(57)【要約】【課題】  ロードセルをスタックに非内蔵とすることができる燃料電池スタックとその組み立て方法（製造方法）ならびに組み立て治具（製造装置）の提供。【解決手段】（１）１つ以上のセル積層体１と、セル積層体のセル積層方向一端に配置されセル積層体の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレート３と、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつプッシャープレート２と、セル積層体のセル積層方向他端に配置された第２のエンドプレート２２と、セル積層体の側方で延びるテンションビーム４と、を有する燃料電池スタック５。（２）治具５０で、直接プッシャープレート２を押圧する燃料電池スタックの組み立て方法（製造方法）。（３）治具５０のロードセル５１を有し、スタック側にはロードセルを設けないこととした燃料電池スタックの組み立て治具（製造装置）。【選択図】        図１
2006108058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレッシャープレートに対して載荷装置により所定の荷重をかけて製造される燃料電池スタックであって、前記荷重を受ける部分を有するプレッシャープレートを備えた燃料電池スタック。
【請求項２】
１つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置された第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置されセル積層方向に見て第１のエンドプレートと重ならない部分を有するプレッシャープレートと、を有する請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
１つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置されセル積層体の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつプレッシャープレートと、セル積層体のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつ第２のエンドプレートと、セル積層体の側方で第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間にわたって延びるテンションビームと、を有する請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
第１のエンドプレートとプレッシャープレートとの間の距離を調整する調整手段を有する請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記調整手段が締め付けボルトである請求項４記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
互いに並列に配置されたセル積層体Ａとセル積層体Ｂを有し、セル積層体Ａの一端の第１のエンドプレートＡと積層体Ｂの一端の第１のエンドプレートＢとは互いに別体の部材であり、セル積層体Ａの他端の第２のエンドプレートとセル積層体Ｂの他端の第２のエンドプレートは互いに一体の部材であり、セル積層体Ａとセル積層体Ａの一端の第１のエンドプレートＡとの間のプレッシャープレートＡとセル積層体Ｂとセル積層体Ｂの一端の第１のエンドプレートＢとの間のプレッシャープレートＢとは互いに別体の部材であり、プレッシャープレートＡとプレッシャープレートＢとはセル積層方向には相対移動が可能でセル積層方向と直交する方向には拘束されるように互いに組み合わされている請求項１〜請求項５の何れか一項記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
テンションビームは、トライアングル構造を有し、セル積層方向と直交する方向の曲げ剛性をプレートに比べて増大させる断面構造を有している請求項１〜請求項６の何れか一項記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
燃料電池スタックの製造装置によりプレッシャープレートに所定の載荷荷重をかける工程と、
前記燃料電池スタックの製造装置によってかけられる所定の載荷荷重を保持しつつ、締め付けボルトを締める工程と、
前記締め付けボルトを締める期間にわたり、該締め付けボルトの締め付けに伴って減少する燃料電池スタックの製造装置に設けられた荷重測定手段の測定値を監視し、該荷重測定手段による測定値に応じて前記締め付けボルトの締め付けを停止する工程と、
を有する燃料電池スタックの製造方法。
【請求項９】
１つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置されセル積層体の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつプレッシャープレートと、セル積層体のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつ第２のエンドプレートと、セル積層体の側方で第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間にわたって延びるテンションビームと、を有する燃料電池スタックを、セル積層体に所定載荷荷重がかかるように組み立てる燃料電池スタックの製造方法であって、
荷重測定手段を有する燃料電池スタックの製造装置により、直接、プレッシャープレートを押してセル積層体に所定載荷荷重をかけ、
前記燃料電池スタックの製造装置でプレッシャープレートを押してセル積層体に所定載荷荷重をかけた状態で、第１のエンドプレートにねじ込まれプレッシャープレートに当接する締め付けボルトを締め込んでいき、該締め付けボルトを締め込みに伴って減少する前記燃料電池スタックの製造装置の荷重測定手段の測定荷重が０になったところで締め込みを完了する、
請求項８記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１０】
前記荷重測定手段がロードセルである請求項８または請求項９記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１１】
１つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置された第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置されセル積層方向に見て第１のエンドプレートと重ならない部分を有するプレッシャープレートと、を有する燃料電池スタックを、セル積層体に所定載荷荷重がかかるように組み立てる燃料電池スタックの製造装置であって、
燃料電池スタックにかける荷重を付与するロッドと、ロッドから第１のエンドプレートに干渉することなくプレッシャープレートまで延びロッドからの荷重でプレッシャープレートを押す押し部と、ロッドと押し部との間に介装されてロッドから押し部に伝達される荷重を測定する荷重測定手段と、を有する燃料電池スタックの製造装置。
【請求項１２】
１つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置されセル積層体の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつプレッシャープレートと、セル積層体のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつ第２のエンドプレートと、セル積層体の側方で第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間にわたって延びるテンションビームと、を有する燃料電池スタックを、セル積層体に所定載荷荷重がかかるように組み立てる燃料電池スタックの製造装置であって、
燃料電池スタックにかける荷重を付与するロッドと、ロッドから第１のエンドプレートに干渉することなくプレッシャープレートまで延びロッドからの荷重でプレッシャープレートを押す押し部と、ロッドと押し部との間に介装されてロッドから押し部に伝達される荷重を測定する荷重測定手段と、を有する請求項１１記載の燃料電池スタックの製造装置。
【請求項１３】
前記荷重測定手段がロードセルである請求項１１または請求項１２記載の燃料電池スタックの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックとその製造方法（組み立て方法）ならびに製造装置（組み立て治具）に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−１７３８０５号公報に開示されているように、また、図１６〜図２１に示すように、燃料電池スタック２３は、セル１９（複数セルをシール接着したモジュールである場合を含む）をセル間にガスケットを挟み積層してセル積層体４３とし、セル積層体４３のセル積層方向両端にターミナル２０、絶縁体２１を配置し、さらに絶縁体のセル積層方向外側に、セル積層方向一端にプレッシャープレート４０、第１のエンドプレート２２を、セル積層方向他端に第２のエンドプレート２２を配置し、第１、第２のエンドプレート２２を、セル積層体の外側で第１、第２のエンドプレートにわたって延びるテンションプレート２４に取付け、セル積層体４３にセル積層方向に所定の荷重を付与したものからなる。
セル積層体は、セル間でリークを生じないようにするために、セル積層方向に一定荷重以上の荷重がかけられる。荷重が大き過ぎるとセパレータが割れてしまうため、第１のエンドプレート２２とプレッシャープレート４０の間にロードセル４１を配置し、スタック組み立て時にセル積層体の締め付け荷重を所定荷重に設定している。スタック組み立て後もロードセル４１はそのままスタック２３に残され、スタック２３に内蔵される。テンションプレート２４は、調整した荷重を維持し、かつ、スタック２３の形状を維持する。
セル積層体４３Ａ、４３Ｂが並列に配置される場合は（ただし、電気的には直列に接続される）、並列の２つのセル積層体４３Ａ、４３Ｂの一端の第１のエンドプレート２２は互いに一体で、他端の第２のエンドプレート２２も互いに一体であるが、プレッシャープレート４０は互いに別部材４０Ａ、４０Ｂとされる。また、並列の２つのセル積層体４３Ａ、４３Ｂの各セル積層体の上下に１枚づつ、計２枚のテンションプレート２４が配置され、並列の２つのセル積層体４３Ａ、４３Ｂに対しては合計４枚のテンションプレート２４が配置される。
【０００３】
従来の組み付けの工程は、図１８〜図２０に示すように、第２のエンドプレート２２上に順に絶縁体２１、ターミナル２０、所定枚数のセル１９またはモジュール、ターミナル２０、絶縁体２１、プレッシャープレート４０、ロードセル４１・締め付けボルト４２、第１のエンドプレート２２を配置して、ロードセルを具備しない治具にて第１のエンドプレート２２を押す（図１８）。ついで、テンションプレート２４を第１、第２のエンドプレート２２に取付ける（図１９）。ついで、ロードセル４１にて荷重を計測しながら、締め付けボルト４２を回転させて増し締めを行い、セル積層体４３Ａ、４３Ｂの締結荷重を所定の荷重に調整する（図２０）。
【特許文献１】特開２００３−１７３８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の燃料電池スタックおよびその組み立て方法（製造方法）ならびに組み立て治具（製造装置）には、つぎの問題がある。
（イ）ロードセル４１は組み付けの際にしか必要でないにもかかわらず、セル積層体４３にロードセル４１を設け、スタック２３にロードセル４１を内蔵しているため、コストおよびスペースにおいて不利である。
（ロ）スタック２３は曲げ荷重に対して曲げ変形を起こしやすい（図２１）。スタックの変形は、セル間のズレ（剪断ズレを含む）によるスタックの曲げ変形や、セル間ガスケットおよびセル単体中の接着剤の弾性変形によるスタックの曲げ変形などを含む。スタックの変形が生じると、リークの原因となる可能性がる。
【０００５】
本発明の目的は、ロードセルをスタックに非内蔵とすることができる燃料電池スタックとその組み立て方法（製造方法）ならびに組み立て治具（製造装置）を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、ロードセルをスタックに非内蔵とすることができるとともに、曲げ変形を起こしにくい燃料電池スタックとその組み立て方法（製造方法）ならびに組み立て治具（製造装置）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  プレッシャープレートに対して載荷装置により所定の荷重をかけて製造される燃料電池スタックであって、前記荷重を受ける部分を有するプレッシャープレートを備えた燃料電池スタック。
（２）  １つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置された第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置されセル積層方向に見て第１のエンドプレートと重ならない部分を有するプレッシャープレートと、を有する（１）記載の燃料電池スタック。
（３）  １つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置されセル積層体の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつプレッシャープレートと、セル積層体のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつ第２のエンドプレートと、セル積層体の側方で第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間にわたって延びるテンションビームと、を有する（１）記載の燃料電池スタック。
（４）  第１のエンドプレートとプレッシャープレートとの間の距離を調整する調整手段を有する（１）記載の燃料電池スタック。
（５）  前記調整手段が締め付けボルトである（４）記載の燃料電池スタック。
（６）  互いに並列に配置されたセル積層体Ａとセル積層体Ｂを有し、セル積層体Ａの一端の第１のエンドプレートＡと積層体Ｂの一端の第１のエンドプレートＢとは互いに別体の部材であり、セル積層体Ａの他端の第２のエンドプレートとセル積層体Ｂの他端の第２のエンドプレートは互いに一体の部材であり、セル積層体Ａとセル積層体Ａの一端の第１のエンドプレートＡとの間のプレッシャープレートＡとセル積層体Ｂとセル積層体Ｂの一端の第１のエンドプレートＢとの間のプレッシャープレートＢとは互いに別体の部材であり、プレッシャープレートＡとプレッシャープレートＢとはセル積層方向には相対移動が可能でセル積層方向と直交する方向には拘束されるように互いに組み合わされている（１）〜（５）の何れかに記載の燃料電池スタック。
（７）  テンションビームは、トライアングル構造を有し、セル積層方向と直交する方向の曲げ剛性をプレートに比べて増大させる断面構造を有している（１）〜（６）の何れかに記載の燃料電池スタック。
（８）  燃料電池スタックの製造装置によりプレッシャープレートに所定の載荷荷重をかける工程と、
前記燃料電池スタックの製造装置によってかけられる所定の載荷荷重を保持しつつ、締め付けボルトを締める工程と、
前記締め付けボルトを締める期間にわたり、該締め付けボルトの締め付けに伴って減少する燃料電池スタックの製造装置に設けられた荷重測定手段の測定値を監視し、該荷重測定手段による測定値に応じて前記締め付けボルトの締め付けを停止する工程と、
を有する燃料電池スタックの製造方法。
（９）  １つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置されセル積層体の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつプレッシャープレートと、セル積層体のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつ第２のエンドプレートと、セル積層体の側方で第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間にわたって延びるテンションビームと、を有する燃料電池スタックを、セル積層体に所定載荷荷重がかかるように組み立てる燃料電池スタックの製造方法であって、
荷重測定手段を有する燃料電池スタックの製造装置により、直接、プレッシャープレートを押してセル積層体に所定載荷荷重をかけ、
前記燃料電池スタックの製造装置でプレッシャープレートを押してセル積層体に所定載荷荷重をかけた状態で、第１のエンドプレートにねじ込まれプレッシャープレートに当接する締め付けボルトを締め込んでいき、該締め付けボルトを締め込みに伴って減少する前記燃料電池スタックの製造装置の荷重測定手段の測定荷重が０になったところで締め込みを完了する、（８）記載の燃料電池スタックの製造方法。
（１０）  前記荷重測定手段がロードセルである（８）または（９）記載の燃料電池スタックの製造方法。
（１１）  １つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置された第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置されセル積層方向に見て第１のエンドプレートと重ならない部分を有するプレッシャープレートと、を有する燃料電池スタックを、セル積層体に所定載荷荷重がかかるように組み立てる燃料電池スタックの製造装置であって、
燃料電池スタックにかける荷重を付与するロッドと、ロッドから第１のエンドプレートに干渉することなくプレッシャープレートまで延びロッドからの荷重でプレッシャープレートを押す押し部と、ロッドと押し部との間に介装されてロッドから押し部に伝達される荷重を測定する荷重測定手段と、を有する燃料電池スタックの製造装置。
（１２）  １つ以上のセル積層体と、セル積層体のセル積層方向一端に配置されセル積層体の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレートと、第１のエンドプレートとセル積層体との間に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつプレッシャープレートと、セル積層体のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレートより広い幅をもつ第２のエンドプレートと、セル積層体の側方で第１のエンドプレートと第２のエンドプレートとの間にわたって延びるテンションビームと、を有する燃料電池スタックを、セル積層体に所定載荷荷重がかかるように組み立てる燃料電池スタックの製造装置であって、
燃料電池スタックにかける荷重を付与するロッドと、ロッドから第１のエンドプレートに干渉することなくプレッシャープレートまで延びロッドからの荷重でプレッシャープレートを押す押し部と、ロッドと押し部との間に介装されてロッドから押し部に伝達される荷重を測定する荷重測定手段と、を有する（１１）記載の燃料電池スタックの製造装置。
（１３）  前記荷重測定手段がロードセルである（１１）または（１２）記載の燃料電池スタックの製造装置。
【発明の効果】
【０００７】
上記（１）〜（７）の燃料電池スタックによれば、プレッシャープレートに対して載荷装置により所定の荷重をかけて製造される燃料電池スタックであって、荷重を受ける部分を有するプレッシャープレートを備えているので、組み立て時に治具でプレッシャープレートを押すことができ、その結果、燃料電池スタック製造装置（治具）側に荷重測定手段（荷重測定手段は、たとえば、ロードセルである、ただし、ロードセルにかぎるものではない）を具備させれば、従来設けられていた第１のエンドプレートとプレッシャープレートとの間のロードセルを省略でき、ロードセル非内蔵のスタックを提供することができる。
上記（６）の燃料電池スタックによれば、互いに並列に配置されたセル積層体Ａとセル積層体Ｂを有する場合、従来一体ものであったエンドプレートを２分割して互いに別体の第１のエンドプレートＡと第１のエンドプレートＢとしたので、耐荷重管理が不十分となるおそれがあるが、従来互いに拘束力のなかったプレッシャープレートＡとプレッシャープレートＢとをセル積層方向には相対移動が可能でセル積層方向と直交する方向には拘束されるように互いに組み合わせたので、セル積層方向の自由度は残したままセル積層方向と直交する方向に２つのスタックが互いに拘束し合い、形状、剛性を維持することができる。
上記（７）の燃料電池スタックによれば、テンションビームが、トライアングル構造を有し、セル積層方向と直交する方向の曲げ剛性をプレートに比べて増大させる断面構造を有しているので、スタックの曲げ剛性を増大させることができる。
上記（８）〜（１０）の燃料電池スタックの製造方法によれば、スタックにはロードセルを設けることなく燃料電池製造装置（組み立て治具）に荷重測定手段（荷重測定手段は、たとえば、ロードセルである、ただし、ロードセルに限るものではない）を設けておくことにより、スタックに所定の載荷荷重をかける際の荷重を管理することができる。これによって、ロードセル非内蔵のスタックを提供することができる。また、全セル積層体からロードセルをなくし、燃料電池製造装置（組み立て治具）に１つ荷重測定手段（ロードセル）を設ければよいので、コストダウンをはかることができる。
上記（１１）〜（１３）の燃料電池スタックの製造装置（組み立て治具）によれば、燃料電池スタックにかける荷重を付与するロッドと、ロッドから第１のエンドプレートに干渉することなくプレッシャープレートまで延びロッドからの荷重でプレッシャープレートを押す押し部と、ロッドと押し部との間に介装されてロッドから押し部に伝達される荷重を測定する荷重測定手段（荷重測定手段は、たとえば、ロードセルである、ただし、ロードセルに限るものではない）と、を有するので、治具からプレッシャープレートにかけられる荷重を荷重測定手段にて測定することができ、従来設けられていた第１のエンドプレートとプレッシャープレートとの間のロードセルを省略でき、ロードセル非内蔵のスタックを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の燃料電池スタックとその製造方法（組み立て方法）ならびに製造装置（組み立て治具）を、図１〜図１５を参照して説明する。
本発明の燃料電池スタックとその製造方法（組み立て方法）ならびに製造装置（組み立て治具）が適用される燃料電池は、積層型燃料電池であり、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００９】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図１５に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
【００１０】
セパレータ１８には、アノード１４、カソード１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）と、その裏面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。
流体流路２６、２７、２８をシールするために、ガス側のシール材３３および冷媒側のシール３２が設けられる。図示例では、ガス側シール材３３が接着剤からなり、冷媒側シール材３２がガスケット（たとえば、ゴムガスケット、ただし、ガスケットの材料はゴムに限るものではない）からなる場合を示してあるが、ガス側シール材３３も冷媒側シール材３２も、接着剤とガスケットの何れから構成されてもよい。
【００１１】
各セル１９の、アノード側１４では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【００１２】
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねて単位燃料電池（「単セル」ともいう）１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュール（図１、図１５では１モジュールが１セルから構成される場合を示しており、セル１９とモジュールが等しいので、モジュールにも符号１９を付す）を構成し、モジュール１９を積層してセル積層体１とし、セル積層体１のセル積層方向一端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、プレッシャープレート２、細型の第１のエンドプレート３を配置し、セル積層体１のセル積層方向他端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、第２のエンドプレート２２を配置し、第１のエンドプレート３と第２のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションビーム４）にボルト・ナット２５により取付け、燃料電池スタック５を構成する。プレッシャープレート２と第１のエンドプレート３との間には締め付けボルト６があるが、従来あったロードセルはない。
ついで、セル積層体をセル積層方向に所定の載荷荷重（所定の載荷荷重を管理荷重ともいう）にて締め付けるために、荷重測定手段（たとえば、ロードセル５１などの荷重測定センサー）付スタック製造装置（組み立て治具５０）にてエンドプレートにではなくプレッシャープレート２に所定の載荷荷重（所定の載荷荷重を管理荷重ともいう）をかける。この状態で、プレッシャープレート２と第１のエンドプレート３との間に配置した締め付けボルト６を締めていき、それと同時にスタック製造装置（組み立て治具５０）の荷重測定手段（たとえば、ロードセル５１）の測定荷重は減少し、スタック製造装置（組み立て治具５０）の荷重が締め付けボルト６に移っていく。締め付けボルト６を締めていってスタック製造装置（組み立て治具５０）の荷重測定手段（たとえば、ロードセル５１）の測定荷重が所定の載荷荷重付与前の荷重（通常は「０」、測定手段の原点をαずらした場合は「α」）を表示した時に締め付けボルト６を締め込みを完了する。かくして、セル積層体をセル積層方向に所定の載荷荷重にて締め付けることができる。
【００１３】
上記の荷重測定手段（たとえば、ロードセル５１）付スタック製造装置（組み立て治具５０）によるセル積層体の締め付けを可能にするために、本発明の燃料電池スタック５は、載荷装置により所定の荷重をかけて製造される燃料電池スタックであって、載荷荷重を受ける部分を有するプレッシャープレート２を備えている。
すなわち、１つ以上のセル積層体１と、セル積層体１のセル積層方向一端に配置された第１のエンドプレート３と、第１のエンドプレート３とセル積層体１との間に配置されセル積層方向に見て第１のエンドプレート３と重ならない部分を有するプレッシャープレート２と、を有する。第１のエンドプレート３と重ならない部分でプレッシャープレート２をスタック製造装置（組み立て治具５０）で押すことができる。
プレッシャープレート２がセル積層方向に見て第１のエンドプレート３と重ならない部分を有するために、細型の第１のエンドプレート３をセル積層体１の幅より狭い幅をもつ細型のエンドプレートとし、第１のエンドプレート３とセル積層体１との間には、第１のエンドプレート３の幅ｄより広い幅をもつ（セル積層体１の幅Ｄとほぼ等しい幅をもつ）プレッシャープレート２が配置される。
セル積層体１のセル積層方向他端に配置される第２のエンドプレート２２は、第１のエンドプレート３より広い幅をもつ。
第１のエンドプレート３とプレッシャープレート２との間には、締め付けボルト６が設けられる。締め付けボルト６は、第１のエンドプレート３とプレッシャープレート２との間の距離を調整し、セル積層体１にかかる荷重を調整する。締め付けボルト６の一端部は第１のエンドプレート３にねじこまれており、締め付けボルト６の他端部はプレッシャープレート２に当接している。締め付けボルト６には、ロードセルは設けられていない。また、第１のエンドプレート３とプレッシャープレート２との間には、ロードセルは設けられていない。組み付け時に必要となる荷重測定用のロードセルは治具側に設けられ、スタック５にはロードセルは内蔵されていない。
【００１４】
締結部材は従来のテンションプレート２４に代えてビーム状のテンションビーム４とする。
テンションビーム４は、トライアングル構造７を有するとともに（図４）、セル積層方向（図４のＹ方向）と直交する方向（図４〜図７のＺ方向およびＸ方向）の曲げ剛性を従来のテンションプレート２４に比べて増大させた断面構造（図５〜図７）を有している。トライアングル構造７は各セル積層体１に対してトライアングル構造７となっている。
トライアングル構造は、たとえば図４に示すような、トラス構造で３角形構造から構成される。トライアングル構造７は、たとえば、ほぼ二等辺三角形の形状を有する。トライアングル構造７は、図４に破線で示すように、二等辺三角形の二等辺の途中部位に二等辺間にわたって延びる１本以上の梁を設けて補強してもよいし、梁と二等辺三角形の底辺との間に形成される（または平行な梁の間に形成される）台形に対して底辺の中央から（平行梁の場合は長い方の梁の中央から）、梁の両端（平行梁の場合は短い方の梁の両端）に向かって斜め梁を設けて、台形を３つのサブトライアングル構造としてもよい。
図４〜図７においてセル積層方向と直交するＺ方向に曲げ剛性を増大させる断面構造は、たとえば、図５に示すような中空パイプ、図６に示すような断面Ｕ字型のプレス成形ビーム、図７に示すような断面Ｌ字型のプレス成形ビームから構成される。
【００１５】
自動車用燃料電池スタックでは、たとえば単セルで１ボルトが得られる場合に、４００ボルトを得ようとすると、４００枚のセル１９を積層することになるが、４００枚のセル１９を積層するとスタック長が長くなり過ぎるので、セル１９を２００枚積層したセル積層体１を２列並列に配置し、２列のセル積層体１を電気的には直列に接続して４００ボルトを得るようにするとスペース上の問題がなくなる。この場合、並列配置の２列のセル積層体１でスタック５を構成する。
セル積層体１が複数設けられ複数のセル積層体１Ａ、１Ｂが互いに並列に配置される場合には、つぎの構造をとる。以下、符号Ａ、Ｂは各セル積層体１Ａ、１Ｂに対応する。
セル積層体１の一端に設けられる第１のエンドプレート３は互いに別体の第１のエンドプレート３Ａ、３Ｂに分割され、第１のエンドプレート３Ａはセル積層体１Ａに、第１のエンドプレート３Ｂはセル積層体１Ｂに対して設けられる。第１のエンドプレート３、３Ａ、３Ｂは、セル積層体１の幅Ｄより狭い幅ｄをもつ細型とされる。
セル積層体１Ａの他端に設けられる第２のエンドプレート２２とセル積層体１Ｂの他端に設けられる第２のエンドプレート２２とは互いに一体の単一の部材である。
【００１６】
プレッシャープレート２は複数設けられ、プレッシャープレート２Ａはセル積層体１Ａに、プレッシャープレート２Ｂはセル積層体１Ｂに対して設けられる。プレッシャープレート２Ａとプレッシャープレート２Ｂは、互いに別体の部材であり、プレッシャープレート２Ａとプレッシャープレート２Ｂとはセル積層方向には相対移動が可能でセル積層方向と直交する方向には拘束されるように互いに組み合わされている。
図３に示す構造はその一例で、プレッシャープレート２Ａとプレッシャープレート２Ｂの対向縁部の一方に、奥にいくほど幅（図３のＺ方向の幅）が広くなる凹部９を形成するとともに、他方に先端ほど幅（図３のＺ方向の幅）が広くなる凸部８を形成し、凸部８と凹部９を図３のＸ方向（Ｚ方向と直交する方向）に係合させてある。凸部と凹部はＹ方向（Ｘ方向とＺ方向の両方に直交する方向）にはスライド可能としてある。
【００１７】
第１のエンドプレート３Ａとプレッシャープレート２Ａとの間には締め付けボルト６Ａが設けられ、第１のエンドプレート３Ｂとプレッシャープレート２Ｂとの間には締め付けボルト６Ｂが設けられる。締め付けボルト６Ａ、締め付けボルト６Ｂには、ロードセルは設けられない。荷重測定センサー５１（たとえば、ロードセル５１、以下では荷重測定センサーがロードセルの場合で説明するが、荷重測定センサーはロードセルに限るものではなく、ロードセルと言えばロードセル以外の荷重測定センサーを含むものとする）はスタック５ではなく治具５０に設けられる。
【００１８】
セル積層体１が複数設けられ複数のセル積層体１Ａ、１Ｂが互いに並列に配置される場合には、テンションビーム４は、図４に示すように、一端で一体とされ他端は隔離する２つのトライアングル構造７Ａ、７Ｂを有し、トライアングル構造７Ａ、７Ｂは一体側の端部でエンドプレート２２にボルト・ナット２５にて締結され、隔離側の端部で第１のエンドプレート３Ａ、３Ｂに締結される。ボルト・ナット２５が延びる方向は、図４に示す用にセル積層方向と直交する方向（図４のＺ方向）であってもよいし、あるいは図１に示すようにセル積層方向（図４で言えばＹ方向）であってもよい。
【００１９】
上記の燃料電池スタック５の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池スタック５は、プレッシャープレート２に対して載荷装置５０により所定の荷重をかけて製造される燃料電池スタックであって、荷重を受ける部分を有するプレッシャープレート２を備えているので、組み立て時に燃料電池スタック製造装置５０（治具）でプレッシャープレート２を押すことができ、その結果、燃料電池スタック製造装置（治具）５０側に荷重測定手段５１（荷重測定手段は、たとえば、ロードセル）を具備させれば、従来設けられていた第１のエンドプレート２２とプレッシャープレート４０との間のロードセル４１を省略でき、ロードセル非内蔵のスタックを提供することができる。
たとえば、本発明の燃料電池スタック５は、セル積層体１の幅Ｄより狭い幅ｄをもつ細型の第１のエンドプレート３と、第１のエンドプレート３とセル積層体１との間に配置され第１のエンドプレート３より広い幅をもつプレッシャープレート２とを有するので、組み立て時に治具５０でプレッシャープレート２を、第１のエンドプレート３に干渉することなく、押すことができ（図２）、その結果、治具５０側にロードセル５１を具備させれば、従来設けられていた第１のエンドプレート２２とプレッシャープレート４０との間のロードセル４１を省略でき、ロードセル非内蔵のスタックを提供することができる。
これに対し、従来は第１のエンドプレート２２の幅がセル積層体と同じ程度に広いので、治具でプレッシャープレート４０を押そうとすると治具が第１のエンドプレート２２に当たって治具でプレッシャープレート４０を押すことができない。
【００２０】
互いに並列に配置されたセル積層体１Ａとセル積層体１Ｂを有する場合、従来一体ものであったエンドプレート２２を２分割して互いに別体の第１のエンドプレート３Ａと第１のエンドプレート３Ｂとしたので、耐荷重管理が不十分となるおそれがあるが、従来互いに拘束力のなかったプレッシャープレートＡとプレッシャープレートＢとをセル積層方向には相対移動が可能でセル積層方向と直交する方向には拘束されるように互いに組み合わせたので、セル積層方向の自由度は残したままセル積層方向と直交する方向にプレッシャープレートＡとプレッシャープレートＢとが互いに拘束し合い、スタック５の形状、剛性を維持することができる。
【００２１】
また、テンションビーム４が、トライアングル構造を有し、セル積層方向と直交する方向（図４〜図７で言えばＺ方向）の曲げ剛性をテンションプレート２４に比べて増大させる断面構造を有しているので、スタック５の曲げ剛性をセル積層方向と直交する方向（図４〜図７で言えばＺ方向）に増大させることができる。
【００２２】
つぎに、本発明の燃料電池スタック５の製造方法（組み立て方法）を説明する。
本発明の燃料電池スタック５の製造方法（組み立て方法）は、
（イ）燃料電池スタックの製造装置５０によりプレッシャープレート２に所定の載荷荷重をかける工程と、
（ロ）燃料電池スタックの製造装置５０によってかけられる所定の載荷荷重を保持しつつ、締め付けボルト６を締める工程と、
（ハ）締め付けボルト６を締める期間にわたり、該締め付けボルト６の締め付けに伴って減少する燃料電池スタックの製造装置５０に設けられた荷重測定手段５１の測定値を監視し、荷重測定手段５１による測定値に応じて締め付けボルト６の締め付けを停止する工程と、
を有する。
荷重測定手段５１は、たとえば、ロードセルである。ただし、荷重を伝達でき、かつ伝達荷重を測定することができるものであれば、ロードセルに限るものではない。
たとえば、本発明の燃料電池スタック５の製造方法（組み立て方法）は、１つ以上のセル積層体１と、セル積層体１のセル積層方向一端に配置されセル積層体１の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレート３と、第１のエンドプレート３とセル積層体３との間に配置され第１のエンドプレート３より広い幅をもつプレッシャープレート２と、セル積層体１のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレート３より広い幅をもつ第２のエンドプレート２２と、セル積層体１の側方で第１のエンドプレート３と第２のエンドプレート２２との間にわたって延びるテンションビーム４と、を有する燃料電池スタック５を、セル積層体１に設定荷重（接触電気抵抗を小さくし、セル間のシールが保持される荷重）がかかるように組み立てる燃料電池スタック５の組み立て方法である。
【００２３】
図８〜図９に示すように、本発明の燃料電池スタック５の製造方法（組み立て方法）は、第１の工程と、第２の工程（上記（イ）の工程に対応する）と、第３の工程（上記（ロ）、（ハ）に対応する）を、順に、有する。
第１の工程では、図８に示すように、セル積層体１上にプレッシャープレート２を配置し、その上方に第１のエンドプレート３を配置して、第１のエンドプレート３とテンションビーム４を連結する。より詳しくは、第２のエンドプレート２２上に絶縁体２１、ターミナル２０を配置し、その上にセル１９を順に配置してセル積層体１とし、セル積層体１上にプレッシャープレート２を配置し、その上方に第１のエンドプレート３を配置して、第１のエンドプレート３とテンションビーム４を連結する。締め付けボルト６は第１のエンドプレート３に螺合させておくことが望ましい。
【００２４】
第２の工程では、図９に示すように、ロードセル５１を有する治具５０により、第１のエンドプレート３を押さずに、直接、プレッシャープレート２を押して、セル積層体１に設定荷重をかける。ロードセル５１の測定する荷重を見ながら、治具５０の押し荷重が設定荷重になったところで治具５０のプレッシャープレート２への移動を止め、設定荷重を維持する。
第３の工程では、図９に示すように、治具５０でプレッシャープレート２を押してセル積層体１に設定荷重をかけた状態で、第１のエンドプレート３にねじ込まれプレッシャープレート２に当接する締め付けボルト６を回転させて締め込んでいき、治具５０のロードセル５１の測定荷重が０になったところで締め込みを完了する。その時が丁度、締め付けボルト６が設定荷重でプレッシャープレート２を押している状態を得る。
複数のセル積層体１Ａ、１Ｂがある場合は、１つの治具５０で、順に、セル積層体１Ａ、１Ｂを締める。
【００２５】
本発明の燃料電池スタック５の製造方法（組み立て方法）の作用・効果はつぎの通りである。
まず、スタック５にはロードセル５１を設けることなく燃料電池製造装置（組み立て治具）５０に荷重測定手段（たとえば、ロードセル５１）を設けておくことにより、スタック５に所定の設定荷重をかける際の荷重を管理することができる。これによって、荷重測定手段（たとえば、ロードセル５１）を燃料電池製造装置（組み立て治具）５０側に配置することができ、ロードセル非内蔵のスタック５を提供することができる。
また、全てのセル積層体１からロードセル４１をなくし、治具５０に１つロードセル５１を設ければよいので、コストダウンをはかることができる。
【００２６】
つぎに、本発明の燃料電池スタック５の製造装置（組み立て治具）を説明する。
本発明の燃料電池スタック５の製造装置（組み立て治具）５０は、１つ以上のセル積層体１と、セル積層体１のセル積層方向一端に配置された第１のエンドプレート３と、第１のエンドプレート３とセル積層体１との間に配置されセル積層方向に見て第１のエンドプレート３と重ならない部分を有するプレッシャープレート２と、を有する燃料電池スタック５を、セル積層体１に所定載荷荷重がかかるように組み立てる燃料電池スタックの製造装置である。
本発明の燃料電池スタック５の製造装置（組み立て治具）５０は、１つ以上のセル積層体１と、セル積層体１のセル積層方向一端に配置されセル積層体１の幅より狭い幅をもつ細型の第１のエンドプレート３と、第１のエンドプレート３とセル積層体３との間に配置され第１のエンドプレート３より広い幅をもつプレッシャープレート２と、セル積層体１のセル積層方向他端に配置され第１のエンドプレート３より広い幅をもつ第２のエンドプレート２２と、セル積層体１の側方で第１のエンドプレート３と第２のエンドプレート２２との間にわたって延びるテンションビーム４と、を有する燃料電池スタック５を、セル積層体１に設定荷重（接触電気抵抗を小さくし、セル間のシールが保持される荷重）がかかるように組み立てる燃料電池スタック５の組み立て治具である。
【００２７】
図１に示すように、本発明の燃料電池スタック５の製造装置（組み立て治具）５０は、燃料電池スタックにかける荷重を付与するロッド５２と、ロッド５２から第１のエンドプレート３に干渉することなくプレッシャープレート２まで延びロッド５２からの荷重でプレッシャープレート２を押す押し部５３と、ロッド５２と押し部５３との間に介装されてロッド５２から押し部５３に伝達される荷重を測定するロードセル５１と、を有する。
【００２８】
押し部５３は、図１、図１０〜図１３に示す種々の構造をとることができる。
図１の構造は、押し部５３がコ字型であり、コ字の両脚５３ａ、５３ｂの先端でプレッシャープレート２を押し、両脚５３ａ、５３ｂの連結部５３ｃの中央からロッド５２側に延びる部分の先端でロードセル５１の荷重を受ける。コ字の両脚５３ａ、５３ｂの間のスパンは第１のエンドプレート３の幅より大きい。
【００２９】
図１０の構造では、押し部５３が平行棒５３ｄ、５３ｅで、平行棒５３ｄ、５３ｅのそれぞれにロードセル５１を設ける。この場合は、ロードセル５１は２本となるが、全燃料電池スタックの全セル積層体にロードセルを設けていた従来に比べれば、ロードセル５１の数が低減している。平行棒５３ｄ、５３ｅの間のスパンは第１のエンドプレート３の幅より大きい。
図１１の構造では、押し部５３が単一の直線状の棒５３ｆからなり、ロードセル５１も１つである。この構造では、押し部５３と第１のエンドプレート３との干渉を避けるために第１のエンドプレート３に孔５３ｇを設け、棒５３ｆはこの孔５３ｇを挿通して延びる。
【００３０】
図１２の構造では、押し部５３がプレッシャープレート２に近い側の先端ほど間隔が広がる二股の脚５３ｈ、５３ｉを有する二股構造となっており、二股の脚５３ｈ、５３ｉはロードセル５１側で１つの棒に集合して、ロードセル５１からの荷重を受ける。二股の脚５３ｈ、５３ｉの間隔は、第１のエンドプレート３部位で、第１のエンドプレート３の幅よりも広い。二股の脚５３ｈ、５３ｉは、ほぼ軸力で押し力を伝えるので、二股の脚５３ｈ、５３ｉの先端でプレッシャープレート２に曲げモーメントをかけないか、またはほとんどかけない。
図１２の構造では、押し部５３がクランク状に屈曲する単一の棒５３ｊからなる。クランク形状によって、押し部５３と第１のエンドプレート３との干渉を避けることができる。ただし、クランク形状によって、押し部５３の途中に曲げ変形が生じやすく、それによって、プレッシャープレート２に近い側の先端面が傾くと、プレッシャープレート２に垂直荷重をかけにくいという問題が生じるので、棒５３ｊは剛性が必要である。
【００３１】
本発明の燃料電池スタック５の製造装置（組み立て治具）５０の作用・効果はつぎの通りである。
本発明の燃料電池スタックの製造装置（組み立て治具）５０が、燃料電池スタックにかける荷重を付与するロッド５２と、ロッド５２から第１のエンドプレート３に干渉することなくプレッシャープレート２まで延びロッド５２からの荷重でプレッシャープレート２を押す押し部５３と、ロッド５２と押し部５３との間に介装されてロッド５２から押し部５３に伝達される荷重を測定するロードセル５１と、を有するので、治具５０からプレッシャープレート２にかけられる荷重をロードセル５１にて測定することができ、従来設けられていた第１のエンドプレート２２とプレッシャープレート４０との間のロードセル４１を省略でき、ロードセル非内蔵のスタック５を提供することができる。
また、全てのセル積層体１からロードセル４１をなくし、治具５０に１つ（図１０の例では２つ）ロードセル５１を設ければよいので、コストダウンをはかることができる。
【００３２】
上述の例では、第１のエンドプレート３はセル積層体１の対向辺間にわたって延びていたが、その構造に代えて、図１４（本発明に含む）に示すように、第１のエンドプレート３を、テンションビーム４の先端をセル積層方向と直交する方向にセル積層体側に曲げて形成してもよい。そして、対向する２つのテンションビーム４に形成した第１のエンドプレート３を互いにつながらないようにして、プレッシャープレート２の中央部を第１のエンドプレート３が覆わないようにしてもよい。第１のエンドプレート３がこの構造をとった場合は、図１１の単一棒からなる押し部５３をもつ治具５０で容易にプレッシャープレート２の中央部を押すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の燃料電池スタックの斜視図である。
【図２】本発明の、並列２列のセル積層体を有する燃料電池スタックの一端部と、ロードセルをもつ燃料電池スタック製造装置（組み立て治具）の側面図である。
【図３】図２の燃料電池スタックの、燃料電池スタック製造装置（組み立て治具）側から見た正面図である。
【図４】図１でテンションビームだけを取り出して示した、テンションビームの側面図である。
【図５】図４のテンションビームの、ビームが中空パイプ形状を有する場合の、断面図である。
【図６】図４のテンションビームの、ビームがＵ字型断面を有する場合の、断面図である。
【図７】図４のテンションビームの、ビームがＬ字型断面を有する場合の、断面図である。
【図８】本発明の燃料電池スタックの製造方法（組み立て方法）の、積層、エンドプレートおよびテンションビーム組み付け工程の、燃料電池スタックの一部の斜視図である。
【図９】本発明の燃料電池スタックの製造方法（組み立て方法）の、荷重付加、締め付け工程の、燃料電池スタックの一部および治具の一部の斜視図である。
【図１０】本発明の燃料電池スタックの製造装置（組み立て治具）の、押し部が平行棒からなる場合の、治具の一部と燃料電池スタックの一部の側面図である。
【図１１】本発明の燃料電池スタックの製造装置（組み立て治具）の、押し部が単一の直線状棒からなる場合の、治具の一部と燃料電池スタックの一部の斜視図である。
【図１２】本発明の燃料電池スタックの製造装置（組み立て治具）の、押し部が二股構造を有する場合の、治具の一部と燃料電池スタックの一部の側面図である。
【図１３】本発明の燃料電池スタックの製造装置（組み立て治具）の、押し部が単一のクランク状棒からなる場合の、治具の一部と燃料電池スタックの一部の側面図である。
【図１４】本発明の燃料電池スタックの、第１のエンドプレートがテンションビームの先端を折り曲げて形成されて場合の、燃料電池スタックの一部の斜視図である。
【図１５】本発明の燃料電池スタックの一部の断面図である。
【図１６】従来の燃料電池スタックの斜視図である。
【図１７】従来の、並列２列のセル積層体を有する燃料電池スタックの平面図である。
【図１８】従来の燃料電池スタックの製造方法（組み立て方法）の、積層、荷重付加工程の、燃料電池スタックの一部の斜視図である。
【図１９】従来の燃料電池スタックの製造方法（組み立て方法）の、テンションプレート取付け工程の、燃料電池スタックの一部の斜視図である。
【図２０】従来の燃料電池スタックの組み立て方法（製造方法）の、増し締め工程の、燃料電池スタックの一部の斜視図である。
【図２１】従来の燃料電池スタックに曲げ荷重がかかった時の、燃料電池スタックの一部の斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ、１Ｂ  セル積層体
２、２Ａ、２Ｂ  プレッシャープレート
３、３Ａ、３Ｂ  第１のエンドプレート
４  テンションビーム
５  スタック（燃料電池スタック）
６、６Ａ、６Ｂ  締め付けボルト
７、７Ａ、７Ｂ  トライアングル（トライアングル構造）
８  凸部
９  凹部
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１３  拡散層
１４  電極（アノード、燃料極）
１６  拡散層
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  セルまたはモジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  第２のエンドプレート（上下方向に積層する時の下側のエンドプレート）
２３  従来のスタック（燃料電池スタック）
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト・ナット
２６  冷媒流路
２７  燃料ガス流路
２８  酸化ガス流路
３２  冷媒側シール材（たとえば、ゴムガスケット）
３３  ガス側シール材（たとえば、接着剤）
４０  （従来の）プレッシャープレート
４１  （従来の）ロードセル
４２  （従来の）締め付けボルト
４３、４３Ａ、４３Ｂ  （従来の）セル積層体
５０  燃料電池スタック製造装置（組み付け治具、載荷装置ともいう）
５１  荷重測定手段（たとえば、ロードセルなどの荷重伝達可能な荷重測定センサー）
５２  ロッド
５３、５３ａ〜５３ｊ  押し部
【図１】
2006108058.tif 000003
【図２】
2006108058.tif 000004
【図３】
2006108058.tif 000005
【図４】
2006108058.tif 000006
【図５】
2006108058.tif 000007
【図６】
2006108058.tif 000008
【図７】
2006108058.tif 000009
【図８】
2006108058.tif 000010
【図９】
2006108058.tif 000011
【図１０】
2006108058.tif 000012
【図１１】
2006108058.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006108058.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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