JP2003031233A - 燃料電池用セパレータのシール材塗布方法 - Google Patents

燃料電池用セパレータのシール材塗布方法

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JP2003031233A
JP2003031233A JP2001211299A JP2001211299A JP2003031233A JP 2003031233 A JP2003031233 A JP 2003031233A JP 2001211299 A JP2001211299 A JP 2001211299A JP 2001211299 A JP2001211299 A JP 2001211299A JP 2003031233 A JP2003031233 A JP 2003031233A
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明仁 町田
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 横移動可能で且つ水平旋回可能なセパレ
ータ載置テーブル22にセパレータを載せ、監視カメラ
25を取付けたシール材塗布ガン24を用いて、セパレ
ータのガス通路及び水通路の周囲に液状のシール材を塗
布する燃料電池用セパレータのシール材塗布方法であっ
て、シール材を塗布するときにセパレータ載置テーブル
22を駆動しつつ、シール材の塗布状況を監視カメラ2
5で監視し、この監視の結果、シール材に異常がある場
合にはシール材の塗布及びセパレータ載置テーブル22
の駆動を停止する。 【効果】 セパレータにシール材を環状に塗布する場合
には、例えば、塗布したシール材が常に監視カメラの視
野に入るように可動テーブルを駆動することができる。
また、シール材塗布ガンに、例えば、監視カメラがシー
ル材塗布ガンを周回するような機構を設けなくてもよ
く、シール材塗布ガンの構造を簡単にすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シール材の塗布状
況を常に確認でき、また、シール材を塗布する側の構造
を簡素化するのに好適な燃料電池用セパレータのシール
材塗布方法に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を
利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気
を得ることができる電池である。一般に、水素に燃料ガ
スを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換えるの
で、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用すること
が多い。
【0003】このような燃料電池としては、例えば、特
開2000−123848公報「燃料電池」が知られて
いる。同公報の図1によれば、電解質膜18(符号は公
報に記載されているものを使用した。以下同様。)にア
ノード側電極20及びカソード側電極22を添わせ、こ
れらをガスケット24,26を介して第1セパレータ1
4及び第2セパレータ16で挟むことでセルモジュール
を構成する。
【0004】詳細には、第1セパレータ14の面14a
に燃料ガスの流路となる第1流路38が形成され、第2
セパレータ16の面16aに酸化剤ガスの流路となる第
2流路46が形成され、各々中央の電解質膜18に燃料
ガスと酸化剤ガスとを臨ませる構造である。
【0005】図1に記載の1個のセルモジュールで得る
電気出力はごく小さいので、このようなセルモジュール
を多数個積層することで、所望の電気出力を得る。従っ
て、第1・第2セパレータ14,16は隣のセルに燃料
ガスや酸化剤ガスが洩れないようにする分離部材である
ことから「セパレータ」と呼ばれる。
【0006】第1セパレータ14は面14aに燃料ガス
のための流路38を備え、第2セパレータ16は面16
aに酸化剤ガスのための流路46を備えるが、ガスを効
果的にアノード側電極20及びカソード側電極22に接
触させる必要があり、そのために、流路38,46はご
く浅い溝を多数本条設する必要がある。
【0007】そして、第1・第2セパレータ14,16
は、流路38,46に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給す
るために一端部にそれぞれ燃料ガス供給孔部32a、酸
化剤ガス供給孔部34aを備え、他端部にそれぞれ燃料
ガス排出孔部32b、酸化剤ガス排出孔部34bを備
え、また、冷却水を通すための冷却水供給孔部36aを
一端部に備え、冷却水排出孔部36bを他端部に備え
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、ガスケ
ット24,26の代わりに液状シール材をセパレータに
塗布し、2枚のセパレータで電解質膜及び電極からなる
膜・電極接合体を挟んでセルモジュールの製造を種々試
みたが、次に示す課題が発生した。
【0009】図11は従来のシール材塗布要領を説明す
る作用図である。シール材101の塗布状況を監視する
ための監視カメラ102を取付けたシール材塗布ガン1
03で、セパレータ104にシール材101を塗布する
場合、シール材塗布ガン103を白抜き矢印のように水
平に移動させながらシール材101を環状に塗布すると
きに、シール材101と監視カメラ102の監視経路1
05とにずれ(ずれ量d)が発生することがあり、シー
ル材101が監視カメラ102の視界から外れて、シー
ル材101の塗布状況を確認できなくなる。
【0010】そこで、例えば、監視カメラ102がシー
ル材塗布ガン103を周回するような構造すれば、監視
カメラ102の監視経路が常にシール材に一致するよう
にすることはできるが、シール材塗布ガン103は水平
移動させるための移動機構やシール材用タンク、シール
材供給ホース等を付設するため、シール材塗布ガン10
3周りの構造が複雑になる。
【0011】本発明の目的は、燃料電池用セパレータの
シール材塗布方法を改良することで、シール材の塗布状
況を常に確認できるようにするとともに、シール材を塗
布する側の構造を簡素化することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1は、横移動可能で且つ水平旋回可能な可動テ
ーブルにセパレータを載せ、シール材塗布状況を監視す
る監視カメラを取付けたシール材塗布手段を用いて、セ
パレータのガス通路及び水通路の周囲に液状のシール材
を塗布する燃料電池用セパレータのシール材塗布方法で
あって、シール材を塗布するときに可動テーブルを駆動
しつつ、シール材の塗布状況を監視カメラで監視し、こ
の監視の結果、シール材に異常がある場合にはシール材
の塗布及び可動テーブルの駆動を停止することを特徴と
する。
【0013】シール材を塗布するときに可動テーブルを
駆動するため、セパレータにシール材を環状に塗布する
場合には、例えば、塗布したシール材が常に監視カメラ
の視野に入るように可動テーブルを駆動することができ
る。また、シール材塗布手段に、例えば、監視カメラが
シール材塗布手段を周回するような機構を設けなくても
よく、シール材塗布手段の構造を簡単にすることができ
る。従って、シール材塗布手段のメンテナンス等を容易
に行うことができる。
【0014】請求項2は、監視カメラでは、シール材の
外形寸法が所定範囲にあるか否かを確認することを特徴
とする。監視カメラでシール材の外形寸法が所定範囲に
あるか否かを確認することにより、シール材の塗布品質
を高めることができ、シール性を向上させることができ
る。
【0015】請求項3は、監視カメラの向きを変更でき
るようにしたことを特徴とする。監視カメラの向きを変
更できるようにしたことで、監視カメラをシール材の方
向に精度良く向けることができ、シール材の監視精度を
高めることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図1は本発明に係る燃料電池用セパレータ
のシール塗布積層装置の正面図であり、シール塗布積層
装置10は、セパレータにシール材を塗布するシール材
塗布ステーション11と、シール材を塗布したセパレー
タに膜・電極接合体を積層する積層ステーション12と
を備える。なお、13はシール材塗布ステーション11
へセパレータを投入する投入ステーション、14は膜・
電極接合体をトリミングするトリミングステーションで
ある。
【0017】膜・電極接合体は、高分子化合物からなる
高分子電解質膜の両面に、カーボンペーパーからなるア
ノード側電極及びカソード側電極をそれぞれ貼り合わせ
たものである。
【0018】図2は本発明に係るシール材塗布ステーシ
ョンの要部拡大正面図であり、シール材塗布ステーショ
ン11は、ベース部21に取付けた可動テーブルとして
のセパレータ載置テーブル22と、ベース部21に取付
けたアーム部23と、このアーム部23に取付けたシー
ル材塗布手段としてのシール材塗布ガン24と、このシ
ール材塗布ガン24の先端に近接させて配置した監視カ
メラ25とからなる。
【0019】シール材塗布ガン24は、シール材を蓄え
るとともに交換可能としたシール材カートリッジ27
と、このシール材カートリッジ27に取付けたシール材
供給ホース28と、このシール材供給ホース28の先端
を連結したシール材押出し部31と、このシール材押出
し部31を駆動する電動モータ32と、シール材を吐出
するためにシール材押出し部31の先端に取付けたノズ
ル部33とからなる。
【0020】監視カメラ25は、ノズル部33の下方近
くが視野に入るようにしたものであり、シール材をセパ
レータに塗布中に、既に塗布したシール材の塗布状況、
特にシール材の外形寸法としての幅を監視するものであ
る。この監視の結果、シール材の幅が所定範囲を外れた
場合には、図示せぬ制御装置が、この監視カメラ25か
らの信号に基づいてシール材の塗布及びセパレータ載置
テーブル22の駆動を停止する。
【0021】監視カメラ25の向きは、常に一定の方向
になるように固定し、必要に応じて微調整できるように
するが、これに限らず、後述するブラケット36と監視
カメラ25とをボールジョイント等の自在継手で連結
し、ブラケット36に取付けた駆動モータで監視カメラ
25の向きを変更できるようにしてもよい。この場合、
監視カメラ25の視野にシール材が入るように、図示せ
ぬ制御装置が監視カメラ25からの信号に基づいて上記
の駆動モータの作動を制御する。
【0022】シール材塗布ガン24のシール材押出し部
31は、例えば、螺旋状の溝を設けたスクリューをシリ
ンダ内に挿入したものであり、電動モータ32でスクリ
ューを回転させることで、シール材カートリッジ27内
のシール材をシール材供給ホース28を介して吸引する
とともに、シリンダ内壁とスクリューの溝との間でシー
ル材を押出し、ノズル部33から吐出させる。
【0023】図3は図2の3矢視図であり、シール材塗
布ガン24の後部に背板35を取付け、この背板35の
下端からブラケット36を延ばし、このブラケット36
の先端に監視カメラ25を取付け、この監視カメラ25
をシール材塗布ガン24のノズル部33の手前に配置
(図2では監視カメラ25はノズル部33の向って左横
に配置。)したことを示す。
【0024】図4は本発明に係るセパレータ載置テーブ
ルの斜視図であり、セパレータ載置テーブル22は、ベ
ース部21に回転可能に取付けた回転板41と、この回
転板41にレール42,42を介してスライド可能に取
付けた第1スライド板43と、この第1スライド板43
にレール44,44を介してスライド可能に取付けた第
2スライド板45と、回転板41を回転させる電動モー
タ46と、第1スライド板43を移動させるために回転
板41に取付けた第1シリンダ47と、第2スライド板
45を移動させるために第1スライド板43に取付けた
第2シリンダ48と、電動モータ46を駆動させる電動
モータ駆動装置51と、第1シリンダ47を駆動させる
第1シリンダ駆動装置52と、第2シリンダ48を駆動
させる第2シリンダ駆動装置53と、これらの電動モー
タ駆動装置51、第1・第2シリンダ駆動装置52,5
3の駆動を制御する制御装置54と、この制御装置54
に第1・第2スライド板43,45の移動量及び移動速
度、回転板41の回転角度及び回転角速度のデータを入
力するための入力装置55とからなる。即ち、セパレー
タ載置テーブル22は、第2スライド板45を矢印で示
したx−x方向、y−y方向に移動することができると
ともにr−r方向に回転することができるようにしたも
のである。電動モータ46の出力軸46aは、図2に示
したノズル部33の真下に配置したものである。
【0025】図5は本発明に係るセパレータの平面図で
あり、セパレータ57に図示せぬガス通路及び水通路を
形成し、これらのガス通路及び水通路の周囲にシール溝
としてのシール材塗布溝58を設け、このシール材塗布
溝58にシール材61を塗布した状態を示す。シール材
塗布溝58は、幅が他の部分より大きな拡張部62を備
えた平面視環状の溝であり、拡張部62の溝幅をw1と
し、拡張部62以外の溝幅をw2とすると、w1>w2
である。
【0026】シール材61は、シール溝58の拡張部6
2に直線状の塗り始め部分63を塗布し、この塗り始め
部分63から順に、第1曲線部64、第1直線部65、
第2曲線部66、第2直線部67、第3曲線部68を塗
布し、更に、この第3曲線部68に続く直線状の塗り終
わり部分71を拡張部62に塗布したものである。
【0027】ここで、72はシール材61を塗布しない
状態でセパレータ57を移動させた場合のシール材塗布
ガンのノズル部33(図2参照)の軌跡、80〜88は
シール材61を塗布する際、図4に示したセパレータ載
置テーブル22の第2スライド板45におけるx方向の
移動、y方向の移動及び回転の起点又は終点とするため
に、図5において、シール材塗布溝58上に設けた架空
の点(これらの点は、図に示すx軸、y軸からなる直交
座標をとったときに、図4に示した制御装置54のメモ
リにx,y座標として記憶させたものである。)、91
は第1曲線部64上の点、92は第1直線部65上の
点、93は第2曲線部66上の点、94は第2直線部6
7上の点、95は第3曲線部68上の点である。
【0028】次にシール材塗布方法を説明する。図6
(a)〜(c)は本発明に係るセパレータのシール材塗
布方法を説明する第1作用図である。なお、ここでは、
シール材塗布ガンのノズル部の真下に、x軸及びy軸か
らなる直交座標の原点をとる。この原点は図5に示した
直交座標の原点と一致する。図5に示したように、セパ
レータ載置テーブルの第2スライド板にセパレータ57
を位置決めした状態から、(a)は、第2スライド板を
x方向及びy方向に移動させるとともに回転させ、シー
ル材塗布ガンのノズル部の真下に、シール材塗布溝58
上の点80を配置し、且つ監視カメラの視野97を、こ
れから塗布する塗り始め部分63の延長線上に配置した
ことを示す。即ち、平面視で点80と視野97とはx軸
上にある。
【0029】まず、この状態から、第2スライド板をx
方向へ移動させながら、シール材塗布溝58にシール材
を塗布し始める。なお、以降は、監視カメラの視野97
内に塗布済みのシール材が入るように第2スライド板の
x方向移動、y方向移動、回転を適宜行いながら、シー
ル材の塗布を実施する。
【0030】(b)はノズル部の真下までシール材塗布
溝58上の点81を移動させ、シール材61の塗り始め
部分63を直線状に塗布した状態を示す。(c)は、ノ
ズル部の真下までシール材塗布溝58上の点91を移動
させ、シール材61の第1曲線部64を塗布中の状態を
示す。
【0031】図7(a)〜(c)は本発明に係るセパレ
ータのシール材塗布方法を説明する第2作用図である。
(a)は、シール材61の第1曲線部64(図6(c)
参照)の塗布を終了した後に、ノズル部の真下までシー
ル材塗布溝58上の点92を移動させ、シール材61の
第1直線部65を塗布中の状態を示す。
【0032】(b)は、シール材61の第1直線部65
((a)参照)の塗布を終了した後に、ノズル部の真下
までシール材61上の点93を移動させ、シール材61
の第2曲線部66を塗布中の状態を示す。
【0033】(c)は、シール材61の第2曲線部66
((b)参照)の塗布を終了した後に、ノズル部の真下
までシール材61上の点94を移動させ、シール材61
の第2直線部67を塗布中の状態を示す。
【0034】図8(a)〜(c)は本発明に係るセパレ
ータのシール材塗布方法を説明する第3作用図である。
(a)は、シール材61の第2直線部67(図7(c)
参照)の塗布を終了した後に、ノズル部の真下までシー
ル材61上の点95を移動させ、シール材61の第3曲
線部68を塗布中の状態を示す。
【0035】(b)は、シール材61の第3曲線部68
((a)参照)の塗布を終了した後に、ノズル部の真下
までシール材61上の点87を移動させ、シール材61
の塗り終わり部分71を塗布した状態を示す。これで、
シール材61の塗布を終了する(c)は、(b)の状態
から軌跡72がノズル部の真下に沿うように第2スライ
ド板を移動して、ノズル部の真下に点88を移動させた
状態を示す。
【0036】図9は本発明に係る監視カメラの視野を説
明する説明図であり、監視カメラの視野97にシール材
61が入るようにし、塗布済みのシール材61の幅Wが
所定範囲にあるか否かを確認する状態を示す。なお、図
中に示す想像線は、シール材61の長手方向に垂直な断
面を示す横断面図である。
【0037】シール材61の外形寸法としては、図に示
した幅Wと高さHとがあるが、ノズル部からの吐出量、
ノズル部の水平移動速度、セパレータ面とノズル部との
クリアランス、シール材の粘度が一定である場合、シー
ル材の幅Wが変化すれば、高さHは幅Wに応じて変化す
るため、幅Wのみを確認しておけば、シール材61の塗
布状況が異常かどうかを確認することができる。
【0038】図10は本発明に係るシール材の塗布状況
監視中のフロー図である。なお、ST××はステップ番
号を示す。 ST01…シール材の塗布状況の確認を開始する。 ST02…シール材に異常が発生したかどうか判断す
る。 シール材に異常が発生しなかった(NO)場合、再度S
T02を実行する。シール材に異常が発生した(YE
S)場合、ST03に進む。
【0039】異常が発生したとは、例えば、シール材を
塗布中に、例えば、塗布量が少なくなって欠肉を起こ
し、幅W(図9参照)が所定範囲を下回ったり、また、
塗布量が多くなって幅Wが所定範囲を上回った場合のこ
とである。
【0040】ST03…シール材塗布ガンの作動を停止
して、シール材吐出を停止するとともに、セパレータ載
置テーブルの駆動を停止して、この異常事態に対処す
る。
【0041】以上の図2、図4及び図5で説明したよう
に、本発明は第1に、横移動可能で且つ水平旋回可能な
セパレータ載置テーブル22にセパレータ57を載せ、
シール材塗布状況を監視する監視カメラ25を取付けた
シール材塗布ガン24を用いて、セパレータ57のガス
通路及び水通路の周囲に液状のシール材61を塗布する
燃料電池用セパレータ57のシール材塗布方法であっ
て、シール材61を塗布するときにセパレータ載置テー
ブル22を駆動しつつ、シール材61の塗布状況を監視
カメラ25で監視し、この監視の結果、シール材61に
異常がある場合にはシール材61の塗布及びセパレータ
載置テーブル22の駆動を停止することを特徴とする。
【0042】シール材61を塗布するときにセパレータ
載置テーブル22を駆動するため、セパレータ57にシ
ール材61を環状に塗布する場合には、例えば、塗布し
たシール材61が常に監視カメラ25の視野に入るよう
にセパレータ載置テーブル22を駆動することができ
る。従って、シール材61を常に監視することができ、
シール材61の異常を迅速に把握することができて、異
常事態に早急に対応することができる。
【0043】また、シール材塗布ガン24に、例えば、
監視カメラ25がシール材塗布ガン24を周回するよう
な機構を設けなくてもよく、シール材塗布ガン24の構
造を簡単にすることができる。従って、シール材塗布ガ
ン24のメンテナンス等を容易に行うことができる。
【0044】本発明は第2に、図2、図5及び図9で説
明したように、監視カメラ25では、シール材61の幅
Wが所定範囲にあるか否かを確認することを特徴とす
る。監視カメラ25でシール材61の幅Wが所定範囲に
あるか否かを確認することにより、シール材61の塗布
品質を高めることができ、シール性を向上させることが
できる。
【0045】本発明は第3に、監視カメラ25の向きを
変更できるようにしたことを特徴とする。監視カメラ2
5の向きを変更できるようにしたことで、監視カメラ2
5をシール材61の方向に精度良く向けることができ、
シール材61の監視精度を高めることができる。従っ
て、シール材61の異常を見落す心配がない。
【0046】尚、本発明の実施の形態では、セパレータ
載置テーブルの第1スライド板の移動及び第2スライド
板の移動をシリンダで行うようにしたが、これに限ら
ず、第1スライド板及び第2スライド板にそれぞれ長尺
のねじをねじ結合し、このねじを電動モータ等で回転さ
せたり、第1スライド板及び第2スライド板に固定した
ボルトにねじ結合したナットを電動モータ等で回転させ
るようにしてもよい。また、本発明の実施の形態では、
監視カメラでシール材のほぼ上方から監視したが、これ
に限らず、塗布済みのシール材の真横からシール材を監
視してもよい。この場合、シール材の高さを監視するこ
とができる。
【0047】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項1の燃料電池用セパレータのシール材塗布
方法は、横移動可能で且つ水平旋回可能な可動テーブル
にセパレータを載せ、シール材の塗布状況を監視する監
視カメラを取付けたシール材塗布手段を用いて、セパレ
ータのガス通路及び水通路の周囲に液状のシール材を塗
布する燃料電池用セパレータのシール材塗布方法であっ
て、シール材を塗布するときに可動テーブルを駆動しつ
つ、シール材の塗布状況を監視カメラで監視し、この監
視の結果、シール材に異常がある場合にはシール材の塗
布及び可動テーブルの駆動を停止するので、セパレータ
にシール材を環状に塗布する場合には、例えば、塗布し
たシール材が常に監視カメラの視野に入るように可動テ
ーブルを駆動することができる。従って、シール材を常
に監視することができ、シール材の異常を迅速に把握す
ることができて、異常事態に早急に対応することができ
る。
【0048】また、シール材塗布手段に、例えば、監視
カメラがシール塗布手段を周回するような機構を設けな
くてもよく、シール材塗布手段の構造を簡単にすること
ができる。従って、シール材塗布手段のメンテナンス等
を容易に行うことができる。
【0049】請求項2の燃料電池用セパレータのシール
材塗布方法は、監視カメラでは、シール材の外形寸法が
所定範囲にあるか否かを確認するので、シール材の塗布
品質を高めることができ、シール性を向上させることが
できる。
【0050】請求項3の燃料電池用セパレータのシール
材塗布方法は、監視カメラの向きを変更できるようにし
たので、監視カメラをシール材の方向に精度良く向ける
ことができ、シール材の監視精度を高めることができ
る。従って、シール材の異常を見落す心配がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池用セパレータのシール塗
布積層装置の正面図
【図2】本発明に係るシール材塗布ステーションの要部
拡大正面図
【図3】図2の3矢視図
【図4】本発明に係るセパレータ載置テーブルの斜視図
【図5】本発明に係るセパレータの平面図
【図6】本発明に係るセパレータのシール材塗布方法を
説明する第1作用図
【図7】本発明に係るセパレータのシール材塗布方法を
説明する第2作用図
【図8】本発明に係るセパレータのシール材塗布方法を
説明する第3作用図
【図9】本発明に係る監視カメラの視野を説明する説明
【図10】本発明に係るシール材の塗布状況監視中のフ
ロー図
【図11】従来のシール材塗布要領を説明する作用図
【符号の説明】
22…可動テーブル(セパレータ載置テーブル)、24
…シール材塗布手段(シール材塗布ガン)、25…監視
カメラ、57…セパレータ、61…シール材、W…シー
ル材の外形寸法(幅)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 横移動可能で且つ水平旋回可能な可動テ
    ーブルにセパレータを載せ、シール材塗布状況を監視す
    る監視カメラを取付けたシール材塗布手段を用いて、前
    記セパレータのガス通路及び水通路の周囲に液状のシー
    ル材を塗布する燃料電池用セパレータのシール材塗布方
    法であって、 前記シール材を塗布するときに前記可動テーブルを駆動
    しつつ、シール材の塗布状況を監視カメラで監視し、こ
    の監視の結果、シール材に異常がある場合にはシール材
    の塗布及び前記可動テーブルの駆動を停止することを特
    徴とする燃料電池用セパレータのシール材塗布方法。
  2. 【請求項2】 前記監視カメラでは、前記シール材の外
    形寸法が所定範囲にあるか否かを確認することを特徴と
    する請求項1記載の燃料電池用セパレータのシール材塗
    布方法。
  3. 【請求項3】 前記監視カメラの向きを変更できるよう
    にしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の燃
    料電池用セパレータのシール材塗布方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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