JP2003031239A - 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Info
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Abstract
を防止した燃料電池用セパレータのシール材塗布方法の
提供。 【解決手段】 電動モータを逆回転させた場合には、シ
ール材押出し軸45でシール材61を吸い上げてノズル
部33からシール材61が垂れ落ちるのを防止するよう
にした。 【効果】 シール材の塗り終わり部分でモータを逆回転
させれば、塗り終わり部分でのシール材が垂れ落ちるの
を防止することができるため、シール材の塗布厚さが不
均一にならず、シール性を向上させることができるとと
もにシール材の塗布品質を高めることができる。
Description
やシール性の低下を防止する燃料電池用セパレータのシ
ール材塗布方法に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
る作用図であり、セパレータ101にシール材塗布ガン
102でシール材103を塗布する場合、シール材10
3の塗り終わり部分104で塗布を終了するためにシー
ル材塗布ガン102の駆動部を停止させると、シール材
塗布ガン102のノズル部105内に残っていたシール
材103が垂れ落ちることがある。これは、シール材塗
布品質の低下やシール材厚さ不均一によるシール性の低
下に繋がる。
レータのシール材塗布方法を改良することで、シール材
塗布品質やシール性の低下を防止することにある。
に請求項1は、モータと、このモータで駆動するシール
材押出し手段と、このシール材押出し手段の先端に設け
たノズル部とからなる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にお
いて、モータを正回転させた場合には、シール材押出し
手段でシール材を押出してノズル部からシール材を吐出
し、モータを逆回転させた場合には、シール材押出し手
段でシール材を吸い上げてノズル部からシール材が垂れ
落ちるのを防止するようにしたことを特徴とする。
転させれば、ノズル部内のシール材を吸い上げることが
でき、塗り終わり部分でシール材が垂れ落ちるのを防止
することができる。この結果、シール材の塗布厚さが不
均一にならず、シール性を向上させることができ、シー
ル材の塗布品質を高めることができる。
は、塗り終わり以前に対して、ノズル部の水平移動速度
を低速にするとともにシール材塗布量を減少させたこと
を特徴とする。
で、シール材の塗り終わり部分で時間を掛けてシール材
をセパレータにより密着しやすくすることができ、この
塗り終わり部分をシール材の塗り始め部分に繋ぐ場合
に、塗り終わり部分と塗り始め部分との隙間を無くすこ
とができ、シール性を向上させることができる。
材塗布量を減少させたことで、水平移動速度を低速にし
たことによる塗布したシール材の外形寸法が大きくなる
のを防止することができる。
布するシール溝を設け、このシール溝の幅を、シール材
の塗り始め部分及び塗り終わり部分で、これらの塗り始
め部分及び塗り終わり部分以外よりも大きくしたことを
特徴とする。
分で、シール材の塗布位置の自由度を増すことができ、
塗り始め部分と塗り終わり部分とを繋ぐ場合に、塗り始
め部分と塗り終わり部分との隙間がなくなるようにシー
ル材の塗布位置を設定することができて、シール性を向
上させることができる。
り終わり部分とを、シール溝の幅を大きくした箇所で交
差させるようにしたことを特徴とする。シール材の塗り
始め部分と塗り終わり部分とを交差させるようにしたこ
とで、塗り始め部分と塗り終わり部分との密着性を高め
ることができ、単に塗り始め部分の先端と塗り終わり部
分の先端とを繋ぐのに比べて、塗り始め部分と塗り終わ
り部分との間に隙間を無くすことができて、シール性を
向上させることができる。
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。
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。
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に取付けたセパレータ載置台2
2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非接触
式センサ25とからなる。
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。
ぼ下方のセパレータ面に、例えばレーザを照射すること
で、シール材をセパレータに塗布中に、既に塗布したシ
ール材を非接触の状態で検知するものであり、図示せぬ
制御装置は、この非接触式センサ25からの信号に基づ
いて、アーム部23を駆動し、シール材塗布ガン24の
水平移動や昇降を制御する。
31は、後述するように、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。
また、シール材押出し部31は、後述するように、スク
リューを上記とは逆に回転させることで、シリンダ内壁
とスクリューとの間でシール材を押し上げ、ノズル部3
3から吸引する。
布ガン24の後部に背板35を取付け、この背板35の
下端からステー36,36(奥側のステー36は不図
示)を斜め下方に延ばし、これらのステー36,36の
先端に非接触式センサ25を取付けたことを示す。非接
触式センサ25は、先端をノズル部33の下方に向けた
ものである。
ル材塗布ガン24のシール材押出し部31に第1シリン
ダ部41及び第2シリンダ部42を設け、これらの第1
シリンダ部41及び第2シリンダ部42にそれぞれ第1
スクリュー43及び第2スクリュー44を挿入したシー
ル材押出し軸45を電動モータ32(図3参照)の出力
軸に連結することを示す。
に形成したケース部、48はシール材押出し軸45を支
持するためにケース部47に設けた軸受部、51はシー
ル材供給ホース28に連通させるためにケース部47に
形成したシール材導入室、52はジョイント、53,5
3はホースバンドである。
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。
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、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。
シール材塗布ガン24を水平移動する移動経路、80〜
88はシール材61の各部を塗布する際にシール材塗布
ガン24の移動の始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、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67上
の点、95は第3曲線部68上の点である。上記した点
91,93,95は、予め移動方向を教示したティーチ
ングポイントである。
図6は本発明に係るシール材塗布方法を説明する第1作
用図であり、シール材塗布ガン24内のシール材の流れ
を説明する。シール材61の塗布を開始するには、電動
モータを作動させることで、シール材押出し軸45を白
抜き矢印の方向へ回転させる。ここでの電動モータ及び
シール材押出し軸45の回転方向を正方向とする(正回
転とする。)。
ール材供給ホース28を通じてシール材導入室51内に
吸引したシール材61を、矢印に示すように、第1シリ
ンダ部41と第1スクリュー43の溝との間及び第2シ
リンダ42と第2スクリュー44の溝との間から下方へ
押出し、ノズル部33から外部に吐出させ、セパレータ
57に塗布する。
材塗布方法を説明する第2作用図であり、シール材塗布
ガンのノズル部の移動及びシール材の塗布動作を順に説
明する。(a)において、ノズル部33の先端をセパレ
ータ57から所定距離d1だけ離して配置する。(b)
において、ノズル部33を(a)の位置から所定距離d
2だけ下降させ、シール材の塗布を開始する。
始してから所定時間t1経過後に所定時間t2の間、一
旦、塗布を停止してシール材61をセパレータ57に十
分に密着させる。そして、上記所定時間t2の後、ノズ
ル部33を所定速度v1で(a)の位置まで上昇させ
る。(d)において、ノズル部33を所定速度v2で水
平移動させながらセパレータ57にシール材61を塗布
する。このときには非接触式センサからレーザ74をセ
パレータ57に照射している。
1の塗り始め部分63に当たって非接触式センサが塗り
始め部分63を検知すると、(f)において、シール材
塗布ガンはシール材吸引動作を行いながら(詳細は後述
する。)所定速度v3(v3<v2)で水平移動するた
め、ノズル部33からのシール材61の吐出量が減少
し、(g)に示すように、やがてノズル部33からのシ
ール材61の吐出は止まる。ノズル部33が図5に示し
た点87まで移動したら、シール材塗布ガンのシール材
吸引動作を終了し、この点87から点88まで所定速度
v3で移動して、セパレータ57へのシール材塗布工程
を終了する。
明する第3作用図であり、シール材塗布ガン24の上記
したシール材吸引動作について説明する。電動モータ
を、図6で示した回転方向に対して逆回転させ、図8に
示すようにシール材押出し軸45を白抜き矢印の方向に
回転させる。即ち、電動モータ及びシール材押出し軸4
5の回転方向を逆方向とする(逆回転とする)。
クリュー43の溝との間のシール材61及び第2シリン
ダ部42と第2スクリュー44の溝との間のシール材6
1を矢印のように上方に移動させ、ノズル部33内のシ
ール材61を吸引する。従って、ノズル部33からのシ
ール材61の吐出量は減少し、やがてノズル部33から
のシール材61の吐出は止まる。
のフローを次に説明する。図9は本発明に係るシール材
塗布ガンの動作を説明するフロー図である。ST××は
ステップ番号を示す。 ST01…電動モータを作動させる。 ST02…シール材押出し軸を正回転させ、シール材の
塗布を開始する。
部分を検知する。 ST04…シール材押出し軸を逆回転させ、ノズル部の
シール材を吸引する。 ST05…電動モータを停止させる。 これで、シール材塗布ガンによるシール材塗布を終了す
る。
に、本発明は第1に、電動モータ32と、この電動モー
タ32で駆動するシール材押出し軸45と、このシール
材押出し軸45の先端に設けたノズル部33とからなる
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におい
て、電動モータ32を正回転させた場合には、シール材
押出し軸45でシール材61を押出してノズル部33か
らシール材61を吐出し、電動モータ32を逆回転させ
た場合には、シール材押出し軸45でシール材61を吸
い上げてノズル部33からシール材61が垂れ落ちるの
を防止するようにしたことを特徴とする。
参照)で電動モータ32を逆回転させれば、ノズル部3
3内のシール材61を吸い上げることができ、塗り終わ
り部分71でのシール材61が垂れ落ちるのを防止する
ことができる。この結果、シール材61の塗布厚さが不
均一にならず、シール性を向上させることができるとと
もに、シール材の塗布品質を高めることができる。
の塗り終わり部分でシール材が垂れ落ち、シール材の厚
さが不均一となった場合に、シール材を塗布したセパレ
ータを膜・電極接合体と積層して圧縮する際、硬化した
シール材の厚さの不均一が原因でセパレータに亀裂が発
生するようなことを本発明では防止することができる。
明したように、シール材61の塗り終わり部分71(図
5参照)では、塗り終わり以前の水平移動速度v2に対
して、ノズル部33の水平移動速度v3を低速にすると
ともにシール材塗布量を減少させたことを特徴とする。
することで、シール材61の塗り終わり部分71で時間
を掛けてシール材61をセパレータ57に、より密着し
やすくすることができ、この塗り終わり部分71をシー
ル材61の塗り始め部分63に繋ぐ場合に、塗り終わり
部分71と塗り始め部分63とがより密着し、塗り終わ
り部分71と塗り始め部分63との隙間を無くすことが
でき、シール性を向上させることができる。
でシール材塗布量を減少させたことで、水平移動速度v
3を低速にしたことによるシール材61の外形寸法、例
えば、高さや幅が大きくなるのを防止することができ
る。
セパレータ57に、シール材61を塗布するシール材塗
布溝58を設け、このシール材塗布溝58の幅を、シー
ル材61の塗り始め部分63及び塗り終わり部分71
で、これらの塗り始め部分63及び塗り終わり部分71
以外よりも大きくしたことを特徴とする。
63及び塗り終わり部分71で、シール材61の塗布形
状の自由度を増すことができ、塗り始め部分63と塗り
終わり部分71とを繋ぐ場合に、塗り始め部分63と塗
り終わり部分71との隙間がなくなるようにシール材6
1の塗布位置を設定する、例えば、塗り始め部分63と
塗り終わり部分71とを重ねたり、接触面積が大きくな
るようにしたりすることができて、シール性を向上させ
ることができる。
部分63と塗り終わり部分71とを、シール材塗布溝5
8の幅を大きくした拡張部62で交差させるようにした
ことを特徴とする。
わり部分71とを交差させるようにしたことで、塗り始
め部分63と塗り終わり部分71との密着性をより高め
ることができ、単に塗り始め部分の先端と塗り終わり部
分の先端とを繋ぐのに比べて、塗り始め部分63と塗り
終わり部分71との間に隙間を無くすことができて、シ
ール性を向上させることができる。
ル部からシール材が垂れ落ちるのを防止するようにした
が、モータの回転速度をも制御できるようにする、例え
ば、シール材の粘度が小さい場合(垂れ落ちやすい)に
モータの逆回転速度を大きくし、シール材の粘度が大き
い場合(垂れ落ちにくい)にモータの逆回転速度を小さ
くしてもよい。
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、モータを正回転させた場合には、シール材押出
し手段でシール材を押出してノズル部からシール材を吐
出し、モータを逆回転させた場合には、シール材押出し
手段でシール材を吸い上げてノズル部からシール材が垂
れ落ちるのを防止するようにしたので、シール材の塗り
終わり部分でモータを逆回転させれば、塗り終わり部分
でのシール材が垂れ落ちるのを防止することができるた
め、シール材の塗布厚さが不均一にならず、シール性を
向上させることができるとともにシール材の塗布品質を
高めることができる。従って、例えば、セパレータを膜
・電極接合体と積層して圧縮する際に、シール材の厚さ
不均一によるセパレータの亀裂発生等を防止することが
できる。
材塗布方法は、シール材の塗り終わり部分では、塗り終
わり以前に対して、ノズル部の水平移動速度を低速にす
るとともにシール材塗布量を減少させたので、シール材
の塗り終わり部分でシール材をセパレータに密着しやす
くすることができ、この塗り終わり部分を塗り始め部分
と繋ぐ場合に、塗り終わり部分を塗り始め部分との隙間
を無くすことができ、シール性を向上させることができ
る。
材塗布量を減少させたことにより、水平移動速度を低速
にしたことによる塗布したシール材の外形寸法が大きく
なるのを防止することができる。
材塗布方法は、セパレータに、シール材を塗布するシー
ル溝を設け、このシール溝の幅を、シール材の塗り始め
部分及び塗り終わり部分で、これらの塗り始め部分及び
塗り終わり部分以外よりも大きくしたので、シール材の
塗り始め部分及び塗り終わり部分で、シール材の塗布位
置の自由度を増すことができ、塗り始め部分と塗り終わ
り部分とを繋ぐ場合に、塗り始め部分と塗り終わり部分
との隙間がなくなるようにシール材の塗布位置を設定す
ることができて、シール性を向上させることができる。
材塗布方法は、シール材の塗り始め部分と塗り終わり部
分とを、シール溝の幅を大きくした箇所で交差させるよ
うにしたので、塗り始め部分と塗り終わり部分との密着
性をより高めることができ、単に塗り始め部分の先端と
塗り終わり部分の先端とを繋ぐのに比べて、塗り始め部
分と塗り終わり部分との間に隙間を無くすことができ
て、シール性を向上させることができる。
布積層装置の正面図
拡大正面図
作用図
作用図
作用図
るフロー図
電動モータ、33…ノズル部、45…シール材押出し手
段(シール材押出し軸)、57…セパレータ、58…シ
ール溝(シール材塗布溝)、61…シール材、62…拡
張部、63…塗り始め部分、71…塗り終わり部分、v
3…塗り終わり部分での水平移動速度(所定速度)、w
2…拡張部の溝幅。
Claims (4)
- 【請求項1】 モータと、このモータで駆動するシール
材押出し手段と、このシール材押出し手段の先端に設け
たノズル部とからなる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にお
いて、 前記モータを正回転させた場合には、前記シール材押出
し手段でシール材を押出して前記ノズル部からシール材
を吐出し、モータを逆回転させた場合には、前記シール
材押出し手段でシール材を吸い上げて前記ノズル部から
シール材が垂れ落ちるのを防止するようにしたことを特
徴とする燃料電池用セパレータのシール材塗布方法。 - 【請求項2】 前記シール材の塗り終わり部分では、塗
り終わり以前に対して、前記ノズル部の水平移動速度を
低速にするとともにシール材塗布量を減少させたことを
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。 - 【請求項3】 前記セパレータに、シール材を塗布する
シール溝を設け、このシール溝の幅を、シール材の塗り
始め部分及び塗り終わり部分で、これらの塗り始め部分
及び塗り終わり部分以外よりも大きくしたことを特徴と
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。 - 【請求項4】 前記シール材の塗り始め部分と塗り終わ
り部分とを、前記シール溝の幅を大きくした箇所で交差
させるようにしたことを特徴とする請求項3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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