(57)【要約】【課題】  セル積層体の荷重状態を簡便に判別することのできる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。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、エンド側部材２およびセル側部材４のうち、一方の部材は目盛り部４６を、他方の部材は指示部２００を、それぞれ有する。目盛り部４６と指示部２００との相対的な位置関係を視認することにより、セル積層体８の荷重状態を判別する。【選択図】  図３
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【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、
該エンド側部材および該セル側部材のうち、一方の部材は目盛り部を、他方の部材は指示部を、それぞれ有し、
該目盛り部と該指示部との相対的な位置関係を視認することにより、前記セル積層体の荷重状態を判別可能な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】
前記目盛り部および前記指示部は、前記エンド側部材および前記セル側部材の外周部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３】
前記目盛り部は、前記他方の部材を貫通可能なガイドロッドである請求項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加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】
セル積層体には、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る。例えば、固体高分子型燃料電池の作動時の温度は約８０℃、停止時の温度は周囲温度（例えば約２０℃）である。このような燃料電池の作動時と停止時との温度変化に伴うセル積層体の膨張、収縮により、セル積層体の締結荷重は変化する。また、長期間の作動による電解質膜や電極のクリープ等によっても、セル積層体の締結荷重は変化する。セルにおける電気化学反応が正常に行われるためには、セル積層体の締結荷重の変動は小さい方が望ましい。セル積層体の締結荷重の変動を抑制するという観点から、セル積層体の一端を、皿ばねやコイルスプリングを用いて加圧する締結構造が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２８８６１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２３５４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、燃料電池を正常に作動させるためには、セル積層体の締結荷重の変動は望ましくなく、締結荷重の管理、調整が必要となる。また、セル積層体の組み付け時においても、締結荷重の微調整を要する場合がある。このように、燃料電池では、セル積層体の荷重状態を把握することが重要となる。
【０００５】
従来は、セル積層体の締結荷重を、ロードセルや荷重計を用いて電気的または機械的に測定していた。このため、締結荷重の測定装置が別途必要であり、燃料電池の小型化、軽量化が難しく、締結荷重の管理も煩雑であった。したがって、セル積層体の荷重状態を簡便に判別できる方法が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、セル積層体の荷重状態を簡便に判別することのできる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】
【０００７】
（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、該エンド側部材および該セル側部材のうち、一方の部材は目盛り部を、他方の部材は指示部を、それぞれ有し、該目盛り部と該指示部との相対的な位置関係を視認することにより、前記セル積層体の荷重状態を判別可能なことを特徴とする。
【０００８】
本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリは、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加圧する。本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリを構成するスプリング群は、コイルスプリングからなる。コイルスプリングは、荷重と変位とが比例するという特性を有する。本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの燃料電池への組み付け時には、エンドプレート側から加わった荷重により、エンド側部材がスプリング群の弾性力に抗してセル側部材方向に移動している。ここで、エンド側部材およびセル側部材は、一方が目盛り部を他方は指示部を有する。よって、セル積層体の膨張、収縮等により、エンド側部材およびセル側部材の少なくとも一方が組み付け時の状態から移動して、両部材の間隔が変化すれば、目盛り部と指示部との相対的な位置関係は変化する。この目盛り部と指示部との相対的な位置関係を視認することで、セル積層体の荷重状態が判別される。
【０００９】
ここで、「荷重状態」とは、セル積層体の組み付け時の締結荷重が所定の荷重値であるか否か、および、燃料電池を作動させた後の締結荷重が所定の荷重範囲内にあるか否か、を含む概念である。また、「視認」には、通常の目視の他、拡大鏡等により拡大表示されたものを目視する態様も含まれる。
【００１０】
本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリでは、目盛り部と指示部との相対的な位置関係を視認するだけでセル積層体の荷重状態を判別することができる。このため、必要な時に一目で荷重状態を把握することができ、締結荷重の管理、調整が容易になる。また、従来のように、締結荷重の測定装置を別途配置しなくてもよい。このため、部品点数が少なくなる。したがって、セル押圧アセンブリ自体、ひいては燃料電池を小型化、軽量化することがが可能となり、自動車等に搭載する場合に有利である。また、本発明の燃料電池用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。
【００１１】
（２）好ましくは、前記目盛り部および前記指示部は、前記エンド側部材および前記セル側部材の外周部に配置されている構成とするとよい。本構成では、視認される目盛り部および指示部を、エンド側部材およびセル側部材の外周部、すなわち本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの外周部に配置する。このため、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリを組み付けた後でも、目盛り部と指示部との相対的な位置関係を外部から視認し易く、セル積層体の荷重状態の判別がより容易になる。また、目盛り部と指示部との組み合わせを複数配置することで、セル積層体の異なる位置における荷重状態をそれぞれ判別することができる。
【００１２】
（３）また、好ましくは、前記目盛り部は、前記他方の部材を貫通可能なガイドロッドである構成とするとよい。ガイドロッドは、一方の部材から他方の部材方向へ延び、他方の部材を貫通可能である。ガイドロッドの貫通端は、他方の部材のセル積層方向端から突出する。このため、外部から目盛り部を視認し易い。よって、本構成では、本発明の燃料電池用セル押圧アセンブリの組み付け状態に関わらず、セル積層体の荷重状態を容易に判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
＜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。
【００１５】
図１に示すように、固体高分子型燃料電池９は、燃料電池用セル押圧アセンブリ（以下、適宜「セル押圧アセンブリ」と略称する。）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５ａ、５ｂとを備えている。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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５ａ、５ｂは、当該矩形枠内に収容されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
アジャストロッド５ａ、５ｂは、鋼製であって丸棒状を呈している。アジャストロッド５ａ、５ｂ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５ａ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５ａ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５ａを回動させることにより、アジャストロッド５ａ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５ｂ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５ｂ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５ｂを回動させることにより、アジャストロッド５ｂのねじ込み量Ｌを調整することができる。
【００２４】
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５ａ、５ｂ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。
【００２５】
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。なお、図３に示すのは、セル押圧アセンブリ１を、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３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。
【００２６】
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。
【００２７】
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以降の図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（前出図１におけるエンドプレート９０ｂ側の表面）には、カップ状の凹部（図略）が多数形成されている。当該凹部には、コイルスプリング３０の上端が収容されている。一方、エンド側部材２の上面には、一対のロッド受け部材２８、２９が配置されている。ロッド受け部材２８、２９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２８、２９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２８には前出図１のアジャストロッド５ａが、ロッド受け部材２９には前出図１のアジャストロッド５ｂが、各々当接する。
【００２８】
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、後述するガイドロッド４３頭部の抜け止めとして機能する。また、エンド側部材２の対向する一対の長辺側面には、各々二つずつエンド側目盛り用凹部２０が形成されている。つまり、エンド側目盛り用凹部２０は、合計四つ配置されている。なお、エンド側部材２の下面ライン２００は、本発明の指示部に含まれる。
【００２９】
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の上面には、カップ状の凹部４０が、多数形成されている。当該凹部４０には、コイルスプリング３０の下端が収容されている。
【００３０】
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。
【００３１】
セル側部材４上面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。また、セル側部材４の対向する一対の長辺側面には、各々二つずつセル側目盛り用凹部４８が形成されている。つまり、セル側目盛り用凹部４８は、合計四つ配置されている。四つのセル側目盛り用凹部４８には、各々、後述する目盛り板４６が収容されている。目盛り板４６は、本発明の目盛り部に含まれる。
【００３２】
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の上面に固定されている。ガイドプレート５には、円形の孔５０が多数形成されている。当該孔５０には、コイルスプリング３０の下方部分が収容されている。
【００３３】
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、当該ボルト貫通孔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、当該ボルト４５により、ガイドプレート５はセル側部材４の上面に固定されている。また、ガイドプレート５の対向する一対の長辺側面には、各々二つずつガイド側目盛り用凹部５８が形成されている。つまり、ガイド側目盛り用凹部５８は、合計四つ配置されている。四つのガイド側目盛り用凹部５８には、各々、後述する目盛り板４６が収容されている。
【００３４】
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の下部外周面には、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。
【００３５】
次に、目盛り板について詳しく説明する。図４に、図２中、円ＩＩ内の拡大図を示す。図４に示すように、目盛り板４６は、鋼製であって矩形薄板状を呈している。目盛り板４６表面には、目盛りが表示されている。また、所定の目盛りには、「ＭＩＮ」、「ＳＴＤ」、「ＭＡＸ」の表示が併記されている。「ＭＩＮ」は最小荷重状態を、「ＳＴＤ」は標準荷重状態を、「ＭＡＸ」は最大荷重状態を、判別するのにそれぞれ用いられる。目盛り板４６の下部には、上下方向に長い長孔４６０が形成される。長孔４６０は、長円状（対向する一対の半円同士を一対の直線で結んだ形状）を呈している。目盛り板４６下端は、ボルト４７により、セル側目盛り用凹部４８に固定されている。なお、セル側目盛り用凹部４８の深さは、ボルト４７の頭部高さよりも、大きく設定されている。また、目盛り板４６の中間部は、前出図２のガイド側目盛り用凹部５８に収容されている。また、セル押圧アセンブリ１を前出図１の固体高分子型燃料電池９に組み付けた後において、目盛り板４６の上部は、前出図２、図３のエンド側目盛り用凹部２０に収容される。
【００３６】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの組み付け方法について説明する。組み付け時には、セル押圧アセンブリ１の荷重状態が標準荷重状態にセットされる。図５に、同セル押圧アセンブリの組み付け前の側面図を示す。図５に示すように、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。このため、エンド側部材２とセル側部材４とは、比較的離間している。また、目盛り板４６の上部は、エンド側目盛り用凹部２０に収容されていない。
【００３７】
図６に、同セル押圧アセンブリの組み付け後の側面図を示す。前出図１に示すように、作業者がアジャストロッド５ａ、５ｂを所定の方向に回動させると、アジャストロッド５ａ、５ｂのねじ込み量Ｌが大きくなる。このため、エンド側部材２は、図６中、白抜き矢印方向に押圧される。アジャストロッド５ａ、５ｂに押圧されたエンド側部材２は、コイルスプリング３０の弾性力に抗しながら、セル側部材４方向に移動する。このため、エンド側部材２とセル側部材４との間隔が、組み付け前よりも狭くなる。つまり、セル押圧アセンブリ１が圧縮変形する。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。
【００３８】
図７に、図６中、点線枠ＶＩ内の拡大図を示す。アジャストロッド５ａ、５ｂのねじ込み量Ｌが増すにつれ、目盛り板４６は、エンド側目盛り用凹部２０内に相対的に徐々に進入する。作業者は、エンド側部材２の下面ライン２００と目盛り板４６の「ＳＴＤ」目盛りとが、同位置になったことを視認して、組み付け作業を終了する。すなわち、下面ライン２００と目盛り板４６の「ＳＴＤ」目盛りとが同位置となった状態が、標準荷重状態である。標準荷重状態は、セル積層体８に適正な締結荷重が印加されていることを示している。
【００３９】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリに加わる荷重が大きくなる場合について説明する。例えば、前出図１に示す固体高分子型燃料電池９の作動時に、セル積層体８が膨張すると、セル側部材４がエンド側部材２に接近する方向に移動する。セル側部材４が移動した分だけ、エンド側目盛り用凹部２０に対する目盛り板４６の進入量が増える。このため、下面ライン２００が「ＳＴＤ」目盛りを超え、「ＭＡＸ」目盛りに接近する。このように、下面ライン２００と目盛りとの相対的な位置関係を目視することにより、荷重が大きくなることを視認することができる。図８に、最大荷重状態における図７の点線枠ＶＩ内対応部分を示す。図８に示すように、目盛り板４６の「ＭＡＸ」目盛りとエンド側部材２の下面ライン２００とが同位置になると、セル積層体８の荷重状態は「最大」となる。
【００４０】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリに加わる荷重が小さくなる場合について説明する。図７に戻って、例えば、長期間の作動により電解質膜等が劣化して前出図１に示すセル積層体８が収縮すると、セル側部材４がエンド側部材２から離間する方向に移動する。セル側部材４が移動した分だけ、エンド側目盛り用凹部２０に対する目盛り板４６の進入量が減少する。このため、下面ライン２００が「ＳＴＤ」目盛りを超え、「ＭＩＮ」目盛りに接近する。このように、下面ライン２００と目盛りとの相対的な位置関係を目視することにより、荷重が小さくなることを視認することができる。図９に、最小荷重状態における図７の点線枠ＶＩ内対応部分を示す。図９に示すように、目盛り板４６の「ＭＩＮ」目盛りとエンド側部材２の下面ライン２００とが同位置になると、セル積層体８の荷重状態は「最小」となる。
【００４１】
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の下面ライン２００と目盛り板４６に示された目盛りとの相対的な位置関係を視認するだけで、セル積層体８の荷重状態を容易に判別することができる。このため、セル積層体８の締結荷重の管理、調整が容易になる。
【００４２】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、目盛り板４６はセル側部材４の側面に配置されている。ならびに、エンド側部材２の下面ライン２００は、セル押圧アセンブリ１外部から視認可能である。このため、セル押圧アセンブリ１を固体高分子型燃料電池９に組み付けた後であっても、外部から目盛り板４６および下面ライン２００を視認し易い。
【００４３】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、従来のように、セル積層体８の締結荷重を測定する付帯設備は必要ない。このため、部品点数が少なくて済む。したがって、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の小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。また、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やセル側部材４やガイドプレート５等、アルミニウム合金製の部材を多用している。この点においても、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。また、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。
【００４４】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、目盛り板４６が、セル側部材４の側面の四ヶ所に、離間して配置されている。このため、目盛り板４６の視認が容易化されるだけでなく、セル積層体８全体にわたる荷重状態のばらつきについても視認可能である。
【００４５】
また、目盛り板４６は薄板状の小片であるため、取り付けが容易である。さらに、目盛り板４６を固定するための長孔４６０は、上下方向に長い長円状を呈している。このため、必要に応じて、ボルト４７を緩め、目盛り板４６を上下に移動させることができる。したがって、目盛り板４６の取り付け位置の微調整も可能である。また、目盛り板４６には、目盛りだけでなく、「ＭＡＸ」、「ＳＴＤ」、「ＭＩＮ」の表示も併記されている。よって、セル積層体８の荷重状態が一目で判別し易い。また、遠方からでも荷重状態が判別し易い。
【００４６】
また、本実施形態のセル押圧アセンブリ１によると、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自体を組み立てる際、コイルスプリング３０の取り付けが容易となる。すなわち、１）まずコイルスプリング３０の下方部分をガイドプレート５の孔５０に収容し、２）次いでコイルスプリング３０の下端をセル側部材４の凹部４０に収容し、３）最後にコイルスプリング３０の上端をエンド側部材２の凹部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２）の工程と３）の工程とは、逆であってもよい。また、ガイドプレート５を配置すると、例えばセル押圧アセンブリ１の使用時、搬送時等において、コイルスプリング３０のずれを抑制することができる。さらに、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。
【００４７】
また、目盛り板４６は、セル側目盛り用凹部４８、ガイド側目盛り用凹部５８、エンド側目盛り用凹部２０に収容されている。このため、セル押圧アセンブリ１側方に目盛り板４６が張り出さない。このため、本実施形態のセル押圧アセンブリ１のスペース効率は高い。また、目盛り板４６上端は、最大荷重状態においてもエンド側部材２の上面から突出しない。このため、エンド側部材２上方に配置される部材（例えば前出図１のアジャストロッド５ａ、５ｂ等）と目盛り板４６とが干渉するおそれが小さい。
【００４８】
＜第二実施形態＞
本実施形態と第一実施形態との相違点は、目盛り部をガイドロッドとし、指示部をエンド側部材の上面ラインとした点である。したがって、ここでは相違点を中心に説明する。まず、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１０に、同セル押圧アセンブリの斜視合体図を示す。なお、図１０に示すのは、セル押圧アセンブリ１を、固体高分子型燃料電池９に組み付ける前の状態である。また、前出図３と対応する部位については同じ符号で示す。図１１に、図１０のＸ−Ｘ方向断面図を示す。
【００４９】
図１０、図１１に示すように、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、ガイドロッド４３頭部の抜け止めとして機能する。ガイドロッド４３頭部が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の外周面には、三本の目盛り線４３０が、環状に刻設されている。
【００５０】
ここで、ガイドロッド４３のガイドプレート５上方突出量は、ガイドロッド４３をガイドプレート５にねじ込まない限り不変である。一方、セル側部材４とエンド側部材２との間隔は、荷重状態により変化する。このため、ガイドロッド４３は、セル側部材４とエンド側部材２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。ガイドロッド４３は、本発明の目盛り部に含まれる。また、エンド側部材２の上面ライン２０１は、本発明の指示部に含まれる。
【００５１】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリの組み付け方法について説明する。組み付け時には、セル押圧アセンブリ１の荷重状態が標準荷重状態にセットされる。図１１に示すように、コイルスプリング３０は略自然長状態である。このため、エンド側部材２とセル側部材４とは、比較的離間している。また、ガイドロッド４３頭部は、ガイドロッド貫通孔２１に埋没している。
【００５２】
図１２に、同セル押圧アセンブリの組み付け後の状態における図１０のＸ−Ｘ方向断面図を示す。前出図１（以下、適宜、図１を援用する。）に示すように、作業者がアジャストロッド５ａ、５ｂを所定の方向に回動させると、アジャストロッド５ａ、５ｂのねじ込み量Ｌが大きくなる。このため、エンド側部材２は、図１２中、白抜き矢印方向に押圧される。アジャストロッド５ａ、５ｂに押圧されたエンド側部材２は、コイルスプリング３０の弾性力に抗しながら、セル側部材４方向に移動する。このため、エンド側部材２とセル側部材４との間隔が、組み付け前よりも狭くなる。つまり、セル押圧アセンブリ１が圧縮変形する。アジャストロッド５ａ、５ｂのねじ込み量Ｌが増すにつれ、ガイドロッド４３は、エンド側部材２上面から上方に徐々に突出する。作業者は、エンド側部材２の上面ライン２０１と、ガイドロッド４３の外周面に刻設された三本の目盛り線４３０のうちの中央線とが、同位置になったことを視認して、組み付け作業を終了する。すなわち、上面ライン２０１と中央線とが同位置となった状態が、標準荷重状態である。標準荷重状態は、セル積層体８に適正な締結荷重が印加されていることを示している。
【００５３】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリに加わる荷重が大きくなる場合について説明する。例えば、前出図１に示す固体高分子型燃料電池９の作動時に、セル積層体８が膨張すると、セル側部材４がエンド側部材２に接近する方向に移動する。セル側部材４が移動した分だけ、上面ライン２０１からのガイドロッド４３の突出量（つまりガイドロッド貫通孔２１からの貫通量）が増える。このため、上面ライン２０１が、三本の目盛り線４３０のうちの中央線を超え、最下線に接近する。このように、上面ライン２０１と三本の目盛り線４３０との相対的な位置関係を目視することにより、荷重が大きくなることを視認することができる。図１３に、最大荷重状態における図１０のＸ−Ｘ方向断面図を示す。図１３に示すように、三本の目盛り線４３０のうちの最下線とエンド側部材２の上面ライン２０１とが同位置になると、セル積層体８の荷重状態は「最大」となる。
【００５４】
次に、本実施形態の燃料電池用セル押圧アセンブリに加わる荷重が小さくなる場合について説明する。図１２に戻って、例えば、長期間の作動により電解質膜等が劣化して前出図１に示すセル積層体８が収縮すると、セル側部材４がエンド側部材２から離間する方向に移動する。セル側部材４が移動した分だけ、上面ライン２０１からのガイドロッド４３の突出量（つまりガイドロッド貫通孔２１からの貫通量）が減少する。このため、上面ライン２０１が、三本の目盛り線４３０のうちの中央線を超え、最上線に接近する。このように、上面ライン２０１と三本の目盛り線４３０との相対的な位置関係を目視することにより、荷重が小さくなることを視認することができる。図１４に、最小荷重状態における図１０のＸ−Ｘ方向断面図を示す。図１４に示すように、三本の目盛り線４３０のうちの最上線とエンド側部材２の上面ライン２０１とが同位置になると、セル積層体８の荷重状態は「最小」となる。
【００５５】
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。
【００５６】
また、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からガイドロッド４３が突出可能である。また、目盛り線４３０は、ガイドロッド４３の外周面に周設されている。このため、あらゆる方向から、目盛り線４３０とエンド側部材２の上面ライン２０１との相対的な位置関係を視認することができる。
【００５７】
また、目盛り線４３０は、ガイドロッド４３に刻設されている。このため、目盛り線４３０が消えにくい。したがって、長期間にわたり、高い視認性を確保することができる。また、ガイドロッド４３は、セル側部材４の四隅付近の四ヶ所に配置される。このため、ガイドロッド４３の視認が容易化されるだけでなく、セル積層体８全体にわたる荷重状態のばらつきについても視認可能である。
【００５８】
＜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。
【００５９】
例えば、上記第一実施形態では、セル側部材のセル側目盛り用凹部に固定された目盛り板を目盛り部とし、エンド側部材の下面ラインを指示部とした。また、上記第二実施形態では、ガイドロッドを目盛り部とし、エンド側部材の上面ラインを指示部とした。しかし、目盛り部、指示部の態様はこれらに限定されるものではない。例えば、エンド側部材のエンド側目盛り用凹部に目盛り板を固定し、該目盛り板を目盛り部としてもよい。この場合には、例えば、セル側部材またはガイドプレートの上面ラインを指示部とすればよい。また、エンド側部材およびセル側部材の一方の部材の側面に目盛りを刻設し、該刻設された目盛りを目盛り部としてもよい。この場合、例えば、他方の部材の側部に指示板を配置し、その指示板を指示部とすることができる。また、目盛り部は、目盛りの記載、刻設の他、色分け、シールの貼付等により形成してもよい。上記実施形態では、目盛り部および指示部の組み合わせを四つ配置した。しかし、目盛り部および指示部の数は特に限定されるものではなく、一つ以上であればいくつでもよい。
【００６０】
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。
【００６１】
上記実施形態では、エンド側部材およびセル側部材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、マグネシウム合金等の他の材料で構成してもよい。また、エンド側部材およびセル側部材の形状も上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、セル側部材の上面およびエンド側部材の下面に、各々、カップ状の凹部（コイルスプリング用）を形成したが、凹部の形状はこれに限定されない。また、凹部を形成しなくてもよい。また、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が、ガイドプレートを配置しない態様でもよい。
【００６２】
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。
【００６３】
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それぞれ配置してもよい。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】
【００６４】
【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２中、円ＩＩ内の拡大図である。
【図５】同セル押圧アセンブリの組み付け前の側面図である。
【図６】同セル押圧アセンブリの組み付け後の側面図である。
【図７】図６中、点線枠ＶＩ内の拡大図である。
【図８】最大荷重状態における図７の点線枠ＶＩ内対応部分を示す図である。
【図９】最小荷重状態における図７の点線枠ＶＩ内対応部分を示す図である。
【図１０】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斜視合体図である。
【図１１】同セル押圧アセンブリの組み付け前の状態における図１０のＸ−Ｘ方向断面図である。
【図１２】同セル押圧アセンブリの組み付け後の状態における図１０のＸ−Ｘ方向断面図である。
【図１３】最大荷重状態における図１０のＸ−Ｘ方向断面図である。
【図１４】最小荷重状態における図１０のＸ−Ｘ方向断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１：セル押圧アセンブリ
２：エンド側部材  ２０：エンド側目盛り用凹部  ２１：ガイドロッド貫通孔
２８、２９：ロッド受け部材
２００：エンド側部材の下面ライン  ２０１：エンド側部材の上面ライン
３：スプリング群  ３０：コイルスプリング
４：セル側部材  ４０：凹部  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：目盛り板  ４７：ボルト
４８：セル側目盛り用凹部  ４３０：目盛り線  ４６０：長孔
５：ガイドプレート  ５０：孔  ５１：ボルト貫通孔  ５２：ナット締結孔
５８：ガイド側目盛り用凹部
５ａ、５ｂ：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】
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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】
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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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