特許 6020718 燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6020718

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0202 20160101AFI20161020BHJP

   H01M 8/02 20160101ALI20161020BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20161020BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/02 B

   H01M8/02 R

   !H01M8/10

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-516994(P2015-516994)

(86)(22)【出願日】2014年4月8日

(86)【国際出願番号】JP2014060221

(87)【国際公開番号】WO2014185193

(87)【国際公開日】20141120

【審査請求日】2015年10月19日

(31)【優先権主張番号】特願2013-104421(P2013-104421)

(32)【優先日】2013年5月16日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】八田国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】岡本 尚樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 明

【審査官】 佐藤 知絵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３１１０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３７５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−９７０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２９２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２８５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−４３９７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

膜電極接合体に隣接して設けられ断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部位を流体を流す流路として有する第１セパレータ及び第２セパレータを備えた燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法であって、
前記第１セパレータ側及び／又は前記第２セパレータ側から押圧力を付加した状態で前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの前記凹凸部位において対向する凸部同士を接触させて接合する接合工程と、を有し、
前記接合工程では、弾性部材を介在させて前記第１セパレータ側及び／又は前記第２セパレータ側から押圧力を付加し、前記弾性部材の弾性変形によって前記対向する凸部同士を接触させることを特徴とする燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法。

【請求項2】

前記接合工程では前記弾性部材に設けられた押圧領域に押圧力を加えながら前記弾性部材に設けられた接合領域において前記第１セパレータと前記第２セパレータとの接合作業を行う請求項１に記載の燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法。

【請求項3】

前記接合工程において、前記弾性部材を介在させた側の反対側は前記弾性部材に比べて変形しにくい剛直な材料で構成されて前記第１セパレータ側及び／又は前記第２セパレータ側から押圧力が付加される請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータアセンブリの製造方法。

【請求項4】

膜電極接合体に隣接して設けられ断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部位を流体を流す流路として有する第１セパレータ及び第２セパレータを備えた燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置であって、
相対的に接近離間し、前記第１セパレータ側及び／又は前記第２セパレータ側から押圧力を付加する一対の押圧部材と、
前記一対の押圧部材におけるいずれかの押圧部材と前記第１セパレータとの間に配置されて前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの前記凹凸部位において対向する凸部同士を弾性変形によって接触させる弾性部材と、
前記第１セパレータと前記第２セパレータとを接合する接合部と、を備えることを特徴とする燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置。

【請求項5】

前記弾性部材は、前記接合部による前記第１セパレータと前記第２セパレータとの接合を行う接合領域と、前記押圧部材による押圧力を前記第１セパレータ側及び／又は前記第２セパレータ側から付加する押圧領域と、を有する請求項４に記載の燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置。

【請求項6】

前記第２セパレータと接触する前記押圧部材は、前記弾性部材に比べて変形しにくい剛直な材料で構成される請求項４または５に記載の燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、主に膜電極接合体の両側にセパレータを配置した燃料電池セルを複数積層させて構成される。燃料電池には電気を生じさせるための燃料、酸化剤等を流通させる必要があり、隣接する膜電極接合体やセパレータとは燃料や酸化剤をシールするために膜電極接合体やセパレータの外周にシール剤が塗布されたり、溶接されたりしている。一例として、隣接する燃料電池セル間において隣り合うセパレータ同士は溶接されてセパレータアセンブリとして構成されるものがある（特許文献１参照）。また、他の例として、膜電極接合体を構成する電解質膜の両面に触媒層を配置して接合する技術がある。この場合、電解質膜と接する一方の触媒層において電解質膜と接する反対側に弾性体を配置し、電解質膜と接する他方の触媒層において電解質膜と接する反対側から超音波を付与している（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１８７７５７号公報

【特許文献2】特許第５３０４１２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

セパレータの中央部には、燃料や酸化剤を流通させるための流路として断面が複数の凹凸からなる波形形状が形成されている。燃料電池セルによって生成された電力はセパレータの波形形状同士が接触することによって伝達され、波形形状の凹凸の接触状態は燃料電池セル間の通電抵抗に影響を及ぼす。しかし、波形形状の凹凸の高さにもバラつきがあるため、全ての凹凸を接触させることは難しい。そのため、特許文献１のように隣接するセパレータ同士を積層して溶接する際にも波形形状のバラつきやセパレータの組付けバラつきによって接触させるはずの波形形状の凸部同士を接触させることが充分にできず、それにより燃料電池セル間の電気抵抗が上昇してしまう、といった問題がある。

【0005】

そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、燃料電池セル間の電気抵抗を良好に抑制することができる燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成する本発明は、膜電極接合体に隣接して断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部位を流体を流す流路として有する第１セパレータ及び第２セパレータを備えた燃料電池用のセパレータアセンブリの製造方法である。上記製造方法は、第１セパレータ側及び／又は第２セパレータ側から押圧力を付加した状態で第１セパレータ及び第２セパレータの凹凸部位において対向する凸部同士を接触させて接合する接合工程、を有する。本発明において、接合工程では弾性部材を介在させて第１セパレータ及び／又は第２セパレータ側から押圧力を付加し、弾性部材の弾性変形によって対向する凸部同士を接触させることを特徴とする。

【0007】

また、上記目的を達成する他の本発明は、膜電極接合体に隣接して設けられ断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部位を流体を流す流路として有する第１セパレータ及び第２セパレータを備えた燃料電池用のセパレータアセンブリの製造装置である。上記製造装置は、相対的に接近離間し第１セパレータ側及び第２セパレータ側から押圧力を付加する一対の押圧部材と、一対の押圧部材のいずれかの押圧部材と第１セパレータとの間に配置されて第１セパレータ及び第２セパレータの凹凸部位において対向する凸部同士を弾性変形によって接触させる弾性部材と、第１セパレータと前記第２セパレータとを接合する接合部と、を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータアセンブリの製造装置の概略平面図である。

【図2】同製造装置の要部拡大平面図である。

【図3】同製造装置に用いられる弾性部材を示す平面図である。

【図4】図２の４−４線に沿う断面図である。

【図5】同実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。

【図6】燃料電池の構成を示す分解斜視図である。

【図7】燃料電池の一部を示す分解斜視図である。

【図8】同実施形態に係るセパレータアセンブリ及び膜電極接合体を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0010】

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を構成するセパレータアセンブリの製造装置を示す概略平面図、図２は同製造装置の要部拡大平面図、図３は同製造装置に用いられる弾性部材を示す平面図、図４は図２の４−４線に沿う断面図である。図５は本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す斜視図、図６は燃料電池の構成を示す分解斜視図、図７は燃料電池の一部を示す分解斜視図、図８は同実施形態に係る燃料電池のセパレータアセンブリ及び膜電極接合体を示す断面図である。

【0011】

本実施形態では、燃料電池１００を構成する膜電極接合体１１に隣接して配置された２つのセパレータ１３，１４からなる、いわゆるセパレータアセンブリ１２の製造方法及び製造装置について説明する。セパレータアセンブリ１２の製造方法は、図４に示すように、アノード側セパレータ１３とカソード側セパレータ１４とを接合する接合工程を有する。セパレータ１３，１４は凹凸状の波形形状１３ｇ、１４ｇを有し、接合工程では弾性部材２３０を用いて波形形状１３ｇ、１４ｇを接触させて接合を行っている。詳細については後述する。

【0012】

（燃料電池）
次にセパレータアセンブリを含む燃料電池について説明する。燃料電池１００は、燃料電池セル１０ａを複数積層した積層体１０を主要な構成要素として有している。燃料電池セル１０ａは、膜電接合体１１の両側面にセパレータアセンブリ１２を配置して構成される。膜電極接合体１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂ、もう片側にカソード１１ｃが接合されている。セパレータアセンブリ１２は、２枚のセパレータ１３，１４を有する。また、積層体１０の積層方向における両端部には集電板１６，１７が設けられている。また、燃料電池１００は、筐体２０を有している。筐体２０は、一対の締結板２１、２２と補強板２３、２４、及びエンドプレート２５，２６を有している。燃料電池用セパレータアセンブリ１２の製造装置２００は、概説すれば図１〜図４に示すように、コンベヤ２１０と、セパレータ１３をセパレータ１４に向かって押圧する押圧部材２２０と、押圧部材２２０とセパレータ１３との間に配置されてセパレータ１３，１４に設けられた断面が複数の凹凸からなる波形形状１３ｇ、１４ｇ（凹凸部位に相当）において波形形状１３ｇ、１４ｇの対向する凸部同士を接触させる弾性部材２３０と、ハンドロボット２４０と、セパレータ１３とセパレータ１４とを接合する溶接ロボット２５０（接合部に相当）と、を主に有する。まず、以下に燃料電池セル１０ａに含まれる各部材について説明する。

【0013】

セパレータ１３，１４は、図７、図８に示し、積層された複数の燃料電池セル１０ａにおいて隣り合う膜電極接合体１１を隔離しつつ、膜電極接合体１１で発生した電力を通電させている。セパレータ１３，１４は、アノード側セパレータ１３（第１セパレータに相当）とカソード側セパレータ１４（第２セパレータに相当）とに分類される。アノード側セパレータ１３は、膜電極接合体１１のアノード１１ｂに当接させている。アノード側セパレータ１３は、導電性材料を有する金属からなり、アノード１１ｂよりも大きい薄板状に形成している。

【0014】

アノード側セパレータ１３の中央には、図７、図８に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水等の冷却流体とを隔てて流す流路を構成するように複数の凹凸を一定の間隔で形成した波形形状１３ｇを設けている。アノード側セパレータ１３は、凹凸形状のうち、アノード１１ｂと接触して形成された閉空間を、アノード１１ｂに対して水素を供給するアノードガス流路１３ｈとして用いている。一方、アノード側セパレータ１３は、断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１３ｇと、カソード側セパレータ１４の波形形状１４ｇとの間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却流体流路１３ｊ（１４ｊ）として用いている。

【0015】

アノード側セパレータ１３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１３ａ、冷却流体供給口１３ｂ、およびアノードガス供給口１３ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、アノード側セパレータ１３は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１３ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、およびカソードガス排出口１３ｆに相当する貫通孔を開口している。

【0016】

カソード側セパレータ１４は、膜電極接合体１１のカソード１１ｃに当接している。カソード側セパレータ１４は、導電性材料を有する金属からなり、カソード１１ｃよりも大きい薄板状に形成している。

【0017】

カソード側セパレータ１４の中央には、図７、図８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を構成するように断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１４ｇを設けている。カソード側セパレータ１４は、凹凸形状のうち、カソード１１ｃと接触して形成された閉空間を、カソード１１ｃに対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１４ｈとして用いている。一方、カソード側セパレータ１４は、凹凸形状のうち、アノード側セパレータ１３との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却流体流路１４ｊ（１３ｊ）として用いている。

【0018】

カソード側セパレータ１４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１４ａ、冷却流体供給口１４ｂ、およびアノードガス供給口１４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、カソード側セパレータ１４は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１４ｄ、冷却流体排出口１４ｅ、およびカソードガス排出口１４ｆに相当する貫通孔を開口している。セパレータ１４はセパレータ１３と接合され、供給口１４ａ〜１４ｃ及び排出口１４ｄ〜１４ｆはセパレータ１３の供給口１３ａ〜１３ｃ及び排出口１３ｄ〜１３ｆと連通する。

【0019】

膜電極接合体１１は、図８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１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂを接合し、もう一方の側にカソード１１ｃを接合して形成している。膜電極接合体１１は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称している。電解質膜１１ａは、たとえば、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、たとえば、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１１ｂ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１１ａよりも若干小さい薄板状に形成している。カソード１１ｃ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１１ｂと同様の大きさで薄板状に形成している。アノード１１ｂおよびカソード１１ｃ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１１ｂおよびカソード１１ｃのガス拡散層は、たとえば、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。

【0020】

ＭＥＡ１１は、フレーム部材１５を備えている。フレーム部材１５は、積層した電解質膜１１ａ、アノード１１ｂ、およびカソード１１ｃの外周を一体に保持している。フレーム部材１５は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、セパレータ１３，１４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。フレーム部材１５は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１５ａ、冷却流体供給口１５ｂ、およびアノードガス供給口１５ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、フレーム部材１５は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１５ｄ、冷却流体排出口１５ｅ、およびカソードガス排出口１５ｆに相当する貫通孔を開口している。

【0021】

上記の燃料電池セル１０ａ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１０ａの中でもＭＥＡ１１とセパレータ１３及びセパレータ１４との間は、外周に封止部材を塗布することによって封止している。封止部材は、たとえば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、たとえば、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、積層する燃料電池セル１０ａにおいて隣り合うセパレータ１３とセパレータ１４とは、後述するようにセパレータ１３，１４の外周等を溶接することによって封止している。しかし、ＭＥＡ１１とセパレータ１３又はセパレータ１４との間と同様に封止部材を塗布することによって封止することもできる。

【0022】

一対の集電板１６，１７は、図６、図７に示し、燃料電池セル１０ａで生成された電力を外部に取り出す。

【0023】

一対の集電板１６，１７は、燃料電池セル１０ａが複数積層された積層体１０の両端にそれぞれ配設している。一対の集電板１６，１７の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くしたＭＥＡ１１のフレーム部材１５と同様である。一対の集電板１６，１７は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１６ａ、１７ａ、冷却流体供給口１６ｂ、１７ｂ、およびアノードガス供給口１６ｃ、１７ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、長手方向の他端には、アノードガス排出口１６ｄ、１７ｄ、冷却流体排出口１６ｅ、１７ｅおよびカソードガス排出口１６ｆ、１７ｆに相当する貫通孔を開口している。一対の集電板１６、１７は、その中央に集電部１６ｈ（集電板１７についても同様）を備えている。

【0024】

一対の集電板１６，１７の集電部１６ｈ等は、たとえば、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１１ｂおよびカソード１１ｃ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１６ｈ等は、複数積層した最外層の燃料電池セル１０ａに設けたＭＥＡ１１のアノード１１ｂまたはカソード１１ｃに当接している。集電部１６ｈ等は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部１６ｇ等を突出して設けている。突起部１６ｇ等は、後述する筺体２０の一対のエンドプレート２５、２６の貫通孔２５ｇ等を挿通して、外部に臨んでいる。また、集電板１６の突起部１６ｇに当る形状は集電板１７についても同様に設けられている。

【0025】

筺体２０は、図５および図６に示し、複数積層した燃料電池セル１０ａおよび一対の集電板１６，１７を互いに密着させた状態で保持している。

【0026】

筺体２０は、上記のように一対の締結板２１、２２、一対の補強板２３，２４、および一対のエンドプレート２５，２６、及びネジ２７を含んでいる。以下、筺体２０に含まれた各部材について説明する。

【0027】

一対のエンドプレート２５，２６は、複数積層された燃料電池セル１０ａの両端に配設した一対の集電板１６，１７を挟持して付勢している。一対のエンドプレート２５，２６の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増したＭＥＡ１１のフレーム部材１５と同様である。一対のエンドプレート２５，２６は、たとえば、金属からなり、一対の集電板１６，１７と当接する部分に絶縁体を設けている。

【0028】

一対のエンドプレート２５，２６は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２５ａ、２６ａ、冷却流体供給口２５ｂ、２６ｂ、およびアノードガス供給口２５ｃ、２６ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、その長手方向の他端には、アノードガス排出口２５ｄ、２６ｄ、冷却流体排出口２５ｅ、２６ｅおよびカソードガス排出口２５ｆ、２６ｆに相当する貫通孔を開口している。

【0029】

セパレータ１３，１４、フレーム部材１５、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６のカソードガス供給口１３ａ〜１７ａ、２５ａ、２６ａ、冷却流体供給口１３ｂ〜１７ｂ、２５ｂ、２６ｂ、アノードガス供給口１３ｃ〜１７ｃ、２５ｃ、２６ｃ、アノードガス排出口１３ｄ〜１７ｄ、２５ｄ、２６ｄ、冷却流体排出口１３ｅ〜１７ｅ、２５ｅ、２６ｅ、及びカソードガス排出口１３ｆ〜１７ｆ、２５ｆ、２６ｆは、セパレータ１３，１４、ＭＥＡ１１、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６を位置合わせした際に連通するように構成されている。一対のエンドプレート２５，２６は、前述した一対の集電板１６，１７の突起部１６ｇ等を挿通させる貫通孔２５ｇ、２６ｇを有している。

【0030】

一対の締結板２１、２２は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板２１、２２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２５、２６の面と接触する。また、締結板２１，２２においてエンドプレート２５，２６と接触する面にはネジ２７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２７を締め付けることによってエンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。一対の補強板２３、２４は、たとえば、金属からなり、一対の締結板２１、２２よりも細長い板状に形成している。一対の補強板２３、２４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２７を挿通させる穴が設けられている。当該穴はネジ２７を積層方向に通すように形成されており、ネジ２７を取り付けて締結することによって、締結板２１，２２と同様にエンドプレート２５，２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。このように、一対の締結板２１、２２および一対の補強板２３、２４は、ネジ２７を締結することによって、エンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０を積層方向に加圧している。

【0031】

（セパレータアセンブリの製造装置）
次に本実施形態に係るセパレータアセンブリの製造装置について説明する。本実施形態に係るセパレータアセンブリ１２の製造装置２００は、コンベヤー２１０と、押圧部材２２０と、弾性部材２３０と、ハンドロボット２４０と、溶接ロボット２５０と、を有する。

【0032】

コンベヤー２１０は、セパレータ１３，１４を載置する載置台２２１を図１における左側から右側へと搬送して次工程へと送る。コンベヤー２１０にはセパレータアセンブリを組み立てるための停止位置２１０ａ、２１０ｂが設けられている。

【0033】

押圧部材２２０は、相対的に接近離間する載置台２２１及び押圧バー２２２と、押圧ピン２２３と、ナット２２４と、支持柱２２５と、アーム２２６と、を有する。

【0034】

載置台２２１は、セパレータアセンブリ１２を構成するセパレータ１３，１４を載置し、載置台２２１においてセパレータ１３，１４の接合が行われる。載置台２２１は、セパレータ１３，１４よりも面積の大きい矩形状に構成されているが、形状は矩形に限定されない。また、載置台２２１には押圧部材２２０を構成する押圧バー２２２、押圧ピン２２３、ナット２２４、支持柱２２５、及びアーム２２６が設置されている。載置台２２１は、押圧バー２２２がセパレータ１３をセパレータ１４に向けて押圧する際の受け部材に当たる。

【0035】

押圧バー２２２とセパレータ１３との間には後述するように弾性部材２３０が配置されてセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇのバラつきが吸収されるのに対し、載置台２２１はステンレス等の剛直な材料で構成される。このように載置台２２１が弾性部材２３０に比べて剛直な材料で構成されることによって、弾性部材２３０を押圧バー２２２とセパレータ１３との間に配置した際にも、セパレータ１３，１４の接合部分が弾性部材２３０の弾性変形によっていびつな形状となることを防止できる。よって、本実施形態に係る方法により製造されるセパレータアセンブリ１２の形状がいびつになることでＭＥＡ１１と充分に接触できなくなることによる燃料電池の発電特性の低下を防止することができる。

【0036】

支持柱２２５は、図４に示すように載置台２２１の端部に対になって設置されている。アーム２２６は、支持柱２２５に回転可能に接続される。アーム２２６は、図４の二点鎖線で示すように開いた状態にすることによって、載置台２２１にセパレータ１３，１４を搬入して設置することができる。

【0037】

押圧ピン２２３は、アーム２２６において支持柱２２５の取り付け点と反対側の端部に取り付けられる。押圧ピン２２３はナット２２４と螺合することによってアーム２２６の一辺からの突出量を調整できるように固定されている。

【0038】

押圧バー２２２は、押圧ピン２２３からの押圧力を受けて載置台２２１と接近離間し、弾性部材２３０を介してセパレータ１３に押圧力を付加する。また、押圧バー２２２は、対となる押圧ピン２２３に接続されている。そのため、セパレータ１３，１４を載置台２２１に設置する際には、押圧バー２２２を対となる押圧ピン２２３から外すか、又は対となる押圧ピン２２３の一方にのみ接続した状態でセパレータ１３，１４を載置台２２１に載置した後に押圧バー２２２を対となる押圧ピン２２３の両方に接続した状態にする。

【0039】

ハンドロボット２４０は、多関節のロボットであり、先端には部品を把持するハンド機構が設けられている。ハンドロボット２４０は、ハンド機構によって部品を把持し、関節部分の回動によってセパレータ１３，１４を載置台２２１にまで移動し、設置する。

【0040】

溶接ロボット２５０は、先端に溶接ヘッド２５１が取り付けられている。溶接ロボット２５０は、レーザーの照射によってセパレータ１３，１４を溶接するが、弾性部材２３０を押圧バー２２２とセパレータ１３との間に設置できれば溶接方法はレーザーに限定されない。

【0041】

セパレータ１３とセパレータ１４との接合は、図２に示すように、波形形状１３ｇを構成する凹凸の一部１３ｋについて凹凸の断面形状が伸びる方向に沿って部分的に溶接して行っている。また、セパレータ１３とセパレータ１４との接合は、セパレータ１３のカソードガス供給口１３ａの縁部１３ｍ、アノードガス供給口１３ｃの縁部１３ｎ、アノードガス排出口１３ｄの縁部１３ｐ、カソードガス排出口１３ｆの縁部１３ｑ、セパレータ１３の外形となる４つの辺１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕを溶接して行っている。なお、図２では溶接場所を示すために。アーム２２６及び溶接ロボット２５０を一部透かして図示し、弾性部材２３０を不図示にしている。

【0042】

弾性部材２３０は、押圧バー２２２からの押圧力を受け、セパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇにおいて対向する凸部同士が接触する凸部の数を増加させる。弾性部材２３０は、溶接ロボット２５０がセパレータ１３，１４の溶接作業を行えるように設けられたスリット２３１〜２３３（接合領域に相当）と、押圧部材２２０の押圧バー２２２が接触する部分となるバー載置部２３４〜２３７（押圧領域に相当）と、を有する。

【0043】

スリット２３１〜２３３は、溶接ロボット２５０によるレーザーが弾性部材２３０を通過してセパレータ１３に照射できるように設けられている。スリット２３１〜２３３は、図２、図３に示すように、セパレータ１３，１４の溶接箇所に対応して設けられ、本実施形態では１０列設けられているが、これに限定されない。スリット２３１〜２３３は、セパレータ１３の上に設置した際にセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇの凹凸が伸びる方向と同じ方向に伸びて形成されており、本実施形態では凹凸の延びる方向に３分割されている。

【0044】

バー載置部２３４〜２３７は、押圧部材２２０の押圧バー２２２が載置される場所に対応して設けられる。押圧バー２２２は、図２に示すように波形形状１３ｇ、１４ｇの一部を押圧しており、波形形状１３ｇ、１４ｇの凸部同士を接触させるために波形形状１３ｇ、１４ｇの全範囲を押圧する必要はない。そのため、バー載置部２３４〜２３７についても波形形状１３ｇ、１４ｇの全範囲とせず、一部をバー載置部とすることによって、溶接に必要なスリット２３１〜２３３を設けることができる。よって、弾性部材２３０を介在させて波形形状１３ｇ、１４ｇの凸部同士の接触する数が増加した状態で凸部同士を接合することができる。

【0045】

弾性部材２３０は、例えばＮＢＲのようなエラストマーから構成される。このように弾性部材２３０が復元力を発揮する材料から構成されることによって、セパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇの対向する凸部同士の高さのバラつきを吸収し、凸部同士の接触する数を増加させることができる。

【0046】

（セパレータアセンブリの製造方法）
次に本実施形態に係るセパレータアセンブリの製造方法について説明する。セパレータアセンブリ１２の製造方法は、製造装置２００を用いてセパレータ１３，１４を接合する接合工程を有する。

【0047】

コンベヤー２１０によって位置２１０ａに載置台２２１が搬送されると、不図示の制御部によってアーム２２６が回転して上方に向かって開いた状態となる（図４の二点鎖線参照）。この状態でハンドロボット２４０は、不図示の部品格納場所からセパレータ１３，１４を把持して載置台２２１にまで搬送し、設置する。本実施形態では、まずセパレータ１４が設置され、セパレータ１３がさらにその上に位置合わせして設置されるが、位置は逆転していてもよい。

【0048】

載置台２２１にセパレータ１３、１４を設置したら、弾性部材２３０をスリット２３１〜２３３がセパレータ１３，１４の溶接箇所１３ｋと一致するようにセパレータ１３に位置合わせして設置する。次に、対となるアーム２２６を図４の二点鎖線に示す状態から９０度程度回転させて実線に示す状態にする。

【0049】

次に対となる押圧ピン２２３に押圧バー２２２を取り付け、ナット２２４と螺合する量を調整し、押圧バー２２２をセパレータ１３に位置合わせしながら接触させ、押圧力を付与する。所定の押圧力が付与できたら、溶接ロボット２５０の溶接ヘッド２５１を弾性部材２３０のスリット２３１〜２３３のいずれかの頭上に配置し、溶接を行う。これによってセパレータアセンブリ１２が完成する。

【0050】

セパレータアセンブリ１２が完成したら、ＭＥＡ１１の両側面にセパレータアセンブリ１２を配置して封止部材を塗布して燃料電池セル１０ａを形成し、燃料電池セル１０ａの間にも封止部材を塗布しながら所定数積層して積層体１０を形成する。そして、積層体１０の両端に集電体１６，１７を配置し、締結板２１，２２、補強板２３，２４、及びエンドプレート２５，２６を取り付けて、ネジ２７で積層体１０の積層方向から押圧荷重を付加することによって燃料電池１００が完成する。

【0051】

次に本実施形態の作用及び効果を説明する。セパレータの中央部に形成された断面が凹凸からなる波形形状は燃料、酸化剤等を流通させる流路して機能すると共に、波形形状において対向する凸部同士は通電のために接触させることを想定している。そのため、凸部同士の接触状態は燃料電池セル間の通電抵抗に影響を及ぼす。隣接するセパレータは波形形状の中でも対向する凸部同士の部分で溶接されることがあるが、凸部の形状にもバラつきは生じるため、波形形状の凸部同士全てを接触させることは難しく、凸部のバラつきによって充分な接合が行えないと、燃料電池セル間の通電抵抗が高くなって燃料電池の発電特性に影響を与えるおそれがある。

【0052】

これに対し、本実施形態に係るセパレータアセンブリ１２の製造方法及び製造装置２００によれば、セパレータ１３，１４の接合工程において、セパレータ１３に押圧力を付加する押圧バー２２２とセパレータ１３との間に波形形状１３ｇ、１４ｇの対向する凸部同士を弾性変形によって接触させる弾性部材２３０を介在させるように構成している。そのため、波形形状１３ｇ，１４ｇのバラつきを吸収して凸部同士の接触する数を増加させることができ、凸部同士の接触する数が増加した状態で接合を行うことができる。よって、本実施形態に係る製造方法または製造装置２００によって製造されたセパレータアセンブリを用いて燃料電池セル間の通電抵抗（電気抵抗）を良好に抑制することができる。

【0053】

また、弾性部材２３０は、溶接ロボット２５０によりセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇにおいて対向する凸部同士の溶接を行うためのスリット２３１〜２３３と、押圧部材２２０の押圧バー２２２による押圧力を付加するバー載置部２３４〜２３７とを有している。そのため、弾性部材２３０を介して押圧バー２２２による押圧力を付加しながら溶接ロボット２５０による接合作業を行うことによって、波形形状１３ｇ、１４ｇの対向する凸部同士の接触する数を増加させた状態で溶接作業を行うことができる。

【0054】

また、押圧バー２２２の受け部材に当たり、弾性部材２３０を介在させた押圧バー２２２とは反対側に配置された載置台２２１は、弾性部材２３０に比べて外力による変形が困難な材料で構成している。そのため、弾性部材２３０によって波形形状１３ｇ、１４ｇのバラつきを吸収した際にセパレータの接合部分がいびつな形状となってしまうことを防止できる。よって、セパレータアセンブリ１２の形状がいびつであることによって、積層体１０を構成するセパレータアセンブリ１２とＭＥＡ１１とが充分接触できずに燃料電池の発電特性が低下することを防止できる。

【0055】

なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されず、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。

【0056】

弾性部材２３０は、押圧部材２２０を構成する押圧バー２２２とセパレータ１３との間に設置される実施形態について説明したが、これに限定されない。弾性部材２３０は、受け部材に当る載置台２２１とセパレータ１４との間に設置することもできる。また、載置台２２１は、押圧バー２２２に対して受け部材に当たる実施形態について説明したが、これに限定されず、押圧バー２２２と共に載置台２２１が押圧バー２２２に向かって移動し、セパレータ１３，１４に押圧力を付加することもできる。

【0057】

本出願は、２０１３年５月１６日に出願された日本特許出願番号２０１３−１０４４２１号に基づいており、その開示内容は参照され、全体として組み込まれている。

【符号の説明】

【0058】

１０ 積層体、
１０ａ 燃料電池セル、
１００ 燃料電池、
１１ 膜電極接合体（ＭＥＡ）、
１１ａ 電解質膜、
１１ｂ アノード、
１１ｃ カソード、
１２ セパレータアセンブリ、
１３ アノードセパレータ、
１４ カソードセパレータ、
１３ｇ、１４ｇ 波形形状（凹凸部位）、
１３ｈ アノードガス流路、
１３ｊ（１４ｊ） 冷却流体流路、
１３ｋ 波形形状における溶接箇所、
１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ アノードガス、カソードガス供給口、排出口における溶接箇所、
１３ｒ〜１３ｕ セパレータの外周における溶接箇所、
１４ｈ カソードガス流路、
１５ ＭＥＡのフレーム部材、
１６，１７ 集電板、
１６ｇ 突起部、
１６ｈ 集電部、
２０ 筐体、
２１，２２ 締結板、
２３，２４ 補強板、
２５，２６ エンドプレート、
１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、２５ａ、２６ａ カソードガス供給口、
１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、２５ｂ、２６ｂ 冷却流体供給口、
１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ、１６ｃ、２５ｃ、２６ｃ アノードガス供給口、
１３ｄ、１４ｄ、１５ｄ、１６ｄ、２５ｄ、２６ｄ アノードガス排出口、
１３ｅ、１４ｅ、１５ｅ、１６ｅ、２５ｅ、２６ｅ 冷却流体排出口、
１３ｆ、１４ｆ、１５ｆ、１６ｆ、２５ｆ、２６ｆ カソードガス排出口、
２５ｇ、２６ｇ 貫通孔、
２７ ネジ、
２１０ コンベヤー、
２１０ａ、２１０ｂ 停止位置、
２２０ 押圧部材、
２２１ 載置台、
２２２ 押圧バー、
２２３ 押圧ピン、
２２４ ナット、
２２５ 支持柱、
２２６ アーム、
２３０ 弾性部材、
２３１〜２３３ スリット（接合領域）、
２３４〜２３７ バー載置部（押圧領域）、
２４０ ハンドロボット、
２５０ 溶接ロボット（接合部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】