JP5164422B2 - 燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層方法及びその積層装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体高分子型の燃料電池で用いられる膜電極構造体やセパレータ等のシート体を積層する燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層方法及びその積層装置に関する。

固体高分子型の燃料電池では、膜電極構造体及びセパレータを交互に積層して形成される複数のセルに対して酸素や水素が供給されることにより、化学反応を起こして発電をする。

燃料電池は発電効率が高くしかも二酸化炭素を排出しないことから注目されており、膜電極構造体及びセパレータを交互に積層する手段について開発がなされている。これに関連する文献としては、例えば特許文献１が挙げられる。また、本出願人は特願２００６−１９９５７３において、昇降装置により下からシート体を押圧して上面位置を一定高さに維持して重ね合わせを行う積層装置を提案している。

特開２００３−２２８２７号公報

従来の燃料電池は研究的な対象であり、量産化又は低廉化については必ずしも十分な取り組みがなされてなく、膜電極構造体及びセパレータを交互に積層する作業は一部人手に頼ることもある。

燃料電池を量産化、低廉化するとともに発電性能を良好に維持するためには、膜電極構造体及びセパレータを一層正確且つ迅速に積層することが望まれている。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、膜電極構造体及びセパレータ等のシート体を一層正確且つ迅速に積層することができる燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層方法及びその積層装置を提供することを目的とする。

本発明に係る積層方法は、少なくとも一方のシート体に他方のシート体を積層する積層方法であって、一方のシート体は載置部に載置され、該一方のシート体の他方面の部分をクランプ手段により押さえる第１工程と、前記一方のシート体を前記クランプ手段により押さえたまま、他方面に他方のシート体を重ね合わせるとともに、該他方のシート体を押圧手段により、押圧して弾性変形させ、少なくとも他方のシート体の一部分を前記一方のシート体に当接させる第２工程と、前記一方のシート体と前記他方のシート体との間から引抜手段により前記クランプ手段を引き抜く第３工程とを有することを特徴とする。

つまり、一方のシート体は最初の段階ではクランプ手段によって押さえられており、次に押圧手段により他方のシート体を介して押さえられた後にクランプ手段を引き抜くので、一方のシート体は載置部に対して非固定となる工程がなく、ずれることがない。

前記第３工程では、前記クランプ手段を一度他方に移動させてから側方に引き抜いてもよい。

また、本発明に係る積層装置は、少なくとも第１シート体、第２シート体及び第３シート体を積層する積層装置であって、前記第１シート体を載置する載置部と、載置部に載置された前記第１シート体の上面の一部を押さえる第１クランプ手段と、載置部に載置された前記第１シート体の上面に前記第２シート体を重ね合わせる手段と、重ね合わされた前記第２シート体の上面の一部を押さえる第２クランプ手段と、前記第２シート体及び前記第２クランプ手段の上面に前記第３シート体を重ね合わせる手段と、前記第３シート体を前記第２クランプ手段以外の箇所で押圧して弾性変形させ、少なくとも一部を前記第２シート体に当接させる押圧手段と、前記第２シート体及び前記第３シート体との間から前記クランプ手段を引き抜く引抜手段とを有することを特徴とする。

つまり、第２シート体は最初の段階では第２クランプ手段によって押さえられており、次に押圧手段により第３シート体を介して押さえられた後にクランプ手段を引き抜くので、第３シート体は載置部に対して非固定となる工程がなく、ずれることがない。

前記第２クランプ手段は、クランプ昇降機構により一度上昇をしてから、前記引抜手段により側方に引き抜かれると、第２クランプ手段は少なくとも第２シート体に上面を摺ることがない。

前記第１シート体は、前記載置部が載置部昇降機構により上昇をすることにより、該載置部と前記第１クランプ手段により挟持されるようにしてもよい。これにより、第１シート体の上面は第１クランプ手段の高さに維持され、第２移載手段が第２シート体を搬送する際の高さ制御が簡便化され又は不要になる。

前記第１クランプ手段は、前記第１シート体に前記第２シート体を重ね合わせた後に一度退避し、さらに、載置された前記第３シート体の上方に配置され、積層された前記第１シート体、前記第２シート体及び前記第３シート体は、前記載置部が載置部昇降機構により上昇をすることにより該載置部と前記第１クランプ手段により挟持される。これにより、積層体の上面は第１クランプ手段の高さに維持され、第１移載手段及び第２移載手段が各シート体を搬送する際の高さ制御が簡便化され又は不要になる。

前記押圧手段は、前記第３シート体の長尺方向に離間した少なくとも２点で該第３シート体を押圧すると、積層体が回転することがなく、一層正確に積層することができる。

前記第２クランプ手段は２つで、前記載置部の左右に設けられ、前記押圧手段の前記第３シート体を押圧する部分の長尺方向中心線は、２つの前記クランプ手段の各中心を結ぶ線分に対して、該線分の中点で略直交する向きとしてもよい。これにより、第２シート体をバランスよく押圧することができる。また、一方が過度に弾性変形することがない。

２つの前記第２クランプ手段は、前記載置部における前記第３シート体の短尺方向の左右に設けられ、前記押圧手段の前記第３シート体を押圧する部分の長尺方向中心線は、２つの前記クランプ手段の各中心を結ぶ線分に対して略直交し、前記第３シート体の長尺方向について、前記長尺方向中心線の長さは、前記第２クランプの長さの２倍以内にしてもよい。これにより、第３シート体が第２クランプ手段を覆う箇所で山なりに膨らんでしまうことを防止できる。

なお、本発明で、上面、下面、上層及び下層とは、各シート体の向きを特定するための便宜上の表現であり、上方向に積層する場合に限られない。

本発明に係る積層方法及び積層装置によれば、下層シート体又は第２シート体は最初の段階ではクランプ手段によって押さえられており、次に押圧手段により上層シート体又は第３シート体を介して押さえられた後にクランプ手段を引き抜くので、下層シート体又は第２シート体は載置部に対して非固定となる工程がなく、ずれることがない。

以下、本発明に係る積層方法及び積層装置について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１９を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る積層装置１０は、組立ライン１２に設けられている。組立ライン１２は、積層装置１０以外に連結ピン打込装置１４が設けられており、これらの積層装置１０と連結ピン打込装置１４との間はレール１６で接続され、該レール１６上を基板１８が往復移動をする。

連結ピン打込装置１４は、積層装置１０において形成された積層体２９（図２参照）に対して、所定の挿入孔に連結ピンを打ち込んで締結させるための装置である。

積層装置１０は、固体高分子型の燃料電池で用いられる膜電極構造体（第２シート体、下層シート体）２２を２枚のセパレータ２４（第１シート体）及びセパレータ２６（第３シート体、上層シート体）で挟むように積層して、単位セルを形成する装置である。セパレータ２４とセパレータ２６は同様の構造である。膜電極構造体２２はＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とも呼ばれる。膜電極構造体２２及びセパレータ２４、２６は薄いシート体であるが、図面上では理解が容易となるように、適度に厚く示す。

図２に示すように、セパレータ２４及び２６は薄いシート体であり、周辺部にフレーム２５が設けられたやや長尺な四角形状であり、フレーム２５の内周側には位置決め用の低い突起２７が設けられている。膜電極構造体２２は薄いシート体であり、セパレータ２４及び２６よりやや小さく、下層のセパレータ２４の突起２７の内側に嵌り込む形状となっている。このように膜電極構造体２２を２枚のセパレータ２４及びセパレータ２６で挟み込んで、単位セルとしての積層体２９が形成される。

図１に戻り、積層装置１０は、基板１８に設けられた載置台（載置部）３０と、該載置台３０の長尺方向（以下、Ｘ方向ともいう。）両端に設けられた一対の第１クランプ３２と、短尺方向（以下、Ｙ方向ともいう。）両端に設けられた一対の第２クランプ３４と、図１における右側に設けられた第１ストッカ３６と、図１における左側に設けられた第２ストッカ３８と、第１ストッカ３６と載置台３０との間を往復移動する第１移載装置４０と、第２ストッカ３８と載置台３０との間を往復移動する第２移載装置４２とを有する。第１クランプ３２は、セパレータ２４又は２６のフレーム２５の両端上面に当接して固定する。第２クランプ３４はセパレータ２４の上に載置された膜電極構造体２２の端部上面に当接して固定する。セパレータ２６は、膜電極構造体２２及び第２クランプ３４の上面に重ね合わせられ、後述する押圧部材９６（図６参照）により、セパレータ２６の中央部を押圧し、該中央部を膜電極構造体２２に当接させる。

第１ストッカ３６にはセパレータ２４及び２６が相当数格納されている。セパレータ２４とセパレータ２６は細部が異なる場合があり、個別のストッカに分けて収納してもよい。第２ストッカ３８には膜電極構造体２２が相当数格納されている。第１移載装置４０は、第１ストッカ３６からセパレータ２４（又は２６）を取り出し、駆動部４４の作用下にレール４６に沿って載置台３０まで移動し、搬送したセパレータ２４（又は２６）を載置台３０に載置する。第２移載装置４２は、第２ストッカ３８から膜電極構造体２２を取り出し、駆動部４８の作用下にレール５０に沿って載置台３０まで移動し、搬送した膜電極構造体２２を載置台３０に載置する。

図３に示すように、基板１８は架台６０と、該架台６０の中央に設けられた昇降装置６２とを有し、載置台３０は、昇降装置６２のロッド６２ａに中空のジョイント６４を介して昇降可能に取り付けられている。ロッド６２ａには上端の第１フランジ６４ａと、やや下方の第２フランジ６４ｂが設けられている。載置台３０は、架台６０に対して複数のコイルスプリング６５によって弾性的に支持されている。

架台６０は、詳細な構造についての説明は省略するが、水平２軸及び水平面内で回転可能に構成されており、図示しない複数の撮像手段によりセパレータ２４、２６及び膜電極構造体２２の位置及び向きを検出して、これに合うように自動調整可能となっている。

第１フランジ６４ａはジョイント６４の内部に配置されており、ロッド６２ａが伸びるときには載置台３０の下面に当接して押し上げ、ロッド６２ａが縮退するときにはジョイント６４の底面に当接して、コイルスプリング６５の弾性力に抗して載置台３０を引き下げる。

載置台３０には載置したセパレータ２４を吸着する複数の吸引部３０ａが設けられている。吸引部３０ａは、図示しない吸引手段により真空作用で下層のセパレータ２４を吸着する。吸引部３０ａ（及び８４、１０４）には図示しないバルブが設けられており、吸着作用のオン・オフ切り換えが可能である。

図１及び図３に示すように、２台の第１クランプ３２は、それぞれ基板１８に設けられており、シリンダで構成されるクランプ昇降部６６と、進退部６８とを有する。進退部６８の先端にはクランプ部材７０が設けられている。クランプ部材７０はＬ字形状であって、セパレータ２４、２６の端部上面に当接する下面７０ａと、該下面７０ａに対して直角で載置台３０の側面に当接するストッパ面７０ｂとを有する。

図３に示すように、２台の第２クランプ３４は、それぞれ基板１８に設けられており、シリンダで構成されるクランプ昇降部７２と、進退部（引抜手段）７４とを有する。進退部７４の先端にはクランプ部材７６が設けられている。クランプ部材７６はＬ字形状であって、膜電極構造体２２の端部上面に当接する下面７６ａと、該下面７６ａに対して直角で載置台３０の側面に当接するストッパ面７６ｂとを有する。

図４に示すように、クランプ部材７６は、平面視で２つの部分に分かれており、それぞれ先端の下面には樹脂（例えば、ウレタン）の小さい突起７８が設けられている。クランプ部材７６が２つに分かれているのは、所定の位置決めピンとの干渉を避けるためである。

図５に示すように、第１移載装置４０は、駆動部４４に接続されるハンド８０と、該ハンド８０に設けられ開閉可能な一対の把持部８２と、該ハンド８０に設けられた吸引部８４（図３参照）と、押圧治具８６とを有する。把持部８２は閉じることによりセパレータ２４、２６を保持することができる。吸引部８４は吸引手段に接続されており真空作用でセパレータ２４、２６を吸着することができる。

図６に示すように、押圧治具８６は、シリンダ８８と、リンク機構９０と、鉛直なガイド筒９２と、該ガイド筒９２に挿入されている昇降ロッド９４と、昇降ロッド９４の下端に設けられた押圧部材９６とを有する。押圧治具８６では、シリンダ８８の作用下にリンク機構９０が動作し昇降ロッド９４をガイド筒９２に沿って昇降させることができる。押圧部材９６はＸ方向に長尺な板形状であって、Ｘ方向両端下面には樹脂製（例えば、ウレタン）で略半球状で下方に凸のパッド９８が設けられている。

図１に示すように、第２移載装置４２は、駆動部４８に接続されるハンド１００と、該ハンド１００に設けられ開閉可能な一対の把持部１０２と、該ハンド１００に設けられた吸引部１０４（図１３参照）とを有する。把持部１０２は閉じることにより膜電極構造体２２を保持することができる。吸引部１０４は吸引手段に接続されており真空作用で膜電極構造体２２を吸着することができる。

積層装置１０及び連結ピン打込装置１４を含む組立ライン１２は、制御部１１０（図１参照）の作用下に自動的に動作する。制御部１１０は所定のプログラムを読み込み実行するソフトウェア処理により組立ライン１２を制御する。

次に、このように構成される組立ライン１２のうち、主に積層装置１０の作用について説明する。この処理は制御部１１０によって行われる。

先ず、図７のステップＳ１において、所定のカウンタｎを０にリセットする。

ステップＳ２において、セパレータ２４又は２６の積層動作を行う。

ステップＳ３において、カウンタｎをインクリメントする。つまり、ｎ←ｎ＋１とする。

ステップＳ４において、カウンタｎの値を確認し、ｎ＝２であればステップＳ６へ移り、ｎ＜２であればステップＳ５へ移る。

ステップＳ５において、膜電極構造体２２の積層動作を行う。この後、ステップＳ２へ戻る。すなわち、これらのステップＳ１〜Ｓ５は、所定の積層動作の回数を計数するものであり、換言すると、所定数のセパレータ２４、２６及び膜電極構造体２２について所定の枚数を計数する。

一方、ステップＳ６においては、基板１８を連結ピン打込装置１４まで移動し、連結ピンの打ち込み動作を行い、図７に示す処理を終了する。

次に、下層のセパレータ２４の積層動作（つまり、前記のステップＳ２におけるｎ＝０の場合）について説明する。

先ず、図８のステップＳ１０１において、第１移載装置４０により第１ストッカ３６から１枚のセパレータ２４を取り出し、レール４６に沿って載置台３０まで運ぶ。このとき、図３に示すように、第１移載装置４０は載置台３０の上方の準備位置にあり、セパレータ２４は把持部８２により把持されるとともに吸引部８４により吸着されている。また、載置台３０は、昇降装置６２の作用下に引き下げられている。

ステップＳ１０２において把持部８２を開く（図３の仮想線参照）。セパレータ２４は依然として吸引部８４によって吸着されており、落下することはない。把持部８２を開くときには、該把持部８２を一度微少量下降させてから水平方向に開くとよい。把持部８２がセパレータ２４の表面を摺ることがないためである。なお、制御部１１０は、図示しない複数の撮像手段によりセパレータ２４の位置及び向きを検出して、これに載置台３０が合うように架台６０を移動調整する。

ステップＳ１０３において、図９に示すように、第１移載装置４０を下降させ、セパレータ２４を載置台３０上に正確に載置する。

ステップＳ１０４において、ストッパ面７０ｂが載置台３０の端面に当接するまでＸ方向両端の第１クランプ３２を前進させる（図１１の前段階）。

ステップＳ１０５において、第１移載装置４０の吸引部８４の吸引を停止するとともに、テーブル側の吸引部３０ａの吸引を開始する。

ステップＳ１０６において、第１移載装置４０を載置台３０の上方の準備位置に戻す。この後、第１移載装置４０を第１ストッカ３６の位置まで退避する。

ステップＳ１０７において、図１０及び図１１に示すように、昇降装置６２がロッド６２ａを上昇させることにより載置台３０がコイルスプリング６５の弾性力によって上昇し、セパレータ２４は第１クランプ３２のクランプ部材７０と載置台３０によって挟持され固定される。このとき、第１フランジ６４ａを載置台３０の下面には当接させず、コイルスプリング６５の弾性力によって載置台３０を押し上げることによって適度な力でセパレータ２４を固定することができる。なお、載置台３０を押し上げる部材については、コイルスプリング６５を適用した例について説明したが、これ以外にもセパレータ２４を適度な力で固定する弾性力を発揮できる弾性部材であればよく、例えば流体ダンパー（空気圧シリンダや他のガスシリンダ等）でもよく、さらには皿バネを積層した弾性部材でもよい。

このように、載置台３０が昇降装置６２により上昇をすることにより、セパレータ２４は、載置台３０と第１クランプ３２により挟持される。これにより、セパレータ２４の上面は第１クランプ３２の高さに維持され、後述するステップＳ２０４における第２移載装置４２が膜電極構造体２２を搬送する際の高さ制御が簡便化される。

次に、膜電極構造体２２の積層動作（つまり、前記のステップＳ５）について説明する。

先ず、図１２のステップＳ２０１において、第２移載装置４２により第２ストッカ３８から１枚の膜電極構造体２２を取り出し、レール５０に沿って載置台３０まで運ぶ（図１参照）。このとき、図１３に示すように、第２移載装置４２は載置台３０の上方の準備位置にあり、膜電極構造体２２は把持部１０２により把持されるとともに吸引部１０４により吸着されている。また、載置台３０は、前記のとおりコイルスプリング６５の弾性力により上昇しており、クランプ部材７０とによりセパレータ２４を固定している。

ステップＳ２０２において、図示しない撮像手段により下層のセパレータ２４の位置を検出し、膜電極構造体２２の位置及び向きに合うように載置台３０をＸＹ方向に移動するとともに水平回転して調整する。

ステップＳ２０３において把持部１０２を開く（図１３の仮想線参照）。膜電極構造体２２は依然として吸引部１０４によって吸着されており、落下することはない。把持部１０２を開くときには、該把持部１０２を一度微少量下降させてから水平方向に開くとよい。把持部１０２が膜電極構造体２２の表面を摺ることがないためである。

ステップＳ２０４において第２移載装置４２を下降させ、膜電極構造体２２をセパレータ２４の上に正確に載置する。このとき、セパレータ２４は第１クランプ３２により所定高さに維持されており、第２移載装置４２が膜電極構造体２２を搬送する際に、セパレータ２４の厚みによる微妙な調整が不要であり、高さ制御が簡便である。

ステップＳ２０５において、ストッパ面７６ｂが載置台３０の端面に当接するまでＹ方向両端の第２クランプ３４を前進させる（図１６以前の段階）。

ステップＳ２０６において、吸引部１０４の吸引を停止する。

ステップＳ２０７において、第２クランプ３４をクランプ昇降部７２の作用下に下降させ、クランプ部材７６により膜電極構造体２２の上面を適度な力で押圧して固定する（図４参照）。

すなわち、クランプ昇降部７２を構成するシリンダは、例えば油圧シリンダや空気圧シリンダ、あるいはその他の流体圧シリンダを適用可能である。また、シリンダに限らず膜電極構造体２２の上面に対して適度な押圧力を発揮できる押圧手段を適用可能である（図３参照）。該押圧手段には図示しない押圧力制限手段（例えば、流体圧シリンダの場合にはレギュレータやリリーフ弁等）が装着されているとよい。

クランプ昇降部７２の昇降動作は、制御部１１０が発する動作指令に基づき行われる。動作指令は、電気信号、光信号又はその他の物理的原理を利用した伝達媒体を用いることができる。押圧手段に設けられる押圧力制限手段は、制御部１１０の動作指令に基づいて任意に変更可能であるとよい。これにより、第２クランプ３４の押圧力を適度に押圧向きにプラス気味にしたり、第２クランプ３４がクランプされるものに接してはいるものの押圧力がほとんど働かないように押圧向きに適度にマイナス気味にしたり、変更することができる。

ステップＳ２０８において、昇降装置６２がロッド６２ａを下降させることによりコイルスプリング６５の弾性力に抗して載置台３０を下降させる。このとき、第２クランプ３４を載置台３０の下降動作に同期させて下降させ、セパレータ２４及び膜電極構造体２２の固定状態を維持する。また、第２クランプ３４を適度に押圧気味にし、セパレータ２４及び膜電極構造体２２が解放状態とならないようにするとよい。ステップＳ２０８においては、第１クランプ３２は当初の高さに維持され、セパレータ２４の表面から離間することになる。

ステップＳ２０９において、第１クランプ３２を原位置に向かって後退させる。第１クランプ部材７０が後退しても、セパレータ２４及び膜電極構造体２２は第２クランプ部材７６により固定状態に保持される。

ステップＳ２１０において、第２移載装置４２を載置台３０の上方の準備位置に戻す。この後、第２移載装置４２は第２ストッカ３８の位置まで退避する。

次に、上層のセパレータ２４の積層動作（つまり、前記のステップＳ２におけるｎ＝１の場合）について説明する。

先ず、図１４のステップＳ３０１〜Ｓ３０３は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３（図８参照）と同じ処理である。ステップＳ３０１では、前記ステップＳ２０２と同様に載置台３０の位置及び向きを調整してもよい。

ステップＳ３０４において、吸引部８４の吸引を停止する。

ステップＳ３０５において、図１５に示すように、押圧治具８６の押圧部材９６を下降させ、セパレータ２６を膜電極構造体２２の全面及び両端のクランプ部材７６の一部の上に重ね合わせる。押圧治具８６により、セパレータ２４、膜電極構造体２２及びセパレータ２６は全て固定状態となる。

図１６に示すように、押圧部材９６は、セパレータ２６のＸ方向に適度に離間した２点で該セパレータ２６を押圧しており、積層体が回転することがなく、一層正確に積層することができる。積層体２９の回転を防止するためには、押圧部材９６が少なくとも２点でセパレータ２６を押圧していればよく、例えば３点支持や直線状の支持であってもよい。押圧部材９６の最下面のパッド９８は樹脂材で構成されており、セパレータ２６の表面を保護できる。

図１７に示すように、セパレータ２６を押圧する押圧部材９６の長尺方向中心線Ｐ２は、２つの第２クランプ３４の各中心を結ぶ線分Ｐ１に対して、該線分Ｐ１の中点Ｍで直交する向きとなっている。これにより、膜電極構造体２２をバランスよく押圧することができ、Ｙ方向のいずれか一方が過度に弾性変形することがない。

さらに、セパレータ２６を押圧する押圧部材９６の離間する２つの接面（つまり、最下面のパッド）８６のＸ方向中心線は、２つの第２クランプ３４の各中心を結ぶ線分Ｐ２に対して直交する。セパレータ２６のＸ方向について、その長さ（長尺方向中心線）Ｌ１は、第２クランプ３４の長さＬ２の２倍以内にするとよく、さらには長さＬ２の範囲内にするとよい。

図１８に示すように、長さＬ１が過度に長いと、セパレータ２６が第２クランプ３４を覆う箇所で山なりに膨らんでしまう懸念がある。これに対して、長さＬ１を第２クランプ３４の長さＬ２の２倍以内、又は長さＬ２の範囲内にすることにより、セパレータ２６が山なりに膨らむことを防止できる。

ステップＳ３０６において、第２クランプ３４をクランプ昇降部７２の作用下に僅かに上昇させ、図１９に示すように、クランプ部材７６を膜電極構造体２２の上面から離間させる。これにより、上層のセパレータ２６はさらに弾性的に変形することになる。第２クランプ３４の上昇高さＨ１は微小で足り、例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度にする。

第２クランプ部材７６が上昇しても、セパレータ２４、膜電極構造体２２及びセパレータ２６は押圧部材９６により固定状態に保持される。

ステップＳ３０７において、第２クランプ３４のクランプ部材７６を原位置に向かって（図１９では右方向）後退させる。これにより、クランプ部材７６の先端上部の円弧部１２０がセパレータ２６の下面に摺接しながら移動し、やがて、第２クランプ３４は上層のセパレータ２６から離間し、該セパレータ２６は膜電極構造体２２上に積層される。

このように、第２クランプ３４は、クランプ昇降部７２により一度上昇をしてから、進退部７４により側方に引き抜かれることから、第２クランプ３４は少なくとも膜電極構造体２２に上面を摺ることがない。

ステップＳ３０８において、ストッパ面７０ｂが載置台３０の端面に当接するまでＸ方向両端の第１クランプ３２を前進させる。

ステップＳ３０９において、第１クランプ３２をクランプ昇降部６６の作用下に下降させ、クランプ部材７０により上層のセパレータ２６の上面を適度な力で押圧して固定する。

なお、このとき第１クランプ３２を下降させるのではなく、前記のステップＳ１０７と同様に、載置台３０を上昇させてセパレータ２４、膜電極構造体２２及びセパレータ２６を該載置台３０と第１クランプ３２により挟持してもよい。これにより、積層体の上面は第１クランプ３２の高さに維持され、第１移載装置４０及び第２移載装置４２が各シート体を搬送する際の高さ制御が簡便化され又は不要になる。つまり、積層体が４枚以上である場合に、４枚目以降に積層をするセパレータや膜電極構造体２２を搬送する高さ制御が簡便となる。

ステップＳ３１０において、第１移載装置４０を載置台３０の上方の準備位置に戻す。この後、第１移載装置４０は第１ストッカ３６の位置まで退避する。これにより、積層体２９が形成され、該積層体２９は連結ピン打込装置１４に搬送されて所定の挿入孔に連結ピンが打ち込まれ、締結される。

連結ピン打込装置１４に搬送される搬送時には、積層装置１０の基板１８上に設けられた載置台３０上に単位セルとして形成された積層体２９は、該載置台３０の長尺方向両端に設けられ基板１８上に設けられた一対の第１クランプ３２と該載置台３０とに挟持されたまま、第１クランプと載置台３０とが一体的に基板１８ごと連結ピン打込装置１４に搬送される。

なお、上記の例では積層体２９は、下層のセパレータ２４、膜電極構造体２２及び上層のセパレータ２６の３枚から構成されているが、例えばセパレータと膜電極構造体を交互に積層して、５枚又はそれ以上の積層体を構成してもよい。

上述したように、本実施の形態に係る積層装置１０では、載置台３０に載置されたセパレータ２４の上面の一部を押さえる第１クランプ３２と、下層のセパレータ２４の上面に膜電極構造体２２を重ね合わせる第１移載装置４０と、重ね合わされた膜電極構造体２２の上面の一部を押さえる第２クランプ３４と、膜電極構造体２２及び第２クランプ３４の上面にセパレータ２６を重ね合わせた後に、セパレータ２６を中央で押圧して弾性変形させて膜電極構造体２２に当接させる押圧部材９６と、膜電極構造体２２及びセパレータ２６との間から第２クランプ３４のクランプ部材７６を引き抜く進退部７４とを有する。

つまり、膜電極構造体２２は最初の段階では第２クランプ３４によって押さえられており、次に押圧部材９６によりセパレータ２６を介して押さえられた後にクランプ部材７６を引き抜くので、セパレータ２６は載置台３０に対して非固定となる段階がなく、ずれることがない。したがって、膜電極構造体２２及びセパレータ２４、２６を正確且つ迅速に積層して積層体２９が得られ、燃料電池の量産化、低廉化が図られるとともに、発電性能を良好に維持することができる。

本発明に係る積層方法及び積層装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることはもちろんである。

組立ラインの平面図である。 積層体の分解斜視図である。 積層装置の断面側面図である。 第２クランプ及びその周辺の一部断面斜視図である。 第１移載装置の平面図である。 第１移載装置の側面図である。 積層方法の手順を示すフローチャートである。 下層のセパレータを載置する手順を示すフローチャートである。 下層のセパレータを載置台に載置した状態の積層装置の断面側面図である。 昇降装置を上昇させた状態の積層装置の断面側面図である。 下層のセパレータを載置台に載置した状態の斜視図である。 膜電極構造体を載置する手順を示すフローチャートである。 第２移載装置により膜電極構造体を載置台の上方に搬送した状態の積層装置の断面側面図である。 上層のセパレータを載置する手順を示すフローチャートである。 押圧部材により上層のセパレータの中央を押圧した状態の積層装置の断面側面図である。 上層のセパレータを膜電極構造体の上に重ね合わせた状態を示す斜視図である。 上層のセパレータを膜電極構造体の上に重ね合わせた状態の平面図である。 上層のセパレータが山なりに重ね合わされた状態を示す斜視図である。 第２クランプのクランプ部材を僅かに上昇させた状態の断面側面図である。

符号の説明

１０…積層装置 １２…組立ライン
１４…連結ピン打込装置 ２２…膜電極構造体
２４、２６…セパレータ ２９…積層体
３０…載置台 ３２…第１クランプ
３４…第２クランプ ４０…第１移載装置
４２…第２移載装置 ６２…昇降装置
６５…コイルスプリング ６６、７２…クランプ昇降部
６８、７４…進退部 ７０、７６…クランプ部材
７８…突起 ８６…押圧治具
９６…押圧部材 ９８…パッド
１１０…制御部

Claims (9)

1. 少なくとも一方のシート体としての膜電極構造体に他方のシート体としてのセパレータを積層する積層方法であって、
   一方のシート体は載置部に載置され、該一方のシート体の他方面の部分をクランプ手段により押さえる第１工程と、
   前記一方のシート体を前記クランプ手段により押さえたまま、他方面に他方のシート体を重ね合わせるとともに、該他方のシート体を押圧手段により、押圧して弾性変形させ、少なくとも他方のシート体の一部分を前記一方のシート体に当接させる第２工程と、
   前記一方のシート体と前記他方のシート体との間から引抜手段により前記クランプ手段を引き抜く第３工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層方法。
2. 請求項１記載の積層方法において、
   前記第３工程では、前記クランプ手段を一度他方に移動させてから側方に引き抜くことを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層方法。
3. 少なくとも第１シート体としてのセパレータ、第２シート体としての膜電極構造体、及び第３シート体としてのセパレータを積層する燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置であって、
   前記第１シート体を載置する載置部と、
   載置部に載置された前記第１シート体の上面の一部を押さえる第１クランプ手段と、
   載置部に載置された前記第１シート体の上面に前記第２シート体を重ね合わせる手段と、
   重ね合わされた前記第２シート体の上面の一部を押さえる第２クランプ手段と、
   前記第２シート体及び前記第２クランプ手段の上面に前記第３シート体を重ね合わせる手段と、
   前記第３シート体を前記第２クランプ手段以外の箇所で押圧して弾性変形させ、少なくとも一部を前記第２シート体に当接させる押圧手段と、
   前記第２シート体及び前記第３シート体との間から前記クランプ手段を引き抜く引抜手段と、
   を有することを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置。
4. 請求項３記載の積層装置において、
   前記第２クランプ手段は、クランプ昇降機構により一度上昇させてから、前記引抜手段により側方に引き抜かれることを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置。
5. 請求項３又は４記載の積層装置において、
   前記第１シート体は、前記載置部が載置部昇降機構により上昇をすることにより、該載置部と前記第１クランプ手段により挟持されることを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の積層装置において、
   前記第１クランプ手段は、前記第１シート体に前記第２シート体を重ね合わせた後に一度退避し、さらに、載置された前記第３シート体の上方に配置され、
   積層された前記第１シート体、前記第２シート体及び前記第３シート体は、前記載置部が載置部昇降機構により上昇をすることにより該載置部と前記第１クランプ手段により挟持されることを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置。
7. 請求項３〜６のいずれか１項に記載の積層装置において、
   前記押圧手段は、前記第３シート体の長尺方向に離間した少なくとも２点で該第３シート体を押圧することを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置。
8. 請求項３〜７のいずれか１項に記載の積層装置において、
   前記第２クランプ手段は２つで、前記載置部の左右に設けられ、
   前記押圧手段は、前記第３シート体に接触し押圧するパッドと、前記パッドを支持する押圧部材とを備え、
   前記押圧部材は長方形であり、その長尺方向中心線は、２つの前記クランプ手段の各中心を結ぶ線分に対して、該線分の中点で略直交する向きであることを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置。
9. 請求項３〜８のいずれか１項に記載の積層装置において、
   ２つの前記第２クランプ手段は、前記載置部における前記第３シート体の短尺方向の左右に設けられ、
   前記押圧手段は、前記第３シート体に接触し押圧するパッドと、前記パッドを支持する押圧部材とを備え、
   前記押圧部材は長方形であり、その長尺方向中心線は、２つの前記クランプ手段の各中心を結ぶ線分に対して略直交し、
   前記第３シート体の長尺方向について、前記長尺方向中心線の長さは、前記第２クランプの長さの２倍以内であることを特徴とする燃料電池用膜電極構造体及びセパレータの積層装置。

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