(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、前記積層方向に沿い前記燃料電池本体を囲む四つの側壁と少なくとも一つの開口とを有し、前記燃料電池本体が収容されるケースと、前記燃料電池本体と前記ケースとの間に配置され、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力を有する介在層とを備える燃料電池スタックの製造方法であって、
前記燃料電池本体が前記ケースに収容されたときの、前記積層方向に沿った前記燃料電池本体の外周面と前記外周面に対向する前記ケースの前記側壁の内周面との距離よりも大きい厚みを有する前記介在層を、前記外周面のうちの向かい合う二つの面にそれぞれ配置する工程と、
前記向かい合う二つの面に配置された介在層を、前記介在層の厚みが前記距離よりも小さくなるように、前記介在層の前記積層方向の一端から他端までローラで潰す工程と、
前記介在層の厚みが前記距離にまで膨らむ前に、前記ケースを前記燃料電池本体に対して相対移動させながら、前記開口を介して前記燃料電池本体を前記ケースに収容する工程と、
を備える、燃料電池スタックの製造方法。
【請求項２】
前記介在層を前記ローラで潰す工程と、前記燃料電池本体を前記ケースに収容する工程とは、並行して行われ、前記介在層を前記ローラで潰しながら、前記燃料電池本体を前記ケースに収容する
請求項１に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項３】
前記ローラは、前記ケースの前記側壁に設けられる
請求項２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項４】
前記ローラは、前記ケースの前記側壁における前記開口側の端部に設けられる
請求項３に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項５】
前記ローラは、前記積層方向に沿って並んだ複数のローラを備え、
前記介在層を前記ローラで潰す工程は、
前記介在層を、前記複数のローラで潰す工程を備える
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項６】
前記介在層を前記向かい合う二つの面に配置する工程は、
前記介在層を、前記外周面のうちの一方の向かい合う二つの面にそれぞれ配置し、前記外周面のうちの他方の向かい合う二つの面にそれぞれ配置する工程を備え、
前記介在層を前記ローラで潰す工程は、
前記一方の向かい合う二つの面に配置された介在層をローラで潰すと共に、前記他方の向かい合う二つの面に配置された介在層を他のローラで潰す工程を備える
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項７】
前記介在層は、ダイラタント特性を有する
請求項１乃至６のいずれか一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、燃料電池スタックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面の外側に設けられたテンションプレートと、燃料電池本体の外周面とテンションプレートとの間に配置される、低摩擦特性、緩衝特性及び絶縁特性を有する介在層とを備える燃料電池スタックが開示されている（例えば、特許文献１参照）。介在層としては、例えば発泡性の樹脂やゴムが例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の燃料電池スタックの製造方法としては、特許文献１には具体的に明示されていないが、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面上に介在層を配置し、その介在層上にテンションプレートを配置する方法が考え得る。すなわち、燃料電池本体の外周面上にそれぞれ介在層を配置し、続いて、各介在層の上にテンションプレートを配置し、その後、各テンションプレート同士を接続する方法である。この場合、板状のテンションプレートで燃料電池本体を囲むため、水密性を確保するためにテンションプレート間に挿入するガスケットや、テンションプレート同士を接続するためのボルトのような部材が必要であり、製造コストが増加し生産性が低下する。それに対処すべく検討を行った結果、発明者らは、テンションプレートの代わりに箱型のケースを用意し、外周面に介在層を配置された燃料電池本体をケースに収めることで、水密性を確保しつつ、製造コストの低減や生産性の向上が可能であることを見出した。ここで、介在層の機能、特に緩衝特性を発揮させるためには、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に圧縮状態で介在層を配置する必要がある。しかし、燃料電池本体をケースに収める形態の場合、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に圧縮状態で介在層を配置することは極めて困難である。燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に介在層を配置可能な技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、前記積層方向に沿い前記燃料電池本体を囲む四つの側壁と少なくとも一つの開口とを有し、前記燃料電池本体が収容されるケースと、前記燃料電池本体と前記ケースとの間に配置され、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力を有する介在層とを備える燃料電池スタックの製造方法であって、前記燃料電池本体が前記ケースに収容されたときの、前記積層方向に沿った前記燃料電池本体の外周面と前記外周面に対向する前記ケースの前記側壁の内周面との距離よりも大きい厚みを有する前記介在層を、前記外周面のうちの向かい合う二つの面にそれぞれ配置する工程と、前記向かい合う二つの面に配置された介在層を、前記介在層の厚みが前記距離よりも小さくなるように、前記介在層の前記積層方向の一端から他端までローラで潰す工程と、前記介在層の厚みが前記距離にまで膨らむ前に、前記ケースを前記燃料電池本体に対して相対移動させながら、前記開口を介して前記燃料電池本体を前記ケースに収容する工程と、を備える、燃料電池スタックの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に介在層を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料電池スタックの断面図である。
【図２】燃料電池スタックの断面図である。
【図３】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図４】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図５】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図６】圧縮器の構成例を示す正面図及び側面図である。
【図７】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図８】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図９】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図１０】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図１１】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図１２】各製造工程における介在層の厚みの関係を示す側面図である。
【図１３】ローラを用いる場合の効果を説明する断面図である。
【図１４】ローラを用いない場合の問題を説明する断面図である。
【図１５】介在層を押し潰す前後での介在層の厚みの関係を示す断面図である。
【図１６】介在層を押し潰す前後での介在層と燃料電池単セルの関係の一例を示す断面図である。
【図１７】別の実施例のケースを示す断面図である。
【図１８】別の実施例のケースを示す平面図である。
【図１９】別の実施例の燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図２０】更に別の実施例のケースを示す断面図である。
【図２１】更に別の実施例のケースを示す平面図である。
【図２２】更に別の実施例の燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【図２３】更に別の実施例の燃料電池スタックの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施例に係る燃料電池スタックＡについて説明する。図１及び図２は、燃料電池スタックＡの概略断面図である。ただし、図１は図２のＥ１−Ｅ１断面図であり、図２は図１のＥ２−Ｅ２断面図である。燃料電池スタックＡは、燃料電池本体１と、燃料電池本体１が収容されるケース２と、燃料電池本体１とケース２との間に配置される介在層３とを備える。
【０００９】
燃料電池本体１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され電気化学反応により電力を発生する。燃料電池本体１は、積層体１１と、ターミナルプレート１２と、エンドプレート１４と、絶縁プレート１３とを備える。積層体１１は、複数の燃料電池単セルを積層方向Ｓに沿って積層することにより形成される。ターミナルプレート１２は、積層体１１の積層方向Ｓの両端部に配置される。エンドプレート１４は、ターミナルプレート１２の積層方向Ｓの外側に配置される。絶縁プレート１３は、ターミナルプレート１２とエンドプレート１４との間に配置される。ターミナルプレート１２、エンドプレート１４及び絶縁プレート１３は、積層方向Ｓに垂直な断面でみると、それぞれ長方形状をなしている。そのとき、ターミナルプレート１２及び絶縁プレート１３は互いにほぼ同じ大きさである。一方、エンドプレート１４はターミナルプレート１２及び絶縁プレート１３とほぼ同じ大きさか又はこれらよりもわずかに大きい。ターミナルプレート１２及びエンドプレート１４は導電性材料から形成され、絶縁プレート１３は電気絶縁性材料から形成される。
【００１０】
ケース２は、燃料電池本体１を圧縮状態で収容し、燃料電池本体１を拘束する。ケース２は、ケース本体２２と、蓋プレート２１とを備える。ケース本体２２は、その内部に燃料電池本体１を収容可能である。ケース本体２２は、ほぼ直方体であり、積層方向Ｓに沿い燃料電池本体１を囲む四つの側壁２２ａと底壁２２ｂとを有し、底壁２２ｂに対向して開口を有する。ケース本体２２の内部における底面の広さは、燃料電池本体１の積層方向Ｓに垂直な断面よりもやや大きい。ケース本体２２の内部における積層方向Ｓの長さ、すなわち深さは、燃料電池本体１が積層方向Ｓに圧縮されたときの積層方向Ｓの長さと同じかやや長い。蓋プレート２１は、ケース本体２２の蓋であり、ケース本体２２に締結部材（図示せず）で締結される。ケース本体２２及び蓋プレート２１は、ステンレスやアルミニウムのような金属で形成される。
【００１１】
ケース本体２２内に燃料電池本体１が収容されて蓋プレート２１が閉じられ、ケース本体２２と蓋プレート２１とが締結部材で締結されると、燃料電池本体１は蓋プレート２１とケース本体２２の底壁２２ｂとにより両側から積層方向Ｓ内向きに押されて、拘束される。その結果、燃料電池本体１の両側のエンドプレート１４、１４が積層方向Ｓ内向きに互いに近づく。したがって、積層体１１、ターミナルプレート１２、絶縁プレート１３及びエンドプレート１４が積層方向Ｓに関し互いに密着される。このとき、積層方向Ｓに沿った燃料電池本体１の外周面１ａと外周面１ａに対向するケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの間に距離Ｄの隙間が形成される。その隙間に介在層３が配置される。
【００１２】
なお、ケース本体２２の深さが圧縮状態の燃料電池本体１の積層方向Ｓの長さよりやや長いときには、例えば、ケース本体２２の底壁２２ｂの外側からボルトが締め込まれることで、底壁２２ｂの内側から突き出したボルトが燃料電池本体１のエンドプレート１４を押して燃料電池本体１を拘束する。図示しない別の実施例では、燃料電池本体１がケース２に収容されると、蓋プレート２１とそれに接するエンドプレート１４とが締結部材で締結され、ケース本体２２の底壁２２ｂとそれに接するエンドプレート１４とが締結部材で締結されることで、ケース２と燃料電池本体１とが締結される。
【００１３】
燃料電池スタックＡの積層方向Ｓの一端に位置する蓋プレート２１、ターミナルプレート１２、絶縁プレート１３及びエンドプレート１４は、これら蓋プレート２１、ターミナルプレート１２、絶縁プレート１３及びエンドプレート１４を積層方向Ｓに貫通して燃料電池スタックＡの外部から積層体１１に到る複数の流通路（図示せず）を備える。これら流通路には、水素のような燃料ガスを積層体１１に供給する供給路、燃料ガスを積層体１１から排出する排出路、空気のような酸化剤ガスを積層体１１に供給する供給路、酸化剤ガスを積層体１１から排出する排出路、冷却水を積層体１１に供給する供給路、及び冷却水を積層体１１から排出する排出路が含まれる。
【００１４】
燃料電池単セルはそれぞれアノード極及びカソード極（図示せず）を有し、アノード極は一側に隣接する燃料電池単セルのカソード極に電気的に接続され、カソード極は他側に隣接する燃料電池単セルのアノード極に電気的に接続される。積層体１１の一端のアノード極は一方のターミナルプレート１２に電気的に接続され、他端のカソード極は他方のターミナルプレート１２に電気的に接続される。燃料電池単セルは、燃料電池単セルに供給された燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により電力を発生する。燃料電池単セルで発生した電力は、ターミナルプレート１２から燃料電池スタックＡの外部に到る複数の配線を介して燃料電池スタックＡの外部に取り出される。燃料電池スタックＡから取り出された電力は例えば車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。エンドプレート１４及びケース２は接地されている。なお、これらの電気的な構成については、図示を省略している。
【００１５】
介在層３は、燃料電池本体１に加わる衝撃を吸収し、燃料電池本体１の位置ずれを抑制し、燃料電池本体１とケース２とを電気的に絶縁する部材である。介在層３は、燃料電池本体１とケース２との間、すなわち積層方向Ｓに沿った燃料電池本体１の外周面１ａと外周面１ａに対向するケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの間に配置され、かつ、外周面１ａのうちの二組の向かい合う二つの面にそれぞれ配置される。また、積層方向Ｓの断面（例えば図１）で見た場合、介在層３は、積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１の一端から他端に亘って設けられる。一方、積層方向Ｓと垂直な断面（例えば図２）で見た場合、介在層３は、少なくとも燃料電池本体１の四つの角部Ｃｎの近傍に、すなわち少なくともケース２の四つの角部の近傍に設けられる。
【００１６】
図２に示す実施例では、外周面１ａのうちの向かい合う二つの面１ａ−１、１ａ−２には、それぞれの一方の角部Ｃｎの近傍に一対の介在層３−１ａ、３−１ｂが配置され、それぞれの他方の角部Ｃｎの近傍に他の一対の介在層３−２ａ、３−２ｂが配置される。また、外周面１ａのうちの向かい合う二つの面１ａ−３、１ａ−４には、それぞれの一方の角部Ｃｎの近傍に一対の介在層３−３ａ、３−３ｂが配置され、それぞれの他方の角部Ｃｎの近傍に他の一対の介在層３−４ａ、３−４ｂが配置される。図示しない別の実施例では、外周面１ａの一つの面につき、角部近傍の二枚ではなく、ほぼ全面を覆う一枚の介在層３が配置される。
【００１７】
介在層３を、積層方向Ｓの断面（図１）で見た場合、積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１の一端から他端に亘って設けるのは、積層方向Ｓに垂直な方向の力が加わったとき、各燃料電池単セルが位置ずれするのを抑制するためであり、特に位置ずれし易い積層体１１の中央部を確実に保持するためである。また、介在層３を、積層方向Ｓと垂直な断面（図２）で見た場合、少なくともケース２の四つの角部に設けるのは、燃料電池単セルが位置ずれしようとするとき介在層３に掛かる力をケース２で支持する場合、少なくとも剛性の高いケース２の角部で支持することで介在層３に掛かる力を安定的に支持できるからである。また、介在層３を、外周面１ａのうちの向かい合う二つの面に対になるようにそれぞれ配置するのは、介在層３を介して燃料電池本体１の両側から均等に燃料電池本体１を拘束する力や介在層３を押し潰す力を付与するためである。
【００１８】
介在層３は、電気的絶縁性及び復元力を有する。復元力とは、外力により寸法が変化したとき、元の寸法に戻ろうとする力である。介在層３の材料としては、電気的絶縁性及び復元力を有していれば特に限定されず、例えば、樹脂の弾性材に例示される。介在層３は、好ましくはダイラタント的特性を更に有する。ダイラタント的特性とは、ゆっくりとした入力荷重には流動性を示し、ゆっくり変形し、急激な入力荷重には固体のように振る舞い、ほとんど変形しない性質をいう。その場合、介在層３の材料としては、上記特性に加えてダイラタント的特性を更に有していれば特に限定されず、例えば、樹脂と固形物との混合物が挙げられる。具体的には、シリコーンオイルとホウ酸の混合物が例示される。また、ダウコーニング社のダウコーニング３１７９（ダウコーニングは登録商標）や、Ｗａｃｋｅｒ  ＧｍｂＨ社のＭ４８、Ｍ４９のような製品を用いることもできる。また、シリコーン樹脂（ゲルを含む）とシリカとの混合物を用いることもできる。図１及び図２及び以下に示す実施例では、介在層３が電気的絶縁性及び復元力に加えてダイラタント的特性を更に有する場合について説明する。
【００１９】
介在層３としては、荷重ゼロの状態では、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの距離Ｄよりも大きい厚みを有するものが用いられる。そして、外周面１ａに配置された介在層３が潰されてその厚みが距離Ｄよりも小さくなり、その厚みが距離Ｄにまで膨らむ前に燃料電池本体１がケース２に収容されることで、介在層３に影響されずに燃料電池本体１がケース２に収容される。この場合、介在層３は、その後にその復元力により距離Ｄと同じ厚みに回復するが、本来の厚みが距離Ｄよりも大きいので、本来の厚みを回復することなく圧縮状態で燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの間に配置される。介在層３が圧縮状態で配置されることで、燃料電池本体１に加わる衝撃が吸収し易くなり、燃料電池本体１の位置ずれがより抑制される。
【００２０】
介在層３にダイラタント的特性を有する材料を用いることが好ましい理由は以下のとおりである。
【００２１】
燃料電池スタックＡが車両に搭載される場合、車両の衝突などで急激な衝撃を受けることがある。燃料電池スタックＡが急激な衝撃を受けると、燃料電池本体１には積層方向Ｓに平行及び垂直な方向の力が加わる。このうちの積層方向Ｓに垂直な方向の力により、積層体１１の各燃料電池単セルは元の位置から力の方向にずれようとする。特に各燃料電池単セルのうち、積層方向Ｓにおける中央部に位置する燃料電池単セルは、両端の燃料電池単セルに比べて、積層方向Ｓに垂直な方向に移動しやすいので、より大きくずれようとする。ここで、積層体１１における積層方向Ｓに垂直な方向の側の外周面１ａには、ダイラタント的特性を有する介在層３が配置されている。そのため、車両の衝突時の衝撃で各燃料電池単セルが急激にずれようとしたとき、介在層３は急激な変化を受けて、固体のように振る舞う。その結果、介在層３は、積層体１１における各燃料電池単セルの位置ずれの発生を抑制し、位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生を抑制できる。
【００２２】
一方、車両の衝突などではなく、例えば、積層体１１の燃料電池単セルの熱膨張などに起因して各燃料電池単セルが積層方向Ｓに垂直な方向にゆっくりと変形することがある。ここで、積層体１１における積層方向Ｓに垂直な方向の側の外周面１ａには、ダイラタント的特性を有する介在層３が配置されている。そのため、熱膨張などで燃料電池単セルがゆっくりと変形するとき、介在層３はゆっくりとした変化を受けて、流動的に変化する。その結果、介在層３は、燃料電池単セルの変形によって生じた燃料電池単セルと介在層３との隙間を埋めるように変形する。このように、燃料電池単セルと介在層３との隙間の発生が抑制されるので、車両の衝突時に燃料電池単セルが急激にずれようとしても、介在層３によりずれが抑えられ、それにより燃料電池単セルの位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生が抑制される。
【００２３】
次に、実施例に係る燃料電池スタックＡの製造方法について説明する。図３〜図５、図７〜図１１は、燃料電池スタックＡの各製造工程を示す概略断面図である。
【００２４】
まず、ケース２の蓋プレート２１を固定治具（図示せず）に保持する。そして、図３に示すように、保持された蓋プレート２１に燃料電池本体１を荷重Ｐで押し付ける。それにより、燃料電池本体１は、蓋プレート２１に接する側、すなわち蓋プレート２１側と、蓋プレート２１側の反対側とから荷重Ｐで圧縮される。本製造方法において、燃料電池本体１は、蓋プレート２１とケース本体２２とが締結されるまで荷重Ｐで圧縮され続ける。
【００２５】
次に、介在層３を用意する。介在層３の厚みは、燃料電池本体１がケース２に収容されたときの、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの距離Ｄよりも大きい厚みｄ１である。厚みｄ１は、介在層３に加わる厚さ方向の荷重がゼロのときの厚みである。介在層３の長さは燃料電池本体１の一端から他端までの長さであり（図１）、介在層３の幅は少なくとも燃料電池本体１の角部Ｃｎ近傍を覆う幅であり、介在層３の数は例えば外周面１ａの四つの面の各々に二枚ずつ、合計八枚である（図２）。そして、図４及び図５に示すように、介在層３を、燃料電池本体１の外周面１ａの四つの角部Ｃｎ近傍に二枚ずつ配置する。ただし、図４は図５のＥ４−Ｅ４断面図であり、図５は図４のＥ５−Ｅ５断面図である。すなわち、介在層３−１ａ、３−１ｂ及び３−２ａ、３−２ｂを向かい合う二つの面１ａ−１、１ａ−２にそれぞれ配置し、介在層３−３ａ、３−３ｂ及び３−４ａ、３−４ｂを向かい合う二つの面１ａ−３、１ａ−４にそれぞれ配置する。
【００２６】
続いて、図６に示すような圧縮器３０を準備する。圧縮器３０は介在層３を押し潰すための治具である。圧縮器３０は、燃料電池本体１の積層方向Ｓに垂直な断面よりもやや大きい長方形のフレーム３２を備える。フレーム３２は、長方形の各辺に対応するフレーム部材３２−１〜３２−４から構成され、互いに着脱可能に結合される。具体的には、フレーム部材３２−１の一端とフレーム部材３２−２の一端、フレーム部材３２−２の他端とフレーム部材３２−３の一端、フレーム部材３２−３の他端とフレーム部材３２−４の一端、及び、フレーム部材３２−４の他端とフレーム部材３２−１の他端、がそれぞれ着脱可能に結合される。ローラ３１は、円筒形状又は円柱形状を有し、円筒又は円柱の軸とフレーム３２とが重なり、例えばフレーム３２を軸として回転可能にフレーム３２に支持される。図６に示す実施例では、ローラ３１のうちのローラ３１−１ａ、３１−２ａはフレーム部材３２−１に、ローラ３１−１ｂ、３１−２ｂはフレーム部材３２−２に、ローラ３１−３ａ、３１−４ａはフレーム部材３２−３に、及び、ローラ３１−３ｂ、３１−４ｂはフレーム部材３２−４に、それぞれ回転可能に支持される。このとき、四つのフレーム３２−１、３２−２、３２−３、３２−４は、共通の平面ＲＳ内を延びている。この平面ＲＳを圧縮器平面と称すると、ローラ３１−１ａ〜３１−４ｂの外面のうち最も内側に位置する部分３１ａは、圧縮器平面ＲＳ内に位置することになる。なお、図示しない別の実施例では、ローラ３１の軸とフレーム３２とは別の部材であり、ローラ３１の端部で結合される。
【００２７】
次に、図７に示すように、圧縮器３０を、燃料電池本体１における蓋プレート２１側とは反対側にセットする。ただし、圧縮器平面ＲＳが積層方向Ｓに対して垂直になり、各ローラ３１の外面のうち最も内側に位置する部分３１ａと燃料電池本体１の外周面１ａとの距離ｄｇがいずれもほぼ同じ値になり、ローラ３１の回転軸、すなわちフレーム３２が積層方向Ｓに対して垂直な方向に延びるように、圧縮器３０を配置する。また、各ローラ３１での距離ｄｇは、介在層３の厚みｄ１よりも小さく、かつ、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の側壁２２ａの内周面２ａとの距離Ｄよりも小さい。
【００２８】
その後、図８に示すように、介在層３をローラ３１で潰し、介在層３と燃料電池本体１とをケース２内に収容する。具体的には、まず、圧縮器平面ＲＳが積層方向Ｓに対して垂直になり、各ローラ３１での距離ｄｇがいずれもほぼ同じ値になり、その値を保つようにしながら、蓋プレート２１側とは反対側から蓋プレート２１側へ積層方向Ｓに沿って圧縮器３０を移動させる。言い換えると、燃料電池本体１が圧縮器３０の内側に挿入されるように、圧縮器３０を移動させる。そのとき、ローラ３１の外面のうち最も内側に位置する部分３１ａと燃料電池本体１の外周面１ａとの距離ｄｇは介在層３の厚みｄ１よりも小さいため、ローラ３１は介在層３にぶつかり介在層３を変形させる。ここで、ローラ３１の回転軸は積層方向Ｓに対して垂直に延びているため、ローラ３１はフレーム３２を軸として回転（自転）しながら介在層３を外周面１ａに向かって押し潰す。その結果、押し潰された介在層３は厚みｄ２となる。ただし、距離ｄｇ≦厚みｄ２＜距離Ｄ、である。ここで、介在層３はダイラタント的特性を有しているので、ゆっくり変形させる、すなわちゆっくり潰すことで、容易に変形することができる。この場合、元の形状に戻るのもゆっくりと戻る、すなわちしばらくの間、介在層３は厚みの薄い状態を維持する。
【００２９】
図９に示すように、ケース本体２２を考慮せずに蓋プレート２１側とは反対側から圧縮器３０及び燃料電池本体１を見ると、圧縮器３０は燃料電池本体１を囲むように配置される。一対のローラ３１−１ａ、３１−１ｂは、向かい合う二つの面１ａ−１、１ａ−２に配置された一対の介在層３−１ａ、３−１ｂを、積層方向Ｓの一方の端から他方の端まで押し潰す。同様に、一対のローラ３１−２ａ、３１−２ｂは、向かい合う二つの面１ａ−１、１ａ−２に配置された一対の介在層３−２ａ、３−２ｂを、積層方向Ｓの一方の端から他方の端まで押し潰す。また、一対のローラ３１−３ａ、３１−３ｂは、向かい合う二つの面１ａ−３、１ａ−４に配置された一対の介在層３−３ａ、３−３ｂを、積層方向Ｓの一方の端から他方の端まで押し潰す。また、一対のローラ３１−４ａ、３１−４ｂは、向かい合う二つの面１ａ−４、１ａ−４に配置された一対の介在層３−４ａ、３−４ｂを、積層方向Ｓの一方の端から他方の端まで押し潰す。
【００３０】
圧縮器３０が蓋プレート２１にまで達した場合、圧縮器３０のフレーム部材３２−１〜３２−４同士の結合を取り外して、圧縮器３０を燃料電池本体１から取り除く。
【００３１】
このとき、一対のローラ３１が一対の介在層３を押し潰す力は、その大きさが同じで、その方向が互いに逆である。そのため、ローラ３１が介在層３を押し潰す力が燃料電池本体１に印加されても、その力が積層方向Ｓに垂直な方向に燃料電池単セルをずらすことはない。それにより、燃料電池本体１上で介在層３を押し潰す場合でも、燃料電池本体１の複数の燃料電池単セルが外力でずれることを防止できる。
【００３２】
更に、図８及び図９に示すように、上記の圧縮器３０による介在層３の押し潰しと並行して、介在層３の厚みが距離Ｄにまで膨らむ前に、ケース２のケース本体２２を燃料電池本体１に対して相対的に移動させながら、開口を介してケース本体２２に燃料電池本体１を収容する。すなわち、燃料電池本体１と介在層３とをケース２内に収容する。その後、ケース本体２２をボルトのような締結部材（図示せず）で蓋プレート２１に締結する。このとき、図１０に示すように、ケース本体２２に収容された燃料電池本体１の外周面１ａ上の介在層３は厚みｄ２程度であるため、介在層３にほとんど触れることなくケース本体２２が燃料電池本体１を容易に収容できる。図示しない別の実施例では、上記の圧縮器３０による介在層３の押し潰しが終わり、圧縮器３０を燃料電池本体１から取り除いた後、介在層３の厚みが距離Ｄにまで膨らむ前に、開口を介してケース本体２２に燃料電池本体１を収容する。なお、荷重Ｐはケース２の底壁２２ｂに設けられた開口部（配線や配管用）を介して印加することができる。図示しない更に別の実施例では、ケース本体２２に底壁２２ｂを設けず、開口を介してケース本体２２に燃料電池本体１を収容した後、ケース本体２２をボルトのような締結部材（図示せず）で蓋プレート２１に締結すると共に、底壁２２ｂをボルトのような締結部材（図示せず）で側壁２２ａに締結する。図示しない更に別の実施例では、圧縮器３０は複数個あり、積層方向Ｓに沿って複数の圧縮器３０が間隔をあけて並んで配置され、それら複数の圧縮器３０が介在層３を押し潰す。
【００３３】
その後、図１１に示すように、介在層３は、復元力により元の形状、すなわち厚みｄ１に戻ってゆく。しかし、外周面１ａと内周面２ａとの隙間が距離Ｄしかないため、介在層３は、厚みＤまで戻った後に圧縮された状態で外周面１ａと内周面２ａとの間に保持される。
【００３４】
図１２は、各製造工程における介在層３の厚みの関係を示す側面図である。荷重がゼロの状態、すなわち図４の工程では介在層３の厚みはｄ１であるが、ローラ３１で押し潰された状態、すなわち図１０の工程では介在層３の厚みはｄ２にまで薄くなる。その後、介在層３の厚みは徐々に回復して、図１１の段階では最終的に介在層３の厚みはＤとなり、圧縮された状態で保持される。ただし、ｄ２＜Ｄ＜ｄ１である。
【００３５】
以上により、燃料電池スタックＡが完成される。このとき、介在層３が膨らみながら厚みを回復しつつ、燃料電池本体１の各プレートや各燃料電池単セルの凹凸に合わせてケース２との隙間を埋め、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の内周面２ａとの間に圧縮状態で配置される。
【００３６】
図１３及び図１４は、ローラ３１を用いる効果を説明する断面図である。上記した製造方法では、ローラ３１で介在層３を押し潰すとき、図１３に示すようにローラ３１が回転（自転）するので、ローラ３１が積層方向Ｓの蓋プレート２１へ向かう向きＳａに並進していても、ローラ３１の前方領域ＦＡにおいて介在層３が膨れ上がることはない。これは、ローラ３１と介在層３とが接触して密着したとき、ローラ３１が回転することにより、介在層３には並進方向の力がほとんど働かず、燃料電池本体１方向の力、すなわち介在層３を押し潰す方向の力が支配的に働くためと考えられる。
【００３７】
一方、図１４に示すように仮に回転（自転）しない円柱体１３１を用いるとすると、円柱体１３１が積層方向の蓋プレート２１の向きＳａに並進していると、円柱体１３１の前方領域ＦＡにおいて、介在層３が膨れ上がって凸部３ｒを形成してしまう。そうなると、凸部３ｒを含めた介在層３の厚みが距離Ｄを超えてしまい、燃料電池本体１をケース本体２２に収容することが困難となるおそれがある。これは、円柱体１３１と介在層３とが接触して密着したとき、円柱体１３１が回転しないことにより、介在層３には並進方向の力が支配的に働き、介在層３の厚み方向の上側部分、すなわち円柱体１３１と接触した部分が削り取られるように前方領域ＦＡへ押し出されるためと考えられる。
【００３８】
このように、ローラ３１を回転可能とした圧縮器３０を用いることで、介在層３に凸部を形成することなく、所望の厚みｄ２に押し潰すことができる。
【００３９】
図１５は、介在層３を押し潰す前後での介在層３の厚みの関係を示す断面図である。例えば、外周面１ａにおける向かい合う二つの面１ａ−１、１ａ−２において、それぞれ当初の介在層３の厚みがｐ１、ｑ１であり、押し潰された後の厚みがｐ２、ｑ２とする。ただし、ｐ１とｑ１は上記のｄ１に対応し、ｐ２とｑ２とは上記のｄ２に対応する。
【００４０】
図１６は、介在層３を押し潰す前後での介在層３と燃料電池単セルとの関係の一例を示す断面図である。積層体１１の燃料電池単セル１１ａの相対的な位置は、詳細に見れば、積層体１１の積層方向Ｓの中心線Ｃに対して垂直方向にずれている場合がある。例えば、各燃料電池単セル１１ａの長さをＬとすると、中心線Ｃに対して上側の長さがＬ／２、下側の長さがＬ／２にそれぞれなることが理想的である。しかし、積層のばらつきにより、燃料電池単セル１１ａの一部は中心線Ｃに対して外向き又は内向きに少しずれる。図１６の左側の図に示す例では、燃料電池単セル１１ａ１、１１ａ３、１１ａ５では、上側及び下側の端部の位置はそれぞれ上側及び下側のＬ／２の位置の線Ｃ１及び線Ｃ２に合っている。しかし、燃料電池単セル１１ａ２、１１ａ６では、上側の端部の位置は線Ｃ１から内向きに、下側の端部の位置は線Ｃ２から外向きに少しずれている。仮にこのずれの大きさを１単位とすると、燃料電池単セル１１ａ２、１１ａ６では、内向きに１単位分及び外向きに１単位分それぞれずれている。更に、燃料電池単セル１１ａ４では、上側の端部の位置は線Ｃ１から外向きに１単位分、下側の端部の位置は線Ｃ２から内向きに１単位分それぞれずれている。更に、燃料電池単セル１１ａ７では、上側の端部の位置は線Ｃ１から内向きに２単位分、下側の端部の位置は線Ｃ２から外向きに２単位分それぞれずれている。しかし、図１５に示すように介在層３を押し潰すことで、図１６の右側の図に示すように各燃料電池単セル１１ａのずれに関わらず、各燃料電池単セル１１ａの外側に沿って隙間なく介在層３を配置することができる。また、そのとき、例えば、燃料電池単セル１１ａ４の上側の端部では、外向きのずれが大きいために介在層３の圧縮量が大きく、したがって内向きに大きな力が作用する。しかし、下側の端部では、内向きのずれが大きいために介在層３の圧縮量が小さく、したがって内向きの力がほとんど作用しない。したがって全体として燃料電池単セル１１ａ４が過度に圧縮されない。このように、積層体１１の中心線Ｃに対して左右方向及び上下方向において、燃料電池単セルが過度に圧縮されないように介在層３を概ね均等に潰すことができる。
【００４１】
このとき、図１５において、例えば、ｐ１、ｑ１（＝ｄ１）を５ｍｍとし、ｐ２、ｑ２（＝ｄ２）を約２ｍｍ程度とすると、｜（ｐ１−ｐ２）−（ｑ１−ｑ２）｜≦１．５ｍｍ、とすることが好ましい。このようにすることで、燃料電池本体１の外周面１ａのすべてにおいて介在層３が均等に圧縮され、燃料電池本体１がケース２内で均等に保持される。
【００４２】
上記の燃料電池スタックの製造方法では、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力を有する介在層３を利用する。すなわち、燃料電池本体１の外周面１ａのうちの向かい合う二つの面に配置された介在層３を、一対のローラ３１で、燃料電池本体１の外側から内側へ力を印加しながら押し潰す。このとき、一対のローラ３１が介在層３を押し潰す力は、その大きさが同じで、その方向が互いに逆であるため、互いに打ち消し合う。それにより、燃料電池本体１に外力を発生させず、積層体１１での燃料電池単セルのずれを発生させずに介在層３を押し潰すことができる。また、燃料電池本体１とケース２との距離（隙間）Ｄ未満に介在層３を潰すことで、燃料電池本体１のケース２への挿入に要する外力を削減でき、燃料電池本体１のケース２への挿入し易さを向上できる。加えて、燃料電池本体１がケース２内に収まった後に介在層３の厚みが復元することで、燃料電池本体１とケース２との間に圧縮状態で介在層３を容易に配置できる。また、ケース２が水密、締結、外部拘束の機能を有するため、それら機能を実現する構成が簡略化され、燃料電池スタックＡの大きさを小さくでき、コストを低減できる。更に、燃料電池スタックＡが急激な衝撃を受けたとき、介在層３は固体のように振る舞い、各燃料電池単セルの位置ずれの発生を抑制し、位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生を抑制できる。また、燃料電池単セルが緩やかに変形したとき、介在層３は流動性を示し、各燃料電池単セルの変形によって生じた隙間を埋めるように変形し、燃料電池単セルと介在層３との間の隙間の発生を抑制できる。
【００４３】
以上説明されたように、実施例の燃料電池スタックＡの製造方法は、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に介在層３を配置することができる。
【００４４】
次に、図１７〜図１９を参照して、別の実施例について説明する。
【００４５】
図１７及び図１８は、別の実施例のケース２を示す断面図及び平面図である。ただし、図１７は図１８のＥ１７−Ｅ１７断面図である。ケース２では、ケース本体２２の側壁２２ａにおける開口側の端部に、圧縮器３０が設けられる。したがって、ローラ３１は、側壁２２ａにおける開口側の端部に設けられる。フレーム３２は、側壁２２ａの内側、すなわち内周面２ａに取り付けられている。ローラ３１は、フレーム３２を回転軸として、フレーム３２に回転可能に支持される。ローラ３１の回転軸は積層方向Ｓに対して垂直な方向に延びている。水密性を高めるために、ローラ３１と側壁２２ａとの境界には、ケース本体２２と蓋プレート２１とを締結した後に必要に応じてシール材を挿入する。図示しない別の実施例では、側壁２２ａはローラ３１全体を覆うように、すなわちローラ３１の燃料電池本体１と面しない側を覆うように、ローラ３１の近傍の部分が凸型に形成される。
【００４６】
燃料電池スタックＡの製造方法については、図１９に示すように、ローラ３１により介在層３を押し潰しながら、燃料電池本体１をケース本体２２に収容する。すなわち、介在層３をローラ３１により押し潰す工程と、燃料電池本体１をケース２に収容する工程とが並行して行われる。この場合、介在層を押し潰した後に圧縮器３０を取り外す必要はなく、生産性を向上できる。その他の工程については、図３〜図１２の実施例の場合と同様である。
【００４７】
このように、ローラ３１を有する圧縮器３０をケース２に組み込むことにより、介在層３を予め潰す工程と、燃料電池本体１をケース２に収容する工程とを実質的に同時に行うことができる。それにより、燃料電池スタックＡの組み付けに係る時間を短縮して、生産性を向上でき、製造コストを低減できる。また、圧縮器３０を廃止することで製造コストを低減できる。また、介在層３の厚みの回復が早い材料を介在層３に用いても、より確実に回復よりも先に燃料電池本体１のケース２への収容を完了することができる。また、厚みの回復力が高い、すなわち拘束力の高い材料を介在層３として使用することができる。
【００４８】
次に、図２０〜図２２を参照して、更に別の実施例について説明する。
【００４９】
図２０及び図２１は、更に別の実施例のケース２を示す断面図及び平面図である。ただし、図２０は図２１のＥ２０−Ｅ２０断面図である。ケース２では、ケース本体２２の側壁２２ａにおける開口側の端部に圧縮器３０が設けられ、更に積層方向Ｓに沿って複数の圧縮器３０が間隔をあけて並んで設けられる。したがって、側壁２２ａにおける開口側の端部にローラ３１が設けられるだけでなく、更に積層方向Ｓに沿ってローラ３１が設けられる。圧縮器３０の数は任意である。側壁２２ａにおける開口側の端部以外のローラ３１に関して、ローラ３１の燃料電池本体１と面しない側が側壁２２ａの外側に露出するように側壁２２ａに孔が形成される。水密性を高めるために、ローラ３１と側壁２２ａとの境界には、ケース本体２２と蓋プレート２１とを締結した後に必要に応じてシール材を挿入する。フレーム３２は、側壁２２ａの内側、すなわち内周面２ａに取り付けられる。図示しない別の実施例では、側壁２２ａはローラ３１全体を覆うように、すなわちローラ３１の燃料電池本体１に面しない側を覆うように、ローラ３１の近傍の部分が凸型に形成される。
【００５０】
燃料電池スタックＡの製造方法については、図２２に示すように、複数のローラ３１により介在層３を押し潰しながら、燃料電池本体１をケース本体２２に収容する。すなわち、介在層３をローラ３１により押し潰す工程と、燃料電池本体１をケース２に収容する工程とが並行して行われる。この場合、介在層を押し潰した後に圧縮器３０を取り外す必要はなく、生産性を向上できる。その他の工程については、図３〜図１２の実施例の場合と同様である。
【００５１】
この場合、図１６〜図１８の別の実施例と同様の効果を奏することができる。加えて、この更に別の実施例では、複数のローラ３１を有する圧縮器３０をケース２に組み込むことにより、介在層３をケース２の開口側の端部だけでなく、ケース２の内部でも潰すことができる。それにより、厚みの回復力がより高い、すなわち拘束力のより高い材料を介在層３として使用することができる。また、製造後の燃料電池スタックＡを分解する場合、複数のローラ３１が介在層３を押し潰すので、ケース本体２２を容易に取り外すことができる。
【００５２】
次に、図２３を参照して、更に別の実施例について説明する。
【００５３】
図２に示す実施例では、外周面１ａのうちの、二組の向かい合う二つの面１ａ−１、１ａ−２及び１ａ−３、１ａ−４に介在層３が配置される。図２３に示す実施例では、外周面１ａのうちの、一組の向かい合う二つの面１ａ−１、１ａ−２のみに介在層３、すなわち介在層３−１ａ、３−１ｂ／３−２ａ、３−２ｂが配置される。介在層３の拘束力が大きい場合、例えば介在層３の圧縮の程度が大きい場合には、面１ａ−３、１ａ−４に介在層３が無くても、面１ａ−１、１ａ−２の介在層３だけで、面１ａ−３、１ａ−４に垂直な方向の燃料電池単セルのずれを防止等、図２の実施例の場合と同等の効果を奏することができる。加えて、介在層３が削減されるので、生産性を向上でき、製造コストを低減できる。図示しない別の実施例では、外周面１ａの一つの面につき、角部近傍の二枚ではなく、ほぼ全面を覆う一枚の介在層３が配置される。
【符号の説明】
【００５４】
１    燃料電池本体
１ａ    外周面
２    ケース
２ａ    内周面
３    介在層
１１    積層体
３１    ローラ
Ａ    燃料電池スタック
Ｄ    距離
ｄ１    厚み
Ｓ    積層方向
【図１】
0006341063.tif 000002
【図２】
0006341063.tif 000003
【図３】
0006341063.tif 000004
【図４】
0006341063.tif 000005
【図５】
0006341063.tif 000006
【図６】
0006341063.tif 000007
【図７】
0006341063.tif 000008
【図８】
0006341063.tif 000009
【図９】
0006341063.tif 000010
【図１０】
0006341063.tif 000011
【図１１】
0006341063.tif 000012
【図１２】
0006341063.tif 000013
【図１３】
0006341063.tif 000014
【図１４】
0006341063.tif 000015
【図１５】
0006341063.tif 000016
【図１６】
0006341063.tif 000017
【図１７】
0006341063.tif 000018
【図１８】
0006341063.tif 000019
【図１９】
0006341063.tif 000020
【図２０】
0006341063.tif 000021
【図２１】
0006341063.tif 000022
【図２２】
0006341063.tif 000023
【図２３】
0006341063.tif 000024