JP2007075840A - 膜集合体のホットプレス装置およびその作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上・下均熱盤の昇降の精度を確保することができる膜集合体のホットプレス装置を提供する。
【解決手段】加熱手段を内蔵した下均熱盤２と、この下均熱盤の真上位置に下均熱盤２に対して相対的に昇降可能に配設され加熱手段を内蔵した上均熱盤６と、上・下均熱盤６・２のうち少なくとも一方を昇降可能な電動アクチュエータ７と、上・下均熱盤６・２のうち少なくとも一方に作用する電動アクチュエータ７の出力を計測する力センサ８、または、上・下均熱盤６・２のうち少なくとも一方の変位量を計測する変位量センサ９と、電動アクチュエータ７と、力センサ８または変位量センサ９とにそれぞれ電気的に接続されて力センサ８または変位量センサ９の計測結果に基づき電動アクチュエータ７の作動を制御するコントローラ１０と、具備したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体高分子膜を二枚の電極膜で挟んで成る膜集合体のホットプレス装置およびその作動方法に関する。

一般に、固体高分子型燃料電池に用いる膜−電極接合体は、厚さ約５０μｍ程度の固体高分子膜を、厚さ約０．３〜０．４ｍ程度で対を成す２枚のカーボンシート製あるいはカーボンクロス製の電極膜で挟んだのち加熱するとともに圧着して製造されている。そして、固体高分子膜は、周縁部が電極膜より約５〜３０ｍｍ程度長い大きさを有していて、２枚の電極膜の間を絶縁するとともに２枚の電極膜にそれぞれ供給される酸素と水素が直接接触しないようにされており、さらに電極膜から飛出した周縁部分が環状パッキンを介して導電性のセパレータによって表裏両側から挟持されている。

ところで、従来、固体高分子膜を二枚の電極膜で挟んで作製した膜集合体における膜同士の接合は、この膜集合体を、ホットプレス装置の加熱された上・下均熱盤によってホットプレスすることにより行われている。

しかし、このように構成された従来のホットプレス装置では、一般に、上・下均熱盤を油圧シリンダの伸縮作動により昇降させているため、膜集合体のホットプレスの精度を確保することができないなどの問題があった。
特開２００１−２３６９７１号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、上・下均熱盤の昇降の精度を確保することができる膜集合体のホットプレス装置およびその作動方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明における膜集合体のホットプレス装置は、固体高分子膜を二枚の電極膜で挟んで成る膜集合体をホットプレスする装置であって、上面が平坦状を成し前記膜集合体全体を載置可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した下均熱盤と、この下均熱盤の真上位置に下均熱盤に対して相対的に昇降可能に配設され下面が平坦状を成し前記膜集合体全体を押圧可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した上均熱盤と、前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方を昇降可能な電動アクチュエータと、前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方に作用する前記電動アクチュエータの出力を計測する力センサ、または、前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方の変位量を計測する変位量センサと、前記電動アクチュエータと、前記力センサまたは前記変位量センサとにそれぞれ電気的に接続されて前記力センサまたは前記変位量センサの計測結果に基づき前記電動アクチュエータの作動を制御するコントローラと、具備したことを特徴とする。

このように構成されたものは、変位量センサまたは力センサの監視の下、コントローラによって制御しながら電動アクチュエータを作動して上・下均熱盤のうち少なくとも一方を他方に近づけ、膜集合体をホットプレスする。

以上の説明から明らかなように本発明は、固体高分子膜を二枚の電極膜で挟んで成る膜集合体をホットプレスする装置であって、上面が平坦状を成し前記膜集合体全体を載置可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した下均熱盤と、この下均熱盤の真上位置に下均熱盤に対して相対的に昇降可能に配設され下面が平坦状を成し前記膜集合体全体を押圧可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した上均熱盤と、前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方を昇降可能な電動アクチュエータと、前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方に作用する前記電動アクチュエータの出力を計測する力センサ、または、前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方の変位量を計測する変位量センサと、前記電動アクチュエータと、前記力センサまたは前記変位量センサとにそれぞれ電気的に接続されて前記力センサまたは前記変位量センサの計測結果に基づき前記電動アクチュエータの作動を制御するコントローラと、具備したから、変位量センサまたは力センサの監視の下、コントローラの制御により電動アクチュエータを作動して、上・下均熱盤のうち少なくとも一方を他方に近づけるため、上・下均熱盤による膜集合体のホットプレスを高精度に行うことができるなどの優れた実用的効果を奏する。

以下、本発明を適用したホットプレス装置の一実施例について、図１〜図３に基づき詳細に説明する。図１に示すように、本ホットプレス装置は、長方形板状の天井部を有する４脚門型状の基礎台１と、この基礎台１上に装着され上面が平坦状を成し膜集合体全体を載置可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した下均熱盤２と、前記基礎台１上の四隅に立設された４本の支柱３・３と、これら４本の支柱３・３の上部間に架設された長方形板状の天井フレーム４と、４本の前記支柱３・３間に上下摺動自在に装架されて前記基礎台１の上方に昇降可能に配設された長方形板状の昇降フレーム５と、この昇降フレーム５の下面に前記下均熱盤２と対向して装着され下面が平坦状を成し膜集合体全体を押圧可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した上均熱盤６と、前記天井フレーム４の上面中心位置に、ピストンロッドが天井フレーム４を上下に貫通して装着された電動アクチュエータとしての下向きの電動シリンダ７と、この電動シリンダ７のピストンロッドの下端と前記昇降フレーム５の上面との間に装着されて前記電動シリンダ７の出力を計測する力センサとしてのロードセル８と、前記昇降フレーム５の変位量を計測する変位量センサとしてのリニアスケール９と、前記電動シリンダ７、前記ロードセル８および前リニアスケール９にそれぞれ電気的に接続されて前記ロードセル８および前リニアスケール９の計測結果に基づき、前記電動シリンダ７の作動を制御するコントローラ１０と、で構成してある。

このように構成したものは、上・下均熱盤６・２を加熱手段によりそれぞれ加熱して所定温度にしたのち、電動シリンダ７の出力をロードセル８によって計測するとともに電動シリンダ７の作動をコントローラ１０によって制御しながら電動シリンダ７を伸長作動し、本ホットプレス時の押圧力で上均熱盤６を下均熱盤２に当接して仮ホットプレスする。次いで、図２に示すように、本ポットプレス時における基礎台１、支柱３・３および天井フレーム４の撓みによる誤差を補正すべく、上述の仮ホットプレス時におけるリニアスケール９の計測値を「０」に変更して昇降フレーム５の基準位置にするとともに、コントローラ１０に昇降フレーム５の基準位置として記憶する。これ以後、図３に示すように、固体高分子膜を二枚の電極膜で挟んで成る膜集合体ｗを下均熱盤２上に載置したのち、電動シリンダ７の出力をロードセル８により計測するとともに、ロードセル８の計測結果に基づきコントローラ１０により電動シリンダ７の作動を制御しながら電動シリンダ７を伸長作動し、本ホットプレス時の押圧力で上均熱盤６を膜集合体ｗに押圧して、膜集合体ｗを本ホットプレスし所望の厚さにする。

上述の実施例において電動シリンダ７の出力をロードセル８により計測しながら電動シリンダ７を作動する代わりに、昇降フレーム５の変位量をリニアスケール９により計測し、リニアスケール９の計測結果に基づきコントローラ１０により電動シリンダ７の作動を制御しながら電動シリンダ７を伸長作動するようにしてもよい。

本発明を適用したホットプレス装置の一実施例を示す正面図である。 図１の作動説明図である。 膜集合体ｗの斜視図である。

符号の説明

１ 基礎台
２ 下均熱盤
３ 支柱
４ 天井フレーム
５ 昇降フレーム
６ 上均熱盤
７ 電動シリンダ
８ ロードセル
９ リニアスケール
１０ コントローラ

Claims (4)

1. 固体高分子膜を二枚の電極膜で挟んで成る膜集合体をホットプレスする装置であって、
   上面が平坦状を成し前記膜集合体全体を載置可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した下均熱盤と、
   この下均熱盤の真上位置に下均熱盤に対して相対的に昇降可能に配設され下面が平坦状を成し前記膜集合体全体を押圧可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した上均熱盤と、
   前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方を昇降可能な電動アクチュエータと、
   前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方に作用する前記電動アクチュエータの出力を計測する力センサ、または、前記上・下均熱盤のうち少なくとも一方の変位量を計測する変位量センサと、
   前記電動アクチュエータと、前記力センサまたは前記変位量センサとにそれぞれ電気的に接続されて前記力センサまたは前記変位量センサの計測結果に基づき前記電動アクチュエータの作動を制御するコントローラと、
   具備したことを特徴とする膜集合体のホットプレス装置。
2. 固体高分子膜を二枚の電極膜で挟んで成る膜集合体をホットプレスする装置であって、
   長方形板状の天井部を有する４脚門型状の基礎台と、
   この基礎台上に装着され上面が平坦状を成し前記膜集合体全体を載置可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した下均熱盤と、
   前記基礎台上の四隅に立設された４本の支柱と、
   これら４本の支柱の上部間に架設された長方形板状の天井フレームと、
   ４本の前記支柱間に上下摺動自在に装架されて前記基礎台の上方に昇降可能に配設された長方形板状の昇降フレームと、
   この昇降フレームの下面に前記下均熱盤と対向して装着され下面が平坦状を成し前記膜集合体全体を押圧可能なサイズを有しかつ加熱手段を内蔵した上均熱盤と、
   前記天井フレームの上面中心位置に、ピストンロッドが前記天井フレームを上下に貫通して装着された下向きの電動シリンダと、
   この電動シリンダのピストンロッドの下端と前記昇降フレームの上面との間に装着されて前記電動シリンダの出力を計測するロードセルと、
   前記昇降フレームの変位量を計測するリニアスケールと、
   前記電動シリンダ、前記力センサまたは前記変位量センサとにそれぞれ電気的に接続されて前記力センサおよび前記変位量センサの計測結果に基づき前記電動シリンダの作動を制御するコントローラと、
   を具備したことを特徴とする膜集合体のホットプレス装置。
3. 請求項２に記載の膜集合体のホットプレス装置を作動する方法であって、
   加熱手段により前記上・下均熱盤を所定温度にそれぞれ加熱する第１工程と
   前記電動シリンダの出力を前記ロードセルによって計測するとともに前記電動シリンダの作動を前記コントローラによって制御しながら前記電動シリンダを伸長作動し、本ホットプレス時の押圧力で上均熱盤を下均熱盤に当接して仮ホットプレスする第２工程と、
   本ホットプレス時における前記基礎台、前記支柱および前記天井フレームの撓みによる誤差を補正すべく、第２工程の仮ホットプレス時における前記リニアスケールの計測値を「０」に変更して前記昇降フレームの基準位置にするとともに、前記コントローラに前記昇降フレームの基準位置として記憶する第３工程と、
   これ以後、第１工程〜第３工程の遂行結果による状態を維持して、前記下均熱盤上に前記膜集合体を載置したのち、前記電動シリンダの出力を前記ロードセルにより計測するとともにロードセルの計測結果に基づき、前記コントローラによって前記電動シリンダの作動を制御しながら電動シリンダを伸長作動し、本ホットプレス時の押圧力で前記上均熱盤を前記膜集合体に押圧して膜集合体を本ホットプレスする第４工程と、
   を含むことを特徴とする膜集合体のホットプレス装置の作動方法。
4. 請求項３に記載の膜集合体のホットプレス装置の作動方法において、
   前記第４工程における前記ロードセルの計測結果に基づき前記電動シリンダを作動する代わりに、前記リニアスケールの計測結果に基づき前記電動シリンダを作動することを特徴とする膜集合体のホットプレス装置の作動方法。