(57)【要約】【課題】高分子電解質型燃料電池のスタックの積層を効率よく行うこと。【解決手段】燃料電池スタックを構成する積層部材を搬送し、所定の順序に積層する燃料電池スタック積層装置において、搬送用ロボットと積層用ロボットと、各々のロボットを所定のルートに従って積層位置に移動させるガイドレールと、上記積層部材の辺及び頂点或いはそのいずれかを検知する装置と、検出された情報に基づいて積層部材の位置合わせをする装置とを備えたことを特徴とする燃料電池スタック積層装置。本発明はまた、燃料電池スタック積層方法を開示する。【選択図】図１
2006164881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックを構成する積層部材を搬送し、所定の順序に積層する燃料電池スタック積層方法において、搬送用ロボットによって積層部材を所定の積層位置に移動させるステップと、上記積層部材の位置又は形状を検出するステップと、検出された情報に基づいて積層ロボットによって積層部材を所定の順序に従って積層するステップと、積層された積層部材を固定するステップとを有することを特徴とする燃料電池スタック積層方法。
【請求項２】
積層部材が多数部材群と少数部材群に分けられ、それぞれ多数部材群用トレイと少数部材群用トレイに収容されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック積層方法。
【請求項３】
更に、積層部材の保護シートの剥がしステップを有することを特徴とすると請求項１記載の燃料電池スタック積層方法。
【請求項４】
積層ステップの前に積層部材の除塵を行うステップを有する請求項１記載の燃料電池スタック積層方法。
【請求項５】
積層部材の積層位置決め及び部材毎の積層後の位置検知を、レーザ方式又は画像センシング方式によることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック積層方法。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池スタック積層方法において、装置内部を閉空間とし、該閉空間を除塵した気体で満たすことを特徴とする燃料電池スタック積層方法。
【請求項７】
燃料電池スタックを構成する積層部材を搬送し、所定の順序に積層する燃料電池スタック積層装置において、搬送用ロボットと、積層用ロボットと、各々のロボットを所定のルートに従って積層位置に移動させるガイドレールと、上記積層部材の辺及び頂点或いはそのいずれかを検知する装置と、検出された情報に基づいて積層部材の位置合わせをする装置とを備えたことを特徴とする燃料電池スタック積層装置。
【請求項８】
少数の積層部材群を供給する領域と多数の積層部材群を供給する領域を有する搬送ゾーンと、積層部材を積層する積層ゾーンと、上記供給ゾーンと積層ゾーンとの間に設けられた保護シート引き剥がしゾーンと、積層ゾーンの前の除塵ゾーンを有する請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項９】
積層部材が多数部材群と少数部材群に分けられ、それぞれ多数部材群用トレイと少数部材用トレイに収容されていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１０】
上記搬送用ロボットのハンドリング部が軽量部材用ハンドリング部と重量部材用ハンドリング部を有し、又は交換可能にされていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１１】
搬送用ロボットと積層用ロボットをそれぞれ複数有することを特徴とする請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１２】
部材ハンドリング部が、小寸法部材用のハンドリング部と大寸法部材用のハンドリング部を有し、又は交換可能にされていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１３】
軽量部材用ハンドリング部は静電方式のチャックであり、重量部材用ハンドリング部は吸引方式のチャックであることを特徴とする請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１４】
更に、積層部材の保護シートの剥がし機構を備えることを特徴とすると請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１５】
上記剥がし機構は、積層部材のコーナー部の一部又は複数箇所に、保護シートの厚さ分だけをカットする機構或いは片側の保護シートと部材本体の２枚分の厚さ分だけをカットする機構、或いは部材本体の厚さ分だけをカットする機構を備えたことを特徴とする請求項１４記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１６】
保護シートの剥がし機構を搬送領域と積層領域の間に設けたことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１７】
膜電極接合体の電極部には接触せず、周囲の電解質膜部をチャックする機構を備えた請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１８】
搬送領域と積層領域の間に積層部材の除塵部を設けたことを特徴とする請求項７記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項１９】
除塵機構は気体のブロー・吸引または静電気力を用いる手段であることを特徴とする請求項１８記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項２０】
積層用ロボットにより部材の積層位置決めを行い、部品毎に積層後の位置検知を行う手段を有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項２１】
部材の積層位置決め及び部材毎の積層後の位置検知装置が、レーザ方式又は画像センシング方式であることを特徴とする請求項２０記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項２２】
装置内部を閉空間とし、該閉空間を除塵した気体で満たすことを特徴とする請求項６記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項２３】
装置内部を閉空間とし、その閉空間内の気体の湿度と温度を調整できる機構を備えたことを特徴とする請求項６記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項２４】
搬送用ロボット及び積層用ロボット又はどちらかに部材移動行程の長さに応じて加速・減速の度合いを調整する機構を設けたことを特徴とする請求項６記載の燃料電池スタック積層装置。
【請求項２５】
搬送用ロボット及び積層用ロボット又はどちらかの移動行程において部材がずれるのを防ぐ為のストッパを設けたことを特徴とする請求項６記載の燃料電池スタック積層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックを積層する燃料電池スタック積層方法及び燃料電池スタック積層装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、セパレータ、電解質膜／電極接合体又は膜電極接合体（ＭＥＡ）、ガス拡散板、ガスケットから構成される単位セルを複数積層し、その端部に集電板、絶縁板、端部押さえ板等の端板類を取り付けて成る構造体である。これらの部品を積層する作業は、開発段階では手作業であるが、スタックの仕様が固定され、量産化の段階に入ると自動積層装置が必要になる。
【０００３】
積層部品の内、セパレータや端部部品は比較的厚さがあり剛体に近い性質の部品であるが、ＭＥＡやガスケットは薄膜で柔らかく、しかも表面保護の為、積層直前まで保護シートが取り付けられている。また、拡散板は他の部品と外形寸法が異なり、ＭＥＡの電極部分に精度良く重ねる必要がある。
【０００４】
これらの部品を手作業で積層する場合は、おおよその位置にまず積層し、ピンセット等で位置の微調整を行い、さらに、数セル置きに積層方向の垂直度を出す為に、側面からガイドレールを押し付ける、という組立て方法を取る。垂直度を出すということは部品の微妙な位置ずれを修正することと同じである。
【０００５】
一方、特許文献１に示すようにセパレータ等の部品に突起と穴を設け、位置ずれが生じない構造の部品を用いる場合もある。量産化に際しては、これらの性質の異なる部品を精度良く自動積層する装置が必要になる。特許文献１においては、固体高分子電解質型燃料電池の組み立て方法が開示されているが、量産方法あるいはそのための装置は開示されていない。
【０００６】
【特許文献１】特許第３４２７９１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
セパレータ等の厚物重量部品とＭＥＡ等の薄膜軽量部品の両方を扱う自動積層方式の実現と、ＭＥＡ等に付いている保護シートを剥がす機能の実現と、それらを高精度かつ高効率でかつ部品を傷めないように積層する自動積層方式の実現が、燃料電池スタックの量産にあたり重要である。
【０００８】
燃料電池スタックは、ＭＥＡ、拡散板、ガスケットといった薄物軽量部品と、セパレータや端板類のような厚物重量部品から構成され、更に、部品寸法も様々である。これら全てをハンドリングする方式が課題であり、また、部品によっては保護シートを積層直前に剥がす必要があり、このような積層前処理方法も課題である。更に、これら様々の部品を精度良く積層する方式も課題である。
【０００９】
本発明は、高分子電解質型燃料電池スタックの量産に適したスタック積層方法及び積層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】
【００１０】
本発明は、燃料電池スタックを構成する積層部材を搬送し、所定の順序に積層する燃料電池スタック積層方法において、搬送用ロボットによって積層部材を所定の積層位置に移動させるステップと、上記積層部材の位置又は形状例えば辺及び頂点或いはそのいずれかを検知するステップと、検出された情報に基づいて積層部材の位置合わせをするステップと、積層ロボットによって積層部材を所定の順序に従って積層するステップと、積層された積層部材を固定するステップとを有することを特徴とする燃料電池スタック積層方法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、燃料電池スタックを構成する積層部材を搬送し、所定の順序に積層する燃料電池スタック積層装置において、搬送用ロボットと、積層用ロボットと、各々のロボットを所定のルートに従って積層位置に移動させるガイドレールと、上記積層部材の位置又は形状を検出する装置と、検出された情報に基づいて積層部材の位置合わせをする装置とを備えた燃料電池スタック積層装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、積層部材の位置又は形状の検出を行って、搬送ロボットと積層ロボットとによって効率よく燃料電池の積層部材を積層することができ、燃料電池スタックの量産化に貢献することができる。特に、本発明によれば、燃料電池スタックの積層作業を自動化することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
種々の部品から構成される燃料電池スタックを自動的に積層する装置において、多種類の部品のハンドリングに対応し、各部品の特性に合わせた積層前処理を行い、積層位置の高精度な調整を行う燃料電池スタック積層装置が必要である。ハンドリング機構としては、薄物軽量部品に対しては静電チャック方式を用い、厚物重量部品に対しては吸引チャック方式を用いることにより、種々の部品のハンドリングに対応することができる。部品寸法の違いに対しては、チャック部を２重構造にすることで対応する。
【００１４】
また、保護シートを剥がす機構として、反発力の強い保護シートに対しては、部品蹴られ防止代を設けた部品を用い、反発力の弱い保護シートに対しては端部カッティング方式を用いる。これらの厚さや寸法の異なる部品を精度良く積層するために、光学方式により部品の２頂点を検知する方式を用いる。
【００１５】
本発明の積層装置において、少数の積層部材群を供給する領域と多数の積層部材群を供給する領域を有する供給ゾーンと、積層部材を積層する積層ゾーンと、上記供給ゾーンと積層ゾーンとの間に設けられた保護シート剥がしゾーン及び除塵ゾーンとを有する。
【００１６】
積層部材が多数部材群と少数部材群に分けられ、それぞれ多数部材群用トレイと少数部材用トレイに収容されていることができる。また、上記搬送用ロボットのハンドリング部が軽量部材用ハンドリング部と重量部材用ハンドリング部を有し、又は交換可能にされていることが好ましい。
【００１７】
上記燃料電池スタックは積層装置搬送用ロボットと積層用ロボットをそれぞれ複数有していてもよい。部材ハンドリング部が、小寸法部材用のハンドリング部と大寸法部材用のハンドリング部を有し、又はハンドリング部を必要な機能と交換可能にされていることが望ましい。
【００１８】
更に、燃料電池スタック積層装置は積層部材の保護シートの剥がし機構を備えることが望ましい。上記剥がし機構は、積層部材のコーナー部の一部又は複数箇所に、保護シートの厚さ分だけをカットする機構或いは片側の保護シートと部材本体の２枚分の厚さ分だけをカットする機構或いは部材本体の厚さ分だけをカットする機構を備えることが望ましい。保護シートの剥がし機構は搬送領域と積層領域の間に設けられる。
【００１９】
燃料電池スタック積層装置において、膜電極接合体の電極部には接触せず、周囲の電解質膜部をチャックする機構を備えることが、電極の損傷や汚染を防止するために好ましい。
【００２０】
上記燃料電池スタック積層装置は、搬送領域と積層領域の間に積層部材の除塵部を備えることが望ましい。除塵を部材の上面と下面の両方に対して同時又は別々に行うことが望ましい。除塵機構は気体のブロー・吸引によるか、または静電気力を用いることができる。
【００２１】
積層用ロボットにより部材の積層位置決めを行い、部品毎に積層後の位置検知を行う手段を有することが好ましい。部材の積層位置決め及び部材毎の積層後の位置検知装置として、レーザ方式又は画像センシング方式装置であることができる。
【００２２】
燃料電池スタック積層装置の装置内部を閉空間とし、該閉空間を除塵した気体で満たすことが望ましい。装置内部を閉空間とし、その閉空間内の気体の湿度と温度を調整できる機構を備えることが好ましい。
【００２３】
搬送用ロボット及び積層用ロボット又はどちらかに部材移動行程の長さに応じて加速・減速の度合いを調整する機構を設けることができる。搬送用ロボット及び積層用ロボット又はどちらかの移動行程において部材がずれるのを防ぐ為のストッパを設けることが望ましい。
【００２４】
厚物重量部品と薄膜軽量部品を両方扱うために１つのロボットアームに別々のハンドリング機構を持たせる。厚物重量部品をハンドリングする機構として吸引チャックを用い、薄膜軽量部品をハンドリングする機構として静電チャックを用いる。
【００２５】
保護シートのついている薄膜部品としてはＭＥＡとガスケットがある。部品仕様やメーカによっても異なるが、ＭＥＡは両側に保護シートがついており、ガスケットは片側のみに保護シートがついているケースが多い。また、ＭＥＡの保護シートは厚さが数十μｍと薄い上に柔らかいが、ガスケットの保護シートは１００μｍ程度と厚い上に反発力が強い。従って、取り扱いの機構を別のものにする必要がある。
【００２６】
両側に薄くて柔らかい保護シートのついているＭＥＡの場合、３枚重ねの端部に対し２枚分の厚さの切り込みを入れ、端部３枚を掴んで引き剥がすと、片側の１枚が剥がれる。その後、別の端部に対し１枚分の厚さの切り込みを入れ、端部２枚を掴んで引き剥がすと、ＭＥＡが残る。
【００２７】
片側に厚くて固い保護シートのついているガスケットの場合、使用するサイズより数ｍｍ程度はみ出す掴み代を設け、掴み代と実サイズの境目のガスケットにカットを入れておき、保護シートにはカットを入れない構造とする。静電チャックでガスケット側を固定しておき、掴み代を掴んで引き剥がすと、保護シートがガスケットから剥がれる。
【００２８】
各部品を積層するに際し、精度の高い平面位置決めをするためには光学方式が使いやすい。レーザ方式や画像センシング方式を用いることができる。部品の平面位置を決定するためには図７のように、コーナー部２点の位置を検知できれば良い。ある１辺の両端でも良いし、対角線上の両端でも良いし、２辺の位置を検出しても良い。端部にはＲや面取りを施している場合があり、端点の位置は部品からはみ出した空間になる。この位置を光学方式で検知するためには、その点に交差する２辺の位置を求め、その交点を計算すれば良い。光学方式でこの検知方法を用いる場合、１／１００ｍｍ〜５／１００ｍｍ程度の精度を確保することが可能であり、燃料電池スタックの積層精度としては高い精度を確保することができる。
【００２９】
本発明は、部品のハンドリング方式として、薄物軽量部品に対しては静電チャックを用い、厚物重量部品に対しては空気吸引チャックを用いる方式を採用した。また、部品搬送用の機構と部品積層用の機構を別々の機構とした。積層部品として保護シートの付いている部品の保護シート剥がし動作を部品構造に合わせた機構により行い、光学方式による部品の２頂点検知により積層位置決めを行った。積層後の位置に対する精度チェックも光学方式により行い、装置内部全体へのクリーンエアー送付及び温・湿度管理と積層直前での各部品毎の除塵を行った。搬送及び積層動作を高速化するための加減速機構と搬送時のずれを防止する機構を、燃料電池スタック積層装置として持たせることにより、高効率で高精度な燃料電池スタックの自動積層作業を行うことができる。
【００３０】
次に、燃料電池スタックの構成を説明する。図５は、燃料電池スタックの基本構成を示す図である。発電反応を生じさせる部分がＭＥＡ５０であり、ＭＥＡ５０は基板となる電解質膜５１の両側に電極５２を貼り付けて一体化したものである。電極の片側には燃料となる水素ガスを流し、反対側には酸化剤となる空気を流す。電極５２へのガスの拡散性を上げるために、電極５２とほぼ同サイズの拡散板５３を電極を覆うように重ねる。
【００３１】
ガスのシールのためにガスケット５４をＭＥＡ５０の電解質膜５１の露出した部分を覆うように重ねる。ガスケット５４の中側のくり抜き部分に拡散板５３が配置されることになる。更に、ガス流路を構成するためにセパレータ５５を重ねる。これらを繰り返し積層し、最後に両端に端板５６を設置し、全体を締め付けて燃料電池スタックが完成する。
【００３２】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。ハンドリング部の形態としては、薄物軽量部品用に静電チャックを用い、厚物重量部品用に吸引チャックを用いる。
【００３３】
搬送及び積層の機構としてはアーム式のロボットを用い、搬送用のロボットとしては、広範囲に配置する多種類の部品を取りに行けるようにレールの長いロボットを用い、積層用のロボットとしては、積層精度を高めるために動作範囲の小さい高精度制御のできるロボットを用いる。
【００３４】
保護シートの付いている部品に対しては、その部品の構造にあわせた保護シート剥がし機構を持たせる。
【００３５】
部品の状態を良好な状態に保つ為に、積層装置全体の内部を閉空間として装置内の温・湿度管理及び装置内へのクリーンエアー送付を行い、更に、積層直前において部品の除塵を行う。
【００３６】
積層前の位置決めでは、光学方式により部品の２頂点等を検知し、積層後の精度確認も光学方式により垂直・水平両方向からの端部位置検知を行う。これらの機構の組合せにより、燃料電池スタック積層作業の高効率・高精度な完全自動化を実現した。
【実施例１】
【００３７】
本発明のスタック積層装置を説明する前に、燃料電池の積層構造を説明する。図５は高分子電解質型燃料電池の構成要素を展開して示したもので、端板５６（通常金属製）、セパレータ５５、ガスケット５４、ガス拡散板５３、電極５２、高分子電解質５１の繰り返しをユニットセルの基本構成とする。なお、高分子電解質５１とその両面に接する電極５２は、一体化されて膜―電極接合体（ＭＥＡ）と称して、使用されるのが一般的である。
【００３８】
実際の燃料電池スタックは、図６に示すように、端板５６に、テフロン（登録商標）製などの絶縁板５７、セパレータ５５に隣接して良導電性例えば金属製の集電板５８が、図５の積層部材で構成される積層体の外側に配置され、更に数１０セルごとに、熱電対などの測温手段を内蔵した温度測定用セル６２が、配置される。図示の関係で、図６には上部にスタック構成を示したが、スタックの組み立てに際しては、下方の端板上に、各種セル要素を積層する。なお、積層されたスタックは、端板とともに、絶縁ピンなどで、一体化、固定される。このようにして数１０層例えば８０層の積層ユニットを持つ燃料電池積層スタックが構成される。
【００３９】
図７は、端板５６の平面図であり、積層装置で組み立てるに際しては、例えば組み立て台６４上に構成要素を順次載置して積層する。その際、端板５６などの構成要素のコーナー部６１を光学的に検出し、それを予め設定した積層セルの中心点６３に合わせるように積層していく。その結果、セルの構成要素の端部が、図６に誇張して示されているように、揃っていない状態となる場合もある。しかし、積層セルの中心点６０を予め定めておいて、それを基準として積層するので、この中心点に沿って積層要素を合わせることを優先する。
【００４０】
図１は本発明の実施例を示すものである。図１において、本発明の実施例によるスタック積層装置は、少数部品群のためのトレイ１と多数部品群のためのトレイ２を有する搬送ゾーンＡ、保護シート剥がし部７，８を有する保護シート剥がしゾーンＢ、除塵ゾーンＣ及び積層ゾーンＤから構成されている。図１により実施例の構成を説明する。燃料電池スタックの部品は種類が多く、また、種類毎の員数も様々である。これに対応するために、種類毎に別々の部品収納トレイを設置する。更に、端板類のように員数の少ない部品群と員数の多い部品群のトレイを別構造とする。実施例において、少数部品群に属するものは、端版５６、絶縁版５７、集電板５８及び温度測定セル６２であり、その他の部品は多数部品群に属する。
【００４１】
少数部品群用トレイ１はトレイの深さを浅くできるため、搬送用ロボットの動きを少なくして作業の効率化を図る為に回転テーブル式とするのが好ましい。搬送ロボットが部品を取り上げる位置は一定で、積層する順番が回ってきたトレイを搬送ロボットの取り上げ位置まで回転させる。
【００４２】
一方、多数部品用トレイは、トレイを深くする必要があり、しかも、搬送ロボットの作業負担を少なくするために、部品の底上げ機構を有する。一番上の部品を取り上げた後、トレイ下部のプレートが、１枚分の部品厚さだけ上昇する。取り上げ位置の高さを一定に保つために、部品上端位置をセンシングし、その位置に部品が上昇するまで下部プレートを上昇させる。以上のように、多数部材群のためのトレイと少数部材群用のトレイとを設けることにより、部材の搬送に無駄がなくなり、搬送のスピードアップが可能になる。
【００４３】
搬送用ロボット３は部品トレイ全体、及び、後述する保護シート剥がし部や除塵部をカバーするために長いガイドレール即ち搬送用ロボットガイドレール４を有する。
【００４４】
保護シートのついてない部品、即ち、セパレータ、拡散板、端板類は、搬送用ロボット３により部品上側除塵部１０へ運ばれる。ここで、搬送用ロボット３は一旦部品を離し、即ち、部品の上側を除塵できるように解放し、静電除去やブロー等により除塵を行う。その後、搬送用ロボット３はこの部品を部品下側除塵部１１に搬送し、下側を静電除去やブロー等により除塵する。
【００４５】
保護シートのついている部品は、部品上側除塵部１０へ搬送する前に、保護シート剥がし部へ運び、そこで保護シートを剥がす。保護シートのついている部品は通常、ガスケットとＭＥＡの２種類である。また、ガスケットの保護シートは通常片側のみであり、ＭＥＡのガスケットは通常両側である。
【００４６】
片側に保護シートのついているガスケットは、ガスケット保護シート剥がし部７へ搬送され、そこで保護シートを剥がした後、部品上側除塵部１０へ運ばれる。ガスケット保護シート剥がし部７の機構については後述する。
【００４７】
両側に保護シートのついているＭＥＡは、まず、ＭＥＡ上保護シート剥がし部８へ搬送され、そこで、上側の保護シートを剥がした後、ＭＥＡ下保護シート剥がし部９へ搬送され、そこで、下側の保護シートを剥がす。その後、部品上側除塵部１０へ運ばれる。保護シート剥がし部の機構については後述する。
【００４８】
このようにして、各部品の除塵を、部品下側除塵部１１で行った後、積層用ロボット５へ引き渡すために、搬送用ロボット３は、部品を中間置台１２へ置く。積層用ロボット５は、ここで部品を取り上げ、部品位置調整部１３へ運ぶ。ここで、光学方式の頂点検知を行い、部品の向きを調整し中心位置を割り出す。その後、積層位置１４へ搬送し、部品中心位置を合わせて下へ降ろし前の部品の上へ重ねる。
【００４９】
これらの動作を繰り返し、全部品を積層した後、積層位置の一番下にある置台が、ガイドレールに沿ってスタックプレス部１５まで運ばれ、そこで、プレス及び固定用のボルト取り付けを行う。その後、スタック取出し部１６へ移動し、そこで、積層装置の外部へ運び出す。
【００５０】
装置全体は、装置仕切壁１７により閉空間を構成し、温・湿度管理及び内部空間の塵を極力抑えるためにクリーンエアーの送付を行う野が好ましい。
【００５１】
搬送用ロボット３および積層用ロボット５共に、部品を吸着するためのハンドリング部３０を有する。図２はハンドリング部３０の機構の説明図である。このハンドリング部３０は、２種類の機構から構成されており、１つは厚物重量部品用チャック３１、もう１つは薄物軽量部品用チャック３２である。厚物重量部品用チャック３１としては吸引力の強い真空吸引式のチャックを用いる。一方、薄物軽量部品用チャック３２としては、真空吸引式チャックを用いるとチャックの中に部品が吸い込まれて変形してしまうため、静電チャックを用いる。
【００５２】
薄物軽量部品としては、図５に示すＭＥＡ５０、拡散板５３、ガスケット５４がある。拡散板はＭＥＡ５０の電極５２に相当するサイズであり、一方、ガスケット５４はＭＥＡ５０の電解質膜５１の露出部に相当するサイズである。これら大小のサイズに薄物軽量部品用チャック３２の機構を対応させるために、チャックを２重構造とした。即ち、ＭＥＡ５０やガスケット５４に対しては、図２の静電チャック動作Ａに示すように、外側の部分のみでチャックする。一方、拡散板５３に対しては、図２の静電チャック動作Ｂに示すように、内側の部分のみでチャックする。
【００５３】
また、厚物重量部品としては、図５に示すセパレータ５５、端板類５６がある。セパレータ５５は内側、即ち、拡散板に対応する部分にガス流路が形成されており、吸引することができない。そこで、外側のガスシール部分を吸引する。この状態を、図２の吸引チャック動作Ａに示す。一方、端板類は一般に重量が大きい為、外側のガスシール部分では吸引力の足りない場合が生じる恐れがある。端板類は内側が平坦面で面積が比較的大きいので、内側全体を吸引する。この状態を吸引チャック動作Ｂに示す。
【００５４】
ガスケット保護シート剥がし部７では、ガスケットの片面に付いている保護シートの剥がし動作を行う。この動作機構を説明する。図３は、ガスケット保護シートの剥がし機構を模式的に示す図である。
【００５５】
図３の（ａ）に示すガスケット２０の平面図によれば、燃料電池に積層するガスケット実使用部２５と保護シートチャック部２６が掴むための掴み代２３、及び蹴られ防止代２４の３つの部位がガスケット側に設けられる。保護シート側２２は１枚ものである。ガスケット実使用部２５を静電チャック３２で吸着し、保護シートチャック部２６で掴み代２３を掴んで引き剥がしていく。引き剥がし動作の終了間際で、蹴られ防止代２４が保護シートの跳ね返りを防ぎ、ガスケット実使用部２５が図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、静電チャック３２に良好な状態で吸着されたまま、保護シートの剥がしを終えることができる。蹴られ防止代２４がないと、引き剥がし動作が終わる瞬間に保護シートの反発力で保護シートが跳ね返り、静電チャック３２に吸着されたガスケット実使用部の一部を剥がし、波打った状態で吸着される事態を生じさせてしまう。蹴られ防止代２４を設けることは、これを防ぐ上で有効な手段である。
【００５６】
ＭＥＡ５０の両面についている保護シートを剥がす機構を図４により説明する。ＭＥＡ保護シート付きＭＥＡ４０の保護シートは薄くて柔らかいため、ガスケット保護シートのように剥がし動作中に反発力が働くことは無い。従ってガスケット保護シートのような蹴られ防止代２４は不要である。また、掴み代は小部分で良く、ガスケット保護シートのような掴み代２３も不要である。そこで、端部に切り込みを入れてそこを掴み代にする方法を用いる。
【００５７】
まず、図４（ａ）に示すように、上側保護シート４１を剥がす為に、端部に下側保護シート４２及びＭＥＡの２枚分の厚さの切り込みを入れる。そして、端部の３枚分を端部チャック４３によって掴み、上側保護シート４１を剥がす。次に、下側保護シート４２を剥がす為に、図４（ｂ）に示すように、他の端部のＭＥＡ５０の１枚分に切り込みを入れ、端部２枚分を端部チャック４３によって掴み、下側保護シート４２を剥がす。このようにして、両面保護シート付ＭＥＡ４０から両面の保護シートを剥がすことができる。ＭＥＡ５０の端部に面取りをしたかのようなカット部が残るが、数ｍｍ程度であれば、燃料電池スタックの性能へ影響を及ぼさない。
【００５８】
上記のように、本発明によるスタック積層装置は、種々の部品から構成される燃料電池スタックを自動的に組立てる機構を有することができるが、更に、組み立て中の環境をスタック組立てに適した環境に保つ為に、装置全体を囲む仕切りを設け、内部の温湿度管理、及び、内部へのクリーンエアー導入を行う。更に、組立速度の高速化を図るために、ロボットの部品搬送時の速度を搬送距離に対応して加減速できるようにし、更に、加減速時に部品がチャックからずれない為のずれ防止ストッパを設けることができる。
【００５９】
本発明は、燃料電池スタックを量産する設備として利用できる。燃料電池としては常温方から高温型まで種々のタイプがあるが、平板型のセル構造を有するスタックに対しては、同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による装置の全体構成を示した説明図である。
【図２】部品ハンドリング部の構成を示した説明図である。
【図３】ガスケット保護シート剥がし機構の構成と動作を示した説明図である。
【図４】ＭＥＡ保護シート剥がし機構の構成と動作を示した説明図である。
【図５】本発明による燃料電池スタックの構成を示した説明図である。
【図６】本発明による燃料電池スタックの積層状態を説明する概略側面図である。
【図７】本発明による燃料電池スタックの積層方法を説明する概略平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…少数部品用トレイ、２…多数部品用トレイ、３…搬送用ロボット、４…搬送用ロボットガイドレール、５…積層用ロボット、６…積層用ロボットガイドレール、７…ガスケット保護シート剥がし部、８…ＭＥＡ上保護シート剥がし部、９…ＭＥＡ下保護シート剥がし部、１０…部品上側除塵部、１１…部品下側除塵部、１２…中間置台、１３…積層位置調整部、１４…積層位置、１５…スタックプレス部、１６…スタック取出し部、１７…装置仕切壁、２０…保護シート付きガスケット、２１…ガスケット側、２２…保護シート側、２３…掴み代、２４…蹴られ防止代、２５…ガスケット実使用部、２６…保護シートチャック部、３０…ハンドリング部、３１…厚物重量部品用チャック（吸引チャック）、３２…薄物軽量部品用チャック（静電チャック）、４０…両面保護シート付きＭＥＡ、４１…上側保護シート、４２…下側保護シート、４３…端部チャック、５０…ＭＥＡ、５１…電解質膜、５２…電極、５３…拡散板、５４…ガスケット、５５…セパレータ、５６…端板類、５９…温度測定用セル、６１…端版のコーナー部、６３…端板の中心点。
【図１】
2006164881.tif 000003
【図２】
2006164881.tif 000004
【図３】
2006164881.tif 000005
【図４】
2006164881.tif 000006
【図５】
2006164881.tif 000007
【図６】
2006164881.tif 000008
【図７】
2006164881.tif 000009