構成されている。電極層は、ガス拡散層と、ガス拡散層と高分子電解質膜の間に配置される触媒層とを有する積層構造を有している。
【００３２】
アノード側セパレータ１３Ａ及びカソード側セパレータ１３Ｃは、平板状であって、ＭＥＡ１２と接触する側の面、すなわち内面は、ＭＥＡ１２とガスケット１１ａとの形状にそれぞれ対応した形状を有するように構成している。セパレータ１３には、一例として、東海カーボン株式会社製グラッシーカーボンを用いることができる。各セパレータ１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｗでは、各種マニホールド孔１４が該各セパレータ１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｗを厚み方向に貫通している。また、各セパレータ１３Ａ，１３Ｃの内面には、燃料ガス流路溝１５Ａと酸化剤ガス流路溝１５Ｃとがそれぞれ形成され、セパレータ１３Ｗの内面（カソード側セパレータ１３Ｃ側の面）には冷却水流路溝１５Ｗが形成されている。各種マニホールド孔１４と各流路溝１５とは、切削加工あるいは成形加工によりそれぞれ形成されている。
【００３３】
ＭＥＡ１２の表面と裏面とにそれぞれ配置されたガスケット１１ａは弾性体で構成されたシール部材である。ＭＥＡ１２とセパレータ１３Ａ又は１３Ｃとの押圧によって、セパレータ１３Ａ又は１３Ｃの内面の形状に応じてガスケット１１ａは変形し、ＭＥＡ１２の本体部１２ａの周囲及び各種マニホールド孔１４の周囲がガスケット１１ａでシールされている。アノード側セパレータ１３Ａ及びカソード側セパレータ１３Ｃの背面（外面）には、各種マニホールド孔１４の周囲に、耐熱性の材質からなるスクイーズパッキンなどの一般的なシール部材１１ｂが配設されている。このパッキンなどのシール部材１１ｂによって、隣接するセル２間において、各種マニホールド孔１４のセル２間の連接部からの燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水のそれぞれの漏出が防止される。
【００３４】
集電板３は、セル積層体７の両外側にそれぞれ配置し、発電された電気を効率良く集電できるように、一例として、銅板に金メッキを施したものを使用している。なお、集電板３には、電気導電性の良好な金属部材、例えば、鉄、ステンレス鋼、又は、アルミニウムなどを使用しても良い。各集電板３の外側には、電気を絶縁するために電気絶縁性のある材料を用いた端板４Ａ，４Ｂを配置し、絶縁の役割も兼用させている。ここで、端板４Ａ，４Ｂ及び配管５には、一例として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いて射出成形で製作したものを使用している。前端板４Ａと別体となっている各配管５は、セル積層体７の各マニホールドに、マニホールド用貫通穴を有するガスケット５ａを介して押し当てられて連通させて、前端板４Ａを介してバンド８Ａと８Ｂで締結される。一方、後端板４Ｂの内側には、セル積層体７に荷重を加える弾性体の一例として機能する多数の内側バネ６が均等に配置され、バンド８Ａ，８Ｂで締結時に例えば１０ｋＮ前後の荷重がセル積層体７に負荷されるように構成されている。燃料電池スタック１の組立時に端板４Ａ，４Ｂを介してセル積層体７を２枚のバンド８Ａ，８Ｂと２本のピン部材の一例としてのピン１０で締結されている。
【００３５】
各バンド８Ａ，８Ｂは、端板４Ａ，４Ｂなどを含む締結対象部材を外側から囲って締結することが可能なように、大略Ｕ字状の平面形状を有する金属の帯状部材で構成されている。各バンド８Ａ，８Ｂの帯状部材の長手方向の両端部の各縁部８ａ，８ｂには、それらの縦方向沿いに所定間隔ごとに、連結部９を複数個設けている。各連結部９は、バンド８Ａ，８Ｂよりも細い金属の帯状部材の両端部を各縁部８ａ，８ｂに溶接などで固定して、縦方向に貫通した貫通穴９ａを形成するように構成している。この貫通穴９ａには、長さ方向に同じ直径を有しかつピン部材の一例として機能するピン１０を挿入可能としている。
【００３６】
各バンド８Ａ，８Ｂの両端部の縁部８ａ，８ｂにおいて、連結部９の配置位置は異なっており、バンド８Ａ，８Ｂは同一構造となっている。よって、対向する一対のバンド８Ａ，８Ｂの両端部でかつ締結時に互いに接近する端部の縁部８ａ，８ｂ同士での連結部９の配置位置は同じであり、かつ、一対のバンド８Ａ，８Ｂの両端部でかつ締結時に互いに接近せずに斜め方向に対向配置されている端部の縁部８ａ，８ｂ同士での連結部９は、その配置位置が互い違いに異なっている。このような構成すれば、各バンド８Ａ，８Ｂとしては同一構造のものを製造すればよく、製造コストを大幅に減少させることができるとともに、締結荷重のバランスがとりやすくなる。
【００３７】
このような構成にかかる一対の端板４Ａ，４Ｂが、集電板３とセル積層体７などの締結対象部材（被締結部材）の全体を、外側から、一対のバンド８Ａ，８Ｂをそれらの締め付け方向に組み合わせて締結して締め上げた状態で、一対のバンド８Ａ，８Ｂの組み合わせられた各縁部８ａ，８ｂ同士において、バンド８Ａ，８Ｂの両端部のいずれか一方の縁部８ａの、隣接する連結部９，９間の空間１９又は連結部９が配置されていない空間１９（以下、単に「連結部９の無い連結部挿入空間１９」又は「連結部挿入空間１９」という。）に、バンド８Ａ，８Ｂの両端部のいずれか他方の縁部８ｂの連結部９が入り込むようになっている。このようにバンド８Ａ，８Ｂで締め上げた状態で、一方の縁部８ａの各連結部９と他方の縁部８ｂの各連結部９とが、それらの貫通穴９ａが互いに連通可能な位置に位置しており、各連結部９に、長手方向に１本のピン１０を挿入して、バンド８Ａ，８Ｂの各一端部と各他端部とを互いにそれぞれ連結すると、所定の締結荷重例えば締結荷重１０ｋＮで締結対象部材を締結した状態で燃料電池スタック１を構成することができる。
【００３８】
本実施形態では、一例として、セル２は３０個積層されてセル積層体７を構成し、２枚のバンド８Ａ，８Ｂと２本のピン１０とで、３０個のセル２を含む締結対象部材を締結して構成している。
【００３９】
以下に、本実施形態のより具体的な、いくつかの実施例について説明する。
【００４０】
（第１実施例）
図３Ａ及び図３Ｂに、本実施形態の第１実施例及びその変形例における燃料電池スタック１の断面平面図を示す。セル積層体７の上下面に集電板３をそれぞれ配置し、セル積層体７の下側の一方の集電板３付近に配管５を配置して端板４Ａで押さえ、上側のもう一方の集電板３の上には多数の内側バネ６を配置して、上下の端板４Ａ，４Ｂにより挟まれている。セル２と同じ幅のバンド本体部８ｃ，８ｄを有する２枚のバンド８Ａ，８Ｂで締結対象部材の全体を覆い、一例として、２本のピン１０でバンド８Ａ，８Ｂを連結することにより締結される構造としている。バンド８Ａ，８Ｂとピン１０で組立完了時に、集電板３上の多数の内側バネ６がセル積層体７と端板４Ｂとの間で圧縮され、一例として、セル積層体７に例えば１０ｋＮ前後の荷重が負荷される構造としている。ここで、端板４Ａ，４Ｂは、バンド８Ａ，８Ｂで締結時にセル２の平面内に均等に荷重が負荷されるように、セル２側は平坦部４ａとし、バンド８Ａ，８Ｂ側は、中央部分のバンド８Ａ，８Ｂのバンド本体部８ｃ，８ｄと密着する部分は平坦部４ｂとし、その両側のバンド８Ａ，８Ｂの後述する側板部８ｅ，８ｆと接触する部分は弧を描くような湾曲面部４ｃとするような形状とし、ポリフェニレンサルファイド樹脂で成形している。平坦部４ｂの両側の湾曲面部４ｃの曲率は同じとし、平坦部４ａと平坦部４ｂとは平行に配置されて、バンド８Ａ，８Ｂから端板４Ａ，４Ｂを介して均等な締め付け力をセル積層体７に付加するように構成している。特に、両方の端板４Ａ，４Ｂの角部に対応する部分を湾曲面部４ｃとし、かつ、後述するように、バンド８Ａ，８Ｂの側板部８ｅ，８ｆが湾曲面部４ｃに沿うように配置可能としているので、湾曲面部ではなく、２つの平面が交わって角が立つような端板では、角の存在により、バンドからの均等な締結力がセル積層体７に付加しにくいといった課題を確実に解消することができる。本第１実施例では、絶縁も兼ねた端板４Ａ，４Ｂの材料として熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂を使用しているが、熱硬化樹脂であるフェノール樹脂、又は、アルミニウムなどの金属板などと絶縁用の樹脂板とを併用して、端板４Ａ，４Ｂとして用いても良い。また、本第１実施例では、片側の集電板３上にバネ６を配置したが、両側の集電板３上にバネ６を配置してもよい。
【００４１】
図４Ａにバンド８Ａ，８Ｂとピン１０の分解斜視図を示す。バンド８Ａ，８Ｂは、セル２の幅と同じ幅で端板４Ａ，４Ｂの外側全面及び集電板３とセル積層体７の両側面などを覆う形状としている。よって、締結時に、締結対象部材の中間部（両端板４Ａ，４Ｂで挟まれたセル積層体７の中間部）、すなわち、セル積層体７の両側面の中央部の２ヶ所でそれぞれ、一方のバンド８Ａの連結部９と他方のバンド８Ｂの連結部９とが一列に互い違いに組み合わされて１本のピン１０で連結されるように構成されている。より具体的には、バンド８Ａ，８Ｂのそれぞれは、前記端板４Ａ，４Ｂの平坦部４ｂの外面と密着可能でかつ端板４Ａ，４Ｂの外面のうちセル積層体７の積層方向に形成されるベース板として機能する、板状のバンド本体部８ｃ，８ｄと、バンド８Ａ，８Ｂの端部をそれぞれ構成するように板状のバンド本体部８ｃ，８ｄの左右の端縁に一体的に連結されかつバンド本体部８ｃ，８ｄとの連結部分が湾曲した側板部８ｅ，８ｆと、側板部８ｅ，８ｆのそれぞれの縁部８ａ，８ｂに固定された連結部９とで構成されている。この側板部８ｅ，８ｆは、バンド本体部８ｃ，８ｄから前記積層体の両側方に連続的に延出する側板として機能している。よって、各バンド８Ａ，８Ｂは、一方の側板部８ｅ，８ｆとバンド本体部８ｃ，８ｄと他方の側板部８ｅ，８ｆとでそれぞれ帯状部材を構成するようになっている。板状のバンド本体部８ｃ，８ｄの幅は、セル２の端板４Ａ，４Ｂの幅と同じ幅に構成されている。特に、図３Ｂの第１実施例の変形例では、バンド８Ａ，８Ｂのバンド本体部８ｃ，８ｄが端板４Ａ，４Ｂの平坦部４ｂに密着するとともに、バンド８Ａ，８Ｂの側板部８ｅ，８ｆが端板４Ａ，４Ｂの両側の湾曲面部４ｃに密着するように配置構成して、バンド８Ａ，８Ｂから端板４Ａ，４Ｂを介して均等な締め付け力をセル積層体７に付加しやすくするように構成している。さらに、図１及び図４Ａの一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａには、上端に１個の連結部９が固定され、次いで、所定間隔を置いて３個の連結部９が固定され、合計４個の連結部９が固定されている。また、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａには、左側縁部８ａの４個の連結部９とは、少なくとも１個の連結部９の幅より大きな寸法だけそれぞれ下方に位置をずらせた位置に、４個の連結部９が固定されている。すなわち、右側縁部８ａには、下端に１個の連結部９が固定され、次いで、所定間隔を置いて３個の連結部９が上方に固定されている。他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの右側縁部８ｂには、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａと同じ位置に４個の連結部９が固定されている。他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの左側縁部８ｂには、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａと同じ位置に４個の連結部９が固定されている。よって、一方のバンド（前側のバンド）８Ａと他方のバンド（後側のバンド）８Ｂとを、所定の締結荷重で締め付けた状態で、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの右側縁部８ｂの４個の連結部９の無い連結部挿入空間１９に入り込むと同時に、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの左側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの右側縁部８ｂの４個の連結部９の間の連結部挿入空間１９に入り込ませて、それぞれ、合計８個の連結部９の貫通孔９ａを連通させることができるようにしている。
【００４２】
なお、配管５が配置された側のバンド８Ａには、一例として、各配管５を通すための孔８ｇを機械加工もしくは成形加工によりそれぞれ形成している。一例として、バンド８Ａ，８Ｂの各連結部９はスポット溶接により形成し、丸棒状のピン１０がバンド８Ａ，８Ｂを連結しながら各連結部９に挿入できるように構成している。
【００４３】
なお、各連結部９は、バンド８Ａ，８Ｂの縁部８ａ、８ｂのそれぞれに対して、大略均等に前記締結荷重を発揮できるならば、その配置又は個数又は形状又は構造は前記した配置及び個数及び形状及び構造に限られるものではない。
【００４４】
本第１実施例では、２枚のバンド８Ａ，８Ｂと２本のピン１０により２ヶ所で連結しているが、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９は１ヶ所もしくは３箇所以上でも良い。
【００４５】
例えば、図４Ｂには、バンドの連結部が１箇所でバンドとピンを１本ずつ使用する場合のスタックの断面図を示す。ここでは、一方の端板４Ｂの中央部から、積層体７の一方の側面、他方の端板４Ａ、及び積層体７の他方の側面から一方の端板４Ｂの中央部までを、１個のバンド８Ｃで１巻きに包囲し、一方の端板４Ｂの中央部で、バンド８Ｃの両縁部の連結部９を一箇所で組み合わせて、組み合わせられた連結部９の貫通穴９ａに１本のピン１０を挿入して締結している。この図４Ｂでは、一方の端板４Ｂの中央部に凹部４ｇを備えて、凹部４ｇで、連結部９の貫通穴９ａに１本のピン１０を挿入するようにしている。
【００４６】
また、別の例として、図４Ｃには、連結部９での連結部分が３箇所で３個のバンド８Ｄとピン１０をそれぞれ３本ずつ使用する場合のスタックの断面図を示す。この図４Ｃでは、各バンド８Ｄの左縁８ａの複数の連結部９と該バンド８Ｄに隣接するバンド８Ｄの右縁８ａの複数若しくは１個の連結部９とを組み合わせてそれぞれ１本のピン１０を各連結部９の貫通孔９ａに通して固定することができる。この図４Ｃでも、一方の端板４Ｂの中央部に凹部４ｇを備えて、凹部４ｇで、連結部９の貫通穴９ａに１本のピン１０を挿入するようにしている。
【００４７】
さらに、本第１実施例では、２枚のバンド８Ａ，８Ｂにより締結しているが、図５のバンド８Ａ，８Ｂとピン１０の分解斜視図で示すとおり、それぞれ１枚のバンド８Ａ，８Ｂを、それぞれ面内方向（図５では上下方向）に分割して複数本（例えば３本）のバンド８Ａ−１，８Ａ−２，８Ａ−３，８Ｂ−１，８Ｂ−２，８Ｂ−３として使用しても良い。
【００４８】
各バンド８Ａ（８Ａ−１，８Ａ−２，８Ａ−３），８Ｂ（８Ｂ−１，８Ｂ−２，８Ｂ−３），８Ｃ，８Ｄなどの材料は、前記締結荷重による締結力を発揮させることが可能な程度の剛性を少なくとも有すればよく、好ましくはステンレス鋼等の金属類、硬質のゴム、又は、合成樹脂により構成することができる。また、ピン１０も、前記締結荷重を発揮させることが可能な程度の剛性を少なくとも有すればよく、好ましくは金属類、又は、繊維強化樹脂材料、など強度の比較的高い材料により構成することができる。本第１実施例では、一例として、バンド８Ａ，８Ｂにステンレス鋼を使用し、ピン１０にはクロムモリブデン鋼鋼材ＳＣＭ４３５を使用している。
【００４９】
次に、本第１実施例の燃料電池スタック１の組立方法について説明する。一例として、２枚のバンド８Ａ，８Ｂで構成される場合について説明する。
【００５０】
一方のバンド８Ａの上に、前端板４Ａ、配管５、集電板３、複数のセル２で構成されるセル積層体７、集電板３、後端板４Ｂ、他方のバンド８Ｂの順に積層して締結対象部材を載置した後に、一例として、締結対象部材の全体に例えば１０ｋＮの締結荷重を負荷して、一方のバンド８Ａの連結部９と他方のバンド８Ｂの連結部９とを互い違いに組み合わせて一列にそれぞれ配置させる。この状態で、一対のバンド８Ａ，８Ｂによる締結対象部材の締結状態を冶具で保持する。この結果、前記所定の締結荷重による締結力で締め付けた状態で、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの左側縁部８ｂの４個の連結部９の無い連結部挿入空間１９に入り込むと同時に、一方のバンド（前側のバンド）８Ａの右側縁部８ａの４個の連結部９が他方のバンド（後側のバンド）８Ｂの左側縁部８ｂの４個の連結部９の間の連結部挿入空間１９に入り込ませて、それぞれ、合計８個の連結部９の貫通孔９ａが連通した状態となっている。
【００５１】
その後、合計８個の連結部９にピン１０をそれぞれ挿入する。
【００５２】
次いで、冶具を使用しての一対のバンド８Ａ，８Ｂによる締結対象部材の締結状態を解除して、冶具を外すと、セル積層体７のシール部材などの弾性復元力で一対のバンド８Ａ，８Ｂが互いに離れる方向に移動して、バンド８Ａの４個の連結部９とバンド８Ｂの４個の連結部９とがピン１０に対して、ピン１０の長手方向と直交する方向に互いに反対方向に引っ張り合い、ピン１０と一対のバンド８Ａ，８Ｂの合計８個の連結部９とが固定されて、各ピン１０が合計８個の連結部９に対して抜け止め保持されて、締結組立を完了する。
【００５３】
ここで、セパレータ１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｗ及びＭＥＡ１２の厚みには、それぞれ、ばらつきが発生するため、セル積層体７の厚さにもばらつきが発生する。バンド８Ａ，８Ｂの寸法は公差範囲内で決まっており、セル積層体７が所定の寸法よりも厚すぎたり、薄すぎたりすると、前記締結荷重にばらつきが生じる。その結果、ＭＥＡ１２への締結圧力もばらつき、発電性能に差が発生する可能性もある。そこで、これを防止するため、本第１実施例では、前記したように、前記連結部９とピン１０とを使用することにより、燃料電池スタック１の寸法ばらつきに対応して適切な荷重を負荷することの出来るバンド構造を持つスタック製造方法を採用している。
【００５４】
次に、適切な荷重の負荷方法を具体的に説明する。
【００５５】
本第１実施例では、バンド８Ａ，８Ｂを連結するピン１０の直径を数種類準備し、セル積層体７の厚さに応じて適切な直径及び本数のピン１０を使用することにより、各セル積層体７に対して適切な荷重を負荷することが可能となる。
【００５６】
まず、直径の異なる２本のピン１０を使用する場合の締結荷重の調整について説明する。
【００５７】
図６は本第１実施例のバンド８（バンド８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄなどを総称して「バンド８」と称する。）の連結部９の拡大断面図であり、図６の（１）は、例えばφ５ｍｍのピン１０Ａを用いた連結部９であり、図６の（２）は、例えばφ１０ｍｍのピン１０Ｂを用いた連結部９である。
【００５８】
ここで、図６の（１）において、上側の連結部９ｃの下端位置９ｂから上方向に５ｍｍの範囲まで、直径φ５ｍｍのピン１０Ａが上側の連結部９ｃの貫通穴９ａ内に嵌め込まれ、下側の連結部９ｄの上端位置９ｅから下方向に５ｍｍの範囲まで、前記と同一のφ５ｍｍのピン１０Ａが下側の連結部９ｄの貫通穴９ａ内に嵌め込まれている。よって、図６の（１）では、上側の連結部９ｃの貫通穴９ａと下側の連結部９ｄの貫通穴９ａとの重複寸法は、上下方向（すなわち、バンド８による締結力の作用方向）において約５ｍｍである。
【００５９】
これに対して、図６の（２）において、上側の連結部９ｃの下端位置９ｂから上方向に１０ｍｍの範囲まで、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂが上側の連結部９ｃの貫通穴９ａ内に嵌め込まれ、下側の連結部９ｄの上端位置９ｅから下方向に１０ｍｍの範囲まで、前記と同一のφ１０ｍｍのピン１０Ｂが下側の連結部９ｄの貫通穴９ａ内に嵌め込まれている。よって、図６の（２）では、上側の連結部９ｃの貫通穴９ａと下側の連結部９ｄの貫通穴９ａとの重複寸法は、上下方向（すなわち、バンド８による締結力の作用方向）において約１０ｍｍである。
【００６０】
これより、図６の（１）では重複寸法がバンド８による締結力の作用方向において約５ｍｍであるのを、図６の（２）では重複寸法がバンド８による締結力の作用方向において約１０ｍｍまで大きくすることができ、締結荷重を大幅に増加させることができる。逆に、図６の（２）の状態から図６の（１）の状態に変更すれば、重複寸法をバンド８による締結力の作用方向において約１０ｍｍから約５ｍｍまで小さくすることができ、締結荷重を大幅に減少させることができる。これにより、単に、連結部９の貫通穴９内にピン１０を抜き差しするだけで、締結荷重を調整することができる。
【００６１】
なお、締結荷重が適切か否かは、例えば、内側バネ６の縮み具合によって判断することが可能である。
【００６２】
本第１実施例では、バンド８Ａ，８Ｂを連結するピン１０の直径を数種類準備し、セル積層体７の厚さに応じて適切な直径及び本数のピン１０を使用することにより、各セル積層体７に対して適切な荷重を負荷することが可能となる。
【００６３】
前記説明では、説明を簡略化するため、直径の異なる２本のピン１０を使用する場合の締結荷重の調整について説明したが、実際の組立方法では、例えば、ピン１０の直径の種類として大中小の３種類くらい用意すればよい。例えば、直径φ５ｍｍのピン１０Ａと、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂと、直径φ１５ｍｍのピン１０とを用意しておく。そして、まず、３種類ピン１０のうちの中間の大きさである直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂを連結部９の貫通穴９内に挿入して締結荷重が適切か否かを判断し、締結荷重が不足している場合には、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂを直径φ１５ｍｍのピン１０に交換する。一方、締結荷重が過大な場合には、直径φ１０ｍｍのピン１０Ｂを直径φ５ｍｍのピン１０Ａに交換する。
【００６４】
このように、ピン１０の直径を変化させることで、例えば、５〜１５ｍｍの厚さばらつきに対応することが可能であり、本第１実施例では、締結荷重にすると最大およそ１ｋＮ程度荷重の調節が可能となる。ピン１０は、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の連結箇所毎にそれぞれに異なる大きさの直径のピン１０を選ぶことも可能である。例えば、連結部９の連結箇所が２箇所ある場合、一方の連結箇所にφ５ｍｍの丸棒状のピン１０を使用して連結し、もう一方の連結箇所には、φ１０ｍｍの丸棒状のピン１０を使用して連結すると、セル積層体７の２．５ｍｍの厚みばらつきに対応することが出来、適切な荷重を負荷することが可能となる。
【００６５】
また、本第１実施例では、一例として、ピン１０として複数種類の直径の丸棒を準備している。丸棒とは、例えば、図７Ａに示すように、両端１０ａが平面の円柱体である。
【００６６】
しかしながら、これに限られるものではなく、ピン１０の形状は、その先端部（少なくとも一方の先端部）を工夫することによりバンドの連結部９への挿入性を向上することが可能となる。例えば、図７Ｂ〜図７Ｄにピン１０の先端部の応用例を示す。まず、１つの例として、図７Ｂは、ピン１０の先端を半球形状にして、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入時の摩擦を減少させている。同様にして、別の例として、図７Ｃに示すように、ピン１０の先端を鉛筆と同様に円錐形状にして、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入時の摩擦を減少させている。また、別の例として、図７Ｄに示すように、図７Ｃよりもさらに小さな直径の（細い）円錐形状にして、バンド８Ａ，８Ｂの連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入時の摩擦をより減少させるようにしても良い。
【００６７】
このようにすれば、図７Ａの丸棒よりも、連結部９の貫通穴９ａに対するピン１０の挿入性を向上させることができる。
【００６８】
従来例のバンド締結した燃料電池スタックようにボルトを用いた荷重調節機構とは異なり、本第１実施例のバンド８Ａ，８Ｂとピン１０による荷重調節可能な構造を有するスタックの製造方法では、締結荷重を調節するためのスペーサなどの別部材を用意する必要が無く、例えば、単に、直径の異なるピン１０を数種類用意するだけでよい。よって、締結対象部材（前端板４Ａ、集電板３、複数のセル２で構成されるセル積層体７、集電板３、後端板４Ｂ）において、従来の締結用ボルトの貫通穴が不要となるため、同じ大きさならば締結対象部材の全体として有効面積を増加させることができる一方、有効面積を同じにする場合には、締結対象部材の小型化を図ることが可能となる。この結果、省スペースでコンパクトな燃料電池スタックを実現でき、なおかつ、適切な荷重で締結できる効率の良いスタックを提供することが可能となる。さらに、ボルトを用いた締結方法よりも、本第１実施例のバンド８Ａ，８Ｂとピン１０を用いたスタックは、組立性が非常に向上するという効果も発揮する。
【００６９】
（第２実施例）
ピン１０の断面形状は、第１実施例の円形に限らず、任意の形状でもよく、以下、円形以外の形状の例について説明する。例えば、図８の（１）は、比較のため、図６の（１）と同じであって、第１実施例の円形断面形状を有するピン１０Ａを使用して連結部９を連結する状態の断面平面図である。
【００７０】
これに対して、図８の（２）は、第２実施例におけるバンド８の連結部９とピン１０Ｅの拡大断面平面図を示している。使用するピン１０Ｅとして、その長手方向と直交する断面形状が長丸の棒を使用している。本第２実施例では、長丸の断面形状の長軸方向の長さが短軸方向の長さの倍の断面形状を持つピン１０Ｅを使用し、締結荷重としては、第１実施例よりも、例えば０．３ｋＮ余分に締結荷重を負荷することが可能となっている。本第２実施例では、ピン１０Ｅの断面形状の短軸方向の寸法が長軸方向の寸法よりも短いため、燃料電池スタック１の体積が短軸方向に余分に増えることもなく、コンパクトなスタックを実現しながら、締結荷重の調整が可能となる。本第２実施例では、第１実施例と同様に５〜１５ｍｍの厚みばらつきを吸収し、例えば最大１ｋＮまで締結荷重の調整を行なうことが可能である。
【００７１】
また、図８の（３）に示すように、ピン１０Ｅの長丸の断面形状の別の例として涙型の断面形状を有するピン１０Ｆ等を使用してもよい。
【００７２】
（第３実施例）
図８の（４）は、前記実施形態の第３実施例におけるバンド８の連結部９付近の拡大断面平面図を示している。バンド８の連結部９を締結するために、同じ種類のピン１０Ｇを数本使用することで、締結荷重を調節することができる。本第３実施例では、セル積層体７の厚みが薄い場合にピン１０Ｇを連結部９と連結部９との連結部分の一箇所に、すなわち、連結部９の１つの貫通穴９ａに２本挿入して、ピン１０Ｇの直径長さ分だけのセル積層体７の厚みばらつきに対応して、締結荷重を調節させることができる。スタック３の体積は増加せず、さらに、直径及び断面形状が異なる種類のピン１０を準備する必要もなく、スタック組立を完成することが出来るために、有効である。複数種類のピン１０を準備する必要もないため、少ない部品数で製造することができ、組立性も向上するという効果がある。
【００７３】
また、図９には、前記実施形態の変形例におけるバンド８Ｆとピンの斜視図を示す。前記第１実施例では、連結部９は、各バンド８Ａ，８Ｂの両端部の縁部８ａ，８ｂに複数個配置されているが、これに限られるものではない。例えば、図９に示すように、各バンド８Ｆの一方の端部の縁部８ｆには１個の連結部９を配置し、他方の端部の縁部８ｆには複数個（例えば２個）の連結部９を配置するようにしてもよい。
【００７４】
また、図１０Ａ及び図１０Ｂには、前記実施形態の別の変形例における一対のバンド８Ｇの連結部９の連結部分の側面図（一対のバンド８Ｇにおいて、図４ＡのＸ方向と同じ方向から見た図）及びＢ−Ｂ断面図を示す。この例では、ピン１０を、各バンド８Ｇの一方の端部の連結部９と一体化させたものである。具体的には、各バンド８Ｇの一方の端部の縁部８ｇに、Ｌ字状の突起を形成し、そのＬ字状の突起の縁部の長手方向沿いに延びた部分を丸棒部９ｇとして形成して、一方の連結部９として機能させている。各バンド８Ｇの他方の端部の縁部８ｈに、前記Ｌ字状の突起の丸棒部９ｇが挿入可能な連結部挿入空間１９を間に置いてＪ形状の平面を有するフック部９ｈを形成して、他方の連結部９として機能させている。よって、一対のバンド８Ｇを締結するとき、複数の丸棒部９ｇを連結部挿入空間１９内に入れたのち、複数の丸棒部９ｇをその長手方向沿いに（図１０Ａでは上向きに）移動させて、複数の丸棒部９ｇを複数のフック部９ｈ内に挿入係止して、連結するようにすることもできる。このようにすれば、ピン１０を別部品として用意する必要がなくなり、部品点数をより一層減少させることができる。
【００７５】
さらに、図１１Ａ及び図１１Ｂには、前記実施形態のさらに別の変形例における一対のバンド８Ｊの連結部９の連結部分の側面図（一対のバンド８Ｊにおいて、図４ＡのＸ方向と同じ方向から見た図）及びＢ−Ｂ断面図を示す。この例でも、ピン１０を、各バンド８Ｊの一方の端部の連結部９と一体化させたものである。具体的には、各バンド８Ｊの一方の端部８ｊの縁部付近に、端縁沿いに四角形の係合穴９ｋを複数個形成して、一方の連結部９として機能させている。各バンド８Ｊの他方の端部８ｍの縁部には、前記係合穴９ｋに挿入して係合可能なＪ形状の平面を有するフック部９ｎを形成して、他方の連結部９として機能させている。よって、一対のバンド８Ｊを締結するとき、複数のフック部９ｎを複数の係合穴９ｋに挿入して係止して、連結するようにすることもできる。このようにすれば、ピン１０を別部品として用意する必要がなくなり、部品点数をより一層減少させることができる。
【００７６】
また、図１などにおいて、２本のピン１０の代わりに、２本のピン１０を連結した１本のＵ字状のロッドを使用することも可能である。
【００７７】
なお、前記様々な実施形態又は実施例のうちの任意の実施形態又は実施例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の高分子電解質型燃料電池スタックは、ポータブル電源、電気自動車用電源、又は、家庭内コージェネレーションシステム等に使用する燃料電池に対して有用である。
【００７９】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極層を、一対のセパレータにより挟んだ単電池モジュールを複数層積層させて積層体とし、
前記積層体を、Ｕ字状に湾曲した板状の一対の締結部材内に収容する燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記一対の締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、
前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも１つの第１連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第２連結部とを有し、
前記一方の締結部材に形成された前記第１連結部と前記他方の締結部材に形成された前記複数の第２連結部とを組み合わせた状態で、前記第１連結部と前記第２連結部とを、前記積層体の積層方向と直交する方向に１本のピン部材で連結して前記一対の締結部材を連結する高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項２】
各一端部の前記第１連結部の貫通穴と前記他端部の前記複数の第２連結部の貫通穴との重なり合った部分に前記ピン部材を貫通させて、前記ピン部材により、各締結部材の各一端部と各他端部とを互いに連結する、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項３】
各連結部は、前記ピン部材を貫通させる穴を形成する、両端が互いに固定された帯状部材で構成される、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項４】
前記一対の締結部材のそれぞれの前記一端部での前記連結部の配置位置は同じであり、前記一対の締結部材のそれぞれの前記他端部での前記連結部の配置位置も同じでかつ前記一端部での前記連結部の配置位置とは互い違いに異なる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項５】
前記ピン部材は、長手方向に対して直交する断面形状が円形もしくは長丸の形状を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項６】
前記締結部材の連結箇所１つにつき、前記ピン部材として複数本を用いる、請求項１〜２のいずれか１つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項７】
高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極層を、一対のセパレータにより挟んだ単電池モジュールを複数層積層させて積層体とし、
前記積層体を、Ｕ字状に湾曲した板状の締結部材を含む少なくとも３個の板状の締結部材内に収容する燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、
前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも１つの第１連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第２連結部とを有し、
前記締結部材の連結箇所は３箇所であり、前記３個の締結部材のうち隣接する２つの締結部材において、一方の締結部材に形成された前記第１連結部と他方の締結部材に形成された前記複数の第２連結部とを組み合わせた状態で、前記第１連結部と前記第２連結部とを、前記積層体の積層方向と直交する方向に１本のピン部材で連結して前記２つの締結部材を連結することにより、各連結箇所で締結している、高分子電解質型燃料電池スタック。
【請求項８】
各一端部の前記第１連結部の貫通穴と前記他端部の前記複数の第２連結部の貫通穴との重なり合った部分に前記ピン部材を貫通させて、前記ピン部材により、各締結部材の各一端部と各他端部とを互いに連結する、請求項７に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010090003.tif 000024
【図２】
2010090003.tif 000025
【図３Ａ】
2010090003.tif 000026
【図３Ｂ】
2010090003.tif 000027
【図４Ａ】
2010090003.tif 000028
【図４Ｂ】
2010090003.tif 000029
【図４Ｃ】
2010090003.tif 000030
【図５】
2010090003.tif 000031
【図６】
2010090003.tif 000032
【図７Ａ】
2010090003.tif 000033
【図７Ｂ】
2010090003.tif 000034
【図７Ｃ】
2010090003.tif 000035
【図７Ｄ】
2010090003.tif 000036
【図８】
2010090003.tif 000037
【図９】
2010090003.tif 000038
【図１０Ａ】
2010090003.tif 000039
【図１０Ｂ】
2010090003.tif 000040
【図１１Ａ】
2010090003.tif 000041
【図１１Ｂ】
2010090003.tif 000042
【図１２】
2010090003.tif 000043
【図１３】
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【国際調査報告】
2010090003.tif 000045
2010090003.tif 000046
2010090003.tif 000047
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