(57)【要約】【課題】  積層作業性を向上可能な燃料電池積層体の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】  燃料電池構成用平板状部品Ｐ（以下、板状部品とする）を積層して燃料電池スタックとするにあたって、積層された板状部品Ｐおよび積層される板状部品Ｐの横方向位置決め手段３および積層された板状部品Ｐを支持しかつその上下位置を調整する上下位置決め手段４を備え、積層される板状部品Ｐの板厚に応じて、上下位置決め手段４により既に積層されている板状部品Ｐを順次下降させるようにした。【選択図】    図１
2005142051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池構成用平板状部品を積層して燃料電池スタックとする燃料電池の製造方法において、
積層された燃料電池構成用平板状部品および積層される燃料電池構成用平板状部品の横方向位置決め手段と、
積層された燃料電池構成用平板状部品を支持しかつその上下位置を調整する上下位置決め手段とを備え、
上下位置決め手段により既に積層されている燃料電池構成用平板状部品を、新たに積層される燃料電池構成用平板状部品の板厚に応じて、順次下降させることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２】
燃料電池構成用平板状部品を積層して燃料電池スタックとする燃料電池の製造装置であり、
積層された燃料電池構成用平板状部品および積層される燃料電池構成用平板状部品の位置決め用穴に係合してその横方向の位置決めを行う位置決めピンと、
積層された燃料電池構成用平板状部品を下方から支持しかつその上下位置を調整する上下位置決め手段とを備え、
前記上下位置決め手段は、燃料電池構成用平板状部品の積層初期には位置決めピンの先端側のみを露出させる上昇位置に位置し、積層された燃料電池構成用平板状部品の板厚に応じてその位置を下降させて、位置決めピンの先端のみを積層された燃料電池構成用平板状部品から露出させることを特徴とする燃料電池の製造装置。
【請求項３】
前記位置決めピンは、その先端が先細りとなるテーパに形成したことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の製造装置。
【請求項４】
前記燃料電池の製造装置は、積層されている燃料電池構成用平板状部品の上端の高さ検出手段を備え、高さ検出手段により検出する高さが所定高さを超える度に所定高さ以下となるまで上下位置決め手段の上下位置を下降させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池積層体の製造方法および製造装置に関し、特に、燃料電池構成用平板状部品の積層に好適な燃料電池積層体の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から燃料電池を構成する平板状の部品を位置ずれすることなく積層でき、高精度且つ完全シールのスタックを組立てるようにした製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、スタック加圧用の加圧板にセル組立用位置決め穴をあけ、これに端面を面取りした長いＰＴＦＥ製のノックピンを挿入して直立させ、セル位置決め穴を穿設した燃料電池構成用平板状部品を順次各々のセル位置決め穴を前記ノックピンに嵌合させて積層してセルを構成し、次いでこれを所要のセル数繰り返し積層してスタックを構成し、然る後加圧プレートを用いて締め付け固定するようにしている。
【特許文献１】特開平９−１３４７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、加圧板の４隅に設けたセル組立用位置決め穴に長いＰＴＦＥ製のしなやかで弾力性があり、平板状部品の若干の位置ずれも吸収できるノックピンを夫々挿入して直立させ、４隅にセル位置決め穴を穿設した燃料電池構成用平板状部品を順次各々のセル位置決め穴を前記ノックピンに嵌合させて積層するものである。このため、前記ノックピンの先端に燃料電池構成用平板状部品のセル位置決め穴を位置合せしながら嵌合させ、次いで、燃料電池構成用平板状部品を前記ノックピンの先端から積層すべき位置まで下方へずらせていく作業を積層枚数分行う必要がある。即ち、上方での微妙な位置合せ作業と上下方向の搬送作業とを伴い著しく作業性が悪く、特に、積層枚数が多い大型の燃料電池スタックである場合には、積層作業に困難を伴うものであった。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、積層作業性を向上可能な燃料電池積層体の製造方法および製造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】
【０００６】
本発明は、燃料電池構成用平板状部品を積層して燃料電池スタックとするにあたって、積層された燃料電池構成用平板状部品および積層される燃料電池構成用平板状部品の横方向位置決め手段および積層された燃料電池構成用平板状部品を支持しかつその上下位置を調整する上下位置決め手段を備え、積層される燃料電池構成用平板状部品の板厚に応じて、上下位置決め手段により既に積層されている燃料電池構成用平板状部品を順次下降させるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、積層された燃料電池構成用平板状部品および積層される燃料電池構成用平板状部品の横方向位置決め手段および積層された燃料電池構成用平板状部品を支持しかつその上下位置を調整する上下位置決め手段を備え、積層される燃料電池構成用平板状部品の板厚に応じて、上下位置決め手段により既に積層されている燃料電池構成用平板状部品を順次下降させて燃料電池構成用平板状部品を積層するため、新たに積層する燃料電池構成用平板状部品の上下方向の搬送移動を必要とせず、常に同一高さ位置において積層することができ、この高さを最も生産性の良い高さとすることで積層作業性を改善できる。このため、搬送されてきた板状部品をロボット等で定（高さ）位置に自動積層させることもでき、生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の燃料電池積層体の製造方法および製造装置を各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、本発明を適用した燃料電池積層体の製造方法および製造装置の第１実施形態を示す燃料電池積層体の製造装置の斜視図である。
【００１０】
図１において、燃料電池積層体の製造装置１は、基礎となるベースプレート２に起立させた複数の位置決めピン３と、ベースプレート２の中央部に位置させて上下方向に伸縮可能な上下位置決め手段４と、前記上下位置決め手段４により昇降されて前記位置決めピン３に係合しつつ上下移動可能な昇降プレート５と、上下位置決め手段４を制御するコントローラ６と、を備える。
【００１１】
前記複数の位置決めピン３は、積層する燃料電池構成用平板状部品Ｐ（以下、単に「板状部品」と総称する）の位置決め穴Ｐ１に係合して板状部品Ｐの横方向の位置決めを行うものであり、曲げ剛性の大きい金属等により形成する。複数の位置決めピン３の先端は、図２に示すように、先細りとなるテーパ３Ａに形成して、板状部品Ｐの位置決め穴Ｐ１への係合時にテーパ３Ａにより横方向の位置出しを行い、テーパ３Ａに続くストレート部３Ｂで精度のよい位置決めを行う。位置決めピン３の長さは、燃料電池スタックとして積層された板状部品Ｐの積層高さに上下位置決め手段４が収縮された状態での高さを加えた長さに設定する。
【００１２】
前記上下位置決め手段４は、ベースプレート２の中央部に位置して上下方向に伸縮可能な油（空）圧シリンダ装置、ボールねじ機構、サーボモータ等の伸縮アクチュエータで構成され、伸縮アクチュエータをコントローラ６により制御することで、上方に固定した昇降プレート５の上下方向位置を調整する。この上下位置決め手段４は、コントローラ６により、板状部品Ｐが積層されていない状態では、最伸長して昇降プレート５を上昇させ、昇降プレート５の上側に位置決めピン３の先端側のテーパ３Ａのみが突出された状態とする。
【００１３】
また、コントローラ６により、上下位置決め手段４は昇降プレート５上に位置決めピン３のテーパ３Ａに位置決め用穴Ｐ１を係合させつつテーパ３Ａに沿って板状部品Ｐが載置されるとその板状部品Ｐの厚さ分だけ収縮して、積層された板状部品Ｐの上方に位置決めピン３の先端側のテーパ３Ａのみが突出された状態とするよう構成している。前記昇降プレート５は、前記上下位置決め手段４により昇降されて前記位置決めピン３に係合しつつ上下移動可能であり、その上面には、板状部品Ｐを精度よく安定して保持する複数の保持突起５Ａが設けられており、保持突起５Ａにより板状部品Ｐを水平に保持するよう構成している。
【００１４】
以上の構成になる燃料電池の製造装置１を用いた燃料電池の製造方法を以下に説明する。
【００１５】
燃料電池の製造装置１の初期状態では、上下位置決め手段４が最伸長して昇降プレート５は上昇され、昇降プレート５の上側に位置決めピン３の先端のテーパ３Ａのみが突出された状態となっている。
【００１６】
この状態において、燃料電池の板状部品としてのエンドプレートＰ（以下では、板状部品の個別の名称をあげるも、具体的な形状を図示していないため、その符号は全て「Ｐ」とする）を、その位置決め用穴Ｐ１を位置決めピン３のテーパ３Ａに係合させつつテーパ３Ａに沿って載置すると、コントローラ６により、エンドプレートＰの厚さ分だけ上下位置決め手段４が収縮して昇降プレート５およびエンドプレートＰを下降させ、エンドプレートＰの上方に位置決めピン３の先端側のテーパ３Ａのみが突出された状態とする。エンドプレートＰはその位置決め用穴Ｐ１により位置決めピン３のテーパ３Ａで横方向に位置調整され、位置決めピン３のストレート部３Ｂに位置決め用穴Ｐ１が係合するとき横方向の位置決めがなされる。
【００１７】
次いで、燃料電池の板状部品であるセパレータＰを、その位置決め用穴Ｐ１を位置決めピン３のテーパ３Ａに係合させつつテーパ３Ａに沿って載置すると、コントローラ６により、セパレータＰの厚さ分だけ上下位置決め手段４が収縮して昇降プレート５、エンドプレートＰおよびセパレータＰを下降させ、セパレータＰの上方に位置決めピン３の先端側のテーパ３Ａのみが突出された状態とする。セパレータＰはその位置決め用穴Ｐ１により位置決めピン３のテーパ３Ａで横方向に位置調整され、位置決めピン３のストレート部３Ｂに位置決め用穴Ｐ１が係合するとき横方向の位置決めがなされる。
【００１８】
そして、上記の要領で、以下同様にして、板状部品Ｐであるガス拡散電極、高分子膜、ガス拡散電極、セパレータと、順次積層する。燃料電池の板状部品Ｐは、予め夫々の板厚および夫々の積層順序が設定されているため、板状部品Ｐが積層される度に、コントローラ６により、設定された順序に従って上下位置決め手段４の上下位置が変更される。積層される板状部品Ｐは、積層する時には、上下方向の常に同じ作業位置において、位置決めピン３の先端のテーパ３Ａに係合させて位置調整され、テーパ３Ａに続く位置決めピン３のストレート部分３Ｂの外周により横方向位置の位置決めがされる。コントローラ６は、新たに板状部品Ｐが積層される度に、上下位置決め手段４が作動して昇降プレート５および昇降プレート５上に既に積層されている板状部品Ｐを下降させて新たな上下方向位置に移動される。
【００１９】
燃料電池スタックとして予め設定されたセル数を構成するだけ板状部品Ｐを積層した段階で、上方のエンドプレートＰを、同様の要領で積層すると、上下のエンドプレートＰ同士を複数のボルトナットにより、積層した燃料電池構成用平板状部品Ｐに均等な締付け力が作用するよう、仮締め付け固定して、燃料電池スタックの仮組立が完了する。このスタックは上下位置決め手段４を伸長させることで位置決めピン３から外し、積層した燃料電池構成用平板状部品Ｐに均等な締付け力が作用するよう調整する完成工程に搬送される。
【００２０】
図３は、燃料電池積層体の製造装置の第２実施形態を示すものであり、第１実施形態においては、上下位置決め手段４は、板状部品Ｐが積層される度に、予め設定した積層順序に従ってその板厚分だけ上下位置決め手段４の上下位置を変更するものであったが、このような設定を必要としないで積層可能な製造装置を提供するものである。
【００２１】
図３において、第２実施形態の製造装置は、対角位置に位置する（若しくは、一対の）位置決めピン３の一方に、例えばレーザビーム等の、発光素子７を設置する一方、位置決めピン３の他方に受光素子８を設置し、発光素子７からのレーザビームを受光素子８で受光するように配列させる。発光素子７および受光素子８の設置高さは、位置決めピン３のテーパ３Ａとストレート部３Ｂとの境目付近となるようにする。受光素子８は受光信号、即ち、発光素子７からのレーザビームを受光しているか、遮蔽物が存在して受光していないか、を常時コントローラ６に入力する。
【００２２】
コントローラ６は、発光素子７からのレーザビームが受光素子８に受光されなくなった時点（遮蔽物、この場合には、燃料電池の板状部品Ｐで遮光した時点）で、コントローラ６により上下位置決め手段４の駆動装置４Ａを作動させて昇降プレート５を下降させ、再び発光素子７からのレーザビームが受光素子８に受光された段階で、駆動装置４Ａを介して上下位置決め手段４による昇降プレート５の下降を停止させるようにする。
【００２３】
この燃料電池の製造装置１では、昇降プレート５若しくは昇降プレート５に既に積層されている板状部品Ｐの上に、新たに板状部品Ｐが積層される度に、発光素子か７ら受光素子８に達していたレーザビームが新たに積層した板状部品Ｐにより遮断されるため、積層した板状部品Ｐがレーザビームを遮断しない位置まで、上下位置決め手段４を作動させて下降させる。従って、予め下降量を順次設定することなく、板状部品Ｐの積層の度にその板厚分だけ自動的に下降させることができる。
【００２４】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２５】
（ア）燃料電池構成用平板状部品Ｐを積層して燃料電池スタックとするにあたって、積層された燃料電池構成用平板状部品Ｐおよび積層される燃料電池構成用平板状部品Ｐの横方向位置決め手段３および積層された燃料電池構成用平板状部品Ｐを支持しかつその上下位置を調整する上下位置決め手段４を備え、積層される燃料電池構成用平板状部品Ｐの板厚に応じて、上下位置決め手段４により既に積層されている燃料電池構成用平板状部品Ｐを順次下降させるようにした。このため、新たに積層する燃料電池構成用平板状部品Ｐの上下方向の搬送移動を必要とせず、常に同一高さ位置において積層することができ、この高さを最も生産性の良い高さとすることで積層作業性を改善できる。このため、搬送されてきた板状部品Ｐをロボット等で定（高さ）位置に自動積層させることもでき、生産性を向上できる。
【００２６】
（イ）位置決めピン３は、その先端が先細りとなるテーパ３Ａに形成することで、燃料電池構成用平板状部品Ｐはその位置決め用穴Ｐ１により位置決めピン３のテーパ３Ａで横方向に位置調整され、位置決めピン３のストレート部３Ｂに位置決め用穴Ｐ１が係合するとき横方向の位置決めがなされ、精度のよい積層することができる。
【００２７】
（ウ）第２実施形態のように、積層されている燃料電池構成用平板状部品Ｐの上端の高さ検出手段（７、８）を備え、高さ検出手段（７、８）により検出する高さが所定高さを超える度に所定高さ以下となるまで上下位置決め手段４の上下位置を下降させる場合には、予め下降量を順次設定することなく、板状部品Ｐの積層の度に自動的に下降させることができ、制御が簡単となる。
【００２８】
なお、上記実施形態において、燃料電池の製造装置１として、ベースプレート２が床等に設置された定位置で燃料電池の板状部品Ｐを積層するものについて説明したが、図示はしないが、ベースプレート２をパレットとして製造ライン上で搬送させて、各ステージである決まった板状部品が積層されるようにしてもよく、この場合には、ラインサイドからストックしている板状部品をパレット上に積層するようにしてもよく、この場合にも、板状部品の組付け高さが一定となるため、ロボット等による自動組付け作業が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池の製造装置の斜視図。
【図２】同じく位置決めピンの先端を含む燃料電池構成用平板状部品の断面図。
【図３】第２実施形態を示す燃料電池の製造装置のシステム構成図。
【符号の説明】
【００３０】
Ｐ  板状部品、燃料電池構成用平板状部品
１  燃料電池の製造装置
２  ベースプレート
３  位置決めピン
４  上下位置決め手段
５  昇降プレート
６  コントローラ
７  発光素子（高さ検出手段）
８  受光素子（高さ検出手段）
【図１】
2005142051.tif 000003
【図２】
2005142051.tif 000004
【図３】
2005142051.tif 000005