JP6625517B2

JP6625517B2 - シート材搬送装置

Info

Publication number: JP6625517B2
Application number: JP2016245513A
Authority: JP
Inventors: 優介和田; 健介難波
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: US20180170702A1; JP2018101481A

Description

本発明は、燃料電池の電解質膜・電極構造体を構成するシート状部材をロール体から巻き出して搬送するためのシート材搬送装置に関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。

電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セル（単位燃料電池）が構成されている。発電セルは、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

電解質膜・電極構造体の製造工程において、例えば、電解質膜・電極構造体を構成するシート状部材（例えば、電極触媒層シート）は、シート状部材が巻かれてなるロール体から巻き出され、巻き出された部材は所定の製品寸法に切断される。この場合、ロール体から巻き出されたシート状部材を搬送するために、従来、ニップロールが用いられることが一般的である（例えば、下記特許文献１を参照）。

特開２０１６−９１９９７号公報

しかしながら、ニップロールを用いた搬送では、シート状部材の両面にニップロールの外周面が接触するとともに、シート状部材が加圧される。このため、シート状部材（製品）へのコンタミの混入が発生するという問題がある。

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、搬送時のシート状部材へのコンタミの混入を削減することが可能なシート材搬送装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、電解質膜・電極構造体を構成するシート状部材を、前記シート状部材がロール状に巻かれてなるロール体から巻き出して搬送するためのシート材搬送装置であって、前記ロール体から巻き出された前記シート状部材の一方面に負圧によって吸着して該シート状部材を搬送方向に移動させる多孔質体からなる吸着部材と、前記吸着部材に負圧を供給する負圧供給部と、を備えることを特徴とする。

前記吸着部材が吸着する前記シート状部材の前記一方面は、搬送時の前記シート状部材の下面であることが好ましい。

前記吸着部材は、セラミック製であることが好ましい。

前記吸着部材は、前記搬送方向に沿って設定された上流側の第１位置と下流側の第２位置との間を往復移動可能であり、所定量毎に前記シート状部材を前記搬送方向に移動させることが好ましい。

上記シート状搬送装置は、前記ロール体から巻き出された前記シート状部材を切断する切断機構を備え、前記切断機構の少なくとも一部は、前記吸着部材により前記シート状部材を移動させている間に前記シート状部材を切断することが好ましい。

前記シート状部材は帯状であり、前記切断機構は、前記少なくとも一部を構成するとともに前記シート状部材の長手方向に沿って前記シート状部材を切断する第１切断部と、前記シート状部材の幅方向に沿って前記シート状部材を切断する第２切断部とを有することが好ましい。

前記第１切断部は、前記吸着部材よりも前記搬送方向の上流側に配置され、前記第２切断部は、前記吸着部材よりも前記搬送方向の下流側に配置されることが好ましい。

前記第１切断部が前記シート状部材を切断している間、前記第２切断部は前記シート状部材を切断しないことが好ましい。

前記切断機構は、セラミック製の回転式カッタを有することが好ましい。

前記第１切断部は、第１回転式カッタを有し、前記第２切断部は、前記シート状部材の幅方向に移動可能な第２回転式カッタを有することが好ましい。

本発明のシート材搬送装置によれば、ロール体から巻き出されたシート状部材の一方面に負圧によって吸着して該シート状部材を搬送方向に移動させる多孔質体からなる吸着部材と、この吸着部材に負圧を供給する負圧供給部とを備える。このため、ニップロールによる搬送と異なり、シート状部材の両面への接触及び加圧を回避した搬送が可能である。従って、シート状部材へのコンタミの混入を削減（抑制）することができる。

本発明の実施形態に係るシート材搬送装置の斜視図である。シート材搬送装置の概略側面図である。シート材搬送装置の動作を説明する第１説明図である。シート材搬送装置の動作を説明する第２説明図である。シート材搬送装置の動作を説明する第３説明図である。

図１及び図２に示す本発明の実施形態に係るシート材搬送装置１０は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を構成するシート状部材１２を、シート状部材１２がロール状に巻かれてなるロール体１４から巻き出して搬送するための装置である。

電解質膜・電極構造体は、セパレータとともに燃料電池（発電セル）を構成する燃料電池用部材である。燃料電池は、電解質膜・電極構造体と、この電解質膜・電極構造体の両面にそれぞれ配置されたセパレータとを備え、複数の燃料電池が積層されて燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

電解質膜・電極構造体は、電解質膜と、電解質膜の両面に設けられた電極（アノード電極及びカソード電極）とを有する。電解質膜は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。各電極は、例えば、電極触媒層とガス拡散層とを有する触媒被覆拡散媒体（ＣＣＤＭ：ｃａｔａｌｙｓｔ−ｃｏａｔｅｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｅｄｉａ）からなる。

シート状部材１２は、電解質膜・電極構造体の少なくとも一部の層を構成する部材であり、例えば、ＣＣＤＭである。その他、シート状部材１２は、触媒被覆媒体（ＣＣＭ：ｃａｔａｌｙｓｔ−ｃｏａｔｅｄｍｅｄｉａ）、カーボンペーパー、カーボンペーパーにカーボンを含む中間層が形成された部材、電解質膜、又は電解質膜・電極構造体自体であってもよい。

図１及び図２に示すように、シート材搬送装置１０は、ロール体１４を回転自在に支持する巻出し軸１５と、ロール体１４から巻き出されたシート状部材１２を吸着して搬送方向（矢印Ｘ方向）に移動させる吸着部材１６と、吸着部材１６に負圧を供給する負圧供給部１８（図２）と、ロール体１４から巻き出されたシート状部材１２を切断する切断機構２０を備える。

巻出し軸１５にはロール体１４が装着される。ロール体１４では、帯状のシート状部材１２と層間フィルム２２とが重ねられた状態でロール状に巻かれている。従って、ロール体１４では、シート状部材１２はその両面が直接接触することなくロール状に巻かれている。ロール体１４からのシート状部材１２の巻出しに伴い、層間フィルム２２も巻き出される。巻き出された層間フィルム２２は、巻取ロール２４によって巻き取られる。

ロール体１４から巻き出され、層間フィルム２２から分離されたシート状部材１２は、ロール体１４と吸着部材１６との間に配置された中間案内ロール２６によって案内される。ロール体１４から巻き出され、シート状部材１２から分離された層間フィルム２２は、ロール体１４と巻取ロール２４との間に配置された中間案内ロール２８によって案内される。

吸着部材１６は、ロール体１４から巻き出されたシート状部材１２の一方面（下面１２ａ）に吸着可能な多孔質体からなり、吸着したシート状部材１２を搬送方向に移動させる。吸着部材１６は、セラミック製（例えば、ジルコニア製、アルミナ製、炭化珪素製等）である。吸着部材１６は、搬送方向に沿って設定された上流側の第１位置（図３）と下流側の第２位置（図４）との間を往復移動可能であり、所定量毎にシート状部材１２を搬送方向に移動させる。

本実施形態において、吸着部材１６は、プレート状に構成されたエア吸着定盤の形態を有する。図１に示すように、吸着部材１６の幅寸法Ｗは、幅方向両端部がカットされたシート状部材１２（以下、「シート状部材１２Ａ」と表記する）の幅寸法Ｗ２（製品幅寸法）よりも小さい。なお、吸着部材１６の幅寸法Ｗは、シート状部材１２Ａの幅寸法Ｗ２以上であってもよい。

図２に示すように、シート材搬送装置１０は、吸着部材１６を動作させる駆動機構３０を備える。シート材搬送装置１０は、図示しないが、ガイド機構を備え、当該ガイド機構により吸着部材１６の移動をガイドする。駆動機構３０は、サーボモータ等のアクチュエータ３２を有し、該アクチュエータ３２の駆動力を適宜の動力伝達機構３４を介して吸着部材１６に伝達することにより、該吸着部材１６を搬送方向（矢印Ｘ方向）及び搬送方向とは逆方向に移動させる。アクチュエータ３２の動作は、シート材搬送装置１０の制御部３６によって制御される。なお、アクチュエータ３２としてリニアモータやエアシリンダを用い、吸着部材１６を直接駆動してもよい。

負圧供給部１８は、負圧を発生させる吸引ポンプ１８ａを有する。吸引ポンプ１８ａは、例えば、フレキシブルチューブ１８ｂを介して吸着部材１６に接続される。これにより、吸着部材１６の移動を支障なく行うことができるとともに、吸着部材１６への負圧の供給を良好に行うことができる。

切断機構２０は、シート状部材１２の長手方向に沿ってシート状部材１２を切断する第１切断部４０と、シート状部材１２の幅方向に沿ってシート状部材１２を切断する第２切断部４２とを有する。第１切断部４０は、吸着部材１６よりも搬送方向の上流側で、中間案内ロール２６よりも搬送方向の下流側に配置される。第２切断部４２は、吸着部材１６よりも搬送方向の下流側に配置される。

図１に示すように、第１切断部４０は、円盤状の２つの第１回転式カッタ４０ａを有し、シート状部材１２の長手方向に沿ってシート状部材１２の幅方向両端部に切れ込み（スリット）を入れることにより、製品幅寸法にシート状部材１２を切断する。２つの第１回転式カッタ４０ａは、シート状部材１２の幅方向に間隔を置いて配置されるとともに、シート状部材１２の幅方向と平行な軸を中心に回転可能に構成される。２つの第１回転式カッタ４０ａは、金属成分（特に鉄分）を含まない材料からなり、セラミック製（例えば、ジルコニア製、アルミナ製、炭化珪素製等）である。

２つの第１回転式カッタ４０ａの下方には台座ロール４４が配置される。台座ロール４４は、初期状態（第１切断部４０により切断される前の状態）のシート状部材１２の幅寸法Ｗ１よりも大きい（長い）。台座ロール４４は、セラミック製（例えば、ジルコニア製）である。２つの第１回転式カッタ４０ａと台座ロール４４の間にシート状部材１２が挟まれた状態でシート状部材１２が搬送方向に送られることで、シート状部材１２の幅方向両端部が２つの第１回転式カッタ４０ａにより切断される。

第２切断部４２は、円盤状の第２回転式カッタ４２ａを有し、シート状部材１２（製品幅寸法に切断されたシート状部材１２Ａ）の長さ方向を該第２回転式カッタ４２ａにより製品寸法に切断する。第２回転式カッタ４２ａは、シート状部材１２の搬送方向と平行な軸を中心に回転可能であるとともに、シート状部材１２の幅方向に移動可能である。第２回転式カッタ４２ａは、金属成分（特に鉄分）を含まない材料からなり、セラミック製（例えば、ジルコニア製、アルミナ製、炭化珪素製等）である。

第２回転式カッタ４２ａの下方には台座部材４６が配置される。台座部材４６は、第１切断部４０により幅方向両端部が切断されたシート状部材１２Ａの幅寸法Ｗ２よりも大きい（長い）。台座部材４６は、セラミック製（例えば、ジルコニア製）である。台座部材４６上にシート状部材１２Ａが載置された状態で、第２回転式カッタ４２ａがシート状部材１２Ａに接触して、回転しながらシート状部材１２Ａの幅方向に移動することにより、シート状部材１２が製品寸法に切断される。

このように構成されるシート材搬送装置１０の動作について、以下に説明する。

図１及び図２において、シート状部材１２は、ロール体１４から巻き出されて層間フィルム２２から分離され、中間案内ロール２６によって案内されつつ、吸着部材１６によって搬送方向の下流側へと搬送される。シート状部材１２は、吸着部材１６によって搬送されるのと並行して、切断機構２０によって長手方向及び幅方向に切断されて、製品寸法に切り出される。

この場合、ロール体１４から巻き出されたシート状部材１２は、まず、第１切断部４０（２つの第１回転式カッタ４０ａ）により幅方向両端部が長手方向に切断されることで、製品幅寸法に切り出される。なお、垂れ下がった切れ端１２ｓ（切除部）は、適宜の箇所に回収されるとよい。そして、第１切断部４０により製品幅寸法に切断されたシート状部材１２Ａは、吸着部材１６により下流側に搬送され、第２切断部４２（第２回転式カッタ４２ａ）によりシート状部材１２Ａの幅方向に切断されて、所定の長さ及び幅の製品寸法を有する四角形状の材料に切り出される。

図３において、吸着部材１６は、動作範囲の上流側にある第１位置に到着しており、この位置で、シート状部材１２Ａの下面１２ａを吸着する。具体的には、負圧供給部１８（図２）により発生させた負圧が吸着部材１６に供給されると、吸着部材１６の吸着面１６ａには吸着力が発生する。このため、吸着部材１６は、シート状部材１２（第１切断部４０により切断されたシート状部材１２Ａ）の下面１２ａを吸着する。

そして、シート状部材１２を吸着した吸着部材１６は、図４のように、駆動機構３０（図２）の駆動作用下に、搬送方向（矢印Ｘ方向）へと移動する。このため、シート状部材１２は、吸着部材１６の吸着作用及び移動に伴い、搬送方向へと搬送される。

シート状部材１２の搬送の間、第１切断部４０を構成する２つの第１回転式カッタ４０ａは、シート状部材１２を長手方向に切断する。吸着部材１６は、シート状部材１２を搬送しつつ、動作範囲の下流側にある第２位置に到着する。一方、シート状部材１２の搬送の間、第２切断部４２を構成する第２回転式カッタ４２ａは、シート状部材１２から退避しており、シート状部材１２を切断しない。

吸着部材１６が上記第２位置に到着すると、図５のように、第２回転式カッタ４２ａは、シート状部材１２Ａの幅方向に移動して、シート状部材１２Ａを幅方向に切断する。これにより所定の製品寸法に切り出されたシート状部材１２Ｂが得られる。第２回転式カッタ４２ａがシート状部材１２を幅方向に切断したら、吸着部材１６は、駆動機構３０（図２）の作用下に、搬送方向の上流側（第１切断部４０側）へと移動し、図３のように第１位置へと復帰する。吸着部材１６が第１位置へと復帰する際、吸着部材１６への負圧の供給が停止した状態で、吸着部材１６は移動する。このため、シート状部材１２Ａの位置は保持される。

シート材搬送装置１０は、図３〜図５を参照して説明した上記動作を繰り返すことにより、ロール体１４から巻き出したシート状部材１２の搬送と切断を行い、シート状部材１２を製品寸法に切り出す。従って、シート材搬送装置１０は、吸着部材１６によりシート状部材１２の搬送を間欠的に行いながら、切断機構２０によりシート状部材１２の切断を行う。

この場合、本実施形態に係るシート材搬送装置１０によれば、ロールから巻き出されたシート状部材１２の一方面に負圧によって吸着して該シート状部材１２を搬送方向に移動させる多孔質体からなる吸着部材１６と、この吸着部材１６に負圧を供給する負圧供給部１８とを備える。このため、ニップロールによる搬送と異なり、シート状部材１２の両面への接触及び加圧を回避した搬送が可能である。従って、シート状部材１２へのコンタミの混入を削減（抑制）することができる。

本実施形態では、吸着部材１６が吸着するシート状部材１２の一方面は、搬送時のシート状部材１２の下面１２ａである。このため、搬送時のシート状部材１２の上面１２ｂが燃料電池電極面である場合には、該電極面へのコンタミの混入を良好に削減することができ、燃料電池用部材の品質を向上させることができる。

本実施形態では、吸着部材１６は、セラミック製である。このため、シート状部材１２への金属コンタミの混入を一層好適に抑制することができる。

本実施形態では、切断機構２０の少なくとも一部は、吸着部材１６によりシート状部材１２を移動させている間にシート状部材１２を切断する。このため、効率的にシート状部材１２を切断でき、生産性を向上させることができる。

本実施形態では、切断機構２０は、シート状部材１２の長手方向に沿ってシート状部材１２を切断する第１切断部４０と、シート状部材１２の幅方向に沿ってシート状部材１２を切断する第２切断部４２とを有する。このため、シート状部材１２の長手方向の切断工程と、シート状部材１２の幅方向の切断工程とを、同一設備内で実施することができる。

本実施形態と異なり、型抜き刃（トリム刃）でシート状部材１２を四角形状の製品寸法に切断する場合には、シート状部材１２の幅方向両端部だけでなく、隣接する製品切り出し領域間に余り部（製品として切り出されないシート状部材１２の一部）が発生する。これに対し、本実施形態では、第１切断部４０によりシート状部材１２を長手方向に切断し、第２切断部４２によりシート状部材１２を幅方向に切断するため、隣接する製品切り出し領域間の上記余り部を発生させることなく、製品の切り出しが可能となる。

本実施形態では、第１切断部４０は、吸着部材１６よりも搬送方向の上流側に配置され、第２切断部４２は、吸着部材１６よりも搬送方向の下流側に配置される。このため、吸着部材１６の移動によって、シート状部材１２の搬送と、ロール体１４からのシート状部材１２の巻出しとを同時に遂行することができる。

本実施形態では、セラミック製の回転式カッタ（第１回転式カッタ４０ａ、第２回転式カッタ４２ａ）により、シート状部材１２を切断する。このため、シート状部材１２の切断に伴う金属コンタミの混入のリスクをなくすことができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０…シート材搬送装置１２…シート状部材
１４…ロール体１６…吸着部材
１８…負圧供給部２０…切断機構
４０…第１切断部４０ａ…第１回転式カッタ
４２…第２切断部４２ａ…第２回転式カッタ

Claims

電解質膜・電極構造体を構成するシート状部材を、前記シート状部材がロール状に巻かれてなるロール体から巻き出して搬送するためのシート材搬送装置であって、
前記ロール体から巻き出された前記シート状部材の一方面に負圧によって吸着して該シート状部材を搬送方向に移動させる多孔質体からなる吸着部材と、
前記吸着部材に負圧を供給する負圧供給部と、を備える、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項１記載のシート材搬送装置において、
前記吸着部材が吸着する前記シート状部材の前記一方面は、搬送時の前記シート状部材の下面である、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項１又は２記載のシート材搬送装置において、
前記吸着部材は、セラミック製である、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシート材搬送装置において、
前記吸着部材は、前記搬送方向に沿って設定された上流側の第１位置と下流側の第２位置との間を往復移動可能であり、所定量毎に前記シート状部材を前記搬送方向に移動させる、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシート材搬送装置において、
前記ロール体から巻き出された前記シート状部材を切断する切断機構を備え、
前記切断機構の少なくとも一部は、前記吸着部材により前記シート状部材を移動させている間に前記シート状部材を切断する、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項５記載のシート材搬送装置において、
前記シート状部材は帯状であり、
前記切断機構は、前記少なくとも一部を構成するとともに前記シート状部材の長手方向に沿って前記シート状部材を切断する第１切断部と、前記シート状部材の幅方向に沿って前記シート状部材を切断する第２切断部とを有する、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項６記載のシート材搬送装置において、
前記第１切断部は、前記吸着部材よりも前記搬送方向の上流側に配置され、
前記第２切断部は、前記吸着部材よりも前記搬送方向の下流側に配置される、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項７記載のシート材搬送装置において、
前記第１切断部が前記シート状部材を切断している間、前記第２切断部は前記シート状部材を切断しない、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項５〜８のいずれか１項に記載のシート材搬送装置において、
前記切断機構は、セラミック製の回転式カッタを有する、
ことを特徴とするシート材搬送装置。
請求項６〜８のいずれか１項に記載のシート材搬送装置において、
前記第１切断部は、第１回転式カッタを有し、
前記第２切断部は、前記シート状部材の幅方向に移動可能な第２回転式カッタを有する、
ことを特徴とするシート材搬送装置。