JP2010238655A

JP2010238655A - 燃料電池セルの製造装置

Info

Publication number: JP2010238655A
Application number: JP2009114988A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Deguchi; 喜宏出口; Shuichi Ikeda; 秀一池田; Yoshihide Shintani; 善英新谷; Ichiro Kawashima; 一郎川島
Original assignee: Takatori Corp
Current assignee: Takatori Corp
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】ガス拡散層のような通気性部材を的確に吸着搬送することが可能な燃料電池セルの製造装置を提供する。
【解決手段】燃料電池セルの各積層部材を搬送し、積層する燃料電池セルの製造装置であって、積層部材を吸着保持する吸着搬送手段４と、積層部材を吸着搬送手段４で吸着保持した状態で、積層部材を位置決めする位置決め手段と、電解質膜の両面に設けられた第１の保護シートと第２の保護シートとを剥離する剥離手段とから構成され、吸着搬送手段４は、前記吸着部が内側部分の第１吸着部と、外側部分の第２吸着部に分離形成され、第１吸着部は回転数を制御することで負圧を調整可能なブロワが接続され、該第２吸着部は真空吸着手段６４が接続されて構成され、ガス拡散層を第１吸着部にて吸着保持した状態でガス拡散層を介して電解質膜を第１吸着部及び第２吸着部にて重ねて吸着保持する燃料電池セルの製造装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池セルの製造装置に関する。さらに詳しくは、燃料電池セルを構成するガス拡散層や電解質膜を所定の順序に積層する燃料電池セルの製造装置に関する。

最近では、環境問題対策として、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燃料電池が注目され、この燃料電池の一つとして固体高分子型燃料電池が知られている。

前記固体高分子型燃料電池は、膜・電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ、以下、ＭＥＡと呼ぶ）からなり、このＭＥＡは、積層部材としての電解質膜と２つの電極（水素極、空気極）を構成するガス拡散層とで構成されている。このＭＥＡは電解質膜を触媒を介してガス拡散層で挟み込まれた構造をしており、一般的に、前記電解質膜は、２つの電極が導通したり、供給される燃料（水素）と酸素が交じり合ったりするのを防止するためにガス拡散層よりも電解質膜が一回り大きく形成されている。

このような構成のＭＥＡを形成するにあたり、ガス拡散層、触媒層、電解質膜、触媒層、ガス拡散層の順に積層部材を重ねていく必要がある。なお、一般的に図１５（ａ）のように触媒層７９がガス拡散層８０に一体化されたもの、若しくは触媒層が電解質膜の両面に一体化されているものが用いられる。また、電解質膜については図１５（ｂ）のように表面を傷付けないよう通常、第１の保護シート８２と第２の保護シート８３が電解質膜８１の両面に設けられており、供給された電解質膜８１は、両面の保護シートを剥離してから図１５（ｃ）のように積層されるようになっている。上記の各積層部材が図１５（ｃ）のように所定の順序に重ねられた後、緩衝シート等に挟まれた状態でヒートプレスが行なわれ、ＭＥＡが形成される。

なお、上記の積層を自動的に行なうにあたり、供給されたガス拡散層や電解質膜等の積層部材を１枚ずつ吸着ハンドに吸着して搬送し、所定の順序で順次積層していく製造装置が開示されている（例えば特許文献１）。

特開２００８−２６９８０９号公報

ところで、特許文献１の装置は、吸着ハンドで積層部材を１枚ずつ取り出して搬送し、１枚ずつ積層していくようになっており、生産効率が悪い問題があった。さらに、電解質膜は、傷が付きやすいため使用する部分の表面には極力触れたくないという要請があるが、１枚ずつ搬送する場合、保護シートの剥離された面を吸着ハンドで少なくとも１回は吸着して触れる必要がある。

また、ガス拡散層を吸着する場合、ガス拡散層が通気性を有するため、通常の真空吸着だけでは、ガス拡散層からの空気のリークにより、吸着することが困難であった。このため、真空ポンプ等に大容量のものを必要とし、コストが高く付く問題や、通気性の高いガス拡散層の吸着と通気性がない電解質膜の吸着とで吸着力を変更して制御することが困難であった。

また、特許文献１の装置は、１系統の吸着手段で積層部材を吸着して搬送するようになっており、通気性を有するガス拡散層と通気性がない電解質膜の吸着力をそれぞれの適正に合わせて吸着することが困難であった。

また、特許文献１の装置は、吸着ハンドに１枚ずつ吸着された積層部材を積層テーブルに載置する際に、吸着ハンドに吸着した積層部材を積層テーブルに載置し、吸着を解除した後、吸着ハンドが積層テーブル上の積層部材から離脱することとなるが、その離脱の際、ガス拡散層や電解質膜は軽量なため、吸着ハンドの移動による気流の発生等により、位置決めした積層部材が大きくずれる場合があった。

そこで、請求項１の発明は、少なくとも２枚のガス拡散層及び両面に保護シートが設けられた電解質膜からなる燃料電池セルの各積層部材を搬送し、所定の順序に積層する燃料電池セルの製造装置であって、その下面に吸着部が形成され、該吸着部で前記積層部材を吸着保持するとともに移動自在な枠体からなる吸着搬送手段と、前記積層部材を吸着搬送手段の下面で吸着保持した状態で、該積層部材を下方から認識し、位置決めする位置決め手段と、前記電解質膜の両面に設けられた第１の保護シートと第２の保護シートとを剥離する剥離手段とから構成され、前記吸着搬送手段の吸着部を、内側部分の第１吸着部と、外側部分の第２吸着部に分離して形成し、該第１吸着部に回転数を制御することで負圧を調整可能なブロワを接続するとともに該第２吸着部には真空吸着手段を接続して構成し、前記吸着搬送手段で積層部材を搬送する際に前記ガス拡散層を第１吸着部にて吸着保持しながら該ガス拡散層を介して前記電解質膜を第１吸着部及び第２吸着部にて重ねて吸着保持せしめるようにした構成を採用した燃料電池セルの製造装置である。

また、請求項２の発明は、前記吸着搬送手段は、前記積層部材を吸着保持する吸着面の複数箇所から突出可能な押えピンが設けられ、前記押えピンは、その上端に鍔部が形成され、該鍔部の下方が上昇位置と下降位置との間を昇降自在な支持板に摺動可能に嵌挿されるとともに、該支持板を上昇位置とした時には、該鍔部が前記支持板に掛止されることにより前記吸着面に対して埋没状態となり、該支持板を下降位置とした時には、該鍔部の支持板との掛止が解かれることにより前記吸着部から突出状態となるように構成され、前記吸着搬送手段で前記積層部材を搬送する際、該積層部材の吸着時には前記押えピンを吸着面に対して埋没状態とし、該積層部材をテーブル面に載置し吸着を解除する際には、前記押えピンを突出状態にせしめて前記吸着部に密着状態の積層部材を押圧して密着状態を解除するとともに、載置された積層部材を前記押えピンの荷重で押えながら該吸着搬送手段をテーブル面から離脱させるようにした構成を採用する請求項１記載の燃料電池セルの製造装置である。

また、請求項３の発明は、前記剥離手段は、粘着テープがその粘着面を表にして巻き回され、該粘着テープの走行方向に沿って移動可能に設けられるとともに一端に該粘着テープを鋭角に折り返す剥離エッジが設けられた剥離テーブルと、前記剥離テーブル上に設けられ、前記粘着テープに前記電解質膜の両対角部が位置するように該電解質膜の第２の保護シート面を接着した状態で前記第１の保護シートの上面の対角部の一方を吸着保持して前記剥離テーブルに対する相対移動によって剥離する吸着コレットとからなり、前記電解質膜の第１の保護シートを吸着コレットの剥離テーブルに対する相対移動で剥離させた後、前記電解質膜の第２の保護シートを前記粘着テープに接着した状態で、前記吸着搬送手段により第１の保護シートが剥離された電解質膜上にガス拡散層を重ねて吸着保持せしめた状態で、前記粘着テープに接着された電解質膜の第２の保護シートの一角を剥離エッジに向けて相対移動させることで第２の保護シートを剥離させるようにした構成を採用する請求項１または２記載の燃料電池セルの製造装置である。

通気性の高いガス拡散層のような部材であっても、吸引にブロワを採用したので、リークが発生しても吸引力を維持でき、真空ポンプ等を大容量化することなく通気性部材を吸着保持できるのでコストダウンが図れる。また、吸着ミスも発生することがない。

また、ブロワの回転数を制御することで、吸引力を容易に制御できるので、通気性部材の通気性の度合に応じて容易に吸着力を制御でき、また、通気性がない部材であってもブロワの回転数を制御することにより吸着することが可能である。

また、吸着ラインを外周部分の真空吸着と内周部分のブロワによる吸着との２系統に分離して設け、電解質膜よりも小さいガス拡散層のような通気性の高い部材は内周部分のブロワで吸着し、ガス拡散層の外周からはみ出した通気性がない電解質膜の外周部分は、真空吸着するようにしたので、通気性部材と通気性がない部材を重ねた状態で確実に保持できるようになる。

また、上記のように２系統の吸着ラインで吸着するようにしたので、電解質膜の下側に設けられた第２の保護シートを剥離する際に、ガス拡散層と電解質膜を２枚重ねで吸着搬送手段により保持しても、電解質膜を吸着搬送手段に確実に保持固定できるので、第２の保護シートの剥離ミスが起こらない。

また、位置決めされた積層部材をテーブルに載置する際に、吸着搬送手段から突出する押えピンで積層部材を自然に押えながら、吸着搬送手段が積層部材から離脱するようにしたので、吸着搬送手段の移動による気流等で載置した積層部材がずれることがなく、位置決め精度を維持した状態で載置及び積層ができる。

さらに、吸着搬送手段で電解質膜を吸着搬送する際、吸着搬送手段の吸着面に、使用する部分の電解質膜が直接触れることがないので、電解質膜の使用面に傷が付くことがない。すなわち、吸着搬送手段で電解質膜を単体で搬送する際は電解質膜の第１の保護シート面が吸着され、第１の保護シートが剥離された後は、ガス拡散層を吸着搬送手段で吸着した状態で電解質膜の第１の保護シートが剥離された面を吸着することになる（なお、この時、ガス拡散層からはみ出した部分の電解質膜面は吸着されることになるが、機能部分でないため問題はない。）。また、電解質膜の第２の保護シート面は、吸着搬送手段の吸着面と反対側に位置し、第２の保護シートが剥離された後は、ガス拡散層の上に積層されるので電解質膜の使用面に直接吸着搬送手段が触れることがない。

本発明の燃料電池セルの製造装置の一実施形態を表す平面図である。図１のＡ−Ａ方向の矢視図である。図２のＣ−Ｃ方向の断面矢視図である。図２のＤ−Ｄ方向の矢視図である。図４のＥ−Ｅ方向の断面矢視図である。図５のＦ−Ｆ方向の断面矢視図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の燃料電池セルの製造装置における吸着搬送手段で積層部材を吸着搬送する説明図である。（ｃ）及び（ｄ）は本発明の燃料電池セルの製造装置における吸着搬送手段で積層部材を吸着搬送する説明図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の燃料電池セルの製造装置における位置決め手段での位置決めの説明図である。図１のＢ−Ｂ方向の一部切欠き矢視図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の燃料電池セルの製造装置での電解質膜の保護シートの剥離動作を表す説明図である。（ｃ）及び（ｄ）は本発明の燃料電池セルの製造装置での電解質膜の保護シートの剥離動作を表す説明図である。（ｅ）及び（ｆ）は本発明の燃料電池セルの製造装置での電解質膜の保護シートの剥離動作を表す説明図である。（ｇ）及び（ｈ）は本発明の燃料電池セルの製造装置での電解質膜の保護シートの剥離動作を表す説明図である。（ａ）乃至（ｃ）は燃料電池セルの積層部材の一例を表す説明図

以下、本発明の一実施形態について図１乃至図１０に基づいて説明する。

図１は本発明の燃料電池セルの製造装置の全体を表す平面図であり、機台２上に燃料電池セル製造装置１が設けられている。前記機台２上には、燃料電池セルを構成する積層部材としてのガス拡散層８０と電解質膜８１が積層収納された供給テーブル３と、供給される積層部材を吸着して搬送する吸着搬送手段としての吸着搬送体４と、供給された積層部材を吸着搬送体４の下面に吸着した状態で位置決めする位置決めユニット５と、電解質膜８１の両面に設けられた第１の保護シート８２と第２の保護シート８３を剥離する剥離ユニット６と、各積層部材が所定の順序で積層される積層テーブル７とが設けられている。

前記供給テーブル３上には、燃料電池セルの電極を構成するガス拡散層８０と電解質膜８１がそれぞれ積層して収納された図示しない積層トレーが設けられている。前記電解質膜８１は、その両面に保護シート（第１の保護シート８２、第２の保護シート８３）が設けられており、供給テーブル３の中央の積層トレーに積層収納されている。また、前記ガス拡散層８０は、一方の面に白金等で形成された触媒層７９が設けられており、供給テーブル３上には、触媒層７９が上側になったガス拡散層８０が積層収納された積層トレーと触媒層７９が下側になったガス拡散層８０が積層収納された積層トレーの２つが電解質膜８１の積層トレーの両側に設けられている。前記各積層トレーからは、図示しない適宜なエレベーター機構によって順次供給され、上方から吸着搬送体４で１枚ずつ各積層部材が取り出されるようになっている。

また、図２のように吸着搬送体４は、支持枠２３上に支持枠２４が気密性を保つように設けられた枠体状に形成され、該支持枠２４の外周にはプーリー２６が嵌挿され固定されている。図２及び図５のようにこの支持枠２４は、支持板１６に対してベアリング７１で回動可能に支持され、支持板１６上に設けられたモーター１７と、前記プーリー２６とがタイミングベルト１８で接続されることで支持板１６に対して回動可能になっている。

上記のように吸着搬送体４は、前記支持板６７の周囲に吸着ボックスとしての枠体を形成する開口部６５が設けられた支持枠２３と、その支持枠２３の上部の同じく吸着ボックスとして作用する支持枠２４とで構成されており、この支持枠２４の上端は、蓋体７４の下面にドーナツ状に設けられた溝７６に嵌合し、気密性を保ちながら回動が可能になっている。

また、前記支持板１６は、後方に支持板１５が立設固定され、この支持板１５の後方にスライダ１３が設けられており、このスライダ１３が、支持板１５の後方に立設された支持板１１上に敷設されたレール１２と摺動可能に嵌合している。また、支持板１１の上方には図１のようにモーター１４が固定され、このモーター１４に回動可能なボールネジ７５が取り付けられており、このボールネジ７５と支持板１５に固定されたナット部材２７とが軸支されることにより吸着搬送体４は、レール１２に沿って上下方向に高さ制御されながら昇降可能になっている。

また、前記支持板１１の後方にはスライダ１０が設けられ、機台２上の水平方向に延設されたレール９と摺動可能に嵌合することで、図示しない適宜な駆動源により前記支持板１１と一体に吸着搬送体４がレール９に沿って左右方向に移動自在になっている。また、前記レール９の両端にはスライダ７６、７６が設けられ、両スライダ７６、７６が機台２両端の前後方向に設けられた両レール８、８とそれぞれ嵌合することで図示しない適宜の駆動源により、吸着搬送体４がレール８、８に沿って前後方向に移動可能になっている。

また、吸着搬送体４は、図４及び図５のように底面に支持板６７が設けられ、この支持板６７の内側にはガス拡散層８０を吸着するための複数の吸着孔６８が穿設された第１吸着部８３が矩形状に設けられ、前記吸着孔６８の外周に電解質膜８１の外周部分を吸着する複数の吸着孔６９が穿設された第２吸着部８５が設けられている。また、前記第１吸着部８４の四隅には、後述する押えピン６１が挿通する開口５８が設けられており、さらに、その開口５８の周辺には、位置決め時にカメラ５７での認識を容易にするための第１背景７２が設けられ、同様に第２吸着部８５の四隅周辺には、電解質膜８１の位置決めを容易にする第２背景７３が設けられている。

次に吸着搬送体４の吸着機構について説明する。前記蓋体７４の中央部には開口が設けられ、その上部に吸着アダプタ１９が立設され、この吸着アダプタ１９に吸着ホース２０を通じてブロア２１が接続されている。前記ブロア２１は、回転数を制御することにより発生する負圧を制御可能な制御部２２が接続されており、このブロア２１を作用させることで、支持枠２４及び開口部６５を通じて支持枠２３の内部に負圧が発生し、第１吸着部８４の吸着孔６８を介して支持枠６７の下面に負圧が作用することになる。

また、図５及び図６のように前記支持板６７の上面には支持枠７０が吸着孔６９を取り囲むように矩形ドーナツ状に設けられ、その一箇所に吸着アダプタ６４が設けられており、この吸着アダプタ６４に接続された吸着ホース２５を介して図示しない真空ポンプまたはディフューザー等の負圧発生手段に接続されている。また、前記支持枠７０は内部に吸着孔６９に沿って溝が設けられ、前記負圧発生手段により吸着アダプタ６４を通じて、第２吸着部８５の吸着孔６９に負圧を発生させるようになっている。

また、図３及び図５のように吸着搬送体４の内部には、積層部材をテーブルに載置する際に積層部材が吸着搬送体４の移動による風圧等でずれないようにする押えピン６１が第１吸着部８４の四隅にそれぞれ設けられている。前記押えピン６１は、支持枠２３の上面に設けられたガイド６６に上下動可能に支持され、前記押えピン６１の上端部には鍔６２が固定されている。また、前記押えピン６１の鍔６２の下方部は、支持板６０に設けられた押えピン６１よりも大径の開孔に嵌挿され、鍔６２が前記支持板６０に掛止されるようになっている。

前記支持板６０は、図３のようにＨ型に形成され、この支持板６０に一体に４本の押えピン６１が鍔６２により掛止されている。また、この支持板６０は、支持枠２３の下面中央に設けられたシリンダ６３により昇降可能になっており、支持板６０を上昇位置にせしめた際、押えピン６１は鍔６２が支持板６０に掛止されることにより支持板６０とともに上昇し、支持板６７の吸着面に対して埋没した状態となる。逆に支持板６０を下降位置にせしめた際は、鍔６２の支持板６０に対する掛止が解かれ、押えピン６１はガイド６６に沿って自重で下降し、鍔６２が再び支持板６０に掛止して押えピン６１の下降が停止する。前記支持板６０の下降により押えピン６１は支持板６７の開口５８を挿通して吸着面から突出した状態となる。

次に吸着搬送体４での積層部材の吸着搬送動作について図７（ａ）乃至図８（ｄ）に基づいて説明する。

図７（ａ）は、ガス拡散層８０と電解質膜８１を２枚重ねで吸着した場合を図示したものであるが、まず、図７（ａ）に先立って、触媒層７９が上面となったガス拡散層８０の供給トレー上に吸着搬送体４を移動させ、ブロア２１の回転数を制御部２２で制御して作動させることで第１吸着部８４の吸着孔６８のみに負圧を発生させてガス拡散層８０のみを吸着する。なお、ガス拡散層８０及び電解質膜８１の厚みは理解を容易にするため強調して図示してある。

上記のようにガス拡散層８０のみを吸着する場合は、第２吸着部８５の吸着孔６９には負圧を発生させずに吸着孔６８のみに負圧を発生させて吸着を行う。この時、ガス拡散層８０は、通気性が高い部材であるので、真空ポンプでの吸着ではリークして負圧が保てないため吸着することが困難である。従って、ブロアのようにある程度空気がリークしても負圧が粘り強く持続して発生する負圧発生手段を用いることが好ましい（なお、排気ファンを用いることも可能であるが、負圧を粘り強く持続する面でブロアが好ましい。）。また、１枚ずつ吸着できるように制御部２２で回転数を制御し、発生する負圧を制御することが好ましい。

次に、前記ガス拡散層８０を後述する位置決めユニット５で位置決めした後、積層テーブル７に載置する。

次に、吸着搬送体４は、供給テーブル３上の触媒層７９が下面となったガス拡散層８０のトレーから、ブロア２１を作用させてガス拡散層８０を１枚吸着保持して取り出し、位置決めユニット５で位置決めする。

この後、ガス拡散層８０を第１吸着部８４の吸着孔６８で吸着した状態で、後述する剥離ユニット６で保護シートが剥離された電解質膜８１上に吸着搬送体４を重ねて真空ポンプ（図示しない）で第２吸着部８５の吸着孔６９に負圧を作用させ、電解質膜８１のガス拡散層８０からはみ出した外周部分を吸着して、図７（ａ）のように積層テーブル７上に搬送する。この時、ガス拡散層８０を介して第１吸着部８４にも負圧が発生しており、電解質膜８１の中央部分もガス拡散層８０に密着するように吸着される。なお、適宜、ガス拡散層８０のみの吸着に比べ、ブロア２１の回転を速めて吸着力を向上させても良い。なお、電解質膜８１のみを吸着する場合は、第１吸着部８４のみまたは第２吸着部８５のみのどちらか単独で吸着しても良いし、第１吸着部８４及び第２吸着部８５の両者に負圧を発生させて吸着するようにしても良い。

次に、図７（ｂ）のように積層テーブル７上に吸着搬送体４を下降させて、第１吸着部８４及び第２吸着部８５の吸着を解除させ、先に積層テーブル７上に載置されたガス拡散層８０に搬送したガス拡散層８０と電解質膜８１を２枚重ねた状態で載置する。

次に、図８（ｃ）のように、シリンダ６３で支持板６０を下降させることにより押えピン６１の鍔６２の掛止を解除するとともに、モーター１４を制御しながら駆動させて吸着搬送体４を積層テーブル７からゆっくりと離脱させると、押えピン６１がガイド６６に支持されながら自重で下降し、埋没状態から突出状態となってガス拡散層８０を押圧する。なお、吸着搬送体４の昇降動はシリンダやモーター等の適宜な駆動源で駆動すれば良いが、細かい高さ制御や昇降速度の制御を行う面からサーボモーター等を好ましく利用できる。

次に、図８（ｄ）のように吸着搬送体４がさらに上昇し、押えピン６１がガス拡散層８０の表面から離脱し、積層テーブル７上の所定位置に位置決めされた状態で載置される。
このように、吸着搬送体４が積層テーブル７から離脱する際に押えピン６１が積層部材を軽く押圧するので吸着搬送体４の移動による気流等で積層部材がずれることがない。また、電解質膜８１のように吸着搬送体４の吸着面（支持板６７）に密着して吸着され、吸着の解除だけでは、吸着搬送体４からの積層部材の離脱が困難な場合であっても、押えピン６１の突出により容易に積層部材が押圧されて離脱する。

なお、上記はガス拡散層８０と電解質膜８１を２枚重ねの状態で吸着搬送し、載置する場合について説明したが、ガス拡散層８０及び電解質膜８１をそれぞれ単独で１枚ずつ搬送して載置する場合も押えピン６１で上記同様に押圧しながら行うことができ、図７（ａ）に先立って行われる触媒層７９が上面となったガス拡散層８０を積層テーブル７上に載置する場合にも押えピン６１で押えながら載置すれば良い。

以上が、吸着搬送体４の構成と積層部材の吸着動作であり、次に位置決めユニット５について図１及び図９に基づいて説明する。

位置決めユニット５は、機台２上の供給テーブル３と積層テーブル７の間に設けられた２台のＣＣＤ等のカメラ５７、５７で構成され、このカメラ５７、５７は、支持枠５６、５６上に上方に向けて固定されており、両支持枠５６、５６が機台２上の左右方向に設けられた２本のレール５５、５５上に図示しない適宜な駆動源で移動可能に設けられることにより、両カメラ５７、５７は左右方向に移動可能になっている。

前記カメラ５７、５７上に吸着搬送体４で吸着された積層部材（図９の場合は電解質膜８１）が搬送され、図９（ａ）のごとく、カメラ５７、５７の左右の間隔が自動的に調整されるようになっている。左右の間隔が調整されたカメラ５７、５７は、図９（ｂ）のごとく８個の第２背景７３部分に重なった電解質膜８１の各辺部分の撮影枠７７内をそれぞれ４個ずつ同軸落射照明を利用して撮影し、撮影された電解質膜８１の各辺の傾斜から頂点を算出して位置決めを行い、吸着搬送体４を回転させて補正するようになっている。同様に積層部材がガス拡散層８０である時は、第１背景７２に重なった各辺部分をカメラ５７、５７でそれぞれ４個ずつ撮影し、位置決めを行うようになっている。

次に、剥離ユニット６について図１及び図１０に基づいて説明する。

剥離ユニット６は機台２の供給テーブル３の左側に設けられており、電解質膜８１の両面が傷付かないように設けられた第１の保護シート８２と第２の保護シート８３を剥離テープ３１で剥離させるようになっている。また、剥離された第１の保護シート８２を廃棄する廃棄ボックス５１が剥離ユニット６の左側に設けられている。

前記剥離ユニット６は、機台２上に設けられた一端が鋭利な剥離エッジを有する剥離テーブル３０と、機台２下方に設けられた剥離テープ３１のテープ供給リール３２と、剥離テープ３１を剥離された第２の保護シート８３と一体に巻き取るテープ巻取リール３３と、第１の保護シート８２を吸着して剥離する吸着コレット４８とから構成されている。

前記剥離テープ３１は、片面に粘着性を有したテープで構成され、テープ供給リール３２から供給された後、ガイドローラー３７を経由し、上面が粘着面となるように剥離テーブル３０に巻き回され、ガイドローラー３４、３６、３９を経由してテープ供給リール３３に巻き取られるようになっている。前記ガイドローラー３４、３９の対向する位置にはシリンダ等適宜の手段で駆動されるテープチャック３５、２８が設けられ、適宜剥離テープ３１をガイドローラー３４とで挟持して固定するようになっている。

前記剥離テーブル３０は、両側面が支持枠３８に支持され、この支持枠３８の下面に設けられたスライダ４１が機台２上に敷設されたレール４０と摺動可能に嵌合しており、同じく機台２上に水平に設けられたシリンダ４２が前記支持枠３８と接続されることで、剥離テーブル３０は、シリンダ４２によりレール４０に沿って前後方向に移動可能になっている。また、剥離テーブル３０の剥離エッジ側の幅方向中央部にシリンダ５０が埋設され、そのシリンダ５０に圧接板４９が昇降可能に取り付けられており、剥離テープ３１を第２の保護シート８３に圧接して密着させるようになっている。

また、前記ガイドローラー３４及びテープチャック３５は剥離テーブル３０の両側面を取り囲むように設けられた支持枠３８に取り付けされており、前記ガイドローラー３４及びテープチャック３５は、剥離テーブル３０と一体に前後方向に移動するようになっている。

また、機台２に支柱４３が立設され、その支柱４３の上方に支柱４３と垂直に支持板４４が設けられ、前記支持板４４上に傾斜状態で設けられた支持枠上に２本のレール４５が廃棄ボックス５１と剥離テーブル３０との間に渡って設けられている。

前記レール４５には、レール４５と摺動可能にスライダ４６が設けられ、このスライダ４６上に設けられた支持板上にシリンダ４７が設けられている。また、このシリンダ４７の軸の先端には吸着コレット４８が取り付けられ、この吸着コレット４８は、図示しない適宜の真空ポンプ等に接続され、その下面で電解質膜８０の第１の保護シート８２の角部を吸着するようになっている。また、前記吸着コレット４８は剥離テーブル３０に対して傾斜状態で設けられた前記シリンダ４７により、剥離テーブル３０上面に向けて図１０の実線位置から二点鎖線位置まで突出するようになっている。

また、剥離テーブル３０の剥離エッジ近辺には、シリンダ５０で昇降動可能な圧接板４９が内蔵されており、圧接板４９をシリンダ５０で上昇させることにより、両面に保護シート８２、８３が設けられた電解質膜８１を剥離テーブル３０上に載置する際、吸着搬送体４の吸着面（支持板６７）に吸着された電解質膜８１に剥離テープ３１を圧接板４９で圧接するようになっている。なお、圧接板４９の表面は適宜なゴム部材等を設けておけば電解質膜８１の損傷を防止できる。

次に、積層テーブル７について説明する。前記積層テーブル７は、図１の中央部付近に設けられており、位置決めされたガス拡散層８０が所定位置に載置されるようになっている。まず、最初に上側が触媒層７９として収納されたガス拡散層８０が供給テーブル３上の収納トレーから吸着搬送体４で取り出されて位置決めユニット５で位置決めされた後に載置される。続いて、下側が触媒層７９となったガス拡散層８０を吸着搬送体４で吸着した状態で電解質膜８１を２枚重ねの状態で吸着して積層テーブル７上に搬送し、先に載置されたガス拡散層８０上に電解質膜８１とガス拡散層８０とを２枚重なった状態で載置するようになっている。

以上が本発明の燃料電池セルの製造装置の構成であり、次に本発明の燃料電池セルの製造装置の動作機構について図１１乃至図１５に基づいて説明する。

まず、図１１（ａ）に先立って、上記のように積層テーブル７上に触媒層７９が上面となったガス拡散層８０を吸着搬送し、載置する。次に、吸着搬送体４で上記同様に第１の保護シート８２と第２の保護シート８３が設けられた電解質膜８１を供給テーブル３の供給トレーから取り出し、電解質膜８１の第１の保護シート８２の表面を吸着搬送体４で吸着した状態で、吸着搬送体４を位置決めユニット５上に移動し、カメラ５７、５７の間隔を調整して、電解質膜８１を位置決めする。

位置決めされた電解質膜８１は、図１１（ａ）のように剥離ユニット６の剥離テーブル３０上に吸着搬送体４で搬送され、電解質膜８１の両対角が剥離テープ３１上に位置するように（図１参照）して第２の保護シート８３が剥離テープ３１に接着される。なお、この時、図１及び図１０の圧接板４９がシリンダ５０の作用で上昇し、吸着搬送体４と前記圧接板４９とで剥離テープ３１と電解質膜８１を挟持して、第２の保護シート８３と剥離テープ３１を圧接することで剥離始端部の接着性を高め、その後の剥離を容易にする。また、剥離テープ３１はテープチャック２８、３５を閉じてガイドローラー３９、３４とで挟持して固定しておく。

次に図１１（ｂ）のように吸着搬送体４が電解質膜８１の吸着を解除するとともに支持板６０をシリンダ６３で下降位置とせしめて押えピン６１を自重で突出状態としながら、吸着搬送体４が剥離テーブル３０から離脱して退去する。

次に図１２（ｃ）のように吸着コレット４８がシリンダ４７の作用で下降し、第１の保護シート８２の上面角部を吸着する。なお、吸着コレット４８は、角部を吸着するのに適するように吸着部は例えば三角形状に設けられているが、適宜その吸着部の形状を変更できる。

続いて図１２（ｄ）のように吸着コレット４８がシリンダ４７の作用で上昇するとともに第１の保護シート８２が吸着剥離され、吸着コレット４８が図１のレール４５に沿って廃棄ボックス５１上に移動して吸着を解除し、第１の保護シート８２を廃棄ボックス５１に廃棄する。

次に図１３（ｅ）のようにテープチャック２８を閉じた状態でテープチャック３５を開放するとともにテープ供給リール３２を固定し、この状態で剥離テーブル３０を前後動させる。この時、ガイドローラー３４及びテープチャック３５も剥離テーブル３０と一体に前後動することで電解質膜８１が剥離エッジ側に剥離テープ３１とともに引っ張られ、電解質膜８１の先端部が剥離エッジから突出する。これにより電解質膜８１と第２の保護シート８３の先端部分が分離されて口が開いた状態となり、その後の第２の保護シート８３の剥離が容易となる。なお、電解質膜８１上の第２の保護シート８３の剥離始端部（角部）に剥離エッジでの折り返し部分に沿うようにハーフカットを入れておけば、さらにその後の剥離が容易になる。

次に吸着搬送体４は、供給テーブル３の供給トレーから触媒層７９が下面となったガス拡散層８０の１枚をブロア２１の作用で吸着し、位置決めユニット５で前述と同様に位置決めを行い、図１３（ｆ）の二点鎖線のように第１の保護シート８２が剥離された電解質膜８１上に前記吸着したガス拡散層８０を搬送する。この時、剥離テープ３１は、固定状態としておく。なお、上記の搬送動作は、上記第１の保護シート８２を剥離している間に行なえば、効率良く行うことができる。この後、吸着搬送体４が実線位置に下降し、ガス拡散層８０と電解質膜８１が重ねられ、ブロア２１と図示しない真空ポンプを作用させて吸着孔６８、６９の両方に負圧を発生させて吸着搬送体４に電解質膜８１とガス拡散層８０の両者を重ねて吸着保持させる。

続いて図１４（ｇ）のようにテープチャック３５を開放し、テープチャック２８を閉じるとともにテープ供給リール３２を固定した状態とし、吸着搬送体４で電解質膜８１とガス拡散層８０を重ねて保持した状態で剥離テーブル３０とガイドローラー３４を後退させることで、剥離テープ３１が剥離テーブル３０の剥離エッジから前方に送り出され、剥離テープ３１に接着された第２の保護シート８３が電解質膜８１から剥離される。

続いて図１４（ｈ）のように、まず、吸着搬送体４がガス拡散層８０と電解質膜８１の両者を吸着した状態で矢印ａのように上昇し、この後、テープチャック３５を閉じ、テープチャック２８を開放して必要量のテープ供給とテープ巻取りを行いながら、剥離テーブル３０を矢印ｂのように前進させて初期位置に復帰させる。

上記のように両面の保護シート８２、８３が剥離された電解質膜８１は、吸着搬送体４にガス拡散層８０と２枚重ねの状態で、積層テーブル７上に搬送され、前述の図７（ａ）乃至図８（ｄ）のように積層テーブル７上に載置される。

このように吸着搬送体４でガス拡散層８０と電解質膜８１を２枚重ねで搬送できるように構成したので、１枚ずつ順番に搬送、積層することに対して効率良く積層できる。また、傷が付き易い電解質膜８１を吸着搬送体４で吸着する際は保護シート面を吸着するか、または、ガス拡散層８０を介して吸着することになるので、電解質膜８１の機能面（ガス拡散層８０と重なる部分）に一切触れることなく搬送、位置決め、積層ができ、電解質膜８１を傷付けることがないので燃料電池セルの信頼性が飛躍的に向上する。

以上が、本発明の燃料電池セルの製造装置の動作であるが、発明の範囲内で適宜変更できる。例えば、本発明においては電解質膜８１の第１の保護シート８２を吸着コレット４８で吸着して剥離させるようにしたが、粘着ローラや粘着テープ等を用いて剥離させるようにしても良い。

また、第２の保護シート８３を剥離させる際に、剥離テーブル３０を移動させるようにしたが、吸着搬送体４を移動させて剥離させるようにしても良い。

また、本実施形態においてはガス拡散層８０の片面に触媒層７９が設けられたものを使用したが、電解質膜８１の両面に触媒層７９が設けられたものであっても使用できる。

また、本実施形態においては、積層テーブル７に積層するだけの構成としたが、積層テーブル部に熱圧着機構を設け、積層テーブル７上に緩衝シート等を介して積層部材を積層し、緩衝シートで挟み込んだ状態で熱圧着するようにしても良いし、所定順序で積層された積層部材を適宜機構で熱圧着部にずれないように搬送し、熱圧着するようにしても良い。

１燃料電池セル製造装置
２機台
３供給テーブル
４吸着搬送体
５位置決めユニット
６剥離ユニット
７積層テーブル
８レール
９レール
１０スライダ
１１支持板
１２レール
１３スライダ
１４モーター
１５支持板
１６支持板
１７モーター
１８タイミングベルト
１９吸着アダプタ
２０吸着ホース
２１ブロア
２２制御部
２３支持枠
２４支持枠
２５吸着ホース
２６プーリー
２７ナット部材
２８テープチャック
３０剥離テーブル
３１剥離テープ
３２テープ供給リール
３３テープ巻取リール
３４ガイドローラー
３５テープチャック
３６ガイドローラー
３７ガイドローラー
３８支持枠
３９ガイドローラー
４０レール
４１スライダ
４２シリンダ
４３支柱
４４支持板
４５レール
４６スライダ
４７シリンダ
４８吸着コレット
４９圧接板
５０シリンダ
５１廃棄ボックス
５５レール
５６支持枠
５７カメラ
５８穴
６０支持板
６１押えピン
６２鍔
６３シリンダ
６４吸着アダプタ
６５開口部
６６ガイド
６７支持板
６８吸着孔
６９吸着孔
７０枠体
７１ベアリング
７２第１背景
７３第２背景
７４蓋体
７５ボールネジ
７６溝
７７撮影枠
７９触媒層
８０ガス拡散層
８１電解質膜
８２第１の保護シート
８３第２の保護シート
８４第１吸着部
８５第２吸着部

Claims

少なくとも２枚のガス拡散層及び両面に保護シートが設けられた電解質膜からなる燃料電池セルの各積層部材を搬送し、所定の順序に積層する燃料電池セルの製造装置であって、
その下面に吸着部が形成され、該吸着部で前記積層部材を吸着保持するとともに移動自在な枠体からなる吸着搬送手段と、
前記積層部材を吸着搬送手段の下面で吸着保持した状態で、該積層部材を下方から認識し、位置決めする位置決め手段と、
前記電解質膜の両面に設けられた第１の保護シートと第２の保護シートとを剥離する剥離手段とから構成され、
前記吸着搬送手段の吸着部を、内側部分の第１吸着部と、外側部分の第２吸着部に分離して形成し、該第１吸着部に回転数を制御することで負圧を調整可能なブロワを接続するとともに該第２吸着部には真空吸着手段を接続して構成し、
前記吸着搬送手段で積層部材を搬送する際に前記ガス拡散層を第１吸着部にて吸着保持しながら該ガス拡散層を介して前記電解質膜を第１吸着部及び第２吸着部にて重ねて吸着保持せしめるようにしたことを特徴とする燃料電池セルの製造装置。
前記吸着搬送手段は、前記積層部材を吸着保持する吸着面の複数箇所から突出可能な押えピンが設けられ、前記押えピンは、その上端に鍔部が形成され、該鍔部の下方が上昇位置と下降位置との間を昇降自在な支持板に摺動可能に嵌挿されるとともに、該支持板を上昇位置とした時には、該鍔部が前記支持板に掛止されることにより前記吸着面に対して埋没状態となり、該支持板を下降位置とした時には、該鍔部の支持板との掛止が解かれることにより前記吸着部から突出状態となるように構成され、前記吸着搬送手段で前記積層部材を搬送する際、該積層部材の吸着時には前記押えピンを吸着面に対して埋没状態とし、該積層部材をテーブル面に載置し吸着を解除する際には、前記押えピンを突出状態にせしめて前記吸着部に密着状態の積層部材を押圧して密着状態を解除するとともに、載置された積層部材を前記押えピンの荷重で押えながら該吸着搬送手段をテーブル面から離脱させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セルの製造装置。
前記剥離手段は、粘着テープがその粘着面を表にして巻き回され、該粘着テープの走行方向に沿って移動可能に設けられるとともに一端に該粘着テープを鋭角に折り返す剥離エッジが設けられた剥離テーブルと、前記剥離テーブル上に設けられ、前記粘着テープに前記電解質膜の両対角部が位置するように該電解質膜の第２の保護シート面を接着した状態で前記第１の保護シートの上面の対角部の一方を吸着保持して前記剥離テーブルに対する相対移動によって剥離する吸着コレットとからなり、前記電解質膜の第１の保護シートを吸着コレットの剥離テーブルに対する相対移動で剥離させた後、前記電解質膜の第２の保護シートを前記粘着テープに接着した状態で、前記吸着搬送手段により第１の保護シートが剥離された電解質膜上にガス拡散層を重ねて吸着保持せしめた状態で、前記粘着テープに接着された電解質膜の第２の保護シートの一角を剥離エッジに向けて相対移動させることで第２の保護シートを剥離させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池セルの製造装置。