(57)【要約】【課題】組み立て作業を容易にして組み立て工数を削減し、コストを下げることのできる燃料電池スタックの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池スタック１の製造方法は、第２エンドプレート８２のエンドプレート取付孔１０１内、及び連結バー８３，８４の連結バー取付孔１０２内に跨って段付きボルト１００を挿入するボルト挿入工程と、第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とをＡ方向で突き合わせる着座工程と、第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とをＡ方向で締結する締結工程と、を有し、段付きボルト１００が、着座工程において第１エンドプレート８１及び第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とのＡ方向への接近移動を案内する基軸部１０Ａを有しており、ボルト挿入工程において、基軸部１０Ａがエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内をＡ方向に跨って位置するように段付きボルト１００を挿入する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１エンドプレート、複数の燃料電池セルが第１方向に積層されたセル積層体、及び第２エンドプレートをこの順で第１方向に積層する工程と、
前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとの間に連結部材を配置する連結部材配置工程と、
前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートのいずれか一方と前記連結部材との間に前記第１方向の隙間がある状態で、エンドプレート取付孔及び連結部材取付孔内に締結部材を挿入する締結部材挿入工程と、
前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートを前記第１方向で接近移動させ、前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第１方向で突き合わせる着座工程と、
前記締結部材により前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第１方向で締結する締結工程と、を備え、
前記締結部材が、前記着座工程において前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートと前記連結部材との前記第１方向への接近移動を案内する位置決め部を有しており、
前記締結部材挿入工程において、前記位置決め部が前記エンドプレート取付孔及び前記連結部材取付孔内を前記第１方向に跨って位置するように前記締結部材を挿入する、
ことを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
【請求項２】
前記第１方向に沿う前記位置決め部の長さは、前記エンドプレート取付孔の前記第１方向に沿う長さと、前記第１方向における前記隙間と、を足した長さよりも長く、前記エンドプレート取付孔及び前記連結部材取付孔の前記第１方向に沿うそれぞれの長さを足した長さ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項３】
前記締結部材が、前記位置決め部と、前記位置決め部の先端側に設けられた螺子部と、を有しており、
前記締結部材挿入工程において、前記螺子部の一部を前記連結部材取付孔に螺着させる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項４】
前記締結部材挿入工程において、
前記位置決め部と、前記位置決め部よりも小径をなす前記螺子部と、が一体に成形された前記締結部材を用いる、
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【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製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される燃料電池スタックは、セル積層体と、セル積層体を収納するケーシングと、を有している（例えば、下記特許文献１参照）。
セル積層体は、複数の単位セルが積層されて構成されている。単位セルは、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで構成された膜電極構造体（ＭＥＡ）と、膜電極構造体を挟持するセパレータと、を備えている。
【０００３】
ケーシングは、セル積層体を積層方向の両側から挟持する一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート間を架け渡す連結バーと、セル積層体の周囲を積層方向に直交する方向から取り囲むサイドパネルと、を有している。
エンドプレート及び連結バーは、セル積層体の積層方向に互いに突き合わされた状態で、エンドプレート取付孔及び連結バー取付孔内に挿通された締結部材によって締結されている。例えば下記特許文献２には、エンドプレート取付孔及び連結バー取付孔内に、筒状ノックが配設された構成が開示されている。筒状ノックは、エンドプレート取付孔及び連結バー取付孔間を跨って配設されるとともに、締結部材に外挿されている。
【０００４】
上述した燃料電池スタックでは、アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２１６２６９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７９０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、筒状ノックを備える上記構成では、部品数が多く、組み立てるための工程数も増えてコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、組み立て作業を容易にして組み立て工数を削減し、コストを下げることのできる燃料電池スタックの製造方法を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、第１エンドプレート（例えば、実施形態における第１エンドプレート８１）、複数の燃料電池セル（例えば、実施形態における単位セル２）が第１方向（例えば、実施形態におけるＡ方向）に積層されたセル積層体、及び第２エンドプレート（例えば、実施形態における第２エンドプレート８２）をこの順で第１方向に積層する工程と、前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとの間に連結部材（例えば、実施形態における連結バー８３，８４）を配置する連結部材配置工程と、前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートのいずれか一方と前記連結部材との間に前記第１方向の隙間（例えば、実施形態における隙間Ｓ１）がある状態で、エンドプレート取付孔（例えば、実施形態におけるエンドプレート取付孔１０１）及び連結部材取付孔（例えば、実施形態における連結バー取付孔１０２）内に締結部材を挿入する締結部材挿入工程と、前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートを前記第１方向で接近移動させ、前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第１方向で突き合わせる着座工程と、前記締結部材により前記一方のエンドプレートと前記連結部材とを前記第１方向で締結する締結工程と、を備え、前記締結部材が、前記着座工程において前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートと前記連結部材との前記第１方向への接近移動を案内する位置決め部（例えば、実施形態における基軸部１０Ａ）を有しており、前記締結部材挿入工程において、前記位置決め部が前記エンドプレート取付孔及び前記連結部材取付孔内を前記第１方向に跨って位置するように前記締結部材を挿入する。
【０００９】
請求項２に記載した発明では、前記第１方向において、前記大径部の長さは、前記エンドプレート取付孔の長さと前記隙間とを足した長さよりも長く、前記エンドプレート取付孔及び前記連結部材取付孔の前記第１方向に沿うそれぞれの長さを足した長さ以下であり、前記締結部材挿入工程では、前記締結部材の前記大径部と前記小径部との間の段差面（例えば、実施形態における段差面１０Ｃ）が前記連結部材取付孔内に位置するように、前記締結部材を挿入してもよい。
【００１０】
請求項３に記載した発明では、前記締結部材が、前記位置決め部と、前記位置決め部の先端側に設けられた螺子部（例えば、実施形態における雄ねじ部１０Ｂ）と、を有しており、前記締結部材挿入工程において、前記螺子部の一部を前記連結部材取付孔に螺着させてもよい。
【００１１】
請求項４に記載した発明では、前記締結部材挿入工程において、前記位置決め部と、前記位置決め部よりも小径をなす前記螺子部と、が一体に成形された前記締結部材を用いてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載した発明によれば、締結部材挿入工程において、第１エンドプレート及び第２エンドプレートのいずれか一方と連結部材との間に第１方向の隙間がある状態で、小径部が連結部材取付孔内に位置するとともに大径部がエンドプレート取付孔及び連結部材取付孔内を第１方向に跨って位置するように締結部材を挿入することにより、締結部材の先端部が連結部材取付孔から脱落することがなく、後の着座工程において締結部材をガイドとして機能させることができる。つまり、ガイドをなす締結部材の大径部に沿って一方のエンドプレートと連結部材とを第１方向で突き合わせることで、エンドプレートと連結部材との位置ずれを防ぐことができる。このように、本発明では、エンドプレートと連結部材とが締結部材によって位置決めされた状態で組み付けを行うため、精度よく効率的な組み付け作業を行うことができる。
さらに、本発明では、以前用いられていた筒状ノックに代えて、締結部材の大径部においてエンドプレートと連結部材との間に作用するせん断荷重を受けることになる。その結果、筒状ノックが不要になり、組み立て工数を減らせることから、製造ラインにかかるコストを下げることができる。
【００１３】
請求項２に記載した発明によれば、締結部材を着座工程におけるガイドとして機能させることができるだけでなく、着座工程後、締結部材によりエンドプレートと連結部材と良好に締結することができる。
【００１４】
請求項３に記載した発明によれば、締結部材における螺子部の一部を連結部材取付孔に螺着させることによって、連結部材に対して締結部材を固定させることができるので、着座工程において締結部材の脱落やぐらつきが生じにくく、エンドプレートと連結部材との位置ずれをより防ぐことができる。これにより、締結部材の位置決め部をガイドにして安定した状態で着座工程を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載した発明によれば、締結部材の位置決め部がエンドプレート小径部及び連結バー大径部の双方における内周面に密接することになり、セル積層体から漏れ出た反応ガスが、エンドプレート取付孔及び連結部材取付孔と締結部材の間を通って、第１方向の外側へ流れ出るのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の燃料電池スタックを第１エンドプレート側から見た分解斜視図。
【図２】単位セルの分解斜視図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図。
【図４】図５のＩＶ−ＩＶ線に相当する断面図。
【図５】燃料電池スタックを第２エンドプレート側から見た分解斜視図。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線に相当する断面図。
【図７】燃料電池スタックの製造方法を説明するためのフローチャート。
【図８】燃料電池スタックの製造方法（積層工程）を説明するための工程図。
【図９】燃料電池スタックの製造方法（圧縮工程）を説明するための工程図。
【図１０】燃料電池スタックの製造方法（連結バー配置工程）を説明するための工程図。
【図１１】燃料電池スタックの製造方法（段付きボルト挿入工程）を説明するための工程図。
【図１２】段付きボルトを挿入した状態を示す図。
【図１３】燃料電池スタックの製造方法（着座工程）を説明するための工程図。
【図１４】燃料電池スタックの製造方法（着座工程）を説明するための工程図。
【図１５】燃料電池スタックの製造方法を説明するための工程図。
【図１６】燃料電池スタックの製造方法を説明するための工程図である。
【図１７】（ａ），（ｂ）は、燃料電池スタックの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
（第１実施形態）
［燃料電池スタック］
図１は本実施形態の燃料電池スタック１を第１エンドプレート８１側から見た分解斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１は、図示しない車両の前部に画成されたモータルームやフロア下に搭載されている。燃料電池スタック１は、例えば駆動用モータに電力を供給するのに用いられる。なお、本実施形態の燃料電池スタック１は、例えば図中のＡ方向（第１方向）が車両の幅方向、Ｂ方向が車両の前後方向、Ｃ方向が車両の上下方向となるようにして車両に搭載される。
【００１９】
燃料電池スタック１は、セル積層体３と、セル積層体３を収納するケーシング４と、を主に備えている。
セル積層体３は、複数の単位セル（燃料電池セル）２がＡ方向に積層されて構成されている。なお、以下の説明では、上述したＡ方向、Ｂ方向及びＣ方向において、セル積層体３の中央部に近づく向きを内側といい、セル積層体３の中央部から離間する向きを外側という場合がある。
【００２０】
＜単位セル＞
図２は単位セル２の分解斜視図である。
図２に示すように、単位セル２は、例えば一対のセパレータ２１，２２と、各セパレータ２１，２２間に挟持された膜電極構造体２３（以下、単にＭＥＡ２３という。）と、を備えている。ＭＥＡ２３は、固体高分子電解質膜３１と、固体高分子電解質膜３１をＡ方向の両側から挟持するアノード電極３２及びカソード電極３３と、を備えている。
【００２１】
アノード電極３２及びカソード電極３３は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子をガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層と、を有している。
【００２２】
固体高分子電解質膜３１は、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーに水を含浸させた素材により形成されている。固体高分子電解質膜３１は、Ａ方向から見た正面視外形がアノード電極３２及びカソード電極３３よりも大きくなっている。図２の例において、固体高分子電解質膜３１の中央部には、アノード電極３２及びカソード電極３３が重ね合わされている。固体高分子電解質膜３１の外周部は、アノード電極３２及びカソード電極３３に対して額縁状にはみ出している。
【００２３】
単位セル２の各セパレータ２１，２２は、ＭＥＡ２３のアノード電極３２側に配置された第１セパレータ２１、及びＭＥＡ２３のカソード電極３３側に配置された第２セパレータ２２である。なお、以下の説明では、各セパレータ２１，２２において、同一の構成については同様の符号を付してまとめて説明する。
【００２４】
各セパレータ２１，２２は、セパレータプレート３５と、セパレータプレート３５の外周部を被覆する被覆部材３６と、を有している。
セパレータプレート３５は、Ｂ方向を長手方向とする長方形状の金属板、又はカーボン板により構成されている。なお、図２の例において、セパレータプレート３５は、正面視外形が固体高分子電解質膜３１と同等に形成されている。セパレータプレート３５は、Ａ方向から見てＭＥＡ２３に重なり合っている。
【００２５】
図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。
図３に示すように、被覆部材３６は、ゴム等の弾性変形可能な材料により形成されている。被覆部材３６は、固体高分子電解質膜３１の外周部にＡ方向で密接している。
【００２６】
図２に示すように、単位セル２の各角部には、入口側ガス連通孔（酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ及び燃料ガス入口連通孔４２ｉ）と、出口側ガス連通孔（酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ及び燃料ガス出口連通孔４２ｏ）と、が形成されている。各酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ，４１ｏ，４２ｉ，４２ｏは、単位セル２をＡ方向に貫通している。
図２に示す例において、単位セル２の右上角部には、酸化剤ガス（例えば、空気等）を供給するための酸化剤ガス入口連通孔４１ｉが形成されている。単位セル２の右下角部には、燃料ガス（例えば、水素等）を供給するための燃料ガス入口連通孔４２ｉが形成されている。
また、単位セル２の左下角部には使用済みの酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔４１ｏが形成されている。単位セル２の左上角部には、使用済みの燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４２ｏが形成されている。
【００２７】
単位セル２において、各酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉに対してＢ方向の内側に位置する部分には、冷媒入口連通孔４３ｉがそれぞれ形成されている。
単位セル２において、各酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏに対してＢ方向の内側に位置する部分には、冷媒出口連通孔４３ｏがそれぞれ形成されている。なお、一対の冷媒入口連通孔４３ｉ同士及び一対の冷媒出口連通孔４３ｏ同士は、アノード電極３２及びカソード電極３３を間に挟んでそれぞれＣ方向で対向する位置に配置されている。
【００２８】
各セパレータ２１，２２（セパレータプレート３５）の中央部は、プレス成形等によって凹凸形状に形成されている。セパレータ２１，２２のうち、ＭＥＡ２３と対向する面は、ＭＥＡ２３との間にそれぞれ燃料ガス流路４５，酸化剤ガス流路４６を形成している。
具体的に、第１セパレータ２１のアノード電極３２を向く面と、ＭＥＡ２３のアノード電極３２と、の間には、燃料ガス流路４５が形成されている。燃料ガス流路４５は、燃料ガス入口連通孔４２ｉ及び燃料ガス出口連通孔４２ｏにそれぞれ連通している。
【００２９】
第２セパレータ２２のカソード電極３３を向く面と、ＭＥＡ２３のカソード電極３３と、の間には、酸化剤ガス流路４６が形成されている。酸化剤ガス流路４６は、酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ及び酸化剤ガス出口連通孔４１ｏにそれぞれ連通している。
【００３０】
図３に示すように、セル積層体３は、一の単位セル２の第１セパレータ２１と、一の単位セル２に隣接する他の単位セル２の第２セパレータ２２と、が重ね合わされた状態で、Ａ方向に積層されて構成される。そして、一の単位セル２の第１セパレータ２１と、他の単位セル２の第２セパレータ２２と、の間には、冷媒流路５５が形成されている。図２に示すように、冷媒流路５５は、冷媒入口連通孔４３ｉ及び冷媒出口連通孔４３ｏにそれぞれ連通している。なお、冷媒流路５５を流通する冷媒として、例えば純水やエチレングリコール等が好適に用いられる。
【００３１】
なお、単位セル２の積層構造は、上述の構成に限定されるものではない。例えば、３枚のセパレータと、各セパレータ間に挟持された２枚のＭＥＡと、により単位セルを構成しても構わない。また、各連通孔のレイアウトについても適宜設計変更が可能である。
【００３２】
図３に示すように、セル積層体３に対してＡ方向の一方には、第１ターミナルプレート６１が配置されている。第１ターミナルプレート６１は、正面視の外形がセパレータ２１，２２よりも小さくなっている。第１ターミナルプレート６１は、セル積層体３（各単位セル２）のうち、Ａ方向の一方に位置する単位セル（以下、第１端部セル２ａという。）のアノード電極３２に第１セパレータ２１を介して導通している。第１ターミナルプレート６１には、Ａ方向の外側に向けて突出する出力端子６３（図１参照）が形成されている。
【００３３】
第１ターミナルプレート６１に対してＡ方向の外側には、第１インシュレータ６６が配置されている。第１インシュレータ６６は、正面視外形が第１ターミナルプレート６１よりも大きくなっている。また、第１インシュレータ６６は、Ａ方向の厚さが第１ターミナルプレート６１よりも厚くなっている。
【００３４】
第１インシュレータ６６の中央部には、Ａ方向の外側に向けて窪む収容部７１が形成されている。収容部７１内には、上述した第１ターミナルプレート６１が収容されている。
第１インシュレータ６６の外周部（収容部７１の外側に位置する部分）は、第１端部セル２ａにおける第１セパレータ２１（被覆部材３６）にＡ方向の外側から密接している。第１インシュレータ６６の外周部には、上述した各酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉに各別に連通する酸化剤ガス入口接続孔７２及び燃料ガス入口接続孔（不図示）が形成されている。また、第１インシュレータ６６の外周部には、上述した各酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏに各別に連通する図示しない酸化剤ガス出口接続孔及び燃料ガス出口接続孔が形成されている。
【００３５】
図４は、図５のＩＶ−ＩＶ線に相当する断面図である。
図４に示すように、セル積層体３に対してＡ方向の他方には、第２ターミナルプレート６２が配置されている。第２ターミナルプレート６２は、各単位セル２のうち、Ａ方向の他方に位置する単位セル（以下、第２端部セル２ｂという。）のカソード電極３３に第２セパレータ２２を介して導通している。第２ターミナルプレート６２には、Ａ方向の外側に向けて突出する出力端子６４（図５参照）が形成されている。
【００３６】
第２ターミナルプレート６２に対してＡ方向の外側には、第２インシュレータ６７が配置されている。第２インシュレータ６７は、正面視外形が第２ターミナルプレート６２よりも大きくなっている。また、第２インシュレータ６７は、Ａ方向の厚さが第２ターミナルプレート６２よりも厚くなっている。
【００３７】
第２インシュレータ６７の中央部には、Ａ方向の外側に向けて窪む収容部７３が形成されている。収容部７３内には、上述した第２ターミナルプレート６２が収容されている。
第２インシュレータ６７の外周部（収容部７３の外側に位置する部分）は、第２端部セル２ｂにおける第２セパレータ２２（被覆部材３６）にＡ方向の外側から密接している。また、第２インシュレータ６７の外周部には、上述した各冷媒入口連通孔４３ｉ，４３ｏに各別に連通する冷媒入口接続孔７４及び冷媒出口接続孔（不図示）が形成されている。
【００３８】
＜ケーシング＞
図１に示すように、ケーシング４は、セル積層体３よりも一回り大きい箱型に形成されている。ケーシング４は、その内部にセル積層体３を収納している。具体的に、ケーシング４は、セル積層体３をＡ方向の両側から挟持する第１エンドプレート８１及び第２エンドプレート８２と、エンドプレート８１，８２のＡ方向で対向する辺同士を各別に連結する第１連結バー（連結部材）８３及び第２連結バー（連結部材）８４と、セル積層体３の周囲を取り囲む４枚のサイドパネル８０と、を備えている。
【００３９】
図３、図４に示すように、エンドプレート８１，８２は、正面視外形が単位セル２よりも大きい長方形状に形成されている。図３に示すように、第１エンドプレート８１は、セル積層体３との間に第１ターミナルプレート６１及び第１インシュレータ６６を挟み込んだ状態で、セル積層体３に対してＡ方向の一方に配置されている。
【００４０】
図１に示すように、第１エンドプレート８１の各角部には、ガス入口孔（酸化剤ガス入口孔８５ｉ及び燃料ガス入口孔８６ｉ）及びガス出口孔（酸化剤ガス出口孔８５ｏ及び燃料ガス出口孔８６ｏ）が形成されている。酸化剤ガス入口孔８５ｉ，８６ｉは、第１インシュレータ６６の対応する各ガス入口接続孔（例えば、酸化剤ガス入口接続孔７２）を通して酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉにそれぞれ連通している。酸化剤ガス出口孔８５ｏ，８６ｏは、第１インシュレータ６６の対応する各ガス出口接続孔を通して酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏにそれぞれ連通している。
【００４１】
図４に示すように、第２エンドプレート８２は、セル積層体３との間に第２ターミナルプレート６２及び第２インシュレータ６７を挟み込んだ状態で、セル積層体３に対してＡ方向の他方に配置されている。
【００４２】
図５は、燃料電池スタック１を第２エンドプレート８２側から見た分解斜視図である。
図５に示すように、第２エンドプレート８２には、一対の冷媒入口孔９５ｉ及び一対の冷媒出口孔９５ｏが形成されている。冷媒入口孔９５ｉは、第２インシュレータ６７の対応する冷媒入口接続孔７４（図４参照）を通して冷媒入口連通孔４３ｉに連通している。冷媒出口孔９５ｏは、第２インシュレータ６７の対応する冷媒出口接続孔を通して冷媒出口連通孔４３ｏに連通している。
【００４３】
図１に示すように、第１連結バー８３及び第２連結バー８４は、Ａ方向に沿って延在する板状に形成されている。なお、各連結バー８３，８４の断面形状は、矩形状や円形状等、適宜変更が可能である。
【００４４】
各連結バー８３，８４は、Ａ方向の両端面が各エンドプレート８１，８２にＡ方向で突き合わされた状態で、一対の段付きボルト（締結部材）１００によってエンドプレート８１，８２にそれぞれ締結されている。具体的に、第１連結バー８３は、セル積層体３に対してＣ方向の両側において各エンドプレート８１，８２の長辺部分同士を連結している。第２連結バー８４は、セル積層体３に対してＢ方向の両側において、各エンドプレート８１，８２の短辺部分同士を連結している。
なお、段付きボルト１００は、各連結バー８３，８４ごとに３本以上設けられていても構わない。
【００４５】
各サイドパネル８０は、セル積層体３の周囲（Ｂ方向の外側及びＣ方向の外側）にそれぞれ配置されている。各サイドパネル８０は、セル積層体３、ターミナルプレート６１，６２及びインシュレータ６６，６７、エンドプレート８１，８２及び連結バー８３，８４を、Ｂ方向の外側及びＣ方向の外側から取り囲んでいる。
【００４６】
次に、各エンドプレート８１，８２と各連結バー８３，８４との締結構造について詳述する。但し、各エンドプレート８１，８２と各連結バー８３，８４との締結構造は、何れも同様の構成である。そのため、以下の説明では第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との締結構造について主に説明し、その他の部分の締結構造については説明を省略する。
【００４７】
図６は、図１のＶＩ−ＶＩ線に相当する断面図である。
図６に示すように、第１エンドプレート８１のうち、Ａ方向から見て第１連結バー８３と重なる部分には、エンドプレート取付孔１０１が形成されている。エンドプレート取付孔１０１は、第１エンドプレート８１をＡ方向に貫通する円形の貫通孔である。エンドプレート取付孔１０１は、Ａ方向の内側に位置するものほど内径が小さい多段形状になっている。具体的に、エンドプレート取付孔１０１は、Ａ方向の外側に位置するエンドプレート大径部１０１ａと、エンドプレート大径部１０１ａに対してＡ方向の内側に連なるエンドプレート小径部１０１ｂと、を有している。なお、本実施形態において、エンドプレート取付孔１０１は、図１に示すＢ方向に間隔をあけて２つ形成されている。
【００４８】
エンドプレート大径部１０１ａにおけるＡ方向の長さは、エンドプレート小径部１０１ｂよりも短くなっている。なお、エンドプレート取付孔１０１の開口縁のうち、少なくともエンドプレート小径部１０１ｂにおけるＡ方向の両端開口縁には、面取り部１０１ｄがそれぞれ形成されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。
【００４９】
第１連結バー８３のうちＡ方向から見てエンドプレート取付孔１０１と重なる部分には、連結バー取付孔（連結部材取付孔）１０２が形成されている。連結バー取付孔１０２は、Ａ方向に沿って延びるとともに、第１連結バー８３のＡ方向の外側端面８７に開口している。連結バー取付孔１０２におけるＡ方向の外側開口部は、エンドプレート取付孔１０１に連通している。
【００５０】
連結バー取付孔１０２は、Ａ方向の内側に位置するものほど内径が小さい多段形状になっている。具体的に、連結バー取付孔１０２は、Ａ方向の外側に位置する連結バー大径部１０２ａと、連結バー大径部１０２ａに対してＡ方向の内側に連なる連結バー小径部１０２ｂと、を有している。連結バー大径部１０２ａの内径は、エンドプレート小径部１０１ｂの内径と同等になっている。連結バー取付孔１０２のうち、少なくとも連結バー小径部１０２ｂは、雌ねじ孔になっている。
【００５１】
なお、連結バー取付孔１０２のうち、少なくとも連結バー大径部１０２ａにおけるＡ方向の外側開口縁には、面取り部１０２ｄが形成されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。
【００５２】
第１エンドプレート８１と第１連結バー８３とは、エンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内に挿入された段付きボルト１００によって締結されている。段付きボルト１００は、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との位置決めを行うとともに、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３との間に作用するせん断荷重および引張荷重を受けるものである。
【００５３】
図６に示すように、段付きボルト１００は、互いに同軸に連なる頭部１００ａと軸部１００ｂとを有しており、軸部１００ｂの一部が雄ねじとなっている。軸部１００ｂは、円柱状の基軸部（位置決め部）１０Ａと、基軸部１０Ａよりも小径に形成されるとともに基軸部１０Ａの一端面中央領域から突出し、その外周に螺子切りが施された雄ねじ部（螺子部）１０Ｂと、を有している。また、軸部１００ｂには、基軸部１０Ａと雄ねじ部１０Ｂとの間であって基軸部１０Ａにおける雄ねじ部１０Ｂ側の一端面に、環状の段差面１０Ｃが形成されている。段差面１０Ｃの周縁には、面取り部１０ｄが形成されている。面取りは、丸面取りであっても、平面取りであっても構わない。
【００５４】
本実施形態の段付きボルト１００は、連結バー小径部１０２ｂに対して、軸部１００ｂのうちの雄ねじ部１０Ｂが螺合するとともに、円柱状の基軸部１０Ａがエンドプレート小径部１０１ｂ内と連結バー大径部１０２ａ内に跨って位置するように挿入されている。
具体的に、段付きボルト１００の基軸部１０Ａにおける段差面１０Ｃは、連結バー大径部１０２ａと連結バー小径部１０２ｂとを接続する連結バー接続面１０２ｃにＡ方向の外側から対向している。
【００５５】
また、段付きボルト１００の座面１００ｃは、エンドプレート大径部１０１ａとエンドプレート小径部１０１ｂとの間のエンドプレート接続面１０１ｃに、Ａ方向の外側から当接している。この場合、頭部１００ａの一部は、エンドプレート大径部１０１ａ内に収容されている。これにより、第１エンドプレート８１からの頭部１００ａのＡ方向の外側への突出量が抑えられている。
【００５６】
本実施形態において、段付きボルト１００の基軸部１０ＡにおけるＡ方向の長さＬは、エンドプレート小径部１０１ｂのＡ方向の長さＬ１と連結バー大径部１０２ａにおけるＡ方向の長さＬ２とを足し合わせた長さＬ３よりも小さい長さとなっている（Ｌ＜Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２）。基軸部１０ＡにおけるＡ方向の長さＬについては、後に記載する製造方法において詳しく説明する。
【００５７】
また、段付きボルト１００の基軸部１０Ａにおける外径は、エンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａの内径よりも小さくなっている。
【００５８】
なお、本実施形態の段付きボルト１００は、例えば六角ボルトが好適に用いられている。但し、段付きボルト１００は、六角ボルトに限らず、六角穴付きボルト等であっても構わない。
【００５９】
［燃料電池スタックの製造方法］
次に、上述した燃料電池スタック１の製造方法について説明する。
【００６０】
図７は、燃料電池スタック１の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図７に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１の製造方法は、積層工程Ｓ１と、圧縮工程Ｓ２と、圧縮解除工程Ｓ３と、連結バー配置工程Ｓ４と、段付きボルト挿入工程Ｓ５と、着座工程Ｓ６と、締結工程Ｓ７と、を主に備えている。
【００６１】
図８は、燃料電池スタック１の製造方法（積層工程Ｓ１）を説明するための工程図である。
まず、燃料電池スタック１の製造に用いる積層機１５０について説明する。なお、以下の説明では、上述したＡ方向を上下方向として説明する。
図８に示すように、積層機１５０は、ベース部材１５１と、ベース部材１５１の上方にベース部材１５１に対してＡ方向で対向配置された押圧部材１５２と、を有している。押圧部材１５２は、図示しない駆動機構によってベース部材１５１に対してＡ方向に移動可能とされている。
【００６２】
積層工程Ｓ１では、図８に示すように、ベース部材１５１上に、第１エンドプレート８１、第１インシュレータ６６、第１ターミナルプレート６１（図３参照）、セル積層体３（複数の単位セル２）、第２ターミナルプレート６２（図４参照）、第２インシュレータ６７及び第２エンドプレート８２をＡ方向に順次積層する。
【００６３】
なお、以下の説明では、第１エンドプレート８１、第１インシュレータ６６、第１ターミナルプレート６１、セル積層体３、第２ターミナルプレート６２、第２インシュレータ６７及び第２エンドプレート８２の積層体を、単に積層体１６０という。また、本実施形態では、便宜上、第１エンドプレート８１をベース部材１５１上に配置して積層工程Ｓ１を行う方法について説明するが、第２エンドプレート８２をベース部材１５１上に配置して積層工程Ｓ１を行っても構わない。
【００６４】
図９は、燃料電池スタック１の製造方法（圧縮工程Ｓ２および圧縮解除工程Ｓ３）を説明するための工程図である。
圧縮工程Ｓ２では、図９に示すように、押圧部材１５２を下降させ、ベース部材１５１と押圧部材１５２との間で積層体１６０をＡ方向下方に圧縮する。この際、セル積層体３のＡ方向の長さが規定積層長（例えば上述した組立て後の燃料電池スタック１のセル積層体３と同等の長さ）になるまで、押圧部材１５２を下降させる。
【００６５】
圧縮解除工程Ｓ３では、押圧部材１５２を上昇させ、積層機１５０から積層体１６０に付与されている圧縮荷重を解除する。すると、積層体１６０の第２エンドプレート８２が、単位セル２等の復元力によってＡ方向上方に押し上げられる。これにより、第１エンドプレート８１及び第２エンドプレート８２間におけるＡ方向の間隔が、圧縮工程Ｓ２時の間隔よりも拡大する。
【００６６】
図１０は、燃料電池スタック１の製造方法（連結バー配置工程Ｓ４）を説明するための工程図である。
図１０に示す連結バー配置工程Ｓ４では、第１エンドプレート８１と第２エンドプレート８２との間に連結バー８３，８４を配置する。具体的に、対応するエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２同士を位置合わせした状態で、各連結バー８３，８４を第１エンドプレート８１上に配置する。この際、第２エンドプレート８２と第１連結バー８３との間、及び第２エンドプレート８２と第２連結バー８４との間には、Ａ方向に隙間Ｓ１が形成されている。
【００６７】
本実施形態の段付きボルト挿入工程Ｓ５は、第１ボルト挿入工程と、第２ボルト挿入工程と、を有している。
【００６８】
図１１は、燃料電池スタック１の製造方法（段付きボルト挿入工程Ｓ５）を説明するための工程図である。
図１１に示す段付きボルト挿入工程Ｓ５では、第１エンドプレート８１側及び第２エンドプレート８２側において、エンドプレート取付孔１０１内及び連結バー取付孔１０２内に段付きボルト１００をそれぞれ挿入する。
【００６９】
図１２は、燃料電池スタック１の製造方法（第１ボルト挿入工程）を説明するための工程図である。
図１２に示す第１ボルト挿入工程では、第１エンドプレート８１と連結バー８３，８４との間にＡ方向における隙間がない状態で、エンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内に段付きボルト１００を挿入する。このとき、段付きボルト１００は、軸部１００ｂの段差面１０Ｃに形成された面取り部１０ｄ側が、連結バー取付孔１０２の面取り部１０２ｄに案内されて連結バー取付孔１０２内へ挿入される。そして、段付きボルト１００の雄ねじ部１０Ｂを連結バー取付孔１０２内に螺合させながら挿入し、第１エンドプレート８１と第１連結バー８３、及び第１エンドプレート８１と第２連結バー８４をそれぞれ段付きボルト１００で締結する。このとき、段付きボルト１００の段差面１０Ｃと連結バー接続面１０２ｃとの間に隙間を設けるのが好ましい。
【００７０】
図１３は、燃料電池スタック１の製造方法（第２ボルト挿入工程）を説明するための工程図である。
図１３に示す第２ボルト挿入工程では、第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４との間にＡ方向に隙間Ｓ１がある状態で、エンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内に段付きボルト１００を挿入する。このとき、段付きボルト１００は、図１３に示すように軸部１００ｂの段差面１０Ｃに形成された面取り部１０ｄ側が、連結バー取付孔１０２の面取り部１０２ｄに案内されて連結バー取付孔１０２内へ挿入される。  そして、エンドプレート取付孔１０１を通して連結バー取付孔１０２内に挿入された雄ねじ部１０Ｂの少なくとも一部を連結バー小径部１０２ｂに対して螺合させていき、段付きボルト１００における頭部１００ａの座面１００ｃがエンドプレート接続面１０１ｃに当接したことをもって、第２ボルト挿入工程を終了する。
【００７１】
段付きボルト挿入工程Ｓ５において使用する段付きボルト１００は、基軸部１０Ａの長さＬが、図１３に示したようにエンドプレート大径部１０１ａのＡ方向における長さＬ１と上述した隙間Ｓ１とを足し合わせた長さＬ４よりも長く（Ｌ＞Ｌ４＝Ｌ１＋Ｌ２）、さらに図６に示したようにエンドプレート小径部１０１ｂの長さＬ１と連結バー大径部１０２ａの長さＬ２とを足し合わせた長さＬ３よりも短い長さとなっている（Ｌ＜Ｌ３）。
【００７２】
このような段つきボルト１００は、図１３に示した第２ボルト挿入工程において第１エンドプレート８１と連結バー８３，８４との間にＡ方向に隙間Ｓ１がある状態で、基軸部１０Ａがエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内をＡ方向に跨って位置することになる。このとき、段付きボルト１００は、基軸部１０Ａにおける段差面１０Ｃと、連結バー接続面１０２ｃと、の間にＡ方向の隙間Ｓ２をあけた状態で、エンドプレート取付孔１０１内及び連結バー取付孔１０２内に配置される。
【００７３】
図１４及び図１５は、燃料電池スタック１の製造方法（着座工程Ｓ６）を説明するための工程図である。
図１４に示す着座工程Ｓ６では、上述した圧縮工程Ｓ２と同様に、押圧部材１５２（図９参照）を下降させることで、図１５に示すように第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とをＡ方向で接触させる。その際、第２エンドプレート８２は、段付きボルト１００の基軸部１０Ａに案内されながら移動する。具体的に第２エンドプレート８２は、エンドプレート小径部１０１ｂの内周面が、段付きボルト１００における基軸部１０Ａの外周面に摺接しながら下降し、連結バー８３，８４に当接する。このとき、段付きボルト１００の基軸部１０Ａによって第２エンドプレート８２のＡ方向に交差する方向への移動が規制され、連結バー８３，８４に対して第２エンドプレート８２が位置ずれすることなく移動する。
【００７４】
図１６は、燃料電池スタック１の製造方法を説明するための工程図である。
図１６に示すように、着座工程Ｓ６の後、第２エンドプレート８２及び連結バー８３，８４を締結する。具体的には、段付きボルト挿入工程Ｓ５で挿入した段付きボルト１００を、Ａ方向の段差面１０Ｃが連結バー接続面１０２ｃとの間に隙間を有して近接する位置まで締めることによって、第２エンドプレート８２と第１連結バー８３、及び第２エンドプレート８２と第２連結バー８４をそれぞれ段付きボルト１００で締結する。
なお、上述した第１エンドプレート８１と各連結バー８３，８４との締結も、着座工程Ｓ６の後に行っても構わない。
【００７５】
次に、積層機１５０から積層体１６０に付与されている圧縮荷重を解除する。その後、積層体１６０にサイドパネル８０を組み立てることで、上述した燃料電池スタック１が完成する。
【００７６】
このように、本実施形態では、エンドプレート８１，８２と各連結バー８３，８４との締結に段付きボルト１００を用いる構成とした。着座工程Ｓ６の前のボルト挿入工程Ｓ５においては、第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とが離間した状態となっているが、本実施形態の段付きボルト１００は、これらの間の隙間Ｓに対応した長さＬの基軸部１０Ａを有している。上述したように、本実施形態では段付きボルト１００の基軸部１０Ａの寸法が、エンドプレート大径部１０１ａのＡ方向における長さＬ１と上述した隙間Ｓ１とを足し合わせた長さＬ４よりも長く、さらに、エンドプレート小径部１０１ｂの長さＬ１と連結バー大径部１０２ａの長さＬ２とを足し合わせた長さＬ３以下に設定されている。このため、ボルト挿入工程Ｓ５において、第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とが離間した状態で段付きボルト１００を挿入する際に、段付きボルト１００の先端側を連結バー取付孔１０２から脱落させることなく、基軸部１０Ａがエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内をＡ方向に跨って位置するように段付きボルト１００を挿入することができる。
【００７７】
このように、ボルト挿入工程Ｓ５の際に段付きボルト１００の基軸部１０Ａをエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内にそれぞれ配置させておくことで、後の着座工程Ｓ６において、第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４とをＡ方向で接触させる際に、段付きボルト１００の基軸部１０Ａをガイドにして第２エンドプレート８２を移動させることができる。これにより、連結バー８３，８４に対する第２エンドプレート８２の位置ずれが起こりにくくなり、精度良く組み立てることができて作業性が向上する。
【００７８】
さらに、本実施形態では、ボルト挿入工程Ｓ５において、段付きボルト１００における雄ねじ部１０Ｂの少なくとも一部を連結バー小径部１０２ｂに螺着させており、基軸部１０Ａの外周面がエンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａの双方の内周面に密接している。これら第２エンドプレート８２及び連結バー８３，８４に対して段付きボルト１００が仮固定された状態であることから、着座工程Ｓ６を実施する際に段付きボルト１００の脱落や径方向（Ａ方向に交差する横方向）へのぐらつきが生じにくい。このため、第２エンドプレート８２と連結バー８３，８４との位置ずれがより防止され、段付きボルト１００の基軸部１０Ａに沿って第２エンドプレート８２を連結バー８３，８４に向けてスムーズに移動させることができる。このように、段付きボルト１００をガイドにして安定した状態で着座工程Ｓ６を行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態では、締結部材として、基軸部１０Ａと雄ねじ部１０Ｂとが一体に成形された段付きボルト１００を用いており、雄ねじ部１０Ｂが連結バー小径部１０２ｂに螺合し、基軸部１０Ａがエンドプレート小径部１０１ｂ及び連結バー大径部１０２ａの双方における内周面に密接している。このため、セル積層体３から漏れ出た反応ガスが、エンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２と段付きボルト１００の間を通って、Ａ方向の外側へ流れ出るのを抑制することができる。
【００８０】
また、本実施形態では、段付きボルト１００の基軸部１０Ａにおいて、各エンドプレート８１，８３と連結バー８３，８４との間に作用するせん断荷重を受けることになる。その結果、従来用いていた筒状ノックが不要となり、組み立て工数を減らせることから、製造ラインにかかるコストを削減することが可能である。
【００８１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。
【００８２】
例えば、上述した実施形態では、ボルト挿入工程Ｓ５において、段付きボルト１００における雄ねじ部１０Ｂの少なくとも一部を連結バー小径部１０２ｂに螺着させているが、段付きボルト１００の基軸部１０Ａがエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２内にそれぞれ配置されていれば、必ずしも、雄ねじ部１０Ｂが連結バー小径部１０２ｂに螺着されていなくてもよい。この場合でも、基軸部１０Ａの外周面がエンドプレート取付孔１０１及び連結バー取付孔１０２の各内周面にそれぞれ接しているため、段付きボルト１００の径方向へのがたつき等が抑制された状態で着座工程Ｓ６を実施することができる。
【００８３】
例えば、エンドプレート８１，８２の形状によって、段付きボルト１００の基軸部１０Ａの長さＬを適宜変更することができる。図１７（ａ），（ｂ）に示すように、エンドプレート８１，８２に座ぐり（エンドプレート大径部１０１ａ）が設けられていない場合には、エンドプレート取付孔１０３のＡ方向における長さＬ１と上述した隙間Ｓ１とを足し合わせた長さよりも長く（図１７（ａ））、エンドプレート８１，８２の厚さ方向に一定の径を有するエンドプレート取付孔１０３のＡ方向における長さＬ５と、連結バー大径部１０２ａのＡ方向における長さＬ２とを足した長さと略同じか、それよりも短い長さとする（図１７（ｂ））。これにより、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８４】
また、本実施形態では、互いに径の異なる基軸部１０Ａと雄ねじ部１９Ｂとを有する段付きボルト１００を用いる例について述べたが、これに限らない。例えば、本発明の締結部材として、円筒部とねじ部とが略同じ径をなすいわゆる通常の六角ボルトとこれとは別体のリング部材とを有し、六角ボルトの円筒部にリング部材が圧入により外装されてなる締結部材を用いてもよい。この場合、六角ボルトの円筒部にリング部材が外挿された部分が上述した段付きボルト１００の基軸部１０Ａに対応し、六角ボルトのねじ部が上述の段付きボルト１００の雄ねじ部１０Ｂに対応した寸法に設定する。六角ボルト及びリング部材は、ボルト挿入工程Ｓ５の前に予め組み付けておき１つの締結部材として用意しておく。なお、使用するボルトは六角ボルトに限らない。
【００８５】
また、例えば、段付きボルト１００によるガス封止性を高めるために、上述した段付きボルト１００の基軸部１０Ａにおける外周面に収容溝を形成し、この収容溝内にシール部材を収容する構成としてもよい。この際、シール部材は、Ａ方向を軸方向とする環状形状をなし、それぞれ弾性変形可能な材料により形成されているものを用いることが好ましい（例えば、Ｏリング等）。
【符号の説明】
【００８６】
１…燃料電池スタック
２…単位セル（燃料電池セル）
３…セル積層体
１０Ａ…基軸部（位置決め部）
１０Ｂ…雄ねじ部（螺子部）
１０Ｃ…段差面
８１…第１エンドプレート
８２…第２エンドプレート
８３、８４…連結バー（連結部材）
１００…段付きボルト（締結部材）
１００ｂ…軸部
１０１…エンドプレート取付孔
１０２…連結バー取付孔（連結部材取付孔）
１６０…積層体
Ａ方向…第１方向
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…長さ
Ｓ１…隙間
【図１】
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【図２】
2018045775.tif 000004
【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】
2018045775.tif 000017
【図１６】
2018045775.tif 000018
【図１７】
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