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技術 燃料電池の組み立て方法及び組み立て装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 渡辺一裕
出願日 2014年6月25日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2014-130701
公開日 2016年1月18日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2016-009632
状態 特許登録済
技術分野 燃料電池(本体)
主要キーワード カシメ機 固定用ピン 組み立て装置 サーボプレス 精度確保 テンションプレート 結合プレート クロムモリブデン鋼
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年1月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

結合プレートエンドプレートの固定後の変形を抑制し、積層体圧縮荷重の低減を抑制する。

解決手段

燃料電池組み立て装置1は、第1のエンドプレート10と第2のエンドプレート11を結合する結合プレート12と、一端12aが第1のエンドプレート10に固定された結合プレート12の他端12bに仮固定され、結合プレート12を引っ張って引張荷重を付与する引張荷重付与手段13と、燃料電池のセルの積層体60に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与手段14と、引張荷重が付与された結合プレート12の他端12bと第2のエンドプレート11とを固着する固着手段15と、を有している。引張荷重付与手段13は、圧縮荷重付与手段14により積層体60に圧縮荷重を付与した際の反力を利用して結合プレート13に引張荷重を付与する。

概要

背景

燃料電池は、複数のセルを積層した積層体がその積層方向の両側のエンドプレートにより圧縮された状態で挟まれ、それらのエンドプレートがテンションプレートによって結合されている。

上述の燃料電池の組み立て方法には、一方のエンドプレートとテンションプレートとを予め固定しておき、積層体に対し圧縮荷重を付与しつつ、その圧縮荷重を測定し、圧縮荷重が所定の値となったときに他方のエンドプレートとテンションプレートを固定する方法が提案されている(特許文献1参照)。

概要

結合プレートやエンドプレートの固定後の変形を抑制し、積層体の圧縮荷重の低減を抑制する。燃料電池を組み立て装置1は、第1のエンドプレート10と第2のエンドプレート11を結合する結合プレート12と、一端12aが第1のエンドプレート10に固定された結合プレート12の他端12bに仮固定され、結合プレート12を引っ張って引張荷重を付与する引張荷重付与手段13と、燃料電池のセルの積層体60に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与手段14と、引張荷重が付与された結合プレート12の他端12bと第2のエンドプレート11とを固着する固着手段15と、を有している。引張荷重付与手段13は、圧縮荷重付与手段14により積層体60に圧縮荷重を付与した際の反力を利用して結合プレート13に引張荷重を付与する。

目的

本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、固定後のテンションプレートなどの結合部材やエンドプレートの変形を抑制し、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制することをその目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃料電池組み立て方法であって、一端が第1のエンドプレートに固定された結合部材に所定の引張荷重をかけ、燃料電池のセル積層体圧縮荷重をかけた状態で、前記結合部材の他端を第2のエンドプレートに固定する、燃料電池の組み立て方法。

請求項2

前記積層体の圧縮荷重の反力を利用して前記結合部材に引張荷重を付与する、請求項1に記載の燃料電池の組み立て方法。

請求項3

燃料電池の組み立て装置であって、一端が第1のエンドプレートに固定された結合部材の他端に仮固定され、前記結合部材を引っ張って引張荷重を付与する引張荷重付与手段と、燃料電池のセルの積層体に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与手段と、前記引張荷重が付与された前記結合部材の他端と第2のエンドプレートとを固着する固着手段と、を有し、前記引張荷重付与手段は、前記圧縮荷重付与手段により前記積層体に圧縮荷重を付与した際の反力を利用して前記結合部材に引張荷重を付与する、燃料電池の組み立て装置。

技術分野

0001

本発明は、燃料電池組み立て方法及び組み立て装置に関する。

背景技術

0002

燃料電池は、複数のセルを積層した積層体がその積層方向の両側のエンドプレートにより圧縮された状態で挟まれ、それらのエンドプレートがテンションプレートによって結合されている。

0003

上述の燃料電池の組み立て方法には、一方のエンドプレートとテンションプレートとを予め固定しておき、積層体に対し圧縮荷重を付与しつつ、その圧縮荷重を測定し、圧縮荷重が所定の値となったときに他方のエンドプレートとテンションプレートを固定する方法が提案されている(特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2010−61965号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上述のような燃料電池の組み立て方法では、テンションプレートとエンドプレートに対し、圧縮荷重の反力となる引張荷重が固定後に初めてかかるので、固定後にテンションプレートやエンドプレートが伸びて変形し、積層体が緩んで積層体の圧縮荷重が低下する恐れがある。積層体の圧縮荷重が低下すると、例えば積層体内を通る燃料ガス酸化ガス漏れる可能性がある。

0006

本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、固定後のテンションプレートなどの結合部材やエンドプレートの変形を抑制し、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制することをその目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するための本発明は、燃料電池の組み立て方法であって、一端が第1のエンドプレートに固定された結合部材に所定の引張荷重をかけ、燃料電池のセルの積層体に圧縮荷重をかけた状態で、前記結合部材の他端を第2のエンドプレートに固定する、燃料電池の組み立て方法を含む。

0008

結合部材に引張荷重をかけた状態で第2のエンドプレートに固定するので、固定後の結合部材やエンドプレートの変形が抑制され、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制できる。

0009

前記燃料電池の組み立て方法は、前記積層体の圧縮荷重の反力を利用して前記結合部材に引張荷重を付与するものであってもよい。

0010

別の観点による本発明は、燃料電池の組み立て装置であって、一端が第1のエンドプレートに固定された結合部材の他端に仮固定され、前記結合部材を引っ張って引張荷重を付与する引張荷重付与手段と、燃料電池のセルの積層体に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与手段と、前記引張荷重が付与された前記結合部材の他端と第2のエンドプレートとを固着する固着手段と、を有し、前記引張荷重付与手段は、前記圧縮荷重付与手段により前記積層体に圧縮荷重を付与した際の反力を利用して前記結合部材に引張荷重を付与する、燃料電池の組み立て装置を含む。

0011

結合部材に引張荷重を付与した状態で結合部材と第2のエンドプレートを固定するので、固定後の結合部材やエンドプレートの変形が抑制され、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制できる。

発明の効果

0012

本発明によれば、固定後の結合部材やエンドプレートの変形を抑制し、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制できる。

図面の簡単な説明

0013

燃料電池の組み立て装置の側面図である。
燃料電池の組み立て装置の平面図である。
第1のエンドプレートに結合プレートを固定した状態の斜視図である。
積層体と第2のエンドプレートを結合プレート内に設置した状態を示す説明図である。
吊下げ式側面配置積層ガイドの構成を示す説明図である。
積層体を圧縮した状態を示す説明図である。
カシメ機カシメるときの説明図である。
組み立て後の燃料電池を示す説明図である。
腕部に孔が設けられ、結合プレートにフックが設けられた場合の装置の側面図である。
結合プレートの他の構成を示す説明図である。

実施例

0014

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

0015

図1は、本実施の形態における燃料電池の組み立て装置1の構成の概略を示す側面図であり、図2は、燃料電池の組み立て装置1の上面図である。

0016

燃料電池の組み立て装置1は、例えば一端を第1のエンドプレート10に固定された結合部材としての結合プレート12の他端に仮固定され、結合プレート12を引っ張って引張荷重を付与する引張荷重付与手段13と、燃料電池のセルの積層体に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与手段14と、引張荷重が付与された結合プレート12の他端と第2のエンドプレート11とを固着する固着手段15(図7に示す)と、を有している。

0017

結合プレート12は、燃料電池の第1のエンドプレート10と第2のエンドプレート11を結合するものである。結合プレート12は、例えば長方形の板状に形成され、一端12aが第1のエンドプレート10の上部と下部にそれぞれ固定される。図2及び図3に示すように結合プレート12の一端12aには、固定用ピン20を挿入するための環状部21が形成されている。環状部21は、結合プレート12の幅方向図2のA方向)に間隔を設けて複数配置されている。第1のエンドプレート10の上下面には、固定用ピン20を挿入するための環状部22が形成されている。環状部21と環状部22は、互いに干渉しない位置、例えば幅方向に交互に配置されており、固定用ピン20を環状部21と環状部22に挿入することにより、結合プレート12の一端12aを第1のエンドプレート10に固定できる。これにより、第1のエンドプレート10の上部と下部から2枚の結合プレート12が一方向(図2のB方向)の水平方向に平行に延設される。結合プレート12の他端12bには、後述のフック32が引っ掛けられる孔23が形成されている。結合プレート12の材質には、例えば高張力鋼板などが用いられている。

0018

引張荷重付与手段13は、図1及び図2に示すように例えば方形の基部30と、基部30の上部と下部から一方向(B方向)に延びる複数本の腕部31を有している。腕部31は、例えば細長い板状に形成され、先端内側に結合プレート12の孔23に引っ掛けるためのフック32が形成されている。腕部31は、上下の各結合プレート12に対しそれぞれ3本ずつ設けられている。基部30の材質には、例えばアルミ材などが用いられ、腕部31の材質には、ステンレスなどが用いられる。

0019

圧縮荷重付与手段14は、例えば引張荷重付与手段13の基部30の中央を一方向(B方向)に貫通し前後移動可能な操作棒50と、当該操作棒50の先端に設けられ、第2のエンドプレート11を押圧する押圧部51とを有している。例えば押圧部51は、例えば角柱状に形成され、その長手方向が腕部31に対し直角の水平方向に向けられている。操作棒50は、表面にねじが切られ、基部30のねじ穴螺合されており、基部30に対し接合されている。なお、操作棒50と基部30の接合は、油圧シリンダ又はサーボプレスアクチュエータ等を用いて行われてもよい。操作棒50の材質には、例えばクロムモリブデン鋼などが用いられ、押圧部51の材質には、例えばアルミ材などが用いられている。

0020

固着手段15は、例えば図7に示すような例えばカシメ機であり、結合プレート12を厚み方向の外側から内側にカシメて、結合プレート12を第2のエンドプレート11に対し固定できる。

0021

次に、上記燃料電池の組み立て装置1を用いた燃料電池の組み立て方法の一例を説明する。先ず、図2及び図3に示したように固定用ピン20が環状部21、22に挿入され、結合プレート12の一端12aが第1のエンドプレート10に固定される。次に図4に示すように複数のセルの積層体60と第2のエンドプレート11が、上下の結合プレート12の間に設置される。このとき、吊下げ式側面配置積層ガイド70(支持部)により積層体60、第1のエンドプレート10及び第2のエンドプレート11が一体的に支持される。なお、吊下げ式側面配置積層ガイド70は、例えば図5に示すように積層体60の左右に端部を積層方向に貫通し、積層体60を吊下げるように支持する。

0022

次に、引張荷重付与手段13が結合プレート12に取り付けられる。具体的には、引張荷重付与手段13の腕部31の先端のフック32が、結合プレート12の他端12bにある孔23に引っ掛けられ、腕部31が結合プレート12の他端12bに仮固定される。

0023

次に、図6に示すように圧縮荷重付与手段14の操作棒50を移動させ、押圧部51により第2のエンドプレート11を積層体60及び第1のエンドプレート10側に押圧する。これにより、積層体60が圧縮され、積層体60に所定の圧縮荷重が付与される。またこのとき、圧縮荷重の反力により、腕部31が圧縮方向と逆側に引っ張られ、結合プレート12に引張荷重が付与される。

0024

次に、図7に示すように積層体60に圧縮荷重をかけ、結合プレート12に引張荷重をかけた状態で、固着手段15により結合プレート12の他端12bを第2のエンドプレート11に固着する。このとき、固着手段15のカシメ機により結合プレート12の他端12bが内側にカシメられる。

0025

次に、図8に示すように引張荷重付与手段13、圧縮荷重付与手段14及び固着手段15が結合プレート12から取り外され、燃料電池の組み立て工程が終了する。

0026

本実施の形態によれば、一端12aが第1のエンドプレート10に固定された結合プレート12に所定の引張荷重をかけ、セルの積層体60に所定の圧縮荷重をかけた状態で、結合プレート12の他端12bを第2のエンドプレート11に固定するので、固定前に予め結合プレートに引張荷重がかけられており、この結果、固定後の結合プレート12やエンドプレート10の変形が抑制され、積層体60の圧縮荷重の低減を抑制できる。また、積層体60の圧縮荷重の低下を抑えることができるので、積層体60の圧縮荷重をより設計値に近づけることができ、燃料電池の組み付け荷重精度確保が容易になる。さらに結合プレート12やエンドプレートに変形しにくい高価な素材を用いる必要はなく、コストが低減できるとともに、材料選択の自由度を増やすことができる。

0027

また、引張荷重付与手段13が、圧縮荷重付与手段14による圧縮荷重付与の際の積層体60の反力を利用して結合プレート12に引張荷重を付与するので、装置がシンプルかつスリム化し、装置コストを低減できる。

0028

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0029

例えば上記実施の形態において、引張荷重付与手段13の腕部31側にフック32が設けられ、結合プレート12側に孔23が設けられていたが、図9に示すように腕部31に孔80が設けられ、結合プレート12に外側に突出するフック81が設けられていてもよい。

0030

また、結合プレート12の他端12bと第2のエンドプレート11との固着のみをカシメにより行っていたが、結合プレート12の一端12aと第1のエンドプレート10との固着もカシメにより行ってもよい。かかる場合、結合プレート12とエンドプレートの固着部分が、よりシンプルな構造となり、コストの低減が図られる。なお、結合プレート12とエンドプレート10の固着は、さらに他の方法により行われてもよい。

0031

さらに、結合プレート12は、他の構成を有するものであってもよく、例えば図10に示すように抜き打ち部90を有するものであってもよい。かかる場合、結合プレート12の軽量化が図られる。

0032

その他、引張荷重付与手段13は、結合プレート12に引張荷重を付与できるものであれば、一般的な技術を用いた他の構成を有するものであってもよい。圧縮荷重付与手段14は、積層体60に圧縮荷重を付与できるものであれば、一般的な技術を用いた他の構成を有するものであってもよい。固着手段15は、カシメ機に限られず、ねじやピンなどを用いた他の方法で固着してもよい。

0033

本発明は、結合部材やエンドプレートの変形を抑制し、燃料電池の積層体の圧縮荷重の低減を抑制する際に有用である。

0034

1燃料電池の組み立て装置
10 第1のエンドプレート
11 第2のエンドプレート
12結合プレート
13引張荷重付与手段
14圧縮荷重付与手段
15固着手段
20固定用ピン
60 積層体

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