JP2021141009A - 燃料電池用板状部材の積層装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池等の燃料電池用板状部材の積層に要するサイクルタイムを短縮できる技術を提供する。【解決手段】燃料電池用板状部材の積層装置は、板状部材が積層される移動可能な基台と、基台を挟む位置に設けられ、下部に位置する第1回転軸と、第1回転軸よりも鉛直上方に位置する第2回転軸とに掛け渡された一組の無端ベルトと、一組の無端ベルトの互いに対向する面が基台に向かって移動するように一組の無端ベルトを駆動する駆動機構と、一組の無端ベルトの外面に予め定められた間隔を置いて複数設けられ、板状部材の端部が支持される支持部と、一組の無端ベルトをそれぞれ、前記板状部材の積層方向に伸びる各第3回転軸を中心に移動させる回転機構と、を備える。第3回転軸は、積層方向に沿って見た場合に、支持部の軸に沿った方向における端部より外側に設けられている。【選択図】図8
Description
本開示は、燃料電池用板状部材の積層装置に関する。
燃料電池スタックの製造において、複数の燃料電池(単セル)を積層する方法として特許文献1に記載された技術が知られている。特許文献1に記載された燃料電池の積層装置は、燃料電池の上面をロボットによって吸着把持し、位置決め部材に当てながら積層させている。
上面を吸着把持して燃料電池を積層する場合、吸着把持する工程と、吸着把持した燃料電池を積層箇所に移動する工程と、位置決め工程と、燃料電池を積層箇所に積層する工程とを、一枚ずつ毎回行う必要があり、サイクルタイムが長期化する要因となる。そのため、燃料電池等の燃料電池用板状部材の積層に要するサイクルタイムを短縮できる技術が望まれていた。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の一形態によれば、燃料電池用板状部材の積層装置が提供される。この積層装置は、前記板状部材が積層される移動可能な基台と、前記基台を挟む位置に設けられ、下部に位置する第1回転軸と、前記第1回転軸よりも鉛直上方に位置する第2回転軸とに掛け渡された一組の無端ベルトと、前記一組の無端ベルトの互いに対向する面が前記基台に向かって移動するように前記一組の無端ベルトを駆動する駆動機構と、前記一組の無端ベルトの外面に予め定められた間隔を置いて複数設けられ、前記板状部材の端部が支持される支持部と、前記一組の無端ベルトをそれぞれ、前記板状部材の積層方向に伸びる各第3回転軸を中心に移動させる回転機構と、を備える。前記支持部は、前記無端ベルトに固定された固定部と、前記一組の無端ベルト間に位置する場合において前記固定部に接するように上側に設けられ前記固定部よりも前記一組の無端ベルト間の中心に向けて突出し、前記無端ベルトに固定された軸を基点として上側に回転可能な可動部と、を有し、前記第3回転軸は、前記積層方向に沿って見た場合に、前記支持部の前記軸に沿った方向における端部よりも外側に設けられている。この形態の積層装置によれば、回転機構によって、一組の無端ベルト間を広げる事ができるため、支持部に干渉することなく、基台や積層した板状部材を容易に排出できるので、積層に要するサイクルタイムを短縮できる。
なお、本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、この形態の積層装置を用いた積層方法や、この積層装置で製造された燃料電池等の態様で実現することが可能である。
A.第1実施形態:
図1、図2および図3は、本開示の一実施形態における積層装置100の概略構成を示す説明図である。図1〜3には互いに直行するx軸、y軸、z軸を示している。x軸は板状部材の幅方向に沿った方向であり、y軸は板状部材の搬送方向であり、z軸は板状部材の積層方向に沿った方向である。図1は積層装置100を上方向(+z軸方向)から見た図であり、図2は、積層装置100を−x軸方向から見た図であり、図3は、積層装置100を+y軸方向から見た図である。積層装置100は、燃料電池用板状部材を積層する装置である。積層装置100が積層する板状部材200は、例えば、燃料電池である単セルや、単セルを構成するセパレータ、エンドプレート、インシュレータ(絶縁板)、ターミナルプレート(集電板)である。
図1、図2および図3は、本開示の一実施形態における積層装置100の概略構成を示す説明図である。図1〜3には互いに直行するx軸、y軸、z軸を示している。x軸は板状部材の幅方向に沿った方向であり、y軸は板状部材の搬送方向であり、z軸は板状部材の積層方向に沿った方向である。図1は積層装置100を上方向(+z軸方向)から見た図であり、図2は、積層装置100を−x軸方向から見た図であり、図3は、積層装置100を+y軸方向から見た図である。積層装置100は、燃料電池用板状部材を積層する装置である。積層装置100が積層する板状部材200は、例えば、燃料電池である単セルや、単セルを構成するセパレータ、エンドプレート、インシュレータ(絶縁板)、ターミナルプレート(集電板)である。
積層装置100は、基台10と、一組の無端ベルト20と駆動機構25と支持部30と、搬送部40と、ストッパ部50と、回転機構60と、を備える。図示の便宜上、図1および図2において、無端ベルト20と駆動機構25との図示を省略している。
基台10は、板状部材200が積層される移動可能な台座である。本実施形態において、基台10は、y軸方向に沿って移動し、積層装置100に対して投入および排出される。基台10上において板状部材200が積層される空間のことを「積層部」という。基台10の端部には、一組の基準部11が設けられている。基準部11は、板状部材200の周囲に設けられたくぼみに嵌まるように、基台10から板状部材200の積層方向(+z軸方向)に沿って延びる軸部材である。基準部11は、板状部材200が積層部において積層方向と異なる方向に移動することを抑制する。なお、基台は「積層パレット」ともいう。
無端ベルト20は、基台10を挟む位置に設けられ、下部に位置する第1回転軸21と、第1回転軸21よりも鉛直上方(+z軸方向)に位置する第2回転軸22とに掛け渡されている。本実施形態において、鉛直とは水平からの角度が90±10°の範囲に入っている場合が該当する。
駆動機構25は、無端ベルト20の互いに対向する面が基台10に向かって移動するように無端ベルト20を駆動する。より具体的には、駆動機構25は、第1回転軸21と第2回転軸22とを回転させるモータを備え、無端ベルト20の互いに対向する面が−z軸方向に回転移動するよう無端ベルト20を駆動する。
支持部30は、無端ベルト20の外面に予め定められた間隔を置いて複数設けられる。支持部30は板状部材200の端部を支持する。本実施形態において支持部30は、板状部材200を載置することで支持する。
搬送部40は、一組の無端ベルト20の間に位置する支持部30に、板状部材200を搬送する。搬送部40は、例えば、ベルトコンベアである。本実施形態において、搬送部40は、押し出し部41を有する。押し出し部41は、ベルトコンベア上の板状部材200を支持部30の上に押し出す。押し出し部41は、例えば、搬送部40の搬送方向(y軸方向)に沿って、押し出し軸42を基点として回転移動するように構成される。押し出し部41は、+y軸方向に回転移動して板状部材200の端部に接触して押し出し、−y軸方向に回転移動して板状部材200に接触しないように、元の位置に戻る。
ストッパ部50は搬送部40が板状部材200を支持部30に搬送して、押し出し部41によって押し出した板状部材200の投入の位置を安定させる。
図4は、支持部30の概略構成を示す説明図である。支持部30は、無端ベルト20に固定された固定部31と、可動部32とを有する。可動部32は、支持部30が一組の無端ベルト20間に位置する場合において固定部31に接するように上側(+z軸方向側)に設けられ、固定部31よりも一組の無端ベルト間の中心に向けて突出し、無端ベルト20に固定された軸33を基点として上側に回転可能である。可動部32の上面には、板状部材200が嵌まるくぼみが設けられていてもよい。また、軸33は、固定部31に固定されていてもよい。つまり、軸33は固定部31を介して間接的に無端ベルト20に固定されていてもよい。
支持部30は、可動部32の上に載置された板状部材200を固定部31によって支持しつつ無端ベルト20によって下降し、基台10や既に積層された板状部材200の積層体に可動部32の端部が触れることで、上方(+z軸方向)に跳ね上げられるように可動部32が回転し、板状部材200を基台10や既に積層された板状部材200に積層する。
図5および図6は、本実施形態における回転機構60の概略構成の一例を示す説明図である。図5は、斜視図であり、図6は、板状部材200の積層方向(+z軸方向)から見た平面図である。図5および図6には、図示の便宜上、無端ベルト20を省略して示している。また、図6には、図示の便宜上、基準部11を省略して示している。回転機構60は、回転部62と、駆動部63と、駆動モータ64と、を有する。
回転機構60は、一組の無端ベルト20をそれぞれ、板状部材の積層方向(z軸方向)に伸びる各第3回転軸61を中心に移動させる。本実施形態において、第3回転軸61は、第3回転軸61aと第3回転軸61bとを含み、回転機構60は、第3回転軸61aまたは第3回転軸61bの何れか一方を中心として無端ベルト20を移動させる。図6に示すように、第3回転軸61は、積層方向(+z軸方向)に沿って見た場合に、支持部30の軸33に沿った方向(+y軸方向)における端部よりも外側に設けられている。また、本実施形態において、第3回転軸61は、積層方向(+z軸方向)に沿って見た場合に、第1回転軸21よりも基台10側に設けられている。
回転部62は、無端ベルト20が配置される台座である。回転部62は、第3回転軸61aまたは第3回転軸61bを中心として回転移動する。つまり、回転部62が回転移動すると、回転部62に配置された無端ベルト20および支持部30も共に移動して、一組の無端ベルト20間が広がる。回転部62は、基台10と反対側に、ギア66aおよびギア66bとかみ合うように歯筋が形成されている。
回転部62は、第3回転軸61aに対応する位置に穴部65aと、第3回転軸61bに対応する位置に穴部65bとが設けられている。穴部65aおよび穴部65bは、積層方向(+z軸方向)において回転部62を貫通しており、基台10に対向する方向に開口した凹部を形成する。このため、第3回転軸61となる軸部材が穴部65aおよび穴部65bを移動できる。従って、回転部62は、第3回転軸61aと第3回転軸61bとのいずれをも中心として回転移動できる。
駆動部63は、回転部62の基台10と反対側に接する位置にギア66aと、ギア66bとを有する。ギア66aとギア66bとは、それぞれ、最上位置にまで移動した第1状態と、最下位置にまで移動した第2状態とに切り替え可能である。ギア66aが第1状態である場合に、ギア66bは、第2状態となり、ギア66aが第2状態である場合に、ギア66bは、第1状態となる。回転部62は、第1状態であるギア66aまたはギア66bが回転駆動することにより、第2状態であるギア66bまたはギア66aの上方を回転移動する。
駆動モータ64は、ギア66a、66bを駆動させる。より具体的には、ギア66a、66bを上下移動および回転駆動させる。
図7は、製造処理の手順の一例を表すフローチャートである。製造処理は、積層装置100が、投入された基台10に燃料電池用の板状部材200を積層して、板状部材200が積層された基台10を排出する処理である。
まず、積層装置100は、ステップS100において、一組の無端ベルト20の間に基台10を受け入れる。具体的には、回転機構60によって一組の無端ベルト20の間を広げ、基台10を無端ベルト20間の所定の位置に受け入れる。
次に、積層装置100は、ステップS110において、ステップS100で受け入れた基台10の上に板状部材200を積層する積層処理を行う。積層処理の詳細については後述する。
最後に、積層装置100は、ステップS120において、ステップS110で板状部材200を積層した基台10を一組の無端ベルト20の間から排出する。具体的には、回転機構60によって一組の無端ベルト20の間を広げ、ステップS110で積層した積層体と共に基台10を排出する。
図8は、製造処理における回転機構60の動作を説明する説明図である。図示の便宜上、図8において、基準部11と無端ベルト20と駆動部63の一部との図示を省略している。一組の回転機構60は、ステップS100(図7)において、それぞれ、第3回転軸61aを中心として回転移動する。つまり、一組の無端ベルト20の間の−y軸側を広げる。基台10は、−y軸側より投入される。回転機構60は、基台10を受け入れた後に、再度、第3回転軸61aを中心として回転移動をして、元の位置に戻す。一組の回転機構60は、ステップS120(図7)において、それぞれ、第3回転軸61bを中心として回転移動する。つまり、一組の無端ベルト20の間の+y軸側を広げる。基台10は、+y軸側より排出される。従って、基台10は、積層装置100の−y軸側より投入され、板状部材200が積層された後に、積層装置100の+y軸側より排出されるため、基台10を一方通行で搬送できる。
図9は、積層処理の手順の一例を表すフローチャートである。積層処理は、積層装置100が燃料電池用の板状部材200を積層する処理である。この処理は、積層する板状部材200の枚数分繰り返し行われる処理である。
まず、支持部30は、ステップS111において、搬送部40によって搬送された板状部材200を支持する。より具体的には、搬送部40によって搬送された板状部材200が押し出し部41によって支持部30の上に押し出される。本実施形態において、押し出し部41によって押し出された板状部材200は、ストッパ部50に当たり、支持部30上での位置が定められる。
次に、支持部30は、ステップS112において、板状部材200を傾斜した状態に維持する。より具体的には、ステップS111で搬送された板状部材200の端部が可動部32を介して固定部31によって水平状態に維持される。
続いて、板状部材200を支持する支持部30は、ステップS113において、下降して板状部材200を垂直搬送する。より具体的には、駆動機構25によって無端ベルト20が回転移動することで、支持部30が−z軸方向に移動して、板状部材200を垂直搬送する。
最後に、支持部30は、ステップS114において、板状部材200を積層する。より具体的には、基台10や既に積層された板状部材200の積層体に可動部32の端部が触れることで、可動部32が回転し、板状部材200を積層する。回転した可動部32は、板状部材200を積層した後、無端ベルト20によって上方に運ばれ、再度、板状部材200が載置されるまでに、水平となる位置に戻る。
以上で説明した本実施形態の積層装置100によれば、搬送部40が搬送した板状部材200を、無端ベルト20に設けられた支持部30が支持し、無端ベルト20の回転移動によって支持部30が下降して板状部材200を垂直搬送し、基台10に積層する。そのため、板状部材200の上面を吸着把持して積層する場合と比べて、積層工程の煩雑さを低減でき、高速に次々に板状部材200の垂直搬送を行うことができるため、積層に要するサイクルタイムを短縮できる。また、支持部30は、可動部32の上に載置して板状部材200を支持するため、板状部材200の表面に触れずに積層することができる。また、支持部30は、板状部材200を水平状態に維持して搬送するため、板状部材200に接着剤等を塗布する場合に、接着剤の塗布の精度の確保や、接着剤の垂れ防止ができる。また、回転機構60によって、積層方向に沿って見た場合に、支持部30の軸33に沿った方向における端部よりも外側に設けられている第3回転軸61を中心として無端ベルト20が回転移動することにより、一組の無端ベルト20間を広げる事ができるため、無端ベルト20に設けられている支持部30に干渉することなく、基台10や積層した板状部材200を容易に排出できるので、積層に要するサイクルタイムを短縮できる。また、回転機構60は、第3回転軸61aまたは第3回転軸61bのいずれかを中心として回転移動できるため、基台10の投入方向と排出方向とを同一方向にできる、基台10をスムーズに連続して搬送できる。従って、積層に要するサイクルタイムをより短縮できる。
B.他の実施形態:
(B1)上記実施形態において、基準部11は基台10に設けられている。この代わりに、基準部11は、回転機構60の回転部62に設けられていてもよい。
(B1)上記実施形態において、基準部11は基台10に設けられている。この代わりに、基準部11は、回転機構60の回転部62に設けられていてもよい。
(B2)上記実施形態において、回転機構60は、第3回転軸61aまたは第3回転軸61bのいずれかを中心として回転移動する。この代わりに回転機構60は、第3回転軸61aのみを中心として回転移動する構成でもよく、第3回転軸61bのみを中心として回転移動する構成でもよい。この場合、基台10の投入方向と排出方向とが逆方向となる。つまり、基台10が投入された方向に排出される。
(B3)上記実施形態において、回転機構60は、基台10を挟むように設けられており、回転機構60は基台10を挟む両方が第3回転軸61aまたは第3回転軸61bのいずれかを中心として回転移動する。この代わりに、回転機構60は、基台10のいずれか一方にのみ設けられていてもよい。つまり、無端ベルト20のいずれか一方が第3回転軸61aまたは第3回転軸61bのいずれかを中心として回転移動してもよい。
(B4)上記実施形態において、第3回転軸61は、積層方向(+z軸方向)に沿って見た場合に、第1回転軸21よりも基台10側に設けられている。これに限らず、第3回転軸61は、x軸方向においていずれの位置に設けられていてもよい。例えば、第3回転軸61は、y軸方向に沿って見た場合に、軸33よりも一組の無端ベルト20間の中心側に設けられていてもよく、軸33よりも一組の無端ベルト20間の中心と反対側に設けられていてもよい。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
10…基台、11…基準部、20…無端ベルト、21…第1回転軸、22…第2回転軸、25…駆動機構、30…支持部、31…固定部、32…可動部、33…軸、40…搬送部、41…押し出し部、42…押し出し軸、50…ストッパ部、60…回転機構、61、61a、61b…第3回転軸、62…回転部、63…駆動部、64…駆動モータ、65a、65b…穴部、66a、66b…ギア、100…積層装置、200…板状部材
Claims (1)
- 燃料電池用板状部材の積層装置であって、
前記板状部材が積層される移動可能な基台と、
前記基台を挟む位置に設けられ、下部に位置する第1回転軸と、前記第1回転軸よりも鉛直上方に位置する第2回転軸とに掛け渡された一組の無端ベルトと、
前記一組の無端ベルトの互いに対向する面が前記基台に向かって移動するように前記一組の無端ベルトを駆動する駆動機構と、
前記一組の無端ベルトの外面に予め定められた間隔を置いて複数設けられ、前記板状部材の端部が支持される支持部と、
前記一組の無端ベルトをそれぞれ、前記板状部材の積層方向に伸びる各第3回転軸を中心に移動させる回転機構と、を備え、
前記支持部は、
前記無端ベルトに固定された固定部と、
前記一組の無端ベルト間に位置する場合において前記固定部に接するように上側に設けられ前記固定部よりも前記一組の無端ベルト間の中心に向けて突出し、前記無端ベルトに固定された軸を基点として上側に回転可能な可動部と、を有し、
前記第3回転軸は、前記積層方向に沿って見た場合に、前記支持部の前記軸に沿った方向における端部よりも外側に設けられている、積層装置。
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