(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池であって、
積層された複数の燃料電池セルを備えるセル積層体と、
該セル積層体における前記複数の燃料電池セルが積層された積層方向の両端において、前記セル積層体に当接する一対のエンドプレートと、
該一対のエンドプレート間において前記積層方向に沿って配設され、前記セル積層体の前記積層方向長さより短寸のシャフト状のサイドメンバと、
前記積層方向に沿って前記サイドメンバの端面から突出して前記エンドプレートを貫通するボルト軸を備え、該ボルト軸が螺合する雌ネジ穴に前記ボルト軸を螺合させて前記エンドプレートと前記サイドメンバとを締結する締結ボルト部と、
前記短寸の前記サイドメンバと前記エンドプレートとの間の間隙を、前記ボルト軸を取り囲むようにして埋めて硬化した充填基材とを備える
燃料電池。
【請求項２】
前記締結ボルト部は、前記サイドメンバがシャフト両端に有する前記雌ネジ穴に螺合する前記ボルト軸を有する締結ボルトである請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
前記充填基材は、
前記間隙において、前記サイドメンバの端面と前記エンドプレートとの間に介在するスペーサと、
該スペーサと前記サイドメンバの端面との隙間および／または前記スペーサと前記エンドプレートとの隙間を埋めて硬化する接着剤とを含む
燃料電池。
【請求項４】
反応ガスを用いた電気化学的な発電の単位である燃料電池セルを複数積層したセル積層体を備えた燃料電池の製造方法であって、
前記セル積層体の前記燃料電池セルの積層方向の両端にエンドプレートを当接させ、
前記セル積層体の両端のエンドプレート間に、前記セル積層体の前記積層方向長さより短寸のシャフト状サイドメンバを配設し、
前記積層方向に沿って前記サイドメンバの端面から突出して前記エンドプレートを貫通するボルト軸を該ボルト軸が螺合する雌ネジ穴に螺合させる締結ボルト部にて前記ボルト軸の締め付けを行い、前記短寸の前記サイドメンバと前記エンドプレートとの間に間隙を残して前記セル積層体を前記エンドプレートの間で締結し、
前記間隙を、前記ボルト軸を取り囲むようにして充填基材にて埋め、該充填基材を硬化させる
燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記締結ボルト部による前記ボルト軸の締め付けを、前記サイドメンバがシャフト両端に有する前記雌ネジ穴に前記ボルト軸を有する締結ボルトを締め付けることで行う請求項４に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記間隙を前記充填基材にて埋める際には、
前記間隙における前記サイドメンバの端面と前記エンドプレートとの間にスペーサを介在させ、
該スペーサと前記サイドメンバの端面との隙間および／または前記スペーサと前記エンドプレートとの隙間に接着剤を充填して硬化させる
燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記スペーサは、前記締結ボルトによる前記セル積層体の締結後において、前記ボルト軸を取り囲むように前記隙間において前記ボルト軸に装着可能とされている請求項６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記スペーサは、前記ボルト軸の軸径より大きな径の貫通孔を有する筒状体を前記貫通孔の軸方向に分割されている請求項７に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項９】
前記スペーサは、前記ボルト軸が入り込むスリットを有する請求項７に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
前記接着剤は、母材に分散材を分散させた複合材とされている請求項６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、積層された複数の燃料電池セルを備えるセル積層体を備え、反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池に関し、特に、燃料電池のセル積層体の締結に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のセル積層体を締結するための締結構造としては、セル積層体の積層方向の両端において、前記セル積層体に当接する一対のエンドプレートと、セル積層体の積層方向に沿って一対のエンドプレート間に配設されたシャフト状のサイドメンバとを備え、締結ボルトによってエンドプレートとサイドメンバとを締結する構成が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８５８４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３０２９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１４は従来採用されていた締結構造を説明するための説明図である。この図１４の上段に示すように、積層方向に沿って締結ボルト６４ｒによってエンドプレート６１ｒとサイドメンバ６２ｒとを締結する場合、エンドプレート間のセル積層体は両エンドプレートによる押圧力を受け、その反力をエンドプレート６１ｒに及ぼす。この反力は、図中に示すようにエンドプレート６１ｒをセル積層体の積層方向外側に撓ませるように当該プレートに作用する。このため、図１４の下段に示すように、エンドプレート６１ｒは、エンドプレート端面側においてサイドメンバ６２ｒと接する箇所を支点Ｐｓとしてテコの作用を締結ボルト６４ｒに及ぼし、締結ボルト６４ｒはいわゆる釘抜きの作用を受けることになる。この釘抜き作用により、エンドプレート６１ｒとサイドメンバ６２ｒとが当接する付近における締結ボルト６４ｒの一部分Ｐｂに応力が集中してしまう。そのため、このような締結構造では、セル積層体の締結を行う場合の強度を十分に確保するために、締結ボルトのサイズを十分に大きくする必要があり、その結果、燃料電池が大型化してしまうという問題が指摘されるに至った。
【０００５】
本発明は、上記した課題を踏まえ、セル積層体を締結する際のボルトによる締結強度の向上を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００７】
[適用１：燃料電池]
反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池であって、
積層された複数の燃料電池セルを備えるセル積層体と、
該セル積層体における前記複数の燃料電池セルが積層された積層方向の両端において、前記セル積層体に当接する一対のエンドプレートと、
該一対のエンドプレート間において前記積層方向に沿って配設され、前記セル積層体の前記積層方向長さより短寸のシャフト状のサイドメンバと、
前記積層方向に沿って前記サイドメンバの端面から突出して前記エンドプレートを貫通するボルト軸を備え、該ボルト軸が螺合する雌ネジ穴に前記ボルト軸を螺合させて前記エンドプレートと前記サイドメンバとを締結する締結ボルト部と、
前記短寸の前記サイドメンバと前記エンドプレートとの間の間隙を、前記ボルト軸を取り囲むようにして埋めて硬化した充填基材とを備える
ことを要旨とする。
【０００８】
[適用２：燃料電池の製造方法]
反応ガスを用いた電気化学的な発電の単位である燃料電池セルを複数積層したセル積層体を備えた燃料電池の製造方法であって、
前記セル積層体の前記燃料電池セルの積層方向の両端にエンドプレートを当接させ、
前記セル積層体の両端のエンドプレート間に、前記セル積層体の前記積層方向長さより短寸のシャフト状サイドメンバを配設し、
前記積層方向に沿って前記サイドメンバの端面から突出して前記エンドプレートを貫通するボルト軸を該ボルト軸が螺合する雌ネジ穴に螺合させる締結ボルト部にて前記ボルト軸の締め付けを行い、前記短寸の前記サイドメンバと前記エンドプレートとの間に間隙を残して前記セル積層体を前記エンドプレートの間で締結し、
前記間隙を、前記ボルト軸を取り囲むようにして充填基材にて埋め、該充填基材を硬化させる
ことを要旨とする。
【０００９】
燃料電池の有するセル積層体の締結に際しては、セル積層体の両端に位置して当該積層体端面に当接する両エンドプレートとこの両エンドプレートの間のサイドメンバとを締結ボルト部にて締結し、これによりエンドプレート間のセル積層体についての締結を図る。この締結は、締結ボルトのボルト軸をエンドプレートを貫通してサイドメンバの雌ネジ穴に至らしめ、そのボルト軸をサイドメンバの雌ネジ穴に螺合させることでなされる。或いは、サイドメンバ端面から突出してエンドプレートを貫通したボルト軸に雌ネジ穴を有するナットをエンドプレートの外側で螺合させることでなされる。
【００１０】
ところで、サイドメンバは、セル積層体の前記積層方向長さより短寸のシャフトであることから、セル積層体は、サイドメンバとエンドプレートとの間に間隙を残した状態で締結ボルトにて締結される。そして、この間隙はボルト軸を取り囲むようにして埋めて硬化した充填基材で埋められるが、上記した締結が行われた状態においては、サイドメンバとエンドプレートとの間に間隙を残しておくことができる。つまり、エンドプレートをサイドメンバの端面に当接させないで、セル積層体を締結できる。
【００１１】
そうすると、図１４で説明したように、締結済みのセル積層体が押圧に対する反力をエンドプレートに及ぼしたとしても、この反力を受けるエンドプレートは、その反力に応じてセル積層体の積層方向外側に撓むものの、エンドプレート端面側でのサイドメンバとの当接を起こさないことから、締結ボルトに釘抜きの作用を及ぼさない。よって、サイドメンバ端面の雌ネジ穴への締結ボルトのボルト軸螺合を通してセル積層体を締結する際には、釘抜き作用による応力集中を締結ボルトに起きないようにできるので、セル積層体の締結を行う場合の強度を、締結ボルトのサイズを不用意に大きくすることなく確保もしくは向上できる。このため、燃料電池の大型化を高い実効性で回避できる。そして、上記したボルト軸螺合を通してセル積層体を締結した状態において、サイドメンバとエンドプレートとの間の間隙を、ボルト軸を取り囲むようにして充填基材にて埋め、該充填基材を硬化させる。よって、充填基材硬化後のセル積層体の締結は、上記の隙間の充填基材とサイドメンバとが一体となった状態のものとなる。このような充填基材とサイドメンバとの一体化は、燃料電池を拘束する剛性の向上に寄与するので、燃料電池に対してセル積層体の積層方向と交差する方向から加わる外力に対する耐衝撃性も高まる。
【００１２】
上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、ボルト軸螺合を通したセル積層体の締結状態でのサイドメンバとエンドプレートとの間隙を充填基材にて埋めるに当たり、まず、この間隙におけるサイドメンバ端面とエンドプレートとの間にスペーサを介在させ、次いで、スペーサとサイドメンバ端面との隙間および／またはスペーサとエンドプレートとの隙間に接着剤を充填して硬化させることもできる。こうすれば、間隙に介在するスペーサは、接着剤によりサイドメンバと一体化し、エンドプレートとも一体化することから、間隙を埋める充填基材としての強度を確保できる。
【００１３】
また、スペーサを、締結ボルトによるセル積層体の締結後において、ボルト軸を取り囲むように隙間においてボルト軸に装着可能な態様、例えば、ボルト軸の軸径より大きな径の貫通孔を有する筒状体を貫通孔の軸方向に分割したスペーサ、或いは、ボルト軸が入り込むスリットを有するスペーサとできる。こうすれば、締結ボルトによるセル積層体の締結後におけるスペーサ装着が簡便となり、作業の簡便化を進めることができる。
【００１４】
また、接着剤を、母材に分散材を分散させた複合材とすれば、硬化後の接着剤とスペーサからなる充填基材しての強度を高めることができるので、上記した耐衝撃性の向上に寄与できる。この場合、充填基材そのものを、間隙充填後に硬化する複合材、例えば繊維強化複合材（プラスチック）とすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を示す斜視図、図２はこの燃料電池１０の全体構成の要部を分解して示す分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ断面で燃料電池１０を切断した断面を締結箇所と共に示す断面図、図４はセル積層体５０の詳細構成を示す説明図である。これらに図示するように、燃料電池１０は、積層された複数の燃料電池セルを備えるセル積層体５０と、セル積層体５０を締結する締結機構６０とを備え、タンクや改質器などの図示しないガス供給部から供給される反応ガスの電気化学反応によって発電する。
【００１６】
本実施例では、燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池を含み、燃料電池１０に用いられる反応ガスは、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを含む。燃料電池１０に用いられる燃料ガスは、水素タンクや水素吸蔵合金に貯蔵した水素ガスであっても良いし、炭化水素系燃料を改質して得られる水素ガスであっても良い。燃料電池１０に用いられる酸化ガスは、例えば、外気から取り込んだ空気を用いることができる。本実施例では、燃料電池１０は、燃料ガスを循環して再利用する循環方式の燃料電池であり、燃料電池１０に供給された燃料ガスは、電気化学反応の進行に伴って水素濃度が低下し、アノードオフガスとして燃料電池１０の外部に排出され、アノードオフガスは、燃料ガスとして再利用される。燃料電池１０に供給された酸化ガスは、電気化学反応の進行に伴って酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池１０の外部に排出される。
【００１７】
図４に示すように、セル積層体５０は、略同一形状に成形された複数の板状部材を積層して構成され、セル積層体５０は、これらの部材の形状を断面とする柱状の立体となる。本実施例では、図２および図４に示すように、セル積層体５０は、直方体の上面から底面にわたって矩形断面の四隅を切り欠いた形状を有する。燃料電池１０のセル積層体５０は、反応ガスの電気化学反応が行われる膜電極接合体（ＭＥＡ）３２０を有する発電プレート３００と、発電プレート３００に反応ガスを供給するセパレータ２００とを備え、これら発電プレート３００およびセパレータ２００は交互に複数積層されている。これによって、セル積層体５０には、発電プレート３００を二つのセパレータ２００で挟み込んだ燃料電池セルが複数形成される。セル積層体５０は、セパレータ２００および発電プレート３００を交互に積層したスタック構造を両側から挟持して燃料電池セルの各々で発電された電気を集電する一対のターミナル１２０、４２０と、ターミナル１２０、４２０で挟持されたスタック構造を更に両側から挟持して電気的に絶縁する一対のインシュレータ１１０、４１０とを備える。
【００１８】
本実施例では、燃料電池１０は、図１〜図３に示すように、セル積層体５０を保護する拘束シート５１０を備え、セル積層体５０の積層方向Ｄｓに沿った側面は、拘束シート５１０によって包まれている。本実施例では、拘束シート５１０は、ゴム製やウレタン製のシート状の部材を含む。
【００１９】
燃料電池１０の締結機構６０は、図１〜図３に示すように、セル積層体５０を積層方向Ｄｓの両端から挟持する一対のエンドプレート６１、６３と、この両エンドプレート間においてセル積層体５０の積層方向Ｄｓに沿って配設されるサイドメンバ６２と、エンドプレート６１、６３の各々とサイドメンバ６２とを連結してセル積層体５０の締結に関与する締結ボルト６４と、エンドプレート６１、６３の各々とサイドメンバ６２との各間に配設・形成される充填ジョイント部６６とを備える。この場合、サイドメンバ６２は、セル積層体５０の４隅に用意され、セル積層体５０の積層方向の長さより短寸のシャフト（角柱シャフト）とされている。
【００２０】
締結機構６０の充填ジョイント部６６は、完成品としての燃料電池１０を示す図１および図３に示すように、本実施例では、スペーサ６６０と、当該スペーサとサイドメンバ端面およびサイドメンバとの隙間にて硬化した接着材層６７０とを含む。この充填ジョイント部６６の構成および形成の様子は、以下の通りである。
【００２１】
図５は対向するエンドプレート６１とサイドメンバ６２とを締結ボルト６４および充填ジョイント部６６にて連結した様子を断面視にて拡大して示す拡大断面図である。図６はエンドプレート６１とサイドメンバ６２との連結の様子を断面視にて分解して示す説明図、図７はエンドプレート６１とサイドメンバ６２との連結の様子を斜視にて示す説明図である。締結機構６０を構成する締結ボルト６４は、丸棒状のボルト軸６４４を有する金属製のボルトであり、ボルト軸６４４の一端側を雄ネジ部６４６とし、他端側を六角形のボルトヘッド６４２とする。このボルトヘッド６４２は、エンドプレート６１の貫通孔６１４の径より大きくされ、ボルト軸６４４はエンドプレート６１の貫通孔６１４およびサイドメンバ６２の通過穴６２４より小径とされている。
【００２２】
締結機構６０のエンドプレート６１、６３は、図１〜図３に示すように、セル積層体５０の断面形状に合わせた金属製の板状部材である。エンドプレート６１、６３は、サイドメンバ６２に対応する位置に設けられ積層方向Ｄｓに略沿って締結ボルト６４を貫通させる貫通孔６１４を有し、エンドプレート６１は、貫通孔６１４に加え、反応ガスや冷却水を供給および排出するためにセル積層体５０に設けられた流路に連通する貫通孔６１８を有する。図５〜図７に示すように、エンドプレート６１、６３の貫通孔６１４は、締結ボルト６４のボルト軸６４４の直径より大径とされている。
【００２３】
締結機構６０のサイドメンバ６２は、エンドプレート６１側およびエンドプレート６３側の各端側に、締結ボルト６４の雄ネジ部６４６と螺合する雌ネジ穴６２６と、ボルト軸６４４の案内孔となる通過穴６２４とを備える。本実施例では、燃料電池１０は、角柱状に成形された四つのサイドメンバ６２を備え、これら四つのサイドメンバ６２は、拘束シート５１０上からセル積層体５０の四隅のコーナ段差部にそれぞれ嵌るように当接した状態で配設される。
【００２４】
充填ジョイント部６６のスペーサ６６０は、ボルト軸６４４の軸径より大きな径の貫通孔６６１を有する筒状体を貫通孔６６１の軸方向に分割したいわゆるツーピース部材である。本実施例では、二つのスペーサ６６０を貫通孔６６１の側で向かい合わせた場合、その外郭形状（四角形状）はサイドメンバ６２とほぼ同じようにされている。この場合、一方のスペーサ６６０は、サイドメンバ６２を上記したようにセル積層体５０の四隅に配設する際、セル積層体５０のコーナ段差部に装着される。よって、他方のスペーサ６６０をセル積層体５０のコーナ段差部に装着済みのスペーサ６６０に向かい合うよう配設することで、スペーサ６６０は、ボルト軸６４４を取り囲むことになる。そして、こうしたスペーサ装着は、スペーサ６６０が上記したツーピース部材であるために、締結ボルト６４によるセル積層体５０の締結後において実行できる。
【００２５】
次に、燃料電池１０の製造工程、詳しくはセル積層体５０の締結の様子について説明する。図８はセル積層体５０の締結の手順を説明するための説明図である。燃料電池１０の製造に際しては、まず、図４に示したセル積層体５０を製作し、そのセル積層体５０を図２に示すように対向するエンドプレート６１、６３で挟み込む。これにより、セル積層体５０は、その両端においてエンドプレート６１、６３に当接する。次に、セル積層体５０の両端のエンドプレート６１、６３の間に、既述したようにセル積層体５０の積層方向長さより短寸とされたサイドメンバ６２をセル積層体５０の各コーナ段差部に配設する。このサイドメンバ配設と同時に或いはそれに前後して、一方のスペーサ６６０を、セル積層体５０の各コーナ段差部に配設する。この場合、サイドメンバ６２をセル積層体５０の積層方向長さより短寸とするに際しては、図８（Ａ）に示すように、サイドメンバ６２の端面とエンドプレート６１、６３との間に、サイドメンバ６２の厚み以上の間隙Ｋが形成されるよう、サイドメンバ長さが規定されている。
【００２６】
サイドメンバ６２の配設が完了すると、締結ボルト６４を、エンドプレート６１の外側から貫通孔６１４に挿入し、ボルト先端の雄ネジ部６４６をサイドメンバ６２における雌ネジ穴６２６に螺合させる。そして、セル積層体５０を締結する際に規定されている所定の締め付けトルクで締結ボルト６４を締め付ける。このボルト締め付けにより、セル積層体５０は、エンドプレート６１、６３の間で締結される。このセル積層体５０の締結が完了した状態は、図８（Ａ）に示されており、この状態では、サイドメンバ６２が既述したように短寸であることから、サイドメンバ６２とその両端側のエンドプレート６１、６３との間には間隙Ｋが形成される。この場合、一方のスペーサ６６０は、間隙Ｋにおいてセル積層体５０に装着済みであるが、この間隙Ｋを埋めるものではない。
【００２７】
セル積層体５０の締結完了後は、図８（Ｂ）に示すように、他方のスペーサ６６０を、セル積層体５０に装着済みのスペーサ６６０と向かい合わせて装着する。これにより、向かい合うスペーサ６６０は、締結ボルト６４によるセル積層体５０の締結後において、ボルト軸６４４を取り囲むように間隙Ｋにおいてボルト軸６４４に装着された状態となる。
【００２８】
次に、図８（Ｃ）に示すように、エポキシ系接着剤の容器ＳＣから、エポキシ系接着剤をスペーサ６６０の両側の隙間に注入・充填し、充填済みの接着剤を硬化させる。これにより、間隙Ｋは、締結ボルト６４のボルト軸６４４がスペーサ６６０と硬化済みのエポキシ系接着剤とで取り囲まれるようにして埋められることになる。この硬化済みエポキシ系接着剤は、接着材層６７０となる。そして、サイドメンバ６２は、間隙Ｋにて硬化したエポキシ系接着剤とスペーサ６６０と一体となった上で、セル積層体５０の両端のエンドプレート６１、６３を支えることになる。この場合、エポキシ系接着剤を間隙Ｋに注入・充填するに当たり、スペーサ６６０がサイドメンバ端面、或いはエンドプレートに当接した状態であれば、スペーサ６６０の一方の側にエポキシ系接着剤を間隙Ｋに注入・充填するようにすることもできる。
【００２９】
以上説明したように、本実施例の燃料電池１０では、セル積層体５０の締結に際して、セル積層体５０の両端に位置して当該積層体端面に当接するエンドプレート６１、６３とこの両エンドプレートの間のサイドメンバ６２とを締結ボルト６４にて締結し、これによりエンドプレート間のセル積層体５０についての締結を図る。この締結は、締結ボルト６４のボルト軸先端の雄ネジ部６４６をエンドプレート６１、６３を貫通してサイドメンバ５２の雌ネジ穴６２６に至らしめ、雄ネジ部６４６をサイドメンバ６２の雌ネジ穴６２６に螺合し、締結ボルト６４を所定のトルクで締め付けることでなされる。既述したようにサイドメンバ６２は短寸とされていることから、この締結ボルト６４の締め付けは、図８（Ａ）に示すように、サイドメンバ６２の端面とエンドプレート６１、６３との間に間隙Ｋを残した状態でなされる。この場合、間隙Ｋには一方のスペーサ６６０が存在するが、エンドプレート端面側、図における上端側では、サイドメンバ６２の端面とエンドプレート６１、６３との間に間隙Ｋが残されていることに変わりはない。このため、エンドプレート６１、６３をサイドメンバ６２の端面に当接させないで、セル積層体５０を締結できる。
【００３０】
本実施例では、このようにしてセル積層体５０の締結が完了した後に、図８（Ｂ）に示すように、他方のスペーサ６６０をセル積層体５０に装着済みのスペーサ６６０と向かい合わせて装着し、その上で、図８（Ｃ）に示すように、この間隙Ｋをエポキシ系接着剤で埋めて当該接着剤を硬化させ、向かい合ったスペーサ６６０の両側に接着材層６７０を形成する。そして、接着材層６７０の形成後にあっては、サイドメンバ６２とスペーサ６６０および接着材層６７０は一体化して、セル積層体５０の両端のエンドプレート６１、６３を支える。
【００３１】
従って、図８（Ａ）に示すセル積層体５０の締結に際しては、この締結に伴いエンドプレート６１、６３は、セル積層体５０から押圧に対する反力を受けてセル積層体５０の積層方向外側に撓むものの、エンドプレート端面側でのサイドメンバ６２とは当接することはない。このため、エンドプレート６１、６３は、セル積層体５０の締結に際してテコの作用による釘抜き作用を締結ボルト６４に及ぼさないので、釘抜き作用による応力集中を締結ボルト６４に起きないようにできる。この結果、本実施例の燃料電池１０では、セル積層体５０の締結を行う場合の強度（締結強度）を、締結ボルト６４のサイズを不用意に大きくすることなく確保できる。換言すれば、同じサイズの締結ボルト６４を用いてセル積層体５０の締結を行った場合には、セル積層体５０の締結強度を向上できる。このため、本実施例によれば、燃料電池１０の小型化を推進できる。
【００３２】
しかも、本実施例の燃料電池１０では、締結ボルト６４によるセル積層体５０の締結後に、サイドメンバ６２とエンドプレート６１、６３との間の間隙Ｋにスペーサ６６０が介在した状態でエポキシ系接着剤を硬化させて接着材層６７０を形成して、間隙Ｋを、スペーサ６６０と接着材層６７０で取り囲むようにして埋め尽くし、サイドメンバ６２とスペーサ６６０および接着材層６７０とを一体化してセル積層体５０の両端のエンドプレート６１、６３を支えるようにした。このため、接着材層６７０を介したスペーサ６６０とサイドメンバ６２との一体化、および、エンドプレート６１、６３との一体化により、間隙Ｋを埋めるスペーサ６６０と接着材層６７０の強度を確保した上で、燃料電池１０をセル積層体５０の積層方向に沿って拘束する剛性を高めることができる。よって、燃料電池１０に対してセル積層体５０の積層方向と交差する方向から加わる外力に対する耐衝撃性も高まる。この場合、本実施例では、向かい合うスペーサ６６０の外郭形状をサイドメンバ６２と同様の四角形状としたので、サイドメンバ６２とスペーサ６６０とはその対向面積、即ち接着材層６７０による接着面積が増すので、上記した一体化の上で好ましい。
【００３３】
また、本実施例では、セル積層体５０の締結に先立って一方のスペーサ６６０をセル積層体５０に装着し、締結後において他方のスペーサ６６０を装着済みのスペーサ６６０に向かい合わせて容易に装着できる。よって、燃料電池製造の際の作業の簡便化を図ることができる。
【００３４】
次に、他の実施例について説明する。図９は図２相当図であり他の実施例の燃料電池１０の全体構成の要部を分解して示す分解斜視図、図１０は図７相当図でありスペーサ６６３を用いた場合のエンドプレート６１とサイドメンバ６２との連結の様子を斜視にて示す説明図である。図示するように、この実施例では、用いるスペーサ６６３は、締結ボルト６４のボルト軸６４４の径より大きい幅のスリット６６４を有する。そして、このスペーサ６６３を用いる場合にあっては、スペーサ６６３の未装着の状態でセル積層体５０の締結を行い、締結後に、スペーサ６６３をボルト軸６４４がスペーサ６６３に入り込むように装着し、既述したようにエポキシ系接着剤にて接着材層６７０を形成する。この実施例によっても、上記した効果を奏することができる。
【００３５】
図１１はまた別の実施例におけるサイドメンバ６２とエンドプレート６１との連結の様子をセル積層体締結が完了した状態で断面視にて拡大して示す拡大断面図、図１２はこの実施例におけるセル積層体締結の際のサイドメンバ６２とエンドプレート６１との連結の様子を斜視にて示す説明図である。
【００３６】
図１１に示すように、この実施例では、サイドメンバ６２は、先端に円柱形状の案内筒部６２７を備え、当該筒部外周にはスリーブ６６５が遊嵌されている。スリーブ６６５は、案内筒部６２７の外周において軸方向に移動であり、軸方向に沿ってスリット６６６を有する。このスリット６６６は、エポキシ系接着剤の注入のためのものであり、スリット経路は、内部への接着剤の注入の便のため、一部箇所が円形とされている。そして、完成状態の燃料電池１０においては、この図１１に示すように、スリーブ６６５は、案内筒部６２７に遊嵌したままエンドプレート６１に当接するよう位置し、スリーブ内部には接着材層６７１が形成されている。
【００３７】
この実施例では、図１２に示すように、スリーブ６６５を案内筒部６２７の基部側に位置させ、この状態で、締結ボルト６４によりエンドプレート６１とサイドメンバ６２を連結してセル積層体５０を締結する。この際にあっても、サイドメンバ６２の端面、即ち案内筒部６２７の先端面とエンドプレート６１との間には間隙Ｋが形成され、この間隙Ｋを残したまま既述したようにセル積層体５０の締結が行われる。そして、この締結後には、図１２に示す矢印Ｘの方向にスリーブ６６５を滑らせてボルト軸６４４の軸周りに空隙を形成し、当該空隙に、スリット６６６からエポキシ系接着剤を注入・充填して、スリット内に接着材層６７１を形成する。
【００３８】
この実施例にあっても、セル積層体５０の締結に際してはエンドプレート６１とサイドメンバ６２は、間隙Ｋを残したまま締結ボルト６４により締め付けられるので、両者の当接を起こさない。また、締結完了後には、スリーブ６６５で囲まれた空隙に接着材層６７１を形成してサイドメンバ６２とスリーブ６６５を一体化する。よって、この実施例によっても、既述した効果を奏することができる。
【００３９】
そして、スリーブ６６５の内部に注入・充填するエポキシ系接着剤を、炭素繊維等を分散材（フィラー）とした複合材とすることができる。こうすれば、硬化後の接着材層６７１自体の強度向上、並びにスリーブ６６５とサイドメンバ６２との一体化物としての強度を高めることができるので、燃料電池１０に対してセル積層体５０の積層方向と交差する方向から加わる外力に対しての耐衝撃性をより高めることができる。
【００４０】
この実施例は次のように変形できる。図１３はスリーブ６６５を用いた変形例でのサイドメンバ６２とエンドプレート６１との連結の様子をセル積層体締結が完了した状態で断面視にて拡大して示す拡大断面図である。この変形例では、エンドプレート６１は、サイドメンバ６２の側に座グリ穴６１５を備える。そして、スリーブ６６５は、サイドメンバ６２の案内筒部６２７に遊嵌したままエンドプレート６１の座グリ穴６１５に入り込み、その内部の接着材層６７１を取り囲む。この変形例でのセル積層体５０の締結は、図１２で説明したようにスリーブ６６５を案内筒部６２７の基部側に位置した状態で行われ、その締結後に、スリーブ６６５を座グリ穴６１５に嵌め込んで接着材層６７１が形成される。この変形例では、スリーブ６６５とその内部で硬化した接着材層６７１とにより、エンドプレート６１とサイドメンバ６２の一体化がより確実となるので、燃料電池１０に対してセル積層体５０の積層方向と交差する方向から加わる外力に対しての耐衝撃性をより高めることができる。なお、この変形例にあっても、エポキシ系接着剤を炭素繊維等を分散材（フィラー）とした複合材とすれば、より好ましい。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、上記の実施例では、スペーサ６６０をツーピース部材としたりスリ割りを有する部材としたが、貫通孔を有するだけのスペーサであってその厚みが間隙Ｋの間隔より薄いスペーサを、締結ボルト６４のボルト軸６４４に遊嵌させておいて、セル積層体５０を締結するようにすることもできる。
【００４２】
また、サイドメンバ６２とエンドプレート６１との間のセル積層体５０の締結に際し、締結ボルト６４の雄ネジ部６４６をサイドメンバ端面の雌ネジ穴６２６に螺合させたが、次のようにできる。つまり、サイドメンバ６２の雌ネジ穴６２６にいわゆる寸切りのボルト軸を螺合させた上で、当該ボルト軸をサイドメンバ端面から突出させてエンドプレート６１を貫通させる。そして、エンドプレート６１の外側において、ボルト軸先端側にナットを螺合させるようにすることもできる。或いは、サイドメンバ６２の端面にボルト軸そのものを切削形成し、このボルト軸の先端側にナットを螺合させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を示す斜視図である。
【図２】この燃料電池１０の全体構成の要部を分解して示す分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面で燃料電池１０を切断した断面を締結箇所と共に示す断面図である。
【図４】セル積層体５０の詳細構成を示す説明図である。
【図５】対向するエンドプレート６１とサイドメンバ６２とを締結ボルト６４および充填ジョイント部６６にて連結した様子を断面視にて拡大して示す拡大断面図である。
【図６】エンドプレート６１とサイドメンバ６２との連結の様子を断面視にて分解して示す説明図である。
【図７】エンドプレート６１とサイドメンバ６２との連結の様子を斜視にて示す説明図である。
【図８】セル積層体５０の締結の手順を説明するための説明図である。
【図９】図２相当図であり他の実施例の燃料電池１０の全体構成の要部を分解して示す分解斜視図である。
【図１０】図７相当図でありスペーサ６６３を用いた場合のエンドプレート６１とサイドメンバ６２との連結の様子を斜視にて示す説明図である。
【図１１】また別の実施例におけるサイドメンバ６２とエンドプレート６１との連結の様子をセル積層体締結が完了した状態で断面視にて拡大して示す拡大断面図である。
【図１２】この実施例におけるセル積層体締結の際のサイドメンバ６２とエンドプレート６１との連結の様子を斜視にて示す説明図である。
【図１３】スリーブ６６５を用いた変形例でのサイドメンバ６２とエンドプレート６１との連結の様子をセル積層体締結が完了した状態で断面視にて拡大して示す拡大断面図である。
【図１４】従来採用されていた締結構造を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…燃料電池
５０…セル積層体
５２…サイドメンバ
６０…締結機構
６１、６３…エンドプレート
６２…サイドメンバ
６４…締結ボルト
６６…充填ジョイント部
１１０…インシュレータ
１２０…ターミナル
２００…セパレータ
３００…発電プレート
５１０…拘束シート
６１４…貫通孔
６１５…座グリ穴
６１８…貫通孔
６２４…通過穴
６２６…雌ネジ穴
６２７…案内筒部
６４２…ボルトヘッド
６４４…ボルト軸
６４６…雄ネジ部
６６０…スペーサ
６６１…貫通孔
６６３…スペーサ
６６４…スリット
６６５…スリーブ
６６６…スリット
６７０…接着材層
６７１…接着材層
Ｋ…間隙
ＳＣ…容器
【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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