JP3964636B2 - 燃料電池の膜・電極接合体搬送装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トリム処理以降に膜・電極接合体を位置ずれのない状態で搬送することで、膜・電極接合体積層時の位置ずれを防止する燃料電池の膜・電極接合体搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池である。一般に、水素に燃料ガスを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換えるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用することが多い。
【０００３】
このような燃料電池としては、例えば、特開２０００−１２３８４８公報「燃料電池」が知られている。
同公報の図１及び図２を基に作成した次図で燃料電池のセルについて説明する。なお、符号は振り直した。
【０００４】
図１１は燃料電池のセルの断面図であり、セル１００は、電解質膜１０１の両面に、アノード側電極１０２とカソード側電極１０３とを貼り合わせ、これらのアノード側電極１０２及びカソード側電極１０３を２枚のセパレータ１０４，１０５で挟み込み、セパレータ１０４に、アノード側電極１０２へ燃料である水素ガスを供給するための複数の流路溝１０６を形成し、セパレータ１０５に、カソード１０３へ酸化剤である酸素ガスを供給するための複数の流路溝１０７を形成した構造のものであり、このセル１００を多数積層することで、所望の電圧を得る。
ここで、１１１，１１２は電解質膜１０１と各セパレータ１０４，１０５との間をシールするためのシール材（ガスケット）である。
【０００５】
電解質膜１０１は、高分子化合物からなる高分子電解質膜（ＰＥＭ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）である。この電解質膜１０１を以下ＰＥＭ１０１と記す。
また、ＰＥＭ１０１、アノード側電極１０２及びカソード側電極１０３は、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０８を構成するものである。この膜・電極接合体１０８を以下ＭＥＡ１０８と記す。
【０００６】
ＭＥＡ１０８は、縁を所定の大きさに切断し、この縁切りの後にセパレータと積層するために、縁切りを行うトリムステーションから積層ステーションまで搬送される。
上記公報には、ＭＥＡ１０８の搬送方法については記載されていないが、ＭＥＡ１０８が膜状であるために、吸着装置で吸着しながら搬送する方法が一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、ＭＥＡ１０８の上記搬送を試みたが、図１２に示すような課題が発生した。
図１２（ａ）〜（ｃ）はＭＥＡのトリム工程に続く搬送工程を説明する説明図であり、（ａ）において、載置台１２１に電極１０２，１０３を貼り合わせたＰＥＭ１０１ａを載せ、図示せぬ位置決め手段で位置決めした状態で、トリム刃１２２を取付けたプレス装置１２３を白抜き矢印のように下降させ、ＰＥＭ１０１ａを切断する。（切断後のＰＥＭ１０１と区別するために切断前のＰＥＭの符号を便宜上１０１ａとする。）
【０００８】
（ｂ）において、ＰＥＭ１０１の切断を終了した後、プレス装置１２３（図（ａ）参照）とは別体の吸着装置１２４を白抜き矢印のように下降させ、ＭＥＡ１０８を吸着する。
（ｃ）において、吸着装置１２４で吸着したＭＥＡ１０８を白抜き矢印ｄのように上昇させ、白抜き矢印ｅのように次の積層工程に搬送する。
【０００９】
上記（ａ），（ｂ）では、プレス装置１２３でＰＥＭ１０１ａを切断してから吸着装置１２４で吸着するまでの間に、例えば、ＭＥＡ１０８の位置がずれると、位置がずれたまま吸着装置１２４でＭＥＡ１０８を搬送することになり、積層工程では、ＭＥＡ１０８の位置を修正しなければならない。この結果、燃料電池の製造工数が増え、燃料電池の生産性が低下することが考えられる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、燃料電池の膜・電極接合体搬送装置において、トリム処理以降に膜・電極接合体を位置ずれのない状態で搬送することにより、膜・電極接合体積層時の位置ずれを防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、トリムステーションで、高分子電解質膜の両面にこれより小面積のカーボン電極を貼り合わせてなる膜・電極接合体の縁切りを行い、この縁切りを行った膜・電極接合体を積層ステーションで積層処理する際に、トリムステーションから積層ステーションへ膜・電極接合体を搬送する燃料電池用膜・電極接合体搬送装置において、この搬送装置は、一方のカーボン電極を吸着するとともに横ずれしないように保持するために、縁切りのためのトリム刃を備えたトリム上型に取付けた吸着保持手段と、この吸着保持手段をトリムステーションから積層ステーションまで移動させる水平移動機構と、吸着保持手段を昇降させる鉛直移動機構とからなる。
【００１２】
膜・電極接合体を縁切りするトリム上型に、カーボン電極を吸着保持する吸着保持手段を取付けた構造であるため、膜・電極接合体をトリム時から搬送時まで吸着保持手段で吸着しておけば、膜・電極接合体をトリム時の状態を保ったまま横ずれせずにトリムステーションから積層ステーションまで搬送することができ、積層ステーションで膜・電極接合体をセパレータと積層する際に、膜・電極接合体の積層位置のずれを防止することができる。
従って、膜・電極接合体を積層するときに、膜・電極接合体の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
【００１３】
請求項２は、水平移動機構を、レール部と、このレール部を水平移動する移動体と、この移動体の駆動源となる水平駆動用モータとから構成し、移動体にポストを介してアームを取付け、このアームで吸着保持手段を支持し、鉛直移動機構を、アームと、このアームを昇降させるアーム昇降用モータと、ポストとから構成し、水平駆動用モータとアーム昇降用モータとはアーム移動手段を構成することを特徴とする。
【００１４】
鉛直移動機構と水平移動機構とを備えたことで、アームの移動が鉛直方向と水平方向との２方向にそれぞれに直線状になって、アームの移動距離が短くなり、搬送時間を短縮することができる。従って、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００１５】
更に、移動方向が２方向のために、膜・電極接合体に作用する力の方向を常に一定の方向にすることができ、搬送する膜・電極接合体に衝撃が作用しにくくすることができ、搬送中の膜・電極接合体のずれを防止することができる。
【００１６】
請求項３は、水平移動機構が、アームを水平に且つ直線状に移動させることを特徴とする。
水平移動を直線状にしたことで、水平移動を、例えば平面状にした機構に比べて、アーム移動手段を簡素な構造にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
ここでは、燃料電池の膜・電極接合体搬送装置を説明する前に、搬送の前工程である膜・電極接合体の縁切り工程（即ち、トリム工程）で使用する膜・電極接合体トリム装置について説明する。
図１は本発明に係る燃料電池の膜・電極接合体搬送装置と組合わせる膜・電極接合体トリム装置の断面図であり、トリムステーションとしての膜・電極接合体トリム装置１０（以下「ＭＥＡトリム装置１０」と記す。）は、カーボンペーパーからなるカーボン電極１１，１２を各面に圧着した高分子電解質膜１３ａ（以下「ＰＥＭ１３ａ」と記す。後述する切断後のＰＥＭ１３と区別するために切断前のＰＥＭをこのようにＰＥＭ１３ａとする。）を載せるトリム下型１４と、上記のＰＥＭ１３ａの縁を切り取る、即ちトリムを行うトリム刃１５を備えたトリム上型１６と、カーボン電極１２及びＰＥＭ１３ａを吸着・保持するためにトリム上型１６に連結した吸着保持手段としての吸着保持装置１７と、トリム上型１６を下降させるシリンダ装置１８とからなる。なお、膜・電極接合体搬送装置については以降、「ＭＥＡ搬送装置」と記す。
２枚のカーボン電極１１，１２は、同一のものであるが、便宜上、符号を別にした。
【００１８】
トリム下型１４は、ＰＥＭ１３ａの位置決め部を兼ねる載置部２１と、この載置部２１を支持する下型支持部２２と、ＰＥＭ１３ａの周縁部を吸着する下型用吸着部２３とからなる。
【００１９】
載置部２１は、下部支持部２２の底部２２ａに設けた下部受け部材２５と、この下部受け部材２５の上方に配置することでＰＥＭ１３ａを載せる上部受け部材２６とからなり、この上部受け部材２６の中央部にカーボン電極１１の位置決めを行うための位置決め収納部２７を設け、下部受け部材２５の上部で且つ位置決め収納部２７の下方に樹脂板２８を配置したものである。
【００２０】
下部受け部材２５は、材質をポリウレタン等のフォーム状弾性体とし、上部受け部材２６は、材質をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）材等の軟質材としたものである。樹脂板２８は、カーボン電極１１が下部受け部材２５に接触しないようにして、下部受け部材２５に金属イオンが付着していた場合に、金属イオンがカーボン電極１１に付着しないようにするための部材である。
【００２１】
もし、カーボン電極１１に金属イオンが付着すると、この金属イオンと電子とが結合し、カーボン電極１１に金属が析出する。これにより、析出した金属が水素と酸素との反応を妨げ、燃料電池の性能を低下させることがある。
【００２２】
下型用吸着部２３は、載置部２１に開けた吸着孔３１…（…は複数個を示す。以下同様。）と、この吸着孔３１…にそれぞれジョイント３２…を介して連結させた連結管３３…とからなり、これらの連結管３３…を図示せぬ吸引装置に接続することで、吸着孔３１…から空気を吸引し、ＰＥＭ１３ａを吸着するものである。
【００２３】
トリム刃１５は、平面視略矩形状のものであり、カーボン電極１１，１２より外側のＰＥＭ１３ａの周縁部を切り落とす部材である。
トリム上型１６は、トリム刃１５と、このトリム刃１５を固定するトリム刃固定部３５とからなる。
【００２４】
吸着保持装置１７は、ＰＥＭ１３ａのトリム時にＰＥＭ１３ａを押えて位置決めしたり、ＰＥＭ１３ａのトリム中やトリム後の横ずれを防止するために、トリム刃固定部３５にロッド３６…を介して連結するとともにトリム刃固定部３５との間にスプリング３７…を介在させて下方に押圧するようにしたものであり、トリム時にＰＥＭ１３ａを押える押え部４１と、この押え部４１の内側に設けた第１凹部４２と、この第１凹部４２内に配置した多孔質材からなるパッド４３と、このパッド４３を介してカーボン電極１２を吸着する上型用第１吸着部４４と、上記した押え部４１の位置でＰＥＭ１３ａを吸着する上型用第２吸着部４５とからなる。なお、１７ａ…はロッド３６…をガイドするためにトリム刃固定部３５に設けたガイド孔、１７ｂ…は後述する連結管４８，５２…を通すための通孔、４３ａはカーボン電極１２を収納するためにパッド４３の下部に設けた第２凹部である。
【００２５】
パッド４３は、多孔質樹脂材料であり、通気性を有するもので、しかも上記したトリム下型１４の樹脂板２８と同様に、カーボン電極１２に金属イオンが付着しないようにするためのものでもある。
上型用第１吸着部４４は、第１凹部４２の底に開けた吸着孔４７と、この吸着孔４７にジョイント３２を介して連結させた連結管４８とからなり、この連結管４８を図示せぬ吸引装置に接続することで、第１凹部４２内の空気をパッド４３及び吸着孔４７を通じて吸引し、カーボン電極１２を吸着するものである。
【００２６】
上型用第２吸着部４５は、押え部４１に開けた吸着孔５１…と、これらの吸着孔５１…にそれぞれジョイント３２…を介して連結させた連結管５２…とからなり、これらの連結管５２…を図示せぬ吸引装置に接続することで、吸着孔５１…から空気を吸引し、ＰＥＭ１３ａを吸着するものである。
【００２７】
シリンダ装置１８は、シリンダ本体６１と、このシリンダ本体６１に移動可能に収納した図示せぬピストンと、このピストンに取付けたピストンロッド６２と、このピストンロッド６２の下端に取付けた押圧部６３とからなる。
【００２８】
以上に述べたＭＥＡトリム装置１０によるＭＥＡのトリム処理を含む燃料電池の製造の要領を次に説明する。
図２は本発明に係る燃料電池の製造の流れを説明するフロー図である。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１…カーボン電極を貼り付けたＰＥＭをトリムステーションのトリム下型に載置する。
ＳＴ０２…ＰＥＭを位置決めする。
ＳＴ０３…ＰＥＭをトリムし、ＭＥＡを造る。
【００２９】
ＳＴ０４…ＭＥＡを積層ステーションに搬送する。
ＳＴ０５…セパレータにシール材を塗布する。
ＳＴ０６…シール材を塗布したセパレータとＭＥＡとを積層し、セルを造る。そして、このセルを複数積層することで所望電圧の燃料電池ができあがる。
上記したＳＴ０１〜ＳＴ０６（但し、ＳＴ０５は省略する。）の各工程を以下で詳述する。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る燃料電池のＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第１作用図であり、（ａ），（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線断面図である。
まず、（ａ）において、トリム下型１４の載置部２１にカーボン電極１１，１２（カーボン電極１１はＰＥＭ１３ａの奥側）を貼り付けたＰＥＭ１３ａを載せる。
【００３１】
（ｂ）及び（ｃ）において、載置部２１の位置決め収納部２７の２つの側壁２７ａ，２７ｂにカーボン電極１１の二辺を当てて、載置部２１に対するカーボン電極１１の位置決め、即ち、載置部２１に対するＰＥＭ１３ａの位置決めを行う。（（ｂ）では説明の都合上、カーボン電極１２は図示していない。）
【００３２】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第２作用図である。
載置部２１に対するＰＥＭ１３ａの位置決めを行った後に、図１の状態から、図４（ａ）において、下型用吸着部２３でＰＥＭ１３ａの周縁部の吸着を開始し、この吸着の状態で、シリンダ装置１８を作動させ、このシリンダ装置１８の押圧部６３を白抜き矢印のように下降させて、トリム上型１６のトリム刃固定部３５を下方へ押し下げる。
これにより、カーボン電極１２を第２凹部４３ａ内に収納するとともに、吸着保持装置１７の押え部４１でスプリング３７の弾性力によりＰＥＭ１３ａを押え付け、この後に、トリム刃１５でＰＥＭ１３ａの周縁部を切断する。
【００３３】
ＰＥＭ１３ａの周縁部を切断中及び切断後は、上型用第１吸着部４４でカーボン電極１２を吸着するとともに、上型用第２吸着部４５でＰＥＭ１３ａを吸着する。この後、（ｂ）において、シリンダ装置１８の押圧部６３を白抜き矢印のように上昇させ、トリム上型１６を上昇させる。上型用第１吸着部４４及び上型用第２吸着部４５では、カーボン電極１１，１２及びＰＥＭ１３の搬送を行うために吸着を継続する。
【００３４】
ＰＥＭ１３ａを切断して不用になった枠状部材１３ｂは、下型用吸着部２３での吸着を止めてトリム下型１４から取除く。
ここでは、周縁部を切断したＰＥＭ１３及びカーボン電極１１，１２の接合体を膜・電極接合体６５、即ちＭＥＡ６５とする。なお、周縁部を切断する前のＭＥＡをＭＥＡ６５と区別するためにＭＥＡ６５ａとする。
【００３５】
図５は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第３作用図であり、ＰＥＭ１３ａを示す平面図において、想像線６７で示す位置を図４（ａ）に示したトリム刃１５で切断することを示す。
上記切断位置は、カーボン電極１１，１２（奥側のカーボン電極１１は不図示）の輪郭よりも外側の部分である。
【００３６】
図６は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第４作用図である。
ＰＥＭ１３ａの周縁部を切断する場合、トリム刃１５の刃先１５ａに、例えばうねりが生じていても、トリム下型１４の上部受け部材２６が軟質材であるために、トリム刃１５の刃先１５ａが上部受け部材２６に食い込み、刃先１５ａのうねりの最上部、例えば点ＡをＰＥＭ１３ａの下面よりも下位にすることができ、刃先１５ａの全体でＰＥＭ１３ａを切断することができる。
従って、比較的小荷重でもＰＥＭ１３ａを確実に切断することができる。
【００３７】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第５作用図である。
（ａ）において、例えば、トリム下型１４の載置部２１の上面（上部受け部材２６の上面）に対して、トリム上型１６のトリム刃１５の刃先１５ａが角度θだけ傾き、且つ刃先１５ａが直線的である場合、即ち載置部２１とトリム刃１５の刃先１５ａとの平行度が大きい場合に、（ｂ）に示すように、ＰＥＭ１３ａを切断するときに、弾性体である下部受け部材２５の圧縮が部分的に大きくなって上部受け部材２６及びＰＥＭ１３ａのそれぞれの上面がトリム刃１５の刃先１５ａに倣い、刃先１５ａがＰＥＭ１３ａの全面に当たるようになる。従って、ＰＥＭ１３ａを小荷重で確実に切断することができる。
【００３８】
図８は本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の正面図であり、燃料電池製造装置７０は、トリムステーションとしてのＭＥＡトリム装置７１と、ＭＥＡ搬送装置７２と、積層ステーションとしての積層部７３と、これらを載せるベース部７４とからなる。ＭＥＡトリム装置７１については、図１に示したＭＥＡトリム装置１０と一部の構成が異なるが、基本構造を同一にしたものであり、同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
【００３９】
ＭＥＡトリム装置７１は、トリム下型１４と、トリム上型１６と、吸着保持手段としての吸着保持装置１７と、トリム上型１６を下降させるシリンダ装置７６とからなる。
シリンダ装置７６は、シリンダ本体６１と、図示せぬピストンと、ピストンロッド６２と、このピストンロッド６２の下端に取付けた押圧部７７とからなる。
トリム上型１６は、吸着保持装置１７にロッド３６…及びスプリング３７…を介して浮かせたものである。
【００４０】
ＭＥＡ搬送装置７２は、ＭＥＡトリム装置７１の位置から積層部７３まで移動する水平移動機構としてのスライダ７８と、このスライダ７８にポスト７９を介して取付けたアーム８１，８１と、これらのアーム８１，８１を昇降させるアーム昇降用モータ８２とからなる。
【００４１】
積層部７３は、セパレータ９１及びＭＥＡ６５を積層する台である積層台９３を備え、この積層台９３にセパレータ９１を位置決めする図示せぬ位置決め部を設けたものである。
スライダ７８は、ベース７４に敷いたレール部８４と、このレール部８４を移動する移動体８５と、この移動体８５の駆動源となる水平駆動用モータ８６とからなる。
【００４２】
アーム８１は、吸着保持装置１７を介してトリム上型１６を吊り下げたものである。
アーム昇降用モータ８２は、ポスト７９の上部後部に取付けたものである。
【００４３】
上記したポスト７９、アーム８１及びアーム昇降用モータ８２は、鉛直移動機構８７を構成するものである。
また、アーム昇降用モータ８２及び水平駆動用モータ８６は、アーム移動手段８８を構成するものである。
【００４４】
図９は本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の平面図であり、ポスト７９の後部にアーム昇降用モータ８２を取付け、レール部８４の端部後部に水平駆動用モータ８６を取付けたことを示す。
【００４５】
アーム昇降用モータ８２は、その出力軸に送りねじ及びナットで構成する送り機構等を介してアーム８１，８１に連結したものである。
水平駆動用モータ８６は、その出力軸に送りねじ及びナットで構成する送り機構等を介して移動体８５に連結したものである。
【００４６】
以上に述べたＭＥＡ搬送装置７１の作用を次に説明する。
図１０は本発明に係るＭＥＡ搬送装置の作用を説明する作用図である。
ＭＥＡトリム装置７１でＭＥＡ６５ａ（図８参照）のトリムを終了した後、上型用第１吸着部４４でＭＥＡ６５のカーボン電極１２を吸着するとともに、上型用第２吸着部４５でＰＥＭ１３を吸着する、即ち、ＭＥＡ６５を吸着した状態で、アーム昇降用モータ８２を作動させ、アーム８１，８１と共に吸着保持装置１７及びトリム上型１６を白抜き矢印ｈのように上昇させる。
【００４７】
次に、水平駆動用モータ８６を作動させ、スライダ７８によって、ポスト７９、アーム８１，８１、吸着保持装置１７及びトリム上型１６を白抜き矢印ｊ，ｋのように水平移動させる。
【００４８】
そして、吸着保持装置１７及びトリム上型１６を積層部７３の上方まで移動させたら、アーム昇降用モータ８２を作動させ、アーム８１，８１と共に吸着保持装置１７及びトリム上型１６を白抜き矢印ｍのように下降させ、積層台９３に載せておいたセパレータ９１にＭＥＡ６５を載せ、上型用第１吸着部４４及び上型用第２吸着部４５によるＭＥＡ６５の吸着を解除して、セパレータ９１にＭＥＡ６５を積層する。
このようにして、２枚のセパレータ９１（一方のセパレータ９１は不図示）とＭＥＡ６５とからセルを造り、セルを複数積層して燃料電池を造る。
【００４９】
以上の図８で説明したように、本発明は第１に、ＭＥＡトリム装置７１で、ＰＥＭ１３ａの両面にこれより小面積のカーボン電極１１，１２を貼り合わせてなるＭＥＡ６５ａの縁切りを行い、この縁切りを行ったＭＥＡ６５を積層部７３で積層処理する際に、ＭＥＡトリム装置７１から積層部７３へＭＥＡ６５を搬送する燃料電池用ＭＥＡ搬送装置７２において、この搬送装置７２は、ＭＥＡトリム装置７１から積層部７３まで移動するスライダ７８と、このスライダ７８からポスト７９を介して延ばしたアーム８１，８１と、これらのアーム８１，８１に吸着保持装置１７を介して吊り下げるとともに縁切りのためのトリム刃１５を備えたトリム上型１６と、アーム８１，８１を移動させるアーム移動手段８８と、一方のカーボン電極１２を吸着するとともに横ずれしないように保持するためにトリム上型１６に取付けた吸着保持装置１７とからなる。
【００５０】
ＭＥＡ搬送装置７２は、ＭＥＡ６５ａを縁切りするトリム上型１６に、カーボン電極１２を吸着保持する吸着保持装置１７を取付けた構造であるため、ＭＥＡ６５ａ（又はＭＥＡ６５）をトリム時から搬送時まで吸着保持装置１７で吸着しておけば、ＭＥＡ６５をトリム時の状態を保ったまま横ずれせずにトリムステーションであるＭＥＡトリム装置７１から積層ステーションである積層部７３まで搬送することができ、積層部７３でＭＥＡ６５をセパレータ９１と積層する際に、ＭＥＡ６５の積層位置のずれを防止することができる。
【００５１】
従って、ＭＥＡ６５を積層するときに、ＭＥＡ６５の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
この結果、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００５２】
本発明は第２に、アーム移動手段８８に、アーム８１を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構８７と、アーム８１を水平に且つ直線状に移動させるスライダ７８、即ち水平移動機構７８とを備えたことを特徴とする。
【００５３】
鉛直移動機構８７と水平移動機構７８と備えたことで、アーム８１の移動が鉛直方向と水平方向との２方向にそれぞれに直線状になって、アーム８１の移動距離が短くなり、搬送時間を短縮することができる。従って、燃料電池の生産性を向上させることができる。また、水平移動を直線状にしたことで、水平移動を、例えば平面状に（即ち、二次元的に）した機構に比べて、アーム移動手段８８を簡素な構造にすることができる。
【００５４】
更に、移動方向が２方向のために、ＭＥＡ６５に作用する力の方向を常に一定の方向にすることができ、搬送するＭＥＡ６５に衝撃が作用しにくくすることができ、搬送中のＭＥＡの横ずれを防止することができる。
従って、ＭＥＡ６５を積層するときに、ＭＥＡ６５の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
【００５５】
また、本発明に係る燃料電池製造装置７０は、上記したように、トリムステーションとしてのＭＥＡトリム装置７１、ＭＥＡ搬送装置７２及び積層ステーションとしての積層部７３を一体的に備えるため、トリム工程、搬送工程及び積層工程を一連の動作でスムーズに実施することができ、燃料電池の製造を効率的に行うことができる。従って、燃料電池の生産性を高め、燃料電池の製造コストを低減することができて、例えば、燃料電池で電動モータを駆動して走行する車両や家庭用発電システムの普及に貢献することができる。
【００５６】
尚、本発明では、ＭＥＡ搬送装置により、ＭＥＡをトリムステーションから積層ステーションへ移動するようにしたが、これに限らず、ＭＥＡトリム装置のトリム下型と、積層部とを水平移動機構で直線状に移動できるように構成し、ＭＥＡのトリム後に吸着保持手段でＭＥＡを吸着しつつ鉛直移動機構で上昇させ、トリム下型をＭＥＡの下方から他へ移動させるとともに積層部をＭＥＡの直下へ移動し、吸着保持手段で吸着していたＭＥＡを鉛直移動機構で下降させることで、セパレータとＭＥＡとを積層する構造にしてもよい。
このように構成すれば、ＭＥＡを吸着した吸着保持手段を鉛直方向にのみ移動させるので、移動方向を一方向とすることができ、ＭＥＡの位置ずれをより一層防止することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置は、一方のカーボン電極を吸着するとともに横ずれしないように保持するために、縁切りのためのトリム刃を備えたトリム上型に取付けた吸着保持手段と、この吸着保持手段をトリムステーションから積層ステーションまで移動させる水平移動機構と、吸着保持手段を昇降させる鉛直移動機構とからなるので、膜・電極接合体を縁切りするトリム上型に、カーボン電極を吸着保持する吸着保持手段を取付けた構造であるため、膜・電極接合体をトリム時から搬送時まで吸着保持手段で吸着しておけば、膜・電極接合体をトリム時の状態を保ったまま横ずれせずにトリムステーションから積層ステーションまで搬送することができ、積層ステーションで膜・電極接合体をセパレータと積層する際に、膜・電極接合体の積層位置のずれを防止することができる。
【００５８】
従って、膜・電極接合体を積層するときに、膜・電極接合体の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができ、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００５９】
請求項２の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置は、水平移動機構を、レール部と、このレール部を水平移動する移動体と、この移動体の駆動源となる水平駆動用モータとから構成し、移動体にポストを介してアームを取付け、このアームで吸着保持手段を支持し、鉛直移動機構を、アームと、このアームを昇降させるアーム昇降用モータと、ポストとから構成し、水平駆動用モータとアーム昇降用モータとはアーム移動手段を構成するので、アームの移動が鉛直方向と水平方向との２方向にそれぞれに直線状になって、アームの移動距離が短くなり、搬送時間を短縮することができる。従って、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００６０】
更に、移動方向が２方向のために、膜・電極接合体に作用する力の方向を常に一定の方向にすることができ、搬送する膜・電極接合体に衝撃が作用しにくくすることができ、搬送中の膜・電極接合体のずれを防止することができる。
従って、膜・電極接合体を積層するときに、膜・電極接合体の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
【００６１】
請求項３の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置は、水平移動機構が、アームを水平に且つ直線状に移動させるので、水平移動を直線状にしたことで、水平移動を平面状にした機構に比べて、アーム移動手段を簡素な構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃料電池の膜・電極接合体搬送装置と組合わせる膜・電極接合体トリム装置の断面図
【図２】 本発明に係る燃料電池の製造の流れを説明するフロー図
【図３】 本発明に係る燃料電池のＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第１作用図
【図４】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第２作用図
【図５】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第３作用図
【図６】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第４作用図
【図７】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第５作用図
【図８】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の正面図
【図９】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の平面図
【図１０】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置の作用を説明する作用図
【図１１】 燃料電池のセルの断面図
【図１２】 ＭＥＡのトリム工程に続く搬送工程を説明する説明図
【符号の説明】
１０，７１…トリムステーション（膜・電極接合体トリム装置）、１１，１２…カーボン電極、１３…高分子電解質膜、１３ａ…トリム前の高分子電解質膜、１５…トリム刃、１６…トリム上型、１７…吸着保持手段（吸着保持装置）、６５…膜・電極接合体、６５ａ…トリム前の膜・電極接合体、７２…膜・電極接合体搬送装置、７３…積層ステーション（積層部）、７８…水平移動機構（スライダ）、７９…ポスト、８１…アーム、８２…アーム昇降用モータ、８４…レール部、８５…移動体、８６…水平駆動用モータ、８７…鉛直移動機構、８８…アーム移動手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、トリム処理以降に膜・電極接合体を位置ずれのない状態で搬送することで、膜・電極接合体積層時の位置ずれを防止する燃料電池の膜・電極接合体搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池である。一般に、水素に燃料ガスを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換えるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用することが多い。
【０００３】
このような燃料電池としては、例えば、特開２０００−１２３８４８公報「燃料電池」が知られている。
同公報の図１及び図２を基に作成した次図で燃料電池のセルについて説明する。なお、符号は振り直した。
【０００４】
図１１は燃料電池のセルの断面図であり、セル１００は、電解質膜１０１の両面に、アノード側電極１０２とカソード側電極１０３とを貼り合わせ、これらのアノード側電極１０２及びカソード側電極１０３を２枚のセパレータ１０４，１０５で挟み込み、セパレータ１０４に、アノード側電極１０２へ燃料である水素ガスを供給するための複数の流路溝１０６を形成し、セパレータ１０５に、カソード１０３へ酸化剤である酸素ガスを供給するための複数の流路溝１０７を形成した構造のものであり、このセル１００を多数積層することで、所望の電圧を得る。
ここで、１１１，１１２は電解質膜１０１と各セパレータ１０４，１０５との間をシールするためのシール材（ガスケット）である。
【０００５】
電解質膜１０１は、高分子化合物からなる高分子電解質膜（ＰＥＭ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）である。この電解質膜１０１を以下ＰＥＭ１０１と記す。
また、ＰＥＭ１０１、アノード側電極１０２及びカソード側電極１０３は、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０８を構成するものである。この膜・電極接合体１０８を以下ＭＥＡ１０８と記す。
【０００６】
ＭＥＡ１０８は、縁を所定の大きさに切断し、この縁切りの後にセパレータと積層するために、縁切りを行うトリムステーションから積層ステーションまで搬送される。
上記公報には、ＭＥＡ１０８の搬送方法については記載されていないが、ＭＥＡ１０８が膜状であるために、吸着装置で吸着しながら搬送する方法が一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、ＭＥＡ１０８の上記搬送を試みたが、図１２に示すような課題が発生した。
図１２（ａ）〜（ｃ）はＭＥＡのトリム工程に続く搬送工程を説明する説明図であり、（ａ）において、載置台１２１に電極１０２，１０３を貼り合わせたＰＥＭ１０１ａを載せ、図示せぬ位置決め手段で位置決めした状態で、トリム刃１２２を取付けたプレス装置１２３を白抜き矢印のように下降させ、ＰＥＭ１０１ａを切断する。（切断後のＰＥＭ１０１と区別するために切断前のＰＥＭの符号を便宜上１０１ａとする。）
【０００８】
（ｂ）において、ＰＥＭ１０１の切断を終了した後、プレス装置１２３（図（ａ）参照）とは別体の吸着装置１２４を白抜き矢印のように下降させ、ＭＥＡ１０８を吸着する。
（ｃ）において、吸着装置１２４で吸着したＭＥＡ１０８を白抜き矢印ｄのように上昇させ、白抜き矢印ｅのように次の積層工程に搬送する。
【０００９】
上記（ａ），（ｂ）では、プレス装置１２３でＰＥＭ１０１ａを切断してから吸着装置１２４で吸着するまでの間に、例えば、ＭＥＡ１０８の位置がずれると、位置がずれたまま吸着装置１２４でＭＥＡ１０８を搬送することになり、積層工程では、ＭＥＡ１０８の位置を修正しなければならない。この結果、燃料電池の製造工数が増え、燃料電池の生産性が低下することが考えられる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、燃料電池の膜・電極接合体搬送装置において、トリム処理以降に膜・電極接合体を位置ずれのない状態で搬送することにより、膜・電極接合体積層時の位置ずれを防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、トリムステーションで、高分子電解質膜の両面にこれより小面積のカーボン電極を貼り合わせてなる膜・電極接合体の縁切りを行い、この縁切りを行った膜・電極接合体を積層ステーションで積層処理する際に、トリムステーションから積層ステーションへ膜・電極接合体を搬送する燃料電池用膜・電極接合体搬送装置において、この搬送装置は、一方のカーボン電極を吸着するとともに横ずれしないように保持するために、縁切りのためのトリム刃を備えたトリム上型に取付けた吸着保持手段と、この吸着保持手段をトリムステーションから積層ステーションまで移動させる水平移動機構と、吸着保持手段を昇降させる鉛直移動機構とからなる。
【００１２】
膜・電極接合体を縁切りするトリム上型に、カーボン電極を吸着保持する吸着保持手段を取付けた構造であるため、膜・電極接合体をトリム時から搬送時まで吸着保持手段で吸着しておけば、膜・電極接合体をトリム時の状態を保ったまま横ずれせずにトリムステーションから積層ステーションまで搬送することができ、積層ステーションで膜・電極接合体をセパレータと積層する際に、膜・電極接合体の積層位置のずれを防止することができる。
従って、膜・電極接合体を積層するときに、膜・電極接合体の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
【００１３】
請求項２は、水平移動機構を、レール部と、このレール部を水平移動する移動体と、この移動体の駆動源となる水平駆動用モータとから構成し、移動体にポストを介してアームを取付け、このアームで吸着保持手段を支持し、鉛直移動機構を、アームと、このアームを昇降させるアーム昇降用モータと、ポストとから構成し、水平駆動用モータとアーム昇降用モータとはアーム移動手段を構成することを特徴とする。
【００１４】
鉛直移動機構と水平移動機構とを備えたことで、アームの移動が鉛直方向と水平方向との２方向にそれぞれに直線状になって、アームの移動距離が短くなり、搬送時間を短縮することができる。従って、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００１５】
更に、移動方向が２方向のために、膜・電極接合体に作用する力の方向を常に一定の方向にすることができ、搬送する膜・電極接合体に衝撃が作用しにくくすることができ、搬送中の膜・電極接合体のずれを防止することができる。
【００１６】
請求項３は、水平移動機構が、アームを水平に且つ直線状に移動させることを特徴とする。
水平移動を直線状にしたことで、水平移動を、例えば平面状にした機構に比べて、アーム移動手段を簡素な構造にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
ここでは、燃料電池の膜・電極接合体搬送装置を説明する前に、搬送の前工程である膜・電極接合体の縁切り工程（即ち、トリム工程）で使用する膜・電極接合体トリム装置について説明する。
図１は本発明に係る燃料電池の膜・電極接合体搬送装置と組合わせる膜・電極接合体トリム装置の断面図であり、トリムステーションとしての膜・電極接合体トリム装置１０（以下「ＭＥＡトリム装置１０」と記す。）は、カーボンペーパーからなるカーボン電極１１，１２を各面に圧着した高分子電解質膜１３ａ（以下「ＰＥＭ１３ａ」と記す。後述する切断後のＰＥＭ１３と区別するために切断前のＰＥＭをこのようにＰＥＭ１３ａとする。）を載せるトリム下型１４と、上記のＰＥＭ１３ａの縁を切り取る、即ちトリムを行うトリム刃１５を備えたトリム上型１６と、カーボン電極１２及びＰＥＭ１３ａを吸着・保持するためにトリム上型１６に連結した吸着保持手段としての吸着保持装置１７と、トリム上型１６を下降させるシリンダ装置１８とからなる。なお、膜・電極接合体搬送装置については以降、「ＭＥＡ搬送装置」と記す。
２枚のカーボン電極１１，１２は、同一のものであるが、便宜上、符号を別にした。
【００１８】
トリム下型１４は、ＰＥＭ１３ａの位置決め部を兼ねる載置部２１と、この載置部２１を支持する下型支持部２２と、ＰＥＭ１３ａの周縁部を吸着する下型用吸着部２３とからなる。
【００１９】
載置部２１は、下部支持部２２の底部２２ａに設けた下部受け部材２５と、この下部受け部材２５の上方に配置することでＰＥＭ１３ａを載せる上部受け部材２６とからなり、この上部受け部材２６の中央部にカーボン電極１１の位置決めを行うための位置決め収納部２７を設け、下部受け部材２５の上部で且つ位置決め収納部２７の下方に樹脂板２８を配置したものである。
【００２０】
下部受け部材２５は、材質をポリウレタン等のフォーム状弾性体とし、上部受け部材２６は、材質をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）材等の軟質材としたものである。樹脂板２８は、カーボン電極１１が下部受け部材２５に接触しないようにして、下部受け部材２５に金属イオンが付着していた場合に、金属イオンがカーボン電極１１に付着しないようにするための部材である。
【００２１】
もし、カーボン電極１１に金属イオンが付着すると、この金属イオンと電子とが結合し、カーボン電極１１に金属が析出する。これにより、析出した金属が水素と酸素との反応を妨げ、燃料電池の性能を低下させることがある。
【００２２】
下型用吸着部２３は、載置部２１に開けた吸着孔３１…（…は複数個を示す。以下同様。）と、この吸着孔３１…にそれぞれジョイント３２…を介して連結させた連結管３３…とからなり、これらの連結管３３…を図示せぬ吸引装置に接続することで、吸着孔３１…から空気を吸引し、ＰＥＭ１３ａを吸着するものである。
【００２３】
トリム刃１５は、平面視略矩形状のものであり、カーボン電極１１，１２より外側のＰＥＭ１３ａの周縁部を切り落とす部材である。
トリム上型１６は、トリム刃１５と、このトリム刃１５を固定するトリム刃固定部３５とからなる。
【００２４】
吸着保持装置１７は、ＰＥＭ１３ａのトリム時にＰＥＭ１３ａを押えて位置決めしたり、ＰＥＭ１３ａのトリム中やトリム後の横ずれを防止するために、トリム刃固定部３５にロッド３６…を介して連結するとともにトリム刃固定部３５との間にスプリング３７…を介在させて下方に押圧するようにしたものであり、トリム時にＰＥＭ１３ａを押える押え部４１と、この押え部４１の内側に設けた第１凹部４２と、この第１凹部４２内に配置した多孔質材からなるパッド４３と、このパッド４３を介してカーボン電極１２を吸着する上型用第１吸着部４４と、上記した押え部４１の位置でＰＥＭ１３ａを吸着する上型用第２吸着部４５とからなる。なお、１７ａ…はロッド３６…をガイドするためにトリム刃固定部３５に設けたガイド孔、１７ｂ…は後述する連結管４８，５２…を通すための通孔、４３ａはカーボン電極１２を収納するためにパッド４３の下部に設けた第２凹部である。
【００２５】
パッド４３は、多孔質樹脂材料であり、通気性を有するもので、しかも上記したトリム下型１４の樹脂板２８と同様に、カーボン電極１２に金属イオンが付着しないようにするためのものでもある。
上型用第１吸着部４４は、第１凹部４２の底に開けた吸着孔４７と、この吸着孔４７にジョイント３２を介して連結させた連結管４８とからなり、この連結管４８を図示せぬ吸引装置に接続することで、第１凹部４２内の空気をパッド４３及び吸着孔４７を通じて吸引し、カーボン電極１２を吸着するものである。
【００２６】
上型用第２吸着部４５は、押え部４１に開けた吸着孔５１…と、これらの吸着孔５１…にそれぞれジョイント３２…を介して連結させた連結管５２…とからなり、これらの連結管５２…を図示せぬ吸引装置に接続することで、吸着孔５１…から空気を吸引し、ＰＥＭ１３ａを吸着するものである。
【００２７】
シリンダ装置１８は、シリンダ本体６１と、このシリンダ本体６１に移動可能に収納した図示せぬピストンと、このピストンに取付けたピストンロッド６２と、このピストンロッド６２の下端に取付けた押圧部６３とからなる。
【００２８】
以上に述べたＭＥＡトリム装置１０によるＭＥＡのトリム処理を含む燃料電池の製造の要領を次に説明する。
図２は本発明に係る燃料電池の製造の流れを説明するフロー図である。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１…カーボン電極を貼り付けたＰＥＭをトリムステーションのトリム下型に載置する。
ＳＴ０２…ＰＥＭを位置決めする。
ＳＴ０３…ＰＥＭをトリムし、ＭＥＡを造る。
【００２９】
ＳＴ０４…ＭＥＡを積層ステーションに搬送する。
ＳＴ０５…セパレータにシール材を塗布する。
ＳＴ０６…シール材を塗布したセパレータとＭＥＡとを積層し、セルを造る。そして、このセルを複数積層することで所望電圧の燃料電池ができあがる。
上記したＳＴ０１〜ＳＴ０６（但し、ＳＴ０５は省略する。）の各工程を以下で詳述する。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る燃料電池のＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第１作用図であり、（ａ），（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線断面図である。
まず、（ａ）において、トリム下型１４の載置部２１にカーボン電極１１，１２（カーボン電極１１はＰＥＭ１３ａの奥側）を貼り付けたＰＥＭ１３ａを載せる。
【００３１】
（ｂ）及び（ｃ）において、載置部２１の位置決め収納部２７の２つの側壁２７ａ，２７ｂにカーボン電極１１の二辺を当てて、載置部２１に対するカーボン電極１１の位置決め、即ち、載置部２１に対するＰＥＭ１３ａの位置決めを行う。（（ｂ）では説明の都合上、カーボン電極１２は図示していない。）
【００３２】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第２作用図である。
載置部２１に対するＰＥＭ１３ａの位置決めを行った後に、図１の状態から、図４（ａ）において、下型用吸着部２３でＰＥＭ１３ａの周縁部の吸着を開始し、この吸着の状態で、シリンダ装置１８を作動させ、このシリンダ装置１８の押圧部６３を白抜き矢印のように下降させて、トリム上型１６のトリム刃固定部３５を下方へ押し下げる。
これにより、カーボン電極１２を第２凹部４３ａ内に収納するとともに、吸着保持装置１７の押え部４１でスプリング３７の弾性力によりＰＥＭ１３ａを押え付け、この後に、トリム刃１５でＰＥＭ１３ａの周縁部を切断する。
【００３３】
ＰＥＭ１３ａの周縁部を切断中及び切断後は、上型用第１吸着部４４でカーボン電極１２を吸着するとともに、上型用第２吸着部４５でＰＥＭ１３ａを吸着する。この後、（ｂ）において、シリンダ装置１８の押圧部６３を白抜き矢印のように上昇させ、トリム上型１６を上昇させる。上型用第１吸着部４４及び上型用第２吸着部４５では、カーボン電極１１，１２及びＰＥＭ１３の搬送を行うために吸着を継続する。
【００３４】
ＰＥＭ１３ａを切断して不用になった枠状部材１３ｂは、下型用吸着部２３での吸着を止めてトリム下型１４から取除く。
ここでは、周縁部を切断したＰＥＭ１３及びカーボン電極１１，１２の接合体を膜・電極接合体６５、即ちＭＥＡ６５とする。なお、周縁部を切断する前のＭＥＡをＭＥＡ６５と区別するためにＭＥＡ６５ａとする。
【００３５】
図５は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第３作用図であり、ＰＥＭ１３ａを示す平面図において、想像線６７で示す位置を図４（ａ）に示したトリム刃１５で切断することを示す。
上記切断位置は、カーボン電極１１，１２（奥側のカーボン電極１１は不図示）の輪郭よりも外側の部分である。
【００３６】
図６は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第４作用図である。
ＰＥＭ１３ａの周縁部を切断する場合、トリム刃１５の刃先１５ａに、例えばうねりが生じていても、トリム下型１４の上部受け部材２６が軟質材であるために、トリム刃１５の刃先１５ａが上部受け部材２６に食い込み、刃先１５ａのうねりの最上部、例えば点ＡをＰＥＭ１３ａの下面よりも下位にすることができ、刃先１５ａの全体でＰＥＭ１３ａを切断することができる。
従って、比較的小荷重でもＰＥＭ１３ａを確実に切断することができる。
【００３７】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第５作用図である。
（ａ）において、例えば、トリム下型１４の載置部２１の上面（上部受け部材２６の上面）に対して、トリム上型１６のトリム刃１５の刃先１５ａが角度θだけ傾き、且つ刃先１５ａが直線的である場合、即ち載置部２１とトリム刃１５の刃先１５ａとの平行度が大きい場合に、（ｂ）に示すように、ＰＥＭ１３ａを切断するときに、弾性体である下部受け部材２５の圧縮が部分的に大きくなって上部受け部材２６及びＰＥＭ１３ａのそれぞれの上面がトリム刃１５の刃先１５ａに倣い、刃先１５ａがＰＥＭ１３ａの全面に当たるようになる。従って、ＰＥＭ１３ａを小荷重で確実に切断することができる。
【００３８】
図８は本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の正面図であり、燃料電池製造装置７０は、トリムステーションとしてのＭＥＡトリム装置７１と、ＭＥＡ搬送装置７２と、積層ステーションとしての積層部７３と、これらを載せるベース部７４とからなる。ＭＥＡトリム装置７１については、図１に示したＭＥＡトリム装置１０と一部の構成が異なるが、基本構造を同一にしたものであり、同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
【００３９】
ＭＥＡトリム装置７１は、トリム下型１４と、トリム上型１６と、吸着保持手段としての吸着保持装置１７と、トリム上型１６を下降させるシリンダ装置７６とからなる。
シリンダ装置７６は、シリンダ本体６１と、図示せぬピストンと、ピストンロッド６２と、このピストンロッド６２の下端に取付けた押圧部７７とからなる。
トリム上型１６は、吸着保持装置１７にロッド３６…及びスプリング３７…を介して浮かせたものである。
【００４０】
ＭＥＡ搬送装置７２は、ＭＥＡトリム装置７１の位置から積層部７３まで移動する水平移動機構としてのスライダ７８と、このスライダ７８にポスト７９を介して取付けたアーム８１，８１と、これらのアーム８１，８１を昇降させるアーム昇降用モータ８２とからなる。
【００４１】
積層部７３は、セパレータ９１及びＭＥＡ６５を積層する台である積層台９３を備え、この積層台９３にセパレータ９１を位置決めする図示せぬ位置決め部を設けたものである。
スライダ７８は、ベース７４に敷いたレール部８４と、このレール部８４を移動する移動体８５と、この移動体８５の駆動源となる水平駆動用モータ８６とからなる。
【００４２】
アーム８１は、吸着保持装置１７を介してトリム上型１６を吊り下げたものである。
アーム昇降用モータ８２は、ポスト７９の上部後部に取付けたものである。
【００４３】
上記したポスト７９、アーム８１及びアーム昇降用モータ８２は、鉛直移動機構８７を構成するものである。
また、アーム昇降用モータ８２及び水平駆動用モータ８６は、アーム移動手段８８を構成するものである。
【００４４】
図９は本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の平面図であり、ポスト７９の後部にアーム昇降用モータ８２を取付け、レール部８４の端部後部に水平駆動用モータ８６を取付けたことを示す。
【００４５】
アーム昇降用モータ８２は、その出力軸に送りねじ及びナットで構成する送り機構等を介してアーム８１，８１に連結したものである。
水平駆動用モータ８６は、その出力軸に送りねじ及びナットで構成する送り機構等を介して移動体８５に連結したものである。
【００４６】
以上に述べたＭＥＡ搬送装置７１の作用を次に説明する。
図１０は本発明に係るＭＥＡ搬送装置の作用を説明する作用図である。
ＭＥＡトリム装置７１でＭＥＡ６５ａ（図８参照）のトリムを終了した後、上型用第１吸着部４４でＭＥＡ６５のカーボン電極１２を吸着するとともに、上型用第２吸着部４５でＰＥＭ１３を吸着する、即ち、ＭＥＡ６５を吸着した状態で、アーム昇降用モータ８２を作動させ、アーム８１，８１と共に吸着保持装置１７及びトリム上型１６を白抜き矢印ｈのように上昇させる。
【００４７】
次に、水平駆動用モータ８６を作動させ、スライダ７８によって、ポスト７９、アーム８１，８１、吸着保持装置１７及びトリム上型１６を白抜き矢印ｊ，ｋのように水平移動させる。
【００４８】
そして、吸着保持装置１７及びトリム上型１６を積層部７３の上方まで移動させたら、アーム昇降用モータ８２を作動させ、アーム８１，８１と共に吸着保持装置１７及びトリム上型１６を白抜き矢印ｍのように下降させ、積層台９３に載せておいたセパレータ９１にＭＥＡ６５を載せ、上型用第１吸着部４４及び上型用第２吸着部４５によるＭＥＡ６５の吸着を解除して、セパレータ９１にＭＥＡ６５を積層する。
このようにして、２枚のセパレータ９１（一方のセパレータ９１は不図示）とＭＥＡ６５とからセルを造り、セルを複数積層して燃料電池を造る。
【００４９】
以上の図８で説明したように、本発明は第１に、ＭＥＡトリム装置７１で、ＰＥＭ１３ａの両面にこれより小面積のカーボン電極１１，１２を貼り合わせてなるＭＥＡ６５ａの縁切りを行い、この縁切りを行ったＭＥＡ６５を積層部７３で積層処理する際に、ＭＥＡトリム装置７１から積層部７３へＭＥＡ６５を搬送する燃料電池用ＭＥＡ搬送装置７２において、この搬送装置７２は、ＭＥＡトリム装置７１から積層部７３まで移動するスライダ７８と、このスライダ７８からポスト７９を介して延ばしたアーム８１，８１と、これらのアーム８１，８１に吸着保持装置１７を介して吊り下げるとともに縁切りのためのトリム刃１５を備えたトリム上型１６と、アーム８１，８１を移動させるアーム移動手段８８と、一方のカーボン電極１２を吸着するとともに横ずれしないように保持するためにトリム上型１６に取付けた吸着保持装置１７とからなる。
【００５０】
ＭＥＡ搬送装置７２は、ＭＥＡ６５ａを縁切りするトリム上型１６に、カーボン電極１２を吸着保持する吸着保持装置１７を取付けた構造であるため、ＭＥＡ６５ａ（又はＭＥＡ６５）をトリム時から搬送時まで吸着保持装置１７で吸着しておけば、ＭＥＡ６５をトリム時の状態を保ったまま横ずれせずにトリムステーションであるＭＥＡトリム装置７１から積層ステーションである積層部７３まで搬送することができ、積層部７３でＭＥＡ６５をセパレータ９１と積層する際に、ＭＥＡ６５の積層位置のずれを防止することができる。
【００５１】
従って、ＭＥＡ６５を積層するときに、ＭＥＡ６５の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
この結果、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００５２】
本発明は第２に、アーム移動手段８８に、アーム８１を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構８７と、アーム８１を水平に且つ直線状に移動させるスライダ７８、即ち水平移動機構７８とを備えたことを特徴とする。
【００５３】
鉛直移動機構８７と水平移動機構７８と備えたことで、アーム８１の移動が鉛直方向と水平方向との２方向にそれぞれに直線状になって、アーム８１の移動距離が短くなり、搬送時間を短縮することができる。従って、燃料電池の生産性を向上させることができる。また、水平移動を直線状にしたことで、水平移動を、例えば平面状に（即ち、二次元的に）した機構に比べて、アーム移動手段８８を簡素な構造にすることができる。
【００５４】
更に、移動方向が２方向のために、ＭＥＡ６５に作用する力の方向を常に一定の方向にすることができ、搬送するＭＥＡ６５に衝撃が作用しにくくすることができ、搬送中のＭＥＡの横ずれを防止することができる。
従って、ＭＥＡ６５を積層するときに、ＭＥＡ６５の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
【００５５】
また、本発明に係る燃料電池製造装置７０は、上記したように、トリムステーションとしてのＭＥＡトリム装置７１、ＭＥＡ搬送装置７２及び積層ステーションとしての積層部７３を一体的に備えるため、トリム工程、搬送工程及び積層工程を一連の動作でスムーズに実施することができ、燃料電池の製造を効率的に行うことができる。従って、燃料電池の生産性を高め、燃料電池の製造コストを低減することができて、例えば、燃料電池で電動モータを駆動して走行する車両や家庭用発電システムの普及に貢献することができる。
【００５６】
尚、本発明では、ＭＥＡ搬送装置により、ＭＥＡをトリムステーションから積層ステーションへ移動するようにしたが、これに限らず、ＭＥＡトリム装置のトリム下型と、積層部とを水平移動機構で直線状に移動できるように構成し、ＭＥＡのトリム後に吸着保持手段でＭＥＡを吸着しつつ鉛直移動機構で上昇させ、トリム下型をＭＥＡの下方から他へ移動させるとともに積層部をＭＥＡの直下へ移動し、吸着保持手段で吸着していたＭＥＡを鉛直移動機構で下降させることで、セパレータとＭＥＡとを積層する構造にしてもよい。
このように構成すれば、ＭＥＡを吸着した吸着保持手段を鉛直方向にのみ移動させるので、移動方向を一方向とすることができ、ＭＥＡの位置ずれをより一層防止することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置は、一方のカーボン電極を吸着するとともに横ずれしないように保持するために、縁切りのためのトリム刃を備えたトリム上型に取付けた吸着保持手段と、この吸着保持手段をトリムステーションから積層ステーションまで移動させる水平移動機構と、吸着保持手段を昇降させる鉛直移動機構とからなるので、膜・電極接合体を縁切りするトリム上型に、カーボン電極を吸着保持する吸着保持手段を取付けた構造であるため、膜・電極接合体をトリム時から搬送時まで吸着保持手段で吸着しておけば、膜・電極接合体をトリム時の状態を保ったまま横ずれせずにトリムステーションから積層ステーションまで搬送することができ、積層ステーションで膜・電極接合体をセパレータと積層する際に、膜・電極接合体の積層位置のずれを防止することができる。
【００５８】
従って、膜・電極接合体を積層するときに、膜・電極接合体の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができ、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００５９】
請求項２の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置は、水平移動機構を、レール部と、このレール部を水平移動する移動体と、この移動体の駆動源となる水平駆動用モータとから構成し、移動体にポストを介してアームを取付け、このアームで吸着保持手段を支持し、鉛直移動機構を、アームと、このアームを昇降させるアーム昇降用モータと、ポストとから構成し、水平駆動用モータとアーム昇降用モータとはアーム移動手段を構成するので、アームの移動が鉛直方向と水平方向との２方向にそれぞれに直線状になって、アームの移動距離が短くなり、搬送時間を短縮することができる。従って、燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００６０】
更に、移動方向が２方向のために、膜・電極接合体に作用する力の方向を常に一定の方向にすることができ、搬送する膜・電極接合体に衝撃が作用しにくくすることができ、搬送中の膜・電極接合体のずれを防止することができる。
従って、膜・電極接合体を積層するときに、膜・電極接合体の位置を修正する必要がなく、搬送工程から積層工程にスムーズに移行することができる。
【００６１】
請求項３の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置は、水平移動機構が、アームを水平に且つ直線状に移動させるので、水平移動を直線状にしたことで、水平移動を平面状にした機構に比べて、アーム移動手段を簡素な構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃料電池の膜・電極接合体搬送装置と組合わせる膜・電極接合体トリム装置の断面図
【図２】 本発明に係る燃料電池の製造の流れを説明するフロー図
【図３】 本発明に係る燃料電池のＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第１作用図
【図４】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第２作用図
【図５】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第３作用図
【図６】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第４作用図
【図７】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置と組合わせるＭＥＡトリム装置の作用を説明する第５作用図
【図８】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の正面図
【図９】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置及びＭＥＡトリム装置を備えた燃料電池製造装置の平面図
【図１０】 本発明に係るＭＥＡ搬送装置の作用を説明する作用図
【図１１】 燃料電池のセルの断面図
【図１２】 ＭＥＡのトリム工程に続く搬送工程を説明する説明図
【符号の説明】
１０，７１…トリムステーション（膜・電極接合体トリム装置）、１１，１２…カーボン電極、１３…高分子電解質膜、１３ａ…トリム前の高分子電解質膜、１５…トリム刃、１６…トリム上型、１７…吸着保持手段（吸着保持装置）、６５…膜・電極接合体、６５ａ…トリム前の膜・電極接合体、７２…膜・電極接合体搬送装置、７３…積層ステーション（積層部）、７８…水平移動機構（スライダ）、７９…ポスト、８１…アーム、８２…アーム昇降用モータ、８４…レール部、８５…移動体、８６…水平駆動用モータ、８７…鉛直移動機構、８８…アーム移動手段。
Claims (3)
- トリムステーションで、高分子電解質膜の両面にこれより小面積のカーボン電極を貼り合わせてなる膜・電極接合体の縁切りを行い、この縁切りを行った膜・電極接合体を積層ステーションで積層処理する際に、トリムステーションから積層ステーションへ膜・電極接合体を搬送する燃料電池用膜・電極接合体搬送装置において、
この搬送装置は、一方のカーボン電極を吸着するとともに横ずれしないように保持するために、前記縁切りのためのトリム刃を備えたトリム上型に取付けた吸着保持手段と、この吸着保持手段を前記トリムステーションから積層ステーションまで移動させる水平移動機構と、前記吸着保持手段を昇降させる鉛直移動機構とからなる燃料電池の膜・電極接合体搬送装置。 - 前記水平移動機構は、レール部と、このレール部を水平移動する移動体と、この移動体の駆動源となる水平駆動用モータとからなり、前記移動体にポストを介してアームが取付けられ、このアームで前記吸着保持手段が支持され、
前記鉛直移動機構は、前記アームと、このアームを昇降させるアーム昇降用モータと、前記ポストとからなり、
前記水平駆動用モータと前記アーム昇降用モータとはアーム移動手段を構成することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置。 - 前記水平移動機構は、前記アームを水平に且つ直線状に移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池の膜・電極接合体搬送装置。
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