7653403 接合方法

(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】

(24)【登録日】2025-03-19

(45)【発行日】2025-03-28

(54)【発明の名称】接合方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0206 20160101AFI20250321BHJP

   H01M 8/0254 20160101ALI20250321BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20250321BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20250321BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20250321BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0206

H01M8/0254

H01M8/2483

B23K26/21 G

H01M8/10 101

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022199379

(22)【出願日】2022-12-14

(65)【公開番号】P2024085054

(43)【公開日】2024-06-26

【審査請求日】2023-07-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【復代理人】

【識別番号】100120363

【弁理士】

【氏名又は名称】久保田 智樹

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】大森 優

【審査官】高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９７９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３８７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９５１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８７７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６６８６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

膜電極構造体と前記膜電極構造体を挟持する一対のセパレータとを有する単位セルが積層された燃料電池スタック内で隣接する２つ前記セパレータを接合する接合方法であって、
隣接する２つの前記セパレータは、第１の膜電極構造体のカソード電極を覆う第１セパレータと、第２の膜電極構造体のアノード電極を覆う第２セパレータであり、
前記第１セパレータは、前記第１セパレータの平面視において波状であり且つ前記第１の膜電極構造体の前記カソード電極に接触する第１内方凸部と、前記第１セパレータの平面視において波状であり且つ前記第２セパレータに向かって突出する第１外方凸部とを有し、
前記第２セパレータは、前記第２セパレータの平面視において波状であり且つ前記第２の膜電極構造体の前記アノード電極に接触する第２内方凸部と、前記第２セパレータの平面視において波状であり且つ前記第１セパレータに向かって突出する第２外方凸部とを有し、
前記第１セパレータの前記第１外方凸部の波形と、前記第２セパレータの前記第２外方凸部の波形とは、位相、周期、振幅の少なくとも１つが相違し、
前記第１セパレータの前記第１外方凸部と前記第２セパレータの前記第２外方凸部とを複数箇所で互いに接触させる工程と、
溶接用の第１電極を複数の前記第１内方凸部に接触させる工程と、
溶接用の第２電極を複数の前記第２内方凸部に接触させる工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して前記第１外方凸部と前記第２外方凸部とが接触する複数箇所を溶接する工程と
を含む、接合方法。

【請求項2】

請求項１に記載の接合方法であって、
平面視において、前記第１電極及び前記第２電極が前記第１セパレータの発電エリアの全面及び前記第２セパレータの発電エリアの全面とオーバーラップした状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して前記第１外方凸部と前記第２外方凸部とが接触する複数箇所を溶接する、接合方法。

【請求項3】

請求項１に記載の接合方法であって、
平面視において、前記第１電極及び前記第２電極が前記第１セパレータの発電エリアの一部及び前記第２セパレータの発電エリアの一部とオーバーラップした状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して前記第１外方凸部と前記第２外方凸部とが接触する複数箇所を溶接する、接合方法。

【請求項4】

請求項３に記載の接合方法であって、
各々の前記発電エリアの中央側に位置する前記第１外方凸部と前記第２外方凸部との溶接を、各々の前記発電エリアの周縁側に位置する前記第１外方凸部と前記第２外方凸部との溶接よりも先に行う、接合方法。

【請求項5】

請求項１に記載の接合方法であって、
前記第１セパレータと前記第２セパレータの各々は、平面視における同位置に連通孔を有し、
前記第１セパレータの前記第１外方凸部と前記第２セパレータの前記第２外方凸部とを溶接した後に、前記第１セパレータの前記連通孔の外周部と前記第２セパレータの前記連通孔の外周部とをレーザ溶接する、接合方法。

【請求項6】

請求項１に記載の接合方法であって、
前記第１セパレータの前記第１外方凸部と前記第２セパレータの前記第２外方凸部とを接合した後に、前記第１セパレータの周縁部と前記第２セパレータの周縁部とをレーザ溶接する、接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池スタック内で隣接する２つセパレータを接合する接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池スタックは、複数の単位セルが積層されて構成される。各々の単位セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータ（第１セパレータ、第２セパレータ）とを備える。ＭＥＡは、固体高分子電解質膜と、アノード電極と、カソード電極とを備える。固体高分子電解質膜は、高分子イオン交換膜からなる。アノード電極は、固体高分子電解質膜の一方の面に配置される。カソード電極は、固体高分子電解質膜の他方の面に配置される。

【0003】

各々のセパレータの両面には、セパレータの長手方向に延びる凸部が複数形成される。これにより、ＭＥＡと第１セパレータとの間には、燃料ガスを流すための流路（燃料ガス流路）と、流路を封止するためのビードシールとが形成される。また、ＭＥＡと第２セパレータとの間には、酸化剤ガスを流すための流路（酸化剤ガス流路）と、流路を封止するためのビードシールとが形成される。また、互いに隣接する２つの単位セルにおいて、一方の単位セルの第１セパレータと他方の単位セルの第２セパレータとの間には、冷却媒体を流すための流路（冷却媒体流路）が形成される。

【0004】

特許文献１には、複数の単位セルが積層された燃料電池スタックが開示される。この燃料電池スタックにおいては、第１の単位セルの第１セパレータと第２の単位セルの第２セパレータとが接合される。具体的には、第１セパレータの凸部と第２セパレータの凸部とが溶接される。これにより、温調媒体流路（冷却媒体流路）が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－３１１０６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般的に、第１セパレータの凸部と第２セパレータの凸部との溶接にはスポット溶接が用いられる。つまり、第１セパレータの凸部と第２セパレータの凸部との接触部分を一対の電極で挟むことで、この接触部分を溶接する。第１セパレータの凸部と第２セパレータの凸部との形状によっては、一対の電極の間に接触部分を配置できない場合がある。そのため、溶接を適切に行うことができない。

【0007】

本発明は上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様は、膜電極構造体と前記膜電極構造体を挟持する一対のセパレータとを有する単位セルが積層された燃料電池スタック内で隣接する２つ前記セパレータを接合する接合方法であって、隣接する２つの前記セパレータは、第１の膜電極構造体のカソード電極を覆う第１セパレータと、第２の膜電極構造体のアノード電極を覆う第２セパレータであり、前記第１セパレータは、前記第１の膜電極構造体の前記カソード電極に接触する第１内方凸部と、前記第２セパレータに向かって突出する第１外方凸部とを有し、前記第２セパレータは、前記第２の膜電極構造体の前記アノード電極に接触する第２内方凸部と、前記第１セパレータに向かって突出する第２外方凸部とを有し、前記第１セパレータと前記第２セパレータとを互いに接触させる工程と、溶接用の第１電極を複数の前記第１内方凸部に接触させる工程と、溶接用の第２電極を複数の前記第２内方凸部に接触させる工程と、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して前記第１外方凸部と前記第２外方凸部とが接触する複数箇所を溶接する工程とを含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、隣接する２つのセパレータが互いに接触する部分を溶接することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、燃料電池スタックの斜視説明図である。

【図2】図２は、燃料電池スタックの分解斜視図である。

【図3】図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図4】図４は、燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。

【図5】図５は、第１セパレータをＭＥＡ側から見た平面図である。

【図6】図６は、第２セパレータをＭＥＡ側から見た平面図である。

【図7】図７は、第１セパレータを対向する第２セパレータ側から見た平面図である。

【図8】図８は、第２セパレータを対向する第１セパレータ側から見た平面図である。

【図9】図９は、接合セパレータの製造フローである。

【図10】図１０は、第１実施形態における溶接工程の説明図である。

【図11】図１１は、第２実施形態における溶接工程の説明図である。

【図12】図１２は、第２実施形態における溶接エリアの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［１ 燃料電池スタック１０の構成］
図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が第１方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、燃料電池自動車、施設の発電設備等として用いられる。

【0012】

［１－１ 積層体１４の周辺の構成］
燃料電池スタック１０の矢印Ａ１方向の第１端部には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方（矢印Ａ１方向）に向かって、順次、配置される（図２参照）。燃料電池スタック１０の矢印Ａ２方向の第２端部には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方（矢印Ａ２方向）に向かって、順次、配置される。

【0013】

ターミナルプレート１６ａ、１６ｂは、導電性を有する材料で構成される。インシュレータ１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料で構成される。図２に示すように、インシュレータ１８ａの中央部には、積層体１４に向かって開口する凹部２２ａが形成される。同様に、インシュレータ１８ｂの中央部には、積層体１４に向かって開口する凹部２２ｂが形成される。凹部２２ａには、ターミナルプレート１６ａが収容される。凹部２２ｂには、ターミナルプレート１６ｂが収容される。積層体１４は、インシュレータ１８ａとインシュレータ１８ｂとの間に位置する。

【0014】

図１に示すように、エンドプレート２０ａ、２０ｂは、第２方向（矢印Ｂ方向）に延びる長辺と、第３方向（矢印Ｃ方向）に延びる短辺とを有する長方形状に形成される。第１方向と第２方向と第３方向は互いに直交する。エンドプレート２０ａ、２０ｂの各辺の間には、連結バー２４が配置される。各連結バー２４の一端は、エンドプレート２０ａの内面にボルト２６を介して固定される。各連結バー２４の他端は、エンドプレート２０ｂの内面にボルト２６を介して固定される。これにより、積層体１４には積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重が付与される。

【0015】

インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの矢印Ｂ１方向の第１端部には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの矢印Ｂ２方向の第２端部には、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。

【0016】

［１－２ 積層体１４及び単位セル１２の構成］
図３及び図４に示すように、積層体１４を構成する各々の単位セル１２は、膜電極構造体２８（以下、「ＭＥＡ２８」ともいう）と、一対のセパレータ（第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２）とを有する。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２は、ＭＥＡ２８を挟持する。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等の金属薄板により構成される。なお、金属薄板の表面に、防食用の表面処理が施されてもよい。

【0017】

互いに隣接する２つの単位セル１２において、一方の単位セル１２の第１セパレータ３０と他方の単位セル１２の第２セパレータ３２とは、互いに接合される。第１セパレータ３０と第２セパレータ３２とからなる接合体を、接合セパレータ３３と称する。つまり、積層体１４は、ＭＥＡ２８が２つの接合セパレータ３３で挟まれた構造体でもある。

【0018】

図２に示すように、単位セル１２の矢印Ｂ１方向の第１端部には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。各々の単位セル１２の酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、矢印Ａ方向に沿って配列されるとともに互いに連通する。積層体１４の酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３４ａに連通する。各々の単位セル１２の冷却媒体入口連通孔３６ａは、矢印Ａ方向に沿って配列されるとともに互いに連通する。積層体１４の冷却媒体入口連通孔３６ａは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔３６ａに連通する。各々の単位セル１２の燃料ガス出口連通孔３８ｂは、矢印Ａ方向に沿って配列されるとともに互いに連通する。積層体１４の燃料ガス出口連通孔３８ｂは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する。

【0019】

図２に示すように、単位セル１２の矢印Ｂ２方向の第２端部には、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。各々の単位セル１２の燃料ガス入口連通孔３８ａは、矢印Ａ方向に沿って配列されるとともに互いに連通する。積層体１４の燃料ガス入口連通孔３８ａは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３８ａに連通する。各々の単位セル１２の冷却媒体出口連通孔３６ｂは矢印Ａ方向に沿って配列されるとともに互いに連通する。積層体１４の冷却媒体出口連通孔３６ｂは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの冷却媒体出口連通孔３６ｂに連通する。各々の単位セル１２の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、矢印Ａ方向に沿って配列されるとともに互いに連通する。積層体１４の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに連通する。

【0020】

［１－２－１ 膜電極構造体２８（ＭＥＡ２８）の構成］
図３に示すように、各々のＭＥＡ２８は、電解質膜４０と、アノード電極４２と、カソード電極４４とを有する。電解質膜４０の外周には、樹脂フィルム（不図示）が設けられる。アノード電極４２及びカソード電極４４は、電解質膜４０を挟持する。

【0021】

電解質膜４０は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜４０としては、フッ素系電解質の他、ＨＣ系（炭化水素系）電解質膜を使用することができる。

【0022】

アノード電極４２及びカソード電極４４は、ガス拡散層（不図示）と、電極触媒層（不図示）とを有する。ガス拡散層は、カーボンペーパ等により構成される。電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。電極触媒層は、電解質膜４０の両面に形成される。

【0023】

［１－２－２ 第１セパレータ３０の表面３０ａの構成］
図４に示すように、第１セパレータ３０は、ＭＥＡ２８のカソード電極４４を覆う。第１セパレータ３０は、ＭＥＡ２８に向けられる表面３０ａと、第２セパレータ３２に向けられる裏面３０ｂとを有する。表面３０ａ及び裏面３０ｂの各々には、プレス成型によって複数の凸部が形成される。表面３０ａにおいて、ＭＥＡ２８に向かって突出する凸部を、内方凸部４６ａと称する。裏面３０ｂにおいて、第２セパレータ３２に向かって突出する凸部を、外方凸部４６ｂと称する。

【0024】

図４及び図５に示すように、第１セパレータ３０の表面３０ａには、複数の内方凸部４６ａによって、２つの酸化剤ガスフィード４８ａ、４８ｂ及び酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガスフィード４８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａからの酸化剤ガスを酸化剤ガス流路５０に流す。酸化剤ガスフィード４８ｂは、酸化剤ガス流路５０からの酸化剤ガスを酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに流す。酸化剤ガス流路５０は、酸化剤ガスフィード４８ａと酸化剤ガスフィード４８ｂとの間に位置し、カソード電極４４と相対する。２つの酸化剤ガスフィード４８ａ、４８ｂ及び酸化剤ガス流路５０は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する。

【0025】

複数の内方凸部４６ａのうち、酸化剤ガスフィード４８ａを形成する内方凸部４６ａをフィード凸部５２ａと称する。各々のフィード凸部５２ａは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから酸化剤ガス流路５０の第１端部（矢印Ｂ１方向の端部）まで直線状に延びる。フィード凸部５２ａの隣には、フィード溝５４ａが位置する。

【0026】

複数の内方凸部４６ａのうち、酸化剤ガスフィード４８ｂを形成する内方凸部４６ａを、フィード凸部５２ｂと称する。各々のフィード凸部５２ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂから酸化剤ガス流路５０の第２端部（矢印Ｂ２方向の端部）まで直線状に延びる。互いに隣接する２つのフィード凸部５２ｂの間には、フィード溝５４ｂが位置する。

【0027】

複数の内方凸部４６ａのうち、酸化剤ガス流路５０を形成する内方凸部４６ａを、流路凸部５６と称する。第１セパレータ３０の平面視において、各々の流路凸部５６は、矢印Ｂ方向に沿って延びる波状である。互いに隣接する２つの流路凸部５６の間には、流路溝５８が位置する。各々の流路溝５８も波状である。各々の流路凸部５６は、矢印Ａ２方向に位置するＭＥＡ２８のカソード電極４４に接触する。この複数の流路溝５８は、酸化剤ガスが流れる通路となる。

【0028】

各々の連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ）は、内方凸部４６ａによって囲まれる。これらの内方凸部４６ａを、連通孔ビードシール６０と称する。各々の連通孔ビードシール６０は、矢印Ａ２方向に位置するＭＥＡ２８に接触する。これにより、複数の連通孔ビードシール６０は、複数の連通孔を封止する。

【0029】

酸化剤ガス入口連通孔３４ａを囲む連通孔ビードシール６０には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガスフィード４８ａとを連通する流路（不図示）が複数形成される。同様に、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを囲む連通孔ビードシール６０には、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂと酸化剤ガスフィード４８ｂとを連通する流路（不図示）が複数形成される。

【0030】

２つの酸化剤ガスフィード４８ａ、４８ｂ、酸化剤ガス流路５０、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを含むエリアは、内方凸部４６ａによって囲まれる。この内方凸部４６ａを、外側ビードシール６２と称する。外側ビードシール６２は、矢印Ａ２方向に位置するＭＥＡ２８に接触する。これにより、外側ビードシール６２は、表面３０ａとＭＥＡ２８との間で酸化剤ガスが流れるエリア（２つの酸化剤ガスフィード４８ａ、４８ｂ、酸化剤ガス流路５０、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを含むエリア）を封止する。

【0031】

［１－２－３ 第２セパレータ３２の表面３２ａの構成］
図４に示すように、第２セパレータ３２は、ＭＥＡ２８のアノード電極４２を覆う。第２セパレータ３２は、ＭＥＡ２８に向けられる表面３２ａと、第１セパレータ３０に向けられる裏面３２ｂとを有する。表面３２ａ及び裏面３２ｂの各々には、プレス成型によって複数の凸部が形成される。表面３２ａにおいて、ＭＥＡ２８に向かって突出する凸部を、内方凸部６６ａと称する。裏面３２ｂにおいて、第１セパレータ３０に向かって突出する凸部を、外方凸部６６ｂと称する。

【0032】

図４及び図６に示すように、第２セパレータ３２の表面３２ａには、複数の内方凸部６６ａによって、２つの燃料ガスフィード６８ａ、６８ｂ及び燃料ガス流路７０が形成される。燃料ガスフィード６８ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａからの燃料ガスを燃料ガス流路７０に流す。燃料ガスフィード６８ｂは、燃料ガス流路７０からの燃料ガスを燃料ガス出口連通孔３８ｂに流す。燃料ガス流路７０は、燃料ガスフィード６８ａと燃料ガスフィード６８ｂとの間に位置し、アノード電極４２と相対する。２つの燃料ガスフィード６８ａ、６８ｂ及び燃料ガス流路７０は、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する。

【0033】

複数の内方凸部６６ａのうち、燃料ガスフィード６８ａを形成する内方凸部６６ａを、フィード凸部７２ａと称する。各々のフィード凸部７２ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａから燃料ガス流路７０の第１端部（矢印Ｂ２方向の端部）まで直線状に延びる。互いに隣接する２つのフィード凸部７２ａの間には、フィード溝７４ａが位置する。

【0034】

複数の内方凸部６６ａのうち、燃料ガスフィード６８ｂを形成する内方凸部６６ａを、フィード凸部７２ｂと称する。各々のフィード凸部７２ｂは、燃料ガス出口連通孔３８ｂから燃料ガス流路７０の第２端部（矢印Ｂ１方向の端部）まで直線状に延びる。互いに隣接する２つのフィード凸部７２ｂの間には、フィード溝７４ｂが位置する。

【0035】

複数の内方凸部６６ａのうち、燃料ガス流路７０を形成する内方凸部６６ａを、流路凸部７６と称する。第２セパレータ３２の平面視において、各々の流路凸部７６は、矢印Ｂ方向に沿って延びる波状である。互いに隣接する２つの流路凸部７６の間には、流路溝７８が位置する。各々の流路溝７８も波状である。各々の流路凸部７６は、矢印Ａ１方向に位置するＭＥＡ２８のアノード電極４２に接触する。この複数の流路溝７８は、燃料ガスが流れる通路となる。

【0036】

第２セパレータ３２の表面３２ａの流路凸部７６及び流路溝７８の波形と、第１セパレータ３０の表面３０ａの流路凸部５６及び流路溝５８の波形とは、位相、周期、振幅の少なくとも１つが相違する。

【0037】

各々の連通孔（燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂ）は、内方凸部６６ａによって囲まれる。これらの内方凸部６６ａを、連通孔ビードシール８０と称する。各々の連通孔ビードシール８０は、矢印Ａ１方向に位置するＭＥＡ２８に接触する。これにより、複数の連通孔ビードシール８０は、複数の連通孔を封止する。

【0038】

燃料ガス入口連通孔３８ａを囲む連通孔ビードシール８０には、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガスフィード６８ａとを連通する流路（不図示）が複数形成される。同様に、燃料ガス出口連通孔３８ｂを囲む連通孔ビードシール８０には、燃料ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガスフィード６８ｂとを連通する流路（不図示）が複数形成される。

【0039】

２つの燃料ガスフィード６８ａ、６８ｂ、燃料ガス流路７０、燃料ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂを含むエリアは、内方凸部６６ａによって囲まれる。この内方凸部６６ａを、外側ビードシール８２と称する。外側ビードシール８２は、矢印Ａ１方向に位置するＭＥＡ２８に接触する。これにより、外側ビードシール８２は、表面３２ａとＭＥＡ２８との間で燃料ガスが流れるエリア（２つの燃料ガスフィード６８ａ、６８ｂ、燃料ガス流路７０、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂを含むエリア）を封止する。

【0040】

［１－２－４ 裏面３０ｂ及び裏面３２ｂの構成］
図７に示すように、第１セパレータ３０の裏面３０ｂにおいて、外方凸部４６ｂは、表面３０ａの溝（フィード溝５４ａ、５４ｂ、流路溝５８等）の裏側に位置する。外方凸部４６ｂの隣には、外方溝８４が位置する。外方溝８４は、表面３０ａの内方凸部４６ａ（フィード凸部５２ａ、５２ｂ、流路凸部５６等）の裏側に位置する。

【0041】

図８に示すように、第２セパレータ３２の裏面３２ｂにおいて、外方凸部６６ｂは、表面３２ａの溝（フィード溝７４ａ、７４ｂ、流路溝７８等）の裏側に位置する。外方凸部６６ｂの隣には、外方溝８６が位置する。外方溝８６は、表面３２ａの内方凸部６６ａ（フィード凸部７２ａ、７２ｂ、流路凸部７６等）の裏側に位置する。

【0042】

第１セパレータ３０の流路溝５８の裏側に位置する外方凸部４６ｂの波形と、第２セパレータ３２の流路溝７８の裏側に位置する外方凸部６６ｂの波形とは、位相、周期、振幅の少なくとも１つ相違する。

【0043】

図４に示すように、第１セパレータ３０の裏面３０ｂと第２セパレータ３２の裏面３２ｂとは互いに対向し、一部の外方凸部４６ｂと一部の外方凸部６６ｂとが互いに溶接される。更に、第１セパレータ３０の周縁部と第２セパレータ３２の周縁部とは溶接される。また、各々の連通孔の周囲に位置する第１セパレータ３０と第２セパレータ３２とは溶接される。これにより、第１セパレータ３０の裏面３０ｂと、第２セパレータ３２の裏面３２ｂとの間には、冷却媒体流路８８が形成される。

【0044】

第１セパレータ３０の外方凸部４６ｂの一部は、第２セパレータ３２の外方凸部６６ｂの一部と接触する。第１セパレータ３０の外方溝８４の一部は、第２セパレータ３２の外方溝８６の一部と重なる。

【0045】

第１セパレータ３０の冷却媒体入口連通孔３６ａを囲む連通孔ビードシール６０には、冷却媒体入口連通孔３６ａと外方溝８４とを連通する流路（不図示）が複数形成される。同様に、第２セパレータ３２の冷却媒体入口連通孔３６ａを囲む連通孔ビードシール８０には、冷却媒体入口連通孔３６ａと外方溝８６とを連通する流路（不図示）が複数形成される。

【0046】

第１セパレータ３０の冷却媒体出口連通孔３６ｂを囲む連通孔ビードシール６０には、冷却媒体出口連通孔３６ｂと外方溝８４とを連通する流路（不図示）が複数形成される。同様に、第２セパレータ３２の冷却媒体出口連通孔３６ｂを囲む連通孔ビードシール８０には、冷却媒体出口連通孔３６ｂと外方溝８６とを連通する流路（不図示）が複数形成される。

【0047】

［２ 燃料電池スタック１０の動作］
図１に示すように、酸化剤ガス（例えば酸素含有ガス）は、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給される。燃料ガス（例えば水素含有ガス）は、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される。冷却媒体（例えば純水）は、エンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔３６ａに供給される。各々の単位セル１２において、各流体は次のように流動する。

【0048】

図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガスフィード４８ａに流入する。酸化剤ガスフィード４８ａに流入した酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０の複数の流路溝５８に均等に分配されて流れる。酸化剤ガス流路５０で、酸化剤ガスは、ＭＥＡ２８のカソード電極４４に供給される。一方、燃料ガス入口連通孔３８ａに供給された燃料ガスは、燃料ガスフィード６８ａに流入する。燃料ガスフィード６８ａに流入した燃料ガスは、燃料ガス流路７０の複数の流路溝７８に均等に分配されて流れる。燃料ガス流路７０で、燃料ガスは、ＭＥＡ２８のアノード電極４２に供給される。ＭＥＡ２８において、カソード電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４２に供給される燃料ガスとの化学反応が発生し、発電する。化学反応に伴い水が発生する。

【0049】

次いで、未反応の酸化剤ガス及び水は、酸化剤ガス流路５０から酸化剤ガスフィード４８ｂに流入する。更に、酸化剤ガスフィード４８ｂに流入した酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに流出する。一方、未反応の燃料ガスは、燃料ガス流路７０から燃料ガスフィード６８ｂに流入する。更に、燃料ガスフィード６８ｂに流入した燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに流出する。

【0050】

冷却媒体入口連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路８８に流入する。冷却媒体流路８８で、冷却媒体は、矢印Ａ方向に位置するＭＥＡ２８を冷却する。冷却媒体流路８８の冷却媒体は、冷却媒体出口連通孔３６ｂに流出する。

【0051】

［３ 接合セパレータ３３の接合方法］
接合セパレータ３３において、第１セパレータ３０と第２セパレータ３２との接触部分は接合される。また、接合セパレータ３３において、第１セパレータ３０の周縁部と第２セパレータ３２の周縁部とは接合される。

【0052】

図７及び図８に示すように、第１セパレータ３０の外方凸部４６ｂと、第２セパレータ３２の外方凸部６６ｂとは、対称形状でない。そのため、第１セパレータ３０の裏面３０ｂと第２セパレータ３２の裏面３２ｂとが互いに対向した状態で、外方凸部４６ｂの一部と外方凸部６６ｂの一部とが接触する。また、各々の接触箇所の接触面積は小さい。このため、各々の接触部分にスポット溶接用の電極を近づけることは困難である。そこで、本実施形態では、外方凸部４６ｂと外方凸部６６ｂとは、プロジェクション溶接によって接合される。図９及び図１０に示されるように、プロジェクション溶接では、プロジェクション溶接用の一対の電極９０（第１電極９０ａ及び第２電極９０ｂ）が使用される。

【0053】

図９に示すように、第１セパレータ３０と第２セパレータ３２との接合は、接触工程、位置合わせ工程、プロジェクション溶接工程、第１レーザ溶接工程、第２レーザ溶接工程の順で行われる。

【0054】

［３－１ 第１実施形態］
図１０に示すように、第１実施形態で使用されるプロジェクション溶接用の一対の電極９０は、平面視において、第１セパレータ３０の発電エリア９２ａ及び第２セパレータ３２の発電エリア９２ｂよりも大きい。一対の電極９０は、溶接を行うための電流を流す電気回路９４に接続される。電気回路９４は、図示しないトランス及び電源等を有する。

【0055】

第１セパレータ３０の発電エリア９２ａは、カソード電極４４と接触する内方凸部４６ａが含まれる部分である。発電エリア９２ａは、第１セパレータ３０のうち、カソード電極４４とオーバーラップする部分である。第２セパレータ３２の発電エリア９２ｂは、アノード電極４２と接触する内方凸部６６ａが含まれる部分である。発電エリア９２ｂは、第２セパレータ３２のうち、アノード電極４２とオーバーラップする部分である。

【0056】

最初に、第１セパレータ３０と第２セパレータ３２とを接触させる（接触工程）。ここで、第１セパレータ３０の各々の連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ等）と第２セパレータ３２の各々の連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ等）とを位置合わせした後に、第１セパレータ３０と第２セパレータ３２とを重ね合わせる。この状態で、第１セパレータ３０の複数の外方凸部４６ｂと第２セパレータ３２の複数の外方凸部６６ｂとは、互いに接触する。なお、互いに接触しない外方凸部４６ｂ、６６ｂも複数ある。

【0057】

次いで、一対の電極９０を位置合わせする（位置合わせ工程）。ここで、第１電極９０ａを、第１セパレータ３０の表面３０ａと対向する位置に配置する。また、第１電極９０ａを、平面視において、第１セパレータ３０の発電エリア９２ａ全体とオーバーラップする位置に配置する。更に、第１電極９０ａを、第１セパレータ３０に近づけて、複数の内方凸部４６ａに接触させる。同様に、第２電極９０ｂを、第２セパレータ３２の表面３２ａと対向する位置に配置する。また、第２電極９０ｂを、平面視において、第２セパレータ３２の発電エリア９２ｂ全体とオーバーラップする位置に配置する。更に、第２電極９０ｂを、第２セパレータ３２に近づけて、複数の内方凸部６６ａに接触させる。

【0058】

次いで、プロジェクション溶接を行う（プロジェクション溶接工程）。ここで、電気回路９４によって第１電極９０ａと第２電極９０ｂとの間に電流を流す。このようにして、発電エリア９２ａに位置する外方凸部４６ｂと発電エリア９２ｂに位置する第２セパレータ３２の外方凸部６６ｂとのうち、互いに接触する複数の箇所を同時に溶接する。

【0059】

次いで、第１のレーザ溶接を行う（第１レーザ溶接工程）。ここで、第１セパレータ３０の各々の連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ等）の外周部と、第２セパレータ３２の各々の連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ等）の外周部とをレーザ溶接する。すなわち、各々の連通孔の周囲に位置する第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２をレーザ溶接する。

【0060】

最後に、第２のレーザ溶接を行う（第２レーザ溶接工程）。ここで、第１セパレータ３０の周縁部と第２セパレータ３２の周縁部とをレーザ溶接する。以上のようにして、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２は接合される。

【0061】

第１実施形態によれば、一対の電極９０を複数の内方凸部４６ａ、６６ａに接触させることによって、一対の電極９０の間に位置する外方凸部４６ｂ、６６ｂの接触部分を全て溶接することができる。このように、第１実施形態によれば、溶接用の一対の電極９０を被溶接個所（外方凸部４６ｂ、６６ｂの接触部分）に接触させる必要がないため、溶接が容易である。また、第１実施形態によれば、被溶接個所を１つずつ溶接する必要がないため、溶接が容易である。また、第１実施形態によれば、スポット溶接のように溶接用の電極を被溶接個所に正確に接触させる必要がないため、溶接が容易である。また、第１実施形態によれば、被溶接個所を正確に把握する必要がないため、溶接が容易である。また、第１実施形態によれば、一対の電極９０に電流を流すことで全ての被溶接個所を溶接することができるため、溶接作業が簡素である。

【0062】

［３－２ 第２実施形態］
図１１に示すように、第２実施形態で使用されるプロジェクション溶接用の一対の電極９０は、平面視において、第１セパレータ３０の発電エリア９２ａ及び第２セパレータ３２の発電エリア９２ｂよりも小さい。

【0063】

第２実施形態で使用される一対の電極９０は、第１実施形態で使用される一対の電極９０よりも小さい。一対の電極９０から離れた外方凸部４６ｂ、６６ｂには、一対の電極９０から一対の電極９０とオーバーラップしない金属薄板部分を介して電流が供給される。しかし、金属薄板が抵抗となり、一対の電極９０から離れた外方凸部４６ｂ、６６ｂに流れる電流は小さくなる。このため、一対の電極９０から離れた外方凸部４６ｂ、６６ｂは、十分に接合されない。従って、第２実施形態では、一対の電極９０を複数の溶接位置に移動させてプロジェクション溶接を行う必要がある。すなわち、第２実施形態では、位置合わせ工程及びプロジェクション溶接工程を、複数回行う必要がある。

【0064】

位置合わせ工程では、第１電極９０ａを、第１セパレータ３０の表面３０ａと対向する位置に配置する。また、第１電極９０ａを、平面視において、第１セパレータ３０の発電エリア９２ａの一部とオーバーラップする位置に配置する。更に、第１電極９０ａを、第１セパレータ３０に近づけて、複数の内方凸部４６ａに接触させる。同様に、第２電極９０ｂを、第２セパレータ３２の表面３２ａと対向する位置に配置する。また、第２電極９０ｂを、平面視において、第２セパレータ３２の発電エリア９２ｂの一部とオーバーラップする位置に配置する。更に、第２電極９０ｂを、第２セパレータ３２に近づけて、複数の内方凸部６６ａに接触させる。

【0065】

プロジェクション溶接工程では、電気回路９４によって第１電極９０ａと第２電極９０ｂとの間に電流を流す。このようにして、一対の電極９０の間に位置する外方凸部４６ｂと外方凸部６６ｂとのうち、互いに接触する箇所を全て同時に溶接する。

【0066】

プロジェクション溶接工程の終了後、未だ溶接されてないエリアに一対の電極９０を移動させて、位置合わせ工程及びプロジェクション溶接工程を行う。

【0067】

なお、第２実施形態においては、各々の発電エリア９２ａ、９２ｂの中央側に位置する外方凸部４６ｂ、６６ｂの溶接を、各々の発電エリア９２ａ、９２ｂの周縁側に位置する４６ｂ、６６ｂの溶接よりも先に行うことが好ましい。

【0068】

図１２に示すように、プロジェクション溶接を行うエリアが９か所（ａ～ｉ）に区分されている場合、中央のエリアｅの溶接を先に行うことが好ましい。例えば、エリアｅ、エリアｂ、エリアｄ、エリアｆ、エリアｈ、エリアａ、エリアｃ、エリアｇ、エリアｉの順で溶接行うことが好ましい。なお、エリアｂ、エリアｄ、エリアｆ、エリアｈの溶接順序は限定されない。同様に、エリアａ、エリアｃ、エリアｇ、エリアｉの溶接順序は限定されない。

【0069】

これにより、接合セパレータ３３のうねり及び溶接による歪みを低減することができる。なお、第２実施形態によれば、プロジェクション溶接の実施回数が増えるものの、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。

【0070】

［４ 実施形態から得られる発明］
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。

【0071】

本発明の態様は、膜電極構造体（２８）と前記膜電極構造体を挟持する一対のセパレータ（３３）とを有する単位セル（１２）が積層された燃料電池スタック（１０）内で隣接する２つ前記セパレータを接合する接合方法であって、隣接する２つの前記セパレータは、第１の膜電極構造体のカソード電極（４４）を覆う第１セパレータ（３０）と、第２の膜電極構造体のアノード電極（４２）を覆う第２セパレータ（３２）であり、前記第１セパレータは、前記第１の膜電極構造体の前記カソード電極に接触する第１内方凸部（４６ａ）と、前記第２セパレータに向かって突出する第１外方凸部（４６ｂ）とを有し、前記第２セパレータは、前記第２の膜電極構造体の前記アノード電極に接触する第２内方凸部（６６ａ）と、前記第１セパレータに向かって突出する第２外方凸部（６６ｂ）とを有し、前記第１セパレータと前記第２セパレータとを互いに接触させる工程と、溶接用の第１電極（９０ａ）を複数の前記第１内方凸部に接触させる工程と、溶接用の第２電極（９０ｂ）を複数の前記第２内方凸部に接触させる工程と、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して前記第１外方凸部と前記第２外方凸部とが接触する複数箇所を溶接する工程とを含む。

【0072】

上記方法によれば、溶接用の第１電極及び第２電極を被溶接個所（外方凸部の接触部分）に接触させる必要がないため、溶接が容易である。また、上記方法によれば、被溶接個所を１つずつ溶接する必要がないため、溶接が容易である。また、上記方法によれば、スポット溶接のように溶接用の電極を被溶接個所に正確に接触させる必要がないため、溶接が容易である。また、上記方法によれば、被溶接個所を正確に把握する必要がないため、溶接が容易である。

【0073】

上記方法においては、平面視において、前記第１電極及び前記第２電極が前記第１セパレータの発電エリア（９２ａ）の全面及び前記第２セパレータの発電エリア（９２ｂ）の全面とオーバーラップした状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して前記第１外方凸部と前記第２外方凸部とが接触する複数箇所を溶接してもよい。

【0074】

上記方法によれは、一対の電極に１回電流を流すことで全ての被溶接個所を溶接することができるため、溶接作業が簡素である。

【0075】

上記方法においては、平面視において、前記第１電極及び前記第２電極が前記第１セパレータの発電エリアの一部及び前記第２セパレータの発電エリアの一部とオーバーラップした状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流して前記第１外方凸部と前記第２外方凸部とが接触する複数箇所を溶接してもよい。

【0076】

上記方法においては、各々の前記発電エリアの中央側に位置する前記第１外方凸部と前記第２外方凸部との溶接を、各々の前記発電エリアの周縁側に位置する前記第１外方凸部と前記第２外方凸部との溶接よりも先に行ってもよい。

【0077】

上記方法によれば、第１セパレータと第２セパレータとからなる接合セパレータのうねり及び溶接による歪みを低減することができる。

【0078】

上記方法においては、前記第１セパレータと前記第２セパレータの各々は、平面視における同位置に連通孔（３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂ、３８ａ、３８ｂ）を有し、前記第１セパレータの前記第１外方凸部と前記第２セパレータの前記第２外方凸部とを溶接した後に、前記第１セパレータの前記連通孔の外周部と前記第２セパレータの前記連通孔の外周部とをレーザ溶接してもよい。

【0079】

上記方法においては、前記第１セパレータの前記第１外方凸部と前記第２セパレータの前記第２外方凸部とを接合した後に、前記第１セパレータの周縁部と前記第２セパレータの周縁部とをレーザ溶接してもよい。

【0080】

なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

【符号の説明】

【0081】

１０…燃料電池スタック １２…単位セル
２８…膜電極構造体 ３０…第１セパレータ
３２…第２セパレータ
３４ａ…酸化剤ガス入口連通孔（連通孔）
３４ｂ…酸化剤ガス出口連通孔（連通孔）
３６ａ…冷却媒体入口連通孔（連通孔）
３６ｂ…冷却媒体出口連通孔（連通孔）
３８ａ…燃料ガス入口連通孔（連通孔）
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔（連通孔）
４２…アノード電極 ４４…カソード電極
４６ａ…内方凸部（第１内方凸部）
４６ｂ…外方凸部（第１外方凸部）
６６ａ…内方凸部（第２内方凸部）
６６ｂ…外方凸部（第２外方凸部）
９０ａ…第１電極 ９０ｂ…第２電極
９２ａ、９２ｂ…発電エリア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】