KR101658842B1 - 연료전지 조립장치 - Google Patents

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KR101658842B1
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Abstract

제 1 기판(203)으로부터 제 2 기판(204)으로 가요성 시트 재료(202)를 이송하는 장치로서, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판에 대해 회전가능하며 병진가능한(translatable) 헤드를 가지며, 상기 헤드(201)는 외면(207)을 갖는 원통형 만곡부(cylindrical curved portion)(205)를 포함하며, 상기 외면(207)에 접촉하는 시트 재료(202)에 기압을 적용하도록 형성된, 구멍들(206)이 상기 외면(207)을 가로질러 제공되어 상기 헤드(201)가 상기 헤드(201)의 회전과 병진운동의 조합에 의해 제 1 기판(203)으로부터 제 2 기판(204)으로 시트 재료(202)를 이송하도록 조정된, 가요성 시트 재료 이송 장치가 제공된다.

Description

연료전지 조립장치{FUEL CELL ASSEMBLY MECHANISM}
본 발명은 연료전지 제조 공정에서 개스킷 부품 및 막 전극 어셈블리의 조립에 특히 관련된, 회전가능하며 병진가능한 헤드를 이용한 가요성 접착 필름을 이송하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
양성자 교환막 기술에 기초한 연료전지는 전형적으로 다수의 개별 셀을 함께 라미네이팅함으로써 조립된다. 각 셀은 막-전극 어셈블리(MEA)를 포함하며, 이는 MEA의 어느 한 면 상에 결합된 양극판 및 음극판을 갖는다. 개스킷은 MEA 주위의 액밀성 밀봉을 보장하기 위해 사용된다.
통상적인 연료전지(10)의 전형적인 배치를 도 1에 나타내었으며, 이는 명확성을 위해 분해 형태로 각종 층을 도시하였다. 고형 폴리머 이온 수송막(11)은 양극(12)과 음극(13) 사이에 샌드위치된다. 전형적으로, 상기 양극(12)과 음극(13) 모두는 다공성 탄소와 같은 전기 전도성의 다공성 재료로부터 형성되며, 이에 백금 및/또는 다른 귀금속 촉매의 소립자가 결합된다. 양극(12) 및 음극(13)은 종종 막(11)의 각 인접 표면에 직접 결합된다. 이러한 조합은 통상 총괄적으로 막-전극 어셈블리라고 칭하여진다.
폴리머 막(11)과 다공성 전극층(12, 13)을 샌드위치시키면, 양극 유로 전계판(anode fluid flow field plate)(14) 및 음극 유로 전계판(15)이 된다. 확산기 또는 확산층으로도 불리는 중간 지지층(intermediate backing layers)(12a, 13a)은 또한 양극 유로 전계판(14)과 양극(12) 사이에 사용될 수 있으며, 그리고 마찬가지로 음극 유로 전계판(15)과 음극(13) 사이에 사용될 수 있다. 지지층(12a, 13a)은 다공성이므로, 가스의 확산이 양극 및 음극 표면으로 이루어지도록 할 뿐만 아니라, 셀에서 수증기 및 액상 물의 조절을 돕는다.
유로 전계판(14, 15)은 전기 전도성 비다공성 재료로부터 전기 접촉에 의해 형성되며, 전기 접촉은 각각의 양극 전극(12) 또는 음극 전극(13)에 대해 이루어질 수 있다. 이와 동시에, 유로 전계판은 유체 연료, 산화제 및/또는 반응 산물의 다공성 전극(12, 13)으로의 운반 및/또는 배기를 촉진시킨다. 이는 통상적으로 다공성 전극(12, 13)에 제공된 표면에 있는 그루브 또는 채널(16)과 같은 유로 전계판의 표면에서 유로 통로를 형성함으로써 이루어진다.
상기 양극 및 음극 유로 전계판(14, 15)은 서로 전기적으로 절연되며, 상기 전계판(14, 15)을 가로지르는 유로 전계는 상기 유로 전계판과 폴리머 막(11) 사이의 유체 전계 구역 주위에 위치한 개스킷을 이용하여 유체가 단단히 유지된다.
유용한 양의 분말을 생성하기 위해, 도 1에 나타낸 바와 같이 각 셀은 보다 큰 셀 스택으로 어셈블리될 필요가 있다. 이는 양극 및 음극 판을 교대로 연결시키는 평면 스택으로 다중 셀을 라미네이팅하여 수행될 수 있다. 각 셀을 직렬로 연결하여 보다 높은 전압이 스택에 의해 발생되도록 하고, 셀 또는 셀 그룹을 병렬로 연결하여 보다 높은 전류가 발생되도록 한다. 다중 스택은 예를 들어, 수소-동력 자동차용 전기 동력 장치에 사용되는 전력을 발생하는데 사용될 수 있다.
각각의 개별 스택을 형성하기 위해 다수의 셀이 어셈블리될 필요가 있다. 따라서, 이러한 스택을 제조하는 것은 각 셀을 이루는 다양한 층들의 정확한 포지셔닝을 포함하여 다수의 개별적인 단계들을 필요로 한다. 어떠한 정렬 불량은 예를 들어, 전기 합선에 의해 또는 연료 또는 산화제 경로로부터의 누출을 통해 전체 스택의 불량을 일으킬 수 있다. 따라서, 이는 스택을 어셈블리하는 제조공정이 신속하고, 정확하고 그리고 신뢰성이 있는 대량 생산으로 연료전지 기술을 적용하는데 중요하다.
이러한 연료전지 스택의 어셈블리와 관련된 특정 문제는 개스킷과 같은 부품들의 정확한 포지셔닝 및 정렬과 관련되며, 이는 고유 특성에 의해 가요성이어서 금속 유로 전계판과 같은 다른 덜 가요성 부품들과 함께 정렬하기가 더 어렵다. 개스킷은 접착성 개스킷 재료의 다이 컷 시트(die cut sheets) 형태로 공급될 수 있으며, 이는 예를 들어, 유로 전계판 또는 MEA와 같은 기판 상에 배치되기 전에 배킹 페이퍼(backing paper)로부터 제거될 필요가 있다.
이러한 접착 재료를 적절히 배치하는 것은 정렬 도구의 보조 없이 수동으로 달성하기는 어려우며, 고 노동집약적이다.
접착성 개스킷 재료의 사용과 관련된 다른 문제는 개스킷이 기판에 적용될 경우에 공기가 포함될 가능성이다. 이러한 공기 포함의 존재는, 공기의 포함이 압력 하에 이의 포지션에서 개스킷의 일부가 이동하는 것을 일으키고 유체 누출을 일으키기 때문에 최종 어셈블리 동안에 압력이 적용될 경우에 스택의 불량을 일으킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급된 하나 이상의 문제들을 해소하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 가요성 시트 재료를 이송하는 장치로서, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판에 대해 회전가능하며 병진가능한(translatable) 헤드를 가지며, 상기 헤드는 외면을 갖는 원통형 만곡부(cylindrical curved portion)를 포함하며, 상기 외면에 접촉하는 시트 재료에 기압을 적용하도록 형성된, 구멍들이 상기 외면을 가로질러 제공되어 상기 헤드가 상기 헤드의 회전과 병진운동의 조합에 의해 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 시트 재료를 이송하도록 조정된, 가요성 시트 재료 이송 장치가 제공된다.
본 발명은 시트 재료를 제 2 기판으로 이송할 경우에 있을 수 있는 공기의 포함과 관련된 문제를 해결한다. 이는 특히 본 발명을 시트 재료가 접착성 개스킷 재료인 연료전지의 어셈블리에 적용할 경우에 유리하다. 또한, 본 발명은 조절 방식으로 제 1 기판으로부터 시트 재료를 들어올리도록 하며, 이에 따라 뒤틀림을 최소화하거나 회피할 수 있다.
바람직하게, 상기 장치는 시트 재료의 표면에 대한 헤드의 병진운동 동안에 헤드를 회전시키면서 상기 구멍들에 음의 공기압을 적용함으로써 제 1 기판으로부터 시트 재료를 들어올리도록 형성된다.
상기 헤드는 고정된 제 1 기판 및 제 2 기판에 대해 회전가능하며 병진가능하도록 형성될 수 있으나, 특정 구현으로 상기 헤드의 상대적 병진운동의 일부는 제 1 기판 및 제 2 기판의 병진운동에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기 장치는 제 2 기판의 표면을 가로지르는 상기 헤드의 조합된 회전 및 병진운동에 의해 제 2 기판에 시트 재료를 적용하도록 형성될 수 있다.
상기 장치는 제 2 기판의 표면에 시트 재료의 적용 동안 또는 적용 후에 상기 구멍들에 양의 공기압을 적용하도록 형성될 수 있다.
상기 장치는 제 2 기판의 표면에 시트 재료의 적용 동안에 시트 재료의 두께를 가로질러 제 2 기판에 물리적 압력을 적용하도록 형성될 수 있다.
바람직한 구현으로, 상기 헤드의 원통형 만곡부는 상기 헤드의 중심부에 대해 회전가능하며, 상기 헤드의 중심부는 상기 중심부에 대해 제 1 회전 위치에서 상기 만곡부와 함께 상기 구멍들에 부압(negative pressure)을 적용하기 위한 제 1 포트 및 상기 중심부에 대해 제 2 회전 위치에서 상기 만곡부와 함께 상기 구멍들에 정압(positive pressure)을 적용하기 위한 제 2 포트를 포함한다.
상기 제 1 포트 및 제 2 포트, 및 상기 만곡부 내의 구멍들은 상기 만곡부가 상기 중심부에 대해 회전함에 따라 상기 구멍들에 기압을 연속적으로 적용하도록 형성될 수 있다.
상기 헤드의 중심부는 상기 헤드의 중심부의 제 1 파트의 원주 둘레로 확장되는 제 1 포트에 연결된 제 1 플리넘(plenum) 및 상기 헤드의 중심부의 제 2 파트의 원주 둘레로 확장되는 제 2 포트에 연결된 제 2 플리넘을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 플리넘 및 제 2 플리넘은 중심부에 대한 만곡부의 회전 위치에 따라 상기 헤드의 만곡부 상의 선택된 구멍들에 양의 공기압 및 음의 공기압을 적용함으로써 형성된다.
본 발명의 제 2 견지에 따르면, 본 발명의 제 1 견지에 따른 픽 앤드 플래이스 장치(pick and place mechanism)를 이용하여 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 시트 재료를 이송하는 방법으로서,
상기 시트 재료 위에 만곡부를 두는 단계;
상기 만곡부의 외면에 있는 구멍들에 음의 공기압을 적용하면서 상기 만곡부를 시트 재료를 가로질러 회전 및 병진운동시키는 단계;
상기 헤드 상의 시트 재료를 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 병진운동시키는 단계; 및
제 2 기판의 표면을 가로질러 상기 만곡부를 회전 및 병진운동시킴으로써 시트 재료를 제 2 기판에 적용시키는 단계
를 포함하는, 시트 재료 이송 방법이 제공된다.
상기 제 2 견지에 따른 방법은 바람직하게, 연료전지 제조방법의 일부로서 적용되며, 여기서 상기 시트 재료는 접착성 개스킷 재료(gasket material)를 포함하며, 상기 제 2 기판은 양극 또는 음극 유로 전계판 또는 막 전극 어셈블리와 같은 연료전지 어셈블리용 평면 전극 부품을 포함한다.
본 발명의 예시적인 구현을 하기 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 폴리머 전해질 막 연료전지의 도식적으로 나타낸 분해 단면도이며;
도 2는 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 시트 재료를 이송하는 일련의 작동을 나타내는 제 1 사시도이며;
도 3은 도 2의 일련의 작동에 대한 제 2 사시도이며;
도 4는 픽 앤드 플래이스 헤드(pick and place head)의 입면도이며; 그리고
도 5a-5c는 도 4의 픽 앤드 플래이스 헤드의 다른 단면도이다.
픽 앤드 플래이스 장치는 일반적으로 예를 들어, 인쇄 회로판으로 표면 탑재된 전자 부품에서와 같은 제조 공정에 사용된다. 이러한 장치는 일반적으로 부품을 픽업하고 그 부품을 회로판 상의 원하는 위치로 이송하여, 진공이 풀리기 전에 자리에 그 부품을 배치하기 위한 진공을 적용하는 공압 헤드(pneumatic head)를 사용한다. 그러나, 배킹으로부터 접착 시트를 제거하기 위해 필링(peeling) 동작이 필요하기 때문에, 이러한 장치는 접착성 시트 재료를 적용하기 위해서 변형하지 않고는 사용될 수 없다.
유럽 특허 제 0291362호에는 자가-접착성 라벨이 임시 홀더 상에 공급되고, 상기 라벨은 상기 홀더 상의 진공에 의해 유지되는 중량/가격 라벨링 장치용 라벨링 장치가 개시되어 있다. 특이한 구동 장치 상에 캐리어를 갖는 라벨 이송 장치가 홀더로부터 운반 지점으로 라벨을 이동시키는데 사용되며, 라벨은 물품으로 운반된다. 상기 캐리어는 라벨을 패드로부터 유지하거나 배출하기 위해 진공 또는 기압을 적용하기 위한 포트를 갖는 패드를 포함한다. 그러나, 상기 장치는 픽 앤드 플래이스 장치와 함께 사용되도록 적용되기에는 적절하지 않으며, 다른 라벨들이 어떻게 이송되는지에 대한 제한된 정도의 조절만을 제공하도록 형성되어 있다.
본 발명의 견지는, 접착성 배키드 재료(backed materials)를, 접착성 재료가 그 위에 공급되는 제 1 기판으로부터, 접착성 재료가 그 위에 적용되는 제 2 기판으로, 정확하고 반복적으로 적용할 수 있도록 상기 여러 가지 원리를 조합적으로 적용한다. 이는 접착성 시트 재료가 제 1 기판으로부터 픽 앤드 플래이스 헤드로 떨어져 나가도록 하는 변형된 픽 앤드 플래이스 장치에 의해 달성된다. 그 다음, 상기 헤드는 시트 재료를 제 2 기판으로 이송하도록 병진운동되고, 상기 시트는 제 2 기판으로 롤링되고, 이에 따라 픽 앤드 플래이스 장치의 사용과 관련된 유연한 배치의 이점을 취하면서 시트 재료를 자리에 적절히 적용하고 시트와 기판 사이의 공기 포함을 최소화한다.
본 발명의 원리를 도 2 및 3에 나타내었으며, 이는 본 발명의 견지에 따른 동일한 공정에 대한 다른 사시도를 보여준다. 여기서 회전가능하며 병진가능한 픽 앤드 플래이스 헤드(201)는 가요성 시트 재료(202)를 제 1 기판(203)으로부터 제 2 기판(204)으로 이송하는데 사용된다. 상기 공정은 도 1 및 2에서 단계 A 내지 L로서 나타낸 일련의 작업을 통해 수행된다.
회전가능하며 병진가능한 헤드(201)는 수직 및 수평 방향으로 헤드를 병진운동시키기 위해 장치(도시하지 않음)에 탑재되며, 상기 헤드(201)는 그 자체가 회전되도록 형성된다. 상기 헤드(201)의 원통형 만곡부(205)는 외면(207)을 가로지르는 일련의 구멍(206)들을 포함하며, 상기 구멍(206)들은 내부 통로를 통해 음의 공기압(또는 진공)을 적용하기 위한 제 1 포트(208) 및 양의 공기압을 적용하기 위한 제 2 포트(209)에 연결된다. 상기 포트(208, 209)들 및 관련 내부 통로의 배열을 도 4 및 5를 참조하여 하기에 보다 상세히 설명한다.
단계 A에 나타낸 위치에 있는 헤드(201)와 함께, 구멍(206)들은 양의 공기압 포트(209)에 연결되며, 이는 만곡부(207)의 외면에 사전에 부착된 배킹 페이퍼(backing paper)(210)가 상기 헤드(201)로부터 강제로 떨어지도록 작용한다. 그 다음, 상기 헤드(201)는 제 1 기판(203)을 가로질러 병진운동되어 제 1 기판(203) 상에 위치한 시트 재료(202)의 일부를 픽업한다. 시트 재료(202)는 예를 들어, 다이 컷 접착성-배키드 개스킷 재료의 시트 일부일 수 있다. 단계 B에서, 상기 헤드(201)의 만곡부(207)는 상기 헤드(201)의 중심부(211)에 대해 회전하여, 상기 외면(207)의 선단 에지(leading edge)(212)를 향하는 하나 이상의 구멍들이 음의 공기압 포트(208)에 연결된다.
단계 B 내지 F에서, 헤드(201)는 헤드의 만곡부가 중심부(211)에 대해 동시에 회전하는 동안 제 1 기판(203)에 대해 병진운동된다. 이는 제 1 기판(203)을 고정되게 유지하면서 헤드(201)를 병진운동함으로써 달성되거나, 혹은 변형적으로 헤드(201)에 대해 제 1 기판(203)을 병진운동함으로써 달성될 수 있다. 이러한 상대적 병진운동 및 회전의 효과는 제 1 기판(203)으로부터 접착성 시트 재료(202)를 헤드(201)의 만곡부(205)의 외면(207)으로 이송하는 것이다. 만곡부(205)가 회전함에 따라, 외면을 따라 추가의 구멍들이 음의 공기압 포트(208)에 연속적으로 연결되어, 시트 재료(202)가 진공에 의해 외면에 유지된다.
단계 F에 나타낸 바와 같이, 만곡부(207)는 약 4분의 1 회전에 의해 헤드의 중심부(211)에 대해 회전하며, 시트 재료(202)는 외면(207)에 완전히 유지된다. 그 다음, 상기 헤드(201)는 제 2 기판(204)을 가로질러 병진운동하며(단계 G), 시트 재료(202)는 제 2 기판(204)으로 점진적으로 이송된다. 시트 재료가 이송됨에 따라, 만곡부(205)는 헤드가 제 2 기판(204)에 대해 병진운동하는 동안 중심부(211)에 대해 회전한다. 도 2 및 3은 시트 재료(202)가 이송됨에 따라 선택적인 보호 배킹 페이퍼(210)가 제거되는 것을 나타낸다.
단계 H 내지 L에서, 만곡부(205) 내의 구멍들은, 단계 L에서 시트 재료(202)가 제 2 기판에 완전히 부착되고, 배킹 페이퍼(210)가 만곡부(205)의 외면(207)에 부분적으로만 연결될 때까지 음의 공기압 포트(208)에 연결된 것으로부터 양의 공기압 포트(209)로 점진적으로 이송된다. 단계 H 내지 L 동안에, 헤드(201)가 제 2 기판(204)을 가로질러 병진운동하고 회전하는 동안 물리적 압력이 시트 재료의 두께를 가로질러 적용되어, 시트 재료와 제 2 기판 사이의 어떠한 공기를 강제로 밀어내어 공기의 포함이 형성되는 것을 막는다. 단계 B 내지 F에서와 같이, 단계 H 내지 L은 제 2 기판(204)을 가로질러 헤드(201)의 병진운동에 부가적으로 또는 그 대신에 제 2 기판의 병진운동을 포함할 수 있다.
그 다음, 상기 공정은 단계 A에서 완료되며, 여기서 상기 구멍들을 통해 적용된 양의 공기압은 배킹 페이퍼(210)가 헤드(201)로부터 떨어져 제거되도록 한다. 배킹 페이퍼(210)가 제거되도록 하는 양의 공기압 적용 단계는 상기 구멍들(206)이 음의 공기압 포트(208)에 연결되는 것이 없도록 추가적인 양으로 회전되는 만곡부(205)에 의해 일어날 수 있다. 배킹 페이퍼(210)가 제거된 후, 그 다음 상기 공정은 후속적인 한 장의 시트 재료로 반복된다.
시트 재료(202)가 제 2 기판으로 이송되면, 헤드(201)로부터 배킹 페이퍼(210)를 분리하고 또한 후속적인 이송 작업 전에 헤드로부터 어떠한 헐거워진 잔해를 제거하는 세정 작업을 수행할 이중 목적으로, 양의 공기압은 선택적으로 양의 공기압 포트(209)에 적용된다. 특정 구현으로, 음의 공기압 및 양의 공기압은 모두 이송 작업 동안에 양의 공기압 및 음의 공기압 포트(209, 208)에 연속적으로 적용된다. 그 다음, 다른 기압이 어떻게 적용되는지 조절하는 것은 이하 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 헤드(201)의 중심부(211)에 대해 헤드(201)의 만곡 외부(205) 상의 구멍들(206)의 회전 방향에 의해서만 좌우될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 조절기 및 하나 이상의 솔레노이드 밸브를 이용하는 것과 같은 기압 라인의 추가적인 조절은 반드시 요구되는 것은 아니다.
예를 들어, 접착성 개스킷 형태의 시트 재료는 바람직하게 개스킷 재료와 제 1 기판 사이에 비해 배킹 페이퍼와 개스킷 재료 사이에서 보다 높은 정도의 택(tack)을 갖도록 형성되며, 이는 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이 진공을 적용함으로써 제 1 기판으로부터 시트 재료(202)가 제거되도록 한다.
도 4는 회전 및 병진가능한 헤드(201)를 측면도로 나타낸 것이며, 이는 만곡부(205)가 헤드의 중심부(211) 내에 내부 통로(401)를 통해 포트(208, 209)에 연결된 구멍들(206)을 갖는 것으로 보여준다.
도 5a, 5b 및 5c는 도 4에서 섹션(402, 403, 404)을 따라 취해진 단면도를 나타내며, 여기서 내부 통로 또는 플리넘(401)의 배열을 보다 상세히 나타내었다. 헤드(201)의 중심부(211)의 외부 둘레 주위의 제 1 통로 및 제 2 통로(401a, 401b)는 음의 공기압 포트(208)에 연결되고, 제 3 통로(401c)는 양의 공기압 포트(209)에 연결된다. 도 5a에서 화살표는 만곡부(205) 내의 구멍들을 통해 음의 공기압 포트(208)를 향한 제 1 통로(401a)로의 공기 흐름 방향을 나타낸다. 도 5c에서 화살표는 양의 공기압 포트(209)로부터 만곡부(205) 내의 구멍들을 향한 제 3 통로(401c)를 통한 공기 흐름 방향을 나타낸다. 따라서, 일반적인 견지로, 헤드(201)의 중심부(211)는 제 1 포트(208)에 연결된 제 1 플리넘(401a/401b)을 포함하며, 상기 제 1 플리넘은 헤드(201)의 중심부(211)의 제 1 파트의 원주 둘레로 확장된다. 중심부는 부가적으로 제 2 포트(209)에 연결된 제 2 플리넘(401c)을 포함하며, 상기 제 2 플리넘(401c)은 헤드(201)의 중심부(211)의 제 2 파트의 원주 둘레로 확장되며, 상기 제 2 파트는 상기 제 1 파트와는 상이하다.
또한, 도 5a-c는 만곡부(205)가 중심부(211)를 둘러싸는 회전 고리(501)에 연결됨으로써 중심부(211)에 대해 어떻게 회전가능한지를 나타낸다. 상기 회전 고리(501)를 중심부(211)에 대해 도 5a에서의 위치로부터 반시계 방향으로 회전시킴으로써 상기 헤드(201)의 만곡부(205) 주위에 연속적인 구멍들(206)이 제 1 내부 통로 및 제 2 내부 통로(401a, 401b)를 통해 음의 공기압 포트(208)에 연결된다. 한편, 도 5a에서의 위치로부터 상기 회전 고리(501)를 시계 방향으로 회전시킴으로써 연속적인 구멍들(206)이 제 2 내부 통로(401c)를 통해 양의 공기압 포트(209)에 연결된다.
상기 회전 고리(501)는 서보 모터에 연결될 수 있으며, 이는 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 시트 재료를 이송하는 동안에 회전을 병진운동과 동시발생하도록 병진운동 장치와 함께 조절된다. 변형적으로, 상기 회전 고리(501)의 회전은, 상기 헤드가 상기 공정의 분리 및 적용 단계 동안에 제 1 기판 및 제 2 기판을 가로질러 병진운동함에 따라 시트 재료를 가로질러 적용되는 물리적 압력에 의해 작동될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 계수적으로 또는 수동적으로 조절될 수 있는 통상적인 픽 앤드 플래이스 장치와 함께 사용될 수 있다.
상기 헤드(201)의 위치 조절은 상기 헤드와 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 만곡부의 외면 상에 하나 이상의 돌출 패그(projecting pegs) 및 이에 상응하는 홀을 물리적으로 위치시킴으로써 이루어질 수 있다.
상기 헤드의 회전 고리 및 중심부 사이의 조절된 마찰도는 헤드에서 내부 통로에 대해 유체의 단단한 밀봉을 확실히 하기 위해 제공되는 밀봉 수단에 의해 달성되거나, 또는 내부 스프렁 마찰 패드(internal sprung friction pad)와 같은 추가 부품의 사용을 통해 달성될 수 있다.
다중 헤드는 연장 축(extended shafts) 상에 이용될 수 있으며, 이는 시트 재료를 주고 받는 이송을 위한 다수의 위치를 포함하는 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 병렬적으로 작동되도록 형성될 수 있다.
상기 헤드의 만곡부의 회전 동작은 마찰만으로 달성되거나, 또는 예를 들어, 랙 앤드 피니언 타입(rack and pinion type)의 배열을 사용하는 것과 같이 기판과의 기계적 인게이지먼트에 의해 조절될 수 있다. 변형적으로 상기 헤드의 만곡부의 서보모터 조절이 사용될 수 있다.
변형적인 구현으로, 상기 헤드(201)는 음의 공기압만을 사용하여, 즉, 배킹 페이퍼를 방출시키는데 양의 공기압 공급을 사용하지 않고 작동가능하도록 형성될 수 있다. 대신에, 배킹 페이퍼는 시트 재료를 제 2 기판에 적용한 후에 상기 헤드로부터 떨어져 나가도록 되거나, 혹은 추가 부품이 배킹 페이퍼를 기계적으로 배출시키는데 사용될 수 있다. 이러한 구현에서, 상기 헤드의 내부 포트는, 상기 시트가 제 2 기판(204) 상에 놓여진 후에 배킹 페이퍼에 적용되는 진공이 완전히 풀려지도록 형성될 수 있다(도 2). 상기 배킹 페이퍼는 예를 들어, 도 2의 단계 L에 나타낸 위치를 넘어서는 만곡부(205)의 회전시 외면(207)으로부터 튀어나오도록 형성된 이젝터(ejector) 부품의 작동에 의해 상기 헤드(201)로부터 방출될 수 있다. 상기 이젝터 부품은 연속 작동시 적절한 지점에서 외면으로부터 튀어나오는 기계적으로 작동하는 슈(shoe)의 형태일 수 있다. 이러한 변형적인 구현의 이점은 양의 공기압 라인을 필요로 하지 않는다는 것이다. 양의 공기압 라인을 사용하지 않는 것에 대하여 있을 수 있는 불리한 점은 배킹 페이퍼가 상기 헤드로부터 신뢰도 있게 방출되지 않을 수 있다는 점과 이젝터 부품을 포함함으로써 헤드 구성의 복잡성이 증가하는 경향이 있을 수 있는 점이다.
또한, 다른 구현들이 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (12)

  1. 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 가요성 시트 재료를 이송하는 연료전지 조립장치로서,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에 대해 회전가능하며 병진가능한(translatable) 헤드를 가지며,
    상기 헤드는 외면을 갖는 원통형 만곡부(cylindrical curved portion)를 포함하며, 상기 외면에 접촉하는 시트 재료에 기압을 가하도록 형성된 구멍들이 상기 외면을 가로질러 제공되어, 상기 헤드가 상기 헤드의 회전과 병진운동의 조합에 의해 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판으로 상기 시트 재료를 이송하게 되고,
    상기 헤드의 원통형 만곡부는 상기 헤드의 중심부에 대해 회전가능하며,
    상기 헤드의 중심부는 상기 중심부에 대해 제 1 회전 위치에 있는 상기 만곡부에 의해 상기 구멍들에 부압(negative pressure)을 가하는 제 1 포트, 및 상기 중심부에 대해 제 2 회전 위치에 있는 상기 만곡부에 의해 상기 구멍들에 정압(positive pressure)을 가하는 제 2 포트를 포함하는 연료전지 조립장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시트 재료의 표면에 대한 상기 헤드의 병진운동 동안에 상기 헤드를 회전시키면서 상기 구멍들에 음의 기압(negative air pressure)을 가함으로써 상기 제 1 기판으로부터 시트 재료를 들어올리도록 형성된 연료전지 조립장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 표면을 가로지르는 상기 헤드의 조합된 상대 회전 및 병진운동에 의해 상기 제 2 기판에 시트 재료를 적용하도록 형성된 연료전지 조립장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 표면에 시트 재료의 적용 동안 또는 적용 후에 상기 구멍들에 양의 기압(positive air pressure)을 가하도록 형성된 연료전지 조립장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 표면에 시트 재료의 적용 동안에 상기 시트 재료의 두께를 가로질러 상기 제 2 기판에 물리적 압력을 가하도록 형성된 연료전지 조립장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 포트 및 상기 제 2 포트, 및 상기 만곡부 내의 구멍들은 상기 만곡부가 상기 중심부에 대해 회전함에 따라 상기 구멍들에 기압을 연속적으로 가하도록 형성된 연료전지 조립장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 헤드의 중심부는 상기 헤드의 중심부의 제 1 파트의 원주 둘레로 확장되는 제 1 포트에 연결된 제 1 플리넘(plenum), 및 상기 헤드의 중심부의 제 2 파트의 원주 둘레로 확장되는 제 2 포트에 연결된 제 2 플리넘을 포함하는 연료전지 조립장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 따른 장치를 이용하여 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 시트 재료를 이송하는 연료전지 조립방법으로서,
    상기 제 1 기판 상의 시트 재료 위에 만곡부를 두는 단계;
    상기 만곡부의 외면에 있는 구멍들에 음의 기압을 가하면서 상기 만곡부를 시트 재료를 가로질러 회전 및 병진운동시키는 단계;
    상기 헤드 상의 시트 재료를 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판으로 병진운동시키는 단계; 및
    상기 제 2 기판의 표면을 가로질러 상기 만곡부를 회전 및 병진운동시킴으로써 시트 재료를 상기 제 2 기판에 적용시키는 단계
    를 포함하는 연료전지 조립방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시트 재료는 개스킷 재료(gasket material)를 포함하며,
    상기 제 2 기판은 연료전지 어셈블리용 평면 전극 부품을 포함하는 연료전지 조립방법.
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