JP6467788B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
Laser processing apparatus and laser processing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6467788B2 JP6467788B2 JP2014113219A JP2014113219A JP6467788B2 JP 6467788 B2 JP6467788 B2 JP 6467788B2 JP 2014113219 A JP2014113219 A JP 2014113219A JP 2014113219 A JP2014113219 A JP 2014113219A JP 6467788 B2 JP6467788 B2 JP 6467788B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- processing
- processing apparatus
- laser processing
- separators
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method.
従来から、レーザ光を使用してワークを加工する装置としてレーザ加工装置がある。レーザ加工装置は、指向性の高いレーザ光を使用することで加工を施す部位に密度の高いエネルギーを正確に付与できるため、ワークに対して高精度な加工を施せる。一方で、レーザ加工装置を使用して加工を施す場合、密度の高いエネルギーが加工部位に集中して付与されることにより、加工部位において生じる溶け込みが深くなりやすいという特徴がある。特に、ワークの加工部位が薄い場合、生じた溶け込みがワークの加工部位の裏面まで達することがある。加工部位の薄いワークとして、たとえば、燃料電池において膜電極接合体の両面に配置されるセパレータがある。セパレータは、たとえば、各々が薄板状からなるアノード側セパレータとカソード側セパレータとをレーザ加工装置を用いて溶接することにより接合して製造することがある。ワークの加工部位の裏面まで溶け込みが達すると加工部位の裏面側が高温になり、加工部位の裏面側の材料と加工部位の裏面側の近傍に存在する酸素とが結合して酸化が生じやすくなる。そこで、加工部位の裏面側の酸化を防止するために、加工部位の裏面側にシールドガスを吹送して酸素が存在しない状態にした上でレーザ加工を行う方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a laser processing apparatus as an apparatus for processing a workpiece using laser light. Since the laser processing apparatus can accurately apply high-density energy to a portion to be processed by using a laser beam having high directivity, the workpiece can be processed with high accuracy. On the other hand, when processing is performed using a laser processing apparatus, there is a feature that the high density energy is concentrated and applied to the processing part, so that the penetration generated in the processing part tends to be deep. In particular, when the workpiece part is thin, the generated penetration may reach the back surface of the workpiece part. As a workpiece having a thin processing site, for example, there is a separator disposed on both surfaces of a membrane electrode assembly in a fuel cell. The separator may be manufactured, for example, by joining an anode side separator and a cathode side separator each having a thin plate shape by welding using a laser processing apparatus. When the penetration reaches the back surface of the processed part of the workpiece, the back surface side of the processed part becomes high temperature, and the material on the back surface side of the processed part and the oxygen existing in the vicinity of the back surface side of the processed part are combined to easily cause oxidation. Therefore, in order to prevent oxidation on the back surface side of the processing site, a method is known in which laser processing is performed after blowing a shield gas to the back surface side of the processing site so that oxygen does not exist (for example, patents). Reference 1).
しかしながら、上記特許文献1の構成では、レーザ加工を施す際にシールドガスを加工部位の裏面に常に吹送する必要がある。そのため、加工部位の酸化を防止するために、レーザ加工に必要なエネルギーに加えて、シールドガスを吹送するエネルギーが必要になりランニングコストが高くなる。また、加工部位を支持した上で、シールドガスを加工部位の裏面に達するようにしなければならないため、ワークを支持する治具の構成が複雑になるといった問題があった。 However, in the configuration of Patent Document 1, it is necessary to always blow the shield gas to the back surface of the processing site when performing laser processing. Therefore, in order to prevent oxidation of the processing site, in addition to energy necessary for laser processing, energy for blowing the shield gas is required, which increases running cost. Further, since the shield gas must reach the back surface of the processed part after supporting the processed part, there is a problem that the configuration of the jig for supporting the workpiece becomes complicated.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、加工部位の裏面まで達する溶け込みを伴うレーザ加工において、簡便な構成で低コストに加工部位の裏面側の酸化を防止できるレーザ加工装置およびレーザ加工方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in laser processing involving penetration reaching the back surface of the processing site, laser processing that can prevent oxidation of the back surface side of the processing site with a simple configuration at low cost. An object is to provide an apparatus and a laser processing method.
上記目的を達成する本発明は、ワークの加工部位の表面側にレーザ光を照射して当該加工部位の裏面まで達する溶け込みを伴うレーザ加工を施すレーザ照射部を有するレーザ加工装置である。当該レーザ加工装置は、ワークの加工部位の裏面側に密着して設置され、加工部位を通過したレーザ光の少なくとも一部を透過または吸収する耐レーザ部材と、耐レーザ部材を透過したレーザ光を逃がす空間が形成された載置台と、をさらに有する。 The present invention that achieves the above object is a laser processing apparatus having a laser irradiation unit that performs laser processing with laser beam irradiation on the surface side of a processing portion of a workpiece to reach the back surface of the processing portion. The laser processing apparatus is installed in close contact with the back side of the machining area of the workpiece, and the resistance to laser member you transmit or absorb at least a portion of the laser light that has passed through the processing site, the laser beam transmitted through the anti-laser member And a mounting table in which a space for escaping is formed .
また、他の本発明は、ワークの加工部位の表面側にレーザ光を照射して当該加工部位の裏面まで達する溶け込みを伴うレーザ加工を施すレーザ加工方法である。当該レーザ加工方法において、ワークを載置台に載置し、ワークの加工部位の裏面側には、レーザ光の少なくとも一部を透過または吸収する耐レーザ部材を密着するように設置する。さらに、レーザ加工を施す際に、耐レーザ部材を透過したレーザ光を載置台に設けられた空間に逃がす。 Another aspect of the present invention is a laser processing method in which laser processing is performed in which a laser beam is irradiated to the surface side of a workpiece processing portion to reach the back surface of the processing portion. In the laser processing method, placed on the mounting table work, on the back side of the machining area of the workpiece, it is placed in close contact resistance laser member you transmit or absorb at least a portion of the laser beam. Furthermore, when laser processing is performed, the laser beam that has passed through the laser-resistant member is released to the space provided on the mounting table.
本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、ワークの加工部位の裏面側には、加工部位を通過したレーザ光の少なくとも一部を透過または吸収する耐レーザ部材が密着して設置される。これにより、耐レーザ部材を加工部位の裏面に密着して設置するという簡便かつ追加のエネルギーを必要としない方法で、加工部位の裏面側に酸素が存在しない状態にした上でレーザ加工を施せる。また、耐レーザ部材は、レーザ光の少なくとも一部を透過または吸収するから、加工部位を通過したレーザ光によって耐レーザ部材が加工されて加工部位に溶着することを防止できる。従って、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、加工部位の裏面まで達する溶け込みを伴うレーザ加工において、簡便な構成で低コストに加工部位の裏面側の酸化を防止できる。 According to the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, a laser-resistant member that transmits or absorbs at least part of the laser light that has passed through the processing part is closely attached to the back side of the processing part of the workpiece. The Thus, laser processing can be performed after oxygen is not present on the back surface side of the processing site by a simple method that does not require additional energy, in which the laser resistant member is placed in close contact with the back surface of the processing site. Further, since the laser resistant member transmits or absorbs at least part of the laser beam, the laser resistant member can be prevented from being processed and welded to the processing site by the laser beam that has passed through the processing site. Therefore, according to the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, it is possible to prevent oxidation on the back surface side of the processing site at a low cost with a simple configuration in laser processing that involves penetration reaching the back surface of the processing site .
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the following description does not limit the technical scope and terms used in the claims. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from actual ratios.
(実施形態1)
図1(A)は本発明の実施形態1に係るレーザ加工装置について示す斜視図、図1(B)は同検査装置のレーザ照射部を除いた部分について示す分解斜視図である。図2(A)、図2(B)は同加工装置の載置台を示す斜視図、側面図、図3(A)、図3(B)は同加工装置の載置台を示す正面図、平面図である。図4(A)は図3(A)の4A−4A線に沿う断面図、図4(B)は図3(A)の4B−4B線に沿う断面図である。図5(A)、図5(B)は同加工装置の耐レーザ部材を示す斜視図、平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a perspective view showing a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view showing a part excluding the laser irradiation section of the inspection apparatus. 2A and 2B are a perspective view and a side view showing the mounting table of the processing apparatus, and FIGS. 3A and 3B are a front view and a plan view showing the mounting table of the processing apparatus. FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line 4A-4A in FIG. 3A, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line 4B-4B in FIG. FIG. 5A and FIG. 5B are a perspective view and a plan view showing a laser resistant member of the processing apparatus.
図6は同加工装置によって加工されるセパレータを含む燃料電池を説明するための分解斜視図、図7は図6に示される単セルを説明するための断面図、図8は図7に示されるセパレータの溶接部位を説明するための平面図である。 6 is an exploded perspective view for explaining a fuel cell including a separator processed by the processing apparatus, FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a single cell shown in FIG. 6, and FIG. 8 is shown in FIG. It is a top view for demonstrating the welding site | part of a separator.
図9は、同加工装置によってレーザ加工する際の加工ヘッド内の様子を説明する断面図である。図10(A)、図10(B)は、同加工装置の載置台にセパレータを載置した際の載置台、耐レーザ部材、ガイド部材およびセパレータを、それぞれ図3(A)の4A−4A線、4B−4B線に対応する位置で切断した断面図である。図11は同加工装置によるセパレータの加工の様子を説明する説明図であって、図10(A)の破線部Aによって囲まれる部分に対応する拡大図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a state in the machining head when laser machining is performed by the machining apparatus. 10A and 10B show the mounting table, the laser resistant member, the guide member, and the separator 4A-4A shown in FIG. 3A when the separator is mounted on the mounting table of the processing apparatus. It is sectional drawing cut | disconnected in the position corresponding to a 4B-4B line. FIG. 11 is an explanatory view for explaining a state of processing of the separator by the processing apparatus, and is an enlarged view corresponding to a portion surrounded by a broken line portion A in FIG.
図12はセパレータをレーザ加工する工程を示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart showing a process of laser processing the separator.
本実施形態に係るレーザ加工装置200は、レーザ照射部210、載置台220、耐レーザ部230、ガイド部240、ワーク固定治具250(図11参照)を有する。レーザ照射部210は、図1に示すように、レーザ発振器211、光ファイバ212、駆動装置213、制御装置214および加工ヘッド260を有する。 The laser processing apparatus 200 according to the present embodiment includes a laser irradiation unit 210, a mounting table 220, a laser resistant unit 230, a guide unit 240, and a workpiece fixing jig 250 (see FIG. 11). As shown in FIG. 1, the laser irradiation unit 210 includes a laser oscillator 211, an optical fiber 212, a driving device 213, a control device 214, and a processing head 260.
本実施形態に係るレーザ加工方法は、図12に示すように、耐レーザ部材の設置(ステップST1)、セパレータの載置(ステップST2)、セパレータの固定(ステップST3)およびレーザ加工(ステップST4)を有する。 As shown in FIG. 12, the laser processing method according to this embodiment includes installation of a laser resistant member (step ST1), placement of a separator (step ST2), fixing of a separator (step ST3), and laser processing (step ST4). Have
以下では、本実施形態に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法を、燃料電池の構成物品であるセパレータの溶接に適用する場合を例に説明する。 Below, the case where the laser processing apparatus and laser processing method concerning this embodiment are applied to welding of the separator which is a constituent article of a fuel cell is explained as an example.
(燃料電池)
まず、本実施形態に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法によって溶接されるセパレータを構成物品として含む燃料電池について説明する。燃料電池100は、例えば、固体高分子形燃料電池からなり、電源として利用される。固体高分子形燃料電池(PEFC)は、小型化、高密度化および高出力化が可能であり、搭載スペースが限定される車両などの移動体の駆動用電源としての適用が好ましく、特に、システムの起動および停止や出力変動が頻繁に発生する自動車用途が特に好ましい。この場合、車体中央部の座席下、後部トランクルームの下部、車両前方のエンジンルームに搭載することが可能である。車内空間およびトランクルームを広く取る観点からは、座席下の搭載が好ましい。
(Fuel cell)
First, a fuel cell including a separator welded by a laser processing apparatus and a laser processing method according to the present embodiment as a constituent article will be described. The fuel cell 100 is composed of, for example, a polymer electrolyte fuel cell and is used as a power source. A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be reduced in size, increased in density and output, and is preferably applied as a power source for driving a moving body such as a vehicle in which a mounting space is limited. Particularly preferred is an automobile application in which start-up and stop-up and output fluctuation frequently occur. In this case, it can be mounted under the seat in the center of the vehicle body, in the lower part of the rear trunk room, and in the engine room in front of the vehicle. From the viewpoint of widening the interior space and the trunk room, mounting under the seat is preferable.
燃料電池100は、図6に示されるように、スタック部110、締結板130、補強板135、集電板140、スペーサ145、エンドプレート150およびボルト155を有する。 As shown in FIG. 6, the fuel cell 100 includes a stack part 110, a fastening plate 130, a reinforcing plate 135, a current collecting plate 140, a spacer 145, an end plate 150, and a bolt 155.
スタック部110は、単セル120の積層体から構成される。単セル120は、後述するように、膜電極接合体およびセパレータを有する。 The stack unit 110 is composed of a stacked body of single cells 120. The single cell 120 has a membrane electrode assembly and a separator, as will be described later.
締結板130は、スタック部110の底面および上面に配置され、補強板135は、スタック部110の両側に配置される。締結板130および補強板135は、スタック部110の周囲を取り囲むケーシングを構成している。 The fastening plates 130 are disposed on the bottom surface and the top surface of the stack portion 110, and the reinforcing plates 135 are disposed on both sides of the stack portion 110. The fastening plate 130 and the reinforcing plate 135 constitute a casing that surrounds the stack portion 110.
集電板140は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材から形成され、スタック部110で生じた起電力を出力するための出力端子が設けられており、単セル120の積層方向の両端(スタック部110の正面および背面)に配置される。 The current collector plate 140 is formed of a gas-impermeable conductive member such as dense carbon or copper plate, and is provided with an output terminal for outputting an electromotive force generated in the stack portion 110. Are disposed at both ends (the front surface and the back surface of the stack portion 110).
スペーサ145は、スタック部110の背面に配置される集電板140の外側に配置される。 The spacer 145 is disposed outside the current collector plate 140 disposed on the back surface of the stack unit 110.
エンドプレート150は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成され、スタック部110の正面に配置される集電板140の外側と、スペーサ145の外側とに配置される。エンドプレート150は、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を流通させるために、燃料ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス導入口、酸化剤ガス排出口、冷媒導入口および冷媒排出口を有する。燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒は、水素ガス、酸素ガスおよび冷却水である。 The end plate 150 is formed of a material having rigidity, for example, a metal material such as steel, and is disposed outside the current collector plate 140 disposed in front of the stack part 110 and outside the spacer 145. The end plate 150 has a fuel gas inlet, a fuel gas outlet, an oxidant gas inlet, an oxidant gas outlet, a refrigerant inlet, and a refrigerant outlet for circulating fuel gas, oxidant gas, and refrigerant. . The fuel gas, the oxidant gas, and the refrigerant are hydrogen gas, oxygen gas, and cooling water.
ボルト155は、エンドプレート150、締結板130および補強板135を締結し、その締結力を単セル120の積層方向に作用させることで、内部に位置するスタック部110を押し圧状態に保持するために使用される。ボルト155の本数およびボルト孔の位置は、適宜変更することが可能である。締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。 The bolt 155 fastens the end plate 150, the fastening plate 130, and the reinforcing plate 135 and applies the fastening force in the stacking direction of the single cells 120 to hold the stack portion 110 located inside in a pressed state. Used for. The number of bolts 155 and the position of the bolt holes can be changed as appropriate. The fastening mechanism is not limited to screwing, and other means can be applied.
単セル120は、膜電極接合体40およびセパレータ50,55を有する。膜電極接合体40は、高分子電解質膜20、電極(アノード)として機能する触媒層30、電極(カソード)として機能する触媒層35、およびガス拡散層10,15を有する。 The single cell 120 includes a membrane electrode assembly 40 and separators 50 and 55. The membrane electrode assembly 40 includes a polymer electrolyte membrane 20, a catalyst layer 30 that functions as an electrode (anode), a catalyst layer 35 that functions as an electrode (cathode), and gas diffusion layers 10 and 15.
ガス拡散層10は、セパレータ50と触媒層30との間に位置し、アノード側に供給される燃料ガスを分散し、触媒層30に供給するために利用される。ガス拡散層15は、セパレータ55と触媒層35との間に配置され、カソード側に供給される酸化剤ガスを分散さし、触媒層35に供給するために利用される。 The gas diffusion layer 10 is located between the separator 50 and the catalyst layer 30 and is used to disperse the fuel gas supplied to the anode side and supply it to the catalyst layer 30. The gas diffusion layer 15 is disposed between the separator 55 and the catalyst layer 35 and is used to disperse the oxidant gas supplied to the cathode side and supply it to the catalyst layer 35.
触媒層30は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、高分子電解質とを含んでおり、水素の酸化反応が進行するアノード触媒層であり、高分子電解質膜20の一方の側に配置される。触媒層35は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、高分子電解質とを含んでおり、酸素の還元反応が進行するカソード触媒層であり、高分子電解質膜20の他方の側に配置される。 The catalyst layer 30 is an anode catalyst layer that contains a catalyst component, a conductive catalyst carrier that supports the catalyst component, and a polymer electrolyte, and in which a hydrogen oxidation reaction proceeds. It is arranged on the side. The catalyst layer 35 includes a catalyst component, a conductive catalyst carrier that supports the catalyst component, and a polymer electrolyte, and is a cathode catalyst layer in which a reduction reaction of oxygen proceeds, and the other of the polymer electrolyte membrane 20 It is arranged on the side.
高分子電解質膜20は、アノード触媒層30で生成したプロトンをカソード触媒層35へ選択的に透過させる機能およびアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。 The polymer electrolyte membrane 20 selectively permeates protons generated in the anode catalyst layer 30 to the cathode catalyst layer 35 and does not mix the fuel gas supplied to the anode side and the oxidant gas supplied to the cathode side. Function as a partition wall.
セパレータ50,55は、単セルを電気的に直列接続する機能と、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を互いに遮断する隔壁としての機能と、を有し、膜電極接合体40と略同一形状であり、薄板状のステンレス鋼鈑にプレス加工を施すことで形成されている。なお、セパレータ50は、隣接する別の単セル120のセパレータ55に溶接され、セパレータ55は、隣接する別の単セル120のセパレータ50に溶接されている。 The separators 50 and 55 have a function of electrically connecting the single cells in series and a function of a partition that blocks the fuel gas, the oxidant gas, and the refrigerant from each other, and have substantially the same shape as the membrane electrode assembly 40. Yes, it is formed by pressing a thin plate-like stainless steel plate. The separator 50 is welded to the separator 55 of another adjacent single cell 120, and the separator 55 is welded to the separator 50 of another adjacent single cell 120.
ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性の塗装を施すことも可能である。セパレータ50,55は、ステンレス鋼鈑から構成する形態に限定されず、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板やクラッド材を適用することも可能である。 The stainless steel plate is preferable in that it can be easily subjected to complicated machining and has good electrical conductivity, and can be coated with corrosion resistance as necessary. Separator 50,55 is not limited to the form which comprises a stainless steel rod, It is also possible to apply metal materials other than a stainless steel rod, for example, an aluminum plate and a clad material.
セパレータ50は、膜電極接合体40のアノード側に配置されるアノードセパレータであり、触媒層30に相対して配置され、また、アクティブエリア部52およびマニホールド部65を有する。アクティブエリア部52は、膜電極接合体40とセパレータ50との間に位置する流路53を構成する凹凸部が形成されている。流路53は、燃料ガスを触媒層35に供給するために利用される。マニホールド部65は、燃料ガス通過用、酸化剤ガス通過用および冷媒通過用のマニホールド穴66,67,68が配置される。なお、符号59は、冷媒の流路を示している。 The separator 50 is an anode separator that is disposed on the anode side of the membrane electrode assembly 40, is disposed to face the catalyst layer 30, and includes an active area portion 52 and a manifold portion 65. The active area portion 52 is formed with a concavo-convex portion constituting a flow path 53 located between the membrane electrode assembly 40 and the separator 50. The flow path 53 is used for supplying fuel gas to the catalyst layer 35. The manifold portion 65 is provided with manifold holes 66, 67, 68 for fuel gas passage, oxidant gas passage, and refrigerant passage. Reference numeral 59 denotes a refrigerant flow path.
セパレータ55は、膜電極接合体40のカソード側に配置されるカソードセパレータであり、触媒層35に相対して配置され、また、アクティブエリア部57およびマニホールド部75を有する。アクティブエリア部57は、膜電極接合体40とセパレータ55との間に位置する流路58を構成する凹凸部が形成されている。マニホールド部75は、燃料ガス通過用、酸化剤ガス通過用および冷媒通過用のマニホールド穴76,77,78が配置される。流路58は、酸化剤ガスを触媒層35に供給するために利用される。 The separator 55 is a cathode separator disposed on the cathode side of the membrane electrode assembly 40, is disposed to face the catalyst layer 35, and has an active area portion 57 and a manifold portion 75. The active area portion 57 is formed with a concavo-convex portion constituting a flow path 58 located between the membrane electrode assembly 40 and the separator 55. The manifold portion 75 is provided with manifold holes 76, 77, 78 for fuel gas passage, oxidant gas passage, and refrigerant passage. The flow path 58 is used to supply the oxidant gas to the catalyst layer 35.
なお、アクティブエリア部52,57は、膜電極接合体40の発電に寄与する領域に接する領域である。また、符号80および90は、アクティブエリア部52,57の溶接部位および外周60,70の溶接部位を示している(図8参照)。 The active area portions 52 and 57 are regions in contact with regions contributing to power generation of the membrane electrode assembly 40. Reference numerals 80 and 90 indicate the welded portions of the active area portions 52 and 57 and the welded portions of the outer circumferences 60 and 70 (see FIG. 8).
次に、高分子電解質膜20および触媒層30,35の材質等を説明する。 Next, materials for the polymer electrolyte membrane 20 and the catalyst layers 30 and 35 will be described.
高分子電解質膜20は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン(登録商標、デュポン株式会社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標、旭硝子株式会社製)、Gore selectシリーズ(登録商標、日本ゴア株式会社)等である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)から形成される。 The polymer electrolyte membrane 20 is a porous polymer electrolyte membrane composed of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer, a porous resin membrane having a sulfonic acid group, and a porous material impregnated with an electrolyte component such as phosphoric acid or ionic liquid. A shaped film can be applied. Examples of the perfluorocarbon sulfonic acid polymer include Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), Flemion (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and Gore select series (registered trademark). , Nippon Gore Co., Ltd.). The porous film is made of, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVDF).
高分子電解質膜20の厚みは、特に限定されないが、強度、耐久性および出力特性の観点から5μm〜300μmが好ましく、より好ましくは10〜200μmである。 The thickness of the polymer electrolyte membrane 20 is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 300 μm, more preferably 10 to 200 μm from the viewpoint of strength, durability, and output characteristics.
アノード触媒層30に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。カソード触媒層35に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。 The catalyst component used for the anode catalyst layer 30 is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxidation reaction of hydrogen. The catalyst component used for the cathode catalyst layer 35 is not particularly limited as long as it has a catalytic action in the oxygen reduction reaction.
具体的な触媒成分は、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等から選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード触媒層およびアノード触媒層に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜選択することが可能である。なお、貴金属を含まない触媒を適用することも可能である。 Specific catalyst components include platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and other alloys, and alloys thereof. Selected. In order to improve catalytic activity, poisoning resistance to carbon monoxide, heat resistance, etc., those containing at least platinum are preferable. The catalyst components applied to the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer need not be the same, and can be selected as appropriate. It is also possible to apply a catalyst containing no noble metal.
触媒層30,35に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積および集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であるのが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。 The conductive carrier of the catalyst used for the catalyst layers 30 and 35 is not particularly limited as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and sufficient electronic conductivity as a current collector. The main component is preferably carbon particles. The carbon particles are composed of, for example, carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, and artificial graphite.
触媒層30,35に用いられる高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する材料であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部または一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層30,35に用いられる高分子電解質は、高分子電解質膜20に用いられる高分子電解質と同一であっても異なっていてもよいが、高分子電解質膜20に対する触媒層30,35の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。 The polymer electrolyte used for the catalyst layers 30 and 35 is not particularly limited as long as it is a material having at least high proton conductivity. For example, a fluorine-based electrolyte containing a fluorine atom in all or part of the polymer skeleton or a polymer A hydrocarbon-based electrolyte that does not contain a fluorine atom in the skeleton is applicable. The polymer electrolyte used for the catalyst layers 30 and 35 may be the same as or different from the polymer electrolyte used for the polymer electrolyte membrane 20, but the catalyst layers 30 and 35 adhere to the polymer electrolyte membrane 20. From the viewpoint of improving the properties, it is preferable that they are the same.
(レーザ加工装置)
次に、本実施形態に係るレーザ加工装置200について説明する。
(Laser processing equipment)
Next, the laser processing apparatus 200 according to the present embodiment will be described.
レーザ加工装置200は、レーザ照射部210、載置台220、耐レーザ部230、ガイド部240およびワーク固定治具250(図11参照)を含む。 The laser processing apparatus 200 includes a laser irradiation unit 210, a mounting table 220, a laser resistant unit 230, a guide unit 240, and a workpiece fixing jig 250 (see FIG. 11).
レーザ照射部210は、図1に示すように、レーザ発振器211、光ファイバ212、駆動装置213、制御装置214および加工ヘッド260を有する。レーザ照射部210は、図11に示すように、セパレータ50,55の加工部位Wの表面側W1にレーザ光Lを照射して加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工を施す。 As shown in FIG. 1, the laser irradiation unit 210 includes a laser oscillator 211, an optical fiber 212, a driving device 213, a control device 214, and a processing head 260. As shown in FIG. 11, the laser irradiation unit 210 irradiates the front surface W1 of the processing site W of the separators 50 and 55 with laser light L and performs laser processing with the penetration M reaching the back surface W2 of the processing site W. .
レーザ発振器211は、例えば、YAGレーザ発振器であり、光学系、電源、制御系、冷却ガス循環系等を内蔵しており、発生させたレーザは、光ファイバ212を利用して加工ヘッド260に供給される。制御系には、例えば、電力を変更することで発振出力を調整する出力調整ユニットが配置されている。レーザ発振器211は、半導体レーザなどの他の固体レーザや、炭酸ガスレーザ等のガスレーザを、適宜適用することも可能である。 The laser oscillator 211 is, for example, a YAG laser oscillator and includes an optical system, a power supply, a control system, a cooling gas circulation system, and the like, and the generated laser is supplied to the processing head 260 using the optical fiber 212. Is done. In the control system, for example, an output adjustment unit that adjusts the oscillation output by changing the electric power is arranged. As the laser oscillator 211, another solid-state laser such as a semiconductor laser or a gas laser such as a carbon dioxide laser can be applied as appropriate.
駆動装置213は、図1に示すように、複数のリニアガイド215,216を有し、加工ヘッド260を移動させて位置決めするために使用される。駆動装置213は、多軸(多関節型)のロボットによって構成することも可能である。 As shown in FIG. 1, the driving device 213 includes a plurality of linear guides 215 and 216, and is used to move and position the machining head 260. The driving device 213 can also be configured by a multi-axis (multi-joint type) robot.
制御装置214は、例えば、マイクロプロセッサ等から構成される制御回路を有し、レーザ発振器211、駆動装置213および加工ヘッド260を制御するために使用される。 The control device 214 includes a control circuit including, for example, a microprocessor and is used to control the laser oscillator 211, the driving device 213, and the processing head 260.
加工ヘッド260は、図9に示すように、レーザを走査させることによって連続溶接が可能であるガルバノヘッドであり、コリメータ261、レーザ径調整部262、反射ミラー263、ガルバノスキャナ264および加工レンズ265を有する。 As shown in FIG. 9, the processing head 260 is a galvano head that can be continuously welded by scanning a laser, and includes a collimator 261, a laser diameter adjustment unit 262, a reflection mirror 263, a galvano scanner 264, and a processing lens 265. Have.
コリメータ261は、光ファイバ212から導入されるレーザを平行光に変換するために使用される。レーザ径調整部262は、レーザ径を調整するための光学系であり、例えば、レーザ径がこの位置で減少するように調整すると、溶接部位におけるレーザ径は増加することとなる。反射ミラー263は、レーザ径調整部262を通過したレーザを反射し、ガルバノスキャナ264に投射するために使用される折り返しミラーである。 The collimator 261 is used to convert a laser introduced from the optical fiber 212 into parallel light. The laser diameter adjusting unit 262 is an optical system for adjusting the laser diameter. For example, when the laser diameter is adjusted to decrease at this position, the laser diameter at the welded portion increases. The reflection mirror 263 is a folding mirror that is used to reflect the laser beam that has passed through the laser diameter adjusting unit 262 and project the reflected laser beam onto the galvano scanner 264.
ガルバノスキャナ264は、例えば、2軸式であり、2つのミラーおよびミラーを駆動するモータを有し、レーザの反射方向を変化させることによって、レーザを二次元方向に走査可能に構成されている。 The galvano scanner 264 is, for example, a two-axis type, has two mirrors and a motor that drives the mirrors, and is configured to be able to scan the laser in a two-dimensional direction by changing the reflection direction of the laser.
加工レンズ265は、例えば、fθレンズからなり、ガルバノスキャナ264を反射したレーザを、集光するために使用される。なお、符号266は、加工レンズ265を保護するための保護ガラスを示している。 The processing lens 265 includes, for example, an fθ lens, and is used to collect the laser reflected by the galvano scanner 264. Reference numeral 266 indicates a protective glass for protecting the processed lens 265.
載置台220は、図2〜4に示すように、マニホールド部固定治具221、溝222,223,224を有する。 As shown in FIGS. 2 to 4, the mounting table 220 includes a manifold unit fixing jig 221 and grooves 222, 223, and 224.
マニホールド部固定治具221は、図2に示すように、ロケートピン225およびクランプ226を有する。ロケートピン225は、3方向X,YL,YRに移動自在であり、セパレータ50,55のマニホールド部65,75の冷媒通過用のマニホールド穴68,78に挿入され、当該マニホールド穴68,78を基準に位置決めするために使用される。方向Xは、アクティブエリア部52,57から離間する方向である。方向YLは、方向Xと直交する方向である。方向YRは、方向Xと直交する方向かつ方向YLに対して逆の方向である。クランプ226は、互いに離間自在に構成された複数のクランプ片を有し、燃料ガス通過用および酸化剤ガス通過用のマニホールド穴66,76および67,77に挿入され、マニホールド部65,75を固定するために使用される。 The manifold portion fixing jig 221 includes a locate pin 225 and a clamp 226 as shown in FIG. The locating pin 225 is movable in three directions X, YL, and YR, and is inserted into the manifold holes 68 and 78 for passage of refrigerant in the manifold portions 65 and 75 of the separators 50 and 55, and the manifold holes 68 and 78 are used as a reference. Used for positioning. The direction X is a direction away from the active area portions 52 and 57. The direction YL is a direction orthogonal to the direction X. The direction YR is a direction orthogonal to the direction X and opposite to the direction YL. The clamp 226 has a plurality of clamp pieces configured to be separable from each other, and is inserted into the manifold holes 66, 76 and 67, 77 for passing the fuel gas and the oxidant gas to fix the manifold portions 65, 75. Used to do.
溝222,223,224は、それぞれ、後述する耐レーザ部230の耐レーザ部材231,232,233を設置するために載置台220に設けられた溝である。溝222,223,224は、それぞれ、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)に対応する位置に設定される。具体的には、溝222,223,224は、セパレータ50,55が載置台220に載置された際に、それぞれ溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の直下に位置するように設定される(図11参照)。 The grooves 222, 223, and 224 are grooves provided on the mounting table 220 in order to install laser resistant members 231, 232, and 233 of the laser resistant part 230 described later, respectively. The grooves 222, 223, and 224 are set at positions corresponding to the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55, respectively. Specifically, the grooves 222, 223, and 224 are positioned immediately below the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W), respectively, when the separators 50 and 55 are mounted on the mounting table 220. (See FIG. 11).
耐レーザ部230は、図5に示すように、耐レーザ部材231,232,233を有する。耐レーザ部材231,232,233は、それぞれ、載置台220の溝222,223,224に設置される(図4および図10参照)。 As shown in FIG. 5, the laser resistant unit 230 includes laser resistant members 231, 232, and 233. The laser resistant members 231, 232, and 233 are installed in the grooves 222, 223, and 224 of the mounting table 220, respectively (see FIGS. 4 and 10).
耐レーザ部材231,232,233の寸法は、レーザ加工を施す際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2に耐レーザ部材231,232,233が密着する寸法に設定される。具体的には、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の近傍を後述するワーク固定治具250によって押圧した際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の裏面側W2に密着するように設定される(図11参照)。これにより、レーザ加工を施す際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2の近傍には酸素が存在しない状態となる。すなわち、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2の近傍に酸素が存在しない状態でレーザ加工を施せる。耐レーザ部材231,232,233の寸法として、耐レーザ部材231,232,233の高さh1,h2,h3(図5参照)が、それぞれ、溝222,223,224の高さH1,H2,H3(図4参照)以上となるように設定できる。 The dimensions of the laser resistant members 231, 232, and 233 are such that the laser resistant members 231, 232, 233 are disposed on the back side W 2 of the welded parts 80, 90, 95 (corresponding to the processed part W) of the separators 50, 55 when performing laser processing. The dimension at which 233 is in close contact is set. Specifically, when the vicinity of the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55 is pressed by a workpiece fixing jig 250 described later, the backside W2 of the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55 is applied. It sets so that it may contact | adhere (refer FIG. 11). Thereby, when performing laser processing, it will be in the state where oxygen does not exist in the vicinity of back side W2 of welding parts 80, 90, and 95 (equivalent to processing part W) of separators 50 and 55. That is, laser processing can be performed in a state where oxygen is not present in the vicinity of the back surface W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. As the dimensions of the laser resistant members 231, 232, 233, the heights h1, h2, h3 (see FIG. 5) of the laser resistant members 231, 232, 233 are the heights H1, H2, H2 of the grooves 222, 223, 224, respectively. It can be set to be equal to or higher than H3 (see FIG. 4).
また、本実施形態に係る耐レーザ部材231,232,233は、レーザ光Lの少なくとも一部を透過する材料により構成される。具体的には、耐レーザ部材231,232,233は、レーザ光Lに対して透明な材料により構成される。より具体的には、耐レーザ部材231,232,233は、当該耐レーザ部材231,232,233に入射したレーザ光Lの90%以上を透過する材料により構成される。これにより、耐レーザ部材231,232,233は、加工ヘッド260から走査されるレーザ光Lのうち、セパレータ50,55を通過したレーザ光Lの少なくとも一部を透過する。すなわち、加工ヘッド260から走査されたレーザによって、耐レーザ部材231,232,233が加工されるのが防止される。そのため、セパレータ50,55に耐レーザ部材231,232,233が溶着することが防止される。耐レーザ部材231,232,233に入射したレーザ光Lの90%以上を透過する材料として、合成石英、アクリルおよびポリカーボネートを例示できるが特に限定されない。 Further, the laser resistant members 231, 232, and 233 according to the present embodiment are made of a material that transmits at least part of the laser light L. Specifically, the laser resistant members 231, 232 and 233 are made of a material transparent to the laser beam L. More specifically, the laser resistant members 231, 232, 233 are made of a material that transmits 90% or more of the laser light L incident on the laser resistant members 231, 232, 233. Accordingly, the laser resistant members 231, 232, and 233 transmit at least a part of the laser light L that has passed through the separators 50 and 55 among the laser light L scanned from the processing head 260. That is, the laser resistant members 231, 232, and 233 are prevented from being processed by the laser scanned from the processing head 260. Therefore, welding of the laser resistant members 231, 232, 233 to the separators 50, 55 is prevented. Examples of materials that transmit 90% or more of the laser light L incident on the laser resistant members 231, 232, and 233 include synthetic quartz, acrylic, and polycarbonate, but are not particularly limited.
ガイド部240は、図1に示すように、ガイド部材241,242を有する。ガイド部材241,242は、セパレータ50,55の外周60,70を当接させて押さえることで、セパレータ50,55の外周60,70の固定を補助するために使用される(図1(B)および図10参照)。これにより、載置台220に載置されたセパレータ50,55が所定の位置に固定される。具体的には、セパレータ50,50の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2に耐レーザ部材231,232,233が位置するようにセパレータ50,55の位置が固定される。 As shown in FIG. 1, the guide part 240 includes guide members 241 and 242. The guide members 241 and 242 are used to assist the fixing of the outer peripheries 60 and 70 of the separators 50 and 55 by abutting and pressing the outer peripheries 60 and 70 of the separators 50 and 55 (FIG. 1B). And FIG. 10). Thereby, the separators 50 and 55 mounted on the mounting table 220 are fixed at predetermined positions. Specifically, the positions of the separators 50, 55 are fixed so that the laser resistant members 231, 232, 233 are positioned on the back side W2 of the welded parts 80, 90, 95 (corresponding to the processed part W) of the separators 50, 50. Is done.
ワーク固定治具250は、図11に示すように、加工ヘッド260からレーザ光Lを走査してセパレータ50,55を溶接する際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の近傍を載置台220に向かって押圧するために使用される。セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の近傍をワーク固定治具250により押圧することで、加工部位Wの裏面側W2に耐レーザ部材231,232,233がそれぞれ確実に密着される(図11参照)。 As shown in FIG. 11, when the workpiece fixing jig 250 welds the separators 50 and 55 by scanning the laser beam L from the processing head 260, the welding parts 80, 90, and 95 (processing parts) of the separators 50 and 55 are processed. (Corresponding to W) is used to press toward the mounting table 220. By pressing the vicinity of the welded portions 80, 90, 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50, 55 with the work fixing jig 250, the laser resistant members 231, 232, 233 are formed on the back side W2 of the processed portion W. Each is securely attached (see FIG. 11).
(レーザ加工方法)
次に本実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法は、概説すると、図12に示すように、耐レーザ部材の設置(ステップST1)、セパレータの載置(ステップST2)、セパレータの固定(ステップST3)およびレーザ加工(ステップST4)を有する。
(Laser processing method)
Next, the laser processing method according to this embodiment will be described. In brief, the laser processing method according to the present embodiment, as shown in FIG. 12, installation of a laser resistant member (step ST1), placement of a separator (step ST2), fixing of a separator (step ST3) and laser processing (step ST1). Step ST4).
耐レーザ部材の設置では、耐レーザ部材231,232,233を、それぞれ、載置台220の溝222,223,224に設置する。 In the installation of the laser resistant member, the laser resistant members 231, 232 and 233 are installed in the grooves 222, 223 and 224 of the mounting table 220, respectively.
次に、セパレータの載置では、レーザ加工を施すセパレータ50,55を載置台220に載置する。具体的には、マニホールド部固定治具221のロケートピン225が、セパレータ50,55のマニホールド部65,75の冷媒通過用のマニホールド穴68,78に挿入されるように載置する。このとき、マニホールド部固定治具221のクランプ226は、セパレータ50,55のマニホールド部65,75の燃料ガス通過用および酸化剤ガス通過用のマニホールド穴66,76および67,77に挿入される。次に、ロケートピン225を方向X,YL,YRに適宜移動させることによって、マニホールド穴68,78を基準に、セパレータ50,55を位置決めする。この際、セパレータ50,55の外周60,70にガイド部材241,242を当接させて押さえることで、セパレータ50,55の位置決めが補助される。次に、クランプ226のクランプ片を適宜移動させることによって、マニホールド部65,75を固定する。 Next, in placing the separator, the separators 50 and 55 to be subjected to laser processing are placed on the placing table 220. Specifically, the locating pin 225 of the manifold portion fixing jig 221 is placed so as to be inserted into the coolant passage manifold holes 68 and 78 of the manifold portions 65 and 75 of the separators 50 and 55. At this time, the clamp 226 of the manifold portion fixing jig 221 is inserted into the manifold holes 66, 76 and 67, 77 for passage of fuel gas and oxidant gas of the manifold portions 65, 75 of the separators 50, 55. Next, the separator pins 225 are appropriately moved in the directions X, YL, and YR to position the separators 50 and 55 with reference to the manifold holes 68 and 78. At this time, positioning of the separators 50 and 55 is assisted by bringing the guide members 241 and 242 into contact with and pressing the outer peripheries 60 and 70 of the separators 50 and 55. Next, the manifold portions 65 and 75 are fixed by appropriately moving the clamp pieces of the clamp 226.
次に、セパレータの固定では、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の近傍をワーク固定治具250により載置台220に向かって押圧して固定する。これにより、耐レーザ部材231,232,233は、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2に確実に密着される。すなわち、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の裏面側W2の近傍は酸素が存在しない状態となる。 Next, in the fixing of the separator, the vicinity of the welded portions 80, 90, 95 (corresponding to the processing portion W) of the separators 50, 55 is pressed and fixed toward the mounting table 220 by the work fixing jig 250. Thereby, the laser resistant members 231, 232, and 233 are securely adhered to the back surface side W 2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. That is, oxygen is not present in the vicinity of the back side W2 of the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55.
次に、レーザ加工では、レーザ照射部210の加工ヘッド260を移動させ、セパレータ50,55の外周60,70およびマニホールド部65,75の溶接のための所定位置に位置決めする。レーザ発振器211からのレーザは、光ファイバ212を通過して加工ヘッド260に導入される。レーザは、コリメータ261、レーザ径調整部262、反射ミラー263、ガルバノスキャナ264、加工レンズ265および保護ガラス266を通過して加工ヘッド260から出射される(図9参照)。そして、加工ヘッド260から出射されたレーザ光Lがセパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)に照射されて溶接が施される。このとき、セパレータ50,55は薄板状の部材から構成されていることにより、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95において溶け込みMが裏面側W2に達する箇所が生じる(図11参照)。しかしながら、耐レーザ部材231,232,233は、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2に確実に密着されている。すなわち、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の裏面側W2の近傍は酸素が存在しない状態にある。そのため、溶け込みMが溶接部位80,90,95の裏面側W2まで達することで裏面側W2が熱せられて裏面側W2が酸化することが防止される。また、耐レーザ部材231,232,233は、加工ヘッド260から走査されるレーザ光Lのうち、セパレータ50,55を通過したレーザ光Lの少なくとも一部を透過する。すなわち、加工ヘッド260から走査されたレーザ光Lによって、耐レーザ部材231,232,233が加工されるのが防止される。そのため、セパレータ50,55に耐レーザ部材231,232,233が溶着することが防止される。 Next, in the laser processing, the processing head 260 of the laser irradiation unit 210 is moved and positioned at predetermined positions for welding the outer peripheries 60 and 70 of the separators 50 and 55 and the manifold portions 65 and 75. The laser from the laser oscillator 211 passes through the optical fiber 212 and is introduced into the processing head 260. The laser passes through the collimator 261, the laser diameter adjustment unit 262, the reflection mirror 263, the galvano scanner 264, the processing lens 265, and the protective glass 266, and is emitted from the processing head 260 (see FIG. 9). Then, the laser beam L emitted from the machining head 260 is applied to the welding parts 80, 90, and 95 (corresponding to the machining part W) of the separators 50 and 55 to perform welding. At this time, since the separators 50 and 55 are made of thin plate-like members, there are places where the melt M reaches the back side W2 at the welded portions 80, 90, and 95 of the separators 50 and 55 (see FIG. 11). However, the laser resistant members 231, 232, and 233 are securely in close contact with the back side W 2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. That is, oxygen is not present in the vicinity of the back surface side W2 of the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55. Therefore, the penetration M reaches the back side W2 of the welded parts 80, 90, and 95, so that the back side W2 is heated and the back side W2 is prevented from being oxidized. Further, the laser resistant members 231, 232, and 233 transmit at least a part of the laser light L that has passed through the separators 50 and 55 among the laser light L scanned from the processing head 260. That is, the laser resistant members 231, 232, and 233 are prevented from being processed by the laser light L scanned from the processing head 260. Therefore, welding of the laser resistant members 231, 232, 233 to the separators 50, 55 is prevented.
上述したように、本実施形態に係るレーザ加工装置200およびレーザ加工方法によれば、セパレータ50,55(ワークに相当)の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2には、加工部位Wを通過したレーザ光Lの少なくとも一部を透過する耐レーザ部材231,232,233が密着して設置される。これにより、耐レーザ部材231,232,233を加工部位Wの裏面側W2に密着して設置するという簡便かつ追加のエネルギーを必要としない方法で、加工部位Wの裏面側W2に酸素が存在しない状態にした上でレーザ加工を施せる。また、耐レーザ部材231,232,233は、レーザ光Lの少なくとも一部を透過するから、加工部位Wを通過したレーザ光Lによって耐レーザ部材231,232,233が加工されて加工部位Wに溶着することを防止できる。従って、本実施形態に係るレーザ加工装置200およびレーザ加工方法によれば、加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工において、簡便な構成で低コストに加工部位Wの裏面側W2の酸化を防止できる。 As described above, according to the laser processing apparatus 200 and the laser processing method according to the present embodiment, the back surface side W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processing portion W) of the separators 50 and 55 (corresponding to the workpiece). Are installed in close contact with laser resistant members 231, 232, 233 that transmit at least part of the laser beam L that has passed through the processing site W. Thus, oxygen is not present on the back side W2 of the processing site W in a simple and non-additional manner in which the laser resistant members 231, 232, 233 are placed in close contact with the back side W2 of the processing site W. Laser processing can be performed after making the state. Further, since the laser resistant members 231, 232, 233 transmit at least part of the laser beam L, the laser resistant members 231, 232, 233 are processed by the laser beam L that has passed through the processing site W to form the processing site W It can prevent welding. Therefore, according to the laser processing apparatus 200 and the laser processing method according to the present embodiment, in the laser processing with the penetration M reaching the back surface side W2 of the processing site W, the back surface side W2 of the processing site W with a simple configuration at low cost. Can prevent oxidation.
また、耐レーザ部材231,232,233は、レーザ光Lに対して透明な材料で構成される。これにより、加工部位Wを通過したレーザ光Lは、耐レーザ部材231,232,233を加工することなく透過される。そのため、耐レーザ部材231,232,233が加工されて加工部位Wに溶着することを確実に防止できる。従って、加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工において、より高品質に加工部位Wの裏面側W2の酸化を防止できる。 Further, the laser resistant members 231, 232 and 233 are made of a material transparent to the laser beam L. As a result, the laser light L that has passed through the processing site W is transmitted without processing the laser resistant members 231, 232, and 233. Therefore, it is possible to reliably prevent the laser resistant members 231, 232, 233 from being processed and welded to the processing site W. Therefore, in the laser processing with the penetration M reaching the back surface side W2 of the processing site W, the oxidation of the back surface side W2 of the processing site W can be prevented with higher quality.
また、耐レーザ部材231,232,233は、当該耐レーザ部材231,232,233に入射したレーザ光Lの90%以上を透過する材料で構成される。これにより、加工部位Wを通過したレーザ光Lにより耐レーザ部材231,232,233が加工されて加工部位Wに溶着することをさらに確実に防止できる。従って、加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工において、さらに高品質に加工部位Wの裏面側W2の酸化を防止できる。 The laser resistant members 231, 232, and 233 are made of a material that transmits 90% or more of the laser light L incident on the laser resistant members 231, 232, and 233. Thereby, it is possible to further reliably prevent the laser resistant members 231, 232 and 233 from being processed and welded to the processing site W by the laser light L that has passed through the processing site W. Therefore, in the laser processing with the penetration M reaching the back surface side W2 of the processing site W, the oxidation of the back surface W2 of the processing site W can be prevented with higher quality.
また、本実施形態に係るレーザ加工装置200および加工方法は、燃料電池100に使用されるセパレータ50,55用の基材に適用できる。従って、低コストかつ高品質に加工部位Wの裏面側W2の酸化を防止して、加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工を燃料電池100に使用されるセパレータ50,55用の基材の加工に好適に使用できる。 Further, the laser processing apparatus 200 and the processing method according to the present embodiment can be applied to the base material for the separators 50 and 55 used in the fuel cell 100. Therefore, for the separators 50 and 55 used in the fuel cell 100, laser processing with penetration M that reaches the back side W2 of the processing part W is prevented at low cost and with high quality, and oxidation of the back side W2 of the processing part W is prevented. Can be suitably used for processing of the substrate.
(変形例)
実施形態1に係るレーザ加工装置200の載置台220は、耐レーザ部材231,232,233が加工部位Wの裏面側W2に密着して設置され、加工部位Wを通過したレーザ光Lの少なくとも一部を透過する限りにおいて変更することが可能である。
(Modification)
In the mounting table 220 of the laser processing apparatus 200 according to the first embodiment, the laser resistant members 231, 232, 233 are installed in close contact with the back side W2 of the processing site W, and at least one of the laser beams L that have passed through the processing site W. It is possible to change as long as it passes through the part.
例えば、載置台220の溝222,223,224に、耐レーザ部材231,232,233を透過したレーザ光Lを逃がす空間S1,S2,S3を設けてもよい。これにより、レーザ光Lが耐レーザ部材231,232,233を透過しやすくなる。そのため、耐レーザ部材231,232,233がレーザ光Lによって加工されることをより確実に防止できる。 For example, the grooves 222, 223, and 224 of the mounting table 220 may be provided with spaces S1, S2, and S3 that allow the laser light L that has passed through the laser resistant members 231, 232, and 233 to escape. As a result, the laser light L can easily pass through the laser resistant members 231, 232, and 233. Therefore, the laser resistant members 231, 232 and 233 can be more reliably prevented from being processed by the laser light L.
図13(A)、図13(B)は本変形例に係るレーザ加工装置の載置台を示す断面図であって、図4(A)、図4(B)に対応する断面図である。図14(A)、図14(B)は、同加工装置の載置台にセパレータを載置した際の断面図であって、図10(A)、図10(B)に対応する断面図である。図15は、同加工装置によるセパレータの加工の様子を説明する説明図であって、図14(A)の破線部Bによって囲まれる部分に対応する拡大図である。 FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing a mounting table of a laser processing apparatus according to this modification, and are cross-sectional views corresponding to FIGS. 4A and 4B. 14 (A) and 14 (B) are cross-sectional views when the separator is mounted on the mounting table of the processing apparatus, and are cross-sectional views corresponding to FIGS. 10 (A) and 10 (B). is there. FIG. 15 is an explanatory view for explaining a state of processing of the separator by the processing apparatus, and is an enlarged view corresponding to a portion surrounded by a broken line portion B in FIG.
図13〜15に示すように、レーザ光Lを逃がす空間S1,S2,S3を溝222,223,224に設ける方法として、溝222,223,224の側壁に沿って突起227,228,229を設ける方法を例示できるが特に限定されない。突起227,228,229は、突起227,228,229から溝222,223,224の開口部までの高さH4,H5,H6(図13参照)が、耐レーザ部材231,232,233の高さh1,h2,h3(図5参照)以下であるように設けることができる。これにより、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の近傍をワーク固定治具250によって押圧した際に、溶接部位80,90,95の裏面側W2に耐レーザ部材231,232,233が密着される(図15参照)。 As shown in FIGS. 13 to 15, protrusions 227, 228, and 229 are formed along the side walls of the grooves 222, 223, and 224 as a method of providing spaces S 1, S 2, and S 3 in the grooves 222, 223, and 224 for releasing the laser light L. Although the method of providing can be illustrated, it is not specifically limited. The protrusions 227, 228, and 229 have heights H4, H5, and H6 (see FIG. 13) from the protrusions 227, 228, and 229 to the openings of the grooves 222, 223, and 224 (see FIG. 13). The height h1, h2, h3 (see FIG. 5) or less can be provided. As a result, when the vicinity of the welded portions 80, 90, 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50, 55 is pressed by the work fixing jig 250, laser resistance is applied to the back side W2 of the welded portions 80, 90, 95. The members 231, 232, and 233 are brought into close contact with each other (see FIG. 15).
本変形例に係るレーザ加工装置200およびレーザ加工方法によれば、載置台220の溝222,223,224が、耐レーザ部材231,232,233を透過したレーザ光Lを逃がす空間S1,S2,S3を有する。これにより、レーザ光Lが耐レーザ部材231,232,233を透過しやすくなる。そのため、耐レーザ部材231,232,233がレーザ光Lによって加工されることをより確実に防止できる。従って、加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工において、さらに高品質に加工部位Wの裏面側W2の酸化を防止できる。 According to the laser processing apparatus 200 and the laser processing method according to this modification, the spaces S1, S2, and the grooves 222, 223, and 224 of the mounting table 220 allow the laser light L transmitted through the laser resistant members 231, 232, and 233 to escape. S3. As a result, the laser light L can easily pass through the laser resistant members 231, 232, and 233. Therefore, the laser resistant members 231, 232 and 233 can be more reliably prevented from being processed by the laser light L. Therefore, in the laser processing with the penetration M reaching the back surface side W2 of the processing site W, the oxidation of the back surface W2 of the processing site W can be prevented with higher quality.
(実施形態2)
実施形態2に係るレーザ加工装置300は、次の点で実施形態1に係るレーザ加工装置200と異なる。すなわち、実施形態1に係るレーザ加工装置200の耐レーザ部230の耐レーザ部材231,232,233は、レーザ光Lの少なくとも一部を透過した。一方、実施形態2に係るレーザ加工装置300は、耐レーザ部330の耐レーザ部材331,332,333がレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する点において実施形態1に係るレーザ加工装置200と異なる。
(Embodiment 2)
The laser processing apparatus 300 according to the second embodiment is different from the laser processing apparatus 200 according to the first embodiment in the following points. That is, the laser resistant members 231, 232, and 233 of the laser resistant portion 230 of the laser processing apparatus 200 according to the first embodiment transmit at least part of the laser light L. On the other hand, the laser processing apparatus 300 according to the second embodiment is different from the laser processing apparatus 200 according to the first embodiment in that the laser resistant members 331, 332, and 333 of the laser resistant section 330 absorb at least part of the laser light L. .
上述した相違点に係る構成について以下に説明する。実施形態1に係るレーザ加工装置200の構成と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。 A configuration related to the above-described difference will be described below. The same components as those of the laser processing apparatus 200 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図16(A)、図16(B)は、実施形態2に係るレーザ加工装置の載置台にセパレータを載置した際の断面図であって、図10(A)、図10(B)に対応する断面図である。図17は、同加工装置によるセパレータの加工の様子を説明する説明図であって、図16(A)の破線部Cによって囲まれる部分に対応する拡大図である。 FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views when the separator is mounted on the mounting table of the laser processing apparatus according to the second embodiment. FIG. 10A and FIG. FIG. FIG. 17 is an explanatory view for explaining a state of processing of the separator by the processing apparatus, and is an enlarged view corresponding to a portion surrounded by a broken line portion C in FIG.
本実施形態に係るレーザ加工装置300は、レーザ照射部210、載置台220、耐レーザ部330、ガイド部240、ワーク固定治具250(図17参照)を有する。 The laser processing apparatus 300 according to the present embodiment includes a laser irradiation unit 210, a mounting table 220, a laser resistant unit 330, a guide unit 240, and a workpiece fixing jig 250 (see FIG. 17).
耐レーザ部330は、図16に示す耐レーザ部材331,332,333を有する。耐レーザ部材331,332,333は、それぞれ、載置台220の溝222,223,224(図4参照)に設置される。 The laser resistant part 330 includes laser resistant members 331, 332, and 333 shown in FIG. The laser resistant members 331, 332, 333 are installed in the grooves 222, 223, 224 (see FIG. 4) of the mounting table 220, respectively.
本実施形態に係る耐レーザ部材331,332,333は、レーザ光Lの少なくとも一部を吸収する材料により構成される。具体的には、本実施形態の耐レーザ部材331,332,333は、レーザ光Lの少なくとも一部を吸収する液体により構成される。これにより、耐レーザ部材331,332,333は、図17に示すように、加工ヘッド260から走査されるレーザ光Lのうち、セパレータ50,55を通過したレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する。すなわち、加工ヘッド260から走査されたレーザによって、耐レーザ部材331,332,333が加工されるのが防止される。そのため、セパレータ50,55に耐レーザ部材331,332,333が溶着することが防止される。また、耐レーザ部材331,332,333は液体により構成されるから、耐レーザ部材を成形する必要がない。耐レーザ部材331,332,333を構成するレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する液体として水などを例示できるが特に限定されない。 The laser resistant members 331, 332, and 333 according to the present embodiment are made of a material that absorbs at least part of the laser light L. Specifically, the laser resistant members 331, 332, and 333 of the present embodiment are made of a liquid that absorbs at least part of the laser light L. Thereby, the laser resistant members 331, 332, 333 absorb at least a part of the laser light L that has passed through the separators 50, 55 among the laser light L scanned from the machining head 260, as shown in FIG. . That is, the laser resistant members 331, 332, and 333 are prevented from being processed by the laser scanned from the processing head 260. Therefore, welding of the laser resistant members 331, 332, 333 to the separators 50, 55 is prevented. Further, since the laser resistant members 331, 332, and 333 are made of liquid, it is not necessary to mold the laser resistant member. Although water etc. can be illustrated as a liquid which absorbs at least one part of the laser beam L which comprises the laser resistant members 331,332,333, It is not specifically limited.
載置台220の溝222,223,224に設置される耐レーザ部材331,332,333の量は次のように設定される。すなわち、レーザ加工を施す際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2に耐レーザ部材331,332,333が密着する量に設定される。具体的には、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の近傍をワーク固定治具250によって押圧した際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の裏面側W2に密着するように設定される(図17参照)。より具体的には、溝222,223,224に設置された耐レーザ部材331,332,333を構成する液体の高さが、それぞれ、溝222,223,224の高さH1,H2,H3(図4参照)と同一となるように設定される。これにより、レーザ加工を施す際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2の近傍には酸素が存在しない状態となる。すなわち、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2の近傍に酸素が存在しない状態でレーザ加工を施せる。 The amount of the laser resistant members 331, 332, 333 installed in the grooves 222, 223, 224 of the mounting table 220 is set as follows. That is, when laser processing is performed, the amount is set such that the laser resistant members 331, 332, and 333 are in close contact with the back side W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. Specifically, when the vicinity of the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55 is pressed by the work fixing jig 250, the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55 are in close contact with the back side W2. (See FIG. 17). More specifically, the heights of the liquids constituting the laser resistant members 331, 332, 333 installed in the grooves 222, 223, 224 are the heights H1, H2, H3 ( (See FIG. 4). Thereby, when performing laser processing, it will be in the state where oxygen does not exist in the vicinity of back side W2 of welding parts 80, 90, and 95 (equivalent to processing part W) of separators 50 and 55. That is, laser processing can be performed in a state where oxygen is not present in the vicinity of the back surface W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55.
(レーザ加工方法)
次に本実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。実施形態2に係るレーザ加工方法は、次の点で実施形態1に係るレーザ加工方法と異なる。すなわち、実施形態1に係るレーザ加工方法の耐レーザ部材の設置(ステップST1)では、レーザ光Lの少なくとも一部を透過する耐レーザ部材231,232,233を設置した。一方、実施形態2に係るレーザ加工方法は、レーザ光Lの少なくとも一部を吸収する耐レーザ部材331,332,333を設置する点において実施形態1に係るレーザ加工方法と異なる。
(Laser processing method)
Next, the laser processing method according to this embodiment will be described. The laser processing method according to the second embodiment is different from the laser processing method according to the first embodiment in the following points. That is, in the installation of the laser resistant member (step ST1) of the laser processing method according to the first embodiment, the laser resistant members 231, 232, 233 that transmit at least part of the laser light L are installed. On the other hand, the laser processing method according to the second embodiment is different from the laser processing method according to the first embodiment in that laser resistant members 331, 332, and 333 that absorb at least part of the laser light L are installed.
上述した相違点に係る構成について以下に説明する。 A configuration related to the above-described difference will be described below.
本実施形態に係るレーザ加工のおおまかな流れは図12と同様である。本実施形態に係るレーザ加工方法は、概説すると耐レーザ部材の設置(ステップST1)、セパレータの載置(ステップST2)、セパレータの固定(ステップST3)およびレーザ加工(ステップST4)を有する。セパレータの載置(ステップST2)、セパレータの固定(ステップST3)およびレーザ加工(ステップST4)については、実施形態1と同様であるため説明を省略する。 The general flow of laser processing according to this embodiment is the same as that shown in FIG. In brief, the laser processing method according to the present embodiment includes installation of a laser resistant member (step ST1), placement of a separator (step ST2), fixing of the separator (step ST3), and laser processing (step ST4). Since the placement of the separator (step ST2), the fixing of the separator (step ST3), and the laser processing (step ST4) are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
耐レーザ部材の設置では、レーザ光Lの少なくとも一部を吸収する耐レーザ部材331,332,333を、それぞれ、載置台220の溝222,223,224に設置する。具体的には、耐レーザ部材331,332,333を構成するレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する液体を、載置台220の溝222,223,224に注ぐ。このとき、載置台220の溝222,223,224に注がれる耐レーザ部材331,332,333を構成するレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する液体の量は次のように設定される。すなわち、レーザ加工を施す際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2に耐レーザ部材331,332,333が密着する量に設定される。具体的には、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の近傍をワーク固定治具250によって押圧した際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95の裏面側W2に密着するように設定される(図17参照)。より具体的には、溝222,223,224に設置された耐レーザ部材331,332,333を構成する液体の高さが、それぞれ、溝222,223,224の高さH1,H2,H3(図4参照)と同一となるように設定される。これにより、セパレータ50,55を載置台220に載置した際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2に耐レーザ部材331,332,333が密着される。そのため、レーザ加工を施す際に、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2の近傍には酸素が存在しない状態となる。すなわち、セパレータ50,55の溶接部位80,90,95(加工部位Wに相当)の裏面側W2の近傍に酸素が存在しない状態でレーザ加工を施せる。また、耐レーザ部材331,332,333は、加工ヘッド260から走査されるレーザ光Lのうち、セパレータ50,55を通過したレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する(図17参照)。すなわち、加工ヘッド260から走査されたレーザによって、耐レーザ部材331,332,333が加工されるのが防止される。そのため、セパレータ50,55に耐レーザ部材331,332,333が溶着することが防止される。さらに、耐レーザ部材331,332,333は液体により構成されるから、耐レーザ部材を成形する必要がない。 In the installation of the laser resistant member, the laser resistant members 331, 332, and 333 that absorb at least part of the laser light L are installed in the grooves 222, 223, and 224 of the mounting table 220, respectively. Specifically, a liquid that absorbs at least part of the laser light L constituting the laser resistant members 331, 332, 333 is poured into the grooves 222, 223, 224 of the mounting table 220. At this time, the amount of liquid that absorbs at least a part of the laser light L constituting the laser resistant members 331, 332, and 333 poured into the grooves 222, 223, and 224 of the mounting table 220 is set as follows. That is, when laser processing is performed, the amount is set such that the laser resistant members 331, 332, and 333 are in close contact with the back side W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. Specifically, when the vicinity of the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55 is pressed by the work fixing jig 250, the welded portions 80, 90, 95 of the separators 50, 55 are in close contact with the back side W2. (See FIG. 17). More specifically, the heights of the liquids constituting the laser resistant members 331, 332, 333 installed in the grooves 222, 223, 224 are the heights H1, H2, H3 ( (See FIG. 4). Thus, when the separators 50 and 55 are placed on the placing table 220, the laser resistant members 331, 332, and 333 are placed on the back side W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. Is closely attached. Therefore, when laser processing is performed, oxygen is not present in the vicinity of the back surface side W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. That is, laser processing can be performed in a state where oxygen is not present in the vicinity of the back surface W2 of the welded portions 80, 90, and 95 (corresponding to the processed portion W) of the separators 50 and 55. Further, the laser resistant members 331, 332, 333 absorb at least part of the laser light L that has passed through the separators 50, 55 among the laser light L scanned from the processing head 260 (see FIG. 17). That is, the laser resistant members 331, 332, and 333 are prevented from being processed by the laser scanned from the processing head 260. Therefore, welding of the laser resistant members 331, 332, 333 to the separators 50, 55 is prevented. Further, since the laser resistant members 331, 332, and 333 are made of liquid, it is not necessary to mold the laser resistant member.
本実施形態に係るレーザ加工装置300およびレーザ加工方法によれば、セパレータ50,55(ワークに相当)の加工部位Wの裏面側W2には、加工部位Wを通過したレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する耐レーザ部材331,332,333が密着して設置される。これにより、耐レーザ部材331,332,333を加工部位Wの裏面に密着して設置するという簡便かつ追加のエネルギーを必要としない方法で、加工部位Wの裏面側W2に酸素が存在しない状態にした上でレーザ加工を施せる。また、耐レーザ部材331,332,333は、レーザ光Lの少なくとも一部を吸収するから、加工部位Wを通過したレーザ光Lによって耐レーザ部材331,332,333が加工されて加工部位Wに溶着することを防止できる。従って、本実施形態に係るレーザ加工装置300およびレーザ加工方法によれば、加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工において、簡便な構成で低コストに加工部位Wの裏面側W2の酸化を防止できる。 According to the laser processing apparatus 300 and the laser processing method according to the present embodiment, at least a part of the laser light L that has passed through the processing site W is present on the back surface side W2 of the processing site W of the separators 50 and 55 (corresponding to workpieces). Laser-resistant members 331, 332, 333 that absorb light are installed in close contact with each other. Thus, the laser resistant members 331, 332, and 333 are placed in close contact with the back surface of the processing site W, and the oxygen does not exist on the back surface side W2 of the processing site W by a method that does not require additional energy. And laser processing can be performed. Further, since the laser resistant members 331, 332, and 333 absorb at least a part of the laser beam L, the laser resistant members 331, 332, and 333 are processed by the laser beam L that has passed through the processing site W, so that the processing site W is processed. It can prevent welding. Therefore, according to the laser processing apparatus 300 and the laser processing method according to the present embodiment, in the laser processing with the penetration M reaching the back surface side W2 of the processing site W, the back surface side W2 of the processing site W at a low cost with a simple configuration. Can prevent oxidation.
また、耐レーザ部材331,332,333は、加工部位Wを通過したレーザ光Lの少なくとも一部を吸収する液体により構成される。これにより、加工部位Wを通過したレーザ光Lは、耐レーザ部材331,332,333を加工することなく吸収される。そのため、耐レーザ部材331,332,333が加工されて加工部位Wに溶着することを確実に防止できる。また、耐レーザ部材331,332,333は液体により構成されるから、耐レーザ部材331,332,333を成形する必要がない。従って、加工部位Wの裏面側W2まで達する溶け込みMを伴うレーザ加工において、より低コストかつ高品質に加工部位Wの裏面側W2の酸化を防止できる。 Further, the laser resistant members 331, 332, and 333 are made of a liquid that absorbs at least part of the laser light L that has passed through the processing site W. As a result, the laser light L that has passed through the processing site W is absorbed without processing the laser resistant members 331, 332, and 333. Therefore, it is possible to reliably prevent the laser resistant members 331, 332, 333 from being processed and welded to the processing site W. Further, since the laser resistant members 331, 332, and 333 are made of liquid, it is not necessary to mold the laser resistant members 331, 332, and 333. Therefore, in laser processing with the penetration M reaching the back surface side W2 of the processing site W, the back surface side W2 of the processing site W can be prevented from being oxidized at a lower cost and with higher quality.
(その他の改変例)
実施形態1に係る耐レーザ部230および実施形態2に係る耐レーザ部330は、加工部位Wの裏面側W2に密着して設置され、加工部位Wを通過したレーザ光Lの少なくとも一部を透過または吸収する限りにおいて、変更することが可能である。
(Other modifications)
The laser resistant part 230 according to the first embodiment and the laser resistant part 330 according to the second embodiment are installed in close contact with the back side W2 of the processing site W, and transmit at least part of the laser light L that has passed through the processing site W. Or as long as it absorbs, it is possible to change.
例えば、耐レーザ部230(330)の耐レーザ部材231(331),232(332),233(333)は、加工部位Wを通過したレーザ光Lの少なくとも一部を透過または吸収する弾性部材により構成してもよい。このとき、耐レーザ部材231(331),232(332),233(333)の高さh1,h2,h3(図5(A)参照)を、溝222,223,224の高さH1,H2,H3(図4参照)より高く設定できる。あるいは、高さh1,h2,h3を、実施形態1の変形例で説明した突起227,228,229から溝222,223,224の開口部までの高さH4,H5,H6(図13参照)より高く設定できる。これにより、載置台220に載置されたセパレータ50,55をワーク固定治具250により押圧した際に、耐レーザ部材231(331),232(332),233(333)は、セパレータ50,55に押圧されて圧縮される。このとき、セパレータ50,55は、耐レーザ部材231(331),232(332),233(333)が有する復元力によって、耐レーザ部材231(331),232(332),233(333)からより強い押圧力を受ける。そのため、セパレータ50,55は、ワーク固定治具250と耐レーザ部材231,232,233との間でより強く圧接される(図18参照)。すなわち、セパレータ50,55は、溶接部位80,90,95において互いにより強固に密着した状態でレーザ光Lによって溶接されることができる。従って、本改変例に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、セパレータ50,55の接合をより確実に実施できる。 For example, the laser resistant members 231 (331), 232 (332), and 233 (333) of the laser resistant portion 230 (330) are elastic members that transmit or absorb at least part of the laser light L that has passed through the processing site W. It may be configured. At this time, the heights h1, h2, and h3 (see FIG. 5A) of the laser resistant members 231 (331), 232 (332), and 233 (333) are set to the heights H1, H2 of the grooves 222, 223, and 224, respectively. , H3 (see FIG. 4). Alternatively, the heights h1, h2, and h3 are heights H4, H5, and H6 from the protrusions 227, 228, and 229 described in the modification of the first embodiment to the openings of the grooves 222, 223, and 224 (see FIG. 13). Can be set higher. Thus, when the separators 50 and 55 placed on the placing table 220 are pressed by the work fixing jig 250, the laser resistant members 231 (331), 232 (332), and 233 (333) are separated from the separators 50 and 55, respectively. To be compressed. At this time, the separators 50 and 55 are separated from the laser resistant members 231 (331), 232 (332), and 233 (333) by the restoring force of the laser resistant members 231 (331), 232 (332), and 233 (333). Receives a stronger pressing force. Therefore, the separators 50 and 55 are more strongly pressed between the workpiece fixing jig 250 and the laser resistant members 231, 232 and 233 (see FIG. 18). That is, the separators 50 and 55 can be welded by the laser beam L in a state where the separators 50 and 55 are more firmly adhered to each other at the welding parts 80, 90 and 95. Therefore, according to the laser processing apparatus and the laser processing method according to this modification, the separators 50 and 55 can be more reliably joined.
なお、本発明は上述した実施形態とその変形例および改変例にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態とその変形例および改変例では、レーザ溶接として重ね合わせ溶接を例に説明したが、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、突合わせ溶接などの他の形態の溶接に適用可能である。また、上述した実施形態とその変形例および改変例では、レーザ加工としてレーザ溶接を例に説明したが、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、レーザを使用した種々の加工に適用可能である。例えば、レーザを使用したワーク表面の熱処理に本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法を適用できる。 In addition, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, its modification, and a modification, A various change is possible in a claim. For example, in the above-described embodiment and its modifications and modifications, lap welding has been described as an example of laser welding, but the laser processing apparatus and the laser processing method according to the present invention are in other forms such as butt welding. Applicable to welding. In the above-described embodiment and its modifications and modifications, laser welding has been described as an example of laser processing. However, the laser processing apparatus and laser processing method according to the present invention can be applied to various types of processing using a laser. It is. For example, the laser processing apparatus and the laser processing method according to the present invention can be applied to heat treatment of a workpiece surface using a laser.
10,15 ガス拡散層、
20 高分子電解質膜、
30,35 触媒層、
40 膜電極接合体、
50,55 セパレータ、
52,57 アクティブエリア部、
53,58,59 流路、
60,70 外周、
65,75 マニホールド部、
66,67,68,76,77,78 マニホールド穴、
80,90,95 溶接部位、
100 燃料電池、
110 スタック部、
120 単セル、
130 締結板、
135 補強板、
140 集電板、
145 スペーサ、
150 エンドプレート、
155 ボルト、
200,300 レーザ加工装置、
210 レーザ照射部、
211 レーザ発振器、
212 光ファイバ、
213 駆動装置、
214 制御装置、
215,216 リニアガイド、
220 載置台、
221 マニホールド部固定治具、
222,223,224 溝、
225 ロケートピン、
226 クランプ、
227,228,229 突起、
230,330 耐レーザ部、
231,232,233,331,332,333 耐レーザ部材、
240 ガイド部、
241,242 ガイド部材、
250 ワーク固定治具、
260 加工ヘッド、
261 コリメータ、
262 レーザ径調整部、
263 反射ミラー、
264 ガルバノスキャナ、
265 加工レンズ、
266 保護ガラス、
X,YL,YR 方向、
L レーザ光、
M 溶け込み、
H1,H2,H3,H4,H5,H6,h1,h2,h3 高さ、
S1,S2,S3 空間、
W 加工部位、
W1 加工部位の表面側、
W2 加工部位の裏面側。
10, 15 Gas diffusion layer,
20 polymer electrolyte membrane,
30, 35 catalyst layer,
40 membrane electrode assembly,
50,55 separator,
52,57 Active area part,
53, 58, 59 flow path,
60,70 outer circumference,
65,75 Manifold part,
66, 67, 68, 76, 77, 78 Manifold hole,
80, 90, 95 welded parts,
100 fuel cells,
110 Stack part,
120 single cells,
130 fastening plate,
135 reinforcing plate,
140 current collector,
145 spacer,
150 end plate,
155 volts,
200,300 Laser processing equipment,
210 Laser irradiation unit,
211 laser oscillator,
212 optical fiber,
213 drive,
214 control device,
215, 216 linear guide,
220 mounting table,
221 Manifold fixing jig,
222, 223, 224 grooves,
225 Locate pin,
226 clamp,
227, 228, 229 protrusions,
230, 330 Laser resistant part,
231,232,233,331,332,333 laser resistant member,
240 guide part,
241,242 guide members,
250 workpiece fixing jig,
260 processing head,
261 collimator,
262 laser diameter adjustment unit,
263 reflection mirror,
H.264 galvano scanner,
265 processing lens,
266 protective glass,
X, YL, YR direction,
L laser light,
M melting,
H1, H2, H3, H4, H5, H6, h1, h2, h3 height,
S1, S2, S3 space,
W processing part,
W1 Surface side of the processing site,
W2 Back side of the processed part.
Claims (6)
前記ワークの前記加工部位の裏面側に密着して設置され、前記加工部位を通過した前記レーザ光の少なくとも一部を透過または吸収する耐レーザ部材と、
前記耐レーザ部材を透過した前記レーザ光を逃がす空間が形成された載置台と、
を有するレーザ加工装置。 A laser irradiation unit that performs laser processing with a penetration that reaches the back surface of the processing part by irradiating the front side of the processing part of the workpiece;
It is placed in close contact with the back side of the machining area of the workpiece, and the resistance to laser member you transmit or absorb at least a portion of the laser beam passing through said machining area,
A mounting table in which a space through which the laser beam transmitted through the laser-resistant member is released is formed;
A laser processing apparatus.
前記ワークの加工部位の裏面側に、レーザ光の少なくとも一部を透過または吸収する耐レーザ部材を密着するように設置し、
前記ワークの前記加工部位の表面側に前記レーザ光を照射して当該加工部位の裏面まで達する溶け込みを伴うレーザ加工を施し、
前記耐レーザ部材を透過した前記レーザ光を前記載置台に設けられた空間に逃がすレーザ加工方法。 Place the workpiece on the mounting table,
On the back side of the machining area of the workpiece was placed in close contact resistance laser member you transmit or absorb at least a portion of the laser beam,
And irradiating the laser beam on the surface of the machined portion of the workpiece and facilities the laser machining with penetration reaching the back surface of the machined portion,
A laser processing method for letting the laser beam transmitted through the laser resistant member escape to a space provided in the mounting table .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014113219A JP6467788B2 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Laser processing apparatus and laser processing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014113219A JP6467788B2 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Laser processing apparatus and laser processing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015226920A JP2015226920A (en) | 2015-12-17 |
JP6467788B2 true JP6467788B2 (en) | 2019-02-13 |
Family
ID=54884767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014113219A Active JP6467788B2 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Laser processing apparatus and laser processing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6467788B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6978996B2 (en) * | 2018-09-06 | 2021-12-08 | 本田技研工業株式会社 | Manufacturing method and manufacturing equipment for bonded separators |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57181789A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-09 | Toshiba Corp | Spot welder utilizing laser |
JPH0494886A (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-26 | Toyota Motor Corp | Laser beam machine |
JP2001334578A (en) * | 2000-05-26 | 2001-12-04 | Matsushita Electric Works Ltd | Method for welding resin by laser |
JP2002059287A (en) * | 2000-08-11 | 2002-02-26 | Ricoh Microelectronics Co Ltd | Method and device for laser beam machining |
JP5223272B2 (en) * | 2007-09-04 | 2013-06-26 | 日産自動車株式会社 | Method of welding metal separator for fuel cell and welding apparatus for metal separator for fuel cell |
JP2009101384A (en) * | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Olympus Corp | Laser beam machining method |
JP5321014B2 (en) * | 2008-11-26 | 2013-10-23 | 日産自動車株式会社 | Welding apparatus for metal separator for fuel cell and welding method for metal separator for fuel cell |
-
2014
- 2014-05-30 JP JP2014113219A patent/JP6467788B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015226920A (en) | 2015-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6609974B2 (en) | Laser welding apparatus and laser welding method | |
JP6237263B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell | |
JP4584590B2 (en) | Apparatus and method for processing a fuel cell membrane web into a precisely positioned membrane sheet | |
US8921010B2 (en) | Method of preparing a fuel cell unitized electrode assembly by ultrasonic welding | |
JP2014194876A (en) | Method of manufacturing fuel cell-related parts and fuel cell-related parts, welding jig device | |
JP2014194877A (en) | Fuel cell-related parts and manufacturing method therefor | |
US11121381B2 (en) | Method for manufacturing fuel cell stack | |
JP6467788B2 (en) | Laser processing apparatus and laser processing method | |
FR3014247A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE ASSEMBLY / ELECTRODES COMPRISING REINFORCEMENTS | |
JP5320522B2 (en) | ELECTROLYTE MEMBRANE FOR SOLID POLYMER FUEL CELL, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND SOLID POLYMER FUEL CELL | |
EP2715846B1 (en) | Fuel cell limiting the phenomenon of corrosion | |
JP6326970B2 (en) | Welding apparatus and welding method for fuel cell separator | |
JP6747043B2 (en) | Separator assembling apparatus and separator assembling method | |
JP2014229515A (en) | Device and method for manufacturing separator assembly for fuel cell, and fuel cell | |
JP6834611B2 (en) | Fuel cell manufacturing methods, fuel cells, and fuel cell manufacturing equipment | |
US20210091356A1 (en) | Manufacturing method of fuel cell | |
JP2016004631A (en) | Method and device for manufacturing fuel cell | |
JP2020145106A (en) | Manufacturing method of fuel battery unit cell | |
WO2022063868A1 (en) | Method for producing a fuel cell unit | |
JP6231388B2 (en) | Fuel cell cassette and fuel cell stack | |
JP2004139829A (en) | Diffusion layer separator junction, its manufacturing method, fuel cell and fuel cell stack | |
KR20240072389A (en) | Separator plate welding apparatus that can inpet appearance of separator | |
DE102022211697A1 (en) | Process for producing a bipolar plate | |
JP2021150086A (en) | Electrolyte membrane/electrode structure with resin frame and manufacturing method of resin frame member for fuel cell | |
JP2015207490A (en) | Manufacturing method of fuel cell and manufacturing apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171026 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171107 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180529 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180702 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181231 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6467788 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |