(57)【要約】【課題】導電板とフレームを自動的に溶着して一体化させて、燃料電池や二次電池に好適な電極材を効率よく大量に製造することができる電池用の電極材製造装置、電極材製造装置に用いる治具、および電極材の製造方法を提供する。【解決手段】電極材を構成する導電板と導電板に組み付けられるフレームとを組み付けたアセンブリの上下両面に対向させる上側治具および下側治具と、アセンブリが介在された前記上下の治具の所定の位置を押圧する押圧手段と、押圧手段による押圧時に、導電板とフレームが積層される部分を高周波誘導加熱して溶着させる磁界発生部を有する加熱手段とを具える。上側治具および下側治具が絶縁性を有する板状部材からなり、上側治具および下側治具のアセンブリに当接させる当接面を、アセンブリの上下両面に形成される凹凸形状に沿うように形成している。【選択図】          図４
2004207180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極材を構成する導電板と導電板に組み付けられるフレームとを組み付けたアセンブリの上下両面に対向させる上側治具および下側治具と、アセンブリが介在された前記上下の治具の所定の位置を押圧する押圧手段と、
押圧手段による押圧時に、導電板とフレームが積層される部分を高周波誘導加熱して溶着させる磁界発生部を有する加熱手段とを具え、
上側治具および下側治具が絶縁性を有する板状部材からなり、上側治具および下側治具のアセンブリに当接させる当接面を、アセンブリの上下両面に形成される凹凸形状に沿うように形成していることを特徴とする電池用の電極材製造装置。
【請求項２】
加熱手段は、コイルからなる磁界発生部と、コイルが接続される高周波発振機とを有し、コイルを押圧手段に組みつけていることを特徴とする請求項１に記載の電池用の電極材製造装置。
【請求項３】
電極材を構成する導電板と導電板に組み付けられるフレームとを組み付けたアセンブリを押圧しながら導電板とフレームが積層される部分を高周波誘導加熱して溶着させる電池用の電極材製造装置に用いる治具であって、
絶縁性を有する板状部材からなり、アセンブリの上下両面に対向させる上側治具および下側治具を具え、
上側治具および下側治具は、アセンブリの上下両面に当接させる当接面を有し、この当接面が、アセンブリの上下両面に形成される凹凸形状に沿うように形成されていることを特徴とする電池用の電極材製造装置に用いる治具。
【請求項４】
上側治具および下側治具が板状剛性部材で形成され、当接面は、アセンブリの凹凸形状に沿う形状としていることを特徴とする請求項３に記載の電池用の電極材製造装置に用いる治具。
【請求項５】
上側治具および下側治具が、板状剛性部材と絶縁性弾性材シートとの積層体から構成され、絶縁性弾性材シートは、押圧時にアセンブリの凹凸形状に沿うように弾性変形する当接面を有することを特徴とする請求項３に記載の電池用の電極材製造装置に用いる治具。
【請求項６】
上側治具および下側治具のうち、一方の治具が板状剛性部材で形成され、当接面は、アセンブリの凹凸形状に沿う形状としており、他方の治具が、板状剛性部材と絶縁性弾性材シートとの積層体から構成され、絶縁性弾性材シートは、押圧時にアセンブリの凹凸形状に沿うように弾性変形する当接面を有することを特徴とする請求項３に記載の電池用の電極材製造装置に用いる治具。
【請求項７】
電極材を構成する導電板と導電板に組み付けられるフレームとが組み付けられたアセンブリの上下両側に、板状の上側治具および下側治具を、これら治具のアセンブリとの当接面をアセンブリの上下両面の凹凸形状に沿うように当接させた状態で配設し、
アセンブリとともに上下の治具の所定の位置を押圧した状態で、
高周波誘導加熱により導電板を発熱させて導電板とフレームが積層される部分を溶着して電極材を形成することを特徴とする電池用の電極材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極材を構成する導電板と導電板に組み付けられるフレームまたは導電板を補強するフレームを組み付けて固着させて形成される電極材を製造するための電極材製造装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池や二次電池のための電極材としては、カーボン樹脂シート材からなる双極板（導電板）を本体フレームに形成される窓部の内周縁部に固定して形成されたものが提案されている（例えば特許文献1参照）。
【０００３】
電極材は一般に、図６に示すように、合成樹脂製の本体フレーム91と、導電板となるカーボン樹脂シートからなる双極板92と、合成樹脂製の押さえ用フレーム93とを組み付けて形成される。また、双極板92は、図示していないが、本体フレーム91に組み付ける前に、双極板92の外周縁部に補強用の枠状薄肉樹脂シートを手作業により接着剤を用いて接着しておく。
【０００４】
そして、手作業により本体フレーム91の内周縁部と双極板92の外周縁部とを重ね合わせ、この間に注射器を用いて接着剤を注入して本体フレーム91と双極板92とを接着する。さらに、双極板92の本体フレーム91との接着面とは反対の面に、同じく手作業で押さえ用フレーム93を双極板92の外周縁部と本体フレーム91の内周縁部とにまたがるように配設する。そして、押さえ用フレーム93と双極板92及び本体フレーム91との間に接着剤を注射器を用いて注入して接着する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２-２４６０６１号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の手法では、作業者が手作業で接合作業を行うため、部材同士の位置あわせ、部材間への注射器による接着剤の注入作業、接着剤の乾燥などの工程を経る。そのため、電極材を1枚製造するのに約1時間を要する。しかも、双極板92の外周縁部に薄肉樹脂シートを接着する場合、接着剤の量が多すぎると、接着剤の溶剤によって薄肉樹脂シートが表面側まで膨潤してしまって双極板92が変形してしまう。
【０００７】
また、双極板92を本体フレーム91や押さえ用フレーム93と接合する場合には、積層部分の端部から接着剤がはみ出し、双極板92が溶けて変形してしまう虞がある。このように接着剤を用いる場合、部材間への接着剤の注入を注射器を用いて行わなくてはならないので、作業者には注入する量を適正な量にする高度な技術と熟練が要求される。また、部材間へ接着剤を注入する場合、部材の位置ずれが起こらないように作業を行わなくてはならないし、部材間に空気が入らないように接着剤を注入しなくてはならない。
【０００８】
以上のように、接着作業を手作業で行う場合、作業者は高度な技術を必要とし、品質の良い電極材を製造することは非常に難しく、作業性が非常に悪い。そして、電極材を大量生産するためには、高度な技術を有する熟練した作業者の人数を増やすしかなかった。
【０００９】
また、従来の手法では、接着剤を使用するため、接着剤の人体に及ぼす影響も問題となる。そのため、従来では、接着剤から揮発した溶剤を作業室から排出するための換気装置などの設備も必要となる。
【００１０】
本発明は、導電板とフレームを自動的に溶着して一体化させて、燃料電池や二次電池に好適な電極材を効率よく大量に製造することができる電池用の電極材製造装置、電極材製造装置に用いる治具、および電極材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用の電極材製造装置は、上記目的を達成するため以下の構成を具えることを特徴とする。電極材を構成する導電板と導電板に組み付けられるフレームとを組み付けたアセンブリの上下両面に対向させる上側治具および下側治具とを具える。アセンブリが介在された前記上下の治具の所定の位置を押圧する押圧手段を具える。押圧手段による押圧時に、導電板とフレームが積層される部分を高周波誘導加熱して溶着させる磁界発生部を有する加熱手段とを具える。
【００１２】
さらに、上側治具および下側治具が絶縁性を有する板状部材からなり、上側治具および下側治具のアセンブリに当接させる当接面を、アセンブリの上下両面に形成される凹凸形状に沿うように形成していることを特徴とする。
【００１３】
例えば導電板として双極板を用いる場合、双極板を支持するフレームは、本体フレームと押さえ用フレームが挙げられ、本体フレームは、双極板を取り付けるための窓部（１つまたは複数）を有している。双極板は本体フレームの窓部の大きさより大きい面積を有する。また、押さえ用フレームは、内周が本体フレームの窓部の内周と同じ大きさとなり、外周が双極板の外周より大きくなるように形成される。
【００１４】
双極板は、高周波誘導加熱により発熱する導電体を含む熱可塑性樹脂で構成する。例えば、双極板は、導電体であるカーボンを含むカーボン塩化ビニルシートにより形成される。本体フレーム、押さえ用フレームは、熱溶着しやすい熱可塑性樹脂を用いる。例えば、塩化ビニル樹脂の射出成形により成形される。
【００１５】
上側治具および下側治具は、絶縁材料で板状に形成することが好ましい。上側治具および下側治具のアセンブリとの対向面は、アセンブリに当接させるようになっている。
【００１６】
特に、上側治具および下側治具は、繊維強化プラスチックなどの剛性部材で板状に形成され、上下治具のアセンブリとの対向面をアセンブリの凹凸形状に沿う形状に形成して当接面とすることが好ましい。
【００１７】
当接面を凹凸形状にすることにより、押圧手段で上下治具を押圧したときに、アセンブリの上下治具で挟まれている部分の全体に均一に押圧力を作用させることができる。さらに、凹凸が形成されている一方の治具を、凹凸をフレーム等を設置するための位置あわせに利用することができる。
【００１８】
また、上側治具および下側治具は、板状剛性部材と絶縁性弾性材シートとの積層体から構成するようにしてもよい。この場合、絶縁性弾性材シートが、押圧時にアセンブリの凹凸形状に沿うように弾性変形する当接面を有するようにする。
【００１９】
絶縁性弾性材シートで形成される当接面は、押圧手段で上下治具を押圧したときに、アセンブリの形状に合った凹凸に弾性変形する。絶縁性弾性材シートにより、形状の異なるフレームごとにアセンブリの凹凸形状に合わせて治具を形成する必要がなくなり治具としての自由度を広げることができる。さらに、当接面に絶縁性弾性材シートを用いる場合も、押圧手段で上下治具を押圧したときに、アセンブリの上下治具で挟まれている部分の全面に均一に押圧力を作用させることができる。
【００２０】
また、上下の治具のうち、一方の治具を板状剛性部材で形成し、他方の治具を、板状剛性部材と絶縁性弾性材シートとの積層体から構成するようにしてもよい。一方の治具は、当該治具のアセンブリとの対向面をアセンブリの凹凸形状に沿う形状にして当接面を形成する。他方の治具は、絶縁性弾性材シートで当接面を形成し、絶縁性弾性材シートをアセンブリの凹凸形状に沿うように弾性変形させる。
【００２１】
この場合も、押圧手段で上下治具を押圧したときに、アセンブリの上下治具で挟まれている部分の全面に均一に押圧力を作用させることができる。さらに、凹凸が形成されている一方の治具については、凹凸をフレーム等を設置するための位置あわせに利用することができる。
【００２２】
以上の治具において、上側治具および下側治具の当接面に凹凸を形成する場合は、電極材は次のように組みつけられる。下側治具にまず、凹凸にあわせて押さえ用フレームを設置する。次に、その上に双極板を所定の位置に設置する。さらにその上に、本体フレームを下側治具の凹凸に合うように設置する。そして、本体フレームの上に本体フレームの凹凸形状に合わせて上側治具を設置する。
【００２３】
このように上下の治具でアセンブリを挟んだ状態にすることにより、本体フレームの窓部の内周縁部に双極板の外周縁部が対向した状態となる。双極板における本体フレームとの対向面とは反対側の面の外周縁部が押さえ用フレームで押さえられた状態となる。
【００２４】
このとき、押さえ用フレームは、本体フレームの窓部内周縁部と双極板の外周縁部とを覆うように重ね合わされる。このように本体フレームと押さえ用フレームとで双極板を挟持した状態に組み付けておいて、部材の積層部分を高周波誘導加熱で熱溶着させて一体的に固着する。
【００２５】
本発明の電極材製造装置は、アセンブリと治具とを水平方向に搬送する搬送手段を具えることが好ましい。搬送手段は、例えば、アセンブリと上下治具が載せられる搬送板と、搬送板の幅方向両端部を保持する保持部とを具える。
【００２６】
この保持部は複数のローラーから構成されることが好ましい。これらローラーを回転させることにより、ローラー上に保持される搬送板をローラーの回転方向の前後に水平移動させる。搬送板には、薄肉であっても高強度を有する絶縁材料を使用する。また、搬送手段は、搬送板の端部が固定される固定部を有し、この固定部をガイドレールに沿って自動的に走行させるようにしてもよい。
【００２７】
押圧手段は、アセンブリを上下治具とともに上下で挟む上側プレス板と下側プレス板を具える構造とすることができる。また、上側押圧ローラーと下側押圧ローラーとでアセンブリを上下で挟んで押圧するようにしてもよい。
【００２８】
上下のプレス板を用いる場合は、下側プレス板を所定の位置に固定しておき、上側プレス板を上下駆動機構を用いて下側プレス板に対して上下動させる。上下駆動機構としては、エアシリンダーや、油圧シリンダーなどが挙げられる。
【００２９】
上下のプレス板を用いる場合、まず、上側プレス板を上昇させて下側プレス板から上側プレス板を離しておく。そして搬送手段により、アセンブリとともに上下の治具を下側プレス板が設置されている位置まで搬送する。次に、上側プレス板を下降させて、アセンブリと上下治具を下側プレス板と上側プレス板とで押圧する。
【００３０】
また、上下押圧ローラーを用いる場合は、下側押圧ローラーを所定の位置に固定しておき、上側押圧ローラーを上下駆動機構を用いて下側押圧ローラーに対して上下動させる。上下駆動機構としては、エアシリンダーや、油圧シリンダーなどが挙げられる。
【００３１】
上下押圧ローラーを用いる場合、まず、上側押圧ローラーを上昇させておいて、下側押圧ローラー上にアセンブリを挟持した上下治具の端部を搬送する。上下治具が下側押圧ローラー上に搬送されたら、上側押圧ローラーを下降させ、上側押圧ローラーと下側押圧ローラーとで上下治具を押圧する。このとき、上下治具を搬送手段で搬送しながら、上下の押圧ローラーで線状に押圧していく。
【００３２】
また、加熱手段としては、高周波誘導加熱手段を用いる。この場合の加熱手段は、磁界発生部をコイルから形成し、このコイルを高周波発振機に接続して構成される。本発明では、高周波発振機から高周波電流をコイルに流すことにより、コイルに磁界を発生させ、この磁界により双極板内にうず電流を発生させて、双極板自体を発熱させる。
【００３３】
双極板の発熱により、双極板と双極板と接触するフレームを溶融させて溶着する。加熱手段を高周波誘導加熱とすることにより、フレームの余分な部分を加熱することなく、アセンブリの溶着に必要な部分だけ効率的に加熱することができる。
【００３４】
この磁界発生部は、本体フレームの窓部における内周縁部と双極板の外周縁部と押さえ用フレームとが積層されている部分（一体に接合固着する部分）と対向できるように設ける。
【００３５】
さらに押圧手段としてプレス板を用いる場合には、コイルの形状をコイルが直線部を有する長尺な輪となるように形成し、一方のプレス板にコイルを組み付けるようにすることが好ましい。また、押圧手段として押圧ローラーを用いる場合には、押圧ローラーの外周縁部の一部を囲む大きさの長穴状のコイルを配設することが好ましい。
【００３６】
なお、コイルの直線部を長く形成する場合、この直線部の長さは、本体フレームの窓部における長辺部の一辺の長さよりも長くなるように構成することが好ましい。直線状の磁界発生部の長さをこのような長さにすることにより、部材の接合部分のうち、一辺の全長を一度に加熱して溶着することができる。特に、一辺30cm以上の大面積のものでも一度に溶着することができる。なお、押圧手段を構成するプレス板や押圧ローラーは、絶縁材料で形成する。
【００３７】
また、加熱手段の磁界発生部を直線状にする場合は、磁界発生部の長手方向が搬送手段による搬送方向と直交するように一箇所配置することが好ましい。このように、磁界発生部を一箇所設ける場合は、双極板とフレームの直線状熱溶着部分が磁界発生部に対向するまでアセンブリを搬送手段で搬送し熱溶着部分を押圧手段で押圧して加熱する動作を繰り返して順次未溶着部分を熱溶着させていく。
【００３８】
そして次に、アセンブリおよび上下の治具を90度回転させた後、アセンブリと治具を搬送手段で搬送しながら、熱溶着させた熱溶着部分と直交する未溶着部分を順次押圧手段で押圧した状態で加熱し熱溶着させていく。
【００３９】
磁界発生部と押圧手段を設けて、押圧しながら高周波誘導加熱することにより、従来のような手作業で部材を接着剤により接着する必要はなくなる。しかも、本体フレームと双極板の間、双極板と押さえフレームの間の2箇所を一度に溶着させることができる。その結果、電極材の製造時間を大幅に短縮できるばかりか、接着剤に含まれる溶剤による人体への悪影響も無くなる。
【００４０】
また、押圧手段を押圧ローラーで構成する場合には、治具をアセンブリとともに搬送しながら押圧ローラーを回転させて押圧し、押圧ローラーで点状に順次押圧されている部分を高周波誘導加熱により溶着する。これにより、双極板とフレームとの積層部分を線状に熱溶着していくことができる。
【００４１】
本発明の電極材製造装置を用いた製造方法は、まず、板状の上側治具および下側治具を用いて、電極材を構成する導電板と導電板に組み付けられるフレームとを組み付けてアセンブリにする。このとき板状の上側治具および下側治具は、これら治具の当接面がアセンブリの上下両面の凹凸形状に沿うように当接された状態で配設される。
【００４２】
アセンブリとともに上下の治具を搬送手段の搬送板の上に載せる。これら上下の治具を搬送手段により水平方向に移動させながら、押圧手段のある所定の位置まで搬送する。そしてアセンブリを押圧手段で押圧した状態で、加熱手段の磁界発生部による高周波誘導加熱により双極板を発熱させる。この双極板の発熱により双極板とフレームとの積層部分が溶着される。このようにして、アセンブリの他の未溶着部分を押圧手段で押圧しながら高周波誘導加熱して部材の所定の箇所を溶着していく。この加熱溶着の動作を繰り返して電極材を形成する。
【００４３】
さらに、本発明では、高周波誘導加熱を行う際に押圧手段で上下の治具を押圧しながら溶着を行うようにしている。このとき、アセンブリは上下の治具を介して押圧手段で押圧されることとなり、上下の治具により、押圧手段でアセンブリの押圧部分の全体を均一な圧力で押圧することができる。その結果、双極板とフレームとの接合部分の溶着を確実に行うことができる。
とくに、アセンブリを上下の治具を介して押圧手段で押圧しているので、双極板とフレームとの溶着箇所であって、直角に曲がった角部分においても、適正な押圧力で部材を押圧しながら確実に熱溶着させることができる。
【００４４】
また、電極材を構成する双極板は、本体フレームに組み付ける前に、双極板の外周縁部に補強用および溶着用の薄肉樹脂シート（フレーム）を組み付けて、双極板に薄肉樹脂シートを溶着させることが好ましい。この場合も、本発明の電極材製造装置を用いて、双極板と薄肉樹脂シートとを押圧手段で押圧しながら、加熱手段により高周波誘導加熱して双極板を発熱させ、薄肉樹脂シートを双極板に溶着させることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
本発明に係る電池用の電極材製造装置の第1実施形態を図１から図５に基づいて説明する。図１は電極材製造装置の側面図、図２は同平面図、図３は同正面図である。図４は図１における電極材製造装置の磁界発生部および押圧手段を示す概略部分断面図である。図５は、治具に電極材を構成する部材を組み付ける手順を示す組み付け分解斜視図である。
【００４６】
本発明の電極材製造装置1で製造される電極材9は、図６に示すように、本体フレーム91、導電板となる双極板92、押さえ用フレーム93などの部材を組み付けて形成される。第１実施形態では、これらの部材を組み付けてアセンブリ90（図５に示す）にした状態で積層部分を熱溶着させる場合について説明する。
【００４７】
第１実施形態では、本体フレーム91は、双極板92を取り付けるための三つの窓部91aを有している。双極板92は本体フレーム91の窓部91aの大きさより大きい面積を有している。また、押さえ用フレーム93は、内周が本体フレーム91の窓部91aの内周と同じ大きさとなり、外周が双極板92の外周より大きくなるように形成される。本体フレーム91および押さえ用フレーム93は、塩化ビニル樹脂で射出成形により成形される。双極板92は、カーボン塩化ビニルシートにより形成される。
【００４８】
さらに、本体フレーム91および押さえ用フレーム93の両面には、電解液の通路を形成するために凹凸が形成されている。例えば図７に示すように、本体フレーム91には、マニホールド91bに連通する直線通路用凹部91c、直線通路用凹部91cに連通される分岐通路用凹部91d、分岐通路用凹部91d内に形成される多数の円柱状の凸部91eが形成されている。また、押さえ用フレーム93には、分岐通路用凹部93a、分岐通路用凹部93a内に形成される多数の円柱状の凸部93bが形成されている。
【００４９】
電極材製造装置1は、装置本体部11と、加熱手段6を構成する高周波発振機61とを有する。装置本体部11は、平面視長方形状の支持台110と、搬送手段2と、押圧手段3と、加熱手段6の磁界発生部となるコイル62と、上側治具8aと、下側治具8bとを具える。
【００５０】
上側治具8aおよび下側治具8bは、図４および図５に示すように、それぞれ電極材9を構成する双極板92と本体フレーム91と押さえ用フレーム93とを組み付けたアセンブリ90の上下両面に対向させるようになっている。
【００５１】
さらに、上側治具8aおよび下側治具8bは繊維強化プラスチックなどの絶縁性を有する板状剛性部材からなる。下側治具8bは、図５に示すように、本体フレーム91の平面積よりも大きい面積を有している。上側治具8aは、図５においては、一枚しか示していないが、本体フレーム91の窓部91aごとに三箇所設置させるようになっている。上側治具8aは、双極板92の面積よりも大きい面積で、かつ、それぞれの窓部91aを同時に覆うことができる大きさ、すなわち本体フレーム91をほぼ三等分した大きさに形成されている。
【００５２】
そして、上側治具8aおよび下側治具8bのアセンブリ90との対向側に、アセンブリ90に当接させる当接面81を形成している。この当接面81には、アセンブリ90の上下両面に形成される凹凸形状に沿う凹凸82が形成されている。
【００５３】
凹凸82は、例えば、本体フレーム91に形成される分岐通路用凹部91d、円柱状の凸部91e、本体フレーム91の窓部91a、押さえ用フレーム93に形成される分岐通路用凹部93a、多数の円柱状の凸部93bに嵌め合わさられるように形成される。
【００５４】
当接面81に凹凸82を形成することにより、押圧手段3で上側治具8aと下側治具8bを押圧したときに、アセンブリ90における上下の治具8a,8bで挟まれている部分に均一に押圧力を作用させることができる。さらに、一方の治具の凹凸82を本体フレーム91、押さえ用フレーム93を設置するための位置あわせに利用することができる。
【００５５】
搬送手段2は、複数の搬送ローラー21が組み付けられている長尺なローラー支持部22を1対と、アセンブリ90と上下の治具8a,8bを載せて搬送する搬送板23とを具える。搬送ローラー21は、ローラー支持部22の壁部から水平方向一方向に突設される回転軸の突出側端部に取り付けられている。
【００５６】
これらローラー支持部22は、搬送ローラー21が対面するように、支持台110の長辺部に沿って支持台110の幅方向両端部に配設する。搬送板23は、搬送板23の外周縁部における平行する２辺の端部が搬送ローラー21上に載せられることにより、搬送ローラー21によって支持される。また、搬送板23は、高周波誘導の影響を受けないように絶縁材料で形成する。
【００５７】
この搬送板23を図1および図２において左右方向に動かすことにより、搬送板23に接触する搬送ローラー21が回転して、搬送板23を水平方向に移動させることができるようになっている。第１実施形態にかかる搬送手段2は、搬送ローラー21をフリー回転させるようにしているが、全ての搬送ローラー21をモータの駆動で強制的に正逆回転させるようにしてもよい。
【００５８】
さらに、支持台110上の長手方向中央部には、押圧手段3が配設されている。押圧手段3は、図１から図３に示すように、長方形状の下側プレス板32と、同じく長方形状の上側プレス板31と、上側プレス板31を上下方向に動かすための上下駆動機構4とを具える。
【００５９】
下側プレス板32と上側プレス板31は、長辺部が搬送手段2のローラー支持部22の長手方向と直交するように配設される。また、下側プレス板32と上側プレス板31の長辺部の長さは、本体フレーム91の外周縁の一辺よりも長くなるように形成されている。
【００６０】
下側プレス板32は、搬送手段2の搬送ローラー21よりも下方位置に配設され、支持台110に固定されている。また、搬送ローラー21よりも上方に上側プレス板31が配設されている。上下駆動機構4は、上下動するネジ軸41と、このネジ軸41をギアボックス42内のナットおよびギアを介して回転させるモータ43と、２つのガイド部材44と、取付台45とを具える。
【００６１】
取付台45は、長方形状の取付板45aを具える。取付板45aの長辺部が下側プレス板32および上側プレス板31の長辺部と平行するように取付台45が支持台110上に固定されている。そして、この取付板45a上の長手方向中間部に、ギアボックス42とモータ43とを取り付けている。ネジ軸41は取付板45aを貫通し、その下端部が上側プレス板31の上に固定されている。
【００６２】
また、ガイド部材44は、取付板45a上に固定される軸受44aと、この軸受44aに上下動可能に支持されるガイド軸44bとを具える。ガイド部材44は、上側プレス板31の長手方向両端側にガイド軸44bの一端側が固定されるように配設されている。
【００６３】
本実施形態では、モータ43の駆動により、ネジ軸41を取付板45aに対して上下動させて上側プレス板31を下側プレス板32に対して上下動させる。さらに、ネジ軸41の上下動に伴い、ガイド部材44のガイド軸44bを軸受44a内に摺動させることにより、上側プレス板31を傾くことなく上下動させることができる。
【００６４】
上下駆動機構4により、上側プレス板31を上下動させることにより、下側プレス板32と上側プレス板31とでアセンブリ90とともに上下の治具8a,8bを挟んで押圧したり、押圧を解除したりする。
【００６５】
加熱手段6は、下側プレス板32に設けられている。下側プレス板32には、図１、図３および図４に示すように、下側プレス板32の幅方向中央部において長手方向に延びるように２本の平行な嵌合溝31aが形成されている。嵌合溝31aは、長手方向両端部が開放されており、溝の間隔は狭い。
【００６６】
コイル62は、コイルの輪の形状が長尺となるように平行する直線状の長辺部と湾曲部とを有する２重コイルに形成されている。そして、コイル62の長辺部を嵌合溝31aに嵌合させ、湾曲部を嵌合溝31aの外方に位置させる。コイル62のコイル端部は一方の湾曲部に位置されており、コイル62の端部を支持台110の側方に配設する高周波発振機61に接続する。高周波発振機61は、コイル62に2MHz程度の高周波電流を供給する。
【００６７】
なお、コイル62は、嵌合溝31aから飛び出さないように嵌合溝31a内に完全に収納される。本実施形態では、下側プレス板32を絶縁体であるベークライトで形成してコイル62で発生する磁界により下側プレス板32にうず渦電流が発生しないようにしている。
【００６８】
本実施形態の加熱手段6では、高周波発振機61で発生した高周波エネルギーは、コイル62に送られ、コイル62に磁界を発生させる。このとき、アセンブリ90は、上側治具8aと下側治具8bを介して、下側プレス板32と上側プレス板31で挟まれた状態で押圧される。そして、双極板92には導電性のカーボンが含まれているので、コイル62で発生する磁束により双極板92にうず電流が発生する。このうず電流により双極板92自体が発熱し、双極板92の発熱で、本体フレーム91と押さえ用フレーム93の双極板92と接触している部分が加熱溶着される。
【００６９】
電極材9を形成するには、まず、電極材9の部材である本体フレーム91と双極板92と押さえ用フレーム93とを組みつけてアセンブリ90にしておく必要がある。
下側治具8bにまず、図５に示すように、凹凸82にあわせて押さえ用フレーム93を設置する。次に、その上に双極板92を所定の位置に設置する。さらにその上に、本体フレーム91を下側治具8bの凹凸82に合うように設置する。そして、本体フレーム91の上に本体フレーム91の凹凸形状に合わせて上側治具8aを設置する。
【００７０】
このように上下の治具8a,8bで双極板92と本体フレーム91と押さえ用フレーム93とを挟んだ状態にすることにより、本体フレーム91の窓部91aの内周縁部に双極板92の外周縁部が対向した状態となる。双極板92における本体フレーム91との対向面とは反対側の面の外周縁部が押さえ用フレーム93で押さえられた状態となる。このとき、押さえ用フレーム93は、本体フレーム91の窓部91a内周縁部と双極板92の外周縁部とを覆うように重ね合わされる。このように、本体フレーム91と押さえ用フレーム93とで双極板92を挟持した状態に組み付けられたものを、上側治具8aと下側治具8bの間に介在させておく。
【００７１】
次に、搬送手段2の搬送板23を図1におけるローラー支持部22の右側の搬送ローラー21上に配設する。搬送板23の上に、アセンブリ90を上下の治具8a,8bで挟まれた状態で載せる。また、押圧手段3の上側プレス板31を上動させて、下側プレス板32から離しておく。
【００７２】
そして、搬送板23上にある本体フレーム91の窓部91aの左側端部がコイル62の上にくるように、搬送板23を図1における左方向に動かす。
本体フレーム91の窓部91aの左側端部をコイル62上に位置させた後、上側プレス板31を下降させて、下側プレス板32と上側プレス板31によりアセンブリ90を上下の治具8a,8bとともに押圧する。
【００７３】
この状態で、加熱手段6のコイル62に、高周波発振機61から電流を供給して、双極板92を発熱させ、双極板92の熱で本体フレーム91と双極板92と押さえ用フレーム93とを熱溶着させて一体的に固着する。
そして、押圧手段3による押圧を解除して、上側プレス板31を上昇させるとともに、高周波発振機61からコイル62への電流の供給を遮断する。
【００７４】
そして、搬送手段2により、搬送板23を図1の左方向にさらに移動させ、対向するもう一方の本体フレーム91の窓部91aの長辺部をコイル62の上に位置させ、押圧手段3でアセンブリ90を押圧しながら加熱手段6のコイル62で双極板92を発熱させて溶着させる。
【００７５】
このように、本体フレーム91の窓部91aの内周縁部における対向二辺を送り順に熱溶着させていき、双極板92と本体フレーム91と押さえ用フレーム93とが熱溶着により一体的に固着される。
【００７６】
そして、次に、アセンブリ90を上下の治具8a,8bごと90度回転させて本体フレーム91の窓部91aの内周縁部における未溶着の対向二辺を送り順に熱溶着させていく。双極板92と本体フレーム91と押さえ用フレーム93とが熱溶着により一体的に固着されて、電極材9が成形される。
【００７７】
なお、前記した第１実施形態では、本体フレーム91は、３つの窓部91aを有するものについて述べたが、窓部91aは、１つあるものや、その他複数あるものでも差し支えない。
【００７８】
（第２実施形態）
前記した第１実施形態は、本体フレーム91と双極板92と押さえ用フレーム93とを組み付け、これらの積層部分を熱溶着させる場合について説明した。しかし、本発明の電極材製造装置は、図８に示すように、双極板92の外周縁部に補強用のフレームである薄肉樹脂シート94を接合する場合にも使用することができる。
【００７９】
第２実施形態では、治具8a,8bを除いては、第１実施形態と同じ装置および部材を用いて、双極板92に薄肉樹脂シート94を接合する。
第２実施形態で用いる治具は、図８に示すように、双極板92と薄肉樹脂シート94とを組み付けたアセンブリ90aが設置される凹部82aを有する下側治具8bと、下側治具8bの凹部82aに嵌め込まれる上側治具8aとを具える。
【００８０】
下側治具8bは、繊維強化プラスチックからなる板状の剛性部材で形成されている。下側治具8bの凹部82aは、双極板92がほとんど隙間無く嵌めこまれる大きさを有する長方形状をしている。
【００８１】
また、上側治具8aは、繊維強化プラスチックからなる板状剛性部材83と、アセンブリ90aの上面に形成される凹凸形状に沿うように弾性変形をする絶縁性弾性材シート84との積層体から構成されている。
【００８２】
上側治具8aは、下側治具8bの凹部82aに嵌められる大きさであって、双極板92とほぼ同じ大きさを有する平面視長方形状をしている。さらに、板状剛性部材83の一方の面の全面を覆うように絶縁性弾性材シート84が固定されている。
【００８３】
第２実施形態では、下側治具8bの凹部82aの表面が下側治具8bの当接面81となり、上側治具8aの絶縁性弾性材シート84の表面が上側治具8aの当接面81となる。
【００８４】
このように下側治具8bの凹部82aに双極板92を嵌め込むことにより、双極板92の下側治具8bに対する位置決めを行い、凹部82aに双極板92が嵌められた状態で、双極板92の上に薄肉樹脂シート94を載せる。このとき、下側治具8bの凹部82aが薄肉樹脂シート94の双極板92に対する位置決めになる。
【００８５】
そして、下側治具8bの凹部82a内に双極板92と薄肉樹脂シート94とが嵌め込まれた状態で、この凹部82aに上側治具8aを嵌め合わす。次に、上側治具8aを介して押圧手段によりアセンブリ90aが押圧されるとき、絶縁性弾性材シート84が双極板92と薄肉樹脂シート94との段差部にあわせて弾性変形する。
【００８６】
このように、第２実施形態の場合も、押圧手段で上下の治具8a,8bを押圧したときに、アセンブリ90aの上下の治具8a,8bで挟まれている部分の全面に均一に押圧力を作用させることができる。
【００８７】
さらに、下側治具8bの凹部82aをアセンブリ90aを設置するための位置あわせに利用することができ、上側治具8aは、絶縁性弾性材シート84の弾性変形により双極板92と薄肉樹脂シート94にフィットさせることができる。
【００８８】
また、図示していないが、上側治具8aと下側治具8bの双方を、第２実施形態の上側治具8aのように、板状剛性部材と、絶縁性弾性材シートとの積層体から構成するようにしてもよい。
なお、前記各実施形態では、支持台110の側方に高周波発振機61を配設したが、高周波発振機は、支持台110の内方で搬送板の下方に設けるようにしてもよい。このように支持台110の内方に高周波発振機を設けることにより、電極材製造装置のコンパクト化が可能となる。
【００８９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の電極材製造装置によれば、押圧手段によりアセンブリを所定の位置で押圧し、押圧状態で、高周波誘導加熱により双極板における溶着箇所のみを発熱させて溶着箇所のみを熱溶着することができる。このように、加熱手段を高周波誘導加熱とすることにより、アセンブリの余分な部分を加熱することなく、溶着に必要な部分だけ効率的に加熱することができる。
【００９０】
しかも、アセンブリを上側治具と下側治具を介して押圧しているので、導電板とフレームとの積層部分について、全体に均一に押圧力を作用させることができ、溶着不良をおこすことなく確実に溶着をすることができる。
【００９１】
また、高周波誘導加熱により、溶着部分だけを加熱溶着することができるので、従来のような手作業で部材を接着剤により接着する必要はなくなる。しかも、例えば本体フレームと双極板の間、双極板と押さえフレームの間の2箇所を一度に同時に溶着させることができる。その結果、電極材の製造時間を大幅に短縮できるばかりか、接着剤に含まれる溶剤による人体への悪影響も無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる電極材製造装置の側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる電極材製造装置の平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる電極材製造装置の正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる電極材製造装置における磁界発生部周辺を示す要部断面図である。
【図５】電極材および上下の治具の組み立て分解斜視図である。
【図６】電極材の平面図である。
【図７】電極材の一部切欠平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかる電極材および上下の治具の組み立て分解斜視図である。
【符号の説明】
１  電極材製造装置
２  搬送手段
２１  搬送ローラー
２２  ローラー支持部
２３  搬送板
３  押圧手段
３１  下側プレス板
３２  上側プレス板
４  上下駆動機構
６  加熱手段
６１  高周波発振機
６２  コイル部
８ａ  上側治具
８ｂ  下側治具
８１  当接面
８２  凹凸
８３  剛性部材
８４  絶縁性弾性シート
９  電極材
９０  アセンブリ
９１  本体フレーム
９２  双極板（導電板）
９３  押さえ用フレーム
９４  薄肉樹脂シート（フレーム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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