(57)【要約】【課題】  組み立てが簡単で、コイルスプリングの位置ずれが抑制された燃料電池用セル押圧アセンブリを提供する。【解決手段】  燃料電池用セル押圧アセンブリ１を、外部から荷重が加えられるエンド側部材２と、エンド側部材２に対向して配置され、エンド側部材２よりもセル積層体８に近接して配置されるセル側部材４と、エンド側部材２とセル側部材４との間に介装され、複数のコイルスプリング３０からなるスプリング群３と、を備えて構成する。ここで、エンド側部材２およびセル側部材４は、スプリング群３を保持するよう互いに連結されており、かつ、各々、互いに向かい合う対向面２６、４６を備え、一対の対向面２６、４６のうち少なくとも一方には、コイルスプリング３０を位置決めするためにコイルスプリング３０の端部が収容される位置決め用凹部２２、４０を形成する。【選択図】  図２
2008060010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から荷重が加えられるエンド側部材と、
該エンド側部材に対向して配置され、該エンド側部材よりもセル積層体に近接して配置されるセル側部材と、
該エンド側部材と該セル側部材との間に介装され、複数のコイルスプリングからなるスプリング群と、
を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、
前記エンド側部材および前記セル側部材は、前記スプリング群を保持するよう互いに連結されており、かつ、各々、互いに向かい合う対向面を備え、
一対の該対向面のうち少なくとも一方には、前記コイルスプリングを位置決めするために該コイルスプリングの端部が収容される位置決め用凹部が配置されていることを特徴とする燃料電池用セル押圧アセンブリ。
【請求項２】
前記位置決め用凹部は、複数の前記コイルスプリングの各々に対応して配置されている請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
【請求項３】
前記位置決め用凹部は、該位置決め用凹部が配置された前記対向面に連なる開口部と、該開口部から深さ方向に最も離間した底部と、を備え、
該底部の深さ方向に略垂直方向の面積は、該開口部の深さ方向に略垂直方向の面積以下である請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
【請求項４】
前記位置決め用凹部は、前記開口部と前記底部とを連結すると共に、深さ方向にテーパ状に縮径するテーパ側周面を備える請求項３に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
【請求項５】
前記位置決め用凹部は、前記開口部と前記底部とを連結すると共に、深さ方向に段状に縮径する段付き側周面を備える請求項３に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
【請求項６】
前記位置決め用凹部は、前記エンド側部材の前記対向面に配置されている請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
【請求項７】
前記エンド側部材は、軽合金製である請求項１に記載の燃料電池用セル押圧アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセル積層体を押圧して締結するための燃料電池用セル押圧アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ない。なかでも固体高分子型燃料電池は、８０℃程度の低温で作動させることができ、大きな出力密度を有するため、発電用、自動車用等、種々の用途が期待されている。固体高分子型燃料電池では、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータで挟持したセルが発電単位となる。ＭＥＡは、電解質となる高分子膜（電解質膜）と、該電解質膜の両側に配置された一対の電極（燃料極、酸素極）と、からなる。セルの燃料極には水素や炭化水素等の燃料ガスが、酸素極には酸素や空気等の酸化剤ガスがそれぞれ供給され、供給されたガスと電解質と電極との三相界面における電気化学反応により発電が行われる。固体高分子型燃料電池は、このセルを積層したセル積層体を、セル積層方向の両端に配置したエンドプレートにより締め付けて構成される。
【０００３】
セル積層体は、電極接触抵抗の低減、および反応ガスや水のシール性確保を目的として、所定の締結荷重が印加された状態で燃料電池に組み付けられる。例えば、特許文献１には、セル積層体を押圧して締結するためのセル押圧アセンブリが開示されている。セル押圧アセンブリは、第一プレートと、第二プレートと、これら二枚のプレート間に介装された複数のコイルスプリングと、から構成される。
【特許文献１】特開２００４−２８８６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セル押圧アセンブリは、まず第一プレートを水平に配置し、次いで第一プレート上にコイルスプリングを配置し、最後に第二プレートをコイルスプリングの上方から被せることにより、組み立てられる。
しかしながら、第一プレート上に配置したコイルスプリングの上端は、自重等によりあらゆる方向に傾いてしまう。このため、第二プレートを上方から被せる際、所定位置にコイルスプリングを位置決めするのは容易ではない。また、組み立て後においても、搬送時あるいは使用時に、コイルスプリングの位置がずれることも考えられる。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、組み立てが簡単で、コイルスプリングの位置ずれが抑制された燃料電池用セル押圧アセンブリを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリは、外部から荷重が加えられるエンド側部材と、該エンド側部材に対向して配置され、該エンド側部材よりもセル積層体に近接して配置されるセル側部材と、該エンド側部材と該セル側部材との間に介装され、複数のコイルスプリングからなるスプリング群と、を備えてなる燃料電池用セル押圧アセンブリであって、前記エンド側部材および前記セル側部材は、前記スプリング群を保持するよう互いに連結されており、かつ、各々、互いに向かい合う対向面を備え、一対の該対向面のうち少なくとも一方には、前記コイルスプリングを位置決めするために該コイルスプリングの端部が収容される位置決め用凹部が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリ（以下、適宜「本発明のセル押圧アセンブリ」と称す。）は、例えば、エンドプレートとセル積層体との間に配置され、エンドプレート側から荷重を加えることによりセル積層体を押圧する。すなわち、本発明のセル押圧アセンブリを燃料電池に組み付けると、エンドプレート側から加えられた荷重により、エンド側部材はコイルスプリングの弾性力に抗してセル側部材方向に移動する。また、セル側部材はコイルスプリングによりセル積層体方向に付勢され、セル積層体を押圧する。
【０００８】
ここで、エンド側部材およびセル側部材の各々の対向面のうち少なくとも一方には、コイルスプリングを位置決めするための位置決め用凹部が配置されている。位置決め用凹部には、コイルスプリングの端部が収容される。よって、本発明のセル押圧アセンブリの組み立て時には、コイルスプリングの端部が位置決め用凹部で保持されるため、コイルスプリングの位置決めを容易に行うことができる。したがって、コイルスプリングの組み付けが容易になり、ひいては本発明のセル押圧アセンブリの組み立てが容易になる。
【０００９】
また、本発明のセル押圧アセンブリの組み立て後においては、コイルスプリングの端部は位置決め用凹部に収容され、保持されている。このため、搬送時や使用時におけるコイルスプリングの位置ずれは抑制される。したがって、本発明のセル押圧アセンブリは、取り扱いが容易である。また、本発明のセル押圧アセンブリにおいて、エンド側部材およびセル側部材は、スプリング群を保持するよう互いに連結されている。このように、セル押圧アセンブリがモジュール化されているため、燃料電池の製造や交換作業を容易に行うことができる。
【００１０】
ところで、例えば、燃料電池を自動車等に搭載する場合には、燃料電池をできるだけ小型化、軽量化することが求められる。このため、例えば、エンド側部材やセル側部材は、より軽い材質で構成されることが望ましい。一方、エンド側部材やセル側部材には、所定の剛性が必要である。よって、軽い材質を採用した場合には、剛性を確保するために、各部材の厚さを厚くせざるを得ない。このような場合、コイルスプリングの端部を位置決め用凹部に収容すれば、同じ長さのコイルスプリングを持ち、かつ位置決め用凹部を持たないセル押圧アセンブリと比較して、コイルスプリングの収容長さの分だけセル押圧アセンブリ自体の厚さを薄くすることができる。つまり、本発明のセル押圧アセンブリによると、エンド側部材やセル側部材の厚さを厚くした場合でも、小型化が可能となる。
【００１１】
また、燃料電池では、作動時と停止時との温度変化や、長期間の作動による電解質膜や電極のクリープ等により、セル積層体が膨張、収縮する。セル積層体の膨張、収縮への追従性を向上させるため、コイルスプリングのストローク長さを長くしたい場合がある。このような場合、コイルスプリングの端部を位置決め用凹部に収容すれば、コイルスプリングの長さを長くしても、セル押圧アセンブリ自体の厚さが厚くなるのを抑制することができる。つまり、本発明のセル押圧アセンブリによると、コイルスプリングの長さを長くした場合でも、小型化が可能となる。このように、本発明のセル押圧アセンブリによると、セル押圧アセンブリ自体、ひいては燃料電池を小型化、軽量化することが可能となり、自動車等に搭載する場合に有利になる。
【００１２】
（２）好ましくは、前記位置決め用凹部は、複数の前記コイルスプリングの各々に対応して配置されている構成とするとよい。本構成によると、位置決め用凹部と、コイルスプリングとは、一対一で対応する。つまり、一つの位置決め用凹部に一つのコイルスプリングの端部が収容される。このため、各々のコイルスプリングは互いに干渉することなく位置決めされる。したがって、組み立て時においては、コイルスプリングの位置決めを、より容易に行うことができる。また、組み立て後においては、コイルスプリングの位置ずれが、さらに抑制される。
【００１３】
（３）好ましくは、前記位置決め用凹部は、該位置決め用凹部が配置された前記対向面に連なる開口部と、該開口部から深さ方向に最も離間した底部と、を備え、該底部の深さ方向に略垂直方向の面積は、該開口部の深さ方向に略垂直方向の面積以下である構成とするとよい。
【００１４】
本構成によると、開口部の深さ方向に略垂直方向の面積（以下、適宜「開口部面積」と称す。）が、底部の深さ方向に略垂直方向の面積（以下、適宜「底部面積」と称す。）と、同等あるいはそれよりも大きいため、コイルスプリングが伸縮した場合にも、位置決め用凹部とコイルスプリングとが干渉し難い。
【００１５】
（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記位置決め用凹部は、前記開口部と前記底部とを連結すると共に、深さ方向にテーパ状に縮径するテーパ側周面を備える構成とするとよい。
【００１６】
本構成では、開口部と底部とを連結する側周面として、深さ方向にテーパ状に縮径するテーパ側周面を備える。テーパ側周面は、コイルスプリングを位置決め用凹部に挿入、配置する際に、ガイドとしての役割を果たす。よって、コイルスプリングを配置し易い。また、本構成では、開口部面積が底部面積よりも大きい。よって、本構成によると、コイルスプリングが圧縮された際に、コイルスプリングの外径方向への膨らみ、座屈、胴曲がり、倒れ込み等が生じても、コイルスプリングと位置決め用凹部との干渉が抑制される。
【００１７】
（５）また、好ましくは、上記（３）の構成において、前記位置決め用凹部は、前記開口部と前記底部とを連結すると共に、深さ方向に段状に縮径する段付き側周面を備える構成とするとよい。
【００１８】
本構成では、開口部と底部とを連結する側周面として、深さ方向に段状に縮径する段付き側周面を備える。このため、上記（４）の構成と同様に、開口部面積が底部面積よりも大きい。よって、本構成によると、コイルスプリングが圧縮された際に、コイルスプリングの外径方向への膨らみ、座屈、胴曲がり、倒れ込み等が生じても、コイルスプリングと位置決め用凹部との干渉が抑制される。
【００１９】
（６）好ましくは、前記位置決め用凹部は、前記エンド側部材の前記対向面に配置されている構成とするとよい。エンド側部材には、外部から荷重が加えられるため、より大きな剛性が必要となる。このため、エンド側部材の厚さを、セル側部材よりも厚くしたい場合がある。この場合、エンド側部材の対向面に位置決め用凹部を配置し、コイルスプリングの端部を該位置決め用凹部に収容すれば、エンド側部材を厚くした分の少なくとも一部は、コイルスプリングの収容長さで相殺されることになる。つまり、本構成によると、エンド側部材の厚さを厚くした場合でも、セル押圧アセンブリ自体の厚さが厚くなるのを抑制することができる。このため、セル押圧アセンブリの小型化が可能となる。
【００２０】
（７）好ましくは、前記エンド側部材は、軽合金製である構成とするとよい。上記（１）で述べたように、燃料電池の小型化、軽量化を図るため、エンド側部材やセル側部材は、より軽い材質で構成されることが望ましい。本構成では、エンド側部材が軽合金製であるため、セル押圧アセンブリを軽量化することができる。また、エンド側部材の剛性を確保するために、エンド側部材の厚さを厚くした場合でも、上述したように、セル押圧アセンブリの小型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの実施形態について説明する。
【００２２】
〈第一実施形態〉
まず、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリが組み付けられた燃料電池の構成について説明する。図１に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリが組み付けられた固体高分子型燃料電池の側面図を示す。
【００２３】
図１に示すように、固体高分子型燃料電池９は、セル押圧アセンブリ１と、セル積層体８と、一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂと、一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂと、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂと、一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂと、一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂと、一対のアジャストロッド６ａ、６ｂとを備えている。
【００２４】
一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂは、各々、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂは、後述するセル積層体８の積層方向に所定間隔だけ離間して、略平行に対向配置されている。また、エンドプレート９０ａには、所定間隔だけ離間して、一対のアジャストロッド貫通孔９００ａ、９００ｂ（説明の便宜上、図１において断面で示す。）が穿設されている。アジャストロッド貫通孔９００ａ、９００ｂの内周面には、各々、ねじ溝（図略）が形成されている。
【００２５】
一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂは、各々、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂは、セル積層体８の積層方向に対して直交する方向に所定間隔だけ離間して、略平行に対向配置されている。これら一対のテンションプレート９４ａ、９４ｂと、一対のエンドプレート９０ａ、９０ｂとは、矩形枠状に連結されている。
【００２６】
セル押圧アセンブリ１、セル積層体８、一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂ、一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂ、一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂ、一対のアジャストロッド６ａ、６ｂは、当該矩形枠内に収容されている。
【００２７】
セル積層体８は、多数のセル８０が積層され形成されている。セル８０は、ＭＥＡ（図略）がセパレータ（図略）で挟持され形成されている。セル８０は、薄板状を呈している。
【００２８】
一対のターミナルプレート９２ａ、９２ｂは、各々、銅製であって矩形板状を呈している。ターミナルプレート９２ａは、セル積層体８の積層方向両側のうち、エンドプレート９０ａ側に配置されている。一方、ターミナルプレート９２ｂは、エンドプレート９０ｂ側に配置されている。
【００２９】
一対の絶縁プレート９１ａ、９１ｂは、各々、絶縁樹脂製であって矩形板状を呈している。絶縁プレート９１ａは、ターミナルプレート９２ａの積層方向（セル積層体８の積層方向）外側に配置されている。一方、絶縁プレート９１ｂは、ターミナルプレート９２ｂの積層方向外側であって、かつエンドプレート９０ｂの積層方向内側に配置されている。言い換えると、絶縁プレート９１ｂは、ターミナルプレート９２ｂとエンドプレート９０ｂとの間に介装されている。
【００３０】
一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂは、各々、ウレタンフォーム製であって矩形板状を呈している。一対の拘束プレート９３ａ、９３ｂは、セル積層体８の積層方向に沿って、セル積層体８の両側面に配置されている。拘束プレート９３ａは、テンションプレート９４ａとセル積層体８との間に介装されている。一方、拘束プレート９３ｂは、テンションプレート９４ｂとセル積層体８との間に介装されている。
【００３１】
アジャストロッド６ａ、６ｂは、鋼製であって丸棒状を呈している。アジャストロッド６ａ、６ｂの外周面には、ねじ山が形成されている。アジャストロッド６ａは、アジャストロッド貫通孔９００ａに挿入されている。アジャストロッド６ａのねじ山は、アジャストロッド貫通孔９００ａのねじ溝と、螺合している。アジャストロッド６ａを回動させることにより、アジャストロッド６ａのねじ込み量Ｌを調整することができる。同様に、アジャストロッド６ｂは、アジャストロッド貫通孔９００ｂに挿入されている。アジャストロッド６ｂのねじ山は、アジャストロッド貫通孔９００ｂのねじ溝と、螺合している。アジャストロッド６ｂを回動させることにより、アジャストロッド６ｂのねじ込み量Ｌを調整することができる。
【００３２】
セル押圧アセンブリ１は、エンドプレート９０ａと絶縁プレート９１ａとの間に介装されている。また、セル押圧アセンブリ１は、アジャストロッド６ａ、６ｂのねじ込み量Ｌだけ、エンドプレート９０ａから離間している。
【００３３】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの構成について説明する。図２に、同セル押圧アセンブリの斜視分解図を示す。図３に、同セル押圧アセンブリの斜視合体図を示す。図４に、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図を示す。なお、図３、図４に示すのは、セル押圧アセンブリ１を組み立てた後、固体高分子型燃料電池９に組み付ける前の状態である。図２〜図４に示すように、セル押圧アセンブリ１は、エンド側部材２と、セル側部材４と、スプリング群３と、ガイドプレート５とを備えている。
【００３４】
スプリング群３は、多数のばね鋼製のコイルスプリング３０から構成されている。多数のコイルスプリング３０は、規則的に配列されている。固体高分子型燃料電池９への組み付け前においては、コイルスプリング３０は略自然長状態である。
【００３５】
エンド側部材２は、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。エンド側部材２は、スプリング群３の上方（前出図１におけるエンドプレート９０ａ方向。図２〜図８における上下方向は、前出図１のセル積層体８の積層方向に対応している。）に配置されている。エンド側部材２の下面、すなわち、セル側部材４と向かい合う対向面（以下、「エンド側対向面」と称す。）２６には、エンド側凹部２２が多数形成されている。エンド側凹部２２は、多数のコイルスプリング３０の一つ一つに対応するよう形成されている。よって、一つのエンド側凹部２２には、一つのコイルスプリング３０が収容されている。エンド側凹部２２には、コイルスプリング３０の上端が収容されている。エンド側凹部２２は、本発明の位置決め用凹部に含まれる。エンド側凹部２２の形状等については、後に詳しく説明する。
【００３６】
一方、エンド側部材２の上面には、一対のロッド受け部材２８ａ、２８ｂが配置されている。ロッド受け部材２８ａ、２８ｂは、各々、鋼製であって、中央がやや盛り上がった円板状を呈している。ロッド受け部材２８ａ、２８ｂは、エンド側部材２の上面に、スクリューにより固定されている。ロッド受け部材２８ａには前出図１のアジャストロッド６ａが、ロッド受け部材２８ｂには前出図１のアジャストロッド６ｂが、各々当接する。
【００３７】
エンド側部材２の対向する一対の短辺付近には、各々二つずつガイドロッド貫通孔２１が穿設されている。つまり、ガイドロッド貫通孔２１は、合計四つ配置されている。ガイドロッド貫通孔２１は、上方から下方に向かって縮径する段付き円柱状を呈している。当該段差は、エンド側部材２の上方への抜け止めとして機能する。
【００３８】
セル側部材４は、アルミニウム合金製であって矩形板状を呈している。セル側部材４は、スプリング群３の下方に配置されている。セル側部材４の上面、すなわち、エンド側部材２と向かい合う対向面（以下、「セル側対向面」と称す。）４６には、セル側凹部４０が、多数形成されている。セル側凹部４０は、多数のコイルスプリング３０の一つ一つに対応するよう形成されている。よって、一つのセル側凹部４０には、一つのコイルスプリング３０が収容されている。個々のセル側凹部４０は、上述したエンド側凹部２２と、それぞれ上下方向に対向している。セル側凹部４０には、コイルスプリング３０の下端が収容されている。セル側凹部４０は、本発明の位置決め用凹部に含まれる。セル側凹部４０の形状等については、後に詳しく説明する。
【００３９】
セル側部材４の対向する一対の短辺付近には、各々二つずつガイドロッド固定孔４２が穿設されている。つまり、ガイドロッド固定孔４２は、合計四つ配置されている。ガイドロッド固定孔４２の内周面には、ねじ溝（図略）が形成されている。セル側部材４は、合計四本のガイドロッド４３を備えている。ガイドロッド４３については、後で詳しく説明する。また、セル側対向面４６の対向する一対の長辺付近には、各々三つずつボルト固定凹部４１が凹設されている。つまり、ボルト固定凹部４１は、合計六つ配置されている。
【００４０】
ガイドプレート５は、アルミニウム合金製であって矩形薄板状を呈している。ガイドプレート５は、セル側部材４のセル側対向面４６に固定されている。ガイドプレート５には、円形のコイルスプリング保持孔５０が多数形成されている。コイルスプリング保持孔５０は、多数のコイルスプリング３０の一つ一つに対応するよう形成されている。つまり、コイルスプリング保持孔５０は、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０と、上下方向に対向している。一つのコイルスプリング保持孔５０には、一つのコイルスプリング３０の下端が貫通している。
【００４１】
ガイドプレート５の対向する一対の長辺付近には、各々三つずつボルト貫通孔５１が穿設されている。つまり、ボルト貫通孔５１は、合計六つ配置されている。ボルト４５は、ボルト貫通孔５１を貫通し、ボルト固定凹部４１に螺着されている。すなわち、ボルト４５により、ガイドプレート５はセル側部材４のセル側対向面４６に固定されている。
【００４２】
ガイドプレート５の対向する一対の短辺付近には、各々二つずつナット締結孔５２が穿設されている。つまり、ナット締結孔５２は、合計四つ配置されている。前述したように、セル側部材４は、ガイドロッド４３を備えている。ガイドロッド４３は、各々、鋼製であってボルト状を呈している。ガイドロッド４３は、六角穴付きの頭部を有する。ガイドロッド４３の軸部下方の外周面には、ねじ山が形成されている。ガイドロッド４３の下端は、上方から下方に向かって、エンド側部材２のガイドロッド貫通孔２１を貫通し、ガイドプレート５のナット締結孔５２を貫通し、セル側部材４のガイドロッド固定孔４２に固定されている。具体的には、ガイドロッド４３のねじ山とガイドロッド固定孔４２のねじ溝とが螺着することにより、ガイドロッド４３の下端はガイドロッド固定孔４２に収容され固定されている。また、ガイドロッド４３外周面のナット締結孔５２上方部分には、ナット４４が螺着されている。ナット４４は、ガイドロッド固定孔４２に対するガイドロッド４３下端のねじ込み量を規制している。ガイドロッド４３頭部は、エンド側部材２のガイドロッド貫通孔２１の段差上方に配置されている。ガイドロッド４３頭部が当該段差に引っかかることにより、エンド側部材２とセル側部材４との分離が抑制されている。ガイドロッド４３頭部は、エンド側部材２とセル側部材４とが接近することにより、ガイドロッド貫通孔２１から上方へ突出可能である。
【００４３】
セル押圧アセンブリ１が固体高分子型燃料電池９に組み付けられた状態（前出図１参照。）では、アジャストロッド６ａ、６ｂからの押圧により、エンド側部材２は、スプリング群３の弾性力に抗しながら、セル側部材４方向に移動する。セル側部材４はスプリング群３によりセル積層体８方向に付勢され、セル積層体８を押圧する。これより、エンド側部材２とセル側部材４との間隔は、組み付け前よりも狭くなる。このように、エンド側部材２およびセル側部材４は、互いに近接可能に、かつ、スプリング群３に弾性力が生じるように連結されている。
【００４４】
次に、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０の形状等について詳しく説明する。図５に、図４中、点線枠ＩＶ内の拡大図を示す。図５に示すように、エンド側凹部２２には、円柱状の空間が区画されている。エンド側凹部２２は、エンド側開口部２２０と、エンド側底部２２１と、を備える。エンド側開口部２２０は、本発明の開口部に含まれる。また、エンド側底部２２１は、本発明の底部に含まれる。エンド側開口部２２０は、エンド側対向面２６に略面一に連なり、円形を呈している。エンド側底部２２１は、エンド側開口部２２０の深さ方向（図５中、上方）に離間し、エンド側開口部２２０に略平行に配置されている。エンド側底部２２１は、円形を呈している。エンド側開口部２２０の面積、つまり開口部面積と、エンド側底部２２１の面積、つまり底部面積とは、略同じである。エンド側開口部２２０およびエンド側底部２２１の内径（つまり、エンド側凹部２２の内径）は、コイルスプリング３０の外径と略同じである。
【００４５】
また、セル側凹部４０には、円柱状の空間が区画されている。セル側凹部４０は、セル側開口部４００と、セル側底部４０１と、を備える。セル側開口部４００は、本発明の開口部に含まれる。また、セル側底部４０１は、本発明の底部に含まれる。セル側開口部４００は、セル側対向面４６に略面一に連なり、円形を呈している。セル側底部４０１は、セル側開口部４００の深さ方向（図５中、下方）に離間し、セル側開口部４００に略平行に配置されている。セル側底部４０１は、円形を呈している。セル側開口部４００の面積、つまり開口部面積と、セル側底部４０１の面積、つまり底部面積とは、略同じである。セル側開口部４００およびセル側底部４０１の内径（つまり、セル側凹部４０の内径）は、コイルスプリング３０の外径と略同じである。また、セル側対向面４６に固定されたガイドプレート５のコイルスプリング保持孔５０の内径も、セル側凹部４０の内径、コイルスプリング３０の外径と略同じである。
【００４６】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの作用効果について説明する。本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、エンド側部材２およびセル側部材４には、各々、エンド側凹部２２、セル側凹部４０が形成されている。これら両凹部２２、４０に、コイルスプリング３０の両端を収容することで、コイルスプリング３０の位置決めを容易に行うことができる。具体的には、コイルスプリングを組み付ける際に、セル側凹部４０により、コイルスプリング３０の下端の位置決めを簡単に行うことができる。また、エンド側凹部２２により、コイルスプリング３０の上端の位置決めを簡単に行うことができる。このように、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、セル押圧アセンブリ１を簡単に組み立てることができる。
【００４７】
また、セル押圧アセンブリ１の組み立て後においては、コイルスプリング３０の上端の上面および外周面がエンド側凹部２２に保持されている。同様に、コイルスプリング３０の下端の下面および外周面がセル側凹部４０に保持されている。さらに、コイルスプリング３０の下端の外周面はガイドプレート５のコイルスプリング保持孔５０に保持されている。つまり、コイルスプリング３０は、上下方向に離間した二つの部分で保持されている。したがって、搬送時、使用時におけるコイルスプリング３０のずれを抑制することができる。
【００４８】
本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、一対のエンド側凹部２２、セル側凹部４０に対して、一つのコイルスプリング３０が収容されている。このため、コイルスプリング３０を多数配置する場合でも、個々のコイルスプリング３０を互いに干渉することなく位置決めすることができる。したがって、セル押圧アセンブリ１の組み立て時においては、コイルスプリング３０の位置決めを、より容易に行うことができる。また、組み立て後においても、コイルスプリング３０の位置ずれが、さらに抑制される。
【００４９】
本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０には、円柱状の空間が区画されている。そして、エンド側凹部２２、セル側凹部４０の内径は、各々、コイルスプリング３０の外径と略同じである。よって、両凹部２２、４０にコイルスプリング３０を安定して配置することができる。また、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０の形状は単純である。このため、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０の形成は容易である。
【００５０】
本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、コイルスプリング３０の両端が、各々エンド側凹部２２、セル側凹部４０に収容されるため、同じ長さのコイルスプリング３０を持ち、かつエンド側凹部２２、セル側凹部４０を持たないセル押圧アセンブリと比較して、コイルスプリング３０の収容長さの分だけセル押圧アセンブリ１の厚さ（前出図１におけるセル積層体８の積層方向の厚さ）を薄くすることができる。よって、エンド側部材２やセル側部材４の板厚が厚い場合でも、セル押圧アセンブリ１を小型化することができる。
【００５１】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１では、エンド側部材２、セル側部材４、ガイドプレート５等、アルミニウム合金製の部材を多用している。よって、セル押圧アセンブリ１、ひいては固体高分子型燃料電池９の軽量化を図ることができる。さらに、本実施形態のセル押圧アセンブリ１は、スプリング群３に弾性力が生じるよう互いに連結されたエンド側部材２、セル側部材４により、モジュール化されている。このため、固体高分子型燃料電池９の製造や交換作業を容易に行うことができる。
【００５２】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１では、セル側部材４の上にガイドプレート５が配置されている。ガイドプレート５を配置することで、セル押圧アセンブリ１を組み立てる際、コイルスプリング３０の傾動を規制することができ、コイルスプリング３０の取り付けがより簡単になる。すなわち、１）まず、セル側部材４の上方にガイドプレート５を配置し、２）次いで、コイルスプリング３０の下端をセル側凹部４０に、上端をコイルスプリング保持孔５０に収容して、コイルスプリング３０の仮位置決めをし、３）最後に、コイルスプリング３０の上端をエンド側凹部２２に収容することにより、多数のコイルスプリング３０を簡単に取り付けることができる。なお、上記１）の工程と３）の工程とは、逆であってもよい。すなわち、エンド側部材とセル側部材との配置順序を逆にしてもよい。また、ガイドプレート５を配置すると、セル押圧アセンブリ１の搬送時、使用時におけるコイルスプリング３０のずれを、より抑制することができる。このように、エンド側凹部２２、セル側凹部４０、およびガイドプレート５による相乗効果で、コイルスプリング３０の位置決めが一層容易になる。また、ガイドロッド４３は、六角穴付きの頭部を有するため、ガイドロッド４３の螺着作業が容易で、セル押圧アセンブリ１を組み立て易い。
【００５３】
〈第二実施形態〉
本実施形態と第一実施形態との相違点は、エンド側凹部、セル側凹部、およびコイルスプリング保持孔の形状である。したがって、ここでは相違点のみを説明する。図６に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの部分断面拡大図を示す。なお、図６は、前出図５と対応している。図６中、前出図５と対応する部位については同じ符号で示す。
【００５４】
図６に示すように、エンド側凹部２２には、頂部が切り取られた部分円錐状の空間が区画されている。エンド側凹部２２は、エンド側開口部２２０と、エンド側底部２２１と、エンド側テーパ側周面２２２と、を備える。エンド側凹部２２は本発明の位置決め用凹部に、エンド側開口部２２０は本発明の開口部に、エンド側底部２２１は本発明の底部に、エンド側テーパ側周面２２２は本発明のテーパ側周面に、それぞれ含まれる。エンド側開口部２２０は、エンド側対向面２６に略面一に連なり、円形を呈している。エンド側底部２２１は、エンド側開口部２２０の深さ方向（図６中、上方）に離間し、エンド側開口部２２０に略平行に配置されている。エンド側底部２２１は、円形を呈している。エンド側テーパ側周面２２２は、エンド側開口部２２０とエンド側底部２２１とを連結し、深さ方向にテーパ状に縮径している。エンド側開口部２２０の面積、つまり開口部面積は、エンド側底部２２１の面積、つまり底部面積よりも大きい。つまり、エンド側開口部２２０の内径は、エンド側底部２２１の内径よりも大きい。エンド側底部２２１の内径は、コイルスプリング３０の外径と略同じである。
【００５５】
また、セル側凹部４０には、頂部が切り取られた部分円錐状の空間が区画されている。セル側凹部４０は、セル側開口部４００と、セル側底部４０１と、セル側テーパ側周面４０２と、を備える。セル側凹部４０は本発明の位置決め用凹部に、セル側開口部４００は本発明の開口部に、セル側底部４０１は本発明の底部に、セル側テーパ側周面４０２は本発明のテーパ側周面に、それぞれ含まれる。セル側開口部４００は、セル側対向面４６に略面一に連なり、円形を呈している。セル側底部４０１は、セル側開口部４００の深さ方向（図６中、下方）に離間し、セル側開口部４００に略平行に配置されている。セル側底部４０１は、円形を呈している。セル側テーパ側周面４０２は、セル側開口部４００とセル側底部４０１とを連結し、深さ方向にテーパ状に縮径している。セル側開口部４００の面積、つまり開口部面積は、セル側底部４０１の面積、つまり底部面積よりも大きい。つまり、セル側開口部４００の内径は、セル側底部４０１の内径よりも大きい。セル側底部４０１の内径は、コイルスプリング３０の外径と略同じである。
【００５６】
また、セル側対向面４６に固定されたガイドプレート５のコイルスプリング保持孔５０は、頂部が切り取られた部分円錐状を呈している。コイルスプリング保持孔５０の側周面は、上方から下方に向かって縮径するテーパ状を呈している。ここで、コイルスプリング保持孔５０の下端内径と、セル側開口部４００の内径とは、略同じである。つまり、コイルスプリング保持孔５０の側周面とセル側テーパ側周面４０２とは、一体となって、上方から下方に向かって縮径するテーパ状を呈している。
【００５７】
図７に、コイルスプリングに荷重が加わった状態の同セル押圧アセンブリの部分断面拡大図を示す。図７は、前出図６と対応している。なお、図７では、説明の便宜のため、コイルスプリング３０の状態を強調して示す。図７に示すように、コイルスプリング３０は、エンド側部材２から押圧されることにより、圧縮され湾曲している。ここで、エンド側開口部２２０、セル側開口部４００の各内径は、ともにコイルスプリング３０の外径より大きい。このため、コイルスプリング３０が湾曲しても、コイルスプリング３０とエンド側開口部２２０、セル側凹部４０とは干渉していない。
【００５８】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの作用効果について説明する。本実施形態のセル押圧アセンブリは、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。
【００５９】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリによると、エンド側凹部２２、セル側凹部４０は、各々、エンド側テーパ側周面２２２、セル側テーパ側周面４０２を有している。両テーパ側周面２２２、４０２は、コイルスプリング３０を両凹部２２、４０にそれぞれ挿入、配置する際に、ガイドとしての役割を果たす。具体的には、図７に示すコイルスプリング３０の上端が、エンド側凹部２２に対して、偏心あるいは傾いた状態で挿入されても、コイルスプリング３０の上端外周がエンド側テーパ側周面２２２を摺動することにより、コイルスプリング３０の上端はエンド側底部２２１に確実に導入される。ならびに、図７に示すコイルスプリング３０の下端が、セル側凹部４０に対して、偏心あるいは傾いた状態で挿入されても、コイルスプリング３０の下端外周がセル側テーパ側周面４０２を摺動することにより、コイルスプリング３０の下端はセル側底部４０１に確実に導入される。よって、コイルスプリング３０を容易に配置することができる。
【００６０】
また、エンド側開口部２２０、セル側開口部４００の各内径は、ともにコイルスプリング３０の外径より大きい。このため、コイルスプリング３０が湾曲した場合でも、コイルスプリング３０はエンド側凹部２２、セル側凹部４０と干渉し難い。さらに、コイルスプリング保持孔５０の側周面が、セル側テーパ側周面４０２に連続して、セル側部材４側から上方に拡径している。このため、コイルスプリング３０とコイルスプリング保持孔５０との干渉も抑制される。
【００６１】
また、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０は、頂部が切り取られた部分円錐状を呈している。よって、エンド側部材２、セル側部材４を鋳造等により製造した場合に、抜き勾配等を利用して、エンド側凹部２２およびセル側凹部４０を容易に形成することができる。
【００６２】
また、エンド側テーパ側周面２２２、セル側テーパ側周面４０２、コイルスプリング保持孔５０の側周面は、滑らかなテーパ状を呈している。このため、仮にコイルスプリング３０がこれらの側周面に干渉しても、コイルスプリング３０が引っかかるおそれがない。したがって、コイルスプリング３０の円滑な動作を確保することができる。
【００６３】
〈第三実施形態〉
本実施形態と第一実施形態との相違点は、エンド側凹部およびセル側凹部の形状、ならびにコイルスプリング保持孔の内径である。したがって、ここでは相違点のみを説明する。図８に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの部分断面拡大図を示す。なお、図８は、前出図５と対応している。図８中、前出図５と対応する部位については同じ符号で示す。
【００６４】
図８に示すように、エンド側凹部２２は、下方から上方に向かって縮径する段付き円柱状を呈している。エンド側凹部２２は、エンド側開口部２２０と、エンド側底部２２１と、エンド側段付き側周面２２３と、を備える。エンド側凹部２２は本発明の位置決め用凹部に、エンド側開口部２２０は本発明の開口部に、エンド側底部２２１は本発明の底部に、エンド側段付き側周面２２３は本発明の段付き側周面に、それぞれ含まれる。エンド側開口部２２０は、エンド側対向面２６に略面一に連なり、円形を呈している。エンド側底部２２１は、エンド側開口部２２０の深さ方向（図８中、上方）に最も離間し、エンド側開口部２２０に略平行に配置されている。エンド側底部２２１は、円形を呈している。エンド側段付き側周面２２３は、エンド側開口部２２０とエンド側底部２２１とを連結し、深さ方向に一段だけ縮径している。エンド側開口部２２０の面積、つまり開口部面積は、エンド側底部２２１の面積、つまり底部面積よりも大きい。つまり、エンド側開口部２２０の内径は、エンド側底部２２１の内径よりも大きい。エンド側底部２２１の内径は、コイルスプリング３０の外径と略同じである。
【００６５】
また、セル側凹部４０は、上方から下方に向かって縮径する段付き円柱状を呈している。セル側凹部４０は、セル側開口部４００と、セル側底部４０１と、セル側段付き側周面４０３と、を備える。セル側凹部４０は本発明の位置決め用凹部に、セル側開口部４００は本発明の開口部に、セル側底部４０１は本発明の底部に、セル側段付き側周面４０３は本発明の段付き側周面に、それぞれ含まれる。セル側開口部４００は、セル側対向面４６に略面一に連なり、円形を呈している。セル側底部４０１は、セル側開口部４００の深さ方向（図８中、下方）に最も離間し、セル側開口部４００に略平行に配置されている。セル側底部４０１は、円形を呈している。セル側段付き側周面４０３は、セル側開口部４００とセル側底部４０１とを連結し、深さ方向に一段だけ縮径している。セル側開口部４００の面積、つまり開口部面積は、セル側底部４０１の面積、つまり底部面積よりも大きい。つまり、セル側開口部４００の内径は、セル側底部４０１の内径よりも大きい。セル側底部４０１の内径は、コイルスプリング３０の外径と略同じである。また、セル側対向面４６に固定されたガイドプレート５のコイルスプリング保持孔５０の内径は、セル側開口部４００の内径と略同じである。すなわち、コイルスプリング保持孔５０の内径は、コイルスプリング３０の外径よりも大きい。
【００６６】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの作用効果について説明する。本実施形態のセル押圧アセンブリは、第一実施形態のセル押圧アセンブリと同様の作用効果を有する。
【００６７】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリによると、エンド側開口部２２０、セル側開口部４００の各内径は、ともにコイルスプリング３０の外径より大きい。このため、コイルスプリング３０が湾曲した場合でも、コイルスプリング３０はエンド側凹部２２、セル側凹部４０と干渉し難い。また、エンド側底部２２１、セル側底部４０１の各内径は、ともにコイルスプリング３０の外径と略同じである。このため、コイルスプリング３０は位置ずれし難い。
【００６８】
〈その他〉
以上、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの実施の形態について説明した。しかしながら、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００６９】
例えば、上記実施形態では、エンド側部材およびセル側部材の各々の対向面に位置決め用凹部（エンド側凹部、セル側凹部）を形成した。しかし、位置決め用凹部は、エンド側部材およびセル側部材のどちらか一方のみに形成してもよい。また、位置決め用凹部の形状、大きさは、上記三つの実施形態に特に限定されるものではない。例えば、位置決め用凹部を凹曲面等で構成してもよい。
【００７０】
上記実施形態では、位置決め用凹部をコイルスプリングと一対一で対応するよう形成した。しかし、位置決め用凹部の数や配置は、特に限定されるものではない。つまり、位置決め用凹部は、コイルスプリングと一対一で対応していなくてもよい。例えば、コイルスプリングの数本を、一つの位置決め用凹部にまとめて収容してもよい。こうすると、位置決め用凹部を形成するエンド側部材等の形状が簡単になる。
【００７１】
上記実施形態では、セル側部材の上にガイドプレートを配置した。しかし、ガイドプレートの大きさ、形状、配置位置、さらにはコイルスプリング保持孔の大きさ、形状等は特に限定されるものではない。また、ガイドプレートを配置しなくてもよい。
【００７２】
上記実施形態では、エンド側部材、セル側部材、ガイドプレートの材質としてアルミニウム合金を採用した。しかし、各々の部材の材質はこれに限定されるものではなく、各々の部材をステンレス鋼等の他の材料で構成してもよい。例えば、エンド側部材、セル側部材、ガイドプレートの少なくとも一つを、アルミニウム合金以外の軽合金製としてもよい。例えば、比重１．７から２．０程度のマグネシウム合金、あるいは比重約４．５のチタン合金等により、上記部材の少なくとも一つを作製してもよい。また、エンド側部材およびセル側部材の形状は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７３】
また、スプリング群を構成するコイルスプリングの数、配置の仕方、材質、大きさ等も特に限定されるものではない。セル積層体に対して設定された締結荷重、コイルスプリングの荷重特性等に応じて、コイルスプリングの数、配置、材質、大きさ等を適宜決定すればよい。例えば、コイルスプリングの材質としては、ばね鋼の他、ステンレス鋼、チタン等が挙げられる。また、本発明のセル押圧アセンブリによると、コイルスプリングの数の多少によらず、コイルスプリングの位置決めを容易に行うことができる。よって、特にコイルスプリングの配置数が多い（例えば１００個以上）セル押圧アセンブリに適している。
【００７４】
また、上記実施形態では、六角穴付き頭部を有するボルト状のガイドロッドを使用した。しかし、ガイドロッドの形状は特に限定されるものではない。例えば、ガイドロッドとして、六角ボルト等を使用してもよい。ガイドロッドの材質も、特に限定されるものではなく、鉄鋼、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼等、種々の材料を採用することができる。
【００７５】
燃料電池の構成も上記実施形態に限定されない。例えば、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリをセル積層体の積層方向両側に各々配置してもよい。また、上記実施形態では、二本のアジャストロッドによりエンド側部材を押圧したが、アジャストロッドの数等、エンド側部材の押圧方法は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第一実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリが組み付けられた固体高分子型燃料電池の側面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの斜視分解図である。
【図３】同セル押圧アセンブリの斜視合体図である。
【図４】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。
【図５】図４中、点線枠ＩＶ内の拡大図である。
【図６】本発明の第二実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの部分断面拡大図である。
【図７】コイルスプリングに荷重が加わった状態の同セル押圧アセンブリの部分断面拡大図である。
【図８】本発明の第三実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの部分断面拡大図である。
【符号の説明】
【００７７】
１：セル押圧アセンブリ
２：エンド側部材  ２１：ガイドロッド貫通孔  ２２：エンド側凹部（位置決め用凹部）
２２０：エンド側開口部（開口部）  ２２１：エンド側底部（底部）
２２２：エンド側テーパ側周面（テーパ側周面）
２２３：エンド側段付き側周面（段付き側周面）
２６：エンド側対向面（対向面）  ２８ａ、２８ｂ：ロッド受け部材
３：スプリング群  ３０：コイルスプリング
４：セル側部材  ４０：セル側凹部（位置決め用凹部）
４００：セル側開口部（開口部）  ４０１：セル側底部（底部）
４０２：セル側テーパ側周面（テーパ側周面）
４０３：セル側段付き側周面（段付き側周面）
４１：ボルト固定凹部  ４２：ガイドロッド固定孔  ４３：ガイドロッド  ４４：ナット
４５：ボルト  ４６：セル側対向面（対向面）
５：ガイドプレート  ５０：コイルスプリング保持孔  ５１：ボルト貫通孔
５２：ナット締結孔
６ａ、６ｂ：アジャストロッド
８：セル積層体  ８０：セル
９：固体高分子型燃料電池
９０ａ、９０ｂ：エンドプレート  ９１ａ、９１ｂ：絶縁プレート
９２ａ、９２ｂ：ターミナルプレート  ９３ａ、９３ｂ：拘束プレート
９４ａ、９４ｂ：テンションプレート  ９００ａ、９００ｂ：アジャストロッド貫通孔
【図１】
2008060010.tif 000003
【図２】
2008060010.tif 000004
【図３】
2008060010.tif 000005
【図４】
2008060010.tif 000006
【図５】
2008060010.tif 000007
【図６】
2008060010.tif 000008
【図７】
2008060010.tif 000009
【図８】
2008060010.tif 000010