(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、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面を囲むように配置されたケースと、前記燃料電池本体と前記ケースとの間に配置される、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緩衝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囲まれたときの、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内周面との距離よりも大きい厚みを有する前記緩衝層を準備する工程と、
第１領域と前記第１領域を囲む第２領域とを有し、前記第２領域の表面は前記第１領域の表面よりも粗い下地体を準備する工程と、
前記緩衝層を前記下地体の前記第１領域内に載置する工程と、
前記緩衝層の厚みが前記距離よりも小さくなるように、前記下地体上で前記緩衝層を潰す工程と、
前記潰された緩衝層が載置された前記下地体を前記燃料電池本体の前記外周面に配置する工程と、
前記緩衝層の厚みが前記距離にまで膨らむ前に、前記燃料電池本体を前記ケースで囲む工程と、
を備え、
前記緩衝層と前記下地体との接触領域は、前記潰す工程により、前記第１領域よりも小さい初期領域から、前記第１領域を越えて前記第２領域まで拡大され、
前記第２の領域の表面粗さは、前記緩衝層が滑り難く、前記緩衝層を所定時間にわたり所定の潰れ率に維持可能な粗さを有し、前記第１の領域の表面粗さは、前記緩衝層が滑り易く、前記緩衝層を潰れ率０％の元の厚みに回復可能な粗さを有する、
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を囲むように配置されたテンションプレートと、燃料電池本体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緩衝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）。緩衝層としては、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緩衝層を配置し、その緩衝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緩衝層を配置し、続いて、各緩衝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、外周面に緩衝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、緩衝層の機能、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緩衝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緩衝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緩衝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、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面を囲むように配置されたケースと、前記燃料電池本体と前記ケースとの間に配置される、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緩衝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囲まれたときの、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内周面との距離よりも大きい厚みを有する前記緩衝層を準備する工程と、第１領域と前記第１領域を囲む第２領域とを有し、前記第２領域の表面は前記第１領域の表面よりも粗い下地体を準備する工程と、前記緩衝層を前記下地体の前記第１領域内に載置する工程と、前記緩衝層の厚みが前記距離よりも小さくなるように、前記下地体上で前記緩衝層を潰す工程と、前記潰された緩衝層が載置された前記下地体を前記燃料電池本体の前記外周面に配置する工程と、前記緩衝層の厚みが前記距離にまで膨らむ前に、前記燃料電池本体を前記ケースで囲む工程と、を備え、前記緩衝層と前記下地体との接触領域は、前記潰す工程により、前記第１領域よりも小さい初期領域から、前記第１領域を越えて前記第２領域まで拡大される、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緩衝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】下地体上に載置された緩衝層が潰される前の状態を示す側面図及び上面図である。
【図４】下地体上に載置された緩衝層が潰された後の状態を示す側面図及び上面図である。
【図５】下地体上に載置され潰された緩衝層における潰れの回復度合いを示すグラフである。
【図６】下地体の構成の一例を模式的に示す上面図である。
【図７】下地体上に載置され潰された緩衝層における潰れの回復度合いを示すグラフである。
【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】燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。
【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Ｅ２−Ｅ２断面図であり、図２は図１のＥ１−Ｅ１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緩衝層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、ほぼ直方体である。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を外側から拘束する。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、４つの側面と底面とを有し、底面に対向して開口を有する。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の側面の長さ、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。ケース本体２２内に燃料電池本体１を収容して蓋プレート２１を閉じると、燃料電池本体１は蓋プレート２１及びケース本体２２の底面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いて、積層体１１、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が積層方向Ｓに関し互いに密着される。なお、ケース本体２２の深さが燃料電池本体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の底面の外側からボルトを締め込み、底面の内側からボルトの先端でエンドプレート１４を押すようにする。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。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の底面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とが更に締結される。更に別の実施例では、ケース本体２２は底面を有さず筒状であり、ケース２はケース本体２２とは別に底面プレートをさらに有し、ケース本体２２と底面プレートとは締結部材で締結される。
【００１１】
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。
【００１２】
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）を有する。アノード極は、燃料電池単セルが一方の側で隣接する他の燃料電池単セルのカソード極にセパレータを介して接続される。カソード極は、燃料電池単セルが他方の側で隣接する更に他の燃料電池単セルアノード極に他のセパレータを介して接続される。すなわち、各燃料電池単セルが互いに直列に接続されることにより積層体１１が形成される。積層体１１の一端の燃料電池単セル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、他端の燃料電池単セル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（図示せず）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電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。なお、エンドプレート１４及びケース２は接地される。
【００１３】
緩衝層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。緩衝層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の内周面２ａとの間に配置される。緩衝層３は、積層方向Ｓの断面（例えば図１）で見た場合、燃料電池本体１の外周面１ａの積層方向Ｓのほぼ全長に亘り、すなわちケース２の内周面２ａの積層方向Ｓのほぼ全長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、少なくとも燃料電池本体１における四つの角部Ｃｎの近傍の外周面１ａに、すなわち少なくともケース２における四つの角部の近傍の内周面２ａに設けられる。
【００１４】
緩衝層３を積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１のほぼ全長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、緩衝層３を少なくとも燃料電池本体１の四つの角部Ｃｎの近傍に設けるのは、燃料電池単セルが位置ずれしようとするとき緩衝層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緩衝層３に掛かる力を安定的に支持できるからである。
【００１５】
緩衝層３は、電気的絶縁性及び復元力を有する。緩衝層３は、好ましくは、さらにダイラタント特性を有する。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。ダイラタント特性とは、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。緩衝層３の材料としては、例えばシリコーンオイルとホウ酸の混合物が挙げられる。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。緩衝層３の材料としては、電気的絶縁性と、復元力及び／又はダイラタント特性とを有する他の材料を用いることもできる。
【００１６】
緩衝層３がダイラタント特性を有することが好ましい理由は以下のとおりである。
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、両端のエンドプレート１４から加えられる押し付け力が弱いため、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に垂直な方向の側にダイラタント特性を有する緩衝層３が配置されると、各燃料電池単セルが大きくずれようとしても、緩衝層３は急激な変化を受けて固体のように振る舞うため、ほとんどずれることができない。その結果、緩衝層３は、各燃料電池単セルの位置ずれを抑制し、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。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積層方向Ｓに垂直な方向に各燃料電池単セルが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に垂直な方向の側にダイラタント特性を有する緩衝層３が配置されると、各燃料電池単セルがゆっくりと変形するとき、緩衝層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、緩衝層３は、各燃料電池単セルの変形によって生じた隙間（燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間）を埋めるように変形する。このように、燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間の発生を抑制できるので、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、緩衝層３によりずれを抑えることができ、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を抑制できる。
【００１７】
また、緩衝層３としては、荷重ゼロの状態で、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の内周面２ａとの距離Ｄよりも大きい厚みを有するものを用いる。その理由は、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の内周面２ａとの間に緩衝層３を配置するとき、緩衝層３が圧縮状態になるようにするためである。緩衝層３が圧縮状態になることで、燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間が無くなるので、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することができる。
【００１８】
その場合、緩衝層３を燃料電池本体１とケース２との間に配置する配置方法としては、緩衝層３の厚みが距離Ｄよりも小さくなるように緩衝層３を潰し、潰された緩衝層３を外周面１ａに配置し、緩衝層３の厚みが復元力により距離Ｄにまで膨らむ前に、燃料電池本体１をケース２に収容する方法が用いられる。この配置方法により、距離Ｄよりも大きい厚みを有する緩衝層３を用いても、緩衝層３に影響されずに容易に燃料電池本体１をケース２に収容できる。この場合、緩衝層３は、燃料電池本体１をケース２に収容した後に厚みを回復するが、元の厚みが距離Ｄよりも大きいので、元の厚みを回復できない圧縮状態で燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の内周面２ａとの間に配置される。
【００１９】
下地体４は、上記配置方法において緩衝層３を潰すときに下に敷く下地であり、絶縁性の薄い膜で形成される。下地体４としては、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂フィルムが例示される。上記配置方法では、緩衝層３は下地体４に載置され、下地体４の上で潰される。そして、潰された緩衝層３は下地体４と共に燃料電池本体１の外周面１ａ上に載置される。上記配置方法に対応して、下地体４は以下に説明されるような特徴を有する。
【００２０】
図３は、上記配置方法において、下地体４上に載置された緩衝層３が潰される前の状態を示す側面図及び上面図である。一方、図４は、上記配置方法において、下地体４上に載置された緩衝層３が潰された後の状態を示す側面図及び上面図である。ここでは、潰される直前・直後の緩衝層３をそれぞれ緩衝層３ａ、３ｂとも記載する。図３に示すように、緩衝層３ａは下地体４の所定の位置、例えばほぼ中央に載置される。その後、緩衝層３ａは、厚みが距離Ｄよりも小さい厚みｄ２になるように下地体４の上で潰される。その結果、図４に示すように、厚みが小さくなり、下地体４と緩衝層３とが接触する接触領域が大きくなった緩衝層３ｂが下地体４上に形成される。緩衝層３の外周部分３ｅは元の形状よりも外側に広がっている。その後、緩衝層３ｂは、下地体４に載置された状態で燃料電池本体１の外周面１ａ上に載置される。その後、緩衝層３ｂは、下地体４に接触した状態を維持しつつ、潰される前の元の形状（図３）に徐々に戻ってゆく。すなわち、下地体４に接触した状態を維持しつつ、接触領域が徐々に小さくなり、厚みが徐々に大きくなる。
【００２１】
この状態で、燃料電池本体１をケース２に収容するとき、緩衝層３の厚み（又は形状）が元の厚み（又は形状）に戻る速度、すなわち回復速度が速かったり、燃料電池本体１の収容に時間が掛かったりすると、収容前又は収容中に緩衝層３の厚みが距離Ｄよりも大きくなってしまうことがあり得る。そうなると、緩衝層３を予め潰しておく効果がなくなり、ケース２が緩衝層３に引っ掛かってしまい、燃料電池本体１をケース２に収容できなくなるおそれがある。
【００２２】
それに対処する方法として、下地体４の表面全体を粗くする方法が考えられる。その場合、緩衝層３の接触領域と下地体４の表面との間の摩擦力が大きくなるため、緩衝層３の回復速度を遅くすることができる。しかし、その場合、逆に、緩衝層３の接触領域と下地体４の表面との間の摩擦力が大きくなり過ぎて、緩衝層３が元の形状に完全には戻らなくなる可能性がある。そうなると、燃料電池本体１上の緩衝層３とケース２との間に隙間が生じ、緩衝層３は燃料電池本体１に加わる衝撃を吸収したり、位置ずれを抑制したりできなくなる。
【００２３】
そのことを、図５を参照して説明する。図５は、下地体４上に載置され潰された緩衝層３における潰れ率と経過時間との関係を示すグラフである。縦軸は潰れ率（％）を示し、横軸は潰した後の経過時間（分）を示す。ただし、潰れ率（％）は、（緩衝層３の潰される前の厚み−緩衝層３の潰れた後の経過時間後の厚み）／（緩衝層３の潰される前の厚み）×１００、である。このグラフは、潰されて薄くなった緩衝層３の厚みが経過時間と共にどのくらい回復するかという回復度合いを示している。曲線Ａは下地体４の表面粗さＲａが１０μｍの場合を示し、曲線Ｂは下地体４の表面粗さＲａが０．０５μｍの場合を示す。平面粗さＲａが０．０５μｍ（曲線Ｂ）の場合、約４０分後には緩衝層３の潰れ率は０％になり、緩衝層３は元の厚みに回復する。しかし、平面粗さＲａが１０μｍ（曲線Ａ）の場合、４０分後に緩衝層３の潰れ率は約２０％まで減少しているが、４０分以降では緩衝層３の潰れ率は約２０％程度のままとなり、潰れ率は飽和してしまう。言い換えれば、表面粗さを大きくすると、回復速度を遅くできるが、緩衝層３を元の形状に回復できない。一方、表面粗さを小さくすると、緩衝層３を元の形状に回復できるが、回復速度が速くなる。
【００２４】
このような回復速度の現象を検討した結果、発明者らは新たに下記の知見を見出した。
緩衝層３は、押し潰されると下地体４上に広がり、押し潰す力が無くなると形状を回復し始めるが、下地体４の表面の粗さ具合により回復速度を大きく左右される。潰れの回復は、潰れた緩衝層３が収縮しようとする力によって、緩衝層３と下地体４との接触領域に滑りが発生することにより起こる。また、緩衝層３が収縮を開始するときには緩衝層３の変形量が大きいため収縮力が大きいが、収縮が進むにつれて緩衝層３の変形量が小さくなり収縮力が低下して、接触領域での滑りが起こり難くなる。そして、収縮力が摩擦力を克服できないときに、それ以上の潰れの回復が生じない。
【００２５】
そこで、図１に示す実施例では、緩衝層３が押し潰されたとき、広がった緩衝層３の外周部分に面した下地体４の表面性状を滑り難くし、外周部分の内側の中央部分に面した下地体４の表面性状を逆に滑り易くする。それにより、初期には下地体４の滑り難い表面性状の部分で緩衝層３をゆっくり滑らせながら収縮させてその潰れを回復させ、ある一定の滑り（収縮）の後に、下地体４の滑り易い表面性状の部分で緩衝層３を速やかに滑らせながら収縮させてその潰れを解消させることができる。ただし、滑り難い表面性状としては、上記のような下地体４の表面粗さを増加させる（アンカー効果）方法が例示される。滑り易い表面性状としては、上記のような表面粗さを低下させる方法が例示される。
【００２６】
図６は、実施例の下地体４の構成の一例を模式的に示す上面図である。
下地体４は、第１領域５ａと第１領域５ａを囲む第２領域５ｂとを有し、第２領域５ｂの表面は第１領域５ａの表面よりも粗くなっている。すなわち、第２領域５ｂが上記の下地体４の滑り難い表面性状の部分に相当し、第１領域５ａが上記の下地体４の滑り易い表面性状の部分に相当する。緩衝層３は、下地体４の第１領域５ａ内に載置される。さらに、緩衝層３は、潰されたとき、外周部分３ｅが第２領域５ｂにまで達する。言い換えると、第１領域５ａの広さが潰される前の緩衝層３ａの広さよりも広く、潰された後の緩衝層３ｂの広さよりも狭くなるように第１領域５ａが形成される。さらに、第２領域５ｂの外周部分５ｂｅの外縁の位置が潰された後の緩衝層３ｂの外周部分３ｅの外縁の位置と概ね同じか、それよりも外側に広がるように第２領域５ｂが形成される。したがって、緩衝層３と下地体４とが互いに接触している接触領域は、緩衝層３が潰される前は第１領域５ａよりも小さい初期領域であり、緩衝層３が潰されるときには初期領域から、第１領域５ａを越えて第２領域５ｂまで拡大される。
【００２７】
図７は、実施例の下地体４上に載置され潰された緩衝層３における潰れの回復度合いを示すグラフである。ただし、縦軸、横軸及び潰れ率は図５の場合と同じである。例えば、緩衝層３ａを潰した後に１０分間は潰れ率を３０％以上にする場合、第２領域５ｂの表面粗さＲａを１０μｍとし、第２領域５ｂの範囲を、緩衝層３ａを潰した後の緩衝層３ｂのうちの外周から約３０％程度内側までの領域とし、第１領域５ａの表面粗さＲａを０．０５μｍとする。ここで、曲線ＣＡは緩衝層３の外周部分３ｅが第２領域５ｂ（Ｒａ：１０μｍ）内にある場合を示し、曲線ＣＢは緩衝層３の外周部分が第１領域５ａ（Ｒａ：０．０５μｍ）内にある場合を示す。曲線Ａ（破線）及び曲線Ｂ（一点鎖線）は図５と同じである。この場合、最初の１０分までは、緩衝層３は曲線Ｂの場合よりもゆっくり収縮してゆく。そして、外周部分３ｅが第２領域５ｂにあるため、第２領域５ｂの表面の粗い状態が影響して、緩衝層３の潰れ率は３０％以上を保つことができる。一方、１０分以降では、緩衝層３は曲線Ａよりも速やかに収縮が進む。そして、外周部分が第１領域５ａに入るため、第１領域５ａの表面の滑らかな状態が影響して、緩衝層３の潰れ率は４０分後には０％となり、元の厚みを回復して緩衝層３ａに戻ることができる。
【００２８】
下地体４の表面粗さは、例えばサンドブラストにより変化させることができる。表面粗さＲａの小さい第１領域５ａにおいて、Ｒａの上限としては０．１μｍ以下が好ましく、下限としては特に制限はなく０μｍより大きければよい。また、表面粗さＲａの大きい第２領域５ｂにおいて、Ｒａの下限としては１μｍ以上が好ましく、上限としては例えば２００μｍが例示される。なお、表面粗さを実質的に小さくする方法として、界面活性剤を第２領域５ｂの表面に塗布することなく第１領域５ａの表面に塗布する方法も用い得る。
【００２９】
上記緩衝層３の配置方法では、緩衝層３を押し潰したときに広がった緩衝層３の外周部分３ｅが接触する下地体４の第２領域５ｂの表面性状を滑り難くし、外周部分３ｅの内側の中央部分が接触する下地体４の第１領域５ａの表面性状を滑り易くする。それにより、初期には緩衝層３の潰れをゆっくり回復させられるので、燃料電池本体１をケース２に入れる時間を稼ぐことができ、その後には緩衝層３の潰れを速やかに回復させられるので、燃料電池本体１とケース２との間の隙間を緩衝層３で埋めることができ得る。また、緩衝層３を潰す工程において、初期には、滑り易い表面性状の第１領域５ａで緩衝層３を押し広げるので、緩衝層３を容易に潰すこと（広げること）ができる。
【００３０】
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。この製造方法は、上記緩衝層３の配置方法を用いている。図８〜図１２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。
【００３１】
まず、図８に示すように、ターミナルプレート１２と絶縁プレート１３とエンドプレート１４とが積層体１１の両側にそれぞれ積層された燃料電池本体１を準備する。そして、フレーム（図示せず）で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。
【００３２】
一方、図９に示すように、燃料電池本体１がケース２に収容されたときの、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の内周面２ａとの距離Ｄよりも大きい厚みｄ１を有する緩衝層３を用意する。すなわち、厚みｄ１＞距離Ｄである。厚みｄ１は、緩衝層３に加わる厚さ方向の荷重がゼロの場合の厚みである。緩衝層３の長さは燃料電池本体１の一端から他端までの長さよりも少し短い長さである（図１）。緩衝層３の幅は少なくとも燃料電池本体１の角部Ｃｎ近傍を覆う幅である（図２）。緩衝層３の数は例えば８枚である。
そして、外部の作業台など、燃料電池本体１とは別の位置に配置された下地体４の所定の位置に緩衝層３を載置し、緩衝層３の厚みが距離Ｄよりも小さい厚みｄ２になるように、下地体４の上で緩衝層３をゆっくり潰す。緩衝層３は潰れて厚みが小さくなると共に面積が大きくなる。緩衝層３はダイラタント特性を有しているので、ゆっくり変形することで、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、緩衝層３は厚みの小さい状態を維持する。なお、図８の工程及び図９の工程の順番は特に限定されない。外部の作業台など、燃料電池本体１とは別の位置に配置された下地体４上で緩衝層３を潰すので、燃料電池本体１上で緩衝層３を潰す場合と比較して、燃料電池本体１へ加わる外力を小さくすることができる。
【００３３】
続いて、図１０に示すように、蓋プレート２１に燃料電池本体１を荷重Ｐで押し付けた状態を維持しながら、下地体４上で潰された緩衝層３を、下地体４と共に燃料電池本体１の４つの外周面１ａの角部Ｃｎ近傍に２枚ずつ配置する。
【００３４】
その後、図１１に示すように、蓋プレート２１に燃料電池本体１を荷重Ｐで押し付けた状態を維持しながら、緩衝層３の厚みが距離Ｄにまで膨らむ前に、燃料電池本体１をケース本体２２に収容する。緩衝層３は、復元力により元の形状、すなわち厚みｄ１に戻ろうとするが、その速度はゆっくりであるため、この段階では厚みの小さい状態にある。そのため、緩衝層３にほとんど触れることなくケース本体２２を燃料電池本体１に被せることができる。なお、荷重Ｐはケース２の底面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。
【００３５】
その後、図１２に示すように、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。以上により、燃料電池スタックＡが完成される。このとき、緩衝層３は厚み方向に膨らんで厚みを回復しつつ、厚み方向に垂直な方向に収縮して面積を戻しながら、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との隙間を埋める。それにより、緩衝層３は、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】
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と、ゆっくりとした変形には流動性を示し、急激な変形には固体のようにふるまうダイラタント特性とを有する緩衝層３を利用する。そのため、燃料電池本体１とは別の位置で、燃料電池本体１とケース２との距離（隙間）Ｄ未満に緩衝層３を予め潰すことで、燃料電池本体１への設置に要する外力を削減できると共に、燃料電池本体１のケース２への挿入性を向上させることができる。加えて、燃料電池本体１がケース２内に収まった後に緩衝層３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緩衝層３を容易に配置することができる。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。その結果、燃料電池スタックＡが急激な衝撃を受けたとき、緩衝層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、緩衝層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、燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間の発生を抑制できる。
【００３７】
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緩衝層３を配置することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    燃料電池本体
１ａ    外周面
２    ケース
２ａ    内周面
３    緩衝層
４    下地体
５ａ    第１領域
５ｂ    第２領域
１１    積層体
Ａ    燃料電池スタック
Ｄ    距離
ｄ１    厚み
Ｓ    積層方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006277932.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006277932.tif 000006
【図６】
0006277932.tif 000007
【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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