(57)【要約】【課題】金属セパレータの表面処理工程における表面処理の品質を十分に確保すると共に、製造に要する時間を最少化することができる燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池１の製造方法は、形成工程Ｓ１０００、溶接工程Ｓ３０００、表面処理工程Ｓ６０００、モジュール組立工程Ｓ８０００、スタック組立工程Ｓ９０００、および洗浄工程Ｓ５０００を有している。ここで、洗浄工程は、溶接工程と表面処理工程との間のみに設け、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を洗浄する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属セパレータを形成する形成工程と、
前記金属セパレータを互いに溶接する溶接工程と、
前記金属セパレータの表面に処理を施す表面処理工程と、
前記金属セパレータを含む部材を積層してモジュールを組み立てるモジュール組立工程と、
前記モジュールを積層してスタックを組み立てるスタック組立工程と、
前記溶接工程と前記表面処理工程との間のみに設け、前記金属セパレータを洗浄する洗浄工程と、を有する燃料電池の製造方法。
【請求項２】
互いに接合した前記金属セパレータの間に形成され媒体を流通させる流路部の溶接の良否を検査する検査工程を、さらに有する請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記表面処理工程は、前記金属セパレータを収納している空間を減圧した状態において、前記金属セパレータの表面に処理を施す請求項１または２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記表面処理工程は、前記金属セパレータの表面にダイヤモンドライクカーボンを成膜する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記表面処理工程は、前記金属セパレータの表面に処理を施す前に、前記金属セパレータの表面の酸化膜を除去する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記形成工程によって形成された前記金属セパレータを前記表面処理工程に搬送する搬送工程を、さらに有し、
前記表面処理工程は、前記搬送工程と共に、前記金属セパレータを収納している空間を減圧する請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記溶接工程は、
膜電極接合体の発電に寄与する領域に接するアクティブエリア部と、反応用ガスおよび冷媒を流通させるための部位であるマニホールド部とが設けられた前記金属セパレータ同士を互いに溶接し、
前記金属セパレータの前記アクティブエリア部を、溶接電極で挟持し、加圧しながら通電することによって抵抗溶接する第１溶接工程と、
前記金属セパレータの外周および前記マニホールド部を、エネルギー線を照射することによって溶接する第２溶接工程と、を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項８】
アノードとカソードとを電解質膜に対向するように積層し外周縁を支持部によって保持してなる膜電極接合体において、前記金属セパレータが積層される前記支持部の表面を改質する他の表面処理工程を、さらに有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、外部から供給された水素ガスおよび酸素ガスを含む空気で化学反応を起こし、発生した化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。燃料電池は、化学反応により生成される物質が原理的に水であることから、地球環境への悪影響がほとんど無い。
【０００３】
燃料電池は、金属セパレータと膜電極接合体とを交互に積層して構成している。燃料電池は、セパレータと膜電極接合体の積層数に応じて高出力を得られることから、それらを複数組積層させて形成している。
【０００４】
ところで、燃料電池の製造方法に関して、成形した金属セパレータと膜電極接合体を積層して燃料電池を形成するまでの工程を連続的に構成しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５２９４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１には、連続的に構成された工程間における洗浄工程が明記されていない。すなわち、洗浄に要する時間も含めた燃料電池の製造に要する時間を最少化した上で、金属セパレータの表面処理工程における品質を十分に確保することが困難である虞があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、金属セパレータの表面処理工程における表面処理の品質を十分に確保すると共に、製造に要する時間を最少化することができる燃料電池の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池の製造方法は、金属セパレータの形成工程、溶接工程、表面処理工程、モジュール組立工程、スタック組立工程、および洗浄工程を有している。形成工程は、金属セパレータを形成する。溶接工程は、金属セパレータを互いに溶接する。表面処理工程は、金属セパレータの表面に処理を施す。モジュール組立工程は、金属セパレータを含む部材を積層してモジュールを組み立てる。スタック組立工程は、モジュールを積層してスタックを組み立てる。ここで、洗浄工程は、溶接工程と表面処理工程との間のみに設け、金属セパレータを洗浄する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成した燃料電池の製造方法によれば、形成工程、溶接工程、洗浄工程、表面処理工程、モジュール組立工程、およびスタック組立工程の工程において、洗浄工程を溶接工程と表面処理工程との間のみに設けている。このような構成によれば、洗浄工程を最小限の１回のみにしつつ、表面処理工程における表面処理の品質を確保すると共に、製造に要する時間を最少化することができる。すなわち、製造工程における金属セパレータの汚染の影響を排除して所期の発電性能を得ることができる燃料電池を短時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池の製造方法を各々の製造工程によって示す図である。
【図２】図１の形成工程において金属セパレータを形成している状態を示す模式図である。
【図３】搬送工程および溶接工程において金属セパレータを搬送し一対の金属セパレータを溶接して金属セパレータユニットを形成している状態を示す模式図である。
【図４】図１の検査工程において金属セパレータユニットの流路のリークの有無を検査している状態を示す模式図である。
【図５】図１の洗浄工程において金属セパレータユニットを洗浄している状態を示す模式図である。
【図６】図１の表面処理工程において金属セパレータユニットの表面を処理する状態を示す模式図である。
【図７】図１の他の表面処理工程において膜電極接合体の枠体を粗面化している状態を示す模式図である。
【図８】図１のモジュール組立工程において金属セパレータユニットの外周縁に接着剤を塗布している状態を示す模式図である。
【図９】図１のモジュール組立工程において金属セパレータユニットと膜電極接合体２０を交互に積層してモジュールを組み立てている状態を示す模式図である。
【図１０】図１のスタック組立工程において複数のモジュールを積層してスタックを組み立てている状態を示す模式図である。
【図１１】図１の検査工程においてスタックのリークの有無を検査しエージング試験を行っている状態を示す模式図である。
【図１２】燃料電池を示す斜視図である。
【図１３】図１２の燃料電池の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。
【図１４】図１２の燃料電池の金属セパレータユニットおよび膜電極接合体の一部を示す断面図である。
【図１５】搬送工程において搬送装置を用いて金属セパレータを引っ張りつつ搬送している状態を示す斜視図である。
【図１６】図１５の搬送装置の引張部によって金属セパレータを引っ張っている状態を示す斜視図である。
【図１７】図１６の引張部を１７−１７線から模式的に示す断面図である。
【図１８】図１６の構成を搬送方向と交差した方向に沿って示す側面図である。
【図１９】図１６の構成を主要部毎に分解して示す分解斜視図である。
【図２０】図１５の搬送装置において金属セパレータの把持部をクランプによって外方に引っ張っている状態を示す模式図である。
【図２１】図１５の搬送装置によって把持する把持部を備えた金属セパレータを示す斜視図である。
【図２２】搬送工程において金属セパレータの製造装置を示す斜視図である。
【図２３】図２２の製造装置の形状加工部によって長尺の基材から金属セパレータを形成しつつ、目印形成部によって金属セパレータに目印を形成している状態を示す斜視図である。
【図２４】図２３の構成を搬送方向に沿って示す側面図である。
【図２５】図２２の製造装置の位置検出部によって金属セパレータを目印に基づき位置検出した後、組立加工部によって金属セパレータを加工している状態を示す斜視図である。
【図２６】図２５の構成を搬送方向に沿って示す側面図である。
【図２７】搬送工程において燃料電池用の金属セパレータの製造装置を示す斜視図である。
【図２８】図２７の製造装置の位置決め部によって金属セパレータを位置決めしている状態を示す斜視図である。
【図２９】図２８の構成を搬送方向と交差した方向に沿って示す側面図である。
【図３０】図２７の製造装置の組立加工部によって金属セパレータを加工している状態を示す斜視図である。
【図３１】図３０の構成を搬送方向と交差した方向に沿って示す側面図である。
【図３２】溶接工程によって溶接する単セルを説明するための断面図である。
【図３３】図３２に示される金属セパレータの溶接部位を説明するための平面図である。
【図３４】溶接工程を説明するためのフローチャートである。
【図３５】図３４に示される第１溶接工程における金属セパレータの溶接部位を説明するための平面図である。
【図３６】図３４に示される第２溶接工程における金属セパレータの溶接部位を説明するための平面図である。
【図３７】第１溶接工程における抵抗溶接を説明するための斜視図である。
【図３８】第１溶接工程における抵抗溶接を説明するための断面図である。
【図３９】第２溶接工程における金属セパレータの固定を説明するための斜視図である。
【図４０】第２溶接工程に係るエネルギー線照射による溶接を説明するための斜視図である。
【図４１】第２溶接工程に係るエネルギー線照射による溶接を説明するための断面図である。
【図４２】検査工程におけるリークテストを説明するためのフローチャートである。
【図４３】リークテストに適用されるリークテスト装置を説明するための概略図である。
【図４４】表面処理工程において実施形態の燃料電池の製造装置の概略構成を示す図である。
【図４５】実施形態の表面処理工程の概略を示すフローチャートである。
【図４６】膜厚計測を示す斜視図である。
【図４７】膜厚の計測軌跡を示す基材の平面図である。
【図４８】膜厚の計測結果に基づく装置の制御を示すフローチャートである。
【図４９】図４７の計測軌跡に沿った膜厚の変化を示す図である。
【図５０】他の表面処理工程の製造装置における膜電極接合体の枠体の粗面化工程に係る燃料電池の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。
【図５１】粗面化工程における照射手段を示す図である。
【図５２】膜電極接合体の枠体を粗面化して組み立てる状態を説明するためのフローチャートである。
【図５３】支持部の表面にレーザーを照射して、断続的に溝部が形成された様子を示す図である。
【図５４】塗布手段によって、溝部が形成された表面に接着剤を塗布する様子を示す図である。
【図５５】接合手段によって、セパレータを支持部に接合する様子を示す図である。
【図５６】支持部の表面に溝部が断続的に形成される様子を示す部分断面図である。
【図５７】溝部に侵入した接着剤を介してセパレータおよび支持部が接合する様子を示す部分断面図である。
【図５８】他の表面処理工程の製造装置１００における表面改質手段を示す斜視図である。
【図５９】膜電極接合体の枠体を粗面化して組み立てる状態を説明するためのフローチャートである。
【図６０】塗布手段によって、支持部の表面に接着剤を塗布する様子を示す図である。
【図６１】接合手段によって、セパレータを支持部に接合する様子を示す図である。
【図６２】プラズマが照射される前の支持部の表面における状態を模式的に示す図である。
【図６３】プラズマが照射された後の支持部の表面における状態を模式的に示す図である。
【図６４】活性化された表面に対して接着剤中の官能基が結合する様子を示す図である。
【図６５】モジュール組立工程において燃料電池の被覆体の成形について示す工程ブロック図である。
【図６６】図６６（Ａ）は、同実施形態に係る燃料電池の製造装置における積層部を示す正面図、図６６（Ｂ）は、積層部におけるアームの先端部分を示す拡大図である。
【図６７】同製造装置における成形部を示す斜視図である。
【図６８】同成形部を示す分解斜視図である。
【図６９】同製造装置における成形部を示す正面図である。
【図７０】同製造装置における成形部を示す平面図である。
【図７１】図７０の７１−７１線に沿う断面図である。
【図７２】図７２（Ａ）は図７０の７２Ａ−７２Ａ線に沿う断面図、図７２（Ｂ）は図７０の７２Ｂ−７２Ｂ線に沿う断面図である。
【図７３】燃料電池を示す斜視図である。
【図７４】フレーム部材と集電板における接触部および階段形状を示す正面図である。
【図７５】スタック組立工程において燃料電池を示す分解斜視図である。
【図７６】燃料電池の断面図である。
【図７７】図７６のＡ部分を示す拡大図である。
【図７８】図７７のＢ部およびＣ部を示す拡大図である。
【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、本発明に係る実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
【００１２】
（実施形態）
先ず、燃料電池１の製造方法に係る製造工程について、図１を参照しながら説明する。次に、燃料電池１の製造方法に係る製造工程の概要について、図２〜図１１を参照しながら説明する。次に、燃料電池１の製造方法によって製造する燃料電池１について、図１２〜図１４を参照しながら説明する。さらに、燃料電池１の製造方法に係る製造工程の詳細について、図１５〜図７８を参照しながら説明する。
【００１３】
（燃料電池１の製造方法に係る製造工程）
図１を参照しながら、燃料電池１の製造方法に係る製造工程について説明する。
【００１４】
図１は、燃料電池１の製造方法を各々の製造工程によって示す図である。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池１の製造方法は、形成工程Ｓ１０００、溶接工程Ｓ３０００、表面処理工程Ｓ６０００、モジュール組立工程Ｓ８０００、スタック組立工程Ｓ９０００、および洗浄工程Ｓ５０００を有している。燃料電池１の製造方法は、搬送工程Ｓ２０００、検査工程Ｓ４０００、および他の表面処理工程Ｓ７０００を設けることもできる。
【００１６】
燃料電池１の製造方法において、形成工程Ｓ１０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を形成する。溶接工程Ｓ３０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を互いに溶接する。表面処理工程Ｓ６０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面に処理を施す。モジュール組立工程Ｓ８０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を含む部材を積層してモジュールを組み立てる。スタック組立工程Ｓ９０００は、モジュールを積層してスタックを組み立てる。ここで、洗浄工程Ｓ５０００は、溶接工程Ｓ３０００と表面処理工程Ｓ６０００との間のみに設け、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を洗浄する。
【００１７】
（燃料電池１の製造方法に係る製造工程の概要）
図２〜図１１を参照しながら、燃料電池１の製造方法に係る製造工程の概要について説明する。
【００１８】
図２は、図１の形成工程Ｓ１０００において金属セパレータを形成している状態を示す模式図である。図３は、図１の搬送工程Ｓ２０００および溶接工程Ｓ３０００において金属セパレータを搬送し一対の金属セパレータを溶接して金属セパレータユニット１０を形成している状態を示す模式図である。図４は、図１の検査工程Ｓ４０００において金属セパレータユニット１０の流路のリークの有無を検査している状態を示す模式図である。図５は、図１の洗浄工程Ｓ５０００において金属セパレータユニット１０を洗浄している状態を示す模式図である。図６は、図１の表面処理工程Ｓ６０００において金属セパレータユニット１０の表面を処理している状態を示す模式図である。
【００１９】
図７は、図１の他の表面処理工程Ｓ７０００において膜電極接合体２０の枠体を粗面化している状態を示す模式図である。図８は、図１のモジュール組立工程Ｓ８０００において金属セパレータユニット１０の外周縁に接着剤を塗布している状態を示す模式図である。図９は、図１のモジュール組立工程Ｓ８０００において金属セパレータユニット１０と膜電極接合体２０を交互に積層してモジュールを組み立てている状態を示す模式図である。図１０は、図１のスタック組立工程Ｓ９０００において複数のモジュールを積層してスタックを組み立てている状態を示す模式図である。図１１は、図１の検査工程Ｓ４０００においてスタックのリークの有無を検査しエージング試験を行っている状態を示す模式図である。
【００２０】
図２に示すように、形成工程Ｓ１０００において、金属セパレータを形成する。形成工程Ｓ１０００では、長尺からなる金属セパレータ用の基材に相当するＳＵＳ板コイル５を、コイル送り装置５０１によって搬出しつつ、曲がりを取り除く。アノード側金属セパレータおよびカソード側金属セパレータの外面形状にそれぞれ対応する凹凸部が形成された成形型によってＳＵＳ板コイル５を連続的に押圧し、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２をプレス成形する。成形型は、例えば上型５０２および下型５０３から構成している。巻取り装置５０４は、プレス成形によって打ち抜かれた後のＳＵＳ板コイル５を巻き取る。
【００２１】
図２において、単セパレータ移載ロボット５０５は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を溶接治具パレット５０６に移載する。溶接治具パレット固定装置５０７は、溶接治具パレット５０６を固定する。溶接治具パレートリターンコンベヤ５０８は、溶接治具パレット５０６に載置したアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を溶接工程Ｓ３０００に搬送する。
【００２２】
図３に示すように、搬送工程Ｓ２０００において、金属セパレータを搬送し、溶接工程Ｓ３０００によって一対の金属セパレータを溶接して金属セパレータユニット１０を形成する。図３において、ワーク移動テーブル５０９は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を載置した溶接治具パレット５０６を移動自在に保持する。レーザ溶接機５１０は、アノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２を溶接する。パレット移載装置５１１は、溶接後のアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を載置した溶接治具パレット５０６を検査工程Ｓ４０００に搬送する。搬送工程Ｓ２０００および溶接工程Ｓ３０００の具体例の詳細は、後述する。
【００２３】
図４に示すように、検査工程Ｓ４０００において、金属セパレータユニット１０を搬送装置５２０によって搬送しつつ、金属セパレータユニット１０における流路のリークの有無を検査する。リークが無い良品の金属セパレータユニット１０は、洗浄用パレット５２１に収納し、洗浄工程Ｓ５０００に搬送する。リークが生じている不良品の金属セパレータユニット１０は、廃棄または再加工後に改めて検査する。図１１に示す検査工程Ｓ４０００では、スタックのリークの有無を検査しエージング試験を行う。すなわち、燃料電池１のエージング運転（慣らし運転）を実施し、電池電圧の飽和値を測定することで、発電性能を検査する。
【００２４】
図１１において、本体反転装置５９１によって燃料電池１の天地を反転させて、その外板を組み立てる。その後、ワーク移載装置５９２によって、モジュールを性能試験台車５９３に移載する。性能試験台車５９３は、水素ガス供給タンクおよび空気取り込み装置を備えている。性能試験台車５９３によって移動されたモジュールは、ガスを供給された後、最終的な性能試験を受ける。検査工程Ｓ４０００の具体例の詳細は、後述する。
【００２５】
図５に示すように、洗浄工程Ｓ５０００において、金属セパレータユニット１０を洗浄する。金属セパレータユニット１０を、例えば炭化水素系洗浄（ハイドロカーボン系）等によって洗浄することによって、前工程の形成工程Ｓ１０００におけるプレス成形の際に付着した油や、溶接工程Ｓ３０００におけるレーザ溶接の際に発生したスパッタ等のコンタミを除去する。さらに、金属セパレータユニット１０を、フッ素を媒体として超音波洗浄した後にフッ素を除去する。その後、金属セパレータユニット１０を、再度洗浄した後に低真空下によって乾燥させてから、大気圧に戻す。金属セパレータユニット１０の表面にレーザーを照射して脱脂および洗浄する構成とすることもできる。溶媒を用いた金属セパレータユニット１０の脱脂および洗浄も可能である。溶媒には、例えば、エタノール、エーテル、アセトン、イソプロピルアルコール、トリクロロエチレン等を用いる。
【００２６】
図６に示すように、表面処理工程Ｓ６０００において、金属セパレータユニット１０の表面を処理する。表面処理工程Ｓ６０００では、金属セパレータユニット１０の表面に形成されていた酸化被膜を、イオンボンバード処理によって除去する。その後、スパッタリング処理によって、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）からなる硬質炭素被膜層を形成する。
【００２７】
図６において、表面処理工程Ｓ６０００は、減圧した状態で複数の処理を行うため、真空装置５３１、５３２、５３３、５３４、５３５、５３６、５３７、５３８、５３９と、調圧室５４４、５４７と、減圧部屋５４８を備えている。セパレータ移載装置５２２は、金属セパレータユニット１０を真空装置５３２に移動させる。搬送パレット治具５４２に取り付けた金属セパレータユニット１０は、ヒータ装置５４１によって加温された状態においてイオンガン５４３によってボンバード処理される。ボンバード処理された金属セパレータユニット１０は、成膜検査装置５４５およびアニーリング装置５４６によって検査等される。表面処理工程Ｓ６０００の具体例の詳細は、後述する。
【００２８】
図７に示すように、他の表面処理工程Ｓ７０００において、膜電極接合体２０の枠体２４を粗面化する。他の表面処理工程Ｓ７０００では、プラズマを照射して枠体２４の表面を改質することによって、枠体２４の表面と接着剤３０の接着性を向上させる。他の表面処理工程Ｓ７０００では、紫外線照射処理やコロナ放電処理等のような物理的な処理によって、膜電極接合体２０の枠体２４を粗面化して改質することもできる。
【００２９】
図７において、ＭＥＡ移載装置５５１は、ＭＥＡモジュール６からＭＥＡ保護材を剥離した後、ＭＥＡモジュール６を搬送パレット治具５５２に移載する。プラズマ照射装置５５４は、プラズマ発生装置５５３によって発生させたプラズマを、搬送パレット治具５５２に取り付けたＭＥＡモジュール６に対して照射する。プラズマ照射装置５５４は、一対から構成し、ＭＥＡモジュール６の両面に対してプラズマを照射する。ＭＥＡ移載装置５５１は、プラズマが照射された後のＭＥＡモジュール６をモジュール組立工程Ｓ８０００に搬送する。他の表面処理工程Ｓ７０００の具体例の詳細は、後述する。
【００３０】
図８および図９に示すように、モジュール組立工程Ｓ８０００において、金属セパレータユニット１０の外周縁に接着剤を塗布し、金属セパレータユニット１０と膜電極接合体２０を交互に積層した上で、接着剤を加熱して硬化させることによって、モジュールを組み立てる。
【００３１】
図８において、金属セパレータユニット移載装置５６２は、パレットリフタ５６１を介して、金属セパレータユニット１０を搬送パレット治具５６３に取り付ける。搬送パレット治具５６３に取り付けた金属セパレータユニット１０を、吸着搬送装置５６４およびパレットコンベア５６５によって移動させつつ、スクリーン印刷によって接着剤を塗布する。さらに、金属セパレータユニット１０に塗布された接着剤の塗布の良否を検査する。
【００３２】
図９において、積層装置５７１は、各積層部材をモジュール化装置５７２に移載する。モジュール化装置５７２は、各積層部材を積層してモジュールを形成する。接着剤乾燥用治具５７３は、接着剤が乾燥しつつ硬化するときにモジュールが変形しないように、モジュールを型締めして保持する。接着剤乾燥用治具５７３は、接着剤乾燥治具搬送装置５７４によって搬送され、接着剤乾燥炉５７６の内部に移動する。接着剤乾燥炉制御装置５７５は、接着剤乾燥炉５７６を制御する。モジュール完成品搬送装置５７７は、完成したモジュールをスタック組立工程Ｓ９０００に搬送する。モジュール組立工程Ｓ８０００の具体例の詳細は、後述する。
【００３３】
図１０に示すように、スタック組立工程Ｓ９０００において、複数のモジュールを積層してスタックを組み立てる。スタック組立工程Ｓ９０００では、モジュールを直列に数十枚積層して、スタック部が組立てられる。この際、搭載姿勢における厚みが測定され、荷重調整用のスペーサが選択される。図１０において、モジュール完成品搬送装置５７８によって搬送されたモジュールは、スペーサを積層する。加圧装置５８１は、スペーサを積層したモジュールを積層方向に沿って加圧する。スタック組立工程Ｓ９０００の具体例の詳細は、後述する。
【００３４】
（燃料電池１の製造方法によって製造する燃料電池１）
図１２〜図１４を参照しながら、燃料電池１の製造方法によって製造する燃料電池１について説明する。
【００３５】
図１２は、燃料電池１の製造方法によって製造した燃料電池１を示す斜視図である。図１３は、図１２の燃料電池１の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。図１４は、図１２の燃料電池１の金属セパレータユニット１０および膜電極接合体２０の一部を示す断面図である。
【００３６】
燃料電池１は、電力を生成する燃料電池セル１００、燃料電池セル１００で生成された電力を外部に取り出す一対の集電板２１１および２１２、複数積層した燃料電池セル１００および一対の集電板２１１および２１２を保持する筐体３００を含んでいる。以下、燃料電池１の各構成について、順に説明する。
【００３７】
燃料電池セル１００は、図１２〜図１４に示し、複数積層された状態において、供給された燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）から電力を生成する。燃料電池セル１００は、金属セパレータユニット１０および膜電極接合体２０を含んでいる。
【００３８】
金属セパレータユニット１０は、図１３および図１４に示し、隣り合う膜電極接合体２０を隔離しつつ、膜電極接合体２０で発生した電力を通電させ、かつ、燃料ガス（水素）または酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水との流路を備えている。金属セパレータユニット１０は、アノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２とを備えている。
【００３９】
アノード側金属セパレータ１１は、膜電極接合体２０のアノード２２に当接させている。アノード側金属セパレータ１１は、導電性材料を有する金属からなり、薄板状に形成している。アノード側金属セパレータ１１の中央に形成された流路部１１ｇは、膜電極接合体２０のアノード２２と対面している。
【００４０】
アノード側金属セパレータ１１の中央には、図１４に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水とを隔てて流す流路部１１ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。アノード側金属セパレータ１１は、凹凸形状のうち、アノード２２と接触して形成された閉空間を、アノード２２に対して水素を供給するアノードガス流路１３として用いている。一方、アノード側金属セパレータ１１は、凹凸状の形状のうち、カソード側金属セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。アノード側金属セパレータ１１は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１１ａ、冷却流体供給口１１ｂ、およびアノードガス供給口１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、アノード側金属セパレータ１１は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１１ｄ、冷却流体排出口１１ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００４１】
カソード側金属セパレータ１２は、膜電極接合体２０のカソード２３に当接させている。カソード側金属セパレータ１２は、導電性材料を有する金属からなり、薄板状に形成している。カソード側金属セパレータ１２の中央に形成された流路部１２ｇは、膜電極接合体２０のカソード２３と対面している。
【００４２】
カソード側金属セパレータ１２の中央には、図１４に示すように、酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水とを隔てて流す流路部１２ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。凹凸形状の形状は、Ｕ字状を交互に組み合わせたり、半円形状を交互に組み合わせたりして構成している。カソード側金属セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、カソード２３と接触して形成された閉空間を、カソード２３に対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１５として用いている。一方、カソード側金属セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、カソード側金属セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。カソード側金属セパレータ１２は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１２ａ、冷却流体供給口１２ｂ、およびアノードガス供給口１２ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、カソード側金属セパレータ１２は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１２ｄ、冷却流体排出口１２ｅ、およびカソードガス排出口１２ｆに相当する貫通孔を開口している。アノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２は、溶接によって接合部１０ｓを形成し、互いに接合している。
【００４３】
膜電極接合体２０は、図１３および図１４に示し、供給された酸素と水素を化学反応させて電力を生成する。膜電極接合体２０は、電解質膜２１を介して対向するようにアノード２２とカソード２３とを接合して形成している。膜電極接合体２０は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称している。電解質膜２１は、例えば、固体の高分子材料からなり、薄板状に形成している。固体高分子材料には、例えば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好な電気伝導性を有するフッ素系樹脂を用いている。アノード２２は、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、電解質膜２１よりも若干小さい薄板状に形成している。カソード２３は、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、アノード２２と同様の大きさで薄板状に形成している。アノード２２およびカソード２３の電極触媒層は、導電性の担体に触媒成分が担持された電極触媒と高分子電解質を含んでいる。アノード２２およびカソード２３のガス拡散層は、例えば、充分なガス拡散性および導電性を有する炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、またはカーボンフェルトから形成している。
【００４４】
膜電極接合体２０は、枠体２４を備えている。枠体２４は、積層した電解質膜２１、アノード２２、およびカソード２３の外周を一体に保持している。枠体２４は、例えば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、金属セパレータユニット１０の外周部分の外形形状と同様の外形形状で形成している。枠体２４は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２４ａ、冷却流体供給口２４ｂ、およびアノードガス供給口２４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、枠体２４は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口２４ｄ、冷却流体排出口２４ｅ、およびカソードガス排出口２４ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００４５】
ここで、燃料電池セル１００は、互いに密封した状態で複数積層する必要がある。このため、隣り合う燃料電池セル１００の外周を封止部材によって封止する。封止部材は、例えば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等から選択する。
【００４６】
一対の集電板２１１および２１２は、図１３に示し、燃料電池セル１００で生成された電力を外部に取り出す。
【００４７】
一対の集電板２１１および２１２は、複数積層された燃料電池セル１００の両端に、それぞれ配設している。一対の集電板２１１および２１２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くした膜電極接合体２０の外形形状と同様である。一対の集電板２１１および２１２のうち、集電板２１１のみ、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２１１ａ、冷却流体供給口２１１ｂ、およびアノードガス供給口２１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、集電板２１１のみ、その長手方向の他端に、アノードガス排出口２１１ｄ、冷却流体排出口２１１ｅ、およびカソードガス排出口２１１ｆに相当する貫通孔を開口している。一対の集電板２１１および２１２は、その中央に集電部２１１ｈ等を備えている。
【００４８】
一対の集電板２１１および２１２の集電部２１１ｈ等は、例えば、ガスを透過させない緻密質カーボンのような導電性部材からなり、アノード２２およびカソード２３の外形よりも若干小さい薄板状に形成している。一対の集電部２１１ｈ等は、複数積層した最外層の燃料電池セル１００に設けた膜電極接合体２０のアノード２２またはカソード２３に当接している。集電部２１１ｈ等は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部２１１ｉ等を突出して設けている。突起部２１１ｉ等は、後述する筐体３００の一対のエンドプレート３１１および３１２の貫通孔３１１ｊ等を挿通して、外部に臨んでいる。
【００４９】
筐体３００は、図１２および図１３に示し、複数積層した燃料電池セル１００および一対の集電板２１１および２１２を互いに密着させた状態で保持している。
【００５０】
筐体３００は、一対のエンドプレート３１１および３１２、一対の締結板３１３、一対の補強板３１４、およびネジ３１５を含んでいる。以下、筐体３００に含まれた各部材について説明する。一対のエンドプレート３１１および３１２は、複数積層された燃料電池セル１００の両端に配設した一対の集電板２１１および２１２を挟持して付勢している。一対のエンドプレート３１１および３１２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増した膜電極接合体２０の外形形状と同様である。一対のエンドプレート３１１および３１２は、例えば、金属からなり、一対の集電板２１１および２１２と当接する部分に絶縁体を設けている。一対のエンドプレート３１１および３１２のうち、エンドプレート３１１のみ、その長手方向の一端に、カソードガス供給口３１１ａ、冷却流体供給口３１１ｂ、およびアノードガス供給口３１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、エンドプレート３１１のみ、その長手方向の他端に、アノードガス排出口３１１ｄ、冷却流体排出口３１１ｅ、およびカソードガス排出口３１１ｆに相当する貫通孔を開口している。一対のエンドプレート３１１および３１２は、前述した一対の集電板２１１および２１２の突起部２１１ｉ等を挿通させる貫通孔３１１ｊ等を開口している。
【００５１】
一対の締結板３１３は、例えば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板３１３は、一対のエンドプレート３１１および３１２を、その長手方向の両側から対向するように保持している。一対の補強板３１４は、例えば、金属からなり、一対の締結板３１３よりも細長い板状に形成している。一対の補強板３１４は、一対のエンドプレート３１１および３１２を、その短手方向の両側から対向するように保持している。一対の締結板３１３および一対の補強板３１４は、複数のネジ３１５によって、一対のエンドプレート３１１および３１２に固定している。
【００５２】
（燃料電池１の製造方法に係る各製造工程）
図１５〜図７８を参照しながら、燃料電池１の製造方法に係る製造工程の詳細について説明する。具体的には、形成工程Ｓ１０００および洗浄工程Ｓ５０００を除く、搬送工程Ｓ２０００、溶接工程Ｓ３０００、検査工程Ｓ４０００、表面処理工程Ｓ６０００、他の表面処理工程Ｓ７０００、モジュール組立工程Ｓ８０００、およびスタック組立工程Ｓ９０００の製造工程について詳細に説明する。
【００５３】
（搬送工程Ｓ２０００）
図１５〜図３１を参照しながら、搬送工程Ｓ２０００の一例について詳細に説明する。
【００５４】
（搬送工程Ｓ２０００に係る金属セパレータの搬送装置２１００）
図１５〜図２１を参照しながら、搬送装置２１００による金属セパレータの搬送について説明する。
【００５５】
搬送装置２１００は、成形後の各々の金属セパレータを、膜電極接合体２０と交互に積層する場所まで、別個に搬送する。搬送装置２１００によって搬送した金属セパレータは、膜電極接合体２０と交互に積層され、燃料電池１を形成する。搬送装置２１００は、引張部２１１０、搬送部２１２０、および制御部２１３０を含んでいる。引張部２１１０は、薄板状からなる燃料電池用の金属セパレータの対向した両端に備えられた把持部をクランプ２１１１によって把持し、クランプ２１１１同士を互いに離間させて金属セパレータを外方に引っ張る。搬送部２１２０は、引張部２１１０によって引っ張られた状態の金属セパレータを搬送する。制御部２１３０は、搬送部２１２０の作動を制御する。
【００５６】
図１５〜図１９を参照しながら、搬送装置２１００の構成について説明する。搬送装置２１００によって搬送する金属セパレータについては、一例として、アノード側金属セパレータ１１を用いる。
【００５７】
図１５は、搬送工程Ｓ２０００において搬送装置２１００を用いてアノード側金属セパレータ１１を引っ張りつつ搬送している状態を示す斜視図である。図１６は、図１５の搬送装置２１００の引張部２１１０によってアノード側金属セパレータ１１を引っ張っている状態を示す斜視図である。図１７は、図１６の引張部２１１０を１７−１７線から模式的に示す断面図である。図１８は、図１６の構成を搬送方向と交差した方向に沿って示す側面図である。図１９は、図１６の構成を主要部毎に分解して示す分解斜視図である。
【００５８】
搬送装置２１００は、引張部２１１０、搬送部２１２０、および制御部２１３０を含んでいる。以下、搬送装置２１００の各構成について順に説明する。
【００５９】
引張部２１１０は、図１５〜図１９に示すように、搬送方向に沿って相対的に移動自在な第１固定台２１１２と第１移動台２１１３、および第１固定台２１１２と第１移動台２１１３とを離間させる方向の弾発力を付勢する第１伸長部材２１１４を有している。引張部２１１０は、搬送方向と交差する方向に沿って相対的に移動自在な第２固定台２１１５と第２移動台２１１６、および第２固定台２１１５と第２移動台２１１６とを離間させる方向の弾発力を付勢する第２伸長部材２１１７を有している。引張部２１１０は、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈを把持するクランプ２１１１を有している。第１固定台２１１２、および第１移動台２１１３のそれぞれにクランプ２１１１を設けている。引張部２１１０はさらに、第２固定台２１１５と第２移動台２１１６とを支持する支持台２１１８を有している。第２固定台２１１５、および第２移動台２１１６のそれぞれは、第１固定台２１１２と第１移動台２１１３とを支持する。
【００６０】
引張部２１１０は、図１６等に示すように、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈを四隅の位置において把持している。具体的には、クランプ２１１１と、第１固定台２１１２または第１移動台２１１３とで、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈを挟み込んで把持している。クランプ２１１１は、第１固定台２１１２および第１移動台２１１３の上面に配設している。
【００６１】
クランプ２１１１は、図１９に示すように、例えば、当接部材２１１１ａ、回転支持部材２１１１ｂ、および圧縮バネ２１１１ｃを含んでいる。当接部材２１１１ａは、板状に形成し、一端をアノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈに当接させ、一端に対向した他端を圧縮バネ２１１１ｃによって付勢させている。回転支持部材２１１１ｂは、当接部材２１１１ａの一端と他端の中央に配設し、当接部材２１１１ａを所定の範囲内で回動自在に支持している。回転支持部材２１１１ｂは、第１固定台２１１２または第１移動台２１１３の上面に接合している。圧縮バネ２１１１ｃは、いわゆる押しバネに相当する。圧縮バネ２１１１ｃは、螺旋状に形成し、伸縮自在である。圧縮バネ２１１１ｃは、当接部材２１１１ａの他端と、第１固定台２１１２または第１移動台２１１３の上面との間で伸長する。その結果、当接部材２１１１ａの一端は、第１固定台２１１２または第１移動台２１１３の上面に対して押圧する。
【００６２】
第１固定台２１１２は、一対からなり、アノード側金属セパレータ１１の長手方向に沿った方向の両端であって、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向の下流側に配設している。一方、第１移動台２１１３は、一対からなり、アノード側金属セパレータ１１の長手方向に沿った方向の両端であって、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向の上流側に配設している。すなわち、第１固定台２１１２は、アノード側金属セパレータ１１の短手方向に沿って、第１移動台２１１３と対向して配設している。一対の第１固定台２１１２は、図１７に示すように、その下部から突出した固定ピン２１１２ｂを、第２固定台２１１５の上面に開口した固定孔２１１５ａ、または第２移動台２１１６の上面に開口した固定孔２１１６ａに挿入し、下側からネジ部材２１４１の締結によって固定している。
【００６３】
一対の第１移動台２１１３は、第２固定台２１１５、または第２移動台２１１６に移動自在に当接している。具体的には、一対の第１移動台２１１３の下部から突出させた長尺状の平行キー２１１３ｄを、第２固定台２１１５の上面に開口した長孔状のキー溝２１１５ｃ、または第２移動台２１１６の上面に開口した長孔状のキー溝２１１６ｃに対して、搬送方向に沿って移動自在に挿通している。但し、Ｚ方向の浮動を防止するため、図１７に示すように、下側からネジ部材２１４１で第２固定台２１１５、または第２移動台２１１６に締結固定している。一対の第１移動台２１１３は、一対の第１伸長部材２１１４によって、第１固定台２１１２から離間する方向に移動する。一対の第１伸長部材２１１４は、第１移動台２１１３と第１固定台２１１２との間に配設している。
【００６４】
第１伸長部材２１１４は、図１９に示すように、例えば、圧縮バネ２１１４ａおよび支持部材２１１４ｂを含んでいる。圧縮バネ２１１４ａは、いわゆる押しバネに相当する。圧縮バネ２１１４ａは、螺旋状に形成し、伸縮自在である。支持部材２１１４ｂは、円柱状に形成し、圧縮バネ２１１４ａを伸縮方向（搬送方向に相当）に保持している。支持部材２１１４ｂは、第１固定台２１１２の側面に接合し、圧縮バネ２１１４ａを挿通している。
【００６５】
第２固定台２１１５と、第２移動台２１１６は、それぞれ長方形状からなり、アノード側金属セパレータ１１の長手方向に沿った方向の両端に対向して配設している。第２固定台２１１５は、その下部から突出した固定ピン２１１５ｂを、支持台２１１８の長手方向の一端に開口した固定孔２１１８ａに挿入して固定している。第２移動台２１１６は、支持台２１１８の長手方向の他端に移動自在に当接している。具体的には、第２移動台２１１６の下部から突出させた長尺状の平行キー２１１６ｄを、支持台２１１８の長手方向の他端に開口した長孔状のキー溝２１１８ｃに対して、搬送方向と交差した方向に沿って移動自在に挿通している。但し、Ｚ方向の浮動を防止するため、図１７に示すように、下側からネジ部材２１４１で支持台２１１８に締結固定している。一対の第２移動台２１１６は、一対の第２伸長部材２１１７によって、第２固定台２１１５から離間する方向に移動する。一対の第２伸長部材２１１７は、第２移動台２１１６と第２固定台２１１５との間に配設している。
【００６６】
第２伸長部材２１１７は、図１９に示すように、例えば、圧縮バネ２１１７ａ、支持部材２１１７ｂ、および延長部材２１１７ｃを含んでいる。圧縮バネ２１１７ａは、いわゆる押しバネに相当する。圧縮バネ２１１７ａは、螺旋状に形成し、伸縮自在である。支持部材２１１７ｂは、円柱状に形成し、圧縮バネ２１１７ａを伸縮方向（搬送方向と交差した方向に相当）に保持している。支持部材２１１７ｂは、延長部材２１１７ｃの一端に接合し、圧縮バネ２１１７ａを挿通している。延長部材２１１７ｃは、支持部材２１１７ｂよりも径が大きい円柱状に形成し、支持部材２１１７ｂと伸縮方向（搬送方向と交差した方向に相当）に沿って接合している。延長部材２１１７ｃは、一端を支持部材２１１７ｂに接合し、他端を第２固定台２１１５の側面に接合している。延長部材２１１７ｃは、使用する圧縮バネ２１１７ａの全長が長くなることを抑えるためのものである。
【００６７】
支持台２１１８は、長尺の板状からなり、中央部分に開口を備えている。支持台２１１８の長手方向の一端に開口した固定孔２１１８ａに、第２固定台２１１５の下部から突出した固定ピン２１１５ｂを挿入することによって、第２固定台２１１５を固定している。支持台の長手方向の他端に開口した長孔状のキー溝２１１８ｃに、第２移動台２１１６の下部から突出させた長尺状の平行キー２１１６ｄを挿入することによって、第２移動台２１１６を搬送方向と交差した方向に沿って移動自在に挿通している。支持台２１１８は、後述する搬送部２１２０の一対のベルト２１２１に載置する。
【００６８】
上述したように、クランプ２１１１は、第１固定台２１１２および第１移動台２１１３にそれぞれ配設している。第１固定台２１１２、第１移動台２１１３、および第１伸長部材２１１４は、一体の状態で、第２固定台２１１５および第２移動台２１１６にそれぞれ一組ずつ配設している。第２固定台２１１５、第２移動台２１１６、および第２伸長部材２１１７は、一体の状態で、支持台２１１８に一組配設している。
【００６９】
搬送部２１２０は、図１５に示すように、ベルト２１２１、係留部材２１２２、駆動ロール２１２３、およびガイドロール２１２４を含んでいる。ベルト２１２１は、一対からなり、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向と交差する方向に沿って互いに離間して配設している。一対のベルト２１２１は、各々の引張部２１１０の長手方向の両端部分を載置させて搬送する。ベルト２１２１は、無端状に形成している。ベルト２１２１は、チェーンまたはゴム材から構成する。係留部材２１２２は、各々の引張部２１１０を係留し、搬送中の引張部２１１０の位置ずれを防止する。係留部材２１２２は、長方体形状に形成し、一対のベルト２１２１の外周面にそれぞれ一定の間隔で配置している。隣り合う係留部材２１２２によって、引張部２１１０を挟持する。
【００７０】
駆動ロール２１２３は、図示せぬ従動ロールと共に、一対のベルト２１２１の内周面の両端に対向して配設している。駆動ロール２１２３は、円柱形状に形成し、図示せぬモータに接続している。駆動ロール２１２３は、ベルトを回動させる。ガイドロール２１２４は、駆動ロール２１２３と従動ロールの間において、各々の引張部２１１０を載置した一対のベルトを内周面の側からガイドする。ガイドロール２１２４は、円柱形状のシャフトに歯車を挿通させて構成し、一定の間隔で回動自在に複数配設している。
【００７１】
制御部２１３０は、図１５に示すように、コントローラ２１３１および通信線２１３２を含んでいる。コントローラ２１３１は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、搬送部２１２０の駆動ロール２１２３の回動に係る制御プログラムを格納している。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいて駆動ロール２１２３の動作を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中の駆動ロール２１２３に係る回転数等の各種データを一時的に記憶する。通信線２１３２は、コントローラ２１３１と駆動ロール２１２３に接続したモータとの間で通信するためのケーブルである。
【００７２】
図２０を参照しながら、アノード側およびカソード側金属セパレータの把持部をクランプ２１１１によって把持しつつ引っ張る構成について説明する。金属セパレータについては、一例として、アノード側金属セパレータ１１を用いて説明する。
【００７３】
図２０は、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈをクランプ２１１１によって外方に引っ張っている状態を示す模式図である。
【００７４】
クランプ２１１１は、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈを四隅の位置において把持している。一対の圧縮バネ２１１７ａは、アノード側金属セパレータ１１の長手方向の反り返りや撓みを除去するために、対向した一対のクランプ２１１１の間にそれぞれ配設している。一対の圧縮バネ２１１７ａは、その張力Ｔ１によって、対向したクランプ２１１１を互いに離間させている。同様に、一対の圧縮バネ２１１４ａは、アノード側金属セパレータ１１の短手方向の反り返りや撓みを除去するために、搬送方向に沿って対向した一対のクランプ２１１１の間にそれぞれ配設している。一対の圧縮バネ２１１４ａは、その張力Ｔ２によって、対向したクランプ２１１１を搬送方向に沿って互いに離間させている。
【００７５】
圧縮バネ２１１７ａおよび圧縮バネ２１１４ａによって、アノード側金属セパレータ１１の対角線上に張力Ｔ１２を作用させて、アノード側金属セパレータ１１を対角線上に沿って引っ張っている。張力Ｔ１２は、張力Ｔ１およびＴ２の合力に相当する。アノード側金属セパレータ１１の外形形状や内部に開口したマニホールド孔等を考慮して、アノード側金属セパレータ１１の長手方向に沿って配設した圧縮バネ２１１７ａと、アノード側金属セパレータ１１の短手方向に沿って配設した圧縮バネ２１１４ａとの張力を調整する。圧縮バネ２１１７ａおよび２１１４ａは、材質やピッチを設定することによって、それぞれ張力を調整することができる。アノード側金属セパレータ１１を対角線上に沿って引っ張ることによって、アノード側金属セパレータ１１の全面に亘って、反り返りや撓みを除去することができる。
【００７６】
搬送装置２１００に係る作用について説明する。
【００７７】
搬送装置２１００の引張部２１１０は、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈをクランプ２１１１によって把持し、クランプ２１１１同士を互いに離間させてアノード側金属セパレータ１１を外方に引っ張る。アノード側金属セパレータ１１を引張部２１１０にセットするときには、先ず、第１移動台２１１３を第１固定台２１１２に向かって押圧することによって、第１移動台２１１３と第１固定台２１１２との間の間隔を狭める。同様に、第２移動台２１１６を第２固定台２１１５に向かって押圧することによって、第２移動台２１１６と第２固定台２１１５との間の間隔を狭める。クランプ２１１１における当接部材２１１１ａの一端を、圧縮バネ２１１１ｃの弾発力に抗して、第１固定台２１１２および第１移動台２１１３の上面から離反させ、クランプ２１１１を開放状態にする。
【００７８】
この状態で、アノード側金属セパレータ１１を第１固定台２１１２および第１移動台２１１３の上面に載置する。アノード側金属セパレータ１１を載置した後、クランプ２１１１の開放状態を解除し、圧縮バネ２１１１ｃの弾発力によって把持部１１ｈを把持する。その後、第１移動台２１１３の押圧、および第２移動台２１１６の押圧を解除する。すると、第１移動台２１１３が第１伸長部材２１１４の弾発力によって第１固定台２１１２から離間するように移動し、かつ、第２移動台２１１６が第２伸長部材２１１７の弾発力によって第２固定台２１１５から離間するように移動する。これによって、アノード側金属セパレータ１１の全面に亘って、反り返りや撓みを除去することができる。
【００７９】
次いで、引張部２１１０によって引っ張られた状態のアノード側金属セパレータ１１を搬送部２１２０によって搬送する。搬送部２１２０のベルト２１２１は、各々の引張部２１１０の長手方向の両端部分を支持し、各々の引張部２１１０を積層加工ステージまで搬送する。この搬送工程Ｓ２０００においては、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈをそれぞれ把持して、アノード側金属セパレータ１１を外方に引っ張りつつ、アノード側金属セパレータ１１を搬送する。
【００８０】
搬送装置２１００によって積層加工ステージまで搬送されたアノード側金属セパレータ１１は、クランプ２１１１を開放状態にして引張部２１１０から取り外される。そして、アノード側金属セパレータ１１は、膜電極接合体２０と交互に積層され、燃料電池を形成する。搬送装置２１００を用いてアノード側金属セパレータ１１を搬送する際に、アノード側金属セパレータ１１を単に把持するだけではなく、引っ張ることによって、そのアノード側金属セパレータ１１の形状を平板状に矯正することができる。この結果、アノード側金属セパレータ１１を高速で搬送しても、アノード側金属セパレータ１１に反り返った部分や撓んだ部分が無いことから、それらの部分に向かい風が対流して捲れてしまうことがない。このように、搬送中のアノード側金属セパレータ１１が捲れて変形したり離脱したりすることなく高速で搬送することができ、アノード側金属セパレータ１１の高速搬送を通して、燃料電池１の生産性を向上させることができる。
【００８１】
以上説明したように、燃料電池１の搬送方法にあっては、搬送工程Ｓ２０００を有する。搬送工程Ｓ２０００は、薄板状からなる金属セパレータの対向した両端に備えられた把持部をそれぞれ把持して、金属セパレータを外方に引っ張りつつ、金属セパレータを搬送する。
【００８２】
また、燃料電池１の搬送装置２１００にあっては、引張部２１１０と搬送部２１２０を含んでいる。引張部２１１０は、薄板状からなる金属セパレータの対向した両端に備えられた把持部をクランプ２１１１によって把持し、クランプ２１１１同士を互いに離間させて金属セパレータを外方に引っ張る。搬送部２１２０は、引張部２１１０によって引っ張られた状態の金属セパレータを搬送する。
【００８３】
このような構成によれば、金属セパレータの対向する両端を引っ張りつつ搬送することから、金属セパレータが捲れて変形したり離脱したりすることなく高速で搬送することができる。すなわち、金属セパレータの生産性を大幅に向上させることができる。
【００８４】
（搬送工程Ｓ２０００に係る金属セパレータの製造装置２２００）
図２２〜図２６を参照しながら、製造装置２２００による金属セパレータの搬送および加工について説明する。
【００８５】
製造装置２２００は、目印形成部２２３０、引張部２１１０、位置検出部２２５０、および加工部（例えば組立加工部２２６０）を含んでいる。目印形成部２２３０は、燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１の対向した両端に備えられた把持部１１ｈの少なくとも一方に対して、薄板状の基材２から燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１がプレス成形される前に、位置検出の基準となる目印１１ｐを形成する。引張部２１１０は、把持部１１ｈを把持部材（クランプ２１１１）によって把持し、把持部１１ｈ同士を互いに離間させてアノード側金属セパレータ１１を外方に引っ張る。位置検出部２２５０は、引張部２１１０によって引っ張られた状態のアノード側金属セパレータ１１の目印１１ｐに基づきアノード側金属セパレータ１１の位置を検出する。加工部（例えば組立加工部２２６０）は、位置検出部２２５０によって検出された各々のアノード側金属セパレータ１１の位置に個別に対応して加工を施す。
【００８６】
さらに、製造装置２２００は、形状加工部２２２０、搬送部２２４０、および制御部２２７０を含んでいる。形状加工部２２２０は、長尺の基材２を所定の形状に加工してアノード側金属セパレータ１１を形成する。搬送部２２４０は、引張部２１１０を載置して搬送する。制御部２２７０は、形状加工部２２２０と目印形成部２２３０と搬送部２２４０と位置検出部２２５０と組立加工部２２６０の各々を制御する。
【００８７】
図２２〜図２６を参照しながら、製造装置２２００の構成を説明する。製造装置２２００によって搬送および加工する金属セパレータについては、一例として、アノード側金属セパレータ１１を用いる。アノード側金属セパレータ１１は、長手方向の両端に把持部１１ｈを備えている。把持部１１ｈには、十字状の目印１１ｐを形成している。
【００８８】
図２２は、搬送工程においてアノード側金属セパレータ１１の製造装置２２００を示す斜視図である。図２３は、図２２の製造装置２２００の形状加工部２２２０によって長尺の基材２からアノード側金属セパレータ１１を形成しつつ、目印形成部２２３０によってアノード側金属セパレータ１１に目印１１ｐを形成している状態を示す斜視図である。図２４は、図２３の構成を搬送方向に沿って示す側面図である。図２５は、図２２の製造装置２２００の位置検出部２２５０によってアノード側金属セパレータ１１を目印１１ｐに基づき位置検出した後、組立加工部２２６０によってアノード側金属セパレータ１１を加工している状態を示す斜視図である。図２６は、図２５の構成を搬送方向に沿って示す側面図である。
【００８９】
形状加工部２２２０は、図２２〜図２４に示している。形状加工部２２２０の固定型２２２１および移動型２２２２は、長尺状の基材２からアノード側金属セパレータ１１を形成する複数組の金型２２２１ａ〜２２２１ｆおよび２２２２ａ〜２２２２ｆを対向するように取り付けている。固定型２２２１および移動型２２２２の間に長尺状の基材２を搬送方向に沿って移動可能に配置する。固定型２２２１に対して、移動型２２２２を当接および離間させる毎に、一の金型から隣接する他の金型まで基材２を移動させる。金型２２２１ａ〜２２２１ｆおよび２２２２ａ〜２２２２ｆは、基材２に対する凹凸や貫通孔等の形成において一般的なものを用いる。金型２２２１ａ〜２２２１ｆおよび２２２２ａ〜２２２２ｆは、基材２の搬送方向の上流側から下流側に沿って一定の間隔で位置している。
【００９０】
形状加工部２２２０は、先ず、金型２２２１ａおよび２２２２ａによって、基材２に対して、位置決め用のロケート孔２ｍを形成する。次に、金型２２２１ｂおよび２２２２ｂによって、アノード側金属セパレータ１１のアクティブエリアおける凹凸状の流路部１１ｇを形成する。次に、金型２２２１ｃおよび２２２２ｃによって、ガスや冷却水を供給および排出するマニホールド孔（カソードガス供給口１１ａ〜カソードガス排出口１１ｆ）を成形する。その後、金型２２２１ｄおよび２２２２ｄによって、アノード側金属セパレータ１１となる部分の外周縁を打ち抜いて打抜孔２ｎを開口する。基材２から打ち抜いたアノード側金属セパレータ１１は、引張部２１１０に取り付ける。
【００９１】
目印形成部２２３０は、図２２〜図２４に示している。目印形成部２２３０のレーザーマーキングユニット２２３１は、例えば炭酸ガスレーザーから構成している。レーザーマーキングユニット２２３１は、搬送部２２４０の上方（積層方向に相当）であって、アノード側金属セパレータ１１の長手方向（搬送方向と交差した方向）の両側に位置するように、それぞれ１台ずつ配設している。詳細には、レーザーマーキングユニット２２３１は、形状加工部２２２０において、マニホールド孔（カソードガス供給口１１ａ〜カソードガス排出口１１ｆ）を成形する金型２２２１ｃおよび２２２２ｃよりも搬送方向に沿った下流側であって、かつ、打抜孔２ｎを開口する金型２２２１ｄおよび２２２２ｄよりも搬送方向に沿った上流側に配設している。すなわち、レーザーマーキングユニット２２３１は、形状加工部２２２０によって基材２からアノード側金属セパレータ１１となる部分の外周縁が打ち抜かれて打抜孔２ｎが開口される直前に、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈに目印１１ｐを形成する。
【００９２】
レーザーマーキングユニット２２３１は、導出したレーザー光Ｌ１をアノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈに照射し、その照射部分を溶解することによって、目印１１ｐを形成する。レーザーマーキングユニット２２３１は、移動型２２２２との干渉を回避するために、移動型２２２２の切欠部２２２２ｅを介して、レーザー光Ｌ１をアノード側金属セパレータ１１に導出させる。レーザーマーキングユニット２２３１は、レーザー光Ｌ１を把持部１１ｈに走査して、例えば十字状の目印１１ｐを形成する。
【００９３】
レーザーマーキングユニット２２３１によって、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈの中央に目印１１ｐを１個形成してもよいし、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈの短手方向に沿って目印１１ｐを複数個形成してもよい。レーザーマーキングユニット２２３１によって形成する目印の形状や位置は、位置検出部２２５０における目印の検出精度等によって決定する。例えば、目印は、Ｌ字状に形成し、４個のクランプ２１１１の当接部材２１１１ａにそれぞれ近接するように４個形成してもよい。
【００９４】
レーザーマーキングユニット２２３２を用いて、形状加工部２２２０によって加工される前の基材２に対して目印１１ｐを形成することもできる。この場合には、図２２に示すように、レーザーマーキングユニット２２３２を、基材２に位置決め用のロケート孔２ｍを形成する金型２２２１ａおよび２２２２ａの搬送方向に沿った下流側で隣り合うように配設する。レーザーマーキングユニット２２３２の仕様は、レーザーマーキングユニット２２３１の仕様と同様である。
【００９５】
搬送部２２４０は、図２２に示している。搬送部２２４０のベルト２２４１は、複数の引張部２１１０を一定の間隔で載置して搬送する。ベルト２２４１は、チェーンまたはゴム材からなり、無端状に形成している。ベルト２２４１は、一対からなり、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向と交差する方向に沿って互いに離間して配設している。一対のベルト２２４１は、各々の引張部２１１０の長手方向の両端部分を載置して搬送する。係留部材２２４２は、各々の引張部２１１０を係留し、搬送中の引張部２１１０の位置ずれを防止する。係留部材２２４２は、長方体形状に形成し、一対のベルト２２４１の外周面にそれぞれ一定の間隔で配置している。隣り合う係留部材２２４２によって、引張部２１１０を挟持する。
【００９６】
駆動ロール２２４３は、図示せぬ従動ロールと共に、無端状のベルト２２４１を回動させる。駆動ロール２２４３は、円柱形状に形成し、図示せぬモータに接続している。駆動ロール２２４３は、従動ロールと共に、一対のベルト２２４１の内周面の両端に対向して配設している。ガイドロール２２４４は、ベルト２２４１を内周面の側からガイドしている。ガイドロール２２４４は、円柱形状のシャフトに歯車を挿通させて構成している。ガイドロール２２４４は、駆動ロール２２４３と従動ロールの間に一定の間隔で回動自在に複数配設し、一対のベルトの内周面に当接している。
【００９７】
位置検出部２２５０は、図２２、図２５、および図２６に示している。位置検出部２２５０の撮像ユニット２２５１は、例えばＣＣＤカメラから構成している。撮像ユニット２２５１は、搬送部２２４０の上方（積層方向に相当）であって、アノード側金属セパレータ１１の長手方向の両側に位置するように、それぞれ１個ずつ配設している。撮像ユニット２２５１は、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈの付近から反射した反射光Ｒ１を受光することによって、アノード側金属セパレータ１１の目印１１ｐを検出する。目印１１ｐは、アノード側金属セパレータ１１の一対の把持部１１ｈに対して、それぞれ十字状に形成されている。
【００９８】
撮像ユニット２２５１は、一対の目印１１ｐの各々の中心を通る直線によって、アノード側金属セパレータ１１の面内（アノード側金属セパレータ１１の搬送方向および搬送方向と交差する方向）の傾きを検出する。すなわち、撮像ユニット２２５１は、搬送方向に対するアノード側金属セパレータ１１の斜行の状態を検出する。さらに、一対の目印１１ｐのどちらか一方の目印１１ｐの中心位置に基づき、アノード側金属セパレータ１１の絶対位置を検出する。アノード側金属セパレータ１１の絶対位置の検出に係る動作は、撮像ユニット２２５１で行ってもよいし、制御部２２７０のコントローラ２２７１で行ってもよい。位置検出部２２５０によるアノード側金属セパレータ１１の絶対位置の検出結果は、制御部２２７０を介して、組立加工部２２６０に送信する。
【００９９】
組立加工部２２６０は、図２２、図２５および図２６に示している。組立加工部２２６０は、位置検出部２２５０に対して、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向の下流側であって、位置検出部２２５０に隣接して配設している。組立加工部２２６０は、搬送部２２４０によって順に搬送されてくるアノード側金属セパレータ１１の位置を制御部２２７０から受信し、各々のアノード側金属セパレータ１１の絶対位置に合わせて、所定の加工を行う。組立加工部２２６０は、例えば、アノード側金属セパレータ１１と膜電極接合体とを交互に積層した上で、隣り合うアノード側金属セパレータ１１同士を接合するために、アノード側金属セパレータ１１の外周縁に接着剤を塗布するものである。
【０１００】
組立加工部２２６０の塗布ユニット２２６１は、充填された接着剤を一定量でアノード側金属セパレータ１１に塗布する。Ｙ軸ステージ２２６２は、塗布ユニット２２６１を吊り下げた状態において、搬送方向と交差する方向に沿って移動する。Ｘ軸ステージ２２６３は、Ｙ軸ステージ２２６２の長手方向の一端に備え、Ｙ軸ステージ２２６２を搬送方向に沿って移動する。Ｘ軸補助レール２２６４は、Ｙ軸ステージ２２６２の長手方向の他端に備え、Ｘ軸ステージ２２６３によるＹ軸ステージ２２６２の移動を補助する。Ｘ軸ステージ２２６３およびＸ軸補助レール２２６４によって、Ｙ軸ステージ２２６２を両端支持梁の状態で支持する。塗布ユニット２２６１は、Ｘ軸ステージ２２６３およびＹ軸ステージ２２６２によって、図２５および図２６に長一点破線の矢印で示す軌跡Ｋ１に沿って移動しつつ、アノード側金属セパレータ１１の外周縁に接着剤を塗布する。
【０１０１】
制御部２２７０は、図２２に示している。制御部２２７０のコントローラ２２７１は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、形状加工部２２２０の移動型２２２２、目印形成部２２３０のレーザーマーキングユニット２２３１、搬送部２２４０の駆動ロール２２４３、位置検出部２２５０の撮像ユニット２２５１、および組立加工部２２６０の塗布ユニット２２６１とＹ軸ステージ２２６２とＸ軸ステージ２２６３に係る制御プログラムをそれぞれ格納している。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいて製造装置２２００の動作を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中の各構成部材に係るデータを一時的に記憶する。データは、例えば、撮像ユニット２２５１で撮像された画像データである。通信線２２７２は、コントローラ２２７１と各構成部材との間で通信を行うためのケーブルである。
【０１０２】
製造装置２２００に係る作用について説明する。
【０１０３】
形状加工部２２２０は、図２３に示すように、固定型２２２１および移動型２２２２によって、長尺かつ薄板状の基材２を所定の形状に加工してアノード側金属セパレータ１１を形成する。金型２２２１ａおよび２２２２ａによって基材２に位置決め用のロケート孔２ｍを形成した後、金型２２２１ｂおよび２２２２ｂによってアノード側金属セパレータ１１のアクティブエリアおける凹凸状の流路部１１ｇを形成する。次に、金型２２２１ｃおよび２２２２ｃによって、マニホールド孔（カソードガス供給口１１ａ〜カソードガス排出口１１ｆ）を成形する。次いで、目印形成部２２３０は、図２３に示すように、一対のレーザーマーキングユニット２２３１によって、アノード側金属セパレータ１１の両端に形成した一対の把持部１１ｈに対して、それぞれレーザー光Ｌ１を走査する。レーザー光Ｌ１によって、例えば十字状の目印１１ｐを形成する。次いで、形状加工部２２２０は、図２３に示すように、金型２２２１ｄおよび２２２２ｄによって、アノード側金属セパレータ１１となる部分の外周縁を打ち抜いて打抜孔２ｎを開口する。
【０１０４】
次いで、引張部２１１０は、図２５等に示すように、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈをクランプ２１１１によって把持し、クランプ２１１１同士を互いに離間させてアノード側金属セパレータ１１を外方に引っ張る。アノード側金属セパレータ１１を引張部２１１０にセットするときには、先ず、第１移動台２１１３を第１固定台２１１２に向かって押圧することによって、第１移動台２１１３と第１固定台２１１２との間の間隔を狭める。同様に、第２移動台２１１６を第２固定台２１１５に向かって押圧することによって、第２移動台２１１６と第２固定台２１１５との間の間隔を狭める。クランプ２１１１における当接部材２１１１ａの一端を、圧縮バネ２１１１ｃの弾発力に抗して、第１固定台２１１２および第１移動台２１１３の上面から離反させ、クランプ２１１１を開放状態にする。
【０１０５】
この状態で、アノード側金属セパレータ１１を第１固定台２１１２および第１移動台２１１３の上面に載置する。アノード側金属セパレータ１１を載置した後、クランプ２１１１の開放状態を解除し、圧縮バネ２１１１ｃの弾発力によって把持部１１ｈを把持する。その後、第１移動台２１１３の押圧、および第２移動台２１１６の押圧を解除する。すると、第１移動台２１１３が第１伸長部材２１１４の弾発力によって第１固定台２１１２から離間するように移動し、かつ、第２移動台２１１６が第２伸長部材２１１７の弾発力によって第２固定台２１１５から離間するように移動する。これによって、アノード側金属セパレータ１１の全面に亘って、反り返りや撓みを除去することができる。
【０１０６】
次いで、位置検出部２２５０は、図２５および図２６に示すように、撮像ユニット２２５１によって、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈの付近から反射した反射光Ｒ１を受光して目印１１ｐを検出する。撮像ユニット２２５１は、アノード側金属セパレータ１１の一対の目印１１ｐに基づき、アノード側金属セパレータ１１の絶対位置を検出する。ここで、搬送部２２４０は、アノード側金属セパレータ１１を引っ張った状態で把持している引張部２１１０を、一定の間隔で搬送する。次いで、搬送部２２４０は、各々の引張部２１１０を、位置検出部２２５０から組立加工部２２６０に搬送する。組立加工部２２６０の塗布ユニット２２６１は、図２５および図２６に示すように、アノード側金属セパレータ１１に接着剤を塗布する。塗布ユニット２２６１は、搬送部２２４０によって順に搬送されてくるアノード側金属セパレータ１１の位置を制御部２２７０から受信し、各々のアノード側金属セパレータ１１の位置に合わせて、その外周縁に沿って精度良く接着剤を塗布する。
【０１０７】
その後、搬送部２２４０によって、積層加工ステージまで搬送したアノード側金属セパレータ１１を、クランプ２１１１を開放状態にして引張部２１１０から取り外す。そして、アノード側金属セパレータ１１は、膜電極接合体と交互に積層され、燃料電池を形成する。
【０１０８】
このように、製造装置２２００は、アノード側金属セパレータ１１の対向する両端の把持部１１ｈを引っ張りつつ、その把持部１１ｈに形成した目印１１ｐに基づいてアノード側金属セパレータ１１の位置を検出し、その検出された各々のアノード側金属セパレータ１１の位置に個別に対応して加工を施す。したがって、位置検出の際にアノード側金属セパレータ１１の反り返りや撓みの影響を受けることなく、精度良く位置を検出して加工することができる。
【０１０９】
さらに、製造装置２２００は、アノード側金属セパレータ１１の外形形状の一部を目印として用いていないことから、アノード側金属セパレータ１１の外形形状に対する治具の映り込みに起因する認識アルゴリズムの複雑化を回避することができる。また、製造装置２２００は、アノード側金属セパレータ１１の外形形状をなす切断面のばらつきに起因する認識アルゴリズムの複雑化を回避することができる。
【０１１０】
さらに、製造装置２２００は、引張部２１１０によってアノード側金属セパレータ１１を保持することから、位置検出部２２５０によってアノード側金属セパレータ１１の位置を検出した後、そのアノード側金属セパレータ１１を別ユニットに載せ替えることなく、組立加工部２２６０によって加工することができる。したがって、製造装置２２００は、アノード側金属セパレータ１１の位置を検出してから組み立て加工をするまでの工程において、リードタイムや手間を削減できる。
【０１１１】
さらに、製造装置２２００は、位置検出部２２５０によって各々のアノード側金属セパレータ１１の位置を検出することから、装置の故障等に起因したアノード側金属セパレータ１１の位置ずれを早期に検出することができる。
【０１１２】
以上説明したように、製造装置２２００にあっては、目印形成部２２３０と引張部２１１０と位置検出部２２５０と加工部（例えば組立加工部２２６０）とを有する。目印形成部２２３０は、燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１の対向した両端に備えられた把持部１１ｈの少なくとも一方に対して、薄板状の基材２から燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１がプレス成形される前に、位置検出の基準となる目印１１ｐを形成する。引張部２１１０は、把持部を把持部材（クランプ２１１１）によって把持し、把持部同士を互いに離間させて金属セパレータを外方に引っ張る。位置検出部２２５０は、引張部２１１０によって引っ張られた状態の金属セパレータの目印に基づき金属セパレータの位置を検出する。加工部（例えば組立加工部２２６０）は、位置検出部２２５０によって検出された各々の金属セパレータの位置に個別に対応して加工を施す。
【０１１３】
また、燃料電池用の金属セパレータの製造方法にあっては、目印形成工程と加工工程とを有する。目印形成工程は、薄板状の基材２から燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１がプレス成形される前に、燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１の対向した両端に備えられた把持部１０ｈの少なくとも一方に対して位置検出の基準となる目印１０ｐを形成する。加工工程は、金属セパレータの把持部を把持して外方に引っ張りつつ、目印に基づき金属セパレータの位置を検出し、各々の金属セパレータの位置に個別に対応して加工を施す。
【０１１４】
このような構成によれば、薄板状の基材２から切断される前の金属セパレータの把持部に目印を形成することから、反り返りや撓みが無い状態の金属セパレータに対して精度良く目印を形成することができる。さらに、金属セパレータの両端に備えた把持部を引っ張ることによって、反り返りや撓みの影響を受けることなく、把持部に形成された目印に基づき金属セパレータの位置を精度良く検出し、その検出された各々の金属セパレータの位置に個別に対応して加工を施すことができる。したがって、反り返りや撓みが生じ易い薄板状の金属セパレータであっても、その金属セパレータの位置を精度良く検出して加工することができることから、燃料電池の生産に係る歩留まりを向上させることができる。
【０１１５】
（搬送工程Ｓ２０００に係る金属セパレータの製造装置２３００）
図２７〜図３１を参照しながら、製造装置２３００による金属セパレータの搬送および加工について説明する。
【０１１６】
製造装置２３００は、目印形成部２２３０、引張部２１１０、位置決め部２３５０、および加工部（例えば組立加工部２２６０）を含んでいる。目印形成部２２３０は、薄板状の基材２から切断される前の燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１の対向した両端に備えられた把持部１１ｈの少なくとも一方に対して位置検出用の目印１１ｐを形成する。引張部２１１０は、把持部１１ｈを把持部材（クランプ２１１１）によって把持し、把持部１１ｈ同士を互いに離間させてアノード側金属セパレータ１１を外方に引っ張る。位置決め部２３５０は、引張部２１１０によって引っ張られた状態のアノード側金属セパレータ１１の目印１１ｐに基づきアノード側金属セパレータ１１の位置を検出し、各々のアノード側金属セパレータ１１に個別に対応して位置を補正する。加工部（例えば組立加工部２２６０）は、位置が補正されたアノード側金属セパレータ１１に加工を施す。
【０１１７】
さらに、製造装置２３００は、形状加工部２２２０、搬送部２３４０、および制御部２２７０を含んでいる。形状加工部２２２０は、長尺の基材２を所定の形状に加工してアノード側金属セパレータ１１を形成する。搬送部２３４０は、位置決め部２３５０の直進ステージ２３５３を載置して搬送する。制御部２２７０は、形状加工部２２２０と目印形成部２２３０と搬送部２３４０と位置決め部２３５０と組立加工部２２６０の各々を制御する。
【０１１８】
図２７〜図３１を参照しながら、製造装置２３００の位置決め部２３５０の構成を説明する。製造装置２３００の搬送部２３４０および位置決め部２３５０以外の構成は、前述した製造装置２２００の各構成と同様である。製造装置２３００によって搬送および加工する金属セパレータについては、一例として、アノード側金属セパレータ１１を用いる。アノード側金属セパレータ１１は、長手方向の両端に把持部１１ｈを備えている。把持部１１ｈには、十字状の目印１１ｐを形成している。
【０１１９】
図２７は、燃料電池用のアノード側金属セパレータ１１の製造装置２３００を示す斜視図である。図２８は、図２７の製造装置２３００の位置決め部２３５０によってアノード側金属セパレータ１１を位置決めしている状態を示す斜視図である。図２９は、図２８の構成を搬送方向と交差した方向に沿って示す側面図である。図３０は、図２７の製造装置２３００の組立加工部２２６０によってアノード側金属セパレータ１１を加工している状態を示す斜視図である。図３１は、図３０の構成を搬送方向と交差した方向に沿って示す側面図である。
【０１２０】
搬送部２３４０のキャリー２３４１は、鉤状から形成し、引張部２１１０の支持台２１１８の下部を把持する。４つのキャリー２３４１によって、１つの支持台２１１８を把持しつつ、搬送中は上昇させ、搬送後は降下させる。レール２３４２および２３４３は、同様の構成からなり、キャリー２３４１を搬送方向Ｘに沿って往復させる。レール２３４２および２３４３は、長尺状に形成し、搬送方向に沿って並行して配設している。レール２３４２および２３４３は、それぞれ、キャリー２３４１を移動自在に係留する凹部を備えている。保持台２３４４は、長方体形状から形成し、位置決め部２３５０および組立加工部２２６０を保持している。製造装置２３００においては、例えば、保持台２３４４を２台備え、それぞれ位置決め部２３５０および組立加工部２２６０を保持している。
【０１２１】
位置決め部２３５０は、図２７〜図２９に示している。位置決め部２３５０の撮像ユニット２３５１は、例えばＣＣＤカメラから構成している。撮像ユニット２３５１は、搬送部２３４０の上方（積層方向に相当）であって、アノード側金属セパレータ１１の長手方向の両側に位置するように、それぞれ１個ずつ配設している。撮像ユニット２３５１は、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈの付近から反射した反射光Ｒ１を受光することによって、アノード側金属セパレータ１１の目印１１ｐを検出する。目印１１ｐは、アノード側金属セパレータ１１の一対の把持部１１ｈに対して、それぞれ十字状に形成されている。
【０１２２】
撮像ユニット２３５１は、一対の目印１１ｐの各々の中心を通る直線によって、アノード側金属セパレータ１１の面内（アノード側金属セパレータ１１の搬送方向および搬送方向と交差する方向）の傾きを検出する。すなわち、撮像ユニット２３５１は、搬送方向に対するアノード側金属セパレータ１１の斜行の状態を検出する。さらに、一対の目印１１ｐのどちらか一方の目印１１ｐの中心位置に基づき、アノード側金属セパレータ１１の絶対位置を検出する。アノード側金属セパレータ１１の絶対位置の検出に係る動作は、撮像ユニット２３５１で行ってもよいし、制御部２２７０のコントローラ２２７１で行ってもよい。
【０１２３】
回転ステージ２３５２は、引張部２１１０を着脱自在に載置し、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向および搬送方向と交差する方向の面内において回転する。直進ステージ２３５３は、回転ステージ２３５２を回動自在に載置して移動する。回転ステージ２３５２および直進ステージ２３５３は、撮像ユニット２３５１によって位置が検出された各々のアノード側金属セパレータ１１を、その位置の検出結果に基づき、位置ずれが解消するように個別に移動させる。具体的には、先ず、回転ステージ２３５２によって、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向および搬送方向と交差する方向の面内の傾きを補正する。次に、直進ステージ２３５３によって、アノード側金属セパレータ１１の搬送方向と交差する方向のずれを補正する。アノード側金属セパレータ１１の搬送方向のずれは、搬送部２３４０によって組立加工部２２６０まで搬送する移動距離を増減することによって補正する。このように、アノード側金属セパレータ１１は、位置決め部２３５０によって位置ずれが補正された後、搬送部２３４０によって組立加工部２２６０に搬送される。
【０１２４】
製造装置２３００に係る作用について位置決め部２３５０を中心に説明する。
【０１２５】
位置決め部２３５０は、図２８および図２９に示すように、撮像ユニット２３５１によって、アノード側金属セパレータ１１の把持部１１ｈの付近から反射した反射光Ｒ１を受光して目印１１ｐを検出する。撮像ユニット２３５１は、アノード側金属セパレータ１１の一対の目印１１ｐに基づき、アノード側金属セパレータ１１の絶対位置を検出する。ここで、搬送部２３４０は、アノード側金属セパレータ１１を引っ張った状態で把持している引張部２１１０を、位置決め部２３５０を介して一定の間隔で搬送する。
【０１２６】
次いで、搬送部２３４０は、各々の引張部２１１０を、位置決め部２３５０を介して組立加工部２２６０に搬送する。組立加工部２２６０の塗布ユニット２２６１は、図３０および図３１に示すように、アノード側金属セパレータ１１に接着剤を塗布する。塗布ユニット２２６１は、位置決め部２３５０によって位置ずれが補正され搬送部２３４０によって順に搬送されてくるアノード側金属セパレータ１１の外周縁に沿って精度良く接着剤を塗布する。
【０１２７】
その後、搬送部２３４０によって、積層加工ステージまで搬送したアノード側金属セパレータ１１を、クランプ２１１１を開放状態にして引張部２１１０から取り外す。そして、アノード側金属セパレータ１１は、膜電極接合体と交互に積層され、燃料電池を形成する。
【０１２８】
このように、製造装置２３００は、アノード側金属セパレータ１１の対向する両端の把持部１１ｈを引っ張りつつ、その把持部１１ｈに形成した目印１１ｐに基づいてアノード側金属セパレータ１１の位置を検出し、その検出された各々のアノード側金属セパレータ１１の位置を個別に補正してから加工を施す。したがって、位置検出の際にアノード側金属セパレータ１１の反り返りや撓みの影響を受けることなく、精度良く位置を検出して加工することができる。
【０１２９】
さらに、製造装置２３００は、アノード側金属セパレータ１１の外形形状の一部を目印として用いていないことから、アノード側金属セパレータ１１の外形形状に対する治具の映り込みに起因する認識アルゴリズムの複雑化を回避することができる。また、製造装置２３００は、アノード側金属セパレータ１１の外形形状をなす切断面のばらつきに起因する認識アルゴリズムの複雑化を回避することができる。
【０１３０】
さらに、製造装置２３００は、引張部２１１０によってアノード側金属セパレータ１１を保持することから、位置決め部２３５０によってアノード側金属セパレータ１１の位置を検出した後、そのアノード側金属セパレータ１１を別ユニットに載せ替えることなく、組立加工部２２６０によって加工することができる。したがって、製造装置２３００は、アノード側金属セパレータ１１の位置を検出し、その位置を補正してから組み立て加工をするまでの工程において、リードタイムや手間を削減できる。
【０１３１】
さらに、製造装置２３００は、位置決め部２３５０によって各々のアノード側金属セパレータ１１の位置を検出することから、装置の故障等に起因したアノード側金属セパレータ１１の位置ずれを早期に検出することができる。
【０１３２】
以上説明したように、燃料電池用の金属セパレータの製造装置２３００にあっては、目印形成部２２３０と引張部２１１０と位置決め部２３５０と加工部（例えば組立加工部２２６０）とを有する。目印形成部２２３０は、薄板状の基材２から切断される前の燃料電池用の金属セパレータの対向した両端に備えられた把持部の少なくとも一方に対して位置検出用の目印を形成する。引張部２１１０は、把持部を把持部材（クランプ２１１１）によって把持し、把持部同士を互いに離間させて金属セパレータを外方に引っ張る。位置決め部２３５０は、引張部２１１０によって引っ張られた状態の金属セパレータの目印に基づき金属セパレータの位置を検出し、各々の金属セパレータに個別に対応して位置を補正する。加工部（例えば組立加工部２２６０）は、位置が補正された金属セパレータに加工を施す。
【０１３３】
また、燃料電池用の金属セパレータの製造方法にあっては、目印形成工程と加工工程とを有する。目印形成工程は、薄板状の基材２から切断される前の燃料電池用の金属セパレータの対向した両端に備えられた把持部の少なくとも一方に対して位置検出の基準となる目印を形成する。加工工程は、金属セパレータの把持部を把持して外方に引っ張りつつ、目印に基づき金属セパレータの位置を検出し、各々の金属セパレータに個別に対応して位置を補正した後、金属セパレータに加工を施す。
【０１３４】
このような構成によれば、薄板状の基材２から切断される前の金属セパレータの把持部に目印を形成することから、反り返りや撓みが無い状態の金属セパレータに対して精度良く目印を形成することができる。さらに、金属セパレータの両端に備えた把持部を引っ張ることによって、反り返りや撓みの影響を受けることなく、把持部に形成された目印に基づき金属セパレータの位置を精度良く検出し、各々の金属セパレータを個別に移動させて位置を補正した上で、加工を施すことができる。したがって、反り返りや撓みが生じ易い薄板状の金属セパレータであっても、その金属セパレータの位置を精度良く検出して加工することができることから、燃料電池の生産に係る歩留まりを向上させることができる。
【０１３５】
（溶接工程Ｓ３０００）
図３２〜図４１を参照しながら、溶接装置による金属セパレータの溶接の一例について説明する。
【０１３６】
先ず、図３２および図３３を参照しながら、溶接を施す金属セパレータについて説明する。
【０１３７】
図３２は、単セルを説明するための断面図、図３３は、図３２に示される金属セパレータの溶接部位を説明するための平面図である。
【０１３８】
溶接工程Ｓ３０００では、膜電極接合体２０の発電に寄与する領域に接するアクティブエリア部１１ｓまたは１２ｓと、反応用ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）および冷媒（水）を流通させるための部位であるマニホールド部１１ｕまたは１２ｕとが設けられた金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）同士を互いに溶接する。
【０１３９】
アノード側金属セパレータ１１は、アクティブエリア部１１ｓおよびマニホールド部１１ｕを有する。アクティブエリア部１１ｓは、膜電極接合体２０とアノード側金属セパレータ１１との間に位置するアノードガス流路１３を構成する凹凸部が形成されている。マニホールド部１１ｕは、燃料ガス通過用、酸化剤ガス通過用および冷媒通過用のカソードガス供給口１１ａ、冷却流体供給口１１ｂ、アノードガス供給口１１ｃ、アノードガス排出口１１ｄ、冷却流体排出口１１ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆが配置される。
【０１４０】
カソード側金属セパレータ１２は、アクティブエリア部１２ｓおよびマニホールド部１２ｕを有する。アクティブエリア部１２ｓは、膜電極接合体２０とカソード側金属セパレータ１２との間に位置するカソードガス流路１５を構成する凹凸部が形成されている。マニホールド部１２ｕは、燃料ガス通過用、酸化剤ガス通過用および冷媒通過用のカソードガス供給口１２ａ、冷却流体供給口１２ｂ、アノードガス供給口１２ｃ、アノードガス排出口１２ｄ、冷却流体排出口１２ｅ、およびカソードガス排出口１２ｆが配置される。
【０１４１】
アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓは、膜電極接合体２０の発電に寄与する領域に接する領域である。溶接部位１０ｉおよび１０ｊは、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓの溶接部位および外周１１ｒおよび１２ｒを溶接した部位である（図３２参照）。
【０１４２】
次に、図３４〜図４１を参照しながら、溶接装置による溶接について説明する。
【０１４３】
図３４は、溶接工程を説明するためのフローチャート、図３５は、図３４に示される第１溶接工程における金属セパレータの溶接部位を説明するための平面図、図３６は、図３４に示される第２溶接工程における金属セパレータの溶接部位を説明するための平面図である。
【０１４４】
溶接工程は、図３４に示されるように、第１溶接工程、第２溶接工程および検査工程を有する。
【０１４５】
第１溶接工程においては、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓを、溶接電極で挟持し、加圧しながら通電することによって抵抗溶接し、図３５に示されるように、溶接部位１０ｉが形成される。つまり、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２がプレス成型によって形成された場合であっても、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓは、スプリングバックによる反りが押圧によって矯正された状態で溶接されるため、溶接品質を確保することが容易であり、また、溶接後においてアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を積層する際、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓが凸形状に膨らむことが防止され、燃料電池１の電極の接触抵抗および発電性能を維持することが可能である。
【０１４６】
第２溶接工程においては、図３６に示されるように、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕが、エネルギー線を照射することによって溶接され、溶接部位１０ｊおよび１０ｋが形成される。アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕは、曲線状の溶接部位と直線状の溶接部位１０ｊおよび１０ｋが混在しているが、溶接は、エネルギー線の照射によって実施されるため、高速であり、溶接工程のリードタイムを短縮し、生産性を向上させることができ、また、連続的な溶接によって溶接品質（反応用ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）および冷媒の漏出を防止するシール性）を確保することが可能である。
【０１４７】
検査工程においては、溶接面の検査およびリークチェックが実施される。溶接面の検査は、目視検査や、超音波の反射を利用した非破壊検査である。リークチェックは、テストガスを閉鎖流路に供給し、漏出するテストガスの有無等によって、シール性を検査するために行われる。テストガスは、例えば、圧縮エアや、水素ガスである。
【０１４８】
溶接工程は、上記のように、金属セパレータのアクティブエリア部、外周およびマニホールド部の溶接品質を確保しつつ良好な生産性を有する。
【０１４９】
次に、第１溶接工程を詳述する。
【０１５０】
図３７および図３８は、第１溶接工程における抵抗溶接を説明するための斜視図および断面図である。
【０１５１】
第１溶接工程における抵抗溶接は、例えば、図３７に示されるシーム溶接機３２００が適用され、加圧しながら通電することによって、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓが溶接され、溶接部位１０ｉが形成される（図３５参照）。
【０１５２】
シーム溶接機３２００は、載置台３２０２、溶接電源部３２０４、固定機構３２１０、支持電極部３２２０、可動電極部３２３０および制御装置３２４０を有する。
【０１５３】
載置台３２０２は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を載置するために使用される。溶接電源部３２０４は、支持電極部３２２０および可動電極部３２３０に対して、電流を供給するために使用される。固定機構３２１０は、ロケートピン３２１２および固定治具３２１４および３２１６を有する。
【０１５４】
ロケートピン３２１２は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のマニホールド部１１ｕおよび１２ｕの冷媒通過用の冷却流体供給口１１ｂ、冷却流体排出口１１ｅ、冷却流体供給口１２ｂ、および冷却流体排出口１２ｅに挿入され、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を位置決めするために使用される。固定治具３２１４および３２１６は、マニホールド部１１ｕおよび１２ｕをクランプし、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を固定するために使用される。クランプする部位は、マニホールド部１１ｕおよび１２ｕに限定されず、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓ以外の部位を適宜適用することが可能である。
【０１５５】
支持電極部３２２０は、固定電極３２２２（図３８参照）を有する。固定電極３２２２は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓに相対するように、載置台３２０２に配置される溶接電極である。固定電極３２２２の幅Ｗ１は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓの凹凸部の溝幅Ｗ０より小さくなるように設定され、全部の溝に配置されている。
【０１５６】
可動電極部３２３０は、ローラ部３２３２および加圧駆動部３２３６を有する。ローラ部３２３２は、複数の環状電極３２３４（図３８参照）を有する。環状電極３２３４は、支持電極部３２２０の固定電極３２２２と位置合わせされた溶接電極であり、その幅Ｗ２は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓの凹凸部の溝幅Ｗ０より小さくなるように設定されている。なお、厚みＨは、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓの部分の厚みである。
【０１５７】
加圧駆動部３２３６は、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構と、エアーシリンダおよびスプリングを組み合わせた押圧機構と、を有しており、ローラ部３２３２（環状電極３２３４）を回転させ、移動させながら、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２に対して押圧することが可能に構成されている。
【０１５８】
制御装置３２４０は、例えば、マイクロプロセッサ等から構成される制御回路を有し、溶接電源部３２０４および加圧駆動部３２３６を制御するために使用される。
【０１５９】
次に、上記構成のシーム溶接機３２００が適用される第１溶接工程を説明する。
【０１６０】
先ず、プレス成型されたアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２が重ねられて、載置台３２０２に配置される。この際、ロケートピン３２１２が、マニホールド部１１ｕおよび１２ｕの冷媒通過用の冷却流体供給口１１ｂ、冷却流体排出口１１ｅ、冷却流体供給口１２ｂ、および冷却流体排出口１２ｅに挿入されて、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２が位置決めされる。
【０１６１】
そして、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のマニホールド部１１ｕおよび１２ｕが、固定治具３２１４および３２１６によってクランプされ、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２が固定される。
【０１６２】
次に、支持電極部３２２０、可動電極部３２３０のローラ部３２３２に対する電流の供給が開始され、また、加圧駆動部３２３６によって、ローラ部３２３２を回転させ、移動させながら、支持電極部３２２０に載置されたアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２が押圧される。
【０１６３】
支持電極部３２２０の固定電極３２２２は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓに相対するように配置され、ローラ部３２３２の環状電極３２３４は、固定電極３２２２と位置合わせされているため、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓは、連続的に溶接される。
【０１６４】
第１溶接工程においては、上記のように、環状電極３２３４を回転させ、移動させながら、固定電極３２２２によって支持されたアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓを加圧することによって、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓが連続的に溶接されるため（図３５参照）、高品位かつ高速の溶接が容易である。
【０１６５】
固定電極３２２２の幅Ｗ１および環状電極３２３４の幅Ｗ２は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓの凹凸部の溝幅Ｗ０より小さいため、環状電極３２３４は、固定電極３２２２により支持された凹凸部の溝のみを、確実に押圧して溶接することが可能である。したがって、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓの厚みＨ（図３８参照）は、全体に渡り一定に維持され、溶接されたアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓの平面度が確実に確保される。
【０１６６】
固定電極３２２２および環状電極３２３４は、溶接される凹凸部の溝の各々に対応して配置されており、凹凸部の溝が一括して溶接されるため、生産性を向上させることが可能である。
【０１６７】
次に、第２溶接工程を詳述する。
【０１６８】
図３９は、第２溶接工程における金属セパレータの固定を説明するための斜視図、図４０および図４１は、第２溶接工程に係るエネルギー線照射による溶接を説明するための斜視図および断面図である。
【０１６９】
第２溶接工程におけるエネルギー線は、レーザーであり、固定装置３２５０およびレーザー溶接機３２７０が適用される。
【０１７０】
固定装置３２５０は、図３９に示されるように、載置台３２５１、マニホールド部固定治具３２５４および外周押え治具３２５８を有する。
【０１７１】
載置台３２５１は、パッド部３２５２およびガイド部３２５３を有し、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓが溶接されたアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を載置するために使用される。パッド部３２５２は、例えば、吸着パッドからなり、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓと相対するように位置決めされる。ガイド部３２５３は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒに当接して押さえることで、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒの固定を補助するために使用される。
【０１７２】
マニホールド部固定治具３２５４は、クランプ３２５５およびクランプ３２５６を有する。クランプ３２５５は、互いに離間自在に構成された複数のクランプ片を有している。各々のクランプ片は、３方向ＡおよびＬおよびＲに移動自在である。方向Ａは、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓから離間する方向である。方向Ｌは、方向Ａと直交する方向である。方向Ｒは、方向Ａと直交する方向かつ方向Ｌに対して逆の方向である。クランプ３２５５は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のマニホールド部１１ｕおよび１２ｕの冷媒通過用の冷却流体供給口１１ｂ、冷却流体排出口１１ｅ、冷却流体供給口１２ｂ、および冷却流体排出口１２ｅを挿入する。クランプ３２５５は、上記の状態において、内側から拡張させるように複数のクランプ片を互いに離間させて、当該冷却流体供給口１１ｂ、冷却流体排出口１１ｅ、冷却流体供給口１２ｂ、および冷却流体排出口１２ｅを基準に位置決めする。クランプ３２５６は、クランプ３２５５と同様に、互いに離間自在に構成された複数のクランプ片を有し、燃料ガス通過用および酸化剤ガス通過用のカソードガス供給口１１ａ、アノードガス供給口１１ｃ、アノードガス排出口１１ｄ、およびカソードガス排出口１１ｆに挿入され、マニホールド部１１ｕおよび１２ｕを固定するために使用される。
【０１７３】
外周押え治具３２５８は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒに対応する枠体部３２５９を有する。枠体部３２５９は、外周１１ｒおよび１２ｒを押圧して固定するために使用される。
【０１７４】
レーザー溶接機３２７０は、図４０に示されるように、レーザー発振器３２７２、加工ヘッド３２８０、駆動装置３２９０および制御装置３２９５を有する。
【０１７５】
レーザー発振器３２７２は、例えば、ＹＡＧレーザー発振器であり、光学系、電源、制御系、冷却ガス循環系等を内蔵しており、発生させたレーザーは、光ファイバ３２７４を利用して加工ヘッド３２８０に供給される。制御系には、例えば、電力を変更することで発振出力を調整する出力調整ユニットが配置されている。レーザー発振器３２７２は、半導体レーザーなどの他の固体レーザーや、炭酸ガスレーザー等のガスレーザーを、適宜適用することも可能である。
【０１７６】
加工ヘッド３２８０は、レーザーを走査させることによって連続溶接が可能であるガルバノヘッドであり、図４１に示されるように、コリメータ３２８２、レーザー径調整部３２８３、反射ミラー３２８４、ガルバノスキャナ３２８６および加工レンズ３２８８を有する。
【０１７７】
コリメータ３２８２は、光ファイバ３２７４から導入されるレーザーを平行光に変換するために使用される。レーザー径調整部３２８３は、レーザー径を調整するための光学系であり、例えば、レーザー径がこの位置で減少するように調整すると、溶接部位におけるレーザー径は増加することとなる。反射ミラー３２８４は、レーザー径調整部３２８３を通過したレーザーを反射し、ガルバノスキャナ３２８６に投射するために使用される折り返しミラーである。
【０１７８】
ガルバノスキャナ３２８６は、例えば、２軸式であり、２つのミラーおよびミラーを駆動するモータを有し、レーザーの反射方向を変化させることによって、レーザーを二次元方向に走査可能に構成されている。
【０１７９】
加工レンズ３２８８は、例えば、ｆθレンズからなり、ガルバノスキャナ３２８６を反射したレーザーを、集光するために使用される。なお、保護ガラス３２８９は、加工レンズ３２８８を保護する。
【０１８０】
駆動装置３２９０は、複数のリニアガイド３２９２および３２９３を有し、加工ヘッド３２８０を移動させて位置決めするために使用される。駆動装置３２９０は、多軸（多関節型）のロボットによって構成することも可能である。
【０１８１】
制御装置３２９５は、例えば、マイクロプロセッサ等から構成される制御回路を有し、レーザー発振器３２７２、加工ヘッド３２８０および駆動装置３２９０を制御するために使用される。
【０１８２】
次に、上記構成の固定装置３２５０およびレーザー溶接機３２７０が適用される第２溶接工程を説明する。
【０１８３】
先ず、アクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓが溶接されたアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２が載置台３２５１に配置される（図３９参照）。この際、マニホールド部固定治具３２５４のクランプ３２５５が、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のマニホールド部１１ｕおよび１２ｕの冷媒通過用の冷却流体供給口１１ｂ、冷却流体排出口１１ｅ、冷却流体供給口１２ｂ、および冷却流体排出口１２ｅに挿入され、方向ＡおよびＬおよびＲに適宜移動させることによって、冷却流体供給口１１ｂ、冷却流体排出口１１ｅ、冷却流体供給口１２ｂ、および冷却流体排出口１２ｅを基準に、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２が位置決めされる。
【０１８４】
そして、マニホールド部固定治具３２５４のクランプ３２５６が、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のマニホールド部１１ｕおよび１２ｕの燃料ガス通過用および酸化剤ガス通過用のカソードガス供給口１１ａ、アノードガス供給口１１ｃ、アノードガス排出口１１ｄ、およびカソードガス排出口１１ｆに挿入され、クランプ３２５６のクランプ片を適宜移動させることによって、マニホールド部１１ｕおよび１２ｕが固定される。一方、載置台３２５１のパッド部３２５２は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓおよび１２ｓを吸引して固定する。
【０１８５】
次に、外周押え治具３２５８の枠体部３２５９によって、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒが押圧されて、固定される。なお、載置台３２５１のガイド部３２５３は、外周１１ｒおよび１２ｒに当接して押さえることで、外周１１ｒおよび１２ｒの固定を補助する。
【０１８６】
その後、レーザー溶接機３２７０の加工ヘッド３２８０が移動し、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕの溶接のための所定位置に位置決めされる（図４０参照）。
【０１８７】
レーザー発振器３２７２からのレーザーは、光ファイバ３２７４を通過して加工ヘッド３２８０に導入される。レーザーは、コリメータ３２８２、レーザー径調整部３２８３、反射ミラー３２８４、ガルバノスキャナ３２８６、加工レンズ３２８８および保護ガラス３２８９を通過し（図４１参照）、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕを走査することにより、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕは、連続溶接され、溶接部位１０ｊおよび１０ｋが形成される（図３６参照）。
【０１８８】
第２溶接工程においては、上記のように、レーザーを走査することによって、外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕが溶接されるため、高品位かつ高速の溶接が容易である。なお、加工ヘッド３２８０の溶接位置は、一か所とすることに限定されず、例えば、レーザーの走査範囲に比較し、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２の外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕのサイズが大き過ぎる場合、複数の溶接位置を設け、外周１１ｒおよび１２ｒおよびマニホールド部１１ｕおよび１２ｕの溶接を、複数回に分割して実施することも可能である。
【０１８９】
以上のように本実施の形態においては、金属セパレータのアクティブエリア部の溶接は、加圧された状態で実施される。つまり、金属セパレータがプレス成型によって形成された場合であっても、アクティブエリア部は、スプリングバックによる反りが押圧によって矯正された状態で溶接されるため、溶接品質を確保することが容易であり、また、溶接後において金属セパレータを積層する際、アクティブエリア部が凸形状に膨らむことが防止され、燃料電池の電極の接触抵抗および発電性能を維持することが可能である。一方、金属セパレータの外周およびマニホールド部の溶接は、エネルギー線の照射によって実施されるため、曲線状の溶接部位と直線状の溶接部位が混在しても、高速での溶接が可能であり、溶接工程のリードタイムを短縮し、生産性を向上させることができ、また、連続的な溶接によって溶接品質（反応用ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）および冷媒の漏出を防止するシール性）を確保することが可能である。したがって、金属セパレータのアクティブエリア部、外周およびマニホールド部の溶接品質を確保しつつ良好な生産性を有する燃料電池１の製造方法を提供することができる。
【０１９０】
（検査工程Ｓ４０００）
図３３、図４２、および図４３を参照しながら、リークテスト装置４２００による金属セパレータの検査の一例について説明する。
【０１９１】
先ず、図３３を参照しながら、検査を行う金属セパレータについて説明する。
【０１９２】
溶接工程においては、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２のアクティブエリア部１１ｓと１２ｓ、外周１１ｒと１２ｒおよびマニホールド部１１ｕと１２ｕが互いに溶接される。これにより、溶接部位１０ｋが形成される。
【０１９３】
次に、金属セパレータにおけるリークテストの方法について説明する。
【０１９４】
リークテストにおいては、モジュール内部に設けている流路に、トレーサガスを導入し、流路からのトレーサガスの漏出が検出される。したがって、トレーサガスの漏出が検出された不良品を除去することで、良好なガスバリア性を有する燃料電池を製造することができる。つまり、ガスバリア性（シール性）を保証し得る燃料電池１の製造方法を提供することが可能である。
【０１９５】
モジュールの状態で不良品が除去されるため、後工程で不良品が除去される場合に比較し、製造コストの上昇を抑制することが可能である。
【０１９６】
トレーサガスを導入される流路は、水素ガスからなる燃料ガスの流路であり、トレーサガスは、水素ガスである。トレーサガスは、燃料ガスと同一であるため、実際の使用状態で、リークテストを実施することができる。また、水素ガスは、拡散性が良好であるため、ガスバリア性を高度に保証することが可能である。
【０１９７】
トレーサガスの漏出の有無は、燃料ガスの流路から漏れ出したトレーサガスを計測することに基づいている。この場合、流路から漏れ出したトレーサガスを計測することによって、トレーサガスの漏出の有無を判断することができるため、トレーサガスの漏れに基づく流路内の圧力降下を利用する形態に比較し、トレーサガスの漏出を高精度で検出することが可能である。
【０１９８】
トレーサガスの分子の計測は、酸化剤ガスの流路において実施される。つまり、燃料ガスの流路から酸化剤ガスの流路に漏れ出したトレーサガスが、計測される。この場合、酸化剤ガスの流路は、燃料ガスの流路に隣接しているため、トレーサガスの漏出を高精度で検出することが可能である。
【０１９９】
次に、図４３を参照しながら、リークテストに適用されるリークテスト装置４２００を説明する。
【０２００】
図４３は、リークテストに適用されるリークテスト装置４２００を説明するための概略図である。
【０２０１】
リークテストに適用されるリークテスト装置４２００は、ケース４２１０、燃料ガス流路側配管系４２２０、酸化剤ガス流路側配管系４２４０、ケース側配管系４２６０および水素ガス検出器４２８０と４２８２と４２８４を有する。
【０２０２】
ケース４２１０は、リークテストの対象であるワークＷが載置される下部ケース４２１２と、下部ケースの開口部を閉鎖して、ケース４２１０を密閉するための上部ケース４２１４と、を有する。ワークＷは、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２と膜電極接合体２０とが一体化されたモジュールである。
【０２０３】
燃料ガス流路側配管系４２２０は、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス導入用のアノードガス供給口１１ｃに連結される配管４２２２と、マニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス排出用のアノードガス排出口１１ｄに連結される配管４２３２と、を有する。配管４２２２には、水素ガス供給源４２２４がバルブ４２２３を介して接続されている。配管４２３２は、バルブ４２３４を介して外部に連通している。
【０２０４】
酸化剤ガス流路側配管系４２４０は、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス導入用のカソードガス供給口１１ａに連結される配管４２４２と、マニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス排出用のカソードガス排出口１１ｆに連結される配管４２５２と、を有する。配管４２４２には、窒素ガス供給源４２４４が、バルブ４２４３を介して並列に接続され、また、バルブ４２４６を介して外部に連通している。配管４２５２には、校正ガス供給源４２５６が、バルブ４２５５を介して接続されている。また、配管４２５２は、バルブ４２５８を介して外部に連通している。
【０２０５】
ケース側配管系４２６０は、ケース４２１０内部に連通している配管４２６２および配管４２７２を有する。配管４２６２は、窒素ガス供給源４２６４およびドライ空気供給源４２６６が、バルブ４２６３およびバルブ４２６５を介して並列に接続されている。配管４２７２は、バルブ４２７３を介して外部に連通している。
【０２０６】
水素ガス検出器４２８０は、例えば、水素ガス供給源４２２４の近傍に配置され、周囲の雰囲気中の水素ガスを検出（水素ガス分子を計測する）ために使用される。
【０２０７】
水素ガス検出器４２８２は、酸化剤ガス流路側配管系４２４０における配管４２５２に配置され、ワークＷ内部のアノードガス流路１３からカソードガス流路１５に漏出した水素ガスを検出するために使用される。アノードガス流路１３は、燃料ガス導入用のアノードガス供給口１１ｃと燃料ガス排出用のアノードガス排出口１１ｄとの間を連通している燃料ガス供給用流路である。カソードガス流路１５は、酸化剤ガス導入用のカソードガス供給口１１ａと酸化剤ガス排出用のカソードガス排出口１１ｆとの間を連通している酸化剤ガス供給用流路である。なお、水素ガス検出器４２８２は、校正ガス供給源４２５６からの校正ガスを利用し、校正可能に構成されている。
【０２０８】
水素ガス検出器４２８４は、ケース側配管系４２６０におけるケース４２１０の内部に連通している配管４２８３に配置され、ワークＷからケース４２１０内部に漏出した水素ガスを検出するために使用される。
【０２０９】
水素ガス検出器４２８０と４２８２と４２８４に適用される水素ガスの検出方式は、特に限定されない。例えば、水素ガス検出器４２８０と４２８２と４２８４は、接触燃焼式水素センサ、半導体式水素センサあるいは熱電式水素センサを適宜適用することが可能である。
【０２１０】
窒素ガス供給源４２４４と４２６４およびドライ空気供給源４２６６は、独立して配置する形態に限定されず、ライン切替え配管系を配置して、適宜統合することも可能である。水素ガス検出器４２８０と４２８４に、校正ガス供給源４２５６を連結し、製造現場において、水素ガス検出器４２８０と４２８４を校正可能とすることも可能である。
【０２１１】
なお、トレーサガスの漏出の有無は、閾値を利用することも可能である。例えば、水素ガス検出器４２８２と４２８４による水素ガス分子の計測値（水素ガス濃度）が、閾値より大きい場合、トレーサガスが漏出したと判断される。
【０２１２】
次に、リークテストを詳述する。
【０２１３】
図４２は、リークテストを説明するためのフローチャートである。
【０２１４】
リークテストは、ワークセット工程、流路連結工程、流路清掃工程、トレーサガス漏出検出工程、計測回路洗浄工程、流路連結解除工程およびワーク取出し工程を有する。
【０２１５】
ワークセット工程においては、ワーク（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２と膜電極接合体２０とが一体化されたモジュール）Ｗが、モジュール化工程から投入され、下部ケース４２１２に配置され、固定される。
【０２１６】
流路連結工程においては、燃料ガス流路側配管系４２２０および酸化剤ガス流路側配管系４２４０が、ワークＷに連結される。これにより、燃料ガス流路側配管系４２２０の配管４２２２および配管４２３２は、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス導入用のアノードガス供給口１１ｃおよびマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス排出用のアノードガス排出口１１ｄに連結される。また、酸化剤ガス流路側配管系４２４０の配管４２４２および配管４２５２は、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス導入用のカソードガス供給口１１ａおよびマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス排出用のカソードガス排出口１１ｆに連結される。
【０２１７】
すなわち、全てのバルブＶ−１〜Ｖ−１１を閉じた後、ワークＷの燃料ガス排出用マニホールド穴を、清掃用ガス源およびトレーサーガス源と連結し、ワークＷの燃料ガス排出用マニホールド穴を、排気配管用バルブＶ−１２に連結する。さらに、ワークＷの酸化剤ガス導入用のマニホールド穴を、清掃用ガス供給用バルブＶ−４に連結し、ワークＷの酸化剤ガス排出用マニホールド穴を、排気配管用バルブＶ−９に連結する。
【０２１８】
流路清掃工程においては、上部ケース４２１４によって下部ケースの開口部を閉鎖し、ケース４２１０を密閉した後で、少なくともカソードガス流路１５に清掃用ガスを導入し、カソードガス流路１５が清掃される。
【０２１９】
具体的には、窒素ガス供給源４２４４からの窒素ガスが清掃用ガスとして、バルブ４２４３および配管４２４２を経由して、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス導入用のカソードガス供給口１１ａに導入され、カソードガス流路１５を清掃した後、マニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス排出用のカソードガス排出口１１ｆ、配管４２５２およびバルブ４２５８を経由し、外部に排気される。また、窒素ガス供給源４２６４からの窒素ガスが、バルブ４２６３および配管４２６２を経由して、ケース４２１０に導入され、ケース４２１０内部を清掃した後、配管４２７２およびバルブ４２７３を経由し、外部に排気される。
【０２２０】
すなわち、ケースを密閉し、排気配管用バルブＶ−６を開いて、次にＶ−９、その次にＶ−４のバルブを開き、ワークＷの酸化剤ガス導入用マニホールド穴を経由して、清掃用ガスを、酸化剤ガス供給流路に導入し、酸化剤ガス排出用マニホールド穴から排気配管用バルブＶ−６を経由して排気し、清掃用ガス供給用バルブＶ−４およびＶ６を閉じる。さらに、排気配管用バルブＶ−１を開いて、次に清掃用ガス供給用バルブＶ−２を開き、ケースに連結された清掃用ガス源から、清掃用ガスをケース内部に導入し、排気配管用バルブＶ−１を経由して排気し、排気配管用バルブＶ−１およびＶ−２を閉じる。
【０２２１】
そして、例えば、所定時間経過した後で、窒素ガスの導入が停止され、酸化剤ガス流路側配管系４２４０、カソードガス流路１５、ケース側配管系４２６０およびケース４２１０の内部が窒素ガスで置換された状態で密閉される。すなわち、所定時間経過した後で、清掃用ガス供給用バルブＶ−２、Ｖ１０、および排気配管用バルブＶ−１およびＶ−１２を閉め、清掃用ガスの導入を停止し、酸化剤ガス供給用流路およびケース内部が窒素ガスで置換された状態で密閉する。
【０２２２】
流路清掃工程においては、上記のように、カソードガス流路１５に存在する異物が清掃によって除去されるため、後続のトレーサガス漏出検出工程において、アノードガス流路１３からカソードガス流路１５に漏れ出したトレーサガスを計測する際、異物に基づく誤計測が避けられる。したがって、ガスバリア性の良品を不良品と判断して除去することが避けられ、製造コストの上昇を抑制することが可能である。
【０２２３】
窒素ガスは、極めて不活性であり、トレーサガスの分子の計測に影響を及ぼさず、また、比較的安価であるため、清掃用ガスとして、窒素ガスを利用することが好ましい。
【０２２４】
トレーサガス漏出検出工程においては、アノードガス流路１３にトレーサガスを導入し、アノードガス流路１３からのトレーサガスの漏出が検出される。したがって、トレーサガスの漏出が検出された不良品を除去することで、良好なガスバリア性を有する燃料電池を製造することができる。つまり、ガスバリア性を保証し得る燃料電池１の製造方法を提供することが可能である。
【０２２５】
具体的には、水素ガス供給源４２２４からの水素ガスが、トレーサガスとして、バルブ４２２３および配管４２２２を経由して、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス導入用のアノードガス供給口１１ｃに導入され、アノードガス流路１３を通過した後、マニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス排出用のアノードガス排出口１１ｄ、配管４２３２およびバルブ４２３４を経由し、外部に排気される。
【０２２６】
すなわち、排気配管用バルブＶ−１２を開いて、次にＶ−１１を開き、ワークＷの燃料ガス導入用マニホールド穴を経由して、トレーサガスを、燃料ガス供給用流路に導入し、燃料ガス排出用マニホールド穴から排気配管用バルブＶ−１２を経由して排気し、燃料ガス供給用流路にトレーサガスを充填させる。燃焼ガス供給用流路内の圧力を、規定の圧力まで上昇させる。酸化剤ガス供給流路内は排気配管用バルブＶ−６を開き、流路内ガスをポンプ等で抜いて、抜いたガスは、流体循環配管用バルブＶ−５から入れて循環するようにする。同様に密閉ケース内は、排気配管用バルブＶ−１を開き、密閉ケース内をポンプ等で抜いて、抜いたガスは、流体循環配管用バルブＶ−１３から入れて循環するようにする。
【０２２７】
そして、水素ガス検出器４２８２によって、ワークＷ内部のアノードガス流路１３からカソードガス流路１５への水素ガスの漏出の有無が検出され、水素ガス検出器４２８４によって、ケース４２１０内部への素ガスの漏出の有無が検出される。すなわち、酸化剤ガス供給流路内に漏れ出たガスを、水素ガス検出器Ｄ−２にて、ワークＷ外に漏れ出たガスを水素ガス検出器Ｄ−１にて検出し、ケース内外に漏れ出たトレーサガスを検出する。なお、例えば、所定時間経過すると、水素ガス供給源４２２４からの水素ガスが停止される。すなわち、所定時間経過した後で、トレーサガスの導入および水素ガス検出器による計測を停止する。
【０２２８】
トレーサガス漏出検出工程においては、上記のように、アノードガス流路１３から漏れ出したトレーサガスを計測することによって、トレーサガスの漏出の有無を判断することができるため、トレーサガスの漏れに基づく流路内の圧力降下を利用する形態に比較し、トレーサガスの漏出を高精度で検出することが可能である。
【０２２９】
トレーサガスは、燃料ガスと同一であるため、実際の使用状態で、リークテストを実施することができる。また、水素ガスは、拡散性が良好であるため、ガスバリア性を高度に保証することが可能である。
【０２３０】
カソードガス流路１５は、アノードガス流路１３に隣接しているため、トレーサガスの漏出を高精度で検出することが可能である。
【０２３１】
また、前工程である流路清掃工程においては、カソードガス流路１５に存在する異物が清掃によって除去されるため、アノードガス流路１３からカソードガス流路１５に漏れ出したトレーサガスを計測する際、異物に基づく誤計測が避けられる。したがって、ガスバリア性の良品を不良品と判断して除去することが避けられ、製造コストの上昇を抑制することが可能である。
【０２３２】
計測回路洗浄工程においては、少なくとも、カソードガス流路１５と水素ガス検出器４２８２とを連通している計測回路系に、洗浄用ガスを導入し、計測回路系が洗浄される。つまり、計測回路系に存在する水素ガスを除去することができるため、残留した水素ガスに基づく誤計測が避けられる。したがって、ガスバリア性の良品を不良品と判断して除去することが避けられ、製造コストの上昇を抑制することが可能である。
【０２３３】
具体的には、ドライ空気供給源４２６６のドライ空気は、バルブ４２６５および配管４２６２を経由して、ケース４２１０に導入され、ケース４２１０内部を通過した後、配管４２７２およびバルブ４２７３を経由し、外部に排気される。
【０２３４】
すなわち、安全のために、滞留する水素ガスを抜く際に、清掃用ガス供給用バルブＶ−２および排気配管用バルブＶ−１を開き、滞留する水素ガスを排気後、清掃用ガス供給用バルブＶ−２を閉じる。さらに、洗浄用ガス供給用バルブＶ−３を開き、ケース内の水滴等を除去後、洗浄用ガス供給用バルブＶ−３を閉じ、清掃用ガス供給用バルブＶ−２を開き洗浄用ガスを排気した後、排気配管用バルブＶ−１およびＶ−２を閉じる。同様に、ワークＷ内の滞留する水素ガスを抜く際に、清掃用ガス供給用バルブＶ−４および排気配管用バルブＶ−６を開き、滞留する水素ガスを排気後、洗浄用ガス供給用バルブＶ−８を開き、ケース内の水滴等を除去後、洗浄用ガス供給用バルブＶ−８を閉じる、さらに、清掃用ガス供給用バルブＶ−４を開き洗浄用ガスを排気した後、清掃用ガス供給用バルブＶ−４およびＶ−６を閉じる。洗浄用ガスは、水滴として残留すると、その水滴から水素が発生して、検出精度に影響を与える。そこで、燃料ガス供給炉内は滞留した水素ガスを抜くために、排気配管用バルブＶ−１２、清掃用ガス供給用バルブＶ−１０を開いて、滞留する水素ガスを排気後、Ｖ−１２およびＶ−１０のバルブを閉じる。
【０２３５】
計測回路洗浄工程においては、上記のように、洗浄用ガスは、ドライ空気である。ドライ空気は、計測回路系に存在する水分を除去することができるため、残留した水分に基づく誤計測が避けられる。
【０２３６】
流路連結解除工程においては、上部ケース４２１４を開いてケース４２１０の密閉を解除した後で、燃料ガス流路側配管系４２２０および酸化剤ガス流路側配管系４２４０と、ワークＷとの連結が解除される。これにより、燃料ガス流路側配管系４２２０の配管４２２２および配管４２３２は、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス導入用のアノードガス供給口１１ｃおよびマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の燃料ガス排出用のアノードガス排出口１１ｄから分離される。また、酸化剤ガス流路側配管系４２４０の配管４２４２および配管４２５２は、ワークＷのマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス導入用のカソードガス供給口１１ａおよびマニホールド部１１ｕ（１２ｕ）の酸化剤ガス排出用のカソードガス排出口１１ｆから分離される。
【０２３７】
ワーク取出し工程においては、下部ケース４２１２との固定が解除されたワーク（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２と膜電極接合体２０とが一体化されたモジュール）Ｗが、下部ケース４２１２から取り出される。そして、トレーサガスの漏出が検出された不良品が除去される一方、トレーサガスの漏出が検出されなかった良品は、次工程のスタッキング工程に投入される。
【０２３８】
なお、校正ガスは水素ガス検出器Ｄー１およびＤ−２の校正のために、定期的にバルブＶ−７およびＶ−１４を開き、機器の動作を確認後、上記の手順で、滞留する水素ガスを排気する。図中には記載していないが、燃料用ガス流路から、冷却水路内への漏れ確認については、酸化剤ガス流路の検出と同様に配管し、検出器を配置する。
【０２３９】
以上のように本実施の形態においては、トレーサガスの漏出が検出された不良品を除去することで、良好なガスバリア性を有する燃料電池を製造することができる。つまり、ガスバリア性を保証し得る燃料電池１の製造方法を提供することが可能である。
【０２４０】
（表面処理工程Ｓ６０００）
図４４〜図４９を参照しながら、表面処理工程Ｓ６０００の一例について詳細に説明する。
【０２４１】
図４４は、表面処理工程において実施形態の燃料電池の製造装置の概略構成を示す図である。図４５は、実施形態の表面処理工程の概略を示すフローチャートである。図４６は、膜厚計測を示す斜視図である。図４７は、膜厚の計測軌跡を示す基材の平面図である。図４８は、膜厚の計測結果に基づく装置の制御を示すフローチャートである。図４９は、図４７の計測軌跡に沿った膜厚の変化を示す図である。
【０２４２】
図４４に示すように、実施形態の燃料電池の製造装置６０１０は、表面処理装置６１００と、成形装置６１４０と、溶接装置６１５０と、洗浄装置６１６０と、接着剤塗布装置６１７０と、モジュール化装置６１８０と、乾燥炉６１９０と、を有する。
【０２４３】
表面処理装置６１００は、真空炉６１０１を有する。表面処理装置６１００は、真空炉６１０１と連通するポンプ６１０２を有する。表面処理装置６１００は、真空炉６１０１と連通するボンベ６１０３を有する。
【０２４４】
表面処理装置６１００は、長尺な基材６１０４が巻回された一のロール６１０５と、基材６１０４を巻き取る他のロール６１０６と、を有する。基材６１０４はロール６１０５とロール６１０６との間で搬送される。ロール６１０６は例えばモータによって回転される。表面処理装置６１００は、基材６１０４を引き出すローラ６１０７と、基材６１０４の曲がりを取るローラ６１０８と、基材６１０４を送るローラ６１０９と、を有する。
【０２４５】
表面処理装置６１００は、基材６１０４に対向する電極６１１０を有する。表面処理装置６１００は、電極６１１０よりも基材６１０４の搬送方向下流側に設けられたスパッタ源６１１１を有する。表面処理装置６１００は、スパッタ源６１１１よりも基材６１０４の搬送方向下流側に設けられたスパッタ源６１１２を有する。表面処理装置６１００は、スパッタ源６１１２よりも搬送方向下流側に設けられた分光計６１１３を有する。表面処理装置６１００は、基材６１０４に電圧を印加する電源６１１４および電源６１１５を有する。表面処理装置６１００は、構成要素の動作を制御する制御装置６１１６を有する。
【０２４６】
真空炉６１０１は、ロール６１０５およびロール６１０６、ならびにこれらの間で搬送される基材６１０４を収容する。真空炉６１０１は、電極６１１０、スパッタ源６１１１、スパッタ源６１１２、および分光計６１１３を収容する。電極６１１０、スパッタ源６１１１、スパッタ源６１１２、および分光計６１１３は、それぞれ仕切られている。
【０２４７】
ポンプ６１０２は真空炉６１０１内から気体を排出する。真空炉６１０１内の真空度は、例えば１０−３Ｐａ程度である。ボンベ６１０３は、例えばアルゴン等の不活性ガスを真空炉６１０１内に供給する。
【０２４８】
電極６１１０は、平板形状を有する。電極６１１０は、電源（不図示）と電気的に接続している。不活性ガス中において電極６１１０に電圧が印加されることによって、電極６１１０と基材６１０４との間でプラズマが発生し、不活性ガスがイオン化される。
【０２４９】
スパッタ源６１１１は、クロムによって形成されたターゲットを含む。スパッタ源６１１１は、不活性ガス中においてこのターゲットに電圧（以下、スパッタ電圧と称す）を印加し、基材６１０４に向かってターゲットから粒子をはじき飛ばして成膜する。
【０２５０】
スパッタ源６１１１に含まれるターゲットを形成する材料は、クロムに限定されず、ニッケル、亜鉛、銅、タングステン、チタン、コバルト、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム及びバナジウム等であってもよい。
【０２５１】
スパッタ源６１１２は、炭素によって形成されたターゲットを含む。スパッタ源６１１２は、不活性ガス中において炭素からなるターゲットにスパッタ電圧を印加し、基材６１０４に向かってターゲットから粒子をはじき飛ばして成膜する。
【０２５２】
分光計６１１３は、基材６１０４に向かって光を出射する投光部と、基材６１０４から反射した光を受ける受光部と、を含む。分光計６１１３は、投光部に光学的に接続する光源を含む。光源は、例えばハロゲンランプおよび青色ＬＥＤである。分光計６１１３は、受光部で受けた光を分光する。分光計６１１３は、例えばフォトダイオードや光電子倍増管等を含み、分光した光の強度に応じた出力信号を制御装置６１１６へ出力する。分光計６１１３と制御装置６１１６とは電気的に接続している。
【０２５３】
制御装置６１１６は、例えばパーソナルコンピュータおよびエンジニアリングワークステーション等のコンピュータである。
【０２５４】
制御装置６１１６は、ロール６１０６の回転を制御することによって、基材６１０４の搬送速度を制御する。制御装置６１１６は、電極６１１０に印加される電圧を制御する。制御装置６１１６は、スパッタ源６１１１のスパッタ電圧を制御する。これによって、基材６１０４上に形成される中間層の性状が制御される。制御装置６１１６は、スパッタ源６１１２のスパッタ電圧を制御する。これによって、中間層の上に形成される被膜の性状が制御される。
【０２５５】
制御装置６１１６は、分光計６１１３が受ける基材６１０４からの反射光に基づき、基材６１０４の上に形成された被膜の膜厚を算出する。膜厚の算出方法は、基材６１０４への入射光と基材６１０４からの反射光との間の偏光状態の変化から膜厚を算出する分光エリプソメトリである。
【０２５６】
成形装置６１４０は、成膜された基材を挟んで押圧するローラ６１４１を含む。ローラ６１４１の外周面には、燃料電池で用いられるセパレータの外面形状に対応する凹凸形状が設けられている。
【０２５７】
溶接装置６１５０は、レーザ６１５１を照射して溶接する。
【０２５８】
洗浄装置６１６０は、溶媒６１６１を溜めた容器６１６２を有する。溶媒６１６１として、例えば、エタノール、エーテル、アセトン、イソプロピルアルコール、トリクロロエチレン、および苛性アルカリ剤が挙げられる。洗浄装置６１６０は、超音波洗浄を行う。
【０２５９】
接着剤塗布装置６１７０は、外周に接着剤が付着したローラ６１７１を備える。ローラ６１７１の外周に付着した接着剤は、図示しない転写ローラからローラ６１７１に転写される。
【０２６０】
モジュール化装置６１８０は、シャー方式のさい断機６１８１を有する。また、モジュール化装置６１８０は、さい断機６１８１によって切断された切断物とＭＥＡモジュール６（以下、ＭＥＡ１２４と称す）とを交互に積層するロボットアーム（不図示）を有する。
【０２６１】
次に、燃料電池の製造方法について述べる。
【０２６２】
図４５に示すように、表面処理工程は、ロールセット工程Ｓ１０１と、真空引き工程Ｓ１０２と、加熱工程Ｓ１０３と、を有する。また、表面処理工程は、ボンバード工程Ｓ１０４と、中間層形成工程Ｓ１０５と、被膜形成工程Ｓ１０６と、膜厚計測工程Ｓ１０７と、大気戻し工程Ｓ１０８と、ロール取出し工程Ｓ１０９と、を有する。表面処理工程は、表面処理装置６１００によって実行される。
【０２６３】
ロールセット工程Ｓ１０１では、作業者はロール６１０５を真空炉６１０１内にセットする。真空引き工程Ｓ１０２では、真空炉６１０１が密閉された状態で、ポンプ６１０２が真空炉６１０１内を真空引きする。加熱工程Ｓ１０３では、基材６１０４が、ロール６１０５から引き出されて電極６１１０と対向する位置に達するまでの間に加熱される。基材６１０４は、例えば輻射によって加熱される。または、基材６１０４は、例えばヒータを内蔵するローラが接することによって加熱される。
【０２６４】
ボンバード工程Ｓ１０４では、電極６１１０への電圧印加によってイオン化された不活性ガスが、基材６１０４を叩き、基材６１０４の表面の酸化膜を除去する。このとき、電源６１１４から基材６１０４に電圧が印加される。電源６１１４からの電圧は、ローラ６１０９を介して基材６１０４に印加される。基材６１０４を形成する材料は、例えばステンレス鋼板、もしくは、鉄、ニッケル、クロムの主成分組成を適宜変更した改良鋼板である。
【０２６５】
中間層形成工程Ｓ１０５では、物理気相蒸着法（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって基材６１０４の表面に中間層が形成される。基材６１０４がスパッタ源６１１１と対向しつつ搬送される際、スパッタ源６１１１内のターゲットからはじき出された粒子が基材６１０４に衝突し、中間層が形成される。
【０２６６】
被膜形成工程Ｓ１０６では、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）によって基材６１０４の上に被膜が形成される。基材６１０４がスパッタ源６１１２と対向しつつ搬送される際、スパッタ源６１１２内のターゲットからはじき出された粒子が基材６１０４の上に衝突し、被膜が形成される。被膜は中間層の上に形成される。被膜を形成する材料は、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）である。被膜は導電性および耐食性を有する。基材６１０４がスパッタ源６１１２と対向する際、電源６１１５から基材６１０４に電圧が印加される。これによって、スパッタ源６１１２からはじき出された粒子が、基材６１０４に向かって引き寄せられる。
【０２６７】
中間層形成工程Ｓ１０５および被膜形成工程Ｓ１０６で行われる物理気相蒸着法は、高出力インパルス・マグネトロン・スパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ：Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）である。物理気相蒸着法は、ＨＩＰＩＭＳに限定されず、他のスパッタリング法またはイオンビームデポジッション等であってもよい。
【０２６８】
図４６に示すように、膜厚計測工程Ｓ１０７では、長手方向に搬送される基材６１０４に対し分光計６１１３が短手方向に移動することによって、長手方向に対し斜めに膜厚が計測される。短手方向は、長手方向と直交する方向である。計測される膜厚は、中間層の上に形成されたＤＬＣ被膜の膜厚である。
【０２６９】
基材６１０４の上に設けられた駆動装置６１１７が分光計６１１３を短手方向に移動させる。駆動装置６１１７は、例えば分光計６１１３に連結したボールネジをモータによって回転させて分光計６１１３を移動させる。
【０２７０】
分光計６１１３は、基材６１０４の短手方向で往復する。分光計６１１３が短手方向に移動し、基材６１０４に当っている光が短手方向における基材６１０４の縁に達すると、分光計６１１３は折り返して反対方向に移動する。基材６１０４に当った光のスポット径は、例えば約５００ｎｍである。
【０２７１】
長手方向に搬送される基材６１０４に対し分光計６１１３が短手方向に往復する結果、図４７に示すように、膜厚の計測軌跡６１１８はジグザグ状になる。
【０２７２】
駆動装置６１１７による分光計６１１３の移動は、制御装置６１１６によって制御される。また、制御装置６１１６は、計測された膜厚を判別し、その結果に基づきスパッタ源６１１２のスパッタ電圧を制御する。
【０２７３】
図４８に示すように、被膜の形成Ｓ２０１、および膜厚計測Ｓ２０２の後、膜厚が規格内か否か判別される（Ｓ２０３）。その後、膜厚が修正不要な範囲内にあるか否か判別される（Ｓ２０４）。被膜の形成Ｓ２０１は、図４５の被膜形成工程Ｓ１０６に相当し、膜厚計測Ｓ２０２は、図４５の膜厚計測工程Ｓ１０７に相当する。
【０２７４】
膜厚が規格内か否かの判別Ｓ２０３では、図４９に示すように、計測された被膜の膜厚が、上限規格値Ｖ１と下限規格値Ｖ２との間にあるか否かが判別される。計測された膜厚が規格外の場合、具体的には、計測された膜厚が厚く上限規格値Ｖ１より大きい場合、または、計測された膜厚が薄く下限規格値Ｖ２より小さい場合、制御装置６１１６は、表面処理装置６１００の動作を停止させ、成膜を中止する（図４８のＳ２０５）。
【０２７５】
膜厚が修正不要な範囲内にあるか否かの判別Ｓ２０４では、計測された膜厚が、修正不要上限値Ｖ３と修正不要下限値Ｖ４との間にあるか否かが判別される。
【０２７６】
計測された膜厚が、修正不要上限値Ｖ３と修正不要下限値Ｖ４との間の修正不要な範囲にある場合、制御装置６１１６は、スパッタ源６１１２のスパッタ電圧（成膜条件）を維持する。
【０２７７】
計測された膜厚が修正不要上限値Ｖ３より大きく、修正不要上限値Ｖ３と上限規格値Ｖ１との間の修正範囲内にある場合、制御装置６１１６は、スパッタ源６１１２のスパッタ電圧を調整し、計測される膜厚が修正不要上限値Ｖ３以下になるようにする（図４８のＳ２０６）。
【０２７８】
計測された膜厚が修正不要下限値Ｖ４より小さく、修正不要下限値Ｖ４と下限規格値Ｖ２との間の修正範囲内にある場合、制御装置６１１６は、スパッタ源６１１２のスパッタ電圧を調整し、膜厚が修正不要下限値Ｖ４以上になるようにする（図４８のＳ２０６）。
【０２７９】
被膜の形成Ｓ２０１、膜厚計測Ｓ２０２、および膜厚の判別Ｓ２０３、Ｓ２０４は、所定の長さの基材６１０４がロール６１０６に巻き取られるまで連続的に行われる（図４８のＳ２０７）。所定の長さの基材６１０４がロール６１０６に巻き取られた後、次の工程である大気戻し工程Ｓ１０８（図４５）が行われる。
【０２８０】
大気戻し工程Ｓ１０８では、真空状態の真空炉６１０１内にガスが導入され、真空炉６１０１内の真空状態が解除される。
【０２８１】
ロール取出し工程Ｓ１０９では、作業者は真空炉６１０１からロール６１０６を取り出す。取り出されたロール６１０６は、成膜された基材を成形装置６１４０へ供給するロール６１２０として用いられる（図４４）。成形装置６１４０は、成形工程を実行する。
【０２８２】
図８に示すように、成形工程では、溝状の流路および貫通孔であるマニホールド、が設けられたセパレータが成形される。ローラ６１４１（図４４）が基材をプレスすることによって、流路およびマニホールド、が形成される。複数のマニホールドのうちのいずれか１つは、流路と連通する。複数のマニホールドのうちのいずれか１つは、流路と連通する。
【０２８３】
成形工程の後、セパレータとセパレータとが重ね合わされ、溶接工程において溶接される（図４４）。
【０２８４】
図９に示すように、溶接工程では、流路同士が合わさった部分にレーザ６１５１（図４４）が照射され、セパレータ同士が溶接される。
【０２８５】
セパレータ同士の接合した金属セパレータユニット１０は、洗浄工程において、洗浄装置６１６０の溶媒６１６１内を搬送され、連続的に脱脂および洗浄される（図４４）。
【０２８６】
その後、金属セパレータユニット１０は、接着剤塗布工程において、回転するローラ６１７１（図４４）の外周と接しつつ搬送され、接着剤をローラ６１７１から転写される。
【０２８７】
図４４０に示すように、モジュール化工程において、金属セパレータユニット１０は、さい断機６１８１（図４４）によって矩形形状に切断される。
【０２８８】
また、モジュール化工程では、図４４１に示すように、切断された金属セパレータユニット１０とＭＥＡ１２４とが交互に積層される。燃料電池の最小単位である単セルは、ＭＥＡ１２４を金属セパレータユニット１０によって挟んだ構成を有する。モジュール（図４４）は、複数の単セルが積層されるとともに電気的に接続した構成を有する。
【０２８９】
ＭＥＡ１２４は、電解質膜と、電解質膜の両面に形成される電極と、電解質膜の両面で電極のまわりに配置されたフレームと、を有する。
【０２９０】
電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。電極は、触媒層の上にガス拡散層が形成された構成を有する。電解質膜の一方の面に形成された電極の触媒層は、酸素の還元反応に触媒作用を有する触媒成分を含む。電解質膜の他方の面に形成された電極の触媒層は、水素の酸化反応に触媒作用を有する触媒成分を含む。触媒層の上に設けられるガス拡散層は、導電性およびガス拡散性を有する。ガス拡散層は例えば金網からなる。
【０２９１】
フレームは、ＭＥＡフレーム粗面化工程において、モジュール化工程の前に予め粗面化される。フレームは、表面にレーザまたはプラズマが照射されることによって、粗面化される。フレームを形成する材料は例えば樹脂である。
【０２９２】
モジュール（図４４）は、接着剤硬化工程において、乾燥炉６１９０に所定の温度で所定の時間収容され、金属セパレータユニット１０に塗布された接着剤が乾燥される。接着剤の乾燥によって、互いに隣接する金属セパレータユニット１０とＭＥＡ１２４とが接着する。乾燥後、モジュールは乾燥炉６１９０から取り出される。
【０２９３】
リーク検査工程において、作業者は、モジュールにガスを流し、ガス漏れを検査する。
【０２９４】
図４４２に示すように、スタック化工程では、モジュールが複数積層され、スタックが形成される。積層された複数のモジュール同士は電気的に接続する。
【０２９５】
導電性を有する集電板が、モジュールの積層方向におけるスタックの両端外側に配置される。集電板はスタックと電気的に接続する。集電板の外側に、集電板と絶縁されたエンドプレートが配置される。一対のエンドプレートはスタックを挟む。これら一対のエンドプレートは、スタックのまわりを覆う側板によって締結され、スタックを保持する。
【０２９６】
スタックからの電力を取り出す出力端子が、エンドプレートから突出している。出力端子は、集電板と電気的に接続している。
【０２９７】
荷重調整スペーサ選択工程において、エンドプレートと集電板との間に配置されるスペーサが選択される。一対のエンドプレートが側板によって締結された際にスタックに積層方向から加わる荷重は、スペーサの厚みによって調整される。
【０２９８】
本体組立工程では、一対のエンドプレートが側板によって締結され、燃料電池本体が出来上がる。
【０２９９】
その後、性能測定工程において、作製された燃料電池本体の発電性能が測定される。発電性能の測定は、作製された燃料電池本体に例えば水素ガスおよび窒素ガスを流して発電運転と同一条件でしばらく作動させるエージングの後、窒素ガスを空気等の酸化剤ガスに代えて行われる。
【０３００】
本実施形態の作用効果を述べる。
【０３０１】
本実施形態によれば、ロール６１０５およびロール６１０６、ならびに基材６１０４の全体が真空炉６１０１内に収容された状態で成膜される。このため、本実施形態と異なり例えばロール６１０５およびロール６１０６が真空炉６１０１の外に配置され、これらの間で搬送される基材６１０４が真空炉６１０１を通過する場合のように、基材６１０４を通過させるための開口部を真空炉６１０１に設ける必要がない。従って真空炉６１０１の気密性が確保され、真空引きの時間を短縮できる。また、ロール６１０５、１０６および基材６１０４が真空炉６１０１内に収容される成膜を成形前に済ませておくため、成形以後の処理の途中でロール６１０５、１０６および基材６１０４を真空炉６１０１内へ収容する手間がなく、成形以後の処理を連続して行える。これらのことから生産性を向上できる。また、前述のように真空炉６１０１の気密性が確保され、高い真空状態が維持されるので、膜の品質低下を防止できる。
【０３０２】
本実施形態では、分光計６１１３が真空炉６１０１内で膜厚を計測する。真空炉６１０１内は大気の対流がなく、温度変化が抑えられる。このため、分光計６１１３による計測精度がばらつき難い。その結果、安定した計測が連続で可能となり、適正な膜厚確保に寄与する。適正な膜厚が確保されることによって、燃料電池の使用中の異常な性能低下が防止され、品質が維持される。
【０３０３】
本実施形態では、長手方向に搬送される基材６１０４に対し、分光計６１１３が短手方向に移動し、長手方向に対し斜めに膜厚が計測される。このような動作によって、１つの分光計６１１３が基材６１０４の短手方向における膜厚を計測することを可能にしている。本実施形態と異なり基材６１０４の短手方向に複数の分光計６１１３を並べて短手方向における膜厚を計測するようにすると、分光計６１１３が複数設けられるため、真空炉６１０１が大型化する。しかしながら本実施形態では１つの分光計６１１３が移動して短手方向における膜厚を計測するため、真空炉６１０１の大きさを抑えることができる。真空炉６１０１の大きさが抑えられることによって、真空引きに要する時間、ひいてはリードタイムが短縮されるので、製造コストを抑えられる。
【０３０４】
計測された膜厚が、上限規格値Ｖ１より大きい、または下限規格値Ｖ２より小さく、規格外の場合、成膜が中止される。このため不良品の発生が抑えられる。
【０３０５】
また、計測された膜厚が、修正不要上限値Ｖ３と上限規格値Ｖ１との間、または修正不要下限値Ｖ４と下限規格値Ｖ２との間の修正範囲内にある場合、膜厚が上限規格値Ｖ１または下限規格値Ｖ２を超えないようにスパッタ電圧が変更されるため、不良品の発生がより効果的に抑えられる。
【０３０６】
電源６１１４から基材６１０４に電圧が印加されつつボンバード処理されるため、電極６１１０と基材６１０４との間でイオンが基材６１０４に向かって誘導され、エッチング効果が増す。従って基材６１０４の表面の酸化被膜を効果的に除去できる。
【０３０７】
（他の表面処理工程Ｓ７０００）
図５０〜図６４を参照しながら、他の表面処理工程Ｓ７０００の一例について詳細に説明する。
【０３０８】
（他の表面処理工程Ｓ７０００に係る膜電極接合体２０の枠体２４の粗面化に係る製造装置７１００）
図５０〜図５７を参照しながら、製造装置７１００による膜電極接合体２０の枠体２４の粗面化および組み立てについて説明する。
【０３０９】
先ず、図５０を参照しながら、製造装置７１００によって粗面化する膜電極接合体２０の枠体２４について説明する。
【０３１０】
図５０は、膜電極接合体２０の枠体の粗面化工程に係る燃料電池１の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。
【０３１１】
支持部（枠体２４）は、図５０に示すように、膜電極接合体２０の外周に設けられ膜電極接合体２０を支持する。支持部（枠体２４）は、熱可塑性樹脂が射出成形されることによって成形される。支持部（枠体２４）を射出成形によって成形する際、熱可塑性樹脂がガス拡散層の外周部に含浸することによって、支持部（枠体２４）および膜電極接合体２０が一体化して、支持部（枠体２４）が膜電極接合体２０を支持する。したがって、膜電極接合体２０のハンドリング性が向上する。
【０３１２】
アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２および支持部（枠体２４）は、図５０に示すように、接着剤３０を介して接合される。支持部（枠体２４）の、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２が積層される側の表面２４ｖは、後述するようにレーザーＬが照射されることによって粗面化される。このため、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の接触面積が増大し、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の接着性が向上する。
【０３１３】
支持部（枠体２４）は、例えば熱可塑性樹脂によって構成される。熱可塑性樹脂としては例えば、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリオレフィン等のプラスチックまたはエラストマーが用いられる。また、これらの熱可塑性樹脂を２種以上併用（ブレンド）したり、フィラーを適宜混入したりすることも可能である。なお、支持部（枠体２４）は、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２と同様の金属材料から構成されてもよい。接着剤３０は、例えばエポキシ樹脂系の熱硬化型の接着剤であり、加熱することで硬化する。
【０３１４】
次に、図５１を参照しながら、製造装置７１００について説明する。
【０３１５】
燃料電池１の製造装置７１００は、電解質膜２１の両面にアノード２２およびカソード２３を備える膜電極接合体２０と、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造装置７１００である。燃料電池１の製造装置７１００は、膜電極接合体２０を支持する支持部（枠体２４）の、金属セパレータが積層される側の表面２４ｖにレーザーＬを照射して表面２４ｖを粗面化する照射手段７１１０を有する。燃料電池の製造装置７１００は、照射手段７１１０によって粗面化された表面２４ｖに、接着剤３０を塗布する塗布手段７１２０を有する。燃料電池の製造装置７１００は、塗布手段７１２０によって塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータを支持部（枠体２４）に接合する接合手段７１３０を有する。以下、図５１を参照して、照射手段７１１０について詳述し、塗布手段７１２０および接合手段７１３０については、後述する製造方法と併せて説明する。
【０３１６】
照射手段７１１０は、支持部（枠体２４）の表面２４ｖにレーザーＬを照射して表面２４ｖを粗面化する。より具体的には、照射手段７１１０は、支持部（枠体２４）の表面２４ｖにレーザーＬを照射して、表面２４ｖに断続的に溝部２４ｗを形成させる。照射手段７１１０は、図５１に示すように、レーザー発振器７１５０と、光ファイバ７１５１と、レーザー調整部７１６０と、を有する。
【０３１７】
レーザー発振器７１５０は、例えば、半導体レーザー発振器であり、光学系、電源、制御系、冷却ガス循環系等を内蔵する。レーザー発振器７１５０から発振したレーザーＬは、光ファイバ７１５１を介して、レーザー調整部７１６０に供給される。制御系には、例えば、電力を変更することによって出力を調整する出力調整ユニットが配置される。レーザー発振器７１５０から発振するレーザーＬは半導体レーザーに限定されず、ＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザー等であってもよく、特に限定されない。
【０３１８】
レーザー調整部７１６０は、光ファイバ７１５１を介して供給されたレーザーＬの光路を調整して、載置部７１７０に載置された支持部（枠体２４）の表面２４ｖ上の所定の範囲にレーザーＬを照射する。レーザー調整部７１６０は、コリメータ７１６１と、レーザー径調整部７１６２と、反射ミラー７１６３と、ガルバノスキャナ７１６４と、加工レンズ７１６５と、保護ガラス７１６６と、を有する。なお、必要に応じて、レーザーＬの出力を低減させるフィルター等がさらに設けられてもよい。コリメータ７１６１は、光ファイバ７１５１を介して供給されるレーザーＬを平行光に変換する。レーザー径調整部７１６２は、コリメータ７１６１によって平行光に変換されたレーザーＬのレーザー径を調整する。レーザー径調整部７１６２は、凸レンズ７１６２Ａおよび凹レンズ７１６２Ｂを有する。
【０３１９】
反射ミラー７１６３は、レーザー径調整部７１６２を通過したレーザーＬを反射し、ガルバノスキャナ７１６４にレーザーＬを投射する。ガルバノスキャナ７１６４は、反射ミラー７１６３から投射されたレーザーＬの反射方向を変化させることによって、レーザーＬを走査して、支持部（枠体２４）の表面２４ｖ上の所定の範囲にレーザーＬを照射する。ガルバノスキャナ７１６４は、例えば、２軸式であり、ミラーおよび当該ミラーを駆動するモータを有する。加工レンズ７１６５は、例えば、ｆθレンズからなり、ガルバノスキャナ７１６４を反射したレーザーＬを、集光するために使用される。加工レンズ７１６５は、レーザーＬが支持部（枠体２４）の表面２４ｖにおいて焦点を結ぶように、配置される。加工レンズ７１６５は、保護ガラス７１６６によって保護される。
【０３２０】
上述のレーザー発振器７１５０およびレーザー調整部７１６０の制御は、不図示の制御装置によって行われる。
【０３２１】
図５２〜図５７を参照しながら、膜電極接合体の枠体を粗面化して組み立てる工程を詳述する。
【０３２２】
図５２は、膜電極接合体の枠体を粗面化して組み立てる状態を説明するためのフローチャートである。図５３は、支持部（枠体２４）の表面２４ｖ上にレーザーＬを照射して、断続的に溝部２４ｗが形成された様子を示す図である。図５４は、塗布手段７１２０によって、溝部２４ｗが形成された表面２４ｖに接着剤３０を塗布する様子を示す図である。図５５は、接合手段７１３０によって、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を支持部（枠体２４）に接合する様子を示す図である。
【０３２３】
膜電極接合体の枠体を粗面化して組み立てる工程は、図５２に示すように、支持部（枠体２４）の表面２４ｖにレーザーＬを照射して表面２４ｖを粗面化する照射工程と、照射工程において粗面化された表面２４ｖに、接着剤３０を塗布する塗布工程と、を有する。燃料電池１の製造方法は、塗布工程において塗布された接着剤３０を介して、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を支持部（枠体２４）に接合する接合工程をさらに有する。
【０３２４】
照射工程においては、図５３に示すように、支持部（枠体２４）の表面２４ｖの所定の範囲にレーザーＬを照射することによって、支持部（枠体２４）の表面２４ｖが粗面化され、断続的に溝部２４ｗが形成される。詳述すると、図５１に示すように、先ず膜電極接合体２０を支持した支持部（枠体２４）を載置部７１７０に載置する。次に、レーザー発振器７１５０からレーザーＬを発振する。レーザー発振器７１５０からのレーザーＬは光ファイバ７１５１を通過してレーザー調整部７１６０に導入される。レーザー調整部７１６０に導入されたレーザーＬは、コリメータ７１６１、レーザー径調整部７１６２、反射ミラー７１６３、ガルバノスキャナ７１６４、加工レンズ７１６５、および保護ガラス７１６６を通過する。加工レンズ７１６５を通過したレーザーＬは、支持部（枠体２４）の表面２４ｖにおいて焦点を結ぶ。そして、ガルバノスキャナ７１６４のモータを駆動させ、支持部（枠体２４）の表面２４ｖ上の所定の範囲にレーザーＬを照射する。
【０３２５】
図５３において、範囲ＡにレーザーＬを照射する場合を例に挙げて、レーザーＬの走査方法を説明する。範囲ＡにおいてレーザーＬをＸ方向に沿って走査させる際に、Ｙ方向に一定距離レーザーＬを走査させつつ、Ｘ方向に断続的にレーザーＬを照射する。この照射方法によって、表面２４ｖに断続的に溝部２４ｗが形成され、溝部２４ｗはＹ方向に伸延する形状を有する。溝部２４ｗがこのような形状を有することによって、多くの接着剤３０が溝部２４ｗに侵入することができ、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の接着性が向上する。例えば、レーザーＬの出力は５０Ｗである。このとき、溝部２４ｗの深さは例えば１００μｍ、幅は例えば４０μｍである。
【０３２６】
塗布工程においては、照射工程において粗面化された支持部（枠体２４）の表面２４ｖに接着剤３０を塗布する。具体的には、図５４に示すように、塗布手段７１２０によって、レーザーＬが照射された範囲に接着剤３０を塗布する。塗布手段７１２０は例えばノズルであるが、これに限定されない。また、図示は省略するが、塗布手段７１２０は、ＸＹ方向に移動可能に構成される。
【０３２７】
接合工程においては、支持部（枠体２４）の表面２４ｖに塗布された接着剤３０を介して、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を支持部（枠体２４）に接合する。具体的には、図５５に示すように、接合手段７１３０によって、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を支持部（枠体２４）に接合する。図５５において、明瞭化のため、接着剤３０および溝部２４ｗは省略し、またアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２は簡略化して示す。接合手段７１３０は、支持部（枠体２４）を載置する台部７１３１と、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を支持部（枠体２４）に近接する際にガイドをするガイド手段７１３２と、を有する。以上の工程によって、モジュールが形成される。
【０３２８】
以下、図５６および図５７を参照して、支持部（枠体２４）の表面２４ｖにレーザーＬを照射して表面２４ｖを粗面化することによって、支持部（枠体２４）とアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２との間の接着性が向上するメカニズムについて説明する。図５６は、支持部（枠体２４）の表面２４ｖに溝部２４ｗが断続的に形成される様子を示す部分断面図である。換言すれば、図５３の範囲Ａにおける正面断面図である。図５７は、溝部２４ｗに侵入した接着剤３０を介してアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２と支持部（枠体２４）とが接合する様子を示す部分断面図である。
【０３２９】
上述したように、支持部（枠体２４）の表面２４ｖにレーザーＬを照射することによって、図５６に示すように、支持部（枠体２４）の表面２４ｖに断続的に溝部２４ｗが形成される。そして、図５７に示すように、接合工程において、接着剤３０が溝部２４ｗに侵入する。これによって支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の結合が強固になる（アンカー効果）。したがって、支持部（枠体２４）とアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２との間の接着性が向上する。
【０３３０】
以上説明したように、燃料電池１の製造方法は、電解質膜２１の両面にアノード２２およびカソード２３を備える膜電極接合体２０と、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造方法である。燃料電池１の製造方法は、膜電極接合体２０を支持する支持部（枠体２４）の、金属セパレータが積層される側の表面２４ｖにレーザーＬを照射して表面２４ｖを粗面化する照射工程を有する。燃料電池１の製造方法は、照射工程において粗面化された支持部（枠体２４）の表面２４ｖに、接着剤３０を塗布する塗布工程を有する。燃料電池１の製造方法は、塗布工程において塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータを支持部（枠体２４）に接合する接合工程を有する。この製造方法によれば、照射工程において粗面化された支持部（枠体２４）の表面２４ｖに、塗布工程において接着剤３０が塗布される。このため、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の接触面積が増大することによって、プライマー処理を施すことなく、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部（枠体２４）および金属セパレータ間の接着性が向上した燃料電池１を製造する製造方法を提供することができる。
【０３３１】
また、照射工程において、表面２４ｖに断続的に溝部２４ｗが形成され、接合工程において、接着剤３０は溝部２４ｗに侵入する。このため、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の結合が強固になり（アンカー効果）、結果的に、支持部（枠体２４）とアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２との間の接着性がより向上する。
【０３３２】
また、燃料電池１の製造装置７１００は、電解質膜２１の両面にアノード２２およびカソード２３を備える膜電極接合体２０と、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造装置７１００である。燃料電池１の製造装置７１００は、膜電極接合体２０を支持する支持部（枠体２４）の、金属セパレータが積層される側の表面２４ｖにレーザーＬを照射して表面２４ｖを粗面化する照射手段７１１０を有する。燃料電池１の製造装置７１００は、照射手段７１１０によって粗面化された表面２４ｖに、接着剤３０を塗布する塗布手段７１２０を有する。燃料電池１の製造装置７１００は、塗布手段７１２０によって塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータを支持部（枠体２４）に接合する接合手段７１３０を有する。この製造装置７１００によれば、照射手段７１１０によって粗面化された支持部（枠体２４）の表面２４ｖに、塗布手段７１２０によって接着剤３０が塗布される。このため、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の接触面積が増大することによって、プライマー処理を施すことなく、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部（枠体２４）および金属セパレータ間の接着性が向上した燃料電池１を製造する製造装置７１００を提供することができる。
【０３３３】
また、照射手段７１１０は、表面２４ｖに断続的に溝部２４ｗを形成させ、接合手段７１３０が、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を支持部（枠体２４）に接合する際に、接着剤３０は溝部２４ｗに侵入する。このため、支持部（枠体２４）の表面２４ｖおよび接着剤３０間の結合が強固になり（アンカー効果）、結果的に、支持部（枠体２４）とアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２との間の接着性が向上する。
【０３３４】
（他の表面処理工程Ｓ７０００に係る膜電極接合体２０の枠体２４の粗面化に係る製造装置７２００）
図５８〜図６４を参照しながら、製造装置７２００による膜電極接合体２０の枠体２４の粗面化および組み立てについて説明する。
【０３３５】
図５８等を参照しながら、製造装置７２００について説明する。
【０３３６】
燃料電池１の製造装置７２００は、電解質膜２１の両面にアノード２２およびカソード２３を備える膜電極接合体２０と、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造装置７２００である。燃料電池１の製造装置７２００は、膜電極接合体２０を支持する支持部（枠体２４）の、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）が積層される側の表面１１ｖを改質して表面１１ｖ自体の性状を変化させる表面改質手段７２１０を有する。燃料電池の製造装置７２００は、表面改質手段７２１０によって改質された表面１１ｖに、接着剤３０を塗布する塗布手段７１２０を有する。燃料電池の製造装置７２００は、塗布手段７１２０によって塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）を支持部（枠体２４）に接合する接合手段７１３０を有する。以下、図５８を参照して、表面改質手段７２１０について詳述し、塗布手段７１２０および接合手段７１３０については、後述する製造方法と併せて説明する。
【０３３７】
「表面改質」は、表面１１ｖ自体の性状が、化学的、機械的、物理的に変化することを意味し、プライマー処理など他の種類の部材が表面１１ｖに形成するものは含まれない。
【０３３８】
表面改質手段７２１０は、支持部（枠体２４）の表面１１ｖを改質する。表面改質手段７２１０は、図５８に示すように、載置部７２１１と、プラズマ装置７２１２と、Ｘ方向移動手段７２１３と、Ｙ方向移動手段７２１４と、を有する。載置部７２１１には、膜電極接合体２０を支持する支持部（枠体２４）が載置される。また、不図示の固定部によって、支持部（枠体２４）は載置部７２１１に固定される。固定部は、例えば、板ばねであるがこれに限定されない。プラズマ装置７２１２は、支持部（枠体２４）の表面１１ｖにプラズマを照射して（図５８矢印Ｐ参照）、支持部（枠体２４）の表面１１ｖを改質する。プラズマ装置７２１２は、例えば、ＰＳ−６０１ＳＷ（ウエッジ株式会社製）であって、プラズマ装置７２１２のプラズマ照射口から、表面までの距離は、例えば１０ｍｍである。
【０３３９】
Ｘ方向移動手段７２１３は、プラズマ装置７２１２をＸ方向に移動させる。Ｘ方向移動手段７２１３は、それぞれ図示しないが、載置部７２１１に固定されたＸ固定部と、Ｘ固定部に対してＸ方向に移動自在なＸ可動部と、Ｘ可動部を駆動させるＸ駆動部と、を有する。Ｘ駆動部を駆動することによって、プラズマ装置７２１２がＸ方向に移動される。Ｙ方向移動手段７２１４は、プラズマ装置７２１２をＹ方向に移動させる。Ｙ方向移動手段７２１４は、それぞれ図示しないが、Ｘ方向移動手段７２１３に固定されたＹ固定部と、Ｙ固定部に対してＹ方向に移動自在なＹ可動部と、Ｙ可動部を駆動させるＹ駆動部と、を有する。Ｙ駆動部を駆動することによって、プラズマ装置７２１２がＹ方向に移動される。
【０３４０】
図５９〜図６４を参照しながら、膜電極接合体の枠体を粗面化して組み立てる工程を詳述する。
【０３４１】
燃料電池１の製造方法は、概説すると、支持部（枠体２４）の表面１１ｖを改質して表面１１ｖ自体の性状を変化させる表面改質工程と、表面改質工程において改質された表面１１ｖに、接着剤３０を塗布する塗布工程と、を有する。燃料電池１の製造方法は、塗布工程において塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）を支持部（枠体２４）に接合する接合工程をさらに有する。以下、燃料電池１の製造方法を詳述する。
【０３４２】
図５９は、膜電極接合体の枠体を粗面化して組み立てる状態を説明するためのフローチャートである。図６０は、塗布手段７１２０によって、支持部（枠体２４）の表面１１ｖに接着剤３０を塗布する様子を示す図である。図６１は、接合手段７１３０によって、アノード側金属セパレータ１１を支持部（枠体２４）に接合する様子を示す図である。図６２は、プラズマが照射される前の支持部（枠体２４）の表面１１ｖにおける状態を模式的に示す図である。図６３は、プラズマが照射された後の支持部（枠体２４）の表面１１ｖにおける状態を模式的に示す図である。図６４は、活性化された表面１１ｖに対し、接着剤３０中の官能基が結合する様子を示す図である。
【０３４３】
表面改質工程においては、支持部（枠体２４）の表面１１ｖにプラズマを照射することによって、支持部（枠体２４）の表面１１ｖを改質して表面１１ｖ自体の性状を変化させる。具体的には、図５８に示すように、先ず膜電極接合体２０を支持した支持部（枠体２４）を載置部７２１１に載置する。次に、プラズマ装置７２１２を所定の位置にセットする。次に、プラズマを支持部（枠体２４）の表面１１ｖに照射させつつ、Ｘ方向移動手段７２１３およびＹ方向移動手段７２１４によって、プラズマ装置７２１２をＸＹ方向へ移動させ、表面１１ｖ上の所定の範囲にプラズマを照射する。
【０３４４】
塗布工程においては、表面改質工程において改質された支持部（枠体２４）の表面１１ｖに接着剤３０を塗布する。具体的には、図６０に示すように、塗布手段７１２０によって、プラズマが照射された範囲に接着剤３０を塗布する。塗布手段７１２０は例えばノズルであるが、これに限定されない。また、図示は省略するが、塗布手段７１２０は、プラズマ装置７２１２と同様に、ＸＹ方向に移動可能に構成される。
【０３４５】
接合工程においては、支持部（枠体２４）の表面１１ｖに塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）を支持部（枠体２４）に接合する。具体的には、図６１に示すように、接合手段７１３０によって、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）を支持部（枠体２４）に接合する。図６１において、明瞭化のため、接着剤３０は省略し、また金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）は簡略化して示す。接合手段７１３０は、支持部（枠体２４）を載置する台部７１３１と、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）を支持部（枠体２４）に近接する際にガイドをするガイド手段７１３２と、を有する。以上の工程によって、モジュールが形成される。
【０３４６】
以下、図６２〜図６４を参照して、支持部（枠体２４）の表面１１ｖにプラズマを照射することによって、支持部（枠体２４）および金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）間の接着性が向上するメカニズムについて説明する。
【０３４７】
例えば、Ｃ−Ｈ結合のような安定状態にある原子間結合（図６２参照）にプラズマ（図６３矢印Ｐ参照）が照射されることによって、原子間結合が切断されてラジカルが生成する（図６３参照）。すなわち、支持部（枠体２４）の表面１１ｖが活性化される（ラジカル状態）。この活性化された表面１１ｖに対して、接着剤３０を塗布することによって、接着剤３０中の官能基（例えば、酸素原子を含むもの）が結合しやすくなるため（図６４参照）、支持部（枠体２４）の表面１１ｖおよび接着剤３０間の結合が強固になる。したがって、支持部（枠体２４）および金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）間の接着性が向上する。
【０３４８】
以上説明したように、燃料電池１の製造方法は、電解質膜２１の両面にアノード２２およびカソード２３を備える膜電極接合体２０と、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造方法である。燃料電池１の製造方法は、膜電極接合体２０を支持する支持部（枠体２４）の、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）が積層される側の表面１１ｖを改質して表面１１ｖ自体の性状を変化させる表面改質工程を有する。燃料電池１の製造方法は、表面改質工程において改質された支持部（枠体２４）の表面１１ｖに、接着剤３０を塗布する塗布工程を有する。燃料電池１の製造方法は、塗布工程において塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）を支持部（枠体２４）に接合する接合工程を有する。この製造方法によれば、表面改質工程において改質された支持部（枠体２４）の表面１１ｖに、塗布工程において接着剤３０が塗布される。このため、プライマー処理を施すことなく支持部（枠体２４）の表面１１ｖと接着剤３０間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部（枠体２４）および金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）間の接着性が向上した燃料電池１を製造する製造方法を提供することができる。
【０３４９】
また、燃料電池１の製造装置７２００は、電解質膜２１の両面にアノード２２およびカソード２３を備える膜電極接合体２０と、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）と、を有する燃料電池１を製造する燃料電池１の製造装置７２００である。燃料電池１の製造装置７２００は、膜電極接合体２０を支持する支持部（枠体２４）の、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）が積層される側の表面１１ｖを改質して表面１１ｖ自体の性状を変化させる表面改質手段７２１０を有する。燃料電池１の製造装置７２００は、表面改質手段７２１０によって改質された支持部（枠体２４）の表面１１ｖに、接着剤３０を塗布する塗布手段７１２０を有する。燃料電池１の製造装置７２００は、塗布手段７１２０によって塗布された接着剤３０を介して、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）を支持部（枠体２４）に接合する接合手段７１３０を有する。この製造装置によれば、表面改質手段７２１０によって改質された支持部（枠体２４）の表面１１ｖに、塗布手段７１２０によって接着剤３０が塗布される。このため、プライマー処理を実施することなく、支持部（枠体２４）の表面１１ｖと接着剤３０間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部（枠体２４）および金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）間の接着性が向上した燃料電池１を製造する製造装置７２００を提供することができる。
【０３５０】
（モジュール組立工程Ｓ８０００）
図６５〜図７４を参照しながら、モジュールの組み立ての一例について説明する。
【０３５１】
図６５は燃料電池１の被覆体の成形について示す工程ブロック図、図６６（Ａ）は同実施形態に係る燃料電池１の製造装置における積層部を示す正面図、図６６（Ｂ）は積層部におけるアームの先端部分を示す拡大図である。図６７は同製造装置における成形部を示す斜視図、図６８は同成形部を示す分解斜視図、図６９は同製造装置における成形部を示す正面図、図７０は同製造装置における成形部を示す平面図である。図７１は図７０の７１−７１線に沿う断面図、図７２（Ａ）は図７０の７２Ａ−７２Ａ線に沿う断面図、図７２（Ｂ）は図７０の７２Ｂ−７２Ｂ線に沿う断面図である。図７３は燃料電池１を示す斜視図、図７４はフレーム部材と集電板における接触部および階段形状を示す正面図である。
【０３５２】
本実施形態に係る燃料電池１の製造方法について、図６５〜図７４を参照して概説すれば、まず金属セパレータユニット１０と膜電極接合体２０とを所定数積層して積層体を形成し、さらに積層方向両端部に集電板２１１、２１２とエンドプレート３１１、３１２を積層して収容物６０を形成する（ステップＳＴ１）。そして、形成された積層体を含む収容物６０を成形型に配置し（ステップＳＴ２）、収容物６０を収容した状態で固定型８２２８〜８２３３を組み立てる（ステップＳＴ３）。その後、樹脂を注入して被覆体７０を形成し（ステップＳＴ４）、離型する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ１が準備工程に相当し、ステップＳＴ２〜ステップＳＴ５までが被覆体７０の形成工程に相当する。また、本実施形態に係る製造方法では積層体において隣り合うアノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２が接合されて金属セパレータユニット１０として構成されている。そして、膜電極接合体２０には面方向外方にフレーム部材２２０が取り付けられている。詳細については後述する。
【０３５３】
次に本実施形態に係る製造方法を使用する燃料電池１の製造装置について説明する。燃料電池１の製造装置は、積層工程において使用する積層部８２１０と、形成工程において使用する成形部８２２０と、いずれの工程にも使用される制御部（不図示）と、を有する。
【０３５４】
積層部８２１０は、膜電極接合体２０、金属セパレータユニット１０、集電板２１１、２１２およびエンドプレート３１１、３１２を挟持する挟持アーム８２１１と、設置台８２１８と、を有する。挟持アーム８２１１は、固定部８２１２と、移動部８２１３と、保持部８２１４と、搬送部８２１７と、を有する。固定部８２１２は、側面視した際にＬ字形状に構成され、Ｌ字形状の水平部分において膜電極接合体２０、金属セパレータユニット１０、集電板２１１、２１２およびエンドプレート３１１、３１２を載置させる。固定部８２１２のＬ字状における鉛直部分は保持部８２１４に接続される。移動部８２１３は、固定部８２１２の水平部分と共に膜電極接合体２０、金属セパレータユニット１０、集電板２１１、２１２およびエンドプレート３１１、３１２を挟持する。移動部８２１３は、固定部８２１２における鉛直部分において固定部８２１２と接近離間可能に接続される。膜電極接合体２０、金属セパレータユニット１０、集電板２１１、２１２およびエンドプレート３１１、３１２は、固定部８２１２の水平部分と移動部８２１３とで当接することによって挟持される。
【０３５５】
保持部８２１４は、保持アーム８２１５と、延長部８２１６と、を有する。保持アーム８２１５は、固定部８２１２の鉛直部分と接続され、固定部８２１２および移動部８２１３を保持する。延長部８２１６は、保持アーム８２１５を図６６（Ｂ）における水平方向に進退移動可能に接続する構成である。延長部８２１６には不図示のモーターとギヤが内蔵され、保持アーム８２１５には延長部８２１６のギヤと噛合うギヤが内蔵され、モーターの動作によって、保持アーム８２１５の進退動作が実現される。但し、保持アーム８２１５の進退動作機構はこれに限定されない。
【０３５６】
搬送部８２１７は、設置台８２１８に設置される。設置台８２１８には、搬送部８２１７が移動するレールが設置され、搬送部８２１７は、設置台８２１８のレール上を移動する。これにより、挟持アーム８２１１は、不図示の部品設置場所から膜電極接合体２０、金属セパレータユニット１０、集電板２１１、２１２、またはエンドプレート３１１、３１２を把持して積層体の積層位置まで搬送して載置し、積層する。
【０３５７】
成形部８２２０は、射出部（不図示）と、スプルー８２２１と、ランナー８２２２〜８２２７と、固定型８２２８〜８２３２と、可動型８２３３と、インサート型８２３４〜８２３９と、油圧シリンダ８２４０（加圧部に相当）と、を有する。固定型８２２８〜８２３２および可動型８２３３は本実施形態において成形型にあたる。射出部は、投入した樹脂を加熱して溶融させ、固定型８２２８〜８２３２と可動型８２３３とによって囲まれた空間８２２０ａ内にスプルー８２２１およびランナー８２２２〜８２２７を通じて導入する。射出部は、材料を投入するホッパや樹脂の混練等を行うスクリュなどの構成を備えるが、これらは樹脂の射出成形機において溶融した樹脂を供給する構成と同様であるため、説明を省略する。
【０３５８】
スプルー８２２１は、射出部から供給された溶融樹脂を固定型８２２８〜８２３２および可動型８２３３によって囲まれた空間８２２０ａに向けて移送する流路である。ランナー８２２２〜８２２７は、スプルー８２２１と接続し、かつスプルー８２２１から分岐する溶融樹脂の流路である。固定型８２２８〜８２３２および可動型８２３３によって囲まれる空間８２２０ａには固定型８２２８〜８２３２および可動型８２３３を設置する前に予め積層体を含む収容物６０が設置される。金属セパレータユニット１０を構成するアノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２との間であって、その外周部分には、外周凹部８２２２ａ〜８２２７ａが形成される。ランナー８２２２〜８２２７は、積層体の中でも外周凹部８２２２ａ〜８２２７ａに向かうように配置される。外周凹部８２２２ａ〜８２２７ａは、被覆体７０の把持部７１ｂ〜７１ｇとなる。
【０３５９】
固定型８２２８は、収容物６０を載置する型である。固定型８２２８は、突起部８２２８ａを有する。突起部８２２８ａは、固定型８２２８の中央部において凸状に突出して形成され、突起部８２２８ａに収容物６０を載置する。そして、突起部８２２８ａよりも外方の箇所に樹脂を流して硬化させ、被覆体７０に収容物６０を挟持する把持部７１ａ、７１ｈを形成できるように構成されている。また、本実施形態では収容物６０の構成として積層体の積層方向両端部に集電板２１１、２１２およびエンドプレート３１１、３１２を配置しており、集電板２１１、２１２の突起形状に応じて突起部８２２８ａ固定型８２２８の略中央に凹部が形成されているが、これに限定されない。また、固定型８２２８には、図６８や図７２（Ａ）、図７２（Ｂ）に示すように、インサート型８２３４〜８２３９を設置して位置決めするための凹部が設けられている。
【０３６０】
固定型８２２９〜８２３２は、積層体の側方に配置される型である。固定型８２２９〜８２３２は、固定型８２２８の上に載置されて溶融樹脂を流す空間８２２０ａを形成する。また、固定型８２２９には、ランナー８２２２〜８２２７が接続されて、固定型８２２８〜８２３２と可動型８２３３とで囲まれる空間８２２０ａに溶融樹脂を流すことが出来るように構成されている。固定型８２２９〜８２３２は、可動型８２３３が固定型８２２８に向けて接近した際にも被覆体７０を成形する空間８２２０ａを維持できるように固定型８２２８および可動型８２３３との接触部分が融点の高いゴムなどの材料によって構成されている。
【０３６１】
可動型８２３３は、固定型８２２８に対して接近離間可能に構成される。可動型８２３３は、集電板２１１、２１２の突起部分と係合する部位が形成されている。また、可動型８２３３は、油圧シリンダ８２４０に接続されて固定型８２２８に対して接近離間可能に構成されている。
【０３６２】
インサート型８２３４〜８２３９は、燃料電池１に燃料や酸化剤、および冷却水を積層方向に流通させる流路を被覆体７０に形成するための型である。インサート型８２３４〜８２３９は、積層方向に長い四角柱で構成されているが、形状はこれに限定されない。
【０３６３】
制御部は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどによって構成され、積層部８２１０や成形部８２２０の動作を制御する。
【０３６４】
次に上記製造装置によって製造される燃料電池１の要部について説明する。燃料電池１は、図７３に示すように、収容物６０と被覆体７０とを有する。収容物６０は、積層体と集電板２１１、２１２とエンドプレート３１１、３１２とを有している。積層体は、膜電極接合体２０と金属セパレータユニット１０とを複数積層して構成される。膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０の両側面に隣接するアノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２を合わせて燃料電池セルと呼ばれる。
【０３６５】
フレーム部材２２０は、カソードガス供給口２２０ａ、冷却流体供給口２２０ｂ、アノードガス供給口２２０ｃ、アノードガス排出口２２０ｄ、冷却流体排出口２２０ｅ、カソードガス排出口２２０ｆ、接触部２２０ｇ（堰き止め部に相当）、および段差部２１５ｈを有する。
【０３６６】
カソードガス供給口２２０ａ、冷却流体供給口２２０ｂ、アノードガス供給口２２０ｃは、フレーム部材２２０の長手方向の一端に開口として所定の間隔を持って形成されている。アノードガス排出口２２０ｄ、冷却流体排出口２２０ｅ、カソードガス排出口２２０ｆは、カソードガス供給口２２０ａ、冷却流体供給口２２０ｂ、アノードガス供給口２２０ｃとは逆側の端部において所定の間隔をもって形成されている。
【０３６７】
接触部２２０ｇは、矩形状のフレーム部材２２０の外周に形成され、積層体を形成する際の隣接する金属セパレータユニット１０と接触する部位である。
【０３６８】
段差部２１５ｈは、フレーム部材２２０の外周よりも積層方向に一段下がって形成され、燃料または酸化剤を流通させる流路（区画）を形成する。段差部２１５ｈは、空気や酸素が流通するアノードガス供給口２２０ｃからアノードガス排出口２２０ｄまでの流路を形成する。段差部２１５ｈは、燃料である水素等を流通させるカソードガス供給口２２０ａからカソードガス排出口２２０ｆまでの流路を形成する。このように段差部２１５ｈを形成することによって、フレーム部材２２０と隣接する金属セパレータユニット１０の間に配置するシール部材を不要にすることができる。
【０３６９】
また、本実施形態では積層体を形成した状態で積層方向に加圧した状態で被覆体７０を形成することによって、接触部２２０ｇが外部からの流体を堰き止める堰き止め部、いわゆるシール部となって、シール剤やシール剤と共に用いられるプライマーなどを不要にしている。
【０３７０】
一対の集電板２１１、２１２は、積層体で生成された電力を外部に取り出す。一対の集電板２１１、２１２は、積層体の両端にそれぞれ配設している。一対の集電板２１１、２１２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くした膜電極接合体２０のフレーム部材２２０と同様である。
【０３７１】
被覆体７０は、図７１に示すように、積層体、一対の集電板２１１、２１２、およびエンドプレート３１１、３１２を互いに密着させた状態で保持している。被覆体７０は、従来の金属等からなる筐体に相当する。被覆体７０は、図６７〜図７２に示す製造装置によって製造され、例えばブタジエンゴムなどによって形成される。被覆体７０は、積層体の積層方向と交差する方向から収容物６０を覆っている。
【０３７２】
被覆体７０は、積層体および集電板２１１、２１２およびエンドプレート３１１、３１２を積層方向に押圧できるように積層方向に把持部７１ａ〜７１ｈが形成されている。把持部７１ａ〜７１ｈは、膜電極接合体２０と金属セパレータユニット１０の積層数に応じてその数が変わる。また、被覆体７０は、燃料、酸化剤、冷却水等の流体を流入できるように、カソードガス供給口７０ａ、冷却流体供給口７０ｂ、アノードガス供給口７０ｃ、アノードガス排出口７０ｄ、冷却水排出口７０ｅ、カソードガス排出口７０ｆが形成されている。
【０３７３】
アノード側金属セパレータ１１、カソード側金属セパレータ１２、フレーム部材２２０、集電板２１１、２１２、エンドプレート３１１、３１２および被覆体７０のカソードガス供給口１１ａ〜７０ａ、冷却流体供給口１１ｂ〜７０ｂ、アノードガス供給口１１ｃ〜７０ｃ、アノードガス排出口１１ｄ〜７０ｄ、冷却流体排出口１１ｅ〜７０ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆ〜７０ｆは、アノード側金属セパレータ１１、カソード側金属セパレータ１２、膜電極接合体２０、集電板２１１、２１２、エンドプレート３１１、３１２および被覆体７０を位置合わせした際に連通するように構成されている。
【０３７４】
次に本実施形態に係る燃料電池１の製造方法における、被覆体の形成工程について説明する。その他の工程については従来と同様の方法を用いるため、説明を省略する。本実施形態に係る燃料電池１を構成する被覆体７０の形成は、準備工程と、形成工程と、を備える。
【０３７５】
準備工程では、積層部８２１０を使って膜電極接合体２０、金属セパレータユニット１０、集電板２１１、２１２およびエンドプレート３１１、３１２を有する収容物６０を積層する。
【０３７６】
収容物６０が形成できたら、インサート型８２３４〜８２３９を収容物６０のカソードガス供給口１１ａ〜３１２ａ、冷却流体供給口１１ｂ〜３１２ｂ、アノードガス供給口１１ｃ〜３１２ｃ、アノードガス排出口１１ｄ〜３１２ｄ、冷却流体排出口１１ｅ〜３１２ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆ〜３１２ｆに挿入する。これにより、収容物６０が一体的に固定される。
【０３７７】
次にインサート型８２３４〜８２３９を挿通させた収容物６０を固定型８２２８に配置し、成形型の中でも側方に位置する固定型８２２９〜８２３２を設置する。固定型８２２９を設置したらランナー８２２２〜８２２７とスプルー８２２１を固定型８２２９に接続する。
【０３７８】
次に固定型８２２９〜８２３２の上方から油圧シリンダ８２４０に接続された可動型８２３３を固定型８２２８に向けて接近させ、収容物６０の端部に位置するエンドプレート３１１と固定型８２２８、および可動型８２３３とエンドプレート３１２とを当接させる。さらに、可動型８２３３を固定型８２２８に向けて接近させ、固定型８２２８〜８２３２および可動型８２３３によって空間８２２０ａを密閉空間にする。
【０３７９】
次に射出部から樹脂を流し込んで溶融させ、スプルー８２２１およびランナー８２２２〜８２２７を経て固定型８２２８〜８２３２および可動型８２３３によって形成された空間８２２０ａに流し込む。収容物６０におけるカソードガス供給口１１ａ〜３１２ａ、冷却流体供給口１１ｂ〜３１２ｂ、アノードガス供給口１１ｃ〜３１２ｃ、アノードガス排出口１１ｄ〜３１２ｄ、冷却流体排出口１１ｅ〜３１２ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆ〜３１２ｆにはインサート型８２３４〜８２３９が挿入され、収容物６０は固定型８２２８と可動型８２３３とによって積層方向に加圧されている。そのため、固定型８２２８〜８２３３によって囲まれる空間８２２０ａであって、収容物６０を除く部分に被覆体７０が形成される。
【０３８０】
流し込んだ溶融樹脂が硬化したら、可動型８２３３および固定型８２２９〜８２３２を取り外し、収容物６０とともに溶融樹脂によって形成された被覆体７０を固定型８２２８から取り外す。そして、インサート型８２３４〜８２３９を取り外し、必要に応じて被覆体７０の外側面にバリが形成されていたら除去して燃料電池１が形成される。
【０３８１】
次に本実施形態の作用および効果について説明する。燃料電池１において隣接するＭＥＡやセパレータは、接着剤によって組付け状態となっているものがあるが、その場合、接着剤や接着剤の固定の効果を高めるプライマーの硬化を待つ時間が必要になる。また、接着剤などを使用せずにＭＥＡやセパレータを樹脂によって一体に成形するとしても、従来では溶融した樹脂がアノードガスなどの流路に流れないように発電領域の外周にシール部材を配置している。そのため、発電領域の外周にシール部材を設置する必要が生じ、その分シール部材の部品コストと設置作業の工数が増えてしまう。
【０３８２】
これに対し、本実施形態に係る燃料電池１によれば、積層体の側方に被覆体７０を配置し、フレーム部材２２０が金属セパレータユニット１０と当接する端部の位置がセパレータ同士が当接する端部の位置よりも面方向外方となるように構成している。金属セパレータユニット１０が接触する箇所は燃料電池１の電気化学反応によって発生した電力を積層方向に導通させる発電領域であり、フレーム部材２２０が金属セパレータユニット１０と当接するのは、発電が行われる領域よりも面方向の外方である。このように、フレーム部材２２０が金属セパレータユニット１０と当接する位置をセパレータ同士が接触する位置よりも面方向外方とし、被覆体７０で積層体の側方を覆うことによって、積層体を流通する燃料や酸化剤が漏出することを防止でき、シール部材を不要にできる。そのため、接着剤やプライマーと共にシール部材を不要にすることができる。
【０３８３】
また、本実施形態に係る燃料電池１の製造方法によれば、準備工程において外周にフレーム部材２２０を取り付けた膜電極接合体２０と金属セパレータユニット１０とを積層した積層体であって、フレーム部材２２０が金属セパレータユニット１０と当接する端部の位置がセパレータ同士が当接する端部の位置よりも面方向外方となる積層体を準備する。そして、形成工程において積層体を固定型８２２８〜８２３２と可動型８２３３とを含む型によって形成される空間８２２０ａに配置し、積層体の積層方向に加圧力を付与しながら空間８２２０ａに溶融した樹脂を流通させて硬化させ、積層体の積層方向と交差する方向から積層体を覆う被覆体７０を形成する。
【０３８４】
また、本実施形態に係る燃料電池１の製造装置は、積層体を収容する空間８２２０ａを形成する固定型８２２８〜８２３２及び可動型８２３３と、空間８２２０ａに配置された積層体に対して積層方向に加圧力を付与する油圧シリンダ８２４０と、空間８２２０ａに被覆体７０を構成する樹脂を溶融させた状態で射出する射出部と、を有する。
【０３８５】
上記のような実施形態に係る製造方法、製造装置および当該方法により製造した燃料電池１によれば、隣接する膜電極接合体２０やアノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２との間は固定型８２２８と可動型８２３３によって加圧力を付与しながら溶融した樹脂を流通させて被覆体７０を形成することによって、把持部７１ａ〜７１ｈが膜電極接合体２０とアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２とを密着させ、シール部位を形成することができる。よって、発電領域の外周に設置するシール部材、プライマー、接着剤を不要にしてその分部品コストや設置工数を削減することができる。
【０３８６】
（スタック組立工程Ｓ９０００）
図７５〜図７８を参照しながら、スタックの組み立ての一例について説明する。
【０３８７】
図７５は同燃料電池を示す分解斜視図、図７６は燃料電池の断面図、図７７は図７６のＡ部分を示す拡大図、図７８は図７７のＢ部およびＣ部を示す拡大図である。
【０３８８】
本実施形態に係る燃料電池は、ＭＥＡ２０の両側にアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を配置した燃料電池セル９０ｄを複数積層したものをモジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃとして有している。ＭＥＡ２０は、電解質膜２１の片側にアノード２２、もう片側にカソード２３が接合されている。アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２は接合されて金属セパレータユニット１０として構成されている。
【０３８９】
また、積層体の積層方向における両端部には集電板２１１、２１２が設けられている。また、燃料電池は、筐体３００を有している。筐体３００は、一対の締結板３２１、３２２と、補強板３２３、３２４と、エンドプレート３２５、３２６と、を有している。また、燃料電池１は、モジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃを各々纏めて保持する保持部材８０を有している。保持部材８０は、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃを有している。燃料電池１の構成について説明する。
【０３９０】
上記の燃料電池セル９０ｄは、互いに密封した状態で複数積層する必要がある。このため、積層する燃料電池セル９０ｄの中でもＭＥＡ２０とアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２との間は、外周にシール部材を塗布することによって封止している。シール部材は、例えば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等から選択する。また、金属セパレータユニット１０においてアノード側金属セパレータ１１とカソード側金属セパレータ１２とは溶接によって接合している。しかし、ＭＥＡ２０と同様にシール部材を塗布してもよい。
【０３９１】
保持部材８０は、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃを有する。保持部材は、保持するモジュールの数に応じてモジュールの側方からモジュールを覆い、保持するモジュールに応じた長さを有する。保持部材８０ａは、図７６に示すように、燃料電池セル９０ｄを２つ有するモジュール９０ａを保持し、保持部材８０ｂは燃料電池セル９０ｄを３つ有するモジュール９０ｂを保持し、保持部材８０ｃは燃料電池セル９０ｄを４つ有するモジュール９０ｃを保持する。保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃは、係合部８１と、係合受け部８２と、保持部８３、８４と、把持部８５と、積層数確認部８６と、を有する。
【０３９２】
係合部８１と係合受け部８２とは、隣接する保持部材同士を接続した状態に固定する部材であり、接続部を構成する。係合部８１および係合受け部８２は、図７７および図７８に示すように、共に断面が２つの三角形を重ね合わせたような重ね合わせ形状からなる。係合部８１における重ね合わせ形状は三角形の頂点が燃料電池セル９０ｄの積層方向に交差する方向外方に突出している。これに対して、係合受け部８２の重ねあわせ形状は、積層方向に交差する方向内方に向って突出している。
【０３９３】
保持部８３は、図７７および図７８において保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの積層方向上方に形成されている。保持部８４は、図７７および図７８において保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの積層方向下方に形成されている。保持部８３、８４は保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの側面から積層方向に交差する方向の内方に向って突出して形成されている。保持部８３、８４は、このように構成されることによって、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃに収容された燃料電池の構成部品に対して積層方向に加圧力を付与し、構成部品を保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃに収容した状態に保持する。そのため、保持部８３から保持部８４までの距離は、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃに収容されるＭＥＡ２０やアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２などの数量に応じて設定される。また、保持部８３、８４と接触するアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２は、に示すように、隣接するセパレータ同士を接合した状態で流路を形成できるように保持部８３、８４に対応する凹部が形成されている。また、アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２と同様に、集電板２１１、２１２についても隣接するアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２と密着できるように、保持部８３、８４に対応する凹部が形成されている。
【０３９４】
把持部８５は、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの外側面に形成されている。把持部８５は、隣接する保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃを互いに接続する際に作業者の持ち手部位となる。保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの材料は、特に限定されないが、係合部８１と係合受け部８２を多少変形させて内部にモジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃを収容する。そのため、モジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃを収容する際に係合部８１や係合受け部８２が変形できる程度の弾性を有する材料であることが好ましく、例えばＰＥＴなどを挙げることができるが、これに限定されない。また、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの材料は、本実施形態において電気絶縁性を有する材料にて構成しているが、これに限定されない。
【０３９５】
積層数確認部８６は、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの外側面にあたる。積層数確認部８６は、収容されているセルの数など、保持部材の仕様が一目でわかるように、例えば収容するセルの数に応じて外表面の色を赤、青、黄色などのように着色して構成している。このように積層数確認部８６を構成することによって、部品の識別を容易にし、組み立て作業性を向上させ、検査などの際の部品の確認も容易に行うことができる。また、積層数確認部は、色以外にも模様を付したり、保持するモジュール数を数字や文字、記号、型番などを用いて刻印として打ったりして識別を行ってもよい。
【０３９６】
筐体３００は、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃによって積層された状態が保持された積層体を包囲する。筐体３００は、上記のように一対の締結板３２１、３２２と、一対の補強板３２３、３２４と、一対のエンドプレート３２５、３２６と、を有する。以下、筐体３００の構成について説明する。
【０３９７】
エンドプレート３２５、３２６は、締結板３２１、３２２および補強板３２３、３２４を固定するための貫通穴が形成されている。また、エンドプレート３２６は、保持部材８０ｃの係合受け部８２と係合する係合部３２６ｈを有する。エンドプレート３２５は、保持部材８０ａの係合部８１と係合する係合受け部３２５ｊを有する。エンドプレート３２６の係合部３２６ｈは、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの係合部８１と同様の形状に構成されている。また、エンドプレート３２５の係合受け部３２５ｊは、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの係合受け部８２と同形状に構成されている。保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの隣接する係合部８１と係合受け部８２とは上記のように係合して接続される。そのため、エンドプレート３２５、３２６と隣接する保持部材８０ａ、８０ｃは、エンドプレート３２５、３２６と接続する専用の形状とする必要がない。よって、保持部材の部品種を削減し、燃料電池としての原価低減に寄与することができる。
【０３９８】
一対の締結板３２１、３２２は、例えば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板３２１、３２２は、縁部が一部立ち上げて形成されており、組み付けた際に一対のエンドプレート３２５、３２６の面と接触する。また、締結板３２１、３２２においてエンドプレート３２５、３２６と接触する面にはネジ３２７を挿通させる穴が設けられており、当該穴に取り付けたネジ３２７を締め付けることによってエンドプレート３２５、３２６、集電板２１１、２１２、および積層体が積層方向に加圧される。
【０３９９】
一対の補強板３２３、３２４は、例えば、金属からなり、一対の締結板３２１、３２２よりも細長い板状に形成している。一対の補強板３２３、３２４は、長手方向における端部が一部立ち上げて形成されており、当該部分にはネジ３２７を挿通させる穴が設けられている。当該穴はネジ３２７を積層方向に通すように形成されており、ネジ３２７を取り付けて締結することによって、締結板３２１、３２２と同様にエンドプレート３２５、３２６、集電板２１１、２１２、および積層体が積層方向に加圧される。このように、一対の締結板３２１、３２２および一対の補強板３２３、３２４は、ネジ３２７を締結することによって、エンドプレート３２５、３２６、集電板２１１、２１２、および積層体を積層方向に加圧している。
【０４００】
次に本実施形態の作用効果について説明する。燃料電池はＭＥＡやセパレータなどの部品を複数積層して形成するため、積層した複数の部品の位置を固定してまとめる通しボルトのような部品が必要になる。
【０４０１】
また、燃料電池の構成部品の位置をまとめる以外にも電池性能を効率的に所望の要求仕様にする必要もある。そのため、通しボルトのような部品では燃料電池の構成部品の平面に通しボルトを通すスペースを設ける必要が生じ、当該スペースはデッドスペースとなってしまう。
【０４０２】
このようなデッドスペースを低減させる従来の技術には燃料電池の構成部品の外周よりも外側にばね部材を配置して隣接する燃料電池の構成部品を固定するという技術がある。このような技術であれば上記デッドスペースの問題は解消できるものの、燃料電池の構成部品それぞれをバネ部材によってひとつひとつ固定していくため、作業性が悪いといった問題がある。また、百セル程度にも及ぶセルを隣接させた状態でばね部材によって接続する仕様では、ばね部材として必要な数量が極めて多く、部品管理が煩雑になってしまう。
【０４０３】
これに対し本実施形態によれば、ＭＥＡ２０の両面にアノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２を配置してなる燃料電池セル９０ｄを複数積層したモジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃと、モジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃの積層方向に沿って加圧力を付与しつつモジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃを保持する保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃと、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃに設けられ、隣り合わせて配置した複数のモジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃを接続・分離可能に組み付ける接続部を有し、モジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃを保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの接続部を介して相互に組み付けるように構成している。
【０４０４】
そのため、モジュール９０ａ、９０ｂ、９０ｃの組付け作業および分離作業は保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃに設けられた接続部同士を接続または分離させる簡単な作業で行うことができ、作業性を良好にすることができる。また、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃは、セル毎ではなくモジュール毎に保持を行うため、ばね部材のように多数のばね部材が必要になることもなく、部品管理を容易にすることもできる。また、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃによってモジュールを保持できるため、モジュールの組み立ての際の姿勢を気にする必要もない。つまり、保持部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃによって、燃料電池の組み立て方向を地面に対して鉛直にしても水平にしても組み立てを容易に行うことができる。そのため、組付け作業性を良好にすることができる。
【０４０５】
上述した実施形態に係る燃料電池１の製造方法によれば、以下の作用効果を奏する。
【０４０６】
燃料電池１の製造方法は、形成工程Ｓ１０００、溶接工程Ｓ３０００、表面処理工程Ｓ６０００、モジュール組立工程Ｓ８０００、スタック組立工程Ｓ９０００、および洗浄工程Ｓ５０００を有している。形成工程Ｓ１０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を形成する。溶接工程Ｓ３０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を互いに溶接する。表面処理工程Ｓ６０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面に処理を施す。モジュール組立工程Ｓ８０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を含む部材を積層してモジュールを組み立てる。スタック組立工程Ｓ９０００は、モジュールを積層してスタックを組み立てる。ここで、洗浄工程Ｓ５０００は、溶接工程Ｓ３０００と表面処理工程Ｓ６０００との間のみに設け、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を洗浄する。
【０４０７】
このような構成によれば、形成工程Ｓ１０００、溶接工程Ｓ３０００、洗浄工程Ｓ５０００、表面処理工程Ｓ６０００、モジュール組立工程Ｓ８０００、およびスタック組立工程Ｓ９０００の工程において、洗浄工程Ｓ５０００を溶接工程Ｓ３０００と表面処理工程Ｓ６０００との間のみに設けている。このような構成によれば、洗浄工程Ｓ５０００を最小限の１回のみにしつつ、表面処理工程Ｓ６０００における表面処理の品質を確保すると共に、製造に要する時間を最少化することができる。すなわち、製造工程における金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の汚染の影響を排除して所期の発電性能を得ることができる燃料電池１を短時間で製造することができる。
【０４０８】
例えば、形成工程Ｓ１０００において付着したオイルや、溶接工程Ｓ３０００において発生したスパッタ等のコンタミを、洗浄工程Ｓ５０００によって金属セパレータから除去した上で、表面処理工程Ｓ６０００において金属セパレータに対してＤＬＣ処理等を実施することができる。すなわち、金属セパレータに対して適切にＤＬＣ処理を行うことができ、例えばスタック組立工程Ｓ９０００において、モジュール間の金属セパレータに求められる導電性が保たれる。したがって、スタック全体での発電能力を確保することができる。
【０４０９】
燃料電池１の製造方法は、検査工程Ｓ４０００をさらに有する構成とすることができる。検査工程Ｓ４０００は、互いに接合した金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の間に形成され媒体を流通させる流路部の溶接の良否を検査する。
【０４１０】
このような構成によれば、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の溶接不良に起因した流路部１１ｇまたは１２ｇの欠損があった場合、検査工程Ｓ４０００内において検収できる。したがって、モジュールを積層した後に溶接不良を検出する場合と比較して、組み立て工数の無駄を防止できる。さらに、発電テストの際および製品として使用される際に、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の溶接不良に起因したガス漏れ等による事故を十分に防ぐことができる。すなわち、製造工程における金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の溶接不良の影響を最小限に留め、所期の発電性能を得ることができる燃料電池１を製造することができる。
【０４１１】
燃料電池１の製造方法において、表面処理工程Ｓ６０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を収納している空間を減圧した状態において、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面に処理を施す構成とすることができる。
【０４１２】
このような構成によれば、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面が酸化することを防止し、またはその酸化の進行を阻止することができる。したがって、表面処理後の導電性を確保することができ、酸化膜による接触抵抗の増大を防止できる。
【０４１３】
燃料電池１の製造方法において、表面処理工程Ｓ６０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を成膜する構成とすることができる。
【０４１４】
このような構成によれば、洗浄された金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面に硬質炭素被膜に相当するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を良好に成膜することができる。
【０４１５】
燃料電池１の製造方法において、表面処理工程Ｓ６０００は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面に処理を施す前に、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面の酸化膜を除去する構成とすることができる。
【０４１６】
このような構成によれば、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面から酸化膜を除去した状態において、表面処理を施すことができる。したがって、酸化膜の影響を受けることなく、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の表面処理を良好に行うことができる。
【０４１７】
燃料電池１の製造方法は、搬送工程Ｓ２０００をさらに有する構成とすることができる。搬送工程Ｓ２０００は、形成工程Ｓ１０００によって形成された金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を表面処理工程Ｓ６０００に搬送する。ここで、表面処理工程Ｓ６０００は、搬送工程Ｓ２０００と共に、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を収納している空間を減圧する。
【０４１８】
このような構成によれば、搬送工程Ｓ２０００と表面処理工程Ｓ６０００との間に独立して減圧を維持するためのゲートを設ける必要が無く、燃料電池１の製造に要する時間をさらに最少化することができる。
【０４１９】
燃料電池１の製造方法において、溶接工程Ｓ３０００は、膜電極接合体２０の発電に寄与する領域に接するアクティブエリア部１１ｓまたは１２ｓと、反応用ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）および冷媒（水）を流通させるための部位であるマニホールド部１１ｕまたは１２ｕとが設けられた金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１およびカソード側金属セパレータ１２）同士を互いに溶接する。溶接工程Ｓ３０００は、第１溶接工程と第２溶接工程を有する構成とすることができる。第１溶接工程は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）のアクティブエリア部１１ｓまたは１２ｓを、溶接電極（固定電極３２２２および環状電極３２３４）で挟持し、加圧しながら通電することによって抵抗溶接する。第２溶接工程は、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の外周１１ｒまたは１２ｒおよびマニホールド部１１ｕまたは１２ｕを、エネルギー線を照射することによって溶接する。
【０４２０】
このような構成によれば、溶接工程Ｓ３０００において例えばスパッタ等のコンタミが発生したとしても、表面処理工程Ｓ６０００の前に、洗浄工程Ｓ５０００によって、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）を十分に洗浄することができる。すなわち、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）の接合にコンタミが発生する溶接を用いても支障を生じることがない。
【０４２１】
燃料電池１の製造方法は、他の表面処理工程Ｓ７０００をさらに有する構成とすることができる。他の表面処理工程Ｓ７０００は、アノード２２とカソード２３とを電解質膜２１に対向するように積層し外周縁を支持部（枠体２４）によって保持してなる膜電極接合体２０において、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）が積層される支持部（枠体２４）の表面を改質する。
【０４２２】
このような構成によれば、金属セパレータ（アノード側金属セパレータ１１またはカソード側金属セパレータ１２）と、支持部（枠体２４）の表面との接合を容易することができることから、燃料電池１の製造に要する全体の時間を短縮することができる。
【０４２３】
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
【符号の説明】
【０４２４】
１              燃料電池、
６              ＭＥＡモジュール、
１０            金属セパレータユニット、
１１            アノード側金属セパレータ、
１２            カソード側金属セパレータ、
２０            膜電極接合体、
２１            電解質膜、
２２            アノード、
２３            カソード、
２４            枠体、
Ｓ１０００      形成工程、
Ｓ２０００      搬送工程、
Ｓ３０００      溶接工程、
Ｓ４０００      検査工程、
Ｓ５０００      洗浄工程、
Ｓ６０００      表面処理工程、
Ｓ７０００      他の表面処理工程、
Ｓ８０００      モジュール組立工程、
Ｓ９０００      スタック組立工程。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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