JP2019046695A - 燃料電池セルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の搬送を停止させることなく加工することができ、タクトタイムを短縮することができる燃料電池セルの製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池セル１００の製造方法であって、枚葉のＡｎＭＥＧＡ１０を搬送する工程と、搬送中のＡｎＭＥＧＡ１０に燃料電池セル１００を構成する接着剤４０、樹脂シート２０およびＣａＧＤＬ３０などの燃料電池構成部材を貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池セルの製造方法に関する。

この種の燃料電池セルの製造方法として、電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に配置されたガス拡散層と、膜電極接合体の周縁部に配置された樹脂フレームとを備える燃料電池の製造方法が開示されている（特許文献１参照）。この製造方法においては、接着層を配置する工程と、樹脂フレームの係合部とを係合させる工程と、紫外線を照射して接着層を硬化させる工程と、膜電極接合体をプレスする工程と、セパレータやセパレータ間を絶縁しセル内をシールする組み立て工程とが設けられている。これらの工程により、燃料電池セルが製造される。

このように多くの工程を必要とする従来の燃料電池セルの製造方法は、例えば、各工程毎に加工を行う加工ステーション間で、被加工物が載置されたパレットを間欠的に順送りすることによって行われる。具体的には、図８に示すように、従来の燃料電池セルの製造方法は、膜電極ガス拡散層接合体（ＡｎＭＥＧＡ：Anode Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly、以下ＡｎＭＥＧＡという。）をパレットＰに位置決めして載置する工程１と、工程を確実に進めるためのバッファ２を経て、ＡｎＭＥＧＡに接着剤を塗布する工程３とを含む。

さらに、バッファ４を経て、ＡｎＭＥＧＡの上に樹脂シートＳを積層して加圧する貼り合わせ工程５と、塗布した接着剤の長辺および短辺を硬化させる２つのＵＶ硬化工程６、７と、カソード側ガス拡散層（ＣａＧＤＬ：Cathode Gas Diffusion Layer、以下ＣａＧＤＬという。）を積層する工程８と、ＣａＧＤＬを加圧する加圧工程９と、最後に被加工物である燃料電池セルを取り出す取出工程１０を含む。

特開２０１５−２１５９５８号公報

例えば、積層加圧ステーションでは、ＡｎＭＥＧＡを載せたパレットＰが移動されて搬入され、積層加圧ステーションにパレットＰを停止させた状態でパレットＰ上のＡｎＭＥＧＡに樹脂シートＳを積層加圧する貼り合わせ工程５が行われ、貼り合わせ工程５の後に、パレットＰが移動されて搬出される動作が行われている。したがって、パレットＰを搬入、停止、搬出させる工程により、タクトタイムが延びてしまい、タクトタイムを短縮することが困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、被加工物の搬送を停止させることなく加工することができ、タクトタイムを短縮することができる燃料電池セルの製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池セルの製造方法は、枚葉の膜電極ガス拡散層接合体を搬送する工程と、搬送中の膜電極ガス拡散層接合体に燃料電池セルを構成する燃料電池構成部材を貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る燃料電池セルの製造方法においては、搬送中の枚葉の膜電極ガス拡散層接合体に燃料電池セルを構成する燃料電池構成部材が貼り合わされるので、燃料電池構成部材を貼り合せる工程において膜電極ガス拡散層接合体の搬送が停止されない。その結果、搬送を停止することでタクトタイムが延びてしまうという問題が解消され、タクトタイムが短縮される。なお、本発明に係る燃料電池セルの製造方法における燃料電池構成部材は、燃料電池セルを構成する部材をいい、例えば、接着剤、樹脂シートおよびＣａＧＤＬなどの部材を含む。

本発明によれば、被加工物の搬送を停止させることなく加工することができ、タクトタイムを短縮することができる燃料電池セルの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池セルの図であり、図１（ａ）は、燃料電池セルの斜視図を示し、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、燃料電池セルの分解斜視図を示す。 本発明の実施形態に係る燃料電池セルを製造する製造装置の斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池セルを製造するリニアコンベアのパレットを基準ピンと中央の貫通孔とを通る線で切断した断面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池セルを製造するリニアコンベアのパレットに形成された電極の配置図。 本発明の実施形態に係る燃料電池セルを製造するリニアコンベアのパレットにおける静電気の発生を説明する説明図。 本発明の実施形態に係る燃料電池セルの製造工程を示す工程図。 本発明の実施形態の変形例に係る燃料電池セルを製造するリニアコンベアのパレットを基準ピンと中央の貫通孔とを通る線で切断した断面図。 従来の燃料電池セルの製造工程を説明する説明図。

本発明に係る燃料電池セルの製造方法を適用した実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法について図面を参照して説明する。まず、燃料電池セル１００の構成について説明する。

実施形態に係る燃料電池セル１００は、燃料電池の電極部材であり、 図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、ＡｎＭＥＧＡ１０と、樹脂シート２０と、ＣａＧＤＬ３０と、接着剤４０とを備えている。燃料電池セル１００は、図２に示すように、製造装置２００により製造される。本実施形態に係る樹脂シート２０、ＣａＧＤＬ３０および接着剤４０は本発明に係る燃料電池構成部材を構成する。

燃料電池セル１００には、ＡｎＭＥＧＡ１０、樹脂シート２０、ＣａＧＤＬ３０および接着剤４０以外の他の燃料電池構成部材、例えばセパレータやガスケットが組み込まれる。燃料電池セル１００および他の燃料電池構成部材からなる積層体が複数個重ね合わされて積層され、図示しない燃料電池が形成される。

ＡｎＭＥＧＡ１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡという。）とＡｎＧＤＬとにより構成されている。ＭＥＡは、電解質膜と、電解質膜を挟み込むアノード側電極触媒層およびカソード側電極触媒層とにより構成されている。電解質膜は、イオン伝導性を有する高分子膜を電解質とするイオン交換膜からなる。

ＡｎＧＤＬは、膜電極接合体のアノード側電極触媒層の外側に配置されたアノード側ガス拡散層（Anode Gas Diffusion Layer）を構成するものであり、ガス流れの促進や集電効率を高める機能を有する。ＡｎＭＥＧＡ１０は、ＭＥＡとＡｎＧＤＬとの接合体からなる電極体となっている。

樹脂シート２０は、ポリプロピレン（ＰＰ）などの合成樹脂からなり、射出成形や押し出し成形などの加工方法によりシート状の方形に形成される。樹脂シート２０は、図１（ｂ）に示すように、中央部に方形の貫通孔２１が形成されており、貫通孔２１にはＣａＧＤＬ３０が嵌め込まれるようになっている。貫通孔２１は、ＡｎＭＥＧＡ１０の外形よりもひとまわり小さい形状を有している。換言すると、ＡｎＭＥＧＡ１０は、貫通孔２１よりもひとまわり大きく、樹脂シート２０を上に重ねた場合に、貫通孔２１の外縁に沿って一定幅で樹脂シート２０の裏面に重なる大きさを有している。

また、樹脂シート２０には、長手方向の両端部に複数の貫通孔２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、貫通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃとが形成されている。これらの貫通孔２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、水素ガス、空気および冷却水の各流体を供給、排出するための流通孔として設けられている。また、比較的小さな貫通孔２４ａが角部に形成され、貫通孔２４ａの対角側の角部にも貫通孔２４ｂが形成されている。この貫通孔２４ａおよび貫通孔２４ｂには、後述する位置決めの基準ピン２２６、２２７が挿入されるようになっている。

ＣａＧＤＬ３０は、ＡｎＭＥＧＡ１０のカソード側電極触媒層の外側に配置されてカソード側ガス拡散層を構成するものであり、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で方形のシート状に形成されている。このＣａＧＤＬ３０は、樹脂シート２０の貫通孔２１に嵌め込まれて、ＡｎＭＥＧＡ１０に貼り合わされるようになっている。

接着剤４０は、ＡｎＭＥＧＡ１０と樹脂シート２０との間を接着し、かつ、ＡｎＭＥＧＡ１０とＣａＧＤＬ３０との間を接着するように塗布される。接着剤４０は、ＵＶ（紫外線）硬化型でＵＶを接着部位に照射することで硬化させることができるとともに、加熱によっても硬化させることができる接着剤からなる。接着剤４０は、例えばロールスクリーン印刷などの塗布方法でＡｎＭＥＧＡ１０に塗布される。接着剤４０は、図１（ｂ）に示すように、ＡｎＭＥＧＡ１０の上面の外枠部分に沿って所定幅で塗布される。接着剤４０は、図１（ｃ）に示すように、ＡｎＭＥＧＡ１０と樹脂シート２０とが重なる外側領域と、貫通孔２１内に突出してＡｎＭＥＧＡ１０とＣａＧＤＬ３０とが重なる内側領域を有するように塗布される。

ＡｎＭＥＧＡ１０と樹脂シート２０は、接着剤４０のうち、ＡｎＭＥＧＡ１０と樹脂シート２０とが重なる外側領域をＵＶ硬化させることによって接着される。そして、図１（ｃ）に示すように、ＡｎＭＥＧＡ１０とＣａＧＤＬ３０は、接着剤４０のうち、貫通孔２１内に突出してＡｎＭＥＧＡ１０とＣａＧＤＬ３０とが重なる内側領域を熱硬化させることによって接着される。

次いで、燃料電池セル１００を製造する製造装置２００の構成について説明する。

製造装置２００は、図２に示すように、リニアコンベア２１０と、パレット２２０と、ＡｎＭＥＧＡ１０をリニアコンベア２１０の側方位置に供給するＭＥＧＡ供給装置２３０と、ＭＥＧＡ供給装置２３０上のＡｎＭＥＧＡ１０の姿勢を検出するカメラ２４０と、ＡｎＭＥＧＡ１０をＭＥＧＡ供給装置２３０から取り出してパレット２２０の上に載置するスカラロボット２５０と、パレット２２０の上に載置されたＡｎＭＥＧＡ１０の表面に接着剤４０を塗布する塗布装置２６０とを備えている。

また、製造装置２００は、樹脂シート２０をリニアコンベア２１０の側方位置に供給する樹脂シート供給装置２７０と、樹脂シート２０を樹脂シート供給装置２７０から取り出してパレット２２０に載置するスカラロボット２８０と、ＡｎＭＥＧＡ１０の表面に塗布されている接着剤４０の一部をＵＶ硬化させるＬＥＤ装置３１０、３２０と、ＣａＧＤＬ３０をリニアコンベア２１０の側方位置に供給するＧＤＬ供給装置３３０と、ＧＤＬ供給装置３３０上のＣａＧＤＬ３０の姿勢を検出するカメラ３４０と、ＣａＧＤＬ３０をＧＤＬ供給装置３３０から取り出してパレット２２０の上に載置するスカラロボット３５０とを備えている。

さらに、製造装置２００は、ＡｎＭＥＧＡ１０の表面に塗布されている接着剤４０のうち、ＵＶ硬化させなかった未硬化の部分を熱硬化させる加熱装置３６０と、完成した燃料電池セル１００を搬送する搬送装置３７０と、完成した燃料電池セル１００をリニアコンベア２１０から取り出して搬送装置３７０に載置するスカラロボット３８０とを備えている。製造装置２００は、図示しない制御装置を備えており、製造装置２００を構成する各構成要素は、制御装置によってコントロールされるようになっている。

リニアコンベア２１０は、パレット２２０を移動させるものであり、図２および図３に示すように、所定の場所に設置固定されるレール２１１と、レール２１１上をＸ方向に移動するスライダー２１２とを備えた複数のリニアモジュール２１３により構成されている。また、リニアコンベア２１０は、スライダー２１２をＺ方向に昇降させて循環させる一対の昇降循環機構２１５、２１５を備えている。なお、図２の矢印で示すＸ、Ｙ、Ｚは、それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を示し、それぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向で表示する。

リニアコンベア２１０は、Ｚ方向の上側に設置固定され、スライダー２１２をＸ方向に沿って一方側に向かって搬送する上側リニアコンベア２１０ａと、上側リニアコンベア２１０ａの下側に設置固定され、スライダー２１２をＸ方向に沿って他方側に向かって搬送する下側リニアコンベア２１０ｂとを備えている。

上側リニアコンベア２１０ａは、燃料電池セル１００の製造工程に応じた長さになるよう所定数のリニアモジュール２１３が接続されて構築される。上側リニアコンベア２１０ａは、図２に短い白抜きの矢印で示すように、スライダー２１２を水平に搬送するようになっている。下側リニアコンベア２１０ｂも、上側リニアコンベア２１０ａと同様に構築され上側リニアコンベア２１０ａと同じ長さになっている。下側リニアコンベア２１０ｂは、図２の長い白抜きの矢印で示すように、スライダー２１２を水平に搬送するようになっている。

リニアモジュール２１３は、スライダー２１２をレール２１１上で移動させる図示しないリニアモータにより構成されており、スライダー２１２は、Ｘ方向でレール２１１から離脱されるとともに装着されるようになっている。リニアモジュール２１３は、高い搬送精度および加減速性能を有しており、制御装置により、それぞれのスライダー２１２を、それぞれ異なる任意の速度で移動できるとともに、任意の位置で停止できるようになっている。

一対の昇降循環機構２１５、２１５は、図２に示すように、レール２１１と同様のレール２１５ａと、レール２１５ａを保持して昇降する昇降機構２１５ｂとにより構成されている。一方の昇降循環機構２１５は、上側リニアコンベア２１０ａにおける白抜き矢印で示す搬送方向の下流端部と、下側リニアコンベア２１０ｂの上流端部との間に設置固定されている。そして、上側リニアコンベア２１０ａからスライダー２１２をレール２１５ａで受け取り、降下させて下側リニアコンベア２１０ｂに受け渡すようになっている。

他方の昇降循環機構２１５は、上側リニアコンベア２１０ａにおける白抜き矢印で示す搬送方向の上流端部と、下側リニアコンベア２１０ｂの下流端部との間に設置固定されている。そして、下側リニアコンベア２１０ｂからスライダー２１２をレール２１５ａで受け取り、上昇させて上側リニアコンベア２１０ａに受け渡すようになっている。この一対の昇降循環機構２１５、２１５により、スライダー２１２は、上側リニアコンベア２１０ａと下側リニアコンベア２１０ｂとの間を循環するようになっている。

パレット２２０は、図３に示すように、スライダー２１２の上面にボルトｂ１で締結されたパレット本体２２１と、パレット本体２２１にボルトｂ２で締結された静電吸着板２２２と、パレット本体２２１に収納されてボルトｂ３で静電吸着板２２２に締結された電源２２３とを備えている。また、パレット２２０は、パレット本体２２１内でボルトｂ４によって静電吸着板２２２に締結されたブラケット２２４と、ブラケット２２４に取り付けられたマグネットスイッチ２２５とを備えている。

静電吸着板２２２は、上面の全域に電極２３１が形成されており、電極２３１に発生する静電気により被加工物を吸着するようになっている。電極２３１は、図４に示すように、一対の櫛刃状に配置された正極２３２と、負極２３３とを備えており、正極２３２および負極２３３は電源２２３に接続され、正極２３２と電源２２３との間にマグネットスイッチ２２５が設けられている。

正極２３２および負極２３３は絶縁層２３４で板状にモールドされている。なお、電極２３１は、正極と負極とが重なる部分を含め、正極と負極との間に絶縁層を形成し、櫛刃を交差させるマトリックス形状の電極であってもよい。

正極２３２と負極２３３に１ｋＶ乃至２ｋＶ程度の電圧が印加されると、図５に示すように、印加された電圧で被加工物Ｗに表面分極２３５が発生し、正極２３２および負極２３３と表面分極２３５との間に静電気力による吸引力２３６が発生する。その結果、被加工物Ｗは静電吸着板２２２に吸着される。

また、静電吸着板２２２は、図３に示すように、角部に取り付けられた基準ピン２２６と、基準ピン２２６の対角側の角部に取り付けられた基準ピン２２７とを有している。この基準ピン２２６、２２７は、被加工物を静電吸着板２２２に載置する際の、静電吸着板２２２に対する被加工物の位置決めとして機能する。

静電吸着板２２２の中央部には、貫通孔２２８が形成されており、電源２２３と電極２３１が貫通孔２２８を挿通する配線で接続されている。なお、図３は説明の便宜上、基準ピン２２６、２２７と貫通孔２２８とを通る線でパレット２２０を切断した断面を部分的に示している。

電源２２３は、例えばニッケル・水素充電池やリチウムイオン充電池などの二次電池で構成されており、直流電源からなる。電源２２３は、電極２３１およびマグネットスイッチ２２５に接続されている。電極２３１に印加する電圧の大きさは、１ｋＶ乃至２ｋＶで比較的に高電圧であるが、電流の大きさは、ごく僅かであるので、電源２２３を二次電池で構成することができ、小型にすることができる。

マグネットスイッチ２２５は、ブラケット２２４に取り付けられており、電極２３１と電源２２３との間でＯＮ・ＯＦＦの動作をする。マグネットスイッチ２２５は、スライダー２１２の移動により製造装置２００の所定の位置に配置されたマグネット２２５ａに近接することでＯＮとなり、マグネット２２５ａから離隔することでＯＦＦとなるようになっている。

図２に示すＭＥＧＡ供給装置２３０は、ベルトコンベアなどの搬送機構を備えており、ＭＥＧＡ１０をリニアコンベア２１０の搬送方向における上流側の端部の所定の位置に供給するようになっている。ＭＥＧＡ供給装置２３０は、ＡｎＭＥＧＡ１０のＡｎＧＤＬ側が下面となり、ＭＥＡのカソード側電極触媒層側が上面となる姿勢状態でＡｎＭＥＧＡ１０を供給する。カメラ２４０は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary metal-oxide-semiconductor)イメージセンサなどの撮像素子で構成されており、ＭＥＧＡ供給装置２３０から供給されるＡｎＭＥＧＡ１０の姿勢を撮像し、撮像データを制御装置を介してスカラロボット２５０に伝達するようになっている。

スカラロボット２５０は、水平方向にアームが動作する水平多関節ロボット（ＳＣＡＲＡ：Selective Compliance Assembly Robot）で構成されている。スカラロボット２５０は、カメラ２４０で撮像され制御装置を介して送られるＡｎＭＥＧＡ１０の画像に基づいて得られる姿勢に応じてアームを動作させＡｎＭＥＧＡ１０を搬送中のパレット２２０上の所定の位置に載置する。

搬送中のパレット２２０上に載置されたＡｎＭＥＧＡ１０は、マグネットスイッチ２２５が動作してＯＮの状態となり静電吸着板２２２に吸着される。

スカラロボット２５０は、搬送されるパレット２２０の搬送速度（ｍ／ｓ）に応じてアームの回転速度（ｒｐｍ）や動作方向を調整することができ、所定の搬送速度で移動している搬送中のパレット２２０に対してＡｎＭＥＧＡ１０を高精度で所定の位置に載置することができる。

スカラロボット２５０は、ＡｎＭＥＧＡ１０をパレット２２０の上に載置する際に、ＭＥＧＡ供給装置２３０におけるＡｎＭＥＧＡ１０の姿勢とパレット２２０の基準ピン２２６、２２７の位置を参照し、ＡｎＭＥＧＡ１０をＭＥＧＡ供給装置２３０から取り出しパレット２２０上の所定の位置に載置するようになっている。スカラロボット２５０は、制御装置により制御され自動的、連続的にＡｎＭＥＧＡ１０をパレット２２０に載置する。

塗布装置２６０は、パレット２２０上に載置されて搬送されているＡｎＭＥＧＡ１０の表面にロールスクリーン印刷などの塗布方法で接着剤４０を塗布するよう構成されている。塗布装置２６０は、図１（ｂ）に示すように、接着剤４０をＡｎＭＥＧＡ１０の上面の予め設定された塗布領域に塗布する。

樹脂シート供給装置２７０は、ＭＥＧＡ供給装置２３０と同様に構成され、樹脂シート２０をリニアコンベア２１０の側方位置に供給する。スカラロボット２８０は、スカラロボット２５０と同様に構成され、樹脂シート供給装置２７０から供給された樹脂シート２０を、樹脂シート供給装置２７０から取り出して、搬送中のパレット２２０上に載置する。

スカラロボット２８０は、樹脂シート２０を、パレット２２０上に載置する際に、樹脂シート２０の貫通孔２４ａ、２４ｂに、パレット２２０の基準ピン２２６、２２７がそれぞれ挿入されるようにして樹脂シート２０を下降させる。したがって、樹脂シート２０は、パレット２２０上の予め設定された位置に位置決めされた状態で載置される。スカラロボット２８０による樹脂シート２０の載置により、樹脂シート２０とＭＥＧＡ１０は、樹脂シート２０とＡｎＭＥＧＡ１０との間に接着剤４０が介在された状態で貼り合わされる。

ＬＥＤ装置３１０は、ピーク波長が３６５ｎｍ乃至３８５ｎｍ程度の紫外線を照射するＬＥＤで構成され、所定のスポット領域に照射することができるようになっている。ＬＥＤ装置３１０は、照射する紫外線が外部に漏出しないよう、パレット２２０の上部を覆うケースを備えている。

ＬＥＤ装置３１０は、パレット２２０上で樹脂シート２０をＡｎＭＥＧＡ１０に押えつけて、ＬＥＤ装置３１０から紫外線を照射し、接着剤４０の樹脂シート２０と重なっている外側領域のみをＵＶ硬化させる。ＬＥＤ装置３１０では、図１（ｃ）に示される貫通孔２１内に突出する内側領域に紫外線が入り込まないように照射領域が区画されている。

ＬＥＤ装置３２０は、ＬＥＤ装置３１０と同様に構成されており、パレット２２０の搬送方向でＬＥＤ装置３１０の下流側に配置されており、ＬＥＤ装置３１０と同様に接着剤４０のうち、樹脂シート２０と重なっている外側領域のみをＵＶ硬化させるようになっている。したがって、接着剤４０は、ＬＥＤ装置３１０およびＬＥＤ装置３２０により２工程でＵＶ硬化が行われる。なお、ＬＥＤ装置３２０を設けることなく、ＬＥＤ装置３１０のみでＵＶ硬化を行うようにしてもよい。

ＧＤＬ供給装置３３０は、ＭＥＧＡ供給装置２３０および樹脂シート供給装置２７０と同様に構成され、ＣａＧＤＬ３０をリニアコンベア２１０に供給する。検出カメラ３４０は、カメラ２４０と同様に構成されており、ＧＤＬ供給装置３３０から供給されるＣａＧＤＬ３０の姿勢を撮像し、撮像データを制御装置を介してスカラロボット３５０に伝達するようになっている。

スカラロボット３５０は、スカラロボット２５０およびスカラロボット２８０と同様に構成されており、ＧＤＬ供給装置３３０におけるＣａＧＤＬ３０の姿勢とパレット２２０の基準ピン２２６、２２７の位置を参照し、ＣａＧＤＬ３０をＧＤＬ供給装置３３０から取り出し、搬送中の樹脂シート２０の貫通孔２１に嵌め込むようになっている。樹脂シート２０の貫通孔２１に嵌め込まれたＣａＧＤＬ３０は、ＡｎＭＥＧＡ１０のカソード側電極触媒層側の面に貼り合わされ、ＡｎＭＥＧＡ１０に塗布されている接着剤４０のうち、貫通孔２１内に突出している内側領域によって接着される。

加熱装置３６０は、パレット２２０の搬送方向でスカラロボット３５０の下流側に配置されており、パレット２２０で搬送中のＣａＧＤＬ３０をＡｎＭＥＧＡ１０に押え付けるとともに、加熱するようになっている。加熱装置３６０による加熱により、接着剤４０のうち、ＣａＧＤＬ３０と重なっている内側領域が熱硬化される。この熱硬化により、ＣａＧＤＬ３０がＡｎＭＥＧＡ１０に接着されて、ＣａＧＤＬ３０、樹脂シート２０およびＡｎＭＥＧＡ１０が一体化され、フレーム付ＭＥＧＡである燃料電池セル１００が完成する。

搬送装置３７０は、ＧＤＬ供給装置３３０、樹脂シート供給装置２７０およびＭＥＧＡ供給装置２３０と同様に構成されており、完成した燃料電池セル１００を所定の場所に搬送するようになっている。

スカラロボット３８０は、スカラロボット３５０、スカラロボット２８０およびスカラロボット２５０と同様に構成されており、搬送中のパレット２２０から完成した燃料電池セル１００を取り出して搬送装置３７０に載置する。搬送装置３７０は、Ｙ方向に燃料電池セル１００を搬送する。

次いで、本実施形態に係る製造装置２００の動作について図２を参照して簡単に説明する。

ＭＥＧＡ供給装置２３０によるＡｎＭＥＧＡ１０の供給が開始されると、カメラ２４０によりＭＥＧＡ供給装置２３０上のＡｎＭＥＧＡ１０が撮像され、その撮像データが制御装置を介してスカラロボット２５０に送られる。続いて、上側リニアコンベア２１０ａによるパレット２２０のＸ方向への搬送が開始され、スカラロボット２５０のアームが撮像データに基づくＡｎＭＥＧＡ１０の姿勢に応じて動作し、ＡｎＭＥＧＡ１０がＭＥＧＡ供給装置２３０から取り出され、搬送中のパレット２２０上の所定の位置に載置される。スカラロボット２５０は、パレット２２０の動きに同期して制御され、パレット２２０の動きを止めることなく、ＡｎＭＥＧＡ１０をパレット２２０上の予め設定された位置に正確に載置することができる。

ＡｎＭＥＧＡ１０は、搬送中のパレット２２０の上に載置されると、静電吸着板２２２に吸着される。静電吸着板２２２は、リニアコンベア２１０ａによってパレット２２０が所定の位置まで移動されると、マグネットスイッチ２２５がＯＮの状態になり、パレット２２０の静電吸着板２２２の電極２３１に電圧が印加され、静電吸着力を発生させる。静電吸着力を発生させるタイミングは、マグネット２２５ａの位置に応じて設定することができる。例えば、ＡｎＭＥＧＡ１０が搬送中のパレット２２０の上に載置される直前、あるいは、載置と同時、あるいは、載置された後に静電吸着力を発生させることができる。

そして、ＡｎＭＥＧＡ１０が静電吸着板２２２に吸着された状態でパレット２２０がＸ方向に搬送され、搬送中のパレット２２０上のＭＥＧＡ１０に対して塗布装置２６０により接着剤４０が塗布される。そして、樹脂シート供給装置２７０により樹脂シート２０が供給され、スカラロボット２８０により樹脂シート２０が樹脂シート供給装置２７０から取り出され、搬送中のパレット２２０上のＭＥＧＡ１０の上に載置される。

そして、パレット２２０がＬＥＤ装置３１０内に入ると、ＬＥＤ装置３１０内で樹脂シート２０がＡｎＭＥＧＡ１０に押し付けられるとともに、紫外線が樹脂シート２０とＡｎＭＥＧＡ１０との間の接着剤４０の外側領域に照射され、接着剤４０がＵＶ硬化して、樹脂シート２０とＡｎＭＥＧＡ１０が接着される。

さらに、パレット２２０がＬＥＤ装置３２０内に入ると、ＬＥＤ装置３２０内で樹脂シート２０がＡｎＭＥＧＡ１０に押し付けられるとともに、樹脂シート２０とＡｎＭＥＧＡ１０との間の接着剤４０の外側領域に紫外線が照射され、接着剤４０が確実にＵＶ硬化される。

接着剤４０が確実にＵＶ硬化されると、ＡｎＭＥＧＡ１０が基準ピン２２６、２２７で固定されているので、ＡｎＭＥＧＡ１０をパレット２２０に吸着する必要がなくなる。したがって、パレット２２０がＬＥＤ装置３２０の外まで移動すると、マグネットスイッチ２２５がＯＦＦの状態にされ、静電吸着板２２２によるＡｎＭＥＧＡ１０の吸着が解除される。このように、吸着が不要な位置では、静電吸着板２２２への電源の供給をＯＦＦにすることができるので、各パレット２２０に搭載される電源２２３の消費電力を抑えて、電源２２３を小型化することができる。

そして、ＧＤＬ供給装置３３０によりＣａＧＤＬ３０が供給され、カメラ３４０によりＧＤＬ供給装置３３０上のＣａＧＤＬ３０が撮像され、その撮像データが制御装置を介してスカラロボット３５０に送られる。続いて、スカラロボット３５０のアームが撮像データに基づくＣａＧＤＬ３０の姿勢に応じて動作し、ＣａＧＤＬ３０をＧＤＬ供給装置３３０から取り出して、搬送中の樹脂シート２０の貫通孔２１に嵌め込む。したがって、ＣａＧＤＬ３０は、貫通孔２１内でＡｎＭＥＧＡ１０に貼り合わされる。

次いで、加熱装置３６０により搬送中の樹脂シート２０およびＣａＧＤＬ３０が押し付けられるとともに、加熱され、ＡｎＭＥＧＡ１０とＣａＧＤＬ３０との間の接着剤４０の内側領域が熱硬化され、ＡｎＭＥＧＡ１０とＣａＧＤＬ３０とが接着される。接着剤４０が熱硬化されることで燃料電池セル１００が完成する。続いて、スカラロボット３８０により、リニアコンベア２１０ａ上を搬送されているパレット２２０の上から燃料電池セル１００が取り出され、搬送装置３７０に載置される。燃料電池セル１００は、搬送装置３７０によってＹ方向に搬送される。

リニアコンベア２１０ａ上でパレット２２０が空になると、スライダー２１２が昇降循環機構２１５のレール２１５ａ内に挿入され、昇降機構２１５ｂによりＺ方向に降下し、Ｘ方向に移動して下側リニアコンベア２１０ｂのレール２１１内に挿入される。スライダー２１２は、レール２１１内に挿入されると、Ｘ方向に高速度で下側リニアコンベア２１０ｂの下流端部に搬送され、昇降循環機構２１５のレール２１５ａ内に挿入される。

続いて、スライダー２１２は、昇降機構２１５ｂによりＺ方向に上昇し、Ｘ方向に移動して上側リニアコンベア２１０ａのレール２１１内に挿入され、上側リニアコンベア２１０ａで搬送開始時と同様に再びＸ方向に搬送される。パレット２２０は、スライダー２１２に固定されているので、スライダー２１２と一体に移動する。

次いで、本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法は、図６に示すように、ＡｎＭＥＧＡ１０を載置する工程、ＡｎＭＥＧＡ１０を搬送する工程、ＡｎＭＥＧＡ１０に接着剤４０を塗布する工程、ＡｎＭＥＧＡ１０に樹脂シート２０を貼り付ける工程、接着剤４０をＵＶ硬化させる工程、樹脂シート２０の貫通孔２１内にＣａＧＤＬ３０を嵌め込む工程、接着剤４０を熱硬化させる工程および燃料電池セル１００を取り出す工程を含んで構成されている。各工程は順次行われる。

本実施形態に係るＡｎＭＥＧＡ１０を搬送する工程は、本発明に係る枚葉の膜電極ガス拡散層接合体を搬送する工程に対応する。また、本実施形態に係るＡｎＭＥＧＡ１０に接着剤４０を塗布する工程、樹脂シート２０にＡｎＭＥＧＡ１０を貼り付ける工程および樹脂シートにＣａＧＤＬ３０を嵌め込む工程は、本発明に係る搬送中の膜電極ガス拡散層接合体に燃料電池セルを構成する燃料電池構成部材を貼り合わせる工程に対応する。

ＡｎＭＥＧＡ１０を載置する工程においては、ＭＥＧＡ供給装置２３０によって供給された枚葉のＡｎＭＥＧＡ１０が、スカラロボット２５０により上側リニアコンベア２１０ａで搬送中のパレット２２０の上に載置される（ステップＳ１）。

ＡｎＭＥＧＡ１０を搬送する工程においては、上側リニアコンベア２１０ａのパレット２２０に載置された枚葉のＡｎＭＥＧＡ１０が、パレット２２０の搬送方向への移動により搬送される（ステップＳ２）。

ＡｎＭＥＧＡ１０に接着剤４０を塗布する工程においては、搬送中の枚葉のＡｎＭＥＧＡ１０に塗布装置２６０により、接着剤４０が、ＡｎＭＥＧＡ１０の上面に塗布される（ステップＳ３）。塗布はロールスクリーン印刷により行われる。

樹脂シート２０にＡｎＭＥＧＡ１０を貼り付ける工程においては、樹脂シート供給装置２７０によって供給された樹脂シート２０が、スカラロボット２８０により上側リニアコンベア２１０ａで搬送中のパレット２２０上のＡｎＭＥＧＡ１０の上に載置される。この載置により樹脂シート２０にＡｎＭＥＧＡ１０が貼り付けられる（ステップＳ４）。

接着剤４０をＵＶ硬化させる工程においては、上側リニアコンベア２１０ａでパレット２２０上の樹脂シート２０とＡｎＭＥＧＡ１０とが重なっている外側領域にＬＥＤ装置３１０により紫外線が照射される。これにより、樹脂シート２０とＡｎＭＥＧＡ１０とが重なっている外側領域（貼付部）の接着剤４０がＵＶ硬化される（ステップＳ５）。さらに、ＬＥＤ装置３２０により、ＬＥＤ装置３１０と同様にして接着剤４０が確実にＵＶ硬化される。これにより、樹脂シート２０とＡｎＭＥＧＡ１０は強固に接着される。

樹脂シートにＣａＧＤＬ３０を嵌め込む工程においては、ＧＤＬ供給装置３３０によって供給されたＣａＧＤＬ３０が、スカラロボット３５０により上側リニアコンベア２１０ａで搬送中のパレット２２０上の樹脂シート２０の貫通孔２１内に嵌め込まれる（ステップＳ６）。

接着剤４０を熱硬化させる工程においては、上側リニアコンベア２１０ａで搬送中のパレット２２０上の樹脂シート２０およびＣａＧＤＬ３０が加熱装置３６０により押し付けられるとともに加熱される。これにより、樹脂シート２０とＧＤＬ３０とが重なり合う内側領域の接着剤４０が熱硬化され接着される（ステップＳ７）。

燃料電池セル１００を取り出す工程においては、上側リニアコンベア２１０ａで搬送中のパレット２２０上の完成した燃料電池セル１００がスカラロボット３８０により取り出され、搬送装置３７０に載置される（ステップＳ８）。この載置により、本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造が終了する。

以上のように構成された実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法の効果について説明する。

例えば、図８に示す従来の燃料電池セルの製造方法では、各加工ステーション間でパレットＰを間欠的に順送りで移動させて加工を行っていた。パレットＰは、移動と停止を交互に繰り返し、さらに停止位置では上昇と下降の動作を行っており、タクトタイムを短縮させることは困難であった。本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法によれば、ステップＳ１からステップＳ４までの各工程と、ステップＳ６からステップＳ８までの各工程について、それぞれ上側リニアコンベア２１０ａでパレット２２０を移動させながら行うことができ、パレット２２０を停止させる必要がない。したがって、被加工物の搬送を停止することでタクトタイムが延びてしまうという問題が解消され、タクトタイムが短縮されるという効果が得られる。

また、従来の燃料電池セルの製造方法では、各加工ステーションにおいて、パレットＰに載置された被加工物を真空吸着によりパレットＰに保持するようにしていた。加工ステーションには、真空供給配管を接続するコネクタが設けられており、被加工物の真空吸着は、コネクタに接続された真空配管から供給される真空により行われていた。加工ステーションでは、真空供給配管のコネクタに対する着脱が行われ、真空供給配管がコネクタへ接続されて被加工物が真空吸着されていた。加工ステーション間で被加工物を真空吸着させてパレットＰを搬送することは、真空配管を比較的に長い距離を引き回す必要がある。さらに、搬送が終了した時には真空配管を加工開始位置に戻す必要がある。その結果、生産台数が増えると真空配管のコネクタへの着脱回数が増えてしまい、コネクタ部分のシール性能を維持するためのメンテナンスに多くの工数が必要になってしまうという問題があった。

本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法によれば、パレット２２０の静電吸着板２２２によりＡｎＭＥＧＡ１０がパレット２２０に吸着されるので、パレット２２０の上にＡｎＭＥＧＡ１０を容易に固定でき、搬送中も固定した状態を維持できる。そして、コネクタ部分のシール性能を維持するためのメンテナンスに多くの工数が必要になってしまうという問題が解消されるという効果が得られる。

なお、本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法においては、上側リニアコンベア２１０ａのパレット２２０を、パレット本体２２１と、静電吸着板２２２と、電源２２３と及びマグネットスイッチ２２５とを備えた構造で実施した場合について説明した。

しかしながら、本発明に係る燃料電池セルの製造方法においては、上側リニアコンベア２１０ａのパレット２２０を他の構造にした本実施形態の変形例に係る燃料電池セル１００の製造方法で実施するようにしてもよい。

本実施形態の変形例に係る燃料電池セル１００の製造方法は、例えば本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法におけるパレット２２０に代えて、図７に示すようなパレット２２０Ａで構成するようにしてもよい。

パレット２２０Ａは、図７に示すように、パレット２２０と同様に構成される。即ち、パレット２２０Ａは、スライダー２１２の上面にボルトｂ１で締結されたパレット本体２２１と、パレット本体２２１にボルトｂ２で締結され、アルミニウム板からなる静電吸着板２２２と、パレット本体２２１内でボルトｂ４で静電吸着板２２２に締結されたブラケット２２４と、パレット本体２２１に取り付けられた給電部２２９とにより構成される。

このパレット２２０Ａは、いわゆる自己保持型の静電チャックで構成されている。この静電チャックは、吸着が必要となる時だけ給電部２２９に比較的高い２ｋＶ程度の電圧を印加させて静電吸着板２２２に形成されている電極２３１に静電気を発生させると、後は電源無しでも吸着力を保持部材することができ、パレット２２０Ａ内に電源を設けることが不要となる。

具体的には、まずパレット２２０Ａに被加工物が無い状態で、給電部２２９から電源を供給し、静電吸着板２２２の表面の除電をする。次いで、被加工物を静電吸着板２２２の上に載置した瞬間に、電源を切ると静電吸着板２２２に吸着力が発生し持続する。

この吸着力を無くすには、給電部２２９にプラスとマイナスを逆にした電圧を印加させる。そうすると、静電吸着板２２２に生じている静電気と給電部２２９から印加された逆電圧による静電気とが打ち消し合って静電気が消滅し吸着力が無くなる。

自己保持型の静電チャックでは、被加工物が無い状態で、静電吸着板２２２の電極２３１に電圧を印加させると、静電吸着板２２２がアルミニウム板で形成されているので、アルミニウム板には印加された電圧で生ずる静電気と逆の電荷を帯びた静電気が生じている。この状態で、被加工物が静電吸着板２２２に置かれた瞬間に、電源を切ると、静電吸着板２２２には、逆の電荷を帯びた静電気だけがある状態となり、この静電気により被加工物が吸着される。

なお、被加工物を重ね合わせて吸着させるときや、静電吸着板２２２の吸着力を消すときは、再度高い電圧を静電吸着板２２２の電極に印加させる必要があるので、給電部２２９の接点が製造装置２００の複数箇所に設置される。

本実施形態の変形例に係る燃料電池セル１００の製造方法においても、本実施形態に係る燃料電池セル１００の製造方法と同様の効果が得られる。即ち、被加工物の搬送を停止することでタクトタイムが延びてしまうという問題が解消され、タクトタイムが短縮されるという効果が得られる。また、パレット２２０Ａの上にＡｎＭＥＧＡ１０を容易に固定でき、搬送中も固定した状態を維持できる。ＡｎＭＥＧＡ１０の搬送を停止して真空吸着の真空配管をコネクタに接続することもなくなる。その結果、真空配管およびコネクタのシール性能を維持するためのメンテナンスも不要となるという効果が得られる。また、二次電池などの静電吸着板２２２用の電源２２３を各スライダー２１２にそれぞれ搭載する必要がなく、パレット２２０Ａの小型化ができ、電源２２３の充電状態の管理やメンテナンスを不要にできる。

なお、上述の実施形態では、ＡｎＭＥＧＡ１０にＣａＧＤＬ３０を接着する場合を例に説明したが、ＭＥＡとＣａＧＤＬとにより構成されるＣａＭＥＧＡにＡｎＧＤＬを接着する場合にも同様に適用することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１０・・・ＡｎＭＥＧＡ、２０・・・樹脂シート、２１，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２２８・・・貫通孔、３０・・・ＣａＧＤＬ、４０・・・接着剤、１００・・・燃料電池セル、２００・・・製造装置、２１０・・・リニアコンベア、２１０ａ・・・上側リニアコンベア、２１０ｂ・・・下側リニアコンベア、２１１，２１５ａ・・・レール、２１２・・・スライダー、２１３・・・リニアモジュール、２１５・・・昇降循環装置、２１５ｂ・・・昇降機構、２２０，２２０Ａ・・・パレット、２２１・・・パレット本体、２２２・・・静電吸着板、２２３・・・電源、２２４・・・ブラケット、２２５・・・マグネットスイッチ、２２５ａ・・・マグネット、２２６，２２７・・・基準ピン、２２９・・・給電部、２３０・・・ＭＥＧＡ供給装置、２３１・・・電極、２３２・・・正極、２３３・・・負極、２４０，３４０・・・カメラ、２５０，２８０，３５０，３８０・・・スカラロボット、２６０・・・塗布装置、２７０・・・樹脂シート供給装置、３１０，３２０・・・ＬＥＤ装置、３３０・・・ＧＤＬ供給装置、３６０・・・加熱装置、３７０・・・搬送装置

Claims (1)

1. 燃料電池セルの製造方法であって、
   枚葉の膜電極ガス拡散層接合体を搬送する工程と、
   搬送中の前記膜電極ガス拡散層接合体に燃料電池セルを構成する燃料電池構成部材を貼り合わせる工程と、
   を含むことを特徴とする燃料電池セルの製造方法。

Images