JP7020360B2 - 燃料電池用セパレータの搬送装置 - Google Patents

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Description

本開示は、燃料電池用セパレータの搬送装置に関する。
従来から燃料電池の一部を構成するセパレータならびにその搬送方法および搬送装置に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照。)。セパレータの一面または両面には、ガス流路や流体マニホールドをシールする目的でビード状のシール部が形成されている場合がある。この場合、積み重ねられたセパレータの自重によってシール部がつぶれたときにタック力が発生し、セパレータ同士が接着されてしまう。このため、吸着パッドに吸着されたセパレータに他のセパレータが接着された状態となり、複数枚のセパレータが同時に搬送されてしまうことがある(同文献、第0004段落等を参照。)。
特許文献1に記載された発明は、上記課題を有する燃料電池の製造工程等において一時的に段積されている燃料電池用セパレータをより確実に一枚ずつ搬送可能にすることを目的としている。この目的を達成する手段として、特許文献1は、段積された燃料電池用セパレータを一枚ずつ吸着して搬送する搬送方法であって、隣り合うセパレータ間の隙間に媒体を供給して両セパレータを離間させる工程を備える搬送方法(同文献、請求項1等を参照。)に係る発明を開示している。
この従来の発明によれば、セパレータ間の隙間、たとえばセパレータの一面または両面に突設されたシール部によって形成された隙間に、たとえば、空気その他のガスなどの媒体を供給することにより、隙間内の圧力が上昇する。これにより、隣り合うセパレータ同士が引き離される(同文献、第0007段落等を参照。)。
特開2007-115600号公報
前記従来の搬送方法は、空気その他のガスなどの媒体の供給だけで、隣り合うセパレータ同士を引き離している。しかし、セパレータ同士を引き離すための媒体の供給量が多大になると、セパレータの製造コストを増加させる要因となり得る。
本開示は、従来よりもコストを削減しつつ、シール部を介して積み重ねられた複数のセパレータを一枚ずつ搬送することが可能な燃料電池用セパレータの搬送装置を提供する。
本開示の一態様は、シール部を備えたセパレータを搬送する燃料電池用セパレータの搬送装置であって、一枚の前記セパレータの中間部を保持して該セパレータを持ち上げる搬送部と、前記搬送部による前記セパレータの持ち上げ時に前記セパレータの両端部を拘束して前記セパレータの前記中間部を持ち上げ方向にたわませる拘束部と、を備え、前記拘束部は、前記セパレータの前記中間部が前記持ち上げ方向に目標反り量でたわんだときに前記両端部を解放するように構成されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの搬送装置である。
燃料電池用のセパレータは、たとえばステンレス鋼やチタンなどの金属を含む弾性体を素材とするおおむね長方形の板状の部材である。燃料電池セルは、たとえば二枚のセパレータの間に、膜・電極・ガス拡散層積層体(Membrane-Electrode-Gas Diffusion Layer Assembly:MEGA)が配置された構成を有している。セパレータは、少なくとも一方の面に、シール部を有している。
シール部は、たとえば、セパレータの周縁部や、セパレータに設けられた貫通孔の周囲に配置されている。シール部は、複数の燃料電池セルを重ねて燃料電池スタックを構成したときに、反応ガスの流路や冷媒の流路を封止して、反応ガスや冷媒の漏洩を防止する。シール部の素材は、たとえば、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)やシリコーンゴムなどのゴムを含む樹脂である。
燃料電池の製造工程において、セパレータは、シール部を介して積み重ねられる場合がある。この場合、互いに隣り合う二枚のセパレータは、シール部とシール部、または、シール部とシール部以外の部分が密着して離れにくくなる。すなわち、互いに隣り合う二枚のセパレータの間に、シール部による粘着力またはタック力が発生し、互いに隣り合う二枚のセパレータを引き離しにくくなる。
上記態様の燃料電池用セパレータの搬送装置は、たとえば前述のように、シール部を介して積み重ねられた複数のセパレータを一枚ずつ搬送する。搬送装置は、たとえば、一番上に積み重ねられた一枚のセパレータの中間部を、搬送部によって保持する。より具体的には、セパレータがおおむね長方形の板状である場合、搬送部は、一枚のセパレータの長手方向の中間部を保持する。
搬送部は、たとえば、セパレータの中間部を真空吸着させて保持する真空吸着部や、セパレータの中間部を把持するフィンガーを有することができる。なお、搬送部の構成は、セパレータの中間部を保持することができ、セパレータを持ち上げて搬送することができるものであれば、特に限定されない。搬送部によるセパレータの持ち上げ方向は、たとえば、鉛直方向の上向きである。以下では、セパレータの持ち上げ方向における上方側および下方側を、単に「上方側」および「下方側」という場合がある。
拘束部は、搬送部から独立して設けられている。拘束部は、搬送部によるセパレータの持ち上げ時に、セパレータの両端部を一時的に拘束して、セパレータの中間部を上方側にたわませる。また、拘束部は、セパレータの中間部が上方側に目標反り量でたわんだときに、セパレータの両端部の拘束を解除して、セパレータの両端部を解放するように構成されている。ここで、目標反り量とは、弓なりにたわんだセパレータの両端部が解放される直前の持ち上げ方向における両端部と中間部との間の距離である。
すなわち、セパレータは、拘束部によって両端部が拘束された状態で、搬送部によって中間部だけが上方側に持ち上げられることで上方側に凸となるように湾曲し、弾性範囲内で弓状に反るようにたわむ。その後、セパレータは、中間部が目標反り量でたわむと、拘束部による両端部の拘束が解除される。すると、セパレータの両端部は、セパレータの弾性によって上方側へ跳ね上がる。
これにより、シール部による粘着力またはタック力に抗して、一枚のセパレータを引き剥がして搬送部によって搬送することができる。また、一枚のセパレータを引き剥がすために、空気その他のガスなどの媒体を供給する必要がなくなるか、または、媒体の供給量を従来よりも著しく減少させることができる。そのため、従来よりもコストを大幅に削減することが可能になる。
上記一態様に係る燃料電池用セパレータの搬送装置において、拘束部は、セパレータの中間部が目標反り量でたわんだときのセパレータの両端部の間の寸法と等しい間隔で対向して設けられた突起であってもよい。
この構成により、拘束部は、搬送部によるセパレータの持ち上げ時に、セパレータの両端部を一時的に拘束してセパレータの中間部を上方側にたわませることができる。また、この構成により、拘束部は、セパレータの中間部が上方側に目標反り量でたわんだときに拘束を解除して両端部を解放することができる。
より具体的には、対向する拘束部の間隔は、セパレータの中間部が搬送部によって持ち上げられておらず、セパレータがたわんでいない状態で、セパレータの両端部の間の寸法よりも狭くなる。そのため、拘束部をセパレータの上方側に配置すると、拘束部は、セパレータの持ち上げ方向において、セパレータの両端部に対向する。
この状態で、搬送部によってセパレータの中間部を保持してセパレータを持ち上げると、拘束部によってセパレータの両端部が一時的に拘束され、セパレータの中間部が上方側にたわむ。搬送部によってさらにセパレータの中間部を持ち上げていくと、拘束部によって両端部が拘束されたセパレータのたわみが大きくなっていく。それと同時に、セパレータの両端部の間の寸法が徐々に減少していく。
そして、セパレータの中間部が上方側に目標反り量でたわむと、セパレータの両端部の間の寸法が拘束部の間隔と等しくなる。これにより、セパレータが対向する拘束部の間を通り抜けられるようになり、拘束部によるセパレータの両端部の拘束が解除される。そして、弓なりにたわんだセパレータの両端部が解放されることで、セパレータの両端部が上方側に跳ね上がる。これにより、シール部による粘着力またはタック力に抗して、一枚のセパレータを引き剥がして搬送部によって搬送することができる。
なお、搬送部によってセパレータの中間部を保持してたわませるときの目標反り量は、たとえば、セパレータの両端部が解放されて跳ね上がったときに、シール部による粘着力またはタック力に抗して一枚のセパレータを引き剥がすことが可能な位置に設定される。すなわち、セパレータのたわみが少なすぎると、セパレータの両端部が解放されて跳ね上がったときに、一枚のセパレータを引き剥がすことができない場合がある。
一方、セパレータのたわみが大きすぎると、セパレータが損傷したり、搬送部によるセパレータの持ち上げや搬送が困難になったりするおそれがある。そのため、セパレータの中間部をたわませる目標反り量は、セパレータの両端部が跳ね上がったときに、シール部による粘着力またはタック力に抗して一枚のセパレータを引き剥がすことが可能な、適度なたわみが得られる反り量に設定することができる。
さらに、上記一態様の燃料電池用セパレータの搬送装置において、突起である前記拘束部は、前記セパレータの持ち上げ方向の下方側から上方側へ向けて前記セパレータの前記両端部から前記中間部へ向かう方向に傾斜する傾斜部を有してもよい。
この構成により、拘束部によって両端部が拘束されたセパレータをたわみやすくすることができ、セパレータの損傷を防止することができ、セパレータの両端部の拘束を円滑に解除することができる。すなわち、拘束部が上記傾斜部を有しない場合、突起である拘束部の形状によっては、セパレータの中間部が持ち上げられたときに、両端部を過剰に拘束したり、両端部に食い込んだり、両端部の解放を妨げたりするおそれがある。これに対し、拘束部が上記傾斜部を有することで、このような不具合を抑制することができる。
なお、上記一態様に係る燃料電池用セパレータの搬送装置は、拘束部が突起である構成に限定されない。具体的には、拘束部は、たとえば、開閉によりセパレータの両端部を拘束し、解放することができる開閉式の把持部であってもよい。また、拘束部は、セパレータの両端部に対して進退することによりセパレータの両端部を拘束し、解放することができる進退式の爪部またはフィンガーであってもよい。このように、拘束部が突起でなくても、セパレータの両端部を一時的に拘束してセパレータをたわませることができ、セパレータの中間部が目標反り量でたわんだときに両端部を解放することができる。
また、上記一態様に係る燃料電池用セパレータの搬送装置は、前記セパレータの外側から前記中間部へ向けて気体を吹き出す気体供給部を備え、前記気体供給部は、前記拘束部よりも前記搬送部による前記セパレータの持ち上げ方向における上方側に配置されていてもよい。
この構成により、弓なりにたわんだセパレータの両端部が拘束部による拘束から解放され、セパレータの両端部が上方側に跳ね上がったときに、セパレータの下方側に気体を吹き込むことができる。これにより、セパレータの両端部の跳ね上がりによるセパレータの引き剥がしを気体によって補助し、助長し、促進させることができる。
したがって、セパレータの中間部の目標反り量を低減することができ、セパレータのたわみを低減し、搬送部の負荷を低減し、セパレータの損傷を抑制することができる。また、気体供給部による気体の供給は、セパレータの両端部の跳ね上がりによるセパレータの引き剥がしを補助し、助長し、促進させるためのものである。そのため、従来のように空気その他のガスなどの媒体の供給だけで隣り合うセパレータ同士を引き離す場合と比較して、気体の供給量を大幅に低減し、コストを削減することができる。
また、上記態様の燃料電池用セパレータの搬送装置において、前記気体供給部は、前記セパレータの持ち上げ方向において前記中間部が前記目標反り量でたわんだときの位置の近傍に設けられていてもよい。
この構成により、弓なりにたわんだセパレータの両端部が拘束部による拘束から解放されたときに、気体供給部を跳ね上がったセパレータの両端部よりもセパレータの持ち上げ方向における下方側に配置することができる。これにより、セパレータの両端部がセパレータの持ち上げ方向の上方側に跳ね上がったときに、より確実にセパレータの下面に気体を吹き込むことができる。なお、中間部の位置の近傍とは、たとえば、中間部の位置を中心としてセパレータの持ち上げ方向の上下に数ミリメートル程度の公差を有する範囲である。
また、上記態様の燃料電池用セパレータの搬送装置において、前記気体供給部は、前記セパレータの持ち上げ方向において、前記拘束部の上端と、前記拘束が解除されたときに前記セパレータの前記両端部が跳ね上がる跳ね上がり位置との間に設けられていてもよい。
この構成により、弓なりにたわんだセパレータの両端部が拘束部による拘束から解放されたときに、気体供給部をセパレータの両端部の跳ね上がり位置よりもセパレータの持ち上げ方向の下方側に配置することができる。これにより、セパレータの両端部がセパレータの持ち上げ方向の上方側に跳ね上がったときに、より確実にセパレータの下面に気体を吹き込むことができる。
また、上記態様の燃料電池用セパレータの搬送装置は、前記気体供給部による前記気体の吹き出しを制御する気体制御部を備え、前記気体制御部は、少なくとも前記セパレータの前記両端部の前記拘束が解除されてから前記両端部が前記跳ね上がり位置に達するまでの間に前記気体を吹き出すように前記気体供給部を制御してもよい。
すなわち、気体制御部は、セパレータの状態によらず、常時、連続的に気体を吹き出すように気体供給部を制御してもよい。これにより、前述のように、気体によってセパレータの引き剥がしを助長することができる。また、気体制御部は、セパレータの両端部の拘束が解除されてから両端部が跳ね上がり位置に達するまでの間だけ、気体を吹き出すように気体供給部を制御してもよい。この場合、気体供給部によって、常時、連続的に気体を吹き出す場合と比較して、気体の供給量を低減し、コストを削減することが可能になる。
また、上記各態様の燃料電池用セパレータの搬送装置は、前記シール部を介して積み重ねた複数の前記セパレータを載置する載置部と、前記載置部と前記拘束部とを相対的に移動させて最上段に積み重ねられた前記セパレータの両端部を前記拘束部に対向させる昇降部と、を備えてもよい。
この構成により、載置部に積み重ねられた互いに隣り合う二枚のセパレータの間に作用するシール部による粘着力またはタック力に抗して、一枚のセパレータを引き剥がして搬送部によって搬送することができる。また、搬送部によって一番上に積み重ねられた一枚のセパレータを持ち上げて搬送した後に、昇降部によって載置部と拘束部とを相対的に移動させることができる。これにより、最上段に積み重ねられた次のセパレータの両端部を拘束部に対向させることができる。このようにして、シール部を介して積み重ねた複数のセパレータを一枚ずつ効率よく持ち上げて搬送することができる。
また、上記態様の燃料電池用セパレータの搬送装置は、前記セパレータの前記両端部を前記拘束部に位置合わせする位置補正部を備え、前記位置補正部は、前記拘束部よりも前記セパレータの持ち上げ方向の下方側に前記拘束部とともに前記載置部に対して相対移動可能に設けられ、前記セパレータの両端部に対向する傾斜面を有し、前記傾斜面の間隔は、前記持ち上げ方向の下方側の端部において前記セパレータの寸法よりも広く、前記持ち上げ方向の上方側の端部へ向けて漸次狭くなっていてもよい。
この構成により、たとえば昇降部によって載置部を拘束部および位置補正部に対して相対的に移動させることができる。これにより、載置部に積み重ねられた複数のセパレータは、位置補正部の下方側から位置補正部の対向する傾斜面に近づいて、対向する傾斜面の間に入り込む。さらに、昇降部によって載置部と位置補正部とを相対移動させ、複数のセパレータを位置補正部に対して上方側へ移動させていく。すると、セパレータの一方の端部が、一方の傾斜面に接する。
ここで、傾斜面の間隔は、下方側の端部においてセパレータの寸法よりも広く、持ち上げ方向の上方側の端部へ向けて漸次狭くなっている。そのため、複数のセパレータを位置補正部に対して上方側へ移動させていくと、セパレータの位置が徐々に補正される。そして、最終的には、セパレータの両端部が拘束部の下方側に対向して配置されるように、拘束部に位置合わせされる。これにより、載置部に積み重ねられた複数のセパレータを、一枚ずつ搬送部によって持ち上げて搬送するときに、複数のセパレータを順次、拘束部に位置合わせすることができる。したがって、拘束部によるセパレータの両端部の拘束不良を防止し、搬送部によるセパレータの持ち上げと搬送を滞りなく行うことができる。
本開示によれば、従来よりもコストを削減しつつ、シール部を介して積み重ねられた複数のセパレータを一枚ずつ搬送することが可能な燃料電池用セパレータの搬送装置を提供することができる。
本開示の一実施形態に係る燃料電池用セパレータの搬送装置の概略図。 図1に示す燃料電池用セパレータの搬送装置の拡大図。 本開示に係る燃料電池用セパレータの搬送装置の実験例を説明する平面図。 図3に示す燃料電池用セパレータの搬送装置の模式的な側面図。
以下、図面を参照して本開示に係る燃料電池用セパレータの搬送装置の実施形態を説明する。
図1は、本開示の一実施形態に係る燃料電池用セパレータの搬送装置100の概略図である。図2は、図1に示す燃料電池用セパレータの搬送装置100の拡大図である。詳細については後述するが、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100は、次の構成を特徴としている。
燃料電池用セパレータの搬送装置100は、シール部S1を備えたセパレータSを搬送する装置である。搬送装置100は、搬送部10と、拘束部20と、を備えている。搬送部10は、一枚のセパレータSの中間部S2を保持してセパレータSを持ち上げる。拘束部20は、搬送部10によるセパレータSの持ち上げ時にセパレータSの両端部S3,S3を一時的に拘束してセパレータSの中間部S2を持ち上げ方向Lにたわませる。そして、拘束部20は、セパレータSの中間部S2が持ち上げ方向Lに目標反り量Wtでたわんだときに拘束を解除して両端部S3,S3を解放するように構成されている。
以下、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100の各部の構成について、詳細に説明する。燃料電池用セパレータの搬送装置100は、搬送部10と、拘束部20の他に、たとえば、位置補正部30と、載置部40と、昇降部50と、気体供給部60と、気体制御部70と、を備えることができる。
燃料電池用セパレータの搬送装置100によって搬送される燃料電池用のセパレータSは、たとえばステンレス鋼やチタンなどの金属を含む弾性体を素材とするおおむね長方形の板状の部材である。燃料電池セルは、たとえば二枚のセパレータSの間に、膜・電極・ガス拡散層積層体(Membrane-Electrode-Gas Diffusion Layer Assembly:MEGA)が配置された構成を有している。
セパレータSの厚さは、後述するように、弓なりに弾性変形することが可能な厚さであれば特に限定はされないが、たとえば約0.1[mm]から約2[mm]程度の厚さのものを使用することができる。セパレータSの厚さは、一般的には約1[mm]程度である。セパレータSは、少なくとも一方の面に、シール部S1を有している。また、シール部S1を介してセパレータSを積み重ねたときに、シール部S1に接する可能性があるセパレータSの表面の粗さは、たとえば、算術平均粗さRaで、0.2[μm]から3.2[μm]程度、より好ましくは、0.8[μm]から1.6[μm]程度である。
シール部S1は、たとえば、セパレータSの周縁部や、セパレータSに設けられた貫通孔の周囲に配置されている。シール部S1は、複数の燃料電池セルを重ねて燃料電池スタックを構成したときに、反応ガスの流路や冷媒の流路を封止して、反応ガスや冷媒の漏洩を防止する。シール部S1の素材は、たとえば、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)やシリコーンゴムなどのゴムを含む樹脂である。
燃料電池の製造工程において、セパレータSは、シール部S1を介して積み重ねられる場合がある。この場合、互いに隣り合う二枚のセパレータS,Sは、シール部S1とシール部S1、または、シール部S1とシール部S1以外の部分が密着して離れにくくなる。すなわち、互いに隣り合う二枚のセパレータS,Sの間に、シール部S1による粘着力またはタック力が発生し、互いに隣り合う二枚のセパレータS,Sを引き離しにくくなる。
本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100は、たとえば、シール部S1を介して積み重ねられた複数のセパレータSを一枚ずつ搬送する装置である。搬送装置100は、たとえば、一番上に積み重ねられた一枚のセパレータSの中間部S2を、搬送部10によって保持する。より具体的には、セパレータSがおおむね長方形の板状である場合、搬送部10は、一枚のセパレータSの長手方向の中間部S2を保持する。ここで、中間部S2とは、たとえばセパレータSの両端部S3,S3を除く部分であり、セパレータSの中央部およびその近傍を含む。
搬送部10は、前述のように、一枚のセパレータSの中間部S2を保持してセパレータSを持ち上げるように構成されている。搬送部10は、たとえば、セパレータSの中間部S2を真空吸着させて保持する真空吸着部11,11や、セパレータSの中間部S2を把持するフィンガーを有することができる。
なお、搬送部10の構成は、セパレータSの中間部S2を保持することができ、セパレータSを持ち上げて搬送することができるものであれば、特に限定されない。搬送部10によるセパレータSの持ち上げ方向Lは、たとえば、鉛直方向の上向きである。以下では、セパレータSの持ち上げ方向Lにおける上方側および下方側を、単に「上方側」および「下方側」という場合がある。
拘束部20は、前述のように、搬送部10によるセパレータSの持ち上げ時に、セパレータSの両端部S3,S3を一時的に拘束して、セパレータSの中間部S2を持ち上げ方向Lにたわませるように構成されている。また、拘束部20は、セパレータSの中間部S2が持ち上げ方向Lに目標反り量Wtでたわんだときに、両端部S3,S3の拘束を解除して、両端部S3,S3を解放するように構成されている。
ここで、目標反り量Wtとは、弓なりにたわんだセパレータSの両端部S3,S3が解放される瞬間の持ち上げ方向Lにおける両端部S3,S3の位置P0と中間部S2の位置P1との間の距離である。拘束部20は、搬送部10とは独立して設けられ、搬送部10から離隔して設けられている。
拘束部20は、たとえば、セパレータSの中間部S2が目標反り量WtでたわんだときのセパレータSの両端部S3,S3の間の寸法D1と等しい間隔で対向して設けられた突起である。また、拘束部20は、たとえば、セパレータSの持ち上げ方向Lの下方側から上方側へ向けてセパレータSの両端部S3,S3から中間部S2へ向かう方向に傾斜する傾斜部21を有している。これにより、拘束部20は、たとえば三角形またはくさび形の断面形状を有している。
また、セパレータSの両端部S3,S3の端縁に沿って、それぞれ複数の拘束部20を、間隔をあけて配置してもよい。すなわち、複数の拘束部20を、セパレータSの短手方向に延びる端縁に沿って、間隔をあけて配置することができる。より具体的には、たとえば、セパレータSの短手方向に延びる各端縁に二つずつ、合計四つの拘束部20を配置することができる。
位置補正部30は、セパレータSの両端部S3,S3を拘束部20に位置合わせするように構成されている。より具体的には、位置補正部30は、シール部S1を介して積み上げられた複数のセパレータSのうち、拘束部20に近づいた上部のセパレータSの両端部S3,S3の位置を、セパレータSの長手方向に対向する拘束部20,20の下方側に対向させる。位置補正部30は、拘束部20よりも下方側に、拘束部20とともに載置部40に対して相対移動可能に設けられている。
位置補正部30と拘束部20とは、たとえば、一つの部材により一体に設けることができる。また、位置補正部30,30は、セパレータSの両端部S3,S3に対向する傾斜面31,31を有している。そして、セパレータSの長手方向に対向する傾斜面31,31の間隔は、持ち上げ方向Lの下方側の端部において、たわんでいないセパレータSの両端部S3,S3の間の寸法D0よりも広く、持ち上げ方向Lの上方側の端部へ向けて漸次狭くなっている。
載置部40は、シール部S1を介して積み重ねた複数のセパレータSを載置するように構成されている。載置部40は、たとえば、枠状または板状に設けられ、載置された複数のセパレータSを下方から支持している。
昇降部50は、載置部40と拘束部20とを相対的に移動させ、最上段に積み重ねられたセパレータSの両端部S3,S3を拘束部20に対向させるように構成されている。昇降部50は、たとえば、モータ、減速機、ボールねじ、ギヤ、エアシリンダ、油圧シリンダなどを含む適宜の直動機構によって構成され、載置部40を鉛直方向の上下に所定のピッチで昇降させる。
気体供給部60は、セパレータSの外側から中間部S2へ向けて気体Gを吹き出すように構成されている。気体供給部60は、拘束部20よりも搬送部10によるセパレータSの持ち上げ方向Lにおける上方側に配置されている。気体供給部60は、たとえば、セパレータSの持ち上げ方向Lにおいて、目標反り量Wtでたわんだときの中間部S2の位置P1の近傍に設けられている。なお、中間部S2の位置P1の近傍とは、たとえば、中間部S2の位置P1を中心としてセパレータSの持ち上げ方向Lの上下に数ミリメートル程度の公差を有する範囲である。
また、後述するように、拘束部20による拘束が解除されたときに、セパレータSの両端部S3,S3が最も上方まで跳ね上がる位置を、跳ね上がり位置P2とする。このとき、気体供給部60は、たとえば、セパレータSの持ち上げ方向Lにおいて、拘束部20の上端と、セパレータSの両端部S3,S3の跳ね上がり位置P2との間に設けられている。
気体供給部60は、たとえば、セパレータSの長手方向の中間部S2に向けて開口するノズル61と、ノズル61に至る気体Gの流路を開閉するバルブ62と、ノズル61に至る気体Gの流路に加圧された気体Gを供給する気体加圧部63とを有している。バルブ62は、たとえば電磁開閉式のバルブであり、制御信号に基づいてノズル61に至る気体Gの流路を開閉する。気体加圧部63は、たとえばコンプレッサ、高圧タンク、圧力計等によって構成される。
気体制御部70は、気体供給部60による気体Gの吹き出しを制御するように構成されている。気体制御部70は、たとえば、中央演算処理装置や記憶装置などによって構成されたコンピュータユニットである。気体制御部70は、たとえば、信号線を介して気体供給部60のバルブ62および気体加圧部63に接続され、バルブ62の開閉と気体加圧部63による気体の供給を制御することで、ノズル61からの気体Gの吹き出しを制御する。
気体制御部70は、たとえば、少なくともセパレータSの両端部S3,S3の拘束が解除されてから、両端部S3,S3が跳ね上がり位置P2に達するまでの間に、気体Gを吹き出すように気体供給部60を制御する。すなわち、気体制御部70は、セパレータSの状態によらず、常時、連続的に気体Gを吹き出すように気体供給部を制御してもよい。また、気体制御部70は、セパレータSの両端部S3,S3の拘束が解除されてから両端部S3,S3が跳ね上がり位置P2に達するまでの間だけ、気体Gを吹き出すように、気体供給部60を制御してもよい。
以下、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100の作用について説明する。
前述のように本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100は、シール部S1を備えたセパレータSを搬送する装置である。搬送装置100は、搬送部10と、拘束部20と、を備えている。搬送部10は、一枚のセパレータSの中間部S2を保持してセパレータSを持ち上げる。拘束部20は、搬送部10によるセパレータSの持ち上げ時にセパレータSの両端部S3,S3を拘束してセパレータSの中間部S2を持ち上げ方向Lにたわませる。そして、拘束部20は、セパレータSの中間部S2が持ち上げ方向Lに目標反り量Wtでたわんだときに両端部S3,S3を解放するように構成されている。
本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100は、前述のように、たとえば、シール部S1を介して積み重ねられた複数のセパレータSを一枚ずつ搬送する。より具体的には、搬送装置100は、まず、一番上に積み重ねられた一枚のセパレータSの中間部S2を、搬送部10によって保持する。そして、搬送部10によって、セパレータSの中間部S2を持ち上げる。このとき、セパレータSの両端部S3,S3は、拘束部20によって拘束されている。
これにより、セパレータSは、拘束部20によって両端部S3,S3が拘束された状態で、搬送部10によって中間部S2だけが上方側に持ち上げられる。その結果、セパレータSは、上方側に凸となるように湾曲し、弾性範囲内で弓状に反るようにたわむ。その後、セパレータSは、中間部S2が目標反り量Wtでたわむと、拘束部20による両端部S3,S3の拘束が解除される。すると、セパレータSの両端部S3,S3は、セパレータSの弾性によって上方側へ跳ね上がる。
これにより、シール部S1による粘着力またはタック力に抗して、一枚のセパレータSを引き剥がして搬送部10によって搬送することができる。また、一枚のセパレータSを引き剥がすために、空気その他のガスなどの気体Gを供給する必要がなくなるか、または、気体Gの供給量を従来よりも著しく減少させることができる。そのため、前記した従来の搬送方法と比較して、コストを大幅に低減することが可能になる。
また、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの搬送装置100において、拘束部20は、セパレータSの中間部S2が目標反り量WtでたわんだときのセパレータSの両端部S3,S3の間の寸法D1と等しい間隔で対向して設けられた突起である。
この構成により、拘束部20は、搬送部10によるセパレータSの持ち上げ時に、セパレータSの両端部S3,S3を一時的に拘束して、セパレータSの中間部S2を上方側にたわませることができる。また、この構成により、拘束部20は、セパレータSの中間部S2が上方側に目標反り量Wtでたわんだときに両端部S3,S3の拘束を解除して、両端部S3,S3を解放することができる。
より具体的には、セパレータSの長手方向に対向する拘束部20,20の間隔は、セパレータSの中間部S2が搬送部10によって持ち上げられておらず、セパレータSがたわんでいない状態で、セパレータSの両端部S3,S3の間の寸法D0よりも狭くなる。そのため、拘束部20をセパレータSの上方側に配置すると、拘束部20は、セパレータSの持ち上げ方向Lにおいて、セパレータSの両端部S3,S3に対向する。
この状態で、拘束部20によってセパレータSの中間部S2を保持してセパレータSを持ち上げると、拘束部20によってセパレータSの両端部S3,S3が一時的に拘束され、セパレータSの中間部S2が上方側にたわむ。搬送部10によってさらにセパレータSの中間部S2を持ち上げていくと、拘束部20によって両端部S3,S3が拘束されたセパレータSのたわみが大きくなっていく。それと同時に、セパレータSの両端部S3,S3の間の寸法D0が徐々に減少していく。
そして、セパレータSの中間部S2が上方側に目標反り量Wtでたわむと、セパレータSの両端部S3,S3の間の寸法D1が拘束部20の間隔と等しくなる。これにより、セパレータSが、対向する拘束部20の間を通り抜けられるようになり、拘束部20によるセパレータSの両端部S3,S3の拘束が解除される。そして、弓なりにたわんだセパレータSの両端部S3,S3が解放されることで、セパレータSの両端部S3,S3が上方側に跳ね上がる。これにより、シール部S1による粘着力またはタック力に抗して、一枚のセパレータSを引き剥がして搬送部10によって搬送することができる。
なお、搬送部10によってセパレータSの中間部S2を保持してたわませる目標反り量Wtは、セパレータSの両端部S3,S3が解放されて跳ね上がったときに、シール部S1による粘着力またはタック力に抗して一枚のセパレータSを引き剥がすことが可能な反り量に設定される。すなわち、セパレータSのたわみが少なすぎると、セパレータSの両端部S3,S3が解放されて跳ね上がったときに、一枚のセパレータSを引き剥がすことができない場合がある。
一方、セパレータSのたわみが大きすぎると、セパレータSが損傷したり、搬送部10によるセパレータSの持ち上げや搬送が困難になったりするおそれがある。そのため、セパレータSの中間部S2をたわませる目標反り量Wtは、セパレータSの両端部S3,S3が跳ね上がったときに、シール部S1による粘着力またはタック力に抗して一枚のセパレータSを引き剥がすことが可能な、適度なたわみが得られる位置に設定することができる。
さらに、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100において、突起である拘束部20は、セパレータSの持ち上げ方向Lの下方側から上方側へ向けてセパレータSの両端部S3,S3から中間部S2へ向かう方向に傾斜する傾斜部21を有している。
この構成により、拘束部20によって両端部S3,S3が拘束されたセパレータSをたわみやすくすることができ、セパレータSの損傷を防止することができ、セパレータSの両端部S3,S3の拘束を円滑に解除することができる。すなわち、拘束部20が上記傾斜部21を有しない場合、突起である拘束部20の形状によっては、セパレータSの中間部S2が持ち上げられたときに、両端部S3,S3を過剰に拘束したり、両端部S3,S3に食い込んだり、両端部S3,S3の解放を妨げたりするおそれがある。これに対し、拘束部20が上記傾斜部21を有することで、このような不具合を抑制することができる。
また、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの搬送装置100は、セパレータSの外側から中間部S2へ向けて気体Gを吹き出す気体供給部60を備えている。気体供給部60は、拘束部20よりも搬送部10によるセパレータSの持ち上げ方向Lにおける上方側に配置されている。
この構成により、弓なりにたわんだセパレータSの両端部S3,S3が拘束部20による拘束から解放され、セパレータSの両端部S3,S3が上方側に跳ね上がったときに、セパレータSの下方側に気体Gを吹き込むことができる。これにより、セパレータSの両端部S3,S3の跳ね上がりによるセパレータSの引き剥がしを、気体Gによって補助し、助長し、促進させることができる。
したがって、セパレータSの中間部S2をたわませるための目標反り量Wtを低減することができ、セパレータSのたわみを低減し、搬送部10の負荷を低減し、セパレータSの損傷を抑制することができる。また、気体供給部60による気体Gの供給は、セパレータSの両端部S3,S3の跳ね上がりによるセパレータSの引き剥がしを補助し、助長し、促進させるためのものである。そのため、従来のように空気その他のガスなどの媒体の供給だけで隣り合うセパレータ同士を引き離す場合と比較して、気体Gの供給量を大幅に低減し、コストを削減することができる。
また、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100において、気体供給部60は、セパレータSの持ち上げ方向Lにおいて、中間部S2が目標反り量Wtでたわんだときの位置の近傍に設けられている。
この構成により、弓なりにたわんだセパレータSの両端部S3,S3が拘束部20による拘束から解放されたときに、気体供給部60を跳ね上がったセパレータSの両端部S3,S3よりもセパレータSの持ち上げ方向Lにおける下方側に配置することができる。これにより、セパレータSの両端部S3,S3がセパレータSの持ち上げ方向Lの上方側に跳ね上がったときに、より確実にセパレータSの下面に気体Gを吹き込むことができる。
また、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100において、気体供給部60は、セパレータSの持ち上げ方向Lにおいて、拘束部20の上端と、拘束部20による拘束が解除されたときにセパレータSの両端部S3,S3が跳ね上がる跳ね上がり位置P2との間に設けられている。
この構成により、弓なりにたわんだセパレータSの両端部S3,S3が拘束部20,20による拘束から解放されたときに、気体供給部60をセパレータSの両端部S3,S3の跳ね上がり位置P2よりもセパレータSの持ち上げ方向Lの下方側に配置することができる。これにより、セパレータSの両端部S3,S3がセパレータSの持ち上げ方向Lの上方側に跳ね上がったときに、より確実にセパレータSの下面に気体Gを吹き込むことができる。
また、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100は、気体供給部60による気体Gの吹き出しを制御する気体制御部70を備えている。気体制御部70は、少なくともセパレータSの両端部S3,S3の拘束が解除されてから、両端部S3,S3が跳ね上がり位置P2に達するまでの間に、気体Gを吹き出すように気体供給部60を制御する。
すなわち、気体制御部70は、セパレータSの状態によらず、常時、連続的に気体を吹き出すように気体供給部60を制御する場合がある。この場合、気体GによってセパレータSの引き剥がしを助長することができる。また、気体制御部70は、セパレータSの両端部S3,S3の拘束が解除されてから両端部S3,S3が跳ね上がり位置P2に達するまでの間だけ、気体Gを吹き出すように、気体供給部60を制御する場合がある。この場合、気体供給部60によって、常時、連続的に気体Gを吹き出す場合と比較して、気体Gの供給量を低減し、コストを削減することが可能になる。
また、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100は、シール部S1を介して積み重ねた複数のセパレータSを載置する載置部40と、この載置部40と拘束部20とを相対的に移動させて最上段に積み重ねられたセパレータSの両端部S3,S3を拘束部20,20に対向させる昇降部50と、を備えている。
この構成により、載置部40に積み重ねられた互いに隣り合う二枚のセパレータS,Sの間に作用するシール部S1による粘着力またはタック力に抗して、一枚のセパレータSを引き剥がして搬送部10によって搬送することができる。また、搬送部10によって一番上に積み重ねられた一枚のセパレータSを持ち上げて搬送した後に、昇降部50によって載置部40と拘束部20とを相対的に移動させることができる。これにより、最上段に積み重ねられた次のセパレータSの両端部S3,S3を拘束部20,20に対向させることができる。このようにして、シール部S1を介して積み重ねた複数のセパレータSを一枚ずつ効率よく持ち上げて搬送することができる。
また、本実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100は、セパレータSの両端部S3,S3を拘束部20に位置合わせする位置補正部30を備えている。位置補正部30は、拘束部20よりもセパレータSの持ち上げ方向の下方側に拘束部20とともに載置部40に対して相対移動可能に設けられ、セパレータSの両端部S3,S3に対向する傾斜面31を有している。そして、傾斜面31の間隔は、持ち上げ方向Lの下方側の端部においてセパレータSの寸法D0よりも広く、持ち上げ方向Lの上方側の端部へ向けて漸次狭くなっている。
この構成により、たとえば昇降部50によって載置部40を拘束部20および位置補正部30に対して相対的に移動させることができる。これにより、載置部40の上に積み重ねられた複数のセパレータSは、位置補正部30の下方側から位置補正部30の対向する傾斜面31に近づいて、対向する傾斜面31の間に入り込む。さらに、昇降部50によって載置部40と位置補正部30とを相対移動させ、複数のセパレータSを位置補正部30に対して上方側へ移動させていく。すると、セパレータSの一方の端部S3が、一方の傾斜面31に接する。
ここで、傾斜面31,31の間隔は、下方側の端部においてセパレータSの寸法D0よりも広く、持ち上げ方向Lの上方側の端部へ向けて漸次狭くなっている。そのため、複数のセパレータSを位置補正部30に対して上方側へ移動させていくと、セパレータSの位置が徐々に正しい位置に補正される。そして、最終的には、セパレータSの両端部S3,S3が拘束部20,20の下方側に対向して配置されるように、拘束部20,20に位置合わせされる。これにより、載置部40に積み重ねられた複数のセパレータSを、一枚ずつ搬送部10によって持ち上げて搬送するときに、複数のセパレータSを順次、拘束部20に位置合わせすることができる。したがって、拘束部20,20によるセパレータSの両端部S3,S3の拘束不良を防止し、搬送部10によるセパレータSの持ち上げと搬送を滞りなく行うことができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、従来よりもコストを削減しつつ、シール部S1を介して積み重ねられた複数のセパレータSを一枚ずつ搬送することが可能な燃料電池用セパレータの搬送装置100を提供することができる。
以上、図面を用いて本開示に係る燃料電池用セパレータの搬送装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
たとえば、本開示に係る燃料電池用セパレータの搬送装置は、拘束部が突起である構成に限定されない。具体的には、拘束部は、たとえば、開閉によりセパレータの両端部を拘束し、解放することができる開閉式の把持部であってもよい。また、拘束部は、セパレータの両端部に対して進退することによりセパレータの両端部を拘束し、解放することができる進退式の爪部またはフィンガーであってもよい。このように、拘束部が突起でなくても、セパレータの両端部を一時的に拘束してセパレータをたわませることができ、セパレータの中間部が目標反り量でたわんだときに両端部を解放することができる。
[実験例]
以下、本開示に係る燃料電池用セパレータの搬送装置の実験例を説明する。
図3は、本開示に係る燃料電池用セパレータの搬送装置の実験例を説明する模式的な平面図である。図4は、図3に示す燃料電池用セパレータの搬送装置の模式的な側面図である。
本実験例において、前述の実施形態の燃料電池用セパレータの搬送装置100と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、図3および図4においては、搬送部、載置部、および昇降部の図示は省略している。
セパレータSを、厚さ0.1[mm]の二枚のチタン製の板(厚さ0.35[mm]のプレス加工あり。)と厚さ0.3[mm]のポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂によって構成した。
次に、セパレータSの三つのサンプルN1~N3に対し、拘束部20の間隔を変化させ、搬送部によってセパレータSの中間部S2を持ち上げて、セパレータSをたわませる最適な目標反り量Wtを検討した。実験結果を以下の表1に示す。なお、表1において、セパレータSの端部S3と拘束部20の端部との水平方向の距離を追い込み量dとした。また、弓なりにたわんだセパレータSの両端部S3,S3が解放される瞬間の持ち上げ方向Lにおける両端部S3,S3の位置P0と中間部S2の位置P1との間の距離を、セパレータSの反り量wとした。
Figure 0007020360000001
本実験例では、反り量wが30[mm]を超えると、セパレータSにキズが見られた。また、反り量wが19[mm]以上、30[mm]以下の範囲で、シール部S1の粘着力またはタック力に抗して、セパレータSを一枚ずつ引き剥がして搬送することができた。したがって、本実験例では、目標反り量Wtを、19[mm]以上、30[mm]以下の範囲とすることができる。これにより、従来よりもコストを削減しつつ、シール部S1を介して積み重ねられた複数のセパレータSを一枚ずつ搬送することが可能な燃料電池用セパレータの搬送装置を提供することができた。
10 搬送部
20 拘束部
21 傾斜部
30 位置補正部
31 傾斜面
40 載置部
50 昇降部
60 気体供給部
70 気体制御部
100 燃料電池用セパレータの搬送装置
D0 セパレータの寸法
D1 セパレータがたわんだときの両端部の間の寸法
G 気体
L 持ち上げ方向
P2 跳ね上がり位置
S セパレータ
S1 シール部
S2 中間部
S3 端部
Wt 目標反り量

Claims (9)

  1. シール部を備えたセパレータを搬送する燃料電池用セパレータの搬送装置であって、
    一枚の前記セパレータの中間部を保持して該セパレータを持ち上げる搬送部と、
    前記搬送部による前記セパレータの持ち上げ時に前記セパレータの両端部を拘束して前記セパレータの前記中間部を持ち上げ方向にたわませる拘束部と、を備え、
    前記拘束部は、前記セパレータの前記中間部が前記持ち上げ方向に目標反り量でたわんだときに前記両端部を解放するように構成されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの搬送装置。
  2. 前記拘束部は、前記セパレータの前記中間部が前記目標反り量でたわんだときの前記両端部の間の寸法と等しい間隔で対向して設けられた突起であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
  3. 前記拘束部は、前記セパレータの持ち上げ方向の下方側から上方側へ向けて前記セパレータの前記両端部から前記中間部へ向かう方向に傾斜する傾斜部を有することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
  4. 前記セパレータの外側から前記中間部へ向けて気体を吹き出す気体供給部を備え、
    前記気体供給部は、前記拘束部よりも前記搬送部による前記セパレータの持ち上げ方向における上方側に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
  5. 前記気体供給部は、前記セパレータの持ち上げ方向において前記中間部が前記目標反り量でたわんだときの位置の近傍に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
  6. 前記気体供給部は、前記セパレータの持ち上げ方向において、前記拘束部の上端と、前記拘束が解除されたときに前記セパレータの前記両端部が跳ね上がる跳ね上がり位置との間に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
  7. 前記気体供給部による前記気体の吹き出しを制御する気体制御部を備え、
    前記気体制御部は、少なくとも前記セパレータの前記両端部の前記拘束が解除されてから前記両端部が前記跳ね上がり位置に達するまでの間に前記気体を吹き出すように前記気体供給部を制御することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
  8. 前記シール部を介して積み重ねた複数の前記セパレータを載置する載置部と、
    前記載置部と前記拘束部とを相対的に移動させて最上段に積み重ねられた前記セパレータの両端部を前記拘束部に対向させる昇降部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
  9. 前記セパレータの前記両端部を前記拘束部に位置合わせする位置補正部を備え、
    前記位置補正部は、前記拘束部よりも前記セパレータの持ち上げ方向の下方側に前記拘束部とともに前記載置部に対して相対移動可能に設けられ、前記セパレータの両端部に対向する傾斜面を有し、
    前記傾斜面の間隔は、前記持ち上げ方向の下方側の端部において前記セパレータの寸法よりも広く、前記持ち上げ方向の上方側の端部へ向けて漸次狭くなっていることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池用セパレータの搬送装置。
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