KR101361233B1 - 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비 - Google Patents

연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비 Download PDF

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손희동
박주옥
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조시 막전극접합체 어셈블리의 전체 공정에 자동화 개념을 도입하고, 특히 막전극접합체와 기체확산층의 접착 및 타발 공정을 통합 운영하는 설비에 관한 것이다.
본 발명은 부품의 로딩에서부터 부품 클램프, 접착 및 타발 공정, 부품 반출 후 스크랩 제거까지의 전체 공정을 자동화 공정으로 수행하고, 특히 접착과 타발 공정을 통합 수행하는 새로운 형태의 MEA 어셈블리 제조를 위한 자동화 설비를 구현함으로써, 설비의 설치 면적을 축소시킬 수 있고, 생산 사이클 타임 단축으로 스택 양산 체제에 적극 대응할 수 있는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비를 제공한다.

Description

연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비{Manufacturing equipment for MEA assembly of fuel cell stack}
본 발명은 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막전극접합체 어셈블리의 전체 공정에 자동화 개념을 도입하고, 특히 막전극접합체와 기체확산층의 접착 및 타발 공정을 통합 운영하는 설비에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택과, 연료전지스택에 연료인 수소를 공급하는 연료공급부와, 연료전지스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급부와, 연료전지스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리부 등으로 이루어진다.
그리고, 상기 연료전지스택은 수소이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극/촉매층이 부착된 MEA(Membrane Electrode
Assembly), 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 반응기체들 및 냉각수가 이동하는 분리판 등을 포함하는 형태로 이루어진다.
보통 연료전지 차량에는 1 모듈 스택이 필요하고, 하나의 스택은 다수의 MEA 어셈블리(MEA+GDL)와 분리판, 2개의 엔드 플레이트로 구성되며, 각각의 MEA 어셈블리에는 수소, 공기, 냉각수의 이동을 위한 통로가 가공된다.
차량용 연료전지의 양산에 대응하기 위해서 고품질의 MEA 어셈블리를 만들어 낼 수 있는 설비에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 이와 관련하여 MEA와 GDL을 자동으로 접착시키고, 이와 동시에 통로를 가공할 수 있는 설비에 대한 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
종래의 MEA 어셈블리 제조방식은 부품 공급, 타발 작업, 접합 작업을 수작업에 의존하는 방식으로서, 타발과 접합을 위해 부품 공급이 수동으로 이루어지기 때문에 프레스 가압시 안전사고의 위험이 있고, 차세대 차량 양산에 대응하기 부적합하다.
그리고, 타발과 접합 공정을 따로 분리하여 진행함으로써 공정의 효율성 측면에서 불리한 점이 있다.
한편, MEA 어셈블리 제조시 부품 공급, 타발 작업, 접합 작업을 자동화 공정으로 수행하는 설비가 일부 구축되어 있기는 하지만, 이 경우도 마찬가지로 타발과 접합 공정을 분리 수행하고 있고, 이러한 공정의 분리로 인해 넓은 설비 설치 면적을 확보해야 하는 등 공정상의 불리함과 공장 레이아웃 측면에서 불리한 점이 있다.
이러한 MEA 어셈블리 제조와 관련하여 한국등록특허 957368호, 한국공개특허 2009-0111898호, 일본공개특허 2007-0299551호, 일본공개특허 2003-0022832호 등에서는 자동화 설비를 이용하여 MEA 어셈블리를 제조하는 방식을 제시하고 있다.
그러나, 현재 제시되어 있는 제조설비들은 대부분 설비의 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 각 공정 간의 연계적인 작동성 측면에서 효율성이 떨어지는 등 설비가 차지하는 설치면적이 크고, 생산 사이클 타임이 길어 양산 체제에 대응하는데 불리한 점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 부품의 로딩에서부터 부품 클램프, 접착 및 타발 공정, 부품 반출 후 스크랩 제거까지의 전체 공정을 자동화 공정으로 수행하고, 특히 접착과 타발 공정을 통합 수행하는 새로운 형태의 MEA 어셈블리 제조를 위한 자동화 설비를 구현함으로써, 설비의 설치 면적을 축소시킬 수 있고, 생산 사이클 타임 단축으로 스택 양산 체제에 적극 대응할 수 있는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 막전극접합체 어셈블리 제조설비는 부품 가열을 위한 히터 플레이트와 부품 타발을 위한 칼날을 가지면서 상하로 동작하는 상부 다이부와, 부품 가열을 위한 히터 플레이트와 부품 흡착을 위한 유로를 가지면서 부품을 받쳐주는 하부 다이부와, 상기 상부 다이부를 상하로 동작시켜주는 수단으로서 모터, 모터의 출력축에 연결되는 동시에 상부 다이부측에 있는 가이드 샤프트와 연결되는 링크 암으로 구성되는 구동부와, 상기 구동부로부터 동력을 받아 부품을 고정시켜주는 수단으로서 모터의 출력축에 장착되어 회전하는 캠 플레이트의 회전을 시작으로 연계적으로 동작하는 로드, 샤프트 및 클램프를 통해 부품을 고정시켜주는 클램프부를 포함하는 구조로 이루어진다.
따라서, 상기 막전극접합체 어셈블리 제조설비는 부품 로딩, 부품 클램프, 접착 및 타발 공정, 부품 반출 후 스크랩 제거까지의 전체 공정을 자동화 공정으로 수행할 수 있는 특징이 있다.
여기서, 상기 막전극접합체 어셈블리 제조설비의 클램프부는 모터의 출력축에 장착되어 회전하는 편심 샤프트 및 캠 플레이트와, 상기 캠 플레이트의 캠 곡면과 접촉하는 롤러 블럭 및 이 롤러 블럭에서 상향 연장되는 로드와, 상기 로드의 상단부에 연결되어 회동하는 링크 블럭과, 상기 링크 블럭에 연결되는 동시에 하부 다이부의 측면을 따라 나란하게 배치되어 회전하는 샤프트와, 상기 샤프트에 링크 바로 연결되어 전후진하면서 부품을 잡아주거나 놓아주는 클램프를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 막전극접합체 어셈블리 제조설비는 공정 완료 후에 스크랩을 제거하는 스크랩 제거부를 더 포함할 수 있으며, 이때의 스크랩 제거부는 하부 다이부의 측면을 따라 수평 배치되는 실린더와, 상기 실린더의 로드에 연결되는 실린더 바와, 상기 실린더 바의 선단 랙부에 결속되는 피니언부를 가지면서 회전가능하게 설치되는 홀더 블럭과, 상기 홀더 블럭의 상단부에 후단 지지되는 길다란 바 형태로서 홀더 블럭과 함께 회전하면서 작업영역 내에 진입하여 스크랩을 제거하는 스크랩 제거용 바로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제공하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, MEA와 GDL의 접착과 타발 공정을 통합함으로써 설비의 설치 면적을 축소시킬 수 있다.
즉, 공정 분리 방식의 설비 대비 설치 면적을 대폭 줄일 수 있다.
둘째, 설비의 단순화로 제작이 용이하고, 설비 제작비를 절감할 수 있다.
셋째, 공정 통합을 통해 연료전지스택의 생산 사이클 타임을 단축할 수 있는 등 스택 양산 대응 기술을 확보할 수 있다.
넷째, 1-PASS 작업으로 막전극접합체 어셈블리의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비를 나타내는 사시도
도 2는 도 1의 "A" 부 확대도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 상부 다이부와 하부 다이부를 나타내는 확대도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 상부 다이부의 목금형과 칼날을 나타내는 확대도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 히터 플레이트와 접시 스프링을 나타내는 확대도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 웨어 시트와 무빙 플레이트를 나타내는 확대도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 클램프부의 클램프를 나타내는 확대도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 클램프부의 클램프 블럭을 나타내는 확대도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 스크랩 제거부를 나타내는 확대도
도 10a 내지 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비의 사용상태를 나타내는 개략도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비를 나타내는 사시도와 확대도이다.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 막전극접합체 어셈블리 제조설비는 부품(MEA+GDL)의 로딩 후 접착과 타발을 한 공정 내에서 수행하고, 부품의 반출 후 설비 내에 남아 있는 스크랩을 제거하는 전체 공정을 자동화 공정으로 수행한다.
이를 위하여, 설비 본체(미도시)의 상부에는 상부 다이부(12)와 하부 다이부(14)가 위아래에서 나란하게 배치되고, 하부에는 상부 다이부(12) 등의 구동을 위한 구동부(18)가 배치된다.
여기서, 상기 하부 다이부(14)는 설비 본체의 베이스(미도시)상에 놓여져 지지되는 구조로 설치되며, 상기 상부 다이부(12)는 베이스에 설치되어 있는 4곳의 가이드 부시(43)에 슬라이드 가능하게 끼워지는 4개의 가이드 샤프트(16)를 통해 지지되면서 상하 동작가능한 구조로 설치된다.
이러한 상부 다이부(12)와 하부 다이부(14)의 구성은 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
그리고, 상기 구동부(18)는 상부 다이부(12)를 상하로 동작시켜주는 수단으로서, 모터(15)와 링크 암(17) 등을 포함한다.
상기 모터(15)는 일종의 서보 모터로서, 상기 모터(15)의 양편으로는 출력축이 연장되고, 이렇게 연장되는 각 출력축의 단부에는 링크 암(17)의 하단이 각각 결합된다.
또한, 상기 링크 암(17)의 상단부는 상부 다이부(12)에 있는 가이드 샤프트(16)의 하단부와 연결되고, 이때의 연결매체로는 어댑터(44)가 사용된다.
이때, 상기 어댑터(44)는 링크 암(17)측과 핀 구조로 연결되고, 가이드 샤프트(16)측과는 그대로 직결되는 방식으로 연결되므로서, 상기 링크 암(17)의 가이드 샤프트(16)측 연결부위는 왕복운동, 링크 암(17)의 출력축측 연결부위는 회전운동, 링크 암(17)의 본체는 진자운동(pendulum motion)을 하게 된다.
이에 따라, 구동부(18)의 모터(15)가 작동하면 출력축의 회전에 의해 링크 암(17)이 마치 커넥팅 로드의 움직임과 같이 움직이게 되고, 결국 이와 연계하여 상부 다이부(12)가 위아래로 동작될 수 있게 된다.
특히, 부품의 접착 및 타발 공정에 앞서 부품을 고정시켜주는 수단으로 클램프부(23)가 마련된다.
상기 클램프부(23)는 별도의 동력없이 구동부(18)에서 제공하는 동력으로 작동하게 되며, 구동부(18)측에서 동력이 제공하면 각 구성요소들이 연계적으로 동작하면서 부품을 클램핑 또는 언클램핑 할 수 있게 된다.
이를 위하여, 구동부(18)에 있는 모터(15)의 출력축 단부(링크 암 바깥쪽 위치에)에는 편심 샤프트(29) 및 캠 플레이트(19)가 장착되고, 상기 캠 플레이트(19)의 바로 윗쪽에는 롤러(56)를 가지는 롤러 블럭(30)이 배치됨과 더불어 이때의 롤러 블럭(30)은 롤러(56)를 이용하여 캠 플레이트(19)의 캠 곡면과 접하면서 지지될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 캠 플레이트(19)가 회전하면 캠 플레이트(19)가 롤러(56)를 통해 상대적으로 캠 곡면을 타고 진행하게 되므로, 이때의 캠 곡면 형상에 따라 캠 플레이트(19)가 위아래로 움직일 수 있게 된다.
그리고, 상기 롤러 블럭(30)에는 2개의 로드(20)가 그 하단을 통해 핀 구조로 결합되고, 이렇게 결합되는 각 로드(20)의 상단부는 링크 블럭(31)과 핀 구조로 결합된다.
이때, 상기 로드(20)의 상단 결합부위는 링크 블럭(31)의 샤프트 결합부위보다 윗쪽으로 위치될 수 있게 되고, 이에 따라 로드(20)가 위아래로 동작하면서 링크 블럭(31)의 상단부를 좌우로 움직여주게 되면, 즉 링크 블럭(31)이 샤프트(21)를 중심으로 회동하게 되면, 이때의 링크 블럭(31)에 일체 결합되어 있는 샤프트(21)의 회전이 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 상기 2개의 로드(20)는 대략 "V"자 모양의 자세를 취하면서 하부 다이부(14)의 양편에 배치되어 있는 각 샤프트(21)측으로 연장 위치될 수 있게 된다.
상기 샤프트(21)는 하부 다이부(14)의 양편에 나란하게 배치되면서 베이스상에 설치되어 있는 브라켓(45)에 양단 지지되는 구조로 설치되고, 이렇게 설치되는 샤프트(21)에는 실질적으로 부품을 고정시켜주는 다수의 클램프(22)가 서로 일정간격을 유지하면서 설치된다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 샤프트(21)로부터 링크 바(32)가 연장되고, 이때의 링크 바(32)의 상단부 볼(46)이 클램프(22)의 몸체 저면에 결합되므로서, 샤프트(21)의 회전에 따른 링크 바(32)의 젖힘 동작에 의해 클램프(22)가 전후로 움직일 수 있게 된다.
이러한 클램프(22)의 전후 움직임에 의해 부품은 클램핑(전진) 및 언클램핑(후진)이 될 수 있게 된다.
그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 클램프(22)의 전후 직선 움직임을 위한 수단으로 클램프 블럭(34)이 마련된다.
상기 클램프 블럭(34)은 베이스상에 고정 설치되고, 이러한 클램프 블럭(34)에는 양쪽 벽체에 형성되는 위아래 2개씩의 슬롯(35)이 구비된다.
이에 따라, 상기 클램프(22)는 클램프 블럭(34) 내에 위치된 상태에서 양쪽의 핀(33)을 통해 클램프 블럭(34)에 있는 위아래 슬롯(35)에 각각 끼워지게 되므로서, 링크 바(32)의 젖힘 동작시 클램프(22)는 슬롯(35)을 따라 안내되는 핀(33)에 의해 전후 직선운동을 할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 상부 다이부와 하부 다이부를 나타내는 확대도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 상부 다이부(12)와 하부 다이부(14)는 실질적으로 부품을 접착하고 타발하는 수단으로서, 상부 다이부(12)는 부품 가열을 위한 히터 플레이트(10a)와 부품 타발을 위한 칼날(11)을 가지면서 상하로 동작하여 부품을 가압하는 역할을 하게 되고, 하부 다이부(14)는 부품 가열을 위한 히터 플레이트(10b)와 부품 흡착을 위한 유로(13)을 가지면서 부품을 받쳐주는 역할을 하게 된다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 상기 상부 다이부(12)는 어퍼 다이(47), 저면에 칼날(11)이 장착되어 있는 목금형(48), 러버 히터 플레이트 & 실리콘 히터 플레이트(49) 및 어퍼 히터 플레이트(50)로 되어 있는 히터 플레이트(10a)가 위에서부터 차례로 적층 조합되는 형태로 이루어진다.
여기서, 상기 칼날(11)은, 도 4에 도시한 바와 같이, MEA를 타발하기 위해 목금형(48) 안에 내장되어 있는 형태로 장착된다.
그리고, 상기 러버 히터 플레이트 & 실리콘 히터 플레이트(49)의 경우 접착 공정시 가열을 위한 열선 및 온도센서가 내장되는 있는 타입으로서, 보통 70∼200℃의 온도 범위에서 사용될 수 있게 된다.
또한, 상기 하부 다이부(14)는 웨어 시트(24) 및 무빙 플레이트(25), 히터 플레이트(10b), 접시 스프링(27)을 가지는 스프링 플레이트(28), 인슐레이터 플레이트(51) 및 로어 플레이트(52)가 위에서부터 차례로 적층 조합되는 형태로 이루어진다.
여기서, 상기 하부 다이부(14)의 스프링 플레이트(28)에는 전체 면적에 걸쳐서 다수의 접시 스프링(27)이 장착되어 있으며, 이때의 접시 스프링(27)은 상부 다이부(12)의 상하 운동시 전해지는 충격을 완충시켜주는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 웨어 시트(24)의 경우 칼날(11)이 직접 접촉하는 부분으로서, 시트 동일지점에 반복적으로 칼날(11)이 접촉하게 되면 손상을 입을 수 있게 된다.
이러한 점을 고려하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 웨어 시트(24) 및 무빙 플레이트(25)의 아래쪽으로는 축(53)이 수직 배치되고, 이때의 축(53)의 하단에는 라쳇휠(26)이 장착되는 동시에 축(53)의 상단부는 무빙 플레이트(25)의 저면과 편심구조의 면접촉 상태를 이루게 된다.
이에 따라, 라쳇휠(26)로부터 동력을 전달받아 축(53)이 회전하게 되면 이때의 축 상단에 받쳐져 있는 웨어 시트(24)를 포함하는 무빙 플레이트(25) 전체가 약간씩 수평 이동되므로, 시트 동일지점의 반복적인 손상을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 라쳇휠(26)의 회전을 위한 동력은 후술하는 실린더(36)의 동력을 이용할 수 있는데, 예를 들면 스크랩 제거부(42)의 실린더 바(37)에는 훅(미도시) 및 스프링(미도시)을 갖는 블럭(54)이 장착되고, 실린더 작동시 상기 블럭(54)도 함께 전후진 동작하면서 훅을 통해 라쳇휠(26)을 돌려주게 되므로서, 라쳇휠(26)의 회전에 따른 웨어 시트(24) 및 무빙 플레이트(25)의 이동이 가능하게 되는 것이다.
특히, 상기 하부 다이부(14)의 로어 플레이트(52)에는 다수의 에어 흡입홀(55)이 형성되어 있으며, 상기 에어 흡입홀(55)을 통해 에어를 빨아들이게 되면 이때의 흡입력이 웨어 시트(24), 무빙 플레이트(25) 등에 형성되어 있는 다수의 유로(13)를 통해 부품에 작용하게 되므로, 부품이 웨어 시트(24)의 상면에 흡착되면서 안정적으로 고정될 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비에서 스크랩 제거부를 나타내는 확대도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 상기 스크랩 제거부(42)는 공정 완료 후, MEA 잔여물을 설비 밖으로 제거하는 수단으로서, 실린더(36)의 동력을 이용하여 스크랩을 제거하는 기능을 하게 된다.
이를 위하여, 하부 다이부(14)의 측면을 따라 배치되면서 베이스상에 그 실린더 몸체 후단부를 통해 지지되는 구조로 설치되는 실린더(36)가 마련되고, 상기 실린더(36)의 로드에는 길다란 바 형태의 실린더 바(37)가 연결되며, 이때의 실린더 바(37)의 단부에는 랙부(38)가 형성된다.
그리고, 상기 랙부(38)와 인접한 위치에는 베이스상에 회전가능한 구조로 설치되는 홀더 블럭(40)이 마련되고, 이때의 홀더 블럭(40)에는 실린더 바(37)의 랙부(38)와 치합전동가능하게 맞물리는 피니언부(39)가 형성된다.
또한, 상기 홀더 블럭(40)의 상단부에는 그 후단부를 통해 지지되는 길다란 바 형태의 스크랩 제거용 바(41)가 수평 설치된다.
이때의 스크랩 제거용 바(41)는 홀더 블럭(40)과 함께 회전하면서 작업영역 내에 진입할 수 있게 되고, 이렇게 진입한 스크랩 제거용 바(41)가 웨어 시트(24)의 상면을 흩고 지나가면서 그 위에 놓여져 있는 MEA 잔여물을 제거할 수 있게 된다.
여기서, 상기 스크랩 제거용 바(41)는 2개가 구비될 수 있으며, 이렇게 구비되는 각각의 스크랩 제거용 바(41)는 각각의 실린더 구동에 의해 작동될 수 있거나, 또는 1개의 실린더와 링크기구에 의해 링크되면서 함께 작동될 수 있게 된다.
따라서, 이와 같이 구성되는 막전극접합체 어셈블리 제조설비의 사용상태(작동상태)를 살펴보면 다음과 같다.
도 10a 내지 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체 어셈블리 제조설비의 사용상태를 나타내는 개략도이다.
도 10a 내지 10d에 도시한 바와 같이, 모터 구동에 의해 편심 샤프트와 캠 플레이트가 회전하게 되고, 캠 플레이트 위상변화에 따른 로드와 샤프트, 클램프의 기구학적 운동에 의해 부품(GDL+MEA)가 고정되며, 이와 더불어 상부 다이부가 하강하여 접착 및 타발을 실시한 후, 상부 다이부가 상승하면 막전극접합체 어셈블리가 배출되고, 스크랩 제거용 플레이트에 의해 타발 후에 생긴 잔여물을 제거하는 과정의 반복을 통해 막전극접합체 어셈블리의 제조가 자동 공정으로 이루어지게 된다.
이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 로봇 등에 의해 하부 다이부(14)의 웨어 시트(24) 위에 2장의 GDL(100a)과 1장의 MEA(100b)로 이루어진 부품(100)이 로딩된다.
다음, 이렇게 부품(100)이 놓여지면, 도 10a에 도시한 바와 같이, 웨어 시트(24), 무빙 플레이트(25), 로워 플레이트(52)에 관통된 유로(13)와 에어 흡입홀(55)을 통해 에어를 빨아들이게 되고, 따라서 부품(100)은 웨어 시트(24)의 상면에 흡착된다.
다음, 도 10a에 도시한 바와 같이, 캠 플레이트(19)의 회전에 따라 로드(20)에 연결된 샤프트(21)가 일정 범위 안에서 회전하게 되고, 결국 이때의 샤프트(21) 회전에 의해 클램프(22)가 전진하여 웨어 시트(24)에 흡착되어 있는 부품(100)의 상면을 잡아주게 된다.
다음, 부품(100)이 안정적으로 고정된 상태에서 접착 및 타발 공정이 진행된다.
즉, 상부 다이부(12)가 하부 다이부(14)로 하강하게 되면 부품(100)이 히터 플레이트(10a,10b)에 의해 가열되어 접착되고, 이와 동시에 목금형(48)에 있는 칼날(11)에 의해 최종 형상으로 가공되어진다(도 10c).
다음, 공정 완료 후, 4개의 클램프(22)가 후진한 상태에서 로봇 등에 의해 제품(도 10c의 도면부호 200)이 반출되면 타발된 MEA 잔여물이 남게 되는데, 이때 실린더(36)가 후진하면 링크된 양쪽의 스크랩 제거용 바(41)가 90°회전하여 스크랩을 제거하게 되고, 실린더(36)가 전진하면 스크랩 제거용 바(41)는 초기 위치로 복귀하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 막전극접합체 어셈블리 제조시 부품의 로딩에서부터 부품 클램프, 접착 및 타발 공정, 부품 반출 후 스크랩 제거까지의 전체 공정을 자동화 공정으로 수행하면서 접착과 타발 공정을 한 공정 내에서 동시에 수행하는 새로운 막전극접합체 어셈블리 제조방식을 구현함으로써, 설비의 설치 면적 축소와 더불어 생산 사이클 타임 단축을 도모할 수 있는 이점이 있다.
10a,10b : 히터 플레이트 11 : 칼날
12 : 상부 다이부 13 : 유로
14 : 하부 다이부 15 : 모터
16 : 가이드 샤프트 17 : 링크 암
18 : 구동부 19 : 캠 플레이트
20 : 로드 21 : 샤프트
22 : 클램프 23 : 클램프부
24 : 웨어 시트 25 : 무빙 플레이트
26 : 라쳇휠 27 : 접시 스프링
28 : 스프링 플레이트 29 : 편심 샤프트
30 : 롤러 블럭 31 : 링크 블럭
32 : 링크 바 33 : 핀
34 : 클램프 블럭 35 : 슬롯
36 : 실린더 37 : 실린더 바
38 : 랙부 39 : 피니언부
40 : 홀더 블럭 41 : 스크랩 제거용 바
42 : 스크랩 제거부 43 : 가이드 부시
44 : 어댑터 45 : 브라켓
46 : 볼 47 : 어퍼 다이
48 : 목금형
49 : 러버 히터 플레이트 & 실리콘 히터 플레이트
50 : 어퍼 히터 플레이트 51 : 인슐레이터 플레이트
52 : 로어 플레이트 53 : 축
54 : 블럭 55 : 에어 흡입홀
56 : 롤러

Claims (6)

  1. 부품 가열을 위한 히터 플레이트(10a)와 부품 타발을 위한 칼날(11)을 가지면서 상하로 동작하는 상부 다이부(12);
    부품 가열을 위한 히터 플레이트(10b)와 부품 흡착을 위한 유로(13)를 가지면서 부품을 받쳐주는 하부 다이부(14);
    상기 상부 다이부(12)를 상하로 동작시켜주는 수단으로서 모터(15), 모터(15)의 출력축에 연결되는 동시에 상부 다이부(12)측에 있는 가이드 샤프트(16)와 연결되는 링크 암(17)으로 구성되는 구동부(18);
    상기 구동부(18)로부터 동력을 받아 부품을 고정시켜주는 수단으로서 모터(15)의 출력축에 장착되어 회전하는 캠 플레이트(19)의 회전을 시작으로 연계적으로 동작하는 로드(20), 샤프트(21) 및 클램프(22)을 통해 부품을 고정시켜주는 클램프부(23);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 다이부(14)는 칼날(11)과 접촉하는 웨어 시트(24) 및 무빙 플레이트(25)를 더 포함하며, 상기 웨어 시트(24) 및 무빙 플레이트(25)는 시트 동일지점의 반복적인 손상을 방지하기 위해 웨어 시트(24) 및 무빙 플레이트(25)를 약간씩 수평 이동시켜주는 라쳇휠(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 다이부(14)는 다수의 접시 스프링(27)을 가지면서 히터 플레이트(10b)의 저면에 배치되어 상부 다이부(12)의 상하 운동에 따른 충격을 완화시켜주는 스프링 플레이트(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 클램프부(23)는 모터(15)의 출력축에 장착되어 회전하는 편심 샤프트(29) 및 캠 플레이트(19)와, 상기 캠 플레이트(19)의 캠 곡면과 접촉하는 롤러 블럭(30) 및 이 롤러 블럭(30)에서 상향 연장되는 로드(20)와, 상기 로드(20)의 상단부에 연결되어 회동하는 링크 블럭(31)과, 상기 링크 블럭(31)에 연결되는 동시에 하부 다이부(14)의 측면을 따라 나란하게 배치되어 회전하는 샤프트(21)와, 상기 샤프트(21)에 링크 바(32)로 연결되어 전후진하면서 부품을 잡아주거나 놓아주는 클램프(22)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 클램프부(23)의 클램프(22)는 양측면에 있는 핀(33)을 통해 클램프 블럭(34)상의 슬롯(35) 내에 끼워져 안내를 받으면서 전진 및 후진 운동을 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 다이부(14)의 측면을 따라 수평 배치되는 실린더(36)와, 상기 실린더(36)의 로드에 연결되는 실린더 바(37)와, 상기 실린더 바(37)의 선단 랙부(38)에 결속되는 피니언부(39)를 가지면서 회전가능하게 설치되는 홀더 블럭(40)과, 상기 홀더 블럭(40)의 상단부에 후단 지지되는 길다란 바 형태로서 홀더 블럭(40)과 함께 회전하면서 작업영역 내에 진입하여 스크랩을 제거하는 스크랩 제거용 바(41)로 구성되는 스크랩 제거부(42)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 막전극접합체 어셈블리 제조설비.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101836604B1 (ko) * 2016-03-14 2018-03-08 현대자동차주식회사 연료전지용 스택의 소재 접합 장치
CN111755724B (zh) * 2020-06-01 2021-10-22 无锡先导智能装备股份有限公司 燃料电池膜电极生产设备

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014170733A2 (en) * 2013-04-16 2014-10-23 Basf Se Process for the manufacture of membrane electrode units
KR101683490B1 (ko) * 2014-08-12 2016-12-07 현대자동차 주식회사 연료전지 스택 제조 장치 및 방법
CN105583885A (zh) * 2015-12-18 2016-05-18 太仓井林机械科技有限公司 一种产品加热切割机械装置
DE102018204363A1 (de) 2018-03-22 2019-09-26 Audi Ag Spannsystem für Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellensystem mit einem solchen
CN109301293B (zh) * 2018-10-24 2023-08-29 南京大学 一种燃料电池膜电极制备工艺及其热压模具

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040007765A (ko) * 2001-07-06 2004-01-24 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 연료전지용 막/전극 접합체의 트리밍 장치 및 방법과반송장치
JP2006164887A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用積層体の形成装置及び燃料電池用積層体の形成方法
KR20080094059A (ko) * 2006-01-17 2008-10-22 헨켈 코포레이션 결합된 연료 전지 조립체, 이를 제조하기 위한 방법, 시스템 및 실란트 조성물
KR20090062349A (ko) * 2007-12-13 2009-06-17 현대자동차주식회사 연료전지용 스택 체결 기기

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4635461A (en) * 1984-10-22 1987-01-13 Rockwell International Corporation Veritcal press
TW422773B (en) * 1997-05-28 2001-02-21 Apic Yamada Corp Electric press machine
JP4878418B2 (ja) 2001-07-06 2012-02-15 本田技研工業株式会社 燃料電池用膜・電極接合体トリム装置
JP4878417B2 (ja) 2001-07-06 2012-02-15 本田技研工業株式会社 燃料電池用膜・電極接合体トリム装置
CN1689181A (zh) * 2002-08-30 2005-10-26 佩密斯股份有限公司 用于简化制造具有薄膜材料装置的夹具和方法
TWI246452B (en) * 2003-10-14 2006-01-01 Bobst Sa Blanking station of a diecutting press
JP2006147231A (ja) * 2004-11-17 2006-06-08 Nissan Motor Co Ltd 膜電極接合体の接合装置及び膜電極接合体の接合方法
CN2763988Y (zh) * 2005-02-01 2006-03-08 上海神力科技有限公司 一种燃料电池堆用膜电极的压制装置
JP2006236698A (ja) 2005-02-23 2006-09-07 Toyota Motor Corp 膜電極接合体の製造方法と装置
KR100666786B1 (ko) 2005-11-04 2007-01-09 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 제조방법
CN2853343Y (zh) * 2005-12-26 2007-01-03 南京鹏力科技有限公司 勺头吸管自动冲切装置
JP2007299551A (ja) 2006-04-27 2007-11-15 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用膜電極接合体の製造方法
KR100957368B1 (ko) 2008-04-11 2010-05-12 현대자동차주식회사 연료전지용 ｍｅａ 소재 자동 타발 및 접합 설비
KR20090111898A (ko) 2008-04-23 2009-10-28 현대자동차주식회사 연료전지 스택 부품 제작용 자동화 설비
CN201179668Y (zh) * 2008-04-29 2009-01-14 新源动力股份有限公司 膜电极的冲割成型及修整装置
GB2463642B (en) * 2008-09-17 2012-08-29 Rolls Royce Plc Press tool arrangement
CN202123674U (zh) * 2011-04-19 2012-01-25 江阴南工锻造有限公司 一种冲压装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040007765A (ko) * 2001-07-06 2004-01-24 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 연료전지용 막/전극 접합체의 트리밍 장치 및 방법과반송장치
JP2006164887A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用積層体の形成装置及び燃料電池用積層体の形成方法
KR20080094059A (ko) * 2006-01-17 2008-10-22 헨켈 코포레이션 결합된 연료 전지 조립체, 이를 제조하기 위한 방법, 시스템 및 실란트 조성물
KR20090062349A (ko) * 2007-12-13 2009-06-17 현대자동차주식회사 연료전지용 스택 체결 기기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101836604B1 (ko) * 2016-03-14 2018-03-08 현대자동차주식회사 연료전지용 스택의 소재 접합 장치
CN111755724B (zh) * 2020-06-01 2021-10-22 无锡先导智能装备股份有限公司 燃料电池膜电极生产设备

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