(57)【要約】【課題】燃料電池セパレータを光学的に位置決めする技術を提供する。【解決手段】位置決めマーク２０は、セパレータ１０と共に平面に沿って動かされた場合に、位置と方向を確認することができる形状となっている。つまり、位置決めマーク２０は、例えば十字状に形成され、ＸＹ平面内で動かされた場合に、位置決めマーク２０のＸ軸上における位置とＹ軸上における位置とθ方向の傾きが確認できるようになっている。例えばセンサによって位置決めマーク２０が光学的に読み取られて、画像解析処理などにより位置決めマーク２０のＸ，Ｙ軸上における位置とθ方向の傾きが演算され、その演算結果に基づいてセパレータ１０の位置決めが行われる。【選択図】図１
2008235096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを備えた燃料電池の製造方法であって、
セパレータに設けられた位置決めマークを光学的に読み取り、
位置決めマークに基づいてセパレータの位置決めをしてセパレータを取り付ける、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記セパレータは、流体が流通するシール領域の外側に前記位置決めマークを備える、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の製造方法において、
前記セパレータは、板状に形成されて断面２次モーメントが大きい方向と小さい方向とを有し、断面２次モーメントが小さい方向の中央部に前記位置決めマークを備える、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の製造方法において、
前記セパレータは、板状に形成されてその両面に前記位置決めマークを備える、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製造方法において、
前記位置決めマークは、平面に沿って動かされた場合に当該位置決めマークの位置と方向を確認することができる形状である、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の製造方法において、
前記位置決めマークは、前記セパレータまたは前記セパレータによって形成された電池セルの識別情報と共に前記セパレータにマーキングされる、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の製造方法において、
前記位置決めマークは、前記セパレータにマニホールド用の孔を設ける工程または前記セパレータに流体用の流路を設ける工程で前記セパレータに設けられる、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の製造方法において、
前記位置決めマークは、前記セパレータと膜電極接合体を重ね合わせて電池セルを形成する工程における前記セパレータの位置決めと、複数の電池セルを積層してセルスタックを形成する工程における複数の電池セルの位置決めに利用される、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項９】
燃料電池セパレータであって、
燃料電池の組み立て時にセパレータの位置決めに利用される位置決めマークを備え、
前記位置決めマークは、セパレータに固定的に設けられて燃料電池の組み立て時にセンサによって光学的に読み取られる、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項１０】
燃料電池セパレータの搬送システムであって、
燃料電池セパレータの表面の凹凸に対応した吸着面を備えた吸着ハンドと、
燃料電池セパレータに設けられた位置決めマークを光学的に読み取るセンサと、
を有し、
前記センサによって読み取られた位置決めマークに基づいて燃料電池セパレータを吸着した吸着ハンドによって燃料電池セパレータの位置と方向が制御され、燃料電池セパレータが位置決めされる、
ことを特徴とする搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法、燃料電池セパレータおよびその搬送システムに関し、特に燃料電池セパレータを位置決めする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化しやすい水素などの燃料ガスと空気中の酸素とを反応させて得られる化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池が知られている。一般に燃料電池は、上述した化学反応をおこす電池セルを複数個利用して形成される。例えば、平板状の電池セルを利用した燃料電池が知られている。平板状の電池セルは、板状の膜電極接合体（ＭＥＡ）の両面に、導電性材料（例えば金属）などで構成されるセパレータを配置した積層構造となっている。そして平板状の電池セルが複数積層されてセルスタックとなり、燃料電池が形成される。
【０００３】
上記のような構造の電池セルやセルスタックを形成する場合には、複数のセパレータ同士、ＭＥＡとセパレータ、さらに、複数の電池セル同士を精密に位置決めして積層させることが望ましい。そのため、その位置決めに関する技術がいくつか提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ランナーを残してセパレータを形成し、そのランナーに搬送・位置決め用の穴を加工することにより、セパレータ同士あるいはＭＥＡとセパレータの互いの位置決めと搬送を短時間で行うことができる画期的な技術が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、視覚センサにより検出される位置決めマークを電解質膜に設ける技術が記載されている。そして、特許文献３には、セパレータに貫通孔を設け、セパレータの貫通孔が貫通ピンを貫通するように複数のセパレータを積層させてセパレータの位置決めを行う技術が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９０９４６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３１８２号公報
【特許文献３】特開２００６−２２１８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１と特許文献３に記載された技術は、ランナーに設けられた穴やセパレータに設けられた貫通孔を利用して位置決めを行うものである。特に特許文献３に記載された技術は、光学的に位置決めを行うものではない。また、特許文献２に記載された技術は、位置決めマークを電解質膜に設けるものである。
【０００８】
上記のような背景において、本願発明者は、燃料電池の製造に関する改良技術について研究開発を重ねてきた。本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、燃料電池セパレータを光学的に位置決めする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である燃料電池の製造方法は、セパレータを備えた燃料電池の製造方法であって、セパレータに設けられた位置決めマークを光学的に読み取り、位置決めマークに基づいてセパレータの位置決めをしてセパレータを取り付けることを特徴とする。
【００１０】
上記態様による位置決めは、例えば、セパレータと膜電極接合体（ＭＥＡ）を積層させる場合、セパレータ同士を積層させる場合、セパレータによって形成された電池セル同士を積層させる場合などに利用される。上記態様によれば、例えば貫通孔と貫通ピンの嵌め合いによる位置決めよりも、必要に応じて高い精度で、また、必要に応じて高速に位置決めを行うことが可能になる。
【００１１】
望ましい態様において、前記セパレータは、流体が流通するシール領域の外側に前記位置決めマークを備えることを特徴とする。この態様によれば、位置決めマークが発電に及ぼす影響を低減することができる。また、位置決めマークが流体によって腐食されることを抑制することができる。
【００１２】
望ましい態様において、前記セパレータは、板状に形成されて断面２次モーメントが大きい方向と小さい方向とを有し、断面２次モーメントが小さい方向の中央部に前記位置決めマークを備えることを特徴とする。この態様によれば、例えば、断面２次モーメントが小さい方向に沿ってセパレータが反った場合でも、位置決めマークは中央部に設けられるため反りなどによる変形の影響を受け難い。
【００１３】
望ましい態様において、前記セパレータは、板状に形成されてその両面に前記位置決めマークを備えることを特徴とする。望ましい態様において、前記位置決めマークは、平面に沿って動かされた場合に当該位置決めマークの位置と方向を確認することができる形状であることを特徴とする。位置決めマークは、例えば、十字状、Ｌ字状、矢印状などに形成される。
【００１４】
望ましい態様において、前記位置決めマークは、前記セパレータまたは前記セパレータによって形成された電池セルの識別情報と共に前記セパレータにマーキングされることを特徴とする。位置決めマークは、例えば、レーザ加工やプレス加工などで刻印される。なお、識別情報と位置決めマークを近接させて刻印が容易に行えるようにしてもよい。
【００１５】
望ましい態様において、前記位置決めマークは、前記セパレータにマニホールド用の孔を設ける工程または前記セパレータに流体用の流路を設ける工程で前記セパレータに設けられることを特徴とする。
【００１６】
望ましい態様において、前記位置決めマークは、前記セパレータと膜電極接合体を重ね合わせて電池セルを形成する工程における前記セパレータの位置決めと、複数の電池セルを積層してセルスタックを形成する工程における複数の電池セルの位置決めに利用されることを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である燃料電池セパレータは、燃料電池の組み立て時にセパレータの位置決めに利用される位置決めマークを備え、前記位置決めマークは、セパレータに固定的に設けられて燃料電池の組み立て時にセンサによって光学的に読み取られることを特徴とする。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である燃料電池セパレータの搬送システムは、燃料電池セパレータの表面の凹凸に対応した吸着面を備えた吸着ハンドと、燃料電池セパレータに設けられた位置決めマークを光学的に読み取るセンサとを有し、前記センサによって読み取られた位置決めマークに基づいて燃料電池セパレータを吸着した吸着ハンドによって燃料電池セパレータの位置と方向が制御され、燃料電池セパレータが位置決めされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、燃料電池セパレータを光学的に位置決めする技術が提供される。例えば本発明の好適な態様では、貫通孔と貫通ピンの嵌め合いによる位置決めよりも、必要に応じて高い精度で、また、必要に応じて高速に位置決めを行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１から図４は、本発明の好適な実施形態を説明するための図である。以下、図面を利用して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る燃料電池セパレータを説明するための図であり、図１には、燃料電池に利用されるセパレータ１０が示されている。セパレータ１０は、表裏の面が略長方形の板状の部材であり、例えばＳＵＳ材やカーボンなどの導電性を備えた材料で形成される。ちなみに、２枚のセパレータ１０によって膜電極接合体（ＭＥＡ）を挟持した電池セルが形成され、さらに複数の電池セルが積層されることにより燃料電池が形成される。
【００２２】
図１（Ａ）は、セパレータ１０の正面（表面）の模式図である。セパレータ１０は、略長方形の面の中央の領域に、流体が流れる流路１４を備えている。流路１４は、Ｙ軸方向に沿って設けられている。この流路１４が設けられた領域は、ガスケットなどのシール部材１６によって取り囲まれている。例えば、発電層として機能するＭＥＡを２枚のセパレータ１０によって挟持して電池セルを形成する場合に、シール部材１６で囲まれた内側の領域（シール領域）に対向するようにＭＥＡが積層される。なお、シール領域内には、マニホールドとして機能する複数の矩形状の開口１２が設けられている。図１に示す開口１２の位置や形状は、あくまでも一例に過ぎない。
【００２３】
本実施形態において、セパレータ１０の表面には、位置決めマーク２０が設けられている。この位置決めマーク２０は、燃料電池の製造過程においてセパレータ１０を取り付ける場合に、例えば、セパレータ１０とＭＥＡを積層させる場合、セパレータ１０同士を積層させる場合、セパレータ１０によって形成された電池セル同士を積層させる場合などに、セパレータ１０や電池セルの位置決めのために利用される。
【００２４】
位置決めマーク２０は、セパレータ１０に対して固定的にマーキングされる。また、位置決めマーク２０は、セパレータ１０と共に平面に沿って動かされた場合に、位置と方向を確認することができる形状となっている。つまり、位置決めマーク２０は、例えば図１に示すように十字状に形成され、図１に示すＸＹ平面内で動かされた場合に、位置決めマーク２０のＸ軸上における位置とＹ軸上における位置とθ方向の傾きが確認できるようになっている。例えば、後に説明するセンサによって位置決めマーク２０が光学的に読み取られて、画像解析処理などにより位置決めマーク２０のＸ，Ｙ軸上における位置とθ方向の傾きが演算される。
【００２５】
位置決めマーク２０の形状は、Ｘ，Ｙ軸上における位置とθ方向の傾きが確認できるようなものであればよいため、十字状の他に、例えば、Ｌ字状、矢印状、多角形状などに形成されてもよい。なお、位置決めマーク２０は、Ｘ軸に平行な線とＹ軸に平行な線を含んでいることが望ましい。
【００２６】
位置決めマーク２０は、流体が流通するシール領域（シール部材１６で囲まれた内側の領域）の外側に設けられる。これにより、位置決めマーク２０が発電に及ぼす影響を低減することができ、さらに、位置決めマーク２０が流体によって腐食されることを抑制することができる。なお、図１において、位置決めマーク２０は、上側（Ｙ軸の正方向側）にのみ設けられているが下側に設けられてもよいし、上下両方に設けられてもよい。さらにセパレータ１０の表裏両面に位置決めマーク２０が形成されてもよい。
【００２７】
また、位置決めマーク２０は、セパレータ１０またはセパレータ１０によって形成された電池セルの識別情報１７と共にセパレータ１０にマーキングされてもよい。その場合、識別情報１７と位置決めマーク２０は、例えば、レーザ加工やプレス加工などで刻印される。さらに、識別情報１７と位置決めマーク２０を近接させて刻印が容易に行えるようにしてもよい。また、位置決めマーク２０は、セパレータ１０に開口１２を設ける工程、または、セパレータ１０に流路１４を設ける工程で、プレス加工などにより刻印されてもよい。
【００２８】
図１（Ｂ）は、セパレータ１０の底側面（Ｘ軸方向に沿った側面）の模式図である。セパレータ１０は、プレス加工で形成されることなどから、Ｙ軸方向の断面２次モーメントに比べてＸ軸方向の断面２次モーメントのほうが小さい。そのため、図１（Ｂ）に示すように、セパレータ１０はＸ軸方向に沿って弓状に変形する。この変形による影響をできるだけ小さくするために、位置決めマーク２０は、比較的変形の影響を受け難い中央部１８に設けられる。
【００２９】
セパレータ１０は、燃料電池を組み立てる際に搬送システムによって搬送される。その搬送システムは、図１のセパレータ１０に適した吸着ハンドを備えている。そこで、その吸着ハンドについて説明する。
【００３０】
図２は、本発明に係る吸着ハンド３０の吸着面３２を説明するための図である。吸着ハンド３０は、セパレータ１０の表面に重ねられる吸着面３２を備えている。図２（Ａ）は、セパレータ１０の底側面側から見た吸着ハンド３０とセパレータ１０の模式図である。吸着ハンド３０は、エアを吸引することによりその吸引力でセパレータ１０を吸着する。吸着した状態において、セパレータ１０は、吸着ハンド３０の吸着面に沿って反りが矯正される。
【００３１】
図２（Ｂ）は、吸着ハンド３０の吸着面３２の拡大図である。セパレータ１０は、流路（図１の符号１４）が設けられる領域において、Ｘ軸方向に沿って表面が凹凸に形成されている。吸着ハンド３０の吸着面３２は、セパレータ１０の表面の形状に合わせて、Ｘ軸方向に沿って凹凸に形成される。吸着面３２には、吸引孔３４が設けられており、吸引孔３４からエアを吸引してセパレータ１０を吸着面３２に吸着させる。
【００３２】
図２（Ｂ）に示すように、吸着面３２がＸ軸方向に沿って凹凸に形成されているため、吸着したセパレータ１０がＸ軸方向にずれることが抑制される。また、吸着面３２とセパレータ１０の表面が互いに噛み合う形状であるため、吸着面３２とセパレータ１０の密着度が高まり、密着度が低い場合に比べてエアの吸引量を低減させることもできる。なお、吸着面３２の凹凸形状は、セパレータ１０の凹凸と同形でなくてもよい。例えば図２（Ｃ）に示す吸着面３２´のように、凸部が三角形状であってもよい。
【００３３】
図３は、本発明に係る吸着ハンド３０のストッパ３６を説明するための図である。図３（Ａ）は、セパレータ１０の表面の上方から見た吸着ハンド３０とセパレータ１０の模式図である。また、図３（Ｂ）は、セパレータ１０の右側面側から見た吸着ハンド３０とセパレータ１０の模式図である。
【００３４】
吸着ハンド３０には、そのＹ軸方向の両端にストッパ３６が設けられている。図２を利用して説明したように、吸着ハンド３０の吸着面はセパレータ１０の表面に対応した形状であるため、吸着されたセパレータ１０がＸ軸方向にずれることが抑制されている。
【００３５】
これに対し、図３に示すストッパ３６は、吸着されたセパレータ１０がＹ軸方向にずれることを抑制している。つまり、ストッパ３６の先端がセパレータ１０の側面に引っ掛かることにより、セパレータ１０がＹ軸方向にずれることを抑制している。
【００３６】
なお、セパレータ１０はＸ軸方向に沿って弓状に変形しているため、ストッパ３６は、比較的変形の影響を受け難いＸ軸方向の中央部に設けられることが望ましい。また、図３（Ａ）に示すように、ストッパ３６がセパレータ１０の位置決めマーク（図１の符号２０）の上に配置される場合には、位置決めマークを光学的に読み取るセンサが、例えば、ストッパ３６のセパレータ１０に対向する面に設けられる。
【００３７】
図４は、本発明に係る搬送システムを説明するための機能ブロック図である。図４に示す搬送システムは、燃料電池を組み立てる際に、作業エリア８０にセパレータ１０を搬送するシステムである。
【００３８】
吸着ハンド３０は、図２および図３を利用して説明したように、セパレータ１０を吸着する。この吸着ハンド３０は、駆動部５０によって動かされる。つまり、図１に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に加えて、さらに、図３に示すＺ軸方向に動かされる。
【００３９】
また、吸着ハンド３０には、セパレータ１０に設けられた位置決めマーク２０を光学的に読み取るセンサ４０が設けられている。センサ４０は、例えば、ＣＣＤなどの画像撮像デバイスであるがそれに限定されない。そして、このセンサ４０によって読み取られた位置決めマーク２０に基づいて、制御部６０により駆動部５０が制御されることにより、吸着ハンド３０に吸着されたセパレータ１０の位置決めが行われる。そこで、その位置決めについて説明する。
【００４０】
吸着ハンド３０によってセパレータ１０が吸着されると、センサ４０によって位置決めマーク２０が読み取られる。位置決めマーク２０は、例えば、図１に示したように十字状に形成されている。制御部６０は、画像解析処理などを利用し、例えば、十字状の位置決めマーク２０の中心位置（十字のクロス位置）を検出し、その中心位置に基づいてＸＹ平面（図１参照）内における位置決めマーク２０の位置、つまりＸ軸上の座標とＹ軸上の座標を特定する。また、制御部６０は、例えば、十字状の位置決めマーク２０のＹ軸に沿った直線部分についての傾きを検出し、その傾きに基づいてＸＹ平面内における位置決めマーク２０の傾き（図１のθ方向の傾き）を特定する。
【００４１】
位置決めマーク２０の位置と傾きが特定されると、制御部６０はその位置や傾きに基づいて駆動部５０を制御して吸着ハンド３０を駆動させる。吸着ハンド３０は、駆動部５０により、図１に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に適宜動かされ、さらに図４に示すＺ軸方向に動かされる。そして、吸着ハンド３０に吸着されたセパレータ１０が作業エリア８０に運ばれる。
【００４２】
作業エリア８０には、基準マーク９０が設けられている。基準マーク９０は、例えば、位置決めマーク２０と同じく十字状に形成される。制御部６０は、駆動部５０を制御して吸着ハンド３０を駆動させ、例えば基準マーク９０と位置決めマーク２０が重なるように、セパレータ１０の位置と方向を制御してセパレータ１０を作業エリア８０に配置する。なお、既に作業エリア８０に配置されたセパレータ１０の位置決めマーク２０を基準マーク９０とみなして位置決めを行ってもよい。
【００４３】
こうして、セパレータ１０が作業エリア８０上の所定位置に位置決めされて置かれると、吸着ハンド３０による吸引が停止されて吸着バンド３０がセパレータ１０から離され、例えば、次の別のセパレータ１０の搬送などに移行する。なお、必要に応じて、ユーザが操作デバイス７０を介して本搬送システムに関する各種設定を行うことも可能である。
【００４４】
図４の搬送システムによるセパレータ１０の位置決めは、例えば、２枚のセパレータ１０とＭＥＡを重ね合わせて電池セルを形成する工程で行われる。例えば、基準マーク９０を基準として一方のセパレータ１０が作業エリア８０上に位置決めされて配置され、その上にＭＥＡが配置される。さらに、基準マーク９０を基準として、あるいは既に作業エリア８０に置かれた一方のセパレータ１０の位置決めマーク２０を基準として、他方のセパレータ１０がＭＥＡの上に配置されることにより、２枚のセパレータ１０でＭＥＡを挟持した電池セルの積層状態が形成される。
【００４５】
さらに、図４の搬送システムによるセパレータ１０の位置決めは、複数の電池セルを積層してセルスタックを形成する工程で行われる。例えば、第１の電池セルのセパレータ１０に設けられた位置決めマーク２０を利用して、基準マーク９０を基準として作業エリア８０上に第１の電池セルを位置決めして配置する。その後、第２の電池セルのセパレータ１０に設けられた位置決めマーク２０を利用して、基準マーク９０あるいは第１の電池セルのセパレータ１０に設けられた位置決めマーク２０を基準として、第１の電池セル上に第２の電池セルが位置決めされて重ねられる。こうして、複数の電池セルを所定枚数だけ重ね合わせて行くことによりセルスタックが形成される。
【００４６】
本実施形態によれば、例えば貫通孔と貫通ピンの嵌め合いによる位置決めの場合のように、貫通ピンを挿入する際に貫通孔を変形させてしまうことなどがないため、嵌め合いによる位置決めに比べて高い精度で位置決めを行うことが可能になる。また、本実施形態によれば、貫通孔を変形させてしまうことなどがないため、高速に位置決めを行うことも可能になる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態やその効果は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る燃料電池セパレータを説明するための図である。
【図２】本発明に係る吸着ハンドの吸着面を説明するための図である。
【図３】本発明に係る吸着ハンドのストッパを説明するための図である。
【図４】本発明に係る搬送システムを説明するための機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  セパレータ、２０  位置決めマーク、３０  吸着ハンド、４０  センサ。
【図１】
2008235096.tif 000003
【図２】
2008235096.tif 000004
【図３】
2008235096.tif 000005
【図４】
2008235096.tif 000006