燃料電池的制造技術

專利名稱：燃料電池的制造技術
方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池的制造。
背景技術：
日本國特許廳2001年發行的JP2001-236971A中公開了這樣的制造燃料電池的方 法使用輥從電解質膜的巻體送出電解質膜的一端，對移動的電解質膜，依次進行催化層的 形成、氣體擴散層的形成、隔板的接合，從而得到呈帶狀連續的多個燃料電池。

發明內容
在應用該制造方法時，在每次以一定長度送出電解質膜、進行各處理時，有必要正 確地使其停止，但考慮輥的滑動，不容易進行這樣的定位。 因此，本發明的目的是提高從巻體送出的電解質膜的送出精度，正確地進行向規 定位置的定位。 本發明的另一 目的是使用電解質膜的巻體，高效率地制造燃料電池堆棧。 為達到上述目的，本發明提供一種燃料電池堆棧的制造方法，具有可動臺，該可動
臺能夠以層疊狀態保持由隔板夾著電介質膜的狀態的單元；將電介質膜供給到離開上述層
疊狀態的單元的隔板的供給位置；將隔板投入到離開上述電介質膜的投入位置；經過使上
述隔板從投入位置越過電介質膜供給位置的行程，將上述隔板壓靠在層疊于可動臺上的單
元的隔板上，使上述隔板和電介質膜與已層疊的單元一體化；依次向可動臺上層疊單元。 本發明還提供一種燃料電池堆棧的制造裝置，該制造裝置具有可動臺，該可動臺
能夠以層疊狀態保持由隔板夾著電介質膜的狀態的單元；電介質膜供給裝置，將電介質膜
供給到離開上述層疊狀態的單元的隔板的供給位置；隔板投入裝置，將隔板投入到離開上
述電介質膜的投入位置；投入側可動臺，其保持上述投入了的隔板并經過使該投入了的隔
板從投入位置越過電介質膜供給位置的行程將上述投入了的隔板壓靠在層疊于可動臺上
的單元的隔板上，使上述隔板和電介質膜與已層疊的單元一體化。 為達到上述目的，本發明提供一種燃料電池的制造方法，對電解質膜實施規定處 理來制造燃料電池。該制造方法包括通過輸送輥的旋轉來送出電解質膜的工序，該電解質 膜為帶狀，在兩側部在長度方向以一定間距呈列狀地形成有輸送用孔，并巻繞于巻軸，該輸 送輥在外周具有與輸送用孔結合的突起；在基于輸送輥的旋轉速度而設定的規定處理時刻 進行規定處理的工序。 本發明還提供一種燃料電池的制造裝置，用于對電解質膜實施規定處理來制造 燃料電池，該制造裝置包括電解質膜，其為帶狀，在兩側部在長度方向以一定間距呈列狀 地形成有輸送用孔，并巻繞于巻軸；輸送輥，其在外周具有與輸送用孔結合的突起；處理單元，其基于輸送輥的旋轉速度而設定的規定處理時刻，對由輸送輥的旋轉而從巻軸送出的 電解質膜進行規定處理。 本發明還提供一種電解質膜，用于實施規定處理來制造燃料電池，并巻繞于巻軸。 電解質膜在兩側部具有在長度方向以一定間距呈列狀地形成的輸送用孔；輸送用孔與形成 在輸送輥的突起接合，隨著輸送輥的旋轉而從巻軸送出電解質膜。 本發明還提供一種燃料電池的制造方法，該燃料電池是交替層疊膜電極接合體和 隔板而成的，其中，該制造方法包括第1工序，從第1隔板的側方，向面向第1隔板的位置 與第1隔板平行地供給薄膜狀的膜電極接合體；第2工序，夾著通過第1工序供給的膜電極 接合體，向與第1隔板相反的一側供給第2隔板；第3工序，使第2隔板朝向第1隔板位移， 從而將膜電極接合體切斷，并用第1隔板和第2隔板夾持膜電極接合體。
本發明還提供一種燃料電池的制造裝置，該燃料電池是交替層疊膜電極接合體和 隔板而成的，其中，該制造裝置包括輸送單元，其從第1隔板的側方，向面向第1隔板的位 置與第1隔板平行地供給薄膜狀的膜電極接合體；隔板供給單元，其夾著由輸送單元供給 的膜電極接合體，向與第1隔板相反的一側供給第2隔板；層疊單元，其使第2隔板朝向第 1隔板位移，從而將膜電極接合體切斷，并用第1隔板和第2隔板夾持膜電極接合體。
本發明的詳細及其他特征和優點，在說明書以后的記載中進行說明，并示于附圖。


圖1A和圖1B是本發明的燃料電池制造裝置的概略立體圖和要部放大圖。 圖2是說明燃料電池制造裝置的控制器的構成的框圖。 圖3是本發明的膜電極接合體(MEA)的巻體的立體圖。 圖4與圖3類似，表示關于保護片的不同構成。 圖5A和圖5B是燃料電池制造裝置所具有的MEA供給單元的俯視圖和輸送輥的側 視圖。 圖6是從圖5A的VI-VI方向看到的巻軸保持部的側視圖。 圖7是燃料電池制造裝置所具有的氣體擴散層(GDL)傳送帶的要部俯視圖。 圖8是從圖7的IIX-IIX方向看到的GDL傳送帶和GDL供給部的側視圖。 圖9是燃料電池制造裝置的GDL安裝部的、從MEA的移動方向看到的側視圖。 圖10是燃料電池制造裝置所具有的熱壓機的、從MEA的移動方向看到的側視圖。 圖11是燃料電池制造裝置所具有的隔板傳送帶的要部俯視圖。 圖12是從圖11的XII-XII方向看到的隔板傳送帶和隔板供給部的側視圖。 圖13是燃料電池制造裝置的密封劑涂敷部的側視圖。 圖14是燃料電池制造裝置的隔板安裝部的、從MEA的移動方向看到的側視圖。 圖15是燃料電池制造裝置所具有的干燥爐的橫剖視圖。 圖16A 圖16C是本發明第2實施例的燃料電池制造裝置的要部的側視圖和立體 圖。 圖17A和圖17B是本發明的第3實施例的燃料電池制造裝置的概略側視圖。 圖18是本發明的第3實施例的膜電極接合體(MEA)的巻體的立體圖。 圖19與圖18類似，表示沒有切痕線的MEA。
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圖20是本發明的第3實施例的另一層疊單元的側視圖。
圖21是本發明的第3實施例的層疊構件供給單元的俯視圖。
圖22是本發明的第3實施例的層疊構件的縱剖視圖。
圖23是本發明的第3實施例的另一層疊構件的縱剖視圖。 圖24是說明本發明的第3實施例的燃料電池制造裝置的燃料電池堆棧的制造工 序的流程圖。 圖25是說明本發明的第3實施例的層疊單元對MEA施加張力的狀態的層疊單元 的側視圖。 圖26與圖25類似，表示層疊單元將第2隔板壓靠于MEA的狀態。 圖27與圖25類似，表示層疊單元切斷了 MEA的狀態。 圖28與圖25類似，表示層疊單元使上構件返回到上升位置的狀態。
具體實施例方式
參照圖1A，燃料電池制造裝置包括從膜電極接合體(MEA) 1的巻體30拉出MEA1 并進行輸送的MEA輸送單元2，在MEA1的兩表面固定氣體擴散層(GDL)6的GDL安裝單元 3，還有將隔板7固定于GDL6的外側的隔板安裝單元4。燃料電池制造裝置還具有同步控制 M EA輸送單元2、 GDL安裝單元3和隔板安裝單元4的控制器5。 參照圖3， MEA1是如虛線所示預先在電解質膜的兩表面以規定的間距形成鉑等催 化層12而成的，催化層12構成燃料電池的電極。MEA1的表面包括催化層12并被保護片8覆蓋。 MEA1和保護片8 —體地巻繞于巻軸9上，構成巻體30。在MEA1和保護片8的兩 側部，在長度方向以等間距形成有輸送用孔10。在MEA1的一表面預先以與催化層12的形 成間距相等的間距印刷有光學標記11。為了檢測該光學標記ll，MEA輸送單元2具有如圖 5A所示的光學傳感器26。光學傳感器26每檢測出光學標記11和孔10，都分別向控制器5 輸出固有信號。控制器5根據這些信號，把握催化層12的形成位置，進行MEA輸送單元2、 GDL安裝單元3和隔板安裝單元4的控制，從而精度良好地使催化層12、 GDL6和隔板7的 層疊位置對齊。 在本實施例中，使用預先使催化層12與電解質膜一體化而成的MEA1的巻體30， 但也可以使用僅是電解質膜的巻體，將在從巻體送出的電解質膜的表面形成催化層的催化 層形成單元配置在巻體和GDL安裝單元3之間。或者，也可以預先在GDL6的與電解質膜抵 接的面一體形成催化層12， GDL安裝單元3將被一體化的GDL6和催化層12固定于電解質 膜。即使在這些場合，根據光學傳感器26的輸出信號，也可以精度良好地進行層疊于電解 質膜上的催化層12、GDL6及隔板7的層疊位置的定位。 MEA1被保護片8完全覆蓋。如圖4所示，可以將保護片8分離成覆蓋除輸送用孔 10以外的部分的MEA1的兩側部的第1保護片8B、和覆蓋其內側中央部的第2保護片8A。
保護片8是用于保護電解質膜和其上的催化層12的，在燃料電池的制造過程中， 在向MEA1的表面固定GDL6之前，先從MEA1取下保護片8，這時，僅除去第2保護片8A，留 下第1保護片8B，從而可以在燃料電池的整個制造過程中保護輸送用孔10。
再參照圖1A， MEA輸送單元2具有MEA供給部13、 MEA張緊器14及一對MEA牽弓|輥15。 GDL安裝單元3配置于MEA供給部13和MEA張緊器14之間，隔板安裝單元4配置 于MEA張緊器14和一對MEA牽引輥15之間。 一對MEA牽引輥15夾持MEA1，用摩擦力牽 引MEAl。 MEA張緊器14在GDL安裝單元3和隔板安裝單元4之間除去MEAl的松弛，保持 MEAl的張力為恒定。MEA張緊器14由一組可動輥42和一對固定輥41構成，該一組可動輥 42被彈簧向相互分離的方向施力，該一對固定輥41分別配置于在MEA1的移動方向上的可 動輥42的上游和下游。 參照圖5A和圖5B，MEA供給部13具有收容安裝MEA1的巻體30的巻軸保持部33。
巻軸保持部33具有2根旋轉軸34，在各旋轉軸34上安裝有巻繞MEAl的巻軸9。 巻軸保持部33相應于液壓缸35的伸縮而向圖6的箭頭所示的方向位移。
如圖5A所示，圖上側的巻體30的殘留變少時，從圖下側的巻體30拉出MEA1的前 端，通過夾子或熱熔接固定于現在正供給的MEA1 。其后，從圖上側的巻體30送出的MEA1被 切斷。并且，液壓缸35收縮，使巻軸保持部33向圖上方移動。以后，從圖下側的巻體30送 出MEA1。在下側的巻體30被送出期間，連同巻軸9 一起取下上側的巻體30，更換成新巻體 30。通過這樣的構成，巻軸保持部33可以不中斷地送出MEA1。 為了從巻軸保持部33拉出MEA1，如圖1B所示，MEA供給部13具有輸送輥32，該 輸送輥32具有與MEA1的輸送用孔10結合的突起32A。如圖5B所示，輸送輥32固定于被 伺服電動機36驅動的驅動軸37。 在MEA1的送出方向上，在輸送輥32的正前方和正后方分別設有一對保持輥31。 一對保持輥31從兩側夾持通過輸送輥32從巻軸保持部33拉出的MEA1，防止MEA1的扭曲 和偏轉。 MEA供給部13為了分別巻取MEA1的一表面的保護片8和另一表面的保護片8，在 夾著MEA1的對稱位置具有各2個保護片回收巻軸39。保護片回收巻軸39被軸38驅動旋 轉。在圖5A中，位于MEA1的上方的2個保護片回收巻軸39，通過與上述巻軸保持部33同 樣的構造，從而有選擇地應用于保護片8的回收。S卩，一保護片回收巻軸39的巻取量已滿 時，替換成另一保護片回收巻軸39使用，在此期間，將巻取量已滿的保護片回收巻軸39更 換為空的保護片回收巻軸39。在圖5A中，對于位于MEA1下方的2個保護片回收巻軸39也 是同樣。 MEA1在一對MEA牽引輥15和由MEA張緊器14施加的張力作用下，被從MEA供給 部13向GDL安裝單元3送出。上述的光學傳感器26設于MEA供給部13和GDL安裝單元 3之間。 再參照圖1A， GDL安裝單元3具有分別配置于MEA1的兩側的環狀的GDL傳送帶 16、GDL供給部17、GDL安裝部18和熱壓機19。 參照圖7，GDL傳送帶16具有繞掛于一對鏈輪43的鏈44。 一鏈輪43由伺服電動 機45驅動旋轉。在鏈44安裝有多個GDL輸送托盤46。如圖所示，GDL傳送帶16被配置成 鏈44所形成的長圓形的軌道的直線部分與被輸送的MEA1平行。鏈44的位移速度被控制 成與MEA1的位移速度一致。 參照圖8， GDL輸送托盤46通過銷48、保持臂49和伸縮氣缸50支承于固定在鏈 44上的支柱47。保持臂49能以銷48為支點轉動。伸縮氣缸50，相對于GDL傳送帶16的軌道，立設于保持臂49的內周端。在伸縮氣缸50的前端固定有吸附墊52。吸附墊52由根 據信號來進行GDL6的吸附與釋放的真空式致動器構成。 GDL傳送帶16具有與鏈44平行的一對托盤保持引導部51。該托盤保持引導部51 抵接于與鏈44共同移動的GDL輸送托盤46的下表面，使GDL輸送托盤46保持為水平。在 與MEA1平行的位置，在一托盤保持引導部51形成有缺口。 參照圖9，在GDL安裝部18具有與該缺口配合的可動引導部51A。可動引導部51A 安裝于通過銷支承于地面的起立氣缸59的前端。起立氣缸59在收縮位置，如圖中點劃線 所示，將GDL輸送托盤46與托盤保持引導部51同樣保持為水平。起立氣缸59在伸長位 置，通過可動引導部51A使GDL輸送托盤46以銷48為支點向如圖中實線所示的垂直位置 轉動。另外，缺口及可動引導部51A形成于從GDL安裝部18到熱壓機19的近前方的區間。
被GDL輸送托盤46上的吸附墊52吸附的GDL6，通過起立氣缸59的伸長而被支 承于面臨MEA1的直立位置。在這種狀態下，通過使伸縮氣缸50伸長，GDL6被壓靠于MEA1。 如圖所示，GDL安裝部18使MEA1兩側的起立氣缸59同步伸長，并使MEA1兩側的伸縮氣缸 50同步伸長，從而同時從兩側向MEA1壓靠GDL6。在GDL6的與MEA1的接合面預先涂敷電解 質液，并使其干燥。將GDL6壓接于MEA1后，放開吸附墊52，使起立氣缸59和伸縮氣缸50 收縮時，GDL輸送托盤46向水平位置轉動。GDL6保持由電解質液的粘著力而附著于MEA1 的狀態，與MEA1同時被向熱壓機19輸送。 參照圖IO，在熱壓機19的內部設有從MEA1的兩側向MEA1推出的一對壓板60。壓 板60分別支承于伸縮氣缸61的前端。壓板60由加熱器保持為從8(TC到15(TC的范圍的 溫度。使伸縮氣缸61伸長時，壓板60分別從外側壓靠于在MEA1的兩表面上附著的GDL6 上，將MEA1和GDL6熱壓縮。僅用電解質的粘著力而附著于MEA1的兩表面上的GDL6，通過 該熱壓縮而與MEA1 —體化。 再參照圖1A， GDL6向GDL輸送托盤46的供給，相對于鏈44的軌道，由位于與GDL 安裝部18相反的一側的GDL供給部17進行。 再參照圖8， GDL供給部17從上方將GDL6載置于GDL輸送托盤46的高架式移送 裝置54和一對GDL供給托盤53。在GDL供給托盤53上層疊有預先涂敷電解質液、并使其 干燥而成的GDL6。 GDL供給托盤53，在這種狀態下，被從外部向鏈44的軌道的外側規定位
置輸送。 移送裝置54具有從GDL供給托盤53的上方到GDL輸送托盤46的上方的輸送軌 55、和與輸送軌55結合的自動推進式的裝載機56、安裝于裝載機56的降落部57。降落部 57是在下端安裝了與吸附墊52同樣構成的吸附墊92的伸縮構件，根據輸入信號進行伸縮， 還根據另一輸入信號進行吸附墊92對GDL6的吸附和釋放。 如圖中點劃線所示，移送裝置54使降落部57向供給托盤53的上方移動，使降落 部57伸長，用下端的吸附墊92吸附層疊于供給托盤53的最上部的GDL6。然后，在吸附著 GDL6的狀態下，使降落部57收縮，使裝載機56如圖中實線所示那樣向GDL輸送托盤46的 上方行走。然后，再次使降落部57伸長，釋放吸附墊92，從而將GDL6載置到GDL輸送托盤 46的吸附墊52上。GDL輸送托盤46 —邊用吸附墊52吸附著該GDL6， 一邊相應于鏈44的 位移而向GDL安裝部18輸送GDL6。在GDL安裝單元3中，如此與GDL6 —體化了的MEA1經過MEA張緊器14到達隔板
8安裝單元4。 再參照圖1A，隔板安裝單元4具有分別配置于MEA1的兩側的環狀的隔板傳送帶 20、隔板供給部21、向隔板傳送帶20上的隔板7涂敷密封劑的密封劑涂敷部22、隔板安裝 部23和干燥爐24。 參照圖11，隔板傳送帶20的構成與GDL傳送帶16的構成類似，具有繞掛于一對鏈 輪63的鏈64、和驅動鏈輪63的伺服電動機65。在這樣的構成下，鏈64與MEA1的位移同 步移動。在鏈64安裝有多個隔板輸送托盤66。 參照圖12，隔板輸送托盤66通過銷68、保持臂69和伸縮氣缸70支承于固定在鏈 64上的支柱67。保持臂69能以銷68為支點轉動。伸縮氣缸70，相對于隔板傳送帶20的 軌道立設于保持臂69的內周端。在伸縮氣缸70的前端固定有吸附墊72。吸附墊72由根 據信號進行隔板7的吸附與釋放的真空式致動器構成。 隔板傳送帶20具有與鏈64平行的一對隔板保持引導部71。隔板保持引導部71 抵接于同鏈64共同移動的隔板輸送托盤66的下表面，保持隔板輸送托盤66為水平。在與 MEA水平的位置，在一隔板保持引導部71形成缺口。 參照圖14，隔板安裝部23具有與該缺口嵌合的可動引導部71A。可動引導部71A 安裝于起立氣缸87的前端，起立氣缸87通過銷支承于地面。起立氣缸87在收縮位置，如 圖中點劃線所示，與托盤保持引導部71同樣地將隔板輸送托盤66保持為水平。起立氣缸 87在伸長位置，通過可動引導部71A，使隔板輸送托盤66以銷68為支點向圖中實線所示的 垂直位置轉動。 吸附于隔板輸送托盤66上的吸附墊72的隔板7，通過起立氣缸87的伸長而支承 于面臨MEA1的直立位置。在這種狀態下，使伸縮氣缸70伸長，從而隔板7被向MEA1壓靠。 如圖所示，隔板安裝部23，使MEA1兩側的起立氣缸87同步伸長，并使MEA1兩側的伸縮氣缸 70同步伸長，從而同時從兩側向MEA1壓靠隔板7。預先通過密封劑涂敷部22在面臨MEA1 的隔板7的外周部涂敷有密封劑。 干燥爐24，在MEA1的移動方向，與隔板安裝部23的下游相鄰。 參照圖15，干燥爐24被構成在覆蓋鏈64的一部分區間地形成的干燥爐箱88內。
在干燥爐箱88內，設有將隔板輸送托盤66保持于與伸長狀態的起立氣缸87相同的垂直位
置的固定引導部71B。隔板傳送帶20在使隔板輸送托盤66與MEA1 —體地從隔板安裝部
23向干燥爐24移動時，隔板輸送托盤66在夾持著隔板7和MEA1的狀態下，從可動引導部
71A的內側向固定引導部71B的內側進入。隔板輸送托盤66完全進入固定導引部71B的內
側時，起立氣缸87收縮，可動導引部71A再次位于托盤保持導引部71的延長線上。 在干燥爐箱88中，設有從上方及兩側方面臨隔板輸送托盤66的3個遠紅外線加
熱器89A，該隔板輸送托盤66與隔板7 —起夾持著MEA1 。遠紅外線加熱器89A使干燥爐箱
88內溫度維持在從8(TC到20(TC的范圍。在干燥爐24加熱的結果，隔板7外周部的密封劑
固化，在MEA1固定隔板7。在GDL安裝單元3中，由于在MEA1的兩表面已經與GDL6—體
化，所以隔板7嚴密地固定于GDL6。 S卩，通過該加熱處理，各燃料電池的層疊完成。 固定引導部71B，在隔板輸送托盤66的移動方向上，在干燥爐24的下游，緩緩地遠
離MEA1，最終轉移到保持隔板輸送托盤66為水平的隔板保持引導部71。 再參照圖1A，隔板7向隔板輸送托盤66的供給，相對于鏈64的軌道，由位于與隔板安裝部23相反的一側的隔板供給部21進行。 再參照圖12，隔板供給部21與GDL供給部17具有同樣構成。即，隔板供給部21 具有高架式移送裝置74和一對隔板供給托盤73。隔板供給托盤73在層疊了隔板7的狀態 下被從外部輸送到鏈64的軌道外側的規定位置。 移送裝置74具有輸送軌75、與輸送軌75結合的自動推進式的裝載機76和安裝于 裝載機76的降落部77。降落部77是在下端安裝有與吸附墊72同樣構成的吸附墊102的 伸縮部件，根據輸入信號而進行伸縮，并根據另一輸入信號而進行吸附墊102對隔板7的吸 附和釋放。由移送裝置74進行的隔板7從隔板供給托盤73向隔板輸送托盤66的移送是 與由移送裝置54進行的GDL6從GDL供給托盤53向GDL輸送托盤46的移送同樣進行的。
再參照圖1A，密封劑涂敷部22，在鏈64的軌道上，與隔板供給部21的下游側相鄰 地設置。 參照圖13，密封劑涂敷部22，具有從上方面臨以水平狀態被隔板輸送托盤66輸送 的隔板7的涂敷噴嘴78。涂敷噴嘴78配置于伸縮氣缸80的前端，該伸縮氣缸80支承于在 隔板輸送托盤66的上方的規定動作區域內可在水平方向位移的X-Y機械手79，并沿垂直方 向伸縮。X-Y機械手79還在動作區域和其側方的待機位置81之間移動涂敷噴嘴78。
密封劑涂敷部22具有被儲存密封劑的泵加壓的筒82、從筒82向定流量裝置85壓 送密封劑的一次配管84、將定流量裝置85計量后的密封劑向涂敷噴嘴78供給的二次配管 86。密封劑涂敷部22，從涂敷噴嘴78涂敷密封劑在由隔板輸送托盤66輸送到涂敷噴嘴78 的下方的隔板7的包括外周部的規定位置。 然后，說明控制MEA輸送單元2、 GDL安裝單元3和隔板安裝單元4的控制器5的 功能。 參照圖2，控制器5基于來自檢測MEA1的輸送用孔10和標記11的光學傳感器26 的輸入信號，控制MEA輸送單元2的MEA1的輸送速度和輸送節拍。具體地說，控制驅動輸 送輥32的伺服電動機36、牽引輥15和保護片回收巻軸39的旋轉。控制器5還基于來自光 學傳感器26的輸入信號，控制GDL安裝單元3的GDL供給部17、GDL傳送帶16的伺服電動 機45、GDL安裝部18及熱壓機19的動作時刻。控制器5還基于來自光學傳感器26的輸入 信號，控制隔板安裝單元4的隔板供給部21、隔板傳送帶20的伺服電動機65、密封劑涂敷 部22及隔板安裝部23的動作時刻。 控制器5由具有中央運算裝置(CPU)、讀出專用存儲器(ROM)、隨機存取存儲器 (RAM)及輸入輸出接口 (1/0接口)的微型計算機構成。也可用多個微型計算機構成控制 器。 為了這些控制，控制器5具有基準信號輸出部27、動作時刻設定部28、控制MEA 輸送單元2的各裝置的MEA輸送單元控制部2A、控制GDL安裝單元3的各裝置的動作時刻 的GDL安裝單元控制部3A、隔板安裝單元4的各裝置的隔板安裝單元控制部4A。這些各部 是作為假想的單元表示控制器5的各機能，并不是物理存在。 基準信號輸出部27從光學傳感器26根據輸送用孔10而向控制器5輸入的信號， 生成與MEA1的實際輸送速度對應的信號。基準信號輸出部27還從光學傳感器26根據光 學標記11而向控制器5輸入的信號，檢測出圖3中虛線所示的催化層12的位置，生成與該 位置檢測度對應的基準位置信號。
動作時刻設定部28，根據基準位置信號和MEAl的實際輸送速度生成各種致動器 的動作時刻信號。由于預先知道各種致動器和光學傳感器的距離，所以可以根據該距離與 基準位置信號和MEAl的實際輸送速度，計算求出應使各致動器動作的時刻。
與GDL安裝單元3有關的動作時刻信號，包括用于使GDL6接合于MEA1的催化層12 的正上方的起立氣缸59和吸附墊52的動作時刻、使壓板60壓靠到MEAl的兩表面的GDL6 的伸縮氣缸61的動作時刻、及用于從GDL供給托盤53向GDL輸送托盤46供給GDL6的裝 載機56、降落部57及吸附墊52的動作時刻。 與隔板安裝單元4有關的動作時刻信號，包括用于使隔板7接合于GDL6的正上方 的起立氣缸87和吸附墊72的動作時刻、用于從隔板供給托盤73向隔板輸送托盤66供給 隔板7的裝載機76、降落部77及吸附墊102的動作時刻、用于在隔板7的周緣部正確地涂 敷密封劑的X-Y機械手79、伸縮氣缸80和涂敷噴嘴78的動作時刻。 為了實現預先設定的MEA1的目標輸送速度，MEA輸送單元控制部2A根據MEA1的 實際輸送速度信號，對輸送輥32、MEA牽引輥15和保護片回收巻軸39的旋轉速度進行反饋 控制。 GDL安裝單元控制部3A基于MEA1的實際輸送速度信號，控制伺服電動機45的旋 轉速度以使2個GDL傳送帶16的速度與MEA1的實際輸送速度相等。另外，基于動作時刻 設定部28所生成的與GDL安裝單元3有關的動作時刻信號，控制GDL供給部17、 GDL安裝 部18和熱壓機19。 隔板安裝單元控制部4A，基于MEA1的實際輸送速度信號，控制伺服電動機65的旋 轉速度以使2個隔板傳送帶20的速度與MEA1的實際輸送速度相等。此外，基于動作時刻 設定部28所生成的與隔板安裝單元4有關的動作時刻信號，控制隔板供給部21、密封劑涂 敷部22和隔板安裝部23。 在該燃料電池制造裝置中，在MEA1形成與輸送輥32的突起結合的輸送用孔10和 表示各催化層12的位置的標記ll，基于光學傳感器26相應于孔10和標記11的通過而分 別輸出的固有信號，檢測出MEA1的實際輸送速度和催化層12的位置。因此，可以精度良好 地使GDL傳送帶16和隔板傳送帶20的速度與MEA1的實際輸送速度一致。另外，根據催化 層12的位置和MEA1的實際輸送速度，可以正確地設定GDL安裝單元3和隔板安裝單元4 的各致動器的動作時刻。因此，可以在高位置精度下進行GDL6和隔板7向MEA1的組裝。
該燃料電池制造裝置，一邊使GDL6以同速并行， 一邊將GDL6組裝于MEA1，并且，一 邊使隔板7以同速并行， 一邊組裝隔板7，所以可以一邊連續運轉MEA輸送單元2， 一邊高效 率地制造燃料電池。 接著，參照圖16A-圖16C，說明本發明的第2實施例。 該實施例，在輸送膜95上形成隔板7。在輸送膜95形成與在MEA1上形成的相同 的輸送用孔IOA。 燃料電池制造裝置具有MEA輸送單元200和配置于其兩側的一對隔板輸送單元 40。 MEA輸送單元200通過輸送輥132從巻繞于巻軸9而成的MEA1的巻體30送出 MEA1。與第1實施例相同，在MEA1以一定間距形成有催化層，在催化層的兩外側，以一定間 距形成有輸送用孔10。但是，在通過輸送輥132的時刻，在MEA1未粘貼有第1實施例那樣
11的保護片。在輸送輥132的外周，形成有與孔10結合的突起。 隔板7預先以與MEA1的催化層相同的間距粘接于膜95上，該膜95與MEA1同樣 在兩側以一定間距形成有與孔10同樣的輸送用孔10A。 隔板輸送單元40具有與輸送輥132 —樣的突起，具有與輸送輥132同步旋轉的輸 送輥132A。輸送輥132A通過使突起132B結合于孔10A、并進行旋轉，來輸送膜95。在膜 95的移動方向上，在輸送輥132A的上游設有密封劑涂敷噴嘴78。密封劑涂敷噴嘴78與第 1實施例相同，在隔板7的包括外周部的規定位置涂敷密封劑。 如此，向MEA1的兩側供給粘接著隔板7的膜95。膜95上的隔板7通過一對接合 輥133而壓接于MEA1。 如圖16C所示，在一對接合輥133的一輥的外周，形成有貫穿輸送用孔10和孔10A 的突起320。在一對接合輥133的另一輥，形成有接納突起的凹部321。通過貫穿了孔IO 和10A的突起320和凹部321的結合，一對接合輥133在與MEA1的催化層12正確對應的 位置從兩側壓接隔板7。在MEA1的移動方向上，在接合輥133的下游，還設有熱壓接輥94。 熱壓接輥94從外側對夾持著MEA1的隔板7帶來壓縮力及熱，使MEA1和隔板7進一步緊密 貼合，并使涂敷于隔板7的密封劑干燥，使MEA1和隔板7完全粘接。在以上的處理后，通過 從隔板7剝下膜95，從而完成燃料電池。另外，在本實施例中，雖然未使用GDL，但也可以取 代隔板7，通過將GDL粘接到膜95上，而將該裝置用于向MEA1組裝GDL。
根據本實施例，將隔板7粘接于膜95上，使接合輥133的突起320貫穿MEA1的孔 10和膜95的IOA，所以可以經常正確地進行MEAI的催化層12和隔板7的對位。
然后，參照圖17A-圖28，說明本發明的第3實施例。 首先，參照圖17A，燃料電池堆棧制造裝置，具有層疊單元201和向層疊單元201供 給MEA1的MEA輸送單元202。燃料電池制造裝置還具有向層疊單元201供給層疊構件210 的、如圖21所示的層疊構件供給單元203。 MEA輸送單元202通過2個各一對的輸送輥211從巻繞于巻軸9而成的MEA1的巻 體30送出MEA1，并向層疊單元201供給。 參照圖18，在MEA1的兩表面預先形成有催化層，在MEA1的兩端部，在MEA1的長度 方向上以相等間距形成有輸送用孔212。并且，為了有助于層疊單元201對MEA1的切斷，在 催化層的外周形成矩形的切痕線213。 參照圖17B，在一對輸送輥211的一外周，形成有貫穿于MEA1的輸送用孔212中的 突起320。在一對輸送輥211的另一方，形成有接納突起的凹部321。通過貫穿了孔10的 突起320與凹部321的結合，輸送輥211以預先設定的輸送速度正確地向層疊單元201輸 送MEA1。使這些輸送輥211對同步旋轉。輸送輥211通過一次動作，為了使MEA1移動與切 痕線213的間距相等的間隔，而設定一次動作的旋轉次數。 再參照圖17A，層疊單元201位于一對輸送輥211和另一對輸送輥211之間。
層疊單元201被構成為分別面臨MEA1的上方和下方，具有框架205，該MEA1在這 些輸送輥211對之間沿水平方向延伸。在MEA1的上方的框架205支承有可升降的上構件 206。在MEA1的下方的框架205支承有可升降的下構件207。下構件207從下方支承已被 層疊的燃料電池204。下構件207和已被層疊的燃料電池204 —起被收容安裝于固定在框 架205的保持框208的內側。上構件206具有把持層疊構件210的吸附墊206A。也可以取代吸附墊206A而使用電磁吸盤。 上構件206在圖17A所示的上升位置和圖27所示的下降位置之間進行升降。下 構件207在圖25所示的上升位置和圖27所示的下降位置之間進行升降。但是，上構件206 的下降位置和下構件207的上升位置依存于保持框208內的已被層疊的燃料電池204的厚度。 再參照圖17A，上構件206的升降行程距離設定為在層疊構件210和MEA1的厚度 上加上在上升位置的層疊構件210和MEA1之間所設定的規定間隙尺寸、和在層疊于下構件 207上的燃料電池204和MEA1之間的規定間隙尺寸所得到的值。 再參照圖27，上構件206通過將層疊構件210壓靠于MEA1，從而從切痕線213切 斷MEA1，向下方沖壓。 如圖19所示，也可以在MEA1不形成切痕線213，取而代之是如圖20所示，在上構 件206設置刀具215，通過上構件206下降而切斷MEA1。 參照圖22，層疊構件210是在隔板220的兩表面固定氣體擴散層(GDL)221A和 221B，在隔板220的外周涂敷密封劑222A和222B而成的。層疊構件210用其他組裝裝置 組裝。在隔板220的兩表面預先形成有氣體通路223A和223B。燃料電池堆棧由交替層疊 MEA1和層疊構件210而構成。另外，在燃料電池堆棧的上端和下端分別配置端板，最后用
在縱剖方向貫穿這些燃料電池堆棧和端板的雙頭螺栓和螺母將其緊固為一體。為此，在圖 17A所示的燃料電池堆棧的下端，取代圖22所示的層疊構件210，而使用圖23所示的層疊 構件210A。 參照圖23，層疊構件210A是在上表面形成了氣體通路223A的端板220A上固定 GDL221A，在端板220A的外周涂敷密封劑222A而成的。另外，在層疊了規定數量的燃料電 池的燃料電池堆棧的上端，以使其上下方向相反的狀態層疊與圖23的層疊構件210A同樣 的層疊構件。 在本實施例中，將GDL221A和221B固定于隔板220，但也可以預先在MEA1的表面 形成GDL221A和221B。在這種情況下，僅用隔板220和密封劑222A、222B構成層疊構件 210。 參照圖21，層疊構件供給單元203具有輸送托盤216和安裝部217。輸送托盤216 以載置了多個層疊構件210的狀態輸送層疊構件210到安裝部217近旁的規定位置。安裝 部217具有旋轉臂218。旋轉臂218從輸送托盤216撈起層疊構件210，旋轉大致180度， 將層疊構件210移動到上構件206的吸附墊206A的正下方。在這種狀態下，上構件206下 降，用吸附墊206A把持層疊構件210。 然后，參照圖24，說明該燃料電池堆棧制造裝置的動作順序。 在最開始的步驟Sl，制造裝置用上構件206的吸附墊206A把持圖23的層疊構件 210A將其載置于下構件207。另外，在該時刻，在位于上構件206下方的MEA1，通過之前的 層疊作業，形成有用切痕線213打通了催化層的部分后的孔。因此，被吸附墊206A把持的 層疊構件210A通過該孔載置于下構件207。 在下一步驟S2，制造裝置用上構件206的吸附墊206A把持圖22所示的層疊構件 210。 在下一步驟S3，制造裝置通過輸送輥211從巻體30向層疊單元201送出MEA1。
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在下一步驟S4，制造裝置使下構件207上升，隔著層疊構件210A抬起MEAl 。由此， MEAl被施加張力，MEA1的褶皺和松弛被除去。另外，如圖25所示，在第2次移動的步驟S4 的實行中，抬起MEAl的不是層疊構件210A，而是層疊構件210。 在下一步驟S5，如圖26所示，制造裝置使上構件206下降，使層疊構件210接觸到 MEA1。由此，MEA1成為被層疊構件210A和層疊構件210夾入的狀態。另外，在第2次移動 的步驟S5的實行處理中，MEA1被2個層疊構件210夾入。 在下一步驟S6，制造裝置使上構件206和下構件207下降，從而從切痕線213切斷 MEA1，向下方沖壓。在MEA1不存在切痕線213、上構件206具有刀具215時，在此使用刀具 215切斷MEA1。上構件206和下構件207的下降，在使層疊于保持框208內的燃料電池204 的上端、即被吸附墊206A把持的層疊構件210的上端與切痕線213的周圍的MEA1之間確 保規定間隙間距的位置停止。 在下一步驟S7，制造裝置從吸附墊206A釋放層疊構件210。 在下一步驟S8，如圖28所示，制造裝置使上構件206回歸到上升位置。層疊構件 210以層疊于打通了的MEA1上的狀態留在保持框208內。 在下一步驟S9，制造裝置判斷構成燃料電池堆棧的預定的規定數量的燃料電池的 層疊是否完成。 在燃料電池的層疊未完成時，制造裝置重復進行步驟S2-S8的處理。在燃料電池 的層疊完成時，制造裝置在步驟S10中，用吸附墊206A把持包含端板的層疊構件，使上構件 206下降，通過MEA1的切痕線213內側的孔，將層疊構件安裝于層疊于保持框208內的燃料 電池的上端。在此使用的層疊構件，如上所述，相當于使圖23所示的層疊構件210A上下倒 過來的層疊構件。 通過以上的處理，制造層疊了規定數量的燃料電池的燃料電池堆棧。另外，如上所 述，燃料電池堆棧最后用雙頭螺栓和螺母緊固為一體，但也可以用其他工藝進行該作業。
根據該燃料電池堆棧制造裝置，由于使用具有與MEA1的孔10結合的突起的輸送 輥211以規定的間隔將MEA1送到層疊單元201，所以可以使MEA1的催化層正確地位于層 疊單元201的上構件206的正下方。因此，可以在正確的定位下對MEA1和層疊構件210或 210A進行層疊。 另外，該制造裝置，在上構件206的一次行程中進行MEA1的切斷、切斷后的MEA1
和層疊構件210或210A的層疊作業，所以可效率良好地制造燃料電池堆棧。 在本實施例中，相對于層疊于保持框208內的燃料電池，上構件206從上方層疊
MEA1和層疊構件210，但也可以是這樣的構造將保持框208固定于上構件206，相對于層
疊于上方保持框208內的燃料電池，下構件 從下方層疊MEA1和層疊構件210。 另外，被要求的第1隔板是指支承于下構件207的隔板220，被要求的第2隔板是
指支承于上構件206的隔板220。對以2003年12月2日為申請日的日本的特愿2003-402491號及以2003年12月
19日為申請日的日本的特愿2003-422613號的內容，通過引用合并于此。 如上所述，通過幾個特定的實施例來說明了本發明，但本發明不限于上述各實施
例。對于本領域技術人員而言，可以在權利要求的技術范圍內，對這些實施例進行各種修改
或變型。
適用產業領域 如上所述，本發明用在外周形成有結合于孔的突起的輥輸送形成有輸送用孔的電 解質膜，所以在燃料電池的制造工藝中，可精度良好地對電解質膜進行定位。另外，由于可 連續供給電解質膜，所以也可提高燃料電池的制造效率。本發明特別適用于固體高分子型 的燃料電池堆棧的制造，帶來較好的效果。 本發明實施例所包含的排他的性質或特征，如以下那樣被要求。
權利要求
一種燃料電池的制造方法，該燃料電池是交替層疊膜電極接合體(1)和隔板(220)而成的，其中，該制造方法包括第1工序，從第1隔板(220)的側方，向面向第1隔板(220)的位置與第1隔板(220)平行地供給薄膜狀的膜電極接合體(1)；第2工序，夾著通過第1工序供給的膜電極接合體(1)，向與第1隔板(220)相反的一側供給第2隔板(220)；第3工序，使第2隔板(220)朝向第1隔板(220)位移，從而將膜電極接合體(1)切斷，并用第1隔板(220)和第2隔板(220)夾持膜電極接合體(1)。
2. 根據權利要求l所述的制造方法，其中，還包括在第2隔板(220)位移之前，將第1隔板(220)壓靠于膜電極接合體(1)來對膜電極 接合體(1)施加張力的第4工序。
3. 根據權利要求l所述的制造方法，其中，膜電極接合體(1)具有輸送用孔(212)，該輸送用孔(212)沿膜電極接合體(1)的長度 方向以一定間距呈列狀地形成在膜電極接合體(1)的兩側部；第l工序包括使用在外周具有與上述輸送用孔(212)結合的突起(320)的輸送輥(211) ，將膜電極接合體(1)送出到面向第1隔板(220)的位置的工序。
4. 根據權利要求1 3中任一項所述的制造方法，其中，預先以一定的間隔在膜電極接合體(1)形成切痕線(213)，該切痕線(213)具有劃定切 下部分的刻痕；第3工序包括通過用第2隔板(220)推壓切痕線(213)來切離切下部分的工序。
5. 根據權利要求1 3中任一項所述的制造方法，其中，第3工序包括使用與第2隔板(220)向相同方向位移的刀具(215)，將膜電極接合體 (1)切斷的工序。
6. 根據權利要求1 3中任一項所述的制造方法，其中，該制造方法還包括將燃料電池 層疊于保持框(208)內的工序，該燃料電池是通過第3工序生成的、由第1隔板(220)和膜 電極接合體(1)和第2隔板(220)構成的。
7. —種燃料電池的制造裝置，該燃料電池是交替層疊膜電極接合體(1)和隔板(220) 而成的，其中，該制造裝置包括輸送單元(202)，其從第1隔板(220)的側方，向面向第1隔板(220)的位置與第1隔 板(220)平行地供給薄膜狀的膜電極接合體(1);隔板供給單元(203)，其夾著由輸送單元(202)供給的膜電極接合體(1)，向與第1隔 板(220)相反的一側供給第2隔板(220);層疊單元(201)，其使第2隔板(220)朝向第1隔板(220)位移，從而將膜電極接合體 (1)切斷，并用第1隔板(220)和第2隔板(220)夾持膜電極接合體(1)。
8. 根據權利要求7所述的制造裝置，其中，膜電極接合體(1)具有輸送用孔(212)，該輸送用孔(212)沿膜電極接合體(1)的長度 方向以一定間距呈列狀地形成在膜電極接合體(1)的兩側部；輸送單元(202)，為了將膜電極接合體(1)送出，具有在外周具有用于與上述輸送用孔(212) 結合的突起(320)的輸送輥(211)。
9. 根據權利要求8所述的制造裝置，其中，層疊單元(201)具有隔著第1隔板(220)推壓膜電極接合體(1)的構件(207)。
10. 根據權利要求7或8所述的制造裝置，其中，預先以一定的間隔在膜電極接合體(1)形成切痕線(213)，該切痕線(213)具有劃定切 下部分的刻痕；輸送輥(211)被構成為將膜電極接合體(1)每次輸送相當于所述間隔的長度。
11. 根據權利要求7或8所述的制造裝置，其中，層疊單元(201)具有刀具(215)，該刀具(215)與第2隔板(220)向相同方向位移，將 膜電極接合體(1)切斷。
12. 根據權利要求7或8所述的制造裝置，其中，層疊單元(201)被構成為使得第2隔板(220)超過由輸送單元(202)供給膜電極接合 體(1)的位置，朝向第1隔板(220)位移。
13. 根據權利要求7所述的制造裝置，其中，層疊單元(201)具有保持框(208)，該保持框(208)將通過用第1隔板(220)和第2隔 板(220)夾持膜電極接合體(1)而構成的燃料電池層疊至規定數量。
全文摘要
本發明提供一種燃料電池的制造方法及制造裝置，該燃料電池是交替層疊膜電極接合體(1)和隔板(220)而成的。其中，該制造方法包括第1工序，從第1隔板(220)的側方，向面向第1隔板(220)的位置與第1隔板(220)平行地供給薄膜狀的膜電極接合體(1)；第2工序，夾著通過第1工序供給的膜電極接合體(1)，向與第1隔板(220)相反的一側供給第2隔板(220)；第3工序，使第2隔板(220)朝向第1隔板(220)位移，從而將膜電極接合體(1)切斷，并用第1隔板(220)和第2隔板(220)夾持膜電極接合體(1)。
文檔編號H01M8/00GK101740792SQ20091025253
公開日2010年6月16日 申請日期2004年11月2日 優先權日2003年12月2日
發明者倉持竹晴, 小又正博, 巖本雅則, 武藤宜樹, 江口薰, 勝雅彥, 金房英人 申請人:日產自動車株式會社