(57)【要約】燃料電池の構成に使用される薄い材料層などの、比較的薄い平坦な材料層を切断するために、プラテンダイステーションで使用する切断装置が使用される。切断装置は、ほぼ平坦な第１の面とほぼ平坦な第２の面とを有するダイを含む。切断面および少なくとも１つの受け面が、それぞれ、ダイの第１の面から突出する。受け面の高さは、切断面の高さにほぼ等しく、それにより、切断面および受け面が移動されて、プラテンダイステーションのアンビル面と接触するとき、受け面は、切断面の損傷を防止する。ポリエチレンまたはポリプロピレンなどの適応性材料の１つ以上の層を、ダイの第２の面と接触して位置させて、コンプライアンスを切断装置に加えてもよい。
2005521564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的薄い平坦な材料層を切断するための、プラテンダイステーションで使用する切断装置であって、
実質平坦な第１の面および実質平坦な第２の面を含むダイと、
前記ダイの第１の面から突出する切断面と、
前記ダイの第１の面から突出する少なくとも１つの受け面とを含み、前記受け面の高さが前記切断面の高さにほぼ等しく、それにより、前記切断面および受け面が移動されて前記プラテンダイステーションのアンビル面と接触するとき、前記受け面が前記切断面の損傷を防止する、切断装置。
【請求項２】
１つの受け面が、前記ダイの第１の面から突出する、請求項１に記載の切断装置。
【請求項３】
第１の受け面が、前記切断面の第１の端縁に近接して配置され、第２の受け面が、前記切断面の第２の端縁に近接して配置される、請求項１に記載の切断装置。
【請求項４】
前記ダイが、第１、第２、第３、および第４の端縁を含み、前記第１および第２の端縁が、それぞれ、前記ダイの第３および第４の端縁の反対側に位置し、第１の受け面が前記ダイの第１の端縁に近接して配置され、第２の受け面が前記ダイの第３の端縁に近接して配置される、請求項１に記載の切断装置。
【請求項５】
第３の受け面が前記ダイの第３の端縁に近接して配置され、第４の受け面が前記ダイの第４の端縁に近接して配置される、請求項４に記載の切断装置。
【請求項６】
前記切断面が連続切断端縁を含む、請求項１に記載の切断装置。
【請求項７】
前記切断面が不連続切断端縁を含む、請求項１に記載の切断装置。
【請求項８】
前記切断面が略正方形または略矩形の形状を有する、請求項１に記載の切断装置。
【請求項９】
前記切断面が略楕円形または略円形の形状を有する、請求項１に記載の切断装置。
【請求項１０】
前記切断面が、外側の切断端縁と、前記外側の切断端縁内にそれぞれ位置する１つ以上の内側の切断端縁とを含む、請求項１に記載の切断装置。
【請求項１１】
前記切断面が前記ダイと一体である、請求項１に記載の切断装置。
【請求項１２】
前記ダイ、前記切断面、および前記少なくとも１つの受け面が、それぞれ、高強度金属から形成される、請求項１に記載の切断装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの受け面が整列機構を含み、前記整列機構は、前記プラテンダイステーションの整列機構に位置合せされるように、前記少なくとも１つの受け面上に配置される、請求項１に記載の切断装置。
【請求項１４】
前記整列機構が少なくとも１つの整列穴を含む、請求項１３に記載の切断装置。
【請求項１５】
前記受け面および切断面の高さが、それぞれ、約０．０２インチ〜約０．０８インチである、請求項１に記載の切断装置。
【請求項１６】
前記ダイの第２の面と接触する、適応性材料の１つ以上の層をさらに含む、請求項１に記載の切断装置。
【請求項１７】
前記適応性材料がポリマー材料を含む、請求項１６に記載の切断装置。
【請求項１８】
前記適応性材料がポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項１６に記載の切断装置。
【請求項１９】
各適応性材料の層の厚さが約０．００２インチ〜約０．００８インチである、請求項１６に記載の切断装置。
【請求項２０】
比較的薄い平坦な材料層を切断するプラテンダイアセンブリであって、
第１のプレートおよび第２のプレートであって、前記第２のプレートがアンビル面を含み、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが、互いに相対移動可能に構成される、第１のプレートおよび第２のプレートと、
実質平坦な第１の面および実質平坦な第２の面を含むダイであって、前記ダイの第２の面が、前記第１のプレートに取付けられる、ダイと、
前記ダイの第１の面から突出する切断面と、
前記ダイの第１の面から突出する少なくとも１つの受け面であって、前記受け面の高さが、前記切断面の高さにほぼ等しい、受け面と、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの接触を行うアクチュエータとを含み、前記切断面および受け面が移動されて圧力下で前記第２のプレートのアンビル面と接触するとき、前記受け面が前記切断面の損傷を防止する、プラテンダイアセンブリ。
【請求項２１】
１つの受け面が前記ダイの第１の面から突出する、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
第１の受け面が前記切断面の第１の端縁に近接して配置され、第２の受け面が前記切断面の第２の端縁に近接して配置される、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記ダイが、第１、第２、第３、および第４の端縁を含み、前記第１および第２の端縁が、それぞれ、前記ダイの第３および第４の端縁の反対側に位置し、第１の受け面が前記ダイの第１の端縁に近接して配置され、第２の受け面が前記ダイの第３の端縁に近接して配置される、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
第３の受け面が前記ダイの第３の端縁に近接して配置され、第４の受け面が前記ダイの第４の端縁に近接して配置される、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記切断面が連続切断端縁を含む、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記切断面が不連続切断端縁を含む、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記切断面が略正方形または略矩形の形状を有する、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記切断面が略楕円形または略円形の形状を有する、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記切断面が、外側の切断端縁と、前記外側の切断端縁内にそれぞれ位置する１つ以上の内側の切断端縁とを含む、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記切断面が前記ダイと一体である、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３１】
前記ダイ、前記切断面、および前記少なくとも１つの受け面が、それぞれ、硬化金属から形成される、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの受け面が整列機構を含み、前記整列機構が、前記第２のプレートの整列機構と位置合せされるように配置された前記少なくとも１つの受け面上に配置される、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３３】
前記受け面および切断面の高さが、それぞれ、約０．０２インチ〜約０．０８インチである、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３４】
前記ダイの第２の面と前記第１のプレートとの間に位置する、適応性材料の１つ以上の層をさらに含む、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３５】
前記適応性材料がポリマー材料を含む、請求項３４に記載のアセンブリ。
【請求項３６】
前記適応性材料がポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項３４に記載のアセンブリ。
【請求項３７】
前記適応性材料の層の各々の厚さが、約０．００２インチ〜約０．００８インチである、請求項３４に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、切断ダイに関し、より詳細には、燃料電池の材料層などの比較的薄い材料層を切断する際に使用する切断ダイおよび切断ステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
非常にさまざまな材料を切断し穴あけするために、さまざまなタイプの切断ダイが開発されている。１つのタイプの切断ダイ装置は、回転切断ダイと呼ばれる。回転ダイは、典型的には、磁性鋼ロール上に取付けられる。これらの鋼ロールは、ダイのための非常に剛性の支持体を提供する。回転ダイは、鋼アンビルロールに対して切断する。
【０００３】
別のタイプの切断ダイ装置は、プラテン式ダイと呼ばれる。プラテンダイステーションは、力を受けながら軸方向に接触される切断ダイおよびアンビルを有する。プラテンダイステーションおよび回転ダイステーションの両方が、多くの用途に有用である。しかし、従来の回転ダイ装置およびプラテンダイ装置に固有の制限により、これらの切断デバイスは、厚さが約０．００１インチ（０．０２５mm）の材料などの材料の比較的薄い層を切断するときに、決して最適でなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池の構成に使用される材料などの材料の比較的薄い層を切断するのによく適した、改良された切断装置が必要とされる。回転ダイ装置およびプラテン式ダイ装置の両方の有益な属性を利用する、改良された切断装置がさらに必要とされる。本発明は、これらおよび他の要求を満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、比較的薄い平坦な材料層を切断する、プラテンダイステーションで使用する切断装置に関する。本発明の切断装置は、燃料電池の構成に使用される薄い材料層を切断するのに特によく適している。一実施形態によれば、切断装置は、ほぼ平坦な第１の面とほぼ平坦な第２の面とを有するダイを含む。切断面が、ダイの第１の面から突出する。
【０００６】
切断装置は、ダイの第１の面から突出する少なくとも１つの受け面をさらに含む。受け面の高さは、切断面の高さにほぼ等しく、それにより、切断面および受け面が移動されて、プラテンダイステーションのアンビル面と接触するとき、受け面は、切断面の損傷を防止する。ポリエチレンまたはポリプロピレンなどの適応性を有する（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）材料の１つ以上の層を、ダイの第２の面と接触して位置させて、適応性すなわちコンプライアンスを切断装置に加えてもよい。
【０００７】
別の実施形態によれば、プラテンダイアセンブリは、比較的薄い平坦な材料層を切断する切断装置を有する。プレートダイアセンブリは、第１のプレートおよび第２のプレートを含む。第２のプレートは、アンビル面を含む。第１のプレートおよび第２のプレートは、互いに相対移動可能に構成される。
【０００８】
プラテンダイアセンブリのダイは、ほぼ平坦な第１の面とほぼ平坦な第２の面とを含む。ダイの第２の面は、第１のプレートに取付けられる。切断面が、ダイの第１の面から突出する。少なくとも１つの受け面が、ダイの第１の面から突出する。受け面の高さは、切断面の高さにほぼ等しい。
【０００９】
制御可能なアクチュエータが、第１のプレートと第２のプレートとの接触を行う。切断面および受け面が移動されて、圧力下で第２のプレートのアンビル面と接触するとき、受け面は、切断面の損傷を防止する。適応性材料の１つ以上の層を、ダイの第２の面と第１のプレートとの間に位置させて、コンプライアンスを切断装置に加えてもよい。
【００１０】
本発明の上記概要は、本発明の各実施形態またはあらゆる実現を説明することが意図されていない。本発明のより完全な理解とともに、利点および達成は、添付の図面と関連して、次の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、明らかになり、理解されるであろう。
【００１１】
本発明は、さまざまな修正例および代替形態が可能であるが、その特定のものが、図面に例として示されており、詳細に説明される。しかし、本発明を、説明される特定の実施形態に限定しないことが意図されることが理解されるべきである。それどころか、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内である修正例、均等物、および代替例をすべて網羅することが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
例示された実施形態の次の説明において、本明細書の一部を形成し、本発明を実施してもよいさまざまな実施形態が例示として示されている添付の図面を参照する。これらの実施形態を用いてもよく、また、本発明の範囲から逸脱することなく、構成変更を行ってもよいことが理解されるべきである。
【００１３】
本発明の切断ダイ装置は、比較的薄い材料層を切断するために使用することができる。たとえば、本発明の切断ダイ装置は、燃料電池の構成に使用される材料の層を切断するのによく適している。燃料電池を構成するために使用される材料層の厚さは、約０．００１インチ（０．０２５mm）であることができる。そのような材料は、さまざまな多孔性を有することができ、かつ、脆性を変えることができる。当業者は、燃料電池構成に使用されるような薄い材料を正確かつ安全に切断することが、かなりの難題であることを容易に理解するであろう。
【００１４】
本発明の切断ダイ装置は、回転切断ダイのいくつかの有益な特徴を効果的に利用し、かつ、そのような特徴をプラテンプレス上での使用に適合させる。さらに、本発明の切断ダイ装置は、切断ダイに組込まれた１つ以上のストッパまたは受け部を含む。含まれた受け部は、本発明の切断ダイ装置を使用する切断プレスのストロークを制御するように動作する。切断ダイに含まれる１つ以上のストッパまたは受け部の一体化は、有利に、切断ダイの外部に配列されたストッパの必要をなくす。そのような外部のストッパは、高価であることが知られており、各ダイ変更後、熟練した機械工による注意深い調整を必要とする。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、切断ダイ装置の１つまたは複数の受け部の高さは、切断ダイ装置の切断面の高さと一致する。受け部および切断面の高さが、切断ダイ上で一致されるので、切断面を破砕するリスクが、なくならないとしても、著しく低減される。
【００１６】
従来のプラテンダイ装置は、プレスストロークの終わりにダイの切断面と接触する受け面（すなわち、アンビル面）として、ナイロンなどの犠牲的軟性材料をしばしば使用する。この方法は、切断面の望ましくない破砕の可能性を低減するが、ナイロン受け面の相対的な軟かさは、厚さが０．００１インチ（０．０２５mm）のオーダの比較的薄い材料層を切断しようと試みるとき、不十分な支持および安定性をもたらす。
【００１７】
受け部および切断面の高さが切断ダイ上で一致されるので、本発明の切断ダイ装置を使用するプラテンプレスの受け面またはアンビル面は、アンビルとしての使用に適した高強度金属などの硬い材料から製造することができる。本発明の切断ダイ装置上への受け部および切断面の一体化は、非常に薄い材料層の切断に適用されるような従来のプラテンダイ切断技術を用いてこれまで利用できなかった回転切断ダイの有益な特徴である硬いアンビル面の使用を考慮する。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、切断ダイ装置は、切断ダイ装置の非切断面とプラテンプレス面との間に位置する薄い適応性材料を含むことができる。特定の切断ダイを使用して、厚さが０．００１インチ（０．０２５mm）のオーダの燃料電池層などの薄い材料層を切断することが、切断面高さが切断面の長さに沿って変わる場合、問題であり得ることが、当業者によってよく理解される。たとえば、特定の切断ダイの切断面の高さは、約０．０００５インチ（０．０１３mm）だけ変わることがある。切断面高さのこの変化は、主として、切断ダイ製造プロセスの不正確さに起因する。この実施形態によれば、少量のコンプライアンスが、切断ダイ装置に一体化される。切断ダイの後ろに、わずかに適応性の支持体を加えることによって、非常に薄い材料をきれいに切断することができ、かつ、切断プロセスに悪影響を及ぼすことなく、切断ダイ高さのいかなるわずかな変化にも対応することができる。さらに、切断ダイの後ろに適応性材料を使用することは、硬いアンビル面に対して非常に薄い材料を切断することを提供する。
【００１９】
本発明の切断ダイ装置は、燃料電池または燃料電池の一部を規定する材料層の自動切断を容易にするために使用することができる。燃料電池は、水素燃料と空気からの酸素とを組合せて、電気、熱、および水を発生する電気化学デバイスである。燃料電池は、燃焼を利用せず、したがって、燃料電池は、たとえあるとしても、有害な流出物をほとんど発生しない。燃料電池は、水素燃料および酸素を電気に直接変換し、かつ、たとえば内部燃焼発電機よりはるかに高い効率で動作させることができる。
【００２０】
典型的な燃料電池が、図１に示される。図１に示された燃料電池１０は、アノード１４に隣接した第１の流体輸送層１２を含む。アノード１４に隣接しているのは、電解質膜１６である。カソード１８が、電解質膜１６に隣接して位置し、第２の流体輸送層１９が、カソード１８に隣接して位置する。動作中、水素燃料が、燃料電池１０のアノード部分に導入され、第１の流体輸送層１２を通って、アノード１４の上を通る。アノード１４において、水素燃料は、水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）とに分離される。
【００２１】
電解質膜１６は、水素イオンまたはプロトンのみを、電解質膜１６を通して、燃料電池１０のカソード部分に通す。電子は、電解質膜１６を通ることができず、代わりに、電流の形態で外部電気回路を通って流れる。この電流は、電気モータなどの電気負荷１７を電力供給することができるか、または充電式バッテリなどのエネルギー蓄積デバイスに向けることができる。
【００２２】
酸素は、第２の流体輸送層１９を介して、燃料電池１０のカソード側に流入する。酸素がカソード１８の上を通るとき、酸素、プロトン、および電子は、組合わされて、水および熱を発生する。
【００２３】
図１に示された燃料電池などの個別の燃料電池を、いくつかの他の燃料電池と組合せて、燃料電池スタックを形成することができる。スタック内の燃料電池の数によってスタックの総電圧が決まり、各燃料電池の表面積によって総電流が決まる。所与の燃料電池スタックによって発生される総電力は、スタック総電圧に総電流を乗じることによって定めることができる。
【００２４】
本発明の切断ダイ装置は、さまざまな技術の燃料電池の構成における材料層の自動切断を容易にするために使用することができる。たとえば、本発明の切断ダイ装置は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池を構成するために使用される材料層を切断するために使用することができる。ＰＥＭ燃料電池は、比較的低温（約１７５°Ｆ（約７９℃））で動作し、高電力密度を有し、電力要求のシフトに応じるためにそれらの出力を迅速に変えることができ、たとえば自動車におけるような、迅速な始動が必要とされる用途によく適している。
【００２５】
ＰＥＭ燃料電池に使用されるプロトン交換膜は、水素イオンを通す薄いプラスチックシートである。膜の両面に、活性触媒である高度に分散した金属粒子または金属合金粒子（たとえば、白金または白金／ルテニウム）がコーティングされている。使用される電解質は、典型的には、固体有機ポリマーポリ−ペルフルオロスルホン酸である。固体電解質の使用は、腐食問題および管理問題を低減するので、有利である。
【００２６】
水素が、燃料電池のアノード側に供給され、そこで、触媒が、水素イオンが電子を放出して水素イオン（プロトン）になることを促進する。電子は、利用することができる電流の形態で移動し、酸素が導入されている燃料電池のカソード側に戻る。同時に、プロトンは、膜を通ってカソードに拡散し、そこで、水素イオンは、酸素と再び組合わされ、反応して、水を発生する。
【００２７】
１つのＰＥＭ燃料電池構造によれば、ＰＥＭ層が、たとえば拡散電流コレクタ（ｄｉｆｆｕｓｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ）またはガス拡散層などの、１対の流体輸送層（ＦＴＬ）間に挟まれている。アノードが、第１のＦＴＬと膜との間に位置し、カソードが、膜と第２のＦＴＬとの間に位置する。１つの構成において、ＰＥＭ層が、一方の表面上にアノード触媒コーティングを含み、他方の表面上にカソード触媒コーティングを含むように製造される。別の構成によれば、第１および第２のＦＴＬは、それぞれ、アノード触媒コーティングおよびカソード触媒コーティングを含むように製造される。さらに別の構成において、アノード触媒コーティングを、第１のＦＴＬ上に部分的に配置し、かつ、ＰＥＭの一方の表面上に部分的に配置することができ、カソード触媒コーティングを、第２のＦＴＬ上に部分的に配置し、かつ、ＰＥＭの他方の表面上に部分的に配置することができる。第１のＦＴＬ／アノード／ＰＥＭ／カソード／第２のＦＴＬによって規定された５層構造物は、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）と呼ばれる。
【００２８】
ＦＴＬは、典型的には、炭素繊維紙または不織布材料から製造される。製品構造によっては、ＦＴＬは、一方の側に炭素粒子コーティングを有することができる。上述されたようなＦＴＬは、触媒コーティングを含むかまたは除くように製造することができる。この製品構造によるＦＴＬは、多孔性および脆性の両方である。本発明の原理と一致する切断ダイ装置は、自動燃料電池組立ての間、たとえばＰＥＭ層およびＦＴＬなどの、薄い燃料電池層を正確に切断するのに特によく適している。
【００２９】
ダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、ポリマー膜を電解質として使用する点で、ＰＥＭ電池と同様である。しかし、ＤＭＦＣにおいて、アノード触媒自体が、液体メタノール燃料から水素を引き、燃料改質装置の必要をなくす。ＤＭＦＣは、典型的には、１２０〜１９０°Ｆ（４９〜８８℃）の間の温度で動作する。
【００３０】
溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）は、電解質のための、マトリックス中に浸された炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、および／または炭酸カリウムの液体溶液を使用する。ＭＣＦＣは、約１，２００°Ｆ（約６５０℃）で動作する。高い動作温度は、電解質の十分な導電性を得るために必要である。この高温のため、電池の電気化学的酸化プロセスおよび還元プロセスに貴金属触媒は必要ない。ＭＣＦＣは、典型的には、水素、一酸化炭素、天然ガス、プロパン、埋立地ガス、マリンディーゼル燃料、およびシミュレートされた石炭ガス化生成物で動作する。
【００３１】
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、典型的には、液体電解質の代わりに、固体酸化ジルコニウムの硬いセラミック材料および小量のイットリアを使用し、動作温度が１，８００°Ｆ（９８０℃）に達することができる。
【００３２】
再生燃料電池において、太陽光発電電解槽によって水が水素と酸素とに分離される。水素および酸素は、再生燃料電池内に供給され、電気、熱、および水を発生する。次に、水は、再循環されて太陽光発電電解槽に戻り、このプロセスは繰返される。
【００３３】
プロトンセラミック燃料電池（ＰＣＦＣ）は、高温で高いプロトン伝導性を示すセラミック電解質材料を使用する。ＰＣＦＣは、約１，３００°Ｆ（約７００℃）で動作する。ＰＣＦＣは、高温で動作することができ、かつ、アノードに直接、化石燃料を電気化学的に酸化させることができる。炭化水素燃料のガス状分子が、水蒸気の存在下で、アノードの面上に吸収され、水素イオンが、効率的に取除かれて、電解質内に吸収され、主反応生成物として二酸化炭素が生じる。これらおよび他の燃料電池技術は、本発明による切断ダイ装置によって切断された材料層から構成することができる。
【００３４】
ここで、図２および図３を参照すると、本発明の実施形態による切断ダイ装置４０の実施形態が示されている。図２および図３に示された切断ダイ装置４０は、ほぼ平坦なダイベース４１を含む。ダイベース４１の上面４２には切断面４４が設けられ、切断面４４は上面４２から突出して示されている。図２および図３は、１つの切断面４４を示すが、２つ以上の切断面４４を上面４２上に設けることができる。
【００３５】
切断面４４は、連続切断端縁として示されている。ある構成によれば、切断面は、図２および図３に示された切断面４４の場合のように、ほぼ正方形の形状を有する。また切断面４４は、ほぼ矩形の形状を有することができる。別の構成によれば、切断面は、ほぼ楕円形またはほぼ円形の形状を有することができる。切断面４４によって取囲まれた切断領域４５の形状は、切断面４４によって切断される、結果として生じる材料層のサイズおよび形状を決める。切断面４４の形状は、切断ダイ装置４０を使用して切断される材料層の意図された形状によって変えることができる。
【００３６】
他の実施形態によれば、切断面４４は、不連続切断端縁を含むように構成してもよい。切断面４４は、たとえば、穴、途切れ、または他の不連続体などの、１つ以上のパーフォレーションを含んでもよい。切断面４４は、いくつかの、さまざまな形状の切断端縁のループによって規定してもよい。さらなる例として、切断面４４は、いくつかの小さい円形または楕円形の切断端縁が大きい矩形形状の端縁内に設けられた、１つの大きい矩形形状の端縁を含んでもよい。切断面構成の多くの変化が、本発明の範囲内で企図されることが理解されるであろう。
【００３７】
切断面４４は、好ましくは、切断ダイ装置４０の上面４２と一体的に形成される。代わりに、切断面４４を別個に形成し、その後、既知の技術を用いて上面４２に取付けることができる。ダイベース４１の裏面に対する切断面４４の高さは、好ましくは、約０．０２インチ〜約０．０８インチ（約０．５mm〜約２mm）である。
【００３８】
図２および図３に示された構成において、ほぼ正方形の形状の連続切断面４４の互いに反対側の間の距離は、約６インチ（約１５cm）である。切断ダイ装置の長さは、約１５インチ（約３８cm）であり、幅は、約１５インチ（約３８cm）である。この構成によれば、切断ダイベース４１および切断面４４の累積厚さを表す、切断装置４０の最大厚さは、約０．０４インチ（約１mm）である。上で挙げられた寸法は、例示のためにのみ提供され、限定のためではないことが理解される。
【００３９】
また切断ダイ装置４０は、１つ以上の受け部またはストッパ４６を含む。受け部４６は、切断ダイ装置４０の上面４２から突出して示されている。整列穴などの、１つ以上の整列機構４８が、１つ以上の受け部４６上に設けられて示されている。整列機構４８は、プラテンプレスに使用されるときに切断ダイ装置とアンビル面との間の正確な位置合せを行う。当該技術において知られているような、整列穴以外の整列機構４８を使用してもよいことが理解される。さらに、整列機構４８は、受け部４６に位置する必要はないが、代わりに、切断ダイ装置４０上の他の場所に位置させてもよいことが理解される。
【００４０】
１つまたは複数の受け部４６は、好ましくは、切断ダイ装置４０の上面４２と一体的に形成される。代わりに、１つまたは複数の受け部４６を、別個に形成し、その後上面４２に取付けることができる。ダイベース４１の裏面に対する各受け部４６の高さは、好ましくは、約０．０２インチ〜約０．０８インチ（約０．５mm〜約２mm）である。
【００４１】
図２および図３の実施形態に示されているように、ダイベース４１は、第１の端縁６１、第２の端縁６２、第３の端縁６３、および第４の端縁６４を有し、第１の端縁６１および第２の端縁６２は、それぞれ、第３の端縁６３および第４の端縁６４の反対側である。切断面４４は、第１の切断端縁５１、第２の切断端縁５２、第３の切断端縁５３、および第４の切断端縁５４を有し、第１の切断端縁６１および第２の切断端縁６２は、それぞれ、第３の切断端縁６３および第４の切断端縁６４の反対側である。第１の受け部４６ａが、ダイベース４１の第１の端縁６１と第１の切断端縁５１との間に配置され、第２の受け部４６ｂが、ダイベース４１の第３の端縁６３と切断面４４の第３の切断端縁５３との間に配置される。
【００４２】
択一的に、または、付加的に、第３の受け部（図示せず）をダイベース４１の第２の端縁６２と第２の切断端縁５２との間に位置させることができ、第４の受け部（図示せず）をダイベース４１の第４の端縁６４と切断面４４の第４の切断端縁５４との間に位置させることができる。上面４２上に設けられた１つ以上の受け部４６の配置は、必要に応じてまたは望まれるように変えてもよい。
【００４３】
切断面４４と１つ以上の受け部４６とを含む切断ダイ装置は、好ましくは、硬化鋼（たとえば、ばね鋼）などの高強度材料または高強度金属から形成される。切断面４４は、ダイベース４１および／または受け部４６の硬さより大きい硬さを有するように硬化させることができる。
【００４４】
先に説明されたように、ダイベース４１の裏面に対する各受け部４６の高さは、切断面４４の高さにほぼ等しい。ある特定の用途において、受け部４６および切断面４４の高さは、約０．０２インチ〜約０．０８インチ（約０．５mm〜約２mm）であり、約０．０４インチ（約１mm）が、特に有用な高さを表す。
【００４５】
ダイベース４１の裏面とプラテンプレス面との間に位置する薄い適応性材料を含めることによって、コンプライアンスを切断ダイ装置４０に付与することができる。適応性材料の、１つ、２つ、またはそれ以上の層を使用することができる。適応性材料は、好ましくは、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリマー材料から形成される。適応性材料の各層の厚さは、好ましくは、約０．００２インチ〜約０．００８インチ（約０．０５mm〜約０．２mm）である。
【００４６】
ここで、図４を参照すると、本発明の切断ダイ装置４０を組入れるプラテンプレス５０の実施形態が示されている。本発明の切断ダイ装置４０が１つ以上の受け部またはストッパ４６を有するので、プラテンプレス上に設けられた高価な外部のプレスストロークストッパの必要がなくなり、各ダイ変更後、熟練した機械工による、そのようなストッパの注意深い調整の必要もなくなる。
【００４７】
図４に示されたプラテンプレス５０は、いくつかの支持体６０が取付けられたベースプレート５２を含む。また、支持体６０に連結されているのは、トッププレート５４である。ベースプレート５２およびトッププレート５４は、典型的には、静止構造である。移動可能なプレート５６が、支持体６０を摺動可能に係合させ、かつ、ベースプレート５２およびトッププレート５４に対して移動可能である。移動可能なプレート５６の移動は、トッププレート５４に取付けられて示されたアクチュエータ５８によって制御される。アクチュエータ５８は、典型的には、移動可能なプレート５６を、ベースプレート５２の方におよびベースプレート５２から離れて移動させるように制御することができる空気圧アクチュエータまたは液圧アクチュエータである。アクチュエータ５８は、適切な制御デバイスによって制御することができる。
【００４８】
プラテンプレス５０のベースプレート５４は、アンビル面６５を含む。先に説明されたようなアンビル面６５は、硬化金属などの硬い材料から形成される。非常に薄い材料層を切断すべきである用途において、切断ダイ装置４０の裏面と移動可能なプレート５６の隣接した支持面との間に１つ以上の適応性のバッカー（ｂａｃｋｅｒ）４９を含むことが望ましい。１つの用途において、各々の厚さが約０．００４インチ〜約０．００６インチ（約０．１mm〜約０．１５mm）である２つの適応性バッカー４９を、切断ダイ装置４０の裏面と移動可能なプレート５６の隣接した支持面との間に位置させることができる。
【００４９】
操作中、切断すべき薄い材料層が、ベースプレート５２のアンビル面６５上に適切に配置される。液圧信号、空気圧信号、または電気信号であってもよい制御信号が、アクチュエータ５８に伝達される。制御信号に応答して、アクチュエータ５８は、移動可能なプレート５６および切断ダイ装置４０をアンビル面６５の方に移動させる。切断ダイ装置４０が、真空の使用などによってアンビル面６５上に所定位置に載っているかまたは他の態様で保持されている材料層と接触するとき、アクチュエータ５８によって発生された力により、切断ダイ装置４０の切断面４４が材料層を貫通する。
【００５０】
移動可能なプレート５６は、受け部４６がアンビル面６５と接触するまで、アクチュエータ５８によって発生された力の下でアンビル面６５の方に移動し続ける。受け部４６が切断面４４とほぼ同じ高さであるので、切断面４４は、アンビル面６５とわずかに接触して、材料層の切断を完了するが、受け部４６とアンビル面６５との接触によって、アンビル面６５の方にさらに移動しないようにされる。したがって、切断面４４の損傷が防止される。
【００５１】
材料層を切断した後、アクチュエータ５８に伝達された制御信号により、アクチュエータ５８は、移動可能なプレート５６を、アンビル面６５に対する非係合位置に後退させる。次に、切断された材料層を、アンビル面６５から自動的にまたは手動で取出すことができる。上述された切断プロセスは、その後の材料層について繰返される。
【００５２】
本発明のさまざまな実施形態の先の説明は、例示および説明のために提示された。余すところがないこと、または本発明を開示された厳密な形式に限定することは、意図されていない。上記教示に鑑み、多くの修正および変更が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されないが、むしろ、特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】燃料電池およびその構成層の図である。
【図２】本発明の実施形態による、切断構造および受け止め構造を使用する切断ダイの図である。
【図３】図２に示された切断ダイの別の図である。
【図４】本発明の実施形態による、切断構造および受け止め構造を有する切断ダイを使用する切断ダイステーションの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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