(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付具アセンブリから膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を、該取付具アセンブリ内でのＭＥＡ接合の後に分離する方法であって、該取付具アセンブリが、該ＭＥＡの第１表面に接触する第１取付具と該ＭＥＡの第２表面に接触する第２取付具とを備え、該第１および第２取付具がそれぞれ多孔性領域を備えてなる、方法において、
前記取付具アセンブリの前記第１取付具の位置を安定させ、
前記取付具アセンブリの前記第２取付具の位置を安定させ、
前記第２取付具の位置が安定させられている間に、前記第１取付具と前記ＭＥＡの前記第１表面とに圧力を加えて、前記ＭＥＡの前記第１表面を前記第１取付具から分離させ、
続いて、前記第１取付具の位置が安定させられている間に、前記第２取付具と前記ＭＥＡの前記第２表面とに圧力を加えて、前記ＭＥＡの前記第２表面を前記第２取付具から分離させ、
続いて、前記第１取付具から離れるように前記第２取付具を移動させて、前記第１取付具からの前記ＭＥＡの取出しを可能にすること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１取付具と前記ＭＥＡの前記第１表面とに圧力が加えられている間に、前記第２取付具と前記ＭＥＡの前記第２表面とに真空を与え、続いて、前記第２取付具と前記ＭＥＡの前記第２表面とに圧力が加えられている間に、前記第１取付具と前記ＭＥＡの前記第１表面とに真空を与え、
前記第１取付具の位置を安定させることは、前記第１取付具をつかんで該第１取付具の位置を安定させることを含み、
前記第２取付具の位置を安定させることは、真空を用いて前記第２取付具の位置を安定させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
取付具アセンブリから膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を、該取付具アセンブリ内でのＭＥＡ接合の後に分離する装置であって、該取付具アセンブリが、該ＭＥＡの第１表面に接触する第１取付具と該ＭＥＡの第２表面に接触する第２取付具とを備え、該第１および第２取付具がそれぞれ多孔性領域を備えてなる、装置において、
第１ポートと下部グリッパアセンブリとを有するベースであって、該第１ポートが前記第１取付具の前記多孔性領域を介して前記ＭＥＡの前記第１表面と流体連通するように、前記取付具アセンブリを受容するとともに、該下部グリッパアセンブリが、前記第１取付具をつかんで前記第１取付具の位置を安定させるようになっているベースと、
支持体上に移動可能に取付けられる上部グリッパアセンブリであって、グリッパフィンガと第２ポートとを有し、該第２ポートが、前記第２取付具の前記多孔性領域を介して前記ＭＥＡの前記第２表面と流体連通するとともに、前記第２取付具の位置を安定させる真空を形成するようになっている上部グリッパアセンブリと、を具備し、
前記第１および第２ポートが、選択的に加圧かつ排気されて、それぞれ前記第１および第２取付具から前記ＭＥＡの前記第１および第２表面を分離し、
前記上部グリッパアセンブリが、前記第２取付具の一対の両縁を解放可能につかんで、前記第１取付具から離れるように前記第２取付具を移動させるようになっていること、
を特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、燃料電池接合に関し、より詳細には、自動燃料電池組立ての間、接合用取付具から膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を分離する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池層などの薄い材料層のスタックを積層するための、さまざまな技術が開発されている。従来の積層方法は、たとえば、薄い材料層のスタックを、接合プレスの使用などによる圧力および熱に曝すことをしばしば伴う。たとえば、積重ね操作、接合操作、および切断操作を含む、いくつかのスタック処理操作を、部分的にまたは完全に自動化することが、しばしば望ましい。多くの従来の材料積重ね、接合、および切断装置は、高レベルの自動化を達成するのにあまり適していない。これは、処理のあらゆる段階で厳しい位置公差要件を有する自動プロセスに特にあてはまる。
【０００３】
薄い材料層のスタックの自動接合および切断の場合、たとえば、スタックが、処理され、接合ステーションから切断ステーションに移動されるとき、スタックの位置連続性を維持することが必要である。位置予測可能性のためのこの要件は、スタック接合および切断プロセスを自動化するという目標を著しく複雑にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
改良された材料層接合装置および取付具が必要である。接合または硬化サイクル後、スタックアセンブリを自動的に取出すための改良された装置および方法が、さらに必要である。本発明は、これらおよび他の必要を満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、取付具アセンブリ内の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）接合の後、取付具アセンブリからＭＥＡを分離する装置および方法に関する。取付具アセンブリは、ＭＥＡの第１表面と接触する第１取付具と、ＭＥＡの第２表面と接触する第２取付具とを含む。第１および第２取付具は、それぞれ、実質的に多孔性の領域を含む。
【０００６】
分離装置は、第１のポートを含むベースを含む。ベースは、第１のポートが第１取付具の多孔性領域を介してＭＥＡの第１表面と流体連通するように取付具アセンブリを受けるように適合されている。
【０００７】
分離装置は、支持体上の移動のために取付けられたグリッパアセンブリをさらに含む。グリッパアセンブリは、グリッパ機構と第２のポートとを含む。第２のポートは、第２取付具の多孔性領域を介してＭＥＡの第２表面と流体連通する。第１および第２のポートは、選択的に加圧されたり排気されたりして、それぞれ、第１および第２取付具から、ＭＥＡの第１および第２表面を分離する。グリッパアセンブリは、第２取付具の１対の対向する端縁を解放可能につかみ、かつ、第１取付具との近接から第２取付具を移動させるように適合されている。
【０００８】
取付具アセンブリ内の膜電極アセンブリ接合の後、取付具アセンブリからＭＥＡを分離する方法によれば、取付具アセンブリの第１取付具を最初に安定させる。取付具アセンブリの第２取付具を安定させる。第２取付具が安定される間、第１取付具を加圧して、ＭＥＡの第１表面を第１取付具から分離させる。第１取付具が安定される間、第２取付具を加圧して、ＭＥＡの第２表面を第２取付具から分離させる。１つの特定の方法によれば、第１取付具およびＭＥＡの第１表面に圧力が加えられている間、第２取付具およびＭＥＡの第２表面に真空が与えられ、その後、第２取付具およびＭＥＡの第２表面に圧力が加えられている間、第１取付具およびＭＥＡの第１表面に真空が与えられる。次に、第１取付具との近接から第２取付具を移動させて、第１取付具からのＭＥＡの取出しを可能にする。
【０００９】
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。
【００１０】
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】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の分離装置は、接合プロセスの後の、接合用取付具（たとえば、取付具パレットアセンブリ）からの燃料電池アセンブリの自動分離を容易にする。本発明の分離装置は、自動グリッパアセンブリならびに空気圧力および真空の選択的な使用を用いて、中でＭＥＡが接合された取付具パレットアセンブリから、膜電極アセンブリを分離する。
【００１３】
燃料電池を組立てる自動プロセスによれば、一連のプロセスステーションを組立てライン態様で使用して、人の介在なしで、燃料電池ＭＥＡを積重ね、接合し、切断する。高い効率および正確さでのＭＥＡの処理を行うべき場合、各プロセスステーションでＭＥＡの所定の配向を維持することが、必須であることを理解することができる。特定のプロセスステーションでＭＥＡの位置決めを乱すと、特定のプロセスステーションでＭＥＡの損傷または低減された処理量をもたらすことがあり、これは、自動燃料電池組立てラインの生産性に悪影響を及ぼす。
【００１４】
取付具パレットアセンブリ内で燃料電池材料層（たとえば、ＭＥＡ層）を積重ね、接合／硬化プレスを使用してパレットアセンブリ内でＭＥＡを接合／硬化した後、ＭＥＡを取付具パレットアセンブリから取出す必要がある。さらに、ＭＥＡを下流切断ステーションで適切に処理することができるように、ＭＥＡの位置を維持しなければならない。取付具パレット／ＭＥＡ分離段階の間、適切なＭＥＡ位置が失われると、ＭＥＡは、切断ステーションで処理されるときに誤った位置で切断され、それにより、ＭＥＡの損傷をもたらす。本発明の分離装置は、取付具パレットアセンブリからＭＥＡを分離するとき、適切なＭＥＡ位置の維持を提供する。
【００１５】
いくつかのＭＥＡ構成において、接合サイクルの間、ガスケットがＭＥＡの周りに成形される。このガスケットは、ほとんどのいかなる材料からも製造することができるが、典型的には２部シリコーンから形成される。パレット取付具アセンブリプレートは、典型的には、離型剤でコーティングされるが、一般に、ガスケット材料と取付具パレットアセンブリプレートとの間で生じるいくらかのわずかな接着がある。本発明の分離装置は、有利に、取付具パレットアセンブリとの分離後の、ＭＥＡおよびガスケットの適切な位置決めを維持しながら、取付具パレットアセンブリからのＭＥＡおよびガスケットの安全な分離を提供する。
【００１６】
本発明の分離装置を、非常にさまざまな接合／硬化取付具および燃料電池技術と関連して使用してもよい。典型的な燃料電池が、図１に示されている。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。
【００１７】
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を通って、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。
【００１８】
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、組合さって、水および熱を発生する。
【００１９】
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。
【００２０】
本発明の分離装置は、燃料電池接合／硬化取付具からの、さまざまな技術の燃料電池の自動分離を容易にするために使用することができる。たとえば、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池は、比較的低温（約７９．４℃（約１７５°Ｆ））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。
【００２１】
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。
【００２２】
水素が、燃料電池のアノード側に供給され、そこで、触媒は、水素イオンが、電子を放出し、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、酸素と再び組合され、反応して、水を発生する。
【００２３】
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。
【００２４】
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ＭＥＡ／接合用取付具分離装置は、自動燃料電池組立ての間、下流処理に必要とされる適切なＭＥＡ配向を維持しながら、接合されたＭＥＡをそれらの接合用取付具から安全に分離するのに特によく適している。
【００２５】
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、４８．９−８７．８℃（１２０−１９０°Ｆ）の間の温度で動作する。
【００２６】
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６４８．９℃（約１，２００°Ｆ）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、貴金属触媒が、電池の電気化学的酸化プロセスおよび還元プロセスに必要ではない。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。
【００２７】
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（ｙｔｒｒｉａ）を使用し、動作温度が９８２．２℃（１，８００°Ｆ）に達することができる。
【００２８】
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、これは、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。
【００２９】
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７０４．４℃（約１，３００°Ｆ）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、アノードの表面上に吸収され、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、取付具パレットアセンブリ内で接合または硬化することができ、本発明の分離装置の使用によって、接合／硬化サイクル後、取付具パレットアセンブリから分離することができる。
【００３０】
図２を参照すると、本発明の実施形態による分離装置と関連して使用することができる輸送可能な取付具パレットアセンブリ２０が示されている。取付具パレットアセンブリ２０は、好ましくは、多孔性燃料電池層および非多孔性燃料電池層などの多孔性材料層および非多孔性材料層の自動積重ね、輸送、および接合を容易にするために使用される。取付具パレットアセンブリ２０は、有利に、多数の多孔性材料層および非多孔性材料層を積重ねることができ、かつ、スタックの構成、接合、およびトリミングの間、層の位置整列を維持することができる構造を提供する。
【００３１】
さらに、取付具パレットアセンブリ２０は、材料層のスタックを、１つの処理ステーションから、接合ステーションなどのさまざまな他の処理ステーションに輸送し、一方、輸送およびその後の処理の間、層の位置整列を維持するための構造を提供する。たとえば、いったん、スタックの材料層が取付具パレットアセンブリ２０内に位置決めされると、取付具パレットアセンブリ２０内のスタックの整列は、固定される。したがって、取付具パレットアセンブリ２０は、中に収容されたスタックが、下流処理ステーションでの処理のために適切に整列されることを確実にするために、接合ステーションなどの下流処理ステーションで適切に整列されることだけが必要である。
【００３２】
図２に示された実施形態によれば、取付具パレットアセンブリ２０は、２部材を含むアセンブリである。取付具パレットアセンブリ２０は、第１取付具２０Ａと第２取付具２０Ｂとを含むように示されている。第１取付具２０Ａおよび第２取付具２０Ｂは、各々、フレーム２１と、フレーム２１の切抜き部分２５内に位置するプレート２３とを含む。プレート２３をフレーム２１に取付けるために、ねじ２４が使用される。プレート２３をフレーム２１に固着する他の手段を使用してもよいことが理解される。
【００３３】
中にプレート２３が位置決めされた、フレーム２１の切抜き部分２５は、好ましくは、接合プレスをプレート２３と直接接触させるように構成されている。この直接接触配列は、接合操作の間、接合プレスから、取付具パレットアセンブリ２０内に位置決めされた材料層のスタックへの、熱の効率的な伝達をもたらす。
【００３４】
プレート２３は、少なくとも１つの実質的に多孔性の領域２７を含む。多孔性領域２７は、プレート２３の平面に対する窪みまたは凹部を規定してもよい。多孔性領域２７は、プレート２３に設けられた開口部のパターンとして図２に示されている。多孔性領域２７は、空気がプレート２３を通って自由に流れることを可能にし、かつ、取付具パレットアセンブリ２０の使用の間、真空の発生および除去を考慮する。
【００３５】
たとえば、多孔性領域２７の一方の側で発生された真空が、多孔性領域２７の他方の側に近接して位置する多孔性材料層、非多孔性材料層、または多孔性材料層と非多孔性材料層との組合せの解放可能な係合をもたらす。さらに、多孔性領域２７は、好ましくは、第１取付具２０Ａなどの取付具、ならびに多孔性領域２７の他方の側に近接して位置する多孔性材料層および／または非多孔性材料層の両方が、真空およびグリッパ機構によって１つのユニットとして移動されることを可能にするように構成されている。示されているように、多孔性領域２７が、好ましくは、第１取付具２０Ａおよび第２取付具２０Ｂの各々のプレート２３上に設けられている。
【００３６】
プレート２３の多孔性領域２７は、１以上の材料層を受け、かつ、プレート２３と多孔性領域２７内に存在する材料層との間の真空の形成を容易にするように適合されている。したがって、多孔性領域２７のサイズおよび形状は、取付具パレットアセンブリ２０内で、積重ねられ、輸送され、接合される材料層のサイズおよび形状に対応するように設計される。
【００３７】
取付具パレットアセンブリ２０は、好ましくは、第１取付具２０Ａおよび第２取付具２０Ｂを圧力下で接触されるとき、第２取付具２０Ｂに対する第１取付具２０Ａの位置合せを提供する整列機構を組入れる。整列機構は、第１取付具２０Ａおよび第２取付具２０Ｂ上に位置する１以上の整列特徴を含むことができる。
【００３８】
取付具パレットアセンブリ２０は、また、たとえば、取付具パレットアセンブリ２０が、積重ねステーションから接合ステーションに移動されるとき、および接合ステーションから切断ステーションに移動されるときなどに、さまざまな処理ステーションでの取付具パレットアセンブリ２０の正確な位置決めを考慮する整列機構を含むことができる。したがって、取付具パレットアセンブリ２０は、取付具パレットアセンブリ２０内に収容されたスタックが、特定のステーションでの処理のために適切に整列されることを確実にするために、各処理ステーションで適切に整列されることだけが必要であり、特定のステーションでの処理が、スタックの整列を不都合に乱さないことが理解される。取付具パレットアセンブリ２０の付加的な特徴は、代理人事件番号５７４２２ＵＳ００２で、本出願と同時に出願された、「燃料電池材料層の自動組立て用取付具パレット装置（ＦＩＸＴＵＲＥ  ＰＡＬＬＥＴ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＡＵＴＯＭＡＴＥＤ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＯＦ  ＦＵＥＬ  ＣＥＬＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ  ＬＡＹＥＲＳ）」という名称の、同じ所有者による同時係属中の出願に記載されている。
【００３９】
ここで、図３および図４を参照すると、本発明の実施形態による、取付具パレットアセンブリまたは他の接合用取付具から膜電極アセンブリを分離する分離装置が示されている。図３は、ＭＥＡ／接合を行う前の配向の分離装置の図である。図４は、ＭＥＡ／接合を行った後の配向で示された図３の分離装置の図である。次の説明のため、また、一般に、ＭＥＡ５６を、第１の流体輸送層（ＦＴＬ）／アノード／膜／カソード／第２のＦＴＬによって規定された５層燃料電池構造物として規定することができる。ＭＥＡ５６は、図３−５に、３層構造として示され、アノード層およびカソード層は、存在するが、示されていない。ＭＥＡ５６は、第１の流体輸送層５４と、第２の流体輸送層５２と、第１の輸送層５４と第２の輸送層５２との間に位置する膜層５３とを含むように示されている。
【００４０】
図３および図４に示された分離装置は、水平支持体４１と、２以上の垂直支持体４２とを含む。ベース４４が、垂直支持体４２によって支持されて示されている。ベース４４は、真空／加圧システム（図示せず）に連結することができる第１のポート４３を含む。真空／加圧システムに連結されると、第１のポート４３は、選択的に、加圧するか、または排気して真空を発生することができる。真空／加圧システムおよび第１のポート４３と調和する制御可能なバルブを制御して、周囲圧力に対して、第１のポート４３を、加圧、排気、または標準化することができる。
【００４１】
ベース４４は、取付具パレットアセンブリの第１取付具４５を受けるように適合されている。第１のポート４３は、第１取付具４５の多孔性領域を介してＭＥＡ５６の第１表面と流体連通する。ベース４４は、１対の下部グリッパアクチュエータ６４および下部グリッパ６２を含む下部グリッパアセンブリ６０をさらに含む。各下部グリッパアクチュエータ６４は、それぞれの下部グリッパ６２を第１取付具４５の端縁と係合させたり離脱させたりするように制御可能である。下部グリッパアセンブリ６０は、分離プロセスの間、ベース４４に対して第１取付具４５を安定させるために、第１取付具４５の１対の対向する端縁をつかむように適合されている。
【００４２】
分離装置は、上部グリッパアセンブリ５５をさらに含む。上部グリッパアセンブリ５５は、支持体４９上の二方向垂直移動のために取付けられている。上部グリッパアセンブリ５５は、１対のグリッパアーム４７を含む。各グリッパアーム４７は、第２取付具４６の１対の対向する端縁を制御可能にかつ解放可能につかむように適合されているグリッパフィンガ４８を含む。上部グリッパアセンブリ５５および下部グリッパアセンブリ６０のグリッパフィンガ４８および下部グリッパ６２の移動は、それぞれ、空気力学を用いることによって制御される。
【００４３】
上部グリッパアセンブリ５５は、第２のポート５７を含む。第２のポート５７は、真空／加圧システム（図示せず）に連結することができる。配管ユニット５０を介して真空／加圧システムに連結されると、第２のポート５７は、選択的に、加圧するか、または排気して真空を発生することができる。真空／加圧システムおよび第２のポート５７と調和する制御可能なバルブを制御して、周囲圧力に対して、第２のポート５７を、加圧、排気、または標準化ことができる。
【００４４】
第２のポート５７は、第２取付具４６の多孔性領域を介してＭＥＡ５６の第２表面と流体連通する。第１のポート４３および第２のポート５７は、選択的に加圧したり排気したりして、それぞれ第１取付具４５および第２取付具４６からの、ＭＥＡ５６の第１および第２表面の分離を容易にすることができる。上部グリッパアセンブリ５５は、第２取付具４６の１対の対向する端縁を解放可能につかみ、かつ、第１取付具４５との近接から第２取付具４６を移動させるように適合されている。
【００４５】
一実施形態による上部グリッパアセンブリ５５の移動は、取付アーム５１によってグリッパアセンブリ５５に結合されたボールねじアセンブリ（図示せず）によって制御される。ボールねじアセンブリは、上部グリッパアセンブリ５５を、支持体４９に沿って二方向に制御可能に移動させる。
【００４６】
本発明の１つの方法によれば、本発明の分離装置は、取付具アセンブリ内のＭＥＡ接合の後、取付具アセンブリからＭＥＡ５６を分離する。図５に示されているように、取付具アセンブリは、ＭＥＡ５６の第１表面と接触する第１取付具４５と、ＭＥＡ５６の第２表面と接触する第２取付具４６とを含む。先に説明されたように、第１取付具４５および第２取付具４６は、各々、実質的に多孔性の領域を含む。分離装置は、１つの分離方法による次の自動操作を行うように制御される。
【００４７】
第１取付具４５は、典型的には下部グリッパアセンブリ（図示せず）の使用によって、ベース４４上で安定される。第２取付具４６は、上部グリッパアセンブリ５５の第２のポート５７で発生された真空によって安定される。第２取付具４６が、安定される間、ＭＥＡ５６の第１表面を第１取付具４５から分離させるために、第１取付具４５は、第１のポート４３を介して加圧される。接合の間ガスケットがＭＥＡ５６の周りに形成される構成において、第１取付具４５の加圧は、第１取付具４５からガスケットの第１表面を分離するように働く。
【００４８】
第１取付具４５の加圧は、好ましくは、第２取付具４６と第１取付具４５との間の、小量の、コンプライアントな（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）移動を可能にすることを伴い、ＭＥＡ５６の第１表面と第１取付具４５との間の分離を容易にする。このコンプライアント動作は、典型的には、第２取付具４６と第１取付具４５との間の約２．０３ｍｍ（約０．０８インチ）未満の移動を伴う。第２取付具４６と第１取付具４５との間のコンプライアント動作が可能にされる間、第２取付具４６は、第２のポート５７で形成された真空の使用によって安定される。
【００４９】
第１取付具４５が、安定される間、第２取付具４６は、加圧されて、ＭＥＡ５６の第２表面を第２取付具４６から分離させる。接合の間ガスケットがＭＥＡ５６の周りに形成される構成において、第２取付具４６の加圧は、第２取付具４６からガスケットの第２表面を分離するように働く。
【００５０】
第２取付具４６の加圧は、第２取付具４６と第１取付具４５との間の、好ましくは約２．０３ｍｍ（約０．０８インチ）未満の、コンプライアント動作を可能にすることを伴い、ＭＥＡ５６の第２表面と第２取付具４６との間の分離を容易にする。第２取付具４６と第１取付具４５との間のコンプライアント動作を可能にする間、第２取付具４６は、真空の使用によって安定される。第１取付具４５および第２取付具４６は、約１ｐｓｉ〜約１５ｐｓｉに選択的に加圧される。
【００５１】
１つの特定の分離方法によれば、圧力が、ベース４４の第１のポート４３を介して第１取付具４５およびＭＥＡ５６の第１表面に加えられている間、上部グリッパアセンブリ５５の第２のポート５７で発生された真空が、第２取付具４６およびＭＥＡ５６の第２表面に与えられる。その後、圧力が、第２のポート５７を介して第２取付具４６およびＭＥＡ５６の第２表面に加えられている間、第１のポート４３で発生された真空が、第１取付具４５およびＭＥＡ５６の第１表面に与えられる。
【００５２】
ＭＥＡ５６が第１取付具４５および第２取付具４６から分離された後、第２取付具４６は、第１取付具４５との近接から移動されて、第１取付具４５からのＭＥＡ５６の取出しを可能にする。第２取付具４６が第１取付具４５との近接から移動されるとき、第１取付具４５は、真空または下部グリッパアセンブリを用いることによって安定される。
【００５３】
先の例示的な分離方法において説明されたさまざまな安定化工程は、ＭＥＡ５６が、第１取付具４５および第２取付具４６から分離されるとき、ＭＥＡ５６のその後の処理のために適切な位置にあることを確実にする。たとえば、ＭＥＡ５６は、いったん取付具アセンブリから解放されると、ロボットによって接合ステーションから切断ステーションに輸送されることができ、ロボットは、解放されたＭＥＡ５６を、同じ配向で接合ステーションから切断ステーションに慎重に輸送する。
【００５４】
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】
【００５５】
【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、燃料電池層の自動積重ねおよび接合を容易にするのによく適した２部取付具パレットアセンブリを示す。
【図３】本発明の実施形態による、接合用取付具から膜電極アセンブリを分離する分離装置の図であり、分離装置は、ＭＥＡ／接合用取付具分離を行う前の配向で示されている。
【図４】ＭＥＡ／接合用取付具分離を行った後の配向で示された図３の分離装置の図である。
【図５】図３に示された領域Ａの分解図であり、領域Ａは、ＭＥＡのさまざまな層を示し、ＭＥＡは、接合用取付具の２つの半体の間に拘束されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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