JP2015133305A - 燃料電池用の金属セパレーターの製造装置、燃料電池用の金属セパレーターの製造方法、および燃料電池用の金属セパレーター - Google Patents

Abstract

【課題】薄板状の金属セパレーターの位置を精度良く検出して加工できる製造装置を提供する。【解決手段】燃料電池用の金属セパレーター１０の製造装置１００は、目印形成部１３０と引張部１１０と位置検出部１５０と加工部（例えば組立加工部１６０）とを有する。目印形成部は、金属セパレーターの対向した両端に備えられた把持部１０ｈの少なくとも一方に対し、薄板状の基材から金属セパレーターがプレス成形される前に位置検出の基準となる目印１０ｐを形成する。引張部は、把持部を把持部材（クランプ１１１）によって把持し、把持部同士を互いに離間させて金属セパレーターを外方に引っ張る。位置検出部は、引張部によって引っ張られた状態の金属セパレーターの目印に基づき金属セパレーターの位置を検出する。加工部は、位置検出部によって検出された各々の金属セパレーターの位置に個別に対応して加工を施す。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池用の金属セパレーターの製造装置、燃料電池用の金属セパレーターの製造方法、および燃料電池用の金属セパレーターに関する。

近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、外部から供給された燃料ガス（水素）および酸化剤ガス（空気または純酸素）によって化学反応を起こし、発生した化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。燃料電池は、化学反応により生成される物質が原理的に水であることから、地球環境への悪影響がほとんど無い。

燃料電池は、金属セパレーターと膜電極接合体とを交互に積層して構成している。燃料電池の積層方向の高さを低くするために、金属セパレーターは薄板状に形成している。薄板状の金属セパレーターは、薄肉の基材をプレス成形して製造しており、反り返りや撓みが残存している。

したがって、金属セパレーターと膜電極接合体とを交互に積層するときに、相対的に位置がずれる虞がある。一方、金属セパレーターの位置を精度良く検出できるか否かが、燃料電池の生産に係る歩留まりに大きく影響する。特に、高出力の燃料電池を得るためには金属セパレーターと膜電極接合体との積層数が多くなることから、金属セパレーターの位置を高精度で検出して加工することが、燃料電池を構成するユニットの歩留まりに大きく寄与することとなる。

このため、レーザー方式または画像センシング方式を用いて金属セパレーターの外形形状を検出することによって、金属セパレーターの位置を検出している。しかしながら、金属セパレーターは、把持力が必ずしも十分ではない吸引チャックによって保持されていることから、反り返りや撓みを十分に除去することが困難であり、位置を精度良く検出して加工することができない虞がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１６４８８１号公報

したがって、薄板状の金属セパレーターであっても、反り返りや撓みを十分に除去し、位置を精度良く検出して加工することによって、燃料電池を構成するユニットの生産に係る歩留まりを向上させることができる技術が要請されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、反り返りや撓みの影響を受け易い薄板状の金属セパレーターであっても、その金属セパレーターの位置を精度良く検出して加工することができる燃料電池用の金属セパレーターの製造装置、および燃料電池用の金属セパレーターの製造方法を提供することを目的とする。さらに、反り返りや撓みの影響を受け易くても、高い位置精度で組み立てることができる燃料電池用の金属セパレーターを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の燃料電池用の金属セパレーターの製造装置は、目印形成部と、引張部と、位置検出部と、加工部とを有する。前記目印形成部は、燃料電池用の金属セパレーターの対向した両端に備えられた把持部の少なくとも一方に対して、薄板状の基材から前記燃料電池用の金属セパレーターがプレス成形される前に、位置検出の基準となる目印を形成する。前記引張部は、前記把持部を把持部材によって把持し、前記把持部同士を互いに離間させて前記金属セパレーターを外方に引っ張る。前記位置検出部は、前記引張部によって引っ張られた状態の前記金属セパレーターの前記目印に基づき前記金属セパレーターの位置を検出する。前記加工部は、前記位置検出部によって検出された各々の前記金属セパレーターの位置に個別に対応して加工を施す。

本発明の燃料電池用の金属セパレーターの製造方法は、目印形成工程と、加工工程とを有する。前記目印形成工程は、薄板状の基材から燃料電池用の金属セパレーターがプレス成形される前に、前記燃料電池用の金属セパレーターの対向した両端に備えられた把持部の少なくとも一方に対して位置検出の基準となる目印を形成する。前記加工工程は、前記金属セパレーターの把持部を把持して外方に引っ張りつつ、前記目印に基づき前記金属セパレーターの位置を検出し、各々の前記金属セパレーターの位置に個別に対応して加工を施す。

本発明の燃料電池用の金属セパレーターは、薄板状からなり、対向する両端に形成され外方に向かって引っ張られる把持部と、前記把持部の少なくとも一方に形成され位置検出の基準となる目印と、を備えている。

燃料電池用の金属セパレーターの製造装置および製造方法では、薄板状の基材から金属セパレーターがプレス成形される前の把持部に目印を形成することから、反り返りや撓みが無い状態の金属セパレーターに対して精度良く目印を形成することができる。さらに、金属セパレーターの両端に備えた把持部を引っ張ることによって、反り返りや撓みの影響を受けることなく、把持部に形成された目印に基づき金属セパレーターの位置を精度良く検出し、その検出された各々の金属セパレーターの位置に個別に対応して加工を施すことができる。したがって、反り返りや撓みが生じ易い薄板状の金属セパレーターであっても、その金属セパレーターの位置を精度良く検出して加工することができることから、燃料電池の生産に係る歩留まりを向上させることができる。

金属セパレーターは、薄板状からなり、対向する両端に形成され外方に向かって引っ張られる把持部に形成した目印に基づいて位置検出することから、位置検出の際に金属セパレーターの反り返りや撓みの影響を受けることがない。したがって、反り返りや撓みの影響を受け易い薄板状の金属セパレーターを、高い位置精度で組み立てることができる。すなわち、燃料電池の生産に係る歩留まりを向上させることができる。

燃料電池用の金属セパレーターの製造装置を示す斜視図である。 図１の製造装置の形状加工部によって長尺の基材から金属セパレーターを形成しつつ、目印形成部によって金属セパレーターに目印を形成している状態を示す斜視図である。 図２の構成を搬送方向に沿って示す側面図である。 図１の製造装置の位置検出部によって金属セパレーターを目印に基づき位置検出した後、組立加工部によって金属セパレーターを加工している状態を示す斜視図である。 図４の構成を搬送方向に沿って示す側面図である。 図１の製造装置の引張部によって金属セパレーターを引っ張っている状態を示す斜視図である。 図６の引張部を７−７線から模式的に示す断面図である。 図６の構成を搬送方向と交差した方向に沿って示す側面図である。 図６の構成を主要部毎に分解して示す分解斜視図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。図１〜図９の全ての図において、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を、それぞれ矢印で示している。Ｘ方向は、金属セパレーター１０の搬送方向を示している。Ｙ方向は、金属セパレーター１０の搬送方向と交差した方向を示している。Ｚ方向は、金属セパレーター１０の積層方向を示している。

（実施形態）
燃料電池用の金属セパレーター１０の製造装置１００は、燃料電池の製造において使用される。金属セパレーター１０は、長尺からなる薄板状の基材１に対して流路１０ｇとなる凹凸やマニホールド孔（例えばアノードガス供給口１０ａ）となる貫通孔が形成された後に、成形品となる領域が打ち抜かれて成形されたものである。搬送部１４０は、成形後の各々の金属セパレーター１０を、膜電極接合体と交互に積層する積層加工ステージまで、別個に搬送する。金属セパレーター１０は、膜電極接合体と交互に積層され、燃料電池を形成する。

製造装置１００は、目印形成部１３０、引張部１１０、位置検出部１５０、および加工部（例えば組立加工部１６０）を含んでいる。目印形成部１３０は、燃料電池用の金属セパレーター１０の対向した両端に備えられた把持部１０ｈの少なくとも一方に対して、薄板状の基材１から燃料電池用の金属セパレーター１０がプレス成形される前に、位置検出の基準となる目印１０ｐを形成する。引張部１１０は、把持部１０ｈを把持部材（クランプ１１１）によって把持し、把持部１０ｈ同士を互いに離間させて金属セパレーター１０を外方に引っ張る。位置検出部１５０は、引張部１１０によって引っ張られた状態の金属セパレーター１０の目印１０ｐに基づき金属セパレーター１０の位置を検出する。加工部（例えば組立加工部１６０）は、位置検出部１５０によって検出された各々の金属セパレーター１０の位置に個別に対応して加工を施す。

さらに、製造装置１００は、形状加工部１２０、搬送部１４０、および制御部１７０を含んでいる。形状加工部１２０は、長尺の基材１を所定の形状に加工して金属セパレーター１０を形成する。搬送部１４０は、引張部１１０を載置して搬送する。制御部１７０は、形状加工部１２０と目印形成部１３０と搬送部１４０と位置検出部１５０と組立加工部１６０の各々を制御する。

先ず、図９を参照して、製造装置１００を用いて位置検出してから加工する金属セパレーター１０を説明する。

図９は、図１の製造装置１００の引張部１１０によって金属セパレーター１０を引っ張っている状態を主要部毎に分解して示す分解斜視図である。

金属セパレーター１０は、隣り合う膜電極接合体を隔離しつつ、膜電極接合体で発生した電力を通電させ、さらに媒体と冷却水とを隔てて流通させる。金属セパレーター１０は、薄板状からなり、導電性材料を有する。金属セパレーター１０は、対向する両端に引張部１１０によって把持され外方に向かって引っ張られる把持部１０ｈを備えている。図示例の金属セパレーター１０にあっては、長手方向の両端に把持部１０ｈを備えている。把持部１０ｈには、十字状の目印１０ｐを形成している。

金属セパレーター１０は、例えば、ステンレス鋼鈑にプレス加工を施すことによって形成される。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすく、かつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。金属セパレーター１０がアノード側セパレーターの場合は、膜電極接合体のアノードに当接させて積層する。金属セパレーター１０がカソード側セパレーターの場合は、膜電極接合体のカソードに当接させて積層する。

金属セパレーター１０の中央には、媒体と冷却水とを隔てて流す流路１０ｇを形成している。流路１０ｇは、凹凸形状を一定の間隔で複数設けることによって構成している。金属セパレーター１０がアノード側セパレーターの場合は、媒体に燃料ガス（水素）を用いる。金属セパレーター１０がカソード側セパレーターの場合は、媒体に酸化剤ガス（空気または純酸素）を用いる。

金属セパレーター１０は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、アノードガス供給口１０ａ、冷却流体供給口１０ｂ、およびカソードガス供給口１０ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、金属セパレーター１０は、その長手方向の他端に、カソードガス排出口１０ｄ、冷却流体排出口１０ｅ、およびアノードガス排出口１０ｆに相当する貫通孔を開口している。

次に、図１〜図９を参照して、金属セパレーター１０の製造方法およびその製造方法を具現化した製造装置１００の構成を説明する。

図１は、燃料電池用の金属セパレーター１０の製造装置１００を示す斜視図である。図２は、図１の製造装置１００の形状加工部１２０によって長尺の基材１から金属セパレーター１０を形成しつつ、目印形成部１３０によって金属セパレーター１０に目印１０ｐを形成している状態を示す斜視図である。図３は、図２の構成を搬送方向Ｘに沿って示す側面図である。図４は、図１の製造装置１００の位置検出部１５０によって金属セパレーター１０を目印１０ｐに基づき位置検出した後、組立加工部１６０によって金属セパレーター１０を加工している状態を示す斜視図である。図５は、図４の構成を搬送方向Ｘに沿って示す側面図である。図６は、図１の製造装置１００の引張部１１０によって金属セパレーター１０を引っ張っている状態を示す斜視図である。図７は、図６の引張部１１０を７−７線から模式的に示す断面図である。図８は、図６の構成を搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って示す側面図である。図９は、図６の構成を主要部毎に分解して示す分解斜視図である。

形状加工部１２０の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。

形状加工部１２０は、固定型１２１および移動型１２２を含んでいる。固定型１２１および移動型１２２は、長尺状の基材１から金属セパレーター１０を形成する複数組の金型１２１ａ〜１２１ｆおよび１２２ａ〜１２２ｆを対向するように取り付けている。固定型１２１および移動型１２２の間に長尺状の基材１を搬送方向Ｘに沿って移動可能に配置する。固定型１２１に対して、移動型１２２を当接および離間させる毎に、一の金型から隣接する他の金型まで基材１を移動させる。金型１２１ａ〜１２１ｆおよび１２２ａ〜１２２ｆは、基材１に対する凹凸や貫通孔等の形成において一般的なものを用いる。金型１２１ａ〜１２１ｆおよび１２２ａ〜１２２ｆは、基材１の搬送方向Ｘの上流側から下流側に沿って一定の間隔で位置している。

形状加工部１２０は、先ず、金型１２１ａおよび１２２ａによって、基材１に対して、位置決め用のロケート孔１ｍを形成する。次に、金型１２１ｂおよび１２２ｂによって、金属セパレーター１０のアクティブエリアおける凹凸状の流路１０ｇを形成する。次に、金型１２１ｃおよび１２２ｃによって、ガスや冷却水を供給および排出するマニホールド孔（アノードガス供給口１０ａ〜アノードガス排出口１０ｆ）を成形する。その後、金型１２１ｄおよび１２２ｄによって、金属セパレーター１０となる部分の外周縁を打ち抜いて打抜孔１ｎを開口する。基材１から打ち抜いた金属セパレーター１０は、引張部１１０に取り付ける。

目印形成部１３０の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。

目印形成部１３０のレーザーマーキングユニット１３１は、例えば炭酸ガスレーザーから構成している。レーザーマーキングユニット１３１は、搬送部１４０の上方（積層方向Ｚに相当）であって、金属セパレーター１０の長手方向（搬送方向Ｘと交差した方向Ｙ）の両側に位置するように、それぞれ１台ずつ配設している。詳細には、レーザーマーキングユニット１３１は、形状加工部１２０において、マニホールド孔（アノードガス供給口１０ａ〜アノードガス排出口１０ｆ）を成形する金型１２１ｃおよび１２２ｃよりも搬送方向Ｘに沿った下流側であって、かつ、打抜孔１ｎを開口する金型１２１ｄおよび１２２ｄよりも搬送方向Ｘに沿った上流側に配設している。すなわち、レーザーマーキングユニット１３１は、形状加工部１２０によって基材１から金属セパレーター１０となる部分の外周縁が打ち抜かれて打抜孔１ｎが開口される直前に、金属セパレーター１０の把持部１０ｈに目印１０ｐを形成する。

レーザーマーキングユニット１３１は、導出したレーザー光Ｌ１を金属セパレーター１０の把持部１０ｈに照射し、その照射部分を溶解することによって、目印１０ｐを形成する。レーザーマーキングユニット１３１は、移動型１２２との干渉を回避するために、移動型１２２の切欠部１２２ｅを介して、レーザー光Ｌ１を金属セパレーター１０に導出させる。レーザーマーキングユニット１３１は、レーザー光Ｌ１を把持部１０ｈに走査して、例えば十字状の目印１０ｐを形成する。

レーザーマーキングユニット１３１によって、金属セパレーター１０の把持部１０ｈの中央に目印１０ｐを１個形成してもよいし、金属セパレーター１０の把持部１０ｈの短手方向に沿って目印１０ｐを複数個形成してもよい。レーザーマーキングユニット１３１によって形成する目印の形状や位置は、位置検出部１５０における目印の検出精度等によって決定する。例えば、目印は、Ｌ字状に形成し、４個のクランプ１１１の当接部材１１１ａにそれぞれ近接するように４個形成してもよい。

レーザーマーキングユニット１３２を用いて、形状加工部１２０によって加工される前の基材１に対して目印１０ｐを形成することもできる。この場合には、図１に示すように、レーザーマーキングユニット１３２を、基材１に位置決め用のロケート孔１ｍを形成する金型１２１ａおよび１２２ａの搬送方向Ｘに沿った下流側で隣り合うように配設する。レーザーマーキングユニット１３２の仕様は、レーザーマーキングユニット１３１の仕様と同様である。

引張部１１０の構成を、図１および図４〜図９を参照しながら説明する。

引張部１１０のクランプ１１１は、第１固定台１１２または第１移動台１１３とで、金属セパレーター１０の把持部１０ｈを挟み込んで把持する。クランプ１１１は、第１固定台１１２および第１移動台１１３の上面にそれぞれ配設している。クランプ１１１は、例えば、当接部材１１１ａ、回転支持部材１１１ｂ、および圧縮バネ１１１ｃを含んでいる。当接部材１１１ａは、板状に形成し、一端を金属セパレーター１０の把持部１０ｈに当接させ、一端に対向した他端を圧縮バネ１１１ｃによって付勢させている。回転支持部材１１１ｂは、当接部材１１１ａの一端と他端の中央に配設し、当接部材１１１ａを所定の範囲内で回動自在に支持している。回転支持部材１１１ｂは、第１固定台１１２または第１移動台１１３の上面に接合している。圧縮バネ１１１ｃは、いわゆる押しバネに相当する。圧縮バネ１１１ｃは、螺旋状に形成し、伸縮自在である。圧縮バネ１１１ｃは、当接部材１１１ａの他端と、第１固定台１１２または第１移動台１１３の上面との間で伸長する。その結果、当接部材１１１ａの一端は、第１固定台１１２または第１移動台１１３の上面に対して押圧する。

第１固定台１１２は、一対からなり、金属セパレーター１０の長手方向に沿った方向の両端であって、金属セパレーター１０の搬送方向Ｘの下流側に配設している。一方、第１移動台１１３は、一対からなり、金属セパレーター１０の長手方向に沿った方向の両端であって、金属セパレーター１０の搬送方向Ｘの上流側に配設している。すなわち、第１固定台１１２は、金属セパレーター１０の短手方向に沿って、第１移動台１１３と対向して配設している。一対の第１固定台１１２は、図７に示すように、その下部から突出した固定ピン１１２ｂを、第２固定台１１５の上面に開口した固定孔１１５ａ、または第２移動台１１６の上面に開口した固定孔１１６ａに挿入し、下側からネジ部材１８１の締結によって固定している。

一対の第１移動台１１３は、第２固定台１１５、または第２移動台１１６において、Ｘ方向に沿って移動自在に当接している。具体的には、一対の第１移動台１１３の下部から突出させた長尺状の平行キー１１３ｄを、第２固定台１１５の上面に開口した長孔状のキー溝１１５ｃ、または第２移動台１１６の上面に開口した長孔状のキー溝１１６ｃに対して、搬送方向Ｘに沿って移動自在に挿通している。但し、Ｚ方向の浮動を防止するため、図７に示すように、下側からネジ部材１８１で第２固定台１１５、または第２移動台１１６に締結固定している。一対の第１移動台１１３は、一対の第１伸長部材１１４によって、第１固定台１１２から離間する方向に移動する。

第１伸長部材１１４は、第１移動台１１３を第１固定台１１２から離間させる。第１伸長部材１１４は、図４に示すように、例えば、圧縮バネ１１４ａおよび支持部材１１４ｂを含んでいる。一対の第１伸長部材１１４は、第１移動台１１３と第１固定台１１２との間に配設している。圧縮バネ１１４ａは、いわゆる押しバネに相当する。圧縮バネ１１４ａは、螺旋状に形成し、伸縮自在である。支持部材１１４ｂは、円柱状に形成し、圧縮バネ１１４ａを伸縮方向（搬送方向Ｘに相当）に保持している。支持部材１１４ｂは、第１固定台１１２の側面に接合し、圧縮バネ１１４ａを挿通している。

第２固定台１１５と第２移動台１１６とは、第１固定台１１２と第１移動台１１３とをそれぞれ支持する。第２固定台１１５と、第２移動台１１６は、それぞれ長方形状からなり、金属セパレーター１０の長手方向に沿った方向Ｙの両端に対向して配設している。第２固定台１１５は、その下部から突出した固定ピン１１５ｂを、支持台１１８の長手方向の一端に開口した固定孔１１８ａに挿入して固定している。第２移動台１１６は、支持台１１８の長手方向の他端に移動自在に当接している。具体的には、第２移動台１１６の下部から突出させた長尺状の平行キー１１６ｄを、支持台１１８の長手方向の他端に開口した長孔状のキー溝１１８ｃに対して、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って移動自在に挿通している。但し、Ｚ方向の浮動を防止するため、図７に示すように、下側からネジ部材１８１で支持台１１８に締結固定している。一対の第２移動台１１６は、一対の第２伸長部材１１７によって、第２固定台１１５から離間する方向に移動する。一対の第２伸長部材１１７は、第２移動台１１６と第２固定台１１５との間に配設している。

第２伸長部材１１７は、第２移動台１１６を第２固定台１１５から離間させる。第２伸長部材１１７は、図４に示すように、例えば、圧縮バネ１１７ａ、支持部材１１７ｂ、および延長部材１１７ｃを含んでいる。圧縮バネ１１７ａは、いわゆる押しバネに相当する。圧縮バネ１１７ａは、螺旋状に形成し、伸縮自在である。支持部材１１７ｂは、円柱状に形成し、圧縮バネ１１７ａを伸縮方向（搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに相当）に保持している。支持部材１１７ｂは、延長部材１１７ｃの一端に接合し、圧縮バネ１１７ａを挿通している。延長部材１１７ｃは、支持部材１１７ｂよりも径が大きい円柱状に形成し、支持部材１１７ｂと伸縮方向（搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに相当）に沿って接合している。延長部材１１７ｃは、一端を支持部材１１７ｂに接合し、他端を第２固定台１１５の側面に接合している。延長部材１１７ｃは、使用する圧縮バネ１１７ａの全長が長くなることを抑えるためのものである。

支持台１１８は、第２固定台１１５と第２移動台１１６とを支持する。支持台１１８は、長尺の板状からなり、中央部分に開口を備えている。支持台１１８の長手方向の一端に開口した固定孔１１８ａに、第２固定台１１５の下部から突出した固定ピン１１５ｂを挿入することによって、第２固定台１１５を固定している。支持台の長手方向の他端に開口した長孔状のキー溝１１８ｃに、第２移動台１１６の下部から突出させた長尺状の平行キー１１６ｄを挿入することによって、第２移動台１１６を搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って移動自在に挿通している。支持台１１８は、搬送部１４０の一対のベルト１４１に載置する。

搬送部１４０の構成を、図１を参照しながら説明する。

搬送部１４０のベルト１４１は、複数の引張部１１０を一定の間隔で載置して搬送する。ベルト１４１は、チェーンまたはゴム材からなり、無端状に形成している。ベルト１４１は、一対からなり、金属セパレーター１０の搬送方向Ｘと交差する方向Ｙに沿って互いに離間して配設している。一対のベルト１４１は、各々の引張部１１０の長手方向の両端部分を載置して搬送する。係留部材１４２は、各々の引張部１１０を係留し、搬送中の引張部１１０の位置ずれを防止する。係留部材１４２は、長方体形状に形成し、一対のベルト１４１の外周面にそれぞれ一定の間隔で配置している。隣り合う係留部材１４２によって、引張部１１０を挟持する。

駆動ロール１４３は、図示せぬ従動ロールと共に、無端状のベルト１４１を回動させる。駆動ロール１４３は、円柱形状に形成し、図示せぬモータに接続している。駆動ロール１４３は、従動ロールと共に、一対のベルト１４１の内周面の両端に対向して配設している。ガイドロール１４４は、ベルト１４１を内周面の側からガイドしている。ガイドロール１４４は、円柱形状のシャフトに歯車を挿通させて構成している。ガイドロール１４４は、駆動ロール１４３と従動ロールの間に一定の間隔で回動自在に複数配設し、一対のベルトの内周面に当接している。

位置検出部１５０の構成を、図１、図４、および図５を参照しながら説明する。

位置検出部１５０の撮像ユニット１５１は、例えばＣＣＤカメラから構成している。撮像ユニット１５１は、搬送部１４０の上方（積層方向Ｚに相当）であって、金属セパレーター１０の長手方向の両側に位置するように、それぞれ１個ずつ配設している。撮像ユニット１５１は、金属セパレーター１０の把持部１０ｈの付近から反射した反射光Ｒ１を受光することによって、金属セパレーター１０の目印１０ｐを検出する。目印１０ｐは、金属セパレーター１０の一対の把持部１０ｈに対して、それぞれ十字状に形成されている。

撮像ユニット１５１は、一対の目印１０ｐの各々の中心を通る直線によって、金属セパレーター１０の面内（金属セパレーター１０の搬送方向Ｘおよび搬送方向Ｘと交差する方向Ｙ）の傾きを検出する。すなわち、撮像ユニット１５１は、搬送方向Ｘに対する金属セパレーター１０の斜行の状態を検出する。さらに、一対の目印１０ｐのどちらか一方の目印１０ｐの中心位置に基づき、金属セパレーター１０の絶対位置を検出する。金属セパレーター１０の絶対位置の検出に係る動作は、撮像ユニット１５１で行ってもよいし、制御部１７０のコントローラ１７１で行ってもよい。位置検出部１５０による金属セパレーター１０の絶対位置の検出結果は、制御部１７０を介して、組立加工部１６０に送信する。

組立加工部１６０の構成を、図１、図４および図５を参照しながら説明する。

組立加工部１６０は、位置検出部１５０に対して、金属セパレーター１０の搬送方向Ｘの下流側であって、位置検出部１５０に隣接して配設している。組立加工部１６０は、搬送部１４０によって順に搬送されてくる金属セパレーター１０の位置を制御部１７０から受信し、各々の金属セパレーター１０の絶対位置に合わせて、所定の加工を行う。組立加工部１６０は、例えば、金属セパレーター１０と膜電極接合体とを交互に積層した上で、隣り合う金属セパレーター１０同士を接合するために、金属セパレーター１０の外周縁に接着剤を塗布するものである。

組立加工部１６０の塗布ユニット１６１は、充填された接着剤を一定量で金属セパレーター１０に塗布する。Ｙ軸ステージ１６２は、塗布ユニット１６１を吊り下げた状態において、搬送方向Ｘと交差する方向Ｙに沿って移動する。Ｘ軸ステージ１６３は、Ｙ軸ステージ１６２の長手方向の一端に備え、Ｙ軸ステージ１６２を搬送方向Ｘに沿って移動する。Ｘ軸補助レール１６４は、Ｙ軸ステージ１６２の長手方向の他端に備え、Ｘ軸ステージ１６３によるＹ軸ステージ１６２の移動を補助する。Ｘ軸ステージ１６３およびＸ軸補助レール１６４によって、Ｙ軸ステージ１６２を両端支持梁の状態で支持する。塗布ユニット１６１は、Ｘ軸ステージ１６３およびＹ軸ステージ１６２によって、図４および図５に長一点破線の矢印で示す軌跡Ｋ１に沿って移動しつつ、金属セパレーター１０の外周縁に接着剤を塗布する。

制御部１７０の構成を、図１を参照しながら説明する。

制御部１７０のコントローラ１７１は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）は、形状加工部１２０の移動型１２２、目印形成部１３０のレーザーマーキングユニット１３１、搬送部１４０の駆動ロール１４３、位置検出部１５０の撮像ユニット１５１、および組立加工部１６０の塗布ユニット１６１とＹ軸ステージ１６２とＸ軸ステージ１６３に係る制御プログラムをそれぞれ格納している。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいて製造装置１００の動作を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中の各構成部材に係るデータを一時的に記憶する。データは、例えば、撮像ユニット１５１で撮像された画像データである。通信線１７２は、コントローラ１７１と各構成部材との間で通信を行うためのケーブルである。

次に、実施形態の製造装置１００の作用を説明する。

形状加工部１２０は、図２に示すように、固定型１２１および移動型１２２によって、長尺かつ薄板状の基材１を所定の形状に加工して金属セパレーター１０を形成する。金型１２１ａおよび１２２ａによって基材１に位置決め用のロケート孔１ｍを形成した後、金型１２１ｂおよび１２２ｂによって金属セパレーター１０のアクティブエリアおける凹凸状の流路１０ｇを形成する。次に、金型１２１ｃおよび１２２ｃによって、マニホールド孔（アノードガス供給口１０ａ〜アノードガス排出口１０ｆ）を成形する。

次いで、目印形成部１３０は、図２に示すように、一対のレーザーマーキングユニット１３１によって、金属セパレーター１０の両端に形成した一対の把持部１０ｈに対して、それぞれレーザー光Ｌ１を走査する。レーザー光Ｌ１によって、例えば十字状の目印１０ｐを形成する。

次いで、形状加工部１２０は、図２に示すように、金型１２１ｄおよび１２２ｄによって、金属セパレーター１０となる部分の外周縁を打ち抜いて打抜孔１ｎを開口する。

次いで、引張部１１０は、図４等に示すように、金属セパレーター１０の把持部１０ｈをクランプ１１１によって把持し、クランプ１１１同士を互いに離間させて金属セパレーター１０を外方に引っ張る。金属セパレーター１０を引張部１１０にセットするときには、まず、第１移動台１１３を第１固定台１１２に向かって押圧することによって、第１移動台１１３と第１固定台１１２との間の間隔を狭める。同様に、第２移動台１１６を第２固定台１１５に向かって押圧することによって、第２移動台１１６と第２固定台１１５との間の間隔を狭める。クランプ１１１における当接部材１１１ａの一端を、圧縮バネ１１１ｃの弾発力に抗して、第１固定台１１２および第１移動台１１３の上面から離反させ、クランプ１１１を開放状態にする。

この状態で、金属セパレーター１０を第１固定台１１２および第１移動台１１３の上面に載置する。金属セパレーター１０を載置した後、クランプ１１１の開放状態を解除し、圧縮バネ１１１ｃの弾発力によって把持部１０ｈを把持する。その後、第１移動台１１３の押圧、および第２移動台１１６の押圧を解除する。すると、第１移動台１１３が第１伸長部材１１４の弾発力によって第１固定台１１２から離間するように移動し、かつ、第２移動台１１６が第２伸長部材１１７の弾発力によって第２固定台１１５から離間するように移動する。これによって、金属セパレーター１０の全面に亘って、反り返りや撓みを除去することができる。

次いで、位置検出部１５０は、図４および図５に示すように、撮像ユニット１５１によって、金属セパレーター１０の把持部１０ｈの付近から反射した反射光Ｒ１を受光して目印１０ｐを検出する。撮像ユニット１５１は、金属セパレーター１０の一対の目印１０ｐに基づき、金属セパレーター１０の絶対位置を検出する。ここで、搬送部１４０は、金属セパレーター１０を引っ張った状態で把持している引張部１１０を、一定の間隔で搬送する。

次いで、搬送部１４０は、各々の引張部１１０を、位置検出部１５０から組立加工部１６０に搬送する。組立加工部１６０の塗布ユニット１６１は、図４および図５に示すように、金属セパレーター１０に接着剤を塗布する。塗布ユニット１６１は、搬送部１４０によって順に搬送されてくる金属セパレーター１０の位置を制御部１７０から受信し、各々の金属セパレーター１０の位置に合わせて、その外周縁に沿って精度良く接着剤を塗布する。

その後、搬送部１４０によって、積層加工ステージまで搬送した金属セパレーター１０を、クランプ１１１を開放状態にして引張部１１０から取り外す。そして、金属セパレーター１０は、膜電極接合体と交互に積層され、燃料電池を形成する。

このように、製造装置１００は、金属セパレーター１０の対向する両端の把持部１０ｈを引っ張りつつ、その把持部１０ｈに形成した目印１０ｐに基づいて金属セパレーター１０の位置を検出し、その検出された各々の金属セパレーター１０の位置に個別に対応して加工を施す。したがって、位置検出の際に金属セパレーターの反り返りや撓みの影響を受けることなく、精度良く位置を検出して加工することができる。

さらに、製造装置１００は、金属セパレーター１０の外形形状の一部を目印として用いていないことから、金属セパレーター１０の外形形状に対する治具の映り込みに起因する認識アルゴリズムの複雑化を回避することができる。また、製造装置１００は、金属セパレーター１０の外形形状をなす切断面のばらつきに起因する認識アルゴリズムの複雑化を回避することができる。

さらに、製造装置１００は、引張部１１０によって金属セパレーター１０を保持することから、位置検出部１５０によって金属セパレーター１０の位置を検出した後、その金属セパレーター１０を別ユニットに載せ替えることなく、組立加工部１６０によって加工することができる。したがって、製造装置１００は、金属セパレーター１０の位置を検出してから組み立て加工をするまでの工程において、リードタイムや手間を削減できる。

さらに、製造装置１００は、位置検出部１５０によって各々の金属セパレーター１０の位置を検出することから、装置の故障等に起因した金属セパレーター１０の位置ずれを早期に検出することができる。

以上説明したように、燃料電池用の金属セパレーター１０の製造装置１００にあっては、目印形成部１３０と引張部１１０と位置検出部１５０と加工部（例えば組立加工部１６０）とを有する。目印形成部１３０は、燃料電池用の金属セパレーター１０の対向した両端に備えられた把持部１０ｈの少なくとも一方に対して、薄板状の基材１から燃料電池用の金属セパレーター１０がプレス成形される前に、位置検出の基準となる目印１０ｐを形成する。引張部１１０は、把持部１０ｈを把持部材（クランプ１１１）によって把持し、把持部１０ｈ同士を互いに離間させて金属セパレーター１０を外方に引っ張る。位置検出部１５０は、引張部１１０によって引っ張られた状態の金属セパレーター１０の目印１０ｐに基づき金属セパレーター１０の位置を検出する。加工部（例えば組立加工部１６０）は、位置検出部１５０によって検出された各々の金属セパレーター１０の位置に個別に対応して加工を施す。

また、燃料電池用の金属セパレーター１０の製造方法にあっては、目印形成工程と加工工程とを有する。目印形成工程は、薄板状の基材１から燃料電池用の金属セパレーター１０がプレス成形される前に、燃料電池用の金属セパレーター１０の対向した両端に備えられた把持部１０ｈの少なくとも一方に対して位置検出の基準となる目印１０ｐを形成する。加工工程は、金属セパレーター１０の把持部１０ｈを把持して外方に引っ張りつつ、目印１０ｐに基づき金属セパレーター１０の位置を検出し、各々の金属セパレーター１０の位置に個別に対応して加工を施す。

このような製造装置１００および製造方法によれば、薄板状の基材１から金属セパレーター１０がプレス成形される前の把持部１０ｈに目印１０ｐを形成することから、反り返りや撓みが無い状態の金属セパレーター１０に対して精度良く目印１０ｐを形成することができる。さらに、金属セパレーター１０の両端に備えた把持部１０ｈを引っ張ることによって、反り返りや撓みの影響を受けることなく、把持部１０ｈに形成された目印１０ｐに基づき金属セパレーター１０の位置を精度良く検出し、その検出された各々の金属セパレーター１０の位置に個別に対応して加工を施すことができる。したがって、反り返りや撓みが生じ易い薄板状の金属セパレーター１０であっても、その金属セパレーター１０の位置を精度良く検出して加工することができることから、燃料電池の生産に係る歩留まりを向上させることができる。

金属セパレーター１０の製造装置１００において、目印形成部１３０は、把持部１０ｈに対して目印１０ｐを非接触によって形成する構成とすることができる。このように構成すれば、目印形成部１３０が把持部１０ｈに目印１０ｐを形成する際に、把持部１０ｈに機械的な応力が発生しないことから、把持部１０ｈが把持部材（クランプ１１１）からずれたり外れたりすることがない。したがって、把持部１０ｈに目印１０ｐを形成する際に、金属セパレーター１０に反り返りや撓みが生じることがなく、その金属セパレーター１０の位置を精度良く検出して加工することができる。

金属セパレーター１０の製造装置１００において、目印形成部１３０は、基材１に加工された加工形状を基準にして目印１０ｐを形成する構成とすることができる。基材１に加工された加工形状は、例えば、レーザーマーキングユニット１３１の下面に備えたＣＣＤカメラによって撮像した画像データに基づき検出する。より具体的には、例えば、画像データから加工形状のうちの所定のエッジ形状を抽出し、そのエッジ形状から搬送方向Ｘおよび搬送方向Ｘと交差する方向Ｙに所定の距離だけオフセットした位置に、目印１０ｐを形成する。このように構成すれば、金属セパレーター１０に対する目印１０ｐの形成を、金属セパレーター１０の加工精度に準じて行うことができる。

金属セパレーター１０の製造装置１００において、上記の金属セパレーター１０の加工形状は、媒体を流通させるマニホールド孔（アノードガス供給口１０ａ〜アノードガス排出口１０ｆに相当）の形状とすることができる。このように構成すれば、マニホールド孔は金属セパレーター１０の両端部に形成されていることから、目印形成部１３０と形状加工部１２０との干渉を回避し易い。したがって、目印形成部１３０または形状加工部１２０をメンテナンスする際の作業効率を向上させることができる。さらに、マニホールド孔（アノードガス供給口１０ａ〜アノードガス排出口１０ｆに相当）は、金属セパレーター１０を複数積層した状態で燃料ガス（水素）、酸化剤ガス（空気または純酸素）、および冷却媒体（冷却水）を流通させるために、金属セパレーター１０に対して高い位置精度によって形成されている。したがって、金属セパレーター１０に対する目印１０ｐの形成を、金属セパレーター１０の中でも位置が高精度で検出されたマニホールド孔に準じて行うことができる。

金属セパレーター１０の製造装置１００において、目印形成部１３０は、図１に示すように、レーザーマーキングユニット１３２を用いて、形状加工部１２０によって加工される前の基材１に対して目印１０ｐを形成する構成とすることができる。形状加工部１２０は、基材１を加工して金属セパレーター１０を形成する。このように構成すれば、目印形成部１３０と形状加工部１２０とを互いに完全に隔てて配設することによって、互いの干渉を容易に回避することができる。したがって、目印形成部１３０または形状加工部１２０をメンテナンスする際の作業効率を向上させることができる。

金属セパレーター１０の製造方法において、目印形成工程は、基材１に加工が施されて金属セパレーター１０が形成されるときに目印１０ｐを形成する構成とすることができる。このように構成すれば、金属セパレーター１０に対する目印１０ｐの形成を、金属セパレーター１０の形状を形成する金型（例えば、基材１の位置決め用のロケート孔１ｍを形成するための金型１２１ａおよび１２２ａ等）の位置決め精度に準じて行うことができる。したがって、金属セパレーター１０に対する目印１０ｐの形成を非常に高い位置精度で行うことができる。

金属セパレーター１０は、薄板状からなり、対向する両端に形成され外方に向かって引っ張られる把持部１０ｈと、把持部１０ｈの少なくとも一方に形成され位置検出の基準となる目印１０ｐと、を備えている。このように構成すれば、金属セパレーター１０を高い位置精度で組み立てることができることから、燃料電池の生産に係る歩留まりを向上させることができる。例えば、金属セパレーター１０の位置を精度良く検出できれば、その金属セパレーター１０の外周縁に対して、接着剤を高い位置精度で塗布することができる。この場合、隣り合う金属セパレーター１０同士で膜電極接合体を挟持して積層するときに、金属セパレーター１０の外周縁に沿って接着剤が過不足することなく塗布されていることから、隣り合う金属セパレーター１０同士を十分に接合することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜改変することができる。

例えば、実施形態では、目印形成部１３０に設けたレーザーマーキングユニット１３１によって、金属セパレーター１０にレーザー光を照射して部分的に溶解させて目印１０ｐを形成する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、金属セパレーター１０に対して、インクを照射して部分的に色付けすることによって、目印を形成する構成にも適用可能である。

また、実施形態では、目印形成部１３０によって、金属セパレーター１０に非接触方式で目印１０ｐを形成する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、金属セパレーター１０に対して、ケガキによって引っ掻き跡を付けたり、十字状のシールを貼り付けしたりすることによって、接触方式で目印を形成する構成にも適用可能である。

また、実施形態では、位置検出部１５０に設けた撮像ユニット１５１によって、金属セパレーター１０の目印１０ｐを撮像し、その撮像データに基づいて金属セパレーター１０の位置を検出する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、金属セパレーター１０に対してプロープを接触させつつ走査することによって、目印１０ｐの凹凸を検出し、その検出データに基づいて金属セパレーター１０の位置を検出する構成にも適用可能である。また、本発明は、金属セパレーター１０の目印１０ｐに対して、十分に集光したレーザー光を走査することによって、目印１０ｐの凹凸から発生する散乱光を検出し、その検出データに基づいて金属セパレーター１０の位置を検出する構成にも適用可能である。金属セパレーター１０の表面反射率や加工油に起因した油膜の状態に応じて、位置検出部１５０による目印１０ｐの検出方法を適宜選択する。

また、実施形態では、長辺と短辺とを備える矩形形状の金属セパレーター１０を短手方向に沿って搬送する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、金属セパレーター１０を長手方向に沿って搬送する構成にも適用可能である。

また、実施形態では、対向するクランプ１１１の間に伸長自在な圧縮バネ（押しバネ）を配設する構成として説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、本発明は、各々のクランプ１１１を金属セパレーター１０の外方に配設し、それらのクランプ１１１を引っ張りバネによって別個に外方に引っ張る構成にも適用可能である。金属セパレーター１０を外方に引っ張る力は、バネの弾発力を利用する場合に限られるものではない。油圧や空気圧などの流体圧シリンダや、ソレノイドやモータなどの電気機器などを用いて、引張力を付与してもよい。

また、クランプ１１１が金属セパレーター１０を把持する力も、バネの弾発力を利用する場合に限られるものではない。流体圧シリンダや電気機器などを用いて、クランプ１１１に対して把持力を付与してもよい。

１ 基材、
１ｍ ロケート孔、
１ｎ 打抜孔、
１０ 金属セパレーター、
１０ａ アノードガス供給口、
１０ｂ 冷却流体供給口、
１０ｃ カソードガス供給口、
１０ｄ カソードガス排出口、
１０ｅ 冷却流体排出口、
１０ｆ アノードガス排出口、
１０ｇ 流路、
１０ｈ 把持部、
１０ｐ 目印、
１００ 製造装置、
１１０ 引張部、
１１１ クランプ（把持部材）、
１１１ａ 当接部材、
１１１ｂ 回転支持部材、
１１１ｃ 圧縮バネ、
１１２ 第１固定台、
１１２ｂ 固定ピン、
１１３ 第１移動台、
１１３ｄ 平行キー、
１１４ 第１伸長部材、
１１４ａ 圧縮バネ、
１１４ｂ 支持部材、
１１５ 第２固定台、
１１５ａ 固定孔、
１１５ｂ 固定ピン、
１１５ｃ キー溝、
１１６ 第２移動台、
１１６ａ 固定孔、
１１６ｃ キー溝、
１１６ｄ 平行キー、
１１７ 第２伸長部材、
１１７ａ 圧縮バネ、
１１７ｂ 支持部材、
１１７ｃ 延長部材、
１１８ 支持台、
１１８ａ 固定孔、
１１８ｃ キー溝、
１２０ 形状加工部、
１２１ 固定型、
１２２ 移動型、
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ 金型、
１２２ｅ 切欠部、
１３０ 目印形成部、
１３１、１３２ レーザーマーキングユニット、
１４０ 搬送部、
１４１ ベルト、
１４２ 係留部材、
１４３ 駆動ロール、
１４４ ガイドロール、
１５０ 位置検出部、
１５１ 撮像ユニット、
１６０ 組立加工部（加工部）、
１６１ 塗布ユニット、
１６２ Ｙ軸ステージ、
１６３ Ｘ軸ステージ、
１６４ Ｘ軸補助レール、
１７０ 制御部、
１７１ コントローラ、
１７２ 通信線、
１８１ ネジ部材、
Ｌ１ レーザー光、
Ｒ１ 反射光、
Ｋ１ 軌跡、
Ｘ （金属セパレーター１０の）搬送方向、
Ｙ （搬送方向Ｘと交差する）方向、
Ｚ （金属セパレーター１０の）積層方向。

Claims (8)

1. 燃料電池用の金属セパレーターの対向した両端に備えられた把持部の少なくとも一方に対して、薄板状の基材から前記燃料電池用の金属セパレーターがプレス成形される前に、位置検出の基準となる目印を形成する目印形成部と、
   前記把持部を把持部材によって把持し、前記把持部同士を互いに離間させて前記金属セパレーターを外方に引っ張る引張部と、
   前記引張部によって引っ張られた状態の前記金属セパレーターの前記目印に基づき前記金属セパレーターの位置を検出する位置検出部と、
   前記位置検出部によって検出された各々の前記金属セパレーターの位置に個別に対応して加工を施す加工部と、を有する燃料電池用の金属セパレーターの製造装置。
2. 前記目印形成部は、前記把持部に対して前記目印を非接触によって形成する請求項１に記載の燃料電池用の金属セパレーターの製造装置。
3. 前記目印形成部は、前記基材に加工された加工形状を基準にして前記目印を形成する請求項１または２に記載の燃料電池用の金属セパレーターの製造装置。
4. 前記加工形状は、媒体を流通させるマニホールド孔の形状である請求項３に記載の燃料電池用の金属セパレーターの製造装置。
5. 前記基材を加工して前記金属セパレーターを形成する形状加工部をさらに有し、
   前記目印形成部は、前記形状加工部によって加工される前の前記基材に対して前記目印を形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用の金属セパレーターの製造装置。
6. 薄板状の基材から燃料電池用の金属セパレーターがプレス成形される前に、前記燃料電池用の金属セパレーターの対向した両端に備えられた把持部の少なくとも一方に対して位置検出の基準となる目印を形成する目印形成工程と、
   前記金属セパレーターの把持部を把持して外方に引っ張りつつ、前記目印に基づき前記金属セパレーターの位置を検出し、各々の前記金属セパレーターの位置に個別に対応して加工を施す加工工程と、を有する燃料電池用の金属セパレーターの製造方法。
7. 前記目印形成工程は、前記基材に加工が施されて前記金属セパレーターが形成されるときに前記目印を形成する請求項６に記載の燃料電池用の金属セパレーターの製造方法。
8. 薄板状からなり、対向する両端に形成され外方に向かって引っ張られる把持部と、前記把持部の少なくとも一方に形成され位置検出の基準となる目印と、を備えた燃料電池用の金属セパレーター。