专利名称：燃料电池的制造技术
方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池的制造。
背景技术：
日本国特许厅2001年发行的JP2001-236971A中公开了这样的制造燃料电池的方法使用辊从电解质膜的卷体送出电解质膜的一端，对移动的电解质膜，依次进行催化层的形成、气体扩散层的形成、隔板的接合，从而得到呈带状连续的多个燃料电池。
发明内容
在应用该制造方法时，在每次以一定长度送出电解质膜、进行各处理时，有必要正确地使其停止，但考虑辊的滑动，不容易进行这样的定位。
因此，本发明的目的是提高从卷体送出的电解质膜的送出精度，正确地进行向规定位置的定位。
本发明的另一目的是使用电解质膜的卷体，高效率地制造燃料电池堆栈。
为达到上述目的，本发明提供一种燃料电池的制造方法，对电解质膜实施规定处理来制造燃料电池。该制造方法包括通过输送辊的旋转来送出电解质膜的工序，该电解质膜为带状，在两侧部在长度方向以一定间距呈列状地形成有输送用孔，并卷绕于卷轴，该输送辊在外周具有与输送用孔结合的突起；在基于输送辊的旋转速度而设定的规定处理时刻进行规定处理的工序。
本发明还提供一种燃料电池的制造装置，用于对电解质膜实施规定处理来制造燃料电池，该制造装置包括电解质膜，其为带状，在两侧部在长度方向以一定间距呈列状地形成有输送用孔，并卷绕于卷轴；输送辊，其在外周具有与输送用孔结合的突起；处理单元，其基于输送辊的旋转速度而设定的规定处理时刻，对由输送辊的旋转而从卷轴送出的电解质膜进行规定处理。
本发明还提供一种电解质膜，用于实施规定处理来制造燃料电池，并卷绕于卷轴。电解质膜在两侧部具有在长度方向以一定间距呈列状地形成的输送用孔；输送用孔与形成在输送辊的突起接合，随着输送辊的旋转而从卷轴送出电解质膜。
本发明还提供一种燃料电池的制造方法，燃料电池是交替层叠电解质膜和隔板而成的，该制造方法包括第1工序，从保持于规定位置的第1隔板的侧方，向面向第1隔板的位置平行地供给薄膜状的电解质膜；第2工序，夹着面对第1隔板的电解质膜向与第1隔板相反的一侧供给第2隔板；第3工序，通过使第2隔板朝向第1隔板位移，将电解质膜切断成规定的形状尺寸，并用第1隔板和第2隔板夹持电解质膜。
本发明还提供一种燃料电池的制造装置，该燃料电池是交替层叠电解质膜和隔板而成的，该制造装置包括电解质输送单元，其从保持于规定位置的第1隔板的侧方，向面向第1隔板的规定位置平行地供给薄膜状的电解质膜；隔板供给单元，其夹着规定位置的电解质膜，向与第1隔板相反的一侧供给第2隔板；层叠单元，其通过使第2隔板朝向第1隔板位移，从而将电解质膜切断成规定的形状尺寸，并用第1隔板和第2隔板夹持电解质膜。
本发明的详细及其他特征和优点，在说明书以后的记载中进行说明，并示于附图。
图1A和图1B是本发明的燃料电池制造装置的概略立体图和要部放大图。
图2是说明燃料电池制造装置的控制器的构成的框图。
图3是本发明的膜电极接合体(MEA)的卷体的立体图。
图4与图3类似，表示关于保护片的不同构成。
图5A和图5B是燃料电池制造装置所具有的M EA供给单元的俯视图和输送辊的侧视图。
图6是从图5A的VI-VI方向看到的卷轴保持部的侧视图。
图7是燃料电池制造装置所具有的气体扩散层(GDL)传送带的要部俯视图。
图8是从图7的IIX-IIX方向看到的GDL传送带和GDL供给部的侧视图。
图9是燃料电池制造装置的GDL安装部的、从MEA的移动方向看到的侧视图。
图10是燃料电池制造装置所具有的热压机的、从MEA的移动方向看到的侧视图。
图11是燃料电池制造装置所具有的隔板传送带的要部俯视图。
图12是从图11的XII-XII方向看到的隔板传送带和隔板供给部的侧视图。
图13是燃料电池制造装置的密封剂涂敷部的侧视图。
图14是燃料电池制造装置的隔板安装部的、从MEA的移动方向看到的侧视图。
图15是燃料电池制造装置所具有的干燥炉的横剖视图。
图16A～图16C是本发明第2实施例的燃料电池制造装置的要部的侧视图和立体图。
图17A和图17B是本发明的第3实施例的燃料电池制造装置的概略侧视图。
图18是本发明的第3实施例的膜电极接合体(MEA)的卷体的立体图。
图19与图18类似，表示没有切下线的MEA。
图20是本发明的第3实施例的另一层叠单元的侧视图。
图21是本发明的第3实施例的层叠构件供给单元的俯视图。
图22是本发明的第3实施例的层叠构件的纵剖视图。
图23是本发明的第3实施例的另一层叠构件的纵剖视图。
图24是说明本发明的第3实施例的燃料电池制造装置的燃料电池堆栈的制造工序的流程图。
图25是说明本发明的第3实施例的层叠单元对MEA施加张力的状态的层叠单元的侧视图。
图26与图25类似，表示层叠单元将第2隔板压靠于MEA的状态。
图27与图25类似，表示层叠单元切断了MEA的状态。
图28与图25类似，表示层叠单元使上构件返回到上升位置的状态。
具体实施例方式
参照图1A，燃料电池制造装置包括从膜电极接合体(MEA)1的卷体30拉出MEA1并进行输送的MEA输送单元2，在MEA1的两表面固定气体扩散层(GDL)6的GDL安装单元3，还有将隔板7固定于GDL6的外侧的隔板安装单元4。燃料电池制造装置还具有同步控制MEA输送单元2、GDL安装单元3和隔板安装单元4的控制器5。
参照图3，MEA1是如虚线所示预先在电解质膜的两表面以规定的间距形成铂等催化层12而成的，催化层12构成燃料电池的电极。MEA1的表面包括催化层12并被保护片8覆盖。
MEA1和保护片8一体地卷绕于卷轴9上，构成卷体30。在MEA1和保护片8的两侧部，在长度方向以等间距形成有输送用孔10。在MEA1的一表面预先以与催化层12的形成间距相等的间距印刷有光学标记11。为了检测该光学标记11，MEA输送单元2具有如图5A所示的光学传感器26。光学传感器26每检测出光学标记11和孔10，都分别向控制器5输出固有信号。控制器5根据这些信号，把握催化层12的形成位置，进行MEA输送单元2、GDL安装单元3和隔板安装单元4的控制，从而精度良好地使催化层12、GDL6和隔板7的层叠位置对齐。
在本实施例中，使用预先使催化层12与电解质膜一体化而成的MEA1的卷体30，但也可以使用仅是电解质膜的卷体，将在从卷体送出的电解质膜的表面形成催化层的催化层形成单元配置在卷体和GDL安装单元3之间。或者，也可以预先在GDL6的与电解质膜抵接的面一体形成催化层12，GDL安装单元3将被一体化的GDL6和催化层12固定于电解质膜。即使在这些场合，根据光学传感器26的输出信号，也可以精度良好地进行层叠于电解质膜上的催化层12、GDL6及隔板7的层叠位置的定位。
MEA1被保护片8完全覆盖。如图4所示，可以将保护片8分离成覆盖除输送用孔10以外的部分的MEA1的两侧部的第1保护片8B、和覆盖其内侧中央部的第2保护片8A。
保护片8是用于保护电解质膜和其上的催化层12的，在燃料电池的制造过程中，在向MEA1的表面固定GDL6之前，先从MEA1取下保护片8，这时，仅除去第2保护片8A，留下第1保护片8B，从而可以在燃料电池的整个制造过程中保护输送用孔10。
再参照图1A，MEA输送单元2具有MEA供给部13、MEA张紧器14及一对MEA牵引辊15。
GDL安装单元3配置于MEA供给部13和MEA张紧器14之间，隔板安装单元4配置于MEA张紧器14和一对MEA牵引辊15之间。一对MEA牵引辊15夹持MEA1，用摩擦力牵引MEA1。MEA张紧器14在GDL安装单元3和隔板安装单元4之间除去MEA1的松弛，保持MEA1的张力为恒定。MEA张紧器14由一组可动辊42和一对固定辊41构成，该一组可动辊42被弹簧向相互分离的方向施力，该一对固定辊41分别配置于在MEA1的移动方向上的可动辊42的上游和下游。
参照图5A和图5B，MEA供给部13具有收容安装MEA1的卷体30的卷轴保持部33。
卷轴保持部33具有2根旋转轴34，在各旋转轴34上安装有卷绕MEA1的卷轴9。卷轴保持部33相应于液压缸35的伸缩而向图6的箭头所示的方向位移。
如图5A所示，图上侧的卷体30的残留变少时，从图下侧的卷体30拉出MEA1的前端，通过夹子或热熔接固定于现在正供给的MEA1。其后，从图上侧的卷体30送出的MEA1被切断。并且，液压缸35收缩，使卷轴保持部33向图上方移动。以后，从图下侧的卷体30送出MEA1。在下侧的卷体30被送出期间，连同卷轴9一起取下上侧的卷体30，更换成新卷体30。通过这样的构成，卷轴保持部33可以不中断地送出MEA1。
为了从卷轴保持部33拉出MEA1，如图1B所示，MEA供给部13具有输送辊32，该输送辊32具有与MEA1的输送用孔10结合的突起32A。如图5B所示，输送辊32固定于被伺服电动机36驱动的驱动轴37。
在MEA1的送出方向上，在输送辊32的正前方和正后方分别设有一对保持辊31。一对保持辊31从两侧夹持通过输送辊32从卷轴保持部33拉出的MEA1，防止MEA1的扭曲和偏转。
MEA供给部13为了分别卷取MEA1的一表面的保护片8和另一表面的保护片8，在夹着MEA1的对称位置具有各2个保护片回收卷轴39。保护片回收卷轴39被轴38驱动旋转。在图5A中，位于MEA1的上方的2个保护片回收卷轴39，通过与上述卷轴保持部33同样的构造，从而有选择地应用于保护片8的回收。即，一保护片回收卷轴39的卷取量已满时，替换成另一保护片回收卷轴39使用，在此期间，将卷取量已满的保护片回收卷轴39更换为空的保护片回收卷轴39。在图5A中，对于位于MEA1下方的2个保护片回收卷轴39也是同样。
MEA1在一对MEA牵引辊15和由MEA张紧器14施加的张力作用下，被从MEA供给部13向GDL安装单元3送出。上述的光学传感器26设于MEA供给部13和GDL安装单元3之间。
再参照图1A，GDL安装单元3具有分别配置于MEA1的两侧的环状的GDL传送带16、GDL供给部17、GDL安装部18和热压机19。
参照图7，GDL传送带16具有绕挂于一对链轮43的链44。一链轮43由伺服电动机45驱动旋转。在链44安装有多个GDL输送托盘46。如图所示，GDL传送带16被配置成链44所形成的长圆形的轨道的直线部分与被输送的MEA1平行。链44的位移速度被控制成与MEA1的位移速度一致。
参照图8，GDL输送托盘46通过销48、保持臂49和伸缩气缸50支承于固定在链44上的支柱47。保持臂49能以销48为支点转动。伸缩气缸50，相对于GDL传送带16的轨道，立设于保持臂49的内周端。在伸缩气缸50的前端固定有吸附垫52。吸附垫52由根据信号来进行GDL6的吸附与释放的真空式致动器构成。
GDL传送带16具有与链44平行的一对托盘保持引导部51。该托盘保持引导部51抵接于与链44共同移动的GDL输送托盘46的下表面，使GDL输送托盘46保持为水平。在与MEA1平行的位置，在一托盘保持引导部51形成有缺口。
参照图9，在GDL安装部18具有与该缺口配合的可动引导部51A。可动引导部51A安装于通过销支承于地面的起立气缸59的前端。起立气缸59在收缩位置，如图中点划线所示，将GDL输送托盘46与托盘保持引导部51同样保持为水平。起立气缸59在伸长位置，通过可动引导部51A使GDL输送托盘46以销48为支点向如图中实线所示的垂直位置转动。另外，缺口及可动引导部51A形成于从GDL安装部18到热压机19的近前方的区间。
被GD L输送托盘46上的吸附垫52吸附的GDL6，通过起立气缸59的伸长而被支承于面临MEA1的直立位置。在这种状态下，通过使伸缩气缸50伸长，GDL6被压靠于MEA1。如图所示，GDL安装部18使MEA1两侧的起立气缸59同步伸长，并使MEA1两侧的伸缩气缸50同步伸长，从而同时从两侧向MEA1压靠GDL6。在GDL6的与MEA1的接合面预先涂敷电解质液，并使其干燥。将GDL6压接于MEA1后，放开吸附垫52，使起立气缸59和伸缩气缸50收缩时，GDL输送托盘46向水平位置转动。GDL6保持由电解质液的粘着力而附着于MEA1的状态，与MEA1同时被向热压机19输送。
参照图10，在热压机19的内部设有从MEA1的两侧向MEA1推出的一对压板60。压板60分别支承于伸缩气缸61的前端。压板60由加热器保持为从80℃到150℃的范围的温度。使伸缩气缸61伸长时，压板60分别从外侧压靠于在MEA1的两表面上附着的GDL6上，将MEA1和GDL6热压缩。仅用电解质的粘着力而附着于MEA1的两表面上的GDL6，通过该热压缩而与MEA1一体化。
再参照图1A，GDL6向GDL输送托盘46的供给，相对于链44的轨道，由位于与GDL安装部18相反的一侧的GDL供给部17进行。
再参照图8，GDL供给部17从上方将GDL6载置于GDL输送托盘46的高架式移送装置54和一对GDL供给托盘53。在GDL供给托盘53上层叠有预先涂敷电解质液、并使其干燥而成的GDL6。GDL供给托盘53，在这种状态下，被从外部向链44的轨道的外侧规定位置输送。
移送装置54具有从GDL供给托盘53的上方到GDL输送托盘46的上方的输送轨55、和与输送轨55结合的自动推进式的装载机56、安装于装载机56的降落部57。降落部57是在下端安装了与吸附垫52同样构成的吸附垫92的伸缩构件，根据输入信号进行伸缩，还根据另一输入信号进行吸附垫92对GDL6的吸附和释放。
如图中点划线所示，移送装置54使降落部57向供给托盘53的上方移动，使降落部57伸长，用下端的吸附垫92吸附层叠于供给托盘53的最上部的GDL6。然后，在吸附着GDL6的状态下，使降落部57收缩，使装载机56如图中实线所示那样向GDL输送托盘46的上方行走。然后，再次使降落部57伸长，释放吸附垫92，从而将GDL6载置到GDL输送托盘46的吸附垫52上。GDL输送托盘46一边用吸附垫52吸附着该GDL6，一边相应于链44的位移而向GDL安装部18输送GDL6。
在GDL安装单元3中，如此与GDL6一体化了的MEA1经过MEA张紧器14到达隔板安装单元4。
再参照图1A，隔板安装单元4具有分别配置于MEA1的两侧的环状的隔板传送带20、隔板供给部21、向隔板传送带20上的隔板7涂敷密封剂的密封剂涂敷部22、隔板安装部23和干燥炉24。
参照图11，隔板传送带20的构成与GDL传送带16的构成类似，具有绕挂于一对链轮63的链64、和驱动链轮63的伺服电动机65。在这样的构成下，链64与MEA1的位移同步移动。在链64安装有多个隔板输送托盘66。
参照图12，隔板输送托盘66通过销68、保持臂69和伸缩气缸70支承于固定在链64上的支柱67。保持臂69能以销98为支点转动。伸缩气缸70，相对于隔板传送带20的轨道立设于保持臂69的内周端。在伸缩气缸70的前端固定有吸附垫72。吸附垫72由根据信号进行隔板7的吸附与释放的真空式致动器构成。
隔板传送带20具有与链64平行的一对隔板保持引导部71。隔板保持引导部71抵接于同链64共同移动的隔板输送托盘66的下表面，保持隔板输送托盘66为水平。在与MEA水平的位置，在一隔板保持引导部71形成缺口。
参照图14，隔板安装部23具有与该缺口嵌合的可动引导部71A。可动引导部71A安装于起立气缸87的前端，起立气缸87通过销支承于地面。起立气缸87在收缩位置，如图中点划线所示，与托盘保持引导部71同样地将隔板输送托盘66保持为水平。起立气缸87在伸长位置，通过可动引导部71A，使隔板输送托盘66以销68为支点向图中实线所示的垂直位置转动。
吸附于隔板输送托盘66上的吸附垫72的隔板7，通过起立气缸87的伸长而支承于面临MEA1的直立位置。在这种状态下，使伸缩气缸70伸长，从而隔板7被向MEA1压靠。如图所示，隔板安装部23，使MEA1两侧的起立气缸87同步伸长，并使MEA1两侧的伸缩气缸70同步伸长，从而同时从两侧向MEA1压靠隔板7。预先通过密封剂涂敷部22在面临MEA1的隔板7的外周部涂敷有密封剂。
干燥炉24，在MEA1的移动方向，与隔板安装部23的下游相邻。
参照图15，干燥炉24被构成在覆盖链64的一部分区间地形成的干燥炉箱88内。在干燥炉箱88内，设有将隔板输送托盘66保持于与伸长状态的起立气缸87相同的垂直位置的固定引导部71B。隔板传送带20在使隔板输送托盘66与MEA1一体地从隔板安装部23向干燥炉24移动时，隔板输送托盘66在夹持着隔板7和MEA1的状态下，从可动引导部71A的内侧向固定引导部71B的内侧进入。隔板输送托盘66完全进入固定导引部71B的内侧时，起立气缸87收缩，可动导引部71A再次位于托盘保持导引部71的延长线上。
在干燥炉箱88中，设有从上方及两侧方面临隔板输送托盘66的3个远红外线加热器89A，该隔板输送托盘66与隔板7一起夹持着MEA1。远红外线加热器89A使干燥炉箱88内温度维持在从80℃到200℃的范围。在干燥炉24加热的结果，隔板7外周部的密封剂固化，在MEA1固定隔板7。在GDL安装单元3中，由于在MEA1的两表面已经与GDL6一体化，所以隔板7严密地固定于GDL6。即，通过该加热处理，各燃料电池的层叠完成。
固定引导部71B，在隔板输送托盘66的移动方向上，在干燥炉24的下游，缓缓地远离MEA1，最终转移到保持隔板输送托盘66为水平的隔板保持引导部71。
再参照图1A，隔板7向隔板输送托盘66的供给，相对于链64的轨道，由位于与隔板安装部23相反的一侧的隔板供给部21进行。
再参照图12，隔板供给部21与GDL供给部17具有同样构成。即，隔板供给部21具有高架式移送装置74和一对隔板供给托盘73。隔板供给托盘53在层叠了隔板7的状态下被从外部输送到链64的轨道外侧的规定位置。
移送装置74具有输送轨75、与输送轨75结合的自动推进式的装载机76和安装于装载机76的降落部77。降落部77是在下端安装有与吸附垫72同样构成的吸附垫102的伸缩部件，根据输入信号而进行伸缩，并根据另一输入信号而进行吸附垫102对隔板7的吸附和释放。由移送装置74进行的隔板7从隔板供给托盘53向隔板输送托盘66的移送是与由移送装置54进行的GDL6从GDL供给托盘53向GDL输送托盘46的移送同样进行的。
再参照图1A，密封剂涂敷部22，在链64的轨道上，与隔板供给部21的下游侧相邻地设置。
参照图13，密封剂涂敷部22，具有从上方面临以水平状态被隔板输送托盘66输送的隔板7的涂敷喷嘴78。涂敷喷嘴78配置于伸缩气缸80的前端，该伸缩气缸80支承于在隔板输送托盘66的上方的规定动作区域内可在水平方向位移的X-Y机械手79，并沿垂直方向伸缩。X-Y机械手79还在动作区域和其侧方的待机位置81之间移动涂敷喷嘴78。
密封剂涂敷部22具有被储存密封剂的泵加压的筒82、从筒82向定流量装置85压送密封剂的一次配管84、将定流量装置85计量后的密封剂向涂敷喷嘴78供给的二次配管86。密封剂涂敷部22，从涂敷喷嘴78涂敷密封剂在由隔板输送托盘66输送到涂敷喷嘴78的下方的隔板7的包括外周部的规定位置。
然后，说明控制MEA输送单元2、GDL安装单元3和隔板安装单元4的控制器5的功能。
参照图2，控制器5基于来自检测MEA1的输送用孔10和标记11的光学传感器26的输入信号，控制MEA输送单元2的MEA1的输送速度和输送节拍。具体地说，控制驱动输送辊32的伺服电动机36、牵引辊15和保护片回收卷轴39的旋转。控制器5还基于来自光学传感器26的输入信号，控制GDL安装单元3的GDL供给部17、GDL传送带16的伺服电动机45、GDL安装部18及热压机19的动作时刻。控制器5还基于来自光学传感器26的输入信号，控制隔板安装单元4的隔板供给部21、隔板传送带20的伺服电动机65、密封剂涂敷部22及隔板安装部23的动作时刻。
控制器5由具有中央运算装置(CPU)、读出专用存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。也可用多个微型计算机构成控制器。
为了这些控制，控制器5具有基准信号输出部27、动作时刻设定部28、控制MEA输送单元2的各装置的MEA输送单元控制部2A、控制GDL安装单元3的各装置的动作时刻的GDL安装单元控制部3A、隔板安装单元4的各装置的隔板安装单元控制部4A。这些各部是作为假想的单元表示控制器5的各机能，并不是物理存在。
基准信号输出部27从光学传感器26根据输送用孔10而向控制器5输入的信号，生成与MEA1的实际输送速度对应的信号。基准信号输出部27还从光学传感器26根据光学标记11而向控制器5输入的信号，检测出图3中虚线所示的催化层12的位置，生成与该位置检测度对应的基准位置信号。
动作时刻设定部28，根据基准位置信号和MEA1的实际输送速度生成各种致动器的动作时刻信号。由于预先知道各种致动器和光学传感器的距离，所以可以根据该距离与基准位置信号和MEA1的实际输送速度，计算求出应使各致动器动作的时刻。
与GDL安装单元3有关的动作时刻信号，包括用于使GDL6接合于MEA1的催化层12的正上方的起立气缸59和吸附垫52的动作时刻、使压板60压靠到MEA1的两表面的GDL6的伸缩气缸61的动作时刻、及用于从GDL供给托盘53向GDL输送托盘46供给GDL6的装载机56、降落部57及吸附垫52的动作时刻。
与隔板安装单元4有关的动作时刻信号，包括用于使隔板7接合于GDL6的正上方的起立气缸87和吸附垫72的动作时刻、用于从隔板供给托盘73向隔板输送托盘66供给隔板7的装载机76、降落部77及吸附垫102的动作时刻、用于在隔板7的周缘部正确地涂敷密封剂的X-Y机械手79、伸缩气缸80和涂敷喷嘴78的动作时刻。
为了实现预先设定的MEA1的目标输送速度，MEA输送单元控制部2A根据MEA1的实际输送速度信号，对输送辊32、MEA牵引辊15和保护片回收卷轴39的旋转速度进行反馈控制。
GDL安装单元控制部3A基于MEA1的实际输送速度信号，控制伺服电动机45的旋转速度以使2个GDL传送带16的速度与MEA1的实际输送速度相等。另外，基于动作时刻设定部28所生成的与GDL安装单元3有关的动作时刻信号，控制GDL供给部17、GDL安装部18和热压机19。
隔板安装单元控制部4A，基于MEA1的实际输送速度信号，控制伺服电动机65的旋转速度以使2个隔板传送带20的速度与MEA1的实际输送速度相等。此外，基于动作时刻设定部28所生成的与隔板安装单元4有关的动作时刻信号，控制隔板供给部21、密封剂涂敷部22和隔板安装部23。
在该燃料电池制造装置中，在MEA1形成与输送辊32的突起结合的输送用孔10和表示各催化层12的位置的标记11，基于光学传感器26相应于孔10和标记11的通过而分别输出的固有信号，检测出MEA1的实际输送速度和催化层12的位置。因此，可以精度良好地使GDL传送带16和隔板传送带20的速度与MEA1的实际输送速度一致。另外，根据催化层12的位置和MEA1的实际输送速度，可以正确地设定GDL安装单元3和隔板安装单元4的各致动器的动作时刻。因此，可以在高位置精度下进行GDL6和隔板7向MEA1的组装。
该燃料电池制造装置，一边使GDL6以同速并行，一边将GDL6组装于MEA1，并且，一边使隔板7以同速并行，一边组装隔板7，所以可以一边连续运转MEA输送单元2，一边高效率地制造燃料电池。
接着，参照图16A-图16C，说明本发明的第2实施例。
该实施例，在输送膜95上形成隔板7。在输送膜95形成与在MEA1上形成的相同的输送用孔10A。
燃料电池制造装置具有MEA输送单元200和配置于其两侧的一对隔板输送单元40。
MEA输送单元200通过输送辊32从卷绕于卷轴9而成的MEA1的卷体30送出MEA1。与第1实施例相同，在MEA1以一定间距形成有催化层，在催化层的两外侧，以一定间距形成有输送用孔10。但是，在通过输送辊132的时刻，在MEA1未粘贴有第1实施例那样的保护片。在输送辊132的外周，形成有与孔10结合的突起。
隔板7预先以与MEA1的催化层相同的间距粘接于膜95上，该膜95与MEA1同样在两侧以一定间距形成有与孔10同样的输送用孔10A。
隔板输送单元40具有与输送辊132一样的突起，具有与输送辊132同步旋转的输送辊132A。输送辊132A通过使突起132B结合于孔10A、并进行旋转，来输送膜95。在膜95的移动方向上，在输送辊132A的上游设有密封剂涂敷喷嘴78。密封剂涂敷喷嘴78与第1实施例相同，在隔板7的包括外周部的规定位置涂敷密封剂。
如此，向MEA1的两侧供给粘接着隔板7的膜95。膜95上的隔板7通过一对接合辊133而压接于MEA1。
如图16C所示，在一对接合辊133的一辊的外周，形成有贯穿输送用孔10和孔10A的突起320。在一对接合辊133的另一辊，形成有接纳突起的凹部321。通过贯穿了孔10和10A的突起320和凹部321的结合，一对接合辊133在与MEA1的催化层12正确对应的位置从两侧压接隔板7。在MEA1的移动方向上，在接合辊133的下游，还设有热压接辊94。热压接辊94从外侧对夹持着MEA1的隔板7带来压缩力及热，使MEA1和隔板7进一步紧密贴合，并使涂敷于隔板7的密封剂干燥，使MEA1和隔板7完全粘接。在以上的处理后，通过从隔板7剥下膜95，从而完成燃料电池。另外，在本实施例中，虽然未使用GDL，但也可以取代隔板7，通过将GDL粘接到膜95上，而将该装置用于向MEA1组装GDL。
根据本实施例，将隔板7粘接于膜95上，使接合辊133的突起320贯穿MEA1的孔10和膜95的10A，所以可以经常正确地进行MEA1的催化层12和隔板7的对位。
然后，参照图17A-图28，说明本发明的第3实施例。
首先，参照图17A，燃料电池堆栈制造装置，具有层叠单元201和向层叠单元201供给MEA1的MEA输送单元202。燃料电池制造装置还具有向层叠单元201供给层叠构件210的、如图21所示的层叠构件供给单元203。
MEA输送单元202通过2个各一对的输送辊211从卷绕于卷轴9而成的MEA1的卷体30送出MEA1，并向层叠单元201供给。
参照图18，在MEA1的两表面预先形成有催化层，在MEA1的两端部，在MEA1的长度方向上以相等间距形成有输送用孔212。并且，为了有助于层叠单元201对MEA1的切断，在催化层的外周形成矩形的切痕线213。
参照图17B，在一对输送辊211的一外周，形成有贯穿于MEA1的输送用孔212中的突起320。在一对输送辊211的另一方，形成有接纳突起的凹部321。通过贯穿了孔10的突起320与凹部321的结合，输送辊211以预先设定的输送速度正确地向层叠单元201输送MEA1。使这些输送辊211对同步旋转。输送辊211通过一次动作，为了使MEA1移动与切痕线213的间距相等的间隔，而设定一次动作的旋转次数。
再参照图17A，层叠单元201位于一对输送辊211和另一对输送辊211之间。
层叠单元201被构成为分别面临MEA1的上方和下方，具有框架205，该MEA1在这些输送辊211对之间沿水平方向延伸。在MEA1的上方的框架205支承有可升降的上构件206。在MEA1的下方的框架205支承有可升降的下构件207。下构件207从下方支承已被层叠的燃料电池204。下构件207和已被层叠的燃料电池204一起被收容安装于固定在框架5的保持框208的内侧。上构件206具有把持层叠构件210的吸附垫206A。也可以取代吸附垫206A而使用电磁吸盘。
上构件206在图17A所示的上升位置和图27所示的下降位置之间进行升降。下构件207在图25所示的上升位置和图27所示的下降位置之间进行升降。但是，上构件206的下降位置和下构件207的上升位置依存于保持框208内的已被层叠的燃料电池204的厚度。
再参照图17A，上构件206的升降行程距离设定为在层叠构件210和MEA1的厚度上加上在上升位置的层叠构件210和MEA1之间所设定的规定间隙尺寸、和在层叠于下构件207上的燃料电池204和MEA1之间的规定间隙尺寸所得到的值。
再参照图27，上构件206通过将层叠构件210压靠于MEA1，从而从切痕线213切断MEA1，向下方冲压。
如图19所示，也可以在MEA1不形成切痕线213，取而代之是如图20所示，在上构件206设置刀具215，通过上构件206下降而切断MEA1。
参照图22，层叠构件210是在隔板220的两表面固定气体扩散层(GDL)221A和221B，在隔板220的外周涂敷密封剂222A和222B而成的。层叠构件210用其他组装装置组装。在隔板220的两表面预先形成有气体通路223A和223B。燃料电池堆栈由交替层叠MEA1和层叠构件210而构成。另外，在燃料电池堆栈的上端和下端分别配置端板，最后用在纵剖方向贯穿这些燃料电池堆栈和端板的双头螺栓和螺母将其紧固为一体。为此，在图17A所示的燃料电池堆栈的下端，取代图22所示的层叠构件210，而使用图23所示的层叠构件210A。
参照图23，层叠构件210A是在上表面形成了气体通路223A的端板220A上固定GDL221A，在端板220A的外周涂敷密封剂222A而成的。另外，在层叠了规定数量的燃料电池的燃料电池堆栈的上端，以使其上下方向相反的状态层叠与图23的层叠构件210A同样的层叠构件。
在本实施例中，将GDL221A和221B固定于隔板220，但也可以预先在MEA1的表面形成GDL221A和221B。在这种情况下，仅用隔板220和密封剂222A、222B构成层叠构件210。
参照图21，层叠构件供给单元203具有输送托盘216和安装部217。输送托盘216以载置了多个层叠构件210的状态输送层叠构件210到安装部217近旁的规定位置。安装部217具有旋转臂218。旋转臂218从输送托盘216捞起层叠构件210，旋转大致180度，将层叠构件210移动到上构件206的吸附垫206A的正下方。在这种状态下，上构件206下降，用吸附垫206A把持层叠构件210。
然后，参照图24，说明该燃料电池堆栈制造装置的动作顺序。
在最开始的步骤S1，制造装置用上构件206的吸附垫206A把持图23的层叠构件210A将其载置于下构件207。另外，在该时刻，在位于上构件206下方的MEA1，通过之前的层叠作业，形成有用切下线213打通了催化层的部分后的孔。因此，被吸附垫206A把持的层叠构件210A通过该孔载置于下构件207。
在下一步骤S2，制造装置用上构件206的吸附垫206A把持图22所示的层叠体210。
在下一步骤S3，制造装置通过输送辊211从卷体30向层叠单元201送出MEA1。
在下一步骤S4，制造装置使下构件207上升，隔着层叠构件210A抬起MEA1。由此，MEA1被施加张力，MEA1的褶皱和松弛被除去。另外，如图25所示，在第2次移动的步骤S4的实行中，抬起MEA1的不是层叠构件210A，而是层叠构件210。
在下一步骤S5，如图26所示，制造装置使上构件206下降，使层叠构件210接触到MEA1。由此，MEA1成为被层叠体210A和层叠体210夹入的状态。另外，在第2次移动的步骤S5的实行处理中，MEA1被2个层叠体210夹入。
在下一步骤S6，制造装置使上构件206和下构件207下降，从而从切下线213切断MEA1，向下方冲压。在MEA1不存在切下线213、上构件206具有刀具215时，在此使用刀具215切断MEA1。上构件206和下构件207的下降，在使层叠于保持框208内的燃料电池204的上端、即被吸附垫206A把持的层叠构件210的上端与切下线213的周围的MEA1之间确保规定间隙间距的位置停止。
在下一步骤S7，制造装置从吸附垫208释放层叠构件210。
在下一步骤S8，如图28所示，制造装置使上构件206回归到上升位置。层叠构件210以层叠于打通了的MEA1上的状态留在保持框208内。
在下一步骤S9，制造装置判断构成燃料电池堆栈的预定的规定数量的燃料电池的层叠是否完成。
在燃料电池的层叠未完成时，制造装置重复进行步骤S2-S8的处理。在燃料电池的层叠完成时，制造装置在步骤S10中，用吸气垫208把持包含端板的层叠构件，使上构件206下降，通过MEA1的剪切线213内侧的孔，将层叠构件安装于层叠于保持框8内的燃料电池的上端。在此使用的层叠构件，如上所述，相当于使图23所示的层叠构件210A上下倒过来的层叠构件。
通过以上的处理，制造层叠了规定数量的燃料电池的燃料电池堆栈。另外，如上所述，燃料电池堆栈最后用双头螺栓和螺母紧固为一体，但也可以用其他工艺进行该作业。
根据该燃料电池堆栈制造装置，由于使用具有与MEA1的孔10结合的突起的输送辊211以规定的间隔将MEA1送到层叠单元201，所以可以使MEA1的催化层正确地位于层叠单元210的上构件206的正下方。因此，可以在正确的定位下对MEA1和层叠构件210或210A进行层叠。
另外，该制造装置，在上构件206的一次行程中进行MEA1的切断、切断后的MEA1和层叠构件210或210A的层叠作业，所以可效率良好地制造燃料电池堆栈。
在本实施例中，相对于层叠于保持框208内的燃料电池，上构件206从上方层叠MEA1和层叠构件210，但也可以是这样的构造将保持框208固定于上构件206，相对于层叠于上方保持框208内的燃料电池，下构件207从下方层叠MEA1和层叠构件210。
另外，被要求的第1隔板是指支承于下构件207的隔板220，被要求的第2隔板是指支承于上构件206的隔板220。
对以2003年12月2日为申请日的日本的特愿2003-402491号及以2003年12月19日为申请日的日本的特愿2003-422613号的内容，通过引用合并于此。
如上所述，通过几个特定的实施例来说明了本发明，但本发明不限于上述各实施例。对于本领域技术人员而言，可以在权利要求的技术范围内，对这些实施例进行各种修改或变型。
适用产业领域如上所述，本发明用在外周形成有结合于孔的突起的辊输送形成有输送用孔的电解质膜，所以在燃料电池的制造工艺中，可精度良好地对电解质膜进行定位。另外，由于可连续供给电解质膜，所以也可提高燃料电池的制造效率。本发明特别适用于固体高分子型的燃料电池堆栈的制造，带来较好的效果。
本发明实施例所包含的排他的性质或特征，如以下那样被要求。
权利要求
1.一种燃料电池的制造方法，对电解质膜(1)实施规定处理来制造燃料电池，该制造方法包括通过输送辊(32，132，211)的旋转来送出电解质膜(1)的工序，该电解质膜(1)为带状，在两侧部在长度方向以一定间距呈列状地形成有输送用孔(10，212)，并卷绕于卷轴(9)，该输送辊(32，132，211)在外周具有与输送用孔(10，212)结合的突起(32A，320)；在基于输送辊(32，132)的旋转速度而设定的规定处理时刻进行规定处理的工序。
2.根据权利要求1所述的制造方法，电解质膜(1)具有预先以一定间距形成于表面的催化层(12)、和相应于催化层(12)的形成位置而形成的定位标记(11)；制造方法还包括根据输送辊(32)的旋转速度和定位标记(11)来设定规定处理时刻的工序。
3.根据权利要求2所述的制造方法，制造方法还包括在电解质膜(1)通过的规定点，使用传感器(26)检测输送用孔(10)的位移速度和定位标记(11)的通过的工序；根据输送用孔(10)的位移速度和定位标记(11)的检测时刻确定规定处理时刻的工序。
4.根据权利要求1所述的制造方法，制造方法还包括使用传感器(26)检测输送用孔(10)的位移速度的工序；控制输送辊(32)的旋转速度，使得输送用孔(10)的位移速度与规定的目标位移速度一致的工序。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的制造方法，规定处理包括向催化层(12)粘接气体扩散层(6)的工序；向粘接于催化层(12)的气体扩散层(6)粘接隔板(7)的工序。
6.根据权利要求5所述的制造方法，向催化层(12)粘接气体扩散层(6)的工序包括向催化层(12)压靠涂敷了电解质液的气体扩散层(6)、并使其暂时固定的工序；对催化层(12)和气体扩散层(6)进行热压缩，使气体扩散层(6)固定于催化层(12)的工序。
7.根据权利要求5所述的制造方法，向气体扩散层(6)粘接隔板(7)的工序包括向隔板(7)涂敷密封剂的工序；使涂敷了密封剂的隔板(7)压靠于气体扩散层(6)的工序；在隔板(7)压靠于气体扩散层(6)的状态下，使密封剂热干燥的工序。
8.根据权利要求1所述的制造方法，电解质膜(1)预先由保护片(8，8A，8B)覆盖；上述制造方法还包括在规定处理之前，从电解质膜(1)剥下保护片(8，8A)的工序。
9.根据权利要求8所述的制造方法，保护片(8，8A，8B)由第1保护片(8B)和第2保护片(8A)构成，该第1保护片(8B)覆盖电解质膜(1)的两侧部的除输送用孔(10)以外的部分，该第2保护片(8A)覆盖电解质膜(1)的中央部；剥下保护片(8，8A)的工序包括留下第1保护片(8B)、仅剥下第2保护片(8A)的工序。
10.根据权利要求1所述的制造方法，电解质膜(1)具有预先以一定间距形成的催化层(12)；规定处理还包括这样的工序预先以与催化层(12)相同的间距粘贴了隔板(7)的两个薄膜(95)，在各薄膜(95)预先形成有与电解质膜(1)的输送用孔(10)相同间距的定位孔(10A)，通过一对第2输送辊(132A)的旋转进行送出，该一对第2输送辊(132A)在外周具有与定位孔(10A)结合的突起，在用两个薄膜(95)夹着电解质膜(1)的状态下，一对接合辊(133)、接合辊(133)中的一个辊具有贯穿定位孔(10)和输送用孔(10)的突起(320)，由该一对接合辊(133)向催化层(12)压接隔板(7)。
11.一种燃料电池的制造装置，用于对电解质膜(1)实施规定处理来制造燃料电池，该制造装置包括电解质膜(1)，其为带状，在两侧部在长度方向以一定间距呈列状地形成有输送用孔(10，212)，并卷绕于卷轴(9)；输送辊(32，132，211)，其在外周具有与输送用孔(10)结合的突起(32A，320)；处理单元(3，4，94，133，201)，其在基于输送辊(32，132，211)的旋转速度而设定的规定处理时刻，对通过输送辊(32，132，211)的旋转而从卷轴(9)送出的电解质膜(1)进行规定处理。
12.一种电解质膜(1)，卷绕于卷轴(9)，通过对其实施规定处理来制造燃料电池，包括电解质膜(1)在两侧部具有在长度方向以一定间距呈列状地形成的输送用孔(10，212)；输送用孔(10，212)与形成在输送辊(32，132，211)的突起(32A，320)结合，相应于输送辊(32，132，211)的旋转而从卷轴(9)送出电解质膜(1)。
13.根据权利要求12所述的电解质膜(1)，电解质膜(1)还包括以一定间距形成在表面的催化层(12)；表示催化层(12)的形成位置的、用传感器(26)可读取的定位标记(11)。
14.根据权利要求12或13所述的电解质膜(1)，电解质膜(1)由在进行规定处理前被剥下的保护片(8，8A，8B)覆盖。
15.根据权利要求14所述的电解质膜(1)，保护片(8，8A，8B)包括覆盖电解质膜(1)的两侧部的除输送用孔(10)以外的部分的第1保护片(8B)；覆盖电解质膜(1)的位于两侧部之间的中央部的第2保护片(8A)。
16.一种燃料电池的制造方法，其中燃料电池是交替层叠电解质膜(1)和隔板(220)而成的，该制造方法包括第1工序，从保持于规定位置的第1隔板(220)的侧方，向面向第1隔板(220)的位置平行地供给薄膜状的电解质膜(1)；第2工序，夹着面对第1隔板(220)的电解质膜(1)，向与第1隔板(220)相反的一侧供给第2隔板(220)；第3工序，使第2隔板(220)朝向第1隔板(220)位移，从而将电解质膜(1)切断成规定的形状尺寸，并用第1隔板(220)和第2隔板(220)夹持电解质膜(1)。
17.根据权利要求16所述的制造方法，还包括在第2隔板(220)位移之前，将第1隔板(220)压靠于电解质膜(1)来对电解质膜(1)施加张力的第4工序。
18.根据权利要求16所述的制造方法，电解质膜(1)具有输送用孔(212)，该输送用孔(212)在长度方向以一定间距呈列状地形成在电解质膜(1)的两侧部；第1工序包括使用在外周具有与孔(212)结合的突起(320)的输送辊(211)，将电解质膜(1)送出到面向第1隔板(220)的位置的工序。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的制造方法，预先以规定的间隔在电解质膜(1)形成切下线(213)，该切下线(213)具有划定切下部分的刻痕；第3工序包括通过用第2隔板(220)推压切下线(213)来切离切下部分的工序。
20.根据权利要求16-18中任一项所述的制造方法，第3工序包括使用与第2隔板(220)在相同方向位移的刀具(215)，将电解质膜(1)切断成规定的形状尺寸的工序。
21.根据权利要求16-18中任一项所述的制造方法，制造方法还包括将燃料电池层叠于保持框(218)内的第4工序，该燃料电池是通过第3工序生成的、由第1隔板(220)和电解质膜(1)和第2隔板(220)构成的。
22.根据权利要求21所述的制造方法，保持框(218)由引导构件(218)构成，该引导构件(218)仅容许燃料电池向与第2隔板(220)位移相同的方向位移。
23.一种燃料电池的制造装置，该燃料电池是交替层叠电解质膜(1)和隔板(220)而成的，该制造装置包括电解质输送单元(202)，其从保持于规定位置的第1隔板(220)的侧方，向面向第1隔板(220)的规定位置平行地供给薄膜状的电解质膜(1)；隔板供给单元(203)，其夹着规定位置的电解质膜(1)，向与第1隔板(220)相反的一侧供给第2隔板(220)；层叠单元(201)，其使第2隔板(220)朝向第1隔板(220)位移，从而将电解质膜(1)切断成规定的形状尺寸，并用第1隔板(220)和第2隔板(220)夹持电解质膜(1)。
24.根据权利要求23所述的制造装置，电解质膜(1)具有输送用孔(212)，该输送用孔(212)在长度方向以一定间距呈列状地形成在电解质膜(1)的两侧部；电解质输送单元(202)，为了将电解质膜(1)送出到规定位置，具有在外周具有与孔(212)结合的突起(320)的输送辊(211)。
25.根据权利要求24所述的制造装置，层叠单元(201)具有通过第1隔板(220)推压规定位置的电解质膜(1)而使电解质膜(1)的张力增大的构件(207)。
26.根据权利要求24或25所述的制造装置，预先以规定的间隔在电解质膜(1)形成切下线(213)，该切下线(213)具有划定切下部分的刻痕；输送辊(211)被构成为将电解质膜(1)每次向规定位置输送相当于间隔的长度。
27.根据权利要求24或25所述的制造装置，层叠单元(201)具有刀具(215)，该刀具(215)与第2隔板(220)向相同方向位移，将电解质膜(1)切断成规定的形状尺寸。
28.根据权利要求24或25所述的制造装置，层叠单元(201)被构成为使得第2隔板(220)超过规定位置，朝向第1隔板(220)位移。
29.根据权利要求23所述的制造装置，层叠单元(201)具有保持框(218)，该保持框(218)将通过用第1隔板(220)和第2隔板(220)夹持电解质膜(1)而构成的燃料电池层叠至规定数量。
30.根据权利要求23所述的制造装置，第1隔板(220)和第2隔板(220)具有面临电解质膜(1)的气体扩散层(221A，221B)。
全文摘要
使用电解质膜(1)制造燃料电池。在带状的电解质膜(1)的表面，在长度方向以一定间距形成催化层(12)，在两侧部以一定间距呈列状地形成输送用孔(10)。通过使在外周具有与孔(10)结合的突起的输送辊(32)旋转，从卷轴(9)送出电解质膜(1)。在基于输送辊(32)的旋转速度的规定处理时刻，对被送出的电解质膜(1)粘接GDL(6)和隔板(7)，从而使GDL(6)和隔板(7)与催化层(12)正确的层叠，并高效率地制造燃料电池。
文档编号H01M8/10GK1890828SQ20048003584
公开日2007年1月3日 申请日期2004年11月2日 优先权日2003年12月2日
发明者仓持竹晴, 岩本雅则, 胜雅彦, 江口薰, 小又正博, 金房英人, 武藤宜树 申请人:日产自动车株式会社