(57)【要約】【課題】設備コスト費および製造コストを削減できる燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法を提供する。【解決手段】電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体１６及びセパレータ２０が複数積層された積層体５と、弾性材料からなると共に弾性変形が付与されており、前記積層体の積層方向側面を囲み当該側面を外方向から押圧して保持する筒状の弾性部材７と、を有することを特徴とする燃料電池スタック１である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体及びセパレータが複数積層された積層体と、
弾性材料からなると共に弾性変形が付与されており、前記積層体の積層方向側面を囲み当該側面を外方向から押圧して保持する筒状の弾性部材と、を有することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記弾性部材と積層体の間に、積層方向へ伸延する少なくとも１つの補助部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記弾性部材の外周面には、外方向に突出したタブが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記積層体と弾性部材の間に、接着材が設けら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スタック。
【請求項５】
前記セパレータの側端には、側端方向に開放されると共に、接着材が充填されたセパレータ側方空間が形成されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記膜電極接合体の側端には、当該膜電極接合体を挟む２つのセパレータに挟まれつつ側端方向に開放されると共に、接着材が充填された膜電極接合体側方空間が形成されることを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記接着材は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記接着材は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記接着材は、電気絶縁材料からなることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記弾性部材は、電気絶縁材料からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記弾性部材は、内部に中空部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体及びセパレータを複数積層して積層体を作製する積層工程と、
弾性材料からなると共に弾性変形が付与された筒状の弾性部材により前記積層体の積層方向側面を囲み、当該側面を前記弾性部材の弾性力により外方向から押圧して保持する保持工程と、を有することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１３】
前記保持工程は、前記弾性部材を外方向に拡げて前記積層体の積層方向側面を覆った後、前記弾性部材を収縮させて前記積層体の積層方向側面に接触させることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１４】
前記保持工程は、前記弾性部材により前記積層体の積層方向側面を覆った後、前記弾性部材に設けられる中空部に流体を注入して当該弾性部材を膨張させて前記積層体の積層方向側面に接触させることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１５】
前記保持工程において、前記弾性部材と積層体の間に積層方向へ伸延する少なくとも１つの補助部材を介在させることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１６】
前記積層工程と保持工程の間に、前記弾性部材の内周面および前記積層体の積層方向側面の少なくとも一方に接着材を塗布する接着材塗布工程を有することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１７】
前記接着材は熱硬化性樹脂であり、前記保持工程の後に、前記接着材を加熱して硬化させる接着材硬化工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１８】
前記接着材硬化工程は、前記積層体を用いた発電を実施し、当該発電による発生熱により前記接着材を加熱することを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１９】
前記弾性部材の内側に固体の熱可塑性樹脂が接着材として備えられ、前記保持工程の後に、前記接着材を加熱して溶融させた後に再び硬化させる接着材硬化工程を有することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項２０】
前記熱可塑性樹脂の溶融温度は、燃料電池スタックの実使用時の発電による発生温度よりも高いことを特徴とする請求項１９に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項２１】
前記接着材硬化工程は、前記積層体を用いた発電を実施し、当該発電による発生熱により前記接着材を溶融温度以上に加熱することを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項２２】
前記積層体においてセパレータおよび膜電極接合体の少なくとも一つの側端方向に設けられる空間に、前記弾性部材の押圧力によって接着材を充填することを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池では、電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体とセパレータを複数積層した積層体を、外部から保持して固定しつつ燃料電池スタックを形成する必要がある。この保持して固定する手法として、例えば積層体の積層方向にベルトを掛けて締結する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この方法では、積層体を構成する膜電極接合体およびセパレータを、積層体側面方向に精度よく位置決めする必要があり、設備コストおよび製造コストがかかるという問題がある。また、ベルトが積層方向に設けられているため、例えば燃料電池スタックを複数に分割して分割モジュールとして作製し、積層方向に分割モジュールを重ねて１つの燃料電池スタックを構成したい場合には、それぞれの分割モジュールの積層方向にベルトが設けられることとなり、燃料電池スタックの作製が困難となる。
【特許文献１】特開２００３−１５１６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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、設備コスト費および製造コストを削減できる燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法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本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体及びセパレータが複数積層された積層体と、弾性材料からなると共に弾性変形が付与されており、前記積層体の積層方向側面を囲み当該側面を外方向から押圧して保持する筒状の弾性部材と、を有することを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池スタックの製造方法は、電解質膜の両面に電極を設けた膜電極接合体及びセパレータを複数積層して積層体を作製する積層工程と、弾性材料からなると共に弾性変形が付与された筒状の弾性部材により前記積層体の積層方向側面を囲み、当該側面を前記弾性部材の弾性力により外方向から押圧して保持する保持工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように構成した本発明に係る燃料電池スタックは、積層体の積層方向側面を囲んで筒状の弾性部材が設けられるため、積層体の位置決めを弾性部材により行うことができ、設備コスト、製造コストを削減できる。また、弾性部材によって積層体を積層方向の側面から保持する構造であるため、積層方向には保持するための部材が設けられず、例えば燃料電池スタックを複数に分割して分割モジュールとして作製し、積層方向に分割モジュールを重ねて１つの燃料電池スタックを構成することが容易となる。
【０００８】
上記のように構成した本発明に係る燃料電池スタックの製造方法は、積層体の積層方向側面を囲んで筒状の弾性部材を設けるため、積層体の位置決めを弾性部材により行うことができ、設備コスト、製造コストを削減できる。また、弾性部材によって積層体を積層方向の側面から保持するため、積層方向には保持するための部材が設けられず、例えば燃料電池スタックを複数に分割して分割モジュールとして作製し、積層方向に分割モジュールを重ねて１つの燃料電池スタックを構成することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、理解を容易にするために、図面には各構成要素が誇張して示されている。
【００１０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明に係る燃料電池スタックを示す斜視図、図２は、燃料電池スタックを構成する分割モジュールの１つを示す斜視図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う分割モジュールの断面図、図４は、燃料電池スタックの積層構造の一部を示す要部拡大断面図、図５は、分割モジュールの分解斜視図である。
【００１１】
本実施形態に係る燃料電池スタック１は、図１〜５に示すように、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との反応により起電力を生じる単セル２を所定数だけ積層した分割モジュール３を有しており、この分割モジュール３が複数積層されている。なお、本実施形態では３つの分割モジュール３が積層されているが、数は限定されず、また１つのみの場合もある。
【００１２】
積層された分割モジュール３の両端には、集電板４およびエンドプレート６を配置し、これらを外部から保持することにより燃料電池スタック１を構成する。燃料電池スタック１内部において燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水のそれぞれを流通させるために、一方のエンドプレート６に、燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷却水導入口１２、および冷却水排出口１３を形成している。
【００１３】
単セル２は、図４に示すように、膜電極接合体１６と、膜電極接合体１６の両面のそれぞれに配置されるセパレータ２０とを有している。
【００１４】
膜電極接合体１６は、固体高分子電解質膜を、その両側から燃料極と空気極とによって挟み込んだ積層構造を有している。固体高分子電解質膜としては、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体膜（商品名；ナフイオン１１２８（登録商標）、デュポン株式会社）などを使用することができる。燃料極および空気極のそれぞれは、触媒層およびガス拡散層を含んでいる。
【００１５】
セパレータ２０は、流路溝を形成するために、凹凸形状を有している。膜電極接合体１６の両面のそれぞれにセパレータ２０を配置することにより、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路２１、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路２２、および冷却水を流通させるための冷却水流路２３を形成している。セパレータ２０は、本実施形態では金属製の基材をプレス成形することにより成形しており、例えばステンレス製である。したがって、セパレータ２０の流路は、プレス成形により形成される。燃料ガスは、燃料ガス導入口８から導入され、セパレータ２０の燃料ガス流路２１を流れ、燃料ガス排出口９から排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１０から導入され、セパレータ２０の酸化剤ガス流路２２を流れ、酸化剤ガス排出口１１から排出される。冷却水は、冷却水導入口１２から導入され、セパレータ２０の冷却水流路２３を流れ、冷却水排出口１３から排出される。
【００１６】
セパレータ２０は、適当な導電性、強度および耐食性を有するように、カーボン材およびバインダー樹脂を有する混合物から形成されてもよい。
【００１７】
セパレータ２０には、燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷却水導入口１２、および冷却水排出口１３に対応して、流路穴（不図示）が複数設けられている。この流路穴は、セパレータ２０の流路３１，３２，３３に連通している。セパレータ２０は、これらの流路穴からそれぞれの流路３１，３２または３２へ特定の媒体を流入、排出させるために、特定の流路穴以外の流路穴の回りが、シール材により封止されている。
【００１８】
分割モジュール３は、単セル２を積層して形成される積層体５の積層方向側面に、弾性変形が付与されていると共に、積層体５の積層方向側面を外方向から保持する弾性部材７を有している。弾性部材７と積層体５の間には、接着材１５が設けられている。この弾性部材７と接着材１５は、電気絶縁性を有している。
【００１９】
弾性部材７は、例えばシリコンゴム、フッ素ゴムブチルゴム等の軟性の弾性材料により形成される。弾性部材７は、弾性変形が付与されていない自然状態において、積層体５の積層方向側面を囲む周長が、積層体５側面の周長よりも短く形成されている。したがって、積層体５を囲む弾性部材７は、伸張した状態で積層体５を囲んでおり、積層体５には弾性部材７の収縮力が作用している。
【００２０】
弾性部材７は、積層体５の形状に対応した形状を有していることが好ましく、本実施形態では、矩形の筒形状となっている。ただし、弾性部材７は変形できるため他の形状でもよく、例えば円筒形状とすることもできる。
【００２１】
セパレータ２０の側端部には、図４に示すように、側端方向に開放されたセパレータ側方空間２４が形成される。また、膜電極接合体１６の側端部においても、膜電極接合体１６を挟む２つのセパレータ２０に挟まれつつ側端方向に開放された膜電極接合体側方空間２５が形成される。これらのセパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５には、接着材１５が充填されている。
【００２２】
接着材１５は、積層体５を構成するセパレータ２０および膜電極接合体１６のそれぞれの間を密封するとともに、接合する機能を有している。接着材１５は、本実施形態では熱硬化性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂には、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂または不飽和ポリエステル等が使用できる。
【００２３】
エンドプレート６は、絶縁材からなるが、積層体５との間に他の絶縁部材が配置されれば、絶縁材でなくてもよい。
【００２４】
次に、第１実施形態に係る燃料電池スタック１の製造方法について説明する。
【００２５】
図６は、第１実施形態に係る燃料電池スタックの製造方法の製造過程を示す斜視図、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図、図８は、積層体に接着材が接した際を示す分割モジュールの部分断面図、図９は、積層体に接着材が流入する際を示す分割モジュールの部分断面図、図１０は、切断面を説明するための分割モジュールの断面図である。
【００２６】
燃料電池スタック１を製造するには、図６，７に示す燃料電池スタック製造装置３０を使用する。
【００２７】
燃料電池スタック製造装置３０は、互いに相対的に近接離間可能であり、積層体５を挟んで押圧するための上側プレス板３１および下側プレス板３２と、弾性部材７の外周を把持して拡げるための弾性部材保持部３３とを備えている。
【００２８】
上側プレス板３１および下側プレス板３２は、積層体５に接する面が積層体５の上下面と略一致する形状を有しており、プレス装置に連結されて駆動される。上側プレス板３１および下側プレス板３２の一方（本実施形態では上側プレス板３１）には、試験用燃料ガス導入口３４、試験用燃料ガス排出口３５、試験用酸化剤ガス導入口３６、試験用酸化剤ガス排出口３７、試験用冷却水導入口３８および試験用冷却水排出口３９が形成される。
【００２９】
弾性部材保持部３３は、弾性部材７の外周を把持する複数（本実施形態では４つ）の把持部４０と、それぞれの把持部４０が連結されて弾性部材７の外方向へ把持部４０を牽引する複数（本実施形態では４つ）の牽引部４１とを有している。
【００３０】
把持部４０は、チャック機構により弾性部材７を挟みこむことが可能であり、アクチュエータ（不図示）等により駆動される。
【００３１】
牽引部４１は、アクチュエータ（不図示）等により駆動される。牽引部４１および把持部４０は、積層体５の角部に対応して配置されることが好ましい。
【００３２】
燃料電池スタック１を製造するには、まず、把持部４０により弾性部材７の外周の四隅を把持し、牽引部４１を駆動して、弾性部材７を外方向へ拡げる。
【００３３】
次に、弾性部材７の内側面全体に、接着材１５を塗布する。なお、弾性部材７を把持部４０に保持する前に、接着材１５を塗布してもよい。また、弾性部材７ではなく、積層体５の側面に塗布してもよい。
【００３４】
次に、弾性部材保持部３３により拡げられた弾性部材７の内側において、下側プレス板３２にセパレータ２０および膜電極接合体１６を、必要なシール材を塗布しつつ積層し、さらに積層方向両端に、上側位置決めプレート４２および下側位置決めプレート４３を重ねて設置する（積層工程）。積層における位置精度は、例えば±０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。上側位置決めプレート４２および下側位置決めプレート４３は、セパレータ２０と一致する矩形形状の板材であり、例えばステンレス等の金属製である。
【００３５】
また、上側位置決めプレート４２には、セパレータ２０の流路穴に対応して、プレート流路穴が複数設けられている。
【００３６】
次に、上側プレス板３１を下側プレス板３２に近接させ、挟持された積層体５が積層方向に逃げないようにプレス装置により極小加重で押圧する。このように位置決めプレート４２，４３とともに押圧することにより、セパレータ２０および膜電極接合体１６の倒れを防止しつつ位置決めすることができる。
【００３７】
次に、図８に示すように、弾性部材保持部３３の牽引部４１を積層体方向へ戻し、弾性部材７を積層体５の外周に接触させ、把持部４０から弾性部材７を開放する（保持工程）。これにより、弾性部材７が積層体５に密着し、弾性部材７の周長が積層体５の周長よりも短いため、弾性部材７の収縮力により、接着材１５が積層体５のセパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５に押し込まれる。
【００３８】
次に、プレス装置により積層体５を更に押圧し、面圧を確保した状態を保持する。これにより、図９に示すように、セパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５の積層方向の長さが短くなり、また弾性部材７により収縮力（弾性力）が付与されているため、接着材１５がセパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５のより奥へ（セパレータ２０および膜電極接合体１６の中央方向へ）移動し、最終的に、図４のようにセパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５への接着材１５の充填率が向上する。
【００３９】
次に、積層体５を上側プレス板３１および下側プレス板３２で加圧した状態のまま保持しつつ、発電試験を実施する。この際には、積層体５にガス、酸化剤および冷却水を、上側プレス板３１の試験用燃料ガス導入口３４、試験用酸化剤ガス導入口３６および試験用冷却水導入口３８から導入し、試験用燃料ガス排出口３５、試験用酸化剤ガス排出口３７および試験用冷却水排出口３９から排出する。この発電の際の発熱により、接着材１５を硬化温度以上（例えば７０℃〜９０℃）に上昇させ、熱硬化性樹脂である接着材１５を硬化させる（接着材硬化工程）。このように、運転試験における発電時の自己発生熱を接着材１５の硬化に有効に利用することにより、積層時に接着材１５を硬化させる他の工程およびそのための機材が不要となり、生産工程、設備コストを削減できる。また、セパレータ２０が熱膨張し、かつ膜電極接合体１６が膨潤した状態、すなわち実運転状態においてセパレータ２０を固定・保持できるため、電池の性能をより安定させることができる。
【００４０】
この後、上側プレス板３１および下側プレス板３２を離隔させて積層体５を取り出し、上側位置決めプレート４２、下側位置決めプレート４３およびこれらに対応する弾性部材７の上下端部を、図１０に示す切断面Ａにより切り離し、分割モジュール３が完成する。
【００４１】
完成した分割モジュール３は、必要な部位にシール材を配しつつ積層され、両端に集電板４およびエンドプレート６が配置される。これにより、燃料電池スタック１が形成される。
【００４２】
このように、本実施形態では、積層体５の構造を弾性部材７および接着材１５により、積層方向側面から保持する構造であるため、燃料電池スタック１を複数のモジュールに分割した（モジュール化した）際に、それぞれの分割モジュール３の積層方向に積層体５を保持するための発電に寄与しないデッドスペースが生じず、燃料電池を小型化し、出力密度を向上させることができる。
【００４３】
また、分割モジュール３の積層体５を積層方向からプレートで挟んで締結ボルトや固定ピン等により積層体５を保持する構造とすることも可能であるが、この場合には、分割モジュール３同士を接続する際に、プレートを取り外して接続する必要がある。この場合には、積層体５の締結が開放されてしまうため、実現するためには極めて複雑な機構を要して設備コストが増加し、また締結ポルトや固定ピン等の締結・分解工数が存在するため、製造コストが増加する。しかし、本実施形態では、積層体５は側面から締結されているため、締結を開放せずに分割モジュール３同士を接続することができ、設備コスト、製造コストを削減できる。
【００４４】
また、積層体５の周囲を樹脂で固めて保持・固定する方法もあるが、この方法では、樹脂を注入する設備が別途必要であり、設備コストおよび製造コストが増加する。樹脂を注入する設備には、積層体５の周囲に樹脂を満遍なく満たす必要があるため、このためのパス（流路）を設けることにより設備や部品が複雑になり、設備コストが増加する。しかし、本実施形態では、樹脂を注入する設備が必要なく、設備コストおよび製造コストを削減できる。
【００４５】
また、上述のように樹脂を注入するためには、積層体５の周りに相応のクリアランスが必要あり、発電に寄与しないデッドスペースが生じて小型化が困難となり、出力密度が低下する。しかし、本実施形態では、弾性部材７を収縮させて積層体５を締結するため、積層体５を保持する構造（弾性部材７）を薄くすることができ、また弾性部材７自体が電気絶縁性を有するために他の電気絶縁材を設ける必要がない。これにより、デッドスペースの発生を極力抑えて小型化することができ、出力密度を向上させることができるとともに、部品点数を削減して製造コストを削減することができる。
【００４６】
また、樹脂を注入した場合には、樹脂を硬化させる工程・設備が必要であるが、本実施形態では、発電試験を行うことにより樹脂（接着材１５）を硬化させることができるため、設備コストおよび製造コストを削減できる。
【００４７】
また、本実施形態では、上側位置決めプレート４２および下側位置決めプレート４３を導電性を有する部材で作製することにより、上側位置決めプレート４２および下側位置決めプレート４３を取り除かずに分割モジュール３を積層して燃料電池スタックを作製することもできる。この場合であっても、積層体５は積層体５の外周に設けられる接着材１５および弾性部材７により保持されるため、上側位置決めプレート４２および下側位置決めプレート４３によって積層体５を強固に保持する必要がなく、これらを薄くすることができ、デッドスペースを極力抑えつつ出力密度を向上させることができる。また、この場合には、上側位置決めプレート４２および下側位置決めプレート４３を取り除く工程が不要となるため、設備コストを削減できる。
【００４８】
また、本実施形態では、積層体５の側面全体を接着材１５および弾性部材７で固定するため、積層体５の収縮や温度変位によるセパレータ２０の位置ずれを抑制することができる。
【００４９】
また、膜電極接合体１６の側面に接着材１５が設けられ、更に弾性部材７により側面全体が覆われるため、膜電極接合体１６の側面からの水蒸気の発生を抑えることができ、電池としての電気絶縁性能を向上させることができる。
【００５０】
また、弾性部材７の収縮力により、セパレータ積層時のセパレータ２０の相対位置が保持され、内外部応力によるセパレータ２０同士のずれを抑制できる。
【００５１】
また、セパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５に接着材１５を充填して硬化させるため、積層体５をより強固に保持することができる。
【００５２】
図１１は、弾性部材の他の例を示す斜視図である。
【００５３】
弾性部材７の他の例として、例えば図１１に示すように、把持部４０に把持される部位に、外方向に突出したタブ１８を設けた弾性部材１７を用いてもよい。このようにタブを設ける事により、把持部４０により把持を容易にすることができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
図１２は、第２実施形態に係る燃料電池スタックを構成する分割モジュールを示す斜視図、図１３は、同分割モジュールの分解斜視図、図１４は、図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。なお、第１実施形態と同様の機能を有する部位については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
第２実施形態に係る燃料電池スタックを構成する分割モジュール５０は、図１２〜１４に示すように、第１実施形態における分割モジュール３に加えて、積層体５と弾性部材７の間に補助板５１（補助部材）が設けられる。
【００５６】
補助板５１は、電気絶縁性を有する板形状の部材であり、例えば樹脂製である。
【００５７】
接着材１５は、補助板５１と積層体５の間および補助板５１と弾性部材７の間の両方に設けられることが好ましいが、いずれか一方とすることもできる。また、接着材１５を設けない構成とすることも可能である。
【００５８】
次に、第２実施形態に係る燃料電池スタック５０の製造方法について説明する。
【００５９】
図１５は、第２実施形態に係る燃料電池スタックの製造方法の製造過程を示す斜視図、図１６は、図１５のＸＶＩーＸＶＩ線に沿う断面図である。
【００６０】
第２実施形態に係る燃料電池スタックを製造するには、図１５，１６に示す燃料電池スタック製造装置６０を使用する。この燃料電池スタック製造装置６０は、アクチュエータ等に連結されて昇降可能であって補助板５１を保持することができる補助板保持部６１を有している。
【００６１】
補助板保持部６１は、弾性部材７を上側プレス板３１および下側プレス板３２により積層体５を挟持し、弾性部材保持部３３により弾性部材７を拡げた後に、補助板５１を保持しつつ上昇し、補助板５１を弾性部材７と積層体５の間に挿入する。また、弾性部材７の内側に接着材１５を塗布する際には、補助板５１と積層体５の間には接着材１５が存在しないため、補助板５１の積層体５と対向する面にも接着材１５を塗布することが好ましい。また、接着材１５を弾性体７側ではなく積層体５側に塗布する場合には、補助板５１の弾性部材７と対向する面に接着材１５を塗布するとよい。また、必ずしも補助板５１に接着材１５を塗布しなくてもよい。
【００６２】
この後、弾性部材保持部３３により弾性部材７を積層体５に近接させて、弾性部材７と積層体５の間に補助板５１を挟みつつ、弾性部材７を積層体５に密着させる。
【００６３】
このように、弾性部材７と積層体５の間に補助板５１が設けられることにより、弾性部材７の収縮力によってセパレータ２０が補助板５１の面に沿うように力を受け、セパレータ２０および膜電極接合体１６が位置決めされる。したがって、セパレータ２０や膜電極接合体１６に位置決めピン等の位置決め用の部品が不要であり、製造コストを削減できる。また、製造設備においても、セパレータ２０や膜電極接合体１６を位置決めして保持するための精密位置決めおよび保持機構を設ける必要がなく、設備コストを削減できる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
図１７は、第３実施形態に係る燃料電池スタックに用いられる弾性部材を示す斜視図である。なお、第１実施形態と同様の機能を有する部位については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
第３実施形態では、燃料電池スタックの接着材が熱可塑性樹脂製である点で、第１実施形態と異なる。熱可塑性樹脂には、例えばテフロン、ポリエステル、ポリフェニエンサルファイド、シリコン、オレフィン系（ＰＰ，ＰＥ等）、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミドまたはエチレンビニルアセテート等が使用できる。
【００６６】
弾性部材７には、図１７に示すように、内側に接着材７１が固体の状態で予め設けられる。したがって、製造過程において接着材７１を塗布する必要がなく、また固体の状態で設けられるため、作業性が良い。ただし、弾性部材７を拡げる際に接着材７１の層が広がり難い場合には、接着材７１が柔らかくなるまで加熱したり、または接着材７１を周方向に複数に分割して設けたりする。また、弾性部材７の内側に固定的に設けるのではなく、弾性部材７とは別部材として設けることもできる。
【００６７】
内側に接着材７１の層が設けられた弾性部材により積層体５を覆った後は、第１実施形態と同様に発電試験を実施し、接着材７１を加熱する。ただし、接着材７１の溶融温度が、燃料電池の実使用時の温度よりも低い場合には、毎発電時に接着材７１が溶融してしまうため、実使用時に接着材７１が達する温度よりも高い溶融温度を有する接着材７１を選択する必要がある。
【００６８】
さらに、接着材７１を溶融させる際には、冷却水の温度や流量等を調整することにより、接着材７１を溶融温度以上に加熱する。これにより、溶融した接着材７１がセパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５へ流入して充填される。
【００６９】
この際には、積層体５にガス、酸化剤および冷却水を、上側プレス板３１の試験用燃料ガス導入口３４、試験用酸化剤ガス導入口３６および試験用冷却水導入口３８から導入し、試験用燃料ガス排出口３５、試験用酸化剤ガス排出口３７および試験用冷却水排出口３９から排出する。この発電の際の発熱により、接着材７１が溶融温度以上に上昇されて溶融した接着材７１がセパレータ側方空間２４および膜電極接合体側方空間２５に充填される。この後、発電を停止することにより温度が下がり、接着材７１が固化して接着が完了する。
【００７０】
なお、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、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、接着材が、硬化させるための加熱が不要な材質であれば、上述した加熱する工程は不要となる。また、発電時の発熱で接着材を硬化させるのではなく、別途のヒータ等の加熱手段により加熱することもできる。また、接着材を設けずに、弾性部材７のみで積層体５を保持してもよい。また、保持工程では、弾性部材により積層体５の側面を覆った後に、弾性部材の内部に設けられる中空部に空気や樹脂等の流体を流入させて弾性部材を膨張させて、弾性部材に弾性力を付与し、弾性部材を積層体５の側面に密着させつつ押圧して保持する構造としてもよい。樹脂を流入させた場合には、硬化させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る燃料電池スタックを示す斜視図である。
【図２】燃料電池スタックを構成する分割モジュールの１つを示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う分割モジュールの断面図である。
【図４】燃料電池スタック１の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。
【図５】分割モジュールの分解斜視図である。
【図６】第１実施形態に係る燃料電池スタックの製造方法の製造過程を示す斜視図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】積層体に接着材が接した際を示す分割モジュールの部分断面図である。
【図９】積層体に接着材が流入する際を示す分割モジュールの部分断面図である。
【図１０】切断面を説明するための分割モジュールの断面図である。
【図１１】弾性部材の他の例を示す斜視図である。
【図１２】第２実施形態に係る燃料電池スタックを構成する分割モジュールを示す斜視図である。
【図１３】同分割モジュールの分解斜視図である。
【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１５】第２実施形態に係る燃料電池スタックの製造方法の製造過程を示す斜視図である。
【図１６】図１５のＸＶＩーＸＶＩ線に沿う断面図である。
【図１７】第３実施形態に係る燃料電池スタックに用いられる弾性部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    燃料電池スタック、
２    単セル、
３，５０    分割モジュール、
４    集電板、
５    積層体、
６    エンドプレート、
７    弾性部材、
１５，７１    接着材、
１６    膜電極接合体、
２０    セパレータ、
２４    セパレータ側方空間、
２５    膜電極接合体側方空間、
３０，６０    燃料電池スタック製造装置、
３１    上側プレス板、
３２    下側プレス板、
３３    弾性部材保持部、
４０    把持部、
４１    牽引部、
４２    上側位置決めプレート、
４３    下側位置決めプレート、
５１    補助板、
６１    補助板保持部。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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