(57)【要約】【課題】燃料電池を構成するセパレータに対し、シール材を容易に形成する。【解決手段】シール材添着装置４０は、添着ロール４４ａ、４４ｂ、充填ロール４６ａ、４６ｂ及びトリムロール４８ａ、４８ｂを有する。シール材２６となる素材３６は、添着ロール４４ａ、４４ｂと充填ロール４６ａ、４６ｂとの間に供給され、これらの間を通過する際に、添着ロール４４ａ、４４ｂに形成されて凹部５２ａ、５２ｂを含むシール材成形部５４を有するシール材成形型に充填される。素材３６は、添着ロール４４ａ、４４ｂの回転動作に伴ってトリムロール４８ａ、４８ｂに臨んだ際、トリム型によって所定の寸法に切断され、その後、添着ロール４４ａ、４４ｂ同士の間に通されるセパレータ２０に移される。これにより、セパレータ２０に対し、所定の形状・寸法に設定された素材３６が添着される。該素材３６が固化することにより、シール材２６が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を構成するためのセパレータに対してシール材となる素材を添着するシール材の添着方法であって、
円柱体形状をなす添着ロールの側面に設けられたシール材成形型に対し、充填ロールを用いて前記素材を充填する工程と、
前記シール材成形型に充填された前記素材をトリムロールによってトリミングし、シール材としての寸法に仕上げる工程と、
回転する前記添着ロールに前記セパレータを通し、前記シール材成形型に充填され且つシール材としての寸法に仕上げられた前記素材を前記セパレータに添着させる工程と、
を有することを特徴とするシール材の添着方法。
【請求項２】
燃料電池を構成するためのセパレータに対してシール材となる素材を添着するシール材添着装置であって、
円柱体形状をなし且つその側面にシール材成形型が設けられ、前記セパレータが通される添着ロールと、
前記素材を前記添着ロールとともに押圧することで該素材を前記シール材成形型に充填する充填ロールと、
前記シール材成形型に充填された前記素材に対してトリミングを行い、シール材としての寸法に仕上げるトリムロールと、
を備え、
前記添着ロールは、該添着ロールと前記トリムロールの間から搬出された前記素材を、前記セパレータが該添着ロールに通される際に添着することを特徴とするシール材添着装置。
【請求項３】
請求項２記載の添着装置において、前記添着ロール、前記充填ロール及び前記トリムロールを２個ずつ有し、２個の前記添着ロール、前記充填ロール及び前記トリムロール中の１個が前記セパレータの一端面のシール材となる素材に対する充填及びトリミングを行うとともに、残余の１個が前記セパレータの他端面のシール材となる素材に対する充填及びトリミングを行い、
２個の前記添着ロールは、該添着ロール同士の間に通される前記セパレータの両面に対して前記素材を添着することを特徴とするシール材添着装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の添着装置において、さらに、前記トリムロールによって前記添着ロールから除去された前記素材を回収する回収機構と、回収した前記素材を前記添着ロールと前記充填ロールの間に再供給する再供給ラインとを有することを特徴とするシール材添着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を構成するセパレータに対してシール材となる素材を添着するためのシール材の添着方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、燃料電池の単位セル１０は、アノード側電極１２とカソード側電極１４との間に電解質１６が介装されて形成される電解質・電極接合体１８が１組のセパレータ２０、２０で挟持されることで構成される。燃料電池は、一般的には、この単位セル１０同士を所定数だけ積層したスタックとして用いられる。
【０００３】
このような構成において、セパレータ２０には、アノード側電極１２に燃料ガス（例えば、水素）を供給するための燃料ガス供給路２２と、カソード側電極１４に酸化剤ガス（例えば、空気）を供給するための酸化剤ガス供給路２４とが設けられる。すなわち、各セパレータ２０には、燃料ガス及び酸化剤ガス（以下、双方を併せて反応ガスとも表記する）が流通する。なお、参照符号２５は、冷却水等の冷却媒体が流通する冷媒流通路である。
【０００４】
反応ガス及び冷却媒体が隣接する単位セル１０ないし外部に漏洩することを防止するべく、セパレータ２０には、シール材２６が設けられる。なお、隣接するセパレータ２０、２０の各々に設けられたシール材２６、２６同士は、互いに重畳して一体化する。
【０００５】
シール材２６を形成するための素材としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等が広汎に採用されている。シール材２６は、この種の素材を用い、特許文献１に記載されるように射出成形によってセパレータ２０に設けられる。
【０００６】
図４は、射出成形を行ってセパレータ２０を成形している状態を示す概略縦断面図である。この図４に示すように、セパレータ２０は、射出成形装置を構成する下型３０と上型３２で形成されるキャビティ３４に収容される。シール材２６となる素材３６は、図示しないランナを介してこのキャビティ３４に射出される。所定の時間が経過して前記素材３６が固化することにより、セパレータ２０にシール材２６が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５７５５９号公報（特に段落［００４１］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されるような射出成形による成形方法では、セパレータを金型に挿入し、型締めを行い、液状のゴムをキャビティ内に射出し硬化させた後、金型から取り出す、という過程を毎回行うことになる。このため、セパレータに対して連続的にシール材を添着することは困難であり、結局、シール材が添着されたセパレータを多量に生産するには不向きである。
【０００９】
また、射出成形においては、成形品に生じたバリや、シール材を所定形状とするためにトリミングした部分は再利用することができず、廃棄することとなる。従って、材料歩留まりが低下してしまう。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、セパレータに対してシール材を設ける作業を連続的に行うことが容易となり、しかも、材料歩留まりが良好なシール材の添着方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池を構成するためのセパレータに対してシール材となる素材を添着するシール材の添着方法であって、
円柱体形状をなす添着ロールの側面に設けられたシール材成形型に対し、充填ロールを用いて前記素材を充填する工程と、
前記シール材成形型に充填された前記素材をトリムロールによってトリミングし、シール材としての寸法に仕上げる工程と、
回転する前記添着ロールに前記セパレータを通し、前記シール材成形型に充填され且つシール材としての寸法に仕上げられた前記素材を前記セパレータに添着させる工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、燃料電池を構成するためのセパレータに対してシール材となる素材を添着するシール材添着装置であって、
円柱体形状をなし且つその側面にシール材成形型が設けられ、前記セパレータが通される添着ロールと、
前記素材を前記添着ロールとともに押圧することで該素材を前記シール材成形型に充填する充填ロールと、
前記シール材成形型に充填された前記素材に対してトリミングを行い、シール材としての寸法に仕上げるトリムロールと、
を備え、
前記添着ロールは、該添着ロールと前記トリムロールの間から搬出された前記素材を、前記セパレータが該添着ロールに通される際に添着することを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、添着ロールの回転に伴って、該添着ロールの側面に保持された素材に対し、充填、成形及び切断（トリミング）が行われる。従って、添着ロールの間にセパレータを通すことによって、所定形状・寸法に仕上げられたシールを該セパレータに添着することができる。このように、各ロールが回転する最中に素材の供給・成形・添着が同時に行われるため、シール成形のタクトタイムを短縮することができる。
【００１４】
しかも、この作業を連続的に実施することが可能である。このため、シール材の形成効率、ひいては燃料電池の生産効率も向上する。
【００１５】
ここで、添着ロール、充填ロール及びトリムロールを２個ずつ設けるようにすれば、セパレータの両面に対して同時にシール材を設けることができるようになるので好適である。すなわち、この場合、２個の前記添着ロール、前記充填ロール及び前記トリムロール中の１個でセパレータの一端面のシール材となる素材に対する充填及びトリミングを行うとともに、残余の各１個で前記セパレータの他の面のシール材となる素材に対する充填及びトリミングを行った上で、２個の前記添着ロールから、該添着ロール同士の間に通される前記セパレータの両面に対して前記素材を添着するようにすればよい。これにより、燃料電池の生産効率を一層向上させることができる。
【００１６】
さらに、トリムロールによって添着ロールから除去された素材を回収する回収機構と、回収した前記素材を前記添着ロールと前記充填ロールの間に再供給する再供給ラインとを設けることが好ましい。これにより素材の使用効率が向上するので、省資源化を図ることができる。勿論、材料コストを低廉化することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、添着ロール、充填ロール及びトリムロールを設け、添着ロールの側面に保持された素材が充填ロール及びトリムロールを通過する間に前記素材に対して充填・所定の形状への成形、所定の寸法へのトリミングを行うようにしている。このようにすることにより、素材をシール材に対応する形状・寸法に容易に仕上げることができる。
【００１８】
しかも、この場合、射出成形のようにバリが発生する懸念がない。このため、成形後に成形品や成形型からバリを除去する必要がないので、シール材の形成効率、ひいては燃料電池の生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るシール材添着装置の要部概略側面図である。
【図２】図１のシール材添着装置を構成する添着ロールからシール材となる素材がセパレータに移されている状態を示す一部拡大側面図である。
【図３】燃料電池の単位セルが積層されてスタックを構成した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図４】射出成形によってセパレータにシール材を形成している状態を示す要部概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るシール材の添着方法につき、それを実施する装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図３及び図４に示される構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係るシール材添着装置４０の要部概略側面図である。このシール材添着装置４０は、セパレータ２０に対してシール材４２を形成するためのものであり、各々が円柱体形状に形成された第１添着ロール４４ａ、第２添着ロール４４ｂ、第１充填ロール４６ａ、第２充填ロール４６ｂ、第１トリムロール４８ａ及び第２トリムロール４８ｂを有する。すなわち、このシール材添着装置４０は、添着ロール、充填ロール及びトリムロールを１対ずつ具備する。
【００２２】
なお、図１においては、便宜上、セパレータ２０を平板形状に簡略化して示しているが、実際には、図３に示される燃料ガス供給路２２及び酸化剤ガス供給路２４が形成されていることはいうまでもない。
【００２３】
第１添着ロール４４ａは、第１充填ロール４６ａ及び第２トリムロール４８ｂに比して大径に設定される。その中心には、該中心に対して同軸に回転軸５０が設けられ、該回転軸５０は図示しない回転駆動機構に連結されている。すなわち、第１添着ロール４４ａは、回転駆動機構の付勢作用下に、前記回転軸５０を回転中心として回転動作する。
【００２４】
この場合、第１添着ロール４４ａの側面には、素材３６を所定の形状に成形するためのシール材成形型が設けられる。図１における２個の凹部５２ａ、５２ｂを含むシール材成形部５４は、前記シール材成形型の一部の断面を示したものである。後述するように、凹部５２ａ、５２ｂを含む該シール材成形型内には素材３６が充填される。
【００２５】
本実施の形態においては、第１添着ロール４４ａの側面に、３個の前記シール材成形型が互いに略等間隔、すなわち、およそ１２０°ずつ離間して設けられる。従って、この場合、第１添着ロール４４ａ（及び第２添着ロール４４ｂ）が１回転する間に、３枚のセパレータ２０の両面に対して素材３６（シール材２６）を添着することが可能である。
【００２６】
なお、素材３６としては、加硫等による最終的な硬化が行われる前段階、すなわち、いわゆるミラブルタイプの固形状ゴムを用いることができる。具体的には、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等が好適な例として挙げられるが、その他のゴムであってもよい。このような硬化前のゴムを用いる場合、後述するように、トリミングを行って除去した分を再利用することができる。
【００２７】
第１添着ロール４４ａに対向配置された第１充填ロール４６ａは、第１添着ロール４４ａの側面に設けられた前記シール材成形型に対して素材３６を充填するためのロールである。
【００２８】
一方、第１トリムロール４８ａは、第１添着ロール４４ａに充填・保持された素材３６から不要部分を除去するためのロールである。すなわち、該第１トリムロール４８ａの側面には、素材３６から不要部分を除去してセパレータ２０に添着する最終的な形状にするためのトリム型（図示せず）が設けられる。
【００２９】
第１トリムロール４８ａの側面において、第１添着ロール４４ａから素材３６を除去する部分は、第１添着ロール４４ａの側面に比して表面粗度が大きく設定される。これにより素材３６が第１トリムロール４８ａの素材除去部分に付着し易くなるので、素材３６の不要部分が容易にトリミングされる。逆に、第１トリムロール４８ａの側面における素材除去部分以外の部分は、素材３６を付着する必要がないので、その表面粗度を第１添着ロール４４ａの側面よりも小さく設定しておくことが好ましい。ここで、表面粗度は、ロール４４ａ、４８ａの各側面に対して研磨やエッチング、メッキ等の処理を施すことによって調整することができる。
【００３０】
なお、第１トリムロール４８ａの側面には、不要部分として除去された素材３６を第１トリムロール４８ａから離脱させるためのドクターブレード６０が設けられている。
【００３１】
以上の第１充填ロール４６ａ及び第１トリムロール４８ａは、各々、その中心に設けられた回転軸５６、５８を中心として、第１添着ロール４４ａと同期して回転動作する。すなわち、第１トリムロール４８ａは、その側面に設けられた前記トリム型が第１添着ロール４４ａ上の素材３６の所定位置をトリミングするように位置合わせが行われた状態で同期回転する。
【００３２】
ここで、以下においては、便宜的に、第１添着ロール４４ａと第１充填ロール４６ａが対向する箇所を含む第１領域６２、第１添着ロール４４ａと第１トリムロール４８ａが対向する箇所を含む第２領域６４、セパレータ２０が通される箇所を含む第３領域６６に１２０°ずつ区分する。後述するように、第１領域６２では素材３６の供給・充填が行われ、第２領域６４では素材３６に対するトリミングが行われる。また、第３領域６６では、該素材３６がセパレータ２０に添着される。すなわち、本実施の形態においては、第３領域６６で１枚のセパレータ２０に対して素材３６が添着されると同時に、第１領域６２にて前記シール材成形型に対して新たな素材３６が供給され、且つ第２領域６４にて素材３６の成形（トリミング）が行われることになる。
【００３３】
勿論、第２添着ロール４４ｂ、第２充填ロール４６ｂ及び第２トリムロール４８ｂの各々は、第１添着ロール４４ａ、第１充填ロール４６ａ及び第１トリムロール４８ａの各々と同様に構成されている。このため、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
なお、第１トリムロール４８ａ及び第２トリムロール４８ｂの近傍には、該第１トリムロール４８ａ及び第２トリムロール４８ｂによって第１添着ロール４４ａ及び第２添着ロール４４ｂから除去された素材３６を回収するための図示しない回収機構が設けられる。前記ドクターブレード６０によって第１トリムロール４８ａ及び第２トリムロール４８ｂの各々から除去された素材３６は、この回収機構に移送されて回収される。
【００３５】
また、該回収機構から第１充填ロール４６ａ及び第２充填ロール４６ｂにわたり、回収された素材３６を第１添着ロール４４ａと第１充填ロール４６ａの間、第２添着ロール４４ｂと第２充填ロール４６ｂの間、すなわち、前記第１領域６２に再供給するための再供給ライン６８ａ、６８ｂが設けられる。
【００３６】
本実施の形態に係るシール材添着装置４０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
【００３７】
セパレータ２０にシール材２６を設けるに際しては、６個のロールが全て回転動作される。その後、例えば、ミラブルタイプのシリコーンゴムからなる素材３６が第１領域６２に供給される。供給された素材３６は、第１添着ロール４４ａと第１充填ロール４６ａの間を通され、これにより、第１添着ロールの４４ａの側面に設けられた前記シール材成形型、すなわち、２箇所のシール材成形部５４、５４に素材３６が充填される。ただし、この時点では、第１添着ロール４４ａには素材３６が不要部分、例えば、シール材成形部５４、５４同士の間にも余分に保持された状態である。
【００３８】
このようにして第１添着ロール４４ａ（シール材成形型）に保持された素材３６は、次に、第１添着ロール４４ａの回転動作に追従して第２領域６４に移送される。この第２領域６４では、第１トリムロール４８ａに設けられた前記トリム型によって、素材３６におけるシール材成形部５４、５４同士の間等の余分な部分（不要部分）部位が切断されて除去される。この切断除去に伴い、素材３６が所定の寸法にトリミングされる。
【００３９】
トリミングされた素材３６は、さらに、第１添着ロール４４ａの回転動作に追従して第３領域６６に移送される。この第３領域６６では、トリミングされた素材３６がセパレータ２０の下端面に添着する。ここで、素材３６がセパレータ２０に対して容易に添着するように、例えば、セパレータ２０の表面粗度を大きく設定しておくことや、セパレータ２０にプライマを塗布する等の前処理を予め行っておくことが好ましい。
【００４０】
その一方で、第２添着ロール４４ｂ、第２充填ロール４６ｂ及び第２トリムロール４８ｂにおいても同様に、素材３６の充填・成形とトリミングが営まれる。そして、トリミングされた素材３６が第２添着ロール４４ｂに保持されて第３領域６６に移送され、最終的に、セパレータ２０の上端面に添着する。
【００４１】
すなわち、この場合、第１添着ロール４４ａと第２添着ロール４４ｂの間にセパレータ２０が図示しないコンベア等に搬送されながら通される。図２に拡大して示すように、この通過の間、第１添着ロール４４ａ及び第２添着ロール４４ｂの双方のシール材成形部５４から、トリミングされた素材３６がセパレータ２０の所定位置、例えば、先端部に移される。
【００４２】
同様にして、セパレータ２０の後端部が第１添着ロール４４ａと第２添着ロール４４ｂの間を通過する際、第３領域６６に位置する残余のシール材成形部５４から、トリミングされた素材３６が該後端部の下端面及び上端面に移される。これにより、セパレータ２０の所定部位に素材３６が添着される。
【００４３】
素材３６が添着されたセパレータ２０は、第１添着ロール４４ａと第２添着ロール４４ｂの間を通過して露呈する。その後、素材３６が添着したセパレータ２０を図示しない加熱炉内に通す等して加熱することにより、セパレータ２０上の素材３６を硬化させる。これにより、シール材２６が形成されるに至る。
【００４４】
以上から諒解されるように、本実施の形態においては、添着ロール４４ａ、４４ｂ、充填ロール４６ａ、４６ｂ及びトリムロール４８ａ、４８ｂによって素材３６をシール材４２に対応する形状・寸法に成形し、その後、セパレータ２０に添着するようにしている。このため、射出成形を行う従来技術のようにバリが発生する懸念がない。
【００４５】
すなわち、本実施の形態によれば、素材３６を添着ロール４４ａ、４４ｂと充填ロール４６ａ、４６ｂの間に供給するという簡便な作業を行うのみで、シール材４２を容易に形成することが可能となる。
【００４６】
その上、この場合、上記したようにバリの発生がほとんど認められないため、成形後に成形品や成形型からバリを除去する必要がない。従って、燃料電池の生産効率が向上する。
【００４７】
従って、シール材４２の形成作業を連続的に継続することができるので、燃料電池の生産効率が向上する。
【００４８】
なお、第１トリムロール４８ａ及び第２トリムロール４８ｂの各トリム型によって切断され、第１添着ロール４４ａ及び第２添着ロール４４ｂから除去された素材３６は、ドクターブレード６０の作用下に前記回収機構まで移送されて回収された後、再供給ライン６８ａ、６８ｂを経て添着ロール４４ａ、４４ｂと充填ロール４６ａ、４６ｂとの間に再供給される。すなわち、本実施の形態では、切断除去された素材３６を再使用するようにしている。このため、省資源化が図られるとともに、材料コストを低廉化することができる。
【００４９】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記した実施の形態においては、添着ロール、充填ロール及びトリムロールを２個ずつ設けてシール材添着装置４０を構成するようにしているが、各ロールの個数を１個のみとしてもよい。この場合、例えば、添着ロールと平板形状ステージとの間にセパレータ２０を通過させればよい。
【００５０】
また、この実施の形態では、添着ロール４４ａ、４４ｂを充填ロール４６ａ、４６ｂやトリムロール４８ａ、４８ｂに比して大径としているが、充填ロール４６ａ、４６ｂやトリムロール４８ａ、４８ｂを添着ロール４４ａ、４４ｂに比して大径にしてもよいし、同一径にしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０…単位セル                      １２…アノード側電極
１４…カソード側電極                １６…電解質
１８…電解質・電極接合体            ２０…セパレータ
２６…シール材                      ３０…下型
３２…上型                          ３４…キャビティ
３６…素材                          ４０…シール材添着装置
４４ａ、４４ｂ…添着ロール          ４６ａ、４６ｂ…充填ロール
４８ａ、４８ｂ…トリムロール        ５２ａ、５２ｂ…凹部
５４…シール材成形部                ６０…ドクターブレード
６２…第１領域                      ６４…第２領域
６６…第３領域                      ６８ａ、６８ｂ…再供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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