(57)【要約】【課題】加圧状況下に置かれた燃料電池スタックの簡便なスタック締結手法を提供する。【解決手段】燃料電池スタックのセル積層方向に沿った加圧状況を維持するためのボルトの締結には、ボルトの本数分の締結工具を用い、この締結工具は、ボルトに向き合った上で加圧シャフトに干渉しないように配設されている。そして、加圧シャフトによる燃料電池スタックの加圧状況下で、締結工具をボルトに向けて駆動した上で、ボルトを締結工具で締結する。【選択図】図１８
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【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シャフトと、
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ボルトの締結に用いられる締結工具であって、前記ボルトに向き合った上で前記加圧シャフトに干渉しないように配設された前記ボルトの本数分の前記締結工具と、
前記加圧シャフトによる前記燃料電池スタックの加圧状況下で、前記締結工具を前記ボルトに向けて駆動した上で、前記ボルトを前記締結工具で締結するボルト締結機構とを備える、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複数のボルトを用いて締結される（例えば、特許文献１）。燃料電池スタックはセル積層方向に沿った加圧された状態で使用されるので、ボルトは燃料電池スタックの加圧状態を保つように締結されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
複数のボルトで燃料電池スタックを締結する場合、セル積層方向の荷重を燃料電池スタックに掛けない状態でボルト締結を行ったのでは、燃料電池スタックの加圧状態を燃料電池セルのセル面において均一とすることは難しい。よって、セル積層方向の荷重を燃料電池スタックに掛けて、予め燃料電池スタックを加圧状況下に置き、この加圧状況下でボルト締結がなされている。燃料電池スタックの加圧は、スタック中央領域において燃料電池スタックを押圧するシャフトによりなされる。このため、ボルト締めの自動工具やロボットを、シャフトとの干渉を避けつつボルトの並びに沿って順送りに３軸駆動する必要があり、制御の複雑化や装置の大型化を招いていた。こうしたことから、加圧状況下に置かれた燃料電池スタックの簡便なスタック締結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シャフトと、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ボルトの締結に用いられる締結工具であって、前記ボルトに向き合った上で前記加圧シャフトに干渉しないように配設された前記ボルトの本数分の前記締結工具と、前記加圧シャフトによる前記燃料電池スタックの加圧状況下で、前記締結工具を前記ボルトに向けて駆動した上で、前記ボルトを前記締結工具で締結するボルト締結機構とを備える。
【０００７】
この形態の燃料電池スタックの締結装置は、ボルト本数分の締結工具を加圧シャフトに干渉させないでボルトに向かい合わせ、このボルト本数分の締結工具をボルトに向けて１軸駆動する。よって、この形態の燃料電池スタックの締結装置によれば、締結工具のボルトの並びに沿った順送りや３軸駆動を要しない分、ボルト締結には小型の締結工具が使用可能となると共に、制御の簡略化や装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【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】図１における２−２線に沿って押付ボルト締結機構部の概略構成を斜視にて示す説明図である。
【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】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１１】図１０における１１−１１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１２】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１３】図１２における１３−１３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１４】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１５】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１６】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１７】燃料電池スタックのエンドプレートの側でなされる押付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の１８−１８線に沿ってスタックケースの奥壁の側での押付ボルトと押付ボルト締付具との関係を概略的に示す説明図である。
【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。図２は、図１における２−２線に沿って押付ボルト締結機構部４８０の概略構成を斜視にて示す説明図である。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、押付ボルト締結機構部４８０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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、図１における紙面手前側と紙面奥側とにボールネジ４６６を備える。ボールネジ４６６は、加圧側フェンス４１８とストップフェンス４１４との間に亘って延びており、加圧側フェンス４１８の側のネジ部位を加圧用フェンス４１９のネジ孔に螺合させて加圧用フェンス４１９を貫通させている。そして、ボールネジ４６６は、ネジ部位に連続したシャフト部位（図視略）をストップフェンス４１４まで延ばし、ストップフェンス４１４において回転自在に保持されている。スタック水平加圧機構４６０は、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。この他、スタック水平加圧機構４６０は、加圧用フェンス４１９に荷重計測器４８３を備える。この荷重計測器４８３は、加圧シャフト４６４の押し付けにより加圧用フェンス４１９に掛かる荷重を検知し、この検知信号を制御装置５００に出力する。この荷重検知信号は、押付ボルト締付具４５６による押付ボルトＰＢの押出締め付けの完了を検知するために用いられる。荷重計測器４８３の荷重検知については後述する。
【００１５】
押付ボルト締結機構部４８０は、図２に示すように、フレーム４８２を備え、このフレーム４８２に、屈曲したアングルプレート４８４を介して、上下２列の列状に押付ボルト締付具４５６とその駆動用のモーター４８５を保持する。フレーム４８２は、上下に２列の押付ボルト締付具４５６ごとのアングルプレート４８４およびモーター４８５と干渉しないように、３本の加圧シャフト４６４を取り囲む。それぞれの押付ボルト締付具４５６は、トルク計測器を内蔵しないタイプのモーター一体型のライナーであり、本発明における締結工具に相当する。そして、この押付ボルト締付具４５６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を押し付ける後述の押付ボルトＰＢの本数分備え付けられ（本実施形態では８本）、モーター４８５の回転力を受けて押付ボルトＰＢを締め付ける。押付ボルト締付具４５６による押付ボルトＰＢの締め付けについては後述する。
【００１６】
押付ボルト締結機構部４８０は、ケース保持機構４５０におけるテーブル４５４の下面にＸ軸方向に沿って設置された図示しない案内レールを介して、上下２列の列状の押付ボルト締付具４５６をフレーム４８２ごと後述の押付ボルトＰＢに向けて駆動する。よって、押付ボルト締結機構部４８０は、本発明のボルト締結機構に相当する。
【００１７】
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や荷重計測器４８３の他、モーター４６８等の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、トルク制御下のボルト締付具４４２によるボルトＢの締結駆動制御の他、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、押付ボルト締結機構部４８０の押付ボルト締付具４５６による押付ボルトＰＢの押出締め付け制御等の種々の制御を担う。
【００１８】
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（ステップ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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
図３に示したスタック組付手順のステップ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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３のスタック組付手順のステップ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。
【００２７】
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。
【００２８】
図３のスタック組付手順のステップ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。
【００２９】
ステップ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。
【００３０】
ステップＳ１００のセル積層・ボルト挿入・一次加圧に続く手順は、図３に示すように、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である（ステップ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１０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１１は、図１０における１１−１１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。
【００３１】
図１１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１１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。
【００３２】
ステップＳ１１０の燃料電池スタックＦＣＳのセットに続く手順は、図３に示すように、燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧である（ステップＳ１２０）。図１２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１３は、図１２における１３−１３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。
【００３３】
図１３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１３におけるプレート上端から切欠形成されている。そして、ステップ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。
【００３４】
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。
【００３５】
ステップＳ１２０の燃料電池スタックＦＣＳの二次加圧に続く手順は、図３に示すように、スタック積層治具１００の退避である（ステップＳ１３０）。図１４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１１および図１３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。
【００３６】
ステップ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（ステップＳ１４０）。図１５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１６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。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。
【００３７】
ステップ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１５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。
【００３８】
ステップＳ１４０におけるボルト締結では、図１６に示すように、ボルト締結機構部４４０におけるボルト締付具４４２を、水平テーブル４４４と鉛直テーブル４４５とによりＸＹＺ軸の３軸について移動させつつ、ストップフェンス４１４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。なお、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１６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。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。
【００３９】
また、ステップＳ１４０におけるボルト締結は、マニホールドプレートＦＣｍの側のボルトＢの締結に続き、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。図１７は、燃料電池スタックＦＣＳのエンドプレートＦＣｅの側でなされる押付ボルトＰＢ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の１８−１８線に沿ってスタックケースＦＳＣの奥壁ＦＳＣｂの側での押付ボルトＰＢと押付ボルト締付具４５６との関係を概略的に示す説明図である。この押付ボルトＰＢの締結前の状態では、燃料電池スタックＦＣＳが加圧シャフト４６４により加圧・圧縮された上で、図１７の左方の拡大図示に示すように、マニホールドプレートＦＣｍの側においてボルトＢの締結により燃料電池スタックＦＣＳがスタックケースＦＳＣに固定されている。よって、図１７の右方の拡大図示に示すように、スタックケースＦＳＣの奥壁ＦＳＣｂと燃料電池スタックＦＣＳのエンドプレートＦＣｅとの間には、ケース内間隙Ｃｓが存在する。押付ボルトＰＢの締結は、このケース内間隙Ｃｓを維持したまま、燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向に沿った加圧状況を、燃料電池スタックＦＣＳがスタックケースＦＳＣに収容済みの状態で維持するためになされる。つまり、押付ボルトＰＢは、燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向に沿った加圧状況を維持するための本発明におけるボルトに相当する。
【００４０】
この押付ボルトＰＢの締結に用いる押付ボルト締付具４５６は、図１８に示すように、それぞれの押付ボルトＰＢに向き合っており、図２を用いて説明したように、フレーム４８２ごと押付ボルトＰＢに向けて移動し、対応する押付ボルトＰＢに係合する。この移動距離は、燃料電池スタックＦＣＳの奥壁ＦＳＣｂからフレーム４８２までの隔たりと、押付ボルトＰＢの奥壁ＦＳＣｂからの突出長で予め規定されている。押付ボルト締付具４５６は、押付ボルトＰＢへの係合後、モーター４８５の回転により、押付ボルトＰＢをマニホールドプレートＦＣｍに向けて押出締め付けする。この押出締め付けの間、加圧シャフト４６４は、奥壁ＦＳＣｂのシャフト挿入孔ＦＳＣｈに入り込み、エンドプレートＦＣｅを押圧している。
【００４１】
この押出締め付けにより、押付ボルトＰＢは、その先端をエンドプレートＦＣｅに接触させるので、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Ｂの締結とエンドプレートＦＣｅの側での押付ボルトＰＢ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。そして、スタックケースＦＳＣの奥壁ＦＳＣｂの側の押付ボルトＰＢは、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。この押付ボルト締付具４５６の押出締め付けは、加圧シャフト４６４による燃料電池スタックＦＣＳの加圧状況下でなされる。押付ボルト締付具４５６の押付ボルトＰＢに向けた移動とその後の押出締め付けは、制御装置５００の制御下で、８本の押付ボルトＰＢに対して同時になされる。こうした押付ボルトＰＢの締結による燃料電池スタックＦＣＳのセル積層方向に沿った二次加圧の加圧状況の維持により、それまで加圧シャフト４６４のスタック押付加圧により加圧用フェンス４１９に掛かっていた荷重は低減するので、制御装置５００は、その荷重変化を荷重計測器４８３から求め、その求めた荷重変化が所定の変化量となると、モーター４８５を停止制御した上で、押付ボルト締付具４５６を、フレーム４８２ごと初期位置に復帰させる。
【００４２】
ステップ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、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（ステップＳ１５０）、この取り外しで、本実施形態のスタック組付が終了する。このステップＳ１５０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と押付ボルト締付具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。
【００４３】
以上説明した本実施形態のスタック組付装置４００は、加圧シャフト４６４を取り囲むフレーム４８２（図２参照）に押付ボルトＰＢの本数分の押付ボルト締付具４５６を押付ボルトＰＢに向かい合わせ、スタック水平加圧機構４６０の加圧シャフト４６４によりなされた燃料電池スタックＦＣＳの加圧状況下で、それぞれの押付ボルト締付具４５６をフレーム４８２ごと押付ボルトＰＢに向けてＸ軸に沿って１軸駆動する。よって、単独或いは少数の押付ボルト締付具４５６を、押出締め付け対象となる押付ボルトＰＢの並びに沿って順送りしたり３軸駆動したりする構成やその制御が不要となる。この結果、本実施形態のスタック組付装置４００によれば、押付ボルトＰＢの押出締め付け（締結）には小型のモーター４８５を用いれば足り、機器制御の簡略化と装置全体の小型化を図ることができる。
【００４４】
本実施形態のスタック組付装置４００は、押付ボルト締付具４５６による押付ボルトＰＢの締結（押出締め付け）の完了を検知するに当たり、押付ボルト締付具４５６に掛かるトルクではなく、加圧用フェンス４１９に設けた荷重計測器４８３で検知した荷重を用いた。よって、押付ボルト締付具４５６をトルク計測器内蔵とする必要がないので、モーター４８５を含めた機器構成を小型化できる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
既述した実施形態では、加圧シャフト４６４を取り囲むフレーム４８２に、モーター４８５が一体の押付ボルト締付具４５６を、アングルプレート４８４を介して配設したが、ケース保持機構４５０に支柱を設け、この支柱に押付ボルト締付具４５６を配設してもよい。
【００４８】
既述した実施形態では、押付ボルト締付具４５６による押付ボルトＰＢの締結を８本の押付ボルトＰＢに対して同時に行ったが、８本の押付ボルトＰＢの総てに対して同時としなくてもよい。例えば、上下２列の押付ボルトＰＢのうち、上段の列の少なくとも１本の押付ボルトＰＢに対しての押付ボルト締付具４５６による締結と、下段の列の少なくとも１本の押付ボルトＰＢに対しての押付ボルト締付具４５６による締結とが同時、或いは上下段の列における押付ボルトＰＢの締結動作の期間が重複していればよい。
【００４９】
既述した実施形態では、８個の押付ボルトＰＢを用いてスタックケースＦＳＣ内に燃料電池スタックＦＣＳを支持したが、押付ボルトＰＢの個数は適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
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
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
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…押付ボルト締付具
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
４８０…押付ボルト締結機構部
４８２…フレーム
４８３…荷重計測器
４８４…アングルプレート
４８５…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
Ｃｓ…ケース内間隙
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
ＦＳＣｂ…奥壁
ＦＳＣｈ…シャフト挿入孔
Ｌｐ…リーク検査プレート
ＰＢ…押付ボルト
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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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