(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に流体のマニホールド部を有し中央部に流体の流路となる凹凸部を有したセパレータ同士を溶接して組立てるセパレータの組立て装置であって、
一方のセパレータを載置する第１の型と、
他方のセパレータを前記一方のセパレータに積層した状態で位置決め保持する第２の型と、
前記各セパレータに対して押圧力を付与する押圧力付与機構と、
前記各セパレータを溶接する溶接機構と、
前記第１の型、前記第２の型、前記押圧力付与機構および前記溶接機構の作動を制御する制御部と、を有し、
前記押圧力付与機構は、
前記他方のセパレータの前記外周部を前記一方のセパレータの前記外周部に向けて押圧する外周押圧部と、
前記一方のセパレータの前記中央部を前記他方のセパレータの前記中央部に向けて押圧する中央押圧部と、を備え、
前記中央押圧部は、前記一方のセパレータの前記中央部に当接する当接部材を有し、前記当接部材は、前記一方のセパレータの前記中央部を分割して押圧する複数のセグメントに分割され、
前記制御部は、前記押圧力付与機構の作動を制御して、積層された前記一方のセパレータおよび前記他方のセパレータに対する前記外周押圧部による押圧方向と前記中央押圧部による押圧方向とを逆方向にすることを特徴とする、セパレータの組立て装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記押圧力付与機構の作動を制御して、前記中央押圧部によって前記一方のセパレータの前記中央部を前記他方のセパレータの前記中央部に向けて押圧して前記各セパレータの前記中央部を前記第１の型と前記第２の型との間にクランプした後に、前記外周押圧部によって前記他方のセパレータの前記外周部を前記一方のセパレータの前記外周部に向けて押圧して前記各セパレータの前記外周部を前記第１の型と前記第２の型との間にクランプすることを特徴とする、請求項１に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記押圧力付与機構および前記溶接機構の作動を制御して、前記外周押圧部によって前記他方のセパレータの前記外周部を前記一方のセパレータの前記外周部に向けて押圧して前記各セパレータの前記外周部を前記第１の型と前記第２の型との間にクランプし、前記中央押圧部によって前記一方のセパレータの前記中央部を前記他方のセパレータの前記中央部に接近させる方向に押圧した状態で、前記溶接機構によって前記各セパレータの前記中央部を溶接する、請求項１または請求項２に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項４】
前記押圧力付与機構によって前記各セパレータに付与される押圧力は、前記外周部よりも前記中央部の方が大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項５】
前記外周押圧部は、前記第２の型を介して前記他方のセパレータの前記外周部を前記第１の型に向かう第１の方向に押圧して前記一方のセパレータの前記外周部に押圧し、
前記中央押圧部は、前記第１の型に配置され、前記一方のセパレータの前記中央部を前記第２の型に向かう第２の方向に押圧して前記他方のセパレータの前記中央部に押圧する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項６】
前記中央押圧部は、前記当接部材を前記第２の方向に移動させる付勢力を前記当接部材に付勢する付勢部材を有する、請求項５に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項７】
前記中央押圧部は、前記付勢部材の付勢力に抗して前記当接部材の前記第２の方向への移動を制限するストッパーをさらに有する、請求項６に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項８】
前記中央押圧部は、複数の前記ストッパーを備え、
前記当接部材は、それぞれの前記セグメントに前記付勢部材および前記ストッパーが配置される、請求項７に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項９】
前記当接部材を前記第２の方向から平面視した際に、それぞれの前記セグメントの中心位置に１つの前記ストッパーが配置され、前記中心位置に対して対称に複数の前記付勢部材が配置される、請求項８に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項１０】
前記付勢部材は、前記当接部材と前記第１の型との間に配置され、前記当接部材と前記第１の型とが互いに離反する方向に弾性力を発生させるバネ部材と、前記当接部材の移動をガイドするガイド部材と、を有する、請求項６〜９のいずれか１項に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項１１】
前記バネ部材と前記第１の型との間に配置されるスペーサーをさらに有する、請求項１０に記載のセパレータの組立て装置。
【請求項１２】
外周部に流体のマニホールド部を有し中央部に流体の流路となる凹凸部を有したセパレータ同士を溶接して組立てるセパレータの組立て方法であって、
第１の型および第２の型によって前記各セパレータを互いに位置決めした状態に保持し、
前記各セパレータの前記外周部および前記中央部を互いに逆方向に押圧し、かつ、前記各セパレータの前記中央部を分割して押圧し、
前記各セパレータを溶接する、セパレータの組立て方法。
【請求項１３】
前記各セパレータの前記中央部をクランプした後に、前記各セパレータの前記外周部をクランプする、請求項１２に記載のセパレータの組立て方法。
【請求項１４】
前記各セパレータの前記中央部を押圧する押圧力は、前記外周部よりも大きい、請求項１２または請求項１３に記載のセパレータの組立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセパレータの組立て装置およびセパレータの組立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータとを有する単セルを複数積層して構成している。セパレータは、隣接する他のセパレータと溶接等によって相互に接合されており、セパレータ同士の間またはＭＥＡとの間に各種のガスや冷却水を流通させる流路を形成する。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、重ね合わせたセパレータの外周をクランプ治具によってクランプした状態で溶接部位を溶接する溶接装置および溶接方法が記載されている。これにより、セパレータを積層して位置決めした状態を保持しつつ、溶接作業を行うことができる。なお、セパレータの歪みを除去する技術に関連して、下記特許文献２に記載された技術が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５３１０号
【特許文献２】国際公開第２０１４／１９６２７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、セパレータは薄肉であり、かつ、中央に微細な凹凸形状を備えている。このため、クランプ時の力の掛かり具合やクランプ位置などの影響を受けて、中央の溶接部位のセパレータ間に隙間が比較的形成され易い。セパレータ間に隙間が形成された状態で溶接が行われると、隙間が形成されていない状態で溶接する場合に比べて溶接強度が低下してしまう。セパレータ間の隙間の発生を抑制することによって、溶接品質のより一層の向上を図ることが要請されている。
【０００６】
そこで本発明は、重ね合わせたセパレータを溶接する際に溶接部位におけるセパレータ間の隙間の発生を抑制することによって、溶接品質を向上させることができるセパレータの組立て装置およびセパレータの組立て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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係るセパレータの組立て装置は、外周部に流体のマニホールド部を有し中央部に流体の流路となる凹凸部を有したセパレータ同士を溶接して組立てるセパレータの組立て装置である。当該セパレータの組立て装置は、一方のセパレータを載置する第１の型と、他方のセパレータを前記一方のセパレータに積層した状態で位置決め保持する第２の型と、前記各セパレータに対して押圧力を付与する押圧力付与機構と、前記各セパレータを溶接する溶接機構と、前記第１の型、前記第２の型、前記押圧力付与機構および前記溶接機構の動作を制御する制御部と、を有する。また、前記押圧力付与機構は、前記他方のセパレータの前記外周部を前記一方のセパレータの前記外周部に向けて押圧する外周押圧部と、前記一方のセパレータの前記中央部を前記他方のセパレータの前記中央部に向けて押圧する中央押圧部と、を備える。前記中央押圧部は、前記一方のセパレータの前記中央部に当接する当接部材を有し、前記当接部材は、前記一方のセパレータの前記中央部を分割して押圧する複数のセグメントに分割されている。前記制御部は、前記押圧力付与機構の作動を制御して、積層された前記一方のセパレータおよび前記他方のセパレータに対する前記外周押圧部による押圧方向と前記中央押圧部による押圧方向とを逆方向にすることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係るセパレータの組立て方法は、外周部に流体のマニホールド部を有し中央部に流体の流路となる凹凸部を有したセパレータ同士を溶接して組立てるセパレータの組立て方法である。当該セパレータの組立て方法は、第１の型および第２の型によって前記各セパレータを互いに位置決めした状態に保持し、前記各セパレータの前記外周部および前記中央部を互いに逆方向に押圧し、かつ、前記各セパレータの前記中央部を分割して押圧し、前記各セパレータを溶接する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るセパレータの組立て装置およびセパレータの組立て方法によれば、重ね合わせたセパレータを溶接する際の溶接部位におけるセパレータ間の隙間の発生を抑制することができる。これにより、セパレータの溶接部位における溶接品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータを備える燃料電池を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池が備える単セルを説明するための断面図である。
【図３】実施形態に係る溶接部位を説明するためのセパレータの平面図である。
【図４】第１実施形態に係るセパレータの組立て装置の全体構成を簡略して示す側面図である。
【図５】第１実施形態に係るセパレータの組立て装置が備えるクランプ治具の構成を簡略して示す部分断面図である。
【図６】第１実施形態に係るクランプ治具が備える下型および中央押圧部を説明するための断面図である。
【図７】第１実施形態に係るセパレータの組立て装置が備えるクランプ治具を示す平面図である。
【図８】第１実施形態に係るクランプ治具が備える下型および中央押圧部を示す平面図である。
【図９】第１実施形態に係るクランプ治具が備える上型を示す平面図である。
【図１０Ａ】第１実施形態に係るセパレータの組立て方法の各工程を示すフローチャートである。
【図１０Ｂ】図１０ＡのステップＳ１０を説明するためのサブルーチンフローチャートである。
【図１０Ｃ】図１０ＡのステップＳ２０を説明するためのサブルーチンフローチャートである。
【図１１】第１実施形態に係る下型および上型によってセパレータを保持している様子を示す部分断面図である。
【図１２】第１実施形態に係るクランプ治具によってセパレータをクランプしている様子を示す部分断面図である。
【図１３】溶接不良が発生したセパレータの溶接部位を例示する断面図である。
【図１４】良好に溶接されたセパレータの溶接部位を例示する断面図である。
【図１５】第２実施形態に係るセパレータの組立て装置が備えるクランプ治具の構成を簡略して示す部分断面図である。
【図１６】第２実施形態に係る下型および上型によってセパレータを保持している様子を示す部分断面図である。
【図１７】第２実施形態に係るクランプ治具によってセパレータをクランプしている様子を示す部分断面図である。
【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、以下の説明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〜図３は、実施形態に係る燃料電池の各部の構成を示す図であり、図４〜図９は、第１実施形態に係るセパレータの組立て装置を示す図であり、図１０Ａ〜図１２は、第１実施形態に係るセパレータの組立て方法の説明に供する図であり、図１３、図１４は、セパレータの溶接部位の溶接状態を示す図である。
【００１３】
まず、実施形態に係る燃料電池１００について説明する。
【００１４】
図１に示す燃料電池１００は、例えば、固体高分子形燃料電池からなり、電源として利用可能に構成されたものである。固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、小型化、高密度化および高出力化が可能であり、例えば、搭載スペースが限定される車両などの移動体の駆動用電源として使用することができる。特に、システムの起動・停止および出力変動が頻繁に発生する自動車への使用が適している。自動車に使用する場合、例えば、車体中央部の座席下、後部トランクルームの下部、車両前方のエンジンルーム等に搭載して用いることができる。車内空間およびトランクルームを広く取る観点からは、座席下への搭載が好ましい。
【００１５】
燃料電池１００は、スタック部１１０、締結板１３０、補強板１３５、集電板１４０、スペーサー１４５、およびエンドプレート１５０を有する。
【００１６】
図１、図２に示すように、スタック部１１０は、膜電極接合体４０と第１のセパレータ５１、第２のセパレータ５２とを有する単セル１２０を複数積層した積層体によって構成している。なお、図２は、図１に示すスタック部１１０の一部を拡大して示す断面図である。
【００１７】
積層した第１のセパレータ５１と第２のセパレータ５２は、複数の溶接部位８０ａ、８０ｂ、８０ｃを介して相互に溶接されている（図３を参照）。本実施形態における溶接部位とは、溶接するためのレーザーが照射される照射位置と、その照射位置の周辺部分（レーザーの照射の影響を受けて溶融する部分）を含む一定の範囲を意味する。
【００１８】
本実施形態では、溶接部位８０ａをレーザー溶接する例について説明する。ただし、実施形態に係るレーザー溶接を他の溶接部位８０ｂ、８０ｃの溶接に適用することも可能であるし、例示した各溶接部位８０ａ、８０ｂ、８０ｃ以外の溶接部位に対して適用することも可能である。
【００１９】
図１に示すように、締結板１３０は、スタック部１１０の一方の対向する側面の両面側に配置している。補強板１３５は、スタック部１１０の他方の対向する側面の両面側に配置している。締結板１３０および補強板１３５は、スタック部１１０の周囲を取り囲むケーシングを構成する。なお、スタック部１１０の側面とは、単セル１２０の積層方向に沿う面を意味する。
【００２０】
集電板１４０は、緻密質カーボンや銅板などのガス不透過性を備える導電性部材によって構成している。集電板１４０には、スタック部１１０で生じた起電力を出力するための出力端子１４３を設けている。出力端子１４３は、スタック部１１０のうち単セル１２０の積層方向の両端側（以下、単に「スタック部１１０の両端側」と称する。）に配置している。
【００２１】
スペーサー１４５は、スタック部１１０の背面側に配置した集電板１４０の外側に配置している。
【００２２】
エンドプレート１５０は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料によって形成することができる。エンドプレート１５０は、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒のそれぞれを燃料電池１００内で流通させるための燃料ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス導入口、酸化剤ガス排出口、冷媒導入口および冷媒排出口を有する。
【００２３】
集電板１４０、スペーサー１４５およびエンドプレート１５０は、スタック部１１０の内側から両端側に向かって集電板１４０、スペーサー１４５、エンドプレート１５０の順にそれぞれ配置されている。
【００２４】
エンドプレート１５０、締結板１３０、補強板１３５は、ボルト等の締結手段によって締結する。なお、締結手段は、ボルト締結に限定されず、他の手段を適用することも可能である。
【００２５】
図２に示すように、単セル１２０が備える膜電極接合体４０は、高分子電解質膜２０と、アノード電極として機能するアノード触媒層３０と、カソード電極として機能するカソード触媒層３５と、一対のガス拡散層１０、１５とを有する。
【００２６】
ガス拡散層１０は、第２のセパレータ５２とアノード触媒層３０との間に配置している。ガス拡散層１０は、アノード側に供給される燃料ガスを分散させて、燃料ガスをアノード触媒層３０へ供給する。一方、ガス拡散層１５は、第１のセパレータ５１とカソード触媒層３５との間に配置している。ガス拡散層１５は、カソード側に供給される酸化剤ガスを分散させて、酸化剤ガスをカソード触媒層３５へ供給する。
【００２７】
アノード触媒層３０は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、高分子電解質とを含んでいる。アノード触媒層３０は、高分子電解質膜２０の一方の側に配置している。カソード触媒層３５は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、高分子電解質とを含んでいる。カソード触媒層３５は、高分子電解質膜２０の他方の側に配置している。
【００２８】
高分子電解質膜２０は、アノード触媒層３０で生成したプロトンをカソード触媒層３５へ選択的に透過させる機能と、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。
【００２９】
第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２は、単セル１２０を電気的に直列接続する機能と、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒を互いに遮断する隔壁としての機能を有している。各セパレータ５１、５２の外形形状は、膜電極接合体４０と略同一形状である。また、各セパレータ５１、５２は、ステンレス鋼鈑に所定の溝部を形成するためのプレス加工を施したものによって構成することができる。
【００３０】
ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施し易く、かつ、導電性が良好である点でセパレータの素材として好ましい。必要に応じて、ステンレス鋼板に耐食性の塗装を施すことも可能である。ただし、第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２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によって構成することも可能である。
【００３１】
第１のセパレータ５１は、膜電極接合体４０のカソード側に配置されるカソード側セパレータとして構成している。第１のセパレータ５１は、カソード触媒層３５に対向するように配置している。
【００３２】
図３に示すように、第１のセパレータ５１は、外周部５１ａに配置されたマニホールド部６５と、中央部５１ｂに配置された発電反応部６１と、を有する。なお、図３は、第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２の平面を概略的に示す図である。各セパレータ５１、５２は略同一の構成を有しているため、同一の図面を使用することによって、図示による説明を一部省略している。
【００３３】
図２に示すように、発電反応部６１は、膜電極接合体４０の発電に寄与する領域の一方に接する領域であり、溝部７１を有する。溝部７１は、膜電極接合体４０と第１のセパレータ５１との間に位置する流路５３を形成するための凹凸形状（凹凸部に相当）を有している。これにより、凹凸形状を有する中央部５１ｂは、平坦な外周部５１ａに比べて厚みが大きく形成されている。流路５３は、酸化剤ガスをカソード触媒層３５に供給するために利用される。マニホールド部６５は、燃料ガス通過用のマニホールド穴６６と、酸化剤ガス通過用のマニホールド穴６７と、冷媒通過用のマニホールド穴６８とを備える。
【００３４】
第２のセパレータ５２は、膜電極接合体４０のアノード側に配置されるアノード側セパレータを構成している。第２のセパレータ５２は、アノード触媒層３０に対向するように配置している。
【００３５】
図３に示すように、第２のセパレータ５２は、外周部５２ａに配置されたマニホールド部７５と、中央部５２ｂに配置された発電反応部６２と、を有する。図２に示すように、発電反応部６２は、膜電極接合体４０の発電に寄与する領域の他方に接する領域であり、溝部７２を有する。溝部７２は、膜電極接合体４０と第２のセパレータ５２との間に位置する流路５８を形成するための凹凸形状を有している。これにより、凹凸形状を有する中央部５２ｂは、平坦な外周部５２ａに比べて厚みが大きく形成されている。流路５８は、燃料ガスをアノード触媒層３０に供給するために利用される。マニホールド部７５は、燃料ガス通過用のマニホールド穴７６と、酸化剤ガス通過用のマニホールド穴７７と、冷媒通過用のマニホールド穴７８とを備える。なお、図２に示すように、各セパレータ５１、５２の間には、冷媒用の流路５９を形成している。
【００３６】
第２のセパレータ５２は、隣接する他の単セル１２０の第１のセパレータ５１に溶接しており、第１のセパレータ５１は、隣接する別の単セル１２０の第２のセパレータ５２に溶接している。具体的には、第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２は、各マニホールド穴６６（７６）、６７（７７）を取り囲む溶接部位８０ｂ、各セパレータ５１、５２の外周部分に沿って延在する溶接部位８０ｃ、および発電反応部６１（６２）に位置する溶接部位８０ａのそれぞれの溶接部位を介して、相互に溶接している。発電反応部６１（６２）に位置する溶接部位８０ａは、各溝部７１、７２を接合するためのものであり、各溝部７１、７２の中心に位置決めしている。
【００３７】
次に、高分子電解質膜２０および各触媒層３０、３５の材質等を説明する。なお、以下に示す材料等は例示に過ぎず、使用する材料がこれらの材料のみに限定されることはない。
【００３８】
高分子電解質膜２０は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン株式会社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）、Ｇｏｒｅ  ｓｅｌｅｃｔシリーズ（登録商標、日本ゴア株式会社）等である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から形成される。
【００３９】
高分子電解質膜２０の厚みは、特に限定されないが、強度、耐久性および出力特性の観点から５μｍ〜３００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２００μｍである。
【００４０】
アノード触媒層３０に用いられる触媒成分は、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。カソード触媒層３５に用いられる触媒成分は、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。
【００４１】
具体的な触媒成分は、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。なお、貴金属を含まない触媒を適用することも可能である。
【００４２】
各触媒層３０、３５に用いられる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いれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。
【００４３】
各触媒層３０、３５に用いられる高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する材料であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部また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。各触媒層３０、３５に用いられる高分子電解質は、高分子電解質膜２０に用いられる高分子電解質と同一であっても異なっていてもよいが、高分子電解質膜２０に対する各触媒層３０、３５の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。
【００４４】
次に、図４〜図１４を参照して、実施形態に係るセパレータ５１、５２の組立て装置２００について説明する。セパレータ５１、５２の組立て装置２００は、第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２を重ね合わせて溶接部位８０ａを溶接するまでの組立て作業を行うための装置である。なお、図５、図６、図１１、図１２において、押圧力付与機構２３０が備える中央押圧部２５０は、図８のＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。
【００４５】
セパレータ５１、５２の組立て装置２００は、図４を参照して概説すると、第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２を重ね合わせた状態をクランプして保持するクランプ治具２０１と、各セパレータ５１、５２を溶接する溶接機構２６０と、各セパレータ５１、５２を搬送する搬送部２７０と、支持部２８０、制御部２９０とを有する。なお、本明細書中、「クランプする」とは、各セパレータ５１、５２の両側（本実施形態では、上下面側）を互いに逆方向（本実施形態では、上下方向Ｚ１、Ｚ２）から押圧力を付与して挟持することを意味する。
【００４６】
クランプ治具２０１は、図５に示すように、第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２を載置する下型（第１の型に相当）２１０と、第２のセパレータ５２を第１のセパレータ５１に積層した状態で位置決め保持する上型（第２の型に相当）２２０と、各セパレータ５１、５２に対して押圧力を付与する押圧力付与機構２３０と、を有する。
【００４７】
押圧力付与機構２３０は、上型２２０を介して各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａを下方向（第１の方向に相当）Ｚ１に押圧する外周押圧部２４０と、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを上方向（第２の方向に相当）Ｚ２に押圧する中央押圧部２５０と、を備えている。
【００４８】
以下、セパレータ５１、５２の組立て装置２００の各部の構成について詳細に説明する。
【００４９】
下型２１０は、中央押圧部２５０を収容するとともに、各セパレータ５１、５２が載置される受け台としての機能を兼ねている。図６、図８に示すように、下型２１０は、中央部分が矩形状に凹んだ収容空間２１１を備え、上方向Ｚ２に開口した枠状に構成されている。収容空間２１１は、中央押圧部２５０を収容可能に構成されている。
【００５０】
図８に示すように、下型２１０の上面には、載置される各セパレータ５１、５２の面方向（Ｘ−Ｙ方向）の位置を決める基準となる位置決めピン２１２と、各セパレータ５１、５２の外周に沿う溝２１３とを備えている。位置決めピン２１２および溝２１３は、各セパレータ５１、５２の端部に当接することによって面方向の位置ずれを規制している。また、下型２１０は、各セパレータ５１、５２をＸ方向またはＹ方向に移動させて位置決めピン２１２に押し当てる押し当て部材２１４を備えている。押し当て部材２１４は、例えば、アクチュエータにより駆動する。以上の構成により、下型２１０に各セパレータ５１、５２を載置する際に、各セパレータ５１、５２の面方向の位置決めを高精度に行うことができる。
【００５１】
また、図６に示すように、下型２１０は、後述する中央押圧部２５０が備えるストッパー２５３の雄ねじ部２５３ｃをねじ込み可能に構成する雌ねじ部２１６を備えている。
【００５２】
上型２２０は、各セパレータ５１、５２を下方向Ｚ１に向かって押圧する押圧部材である。上型２２０は、第２のセパレータ５２を第１のセパレータ５１に積層した状態で下方向Ｚ１に向かって押圧することによって、下型２１０との間に各セパレータ５１、５２を位置決めして保持する。
【００５３】
図５、図９に示すように、上型２２０は、高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に貫通するスリット部２２１を有する。レーザー溶接を実施する際は、スリット部２２１を第１のセパレータ５０の中央部５１ｂに位置合わせして配置する。図７に示すように、スリット部２２１が配置される部分、すなわち中央部５１ｂの一部は、上型２２０によって第１のセパレータ５１を押圧した状態（第１のセパレータ５１の上面側に上型２２０が配置された状態）において、露出される。したがって、第１のセパレータ５１の中央部５１ｂの一部に設定した溶接部位８０ａを溶接する際には、溶接部位８０ａの位置の確認および溶接部位８０ａへのレーザーの導光を容易に行うことが可能となる。
【００５４】
また、上型２２０は、下型２１０の位置決めピン２１２を挿通可能に構成された位置決め用孔２２２を備えている。上型２２０を下型２１０に配置する際に、位置決めピン２１２を位置決め用孔２２２に挿通することによって、上型２２０の下型２１０に対する位置ずれを防止することができる。
【００５５】
下型２１０および上型２２０は、例えば、公知の金属によって形成することができる。
【００５６】
外周押圧部２４０は、図５に示すように、倍力機構であるトグル機構を利用したトグルクランプから構成されている。外周押圧部２４０は、操作レバー２４１と、操作レバー２４１の操作によって回動するアーム２４２と、複数のリンク２４３、２４４、２４５と、アーム２４２の先端部に固定された押さえ部材２４６と、支持台２４７と、支持台２４７に設けられた支柱２４８とを有する。操作レバー２４１とアーム２４２とは、複数のリンク２４３、２４４、２４５によって連結されており、これによりトグル機構が構成されている。
【００５７】
複数のリンク２４３、２４４、２４５は、操作レバー２４１とアーム２４２とを連結する第１のリンク２４３と、操作レバー２４１と支柱２４８とを連結する第２のリンク２４４と、アーム２４２と支柱２４８とを連結する第３のリンク２４５とを有する。なお、リンクの数および配置はこれに限定されず、トグル機構の構造に応じて適宜変更することができる。
【００５８】
操作レバー２４１は、支柱２４８の上端部に設けられた第１の回転軸ａ１を介して、支柱２４８に回動可能に支持されている。
【００５９】
アーム２４２は、第１のリンク２４３を介して操作レバー２４１と連結されている。操作レバー２４１の回動に応じて回動するように構成されている。
【００６０】
第１のリンク２４３は、一端が操作レバー２４１の端部２４１ａに、他端がアーム２４２の中間部２４２ｂに回転可能に連結されている。第２のリンク２４４は、一端が操作レバー２４１の端部２４１ａに、他端が支柱２４８の下端部に設けられた第２の回転軸ａ２に回転可能に連結されている。これにより、第２のリンク２４４は、操作レバー２４１の回動に伴って第２の回転軸ａ２の周りを回動可能に構成されている。第３のリンク２４５は、一端がアーム２４２の端部２４２ａに、他端が支柱２４８の下端部に設けられた第３の回転軸ａ３に回転可能に連結されている。これにより、第３のリンク２４５は、アーム２４２の回動に伴って第３の回転軸ａ３の周りを回動可能に構成されている。ここで、「端部」とは、最端およびその周辺を含む一定の範囲を意味し、「中間部」とは、中心点およびその周辺を含む一定の範囲を意味する。
【００６１】
外周押圧部２４０は、図７に示すように、上型２２０を平面視したとき、各セパレータ５１、５２の周囲を取り囲むように複数個（例えば、８個）配置することができる。押さえ部材２４６は、上型２２０を介して各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａを押圧する。押さえ部材２４６のうち、上型２２０に接触する部分は、比較的柔らかい材料によって形成されていることが好ましい。これにより、押さえ部材２４６によって押圧した跡が上型２２０の表面に形成されることを抑制することができる。
【００６２】
中央押圧部２５０は、図５に示すように、第２のセパレータ５２の中央部５２ｂに対向するように下型２１０の収容空間２１１に配置している。図６に示すように、中央押圧部２５０は、第２のセパレータ５２の中央部５２ｂに当接する当接部材２５１と、当接部材２５１を上方向Ｚ２に移動させる付勢力を当接部材２５１に付勢する付勢部材２５２と、付勢部材２５２の付勢力に抗して当接部材２５１の上方向Ｚ２への移動を制限するストッパー２５３とを有する。
【００６３】
当接部材２５１は、下型２１０の収容空間２１１との間に間隙を有し、下型２１０に対して相対的に上下方向Ｚ１、Ｚ２に移動可能に構成されている。当接部材２５１は、図８に示すように、複数のセグメント２５１ａに分割されている。各セグメント２５１ａには、付勢部材２５２およびストッパー２５３が配置されている。
【００６４】
本実施形態では、当接部材２５１を上方向Ｚ２から平面視した際に、それぞれのセグメント２５１ａの中心位置に１つのストッパー２５３が配置され、中心位置に対して対称に４つの付勢部材２５２が配置されている。なお、当接部材２５１に付勢部材２５２による付勢力が働いた状態で、各セグメント２５１ａが略水平を維持し得る限りにおいて、各セグメント２５１ａに配置されるストッパー２５３および付勢部材２５２の位置や数等は特に限定されない。
【００６５】
再び図６を参照して、当接部材２５１は、後述する付勢部材２５２のガイド部材２５２ｂを挿通可能に設けられた複数の貫通孔２５１ｂと、ストッパー２５３を挿通可能に設けられた複数の貫通孔２５１ｃとを備えている。貫通孔２５１ｃは、内腔の一部が縮径した縮径部２５１ｄを備えている。
【００６６】
付勢部材２５２は、螺旋状に巻回されたバネ部材２５２ａと、ガイド部材２５２ｂと、バネ部材２５２ａと下型２１０との間に配置されるワッシャー（スペーサーに相当）２５２ｃとを有する。
【００６７】
バネ部材２５２ａは、当接部材２５１と下型２１０との間に配置されている。バネ部材２５２ａは、例えば、圧縮コイルバネから構成されている。バネ部材２５２ａは、その一端を当接部材２５１の下面に当接し、その他端と下型２１０の収容空間２１１の底面２１１ａとの間にワッシャー２５２ｃを挟むように構成されている。バネ部材２５２ａは、ガイド部材２５２ｂの周りを巻回するように構成されている。バネ部材２５２ａは、当接部材２５１と下型２１０とが互いに離反する方向に働く弾性力ｆ１を発生させる。
【００６８】
ガイド部材２５２ｂは、当接部材２５１の移動をガイドする。ガイド部材２５２ｂは、その一端部を当接部材２５１の貫通孔２５１ｂ内に摺動可能に挿通され、他端は下型２１０の収容空間２１１の底面２１１ａに固定されている。
【００６９】
ワッシャー２５２ｃは、バネ部材２５２ａと下型２１０との間の距離を調整する。当接部材２５１を下方向Ｚ１に向かって押圧する前の状態において、当接部材２５１の下面と下型２１０の収容空間２１１の底面２１１ａとの間の距離は、ストッパー２５３の高さによって決定する。この状態で、ワッシャー２５２ｃの高さを高くすると、バネ部材２５２ａが圧縮される。バネ部材２５２ａが圧縮されることによって、バネ部材２５２ａの弾性力ｆ１を高めることができる。
【００７０】
ストッパー２５３は、円柱状の本体部２５３ａと、本体部の一端に一体的に設けられ、本体部よりも径が大きい円柱状の係合部２５３ｂと、下型２１０が備える雌ねじ部２１６にねじ込み可能な雄ねじ部２５３ｃとを有する。ストッパー２５３の係合部２５３ｂは、その下面が当接部材２５１の貫通孔２５１ｃの縮径部２５１ｄの上面に当接することによって当接部材２５１の上方向Ｚ２への移動を制限する力（以下、単に「制限力」と称する）ｆ２を受ける。これにより、当接部材２５１が下型２１０の収容空間２１１の底面２１１ａに対して一定以上の距離を隔てて離間しないように構成している。また、雄ねじ部２５３ｃの雌ねじ部２１６に対するねじ込み量を調整することによって当接部材２５１が下型２１０の収容空間２１１の底面２１１ａに対して離反する距離の最大値Ｄｍａｘを調整する。当接部材２５１が下型２１０に対して離反する距離が小さいと、当接部材２５１は、下型２１０の上面よりも下側に配置される。反対に、当接部材２５１が下型２１０に対して離反する距離が大きいと、当接部材２５１は、下型２１０の上面よりも上側に配置される。ストッパー２５３の雄ねじ部２５３ｃのねじ込み量を調整することによって、当接部材２５１の上下方向Ｚ１、Ｚ２の配置をより高精度に調整することができる。
【００７１】
溶接機構２６０は、図４に示すように、第１のセパレータ５１と第２のセパレータ５２を溶接する溶接部位８０ａへ向けてレーザーを照射する加工ヘッド２６１と、光ファイバー２６２と、レーザー発振器２６３とを有する。
【００７２】
加工ヘッド２６１は、レーザーを走査することによって連続溶接を可能にする公知のガルバノヘッドによって構成している。
【００７３】
レーザー発振器２６３は、光学系、電源、制御系、冷却ガス循環系等を内蔵しており、発振させたレーザーを、光ファイバー２６２を介して加工ヘッド２６１へ提供する。レーザー発振器２６３により発振するレーザーの種類は特に限定されないが、例えば、レーザー溶接に一般的に用いられるＹＡＧレーザーを選択することができる。
【００７４】
搬送部２７０は、搬送対象を所望の方向および姿勢に調整しながら、搬送可能な公知の多関節型ロボットアームによって構成している。搬送部２７０は、各セパレータ５１、５２が積載されたパーツトレイＴから各セパレータ５１、５２を下型２１０へ搬送して載置する。
【００７５】
支持部２８０は、例えば、下型２１０、上型２２０および押圧力付与機構２３０によって構成されるクランプ治具２０１を横方向（Ｘ方向）に移動可能に支持する載置台（ステージ）２８１と、加工ヘッド２６１を奥行き方向（Ｙ方向）および高さ方向（Ｚ１、Ｚ２方向）に移動可能に支持する二軸式ロボットアーム２８２によって構成することができる。これにより、加工ヘッド２６１と各セパレータ５１、５２との間の距離を可変可能に調整する調整機構としての機能を有している。
【００７６】
制御部２９０は、セパレータ５１、５２の組立て装置２００の各部の作動を制御して、第１のセパレータ５１および第２のセパレータ５２を重ね合わせ、溶接部位８０ａを溶接して組立てる。具体的には、制御部２９０は、ＲＯＭやＲＡＭから構成された記憶部と、ＣＰＵを主体に構成された演算部と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部と、を有する。入出力部は、押圧力付与機構２３０、溶接機構２６０、搬送部２７０、支持部２８０等に電気的に接続している。記憶部は、セパレータ５１、５２が載置される位置、セパレータ５１、５２のクランプ位置、溶接部位８０ａの位置等のデータを記憶する。演算部は、記憶部から読み出したデータおよび入出力部から受信したデータに基づいて、操作レバー２４１の操作位置、溶接用のレーザーの出力値等を算出する。算出したデータに基づく制御信号は、入出力部を介して押圧力付与機構２３０、溶接機構２６０、搬送部２７０、支持部２８０等へ送信される。このようにして、制御部２９０は、セパレータ５１、５２の組立て装置２００の各部の作動を制御する。
【００７７】
次に、本実施形態に係るセパレータの組立て方法を説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、本実施形態に係るレーザー溶接方法の各工程を示すフローチャートである。
【００７８】
セパレータ５１、５２の組立て方法は、図１０Ａに示すように、概して、下型２１０および上型２２０によって各セパレータ５１、５２を互いに位置決めした状態に保持する工程（ステップＳ１０）と、押圧力付与機構２３０によって各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａおよび中央部５１ｂ、５２ｂを互いに逆方向に押圧してクランプする工程（ステップＳ２０）と、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａを溶接する工程（ステップＳ３０）と、を有する。以下、各工程について詳細に説明する。なお、下型２１０、上型２２０、押圧力付与機構２３０、溶接機構２６０、搬送部２７０および支持部２８０の作動は制御部２９０が制御するものとする。
【００７９】
図１０Ｂに示すように、各セパレータ５１、５２を互いに位置決めした状態に保持する工程（ステップＳ１０）では、各セパレータ５１、５２を下型２１０に載置し（ステップＳ１１）、下型２１０の上に上型２２０を配置する（ステップＳ１２）。
【００８０】
まず、図５に示すように、搬送部２７０によってパーツトレイＴ（図４を参照）から各セパレータ５１、５２を下型２１０へ搬送し、第１のセパレータ５１と第２のセパレータ５２とを積層して重ね合わせた状態として載置する（ステップＳ１１）。この際、位置決めピン２１２に各セパレータ５１、５２の端部が当接するように載置することよって各セパレータ５１、５２の面方向（Ｘ−Ｙ方向）の位置を調整することができる。ストッパー２５３の雄ねじ部２５３ｃのねじ込み量を予め調整して、当接部材２５１が下型２１０に対して離反する距離の最大値Ｄｍａｘ（図６を参照）を調整しておく。このとき、中央押圧部２５０において、バネ部材２５２ａの弾性力ｆ１は、当接部材２５１の上方向Ｚ２への移動を制限するストッパー２５３の制限力ｆ２とつり合った状態にある。
【００８１】
次に、図１１に示すように、下型２１０の上に上型２２０を配置する（ステップＳ１２）。この際、位置決め用孔２２２に位置決めピン２１２が挿通するように配置することによって、上型２２０の下型２１０に対する位置決めが可能となる。
【００８２】
次に、押圧力付与機構２３０によって各セパレータ５１、５２に対して上下方向Ｚ１、Ｚ２から押圧力を付与して各セパレータ５１、５２をクランプする（ステップＳ２０）。
【００８３】
図１０Ｃに示すように、各セパレータ５１、５２をクランプする工程（ステップＳ２０）は、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂをクランプする工程（ステップＳ２１）と、外周部５１ａ、５２ａをクランプする工程（ステップＳ２２）の２段階に分かれている。
【００８４】
まず、図１１に示すように、外周押圧部２４０の操作レバー２４１を操作してアーム２４２の先端を倒すようにアーム２４２を傾斜させる。押さえ部材２４６が上型２２０に近接する方向にアーム２４２を回動させることによって、押さえ部材２４６が上型２２０に当接して押圧力ｆ３を付与する。アーム２４２が回動すると、クランプ位置の直前で、上型２２０に押さえ部材２４６が接触する。アーム２４２は、操作レバー２４１と複数のリンク２４３、２４４、２４５とで形成されるトグル機構によって、クランプ位置に安定に保持される。
【００８５】
各セパレータ５１、５２は、中央部５１ｂ、５２ｂが外周部５１ａ、５２ａよりも厚みが大きい（上下方向Ｚ１、Ｚ２に突出している）ため、上型２２０の下面は、第１セパレータ５１の中央部５１ｂのみに当接して、各セパレータ５１、５２が下方向Ｚ１へ移動する。これにより、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂが下型２１０と上型２２０との間にクランプされる。このとき、下型２１０の上面と当接部材２５１の上面は同じ高さに位置することが好ましい。
【００８６】
次に、外周押圧部２４０の押圧力ｆ３および上型２２０の自重によって、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂは、下方向Ｚ１へ押圧される。各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂは、中央押圧部２５０を押圧する。中央押圧部２５０の当接部材２５１は、ストッパー２５３の係合部２５３ｂと当接部材２５１の縮径部２５１ｄとが接触しない位置まで下方向Ｚ１へ移動する。これにより、バネ部材２５２ａの弾性力ｆ１に抗して当接部材２５１の上方向Ｚ２への移動を制限するストッパー２５３の制限力ｆ２が解除される。このため、バネ部材２５２ａは、当接部材２５１を介して各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを上方向Ｚ２へ押圧する。これにより、中央押圧部２５０により各セパレータ５１、５２の中央部５２ｂの溶接部位８０ａが互いに接近する方向に各セパレータ５１、５２を押圧する。このようにして、上型２２０および当接部材２５１によって各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを上下方向Ｚ１、Ｚ２からクランプする（ステップＳ２１）。
【００８７】
次に、図１２に示すように、外周押圧部２４０の操作レバー２４１を操作して、アーム２４２をさらに傾斜させる。このとき、下型２１０と上型２２０が完全に閉じるまで上型２２０を下方向Ｚ１に向かって押圧する。これにより、バネ部材２５２ａは、さらに圧縮されて、弾性力ｆ１が増加する。このようにして、各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａを下型２１０と上型２２０との間にクランプする（ステップＳ２２）。この状態で、外周押圧部２４０を固定する。
【００８８】
各セパレータ５１、５２がクランプされた状態において、各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａは、外周押圧部２４０の押圧力ｆ３のみによって上型２２０と下型２１０との間にクランプされている。これに対し、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂは、上方向Ｚ２から押圧する外周押圧部２４０および下方向Ｚ１から押圧する中央押圧部２５０の両方の押圧力によってクランプされる。このようにして、押圧力付与機構２３０によって各セパレータ５１、５２に付与される押圧力は、外周部５１ａ、５２ａよりも中央部５１ｂ、５２ｂの方が大きくなるように構成されている。
【００８９】
次に、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａを溶接する（ステップＳ３０）。図４に示すように、加工ヘッド２６１を動作させて、溶接部位８０ａに向けてレーザーＬを照射する。この際、上型２２０に形成されたスリット部２２１を介して各セパレータ５１、５２に直接レーザーＬを照射することができるため、溶接が容易になる。なお、溶接ラインは、図３に示すように、断続的なステッチ状に形成してもよいし、溶接部位８０ａに沿って連続的に形成してもよい。
【００９０】
最後に、外周押圧部２４０の操作レバー２４１を操作して、上型２２０に付与している押圧を解除し、上型２２０を下型２１０から取り外して溶接されたセパレータ５１、５２を取り出す。これにより、セパレータ５１、５２の組立てが完了する。外周押圧部２４０による各セパレータ５１、５２のクランプを解除する場合は、操作レバー２４１を図１２に示す位置から図５に示す位置まで回動させる。これにより、クランプ動作のときと逆の動作が起こり、各セパレータ５１、５２のクランプを解除することができる。
【００９１】
図１３には、隙間による不良が発生した際の溶接部位８０ａの様子を例示する断面図を示し、図１４には、良好に溶接した際の溶接部位８０ａの様子を例示する断面図を示している。
【００９２】
例えば、各セパレータ５１、５２の溶接に際して、各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａのみをクランプすると、図１３に示すように、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂの溶接部位８０ａにおいて、第１のセパレータ５１と第２のセパレータ５２との間に隙間ｇが形成されることがある。各セパレータ５１、５２は薄肉であり、かつ、中央部５１ｂ、５２ｂに微細な凹凸形状を備えているため、クランプ時の力の掛かり具合やクランプ位置などの影響を受けて、隙間ｇが比較的形成され易い。
【００９３】
本実施形態に使用される溶接機構２６０では、良好に溶接を行うために隙間ｇの大きさをできるだけ小さく抑える必要がある。大きな隙間ｇが形成された状態で溶接が行われると、図１３に示すように溶接部位８０ａに溶け落ちが生じて、溶接強度の低下を招くことになる。良好に溶接できる隙間ｇの大きさは、レーザー出力等の溶接条件やセパレータ５１、５２の材質や板厚によっても異なるが、例えば、２５μｍ以下にすることが好ましく、隙間ｇがない状態にすることがより好ましい。
【００９４】
本実施形態では、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを上方向Ｚ２から押圧する外周押圧部２４０および下方向Ｚ１から押圧する中央押圧部２５０の両方の押圧力によってクランプする。このため、各セパレータ５１、５２の間の隙間ｇを抑えることができるため、図１４に示すように、溶接を良好に行うことができる。
【００９５】
以上説明したように、本実施形態に係るセパレータ５１、５２の組立て装置２００によれば、下型２１０と、各セパレータ５１、５２を積層した状態で位置決め保持する上型２２０と、各セパレータ５１、５２に対して押圧力を付与する押圧力付与機構２３０と、溶接機構２６０と、制御部２９０とを有する。押圧力付与機構２３０は、各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａを押圧する外周押圧部２４０と、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを押圧する中央押圧部２５０と、を備えている。制御部２９０は、押圧力付与機構２３０の作動を制御して、外周押圧部２４０による各セパレータ５１、５２の押圧方向と中央押圧部２５０による各セパレータ５１、５２の押圧方向とを逆方向にする。
【００９６】
このように構成したセパレータ５１、５２の組立て装置２００によれば、押圧力付与機構２３０によって各セパレータ５１、５２を確実にクランプすることができるため、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａに生じる隙間ｇを小さくすることができる。これにより、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａにおける溶接品質を向上させることができる。
【００９７】
制御部２９０は、押圧力付与機構２３０の作動を制御して、中央押圧部２５０によって各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを上型２２０と下型２１０との間にクランプした後に、外周押圧部２４０によって各セパレータの外周部５１ａ、５２ａを下型２１０と上型２２０との間にクランプする。これにより、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂからその外側に向けて位置ずれの補正を行うことができる。このため、中央部５１ｂ、５２ｂに生じた位置ずれを中央部５１ｂ、５２ｂの他の箇所に残すことなく位置決めを行うことができる。
【００９８】
また、制御部２９０は、押圧力付与機構２３０および溶接機構２６０の作動を制御して、外周押圧部２４０によって各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａを上型２２０と下型２１０との間にクランプし、中央押圧部２５０によって各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂの溶接部位８０ａを互いに接近する方向に押圧した状態で、溶接機構２６０によって各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを溶接する。これにより、外周押圧部２４０によって各セパレータ５１、５２をクランプして積層した状態を保持するとともに、中央押圧部２５０によって各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａに生じる隙間ｇの形成を抑制した状態で溶接することができる。これにより、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａにおける溶接品質をさらに向上させることができる。
【００９９】
また、押圧力付与機構２３０によって各セパレータ５１、５２に付与される押圧力は、外周部５１ａ、５２ａよりも中央部５１ｂ、５２ｂの方が大きくなるように構成されている。これにより、発電反応部６１が形成される各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂが外周部５１ａ、５２ａに比べて、各セパレータ５１、５２間の距離が小さくなる。このため、溶接部位８０ａに生じる隙間ｇが小さく、かつ、強固に位置決めされた状態が保持される。したがって、各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａにおいて生じた隙間ｇや位置ずれが中央部５１ｂ、５２ｂまで及ぶことを抑制し、溶接部位８０ａにおける溶接品質をさらに向上させることができる。
【０１００】
また、外周押圧部２４０は、上型２２０を介して各セパレータ５１、５２を下方向Ｚ１に押圧し、中央押圧部２５０は、下型２１０に配置され、各セパレータ５１、５２を上方向Ｚ２に向かって押圧する。これにより、上型２２０および下型２１０によって保持されている各セパレータ５１、５２を上下方向Ｚ１、Ｚ２からクランプすることができる。このため、溶接部位８０ａに生じる隙間ｇの発生をより確実に抑えることができる。
【０１０１】
また、中央押圧部２５０は、第２のセパレータ５２の中央部５２ｂに当接する当接部材２５１と、当接部材２５１を上方向Ｚ２に移動させる付勢力を当接部材２５１に付勢する付勢部材２５２とを有する。これにより、付勢部材２５２により付勢力が付勢された当接部材２５１によって各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを効果的に押圧することができる。このため、溶接部位８０ａに生じる隙間ｇをより一層抑えることができる。
【０１０２】
また、中央押圧部２５０は、付勢部材２５２の付勢力に抗して当接部材２５１の上方向Ｚ２への移動を制限するストッパー２５３をさらに有する。これにより、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂに必要以上の押圧力が掛かって変形してしまうことを防止することができる。
【０１０３】
また、中央押圧部２５０は、複数の付勢部材２５２と、複数のストッパー２５３と、を備え、当接部材２５１は、複数のセグメント２５１ａに分割され、それぞれのセグメント２５１ａに付勢部材２５２およびストッパー２５３が配置される。複数のセグメント２５１ａから各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを分割して押圧することによって、中央部５１ｂ、５２ｂ一部が局所的に押圧されることがなく、全体に均一に押圧することができる。これにより、溶接部位８０ａごとにばらつきが生じるのを抑制し、全体に均一な溶接強度を得ることができる。
【０１０４】
また、当接部材２５１を上方向Ｚ２から平面視した際に、それぞれのセグメント２５１ａの中心位置に１つのストッパー２５３が配置され、中心位置に対して対称に複数の付勢部材２５２が配置される。このような構成により、セグメント２５１ａの面がＸ−Ｙ平面に対して傾くことを抑制し、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを均一に押圧することができる。これにより、溶接部位８０ａごとに強度のばらつきが生じるのを抑制し、全体に均一な溶接強度を得ることができる。
【０１０５】
また、付勢部材２５２は、当接部材２５１と下型２１０との間に配置され、当接部材２５１と下型２１０とが互いに離反する方向に弾性力ｆ１を発生させるバネ部材２５２ａと、当接部材２５１の移動をガイドするガイド部材２５２ｂと、を有する。バネ部材２５２ａによって当接部材２５１を付勢して移動させるとともに、ガイド部材２５２ｂによって当接部材２５１の移動方向をガイドすることができる。これにより、当接部材２５１の各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂに対する押圧方向を確実に制御することができる。当接部材２５１が中央部５２ｂの面に対して略平行に当接するように制御することによって、中央部５１ｂ、５２ｂを均一に押圧することができる。これにより、溶接部位８０ａごとにばらつきが生じるのを抑制し、全体に均一な溶接強度を得ることができる。
【０１０６】
また、バネ部材２５２ａと下型２１０との間に配置されるワッシャー２５２ｃをさらに有するため、バネ部材２５２ａの弾性力ｆ１の初期値を調整することができる。これにより、中央押圧部２５０が各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂに付与する押圧力を比較的容易に調整することが可能となる。
【０１０７】
本実施形態に係るセパレータ５１、５２の組立て方法は、下型２１０および上型２２０によって各セパレータ５１、５２を互いに位置決めした状態に保持する工程（ステップＳ１０）と、押圧力付与機構２３０によって各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａおよび中央部５１ｂ、５２ｂを互いに逆方向に押圧してクランプする工程（ステップＳ２０）と、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａを溶接する工程（ステップＳ３０）と、を有する。
【０１０８】
このように構成したセパレータ５１、５２の組立て方法によれば、各セパレータ５１、５２を確実にクランプすることができるため、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａに生じる隙間ｇを小さくすることができる。これにより、各セパレータ５１、５２の溶接部位８０ａにおける溶接品質を向上させることができる。
【０１０９】
また、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂをクランプした後に、各セパレータの外周部５１ａ、５２ａをクランプする。これにより、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂからその外側に向けて位置ずれの補正を行うことができる。このため、中央部５１ｂ、５２ｂに生じた位置ずれを中央部５１ｂ、５２ｂの他の箇所に残すことなく位置決めを行うことができる。
【０１１０】
また、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを押圧する押圧力は、外周部５１ａ、５２ａよりも押圧する押圧力が大きくなるように押圧する。これにより、発電反応部６１が形成される中央部５１ｂ、５２ｂが外周部５１ａ、５２ａに比べて強固に位置決めされた状態が保持される。このため、各セパレータ５１、５２の外側の位置ずれが内側まで及ぶことを抑制し、溶接部位８０ａにおける溶接品質をさらに向上させることができる。
【０１１１】
＜第２実施形態＞
図１５〜図１７を参照して、第２実施形態に係るセパレータ５１、５２の組立て装置３００を説明する。第２実施形態に係るセパレータの組立て装置３００は、中央押圧部３５０の構成のみが、第１実施形態と異なる。なお、第１実施形態と同一の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１２】
中央押圧部３５０は、図１５に示すように、当接部材３５１と、当接部材３５１の下に配置された弾性部材（付勢部材に相当）３５２とを有する。
【０１１３】
第１実施形態と同様に、中央押圧部３５０は、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂに対向するように下型２１０の収容空間２１１に配置している。
【０１１４】
当接部材３５１は、例えば、金属ブロックにより構成されている。当接部材３５１は、下型２１０の収容空間２１１との間に間隙を有し、収容空間２１１内を上下方向Ｚ１、Ｚ２に移動可能に構成されている。
【０１１５】
弾性部材３５２は、下型２１０の収容空間２１１の底面２１１ａと当接部材３５１との間に配置されている。弾性部材３５２は、公知の弾性材料から形成することができる。弾性材料としては、例えば、シリコンゴムを使用することができる。
【０１１６】
第２実施形態に係るセパレータの組立て装置３００を使用したセパレータ５１、５２の組立て方法は、第１実施形態と同様に、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、各セパレータ５１、５２を互いに位置決めした状態に保持する工程（ステップＳ１０）と、各セパレータ５１、５２をクランプする工程（ステップＳ２０）と、各セパレータ５１、５２を溶接する工程（ステップＳ３０）と、を有する。各セパレータ５１、５２をクランプする工程（ステップＳ２０）以外は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【０１１７】
各セパレータ５１、５２をクランプする工程（ステップＳ２０）は、各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂをクランプする工程（ステップＳ２１）と、各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａをクランプする工程（ステップＳ２１）とを有する。
【０１１８】
各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂをクランプする工程（ステップＳ２１）において、図１６に示すように、外周押圧部２４０によって上型２２０に下方向Ｚ１への押圧力ｆ３を付与する。当接部材３５１は、押圧力ｆ３により各セパレータ５１、５２を介して下方向Ｚ１へ押圧される。これにより、弾性部材３５２は、当接部材３５１と下型２１０の収容空間２１１の底面２１１ａとの間で圧縮される。弾性部材３５２は、圧縮される力に抗して上下方向Ｚ１、Ｚ２に弾性力ｆ１２を作用する。この弾性力ｆ１２が当接部材２５１を上方向Ｚ２へ押圧する。これにより、上型２２０および当接部材２５１によって各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂが上下方向Ｚ１、Ｚ２からクランプされる。
【０１１９】
次に、図１７に示すように、外周押圧部２４０の操作レバー２４１を操作して、アーム２４２をさらに傾斜させる。このとき、下型２１０と上型２２０が完全に閉じるまで上型２２０を下方向Ｚ１に押圧する。これにより、弾性部材３５２は、さらに圧縮されて、弾性力ｆ１２が増加する。このようにして、各セパレータ５１、５２の外周部５１ａ、５２ａを下型２１０と上型２２０との間にクランプする（ステップＳ２２）。この状態で、外周押圧部２４０を固定する。
【０１２０】
以上説明したように、本実施形態に係るセパレータ５１、５２の組立て装置３００によれば、中央押圧部３５０は、第２のセパレータ５２の中央部５２ｂに当接する当接部材３５１と、当接部材３５１を上方向Ｚ２に移動させる弾性力ｆ１２を当接部材３５１に付勢する弾性部材３５２とを有する。
【０１２１】
このように構成したセパレータ５１、５２の組立て装置３００によれば、弾性部材３５２により付勢力が付勢された当接部材３５１によって各セパレータ５１、５２の中央部５１ｂ、５２ｂを効果的に押圧することができる。このため、溶接部位８０ａに生じる隙間ｇの発生をより一層抑えることができる。
【０１２２】
以上、実施形態を通じて本発明に係るセパレータの組立て装置およびセパレータの組立て方法を説明したが、本発明は実施形態において説明した内容のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【０１２３】
例えば、押圧力付与機構は、各セパレータを上下方向に押圧するとしたが、外周部を押圧する外周押圧部の押圧方向と、中央部を押圧する中央押圧部の押圧方向が互いに逆方向である限りにおいて上下方向に限定されない。
【０１２４】
また、レーザー溶接を実施している最中に各セパレータをクランプした状態に維持し得る限りにおいて、外周押圧部の設置数や設置位置等は特に限定されない。
【０１２５】
また、付勢部材は、バネ部材または弾性部材の弾性力によって当接部材に付勢するとしたが、当接部材に付勢力を付勢して上方向に移動させることが可能な限りにおいて当該構成に限定されない。例えば、バネ部材や弾性部材の替わりに空気バネ、油圧シリンダー等を備える構成であってもよい。
【０１２６】
また、上型は、レーザー溶接のレーザーを通過させるスリット部を備えるとしたが、上型および下型によって各セパレータをクランプした状態においてレーザー溶接可能であれば当該構成に限定されない。例えば、上型をレーザーの透過性を備える材料によって構成することができる。また、下型も同様にレーザーの透過性を備える材料によって構成することができる。レーザーの透過性を備える材料としては、例えば、透明な樹脂材料やガラス等が挙げられる。
【０１２７】
また、レーザー溶接によってセパレータを溶接するとしたが、これに限定されず、例えば、スポット溶接を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
５１      第１のセパレータ（他方のセパレータ）、
５２      第２のセパレータ（一方のセパレータ）、
５１ａ、５２ａ  外周部、
５１ｂ、５２ｂ  中央部、
５３、５８、５９  流路、
６５      マニホールド部、
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ  溶接部位、
２００    セパレータの組立て装置、
２０１    クランプ治具、
２１０    下型（第１の型）、
２２０    上型（第２の型）、
２３０    押圧力付与機構、
２４０    外周押圧部、
２５０、３５０  中央押圧部、
２５１、３５１  当接部材、
２５１ａ  セグメント、
２５２    付勢部材、
３５２    弾性部材（付勢部材）、
２５２ａ  バネ部材、
２５２ｂ  ガイド部材、
２５２ｃ  ワッシャー（スペーサー）、
２５３    ストッパー、
２６０    溶接機構、
２９０    制御部、
Ｚ１      第１の方向（下方向）、
Ｚ２      第２の方向（上方向）、
ｇ  隙間、
ｆ１、ｆ１２  弾性力、
ｆ２  制限力、
ｆ３  外周押圧部による押圧力、
Ｄｍａｘ  当接部材が第１の型に対して離反する距離の最大値。
【図１】
0006747043.tif 000002
【図２】
0006747043.tif 000003
【図３】
0006747043.tif 000004
【図４】
0006747043.tif 000005
【図５】
0006747043.tif 000006
【図６】
0006747043.tif 000007
【図７】
0006747043.tif 000008
【図８】
0006747043.tif 000009
【図９】
0006747043.tif 000010
【図１０Ａ】
0006747043.tif 000011
【図１０Ｂ】
0006747043.tif 000012
【図１０Ｃ】
0006747043.tif 000013
【図１１】
0006747043.tif 000014
【図１２】
0006747043.tif 000015
【図１３】
0006747043.tif 000016
【図１４】
0006747043.tif 000017
【図１５】
0006747043.tif 000018
【図１６】
0006747043.tif 000019
【図１７】
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