JP2021141009A - 燃料電池用板状部材の積層装置 - Google Patents

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。

特開２００７−２８７４３６号公報

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。

積層装置を上方向（＋ｚ軸方向）から見た図である。 積層装置を−ｘ軸方向から見た図である。 積層装置を＋ｙ軸方向から見た図である。 支持部の概略構成を示す説明図である。 回転機構の概略構成の一例を示す斜視図である。 回転機構の概略構成の一例を示す平面図である。 製造処理の手順の一例を表すフローチャートである。 製造処理における回転機構を説明する説明図である。 積層処理の手順の一例を表すフローチャートである。

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。

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。

（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)

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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