(57)【要約】【課題】部材の組付性を高めることができる締結構造を提供する。【解決手段】締結構造４０は、一軸方向に沿って奥側から手前側に向かって配置された樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１を一体化する締結構造である。樹脂継手４１には、入口封止弁４２と係止可能な爪部４１３が少なくとも２つ設けられている。樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１は少なくとも２つの締結箇所で締結されている。２つの締結箇所のうち一方にはスタッドボルト４４が用いられ、他方にはボルト４５が用いられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸方向に沿って奥側から手前側に向かって配置された第１樹脂部材、金属部材及び第２樹脂部材を一体化する締結構造において、
前記第２樹脂部材には、前記金属部材と係止可能な爪部が少なくとも２つ設けられ、
前記第１樹脂部材、前記金属部材及び前記第２樹脂部材は、少なくとも２つの締結箇所で締結され、
前記２つの締結箇所のうち一方にはスタッドボルトが用いられ、他方にはボルトが用いられていることを特徴とする締結構造。
【請求項２】
前記一軸方向に沿って手前側から見たときに、前記２つの締結箇所と前記第２樹脂部材の前記２つの爪部とは、時計回りに交互に配置されている請求項１に記載の締結構造。
【請求項３】
前記第１樹脂部材は樹脂台座であり、前記金属部材はバルブ部材であり、前記第２樹脂部材は樹脂継手である請求項１又は２に記載の締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結構造に関し、特に燃料電池システムにおけるバルブ部材と樹脂部材との締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおけるバルブ部材と樹脂部材との締結構造として、例えば特許文献１に記載されるものがある。この特許文献１には、燃料電池スタックのエンドプレートにバルブ部材及び樹脂継手を固定させる締結構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した締結構造では、エンドプレートが金属製であるので、該エンドプレートに金属製のバルブ部材を固定させる際に、エンドプレートとバルブ部材との間に樹脂製の台座（以下、樹脂台座という）を介在させて絶縁性を確保した上、これらの部材を締結する必要がある。より具体的には、２つのインサートナットが埋設された樹脂台座をエンドプレートに固定し、更にスタッドボルトを用いて２箇所に亘ってバルブ部材及び樹脂継手を樹脂台座と固定して締結させる。しかしながら、この場合には、樹脂台座の加工精度が低いため、スタッドボルトと樹脂台座に形成された挿入孔との間に位置ずれが生じやすい。その結果、スタッドボルトを挿入し難く、部材の組付性の低下を招く問題があった。
【０００５】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、部材の組付性を高めることができる締結構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る締結構造は、一軸方向に沿って奥側から手前側に向かって配置された第１樹脂部材、金属部材及び第２樹脂部材を一体化する締結構造において、前記第２樹脂部材には、前記金属部材と係止可能な爪部が少なくとも２つ設けられ、前記第１樹脂部材、前記金属部材及び前記第２樹脂部材は、少なくとも２つの締結箇所で締結され、前記２つの締結箇所のうち一方にはスタッドボルトが用いられ、他方にはボルトが用いられていることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る締結構造では、第１樹脂部材、金属部材及び第２樹脂部材を締結する締結箇所が少なくとも２つであって、２つの締結箇所のうち一方にスタッドボルト、他方にボルトが用いられるので、仮に樹脂部材の加工精度が低くても、スタッドボルトとボルトとを併用することで、部材の組付性を高めることができる。加えて、第２樹脂部材に金属部材と係止可能な爪部が少なくとも２つ設けられるので、第２樹脂部材を金属部材に組み付ける際に第２樹脂部材の回転を防止できるので、部材の組付性の向上を図ることができる。
【０００８】
本発明に係る締結構造において、前記一軸方向に沿って手前側から見たときに、前記２つの締結箇所と前記第２樹脂部材の前記２つの爪部とは、時計回りに交互に配置されていることが好ましい。このようにすれば、第２樹脂部材の回転防止効果を向上しつつ、部材の組付性を更に高めることができる。
【０００９】
本発明に係る締結構造において、前記第１樹脂部材は樹脂台座であり、前記金属部材はバルブ部材であり、前記第２樹脂部材は樹脂継手であることが好ましい。このようにすれば、樹脂継手、バルブ部材及び樹脂台座を締結する際の組付性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、部材の組付性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】締結構造が適用される燃料電池システムの主要部分を示す斜視図である。
【図２】樹脂台座、入口封止弁及び樹脂継手の締結構造を示す分解斜視図である。
【図３】図１のＴ−Ｔ線に沿う断面図である。
【図４】樹脂継手を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係る締結構造の実施形態について説明する。以下の実施形態において、本発明の締結構造が燃料電池システムに適用される例を説明するが、本発明の締結構造は燃料電池システム以外のものにも適用可能である。
【００１３】
まず、図１を用いて締結構造が適用される燃料電池システムの主要部分を簡単に説明する。図１に示す燃料電池システム１は、例えば、略直方体形状の燃料電池スタック２と、該燃料電池スタック２の端部に配置されたエンドプレート３とを備えている。
【００１４】
燃料電池スタック２は、複数の燃料電池セルを積層してなるセルスタックであり、固体高分子電解質型燃料電池を構成する。図示しないが、燃料電池セルは、高分子電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟持されてなる膜／電極接合体と、該膜／電極接合体を両側から挟み込む一対のセパレータとを有する。燃料電池スタック２には、酸化ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素ガスとがそれぞれ供給される。そして、燃料電池スタック２は、供給された空気中の酸素と、供給された水素との酸化還元反応により発電する。
【００１５】
エンドプレート３は、例えばアルミニウム等の金属材料によって略矩形板状に形成されている。本実施形態では、エンドプレート３はスタックマニホールドと一体的に形成されている。そして、エンドプレート３には、酸化ガスの入口及び出口、燃料ガスの入口及び出口、冷却媒体の入口及び出口がそれぞれ設けられている。
【００１６】
燃料電池システム１は、更に、燃料電池スタック２のカソード電極に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給経路４と、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の酸化オフガスを燃料電池スタック２から排出する酸化ガス排出経路５と、酸化ガス供給経路４を介して供給される酸化ガスを燃料電池スタック２に供給せずに酸化ガス排出経路５にバイパスするバイパス経路６とを有する。酸化ガス供給経路４、酸化ガス排出経路５及びバイパス経路６は、例えば配管、ホース、パイプ及び継手部材等によってそれぞれ構成されている。
【００１７】
酸化ガス供給経路４のエンドプレート３に隣接する端部には、樹脂継手（第２樹脂部材）４１と、入口封止弁（バルブ部材）４２とが配置されている。樹脂継手４１及び入口封止弁４２は、エンドプレート３に設けられた樹脂台座（第１樹脂部材）４３と固定されて一体化されている。より具体的には、樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１は、一軸方向（例えば、入口封止弁４２の回転軸方向）に沿って奥側から手前側に向かって（すなわち、燃料電池スタック２の内側から外側に向かって）順に配置された状態で、２つの締結箇所で締結されている。この樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１は本実施形態の締結構造４０を構成する。なお、ここでの入口封止弁４２は、燃料電池スタック２への酸化ガスの流れを許容するとともに、その逆方向への流れを遮断するものであり、主に金属材料によって形成されている。
【００１８】
また、酸化ガス排出経路５のエンドプレート３に隣接する端部には、樹脂継手（第２樹脂部材）５１と、出口調圧弁（バルブ部材）５２とが配置されている。樹脂継手５１及び出口調圧弁５２は、エンドプレート３に設けられた樹脂台座（第１樹脂部材）５３と固定されて一体化されている。より具体的には、樹脂台座５３、出口調圧弁５２及び樹脂継手５１は、一軸方向（例えば、出口調圧弁５２の回転軸方向）に沿って奥側から手前側に向かって（すなわち、燃料電池スタック２の内側から外側に向かって）順に配置された状態で、２つの締結箇所で締結されている。この樹脂台座５３、出口調圧弁５２及び樹脂継手５１は本実施形態の締結構造５０を構成する。なお、ここでの出口調圧弁５２は、燃料電池スタック２に供給される酸化ガスの背圧を調整するものであり、主に金属材料によって形成されている。
【００１９】
また、バイパス経路６には、樹脂継手（第１樹脂部材）６３と、樹脂継手（第２樹脂部材）６１と、これらの樹脂継手６１，６３の間に配置されたバイパス弁（バルブ部材）６２とが配置されている。樹脂継手６３、バイパス弁６２及び樹脂継手６１は、一軸方向（例えば、バイパス弁６２の回転軸方向）に沿って奥側から手前側に向かって（すなわち、燃料電池スタック２の内側から外側に向かって）順に配置された状態で、２つの締結箇所で締結されている。樹脂継手６３、バイパス弁６２及び樹脂継手６１は本実施形態の締結構造６０を構成する。なお、樹脂継手６３と樹脂継手６１とは、同じ形状を有するものであって良く、異なる形状を有するものであって良い。バイパス弁６２は、該バイパス経路６を流れる酸化ガスの流量を調整するものであり、主に金属材料によって形成されている。
【００２０】
締結構造４０，５０，６０は基本構成が同じであるので、以下の説明では樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１を有する締結構造４０のみを説明する。
【００２１】
図２は樹脂台座、入口封止弁及び樹脂継手の締結構造を示す分解斜視図であり、図３は図１のＴ−Ｔ線に沿う断面図である。図２及び図３において、入口封止弁４２の回転軸をＬで示す。
【００２２】
樹脂台座４３は、エンドプレート３に設けられた酸化ガス入口３ａと連通するとともに、ボルト締結等によって該エンドプレート３と固定されている。この樹脂台座４３は、エンドプレート３と固定されるとともに中央位置に貫通孔４３１ａが形成された板状の基台部４３１と、基台部４３１の貫通孔４３１ａと連通する円筒体部４３２と、円筒体部４３２の径方向の左右両側に配置された一対の取付部４３３，４３３とを有する。各取付部４３３には、インサートナット４３４が埋設されたナット収容孔４３３ａが形成されている。そして、基台部４３１、円筒体部４３２及び一対の取付部４３３は、樹脂一体成形により形成されている。
【００２３】
図２に示すように、円筒体部４３２の入口封止弁４２に面する端面には、ガスケット４７を収容するための円環状のガスケット溝４３２ａが更に設けられている。ガスケット４７は、該ガスケット溝４３２ａに嵌め込まれている。また、ガスケット４７には、該ガスケット４７の挟み込みを防止するための突起４７ａが設けられている。ガスケット４７が円筒体部４３２のガスケット溝４３２ａに嵌め込まれた状態では、突起４７ａは、円筒体部４３２の外周壁に形成された凹部４３２ｂに収容される。
【００２４】
入口封止弁４２は、弁本体４２１と、該弁本体４２１と一体的に形成されるとともに弁本体４２１の左右両側に配置された一対の取付部４２２，４２２とを有する。一対の取付部４２２，４２２は、上述した樹脂台座４３の取付部４３３，４３３と対応するように配置されている。各取付部４２２において、上述した樹脂台座４３のナット収容孔４３３ａに合わせた位置には、スタッドボルト４４、ボルト４５がそれぞれ挿通可能な挿通孔４２２ａが形成されている。なお、弁本体４２１と一対の取付部４２２，４２２とは、金属材料によって形成されている。
【００２５】
図４は樹脂継手を示す底面図である。樹脂継手４１は、円管状の継手本体４１１と、継手本体４１１と一体的に形成されるとともに該継手本体４１１の外周から張り出す菱形状のフランジ部４１２とを有する。フランジ部４１２は、その中心軸が入口封止弁４２の回転軸Ｌと重なるように該入口封止弁４２と同軸状に配置されている。一方、継手本体４１１は、入口封止弁４２の回転軸Ｌに対し所定の角度で傾斜している。
【００２６】
また、フランジ部４１２において、上述した樹脂台座４３のナット収容孔４３３ａ，４３３ａと対応する位置には、スタッドボルト４４、ボルト４５が挿通可能な挿通孔４１２ａがそれぞれ形成されている。更に、フランジ部４１２には、入口封止弁４２と係止可能な爪部４１３が２つ設けられている。爪部４１３は、例えば入口封止弁４２の弁本体４２１の縁部と係止可能なフック状に形成されており、該弁本体４２１と係止することにより樹脂継手４１の回転を防止する。
【００２７】
このように構成された樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１は、２つの締結箇所で締結されている。そして、２つの締結箇所のうち一方にはスタッドボルト４４が用いられ、他方にはボルト４５が用いられている。具体的には、図３に示すように、入口封止弁４２の回転軸Ｌの左側において、樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１は、ボルト４５によって締結されている。ボルト４５は、いわゆるナット付きボルトであり、その先端部が樹脂継手４１の挿通孔４１２ａ及び入口封止弁４２の挿通孔４２２ａに挿通された状態で、樹脂台座４３のインサートナット４３４と螺合されている。
【００２８】
一方、入口封止弁４２の回転軸Ｌの右側において、樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１は、スタッドボルト４４及びナット４６によって締結されている。スタッドボルト４４の一端部は、樹脂継手４１の挿通孔４１２ａ及び入口封止弁４２の挿通孔４２２ａに挿通された状態で、樹脂台座４３のインサートナット４３４と螺合されている。スタッドボルト４４の他端部は、樹脂継手４１のフランジ部４１２から外部に突出し、ナット４６と螺合されている。
【００２９】
図１及び図２に示すように、入口封止弁４２の回転軸Ｌ方向に沿って手前側から締結構造４０を見たときに、２つの締結箇所（すなわち、ボルト４５を用いた締結箇所、及びスタッドボルト４４を用いた締結箇所）と樹脂継手４１の２つの爪部４１３とは、時計回りに交互に配置されており、２つの締結箇所を結ぶ直線と、２つの爪部４１３を結ぶ直線とは略十字状となっている。
【００３０】
このように構成された締結構造４０は、例えば以下の締結方法によって製造されている。まず、ガスケット４７を樹脂台座４３のガスケット溝４３２ａの中に嵌め込む。続いて、スタッドボルト４４を樹脂台座４３のナット収容孔４３３ａに挿入してインサートナット４３４と螺合させる。続いて、スタッドボルト４４の露出部分が入口封止弁４２の挿通孔４２２ａに挿通されるように該入口封止弁４２を樹脂台座４３と組付ける。
【００３１】
次に、スタッドボルト４４の露出部分が樹脂継手４１の挿通孔４１２ａに挿通されるように、樹脂継手４１を入口封止弁４２と組付け、更にナット４６をスタッドボルト４４の露出端部と螺合させることで、樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１を仮止めする。このとき、樹脂継手４１の爪部４１３が入口封止弁４２の弁本体４２１の縁部と係止するので、樹脂継手４１の入口封止弁４２に対する回転が制限される。
【００３２】
次に、ボルト４５を樹脂継手４１の挿通孔４１２ａ及び入口封止弁４２の挿通孔４２２ａに挿通して、樹脂台座４３のインサートナット４３４と螺合させる。このとき、樹脂継手４１の入口封止弁４２に対する回転が制限されているので、ボルト４５の挿通作業及び螺合作業をスムーズに行うことができる。続いて、樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１の位置を調整しながらスタッドボルト４４及びボルト４５をそれぞれ本締めする。これによって、締結構造４０が製造される。
【００３３】
本実施形態の締結構造４０では、樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１を締結する締結箇所が２つであって、２つの締結箇所のうち一方にスタッドボルト４４、他方にボルト４５が用いられるので、仮に樹脂台座４３の加工精度が低くても、スタッドボルト４４とボルト４５とを併用することで、これらの部材の組付性を高めることができる。加えて、樹脂継手４１に入口封止弁４２の弁本体４２１と係止可能な爪部４１３が２つ設けられるので、樹脂継手４１を入口封止弁４２に組み付ける際に樹脂継手４１の回転を防止でき、樹脂継手４１の組付性の向上を図ることができるとともに、回転によるガスケット４７への影響を抑制することができる。
【００３４】
また、入口封止弁４２の回転軸Ｌ方向に沿って手前側から締結構造４０を見たときに、２つの締結箇所（すなわち、ボルト４５を用いた締結箇所、及びスタッドボルト４４を用いた締結箇所）と樹脂継手４１の２つの爪部４１３とは、時計回りに交互に配置されている。このようにすれば、樹脂継手４１の回転防止効果を向上しつつ、樹脂継手４１の組付性を更に高めることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、樹脂台座４３、入口封止弁４２及び樹脂継手４１を締結する締結箇所は２つに限定されずに、３つ以上であっても良い。また、樹脂継手４１の爪部４１３は、３つ以上であって良い。更に、インサートナット４３４に代えて、樹脂台座４３にスタッドボルト４４、ボルト４５と螺合可能な内ネジ部を設けても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１    燃料電池システム
２    燃料電池スタック
３    エンドプレート
４    酸化ガス供給経路
５    酸化ガス排出経路
６    バイパス経路
４０    締結構造
４１    樹脂継手
４２    入口封止弁
４３    樹脂台座
４４    スタッドボルト
４５    ボルト
４６    ナット
４７    ガスケット
４１１    継手本体
４１２    フランジ部
４１２ａ    挿通孔
４１３    爪部
４２１    弁本体
４２２    取付部
４２２ａ    挿通孔
４３１    基台部
４３２    円筒体部
４３２ａ    ガスケット溝
４３３    取付部
４３３ａ    ナット収容孔
４３４    インサートナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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