(57)【要約】【課題】良好な出力密度を有する燃料電池の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を流通させるための複数のマニホールド穴１１２〜１１７を有するセパレータ１００および膜電極接合体を有する燃料電池の製造方法であって、マニホールド穴１１２〜１１７の少なくとも２箇所に挿通された位置決めピン１５５，１５６〜１５８によって、セパレータ１００を、位置決めするための位置決め工程を有する。【選択図】図５
2008123819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を流通させるための複数のマニホールド穴を有するセパレータおよび膜電極接合体を有する燃料電池の製造方法であって、
前記マニホールド穴の少なくとも２箇所に挿通された位置決めピンによって、前記セパレータを、位置決めするための位置決め工程を有する
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記位置決めピンは、基準ピンおよび前記基準ピンに対して離間自在の可動ピンからなり、前記位置決め工程において、前記可動ピンを前記基準ピンに対して離間させ、前記基準ピンと前記可動ピンとの間隔を広げることで、前記セパレータは、延伸されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記可動ピンは、前記基準ピンに対する離間方向が異なる複数の可動ピンからなり、前記セパレータは、複数方向に延伸されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記位置決め工程の前において、前記マニホールド穴に前記位置決めピンを挿通し、前記セパレータおよび前記膜電極接合体の積層体を形成するための積層工程を有し、前記位置決め工程において、前記積層体に含まれる前記セパレータが、位置決めされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記セパレータおよび前記膜電極接合体が水平方向に並置された状態の前記積層体を、水平方向からプレスするためのプレス工程を有することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記積層工程において、前記セパレータおよび前記膜電極接合体は、水平方向に並置された状態で積層されることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記位置決め工程において、前記位置決めピンは、前記マニホールド穴と点接触することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記位置決めピンの変形を検出するための検出工程を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項９】
燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を流通させるための複数のマニホールド穴を有するセパレータおよび膜電極接合体を有する燃料電池の製造装置であって、
前記セパレータを位置決めするための位置決め手段を有し、
前記位置決め手段は、前記マニホールド穴の少なくとも２箇所に挿通され、前記セパレータを位置決めするための位置決めピンを有する
ことを特徴とする燃料電池の製造装置。
【請求項１０】
前記位置決めピンは、基準ピンおよび前記基準ピンに対して離間自在の可動ピンからなることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項１１】
前記可動ピンは、前記基準ピンに対する離間方向が異なる複数の可動ピンからなることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項１２】
前記マニホールド穴に前記位置決めピンを挿通し、前記セパレータおよび前記膜電極接合体の積層体を形成するための積層手段を有し、前記位置決め手段は、前記積層体に含まれる前記セパレータを、位置決めすることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項１３】
前記セパレータおよび前記膜電極接合体が水平方向に並置された状態の前記積層体を、水平方向からプレスするためのプレス手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項１４】
前記積層手段は、前記セパレータおよび前記膜電極接合体を、水平方向に並置した状態で積層することを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項１５】
前記位置決めピンは、前記マニホールド穴と点接触するための突出部を有することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項１６】
前記位置決めピンの変形を検出するための検出手段を有することを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、セパレータおよび膜電極接合体（ＭＥＡ：ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、順次積層することで、製造される（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００５−７９０２４号公報
【特許文献２】特開２００５−１１６３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、積層の際において、位置決めピンをセパレータに形成されるピン孔に挿通することで、セパレータが位置決めされる。ピン孔の形成部位は、電池出力に寄与しないが、セパレータの大型化を伴うため、出力密度を向上させることが困難である問題を有する。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な出力密度を有する燃料電池の製造方法およ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】
【０００５】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を流通させるための複数のマニホールド穴を有するセパレータおよび膜電極接合体を有する燃料電池の製造方法であって、
前記マニホールド穴の少なくとも２箇所に挿通された位置決めピンによって、前記セパレータを、位置決めするための位置決め工程を有する
ことを特徴とする燃料電池の製造方法である。
【０００６】
上記目的を達成するための請求項９に記載の発明は、
燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を流通させるための複数のマニホールド穴を有するセパレータおよび膜電極接合体を有する燃料電池の製造装置であって、
前記セパレータを位置決めするための位置決め手段を有し、
前記位置決め手段は、前記マニホールド穴の少なくとも２箇所に挿通され、前記セパレータを位置決めするための位置決めピンを有する
ことを特徴とする燃料電池の製造装置である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、位置決めピンが挿通されるピン孔として、マニホールド穴が利用されるため、電池出力に寄与しないピン孔の形成部位が不要となる。そのため、セパレータを小型化することで、出力密度を向上させることができる。また、セパレータの少なくとも２箇所に、位置決めピンが挿通されるため、良好な位置決めが達成される。つまり、良好な出力密度を有する燃料電池の製造方法を提供することができる。
【０００８】
請求項９に記載の発明によれば、位置決めピンが挿通されるピン孔として、マニホールド穴を利用することで、電池出力に寄与しないピン孔の形成部位を不要とすることができる。そのため、セパレータを小型化することで、出力密度を向上させることができる。また、セパレータの少なくとも２箇所に、位置決めピンが挿通されるため、良好な位置決めを達成することが可能である。つまり、良好な出力密度を有する燃料電池の製造方法および製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態１に係る燃料電池を説明するための斜視図である。
【００１１】
燃料電池１０は、複数のセルが積層されたスタック部２０を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、適用が好ましい。
【００１２】
スタック部２０の両側には、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンド板７０，８０が配置される。集電板３０，４０は、緻密質カーボンや銅板等のガス不透過性を有する導電性部材から形成され、また、スタック部２０で生じた起電力を出力するための出力端子３５，４５が設けられている。絶縁板５０，６０は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材から形成される。
【００１３】
エンド板７０，８０は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成される。エンド板７０は、燃料ガス（例えば、水素）、酸化剤ガス（例えば、酸素）および冷媒（例えば、冷却水）を流通させるために、燃料ガス導入口７１、燃料ガス排出口７２、酸化剤ガス導入口７４、酸化剤ガス排出口７５、冷媒導入口７７、および冷媒排出口７８を有する。
【００１４】
スタック部２０、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンド板７０，８０の四隅には、タイロッド９０が挿通される貫通孔が配置される。タイロッド９０は、その端部に形成される雄ねじ部に、ナット（不図示）が螺合され、燃料電池１０を締結する。スタック形成のための荷重は、セルの積層方向に作用し、セルを押し圧状態に保持する。
【００１５】
タイロッド９０は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料から形成され、また、セル同士の電気的短絡を防止するため、絶縁処理された表面部を有する。タイロッド９０の設置本数は、４本（四隅）に限定されない。タイロッド９０の締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。
【００１６】
燃料電池１０の締結機構は、内部を延長するタイロッド９０を利用する形態に限定されず、外部を延長するテンションロッドを利用することも可能である。
【００１７】
図２および図３は、図１に示されるスタック部に含まれるセパレータおよび膜電極接合体を説明するための平面図である。
【００１８】
スタック部２０は、順次積重されているセパレータ１００および膜電極接合体（ＭＥＡ）１２０を有し、その外周縁部には、シール材が配置されている。
【００１９】
セパレータ１００は、短辺部１０２，１０３および長辺部１０４，１０５を有する略矩形状であり、ステンレス鋼鈑にプレス加工を施すことで形成される。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。セパレータ１００は、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。
【００２０】
セパレータ１００は、短辺部１０２，１０３の近傍に配置される略矩形のマニホールド穴１１２〜１１７、および、中央部に配置される流路部１０７を有する。
【００２１】
マニホールド穴１１２，１１３は、燃料ガス用であり、エンド板７０に配置される燃料ガス導入口７１および燃料ガス排出口７２に、接続されている。マニホールド穴１１４，１１５は、酸化剤ガス用であり、エンド板７０に配置される酸化剤ガス導入口７４および酸化剤ガス排出口７５に、接続されている。マニホールド穴１１６，１１７は、冷媒用であり、エンド板７０に配置される冷媒導入口７７および冷媒排出口７８に、接続されている。
【００２２】
流路部１０７は、凹凸状の溝が形成されており、スタック部２０におけるセパレータ１００の位置に応じて、マニホールド穴１１２，１１３、マニホールド穴１１４，１１５あるいはマニホールド穴１１６，１１７に接続されており、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷媒を流通させるために使用される。
【００２３】
膜電極接合体１２０は、セパレータ１００と略同一形状であり、電解質膜、カソード触媒層、アノード触媒層およびガス拡散層を有する。膜電極接合体１２０のマニホールド穴１３２〜１３７は、マニホールド穴１１２〜１１７と位置合わせされており、マニホールド穴１３２，１３３、マニホールド穴１３４，１３５およびマニホールド穴１３６，１３７は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。なお、符号１２２，１２３および１２４，１２５は、短辺部および長辺部を示している。
【００２４】
電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。
【００２５】
カソード触媒層およびアノード触媒層は、導電性担体に触媒成分が担持されてなる電極触媒と、高分子電解質とを含んでいる。電極触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、および、集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であるのが好ましい。
【００２６】
カソード触媒層に適用される触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。アノード触媒層に適用される触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。
【００２７】
触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード触媒層およびアノード触媒層に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜選択することが可能である。
【００２８】
電極触媒の高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。
【００２９】
ガス拡散層は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトから形成される。
【００３０】
次に、実施の形態１に係る燃料電池の製造装置を説明する。
【００３１】
図４および図５は、燃料電池の製造装置が有する位置決め手段を説明するための斜視図および平面図、図６は、燃料電池の製造装置が有するプレス手段を説明するための側面図である。
【００３２】
実施の形態１に係る燃料電池の製造装置は、位置決め手段１５０およびプレス手段１７０を有する。
【００３３】
位置決め手段１５０は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の積層体を形成するための積層手段を兼ねており、支持板１５２および位置決めピン１５４を有する。
【００３４】
位置決めピン１５４は、マニホールド穴１１２〜１１７の４箇所に挿通され、セパレータ１００を位置決めするために使用される。つまり、位置決めピン１５４が挿通されるピン孔として、マニホールド穴１１２〜１１７を利用することが可能である。そのため、電池出力に寄与しないピン孔の形成部位が不要となり、セパレータ１００の小型化することで、出力密度を向上させることができる。また、セパレータの４箇所に、位置決めピンが挿通されるため、良好な位置決めを達成することが可能である。
【００３５】
支持板１５２は、水平に配置され、位置決めピン１５４が貫通している開口部を有し、位置決めピン１５４が直立かつ交換自在に取り付けられている。支持板１５２の外形形状は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の外形形状と略一致しており、支持板１５２は、積層体の最下層を構成するセパレータ１００が、配置される支持面１５３を有する。
【００３６】
位置決めピン１５４は、基準ピン１５５および基準ピン１５５に対して離間自在の可動ピン１５６〜１５８からなる。
【００３７】
基準ピン１５５は、固定式であり、セパレータ１００および膜電極接合体１２０のマニホールド穴１１６，１３６に位置合せされ、かつ、マニホールド穴１１６，１３６に挿通自在の形状を有する。
【００３８】
可動ピン１５６は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０のマニホールド穴１１７，１３７に位置合せされ、かつ、マニホールド穴１１７，１３７に挿通自在の形状を有する。基準ピン１５５に対する可動ピン１５６の離間方向は、長辺部１０５の延長方向Ｄ１と平行である。
【００３９】
可動ピン１５７は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０のマニホールド穴１１３，１３３に位置合せされ、かつ、マニホールド穴１１３，１３３に挿通自在の形状を有する。基準ピン１５５に対する可動ピン１５７の離間方向は、対角線方向Ｄ２である。
【００４０】
可動ピン１５８は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０のマニホールド穴１１２，１３２に位置合せされ、かつ、マニホールド穴１１２，１３２に挿通自在の形状を有する。基準ピン１５５に対する可動ピン１５８の離間方向は、短辺部１０２の延長方向Ｄ３と平行である。
【００４１】
可動ピン１５６〜１５８が初期位置にある場合において、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８は、マニホールド穴１１６，１３６およびマニホールド穴１１７，１３７，１１３，１３３，１１２，１３２との間に、クリアランスが生じるように、設定される。クリアランスは、反りやうねりを有するセパレータ１００の円滑な積層、および、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の移動を、許容する。
【００４２】
プレス手段１７０は、横型であり、押圧型１７１，１７６および駆動手段１７４，１７９を有し、セパレータおよび膜電極接合体の積層体１４０を、水平方向からプレスするために使用される。なお、積層体１４０は、支持板１５２と押え板１９０によって挟まれ、かつ、セパレータおよび膜電極接合体のマニホールド穴には、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８が挿通されている。
【００４３】
押圧型１７１，１７６は、近接離間自在に対向して配置され、当接面１７２，１７７を有する。当接面１７２，１７７は、積層体１４０を挟んでいる支持板１５２および押え板１９０を、押圧するために使用される。当接面１７２，１７７は、支持板１５２および押え板１９０と略同一形状であり、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８と位置合わせされた開口部１７３，１７８を有し、プレスの際に、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８は、干渉しない。
【００４４】
駆動手段１７４，１７９は、押圧型１７１，１７６を水平方向に往復動させるために使用される。駆動手段１７４，１７９の駆動源は、例えば、液圧(油圧および水圧)式シリンダであるが、特に限定されず、機械式を適用することも可能である。
【００４５】
図７は、実施の形態１に係る燃料電池の製造方法を説明するための工程図である。
【００４６】
実施の形態１に係る燃料電池の製造方法は、積層工程、仮保持工程、向き変更工程、位置決め工程、プレス工程、固定工程および分離工程を、有する。
【００４７】
なお、位置決め工程においては、マニホールド穴の４箇所に挿通された位置決めピンによって、セパレータが位置決めされる。つまり、位置決めピンが挿通されるピン孔として、マニホールド穴が利用される。そのため、電池出力に寄与しないピン孔の形成部位が不要となり、セパレータを小型化することで、出力密度を向上させることができる。また、セパレータの４箇所に、位置決めピンが挿通されるため、良好な位置決めが達成される。
【００４８】
次に、実施の形態１に係る燃料電池の製造方法を、詳述する。
【００４９】
図８は、図７に示される積層工程を説明するための斜視図、図９は、図８に続く、仮保持工程を説明するための斜視図、図１０は、図９に続く、向き変更工程を説明するための斜視図、図１１は、図１０に続く、位置決め工程およびプレス工程を説明するための斜視図、図１２は、図１１に続く、固定工程を説明するための斜視図、図１３は、図１２に続く、分離工程を説明するための斜視図である。
【００５０】
積層工程においては、支持板１５２の支持面１５３に、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が順次配置され、支持板１５２から直立している基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８が、マニホールド穴１１６，１３６およびマニホールド穴１１７，１３７，１１３，１３３，１１２，１３２に挿通される（図８参照）。これにより、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が垂直方向に並置した状態の積層体１４０が得られる。
【００５１】
この時点において、可動ピン１５６〜１５８は初期位置にあり、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８と、マニホールド穴１１６，１３６およびマニホールド穴１１７，１３７，１１３，１３３，１１２，１３２との間には、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の移動を許容するクリアランスが存在する。したがって、セパレータ１００に反りやうねりが生じている場合であっても、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の積層が容易であり、また、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８とセパレータ１００の間に、かじりを生じない。
【００５２】
仮保持工程においては、積層体１４０の上面に、押え板１９０が配置される（図９参照）。押え板１９０の外形形状は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の外形形状と略一致しており、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８が挿通される開口部を有する。
【００５３】
向き変更工程においては、水平方向に積層体１４０が倒され、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が水平方向に並置された状態となる（図１０参照）。積層体１４０は、支持板１５２および押え板１９０によって挟まれているため、セパレータ１００および膜電極接合体１２０のズレおよび変形が抑制される。
【００５４】
位置決め工程においては、可動ピン１５６，１５７，１５８が、長辺部１０５の延長方向Ｄ１、対角線方向Ｄ２、短辺部１０２の延長方向Ｄ３に沿って、基準ピン１５５から離間することで、セパレータ１００が引っ張られる（図１１参照）。セパレータ１００は、４箇所（基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８）で支持されることになるため、正確に位置決めされる。
【００５５】
この際、積層体１４０に含まれるセパレータ１００は、一括して位置決めされるため、作業性および生産性が良好である。
【００５６】
また、セパレータ１００は、水平方向に並置された状態であるため、積層体１４０における位置に係わらず、位置決めのための負荷は、略同一（均一）となる。したがって、セパレータ１００の位置決め不良や、引っかかりによる変形を、抑制することが可能である。位置決め不良は、例えば、セパレータ１００が斜めになった状態での位置決めである。
【００５７】
さらに、セパレータ１００は、３方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に引っ張られるため、反りおよびうねりを、全面に渡り矯正することが可能である。
【００５８】
プレス工程においては、押圧型１７１，１７６が近接し、当接面１７２，１７７によって、積層体１４０の外側に位置する支持板１５２および押え板１９０が、押圧される。
【００５９】
この際、積層体１４０に含まれるセパレータ１００は、一括してプレスされるため、作業性および生産性が良好である。また、セパレータ１００は、位置決め不良や引っかかりによる変形が抑制されているため、過大負荷がセパレータ１００に付与されることを避けることが可能である。
【００６０】
なお、位置決め工程およびプレス工程は、積層体１４０が所定形状になるまで、交互に繰り返される。
【００６１】
固定工程においては、積層体１４０の加圧状態を保持した状態で、支持板１５２および押え板１９０に、締結手段１９２が取り付けられ、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が固定される（図１２参照）。締結手段１９２は、例えば、バンドである。
【００６２】
分離工程においては、位置決め工程と逆に、可動ピン１５６，１５７，１５８が、基準ピン１５５に向かって近接させられる。その結果、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８と、マニホールド穴１１６，１３６およびマニホールド穴１１７，１３７，１１３，１３３，１１２，１３２との間に、クリアランスが生じ、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８とセパレータ１００との接触が、解除される。そして、基準ピン１５５および可動ピン１５６〜１５８が取外される（図１３参照）。
【００６３】
位置決めされかつ固定されたセパレータ１００および膜電極接合体１２０を有する積層体１４０は、アッセンブリ工程などを含んでいる後工程に搬送され、最終的に、燃料電池に組立てられる。
【００６４】
図１４および図１５は、実施の形態１に係る変形例１および変形例２を説明するための平面図である。
【００６５】
位置決めに使用されるマニホールド穴は、４箇所に限定されず、少なくとも２箇所であれば、良好な位置決めを達成することが可能である。
【００６６】
図１４に示される２箇所の場合においては、基準ピン１５５および可動ピン１５６が、マニホールド穴１１４およびマニホールド穴１１５に挿通される。この場合、セパレータ１００は、長辺部１０５の延長方向Ｄ１のみに引っ張られるため、反りおよびうねりの矯正も、一方向のみとなる。
【００６７】
例えば、対角線上に位置するマニホールド穴１１２，１１７およびマニホールド穴１１３，１１６、長辺部１０４の近傍のマニホールド穴１１２，１１３、長辺部１０５の近傍のマニホールド穴１１６，１１７を、位置決めに利用することも可能である。
【００６８】
図１５に示される３箇所の場合においては、基準ピン１５５および可動ピン１５６，１５７が、マニホールド穴１１６およびマニホールド穴１１２，１１７に挿通される。この場合、セパレータ１００は、長辺部１０５の延長方向Ｄ１のおよび短辺部１０２の延長方向Ｄ３の２方向に引っ張られるため、全面に渡って、反りおよびうねりを矯正することが可能である。
【００６９】
例えば、マニホールド穴１１３，１１６，１１７、マニホールド穴１１２，１１３，１１６、マニホールド穴１１３，１１４，１１７を、位置決めに利用することも可能である。
【００７０】
図１６および図１７は、実施の形態１に係る変形例３および変形例４を説明するための平面図である。
【００７１】
位置決めピン（基準ピンおよび可動ピン）とマニホールド穴を、点接触させる場合、位置決め精度の向上が容易であり、また、位置決め時の並行調整が大幅に軽減されるため、作業負担の削減および作業性の向上を図ることが可能である。また、位置決めに必要な方向に、位置決め力が独立して分散される点でも好ましい。
【００７２】
そのため、変形例３および変形例４に係る位置決めピンは、マニホールド穴と点接触するための半円状の突出部１６１，１６２，１６３を有する。
【００７３】
変形例３においては、位置決めピンの移動する方向は、マニホールド穴の直線部１１８に直交する方向である。そのため、突出部１６１は、直線部１１８と相対する面に配置されている。変形例４においては、位置決めピンの移動する方向は、マニホールド穴の角部である。そのため、突出部１６２，１６３は、角部から延長する直線部１１８，１１９と相対する面に、それぞれ配置されている。
【００７４】
以上のように、実施の形態１は、良好な出力密度を有する燃料電池の製造方法および製造装置を提供することが可能である。
【００７５】
なお、セパレータ１００は、一括して位置決めされているが、必要に応じ、１枚ごとに位置決めするように、構成することも可能である。
【００７６】
図１８は、実施の形態２に係る燃料電池の製造方法および製造装置を説明するための斜視図である。なお、以下において、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００７７】
実施の形態２は、位置決め手段の構成および向き変更工程を有していない点に関し、実施の形態１と概して異なる。
【００７８】
実施の形態２に係る位置決め手段は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の積層体を形成するための積層手段を兼ねており、支持板２５２および位置決めピン２５４（基準ピン２５５および可動ピン２５６〜２５８）を有する。
【００７９】
支持板２５２は、垂直に配置され、位置決めピン２５４が貫通している開口部を有し、位置決めピン２５４が平行方向かつ交換自在に取り付けられている。また。支持板２５２は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の積層体の最外層を構成するセパレータ１００と当接する支持面を有する。
【００８０】
したがって、積層工程においては、支持板２５２の支持面に、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が順次配置され、支持板２５２から水平方向に延長している位置決めピン２５４が、マニホールド穴１１２，１１３，１１６，１１７，１３２，１３３，１３６，１３７に挿通される。これにより、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が水平方向に並置された状態の積層体が得られる。
【００８１】
実施の形態１においては、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が垂直方向に並置されるため、下方に位置するセパレータ１００は、上方に位置するセパレータ１００の重量が付加される。したがって、積層体１４０における位置に応じて、不均一な負荷が付加される。
【００８２】
しかし、実施の形態２においては、セパレータ１００は、水平方向に並置されるため、積層体１４０における位置に係わらず、積層のための負荷は、略同一（均一）となる。つまり、セパレータ１００および膜電極接合体１２０の積層数を増加させた場合であって、同様な負荷で、積層することが可能である。
【００８３】
仮保持工程においては、積層体の向きに応じ、水平方向から押え板１９０が配置される。なお、積層体は、セパレータ１００および膜電極接合体１２０が水平方向に並置された状態であるため、向き変更工程は不用となる。
【００８４】
以上のように、実施の形態２は、実施の形態１に比べて、大きな積層数を有する積層体を、良好な精度でかつ容易に形成することが可能である。
【００８５】
図１９は、実施の形態３に係る燃料電池の製造装置を説明するための斜視図、図２０は、実施の形態３に係る燃料電池の製造方法を説明するための概念図である。
【００８６】
セパレータおよび膜電極接合体の積層数が増加すると、位置決めピンを長くする必要があり、セパレータと位置決めピンとの接触による、位置決めピンの変形や破損を受け易い。また、変形した位置決めピンは、位置決め精度を低下させる。そのため、実施の形態３は、位置決めピンの変形を検出するための検出手段および検出工程を有している。
【００８７】
詳述すると、実施の形態３に係る燃料電池の製造装置は、検出手段３８０および軸方向に延長する貫通孔を有する位置決めピン３５４を有する。
【００８８】
検出手段３８０は、反射式レーザセンサからなり、位置決めピン３５４の一方および他方の近傍に配置される投光器３８１および反射板３８２を有する。投光器３８１および反射板３８２の間の光路は、位置決めピン３５４の貫通孔と位置合せされている。
【００８９】
したがって、位置決めピン３５４が変形すると、投光器３８１からのレーザを遮光するため、検出手段３８０は、位置決めピン３５４の変形を検出することが可能である。
【００９０】
検出工程の配置位置は、特に限定されず、例えば、向き変更工程と位置決め工程の間に配置することも可能である。
【００９１】
この場合、位置決めピン３５４の変形が検出されると、位置決めピン３５４が交換され、正常な精度に迅速に復帰する。そのため、不十分な位置決め精度を有する不良品の発生を抑制することが可能である。また、位置決めピン３５４の交換頻度を、容易に決定することができる。なお、レーザセンサは、反射式に限定されず、透過式を適用することも可能である。
【００９２】
図２１〜図２３は、実施の形態３に係る変形例１〜３を説明するための斜視図である。
【００９３】
検出手段３８０は、レーザセンサに限定されず、導通センサやひずみゲージを利用することも可能である。
【００９４】
図２１の変形例１に係る検出手段３８０は、導通センサからなり、導線３８４，３８５および電圧検出手段３８３を有する。導線３８４は、電圧検出手段３８３に接続され、かつ、位置決めピン３５４の貫通孔を非接触的に延長している。導線３８５は、電圧検出手段３８３および位置決めピン３５４に接続されている。そのため、電圧検出手段３８３は、導線３８４，３８５の導通の有無を電圧の変化として検出することが可能である。
【００９５】
したがって、位置決めピン３５４が変形し、位置決めピン３５４の貫通孔の内周面が導線３８４と接触すると、導線３８４，３８５の導通が生じ、電圧が変化するため、検出手段３８０は、位置決めピン３５４の変形を検出することが可能である。
【００９６】
図２２の変形例２に係る検出手段３８０は、ひずみゲージからなり、金属抵抗体３８６、導線３８７および抵抗検出手段３８８を有する。金属抵抗体３８６は、電気絶縁体を介し、位置決めピン３５４に埋め込まれている。導線３８７は、金属抵抗体３８６および抵抗検出手段３８８に接続されている。そのため、抵抗検出手段３８８は、金属抵抗体３８６の抵抗値を検出することが可能である。
【００９７】
したがって、位置決めピン３５４が変形すると、金属抵抗体３８６の抵抗値が変化するため、検出手段３８０は、位置決めピン３５４の変形を検出することが可能である。
【００９８】
なお、金属抵抗体３８６は、位置決めピン３５４に埋め込む形態に限定されず、例えば、図２３の変形例３に示すように、位置決めピン３５４の外周に貼り付けることも可能である。
【００９９】
以上のように、実施の形態３は、変形した位置決めピンによる不良品の発生を抑制するこが可能である。
【０１００】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。
【０１０１】
例えば、実施の形態１に係る変形例１〜４を、実施の形態２、実施の形態３およびその変形例１〜３に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示されるスタック部に含まれるセパレータを説明するための平面図である。
【図３】図１に示されるスタック部に含まれる膜電極接合体を説明するための平面図である。
【図４】実施の形態１に係る燃料電池の製造装置が有する位置決め手段を説明するための斜視図である。
【図５】実施の形態１に係る燃料電池の製造装置が有する位置決め手段を説明するための平面図である。
【図６】実施の形態１に係る燃料電池の製造装置が有するプレス手段を説明するための側面図である。
【図７】実施の形態１に係る燃料電池の製造方法を説明するための工程図である。
【図８】図７に示される積層工程を説明するための斜視図である。
【図９】図８に続く、仮保持工程を説明するための斜視図である。
【図１０】図９に続く、向き変更工程を説明するための斜視図である。
【図１１】図１０に続く、位置決め工程およびプレス工程を説明するための斜視図である。
【図１２】図１１に続く、固定工程を説明するための斜視図である。
【図１３】図１２に続く、分離工程を説明するための斜視図である。
【図１４】実施の形態１に係る変形例１を説明するための平面図である。
【図１５】実施の形態１に係る変形例２を説明するための平面図である。
【図１６】実施の形態１に係る変形例３を説明するための平面図である。
【図１７】実施の形態１に係る変形例４を説明するための平面図である。
【図１８】実施の形態２に係る燃料電池の製造方法および製造装置を説明するための斜視図である。
【図１９】実施の形態３に係る燃料電池の製造装置を説明するための斜視図である。
【図２０】実施の形態３に係る燃料電池の製造方法を説明するための概念図である。
【図２１】実施の形態３に係る変形例１を説明するための斜視図である。
【図２２】実施の形態３に係る変形例２を説明するための斜視図である。
【図２３】実施の形態３に係る変形例３を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０・・燃料電池、
２０・・スタック部、
３０，４０・・集電板、
３５，４５・・出力端子、
５０，６０・・絶縁板、
７０，８０・・エンド板、
７１・・燃料ガス導入口、
７２・・燃料ガス排出口、
７４・・酸化剤ガス導入口、
７５・・酸化剤ガス排出口、
７７・・冷媒導入口、
７８・・冷媒排出口、
９０・・タイロッド、
１００・・セパレータ、
１０２，１０３・・短辺部、
１０４，１０５・・長辺部、
１０７・・流路部、
１１２〜１１７・・マニホールド穴、
１１８，１１９・・直線部、
１２０・・膜電極接合体、
１２２，１２３・・短辺部、
１２４，１２５・・長辺部、
１３２〜１３７・・マニホールド穴、
１４０・・積層体、
１５０・・位置決め手段、
１５２・・支持板、
１５３・・支持面、
１５４・・位置決めピン、
１５５・・基準ピン、
１５６〜１５８・・可動ピン、
１６１，１６２，１６３・・突出部、
１７０・・プレス手段、
１７１，１７６・・押圧型、
１７２，１７７・・当接面、
１７３，１７８・・開口部、
１７４，１７９・・駆動手段、
１９０・・押え板、
１９２・・締結手段、
２５２・・支持板、
２５４・・位置決めピン、
２５５・・基準ピン、
２５６・・可動ピン、
３５４・・位置決めピン、
３８０・・検出手段、
３８１・・投光器、
３８２・・反射板、
３８３・・電圧検出手段、
３８４，３８５・・導線、
３８６・・金属抵抗体、
３８７・・導線、
３８８・・抵抗検出手段、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３・・方向。
【図１】
2008123819.tif 000003
【図２】
2008123819.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】
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【図１６】
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【図１７】
2008123819.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2008123819.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2008123819.tif 000023
【図２２】
2008123819.tif 000024
【図２３】
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