JP2013510947A - プレート処理 - Google Patents

Abstract

一連の連結した金属プレートを処理する方法であって、ここで各プレート（９）が隣接エッジ（８）に沿って、隣接プレートに接続されており、前記方法は、第１の扇子折りプレートスタック（１）として前記一連のプレートを供すること、前記スタックから順に前記プレートを引き出すこと、１つ以上の前記プレートに表面処理を施すこと、および前記プレートを逆の順番に重ね、第２の扇子折りプレートスタック（５）を形成することからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、燃料電池の電極プレートの製造に用いられる金属プレートの処理に関する。

燃料電池用、すなわちアノードまたはカソード・プレートの形態の電極またはセパレータ・プレートは、汚染物質を回避または取り除くための厳しい条件を満たす必要があり、概して、プレートが燃料電池スタックに組み込まれる前に行われるべき一連のさまざまな処理段階を必要とする。さまざまなタイプのコーティングおよびその他の表面処理が必要とされるであろうが、これは、例えば蒸着法またはイオンデポジション法において、密閉室内で行われる必要があるであろう。コーティングの非付着の危険を防止するために、コーティングされるプレートの表面にはまず、グリースまたはオイルなどの有機汚染物質があってはならない。しかしながら、プレートに表面形状を付与するために用いられる先立つスタンピング作業は、一般にはクリーンな工程とは考えられないものであって、大きな相互汚染のリスクをもたらす。板金ロールの形態を採ることがある原材料もまた、クリーンとは見なされ得ない。燃料電池部品の大量生産が、そのような多数のプレートが矢継ぎ早に処理されることを要求するなら、理想的には、バッチ式工程を通して金属プレートの連続供給を可能とする解決策が必要とされる。
電極プレートに表面処理を施すための現在公知の方法は、個々のプレートを取り扱い、さまざまな表面処理をプレートに個別に施すことを含み、例えば特許文献１に開示されるように、プレス後のプレートは不動態化液で処理され、これに洗浄および乾燥段階が続く。

既存の方法の問題は、個々のプレートの自動的な取り扱いが複雑な機械装置を必要とすることである。

さらなる問題は、とりわけ燃料電池の電極またはセパレータ・プレートに関するもので、こうしたプレートが薄く、個別に取り扱われることでダメージを負いやすいということである。

さらなる問題は、非常にたくさんのプレートが処理される大量生産の規模において、中には生産ラインに休止を要するものもある工程間において、プレートのバッチをどのように取り扱うかである。

さらなる問題は、表面処理用の溶液などのリソース使用をどのように最小化し、表面蒸着層などのその他の処理を施すためのエネルギ使用をどのように減らすかである。

さらなる問題は、非常にたくさんのプレートを矢継ぎ早に取り扱うつくりの表面処理装置に必要とされるスペースをどのように最小化するかである。

米国特許公開第２００５／０２４１７３２号公報

本発明の目的は、上述の問題の１つ以上に対処することである。

本発明によれば、一連の連結した金属プレートを処理する方法が供され、ここで各プレートは隣接エッジ沿いに隣接プレートに接続されており、前記方法は、
第１の扇子折り(fan-folded)プレートスタックとして前記一連のプレートを供すること、
前記スタックから順に前記プレートを引き出すこと、
１つ以上の前記プレートに表面処理を施すこと、および
前記プレートを逆の順番に重ね、第２の扇子折りプレートスタックを形成することを含む。

金属プレートを扇子折りのスタックとして処理することで、個々のプレートの取り扱いに関する問題が多いに減るが、これは、プレートが移送容易なプレートバッチの形態で取り扱われるだけでよいためである。このようなバッチは、非常にコンパクトな形態の多数のプレートを含んだカートリッジの形態で供されるものとできる。

好ましい実施の形態では、少なくとも前記第２の扇子折りスタックにおける複数の前記金属プレートが、１つ以上の燃料電池電極プレートを含む。燃料電池電極プレートの製造に適用されたとき、本発明は既存の技術に対して大きなアドバンテージを有するが、これはとりわけ、このようなタイプのプレートに必要なさまざまな異なる表面処理を施すことに関係する問題が多いに減るためである。

工程の効率をさらに高めるために、各プレートは、規則的配列の燃料電池電極プレートを含む。

プレートに施される表面処理は、洗浄、スタンピング、吹付け、成形、および熱処理工程のうち１つ以上からなるものとできる。

代表的な洗浄工程においては、前記第１の扇子折りプレートスタックが、少なくとも部分的に洗浄溶剤に浸漬される。工程中に使用される溶剤の量は、個々のプレートそれぞれではなくスタックを洗浄溶剤に浸けることで最低限に抑えられる。

各プレートは、前記プレートをつなぐ脆弱材料線に沿って隣接プレートに接続されるものとできる。一般的には「リビングヒンジ」と呼ばれるこのような接合部は、燃料電池スタックへとプレートを組み立てる前の最終段階で各プレートを分離する前に、一連の処理段階にプレートスタックを供するに十分なだけの、繰り返される折りおよび展開工程に耐えるつくりとできる。

脆弱材料線は、一連のミシン目によってもたらされるものとできる。このタイプの折りは、例えばプレートスタックが未加工の板金リールから準備されるときのスタンピング工程中に付与されるものとできる。

あるいは、各プレートがヒンジによって隣接プレートに接続されていてもよく、これは、処理段階が終了したら取り除かれる一時的な接合部材の形態とできる。ヒンジは、隣接プレートを互いに接合する対応する１つ以上のタブおよびスロット接続部を含むものとできる。このタイプの接合は、個々のプレートが出発材料、例えば大きな金属のシートから打ち抜かれ、これにスタックを形成するためにプレートを互いに接合する工程が続く場合に好適であろう。

本発明の第２の側面によれば、表面処理工程用の金属プレートのカートリッジが供され、前記カートリッジは、一連の連結した金属プレートを含み、ここで各プレートは隣接エッジ沿いに隣接プレートに接続され、扇子折りスタックを形成している。

本発明の第３の側面によれば、一連の金属プレートに表面処理を施すための装置が供され、前記装置は、
第１の扇子折り金属プレートスタックを受け取る設計の第１の受け台と、
前記金属プレートを受け台から順に引き出す設計の第１の回転移送スプール組立体と、
前記第１の扇子折りスタックから第１の移送スプールによって引き出された第２の扇子折りプレートスタックを逆の順番に受け取る設計の第２の受け台を含む。

第１の回転移送スプール組立体は、好ましくは組立体の周囲に等間隔で配置された一連のアームを有し、間隔はスタックにおけるプレートの幅と対応している。

前記装置は、第１の受け台から第１の移送スプールによって引き出されたプレートを受け取り、前記プレートを前記第２の受け台に移送する設計の第２の回転移送スプールを含むものであってもよい。

添付の図面を参照して以下に本発明を例示する。

図１は、第１から第２の扇子折りスタックへと移送される一連のプレートの図式的斜視図。 図２ａおよび２ｂは、第１のタイプのヒンジによって隣接エッジ沿いに接続された１組のプレートの斜視図。 図３ａおよび３ｂは、第２のタイプのヒンジによって隣接エッジ沿いに接続された１組のプレートの斜視図。 図４ａおよび４ｂは、第３のタイプのヒンジによって隣接エッジ沿いに接続された１組のプレートの斜視図。 成形プレスによってプレートスタックを処理するための組立体の斜視図。

図１は、一連の金属プレートに表面処理を施すための装置１０によって実施された、本発明による工程の図式的概観を示す。第１の扇子折りプレートスタック１は、第１の受け台２に保持される。スタック１のプレートは、例えば、組立体の周囲に等間隔で配置された一連のアーム４を有する回転移送スプール組立体３を用いて順に引き出されるもので、アーム４の間隔はスタック１におけるプレートの幅と対応している。組立体３が矢印７によって示される方向に回転すると、アーム４は隣接プレート９の隣接エッジ８とつながり、スタック１からさらにプレートを引き出す。第２の受け台６に第２の扇子折りプレートスタック５を作るために、同一または第２の同様の組立体３が一連のプレートを重ね戻すのに用いられてもよい。

紙の扇子折りスタックの処理は、印刷、とりわけ大量のコンピュータ作成フォームの印刷で公知の方法である。一例はＵＳ３６８３７５６に開示されており、そこでは紙の第１の扇子折りスタックがアドレスプリンタに供給され、これは紙を出力して、アドレス詳細が各シートに印刷された紙の第２の扇子折りスタックを作り出す。しかしながらこうした方法は、とりわけ、こうしたプレートが燃料電池電極プレートに用いられるときのようにスタンピングによる表面形状を有する場合には、図１に示すような金属プレートの処理に適さないものである。こうしたプレートが、プレートが永久的に歪められることなくこうしたシステムを用いて供給されることがあり得ないからである。

図１に示した組立体１０は、本発明による工程の基本バージョンを示したもので、ここでは、１つの移送スプール組立体３が、一連のプレートの山を崩しかつ逆の順番に重ね戻すのに用いられている。例えば、組立体３にプレートを第１のスタックからコンベヤシステムへと供給させることで本発明の範囲に留まりながら、コンベヤシステムからプレートを抜き出し第２の受け台６へとプレートを重ね戻すようにさらなる同様な組立体を配することで、さらなる段階を組み込むこともできる。移送スプールの使用は、山を崩す間および重ね戻す間にプレートが歪むことを防ぐ。

第１のスタック１のプレートは、さまざまな方法、例えば、隣接プレートをつなぐタブを介して相互接続されるものとでき、タブはプレートが積み重ねられるときおよび重ね戻されるときに曲がるつくりとなっている。あるいは隣接プレートは、対応するスロットと係合するタブによって、あるいは追加の一時的ヒンジ部品を用いることで接続されてもよい。さまざまなタイプのヒンジの例が、図２ａ、２ｂ、図３ａ、３ｂ、および図４ａ、４ｂ、に描かれている。

図２ａは、第１のタイプのヒンジ２３によって、隣接エッジに沿って接続された１組のプレート２１、２２を示す。この実施例におけるヒンジ２３は、高分子材料から形成されたヒンジ接続部材の形態の追加部材である。好ましくは、ヒンジ接続部材２３は一様な断面を有し、これは部材を押し出し法によって形成されるのに好適なものとする。スロット２８、２９は、ヒンジ２３の対向する長いエッジに沿って設けられており、この中にプレート２１、２２のエッジがはめ込まれる。ヒンジ２３の屈曲性は、図２ａに輪郭を描いた領域２４の拡大図を示す図２ｂにより明確に示したように、２つのリビングヒンジ２５、２６を用いることでもたらされている。リビングヒンジ２５、２６は、接続部材２７の両側に沿って設けられており、この組み合わせがプレート２１、２２の平らな折り畳みを可能とする。ヒンジ部材２３の厚みはまた、例えば、プレート２１、２２が平らに、互いに平行に重ねられることを依然として許容しながら、プレートにフローチャンネルを形成するためのスタンピング作業の結果として、プレート２１、２２がプレート平面から飛び出す形状を有することを許す。したがって接続部材２７の幅は、こうしたスタンピング作業後のプレート２１、２２の厚みと一致するように設計されてもよい。

図３ａは、第２のタイプのヒンジ３３によって、隣接エッジに沿って接続された１組のプレート２１、２２を示す。この実施例におけるヒンジ３３は、プレート２１、２２の隣接エッジに沿う一連のミシン目によって形成されており、これによって、プレート間の接合部が、接合部に繰り返しの折り畳みおよび展開を可能とするのに十分なだけ弱くなっている。ヒンジ３３は、図３ａに指示した領域３４の拡大図を示す図３ｂにより詳しく描かれている。この第２のタイプのヒンジは、追加部材が必要ないと言う点で第１のタイプのヒンジに対してアドバンテージを有する。しかしながら、ヒンジ３３は最終的には金属疲労によって弱くなり壊れるものであるため、ヒンジ３３は、折り畳みおよび展開作業が無制限に行われることを許すものではない。ヒンジ３３はまた、スタンピング作業の結果としての、またはプレート２１、２２の表面に接合された他の部材によるプレートの厚みの増加を許容しない。したがってこのタイプのヒンジは、プレートが隆起した表面形状を持たない平坦な形態である場合の作業で用いられるのに、そして少数回の折り畳みおよび展開作業で用いられるのにより適している。

図４ａは、第３のタイプのヒンジ４３によって、隣接エッジに沿って接続された１組のプレート２１、２２を示す。この実施例におけるヒンジ４３は、隣接プレート２１、２２の隣接エッジに沿う一連のタブと対応するスロットによって形成されている。タブはそれぞれ対応するスロットに挿入され、曲げられてインターロッキングヒンジを形成している。ヒンジ４３の拡大図は、図４ａに指示した領域４４を示す図４ｂに示されている。この第３のタイプのヒンジは、無制限の折り畳みおよび展開作業が可能と言う点で第１のタイプのヒンジと似たアドバンテージを有し、かつヒンジは、スタンピング作業による、または表面上に部材を追加することによるプレートの厚みの増加を許容し、同時にヒンジが追加部材から形成される必要を回避し、これにより潜在的に複雑さとコストを減らす。しかしながら、この第３のタイプのヒンジは、第２のタイプのヒンジを形成するために必要な単純なパンチング作業よりもずっと複雑な、各組の隣接プレート間にヒンジを形成するための追加の処理段階を必要とする。

第２のタイプのヒンジと第１のタイプのヒンジの組み合わせも可能で、例えば、第２のタイプを初期洗浄作業に用い、その後の作業へ第１のタイプのヒンジの使用が続く。これは、ある環境、例えば、洗浄作業がヒンジ部材２３（図２ａ、２ｂ）の耐えられないであろう高温を含むならば、必要であろう。

典型的な扇子折りプレートスタック１は、例えば、それぞれが規則的配列の部材を含む平坦な四角いプレートからなるものとできる。各プレートに１２×１２列の部材があり、一連のそうしたプレートがそうしたプレート１００枚を含むスタックに形成されると、別個の部材１４４００個を含む１つのスタックとなる。従って、この工程は、多数の部材を取り扱う効率的な方法を供する。

山を崩し、重ね戻す工程は、スペース効率がよく、工程によって求められるであろう環境内に、例えばＰＶＤ（物理気相成長法）マグネトロンの密閉真空室内に完全に収容可能である。

表面処理が洗浄工程である工程では、第１の（すなわち分配）スタックが、部分的または完全に洗浄液に浸漬でき、移送スプールがエアーストリッパを横切るようプレートを間欠送りする。

扇子折りスタックは、燃料電池電極プレートの製造中に求められるであろう多くのタイプの処理に好適な共通フォーマットを提供することができる。本発明にとりわけ好適であろうタイプの処理は、マルチキャビティ射出成形のそれで、ここでは成形ツールを通って間欠送りされるときにプレート上に部材が成形される。したがって本発明はとりわけ、処理段階内および異なる工程間の両方での自動取り扱いに好適である。

本発明に基づいて扇子折りプレートのスタックを処理するための組立体の代表的な実施例が、図５に示されている。組立体５０は、成形プレス５１の両側に配された第１および第２の回転移送スプール３ａ、３ｂを含む。各スプール３ａ、３ｂは、上述のように図１に示した形態である。第１の受け台２内の第１のスタック１からプレートが引き出され、第１のスプール３ａを横切り、対向するプラテン５２間で成形プレス５１を通り抜け、第２の受け台６内に第２のスタック５として折り畳まれる前に第２のスプール３ｂを横切る。各受け台２、６は、新たなプレートスタックが導入およびプレス５１を通って供給できるように、組立体５０から取り外し可能であってもよい。

プレート９は、プレート９の１つ以上のエッジに沿って設けられた対応するトラクタ穴に係合する１つ以上の歯につながれたステッピングモータ５３によって、順にプレス５１を通される。ステッピングモータ５３およびプレス５１は、プレス５１の作動中、プラテン５２が分離し、静止状態に保たれている間にプレートが動くように作動するつくりとなっている。プレス５１は、水撃ポンプ５４を作動させることで働く。あるいはプレス５１は、プレート９に形状をエンボスまたはパンチするスタンピングプレスとして働くつくりであってもよい。

その他の実施例も、意図的に、添付の請求項によって定められるような本発明の範囲内にある。

Claims (17)

1. 一連の連結した金属プレートを処理する方法であって、ここで各プレートが隣接エッジに沿って、隣接プレートに接続されており、前記方法は、
   第１の扇子折り(fan-folded)プレートスタックとして、前記一連のプレートを供すること、
   前記スタックから順に前記プレートを引き出すこと、
   １つ以上の前記プレートに表面処理を施すこと、および
   前記プレートを逆の順番に重ね、第２の扇子折りプレートスタックを形成することからなる。
2. 少なくとも前記第２の扇子折りスタックにおける複数の前記金属プレートが、１つ以上の燃料電池電極プレートを含む請求項１に記載の方法。
3. 各プレートが、規則的配列の燃料電池電極プレートを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記表面処理が、洗浄、スタンピング、吹付け、成形、および熱処理工程のうち１つ以上を含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第１の扇子折りプレートスタックが、少なくとも部分的に洗浄溶剤に浸漬される請求項４に記載の方法。
6. 各プレートが、前記プレートをつなぐ脆弱材料線に沿って隣接プレートに接続される先行するいずれかの請求項に記載の方法。
7. 前記脆弱材料線が、一連のミシン目によってもたらされる請求項６に記載の方法。
8. 各プレートが、ヒンジによって隣接プレートに接続されている請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
9. 前記ヒンジが、隣接プレートを互いに接合する対応する１つ以上のタブおよびスロット接続部を含む請求項８記載の方法。
10. 前記表面処理が、第１のスタックからの移送に続いて、各プレートに行われる成形またはスタンピング作業を含む先行するいずれかの請求項に記載の方法。
11. 表面処理工程用の金属プレートのカートリッジであって、前記カートリッジは、一連の連結した金属プレートを含み、ここで各プレートは隣接エッジに沿って、隣接プレートに接続され、扇子折りスタックを形成している。
12. 一連の金属プレートに表面処理を施すための装置であって、前記装置は、
    第１の扇子折り金属プレートスタックを受け取る設計の第１の受け台と、
    前記金属プレートを受け台から順に引き出す設計の第１の回転移送スプール組立体と、
    前記第１の扇子折りスタックから前記第１の移送スプールによって引き出された第２の扇子折りプレートスタックを逆の順番に受け取る設計の第２の受け台を含む。
13. 前記第１の回転移送スプール組立体が、前記組立体の周囲に等間隔で配置された一連のアームを有し、前記間隔が前記第１の扇子折りスタックにおける前記プレートの幅と対応している請求項１２記載の装置。
14. 前記第１の受け台から前記第１の移送スプールによって引き出されたプレートを受け取り、前記プレートを前記第２の受け台に移送する設計の第２の回転移送スプールを含む請求項１２または請求項１３に記載の装置。
15. 前記第１および前記第２のスプール間に配された成形またはスタンピングプレスを含み、前記プレスは、前記第１のスプールから前記第２のスプールへと通過するプレートの対向面に隣接する一対のプラテンを含む請求項１４に記載の装置。
16. 添付の図面を参照して概ねここに述べたような一連の連結した金属プレートを処理する方法。
17. 添付の図面を参照して概ねここに述べたような一連の金属プレートに表面処理を施すための装置。

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