(57)【要約】【課題】変形吸収部材の基材部とセパレータとの当接部に隙間を生じさせることなく、互いに十分に接合することができる変形吸収部材とセパレータとの接合方法を提供する。【解決手段】変形吸収部材２０とセパレータとの接合方法は、板状の基材部２１と基材部から複数起立させた起立片部２２とを備えてなる変形吸収部材と、アノード側セパレータ１１およびカソード側セパレータ１２のいずれか一方のセパレータと、を互いに接合する方法である。この接合方法の支持工程は、凸状からなる凸部２１１ａを用いて変形吸収部材の基材部を支持しつつ、隣り合う凸部の間に備えられ凹状からなる凹部２１１ｂを用いて変形吸収部材の起立片部を収納した状態で、変形吸収部材の基材部とセパレータとを互いに押圧して支持する。さらに、この接合方法の接合工程は、変形吸収部材の基材部とセパレータとの当接部Ｗを互いに接合する。【選択図】図７
2015022813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の基材部と前記基材部から複数起立させた起立片部とを備えてなる変形吸収部材と、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのいずれか一方のセパレータと、を互いに接合する接合方法であって、
凸状からなる凸部を用いて前記変形吸収部材の前記基材部を支持しつつ、隣り合う前記凸部の間に備えられ凹状からなる凹部を用いて前記変形吸収部材の前記起立片部を収納した状態で、前記変形吸収部材の前記基材部と前記セパレータとを互いに押圧して支持する支持工程と、
前記変形吸収部材の前記基材部と前記セパレータとの当接部を互いに接合する接合工程と、を有する変形吸収部材とセパレータとの接合方法。
【請求項２】
前記支持工程は、前記凹部を前記起立片部に接触させない請求項１に記載の変形吸収部材とセパレータとの接合方法。
【請求項３】
前記接合工程は、前記基材部と、前記セパレータにおいて媒体を流通させる流路部とを接合する請求項１または２に記載の変形吸収部材とセパレータとの接合方法。
【請求項４】
板状の基材部と前記基材部から複数起立させた起立片部とを備えてなる変形吸収部材と、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのいずれか一方のセパレータと、を互いに接合する接合装置であって、
凸状に形成した凸部に前記変形吸収部材の前記基材部を当接させつつ、隣り合う前記凸部の間に凹状に備えた凹部に前記変形吸収部材の前記起立片部を収納して保持する保持部材と、
前記変形吸収部材と前記セパレータとを互いに押圧する押圧部と、
前記変形吸収部材の前記基材部と前記セパレータとの当接部を互いに接合する接合部と、を有する変形吸収部材とセパレータとの接合装置。
【請求項５】
前記保持部材は、前記変形吸収部材の外形形状に対応させて内周面を形成した穴部を備え、前記変形吸収部材を前記穴部に挿入して、前記変形吸収部材を位置決めする請求項４に記載の変形吸収部材とセパレータとの接合装置。
【請求項６】
前記セパレータの外形形状に対応させて内周面を形成した穴部を備えた位置決部をさらに有し、
前記保持部材は、その外形形状を前記セパレータの外形形状に対応させて形成し、
前記位置決部は、前記保持部材、前記変形吸収部材、および前記セパレータを前記穴部に挿入して、前記変形吸収部材と前記セパレータとを位置決めする請求項５に記載の変形吸収部材とセパレータとの接合装置。
【請求項７】
前記押圧部は、複数設けた押圧ユニットが独立して前記変形吸収部材と前記セパレータとを互いに押圧する請求項４〜６のいずれか１項に記載の変形吸収部材とセパレータとの接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形吸収部材とセパレータとの接合方法、およびその接合方法を具現化した接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池は、セパレータと膜電極接合体とを交互に複数積層して構成している。燃料電池は、セパレータと膜電極接合体との積層数に応じて高出力を得られることから、その積層数を増加させることが望ましい。複数積層したセパレータと膜電極接合体とを互いに十分に密着させることによって、通電抵抗を低下させることができ、所期の電池性能が達成される。
【０００３】
ところで、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータからなるセパレータユニットにおいて、アノード側セパレータの燃料ガス（水素）と冷却水の流路を構成する部分、およびカソード側セパレータの酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水の流路を構成する部分は、それぞれ微細な凹凸形状から形成しており、寸法公差も大きい。
【０００４】
このため、セパレータユニットのアノード側セパレータの流路の部分と、カソード側セパレータの流路の部分との間に、変形吸収部材に相当するバネ機能を備えた部材を配設し、流路となる凹凸形状の部分を破損させることなく、均一に押圧することが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２９１０８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、変形吸収部材は単にセパレータ間に配置されているだけのため、変形吸収部材とセパレータとを互いに押圧すると、変形吸収部材の起立片部の変移に伴い、起立片部の基端側に応力が集中し、この部分が浮き上がり基材が歪む可能性がある。そこで、起立片部の基端側の浮き上がりに起因した基材の歪を防止し、変形吸収部材の基材部とセパレータとの当接部に隙間を生じさせることなく、互いに十分に接合することができる技術が要請されている。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、変形吸収部材の基材部とセパレータとの当接部に隙間を生じさせることなく、互いに十分に接合することができる変形吸収部材とセパレータとの接合方法および接合装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る変形吸収部材とセパレータとの接合方法は、板状の基材部と基材部から複数起立させた起立片部とを備えてなる変形吸収部材と、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのいずれか一方のセパレータと、を互いに接合する方法である。この接合方法は、支持工程および接合工程を有している。支持工程は、凸状からなる凸部を用いて変形吸収部材の基材部を支持しつつ、隣り合う凸部の間に備えられ凹状からなる凹部を用いて変形吸収部材の起立片部を収納した状態で、変形吸収部材の基材部とセパレータとを互いに押圧して支持する。接合工程は、変形吸収部材の基材部とセパレータとの当接部を互いに接合する。
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係る変形吸収部材とセパレータとの接合装置は、板状の基材部と基材部から複数起立させた起立片部とを備えてなる変形吸収部材と、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのいずれか一方のセパレータと、を互いに接合する装置である。この接合装置は、保持部材、押圧部、および接合部を有している。保持部材は、凸状に形成した凸部に変形吸収部材の基材部を当接させつつ、隣り合う凸部の間に凹状に備えた凹部に変形吸収部材の起立片部を収納して保持する。押圧部は、変形吸収部材とセパレータとを互いに押圧する。接合部は、変形吸収部材の基材部とセパレータとの当接部を互いに接合する。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した変形吸収部材とセパレータとの接合方法および変形吸収部材とセパレータとの接合装置は、変形吸収部材とセパレータとを接合するときに、変形吸収部材の基材部とセパレータとを互いに押圧することから、変形吸収部材が所定の状態で保持されて組み立てられるので変形吸収部材に押圧力以外の荷重がかかることがなく、変形吸収部材の起立片部の変形に起因した基材部の歪みを防止することができる。したがって、変形吸収部材の基材部とセパレータとの当接部に隙間を生じさせることなく、互いに十分に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る接合装置を用いて互いに溶接した変形吸収部材およびアノード側セパレータを含む燃料電池を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る接合装置を用いて互いに溶接した変形吸収部材およびアノード側セパレータを含む燃料電池の主要な構成部材を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態に係る接合装置を用いて互いに溶接した変形吸収部材およびアノード側セパレータの一部に加えて膜電極接合体の一部を示す断面図である。
【図４】実施形態に係る接合装置を用いて互いに溶接した変形吸収部材およびアノード側セパレータの一部を示す斜視図である。
【図５】実施形態に係る接合装置を示す斜視図である。
【図６】実施形態に係る接合装置の各構成部材および接合装置を用いて互いに溶接する変形吸収部材およびアノード側セパレータを示す分解斜視図である。
【図７】実施形態に係る接合装置を用いて変形吸収部材およびアノード側セパレータを互いに溶接する状態を示す斜視図である。
【図８】実施形態の変形例に係る接合装置を用いて互いに溶接させた変形吸収部材およびアノード側セパレータの一部を示す斜視図である。
【図９】実施形態の変形例に係る接合装置を用いて変形吸収部材およびアノード側セパレータを互いに溶接する状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
【００１３】
（実施形態）
実施形態に係る変形吸収部材２０およびセパレータとの接合方法、およびその接合方法を具現化した接合装置２００等について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、接合装置２００を用いて溶接した変形吸収部材２０およびセパレータを含む燃料電池１００の構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、接合装置２００を用いて互いに溶接した変形吸収部材２０およびアノード側セパレータ１１を含む燃料電池１００を示す斜視図である。図２は、接合装置２００を用いて互いに溶接した変形吸収部材２０およびアノード側セパレータ１１を含む燃料電池１００の主要な構成部材を示す分解斜視図である。図３は、接合装置２００を用いて互いに溶接した変形吸収部材２０およびアノード側セパレータ１１の一部に加えて膜電極接合体３０の一部を示す断面図である。図３は、図２の３−３線に沿って示している。図４は、接合装置２００を用いて互いに溶接した変形吸収部材２０およびアノード側セパレータ１１の一部を示す斜視図である。
【００１６】
燃料電池１００は、供給された燃料ガスと酸化剤ガスから電力を生成する燃料電池セル１１０、燃料電池セル１１０で生成された電力を筺体１３０の外部に取り出す集電部１２０、および複数積層した燃料電池セル１１０と集電部１２０とを互いに密着させた状態で保持する筺体１３０を含んでいる。以下、燃料電池１００の各構成について、順に説明する。
【００１７】
燃料電池セル１１０は、図１〜図４に示し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスから電力を生成する。燃料電池セル１１０は、セパレータユニット１０、変形吸収部材２０、および膜電極接合体３０を含んでいる。以下、燃料電池セル１１０に含まれた各部材について説明する。
【００１８】
セパレータユニット１０は、図２〜図４に示すように、隣り合う膜電極接合体３０を隔離しつつ、膜電極接合体３０で発生した電力を通電させ、かつ、燃料ガス（たとえば水素）または酸化剤ガス（たとえば酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水との流路を備えている。セパレータユニット１０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２とを備えている。
【００１９】
アノード側セパレータ１１は、図３に示すように、膜電極接合体３０のアノード３２に当接させている。アノード側セパレータ１１は、導電性材料を有する金属からなり、アノード３２よりも大きい薄板状に形成している。アノード側セパレータ１１の中央には、図３に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水とを隔てて流す流路部１１ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。
【００２０】
具体的には、アノード側セパレータ１１は、凹凸形状のうち、アノード３２と接触して形成された閉空間を、アノード３２に対して水素を供給するアノードガス流路１３として用いている。一方、アノード側セパレータ１１は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材２０を介してカソード側セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。アノード側セパレータ１１は、カソードガス供給口１１ａ、冷却流体供給口１１ｂ、アノードガス供給口１１ｃ、アノードガス排出口１１ｄ、冷却流体排出口１１ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆに相当するマニホールド孔を備えている。
【００２１】
カソード側セパレータ１２は、図３に示すように、膜電極接合体３０のカソード３３に当接させている。カソード側セパレータ１２は、導電性材料を有する金属からなり、カソード３３よりも大きい薄板状に形成している。カソード側セパレータ１２の中央には、図３に示すように、酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水とを隔てて流す流路部１２ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。
【００２２】
具体的には、カソード側セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、カソード３３と接触して形成された閉空間を、カソード３３に対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１５として用いている。一方、カソード側セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材２０を介してカソード側セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。カソード側セパレータ１２は、カソードガス供給口１２ａ、冷却流体供給口１２ｂ、アノードガス供給口１２ｃ、アノードガス排出口１２ｄ、冷却流体排出口１２ｅ、およびカソードガス排出口１２ｆに相当するマニホールド孔を備えている。
【００２３】
変形吸収部材２０は、図２〜図４に示し、燃料電池１００の組み付け時において、アノード側セパレータ１１およびカソード側セパレータ１２の燃料ガスと冷却水の流路をなす凹凸形状の製造誤差を、自ら変形して吸収する。また、変形吸収部材２０は、膜電極接合体３０が供給された媒体を吸収して膨張することに起因した積層方向Ｘの変位を、自ら変形して吸収する。さらに、変形吸収部材２０は、燃料電池１００の運転中において、隣接する膜電極接合体３０によって加熱されたセパレータユニット１０が熱膨張することに起因した積層方向Ｘの変位を、自ら変形して吸収する。したがって、複数積層した燃料電池セル１１０に高い圧力を掛けて互いに密着できる。複数積層した燃料電池セル１１０が互いに密着する程、燃料電池セル１１０間の通電抵抗が低下して、発電効率を向上させることができる。
【００２４】
また、変形吸収部材２０は、通電性を備えた金属からなり、薄板状に形成している。変形吸収部材２０は、板状の基材部２１と基材部２１から複数起立させた起立片部２２とを備えている。具体的には、変形吸収部材２０は、図４に示すように、一枚の薄板に相当する基材部２１において、コの字形状に打ち抜いた後に片持ち梁となるように起ち上げることによって、複数の起立片部２２を格子状に形成している。起立片部２２は、基材部２１に対して片持ち梁の構造を有していることから、弾性変形可能なバネの機能を備えている。起立片部２２は、基材部２１から若干先細りとなる舌状に形成している。起立片部２２は、隣り合う起立片部２２同士の先端の向きを、一の方向Ｙと交差する他の方向Ｚに沿って一行毎に互い違いに形成している。
【００２５】
また、変形吸収部材２０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設している。変形吸収部材２０は、図３および図４に示すように、基材部２１の一面２１ａの側をアノード側セパレータ１１に当接させている。一方、変形吸収部材２０は、図３に示すように、基材部２１の他面２１ｂから起立させた起立片部２２の先端２２ｂをカソード側セパレータ１２に当接させている。変形吸収部材２０とアノード側セパレータ１１との当接部Ｗは、接合装置２００によって互いに溶接している。
【００２６】
膜電極接合体３０は、図３に示し、供給された酸素と水素を化学反応させて電力を生成する。膜電極接合体３０は、電解質膜３１を介して対向するようにアノード３２とカソード３３とを接合して形成している。膜電極接合体３０は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称している。膜電極接合体３０は、枠材３４を備えている。枠材３４は、積層した電解質膜３１、アノード３２、およびカソード３３の外周を一体に保持している。
【００２７】
集電部１２０は、図２に示し、燃料電池セル１１０で生成された電力を筺体１３０の外部に取り出す。集電部１２０の一対の集電板１２１および１２２は、複数積層された燃料電池セル１１０の両端にそれぞれ配設している。一対の集電板１２１および１２２は、その中央に集電部を備えている。集電部は、複数積層した最外層の燃料電池セル１１０に設けた膜電極接合体３０のアノード３２またはカソード３３に当接している。集電部は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部を突出して設けている。突起部は、後述する筺体１３０の一対のエンドプレート１３１および１３２の貫通孔を挿通して、外部に臨んでいる。
【００２８】
筺体１３０は、図１および図２に示し、複数積層した燃料電池セル１１０と集電部１２０とを互いに密着させた状態で保持している。筺体１３０の一対のエンドプレート１３１および１３２は、一対の集電板１２１および１２２を挟持して付勢している。一対の締結板１３３は、一対のエンドプレート１３１および１３２を、他の方向Ｚに沿った両側から対向するように保持している。一対の補強板１３４は、一対のエンドプレート１３１および１３２を、一の方向Ｙに沿った両側から対向するように保持している。ネジ１３５は、一対の締結板１３３および一対の補強板１３４を、一対のエンドプレート１３１および１３２に固定している。
【００２９】
つぎに、変形吸収部材２０およびセパレータと変形吸収部材２０との接合方法、およびその接合方法を具現化した接合装置２００の構成について、図５〜図７に加えて図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図５は、接合装置２００を示す斜視図である。図６は、接合装置２００の各構成部材および接合装置２００を用いて互いに溶接する変形吸収部材２０およびアノード側セパレータ１１を示す分解斜視図である。図７は、接合装置２００を用いて変形吸収部材２０およびアノード側セパレータ１１を互いに溶接する状態を示す斜視図である。
【００３１】
変形吸収部材２０とセパレータとの接合方法における支持工程は、保持部材２１０によって変形吸収部材２０とセパレータとを保持する構成、および押圧部の構成に対応している。接合工程は、接合部２４０の構成に対応している。実施形態では、変形吸収部材２０とセパレータとの接合方法を具現化した接合装置２００について主に説明する。
【００３２】
接合装置２００は、たとえば、保持部材２１０、他の保持部材２２０、押圧部２３０、接合部２４０、位置決部２５０、および制御部２６０を含んだ構成とすることができる。以下、接合装置２００の各構成について順に説明する。
【００３３】
保持部材２１０は、凸状に形成した凸部２１１ａに変形吸収部材２０の基材部２１を当接させつつ、隣り合う凸部２１１ａの間に凹状に備えた凹部２１１ｂに変形吸収部材２０の起立片部２２を収納して保持する。保持部材２１０は、基材２１１および枠材２１２を一体に形成して構成している。基材２１１は、板状に形成している。基材２１１の凸部２１１ａは、変形吸収部材２０の起立片部２２との干渉を回避するように、一の方向Ｙおよび他の方向Ｚに沿ってそれぞれ柵状に配設し、積層方向Ｘに対して突出させて形成している。回避部２１１ｃは、凸部３１１ａの先端を部分的に切り欠いて形成し、後述する接合部２４０から照射されるレーザ光Ｌ１を回避する。基材２１１の外形形状は、変形吸収部材２０の外形形状と同様に形成している。枠材２１２は、板状に形成し、中央に大きく開口した穴部２１２ｈに基材２１１を備えている。枠材２１２の穴部２１２ｈは、基材２１１に隣接するように変形吸収部材２０を挿入する。
【００３４】
他の保持部材２２０は、基材２２１および枠材２２２を一体に形成して構成している。基材２２１は、板状に形成し、開口部２２１ｍを備えている。開口部２２１ｍは、後述する接合部２４０から導出されたレーザ光Ｌ１を通過させる。開口部２２１ｍを通過したレーザ光Ｌ１は、変形吸収部材２０の基材部２１とアノード側セパレータ１１との当接部Ｗに照射される。開口部２２１ｍは、一の方向Ｙに沿って直線状に形成し、他の方向Ｚに対して一定の間隔で複数備えている。基材２２１の形状は、アノード側セパレータ１１の流路部１１ｇの形状に対応させている。基材２２１は、仮に接合部２４０から導出されたレーザ光Ｌ１の位置が適正な光路から変位してずれた場合に、そのレーザ光Ｌ１を遮蔽する。また、基材２２１は、変形吸収部材２０の基材部２１とアノード側セパレータ１１との当接部Ｗにレーザ光Ｌ１が照射されることによって発生したスパッタを遮蔽する。枠材２２２は、板状に形成し、中央に大きく開口した穴部２２２ｈに基材２２１を備えている。枠材２２２の外形形状は、アノード側セパレータ１１の外形形状と同様に形成している。
【００３５】
押圧部（たとえば押圧部２３０）は、変形吸収部材２０とアノード側セパレータ１１とを互いに押圧する。押圧部２３０は、押圧ユニット２３１を複数備えている。押圧ユニット２３１は、圧縮空気等によって積層方向Ｘに沿って移動自在な押圧ピン２３１ｐを備えている。押圧ピン２３１ｐは、他の保持部材２２０の枠材２２２を押圧する。すなわち、押圧部２３０は、他の保持部材２２０を介してアノード側セパレータ１１を変形吸収部材２０に押圧する。押圧ユニット２３１は、後述する位置決部２５０の位置決部材２５１の長手方向の両端に３つずつ配設している。
【００３６】
接合部２４０は、変形吸収部材２０の基材部２１とアノード側セパレータ１１との当接部Ｗを互いに接合する。接合部２４０は、レーザ溶接ユニット２４１を備えている。レーザ溶接ユニット２４１は、導出したレーザ光Ｌ１を、他の保持部材２２０の基材２２１の開口部２２１ｍを介して、変形吸収部材２０の基材部２１とアノード側セパレータ１１との当接部Ｗに照射し、その当接部Ｗを溶接する。接合部２４０は、変形吸収部材２０およびアノード側セパレータ１１の仕様に合わせて、たとえば、ロウ付け、拡散接合、または熱圧着を用いる構成としてもよい。
【００３７】
位置決部２５０は、板状に形成した位置決部材２５１を備えている。位置決部材２５１は、アノード側セパレータ１１の外形形状に対応させて内周面を形成した穴部２５１ｈを備えている。位置決部材２５１は、保持部材２１０、変形吸収部材２０、アノード側セパレータ１１、および他の保持部材２２０をそれぞれ穴部２５１ｈに挿入して、変形吸収部材２０とアノード側セパレータ１１とを位置決めする。
【００３８】
制御部２６０は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。制御部２６０は、位置決部２５０の一端に配設している。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、押圧部２３０の押圧ユニット２３１および接合部２４０のレーザ溶接ユニット２４１等に係る制御プログラムを格納している。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいて押圧ユニット２３１およびレーザ溶接ユニット２４１等の動作を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中の押圧ユニット２３１の押圧ピン２３１ｐが受ける圧力や、レーザ溶接ユニット２４１におけるレーザ光Ｌ１の出力等を一時的に記憶する。ＲＡＭが一時的に記憶したデータは、ＣＰＵによって読み出されて、押圧ユニット２３１およびレーザ溶接ユニット２４１等の動作に反映される。
【００３９】
上述した実施形態に係る変形吸収部材２０およびセパレータとの接合方法、およびその接合方法を具現化した接合装置２００によれば、以下の作用効果を奏する。
【００４０】
変形吸収部材２０とセパレータとの接合方法は、板状の基材部２１と基材部２１から複数起立させた起立片部２２とを備えてなる変形吸収部材２０と、アノード側セパレータ１１およびカソード側セパレータ１２のいずれか一方のセパレータと、を互いに接合する方法である。この接合方法は、支持工程および接合工程を有している。支持工程は、凸状からなる凸部２１１ａを用いて変形吸収部材２０の基材部２１を支持しつつ、隣り合う凸部２１１ａの間に備えられ凹状からなる凹部２１１ｂを用いて変形吸収部材２０の起立片部２２を収納した状態で、変形吸収部材２０の基材部２１とセパレータとを互いに押圧して支持する。接合工程は、変形吸収部材２０の基材部２１とセパレータとの当接部Ｗを互いに接合する。
【００４１】
変形吸収部材２０とセパレータとの接合装置２００は、板状の基材部２１と基材部２１から複数起立させた起立片部２２とを備えてなる変形吸収部材２０と、アノード側セパレータ１１およびカソード側セパレータ１２のいずれか一方のセパレータと、を互いに接合する装置である。この接合装置２００は、保持部材２１０、押圧部、および接合部２４０を有している。保持部材２１０は、凸状に形成した凸部２１１ａに変形吸収部材２０の基材部２１を当接させつつ、隣り合う凸部２１１ａの間に凹状に備えた凹部２１１ｂに変形吸収部材２０の起立片部２２を収納して保持する。押圧部は、変形吸収部材２０とセパレータとを互いに押圧する。接合部２４０は、変形吸収部材２０の基材部２１とセパレータとの当接部Ｗを互いに接合する。
【００４２】
このような構成によれば、変形吸収部材２０とセパレータとを接合するときに、変形吸収部材２０の基材部２１とセパレータとを互いに押圧することから、変形吸収部材２０が所定の状態で保持されて組み立てられるので変形吸収部材２０に押圧力以外の荷重がかかることがなく、変形吸収部材２０の起立片部２２の変形に起因した基材部２１の歪みを防止することができる。したがって、変形吸収部材２０の基材部２１とセパレータとの当接部Ｗに隙間を生じさせることなく、互いに十分に接合することができる。
【００４３】
さらに、たとえば接合方法において、支持工程は、凹部２１１ｂを起立片部２２に接触させない構成とすることができる。
【００４４】
このような構成によれば、変形吸収部材２０とセパレータとを接合するときに、変形吸収部材２０の起立片部２２の変形に起因した基材部２１の歪みを、より確実に防止することができる。したがって、変形吸収部材２０の基材部２１とセパレータとの当接部Ｗにおいて、より確実に隙間を生じさせることなく、互いに精度良く接合することができる。
【００４５】
さらに、たとえば接合方法において、接合工程は、基材部２１と、セパレータにおいて媒体を流通させる流路部とを接合する構成とすることができる。
【００４６】
このような構成によれば、成形時に内部応力が残留している虞があるセパレータの流路部１１ｇまたは１２ｇを基材部２１に接合することによって、変形吸収部材２０とセパレータとを接合した後に、セパレータの流路部１１ｇまたは１２ｇが歪むことを防止することができる。
【００４７】
さらに、たとえば接合装置２００において、保持部材２１０は、変形吸収部材２０の外形形状に対応させて内周面を形成した穴部２１２ｈを備える構成とすることができる。この構成において、変形吸収部材２０を穴部２１２ｈに挿入して、変形吸収部材２０を位置決めする。
【００４８】
このような構成によれば、保持部材２１０に穴部２１２ｈを備える簡便な構成によって、変形吸収部材２０を位置決めすることができる。穴部２１２ｈは、たとえば、四隅を除いて変形吸収部材２０の外形形状よりも一回り大きく形成し、四隅のみを変形吸収部材２０の外形形状に対応させて形成してもよい。この場合、保持部材２１０の穴部２１２ｈに対する変形吸収部材２０の着脱を容易に行うことができる。
【００４９】
さらに、たとえば接合装置２００において、セパレータの外形形状に対応させて内周面を形成した穴部２５１ｈを備えた位置決部２５０をさらに有する構成とすることができる。この構成において、保持部材２１０は、その外形形状をセパレータの外形形状に対応させて形成する。位置決部２５０は、保持部材２１０、変形吸収部材２０、およびセパレータを穴部２５１ｈに挿入して、変形吸収部材２０とセパレータとを位置決めする。
【００５０】
このような構成によれば、保持部材２１０に穴部２１２ｈを備える簡便な構成に加えて、位置決部２５０に穴部２５１ｈを備える簡便な構成によって、変形吸収部材２０とセパレータとを精度良く位置決めすることができる。穴部２５１ｈは、たとえば、四隅を除いてセパレータの外形形状よりも一回り大きく形成し、四隅のみをセパレータの外形形状に対応させて形成してもよい。この場合、位置決部２５０の穴部２５１ｈに対するセパレータの着脱を容易に行うことができる。
【００５１】
さらに、たとえば接合装置２００において、押圧部２３０は、複数設けた押圧ユニット２３１が独立して変形吸収部材２０とセパレータとを互いに押圧する構成とすることができる。
【００５２】
このような構成によれば、異物の咬み込み等に起因した積層方向Ｘに対するセパレータの変位を吸収することができる。すなわち、セパレータが一の方向Ｙおよび他の方向Ｚの面内において傾いていても、そのセパレータの傾きに追随して、各々の押圧ユニット２３１がセパレータを押圧することができる。したがって、セパレータおよび変形吸収部材２０の破損を防止することができる。
【００５３】
（実施形態の変形例）
実施形態の変形例に係る変形吸収部材４０およびセパレータとの接合方法、およびその接合方法を具現化した接合装置３００について、図８および図９を参照しながら説明する。
【００５４】
図８は、接合装置３００を用いて互いに溶接させた変形吸収部材４０およびアノード側セパレータ１１の一部を示す斜視図である。図９は、接合装置３００を用いて変形吸収部材４０およびアノード側セパレータ１１を互いに溶接する状態を示す斜視図である。
【００５５】
実施形態の変形例に係る接合方法および接合装置３００は、他の方向Ｚに沿って隣り合う起立片部４２の位置を互いに半ピッチ異ならせた変形吸収部材４０を用いる構成が、前述した実施形態に係る接合方法および接合装置２００と異なる。
【００５６】
実施形態の変形例においては、前述した実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
【００５７】
接合装置３００を用いてセパレータと接合する変形吸収部材４０は、前述した変形吸収部材２０と異なり、他の方向Ｚに沿って隣り合う起立片部４２の位置を互いに半ピッチ異ならせて形成している。起立片部４２の形状および材質は、前述した変形吸収部材２０の起立片部２２と同様である。すなわち、変形吸収部材４０は、一枚の薄板に相当する基材部４１において、他の方向Ｚに沿って互いに半ピッチ異ならせてコの字形状に打ち抜いた後に片持ち梁となるように起ち上げることによって、複数の起立片部４２を千鳥状に形成している。
【００５８】
保持部材３１０は、基材３１１の構成が、前述した保持部材２１０の基材２１１の構成と異なる。凸部３１１ａは、凸部２１１ａと比較して、一の方向Ｙに沿って半分のピッチで高密度に配設することによって、複数の起立片部４２を千鳥状に形成した変形吸収部材４０に対応している。回避部３１１ｃは、回避部２１１ｃと比較して、その形状を大きく形成することによって、レーザ溶接ユニット２４１から照射されるレーザ光Ｌ１に加えて、変形吸収部材４０に千鳥状に形成した起立片部４２を回避している。すなわち、回避部３１１ｃは、他の方向Ｚにおいて一の起立片部４２と隣り合う他の起立片部４２との干渉を回避するために、凸部３１１ａの先端を他の方向Ｚに沿って起立片部４２の幅と同程度の長さで交互に切り欠くことによって形成している。隣り合う凸部３１１ａの間に備えた凹部３１１ｂは、凹部２１１ｂと比較して、その容積が半分となっている。
【００５９】
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
【００６０】
たとえば、接合装置２００または３００において、押圧部２３０は、押圧ピン２３１ｐの先端に弾性体を備えた構成とすることができる。このような構成によれば、押圧ピン２３１ｐの押し出し距離を一定にしたとしても、異物の咬み込み等に起因した積層方向Ｘに対するアノード側セパレータ１１の変位を、押圧ピン２３１ｐの先端に備えた弾性体によって吸収することができる。したがって、アノード側セパレータ１１および変形吸収部材２０または４０の破損を防止することができる。
【００６１】
また、接合装置２００または３００において、保持部材２１０または３１０は、一定以上の圧力が掛かると凸部２１１ａまたは３１１ａを積層方向Ｘに対して後退自在な構成とすることができる。すなわち、たとえば、基材２１１または３１１に備えた穴に、一定のバネ強度を有するスプリングバネを挿入した上で、凸部２１１ａまたは３１１ａを積層方向Ｘに移動可能に挿入して構成する。このような構成によれば、押圧ピン２３１ｐの押し出し距離を一定にしたとしても、異物の咬み込み等に起因した積層方向Ｘに対するアノード側セパレータ１１の変位を、凸部２１１ａまたは３１１ａによって吸収することができる。したがって、アノード側セパレータ１１および変形吸収部材２０または４０の破損を防止することができる。特に、凸部２１１ａおよび３１１ａを、一の方向Ｙと他の方向Ｚとで分割して設けた上で、各々を独立して後退自在な構成としておけば、積層方向Ｘに対するアノード側セパレータ１１の局所的な変位を効果的に吸収することができる。また、凸部２１１ａまたは３１１ａを積層方向Ｘに対する後退を計測し、異物の咬み込み等を検出する構成としてもよい。
【００６２】
また、接合装置２００または３００において、押圧部は、押圧部２３０を用いることなく、他の保持部材２２０の自重によって、変形吸収部材２０または４０の基材部２１または４１とアノード側セパレータ１１とを互いに押圧する構成としてもよい。すなわち、他の保持部材２２０を押圧部として用いる。このような構成によれば、押圧部２３０が不要となることから、接合装置２００または３００の構成を簡略化および小型化することができる。
【００６３】
また、接合装置２００または３００の天地を反転させた構成において、押圧部は、押圧部２３０を用いることなく、保持部材２１０の自重によって、変形吸収部材２０または４０の基材部２１または４１とアノード側セパレータ１１とを互いに押圧する構成としてもよい。すなわち、保持部材２１０を押圧部として用いる。このような構成によれば、押圧部２３０が不要となることから、接合装置２００または３００の構成を簡略化および小型化することができる。
【００６４】
また、接合装置２００または３００において、押圧部２３０は、他の保持部材２２０を介することなく、アノード側セパレータ１１を直接押圧する構成としてもよい。このような構成によれば、他の保持部材２２０を用いることなく、接合装置２００または３００の構成を簡略化および小型化することができる。
【００６５】
また、接合装置２００または３００において、位置決部２５０は、他の保持部材２２０を位置決部材２５１の穴部２５１ｈに挿入して、他の保持部材２２０とアノード側セパレータ１１とを位置決めしてもよい。このような構成によれば、変形吸収部材２０または４０の基材部２１または４１とアノード側セパレータ１１との当接部Ｗに対して、他の保持部材２２０の基材２２１の開口部２２１ｍを精度良く対応させることができる。
【００６６】
また、接合装置２００または３００において、変形吸収部材２０または４０の基材部２１または４１と接合するセパレータは、アノード側セパレータ１１に限定されることなく、カソード側セパレータ１２としてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０  セパレータユニット、
１１  アノード側セパレータ、
１２  カソード側セパレータ、
１１ａ，１２ａ  カソードガス供給口、
１１ｂ，１２ｂ  冷却流体供給口、
１１ｃ，１２ｃ  アノードガス供給口、
１１ｄ，１２ｄ  アノードガス排出口、
１１ｅ，１２ｅ  冷却流体排出口、
１１ｆ，１２ｆ  カソードガス排出口、
１１ｇ，１２ｇ  流路部、
１３  アノードガス流路、
１４  冷却水流路、
１５  カソードガス流路、
２０，４０  変形吸収部材、
２１，４１  基材部、
２１ａ，４１ａ  一面、
２１ｂ  他面、
２２，４２  起立片部、
２２ａ，４２ａ  基端、
２２ｂ，４２ｂ  先端、
３０  膜電極接合体、
３１  電解質膜、
３２  アノード、
３３  カソード、
３４  枠材、
１００  燃料電池、
１１０  燃料電池セル、
１２０  集電部、
１２１，１２２  集電板、
１３０  筺体、
１３１，１３２  エンドプレート、
１３３  締結板、
１３４  補強板、
１３５  ネジ、
２００，３００  接合装置、
２１０，３１０  保持部材、
２１１，３１１  基材、
２１１ａ，３１１ａ  凸部、
２１１ｂ，３１１ｂ  凹部、
２１１ｃ，３１１ｃ  回避部、
２１２  枠材、
２１２ｈ  穴部、
２２０  他の保持部材、
２２１  基材、
２２１ｍ  開口部、
２２２  枠材、
２２２ｈ  穴部、
２３０  押圧部、
２３１  押圧ユニット、
２３１ｐ  押圧ピン、
２４０  接合部、
２４１  レーザ溶接ユニット、
２５０  位置決部、
２５１  位置決部材、
２５１ｈ  穴部、
２６０  制御部、
Ｘ  積層方向、
Ｙ  一の方向、
Ｚ  他の方向、
Ｗ  当接部、
Ｌ  レーザ光。
【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】
2015022813.tif 000009
【図８】
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【図９】
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