(57)【要約】【課題】ボルトを用いた燃料電池スタックの締結が正常に行われているかを検査する。【解決手段】複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックを、加圧機構によりセル積層方向に沿って加圧し、加圧状況下で、ボルト締結機構によりボルトを締結工具で締結しつつ、締結工具に掛かるトルクを計測する。締結工具の締結動作を受け付け可能な疑似ボルトを有するトルク検査機構により、疑似ボルトへの締結動作を受け付けた際に疑似ボルトに掛かるトルクを検査対比トルクとして計測する。この疑似ボルトに対する締結動作の際に締結工具に掛かるトルクについてボルト締結機構が計測した計測トルクと、検査対比トルクとを対比し、計測トルクと検査対比トルクとの差分が予め規定された規定差分を越えると、ボルト締結機構のトルク計測不良と判定する。【選択図】図１
2018137051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックをセル積層方向に締結する締結装置であって、
前記燃料電池スタックを前記セル積層方向に沿って加圧する加圧機構と、
前記燃料電池スタックの前記セル積層方向に沿った加圧状況を維持するためのスタック締結用のボルトの締結工具を備え、前記加圧機構による前記燃料電池スタックの加圧状況下で前記ボルトを前記締結工具で締結しつつ、前記締結工具による前記ボルトの締結の際に前記締結工具に掛かるトルクを計測するボルト締結機構と、
前記締結工具の締結動作を受け付け可能な疑似ボルトを有し、前記締結動作を受け付けた際に前記疑似ボルトに掛かるトルクを計測し、該計測したトルクを検査対比トルクとするトルク検査機構と、
前記疑似ボルトに対する前記締結動作の際に前記締結工具に掛かるトルクについて前記ボルト締結機構が計測した計測トルクと、前記検査対比トルクとを対比し、前記計測トルクと前記検査対比トルクとの差分が予め規定された規定差分を越えると、前記ボルト締結機構のトルク計測不良と判定する判定部とを備える、燃料電池スタックの締結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックの締結装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、向かい合うエンドプレートの間に燃料電池セルを複数積層して備え、セル積層方向に沿って締結される。燃料電池セルは締結により面圧を受け、面圧は発電性能に影響を及ぼす。よって、面圧の均一化を図るため、規定した荷重をセル積層方向に印加した状態でスタック締結を行う締結手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１０８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献で提案された締結手法は、燃料電池スタックに荷重を掛けている状況下でボルトによるスタック締結を行うので、ボルトの締め付けに伴ってボルトに掛かるトルクが増し、締め付け終盤において、規定のスタック締結トルクが掛かる。従って、締結完了後のボルトのトルクを、荷重を取り除いた後にトルク計測器を用いて測定すれば、スタック締結状態は、その測定されたトルクに応じたものとなる。そして、燃料電池スタックを所望の加圧状態で締結した状態としておくには、ボルトが正規のトルクの締結されていることが前提となる。しかしながら、荷重印加をボルト締結後に解除すると、荷重が解放され、この荷重解放に伴ってボルトには反力が作用する。この反力は、締結済みのボルトの軸力に付加されてしまい一定ではないことから、ボルト締め付け時のトルクが所望の範囲に収まっているのかを検査できない。こうしたことから、ボルトを用いた燃料電池スタックの締結が正常に行われているかを検査する手法が要請されるに到った。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックの締結装置が提供される。この燃料電池スタックの締結装置は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックをセル積層方向に締結する締結装置であって、前記燃料電池スタックを前記セル積層方向に沿って加圧する加圧機構と、前記燃料電池スタックの前記セル積層方向に沿った加圧状況を維持するためのスタック締結用のボルトの締結工具を備え、前記加圧機構による前記燃料電池スタックの加圧状況下で前記ボルトを前記締結工具で締結しつつ、前記締結工具による前記ボルトの締結の際に前記締結工具に掛かるトルクを計測するボルト締結機構と、前記締結工具の締結動作を受け付け可能な疑似ボルトを有し、前記締結動作を受け付けた際に前記疑似ボルトに掛かるトルクを計測し、該計測したトルクを検査対比トルクとするトルク検査機構と、前記疑似ボルトに対する前記締結動作の際に前記締結工具に掛かるトルクについて前記ボルト締結機構が計測した計測トルクと、前記検査対比トルクとを対比し、前記計測トルクと前記検査対比トルクとの差分が予め規定された規定差分を越えると、前記ボルト締結機構のトルク計測不良と判定する判定部と備える。
【０００７】
この形態の燃料電池スタックの締結装置では、ボルト締結機構によりボルトの締結を、加圧機構による燃料電池スタックの加圧状況下で行うので、ボルトには、加圧解除に伴う燃料電池スタックの圧縮復帰で作用する反力が作用していない。よって、ボルト締結の際に計測したトルクを用いてボルトの締結良否を検査する場合には、その検査精度を高めることが可能となる。また、この形態の燃料電池スタックの締結装置では、疑似ボルトに対する締結動作の際にボルト締結機構が計測した計測トルクとトルク検査機構が計測したトルク（検査対比トルク値）とを用いたボルト締結機構のトルク計測不良の判定により、ボルト締結機構をトルク計測が正しい状態で使用できる。この結果、ボルト締結の際の計測トルク自体の精度を担保できるので、計測トルク値を用いたボルト締結の良否検査の精度をより高めることが可能となると共に、ボルトを用いた燃料電池スタックの締結が正常に行われているかを検査することも可能となる。
【０００８】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックの締結方法の他、燃料電池スタックの組付装置・組付方法や、固体高分子型燃料電池の製造方法・製造装置の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の締結装置に係る実施形態としてのスタック組付装置の概略を示す説明図である。
【図２】実施形態のスタック組付装置を用いて行うスタック組付手順の前半を示す工程図である。
【図３】実施形態のスタック組付装置を用いて行うスタック組付手順の後半を示す工程図である。
【図４】スタック組付に用いるスタック積層治具の概略を示す斜視図である。
【図５】スタック積層治具を正面視して示す説明図である。
【図６】スタック積層治具を側面視して示す説明図である。
【図７】スタック積層治具を用いた燃料電池セルの積層の第１手順を説明する説明図である。
【図８】スタック積層治具を用いた燃料電池セルの積層の第２手順を説明する説明図である。
【図９】スタック積層治具を用いた燃料電池セルの一次加圧の手順を説明する説明図である。
【図１０】トルクマスターを用いた締結トルク検証の様子を示す説明図である。
【図１１】スタック組付装置への燃料電池スタックのセットの様子を示す説明図である。
【図１２】図１１における１２−１２線に沿ってスタック積層治具とシャフトストッパとの関係を示す説明図である。
【図１３】燃料電池スタックの二次加圧の様子を示す説明図である。
【図１４】図１３における１４−１４線に沿ってスタック積層治具と加圧シャフトとの関係を示す説明図である。
【図１５】水平加圧位置にある燃料電池スタックからのスタック積層治具の退避の様子を示す説明図である。
【図１６】スタックケースの組み付けの様子を示す説明図である。
【図１７】ボルトの締結によるケース固定の様子を示す説明図である。
【図１８】図１７における１８−１８線に沿ってボルト締付具とストップフェンスとの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の締結装置に係る実施形態としてのスタック組付装置４００の概略を示す説明図である。スタック組付装置４００は、床面設置される装置ベース４０２に配設された昇降機構４１０の他、ボルト締結機構部４４０と、ケース保持機構４５０と、スタック水平加圧機構４６０と、制御装置５００とを備える。そして、このスタック組付装置４００は、セル積層方向を水平方向とする燃料電池スタックＦＣＳに対してセル積層方向に沿った締結加圧を行う。なお、以降の各図においては、水平面をＸ軸、Ｙ軸の２軸で表し、鉛直方向をＺ軸として表す。構成部材の動きや配置を示す際には、必要に応じてＸＹＺの軸表記を用いることとする。
【００１１】
昇降機構４１０は、スタック積層治具１００ごと水平姿勢とされた燃料電池スタックＦＣＳを、スタック積層治具１００を介してテーブル４１２に位置決めした上でスタック水平加圧位置に上昇させる。この水平加圧位置は、垂直に装置ベース４０２に補強立設したストップフェンス４１４から水平に突出したシャフトストッパ４１６と、水平進退する後述の加圧シャフト４６４とに、燃料電池スタックＦＣＳが向き合う位置である。
【００１２】
ボルト締結機構部４４０は、ストップフェンス４１４の側方に設置され、ボルト締付具４４２と、水平テーブル４４４と、鉛直テーブル４４５とを備える。ボルト締付具４４２は、スタック締結用の後述のボルトＢの締結工具であり、ボルト締結の際に掛かるトルクを計測するトルク計測器４４３を内蔵する。水平テーブル４４４は、スタック締結の際に、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳの側にボルト締付具４４２をＸ軸に沿って案内する。鉛直テーブル４４５は、２軸テーブルであり、スタック締結の際に、Ｙ軸およびＺ軸に沿ってボルト締付具４４２を２軸駆動する。トルク計測器４４３内蔵のボルト締付具４４２、およびこれを３軸移動させる水平テーブル４４４と鉛直テーブル４４５は、本発明におけるボルト締結機構の一態様となる。なお、上記の両テーブルによるボルト締付具４４２の駆動の様子、並びにボルト締付具４４２によるボルト締結の様子は、後述する。
【００１３】
この他、ボルト締結機構部４４０は、ストップフェンス４１４に、疑似ボルト４２０と、トルクマスター４２２とを有する。疑似ボルト４２０は、ボルトＢのボルトヘッドの擬態であり、ボルト締付具４４２の締結動作の受け付けが可能とされている。トルクマスター４２２は、疑似ボルト４２０がボルト締付具４４２の締結動作を受け付けた際に、疑似ボルト４２０に掛かるトルクを計測し、その計測トルクを検査対比トルクとして制御装置５００に出力する。よって、トルクマスター４２２は、本発明におけるトルク検査機構の一態様となる。
【００１４】
ケース保持機構４５０は、ストップフェンス４１４とこれに向かい合う加圧側フェンス４１８との間に掛け渡された案内レール４５２に沿ってＸ軸方向に移動可能である。そして、このケース保持機構４５０は、スタックケースＦＳＣをテーブル４５４に水平姿勢で位置決め保持し、スタックケースＦＳＣをテーブル４５４ごと、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳに向けて移動させる。案内レール４５２は、図１の紙面における手前側と奥側の２本の軌道レールであり、既述した昇降機構４１０は、案内レール４５２のレール間において、燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと昇降させる。なお、ケース保持機構４５０は、スタックケースＦＳＣの奥壁の側から燃料電池スタックＦＣＳを押し付ける図示しない押し付けボルトの押出締め付けを図るボルト締付具４５６を備え、このボルト締付具４５６をスタックケースＦＳＣと共に燃料電池スタックＦＣＳに向けて移動させる。
【００１５】
スタック水平加圧機構４６０は、シャフトストッパ４１６と向かい合う加圧用フェンス４１９を備え、この加圧用フェンス４１９から後述する３本の加圧シャフト４６４を水平に延ばしている。また、スタック水平加圧機構４６０は、ボールネジ４６６を、加圧側フェンス４１８の側から加圧用フェンス４１９を貫通して備え、モーター４６８の正逆回転に伴うボールネジ４６６の正逆回転により、加圧シャフト４６４を、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳに向けて加圧用フェンス４１９ごと押し付け移動させる。このシャフト押し付けにより、燃料電池スタックＦＣＳはセル積層方向に沿って加圧されるので、スタック水平加圧機構４６０は、本発明における加圧機構に相当する。
【００１６】
制御装置５００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭの他、上記したトルク計測器４４３やトルクマスター４２２の他、モーター４６８等の各種モーターといった制御機器が接続される入出力インタフェース回路等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置５００に備えられたＣＰＵは、ＲＯＭに記録された制御プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、ボルト締付具４４２内蔵のトルク計測器４４３のトルク計測の検証制御の他、ボルト締結機構部４４０におけるボルト締付具４４２のＸＹＺ軸の３軸駆動制御、スタック水平加圧機構４６０によるスタック加圧の際のモーター４６８の駆動制御等の種々の制御を担う。この制御装置５００は、燃料電池スタックＦＣＳの組み付け過程における後述のトルク計測検証を行うことから、本発明における判定部を構築する。
【００１７】
図２は、実施形態のスタック組付装置４００を用いて行うスタック組付手順の前半を示す工程図である。図３は、実施形態のスタック組付装置４００を用いて行うスタック組付手順の後半を示す工程図である。複数の燃料電池セルをエンドプレートと共に積層した燃料電池スタックを組み立てるに当たり、まず、積層治具を用いた燃料電池セルの鉛直方向に沿った積層とボルト挿入と一次加圧とを行う（工程Ｓ１００）。図４は、スタック組付に用いるスタック積層治具１００の概略を示す斜視図である。図５は、スタック積層治具１００を正面視して示す説明図である。図６は、スタック積層治具１００を側面視して示す説明図である。
【００１８】
スタック積層治具１００は、後述の燃料電池セルＦＣを複数積層した燃料電池スタックＦＣＳの組付に用いる治具であり、装置ベース１１０と、第１プレート２００と、第２プレート３００と、第１プレート駆動機構２３０とを備える。装置ベース１１０は、水平方向で向かい合う第１プレート２００と第２プレート３００との間を、燃料電池スタックＦＣＳを収容するスタック収容域ＳＲとする。
【００１９】
スタック積層治具１００は、第２プレート３００の各コーナー部からプレート保持シャフト１２０を水平にＸ軸に沿って備える。第１プレート２００は、このプレート保持シャフト１２０に沿って移動可能とされ、セル積層方向に沿った燃料電池セルＦＣの一次加圧の際には、Ｘ軸に沿って移動する。第１プレート２００のＸ軸に沿った移動については後述する。また、スタック積層治具１００は、スタック収容域ＳＲに３本のスタック保持座１１２を備える。２本のスタック保持座１１２は、装置ベース１１０に設けられ、燃料電池セルＦＣを水平方向（Ｘ軸方向）に積層する際の各セルのＺ軸方向の積層基準となる。残りのスタック保持座１１２は、第２プレート３００に図示しない補強具で保持された上で、燃料電池セルＦＣを水平方向（Ｘ軸方向）に積層する際のＹ軸方向の積層基準となる。
【００２０】
図４に示すように、第１プレート２００は２列の切欠２０２を備え、第２プレート３００は、３列の切欠３０２を備える。これら切欠は、後述の燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧に用いるシャフトの逃げであり、装置ベース１１０と逆側のプレート端部から装置ベース１１０の側に延びている。切欠２０２および切欠３０２とシャフトとの関係については、後述する。
【００２１】
第１プレート駆動機構２３０は、図５と図６に示すように、第１プレート押圧シャフト２２０を備え、この第１プレート押圧シャフト２２０を、燃料電池スタックＦＣＳの後述の一次加圧の際に第１プレート２００に向けてＸ軸方向に押し出す。これにより、第１プレート２００は、Ｘ軸方向に沿って進退する。第１プレート押圧シャフト２２０と第１プレート２００との間は、燃料電池スタックＦＣＳの積層前にあっては、燃料電池セルＦＣの積層の際のいわゆる遊びとして確保されている。第１プレート２００は、スタック保持座１１２と干渉することなく、Ｘ軸方向に沿って移動可能である。
【００２２】
以下、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣセルの積層と一次加圧の手順の詳細について説明する。図７は、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣの積層の第１手順を説明する説明図である。図８は、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣの積層の第２手順を説明する説明図である。図９は、スタック積層治具１００を用いた燃料電池セルＦＣの一次加圧の手順を説明する説明図である。
【００２３】
図２に示したスタック組付手順の工程Ｓ１００における燃料電池セルＦＣの積層に当たっては、図７に示すように、第１プレート２００と第２プレート３００の間のスタック収容域ＳＲ（図４参照）において、第２プレート３００の側からエンドプレートＦＣｅ、集電プレートＦＣｔの順に積層する。次いで、所定枚数の燃料電池セルＦＣを集電プレートＦＣｔに重ねて積層し、セル積層後には、集電プレートＦＣｔ、マニホールドプレートＦＣｍの順に積層する。セル積層の際、スタック保持座１１２（図５参照）により、それぞれの燃料電池セルＦＣおよびエンドプレートＦＣｅ、集電プレートＦＣｔは、水平方向に沿ったセル積層方向であるＸ軸、並びにＺ軸に沿ったセル高さ方向、Ｙ軸に沿ったセル幅方向について整列される。これで、燃料電池セルＦＣの積層がなされ、スタック収容域ＳＲ（図４参照）において、未加圧の燃料電池スタックＦＣＳが積層して収容される。
【００２４】
マニホールドプレートＦＣｍは、図７における側面視図に示すように、燃料電池セルＦＣを取り囲むように複数のボルト挿入孔Ｂｈを備える。このボルト挿入孔Ｂｈは、燃料電池スタックＦＣＳをスタックケースＦＳＣに固定するボルトＢの貫通孔であり、ボルトＢのネジ呼び径に適合してマニホールドプレートＦＣｍに貫通形成されている。
【００２５】
図２のスタック組付手順の工程Ｓ１００では、上記した燃料電池セルＦＣおよびマニホールドプレートＦＣｍの積層に並行して、或いはセル積層後にボルト挿入が行われる。このボルト挿入形態としては、ボルトＢが未挿入のマニホールドプレートＦＣｍを積層した後にボルト挿入孔ＢｈにボルトＢを挿入する形態の他、ボルト挿入孔ＢｈにボルトＢが挿入済みのマニホールドプレートＦＣｍを積層する形態であってもよい。本実施形態では、図７に示すように、２０本のボルトＢを用いた。
【００２６】
本実施形態では、完成後の燃料電池スタックＦＣＳのガス・冷却水のリーク検査を行うためのリーク検査プレートＬｐも積層する。つまり、図８に示すように、ボルトＢが挿入済みのマニホールドプレートＦＣｍに重ねてリーク検査プレートＬｐも積層する。このリーク検査プレートＬｐは、図８における側面視図に示すように、ボルト挿入切欠Ｂｃを備える。このボルト挿入切欠Ｂｃは、マニホールドプレートＦＣｍのボルト挿入孔Ｂｈに挿入済みのボルトＢと干渉しないように、ボルト挿入孔Ｂｈの形成ピッチに合わせて形成されている。なお、リーク検査を別途行う場合には、リーク検査プレートＬｐの積層を行わないようにしてもよい。また、ボルト挿入は、リーク検査プレートＬｐの積層後に行ってもよい。
【００２７】
図２のスタック組付手順の工程Ｓ１００における燃料電池セルＦＣの一次加圧は、図９に示すように、第１プレート駆動機構２３０により第１プレート押圧シャフト２２０をＸ軸方向に押し出して、第１プレート２００を燃料電池スタックＦＣＳに押し付けることでなされる。これにより、積層済みの複数の燃料電池セルＦＣは、Ｘ軸方向（水平方向）に沿った一次加圧をリーク検査プレートＬｐを経て受けることになり、第１プレート駆動機構２３０は、作業者による加圧解除スイッチの操作がなされるまで、一次加圧を継続する。リーク検査プレートＬｐのプレート厚は、ボルトＢのボルトヘッド高さより大きくされているので、上記した第１プレート２００によるスタック押し付けの際、第１プレート２００がボルトＢに干渉することはない。なお、リーク検査プレートＬｐを用いない場合は、第１プレート２００にボルトＢのボルトヘッドが入り込む貫通孔を形成したり、第１プレート２００の押し付け面、即ちマニホールドプレートＦＣｍと対向する面に、ボルトＢのボルトヘッドと干渉しない凹所を形成しておけばよい。第１プレート駆動機構２３０により行う一次加圧は、スタック状態を維持できる圧力であれば良いことから、本実施形態では、２〜３ＭＰａ程度の圧力とした、この一次加圧は、燃料電池スタックＦＣＳを実用する際の最終的な締結圧力である二次加圧の際の圧力より低圧でなされる。
【００２８】
工程Ｓ１００において、燃料電池スタックＦＣＳの一次加圧を、ボルト挿入以前に行うようにしてもよい。この場合には、ボルトＢのボルトヘッドが入り込む貫通孔やリーク検査プレートＬｐと同様の切欠を有する第１プレート２００を用いればよい。
【００２９】
工程Ｓ１００のセル積層・ボルト挿入・一次加圧に続く手順は、図２に示すように、トルクマスター４２２を用いた締結トルク検証である（工程Ｓ１０５）。図１０は、トルクマスター４２２を用いた締結トルク検証の様子を示す説明図である。工程Ｓ１６０の締結トルク検証では、ストップフェンス４１４から離れた初期位置に位置する２つのボルト締付具４４２を、図１０の拡大図に示すように、疑似ボルト４２０に係合させた上で、この疑似ボルト４２０に対してボルト締付具４４２の締結動作をなす。この疑似ボルト４２０に対する締結動作の際、トルクマスター４２２は、ボルト締付具４４２から疑似ボルト４２０に掛けられたトルクを計測し、その計測トルク値（検証対比トルク値）を制御装置５００（図１参照）に出力する。また、この締結動作の際、２つのボルト締付具４４２におけるトルク計測器４４３にあっても、ボルト締付具４４２に掛かるトルクを計測し、その計測トルク値（検査対象トルク値）を制御装置５００に出力する。制御装置５００は、トルクマスター４２２から出力された検証対比トルク値とトルク計測器４４３から出力された検査対象トルク値を、ＲＡＭに記憶する。なお、この工程Ｓ１０５の締結トルク検証において、２つのボルト締付具４４２は、疑似ボルト４２０に向かい合うまでの鉛直テーブル４４５によるＹＺ軸の平面移動と、ボルトヘッド挿入孔４４２ｈに疑似ボルト４２０が入り込むまでの水平テーブル４４４によるＸ軸に沿った迫り出しがなされる。そして、疑似ボルト４２０に対する締結動作の完了後、ボルト締付具４４２は、初期位置に復帰する。
【００３０】
この工程Ｓ１０５の締結トルク検証は、上記した各種トルク値を用いて制御装置５００によりなされ、工程Ｓ１０５でトルクマスター４２２から得た検証対比トルク値と２つのボルト締付具４４２におけるトルク計測器４４３から得た検査対象トルク値とを対比する。このトルク対比では、制御装置５００は、疑似ボルト４２０に対する締結動作（工程Ｓ１０５）で得たトルクマスター４２２の検証対比トルク値とトルク計測器４４３から得た検査対象トルク値の差分を算出する。次いで、制御装置５００は、その算出したトルク値の差分が予め規定された規定差分、例えば検証対比トルク値の２〜５％の範囲を越えると、トルク計測器４４３にはトルク計測不良が起きていると判定する。一方、上記のトルク値差分が規定差分を越えていなければ、トルク計測器４４３にはトルク計測の不良が起きていないと判定し、燃料電池スタックＦＣＳの組み付けに関する後述の工程Ｓ１１０に移行する。
【００３１】
この工程Ｓ１０５において、トルク値差分が規定差分を越えていることによりトルク計測器４４３にはトルク計測不良が起きていると判定した場合は、現時点が、トルクマスター４２２の定期的なトルク計測の調査タイミング、例えば半年とか１年に一度の調査タイミングであるか否かを判定する（工程Ｓ１０７）。ここで現時点が調査タイミングでなければ、後述の工程Ｓ１０９に移行し、現時点が調査タイミングであれば、制御装置５００は、トルクマスター４２２の定期的なトルク計測調査とその校正が必要である旨を、図示しないランプや表示機器を用いて作業者に報知する。作業者は、この報知を受けて必要な処置、例えばトルクマスター４２２の計測トルクの出力値をトルク校正用機器を用いて調査し、必要に応じた校正を行う（工程Ｓ１０８）。なお、この調査・校正を、制御装置５００による調査・校正処理としてもよい。例えば、過去の計測トルク値推移を参照しつつ、現時点で行った調査・校正処理で得た計測トルク値を校正する。
【００３２】
工程Ｓ１０７で現時点は調査タイミングではないと判定した場合、トルク計測器４４３の計測トルク値（検査対象トルク値）をトルクマスター４２２の検証対比トルク値を用いて校正する（工程Ｓ１０９）。これにより、トルク計測器４４３は、ボルト締付具４４２によるボルトＢの締結の際のトルクを正確に計測できるようになる。よって、工程Ｓ１０９のトルク校正以降は、燃料電池スタックＦＣＳの組み付けに関する後述の工程Ｓ１１０に移行する。
【００３３】
工程Ｓ１０５において、上記のトルク値差分が規定差分を越えていないので、トルク計測器４４３にトルクの計測不良はないと判定すれば、燃料電池スタックＦＣＳのスタック組付装置４００への取り付けセットがなされる（工程Ｓ１１０）。この様子は、図１に示されており、まず、燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと昇降機構４１０のテーブル４１２に位置決め載置する。この位置決めは、テーブル４１２に載置済みの燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向がスタック組付装置４００におけるシャフトストッパ４１６および加圧シャフト４６４の軸心に沿った方向と一致するようになされる。ＸＹＺ軸表記を用いれば、テーブル４１２に載置済みの燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向がシャフトストッパ４１６と加圧シャフト４６４が延びるＸ軸方向となるようになされる。燃料電池スタックＦＣＳのテーブル載置に続き、この燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと昇降機構４１０により水平加圧位置まで上昇させる。図１１は、スタック組付装置４００への燃料電池スタックＦＣＳのセットの様子を示す説明図である。図１２は、図１１における１２−１２線に沿ってスタック積層治具１００とシャフトストッパ４１６との関係を示す説明図である。
【００３４】
図１２に示すように、スタック積層治具１００における第１プレート２００の２列の切欠２０２は、シャフトストッパ４１６と干渉しないように、図１２におけるプレート上端から切欠形成されている。また、シャフトストッパ４１６は、シャフト先端と上昇済みの燃料電池スタックＦＣＳにおけるマニホールドプレートＦＣｍとの間に隙間が残るよう、ストップフェンス４１４から水平方向（Ｘ軸方向）に沿って延びている。よって、燃料電池スタックＦＣＳの水平加圧位置までの上昇の際に、シャフトストッパ４１６と第１プレート２００との干渉は起きず、スタック組付装置４００のシャフトストッパ４１６は、切欠２０２に入り込むことになる。
【００３５】
工程Ｓ１１０の燃料電池スタックＦＣＳのセットに続く手順は、図２に示すように、燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧である（工程Ｓ１２０）。図１３は、燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧の様子を示す説明図である。図１４は、図１３における１４−１４線に沿ってスタック積層治具１００と加圧シャフト４６４との関係を示す説明図である。
【００３６】
図１４に示すように、スタック積層治具１００における第２プレート３００の３列の切欠３０２は、加圧シャフト４６４と干渉しないように、図１４におけるプレート上端から切欠形成されている。そして、工程Ｓ１２０の二次加圧では、スタック組付装置４００におけるスタック水平加圧機構４６０が、モーター４６８によるボールネジ４６６の回転を通して、加圧シャフト４６４を加圧用フェンス４１９ごと水平加圧位置の燃料電池スタックＦＣＳに向けて押し付け移動する。これにより、３本の加圧シャフト４６４は、第２プレート３００と干渉すること無く切欠３０２に入り込んで、燃料電池スタックＦＣＳのエンドプレートＦＣｅに突き当たり、このエンドプレートＦＣｅを介して燃料電池スタックＦＣＳを押圧する。この押圧により、燃料電池スタックＦＣＳは、シャフトストッパ４１６の側に移動して、マニホールドプレートＦＣｍがシャフトストッパ４１６に接触する。
【００３７】
スタック水平加圧機構４６０は、シャフトストッパ４１６へのマニホールドプレートＦＣｍの接触後においても、積層済みの燃料電池セルＦＣに所定の締結力、例えば燃料電池スタックＦＣＳを燃料電池車両に搭載される際の締結力が加わるまで、加圧シャフト４６４の押し込みを継続する。このシャフト押し込みにより二次加圧がなされ、燃料電池スタックＦＣＳは、所定の締結圧でセル積層方向に沿って押し付けられ、セル積層方向において圧縮される。この燃料電池スタックＦＣＳの圧縮により、それまで燃料電池スタックＦＣＳを一次加圧していたスタック積層治具１００の第１プレート２００とマニホールドプレートＦＣｍとの間、および、第２プレート３００とエンドプレートＦＣｅとの間には隙間が生じる。つまり、燃料電池スタックＦＣＳは、ストップフェンス４１４から延びるシャフトストッパ４１６と、加圧用フェンス４１９から延びる加圧シャフト４６４とで、両側から押圧されることになる。そして、燃料電池スタックＦＣＳの圧縮に伴う第１プレート２００および第２プレート３００における隙間により、スタック積層治具１００は、二次加圧を受けている燃料電池スタックＦＣＳからいわゆるフリーの状態となる。
【００３８】
工程Ｓ１２０の燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧に続く手順は、図２に示すように、スタック積層治具１００の退避である（工程Ｓ１３０）。図１５は、水平加圧位置にある燃料電池スタックＦＣＳからのスタック積層治具１００の退避の様子を示す説明図である。このスタック積層治具退避は、スタック組付装置４００が、テーブル４１２に位置決め載置済みのスタック積層治具１００をＺ軸方向に沿って降下させることでなされる。既述したように、スタック積層治具１００は燃料電池スタックＦＣＳからフリーの状態であり、第１プレート２００の切欠２０２および第２プレート３００の切欠３０２は、図１２および図１４に示すように、いずれもＺ軸方向に沿って切り欠かれている。よって、スタック積層治具１００は、支障なく降下する。
【００３９】
工程Ｓ１３０のスタック積層治具退避に続く手順は、図３に示すように、スタックケースの組み付け・ボルト締結である（工程Ｓ１４０）。図１６は、スタックケースＦＳＣの組み付けの様子を示す説明図である。図１７は、ボルトＢの締結によるケース固定の様子を示す説明図である。図１８は、図１７における１８−１８線に沿ってボルト締付具４４２とストップフェンス４１４との関係を示す説明図である。なお、リーク検査プレートＬｐは、このスタックケースの組み付け・ボルト締結の手順においてマニホールドプレートＦＣｍに積層したままであるが、説明の都合上、スタック組付装置４００の全体図においては図示を省略した。
【００４０】
工程Ｓ１４０におけるケース組み付けでは、ケース保持機構４５０に位置決め載置済みのスタックケースＦＳＣを、ケース保持機構４５０の図示しない駆動機構を用いて、図１６に示すように、水平加圧位置の燃料電池スタックＦＣＳの側に移動する。このケース移動は、ケース保持機構４５０が案内レール４５２に案内されてＸ軸方向に沿って移動することでなされる。そして、ケース移動完了状態では、スタックケースＦＳＣの内部に燃料電池スタックＦＣＳが収容され、スタックケースＦＳＣの開口フランジがマニホールドプレートＦＣｍに接触した状態となる。
【００４１】
図１８に示すように、ストップフェンス４１４は、ボルト締結機構部４４０が備える２つのボルト締付具４４２に対応した干渉回避長孔４１５を備える。この干渉回避長孔４１５は、マニホールドプレートＦＣｍのボルト挿入孔Ｂｈ（図７，図８参照）の並びに沿って形成され、ボルト挿入孔Ｂｈに挿入済みのボルトＢのボルトヘッドを長孔において露呈させている。こうした状態であるので、工程Ｓ１４０におけるボルト締結では、まず、ボルト締結機構部４４０におけるボルト締付具４４２を、鉛直テーブル４４５による鉛直面でのＹＺ軸の平面移動により、締結対象となるボルトＢに向かい合わせる。次いで、図１７に示すように、ボルト締付具４４２を、水平テーブル４４４によりＸ軸に沿って移動させてストップフェンス４１４の干渉回避長孔４１５から迫り出す。この迫り出しは、ボルト締付具４４２のボルトヘッド挿入孔４４２ｈにボルトＢのボルトヘッドが入り込むまでなされ、その後、所定の締結トルク（規定締結トルク）が掛かるまで、ボルト締付具４４２によりボルトＢを締め付ける。このボルト締付具４４２のＹＺ軸の平面移動とＸ軸に沿った迫り出し、並びに規定締結トルクが掛かるまでのボルト締め付けが、２０個のボルトＢに対して繰り返される。具体的には、図１７に上下に示すそれぞれのボルト締付具４４２が１０個ずつのボルトＢを締め付ける。
【００４２】
上記したケース組み付けにより、スタックケースＦＳＣの開口フランジがマニホールドプレートＦＣｍに接触することから、マニホールドプレートＦＣｍのボルト挿入孔Ｂｈ（図７参照）に挿入されていたボルトＢは、図１７の拡大図に示すように、ボルトヘッドがマニホールドプレートＦＣｍの外部に出て傾斜姿勢を採り得る。しかしながら、ボルト締付具４４２は、ボルトヘッド挿入孔４４２ｈの開口部にテーパー部を有することから、ボルトヘッド挿入孔４４２ｈに支障なくボルトＢのボルトヘッドを入り込ませるので、マニホールドプレートＦＣｍにおける雌ネジ穴ＢｔへのボルトＢの締め付けに支障はない。
【００４３】
２つのボルト締付具４４２によるボルトＢの締結は、図１８に示す２０個のボルトＢに対して所定の順序でなされる。そして、トルク計測器４４３は、ボルト締結の際にボルト締付具４４２に掛かるトルクを計測し、その計測トルク値（規定締結トルク値）を制御装置５００（図１参照）に出力する。制御装置５００は、トルク計測器４４３から出力された規定締結トルク値をＲＡＭに記憶する。上記したボルトＢの締結後、ボルト締付具４４２は、ボルトＢのボルトヘッドから遠ざかるよう、Ｘ軸に沿って退避駆動する。
【００４４】
また、工程Ｓ１４０におけるボルト締結は、燃料電池スタックＦＣＳのエンドプレートＦＣｅの側でもなされる。即ち、ケース保持機構４５０は、図示しない保持体により保持したボルト締付具４５６を用いて、スタックケースＦＳＣの奥壁の図示しない押し付けボルトを押し出して、ケース収容済みの燃料電池スタックＦＣＳを、マニホールドプレートＦＣｍに向けて押出締め付けする。これにより、燃料電池スタックＦＣＳは、マニホールドプレートＦＣｍの側でのボルト締結とケース奥壁側からの押出締め付けを受け、二次加圧で得られた所定の締結力でスタックケースＦＳＣに収容される。スタックケースＦＳＣへの燃料電池スタックＦＣＳの収容・固定を図るボルトＢは、スタックケースＦＳＣの奥壁の図示しない押し付けボルトと協働で、燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向に沿った二次加圧の加圧状況を維持する機能を果たす。なお、ボルト締付具４５６は、スタックケースＦＳＣの奥壁の図示しない押し付けボルトの押し付け後、初期位置に復帰する。
【００４５】
工程Ｓ１４０のスタックケースの組み付け・ボルト締結に続く手順は、図３に示すように、ボルト締付具４４２にて行ったボルトＢの締結を検証する（工程Ｓ１５０）。この締結検証は、工程Ｓ１４０において締結済みのボルトＢに対して、適正に締結されているか否かを実際の締結トルクが規定締結トルクとして得られているので検証するものであり、その際には増し締めトルク法が用いられる。そして、この締結検証では、工程Ｓ１４０で既に締結した２０個のボルトＢを、その締結の順に、改めて締め付けることでなされる。この増し締め付けの際にも、トルク計測器４４３は、ボルト締付具４４２に掛かるトルク（増し締めトルク）を計測し、その計測トルク値（締結確認トルク値）を制御装置５００（図１参照）に出力する。制御装置５００は、トルク計測器４４３から出力された締結確認トルク値を、既述した規定締結トルク値と共にＲＡＭに記憶する。
【００４６】
この工程Ｓ１５０の締結検証は、上記した各種トルク値を用いて制御装置５００によりなされ、工程Ｓ１２０においてスタック水平加圧機構４６０によりなされた燃料電池スタックＦＣＳの加圧状況下のものとなる。そして、制御装置５００は、工程Ｓ１４０でトルク計測器４４３から得た規定締結トルク値と工程Ｓ１５０でトルク計測器４４３から得た締結確認トルク値とを対比する。このトルク対比を経た締結検証により、工程Ｓ１４０でなされたボルト締結の際のトルク不足と言った締結不良の有無を判定する。締結不良がないと判定すれば、燃料電池スタックＦＣＳの組み付けを終了すべく後述の工程Ｓ１６０に移行し、締結不良があれば、締結不良があったボルトＢについて、規定締結トルクが得られるまでボルト締付具４４２により再締結を行う（工程Ｓ１５５）。なお、制御装置５００は、工程Ｓ１５０で締結不良が判定されれば、その旨を、図示しないランプや表示機器を用いて作業者に報知し、この報知を受けた作業者により、締結不良のボルトＢを再締結するようにしてもよい。
【００４７】
工程Ｓ１５０の締結検証と工程Ｓ１５５のボルト再締結に続く手順は、図３に示すように、スタック組付装置４００からの燃料電池スタックＦＣＳの取り外しであり（工程Ｓ１６０）、この取り外しで、スタック組付が終了する。この工程Ｓ１７０のスタック取り外しは、ボールネジ４６６の逆回転による加圧シャフト４６４の初期位置復帰の後になされる。つまり、加圧シャフト４６４の初期位置復帰により、スタックケースＦＳＣは、燃料電池スタックＦＣＳを収容した状態でフリーとなるので、燃料電池スタックＦＣＳは、図示しない取り出し治具により、スタック組付装置４００からスタックケースＦＳＣごと取り外される。或いは、次のように取り外しを行ってもよい。まず、加圧シャフト４６４により二次加圧を受けている状態で、ボルト締付具４４２とボルト締付具４５６の初期位置復帰に加え、ケース保持機構４５０も初期位置に復帰させる。次いで、昇降機構４１０のテーブル４１２を上昇させて、スタックケースＦＳＣに収容済みの燃料電池スタックＦＣＳを受け止める。その後、加圧シャフト４６４を初期位置復帰させて燃料電池セルＦＣをフリーとし、続くテーブル４１２の降下により、燃料電池スタックＦＣＳを取り外す。
【００４８】
以上説明した本実施形態のスタック組付装置４００は、スタック水平加圧機構４６０によりなされた燃料電池スタックＦＣＳの加圧状況下で、ボルト締結機構部４４０により、ボルトＢの締結（工程Ｓ１４０）とこれに続く締結検証（工程Ｓ１５０）とを行う。そして、ボルト締結の際に得られた規定締結トルク値と締結確認トルク値との対比を経て（工程Ｓ１５０）、工程Ｓ１４０でなされたボルト締結の締結不良判定や、判定不良があったボルトＢについての工程Ｓ１５５の再締結で、締結不良の是正や不良是正の検証を図ることができる。しかも、ボルトＢの締結是正や締結不良検出を、燃料電池スタックＦＣＳをスタック組付装置４００から取り外すことなく行うことができるので、本実施形態のスタック組付装置４００によれば、燃料電池スタックＦＣＳの製造効率を高めることができる。また、燃料電池スタックＦＣＳの加圧状況下での締結是正や締結不良検出により、ボルトＢによる燃料電池スタックＦＣＳの加圧状態をより確実に維持できる。
【００４９】
本実施形態のスタック組付装置４００は、ボルトＢの締結（工程Ｓ１４０）とこれに続く締結検証（工程Ｓ１５０）とを、スタック水平加圧機構４６０による燃料電池スタックＦＣＳの加圧状況下で行う。これにより、工程Ｓ１４０のボルト締結の際にトルク計測器４４３から得た締結トルク値（規定締結トルク値）と工程Ｓ１５０の締結検証の際にトルク計測器４４３から得た締結トルク値（締結確認トルク値）は、加圧解除に伴う燃料電池スタックＦＣＳの圧縮復帰で作用する反力がボルトＢに作用していない状態での計測トルク値となる。よって、本実施形態のスタック組付装置４００によれば、工程Ｓ１４０のボルト締結の際の締結トルク値（規定締結トルク値）と、工程Ｓ１５０の締結検証の際の締結トルク値（締結確認トルク値）とを用いたボルト締結の良否検査においては、その検査精度を高めることができる。
【００５０】
本実施形態のスタック組付装置４００は、疑似ボルト４２０に対してボルト締付具４４２の締結動作を行い（工程Ｓ１０５）、この締結動作の際にそれぞれのボルト締付具４４２のトルク計測器４４３が計測した検査対象トルクとトルクマスター４２２が計測した検査対比トルク値とを用いたトルク計測器４４３のトルク計測不良の判定を行う。この判定において、検証対比トルク値とトルク計測器４４３から得た検査対象トルク値の差分が予め規定された規定差分であれば、トルク計測器４４３にはトルク計測不良が起きていないと判定する。よって、本実施形態のスタック組付装置４００によれば、トルク計測器４４３をトルク計測が正しい状態で使用できるので、ボルトＢの締結（工程Ｓ１４０）とこれに続く締結検証（工程Ｓ１５０）とにおける計測トルク自体の精度を担保して、高い精度でボルト締結の良否検査を実行できると共に、ボルトＢを用いた燃料電池スタックＦＣＳの締結が正常に行われているかを検査できる。
【００５１】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し換えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００５２】
既述した実施形態では、疑似ボルト４２０を用いたトルク計測器４４３のトルク計測の不良判定を、ボルト締付具４４２によるボルト締め付けの前に行ったが、ボルトＢの締結後に実行したり、図２に示した工程Ｓ１００のセル積層の前に行ったり、セル積層と並行して行ってもよい。
【００５３】
既述した実施形態では、スタック積層治具１００（図４参照）のスタック収容域ＳＲにおいて、燃料電池スタックＦＣＳを水平姿勢で積層したが、次のようにしてもよい。まず、スタック積層治具１００を第２プレート３００が鉛直下方側となるように鉛直姿勢としておいて、燃料電池スタックＦＣＳを鉛直方向に積層し、既述したように、ボルト挿入と、一次加圧とを行う。その後、一次加圧を維持したまま、燃料電池スタックＦＣＳをスタック積層治具１００ごと水平姿勢に変更し、スタック組付装置４００にセットしてもよい。
【００５４】
既述した実施形態では、ボルトＢにより燃料電池スタックＦＣＳをスタックケースＦＳＣに締結することにしたが、燃料電池スタックＦＣＳを貫通する長尺状のボルトＢとこれに螺合するナットとを用いて、燃料電池スタックＦＣＳを各コーナーで締結する場合に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１００…スタック積層治具
１１０…装置ベース
１１２…スタック保持座
１２０…プレート保持シャフト
２００…第１プレート
２０２…切欠
２２０…第１プレート押圧シャフト
２３０…第１プレート駆動機構
３００…第２プレート
３０２…切欠
４００…スタック組付装置
４０２…装置ベース
４１０…昇降機構
４１２…テーブル
４１４…ストップフェンス
４１５…干渉回避長孔
４１６…シャフトストッパ
４１８…加圧側フェンス
４１９…加圧用フェンス
４２０…疑似ボルト
４２２…トルクマスター
４４０…ボルト締結機構部
４４２…ボルト締付具
４４２ｈ…ボルトヘッド挿入孔
４４３…トルク計測器
４４４…水平テーブル
４４５…鉛直テーブル
４５０…ケース保持機構
４５２…案内レール
４５４…テーブル
４５６…ボルト締付具
４６０…スタック水平加圧機構
４６４…加圧シャフト
４６６…ボールネジ
４６８…モーター
５００…制御装置
Ｂ…ボルト
Ｂｃ…ボルト挿入切欠
Ｂｈ…ボルト挿入孔
Ｂｔ…雌ネジ穴
ＦＣ…燃料電池セル
ＦＣＳ…燃料電池スタック
ＦＣｅ…エンドプレート
ＦＣｍ…マニホールドプレート
ＦＣｔ…集電プレート
ＦＳＣ…スタックケース
Ｌｐ…リーク検査プレート
ＳＲ…スタック収容域
【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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【図１５】
2018137051.tif 000017
【図１６】
2018137051.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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