JP5290932B2 - 燃料電池用セパレータの製造方法および搬送装置 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池に用いられるセパレータの製造方法およびその製造で用いられる搬送装置に関するものである。
近年、自動車等の駆動源として注目されている燃料電池は、一般に、平板状の電極構造体（ＭＥＡ:Membrane Electrode Assembly）の両側にセパレータが積層された積層体（セル）が１ユニットとされ、複数のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構成される。電極構造体は、正極（カソード）および負極（アノード）を構成する一対のガス拡散電極の間にイオン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造である。ガス拡散電極は、電解質膜に接触する電極触媒層の外側にガス拡散層が形成されたものである。また、セパレータは、電極構造体のガス拡散電極に接触するように積層され、ガス拡散電極との間にガスを流通させるガス流路や冷媒流路が形成されている。このような燃料電池によると、例えば、負極側のガス拡散電極に面するガス流路に燃料である水素ガスを流し、正極側のガス拡散電極に面するガス流路に酸素や空気等の酸化性ガスを流すと電気化学反応が起こり、電気が発生する。
上記セパレータは、負極側の水素ガスの触媒反応により発生した電子を外部回路へ供給する一方、外部回路からの電子を正極側に送給する機能を具備する必要がある。そこで、セパレータには黒鉛系材料や金属系材料からなる導電性材料が用いられており、特に金属系材料のものは、機械的強度に優れている点や、薄板化による軽量・コンパクト化が可能である点で有利であるとされている。金属製のセパレータとしては、ステンレス鋼からなる薄板を素材とし、この素材をプレス成形により断面凹凸状に成形して、表裏面に形成された溝を上記ガス流路や冷媒流路としたものが挙げられる。
ところでセパレータには、積層する際の位置決め用部材や、衝突によるセルずれを防ぐガード兼補強用部材として、周縁部に、樹脂部材を部分的に設ける場合がある（特許文献１）。このような樹脂部材を、例えば金属製のセパレータの周縁部に設けるには、接着剤を用いて接合している。ところが、接着によって樹脂部材をセパレータに接合する方法では、樹脂部材を別途製造してそれをセパレータに接着するので、コストがかかるという問題がある。また、接着剤の硬化を待たねばならないことから時間がかかり、しかも、高い接合強度を得ることが困難である。また、接着剤を介しての接合であるため、寸法精度を高くするには限度がある。
そこで、これらの問題を解決するものとして、セパレータの周縁部に樹脂をモールドして成形と接合を同時に行う方法が考えられている（特許文献２）。
ところで、燃料電池は複数（例えば数百枚）のユニットが積層されるため、積層での位置決めの役割を持つ樹脂部材には高い寸法精度が必要とされる。すなわち、樹脂部材同士の位置決め部分（例えば特許文献２に記載の挿入孔２０ａ）の相対位置の精度がばらつかないように高い寸法精度が求められる。そこで、樹脂部品の寸法精度を高めるには、樹脂がモールドされる金属板（セパレータ素材）の温度を所定の温度範囲に保ちつつモールドする必要があった。
その一つの方案として、モールド金型内で金属板を所定の温度範囲に昇温してからモールドする方法が考えられる。しかし、この方法では昇温するため時間がかかり、生産性が低いという問題がある。
また別の方案として、モールド金型に載置する前に金属板を加熱炉内で予備加熱しておき、そのままモールド金型内に載置し、モールドする方法が考えられた。この方法では、金型内部で昇温するための時間が不要であるため生産性を向上させることができるが、加熱炉からモールド金型に金属板を搬送する際に外気の影響を受け、予備加熱した金属板の温度がばらついてしまうという問題が生じた。
また別の方案として、モールド金型に載置する前に金属板を加熱炉内で予備加熱しておき、そのままモールド金型内に載置し、モールドする方法が考えられた。この方法では、金型内部で昇温するための時間が不要であるため生産性を向上させることができるが、加熱炉からモールド金型に金属板を搬送する際に外気の影響を受け、予備加熱した金属板の温度がばらついてしまうという問題が生じた。
本発明は上記の問題に鑑み、生産性が高くかつ樹脂部品の寸法精度を向上させた燃料電池用セパレータ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。
上記問題を解決するため、本発明は、金属板を射出成形機の金型内に載置し、前記金型のキャビティに液状の樹脂を射出することにより前記金属板に樹脂部材をモールドしてなる燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記金属板を加熱炉で予備加熱する予備加熱工程と、予備加熱された前記金属板を搬送装置で把持して前記射出成形機に搬送し、前記金型内にセットする搬送工程と、前記金型のキャビティに液状の樹脂を射出するモールド工程とを備え、前記搬送工程において、前記金属板は前記搬送装置に備えられた加熱手段で加熱されながら搬送されることを特徴とする。
さらに本発明は、金属板に射出成形機で樹脂部材をモールドしてなる燃料電池用セパレータを製造する際、前記金属板を吸引して把持し前記射出成形機に搬送する搬送装置において、前記金属板に接して把持するパッドと、前記パッドに接続され、前記金属板を吸引する吸引管と、前記吸引管を支持する支持部材と、前記パッドと吸引管の間に設けられたヒーターと、を備えることを特徴とする。
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、予備加熱された金属板を搬送装置に備えられた加熱手段で加熱されながらモールド金型内に搬送されるので、外気の影響による金属板の温度ばらつきを抑制し、樹脂部品の寸法精度を高めることができる。
また、本発明の搬送装置によれば、金属板が把持される近傍にヒーターを備えているので、搬送中にヒーターで金属板を加熱しながら搬送することができる。さらに、金属板とヒーターが直接接触することがないので、ヒーターにより金属板に成形されたガス流路や冷媒流路を変形させることを防止できる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程図である。前記燃料電池セパレータは素材の金属板に、例えば特許文献１に記載されるようにその端縁部に樹脂部材（樹脂クリップ）をモールドしてなるものである。この樹脂部材をモールドすべく、金属板８は射出成形機６のモールド金型内７、７に載置される。なお、金属板８は、ガス流路などとなる凹凸が事前にプレス成形により形成されている。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造工程図である。前記燃料電池セパレータは素材の金属板に、例えば特許文献１に記載されるようにその端縁部に樹脂部材（樹脂クリップ）をモールドしてなるものである。この樹脂部材をモールドすべく、金属板８は射出成形機６のモールド金型内７、７に載置される。なお、金属板８は、ガス流路などとなる凹凸が事前にプレス成形により形成されている。
金属板８は予め加熱炉（図示せず）にて所定温度まで加熱される。その加熱された状態の金属板８は、前記加熱炉より搬送装置１によって取り出され、射出成形機６に搬送されてモールド金型内７、７に載置される。
ここで搬送装置１は上側に備えられたレール２に沿って移動する移動部３と移動部３に取り付けられたアーム部４、およびアーム部先端に取り付けられた把持部５よりなる。金属板８を加熱炉から取り出し、射出成形機６に搬送し、モールド金型７、７に載置する一連の動作は、例えばティーチング制御により自動的に行われる。
ここで搬送装置１は上側に備えられたレール２に沿って移動する移動部３と移動部３に取り付けられたアーム部４、およびアーム部先端に取り付けられた把持部５よりなる。金属板８を加熱炉から取り出し、射出成形機６に搬送し、モールド金型７、７に載置する一連の動作は、例えばティーチング制御により自動的に行われる。
図２乃至４に前記把持部５の詳細を示す。なお、図２は側面図、図３は平面図、図４は斜視図である。把持部５は金属板８に接して把持する４つのパッド５１と前記パッド５１に接続された４本の吸引管５２、吸引管５２を支持する支持部材５３、そして支持部材５３とパッド５１の間に備えられた平板状のヒーター５４を備える。なお、ヒーター５４も固定具５５により、支持部材５３によって支持される。また、ヒーター５４としては電気ヒーターを用いることができる。
搬送装置１は把持部５のパッド５１からエアーを吸引することで金属板８を吸着把持するようになっている。また、把持部５に備えられたヒーター５４が発熱することにより間接的に金属板８が加熱され、搬送時の外気温の影響を排除するようになっている。また、ヒーター５４を直接金属板８に接触させることがないため、ヒーターにより金属板に成形されたガス流路や冷媒流路を変形させることを防止できる。なお、ヒーター５４は金属板８の温度が一様に保持されるよう、金属板８の端部を囲むように金属板８よりも大きくしてある。
ヒーター５４の温度は金属板８が所望の温度に保持されるよう調整される。例えば、ヒーター５４と金属板８との距離にもよるが、金属板８を約１５０℃に保持したい場合は、ヒーター温度を２００℃〜３００℃程度とすることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、その趣旨の範囲において適宜変形可能である。例えば、上記実施の形態では、上側に設けられたレール２に沿って搬送装置１が移動するが、レールは地面に設けられてもよい。また、把持部５は多軸のアーム４によって支持されているが、これに限るものではない。ただし、金属板８の加熱炉からの取り出し及びモールド金型への載置を柔軟に行うには、アームで支持されているのが好ましい。
１ 搬送装置 ５ 把持部 ７ モールド金型 ８ 金属板
５１ パッド ５２ 吸引管 ５４ ヒーター
５１ パッド ５２ 吸引管 ５４ ヒーター
Claims (2)
- 金属板を射出成形機の金型内にセットし、前記金型のキャビティに液状の樹脂を射出することにより前記金属板に樹脂部材をモールドしてなる燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属板を加熱炉で予備加熱する予備加熱工程と、
予備加熱された前記金属板を搬送装置で把持して前記射出成形機に搬送し、前記金型内にセットする搬送工程と、
前記金型のキャビティに液状の樹脂を射出するモールド工程と、
を備え、前記搬送工程において、前記金属板は前記搬送装置に備えられた加熱装置で加熱されながら搬送されることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 金属板に射出成形機で樹脂部材をモールドしてなる燃料電池用セパレータを製造する際、前記金属板を吸引して把持し前記射出成形機に搬送する搬送装置において、
前記金属板に接して把持するパッドと、前記パッドに接続され、前記金属板を吸引する吸引管と、前記吸引管を支持する支持部材と、前記パッドと吸引管の間に設けられたヒーターと、を備えることを特徴とする搬送装置。
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