JP2014123501A - 燃料電池用セパレータの吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池用セパレータの外周縁部に反りが生じていても、その外周縁部の反りを矯正して、燃料電池用セパレータ全面を吸着固定できるようにする。
【解決手段】燃料電池用セパレータ３０を吸着固定するための吸着面１２ａを有する吸着板１２と、上記吸着面１２ａに燃料電池用セパレータ３０を吸引するための吸引手段２０とを備える燃料電池用セパレータの吸着装置において、上記吸引手段２０による燃料電池用セパレータ３０の吸着面１２ａへの吸引力により、その燃料電池用セパレータ３０の外周縁部３０ａを吸着面１２ａに吸着させるための気流を、その外周縁部３０ａ廻りに生じさせる吸着用枠体１３を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高分子電解質形燃料電池（以下、「ＰＥＦＣ」という。）等に用いられる燃料電池用セパレータの吸着装置に関する。

この種の従来技術として、「燃料電池用セパレータ吸引装置」とした名称において特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１に開示された燃料電池用セパレータ吸引装置は、一方の面に凹凸状に形成された流路と、この流路の周りに設けられたシール部材とを有する燃料電池用セパレータが置かれ、燃料電池用セパレータを吸着する吸着部と、吸着部に設けられた吸引口から燃料電池用セパレータを吸引する吸引手段とを備えたものであり、上記吸着部が、シール部材を収容し、かつ、吸引口が形成された吸引溝を有する構成のものである。

特開２００８−１０８５９３号公報

しかしながら、上記引用文献１に開示されている燃料電池用セパレータ吸引装置は、吸着しようとする燃料電池用セパレータに反り等が生じている場合には、その燃料電池用セパレータの中央部分は吸着されたほぼ平坦な面に吸着矯正されるものの、その外周縁部が吸着部から浮き上がり、充分に吸着固定されないという課題が未解決のままである。

そこで本発明は、燃料電池用セパレータの外周縁部に反りが生じていても、その外周縁部の反りを矯正して、燃料電池用セパレータ全面を吸着固定できる燃料電池用セパレータの吸着装置の提供を目的としている。

上記課題を解決するための本発明は、燃料電池用セパレータを吸着固定するための吸着面を有する吸着板と、上記吸着面に燃料電池用セパレータを吸引するための吸引手段とを備える燃料電池用セパレータの吸着装置において、上記吸引手段による燃料電池用セパレータの吸着面への吸引力により、その燃料電池用セパレータの外周縁部を吸着面に吸着させるための気流を、その外周縁部廻りに生じさせる吸着用枠体を有している。

この構成においては、上記吸引手段による燃料電池用セパレータの吸着面への吸引力を、吸着用枠体によって、その燃料電池用セパレータの外周縁部を吸着面に吸着させるための気流を、その外周縁部廻りに生じさせている。

本発明によれば、燃料電池用セパレータの吸着面への吸引力により、その燃料電池用セパレータの外周縁部を吸着面に吸着させるための気流を、その外周縁部廻りに生じさせることにより、燃料電池用セパレータの外周縁部に反りが生じていても、その外周縁部の反りを矯正して、燃料電池用セパレータ全面を吸着して平坦面にすることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータ吸着固定装置の概略構成を示すブロック図である。 同上の燃料電池用セパレータ吸着固定装置の主要部の外観斜視図である。 （Ａ）は、吸着用枠体を吸着動作位置に移動した様子を示す部分斜視図、（Ｂ）は、吸着用枠体をセパレータ受入れ位置に移動した様子を示す部分斜視図、（Ｃ）は、吸着用枠体をセパレータ受入れ位置に移動した様子を示す部分斜視図である。 燃料電池用セパレータの吸着動作を示すフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｇ）は、燃料電池用セパレータ３０の吸着動作を模式的に示す斜視図である。 燃料電池用セパレータの他例に係る吸着動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータ吸着装置の概略構成を示すブロック図、図２は、その燃料電池用セパレータ吸着装置の主要部の外観斜視図、図３（Ａ）は、吸着用枠体を吸着動作位置に移動した様子を示す部分斜視図、（Ｂ）は、吸着用枠体をセパレータ受入れ位置に移動した様子を示す部分斜視図、（Ｃ）は、吸着用枠体をセパレータ受入れ位置に移動した様子を示す部分斜視図である。

燃料電池用セパレータ吸着装置Ａ１は、本体１０、吸引ポンプ２０、圧力計２１、枠体移動部２２及びコントロールユニットＢを有して構成されている。

燃料電池用セパレータ３０は、平面視において長方形に形成されているとともに、その両端部にマニホールド部Ｍ，Ｍが形成されている。
一側方のマニホールド部Ｍは、平面視において、互いに異なる大きさにして開口された、酸化剤ガス供給用孔Ｈ１、燃料ガス排出用孔Ｈ２及び酸化剤ガス供給用孔Ｈ３からなる。
他側方のマニホールド部Ｍは、平面視において、互いに異なる大きさにして開口された燃料ガス供給用孔Ｈ４、酸化剤ガス排出用孔Ｈ５及び燃料ガス供給用孔Ｈ６からなる。

本体１０は、基台１１と、この基台１１上に配設固定された吸着板１２、吸着用枠体１３、枠体移動部１４，１４及び駆動源１５とを有している。
枠体移動部１４は、その吸着用枠体１３の両外側面に配設されたリンク機構１４ａ，１４ａと、このリンク機構１４ａ，１４ａを介して吸着用枠体１３を昇降駆動するための駆動源１５からなるものであり、そのうちの駆動源１５は、上記コントロールユニットＢの出力側に接続されている。

基台１１は、平面視において長方形に形成された底板１１ａの各辺縁に側板１１ｂ〜１１ｅを立設するとともに、上面に開口１１ｆを形成した直方体形のものである。
この基台１１の側板１１ｂには、連結パイプ２０ａを介して吸引ポンプ２０が連結されており、その連結パイプ２０ａには、上記した圧力計２１が配設されている。

吸着板１２は、基台１１の上記した開口１１ｆに配置されており、側板１１ｂ〜１１ｅの内面との間に、後記する吸着用枠体１３の側板１３ａ〜１３ｄが気密的に挿通できる間隙を有する大きさにして形成されている。
吸引ポンプ２０は、上記コントロールユニットＢの出力側に接続されているとともに、圧力計２１は、当該入力側に接続されている。
本実施形態においては、吸引ポンプ２０が、下記の吸着面１２ａに燃料電池用セパレータ３０を吸引するための吸引手段である。

上記の吸着板１２の両端部近傍であって吸着面１２ａ上には、位置決め部をなす位置決め部材３１ａ〜３１ｃ、３１ｄ〜３１ｆが突設されているとともに、それら位置決め部材３１ａ〜３１ｃ、３１ｄ〜３１ｆ間には、吸着面１２ａと下面１２ｂとを貫通して多数の吸着用孔１６が格子状に配列形成されている。

位置決め部材３１ａ，３１ｃ、３１ｄ，３１ｆは、吸着面１２ａに対する燃料電池用セパレータ３０の位置決めを行うためのものであり、また、吸着促進部材３１ｂ、３１ｅが燃料電池用セパレータ３０の吸着を促進させるためのものである。

それら位置決め部材３１ａ，３１ｃ、３１ｄ，３１ｆ、吸着促進部材３１ｂ、３１ｅは、上記した燃料電池用セパレータ３０の両側方の酸化剤ガス供給用孔Ｈ１、燃料ガス排出用孔Ｈ２及び酸化剤ガス供給用孔Ｈ３、及び燃料ガス供給用孔Ｈ４、酸化剤ガス排出用孔Ｈ５及び燃料ガス供給用孔Ｈ６にそれぞれ嵌合する大きさに形成されている。

吸着用枠体１３は、側板１３ａ〜１３ｄを、本体１０の開口１１ｆに略一致する長方形枠形にしたものであり、上記した枠体移動部１４によって、矢印α方向（図１参照）において昇降移動自在に支持されている。
側板１３ａ〜１３ｄの解放端部は、外面から内面に向けて低くなるように傾斜させて、燃料電池用セパレータ３０をガイドするためのガイド部１３ｅが形成されている。

本実施形態において示す枠体移動部１４は、吸着用枠体１３を吸着動作位置（ア）、この吸着動作位置（ア）から退避させる位置であるセパレータ受入れ位置（イ）、セパレータ取出し位置（ウ）に移動させるようにしている。
それら各位置の高さは、吸着動作位置（ア）＞セパレータ受入れ位置（イ）＞吸着終了位置（ウ）の関係になっている。

吸着動作位置（ア）は、吸引手段による燃料電池用セパレータ３０の吸着面１２ａの吸引力により、その燃料電池用セパレータ３０の外周縁部を吸着面１２ａに吸着させるための気流ａ，ａを、その外周縁部廻りに生じさせられる位置である。
この吸着動作位置（ア）は、燃料電池用セパレータ３０の大きさ、材質、厚み等の形態の相違により高低するものである。

セパレータ受入れ位置（イ）は、吸着面１２ａに燃料電池用セパレータ３０を載置する位置である。
吸着終了位置（ウ）は、燃料電池用セパレータ３０の全面が吸着面１２ａに吸着されたときの位置であり、吸着用枠体１３の側板の解放端部は、吸着板１２の吸着面１２ａとほぼ面一となっている。これにより、例えば後工程において、吸着用枠体１３が燃料電池用セパレータ３０を移動させるときの障害とはならない。

上記したコントロールユニットＢは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路等からなるものであり、所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
（１）吸着用枠体１３を昇降移動させる機能。この機能を「吸着用枠体昇降手段Ｂ１」という。
本実施形態においては、枠体移動部１４を介して吸着枠体１３を上記した吸着動作位置（ア）、セパレータ受入れ位置（イ）、吸着終了位置（ウ）に移動させるようにしている。

（２）吸引ポンプ２０を駆動する機能。この機能を「吸引ポンプ駆動手段Ｂ２」という。
吸引ポンプ２０を駆動させるには、例えば駆動スイッチ（図示しない）を操作することより、また、吸着板１２に燃料電池用セパレータ３０を載置したことを検知する検知センサを配置しておき、その検知センサで燃料電池用セパレータ３０を検知したときに、吸引ポンプ２０を駆動させるようにしてもよい。この場合、検知センサをコントロールユニットＢの入力側に接続しておく。

（３）圧力計２１で計測した吸引圧力が所定値になったか否かを判定する機能。この機能を「吸引圧力判定手段Ｂ３」という。
上記した圧力計２１で計測した吸引圧力が所定値になったと判定したときには、吸着枠体昇降手段Ｂ１は吸着用枠体１３を吸着面１２ａまで降下させる。

（４）圧力計２１で計測した吸引圧力が所定値にならないと判定したときには、所定の時間が経過したか否かを判定する機能。この機能を「時間経過判定手段Ｂ４」という。
（５）所定の時間が経過しても吸引圧力が所定値にならないときには、エラーであることを報知する機能。この機能を「エラー報知手段Ｂ５」という。

次に、図４を参照して、燃料電池用セパレータ３０を吸着面１２ａに吸着させる動作について説明する。図４は、燃料電池用セパレータ３０の吸着動作を示すフローチャート、図５（Ａ）〜（Ｇ）は、燃料電池用セパレータ３０の吸着動作を模式的に示す斜視図である。

ステップ１（図中「Ｓ１」と略記する。）：吸着用枠体１３を、燃料電池用セパレータ３０を受け入れる高さ位置、すなわち、セパレータ受入れ位置（イ）に上昇移動させる（図５（Ａ））。
ステップ２：燃料電池用セパレータ３０を吸着面１２ａに載置する（図５（Ｂ））。
ステップ３：吸引ポンプ２０を回転駆動する。

ステップ４：吸着用枠体１３をセパレータ受入れ位置（イ）からさらに上昇させ、吸着動作位置（ア）に移動する（図５（Ｃ），（Ｄ））。
これにより、吸着面１２ａに載置されている燃料電池用セパレータ３０の外周縁部３０ａ，３０ａと吸着枠体１３の側板内面との間の空気の流速ａ，ａが増加して、その外周縁部３０ａ，３０ａが吸着面１２ａに向けて矯正され始め、ついには、図５（Ｅ）に示すように、燃料電池用セパレータ３０の外周縁部３０ａを含む全面が吸着面１２ａに吸着された状態になる。

ステップ５：圧力計２０によって所定の負圧力になった否かを判定する。ここで、所定の負圧力になったと判定されればステップ６に進み、そうでなければステップ７に進む。
ステップ６：燃料電池用セパレータ３０の外周縁部３０ａ，３０ａを含む全面が吸着面１２ａに吸着されたと判断して、吸着枠体１３を吸着終了位置（ウ）まで下降させる（図５（Ｆ），（Ｇ））。

ステップ７：所定の時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したと判定されればステップ３に戻り、そうでなければステップ８に進んでエラーが生じたことを報知する。

以上の構成からなる一実施形態に係る燃料電池用セパレータの吸着装置によれば、次の効果を得ることができる。
・燃料電池用セパレータの外周縁部に反りが生じていても、その外周縁部の反りを矯正して、燃料電池用セパレータ全面を吸着固定することができる。
従って、例えば燃料電池用セパレータの外周縁部等に接着剤を塗布するときに、図示しない塗布用ノズルと燃料電池用セパレータの対向面とのクリアランスを一定にすることができ、塗布した接着剤層にムラが生じることがない。

・燃料電池用セパレータを吸着面に向けて吸引する吸引力により、その燃料電池用セパレータの外周縁部を吸着面に吸着させるための気流を、その外周縁部廻りに生じさせられる吸着動作位置と、上記燃料電池用セパレータの全面が吸着面に吸着される吸着終了位置との間で吸引用枠体を移動させることにより、燃料電池用セパレータの反り量やうねりに対応することができる。

・枠体移動部により、吸着用枠体を燃料電池用セパレータの移動の障害とならない上記吸着終了位置に移動しているので、例えば燃料電池用セパレータの外周縁部等への接着剤の塗布を容易に行うことができる。

・吸着板の吸着面に対して燃料電池用セパレータを位置決めするための位置決め部を有しているので、燃料電池用セパレータの位置決めを確実に行うことができる。これにより、製品品質を安定させることができる。
・位置決め部は、燃料電池用セパレータのマニホールド部を介して吸着面に対して燃料電池用セパレータを位置決めしているので、その位置決めを容易に行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
図６を参照して、燃料電池用セパレータ３０を吸着面１２ａに吸着させる他例に係る動作について説明する。図６は、燃料電池用セパレータ３０の吸着動作を示すフローチャートである。なお、図６に示す動作において、上記図４において説明したステップと同等のものについては、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、相違するステップについて説明する。

本他例に係る動作を行わせる燃料電池用セパレータの吸着装置は、上記した位置決め部材３１ａ，３１ｃ、３１ｄ，３１ｆ、吸着促進部材３１ｂ、３１ｅが、吸着用枠体１３と一体に移動する構成としたものである。この場合、ステップ３において、吸着用枠体１３を吸着動作位置に移動すると、位置決め部材３１ａ，３１ｃ、３１ｄ，３１ｆ、吸着促進部材３１ｂ、３１ｅも吸着用枠体１３と一体に昇降移動する。

同じく、ステップ６において、燃料電池用セパレータ３０の外周縁部３０ａ，３０ａを含む全面が吸着面１２ａに吸着されたと判断して、吸着枠体１３を吸着終了位置（ウ）まで下降させると、位置決め部材３１ａ，３１ｃ、３１ｄ，３１ｆ、吸着促進部材３１ｂ、３１ｅも一体に下降移動する。

なお、上述した吸着用枠体１３に、この吸着用枠体１３と燃料電池用セパレータ３０の外周縁部との上記間隙βを広狭調整する間隙調整機構を設けた構成にすることができる。
間隙調整機構としては、例えば上記した側板１３ａ〜１３ｄの板厚を二分する内側板と外側板とから形成するとともに、それらを互いに独立させて上下駆動させる構成が考えられる。

この構成によれば、燃料電池用セパレータ３０の種類，板厚，材質等の形態の相違を勘案して間隙βを適宜広狭調整することにより、その形態の相違に関わらず、燃料電池用セパレータ３０の外周縁部３０ａ，３０ａに生じる気流ａ，ａを容易に強弱調整することができる。

また、燃料電池用セパレータの形態の相違に対応させて、位置決め部を移動可能に支持する位置決め部支持機構を設けた構成にしてもよい。具体的には、燃料電池用セパレータの形態の相違に伴うマニホールド部の位置の変化に応じ、位置決め部を吸着面に沿って移動自在に支持した構成にする。この場合、様々な形態の燃料電池用セパレータに対応することができる。

１２ 吸着板
１２ａ 吸着面
１３ 吸着用枠体
１４ 枠体移動部
２０ 吸引手段（吸引ポンプ）
３０ 燃料電池用セパレータ
３０ａ 外周縁部
３１ａ〜３１ｃ、３１ｄ〜３１ｆ 位置決め部
（ア） 吸着動作位置
β 間隙

Claims (7)

1. 燃料電池用セパレータを吸着固定するための吸着面を有する吸着板と、
   上記吸着面に燃料電池用セパレータを吸引するための吸引手段とを備える燃料電池用セパレータの吸着装置において、
   上記吸引手段による燃料電池用セパレータの吸着面への吸引力により、その燃料電池用セパレータの外周縁部を吸着面に吸着させるための気流を、その外周縁部廻りに生じさせる吸着用枠体を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの吸着装置。
2. 吸着用枠体と燃料電池用セパレータの外周縁部との間隙を広狭調整する間隙調整機構を有する請求項１に記載の燃料電池用セパレータの吸着装置。
3. 上記燃料電池用セパレータの外周縁部を吸着面に吸着させるための気流をその外周縁部廻りに生じさせられる吸着動作位置に吸着用枠体を移動させる枠体移動部を有している請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータの吸着装置。
4. 枠体移動部は、上記吸着用枠体を吸着動作位置から退避させる位置に移動する請求項３に記載の燃料電池用セパレータの吸着装置。
5. 吸着板の吸着面に対して燃料電池用セパレータを位置決めするための位置決め部を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの吸着装置。
6. 燃料電池用セパレータに、発電用ガスを流出入させるためのマニホールド部が形成されており、
   位置決め部は、マニホールド部を介して吸着面に対して燃料電池用セパレータを位置決めする請求項５に記載の燃料電池用セパレータの吸着装置。
7. 燃料電池用セパレータの形態の相違に対応させて、位置決め部を移動可能に支持する位置決め部支持機構を有している請求項５又は６に記載の燃料電池用セパレータの吸着装置。

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