(57)【要約】【課題】位置合わせのためにセパレータを拡張したり、バネ部材の外形をセパレータと同様にしなくてもセパレータとバネ部材を高精度に位置合わせできる燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】本発明は、第１セパレータ１３と、第２セパレータ１４と、弾性部材３０と、を準備する準備工程と、弾性部材を位置決めして載置面に載置する第１載置工程と、第１セパレータを弾性部材に対して位置決めして弾性部材に重ねて載置する第２載置工程と、位置決めして重ね合わされた弾性部材と第１セパレータとを接合する接合工程と、を有し、第２載置工程においては、弾性部材を位置決めしている第１位置決め部材を載置面から退避させながら、第１セパレータを弾性部材に重ね合わせる。【選択図】図４
2014188807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体に隣接して設けられ流体を流す流路を形成する、燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法であって、
断面形状に凹凸形状を有する第１セパレータと、断面形状に凹凸形状を有する第２セパレータと、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータを面方向から見た平面視の外形形状よりも小さい外形形状を有し、前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に配置されて対向する前記第１セパレータの凸部及び前記第２セパレータの凸部との接触を弾性変形によって維持する導電性を備えた弾性部材と、を準備する準備工程と、
載置面に設けられた第１位置決め部材を前記弾性部材に当接させることによって、前記弾性部材を位置決めして前記載置面に載置する第１載置工程と、
前記載置面において前記第１位置決め部材が設けられた領域よりも外側の領域に設けられた第２位置決め部材を前記第１セパレータに当接させることによって、前記第１セパレータを前記弾性部材に対して位置決めして前記弾性部材に重ねて載置する第２載置工程と、
位置決めして重ね合わされた前記弾性部材と前記第１セパレータとを接合する接合工程と、を有し、
前記第２載置工程においては、前記弾性部材を位置決めしている前記第１位置決め部材を前記載置面から退避させながら、前記第１セパレータを前記弾性部材に重ね合わせる、燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項２】
前記第２載置工程は前記第１載置工程の後に行われる請求項１に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項３】
前記第１位置決め部材及び前記第２位置決め部材は、少なくとも前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの前記凹凸形状が並ぶ方向から前記第１セパレータ及び前記弾性部材を挟持するように配置される請求項１または２に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項４】
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータは、前記燃料電池に起電力を発生させるための燃料、酸化剤、又は前記燃料電池を冷却する冷却流体を流通させる複数のセパレータ流通孔を有し、
前記第２位置決め部材は、前記セパレータ流通孔を用いて前記第１セパレータの位置決めを行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項５】
前記セパレータ流通孔は、平面視した際に断面形状が凹凸形状となる部位を隔てて対になって配置され、
前記第２載置工程では、対になって配置された前記セパレータ流通孔を用いて前記第１セパレータの位置決めを行なう請求項４に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項６】
前記第１位置決め部材及び前記第２位置決め部材は、荷重を付加していない場合の前記弾性部材の高さよりも高く構成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項７】
前記接合工程の後に前記第１セパレータと前記第２セパレータとを接合する他の接合工程と、をさらに有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項８】
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータは、前記セパレータ流通孔と隣接する第１の辺の対と、
前記第１の辺の対よりも前記断面形状が凹凸形状となる部位と隣接する第２の辺の対と、を有し、
前記他の接合工程では、前記第２の辺の対を前記第１の辺の対よりも先に接合する請求項７に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項９】
前記接合工程において前記弾性部材は、前記載置面と接触した状態で前記弾性部材及び前記第１セパレータの積層方向に押圧される請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記セパレータアセンブリと前記膜電極接合体とを交互に積層し、積層された前記膜電極接合体及び前記セパレータアセンブリよりも積層方向における両端に集電板及び端部部材を少なくとも配置し、前記積層方向から押圧荷重を付加する積層工程、をさらに有し、
前記膜電極接合体は、外周部にフレーム部材を有し、
前記フレーム部材、前記集電板、及び前記端部部材は、積層の際に前記セパレータ流通孔と連通する連通孔を各々有し、
前記積層工程では、前記セパレータ流通孔と、前記フレーム部材、前記集電板及び前記端部部材の前記連通孔の縁部を用いて前記セパレータアセンブリ、前記膜電極接合体、前記集電板、及び前記端部部材の位置合わせを行う燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
前記接合工程において前記弾性部材には前記積層工程の際よりも大きな押圧荷重が前記積層方向から付加される請求項１０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１２】
膜電極接合体に隣接して設けられ流体を流す流路を形成する、燃料電池用のセパレータアセンブリの製造装置であって、
前記セパレータアセンブリは、断面形状に凹凸形状を有する第１セパレータと、断面形状に凹凸形状を有する第２セパレータと、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータを面方向から見た平面視の外形形状よりも小さい外形形状を有し、前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に配置されて対向する前記第１セパレータの凸部及び前記第２セパレータの凸部との接触を弾性変形によって維持する導電性を備えた弾性部材と、を有し、
前記製造装置は、前記弾性部材及び前記第１セパレータ及び前記第２セパレータを載置する載置部と、
前記載置部の載置面に設けられ、前記弾性部材に当接させることによって前記弾性部材を位置決めする第１位置決め部材と、
前記第１位置決め部材が設けられた領域よりも外側の領域に設けられ、前記第１セパレータに当接させることによって前記第１セパレータを前記弾性部材に対して位置決めする第２位置決め部材と、
前記第１位置決め部材及び前記第２位置決め部材によって位置合わせされた前記弾性部材と前記第１セパレータとを接合する接合部と、を有し、
前記第１位置決め部材は、前記載置面から退避可能である燃料電池用のセパレータアセンブリの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池セルを積層して形成した燃料電池に用いられるセパレータアセンブリの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜の両面にアノードとカソードの電極が接合されたいわゆる膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ以下ＭＥＡと称する）を、その両面から波形形状を有するセパレータで挟持した燃料電池セルを数百セル程度積層して構成される。燃料電池は、所望の出力を達成するために燃料電池セルを複数積層することが一般的であり、積層態様は発電特性に影響を与えるため、積層時の各構成部品の位置決めについての研究が鋭意行われている。燃料電池を構成する構成部品間の位置決めには、例えばＭＥＡの外周に設けられるシール部の４隅のうちの対向する２つの角部及びセパレータの４隅の角部に穴を設けてガイドピンを貫通させる技術が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、隣接する燃料電池セルにおいて隣り合うセパレータは、セパレータの波形形状同士が接触することによって通電が行われるが、形状バラつきにより波形形状同士の接触が充分に行えず、燃料電池セルによって生成された電気が燃料電池セル間を移動する際の電気抵抗が上昇してしまう場合がある。そのため、隣接するセパレータの間にはセパレータの形状バラつきを吸収して電気抵抗の上昇を抑制するための、いわゆるバネのような部材が設けられることがある。【０００５】
上記のバネ部材も含めて燃料電池を構成する部品同士での位置決めを行う場合、特許文献１の方法によればバネ部材の４隅に貫通穴が設けられ、隣接するセパレータには、積層した際にバネ部材の貫通穴と連通する位置に貫通穴が設けられ、位置決めピンによって位置決めが行われる。【０００６】
しかし、セパレータには波形形状以外にも燃料、酸化剤、冷却流体を流通させるための貫通孔が波形形状よりも外方に形成される。そのため、セパレータに位置決めのための貫通穴を設けるためには、バラついても燃料などの貫通孔と形状がつながらないようにする必要があり、これを満足させようとすると、貫通穴よりもさらに外方に貫通穴を設けることになり、セパレータの外形を拡張させなければならない。また、バネ部材は、積層した際に波形形状と接触できるだけの面積を有していれば機能するものの、特許文献１のように構成部品の角部に貫通穴を設けて位置決めする場合、セパレータとバネ部材とは外形が異なるため、バネ部材はセパレータと同等の外形になるように形状を拡張しなければならず、その場合には部品コストを増加させてしまう、といった問題がある。【０００７】
そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、位置合わせのためにセパレータを拡張したり、バネ部材の外形をセパレータと同様にしなくてもセパレータとバネ部材とが高精度に位置合わせできる燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法、及び製造装置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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明は、膜電極接合体に隣接して設けられ流体を流す流路を形成する、燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法である。上記製造方法は、断面形状に凹凸形状を有する第１セパレータと、断面形状に凹凸形状を有する第２セパレータと、第１セパレータ及び第２セパレータを面方向から見た平面視の外形形状よりも小さい外形形状を有し、第１セパレータと第２セパレータとの間に配置されて対向する第１セパレータの凸部及び前記第２セパレータの凸部との接触を弾性変形によって維持する導電性を備えた弾性部材と、を準備する（準備工程）。そして、載置面に設けられた第１位置決め部材を弾性部材に当接させることによって、弾性部材を位置決めして載置面に載置する（第１載置工程）。そして、載置面において第１位置決め部材が設けられた領域よりも外側の領域に設けられた第２位置決め部材を第１セパレータに当接させることによって、第１セパレータを弾性部材に対して位置決めして弾性部材に重ねて載置する（第２載置工程）。そして、位置決めして重ね合わされた弾性部材と第１セパレータとを接合する（接合工程）。本発明において、第２載置工程では、弾性部材を位置決めしている第１位置決め部材を載置面から退避させながら、第１セパレータを弾性部材に重ね合わせることを特徴とする。【０００９】
また、上記目的を達成する他の本発明は、上記燃料電池用のセパレータアセンブリの製造装置である。上記製造装置は、弾性部材及び第１セパレータ及び第２セパレータを載置する載置部と、載置部の載置面に設けられ、弾性部材に当接させることによって弾性部材を位置決めする第１位置決め部材と、第１位置決め部材が設けられた領域よりも外側の領域に設けられ、第１セパレータに当接させることによって第１セパレータを弾性部材に対して位置決めする第２位置決め部材と、第１位置決め部材及び第２位置決め部材によって位置合わせされた弾性部材と第１セパレータと接合する接合部と、を有する。本発明において、第１位置決め部材は、載置面から退避可能であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法について示すタイムチャートである。
【図２】同実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータアセンブリを形成する装置の概略平面図である。
【図３】同実施形態に係るセパレータと弾性部材との位置合わせを行う載置台を示す斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は載置台において弾性部材を位置決めした状態を示す平面図、図４（Ｂ）は載置台にセパレータを位置決めした状態を示す平面図である。
【図５】燃料電池を構成するセパレータの平面図であって、弾性部材と接合されるセパレータと弾性部材との接合位置及び対をなすセパレータ同士の接合位置を示す平面図である。
【図６】図６（Ａ）から図６（Ｃ）は、図４（Ｂ）の６−６線に沿う断面図であって、セパレータアセンブリを形成する様子を示す説明図である。
【図７】燃料電池の構成部品を積層する積層工程について示す斜視図である。
【図８】同実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。
【図９】燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【図１０】燃料電池の構成の一部を示す分解斜視図である。
【図１１】同実施形態に係る燃料電池用のセパレータアセンブリを示す斜視図である。
【図１２】同実施形態に係るセパレータアセンブリ及び膜電極接合体を示す断面図である。
【図１３】同実施形態に係るセパレータアセンブリを構成する弾性部材の一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法について示すタイムチャート、図２は同実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータアセンブリを形成する装置の概略平面図である。図３は同実施形態に係るセパレータと弾性部材との位置合わせを行う載置台を示す斜視図、図４（Ａ）は載置台において弾性部材を位置決めした状態を示す平面図、図４（Ｂ）は載置台にセパレータを位置決めした状態を示す平面図である。図５は燃料電池を構成するセパレータの平面図であって、弾性部材と接合されるセパレータと弾性部材との接合位置及び対をなすセパレータ同士の接合位置を示す平面図である。図６（Ａ）から図６（Ｃ）は図４の６−６線に沿う断面図であって、セパレータアセンブリを形成する様子を示す説明図である。図７は燃料電池の構成部品を積層する積層工程について示す斜視図である。
【００１３】
図８は同実施形態に係る燃料電池を示す斜視図、図９は燃料電池の構成を示す分解斜視図、図１０は燃料電池の構成の一部を示す分解斜視図、図１１は同実施形態に係る燃料電池用セパレータアセンブリを示す斜視図である。図１２は同実施形態に係るセパレータアセンブリ及び膜電極接合体を示す断面図、図１３は同実施形態に係るセパレータアセンブリを構成する弾性部材の一部を示す斜視図である。
【００１４】
本実施形態に係る燃料電池用のセパレータアセンブリ１２は、膜電極接合体１１に隣接して配置されたアノードセパレータ１３とカソードセパレータ１４との間に弾性部材３０をさらに配置してセパレータ１３とセパレータ１４とを接合したものである。セパレータアセンブリ１２の製造方法は、図１に示すように準備工程（ステップＳＴ１０）と、第１載置工程（ステップＳＴ２０）と、第２載置工程（ステップＳＴ３０）と、第１接合工程（接合工程に相当、ステップＳＴ４０）と、第２接合工程（他の接合工程に相当、ステップＳＴ５０）と、を有する。さらに、膜電極接合体１１とセパレータアセンブリ１２とを積層工程（ステップＳＴ６０）を行うと燃料電池の製造方法となる。詳細については後述する。
【００１５】
（燃料電池）
燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法と製造装置について説明する前に、燃料電池用セパレータアセンブリを構成部品として備える燃料電池について説明する。燃料電池１００は、燃料電池セル１０ａを複数積層した積層体１０を主要な構成要素として有している。燃料電池セル１０ａは、膜電接合体１１の両側にセパレータ１３，１４を配置して構成している。膜電極接合体１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂ、もう片側にカソード１１ｃが接合されている。セパレータアセンブリ１２は、２枚のセパレータ１３，１４と、セパレータ１３とセパレータ１４との間にセパレータ１３、１４の波形形状１３ｇ、１４ｇと接触する弾性部材３０と、を有する。また、積層体１０の積層方向における両端部には集電板１６，１７が設けられている。また、燃料電池１００は、筐体２０を有している。筐体２０は、一対の締結板２１、２２と補強板２３、２４、及びエンドプレート２５，２６（端部部材に相当）を有している。以下、燃料電池セル１００に含まれる各部材について説明する。
【００１６】
セパレータ１３，１４は、図９〜図１２に示し、積層された複数の燃料電池セル１０ａにおいて隣り合う膜電極接合体１１を隔離しつつ、膜電極接合体１１で発生した電力を通電させている。セパレータ１３，１４は、アノード側セパレータ１３（第１セパレータに相当）とカソード側セパレータ１４（第２セパレータに相当）とに分類される。アノード側セパレータ１３は、膜電極接合体１１のアノード１１ｂに当接させている。アノード側セパレータ１３は、導電性材料を有する金属からなり、アノード１１ｂよりも大きい薄板状に形成している。
【００１７】
アノード側セパレータ１３の中央には、図１２に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水等の冷却流体とを隔てて流す流路を構成するように断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１３ｇを設けている。アノード側セパレータ１３の波形形状１３ｇにおいて、アノード１１ｂと接触して形成された閉空間は、アノード１１ｂに対して水素を供給するアノードガス流路１３ｈとして用いている。一方、アノード側セパレータ１３の波形形状１３ｇにおいて、弾性部材３０を介してカソード側セパレータ１４の波形形状１４ｇとの間に形成された閉空間は、冷却水を供給する冷却流体流路１３ｊとして用いている。
【００１８】
アノード側セパレータ１３は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１３ａ、冷却流体供給口１３ｂ、およびアノードガス供給口１３ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、アノード側セパレータ１３は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１３ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、およびカソードガス排出口１３ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００１９】
カソード側セパレータ１４は、膜電極接合体１１のカソード１１ｃに当接している。カソード側セパレータ１４は、導電性材料を有する金属からなり、カソード１１ｃよりも大きい薄板状に形成している。
【００２０】
カソード側セパレータ１４の中央には、図１２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を構成するように断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１４ｇを設けている。カソード側セパレータ１４の波形形状１４ｇにおいて、カソード１１ｃと接触して形成された閉空間は、カソード１１ｃに対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１４ｈとして用いている。一方、カソード側セパレータ１４の波形形状１４ｇにおいて、弾性部材３０を介してアノード側セパレータ１３の波形形状１３ｇとの間に形成された閉空間は、冷却水を供給する冷却流体流路１４ｊとして用いている。後述するように弾性部材３０は、一枚の鋼板などからその一部を起立片３２として立ち上げて形成しており、鋼板から立ち上げられた部位は基材３１の両側面がつながるように構成されている。よって、隣接する燃料電池セル１０ａにおいて、一の燃料電池セル１０ａのアノード側セパレータ１３の冷却流体流路１３ｊと、他の燃料電池セル１０ａのカソード側セパレータ１４に設けられた冷却流体流路１４ｊは、１つにつながった冷却流体用の流路を形成する。
【００２１】
カソード側セパレータ１４は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１４ａ、冷却流体供給口１４ｂ、およびアノードガス供給口１４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、カソード側セパレータ１４は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１４ｄ、冷却流体排出口１４ｅ、およびカソードガス排出口１４ｆに相当する貫通孔を開口している。カソードガス供給口１３ａ、１４ａ、冷却流体供給口１３ｂ、１４ｂ、アノードガス供給口１３ｃ、１４ｃ、アノードガス排出口１３ｄ、１４ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、１４ｅ、及びカソードガス排出口１３ｆ、１４ｆは燃料、酸化剤、又は冷却流体を流通させるセパレータ流通孔に相当する。
【００２２】
貫通孔の中でも冷却流体供給口１３ｂ、１４ｂ及び冷却流体排出口１３ｅ、１４ｅは、後述する弾性部材３０との位置合わせの際に位置決め部材を挿通させる形状として利用される。このように冷却流体供給口１３ｂ、１４ｂ及び冷却流体排出口１３ｅ、１４ｅを弾性部材３０との位置合わせのために利用することによって、位置合わせ専用の形状を設けなくても弾性部材３０との位置合わせを行なうことができる。
【００２３】
弾性部材３０は、図１１〜図１３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１３およびカソード側セパレータ１４の燃料ガスと冷却水の流路をなす波形形状のバラつきを、自ら変形して吸収する。さらに、弾性部材３０は、燃料電池１００の運転中において、セパレータ１３，１４が熱膨張することに起因した積層方向の変位、および膜電極接合体１１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１０ａに高い圧力を掛けて互いに密着させることができる。複数積層した燃料電池セル１０ａが互いに密着する程、燃料電池セル１０ａ間の通電抵抗の上昇を抑制して、発電効率を向上させることができる。
【００２４】
弾性部材３０は、図１３に示すように、通電性を備えた金属からなり、薄板状に形成している。弾性部材３０は、アノード側セパレータ１３とカソード側セパレータ１４との間に配設し、薄板状の基材３１と、基材３１の基部面３１ａから格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片３２と、を備えている。すなわち、弾性部材３０は、一枚の薄板に相当する基材３１からＵ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た起立片３２を、格子状に形成している。起立片３２は、基材３１に対して片持ち梁の構造を有していることから、弾性変形可能な復元力を備えたバネの機能を備えている。なお、図１３は弾性部材３０の構成をわかりやすく表現するために、図１１や図３に示す弾性部材３０の一部を図示している。
【００２５】
起立片３２は、図１３に示すように、たとえば、基材３１の基部面３１ａに設けた起立片３２の基端側の固定端部３２ａの幅と、固定端部３２ａから一の方向Ｘ１に沿って延在させた先端側の自由端部３２ｂの幅とが等しい矩形状に形成している。複数の起立片３２は、たとえば、一の方向Ｘ１と交差する他の方向Ｙ１に沿った複数の行において、自由端部３２ｂの向きを揃えて形成している。起立片３２は、図５に示すように、基材３１の基部面３１ａに設けた起立片３２の基端側の固定端部３２ａから延在させた先端側の自由端部３２ｂを、カソード側セパレータ１４に対して当接させている。
【００２６】
膜電極接合体１１は、図１２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１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂを接合し、もう一方の側にカソード１１ｃを接合して形成している。膜電極接合体１１は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称している。電解質膜１１ａは、たとえば、固体の高分子材料からなり、薄板状に形成している。固体高分子材料には、たとえば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好な電気伝導性を有するフッ素系樹脂を用いている。アノード１１ｂは、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、電解質膜１１ａよりも若干小さい薄板状に形成している。カソード１１ｃは、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、アノード１１ｂと同様の大きさで薄板状に形成している。アノード１１ｂおよびカソード１１ｃの電極触媒層は、導電性の担体に触媒成分が担持された電極触媒と高分子電解質を含んでいる。アノード１１ｂおよびカソード１１ｃのガス拡散層は、たとえば、充分なガス拡散性および導電性を有する炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、またはカーボンフェルトから形成している。
【００２７】
ＭＥＡ１１は、フレーム部材１５を備えている。フレーム部材１５は、積層した電解質膜１１ａ、アノード１１ｂ、およびカソード１１ｃの外周を一体に保持している。フレーム部材１５は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、セパレータ１３，１４の外周部分の外形形状と同様の外形形状で形成している。フレーム部材１５は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１５ａ、冷却流体供給口１５ｂ、およびアノードガス供給口１５ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、フレーム部材１５は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１５ｄ、冷却流体排出口１５ｅ、およびカソードガス排出口１５ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００２８】
上記の燃料電池セル１０ａは、互いに密封した状態で複数積層する必要がある。このため、積層する燃料電池セル１０ａの中でもセパレータ１３とＭＥＡ１１との間及びセパレータ１４とＭＥＡ１１との間は、外周に封止部材を塗布することによって封止している。封止部材は、たとえば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、たとえば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等から選択する。また、積層する燃料電池セル１０ａにおいて隣り合うセパレータ１３とセパレータ１４との間には弾性部材３０が配置されて、セパレータ１３，１４の外周を溶接することによって封止している。しかし、上記と同様に封止部材によって封止することもできる。
【００２９】
一対の集電板１６，１７は、図９、図１０に示し、燃料電池セル１０ａで生成された電力を外部に取り出す。
【００３０】
一対の集電板１６，１７は、燃料電池セル１０ａが複数積層された積層体１０の両端にそれぞれ配設している。一対の集電板１６，１７の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くしたＭＥＡ１１の外形形状と同様である。一対の集電板１６，１７は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１６ａ、１７ａ、冷却流体供給口１６ｂ、１７ｂ、およびアノードガス供給口１６ｃ、１７ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、長手方向の他端には、アノードガス排出口１６ｄ、１７ｄ、冷却流体排出口１６ｅ、１７ｅおよびカソードガス排出口１６ｆ、１７ｆに相当する貫通孔を開口している。一対の集電板１６、１７は、その中央に集電部１６ｈ等を備えている。
【００３１】
一対の集電板１６，１７の集電部１６ｈ等は、たとえば、ガスを透過させない緻密質カーボンのような導電性部材からなり、アノード１１ｂおよびカソード１１ｃの外形よりも若干小さい薄板状に形成している。一対の集電部１６ｈ等は、複数積層した最外層の燃料電池セル１０ａに設けたＭＥＡ１１のアノード１１ｂまたはカソード１１ｃに当接している。集電部１６ｈ等は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部１６ｇ等を突出して設けている。突起部１６ｇ等は、後述する筺体２０の一対のエンドプレート２５、２６の貫通孔２５ｇ等を挿通して、外部に臨んでいる。また、集電板１６の突起部１６ｇに当る形状は集電板１７についても同様に設けられている。
【００３２】
筺体２０は、図８および図９に示し、複数積層した燃料電池セル１０ａおよび一対の集電板１６，１７を互いに密着させた状態で保持している。
【００３３】
筺体２０は、上記のように一対の締結板２１、２２、一対の補強板２３，２４、および一対のエンドプレート２５，２６、及びネジ２７を含んでいる。以下、筺体２０に含まれた各部材について説明する。一対のエンドプレート２５，２６は、複数積層された燃料電池セル１０ａの両端に配設した一対の集電板１６，１７を挟持して付勢している。一対のエンドプレート２５，２６の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増したＭＥＡ１１の外形形状と同様である。一対のエンドプレート２５，２６は、たとえば、金属からなり、一対の集電板１６，１７と当接する部分に絶縁体を設けている。一対のエンドプレート２５，２６は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２５ａ、２６ａ、冷却流体供給口２５ｂ、２６ｂ、およびアノードガス供給口２５ｃ、２６ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、その長手方向の他端には、アノードガス排出口２５ｄ、２６ｄ、冷却流体排出口２５ｅ、２６ｅおよびカソードガス排出口２５ｆ、２６ｆに相当する貫通孔を開口している。一対のエンドプレート２５，２６は、前述した一対の集電板１６，１７の突起部１６ｇ等を挿通させる貫通孔２５ｇ、２６ｇを有している。
【００３４】
一対の締結板２１、２２は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板２１、２２は、縁部が一部立ち上げて形成されており、組み付けた際に一対のエンドプレート２５、２６の面と接触する。また、締結板２１，２２においてエンドプレート２５，２６と接触する面にはネジ２７を挿通させる穴が設けられており、当該穴に取り付けたネジ２７を締め付けることによってエンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。一対の補強板２３、２４は、たとえば、金属からなり、一対の締結板２１、２２よりも細長い板状に形成している。一対の補強板２３、２４は、長手方向における端部が一部立ち上げて形成されており、当該部分にはネジ２７を挿通させる穴が設けられている。当該穴はネジ２７を積層方向に通すように形成されており、ネジ２７を取り付けて締結することによって、締結板２１，２２と同様にエンドプレート２５，２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。このように、一対の締結板２１、２２および一対の補強板２３、２４は、ネジ２７を締結することによって、エンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０を積層方向に加圧している。
【００３５】
図７は燃料電池を構成する部品を積層する積層工程について示す斜視図である。上記のセパレータ１３，１４、フレーム部材１５、集電板１６，１７、エンドプレート２５，２６の冷却流体供給口１３ｂ〜１７ｂ、２５ｂ、２６ｂ及び冷却流体排出口１３ｅ〜１７ｅ、２５ｅ、２６ｅは、燃料電池セル１０ａ、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６を積層する際の各構成部品の位置合わせの形状として利用される。積層工程において用いられる積層装置３００について概説すると、図７に示す燃料電池の積層装置３００において、支持台３１０の上に基準台３２０が設置され、基準台３２０には間隔の調整可能な位置決め柱３３０、３４０が設けられる。位置決め柱３３０、３４０の間隔の調整は、位置決め柱３３０、３４０を柱間隔調整治具３５０の基準孔３５１、３５２に挿通させ、柱間隔調整治具３５０を保持する基準側柱３６１、３６２を近接離間させることによって行われる。なお、セパレータ１３，１４やＭＥＡ１１を積層する際には隣接する部材を暫定的に直接接触させないようにスペーサ３７０を間に挟むこともできる。スペーサ３７０は支持柱３８０によって回転可能に保持されている。基準側柱３６１、３６２等の動作はＣＰＵ，ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなる制御部３９０によって制御されている。
【００３６】
燃料電池１００を構成する部品において燃料電池セル１０ａの積層方向に積層される燃料電池セル１０ａ、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５、２６は、冷却流体供給口１３ｂ〜１７ｂ、２５ｂ、２６ｂに位置決め柱３３０を挿入し、冷却流体排出口１３ｅ〜１７ｅ、２５ｅ、２６ｅに位置決め柱３４０を挿入することによって、位置合わせが行われる。また、後述するように、セパレータアセンブリ１２を形成する際に、セパレータ１３，１４と弾性部材３０とを位置合わせする際にも冷却流体供給口１３ｂ〜１７ｂ、２５ｂ、２６ｂ及び冷却流体排出口１３ｅ〜１７ｅ、２５ｅ、２６ｅに位置決め部材を挿通させることによってセパレータ１３，１４と弾性部材３０との位置合わせが行なわれる。このように、燃料電池１００の構成部品を積層する際の位置決め形状とセパレータアセンブリを形成する際の位置決めに同一の形状を用いることによって、燃料電池の構成部品の積層とセパレータアセンブリの形成の基準が異なる場合に生じる基準同士の位置のバラつきが生じることがなく、燃料電池の構成部品を積層する際やセパレータアセンブリを形成する際の組み立てバラつきを抑制することができる。
【００３７】
（セパレータアセンブリの製造装置）
次に本実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータアセンブリの製造について詳細に説明する。なお、セパレータアセンブリ以外の燃料電池の構成部品を製造する工程及び各構成部品を組み立てる工程は公知の装置を用いるため、説明を省略する。
【００３８】
本実施形態に係るセパレータアセンブリ１２の製造装置２００は、セパレータアセンブリ１２を構成するセパレータ１３，１４や弾性部材３０を搬送するコンベヤー２１０と、コンベヤー２１０上に所定数設置されたセパレータ１３，１４及び弾性部材３０を載置する載置台２２０（載置部に相当）と、載置台２２０にセパレータ１３，１４や弾性部材３０を載置するハンドロボット２４０、２５０、２６０と、載置台２２０に載置されたセパレータ１３，１４や弾性部材３０などのワーク同士を接合する溶接ロボット２７０（接合部に相当）と、弾性部材３０をセパレータ１３に接合する際にセパレータ１３を弾性部材３０に向けて押圧する押圧力を付与する押圧部材２８０と、を有する。
【００３９】
コンベヤー２１０は、セパレータアセンブリ１２を構成するセパレータ１３，１４、及び弾性部材３０などのワークを図２における左側から右側へと搬送して次工程へと送る。コンベヤー２１０には、ワークの組み立てを行なうための停止位置２１０ａ〜２１０ｄが設けられている。
【００４０】
載置台２２０には、セパレータ１３，１４及び弾性部材３０を位置合わせするための位置決め部材が設置されている。位置決め部材は、弾性部材３０またはセパレータ１３を所定の位置に移動させるための付勢部材２３１〜２３５と、付勢部材２３１〜２３５によって付勢された弾性部材３０及びセパレータ１３またはセパレータ１４を所定の位置に位置決めする固定ピン２２１〜２２７を有する。なお、本実施形態において弾性部材３０はアノードセパレータ１３と位置合わせされ、接合されるが、同様の方法でカソードセパレータ１４と弾性部材３０を位置合わせして接合することもできる。
【００４１】
付勢部材２３１〜２３５及び固定ピン２２１〜２２７の中でも付勢部材２３１、２３２及び固定ピン２２１〜２２４は弾性部材３０の位置決めに利用される（第１位置決め部材に相当）。また、付勢部材２３３〜２３５及び固定ピン２２５〜２２７はセパレータ１３の位置決めに利用される（第２位置決め部材に相当）。また、弾性部材３０とセパレータ１３の載置台２２０における位置決めは、図４（Ａ）におけるセパレータ１３の外形形状における長手方向ｄ１と短手方向ｄ２に分類される。付勢部材２３１、２３３、２３４及び固定ピン２２３、２２４、２２５，２２６は短手方向ｄ２における位置決めに利用される。また、付勢部材２３２、２３５及び固定ピン２２１、２２２、２２７は長手方向ｄ１の位置決めに利用される。
【００４２】
隣接するセパレータ同士の接触において、燃料電池の発電特性に大きく影響するのは隣接するセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇを構成する凹凸が弾性部材３０とどのように接触するかということである。そのため、固定ピン２２１〜２２７及び付勢部材２３１〜２３５においては、少なくとも波形形状１３ｇ、１４ｇを構成する凹凸の並ぶ方向（短手方向ｄ２）からセパレータ１３及び弾性部材３０を各々挟持して位置合わせすれば、弾性部材３０の起立片３２とセパレータ１３において弾性部材３０と接触する波形形状１３ｇの凸部の位置を正確に合わせすることができ、燃料電池セル間の電気抵抗を抑制することができる。そのため、波形形状１３ｇにおいて凹凸の断面形状が延在する方向ｄ１の位置決めに必要な固定ピン２２１、２２２、２２７及び付勢部材２３２、２３５は省略することができる。
【００４３】
弾性部材３０の位置決めは、付勢部材２３１、２３２によって弾性部材３０を固定ピン２２１〜２２４に向けて押し付けて当接させることによって行われる。これに対してセパレータ１３の位置決めは、固定ピン２２６，２２７を冷却流体供給口１３ｂに挿通させ、固定ピン２２５を冷却流体排出口１３ｅに挿通させて、付勢部材２３３〜２３５によってセパレータ１３を固定ピン２２５~２２７に向けて押し付けて当接させることによって行われる。
【００４４】
また、セパレータ１３、１４の位置決めは、セパレータ１３の長手方向ｄ１において断面が凹凸形状となっている波形形状１３ｇ、１４ｇを隔てて対になって配置された冷却流体供給口１３ｂ及び冷却流体排出口１３ｅに固定ピン２２５，２２６を配置して位置決めを行っている。そのため、付勢部材２３３，２３４によって押圧力を付加した際に付勢部材２３３と付勢部材２３４による押圧のタイミングがずれた際にセパレータ１３が意図に反して回転しまうような状況を起こりにくくすることができ、位置合わせの作業性を向上させることができる。なお、固定ピン２２５，２２６の配置は、冷却流体供給口１３ｂ、１４ｂと冷却流体排出口１３ｅ、１４ｅの組み合わせに限定されず、カソードガス供給口１３ａ、１４ａ、冷却流体供給口１３ｂ、１４ｂ、アノードガス供給口１３ｃ、１４ｃの中からいずれか１組とアノードガス排出口１３ｄ、１４ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、１４ｅ、カソードガス排出口１３ｆ、１４ｆの中からいずれか１組を選択したものであればよい。また、固定ピン２２５，２２６の配置は図１２で説明した積層工程についても同様に適用することができる。
【００４５】
また、固定ピン２２１〜２２７及び付勢部材２３１〜２３５は、スプリングなどによって載置台２２０の載置面からの陥没させ、退避させることが自在にできる。そのため、弾性部材３０を位置決めしてセパレータ１３を載置台２２０に位置決めする際にも固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３１、２３２は載置台２２０に陥没できるため、セパレータ１３の位置決めを妨げない。よって、セパレータ１３を拡張させず、弾性部材３０をセパレータ１３、と同様の形状に拡張にしなくても弾性部材３０とセパレータ１３とを高精度に位置合わせすることができる。なお、セパレータ１３を弾性部材３０に位置決めする際にセパレータ１３の設置が妨げられなければよいため、少なくとも固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３１、２３２が載置面から退避できるように構成されていればよい。
【００４６】
また、弾性部材３０とセパレータ１３との接合において載置台２２０には弾性部材３０を先に設置するように構成している。上記のように弾性部材３０はセパレータ１３のカソードガス供給口１３ａ、冷却流体供給口１３ｂ、アノードガス供給口１３ｃ、アノードガス排出口１３ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、カソードガス排出口１３ｆなどを備える必要はない。そのため、セパレータ１３よりも外形は小さくなってしまう。これに対し、載置台２２０に弾性部材３０を先に設置することによって、固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３１、２３２を利用して弾性部材３０を位置決めすることができ、弾性部材３０をセパレータ１３と同等の外形に拡張しなくても弾性部材３０とセパレータ１３との位置合わせを行うことができる。
【００４７】
また、固定ピン２２１〜２２７及び付勢部材２３１〜２３５の高さｈ１は、図６（Ａ）〜６（Ｃ）に示すように弾性部材３０に荷重が付加されていない時の高さｈ２よりも高くなるように構成している。そのため、弾性部材３０が積層方向に押圧されていない状態で付勢部材２３１，２３２によって弾性部材３０を固定ピン２２１〜２２４に押しつけても固定ピン２２１〜２２４によって弾性部材３０を受け止めることができる。よって、弾性部材３０が固定ピン２２１〜２２４または付勢部材２３１，２３２を飛び越えて外れてしまうような事態を防止でき、位置合わせの作業性を向上させることができる。
【００４８】
ハンドロボット２４０、２５０、２６０は、多関節のロボットであり、先端には部品を把持するハンド機構が設けられている。ハンドロボット２４０、２５０、２６０は、ハンド機構によって部品を把持し、関節部分の回動によって部品を載置台２２０にまで移動、載置台２２０に部品を設置する。
【００４９】
溶接ロボット２７０は、先端には溶接トーチが取り付けられていて、弾性部材３０とセパレータ１３を溶接接合し、セパレータ１３とセパレータ１４を溶接接合する。弾性部材３０とセパレータ１３との接合は、図５に示すように、波形形状１３ｇを構成する凹凸の一部１３ｋについて凹凸の断面形状が伸びる方向に沿って部分的に溶接して行っている。また、セパレータ１３とセパレータ１４との接合は、セパレータ１３のカソードガス供給口１３ａの縁部１３ｍ、アノードガス供給口１３ｃの縁部１３ｎ、アノードガス排出口１３ｄの縁部１３ｐ、カソードガス排出口１３ｆの縁部１３ｑ、セパレータ１３の外形となる４つの辺１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕを溶接して行っている。
【００５０】
押圧部材２８０は、弾性部材３０とセパレータ１３との接合の際にセパレータ１３を弾性部材３０に向けて押圧する押圧力を付加する。弾性部材３０とセパレータ１３とは、セパレータ１３の波形形状１３ｇを構成する複数の凹凸において弾性部材３０と接触する部分に溶接ロボット２７０からのレーザーなどを照射する必要がある。そのため、押圧部材２８０は、セパレータ１３と位置合わせした際に波形形状１３ｇが弾性部材３０と接触する位置の頭上にレーザーを透過できるように、図１１（Ａ）に示すようにスリットを設けている。
【００５１】
（セパレータアセンブリの製造方法）
次に本実施形態に係るセパレータアセンブリを形成する工程について説明する。セパレータアセンブリの形成は、セパレータ１３，１４及び弾性部材３０を準備する準備工程（ステップＳＴ１０）と、弾性部材３０を載置台２２０の載置面に位置決めするように載置する第１載置工程（ステップＳＴ２０）と、弾性部材３０が位置決めされた状態で載置台２２０にセパレータ１３を設置する第２載置工程（ステップＳＴ３０）と、弾性部材３０とセパレータ１３とを接合する第１接合工程（接合工程に相当、ステップＳＴ４０）と、セパレータ１３とセパレータ１４とを接合する第２接合工程（他の接合工程に相当、ステップＳＴ５０）と、を有する。
【００５２】
（準備工程、第１載置工程）
準備工程では、ハンドロボット２４０、２５０が把持できる位置に不図示の部品設置場所が設けられ、弾性部材３０、セパレータ１３，１４等の燃料電池を構成する部品が用意される。第１載置工程において、図２に示すコンベヤー２１０に設置された載置台２２０は、位置２１０ａに搬送される。ロボット２４０は、部品設置場所から弾性部材３０を把持し、位置２１０ａの載置台２２０まで搬送する。ロボット２４０は、把持した弾性部材３０によって付勢部材２３１、２３２を固定ピン２２１〜２２４から遠ざける方向に一旦移動させる。そして、付勢部材２３１、２３２の付勢力を利用して弾性部材３０を固定ピン２２１〜２２４に向かって移動させ、付勢部材２３１，２３２と固定ピン２２１~２２４によって弾性部材３０を挟持させる。これによって、弾性部材３０は、載置台２２０に位置決めされる。
【００５３】
（第２載置工程）
弾性部材３０の位置決めが完了したら、載置台２２０は位置２１０ｂへと搬送される。第２載置工程においてロボット２５０は、部品設置場所からアノードセパレータ１３を把持し、位置２１０ｂの載置台２２０まで搬送する。そして、セパレータ１３によって付勢部材２３３〜２３５を固定ピン２２５〜２２７から離れるように移動させて、付勢部材２３３~２３５の付勢力を利用してセパレータ１３を固定ピン２２５~２２７に向かって移動させて、付勢部材２３３~２３５及び固定ピン２２５〜２２７によって挟持させる。これによってセパレータ１３は載置台２２０に位置決めされ、弾性部材３０とセパレータ１３とが位置合わせされる。セパレータ１３を載置台２２０に位置決めした後にはセパレータ１３と弾性部材３０とを充分に接触させるために押圧部材２８０をセパレータ１３の上に載置する。
【００５４】
（第１接合工程）
次に、載置台２２０は位置２１０ｃに搬送される。第１接合工程において位置２１０ｃでは、まず、弾性部材３０とセパレータ１３との位置を確認し、弾性部材３０とセパレータ１３とを接合するために、溶接ロボット２７０の溶接ヘッド２７１を押圧部材２８０に設けられたスリットの間、すなわち溶接箇所の頭上に移動させる。そして、セパレータ１３の波形形状１３ｇ、１４ｇの延びる方向に沿って溶接接合を行う。これにより、セパレータ１３の波形形状１３ｇの所定位置１３ｋ（図５参照）が溶接接合されて、弾性部材３０とセパレータ１３とが接合される。
【００５５】
（第２接合工程）
第１接合工程が終了したら、載置台２２０は位置２１０ｄまで搬送される。第２接合工程において位置２１０ｄでは、ロボット２６０が接合された弾性部材３０とセパレータ１３を把持して１８０度回転させる。これにより、弾性部材３０とセパレータ１３との位置関係が図６（Ａ）に示す状態から図６（Ｂ）に示す状態に変化する。そして、位置２１０ｂに載置台２２０を配置して、図６（Ｂ）に示すように上下を反転させた弾性部材３０及びセパレータ１３を載置台２２０に位置決めする。上記のように固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３１、２３２は載置台２２０に陥没できるため、弾性部材３０が接合されたセパレータ１３の設置を妨げることはない。
【００５６】
弾性部材３０が接合されたセパレータ１３の位置決めは、上記と同様に付勢部材２３３〜２３５を固定ピン２２５〜２２７から離れるように移動させる。そして、付勢部材２３３~２３５の付勢力を利用して弾性部材３０が接合されたセパレータ１３を固定ピン２２５〜２２７に向かって移動させて、固定ピン２２５~２２７及び付勢部材２３３〜２３５によって挟持する。これによって弾性部材３０が接合されたセパレータ１３が載置台２２０に対して位置決めされる。
【００５７】
次に図６（Ｃ）に示すように弾性部材３０が接合されたセパレータ１３の上にセパレータ１４をセパレータ１３と同様に固定ピン２２５〜２２７及び付勢部材２３３〜２３５を用いて位置決めを行なう。これによってセパレータ１３とセパレータ１４とが位置合わせされる。
【００５８】
セパレータ１３とセパレータ１４とが位置合わせできたら、位置２１０ｂに載置台２２０を位置２１０ｃに搬送する。そして、溶接ロボット２７０によってセパレータ１３の縁部１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ及び４つの辺１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕを溶接して、両者を接合する。溶接は、縁部１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑについて行い、その後に４つの辺１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕを行う。燃料電池１００の発電特性はセパレータ１３，１４の波形形状同士の接触が影響を与えるため、４つの辺１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕの溶接は、辺１３ｒ及び辺１３ｔを辺１３ｓ及び辺１３ｕよりも先に行う。このようにセパレータ１３の縁部１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ及び４つの辺１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕを接合することによって、セパレータ１３とセパレータ１４とが接合され、セパレータアセンブリ１２が完成する。
【００５９】
（積層工程）
セパレータアセンブリ１２が完成したら、ＭＥＡ１１の両側面にセパレータアセンブリ１２を配置して燃料電池セル１０ａを形成し、燃料電池セル１０ａを所定数積層して積層体１０を形成する。そして、積層体１０の積層方向に集電板１６，１７を配置し、締結板２１、２２、補強板２３、２４、及びエンドプレート２５，２６によって積層体１０及び集電板１６，１７を覆う。そして、締結板２１，２２にネジ２７取り付けて締結することによって積層体１０、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６が加圧されて燃料電池１００が完成する。
【００６０】
次に本実施形態に係る作用及び効果について説明する。燃料電池には、隣接する燃料電池セルの中でも隣り合うセパレータ同士の接触状況に起因する燃料電池セル間の電気抵抗を抑制するためにセパレータの間に弾性部材を設置することがある。しかし、弾性部材はセパレータの形状の中でも波形形状に当る部分の形状バラつきを吸収するため、単に積層することのみを考慮すれば、波形形状よりも外方に設けられた燃料、酸化剤、及び冷却媒体の流通孔にまで形状を拡張する必要はない。しかし、従来のように構成部品の４隅の角部に貫通穴を設けて位置決めピンを挿通させて位置決めする場合、セパレータと弾性部材とは外形が異なるため、外形の小さい弾性部材をセパレータと同じ外形に拡張しなければならず、その場合には弾性部材のコストを増加させることになってしまう。
【００６１】
これに対し、本実施形態に係る燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法及び装置では、セパレータ１３，１４及びセパレータ１３，１４よりも外形の小さい弾性部材３０を準備し、固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３１、２３２によって弾性部材３０を位置決めし、固定ピン２２５〜２２７及び付勢部材２３３〜２３５によってセパレータ１３を挟持して当接させて弾性部材３０に対してセパレータ１３を位置決めしている。セパレータ１３を弾性部材３０に位置決めする際に第１位置決め部材に相当する固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３３〜２３５は載置面から突出しないように退避させることができる。そのため、セパレータ１３を弾性部材３０の上に設置する際にもセパレータ１３の設置が固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３３〜２３５によって妨げられることはない。よって、弾性部材３０をセパレータ１３と同様の形状まで拡張しなくてもセパレータ１３と弾性部材３０とを高精度に位置合わせしたセパレータアセンブリを製造することができる。
【００６２】
また、第２載置工程は、第１載置工程の後に行うように構成している。つまり、載置台２２０に弾性部材３０とセパレータ１３，１４を設置する際には、載置台２２０に弾性部材３０を設置した後にセパレータ１３を設置して位置合わせを行うように構成している。そのため、弾性部材３０にカソードガス供給口１３ａ、冷却流体供給口１３ｂ、アノードガス供給口１３ｃ、アノードガス排出口１３ｄ、冷却流体排出口１３ｅ及びカソードガス排出口１３ｆを設けなくても弾性部材３０を載置台２２０に位置決めしてセパレータ１３と位置合わせすることができ、弾性部材３０の部品コスト増加を抑制しつつセパレータ１３との位置合わせを高精度に行なうことができる。
【００６３】
また、第１位置決め部材に相当する固定ピン２２１〜２２４及び付勢部材２３１、２３２と第２位置決め部材に相当する固定ピン２２５〜２２７及び付勢部材２３３〜２３５は、少なくともセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇを構成する凹凸が並ぶ方向から弾性部材３０又はセパレータ１３を挟持するように構成している。隣接するセパレータ同士の接触において、燃料電池の発電特性に大きく影響するのは隣接するセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇを構成する凹凸が弾性部材３０の起立片３２とどのように接触するかということである。そのため、少なくとも波形形状１３ｇ、１４ｇを構成する凹凸の並ぶ方向からセパレータ１３及び弾性部材３０を各々挟持すれば、凹凸の並ぶ方向における両者の位置関係を正確に合わせることができ、弾性部材３０の形状をセパレータ１３、１４の形状まで拡張する必要はない。よって、弾性部材３０をセパレータ１３，１４の形状と同形状にまで拡張しなくても弾性部材とセパレータとの位置を正確に位置合わせして燃料電池セル間の電気抵抗を抑制することができる。
【００６４】
また、セパレータ１３，１４は燃料電池１００に起電力を発生させるための燃料、酸化剤、又は冷却媒体を流通させるカソードガス供給口１３ａ、１４ａ、冷却媒体供給口１３ｂ、１４ｂ、アノードガス供給口１３ｃ、１４ｃ、アノードガス排出口１３ｄ、１４ｄ、冷却媒体排出口１３ｅ、１４ｅ、及びカソードガス排出口１３ｆ、１４ｆを有し、第２位置決め部材にあたる固定ピン２２５〜２２７及び付勢部材２３３〜２３５は、冷却媒体供給口１３ｂ、１４ｂ及び冷却媒体排出口１３ｅ、１４ｅを用いて弾性部材３０とセパレータ１３との位置合わせを行なっている。そのため、弾性部材３０との位置合わせのための位置決め専用の形状を設け、弾性部材３０を使用しない燃料電池との間でセパレータの仕様分けをしなくても弾性部材３０との位置合わせを行うことができる。
【００６５】
また、第２載置工程ではセパレータ１３，１４において断面が凹凸形状の波形形状１３ｇ、１４ｇを隔てて対になって配置されたカソードガス供給口１３ａ、１４ａ、冷却流体供給口１３ｂ、１４ｂ、アノードガス供給口１３ｃ、１４ｃとアノードガス排出口１３ｄ、１４ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、１４ｅ、カソードガス排出口１３ｆ、１４ｆとを用いてセパレータ１３の位置決めを行うように構成している。そのため、セパレータ１３の位置決めの際にセパレータ１３が意図に反して回転等することによって位置決めに時間がかかるような事態を防止し、位置決めの作業性を向上させることができる。
【００６６】
また、弾性部材３０とセパレータ１３との位置合わせに用いられる固定ピン２２１〜２２７及び付勢部材２３１〜２３５の高さは、いずれも弾性部材３０に加圧されていない際の高さよりも高くなるように構成している。そのため、弾性部材３０が押圧されず、起立片３２の部位が撓んでいない場合でも固定ピン２２１〜２２７及び付勢部材２３１〜２３５によって弾性部材３０をしっかりと挟持することができ、位置決めの信頼性を向上させることができる。
【００６７】
また、弾性部材３０とセパレータ１３とを接合する第１接合工程の後には、セパレータ１３とセパレータ１４とを位置合わせして接合する第２接合工程を行うように構成している。弾性部材３０は、セパレータ１３とセパレータ１４との間に配置されるため、例えばセパレータ１３とセパレータ１４の外周を部分的に接合した後に弾性部材３０をセパレータ１３とセパレータ１４の間に配置して接合しようとすれば、弾性部材３０がセパレータ１３、１４の間に配置されたのでは位置の保持ができないため、ずれた位置で接合されるおぞれがある。これに対し、先に弾性部材３０をセパレータ１３に接合することによって、セパレータ１３に対して弾性部材３０の位置が固定され、セパレータ１３とセパレータ１４との間に配置しても弾性部材３０の位置がずれることを防止できる。よって、弾性部材３０をセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇと高精度に位置合わせした状態でセパレータアセンブリを形成することができ、燃料電池セル間の電気抵抗を良好に抑制することができる。
【００６８】
また、第２接合工程において、セパレータ１３とセパレータ１４との接合はカソードガス供給口１３ａ、冷却流体供給口１３ｂ、アノードガス供給口１３ｃ、アノードガス排出口１３ｄ、冷却流体供給口１３ｅ、カソードガス排出口１３ｆと隣接する辺１３ｓ、１３ｕよりも先に波形形状１３ｇと隣接する辺１３ｒ、１３ｔを先に溶接接合するように構成している。上記のように、隣接するセパレータの波形形状の接触の状態は燃料電池セル間の電気抵抗の上昇に与える影響が大きい。そのため、セパレータ１３の外形である４つの辺の中でも波形形状１３ｇに近い辺１３ｒ、１３ｔから先に接合することによって、セパレータ１３とセパレータ１４との間で弾性部材３０を挟持した際に弾性部材３０の位置がずれることを防止し、弾性部材３０にセパレータ１３，１４を高精度に接触させて燃料電池セル間の電気抵抗の上昇を抑制することができる。
【００６９】
また、第１接合工程において、弾性部材３０は載置台２２０の載置面と接触した状態で弾性部材３０及びセパレータ１３の積層方向に押圧するように構成している。そのため、弾性部材３０の復元力によって弾性部材３０をセパレータ１３にさらに密着させて接合することができ、燃料電池セル間の電気抵抗の上昇の抑制に寄与することができる。
【００７０】
また、弾性部材３０とセパレータ１３との位置決めに用いられる冷却流体供給口１３ｂ及び冷却流体排出口１３ｅは、積層工程において燃料電池セル１０ａを積層した積層体１０と積層体１０の両端に集電板１６，１７及びエンドプレート２５，２６を配置して位置決めする際の位置決め形状としても用いられる。そのため、燃料電池の構成部品を積層する際の基準とセパレータアセンブリを形成する際の基準が異なることによって生じる基準同士のバラつきを生じないようにすることができ、燃料電池の構成部品を積層する際やセパレータアセンブリを形成する際の組み立てバラつきを抑制することができる。
【００７１】
また、第１接合工程において押圧部材２８０によってセパレータ１３を弾性部材３０に向けて押圧する押圧荷重は、燃料電池の構成部品を積層する積層工程の際に付加する押圧荷重よりも大きな荷重を付加している。弾性部材３０とセパレータ１３との接合の際において弾性部材３０はセパレータ１３，１４によって挟持されておらず、復元力によって延びた状態に戻ることができる。このような状況において弾性部材３０に積層工程の際よりも大きな荷重を付加することによって、大きな荷重が付加された際にも弾性部材３０が塑性変形しにくくすることができ、弾性部材３０の緩衝部材としての機能を向上させることができる。
【００７２】
本発明は上述した実施形態のみに限定されず、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
【００７３】
弾性部材３０とセパレータ１３との接合は、セパレータ１３の波形形状の延在する方向に沿って数箇所（図１０では１２箇所）接合箇所１３ｋを形成した後に縁部１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ及び外周１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕの接合を行う実施形態について説明したが、これに限定されない。弾性部材３０とセパレータ１３とは１２箇所全てを溶接しなくても弾性部材３０とセパレータ１３とを暫定的に固定することはできる。そのため、第１接合工程において図１０に示す波形形状１３ｇの１２の接合箇所１３ｈのうちの一部を溶接し、第２接合工程において縁部１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ及び外周１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕを接合して、波形形状における接合箇所１３ｋの残りの箇所を溶接することもできる。
【００７４】
本出願は、２０１３年５月２３日に出願された日本特許出願番号２０１３−１０９３２５号に基づいており、その開示内容は参照され、全体として組み込まれている。
【符号の説明】
【００７５】
１０  積層体、
１０ａ  燃料電池セル、
１００  燃料電池、
１１  膜電極接合体、
１１ａ  電解質膜、
１１ｂ  アノード、
１１ｃ  カソード、
１２  セパレータ組み立て体、
１３  アノードセパレータ（第１セパレータ）、
１３ｇ  波形形状、
１４  カソードセパレータ（第２セパレータ）、
１４ｇ  波形形状、
１５  フレーム部材、
１６、１７  集電板、
２０  筐体、
２１、２２  締結板、
２３、２４  補強板、
２５、２６  エンドプレート（端部部材）、
２７  ネジ、
２１０  コンベヤー、
２１０ａ〜２１０ｄ  載置台の停止位置、
２２０  載置台（載置部）、
２２１〜２２７  固定ピン、
２３１〜２３５  付勢部材、
２４０、２５０、２６０  ハンドロボット、
２７０  溶接ロボット（接合部）、
２８０  押圧部材、
１３ａ、１４ａ  カソードガス供給口（セパレータ流通孔）、
１３ｂ、１４ｂ  冷却流体供給口（セパレータ流通孔）、
１３ｃ、１４ｃ  アノードガス供給口（セパレータ流通孔）、
１３ｄ、１４ｄ  アノードガス排出口（セパレータ流通孔）、
１３ｅ、１４ｅ  冷却流体排出口（セパレータ流通孔）、
１３ｆ、１４ｆ  カソードガス排出口（セパレータ流通孔）、
１５ａ、１６ａ、１７ａ、２５ａ、２６ａ  カソードガス供給口（連通孔）、
１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ、２５ｂ、２６ｂ  冷却流体供給口（連通孔）、
１５ｃ、１６ｃ、１７ｃ、２５ｃ、２６ｃ  アノードガス供給口（連通孔）、
１５ｄ、１６ｄ、１７ｄ、２５ｄ、２６ｄ  アノードガス排出口（連通孔）、
１５ｅ、１６ｅ、１７ｅ、２５ｅ、２６ｅ  冷却流体排出口（連通孔）、
１５ｆ、１６ｆ、１７ｆ、２５ｆ、２６ｆ  カソードガス排出口（連通孔）、
１３ｋ  波形形状における溶接箇所、
１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ  カソードガス供給口、アノードガス供給口、アノードガス排出口、カソードガス排出口における溶接箇所、
１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕ  セパレータの外周における溶接箇所、
３０  弾性部材、
３１  基部面、
３２  起立片、
３２ａ  固定端部、
３２ｂ  自由端部、
３００  積層装置、
３１０  支持台、
３２０  基準台、
３３０、３４０  位置決め柱、
３５０  柱間隔、
３５１，３５２  基準孔、
３６１、３６２  基準側柱、
３７０  スペーサ、
３８０  支持柱、
３９０  コントローラー、
ｄ１  セパレータの長手方向（波形形状が延在する方向）、
ｄ２  セパレータの短手方向（波形形状を構成する複数の凹凸が並ぶ方向）。
【図１】
2014188807.tif 000003
【図２】
2014188807.tif 000004
【図３】
2014188807.tif 000005
【図４】
2014188807.tif 000006
【図５】
2014188807.tif 000007
【図６】
2014188807.tif 000008
【図７】
2014188807.tif 000009
【図８】
2014188807.tif 000010
【図９】
2014188807.tif 000011
【図１０】
2014188807.tif 000012
【図１１】
2014188807.tif 000013
【図１２】
2014188807.tif 000014
【図１３】
2014188807.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月17日(2016.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記第１位置決め部材及び前記第２位置決め部材は、少なくとも前記第１セパレータの波形形状を構成する前記凹凸形状が並ぶ方向から前記第１セパレータ及び前記弾性部材を挟持するように配置される請求項１または２に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータは、燃料電池に起電力を発生させるための燃料、酸化剤、又は燃料電池を冷却する冷却流体を流通させる複数のセパレータ流通孔を有し、
前記第２位置決め部材は、前記セパレータ流通孔を用いて前記第１セパレータの位置決めを行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータは、前記セパレータ流通孔と隣接する第１の辺の対と、
前記第１の辺の対よりも前記断面形状が凹凸形状となる部位と隣接する第２の辺の対と、を有し、
前記接合工程の後に前記第１セパレータと前記第２セパレータとを接合する他の接合工程をさらに有し、
前記他の接合工程では、前記第２の辺の対を前記第１の辺の対よりも先に接合する請求項４に記載の燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
請求項４に記載の前記セパレータアセンブリと前記膜電極接合体とを交互に積層し、積層された前記膜電極接合体及び前記セパレータアセンブリよりも積層方向における両端に集電板及び端部部材を少なくとも配置し、前記積層方向から押圧荷重を付加する積層工程、をさらに有し、
前記膜電極接合体は、外周部にフレーム部材を有し、
前記フレーム部材、前記集電板、及び前記端部部材は、積層の際に前記セパレータ流通孔と連通する連通孔を各々有し、
前記積層工程では、前記セパレータ流通孔と、前記フレーム部材、前記集電板及び前記端部部材の前記連通孔の縁部を用いて前記セパレータアセンブリ、前記膜電極接合体、前記集電板、及び前記端部部材の位置合わせを行う燃料電池の製造方法。
【国際調査報告】
2014188807.tif 000016
2014188807.tif 000017
2014188807.tif 000018
2014188807.tif 000019