JP2021034238A - 燃料電池用板状部材の搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傷や塑性変形が発生することなく確実に１枚ずつ取り出すことができる燃料電池用板状部材の搬送装置を提供する。
【解決手段】セル１０の搬送装置２０は、複数のセル１０を載せた状態で上昇させる上昇部２１と、上昇部２１により上昇されることによって複数セル１０を通過させることができ、通過途中の位置においてセル１０の長手方向両側の端部にそれぞれ当接してセル１０の中央部を上側に撓ませた状態で拘束する拘束部２２と、拘束部２２よりも上方の位置において複数のセル１０のうちの最上位のセル１０の上面を吸着して持ち上げる把持部２３とを備え、上昇部２１は、最上位のセル１０を拘束部２３よりも上方の位置に配置し、かつ、その下に対向して隣接するセル１０を拘束部２３により拘束される位置に配置し、把持部２３は、最上位のセル１０の中央部を下方へ押し込んでから持ち上げる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池用板状部材の搬送装置に関する。

この種の燃料電池用板状部材の搬送装置として、セパレータ吸着ハンドの吸着面を被搬送物であるセパレータの被吸着面に対して傾斜させた状態で、セパレータに押し付けながら吸着する吸着部を備えたものが開示されている（特許文献１参照）。この燃料電池用板状部材の搬送装置は、積層されたセパレータを１枚ずつ吸着して搬送するように構成されている。

特開２００７−１１５６００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池用板状部材の搬送装置においては、積層されたセパレータや燃料電池セルなどの燃料電池用板状部材は、積層により燃料電池用板状部材同士が密着してしまう。その結果、搬送装置により燃料電池用板状部材を積層された燃料電池用板状部材から取り出す際に、複数枚が同時に取り出されてしまい１枚ずつ取り出すことができないことがあるという問題がある。燃料電池用板状部材同士の密着は、隣接する燃料電池セル同士やセパレータ同士の間に生ずる粘着力、いわゆるタック力の作用で発生してしまう。積層された燃料電池用板状部材においては、重力方向の下部の燃料電池用板状部材が上部の燃料電池用板状部材の自重で押し付けられるので、積層枚数が多いほど、積層された状態での保管期間が長いほど密着性が高まってしまう。

このような燃料電池用板状部材を１枚ずつ取り出すために、セパレータ吸着ハンドの吸着面を燃料電池用板状部材に押し付けながら吸着した場合、積層された燃料電池用板状部材の金属面などの表面同士が接触してしまい、燃料電池用板状部材の表面に傷が生じてしまうという問題がある。また、積層された燃料電池用板状部材を両端から拘束して撓ませた場合、燃料電池用板状部材を１枚ずつ把持するためには燃料電池用板状部材の変形量を大きくする必要があるが、変形量を大きくしすぎると燃料電池用板状部材が塑性変形してしまうという問題がある。

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、傷や塑性変形が発生することなく確実に１枚ずつ取り出すことができる燃料電池用板状部材の搬送装置を提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池用板状部材の搬送装置は、重力方向に積層された複数の燃料電池用板状部材を上から１枚ずつ取り出す搬送装置であって、前記複数の燃料電池用板状部材を載せた状態で該複数の燃料電池用板状部材を上昇させる上昇部と、該上昇部により上昇されることによって前記複数の燃料電池用板状部材を通過させることができ、通過途中の位置において前記燃料電池用板状部材の長手方向両側の端部にそれぞれ当接して前記燃料電池用板状部材の中央部を上側に撓ませた状態で拘束する拘束部と、該拘束部よりも上方の位置において前記複数の燃料電池用板状部材のうちの最上位の燃料電池用板状部材の上面を吸着して前記燃料電池用板状部材を持ち上げる把持部と、を備え、前記上昇部は、前記最上位の燃料電池用板状部材を前記拘束部よりも上方の位置に配置し、かつ、前記最上位の燃料電池用板状部材の下に対向して隣接する燃料電池用板状部材を前記拘束部により拘束される位置に配置し、前記把持部は、前記最上位の燃料電池用板状部材の中央部を下方へ押し込んでから持ち上げることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用板状部材の搬送装置は、上昇部、拘束部および把持部を備えており、上昇部により複数の燃料電池用板状部材を上昇させて拘束部を通過させる。そして、拘束部を通過する通過途中の位置において燃料電池用板状部材の長手方向両側の端部がそれぞれ拘束部に当接されて拘束部に拘束される。燃料電池用板状部材は、燃料電池用板状部材の中央部が上側に撓んだ状態で拘束部に拘束される。

上昇部は、最上位の燃料電池用板状部材を拘束部よりも上方の位置に配置し、かつ、最上位の燃料電池用板状部材の下に対向して隣接する燃料電池用板状部材を拘束部により拘束される位置に配置する。そして、把持部は、最上位の燃料電池用板状部材の中央部を下方へ押し込んでから持ち上げる。最上位の燃料電池用板状部材は、その両端部が拘束部により拘束されていないので、把持部により燃料電池用板状部材の中央部が下方へ押し込まれると、燃料電池用板状部材のバネ力により、最上位の燃料電池用板状部材の下に対向して隣接する燃料電池用板状部材から剥離される。この剥離された燃料電池用板状部材は、把持部により持ち上げられて搬送される。

本発明によれば、重力方向に積層された複数の燃料電池用板状部材から傷や塑性変形が発生することなく確実に１枚ずつ燃料電池用板状部材を取り出すことができる燃料電池用板状部材の搬送装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るセルの搬送装置により搬送されるセルの分解斜視図。 本発明の実施形態に係るセルの搬送装置の図であり、図２（ａ）は、構成図を示し、図２（ｂ）は、拘束部の側面図を示す。 本発明の実施形態に係るセルの搬送装置の動作を説明する説明図であり、図３（ａ）は、セルが上昇部に載置された状態を示し、図３（ｂ）は、上昇部によりセルが上昇される途中の状態を示し、図３（ｃ）は、上昇部により最上位のセルが拘束部よりも上方に配置された状態を示す。 本発明の実施形態に係るセルの搬送装置の動作を説明する説明図であり、図４（ａ）は、把持部が下降しセルに当接した状態を示し、図４（ｂ）は、把持部がセルの中央部を下方に押し込んだ状態を示す。 本発明の実施形態に係るセルの搬送装置の作用を説明する説明図であり、図５（ａ）は、セルが拘束部に拘束されて撓んだ状態でありセル同士が貼り付いている状態を示し、図５（ｂ）は、把持部がセルを下方に押し込みセル同士が剥がれた状態を示す。

本発明に係る燃料電池用板状部材の搬送装置を適用した燃料電池用板状部材（以下、セルという。）１０の搬送装置２０について図面を参照して説明する。まず、セル１０の構成について簡単に説明する。

セル１０は、燃料電池セルで構成されている。セル１０は、図１に示すように、膜電極ガス拡散層接合体１１と、カソード側セパレータ１２と、アノード側セパレータ１３と、シール部材１４とにより構成されている。燃料電池セル１０は、複数個が積層されて図示しない燃料電池スタックを構成する。なお、セル１０は、カソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１３の何れかであってもよい。複数のセル１０は、板厚方向に積層され、積層方向が重力方向になるように載置される。セル１０は、弾力性を有しており、変形しても弾性限度内の変形であればバネ力により元の形状に復帰することができる。セル１０は、平面視略矩形の平板状を有している。

膜電極ガス拡散層接合体１１は、図示しない膜電極接合体とカソード側ガス拡散層およびアノード側ガス拡散層とにより構成されている。膜電極接合体は、電解質膜と、カソード側触媒層と、アノード側触媒層との接合体で構成されている。カソード側ガス拡散層およびアノード側ガス拡散層は、ガス透過性および導電性を有する炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で構成されている。

カソード側セパレータ１２は、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板で形成されている。カソード側セパレータ１２は、カソード側ガス拡散層およびシール部材１４の接着領域に接着されており、カソード側ガス拡散層の表面に沿って酸化剤ガスとしての空気を流す酸化剤ガス流路が形成されている。

アノード側セパレータ１３は、カソード側セパレータ１２と同様、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板で形成されている。アノード側セパレータ１３は、アノード側ガス拡散層およびシール部材１４の接着領域に接合されており、アノード側ガス拡散層の表面に沿って燃料ガスとしての水素を流す燃料ガス流路が形成されている。

シール部材１４は、合成樹脂で枠状に形成されたコア材と、コア材の表面および裏面に形成された各接着層を有する３層構造で構成されており、カソード側セパレータ１２およびアノード側セパレータ１３を接着するとともに、膜電極接合体を構成する電解質膜と接合されている。

次いで、本実施形態に係るセル１０の搬送装置２０について、図面を参照して説明する。
搬送装置２０は、図２（ａ）に示すように、上昇部２１と、拘束部２２と、把持部２３と、図示しない制御部とを備えており、重力方向に積層された複数のセル１０の最上位のセル１０を１枚だけ把持し搬送するように構成されている。

上昇部２１は、積層されたセル１０を上面２１ａに載置した状態で上昇させて拘束部２２内に押し込み、所定の高さ位置に停止させることができ、更なる上昇により拘束部２２内を通過させることができる構成を有している。上昇部２１は、セル１０を上昇させた後に下降し、元の位置に復帰することができる。上昇部２１は、制御部に接続されており、制御部により上昇および下降の動作が制御される。

拘束部２２は、一方端部当接部３１と、他方端部当接部３２とを有しており、図示しない固定部材に固定されている。一方端部当接部３１と他方端部当接部３２は、水平方向に互いに距離Ｌだけ離間して対向する位置に配置されている。一方端部当接部３１と他方端部当接部３２との間の距離Ｌは、セル１０の長手方向の一方端部と他方端部の間の長さよりも短い寸法に設定されている。なお、距離Ｌは、本実施形態に係るセル１０の大きさ、厚み、材質および構造などの設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。

拘束部２２は、上昇部２１により上昇されるセル１０を、積層された状態のままで一方端部当接部３１と他方端部当接部３２との間に通過させることができる。そして、通過途中の位置において拘束部２２は、セル１０の長手方向両側の端部にそれぞれ当接してセル１０の中央部を上側に撓ませた状態で拘束できる。拘束部２２は、セル１０を弾性変形の限度内で撓むように拘束する。セル１０は、拘束部２２内を通過して拘束部２２よりも上方の位置に配置されると、拘束部２２による拘束が解除される。セル１０は、拘束部２２よりも上方の位置に配置された状態で、把持部２３によりセル１０の中央部が下方に押し込まれると、バネ力により撓みが元に戻り、その下に対向して隣接する他のセル１０から剥離される。

距離Ｌが小さすぎると、セル１０の撓みが大きくなり塑性変形をすることがある。一方、距離Ｌが大きすぎると、セル１０の撓みが小さくなり、セル１０が下方に押し込まれた際のバネ力が小さくなって、把持部２３により最上位のセル１０の中央部が下方に押し込まれた際に、最上位のセル１０が最上位のセル１０の下に対向して隣接する他のセル１０から剥離しないことがある。

一方端部当接部３１は、図２（ｂ）に示すように、垂直面３１ａと傾斜面３１ｂとを有している。垂直面３１ａと傾斜面３１ｂは、重力方向に沿って上側と下側に並ぶように形成されている。傾斜面３１ｂは、垂直面３１ａの下端に連続して、対向する他方端部当接部３２から離隔する方向に傾斜しており、垂直面３１ａに対してθ１の角度を有している。

他方端部当接部３２は、図２（ｂ）に示すように、垂直面３２ａと傾斜面３２ｂとを有している。垂直面３２ａと傾斜面３２ｂは、重力方向に沿って上側と下側に並ぶように形成されている。傾斜面３２ｂは、垂直面３２ａの下端に連続して、対向する一方端部当接部３１から離隔する方向に傾斜しており、垂直面３２ａに対してθ２の角度を有している。

一方端部当接部３１の垂直面３１ａと他方端部当接部３２の垂直面３２ａとの間の距離は、距離Ｌに設定されている。傾斜面３１ｂ、３２ｂは、垂直面３１ａ、３２ａの下端から下方に移行するにしたがって、その間の距離が大きくなり、傾斜面３１ｂ、３２ｂの下端で離間距離が最大となる。傾斜面３１ｂ、３２ｂは、一方端部当接部３１と他方端部当接部３２との間に下方からセル１０を押し込んだ際に、セル１０の長手方向両側の端部に当接して、セル１０の長手方向に沿って互いに接近する方向に漸次押圧し、中央部が上側に突出するようにセル１０を円滑に撓ませることができる。なお、本実施形態では、角度θ１と角度θ２は、同じ角度に設定されているが、異なる角度でもよい。角度θ１、θ２は、本実施形態に係るセル１０の大きさ、厚み、材質および構造などの設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。

把持部２３は、例えば、ニトリルゴムやシリコーンゴムなどの弾力性のある材料で形成された真空パッドを備えた図示しない吸着ハンドにより構成されている。把持部２３は、昇降可能および移動可能に構成されている。把持部２３は、積層されたセル１０の最上位のセル１０を吸着することにより把持するとともに、最上位のセル１０の中央部を重力方向の下方に押し込んで、最上位のセル１０を、最上位のセル１０の下に対向して隣接するセル１０から剥離させる機能を有している。

また，把持部２３は、最上位のセル１０の下に対向して隣接するセル１０から剥離した最上位のセル１０を上昇させて所定の場所に搬送する機能を有している。把持部２３は、制御部に接続されており、制御部により動作が制御される。

制御部は、演算処理を行う中央処理装置および制御プログラムを格納したメモリを備えており、上昇部２１の昇降動作および把持部２３の昇降および搬送動作をそれぞれ制御するように構成されている。

以上のように構成された実施形態に係るセル１０の搬送装置２０の動作について図面を参照して説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、重力方向に積層された複数のセル１０が上昇部２１の上面２１ａに載置されると、制御部により上昇部２１の上昇動作が開始される。上昇部２１による複数のセル１０の上昇により、図３（ｂ）に示すように、最上位のセル１０から順次、拘束部２２の一方端部当接部３１と他方端部当接部３２との間に押し込まれる。そして、セル１０の一方端部および他方端部が一方端部当接部３１と他方端部当接部３２に当接されて、拘束部２２内に拘束される。このとき、セル１０は、中央部で上側に凸状になるように湾曲し、弾性変形の限度内で撓む。

傾斜面３１ｂ、３２ｂは、下方から上方に移行するに応じて、互いの離間距離が小さくなるように形成されている。したがって、セル１０は、傾斜面３１ｂ、３２ｂに沿って上方に移行するに応じて撓みが大きくなる。そして、セル１０は、図３（ｃ）に示すように、垂直面３１ａ、３２ａの間に拘束された状態で、撓みが最大となる。

上昇部２１による上昇により、複数のセル１０が積層された状態で拘束部２２の一方端部当接部３１と他方端部当接部３２との間を上方に向かって移動する。そして、最上位のセル１０が拘束部２２よりも上方の位置に配置され、かつ、最上位のセル１０の下に対向して隣接するセル１０が拘束部２２に拘束された位置に配置されると、制御部により把持部２３の下降が開始され、図４（ａ）に示すように、把持部２３の下面が最上位のセル１０の中央部に当接される。そして、図４（ｂ）に示すように、把持部２３がさらに下降され、最上位のセル１０の中央部を下方に向かって押し込む。

最上位のセル１０は、拘束部２２に拘束されていないので、把持部２３により最上位のセル１０の中央部が下方に押し込まれると、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、最上位のセル１０の下に対向して隣接するセル１０に密着して撓んだ状態から、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、セル１０の弾性力（バネ力）により平板状に戻り、最上位のセル１０の下に対向して隣接するセル１０から剥離する。そして、剥離された最上位のセル１０は、把持部２３により所定の場所に搬送される。

剥離した最上位のセル１０の搬送が完了すると、制御部により上昇部２１の上昇動作が行われ、上昇部２１に載せられたセル１０が全て搬送されるまで、上述の動作が繰り返し行われる。上昇部２１に載せられたセル１０が全て搬送されると、上昇部２１は、複数のセル１０が載置された元の位置まで下降し、再度積層されたセル１０が載置されるまで待機する。

以上のように構成された実施形態に係るセル１０の搬送装置２０の効果について説明する。

本実施形態に係るセル１０の搬送装置２０は、重力方向に積層された複数のセル１０を載せた状態で上昇させる上昇部２１と、上昇部２１により上昇されることによって複数のセル１０を通過させることができ、通過途中の位置においてセル１０の長手方向両側の端部にそれぞれ当接してセル１０の中央部を上側に撓ませた状態で拘束する拘束部２２と、拘束部２２よりも上方の位置において複数のセル１０のうちの最上位のセル１０の上面を吸着してセル１０を持ち上げる把持部２３を備えている。

そして、上昇部２１は、最上位のセル１０を拘束部２２よりも上方の位置に配置し、かつ、最上位のセル１０の下に対向して隣接するセル１０を拘束部２２により拘束される位置に配置する。把持部２３は、最上位のセル１０がかかる位置に配置されると、最上位のセル１０の中央部を下方へ押し込み、それから持ち上げる。

本実施形態に係るセル１０の搬送装置２０によれば、上昇部２１により上昇された複数のセル１０は、拘束部２２を通過する通過途中の位置において、セル１０の長手方向両側の端部が拘束部２２の一方端部当接部３１と他方端部当接部３２に当接されて拘束部２２に拘束される。

セル１０は、セル１０の中央部が上側に撓んだ状態で拘束部２２に拘束される。重力方向に積層された複数のセル１０は、セル１０自身が有するタック力により互いに密着しており、最上位のセル１０は、最上位のセル１０の下に対向して隣接するセル１０に密着して撓んだ状態のまま上昇し、拘束部２２を通過して拘束部２２よりも上方の位置に配置される。

拘束部２２よりも上方の位置に配置された最上位のセル１０は、長手方向両側の端部が拘束部２２の一方端部当接部３１および他方端部当接部３２から離れており、拘束部２２による拘束から解放されている。したがって、最上位のセル１０の中央部が把持部２３により下方へ押し込まれることにより、セル１０のバネ力により撓んだ状態から平板の状態に戻り、隣接するセル１０から確実に１枚ずつ剥離されるという効果が得られる。その結果、本実施形態に係るセル１０の搬送装置２０は、積層されたセル１０から確実に１枚ずつ取り出して搬送することができるという効果が得られる。

従来のセルの搬送装置において、セルを１枚ずつ取り出すために、セパレータ吸着ハンドの吸着面をセルに押し付けながら吸着した場合、積層されたセルの金属面などの表面同士が接触してしまい、セルの表面に傷が生じてしまうという問題があった。本実施形態に係るセル１０の搬送装置２０においては、把持部２３がセル１０を下方へ押し込んでいるが、最上位のセル１０を隣接するセル１０から剥離させるだけの押し込みであり、把持部２３をセル１０に押し付けながらセル１０を吸着することがないので、セルの表面に傷が生ずることはなく、従来の傷の問題が解消されるという効果が得られる。

また、従来のセルの搬送装置においては、積層されたセルをその両端から拘束して撓ませた場合、セルを１枚ずつ把持するためにはセルの変形量を大きくする必要があったが、変形量を大きくしすぎるとセルが塑性変形してしまうという問題があった。本実施形態に係るセル１０の搬送装置２０においては、把持部２３がセル１０を下方へ押し込んで、僅かに変形させるだけで、最上位のセル１０を隣接するセル１０から剥離させることができ、セル１０に塑性変形が発生することはなく、従来の塑性変形の問題が解消されるという効果が得られる。

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趣旨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・・・セル（燃料電池用板状部材）、１１・・・膜電極ガス拡散層接合体、１２・・・カソード側セパレータ（燃料電池用板状部材）、１３・・・アノード側セパレータ（燃料電池用板状部材）、１４・・・シール部材、２０・・・搬送装置、２１・・・上昇部、２１ａ・・・上面、２２・・・拘束部、２３・・・把持部、３１・・・一方端部当接部、３１ａ，３２ａ・・・垂直面、３１ｂ，３２ｂ・・・傾斜面、３２・・・他方端部当接部、Ｌ・・・距離、θ１，θ２・・・角度

Claims (1)

1. 重力方向に積層された複数の燃料電池用板状部材を上から１枚ずつ取り出す搬送装置であって、
   前記複数の燃料電池用板状部材を載せた状態で該複数の燃料電池用板状部材を上昇させる上昇部と、
   該上昇部により上昇されることによって前記複数の燃料電池用板状部材を通過させることができ、通過途中の位置において前記燃料電池用板状部材の長手方向両側の端部にそれぞれ当接して前記燃料電池用板状部材の中央部を上側に撓ませた状態で拘束する拘束部と、
   該拘束部よりも上方の位置において前記複数の燃料電池用板状部材のうちの最上位の燃料電池用板状部材の上面を吸着して前記燃料電池用板状部材を持ち上げる把持部と、を備え、
   前記上昇部は、前記最上位の燃料電池用板状部材を前記拘束部よりも上方の位置に配置し、かつ、前記最上位の燃料電池用板状部材の下に対向して隣接する燃料電池用板状部材を前記拘束部により拘束される位置に配置し、
   前記把持部は、前記最上位の燃料電池用板状部材の中央部を下方へ押し込んでから持ち上げることを特徴とする燃料電池用板状部材の搬送装置。
   

Images